CN100459034C - 全自动晶圆背面打标机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IC晶圆打标的新设备，更准确地说，涉及用机械手将晶圆从上料箱中取出，再逐一送往晶圆方向检测装置、晶圆打标平台等装置，经过打标和检测后，由机械手取出放入下料箱的一种全自动晶圆背面打标机。该打标机由前、后两个区构成，其中前区上设置有电气控制装置和PC机，所述的前区与后区之间设置有隔板，隔板上设置有闸门进出口装置，前区的外侧设置有上料箱装置和下料箱装置，前区的内部设置有机械手和晶圆方向检测装置；后区的内部设置有晶圆打标平台装置，打标平台装置的上方和下方分别设置有标前检测装置和标后检测装置。

Description

全自动晶圆背面打标机

技术领域

本发明涉及一种IC晶圆打标的新设备，更准确地说，涉及用机械手将晶圆从上料箱中取出，再逐一送往晶圆方向检测装置、晶圆打标平台等装置，经过打标和检测后，由机械手取出放入下料箱的一种全自动晶圆背面打标机。

背景技术

打标机广泛应用于IC行业的集成电路的表面打标。根据使用要求的不同，IC行业使用的集成电路板有料条，即组合芯片；芯片，即块粒状芯片，以下也称为物料、元件；以及晶圆三种形式。料条是由若干芯片组合而成的板料，对料条上的每一芯片打标时，是直接通过输送料条实现自动打标的。芯片是尺寸较小的块粒状料，是放在轨道托盘中，通过对轨道托盘的输送实现芯片自动打标的。晶圆是直接在其上制作了多粒芯片的一块薄薄的圆片，直径约为200～300mm，需要在整块晶圆薄片上对其上的每一粒芯片的背面进行打标。

在目前使用的晶圆打标机中，晶圆打标平台的结构存在很大缺陷，只有晶圆背面的一小部分周边能支承在晶圆打标平台的支承框边上，晶圆的中部大部分均为悬空，造成晶圆整体变形较大，给打标的精度、质量和速度带来较大影响。对于这种晶圆打标机，为保证打标精度和质量，就需要对晶圆分片进行打标，即对变形量相差不大的部分一一进行打标，同时在对每一部分打标之前，还要用激光高度测量仪进行检测，确认这部分变形量相差不大后才能进行打标。这样不仅影响打标速度，且使用价格不菲的激光高度测量仪也增加了设备的成本。另外，为了支承好晶圆，需要占用较多的晶圆周边面积，这部分周边不能制成芯片，就浪费了材料，增加了材料成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有的晶圆打标机存在的打标速度慢，设备成本以及物料成本高等不足，提供一种新型的全自动晶圆背面打标机。

本发明的技术方案为：一种全自动晶圆背面打标机，由前、后两个区构成，其中前区上设置有电气控制装置和PC机，所述的前区与后区之间设置有隔板，隔板上设置有闸门进出口装置，前区的外侧设置有上料箱装置和下料箱装置，前区的内部设置有机械手和晶圆方向检测装置；后区的内部设置有晶圆打标平台装置，打标平台装置的上方和下方分别设置有标前检测装置和标后检测装置；所述的晶圆方向检测装置，包括晶圆转盘装置、方向检测传感器和方向检测系统组成，晶圆转盘装置上带有一个转盘，方向检测传感器也安装在晶圆转盘装置上，且位于转盘的边缘；方向检测系统包括一个步进电机和一个与步进电机相联接的摄像头，转盘位于摄像头的下方；所述的方向检测系统包括一个底座，底座上安装有由两个支架杆和一个支架杆连接板构成的支架，支架的头部连接有安装板，步进电机及与之相连的滚珠丝杆传动设置在安装板上，滚珠丝杆传动的滚珠体部分，即滚珠丝杆上的螺母，与滚珠体连接板相连，摄像机通过摄像机安装板、调整板、直角连接板、滚珠体连接板与滚珠丝杆传动相连。所述的直角连接板上设置有一个吊装板，吊装板被弯成一个直角，一端安装在直角连接板上，另一端与机架顶端的托链的一端相连。

优选的是，所述的上料箱装置，包括一个料箱支撑架，安装在料箱支撑架上的箱座，以及放置在箱座上的箱罩，箱座的内部设置有一个定位托板支承框，定位托板支承框上安装有定位托板，所述的定位托板上设置有三个定位组件，该三个定位组件每个相隔120度地排列在一个圆周上，所述的定位托板的中心部位的下方设置有位移检测传感器，位移检测传感器的上部连接有圆盘，所述的定位组件由一块短圆柱和两块截面积为矩形的直角块组成。所述的定位托板的中心部位的下方设置有位移检测传感器，位移检测传感器的上部连接有圆盘。

优选的是，所述的闸门进出口装置包括安装在隔板闸门开口两侧上的气动滑台，气动滑台与闸门相连接；前后区隔板上还设置有一个用于控制滑台开闭的电磁锁定装置；隔板闸门开口处设置有闸门开口位置传感器；闸门开口位置传感器和电磁锁定装置均与晶圆背面打标机的PC装置电连接。所述的气动滑台由一个固定滑槽和一个活动滑轨构成，固定滑槽38固装在前后区隔板上，活动滑轨在固定滑槽上上下滑动，所述的电磁锁定装置包括一个安全电磁锁和一个安全电磁锁钥匙，安全电磁锁钥匙的顶端设置有一个钥匙连接板。

优选的是，所述的晶圆打标平台装置，包括打标平台底板、打标平台底板上方的传动装置，以及设置在传动装置上的晶圆平台托板，晶圆平台托板的中央为晶圆打标位置，传动装置与打标机的PC装置电连接；所述的晶圆打标位置上设置有一块光学玻璃圆板，待打标的晶圆背面支承在光学玻璃圆板上。所述的晶圆打标位置为一个圆形，该圆形的内缘由下至上设置有两个凸出的支承台面，下层为光学玻璃支承面、上层为晶圆支承面；晶圆打标位置的边缘设置有一个晶圆定位圈，晶圆定位圈的内缘设置有相通的四组气孔槽；所述的晶圆定位圈的气孔槽的上方设置有晶圆支承面，该晶圆支承面与打标位置内缘的晶圆支承面处于同一高度平面内。

优选的是，所述的标前检测装置和标后检测装置上均设置有一个摄像头，标前检测装置位于打标平台的上方，摄像头向下对准晶圆的正面，标后检测装置位于打标平台的下方，摄像头向上对准晶圆的背面。

本发明的有益效果为：由于上料箱装置的定位托板上设置有三组定位组件，再配合底部设置有相应槽孔的晶圆格子料箱，就能够实现两者的准确配合、精确定位；通过设置位移检测传感器，能检测到有箱还是无箱，为PC机和机械手提供物料信息，自动化程度得到了保证；其次，打标前由于先后通过方向检测传感器和方向检测系统的双重方向检测，因此可以保证机械手送到晶圆打标平台上的晶圆方向准确无误，打标质量大大提高；再次，进出口闸门装置由于采用气动滑台来控制闸门的开闭，因此闸门的开启速度大大加快，提高了生产效率，而且利用传感器对闸门的开启程度进行监控，机械手的进出精度大大提高；另外，通过电磁锁定装置可有效地保证打标过程当中安全性；另外，由于在晶圆打标平台上设置有一块特制的用以支承晶圆的光学玻璃，因此整块晶圆的背面被支承在该玻璃上，保证了晶圆不会变形，提高了打标速度和质量，同时，利用在打标平台装置上设有的横纵两个方向的传动装置，使得在PC控制下，能自动将晶圆移动到任何需要的位置，满足晶圆的各种检测和打标的要求；而且，利用晶圆定位圈上的气孔槽可在打标过程中牢牢固定晶圆，获得更好的打标效果；最后，通过标前标后检测装置可以对打标位置和打标质量进行双重检测，结构设计新颖、安装调试方便、信息传输快捷可靠、检测速度快、检测质量高。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的主要装置构成图；

图3a为本发明全自动晶圆背面打标机的立体图；

图3b为本发明全自动晶圆背面打标机的平面后视图；

图3c为本发明全自动晶圆背面打标机前区的后视图；

图3d为本发明全自动晶圆背面打标机的前视图；

图4a为本发明上料箱装置的外观结构示意图；

图4b为本发明上料箱装置的分解结构示意图；

图4c为本发明上料箱装置的位移检测传感器的分解结构示意图；

图4d为本发明上料箱装置的承托定位结构示意图；

图5a为本发明方向检测装置与机械手的位置关系图；

图5b为本发明方向检测装置的结构示意图；

图5c为本发明方向检测装置的分解结构示意图。。

图6a为本发明进出口闸门装置的结构示意图；

图6b为本发明进出口闸门装置的分解结构示意图；

图7a为本发明打标平台装置的结构示意图；

图7b为本发明打标平台的结构示意图；

图7c为本发明打标平台装置晶圆定位圈的结构示意图；

图8a为本发明标前检测装置的结构示意图；

图8b为本发明标前检测装置的分解结构示意图；

图8c为本发明后检测装置的结构示意图；

图8d为本发明标后检测装置的分解结构示意图。

具体实施方式

如图3a至图3d所示的本的具体实施例，一种全自动晶圆背面打标机，由前、后两个区构成，其中前区上设置有电气控制装置510和PC机511，所述的前区A与后区B之间设置有隔板，隔板上设置有闸门进出口装置54，前区A的外侧设置有上料箱装置51和下料箱装置59，前区A的内部设置有机械手52和晶圆方向检测装置53；后区的内部设置有晶圆打标平台装置55，打标平台装置55的上方和下方分别设置有标前检测装置56和标后检测装置58。

如图4a至图4d所示，所述的上料箱装置，包括一个料箱支撑架7，安装在料箱支撑架上7的箱座6，以及放置在箱座6上的箱罩1，箱座6的内部设置有一个定位托板支承框4，定位托板支承框4上安装有定位托板2，所述的定位托板2上设置有三个定位组件3，该三个定位组件3每个相隔120度地排列在一个圆周上，所述的定位组件3由一块短圆柱和两块截面积为矩形的直角块组成。所述的定位托板2的中心部位的下方设置有位移检测传感器5，位移检测传感器5的上部连接有圆盘8。

如图5a至图5c所示，所述的晶圆方向检测装置，包括晶圆转盘装置215、方向检测传感器216和方向检测系统组成214，晶圆转盘装置215上带有一个转盘，方向检测传感器216也安装在晶圆转盘装置215上，且位于转盘的边缘；方向检测系统214包括一个步进电机23和一个与步进电机23相联接的摄像头29，转盘位于摄像头29的下方。所述的方向检测系统214包括一个底座24，底座24上安装有由两个支架杆21和一个支架杆连接板22构成的支架，支架的头部连接有安装板211，步进电机23及与之相连的滚珠丝杆传动210设置在安装板211上，滚珠丝杆传动210的滚珠体部分，即滚珠丝杆上的螺母，与滚珠体连接板217相连，摄像机29通过摄像机安装板28、调整板27、直角连接板26、滚珠体连接板217与滚珠丝杆传动210相连。所述的直角连接板26上设置有一个吊装板25，吊装板25被弯成一个直角，一端安装在直角连接板26上，另一端与机架顶端的托链212的一端相连，当摄像机来回移动时，其上的相关引线将通过吊装板与托链实现跟踪移动。

如图6a至图6b所示，所述的闸门进出口装置，安装在晶圆背面打标机的前后区隔板313上，所述的闸门进出口装置包括分别安装在隔板闸门开口314两侧上的气动滑台，气动滑台与闸门31通过闸门连接块35相连接；隔板313上还设置有一个用于控制滑台开闭的电磁锁定装置，电磁锁定装置的电磁锁钥匙通过连接板36安装在两个气动滑台之间；隔板闸门开口314处设置有闸门开口位置传感器37；闸门开口位置传感器37和电磁锁定装置均与晶圆背面打标机的PC装置电连接。所述的气动滑台由一个固定滑槽38和一个活动滑轨39构成，固定滑槽38固装在隔板313上，活动滑轨39在固定滑槽38上可上下滑动，气动滑台的活动滑轨39相当一个滑动气缸，滑动气缸的活塞杆就固装在气动滑台固定滑槽38的固装板上。电磁锁定装置包括一个安全电磁锁312和一个安全电磁锁钥匙310，安全电磁锁钥匙310的顶端设置有一个钥匙连接板311。隔板闸门开口处还依次设置有后闸门座32、前闸门座33以及外罩34。

如图7a至图7c所示，所述的晶圆打标平台装置，包括打标平台底板44、打标平台底板44上方的传动装置，以及设置在传动装置上的晶圆平台托板413，晶圆平台托板413的中央为晶圆打标位置，传动装置与打标机的PC机11电连接，所述的晶圆打标位置上设置有一块光学玻璃圆板41，待打标的晶圆背面支承在光学玻璃圆板41上。所述的传动装置包括一套纵向传动装置和一套横向传动装置，横向和纵向传动均是由一个滑动轨道、一个步进电机和一个滚珠丝杆传动以及一个托链构成。纵向传动装置的滑动轨道43、步进电机410、滚珠丝杆传动45以及托链47设置在打标平台底板44上，横向传动装置的滑动轨道46、步进电机49、滚珠丝杆传动412以及托链411设置在纵向传动装置上。所述的晶圆打标位置为一个圆形，该圆形的内缘由下至上设置有两个凸出的支承台面，下层为光学玻璃支承面415、上层为晶圆支承面416。晶圆打标位置内环边缘设置有一个晶圆定位圈42，晶圆定位圈42上开有一个供机械手进入的缺口414，晶圆定位圈42的内缘设置有相通的四组气孔槽48，气孔槽48的上方设置有晶圆支承面416，该晶圆支承面416与打标位置内缘的晶圆支承面416处于同一高度平面内。

如图8a至图8d所示，所述的打标检测装置，包括一个标前检测装置和一个标后检测装置，标前检测装置和标后检测装置上均设置有一个摄像头，标前检测装置位于打标平台的上方，摄像头向下对准晶圆的正面，标后检测装置位于打标平台的下方，摄像头向上对准晶圆的背面。所述的标前检测装置包括固接在打标机机架上的高刚性横梁66、安装在高刚性横梁66上的吊装板65、与吊装板65相连接的调整板64、安装在调整板64上的摄像机安装板63、以及安装在摄像机安装板63上的摄像机62和外罩61。所述的标后检测装置包括安装在打标机机架上的吊装板64’、与吊装板64’固接的调整板63’，设置在调整板63’上的摄像机安装板62’、以及安装在摄像机安装板62’上的摄像头61’。

如图1所示的本发明的工艺流程图，打标机工作时，由人工将上料箱的箱罩1取下，将装有晶圆的晶圆格子料箱放到晶圆上料装置的晶圆格子料箱定位托板2上定位，再将箱罩1盖上。当晶圆格子料箱放到晶圆格子料箱定位托板2上定位的同时，处于晶圆格子料箱定位托板中心部位的且与位移传感器相连的圆盘8，在晶圆格子料箱重力作用下向下移动，带动与之相连的位移检测传感器5的挡光杆向下移动而挡住光电传感器的缺口或检测标记，向PC机511和机械手52发出料箱到位的信息，机械手52做好抓取晶圆的准备。

当机械手52得到可以抓取晶圆的命令后，机械手52立即去上料箱装置的晶圆格子料箱中取出一块晶圆，机械手52与晶圆接触的部分设有部分真空吸孔，可将晶圆稳稳吸住，送到与晶圆方向检测装置相关的晶圆转盘装置的转盘215上，转盘215带动晶圆转动，当晶圆的方向检测缺口被设置在晶圆转盘装置一侧的检测传感器216检测到后，会立即让转盘减速并通知方向检测系统214开始工作。

方向检测系统的步进电机23通过滚珠丝杆传动210带动摄像机29来回移动扫描，以确定晶圆的准确方向。方向确定后，转盘停止转动，晶圆进出闸门装置启动使闸门31上升开启。机械手根据方向检测装置确定的方向从转盘上抓取晶圆通过闸门口放入晶圆打标平台上，之后退回原处待命。

放到晶圆打标平台上的晶圆被支承在光学玻璃圆板41上，由晶圆定位圈42定位，为保证晶圆在来回移动打标过程中不会在晶圆定位圈中有任何移动，晶圆的周边有4处被吸孔组48每组吸孔组有10个吸孔牢牢吸住。之后，根据PC命令，在横向滚珠丝杆传动412和纵向滚珠丝杆传动45带动下，由标前检测装置的摄像机42对晶圆进行位置检测，即对打标平台上的晶圆进行位置偏差检测，为晶圆的背面打标提供准确位置。位置检测完成后，根据PC机511命令，在横向滚珠丝杆传动412和纵向滚珠丝杆传动45带动下，使晶圆上的一粒芯片，一般是晶圆左上方的一粒芯片的背面对准设置于晶圆打标平台下方的激光打标装置57的打标头，打标头即刻对其打标。打标完成后，根据PC命令，在横向滚珠丝杆传动412和纵向滚珠丝杆传动45带动下，将打过标的一粒芯片移动到标后检测装置的摄像机的镜头处，对其进行打标质量检测。若检测合格，则继续打完晶圆上的全部芯片，之后闸门打开，机械手从打标平台上将晶圆取出放入下料装置的晶圆格子料箱中；若检测不合格，闸门也打开，由机械手从打标平台上将晶圆取出放回上料箱的晶圆格子料箱中，等待最后随上料箱一齐送出机外。

当晶圆上料箱装置中的晶圆取送完毕后，晶圆取放计数器通过信号系统发出信号，通知人工取下箱罩，取出空晶圆格子料箱，再放入装有晶圆的晶圆格子料箱，盖上箱罩，等待机械手的抓取，再重复上一次的工作程序。

当晶圆下料箱装置中的晶圆格子料箱中的晶圆放满后，晶圆取放计数器通过信号系统发出信号，通知人工取下箱罩，取出装满已打标晶圆的晶圆格子料箱，再放入空晶圆格子料箱，盖上箱罩，等待机械手放入新的已打标的晶圆。

Claims (8)

1.一种全自动晶圆背面打标机，由前、后两个区构成，其中前区上设置有电气控制装置(510)和PC机(511)，其特征在于：所述的前区(A)与后区(B)之间设置有隔板，隔板上设置有闸门进出口装置(54)，前区(A)的外侧设置有上料箱装置(1)和下料箱装置(9)，前区(A)的内部设置有机械手(52)和晶圆方向检测装置(53)；后区(B)的内部设置有晶圆打标平台装置(55)，打标平台装置(55)的上方和下方分别设置有标前检测装置(56)和标后检测装置(58)；所述的晶圆方向检测装置，包括晶圆转盘装置(215)、方向检测传感器(216)和方向检测系统(214)，晶圆转盘装置(215)上带有一个转盘，方向检测传感器(216)也安装在晶圆转盘装置(215)上，且位于转盘的边缘；方向检测系统(214)包括一个步进电机(23)和一个与步进电机(23)相联接的摄像头(29)，转盘位于摄像头(29)的下方；所述的方向检测系统(214)包括一个底座(24)，底座(24)上安装有由两个支架杆(21)和一个支架杆连接板(22)构成的支架，支架的头部连接有安装板(211)，步进电机(23)及与之相连的滚珠丝杆传动(210)设置在安装板(211)上，滚珠丝杆传动(210)的滚珠体部分，即滚珠丝杆上的螺母，与滚珠体连接板(217)相连，摄像机(29)通过摄像机安装板(28)、调整板(27)、直角连接板(26)、滚珠体连接板(217)与滚珠丝杆传动(210)相连。

2.如权利要求1所述的全自动晶圆背面打标机，其特征在于：所述的上料箱装置，包括一个料箱支撑架(7)，安装在料箱支撑架(7)上的箱座(6)，以及放置在箱座(6)上的箱罩(1)，箱座(6)的内部设置有一个定位托板支承框(4)，定位托板支承框(4)上安装有定位托板(2)，所述的定位托板(2)上设置有三个定位组件(3)，该三个定位组件(3)每个相隔120度地排列在一个圆周上，所述的定位托板(2)的中心部位的下方设置有位移检测传感器(5)，位移检测传感器(5)的上部连接有圆盘(8)，所述的定位组件(3)由一块短圆柱和两块截面积为矩形的直角块组成。

3.如权利要求1所述的全自动晶圆背面打标机，其特征在于：所述的直角连接板(26)上设置有一个吊装板(25)，吊装板(25)被弯成一个直角，一端安装在直角连接板(26)上，另一端与机架顶端的托链(212)的一端相连。

4.如权利要求1所述的全自动晶圆背面打标机，其特征在于：所述的闸门进出口装置包括安装在隔板闸门开口(314)两侧上的气动滑台，气动滑台与闸门(31)相连接；前后区隔板(313)上还设置有一个用于控制滑台开闭的电磁锁定装置；隔板闸门开口(314)处设置有闸门开口位置传感器(37)；闸门开口位置传感器(37)和电磁锁定装置均与晶圆背面打标机的PC装置电连接。

5.如权利要求4所述的全自动晶圆背面打标机，其特征在于：所述的气动滑台由一个固定滑槽(38)和一个活动滑轨(39)构成，固定滑槽(38)固装在前后区隔板(313)上，活动滑轨(39)在固定滑槽(38)上可上下滑动，所述的电磁锁定装置包括一个安全电磁锁(312)和一个安全电磁锁钥匙(310)，安全电磁锁钥匙(310)的顶端设置有一个钥匙连接板(311)。

6.如权利要求1所述的全自动晶圆背面打标机，其特征在于：所述的晶圆打标平台装置，包括打标平台底板(44)、打标平台底板(44)上方的传动装置，以及设置在传动装置上的晶圆平台托板(413)，晶圆平台托板(413)的中央为晶圆打标位置，传动装置与打标机的PC装置电连接；所述的晶圆打标位置上设置有一块光学玻璃圆板(41)，待打标的晶圆背面支承在光学玻璃圆板(41)上。

7.如权利要求6所述的全自动晶圆背面打标机，其特征在于：所述的晶圆打标位置为一个圆形，该圆形的内缘由下至上设置有两个凸出的支承台面，下层为光学玻璃支承面(415)、上层为晶圆支承面(416)；晶圆打标位置的边缘设置有一个晶圆定位圈(42)，晶圆定位圈(42)的内缘设置有相通的四组气孔槽(48)；所述的晶圆定位圈(42)的气孔槽(48)的上方设置有晶圆支承面(416)，该晶圆支承面(416)与打标位置内缘的晶圆支承面(416)处于同一高度平面内。

8.如权利要求1所述的全自动晶圆背面打标机，其特征在于：所述的标前检测装置和标后检测装置上均设置有一个摄像头，标前检测装置位于打标平台的上方，摄像头向下对准晶圆的正面，标后检测装置位于打标平台的下方，摄像头向上对准晶圆的背面。

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