CN107785299A - 一种硅片拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅片拾取装置，包括片叉本体以及设置于所述片叉本体上的气路通道和调节机构；所述调节机构用于将硅片调整到片叉本体的拾取中心位置；片叉本体上设置有气孔，用于产生具有一定流向的气流，气路通道与气孔连通；在拾取硅片过程中，气路通道内通入的气体流经气孔形成具有一定流向的气流，以使硅片与片叉本体之间的气压小于外界大气压硅片在气压差的作用下压在片叉本体上，并在调节机构的配合下调整到片叉本体的拾取中心位置，完成拾取工作。在拾取过程中，不必要在硅片和片叉本体之间形成真空，所以可以有效吸附翘曲变形的硅片；另一方面，在拾取时硅片与片叉本体非直接接触，吸附力更均匀，从而减小了对较薄硅片的损坏。

Description

一种硅片拾取装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种硅片拾取装置。

背景技术

硅片传输定位设备是硅片加工设备的重要组成部分，其功能是实现硅片在不同工位之间快速、高效、可靠的转移，它直接体现出整机的自动化程度，可靠性。随着硅片生产的产量和尺寸的不断增加，要求硅片生产向着高速，连续化生产方式发展，人工装夹的方式根本无法达到这一要求，必须由高速度，高精度的硅片传输设备来实现。

一般的硅片传输设备由机械手臂和一个硅片拾取装置组成。现有的硅片拾取装置通常采用吸盘的方式来吸附硅片，即在装置本体上增加一个区域范围的封闭型凸台，在凸台内部有一个下凹的真空腔，吸附硅片时，凸台面作为硅片承片面，真空腔形成负压区域将硅片吸附。随着集成电路制造行业技术不断发展，硅片处理工艺多种多样，使得经常会有硅片产生较大的翘曲变形。而现有技术就很难吸附大翘曲硅片，因为硅片放在片叉上时，凸台面和硅片无法形成密封，真空就不能正常建立。此外对于一些超薄硅片，真空吸附方式也会遇到容易碎片的难题。为了保证大翘曲硅片、超薄硅片等各种不同种类硅片的正常传输，保证传输的高精度需求，要求机械手臂的硅片拾取装置能够适应各种类型硅片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅片拾取装置，以解决现有技术中因硅片翘曲变形而无法吸附的问题以及拾取较薄硅片时容易损坏硅片的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种硅片拾取装置，包括片叉本体以及设置于所述片叉本体上的气路通道和调节机构；

所述调节机构用于将硅片调整到所述片叉本体的拾取中心位置；

所述片叉本体上设置有气孔，用于产生具有一定流向的气流，所述气路通道与所述气孔连通；

在拾取硅片过程中，所述气路通道内通入的气体流经所述气孔形成具有一定流向的气流，以使所述硅片与所述片叉本体之间的气压小于外界大气压，所述硅片在气压差的作用下压在所述片叉本体上，并在所述调节机构的配合下调整到所述片叉本体的拾取中心位置，完成拾取工作。

在上述方案中，所述调节机构包括气缸、连杆机构、定位块，所述气缸连接所述连杆机构，所述定位块设置于所述连杆机构上，所述气缸通过驱动所述连杆机构，所述连杆机构带动所述定位块将所述硅片调节到所述片叉本体的拾取中心位置。

在上述方案中，所述连杆机构包括连杆和设置于所述连杆上的弹簧。

在上述方案中，所述定位块呈台阶结构，所述台阶结构包括一凸起部，所述凸起部位于所述台阶结构上端，且朝向所述片叉本体的拾取中心位置。

在上述方案中，所述定位块采用柔性材料，部分所述连杆采用柔性材料。

在上述方案中，所述气孔的数量为至少两个。

在上述方案中，所有气孔绕一中心呈旋转对称分布。

在上述方案中，所述气孔上设置有调速阀，用于调整气流的速度。

在上述方案中，所述片叉本体上设有用于支撑所述硅片的防滑垫，所述防滑垫位于所述气孔周围。

在上述方案中，还包括设置于所述片叉本体上的传感器，所述传感器用于检测硅片的拾取状态。

在上述方案中，所述气路通道上设置电磁阀，用于控制所述气体的流通与关闭。

在上述方案中，还包括一个气泵，所述气泵连接所述气路通道，用于为所述气路通道提供持续流动的气体。

本发明提供了一种硅片拾取装置，其特点在于利用伯努利原理靠具有一定流速的气流来“吸附”硅片，硅片与片叉本体非直接接触，吸附力可以相对均匀的分布在整个硅片上，从而可以有效减小传统吸附方式中局部受力而导致整个硅片上受力不均的现象，从而也就避免了因受力不均导致损坏硅片的现象，从而适应了对较薄较脆弱的硅片的处理能力；进一步，由于这种“吸附”方式不需要构建真空腔，所以翘曲变形的硅片对本装置的同样适用，也就避免了因翘曲变形而无法形成密封从而无法吸附的现象；调节机构可以对硅片粗定心，减少传片中的偏心量，使传片效果更精准；另一方面，所述定位块设计为台阶机构，可以将硅片卡在所述片叉本体内部，有效的防止了在硅片传输的过程中因突然断气而是硅片掉落的现象，另一方面，增加气泵可以大大减小硅片在传输过程中突然断气的风险。

附图说明

图1是本申请的硅片拾取装置的示意图；

图2是本申请的硅片拾取装置的俯视图；

图3是本申请的硅片拾取装置在吸附硅片时气流流向的局部剖视图；

图4是本申请的硅片拾取装置在吸附硅片时气孔的气流流向的俯视图；

图5是本申请的硅片拾取装置吸附硅片未夹紧时的示意图；

图6是本申请的硅片拾取装置吸附硅片夹紧时的示意图；

图7是本申请的硅片拾取装置定位连杆增加弹簧的示意图；

图8是本申请的硅片拾取装置增加一个气泵的示意图；

图中：

10-片叉本体；11-气孔；12-防滑垫；13-传感器；14-安装孔；

20-气路通道；21-气流流向；

30-调节机构；31-旋转连杆；32-定位连杆；33-定位块；34-旋转轴；35-弹簧；36-气缸；

40-发生口气压；

50-大气压；

60-硅片；

70-气泵。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的硅片拾取装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参阅图1，其示出的是本申请硅片拾取装置的示意图；参阅图2，其示出的是本申请的硅片拾取装置的俯视图。

本实施例中的硅片拾取装置主要有片叉本体10和调节机构30组成。

片叉本体10作为整个装置的载体，在片叉本体10上设置有八个气孔11，气孔11与气路通道20连接，用以产生具有一定流向的气流。为了使每个气孔11产生的气流流速尽可能均匀相等，所以每个气孔11与气路通道20连接的通道大小相等；也可以在每个气孔11处安装一个调速阀以控制其气体流速大小。

在本实施例中，八个气孔11呈圆周阵列，其目的是为了在吸附硅片60时每个气孔11产生的气流可沿各个方向更均匀的分布，从而使吸附状态更稳定；气孔11的分布状态以使吸附状态更稳定为目的，并不局限于圆周阵列，可根据具体所要吸附的硅片60的形状来更改其分布情况。气孔11的数量也可以根据吸附硅片60的大小适当增加或减少。

在片叉本体10上还设置了防滑垫12，防滑垫12用于在“吸附”硅片60时，支撑硅片60，并与硅片60的表面产生静摩擦，防止由于气流的不稳定或不均匀使得拾取过程中硅片60相对片叉本体10产生漂移。防滑垫12的分布可根据硅片60的形状以及气孔11的分布情况尽可能均匀的分布。

在片叉本体10上还设置了传感器13，其作用是检测硅片60是否被“吸附”住，确认硅片的吸附状态，从而提高了在交接过程中的安全性。

在片叉本体10上还设置了安装孔14，用于把片叉本体10固定在机械手臂上。片叉本体10与机械手臂的连接关系并不局限于螺栓连接，为了使用方便可结合机械手的灵活程度，选择最合适的连接方式，如，焊接、卡钩连接、胶接、咬缝联接等。

参阅图3，其示出的是本申请的硅片拾取装置在“吸附”硅片时气流流向的局部剖视图；参阅图4，其示出的是本申请的硅片拾取装置在“吸附”硅片时气孔11的气流流向的俯视图；下面根据图3和图4来详细介绍本实施例片叉装置“吸附”硅片的原理。

流动的气体沿气路通道20流入片叉本体10，气体流向21在气路通道20沿气路通道20的方向流动，在气孔11处，气体流向21朝片叉本体10的外侧方向，具体可参考图4；图4中，气体流向21为从气孔11朝向片叉本体10外侧方向。优选的，气体流向21沿各个方向均匀分布。可选的，气体的流通与关闭可以由一个电磁阀来控制。可选的，气体流向21的方向通过气孔11的出口方向来控制。

由伯努利定律可知，在一个流体系统中，比如气流、水流，流速越快，流体产生的压力就越小。很显然，当气路通道20通入持续流动的气体时，气孔11处就形成了一定流速的气流，且该处的气流速度小于硅片60上面的气流速度，所以在气孔11处的发生口气压40就小于作用在硅片60上表面的大气压50，通过电磁阀来控制气体的流速，使发生口气压40足够小于大气压50，从而有足够的压力把硅片60“吸附”住。

在“吸附”的过程中，气流还会产生一定的冲击力作用在硅片上，由气流的流向特点可知，该冲击力的作用方向主要沿气流方向作用在硅片60上，根据气孔11的分布特点，该冲击力沿各个方向可相互抵消。从而减小了冲击力带来的影响。

优选的，为了进一步减小冲击力的影响，气孔11还可以安装于片叉本体10的“吸附”作用面的中央位置，气流由中央水平向四周流动，这样气流给硅片60的冲击力几乎为零，从而使“吸附”效果更理想。

被“吸附”住的硅片60作用在防滑垫12上，防止由于气流的不稳定导致拾取过程中硅片60相对片叉本体10产生漂移。为了减少防滑垫12对硅片60的损伤，优选的，防滑垫12选用柔性材料，如橡胶。

本实施例中的硅片拾取装置还设置了调节机构30，主要包括气缸36、定位块33、旋转连杆31、气缸36和定位连杆32，旋转连杆31可绕旋转轴34转动。

参阅图5和图6，当硅片60被“吸附”在片叉本体10上后，打开气缸36作用与一个定位块33和两个旋转连杆31上，旋转连杆31绕旋转轴34转动，带动定位连杆32移动，定位连杆32带动另外两个定位块33沿气缸运动的反方向移动，至到三个定位块33一起作用在硅片60上，定位完毕。为了减少定位块33对硅片60的损伤，优选的，定位块33选用柔性材料，如橡胶。

在本实施例中，将所述定位块33设计为台阶结构，其目的是可以将所吸附的硅片60卡在所述片叉本体10的内侧，有效的防止了在硅片传输的过程中因突然断气而是硅片掉落的现象。

为了进一步减少定位块33对硅片60的损伤，优选的，可在定位连杆32上增加弹簧35，具体参阅图7，弹簧35可以起到有效的缓冲作用。当然也可以把整个定位连杆32的材料改为具有一定弹性的柔性材料，从而达到缓冲的目的。

为了防止在“吸附”过程中突然断气防止导致硅片60掉落损坏，优选的，可在气路通道20上增加一个气泵70，具体可参阅图8。

本实施例中的硅片拾取装置的特点在于靠具有一定流速的气流来“吸附”硅片60，硅片60与片叉本体10非直接接触，吸附力可以相对均匀的分布在整个硅片60上，从而可以有效减小传统吸附方式中局部受力而导致整个硅片60上受力不均的现象，从而也就避免了因受力不均导致损坏硅片60的现象，从而适应了对较薄较脆弱的硅片60的处理能力；进一步，由于这种“吸附”方式不需要构建真空腔，所以翘曲变形的硅片60对本装置的同样适用，也就避免了因翘曲变形而无法形成密封从而无法吸附的现象；另一方面，调节机构30可以对硅片60粗定心，减少传片中的偏心量，使传片效果更精准；另一方面，所述定位块33设计为台阶机构，可以将硅片60卡在所述片叉本体10内部，有效的防止了在硅片60传输的过程中因突然断气而是硅片60掉落的现象；另一方面，增加气泵70可以大大减小硅片60在传输过程中突然断气的风险。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种硅片拾取装置，其特征在于，包括片叉本体以及设置于所述片叉本体上的气路通道和调节机构；

所述调节机构用于将硅片调整到所述片叉本体的拾取中心位置；

所述片叉本体上设置有气孔，用于产生具有一定流向的气流，所述气路通道与所述气孔连通；

在拾取硅片过程中，所述气路通道内通入的气体流经所述气孔形成具有一定流向的气流，以使所述硅片与所述片叉本体之间的气压小于外界大气压，所述硅片在气压差的作用下压在所述片叉本体上，并在所述调节机构的配合下调整到所述片叉本体的拾取中心位置，完成拾取工作。

2.如权利要求1所述的硅片拾取装置，其特征在于，所述调节机构包括气缸、连杆机构、定位块，所述气缸连接所述连杆机构，所述定位块设置于所述连杆机构上，所述气缸通过驱动所述连杆机构，所述连杆机构带动所述定位块将所述硅片调节到所述片叉本体的拾取中心位置。

3.如权利要求2所述的硅片拾取装置，其特征在于，所述连杆机构包括连杆和设置于所述连杆上的弹簧。

4.如权利要求2所述的硅片拾取装置，其特征在于，所述定位块呈台阶结构，所述台阶结构包括一凸起部，所述凸起部位于所述台阶结构上端，且朝向所述片叉本体的拾取中心位置。

5.如权利要求2所述的硅片拾取装置，其特征在于，所述定位块采用柔性材料，部分所述连杆采用柔性材料。

6.如权利要求1所述的硅片拾取装置，其特征在于，所述气孔的数量为至少两个。

7.如权利要求6所述的硅片拾取装置，其特征在于，所有气孔绕一中心呈旋转对称分布。

8.如权利要求1所述的硅片拾取装置，其特征在于，所述气孔上设置有调速阀，用于调整气流的速度。

9.如权利要求1所述的硅片拾取装置，其特征在于，所述片叉本体上设有用于支撑所述硅片的防滑垫，所述防滑垫位于所述气孔周围。

10.如权利要求1所述的硅片拾取装置，其特征在于，还包括设置于所述片叉本体上的传感器，所述传感器用于检测硅片的拾取状态。

11.如权利要求1所述的硅片拾取装置，其特征在于，所述气路通道上设置电磁阀，用于控制所述气体的流通与关闭。

12.如权利要求1所述的硅片拾取装置，其特征在于，还包括一个气泵，所述气泵连接所述气路通道，用于为所述气路通道提供持续流动的气体。