CN111618885B - 一种晶圆自动上片装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于晶圆上片技术领域，提供了一种晶圆自动上片装置，包括机架，机架工作台上设有一上片机械臂，上片机械臂执行端设有晶圆取放机构，工作台上还开设有摄片孔，下方安装有拍摄机构；上片机械臂两侧均滑动安装有第一驱动装置驱动的定位托板，机架上分别对应设有第二驱动装置驱动的料筐，定位托板上表面设有若干定位轴，一端安装有插杆；工作台上沿定位托板的滑动方向还依次设有载具抬升机构、料盘取盖机构、自动上螺丝机构、螺丝供料器和上片机械臂，且料盘取盖机构与载具抬升机构对应设置，螺丝供料器与自动上螺丝机构对应设置。本发明能够实现晶圆的自动上片，上片效率大大提高，且有效避免了在上片过程中意外划伤晶圆现象的发生。

Description

一种晶圆自动上片装置

技术领域

本发明涉及晶圆上片技术领域，尤其涉及一种晶圆自动上片装置。

背景技术

晶圆是指制作硅半导体积体电路所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。晶圆在生产加工过程中，依据加工工艺需求，需要进行晶圆的ICP刻蚀加工，ICP刻蚀工艺前，通常需要将晶圆排列放置到料盘内，此过程称为晶圆的上片，以便于在刻蚀加工时，将承载有晶圆的整个料盘放入等离子刻蚀机中进行刻蚀加工。

目前，晶圆于料盘内的上片操作，通常由人工完成，上片工人搬运料盘至上片工位后，需要将花篮内的晶圆一片片的放置到料盘内，且于料盘内放置时，需满足特定的放置角度的需求，否则无法将晶圆精确的放置到料盘的晶圆放置槽内，从而大大增加了工人的上片难度，不但劳动强度大，上片效率低，且在上片过程中，由于上片人员操作不细心等各种主观原因，易划伤晶圆，导致晶圆直接报废或降级处理，直接影响晶圆的生产质量及产品合格率，此外，由于无专门用于储放料盘的料仓，料盘放置杂乱，无法对上片后的料盘及料盘内晶圆进行有效定位，继而难以实现后续对单片晶圆的精确查找。因此，开发一种晶圆自动上片装置，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。

发明内容

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种晶圆自动上片装置，以解决目前人工进行晶圆上片劳动强度大，上片效率低，易划伤晶圆、影响晶圆质量，且不便后续对上片后晶圆精确查找的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种晶圆自动上片装置，包括机架，所述机架具有一工作台，所述工作台上设有一上片机械臂，所述上片机械臂的执行端设有晶圆取放机构，所述工作台上还设有与所述上片机械臂对应设置的晶圆定位台，所述工作台上于所述晶圆定位台和所述上片机械臂之间开设有一摄片孔，且所述工作台下方固定安装有与所述摄片孔对应设置的拍摄机构；

所述上片机械臂的两侧沿水平方向均滑动安装有第一驱动装置驱动的定位托板，所述定位托板的行程一端分别对应设有料筐，所述料筐分别由第二驱动装置驱动、且均沿竖直方向滑动安装于所述机架上，所述料筐两内侧均设有若干载具托板，且若干所述载具托板两两对应设置，对应设置的两所述载具托板间形成用以放置上片载具的放置位，所述定位托板的上表面设有若干用以实现上片载具定位放置的定位轴，所述定位托板靠近所述料筐的一端底部固定安装有用以取放上片载具的插杆；

所述工作台上沿所述定位托板的滑动方向还依次设有载具抬升机构、料盘取盖机构、自动上螺丝机构和螺丝供料器，所述载具抬升机构靠近所述料筐设置，所述料盘取盖机构和所述自动上螺丝机构均位于所述定位托板的上方，且所述料盘取盖机构与所述载具抬升机构对应设置，所述螺丝供料器位于所述定位托板一侧，且与所述自动上螺丝机构对应设置。

作为一种改进的技术方案，所述第一驱动装置包括固定安装于所述工作台上的第一电缸，所述工作台上还固定安装有与所述第一电缸平行设置的导轨，所述导轨上滑动安装有滑块，所述定位托板与所述滑块、所述第一电缸的滑板固定连接。

作为一种改进的技术方案，所述工作台上还设有用以实现所述导轨平行调节的调节机构，所述调节机构包括固定块和调节螺栓，所述固定块设有三个，且均固定安装于所述工作台上，其中两所述固定块分别位于所述导轨的一侧两端，另外一所述固定块位于所述导轨的另一侧中间位置，所述调节螺栓分别螺纹配合安装于所述固定块上，且所述调节螺栓的螺纹端抵靠所述导轨设置。

作为一种改进的技术方案，所述第一电缸的一侧还设有若干U型光电开关，所述定位托板的底部固定安装有便于所述U型光电开关检测的到位检测片。

作为一种改进的技术方案，所述机架上固定安装有若干轴套，所述轴套下方设有滑杆安装板，所述滑杆安装板上固定安装有若干与所述轴套对应设置的导向滑杆，所述导向滑杆贯穿所述轴套，且顶端分别与所述料筐固定连接。

作为一种改进的技术方案，所述第二驱动装置包括电动推缸，所述电动推缸固定安装于所述机架上，且所述电动推缸的推杆顶端与所述料筐固定连接。

作为一种改进的技术方案，所述载具托板靠近所述定位托板的一端固定安装有限位挡块。

作为一种改进的技术方案，所述料筐远离所述定位托板的一端设有两光电开关，两所述光电开关分别于所述料筐的顶部和底部对应设置。

作为一种改进的技术方案，所述料筐一端的侧边位置还设有若干按钮指示开关，所述按钮指示开关分别与所述载具托板对应设置。

作为一种改进的技术方案，所述上片载具包括托盘和卡装于所述托盘内的料盘，所述托盘上设有若干用以实现所述料盘定位的定位销以及用以实现所述料盘固定的夹持机构，所述托盘上还开设有便于将所述料盘从所述托盘内顶出的起盘孔，所述上片载具通过所述托盘滑动安装于对应设置的两所述载具托板之间。

作为一种改进的技术方案，所述托盘的边角位置处均开设有与所述定位轴相对应的托盘定位孔，所述托盘的一侧开设有与所述料盘相适配的容纳槽，所述容纳槽的槽壁沿周向均匀开设有若干第一定位槽，所述定位销分别插装于所述第一定位槽内。

作为一种改进的技术方案，所述料盘包括载片板和适配盖合于所述载片板上的盖板，所述载片板上均匀开设有若干用以放置晶圆的晶圆放置槽，且所述载片板的外周壁开设有与所述第一定位槽对应设置的第二定位槽，所述载片板通过所述第二定位槽、所述定位销定位卡装于所述容纳槽内，且所述载片板上开设有盖板定位孔，所述盖板上具有与所述晶圆放置槽对应设置的压沿以及与所述盖板定位孔对应设置的定位凸起，所述盖板通过所述定位凸起、所述盖板定位孔适配盖合于所述载片板上。

作为一种改进的技术方案，所述夹持机构分别沿所述容纳槽的周向排列设置，所述夹持机构包括锁紧块、压缩弹簧和压片，所述托盘上开设有与所述容纳槽相接的安装槽，所述安装槽低于所述容纳槽设置，与所述容纳槽形成用以实现所述锁紧块滑动限位的限位挡沿，所述锁紧块滑动安装于所述安装槽内，且所述锁紧块靠近所述容纳槽的一端顶部为倾斜面结构，所述压缩弹簧位于所述锁紧块与所述托盘之间，所述压片固定安装于所述托盘上，且与所述安装槽形成容纳所述锁紧块和所述压缩弹簧的腔体，在所述压缩弹簧的作用下，所述锁紧块靠近所述容纳槽的一端延伸至所述容纳槽内。

作为一种改进的技术方案，所述托盘的中间位置开设有通气孔，所述容纳槽的底面开设有泄压槽。

作为一种改进的技术方案，所述载具抬升机构包括抬升气缸，所述工作台上固定安装有两个第一安装座，两所述第一安装座分别于所述定位托板的两侧对应设置，所述抬升气缸分别固定安装于所述第一安装座的相对一侧，所述抬升气缸的滑台上固定安装有T形安装板，所述T形安装板的顶部固定安装有载具托杆，两所述载具托杆对应设置。

作为一种改进的技术方案，所述料盘取盖机构包括第二电缸，所述工作台上固定安装有一安装架，所述第二电缸竖直固定安装于所述安装架的横梁上，且于所述安装架朝向所述第一安装座的一侧设置，所述第二电缸的滑板固定安装有第一吸盘安装板，所述第一吸盘安装板的底端固定安装有盖板吸盘，所述盖板吸盘的上表面靠近所述料筐位置固定安装有扫码器，所述盖板吸盘的底面沿周向均匀设有若干吸嘴。

作为一种改进的技术方案，所述第二电缸的两侧还分别设有拉伸弹簧，所述安装架上固定安装有用以实现所述拉伸弹簧挂装的第一挂杆，所述盖板吸盘上固定安装有用以实现所述拉伸弹簧挂装的第二挂杆，所述第一挂杆和所述第二挂杆的挂装端对应设置，所述拉伸弹簧分别位于对应设置的所述第一挂杆和所述第二挂杆间，且所述拉伸弹簧的两端分别挂装于所述第一挂杆和所述第二挂杆的挂装端。

作为一种改进的技术方案，所述载具抬升机构与所述料盘取盖机构之间还设有用以防止料盘盖板掉落的盖板防掉机构，所述盖板防掉机构包括分别固定安装于所述第一安装座顶部的伸缩气缸，且两所述伸缩气缸分别于所述第一安装座相对的一侧设置，所述伸缩气缸的活塞轴末端固定安装有盖板托板，两所述盖板托板对应设置，且处于上片状态时，两所述盖板托板的间距与料盘盖板的外径相适配。

作为一种改进的技术方案，所述自动上螺丝机构包括水平固定安装于所述安装架横梁另一侧的第三电缸，所述第三电缸的滑板上竖直固定安装有第四电缸，所述第四电缸的滑板上固定安装有电批，所述电批与所述螺丝供料器对应设置。

作为一种改进的技术方案，所述晶圆取放机构包括固定安装于所述上片机械臂转杆底端的固定座，所述固定座的一侧固定安装有光电传感器，所述固定座的另一侧固定安装有侧板，所述侧板上沿竖直方向滑动安装有第二吸盘安装板，所述第二吸盘安装板的底部固定安装有伯努利吸盘，且所述第二吸盘安装板与所述固定座间设有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的两端分别与所述第二吸盘安装板、所述固定座相连。

作为一种改进的技术方案，所述拍摄机构包括相机，所述工作台的下方固定安装有第二安装座，所述相机固定安装于所述第二安装座上，且与所述摄片孔对应设置。

作为一种改进的技术方案，所述第二安装座上还固定安装有光源，所述光源位于所述相机与所述摄片孔之间，且与所述摄片孔对应设置；

所述固定座上还固定安装有反光板，且所述反光板位于所述固定座上方。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

（1）该晶圆自动上片装置，各机构配合动作，通过料筐实现上片载具的储放，通过插杆实现上片载具于料筐内的取放，通过定位托板实现上片载具的定位放置及输送，通过料盘取盖机构实现盖板的提放，通过上片机械臂实现晶圆于料盘内的装盘，通过自动上螺丝机构和螺丝供料器实现装盘后盖板的固定，最后将装载有晶圆的上片载具再原位放回料筐内，实现晶圆的一体化自动上片；相较传统的人工进行晶圆上片的上片方式，实现了人工劳动力的有效替代，不但能够确保晶圆于料盘内精准角度、位置的放置，上片效率大大提高，且有效避免了在上片过程中意外划伤晶圆现象的发生，确保晶圆上片过程中晶圆质量及合格率不受影响。

（2）设有的轴套及导向滑杆，导向滑杆于轴套内限位滑动，确保料筐于竖直方向上的平稳升降，电动推缸的驱动作用下，实现料筐升降；料筐设有的载具托板及载具托板上固定安装有的限位挡块，放置空上片载具时，将上片载具沿着两个载具托板形成的托轨推入，至上片载具抵靠限位挡块即可，需要取出上片完成后的上片载具时，直接将上片载具从料筐内抽出即可，取放操作简单方便。

（3）料筐一侧设有的按钮指示开关，当将空上片载具于料筐内放置后，按下相对应的按钮指示开关，控制器接收料位信息，实现对放置的空上片载具的自动上片操作。

（4）料筐一端设有的光电开光，用以检测上片载具放置到位与否，若上片载具放置不到位，端部露出至料筐外，光电开关检测到上片载具，则为放置不到位，以提示工作人员重新放置，通过光电开关对上片载具放置的检测，确保上片载具放置到位，进而确保插杆能够精确取到上片载具。

（5）料盘卡装于托盘内形成的该上片载具，料盘不但实现了于托盘内的精准定位及牢固卡装，且卡装及取出操作简单方便；托盘边角位置处开设有的托盘定位孔，为晶圆上片时，于定位托板上的定位放置提供了便利，通过第一定位槽安装的定位销，便于料盘于托盘内放置时的定位，防止料盘转动，夹持机构实现料盘的卡紧固定，能够防止料盘脱出，托盘上开设的起盘孔，晶圆于料盘内上片完成后，便于将料盘从托盘内顶出。

（7）托盘上设有的该夹持机构，安装槽低于容纳槽，确保锁紧块不会滑出，料盘卡装于容纳槽内后，锁紧块在压缩弹簧的作用下，始终对料盘施加一夹持力，确保料盘不会轻易从托盘内脱出，同时也不会对料盘造成夹持损伤，且当沿料盘轴向施加顶出力时，能够将料盘顶出，取出操作简单方便。

（8）锁紧块靠近容纳槽的一端顶部设有的倾斜面结构，起到导向作用，为料盘于托盘内的卡装提供了便利，且在卡装的同时，由于倾斜面结构的存在，便于将锁紧块压退。

（9）托盘上开设有的通气孔及泄压槽，在将料盘从容纳槽内取出时，能够避免负压的产生，使得料盘顶出更加容易。

（10）载片板上开设有的第二定位槽，便于料盘于托盘内卡装后的定位；载片板上开设的盖板定位孔以及盖板上具有的相对应的定位凸起，实现了盖板于载片板上盖合时的定位，确保盖板盖合到载片板上后，盖板上的沉孔与载片板上的螺栓孔一一对应，便于后续自动上螺丝机构对盖板进行精确的上螺丝固定。

（12）盖板上具有的与晶圆放置槽对应设置的压沿，盖板盖合并固定后，压沿贴靠晶圆，能够避免晶圆在料盘内的晃动，确保后续的蚀刻加工工艺不受影响。

（13）定位托板端部固定安装有的插杆，便于于料筐内进行上片载具的取放；定位托板上设有的定位轴，为上片载具于定位托板上的定位放置提供了便利，确保上片载具在上片及输送过程中不会发生位置偏移，为晶圆的精准放片提供了可靠保障。

（14）设有的调节机构，通过旋拧调节螺栓可实现对导轨的微调，使得导轨与第一电缸间的平行调节操作简单方便。

（15）安装有的U型光电开关及到位检测片，U型光电开关通过对到位检测片的检测实现对定位托板位置的检测，确保定位托板滑动到位的准确性。

（16）盖板吸盘上固定安装有的扫码器，在取放上片载具时，能够对上片载具进行扫码识别，实现对各料盘及料盘内晶圆的有效定位，便于后续对上片后晶圆的精确查找。

（17）第二电缸两侧设有的拉伸弹簧，通过拉伸弹簧实现盖板吸盘与安装架之间的挂装连接，在拉伸弹簧的拉力作用下，能够一定程度上抵消盖板吸盘的重力，使得对盖板吸盘的升降驱动更加省力，小功率电缸即可实现，满足了节能降耗的需求。

（18）设有的该盖板防掉机构，盖板吸盘将料盘的盖板吸起后，伸缩气缸驱动盖板托板伸出至盖板下方，在晶圆上片过程中，确保当吸嘴的供气装置发生意外故障时，避免吸住的盖板掉落。

（19）设有的自动上螺丝机构，通过电批从螺丝供料器取螺丝，并在第一电缸对定位托板的位移驱动、以及在第三电缸、第四电缸对电批的位移驱动配合下，将螺丝精确放置到各安装位置并旋拧固定，大大提高了盖板的安装固定效率。

（20）设有的该晶圆取放机构，伯努利吸盘耗气量低且吸附力大，与晶圆存在微小间隙时也能够将晶圆吸起，能够最大限度的减少与晶圆的接触，且对晶圆抓取柔和，第二吸盘安装板与固定座间设有的缓冲弹簧，起到取晶圆时的缓冲作用，有效避免了抓取晶圆时对晶圆的损伤。

（21）固定座上安装有的光电传感器，能够检测是否吸到晶圆，避免因未吸取到晶圆而导致的放片缺失现象的发生。

（22）设有的该拍摄机构，上片机械臂通过晶圆取放机构取到晶圆后，将晶圆移动到摄片孔位置处，通过相机拍摄所取晶圆信息，与模板晶圆相对比，并通过上片机械臂进行相应的角度旋转，从而确保能够精确的放置到料盘内，满足晶圆所需特定角度排列放置的需求。

（23）设有的光源及反光板，确保相机有更合适的曝光度，使得相机对所取晶圆的拍摄画面更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的另一立体结构示意图；

图3为本发明料筐部分的结构示意图；

图4为本发明上片载具的结构示意图；

图5为本发明上片载具上片时的结构示意图；

图6为本发明托盘的结构示意图；

图7为本发明夹持机构的结构示意图；

图8为本发明料盘的结构示意图；

图9为本发明盖板的结构示意图；

图10为本发明上片部分的结构示意图；

图11为本发明上片部分的另一立体结构示意图；

图12为本发明定位托板的安装结构示意图；

图13为本发明安装架部分的结构示意图；

图14为本发明载具抬升机构和盖板防掉机构的结构示意图；

图15为本发明晶圆取放机构的结构示意图；

图16为本发明拍摄机构的结构示意图；

附图标记：1-机架；101-摄片孔；2-上片机械臂；3-晶圆定位台；4-第一电缸；5-导轨；6-滑块；7-定位托板；701-定位轴；8-插杆；9-固定块；10-调节螺栓；11-U型光电开关；12-料筐；1201-载具托板；1202-按钮指示开关；1203-光电开关；13-轴套；14-滑杆安装板；15-导向滑杆；16-电动推缸；17-托盘；1701-容纳槽；1702-第一定位槽；1703-安装槽；1704-锁紧块；1705-压缩弹簧；1706-压片；1707-起盘孔；1708-通气孔；1709-泄压槽；1710-托盘定位孔；18-载片板；1801-第二定位槽；1802-晶圆放置槽；1803-盖板定位孔；19-盖板；1901-压沿；1902-定位凸起；20-第一安装座；21-抬升气缸；22-T形安装板；23-载具托杆；24-安装架；25-第二电缸；26-第一吸盘安装板；27-盖板吸盘；28-扫码器；29-吸嘴；30-第一挂杆；31-第二挂杆；32-拉伸弹簧；33-伸缩气缸；34-盖板托板；35-第三电缸；36-第四电缸；37-电批；38-螺丝供料器；39-固定座；40-侧板；41-第二吸盘安装板；42-伯努利吸盘；43-缓冲弹簧；44-光电传感器；45-第二安装座；46-相机；47-光源；48-反光板。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

如图1至图3、图10至图12共同所示，本实施例提供了一种晶圆自动上片装置，包括机架1，机架1具有一工作台，工作台上设有一上片机械臂2，上片机械臂2的执行端设有晶圆取放机构，工作台上还设有与上片机械臂2对应设置的晶圆定位台3，晶圆定位台3实现对放置晶圆的定位，便于上片机械臂2精确取放晶圆，工作台上于晶圆定位台3和上片机械臂2之间开设有一摄片孔101，且工作台下方固定安装有与摄片孔101对应设置的拍摄机构；本实施例中，上片机械臂2可选用市售的四自由度机械臂，在此不作赘述。

上片机械臂2的两侧沿水平方向均滑动安装有第一驱动装置驱动的定位托板7，定位托板7的行程一端分别对应设有料筐12，料筐12分别由第二驱动装置驱动、且均沿竖直方向滑动安装于机架1上，料筐12两内侧均设有若干载具托板1201，且若干载具托板1201两两对应设置，对应设置的两载具托板1201间形成用以放置上片载具的放置位，定位托板7的上表面设有若干用以实现上片载具定位放置的定位轴701，定位托板7靠近料筐12的一端底部固定安装有用以取放上片载具的插杆8；定位托板7端部固定安装有的插杆8，便于于料筐12内进行上片载具的取放，定位托板7上设有的定位轴701，为上片载具于定位托板7上的定位放置提供了便利，确保上片载具在上片及输送过程中不会发生位置偏移，为晶圆的精准放片提供了可靠保障。

工作台上沿定位托板7的滑动方向还依次设有载具抬升机构、料盘取盖机构、自动上螺丝机构和螺丝供料器38，载具抬升机构靠近料筐12设置，料盘取盖机构和自动上螺丝机构均位于定位托板7的上方，且料盘取盖机构与载具抬升机构对应设置，螺丝供料器38位于定位托板7一侧，且与自动上螺丝机构对应设置。

如图12所示，第一驱动装置包括固定安装于工作台上的第一电缸4，工作台上还固定安装有与第一电缸4平行设置的导轨5，导轨5上滑动安装有滑块6，定位托板7与滑块6、第一电缸4的滑板固定连接。

为便于导轨5安装时调节至与第一电缸4相平行，工作台上还设有用以实现导轨5平行调节的调节机构，调节机构包括固定块9和调节螺栓10，固定块9设有三个，且均固定安装于工作台上，其中两固定块9分别位于导轨5的一侧两端，另外一固定块9位于导轨5的另一侧中间位置，调节螺栓10分别螺纹配合安装于固定块9上，且调节螺栓10的螺纹端抵靠导轨5设置；设有的调节机构，通过旋拧调节螺栓10可实现对导轨5的微调，使得导轨5与第一电缸4间的平行调节操作简单方便。

第一电缸4的一侧还设有若干U型光电开关11，定位托板7的底部固定安装有便于U型光电开关11检测的到位检测片，本实施例中，到位检测片未在附图中示出；安装有的U型光电开关11及到位检测片，U型光电开关11通过对到位检测片的检测实现对定位托板7位置的检测，确保定位托板7滑动到位的准确性。本实施例中，U型光电开关11设有三个，其中两个靠近第一电缸4的电机一端相邻安装，另外一个位于第一电缸4的另一端安装，靠近电机安装的一个U型光电开关11，确保定位托板7在有效行程内滑动，不会撞击到第一电缸4的电机，当该U型光电开关11检测到定位托板7底部安装的到位检测片时，第一电缸4急停，避免定位托板7继续滑动，另外两个U型光电开关11，分别为定位托板7行程两端的原点位。

如图3所示，为实现料筐12于竖直方向上的升降滑动，机架1上固定安装有若干轴套13，轴套13下方设有滑杆安装板14，滑杆安装板14上固定安装有若干与轴套13对应设置的导向滑杆15，导向滑杆15贯穿轴套13，且顶端分别与料筐12固定连接。设有的轴套13及导向滑杆15，导向滑杆15于轴套13内限位滑动，确保料筐12于竖直方向上的平稳升降。

第二驱动装置包括电动推缸16，电动推缸16固定安装于机架1上，且电动推缸16的推杆顶端与料筐12固定连接；本实施例中，电动推缸16的推杆与料筐12的底部中间位置固定连接，电动推缸16工作，在电动推缸16驱动下，实现料筐12升降。

本实施例中，载具托板1201靠近定位托板7的一端固定安装有限位挡块。

料筐12设有的载具托板1201及载具托板1201上固定安装有的限位挡块，放置空上片载具时，将上片载具沿着两个载具托板1201形成的托轨推入，至上片载具抵靠限位挡块即可，需要取出上片完成后的上片载具时，直接将上片载具从料筐12内抽出即可，取放操作简单方便。

料筐12远离定位托板7的一端设有两光电开关1203，两光电开关1203分别于料筐12的顶部和底部对应设置；设有的光电开光，用以检测上片载具放置到位与否，若上片载具放置不到位，端部露出至料筐12外，光电开关1203检测到上片载具，则为放置不到位，以提示工作人员重新放置，通过光电开关1203对上片载具放置的检测，确保上片载具放置到位，进而确保插杆8能够精确取到上片载具。

料筐12一端的侧边位置还设有若干按钮指示开关1202，按钮指示开关1202分别与载具托板1201对应设置；设有的按钮指示开关1202，当将空上片载具于料筐12内放置后，按下相对应的按钮指示开关1202，控制器接收料位信息，实现对放置的空上片载具的自动上片操作。

如图4至图9共同所示，上片载具包括托盘17和卡装于托盘17内的料盘，托盘17上设有若干用以实现料盘定位的定位销以及用以实现料盘固定的夹持机构，托盘17上还开设有便于将料盘从托盘17内顶出的起盘孔1707，上片载具通过托盘17滑动安装于对应设置的两载具托板1201之间。

托盘17的边角位置处均开设有与定位轴701相对应的托盘定位孔1710，托盘17的一侧开设有与料盘相适配的容纳槽1701，容纳槽1701的槽壁沿周向均匀开设有若干第一定位槽1702，定位销分别插装于第一定位槽1702内，本实施例中，定位销未在附图中示出。

料盘包括载片板18和适配盖合于载片板18上的盖板19，载片板18上均匀开设有若干用以放置晶圆的晶圆放置槽1802，且载片板18的外周壁开设有与第一定位槽1702对应设置的第二定位槽1801，便于料盘于托盘17内卡装后的定位，载片板18通过第二定位槽1801、定位销定位卡装于容纳槽1701内。

为实现放置晶圆后，盖板19于载片板18上的固定，载片板18上开设有若干螺栓孔，盖板19上开设有若干与螺栓孔对应设置的沉孔；本实施例中，载片板18上开设有盖板定位孔1803，盖板19上具有与晶圆放置槽1802对应设置的压沿1901以及与盖板定位孔1803对应设置的定位凸起1902，盖板19通过定位凸起1902、盖板定位孔1803适配盖合于载片板18上。载片板18上开设的盖板定位孔1803以及盖板19上具有的相对应的定位凸起1902，实现了盖板19于载片板18上盖合时的定位，确保盖板19盖合到载片板18上后，盖板19上的沉孔与载片板18上的螺栓孔一一对应，便于后续自动上螺丝机构对盖板19进行精确的上螺丝固定，盖板19上具有的与晶圆放置槽1802对应设置的压沿1901，盖板19盖合并固定后，压沿1901贴靠晶圆，能够避免晶圆在料盘内的晃动，确保后续的蚀刻加工工艺不受影响。

夹持机构分别沿容纳槽1701的周向排列设置，夹持机构包括锁紧块1704、压缩弹簧1705和压片1706，托盘17上开设有与容纳槽1701相接的安装槽1703，安装槽1703低于容纳槽1701设置，与容纳槽1701形成用以实现锁紧块1704滑动限位的限位挡沿，锁紧块1704滑动安装于安装槽1703内，且锁紧块1704靠近容纳槽1701的一端顶部为倾斜面结构，压缩弹簧1705位于锁紧块1704与托盘17之间，压片1706固定安装于托盘17上，且与安装槽1703形成容纳锁紧块1704和压缩弹簧1705的腔体，在压缩弹簧1705的作用下，锁紧块1704靠近容纳槽1701的一端延伸至容纳槽1701内；托盘17上设有的该夹持机构，安装槽1703低于容纳槽1701，确保锁紧块1704不会滑出，料盘卡装于容纳槽1701内后，锁紧块1704在压缩弹簧1705的作用下，始终对料盘施加一夹持力，确保料盘不会轻易从托盘17内脱出，同时也不会对料盘造成夹持损伤，且当沿料盘轴向施加顶出力时，能够将料盘顶出，取出操作简单方便，锁紧块1704靠近容纳槽1701的一端顶部设有的倾斜面结构，起到导向作用，为料盘于托盘17内的卡装提供了便利，且在卡装的同时，由于倾斜面结构的存在，便于将锁紧块1704压退。

本实施例中，托盘17的中间位置开设有通气孔1708，容纳槽1701的底面开设有泄压槽1709，托盘17上开设有的通气孔1708及泄压槽1709，在将料盘从容纳槽1701内取出时，能够避免负压的产生，使得料盘顶出更加容易。

料盘卡装于托盘17内形成的该上片载具，料盘不但实现了于托盘17内的精准定位及牢固卡装，且卡装及取出操作简单方便；托盘17边角位置处开设有的托盘定位孔1710，为晶圆上片时，于定位托板7上的定位放置提供了便利，通过第一定位槽1702安装的定位销，便于料盘于托盘17内放置时的定位，防止料盘转动，夹持机构实现料盘的卡紧固定，能够防止料盘脱出，托盘17上开设的起盘孔1707，晶圆于料盘内上片完成后，便于将料盘从托盘17内顶出。

如图10至图14共同所示，载具抬升机构包括抬升气缸21，工作台上固定安装有两个第一安装座20，两个第一安装座20分别于定位托板7的两侧对应设置，抬升气缸21分别固定安装于第一安装座20的相对一侧，抬升气缸21的滑台上固定安装有T形安装板22，T形安装板22的顶部固定安装有载具托杆23，两个载具托杆23对应设置，且两个载具托杆23间具有与上片载具宽度相适配的间距，抬升气缸21动作，驱动载具托杆23上下运动，实现对上片载具的举升及下放。

料盘取盖机构包括第二电缸25，工作台上固定安装有一安装架24，安装架24横跨第一电缸4和导轨5，第二电缸25竖直固定安装于安装架24的横梁上，且于安装架24朝向第一安装座20的一侧设置，第二电缸25的滑板固定安装有第一吸盘安装板26，第一吸盘安装板26的底端固定安装有盖板吸盘27，盖板吸盘27的底面沿周向均匀设有若干吸嘴29，吸嘴29与供气装置连通，实现对盖板19的吸放。

本实施例中，各上片载具的料盘上均设有编码，盖板吸盘27的上表面靠近料筐12位置固定安装有扫码器28，扫码器28可选用市售的得利捷智能扫码器28，在取放上片载具时，能够对上片载具进行扫码识别，实现对各料盘及料盘内晶圆的有效定位，便于后续对上片后晶圆的精确查找。

第二电缸25的两侧还分别设有拉伸弹簧32，安装架24上固定安装有用以实现拉伸弹簧32挂装的第一挂杆30，盖板吸盘27上固定安装有用以实现拉伸弹簧32挂装的第二挂杆31，第一挂杆30和第二挂杆31的挂装端对应设置，且均开设有供拉伸弹簧32挂装的挂装孔，拉伸弹簧32分别位于对应设置的第一挂杆30和第二挂杆31间，且拉伸弹簧32的两端分别通过挂装孔挂装于第一挂杆30和第二挂杆31的挂装端。设有的拉伸弹簧32，通过拉伸弹簧32实现盖板吸盘27与安装架24之间的挂装连接，在拉伸弹簧32的拉力作用下，能够一定程度上抵消盖板吸盘27的重力，使得对盖板吸盘27的升降驱动更加省力，小功率电缸即可实现，满足了节能降耗的需求。

载具抬升机构与料盘取盖机构之间还设有用以防止料盘盖板19掉落的盖板19防掉机构，盖板19防掉机构包括分别固定安装于第一安装座20顶部的伸缩气缸33，且两伸缩气缸33分别于第一安装座20相对的一侧设置，伸缩气缸33的活塞轴末端固定安装有盖板托板34，两盖板托板34对应设置，且处于上片状态时，两盖板托板34的间距与料盘盖板19的外径相适配；设有的该盖板防掉机构，盖板吸盘27将料盘的盖板19吸起后，伸缩气缸33驱动盖板托板34伸出至盖板19下方，在晶圆上片过程中，确保当吸嘴29的供气装置发生意外故障时，避免吸住的盖板19掉落。

自动上螺丝机构包括水平固定安装于安装架24横梁另一侧的第三电缸35，第三电缸35的滑板上竖直固定安装有第四电缸36，第四电缸36的滑板上固定安装有电批37，电批37与螺丝供料器38对应设置；本实施例中，电批37及螺丝供料器38均采用市售产品，为本领域技术人员所共识的，故在此不作赘述。设有的自动上螺丝机构，通过电批37从螺丝供料器38取螺丝，并在第一电缸4对定位托板7的位移驱动、以及在第三电缸35、第四电缸36对电批37的位移驱动配合下，将螺丝精确放置到各安装位置并旋拧固定，大大提高了盖板19的安装固定效率。

如图10和图15共同所示，晶圆取放机构包括固定安装于上片机械臂2转杆底端的固定座39，固定座39的一侧固定安装有光电传感器44，能够检测是否吸到晶圆，避免因未吸取到晶圆而导致的放片缺失现象的发生，固定座39的另一侧固定安装有侧板40，侧板40上沿竖直方向滑动安装有第二吸盘安装板41，第二吸盘安装板41的底部固定安装有伯努利吸盘42，且第二吸盘安装板41与固定座39间设有缓冲弹簧43，缓冲弹簧43的两端分别与第二吸盘安装板41、固定座39相连；本实施例中，侧板40上固定安装有滑轨，第二吸盘安装板41上开设有与滑轨相适配的滑槽，第二吸盘安装板41通过滑槽和滑轨滑动安装于侧板40上。设有的该晶圆取放机构，伯努利吸盘42耗气量低且吸附力大，与晶圆存在微小间隙时也能够将晶圆吸起，能够最大限度的减少与晶圆的接触，且对晶圆抓取柔和，第二吸盘安装板41与固定座39间设有的缓冲弹簧43，起到取晶圆时的缓冲作用，有效避免了抓取晶圆时对晶圆的损伤。

如图16所示，拍摄机构包括相机46，工作台的下方固定安装有第二安装座45，相机46固定安装于第二安装座45上，且与摄片孔101对应设置；设有的该拍摄机构，上片机械臂2通过晶圆取放机构取到晶圆后，将晶圆移动到摄片孔101位置处，通过相机46拍摄所取晶圆信息，与模板晶圆相对比，并通过上片机械臂2进行相应的角度旋转，从而确保能够精确的放置到料盘内，满足晶圆所需特定角度排列放置的需求。

第二安装座45上还固定安装有光源47，光源47位于相机46与摄片孔101之间，且与摄片孔101对应设置，固定座39上还固定安装有反光板48，且反光板48位于固定座39上方；设有的光源47及反光板48，确保相机46有更合适的曝光度，使得相机46对所取晶圆的拍摄画面更加清楚。

该晶圆自动上片装置，通过分别与按钮指示开关1202、光电开关1203、电动推缸16、扫码器28、相机46、第一电缸4、抬升气缸21、伸缩气缸33、第二电缸25、第三电缸35、第四电缸36、上片机械臂2相连的控制器实现各机构的协调控制，控制器可选用市售的PLC控制器，在此不作赘述。

上片时，将上片载具放至料筐12内各放置位，并按下相对应的按钮指示开关1202，第一电缸4驱动定位托板7滑动位移，通过定位托板7端部安装的插杆8插入至待上片载具下方，电动推缸16驱动料筐12下降至插杆8将上片载具托起，上片载具取至插杆8上后，第一电缸4驱动定位托板7滑动，将插杆8上托放的上片载具移动至载具抬升机构对应位置处，然后抬升气缸21驱动载具托杆23将上片载具托举至定位托板7上方，之后第一电缸4驱动定位托板7位移至上片载具正下方，抬升气缸21驱动载具托杆23下降复位，将上片载具放置到定位托板7上，并在定位托板7上设有的定位轴701的作用下，实现上片载具放置后的定位，上片载具于定位托板7上定位放置后，第二电缸25驱动盖板吸盘27下降，通过吸嘴29将料盘的盖板19吸住，并上升复位将盖板19吸起，然后伸缩气缸33驱动盖板托板34伸出，伸出后的盖板托板34位于吸起后盖板19下方，以避免盖板19意外掉落，同时，第一电缸4驱动定位托板7位移，将取下盖板19后的上片载具输送至行程另一端，由上片机械臂2通过晶圆取放机构取放晶圆，将晶圆先移动到摄片孔101位置，通过相机46拍摄所取晶圆信息，与模板晶圆相对比，通过上片机械臂2进行相应的角度旋转后，精确的放置到上片载具内，晶圆放置完毕后，第一电缸4驱动定位托板7将放置完晶圆的上片载具输送至料盘取盖机构，然后伸缩气缸33驱动盖板托板34复位，第二电缸25驱动盖板吸盘27将盖板19重新放置到上片载具上后复位，最后第一电缸4驱动定位托板7将上片载具输送至自动上螺丝机构对应位置处，通过自动上螺丝机构和螺丝供料器38对盖板19进行上螺丝固定，盖板19固定后，第一电缸4驱动定位托板7将上片载具重新输送至载具抬升机构对应位置处，通过抬升机构将上片完成的上片载具抬升后，第一电缸4驱动定位托板7位移至插杆8处于上片载具正下方，抬升电缸驱动载具托杆23将上片载具放置到插杆8上，最终在第一电缸4的驱动下，将上片完成的上片载具原位放置回料筐12内，从而实现晶圆的自动上片；之后电动推缸16驱动料筐12上升/下降一个高度，进行下一个上片载具的上片，上片完成后的上片载具，从料筐12内抽出后，利用顶起工装将装有晶圆的料盘从托盘17内顶出即可，抽出上片完成后的上片载具后，可重新于料筐12内放置新的空上片载具，如此实现晶圆的不间断自动上片。

通过该晶圆自动上片装置进行晶圆的自动上片，各机构配合动作，通过料筐12实现上片载具的储放，通过插杆8实现上片载具于料筐12内的取放，通过定位托板7实现上片载具的定位放置及输送，通过料盘取盖机构实现盖板19的提放，通过上片机械臂2实现晶圆于料盘内的装盘，通过自动上螺丝机构和螺丝供料器38实现装盘后盖板19的固定，最后将装载有晶圆的上片载具再原位放回料筐12内，实现晶圆的一体化自动上片；相较传统的人工进行晶圆上片的上片方式，实现了人工劳动力的有效替代，不但能够确保晶圆于料盘内精准角度、位置的放置，上片效率大大提高，且有效避免了在上片过程中意外划伤晶圆现象的发生，确保晶圆上片过程中晶圆质量及合格率不受影响。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆自动上片装置，包括机架，所述机架具有一工作台，其特征在于：所述工作台上设有一上片机械臂，所述上片机械臂的执行端设有晶圆取放机构，所述工作台上还设有与所述上片机械臂对应设置的晶圆定位台，所述工作台上于所述晶圆定位台和所述上片机械臂之间开设有一摄片孔，且所述工作台下方固定安装有与所述摄片孔对应设置的拍摄机构；

所述上片机械臂的两侧沿水平方向均滑动安装有第一驱动装置驱动的定位托板，所述定位托板的行程一端分别对应设有料筐，所述料筐分别由第二驱动装置驱动、且均沿竖直方向滑动安装于所述机架上，所述料筐两内侧均设有若干载具托板，且若干所述载具托板两两对应设置，对应设置的两所述载具托板间形成用以放置上片载具的放置位，所述定位托板的上表面设有若干用以实现上片载具定位放置的定位轴，所述定位托板靠近所述料筐的一端底部固定安装有用以取放上片载具的插杆；

所述工作台上沿所述定位托板的滑动方向还依次设有载具抬升机构、料盘取盖机构、自动上螺丝机构和螺丝供料器，所述载具抬升机构靠近所述料筐设置，所述料盘取盖机构和所述自动上螺丝机构均位于所述定位托板的上方，且所述料盘取盖机构与所述载具抬升机构对应设置，所述螺丝供料器位于所述定位托板一侧，且与所述自动上螺丝机构对应设置。

2.如权利要求1所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述料筐远离所述定位托板的一端设有两光电开关，两所述光电开关分别于所述料筐的顶部和底部对应设置；

所述料筐一端的侧边位置还设有若干按钮指示开关，所述按钮指示开关分别与所述载具托板对应设置。

3.如权利要求2所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述上片载具包括托盘和卡装于所述托盘内的料盘，所述托盘上设有若干用以实现所述料盘定位的定位销以及用以实现所述料盘固定的夹持机构，所述托盘上还开设有便于将所述料盘从所述托盘内顶出的起盘孔，所述上片载具通过所述托盘滑动安装于对应设置的两所述载具托板之间；

所述托盘的边角位置处均开设有与所述定位轴相对应的托盘定位孔，所述托盘的一侧开设有与所述料盘相适配的容纳槽，所述容纳槽的槽壁沿周向均匀开设有若干第一定位槽，所述定位销分别插装于所述第一定位槽内；

所述料盘包括载片板和适配盖合于所述载片板上的盖板，所述载片板上均匀开设有若干用以放置晶圆的晶圆放置槽，且所述载片板的外周壁开设有与所述第一定位槽对应设置的第二定位槽，所述载片板通过所述第二定位槽、所述定位销定位卡装于所述容纳槽内，且所述载片板上开设有盖板定位孔，所述盖板上具有与所述晶圆放置槽对应设置的压沿以及与所述盖板定位孔对应设置的定位凸起，所述盖板通过所述定位凸起、所述盖板定位孔适配盖合于所述载片板上。

4.如权利要求3所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述夹持机构分别沿所述容纳槽的周向排列设置，所述夹持机构包括锁紧块、压缩弹簧和压片，所述托盘上开设有与所述容纳槽相接的安装槽，所述安装槽低于所述容纳槽设置，所述锁紧块滑动安装于所述安装槽内，且所述锁紧块靠近所述容纳槽的一端顶部为倾斜面结构，所述压缩弹簧位于所述锁紧块与所述托盘之间，所述压片固定安装于所述托盘上，且与所述安装槽形成容纳所述锁紧块和所述压缩弹簧的腔体，在所述压缩弹簧的作用下，所述锁紧块靠近所述容纳槽的一端延伸至所述容纳槽内。

5.如权利要求4所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述载具抬升机构包括抬升气缸，所述工作台上固定安装有两个第一安装座，两所述第一安装座分别于所述定位托板的两侧对应设置，所述抬升气缸分别固定安装于所述第一安装座的相对一侧，所述抬升气缸的滑台上固定安装有T形安装板，所述T形安装板的顶部固定安装有载具托杆，两所述载具托杆对应设置。

6.如权利要求5所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述料盘取盖机构包括第二电缸，所述工作台上固定安装有一安装架，所述第二电缸竖直固定安装于所述安装架的横梁上，且于所述安装架朝向所述第一安装座的一侧设置，所述第二电缸的滑板固定安装有第一吸盘安装板，所述第一吸盘安装板的底端固定安装有盖板吸盘，所述盖板吸盘的上表面靠近所述料筐位置固定安装有扫码器，所述盖板吸盘的底面沿周向均匀设有若干吸嘴；

所述第二电缸的两侧还分别设有拉伸弹簧，所述安装架上固定安装有用以实现所述拉伸弹簧挂装的第一挂杆，所述盖板吸盘上固定安装有用以实现所述拉伸弹簧挂装的第二挂杆，所述第一挂杆和所述第二挂杆的挂装端对应设置，所述拉伸弹簧分别位于对应设置的所述第一挂杆和所述第二挂杆间，且所述拉伸弹簧的两端分别挂装于所述第一挂杆和所述第二挂杆的挂装端。

7.如权利要求6所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述载具抬升机构与所述料盘取盖机构之间还设有用以防止料盘盖板掉落的盖板防掉机构，所述盖板防掉机构包括分别固定安装于所述第一安装座顶部的伸缩气缸，且两所述伸缩气缸分别于所述第一安装座相对的一侧设置，所述伸缩气缸的活塞轴末端固定安装有盖板托板，两所述盖板托板对应设置，且处于上片状态时，两所述盖板托板的间距与料盘盖板的外径相适配。

8.如权利要求7所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述自动上螺丝机构包括水平固定安装于所述安装架横梁另一侧的第三电缸，所述第三电缸的滑板上竖直固定安装有第四电缸，所述第四电缸的滑板上固定安装有电批，所述电批与所述螺丝供料器对应设置。

9.如权利要求1-8任一项所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述晶圆取放机构包括固定安装于所述上片机械臂转杆底端的固定座，所述固定座的一侧固定安装有光电传感器，所述固定座的另一侧固定安装有侧板，所述侧板上沿竖直方向滑动安装有第二吸盘安装板，所述第二吸盘安装板的底部固定安装有伯努利吸盘，且所述第二吸盘安装板与所述固定座间设有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的两端分别与所述第二吸盘安装板、所述固定座相连。

10.如权利要求9所述的晶圆自动上片装置，其特征在于：所述拍摄机构包括相机，所述工作台的下方固定安装有第二安装座，所述相机固定安装于所述第二安装座上，且与所述摄片孔对应设置；

所述第二安装座上还固定安装有光源，所述光源位于所述相机与所述摄片孔之间，且与所述摄片孔对应设置；

所述固定座上还固定安装有反光板，且所述反光板位于所述固定座上方。

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