CN111739828A - 一种晶圆自动刷片机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶圆生产加工技术领域，提供了一种晶圆自动刷片机，包括机架，机架上具有一工作台，工作台上设有一料架，料架上设有若干花篮放置位，料架中间位置设有晶圆定位机构；工作台上还安装有一机械臂，机械臂的执行端安装有晶圆托板；机械臂的两侧分别设有刷片箱，刷片箱一侧开设有晶圆取放口；工作台下方设有第一驱动装置和第二驱动装置驱动的真空管，真空管顶端安装有伯努利吸盘，工作台上设有第三驱动装置和第四驱动装置驱动的上安装板，上安装板位于刷片箱内的一端转动安装有第五驱动装置驱动的海绵刷头。本发明实现了对晶圆的自动刷洗，刷洗效率大大提高，刷洗更干净彻底且不会对晶圆造成二次污染及划伤，确保晶圆质量及合格率不受影响。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆生产加工技术领域，尤其涉及一种晶圆自动刷片机。
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。随着半导体器件关键尺寸的不断缩小以及新材料的引入，在晶圆的生产加工过程中，对晶圆表面的洁净度要求越来越严苛，通常需要进行多次清洗，以去除晶圆上沾附的污垢及工艺液。
目前，对晶圆的清洗通常分为槽式清洗和单片清洗两种方式；槽式清洗即把晶圆放到清洗槽内清洗，能够同时实现若干晶圆的清洗，具有较高的清洗效率，但对晶圆的清洗效果差，且从晶圆上清洗下来的污染物仍留存在清洗液中，会对晶圆造成二次污染，为避免晶圆的交叉污染，提高晶圆的清洗效果，单片清洗方式正逐渐取代槽式清洗，但目前仍没有专门用于晶圆单片清洗的清洗设备，晶圆的单片刷洗，仍多依靠人工完成，人工刷洗不但效率低，劳动强度大，且由于刷片人员操作不细心等各种原因，易划伤晶圆，导致晶圆直接报废或降级处理，影响晶圆的生产质量及产品合格率。因此，开发一种晶圆自动刷片机，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：提供一种晶圆自动刷片机，以解决目前人工进行晶圆单片刷洗，刷洗效率低，劳动强度大，且易划伤晶圆，影响晶圆质量的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种晶圆自动刷片机，包括机架，所述机架上具有一工作台，所述工作台上设有一料架，所述料架上设有若干花篮放置位，且所述料架的中间位置设有一晶圆定位机构；
所述工作台上还安装有一与所述料架对应设置的机械臂，所述机械臂的执行端安装有晶圆托板，所述晶圆托板的末端具有一晶圆托放部，所述晶圆托放部的上表面开设有吸片孔，所述晶圆托板的内部开设有与所述吸片孔相连通的气道；
所述机械臂的两侧分别设有于所述工作台上固定安装的刷片箱，所述刷片箱和所述料架均于所述机械臂的运动半径内设置，且所述刷片箱朝向所述机械臂的一侧开设有晶圆取放口；
所述工作台下方沿竖直方向滑动安装有第一驱动装置驱动的安装架，所述安装架上转动安装有第二驱动装置驱动的真空管，所述真空管的顶端贯穿所述刷片箱，且安装有用以托放并吸合晶圆的伯努利吸盘，所述工作台上沿水平方向滑动安装有第三驱动装置驱动的下安装板，所述下安装板上沿竖直方向滑动安装有第四驱动装置驱动的上安装板，所述上安装板的一端延伸至所述刷片箱内，且所述上安装板位于所述刷片箱内的一端转动安装有第五驱动装置驱动的转轴，所述转轴的底端固定安装有一海绵刷头，且所述海绵刷头的转向与所述伯努利吸盘的转向相反。
作为一种改进的技术方案，所述料架为圆弧状，且所述料架固定安装于所述工作台上；
所述料架上设有若干花篮定位板，对应设置的所述花篮定位板间形成与所述花篮底部相适配的所述花篮放置位，且所述花篮定位板上均开设有条形孔，所述花篮定位板通过所述条形孔并利用定位螺栓固定安装于所述料架上。
作为一种改进的技术方案，所述料架上还开设有若干安装槽，所述安装槽内安装有用以检测花篮有无的接触式传感器。
作为一种改进的技术方案，所述晶圆定位机构包括固定安装于所述料架上的底板，所述底板的两端部分别固定安装有第一滑台气缸，所述第一滑台气缸的滑台上固定安装有固定板，所述固定板上固定安装有晶圆定位板，且两所述晶圆定位板对应设置，所述晶圆定位板相对的一侧为与晶圆外径相适配的弧面结构；
所述底板上还固定安装有晶圆托放柱和限位板，所述晶圆托放柱位于两所述晶圆定位板中间，靠近所述机械臂设置，且所述晶圆托放柱的顶部承托面与所述晶圆定位板同高度设置，所述限位板位于两所述第一滑台气缸的中间。
作为一种改进的技术方案，所述机械臂的转杆底部固定安装有托板固定座，所述晶圆托板设有两个，两所述晶圆托板均固定安装于所述托板固定座上，且所述晶圆托板的晶圆托放部为与所述晶圆托放柱和所述伯努利吸盘相适配的叉形结构。
作为一种改进的技术方案，所述托板固定座上还固定安装有用以检测花篮中晶圆料况的数字式传感器。
作为一种改进的技术方案，所述刷片箱包括下清洗壳和上防护壳，所述下清洗壳固定安装于所述工作台上，所述上防护壳为透明防护壳，且所述上防护壳适配扣合于所述下清洗壳上。
作为一种改进的技术方案，所述下清洗壳底部设有一隔板，所述隔板将所述下清洗壳分隔为清洗槽和蓄水槽，所述晶圆取放口和所述伯努利吸盘均于所述清洗槽位置处设置，且所述清洗槽和所述蓄水槽的底部均设有排水口。
作为一种改进的技术方案，所述下清洗壳的内壁上还固定安装有两对应设置的挡板，所述挡板位于所述晶圆取放口下方，且两所述挡板间形成与晶圆相适配的过料区。
作为一种改进的技术方案，所述工作台下方固定安装有一安装座，所述第一驱动装置包括第二滑台气缸，所述第二滑台气缸竖直固定安装于所述安装座上，所述安装架固定安装于所述第二滑台气缸的滑台上。
作为一种改进的技术方案，所述第二驱动装置包括固定安装于所述安装架上的吸盘驱动电机，所述吸盘驱动电机的输出轴安装有第一主动齿轮，所述安装架上固定安装有第一轴套，所述真空管转动安装于所述第一轴套内，且所述真空管上固定安装有与所述第一主动齿轮对应设置的第一从动齿轮，所述第一从动齿轮和所述第一主动齿轮间架绕有第一传动带，且所述第一主动齿轮和所述第一从动齿轮通过所述第一传动带传动相连。
作为一种改进的技术方案，所述第三驱动装置包括固定安装于所述工作台上的电缸，所述电缸位于所述刷片箱的另一侧，所述下安装板固定安装于所述电缸的滑板上。
作为一种改进的技术方案，所述下安装板上竖直固定安装有若干导杆，所述上安装板上固定安装有若干与所述导杆对应设置的滑套，所述滑套滑动套装于所述导杆上，所述上安装板通过所述导杆、所述滑套于竖直方向上滑动安装，所述第四驱动装置包括固定安装于所述下安装板上的伸缩气缸，所述伸缩气缸的活塞轴顶端与所述上安装板相连。
作为一种改进的技术方案，所述上安装板和所述下安装板之间还设有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的两端分别挂装于所述上安装板和所述下安装板上。
作为一种改进的技术方案，所述第五驱动装置包括固定安装于所述上安装板上的刷头驱动电机，所述刷头驱动电机的输出轴上安装有第二主动齿轮，所述上安装板的一端固定安装有第二轴套，所述转轴转动安装于所述第二轴套内，且所述转轴上固定安装有与所述第二主动齿轮相对应的第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与所述第二主动齿轮间架绕有第二传动带，且所述第二主动齿轮和所述第二从动齿轮通过所述第二传动带传动相连。
作为一种改进的技术方案，所述上安装板和所述下安装板间还设有用以实现所述海绵刷头高度精调的调节机构，所述调节机构包括垫块和千分尺，所述垫块位于所述上安装板和所述下安装板之间，且固定安装于所述下安装板上，所述千分尺固定安装于所述上安装板上，且与所述垫块对应设置，所述千分尺上还安装有用以实现测量螺杆定位的定位旋钮，处于调节状态时，所述千分尺的测量螺杆底端抵靠所述垫块设置；
所述上安装板上还固定安装有与所述垫块对应设置的液压缓冲器。
作为一种改进的技术方案，所述上安装板上还固定安装有包覆所述第四驱动装置和所述第五驱动装置的防护罩，所述防护罩上固定安装有二流体阀，所述二流体阀上安装有水雾喷头，所述水雾喷头与所述海绵刷头对应设置，且贴靠所述海绵刷头设置。
作为一种改进的技术方案，所述工作台上还固定安装有安装块，所述安装块上安装有两根冲洗水管，两所述冲洗水管贯穿所述刷片箱的壳体，且出水口均靠近所述伯努利吸盘设置。
作为一种改进的技术方案，所述下清洗壳的顶部内侧固定安装有与吸风管道相连通的排气板，所述排气板上开设有若干吸气孔。
作为一种改进的技术方案，该晶圆自动刷片机还包括控制器，所述控制器的输入端分别与所述接触式传感器、所述数字式传感器相连，所述控制器的输出端分别与所述第一滑台气缸、所述机械臂、所述第二滑台气缸、所述吸盘驱动电机、所述电缸、所述伸缩气缸、所述刷头驱动电机相连；
所述机架上还设有分别与所述控制器相连的显示屏和报警装置。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
（1）该晶圆自动刷片机，晶圆放置于料架上的花篮内，机械臂通过晶圆托板实现晶圆取放，将单片晶圆从花篮内取出，放置到晶圆托放柱进行定位后，再由机械臂通过晶圆取放口送至刷片箱内进行晶圆刷片清洗，且于刷片箱内进行晶圆单片刷洗时，通过伯努利吸盘实现晶圆背面的承托、吸合并带动晶圆旋转，通过与伯努利吸盘旋转方向相反的海绵刷头实现对晶圆正面的刷洗，同时在水雾喷头和冲洗水管的作用下，提高对晶圆的刷洗效率及刷洗效果，刷片完成后，最后由机械臂将刷洗干净的晶圆再原位放回至花篮内，从而实现对晶圆的一体化自动刷片；相较传统的人工进行晶圆单片清洗的方式，该晶圆自动刷片机实现了对晶圆的自动刷洗，刷洗效率大大提高，刷洗更干净彻底且不会对晶圆造成二次污染及划伤，确保刷洗过程中晶圆质量及合格率不受影响。
（2）料架呈弧形设置，便于机械臂取放晶圆，花篮定位板形成的与花篮底部相适配的花篮放置位，便于花篮于料架上的精确放置及放置后的定位、限位，且花篮定位板上开设有的条形孔，松开定位螺栓可实现花篮定位板间距的微调，调节后重新锁紧定位螺栓即可，能够适配不同规格的花篮放置，通用性强。
（3）料架上安装有的接触式传感器，能够检测花篮有无，提醒工作人员进行相应位置的花篮放置。
（4）设有的该晶圆定位机构，晶圆放置于晶圆托放柱上，且背面贴靠晶圆托放柱放置，通过两晶圆定位板实现对晶圆的精定位，确保于刷片箱内伯努利吸盘上精准放置，且设有的限位板，能够确保第一滑台气缸滑动至抵靠限位板即停止，避免对晶圆定位过渡可能造成的晶圆损伤。
（5）晶圆托板设有的叉形结构的晶圆托放部，便于于晶圆托放柱和伯努利吸盘上进行晶圆的取放，且晶圆托板设有两个，机械臂实现两个晶圆托板配合，其中一晶圆托板从刷片箱内取走刷片完成的晶圆，另外一晶圆托板将托放有待刷片的另一晶圆再放置到刷片箱内刷片清洗，实现一取一放，从而进一步提高了晶圆的刷片效率。
（6）托板固定座上安装有的数字式传感器，在取花篮内晶圆时，能够对花篮料况进行检测，若检测到花篮内无晶圆后，通过相应的报警装置提醒工作人员进行花篮更换。
（8）设有的该刷片箱，整个晶圆刷洗过程在刷片箱内完成，避免对周围环境造成污染，且透明的上防护壳在实现防护的同时，便于工作人员查看刷洗进程，了解晶圆刷洗状态及设备运行状况。
（9）刷片箱内通过隔板分隔出的蓄水槽，用以盛放刷片液，该装置在不进行晶圆刷片使用时，海绵刷头浸没于蓄水槽的刷片液内，确保海绵刷头保持湿润。
（10）通过真空管安装的伯努利吸盘，在实现晶圆承托放置的同时，在第二驱动装置驱动下，带动晶圆高速旋转，能够有效提高对晶圆的刷洗效果及刷洗效率，伯努利吸盘在负压下实现对晶圆背面的牢固吸合，确保晶圆在刷洗过程中不会掉落及发生位置偏移。
（11）刷片箱内设有的挡板，在晶圆刷洗过程中，能够实现对水雾、冲洗液的有效遮挡，避免从晶圆取放口位置处溅出至刷片箱外。
（12）上安装板通过导杆及滑套滑动安装，滑动平稳可靠，上安装板和下安装板间设有的拉伸弹簧，若伸缩气缸故障，能够下拉上安装板复位，方便实用。
（13）设有的该调节机构，松开定位旋钮，转动千分尺可实现对海绵刷头刷片工作位的高度调节，且调节精度高，能够确保海绵刷头刷洗晶圆时的有效接触而不会对晶圆造成损伤，调节完毕后，重新旋紧定位旋钮可实现当前调节位置的定位固定，调节操作简单方便。
（14）上安装板上安装有的液压缓冲器，能够降低滑动冲击，起到缓冲保护作用。
（15）设有的防护罩，实现对第四驱动装置和第五驱动装置的有效防护，防护罩上安装有的水雾喷头，对晶圆刷洗时，向晶圆喷水雾，配合海绵刷头的旋转，污垢及工艺液更易冲刷掉，能够有效提高对晶圆的刷洗效果。
（16）刷片箱内设有的与吸风管道相连通的排气孔，吸风管道连通至水雾处理装置，对晶圆清洗时，能够通过排气板上开设的吸气孔将刷片箱内的水雾吸出并进行处理排放，避免刷片箱内水雾过多不便观察及可能对晶圆清洗造成影响。
（17）工作台上设有的冲洗水管，对晶圆刷洗时，两根冲洗水管分别对晶圆的正面和背面进行冲洗，进一步提高对晶圆的清洗效果。
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为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明花篮和晶圆定位机构于料架上安装的结构示意图；
图4为本发明料架的部分结构示意图；
图5为本发明晶圆定位机构的结构示意图；
图6为本发明晶圆托板的安装结构示意图；
图7为本发明晶圆刷片部分的结构示意图；
图8为本发明晶圆刷片部分的另一立体结构示意图；
图9为本发明晶圆刷片部分的内部结构示意图；
图10为本发明伯努利吸盘部分和海绵刷头部分配合刷片的结构示意图；
图11为本发明刷片箱的内部结构示意图；
图12为本发明伯努利吸盘驱动部分的结构示意图；
图13为本发明海绵刷头驱动部分的结构示意图；
图14为本发明海绵刷头驱动部分的另一立体结构示意图；
图15为本发明水雾喷头和冲洗水管部分的安装结构示意图；
附图标记：1-机架；101-工作台；102-观察窗；2-料架；201-安装槽；3-花篮定位板；301-条形孔；4-接触式传感器；5-底板；6-晶圆托放柱；7-第一滑台气缸；8-固定板；9-晶圆定位板；10-限位板；11-机械臂；12-托板固定座；13-晶圆托板；1301-晶圆托放部；13011-吸片孔；14-数字式传感器；15-刷片箱；1501-晶圆取放口；1502-隔板；1503-清洗槽；1504-蓄水槽；16-安装座；17-第二滑台气缸；18-安装架；19-第一轴套；20-真空管；21-伯努利吸盘；22-吸盘驱动电机；23-第一主动齿轮；24-第一从动齿轮；25-第一传动带；26-电缸；27-下安装板；28-导杆；29-滑套；30-上安装板；31-拉伸弹簧；32-伸缩气缸；33-第二轴套；34-海绵刷头；35-刷头驱动电机；36-第二主动齿轮；37-第二从动齿轮；38-第二传动带；39-垫块；40-千分尺；41-定位旋钮；42-液压缓冲器；43-防护罩；44-二流体阀；45-水雾喷头；46-排气板；47-吸风管道；48-安装块；49-冲洗水管；50-挡板；51-显示屏；52-报警装置；53-福马轮。
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15共同所示，本实施例提供了一种晶圆自动刷片机，包括机架1，机架1上具有一工作台101，工作台101上设有一料架2，料架2上设有若干花篮放置位，且料架2的中间位置设有一晶圆定位机构。
工作台101上还安装有一与料架2对应设置的机械臂11，机械臂11的执行端安装有晶圆托板13，晶圆托板13的末端具有一晶圆托放部1301，晶圆托放部1301的上表面开设有吸片孔13011，晶圆托板13的内部开设有与吸片孔13011相连通的气道。
机械臂11的两侧分别设有于工作台101上固定安装的刷片箱15，刷片箱15和料架2均于机械臂11的运动半径内设置，且刷片箱15朝向机械臂11的一侧开设有晶圆取放口1501，以便于晶圆于刷片箱15内的取放。
工作台101下方沿竖直方向滑动安装有第一驱动装置驱动的安装架18，安装架18上转动安装有第二驱动装置驱动的真空管20，真空管20的顶端贯穿刷片箱15，且安装有用以托放并吸合晶圆的伯努利吸盘21，工作台101上沿水平方向滑动安装有第三驱动装置驱动的下安装板27，下安装板27上沿竖直方向滑动安装有第四驱动装置驱动的上安装板30，上安装板30的一端延伸至刷片箱15内，且上安装板30位于刷片箱15内的一端转动安装有第五驱动装置驱动的转轴，转轴的底端固定安装有一海绵刷头34，且海绵刷头34的转向与伯努利吸盘21的转向相反。
如图3和图4共同所示，本实施例中，料架2为圆弧状，且料架2固定安装于工作台101上，弧形的料架2，便于机械臂11取放晶圆。
为实现花篮于料架2上的放置，料架2上设有若干花篮定位板3，对应设置的花篮定位板3间形成与花篮底部相适配的花篮放置位，且花篮定位板3上均开设有条形孔301，花篮定位板3通过条形孔301并利用定位螺栓固定安装于料架2上；花篮定位板3形成的与花篮底部相适配的花篮放置位，便于花篮于料架2上的精确放置及放置后的定位、限位，且花篮定位板3上开设有的条形孔301，松开定位螺栓可实现花篮定位板3间距的微调，调节后重新锁紧定位螺栓即可，能够适配不同规格的花篮放置，通用性强。
料架2上还开设有若干安装槽201，安装槽201内安装有用以检测花篮有无的接触式传感器4，能够检测花篮有无，提醒工作人员进行相应位置的花篮放置。
如图3和图5所示，晶圆定位机构包括固定安装于料架2上的底板5，底板5上靠近机械臂11位置固定安装有用以实现晶圆定位时放置的晶圆托放柱6，底板5的两端部分别固定安装有第一滑台气缸7，第一滑台气缸7的滑台上固定安装有固定板8，固定板8上固定安装有晶圆定位板9，且两个晶圆定位板9对应设置，晶圆定位板9相对的一侧为与晶圆外径相适配的弧面结构，晶圆托放柱6位于两晶圆定位板9中间，且晶圆托放柱6的顶部承托面与晶圆定位板9同高度设置。设有的该晶圆定位机构，晶圆放置于晶圆托放柱6上，且背面贴靠晶圆托放柱6放置，通过两个晶圆定位板9实现对晶圆的精定位，确保于刷片箱15内伯努利吸盘上精准放置。
本实施例中，底板5上还固定安装有限位板10，限位板10位于两第一滑台气缸7的中间，能够确保第一滑台气缸7滑动至抵靠限位板10即停止，避免对晶圆定位过渡可能造成的晶圆损伤。
如图1和图6共同所示，机械臂11的转杆底部固定安装有托板固定座12，晶圆托板13设有两个，两晶圆托板13均固定安装于托板固定座12上，且晶圆托板13的晶圆托放部1301为与晶圆托放柱6和伯努利吸盘相适配的叉形结构，便于于晶圆托放柱6和伯努利吸盘21上进行晶圆的取放，且晶圆托板13设有两个，机械臂11实现两个晶圆托板13配合，其中一个晶圆托板13从刷片箱15内取走刷片完成的晶圆，另外一个晶圆托板13将托放有待刷片的另一晶圆再放置到刷片箱15内刷片清洗，实现一取一放，从而进一步提高了晶圆的刷片效率。
本实施例中，托板固定座12上还固定安装有用以检测花篮中晶圆料况的数字式传感器14，在取花篮内晶圆时，能够对花篮料况进行检测，若检测到花篮内无晶圆后，通过相应的报警装置52提醒工作人员进行花篮更换。
如图7至图15共同所示，刷片箱15包括下清洗壳和上防护壳，下清洗壳固定安装于工作台101上，上防护壳为透明防护壳，且上防护壳适配扣合于下清洗壳上，整个晶圆刷洗过程在刷片箱15内完成，避免对周围环境造成污染，且透明的上防护壳在实现防护的同时，便于工作人员查看刷洗进程，了解晶圆刷洗状态及设备运行状况。
下清洗壳底部设有一隔板1502，隔板1502将下清洗壳分隔为清洗槽1503和蓄水槽1504，晶圆取放口1501和伯努利吸盘21均于清洗槽1503位置处设置，且清洗槽1503和蓄水槽1504的底部均设有排水口；刷片箱15内通过隔板1502分隔出的蓄水槽1504，用以盛放刷片液，该装置在不进行晶圆刷片使用时，海绵刷头34浸没于蓄水槽1504的刷片液内，确保海绵刷头34保持湿润。
工作台101下方固定安装有一安装座16，第一驱动装置包括第二滑台气缸17，第二滑台气缸17竖直固定安装于安装座16上，安装架18固定安装于第二滑台气缸17的滑台上，滑台气缸工作，驱动安装座16升降，进而实现伯努利吸盘21的升降。
第二驱动装置包括固定安装于安装架18上的吸盘驱动电机22，吸盘驱动电机22的输出轴安装有第一主动齿轮23，安装架18上固定安装有第一轴套19，真空管20转动安装于第一轴套19内，且真空管20上固定安装有与第一主动齿轮23对应设置的第一从动齿轮24，第一从动齿轮24和第一主动齿轮23间架绕有第一传动带25，且第一主动齿轮23和第一从动齿轮24通过第一传动带25传动相连，吸盘驱动电机22工作，带动真空管20旋转，进而带动伯努利吸盘21旋转。
通过真空管20安装的伯努利吸盘21，在实现晶圆承托放置的同时，在第二驱动装置驱动下，带动晶圆高速旋转，能够有效提高对晶圆的刷洗效果及刷洗效率，伯努利吸盘21在负压下实现对晶圆背面的牢固吸合，确保晶圆在刷洗过程中不会掉落及发生位置偏移。
第三驱动装置包括固定安装于工作台101上的电缸26，电缸26位于刷片箱15的另一侧，下安装板27固定安装于电缸26的滑板上，电缸26工作，带动下安装板27滑动位移。
为实现上安装板30的滑动安装，下安装板27上竖直固定安装有若干导杆28，上安装板30上固定安装有若干与导杆28对应设置的滑套29，滑套29滑动套装于导杆28上，上安装板30通过导杆28、滑套29于竖直方向上滑动安装，且滑动平稳可靠。
第四驱动装置包括固定安装于下安装板27上的伸缩气缸32，伸缩气缸32的活塞轴顶端与上安装板30相连，伸缩气缸32的活塞轴伸缩，带动上安装板30升降。
本实施例中，上安装板30和下安装板27之间还设有拉伸弹簧31，拉伸弹簧31的两端分别挂装于上安装板30和下安装板27上，若伸缩气缸32故障，在拉伸弹簧31作用下，能够下拉上安装板30复位，方便实用。
第五驱动装置包括固定安装于上安装板30上的刷头驱动电机35，刷头驱动电机35的输出轴上安装有第二主动齿轮36，上安装板30的一端固定安装有第二轴套33，转轴转动安装于第二轴套33内，且转轴上固定安装有与第二主动齿轮36相对应的第二从动齿轮37，第二从动齿轮37与第二主动齿轮36间架绕有第二传动带38，且第二主动齿轮36和第二从动齿轮37通过第二传动带38传动相连。刷头驱动电机35工作，带动海绵刷头34旋转，且旋转方向与伯努利吸盘21的旋转方向相反，使得对晶圆的刷洗效果更佳。
上安装板30和下安装板27间还设有用以实现海绵刷头34高度精调的调节机构，调节机构包括垫块39和千分尺40，垫块39位于上安装板30和下安装板27之间，且固定安装于下安装板27上，千分尺40固定安装于上安装板30上，且与垫块39对应设置，千分尺40上还安装有用以实现测量螺杆定位的定位旋钮41，处于调节状态时，千分尺40的测量螺杆底端抵靠垫块39设置；设有的该调节机构，松开定位旋钮41，转动千分尺40可实现对海绵刷头34刷片工作位的高度调节，且调节精度高，能够确保海绵刷头34刷洗晶圆时的有效接触而不会对晶圆造成损伤，调节完毕后，重新旋紧定位旋钮41可实现当前调节位置的定位固定，调节操作简单方便。
本实施例中，上安装板30上还固定安装有与垫块39对应设置的液压缓冲器42，安装有的液压缓冲器42，能够降低滑动冲击，起到缓冲保护作用。
本实施例中，上安装板30上还固定安装有包覆第四驱动装置和第五驱动装置的防护罩43，实现对第四驱动装置和第五驱动装置的有效防护，防护罩43上固定安装有二流体阀44，二流体阀44上安装有水雾喷头45，水雾喷头45与海绵刷头34对应设置，且贴靠海绵刷头34设置，对晶圆刷洗时，向晶圆喷水雾，配合海绵刷头34的旋转，污垢及工艺液更易冲刷掉，能够有效提高对晶圆的刷洗效果。
本实施例中，下清洗壳的顶部内侧固定安装有与吸风管道47相连通的排气板46，排气板46上开设有若干吸气孔，吸风管道47连通至水雾处理装置，对晶圆清洗时，能够通过排气板46上开设的吸气孔将刷片箱15内的水雾吸出并进行处理排放，避免刷片箱15内水雾过多不便观察及可能对晶圆清洗造成影响。
本实施例中，工作台101上还固定安装有安装块48，安装块48上安装有两根冲洗水管49，两冲洗水管49贯穿刷片箱15的壳体，且出水口均靠近伯努利吸盘21设置，对晶圆刷洗时，两根冲洗水管49分别对晶圆的正面和背面进行冲洗，进一步提高对晶圆的清洗效果。
本实施例中，下清洗壳的内壁上还固定安装有两对应设置的挡板50，挡板50位于晶圆取放口1501下方，且两挡板50间形成与晶圆相适配的过料区，海绵刷头34位于两页挡板50形成的过料区正下方，本实施例中，挡板50选用透明玻璃板，在晶圆刷洗过程中，能够实现对水雾、冲洗液的有效遮挡，避免从晶圆取放口1501位置处溅出至刷片箱15外。
该晶圆自动刷片机还包括控制器，控制器的输入端分别与接触式传感器4、数字式传感器14相连，控制器的输出端分别与第一滑台气缸7、机械臂11、第二滑台气缸17、吸盘驱动电机22、电缸26、伸缩气缸32、刷头驱动电机35相连，通过控制器实现各部分的协调控制，控制器可选用市售的PLC控制器，在此不作赘述。
如图1所示，本实施例中，机架1上设有观察窗102，观察窗102为透明玻璃窗，在实现对机架1内部有效密封的同时，便于操作人员观察刷片过程及刷片机工作状态，打开相应的观察窗102可实现对刷片机相应部分的人工操作。
机架1上还设有分别与控制器相连的显示屏51和报警装置52，显示屏51用以显示刷片信息，报警装置52可选用声光报警器，若设备故障，控制器控制报警装置52工作，提醒工位人员及时查看、维修。
本实施例中，机架1底部还安装有福马轮53，福马轮53为该晶圆自动刷片机的移动搬运及放置固定提供了便利。
工作时，机械臂11通过晶圆托板13实现晶圆取放，将单片晶圆从料架2上的花篮内取出，放置到晶圆托放柱6，第一滑台气缸7驱动晶圆定位板9对进行进行定位，定位完成后，第一滑台气缸7驱动晶圆定位板9将晶圆松开，然后再由机械臂11通过晶圆托板13取定位后晶圆，从晶圆取放口1501将待清洗晶圆托入刷片箱15内，第二滑台气缸17工作，驱动伯努利吸盘21上升，将晶圆托起并牢固吸合住，晶圆托板13抽出后，第二滑台气缸17驱动伯努利吸盘21下降复位，然后吸盘驱动电机22驱动伯努利吸盘21旋转，带动待清洗晶圆旋转，刷头驱动电机35驱动海绵刷头34反向旋转，同时水雾喷头45向晶圆喷水雾，冲洗水管49对晶圆正面、背面喷水冲刷，之后电缸26和伸缩气缸32配合动作，驱动海绵刷头34位移至晶圆上方并贴靠到晶面正面，对晶圆刷洗，晶圆刷洗完毕后，电缸26和伸缩气缸32驱动海绵刷头34位移至一侧，吸盘驱动电机22停止工作，待晶圆停转后，第二滑台气缸17工作，驱动伯努利吸盘21上升，最后伯努利吸盘21取消对清洗完毕后晶圆的吸附，晶圆托板13从晶圆取放口1501插入，第二滑台气缸17工作，驱动伯努利吸盘21下降复位，下降过程中，清洗完毕的晶圆重新托放至晶圆托板13上，由晶圆托板13取出，最后由机械臂11将刷片完成的晶圆再原位放回至花篮内，从而完成一片晶圆的刷片，且在晶圆刷洗时，通过两个晶圆托板13实现晶圆的一取一放，如此反复，有序实现对晶圆的单片清洗。
基于上述结构的该晶圆自动刷片机，料架2实现花篮放置，晶圆定位机构实现晶圆定位，机械臂11实现晶圆于花篮、晶圆定位机构和刷片箱15内的取放，通过刷片箱15内的伯努利吸盘21、水雾喷头45、冲洗水管49和海绵刷头34实现对晶圆的刷洗，且由控制器控制各部分协调动作，实现对晶圆的一体化自动刷片加工，相较传统的人工进行晶圆单片清洗的方式，该晶圆自动刷片机实现了对晶圆的自动刷洗，刷洗效率大大提高，刷洗更干净彻底且不会对晶圆造成二次污染及划伤，确保刷洗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)
1.一种晶圆自动刷片机，包括机架，其特征在于：所述机架上具有一工作台，所述工作台上设有一料架，所述料架上设有若干花篮放置位，且所述料架的中间位置设有一晶圆定位机构；
所述工作台上还安装有一与所述料架对应设置的机械臂，所述机械臂的执行端安装有晶圆托板，所述晶圆托板的末端具有一晶圆托放部，所述晶圆托放部的上表面开设有吸片孔，所述晶圆托板的内部开设有与所述吸片孔相连通的气道；
所述机械臂的两侧分别设有于所述工作台上固定安装的刷片箱，所述刷片箱和所述料架均于所述机械臂的运动半径内设置，且所述刷片箱朝向所述机械臂的一侧开设有晶圆取放口；
所述工作台下方沿竖直方向滑动安装有第一驱动装置驱动的安装架，所述安装架上转动安装有第二驱动装置驱动的真空管，所述真空管的顶端贯穿所述刷片箱，且安装有用以托放并吸合晶圆的伯努利吸盘，所述工作台上沿水平方向滑动安装有第三驱动装置驱动的下安装板，所述下安装板上沿竖直方向滑动安装有第四驱动装置驱动的上安装板，所述上安装板的一端延伸至所述刷片箱内，且所述上安装板位于所述刷片箱内的一端转动安装有第五驱动装置驱动的转轴，所述转轴的底端固定安装有一海绵刷头，且所述海绵刷头的转向与所述伯努利吸盘的转向相反。
2.如权利要求1所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：所述料架为圆弧状，且所述料架固定安装于所述工作台上；
所述料架上设有若干花篮定位板，对应设置的所述花篮定位板间形成与所述花篮底部相适配的所述花篮放置位，且所述花篮定位板上均开设有条形孔，所述花篮定位板通过所述条形孔并利用定位螺栓固定安装于所述料架上；
所述料架上还开设有若干安装槽，所述安装槽内安装有用以检测花篮有无的接触式传感器。
3.如权利要求2所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：所述晶圆定位机构包括固定安装于所述料架上的底板，所述底板的两端部分别固定安装有第一滑台气缸，所述第一滑台气缸的滑台上固定安装有固定板，所述固定板上固定安装有晶圆定位板，且两所述晶圆定位板对应设置，所述晶圆定位板相对的一侧为与晶圆外径相适配的弧面结构；
所述底板上还固定安装有晶圆托放柱和限位板，所述晶圆托放柱位于两所述晶圆定位板中间，靠近所述机械臂设置，且所述晶圆托放柱的顶部承托面与所述晶圆定位板同高度设置，所述限位板位于两所述第一滑台气缸的中间。
4.如权利要求3所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：所述机械臂的转杆底部固定安装有托板固定座，所述晶圆托板设有两个，两所述晶圆托板均固定安装于所述托板固定座上，且所述晶圆托板的晶圆托放部为与所述晶圆托放柱和所述伯努利吸盘相适配的叉形结构；
所述托板固定座上还固定安装有用以检测花篮中晶圆料况的数字式传感器。
5.如权利要求4所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：所述刷片箱包括下清洗壳和上防护壳，所述下清洗壳固定安装于所述工作台上，所述上防护壳为透明防护壳，且所述上防护壳适配扣合于所述下清洗壳上；
所述下清洗壳底部设有一隔板，所述隔板将所述下清洗壳分隔为清洗槽和蓄水槽，所述晶圆取放口和所述伯努利吸盘均于所述清洗槽位置处设置，且所述清洗槽和所述蓄水槽的底部均设有排水口；
所述下清洗壳的内壁上还固定安装有两对应设置的挡板，所述挡板位于所述晶圆取放口下方，且两所述挡板间形成与晶圆相适配的过料区。
6.如权利要求5所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：所述工作台下方固定安装有一安装座，所述第一驱动装置包括第二滑台气缸，所述第二滑台气缸竖直固定安装于所述安装座上，所述安装架固定安装于所述第二滑台气缸的滑台上；
所述第二驱动装置包括固定安装于所述安装架上的吸盘驱动电机，所述吸盘驱动电机的输出轴安装有第一主动齿轮，所述安装架上固定安装有第一轴套，所述真空管转动安装于所述第一轴套内，且所述真空管上固定安装有与所述第一主动齿轮对应设置的第一从动齿轮，所述第一从动齿轮和所述第一主动齿轮间架绕有第一传动带，且所述第一主动齿轮和所述第一从动齿轮通过所述第一传动带传动相连。
7.如权利要求6所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：所述第三驱动装置包括固定安装于所述工作台上的电缸，所述电缸位于所述刷片箱的另一侧，所述下安装板固定安装于所述电缸的滑板上；
所述下安装板上竖直固定安装有若干导杆，所述上安装板上固定安装有若干与所述导杆对应设置的滑套，所述滑套滑动套装于所述导杆上，所述上安装板通过所述导杆、所述滑套于竖直方向上滑动安装，所述第四驱动装置包括固定安装于所述下安装板上的伸缩气缸，所述伸缩气缸的活塞轴顶端与所述上安装板相连；
所述第五驱动装置包括固定安装于所述上安装板上的刷头驱动电机，所述刷头驱动电机的输出轴上安装有第二主动齿轮，所述上安装板的一端固定安装有第二轴套，所述转轴转动安装于所述第二轴套内，且所述转轴上固定安装有与所述第二主动齿轮相对应的第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与所述第二主动齿轮间架绕有第二传动带，且所述第二主动齿轮和所述第二从动齿轮通过所述第二传动带传动相连。
8.如权利要求7所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：所述上安装板和所述下安装板间还设有用以实现所述海绵刷头高度精调的调节机构，所述调节机构包括垫块和千分尺，所述垫块位于所述上安装板和所述下安装板之间，且固定安装于所述下安装板上，所述千分尺固定安装于所述上安装板上，且与所述垫块对应设置，所述千分尺上还安装有用以实现测量螺杆定位的定位旋钮，处于调节状态时，所述千分尺的测量螺杆底端抵靠所述垫块设置；
所述上安装板上还固定安装有与所述垫块对应设置的液压缓冲器。
9.如权利要求8所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：所述上安装板上还固定安装有包覆所述第四驱动装置和所述第五驱动装置的防护罩，所述防护罩上固定安装有二流体阀，所述二流体阀上安装有水雾喷头，所述水雾喷头与所述海绵刷头对应设置，且贴靠所述海绵刷头设置；
所述工作台上还固定安装有安装块，所述安装块上安装有两根冲洗水管，两所述冲洗水管贯穿所述刷片箱的壳体，且出水口均靠近所述伯努利吸盘设置；
所述下清洗壳的顶部内侧固定安装有与吸风管道相连通的排气板，所述排气板上开设有若干吸气孔。
10.如权利要求9所述的晶圆自动刷片机，其特征在于：还包括控制器，所述控制器的输入端分别与所述接触式传感器、所述数字式传感器相连，所述控制器的输出端分别与所述第一滑台气缸、所述机械臂、所述第二滑台气缸、所述吸盘驱动电机、所述电缸、所述伸缩气缸、所述刷头驱动电机相连；
所述机架上还设有分别与所述控制器相连的显示屏和报警装置。
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2020
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Address after: 261000 west area of the third photoelectric Park, north of Yuqing street, west of Yinfeng Road, high tech Zone, Weifang City, Shandong Province Patentee after: Yuanxu Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: 261000 west area of the third photoelectric Park, north of Yuqing street, west of Yinfeng Road, high tech Zone, Weifang City, Shandong Province Patentee before: SHANDONG NOVOSHINE OPTOELECTRONICS Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: An automatic wafer brushing machine Effective date of registration: 20220411 Granted publication date: 20201201 Pledgee: Weifang Jinma road sub branch of Bank of Weifang Co.,Ltd. Pledgor: Yuanxu Semiconductor Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022980004083 |
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Granted publication date: 20201201 Pledgee: Weifang Jinma road sub branch of Bank of Weifang Co.,Ltd. Pledgor: Yuanxu Semiconductor Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022980004083 |
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