CN112208226A - 一种晶圆片自动定位打标装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆片自动定位打标装置，包括旋转吸头、设于旋转吸头旁的上下料机构和设于旋转吸头上方的打标机构，还包括对位机构，对位机构包括对中卡爪、平边挡边、定位柱和传感器，对中卡爪对称布置于所述旋转吸头中轴线的两侧，还提供了一种晶圆片自动定位打标方法，步骤包括用对中卡爪进行晶圆对中，用平边挡边和定位柱进行角度定位，随后再对定位后的晶圆片进行打标，本发明相比现有技术的主要优点在于：采用对中卡爪进行对中，使晶圆片的圆心对齐旋转吸头的中轴线，进而提高定位精度。通过传感器、平边挡边和定位柱的配合对晶圆片的平边进行定位，相比图像匹配定位的方式效率大幅提高，有效提高了整体定位效率。

Description

一种晶圆片自动定位打标装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造设备领域，尤其涉及一种晶圆片自动定位打标装置及方法。

背景技术

生产线上的晶圆片需要进行打标来追溯生产信息。现有的打标工艺主要包括如下工序:通过上料机构将晶圆片置于旋转吸头上，旋转吸头带动晶圆片旋转到特定角度进行打标，打标结束后，下料机构移走旋转吸头上的晶圆片。该工艺存在以下的缺陷：1.现有的上料机构无法使晶圆片和旋转吸头保持同心，致使晶圆片的定位精度存在一定的偏差。晶圆片上存在一个用于指示旋转方位的平边，现有技术是采用图像匹配的方式来确定晶圆片平边所处的位置，定位效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的晶圆片自动定位打标装置，能够提高晶圆片的定位精度。

本发明通过如下方式解决该技术问题：

一种晶圆片自动定位打标装置，包括能够进行升降的旋转吸头、设于所述旋转吸头旁的用于往所述旋转吸头上取放晶圆片的上下料机构和设于所述旋转吸头上方的打标机构，其特征在于：还包括对位机构，所述对位机构包括两个能够相向移动的对中卡爪、设于一侧对中卡爪上的平边挡边、设于另一侧对中卡爪上的定位柱以及设于所述旋转吸头一侧的能够感应所述晶圆片平边经过的传感器，所述对中卡爪对称布置于所述旋转吸头中轴线的两侧，所述对中卡爪的内侧表面为适配所述晶圆片边缘的圆弧面，所述平边挡边和定位柱能够配合抵住所述晶圆片的平边和相对侧的边缘。

通过对中卡爪对晶圆片进行对中，使晶圆片的圆心对准旋转吸头的中心，进而有效提高定位精度，通过传感器、平边挡边和定位柱的配合对晶圆片进行角度定位，相比图像匹配的方式定位效率更高。

作为本发明的一种优选实施方式，所述上下料机构包括横向导轨、设于所述横向导轨上的滑台板、设于所述滑台板上的上料头与下料头、设于所述横向导轨靠近上料头一端的上料盒以及设于所述横向导轨靠近下料头一端的下料盒，所述旋转吸头位于所述上料盒与下料盒之间。

作为本发明的一种优选实施方式，所述旋转吸头包括花键轴、设于所述花键轴顶端的吸盘、设于所述花键轴末端的气管接头、用于驱动所述花键轴旋转的旋转驱动装置和用于驱动所述花键轴升降的升降驱动装置，所述花键轴中设有连通所述吸盘和气管接头的导气管。

作为本发明的一种优选实施方式，一侧的所述对中卡爪与所述对中气缸之间通过弹性装置相连，所述弹性装置包括设于所述对中气缸滑台上的滑轨，设于滑轨上的滑块和设于滑轨后端的挡板，所述对中卡爪设于所述滑块上，所述对中卡爪和挡板之间设有弹簧。

作为本发明的一种优选实施方式，所述对中卡爪由重叠放置的第一卡爪和第二卡爪构成，所述第一卡爪与所述第二卡爪内侧表面的弧度不同。以适应不同尺寸的晶圆片。

本发明还提供了适用于该晶圆片自动定位打标装置的晶圆片自动定位打标方法，其特征在于：包括以下步骤：

上下料机构往所述旋转吸头上放置晶圆片；

所述旋转吸头调整高度，使所述晶圆片与所述对中卡爪的高度对齐，所述对中卡爪相向运行，抵住所述晶圆片，使所述晶圆片的圆心与所述旋转吸头的中轴线对齐，随后所述旋转吸头吸住位于所述吸盘上的晶圆片。

所述旋转吸头调整高度，使平边挡边和定位柱与所述晶圆片的高度对齐，所述旋转吸头带动所述晶圆片旋转，当所述传感器感应到所述晶圆片的平边时，所述旋转吸头回转至所述晶圆片的平边对齐所述平边挡边，随后所述对中卡爪相向移动，使所述平边挡边和定位柱配合抵住晶圆片的边缘，实现对晶圆片的角度对位；

所述打标机构对所述晶圆片打标；

所述上下料机构取走所述旋转吸头上的晶圆片。

作为本发明的一种优选实施方式，当所述传感器感应到所述晶圆片的平边时，所述晶圆片的平边与所述平边挡边的端面垂直，所述旋转吸头回转90°使所述平边对准所述平边挡边。采用这样的运行方式能够进一步提高角度对位的精度。

本发明相比现有技术的主要优点在于：采用对中卡爪进行对中，使晶圆片的圆心对齐旋转吸头的中轴线，进而提高定位精度。通过传感器、平边挡边和定位柱的配合对晶圆片的平边进行定位，相比图像匹配定位的方式效率大幅提高，有效提高了整体定位效率。

综合以上，本发明相比现有技术具有更高的定位精度与更好的定位效率，具有显著的进步。

附图说明

下面结合附图来对本发明进行进一步的说明：

图1为本发明的整体视图；

图2为上下料机构的示意图；

图3为上料盒的立体视图；

图4为旋转吸头的示意图；

图5为升降吸头的剖视图；

图6为对位机构的立体视图；

其中：100-上下料机构，110-横向导轨，120-滑台板，130-上料头，131-滑台立板，132-支架，133-升降气缸，134-吸盘固定板，135-真空吸盘，140-下料头，150-上料盒，151-缺口，152-夹紧气缸，153-夹紧块，154-承片台，155-丝杆升降装置，160-下料盒，200-旋转吸头，210-吸盘，220-花键轴,221-导气管，222-阶梯部，230-气管接头，240-升降驱动装置，241-竖向导轨，242-滑块，243-升降联动板，244-驱动电机，245-丝杆，246-螺母块，247-固定座，250-旋转驱动装置,251-支撑架，252-轴承座，253-轴套，254-花键轴承，256-轴承，257-放置板，258-旋转电机，259-主动轮，260-从动轮，261-皮带，262-环状凸起，263-固定环，264-套管，300-对位机构，310-对中气缸，311-弹性装置，312-滑轨，313-挡板，314-弹簧，320-对中卡爪，321-第一卡爪，322-第二卡爪，330-平边挡边，340-传感器，350-定位柱，400-晶圆片，401-平边。

具体实施方式

以下通过具体实施例来对本发明进行进一步阐述：

如图1所示，一种晶圆片自动定位打标装置，包括上下料机构100、旋转吸头200、对位机构300以及打标机构(图中未显示)。

如图2所示，该上下料机构100包括横向导轨110、设于该横向导轨110上的滑台板120、设于滑台板120上的上料头130与下料头140。设于该横向导轨110靠近上料头130一端的上料盒150，设于横向导轨110靠近下料头140一端的下料盒160。

上料头130与下料头140的结构一致，包括设于滑台板120上的滑台立板131、设于滑台立板131前表面上的支架132、设于支架132上的升降气缸133、连接升降气缸133底部活塞杆的吸盘固定板134、设于吸盘固定板134周缘处的真空吸盘135。

如图3所示，该上料盒150呈圆筒状，上料盒150的周壁上设有相对布置的一对缺口151，在该缺口151处布置有一对夹紧气缸152。夹紧气缸152的活塞杆与夹紧块153相连。夹紧块153的内侧表面为与上料盒150内周壁相适配的弧形面。

在上料盒150的底面上设有与丝杆升降装置155相连的承片台154。能够在丝杆升降装置155的带动下升降。该承片台154用于放置晶圆片400。

该下料盒160也同样呈圆筒状，用于承接打标后的晶圆片400。

如图4和图5所示，该旋转吸头200置于上料盒150与下料盒160之间，位于打标机构(图中未显示)的下方位置处。包括吸盘210、花键轴220、气管接头230、升降驱动装置240与旋转驱动装置250。

旋转驱动装置250包括支撑架251、设于支撑架251上的轴承座252、穿设于轴承座252中的轴套253、与轴套253固定套接的花键轴承254、连接在轴套253底部的从动轮260、支承于轴套253和轴承座252之间的轴承256、设于支撑架251一端的沿竖向向下延伸的放置板257、设于放置板257上的旋转电机258、连接旋转电机258电机轴的主动轮259，套设于主动轮259和从动轮260上的皮带261。轴套253顶部具有抵住轴承座252上端面的环状凸起262，轴套253中部套设有固定环263，该固定环263具有伸入轴套253通孔内并与轴承253底端相抵的套管264。由此实现轴套253、轴承253在支撑架251上的轴向固定。

花键轴220穿设于该花键轴承254上，花键轴承254的内孔壁上具有与花键轴220上的键啮合的凸棱。使花键轴220和花键轴承254间能够在维持径向锁止的情况下进行轴向的相对移动。

升降驱动装置240包括设于放置板257上的竖向导轨241、设于竖向导轨241上的滑块242、设于滑块242上的升降联动板243，还包括设于放置板257上的驱动电机244、和驱动电机244的电机轴通过联轴器相连的丝杆245、与丝杆245相啮合的螺母块246，该螺母块246连接该升降联动板243。

花键轴220中设有导气管221，吸盘210连接在花键轴220的顶端，与导气管221相连通。

在升降联动板243的底面上设有固定座247，花键轴220向下穿出该升降联动板243和固定座247。花键轴220的底端具有直径小于花键轴220主体的阶梯部222，气管接头230连接于该阶梯部222上，与导气管221相连通。气管接头230的顶部抵紧该固定座247的底面。阶梯部222的阶梯端面抵住该固定座247的顶面，由此将花键轴220轴向锁定于升降联动板243上。使花键轴220在能够相对升降联动板243转动的前提下跟随升降联动板243进行升降。

使用时，通过旋转电机258依次带动主动轮259、皮带261、从动轮260、轴套253、花键轴承254、与花键轴承254啮合的花键轴220跟随旋转电机258的电机轴进行旋转。进而带动花键轴220顶部的吸盘210转动。

当需要进行升降时，驱动电机244带动丝杆245转动，驱动螺母块246沿丝杆245升降。带动螺母块246相连的升降联动板243进行升降。进而带动花键轴220进行升降。

当需要对晶圆片400进行吸附时，将气管接头230连接空压机抽真空，将晶圆片400吸附于吸盘210上。

如图6所示，对位机构300包括对中气缸310、对中卡爪320、平边挡边330、传感器340与定位柱350。

对中气缸310为滑台气缸，布置于旋转吸头200的两侧。对中卡爪320设于对中气缸310的滑台上，对中卡爪320的内侧表面为适配晶圆片400边缘的圆弧面。两组对中气缸310对称布置于旋转吸头200的中轴线两侧。

平边挡边330设于一侧对中卡爪320的顶面上。两个定位柱350设于另一侧对中卡爪320的顶面上。平边挡边330和定位柱350能够分别和晶圆片400的平边与圆弧边相抵。

传感器340设于旋转吸头200的一侧，传感器340能够感应晶圆片400的平边穿过。在传感器340感应到晶圆片400的平边时，该平边与平边挡边330保持垂直放置。

另外，为了兼容不同的晶圆片400，对中卡爪320由重叠放置的第一卡爪321和第二卡爪322构成，第一卡爪321与第二卡爪322具有不同的圆弧面弧度，以适应不同尺寸的晶圆片400。

更佳的，为避免对中卡爪320夹坏晶圆片400，其中一个对中气缸310上设置和对中卡爪320相连的弹性装置311，该弹性装置311包括设于对中气缸310滑台上的滑轨312、设于滑轨312上的滑块和设于滑轨312后端的挡板313。该对中卡爪320设于该滑块上，对中卡爪320和挡板之间设有弹簧。使对中卡爪320在和晶圆片400相抵时具有一定的弹性。不易造成晶圆片400损伤。

以上就是本发明的整体结构，其运行方法如下：

上料头130运行至上料盒150的正上方，上料头130降下吸起晶圆片400，并将晶圆片400转移至旋转吸头200的吸盘上后复位，随后上料盒150中的承片台154上升一个单位高度。以使上料头130能够在同样的高度吸起下一片晶圆片400；

旋转吸头200调整高度，使对中卡爪320与晶圆片400的高度对齐，接着对中卡爪320相向移动，对中卡爪320抵住晶圆片400的边缘，使晶圆片400的圆心与旋转吸头200的中轴线对齐，随后旋转吸头200抽真空，吸住位于吸盘210上的晶圆片400。

旋转吸头200调整高度，使平边挡边330和定位柱350与晶圆片400的高度对齐，随后旋转吸头200带动晶圆片400旋转，当传感器340感应到晶圆片400的平边401时，即晶圆片400的平边401和平边挡边330的端面垂直时，旋转吸头200停止旋转并回转90°，使晶圆片400的平边401对齐该平边挡边330，随后对中卡爪320相向移动，平边挡边330和定位柱350配合抵住晶圆片400的边缘，实现晶圆片400的角度对位；

打标机构(图中未显示)对定位后的晶圆片400打标；

下料头140移动至旋转吸头200的正上方，旋转吸头200结束抽真空，下料头140下降将旋转吸头200上的晶圆片400吸起并移动至下料盒160中。就此完成整个晶圆片400自动定位打标过程。

本发明相比现有技术的主要优点在于：采用对中卡爪320进行对中，使晶圆片400的圆心对齐旋转吸头200的中轴线，进而提高定位精度。通过传感器340、平边挡边330和定位柱350的配合对晶圆片400的平边401进行定位，相比图像匹配定位的方式效率大幅提高，有效提高了整体定位效率。

综合以上，本发明相比现有技术具有更高的定位精度与更好的定位效率，具有显著的进步。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种晶圆片自动定位打标装置，包括能够进行升降的旋转吸头(200)、设于所述旋转吸头(200)旁的用于往所述旋转吸头(200)上取放晶圆片(400)的上下料机构(100)和设于所述旋转吸头(200)上方的打标机构，其特征在于：还包括对位机构(300)，所述对位机构(300)包括两个能够相向移动的对中卡爪(320)、设于一侧对中卡爪(320)上的平边挡边(330)、设于另一侧对中卡爪上(320)的定位柱(350)以及设于所述旋转吸头(200)一侧的能够感应所述晶圆片(400)平边(401)经过的传感器(340)，所述对中卡爪(320)对称布置于所述旋转吸头(200)中轴线的两侧，所述对中卡爪(320)的内侧表面为适配所述晶圆片(400)边缘的圆弧面，所述平边挡边(330)和定位柱(350)能够配合抵住所述晶圆片(400)的平边(410)和相对侧的边缘。

2.按照权利要求1所述的晶圆片自动定位打标装置，其特征在于：所述上下料机构(100)包括横向导轨(110)、设于所述横向导轨(110)上的滑台板(120)、设于所述滑台板(120)上的上料头(130)与下料头(140)、设于所述横向导轨(110)靠近上料头(130)一端的上料盒(150)以及设于所述横向导轨(110)靠近下料头(130)一端的下料盒(160)，所述旋转吸头(200)位于所述上料盒(150)与下料盒(160)之间。

3.按照权利要求2所述的晶圆片自动定位打标装置，其特征在于：所述旋转吸头(200)包括花键轴(220)、设于所述花键轴(220)顶端的吸盘(210)、设于所述花键轴(220)末端的气管接头(230)、用于驱动所述花键轴(220)旋转的旋转驱动装置(250)和用于驱动所述花键轴(220)升降的升降驱动装置(240)，所述花键轴(220)中设有连通所述吸盘(210)和气管接头(230)的导气管(221)。

4.按照权利要求1所述的晶圆片自动定位打标装置，其特征在于：一侧的所述对中卡爪(320)与所述对中气缸(310)之间通过弹性装置(311)相连，所述弹性装置(311)包括设于所述对中气缸(310)滑台上的滑轨(312)，设于滑轨(312)上的滑块(242)和设于滑轨(312)后端的挡板(313)，所述对中卡爪(320)设于所述滑块(242)上，所述对中卡爪(320)和挡板(313)之间设有弹簧(314)。

5.按照权利要求1所述的晶圆片自动定位打标装置，所述对中卡爪(320)由重叠放置的第一卡爪(321)和第二卡爪(322)构成，所述第一卡爪(321)与所述第二卡爪(322)内侧表面的弧度不同。

6.一种用于权利要求1所述晶圆片自动定位打标装置的晶圆片自动定位打标方法，其特征在于：包括以下步骤：

上下料机构(100)往所述旋转吸头(200)上放置晶圆片(400)；

所述旋转吸头(200)调整高度，使所述晶圆片(400)与所述对中卡爪(320)的高度对齐，所述对中卡爪(320)相向运行，抵住所述晶圆片(400)，使所述晶圆片(400)的圆心与所述旋转吸头(200)的中轴线对齐，随后所述旋转吸头(200)吸住位于所述吸盘(210)上的晶圆片(400)。

所述旋转吸头(200)调整高度，使平边挡边(330)和定位柱(350)与所述晶圆片(400)的高度对齐，所述旋转吸头(200)带动所述晶圆片(400)旋转，当所述传感器(340)感应到所述晶圆片(400)的平边(401)时，所述旋转吸头(200)回转至所述晶圆片(400)的平边(401)对齐所述平边挡边(330)，随后所述对中卡爪(320)相向移动，使所述平边挡边(330)和定位柱(350)配合抵住晶圆片(400)的边缘，实现对晶圆片(400)的角度对位；

所述打标机构对所述晶圆片(400)打标；

所述上下料机构(100)取走所述旋转吸头(200)上的晶圆片(400)。

7.按照权利要求6所述的晶圆片自动定位打标方法，其特征在于：当所述传感器(340)感应到所述晶圆片(400)的平边(401)时，所述晶圆片(400)的平边(401)与所述平边挡边(330)的端面垂直，所述旋转吸头(200)回转90°使所述平边(401)对准所述平边挡边(330)。

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