CN114274387A - 一种晶圆脱环机 - Google Patents

Abstract

本发明属于晶圆加工设备技术领域，特别提供了一种晶圆脱环机。其主要包括机体框架、供电及负压组件、纵向移动模组、主升降模组、吸盘、操作臂、升降台；其中，操作臂包括托架、直驱电机、导轨、滑块、校准定位块、丝杠电机、伸缩机构、脱环滚轮、直角支架。本设备将晶圆与升降台的同心度校准机构和晶圆外环脱环机构集成于一个操作臂上，解决晶圆与脱环结构不同心导致高概率破片情况；主升降模组统一调整多个校准定位块的高度；在脱环机整个工作流程中，仅工件的取放和定期清理废料工作需要操作人员手动完成，其余操作设备均可自动完成。整机自动化程度高，降低人为误操作风险的同时降低人力成本。

Description

一种晶圆脱环机

技术领域

本发明属于晶圆加工设备技术领域，特别提供了一种晶圆脱环机。

背景技术

TAIKO减薄工艺是DISC0公司开发的一种超薄减薄工艺。光硅片的机械强度会随其厚度变薄而下降。以8英寸硅片为例，当硅片厚度小于200微米时硅片就会发生卷曲。此时，硅片无法继续进行搬送、转移和加工。所以TAIKO减薄工艺仅将硅片的中间部分减薄，利用硅片的中间部分做成集成电路的器件，依靠周围2-5mm宽的未减薄环形来保持整个硅片的机械强度，防止硅片发生卷曲变形，有利于后续工艺中对硅片的搬送、转移和加工。

电路集成后一般采用机械切割或激光切割的方式将支撑环切除，机械切割或激光切割需要脱环机构将切除的外环取下，保留中间有效部分进行下一道工序。

目前市面上没有独立脱环机，脱环机构通常集成在其他设备中。常规脱环机构也没有晶圆与升降台的同心校准操作，或者校准机构和脱环机构不在同一个操作臂上，脱环机构进行脱环的操作过程中，可能因误差与晶圆不同心，脱环机构撞击晶圆造成破片，增加脱环环节的破片率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种校准机构和脱环机构一体化的晶圆脱环机。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种晶圆脱环机，包括机体框架、供电及负压组件、纵向移动模组、主升降模组、吸盘、操作臂、升降台，供电及负压组件装配于机体框架内，升降台装配于供电及负压组件的顶部，纵向移动模组固定安装于机体框架的内部，且纵向移动模组位于升降台的一侧，主升降模组与纵向移动模组的移动端固定连接，操作臂与主升降模组的移动端固定连接，且操作臂位于供电及负压组件的上方，吸盘装配于供电及负压组件的表面；

所述操作臂包括托架、直驱电机、导轨、滑块、校准定位块、丝杠电机、伸缩机构、脱环滚轮、直角支架，直驱电机的输出端固定连接于托架的中部，直驱电机的固定端固定安装于直角支架的底面，直角支架固定安装于主升降模组的移动端处，多个导轨径向装配于托架的表面，且多个导轨与多个滑块一对一滑动装配，滑块的外侧端面均装配有校准定位块，多个丝杠电机装配于托架表面，丝杠电机均位于滑块一侧，且丝杠电机的输出端与滑块连接，多个伸缩机构装配于滑块的侧壁，且伸缩机构均位于滑块的另一侧，伸缩机构的下侧均装配有脱环滚轮。

进一步地，还包括显示器、废料收集区，显示器固定安装于机体框架的顶部，废料收集区装配于供电及负压组件的顶部。

进一步地，所述升降台包括升降台基板、底部装配板、升降模组、升降环、直线轴承、夹持机构，底部装配板横向设置于升降台基板垂直侧壁内表面的中部，升降模组的移动端装配于底部装配板的底部，升降模组的固定端固定安装于供电及负压组件表面，升降环装配于升降台基板上表面的中部，升降环与所述吸盘同心，且两者尺寸相匹配，吸盘能够从下侧扣合至升降环内，多个夹持机构环形设置于升降台基板的表面，直线轴承的轴套部分装配于底部装配板上，直线轴承的导向杆下端固定连接于供电及负压组件的表面。

进一步地，所述机体框架包括框架主体、上下料门、废料清理门、壁板，框架主体与壁板组合构成箱体，上下料门设置于框架主体的前侧，废料清理门设置于框架主体的边侧。

进一步地，所述升降台的表面装夹有工件。

进一步地，所述工件包括绷环、UV膜、晶圆主体、晶圆外环，绷环、晶圆主体、晶圆外环均粘贴于UV膜的表面，其中，绷环位于UV膜的外环，晶圆主体、晶圆外环位于UV膜的中央，晶圆外环环绕于晶圆主体的外围。

进一步地，所述吸盘的半径与晶圆主体的半径相等。

进一步地，所述校准定位块为L形；

所述伸缩机构的输出端收缩至脱环滚轮位于最高处时，脱环滚轮底端与校准定位块水平壁上表面的高度差不小于工件的厚度；

所述伸缩机构的输出端伸长至脱环滚轮位于最低处时，校准定位块水平壁的下表面高于脱环滚轮的顶端。

使用本发明的有益效果是：

1、将晶圆与升降台的同心度校准机构和晶圆外环脱环机构集成于一个操作臂上，操作臂在完成校准后仅做垂直方向位移并切换到脱环状态，从根本上避免了晶圆与脱环结构不同心导致的高概率破片情况；

2、与现有脱环机构相比，本脱环机将原本需要两个操作臂控制的组件集成到一个操作臂上，节省了一个操作臂，既降低了设备制造成本，又缩减了设备尺寸；

3、本脱环机设计上将校准定位块装配于托架上，通过主升降模组统一调整多个校准定位块的高度，在逐个完成校准定位块的高度校准后，多个校准定位块之间的高度差不再发生改变，即保持校准后的精度（＜0.01mm）；脱环滚轮的高度差精度要求较低，通过伸缩机构装配于托架上，可通过控制伸缩机构伸缩，切换操作臂的工作状态（同心校正状态或脱环状态）；

4、操作臂上的伸缩机构可以根据工况伸缩切换校准定位块和脱环滚轮的高度差，分别实现校准晶圆圆心和脱环操作，减少脱环流程中操作臂的空行程，整体提高脱环流程的加工效率；

5、在脱环机整个工作流程中，仅工件的取放和定期清理废料工作需要操作人员手动完成，其余操作设备均可自动完成。整机自动化程度高，降低人为误操作风险的同时缩减人力成本。

附图说明

图1为本发明的前侧结构示意图；

图2为本发明的后侧结构示意图；

图3为本发明操作臂的结构示意图；

图4为本发明升降台的俯视结构示意图；

图5为本发明升降台的仰视结构示意图；

图6为本发明工件的结构示意图。

附图标记包括：1-显示器；2-机体框架；201-框架主体；202-上下料门；203-废料清理门；3-供电及负压组件；4-纵向移动模组；5-主升降模组；6-吸盘；7-操作臂；701-托架；702-直驱电机；703-导轨；704-滑块；705-校准定位块；706-丝杠电机；707-伸缩机构；708-脱环滚轮；709-直角支架；8-废料收集区；9-升降台；901-升降台基板；902-底部装配板；903-升降模组；904-升降环；905-直线轴承；906-夹持机构；10-工件；1001-绷环；1002-UV膜；1003-晶圆主体；1004-晶圆外环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

参照图1-图6，一种晶圆脱环机，包括机体框架2、供电及负压组件3、纵向移动模组4、主升降模组5、吸盘6、操作臂7、升降台9，供电及负压组件3装配于机体框架2内，升降台9装配于供电及负压组件3的顶部，纵向移动模组4固定安装于机体框架2的内部，且纵向移动模组4位于升降台9的一侧，主升降模组5与纵向移动模组4的移动端固定连接，操作臂7与主升降模组5的移动端固定连接，且操作臂7位于供电及负压组件3的上方，吸盘6装配于供电及负压组件3的表面；

所述操作臂7包括托架701、直驱电机702、导轨703、滑块704、校准定位块705、丝杠电机706、伸缩机构707、脱环滚轮708、直角支架709，直驱电机702的输出端固定连接于托架701的中部，直驱电机702的固定端固定安装于直角支架709的底面，直角支架709固定安装于主升降模组5的移动端处，多个导轨703径向装配于托架701的表面，且多个导轨703与多个滑块704一对一滑动装配，滑块704的外侧端面均装配有校准定位块705，多个丝杠电机706装配于托架701表面，丝杠电机706均位于滑块704一侧，且丝杠电机706的输出端与滑块704连接，多个伸缩机构707装配于滑块704的侧壁，且伸缩机构707均位于滑块704的另一侧，伸缩机构707的下侧均装配有脱环滚轮708；

多个校准定位块705和多个脱环滚轮708均集成于一个操作臂上，两套组件同心度高，能够大幅减少同心度不足导致破片的情况；

脱环机整体减少一个操作臂，达到低成本和节省空间的效果；

同心度校准和脱环操作流程为自动化控制，减少操作流程中人工介入的次数，提高脱环效率的同时降低人为失误发生的概率，压缩人力成本。

优选地，脱环滚轮708的横截面为“工”形。

将校准定位块705直接固定装配于托架701上，通过主升降模组5统一调整多个校准定位块705的高度，在逐个完成校准定位块705的高度校准后，多个校准定位块705之间的高度差不再发生改变，即保持校准后的精度（＜0.01mm）；脱环滚轮708的高度差精度要求较低，通过伸缩机构707装配于托架701上，在伸缩机构707伸出到最长状态时，对脱环滚轮708的高度进行校对即可。

本脱环机还包括显示器1、废料收集区8，显示器1固定安装于机体框架2的顶部，废料收集区8装配于供电及负压组件3的顶部。

所述升降台9包括升降台基板901、底部装配板902、升降模组903、升降环904、直线轴承905、夹持机构906，底部装配板902横向设置于升降台基板901垂直侧壁内表面的中部，升降模组903的移动端装配于底部装配板902的底部，升降模组903的固定端固定安装于供电及负压组件3表面，升降环904装配于升降台基板901上表面的中部，升降环904与所述吸盘6同心，且两者尺寸相匹配，吸盘6能够从下侧扣合至升降环904内，多个夹持机构906环形设置于升降台基板901的表面，直线轴承905的轴套部分装配于底部装配板902上，直线轴承905的导向杆下端固定连接于供电及负压组件3的表面。

伸缩机构707、主升降模组5、升降模组903，可选用市面上现有的任意能够实现直线位置稳定调节的机构进行替换，保证运行稳定性及设备整体效果不变即可。

所述机体框架2包括框架主体201、上下料门202、废料清理门203、壁板，框架主体201与壁板组合构成箱体，上下料门202设置于框架主体201的前侧，废料清理门203设置于框架主体201的边侧。

优选地，上下料门202为升降式电控舱门，通过电控系统及手动开关控制。

所述升降台9的表面装夹有工件10。

优选地，夹持机构906由摆缸及压块构成，摆缸能够控制压块翻转，对吸盘表面工件10外环的绷环1001进行夹持。

所述工件10包括绷环1001、UV膜1002、晶圆主体1003、晶圆外环1004，绷环1001、晶圆主体1003、晶圆外环1004均粘贴于UV膜1002的表面，其中，绷环1001位于UV膜1002的外环，晶圆主体1003、晶圆外环1004位于UV膜1002的中央，晶圆外环1004环绕于晶圆主体1003的外围。

优选地，脱环前由解胶机将晶圆外环1004解胶，使晶圆外环1004与UV膜1002之间黏度降低。

所述吸盘6的半径与晶圆主体1003的半径相等。

所述校准定位块705为L形；

所述伸缩机构707的输出端收缩至脱环滚轮708位于最高处时，脱环滚轮708底端与校准定位块705水平壁上表面的高度差不小于工件10的厚度；

所述伸缩机构707的输出端伸长至脱环滚轮708位于最低处时，校准定位块705水平壁的下表面与脱环滚轮708顶端的高度差不小于工件10的厚度。

设备操作步骤如下：

一、上料；

通过系统控制上下料门202打开，操作人员将工件10放在升降台9的中部位置后，上下料门202关闭。

二、同心校正；

操作臂7由纵向移动模组4带动移至工件10上方与吸盘6同心的位置，同时三个丝杠电机706同步转动，推动滑块704沿导轨703向外侧移动，滑块704带动校准定位块705向外展开至到位状态。主升降模组5带动操作臂7下降，直至多个校准定位块705环绕于工件10的外围；

丝杠电机706相对反转，拉动校准定位块705向内侧移动，移动过程中校准定位块705缓慢接触并推动晶圆外环1004，多个校准定位块705从不同方向将工件10整体推动至与吸盘6同心的位置。随后吸盘6吸真空、升降台9上夹持机构906翻转并压住绷环1001，同心校准操作结束。

三、脱环；

丝杠电机706再次正转，推动校准定位块705向外展开。校准定位块705展开的过程中，主升降模组5带动操作臂7同步上升，伸缩机构707推动脱环滚轮708向下伸出至低于校准定位块705的位置，同时升降模组903驱动升降台9整体下降，带动升降环904及与其相连夹持机构906和夹持的绷环1001下行，吸盘6和升降环904产生的高度差使UV膜1002被拉伸。由于吸盘6半径与晶圆主体1003半径相同，故升降环904下行后晶圆外环1004的边缘悬空；

主升降模组5带动操作臂7下降至脱环滚轮708的工型槽内槽的下沿略低于晶圆外环1004的高度，丝杠电机706通过滑块704拉动脱环滚轮708向内侧移动至到位状态时（即晶圆外环1004的边缘进入每个脱环滚轮708的工型槽内，但晶圆外环1004不与脱环滚轮708中轴接触的状态；此时脱环滚轮708的下沿与UV膜1002发生接触），直驱电机702带动操作臂7旋转（转动角度×脱环滚轮708数量＞360°）。操作臂7转动时，脱环滚轮708在其与UV膜1002间摩擦力的作用下旋转，将与晶圆外环1004相粘贴但粘合度较低的UV膜1002完全剥离，随后主升降模组5带动操作臂7上升，将晶圆外环1004取下，直驱电机702反转复位，升降台9复位；

在纵向移动模组4驱动下，操作臂7带着剥离下来的晶圆外环1004移动至废料收集区8上方，丝杠电机706推动脱环滚轮708展开后，晶圆外环1004脱离操作臂7被投放到废料收集区8中；吸盘6释放真空的同时升降台9上升复位，上下料门202在系统控制下打开。

四、卸料；

操作人员经上下料门202取出晶圆外环1004被取下的工件10，至此完成一个脱环工作周期。重复执行上述步骤可实现循环脱环操作。废料收集区8内的晶圆外环1004积累到满仓后，操作人员通过废料清理门203从机体侧面取出废料。

在脱环机整个工作流程中，仅工件的取放和定期清理废料工作需要操作人员手动完成，其余操作设备均可自动完成。整机自动化程度高，降低人为误操作风险的同时降低人力成本。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种晶圆脱环机，其特征在于：包括机体框架、供电及负压组件、纵向移动模组、主升降模组、吸盘、操作臂、升降台，供电及负压组件装配于机体框架内，升降台装配于供电及负压组件的顶部，纵向移动模组固定安装于机体框架的内部，且纵向移动模组位于升降台的一侧，主升降模组与纵向移动模组的移动端固定连接，操作臂与主升降模组的移动端固定连接，且操作臂位于供电及负压组件的上方，吸盘装配于供电及负压组件的表面；

所述操作臂包括托架、直驱电机、导轨、滑块、校准定位块、丝杠电机、伸缩机构、脱环滚轮、直角支架，直驱电机的输出端固定连接于托架的中部，直驱电机的固定端固定安装于直角支架的底面，直角支架固定安装于主升降模组的移动端处，多个导轨径向装配于托架的表面，且多个导轨与多个滑块一对一滑动装配，滑块的外侧端面均装配有校准定位块，多个丝杠电机装配于托架表面，丝杠电机均位于滑块一侧，且丝杠电机的输出端与滑块连接，多个伸缩机构装配于滑块的侧壁，且伸缩机构均位于滑块的另一侧，伸缩机构的下侧均装配有脱环滚轮。

2.根据权利要求1中所述的一种晶圆脱环机，其特征在于：所述脱环机还包括显示器、废料收集区，显示器固定安装于机体框架的顶部，废料收集区装配于供电及负压组件的顶部。

3.根据权利要求2中所述的一种晶圆脱环机，其特征在于：所述升降台包括升降台基板、底部装配板、升降模组、升降环、直线轴承、夹持机构，底部装配板横向设置于升降台基板垂直侧壁内表面的中部，升降模组的移动端装配于底部装配板的底部，升降模组的固定端固定安装于供电及负压组件表面，升降环装配于升降台基板上表面的中部，升降环与所述吸盘同心，且两者尺寸相匹配，吸盘能够从下侧扣合至升降环内，多个夹持机构环形设置于升降台基板的表面，直线轴承的轴套部分装配于底部装配板上，直线轴承的导向杆下端固定连接于供电及负压组件的表面。

4.根据权利要求2中所述的一种晶圆脱环机，其特征在于：所述机体框架包括框架主体、上下料门、废料清理门、壁板，框架主体与壁板组合构成箱体，上下料门设置于框架主体的前侧，废料清理门设置于框架主体的边侧。

5.根据权利要求1中所述的一种晶圆脱环机，其特征在于：所述升降台的表面装夹有工件。

6.根据权利要求5中所述的一种晶圆脱环机，其特征在于：所述工件包括绷环、UV膜、晶圆主体、晶圆外环，绷环、晶圆主体、晶圆外环均粘贴于UV膜的表面，其中，绷环位于UV膜的外环，晶圆主体、晶圆外环位于UV膜的中央，晶圆外环环绕于晶圆主体的外围。

7.根据权利要求6中所述的一种晶圆脱环机，其特征在于：所述吸盘的半径与晶圆主体的半径相等。

8.根据权利要求1中所述的一种晶圆脱环机，其特征在于：所述校准定位块为L形；

所述伸缩机构的输出端收缩至脱环滚轮位于最高处时，脱环滚轮底端与校准定位块水平壁上表面的高度差不小于工件的厚度；

所述伸缩机构的输出端伸长至脱环滚轮位于最低处时，校准定位块水平壁的下表面高于脱环滚轮的顶端。

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