CN115116912B - 半导体晶圆硅片分片机 - Google Patents

半导体晶圆硅片分片机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了半导体晶圆硅片分片机，涉及晶圆处理技术领域；为了解决产生水膜吸附，难以单片分片问题；具体包括底座，所述底座的外壁分别设置有输送组件与清洗组件，所述底座的顶部外壁固定安装有空心轴，空心轴的顶部外壁转动连接有支撑盘，支撑盘的底部外壁设置有若干组吸附取料组件，所述吸附取料组件包括外壳、滑环和吸头，所述外壳固定安装于支撑盘的底部外壁，所述滑环密封地滑动配合于外壳的内部，所述吸头固定安装于滑环的底部外壁，且吸头的吸附腔与滑环的内腔连通，所述外壳底端壁厚内滑动连接有长短不一的撞击滑柱。本发明通过震动来使得通过水膜吸附的晶圆脱落，精确实现单片分片取料的功能。

Description

半导体晶圆硅片分片机
技术领域
本发明涉及晶圆处理技术领域，尤其涉及半导体晶圆硅片分片机。
背景技术
半导体晶圆硅片是将半导体硅块进行切片后形成，切割方式多采用超薄金刚石砂轮划片，切割后的晶圆片需要用清水清洗后，然后进行分片，也就是进行单片不叠加输送，继续后续蚀刻工艺等。
经检索，中国专利公开号为CN213124389U的专利，公开了一种半导体晶圆硅片分片装置，包括底座，所述底座上端固定连接有清洗箱，所述清洗箱内滑动连接有网板，所述底座下端嵌装有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的伸缩端密封贯穿清洗箱底部并于网板下端固定连接，所述底座上端且在清洗箱左侧设有过滤箱，所述过滤箱内设有活性炭滤筒，所述清洗箱左侧下方且在网板下方位置连通有抽液管，所述抽液管远离清洗箱的一端贯穿过滤箱上端并与活性炭滤筒内部连通。
上述专利存在以下不足：其直接采用真空吸头进行吸附取料，由于水洗时，相邻的晶圆片之间形成水膜，会有一定的相互吸引力，直接吸附时，很难单次只吸附一片，所以分片效果也就欠佳，有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的半导体晶圆硅片分片机。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
半导体晶圆硅片分片机，包括底座，所述底座的外壁分别设置有输送组件与清洗组件，所述底座的顶部外壁转动连接有空心轴，空心轴的顶部外壁固定安装有支撑盘，支撑盘的底部外壁设置有若干组吸附取料组件，所述吸附取料组件包括外壳、滑环和吸头，所述外壳固定安装于支撑盘的底部外壁，所述滑环密封地滑动配合于外壳的内部，所述吸头固定安装于滑环的底部外壁，且吸头的吸附腔与滑环的内腔连通，所述外壳底端壁厚内滑动连接有长短不一的撞击滑柱，撞击滑柱的顶部外壁固定安装有弹簧一，所述外壳的内壁固定安装有限位环，限位环与滑环的相对一侧外壁固定安装有同一个弹簧二，所述外壳的一侧外壁固定安装有与其内腔连通的吸气口，所述吸气口外接气泵，所述滑环的外壁设置有凸缘。
优选地：所述空心轴的内壁设置有内轴，内轴的底部外壁固定安装于底座的顶部外壁上，顶板底部固定安装有凸起，，凸起位于输送组件与清洗组件方向。
进一步地：所述外壳的顶部外壁固定安装有滑杆，滑杆滑动连接于支撑盘的内壁上，所述滑杆的外壁套设有弹簧三，且滑杆的顶部外壁固定安装有限位板。
在前述方案的基础上：所述限位板的顶部滚动配合有滚珠。
在前述方案中更佳的方案是：所述支撑盘位于限位板正下方的顶部外壁固定安装有按压闭合式开关，按压闭合式开关与气泵控制连接。
作为本发明进一步的方案：所述清洗组件包括箱体和容纳壳，所述容纳壳的底部外壁通过导向伸缩柱连接有升降板，升降板的底部外壁固定安装有伸缩件，伸缩件的底部外壁固定安装于箱体的底部内壁上。
同时，所述升降板与导向伸缩柱的相对一侧外壁固定安装有弹簧四。
作为本发明的一种优选的：所述容纳壳的内壁开设有透水孔。
同时，所述弹簧四的弹性模量为单个晶圆的重力与厚度的比值。
作为本发明的一种更优的方案：所述支撑盘与顶板通过传动组件传动配合，所述传动组件包括驱动电机和半齿轮，所述驱动电机固定安装于顶板的顶部外壁上，且顶板的输出轴通过键连接于半齿轮的内壁，所述半齿轮的两侧外壁均可啮合的分别配合有全齿轮一与全齿轮二，所述全齿轮二固定安装于空心轴的外壁上，所述全齿轮一通过过渡轴转动连接于顶板的内壁，且所述过渡轴与空心轴与外壁固定安装有相互啮合的一对传动齿轮。
本发明的有益效果为：
1.该半导体晶圆硅片分片机，通过设置有撞击滑柱，由于滑环与外壳滑动连接，产生负压吸附时，吸头与滑环同样会收缩，而在收缩的过程时，凸缘会触碰撞击滑柱，产生撞击震动，通过长短不一的撞击滑柱，能增加震动次数，并且当所有的撞击滑柱均收缩完毕后，凸缘与外壳端面碰撞也会产生震动，这些震动会传递至吸头以及直接吸附的一个晶圆上，从而通过震动来使得通过水膜吸附的晶圆脱落，精确实现单片分片取料的功能。
2.该半导体晶圆硅片分片机，通过设置有弹簧二，一方面，弹簧二能为滑环的复位提供一定的弹力，防止出现负压时，滑环立即收缩导致吸头与晶圆间还未产生足够的负压吸附力后脱离，保证了吸附的可靠性，另一方面，弹簧二也能对吸头接触晶圆的瞬间起到缓冲作用，防止晶圆损伤。
3.该半导体晶圆硅片分片机，当限位板受到清洗组件处凸起的限位下降时，会下压按压闭合式开关，按压闭合式开关闭合产生电信号，此时电信号传递至气泵，控制气泵开启，进行吸附，吸附后该吸附有晶圆的吸头继续转动，当转动至输送组件处，受到凸起限位下降，此时产生电信号传递至气泵，控制气泵关闭泄压，进行放料，从而保证了位置与取放料的同步性，增加精准度。
4.该半导体晶圆硅片分片机，通过对弹簧四的弹性模量进行定制选择，使其等于单个晶圆的重力与厚度的比值，即使多片晶圆在取料状态时，被取走单片，剩下的晶圆整体的最高高度不变，从而能使得吸头的每次取料路径均相同，更便于设计，提高了精准度。
5.该半导体晶圆硅片分片机，当驱动电机启动时，其会带动半齿轮转动，而半齿轮转动时，会交替与全齿轮一、全齿轮啮合，且交替周期为半圈，当与全齿轮啮合时，直接驱动空心轴以及支撑盘转动，当与全齿轮一啮合时，其带动传动齿轮转动，再通过另一个传动齿轮带动空心轴与上述方向反转，从而实现了支撑盘的正反交替转动，解决了整个装置的电气元件与连接气管单向旋转发生的卷绕问题。
附图说明
图1为本发明提出的半导体晶圆硅片分片机的整体结构示意图；
图2为本发明提出的半导体晶圆硅片分片机的吸附取料组件局部剖视结构示意图；
图3为本发明提出的半导体晶圆硅片分片机的吸附取料组件的整体主视结构示意图；
图4为本发明提出的半导体晶圆硅片分片机的单组吸附取料组件整体剖视结构示意图；
图5为本发明提出的半导体晶圆硅片分片机的传动组件剖视结构示意图；
图6为本发明提出的半导体晶圆硅片分片机的清洗组件结构示意图。
图中：1、底座；2、输送组件；3、空心轴；4、支撑盘；5、吸附取料组件；6、清洗组件；7、弹簧一；8、吸气口；9、外壳；10、限位环；11、弹簧二；12、滑环；13、凸缘；14、吸头；15、撞击滑柱；16、内轴；17、弹簧三；18、凸起；19、滚珠；20、限位板；21、滑杆；22、顶板；23、按压闭合式开关；24、全齿轮一；25、传动组件；26、驱动电机；27、半齿轮；28、全齿轮二；29、传动齿轮；30、箱体；31、导向伸缩柱；32、伸缩件；33、升降板；34、弹簧四；35、容纳壳；36、透水孔。
实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例
半导体晶圆硅片分片机，如图1、图2所示，包括底座1，所述底座1的外壁分别设置有输送组件2与清洗组件6，所述底座1的顶部外壁转动连接有空心轴3，空心轴3的顶部外壁通过螺栓固定有支撑盘4，支撑盘4的底部外壁设置有若干组吸附取料组件5，所述吸附取料组件5包括外壳9、滑环12和吸头14，所述外壳9通过螺栓固定于支撑盘4的底部外壁，所述滑环12密封地滑动配合于外壳9的内部，所述吸头14通过螺栓固定于滑环12的底部外壁，且吸头14的吸附腔与滑环12的内腔连通，所述外壳9底端壁厚内滑动连接有长短不一的撞击滑柱15，撞击滑柱15的顶部外壁焊接有弹簧一7，所述外壳9的内壁焊接有限位环10，限位环10与滑环12的相对一侧外壁焊接有同一个弹簧二11，所述外壳9的一侧外壁焊接有与其内腔连通的吸气口8，所述吸气口8外接气泵，所述滑环12的外壁设置有凸缘13；当需要单片取料时，将吸头14的底部贴合于晶圆的表面，启动气泵，其通过吸气口8将外壳9、滑环12以及吸头14的内腔空气吸出，通过负压将晶圆吸附，并且，本装置通过设置有撞击滑柱15，由于滑环12与外壳9滑动连接，产生负压吸附时，吸头14与滑环12同样会收缩，而在收缩的过程时，凸缘13会触碰撞击滑柱15，产生撞击震动，通过长短不一的撞击滑柱15，能增加震动次数，并且当所有的撞击滑柱15均收缩完毕后，凸缘13与外壳9端面碰撞也会产生震动，这些震动会传递至吸头14以及直接吸附的一个晶圆上，从而通过震动来使得通过水膜吸附的晶圆脱落，精确实现单片分片取料的功能，并且，本装置通过设置有弹簧二11，一方面，弹簧二11能为滑环12的复位提供一定的弹力，防止出现负压时，滑环12立即收缩导致吸头14与晶圆间还未产生足够的负压吸附力后脱离，保证了吸附的可靠性，另一方面，弹簧二11也能对吸头14接触晶圆的瞬间起到缓冲作用，防止晶圆损伤。
为了解决取放料问题；如图3所示，所述空心轴3的内壁设置有内轴16，内轴16的底部外壁通过螺栓固定于底座1的顶部外壁上，顶板底部固定安装有凸起18，凸起18位于输送组件2与清洗组件6方向，所述外壳9的顶部外壁通过螺栓固定有滑杆21，滑杆21滑动连接于支撑盘4的内壁上，所述滑杆21的外壁套设有弹簧三17，且滑杆21的顶部外壁通过螺栓固定有限位板20，所述限位板20的顶部滚动配合有滚珠19；当支撑盘4转动时，带动外壳9同步转动，当转动至凸起18位置时，凸起18对滚珠19限位，从而下压滑杆21，使得外壳9下移，从而使得吸头14靠近输送组件2放料或者靠近清洗组件6进行取料。
为了解决定位的同步性问题；如图4所示，所述支撑盘4位于限位板20正下方的顶部外壁通过螺栓固定有按压闭合式开关23，按压闭合式开关23与气泵控制连接；当限位板20受到清洗组件6处凸起18的限位下降时，会下压按压闭合式开关23，按压闭合式开关23闭合产生电信号，此时电信号传递至气泵，控制气泵开启，进行吸附，吸附后该吸附有晶圆的吸头14继续转动，当转动至输送组件2处，受到凸起18限位下降，此时产生电信号传递至气泵，控制气泵关闭泄压，进行放料，从而保证了位置与取放料的同步性，增加精准度。按压闭合式开关23与气泵的控制逻辑为，初次使用时，按压闭合式开关23产生的电信号次数为0，此后每一次电信号的产生，气泵的开启与关闭均交替控制，并且首次电信号产生控制气泵开与否的设定取决于首次电信号的产生位置。
为了解决驱动问题；如图3所示，所述支撑盘4的驱动源本实施例不做限定，可采用直驱电机，电机配合减速器、带传动等形式，仅需能驱动空心轴3转动即可。
为了解决清洗和取料问题；如图6所示，所述清洗组件6包括箱体30和容纳壳35，所述容纳壳35的底部外壁通过导向伸缩柱31连接有升降板33，升降板33的底部外壁通过螺栓固定有伸缩件32，伸缩件32的底部外壁通过螺栓固定于箱体30的底部内壁上，且所述升降板33与导向伸缩柱31的相对一侧外壁焊接有弹簧四34，容纳壳35的内壁开设有透水孔36，本实施例中，对伸缩件32的类型不做限定，可以为电动、气动、液压伸缩杆，也可以为其他能实现直线运动的机械结构，优选的，所述伸缩件32为液压伸缩杆；可将待清洗的晶圆叠放进容纳壳35内，向箱体30内倒入清洗液，同时控制伸缩件32的伸缩，带动容纳壳35往复升降，配合晶圆受到的浮力和流阻，进行可靠清洗，清洗完成后，启动伸缩件32伸长，带动容纳壳35顶起，此时清洗液透过透水孔36流出，即可达到备取料状态。
为了解决取料时，高度变化引起的取料路径变化问题，如图6所示，所述弹簧四34的弹性模量为单个晶圆的重力与厚度的比值；根据弹簧四34的弹力特性可知，弹簧四34的伸缩量与其受力成正比，且比例常数为弹性模量，即,x为形变量，F为受力，k为弹性模量，对弹簧四34受力分析可知，当/>时，G为单片晶圆重力，d为单片晶圆厚度，此时弹簧的形变量为/>，当取走一片晶圆时，整体高度下降了d，弹簧四34的整体负重减小了G，此时对弹簧四34受力分析可知/>，化简可得，而又由于弹簧四34的弹性模量为单个晶圆的重力与厚度的比值，也就是/>，所以可得/>，弹簧四34的压缩量减小了d，整个高度上升d，从而平衡了取走单片晶圆后的高度差，综上可知，本装置通过对弹簧四34的弹性模量进行定制选择，使其等于单个晶圆的重力与厚度的比值，即使多片晶圆在取料状态时，被取走单片，剩下的晶圆整体的最高高度不变，从而能使得吸头14的每次取料路径均相同，更便于设计，提高了精准度。
为了解决输料后续加工问题，如图1所示，所述输送组件2的电动输送带，且其技术较为成熟，本实施例不做过多赘述。
本实施例在使用时,可将待清洗的晶圆叠放进容纳壳35内，向箱体30内倒入清洗液，同时控制伸缩件32的伸缩，带动容纳壳35往复升降，配合晶圆受到的浮力和流阻，进行可靠清洗，清洗完成后，启动伸缩件32伸长，带动容纳壳35顶起，此时清洗液透过透水孔36流出，即可达到备取料状态，当支撑盘4转动时，带动外壳9同步转动，当转动至凸起18位置时，凸起18对滚珠19限位，从而下压滑杆21，使得外壳9下移，当限位板20受到清洗组件6处凸起18的限位下降时，会下压按压闭合式开关23，按压闭合式开关23闭合产生电信号，此时电信号传递至气泵，控制气泵开启，进行吸附，吸附后该吸附有晶圆的吸头14继续转动，当转动至输送组件2处，受到凸起18限位下降，此时产生电信号传递至气泵，控制气泵关闭泄压，进行放料，放料后的单片晶圆可经输送组件2输送。
实施例
半导体晶圆硅片分片机，如图5所示，为了解决单向旋转的绕线、绕管等问题；本实施例对实施例1的支撑盘4驱动形式进行改进：所述支撑盘4与顶板22通过传动组件25传动配合，所述传动组件25包括驱动电机26和半齿轮27，所述驱动电机26通过螺栓固定于顶板22的顶部外壁上，且顶板22的输出轴通过键连接于半齿轮27的内壁，所述半齿轮27的两侧外壁均可啮合的分别配合有全齿轮一24与全齿轮二28，所述全齿轮二28焊接于空心轴3的外壁上，所述全齿轮一24通过过渡轴转动连接于顶板22的内壁，且所述过渡轴与空心轴3与外壁焊接有相互啮合的一对传动齿轮29。
本实施例在使用时,当驱动电机26启动时，其会带动半齿轮27转动，而半齿轮27转动时，会交替与全齿轮一24、全齿轮二28啮合，且交替周期为半圈，当与全齿轮二28啮合时，直接驱动空心轴3以及支撑盘4转动，当与全齿轮一24啮合时，其带动传动齿轮29转动，再通过另一个传动齿轮29带动空心轴3与上述方向反转，从而实现了支撑盘4的正反交替转动，解决了整个装置的电气元件与连接气管单向旋转发生的卷绕问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.半导体晶圆硅片分片机，包括底座（1），所述底座（1）的外壁分别设置有输送组件（2）与清洗组件（6），所述底座（1）的顶部外壁转动连接有空心轴（3），空心轴（3）的顶部外壁固定安装有支撑盘（4），支撑盘（4）的底部外壁设置有若干组吸附取料组件（5），其特征在于，所述吸附取料组件（5）包括外壳（9）、滑环（12）和吸头（14），所述外壳（9）固定安装于支撑盘（4）的底部外壁，所述滑环（12）密封地滑动配合于外壳（9）的内部，所述吸头（14）固定安装于滑环（12）的底部外壁，且吸头（14）的吸附腔与滑环（12）的内腔连通，所述外壳（9）底端壁厚内滑动连接有长短不一的撞击滑柱（15），撞击滑柱（15）的顶部外壁固定安装有弹簧一（7），所述外壳（9）的内壁固定安装有限位环（10），限位环（10）与滑环（12）的相对一侧外壁固定安装有同一个弹簧二（11），所述外壳（9）的一侧外壁固定安装有与其内腔连通的吸气口（8），所述吸气口（8）外接气泵，所述滑环（12）的外壁设置有凸缘（13）；
滑环（12）在收缩的过程时，凸缘（13）会触碰撞击滑柱（15），产生撞击震动，长短不一的撞击滑柱（15），增加震动次数，当所有的撞击滑柱（15）均收缩完毕后，凸缘（13）与外壳（9）端面碰撞也会产生震动，震动会传递至吸头（14）以及直接吸附的一个晶圆上，使得通过水膜吸附的晶圆脱落。
2.根据权利要求1所述的半导体晶圆硅片分片机，其特征在于，所述外壳（9）的顶部外壁固定安装有滑杆（21），滑杆（21）滑动连接于支撑盘（4）的内壁上，所述滑杆（21）的外壁套设有弹簧三（17），且滑杆（21）的顶部外壁固定安装有限位板（20）。
3.根据权利要求2所述的半导体晶圆硅片分片机，其特征在于，所述限位板（20）的顶部滚动配合有滚珠（19），所述空心轴（3）的内壁设置有内轴（16），内轴（16）的底部外壁固定安装于底座（1）的顶部外壁上，顶板底部固定安装有凸起（18），凸起(18)位于输送组件(2)与清洗组件(6)方向；
支撑盘（4）转动，带动外壳（9）同步转动，当转动至凸起（18）位置时，凸起（18）对滚珠（19）限位，下压滑杆（21），使得外壳（9）下移，使得吸头（14）靠近输送组件（2）放料或者靠近清洗组件（6）进行取料。
4.根据权利要求3所述的半导体晶圆硅片分片机，其特征在于，所述支撑盘（4）位于限位板（20）正下方的顶部外壁固定安装有按压闭合式开关（23），按压闭合式开关（23）与气泵控制连接；
限位板（20）受到清洗组件（6）处凸起（18）的限位下降，会下压按压闭合式开关（23），按压闭合式开关（23）闭合产生电信号，电信号传递至气泵，控制气泵开启，进行吸附，吸附有晶圆的吸头（14）继续转动，转动至输送组件（2）处，受到凸起（18）限位下降，此时产生电信号传递至气泵，控制气泵关闭泄压，进行放料。
5.根据权利要求1所述的半导体晶圆硅片分片机，其特征在于，所述清洗组件（6）包括箱体（30）和容纳壳（35），所述容纳壳（35）的底部外壁通过导向伸缩柱（31）连接有升降板（33），升降板（33）的底部外壁固定安装有伸缩件（32），伸缩件（32）的底部外壁固定安装于箱体（30）的底部内壁上。
6.根据权利要求5所述的半导体晶圆硅片分片机，其特征在于，所述升降板（33）与导向伸缩柱（31）的相对一侧外壁固定安装有弹簧四（34）。
7.根据权利要求6所述的半导体晶圆硅片分片机，其特征在于，所述容纳壳（35）的内壁开设有透水孔（36）。
8.根据权利要求6所述的半导体晶圆硅片分片机，其特征在于，所述弹簧四（34）的弹性模量为单个晶圆的重力与厚度的比值。
9.根据权利要求1所述的半导体晶圆硅片分片机，其特征在于，所述支撑盘（4）与顶板（22）通过传动组件（25）传动配合，所述传动组件（25）包括驱动电机（26）和半齿轮（27），所述驱动电机（26）固定安装于顶板（22）的顶部外壁上，且顶板（22）的输出轴通过键连接于半齿轮（27）的内壁，所述半齿轮（27）的两侧外壁均可啮合的分别配合有全齿轮一（24）与全齿轮二（28），所述全齿轮二（28）固定安装于空心轴（3）的外壁上，所述全齿轮一（24）通过过渡轴转动连接于顶板（22）的内壁，且所述过渡轴与空心轴（3）的外壁固定安装有相互啮合的一对传动齿轮（29）；
驱动电机（26）启动，带动半齿轮（27）转动，半齿轮（27）转动，会交替与全齿轮一（24）、全齿轮二（28）啮合，且交替周期为半圈，当与全齿轮二（28）啮合时，直接驱动空心轴（3）以及支撑盘（4）沿一定方向转动，当与全齿轮一（24）啮合时，其带动传动齿轮（29）转动，再通过另一个传动齿轮（29）带动空心轴（3）与上述方向反转，实现支撑盘（4）的正反交替转动。
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