CN115513120B - 一种用于晶圆盘检测的顶升机构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体的技术领域，尤其是涉及一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其包括固定组件、驱动组件、升降组件和旋转组件，在晶圆的测试过程中，通常会先将装有晶圆的晶圆盘通过机械手进行输送，输送至测试设备相对应位置时，通过测试设备的顶升机构将顶针顶起，顶针将晶圆盘撑住，然后再通过顶升机构将顶针放下，使晶圆盘位于测试设备表面进行测试。本申请设置切换槽和旋转件实现顶出件穿过切换槽与下顶板相对运动和顶出件将下顶板顶起与下顶板相对固定的状态切换，可以提高晶圆盘放置于承托件表面的稳定性。

Description

一种用于晶圆盘检测的顶升机构

技术领域

本申请涉及半导体的技术领域，尤其是涉及一种用于晶圆盘检测的顶升机构。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，半导体的应用也越来越广泛，诸如在集成电路、消费电子、通信系统等领域，半导体的存在都是至关重要的，因此，半导体的重要性不言而喻。而在半导体行业中，晶圆则起着至关重要的作用。晶圆是指制作硅半导体积体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。随着半导体特征尺寸越来越小，加工及测量设备越来越先进，使得晶圆加工出现了新的数据特点。

在晶圆的测试过程中，通常会先将装有晶圆的晶圆盘通过机械手进行输送，输送至测试设备相对应位置时，通过测试设备的顶升机构将顶针顶起，顶针将晶圆盘撑住，然后再通过顶升机构将顶针放下，使晶圆盘能够放置在测试设备的表面进行测试。

现有技术中，顶针通常是通过气缸的驱动进行上下升降，但将晶圆盘放置于设备表面的承托件进行观察或者检测的过程中，因为气缸采用的气压方式进行升降，在升降过程中由于气压的不稳定性，可能导致气缸的输出端在上升或下降过程中不稳定，进而导致晶圆盘在承托件上放置不稳定的情况。

发明内容

为了提高晶圆盘放置于承托件的稳定性，本申请提供一种用于晶圆盘检测的顶升机构。

本申请提供的一种用于晶圆盘检测的顶升机构采用如下的技术方案：

一种用于晶圆盘检测的顶升机构，包括固定组件、驱动组件、升降组件和旋转组件，所述固定组件包括底座、导向件和连接于所述底座的顶出件；所述驱动组件包括用于驱动所述升降组件的第一驱动件和用于驱动所述旋转组件的第二驱动件，所述升降组件包括与所述底座转动连接并位于所述导向件内的升降件；所述旋转组件包括旋转件、连接于所述旋转件内的上顶板、滑移连接于所述旋转件内的下顶板和连接于所述旋转件一端的承托件，所述旋转件远离承托件一端与所述升降件转动连接，所述下顶板设有可穿梭于所述上顶板和承托件的顶针，所述下顶板设有供所述顶出件穿过的切换槽，所述顶出件转动至切换槽内时，所述顶出件与所述承托件可相对移动，所述顶出件转动至切换槽外时，所述顶出件将所述下顶板以及承托件顶起。

通过采用上述技术方案，顶针设于下顶板上，且未露出承托件表面，在下顶板开设有切换槽供顶出件穿过，但升降件运动将下顶板抬升至顶出件上方时，通过旋转件的旋转，将下顶板的切换槽旋转至与顶出件位于不同竖直方向，通过升降件将下顶板下降，就可以使得下顶板的下表面与顶出件相接触，并被顶出件所顶住，升降件继续带动旋转件和承托件向下运动，因为下顶板被顶出件顶住固定不动，旋转件和承托件就相对于下顶板向下移动，下顶板上的顶针就随着上顶板和承托件的向下移动，而被顶出件顶住露出承托件表面，此时顶针将晶圆盘顶住，并下降放置于承托件表面。在相关技术中，一般采用气缸控制顶针，这样会存在压力的传递面积小，所以存在稳定性较差的情况。而在本申请中通过对升降件的升降，以使固定在底座上的顶出件将推力反向作用在顶针上，以使对承托件上的晶圆盘的顶起或下降。而且，顶针与晶圆盘接触时会受到来自晶圆盘的反作用力，而现有技术中常用的气缸容易受压使得气缸的气压产生一定的变化以致于顶针的顶起状态容易发生不稳定。而顶出件是固定在底座上以使其状态稳定能力更强，所以顶出件受到的影响远小于气缸，从而使得顶针顶起晶圆盘时更加稳定。

此外，本机构还设置了旋转组件，旋转组件用于限制或允许顶出件顶起当旋转组件处于允许状态时，顶出件能够有效施加均匀的顶推力以使顶出件稳定顶起顶针；当旋转组件处于限制状态时，顶出件会与顶针错位以使顶出件无法推动顶针， 此时晶圆盘能够稳定地放置在承托件上以便测试的稳定进行。

可选的，所述旋转组件还包括连接于所述旋转件内的上顶板和滑移连接于所述旋转件内的下顶板，所述旋转件包括固定板和中轴件，所述固定板上设有供所述顶针穿过的导向孔，所述固定板一侧与承托件连接，所述固定板另一侧与所述上顶板相连接，所述下顶板滑移连接于所述中轴件内。

通过采用上述技术方案，将上顶板和承托件连接于固定板的两侧，可以保持上顶板和承托件的相对固定状态，并且固定板上设有供所述顶针穿过的通孔，顶针依次穿过上顶板、固定板，最后从承托件内伸出，可以对顶针的顶出起到引导作用，提高顶针顶出位置的准确性，从而实现顶针度晶圆盘的承托和放置于承托件表面的稳定性。

可选的，所述中轴件包括水平承载面和竖向侧壁，所述水平承载面上设有所述下顶板，所述下顶板可沿所述竖向侧壁进行相对滑移。

通过采用上述技术方案，将下顶板设于水平承载面上，可以保持下顶板的水平位置的稳定，并且下顶板可沿竖向侧壁进行滑移，竖向侧壁可给下顶板的移动起到引导作用，侧壁的竖向设置还能保证下顶板沿竖直方向进行运动，提高顶针沿竖直方向运动的稳定性，从而提高顶针将晶圆盘顶起和下降的稳定性。

可选的，所述上顶板和所述下顶板之间连接有弹性件。

通过采用上述技术方案，上顶板和下顶板之间连接有弹性件，在下顶板被顶出件抵住时，升降件带动上顶板相对于下顶板进行向下运动，顶针被顶出承托件表面对晶圆盘进行支撑，此时上顶板和下顶板之间的弹性件被压缩，顶针撑住晶圆盘之后需要将晶圆盘放置于承托件的表面，通过弹性件的设置，可以自动实现上顶板与下顶板之间的相对远离运动，使得上顶板带动承托件相对于下顶板进行向上运动，承托向上运动直至将晶圆盘放置于承托件表面，顶针就向下移动至承托件表面下方，提高承托件向上运动对晶圆盘的支撑速度和顶针向下移动回缩的效率，从而提高整个机构上料的效率。

可选的，所述升降件远离所述底座一端连接有连接件，所述连接件设有连接孔，所述中轴件远离所述固定板一端插入所述连接孔与所述连接件转动连接。

通过采用上述技术方案，在升降件的一端设置带有连接孔的连接件，通过中轴件插入连接孔，来实现升降件与旋转件之间的转动连接，可以提高升降件和旋转件之间连接和转动的便捷性，提高机构的工作效率；通过连接件的设置还可以减少升降件和中轴件之间发生相对转动时的摩擦损耗，提高机构的使用寿命。

可选的，所述第一驱动件连接于所述导向件侧壁，所述底座设有与所述升降件螺纹连接的同步轮，所述第一驱动件的转轴通过同步带与所述同步轮相连接。

通过采用上述技术方案，在底座设置同步轮，第一驱动件的转轴转动带动同步带移动，通过同步带传动带动同步轮转动，因为同步轮与升降件为螺纹连接，所以同步轮转动就可以带动升降件进行竖直方向的移动，通过同步带和同步轮的相互配合，即可以实现第一驱动件对升降件竖向移动的驱动。

可选的，所述第二驱动件连接于所述导向件，所述第二驱动件位于所述导向件和所述承托件的间隙，所述第二驱动件通过连接臂连接于所述中轴件的外壁。

通过采用上述技术方案，第二驱动件连接于导向件并通过连接臂与中轴件相连接，第二驱动件驱动连接臂带动中轴件进行转动，实现中轴件相对于导向件和升降件的转动，从而实现顶出件位于切换槽内实现下顶板的上下移动和与下顶板下表面接触将下顶板顶起固定的状态切换，满足晶圆盘不需要被顶针顶起的稳定状态，提高晶圆盘放置于承托件表面的稳定性。

可选的，所述底座上设有连接柱，所述连接柱远离底座一端设有承托板，所述承托板上设有所述顶出件，所述承托板位于所述旋转件的竖向移动方向上。

通过采用上述技术方案，设置连接柱将底座与顶出件相连接，可以节约生产材料，降低生产成本；并且设置在顶出件和连接柱之间设置承托板，承托板位于旋转件的竖向移动方向上，可以在旋转件向下移动一定距离后，阻止旋转件继续向下运动，从而减小旋转件和承托件的过度移动，导致移动时间过长降低了测试效率，通过承托板的设置可以减小升降件带动旋转件运动的路程，从而提高顶出件将顶针顶起的速率。

可选的，所述顶出件设置有多组，多组所述顶出件沿所述承托板中心周向均匀分布。

通过采用上述技术方案，顶出件设置成多组，多组顶出件在顶出过程中能够均匀分布承托件上的压力，从而提高升起或下降过程中对晶圆盘的稳定性。而且，多组顶出件周向均匀分布，本机构中承托件为圆盘状，重心位于中心位置，多组顶出件能够维持承托件上表面的水平度，减少晶圆盘倾斜的情况。

可选的，所述下顶板远离于所述上顶板一侧设置有缓冲件，所述缓冲件设置有多组，多组所述缓冲件沿所述下顶板的中心呈周向均匀分布，所述缓冲件远离所述下顶板的一侧设置有缓冲面，所述缓冲面呈弧形面。

通过采用上述技术方案，缓冲件在下降过程中，可以对下顶板起到缓冲的作用，这样设置使得当晶圆盘快速下降时，不会因为触碰到底部从而反作用力大而振幅过大的情况。而且，弧形面的设置，使得旋转过程中，能够减少水平方向的摩擦，从而便于进行转动，而不会产生较大的振幅。进而维持晶圆盘良好的放置稳定性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.切换槽和旋转件的设置可以实现顶出件穿过切换槽与下顶板相对运动和顶出件将下顶板顶起与下顶板相对固定的状态切换，可以提高晶圆盘放置于承托件表面的稳定性；

2.通过弹性件的设置，可以自动实现上顶板与下顶板之间的相对远离运动，提高承托件向上运动对晶圆盘的支撑速度和顶针向下移动回缩的效率，从而提高整个机构上料的效率；

3.通过承托板的设置可以减小升降件带动旋转件运动的路程，从而提高顶出件将顶针顶起的速率。

4.将第一驱动件设置为伺服电机，可以提高顶针顶出时的稳定性，从而减少晶圆盘放置于承托件表面偏位的情况，从而提高晶圆盘放置于承托件表面的位置准确性。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例的剖面图；

图3是本申请实施例的A部分结构放大示意图；

图4是本申请实施例中顶针伸出承托件的状态示意图；

图5是顶出件与上顶板、下顶板配合结构示意图；

图6是本申请实施例的B部分结构放大示意图。

附图标记说明：1、固定组件；11、底座；12、导向件；13、连接柱；14、承托板；15、顶出件；2、驱动组件；21、第一驱动件；22、第二驱动件；3、升降组件；31、升降件；32、连接件；33、同步轮；34、支撑柱；35、连接轴；4、旋转组件；41、旋转件；411、固定板；412、中轴件；42、上顶板；43、下顶板；431、顶针；432、切换槽；5、承托件；6、弹性件。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种用于晶圆盘检测的顶升机构，用于提高晶圆盘放置于承托件的稳定性。

参照图1和图2，一种用于晶圆盘检测的顶升机构包括固定组件1、驱动组件2、升降组件3和旋转组件4，固定组件1用于将设备固定放置于平台上；驱动组件2包括第一驱动件21和第二驱动件22，第一驱动件21用于驱动升降组件3并带动旋转组件4进行相对于固定组件1竖直方向的移动，第二驱动件22用于驱动旋转组件4相对于升降组件3和固定组件1的相对转动；旋转组件4包括顶针431和承托件5，升降组件3用于将实现顶针431顶出承托件5和伸入承托件5状态的切换，具体的，承托件5为圆盘，承托件5用于承托晶圆盘，当晶圆盘放置于承托件5上时，晶圆盘会随着承托件5的运动而运动。

参照图1和图2，在本实施例中，固定组件1包括底座11和导向件12，其中，导向件12垂直设置于底座11上，底座11朝向于导向件12的一侧垂直设置于连接柱13，连接柱13的一端与底座11通过螺栓连接。连接柱13的另一端通过螺栓连接有承托板14。承托板14背离于连接柱13的一侧设置有用于将顶针431顶起的顶出件15。而且，顶出件15设置有多组，在本实施例中，顶出件15设置有三组，三组顶出件15沿承托板14的圆心呈周向均匀分布。这样设置的目的在于，三组顶出件15能够维持晶圆盘在顶出的过程中的稳定性。

参照图2和图3，旋转组件4还包括旋转件41、上顶板42和下顶板43，其中，旋转件41包括固定板411和中轴件412，中轴件412的一侧连接于固定板411，中轴件412的另一侧设置有承托件5。固定板411上开设有直径大于两个顶出件15之间距离的通孔；固定板411和承托件5上均开设有供顶针431穿设的导向孔。

参照图2和图4，中轴件412包括第一承托面和第二承托面，其中，第一承托面靠近于承托件5的一侧固定连接有上顶板42，且上顶板42同时与承托件5相连接。第二承托面朝向于承托件5的一侧设置有下顶板43，下顶板43的侧壁抵压于中轴件412的内壁，中轴件412的内壁可以协助引导，从而使得中轴件412进行竖向的滑移。从而维持对承托件5承托的稳定性。

参照图5和图6，在本实施例中，三组顶针431均垂直连接于下顶板43，而且，上顶板42开设有供顶针431穿设的导向孔，在本实施例中，上顶板42和下顶板43均呈环状薄板状。此外，为了控制晶圆盘的上升和下降的两种状态，在本实施例中，下顶板43上开设有供顶出件15穿过的切换槽432。具体的，切换槽432设置有三组，当顶出件15位于切换槽432内时，下顶板43可转动范围为5-10度。此外，上顶板42和下顶板43之间设置有多个弹性件6，弹性件6的上下表面分别抵压于上顶板42和下顶板43，且在本实施例中弹性件6采用弹簧。通过弹性件6的设置，可以实现上顶板42与下顶板43之间的相对远离运动，提高承托件5向上运动中对晶圆盘的支撑速度，和顶针431向下移动时回缩的效率。

具体的，在本实施例中，下顶板43与顶出件15之间存在两种相对位置关系的转换。当顶出件15位于切换槽432内时，下顶板43能够相对于顶出件15进行上下移动，此时，下顶板43与上顶板42以及承托件5之间为相对固定状态，此时顶针431位于承托件5内。当顶出件15与切换槽432错位时，顶出件15与下顶板43的下表面相接触时，下顶板43与顶出件15之间为相对固定状态，此时，上顶板42和承托件5相对于下顶板43进行相对移动，顶针431则伸缩于承托件5的表面。

参照图2和图3，在本实施例中，为了减少转动过程中的摩擦而产生的振幅，下顶板43远离于上顶板42一侧设置有缓冲件，缓冲件设置有多组，多组缓冲件沿下顶板43的中心呈周向均匀分布，缓冲件远离所述下顶板43的一侧设置有缓冲面，缓冲面呈弧形面。在本实施例中，为了便于安装和设置，缓冲面为圆形面。

参照图2和图4，升降组件3包括升降件31和连接件32，升降件31一端与底座11通过螺栓连接，从而使得升降件31与底座11贴合设置。底座11上的连接柱13穿过升降件31与承托板14固定于连接件32与升降件31形成的容置空间内，升降件31另一端设有与连接件32厚度相同的连接槽，连接件32放置于连接槽内，并通过螺栓与升降件31可拆卸连接，升降件31与连接件32连接的一端还设有用于引导升降件31沿竖直方向运动的引导件，具体的，在本实施例中，升降件31的外壁与导向件12的内壁相贴合。

参照图2和图4，升降件31与底座11相连接一端设有带内螺纹的连接口，底座11的中心转动连接有同步轮33，同步轮33中心垂直连接有支撑柱34，同步轮33上设有带外螺纹的连接轴35，升降件31通过连接轴35与底座11转动连接，同步轮33还连接有同步带，同步带的另一端与第一驱动件21的驱动部相连接。

参照图2和图4，连接件32上设有供中轴件412上远离承托件5一端的竖向侧壁插入的圆孔，竖向侧壁与圆孔侧壁相贴合，水平承载面的下表面与连接件32的上表面相贴合，连接件32与中轴件412之间还设有用于实现连接件32和中轴件412转动连接的螺栓，具体的，在本实施例中，连接件32为圆环状轴承。

参照图2和图4，第一驱动件21包括固定部和驱动部，固定部沿竖直方向连接于导向件12的外壁，驱动部朝向底座11方向通过同步带与同步轮33相连接，通过连接轴35将同步轮33和升降件31相连接，从而实现第一驱动件21对升降件31的竖直方向的驱动，具体的，在本实施例中，第一驱动件21为伺服电机，伺服电机相比于气缸更稳定，运动位置也更精准。

参照图2和图4，第二驱动件22水平设于导向件12设有第一驱动件21的对立面，第二驱动件22包括固定端和驱动端，驱动端转动连接有连接臂，连接臂一端通过螺栓与驱动端可拆卸连接，连接臂另一端连接于中轴件412的外壁，并且连接臂水平设置与承托件5和导向件12之间的空隙，升降件31靠近第二驱动件22一侧伸出导向件12水平设置有挡边，固定端通过螺栓可拆卸连接于挡边。

本申请实施例一种抬升机构的实施原理为：第一驱动件21带动同步带从而带动同步轮33转动，同步轮33通过连接轴35转动带动升降件31上下移动，升降件31带动中轴件412上升直至下顶板43的下表面位于顶出件15上方，通过第二驱动组件2驱动连接臂运动，连接臂带动中轴件412转动，从而带动下顶板43转动使得顶出件15和切换槽432发生错位，中轴件412带动上顶板42和下顶板43向下靠近顶出件15方向运动，顶出件15与下顶板43相抵触阻止下顶板43继续向下运动，并与下顶板43保持相对固定状态，此时，上顶板42和承托件5继续相对于下顶板43向下运动，下顶板43上的顶针431便穿出承托件5表面将晶圆盘撑起；

再通过升降件31带动中轴件412和承托件5向上运动，顶针431则相对于承托件5表面向下运动，将顶针431上的晶圆盘放置于承托件5表面进行测试，此时，上顶板42和下顶板43又上升至顶出件15的上方，通过第二驱动件22将下顶板43转动至切换槽432与顶出件15位于同一竖直方向，下顶板43即可与顶出件15进行相对运动，下顶板43、上顶板42和承托件5则保持相对固定，顶针431就不会被顶出，下顶板43和顶出件15相对固定将顶针431顶出和下顶板43与顶针431相对移动的状态切换，可以满足顶针431顶出对晶圆盘放置于承托件5的承托作用，又可以实现晶圆盘在承托件5上进行测试或者观察时的稳定性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：包括用于测试放置晶圆盘的承托件(5)和供所述承托件(5)安装的固定组件(1)，所述固定组件(1)上设置有升降组件(3)和旋转组件(4)，所述升降组件(3)用于驱使所述承托件(5)上的晶圆盘被顶起或下降；所述旋转组件(4)用于限制或允许所述升降组件(3)顶起晶圆盘；

所述固定组件(1)包括底座(11)、安装于所述底座(11)的导向件和连接于所述底座(11)的顶出件(15)；

所述升降组件(3)包括设置于所述导向件的升降件(31)和驱使所述升降件(31)升降的第一驱动件(21)，所述升降件(31)滑移连接于所述导向件，所述承托件(5)设置于所述升降件(31)上，所述升降件(31)设置有用于顶起晶圆盘的顶针(431)，所述顶针(431)包括至少一个针部和设置于所述针部靠近于所述底座(11)一侧的盘部，所述针部穿设于所述承托件(5)，所述盘部设置有供所述顶出件(15)穿设的切换槽，所述顶针(431)与所述顶出件(15)之间具有限制状态和允许状态；当处于限制状态时，所述顶出件(15)穿设于所述切换槽；

所述旋转组件(4)包括带动所述顶针(431)转动的旋转件(41)和提供给所述旋转件(41)驱动力的第二驱动件(22)。

2.根据权利要求1所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述旋转组件(4)还包括连接于所述旋转件(41)内的上顶板(42)和滑移连接于所述旋转件(41)内的下顶板(43)，所述旋转件(41)包括固定板(411)和中轴件(412)，所述固定板(411)上设有供所述顶针(431)穿过的导向孔，所述固定板(411)一侧与承托件(5)连接，所述固定板(411)另一侧与所述上顶板(42)相连接，所述下顶板(43)滑移连接于所述中轴件(412)内。

3.根据权利要求2所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述中轴件(412)包括水平承载面和竖向侧壁，所述水平承载面上设有所述下顶板(43)，所述下顶板(43)可沿所述竖向侧壁进行相对滑移。

4.根据权利要求2所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述上顶板(42)和所述下顶板(43)之间连接有弹性件(6)。

5.根据权利要求2所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述升降件(31)远离所述底座(11)一端连接有连接件(32)，所述连接件(32)设有连接孔，所述中轴件(412)远离所述固定板(411)一端插入所述连接孔与所述连接件(32)转动连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述第一驱动件(21)连接于所述导向件(12)侧壁，所述底座(11)设有与所述升降件(31)螺纹连接的同步轮(33)，所述第一驱动件(21)的转轴通过同步带与所述同步轮(33)相连接。

7.根据权利要求2所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述第二驱动件(22)连接于所述导向件(12)，所述第二驱动件(22)位于所述导向件(12)和所述承托件(5)的间隙，所述第二驱动件(22)通过连接臂连接于所述中轴件(412)的外壁。

8.根据权利要求1所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述底座(11)上设有连接柱(13)，所述连接柱(13)远离底座(11)一端设有承托板(14)，所述承托板(14)上设有所述顶出件(15)，所述承托板(14)位于所述旋转件(41)的竖向移动方向上。

9.根据权利要求8所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述顶出件设置有多组，多组所述顶出件沿所述承托板中心周向均匀分布。

10.根据权利要求2所述的一种用于晶圆盘检测的顶升机构，其特征在于：所述下顶板(43)远离于所述上顶板(42)一侧设置有缓冲件，所述缓冲件设置有多组，多组所述缓冲件沿所述下顶板(43)的中心呈周向均匀分布，所述缓冲件远离所述下顶板(43)的一侧设置有缓冲面，所述缓冲面呈弧形面。

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