CN115593925A - 一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，包括机架，安装在机架上的挂具周转机构，挂具夹持翻转机构，横移模组，巡边机构，清洗机构，多个晶圆供料机构及转运机械手，同时横移模组上安装有外盖开合机构和内圈搬移机构，挂具夹持翻转机构位于中间位置，夹持挂具周转机构内的导电挂具，将其翻转移动至上下料工位，外盖开合机构与内圈搬移机构位于上下料工位两侧，分别实现外盖旋开及内圈搬移操作，转运机械手位于上下料工位一侧，巡边机构，清洗机构，多个晶圆供料机构环设在转运机械手四周，并位于转运机械手的操作范围内。

Description

一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置

技术领域：

本发明涉及半导体自动化设备领域，具体涉及一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置。

背景技术：

目前的晶圆片在进行表面处理工艺的过程中，尤其是进行电镀或者是化学镀的表面处理工艺，需要搭配良好的导电治具以及支撑挂具(后简称导电挂具)，在距离晶圆环型边缘处，约0～2mm的范围称其为无效带，晶圆在装配至导电挂具时，无效带与导电挂具进行良好的密封及导电接触，并裸露出有效带(扣除距离晶圆环型边缘0～2mm的范围以外的其他区域)，装配导电挂具的晶圆才能接着进行浸泡式的化学表面处理工艺。导电挂具可以是单面处理或者是正/反两面同时处理，每个面根据晶圆的大小，最少放置一片以上的晶圆，导电挂具在进行表面处理是可以采用垂直立起式，也可以采用水平放置式，无论哪种方式，导电挂具必须要做到水密封及耐化性，才能防止表面处理过程中，药水渗漏到无效带，一旦药水渗漏不但会破坏了挂具的导电结构，影响挂具的寿命，也造成了晶圆片的质量异常。

为了保障导电挂具的密封性，现有的导电挂具的密封方式大致有以下四类：第一种为旋转式，第二种为螺丝锁附式，第三种为气囊式，第四种为垂直拉紧式。无论哪种密封方式，在进行晶圆上下料时，都是人工进行上下料，包括挂具密封或解封，晶圆的装卸，这种人工方式不仅效率低，而且容易造成晶圆破损从而无法满足生产需求。

为此出现了一种自动上下料设备，如专利一种晶圆类产品电镀上下料设备(申请号2021107464543)，这种自动上下料设备只能针对气囊式密封的挂具进行自动化操作，针对旋转式挂具则无法实现自动化上下料操作。

发明内容：

针对现有技术的缺乏和不足，本发明提供了一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，实现对旋转式晶圆挂具的全自动上下料。

一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，包括机架，安装在机架上的挂具周转机构，挂具夹持翻转机构，横移模组，巡边机构，清洗机构，多个晶圆供料机构及转运机械手，同时横移模组上安装有外盖开合机构和内圈搬移机构；所述挂具夹持翻转机构位于挂具周转机构一侧，夹紧导电挂具将其翻转移动至上下料工位，所述外盖开合机构与内圈搬移机构位于上下料工位两侧，分别实现外盖旋拧及内圈搬移操作，转运机械手位于上下料工位一侧，巡边机构，清洗机构，多个晶圆供料机构环设在转运机械手四周，并位于转运机械手的操作范围内。

优选地，所述旋转式晶圆挂具具有相互垂直设置的第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板表面固定有配重块，第二支撑板的单面或双面固定有环形底座，环形底座上依次设有晶圆，密封内圈及外盖，且外盖与环形底座螺纹拧装，将密封内圈压紧在晶圆的无效带处。

优选地，所述挂具夹紧翻转机构包括平行设置的两组滑动模组，固定在滑动模组滑块上的支撑架，安装在支撑架之间用于夹紧配重块并带动晶圆挂具中心旋转的夹紧旋转组件，以及安装在一侧支撑架上带动夹紧旋转组件翻转的翻转电机。

优选地，所述夹紧旋转组件包括U型安装架，旋转电机，装配板，平行夹持气缸及两组夹持板，平行夹持气缸固定在装配板上，两组夹持板对称安装在平行夹持气缸的两个滑块上，由平行夹持气缸控制夹持板相对接近或远离，实现对配重块的夹紧或松开，所述装配板连接旋转电机，所述旋转电机配合U型安装架固定在两个支撑架之间，且U型安装架一侧与翻转电机连接。

优选地，所述外盖开合机构包括第一升降模组，固定架，旋外盖电机及旋外盖治具，所述第一升降模组固定在横移模组的滑块上，固定架安装在第一升降模组的滑块上，旋外盖电机安装在固定架上，旋外盖治具上端配合联轴器连接旋外盖电机，下端具有与外盖形状一致的腔体，且腔体相对的两侧嵌装有气缸，用于夹紧腔体内的外盖。

优选地，所诉内圈搬移机构包括第二升降模组，固定板，内圈夹爪模组及承载台，所述承载台固定在机架上，所述第二升降模组固定在横移模组的滑块上，固定板安装在第二升降模组的滑块上，所述内圈夹爪模组固定在固定板上，所述内圈夹爪模组对内圈进行夹持搬移至承载台，同步实现晶圆的取放。

优选地，所述内圈夹爪模组包括模组本体，圆周等间隔布置在模组本体四周的多个内圈夹持气缸，以及安装在内圈夹持气缸上的内圈夹爪，所述模组本体顶部通过连接轴安装在固定板上，底部嵌装有多个晶圆接近传感器，同时底部四周对应晶圆无效带位置嵌装有真空用密封圈，真空吸附晶圆。

优选地，所述内圈夹爪模组包括模组固定板，多个内圈夹持气缸，多个晶圆夹爪组件及旋转联动组件，多个内圈夹持气缸呈圆周等间隔分布在模组固定板四周，且内圈夹持气缸上安装有内圈夹爪，多个晶圆夹爪组件也呈圆周等间隔分布在模组固定板四周，且内圈夹持气缸与晶圆夹爪组件交替设置，所述晶圆夹爪组件包括固定在模组固定板上的夹爪滑块，以及滑动安装在夹爪滑块上的晶圆夹爪，所述旋转联动组件包括安装在模组固定板中心的转盘，以及驱动转盘正反转的联动驱动件，所述晶圆夹爪通过连杆连接转盘，随着转盘正反旋转使得连杆带动晶圆夹爪沿着夹爪滑块前后伸缩。

优选地，所述晶圆夹爪的夹持面上设有勾针。

优选地，所述挂具周转机构包括底板，多个左右移动模组，前后移动模组及U形挂架，多个左右移动模组平行设置在底板上，包括滑轨，与滑轨相平行的传送同步带，所述传送同步带为双面齿同步带，通过一端的驱动电机控制其传送，所述前后移动模组与左右移动模组相垂直布置，前后移动模组的滑块上固定有连接滑轨，该连接滑轨上安装有挂架滑块，前后移动模组控制滑块来回滑动，使得连接滑轨与对应左右移动模组的滑轨拼接，从而使得挂架滑块由连接滑轨移动至滑轨上，所述U型挂架安装在挂架滑块上，其底面两侧设有与同步带齿相配合的齿条。

优选地，所述晶圆供料机构包括晶周盒和晶周盒打开机构，所述晶周盒打开机构包括放置晶周盒的放置底板，吸附并打开晶周盒面板的开盖面板，升降导柱及升降模组，所述开盖面板配合导套套装在升降导柱上，且与升降导柱顶部固定的升降模组连接，由升降模组控制开盖面板沿着升降导柱上下升降，将晶周盒面板抬起，露出晶周盒内部。

优选地，所述开盖面板上对应晶周盒面板旋钮位置设有开盖旋钮.且开盖旋钮通过安装在开盖面板背面的旋钮气缸控制，所述开盖面板上还设有多个吸盘，所述放置底板通过开盖直线模组固定在机架上，且放置底板表面设置有对晶周盒定位的定位气缸及定位凸起，所述开盖直线模组带动晶周盒前移至开盖面板处进行开盖操作。

有益效果：本发明所揭示的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，具有如下有益效果：

对导电挂具结构进行优化，增加额外的密封内圈可以有效避免表面处理时药水渗透到无效带；

对于自动化上下料装置，通过设置的挂具周转机构可以实现多组挂具的连续性操作，利用周转避让位实现中间过渡，从而提升整个上下料的不间断性；

挂具夹紧翻转机构可以实现挂具夹紧翻转以外，还可以实现360°旋转，从而可以实现双面挂具的上下料，而无需人工进行换面操作，此外滑动模组的设计配合顶部的视觉纠偏机构，可以精准控制挂具的上下料位置，确保后续上下料的精准度；

对于外盖开合机构，采用与外盖结构配合的腔体结合相对设置的夹紧气缸，实现仿生人捏紧旋拧操作，确保外盖开合的可行性和顺畅性；

采用内盖搬移机构同步实现密封内圈的搬移及晶圆的取放，针对不同需求的晶圆采用不同的取放形式，避免直接接触晶圆有效带，同时实现稳固取放；

整个上下料装置动线布局合理，全自动实现旋转式晶圆挂具的开盖、晶圆上下料和盒盖的操作，同时可以满足单面或双面挂具的自动上下料，整个设备结构合理，自动化操作节省时间，提高生产效率，同时提高了装配的精度，保障晶圆的电镀品质。

附图说明

图1为本发明实施例对应的晶圆的结构图；

图2为本发明实施例对应的导电挂具的结构示意图；

图3为本发明实施例对应的导电挂具的结构爆炸图；

图4为本发明实施例的整体结构图；

图5为本发明实施例的主视图；

图6为本发明实施例的布局俯视图；

图7为本发明实施例中挂具周转机构的结构图一；

图8为本发明实施例中挂具周转机构的结构图二；

图9为本发明实施例中挂具夹取翻转机构的结构图；

图10为本发明实施例中夹持旋转组件的结构图；

图11为本发明实施例中夹持旋转组件的仰视图；

图12为本发明实施例中开旋扣外盖机构的主视图；

图13为本发明实施例中开旋扣外盖机构的结构图；

图14为本发明实施例中开内圈机构的结构图；

图15为本发明实施例中第一种内圈夹爪模组的结构图；

图16为本发明实施例中第一种内圈夹爪模组的主视图；

图17为本发明实施例中第二种内圈夹爪模组的结构图一；

图18为本发明实施例中第二种内圈夹爪模组的结构图二；

图19为本发明实施例中巡边机构的结构图；

图20为本发明实施例中巡边机构的剖视图；

图21为本发明实施例中清洗机构的结构图；

图22为本发明实施例中晶圆供料机构的结构图；

图23为本发明实施例中晶周盒打开机构的正面结构图；

图24为本发明实施例中晶周盒打开机构的反面结构图；

图25为本发明实施例中挂具装载机构的结构图。

图中：10-导电挂具，101-晶圆，102-有效带，103-无效带，104-第一支撑板，105-第二支撑板，106-环形底座，107-密封内圈，108-外盖，109-配重块，1010-外螺纹，21-机架，22-挂具周转机构，23-挂具夹持翻转机构，24-横移模组，25-巡边机构，26-清洗机构，27-晶圆供料机构，28-转运机械手，29-外盖开合机构，30-内圈搬移机构，31-龙门架，32-第一升降模组，33-第二升降模组，34-视觉纠偏机构，35-承载台，36-挂具装载机构，221-底板，222-左右移动模组，223-前后移动模组，224-U形挂架，225-滑轨，226-同步带，227-驱动电机，228-连接滑轨，229-挂架滑块，2210-齿条，231-滑动模组，232-支撑架，233-夹持旋转组件，234-翻转电机，235-U型安装架，236-旋转电机，237-电机固定座，238-装配板，239-平行夹持气缸，2310-导向滑轨，2311-夹持板，2312-销钉，251-底座，252-立柱，253-巡边CCD设备，254-背光源，255-托台，256-旋转平台，257-XY调节底座，261-清洗托台，262-挡水盆，263-清洗喷嘴件，264-清洗CCD设备，265-挡水盆气缸，266-接水盆，267-摆臂，268-摆动电机组件，271-晶周盒-272-晶周盒打开机构，273-放置底板，274-开盖面板，275-升降导柱，276-升降模组，277-导套，278-开盖旋钮，279-旋钮气缸，2710-吸盘，2711-开盖直线模组，2712-直线滑轨，2713-定位气缸，2714-定位凸起，281-晶圆取放叉，291-固定架，292-旋外盖电机，293-旋外盖治具，294-腔体，295-气缸，296-阻尼块，301-固定板，302-内圈夹持模组，303-模组本体，304-内圈夹持气缸，305-内圈夹爪，306-连接轴，307-接近传感器，308-真空用密封圈，309-模组固定板，3010-夹爪滑块，3011-晶圆夹爪，3012-转盘，3013-连杆，3014-联动杆，3015-联动气缸，3016-勾针，3017-侧板，3018-槽孔，361-移出模组，362-挂具装载升降模组，363-挂具承载托盘。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合附图以及实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

本发明所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，实现对导电挂具10的自动密封和解封操作，从而实现晶圆101的自动上下料，所述晶圆结构如图1所述，为圆片结构，其中间圆盘区域为有效带102，是晶圆进行进行表面处理的区域，而四周0～2mm范围称为无效带103，用于手工取放料或治具夹持。

本发明所针对的导电挂具为旋转式结构，其结构如图2～3所示，包括第一支撑板104，第二支撑板105，环形底座106，密封内圈107及外盖108，第二支撑板与第一支撑板垂直设置，第一支撑板上固定有配重块109，所述第二支撑板的一面或两面固定有环形底座106，环形底座的四周设有外螺纹1010，所述晶圆放置在环形底座上，通过密封内圈压住其无效带，并通过外盖螺旋装配在环形底座上，实现整体的旋转式密封组装。

本发明的自动上下料装置，其实现导电挂具的水平翻转，中心旋转，外盖的开合，密封内圈的搬移及晶圆的上下料操作，其结构如图4～6所述，包括机架21，安装在机架上的挂具周转机构22，挂具夹持翻转机构23，横移模组24，巡边机构25，清洗机构26，多个晶圆供料机构27及转运机械手28，同时横移模组上安装有外盖开合机构29和内圈搬移机构30，挂具翻转机构位于中间位置，夹持挂具周转机构内的导电挂具，将其翻转至上下料工位，外盖开合机构与内圈搬移机构位于上下料工位两侧，分别实现外盖旋开及内圈搬移操作，转运机械手位于上下料工位一侧，巡边机构，清洗机构，多个晶圆供料机构换设在转运机械手四周，转运机械手在各个机构之间进行晶圆转运操作。

具体说来，所述挂具周转机构用于实现导电挂具在上下料位置及表面处理线之间的周转，其结构如图7～8所示，包括底板221，多个左右移动模组222，前后移动模组223，U形挂架224，多个左右移动模组平行设置在底板上，包括滑轨225，与滑轨相平行的传送同步带226，所述传送同步带为双面齿同步带，通过一端的驱动电机227控制其传送，所述前后移动模组与左右移动模组相垂直布置，前后移动模组的滑块上固定有连接滑轨228，该连接滑轨上安装有挂架滑块229，前后移动模组控制滑块来回滑动，使得连接滑轨与左右移动模组的滑轨拼接，从而使得挂架滑块由连接滑轨移动至滑轨225上，所述U型挂架安装在挂架滑块上，其底面两侧设有与同步带齿相配合的齿条2210，当滑块移动至对应的左右移动模作处，连接滑轨与滑轨相拼接，齿条与同步带的外齿相啮合，驱动电机旋转，在齿条的作用下，挂架滑块移动至滑轨上，从而实现导电挂具在不同位置的切换。

多个平行设置的左右移动模组中靠近挂具翻转机构的一个为上料位左右移动模组，而靠近表面处理线的一个为下料位左右移动模组，中间的则用于过渡周转。

所述挂具夹持翻转机构23用于夹持导电挂具的配重块，并将导电挂具由竖直状态翻转至水平状态进行上下料，同时针对双面挂具，还需要进行180°旋转实现两个面的切换，具体结构如图9～11所示，包括两个平行设置的滑动模组231，固定在滑动模组滑块上的支撑架232，安装在两个支撑架之间的夹持旋转组件233，以及安装在一侧支撑架带动夹持旋转组件翻转的翻转电机234，夹持旋转组件一端配合轴承座固定在支撑架上，另一端与翻转电机连接，由翻转电机带动其在竖直状态与水平状态之间进行无段式翻转切换，并在水平状态下沿着滑动模组水平滑动至上下料工位处。

所述夹持旋转组件用于夹持导电挂具的配重块，同时可以进行中心360°旋转，进行挂具两个面的无段式切换，具体包括U型安装架235，旋转电机236，电机固定座237，装配板238，平行夹持气缸239，导向滑轨2310及夹持板2311，旋转电机通过电机固定座固定在U型安装架上，装配板与旋转电机连接，平行夹持气缸与两组导向滑轨相互平行的固定在装配板上，且两组导向滑轨位于平行夹持气缸两侧，两个夹持板相互平行设置，两端通过滑块与导向滑轨配合，中间与平行夹持气缸的滑动块连接，由平行夹持气缸控制两组夹持板相对接近或远离来实现夹紧或松开操作，两组夹持板用于夹持导电挂具的配重块，为了提升夹持的稳固性，，两组夹持板的相对面设有多个销钉2312，与配重块上的销孔相配对，从而在夹持时，销钉插入销孔内，确保旋转时不会松脱掉落。

所述横移模组24通过龙门架31固定在机架上，横移模组为两组，呈一条直线的安装在龙门架的横梁上，所述外盖开合机构29配合第一升降模组32固定在一组横移模组的滑块上，实现外盖开合机构的横向移动和竖向升降，所述内圈搬移机构30配合第二升降模组33固定在另一组横移模组的滑块上，实现内圈搬移机构的横向移动和竖向升降。

所述外盖开合机构实现对导电挂具上外盖的旋转解封或旋转密封操作，其结构如图12～13所示，包括固定架291，旋外盖电机292，旋外盖治具293，所述固定架安装在第一升降模组上，旋外盖电机配合联轴器与旋外盖治具连接，所述旋外盖治具底面具有容纳外盖的腔体294，该腔体的形状与外盖形状一致，在实际使用时，为了提升旋拧的可操作性，外盖的外形结构通常设计成多边形，常规的选用六边形或八边形，以保障旋拧时的受力点，所述腔体相对的两侧边嵌装有气缸295，且气缸的伸缩端装配有阻尼块296，旋拧时外盖嵌入治具的腔体内，两侧的气缸伸出利用阻尼块夹紧外盖，控制旋外盖电机带动整个治具旋转，实现旋转解封或密封操作，两侧夹紧的阻尼块结构为仿生人手捏紧的形式，确保操作的顺畅性。

所述外盖开合机构的工作过程为横移模组控制外盖开合机构移动至导电挂具正上方，第一升降模组控制其下降，旋外盖治具盖住外盖，两侧的气缸控制阻尼块夹紧外盖，控制旋外盖电机旋转来拧松外盖，然后第一升降模组抬起，同步横移模组移动，实现外盖的解封，由于导电挂具会出现老化及变形的问题，就导致外盖的开盖角度或扭力锁紧角度会出现改变，为了解决这一问题，在机架上方设置视觉纠偏机构34，位于上下料工位的正上方，对外盖的开盖特征角度进行识别，以实现补偿旋外盖治具的配合角度，确保旋外盖治具下降时，外盖正好嵌入腔体内，避免配合时的撞机。

此外，视觉纠偏机构还能对上下料工位的导电挂具进行整体纠偏，比如导电挂具的变形或是翻转后出现偏移时，视觉纠偏机构计算出特征的补偿值，利用横移模组进行外盖开合机构横向位置的纠偏，以及利用挂具夹持翻转机构的滑动模组进行前后位置的纠偏，从而避免治具整体偏移导致的开盖机构配合时的撞机。

所述内圈搬移机构对导电挂具上的密封内圈进行搬移，同步实现晶圆的取放，其结构如图14所示，包括固定板301，内圈夹爪模组302，固定板为L型，其一侧固定在第二升降模组上，随着第二升降模组升降，另一侧固定有内圈夹爪模组，由于内圈夹爪模组不仅实现密封内圈的搬移，还要实现晶圆的取放，有些晶圆在取放时不能接触其表面，而有些可以接触其表面，故而针对两种不同需求，设计了两款不同的内圈夹爪模组，下面分别进行描述。

如图15～16所示为第一种内圈夹爪模组结构，其针对表面可以接触的晶圆的取放，包括圆形的模组本体303，模组本体四周圆周等间隔设置有多个内圈夹持气缸304，且内圈夹持气缸的伸缩端固定有内圈夹爪305，所述内圈夹持气缸数量优选为四个，呈十字布置在模组本体的四个方向的，实现对密封内圈四个方向的夹持，所述模组本体的顶部通过连接轴306安装在固定板上，而模组本体的底面则嵌装有多个晶圆接近传感器307，以判断是否有晶圆，所述模组本体底面的四周对应晶圆无效带的位置嵌装有真空用密封圈308，配合抽真空设备，对晶圆四周的无效带进行气密接触，从而实现晶圆的取放。

如图17～18所示为第二种内圈夹爪模组机构，主要针对表面不可接触的晶圆的取放，包括模组固定板309，圆周等间隔布置在模组固定板四周的多个内圈夹持气缸304，内圈夹持气缸的伸缩端固定有内圈夹爪305，所述模组固定板上还安装有多个晶圆夹爪组件，同样呈圆周等间隔布置，且每个晶圆夹爪组件位于两个内圈夹持气缸之间，在实际使用时，为了实现精准可靠夹持，且保障成本，所述内圈夹持气缸及晶圆夹爪组件的数量选择四个，呈十字分布，从四个方向进行夹持。所述晶圆夹爪组件包括固定在模组固定板上的夹爪滑块3010，滑动安装在夹爪滑块上的晶圆夹爪3011，安装在背板模组中心的转盘3012，晶圆夹爪端部通过连杆3013连接转盘，随着转盘正反旋转使得连杆带动晶圆夹爪沿着夹爪滑块前后伸缩滑动，实现对晶圆侧边的夹持，所述转盘中心设有转轴伸出模组固定板，通过联动杆3014与模组固定板表面的气缸3015连接，气缸伸缩控制联动杆摆动，从而控制转盘正转或反转，进而控制晶圆夹爪伸出或缩回，在使用时为了避免抓取的晶圆掉落所述晶圆夹爪的夹持面上设有勾针3016，在夹持时通过勾针起到底部辅助承托的作用。

所述模组固定板四周还设有侧板3017，侧板上对应内圈夹爪及晶圆夹爪位置开设有槽孔3018，供内圈夹爪及晶圆夹爪伸出，同时模组固定板的相对面还设有罩板(图未示)，罩板四周与侧板固定，将转盘，夹爪滑块，内圈夹持气缸等部件包裹在内部，此外模组固定板上还设有晶圆接近传感器307，以判断是否有晶圆，从而实现精准夹持。

由于内圈搬移机构要实现密封内圈的搬移，同步还是要实现晶圆的取放，故而在机架上设置承载台35，承载台位于内圈搬移机构下方，用于临时放置取下的密封内圈，便于内圈搬移机构继续取放晶圆。

所述巡边机构结构如图19～20所示，包括底座251，立柱252，巡边CCD设备253，背光源254，托台255，旋转平台256，XY调节底座257，旋转平台安装在XY调节底座上，同时托台固定在旋转平台上，晶圆放置在托台上，通过旋转平台带动晶圆旋转，为了避免旋转时晶圆在离心力作用下甩出，托台上设有真空通道，配合抽真空设备，在晶圆放置后，通过抽真空将晶圆吸附在托台上，所述背光源固定在底座上位于晶圆边缘的下方，巡边CCD设备通过立柱固定在底座上，且巡边CCD设备位于背光源正上方，在巡边时，背光源为晶圆边缘提供照明背光，同步上方的CCD设备进行拍照，从而获取晶圆的边缘位置及定位槽位置，通过算法得到位置纠偏补偿值，利用XY调节底座进行位置纠偏，使得晶圆的圆心纠偏到原点位置，利用旋转平台将定位槽旋转至零点位置，这样在机械爪托举晶圆送入导电挂具时，其定位槽及圆心位置精准无误。

所述清洗机构对已经表面处理的晶圆进行清理，其结构如图21所示，包括清洗托台261，挡水盆262，清洗喷嘴件263及清洗CCD设备264，清洗托台用于放置处理好的晶圆，为了避免晶圆松脱，清洗托台上设有真空通道，配合真空设备稳固吸住晶圆，所述挡水盆设于清洗托台外围，通过挡水盆气缸265控制其升降，在清洗时上升，避免清洗水四溅，清洗结束后下降，便于机械爪取放料，所述挡水盆底部通过排水管将挡水盆内的清洁水及时排出，在完成清洗后，清洗喷嘴会移动停驻在接水盆266的上方，防止喷嘴漏夜污染，所述清洗清洗喷嘴配合摆臂267及摆动电机组件268实现对晶圆的摆动式喷水，达到全方位的清洗，清洗喷嘴在清洗后可以喷出氮气，将晶圆表面的水分吹干，清洗CCD设备位于晶圆上方，对清洗后的晶圆进行整体拍摄，判断表面处理是否存在瑕疵。

为了提升清洗效果，清洗托台底部可以设置旋转机构，实现边旋转边清洗，从而保证真个晶圆面都得到清洗，同时旋转的结构还可以在清洗后实现甩干操作。

所述晶圆供料机构用来装载未加工的晶圆及已加工的晶圆，其结构如图22～24所示，包括晶周盒271和晶周盒打开机构272，所述晶周盒具有盒体以及与盒体旋扣的面板，在打开时需要旋转面板表面的旋钮进行解扣，所述晶周盒打开机构包括放置底板273，开盖面板274，升降导柱275及升降模组276，所述升降导柱竖直设于机架上，开盖面板配合导套277套装在升降导柱上，且与升降导柱顶部固定的升降模组连接，由升降模组控制开盖面板沿着升降导柱上下升降，所述开盖面板上对应晶周盒面板旋钮位置设有开盖旋钮278.且开盖旋钮通过安装在开盖面板背面的旋钮气缸279控制，同时开盖面板上还设有多个吸盘2710，以真空吸住晶周盒面板，所述放置底板配合开盖直线模组2711固定在机架上，且两端设有直线滑轨2712，晶周盒放置在所述放置底板上，为了确保晶周盒放置到位，所述放置底板上设有定位气缸2713及定位凸起2714，放置底板在开盖直线模组的带动下前移至开盖面板处，晶周盒的面板贴合开盖面板，通过开盖旋钮打开晶周盒面板，同时利用吸盘吸住晶周盒面板，控制升降模组将晶周盒面板抬起，裸露出晶周盒内的隔层腔体，便于取放晶圆。

所述转运机械手28为常规的晶圆机械手，可以实现多个角度多个位置的操作，其端部安装有托举晶圆的晶圆取放叉281，转运机械手在操作过程中需要将导电挂具中处理完成的晶圆取出送至清洗机构进行清洗，然后再从清洗机构取出送至晶周盒内，同时将晶周盒内未加工的晶圆送至巡边机构进行巡边纠偏，然后在送至导电挂具内。

初始状态时，导电挂具内未设置晶圆，需要通过挂具装载机构36将空的导电挂具送入进行上料，然后再进入循环上下料和表面处理加工流程，所述挂具装载机构位于挂具夹持翻转机构下方，包括移出模组361，挂具装载升降模组362和挂具承载托盘363，所述挂具承载托盘固定在挂具装载升降模组的滑块上，而挂具装载升降模组固定在移出模组的滑块上，初始时移出模组带动挂具装载升降模组和挂具承载托盘移出机架，人工将空的导电挂具放置在挂具承载托盘内，利用移出模组和挂具装载升降模组将空的挂具已送至挂具夹持翻转机构下方，利用夹持板夹住配重块翻转后上料，上料后的导电挂具送入挂具周转机构进行转运至表面处理线。

本发明所揭示的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其整个原理过程如下：

表面处理完成的导电挂具通过天车送至下料位左右模组的U型挂架上，通过左右移动模组配合前后移动模组，将导电挂具周转至上料位，挂具夹持翻转机构的两组夹持板夹紧导电挂具的配重块，移开U型挂架，同步翻转电机进行翻转，使得导电挂具由垂直状态翻转至水平状态，在通过滑动模组水平滑动至上下料工位，外盖开合机构通过横移模组配合第一升降模组移动至导电挂具整个上方，同时旋外盖治具下降与外盖匹配，气缸控制阻尼块夹紧外盖，同时旋外盖电机旋转，从而将外盖从导电挂具上解密，打开的外盖随外盖开合机构暂时移动到一侧，同时内圈搬移机构部移动至导电挂具正上方，通过第二升降模组使得内圈夹爪模组下降，从而夹取密封内圈，将密封内圈转移至承载台临时存放，然后再通过内圈夹爪模组将晶圆夹取，同步机械手移动至晶圆下方，通过晶圆取放叉托举晶圆，并送入清洗机构，对处理好的晶圆进行清洗，清洗的过程中，机械手将晶周盒内未加工的晶圆送至巡边机构，进行定位槽和圆形的巡边纠偏，然后再通过机械手将巡边后的晶圆托举送至导电挂具上方，通过内圈夹爪模组夹住晶圆，并放置到导电挂具的环形底座上，实现晶圆的上料，然后再讲承载台上的密封内圈夹持放置到晶圆上方，然后外圈开合机构将外圈再次旋拧装配实现密封操作。

完成一面上下料的导电挂具通过夹持旋转组件进行180°旋转，使得反面朝上，重复上述步骤进行另一面的上下料，待整个导电挂具均更换了新的晶圆后，翻转电机将水平的导电挂具翻转至竖直状态，在配合U型挂架将其转运至下料位，通过天车运送至表面处理线进行处理。

以上是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：包括机架，安装在机架上的挂具周转机构，挂具夹持翻转机构，横移模组，巡边机构，清洗机构，多个晶圆供料机构及转运机械手，同时横移模组上安装有外盖开合机构和内圈搬移机构；所述挂具夹持翻转机构位于挂具周转机构一侧，夹紧导电挂具将其翻转移动至上下料工位，所述外盖开合机构与内圈搬移机构位于上下料工位两侧，分别实现外盖旋拧及内圈搬移操作，转运机械手位于上下料工位一侧，巡边机构，清洗机构，多个晶圆供料机构环设在转运机械手四周，并位于转运机械手的操作范围内。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述旋转式晶圆挂具具有相互垂直设置的第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板表面固定有配重块，第二支撑板的单面或双面固定有环形底座，环形底座上依次设有晶圆，密封内圈及外盖，且外盖与环形底座螺纹拧装，将密封内圈压紧在晶圆的无效带处。

3.根据权利要求2所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述挂具夹紧翻转机构包括平行设置的两组滑动模组，固定在滑动模组滑块上的支撑架，安装在支撑架之间用于夹紧配重块并带动晶圆挂具中心旋转的夹紧旋转组件，以及安装在一侧支撑架上带动夹紧旋转组件翻转的翻转电机。

4.根据权利要求3所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述夹紧旋转组件包括U型安装架，旋转电机，装配板，平行夹持气缸及两组夹持板，平行夹持气缸固定在装配板上，两组夹持板对称安装在平行夹持气缸的两个滑块上，由平行夹持气缸控制夹持板相对接近或远离，实现对配重块的夹紧或松开，所述装配板连接旋转电机，所述旋转电机配合U型安装架固定在两个支撑架之间，且U型安装架一侧与翻转电机连接。

5.根据权利要求2所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述外盖开合机构包括第一升降模组，固定架，旋外盖电机及旋外盖治具，所述第一升降模组固定在横移模组的滑块上，固定架安装在第一升降模组的滑块上，旋外盖电机安装在固定架上，旋外盖治具上端配合联轴器连接旋外盖电机，下端具有与外盖形状一致的腔体，且腔体相对的两侧嵌装有气缸，用于夹紧腔体内的外盖。

6.根据权利要求2所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所诉内圈搬移机构包括第二升降模组，固定板，内圈夹爪模组及承载台，所述承载台固定在机架上，所述第二升降模组固定在横移模组的滑块上，固定板安装在第二升降模组的滑块上，所述内圈夹爪模组固定在固定板上，所述内圈夹爪模组对内圈进行夹持搬移至承载台，同步实现晶圆的取放。

7.根据权利要求6所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述内圈夹爪模组包括模组本体，圆周等间隔布置在模组本体四周的多个内圈夹持气缸，以及安装在内圈夹持气缸上的内圈夹爪，所述模组本体顶部通过连接轴安装在固定板上，底部嵌装有多个晶圆接近传感器，同时底部四周对应晶圆无效带位置嵌装有真空用密封圈，真空吸附晶圆。

8.根据权利要求6所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述内圈夹爪模组包括模组固定板，多个内圈夹持气缸，多个晶圆夹爪组件及旋转联动组件，多个内圈夹持气缸呈圆周等间隔分布在模组固定板四周，且内圈夹持气缸上安装有内圈夹爪，多个晶圆夹爪组件也呈圆周等间隔分布在模组固定板四周，且内圈夹持气缸与晶圆夹爪组件交替设置，所述晶圆夹爪组件包括固定在模组固定板上的夹爪滑块，以及滑动安装在夹爪滑块上的晶圆夹爪，所述旋转联动组件包括安装在模组固定板中心的转盘，以及驱动转盘正反转的联动驱动件，所述晶圆夹爪通过连杆连接转盘，随着转盘正反旋转使得连杆带动晶圆夹爪沿着夹爪滑块前后伸缩。

9.根据权利要求8所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述晶圆夹爪的夹持面上设有勾针。

10.根据权利要求1所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述挂具周转机构包括底板，多个左右移动模组，前后移动模组及U形挂架，多个左右移动模组平行设置在底板上，包括滑轨，与滑轨相平行的传送同步带，所述传送同步带为双面齿同步带，通过一端的驱动电机控制其传送，所述前后移动模组与左右移动模组相垂直布置，前后移动模组的滑块上固定有连接滑轨，该连接滑轨上安装有挂架滑块，前后移动模组控制滑块来回滑动，使得连接滑轨与对应左右移动模组的滑轨拼接，从而使得挂架滑块由连接滑轨移动至滑轨上，所述U型挂架安装在挂架滑块上，其底面两侧设有与同步带齿相配合的齿条。

11.根据权利要求1所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述晶圆供料机构包括晶周盒和晶周盒打开机构，所述晶周盒打开机构包括放置晶周盒的放置底板，吸附并打开晶周盒面板的开盖面板，升降导柱及升降模组，所述开盖面板配合导套套装在升降导柱上，且与升降导柱顶部固定的升降模组连接，由升降模组控制开盖面板沿着升降导柱上下升降，将晶周盒面板抬起，露出晶周盒内部。

12.根据权利要求11所述的一种旋转式晶圆挂具的自动上下料装置，其特征在于：所述开盖面板上对应晶周盒面板旋钮位置设有开盖旋钮.且开盖旋钮通过安装在开盖面板背面的旋钮气缸控制，所述开盖面板上还设有多个吸盘，所述放置底板通过开盖直线模组固定在机架上，且放置底板表面设置有对晶周盒定位的定位气缸及定位凸起，所述开盖直线模组带动晶周盒前移至开盖面板处进行开盖操作。

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