CN213366565U - 一种基于限制自由度h型顶板晶圆片顶出装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，晶向调整机构便于多片晶圆的方向调整，减少人为干预，可实现无损无接触，便于后期传送；晶圆片传送方式采取丝杠传动，相对于其他传动类型，比如同步带传送具有传动平稳、尺寸紧凑、传动精度高等特点。为了使晶圆片能够顺利的实现传送，需要将方向调整好的晶圆片顶出晶舟，利用晶圆片的具有切边的特点，设计出晶圆顶板机构，可以很平稳的将晶圆片顶出晶舟，便于夹板夹取。本实用新型与现有技术相比较体现了其传送连续，晶向调节方便的优点，提高了传送效率，使晶向调整及传送的过程更加流畅。

Description

一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，属于半导体制造技术领域。

背景技术

半导体制造工艺包括多个步骤，通常在一道工艺结束后，需要将晶圆放置于晶舟中，并利用晶圆传送设备将晶圆片搬运到下一工艺设备处。

现有的晶舟通常设置有多个存放晶圆的槽位，由于卡槽是不可能与晶圆片贴合的，所以在将晶圆片顶出晶舟的过程中，晶圆片就会左右倾斜窜动，晶向也就不会统一，这就会影响后续的工艺流程。

目前，晶圆片在顶出过程中会发生旋转和方向不统一的现象，需要人工的调整，这就会使得整个传送流程不够连续且效率得不到提高。

2013年，郝万林发明了晶舟的抽片转移治具，（授权公告号：CN202839564U）。该方案的优点是此机构是采用的推杆进行晶圆片位置转换，晶圆片可以很顺利的进行工位转换。缺点是此机构设计的顶杆每次只能实现一片的晶圆的位置转移，如果是长晶舟，要将晶舟里的晶圆片都移出去，那就需要大量的时间，所以工作效率不高。

2019年，凌永康等人发明了一种晶舟转换装置，（授权公告号：CN210156362U），该方案的优点是此机构也是采用的推杆进行晶圆片转换，晶圆片可以很顺利的工位转换。缺点是推动晶圆片的顶杆使用了单个，只能限制一个自由度，所以会在顶出过程中发生旋转。2019年，高鹏飞发明了晶圆片调节的装置（授权公告号：CN210668297U），该方案的优点是提供了一种晶圆调节装置,该晶圆调节装置能够对发生偏移的晶圆的偏移情况进行检测，并根据偏移量进行相应的位置调节。缺点是装置比较复杂，晶圆片传送过程不稳定。

针对以上问题，再与现有技术结合，设计出了一种晶圆调整及传送系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有晶圆片传送过程中无晶圆调整系统、晶圆片传送过程中不能够实现自动化等问题，而提出一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置。本实用新型解决了晶圆片的方向统一、工位的转换和晶圆片的传送问题，其中H型顶板可以限制两个自由度，晶圆片不会发生旋转，能够实现晶圆片平稳顶出晶舟。

为了解决上述问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，包括晶向调节机构、晶圆顶板机构、晶舟台、晶舟、夹持机构、抬举机构、石英晶舟；所述晶舟、石英晶舟分别置于晶舟台，且石英晶舟位于晶舟后方，所述晶向调节机构置于所述晶舟底部；所述晶圆顶板机构具有H型顶板、第三升降机构，所述H型顶板位于晶舟下方；所述夹持机构位于晶舟上方，并设有第一升降机构、第一水平移动机构；所述抬举机构位于石英晶舟的上方，并设有第二升降机构；

所述第三升降机构驱动所述H型顶板升降，以便将晶舟内的晶圆片顶起至夹持机构下方；所述第一升降机构驱动夹持机构升降，以便夹持晶圆片，所述第一水平移动机构驱动夹持机构将晶圆片输送至石英晶舟内，所述第二升降机构驱动所述抬举机构升降，以便抬升石英晶舟。

进一步的，所述晶向调节机构包括晶向调节电机、晶向调节转轴；所述晶向调节电机固定在晶舟台下方，所述晶向调节转轴的两端分别与晶舟台转动连接，且晶向调节转轴位于晶舟正下方；所述晶向调节电机通过带轮、皮带带动晶向调节转轴转动，以与晶圆片的圆弧轮廓处接触，带动晶圆片，直至晶圆片的平缺口朝下。

进一步的，所述晶圆顶板机构包括晶圆顶板电机、第三升降机构、固定板、推板、H型顶板，所述第三升降机构为第三竖直丝杠机构；所述固定板固定在晶舟台下方，第三竖直丝杠机构的滑台与固定板滑动配合，所述推板与第三竖直丝杠机构的滑台固接，其顶部卡接于H型顶板的底部；所述晶圆顶板电机驱动第三竖直丝杠机构，使H型顶板沿固定板升降。

进一步的，所述夹持机构包括第一升降机构、第一水平移动机构、夹板机构，第一升降机构、第一水平移动机构分别为第一竖直丝杠机构、第一水平丝杠机构；所述第一水平丝杠机构安装于晶舟台，所述第一竖直丝杠机构与第一水平丝杠机构的滑台相连，所述夹板机构与第一竖直丝杠机构的滑台相连。

进一步的，所述夹板机构包括面板、两块夹板、两根连杆、气泵、两根平行而置的转轴；所述面板与第一竖直丝杠机构的滑台相连，两块夹板与两根转轴固接，两根转轴与面板转动连接，两台气泵的活塞分别通过连杆连接对应的转轴；气泵工作，压动连杆，从而带动转轴转动，夹板也随之转动，完成夹取动作。

进一步的，所述抬举机构包括抬臂、抬臂架、第二升降机构，所述第二升降机构为第二竖直丝杠机构，所述第二竖直丝杠机构通过机架与晶舟台相连，所述抬臂安装于抬臂架，所述抬臂架与第二竖直丝杠机构的滑台相连。

进一步的，所述抬臂架上设有背向布置的一对抬臂电机，所述抬臂为两根，一对抬臂电机分别驱动一对抬臂沿抬臂架相向或背向位移，以实现石英晶舟的抬起或放下。

进一步的，所述晶舟台表面布置有台面防护的圆孔网。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

第一，在将晶圆片顶出晶舟时，使用两块顶板（H型顶板）可以限制两个自由度，可以防止晶圆片在顶出过程中发生旋转，所以保证平稳顶出晶舟，便于夹取；

第二，晶向调整机构可使原本错乱的晶圆片方向得到统一，减少人为干预，可实现无损无接触，便于后期的晶圆去胶；

第三，当晶圆片传送至石英晶舟里时，抬举机构就会将石英晶舟抬起送入下一道工序；可形成一套完整的自动化传送系统，提高了传送效率。

本实用新型中的晶向调整机构便于多片晶圆的方向调整，减少人为干预，可实现无损无接触，便于后期传送；晶圆片传送方式采取丝杠传动，相对于其他传动类型，比如同步带传送具有传动平稳、尺寸紧凑、传动精度高等特点；为了使晶圆片能够顺利的实现传送，需要将方向调整好的晶圆片顶出晶舟，利用晶圆片的具有切边的特点，设计出晶圆顶板机构，可以很平稳的将晶圆片顶出晶舟，便于夹板夹取。本实用新型与现有技术相比较体现了其可晶向调整、传送平稳、精度高且具有自动化的优点，提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构立体图；

图2为本实用新型的晶向调整装置立体图；

图3为本实用新型的晶圆顶板装置立体图；

图4为本实用新型的夹持装置立体图；

图5为本实用新型的夹板装置立体图；

图6为本实用新型的晶圆顶板装置工作原理示意图；

图7为晶圆片示意图；

图中：晶向调节机构1、晶圆顶板机构2、晶舟台3、晶舟4、夹持机构5、机架6、抬举机构7、石英晶舟8、圆孔网9、晶圆片10、晶向调节电机11、带轮12、皮带13、轴承座14、晶向调节转轴15、晶圆顶板电机21、联轴器22、固定板23、第三竖直丝杠机构的滑台24、H型顶板25、推板26、固定板上的竖直导轨27、第三竖直丝杠机构的丝杆28、第一水平丝杠机构51、第一竖直丝杠机构52、第一竖直丝杠机构的滑台53、第一水平丝杠机构的滑台54、夹板机构55、面板551、轴承座552、连杆553、气泵554、转轴555、夹板556、抬臂71、抬臂架72、第二竖直丝杠机构73、抬臂电机74、晶圆片平缺口101。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型专利作进一步说明：

一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，包括：晶舟台3、晶舟台台面设置的圆孔网9、晶舟4、机架6、石英晶舟8、晶向调节机构1、晶圆顶板机构2、夹持机构5、抬举机构7。

如图1所示，所述晶向调节机构1位于晶舟的正下方，晶圆顶板机构2位于晶舟台3下方，通过螺钉相连；所述夹持机构5位于晶舟台3后面，通过螺钉固定的方式与晶舟台连接，抬举机构7通过螺钉安装在机架6上，机架6要与晶舟台3之间留有一定的距离，便于夹板机构5能够顺利的实现升降和水平平移；所述圆孔网9放置于晶舟台的上面，在放置晶舟的位置会留有空余；所述晶舟及石英晶舟固定在于晶舟台面的槽里，分别放置在台面的两个坑位上。

晶舟台3和机架6的材质都为空心矩形钢，结构稳定且节省空间和材料；圆孔网9由铁皮制成，可实现台面防护的作用。

如图2所示，晶向调节机构1包括晶向调节电机11、带轮12、皮带13、轴承座14、晶向调节转轴15。晶向调节电机11固定在晶舟台3的下方，使用带轮12、皮带13带动晶向调节转轴15转动，来实现晶圆片方向的调整。晶向调节转轴放在晶舟的正下方且与晶圆片的圆弧轮廓接触，当转轴转动，晶圆片也随之转动。由于晶圆片10有一切边（平缺口101），当晶圆切边与转轴相接触，这时晶圆片将不再转动，也就完成了晶向的统一调整，即晶圆片的平缺口全部朝下。

如图3所示，晶圆顶板机构2包括晶圆顶板电机21、联轴器22、固定板23、第三竖直丝杠机构的滑台24、H型顶板25、推板26。固定板23使用螺钉固定在晶舟台3下方，推板26与第三竖直丝杠机构的滑台24用螺钉连接，H型顶板25底部制成方槽状，可以方便的与推板26装配，装配后在使用螺钉固定。顶板25顶部制成两块板，主要是为了能够将晶圆片从晶舟里平稳的顶出；如果只设计成一块，必然会导致晶圆片在顶出晶舟时发生倾斜。晶圆顶板电机驱动第三竖直丝杠机构的丝杆28，使第三竖直丝杠机构的滑台4沿固定板上的竖直导轨27升降，以致推板带动H型顶板升降。

如图4所示，夹持机构5包括第一水平丝杠机构51、第一竖直丝杠机构52、夹板机构55。第一水平丝杠机构与晶舟台3固定，第一竖直丝杠机构与第一水平丝杠机构的滑台54相连，通过电机驱动第一水平丝杠机构可以实现夹板机构的水平移动。夹板机构55与第一竖直丝杠机构的滑台53相连，通过电机驱动第一竖直丝杠机构可以实现夹板机构的升降运动。

如图5所示，夹板机构55包括面板551、轴承座552、连杆553、气泵554、转轴555和夹板556。气泵554固定在面板551上，面板与第一竖直丝杠机构的滑台53相连，连杆553套在转轴555上，另一端与气泵554伸出来的轴（活塞）通过螺钉相连，当气泵554开始工作，就会压动连杆553，从而带动转轴555转动，夹板556也随之转动，可以完成夹取动作（实现两块夹板的张开、闭合）。如图6所示，晶舟4位于晶舟台3上面，当晶圆片方向调整一致后，第三竖直丝杠机构的滑台24沿着固定板上的竖直导轨27带动推板26向上移动，H型顶板25安装在推板26上，就会将晶舟里的晶圆片平稳的顶出晶舟。

如图1所示，抬举机构包括第二升降机构（即竖直布置的丝杠机构）、一对抬臂电机74、一对抬臂71。第二竖直丝杠机构的导轨安装在机架上，通过第二竖直丝杠机构实现抬臂机构的升降运动。一对抬臂电机安装在台臂架上，分别驱动一对抬臂沿抬臂架相向或背向位移，从而能准确地将石英晶舟抬起，送入下一道工序。

本实用新型晶圆片方向调整及传送的工作流程如下：

首先，晶向调节机构开始操作，晶向调节转轴旋转，会带动晶舟里的晶圆片的圆弧轮廓一起转动，当晶圆片的切边（平缺口）朝下时，晶圆片也就不会再转动，此时晶向调节完成，所有晶圆片的平缺口朝下；

然后，晶圆顶板机构开始操作，晶圆顶板电机驱动对应的丝杆滑台（第三升降机构）带动推板升降，H型顶板的两个边分布在转轴的两边，将晶舟里的晶圆片平稳的顶起，便于夹板的夹取；

接着，夹持机构开始操作，第一升降机构驱动夹板机构下降至晶舟处，气泵开始工作，压动连杆，从而带动转轴转动，夹板也随之转动，可以完成晶圆片的夹取；夹取顶出的晶圆片后，通过第一水平移动机构驱动夹板机构传送到石英晶舟上方；控制夹板张开，使晶圆片放入石英晶舟内；

最后，抬举机构通过第二升降机构控制抬臂下降，一对抬臂电机分别驱动一对抬臂沿抬臂架相向位移，以实现石英晶舟的抬起，将装有晶圆片的石英晶舟送入下一道工序。

本实用新型提供的晶向调整及传送的方法，体现了其传送连续、晶向调节方便的优点，提高了传送效率，使晶向调整及传送的过程更加流畅，具有很大的市场前景和推广价值。

Claims (8)

1.一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，包括晶向调节机构（1）、晶圆顶板机构（2）、晶舟台（3）、晶舟（4）、夹持机构（5）、抬举机构（7）、石英晶舟（8）；所述晶舟、石英晶舟分别置于晶舟台，且石英晶舟位于晶舟后方，所述晶向调节机构置于所述晶舟底部；所述晶圆顶板机构具有H型顶板（25）、第三升降机构，所述H型顶板位于晶舟下方；所述夹持机构位于晶舟上方，并设有第一升降机构、第一水平移动机构；所述抬举机构位于石英晶舟的上方，并设有第二升降机构；

所述第三升降机构驱动所述H型顶板升降，以便将晶舟内的晶圆片顶起至夹持机构下方；所述第一升降机构驱动夹持机构升降，以便夹持晶圆片，所述第一水平移动机构驱动夹持机构将晶圆片输送至石英晶舟内，所述第二升降机构驱动所述抬举机构升降，以便抬升石英晶舟。

2.根据权利要求1所述的一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，所述晶向调节机构包括晶向调节电机（11）、晶向调节转轴（15）；所述晶向调节电机固定在晶舟台下方，所述晶向调节转轴的两端分别与晶舟台转动连接，且晶向调节转轴位于晶舟正下方；所述晶向调节电机通过带轮、皮带带动晶向调节转轴转动，以与晶圆片的圆弧轮廓处接触，带动晶圆片，直至晶圆片的平缺口朝下。

3.根据权利要求1所述的一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，所述晶圆顶板机构包括晶圆顶板电机（21）、第三升降机构、固定板（23）、推板（26）、H型顶板（25），所述第三升降机构为第三竖直丝杠机构；所述固定板固定在晶舟台下方，第三竖直丝杠机构的滑台与固定板滑动配合，所述推板与第三竖直丝杠机构的滑台固接，其顶部卡接于H型顶板的底部；所述晶圆顶板电机驱动第三竖直丝杠机构，使H型顶板沿固定板升降。

4.根据权利要求1所述的一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，所述夹持机构包括第一升降机构、第一水平移动机构、夹板机构，第一升降机构、第一水平移动机构分别为第一竖直丝杠机构、第一水平丝杠机构；所述第一水平丝杠机构安装于晶舟台，所述第一竖直丝杠机构与第一水平丝杠机构的滑台相连，所述夹板机构与第一竖直丝杠机构的滑台相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，所述夹板机构包括面板（551）、两块夹板（556）、两根连杆（553）、气泵（554）、两根平行而置的转轴（555）；所述面板与第一竖直丝杠机构的滑台相连，两块夹板与两根转轴固接，两根转轴与面板转动连接，两台气泵的活塞分别通过连杆连接对应的转轴；气泵工作，压动连杆，从而带动转轴转动，夹板也随之转动，完成夹取动作。

6.根据权利要求1所述的一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，所述抬举机构包括抬臂（71）、抬臂架（72）、第二升降机构，所述第二升降机构为第二竖直丝杠机构（73），所述第二竖直丝杠机构通过机架（6）与晶舟台相连，所述抬臂安装于抬臂架，所述抬臂架与第二竖直丝杠机构的滑台相连。

7.根据权利要求6所述的一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，所述抬臂架上设有背向布置的一对抬臂电机（74），所述抬臂为两根，一对抬臂电机分别驱动一对抬臂沿抬臂架相向或背向位移，以实现石英晶舟的抬起或放下。

8.根据权利要求1所述的一种基于限制自由度H型顶板晶圆片顶出装置，其特征是，所述晶舟台表面布置有台面防护的圆孔网（9）。

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