CN213504769U - 一种晶圆旋转上料定位结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶圆旋转上料定位结构，包括滑动设置在机架上的晶圆夹持机构，以及转动设置在机架上的转运吸盘；晶圆夹持机构将晶圆托盘移动到转运位停下，中间避障位的转运吸盘从晶圆夹持机构的对侧转动到转运位并吸附晶圆托盘；晶圆夹持机构松开晶圆托盘并继续直线运动移开之后，转运吸盘将晶圆托盘转动到加工转运位。不在转运位设置放置晶圆托盘的托料架，直接在晶圆夹持机构夹持状态下使用转动吸盘吸附晶圆托盘。节省了工序，不需要重新定位。

Description

一种晶圆旋转上料定位结构

技术领域

本实用新型属于硅晶圆加工领域，具体涉及一种晶圆旋转上料定位结构。

背景技术

晶圆激光加工时，需要使用晶圆夹持机构将晶圆托盘从晶圆存料盒中取出，并直线移动到转运位上方。转运位下方设置托料架，夹持机构松开晶圆托盘使其放置在转运位的托料架上，夹持机构继续移动到远离转运位。然后转运吸盘吸附晶圆托盘并转动使其移动到加工转运位上方，切割平台的晶圆真空吸盘也移动的加工转运位上并接收晶圆托盘。晶圆夹持机构将晶圆托盘放置到托料架的过程中，可能会有一定的误差，需要保证位置准确。这些位置偏差包括晶圆夹持机构松开夹持的过程中，下夹持板向下移动，上夹持板却与晶圆托盘接触。随后，晶圆夹持机构移开，上夹持板与晶圆托盘之间产生摩擦力在一定程度上会影响晶圆托盘的位置。以及托料架和晶圆托盘接触时是否稳固也影响晶圆托盘的位置。转运位下设置托料架机构存储晶圆托盘实际上增加了工序并且提高了成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种晶圆旋转上料定位结构。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：一种晶圆旋转上料定位结构，包括滑动设置在机架上的晶圆夹持机构，以及转动设置在机架上的转运吸盘；晶圆夹持机构将晶圆托盘移动到转运位停下，中间避障位的转运吸盘从晶圆夹持机构的对侧转动到转运位并吸附晶圆托盘；晶圆夹持机构松开晶圆托盘并继续直线运动移开之后，转运吸盘将晶圆托盘转动到加工转运位。

机架上对应转运位的位置设置直线转运位移传感器；晶圆夹持机构上对应位置设置直线转运位移检测条。

转运吸盘包括十字架体，十字架体末端设置架体连接板，架体连接板末端设置向下的吸头杆，吸头杆上设置负压吸嘴；吸头杆上设置与负压吸嘴联通的气体连接头，气体连接头通过负压管连接负压源头；十字架体从晶圆夹持机构的对侧转动到转运位的过程中与晶圆机构位置上避开。

机架上设置可以转动的转运连接体，转运连接体两端分别设置转运升降气缸，转运升降气缸的外侧面设置转运升降气缸导轨，转运升降气缸的活塞头固定转运连接板，转运连接板固定转运升降气缸滑块；转运升降气缸滑块与转运升降气缸导轨构成导轨副；转运升降气缸滑块外侧伸出悬臂，悬臂上固定转运吸盘；转运连接体以及两个转运吸盘可以转动360度，并且晶圆夹持机构位于机架两侧时，机架内具有转运连接体和转运吸盘转动360度的转动空间。

转运连接体上设置转运位移检测条；机架沿着转运位移检测条的转动轨迹上设置两个转运位移传感器；转运位移检测条从一个转运位移传感器移动到另一个转运位移传感器时，其中一个转运吸盘从转运位移动到加工转运位、另一个转运吸盘从加工转运位移动到转运位。

晶圆夹持机构由设置在机架上的直线转运丝杠机构带动直线移动；晶圆夹持机构包括上夹持板、下夹持板以及夹持气缸，夹持气缸与机架连接并带动上夹持板或者下夹持板任一移动使其夹持或者松开。

本实用新型的有益效果是：不在转运位设置放置晶圆托盘的托料架，直接在晶圆夹持机构夹持状态下，使用转动吸盘吸附晶圆托盘。节省了工序，不需要重新定位。

附图说明

图1是包括托料架的晶圆加工设备示意图。

图2是图1俯视剖视图（隐藏部分非运动部件）。

图3是图1另一高度平面的俯视剖视图（隐藏部分非运动部件）。

图4是转动转运机构放大图。

图5是转运吸盘部分放大图。

图6是晶圆夹持机构3放大示意图。

图7是晶圆夹持机构简图（具有夹持板弹簧的实施例）。

图8是不带托料架的晶圆加工设备示意简图。

图9是转运吸盘从晶圆夹持机构取料前的转动方向。

图10是晶圆夹持机构从转运吸盘64取料后转运吸盘的转动方向。

其中，1是机架、2是晶圆存料盒、3是晶圆夹持机构、30是上夹持板、300是夹持挡片、301夹持板位移传感器、302夹持气缸避让槽、31是下夹持板、 310是挡片避让槽；311夹持板位移检测条、32是夹持气缸、320夹持气缸滑块、33夹持板弹簧、34是夹持连接板、36是直线转运丝杠机构、39夹持直线转运滑轨、4是晶圆托盘、5托料架、51是托料导轨、61是转运升降气缸、62转运连接体、63是悬臂、64是转运吸盘、640是十字架体、641是架体连接板、642是吸头杆、643是负压吸嘴、645是调节槽、65转运升降气缸滑块；66转运升降气缸导轨、67是转运位移检测条、68转运位移传感器、69是转运限位柱，7是切割平台、75是晶圆真空吸盘、11是直线转运位移传感器、12是直线转运位移检测条。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”“设置”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另外一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

如图1- 7所示，一种转运位设置托料架的晶圆加工的设备，包括机架1，机架1上设置将晶圆托盘4从机架1上的晶圆储料盒2转运到切割平台7的加工转运位的机构，包括直线转运机构和转动转运机构6。直线转运机构下方转运位设置可以存放晶圆托盘4的托料架5；直线转运机构将晶圆托盘4在晶圆储料盒2的夹持位和转运位之间转换；转动转运机构6使晶圆托盘在转运位和切割平台上的加工转运位之间转换。直线转运机构和转动转运机构6之间设置托料架5来转运晶圆托盘4。

其中，直线转运机构包括晶圆夹持机构3以及带动晶圆夹持机构3直线移动的夹持直线驱动机构。夹持直线驱动机构为直线转运丝杠机构36，直线转运夹持丝杠机构36外侧设置夹持直线转运滑轨39。

晶圆夹持机构3包括滑动设置在机架上的夹持连接板34，持连接板34上端滑动连接机架1、下端连接上夹持板30、夹持气缸32缸体；其中夹持气缸32的活塞头连接下夹持板31。上夹持板30和下夹持板31之间可以设置夹持板弹簧33。夹持板弹簧33一端固定在上夹持板30上，另一端固定在下夹持板31上。通过调整夹持板弹簧33的弹力调整上夹持板30和下夹持板31的夹持力，并且在夹持过程中提供缓冲，有效的保护晶圆托盘4。

更进一步的：上夹持板30后端设置夹持气缸避让槽302，夹持气缸32设置在夹持气缸避让槽302内，夹持气缸32的活塞头连接夹持气缸滑块320、夹持气缸滑块320和夹持气缸32外表面的导轨构成导轨滑块连接副。下夹持板31固定在夹持气缸滑块32上。夹持气缸滑块320可以为L形。上夹持板30前端部分设置向下的夹持挡片300，下夹持板31对应位置设置挡片避让槽310；夹持挡片300下端伸入挡片避让槽310。

夹持板弹簧33可以设置在夹持气缸滑块320上表面和夹持气缸32缸体下表面之间。也可以设置在夹持气缸避让槽302的两侧的上夹持板30和下夹持板31之间。

夹持板弹簧33为拉簧，夹持气缸32为双作用气缸，一端可选择的连通气源或者大气、另一端直接连通大气。此时夹持气缸32可以通气伸长，不再通气时需要外力才能缩回。通气时，夹持气缸32带动下夹持板31向下移动。不通气时，拉簧将下夹持板31拉拉回复位。夹持状态下；拉簧的伸长量大于下夹持板31的重力对应的伸长量。此时，拉簧的回复力大于下夹持板31的重力，从而使下夹持板31和上夹持板30压紧晶圆托盘4。可以设置多个拉簧或者弹力大的拉簧从而增加其弹力，夹紧晶圆托盘4。不同弹力的拉簧可以提供不同的夹持力。

夹持气缸32也可以为单作用气缸。单作用气缸内部有弹簧使其通气时伸长、不通气时自动缩回。但是气缸是标准件、单作用气缸内部弹簧的弹性是固定的、回复力较小而且无法调节，能给与的夹持力也是固定的。选定了需要的伸缩长度的标准气缸后，其内置弹簧的回复弹力却不能准确的满足晶圆夹持机构3的需要。而且不同规格的晶圆托盘4的重力不同需要的夹持力也不相同，需要方便的调节弹力的机构。所以即使是单作用气缸，也需要设置夹持板弹簧33。

为了检测夹持时晶圆托盘是否到位，防止出现夹空现象，上夹持板30上也可以设置夹持板位移传感器301，下夹持板31设置与其配合的夹持板位移检测条311。更进一步的：夹持板位移传感器301位于上夹持板30侧边、夹持板位移检测条311一端固定在夹持气缸滑块320上。

上夹持板30和下夹持板31夹空状态下，夹持板弹簧33将下夹持板31拉回、夹持板弹簧33的弹力保证上夹持板30和下夹持板31接触并有压力，此时夹持板位移传感器301的发射端和接收端之间插入夹持板位移检测条311；没有夹空时，夹持板位移传感器301的接收端能够收到发射端发出的信号。夹持板位移传感器301可以为光电传感器。

转动转运机构6包括转动设置在机架1上转运连接体60，转运连接体60向下连接可以升降的转运吸盘64。转运连接体60两端分别设置转运升降气缸61，转运升降气缸61的外侧面设置转运升降气缸导轨66，转运升降气缸61的活塞头固定转运气缸连接板62。转运气缸连接板62固定转运升降气缸滑块65；转运升降气缸滑块65与转运升降气缸导轨66构成导轨副。转运升降气缸滑块65外侧伸出悬臂63，悬臂63上固定转运吸盘64。转运升降气缸61带动转运吸盘64升降，活塞头移动的位置可能有一定的偏差，造成转运吸盘64的位置有一定的误差，影响后续加工工序。在转运升降气缸61外侧表面设置转运升降气缸导轨66，转运吸盘64通过悬臂63和转运升降气缸滑块65固定在一起；通过导轨副结构使转运吸盘升降过程中位置准确。而且两个转运升降气缸可以使晶圆托盘4在转运位和加工转运位之间互换，加工完成后的晶圆托盘4不需要从另外的路线移走、能够原路返回到晶圆存料盒2，结构紧凑。

转运连接体60上设置转运位移检测条67；机架1沿着转运位移检测条67的转动轨迹上设置两个转运位移传感器68。转运位移检测条67从一个转运位移传感器68移动到另一个转运位移传感器68时，其中一个转运吸盘64从转运位移动到加工转运位、另一个转运吸盘从加工转运位移动到转运位。转运位移传感器68保证转运吸盘64准确的停到转运位和加工转运位。至于中间避障位，不需要那么精确，只要从转运位或者加工转运位开始转动一定角度就可以了，通过伺服电机就可以实现。

转运连接体60与设置在机架1上的转运电机的输出端相连。机架1上围绕转运电机输出轴的轴线设置环形的转运限位槽，转运限位槽内设置下端与转运连接体60固定、上端穿过转运限位槽的转运限位柱69，转运限位槽的角度保证转运限位柱69转动180度。转运限位槽可以略大于180度。转运限位柱69位于转运限位槽的两端时，两个转运吸盘其中一个处于转运位。

转运吸盘64包括吸盘架体，吸盘架体上周向设置至少3个向下的吸头杆642，吸头杆642上设置负压吸嘴643；吸头杆642上设置与负压吸嘴联通的气体连接头，气体连接头通过负压管连接负压源头。转运吸盘64中负压怎么实现属于现有技术，不再详细描述。

吸盘架体包括十字架体640，十字架体640末端设置架体连接板641，吸头杆642上端固定在架体连接板641上；架体连接板641上设置调节槽645，十字架体640上设置固定孔，通过调节固定孔在调节槽645内长度方向的位置调节架体连接板641伸出十字架体640的长度。固定孔可以是螺纹孔，固定孔内设置螺栓，通过螺栓的螺母压紧连接板上表面来固定架体连接板641和十字架体640。

机架1上直线转运机构下方转运位设置托料架5，托料架5包括两根平行的托料导轨51，两根托料导轨51之间的距离可以调节，从而适应不同规格晶圆托盘4的需要。托料导轨51上设置接近开关。托料导轨51上设置槽，接近开关安装在槽内，接近开关上表面不高于托料导轨51上表面。这样，晶圆夹持机构3夹持的晶圆托盘4到达接近开关位置时，接近开关开启使晶圆夹持机构3不再向前移动，并且松开晶圆托盘4使其放置在两根托料导轨51上。之后晶圆夹持机构3移开。

另外的实施例中，转运位不设置托料架5，如图8-10所示：一种晶圆旋转上料定位结构，包括移动设置在机架上的晶圆夹持机构3，以及转动设置在机架1上的转运吸盘64。晶圆夹持机构3将晶圆托盘4移动到转运位停下，中间避障位的转运吸盘64从晶圆夹持机构3的对侧转动到转运位并吸附晶圆托盘4；晶圆夹持机构3松开晶圆托盘4并继续直线运动移开之后，转运吸盘64将晶圆托盘4转动到加工转运位。晶圆夹持机构3的对侧指，晶圆托盘4被夹持一侧的对面侧。转运吸盘64从所夹持晶圆托盘4的对侧转动到转运位，这样转动可避免与晶圆夹持机构发生干涉。转运吸盘64的形状也需要保证从晶圆夹持机构3的对侧转动到转运位的过程中与晶圆夹持机构3位置上不干涉。前面实施例中的转运吸盘64就可以满足这个要求。晶圆夹持机构3的夹持部分刚好位于转运吸盘64的两个吸头杆642之间的空间内。不在转运位设置放置晶圆托盘的托料架5，直接在晶圆夹持机构3夹持状态下，使用转动吸盘64吸附晶圆托盘。节省了工序，不需要重新定位。

此时，晶圆夹持机构3和机架1通过位移传感器定位；机架1上对应转运位的位置设置直线转运位移传感器11；晶圆夹持机构3上对应位置设置直线转运位移检测条12；当直线转运位移检测条12移动到直线转运位移传感器11位置时，晶圆托盘4到达转运位。

另外，转运连接体以及两个转运吸盘可以转动360度，并且晶圆夹持机构3位于机架两侧时，机架1内具有转运连接体60和转运吸盘64转动360度的转动空间。这种情况下：机架1上围绕转运电机输出轴的轴线设置环形的转运限位槽，转运限位槽内设置下端与转运连接体60固定、上端穿过转运限位槽的转运限位柱69，转运限位槽的角度保证转运限位柱69转动180度。转运限位槽的角度需要达到360度。或者直接取消转运限位柱69。

别的结构和有托料架5的结构相同，不再详细描述。

具体实施时：需要夹持未加工的晶圆托盘4时，机架1上设置的晶圆存料盒2上下移动使需要加工的晶圆托盘4达到夹持位。控制器或者控制系统发送信号给晶圆夹持机构3使其夹持晶圆托盘4并移动。晶圆夹持机构3的直线转运位移检测条12经过直线转运位移传感器11时，晶圆夹持机构3不再向前移动。同时切割平台的晶圆真空吸盘75上加工好的晶圆托盘4移动到加工转运位。转运电机转动使两个转运吸盘64如图9所示逆时针转动从中间避障位转动到分别位于转运位和加工转运位的晶圆托盘64的上方。转运升降气缸61启动使转运吸盘向下移动直到接触并吸附两个晶圆托盘64。晶圆夹持机构3向前移动避开转运吸盘64的转动所经过的圆周区域。

转运吸盘64上升到初始高度并且转动预定角度使其两个晶圆托盘4位置互换。两个转运吸盘64下降，晶圆夹持机构3反方向移动到转运位并且夹持加工好的转运吸盘64。转运位的转运吸盘64放下晶圆托盘4，同时加工转运位的转运吸盘64将对应的晶圆托盘4分别放到晶圆真空吸盘75上。转运电机转动使转运吸盘64如图10所示顺时针转动到中间避障位。晶圆夹持机构移动3将加工好的晶圆托盘4夹持并移动到晶圆存料盒2中。晶圆真空吸盘75将未加工的晶圆吸盘4移动到激光机构下方进行切割。

以上说明中：夹持位是晶圆夹持机构3在晶圆存料盒2内开始取料时，被夹持的晶圆托盘4所在的位置。转运位是晶圆夹持机构3夹持晶圆托盘4移动一段距离后等待转运吸盘64吸取的位置。加工转运位是切割平台7上的晶圆真空吸盘75从转运吸盘64接收晶圆托盘4的位置。中间避障位：位于转运位和加工转运位之间的位置，一般中间位。附图中A为夹持位、B为准运位、C为加工转运位。

需要说明的是，描述中使用的术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”和“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，仅是为了标语描述本专利，而不是指示或者暗示所指的装置或者原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实用新型保护范围的限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。而且，对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理的精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型都在本说明书的范围内。

Claims (6)

1.一种晶圆旋转上料定位结构，包括滑动设置在机架上的晶圆夹持机构，以及转动设置在机架上的转运吸盘；其特征在于：所述晶圆夹持机构将晶圆托盘移动到转运位停下，中间避障位的转运吸盘从晶圆夹持机构的对侧转动到转运位并吸附晶圆托盘；晶圆夹持机构松开晶圆托盘并继续直线运动移开之后，转运吸盘将晶圆托盘转动到加工转运位。

2.根据权利要求1所述一种晶圆旋转上料定位结构，其特征在于：所述机架上对应转运位的位置设置直线转运位移传感器；晶圆夹持机构上对应位置设置直线转运位移检测条。

3.根据权利要求1所述一种晶圆旋转上料定位结构，其特征在于：所述转运吸盘包括十字架体，十字架体末端设置架体连接板，架体连接板末端设置向下的吸头杆，吸头杆上设置负压吸嘴；吸头杆上设置与负压吸嘴联通的气体连接头，气体连接头通过负压管连接负压源头；十字架体从晶圆夹持机构的对侧转动到转运位的过程中与晶圆机构位置上避开。

4.根据权利要求2所述一种晶圆旋转上料定位结构，其特征在于：所述机架上设置可以转动的转运连接体，转运连接体两端分别设置转运升降气缸，转运升降气缸的外侧面设置转运升降气缸导轨，转运升降气缸的活塞头固定转运连接板，转运连接板固定转运升降气缸滑块；转运升降气缸滑块与转运升降气缸导轨构成导轨副；转运升降气缸滑块外侧伸出悬臂，悬臂上固定转运吸盘；转运连接体以及两个转运吸盘可以转动360度，并且晶圆夹持机构位于机架两侧时，机架内具有转运连接体和转运吸盘转动360度的转动空间。

5.根据权利要求4所述一种晶圆旋转上料定位结构，其特征在于：所述转运连接体上设置转运位移检测条；机架沿着转运位移检测条的转动轨迹上设置两个转运位移传感器；转运位移检测条从一个转运位移传感器移动到另一个转运位移传感器时，其中一个转运吸盘从转运位移动到加工转运位、另一个转运吸盘从加工转运位移动到转运位。

6.根据权利要求1所述一种晶圆旋转上料定位结构，其特征在于：所述晶圆夹持机构由设置在机架上的直线转运丝杠机构带动直线移动；晶圆夹持机构包括上夹持板、下夹持板以及夹持气缸，夹持气缸与机架连接并带动上夹持板或者下夹持板任一移动使其夹持或者松开。

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