CN214175997U

CN214175997U - 基于三工位的晶圆翻转夹持装置

Info

Publication number: CN214175997U
Application number: CN202120064022.XU
Authority: CN
Inventors: 孙进; 雷震霆; 刘芳军; 杨志勇
Original assignee: Yangzhou Sipuer Technology Co; Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou Sipuer Technology Co; Yangzhou University
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2031-01-12

Abstract

基于三工位的晶圆翻转夹持装置，通过夹持推进机构，不仅能实现夹持手臂的扩张，而且还能实现晶圆受力均匀不易损伤晶圆，进而能实现无损夹持多种尺晶圆。通过夹持手臂旋转机构，可以实现晶圆的翻转。本实用新型依靠吸附进行夹持晶圆的，在抓取时不会在物件表面留下痕迹和不会损伤晶圆，实现无损搬运。通过以上装置避免了晶圆在夹持中出现受力不均匀现象，改进晶圆单一夹持的短板和同一装置实现多尺寸晶圆的翻转和夹持。

Description

基于三工位的晶圆翻转夹持装置

技术领域

本实用新型涉及晶圆夹持、翻转、搬运技术领域，具体是基于三工位的晶圆翻转夹持装置，主要用于不同尺寸的晶圆的抓取、翻转、搬运。

背景技术

机械夹持装置被广泛应用在工业生产中，其主要作用是替代人工完成物件的抓取和搬运。由于普通机械夹持的材质主要是刚性材料，因此在抓取和搬运物件时，容易在物件表面留下抓取的痕迹。而且普通机械手主要用于抓取一种或者一类的物件，形状大小尺寸单一，只能抓取单一形状，尤其对于晶圆尺寸较多的物件，抓取难度较大。普通的机械夹持存在抓取过程容易留痕，抓取形状单一，不具有自适应的问题。目前手持搬运晶圆主要依靠伯努利吸盘，但是伯努利吸盘在搬运晶圆过程中不能进行晶圆的翻转，因此在在工业生产中急需可以抓取、翻转、搬运晶圆于一体的装置。

2018年，沈阳芯源微电子设备股份有限公司韩禹、徐春旭等人发明了一种低接触晶圆对中、翻转系统（发明专利申请公布号：CN 111211064 A）。通过翻转执行机构安装在支撑架上、输出端连接有转盘，夹持执行机构设置在转盘上，通过转盘的旋转带动夹持装置进行旋转，从而实现晶圆的180°的翻转。一种低接触晶圆对中、翻转系统存在的问题：通过上下各四个顶针来固定晶圆，存在施加力过大时，会对晶圆造成损伤；施加力过小时，晶圆易脱落。在晶圆翻转90°时，顶针与晶圆的摩擦力要与晶圆的重力平衡才能使晶圆不脱落，对施加顶针的力要求过高。

2020年，四川科尔威光电科技有限公司张强、沈杰等人发明了一种晶圆夹取装置（实用新型专利授权公告号：CN 211670187 U）该夹取装置包括带有承载台的支撑底架，设置于支撑底架上左右两条滑槽，两端分别卡入滑槽并与滑槽滑动连接的夹持件安装板，设置于夹持件安装板上的可调节夹持件，以及夹持件调节装置；可调节夹持件包括一对夹持半环，设置于夹持件安装板上用于对夹持半环的夹持半径进行调节的调节组件，以及与夹持半环内侧连接的翻转环。一种晶圆夹取装置存在的问题：一对夹持半环是通过连接柱一端固定在滑块上面，这种固定方式会出现受力不均匀现象，易造成晶圆损伤，而且夹持晶圆后移动距离不够远。

2018年，上海东煦电子科技有限公司王成、徐晶骥等人一种半导体晶圆夹持装置（授权公告号：CN 208570577 U），通过使弹簧发生形变，进而使得弹簧产生弹力，在弹簧弹力的作用下，夹持块对晶圆本体进行夹持，在需要翻转时，通过转动夹持块，夹持块带动安装块在移动块内转动，即可对晶圆本体进行翻转。一种半导体晶圆夹持装置存在的问题：不能实现多尺寸晶圆的夹持，晶圆片的翻转需要把滑块移动一定的高度才能进行晶圆的翻转。

针对上述问题，再根据机械夹持抓取动作机理，本实用新型提出基于三工位晶圆翻转夹持装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供基于三工位晶圆翻转夹持装置，主要用于不同尺寸的晶圆的抓取、翻转、搬运。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

基于三工位的晶圆翻转夹持装置，其特征是，包括手柄、一对夹持手臂、吸附晶圆插槽、夹持推进机构、翻转机构；所述吸附晶圆插槽安装于夹持手臂，所述手柄末端设有进气口，由进气口给吸附晶圆插槽通入气体，以吸附晶圆；所述夹持手臂通过夹持推进机构张合，通过翻转机构实现翻转晶圆。

进一步的，所述夹持推进机构包括旋转支撑板、两根副轴、中心主轴、蜗轮、中心旋转电机、转向架；所述中心旋转电机安装于手柄内部，并驱动连接蜗轮，所述中心主轴设有与蜗轮啮合的蜗杆；所述旋转支撑板固接于手柄头端，所述中心主轴穿过旋转支撑板、转向架，并分别与旋转支撑板螺纹配合、与转向架滑动配合；两根副轴的一端分别与两个夹持手臂尾部铰接，另一端共同铰接于中心主轴，两个夹持手臂尾部还分别通过圆柱销、滑动槽与转向架的两端滑动配合；中心旋转电机驱动中心主轴旋转，使中心主轴上行或下行，从而带动两根副轴转动，同时夹持手臂尾部与转向架相对滑动，使一对夹持手臂实现张合。

进一步的，所述翻转机构包括两根支撑架、旋转齿轮、小齿轮、侧边旋转电机，所述旋转齿轮为环形，其内侧壁具有与小齿轮啮合的内齿圈；两根支撑架相对布置，一端分别与旋转齿轮固接，另一端分别固接于转向架的两侧；所述旋转支撑板设有一圈滑道，所述旋转齿轮通过滑槽与旋转支撑板转动配合；侧边旋转电机驱动小齿轮，带动旋转齿轮转动，从而使旋转架带动两夹持手臂翻转。

进一步的，所述手柄设有吸附晶圆插槽的通气开关。

进一步的，所述吸附晶圆插槽为弧形结构，共三组，其中一组与中心主轴头部固接，另外两组分别与夹持手臂相连，三个吸附晶圆插槽的间隔60°圆心角布置。

进一步的，所述吸附晶圆插槽具有U型槽，U型槽里面的上下面各有六个吸附孔，相邻两个吸附孔间隔10°圆心角，整个吸附晶圆插槽为60°。

进一步的，所述U型槽槽底设有感测晶圆的传感器。

本实用新型中：

1）夹持推进机构，实现中心主轴的顺时针和逆时针旋转，即完成中心主轴的前行或后退，使夹持手臂进行扩张和收缩运动，进而实现夹持手臂和吸附晶圆插槽的夹持多尺寸晶圆。

2）支撑架一端固定在中心主轴的转向架上，一端固定在旋转齿轮上面，加强夹持手臂与旋转齿轮的紧固性，防止夹持手臂在旋转过程中出现受力不均匀情况使夹持手臂脱落。

3）夹持手臂通过圆柱销、滑动槽与转向架两端滑动配合，以便协助夹持手臂完成张合。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，基于三工位晶圆翻转夹持装置，是通过吸附进行夹持晶圆的，不会损伤晶圆，实现无损搬运。

第二，基于三工位晶圆翻转夹持装置，通过夹持推进机构，不仅实现夹持手臂的扩张，而且还实现晶圆均匀受力不易损伤晶圆，进而能够无损夹持多种尺晶圆。

第三，基于三工位晶圆翻转夹持装置，通过夹持手臂旋转机构，可以实现晶圆的翻转。

本实用新型通过夹持推进机构，不仅能实现夹持手臂的扩张，而且还能实现晶圆受力均匀不易损伤晶圆，进而能实现无损夹持多种尺晶圆。通过夹持手臂旋转机构，可以实现晶圆的翻转。本实用新型依靠吸附进行夹持晶圆的，在抓取时不会在物件表面留下痕迹和不会损伤晶圆，实现无损搬运。通过以上装置避免了晶圆在夹持中出现受力不均匀现象，改进晶圆单一夹持的短板和实现同一装置多尺寸晶圆的翻转和夹持。

附图说明

图1为本实用基于三工位晶圆翻转夹持装置的整体示意图；

图2为本实用基于三工位晶圆翻转夹持装置旋转机构的俯视图；

图3为本实用基于三工位晶圆翻转夹持装置旋转机构的仰视图；

图4为本实用基于三工位晶圆翻转夹持装置立体图（部分）；

图5为吸附晶圆插槽的整体示意图和吸附孔的局部剖视图；

图中：进气口1、手柄2、通气开关3、旋转齿轮4、支撑架5、夹持推进机构6、夹持手臂7、吸附晶圆插槽8、吸附孔81、传感器82、小齿轮9、转向架10、中心主轴11、中心旋转电机12、滑道13、滑动槽14、副轴15、旋转支撑板16、侧边旋转电机17、晶圆18、蜗轮19。

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作进一步说明：

本实用新型基于三工位晶圆翻转夹持装置，其特征是，所述装置包括：进气口1、手柄2、插槽通气开关3、旋转齿轮4、支撑架5、夹持推进机构6、夹持手臂7、吸附晶圆插槽8、吸附孔81、传感器82、小齿轮9、转向架10、中心主轴11、中心旋转电机12、滑道13、滑动槽14、副轴15、旋转支撑板16、侧边旋转电机17、晶圆18、蜗轮19。

吸附晶圆插槽8通过螺钉固定在夹持手臂7上，夹持手臂7尾部设有滑动槽14，两夹持手臂通过滑动槽、圆柱销与转向架10的两端滑动配合，两根副轴的一端分别与两个夹持手臂尾部铰接，另一端共同铰接于中心主轴。中心主轴11与旋转支撑板16螺纹配合，支撑架5的两端分别通过螺钉固定在旋转齿轮、旋转架，中心旋转电机12通过蜗轮、蜗杆驱动中心主轴上行或下行，中心旋转电机12固定在手柄的凹槽里面，小齿轮9与内啮合的方式与旋转齿轮啮合，末端与侧边旋转电机17相连接形成了吸附浮的晶圆翻转和搬运的手持夹持装置。

使用时，进气口与泵的管道相连接，实现装置的通气状态。当准备夹持晶圆时，中心旋转电机会逆时针旋转，通过蜗轮、蜗杆实现与中心主轴相连接的吸附晶圆插槽会沿着手柄末端的轴向方向移动，进而通过副轴转动使夹持手臂打开最大并到达极限的位置。

加持时，夹持手臂打开最大并到达极限的位置，此时三个吸附晶圆插槽所形成的直径是最大的，此时去夹持晶圆不会因夹持直径太小，给晶圆造成夹持伤害。当晶圆片进入吸附晶圆插槽时，传感器用于感测晶圆存在，打开插槽通气开关，使吸附晶圆插槽通气，此时晶圆被吸附在吸附晶圆插槽中，实现了晶圆的夹持。当夹紧晶圆时，通过控制夹持推进装置，防止中心旋转电机继续旋转，从而带动夹持手臂和吸附晶圆插槽继续缩小，进而把晶圆夹碎。

当进行晶圆旋转翻面时，侧边旋转电机带动小齿轮进行旋转，小齿轮与旋转齿轮啮合从而带动整个晶圆夹持手臂和晶圆进行旋转，实现晶圆的180°的翻面。当晶圆旋转180°以后，U型槽下面的吸附孔会紧紧吸附晶圆背面，防止晶圆在翻转时，因脱落而导致晶圆破裂。

Claims

1.基于三工位的晶圆翻转夹持装置，其特征是，包括手柄（2）、一对夹持手臂（7）、吸附晶圆插槽（8）、夹持推进机构（6）、翻转机构；所述吸附晶圆插槽安装于夹持手臂，所述手柄末端设有进气口（1），由进气口给吸附晶圆插槽通入气体，以吸附晶圆；所述夹持手臂通过夹持推进机构张合，通过翻转机构实现翻转晶圆（18）。

2.根据权利要求1所述的基于三工位的晶圆翻转夹持装置，其特征是，所述夹持推进机构包括旋转支撑板（16）、两根副轴（15）、中心主轴（11）、蜗轮（19）、中心旋转电机（12）、转向架（10）；所述中心旋转电机安装于手柄内部，并驱动连接蜗轮，所述中心主轴设有与蜗轮啮合的蜗杆；所述旋转支撑板固接于手柄头端，所述中心主轴穿过旋转支撑板、转向架，并分别与旋转支撑板螺纹配合、与转向架滑动配合；两根副轴的一端分别与两个夹持手臂尾部铰接，另一端共同铰接于中心主轴，两个夹持手臂尾部还分别通过圆柱销、滑动槽（14）与转向架的两端滑动配合；中心旋转电机驱动中心主轴旋转，使中心主轴上行或下行，从而带动两根副轴转动，同时夹持手臂尾部与转向架相对滑动，使一对夹持手臂实现张合。

3.根据权利要求2所述的基于三工位的晶圆翻转夹持装置，其特征是，所述翻转机构包括两根支撑架（5）、旋转齿轮（4）、小齿轮（9）、侧边旋转电机（17），所述旋转齿轮为环形，其内侧壁具有与小齿轮啮合的内齿圈；两根支撑架相对布置，一端分别与旋转齿轮固接，另一端分别固接于转向架的两侧；所述旋转支撑板设有一圈滑道（13），所述旋转齿轮通过滑槽与旋转支撑板转动配合；侧边旋转电机驱动小齿轮，带动旋转齿轮转动，从而使旋转架带动两夹持手臂翻转。

4.根据权利要求1所述的基于三工位的晶圆翻转夹持装置，其特征是，所述手柄设有吸附晶圆插槽的通气开关（3）。

5.根据权利要求1所述的基于三工位的晶圆翻转夹持装置，其特征是，所述吸附晶圆插槽为弧形结构，共三组，其中一组与中心主轴头部固接，另外两组分别与夹持手臂相连，三个吸附晶圆插槽的间隔60°圆心角布置。

6.根据权利要求5所述的基于三工位的晶圆翻转夹持装置，其特征是，所述吸附晶圆插槽具有U型槽，U型槽里面的上下面各有六个吸附孔（81），相邻两个吸附孔间隔10°圆心角，整个吸附晶圆插槽为60°。

7.根据权利要求6所述的基于三工位的晶圆翻转夹持装置，其特征是，所述U型槽槽底设有感测晶圆的传感器（82）。