CN215266225U - 一种洁净室专用晶圆自动上下料设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种洁净室专用晶圆自动上下料设备，晶圆自动上下料设备包括上料机台，所述上料机台一侧设有缓存机台，缓存机台一侧设有下料机台，下料机台与上料机台左右对称，金属烤架前方设有RFID红外射频设备，安装框架一侧设有二维码读头，缓存组件包括镜像分布的晶圆缓存提升机构，晶圆缓存提升机构一侧设有入口导向装置，晶圆缓存提升机构之间设有皮带输送机构，皮带输送机构内设有晶圆定位对中机构，吸盘型真空抓手一端设有吸盘组件，晶圆预对准器上同样设有轴向分布的吸盘组件。本实用新型采用特殊的真空吸盘，预对准器上同样设有真空吸盘，设有多种工作模式，兼容多种晶圆料盒，能自动识别放置料盒种类，减少了人工误操作带来的风险。

Description

一种洁净室专用晶圆自动上下料设备

技术领域

本实用新型涉及一种圆晶生产设备领域，具体是一种洁净室专用晶圆自动上下料设备。

背景技术

晶圆自动上下料设备是一种晶圆生产的辅助设备，晶圆加工制程中，有诸多如回流焊，植球机等借由皮带传输，以流水线形式完成加工的工艺设备。工艺设备制程预热时间较长，单片晶圆工艺时间较长，为保证工厂整体产能，需要设备保持较高的上线时间，制程涉及到热处理，加工后的晶圆可能会发生扭曲，工艺设备本身由皮带传输，可兼容多尺寸晶圆。在早期工厂规划中，由于诸多限制，类似机台大部分由人工负责晶圆上下料，而随着制程要求提高，人工搬运造成晶圆污染或者损伤的概率提升，且难以满足现代晶圆工厂自动化管理需求。现有的晶圆自动上下料设备存在支持晶圆厚度以及晶圆翘曲度不够，缺乏独立的缓存设备，下料机台有一个缓存区，但是缓存区只能存放3片晶圆，而工艺设备内部最多可能同时有8片晶圆在处理，此外，工艺设备内部温度很高，晶圆不能长时间滞留在工艺设备内，必须马上传输出来。因此，当上下料机台故障时，现有设备无法把工艺设备内的所有晶圆导出。现有设备还缺乏手动模式，当上下料机台发生故障或者上下料机台维护时，工艺设备只能被迫停用。现有设备目前是手动识别料盒种类，无法自动识别，极易导致错误位置取放晶圆，造成晶圆或机台损伤，且晶圆自动上下料设备的占地空间较大。针对这种情况，现提出一种洁净室专用晶圆自动上下料设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种洁净室专用晶圆自动上下料设备，晶圆自动上下料设备采用特殊的吸盘式晶圆末端执行器，及预对准器真空吸盘，能兼容200um至1500um厚度的晶圆，且晶圆翘曲程度可兼容至5mm，还具备独立的缓存设备，可在上下料机台异常时缓存工艺设备内的晶圆，也可在上下料机台维护时切换为手动模式，从而保证工艺机台持续输出，设备能同时兼容8吋/12 吋及多种晶圆料盒，同时能自动识别放置料盒种类，进而进行相应的操作，大大减少了人工误操作带来的风险，设备占地空间小，同比现有设备，空间占比减小50％，长度缩短20％。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种洁净室专用晶圆自动上下料设备，晶圆自动上下料设备包括上料机台，所述上料机台一侧设有缓存机台，缓存机台一侧设有下料机台。

进一步地，所述上料机台包括安装框架，下料机台与上料机台左右对称，不同的是其中晶圆预对准器换为晶圆缓存料盒，安装框架上方设有金属烤架，金属烤架内设有镜像阵列分布的卡槽，金属烤架一侧设有金属铭牌，金属烤架下方设有烤架支板，金属烤架前方设有RFID红外射频设备，安装框架一侧设有二维码读头，二维码读头通过读头支架固定在安装框架上。

进一步地，所述缓存机台包括缓存组件，缓存组件包括镜像分布的晶圆缓存提升机构，晶圆缓存提升机构上均设有阵列分布的缓存提升支架，缓存提升支架上均设有阵列分布的晶圆，晶圆缓存提升机构由气缸驱动上下移动，晶圆缓存提升机构一侧设有入口导向装置，入口导向装置由气缸驱动调节间距，镜像分布的晶圆缓存提升机构之间设有皮带输送机构，皮带输送机构通过输送滚筒带动皮带进行输送，皮带输送机构内设有晶圆定位对中机构，晶圆定位对中机构通过第一气缸与第二气缸调整位置，缓存组件外设有缓存外框，缓存外框上方设有自动运行指示灯，缓存外框下设有移动支脚，缓存外框一侧设有操作门，操作门上设有控制模组，缓存外框内设有阵列分布的传感器。

进一步地，所述上料机台内设有吸盘型真空抓手，吸盘型真空抓手一侧设有抓手固定块，抓手固定块上设有第一开槽，吸盘型真空抓手安装在第一开槽内，抓手固定块上设有端盖，抓手固定块与端盖通过固定件固定连接从而固定吸盘型真空抓手，吸盘型真空抓手一端设有吸盘组件，吸盘组件包括吸盘，吸盘内设有吸嘴。

进一步地，所述下料机台内设有晶圆预对准器，晶圆预对准器上设有晶圆预对准器真空吸盘，晶圆预对准器真空吸盘上设有轴向阵列分布的固定孔，晶圆预对准器真空吸盘上同样设有轴向分布的吸盘组件。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用特殊的吸盘式晶圆末端执行器，及预对准器真空吸盘，能兼容200um至1500um厚度的晶圆，且晶圆翘曲程度可兼容至5mm，还具备独立的缓存设备，可在上下料机台异常时缓存工艺设备内的晶圆，也可在上下料机台维护时切换为手动模式，从而保证工艺机台持续输出，设备能同时兼容8 吋/12吋及多种晶圆料盒，同时能自动识别放置料盒种类，进而进行相应的操作，大大减少了人工误操作带来的风险，设备占地空间小，同比现有设备，空间占比减小50％，长度缩短20％。

2、本实用新型中设有的U型真空抓手上分布了多个吸盘以及与吸盘同圆心的吸盘，吸盘上表面高度略高于吸盘。当吸盘吸附时，其上表面压缩后的高度则与吸盘平齐，吸附晶圆时，吸盘由于真空作用自然压缩。晶圆表面则与吸盘外圈的吸盘接触，吸盘在抓手移动过程中可提供一定摩擦力，防止晶圆在传输过程中发生滑动，保证传输过程中晶圆位置的精确性。因为吸盘具有一定弹性，所以即使扭曲晶圆不平整，吸盘也可以通过压缩的方式与晶圆表面贴合，以形成有效的密封区域，设备晶圆预对准器上的真空吸盘也采用同样的吸盘设计，以应对扭曲晶圆，吸盘与吸盘均采用静电消散材质，保证与晶圆接触过程中不不造成静电损伤；

3、本实用新型中设有的缓存机台在晶圆接入后，能够进行对中定位，交由下料机台机器人抓手，并继续等待前道设备的晶圆进入，缓存机台有三种操作模式，可根据实际工作状态快速调整在，后续设备故障时也可继续当前的工作，临时缓存工艺设备产出的晶圆，保证工艺设备持续产出。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型洁净室专用晶圆自动上下料设备布局示意图；

图2是本实用新型上下料台部分结构示意图；

图3是本实用新型缓存机台结构示意图；

图4是本实用新型缓存机台俯视图；

图5是本实用新型缓存机台部分结构示意图；

图6是本实用新型吸盘型真空抓手结构示意图；

图7是本实用新型吸盘组件结构示意图；

图8是本实用新型晶圆预对准器结构示意图；

图9是本实用新型晶圆预对准器真空吸盘结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元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的限制。

一种洁净室专用晶圆自动上下料设备，晶圆自动上下料设备包括上料机台 1，如图1所示，上料机台1一侧设有缓存机台3，缓存机台3一侧设有下料机台2，上料机台1与缓存机台3之间设有工艺设备4。

上料机台1包括安装框架11，如图2所示，下料机台2与上料机台1左右对称，不同的是其中晶圆预对准器7换为晶圆缓存料盒，安装框架11上方设有金属烤架12，金属烤架12内设有镜像阵列分布的卡槽121，金属烤架12一侧设有金属铭牌122，金属烤架12下方设有烤架支板123，金属烤架12前方设有 RFID红外射频设备13，安装框架11一侧设有二维码读头14，二维码读头14通过读头支架141固定在安装框架11上。

缓存机台3包括缓存组件31，如图3、图4、图5所示，缓存组件31包括镜像分布的晶圆缓存提升机构311，晶圆缓存提升机构311上均设有阵列分布的缓存提升支架3111，缓存提升支架3111上均设有阵列分布的晶圆5，晶圆缓存提升机构311由气缸驱动上下移动，晶圆缓存提升机构311一侧设有入口导向装置312，入口导向装置312由气缸驱动调节间距，镜像分布的晶圆缓存提升机构311之间设有皮带输送机构313，皮带输送机构313通过输送滚筒314带动皮带进行输送，皮带输送机构313内设有晶圆定位对中机构315，晶圆定位对中机构315通过第一气缸3151与第二气缸3152调整位置，缓存组件31外设有缓存外框32，缓存外框32上方设有自动运行指示灯321，缓存外框32下设有移动支脚322，缓存外框32一侧设有操作门323，操作门323上设有控制模组324，缓存外框32内设有阵列分布的传感器325。

上料机台1内设有吸盘型真空抓手6，如图5、图7所示，吸盘型真空抓手 6一侧设有抓手固定块61，抓手固定块61上设有第一开槽611，吸盘型真空抓手6安装在第一开槽611内，抓手固定块61上设有端盖612，抓手固定块61与端盖612通过固定件613固定连接从而固定吸盘型真空抓手6，吸盘型真空抓手 6一端设有吸盘组件62，吸盘组件62包括吸盘621，吸盘621内设有吸嘴622。

下料机台2内设有晶圆预对准器7，如图8、图9所示，晶圆预对准器7上设有晶圆预对准器真空吸盘71，晶圆预对准器真空吸盘71上设有轴向阵列分布的固定孔711，晶圆预对准器真空吸盘71上同样设有轴向分布的吸盘组件62。

使用时，自动模式下，缓存机台3设备自检后，自动运行指示灯321亮，操作门323锁定，由外置通信方式告知进入的是8吋或12吋晶圆，入口导向装置312根据设定运行到合适的位置，前端阻挡机构根据设定抬升或下降，定位对中机构复位315到初始位置，皮带输送机构313进入待机运行模式，当传感器325检测到晶圆进入，皮带输送机构313将晶圆引入到设备，经过入口导向装置312，降速运行至设定中心位置，晶圆5到位触发传感器325工作，并检测确认是设定尺寸晶圆，定位对中机构315将晶圆5推送至调试的中心位置，晶圆缓存提升机构311抬升，将晶圆5托起至设定转接位置，定位对中机构315 复位，并发送就位信号给下料机台2；

在全自动传输模式下，如果上料机台1与下料机台2出现异常，此时缓存机台3会进入异常模式，自动运行指示灯321为黄色信号，并发送设备异常运行信号，此时下料机台2因为异常，机器手臂无法搬运晶圆5，所以缓存提升机构311将一片晶圆5继续抬升，以类似料盒的形式将晶圆5缓存，从工艺设备4 流出的第二片晶圆5继续导入至中心位置，传感器325检测确认后定位对中将晶圆5推送至中心位置，后由缓存提升机构311继续抬升缓存，按照设计，缓存机构会存储异常发生时，工艺设备4上的所有晶圆，可由人工从缓存机台3 前端口搬出，待异常恢复，及缓存晶圆5移除后，缓存机台3可复位回自动模式；

人工模式与自动模式类似，即晶圆5经过定位对中机构315后，可由人工从设备前端口移出，移出后，所有机构复位，准备对接下一片晶圆5；

通过RFID红外射频设备13，读取FOUP类料盒本身安装在后部的RFID，根据工厂自身管理，FOUP，FOSB以及Insert会有不同的料盒ID识别码，上下料端口读取完整的ID后，可通过识别码判断料盒种类，如果放置料盒不为第一类料盒，RFID红外射频设备13读取值为空，则机台跳转到识别第二类料盒金属烤架12，因为金属烤架12在其他工艺中需要进行高温烘烤，所以一般无法安装 RFID红外射频设备13，项目中可在金属烤架12侧面可以加装金属铭牌122，上面由激光打印ID二维码，在上下料端口侧面加装有二维码读头14，可以读取金属铭牌122上的二维码，根据读取到的内容，可判断是8吋还是12吋金属料盒，同样，如果二维码读取结果为空，则机台跳转到识别第三类料盒8吋开放式晶圆盒，这一类为8吋料盒，料盒顶部印有条形码ID，放置该料盒后，操作者一般用该机台上配备的手持式扫码枪进行扫码，获取料盒ID，所以当料盒放置后，前两类读取结果为空，则机台操作界面提示需要进行扫码，由人工扫码完成ID 输入，最后经由机台识别，料盒正确识别后，则机台会进行多项相关设置，具体有导入机器手臂相关站位，晶圆预对准器真空吸盘71及晶圆ID读头切换到相应8吋或12吋晶圆位置，缓存机台3也会将入口导向装置312、皮带输送机构313、晶圆定位对中机构315切换为相应的模式；

晶圆5借由上料机台1上下料端口导入，通过四轴机器手臂传输至晶圆预对准装置，完成晶圆5缺口/平边预对准及ID捕获，再传输到工艺设备4对接端口上，通过I/O通讯与工艺设备4安全交握，由工艺设备4后续将晶圆5移至工艺腔内加工，加工完成后，晶圆5由工艺设备4另一侧端口流出，流向缓存机台3，缓存机台3接收晶圆5后，通过定位对中机构315对晶圆5再一次对中，完成后与下料机台2交握，由下料机台2机器手臂取走晶圆5，并将晶圆5 传输到其上下料端口，或者在下料晶圆料盒已满，还未补充的情况下，传输至缓存料盒暂存，上料机台1与下料机台2维护或者发生异常时，为保证工艺设备4持续运转，缓存机台3会自动开始独立运作，异常发生时，上料机台1会停止上料动作，工艺设备4内剩余的晶圆5完成加工后，仍会依次流向缓存机台3，此时，缓存机台3中的缓存提升机构311会开始运作，晶圆5对中完成后，会由缓存机构临时存储，如果上料机台1与下料机台2需要长时间维护，则缓存机台3可以转换为手动模式，此时人工可以打开缓存机台3一侧的操作门323。当晶圆5完成加工后依次进入缓存机台3进行对中，然后由人工取出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (5)

1.一种洁净室专用晶圆自动上下料设备，晶圆自动上下料设备包括上料机台(1)，其特征在于，所述上料机台(1)一侧设有缓存机台(3)，缓存机台(3)一侧设有下料机台(2)，下料机台(2)内设有晶圆预对准器(7)；

所述缓存机台(3)包括缓存组件(31)，缓存组件(31)包括镜像分布的晶圆缓存提升机构(311)，晶圆缓存提升机构(311)上均设有阵列分布的缓存提升支架(3111)，缓存提升支架(3111)上均设有阵列分布的晶圆(5)，晶圆缓存提升机构(311)由气缸驱动上下移动，晶圆缓存提升机构(311)一侧设有入口导向装置(312)，入口导向装置(312)由气缸驱动调节间距，镜像分布的晶圆缓存提升机构(311)之间设有皮带输送机构(313)，皮带输送机构(313)通过输送滚筒(314)带动皮带进行输送，皮带输送机构(313)内设有晶圆定位对中机构(315)，晶圆定位对中机构(315)通过第一气缸(3151)与第二气缸(3152)调整位置。

2.根据权利要求1所述的一种洁净室专用晶圆自动上下料设备,其特征在于，所述上料机台(1)包括安装框架(11)，下料机台(2)与上料机台(1)左右对称，不同的是其中晶圆预对准器(7)换为晶圆缓存料盒，安装框架(11)上方设有金属烤架(12)，金属烤架(12)内设有镜像阵列分布的卡槽(121)，金属烤架(12)一侧设有金属铭牌(122)，金属烤架(12)下方设有烤架支板(123)，金属烤架(12)前方设有RFID红外射频设备(13)，安装框架(11)一侧设有二维码读头(14)，二维码读头(14)通过读头支架(141)固定在安装框架(11)上。

3.根据权利要求1所述的一种洁净室专用晶圆自动上下料设备,其特征在于，所述缓存组件(31)外设有缓存外框(32)，缓存外框(32)上方设有自动运行指示灯(321)，缓存外框(32)下设有移动支脚(322)，缓存外框(32)一侧设有操作门(323)，操作门(323)上设有控制模组(324)，缓存外框(32)内设有阵列分布的传感器(325)。

4.根据权利要求1所述的一种洁净室专用晶圆自动上下料设备,其特征在于，所述上料机台(1)内设有吸盘型真空抓手(6)，吸盘型真空抓手(6)一侧设有抓手固定块(61)，抓手固定块(61)上设有第一开槽(611)，吸盘型真空抓手(6)安装在第一开槽(611)内，抓手固定块(61)上设有端盖(612)，抓手固定块(61)与端盖(612)通过固定件(613)固定连接从而固定吸盘型真空抓手(6)，吸盘型真空抓手(6)一端设有吸盘组件(62)，吸盘组件(62)包括吸盘(621)，吸盘(621)内设有吸嘴(622)。

5.根据权利要求4所述的一种洁净室专用晶圆自动上下料设备,其特征在于，所述晶圆预对准器(7)上设有晶圆预对准器真空吸盘(71)，晶圆预对准器真空吸盘(71)上设有轴向阵列分布的固定孔(711)，晶圆预对准器真空吸盘(71)上同样设有轴向分布的吸盘组件(62)。

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