晶圆搬运方法、机械手及划片机与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其是晶圆搬运方法、机械手及划片机。


背景技术：

2.划片机、环切去环机等是进行晶圆加工的重要设备，在这些设备中，通常会包括多个工位，因此，需要使晶圆在不同工位之间进行移载。
3.如申请号为202210076307.4的中国发明专利申请所揭示的结构为一种常用的晶圆移载结构，在这种结构中，使用真空吸盘来进行晶圆的边框的吸附，然后进行晶圆的移动。
4.而真空吸附时，通常采用真空发生器来产生真空，而真空发生器需要气源来工作，但是在现场使用时，会出现气源中断或者气源不足的情况，真空吸盘的真空不足，会出现无法稳定吸附晶圆的情况，晶圆若从真空吸盘上脱落很容易摔坏，造成巨大损失。
5.如申请号为202121747424.6，授权公告号为cn215363767u的中国实用新型专利，其揭示了通过四个直线电机来驱动四个防掉落托板以防止真空吸盘吸附的光电显示材料掉落的结构。
6.但是将这种结构应用于晶圆防掉落时，在几个防掉落托板处于防掉落的位置时，需要使每个防掉落托板的竖板与晶圆之间保持一定的间隙以使晶圆能够有效地落入到几个防掉落托板的平板上，这样就会造成晶圆掉落至防掉落托板的平板上时，其位置容易发生偏移，即晶圆在真空吸盘上时的位置与晶圆在防掉落托板的平板上的位置不一致，这就影响了晶圆放料后的位置精度。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种晶圆搬运方法、机械手及划片机。
8.本发明的目的通过以下技术方案来实现：晶圆搬运方法，通过搬运机器人进行晶圆的搬运，所述搬运机器人包括机械手以及驱动所述机械手平移和升降的移动机构，所述机械手包括基板，所述基板上设置有四个呈矩形分布的真空吸盘，所述基板上还设置有防掉落机构，所述防掉落机构包括一组托钩以及驱动所述托钩向被所述真空吸盘吸附的晶圆平移的托钩驱动装置；所述托钩包括连接板、托板及导向限位板，所述连接板连接托钩驱动装置，所述托板的顶面水平设置且低于所述真空吸盘的底部，所述导向限位板倾斜设置在所述托板的顶面且所述导向限位板的下端到所述托板的前端的水平距离小于所述导向限位板的上端到所述托板的前端的水平距离；所述基板的两端分别垂设有一横板，每个所述横板上设置有两个对称分布在基板两侧的真空吸盘，每个所述横板上还设置有两个对称分布在基板两侧的托钩，每个托钩连接一设置在所述横板上的托钩驱动装置，所述托钩驱动装置驱动所述托钩沿垂直于所述横
板的方向平移；两个所述横板连接所述基板上设置的调整机构，所述调整机构驱动两个所述横板相对所述基板平移以调整两个所述横板之间的间距；在所述真空吸盘下移与晶圆的边框接触后或所述真空吸盘将晶圆的边框吸附后，所述托钩驱动装置使一组所述托钩的托板的前端由边框的外侧移动至边框的内侧，接着所述移动机构驱动所述机械手移动。
9.优选的，所述托板的宽度为晶圆的边框的宽度的1.2-1.4倍。
10.优选的，所述托板与被所述真空吸盘吸附的晶圆之间的高度差在1mm-1.5mm之间；在所述托板位于晶圆外侧时，所述托板与所述晶圆之间的间距在2.5mm-3mm之间；在所述托板的前端移动到所述晶圆的内侧时，所述导向限位板的下端与晶圆之间的间距在0.5mm-0.8mm之间。
11.优选的，所述导向限位板与托板之间的夹角在105
°‑
110
°
之间。
12.优选的，所述真空吸盘可上下移动地设置在所述横板上，所述真空吸盘上套装有位于所述横板下方的弹簧，所述弹簧的一端连接在所述横板上，所述弹簧的另一端抵接在所述真空吸盘的台阶面上。
13.优选的，位于一个所述横板上的两个所述托钩之间的间距为晶圆的边长的0.8-0.85倍，两个所述托钩对称分布在所述基板的两侧。
14.优选的，所述托钩驱动装置是气缸、直线电机及伺服直线模组中的至少一种，当所述托钩驱动装置是气缸时，所述气缸的工作压力在0.18～0.2mpa之间。
15.机械手，包括基板，所述基板上呈矩形设置有四个真空吸盘，所述基板上还设置有防掉落机构，所述防掉落机构包括一组托钩以及驱动所述托钩平移的托钩驱动装置，所述托钩包括连接板、托板及导向限位板，所述连接板连接所述托钩驱动装置，所述托板的顶面水平设置且低于所述真空吸盘的底部，所述导向限位板倾斜设置在所述托板的顶面且所述导向限位板的下端到所述托板的前端的水平距离小于所述导向限位板的上端到所述托板的前端的水平距离；所述基板的两端分别垂设有一横板，每个所述横板上设置有两个对称分布在基板两侧的真空吸盘，每个所述横板上还设置有两个对称分布在基板两侧的托钩，每个托钩连接一设置在所述横板上的托钩驱动装置，所述托钩驱动装置驱动所述托钩沿垂直于所述横板的方向平移；两个所述横板连接所述基板上设置的调整机构，所述调整机构驱动两个所述横板相对所述基板平移以调整两个所述横板之间的间距。
16.划片机，包括上述的机械手。
17.本发明技术方案的优点主要体现在：本发明采用带有防掉落机构的机械手进行晶圆的抓取，在真空吸盘吸附晶圆之后或同时，使托板伸入到晶圆的下方，即使在晶圆在空中从真空吸盘上掉落时也能够通过一组托板将晶圆托住，从而避免其继续掉落出现损坏，保证了晶圆的安全性；同时，托钩上的导向限位板能够对掉落到其上的晶圆进行导向、定位和限位，能够保证晶圆在机械手上的位置精度，进而保证晶圆移动到下一位置时的位置精度，尤其适合使晶圆在切割工位和清洗工位之间移动以及使晶圆在清洗工位和解胶工位之间移动。
18.本发明通过对导向限位板与托板之间的夹角、导向限位板收缩时与晶圆之间的间距、托板的宽度、托钩之间的间距、托板与晶圆之间的横向间距及高度差等多个参数的设计，能够有效地保证托板对晶圆进行稳定支撑和准确定位，从而保证机械手能够快速、有
效、稳定、准确地进行晶圆的移载。
19.本发明的真空吸盘连接弹性结构，能够有效地减少晶圆吸附和下料时对晶圆的冲击，保证晶圆的安全性，同时弹簧能够有效地在晶圆吸附时使真空吸盘与晶圆密封，从而保证吸附的稳定性。
20.本发明使真空吸盘及托钩成对地设置在横板上，并使横板连接调整机构，调整机构能够方便地调整两个横板之间的间距，从而使得真空吸盘和托钩能够同步移动以满足不同尺寸晶圆的移载需要，应用更佳灵活，同时调整机构可以仅具有一个动力源，结构更简单，使用成本更低，调节的一致性好。
附图说明
21.图1是本发明的搬运机器人的局部立体图；图2是本发明的机械手的仰视图，图中仅显示了晶圆的边框；图3是本发明的机械手的托钩位于晶圆外侧的局部侧视图；图4是本发明的机械手的托钩的托板移动到晶圆的边框下方的局部侧视图；图5是本发明的机械手的俯视图，图中隐去了真空吸盘、托钩及托钩驱动装置。
具体实施方式
22.本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
23.在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“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，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。
24.实施例1下面结合附图对本发明揭示的晶圆搬运方法进行阐述，如附图1-附图4所示，所述晶圆搬运方法通过搬运机器人进行晶圆的搬运，所述搬运机器人包括机械手100以及驱动所述机械手100平移和升降的移动机构200，所述机械手100包括基板1，所述基板1上设置有四个呈矩形分布的真空吸盘2，所述基板1上还设置有防掉落机构，所述防掉落机构包括一组托钩3以及驱动每个所述托钩3向被所述真空吸盘2吸附的晶圆平移的托钩驱动装置4，所述托钩3包括连接板31、托板32及导向限位板33，所述连接板31连接托钩驱动装置4，所述托板32与所述连接板31呈l形，当然它们可以是其他可行的形态，所述托板32的顶面水平设置且低于所述真空吸盘2的底部，所述导向限位板33倾斜设置在所述托板32的顶面且所述导向限位板33的下端到所述托板32的前端的水平距离小于所述导向限位板33的上端到所述托板32的前端的水平距离；在真空吸盘2下移之前，如附图3所示，所述托板32的前端（朝向晶圆的一端）位于所述晶圆的外侧。当所述真空吸盘2下移到与晶圆的边框300接触或所述真空吸盘2将晶圆
的边框300吸附后，如附图4所示，所述托钩驱动装置4使一组所述托钩3的托板32的前端由边框的外侧移动至边框的内侧，接着所述移动机构200驱动所述机械手100移动。
25.采用这种结构的机械手100并且在真空吸盘2吸附晶圆之后或同时，使托板32伸入到晶圆的下方，即使在晶圆悬在空中时，真空吸盘2吸附不稳定或无吸力的情况下，仍能够有效地通过一组托板32将从真空吸盘2上落下的晶圆托住，从而避免其掉落损坏，保证了晶圆的安全性；同时，几个导向限位板33能够对晶圆进行导向和限位，从而保证晶圆在机械手100上的位置精度，进而保证在后续晶圆到下一位置时的位置精度。
26.如附图3所示，为了使所述托板32能够顺利的进入到被真空吸盘2吸附的晶圆的下方，使所述托板32与被所述真空吸盘2吸附的晶圆之间的高度差l2在1mm-1.5mm之间，这样的间距设计同时可以使晶圆的下落高度很小，从而避免晶圆下落到托板32上时与托板32碰撞出现损坏，保证了晶圆的安全性。
27.如附图3所示，在所述托板32位于晶圆的边框300的外侧时，所述托板32与所述晶圆之间的间距l1在2.5mm-3mm之间；这样的间距设计能够有效地保证机械手100进行吸附时，托板32能够顺利的由晶圆的上方移动到晶圆下方，避免由于产品放置位置发生偏移时与晶圆或工作台发生干涉。同时，能够有效缩短所述托板32的移动行程。
28.为了保证所述托板32能够与晶圆有尽可能大的接触面积以使所述托钩3能够有效地对所述晶圆进行支撑和限位，所述托板32的宽度为晶圆的边框300的宽度的1.2-1.4倍。
29.为了保证所述导向限位板33能够充分地对所述晶圆进行限位，同时避免导向限位板33向晶圆移动时对晶圆产生夹持力造成晶圆损坏，在所述托板32的前端移动到所述晶圆的内侧时，所述导向限位板33的下端与晶圆之间的间距在控制在0.5mm-0.8mm之间，这样的间距能够有效保证晶圆在几个托钩3上的位置和晶圆在真空吸盘2上的位置的一致性。
30.如附图3所示，由于供气管路的长短不同以及真空吸盘2的使用周期不同等原因，在吸附时，可能有部分真空吸盘2吸附不稳从而造成存晶圆倾斜掉落的情况，此时，晶圆掉落后的位置会发生偏移。为了使所述导向限位板33能够尽可能地满足不同倾斜状态的晶圆的导向和定位需要，所述导向限位板33与托板32的角度a在105
°‑
110
°
之间。
31.如附图2-附图4所示，所述基板1可以是一块较大的板件，所述真空吸盘2可以直接垂直设置在所述基板1上。更优的，所述基板1为一长条板，所述基板1的两端分别设置有一个横板5，每个横板5的长度方向与所述基板1的长度方向垂直，每个所述横板5上设置有两个真空吸盘2，每个所述横板5上的两个所述真空吸盘2对称设置在所述基板1的两侧。
32.如附图3、附图4所示，为了避免所述真空吸盘2吸附和释放晶圆时，使晶圆受到较大地冲击而出现损坏，所述真空吸盘2优选为侧进气式真空吸盘，并且，所述真空吸盘2可上下移动地设置在所述横板5上，所述真空吸盘2上设置有位于所述横板5上方的挡盘，所述真空吸盘2上套装有位于所述横板5下方的弹簧6，所述弹簧6的一端连接在所述横板5的下方，所述弹簧6的另一端抵接在所述真空吸盘2的台阶面上。从而当所述真空吸盘2下移与所述晶圆的边框300接触时，所述真空吸盘2能够向上移动并压缩弹簧6进行缓冲，同时弹簧6的反作用力能够使真空吸盘2与晶圆的边框300压紧，保证真空吸盘2与晶圆之间的密封性。
33.所述托钩3优选为四个且呈矩形分布，在一种实施例中，所述托钩3可以分布在所述晶圆的四侧，此时，晶圆可以是方形或圆形。
34.如附图2所示，所述托钩3为四个且分为两对，每对所述托钩3设置在一个所述横板
5上，即两个横板5上分别设置有一对所述托钩3，位于一个所述横板5上的两个所述托钩3之间的间距为圆角正方形的晶圆的边长的0.8-0.85倍，且位于一个所述横板5上的两个所述托钩3对称分布在所述基板1的两侧且它们位于两个真空吸盘2的外侧，这种结构能够有效地满足方形晶圆的平稳支撑和限位。
35.如附图2-附图4所示，每个所述托钩3连接一托钩驱动装置4，所述托钩驱动装置4设置在所述横板5上，所述托钩驱动装置4驱动所述托钩3沿垂直于所述横板5的方向平移，所述托钩驱动装置4是气缸、直线电机及伺服直线模组中的至少一种，当所述托钩驱动装置4是气缸时，所述气缸上设置有遮盖所述气缸的顶部和外侧部的l形挡板7且所述气缸的工作压力在0.18～0.2mpa之间，这样的工作压力可以有效地避免气缸动作时的冲击过大造成真空吸盘2无法稳定吸附晶圆的情况，同时这样的工作压力可以在气压不稳定时，仍能使气缸稳定的工作，进一步，所述气缸可以是已知的带断气自锁功能的气缸，自锁气缸的具体结构为已知技术，此处不作赘述。
36.进一步，由于所述晶圆会有多种不同的尺寸，因此，需要对所述真空吸盘2及托钩3的位置进行调整以适应不同尺寸的晶圆的抓取需要。
37.如附图5所示，使两个所述横板5连接所述基板1上设置的调整机构8，所述调整机构8驱动两个所述横板5相对所述基板1平移以调整两个所述横板5之间的间距，从而可以实现它们上设置地真空吸盘2和托钩驱动装置4的移动。
38.如附图5所示，所述横板5可以滑动地设置在所述基板1上的导轨9上，所述调整机构8可以是两个直线电机或伺服直线模组，每个直线电机或伺服直线模组连接一个横板5，从而两个直线电机或伺服直线模组可以驱动两个所述横板5相向移动以使它们之间的间距减小，对应的，两个横板5上的真空吸盘2及托钩3之间的间距会相应缩小，此时可以进行小尺寸的晶圆的吸附。当两个直线电机或伺服直线模组驱动两个所述横板5背向移动时，两个所述横板5之间的间距增大，对应的两个横板5上的真空吸盘2及托钩3之间的间距会相应增大，此时可以进行大尺寸的晶圆的吸附。
39.如附图5所示，为了减少动力源，所述调整机构8可以包括主动轮81、从动轮82、皮带83、电机84及两个连接件85，所述主动轮81可以连接驱动其自转的电机84，所述电机84可以是一减速电机且其设置在所述基板1的上方，所述电机的转轴直接连接所述主动轮81并带动所述主动轮转动，当然，所述主动轮81也可以是可自转地设置在所述基板1上，并且所述主动轮81可以通过已知的齿轮传动机构或同步带传动机构86来连接所述电机84。
40.所述主动轮81和从动轮82的轴线与所述基板1垂直，所述从动轮82可自转地设置在所述基板1，所述主动轮81和从动轮82上套装所述皮带83，两个所述连接件85连接在所述皮带83的第一直带段831和第二直带段832，每个所述连接件85连接一所述横板5，从而所述电机84驱动所述主动轮81转动时，可以通过所述皮带83驱动两个所述连接件85背向移动或相向移动以实现两个横板5之间的间距调整。
41.如附图1所示，所述移动机构200的具体结构为已知技术，其可以是横向伺服直线模组210与纵向气缸220构成的结构，即纵向气缸220通过l形连接件230设置在横向伺服直线模组210的移动块上，所述纵向气缸220通过连接架240连接所述机械手100。伺服直线模的具体结构为已知技术，此处不作赘述。当然，所述移动机构200也可以是四轴机器人或六轴机器人等。
42.实施例2本实施例揭示了一种划片机，包括上述实施例中的机械手100。
43.本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。