一种自动化晶圆转移装置的制作方法

本发明属于半导体加工领域，特别涉及一种自动化晶圆转移装置。

背景技术：

在晶圆封装、测试过程中，需要经常转移或挑选晶圆。晶圆在料盒转移或挑选的作业过程中通常采用手动拿取或真空吸笔吸取的方式。手动拿取存在如下风险：容易因手直接接触而造成产品污染、静电伤害等问题而导致产品缺陷；人为动作不当而导致晶圆破裂。真空吸笔吸取晶圆存在如下风险：吸笔、吸盘直接接触晶圆表面容易造成刮伤；晶圆在料盒中密集码放，操作不便，作业效率低；容易因断气或吸附不牢而发生晶圆掉落。

现有技术中，有一种晶圆转移工具，其专利申请号：cn201410840504.4；申请日：2014.12.30；公开号：cn104505361a；公开日：2015.04.08；其结构包括保持平齐且可以沿着滑动轨道合拢或分开的第一平台和第二平台；第一平台上具有限位拐角和第一卡槽用于将晶圆转接盒固定于第一平台之上且使其开口方向朝向第二平台；第二平台上具有第二卡槽、第一柱体和第二柱体；第一柱体和第二柱体上具有沟槽以容纳晶圆料盒的底托，第二卡槽用于与晶圆料盒的卡接部分啮合，以将晶圆料盒固定于第二平台之上且使其开口方向朝向第一平台；第一柱体和第二柱体的内侧与晶圆料盒的底托部分的中空开口对齐。该装置可以将晶圆从第一平台水平推到第二平台上，以转移晶圆，但是其不足之处在于：晶圆的厚度较薄，且脆性较大，水平推动晶圆时，晶圆受力不平衡容易破裂。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自动化晶圆转移装置，能够将晶圆料盒内竖直放置的晶圆托举起来，并转移到晶圆料框内，晶圆移动平稳，避免晶圆受力不平衡而发生破损。

本发明的目的是这样实现的：一种自动化晶圆转移装置，包括机箱，机箱上并列设置有待料平台和定位平台，所述待料平台包括一组前后对应设置的横向传动箱和一组左右对应设置的纵向框条，两个横向传动箱之间且位于两个纵向框条之间对应放置有晶圆料盒，晶圆料盒内竖直放置有若干互相平行的晶圆，晶圆表面与横向传动箱长度方向平行，所述晶圆料盒的上侧和下侧均设有开口，晶圆料盒的下方对应设置有升降托举机构，所述机箱上对应晶圆料盒设置有一对均可横向移动的转移机械手；所述定位平台包括一组前后对应设置的基座，基座上竖直设置有挡板，晶圆料框支撑在基座上，晶圆料框的前后两侧分别顶靠在对应基座的挡板上，晶圆料框的下方也对应设置有升降托举机构。

本发明工作时，晶圆料盒放置在待料平台上，晶圆料框放置在定位平台上，升降托举机构先将晶圆料盒内的晶圆向上托举起来，两个转移机械手相向移动到晶圆下侧，将各晶圆托住，然后转移机械手朝着定位平台同向移动，使得被托住的晶圆移动到晶圆料框上方，晶圆料框下方的升降托举机构上升并托着各晶圆，一对转移机械手反向移动将晶圆松开，升降托举机构下降使得各晶圆正好落在晶圆料框的定位槽内。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够将晶圆料盒内竖直放置的晶圆托举起来，并通过转移机械手转移到晶圆料框内，晶圆保持竖直状态移动平稳，晶圆受力平衡，避免晶圆发生破损。

作为本发明的进一步改进，所述晶圆料盒的底部支撑在垫板一上，垫板一位于两个横向传动箱之间且位于两个纵向框条之间，两个横向传动箱之间可转动地设置有至少3根调整轴，调整轴外周包裹有护套，调整轴轴线纵向设置，至少3根调整轴位于晶圆下方且沿晶圆周向分布，调整轴的两端分别转动支撑在对应横向传动箱壁上，至少一个横向传动箱内设有传动机构。晶圆边缘设置有记号，传动机构带动调整轴转动，通过护套带动晶圆转动，使得晶圆周向转动到设定好的位置。

作为本发明的进一步改进，所述传动机构包括至少三对前后对应设置的轴承座，每对轴承座之间均可转动地设有转轴，转轴通过联轴器与对应调整轴传动连接，转轴上套设有链轮，各转轴上的链轮经链条传动连接，任一转轴上套设有被动皮带轮，被动皮带轮经皮带与电机输出端的主动皮带轮传动连接，横向传动箱底部和机箱上侧均设有可容皮带穿过的凹槽，所述电机设置在机箱内。电机带动主动皮带轮转动，主动皮带轮通过皮带带动被动皮带轮转动，转轴实现转动，转轴上的链轮通过链条带动其他转轴上的链轮转动，各转轴都实现转动，带动调整轴转动。

作为本发明的进一步改进，所述升降托举机构包括两个左右对应分布的升降臂，升降臂轴线纵向设置，升降臂上侧倾斜设置，升降臂上侧沿轴线方向间隔设置有若干定位槽，各定位槽与各晶圆一一对应设置，垫板一和机箱上侧均开设有可容升降臂穿过的凹槽；升降臂下侧竖直设置有至少两根平行的连接杆，各连接杆伸入机箱内部且下端固定连接有升降座，升降座周围对称设有至少4根导向条，每根导向条均与一竖直导轨相匹配设置，升降座左右两侧均设有丝杠，丝杠轴线竖直设置，丝杠的上下两端分别转动支撑在一轴承座上，丝杠的一端与电机传动连接，丝杠上套设有丝杆螺母，丝杠螺母通过连接座与升降座传动连接。电机带动丝杠转动，丝杠上的丝杠螺母上下移动，带动升降座上下移动，升降座带动升降臂上下移动。

作为本发明的进一步改进，两个所述转移机械手左右对应设置，转移机械手位于晶圆料盒上方，转移机械手呈l形，转移机械手包括横向段和纵向段，转移机械手纵向段下侧固定连接有托臂，两托臂相对的一侧倾斜设置，托臂的倾斜面上沿长度方向间隔设置有若干定位槽，各定位槽与各晶圆一一对应设置；转移机械手横向段下侧竖直设有立杆，立杆伸入机箱内且下端设置在移动座上，移动座通过滑块与横向导轨传动连接，移动座上设置有电机，电机的输出端竖直向下且设有齿轮，横向导轨上轴向设置有齿条，齿轮与齿条相啮合。电机带动齿轮转动，齿轮沿着齿条滚动，带动移动座沿着横向导轨移动，转移机械手实现横向移动，两个转移机械手相向移动到相应位置时，晶圆边缘插入对应定位槽内，托臂可以从下方托着晶圆。

作为本发明的进一步改进，所述晶圆料框包括两个前后对应设置的框板，框板之间设置有一对左右对称的上托杆和一对左右对称的下托杆，上托杆内侧轴向间隔设置有若干定位槽，下托杆上侧沿轴向间隔设置有若干定位槽，晶圆料框前后两侧的定位槽内放置有保护挡片，两个保护挡片之间的定位槽与各晶圆一一对应设置，两框板底部固定连接有两根左右对应设置的定位杆。各晶圆对应摆放在两个保护挡片之间的各定位槽内，晶圆底部支撑在下托杆上，晶圆侧面与上托杆接触。

作为本发明的进一步改进，所述基座设置在垫板二上，基座的挡板与对应框板相接触，所述基座上左右对称设置有两个定位凸起，所述定位杆贴靠着两个基座对应的同一侧的定位凸起，任一基座上设置有定位板，定位板上设有可伸缩的定位按钮。晶圆料框通过定位杆与定位凸起接触，两根定位杆位于四个定位凸起之间，晶圆料框的框板与定位板接触时，定位按钮内缩。

作为本发明的进一步改进，所述晶圆料盒的底部左右对称设置有竖直底板，晶圆料盒通过底板支撑在垫板一上。晶圆料盒通过底板支撑在垫板一上，晶圆料盒内的晶圆底部正好支撑在升降臂上。

作为本发明的进一步改进，所述机箱表面设置有若干圆形通孔。机箱表面通孔可增大摩擦力，在机箱上侧摆放物品时不会滑动。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为图1的aa向剖视图。

图3为图2的bb向剖视图。

图4为装有晶圆的晶圆料盒的俯视图。

图5为晶圆料盒的主视图。

图6为待料平台的纵向截面剖视图。

图7为图6的局部放大图。

图8为晶圆和调整轴的相对位置关系图。

图9为各链轮的位置关系图。

图10为升降座的俯视图。

图11为图1的cc向剖视图。

图12为横向导轨和移动座的俯视图。

图13为横向导轨和移动座的立体图。

图14为转移机械手托住晶圆时的俯视图。

图15为转移机械手的侧视图。

图16为转移机械手托住晶圆时的主视图。

图17为图2的dd向剖视图。

图18为晶圆料框的立体结构图。

其中，1机箱，2待料平台，3定位平台，4横向传动箱，5纵向框条，6晶圆料盒，7晶圆，8转移机械手，8a横向段，8b纵向段，9基座，10挡板，11垫板一，12垫板二，13调整轴，14轴承座，15转轴，16联轴器，17连接座，18链轮，19被动皮带轮，20皮带，21电机，22主动皮带轮，23升降臂，23a定位槽，24连接杆，25升降座，26导向条，27竖直导轨，28丝杠，28a丝杠螺母，29托臂，29a定位槽，30立杆，31移动座，32晶圆料框，32a框板，32b上托杆，32c下托杆，32d定位杆，33齿轮，33a齿条，34滑块，34a横向导轨，35定位凸起，36定位板，36a定位按钮，37底板。

具体实施方式

如图1-18所示，为一种自动化晶圆转移装置，包括机箱1，机箱1上并列设置有待料平台2和定位平台3，其特征在于，待料平台2包括一组前后对应设置的横向传动箱4和一组左右对应设置的纵向框条5，两个横向传动箱4之间且位于两个纵向框条5之间对应放置有晶圆料盒6，晶圆料盒6内竖直放置有若干互相平行的晶圆7，晶圆7表面与横向传动箱4长度方向平行，晶圆料盒6的上侧和下侧均设有开口，晶圆料盒6的下方对应设置有升降托举机构，机箱1上对应晶圆料盒6设置有一对均可横向移动的转移机械手8；定位平台3包括一组前后对应设置的基座9，基座9上竖直设置有挡板10，晶圆料框32支撑在基座9上，晶圆料框32的前后两侧分别顶靠在对应基座9的挡板10上，晶圆料框32的下方也对应设置有升降托举机构。晶圆料盒6的底部支撑在垫板一11上，垫板一11位于两个横向传动箱4之间且位于两个纵向框条5之间，两个横向传动箱4之间可转动地设置有至少3根调整轴13，调整轴13外周包裹有护套，调整轴13轴线纵向设置，至少3根调整轴13位于晶圆7下方且沿晶圆7周向分布，调整轴13的两端分别转动支撑在对应横向传动箱4壁上，至少一个横向传动箱4内设有传动机构。所述传动机构包括至少三对前后对应设置的轴承座14，每对轴承座14之间均可转动地设有转轴15，转轴15通过联轴器16与对应调整轴13传动连接，转轴15上套设有链轮18，各转轴15上的链轮18经链条传动连接，任一转轴15上套设有被动皮带轮19，被动皮带轮19经皮带20与电机21输出端的主动皮带轮22传动连接，横向传动箱4底部和机箱1上侧均设有可容皮带20穿过的凹槽，电机21设置在机箱1内。所述升降托举机构包括两个左右对应分布的升降臂23，升降臂23轴线纵向设置，升降臂23上侧倾斜设置，升降臂23上侧沿轴线方向间隔设置有若干定位槽23a，各定位槽23a与各晶圆7一一对应设置，垫板一11和机箱1上侧均开设有可容升降臂23穿过的凹槽；升降臂23下侧竖直设置有至少两根平行的连接杆24，各连接杆24伸入机箱1内部且下端固定连接有升降座25，升降座25周围对称设有至少4根导向条26，每根导向条26均与一竖直导轨27相匹配设置，升降座25左右两侧均设有丝杠28，丝杠28轴线竖直设置，丝杠28的上下两端分别转动支撑在一轴承座14上，丝杠28的一端与电机21传动连接，丝杠28上套设有丝杆螺母，丝杠螺母28a通过连接座17与升降座25传动连接。两个转移机械手8左右对应设置，转移机械手8位于晶圆料盒6上方，转移机械手8呈l形，转移机械手8包括横向段8a和纵向段8b，转移机械手8纵向段8b下侧固定连接有托臂29，两托臂29相对的一侧倾斜设置，托臂29的倾斜面上沿长度方向间隔设置有若干定位槽29a，各定位槽29a与各晶圆7一一对应设置；转移机械手8横向段8a下侧竖直设有立杆30，立杆30伸入机箱1内且下端设置在移动座31上，移动座31通过滑块34与横向导轨34a传动连接，移动座31上设置有电机21，电机21的输出端竖直向下且设有齿轮33，横向导轨34a上轴向设置有齿条33a，齿轮33与齿条33a相啮合。晶圆料框32包括两个前后对应设置的框板32a，框板32a之间设置有一对左右对称的上托杆32b和一对左右对称的下托杆32c，上托杆32b内侧轴向间隔设置有若干定位槽，下托杆32c上侧沿轴向间隔设置有若干定位槽，晶圆料框32前后两侧的定位槽内放置有保护挡片，两个保护挡片之间的定位槽与各晶圆7一一对应设置，两框板32a底部固定连接有两根左右对应设置的定位杆32d。基座9设置在垫板二12上，基座9的挡板10与对应框板32a相接触，基座9上左右对称设置有两个定位凸起35，定位杆32d贴靠着两个基座9对应的同一侧的定位凸起35，任一基座9上设置有定位板36，定位板36上设有可伸缩的定位按钮36a。晶圆料盒6的底部左右对称设置有竖直底板37，晶圆料盒6通过底板37支撑在垫板一11上。机箱1表面设置有若干圆形通孔。

本发明的自动化晶圆转移装置的转移方法，包括机箱1，机箱1上并列设置有待料平台2和定位平台3，待料平台2包括一组前后对应设置的横向传动箱4和一组左右对应设置的纵向框条5，待料平台2上对应设置有升降托举机构，机箱1上对应晶圆料盒6设置有一对均可横向移动的转移机械手8；两个转移机械手8左右对应设置，转移机械手8位于晶圆料盒6上方，转移机械手8呈l形，转移机械手8包括横向段8a和纵向段8b，转移机械手8纵向段8b下侧固定连接有托臂29，两托臂29相对的一侧倾斜设置，托臂29的倾斜面上沿长度方向间隔设置有若干定位槽29a，各定位槽29a与各晶圆7一一对应设置；定位平台3包括一组前后对应设置的基座9，基座9上竖直设置有挡板10，基座9上左右对称设置有两个定位凸起35，定位平台3上也对应设置有升降托举机构；所述升降托举机构包括两个左右对应分布的升降臂23，升降臂23轴线纵向设置，升降臂23上侧倾斜设置，升降臂23上侧沿轴线方向间隔设置有若干定位槽23a，各定位槽23a与各晶圆7一一对应设置，机箱1上侧开设有可容升降臂23穿过的凹槽；

所述方法包括如下步骤：

（1）将若干晶圆7等距间隔放置在晶圆料盒6内，晶圆7呈竖直状态，晶圆料盒6的上侧和下侧均设有开口；

（2）再将晶圆料盒6的前后两侧放置在两个横向传动箱4之间，晶圆料盒6的左右两侧放置于两个纵向框条5之间，晶圆7表面与横向传动箱4长度方向平行，晶圆7底部支撑在对应升降臂23的定位槽23a内；两个横向传动箱4之间可转动地设置有至少3根调整轴13，调整轴13外周包裹有护套，调整轴13轴线纵向设置，至少3根调整轴13位于晶圆7下方且沿晶圆7周向分布，调整轴13的两端分别转动支撑在对应横向传动箱4壁上，至少一个横向传动箱4内设有传动机构；步骤（2）中晶圆料盒6放好后，传动机构带动调整轴13转动，通过护套带动晶圆7转动，使得晶圆7边缘的记号周向转动到设定好的位置。

（3）将晶圆料框32支撑在基座9上，晶圆料框32包括两个前后对应设置的框板32a，框板32a之间设置有一对左右对称的上托杆32b和一对左右对称的下托杆32c，上托杆32b内侧轴向间隔设置有若干定位槽，下托杆32c上侧沿轴向间隔设置有若干定位槽，晶圆料框32前后两侧的定位槽内放置有保护挡片，两个保护挡片之间的定位槽与各晶圆7一一对应设置，两框板32a底部固定连接有两根左右对应设置的定位杆32d，晶圆料框32的前后两侧的框板32a分别顶靠在对应基座9的挡板10上，定位杆32d贴靠着两个基座9对应的同一侧的定位凸起35；

（4）升降臂23向上顶起穿过晶圆料盒6，将各晶圆7向上托举起来，然后升降臂23下降，两个转移机械手8相向移动到晶圆7下侧，晶圆7边缘伸入托臂29的对应定位槽29a内，两个托臂29将晶圆7托住，然后两个转移机械手8同时朝着定位平台3移动，将被托住的晶圆7送到晶圆料框32上方，晶圆料框32下方的升降臂23上升穿过晶圆料框32，两个升降臂23共同托着各晶圆7，然后两个转移机械手8反向移动，托臂29与晶圆7分离，升降臂23下降使得各晶圆7落在晶圆料框32内，晶圆7底部支撑在下托杆32c上，晶圆7侧面与上托杆32b接触。完成晶圆7的转移。

所述传动机构包括至少三对前后对应设置的轴承座14，每对轴承座14之间均可转动地设有转轴15，转轴15通过联轴器16与对应调整轴13传动连接，转轴15上套设有链轮18，各转轴15上的链轮18经链条传动连接，任一转轴15上套设有被动皮带轮19，被动皮带轮19经皮带20与电机21输出端的主动皮带轮22传动连接，横向传动箱4底部和机箱1上侧均设有可容皮带20穿过的凹槽，电机21设置在机箱1内。电机21带动主动皮带轮22转动，主动皮带轮22通过皮带20带动被动皮带轮19转动，转轴15实现转动，转轴15上的链轮18通过链条带动其他转轴15上的链轮18转动，各转轴15都实现转动，带动调整轴13转动。

升降臂23下侧竖直设置有至少两根平行的连接杆24，各连接杆24伸入机箱1内部且下端固定连接有升降座25，升降座25周围对称设有至少4根导向条26，每根导向条26均与一竖直导轨27相匹配设置，升降座25左右两侧均设有丝杠28，丝杠28轴线竖直设置，丝杠28的上下两端分别转动支撑在一轴承座14上，丝杠28的一端与电机21传动连接，丝杠28上套设有丝杆螺母，丝杠螺母28a通过连接座17与升降座25传动连接。电机21带动丝杠28转动，丝杠28上的丝杠螺母28a上下移动，带动升降座25上下移动，升降座25带动升降臂23上下移动。

转移机械手8横向段8a下侧竖直设有立杆30，立杆30伸入机箱1内且下端设置在移动座31上，移动座31通过滑块34与横向导轨34a传动连接，移动座31上设置有电机21，电机21的输出端竖直向下且设有齿轮33，横向导轨34a上轴向设置有齿条33a，齿轮33与齿条33a相啮合。电机21带动齿轮33转动，齿轮33沿着齿条33a滚动，带动移动座31沿着横向导轨34a移动，转移机械手8实现横向移动，两个转移机械手8相向移动到相应位置时，晶圆7边缘插入对应定位槽29a内，托臂29可以从下方托着晶圆7。

本发明的优点在于：能够将晶圆料盒6内竖直放置的晶圆7托举起来，并通过转移机械手8转移到晶圆料框32内，晶圆7保持竖直状态移动平稳，晶圆7受力平衡，避免晶圆7发生破损。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。