一种晶圆上下料机械手及其上下料方法与流程

1.本发明涉及半导体的技术领域，具体涉及一种晶圆上下料机械手及其上下料方法。


背景技术：

2.晶圆作为制造半导体器件和芯片的基本材料，在半导体产业中扮演着举足轻重的地位。晶圆在制造过程中包括晶棒制造和晶片制造，其中晶片制造包括晶棒裁切与检测、外径研磨、切片、圆边、研磨、刻蚀、去疵、清洗、检验、包装等步骤。
3.目前led及半导体行业快速发展，加工检测设备的种类和数量快速增长，在对晶圆进行不同加工工艺处理时，为了避免晶圆边角崩裂影响晶片强度、破坏晶圆表面光洁等，需采用机械手装置将晶圆进行上料和转移。
4.现有的晶圆上下料机械手在使用过程中存在的问题：
5.(1)单个机械手进行上下料，传送时间长，导致晶圆的上下料效率较低；
6.(2)机械手上吸盘的大小不能调节，导致机械手不能应用于其他尺寸晶圆的传送；
7.(3)现有的晶圆在传送过程中会随机械手共同翻转，容易发生晶圆被损坏的现象。


技术实现要素：

8.为了解决上述背景技术中提到的至少一个问题，本发明提供了一种晶圆上下料机械手及其上下料方法，实现连续取料和放料，提高晶圆上下料传送的效率；通过控制组件的设置，实现晶圆在传送过程中始终保持在水平方向，实现晶圆平稳传送；机械手上的吸头可以进行调节，使得机械手能够适应于不同规格尺寸的晶圆的传送。
9.本发明实施例提供的具体技术方案如下：
10.一种晶圆上下料机械手，包括升降机构、旋转机构和抓取机构，所述升降机构安装在旋转机构的一侧用于驱动旋转机构沿竖直方向升降，至少一个所述抓取机构安装在旋转机构远离升降机构的一侧，全部或者部分所述抓取机构吸附晶圆，通过旋转机构带动晶圆旋转实现晶圆的传送。
11.进一步的，所述旋转机构包括支撑板、控制组件和第一驱动组件，所述控制组件安装在支撑板的侧面用于控制机械手在晶圆传送中始终保持在水平方向，所述第一驱动组件连接在支撑板一侧，驱动所述支撑板旋转。
12.进一步的，所述控制组件包括转动穿设在支撑板上的主动带轮、设置主动带轮两侧的从动带轮以及套设在主动带轮和从动带轮外部的传动带，所述主动带轮通过第一驱动组件驱动转动，两侧的所述从动带轮均通过传动带与主动带轮传动连接。
13.进一步的，所述抓取机构包括安装座、固定盘、调节孔和吸头，所述安装座的一端与从动带轮同轴连接，另一端与固定盘通过连接件拆卸连接，所述固定盘的外周壁设置有调节孔，所述吸头可调节地穿设在调节孔内。
14.进一步的，所述吸头沿固定盘的外周均匀设置有至少两个，所述吸头为真空吸头
或者电磁吸头。
15.进一步的，所述升降机构包括第二驱动组件、导轨、丝杆和滑动座，所述滑动座与主动带轮通过联轴器连接，所述滑动座安装在丝杆上，所述第二驱动组件驱动丝杆转动，同时带动滑动座沿导轨滑动。
16.进一步的，所述主动带轮与从动带轮之间设置有至少一个张紧轮，所述张紧轮穿设在传动带内。
17.进一步的，所述第一驱动组件为伺服电机、旋转电机、旋转电缸或者旋转气缸中的一种。
18.进一步的，所述第二驱动组件为伺服电机、旋转电机、旋转电缸或者旋转气缸中的一种。
19.进一步的，所述升降机构远离旋转机构的一侧安装有底板，所述底板上还设置有走线链。
20.一种基于如上所述的晶圆上下料机械手的上下料方法，其步骤包括：根据晶圆的尺寸，沿调节孔调节吸头的位置，使得抓取机构适于抓取晶圆；旋转机构在升降机构的作用下，下降到晶圆所在位置，全部或者部分抓取机构吸取晶圆；升降机构带动旋转机构上升，第一驱动组件驱动旋转机构转动180
°
实现两侧的抓取机构位置互换，然后升降机构带动旋转机构下降，进行放料。
21.本发明实施例具有如下有益效果：
22.1.本发明公开了升降机构、旋转机构和抓取机构，通过在旋转机构上的一侧设置至少一个抓取机构，升降机构的设置带动旋转机构沿竖直方向下降，两个抓取机构分别吸附其对应位置的晶圆，然后在升降机构作用下向上运动，上升到合适高度后，第一驱动组件驱动旋转机构转动180
°
，实现两个抓取机构的位置的互换，然后再升降机构的作用下，旋转机构下降到合适位置再进行放料，由此，实现晶圆的连续上、下料过程；
23.2.本发明中公开了控制组件，在第一驱动组件驱动旋转机构旋转的过程中，在主动带轮、传动带和从动带轮的配合传动作用下，使得抓取机构与从动带轮同轴转动，从而实现抓取机构在旋转机构翻转过程中，其吸附的晶圆始终保持在水平方向，确保晶圆的稳定传送；
24.3.本发明中公开了抓取机构包括安装座、固定盘、调节孔和吸头，工作人员将吸头沿着调节孔的长度方向调节，实现吸头吸附的范围的调节，从而使得抓取机构适应于不同尺寸的晶圆的上下料传送过程。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是用于体现本技术的整体结构示意图；
27.图2是用于体现图1中a部分的放大结构示意图；
28.图3是用于体现本技术中升降机构的结构示意图；
29.图4是用于体现抓取机构的俯视结构示意图；
30.图中，1、升降机构；101、第二驱动组件；102、导轨；103、丝杆；104、滑动座；2、旋转机构；201、支撑板；202、控制组件；2021、主动带轮；2022、从动带轮；2023、传动带；203、第一驱动组件；3、抓取机构；301、安装座；302、固定盘；303、调节孔；304、吸头；4、张紧轮；5、底板；6、走线链。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明的发明人在晶圆的加工的过程中发现：由于晶圆的生产制造需要经过包括晶棒裁切与检测、外径研磨、切片、圆边、研磨、刻蚀、去疵、清洗、检验、包装等多个步骤。因此，晶圆在中间过程中需要多次转运，需要将晶圆取料传送到待加工的位置，这就需要专业的晶圆上下料机械手来进行传送。传统的单爪机械手将晶圆由一个位置抓取，然后搬运到另外一个位置，待晶圆加工完成之后，再将晶圆搬运回来，晶圆在加工时，机械手处于空闲状态，大大降低了晶圆的搬运效率，降低了晶圆的制造速率。而且，传统的机械手仅仅是针对一种规格的晶圆进行搬运，若生产其他规格尺寸的晶圆时，还需要更换其他机械手，大大提高了晶圆的加工生产成本，而且来回更换增大了工作人员的工作量。基于此，本发明人提出了一种晶圆上下料机械手，实现连续取料和放料，提高晶圆上下料传送的效率；通过控制组件的设置，实现晶圆在传送过程中始终保持在水平方向，实现晶圆平稳传送；机械手上的吸头可以进行调节，使得机械手能够适应于不同规格尺寸的晶圆的传送。
33.实施例一
34.一种晶圆上下料机械手，如图2、3和4所示，包括升降机构1、旋转机构2和抓取机构3。升降机构1安装在旋转机构2的一侧用于驱动旋转机构2升降。两个抓取机构3安装在旋转机构2远离升降机构1的一侧，两个或者其中一个抓取机构3吸附晶圆，通过旋转机构2带动晶圆旋转实现晶圆的传送。
35.具体的，旋转机构2包括支撑板201、控制组件202和第一驱动组件203，支撑板201设置在第一驱动组件203和控制组件202之间，控制组件202安装在支撑板201的侧面用于控制抓取机构3在晶圆传送中始终保持在水平方向。
36.其中，控制组件202包括通过轴承转动穿设在支撑板201上的主动带轮2021、设置主动带轮2021两侧的从动带轮2022以及套设在主动带轮2021和从动带轮2022外部的传动带2023，从动带轮2022对称安装在主动带轮2021的两侧，同时从动带轮2022通过轴承转动穿设在支撑板201一侧，主动带轮2021与两侧的从动带轮2022大小相同。主动带轮2021贯穿支撑板201的一端与第一驱动组件203连接，实现第一驱动组件203驱动主动带轮2021转动，两侧的从动带轮2022均通过传动带2023与主动带轮2021传动连接，当主动带轮2021转动时，从动带轮2022在传动带2023的传动作用下，也进行转动。同时，第一驱动组件203连接在支撑板201一侧，也驱动支撑板201与主动带轮2021同轴旋转，因此，在第一驱动组件203的作用下，旋转机构2翻转180
°
，实现两侧抓取机构3的位置的互换，同时旋转机构2与主动带
轮2021同轴转动，使得两侧的抓取机构3始终保持在水平方向，实现抓取机构3吸附的晶圆的稳定传送。
37.具体的，升降机构1包括第二驱动组件101、导轨102、丝杆103和滑动座104，其中第二驱动组件101为旋转电机，旋转电机通过电线与外部供电系统连接，通过外部供电系统控制旋转电机的运行。滑动座104与主动带轮2021通过联轴器连接，并通过连接件贯穿固定，其中连接件优选为螺栓，丝杆103竖直穿设在导轨102内，切丝杆103的上端与第二驱动组件101连接，滑动座104套设在丝杆103上，而且滑动座104上开设有导向槽，导轨102上设置有导向条，导向槽滑动配合在导向条上，第二驱动组件101驱动丝杆103转动，滑动座104在与丝杆103配合作用下，实现滑动座104带动旋转机构2沿竖直方向机进行升降运动。
38.如图4所示，为了实现机械手对不同尺寸的晶圆的传送，设置抓取机构3的尺寸能够根据晶圆的尺寸进行调节。具体的，抓取机构3包括安装座301、圆形的固定盘302、调节孔303和吸头304，吸头304为中空圆柱形，安装座301与从动带轮2022同轴连接，固定盘302通过连接件拆卸连接在安装座301上，固定盘302的外周壁设置有调节孔303，调节孔303沿固定盘302的圆周方向均匀设置有四个，吸头304与调节孔303一一对应均匀设置有四个，吸头304穿设在调节孔303内，并通过锁紧件锁紧定位。当需要抓取不同尺寸的晶圆时，工作人员拧松锁紧件，使得吸头沿调节孔303滑动，调节吸头304相对于固定盘302的中心的距离，实现吸头304组成的吸附面积的调节，从而使得抓取机构3能够吸附不同尺寸的晶圆。
39.具体的，吸头304真空吸头304，吸头304的上端连通有三通气管，三通气管的下端与吸头连通，三通气管的进口端与一侧相邻的三通气管的出口端通过管路连通，三通气管的出口端与另一侧相邻的三通气管的进口端通过管路连通，实现固定盘302外周的所有吸头304形成一个循环通路，并且吸头304通过管路与外部真空系统连接。
40.具体的，打开外部真空系统开关，通过管路控制吸头304成真空状态，并吸附在晶圆上面，实现对晶圆的抓取；关闭外部真空系统时，同理通过管路控制吸头304内充满气体，在气压作用下，吸头304从晶圆表面离开，实现晶圆的下料。
41.如图1和2所示，在主动带轮2021与从动带轮2022之间设置一个张紧轮4，张紧轮4的外径小于主动带轮2021以及从动带轮2022，张紧轮4的中心转动穿设有转动轴座，转动轴座通过螺栓安装在支撑板201侧面，张紧轮4的下部外侧壁与传动带2023紧贴，张紧轮4穿设在传动带2023内，通过张紧轮4的设置，实现对传动带2023的拉力的调节，使得主动带轮2021、从动带轮2022在传动过程中始终与传动带2023贴合，防止发生打滑的现象。
42.如图1所示，具体的，第一驱动组件203为旋转电机，旋转电机通过电线与外部供电系统连接，通过外部供电系统控制旋转电机的运行。
43.如图2和3所示，在升降机构1远离旋转机构2的一侧安装有底板5，通过底板5可以实现升降机构1稳定地安装在相应的位置，同时在底板5上还设置有走线链6，走线链6的一段安装在底板5上，并沿着底板5排列贴合，走线链6的另一端通过螺栓与滑动座104连接，中间一段处于悬空状态，实现滑动座104沿导轨102升降过程中，走线链6可随着各个线路共同运动。各种线路穿过走线链6与相应的部件连接，在旋转机构2升降过程中，防止发生线路卡入设备中的现象，而且可防止线路的磨损，对各种线路起到保护的作用。
44.具体实施过程：打开第二驱动组件101的开关，第二驱动组件101驱动丝杆103转动，在丝杆103与滑动座104的配合作用下，使得滑动座104连同旋转机构2沿竖直方向下降，
待抓取机构3与其下部的晶圆接触时，打开外部真空系统开关，四个吸头304同时吸附晶圆，实现抓取机构3抓取晶圆；在第二驱动组件101作用下，旋转机构2带动抓取机构3上升到一定的高度，此时打开第一驱动组件203开关，第一驱动组件203驱动旋转机构2翻转180
°
，实现两侧抓取机构3的位置的互换，并且同时旋转机构2与主动带轮2021同轴转动，使得两侧的抓取机构3始终保持在水平方向，实现抓取机构3吸附的晶圆始终保持在水平方向；最后，第二驱动组件101再次驱动旋转机构2下降，将抓取机构3下部的晶圆放置到对应位置，从而实现晶圆的上下料传送过程。
45.实施例二
46.对应上述实施例，本技术提供了一种晶圆上下料机械手，与实施例一不同的地方在于，本实施例中的吸头为电磁吸头，电磁吸头通过电线与外部供电系统连接，通过外部供电系统控制电磁吸头对晶圆的上下料。
47.实施例三
48.本实施例提供了一种基于以上所述的晶圆上下料机械手的上下料方法，其步骤包括：
49.首先，根据晶圆尺寸，工作人员拧松锁紧件，沿调节孔调节吸头的位置，使得抓取机构3适用于对应晶圆的上下料，打开第二驱动组件101的开关，第二驱动组件101驱动丝杆103转动，在丝杆103与滑动座104的配合作用下，使得滑动座104连同旋转机构2沿竖直方向下降，待抓取机构3与其下部的晶圆接触时，打开外部真空系统开关，抓取机构3上的四个吸头304同时吸附晶圆，实现抓取机构3抓取晶圆；在第二驱动组件101作用下，旋转机构2带动抓取机构3上升到一定的高度，此时打开第一驱动组件203开关，第一驱动组件203驱动旋转机构2翻转180
°
，实现两侧抓取机构3的位置的互换，并且同时旋转机构2与主动带轮2021同轴转动，使得两侧的抓取机构3始终保持在水平方向，实现抓取机构3吸附的晶圆始终保持在水平方向；最后，第二驱动组件101再次驱动旋转机构2下降，将抓取机构3下部的晶圆放置到对应位置，从而实现晶圆的上下料传送过程。
50.尽管已描述了本发明实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例中范围的所有变更和修改。
51.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。