一种晶圆用合框装置论文和设计-聂伟

全文摘要

本实用新型公开了半导体加工领域内的一种晶圆用合框装置，包括机箱，机箱左侧设置有晶圆进料口，机箱内对应晶圆进料口设有搬运机器人，所述机箱内对应搬运机器人设有晶圆周向定位机构，所述机箱右侧设有定位环进料口，机箱内对应定位环进料口设有定位环合框机构，与所述定位环合框机构、搬运机器人相对应地设有晶圆合框机构，所述机箱后侧对应晶圆合框机构设有成品出料口。本实用新型能够实现自动将晶圆与底膜贴合固定，并在底膜边缘固定好定位环，实现自动合框。

主设计要求

1.一种晶圆用合框装置，其特征在于，包括机箱，机箱左侧设置有晶圆进料口，机箱内对应晶圆进料口设有搬运机器人，所述机箱内对应搬运机器人设有晶圆周向定位机构，所述机箱右侧设有定位环进料口，机箱内对应定位环进料口设有定位环合框机构，与所述定位环合框机构、搬运机器人相对应地设有晶圆合框机构，所述机箱后侧对应晶圆合框机构设有成品出料口。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种晶圆用合框装置，其特征在于，所述搬运机器人包括底座一，底座一上可转动地连接有摆臂一，摆臂一端部可转动地连接有摆臂二，摆臂二端部可转动地连接有摆臂三，摆臂三端部固定连接有Y形真空吸引手，真空吸引手下侧开设有与抽真空装置相连通的真空吸引孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种晶圆用合框装置，其特征在于，所述晶圆周向定位机构包括底座二，底座二上经横向导轨滑动连接有移动工作台，移动工作台包括壳体，移动工作台上侧转动连接有旋转台，旋转台上方对应设有固定盘，固定盘下侧边缘设有周向角位移传感器，移动工作台壳体内对应设有旋转驱动机构和横移驱动机构。

4.根据权利要求3所述的一种晶圆用合框装置，其特征在于，所述横移驱动机构包括竖直设置的横移电机，横移电机的输出轴向下穿过移动工作台壳体底部并传动连接有齿轮，所述横向导轨上沿轴向设有齿条，齿条与齿轮相啮合；所述旋转驱动机构包括竖直设置的旋转电机，旋转电机侧面通过若干径向设置的固定条与移动工作台壳体侧面相固定，旋转电机的输出端经减速器与转轴传动连接，转轴外周设有轴承，转轴的上端与旋转台相固定。

5.根据权利要求1或2所述的一种晶圆用合框装置，其特征在于，所述定位环合框机构包括圆形定位平台，定位平台的前后两侧均对应设有转动辊组，转动辊组包括若干间隔分布的转动辊，转动辊轴线横向设置，各转动辊上侧相平齐，两转动辊组之间设有具有粘性的传动底膜，传动底膜覆盖在定位平台上；定位平台上方对应设有可移动的吸环，定位环吸附在吸环下方，定位环的内径小于定位平台的外径，定位环的外径大于定位平台的外径，定位环下侧设有环形切割槽；所述定位平台下方同轴设置有旋转盘，旋转盘的转轴经减速器与旋转电机传动连接，旋转盘外周均匀间隔分布设有若干旋转臂，旋转臂端部设有旋转座，旋转座位于定位平台外侧，旋转座上可转动地连接有压轮，压轮轴线沿定位平台径向设置，压轮上侧与定位平台相平齐，旋转座上还固定连接有弧形切割刀，切割刀的刀刃对应伸入切割槽内，压轮的两端面分别位于切割刀的左右两侧。

6.根据权利要求5所述的一种晶圆用合框装置，其特征在于，所述吸环上侧沿周向均匀间隔分布设有若干三通接头，三通接头的左右两侧均设有旁通路，三通接头的下侧设有下通路，相邻三通接头的旁通路之间通过连接管相连，位于边侧的三通接头的旁通路与抽真空装置相连，吸环上对应各三通接头的下通路开设有若干通气孔，通气孔与对应三通接头的下通路相连通，所述吸环的边侧竖直设有移动杆，移动杆上端与位移驱动机构传动相连。

7.根据权利要求1或2所述的一种晶圆用合框装置，其特征在于，所述晶圆合框机构包括两组左右对称设置的滚轮机构，所述滚轮机构包括两个前后对应设置的转动滚轮，两个转动滚轮之间设有传动带，两根传动带之间设置有压辊，压辊左右两端的上侧分别与对应传动带固定连接；滚轮机构上方对应设置有固定纵向梁，固定纵向梁侧面设有纵向导轨，纵向导轨上滑动连接有L形纵移座，纵移座包括竖直部和水平部，固定纵向梁顶部纵向设有齿条，所述纵移座水平部上侧竖直设有纵移电机，纵移电机的输出轴向下穿过纵移座并传动连接有齿轮，齿轮与齿条相啮合，所述纵移座竖直部的两侧均竖直设有导轨，导轨上经连接架滑动连接有升降座，纵移座上通过支架竖直安装有升降气缸，升降气缸的活塞杆伸出端朝下并与升降座传动连接，升降座底部对应压辊设有晶圆吸盘，晶圆吸盘底部开设有若干与抽真空装置相连通的真空吸引孔。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于半导体加工领域，特别涉及一种晶圆用合框装置。

背景技术

现有技术中，晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路产品。晶圆制造厂把这些多晶硅融解，再在融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的硅原料中逐渐生成。硅晶棒再经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包装后，即成为集成电路工厂的基本原料—硅晶圆片，这就是“晶圆”。

晶圆上可以集成安装若干个IC，而芯片的制造过程可分为晶圆处理工序、晶圆针测工序、构装工序、测试工序等几个步骤。其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段工序，而构装工序、测试工序为后段工序。晶圆在加工过程中，需要对晶圆进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀和切割等若干工序，通常采用将晶圆附在底膜上，在晶圆表面覆盖一层保护胶膜，在底膜上表面的边缘固定一个定位环，定位环作为晶圆的支撑体，便于对晶圆进行加工，定位方便，防止将晶圆破坏，目前市场上缺少将晶圆与底膜、定位环相固定的设备，无法实现自动对晶圆进行合框。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种晶圆用合框装置，能够实现自动将晶圆与底膜贴合固定，并在底膜边缘固定好定位环，实现自动合框。

本实用新型的目的是这样实现的：一种晶圆用合框装置，包括机箱，机箱左侧设置有晶圆进料口，机箱内对应晶圆进料口设有搬运机器人，所述机箱内对应搬运机器人设有晶圆周向定位机构，所述机箱右侧设有定位环进料口，机箱内对应定位环进料口设有定位环合框机构，与所述定位环合框机构、搬运机器人相对应地设有晶圆合框机构，所述机箱后侧对应晶圆合框机构设有成品出料口。

本实用新型工作时，晶圆进料口外放置有晶圆盒，晶圆盒内竖直间隔放置有若干片晶圆，搬运机器人伸入相邻晶圆之间的间隙，并将晶圆盒内的晶圆逐个拿出，搬运机器人再将晶圆送到晶圆周向定位机构上，将晶圆的周向位置调整好，然后搬运机器人将晶圆送到晶圆合框机构上；与此同时，定位环经定位环进料口进入机箱，定位环合框机构将定位环与底膜相固定，并将定位环送到晶圆合框机构上，晶圆合框机构将晶圆与底膜相固定，最后将晶圆从成品出料口送出去。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型能够实现自动将晶圆与底膜贴合固定，并在底膜周围固定好定位环，实现自动合框。

作为本实用新型的进一步改进，所述搬运机器人包括底座一，底座一上可转动地连接有摆臂一，摆臂一端部可转动地连接有摆臂二，摆臂二端部可转动地连接有摆臂三，摆臂三端部固定连接有Y形真空吸引手，真空吸引手下侧开设有与抽真空装置相连通的真空吸引孔。摆臂三绕着摆臂二端部轴线转动，摆臂二绕着摆臂一端部轴线转动，摆臂一绕着底座一转动，搬运机器人移动灵活，真空吸引孔通过负压可以将晶圆吸附在真空吸引手下侧，真空吸引手上方也可以用于摆放晶圆，更加方便地搬运晶圆。

作为本实用新型的进一步改进，所述晶圆周向定位机构包括底座二，底座二上经横向导轨滑动连接有移动工作台，移动工作台包括壳体，移动工作台上侧转动连接有旋转台，旋转台上方对应设有固定盘，固定盘下侧边缘设有周向角位移传感器，移动工作台壳体内对应设有旋转驱动机构和横移驱动机构。旋转驱动机构带动旋转台转动，横移驱动机构带动移动工作台沿着横向导轨移动，晶圆放在旋转台上后，周向角位移传感器检测晶圆的周向位置，旋转台转动对晶圆的周向位置进行调整；晶圆周向定位后，真空吸引手将晶圆吸附住，并移动到晶圆吸盘上。

作为本实用新型的进一步改进，所述横移驱动机构包括竖直设置的横移电机，横移电机的输出轴向下穿过移动工作台壳体底部并传动连接有齿轮，所述横向导轨上沿轴向设有齿条，齿条与齿轮相啮合；所述旋转驱动机构包括竖直设置的旋转电机，旋转电机侧面通过若干径向设置的固定条与移动工作台壳体侧面相固定，旋转电机的输出端经减速器与转轴传动连接，转轴外周设有轴承，转轴的上端与旋转台相固定。横移电机带动齿轮沿着齿条转动，底座二沿着横向导轨移动；旋转电机经减速器减速后带动旋转台转动。

作为本实用新型的进一步改进，所述定位环合框机构包括圆形定位平台，定位平台的前后两侧均对应设有转动辊组，转动辊组包括若干间隔分布的转动辊，转动辊轴线横向设置，各转动辊上侧相平齐，两转动辊组之间设有具有粘性的传动底膜，传动底膜覆盖在定位平台上；定位平台上方对应设有可移动的吸环，定位环吸附在吸环下方，定位环的内径小于定位平台的外径，定位环的外径大于定位平台的外径，定位环下侧设有环形切割槽；所述定位平台下方同轴设置有旋转盘，旋转盘的转轴经减速器与旋转电机传动连接，旋转盘外周均匀间隔分布设有若干旋转臂，旋转臂端部设有旋转座，旋转座位于定位平台外侧，旋转座上可转动地连接有压轮，压轮轴线沿定位平台径向设置，压轮上侧与定位平台相平齐，旋转座上还固定连接有弧形切割刀，切割刀的刀刃对应伸入切割槽内，压轮的两端面分别位于切割刀的左右两侧。两侧的转动辊组带动传动底膜移动，吸环将定位环吸住，吸环的移动杆与可横向、纵向移动且可以升降的移动机构传动连接，吸环下降将定位环压在定位平台上，定位环内侧支撑在定位平台上，定位环外侧支撑在压轮上，切割刀与切割槽相对应设置，旋转电机经减速器减速后带动旋转盘转动，旋转臂带动旋转座转动，弧形切割刀伸入切割槽内将传动底膜切割成圆形，压轮将具有粘性的底膜边缘压紧在定位环下侧，定位环与底膜实现合框；吸环将定位环送到晶圆合框机构上。

作为本实用新型的进一步改进，所述吸环上侧沿周向均匀间隔分布设有若干三通接头，三通接头的左右两侧均设有旁通路，三通接头的下侧设有下通路，相邻三通接头的旁通路之间通过连接管相连，位于边侧的三通接头的旁通路与抽真空装置相连，吸环上对应各三通接头的下通路开设有若干通气孔，通气孔与对应三通接头的下通路相连通，所述吸环的边侧竖直设有移动杆，移动杆上端与位移驱动机构传动相连。各三通接头均互相连通，抽真空装置将三通接头的下通路抽真空，通气孔通过真空将定位环吸住；位移驱动机构带动吸环自由移动。

作为本实用新型的进一步改进，所述晶圆合框机构包括两组左右对称设置的滚轮机构，所述滚轮机构包括两个前后对应设置的转动滚轮，两个转动滚轮之间设有传动带，两根传动带之间设置有压辊，压辊左右两端的上侧分别与对应传动带固定连接；滚轮机构上方对应设置有固定纵向梁，固定纵向梁侧面设有纵向导轨，纵向导轨上滑动连接有L形纵移座，纵移座包括竖直部和水平部，固定纵向梁顶部纵向设有齿条，所述纵移座水平部上侧竖直设有纵移电机，纵移电机的输出轴向下穿过纵移座并传动连接有齿轮，齿轮与齿条相啮合，所述纵移座竖直部的两侧均竖直设有导轨，导轨上经连接架滑动连接有升降座，纵移座上通过支架竖直安装有升降气缸，升降气缸的活塞杆伸出端朝下并与升降座传动连接，升降座底部对应压辊设有晶圆吸盘，晶圆吸盘底部开设有若干与抽真空装置相连通的真空吸引孔。吸环将定位环移动到晶圆吸盘下方，晶圆吸盘带动晶圆向下移动，晶圆穿过吸环伸入定位环的中间孔，晶圆移动到底膜上，滚轮机构同步运动，前后两个转动滚轮带动传动带传动，两根传动带同步运动带动压辊移动，压辊将底膜上表面与晶圆底部相粘合，然后吸环将合框后的晶圆通过成品出料口送出；下一个晶圆和定位环进行合框时，转动滚轮反向转动，压辊反向移动，将底膜上侧与晶圆相粘合。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为搬运机器人的结构示意图。

图3为晶圆周向定位机构的剖视图。

图4为定位环合框机构的俯视图。

图5为旋转盘的俯视图。

图6为图4中的AA向剖视图。

图7为图6的局部放大图。

图8为图5的B向视图。

图9为晶圆、定位环和底膜的俯视图。

图10为吸环的俯视图。

图11为吸环的侧视图。

图12为滚轮机构和传动带的俯视图。

图13为晶圆合框机构的主视图。

图14为纵移座的俯视图。

其中，1机箱，1a晶圆进料口，1b定位环进料口，1c成品出料口，2搬运机器人，3晶圆周向定位机构，4定位环合框机构，5晶圆合框机构，6周向角位移传感器，7底座一，7a摆臂一，7b摆臂二，7c摆臂三，8真空吸引手，9底座二，10横向导轨，11移动工作台，12旋转台，13固定盘，14横移电机，15齿轮，16齿条，17旋转电机，17a固定条，18减速器，19转轴，19a轴承，20转动辊组，21底膜，22定位平台，23吸环，24定位环，24a切割槽，25旋转盘，25a旋转臂，26旋转座，26a压轮，26b切割刀，27三通接头，28连接管，29通气孔，30移动杆，31转动滚轮，32传动带，33压辊，34固定纵向梁，35纵向导轨，36纵移座，36a纵移电机，37连接架，38升降座，39升降气缸，40晶圆吸盘，41晶圆。

具体实施方式

如图1-14所示，为一种晶圆用合框装置，包括机箱1，机箱1左侧设置有晶圆进料口1a，机箱1内对应晶圆进料口1a设有搬运机器人2，机箱1内对应搬运机器人2设有晶圆周向定位机构3，机箱1右侧设有定位环进料口1b，机箱1内对应定位环进料口1b设有定位环合框机构4，与定位环合框机构4、搬运机器人2相对应地设有晶圆合框机构5，机箱1后侧对应晶圆合框机构5设有成品出料口1c。搬运机器人2包括底座一7，底座一7上可转动地连接有摆臂一7a，摆臂一7a端部可转动地连接有摆臂二7b，摆臂二7b端部可转动地连接有摆臂三7c，摆臂三7c端部固定连接有Y形真空吸引手8，真空吸引手8下侧开设有与抽真空装置相连通的真空吸引孔。晶圆周向定位机构3包括底座二9，底座二9上经横向导轨10滑动连接有移动工作台11，移动工作台11包括壳体，移动工作台11上侧转动连接有旋转台12，旋转台12上方对应设有固定盘13，固定盘13下侧边缘设有周向角位移传感器6，移动工作台11壳体内对应设有旋转驱动机构和横移驱动机构。所述横移驱动机构包括竖直设置的横移电机14，横移电机14的输出轴向下穿过移动工作台11壳体底部并传动连接有齿轮15，横向导轨10上沿轴向设有齿条16，齿条16与齿轮15相啮合；所述旋转驱动机构包括竖直设置的旋转电机17，旋转电机17侧面通过若干径向设置的固定条17a与移动工作台11壳体侧面相固定，旋转电机17的输出端经减速器18与转轴19传动连接，转轴19外周设有轴承19a，转轴19的上端与旋转台12相固定。定位环合框机构4包括圆形定位平台22，定位平台22的前后两侧均对应设有转动辊组20，转动辊组20包括若干间隔分布的转动辊，转动辊轴线横向设置，各转动辊上侧相平齐，两转动辊组20之间设有具有粘性的传动底膜21，传动底膜21覆盖在定位平台22上；定位平台22上方对应设有可移动的吸环23，定位环24吸附在吸环23下方，定位环24的内径小于定位平台22的外径，定位环24的外径大于定位平台22的外径，定位环24下侧设有环形切割槽24a；定位平台22下方同轴设置有旋转盘25，旋转盘25的转轴19经减速器18与旋转电机17传动连接，旋转盘25外周均匀间隔分布设有若干旋转臂25a，旋转臂25a端部设有旋转座26，旋转座26位于定位平台22外侧，旋转座26上可转动地连接有压轮26a，压轮26a轴线沿定位平台22径向设置，压轮26a上侧与定位平台22相平齐，旋转座26上还固定连接有弧形切割刀26b，切割刀26b的刀刃对应伸入切割槽24a内，压轮26a的两端面分别位于切割刀26b的左右两侧。吸环23上侧沿周向均匀间隔分布设有若干三通接头27，三通接头27的左右两侧均设有旁通路，三通接头27的下侧设有下通路，相邻三通接头27的旁通路之间通过连接管28相连，位于边侧的三通接头27的旁通路与抽真空装置相连，吸环23上对应各三通接头27的下通路开设有若干通气孔29，通气孔29与对应三通接头27的下通路相连通，吸环23的边侧竖直设有移动杆30，移动杆30上端与位移驱动机构传动相连。晶圆合框机构5包括两组左右对称设置的滚轮机构，所述滚轮机构包括两个前后对应设置的转动滚轮31，两个转动滚轮31之间设有传动带32，两根传动带32之间设置有压辊33，压辊33左右两端的上侧分别与对应传动带32固定连接；滚轮机构上方对应设置有固定纵向梁34，固定纵向梁34侧面设有纵向导轨35，纵向导轨35上滑动连接有L形纵移座36，纵移座36包括竖直部和水平部，固定纵向梁34顶部纵向设有齿条16，纵移座36水平部上侧竖直设有纵移电机36a，纵移电机36a的输出轴向下穿过纵移座36并传动连接有齿轮15，齿轮15与齿条16相啮合，纵移座36竖直部的两侧均竖直设有导轨，导轨上经连接架37滑动连接有升降座38，纵移座36上通过支架竖直安装有升降气缸39，升降气缸39的活塞杆伸出端朝下并与升降座38传动连接，升降座38底部对应压辊33设有晶圆吸盘40，晶圆吸盘40底部开设有若干与抽真空装置相连通的真空吸引孔。

本实用新型工作时，晶圆进料口1a外放置有晶圆盒，晶圆盒内竖直间隔放置有若干片晶圆41，搬运机器人2伸入相邻晶圆41之间的间隙，并将晶圆盒内的晶圆41逐个拿出，搬运机器人2再将晶圆41送到晶圆周向定位机构3上，旋转驱动机构带动旋转台12转动，横移驱动机构带动移动工作台11沿着横向导轨10移动，晶圆41放在旋转台12上后，周向角位移传感器6检测晶圆41的周向位置，旋转台12转动对晶圆41的周向位置进行调整；晶圆41周向定位后，真空吸引手8将晶圆41吸附住，并移动到晶圆吸盘40上；与此同时，定位环24经定位环进料口1b进入机箱1，两侧的转动辊组20带动传动底膜21移动，吸环23将定位环24吸住，吸环23下降将定位环24压在定位平台22上，定位环24内侧支撑在定位平台22上，定位环24外侧支撑在压轮26a上，切割刀26b与切割槽24a相对应设置，旋转电机17经减速器18减速后带动旋转盘25转动，旋转臂25a带动旋转座26转动，弧形切割刀26b伸入切割槽24a内将传动底膜21切割成圆形，压轮26a将具有粘性的底膜21边缘压紧在定位环24下侧，定位环24与底膜21实现合框；吸环23将定位环24送到晶圆合框机构5上。吸环23将定位环24移动到晶圆吸盘40下方，晶圆吸盘40带动晶圆41向下移动，晶圆41穿过吸环23伸入定位环24的中间孔，晶圆41移动到底膜21上，滚轮机构同步运动，前后两个转动滚轮31带动传动带32传动，两根传动带32同步运动带动压辊33移动，压辊33将底膜21上表面与晶圆41底部相粘合，然后吸环23将合框后的晶圆41通过成品出料口1c送出。本装置能够实现自动将晶圆41与底膜21贴合固定，在底膜21周围固定好定位环24，并撕掉保护胶膜，实现自动合框。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型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实用新型的保护范围内。

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