一种晶圆盘自动上料及扩膜设备的制作方法

1.本发明涉及半导体加工和工业自动化领域，具体涉及一种晶圆盘自动上料及扩膜设备。


背景技术：

2.半导体晶圆类产品经过晶圆切割划片后的生产制造工艺中，常常需要使用到各种蓝膜载体，因为它具备高度洁净及极低离子杂质，软硬适中,可有效吸收震动及应力,减少破片发生，具优良的厚度均匀性。特别研制的胶体,不易发生残胶，亲水性胶体,撕胶后若要求更高洁净度,亦只需用超纯水清洗即可，具有优良的时间稳定性，具有优良的粘附性，伸展性好，容易拾取芯片等优点。晶圆切割蓝膜用途如下：蓝色保护胶带是用做ic/半导体制造过程中矽晶圆晶背研磨制程中的表面保护胶带；半导体硅片/晶圆背面打磨时(ic/半导体工艺)的回路面保护膜。由于蓝色保护膜使用几乎不会污染晶圆表面的特殊亲水性胶体,因此清洗晶圆的制程可以省略,生产成本及对环境的冲击,也因此得以降低,同时提升产品的良率,达成降低成本的要求。
3.在半导体器件生产制程中，需要快捷批量化从蓝膜载盘上快速地取出芯片用于生产制造。传统做法是先将晶圆放置在蓝膜盘中，然后通过一台半自动扩膜机设备将晶圆蓝膜扩膜，并将扩膜拉伸后的晶圆转移到一种圆环中，再将这种扩膜后的晶圆环人工转移，提供固晶机/排片机等设备使用。这种做法技术的缺点和不足，主要体显在以下：第一，需要通过扩膜机设备扩膜，以及扩膜后需要人工处理；第二，产品质量随人为因素而变化，品质不稳定；第三，生产转移中容易是晶圆脏污，影响产品质量。第四，生产效率极低，无法应适批量化生产需求。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种晶圆盘自动上料及扩膜设备。技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种晶圆盘自动上料及扩膜设备，包括晶圆盘提篮装置、提篮升降台机构、夹爪直线运动机构、夹爪、晶圆扩模工作台、xy轴直线模组；其中；
6.所述晶圆扩模工作台安装在xy轴直线模组上，通过所述xy轴直线模组的驱动，所述晶圆扩模工作台能够在xy二维平面内运动；晶圆扩模工作台用于对附有芯片产品的晶圆蓝膜盘进行扩膜；
7.所述晶圆盘提篮装置用于储存附有芯片产品的晶圆蓝膜盘；
8.所述提篮升降台机构用于驱动所述晶圆盘提篮装置在竖直方向上运动；
9.所述夹爪直线运动机构沿x轴方向设置，用于驱动所述夹爪夹取或释放所述晶圆蓝膜盘，以实现所述晶圆蓝膜盘在所述晶圆扩模工作台和所述晶圆盘提篮装置之间的传递。
10.进一步的，所述晶圆盘提篮装置包括升降载板装置、提篮防位挡块、提篮防松夹紧
装置，所述晶圆蓝膜盘摆放在所述升降载板装置上，通过设置在所述升降载板装置边缘的提篮防松夹紧装置和提篮防位挡块实现位置固定；所述升降载板装置上还设有提篮检查传感器，用于检测所述升降载板装置上是否存在所述晶圆蓝膜盘。
11.进一步的，所述提篮升降台机构包括支撑立板、机构安装底板、晶圆盘检测传感器、直线导轨、拖链装置、传动电机、同步带轮装置、传动丝杆；其中，
12.所述机构支撑立板安装在所述机构安装底板上，所述直线导轨安装在所述机构支撑立板顶部，所述传动丝杆安装在所述直线导轨中，所述传动丝杆上的滑动螺母通过所述拖链装置连接所述升降载板装置；所述传动电机和所述同步带轮装置设置在所述机构支撑立板上，作为所述传动丝杆的驱动结构，所述传动电机的输出端通过所述同步带轮装置与所述传动丝杆的驱动输入端相连，驱动所述传动丝杆转动，进而使所述传动丝杆的滑动螺母沿丝杆滑动，实现对所述拖链装置的牵引，最终由所述拖链装置带动所述升降载板装置做升降运动；所述机构支撑立板一侧设有所述晶圆盘检测传感器，用于检测所述晶圆蓝膜盘是否到达指定位置。
13.进一步的，所述夹爪直线运动机构包括支架、直线导轨、滑块，所述直线导轨安装在所述支架上，所述滑块安装在所述直线导轨中。
14.进一步的，所述晶圆扩模工作台包括晶圆工作底板、旋转薄壁轴承、轴承外圈压紧块、晶圆扩模气缸、传动齿轮环、传动皮带、皮带紧张导轮、原点传感器、电机传动齿轮、张紧轮固定轴、电机安装基座、角度校正电机、晶圆扩模内环、直线轴承导向装置、气缸传动压板、晶圆盘、气缸传动连接轴、晶圆盘下限挡块、晶圆盘上限挡块；所述旋转薄壁轴承通过所述轴承外圈压紧块固定安装在所述晶圆工作底板上，所述传动齿轮环固定安装在所述晶圆工作底板上，所述晶圆扩模内环安装在所述传动齿轮环的内环，所述原点传感器安装在所述传动齿轮环上，所述晶圆扩模内环上设置有小孔，所述晶圆扩模气缸穿过所述小孔与所述直线轴承导向装置相连，所述气缸传动连接轴设置在所述直线轴承导向装置上，所述气缸传动压板卡在所述轴承导向装置上，所述晶圆盘下限挡块和晶圆盘上限挡块用于将所述晶圆蓝膜盘固定在所述晶圆扩模内环上，所述电机安装基座安装在所述晶圆工作底板上，所述电机传动齿轮安装在所述电机安装基座上，所述皮带紧张导轮沿着轴线设置有六边形通孔，所述角度校正电机下底板连接有凸起的六棱柱，所述皮带紧张导轮上的六边形通孔与所述电机传动齿轮上的六棱柱插接，所述传动皮带套在所述传动齿轮环和电机传动齿轮上，所述张紧轮固定轴与所述皮带紧张导轮插接。
15.进一步的，所述夹爪上还设有夹爪检测传感器。
16.进一步的，所述晶圆盘提篮装置上设置有提篮检查传感器。
17.进一步的，所述升降载板装置上还安装有晶圆盘检测传感器。
18.进一步的，所述晶圆扩模工作台上还设置有到位检测传感器。
19.本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
20.1.可以使半导体器件生产制程中晶圆蓝膜盘的快捷批量化生产，代替人工作业方式，具有高效高质量性能稳定。
21.2.减少了中间扩膜机设备，减少人工操作及生产管理成本，产品质量不会随人为因素而变化导致质量不稳定，同时方便快捷生产作业，便于对晶圆产品储放以及方便使用。
22.3.有利于对晶圆产品的环境保护，有效晶圆脏污等品质问题，生产效率高，产品质
量稳定。
附图说明
23.图1为实施例所述晶圆盘自动上料及扩膜设备的立体结构图；
24.图2为实施例所述晶圆盘自动上料及扩膜设备的俯视图；
25.图3为实施例所述晶圆盘提篮装置及提篮升降台机构的立体结构图；
26.图4为实施例所述晶圆扩膜装置的立体结构图；
27.图5为实施例所述晶圆工作底板之上的结构示意图；
28.图6为图5所示结构的爆炸图；
29.图7为本实施例所述晶圆盘自动上料及扩膜设备的工作流程图。
30.图中：1、晶圆盘提篮装置，2、提篮升降台机构，201、机构支撑立板，202、机构支撑立板，203、升降载板装置，204、提篮防位挡块，205、提篮防松夹紧装置，206、晶圆盘检测传感器，207、直线导轨，208、拖链装置，209、传动电机，210、同步带轮装置，211、传动丝杆，3、夹爪直线运动机构，301、支架，302、直线导轨，303、滑块，4、夹爪，5、晶圆蓝膜盘，6、晶圆扩膜工作台，601、晶圆工作底板，602、旋转薄壁轴承，603、轴承外圈压紧块，604、晶圆扩模气缸，605、传动齿轮环，606、传动皮带，607、皮带紧张导轮，608、原点传感器，609、电机传动齿轮，610、张紧轮固定轴，611、电机安装基座，612、角度校正电机，613、晶圆扩模内环，614、直线轴承导向装置，615、气缸传动压板，616、晶圆盘，617、气缸传动连接轴，618、晶圆盘下限挡块，619、晶圆盘上限挡块，620、到位检测传感器；7、xy轴直线模组，701、x轴直线模组，702、y轴直线模组。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
32.如图1至图2示例性地给出一种晶圆盘自动上料及扩膜设备的立体结构图，该晶圆盘自动上料及扩膜设备包括晶圆盘提篮装置1、提篮升降台机构2、夹爪直线运动机构3、夹爪4、晶圆扩模工作台6、xy轴直线模组7。其中：晶圆盘提篮装置1与提篮升降台机构2构成晶圆盘送料/出料机构；夹爪直线运动机构4与夹爪3组成晶圆盘搬运机构；晶圆扩膜工作台6与xy轴直线模组7组成晶圆扩膜装置。下面对本设备中的各个组成机构进行详细介绍。
33.晶圆盘提篮装置1用于储存附有芯片产品的晶圆蓝膜盘5，其结构如图3所示，主要包括升降载板装置203、提篮防位挡块204、提篮防松夹紧装置205，晶圆蓝膜盘5摆放在升降载板装置203上，通过设置在升降载板装置203边缘的提篮防松夹紧装置205和提篮防位挡块204实现位置固定。升降载板装置203上还设有提篮检查传感器(可以为压力传感器等检测器件)，用于检测升降载板装置203上是否有晶圆蓝膜盘5。
34.提篮升降台机构2用于驱动晶圆盘提篮装置1在竖直方向上移动，其结构如图3所示，包括：机构支撑立板201、机构安装底板202、晶圆盘检测传感器206、直线导轨207、拖链装置208、传动电机209、同步带轮装置210、传动丝杆211。
35.机构支撑立板201安装在机构安装底板202上，直线导轨207安装在机构支撑立板
201顶部，传动丝杆211安装在直线导轨207中，传动丝杆211上的滑动螺母通过拖链装置208连接升降载板装置203。传动电机209和同步带轮装置210设置在机构支撑立板201上，作为传动丝杆211的驱动结构，传动电机209的输出端通过同步带轮装置210与传动丝杆211的驱动输入端相连，驱动传动丝杆211转动，进而使传动丝杆211的滑动螺母沿丝杆滑动，实现对拖链装置208的牵引，最终由拖链装置208带动升降载板装置203做升降运动。机构支撑立板201一侧还设有晶圆盘检测传感器206，用于检测晶圆蓝膜盘5是否到达指定位置。
36.晶圆扩膜工作台6与xy轴直线模组7组成的晶圆扩膜装置如图4所示，其中，xy轴直线模组7包括x轴直线模组701和y轴直线模组702，y轴直线模组702的滑轨固定在x轴直线模组701的滑块上，而y轴直线模组702的滑块则与晶圆扩膜工作台6固定连接，从而使晶圆扩膜工作台6能够在二维平面xy中运动。
37.晶圆扩膜工作台6的具体结构如图5至图6所示，包括：晶圆工作底板601、旋转薄壁轴承602、轴承外圈压紧块603、晶圆扩模气缸604、传动齿轮环605、传动皮带606、皮带紧张导轮607、原点传感器608、电机传动齿轮609、张紧轮固定轴610、电机安装基座611、角度校正电机612、晶圆扩模内环613、直线轴承导向装置614、气缸传动压板615、晶圆盘616、气缸传动连接轴617、晶圆盘下限挡块618、晶圆盘上限挡块619、到位检测传感器620，所述旋转薄壁轴承602通过轴承外圈压紧块603固定安装在晶圆工作底板601上，传动齿轮环605和固定安装在晶圆工作底板601，晶圆扩模内环613安装在传动齿轮环605的内环，原点传感器608安装在传动齿轮环605上，晶圆扩模内环613设置有小孔，晶圆扩模气缸604穿过晶圆扩模内环613上的小孔与直线轴承导向装置晶圆盘614晶圆盘滑动相连，气缸传动连接轴晶圆盘617晶圆盘设置在直线轴承导向装置614上，气缸传动压板615卡在轴承导向装置614上，晶圆盘下限挡块618设置在晶圆扩模内环613上，晶圆盘616安装在晶圆盘下限挡块618上，晶圆盘上限挡块619安装在晶圆盘616上，电机安装基座611安装在晶圆工作底板601上，电机安装基座611上设置有小圆孔，电机传动齿轮609安装在电机安装基座611上的小圆孔内，皮带紧张导轮607沿着轴线设置有六边形通孔，角度校正电机612下底板连接有凸起的六棱柱，皮带紧张导轮607上的六边形通孔与电机传动齿轮609上的六棱柱插接，传动皮带606套在传动齿轮环505和电机传动齿轮609上，张紧轮固定轴610与皮带紧张导轮607插接。使用时，将附有芯片产品的晶圆蓝膜盘5放置于晶圆扩模内环613上方，晶圆蓝膜盘5的外圈向下移动使蓝膜接触晶圆扩模内环613上表面；当向下继续移动晶圆蓝膜盘，在晶圆扩膜内环上表面的阻挡下，到位检测传感器620对晶圆盘的位置进行检测，晶圆盘的芯片位置对晶圆蓝膜扩膜拉伸，达到使晶圆盘的芯片间距拉开，蓝膜粘力减少，达到生产工艺要求。
38.如图1至图2所示为夹爪运动机构3，用于驱动夹爪4沿x轴方向运动。夹爪运动机构3包括支架301、直线导轨302、滑块303，直线导轨302安装在支架301上，滑块303安装在直线导轨302中，滑块303上固定有夹爪4。夹爪4用于夹取晶圆蓝膜盘5，夹爪4上设置有夹爪检测传感器，用于检测夹爪下方是否有晶圆蓝膜盘5。
39.整个设备还具有控制器(为简化图纸，图中未给出)，这个控制器与晶圆盘检测传感器26、提篮检查传感器、到位检测传感器620和夹爪检测传感器相连，根据晶圆盘检测传感器26和提篮检查传感器采集到的信号生成提篮升降台机构2、晶圆扩膜工作台6和夹爪直线运动机构3的驱动信号。整个设备的具体工作流程如图7所示，包括以下步骤：
40.当提篮检查传感器检测到升降载板装置203上放置有晶圆蓝膜盘5时，控制器启动
传动电机209，此时驱动传动丝杆211开始工作，通过拖链装置208带动升降载板装置203升到指定的高度(例如与晶圆扩膜工作台顶部齐平，或夹爪直线运动机构3的统一水平高度处)。此时，晶圆盘检测传感器26检测到晶圆盘提篮装置1上的晶圆蓝膜盘5后，控制器驱动夹爪直线运动机构3工作(为简化附图，夹爪直线运动机构3的驱动电机并未给出)，这时，夹爪4在x轴方向滑动，当移动到晶圆蓝膜盘5上方时，夹爪4上的夹爪检测传感器检测到下方有晶圆蓝膜盘5，此时驱动器驱动夹爪4做抓取动作，并在完成抓取后驱动夹爪4移动到晶圆扩模工作台6上方，通过晶圆扩模工作台上的到位检测传感器620实现夹爪4的定位，然后将晶圆蓝膜盘5放置在晶圆扩模工作台6上。晶圆扩模工作台6对晶圆蓝膜盘5进行扩膜拉伸，使晶圆盘的芯片间距拉开，蓝膜粘力减少，使芯片容易被拾取；当晶圆蓝膜盘5中的芯片被取完只后，晶圆扩模工作台6的晶圆扩模气缸604释放压力，回到原始等待位置，驱动器再次驱动夹爪4过来取晶圆蓝膜盘5，并将晶圆蓝膜盘5放回晶圆盘提篮装置。接着，夹爪4重复抓取过程，对下一盘待扩膜的晶圆蓝膜盘5盘进行抓取。
41.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。