一种半导体硅晶片全自动边缘抛光装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于半导体硅晶片的边缘抛光领域，具体涉及一种半导体硅晶片全自动边缘抛光装置及方法。装置包括柜体，柜体内部在进料口和出料口旁侧对应设有硅晶片上料机械手和下料水槽，柜体外右侧部设有晶圆传送盒、空中行走式无人搬送车和AGV小车；柜体内部侧边上设有直线运动机构，直线运动机构上设有多个硅晶片前后夹持机械手和硅晶片左右夹持机械手；柜体内部的进料口后方的依次设有V‑Notch和平边粗抛装置、V‑Notch和平边精抛装置，下料水槽后方依次设有下料清洗装置、边缘精抛装置和边缘粗抛装置。本发明专利技术同时满足两种不同类型的半导体硅晶片的边缘抛光需求，解决硅晶片边缘抛光表面粗糙度一致的问题，同时能够有效保护硅晶片正反表面不受损坏，提升抛片合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体硅晶片全自动边缘抛光装置及方法
本专利技术属于半导体硅晶片的边缘抛光领域，具体涉及一种半导体硅晶片全自动边缘抛光装置及方法。
技术介绍
半导体硅晶片是制造超大规模集成电路的主要衬底材料，随着半导体产业的飞速发展，对衬底材料的精度要求也越来越高，一般在衬底加工时是需要对硅晶片的外圆周表面进行抛光处理的，从而确保在后续处理时硅晶片的边缘不产生缺陷，减少应力集中，降低碎片率，进而提高成品率。硅片的边缘抛光一般需要专门的抛光设备上完成，大都采用机械化学抛光的方法，使用抛光液和抛光布，在一定压力和转速的工艺条件下实现边缘抛光。硅晶片抛光后要求表面粗糙度要一致，如果外圆表面的某一部分抛光不充分或者有划痕等缺陷，在后序的处理中将很容易形成多晶粒聚集的问题。目前国内外的硅晶片抛光设备大多自动化程度不高，抛光过程中清洗不到位，且抛光时硅晶片的夹持方式也很容易对硅晶片的正反面造成二次损坏，从而影响了硅晶片的最终抛光质量。因此开发出一种能对半导体硅晶片进行全自动边缘抛光的装置及方法将会对国内半导体行业的发展起到积极的推动作用。
技术实现思路
本专利技术需要解决半导体硅晶片的边缘抛光表面粗糙度一致的问题，保护硅晶片边缘抛光时的非抛光面，实现半导体硅晶片抛光过程全自动化，减少人工干预，提升抛片质量和效率。为解决半导体硅晶片的边缘抛光表面粗糙度一致的问题，保护非抛光面，本专利技术采用的解决方案是：提供一种半导体硅晶片全自动边缘抛光装置，包括操作面板、柜体、上下料装置、机械手装置和抛光装置；柜体为立方形箱体结构，上下料装置包括空中行走式无人搬送车和AGV小车；柜体右侧壁上对称开有进料口和出料口，柜体内部在进料口和出料口旁侧对应设有硅晶片上料机械手和下料水槽，柜体外右侧部设有晶圆传送盒、空中行走式无人搬送车和AGV小车；空中行走式无人搬送车用于装置上料，AGV小车用于装置下料；机械手装置包括设于柜体内部除右侧其三个侧边上的直线运动机构，直线运动机构上设有多个硅晶片前后夹持机械手和硅晶片左右夹持机械手。抛光装置包括柜体内部依次设于进料口后方的硅晶片校准器、V-Notch和平边粗抛装置、V-Notch和平边精抛装置和中间清洗装置，V-Notch和平边粗抛装置、V-Notch和平边精抛装置结构相同，均包括设于同一个工位上的抛光机构和硅晶片外圆周夹持式机械手。抛光机构包括抛头旋转主轴，抛头旋转主轴下端连接同步带轮，顶端可拆卸连有V-Notch抛光轮或平边抛光轮，抛光轮上覆设有抛光布。同步带轮通过同步带与电机相连，电机能驱动同步带轮正反转，从而带动抛头正反转；硅晶片外圆周夹持式机械手包括手爪固定基座和夹持手爪，手爪固定基座底部通过滑块设于手爪进给导轨上，手爪进给导轨上设有手爪进给驱动电机；手爪固定基座底部还设有硅晶片加压气缸和同步带轮，手爪固定基座内顶部设有水平翻转轴，翻转轴一端通过翻转臂连接夹持手爪，另一端通过同步带与同步带轮相连，同步带轮与驱动电机相连；硅晶片加压气缸用于驱动晶片进给运动，由于气缸活塞杆本身有一定伸缩量，且气缸的压力可以通过调压阀来进行控制，当抛光垫在抛光过程中逐渐磨损时，只要在气缸活塞杆的伸缩量之内，就能够让晶片一直贴住抛光垫，进而实现晶片抛光过程的连续及抛光力的恒定；电机旋转带动同步带轮旋转，从而带动翻转轴的旋转，翻转机构包括翻转轴和翻转臂，翻转轴与同步带传动系统相连，翻转臂和外圆周夹持式机械手相连，用于实现机械手在抛光过程中的上下翻转功能；夹持手爪包括支撑块和相对设于支撑块上端面左右两端的前夹持块和后夹持块，前夹持块通过固定支撑柱与支撑块相连，后夹持块连接伸缩杆一端，伸缩杆另一端与设于支撑块下部的气缸相连，硅晶片被夹持在前后夹持块间；抛光装置还包括柜体内，依次设于下料水槽后方的下料清洗装置、边缘精抛装置和边缘粗抛装置。作为一种改进，硅晶片前后夹持机械手包括L形支撑架，支撑架底部通过手爪升降气缸与直线运动机构相连，支撑架侧部设有手爪开闭气缸，手爪开闭气缸与硅晶片夹持滚轮相连。作为一种改进，硅晶片左右夹持机械手包括L形支撑架，支撑架底部通过手爪升降气缸与直线运动机构相连，支撑架侧部设有手爪翻转开闭气缸，手爪翻转开闭气缸与硅晶片夹持滚轮相连。说明：下文中的FOUP为晶圆传送盒，OHT为空中行走式无人搬送车，AGV小车是一种装备有电磁或者光学等自动导引的装置，能够沿着规定的导引路径行驶。该装置的原理是采用机械化学的抛光方式。半导体硅晶片通过吸盘进行位置固定，然后在边缘设计一离心旋转式抛头，当抛头静止时，抛光布和硅晶片边缘是不接触的，当抛头围绕硅晶片边缘以一定角速度进行旋转，通过配重块产生的离心力，让抛光布紧紧贴合住硅晶片的边缘，同时通入一定剂量的抛光液，抛光液是碱性液体，内部包含一些磨削颗粒，能起到很好的降温和提升抛光效率的作用。离心力的大小可以通过抛头旋转的转速以及配重块的质量来进行精确控制，在工艺上也有了更多的调整空间。在对V-Notch部位或者平边部位进行边缘抛光时，硅晶片的固定方式采用外圆周抱紧，手爪不直接与硅晶片正反面接触，从而就可以大大降低对硅晶片正反面的损坏风险。非V-Notch部位和平边部位的抛光，采用真空吸盘进行吸附，真空吸盘内置清洗管路可以定时冲洗掉抛光残留和碱性液体，同时在外部设计喷嘴，也可以定时对吸盘进行冲洗，让吸盘表面不留颗粒物，这样也能起到对硅晶片正反表面保护的效果。V-Notch部位和平边部位全部采用外圆周夹持机械手进行固定，夹持机械手可以±55°翻转，这样就可以对边缘部分进行全面的抛光。同时硅晶片的抛光压力由夹持机械手的进给气缸提供，气缸设置一压力控制阀，这样就可以精确控制和调节硅晶片进给的压力。抛光轮的旋转方向和硅晶片的水平面垂直，抛光轮的宽度可以根据V-Notch和平边的宽度来设计，一般来说抛V-Notch部位时，抛光轮的宽度要小于V-Notch的宽度。抛光平边的时候，抛光轮的宽度要大于平边的宽度。硅晶片在抛光过程中增加DIW清洗和喷淋工位，比如在硅晶片外圆周夹持式机械手上设有喷嘴，硅晶片V-Notch部位抛光完成后，冲洗掉表面残留的抛光颗粒，避免对下一个工位造成影响。当硅晶片全部抛光完毕后，所有的片子全部会放置到一个片盒当中，片盒浸泡在DIW中，可以保持硅晶片表面的湿润，也能防止抛光液在硅晶片表面结晶，起到很好的防护效果。本装置的工作过程为：在边抛装置的外部通过OHT进行硅晶片的搬运，OHT将一盒硅晶片从上个工位转移到边抛的FOUP工位上，FOUP可以承载硅片盒，并且能够打开硅片盒和进行升降运动。在边抛装置内部设计一搬运机械手，该机械手能够将硅晶片从FOUP上转移到设备内部，硅晶片在设备内部的抛光全部采用外圆周夹持式机械手进行搬运，减少对硅晶片正反面的损坏。最后当硅晶片边缘抛光完成后，下料端通过AGV小车进行取料，AGV能够从边抛装置的下料端将片盒取出，然后转送到下一个工位。这样就解决了硅晶片全自动抛光的问题，整个过程无需人工干预，可以全程电脑监控。一种半导体硅晶片全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体硅晶片全自动边缘抛光装置，其特征在于，包括操作面板、柜体、上下料装置、机械手装置和抛光装置；/n所述柜体为立方形箱体结构，所述上下料装置包括空中行走式无人搬送车和AGV小车；柜体右侧壁上对称开有进料口和出料口，柜体内部在进料口和出料口旁侧对应设有硅晶片上料机械手和下料水槽，柜体外右侧部设有晶圆传送盒、空中行走式无人搬送车和AGV小车；空中行走式无人搬送车用于装置上料，AGV小车用于装置下料；/n所述机械手装置包括设于柜体内部除右侧其三个侧边上的直线运动机构，直线运动机构上设有多个硅晶片前后夹持机械手和硅晶片左右夹持机械手；/n所述抛光装置包括柜体内部依次设于进料口后方的硅晶片校准器、V-Notch和平边粗抛装置、V-Notch和平边精抛装置和中间清洗装置，所述V-Notch和平边粗抛装置、V-Notch和平边精抛装置结构相同，均包括设于同一个工位上的抛光机构和硅晶片外圆周夹持式机械手；/n抛光机构包括抛头旋转主轴，抛头旋转主轴下端连接同步带轮，顶端可拆卸连有V-Notch抛光轮或平边抛光轮，抛光轮上覆设有抛光布；同步带轮通过同步带与电机相连，电机能驱动同步带轮正反转，从而带动抛头正反转；/n所述硅晶片外圆周夹持式机械手包括手爪固定基座和夹持手爪，手爪固定基座底部通过滑块设于手爪进给导轨上，手爪进给导轨上设有手爪进给驱动电机；手爪固定基座底部还设有硅晶片加压气缸和同步带轮，手爪固定基座内顶部设有水平翻转轴，翻转轴一端通过翻转臂连接夹持手爪，另一端通过同步带与同步带轮相连，同步带轮与驱动电机相连；/n夹持手爪包括支撑块和相对设于支撑块上端面左右两端的前夹持块和后夹持块，前夹持块通过固定支撑柱与支撑块相连，后夹持块连接伸缩杆一端，伸缩杆另一端与设于支撑块下部的气缸相连，硅晶片被夹持在前后夹持块间；/n抛光装置还包括柜体内，依次设于下料水槽后方的下料清洗装置、边缘精抛装置和边缘粗抛装置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种半导体硅晶片全自动边缘抛光装置，其特征在于，包括操作面板、柜体、上下料装置、机械手装置和抛光装置；
所述柜体为立方形箱体结构，所述上下料装置包括空中行走式无人搬送车和AGV小车；柜体右侧壁上对称开有进料口和出料口，柜体内部在进料口和出料口旁侧对应设有硅晶片上料机械手和下料水槽，柜体外右侧部设有晶圆传送盒、空中行走式无人搬送车和AGV小车；空中行走式无人搬送车用于装置上料，AGV小车用于装置下料；
所述机械手装置包括设于柜体内部除右侧其三个侧边上的直线运动机构，直线运动机构上设有多个硅晶片前后夹持机械手和硅晶片左右夹持机械手；
所述抛光装置包括柜体内部依次设于进料口后方的硅晶片校准器、V-Notch和平边粗抛装置、V-Notch和平边精抛装置和中间清洗装置，所述V-Notch和平边粗抛装置、V-Notch和平边精抛装置结构相同，均包括设于同一个工位上的抛光机构和硅晶片外圆周夹持式机械手；
抛光机构包括抛头旋转主轴，抛头旋转主轴下端连接同步带轮，顶端可拆卸连有V-Notch抛光轮或平边抛光轮，抛光轮上覆设有抛光布；同步带轮通过同步带与电机相连，电机能驱动同步带轮正反转，从而带动抛头正反转；
所述硅晶片外圆周夹持式机械手包括手爪固定基座和夹持手爪，手爪固定基座底部通过滑块设于手爪进给导轨上，手爪进给导轨上设有手爪进给驱动电机；手爪固定基座底部还设有硅晶片加压气缸和同步带轮，手爪固定基座内顶部设有水平翻转轴，翻转轴一端通过翻转臂连接夹持手爪，另一端通过同步带与同步带轮相连，同步带轮与驱动电机相连；
夹持手爪包括支撑块和相对设于支撑块上端面左右两端的前夹持块和后夹持块，前夹持块通过固定支撑柱与支撑块相连，后夹持块连接伸缩杆一端，伸缩杆另一端与设于支撑块下部的气缸相连，硅晶片被夹持在前后夹持块间；
抛光装置还包括柜体内，依次设于下料水槽后方的下料清洗装...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱亮，曹建伟，傅林坚，卢嘉彬，谢永旭，陈明，谢龙辉，张帅，
申请(专利权)人：浙江晶盛机电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33