一种半导体晶棒全自动一体化加工装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及晶体加工技术领域，提供一种半导体晶棒全自动一体化加工装置及方法，包括机床床身，自动上下料机构设置在机床床身的一侧，其包括晶棒定心机构、机械臂以及下料台；第一移动机构包括第一导轨以及夹持机构，夹持机构用于夹紧已完成定心的晶棒；滚圆加工机构设置在机床床身上，其用于完成定心的晶棒进行滚圆加工；晶体定向机构设置在机床床身上，其用于对完成滚圆加工的晶棒进行晶体定向；磨边加工机构纵向设置在机床床身上，其用于对已完成晶体定向的晶棒进行磨边加工。实现了半导体晶棒加工时多个工序在单个设备上的一体化加工、自动化控制；既能保证高效、高精度加工，又能减少人工成本及人为误差，提高整条产线的投入与产出比。产出比。产出比。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体晶棒全自动一体化加工装置及方法


[0001]本申请涉及晶体加工
领域，尤其涉及一种半导体晶棒全自动一体化加工装置及方法。

技术介绍

[0002]根据半导体业界传统的要求，需要对半导体衬底材料做定位边来标记晶体的晶向。主定位边晶向一般采用X射线衍射法定向，然后再进行磨边加工。晶体定向和磨边加工对衬底材料的后期使用具有重要意义。
[0003]当半导体单晶生长完成后，一般需要对晶棒进行滚圆、晶体定向、磨定位边、切割、研磨、抛光等过程，最终加工成单晶衬底。
[0004]对于晶棒滚圆，刚生长完成后的晶棒，在磨平端面后，一般是通过人工装夹在滚圆磨床上，依据经验用橡胶锤调整好晶棒的中心位置，而生长出来的半导体晶棒它不是规范的圆柱状，所以依据人工经验装夹定心，极易造成滚圆过程的材料浪费以及工时耗费。而传统的晶体定向一般在单一的晶向定位装置上进行，并且依赖于人工操作对衍射峰的判断，此过程对于人工依赖性很大，需要有一定经验和一定专业知识的操作人员对衍射峰是否到达顶峰进行人工判断，增加了大量的人工成本，并且人工判断易引起人为误差，容易降低晶体的定向精度；并且当晶体定向标记好之后，需转移至磨边加工装置，重新装夹，这会导致晶棒在进行磨边加工的过程，容易引起方向偏差，从而再次降低精度。目前，现有技术中极少有针对晶棒同时进行外径定心，自动上料，滚圆、晶体定向、磨边加工，自动下料的一体化装置及方法。
[0005]公开号为CN 115741263 A的专利文献公开了一种碳化硅多功能高速滚圆磨床。该磨床采用多磨头并安装成型砂轮实现一机多功能磨削；采用高转速加工，加工效率提升明显。但是该高速滚圆磨床只能针对半导体加工工序中的其中一种，性能略显单一。
[0006]公开号为CN 203542884 U的专利文献公开了一种用于碳化硅单晶定位边定向的夹具。该夹具属于适用于分体式碳化硅单晶晶体加工工艺(定向仪与磨床分开)的辅助配件，晶体在确定晶向后需要人工移动到平面磨床进行下一步加工，无法与后续工序无缝配合，这在实际操作中会引起一定的人为误差，导致磨边加工工序中就会产生一定的方向偏差，导致精度降低。
[0007]公开号为CN 104827397 B的专利文献公开了一种用于打磨碳化硅单晶定位边的夹具及应用。该夹具在对晶体加工过程中无需对每个晶体分别定向，可根据已经确定的主定位边方向，直接研磨出符合要求的晶向及偏角。但该夹具前期还是需要其他装置对单晶碳化硅进行晶体定向，标记好之后再转移至该夹具进行打磨定位边，在这重新装夹的过程中，极易引起误差，所以工序之间的配合，加工一体化、自动化极为重要。
[0008]上述现有技术方案存在以下缺陷：半导体晶棒加工时多个工序需要在不同的设备上加工且依赖人工操作，从而导致多个工艺之间缺乏连贯性，并且人工操作容易产生较大的误差，导致晶棒加工精度较低，进而导致晶棒加工良品率较低。

技术实现思路

[0009]本申请实施例通过提供一种半导体晶棒全自动一体化加工装置及方法，解决了上述现有技术存在的缺陷，可实现半导体晶棒加工时多个工序在单个设备上的一体化加工、自动化控制；既能保证高效、高精度加工，又能减少人工成本及人为误差，提高整条产线的投入与产出比。
[0010]该技术方案如下：
[0011]一方面，本申请实施例提供了一种半导体晶棒全自动一体化加工装置，包括机床床身，其还包括，
[0012]自动上下料机构，其设置在所述机床床身的一侧，其包括用于确定晶棒中心点的晶棒定心机构、用于夹取晶棒的机械臂、以及用于放置加工完成的晶棒的下料台；
[0013]第一移动机构，其包括安装于所述机床床身上的第一导轨以及滑动连接于所述第一导轨上的夹持机构，所述夹持机构用于夹紧已完成定心的晶棒；
[0014]滚圆加工机构，其设置在所述机床床身上，其用于完成定心的晶棒进行滚圆加工；
[0015]晶体定向机构，其设置在所述机床床身上，其用于对完成滚圆加工的晶棒进行晶体定向；
[0016]磨边加工机构，其纵向设置在所述机床床身上，其用于对已完成晶体定向的晶棒进行磨边加工。
[0017]另一方面，本申请实施例提供了一种半导体晶棒全自动一体化加工方法，所述方法包括如下步骤：
[0018]通过晶棒定心机构的光学扫描系统寻找到的晶棒中心的位置点，再通过晶棒点定心机构的X
‑
Y移动台移动晶棒到固定点位，确定晶棒的中心点；
[0019]基于晶棒定心机构定心的晶棒，通过机械臂夹持将已定心晶棒移至夹持机构上；
[0020]基于通过夹持机构夹紧的已定心的晶棒，夹持机构做旋转运动，晶棒随着夹持机构的旋转沿着第一导轨做轴向运动，并且移至滚圆加工机构处，通过滚圆加工机构对夹紧定心的晶棒进行滚圆加工；
[0021]基于滚圆加工完成后的晶棒，通过第一移动机构做轴向移动至晶体定向机构处进行晶体定向，确定晶棒到达目标晶向；
[0022]基于晶体定向完成后的晶棒，再次轴向移动至磨边加工机构进行磨边加工；
[0023]基于磨边加工完成后的晶棒，通过机械臂夹取磨边加工完成后的晶棒放置在下料台进行自动下料。
[0024]本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0025]通过对自动上下料机构，夹紧机构，第一移动机构，滚圆加工机构、晶体定向机构，磨边加工机构的布局和相互协同配合关系，实现了将半导体晶棒加工过程中外径定心、自动上料、滚圆、晶体定向、磨边加工、自动下料等多工序在单套设备上的一体化加工，自动化控制，集成化程度高，能够自动计算目标尺寸晶棒中心位置，减少材料损耗和滚圆加工时间，不再需要有经验的技术工人在装夹时还要进行人工判断修整，可对晶体实现精确定向，不再需要有经验的技术工人对于衍射峰是否达到最高峰进行判断，并研磨出符合工业要求的定位边，减少了晶体定向之后又重新移至磨边设备中加工引起的重新装夹导致的方向偏差，加工精度高可以一直延续保持，也不再需要有经验和一定专业知识的操作人员进行操
作，可节省大量人工成本，提高加工效率，还能保证极高的良品率，提高整条工艺线设备的投入与产出比。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。
[0027]图1示出了本申请一个示例性实施例提供的一种半导体晶棒全自动一体化加工装置的整体结构示意图；
[0028]图2示出了本申请一个示例性实施例提供的自动上下料机构处于上料状态时的结构示意图；
[0029]图3示出了本申请一个示例性实施例提供的自动上下料机构处于下料状态时的结构示意图；
[0030]图4示出了本申请一个示例性实施例提供的自动上下料机构处于自由状态时的结构示意图；
[0031]图5示出了本申请一个示例性实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体晶棒全自动一体化加工装置，包括机床床身，其特征在于：其还包括，自动上下料机构，其设置在所述机床床身的一侧，其包括用于确定晶棒中心点的晶棒定心机构、用于夹取晶棒的机械臂、以及用于放置加工完成的晶棒的下料台；第一移动机构，其包括安装于所述机床床身上的第一导轨以及滑动连接于所述第一导轨上的夹持机构，所述夹持机构用于夹紧已完成定心的晶棒；滚圆加工机构，其设置在所述机床床身上，其用于完成定心的晶棒进行滚圆加工；晶体定向机构，其设置在所述机床床身上，其用于对完成滚圆加工的晶棒进行晶体定向；磨边加工机构，其纵向设置在所述机床床身上，其用于对已完成晶体定向的晶棒进行磨边加工。2.根据权利要求1所述的半导体晶棒全自动一体化加工装置，其特征在于，包括：所述晶棒定心机构包括用于寻找晶棒的中心位置的光学扫描系统和用于移动晶棒到固定点位的X
‑
Y移动台，光学扫描系统位于X
‑
Y移动台的轴向一端的上方，所述机械臂上设有机械爪，所述机械爪的夹取中心点与晶棒的中心点重合。3.根据权利要求1所述的半导体晶棒全自动一体化加工装置，其特征在于，所述夹持机构包括与所述第一导轨滑动连接的工作台、安装于所述工作台上的头架和尾架；所述头架的一端连接有第二伺服电机，其另一端连接有回转顶尖，所述第二伺服电机的动力输出端与所述回转顶尖传动连接；所述尾架的一端连接有活动顶尖，其另一端连接有液压缸，所述液压缸的伸缩端与所述活动顶尖相连；所述活动顶尖与所述回转顶尖相对，用于夹持晶棒。4.根据权利要求3所述的半导体晶棒全自动一体化加工装置，其特征在于，所述回转顶尖和所述活动顶尖的轴向中心与晶棒的中心点重合，所述头架与所述尾架对晶棒定心夹紧作旋转运动并随工作台作轴向往返运动。5.根据权利要求3所述的半导体晶棒全自动一体化加工装置，其特征在于，所述第一移动机构还包括安装在机床床身上的第一伺服电机、与所述第一伺服电机的动力输出端传动连接的第一丝杆、以及与第一丝杆螺纹连接的第一螺母座，所述第一螺母座的顶部与所述工作台的底部固定连接。6.根据权利要求1所述的半导体晶棒全自动一体化加工装置，其特征在于，所述滚圆加工机构包括安装在机床床身上的滚圆加工机构底座和与所述滚圆加工机构底座滑动连接的第一滑台；所述第一滑台上设有砂轮架，所述砂轮架的一侧设有用于纵向进给对晶棒滚圆加工的砂轮盘和用于驱动砂轮盘转动的第三伺服电机；所述滚圆加工机构底座上设有用于控制砂轮盘对晶棒单次纵向进给量的第二移动机构；所述第二移动机构包括安装在滚圆加工机构底座上的第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪自丰，朱桂勤，陈国华，
申请(专利权)人：无锡格锐德半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：