一种非接触式吸盘夹具的制作方法

1.本发明涉及半导体晶圆生产技术领域，特别是一种非接触式吸盘夹具。


背景技术：

2.半导体晶圆行业内，由于生产工艺需求，往往需要在晶圆的某一面进行化学蒸镀或者物理沉积，导致该面往往要求不可接触；人员取放产品时，往往需要小心的翘起产品，从背面吸取产品进行产品搬运。使用非接触式吸盘进行吸取晶圆时，由于吸盘与晶圆没有接触，所以没有足够的摩擦力来固定住晶圆，容易出现晶圆跌落损坏的情况。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种非接触式吸盘夹具，通过夹具限位，防止晶圆搬运过程中掉落。
4.本发明实施例中采用以下方案实现：提供一种非接触式吸盘夹具，包括第一夹吸机构，所述第一夹吸机构包括夹紧组件和所述非接触式吸盘；所述夹紧组件包括安装板、第一非刚性夹紧件、第二非刚性夹紧件和用于驱动第一非刚性夹紧件、第二非刚性夹紧件相对运动的驱动部件，所述驱动部件安装在所述安装板上，所述驱动部件连接所述第一非刚性夹紧件、所述第二非刚性夹紧件；所述非接触式吸盘固定在所述安装板下，位于第一非刚性夹紧件、第二非刚性夹紧件之间。
5.本发明一实施例中，所述驱动部件包括第一导轨、第二导轨、第一移动块和第二移动块；所述安装板上前部安装第一导轨，所述安装板上后部安装第二导轨，所述安装板上的两端均安装一个同步带轮，其中一个同步带轮由电机驱动，两个同步带轮之间安装同步带；所述第一导轨上安装所述第一移动块，所述第二导轨上安装所述第二移动块，所述第一移动块、所述第二移动块分别与所述同步带相连接；所述第一移动块的下端安装所述第一非刚性夹紧件，所述第二移动块的下端安装所述第二非刚性夹紧件。
6.本发明一实施例中，所述第二非刚性夹紧件包括连接块、导向轴和夹块，所述连接块内开设有与所述第一导轨平行的通孔，所述导向轴上穿设有复位弹簧；所述导向轴穿入所述通孔中，所述导向轴与所述通孔通过所述复位弹簧连接；所述导向轴远离所述非接触式吸盘的一端连接中间块，所述中间块连接所述夹块；所述第二非刚性夹紧件与所述第一非刚性夹紧件结构相同，安装方向镜像对称。
7.本发明一实施例中，所述第一夹吸机构安装在连接座的第一端；所述连接座的第二端安装第二夹吸机构；所述第二夹吸机构与所述第一夹吸机构的结构相同。
8.本发明一实施例中，所述第一夹吸机构与所述连接座通过第一升降机构连接，所述第一升降机构包括固定板和升降气缸，所述固定板固定在所述连接座的左端，所述固定板的顶部安装所述升降气缸，所述固定板的左侧面安装有升降板，所述升降气缸的伸缩杆与所述升降板连接；所述第一夹吸机构与所述升降板连接；所述第二夹吸机构与所述连接座通过第二升降机构连接，所述第二升降机构的结构与所述第一升降机构结构左右对称。
9.本发明一实施例中，所述固定板的左侧面安装有两根竖直的第三导轨，所述升降板与对应的第三导轨均通过滑块连接。
10.本发明一实施例中，所述固定板的前部和后部均安装有导向块，两块所述导向块上均开设有导向孔，所述升降板的前侧和后侧设置有导向柱，所述导向柱穿入对应的所述导向孔中。
11.本发明的有益效果：本发明提供一种非接触式吸盘夹具，相比现有人工取放半导体晶圆，本发明提供的非接触式吸盘夹具可以安装在多种多轴位移机构上，用于搬运不可接触正面的半导体晶圆，代替人工作业，有效避免工人烫伤问题的发生；同时拥有两个夹吸机构，可以实现同时夹取两片半导体晶圆大提高了生产效率；避免接触晶圆正面的同时，对称设置的两个非刚性夹紧件夹住半导体晶圆的侧面，避免由于吸盘与晶圆没有直接接触，造成的没有足够的摩擦力固定晶圆，进而导致晶圆掉落损坏的问题。
附图说明
12.图1是一种非接触式吸盘夹具的结构示意图。
13.图2是图1中在a处的局部放大示意图。
14.图3是一种非接触式吸盘夹具的前视图。
15.图4是一种非接触式吸盘夹具的仰视图。
16.图5是图4的b-b向剖面示意图。
17.图6是图5中c处的局部放大示意图。
18.附图标记
19.1-连接座，2-第一升降机构，21-固定板，22-升降气缸，23-升降板，24-第三导轨，25-导向块，26-导向柱；3-第一夹吸机构，31-非接触式吸盘，32-夹紧组件；321-安装板，322-驱动部件，3222-第一导轨，3223-同步带轮，3224-电机，3225-第一移动块，3226-同步带，3227-位移传感器，3228-第二移动块；323-第一非刚性夹紧件，324-第二非刚性夹紧件，3241-通孔，3242-复位弹簧，3243-中间块，3244-导向轴，3245-连接块，3246-夹块；4-第二升降机构，5-第二夹吸机构。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做进一步说明。
21.请参阅图1至图6，本发明提供一种非接触式吸盘夹具，包括第一夹吸机构3，所述第一夹吸机构包括夹紧组件32和所述非接触式吸盘31；所述夹紧组件32包括安装板321、第一非刚性夹紧件323、第二非刚性夹紧件324和用于驱动第一非刚性夹紧件323、第二非刚性夹紧件324相对运动的驱动部件322，所述驱动部件322安装在所述安装板321上，所述驱动部件3221连接所述第一非刚性夹紧件323、所述第二非刚性夹紧件324；所述非接触式吸盘31固定在所述安装板321下，位于第一非刚性夹紧件323、第二非刚性夹紧件324之间；驱动部件322驱动第一非刚性夹紧件323、第二非刚性夹紧件324相互靠近或者相互远离，从而实现对非接触式吸盘31半导体晶圆的夹紧和松放，第一非刚性夹紧件323、第二非刚性夹紧件324只会接触到晶圆的侧面，夹紧晶圆避免吸取的晶圆摔落，并且不会接触晶圆的正面避免了晶圆正面的损坏，同时第一非刚性夹紧件323、第二非刚性夹紧件324由于不是刚性部件，
所以夹紧晶圆时接触到晶圆侧面时有一定的弹性余量自动调整夹紧力，避免夹的太紧造成晶圆变形。
22.请参阅图1至图6，本发明一实施例中，所述驱动部件322包括第一导轨3222、第二导轨(未标注，其在本发明的作用与第一导轨相同)、第一移动块3225和第二移动块3228；所述安装板321上前部安装第一导轨3222，所述安装板321上后部安装第二导轨，所述安装板321上的两端均安装一个同步带轮3223，其中一个同步带轮3223由电机3224驱动，两个同步带轮3223之间安装同步带；所述第一导轨3222上安装所述第一移动块3225，所述第二导轨上安装所述第二移动块3228，所述第一移动块3225、所述第二移动块3228分别与所述同步带3226的对应位置相连接；所述第一移动块3225的下端安装所述第一非刚性夹紧件323，所述第二移动块3228的下端安装所述第二非刚性夹紧件324；电机3224驱动同步带轮3223转动，从而带动同步带3226运动，进而带动与同步带3226连接的第一移动块3225沿着第一导轨3222运动，与同步带3226连接的第二移动块3228沿着第二导轨运动，由于是连接在同一根同步带3226上的两侧，所以第一移动块和第二移动块的运动方向会相反，进而带动第一非刚性件和第二非刚性件的沿着相反方向运动，所以就能实现夹紧和松开晶圆的动作，第一导轨和第二导轨相互平行。
23.请参阅图1至图6，本发明一实施例中，所述第二非刚性夹紧件324包括连接块3245、导向轴3244和夹块3246，所述连接块3245内开设有与所述第一导轨3222平行的通孔3241，所述导向轴3244上穿设有复位弹簧3242；所述导向轴3244穿入所述通孔中，所述导向轴3244与所述通孔3241通过所述复位弹簧3242连接；所述导向轴3244远离所述非接触式吸盘31的一端连接中间块3243，所述中间块3243连接所述夹块3246；所述第二非刚性夹紧件324与所述第一非刚性夹紧件323结构相同，安装方向对称；所述通孔3241为两级的阶梯孔，所述通孔3241内直径大的一段靠近所述非接触式吸盘31，所述复位弹簧3242位于该段内，该段内的直径与所述复位弹簧3242的外径相同；所述导向轴3244靠近所述非接触式吸盘的一端固定有限位圆盘，所述限位圆盘的外径与所述复位弹簧3242的外径相同，限位圆盘起到抵住复位弹簧3242的作用，与通孔配合以达到复位弹簧3242能够正常起到缓冲复位的作用；所述通孔3241内直径小的一段与所述导向轴3244的直径相同，由于刚蒸镀完的晶圆的温度非常高，所以无法使用硅胶等柔性物品直接与晶圆接触，所以只能使用耐高温的金属与晶圆的侧面接触，为了避免刚性接触夹坏晶圆，在夹住晶圆时，夹块3246与中间块3243固定，中间块通过导向轴3244与连接块3245连接，导向轴3244沿着通孔3241的方向可以伸缩一定的距离，通过复位弹簧3242起到的缓冲作用，避免夹块3246与晶圆夹的太紧，以利于保护晶圆。
24.本发明另一实施例中，所述第二非刚性夹紧件324包括连接块3245、导向轴3244和夹块3236；所述连接块内开设有与所述第一导轨平行的深孔，该深孔的孔口开设在靠近所述非接触式吸盘的一侧，所述导向轴穿入深孔内，导向轴的远离所述非接触式吸盘的一端与所述深孔的远离非接触式吸盘的端面之间设置复位弹簧，中间块固定在导向轴靠近非接触式吸盘的一端，夹块安装在中间块下，这样在夹紧晶圆的时候，可以压缩复位弹簧，确保夹紧力不会太大，避免夹坏晶圆，所述第一非刚性夹紧件与所述第二非刚性夹紧件结构相同，对称安装。
25.请参阅图1至图3，本发明一实施例中，所述第一导轨3222、第二导轨上均安装有位
移传感器3227，用于测控第一移动块和第二移动块的位移情况，也就是测控两个夹块3236的之间距离，确保夹块3236准确的夹到晶圆和准确的松开晶圆，确保在吸取的时候夹紧晶圆，在晶圆卸放的时候松开晶圆，也能避免夹紧力太大。
26.请参阅图1至图5，本发明一实施例中，第一夹吸机构3安装在连接座1的第一端，所述连接座1的第二端安装第二夹吸机构5；所述第二夹吸机构5与所述第一夹吸机构3的结构相同，安装方向对称；连接座1用于连接机械臂，或者多轴移位机构，第一端为连接座的左端，第二端为连接座的右端。
27.请参阅图1至图5，本发明一实施例中，所述第一夹吸机构3与所述连接座1通过第一升降机构2连接，所述第一升降机构2包括固定板21和升降气缸22，所述固定板21固定在所述连接座1的左端，所述固定板21的顶部安装所述升降气缸22，所述固定板21的左侧面安装有升降板23，所述升降气缸22的伸缩杆与所述升降板23连接；所述第一夹吸机构3与所述升降板23连接；所述第二夹吸机构5与所述连接座1通过第二升降机构4连接，所述第二升降机构4的结构与所述第一升降机构2结构左右对称；升降气缸22伸缩，进而带动升降板23上下移动，从而带动第一夹吸机构3、第二夹吸机构5上下移动；第一升降机构2带动第一夹吸机构3升降，第二升降机构4带动第二夹吸机构5升降，以便于达到左右夹具的高低差，避免与其他设备部件干涉，保证设备正常使用。
28.请参阅图2至图3，本发明一实施例中，所述固定板21的左侧面安装有两根竖直的第三导轨24，所述升降板23与对应的第三导轨24均通过第三导轨24上的滑块连接，确保升降板23能够平稳的垂直升降。
29.请参阅图2至图3，本发明一实施例中，所述固定板21的前部和后部均安装有导向块25，两块所述导向块25上均开设有竖直的导向孔，所述升降板23的前侧和后侧设置有导向柱26，所述导向柱26穿入对应的所述导向孔中，保证所述升降板23平稳准确运行，进而平稳准确的带动第一夹吸机构3或者第二夹吸机构5升降。
30.本发明一实施例中，所述驱动部件322还可采用双向丝杠和丝杠螺母的方式来驱动两个夹块3236接近或者远离，也就是将对应的移动块3225的顶部与对应的丝杠螺母连接，该驱动方式为本领域常用技术手段，所以不详细展开说明。
31.本发明另一实施例中，所述驱动部件还可采用两个电动伸缩缸分别驱动一个非刚性夹紧件，使两个非刚性夹紧件相互靠近或者远离。
32.本发明具有以下工作原理：
33.通过非接触式吸盘31吸取半导体晶圆，由于非接触吸盘与晶圆没有直接接触，所以没有足够的摩擦力固定晶圆，在进行搬运时半导体晶圆容易掉落，这时就需要通过电机驱动同步带轮3223转动，从而带动同步带3226转动，同步带3226转动就能带动与同步带3226前侧和后侧连接的第一移动块3225、第二移动块3228相对运动，在第一导轨3222、第二导轨的导向下第一移动块3225、第二移动块3228分别沿着第一导轨3222、第二导轨的方向运动，进而带动第一非刚性夹紧件323和第二非刚性夹紧件324接近或者远离使夹块夹住或者松开晶圆，从而实现晶圆的非接触移栽；第一导轨3222、第二导轨上均安装有位移传感器3227，位移传感器3227将采集的数据发送给上位机，上位机根据该数据控制电机3224的转动，从而调整第一非刚性夹紧件323和第二非刚夹紧性件324的距离，非接触式吸盘31吸取晶圆后，两块夹块3236相互接近分别与晶圆侧壁的对应位置接触(同时由于非刚性件的复
位弹簧起到缓冲减震的作用，可以在一定程度上调节夹紧力，避免将晶圆夹坏)，将晶圆夹紧防止晶圆在搬运过程中脱落。第一升降机构2的升降气缸22带动第一夹吸机构3升降，第二升降机构4的升降气缸22带动第二夹吸机构5升降，以便于第一夹吸机构3和第二夹吸机构5的产生高低差，避免与其他设备部件产生干涉，影响使用，也便于实现第一夹吸机构3和第二夹吸机构5可以单独使用或者同时使用，双工位夹具，一次可以吸取两个晶圆，提高工作效率。本夹具可以通过连接座1安装到不同的设备工况上使用，连接座1具有通用性，可与多种设备配合使用，例如装在各种类型的机械臂上作为末端执行器使用。
34.非接触吸盘为真空吸盘，并且设有定位器、压力传感器及防振罩。定位器可以进一步防止晶圆横向偏移，压力传感器可以检测是否有吸取晶圆。定位器材料为nbr、硅橡胶。防振罩可降低晶圆吸附时产生的噪音。
35.应说明的几点是：首先，在本技术的描述中,需要说明的是,除非另有规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变。
36.其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
37.最后，以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。