一种全自动蓝宝石晶圆量测系统的制作方法

1.本发明主要涉及的技术领域，具体涉及一种全自动蓝宝石晶圆量测系统。


背景技术：

2.蓝宝石是指非红色的氧化铝，蓝宝石晶圆具有综合优良的机械、光学、化学、电学以及抗辐射性能，是现代工业，尤其是微电子、光电子产业极为重要的基础材料。
3.根据申请号为cn202121506498.0的专利文献所提供的一种晶圆形貌量测设备可知，该晶圆形貌量测设备包括量测机架、位于量测机架上的量测平台、位于量测平台上的x轴模组、能够沿x轴模组长度方向进行运动的y轴模组、能够沿y轴模组长度方向进行运动的驱动气缸以及位于驱动气缸活塞杆端的量测传感器；量测平台数量为两个，量测平台通过减震支撑块与量测机架连接，量测平台上设置有载具，晶圆位于载具上；x轴模组位于一量测平台上，另一量测平台上设置有驱动模组。该实用新型在量测机架、量测平台、x轴模组、y轴模组、驱动气缸以及量测传感器的配合作用下，实现了对晶圆表面平坦度的快速量测，量测精度高，误差较低
4.上述晶圆形貌量测设备实现了对晶圆表面平坦度的快速量测，量测精度高，但传统的晶圆量测设备对晶圆载盘的夹持力度不够大，容易影响后续的测量精度。


技术实现要素：

5.本发明主要提供了一种全自动蓝宝石晶圆量测系统用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
6.本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
7.一种全自动蓝宝石晶圆量测系统，包括无尘密封室，设于所述无尘密封室内部一端的机械手，设于所述无尘密封室内部另一端的搬运架，以及设于所述无尘密封室内部一侧的测量机构；
8.所述测量机构包括安装于所述密封室内部的机架，安装于所述机架上表面的支撑架，安装于所述支撑架内部顶端的测量头，以及设于所述支撑架底端的固定组件；
9.所述固定组件包括安装于所述机架上表面的、且用于盛放晶圆载盘的槽板，以及一端嵌入于所述槽板内部、另一端通过旋转轴与所述机架转动连接的转动盘，所述转动盘的壳体上穿设有负压吸盘和环形正压限位夹具，所述负压吸盘设于所述转动盘的圆心处，所述环形正压限位夹具环绕所述负压吸盘设置。
10.进一步的，所述固定组件还包括设于所述机架内部的输气部件，所述输气部件包括设于所述旋转轴内部底端的旋转接头，以及安装于所述机架内部的隔板，所述隔板通过法兰与所述旋转接头的底端相连接，在本发明中，通过旋转接头为转动盘和环形正压限位夹具提供稳定供气和抽气。
11.进一步的，所述旋转接头的上表面安装有负压吸管、破真空管以及供气管，所述负压吸管远离所述旋转接头的一端与所述负压吸盘的底端相连接，所述破真空管远离所述旋
转接头的一端与所述负压吸管的底端相连接，所述供气管远离所述旋转接头的一端与所述环形正压限位夹具的入气端相连接，在本发明中，通过负压吸管为负压吸盘提供负压，以使负压吸盘附近的空气经过负压吸管进入到旋转接头内并排出。
12.进一步的，所述环形正压限位夹具包括设于所述转动盘内部底端、且与所述供气管相连接的环形储气盘，以及安装于所述环形储气盘上表面的多个正压伸缩针，在本发明中，通过正压伸缩针的伸缩适应不同直径的晶圆载盘，通过未被晶圆载盘按动的正压伸缩针，从而限制晶圆载盘的移动。
13.进一步的，所述正压伸缩针包括安装于所述转动盘上表面的第一针筒，以及与所述第一针筒的内壁滑动连接的中空弹性头，所述中空弹性头延伸至所述第一针筒内部的一端抵接有第一弹簧，在本发明中，通过第一弹簧的蓄能，以使中空弹性头快速返回原来的工作位置，等待下一次晶圆载盘的推动。
14.进一步的，所述正压伸缩针还包括穿设于所述第一弹簧内部的锥形推挤头，所述锥形推挤头的一端延伸至所述中空弹性头的内部，在本发明中，锥形推挤头插入的过程中遇到的阻力也不断增大，于此同时，锥形推挤头对中空弹性头的锁紧力度也不断增大，以通过锥形推挤头限制中空弹性头的移动，提高正压伸缩针的夹持效果。
15.进一步的，所述第一针筒的底端穿设有输气管，所述第一针筒的内腔通过输气管与所述环形储气盘的内部相连通，在本发明中，第一针筒通过输气管内部的空气引入至其内。
16.进一步的，所述环形正压限位夹具还包括设于所述环形储气盘上表面的多个柔性伸缩针，所述柔性伸缩针包括安装于所述环形储气盘上表面的第二针筒，所述第二针筒的一端穿设有柔性伸缩头，所述柔性伸缩头延伸至所述第二针筒内部的一端抵接有第二弹簧，所述第二弹簧远离所述柔性伸缩头的一端抵接有压力传感器。
17.进一步的，所述中空弹性头、锥形推挤头和柔性伸缩头的外表面均安装有滑动环。
18.进一步的，所述负压吸盘延伸至所述机架内部的一端外表面安装有锥齿环，所述锥齿环的下表面啮合连接有锥齿轮，所述锥齿轮与减速机的输出轴外表面相连接，所述减速机安装于所述隔板上表面。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.其一，本发明能够对晶圆载盘进行稳定的夹持固定，以便于晶圆载盘承载晶圆进行后续的测量，具体为：机械手通过晶圆载盘按动正压伸缩针进行伸缩，通过正压伸缩针的伸缩适应不同直径的晶圆载盘，通过未被晶圆载盘按动的正压伸缩针，从而限制晶圆载盘的移动，通过负压吸管为负压吸盘提供负压，使得晶圆载盘吸附在负压吸盘上，配合正压伸缩针完成对晶圆载盘的固定。
21.其二，本发明能够带动负压吸盘进行旋转，以扩大负压吸盘的测量，在此过程中，通过旋转接头为转动盘和环形正压限位夹具提供稳定供气和抽气，以使负压吸盘转动过程中，依然能够提供稳定的固定。
22.以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图；
24.图2为本发明测量机构的结构示意图；
25.图3为本发明测量机构的俯视图；
26.图4为本发明机架和固定组件的结构示意图；
27.图5为本发明输气部件的结构示意图；
28.图6为本发明正压伸缩针的结构示意图；
29.图7为本发明柔性伸缩针的结构示意图；
30.图8为本发明负压吸盘的结构示意图。
31.图中：10、无尘密封室；20、机械手；30、搬运架；40、测量机构；41、机架；42、支撑架；43、测量头；44、固定组件；441、槽板；442、转动盘；443、负压吸盘；4431、锥齿环；4432、锥齿轮；4433、减速机；444、环形正压限位夹具；4441、环形储气盘；4442、正压伸缩针；4443、第一针筒；4444、中空弹性头；4445、第一弹簧；4446、锥形推挤头；4447、输气管；4448、柔性伸缩针；4449、第二针筒；444a、柔性伸缩头；444b、第二弹簧；444c、压力传感器；444d、滑动环；445、输气部件；4451、旋转接头；4452、负压吸管；4453、破真空管；4454、供气管；4455、隔板。
具体实施方式
32.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
33.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
34.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
35.实施例，请着重参照附图1-8，一种全自动蓝宝石晶圆量测系统，包括无尘密封室10，设于所述无尘密封室10内部一端的机械手20，设于所述无尘密封室10内部另一端的搬运架30，以及设于所述无尘密封室10内部一侧的测量机构40；
36.所述测量机构40包括安装于所述密封室10内部的机架41，安装于所述机架41上表面的支撑架42，安装于所述支撑架42内部顶端的测量头43，以及设于所述支撑架42底端的固定组件44；
37.所述固定组件44包括安装于所述机架41上表面的、且用于盛放晶圆载盘的槽板441，以及一端嵌入于所述槽板441内部、另一端通过旋转轴与所述机架41转动连接的转动盘442，所述转动盘442的壳体上穿设有负压吸盘443和环形正压限位夹具444，所述负压吸盘443设于所述转动盘442的圆心处，所述环形正压限位夹具444环绕所述负压吸盘443设置。
38.具体的，请着重参照附图4和5，所述固定组件44还包括设于所述机架41内部的输气部件445，所述输气部件445包括设于所述旋转轴内部底端的旋转接头4451，以及安装于
所述机架41内部的隔板4455，所述隔板4455通过法兰与所述旋转接头4451的底端相连接；
39.所述旋转接头4451的上表面安装有负压吸管4452、破真空管4453以及供气管4454，所述负压吸管4452远离所述旋转接头4451的一端与所述负压吸盘443的底端相连接，所述破真空管4453远离所述旋转接头4451的一端与所述负压吸管4452的底端相连接，所述供气管4454远离所述旋转接头4451的一端与所述环形正压限位夹具444的入气端相连接；
40.需要说明的是，在本实施例中，通过隔板4455为旋转接头4451提供支撑，在转动盘442进行转动时，通过旋转接头4451为转动盘442中的负压吸盘443和环形正压限位夹具444提供稳定供气和抽气；
41.进一步的，通过负压吸管4452为负压吸盘443提供负压，以使负压吸盘443附近的空气经过负压吸管4452进入到旋转接头4451内并排出；
42.进一步的，在旋转接头4451上设置吸气管道，该吸气管道远离旋转接头4451的一端与环形储气盘4441相连接，以输出环形储气盘4441内部空气。
43.具体的，请着重参照附图5和6，所述环形正压限位夹具444包括设于所述转动盘442内部底端、且与所述供气管4454相连接的环形储气盘4441，以及安装于所述环形储气盘4441上表面的多个正压伸缩针4442；
44.所述正压伸缩针4442包括安装于所述转动盘442上表面的第一针筒4443，以及与所述第一针筒4443的内壁滑动连接的中空弹性头4444，所述中空弹性头4444延伸至所述第一针筒4443内部的一端抵接有第一弹簧4445；
45.所述正压伸缩针4442还包括穿设于所述第一弹簧4445内部的锥形推挤头4446，所述锥形推挤头4446的一端延伸至所述中空弹性头4444的内部；
46.所述第一针筒4443的底端穿设有输气管4447，所述第一针筒4443的内腔通过输气管4447与所述环形储气盘4441的内部相连通；
47.需要说明的是，在本实施例中，通过环形储气盘4441为正压伸缩针4442供气，通过晶圆载盘按动正压伸缩针4442进行伸缩，通过正压伸缩针4442的伸缩适应不同直径的晶圆载盘，通过未被晶圆载盘按动的正压伸缩针4442，从而限制晶圆载盘的移动；
48.进一步的，通过中空弹性头4444在第一针筒4443上的滑动，以适应晶圆载盘的推动，通过第一弹簧4445的蓄能，以使中空弹性头4444快速返回原来的工作位置，等待下一次晶圆载盘的推动；
49.进一步的，正压伸缩针4442内部充入空气后，通过该空气推动锥形推挤头4446，以使锥形推挤头4446插入中空弹性头4444内，由于锥形推挤头4446为大小头结构，以使锥形推挤头4446插入的过程中遇到的阻力也不断增大，于此同时，锥形推挤头4446对中空弹性头4444的锁紧力度也不断增大，以通过锥形推挤头4446限制中空弹性头4444的移动，提高正压伸缩针的夹持效果；
50.进一步的，第一针筒4443通过输气管4447将环形储气盘4441内部的空气引入至其内。
51.具体的，请着重参照附图5和7，所述环形正压限位夹具444还包括设于所述环形储气盘4441上表面的多个柔性伸缩针4448，所述柔性伸缩针4448包括安装于所述环形储气盘4441上表面的第二针筒4449，所述第二针筒4449的一端穿设有柔性伸缩头444a，所述柔性伸缩头444a延伸至所述第二针筒4449内部的一端抵接有第二弹簧444b，所述第二弹簧444b
远离所述柔性伸缩头444a的一端抵接有压力传感器444c；
52.所述中空弹性头4444、锥形推挤头4446和柔性伸缩头444a的外表面均安装有滑动环444d；
53.所述负压吸盘443延伸至所述机架41内部的一端外表面安装有锥齿环4431，所述锥齿环4431的下表面啮合连接有锥齿轮4432，所述锥齿轮4432与减速机4433的输出轴外表面相连接，所述减速机4433安装于所述隔板4455上表面；
54.需要说明的是，在本实施例中，通过柔性伸缩头444a在第二针筒4449上的滑动，以适应晶圆载盘的推动，通过第二弹簧444b的蓄能，以使柔性伸缩头444a快速返回原来的工作位置，等待下一次晶圆载盘的推动，通过第二弹簧444b推动型号为jys-sbr-001的压力传感器444c，使得压力传感器444c将该物理信息转变为电信号后传输至于其连接的控制器内，以供控制器判断晶圆载盘推动了哪些柔性伸缩头444a，从而在柔性伸缩针4448处在转动盘442的直径上时，控制器能够得到用于判断晶圆载盘是否偏移的数据；
55.进一步的，中空弹性头4444、锥形推挤头4446通过滑动环444d在第一针筒4443内进行滑动，柔性伸缩头444a通过滑动环444d在第二针筒4449内进行滑动；
56.进一步的，减速机4433在与其连接的电机的带动下进行旋转时，通过减速机4433带动其输出轴上的锥齿轮4432进行旋转，通过锥齿轮4432带动与其啮合的锥齿环4431进行转动，以带动负压吸盘443进行旋转，减速机4433输出轴上设置编码器，以便于对减速机4433的转动进行监测。
57.本发明的具体操作方式如下：
58.人员将盛放晶圆载盘的搬运架30放置于无尘密封室10内，机械手20将晶圆载盘搬运至定心找原点装置对晶圆载盘进行定心、找原点处理，找完原点视觉相机将对多测量的晶圆进行二次定位，二次定位完，机械手20将晶圆载盘搬运至测量机构40，测量机构40的测量头43根据视觉所反馈的位置进行晶圆厚度量测，量测完毕机械手20将晶圆载盘原路返回至搬运架30，往复进行下一盘测量；
59.机械手20将晶圆载盘搬运至测量机构40的过程中，机械手20通过晶圆载盘按动正压伸缩针4442进行伸缩，通过正压伸缩针4442的伸缩适应不同直径的晶圆载盘，通过未被晶圆载盘按动的正压伸缩针4442，从而限制晶圆载盘的移动，通过负压吸管4452为负压吸盘443提供负压，使得晶圆载盘吸附在负压吸盘443上，配合正压伸缩针4442完成对晶圆载盘的固定；
60.减速机4433在与其连接的电机的带动下进行旋转时，通过减速机4433带动其输出轴上的锥齿轮4432进行旋转，通过锥齿轮4432带动与其啮合的锥齿环4431进行转动，以带动负压吸盘443进行旋转，以扩大负压吸盘443的活动范围，方便测量头43的测量，在此过程中，通过旋转接头4451为转动盘442中的负压吸盘443和环形正压限位夹具444提供稳定供气和抽气，以使负压吸盘443转动过程中，依然能够提供稳定的固定，减速机4433输出轴上设置编码器，以便于对减速机4433的转动进行监测。
61.上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。