一种刻蚀机晶圆盒翻转装置

技术领域

本发明属于半导体元件制造领域，涉及刻蚀机中晶圆盒翻转设计技术，具体为一种刻蚀机晶圆盒翻转装置。

背景技术

在半导体制造过程中，需要从晶圆盒中取放晶圆，通常的操作方法为将设置在晶圆盒安装机构上的晶圆盒，通过机械手调整取料角度和晶圆位置，然后对晶圆盒进行翻转到取样位置后进行后续操作。

目前，现有的晶圆盒安装机构通常是一种具有固定角度的装置，其难以根据用户需求任意调整晶圆盒的取样角度，应用范围比较窄，且根据不同需求需要设计不同的晶圆盒安装机构，其会大幅度增加设计成本。

再者，现有的晶圆盒安装机构通常采用卡槽或者定位块方式固定晶圆盒，该固定方式在晶圆盒运动过程中晶圆盒容易松动倾倒，使得晶圆盒的稳定性较差，且容易造成晶圆破碎提高碎片率。

因此，需要设计一种适用于用户不同取样角度需求，且能够保证晶圆盒稳定性进而保证正常取样的装置。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中晶圆盒安装机构难以根据用户需求任意调整晶圆盒的取样角度，以及晶圆盒在晶圆盒安装机构上稳定性差和容易造成晶圆盒损伤等问题，进而设计了一种刻蚀机晶圆盒翻转装置。

实现发明目的的技术方案如下：一种刻蚀机晶圆盒翻转装置，包括翻转结构，翻转结构上设有晶圆盒固定结构。

其中，晶圆盒固定结构包括固定平台，固定平台包括相互垂直的底板和立板，立板上设有压持组件、夹持组件，压持组件用于将晶圆盒压紧在底板上，夹持组件用于夹紧晶圆盒。

底板上设有微动开关，微动开关用于感应底板上是否放置晶圆盒。

本发明设计的刻蚀机晶圆盒翻转装置，通过压持组件将晶圆盒压紧在底板上，通过夹持组件夹紧晶圆盒，可以将晶圆盒稳定的设置在晶圆盒固定结构上。同时，微动开关能够对底板上是否放置晶圆盒进行感应，进而对晶圆盒固定结构上晶圆盒是否出现位置改变等异常情况进行监控，也可以在检测到底板上有晶圆盒时将信号发送给控制器，以实现通过控制器控制下述光电感应器使其开始工作。

进一步地，压持组件包括支撑架和下压块。

其中，支撑架固定在立板上端，支撑架的自由端转动连接有下压块，且下压块上靠近立板一端为压持部，远离立板一端设有滚动件。

滚动件下方设有压板，压板的一侧转动设置在立板上，滚动件用于靠近或远离压板上表面，且滚动件与压板上表面接触后在压板上表面滚动，以实现压板在立板上转动。

更进一步地，压持组件还包括光电感应器。

其中，光电感应器设置在支撑架上，用于感应压板与支撑架的相对位置；

或，光电感应器设置在下压块上，用于感应压板与下压块的相对位置。

更进一步地，压持组件还包括复位件，复位件一端与支撑架或立板上端连接，另一端与压板连接。

更进一步地，下压块的一个侧面或两个侧面设有限位柱，且限位柱位于靠近压持部的位置。

更进一步地，压板的自由端设有方形槽，压板上表面设有滚动件滚动槽。

优选地，压板选用弹性材料制成。

进一步地，底板的上表面设有移动槽，移动槽内设有移动块，且移动块上固定有微动开关。

进一步地，夹持组件包括两个条形块，两个条形块相互平行，且两个条形块之间的距离可调，两个条形块之间形成用于夹持晶圆盒的夹持空间。

进一步地，翻转结构包括转轴固定板、蜗轮蜗杆传动组件。

其中，转轴固定板上表面经多个支柱与底板下表面连接，转轴固定板下方经旋转轴与蜗轮蜗杆传动组件的蜗轮连接；蜗轮蜗杆传动组件的蜗杆经联轴器与电机连接。

进一步地，底板与立板连接的位置还设有加强件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的刻蚀机晶圆盒翻转装置具有空间紧凑、价格低廉、普遍适应性、可以减少设备对接异常产生、能够适应现代半导体设备发展等特点，该装置具有以下优点：

1.刻蚀机晶圆盒翻转装置中能够实现对任意规格晶圆盒的固定，且通过压持组件和夹持组件（或者通过压持组件、夹持组件、移动块）将晶圆盒稳定的安装到装置上，避免晶圆盒在装置上松动甚至脱离的风险。

2.在使用晶圆盒固定结构对晶圆盒固定的过程中，通过光电感应器可以实时感应压板与支撑架的相对位置，或感应压板与下压块的相对位置，能够及时判断压板是否对晶圆盒达到了夹紧状态，同时，在使用翻转结构旋转改变晶圆盒位置时，能够及时发现异常后对操作人员提出警示后及时采取措施。

3.翻转结构采用蜗轮蜗杆传动组件，通过蜗轮和蜗杆的传动，极大降低翻转结构的体积，且使其可以在设定的角度范围内以任意角度与机械手对接取放晶圆盒内的晶圆，极大提高了刻蚀机晶圆盒翻转装置的适用性，使半导体设备的标准化得到显著提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明刻蚀机晶圆盒翻转装置的结构示意图；

图2为具体实施方式中晶圆盒固定结构的示意图；

图3为具体实施方式中压板将晶圆盒压紧在底板上的示意图；

图4为具体实施方式中压板没有作用于晶圆盒的示意图；

图5为具体实施方式中晶圆盒固定结构上光电感应器的示意图；

图6为具体实施方式中翻转结构的示意图；

其中，100、翻转结构；1、底板；2、立板；3、压持组件；4、夹持组件；5、晶圆盒；6、微动开关；7、移动槽；8、移动块；9、加强件；31、支撑架；32、下压块；33、滚动件；34、压板；35、光电感应器；36、复位件；37、限位柱；341、方形槽；51、横向连接杆；101、转轴固定板；102、蜗轮蜗杆传动组件；1021、蜗轮；1022、蜗杆；103、旋转轴；104、联轴器；105、电机。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

本具体实施方式提供了一种刻蚀机晶圆盒翻转装置，参见图1所示，刻蚀机晶圆盒翻转装置包括翻转结构100，翻转结构100上设有晶圆盒固定结构。

参见图1、图2所示，晶圆盒固定结构包括固定平台，固定平台包括相互垂直的底板1和立板2，立板2上设有压持组件3、夹持组件4，压持组件3用于将晶圆盒压紧在底板1上，夹持组件4用于夹紧晶圆盒5。底板1上设有微动开关6，微动开关6用于感应底板1上是否放置晶圆盒5，微动开关6可以选用Omron品牌微动开关。

上述刻蚀机晶圆盒翻转装置，通过压持组件3将晶圆盒5压紧在底板1上，通过夹持组件4夹紧晶圆盒5，可以将晶圆盒5稳定的设置在晶圆盒固定结构上。同时，微动开关6能够对底板1上是否放置晶圆盒5进行感应，进而对晶圆盒固定结构上晶圆盒5是否出现位置改变等异常情况进行监控，也可以在检测到底板1上有晶圆盒5时将信号发送给控制器，以实现通过控制器控制下述光电感应器使其开始工作。

在本发明的一个实施例中，参见图2所示，压持组件3包括支撑架31和下压块32。支撑架31固定在立板2上端，支撑架31的自由端转动连接有下压块32，且下压块32上靠近立板2一端为压持部，远离立板2一端设有滚动件33。在本实施例中，下压块32可以选用铝制材料制成，其通过销轴转动设置在支撑架31上。

参见图1、图3、图4所示，滚动件33下方设有压板34，压板34的一侧转动设置在立板2上，滚动件33用于靠近或远离压板34上表面，且滚动件33与压板34上表面接触后在压板34上表面滚动，以实现压板34在立板2上转动。在本实施例中，滚动件33可以选用NSK品牌的轴承，其与压板34接触时为线接触，线接触可以减少接触面积而减少摩擦力，避免动作过程中出现卡顿的情况。

本具体实施方式中，滚动件33在压板34上表面滚动的方式为：参见图3所示，为压板34将晶圆盒5压紧在底板1上的示意图；参见图4所示，为压板34没有作用于晶圆盒5的示意图，也即底板1上未放置晶圆盒5的示意图。

参见图3所示，控制下压块32的压持部向远离底板1方向运动（也即向上抬起压持部）；滚动件33会不断向压板34靠近，当其与压板34接触时沿压板34自由端向固定端方向滚动；滚动件33在压板34上滚动时会给予压板34向底板1方向的作用力，使压板34向底板1方向转动，当滚动件33与压板34垂直时，滚动件33与底板1之间的距离最小，此时晶圆盒5会在最大程度上压紧在底板1上。同时，由于滚动件33是沿压板34自由端向固定端方向滚动的，因此当滚动件33与压板34垂直压紧晶圆盒以后，滚动件33难以向反方向滚动，进而可以实现压板34对晶圆盒5压紧并锁死。

参见图4所示，当滚动件33在压板34上沿压板34自由端向固定端方向继续滚动时，或者沿压板34固定端向自由端方向滚动时，滚动件33给予压板34的作用力减少直至与压板34脱离时，压板34对晶圆盒5不具有压持作用，可以取出晶圆盒5。

在此需要说明的是，滚动件33也可以通过其他方式在压板34上表面滚动，例如：将晶圆盒5压紧在底板1上时，通过控制下压块32的压持部向靠近底板1方向运动，滚动件33不断向压板34靠近，当其与压板34接触时沿压板34向固定端自由端方向滚动，直至将晶圆盒5压紧在底板1上。

再者，在此滚动方式下，当滚动件33与压板34垂直并压紧晶圆盒以后，此时需要外力实现压板34对晶圆盒5压紧并锁死，例如可以设置锁紧结构对下压块32的位置进行锁紧，也可以通过其他方式进行锁死，以避免滚动件33继续在压板34上滚动。

在本实施例中，下压块32的压持部可以通过人工操作，也可以通过设置在压持部内的驱动结构，并通过控制器控制驱动结构工作实现对下压块32的操作。

在一个改进的实施例中，为了便于确定滚动件33、压板34将晶圆盒5压紧在底板1上，并实时对该状态进行监控，参见图5所示，压持组件3还包括光电感应器35，其型号可以为Panasonic品牌光电感应器PM-L25。光电感应器35的作用是为了实时检测压板34，例如检测其与压板34的距离信号，将其发送给控制器中以辅助实现对晶圆盒5压紧状态的判断。因此，光电感应器35可以设置在支撑架31上，用于感应压板34与支撑架31的相对位置；或者，光电感应器35设置在下压块32上，用光电感应器35感应压板34与下压块32的相对位置。

光电感应器35监测晶圆盒5是否锁紧的原理是：光电感应器35实时检测其与压板34的距离信号，当依据采集的距离信号计算出距离最小时，则表示滚动件33与压板34达到垂直状态，同时在翻转晶圆盒5时，根据检测距离信号的变化情况可以监测晶圆盒5是否被压紧在底板1上。

在一个改进的实施例中，为了在需要将晶圆盒5从晶圆盒固定结构上取下时，便于压持组件3与晶圆盒5分离，参见图3和图4所示，压持组件3还包括复位件36，复位件36一端与支撑架31或立板2上端连接，另一端与压板34连接。

在本实施例中，复位件36的作用是使滚动件33与压板34分离，使压板34恢复至初始位置，进而使压板34松开对晶圆盒5的压紧作用。因此，复位件36选择选择使用弹性件或非弹性复位结构等，弹性件可以选择为弹簧、橡皮筋等，本实施例中择优选择复位件36为弹簧。当使用弹簧作为复位件36时，在滚动件33与压板34处于垂直状态时弹簧位于拉伸状态，压持部内的驱动结构持续工作，驱动结构给予的驱动力与弹簧的拉伸处于平衡状态，或者锁紧结构使得弹簧不能复位。在晶圆盒5需要取出时，减少驱动结构的驱动力，或者释放解除锁紧结构对压板34锁紧，此时处于拉伸状态的弹簧会复位将压板34向远离底板1的方向转动并与晶圆盒5分离。

在一个改进的实施例中，为了避免滚动件33在与压板34垂直后，还继续在压板34上表面滚动，使得压板34再次与晶圆盒5分离，参见图2至图4所示，在下压块32的一个侧面或两个侧面设有限位柱37，且限位柱37设置的位置靠近压持部的位置。

在一个改进的但未展示附图的实施例中，为了避免滚动件33在压板34上表面随意滚动，在压板34上表面设有滚动件滚动槽，用滚动件滚动槽对滚动件33进行限位，使滚动件33只能在滚动件滚动槽来回滚动，以保证压板34，同时还可以通过对滚动件滚动槽的位置及长度进行设置，还可以避免滚动件33与压板34垂直后继续滚动的情况发生。

在一个改进的实施例中，为了避免压板34过度压紧晶圆盒5，对晶圆盒5造成损伤的情况，参见图2至图4所示，压板34的自由端设有方形槽341。方形槽341的高度可以设置为1.0~2.0mm；宽度可以设置为压板34宽度的0.2~0.6倍，如10~30mm；长度可以为压板34长度的0.5~1.0倍，如50~90mm。在本实施例中，方形槽341的高度择优选择为1.6mm，宽度择优选择为20mm，长度择优选择为75mm。

同时，为了保证压板34的使用寿命，本实施例择优选择压板34选用弹性材料制成，例如可以选择使用PTFE材料制成，通过压板34的弹性变形能够实现对晶圆盒5的压紧，且不会损伤晶圆盒5。

本具体实施方式中，微动开关6是用于感应底板1上是否放置晶圆盒5的，而晶圆盒5具有不同的规格，为了使微动开关6能够对各种规格晶圆盒5进行识别，参见图1和图2所示，底板1的上表面设有移动槽7，移动槽7内设有移动块8，微动开关6固定在移动块8上。在本实施例中，移动槽7可以为U型槽、方型槽等，在移动槽7的两侧设置有2排螺纹孔，在移动块8的位置确定好后可以将移动块8固定在移动槽7上。

在固定不同规格的晶圆盒5时，通过将移动块8在移动槽7上移动，使移动块8与晶圆盒5的横向连接杆51位置相对，使得固定在移动块8上的微动开关6能够识别横向连接杆51。

同时，在本实施例中，移动块8还能够对晶圆盒5进行限位或固定，以提高晶圆盒5在晶圆盒固定结构的稳定性。例如，可以将移动块8设置在远离立板2的一侧，使得厚度大于等于横向连接杆51的移动块8，使移动块8与横向连接杆51抵接对晶圆盒5进行限位。还可以在移动块8设置限位槽，使横向连接杆51部分嵌入限位槽实现晶圆盒5固定。

在本发明一个实施例中，参见图1和图2所示，夹持组件4包括两个条形块，两个条形块相互平行，且两个条形块之间的距离可调，两个条形块之间形成用于夹持晶圆盒5的夹持空间。在本实施例中，可以在立板2上设置腰型孔、长方形孔、长方形槽等，以实现根据晶圆盒5的规格调整两个条形块的位置后用螺栓固定，达到调整两个条形块之间的距离，保证两个条形块能够夹住晶圆盒5。

优选的，为了避免条形块对晶圆盒5造成的夹紧损伤，条形块可以选用PTFE（聚四氟乙烯）材料制成。

在本发明一个实施例中，参见图6所示，翻转结构100包括转轴固定板101、蜗轮蜗杆传动组件102。转轴固定板101上表面经多个支柱与底板1下表面连接，转轴固定板101下方经旋转轴103与蜗轮蜗杆传动组件102的蜗轮1021连接。蜗轮蜗杆传动组件102的蜗杆1022经联轴器104与电机105连接。

本实施例中，转轴固定板101与蜗轮1021直接连接，蜗轮1021择优使用扇形蜗轮，且由SUS304材质的材料制成，参数为模数0.8，喉径为64mm，节径为62.4mm，中心距为36.75mm，齿数为78。在垂直转轴90°方向有蜗杆1022与蜗轮1021配合，蜗杆1022参数为选用SUS304材质的材料制成，外径为12.7mm，模数为0.8，压力角为20°，节径为11.1mm，中心距为36.75mm，蜗杆1022当两边有轴承辅助旋转，最后电机105与的蜗杆1022通过联轴器104连接形成翻转结构100。该翻转结构100在设定的100°范围内，电机105可以驱动晶圆盒5运动到0~100°范围的任意角度，到位后由于蜗轮蜗杆传动组件102的蜗轮1021与蜗杆1022的自锁作用，可以在任意角度停顿并保持位置不动。

在一个改进的实施例中，参见图1和图2所示，底板1与立板2连接的位置还设有加强件9。

同时，上述固定平台的底板1和立板2可以选用铝制材料制成，且底板1和立板2经喷砂亮银等方式进行防腐蚀处理。

本发明提供的刻蚀机晶圆盒翻转装置具有空间紧凑、价格低廉、普遍适应性、可以减少设备对接异常产生、能够适应现代半导体设备发展等特点，该装置具有以下优点：

1.刻蚀机晶圆盒翻转装置中能够实现对任意规格晶圆盒的固定，且通过压持组件和夹持组件（或者通过压持组件、夹持组件、移动块）将晶圆盒稳定的安装到装置上，避免晶圆盒在装置上松动甚至脱离的风险。

2.在使用晶圆盒固定结构对晶圆盒固定的过程中，通过光电感应器可以实时感应压板与支撑架的相对位置，或感应压板与下压块的相对位置，能够及时判断压板是否对晶圆盒达到了夹紧状态，同时，在使用翻转结构旋转改变晶圆盒位置时，能够及时发现异常后对操作人员提出警示后及时采取措施。

3.翻转结构采用蜗轮蜗杆传动组件，通过蜗轮和蜗杆的传动，极大降低翻转结构的体积，且使其可以在设定的角度范围内以任意角度与机械手对接取放晶圆盒内的晶圆，极大提高了刻蚀机晶圆盒翻转装置的适用性，使半导体设备的标准化得到显著提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。