一种半导体晶圆翻转装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体晶圆翻转装置。

背景技术

目前，晶圆翻转通常采用的方法是使用手臂带旋转功能的单臂机器人配合带真空吸盘的机械手手指来进行，机械手手指的真空吸盘吸附固定晶圆，机器人的手臂旋转实现晶圆的翻转。该方法中，带真空吸盘的机械手手指不可避免地要接触到晶圆的中心部位，存在划伤或污染晶圆等风险，而且当晶圆翻转朝下时，机械手手指一旦失去真空或者因某种原因(如晶圆翘曲度过大)造成机械手手指真空泄漏，晶圆将会掉落而损坏。

中国专利CN214217314U公开了一种基于气缸驱动的晶圆翻转装置，包括底座、设置在底座上的旋转气缸、与旋转气缸传动连接的滑轨安装板、一对并列设置在滑轨安装板侧面的夹持单元以及设置在滑轨安装板侧面并与夹持单元相适配的平移限位机构，夹持单元包括设置在滑轨安装板侧面的气缸驱动机构、与气缸驱动机构传动连接的夹块安装座以及一对并列设置在夹块安装座上的夹块。

该专利虽然在一定程度上解决了背景技术中改变采用机械手手指的真空吸盘吸附固定晶圆的方式，但是该专利中使用多个气缸进行控制，各气缸之间的配合需要系统控制，严格把握各步骤之间的顺序和时间，一旦出现程序错误或者系统故障，半导体晶圆芯片会有掉落风险，且使用多个气缸驱动，提高了设备的维护成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体晶圆翻转装置，使用一个驱动齿轮进行控制，实现晶圆片的翻转，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体晶圆翻转装置，包括连接底板，所述连接底板上表面的一端设置有驱动齿轮，驱动齿轮两侧的连接底板上对称设置有限位滑轨，限位滑轨上活动连接有门形框架，连接底板上表面的另一端设置有工字形架，连接底板的两侧对称设置有限位板，限位板上活动连接有夹持组件；

所述门形框架的内壁上对称设置有内齿，内齿与驱动齿轮间歇啮合；

所述夹持组件包括限位拉杆、夹持板和限位块，限位拉杆的一端与限位板的上端活动连接，限位拉杆的另一端与夹持板铰连接，夹持板的一端与限位块铰连接，限位块与门形框架的一端活动连接，夹持板之间夹持有晶圆片。

优选的，所述驱动齿轮为不完全齿轮，驱动齿轮的中心轴连接驱动电机，驱动电机设置在连接底板上。

优选的，所述门形框架的下表面开设有第一限位滑槽，第一限位滑槽与限位滑轨活动连接，门形框架靠近限位块的一端对称开设有第二限位滑槽。

优选的，所述第二限位滑槽的下端固定连接有支撑底板，支撑底板上设置有导向柱，导向柱的两端通过支架与支撑底板连接，导向柱上套接有支撑弹簧。

优选的，所述限位块上开设有第一活动孔，第一活动孔与导向柱套接，支撑弹簧的一端与限位块相抵。

优选的，所述限位板上设置有长转轴，长转轴的一端设置有限位端板，长转轴的长度大于限位拉杆的厚度。

优选的，所述限位拉杆与限位板连接的一端开设有第二活动孔，第二活动孔与长转轴套接。

优选的，所述工字形架包括第一横板、第二横板和连接板，连接板的两端分别连接第一横板和第二横板，第一横板和第二横板设置的位置分别与门形框架一端可移动距离的端点位置对应。

优选的，所述第一横板和第二横板的两端均为圆弧形结构。

优选的，所述夹持板包括第一连接件、第二连接件和夹持件，第一连接件和第二连接件之间连接有夹持件，第一连接件一侧的中间位置上设置有铰接座，铰接座与限位拉杆的一端铰连接，第二连接件的一端与限位块铰连接。

优选的，所述夹持件为橡胶材料制成，夹持件的一侧设置有夹持槽，夹持槽的中间位置上开设有通孔，夹持槽为V形结构槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明设置门形框架连接夹持组件，门形框架水平移动，限位块跟随移动位置，带动夹持板绕限位块旋转，在限位拉杆的限制下，实现夹持板的翻转，通过夹持板夹持晶圆片，从而带动夹持的晶圆片实现翻转；

2、本发明在门形框架的内壁上对称设置有内齿，内齿与驱动齿轮间歇啮合，驱动齿轮为不完全齿轮，驱动齿轮在驱动电机的带动下，能够间歇性与门形框架一侧的内齿啮合，相应的带动门形框架水平移动，驱动齿轮与门形框架不同侧的内齿啮合，实现门形框架往复直线移动，从而控制夹持组件往复翻转，能够进行连续的晶圆片翻转工作；

3、本发明只使用了一个驱动齿轮进行控制，驱动齿轮的中心轴连接驱动电机，驱动电机设置在连接底板上，驱动电机带动驱动齿轮旋转，只需要控制一个驱动电机的启停，就可以实现整个装置的工作，控制简单，容易实现，降低维护成本。

附图说明

图1为本发明翻转装置夹持晶圆片工作状态图；

图2为本发明翻转装置的分解图；

图3为本发明的A处放大图；

图4为本发明的夹持组件结构图；

图5为本发明的晶圆片安装上片状态图；

图6为本发明的B处放大图；

图7为本发明的晶圆片翻转后下片状态第一视角图；

图8为本发明的晶圆片翻转后下片状态第二视角图。

图中：1、连接底板；11、限位滑轨；12、工字形架；121、第一横板；122、第二横板；123、连接板；13、限位板；131、长转轴；2、驱动齿轮；3、门形框架；31、内齿；32、第一限位滑槽；33、第二限位滑槽；34、支撑底板；35、导向柱；36、支撑弹簧；4、夹持组件；41、限位拉杆；411、第二活动孔；42、夹持板；421、第一连接件；4211、铰接座；422、第二连接件；423、夹持件；4231、夹持槽；4232、通孔；43、限位块；431、第一活动孔；5、晶圆片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图8，一种半导体晶圆翻转装置，包括连接底板1，连接底板1上表面的一端设置有驱动齿轮2，驱动齿轮2两侧的连接底板1上对称设置有限位滑轨11，限位滑轨11上活动连接有门形框架3，连接底板1上表面的另一端设置有工字形架12，连接底板1的两侧对称设置有限位板13，限位板13上活动连接有夹持组件4。

夹持组件4包括限位拉杆41、夹持板42和限位块43，限位拉杆41的一端与限位板13的上端活动连接，限位拉杆41的另一端与夹持板42铰连接，夹持板42的一端与限位块43铰连接，限位块43与门形框架3的一端活动连接，夹持板42之间夹持有晶圆片5。

具体的，随着门形框架3的位置改变，限位块43跟随移动位置，带动夹持板42绕限位块43旋转，限位拉杆41绕长转轴131旋转一定角度，适应夹持板42的位置改变，夹持板42旋转180°后，门形框架3复位，带动限位块43反向移动，夹持板42绕限位块43反向旋转180°，门形框架3往复移动，则通过限位块43带动和限位拉杆41限制，能够实现夹持板42往复翻转，带动夹持的晶圆片5实现翻转。

夹持板42包括第一连接件421、第二连接件422和夹持件423，第一连接件421和第二连接件422之间连接有夹持件423，第一连接件421一侧的中间位置上设置有铰接座4211，铰接座4211与限位拉杆41的一端铰连接，第二连接件422的一端与限位块43铰连接。

具体的，第一连接件421和第二连接件422的长度大于晶圆片5的直径，晶圆片5在翻转时，不会接触到外部装置。

夹持件423为橡胶材料制成，夹持件423的一侧设置有夹持槽4231，夹持槽4231的中间位置上开设有通孔4232，夹持槽4231为V形结构槽。

具体的，橡胶材料防止刮花晶圆片5，夹持槽4231对晶圆片5进行夹持时，V形结构槽能够对晶圆片5的上下侧面起到限位作用，晶圆片5的两侧部分穿过通孔4232，能够增加夹持件423对晶圆片5的固定面积，防止晶圆片5掉落。

门形框架3的内壁上对称设置有内齿31，内齿31与驱动齿轮2间歇啮合；

驱动齿轮2为不完全齿轮，驱动齿轮2的中心轴连接驱动电机，驱动电机设置在连接底板1上。

具体的，驱动电机带动驱动齿轮2旋转，驱动齿轮2上的轮齿旋转至与门形框架3的一侧的内齿31啮合，推动门形框架3在限位滑轨11上移动位置，当驱动齿轮2上的轮齿旋转至与门形框架3的另一侧的内齿31啮合时，驱动齿轮2上的轮齿再推动门形框架3复位，驱动齿轮2持续转动，门形框架3在限位滑轨11上做往复移动，驱动齿轮2上的轮齿数量不大于门形框架3一侧内齿31的数量，驱动齿轮2上的轮齿数量以及大小，可以根据门形框架3的移动长度和门形框架3的停顿时间进行适应性修改，同时驱动齿轮2上的轮齿旋转至与门形框架3两侧的内齿31均不啮合时，门形框架3处于停滞状态，此时可以进行上下晶圆片5，上下晶圆片5可以配合晶圆片5上下料机使用。

门形框架3的下表面开设有第一限位滑槽32，第一限位滑槽32与限位滑轨11活动连接。

具体的，门形框架3通过第一限位滑槽32在限位滑轨11上活动，限位滑轨11限制门形框架3的移动方向，门形框架3不能脱离限位滑轨11。

门形框架3靠近限位块43的一端对称开设有第二限位滑槽33，第二限位滑槽33的下端固定连接有支撑底板34，支撑底板34上设置有导向柱35，导向柱35的两端通过支架与支撑底板34连接，导向柱35上套接有支撑弹簧36。

限位块43上开设有第一活动孔431，第一活动孔431与导向柱35套接，支撑弹簧36的一端与限位块43相抵。

具体的，当限位块43受到挤压时，限位块43沿导向柱35移动位置，支撑弹簧36压缩，且限位块43带动相应的夹持板42同步移动，则夹持板42之间的距离被拉大，此时进行晶圆片5的上下片，当限位块43的挤压消失，支撑弹簧36复位，推动夹持板42相互相互靠近，对晶圆片5进行夹持。

限位板13上设置有长转轴131，长转轴131的一端设置有限位端板，长转轴131的长度大于限位拉杆41的厚度。

限位拉杆41与限位板13连接的一端开设有第二活动孔411，第二活动孔411与长转轴131套接。

具体的，长转轴131上的限位端板防止限位拉杆41脱离长转轴131，同时限位块43受挤压时，夹持板42和限位拉杆41均同时发生位置移动，相应的，限位拉杆41在长转轴131上移动位置，以适应限位块43的位置改变。

工字形架12包括第一横板121、第二横板122和连接板123，连接板123的两端分别连接第一横板121和第二横板122，第一横板121和第二横板122设置的位置分别与门形框架3一端可移动距离的端点位置对应。

具体的，当门形框架3靠近限位块43的一端移动至距离驱动齿轮2最远位置上时，第一横板121的两端分别与限位块43的位置对应，第一横板121挤压到限位块43，当门形框架3靠近限位块43的一端移动至距离驱动齿轮2最近位置上时，第二横板122挤压到限位块43。

第一横板121和第二横板122的两端均为圆弧形结构。

具体的，当第一横板121或者第二横板122接触到限位块43时，能够通过圆弧形结构挤压限位块43移动。

工作过程：驱动电机带动驱动齿轮2旋转，驱动齿轮2上的轮齿旋转至与门形框架3的一侧的内齿31啮合，推动门形框架3在限位滑轨11上移动位置，门形框架3的一端移动至与驱动齿轮2没有轮齿的位置接触，此时，驱动齿轮2不与门形框架3上任何一侧内齿31啮合，且第一横板121挤压到挤压到限位块43，支撑弹簧36压缩，限位块43带动相应的夹持板42同步移动，夹持板42之间的距离被拉大，晶圆片5放置到夹持板42之间，驱动齿轮2持续旋转，驱动齿轮2上的轮齿旋转至与门形框架3的另一侧的内齿31啮合，推动门形框架3在限位滑轨11上复位，此时，第一横板121与限位块43错位，限位块43的挤压力消失，支撑弹簧36复位，推动夹持板42靠拢，对晶圆片5夹持，相应的，随着门形框架3的位置改变，限位块43跟随移动位置，带动夹持板42绕限位块43旋转，限位拉杆41绕长转轴131旋转一定角度，适应夹持板42的位置改变，直至门形框架3靠近限位块43的一端移动至距离驱动齿轮2最近位置上时，夹持板42翻转180°，晶圆片5实现翻转，此时，第二横板122挤压到限位块43，支撑弹簧36压缩，限位块43带动相应的夹持板42同步移动，夹持板42之间的距离被拉大，取下晶圆片5。

综上所述：本发明提出的一种半导体晶圆翻转装置，设置门形框架3连接夹持组件4，门形框架3水平移动，限位块43跟随移动位置，带动夹持板42绕限位块43旋转，在限位拉杆41的限制下，实现夹持板42的翻转，通过夹持板42夹持晶圆片5，从而带动夹持的晶圆片5实现翻转；门形框架3的内壁上对称设置有内齿31，内齿31与驱动齿轮2间歇啮合，驱动齿轮2为不完全齿轮，驱动齿轮2在驱动电机的带动下，能够间歇性与门形框架3一侧的内齿31啮合，相应的带动门形框架3水平移动，驱动齿轮2与门形框架3不同侧的内齿31啮合，实现门形框架3往复直线移动，从而控制夹持组件4往复翻转，能够进行连续的晶圆片5翻转工作；在门形框架3的一端通过导向柱35连接限位块43，并在导向柱35上套接有支撑弹簧36，设置第一横板121和第二横板122对限位块43进行挤压，控制限位块43带动夹持板42调整距离，能够对晶圆片5进行上下片，且第一横板121和第二横板122设置在位置与门形框架3一端可移动距离的端点位置对应，此时驱动齿轮2上的轮齿旋转至与门形框架3两侧的内齿31均不啮合，门形框架3处于停滞状态，可以进行上下晶圆片5操作，便于控制；本发明中的只使用了一个驱动齿轮2进行控制，驱动齿轮2的中心轴连接驱动电机，驱动电机设置在连接底板1上，驱动电机带动驱动齿轮2旋转，只需要控制一个驱动电机的启停，就可以实现整个装置的工作，控制简单，容易实现，降低维护成本；在支撑弹簧36的作用下，夹持板42始终对晶圆片5进行夹持，门形框架3未移动至第一横板121或者第二横板122与限位块43对应的位置上时，夹持板42不会放松对晶圆片5的夹持，即使驱动电机故障，驱动齿轮2停止工作，旋转在半空中的晶圆片5也不会掉落，保证晶圆片5翻转的安全性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。