一种晶圆切割自动化设备的制作方法

1.本发明应用于晶圆加工的技术领域,特别涉及一种晶圆切割自动化设备。


背景技术：

2.随着现代技术飞速发展，3c产品以及各类电器的快速普及，导体芯片、集成电路板需求日益增长。晶圆是加工成半导体芯片的重要半成品原料。晶圆由纯硅构成，一般分为8英寸、12英寸规格不等。晶圆经过切割加工以后，分成的一块块小型晶片经过其他加工，封装测试后，便成为了日常所见的芯片。晶圆是芯片行业的基础，晶圆的加工质量直接影响到了芯片的质量。晶圆越大，每片晶圆硅片上可制作成的芯片就越多，从而制造成本就越低，因此，当前晶圆尺寸扩大和芯片制程的减小是集成电路行业技术进步的两条主线。而随着芯片加工特征尺寸越来越小，晶圆加工的特征尺寸要求也就越来越精密，因此，高精度、高速率、高稳定性的晶圆自动化加工设备已成为当前高端半导体芯片制造商必不可少的生产要素。晶圆切割主要工艺流程包括：绷片、切割、uv照射。绷片属于切割前准备工作，是将晶圆背面贴上一层蓝膜，并展开绷紧在金属圆环上，便于后续切割。而uv照射属于切割完成的后续工艺，目的是便于后续撕膜。
3.现有晶圆切割加工设备，主要有激光切割以及钻石锯片砂轮切割两种。钻石锯片砂轮切割是采用叶轮带动附着有金刚石的钢刀或树脂刀等旋转通过研磨进行切割，因此会生成大量细小粉尘，在切割过程中必须不断清水冲洗，以免污染晶粒。此种方案不仅需要另配清水冲洗系统，增加成本，而且刀片附着的金刚石数量会直接影响到切割效果，切割质量远没有激光切割稳定一致，刀片切割容易使较为硬脆的晶圆产生崩口，从而影响产品质量。切割设备主要有接触式-切片系统切割，以及非接触式-激光系统切割。激光切割相比于切片切割，产生粉尘较少，可有效控制空气中颗粒对切割效果的影响，从而保证加工质量。并且激光切割生产质量稳定，设备精简高效，效率也相比切片切割要高。
4.然而现有大多激光切割加工设备在切割前需要对晶圆进行覆膜绷片，即在晶圆背面附上一层蓝膜，有利于后面切割，需要很长的前期准备工作，切割完成后需要对残余硅渣进行清洗，各个工位工位分开独立，完成一道工序后需要进行堆垛，缓存再次上料，显然耗费大量人工及设备成本，流程过于冗长，不利于工作效率的提高，不利于高速率生产。另外设备调试使用麻烦，光学设备要求极高，操作维护过于困难。如公开号为cn214687335u公开了 一种晶圆切割机，其通过切割轮切割晶圆后，使用高压气体的高速流动将晶圆框架及晶圆框架中的晶圆清洁干净，然而切片切割产生粉尘较多，增加清水冲洗系统，提高加工成本，切割质量的稳定性较差，刀片切割容易使较为硬脆的晶圆产生崩口，从而影响产品质量。设备功能较为单一，无法实现系统化加工，因此有必要提供一种结构精简优化、集成度较高、兼容性更强、有效提高加工效率，能够实现全覆盖功能的晶圆切割自动化设备。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种结构精简优化、
集成度较高、兼容性更强、有效提高加工效率，能够实现全覆盖功能的晶圆切割自动化设备。
6.本发明所采用的技术方案是：本发明包括机架、供料模组、上下料模组、清洗模组、覆膜模组、搬运模组、晶圆平台以及激光模组，所述清洗模组与所述覆膜模组相邻设置，所述供料模组、所述清洗模组以及所述覆膜模组沿直线分布，所述上下料模组与所述搬运模组均设置在所述清洗模组与所述覆膜模组的上方，所述晶圆平台设置在所述清洗模组与所述覆膜模组的一侧，所述晶圆平台位于所述激光模组的下方，所述上下料模组将所述供料模组的晶圆转运至所述覆膜模组，所述搬运模组将覆完膜的晶圆转运至所述晶圆平台，进而将切割完的晶圆转运至所述清洗模组，所述上下料模组将清洗完的晶圆转运至所述供料模组进行收料。
7.一个优选方案是，所述供料模组包括升降模组，所述升降模组的动作端设置定位板，所述定位板上设置有料盒，所述料盒的侧方开设有料口，所述料口朝向所述清洗模组。
8.一个优选方案是，所述晶圆切割自动化设备还包括安装架，以所述安装架的长度为x方向，以所述安装架的宽度为y方向，所述上下料模组包括沿x方向驱动的第一直线模组，所述第一直线模组设置在所述安装架的侧身端，所述第一直线模组的动作端设置有沿竖直方向驱动的驱动气缸，所述驱动气缸的动作端连接有沿水平方向的取料臂，所述取料臂位于所述清洗模组与所述覆膜模组的上方，所述取料臂的末端设置有夹爪，所述夹爪的夹取口指向所述供料模组。
9.一个优选方案是，所述清洗模组与所述覆膜模组均位于所述安装架的下方，所述清洗模组与所述覆膜模组均包括升降机构、第一吸附平台、位于所述第一吸附平台下方的第一旋转电机以及位于所述第一吸附平台外侧的第二旋转电机，所述升降机构的动作端与所述第一吸附平台连接，所述第一旋转电机的输出轴与所述第一吸附平台的底部传动连接，所述第二旋转电机的输出轴设置有若干喷嘴，所述第一吸附平台的外围壁设置有隔水罩。
10.一个优选方案是，所述搬运模组包括沿y方向驱动的第二直线模组，所述第二直线模组设置在所述安装架的顶部，所述第二直线模组的动作端的动作端设置有安装板，所述安装板的正反两面均设置有沿y方向驱动的第三直线模组，所述第三直线模组的动作端设置有沿竖直方向驱动的第四直线模组，所述第四直线模组的动作端设置有若干吸嘴。
11.一个优选方案是，所述晶圆平台包括xy轴移动平台和第二吸附平台，所述第二吸附平台设置在所述xy轴移动平台的动作端，所述第二吸附平台的侧身端设置有若干定位组件，所述定位组件包括摆动旋转气缸，所述摆动旋转气缸的动作端设置有压块，所述压块与所述第二吸附平台按压配合。
12.一个优选方案是，所述激光模组设置在所述机架上方的侧身端，所述机架的顶部设置有激光发射器，所述激光模组包括沿竖直方向驱动的第五直线模组，所述第五直线模组的动作端设置有工业相机、激光测距仪以及激光目镜，所述激光发射器依次经过外部反射镜、所述激光目镜反射至所述晶圆平台的上表面，所述工业相机、所述激光测距仪以及所述激光发射器相互电信号配合。
13.一个优选方案是，所述清洗模组的喷嘴组数为两组，分别喷洒去离子水、压缩空气；所述覆膜模组的喷嘴组数为三组，分别喷洒覆膜溶液、去离子水以及压缩空气。
附图说明
14.图1是本发明的立体结构示意图；图2是所述供料模组的立体结构示意图；图3是所述上下料模组的立体结构示意图；图4是所述清洗模组和所述覆膜模组的立体结构示意图；图5是所述搬运模组的立体结构示意图；图6是所述晶圆平台的xy轴移动平台的立体结构示意图；图7是所述晶圆平台的xy轴移动平台的第二吸附平台的立体结构示意图；图8是所述激光模组的立体结构示意图。
具体实施方式
15.如图1所示，在本实施例中，本发明包括机架1、供料模组2、上下料模组3、清洗模组4、覆膜模组5、搬运模组6、晶圆平台7以及激光模组8，所述清洗模组4与所述覆膜模组5相邻设置，所述供料模组2、所述清洗模组4以及所述覆膜模组5沿直线分布，所述上下料模组3与所述搬运模组6均设置在所述清洗模组4与所述覆膜模组5的上方，所述晶圆平台7设置在所述清洗模组4与所述覆膜模组5的一侧，所述晶圆平台7位于所述激光模组8的下方，所述上下料模组3将所述供料模组2的晶圆转运至所述覆膜模组5，所述搬运模组6将覆完膜的晶圆转运至所述晶圆平台7，进而将切割完的晶圆转运至所述清洗模组4，所述上下料模组3将清洗完的晶圆转运至所述供料模组2进行收料。所述供料模组2用于驱动晶圆移动至指定高度，所述上下料模组3作为晶圆在所述供料模组2与所述覆膜模组5之间移动的机械手，同时也作为晶圆在所述供料模组2与所述清洗模组4之间移动的机械手，所述覆膜模组5对晶圆喷洒定量覆膜溶液，利用晶圆旋转离心力将溶液均匀涂满整个晶圆，进而对准晶圆外部钢圈喷洒去离子水，清洗钢圈上多余的覆膜溶液，最后对晶圆钢圈进行风干，从而完成晶圆的覆膜；所述激光模组8对所述晶圆平台7上表面的晶圆进行激光划线，所述清洗模组4用于清洁晶圆在生产切割产生的粉尘，保证加工质量；所述搬运模组6作为晶圆在所述晶圆平台7与所述覆膜模组5移动的机械手，同时也作为晶圆在所述晶圆平台7与所述清洗模组4之间移动的机械手。
16.如图2所示，在本实施例中，所述供料模组2包括升降模组21，所述升降模组21的动作端设置定位板22，所述定位板22上设置有料盒23，所述料盒23的侧方开设有料口24，所述料口24朝向所述清洗模组4。所述定位板22用于定位所述料盒23，所述料盒23堆垛有若干晶圆，所述升降模组21作为所述定位板22升降的动力源，所述上下料模组3从所述料口24处进行取料。
17.如图3所示，在本实施例中，所述晶圆切割自动化设备还包括安装架9，以所述安装架9的长度为x方向，以所述安装架9的宽度为y方向，所述上下料模组3包括沿x方向驱动的第一直线模组31，所述第一直线模组31设置在所述安装架9的侧身端，所述第一直线模组31的动作端设置有沿竖直方向驱动的驱动气缸32，所述驱动气缸32的动作端连接有沿水平方向的取料臂33，所述取料臂33位于所述清洗模组4与所述覆膜模组5的上方，所述取料臂33的末端设置有夹爪34，所述夹爪34的夹取口指向所述供料模组2。
18.如图4所示，在本实施例中，所述清洗模组4与所述覆膜模组5均位于所述安装架9
的下方，所述清洗模组4与所述覆膜模组5均包括升降机构41、第一吸附平台42、位于所述第一吸附平台42下方的第一旋转电机43以及位于所述第一吸附平台42外侧的第二旋转电机44，所述升降机构41的动作端与所述第一吸附平台42连接，所述第一旋转电机43的输出轴与所述第一吸附平台42的底部传动连接，所述第二旋转电机44的输出轴设置有若干喷嘴45，所述第一吸附平台42的外围壁设置有隔水罩46。所述隔水罩46用于防止容易外溅，所述第一吸附平台42用于吸附晶圆，所述升降机构41用于驱动所述第一吸附平台42进行升降，所述第一旋转电机43驱动所述第一吸附平台42转动，利用晶圆旋转离心力将溶液均匀涂满整个晶圆，所述第二旋转电机44用于驱动所述喷嘴45进行避位和将其转动至晶圆的上方，所述喷嘴45用于喷洒溶液或对晶圆钢圈进行风干，所述清洗模组4与所述覆膜模组5结构具有通用性，覆膜与清洗功能结构基本一致，仅是喷覆时喷出的溶液不同，可实现功能通用和结构互换，维修更换更加简单省时。
19.如图5所示，在本实施例中，所述搬运模组6包括沿y方向驱动的第二直线模组61，所述第二直线模组61设置在所述安装架9的顶部，所述第二直线模组61的动作端的动作端设置有安装板62，所述安装板62的正反两面均设置有沿y方向驱动的第三直线模组63，所述第三直线模组63的动作端设置有沿竖直方向驱动的第四直线模组64，所述第四直线模组64的动作端设置有若干吸嘴65。所述第二直线模组61驱动所述安装板62进行y方向的移动。
20.如图6、图7所示，在本实施例中，所述晶圆平台7包括xy轴移动平台71和第二吸附平台72，所述第二吸附平台72设置在所述xy轴移动平台71的动作端，所述第二吸附平台72自带有旋转dd马达，所述第二吸附平台72的底部与旋转dd马达的输出轴传动连接，具有绕z轴旋转的功能，实现所述第二吸附平台72的角度调整，所述第二吸附平台72的侧身端设置有若干定位组件73，所述定位组件73包括摆动旋转气缸74，所述摆动旋转气缸74的动作端设置有压块75，所述压块75与所述第二吸附平台72按压配合。所述xy轴移动平台71驱动所述第二吸附平台72进行x轴方向的移动或y轴方向的移动，所述xy轴移动平台71与所述激光模组8配合，实现晶圆的切割，所述摆动旋转气缸74驱动所述压块75转动，所述压块75与所述第二吸附平台72按压配合，避免晶圆在高速转动过程中发生移位。
21.如图8所示，在本实施例中，所述激光模组8设置在所述机架1上方的侧身端，所述机架1的顶部设置有激光发射器81，所述激光模组8包括沿竖直方向驱动的第五直线模组82，所述第五直线模组82的动作端设置有工业相机83、激光测距仪84以及激光目镜85，所述激光发射器81依次经过外部反射镜、所述激光目镜85反射至所述晶圆平台7的上表面，所述工业相机83、所述激光测距仪84以及所述激光发射器81相互电信号配合。所述工业相机83用于视觉引导，所述激光测距仪84用于检测距离料盘的高度，所述激光目镜85用于调整激光方向。所述晶圆切割自动化设备具有高“智能化”、高自动化设计，设备配备各类传感器检测设备运行状态，在激光加工平台配备视觉引导及激光测距引导，与传统激光加工方案相比，整体具有激光功率监测、自我校准、光束整形功能，能够实现激光加工自动对焦，可兼容不同产品不加工要求，极大地降低了晶圆物料加工成本。视觉及激光测距引导配合高精度晶圆平台，可实现物料位置、角度自动调整，从而实现高精度，高效率，高自动化生产。
22.如图1、图4所示，在本实施例中，所述清洗模组4的喷嘴组数为两组，分别喷洒去离子水、压缩空气；所述覆膜模组5的喷嘴组数为三组，分别喷洒覆膜溶液、去离子水以及压缩空气。
23.在本实施例中，所述晶圆切割自动化设备拥有高集成化、高兼容性特点。将覆膜、激光加工、清洗三大功能集合于一台设备，形成t形结构，设备高度集成，模组精简化，一台设备即可完成全套晶圆基本加工。设备采用全自动上下料，实现8寸、12寸晶圆兼容生产，极大节约了人力、设备成本和设备占地面积。并且本设备采用高精度产品，配合高精度激光加工系统，可使加工精度达到微米级。激光加工吹气模组配合覆膜及清洗功能组，可有效控制晶圆表面粉尘，从而保证加工质量。设备整体采用模块化设计，可兼容晶圆硬件切换，光路调试维护高效便捷，具有广大的行业应用前景，能够有效提高加工效率，能够实现全覆盖功能。
24.本发明的工作原理：人工上料将所述料盒放入所述定位板，所述升降模组驱动所述定位板移动至指定高度，所述上下料模组通过所述夹爪夹取所述料盒内的晶圆，在轨道上滑行至所述覆膜模组的上方，并将晶圆置于所述第一吸附平台上，经过真空吸附固定，所述覆膜模组的喷嘴向晶圆喷洒定量覆膜溶液，所述第一旋转电机利用晶圆旋转离心力将溶液均匀涂满整个晶圆，所述覆膜模组的喷嘴对准晶圆外部钢圈喷洒去离子水，清洗钢圈上多余的覆膜溶液，清洗完毕后所述覆膜模组的喷嘴喷出压缩空气，对晶圆钢圈进行风干，进而完成覆膜工作；所述搬运模组将晶圆移动至所述第二吸附平台进行测高、对焦、视觉定位等检测并通过所述xy轴移动平台控制所述第二吸附平台进行位移，旋转dd马达控制所述第二吸附平台进行旋转修正。所述激光模组与所述xy轴移动平台配合，完成晶圆的划线切割，所述搬运模组将激光加工完成后的晶圆移动至所述清洗模组，所述清洗模组与所述覆膜模组的功能结构基本一致，仅是喷覆时喷出的溶液不同，所述清洗模组的喷嘴喷洒溶液为去离子水和压缩空气，将晶圆上的去离子水风干后，停止喷洒，进而完成清洗工作，所述上下料模组将清洗完成的晶圆放回所述料盒。

技术特征：
1.一种晶圆切割自动化设备，包括机架（1），其特征在于：所述晶圆切割自动化设备还包括供料模组（2）、上下料模组（3）、清洗模组（4）、覆膜模组（5）、搬运模组（6）、晶圆平台（7）以及激光模组（8），所述清洗模组（4）与所述覆膜模组（5）相邻设置，所述供料模组（2）、所述清洗模组（4）以及所述覆膜模组（5）沿直线分布，所述上下料模组（3）与所述搬运模组（6）均设置在所述清洗模组（4）与所述覆膜模组（5）的上方，所述晶圆平台（7）设置在所述清洗模组（4）与所述覆膜模组（5）的一侧，所述晶圆平台（7）位于所述激光模组（8）的下方，所述上下料模组（3）将所述供料模组（2）的晶圆转运至所述覆膜模组（5），所述搬运模组（6）将覆完膜的晶圆转运至所述晶圆平台（7），进而将切割完的晶圆转运至所述清洗模组（4），所述上下料模组（3）将清洗完的晶圆转运至所述供料模组（2）进行收料。2.根据权利要求1所述的一种晶圆切割自动化设备，其特征在于：所述供料模组（2）包括升降模组（21），所述升降模组（21）的动作端设置定位板（22），所述定位板（22）的上表面设置有料盒（23），所述料盒（23）的侧方开设有料口（24），所述料口（24）朝向所述清洗模组（4）。3.根据权利要求1所述的一种晶圆切割自动化设备，其特征在于：所述晶圆切割自动化设备还包括安装架（9），以所述安装架（9）的长度为x方向，以所述安装架（9）的宽度为y方向，所述上下料模组（3）包括沿x方向驱动的第一直线模组（31），所述第一直线模组（31）设置在所述安装架（9）的侧身端，所述第一直线模组（31）的动作端设置有沿竖直方向驱动的驱动气缸（32），所述驱动气缸（32）的动作端连接有沿水平方向的取料臂（33），所述取料臂（33）位于所述清洗模组（4）与所述覆膜模组（5）的上方，所述取料臂（33）的末端设置有夹爪（34），所述夹爪（34）的夹取口指向所述供料模组（2）。4.根据权利要求3所述的一种晶圆切割自动化设备，其特征在于：所述清洗模组（4）与所述覆膜模组（5）均位于所述安装架（9）的下方，所述清洗模组（4）与所述覆膜模组（5）均包括升降机构（41）、第一吸附平台（42）、位于所述第一吸附平台（42）下方的第一旋转电机（43）以及位于所述第一吸附平台（42）外侧的第二旋转电机（44），所述升降机构（41）的动作端与所述第一吸附平台（42）连接，所述第一旋转电机（43）的输出轴与所述第一吸附平台（42）的底部传动连接，所述第二旋转电机（44）的输出轴设置有若干喷嘴（45），所述第一吸附平台（42）的外围壁设置有隔水罩（46）。5.根据权利要求3所述的一种晶圆切割自动化设备，其特征在于：所述搬运模组（6）包括沿y方向驱动的第二直线模组（61），所述第二直线模组（61）设置在所述安装架（9）的顶部，所述第二直线模组（61）的动作端的动作端设置有安装板（62），所述安装板（62）的正反两面均设置有沿y方向驱动的第三直线模组（63），所述第三直线模组（63）的动作端设置有沿竖直方向驱动的第四直线模组（64），所述第四直线模组（64）的动作端设置有若干吸嘴（65）。6.根据权利要求1所述的一种晶圆切割自动化设备，其特征在于：所述晶圆平台（7）包括xy轴移动平台（71）和第二吸附平台（72），所述第二吸附平台（72）设置在所述xy轴移动平台（71）的动作端，所述第二吸附平台（72）的侧身端设置有若干定位组件（73），所述定位组件（73）包括摆动旋转气缸（74），所述摆动旋转气缸（74）的动作端设置有压块（75），所述压块（75）与所述第二吸附平台（72）按压配合。7.根据权利要求1所述的一种晶圆切割自动化设备，其特征在于：所述激光模组（8）设
置在所述机架（1）上方的侧身端，所述机架（1）的顶部设置有激光发射器（81），所述激光模组（8）包括沿竖直方向驱动的第五直线模组（82），所述第五直线模组（82）的动作端设置有工业相机（83）、激光测距仪（84）以及激光目镜（85），所述激光发射器（81）依次经过外部反射镜、所述激光目镜（85）反射至所述晶圆平台（7）的上表面，所述工业相机（83）、所述激光测距仪（84）以及所述激光发射器（81）相互电信号配合。8.根据权利要求4所述的一种晶圆切割自动化设备，其特征在于：所述清洗模组（4）的喷嘴组数为两组，分别喷洒去离子水、压缩空气；所述覆膜模组（5）的喷嘴组数为三组，分别喷洒覆膜溶液、去离子水以及压缩空气。

技术总结
本发明旨在提供一种结构精简优化、集成度较高、兼容性更强、有效提高加工效率，能够实现全覆盖功能的晶圆切割自动化设备。本发明包括机架、供料模组、上下料模组、清洗模组、覆膜模组、搬运模组、晶圆平台以及激光模组，清洗模组与覆膜模组相邻设置，供料模组、清洗模组以及覆膜模组沿直线分布，上下料模组与搬运模组均设置在清洗模组与覆膜模组的上方，晶圆平台设置在清洗模组与覆膜模组的一侧，晶圆平台位于激光模组的下方，上下料模组将供料模组的晶圆转运至覆膜模组，搬运模组将覆完膜的晶圆转运至晶圆平台，进而将切割完的晶圆转运至清洗模组，上下料模组将清洗完的晶圆转运至供料模组进行收料。本发明应用于晶圆加工的技术领域。本发明应用于晶圆加工的技术领域。本发明应用于晶圆加工的技术领域。


技术研发人员：宋斌杰 余清华 胡学安 李辉 粟勇 杨俊辉
受保护的技术使用者：珠海市申科谱工业科技有限公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/25