CN114683126B - 一种磷化铟衬底片定位磨边装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷化铟衬底片定位磨边装置及方法，定位磨边装置，包括操作台和plc控制柜，操作台上设有卡塞卡槽、第一抓取装置、定位装置、平边探测装置、第二抓取装置、磨边装置、第三抓取装置、清洗装置、第四抓取装置和存储装置。本发明利用机械手臂工作原理替代人工操作运转，降低了劳动强度，提高了磨边过程的稳定性，提高了衬底片加工效率，提高了产品的一致性及稳定性；操作简单，只需安装晶片卡塞，自动中心定位台可快速中心定位晶片，红外探头可对OF平边精准定位，多磨边工位可同时磨边多片；磨边结束后具备清洗及干燥功能，减去人员采用手动清洗及擦拭的步骤，使得晶片上不容易产生水渍，提升了产品品质；装置简单、紧凑，占地小。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷化铟衬底片定位磨边装置及方法，属于磷化铟衬底片加工技术领域。
背景技术
作为重要的三五族化合物半导体之一，磷化铟(InP)具有电子迁移率高、耐辐射性能好、禁带宽度大等优点，在两大应用领域拥有关键优势:(1)光子领域:波长为1000nm以上的发射和探测能力；(2)射频领域:高频RF应用中的高速和低噪声性能。
在半导体材料的生产加工工艺中，衬底又称基板，也称之为支撑衬底。衬底主要是外延层生长的基板，在生产和制作过程中，起到支撑、固定及材料特性匹配的作用。
衬底的加工过程中，需要对晶片进行腐蚀、研磨、抛光、外延、裂片等加工，对晶片本身要求非常高，目前主要存在的问题有：1、研磨、抛光及外延机械外力直接作用于衬底边缘，导致的崩边、缺角及破例情况；2、外延后的晶圆裂片时定位偏差导致的芯片崩缺及侧面鱼鳞纹理的产生。这些问题导致外延片质量的下降，影响制备高质量的外延芯片。因此，衬底制备过程中需要在衬底沿侧面晶向做一道OF平边用于定位，并将衬底垂直边缘进行圆角磨边降低边角崩缺风险。
现有技术中，磷化铟衬底采用单片磨边方式，需要手动调整晶片位置，用砂轮旋转等方式，寻找晶片的中心点，准确性差，且需要多次调整。同时，需通过手动放片将晶片OF平边定位，操作效率低下，且操作过程中由于手工放片及取片，容易造成位置偏差等情况发生。在磨片结束后，晶片表面会残留许多水渍和粉末，需要用水冲或布擦干净，否则容易产生水印残留。
发明内容
针对现有技术中单片磨边方法一致性、稳定性、效率较差等问题，本发明提供一种磷化铟衬底片定位磨边装置及方法，实现了中心自动定位、红外探头自动寻边、自动磨边和自动清洗一体技术，提升了生产效率，使得产品磨边过程稳定、不容易产生偏差，提升了产品质量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种磷化铟衬底片定位磨边装置，包括操作台和plc控制柜，操作台上设有卡塞卡槽、第一抓取装置、定位装置、平边探测装置、第二抓取装置、磨边装置、第三抓取装置、清洗装置、第四抓取装置和存储装置；
卡塞卡槽、第一抓取装置、定位装置、磨边装置和清洗装置从左到右依次设置，
卡塞卡槽设有沿操作台纵向排列的三个以上；
第一抓取装置包括第一丝杆、第一机械手臂控制台和第一机械手臂；第一丝杆沿操作台纵向安装；第一机械手臂控制台连接在第一丝杆上、且可沿第一丝杆长度方向移动，第一机械手臂一端连接在第一机械手臂控制台上、另一端设有第一真空吸盘；第一机械手臂控制台和第一机械手臂均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
定位装置包括定位台和中心托盘，定位台上设有圆形定位槽，圆形定位槽中心设有托盘孔，定位台自过托盘孔中心的纵向切线分割为定位左半台和定位右半台；在第一气缸的驱动下(两个相对的第一气缸，分别带动定位左半台和定位右半台横向移动)，定位左半台和定位右半台可分别向外移动相同的距离、使定位台打开，也可分别向内移动相同的距离、使定位台闭合；中心托盘直径不大于托盘孔直径，在第二气缸的驱动下，中心托盘可移动到托盘孔以上、也可移动至托盘孔以下；第一气缸和第二气缸均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
磨边装置有结构相同、且呈横向排列的两个以上；每个磨边装置均包括磨边槽，磨边槽内设有砂轮、第五真空吸盘、喷水头和喷气头，第五真空吸盘在第三气缸和第四气缸的驱动下，可分别沿操作台纵向和横向来回移动，砂轮和第五真空吸盘均为可旋转结构；砂轮设在第五真空吸盘的正前方；喷水头和喷气头的喷洒方向指向第五真空吸盘，用于冲洗吹扫研磨产生的粉尘等；砂轮、第五真空吸盘、喷水头、喷气头、第三气缸和第四气缸均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
清洗装置包括清洗槽，清洗槽内设有第六真空吸盘、晶片底部喷气头、晶片底部清洁水喷头、晶片顶部喷气头和晶片顶部清洁水喷头，晶片底部喷气头和晶片底部清洁水喷头的喷洒方向向上，晶片顶部喷气头和晶片顶部清洁水喷头的喷洒方向向下，第六真空吸盘为可旋转结构；第六真空吸盘、晶片底部喷气头、晶片底部清洁水喷头、晶片顶部喷气头和晶片顶部清洁水喷头均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
平边探测装置设在定位装置的正前方，平边探测装置包括红外探头、探头驱动台和导轨；导轨沿操作台纵向安装；探头驱动台滑动连接在导轨上，红外探头安装在探头驱动台上，红外探头正对定位台的纵向切线；红外探头和探头驱动台均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第二抓取装置设在定位装置和磨边装置后方，第二抓取装置包括第二丝杆、第二机械手臂控制台和第二机械手臂；第二丝杆沿操作台横向安装；第二机械手臂控制台连接在第二丝杆上、且可沿第二丝杆长度方向移动，第二机械手臂一端连接在第二机械手臂控制台上、另一端设有可旋转的第二真空吸盘；第二机械手臂控制台和第二机械手臂均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第三抓取装置设在磨边装置和清洗装置的后方，第三抓取装置包括第三丝杆、第三机械手臂控制台和第三机械手臂；第三丝杆沿操作台横向安装；第三机械手臂控制台连接在第三丝杆上、且可沿第三丝杆长度方向移动，第三机械手臂一端连接在第三机械手臂控制台上、另一端设有第二真空吸盘；第三机械手臂控制台和第三机械手臂均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第四抓取装置设在清洗装置和的存储装置后方，第四抓取装置包括第四丝杆、第四机械手臂控制台和第四机械手臂；第四丝杆沿操作台横向安装；第四机械手臂控制台连接在第四丝杆上、且可沿第四丝杆长度方向移动，第四机械手臂一端连接在第四机械手臂控制台上、另一端设有第二真空吸盘；第四机械手臂控制台和第四机械手臂均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
存储装置为敞口的存储槽；存储装置设在清洗装置右侧或设在定位装置正下方。
上述装置，可实现中心自动定位、红外探头自动寻边、全自动磨边和自动清洗，提高了磨边过程的稳定性，通过机械手臂工作原理替代人工操作运转，可批量生产、且稳定性好、一致性高，解决衬底片加工效率低的同时，提升了产品的一致性及稳定性。
本申请将从左到右的方向定义为横向，与横向垂直的方向定义为纵向，纵向也即从前到后的方向。定位左半台和定位右半台向定位台中心的方向移动为向内移动，向远离中心的方向移动为向外移动。
上述各部件的可旋转结构，均可有由电机驱动，电机的旋转控制为现有常识，本申请不再赘述。
作为常识，真空吸盘提供负压，可将衬底吸住，撤掉负压，衬底脱离，可移走。
上述装置结合现有的plc控制技术，实现了磷化铟衬底片定位磨边和清洗的自动化和一体化。
上述第一机械手臂、第二机械手臂、第三机械手臂和第四机械手臂均为横向和纵向均可伸缩的结构。直接采用具相关结构的现有机械手臂即可。各机械手臂的伸缩移动均由plc控制柜控制。
上述卡塞卡槽内底部设有接触感应器，识别卡塞卡槽内是否安置了带有衬底片的卡塞，接触感应器与plc控制柜连接，将感应的数据传输给plc控制柜，plc控制柜根据接受到的数据信息逐个完成每个卡塞卡槽内衬底片的定位磨边清洗。
为了提高装置的适应性，定位台上设有呈台阶分布、且同心设置的两个以上的圆形定位槽。也即从内到外，圆形定位槽的直接逐渐增加，且相邻圆形定位槽呈台阶分布，直径大的圆形定位槽高于直径小的圆形定位槽，这样适于不同直径的衬底片。
一种磷化铟衬底片定位磨边方法，包括如下步骤：
1)将装有磷化铟衬底片的卡塞H头朝下，安置在卡塞卡槽内，启动第一抓取装置，第一机械手臂移动至安置了卡塞的卡塞卡槽的正对面，通过第一真空吸盘抓取一片磷化铟衬底片；
2)第一机械手臂旋转180°，在第一机械手臂控制台的带动下移动至定位装置，并将磷化铟衬底片置于打开状态的定位台上的圆形定位槽内，中心托盘在第二气缸的驱动下向上移动、将磷化铟衬底片顶起，并旋转至磷化铟衬底片上的OF平边朝向红外探头，中心托盘向下移动至磷化铟衬底片回落在圆形定位槽内，定位左半台和定位右半台分别向内移动相同的距离、夹紧磷化铟衬底片，实现中心定位；
3)定位左半台和定位右半台分别向外移动相同的距离、打开定位台，中心托盘在第二气缸的驱动下向上移动、将磷化铟衬底片顶起，第二机械手臂移动至磷化铟衬底片正对面将磷化铟衬底片吸附在第二真空吸盘上，通过红外探头探测磷化铟衬底片上OF平边的两端，并将数据传输至plc控制柜，plc控制柜计算后，控制第二真空吸盘旋转，使得磷化铟衬底片中心与OF平边中点的连线与操作台纵向平行，实现OF平边定位；
4)第二机械手臂移动至定位台的正对面，将定位好的磷化铟衬底片平移搬运至第五真空吸盘上，此位置为磷化铟衬底片的起始位置；调整第五真空吸盘纵向位置、并旋转磷化铟衬底片，使得磷化铟衬底片上圆弧边的一端与砂轮靠合，顺时针旋转砂轮，逆时针旋转第五真空吸盘，研磨磷化铟衬底片上的圆弧边；圆弧边研磨结束后，停止砂轮和第五真空吸盘的旋转，并旋转磷化铟衬底片回到起始位置，调整第五真空吸盘纵向位置至磷化铟衬底片上的OF平边与砂轮靠合，左右移动第五真空吸盘、同时顺时针旋转砂轮完成OF平边研磨；磨边装置有结构相同、且呈横向排列的两个以上，便于同时对多片磷化铟衬底片磨边，以提高效率；磨边装置启动的数量，根据现场情况决定；
5)第三机械手臂移动至第五真空吸盘的正对面，将研磨结束的磷化铟衬底片搬运至第六真空吸盘上，旋转第六真空吸盘，同时启动晶片底部清洁水喷头和晶片顶部清洁水喷头，晶片底部清洁水喷头和晶片顶部清洁水喷头分别向磷化铟衬底片底部和顶部喷水，冲洗干净后，停止底部清洁水喷头和晶片顶部清洁水喷头出水，启动晶片底部喷气头和晶片顶部喷气头，晶片底部喷气头和晶片顶部喷气头分别向磷化铟衬底片底部和顶部喷气吹干；
6)第四机械手臂移动至第六真空吸盘的正对面，将吹干的磷化铟衬底片搬运至存储装置中；
7)循环上述操作，直至完成所有卡塞卡槽中磷化铟衬底片的定位磨边。
作为常识，卡塞上设有插槽，卡塞从H头到U头共25个插槽，衬底可插在插槽中。
上述各步骤中，各机械手臂在抓取磷化铟衬底片时，机械手臂移动至距离磷化铟衬底片时0.1～2mm间距时，不再继续移动，通过真空吸附将磷化铟衬底片吸附在机械手臂上。
上述步骤3)中，通过衬底直径大小来调整红外探头在导轨上的位置，以红外探头能探测到OF平边的左右端点为准。红外探头直接购买现有市售产品即可，通过遮光原理可探测到OF平边、及两端，并将数据传输至plc控制柜，plc控制柜计算后，自动控制第二真空吸盘转动，使得磷化铟衬底片中心与OF平边中点的连线与操作台纵向平行，实现OF平边定位。
为了便于定位，步骤1)中，磷化铟衬底片上的平边位于左侧，且与操作台纵向平行；步骤2)中，中心托盘旋转90°磷化铟衬底片上的平边朝向平边探测装置。这样便于OF平边定位。
上述步骤2)中，将磷化铟衬底片定位台上与其直径相适应的圆形定位槽内。针对不同直径的磷化铟衬底片，设置直径相等的圆形定位槽，以确保定位的准确性。
为了提高产品品质，步骤4)中，第五真空吸盘的转速为20～100r/min，砂轮转速(包括圆弧边和OF平边研磨的研磨)为2000～6000r/min；砂轮规格为8寸的树脂金刚砂轮，粒径为300～2000目。
为了确保洁净性，保证产品品质，上述步骤5)中，喷水时，第六真空吸盘的转速为100～1000r/min，喷水时间为5～20s，水温为12℃～22℃；喷气时，第六真空吸盘的转速为4000～12000r/min，喷气时间为20～100s。
为了节约空间，上述步骤6)中，存储装置设在定位装置正下方，第四机械手臂移动至第六真空吸盘的正对面，将吹干的磷化铟衬底片搬运至存储装置中，再由第一机械手臂抓取存储装置中的磷化铟衬底片、并旋转180°搬运至卡塞卡槽中的卡塞内。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明磷化铟衬底片定位磨边装置，装置简单、紧凑，占地小；利用机械手臂工作原理替代人工操作运转，降低了劳动强度，提高了磨边过程的稳定性，提高了衬底片加工效率，提高了产品的一致性及稳定性；操作简单，只需安装晶片卡塞，自动中心定位台可快速中心定位晶片，红外探头可对OF平边精准定位，多磨边工位可同时磨边多片；磨边结束后具备清洗及干燥功能，减去人员采用手动清洗及擦拭的步骤，使得晶片上不容易产生水渍，提升了产品品质。
附图说明
图1为本发明磷化铟衬底片定位磨边工艺流程图；
图2为本发明磷化铟衬底片定位磨边装置结构示意图(省去了部分部件)；
图3为本发明磷化铟衬底片定位磨边装置俯视图(省去了部分部件)；
图4为本发明磷化铟衬底片定位磨边设备动态流程图；
图中，1为操作台，2为卡塞卡槽，3为第一抓取装置，31为第一丝杆，32为第一机械手臂控制台，33为第一机械手臂，4为定位装置，41为定位左半台，42为定位右半台，5为平边探测装置，51为红外探头，52为探头驱动台，53为导轨，6为第二抓取装置，61为第二丝杆，62为第二机械手臂控制台，63为第二机械手臂，7为磨边装置，71为磨边槽，72为砂轮，73为第五真空吸盘，74为喷水头，75为喷气头，8为第三抓取装置，81为第三丝杆，82为第三机械手臂控制台，83为第三机械手臂，9为清洗装置，91为第六真空吸盘，92为晶片底部喷气头，93为晶片底部清洁水喷头，94为晶片顶部喷气头，95为晶片顶部清洁水喷头，10为第四抓取装置，101为第四丝杆，102为第四机械手臂控制台，103为第四机械手臂，11为存储装置，12为前，13为后，14为左，15为右。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本申请“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等方位词为基于附图所示或使用状态时的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本申请的限制。
实施例1
如图1-2所示，一种磷化铟衬底片定位磨边装置，包括操作台和plc控制柜，操作台上设有卡塞卡槽、第一抓取装置、定位装置、平边探测装置、第二抓取装置、磨边装置、第三抓取装置、清洗装置、第四抓取装置和存储装置；
卡塞卡槽、第一抓取装置、定位装置、磨边装置和清洗装置从左到右依次设置，
卡塞卡槽设有沿操作台纵向排列的四个；
第一抓取装置包括第一丝杆、第一机械手臂控制台和第一机械手臂；第一丝杆沿操作台纵向安装；第一机械手臂控制台连接在第一丝杆上、且可沿第一丝杆长度方向移动，第一机械手臂一端连接在第一机械手臂控制台上、另一端设有第一真空吸盘；第一机械手臂控制台和第一机械手臂均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
定位装置包括定位台和中心托盘，定位台上设有圆形定位槽，圆形定位槽中心设有托盘孔，定位台自过托盘孔中心的纵向切线分割为定位左半台和定位右半台；在第一气缸的驱动下(两个相对的第一气缸，分别带动定位左半台和定位右半台横向移动)，定位左半台和定位右半台可分别向外移动相同的距离、使定位台打开，也可分别向内移动相同的距离、使定位台闭合；中心托盘直径不大于托盘孔直径，在第二气缸的驱动下，中心托盘可移动到托盘孔以上、也可移动至托盘孔以下；第一气缸和第二气缸均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
磨边装置有结构相同、且呈横向排列的两个，分别为G1工位和G2工位；每个磨边装置均包括磨边槽，磨边槽内设有砂轮、第五真空吸盘、喷水头和喷气头，第五真空吸盘在第三气缸和第四气缸的驱动下，可分别沿操作台纵向和横向来回移动，砂轮和第五真空吸盘均为可旋转结构；砂轮设在第五真空吸盘的正前方；喷水头和喷气头的喷洒方向指向第五真空吸盘，用于冲洗吹扫研磨产生的粉尘等；砂轮、第五真空吸盘、喷水头、喷气头、第三气缸和第四气缸均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
清洗装置包括清洗槽，清洗槽内设有第六真空吸盘、晶片底部喷气头、晶片底部清洁水喷头、晶片顶部喷气头和晶片顶部清洁水喷头，晶片底部喷气头和晶片底部清洁水喷头的喷洒方向向上，晶片顶部喷气头和晶片顶部清洁水喷头的喷洒方向向下，第六真空吸盘为可旋转结构；第六真空吸盘、晶片底部喷气头、晶片底部清洁水喷头、晶片顶部喷气头和晶片顶部清洁水喷头均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
平边探测装置设在定位装置的正前方，平边探测装置包括红外探头、探头驱动台和导轨；导轨沿操作台纵向安装；探头驱动台滑动连接在导轨上，红外探头安装在探头驱动台上，红外探头正对定位台的纵向切线；红外探头和探头驱动台均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第二抓取装置设在定位装置和磨边装置后方，第二抓取装置包括第二丝杆、第二机械手臂控制台和第二机械手臂；第二丝杆沿操作台横向安装；第二机械手臂控制台连接在第二丝杆上、且可沿第二丝杆长度方向移动，第二机械手臂一端连接在第二机械手臂控制台上、另一端设有可旋转的第二真空吸盘；第二机械手臂控制台和第二机械手臂均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第三抓取装置设在磨边装置和清洗装置的后方，第三抓取装置包括第三丝杆、第三机械手臂控制台和第三机械手臂；第三丝杆沿操作台横向安装；第三机械手臂控制台连接在第三丝杆上、且可沿第三丝杆长度方向移动，第三机械手臂一端连接在第三机械手臂控制台上、另一端设有第二真空吸盘；第三机械手臂控制台和第三机械手臂均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第四抓取装置设在清洗装置和的存储装置后方，第四抓取装置包括第四丝杆、第四机械手臂控制台和第四机械手臂；第四丝杆沿操作台横向安装；第四机械手臂控制台连接在第四丝杆上、且可沿第四丝杆长度方向移动，第四机械手臂一端连接在第四机械手臂控制台上、另一端设有第二真空吸盘；第四机械手臂控制台和第四机械手臂均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
存储装置为敞口的存储槽；存储装置设在清洗装置右侧或设在定位装置正下方。
上述第一机械手臂、第二机械手臂、第三机械手臂和第四机械手臂均为横向和纵向均可伸缩的结构。直接采用具相关结构的现有机械手臂即可。各机械手臂的伸缩移动均由plc控制柜控制。
上述卡塞卡槽内底部设有接触感应器，识别卡塞卡槽内是否安置了带有衬底片的卡塞，接触感应器与plc控制柜连接，将感应的数据传输给plc控制柜，plc控制柜根据接受到的数据信息逐个完成每个卡塞卡槽内衬底片的定位磨边清洗。
为了提高装置的适应性，定位台上设有呈台阶分布、且同心设置的两个以上的圆形定位槽。也即从内到外，圆形定位槽的直接逐渐增加，且相邻圆形定位槽呈台阶分布，直径大的圆形定位槽高于直径小的圆形定位槽，这样适于不同直径的衬底片。
一种磷化铟衬底片定位磨边方法，包括如下步骤：
1)将装有磷化铟衬底片的卡塞H头朝下，安置在卡塞卡槽内，磷化铟衬底片上的OF平边位于左侧，且与操作台纵向平行；启动第一抓取装置，第一机械手臂移动至安置了卡塞的卡塞卡槽的正对面，通过第一真空吸盘抓取一片磷化铟衬底片；
2)第一机械手臂旋转180°，在第一机械手臂控制台的带动下移动至定位装置，并将磷化铟衬底片置于打开状态的定位台上与其直径相适应的圆形定位槽内，中心托盘在第二气缸的驱动下向上移动、将磷化铟衬底片顶起，并旋转90°磷化铟衬底片上的OF平边朝向红外探头，中心托盘向下移动至磷化铟衬底片回落在圆形定位槽内，定位左半台和定位右半台分别向内移动相同的距离、夹紧磷化铟衬底片，实现中心定位；
3)定位左半台和定位右半台分别向外移动相同的距离、打开定位台，中心托盘在第二气缸的驱动下向上移动、将磷化铟衬底片顶起，第二机械手臂移动至磷化铟衬底片正对面将磷化铟衬底片吸附在第二真空吸盘上，通过红外探头探测磷化铟衬底片上OF平边的两端，并将数据传输至plc控制柜，plc控制柜计算后，控制第二真空吸盘旋转，使得磷化铟衬底片中心与OF平边中点的连线与操作台纵向平行，实现OF平边定位；
4)第二机械手臂移动至定位台的正对面，将定位好的磷化铟衬底片平移搬运至第五真空吸盘上，此位置为磷化铟衬底片的起始位置；调整第五真空吸盘纵向位置、并旋转磷化铟衬底片，使得磷化铟衬底片上圆弧边的一端与砂轮靠合，顺时针旋转砂轮(3000r/min)，逆时针旋转第五真空吸盘(50r/min)，研磨磷化铟衬底片上的圆弧边；圆弧边研磨结束后，停止砂轮和第五真空吸盘的旋转，并旋转磷化铟衬底片回到起始位置，调整第五真空吸盘纵向位置至磷化铟衬底片上的OF平边与砂轮靠合，左右移动第五真空吸盘(2cm/s)、同时顺时针旋转砂轮(3000r/min)完成OF平边研磨；磨边装置有结构相同、且呈横向排列的两个以上，便于同时对多片磷化铟衬底片磨边，以提高效率；磨边装置启动的数量，根据现场情况决定；砂轮规格为8寸的树脂金刚砂轮，粒径为1000目；
5)第三机械手臂移动至第五真空吸盘的正对面，将研磨结束的磷化铟衬底片搬运至第六真空吸盘上，旋转第六真空吸盘(500r/min)，同时启动晶片底部清洁水喷头和晶片顶部清洁水喷头，晶片底部清洁水喷头和晶片顶部清洁水喷头分别向磷化铟衬底片底部和顶部喷水，水温为20℃，喷水15s冲洗干净，停止底部清洁水喷头和晶片顶部清洁水喷头出水，启动晶片底部喷气头和晶片顶部喷气头，晶片底部喷气头和晶片顶部喷气头分别向磷化铟衬底片底部和顶部喷气30s吹干，喷气时，第六真空吸盘的转速为4000r/min；
6)第四机械手臂移动至第六真空吸盘的正对面，将吹干的磷化铟衬底片搬运至存储装置中；
7)循环上述操作，直至完成所有卡塞卡槽中磷化铟衬底片的定位磨边。
实施例2
与实施例1所不同的是：为了节约空间，上述步骤6)中，存储装置设在定位装置正下方，第四机械手臂移动至第六真空吸盘的正对面，将吹干的磷化铟衬底片搬运至存储装置中，再由第一机械手臂抓取存储装置中的磷化铟衬底片、并旋转180°搬运至卡塞卡槽中的卡塞内。
分两次，共加工了252块晶片，随机取了32个样品，其中直径要求50.8±0.2mm,定位边精度要求:0.1±0.05°，背面(US面)边宽度要求:0.16±0.05mm，主面(EJ面)边宽度要求:0.28±0.05mm，OF平边要求:16±1mm；实验数据见下表内容，下表实验测得部分数据表明，本实验2英寸衬底片直径及OF平边长均比较稳定，未出现明显变化，实测磨边倒角US/EJ边宽数据在稳定范围内波动，通过实验证明本发明可稳定用于生产，可保障产品质量的稳定性。
经生产试验，上述装置生产效率110片/h，而手动人工日平均30～38片/h左右，自动是人工的2.9～3.7倍效率；上述方法测量平边精度：误差在≤0.05°以内达到93.8％，平边精度≤0.1°的达到99.7％，自动定位平边精度≤0.15°的达到100％，而手动控制操作：≤0.05°以内在25.9％，手动控制平边精度≤0.1°在80.4％，手动控制平边精度在0.15在92％左右；本发明表面更清洁，边缘一致性好，质量更加稳定，提升了产品品质。
Claims (10)
1.一种磷化铟衬底片定位磨边装置，其特征在于：包括操作台(1）和plc控制柜，操作台(1）上设有卡塞卡槽（2）、第一抓取装置（3）、定位装置（4）、平边探测装置（5）、第二抓取装置（6）、磨边装置（7）、第三抓取装置（8）、清洗装置（9）、第四抓取装置（10）和存储装置（11）；
卡塞卡槽（2）、第一抓取装置（3）、定位装置（4）、磨边装置（7）和清洗装置（9）从左到右依次设置，
卡塞卡槽（2）设有沿操作台(1）纵向排列的三个以上；
第一抓取装置（3）包括第一丝杆（31）、第一机械手臂（33）控制台（32）和第一机械手臂（33）；第一丝杆（31）沿操作台(1）纵向安装；第一机械手臂（33）控制台（32）连接在第一丝杆（31）上、且可沿第一丝杆（31）长度方向移动，第一机械手臂（33）一端连接在第一机械手臂（33）控制台（32）上、另一端设有第一真空吸盘；第一机械手臂（33）控制台（32）和第一机械手臂（33）均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
定位装置（4）包括定位台和中心托盘，定位台上设有圆形定位槽，圆形定位槽中心设有托盘孔，定位台自过托盘孔中心的纵向切线分割为定位左半台（41）和定位右半台（42）；在第一气缸的驱动下，定位左半台（41）和定位右半台（42）可分别向外移动相同的距离、使定位台打开，也可分别向内移动相同的距离、使定位台闭合；中心托盘直径不大于托盘孔直径，在第二气缸的驱动下，中心托盘可移动到托盘孔以上、也可移动至托盘孔以下；第一气缸和第二气缸均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
磨边装置（7）有结构相同、且呈横向排列的两个以上；每个磨边装置（7）均包括磨边槽（71），磨边槽（71）内设有砂轮（72）、第五真空吸盘（73）、喷水头（74）和喷气头（75），第五真空吸盘（73）在第三气缸和第四气缸的驱动下，可分别沿操作台(1）纵向和横向来回移动，砂轮（72）和第五真空吸盘（73）均为可旋转结构；砂轮（72）设在第五真空吸盘（73）的正前方；喷水头（74）和喷气头（75）的喷洒方向指向第五真空吸盘（73）；砂轮（72）、第五真空吸盘（73）、喷水头（74）、喷气头（75）、第三气缸和第四气缸均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
清洗装置（9）包括清洗槽，清洗槽内设有第六真空吸盘（91）、晶片底部喷气头（92）（75）、晶片底部清洁水喷头（93）、晶片顶部喷气头（94）（75）和晶片顶部清洁水喷头（95），晶片底部喷气头（92）（75）和晶片底部清洁水喷头（93）的喷洒方向向上，晶片顶部喷气头（94）（75）和晶片顶部清洁水喷头（95）的喷洒方向向下，第六真空吸盘（91）为可旋转结构；第六真空吸盘（91）、晶片底部喷气头（92）（75）、晶片底部清洁水喷头（93）、晶片顶部喷气头（94）（75）和晶片顶部清洁水喷头（95）均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
平边探测装置（5）设在定位装置（4）的正前方，平边探测装置（5）包括红外探头（51）、探头驱动台（52）和导轨（53）；导轨（53）沿操作台(1）纵向安装；探头驱动台（52）滑动连接在导轨（53）上，红外探头（51）安装在探头驱动台（52）上，红外探头（51）正对定位台的纵向切线；红外探头（51）和探头驱动台（52）均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第二抓取装置（6）设在定位装置（4）和磨边装置（7）后方，第二抓取装置（6）包括第二丝杆（61）、第二机械手臂（63）控制台（62）和第二机械手臂（63）；第二丝杆（61）沿操作台(1）横向安装；第二机械手臂（63）控制台（62）连接在第二丝杆（61）上、且可沿第二丝杆（61）长度方向移动，第二机械手臂（63）一端连接在第二机械手臂（63）控制台（62）上、另一端设有可旋转的第二真空吸盘；第二机械手臂（63）控制台（62）和第二机械手臂（63）均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第三抓取装置（8）设在磨边装置（7）和清洗装置（9）的后方，第三抓取装置（8）包括第三丝杆（81）、第三机械手臂（83）控制台（82）和第三机械手臂（83）；第三丝杆（81）沿操作台(1）横向安装；第三机械手臂（83）控制台（82）连接在第三丝杆（81）上、且可沿第三丝杆（81）长度方向移动，第三机械手臂（83）一端连接在第三机械手臂（83）控制台（82）上、另一端设有第二真空吸盘；第三机械手臂（83）控制台（82）和第三机械手臂（83）均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
第四抓取装置（10）设在清洗装置（9）和的存储装置（11）后方，第四抓取装置（10）包括第四丝杆（101）、第四机械手臂（103）控制台（102）和第四机械手臂（103）；第四丝杆（101）沿操作台(1）横向安装；第四机械手臂（103）控制台（102）连接在第四丝杆（101）上、且可沿第四丝杆（101）长度方向移动，第四机械手臂（103）一端连接在第四机械手臂（103）控制台（102）上、另一端设有第二真空吸盘；第四机械手臂（103）控制台（102）和第四机械手臂（103）均与plc控制柜连接、并受plc控制柜控制；
存储装置（11）为敞口的存储槽；存储装置（11）设在清洗装置（9）右侧或设在定位装置（4）正下方。
2.如权利要求1所述的磷化铟衬底片定位磨边装置，其特征在于：第一机械手臂（33）、第二机械手臂（63）、第三机械手臂（83）和第四机械手臂（103）均为横向和纵向均可伸缩的结构。
3.如权利要求1或2所述的磷化铟衬底片定位磨边装置，其特征在于：卡塞卡槽（2）内底部设有接触感应器，识别卡塞卡槽（2）内是否安置了带有衬底片的卡塞，接触感应器与plc控制柜连接。
4.如权利要求1或2所述的磷化铟衬底片定位磨边装置，其特征在于：定位台上设有呈台阶分布、且同心设置的两个以上的圆形定位槽。
5.如权利要求1或2所述的磷化铟衬底片定位磨边装置，其特征在于：存储装置（11）设在定位装置（4）正下方。
6.一种磷化铟衬底片定位磨边方法，采用如权利要求1-5任意一项所述的磷化铟衬底片定位磨边装置进行，其特征在于：包括如下步骤：
1）将装有磷化铟衬底片的卡塞H头朝下，安置在卡塞卡槽（2）内，启动第一抓取装置（3），第一机械手臂（33）移动至安置了卡塞的卡塞卡槽（2）的正对面，通过第一真空吸盘抓取一片磷化铟衬底片；
2) 第一机械手臂（33）旋转180°，在第一机械手臂（33）控制台（32）的带动下移动至定位装置（4），并将磷化铟衬底片置于打开状态的定位台上与其直径相适应的圆形定位槽内，中心托盘在第二气缸的驱动下向上移动、将磷化铟衬底片顶起，并旋转至磷化铟衬底片上的OF平边朝向红外探头（51），中心托盘向下移动至磷化铟衬底片回落在圆形定位槽内，定位左半台（41）和定位右半台（42）分别向内移动相同的距离、夹紧磷化铟衬底片，实现中心定位；
3）定位左半台（41）和定位右半台（42）分别向外移动相同的距离、打开定位台，中心托盘在第二气缸的驱动下向上移动、将磷化铟衬底片顶起，第二机械手臂（63）移动至磷化铟衬底片正对面将磷化铟衬底片吸附在第二真空吸盘上，通过红外探头（51）探测磷化铟衬底片上OF平边的两端，并将数据传输至plc控制柜，plc控制柜计算后，控制第二真空吸盘旋转，使得磷化铟衬底片中心与OF平边中点的连线与操作台(1）纵向平行，实现OF平边定位；
4）第二机械手臂（63）移动至定位台的正对面，将定位好的磷化铟衬底片平移搬运至第五真空吸盘（73）上，此位置为磷化铟衬底片的起始位置；调整第五真空吸盘（73）纵向位置、并旋转磷化铟衬底片，使得磷化铟衬底片上圆弧边的一端与砂轮（72）靠合，顺时针旋转砂轮（72），逆时针旋转第五真空吸盘（73），研磨磷化铟衬底片上的圆弧边；圆弧边研磨结束后，停止砂轮（72）和第五真空吸盘（73）的旋转，并旋转磷化铟衬底片回到起始位置，调整第五真空吸盘（73）纵向位置至磷化铟衬底片上的OF平边与砂轮（72）靠合，左右移动第五真空吸盘（73）、同时顺时针旋转砂轮（72）完成OF平边研磨；
5）第三机械手臂（83）移动至第五真空吸盘（73）的正对面，将研磨结束的磷化铟衬底片搬运至第六真空吸盘（91）上，旋转第六真空吸盘（91），同时启动晶片底部清洁水喷头（93）和晶片顶部清洁水喷头（95），晶片底部清洁水喷头（93）和晶片顶部清洁水喷头（95）分别向磷化铟衬底片底部和顶部喷水，冲洗干净后，停止底部清洁水喷头和晶片顶部清洁水喷头（95）出水，启动晶片底部喷气头（92）（75）和晶片顶部喷气头（94）（75），晶片底部喷气头（92）（75）和晶片顶部喷气头（94）（75）分别向磷化铟衬底片底部和顶部喷气吹干；
6）第四机械手臂（103）移动至第六真空吸盘（91）的正对面，将吹干的磷化铟衬底片搬运至存储装置（11）中；
7）循环上述操作，直至完成所有卡塞卡槽（2）中磷化铟衬底片的定位磨边。
7.如权利要求6所述的磷化铟衬底片定位磨边方法，其特征在于：步骤1）中，磷化铟衬底片上的平边位于左侧，且与操作台(1）纵向平行；步骤2）中，中心托盘旋转90°至磷化铟衬底片上的OF平边朝向红外探头（51）。
8.如权利要求6或7所述的磷化铟衬底片定位磨边方法，其特征在于：步骤4）中，第五真空吸盘（73）的转速为20~100 r/min，砂轮（72）转速为2000~6000 r/min；砂轮（72）规格为8寸的树脂金刚砂轮（72），粒径为300~2000目。
9.如权利要求6或7所述的磷化铟衬底片定位磨边方法，其特征在于：步骤5）中，喷水时，第六真空吸盘（91）的转速为100~1000 r/min，喷水时间为5~20s，水温为12℃~22℃；喷气时，第六真空吸盘（91）的转速为4000~12000 r/min，喷气时间为20 ~100 s。
10.如权利要求6或7所述的磷化铟衬底片定位磨边方法，其特征在于：步骤6）中，存储装置（11）设在定位装置（4）正下方，第四机械手臂（103）移动至第六真空吸盘（91）的正对面，将吹干的磷化铟衬底片搬运至存储装置（11）中，再由第一机械手臂（33）抓取存储装置（11）中的磷化铟衬底片、并旋转180°搬运至卡塞卡槽（2）中的卡塞内。
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Denomination of invention: A device and method for positioning and grinding edges of indium phosphide substrates Granted publication date: 20230324 Pledgee: Zijin Branch of Nanjing Bank Co.,Ltd. Pledgor: CHINA GERMANIUM Co.,Ltd. Registration number: Y2024980013232 |