CN106910702B - 一种自动晶圆搬送机及搬送方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动晶圆搬送机及搬送方法，其特征在于：所述自动晶圆搬送机包括卡匣模组、用于提取与存放晶圆的第一机械手臂模组和用于传送第一机械手臂模组上的晶圆至工作台的第二机械手臂模组。本发明的晶圆搬送机能较好的完成晶圆的搬送，且各部件之间均设有多重限位和感应器，能防止搬送过程中晶圆的损坏。

Description

一种自动晶圆搬送机及搬送方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种晶圆搬送机机器搬送方法。
背景技术
半导体晶圆由于需经过各种不同流程的处理且需配合工艺设备，因此会被搬运到不同的工作站。为了方便晶圆的搬运且避免受到外力碰撞，会将多个晶圆收纳于晶圆暂存卡匣中。
一般来说，晶圆暂存卡匣内设置有逐层排列的多个插槽可水平容置多个晶圆，且其一侧面具有一开口可供晶圆的载出及载入。再者，于开口处亦设置有可防止晶圆于搬运时滑出的止挡构件。然而，当将存放晶圆的晶圆暂存卡匣搬运至下一工作站时，作业人员常会忘记解除止挡构件对晶圆的限位，而导致机械手臂强行从开口将晶圆取出，造成晶圆撞击止挡构件而破裂及损坏。此外，晶圆暂存卡匣的插槽间距大于晶圆厚度，且晶圆暂存卡匣的容置空间会大于晶圆面积，因此晶圆于搬运过程中仍会在晶圆暂存卡匣内晃动，而与晶圆暂存卡匣相互碰撞，此也会造成晶圆的破裂及损坏。因此，如何有效降低作业人员误动作的机会及降低搬运过程中晶圆暂存卡匣与晶圆间相互碰撞的机率是业界亟欲解决的课题之一。
以往，利用机械手从容器中取出收容在容器中的半导体晶圆(以下适当地称为晶圆)，暂时载置到校准装置上。利用校准装置检测出凹槽，使载置在校准装置上的晶圆到达规定位置地对位。利用机械手从校准装置中取出已由校准装置进行了对位的晶圆，然后输送到用于处理晶圆的晶圆处理装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种自动晶圆搬送机及搬送方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种自动晶圆搬送机，其特征在于：所述自动晶圆搬送机包括卡匣模组、用于提取与存放晶圆的第一机械手臂模组和用于传送第一机械手臂模组上的晶圆至工作台的第二机械手臂模组，其中：
所述卡匣模组包括用于安装卡匣的工作平台、用于Z轴方向上升降动作的卡匣升降台传动装置和卡匣模组固定架，所述卡匣固定架上设有分布在工作平台两侧用于扫描卡匣内晶圆的光纤传感器；
所述第一机械手臂模组包括设有直线滑轨的第一机械手臂固定座、第一机械手臂固定座一侧的直线传动装置和在直线滑轨上做往复动作的第一机械手臂，所述第一机械手臂末端设有用于承载晶圆的“C”型托盘；
所述第二机械手臂模组包括设有两根传动轴滑轨的传动轴固定座、两根与传动轴滑轨配合的第二机械手臂、用于第二机械手臂模组Z轴方向上升降动作的升降轴传动装置、用于第二机械手臂模组横向动作的横向传动装置，所述第二机械手臂末端设有与“C”型托盘匹配的插盘。
进一步的，卡匣升降台传动装置和升降轴传动装置均包括伺服电机、丝杆、用于联动伺服电机与丝杆的第一同步皮带和用于升降的Z轴传动滑轨，伺服电机的主轴末端和丝杆末端均设有与第一同步皮带匹配的第一皮带齿轮，所述伺服电机和丝杆均设有对应的安装座，所述卡匣的工作平台和传动轴固定座均增设有与Z轴传动滑轨匹配的滑块。
进一步的，第一机械手臂模组的直线传动装置和第二机械手臂模组横向装置均包括步进电机、第二同步皮带、两个用于撑开第二同步皮带的第二皮带齿轮，所述第二皮带齿轮中有一个固定于步进电机的主轴末端，所述第二皮带齿轮的另一个分别固定在第一机械手臂固定座和传动轴固定座上，所述第二皮带齿轮将第二同步皮带撑开呈长方形循环传动，撑开的第二同步皮带夹分别通过夹板夹设于第一机械手臂和第二机械手臂上，通过步进电机带动第二同步皮带传动，带动第一机械手臂和第二机械手臂分别在直线导轨和传动轴滑轨上进行往复动作。
进一步的，直线滑轨、传动轴滑轨和Z轴传动滑轨均在两端设有限位块，所述第一机械手臂和第二机械手臂均设有行程限位器。
其中，自动晶圆搬送机的搬送方法如下：
a、对机器进行组装，试运行；
b、将卡匣安装在卡匣的工作平台上；
c、卡匣升降台传动装置的伺服电机联动丝杆对卡匣工作平台进行下降，通过光纤传感器对卡匣内进行扫描，将卡匣内存放有晶圆的层数和存放晶圆的总数发送至数据终端；
d、对卡匣内晶圆进行提取：第一机械手臂上的托盘在直线滑轨上滑动至卡匣内，针对第一片晶圆进行提取，并运输到第二机械手臂插盘的上方；
e、晶圆对接：第二机械手臂模组通过升降轴传动装置上升，通过插盘将晶圆从托盘中提取；
f、晶圆输送：第二机械手臂开始在传动轴导轨上进行滑动，第二机械手臂的插盘将第一片晶圆送到晶圆工作台；
g、第一机械手臂模组重复d步骤，托盘上提取第二片晶圆；
h、第二机械手臂模组重复e、f步骤，此时，装夹有第一片晶圆的插盘位于托盘上方，装夹有第二晶圆的插盘位于晶圆工作台；
i、第一机械手臂模组沿直线滑轨将第一片晶圆存放回原位后，继续重复d步骤。
进一步的，搬送步骤为逐步动作；行程到位，触发安全信号才会进行下一步动作。
进一步的，步骤d中对晶圆层数的提取选择分为人工、偶数、奇数、全选。
进一步的，步骤f中所述第二机械手臂的两根插盘在传动轴滑轨上垂直方向重合，间距为3mm。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明采用伺服电机、丝杆和同步带来联动，保证了在Z轴上升和下降过程中的稳定性，能较大程度的确保其Z轴方向上的稳定性，为机械手对晶圆的搬送保证了机械手的动作间隙精度。
2、本发明通过光纤传感器来对卡匣内的晶圆进行存放的精确层数和存放数量进行检测、扫描，并反馈到电脑数据平台中，能从不同方面来进行对晶圆提取和存放的操作。
3、设有的行程传感器和限位块，能保证机械手的行程，防止超出行程造成的损失。
4、通过采用伺服电机、步进电机和光纤传感器为现有市场中的国标组件，能保证其组件的稳定性，使得本装置使用稳定，使用寿命长。
5、整机的组合和搬送方法能有效的防止搬送过程中对晶圆造成的损伤。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种自动晶圆搬送机的结构示意图；
图2为本发明一种自动晶圆搬送机的卡匣结构示意图；
图3为本发明一种自动晶圆搬送机的卡匣立体结构示意图；
图4为本发明一种自动晶圆搬送机的第一同步皮带配合结构示意图；
图5为本发明一种自动晶圆搬送机的第一机械手臂模组结构示意图；
图6为本发明一种自动晶圆搬送机的第一机械手臂模组侧视结构示意图；
图7为本发明一种自动晶圆搬送机的第二机械手臂模组结构示意图；
图8为本发明一种自动晶圆搬送机的第二机械手臂模组立体结构示意图；
图9为本发明一种自动晶圆搬送机的第二机械手臂模组主视结构示意图；
图10为本发明一种自动晶圆搬送机的夹板与同步皮带的配合结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
参考图1至图10，一种自动晶圆搬送机，自动晶圆搬送机包括卡匣模组1、用于提取与存放晶圆的第一机械手臂模组2和用于传送第一机械手臂模组上的晶圆至工作台的第二机械手臂模组3，其中：
卡匣模组包括用于安装卡匣的工作平台4、用于Z轴方向上升降动作的卡匣升降台传动装置5和卡匣模组固定架6，卡匣固定架上设有分布在工作平台两侧用于扫描卡匣内晶圆的光纤传感器7；
第一机械手臂模组包括设有直线滑轨27的第一机械手臂固定座8、第一机械手臂固定座一侧的直线传动装置9和在直线滑轨上做往复动作的第一机械手臂10，第一机械手臂末端设有用于承载晶圆的“C”型托盘11；
第二机械手臂模组包括设有两根传动轴滑轨28的传动轴固定座12、两根与传动轴滑轨配合的第二机械手臂13、用于第二机械手臂模组Z轴方向上升降动作的升降轴传动装置14、用于第二机械手臂模组横向动作的横向传动装置15，第二机械手臂末端设有与“C”型托盘匹配的插盘16。
卡匣升降台传动装置5和升降轴传动装置14均包括伺服电机17、丝杆18、用于联动伺服电机17与丝杆18的第一同步皮带19和用于升降的Z轴传动滑轨20，伺服电机的主轴末端和丝杆末端均设有与第一同步皮带匹配的第一皮带齿轮21，伺服电机17和丝杆18均设有对应的安装座，卡匣的工作平台4和传动轴固定座12均增设有与Z轴传动滑轨匹配的滑块22。
第一机械手臂模组的直线传动装置9和第二机械手臂模组横向装置15均包括步进电机23、第二同步皮带24、两个用于撑开第二同步皮带的第二皮带齿轮25，第二皮带齿轮25中有一个固定于步进电机的主轴末端，第二皮带齿轮25的另一个分别固定在第一机械手臂固定座8和传动轴固定座12上，第二皮带齿轮25将第二同步皮带24撑开呈长方形循环传动，撑开的第二同步皮带夹24分别通过夹板26夹设第一机械手臂和第二机械手臂，通过步进电机23带动第二同步皮带24传动，带动第一机械手臂10和第二机械手臂13分别在直线导轨27和传动轴滑轨28上进行往复动作。
直线滑轨27、传动轴滑轨28和Z轴传动滑轨20均在两端设有限位块，第一机械手臂10和第二机械手臂13均设有行程限位器。
自动晶圆搬送机的搬送方法如下：
a、对机器进行组装，试运行；
b、将卡匣安装在卡匣的工作平台上；
c、卡匣升降台传动装置的伺服电机联动丝杆对卡匣工作平台进行下降，通过光纤传感器对卡匣内进行扫描，将卡匣内存放有晶圆的层数和存放晶圆的总数发送至数据终端；
d、对卡匣内晶圆进行提取：第一机械手臂上的托盘在直线滑轨上滑动至卡匣内，针对第一片晶圆进行提取，并运输到第二机械手臂插盘的上方；
e、晶圆对接：第二机械手臂模组通过升降轴传动装置上升，通过插盘将晶圆从托盘中提取；
f、晶圆输送：第二机械手臂开始在传动轴导轨上进行滑动，第二机械手臂的插盘将第一片晶圆送到晶圆工作台；
g、第一机械手臂模组重复d步骤，托盘上提取第二片晶圆；
h、第二机械手臂模组重复e、f步骤，此时，装夹有第一片晶圆的插盘位于托盘上方，装夹有第二晶圆的插盘位于晶圆工作台；
i、第一机械手臂模组沿直线滑轨将第一片晶圆存放回原位后，继续重复d步骤。
搬送步骤为逐步动作；行程到位，触发安全信号才会进行下一步动作。
步骤d中对晶圆层数的提取选择分为人工、偶数、奇数、全选。
步骤f中第二机械手臂的两根插盘在传动轴滑轨上垂直方向重合，间距为3mm。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动晶圆搬送机，其特征在于：所述自动晶圆搬送机包括卡匣模组(1)、用于提取与存放晶圆的第一机械手臂模组(2)和用于传送第一机械手臂模组上的晶圆至工作台的第二机械手臂模组(3)，其中：
所述卡匣模组包括用于安装卡匣的工作平台(4)、用于Z轴方向上升降动作的卡匣升降台传动装置(5)和卡匣模组固定架(6)，所述卡匣模组固定架上设有分布在工作平台两侧用于扫描卡匣内晶圆的光纤传感器(7)；
所述第一机械手臂模组包括设有直线滑轨(27)的第一机械手臂固定座(8)、第一机械手臂固定座一侧的直线传动装置(9)和在直线滑轨上做往复动作的第一机械手臂(10)，所述第一机械手臂末端设有用于承载晶圆的“C”型托盘(11)；
所述第二机械手臂模组包括设有两根传动轴滑轨(28)的传动轴固定座(12)、两根与传动轴滑轨配合的第二机械手臂(13)、用于第二机械手臂模组Z轴方向上升降动作的升降轴传动装置(14)、用于第二机械手臂模组横向动作的横向传动装置(15)，所述第二机械手臂末端设有与“C”型托盘匹配的插盘(16)。
2.根据权利要求1所述的一种自动晶圆搬送机，其特征在于：所述卡匣升降台传动装置(5)和升降轴传动装置(14)均包括伺服电机(17)、丝杆(18)、用于联动伺服电机(17)与丝杆(18)的第一同步皮带(19)和用于升降的Z轴传动滑轨(20)，伺服电机的主轴末端和丝杆末端均设有与第一同步皮带匹配的第一皮带齿轮(21)，所述伺服电机(17)和丝杆(18)均设有对应的安装座，所述卡匣的工作平台(4)和传动轴固定座(12)均增设有与Z轴传动滑轨匹配的滑块(22)。
3.根据权利要求1所述的一种自动晶圆搬送机，其特征在于：所述第一机械手臂模组的直线传动装置(9)和第二机械手臂模组横向装置(15)均包括步进电机(23)、第二同步皮带(24)、两个用于撑开第二同步皮带的第二皮带齿轮(25)，所述第二皮带齿轮(25)中有一个固定于步进电机的主轴末端，所述第二皮带齿轮(25)的另一个分别固定在第一机械手臂固定座(8)和传动轴固定座(12)上，所述第二皮带齿轮(25)将第二同步皮带(24)撑开呈长方形循环传动，撑开的第二同步皮带夹(24)分别通过夹板(26)夹设第一机械手臂和第二机械手臂，通过步进电机(23)带动第二同步皮带(24)传动，带动第一机械手臂(10)和第二机械手臂(13)分别在直线导轨(27)和传动轴滑轨(28)上进行往复动作。
4.根据权利要求1或2所述的一种自动晶圆搬送机，其特征在于：所述直线滑轨(27)、传动轴滑轨(28)和Z轴传动滑轨(20)均在两端设有限位块，所述第一机械手臂(10)和第二机械手臂(13)均设有行程限位器。
5.一种自动晶圆搬送机的搬送方法，其特征在于：所述自动晶圆搬送机的搬送方法如下：
a、对机器进行组装，试运行；
b、将卡匣安装在卡匣的工作平台上；
c、卡匣升降台传动装置的伺服电机联动丝杆对卡匣工作平台进行下降，通过光纤传感器对卡匣内进行扫描，将卡匣内存放有晶圆的层数和存放晶圆的总数发送至数据终端；
d、对卡匣内晶圆进行提取：第一机械手臂上的托盘在直线滑轨上滑动至卡匣内，针对第一片晶圆进行提取，并运输到第二机械手臂插盘的上方；
e、晶圆对接：第二机械手臂模组通过升降轴传动装置上升，通过插盘将晶圆从托盘中提取；
f、晶圆输送：第二机械手臂开始在传动轴导轨上进行滑动，第二机械手臂的插盘将第一片晶圆送到晶圆工作台；
g、第一机械手臂模组重复d步骤，托盘上提取第二片晶圆；
h、第二机械手臂模组重复e、f步骤，此时，装夹有第一片晶圆的插盘位于托盘上方，装夹有第二晶圆的插盘位于晶圆工作台；
i、第一机械手臂模组沿直线滑轨将第一片晶圆存放回原位后，继续重复d步骤。
6.根据权利要求5所述的一种自动晶圆搬送机的搬送方法，其特征在于：所述搬送方法从a至i为逐步动作；行程到位，触发安全信号才会进行下一步动作。
7.根据权利要求5所述的一种自动晶圆搬送机的搬送方法，其特征在于：步骤d中对晶圆层数的提取选择分为人工、偶数、奇数、全选。
8.根据权利要求5所述的一种自动晶圆搬送机的搬送方法，其特征在于：步骤f中所述第二机械手臂的两根插盘在传动轴滑轨上垂直方向重合，间距为3mm。
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