CN101770970A - 用于转载石英舟的自动传输装置 - Google Patents

Abstract

一种用于转载石英舟的自动传输装置，解决了传统手工操作可靠性较差、效率低和现有传输装置受结构的约束，影响移动的活动范围等问题，它包括机架、升降臂和抓取机构以及电气控制装置，其技术要点是：升降臂通过连接其上的主动旋转臂、被动旋转臂与抓取机构组成四连杆调整机构，升降臂上的主动旋转臂固定在手臂旋转电机驱动的传动轴上，主动旋转臂的伸缩臂铰接在抓取机构的一端，升降臂上的被动旋转臂固定在被动轴上，另一端铰接在抓取机构上。其设计合理，传动结构简便，移动的活动范围广，且传输定位控制快捷、精确，安装容易，调试、维护方便，显著增加承载能力和运行的安全可靠性，提高热处理设备的作业效率，避免晶圆片或太阳能电池片破损。

Description

用于转载石英舟的自动传输装置

技术领域

本发明涉及一种用于IC制程及太阳能电池制程的自动传输装置，特别是一种用于在装载工作台与热处理设备卧式炉之间承载和传输载有晶圆片或太阳能电池片的石英舟的自动传输装置。

背景技术

在生产半导体硅晶圆片的IC制程及太阳能电池制程中，需要多次对半导体材料硅的晶圆片或太阳能电池片进行热处理以达到需要的特性。在加热过程中，需要把装载晶圆片的石英舟放置在炉管内；当加热至特定的温度后，需要把石英舟移出炉管。一套典型的炉管(如：水平扩散炉)设备主要包括：多个平行并列排列的炉管和石英舟传输装置等。一般情况下，传输装置要把石英舟装载工作台上的承载有晶圆片或太阳能电池片的石英舟送入炉管，待加热完成后，再将石英舟取出，放置在工作区。

传统的石英舟传输方法中，没有专用的传输装置，只用手工操作来运送石英舟，此种方法有如下缺点：

一、使用手工操作时，把石英舟置于悬臂支架上时，与耐火材料产生的摩擦等，会在晶圆片表面产生微粒，进入炉子后，这些微粒会造成电气缺陷。

二、装有数十至数百片晶圆片或太阳能电池片的石英舟重量较大，人工将其安放到扩散炉的各级层面上时有一定的难度，尤其是置于级层顶部时，更困难。

三、使用手工操作将石英舟放置在悬臂支架上难以准确定位，可靠性较差，无法保证扩散炉室内的稳定。

四、手工操作也会使晶圆片或太阳能电池片在生产过程中造成破损，并且生产效率也比较低。

为此，出现了采用机械装置代替手工操作的传输方法，以克服上述指出的缺陷，如美国专利5839870中公开了一种用于热处理设备(如扩散炉)的传输系统(Tansfer system for usewith a horizontal furnace)。该系统中石英舟的运送由机械手臂完成，由升降机构、平移机构、抓取机构组成的机械手臂，将装载着晶圆的石英舟在准备工作站与卧式炉之间传输。此种机械手臂含有一个可升降移动的线性载台，线性载台承载一机械臂，机械臂上固定两个滑轨，滑轨上连接着可在滑轨上往复运动的抓取机构。此种机械手臂的缺点表现在石英舟装载及卸载晶圆的位置都在同一位置，在每次制程完成后抓取石英舟到上料平台，将石英舟内晶圆倒出再放入需处理的晶圆后，手臂执行搬运动作。在倒片间隔时间内机械手臂处于等待状态，手臂的传输效率低，进而影响热处理设备的生产效率。

另外美国专利6565304中公开的晶圆舟升降系统和方法(Wafer boat elevator system andmethod)。该系统中有一个两轴线性升降装置做为晶圆承载盒的放置平台，晶圆拾取机构固定在热处理设备上，组成将晶圆从承载盒送至石英舟的传输系统。该装置将单个晶圆从晶圆承载盒内取出，现放入石英舟内，石英舟放置在热处理设备(如扩散炉)的进出料平台上。该装置将石英舟装载完成后，热处理设备上的输送装置将石英舟送入设备中。该方法存在设备待料时间较长的缺点，影响设备的利用效率。

中国专利02813597.0中公开了一种“用于把硅片从多盒站装载及卸入炉子的装置”。该装置包括一多筐自动传送设备，该设备在一接收区域接收所有晶圆并把它们从接收区域传送到热处理设备(如扩散炉)的悬臂支架上。在处理结束后，以相反的方向，把热处理完成后的晶圆传送到接收区。该装置中有一四轴线性升降装置用于传送载有晶圆的石英舟。用于接收所有进料或晶圆以及把晶圆送进炉管。该升降装置包括可在垂直方向以及可在彼此垂直的两个水平方向上移动的操作臂。操作臂具有夹紧头。该升降装置的缺点表现在水平方向运动行程较长，限制了传输效率。该设备在悬臂支架装载开始之前，需要操作人员与热处理设备配合，才能放在精确位置上。受其升降装置和操作臂结构的约束，传输活动只能沿滑轨的轴线方向，在有限范围内移动，其安装、调试、维护都不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于转载石英舟的自动传输装置，解决了传统手工操作可靠性较差、效率低和现有传输装置存在的受结构的约束，影响移动的活动范围等问题，其设计合理，传动结构简便，移动的活动范围广，且传输定位控制快捷、精确，安装容易，调试、维护方便，显著增加承载能力和运行的安全可靠性，提高热处理设备的作业效率，有效地避免晶圆片或太阳能电池片破损。

本发明所采用的技术方案是：该用于转载石英舟的自动传输装置包括带有升降装置的机架、组装在所述升降装置的螺母上的升降臂和抓取机构以及电气控制装置其特征在于：所述升降臂通过连接其上的主动旋转臂、被动旋转臂与所述的抓取机构组成四连杆调整机构，所述升降臂上的主动旋转臂的基体固定在手臂旋转电机驱动的传动轴上，所述主动旋转臂的伸缩臂铰接在所述抓取机构的一端，所述升降臂上的被动旋转臂一端固定在被动轴上，另一端铰接在所述抓取机构的另一端。

所述升降臂的手臂旋转电机分别通过组装在所述主动旋转臂的基体上的传动轮和被动轮驱动所述传动轴和被动轴。

组装在所述主动旋转臂基体上的手臂伸缩电机驱动所述伸缩臂沿手臂伸缩滑轨往复移动。

组装在所述抓取机构的基体上的抓取电机驱动蜗轮、蜗杆传动副带动铰接在蜗轮上的一对抓取连杆同步移动，抓取连杆另一端分别与抓取固定板的平移滑板铰接，所述抓取固定板通过夹爪臂和夹爪托块固定夹爪，同步移动的所述抓取连杆推动所述抓取固定板的平移滑板沿所述抓取机构基体上的导轨同时向外或向内滑动，带动夹爪开启或闭合。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明采用组装在常用的升降装置上的升降臂及其主动旋转臂、被动旋转臂与抓取机构组成了四连杆调整机构，并带动抓取机构升降和绕主动旋转臂的传动轴旋转，旋转角度在180°以内，抓取机构可以停在180°范围内的任一位置进行抓取石英舟作业，所以其设计合理，传动结构简便，安装容易，调试、维护方便。因它是由升降臂的升降、主动旋转臂和被动旋转臂的旋转、伸缩臂的伸缩、抓取机构的开合等部件的动作组成，故与同类产品相比，使带有夹爪的承载和传输载有晶圆片的石英舟的抓取机构，既能在竖直方向上移动，又能在水平方向转动，移动的活动范围比较广。在热处理设备制程周期内，可实现石英舟在热处理设备及石英舟存储台间的快速搬运，且传输定位控制快捷、精确。因此，本发明不仅解决了传统手工操作可靠性较差、效率低和现有传输装置存在的受结构的约束，影响移动的活动范围等问题，而且显著增加抓取机构的承载能力和运行的安全可靠性，提高热处理设备的作业效率，有效地避免晶圆片破损。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明一种具体结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中的一种升降臂的结构示意图。

图4是图3沿A-A线的剖视图。

图5是图1中的一种主动旋转臂的结构示意图。

图6是图5沿B-B线的剖视图。

图7是图1中的一种抓取机构的结构示意图。

图8是图7的俯视图。

图中序号说明：1基座、2机架、3升降装置、4夹爪、5抓取机构、6被动旋转臂、7主动旋转臂、8升降臂、9螺母、10升降臂基体、11被动轮、12一号传动带、13传动带涨紧轮、14传动轮、15传动轴、16减速机构、17二号传动带、18手臂旋转电机、19被动轴、20连接关节、21伸缩臂、22主动旋转臂基体、23手臂伸缩滑轨、24手臂伸缩电机、25抓取机构基体、26抓取固定板、27平移滑板、28抓取电机、29蜗杆、30蜗轮、31抓取连杆、32夹爪托块、33夹爪臂、34导轨。

具体实施方式

根据图1～8详细说明本发明的具体结构。该用于转载石英舟的自动传输装置包括带有升降装置3的机架2、升降臂8、主动旋转臂7、被动旋转臂6、抓取机构5以及电气控制装置等。其中机架2固定在带有滚轮的基座1上。

利用组装在机架2的升降装置3的螺杆上的螺母9固定升降臂8。升降装置3通过电机驱动螺杆带动升降臂的螺母在机架2的竖直方向作上、下往复运动，沿升降装置滑轨上、下移动。电气控制装置中的升降装置3上的感应器作位置反馈，可以实现上升、下降位置的精确控制。采用这种结构简单的常用的升降装置3，安装容易，调整方便。升降臂8由升降臂基体10、被动轮11、一号传动带12、传动带涨紧轮13、传动轮14、传动轴15、减速机构16、二号传动带17、手臂旋转电机18、被动轴19等组成。主动旋转臂7由连接关节20、伸缩臂21、主动旋转臂基体22、手臂伸缩滑轨23、手臂伸缩电机24等组成。抓取机构5由抓取机构基体25、抓取固定板26、平移滑板27、抓取电机28、蜗杆29、蜗轮30、抓取连杆31、夹爪托块32、夹爪臂33等组成。电气控制装置采用市售具有高速性能的RABBIT RCM32000作为核心处理模块，它是紧凑的、面向C优化的指令集和高主频的嵌入式模块，内嵌灵活的控制逻辑指令，使数学逻辑和I/O处理达到高水准，能让整个控制系统达到最佳的优化管理，可使各部件间配合运动，完成上、下料自动传输。在硬件通讯上可满足高实时性的要求，能快速地响应外部事件，也可以准确识别外部设备上光电传感器的反馈信号，多重I/O扩展板为控制系统提供了必要的可扩展性能。该装置采用人性化结构设计，内设有多个保护传感器，无论是对设备还是人身安全都有很高的保护功能，在控制系统数据采集、数据通讯方面采用了分布式独立布线方式，增强了控制系统的抗干扰能力，运动机构运用步进马达和编码器相结合的控制方式，从而保证了控制系统的准确性和控制精度。

升降臂8通过连接其上的主动旋转臂7、被动旋转臂6与抓取机构5组成四连杆调整机构，可以实现抓取机构5的旋转位置精度，增加运行稳定性及承载能力。升降臂8上的主动旋转臂基体22固定在手臂旋转电机18驱动的传动轴15上。主动旋转臂7的伸缩臂21铰接在抓取机构5的一端，升降臂8上的被动旋转臂6一端固定在被动轴19上，另一端铰接在抓取机构5的另一端。升降臂8的手臂旋转电机18分别通过组装在主动旋转臂基体22上的传动轮14和被动轮11驱动传动轴15和被动轴19。通过手臂旋转电机17、二号传动带16、减速机构15、传动轮14使主动旋转臂7沿着传动轴15的轴线做旋转运动。同时传动轮14与被动轮11通过一号传动带12连接，使被动旋转臂6沿着被动轴19轴线与主动旋转臂7做同步旋转运动。手臂旋转电机17使用步进马达及利用编码器作为位置回馈控制，因此，可以实现旋转角度位置的精确控制。

组装在主动旋转臂基体22上的手臂伸缩电机24驱动伸缩臂21沿手臂伸缩滑轨23往复移动构成平移机构。主动旋转臂7中的平移机构是作为抓取机构5在上、下料位置的角度偏差补偿机构。伸缩臂21通过组装在一起的手臂伸缩电机24的螺杆在手臂伸缩滑轨23上作往复移动，即伸缩臂21的伸缩运动，使抓取机构5沿着与被动旋转臂6铰接轴线做旋转运动。组装在抓取机构基体25上的抓取电机28驱动蜗轮30、蜗杆29构成的传动副，带动铰接在蜗轮30上的一对抓取连杆31同步移动。抓取连杆31另一端分别与抓取固定板26的平移滑板27铰接，抓取固定板26通过夹爪臂33和夹爪托块32固定夹爪4。同步移动的抓取连杆31推动抓取固定板26的平移滑板27沿抓取机构基体25上的导轨34同时向外或向内滑动，带动夹爪4开启或闭合。控制抓取电机28的正转、反转即可实现夹爪4的开、合。

工作过程：

装载晶圆片的石英舟在上料平台准备就绪。设备开始工作，升降臂8下降到石英舟上方，抓取机构5在主动旋转臂7和被动旋转臂6带动下，旋转至石英舟正上方同时夹爪4处于打开状态。升降臂8继续下降夹爪4降至石英舟两侧把手下方。

夹爪4收合升降臂8升起，夹爪4托起石英舟离开上料平台升至制程设备进料平台上方平行位置。抓取机构5载着石英舟旋转至制程设备进料平台上方。

升降臂8下降石英舟放置在制程设备进料平台上。继续下降夹爪4脱离石英舟两侧把手，夹爪4打开。升降臂8升起至夹爪4底部高出晶圆上方，抓取机构5回到原始位置。

当晶圆在制程设备完成加工回到进料平台上，设备执行相反的流程，将装载晶圆的石英舟从制程设备进料平台输入至上料平台。

Claims (4)

1.一种用于转载石英舟的自动传输装置，包括带有升降装置的机架、组装在所述升降装置的螺母上的升降臂和抓取机构以及电气控制装置，其特征在于：所述升降臂通过连接其上的主动旋转臂、被动旋转臂与所述的抓取机构组成四连杆调整机构，所述升降臂上的主动旋转臂的基体固定在手臂旋转电机驱动的传动轴上，所述主动旋转臂的伸缩臂铰接在所述抓取机构的一端，所述升降臂上的被动旋转臂一端固定在被动轴上，另一端铰接在所述抓取机构的另一端。

2.根据权利要求1所述的用于转载石英舟的自动传输装置，其特征在于：所述升降臂的手臂旋转电机分别通过组装在所述主动旋转臂的基体上的传动轮和被动轮驱动所述传动轴和被动轴。

3.根据权利要求1所述的用于转载石英舟的自动传输装置，其特征在于：组装在所述主动旋转臂基体上的手臂伸缩电机驱动所述伸缩臂沿手臂伸缩滑轨往复移动。

4.根据权利要求1所述的用于转载石英舟的自动传输装置，其特征在于：组装在所述抓取机构的基体上的抓取电机驱动蜗轮、蜗杆传动副带动铰接在蜗轮上的一对抓取连杆同步移动，抓取连杆另一端分别与抓取固定板的平移滑板铰接，所述抓取固定板通过夹爪臂和夹爪托块固定夹爪，同步移动的所述抓取连杆推动所述抓取固定板的平移滑板沿所述抓取机构基体上的导轨同时向外或向内滑动，带动夹爪开启或闭合。

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