CN103199044B - 一种硅片传送装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅片传送装置，其特征在于：它包括水平驱动机构，垂直驱动机构、旋转驱动机构、机械手叉、预对准机构和控制系统；旋转驱动机构和机械手叉在垂直驱动机构的带动下沿竖直方向移动；机械手叉在旋转驱动机构的带动下旋转取片；预对准机构前部设置有一转轴电机带动的转轴，转轴上端连接一吸盘，转轴下端与真空泵连通；预对准机构的前端设置有电连接控制系统的一对水平光电传感器、一对竖直光电传感器和一智能相机。本发明能够在搬运过程中对硅片上的定位槽进行对准并且读取硅片信息，它可以广泛应用于各类薄型基片的搬运过程中。

Description

一种硅片传送装置

技术领域

本发明涉及一种机械搬运装置，特别是关于一种适用于取送薄型基片的硅片传送装置。

背景技术

目前在半导体硅片制造行业中，为了方便在硅片上集成所需信息，往往会在圆形硅片的边缘设置一定位槽，以标明硅片的方向，并在相对定位槽的固定位置刻有该硅片的相应信息（可以是数字符号、一维条码、二维码等），方便多次集成电路加工的重复定位和信息读取。而且由于受到加工环境和组装过程的影响，通常需要将硅片在各工艺设备中高速、准确、洁净且绝对安全的反复传送，因此必须要用高性能的专用机械手来完成。现在使用最多的是一种三折臂形式的机械手，该类机械手采用主臂、副臂和手腕三个关节结构连接机械手叉，其结构复杂且体积大，在运动过程中易产生机械颗粒对硅片造成二次污染。还有一种是目前新开发的单臂单叉形式的机械手，这种机械手虽然能够避免关节的复杂性，但是它同三折臂形式的机械手存在一样的缺陷是：它们都仅仅只能对硅片进行简单的搬运操作，并不能根据硅片上设置的定位槽或定位边对硅片进行整理。这样，就势必增加了后续硅片加工过程的工作量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种工作效率高，工作过程稳定可靠，且能够在搬运过程中对各硅片上的定位槽进行对准和硅片信息读取的硅片传送装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种硅片传送装置，其特征在于：它包括水平驱动机构，垂直驱动机构、旋转驱动机构、机械手叉、预对准机构和控制系统；所述水平驱动机构包括一机架，所述机架上设置有水平滑轨；所述机架的一侧连接一水平驱动电机，所述水平驱动电机通过一水平丝杠连接一移动架，所述移动架滑设在所述水平滑轨上，且所述移动架的两侧分别设置一竖直滑轨；所述垂直驱动机构包括设置在所述移动架底部的一垂直驱动电机，所述垂直驱动电机通过一垂直丝杠连接一升降架，所述升降架的两侧滑设在两所述竖直滑轨上；所述升降架上固定连接一承载架，所述承载架的上端连接一中空的外机械臂；所述旋转驱动机构包括一旋转驱动电机，所述旋转驱动电机的输出端连接一设置在所述承载架底面的减速器，所述减速器通过其输出轴上设置的主动轮连接一从动轮，所述从动轮的中心固定连接一转动支撑在所述外机械臂内的内机械臂，且所述内机械臂下端转动支撑在所述承载架底部，其上端伸出所述外机械臂；所述机械手叉固定连接在所述内机械臂顶端，其前部设置有一长圆孔；所述预对准机构包括一水平支架，所述水平支架滑设在所述机架的水平滑轨上，且与所述水平驱动机构的移动架连接为一体；所述水平支架顶端设置有一顶板，所述顶板的前部转动连接垂直于所述顶板的一中空的转轴，所述转轴上端连接一吸盘，所述吸盘的气吸孔与所述转轴内部连通；所述转轴的下部通过传动机构连接设置在所述顶板底面的一转轴电机，所述转轴下端连通真空泵；所述顶板前端设置有电连接所述控制系统的一对水平光电传感器和一对竖直光电传感器，所述顶板下方的所述水平支架前端设置有用于读取硅片信息的一智能相机，所述智能相机电连接所述控制系统。

所述预对准机构的顶板顶面设置有套设在所述转轴外的一下托架，所述下托架的边缘间隔设置有四个向外的伸出爪，四个所述伸出爪末端转动连接用于将硅片中心定位在所述吸盘中心的四个定位轮。

还包括一限位机构，所述限位机构包括设置在所述内机械臂下部的一限位轮和设置在所述移动架一侧的一排限位块，围绕所述限位轮的圆周壁上、下间隔设置有两限位片，所述上限位片长于所述下限位片，且所述上限位片上与所述下限位片重合的部分设置有一豁口，所述上、下限位片的间距大于所述限位块的厚度，小于相邻所述限位块的间距；所述限位块的数量大于硅片盒中的硅片数量，且相邻所述限位块的间距与硅片盒中相邻两硅片的间距一致。

所述预对准机构的转轴下部连接有一带轮，所述带轮通过带传动机构连接所述转轴电机。

所述内机械臂和机械手叉内部设置有相连通的真空气道，所述机械手叉顶面设置有与所述真空气道连通的气吸孔，且所述内机械臂侧部设置一连接真空泵的接口。

所述预对准装置的顶板底面还设置有一气槽，所述转轴下端与所述气槽连通，且通过密封圈密封，所述气槽的另一端通过气管和真空电磁阀连通所述真空泵。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了一预对准机构，预对准机构前部设置了一由转轴电机带动的中空的转轴，转轴的上端连接了一吸盘，下端连通真空泵，且在预对准机构的前端设置了一对垂直光电传感器，因此通过真空泵将硅片吸在吸盘上，转轴电机带动转轴、吸盘和硅片一起转动，垂直光电传感器在硅片转动的同时便可以方便地找出硅片边缘的定位槽，以调整好硅片的加工位置。2、本发明由于在预对准装置的前端设置了一电连接控制系统的智能相机，因此在垂直光电传感器找出硅片的定位槽后，通过智能相机可以读取硅片上相对定位槽的固定位置所刻的硅片信息，并将所读取的信息传输给控制系统，为硅片的进一步加工做好准备。3、本发明由于在预对准机构前部设置了一下托架，下托架的边缘设置了四个向外的伸出爪，每一伸出爪末端的顶面转动连接一定位轮，每一定位轮的上部呈圆锥形，下部呈圆柱形，且各圆柱形的顶端略高于吸盘的顶面，因此当硅片放下时，在硅片自重的作用下，硅片的边缘从各定位轮上部的圆锥形滑落到各圆柱形处，从而使得硅片的中心与吸盘的中心同心，相对于传统的斜坡定位，该机构不仅能够完成硅片中心定位，而且由于定位轮自身可旋转，不会阻碍硅片旋转，进而提高了硅片旋转过程的稳定性。4、本发明由于在机械手叉上设置了可以供吸盘穿过的一长圆孔，因此在机械手叉将硅片放在吸盘上后，机械手叉可以直接降到吸盘以下，不会影响吸盘和硅片的旋转，而且当硅片的定位槽找出后，机械手叉抬起便可以直接将硅片取下，减少了反复移动机械手叉而浪费的时间，进而提高了工作效率。5、本发明由于在预对准机构的前端设置了一对连接控制系统的水平光电传感器，因此当机械手叉降下完全挡住两水平光电传感器之间的光电信号后，控制系统便会将获取到的机械手叉下降的数值记录下来，当机械手叉发生弯曲变形，其挡住光电信号时控制系统记录的机械手叉下降的数值会发生变化，当数值的变化量超过控制系统中设定的安全数值范围时，控制系统便会发出提示，以提醒工作人员更换机械手叉，从而提高了本发明工作过程的安全可靠性。6、本发明由于在旋转驱动机构下部设置了一限位轮，在限位轮上间隔设置了上、下限位片，上限位片长于下限位片，且在上限位片上与下限位片重合的部分设置了一豁口，在内机械臂一侧设置了可以穿过上限位片上豁口的一排若干限位块，且两限位块之间的间距大于两限位片之间的间距，因此当内机械臂带动机械手叉旋转至硅片盒内，并未到达取硅片位置时，上限位片位于相邻的两限位块之间，能够保证在发生故障时机械手叉不会上、下窜动而碰到其它硅片；当机械手叉旋转至取硅片位置时，上、下限位片同时位于相邻的两限位块之间，垂直驱动机构推动机械手叉上升，上限位片利用其上设置的豁口越过限位块，而下限位片则继续位于该限位块下方，能够保证机械手叉不会上升过高而碰到上方的其他硅片。本发明能够在搬运过程中对硅片上的定位槽进行对准并且读取硅片信息，它可以广泛应用于各类薄型基片的搬运过程中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明后视结构示意图

图3本发明垂直驱动机构示意图

图4是本发明旋转驱动机构示意图

图5是本发明预对准机构示意图

图6是本发明预对准机构仰视示意图

图7是本发明限位轮结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～图4所示，本发明包括水平驱动机构1，垂直驱动机构2、旋转驱动机构3、机械手叉4、预对准机构5和控制系统（图中未示出）。

如图1所示，本发明的水平驱动机构1包括一机架11，机架11的上端和下端分别设置有一水平滑轨12。机架11的一侧的中部固定连接一水平驱动电机13，水平驱动电机13的输出端连接一水平丝杠14的一侧，水平丝杠14的另一侧转动支撑在机架11上；水平丝杠14位于两水平滑轨12之间，且与两水平滑轨12平行。水平丝杠14上通过一螺套15连接有一移动架16，移动架16前部的上端和下端滑设在机架11上、下端的水平滑轨12上。移动架16后部的上端和下端各设置有一支撑件17，移动架16后部的两侧分别设置有一竖直滑轨18（如图3所示）。

如图3所示，本发明的垂直驱动机构2包括连接在移动架16下端的支撑件17底面的一垂直驱动电机21，垂直驱动电机21的输出端穿过该支撑件17连接一垂直丝杠22。垂直丝杠22位于两竖直滑轨18之间，且与两竖直滑轨18平行，垂直丝杠22的上端通过轴承转动支撑在移动架16上部。垂直丝杠22上通过螺套连接一升降架23，升降架23的两侧同时滑设在移动架16的竖直滑轨18上。如图4所示，升降架23后端固定连接一承载架24，承载架24的上端通过法兰和螺栓连接一中空的外机械臂25，外机械臂25的上端滑动地支撑在移动架16上端的支撑件17内。

如图2、图4所示，本发明的旋转驱动机构3包括一旋转驱动电机31，旋转驱动电机31通过法兰和螺栓连接一减速器32，减速器32的上端固定连接在承载架24的底面，减速器32的输出轴33穿入承载架24内，且其输出轴33上设置的主动轮34连接一从动轮35。从动轮35的中心固定连接有一内机械臂36，内机械臂36通过轴承支撑在外机械臂25内。内机械臂36下端转动支撑在承载架24底部，其上端高出外机械臂25。

上述的主动轮34、从动轮35构成的传动机构，一般为齿轮传动机构，也可为带传动机构或其他可能实现的传动机构。

如图1、图2所示，本发明的机械手叉4包括固定连接在内机械臂36顶端的一手腕41，手腕41的前端连接一手掌42，手掌42的中部设置有一长圆孔43。手掌42顶面设置有一用于放置硅片的圆形凹台44，由于手掌42为一缺圆结构，因此仅在手掌42上形成一弧形凹台和位于手掌前端的凸棱45。机械手叉4上还设置有与控制系统连接的一位置传感器（图中未示出），用于获取机械手叉4的高度位置信息。

如图1、图5、图6所示，本发明的预对准机构5包括一水平支架51，水平支架51通过连接件和螺栓与移动架16连接为一体。水平支架51的上部和下部设置有与水平驱动机构1上、下端的水平滑轨12配合连接的滑道52，水平支架51的顶端连接有一顶板53，顶板53的前部通过轴承连接垂直于顶板53的一中空的转轴54；顶板53上方的转轴54上端密封连接有一吸盘55，吸盘55上的气吸孔和转轴54内部连通，顶板53上方的转轴54下部连接一带轮56。顶板53底面固定设置有一气槽57，转轴54的下端穿出带轮56与气槽57连通，且其连接处通过O型密封圈密封，气槽57的另一端通过气管和真空电磁阀与一真空泵连通。气槽57后端的顶板53底面固定连接有一转轴电机58，转轴电机58的输出端通过带传动机构连接转轴54下部的带轮56。顶板53顶面固定连接套设在转轴54外的一下托架59，下托架59边缘间隔设置有四个向外的伸出爪60，每一伸出爪60的末端均高于下托架59顶面，且每一伸出爪60末端的顶面转动连接一定位轮61，四个定位轮61的中心共同位于吸盘55的一同心圆的圆周上。每一定位轮61的上部呈圆锥形，下部呈圆柱形，且各圆柱形的顶端略高于吸盘55的顶面。顶板53前端设置有电连接控制系统的一对水平光电传感器62和一对竖直光电传感器63。两水平光电传感器62位于顶板的两侧，略低于吸盘55的顶面；两竖直光电传感器63通过设置在顶板53底面的一连接件64固定连接在顶板53前方。顶板53下方的水平支架51前端设置有一电连接控制系统的智能相机65（如图1、图2所示），在硅片停止转动后，智能相机65能够读取硅片上刻打的数字符号、一维条码或二维码等信息，并输送给控制系统。

本发明的控制系统电连接水平驱动电机13、垂直驱动电机21、旋转驱动电机31和转轴电机58等设备的启停控制装置，可以控制各电机的运行状态。

上述实施例中，内机械臂36和机械手叉4内部设置有相连通的真空气道（图中未示出），机械手叉4的圆形凹台44顶面设置有与真空气道连通的气吸孔46，在内机械臂36侧部设置一连接真空泵的接口（图中未示出）。这样机械手叉4取下硅片后，真空泵抽吸真空气道内的空气，可以通过气吸孔46将硅片吸在机械手叉4上，从而保证硅片稳定，不与机械手叉4产生摩擦。

上述实施例中，为了减轻机械手叉4前端的重量，防止机械手叉4前部发生下搭，可以在手掌42前部设置一开口47，使手掌42的前部形成两个手指48。

上述实施例中，为了保证机械手叉4在取送硅片的过程中，即使发生机械、电器或程序控制等故障，也不会造成对硅片盒中硅片的损坏，本发明还设置了限位机构7。如图4、图7所示，限位机构7包括一排限位块71，其设置在内机械臂36一侧的移动架16上，限位块71的数量与磁盘盒中排列的硅片数量相同，或者至少不能少于硅片的数量，且相邻两限位块71之间的间距与硅片盒中两相邻硅片的间距一致。与其对应，在内机械臂36的下部连接有随内机械臂一起转动的一限位轮72，围绕限位轮72的圆周壁上、下间隔设置有两限位片73、74，上限位片73长于下限位片74，且上限位片73上与下限位片74重合的部分设置有一豁口75，豁口75的长度大于限位块71的长度。上、下限位片73、74之间的间距必须大于限位块71的厚度，且小于相邻两限位块71之间的间距。这样当内机械臂36带动机械手叉4旋转至硅片盒内、未到达取硅片位置时，上限位片73位于相邻的两限位块71之间，能够保证机械手叉4不会上、下窜动；当机械手叉4旋转至取硅片位置时，上、下限位片73、74同时位于相邻的两限位块71之间，垂直驱动机构2推动机械手叉4上升，上限位片73利用其上设置的豁口75越过限位块71，而下限位片73则继续位于该限位块71下方，能够保证机械手叉4不会碰到上方其他的硅片。

上述实施例中，本发明的限位机构7还可以采用已有技术的其它方式，在此不再一一赘述。

本发明使用时，其包括以下步骤：

1）启动水平驱动电机13，通过水平丝杠14驱动移动架16在机架11的滑轨12上水平移动，移动架16会带动与其连接的预对准机构5在机架11的滑轨12上水平移动，同时，设置在移动架16内的旋转驱动机构3和垂直驱动机构2通过内、外机械臂36、25驱动机械手叉4边旋转边上升，直至机械手叉4插入硅片盒中的取片位置；

2）启动垂直驱动电机21通过垂直丝杠和升降架23带动内、外机械臂36、25上升，内、外机械臂36、25便会带动机械手叉上升将硅片抬起，从而将硅片支撑在机械手叉的圆形凹台内，启动与内机械臂36侧部连通真空泵，真空泵通过真空气道抽吸气孔处的空气，从而可以将将硅片吸在机械手叉4上；

3）启动旋转驱动电机31通过减速器带动内机械臂旋转，内机械臂便会带动机械手叉4旋转，同时启动水平电机带动移动架16在机架11的滑轨12水平移动，以配合旋转驱动机构将机械手叉旋转出硅片盒，直至测试手叉与机架平行；

4）停止与内机械臂36侧部连通的真空泵，机械手叉上的吸孔松开硅片，同时垂直驱动机构2带动机械手叉4降下，硅片的边缘从各定位轮60上部的圆锥滑落到各下部的圆柱处，使得硅片的中心正好与吸盘55的中心同心，当机械手叉4上的长圆孔43越过吸盘55，机械手叉4在下降到一定的高度后，其前端会挡住两水平光电传感器62之间的光电信号，硅片的中心落在吸盘55上，启动与吸盘55连通的真空泵，将硅片吸在吸盘55上；此时控制系统记录下机械手叉4所下降的数值，用以判断机械手叉4是否弯曲；

5）启动水平驱动电机13，驱动移动架16和预对准机构5向前移动，同时启动转轴电机58，通过传动装置带动转轴及连接在转轴55上端的吸盘55转动，吸盘55便会带动硅片转动，此时硅片的边缘正好能够挡住两垂直光电传感器63之间的光电信号，当硅片的定位槽转至两垂直光电传感器63之间时，两垂直光电传感器63接通并将信号反馈给控制系统，从而控制转轴电机58停止运行，然后智能相机65读取硅片底面刻打的信息，并传输给控制系统；

6）停止与吸盘55连通的真空泵，吸盘55松开硅片，垂直驱动机构2驱动机械手叉4上升以取下吸盘55上的硅片，水平驱动机构1和旋转驱动机构3同时运行，并相互配合将机械手叉4上的硅片送入另一硅片盒或直接运送至需要对硅片进行下一步加工（刻蚀、离子注入、光刻或检测）的位置。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种硅片传送装置，其特征在于：它包括水平驱动机构，垂直驱动机构、旋转驱动机构、机械手叉、预对准机构和控制系统；

所述水平驱动机构包括一机架，所述机架上设置有水平滑轨；所述机架的一侧连接一水平驱动电机，所述水平驱动电机通过一水平丝杠连接一移动架，所述移动架滑设在所述水平滑轨上，且所述移动架的两侧分别设置一竖直滑轨；

所述垂直驱动机构包括设置在所述移动架底部的一垂直驱动电机，所述垂直驱动电机通过一垂直丝杠连接一升降架，所述升降架的两侧滑设在两所述竖直滑轨上；所述升降架上固定连接一承载架，所述承载架的上端连接一中空的外机械臂；

所述旋转驱动机构包括一旋转驱动电机，所述旋转驱动电机的输出端连接一设置在所述承载架底面的减速器，所述减速器通过其输出轴上设置的主动轮连接一从动轮，所述从动轮的中心固定连接一转动支撑在所述外机械臂内的内机械臂，且所述内机械臂下端转动支撑在所述承载架底部，其上端伸出所述外机械臂；

所述机械手叉固定连接在所述内机械臂顶端，其前部设置有一长圆孔；

所述预对准机构包括一水平支架，所述水平支架滑设在所述机架的水平滑轨上，且与所述水平驱动机构的移动架连接为一体；所述水平支架顶端设置有一顶板，所述顶板的前部转动连接垂直于所述顶板的一中空的转轴，所述转轴上端连接一吸盘，所述吸盘的气吸孔与所述转轴内部连通；所述转轴的下部通过传动机构连接设置在所述顶板底面的一转轴电机，所述转轴下端连通真空泵；所述顶板前端设置有电连接所述控制系统的一对水平光电传感器和一对竖直光电传感器，所述顶板下方的所述水平支架前端设置有用于读取硅片信息的一智能相机，所述智能相机电连接所述控制系统。

2.如权利要求1所述的一种硅片传送装置，其特征在于：所述预对准机构的顶板顶面设置有套设在所述转轴外的一下托架，所述下托架的边缘间隔设置有四个向外的伸出爪，四个所述伸出爪末端转动连接用于将硅片中心定位在所述吸盘中心的四个定位轮。

3.如权利要求1所述的一种硅片传送装置，其特征在于：还包括一限位机构，所述限位机构包括设置在所述内机械臂下部的一限位轮和设置在所述移动架一侧的一排限位块，围绕所述限位轮的圆周壁上、下间隔设置有两限位片，上限位片长于下限位片，且所述上限位片上与所述下限位片重合的部分设置有一豁口，上、下限位片的间距大于所述限位块的厚度，小于相邻所述限位块的间距；所述限位块的数量大于硅片盒中的硅片数量，且相邻所述限位块的间距与硅片盒中相邻两硅片的间距一致。

4.如权利要求2所述的一种硅片传送装置，其特征在于：还包括一限位机构，所述限位机构包括设置在所述内机械臂下部的一限位轮和设置在所述移动架一侧的一排限位块，围绕所述限位轮的圆周壁上、下间隔设置有两限位片，上限位片长于下限位片，且所述上限位片上与所述下限位片重合的部分设置有一豁口，上、下限位片的间距大于所述限位块的厚度，小于相邻所述限位块的间距；所述限位块的数量大于硅片盒中的硅片数量，且相邻所述限位块的间距与硅片盒中相邻两硅片的间距一致。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种硅片传送装置，其特征在于：所述预对准机构的转轴下部连接有一带轮，所述带轮通过带传动机构连接所述转轴电机。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种硅片传送装置，其特征在于：所述内机械臂和机械手叉内部设置有相连通的真空气道，所述机械手叉顶面设置有与所述真空气道连通的气吸孔，且所述内机械臂侧部设置一连接真空泵的接口。

7.如权利要求5所述的一种硅片传送装置，其特征在于：所述内机械臂和机械手叉内部设置有相连通的真空气道，所述机械手叉顶面设置有与所述真空气道连通的气吸孔，且所述内机械臂侧部设置一连接真空泵的接口。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种硅片传送装置，其特征在于：所述预对准装置的顶板底面还设置有一气槽，所述转轴下端与所述气槽连通，且通过密封圈密封，所述气槽的另一端通过气管和真空电磁阀连通所述真空泵。

9.如权利要求5所述的一种硅片传送装置，其特征在于：所述预对准装置的顶板底面还设置有一气槽，所述转轴下端与所述气槽连通，且通过密封圈密封，所述气槽的另一端通过气管和真空电磁阀连通所述真空泵。

10.如权利要求6所述的一种硅片传送装置，其特征在于：所述预对准装置的顶板底面还设置有一气槽，所述转轴下端与所述气槽连通，且通过密封圈密封，所述气槽的另一端通过气管和真空电磁阀连通所述真空泵。