CN103208448B - 半导体晶圆传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体晶圆传输装置，包括机械支撑架、驱动装置、步进电机以及机械手装置；机械支撑架包括由平行的立柱和滑轮轨道柱所固定的多个定位板；驱动装置由两组以上气囊垂直连成一体，固定在机械支撑架上并沿滑轮轨道柱进行垂直移动；驱动装置之一端安装有步进电机，步进电机的外壳上方安装有活动板，步进电机贯穿其上方的活动板，与机械手装置相连；机械手装置在驱动装置的作用下沿垂直方向移动，活动板在步进电机的作用下旋转将机械手装置安置于机械支撑架的不同高度的定位板上。本发明可实现半导体晶圆在半导体清洗装置与其他半导体工艺设备之间高效而精确的传输。

Description

半导体晶圆传输装置

技术领域

本发明涉及半导体设备，特别涉及一种半导体处理设备中用于传输半导体晶圆的装置。

背景技术

晶圆是生产集成电路的载体。在实际生产过程中，通常需要借助特殊的机械手臂进行晶圆运输、安装作业。机械手臂用于承载以及运输晶圆，能够接受指令，精确地定位到三维空间上的某一点进行作业。现有的机械手臂沿z轴方向的运动主要依靠其下方的驱动装置完成。驱动装置内部有一旋转轴柱，转轴柱下方安装有步进电机。在步进电机的作用下，旋转轴由下方往上提升，从而带动机械手臂沿z轴方向的运动。现有装置在z轴方向的最大移动距离仅为约1.8米，不能满足半导体清洗装置在模块叠加后的传输高度需求。且现有装置的驱动速度较慢，运动不灵活。

因此有必要提供一种新的解决方案来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的提供一种半导体晶圆传输装置，以满足灵活、高速、大尺度的半导体晶圆传输需求。

本发明的技术方案如下：

一种半导体晶圆传输装置，包括机械支撑架以及固定或容纳于其中的驱动装置和机械手装置；所述机械支撑架包括由平行的立柱和滑轮轨道柱所固定的多个定位板；所述驱动装置由两组以上气囊垂直连成一体，固定在机械支撑架上并沿滑轮轨道柱进行垂直移动；机械手装置安装在驱动装置之一端，在驱动装置的作用下沿垂直方向移动，安置于机械支撑架的不同高度的定位板上。

其进一步的技术方案为：所述机械支撑架由下至上依次包括底板、定位板及顶板，由至少三根互相平行的立柱所固定，至少三根互相平行于立柱的滑轮轨道柱固定底板与顶板，同时卡在各定位板内侧。

其进一步的技术方案为：所述立柱包含第一分柱、第二分柱以及第三分柱；所述第一分柱的一端为螺纹柱，另一端为螺纹孔；所述第二分柱的两端均为螺纹柱；所述第三分柱的两端均为螺纹孔；所述立柱由第二分柱和第三分柱间隔组装，并确保两端分别为第二分柱、第三分柱，并在第二分柱端连接一个第一分柱组装而成；其中第一分柱的螺纹柱一端固定于底板的柱位孔；各定位板通过立柱的分柱间螺纹孔和螺纹柱的契合分别固定于第二分柱和第三分柱之间；顶板通过螺栓固定在立柱端部的第三分柱上。

其进一步的技术方案为：所述滑轮轨道柱内侧开设有轨道槽。

其进一步的技术方案为：所述每组气囊的两头均为带螺纹的固定孔，最下方的一组气囊固定在气囊底板和气囊顶板之间，且经气囊底板固定在机械支撑架上；最上方的一组气囊固定在第一滑轮板和另一气囊顶板之间，且其下方通过第一滑轮板与气囊顶板固定而间接固定在机械支撑架上，同时其上方通过另一气囊顶板与第二滑轮板固定而与机械手装置相连；中间各组气囊的连接方式与最上方的一组气囊相同，但不与机械手装置相连；第一滑轮板和第二滑轮板的各顶角分别安装有可沿互相平行的滑轮轨道柱移动的滑轮。

或者，所述每组气囊的一头为插销孔，另一头为插销，气囊安装在机械支撑架上时，带插销孔的一头朝上，带插销的另一头朝下，各组气囊下部带插销的一头与各滑轮板上部的插销孔契合固定，各滑轮板下部突出的插销又与各组气囊朝上的插销孔契合固定；最上方的滑轮板和机械手装置相连，滑轮板的各顶角分别安装有可沿互相平行的滑轮轨道柱移动的滑轮。

其进一步的技术方案为：所述最上方的滑轮板上方依次由下往上安装有步进电机和机械手装置，步进电机安装于最上方的滑轮板中央，位于步进电机上方的活动板固定于步进电机的外壳上，平行于活动板的机械手底板固定在步进电机内部的电机轴芯上，步进电机的内部轴芯贯穿于活动板和机械手底板，机械手装置固定在机械手底板上；当定位机械手装置高度时，步进电机的内部轴芯不动，其外壳发生转动，活动板随步进电机外壳运动而运动，机械手装置在驱动装置的作用下沿垂直方向上升或下降，上升或下降至所需垂直高度后经旋转位于机械手装置下方的活动板安置于机械支撑架的不同高度的定位板上。

其进一步的技术方案为：所述活动板外形为正方形；所述活动板的中央处的孔用于容纳步进电机的内部轴芯；所述活动板本身不与该轴芯接触，经靠近该孔的小孔固定在步进电机的外壳上。

其进一步的技术方案为：所述机械手底板中央的螺纹孔与步进电机的内部轴芯固定，使安装在所述机械手底板上的机械手装置与驱动装置相连。

本发明的有益技术效果是：

采用本发明的半导体晶圆传输装置，实现了半导体晶圆在半导体清洗装置与其他半导体工艺设备之间高效而精确的传输。

附图说明

图1是本发明在一个实施例中的立体示意图。

图2是本发明的底板在一个实施例中的俯视示意图。

图3是本发明的定位板在一个实施例中的俯视示意图。

图4是本发明的顶板在一个实施例中的俯视示意图。

图5是本发明的立柱在一个实施例中的爆炸图。

图6是本发明的滑轮轨道柱在一个实施例中的正视图。

图7是本发明的气囊底板在一个实施例中的俯视示意图。

图8是本发明的气囊顶板在一个实施例中的俯视示意图。

图9是本发明的第一滑轮板在一个实施例中的立体示意图。

图10是本发明的第二滑轮板在一个实施例中的正面立体示意图。

图11是本发明的第二滑轮板在一个实施例中的反面立体示意图。

图12是本发明的第一滑轮板在另一个实施例中的立体示意图。

图13是本发明的第二滑轮板在另一个实施例中的正面立体示意图。

图14是本发明的第二滑轮板在另一个实施例中的反面立体示意图。

图15是本发明的活动板在一个实施例中的俯视示意图。

图16是本发明的机械手底板在一个实施例中的俯视示意图。

图17是本发明的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

图1是本发明的半导体晶圆传输装置在一个实施例中的立体示意图。半导体晶圆传输装置100包括机械支撑架、驱动装置、步进电机及机械手装置。驱动装置、步进电机和机械手装置的各个部件均由机械支撑架固定或容纳，沿机械支撑架由下往上依次为驱动装置、步进电机和机械手装置（也可反向放置，沿机械支撑架由下往上依次为机械手装置、步进电机和驱动装置）。机械支撑架由下至上依次包括底板101、定位板102以及顶板103，由四根互相平行的立柱104所固定，四根互相平行于立柱104的滑轮轨道柱105固定底板101与顶板103，同时卡在三块定位板102内侧，起到加强固定的作用。本实施例中的驱动装置由2组气囊垂直连成一体，每组气囊由3个气囊叠加而成（每组气囊的数目和气囊组数可按照实际需求调整，此处不作为限定），由下往上分别为第一组气囊和第二组气囊。具体地，第一组气囊固定在气囊底板106和气囊顶板107之间，且经气囊底板106固定在机械支撑架上；第二组气囊固定在第一滑轮板108和另一气囊顶板107之间，且其下方通过第一滑轮板108与气囊顶板107通过支撑螺母112固定而间接固定在机械支撑架上，同时其上方的另一气囊顶板107与第二滑轮板109通过支撑螺母112固定而与机械手装置相连。第一滑轮板108和第二滑轮板109的四个角均沿四根互相平行的滑轮轨道进行移动。第二滑轮板109上方依次由下往上安装有步进电机和机械手装置，具体来说，步进电机安装于第二滑轮板109中央，继而位于步进电机上方的活动板110固定于其外壳上，同时平行于该活动板110的机械手底板111固定在步进电机内部的电机轴芯上，而步进电机的内部轴芯贯穿于活动板110和机械手底板111，机械手装置则固定在机械手底板111上。当定位机械手高度时，步进电机的内部轴芯不动，其外壳发生转动，活动板110则随电机外壳运动而运动，机械手装置在驱动装置的作用下沿垂直方向上升或下降，上升或下降至所需垂直高度后经旋转位于机械手装置下方的活动板110安置于机械支撑架的不同高度的定位板102上。

图2是本发明中的底板101在一个实施例中的俯视示意图。底板101形状为正方形。底板101的四角包括对应于立柱104的四个柱位孔201，其中央包括对应于气囊底板106的四个底座孔202。

图3是本发明中的定位板102在一个实施例中的俯视示意图。定位板102外形为正方形，中央是个正方形框，其四角包括对应于立柱106的四个圆形穿孔301。

图4是本发明中的顶板103在一个实施例中的俯视示意图。顶板103外形为正方形，顶板103的四角包括对应于立柱106的四个柱位孔401。

为了描述上述各个板与立柱104的位置关系，请参照图5，其为本发明中的立柱104在一个实施例中的爆炸图。立柱104包含三种类型的分柱即：分柱501、分柱502、分柱503。其中，分柱501的两端构造不同，一端为螺纹柱、一端为螺纹孔；分柱502的两端构造均为螺纹柱；分柱503的两端构造均为螺纹孔。立柱104由下到上由分柱501、分柱502、分柱503、分柱502、分柱503、分柱502、分柱503组装而成。其中分柱501的螺纹柱一端固定于底板101的柱位孔。三块定位板102通过立柱的分柱间螺纹孔和螺纹柱的契合分别固定于分柱502和分柱503之间。顶板103通过螺栓固定在立柱最上面的分柱503上。

图6是本发明中的滑轮轨道柱105在一个实施例中的正视图。滑轮轨道柱105包含一个供第一滑轮板108和第二滑轮板109四角的滑轮滑动的槽。

图7是本发明中的气囊底板106在一个实施例中的俯视示意图。气囊底板106形状为正方形。气囊底板106的中央包括对应于底板101的四个穿孔701，其靠中央处的另两个穿孔702用于连接和固定第一组气囊。

图8是本发明的气囊顶板107在一个实施例中的俯视示意图。气囊底板107呈现为八边形，其包括用于与第一滑轮板108或者第二滑轮板109固定的四个穿孔801，其靠中央处的另两个穿孔802用于连接第一组气囊或第二组气囊。

图9是本发明中的第一滑轮板108在一个实施例中的立体示意图。第一滑轮板108外形为正方形，其四角安有四个滑轮901。第一滑轮板108还包括用于与气囊顶板107固定的四个穿孔902，其靠中央处的另两个穿孔903用于连接第二组气囊。

图10和图11分别为本发明中的第二滑轮板109在一个实施例中的立体示意图和反面立体示意图。首先参照图10，第二滑轮板109外形为正方形，其四角安有四个滑轮1020。第二滑轮板109还包括用于容纳固定螺栓的四个沉孔1040，其中央有个圆形大孔1060，用于安装步进电机。其次参照图11，第二滑轮板109的四边包含用于固定气囊顶板107的四个穿孔1140，四个穿孔1140的位置与第二滑轮板109正面的四个沉孔1040的位置相对应；其中央处的圆形凹槽1160用于固定步进电机，圆形凹槽1160的位置与第二滑轮板109正面的圆形大孔1060的位置相对应。

气囊的组装方式有两种。在上述的实施例中，两组气囊的两头均为带螺纹的固定孔，其固定均是通过螺纹和螺栓的契合来实现的，并通过气囊顶板和支撑螺母连接，方便安装和拆卸气囊。而在另一组实施例中，两组气囊的一头为插销孔，另一头为插销，安装在机械支撑架上时，带插销孔的一头朝上，带插销的另一头朝下，两组气囊和机械手装置通过两滑轮板上的插销、插销孔固定在一起的。具体地，请参照图12，其是本发明的第一滑轮板108在另一个实施例中的立体示意图。第一滑轮板108外形为正方形，其四角安有四个滑轮1220，其靠中央处的另两个穿孔1260用于第一组气囊的插销孔和第二组气囊的插销的结合，从而使第一组气囊和第二组气囊紧固成一体。接着参照图13和图14，其分别为本发明中的第二滑轮板109在另一个实施例中的立体示意图和反面立体示意图。首先参照图13，第二滑轮板109外形为正方形，其四角安有四个滑轮1320，其中央有个圆形大孔1340，用于安装步进电机，并通过侧面的插销固定。其次参照图14，第二滑轮板109中央处的圆形孔洞1440用于步进电机的固定，圆形孔洞1440的位置与第二滑轮板109正面的圆形大孔1340的位置相对应，该圆形孔洞1440边缘设置的两凸起的插销1460与第二组气囊上方的插销孔结合，并进一步通过侧面的插销紧固。

图15是本发明的活动板110在一个实施例中的俯视示意图。活动板110为正方形，其中央处的孔1520用于容纳步进电机的内部轴芯，但活动板110本身不与该轴芯接触，经靠近该孔1520的多个小孔1540固定在步进电机的外壳上。

图16是本发明的机械手底板111在一个实施例中的俯视示意图。所述机械手底板111呈现为八边形（也可为圆形等其他形状），其中央的圆形螺纹孔1620与步进电机的内部轴芯固定，从而使安装在所述机械手底板111上的机械手装置与驱动装置相连。

图17是本发明的工作状态示意图。图17中间为半导体清洗装置，左右均为本发明的半导体晶圆传输装置。一边的半导体晶圆传输装置负责向半导体清洗装置传输待处理的半导体晶圆，而另一边的半导体晶圆传输装置负责从半导体清洗装置中取出处理后的半导体晶圆。

本发明中的所采用的驱动装置、机械手装置以及步进电机均为市售商品。此外需要说明的是，气囊通气是从气囊下方侧面的开孔进入的。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半导体晶圆传输装置，其特征在于：包括机械支撑架以及固定或容纳于其中的驱动装置和机械手装置；所述机械支撑架包括由平行的立柱和滑轮轨道柱所固定的多个定位板；所述驱动装置由两组以上气囊垂直连成一体，固定在机械支撑架上并沿滑轮轨道柱进行垂直移动；机械手装置安装在驱动装置之一端，在驱动装置的作用下沿垂直方向移动，安置于机械支撑架的不同高度的定位板上；

所述每组气囊的两头均为带螺纹的固定孔，最下方的一组气囊固定在气囊底板和气囊顶板之间，且经气囊底板固定在机械支撑架上；最上方的一组气囊固定在第一滑轮板和另一气囊顶板之间，且其下方通过第一滑轮板与气囊顶板固定而间接固定在机械支撑架上，同时其上方通过另一气囊顶板与第二滑轮板固定而与机械手装置相连；中间各组气囊的连接方式与最上方的一组气囊相同，但不与机械手装置相连；第一滑轮板和第二滑轮板的各顶角分别安装有可沿互相平行的滑轮轨道柱移动的滑轮；

或者，所述每组气囊的一头为插销孔，另一头为插销，气囊安装在机械支撑架上时，带插销孔的一头朝上，带插销的另一头朝下，各组气囊下部带插销的一头与各滑轮板上部的插销孔契合固定，各滑轮板下部突出的插销又与各组气囊朝上的插销孔契合固定；最上方的滑轮板和机械手装置相连，滑轮板的各顶角分别安装有可沿互相平行的滑轮轨道柱移动的滑轮。

2.根据权利要求1所述半导体晶圆传输装置，其特征在于：所述机械支撑架由下至上依次包括底板、定位板及顶板，由至少三根互相平行的立柱所固定，至少三根互相平行于立柱的滑轮轨道柱固定底板与顶板，同时卡在各定位板内侧。

3.根据权利要求2所述半导体晶圆传输装置，其特征在于：所述立柱包含第一分柱、第二分柱以及第三分柱；所述第一分柱的一端为螺纹柱，另一端为螺纹孔；所述第二分柱的两端均为螺纹柱；所述第三分柱的两端均为螺纹孔；所述立柱由第二分柱和第三分柱间隔组装，并确保两端分别为第二分柱、第三分柱，并在第二分柱端连接一个第一分柱组装而成；其中第一分柱的螺纹柱一端固定于底板的柱位孔；各定位板通过立柱的分柱间螺纹孔和螺纹柱的契合分别固定于第二分柱和第三分柱之间；顶板通过螺栓固定在立柱端部的第三分柱上。

4.根据权利要求1所述半导体晶圆传输装置，其特征在于：所述滑轮轨道柱内侧开设有轨道槽。

5.根据权利要求1所述半导体晶圆传输装置，其特征在于：所述最上方的滑轮板上方依次由下往上安装有步进电机和机械手装置，步进电机安装于最上方的滑轮板中央，位于步进电机上方的活动板固定于步进电机的外壳上，平行于活动板的机械手底板固定在步进电机内部的电机轴芯上，步进电机的内部轴芯贯穿于活动板和机械手底板，机械手装置固定在机械手底板上；当定位机械手装置高度时，步进电机的内部轴芯不动，其外壳发生转动，活动板随步进电机外壳运动而运动，机械手装置在驱动装置的作用下沿垂直方向上升或下降，上升或下降至所需垂直高度后经旋转位于机械手装置下方的活动板安置于机械支撑架的不同高度的定位板上。

6.根据权利要求5所述半导体晶圆传输装置，其特征在于：所述活动板外形为正方形；所述活动板的中央处的孔用于容纳步进电机的内部轴芯；所述活动板本身不与该轴芯接触，经靠近该孔的小孔固定在步进电机的外壳上。

7.根据权利要求5所述半导体晶圆传输装置，其特征在于：所述机械手底板中央的螺纹孔与步进电机的内部轴芯固定，使安装在所述机械手底板上的机械手装置与驱动装置相连。