CN104051309B - 基片装卸机构和基片上下料方法 - Google Patents

基片装卸机构和基片上下料方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基片装卸机构和基片上下料方法，涉及半导体制造领域，提高了基片加工过程中上料和下料的效率。该基片装卸机构，包括：机械手臂；连接于所述机械手臂下端的卡盘；固定连接于所述卡盘上的伺服电机；固定连接于所述伺服电机转轴上的转盘，所述伺服电机转轴垂直于所述转盘且位于所述转盘的圆心处，所述伺服电机转轴的旋转用于带动所述转盘旋转；所述转盘的周边均匀设置有多个吸盘，每个所述吸盘所在平面与所述转盘所在平面之间的夹角角度相同且为钝角；电连接于每个所述吸盘和伺服电机的控制器，所述控制器用于控制每个所述吸盘的吸气、放气以及伺服电机转轴的旋转。

Description

基片装卸机构和基片上下料方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种基片装卸机构和基片上下料方法。
背景技术
目前，在半导体制造过程中，通常需要同时对多个半导体基片进行加工，基片的上下料过程很大程度的影响着对半导体基片进行加工的效率。例如，如图1所示，在进行半导体基片加工之前需要进行上料，基片通过机械手臂11控制吸盘12从上料台21的待片位4取走一个基片，放置于载板3的某一个位置，完成一次上料过程，将此上料过程进行循环，直到上料结束，载板3用于承载基片进行基片加工；在基片加工完成之后需要进行下料，基片通过机械手臂11控制吸盘12从载板3的某一位置取走一个基片，放置于下料台22的待片位4，完成一次下料过程，将此下料过程进行循环，直到下料结束。然而，现有的单步上料或下料过程只能取走一片基片，增加了基片在上下料台待片位的等待时间、效率低。
发明内容
本发明提供一种基片装卸机构和基片上下料方法，提高了基片加工过程中上料和下料的效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一方面，提供一种基片装卸机构，包括：
机械手臂；
连接于所述机械手臂下端的卡盘；
固定连接于所述卡盘上的伺服电机；
固定连接于所述伺服电机转轴上的转盘，所述伺服电机转轴垂直于所述转盘且位于所述转盘的圆心处，所述伺服电机转轴的旋转用于带动所述转盘旋转；
所述转盘的周边均匀设置有多个吸盘，每个所述吸盘所在平面与所述转盘所在平面之间的夹角角度相同且为钝角；
电连接于每个所述吸盘和伺服电机的控制器，所述控制器用于控制每个所述吸盘的吸气、放气以及伺服电机转轴的旋转。
优选地，所述多个吸盘的数量为四个。
具体地，每个所述吸盘通过支架固定连接于所述转盘。
优选地，每个所述吸盘所在平面与所述转盘所在平面之间的夹角角度为170°。
具体地，所述控制器位于所述机械手臂的上端，所述控制器与每个所述吸盘和伺服电机之间的电连接线缠绕于所述机械手臂上。
另一方面，还提供一种基片上料方法，包括：
机械手臂控制转盘倾斜，使所述转盘周边均匀设置的多个吸盘中的一个吸盘调整为水平；
机械手臂控制水平的吸盘运动至上料台的待片位上方；
重复一个吸盘的取片过程直到所述多个吸盘完成取片，所述一个吸盘的取片过程包括：机械手臂控制水平的吸盘垂直下降取片，机械手臂控制所述取片之后的吸盘垂直上升，伺服电机控制所述转盘旋转使所述多个吸盘中的另外一个吸盘调整为水平；
对所述多个吸盘中的一个吸盘进行校准；
重复一个吸盘的放片过程直到所述多个吸盘完成放片，所述一个吸盘的放片过程包括：机械手臂控制水平的吸盘运动至载板的一个放片位置上方，机械手臂控制水平的吸盘垂直下降放片，机械手臂控制所述放片之后的吸盘垂直上升，伺服电机控制所述转盘旋转使所述多个吸盘中的另外一个吸盘调整为水平。
进一步地，伺服电机控制所述转盘在所述取片和放片两个过程中分别向不同的方向旋转。
另一方面，还提供一种基片下料方法，包括：
机械手臂控制转盘倾斜，使所述转盘周边均匀设置的多个吸盘中的一个吸盘调整为水平；
重复一个吸盘的取片过程直到所述多个吸盘完成取片，所述一个吸盘的取片过程包括：机械手臂控制水平的吸盘运动至载板的一个取片位置上方，机械手臂控制水平的吸盘垂直下降取片，机械手臂控制所述取片之后的吸盘垂直上升，伺服电机控制所述转盘旋转使所述多个吸盘中的另外一个吸盘调整为水平；
机械手臂控制水平的吸盘运动至下料台的待片位上方；
重复一个吸盘的放片过程直到所述多个吸盘完成放片，所述一个吸盘的放片过程包括：机械手臂控制水平的吸盘垂直下降放片，机械手臂控制所述放片之后的吸盘垂直上升，伺服电机控制所述转盘旋转使所述多个吸盘中的另外一个吸盘调整为水平。
进一步地，伺服电机控制所述转盘在所述取片和放片两个过程中分别向不同的方向旋转。
本发明实施例中的基片装卸机构和基片上下料方法，在基片加工工艺的上下料过程中，一方面，通过采用多个吸盘进行取放片，使得机械手臂从上下料台到载板的次数减少，减小了基片在上下料台待片位的等待时间，提高了上料和下料的效率，降低了机械手臂的能耗。另一方面，通过伺服电机、转盘和多个吸盘的配合设置，使得多个吸盘不同时的取片、放片，不需要对上下料台进行改进。另一方面，在上料的取放片过程中，每次转盘旋转后水平的吸盘位置都相同，因此与现有技术一样只需要摄像头进行一次校准即可。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术中一种基片上下料系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种基片装卸机构的结构示意图；
图3为图2中基片装卸机构的仰视图；
图4为本发明实施例中一种基片上料方法的流程图；
图5为本发明实施例中一种基片上下料系统的结构示意图；
图6为本发明实施例中一种基片下料方法的流程图。
附图标记说明：
11-机械手臂；12-吸盘；13-卡盘；14-伺服电机；15-转盘；151-支架；16-控制器；21-上料台；22-下料台；3-载板；4-待片位。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图2所示，本发明实施例提供一种基片装卸机构，包括：机械手臂11；连接于机械手臂11下端的卡盘13；固定连接于卡盘13上的伺服电机14；固定连接于伺服电机14转轴上的转盘15，伺服电机14转轴垂直于转盘15且位于转盘15的圆心处，伺服电机14转轴的旋转用于带动转盘15旋转；如图3所示，转盘15的周边均匀设置有多个吸盘12，如图2所示，多个吸盘12的外侧向上倾斜，每个吸盘12所在平面与转盘15所在平面之间的夹角角度θ相同且为钝角；电连接于每个吸盘12和伺服电机14的控制器16，控制器16用于控制每个吸盘12的吸气、放气以及伺服电机14转轴的旋转。
优选地，上述多个吸盘12的数量为四个，这样既保证了每次取放片的数量，又保证了吸盘12与吸盘12之间有一定的距离，防止不同吸盘12之间相互影响。
具体地，如图3所示，每个吸盘12通过支架151固定连接于转盘15，支架151用于使每个吸盘12与转盘15之间隔开，以避免在取放片的过程中基片、载板或上下料台与转盘15发生碰撞。
优选地，如图2所示，每个吸盘12所在平面与转盘15所在平面之间的夹角角度θ为170°，由于转盘15通常为水平的，因此吸盘12与水平面之间的夹角为10°，此角度较小，在保证了取放片过程中只有一个吸盘碰触载板或上下料台的前提下，对机械手臂11的动作影响较小。
具体地，控制器16位于机械手臂11的上端，控制器16与每个吸盘12和伺服电机14之间的电连接线缠绕于机械手臂11上。
以下通过一种基片上料方法来具体说明本实施例中的基片装卸机构的工作过程。
如图4所示，该基片上料方法包括：
步骤101、如图5所示，机械手臂11控制转盘15倾斜，使转盘15周边均匀设置的多个吸盘12中的一个吸盘12调整为水平；
步骤102、机械手臂11控制上述水平的吸盘12运动至上料台21的待片位4上方，上料台21的待片位4中设置有需要进行加工工艺的基片，例如，基片可以为等待等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）工艺的电池片；
步骤103、重复一个吸盘12的取片过程直到上述多个吸盘12完成取片；
具体地，步骤103中一个吸盘12的取片过程具体包括：
步骤1031、机械手臂11控制水平的吸盘12垂直下降取片；
具体地，控制器16单独控制每个吸盘12的吸气和放气来进行取片和放片的动作。
步骤1032、机械手臂11控制取片之后的吸盘12垂直上升；
步骤1033、伺服电机14控制转盘15旋转使上述多个吸盘12中的另外一个吸盘12调整为水平；
具体地，由于上述多个吸盘12均匀分布在转盘15的周边，因此在其中一个吸盘12调整为水平之后，每次转盘15向同一方向旋转相同的角度即可使另外一个吸盘12调整为水平并且与之前的一个水平的吸盘12处于同一位置。例如上述多个吸盘12的数量为四个，当其中第一个吸盘12调整为水平并位于上料台21的待片位4正上方完成取片之后，转盘15顺时针旋转90°，此时，第二个吸盘12调整为水平且位于上料台21的待片位4正上方，转盘15继续顺时针旋转90°，此时，第三个吸盘12调整为水平且位于上料台21的待片位4正上方，以此类推，在转盘15顺时针旋转一周之后，四个吸盘12均完成了取片。另外，步骤1033可以在步骤1032之后进行，或者步骤1033也可以与步骤1032同时进行。
步骤1034、判断上述的多个吸盘12是否都完成取片；若不是，则进入步骤1031，重复一个吸盘12的取片过程；若是，则进入步骤104；
步骤104、对上述多个吸盘12中的一个吸盘12进行校准；
具体地，由于每次转盘15旋转之后水平的吸盘12都位于同一个位置，并且每个吸盘12都从同一个上料台21的待片位4取片，因此每个吸盘12上基片的相对位置也相同，只需要使用摄像头对一个吸盘12进行校对即可。
步骤105、重复一个吸盘12的放片过程直到上述多个吸盘12完成放片；
具体地，步骤105中一个吸盘12的放片过程包括：
步骤1051、机械手臂11控制水平的吸盘12运动至载板3的一个放片位置上方；
步骤1052、机械手臂11控制水平的吸盘12垂直下降放片；
步骤1053、机械手臂11控制上述放片之后的吸盘12垂直上升；
步骤1054、伺服电机14控制转盘15旋转使上述多个吸盘15中的另外一个吸盘12调整为水平；
具体地，伺服电机14控制转盘15在取片和放片两个过程中可以分别向不同的方向旋转，避免缠绕在机械手臂11上的电连接线匝数过多、过紧或过长而出现故障。例如，与步骤103中的取片过程类似，上述多个吸盘12的数量为四个，每个吸盘12的放片过程中转盘15逆时针旋转90°，在转盘15逆时针旋转一周之后，四个吸盘12均完成了放片。另外，步骤1054可以在步骤1053之后进行，或者步骤1054也可以与步骤1053同时进行。
步骤1055、判断上述的多个吸盘12是否都完成放片，若不是则进入步骤1051，重复一个吸盘12的放片过程，若是则结束本次上料，进入步骤102进行下一次上料，直到完成载板3的上料。
需要说明的是，上述实施例中仅以四个吸盘均匀分布在转盘的周边为例进行说明，实际均匀分布在转盘周边的吸盘数量可以根据需要进行设置，例如还可以为两个、三个、五个或六个等。
通过上述基片装卸机构实现基片下料的过程与上述基片上料的过程类似，只是先在载板上取片，之后在下料台放片，另外，上料的过程需要摄像头对吸盘进行校准，使基片精准的放置到载板的放片位置，以避免由于基片位置偏差导致基片加工工艺过程出现问题，而基片下料的过程是将完成工艺的基片收集到下料台上，只要便于收集即可，因此无需摄像头对吸盘进行校准的过程，具体的基片下料过程会在下面的实施例中详细描述。
本发明实施例中的基片装卸机构和基片上料方法，在基片加工工艺的上下料过程中，一方面，通过采用多个吸盘进行取放片，使得机械手臂从上下料台到载板的次数减少，减小了基片在上下料台待片位的等待时间，提高了上料和下料的效率，降低了机械手臂的能耗。另一方面，通过伺服电机、转盘和多个吸盘的配合设置，使得多个吸盘不同时的取片、放片，不需要对上下料台进行改进。另一方面，在上料的取放片过程中，每次转盘旋转后水平的吸盘位置都相同，因此与现有技术一样只需要摄像头进行一次校准即可。
如图6所示，本发明实施例还提供一种基片下料方法，包括：
步骤201、如图5所示，机械手臂11控制转盘15倾斜，使转盘15周边均匀设置的多个吸盘12中的一个吸盘12调整为水平；
步骤202、重复一个吸盘12的取片过程直到多个吸盘12完成取片；
具体地，步骤202中一个吸盘12的取片过程包括：
步骤2021、机械手臂11控制水平的吸盘12运动至载板3的一个取片位置上方，取片位置中放置有需要卸载的基片；
步骤2022、机械手臂11控制水平的吸盘12垂直下降取片；
步骤2023、机械手臂11控制取片之后的吸盘12垂直上升；
步骤2024、伺服电机14控制转盘15旋转使上述多个吸盘12中的另外一个吸盘12调整为水平；
具体地，步骤2024可以在步骤2023之后进行，或者步骤2024也可以与步骤2023同时进行。
步骤2025、判断上述多个吸盘12是否都完成取片，若不是则进入步骤2021，重复一个吸盘12的取片过程，若是则进入步骤203；
步骤203、机械手臂11控制水平的吸盘12运动至下料台22的待片位上方；
步骤204、重复一个吸盘12的放片过程直到上述多个吸盘12完成放片；
具体地，步骤204中一个吸盘12的放片过程包括：
步骤2041、机械手臂11控制水平的吸盘12垂直下降放片；
步骤2042、机械手臂11控制放片之后的吸盘12垂直上升；
步骤2043、伺服电机14控制转盘15旋转使上述多个吸盘12中的另外一个吸盘12调整为水平；
具体地，步骤2043可以在步骤2042之后进行，或者步骤2043也可以与步骤2042同时进行。
步骤2044、判断上述多个吸盘12是否都完成放片，若不是则进入步骤2041，重复上述一个吸盘12的放片过程，若是则结束本次下料，进入步骤2021进行下一次下料，直到完成载板3的下料。
进一步地，伺服电机14控制转盘15在上述取片和放片两个过程中分别向不同的方向旋转。
本发明实施例中的基片下料方法，在基片加工工艺的上下料过程中，一方面，通过采用多个吸盘进行取放片，使得机械手臂从上下料台到载板的次数减少，减小了基片在下料台待片位的等待时间，提高了下料的效率，降低了机械手臂的能耗。另一方面，通过伺服电机、转盘和多个吸盘的配合设置，使得多个吸盘不同时的取片、放片，不需要对下料台进行改进。另一方面，在上料的取放片过程中，每次转盘旋转后水平的吸盘位置都相同，因此与现有技术一样只需要摄像头进行一次校准即可。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基片装卸机构，其特征在于，包括：
机械手臂；
连接于所述机械手臂下端的卡盘；
固定连接于所述卡盘上的伺服电机；
固定连接于所述伺服电机转轴上的转盘，所述伺服电机转轴垂直于所述转盘且位于所述转盘的圆心处，所述伺服电机转轴的旋转用于带动所述转盘旋转；
所述转盘的周边均匀设置有多个吸盘，每个所述吸盘所在平面与所述转盘所在平面之间的夹角角度相同且为钝角；
电连接于每个所述吸盘和伺服电机的控制器，所述控制器用于控制每个所述吸盘的吸气、放气以及伺服电机转轴的旋转。
2.根据权利要求1所述的基片装卸机构，其特征在于，
所述多个吸盘的数量为四个。
3.根据权利要求1所述的基片装卸机构，其特征在于，
每个所述吸盘通过支架固定连接于所述转盘。
4.根据权利要求1所述的基片装卸机构，其特征在于，
每个所述吸盘所在平面与所述转盘所在平面之间的夹角角度为170°。
5.根据权利要求1所述的基片装卸机构，其特征在于，还包括：
所述控制器位于所述机械手臂的上端，所述控制器与每个所述吸盘和伺服电机之间的电连接线缠绕于所述机械手臂上。
6.一种基片上料方法，其特征在于，包括：
机械手臂控制转盘倾斜，使所述转盘周边均匀设置的多个吸盘中的一个吸盘调整为水平；
机械手臂控制水平的吸盘运动至上料台的待片位上方；
重复一个吸盘的取片过程直到所述多个吸盘完成取片，所述一个吸盘的取片过程包括：机械手臂控制水平的吸盘垂直下降取片，机械手臂控制所述取片之后的吸盘垂直上升，伺服电机控制所述转盘旋转使所述多个吸盘中的另外一个吸盘调整为水平；
对所述多个吸盘中的一个吸盘进行校准；
重复一个吸盘的放片过程直到所述多个吸盘完成放片，所述一个吸盘的放片过程包括：机械手臂控制水平的吸盘运动至载板的一个放片位置上方，机械手臂控制水平的吸盘垂直下降放片，机械手臂控制所述放片之后的吸盘垂直上升，伺服电机控制所述转盘旋转使所述多个吸盘中的另外一个吸盘调整为水平。
7.根据权利要求6所述的基片上料方法，其特征在于，
伺服电机控制所述转盘在所述取片和放片两个过程中分别向不同的方向旋转。
8.一种基片下料方法，其特征在于，包括：
机械手臂控制转盘倾斜，使所述转盘周边均匀设置的多个吸盘中的一个吸盘调整为水平；
重复一个吸盘的取片过程直到所述多个吸盘完成取片，所述一个吸盘的取片过程包括：机械手臂控制水平的吸盘运动至载板的一个取片位置上方，机械手臂控制水平的吸盘垂直下降取片，机械手臂控制所述取片之后的吸盘垂直上升，伺服电机控制所述转盘旋转使所述多个吸盘中的另外一个吸盘调整为水平；
机械手臂控制水平的吸盘运动至下料台的待片位上方；
重复一个吸盘的放片过程直到所述多个吸盘完成放片，所述一个吸盘的放片过程包括：机械手臂控制水平的吸盘垂直下降放片，机械手臂控制所述放片之后的吸盘垂直上升，伺服电机控制所述转盘旋转使所述多个吸盘中的另外一个吸盘调整为水平。
9.根据权利要求8所述的基片下料方法，其特征在于，
伺服电机控制所述转盘在所述取片和放片两个过程中分别向不同的方向旋转。
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