CN104425309B - 片盒装载装置、装载腔室、传输系统及半导体加工设备 - Google Patents

片盒装载装置、装载腔室、传输系统及半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及片盒装载装置、装载腔室、传输系统及半导体加工设备。片盒装载装置包括旋转臂、固定件、连杆和直线驱动源，其中，旋转臂与固定件在旋转臂的第一连接处可旋转地连接；直线驱动源固定在固定件上，且直线驱动源的运动部件与连杆的第一端可旋转地连接，并且连杆的第二端与旋转臂在旋转臂的第二连接处可旋转地连接；直线驱动源的运动部件驱动连杆的第一端作直线往复运动，以使其带动旋转臂围绕其第一连接处作旋转运动。上述片盒承载装置无需借助定位设备，即可对旋转臂的旋转角度进行限定，实现对旋转臂的定位，从而降低了设备的制造成本；并且，其传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。

Description

片盒装载装置、装载腔室、传输系统及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种片盒装载装置、装载腔室、传输系统及半导体加工设备。
背景技术
传输系统是半导体加工设备不可或缺的组成部分，其用于将被加工工件自大气环境逐步传输到反应腔室内的真空环境中进行工艺处理。在实际应用中，如图1所示，传输系统一般包括装载腔室12和传输腔室14。其中，在装载腔室12内设有片盒装载装置11，用以承载装有多个被加工工件的片盒；传输腔室14设置在装载腔室12与反应腔室15之间，且分别与二者连通，并且在传输腔室14内部设有机械手13，用以在装载腔室12和反应腔室15之间传输被加工工件。
现有的一种装载腔室的具体结构如图2及图3所示，片盒装载装置11设于装载腔室12的内部，且其底部设有升降装置121，用以驱动片盒装载装置11上升或下降。片盒装载装置11的具体结构如图4所示，片盒装载装置11包括设于装载腔室12内部的片盒基座110、升降托盘111、机械臂枢轴112、第一机械臂113、第二机械臂114、固定件115，及设于装载腔室12外部的旋转电机（图中未示出）。其中，片盒基座110用于承载片盒；升降托盘111固定于升降装置121上；固定件115固定于升降托盘111上；第一机械臂113和第二机械臂114的一端与片盒基座110可旋转地连接，另一端与固定件115可旋转地连接，并且，第一机械臂113和第二机械臂114还通过贯穿装载腔室12底壁的机械臂枢轴112与旋转电机连接，用以在旋转电机的驱动下旋转，并带动片盒基座110同步旋转；在装载片盒时，片盒基座110在旋转电机的驱动下旋转，直至伸出装载腔室12，以将装有被加工工件的片盒固定于其上；而后，旋转电机反转，以驱动载有片盒的片盒基座110返回装载腔室，从而完成对片盒的装载。
上述片盒装载装置11在实际应用中不可避免地存在下述问题：
其一，由于上述片盒装载装置11在运动过程中无法对第一机械臂113、第二机械臂114及片盒基座110的起始位置和旋转角度进行限定，因而必须另设诸如定位片、原点检测器及编码器等的定位设备，这不仅使得上述片盒装载装置11的定位过程较为复杂；而且增加了设备的制造成本。
其二，由于上述片盒装载装置11中的机械臂枢轴112需要贯穿装载腔室12的底壁，并与位于装载腔室12外部的旋转电机连接，因而为了保证装载腔室12具有良好的真空度，就需要对机械臂枢轴112与装载腔室12的底壁之间进行严格的密封，这提高了片盒装载装置11与装载腔室12之间的装配要求，从而增加了设备的制造和加工难度，进而提高了设备的制造和加工成本。
现有技术还提供一种曲柄滑块式机械臂，如图5所示，该机械臂包括驱动装置、主轴23、空心轴24、支架板20、滚珠轨道16、手臂杆18、连杆19、摆杆21和机械手22。其中，主轴23与空心轴24同心设置，驱动装置用于驱动主轴23和空心轴24转动，且二者在转动时的对应关系被设置为：空心轴24转动时，主轴23同向、同步转动；空心轴24静止时，主轴23可以相对于空心轴24转动。支架板20固定于空心轴24上；滚珠轨道16设于支架板20的端部，且在滚珠轨道16上设有与其滑动连接的滑块17；手臂杆18与滚珠轨道16平行设置，且其一端与机械手22固定连接，另一端与滑块17固定连接；摆杆21的一端与主轴23固定连接，摆杆21的另一端与连杆19的一端可转动地连接；连杆19的另一端与手臂杆18的靠近滑块17的一端可转动地连接。
在使用上述曲柄滑块式机械臂装载片盒时，若驱动装置驱动空心轴24旋转，则空心轴24带动支架板20及与支架板20连接的滚珠轨道16、连杆19、摆杆21、手臂杆18及机械手22等部件围绕空心轴24旋转，从而可以在水平面内调节机械手22的方向；若驱动装置驱动主轴23相对于空心轴24旋转，则主轴23带动摆杆21、连杆19同步转动；连杆19又带动滑块17、手臂杆18及机械手22沿滚珠轨道16滑动，从而可以在水平面内调节机械手22的伸缩长度。
虽然上述曲柄滑块式机械臂可以通过调节机械手22在水平面内的方向以及在水平面内的伸缩长度，将装有被加工工件的片盒传输至装载腔室，但其在实际使用中不可避免地产生下述问题：
其一，与上述片盒装载装置11类似，曲柄滑块式机械臂在运动过程中无法对机械手22的起始位置及旋转角度进行限定，因而必须另设诸如定位片、原点检测器及编码器等的定位设备，这不仅使得其定位过程较为复杂；而且增加了设备的制造成本。
其二，上述曲柄滑块式机械臂中，机械手22及手臂杆18在水平面内的伸缩须由连杆19的旋转驱动，并依赖于滑块17沿滚珠轨道16的滑动对其行导向；而连杆19的旋转需通过下述过程实现：首先由驱动装置驱动主轴23相对于空心轴24旋转，带动摆杆21旋转，进而由摆杆21带动，实现连杆19的旋转；显然，机械手22及手臂杆18在水平面内的伸缩需要由多个部件进行复杂的运动传递，这导致其可靠性较低，并使得曲柄滑块式机械臂的结构较为复杂。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种片盒装载装置、装载腔室、传输系统及半导体加工设备，其具有简单的结构和较高的可靠性，并且可以在不借助定位设备的情况下，对旋转臂旋转角度进行限定，实现对旋转臂的定位。
为实现本发明的目的而提供一种片盒装载装置，其包括旋转臂、固定件、连杆和直线驱动源，其中，所述旋转臂与所述固定件在所述旋转臂的第一连接处可旋转地连接；所述直线驱动源固定在所述固定件上，且所述直线驱动源的运动部件与所述连杆的第一端可旋转地连接，并且所述连杆的第二端与所述旋转臂在所述旋转臂的第二连接处可旋转地连接；所述直线驱动源的运动部件驱动所述连杆的第一端作直线往复运动，以使其带动所述旋转臂围绕其第一连接处作旋转运动。
其中，在所述固定件上设有直线导轨和可沿其滑动的滑块，所述滑块与所述直线驱动源的运动部件固定连接，且所述滑块与所述连杆的第一端铰接，在所述直线驱动源的驱动下，所述滑块带动所述连杆的第一端沿所述直线导轨作直线往复运动。
其中，所述连杆第一端与第二端之间的间距大于所述旋转臂的第二连接处与所述旋转臂两端之间的间距；并且所述连杆的第一端和所述旋转臂的第一连接处之间的连线，与所述连杆的第一端的直线运动轨迹重合。
其中，所述旋转臂处于所述固定件上表面的上方，并且所述连杆处于所述旋转臂和所述固定件的上表面上方，或者，所述连杆处于所述固定件上表面和旋转臂下表面之间。
其中，所述旋转臂的第一连接处位于所述旋转臂的一端，所述旋转臂的第二连接处位于所述旋转臂的中部。
其中，所述直线驱动源包括直线电机或直线气缸。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种装载腔室，在其内部设有片盒装载装置，用以将装有多个被加工工件的片盒自外界传输至装载腔室，并且，所述片盒装载装置采用了本发明上述方案提供的片盒装载装置。
其中，所述装载腔室还包括片盒升降装置，用以驱动所述片盒装载装置作升降运动。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种传输系统，包括装载腔室及传输腔室，在所述装载腔室内设有片盒装载装置，用以承载装有多个被加工工件的片盒；所述传输腔室设置在所述装载腔室与反应腔室之间，且分别与二者连通，并且在所述传输腔室内部设有机械手，用以在所述装载腔室和反应腔室之间传输被加工工件，其中，所述装载腔室采用了本发明上述方案提供的装载腔室。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室及用于向所述反应腔室传输被加工工件的传输系统，其中，所述传输系统采用本发明上述方案提供的传输系统。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的片盒装载装置借助直线驱动源驱动连杆的第一端作直线往复运动，并由连杆的第二端驱动旋转臂作旋转运动，在此过程中，旋转臂的旋转角度由连杆的第一端在其直线往复运动过程中的位置决定，并且，旋转臂的旋转角度与连杆的第一端的运动位置一一对应，从而可以无需借助定位设备，仅通过控制直线驱动源驱动连杆的第一端作直线运动的速度及时间对旋转臂的旋转角度进行限定，进而使旋转臂的定位过程更加简单，并且降低了设备的制造成本。而且，在本发明提供的片盒装载装置中，连杆作为传动部件，其直接连接直线驱动源和旋转臂，将直线驱动源输出的动力传递至旋转臂，驱使旋转臂旋转，相比现有技术，本发明提供的片盒装载装置的传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。
本发明提供的装载腔室，其通过采用本发明提供的片盒装载装置，可以无需借助定位设备，仅通过控制直线驱动源驱动连杆的第一端作直线运动的速度及时间对旋转臂的旋转角度进行限定，进而使旋转臂的定位过程更加简单，并且降低了设备的制造成本；而且上述片盒装载装置整体设置于装载腔室内部，其对于装载腔室的密封要求不产生影响，相比现有技术，降低了片盒装载装置与装载腔室的装配要求，从而进一步降低了设备的制造成本；此外，在本发明提供的装载腔室中，片盒装载装置的传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。
本发明提供的传输系统，其通过采用本发明提供的装载腔室，在片盒装载过程中，可以无需借助定位设备，仅通过控制直线驱动源驱动连杆的第一端作直线运动的速度及时间对旋转臂的旋转角度进行限定，进而使旋转臂的定位过程更加简单，并且降低了设备的制造成本；而且片盒装载装置整体设置于装载腔室内部，其对于装载腔室的密封要求不产生影响，相比现有技术，降低了片盒装载装置与装载腔室的装配要求，从而进一步降低了设备的制造成本；此外，在本发明提供的传输系统中，片盒装载装置的传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的传输系统，在片盒装载过程中，可以无需借助定位设备，仅通过控制直线驱动源驱动连杆的第一端作直线运动的速度及时间对旋转臂的旋转角度进行限定，进而使旋转臂的定位过程更加简单，并且降低了设备的制造成本；而且片盒装载装置整体设置于装载腔室内部，其对于装载腔室的密封要求不产生影响，相比现有技术，降低了片盒装载装置与装载腔室的装配要求，从而进一步降低了设备的制造成本；此外，在本发明提供的传输系统中，片盒装载装置的传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。
附图说明
图1现有的传输系统的结构示意图；
图2为装载腔室的结构示意图；
图3为装载腔室的局部分解图；
图4为片盒装载装置的结构分解图；
图5为现有的曲柄滑块式机械臂的结构示意图；
图6为本发明第一实施例提供的片盒装载装置的结构示意图；
图7A为本发明第一实施例中旋转臂的旋转角度为0°时的示意图；以及
图7B为本发明第一实施例中旋转臂的旋转角度为180°时的示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的片盒装载装置、装载腔室、传输系统及半导体加工设备进行详细描述。
请参看图6，图6为本发明第一实施例提供的片盒装载装置的结构示意图。片盒装载装置包括旋转臂1、固定件2、连杆3和直线驱动源4；其中，旋转臂1与固定件2在旋转臂1的第一连接处通过诸如铰接等连接方式可旋转地连接，且其远离第一连接处的自由端连接有基座（图中未示出），用以承载装有被加工工件的片盒，从而使旋转臂1可以承载片盒，并以其第一连接处为旋转中心相对于固定件2旋转。
直线驱动源4为直线电机或直线气缸等直线驱动装置，在本实施例中，直线驱动源4为直线电机，其固定在固定件2上，且直线驱动源4的运动部件，即直线电机的次级与连杆3的第一端铰接，用以驱动连杆3的第一端作直线往复运动；而连杆3的第二端与旋转臂1在旋转臂1的第二连接处铰接，从而使连杆3的第一端作直线往复运动时，连杆3的第二端可以驱动旋转臂1围绕其第一连接处作旋转运动。
在片盒装载过程中，上述片盒装载装置借助直线驱动源4驱动连杆3的第一端作直线往复运动，并由连杆3的第二端驱动旋转臂1作旋转运动，在此过程中，旋转臂1的旋转角度由连杆3的第一端在其直线往复运动过程中的位置决定，并且，旋转臂1的旋转角度与连杆3的第一端的运动位置一一对应，从而可以无需借助定位设备，仅通过控制直线驱动源4驱动连杆3的第一端作直线运动的速度及时间对旋转臂1的旋转角度进行限定，进而使旋转臂1的定位过程更加简单，并且降低了设备的制造成本。而且，在上述实施例提供的片盒装载装置中，连杆3作为传动部件，其直接连接直线驱动源4和旋转臂1，将直线驱动源4输出的动力传递至旋转臂1，驱使旋转臂1旋转，相比现有技术，上述实施例提供的片盒装载装置的传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。
具体地，旋转臂1、固定件2、连杆3的位置关系被设置为：旋转臂1处于固定件2上表面的上方，连杆3处于旋转臂1和固定件2的上表面上方；并且，在本实施例中，连杆3第一端与第二端之间的间距大于旋转臂1的第二连接处与旋转臂1两端之间的间距；在片盒装载过程中，连杆3的第一端与旋转臂1的第一连接处之间的连线与连杆3的第一端的直线运动轨迹重合，即连杆3的第一端在直线驱动源4的驱动下，沿连接连杆3的第一端与旋转臂1的第一连接处的直线作往复运动，靠近或远离旋转臂1的第一连接处；在此情况下，如图7A及图7B所示，旋转臂1可以在连杆3的驱动下在360°的范围内作旋转运动。
优选地，在本实施例中，旋转臂1的第一连接处位于旋转臂1的一端，旋转臂1的第二连接处位于旋转臂1的中部，在此情况下，旋转臂1的第二连接处与第一连接处之间的间距为旋转臂1长度的一半，可以使连杆3的第二端驱动旋转臂1作旋转运动时具有长度合适的力臂，从而使直线驱动源4只需输出相应的动力即可驱动旋转臂1做旋转运动。在实际应用中，根据直线驱动源4输出动力的大小，旋转臂1的第二连接处与第一连接处之间的间距还可以作其他设置；例如，若直线驱动源4输出的动力较大，旋转臂1的第二连接处与第一连接处之间的间距可以设置为较小的距离，从而可以使连杆3的第一端在较小的行程内作直线往复运动；反之，若直线驱动源4输出的动力较小，则旋转臂1的第二连接处与第一连接处之间的间距需要设置为较大的距离，且连杆3的第一端需要在较大的行程内作直线往复运动，以使旋转臂1具有较大的旋转角度。
需要说明的是，在本实施例中，连杆3的第一端直接与直线驱动源4的运动部件铰接；但本发明并不限于此，在实际应用中，还可以在固定件2上设置直线导轨和可沿其滑动的滑块，使该滑块与直线驱动源4的运动部件固定连接，并与连杆3的第一端铰接；在此情况下，直线驱动源4驱动滑块沿直线导轨滑动，滑块带动连杆3的第一端同步作直线往复运动，进而由连杆3的第二端驱动旋转臂1作旋转运动；在此过程中，滑块沿直线导轨的滑动还对连杆3的第一端的直线往复运动进行导向，以防连杆3的第一端在直线往复运动的过程中产生偏离。
还需要说明的是，在本实施例中，旋转臂1、固定件2、连杆3的位置关系被设置为：旋转臂1处于固定件2上表面的上方，连杆3处于旋转臂1和固定件2的上表面上方；但本发明并不限于此，在实际应用中，旋转臂1、固定件2、连杆3的位置关系还可以被设置为：旋转臂1处于固定件2上表面的上方，连杆3处于固定件2上表面和旋转臂1下表面之间，在此情况下，由于连接旋转臂1固定件2之间连接部的限制，旋转臂1的最大旋转角度趋近于180°，但根据实际测算，旋转臂1的最大旋转角度只需达到120°，即可将片盒自外界传输至装载腔室，所以，上述旋转臂1、固定件2以及连杆3之间的位置关系能够满足装载片盒的需要。
作为另一个技术方案，本发明的实施例还提供一种装载腔室，其内部设有片盒装载装置，用以将装有多个被加工工件的片盒自外界传输至装载腔室，其中，片盒装载装置采用本发明第一实施例提供的片盒装载装置。
具体地，装载腔室还包括片盒升降装置，用以驱动片盒装载装置作升降运动。
本发明的实施例提供的装载腔室，其通过采用本发明第一实施例提供的片盒装载装置，可以无需借助定位设备，仅通过控制直线驱动源4驱动连杆3的第一端作直线运动的速度及时间对旋转臂1的旋转角度进行限定，进而使旋转臂1的定位过程更加简单，并且降低了设备的制造成本；而且上述片盒装载装置整体设置于装载腔室内部，其对于装载腔室的密封要求不产生影响，相比现有技术，降低了片盒装载装置与装载腔室的装配要求，从而进一步降低了设备的制造成本；此外，在本发明的实施例提供的装载腔室中，片盒装载装置的传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。
作为另一个技术方案，本发明的实施例还提供一种传输系统，其包括装载腔室及传输腔室，在装载腔室内设有片盒装载装置，用以承载装有多个被加工工件的片盒；传输腔室设置在装载腔室与反应腔室之间，且分别与二者连通，并且在传输腔室内部设有机械手，用以在装载腔室和反应腔室之间传输被加工工件，其中，装载腔室采用本发明上述实施例提供的装载腔室。
本发明的实施例提供的传输系统，其通过采用本发明上述实施例提供的装载腔室，在片盒装载过程中，可以无需借助定位设备，仅通过控制直线驱动源4驱动连杆3的第一端作直线运动的速度及时间对旋转臂1的旋转角度进行限定，进而使旋转臂1的定位过程更加简单，并且降低了设备的制造成本；而且片盒装载装置整体设置于装载腔室内部，其对于装载腔室的密封要求不产生影响，相比现有技术，降低了片盒装载装置与装载腔室的装配要求，从而进一步降低了设备的制造成本；此外，在本发明的实施例提供的传输系统中，片盒装载装置的传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室及用于向反应腔室传输被加工工件的传输系统，其中，传输系统采用本发明上述实施例提供的传输系统。
本发明的实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明上述实施例提供的传输系统，在片盒装载过程中，可以无需借助定位设备，仅通过控制直线驱动源4驱动连杆3的第一端作直线运动的速度及时间对旋转臂1的旋转角度进行限定，进而使旋转臂1的定位过程更加简单，并且降低了设备的制造成本；而且片盒装载装置整体设置于装载腔室内部，其对于装载腔室的密封要求不产生影响，相比现有技术，降低了片盒装载装置与装载腔室的装配要求，从而进一步降低了设备的制造成本；此外，在本发明的实施例提供的半导体加工设备中，片盒装载装置的传动机构及其装载片盒时的传动过程更加简单，从而提高了片盒装载装置装载片盒的可靠性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种片盒装载装置，其特征在于，其包括旋转臂、固定件、连杆和直线驱动源，其中，所述旋转臂与所述固定件在所述旋转臂的第一连接处可旋转地连接；所述直线驱动源固定在所述固定件上，且所述直线驱动源的运动部件与所述连杆的第一端可旋转地连接，并且所述连杆的第二端与所述旋转臂在所述旋转臂的第二连接处可旋转地连接；
所述直线驱动源的运动部件驱动所述连杆的第一端作直线往复运动，以使其带动所述旋转臂围绕其第一连接处作旋转运动；并且，通过控制所述直线驱动源驱动所述连杆的第一端作直线运动的速度及时间对所述旋转臂的旋转角度进行限定。
2.根据权利要求1所述的片盒装载装置，其特征在于，在所述固定件上设有直线导轨和可沿其滑动的滑块，所述滑块与所述直线驱动源的运动部件固定连接，且所述滑块与所述连杆的第一端铰接，
在所述直线驱动源的驱动下，所述滑块带动所述连杆的第一端沿所述直线导轨作直线往复运动。
3.根据权利要求1所述的片盒装载装置，其特征在于，所述连杆第一端与第二端之间的间距大于所述旋转臂的第二连接处与所述旋转臂两端之间的间距；并且
所述连杆的第一端和所述旋转臂的第一连接处之间的连线，与所述连杆的第一端的直线运动轨迹重合。
4.根据权利要求1所述的片盒装载装置，其特征在于，所述旋转臂处于所述固定件上表面的上方，并且
所述连杆处于所述旋转臂和所述固定件的上表面上方，或者，所述连杆处于所述固定件上表面和旋转臂下表面之间。
5.根据权利要求1所述的片盒装载装置，其特征在于，所述旋转臂的第一连接处位于所述旋转臂的一端，所述旋转臂的第二连接处位于所述旋转臂的中部。
6.根据权利要求1所述的片盒装载装置，其特征在于，所述直线驱动源包括直线电机或直线气缸。
7.一种装载腔室，在其内部设有片盒装载装置，用以将装有多个被加工工件的片盒自外界传输至装载腔室，其特征在于，所述片盒装载装置采用如权利要求1-6中任意一项所述的片盒装载装置。
8.根据权利要求7所述的装载腔室，其特征在于，所述装载腔室还包括片盒升降装置，用以驱动所述片盒装载装置作升降运动。
9.一种传输系统，包括装载腔室及传输腔室，在所述装载腔室内设有片盒装载装置，用以承载装有多个被加工工件的片盒；所述传输腔室设置在所述装载腔室与反应腔室之间，且分别与二者连通，并且在所述传输腔室内部设有机械手，用以在所述装载腔室和反应腔室之间传输被加工工件，其特征在于，所述装载腔室采用权利要求7或8所述的装载腔室。
10.一种半导体加工设备，包括反应腔室及用于向所述反应腔室传输被加工工件的传输系统，其特征在于，所述传输系统采用如权利要求9所述的传输系统。
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