CN108573906B - 一种双臂双叉式机械手及其运送晶圆的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双臂双叉式机械手及其运送晶圆的工艺方法，所述双臂双叉式机械手，包括主臂（17）、下叉（8）、上叉（9）和副臂（19），副臂（19）一端与主臂（17）顶部相连接，其另一端顶部依次与下叉（8）和上叉（9）同轴相连。本发明与现有技术相比的有益效果是：通过在所述主臂与所述下叉和上叉之间设置所述副臂以及副臂旋转机构，在能够实现较大跨度以及较宽距离的取送硅片动作的同时，既有效避免了由于现有三折臂机械手伸出的距离过长容易造成在取送硅片过程中产生抖动的技术缺陷，也可进一步减少片盒与工艺腔室之间的整体宽度，从而缩小占用洁净车间的空间，经济性好。

Description

一种双臂双叉式机械手及其运送晶圆的工艺方法
技术领域
本发明涉及机械手及其运送晶圆的工艺方法，尤其涉及一种双臂双叉式机械手及其运送晶圆的工艺方法。
背景技术
目前在半导体晶圆制造行业中，需要将晶圆在多个工艺设备之间进行高速、准确、洁净和安全的反复传送，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，该类机械采用主臂、副臂和手腕三个关节结构连接叉爪，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。目前新开发的单臂单叉式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：它们都仅是在主臂上连接一个叉爪，当这个叉爪取送硅片时，由于只有一只叉爪在工作，对取放的过程会产生一个时间间歇，这样势必大大降低工作效率，加长了芯片制造过程的无效工作时间。为了提高取送晶圆的工作效率，国际上现多采用双叉机械手即双三折臂结构实现双叉爪取送晶圆，虽然三折臂形式的机械手或者是双三折臂的双叉机械手都能够实现大跨度宽距离取送硅片，然而由于三折臂伸出的距离过长又会在取送硅片过程中产生抖动，同时该技术方案也会使得片盒与工艺腔室之间的整体宽度过大，从而占用洁净车间过大的空间，经济性不佳，且也使其适用场合受到一定限制。因此亟待改进。
专利号为ZL201020567264.2的中国实用新型专利公开了一种取送硅片的机械手，它包括水平驱动机构、垂直驱动机构和旋转驱动机构，以及气路系统，垂直驱动机构、旋转驱动机构和机械手在水平驱动机构的带动下，整体水平移动；旋转驱动机构和机械手在垂直驱动机构的带动下沿竖直方向移动；机械手在旋转驱动机构的带动下旋转取片。所述旋转驱动机构为两个，每一旋转驱动机构连接一内臂，两内臂同轴套设，其中内侧的内臂伸出外侧的内臂，各内臂顶部连接叉爪。该实用新型通过两套旋转机构带动同轴系的两内臂间隔往复取送硅片，使效率提高了一倍。但该实用新型采用的是单臂双叉式机械手，其在取送硅片时是通过外主臂内同轴系的两个独立内臂各自通过转动与水平移动的合成运动构成函数关系，实现两叉爪在另一水平方向上的各自直线运动，再加上升降运动的复合，实现在任一高度上的三维取送硅片的运动。显然，该技术方案在取送硅片时机械手的运动过于复杂，且在双叉取送硅片过程中始终需要所述水平驱动机构持续地进行往复直线运动。此外，当机械手5抓取硅片时机械手6需要等候，可见两个机械手属于同轴间歇式运动，这将导致取送硅片的工作效率较低。同时，该技术方案无法实现大跨度宽距离取送硅片，两叉爪过长又会在取送硅片过程中产生抖动，长跨度的叉爪加工困难，工艺性较差，从而使所述单臂双叉式机械手的适用场合受到一定限制。因此亟待改进。
发明内容
为了解决上述现有取送硅片的机械手存在的技术缺陷，本发明采用的技术方案如下：
一种双臂双叉式机械手，包括主臂、副臂、下叉和上叉，所述副臂一端与所述主臂顶部相连接，其另一端顶部依次与所述下叉和上叉同轴相连。
优选的是，包括副臂旋转机构，所述副臂旋转机构包括副臂旋转电机。
在上述任一方案中优选的是，包括底座，所述底座底部设有滑块。
在上述任一方案中优选的是，所述底座上装有主臂底定位盘。
在上述任一方案中优选的是，所述主臂底定位盘两侧装有侧护板。
在上述任一方案中优选的是，所述主臂底定位盘上装有升降导柱定位套，所述升降导柱定位套内装有升降导柱。
在上述任一方案中优选的是，所述升降导柱定位套顶部套装有主臂底定位上盘。
在上述任一方案中优选的是，所述升降导柱上套装有主臂升降装置。
在上述任一方案中优选的是，所述主臂升降装置包括主臂升降下盘、主臂升降盘、升降丝杠和升降电机，所述主臂升降下盘和主臂升降盘之间的所述升降导柱上套装有升降盘导套。
在上述任一方案中优选的是，所述主臂升降下盘和主臂升降盘之间装有上叉驱动机构和下叉驱动机构。
在上述任一方案中优选的是，所述上叉驱动机构包括上叉驱动大齿轮、上叉驱动小齿轮和上叉旋转电机，所述上叉驱动大齿轮与上叉驱动小齿轮相啮合，所述上叉驱动小齿轮轴端与所述上叉旋转电机相连接。
在上述任一方案中优选的是，所述下叉驱动机构包括下叉驱动小齿轮和下叉旋转电机，所述下叉驱动小齿轮轴端与所述下叉旋转电机相连接。
在上述任一方案中优选的是，所述主臂升降装置包括升降限位机构，所述升降限位机构包括限位柱和主臂限位片。
在上述任一方案中优选的是，所述限位柱设置于所述主臂升降装置上，所述主臂限位片设置于所述主臂下端并可随主臂旋转。
在上述任一方案中优选的是，所述限位柱上设置有限位柱限位片。
在上述任一方案中优选的是，所述限位柱上设置有若干所述限位柱限位片，所述限位柱限位片呈间隔排列，相邻所述限位柱限位片之间的距离设置成与片盒中相邻晶圆之间的距离相等。
在上述任一方案中优选的是，所述限位柱限位片与限位柱共同构成第一电极，所述主臂限位片上装有第二电极。
在上述任一方案中优选的是，所述升降丝杠采用滚珠丝杠。
为了解决上述现有运送晶圆的工艺方法存在的技术缺陷，本发明采用的技术方案如下：
一种运送晶圆的工艺方法，实施该方法的装置包括上述优选方案中任一项的双臂双叉式机械手，优选的是，包括以下步骤：
步骤一：所述上叉自初始位置开始旋转并伸入未加工片盒中取出一片未加工晶圆。
步骤二：所述上叉在取出一片所述未加工晶圆后返回至初始位置，并与所述下叉位置重叠。
步骤三：所述双臂双叉式机械手移动至工艺腔室入口，所述下叉旋转伸入所述工艺腔室内取出已加工晶圆。
步骤四：所述下叉在取出所述已加工晶圆后返回至初始位置，此时所述双臂双叉式机械手原地不动，同时所述上叉将取出的一片所述未加工晶圆送入所述工艺腔室内，实现无等待传送晶圆。
步骤五：所述上叉在取出的一片所述未加工晶圆送入所述工艺腔室后返回至初始位置。
步骤六：所述下叉将取出的所述已加工晶圆送至已加工片盒，至此运送晶圆的一个循环过程结束，如此循环往复运送晶圆即可实现无等待传送晶圆。
所述步骤一至六中的所述上叉、所述下叉可以根据实际需求互换交替使用。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明在现有单臂双叉式机械手的基础上，通过在所述主臂与所述下叉和上叉之间设置所述副臂以及副臂旋转机构，一方面，可以使得所述双臂双叉式机械手在取送晶圆时能够保持原地不动，实现无等待传送晶圆的技术效果，不仅大幅简化了取送晶圆时机械手的复杂运动模式，还大幅提高了取送晶圆的工作效率；另一方面，本发明的双臂双叉式机械手在能够实现较大跨度以及较宽距离的取送硅片动作的同时，既有效避免了由于现有三折臂机械手伸出的距离过长容易造成在取送硅片过程中产生抖动的技术缺陷，也可进一步减少片盒与工艺腔室之间的整体宽度，从而缩小占用洁净车间的空间，经济性好。
附图说明
图1作为本发明的双臂双叉式机械手的一优选实施例的正面结构立体图。
图2作为本发明的双臂双叉式机械手的一优选实施例的背面结构立体图。
图3作为本发明的运送晶圆的工艺方法步骤一的一优选实施例的结构示意图。
图4作为本发明的运送晶圆的工艺方法步骤二的一优选实施例的结构示意图。
图5作为本发明的运送晶圆的工艺方法步骤三的一优选实施例的结构示意图。
图6作为本发明的运送晶圆的工艺方法步骤四的一优选实施例的结构示意图。
图7作为本发明的运送晶圆的工艺方法步骤五的一优选实施例的结构示意图。
图8作为本发明的运送晶圆的工艺方法步骤六的一优选实施例的结构示意图
附图标记说明：
1滑块；2底座；3主臂底定位盘；4侧护板；5升降导柱定位套；6主臂底定位上盘；7升降导柱；8下叉；9上叉；10下叉旋转电机；11上叉旋转电机；12下叉驱动小齿轮；13上叉驱动大齿轮；14上叉驱动小齿轮；15主臂升降下盘；16主臂升降盘；17主臂；18升降盘导套；19副臂；20限位柱；21升降丝杠；22升降电机；23副臂旋转电机；24未加工片盒；25工艺腔室；26双臂双叉式机械手；27未加工晶圆；28已加工晶圆；29已加工片盒。
具体实施方式
本实施例仅为一优选技术方案，其中所涉及的各个组成部件以及连接关系并不限于该实施例所描述的以下这一种实施方案，该优选方案中的各个组成部件的设置以及连接关系可以进行任意的排列组合并形成完整的技术方案。
下面结合图1、2详细描述所述双臂双叉式机械手的技术方案：
一种双臂双叉式机械手，包括主臂17、下叉8、上叉9和副臂19，副臂19一端与主臂17顶部相连接，其另一端顶部依次与下叉8和上叉9同轴相连。包括副臂旋转机构，所述副臂旋转机构包括副臂旋转电机23。包括底座2，底座2底部设有滑块1。底座2上装有主臂底定位盘3，主臂底定位盘3两侧装有侧护板4，主臂底定位盘3上装有升降导柱定位套5，升降导柱定位套5内装有升降导柱7，升降导柱定位套5顶部套装有主臂底定位上盘6。升降导柱7上套装有主臂升降装置，所述主臂升降装置包括主臂升降下盘15、主臂升降盘16、升降丝杠21和升降电机22，主臂升降下盘15和主臂升降盘16之间的升降导柱7上套装有升降盘导套18。主臂升降下盘15和主臂升降盘16之间装有上叉驱动机构和下叉驱动机构。所述上叉驱动机构包括上叉驱动大齿轮13、上叉驱动小齿轮14和上叉旋转电机11，上叉驱动大齿轮13与上叉驱动小齿轮14相啮合，上叉驱动小齿轮14轴端与上叉旋转电机11相连接。所述下叉驱动机构包括下叉驱动小齿轮12和下叉旋转电机10，下叉驱动小齿轮12轴端与下叉旋转电机10相连接。所述主臂升降装置包括升降限位机构，所述升降限位机构包括限位柱20和主臂限位片。限位柱20设置于所述主臂升降装置上，所述主臂限位片设置于主臂17下端并可随主臂17旋转。限位柱20上设置有若干所述限位柱限位片，所述限位柱限位片呈间隔排列，相邻所述限位柱限位片之间的距离设置成与片盒中相邻晶圆之间的距离相等。所述限位柱限位片与限位柱共同构成第一电极，所述主臂限位片上装有第二电极。升降丝杠21采用滚珠丝杠。
下面结合图3-8详细描述所述运送晶圆的工艺方法的技术方案：
一种运送晶圆的工艺方法，实施该方法的装置包括上述实施例中任一种的双臂双叉式机械手技术方案，包括以下步骤：
步骤一：上叉9自初始位置开始旋转并伸入未加工片盒24中取出一片未加工晶圆27。
步骤二：上叉9在取出一片未加工晶圆27后返回至初始位置，并与下叉8位置重叠。
步骤三：双臂双叉式机械手26移动至工艺腔室25入口，下叉8旋转伸入工艺腔室25内取出已加工晶圆28。
步骤四：下叉8在取出已加工晶圆28后返回至初始位置，此时双臂双叉式机械手26原地不动，同时上叉9将取出的一片未加工晶圆27送入工艺腔室25内，实现无等待传送晶圆。
步骤五：上叉9在取出的一片未加工晶圆27送入工艺腔室25后返回至初始位置。
步骤六：下叉8将取出的已加工晶圆28送至已加工片盒29，至此运送晶圆的一个循环过程结束，如此循环进行运送晶圆的工作。
所述步骤一至六中的上叉9、下叉8可以根据实际需求互换交替使用。
本发明一方面，可以使得所述双臂双叉式机械手在取送晶圆时能够保持原地不动，实现无等待传送晶圆的技术效果，不仅大幅简化了取送晶圆时机械手的复杂运动模式，还大幅提高了取送晶圆的工作效率；另一方面，本发明的双臂双叉式机械手在能够实现较大跨度以及较宽距离的取送硅片动作的同时，既有效避免了由于现有三折臂机械手伸出的距离过长容易造成在取送硅片过程中产生抖动的技术缺陷，也可进一步减少片盒与工艺腔室之间的整体宽度，从而缩小占用洁净车间的空间，经济性好。

Claims (12)

1.一种双臂双叉式机械手，包括主臂(17)、下叉(8)和上叉(9)，其特征在于，包括副臂(19)，副臂(19)一端与主臂(17)顶部相连接，其另一端顶部依次与下叉(8)和上叉(9)同轴相连，包括副臂旋转机构，主臂(17)与下叉(8)和上叉(9)之间设置副臂(19)以及所述副臂旋转机构；包括底座(2)，底座(2)底部设有滑块(1)；底座(2)上装有主臂底定位盘(3)；主臂底定位盘(3)上装有升降导柱定位套(5)，升降导柱定位套(5)内装有升降导柱(7)；升降导柱(7)上套装有主臂升降装置；所述主臂升降装置包括升降限位机构，所述升降限位机构包括限位柱(20)和主臂限位片；限位柱(20)设置于所述主臂升降装置上，所述主臂限位片设置于主臂(17)下端并可随主臂(17)旋转；限位柱(20)上设置有限位柱限位片；限位柱(20)上设置有若干所述限位柱限位片，所述限位柱限位片呈间隔排列，相邻所述限位柱限位片之间的距离设置成与片盒中相邻晶圆之间的距离相等。
2.如权利要求1所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，所述副臂旋转机构包括副臂旋转电机(23)。
3.如权利要求1所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，主臂底定位盘(3)两侧装有侧护板(4)。
4.如权利要求1所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，升降导柱定位套(5)顶部套装有主臂底定位上盘(6)。
5.如权利要求1所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，所述主臂升降装置包括主臂升降下盘(15)、主臂升降盘(16)、升降丝杠(21)和升降电机(22)，主臂升降下盘(15)和主臂升降盘(16)之间的升降导柱(7)上套装有升降盘导套(18)。
6.如权利要求5所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，主臂升降下盘(15)和主臂升降盘(16)之间装有上叉驱动机构和下叉驱动机构。
7.如权利要求6所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，所述上叉驱动机构包括上叉驱动大齿轮(13)、上叉驱动小齿轮(14)和上叉旋转电机(11)，上叉驱动大齿轮(13)与上叉驱动小齿轮(14)相啮合，上叉驱动小齿轮(14)轴端与上叉旋转电机(11)相连接。
8.如权利要求6所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，所述下叉驱动机构包括下叉驱动小齿轮(12)和下叉旋转电机(10)，下叉驱动小齿轮(12)轴端与下叉旋转电机(10)相连接。
9.如权利要求1所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，所述限位柱限位片与限位柱共同构成第一电极，所述主臂限位片上装有第二电极。
10.如权利要求5所述的双臂双叉式机械手，其特征在于，升降丝杠(21)采用滚珠丝杠。
11.一种运送晶圆的工艺方法，实施该方法的装置包括如权利要求1至10中任一项的双臂双叉式机械手，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：上叉(9)自初始位置开始旋转并伸入未加工片盒(24)中取出一片未加工晶圆(27)；
步骤二：上叉(9)在取出一片未加工晶圆(27)后返回至初始位置，并与下叉(8)位置重叠；
步骤三：双臂双叉式机械手(26)移动至工艺腔室(25)入口，下叉(8)旋转伸入工艺腔室(25)内取出已加工晶圆(28)；
步骤四：下叉(8)在取出已加工晶圆(28)后返回至初始位置，此时双臂双叉式机械手(26)原地不动，同时上叉(9)将取出的一片未加工晶圆(27)送入工艺腔室(25)内，实现无等待传送晶圆；
步骤五：上叉(9)在取出的一片未加工晶圆(27)送入工艺腔室(25)后返回至初始位置；
步骤六：下叉(8)将取出的已加工晶圆(28)送至已加工片盒(29)，至此运送晶圆的一个循环过程结束，如此循环往复运送晶圆即可实现无等待传送晶圆。
12.如权利要求11所述的运送晶圆的工艺方法，其特征在于，上叉(9)、下叉(8)根据实际需求互换交替使用。
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