CN113352336A - 一种用于晶圆翻转的后置偏心装置 - Google Patents

一种用于晶圆翻转的后置偏心装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，包括支撑座，固定在支撑座上的θ轴，位于θ轴上的机械下臂和机械上臂，固定在机械上臂末端的翻转机构，其中，机械下臂的一端固定在θ轴上，另一端固定在机械上臂的一端，机械上臂的另一端固定连接翻转机构；所述翻转机构包括翻转底座，电机和翻转轴，其中，翻转轴的一端连接固定在翻转底座前端，另一端固定连接末端执行器，末端执行为中空心结构，且末端执行器内部包含气路，末端执行器的下端包含均匀分布且与气路相通的吸盘，气路的另一端连接真空泵。本发明可以消除现有技术中的晶圆与机械下臂或框架触碰的问题，同时使得末端执行器采用真空吸附晶圆的同时能够随意翻转。

Description

一种用于晶圆翻转的后置偏心装置
技术领域
本发明属于半导体领域，具体属于一种用于晶圆翻转的后置偏心装置。
背景技术
主流晶圆搬运机器人采用前置偏心结构，在前置偏心结构中，连接翻转机构的机械臂的中心位于所述支撑座中心和晶圆圆心之间，如附图1所述，前置的偏心距大于0，在这种前置偏心结构中，翻转机构固定在机械臂的末端，机械臂固定在支撑座上，支撑座位于框架内部。在尺寸有限的环境内，搬运且翻转尺寸较大的晶圆时，会和机械下臂或者框架有干涉。为了解决该问题，需要更改机器人结构或者翻转机构，费时费力。
主流的翻转机构采用夹持式，气管和电缆走线由于不涉及到末端执行器(夹爪)内部，较为简单。对于真空式末端执行器，由于气路需要贯穿到末端执行器内部，走线较为麻烦；且真空式末端执行器翻转时需要考虑气管的缠绕问题，传统的真空式中末端执行器的气路在侧面，很难实现翻转。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，可以消除现有技术中的晶圆与机械下臂或框架触碰的问题，同时使得末端执行器采用真空吸附晶圆的同时能够随意翻转。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，采用机器人带动翻转机构，包括支撑座，固定在支撑座上的θ轴，位于θ轴上的机械下臂、位于机械下臂上端的机械上臂，固定在机械上臂末端的翻转机构，其中，所述机械下臂的一端可翻转地固定在θ轴上，另一端可翻转地固定在机械上臂的一端，所述机械上臂的另一端固定连接翻转机构；
所述翻转机构包括翻转底座，位于翻转底座上的电机和翻转轴，其中，所述翻转轴的一端连接固定在翻转底座前端，另一端固定连接末端执行器，所述末端执行为中空心结构，且所述末端执行器内部包含气路，所述末端执行器的上端包含均匀分布且与气路相通的吸盘，所述气路的另一端连接真空泵；
所述晶圆放置在末端执行器上时，真空泵抽真空使得吸盘吸住晶圆；所述晶圆需要翻转时，所述支撑座的中心位于晶圆圆心和所述机械上臂的末端中心之间；所述电机通过翻转轴带动末端执行器上的晶圆进行翻转。
进一步地，所述气路延伸至翻转底座并通过气路集成连接气管接头的一端，所述气管接头的另一端通过气管连接真空泵。
进一步地，所述气路通过翻转轴延伸至所述翻转底座，当所述翻转轴翻转时带动所述气路和气路集成一起翻转。
进一步地，所述吸盘为三个，以晶圆圆形为中心，均匀分布在晶圆的外侧圆周上。
进一步地，所述吸盘为末端执行器上的贯穿至气路的凹槽。
进一步地，所述翻转底座上还包括同步带，所述同步带连接所述电机输出轴和翻转轴。
进一步地，所述θ轴能够在竖直方向上进行直线升降运动。
进一步地，还包括驱动单元，所述驱动单元确保所述机械上臂和机械下臂采用成比例关系的同步带系统传动。
进一步地，所述驱动系统驱动所述翻转机构在水平方向上直线运动。
进一步地，所述支撑座安装在框架内部，所述框架外部为晶圆清洗工位或者打磨工位。
本发明具有如下有益效果：本发明提出了中空走线翻转结构和后置偏心装置；机械下臂的中心后置以后，可使机器人在多处进行翻转，提高了适用性；中空走线机构解决了需要真空翻转的场合。该安装方式可快速方便的满足设备小型化的要求，省去传统重新设计结构成本较高且周期较长的问题；中空走线真空翻转机构进一步扩展了真空式末端执行器的应用。
附图说明
附图1为现有技术中前置偏心结构的结构示意图；
附图2为现有技术中前置偏心结构发生碰撞的示意图；
附图3为本发明中机械人结构示意图；
附图4为本发明中后置偏心结构的结构示意图；
附图5为本发明中翻转机构的主视图；
附图6为本发明中翻转机构的轴侧视图；
图中：1框架，2翻转机构，3机械下臂，4机械上臂，5θ轴，6支撑座，7晶圆，8末端执行器，9隔离板，10轴承，11电机，12气管，13气路集成，14气管接头，15固定座，16同步带，17翻转轴，18气路，19翻转底座，20吸盘。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
现有的翻转装置均是将机械臂末端的中心设置在晶圆圆心和支撑座中心之间，这里的机械臂末端指的连接翻转机构的机械臂与翻转机构重合连接的部分，当机械臂分为机械上臂和机械下臂，且机械上臂连接翻转机构时，这里的机械臂末端指的是机械上臂连接翻转机构的一端。鉴于支撑座通常为圆柱形结构，所以支撑座中心指的是支撑座的圆心位置。
请参阅附图1和附图2，现有技术中机械臂的位置相对于支撑座是向前偏置的，这里的向前指的朝着晶圆所在方向偏置；在这种结构中，当晶圆原地翻转的时候，末端执行器很容易碰触到机械下臂或者位于机器人外侧的框架，进而造成晶圆损坏。
如附图6所示，本发明提供的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，采用机器人带动翻转机构，具体包括支撑座6，固定在支撑座6上的θ轴5，位于θ轴5上的机械下臂3、位于机械下臂3上端的机械上臂4，固定在机械上臂4末端的翻转机构2。本发明中所指的机器人指的是附图6中去除翻转机构以外的部分。其中，机械下臂的一端可翻转地固定在θ轴上，另一端可翻转地固定在机械上臂的一端，机械上臂的另一端固定连接翻转机构。
θ轴能够在竖直方向上进行直线升降运动。本发明中机器人还包括驱动单元，驱动单元确保机械上臂和机械下臂采用成比例关系的同步带系统传动。同时驱动系统驱动翻转机构在水平方向上直线运动。本发明采用一套驱动单元，同时带动机械上臂和机械下臂的旋转，同时带动翻转机构在水平方向保持直线运动。
除了附图所示机械人结构以外，本发明还可以采用其他的多臂机器人手臂，无论机器人中设置几个关节或手臂，其最上方的机械手臂总是需要连接至翻转机构的，其具体的实现翻转的方法和原理均与双臂机械人是相同的，因此，本发明中针对单臂或者多臂机器人不再列举具体实施例进行详细介绍了，均可以参照双臂机器人进行设置。
本发明支撑座安装在框架内部，框架外部为晶圆清洗工位或者打磨工位等等需要对晶圆进行翻转的工位。例如本发明可具体应用在CMP(晶圆打磨)设备中，框架外部为各个清洗工位，机器人负责各个工位晶圆的传输，机器人和翻转机构一起固定在框架内部，未必避免现有前置设备在晶圆翻转时会和周片设备有干涉的情况，同时为了尽量少的改变现有设备结构，本发明在不改变整体结构的情况下，将机械上臂的末端中心后置，确保晶圆翻转时和机器人以及框架均不干涉。
请参阅附图4-5，本发明中翻转机构2包括翻转底座19，位于翻转底座19上的电机11和翻转轴17，翻转轴17的一端连接固定在翻转底座19前端，另一端固定连接末端执行器8。优选地，翻转底座19上还包括同步带16和固定座15，同步带16连接电机输出轴和翻转轴17，翻转轴17的后端连接轴承10。具体的，如附图5，翻转底座19的前端包括隔离板9，隔离板9的后侧安装固定座15，翻转轴17固定在固定座15上，当翻转轴17旋转时，带动整个固定座15以及翻转底座19一起翻转。电机11位于翻转轴17的一侧，且电机输出轴和翻转轴分别连接在同步带16的两端，进而使得电机11带动翻转轴17进行翻转；本发明中翻转指的是以翻转轴在水平方向上的轴线为圆心进行翻转。本发明中翻转轴17通过固定座15与翻转底座19连接，且在电机11带动翻转轴17进行翻转的过程中，翻转底座19和固定座15固定不动，翻转轴17带动末端执行器8进行翻转，进而使得末端执行器8上的晶圆7发生翻转。
本发明中末端执行器8为中空心结构，且末端执行器8内部包含气路12，末端执行器8的上端包含均匀分布且与气路18相通的吸盘20，气路18的另一端连接真空泵。优选地，气路18延伸至翻转底座19并通过气路集成13连接气管接头14的一端，气管接头14的另一端通过气管12连接真空泵。气路18通过翻转轴17延伸至翻转底座19，当翻转轴翻转时带动气路和气路集成一起翻转。吸盘20为三个，以晶圆圆形为中心，均匀分布在晶圆的外侧圆周上。吸盘20为末端执行器上的贯穿至气路的凹槽。
本发明中气路集成指的是一套零部件系统，用于连接气管和末端执行器内部的气路；在晶圆翻转的过程中，气管位于翻转底座中，不会发生翻转，连接在气路集成和气管之间的气路接头包括固定端和翻转端，所以气路以及气路集成如何翻转，气管都不会发生扭转。气路集成、位于末端执行器内部的气路随着翻转轴一起翻转。
本发明中晶圆7放置在末端执行器8上时，真空泵抽真空使得吸盘20吸住晶圆7；晶圆7需要翻转时，支撑座6的中心位于晶圆圆心和机械上臂的末端中心之间；即机械上臂的末端中心相对于支撑底座中心后置，此时电机通过翻转轴带动末端执行器上的晶圆进行翻转。
本发明提出了中空走线翻转结构和后置偏心装置；机械下臂的中心后置以后，可使机器人在多处进行翻转，提高了适用性；中空走线机构解决了需要真空翻转的场合。该安装方式可快速方便的满足设备小型化的要求，省去传统重新设计结构成本较高且周期较长的问题；中空走线真空翻转机构进一步扩展了真空式末端执行器的应用。
以上仅为本发明的优选实施例，实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，采用机器人带动翻转机构，其特征在于，包括支撑座，固定在支撑座上的θ轴，位于θ轴上的机械下臂、位于机械下臂上端的机械上臂，固定在机械上臂末端的翻转机构，其中，所述机械下臂的一端可翻转地固定在θ轴上，另一端可翻转地固定在机械上臂的一端，所述机械上臂的另一端固定连接翻转机构；
所述翻转机构包括翻转底座，位于翻转底座上的电机和翻转轴，其中，所述翻转轴的一端连接固定在翻转底座前端，另一端固定连接末端执行器，所述末端执行为中空心结构，且所述末端执行器内部包含气路，所述末端执行器的上端包含均匀分布且与气路相通的吸盘，所述气路的另一端连接真空泵；
所述晶圆放置在末端执行器上时，真空泵抽真空使得吸盘吸住晶圆；所述晶圆需要翻转时，所述支撑座的中心位于晶圆圆心和所述机械上臂的末端中心之间；所述电机通过翻转轴带动末端执行器上的晶圆进行翻转。
2.根据权利要求1所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，所述气路延伸至翻转底座并通过气路集成连接气管接头的一端，所述气管接头的另一端通过气管连接真空泵。
3.根据权利要求2所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，所述气路通过翻转轴延伸至所述翻转底座，当所述翻转轴翻转时带动所述气路和气路集成一起翻转。
4.根据权利要求1所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，所述吸盘为三个，以晶圆圆形为中心，均匀分布在晶圆的外侧圆周上。
5.根据权利要求4所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，所述吸盘为末端执行器上的贯穿至气路的凹槽。
6.根据权利要求1所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，所述翻转底座上还包括同步带，所述同步带连接所述电机输出轴和翻转轴。
7.根据权利要求1所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，所述θ轴能够在竖直方向上进行直线升降运动。
8.根据权利要求1所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，还包括驱动单元，所述驱动单元确保所述机械上臂和机械下臂采用成比例关系的同步带系统传动。
9.根据权利要求8所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，所述驱动系统驱动所述翻转机构在水平方向上直线运动。
10.根据权利要求1所述的一种用于晶圆翻转的后置偏心装置，其特征在于，所述支撑座安装在框架内部，所述框架外部为晶圆清洗工位或者打磨工位。
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