发明内容
本发明的目的在于揭示一种晶圆传送设备及晶圆搬运方法,用以解决现有技术中无花篮批量晶圆机械手损坏的手指无法单独拆卸更换,需要对全部手指进行拆卸和再次装配从而导致对正常手指造成损伤,且全部拆卸和装配的过程耗费较长时间影响正产的晶圆搬运工作的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种晶圆传送设备,包括晶圆支架和三轴基座,所述晶圆支架包括用于承托晶圆并沿晶圆排列方向分布的多个晶圆承接部及可拆卸式连接晶圆承接部的安装件,所述安装件连接于三轴基座并带动晶圆承接部产生位移;
所述安装件包括彼此垂直的安装板及加固板,所述安装板及加固板围设形成收容空间,所述晶圆承接部安装在所述收容空间内,且由所述安装板及加固板固定限位。
作为本发明的进一步改进,每组所述晶圆承接部包括沿Y轴分布至少一个的晶圆承接单元,构成每组所述晶圆承接部的晶圆承接单元之间相互连接,所述晶圆承接单元包括一个用于承接晶圆的晶圆手指和至少一个用于分隔相邻晶圆手指的垫块,所述垫块的高度大于晶圆的厚度,每组所述晶圆承接部通过垫块连接在安装板上。
作为本发明的进一步改进,具沿X方向位移的第一移动端22的第一驱动机构、具沿Y轴移动的第二移动端的第二驱动机构、具沿Z轴位移的第三移动端的第三驱动机构;
所述第一移动端与晶圆支架相连,所述第二移动端连接驱动马达,所述驱动马达带动所述第一驱动机构在X、Z平面周向转动,所述第三驱动机构通过平行于Y、Z轴平面设置的背板固定,所述第三移动端与第二驱动机构相连。
作为本发明的进一步改进,连接于所述第一移动端的底板,所述安装板和加固板的底端垂直于底板固定,所述底板连接限位组件,所述限位组件包括驱动装置和限位块,所述驱动装置推动限位块穿过晶圆手指并沿X轴方向位移至贴合晶圆边缘,所述限位块的高度与所述安装板的高度相等。
作为本发明的进一步改进,沿Y轴对称分布的两个安装板和两个加固板,以及每组晶圆承接单元包含的两个垫块,所述限位块由两个加固板之间穿过,所述晶圆手指位于两个垫块之间沿X轴方向开设供限位块位移的让位槽,所述驱动装置的驱动端与限位块相连。
作为本发明的进一步改进,所述限位块远离驱动装置一侧覆盖用于接触晶圆的柔性垫片。
作为本发明的进一步改进,所述底板上表面连接用于安装驱动装置的安装块,所述限位块远离垫片一侧居中连接施力件,所述施力件与驱动装置的驱动端相连;
所述施力件包括施力杆和不少于两个的推杆,所述施力杆沿Y轴设置并与所述限位块侧壁贴合,所述推杆一端与所述施力件垂直固定,另一端与驱动装置的驱动端相连。
作为本发明的进一步改进,所述底板开设两个定位槽,两个所述安装板和两个所述加固板底端均嵌于定位槽内。
作为本发明的进一步改进,所述第二移动端通过支座连接驱动马达,所述支座包括不少于一个的支撑板和用于安装驱动马达的底座,所述底座平行于X、Z轴平面,所述支撑板垂直固定于第二移动端,所述支撑板顶端垂直固定所述底座底壁。
本发明还揭示了一种晶圆搬运方法,基于上述任一所述的晶圆真空湿润机构实现,包括以下步骤:
S1,第一驱动端带动晶圆支架沿第一驱动机构移动至晶圆手指插入接料区;
S2,第二驱动端带动晶圆支架整体沿第二驱动机构上升至每个晶圆手指承托一个晶圆;
S3,第一驱动端带动晶圆支架沿第一驱动机构移动至退出接料区;
S4,第三驱动端带动第二驱动机构沿第三驱动机构移动至Z轴方向上指定位置;
S5,驱动马达带动第一驱动机构在X、Z轴平面内周向转动至指定位置;
S6,第一驱动端带动晶圆支架沿第一驱动机构移动至晶圆支架整体伸入承接区;
S7,驱动装置的驱动端伸出令限位块沿让位槽移动至垫片与晶圆边缘贴合;
S8,第二驱动端带动晶圆支架整体沿第二驱动机构下降至每个晶圆手指承托的晶圆落入承接区;
S9,第一驱动端带动晶圆支架沿第一驱动机构移动至晶圆支架整体退出承接区。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:首先,通过设置多个的晶圆承接部,使得晶圆支架可同时承接多个晶圆从而有效提高晶圆搬运效率的同时,每组晶圆承接部与安装件之间可拆卸连接,因而有效简化了晶圆支架的组装和拆卸过程,当晶圆支架的某个晶圆承接部发生损坏时将对应的晶圆承接部由安装件上拆卸下来,将更换的晶圆承接部安装至安装件上,安装板和加固板之间所形成的收纳空间在便于对晶圆承接部进行安装和拆卸的同时起到了良好的定位效果,以便多组晶圆承接部之间沿同一轴线分布进而便于对多个晶圆进行承接。
其次,晶圆承接单元包括一个晶圆手指和不少于一个的垫块,不少于一组的晶圆承接单元相互固定为一组晶圆承接部,一组晶圆承接部通过一个垫块可拆卸连接在安装板上,因此晶圆承接部所包含的晶圆承接单元可以根据晶圆支架所需要承接的晶圆总数进行调整,当晶圆支架所承接的晶圆总数为25个时,一组晶圆承接部所包含的晶圆承接单元可为一组或五组,当对应的晶圆手指发生损坏时,将包含对应晶圆承接单元的晶圆承接部由安装板上拆卸下来,而无需将整个晶圆支架的所有晶圆手指拆下,相较于现有技术有效简化了晶圆支架的检修和组装过程,以便对损坏的晶圆手指进行拆卸。
最后,通过第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构的设置,以及连接在第二移动端上的驱动马达,实现了晶圆支架的四轴位移,以便其在不同方位的接料区和承接区之间移动,从而具有对晶圆进行多方向搬运的作用。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明,但应当说明的是,这些实施方式并非对本发明的限制,本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代,均属于本发明的保护范围之内。
参照图1至图6所揭示的本发明中晶圆传送设备的一种具体实施方式,其相对于传统的晶圆传送机械手而言,将原有一体化且不可拆分的用于承接多个晶圆的晶圆支架拆分为沿同一轴线分布,并分别与安装件13可拆卸连接的多组晶圆承接部11,因此当多组晶圆承接部11中的一个或几个在进行搬运过程中发生损坏等情况,为避免在后续的晶圆搬运过程中对晶圆表面造成伤害,可直接将发生损坏的晶圆承接部11由安装件13上取下后进行修理或直接更换为新的晶圆承接部11安装至安装件13上,从而有效简化了晶圆支架的安装和拆卸过程,相较于现有技术中需要对晶圆支架1整体进行拆卸和安装的方式导致晶圆手指121发生损坏进而造成晶圆损伤的情况,有效提高了拆卸和更换效率,从而保证晶圆搬运工作的正常进行。
参照图1至图6所示,在本实施方式中,该晶圆传送设备包括:晶圆支架1和三轴基座2,晶圆支架1包括用于承托晶圆3并沿晶圆3排列方向分布的多个晶圆承接部11及可拆卸式连接晶圆承接部11的安装件13,安装件13连接于三轴基座2并带动晶圆承接部11产生位移;安装件13包括彼此垂直的安装板131及加固板132,安装板131及加固板132围设形成收容空间130,晶圆承接部11安装在收容空间130内,且由安装板131及加固板132同时固定限位。每组晶圆承接部11包括沿Y轴分布至少一个的晶圆承接单元12,构成每组晶圆承接部11的晶圆承接单元12之间相互连接,晶圆承接单元12包括一个用于承接晶圆3的晶圆手指121和至少一个用于分隔相邻晶圆手指121的垫块122,垫块122的高度大于晶圆3的厚度,每组晶圆承接部11通过垫块122连接在安装板131上。
晶圆支架1为满足一次性搬运数量较多的晶圆3,故其具备五个及以上的晶圆承接单元12,即为具备五个及以上的晶圆手指121,本实施例中晶圆支架共包括沿Y轴为轴向分布共二十五组晶圆承接单元12,每个晶圆承接单元12的晶圆手指121对应承接一个晶圆3,即为晶圆支架1整体可承接二十五个晶圆,其中每五个晶圆承接单元12为一个晶圆承接部11,故本实施例中晶圆支架1共包括五组晶圆承接部11,每组晶圆承接部11的五个晶圆承接单元12之间相互固定。
组成每组晶圆承接单元12的垫块122连接在晶圆手指121的下表面,构成每组晶圆承接部1的五个晶圆承接单元12之间通过连接件123相互固定,连接件123可设置为如图4中所示的螺栓及其他各种可拆卸的连接件,例如榫卯结构。连接件123由上至下依次贯穿五组晶圆承接单元12的每个晶圆手指121和垫块122,即可将五组晶圆承接单元12固定为一组,五个晶圆承接单元12锁定为一组晶圆承接部11能够有效限制每组晶圆承接部11垂直方向的形变量,以便保持每组晶圆承接部11的五个晶圆手指121的轴线相互重合,进而将五组晶圆承接部11依次连接到安装件13的收容空间内后保持所有晶圆手指121的轴线相互重合。
构成安装件13的安装板131和加固板132相互垂直,其中,安装板131通过螺钉或铆钉等具有连接功能的零件垂直固定在加固板132上,相互垂直的安装板131和加固板132之间构成供晶圆承接部11置入的收容空间130。在连接每组晶圆承接部11时,将晶圆承接部11整体置入收容空间130内,此时每个晶圆手指121和每个垫块122的两个垂直侧壁分别与安装板131和加固板132的侧壁贴合。当晶圆承接部11由五组晶圆承接单元12构成时,每组晶圆承接部11顶端的晶圆承接单元12的垫块122通过螺栓及其他各种可拆卸的连接件(图中未示出)与安装板131之间可拆卸连接,安装板131对应每组晶圆承接部11开设一个安装孔1311,即为五个安装孔1311,连接件穿过安装孔1311与垫块122相连以固定一组晶圆承接部11。当某个晶圆手指121发生损坏时,将该晶圆手指121对应的晶圆承接部11拆卸下来,对晶圆手指121进行更换后重新将整组晶圆承接部11连接到安装板131上,每拆卸一组晶圆承接部11时仅需松动一颗连接件即可对整组进行拆卸以及后续的固定,具有稳定性的同时提高了拆卸和安装效率。并且一次性取二十五个晶圆,这对晶圆支架的承载力及取放时晶圆位置精确度具有较高要求,设置为每5个承接单元一组,也方便调整每组晶圆承接部之间的位置精确度。
需要说明的是,晶圆承接部11也可由一组晶圆承接单元12构成,当晶圆承接部11由一组晶圆承接单元12构成时,每组晶圆承接单元12的晶圆手指121与垫块122之间通过连接件123相互固定,连接件123可设置为螺栓及其他各种可拆卸的连接件,例如榫卯结构连接件。当一组晶圆承接单元12即为一组晶圆承接部11时,安装板131上沿其高度方向对应每个垫块122开设一个安装孔1311,即为二十五个安装孔1311,每个垫块122均通过螺栓等具有可拆卸效果的连接件可拆卸连接到安装孔1311上。当晶圆手指13发生损坏时,将对应的晶圆承接单元12由安装板131上拆下更换即可,可进一步简化晶圆承接单元12的拆卸和更换过程。
参照图1和图2所示,三轴基座包括具沿X方向位移的第一移动端22的第一驱动机构21、具沿Y轴移动的第二移动端24的第二驱动机构23、具沿Z轴位移的第三移动端26的第三驱动机构25;第一移动端22与晶圆支架1相连,第二移动端24连接驱动马达241,驱动马达241带动第一驱动机构21沿L轴在X、Z平面周向转动,第三驱动机构25通过平行于Y、Z轴平面设置的背板27固定,第三移动端26与第二驱动机构23相连。第二移动端24通过支座242连接驱动马达241,支座242包括不少于一个的支撑板2421和用于安装驱动马达241的底座2422,底座2422平行于X、Z轴平面,支撑板2421垂直固定于第二移动端24,支撑板2421顶端垂直固定底座2422底壁。第一移动端22连接底板221,安装板131和加固板132的底端垂直于底板221固定。
在晶圆支架1进行晶圆搬运的过程中,第一移动端22带动底板221首先令晶圆支架11沿第一驱动机构21的长度方向,即坐标系中X轴方向朝向接料区移动至晶圆手指121插入接料区,此时晶圆手指121上表面的位置低于晶圆3的下表面,然后令第二驱动端24沿第二驱动机构23方向,即坐标系中Y轴的正半轴方向运动至每个晶圆手指121承接一个晶圆3,然后第一移动端22带动底板221和晶圆支架沿与取料相反的方向运动至晶圆手指121由接料区取出。根据承接部的方位预设系统方位点,第三移动端26带动第二驱动机构23沿第三驱动机构25长度方向,即坐标系中Z轴方向移动,并启动驱动马达241使其带动第一驱动机构21转动直至第一驱动机构21移动至系统预设的方位点,然后第一移动端22带动底板221再次沿第一驱动机构21的长度方向位移至晶圆支架1伸入承接部内,此时每个晶圆手指121均插入承接部内且每个晶圆手指121均位于一个承接位上方,第二驱动端24带动第一驱动机构23整体沿Y轴负半轴方向下降至每个承接位对应承接一个晶圆3后,第一驱动端22带动晶圆支架1整体沿与送料相反的方向撤出承接部内,完成整个晶圆3的搬运过程,以备后续的搬运作业。
第一驱动机构21、第二驱动机构23、第三驱动机构25均为可实现直线驱动作用的标准化模组,可设置为直线电机或通过电机同轴驱动的丝杆以及其他任何可实现直线驱动作用的部件,本实施方式中第三驱动机构25设置为直线电机,第一驱动机构21和第二驱动机构23均为电机驱动的丝杆,即可实现令晶圆支架1整体的三轴位移的作用,以便对晶圆3进行多方位的传送。与第二驱动端24相连的驱动马达241能够实现在三轴位移的基础上的四轴驱动作用,可带动第一驱动机构21在X、Z轴平面内进行周向转动,从而根据承接部和接料部的位置对第一驱动机构21的偏转角度进行调节,以改变晶圆支架1的位移方向,以满足不同方位的晶圆搬运需要。
驱动马达241通过由支撑板2421和底座2422构成的支座242连接在第二驱动端24上,本实施例中支撑板2421沿Y轴对称分布两个,支撑板2421呈直角三角型设置,具有良好的支撑效果,以便对第一驱动机构21及晶圆支架1整体起到有效的支撑作用。底座2422连接在两个支撑板2421上表面且上表面形成供驱动马达241嵌入的凹槽(未标注),便于对驱动马达241进行安装。
背板27平行于第三驱动机构25设置导轨28,第二驱动机构23连接导块231,导块231与导轨28之间滑移连接。导轨28和导块231的设置能够有效提高第二驱动机构23整体滑移的稳定性,并且具有一定的支撑效果,进一步提高晶圆3运送的稳定性。
参照图3至图6所示,底板221连接限位组件29,限位组件29包括驱动装置291和限位块292,驱动装置291推动限位块292穿过晶圆手指121并沿X轴方向位移至贴合晶圆3边缘,限位块242的高度与安装板13的高度相等,底板221上沿Y轴对称分布的两个安装板131和两个加固板132,以及每组晶圆承接单元12包含的两个垫块122,限位块292由两个加固板132之间穿过,晶圆手指121位于两个垫块122之间沿X轴方向开设供限位块292位移的让位槽1211,驱动装置291的驱动端与限位块292相连,限位块292远离驱动装置一侧覆盖用于接触晶圆3的柔性垫片293,本实施方式中驱动装置291设置为具有滑轨的气缸,因此驱动装置291的驱动端为气缸的活塞杆,即活塞杆的自由端与限位块相连。底板221开设两个定位槽223,两个安装板131和两个加固板132底端均嵌于定位槽223内,定位槽223呈L型分布。
通过每组晶圆承接单元12均包括一个晶圆手指121和两个垫块122的设置,当晶圆承接单元12由下至上依次排布时,两个垫块122均对其上方连接的晶圆手指121提供有效的支撑,进而提高对晶圆3的支撑稳定性,防止晶圆手指121由于受到支撑力不足导致发生形变或偏离水平状态导致对晶圆3的承托不稳而致使晶圆3发生掉落损坏的情况。对称分布两个的加固板132和安装板131在晶圆手指121的两侧分别围成两个收容空间,每组晶圆承接部11的两个垫块122分别与两个安装板131相连,加固板132再对晶圆承接部11两侧分别进行限位,从而有效提高了装配精度使得由上至下分布的晶圆承接部11的轴线相互重合。定位槽223的设置对加固板132和安装板131的位置以及收容空间130的范围进行了限定,进而便于底板221上各个部件的定位和安装。
位于晶圆支架1最上方的晶圆手指121的上表面还对称分布两个垫块122,垫块122的上表面与安装板131以及加固板132的顶面均平齐,两个垫块122顶面覆盖有挡板133,挡板133的两侧分别与两个安装板131的上表面通过螺栓固定,从而对安装板131的顶部进行限位,保持安装板131的竖直位置,以便对晶圆承接部11进行安装和限位。
由于由上至下分布的所有晶圆承接部11的轴线相互重合,因此开设于每个晶圆手指121上并位于两个垫块122之间的让位槽1211的轴线相互重合。当进行晶圆支架1插入承接区内放置晶圆时,驱动装置291的活塞杆伸出带动限位块292沿让位槽1211长度方向移动至柔性垫片293与晶圆3的边缘处贴合直至晶圆支架1下降至晶圆3送入落到承接区后,驱动装置291的活塞杆回缩,限位块292移动至柔性垫片293离开晶圆边缘,然后晶圆支架1退出承接区。驱动装置291和限位块292的设置在放置晶圆3的过程中能够对其进行有效限位,从而避免在晶圆3的放置过程中由于惯性而导致晶圆支架1移出承接区的时被带出,导致晶圆3放置失败甚至于晶圆3被带出发生掉落损坏的情况,从而有效提高了传送设备整体的安全和稳定性。参照图1和图2所示,晶圆手指121靠近四角处形成四个挡块(未标注),在晶圆手指121承接、运送和放置晶圆3的过程中对晶圆3进行有效限位,提高了传送设备整体的稳定性。柔性垫片293的设置有效避免了限位块292与晶圆3的边缘发生刚性接触从而导致晶圆损坏的情况发生。
如图5和图6所示,底板221上表面连接用于安装驱动装置291的安装块222,限位块292远离垫片293一侧居中连接施力件294,施力件294与驱动装置291的驱动端相连;施力件294包括施力杆295和不少于两个的推杆296,施力杆沿Y轴设置并与限位块292侧壁贴合,推杆296一端与施力件294垂直固定,另一端与驱动装置291的驱动端相连。
底板221上表面沿长度方向居中开设凹槽(未标注),安装块222的底部嵌于凹槽内,凹槽对安装块222起到有效的定位作用,安装块222呈T型设置,驱动装置291连接于安装块222的顶面上,并且驱动装置291的活塞杆通过施力件294连接限位块292,本实施例中施力件294包括上下分布的两个推杆296以及垂直固定于两个推杆296之间的施力杆295,两个推杆296通过一个连接板297与驱动装置291的活塞杆相连,施力杆295远离两个推杆296一侧居中连接于限位块292上,在驱动装置291推动限位块292对晶圆3进行限位时,施力件291整体对具有较大高度的限位块292提供均匀的推动力,使得晶圆支架1由上至下所承接的所有晶圆3受力均匀,从而有效提高限位效果。
本发明还设计了一种使用晶圆传送设备的晶圆搬运方法,本实施方式依靠前述实施方式实现,包括以下步骤:
S1,第一驱动端带动晶圆支架沿第一驱动机构移动至晶圆手指插入接料区;
S2,第二驱动端带动晶圆支架整体沿第二驱动机构上升至每个晶圆手指承托一个晶圆;
S3,第一驱动端带动晶圆支架沿第一驱动机构移动至退出接料区;
S4,第三驱动端带动第二驱动机构沿第三驱动机构移动至Z轴方向上指定位置;
S5,驱动马达带动第一驱动机构在X、Z轴平面内周向转动至指定位置;
S6,第一驱动端带动晶圆支架沿第一驱动机构移动至晶圆支架整体伸入承接区;
S7,驱动装置的驱动端伸出令限位块沿让位槽移动至垫片与晶圆边缘贴合;
S8,第二驱动端带动晶圆支架整体沿第二驱动机构下降至每个晶圆手指承托的晶圆落入承接装置;
S9,第一驱动端带动晶圆支架沿第一驱动机构移动至晶圆支架整体退出承接区。
以上步骤结合前述实施方式所示,在此不做赘述。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。