CN117246736A - 一种晶圆回旋翻转机构及其回旋翻转方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆回旋翻转机构及其回旋翻转方法，其中该机构包括：夹爪模块，直线模组，行程架，支座，变轨模块，转轴，触发件，拨动件，其中所述转轴第一端与夹爪模块连接、第二端与触发件花键联接，所述支座套接在转轴上旋转连接，所述直线模组的移动端与支座连接，所述拨动件设置在行程架的触发位，所述变轨模块的拨动端与支座连接，以随直线模组的往复位移，来拨动触发件，使其在转轴上往复位移，进而控制触发件与拨动件在直线模组的位移路径上联动/脱离，以联动转轴将夹爪模块翻转后回归原位，籍此以减少晶圆翻转传递时，翻转机构与Robot手指间的交互动作。

Description

一种晶圆回旋翻转机构及其回旋翻转方法

技术领域

本发明涉及晶圆传输技术，尤其涉及一种能经回旋翻转，使晶圆翻面并回归原位的晶圆回旋翻转机构及其回旋翻转方法。

背景技术

目前传统的晶圆翻转机构，主要由晶圆夹爪，伺服旋转电机等组成，如现有技术公开的《一种晶圆搬运机械手》（申请号：2019211536472）的记载，此类结构的晶圆翻转机构，典型通过腕部旋转，来带动手指端夹持晶圆进行原地180°旋转完成晶圆翻面。

基于此类现有翻转机构的形态，目前晶圆翻转及传动的动作流程被设置为：Robot手指携带晶圆到达翻转工位，向翻转机构放片→ Robot手指退出翻转工位（避免晶圆翻转时与其干涉）→翻转机构电机动作翻转晶圆→ Robot 手指到达翻转工位取片。由此可见，此类现有技术在实施过程中，需通过晶圆搬运机器人与其配合，才能实现晶圆的翻转与传递。否则如图1所示，若晶圆翻转机构直接原地旋转，将与Robot手指发生干涉。

因此受限于现有晶圆翻转机构的形态，使得晶圆翻转传递动作流程复杂，需要Robot与翻转机构有大量的控制交互动作，从而限制了晶圆翻转传递的效率。

发明内容

为此，本发明的主要目的在于提供一种晶圆回旋翻转机构及其回旋翻转方法，以减少晶圆翻转传递时，翻转机构与Robot手指间的交互动作。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种晶圆回旋翻转机构，其包括：夹爪模块，直线模组，行程架，支座，变轨模块，转轴，触发件，拨动件，其中所述转轴第一端与夹爪模块连接、第二端与触发件花键联接，所述支座套接在转轴上旋转连接，所述直线模组的移动端与支座连接，所述拨动件设置在行程架的触发位，所述变轨模块的拨动端与支座连接，以随直线模组的往复位移，来拨动触发件，使其在转轴上往复位移，进而控制触发件与拨动件在直线模组的位移路径上联动/脱离，以联动转轴将夹爪模块翻转后回归原位。

在可能的优选实施方式中，其中所述变轨模块包括：导轨件，诱导件，第一滑轨，所述导轨件连接在行程架第一侧，所述导轨件上设有回旋引导槽，所述诱导件上设有凸块及拨指，所述诱导件与支座间经第一滑轨形成滑动连接，所述凸块伸入回旋引导槽，受其引导，以在直线模组带动支座纵向往复位移过程中，联动诱导件沿第一滑轨横向往复位移，以控制拨指拨动触发件，令其在转轴上往复位移，来控制触发件与拨动件处于共线/非共线的行程路径上。

在可能的优选实施方式中，其中所述回旋引导槽中段呈双道导槽状、两端呈并道收窄为非共线的单道导槽状。

在可能的优选实施方式中，所述的晶圆回旋翻转机构，还包括：旋转阻尼器，其固定在支座一端，并套接在转轴上。

在可能的优选实施方式中，所述的晶圆回旋翻转机构，还包括：第二滑轨，其连接在行程架第二侧，所述第二滑轨的滑动端与所述支座连接。

在可能的优选实施方式中，其中所述触发件为齿轮，拨动件为齿条，所述触发件与拨动件呈齿轮啮合联动。

在可能的优选实施方式中，其中所述齿条长度支持齿轮啮合旋转至少180°。

在可能的优选实施方式中，其中所述转轴与触发件连接的第二端为滚珠花键轴，所述触发件设置在滚珠花键轴的外花键上。

在可能的优选实施方式中，其中所述直线模组行程长度，大于夹爪模块所持晶圆时的最大外边开合距离。

为了实现上述目的，对应上述晶圆回旋翻转机构，根据本发明的另一个方面，还提供了一种晶圆回旋翻转方法，用于操控如上任一所述的晶圆回旋翻转机构翻转晶圆，并与机器人手指完成晶圆传递，步骤包括：机器人手指携带晶圆进入翻转工位后原地等待；夹爪模块在初始位夹持晶圆后，启动直线模组带动支座正向位移，促使触发件与拨动件联动翻转夹爪模块后，联动变轨模块在预设正向行程位拨动触发件，令其在转轴上位移，促使触发件脱离与拨动件联动的路径轨迹后；令直线模组带动支座反向位移，直至变轨模块在预设反向行程位拨动触发件，使其在转轴上复位，同时夹爪模块返回初始位时停止；令机器人手指接收夹爪模块所持晶圆后，退出翻转工位。

通过本发明提供的该晶圆回旋翻转机构及其回旋翻转方法，巧妙的设计了一种回旋翻转的结构，以在直线模组带动夹爪模块进行升/降的过程中，触发变轨模块来使触发件与拨动件联动/脱离，从而将一段直线位移运动顺势转变为旋转运动，以此带动夹爪模块翻转，同时使其顺势回归原位，从而一方面使得夹爪模块在翻转晶圆时不会与Robot手指干涉，另一方面使得Robot手指仅需原位等待即可，不再需要执行退出/返回翻转工位的工序，此举不但减少了晶圆翻转传递动作流程，使得Robot与翻转机构的交互动作更为简单可靠，同时还进一步提升了晶圆翻转传递的效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为背景技术中传统晶圆翻转机构与Robot手指传递晶圆时的空间位置示意图；

图2为本发明的晶圆回旋翻转机构整体结构示意图；

图3为本发明的晶圆回旋翻转机构中导轨件呈透视状以展现回旋引导槽与凸块配接的结构示意图；

图4为本发明的晶圆回旋翻转机构装配结构示意图；

图5为本发明的晶圆回旋翻转机构中展示触发件与拨动件联动以翻转夹爪模块的状态示意图；

图6至图10为本发明的晶圆回旋翻转机构经直线模组驱动，夹爪模块经历回旋翻转过程的步骤分解示意图；

图11为本发明的晶圆回旋翻转方法中，示意机器人手指在翻转工位与晶圆回旋翻转机构交互的状态示意图。

附图标记说明

晶圆回旋翻转机构1，机器人手指2，晶圆3，第二滑轨10，夹爪模块11，直线模组12，行程架13，支座14，变轨模块15，转轴16，触发件17，拨动件18，旋转阻尼器19，导轨件151，诱导件152，第一滑轨153，回旋引导槽1511，凸块1521，拨指1522。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。而术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“布设”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况，结合现有技术来理解上述术语在本发明中的具体含义。此外在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。且图示中的部件中的一个或多个可以是必须的或非必须的，以及上述图示的各部件之间的相对位置关系可以根据实际需要进行调整。

为了减少晶圆3翻转传递时，翻转机构与Robot（机器人）手指间的交互动作，请参阅图1至图10所示，本发明提供了一种晶圆回旋翻转机构1，以供与Robot手指进行传递及晶圆3翻转交互动作，其中该晶圆回旋翻转机构1包括：夹爪模块11，直线模组12，行程架13，支座14，变轨模块15，转轴16，触发件17，拨动件18。

具体来说，如图3至图4所示，其中所述转轴16第一端与夹爪模块11连接固定、第二端设有外花键齿，而触发件17本示例中优选为齿轮，其齿轮连接孔中设有内花键齿，以供与转轴16第二端形成花键联接，从而允许触发件17在转轴16第二端上，轴向位移并联动旋转，此外在可选的实施方式中，其中所述转轴16与触发件17连接的第二端为滚珠花键轴，所述触发件17的齿轮设置在滚珠花键轴的外花键上。

所述支座14则套接在转轴16上，其中该转轴16位于支座14的套接位置处，可设置成光轴面，以使转轴16旋转时不受支座14影响，此外在可选的示例中，也可在支座14的轴孔内设置滚珠轴承，以经轴承与转轴16配接，减少磨损及摩擦。

进一步的，如图4所示，在本示例中该支座14座体向下延伸出一支架，以减少支座14横向体积，充分利用纵向行程空间，来实现可在狭窄紧凑的空间内，设置与直线模组12及变轨模块15的联动结构，具体的，所述直线模组12的底座固定在行程架13第一位置，所述变轨模块15的引导端固定在行程架13的第二位置，所述直线模组12的移动端与支座14的支架连接，所述拨动件18本示例中优选为齿条，其设置在行程架13的触发位，所述变轨模块15的拨动端与支座14的支架连接。

其中，如图4所示，在本示例中，所述变轨模块15包括：导轨件151，诱导件152，第一滑轨153，其中所述导轨件151连接在行程架13第一侧，即行程架13的第二位置，所述导轨件151上设有回旋引导槽1511，其中所述回旋引导槽1511中段呈双道导槽状、两端呈并道收窄为非共线的单道导槽状。而所述诱导件152上设有凸块1521及拨指1522，所述诱导件152与支座14的支架间经第一滑轨153形成滑动连接，所述凸块1521伸入回旋引导槽1511形成配接。经此设置可在行程架13、直线模组12与导轨件151之间定义出一个狭窄的纵向行程空间，由此再适配上述支座14座体形态，将其支架通过上述示例合理的配置与直线模组12的移动端、诱导件152、第一滑轨153间的连接关系，可充分利用纵向行程空间，来节省整体机构的空间实施要求，以使得机构尽可能的小型化。

其后，当诱导件152通过凸块1521受回旋引导槽1511的引导时，在初始阶段，如图6所示，由于凸块1521在回旋引导槽1511的底端左侧单道导槽内，此时随着直线模组12带动支座14上升过程中，凸块1521会沿途进入回旋引导槽1511的双道导槽的左侧导槽，并沿着该左侧导槽持续上升，此时凸块1521位置未变，因此诱导件152位置不变，此时触发件17处于与拨动件18共线的行程路径上，直至直线模组12带动支座14上升到预定位置时，如图7至图8所示，触发件17与拨动件18齿轮开始啮合，驱动转轴16带动夹爪模块11翻转，此外该翻转角度，可以通过控制齿轮齿条的齿数、齿条长度来调整，来使啮合后的齿轮在脱离齿条时，达到旋转至少180°的效果，从而连动转轴16，带动夹爪模块11也顺势旋转180°，以此完成晶圆3翻转。

之后如图9所示，直线模组12带动支座14继续上升，此时诱导件152通过凸块1521受回旋引导槽1511的引导，凸块1521将汇入回旋引导槽1511的顶端右侧单道导槽内，此时由于凸块1521位置发生改变，因此诱导件152位置产生右向位移，因此诱导件152的拨指1522此时，也会顺势拨动触发件17沿转轴16右向位移，从而使得触发件17处于与拨动件18非共线的行程路径上。

之后如图10所示，直线模组12带动支座14开始下降，凸块1521会沿途进入回旋引导槽1511的双道导槽的右侧导槽，并沿着该右侧导槽持续下降，此时凸块1521位置未变，因此诱导件152位置不变，此时由于触发件17已经处于与拨动件18非共线的行程路径上，因而触发件17则不再会与拨动件18发生啮合。之后直线模组12带动支座14下降至底端的过程中，如图6所示，凸块1521会沿途汇入至回旋引导槽1511的左侧单道导槽内，此时由于凸块1521位置发生相对改变，因此诱导件152位置产生左向位移，因此诱导件152的拨指1522此时，也会顺势拨动触发件17沿转轴16左向位移，从而使得触发件17回归与拨动件18共线的行程路径上，为下一次接收晶圆3翻转认为做好准备。

此刻由于夹爪模块11完成了上升翻转运动，并回到了原位，从而可认为完成了一次晶圆3回旋翻转操作，此时接应传递的机器人手指2便可原地接收传递的晶圆3，以完成晶圆3翻转传递工序。

值得一提的是，实际上经过上述示例的晶圆回旋翻转机构1，可以发现其相比现有技术，省去了一个用于夹爪模块11翻转的伺服旋转电机，从而降低了技术实施成本。

此外需要注意的是，所述直线模组12行程长度，需大于夹爪模块11所持晶圆3时的最大外边开合距离，以免夹爪模块11翻转时，与停留在机构初始位置的机器人手指2发生干涉。

进一步的，为了控制翻转角度的精度，避免直线模组12上升时，触发件17与拨动件18啮合旋转产生的惯性驱使旋转角度过量，在可选的实施方式中，所述的晶圆回旋翻转机构1，还包括：旋转阻尼器19，其固定在支座14一端，并套接在转轴16上，从而当转轴16失去触发件17与拨动件18啮合的旋转力后，将抵消之后的惯性旋转力，从而使夹爪模块11带动晶圆3保持180°的翻转，以便于后续与机器人手指2完成晶圆3传递交接。

进一步的，为了稳固直线模组12带动的升降结构，在可选的优选实施方式中，所述的晶圆回旋翻转机构1，还包括：第二滑轨10，其连接在行程架13第二侧，所述第二滑轨10的滑动端与所述支座14的支架背部连接，从而在直线模组12带动支座14升降的过程中，对其形成支持。

另一方面，请参阅图11所示，对应上述晶圆回旋翻转机构1，本发明还提供了一种晶圆回旋翻转方法，用于操控如上任一示例的晶圆回旋翻转机构1翻转晶圆3，并与机器人手指2完成晶圆3传递，其步骤包括：

机器人手指2携带晶圆3进入翻转工位后原地等待；

夹爪模块11在初始位夹持晶圆3后，启动直线模组12带动支座14正向位移，促使触发件17与拨动件18联动翻转夹爪模块11后，联动变轨模块15在预设正向行程位拨动触发件17，令其在转轴16上位移，促使触发件17脱离与拨动件18联动的路径轨迹后；

令直线模组12带动支座14反向位移，直至变轨模块15在预设反向行程位拨动触发件17，使其在转轴16上复位，同时夹爪模块11返回初始位时停止；

令机器人手指2接收夹爪模块11所持晶圆3后，退出翻转工位，以完成晶圆3翻转及传递工序。

其中，上述所称正向与反向位移，可以理解为升/降位移，也可以理解为左/右、前/后等相对位移方向，具体可根据现场设备空间或工位设置，来进行转换实施，以达到相同的功效，因此任何属于本发明构思内的，相对位移方向替换实施方案，皆在本发明的揭露范围内。

综上所述，通过本发明提供的该晶圆回旋翻转机构1及其回旋翻转方法，巧妙的设计了一种回旋翻转的结构，以在直线模组12带动夹爪模块11进行升/降的过程中，触发变轨模块15来使触发件17与拨动件18联动/脱离，从而将一段直线位移运动顺势转变为旋转运动，以此带动夹爪模块11翻转，同时使其顺势回归原位，从而一方面使得夹爪模块11在翻转晶圆3时不会与Robot手指干涉，另一方面使得Robot手指仅需原位等待即可，不再需要执行退出/返回翻转工位的工序，此举不但减少了晶圆3翻转传递动作流程，使得Robot与翻转机构的交互动作更为简单可靠，同时还进一步提升了晶圆3翻转传递的效率。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员可以理解，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

此外实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种晶圆回旋翻转机构，其包括：夹爪模块，直线模组，行程架，支座，变轨模块，转轴，触发件，拨动件，其中所述转轴第一端与夹爪模块连接、第二端与触发件花键联接，所述支座套接在转轴上旋转连接，所述直线模组的移动端与支座连接，所述拨动件设置在行程架的触发位，所述变轨模块的拨动端与支座连接，以随直线模组的往复位移，来拨动触发件，使其在转轴上往复位移，进而控制触发件与拨动件在直线模组的位移路径上联动/脱离，以联动转轴将夹爪模块翻转后回归原位。

2.根据权利要求1所述的晶圆回旋翻转机构，其中，所述变轨模块包括：导轨件，诱导件，第一滑轨，所述导轨件连接在行程架第一侧，所述导轨件上设有回旋引导槽，所述诱导件上设有凸块及拨指，所述诱导件与支座间经第一滑轨形成滑动连接，所述凸块伸入回旋引导槽，受其引导，以在直线模组带动支座纵向往复位移过程中，联动诱导件沿第一滑轨横向往复位移，以控制拨指拨动触发件，令其在转轴上往复位移，来控制触发件与拨动件处于共线/非共线的行程路径上。

3.根据权利要求2所述的晶圆回旋翻转机构，其中，所述回旋引导槽中段呈双道导槽状、两端呈并道收窄为非共线的单道导槽状。

4.根据权利要求1所述的晶圆回旋翻转机构，其中，还包括：旋转阻尼器，其固定在支座一端，并套接在转轴上。

5.根据权利要求1所述的晶圆回旋翻转机构，其中，还包括：第二滑轨，其连接在行程架第二侧，所述第二滑轨的滑动端与所述支座连接。

6.根据权利要求1所述的晶圆回旋翻转机构，其中，所述触发件为齿轮，拨动件为齿条，所述触发件与拨动件呈齿轮啮合联动。

7.根据权利要求6所述的晶圆回旋翻转机构，其中，所述齿条长度支持齿轮啮合旋转至少180°。

8.根据权利要求1所述的晶圆回旋翻转机构，其中，所述转轴与触发件连接的第二端为滚珠花键轴，所述触发件设置在滚珠花键轴的外花键上。

9.根据权利要求1所述的晶圆回旋翻转机构，其中，所述直线模组行程长度，大于夹爪模块所持晶圆时的最大外边开合距离。

10.一种晶圆回旋翻转方法，用于操控如权利要求1至9任一所述晶圆回旋翻转机构翻转晶圆，并与机器人手指完成晶圆传递，步骤包括：机器人手指携带晶圆进入翻转工位后原地等待；夹爪模块在初始位夹持晶圆后，启动直线模组带动支座正向位移，促使触发件与拨动件联动翻转夹爪模块后，联动变轨模块在预设正向行程位拨动触发件，令其在转轴上位移，促使触发件脱离与拨动件联动的路径轨迹后；令直线模组带动支座反向位移，直至变轨模块在预设反向行程位拨动触发件，使其在转轴上复位，同时夹爪模块返回初始位时停止；令机器人手指接收夹爪模块所持晶圆后，退出翻转工位。