CN117253835A - 一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，包括石墨圆盘托盘、升降组件、夹爪组件以及旋转组件，其中，夹爪组件用于夹持放置到石墨圆盘托盘的石墨圆盘；升降组件与石墨圆盘托盘的底部连接，响应于夹爪组件夹持石墨圆盘，带动石墨圆盘托盘脱离石墨圆盘；旋转组件与夹爪组件连接，用于带动夹爪组件转动，以使石墨圆盘转动到期望位置。该实施方式能够实现石墨圆盘准确定位的功能。首先通过夹爪组件夹持石墨圆盘，接下来通过升降组件带动石墨圆盘托盘脱离石墨圆盘，最后根据晶圆的平边位置，通过旋转组件带动夹爪组件转动。如此一来，减少机械手旋转晶圆的操作步骤，降低出现误差的几率，使得晶圆准确地放置到石墨圆盘中，提高了定位精度。

Description

一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构
技术领域
本发明涉及半导体晶圆定位技术领域，尤其是涉及一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构。
背景技术
半导体设备中，通常通过机械手将晶圆放置到校准定位后的石墨圆盘上，进而通过机械手将石墨圆盘和晶圆一同传输到工艺腔室中。
机械手的控制系统通常会保存着各个工位取放晶圆的位置信息，通常包括晶圆的中心坐标值、机械手的旋转角度、伸出长度和高低位置等信息。因此，在实际工作中，机械手从晶圆传送盒中取得晶圆后，不仅需要传输晶圆，还要根据所保存的旋转角度旋转上述晶圆，进而准确放置到已定位好的石墨圆盘上。
但随着时间的推移，各部件之间可能会产生微小的位移差，导致原来存储的位置信息、旋转角度等和实际情况产生了偏差，使得晶圆的实际放置角度与预设角度发生了偏差，导致晶圆无法适配地放置到石墨圆盘中，进而影响晶圆的工艺加工。
发明内容
本发明的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
本发明的一些实施例提供了一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
该机构包括石墨圆盘托盘、升降组件、夹爪组件以及旋转组件，其中，所述夹爪组件用于夹持放置到所述石墨圆盘托盘的石墨圆盘；所述升降组件与所述石墨圆盘托盘的底部连接，响应于所述夹爪组件夹持所述石墨圆盘，带动所述石墨圆盘托盘脱离所述石墨圆盘；所述旋转组件与所述夹爪组件连接，用于带动所述夹爪组件转动，以使所述石墨圆盘转动到期望位置。
可选的，所述夹爪组件包括设置到所述石墨圆盘托盘下部的夹爪承载盘、多个环绕所述夹爪承载盘轴向的夹爪以及夹爪驱动部，所述夹爪驱动部能够驱动每个所述夹爪朝向或者背离所述石墨圆盘移动，进而夹持或者松开所述石墨圆盘。
可选的，所述夹爪承载盘上设置有多个轨道、中心铰链轮以及多个连接杆，所述多个轨道与所述多个夹爪一一对应地滑动连接；所述中心铰链轮与所述夹爪承载盘转动连接，以及与所述夹爪驱动部连接；每个所述连接杆的两端枢转地连接到一个夹爪和所述中心铰链轮。
可选的，所述夹爪驱动部包括设置到所述夹爪承载盘底部的夹爪驱动电机、皮带轮以及皮带，所述夹爪驱动电机的输出轴穿过所述夹爪承载盘与所述皮带轮连接，所述皮带环绕所述皮带轮和所述中心铰链轮。
可选的，所述升降组件包括相连接的升降轴和升降驱动部，所述升降轴的第一端穿过所述旋转组件以及所述夹爪组件与所述石墨圆盘托盘的底部连接。
可选的，所述升降驱动部包括升降驱动电机、动力轮以及连杆，所述升降驱动电机的输出轴与所述动力轮连接，所述连杆的两端枢转地连接到所述动力轮和所述升降轴的第二端。
可选的，所述升降组件还包括支撑件，所述支撑件上设置有直线轴承，所述升降轴与所述直线轴承相配合。
可选的，所述旋转组件包括中空旋转电机以及旋转轴，所述中空旋转电机设置到所述支架上，所述旋转轴的两端连接到所述中空旋转电机和所述夹爪承载盘的底部。
可选的，所述定位机构还包括图像采集装置以及与所述中空旋转电机通讯连接控制器，所述图像采集装置用于采集所述晶圆的平边位置，所述控制器根据所述平边位置控制所述中空旋转电机转动。
可选的，所述图像采集装置包括以下其中一项：工业相机、摄像头。
本发明的上述实施例具有如下有益效果：通过本发明的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，能够实现晶圆准确地放置到石墨圆盘中。造成相关的石墨圆盘与晶圆在放置时出现偏差的原因在于：相关的石墨圆盘的位置是固定的，机械手通过控制系统保存的旋转角度以及伸长长度等信息对晶圆进行搬运及旋转操作。而随着时间的推移，石墨圆盘可能出现微小的位移差，机械手仅根据存储的旋转角度动作也容易与实际情况产生偏差。
具体来说，本发明的石墨圆盘定位机构，首先通过夹爪组件夹持放置到石墨圆盘托盘的石墨圆盘，接下来通过升降组件带动石墨圆盘托盘脱离上述石墨圆盘。最后根据晶圆的平边位置，旋转组件带动夹爪组件转动，以使上述石墨圆盘转动到与上述晶圆相匹配的位置。即晶圆的平边位置与石墨圆盘的平边位置相重合，使得晶圆能够放置到石墨圆盘中。最后，机械手无需旋转晶圆，仅仅将晶圆放置到石墨圆盘上，进而一同传输到工艺腔室中。如此一来，本发明的石墨圆盘定位机构能够根据晶圆的平边位置调整石墨圆盘的角度，减少机械手旋转晶圆的操作步骤，降低出现误差的几率，使得晶圆准确地放置到石墨圆盘中，提高了定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构的另一个实施例的结构示意图；
图3为本发明的夹爪组件的一个实施例的结构示意图；
图4为本发明的升降组件的一个实施例的结构示意图。
附图标记说明：
11：托盘；12：支撑座；121：弧形挡板；21：夹爪承载盘；22：夹爪；221：夹持部；222：支撑部；223：悬臂；23：轨道；24：中心铰链轮；25：连接杆；26：夹爪驱动电机；27：皮带轮；28：皮带；31：升降轴；32：升降驱动电机；33：动力轮；34：连杆；35：支架；36：直线轴承；41：中空旋转电机；42：旋转连接件；5：石墨圆盘。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，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"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
首先请参阅图1和图2，图1为本发明的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构的一个实施例的结构示意图；图2为本发明的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构的另一个实施例的结构示意图。该装载晶圆的石墨圆盘定位机构包括石墨圆盘托盘、升降组件、夹爪组件以及旋转组件。
在一些实施例中，上述石墨圆盘托盘包括托盘11和设置到该托盘11上的四个支撑座12。每个支撑座12上设置有弧形挡板121，在放置石墨圆盘5后，每个弧形挡板121与上述石墨圆盘5的外圆周相接合。需要说明的是，虽然图中是以四个支撑座12为例进行示出的，但这只是示例性的，本领域技术人员可以根据实际情况对上述支撑座12的数量进行调整，但是这种改变并不超出本公开的保护范围。
接下来请参阅图1和图3，图3为本发明的夹爪组件的一个实施例的结构示意图。上述夹爪组件用于夹持放置到上述支撑座12的石墨圆盘5。在一些实施例中，上述夹爪组件可以包括夹爪承载盘21、四个夹爪22以及夹爪驱动部。上述夹爪承载盘21设置到托盘11的底部。该夹爪承载盘21的轴线可以与托盘11的垂直中心线重合。上述四个夹爪22环绕该夹爪承载盘21的轴线设置。在工作状态下，四个夹爪22能够在上述夹爪驱动部的带动下朝向或者背离该石墨圆盘5移动，进而夹持或者松开该石墨圆盘5。
在一些实施例中，上述每个夹爪22可以包括夹持部221、支撑部222以及悬臂223。上述悬臂223与夹爪承载盘21可移动地连接。支撑部222的两端沿竖直方向连接到上述悬臂223的背离夹爪承载盘21的一端以及夹持部221的底端。上述支撑部222能够提高该夹持部221的高度，进而使夹持部221的槽口下端与支撑座12的端面处于同一水平面。
作为示例，上述夹爪承载盘上可以设置四个环绕夹爪承载盘轴线设置的齿条。每个齿条指向该夹爪承载盘的轴线。每个上述悬臂之下可以设置与上述齿条相啮合的齿轮。上述夹爪驱动部的输出轴与该齿轮连接。在工作状态下，夹爪驱动部的输出轴带动齿轮转动，进而使悬臂带动夹持部沿该齿条朝向石墨圆盘移动，进而完成夹持。上述夹爪驱动部可以是行走电机。
作为再一示例，上述夹爪驱动部可以是滚珠丝杠电机。上述悬臂可以与滚珠丝杠的螺母连接。进一步地，在悬臂底部设置支撑杆与夹爪承载盘通过滑轨滑动连接，进而限制悬臂的传动。同样可以实现夹爪的朝向或者背离石墨圆盘移动。
在一些可选实现方式中，可以在上述夹爪承载盘上设置四个轨道、中心铰链轮以及四个连接杆。如图3所示，上述四个轨道23与上述悬臂223一一对应地滑动连接。上述四个轨道23环绕该夹爪承载盘21的轴线设置。每个轨道23均指向该夹爪承载盘21的轴线。上述中心铰链轮24与该夹爪承载盘21同轴设置。进一步地，上述中心铰链轮24可以通过轴承与该夹爪承载盘21可转动地连接。上述连接杆25的两端枢转地连接到悬臂223和中心铰链轮24上部。在工作状态下，该中心铰链轮24转动，进而带动连接杆25的一端转动，使得该连接杆25的另一端拉动悬臂223沿对应轨道23朝向或者背离石墨圆盘5（图1中所示）移动，进而实现夹持部221夹持和松开上述石墨圆盘5。
进一步地，可以将上述夹爪驱动部与中心铰链轮24连接，实现对四个夹爪22的同步控制。具体而言，上述夹爪驱动部可以包括夹爪驱动电机26、皮带轮27以及皮带28。上述夹爪驱动电机26可以设置到夹爪承载盘21底部。该夹爪驱动电机26的输出轴穿过夹爪承载盘21与皮带轮27连接。上述皮带28连接上述皮带轮27以及中心铰链轮24。进而在工作状态下，上述夹爪驱动电机26驱动皮带轮27转动，进而使得皮带28带动中心铰链轮24相对于夹爪承载盘21转动，进而实现夹爪22夹持上述石墨圆盘5。如此一来，通过一个夹爪驱动电机26同步控制四个夹爪22动作。
需要说明的是，虽然上文是以四个夹爪为例进行说明的，但夹爪的数量并不是唯一的，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。但是这种改变并不超出本公开的保护范围。
在一些实施例中，上述升降组件与上述石墨圆盘托盘的底部连接，响应于上述夹爪组件夹持上述石墨圆盘，带动上述石墨圆盘托盘下降以脱离上述石墨圆盘。
可选的，上述升降组件可以包括相连接的升降轴和升降驱动部。接下来结合图4进行说明，图4为本发明的升降组件的一个实施例的结构示意图。上述升降轴31的第一端（图4中的上端）穿过中心铰链轮24和夹爪承载盘21，与托盘11的底部连接。上述升降驱动部与升降轴31的第二端（图4中的下端）连接。在工作状态下，该升降驱动部带动升降轴31上下运动。作为示例，上述升降驱动部可以是电磁推杆或者电动推杆。
在一些可选实现方式中，上述升降驱动部可以包括升降驱动电机32、动力轮33以及连杆34。升降驱动电机32的输出轴与上述动力轮33连接。上述连杆34的两端枢转地连接到动力轮33和升降轴31的第二端。上述升降驱动电机32能够使该动力轮33环绕自身轴向转动，进而使得连杆34带动升降轴31运动。
上述升降驱动电机32水平向设置，与电动推杆或者电磁推杆竖直向设置相比，能够降低该定位机构的高度，提高该定位机构的稳定性。
再进一步地，为了限制该升降轴31的运动方向，该升降组件还可以包括支架35和直线轴承36。该支架35设置有上端面。该上端面上设置有直线轴承36。上述升降轴31穿过该直线轴承36并配合。如此一来，该直线轴承36能够在升降驱动电机32带动升降轴31升降时限制该升降轴31的运动方向。
重新参阅图1，上述旋转组件与上述夹爪组件连接，用于带动上述夹爪组件转动，以使上述石墨圆盘转动到期望位置。
在一些可选实现方式中，上述旋转组件可以包括中空旋转电机41以及旋转连接件42。该中空旋转电机41可以设置到上述支架35的上端面上，上述升降轴31由该中空旋转电机41的中空部分穿过。该中空旋转电机41可以与上述夹爪承载盘21同心设置。上述旋转连接件42的两端连接到中空旋转电机41和夹爪承载盘21的底部。进而在工作状态下，当上述托盘11脱离于上述石墨圆盘5后，上述中空旋转电机41驱动旋转连接件42，使得夹爪22夹持着石墨圆盘5一同转动到期望位置。
进一步地，该定位机构还可以包括控制器，该控制器与上述夹爪组件、升降组件以及旋转组件通讯连接，进而实现对上述各组件的控制。需要说明的是，上述控制器可以是硬件，也可以是软件。当控制器为硬件时，可以实现成多个服务器或终端设备组成的分布式集群，也可以实现成单个服务器或单个终端设备。当控制器体现为软件时，可以安装在上述所列举的硬件设备中。其可以实现成例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
上述定位机构还可以包括图像采集装置，该图像采集装置用于采集晶圆的平边位置。具体而言，上述图像采集装置可以是工业相机或者摄像头。该图像采集装置采集晶圆的平边位置的图像信息。上述控制器与该图像采集装置通讯连接。控制器通过图像采集装置获取该晶圆的平边位置的图像信息，该控制器通过安装到中空旋转电机的编码器等获取电机的旋转角度，进而确定石墨圆盘的平边位置。最后，通过比较确定晶圆的平边位置与石墨圆盘的平边位置所相差的角度，进而控制中空旋转电机旋转对应角度，使得石墨圆盘的平边位置与晶圆的平边位置相适配，进而达到期望位置。上述期望位置即是石墨圆盘的平边位置与机械手待取得的晶圆的平边位置相适配的位置。具体地，控制器可以通过多种方式实现平边位置的图像信息与样本的图像信息进行比对。例如，控制器提取平边位置的图像信息中平边位置的边界轮廓或者特征，将该边界轮廓或者特征与样本的图像信息比较后确定相差角度。
在实际工作中，首先，上述升降驱动电机32驱动动力轮33转动，使得连杆34带动升降轴31向上移动，进而使得托盘11一同向上，直到支撑座12的端面与夹持部221的槽口下端处于同一水平面。接下来，通过机械臂放置石墨圆盘5后，夹爪驱动电机26驱动皮带轮27转动，进而使得皮带28带动中心铰链轮24相对于夹爪承载盘21转动，连接杆25拉动悬臂223沿对应轨道23朝向石墨圆盘5移动，进而实现夹持部221夹持石墨圆盘5。接着，上述升降驱动电机32再次驱动动力轮33转动，使得连杆34带动升降轴31向下运动，进而使得托盘11一同向下，直到该石墨圆盘5脱离支撑座12。接下来，图像采集装置采集晶圆的平边位置图像信息，并传输到控制器。控制器通过将石墨圆盘5的平边位置与晶圆的平边位置相比较后，确定相差角度，进而控制中空旋转电机41驱动旋转连接件42转动，进而带动石墨圆盘5转动对应角度。最后，机械手将晶圆放置到石墨圆盘5后，将石墨圆盘5与晶圆一同传输到工艺腔室中加工。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，包括石墨圆盘托盘、升降组件、夹爪组件以及旋转组件，其中，
所述夹爪组件用于夹持放置到所述石墨圆盘托盘的石墨圆盘；
所述升降组件与所述石墨圆盘托盘的底部连接，响应于所述夹爪组件夹持所述石墨圆盘，带动所述石墨圆盘托盘脱离所述石墨圆盘；
所述旋转组件与所述夹爪组件连接，用于带动所述夹爪组件转动，以使所述石墨圆盘转动到期望位置。
2.根据权利要求1所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述夹爪组件包括设置到所述石墨圆盘托盘下部的夹爪承载盘、多个环绕所述夹爪承载盘轴向的夹爪以及夹爪驱动部，所述夹爪驱动部能够驱动每个所述夹爪朝向或者背离所述石墨圆盘移动，进而夹持或者松开所述石墨圆盘。
3.根据权利要求2所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述夹爪承载盘上设置有多个轨道、中心铰链轮以及多个连接杆，所述多个轨道与所述多个夹爪一一对应地滑动连接；所述中心铰链轮与所述夹爪承载盘转动连接，以及与所述夹爪驱动部连接；每个所述连接杆的两端枢转地连接到一个夹爪和所述中心铰链轮。
4.根据权利要求3所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述夹爪驱动部包括设置到所述夹爪承载盘底部的夹爪驱动电机、皮带轮以及皮带，所述夹爪驱动电机的输出轴穿过所述夹爪承载盘与所述皮带轮连接，所述皮带环绕所述皮带轮和所述中心铰链轮。
5.根据权利要求4所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述升降组件包括相连接的升降轴和升降驱动部，所述升降轴的第一端穿过所述旋转组件以及所述夹爪组件与所述石墨圆盘托盘的底部连接。
6.根据权利要求5所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述升降驱动部包括升降驱动电机、动力轮以及连杆，所述升降驱动电机的输出轴与所述动力轮连接，所述连杆的两端枢转地连接到所述动力轮和所述升降轴的第二端。
7.根据权利要求6所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述升降组件还包括支架，所述支架上设置有直线轴承，所述升降轴与所述直线轴承相配合。
8.根据权利要求7所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述旋转组件包括中空旋转电机以及旋转连接件，所述中空旋转电机设置到所述支架上，所述旋转连接件的两端连接到所述中空旋转电机和所述夹爪承载盘的底部。
9.根据权利要求8所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述定位机构还包括图像采集装置以及与所述中空旋转电机通讯连接控制器，所述图像采集装置用于采集所述晶圆的平边位置，所述控制器根据所述平边位置控制所述中空旋转电机转动。
10.根据权利要求9所述的一种装载晶圆的石墨圆盘定位机构，其特征在于，所述图像采集装置包括以下其中一项：工业相机、摄像头。
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