CN117954364B - 超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人，涉及晶圆运输技术领域，包括机构底座，所述机构底座的顶面连接有第一机械臂和第二机械臂；所述机构底座控制第一机械臂和第二机械臂取放晶圆的同时采集晶圆的吸附点，根据晶圆的吸附点校准第一机械臂和第二机械臂的位移量；在第一机械臂和第二机械臂取放晶圆的过程中，机构底座控制第一机械臂和第二机械臂采集晶圆的吸附点，根据晶圆的吸附点校准第一机械臂和第二机械臂的位移量，保证第一机械臂和第二机械臂每次都能精确的移动至晶圆的底面，同时也能将晶圆精确的放入另一个工位上，实现了晶圆的精准输送。

Description

超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人

技术领域

本发明涉及晶圆运输技术领域，具体涉及超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人。

背景技术

在晶圆加工的过程中，需要使用机械臂将晶圆从一个工位运输至另一个工位上，在这个过程中，机械臂需要高频次的重复运输，同时还要保证晶圆取放过程中的精准度，现有的晶圆运输臂，例如授权公告号为CN213124400U的专利公开的一种晶圆运输机械臂以及授权公告号为CN116504694B的专利公开的一种半导体晶圆输送设备，此类机械臂在高频重复运输晶圆的过程中，由于设备自身的疲劳，晶圆托盘对晶圆的取放精度会不断下降，导致在输送晶圆的过程中，无法精确的将晶圆输送至工位上。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人，以解决现有技术中，机械臂在高频次的重复运输过程中，由于设备自身的疲劳，晶圆托盘对晶圆的取放精度会不断下降，导致晶圆在输送的过程中无法精确的将晶圆输送至工位上的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

具体是提供一个超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人，包括机构底座，所述机构底座的顶面连接有第一机械臂和第二机械臂；所述机构底座控制第一机械臂和第二机械臂取放晶圆的同时采集晶圆的吸附点，根据晶圆的吸附点校准第一机械臂和第二机械臂的位移量。

作为本发明进一步的方案：所述第一机械臂包括第一大臂，第一大臂的顶面一端转动连接有第一小臂，第一小臂的顶面远离第一大臂的一端转动连接有第一折叠臂，第一折叠臂的顶面远离第一小臂的一端固定连接有第一悬臂，第一悬臂的底面两端固定连接有第一晶圆托盘。

作为本发明进一步的方案：所述第二机械臂包括第二大臂，第二大臂的顶面一端转动连接有第二小臂，第二小臂的顶面远离第二大臂的一端转动连接有第二折叠臂，第二折叠臂的顶面远离第二小臂的一端固定连接有第二悬臂，第二悬臂的底面两端固定连接有第二晶圆托盘。

作为本发明进一步的方案：所述第一晶圆托盘和第二晶圆托盘的顶面均设有晶圆吸盘。

作为本发明进一步的方案：所述第一晶圆托盘和第二晶圆托盘的顶面靠近晶圆吸盘的一侧位置设有光敏感应器。

作为本发明进一步的方案：所述第一大臂的底面固定连接有第一转轴，第二大臂的底面固定连接有第二转轴，机构底座的内腔顶端靠近第一转轴和第二转轴的中间位置设有定位块，第一转轴和第二转轴的侧面靠近定位块的位置固定连接有停止块。

作为本发明进一步的方案：所述定位块为电磁铁，停止块为磁铁，且停止块与定位块的接触面的磁极相反。

作为本发明进一步的方案：所述第一机械臂和第二机械臂上均设有若干组校准环，校准环的内侧固定连接有阻挡块，第一机械臂和第二机械臂上固定连接有与阻挡块相对应的限位块，校准环的侧面连接有液压缸。

作为本发明进一步的方案：所述机构底座上还装载有控制模块，控制模块以晶圆吸盘的顶面中心位置为原点建立直角坐标系。

作为本发明进一步的方案：所述控制模块通过液压缸控制校准环，预设阻挡块的初始位置；

所述机构底座控制第一机械臂和第二机械臂吸附晶圆后，控制模块通过光敏感应器采集晶圆的圆心坐标点，基于圆心坐标点和坐标原点的位置，控制模块使用校准环校准第一机械臂和第二机械臂的位移量，使得晶圆的圆心坐标点与坐标原点重合。

本发明的有益效果：

1、本发明中，在第一机械臂和第二机械臂取放晶圆的过程中，机构底座控制第一机械臂和第二机械臂采集晶圆的吸附点，根据晶圆的吸附点校准第一机械臂和第二机械臂的位移量，保证第一机械臂和第二机械臂每次都能精确的移动至晶圆的底面，同时也能将晶圆精确的放入另一个工位上，实现了晶圆的精准输送。

2、本发明中，通过设置的定位块，在第一大臂或者第二大臂启动时，机构底座会关闭定位块的电路，使定位块产生的磁场消失，这样定位块就不会对停止块产生磁吸力，保证第一转轴和第二转轴可以正常转动，当第一大臂或者第二大臂取放晶圆后返回至初始的位置时，机构底座会打开定位块的电路，使定位块产生磁场，由于停止块与定位块的接触面的磁极相反，所以定位块和停止块之间会产生吸附力，保证第一大臂或者第二大臂停止时，位置精确。

3、本发明中，控制模块通过液压缸控制校准环，预设阻挡块的初始位置，来预设第一机械臂和第二机械臂上各个阻挡块的初始位置，保证晶圆吸盘在经过预设的位移量后可以精确的停止在晶圆的正下方，控制模块先通过光敏感应器采集晶圆的边缘任意三个点的坐标数据，然后根据这三个点的坐标数据计算出该晶圆的圆心坐标点，若圆心坐标点与坐标原点重合或者误差在设置的范围内，则说明第一机械臂和第二机械臂的位移量是精确的，阻挡块的位置不需要调整，若圆心坐标点与坐标原点的误差超出设置的范围，则说明第一机械臂和第二机械臂的位移量是不够精确的，此时控制模块根据晶圆的圆心坐标点来调整第一机械臂和第二机械臂上的阻挡块的位置，保证第一机械臂和第二机械臂在下次拿取晶圆时，圆心坐标点与坐标原点的误差在设置的范围内，这样就能够保证第一机械臂和第二机械臂取放晶圆的精确度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中第一机械臂和第二机械臂的结构示意图；

图3是本发明中第一机械臂和第二机械臂的俯视图；

图4是本发明中第一机械臂的结构示意图；

图5是本发明中第二机械臂的结构示意图；

图6是本发明中定位块和校准环的结构示意图；

图7是本发明中控制模块的流程框图。

图中：1、机构底座；11、转向台；2、第一机械臂；21、第一大臂；211、第一转轴；22、第一小臂；23、第一折叠臂；24、第一悬臂；25、第一晶圆托盘；3、第二机械臂；311、第二转轴；31、第二大臂；32、第二小臂；33、第二折叠臂；34、第二悬臂；35、第二晶圆托盘；4、定位块；41、停止块；5、校准环；51、阻挡块；52、限位块；53、液压缸；6、晶圆吸盘。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1－图3所示，本发明公开了超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人，包括：机构底座1，机构底座1的顶面连接有第一机械臂2和第二机械臂3；机构底座1控制第一机械臂2和第二机械臂3取放晶圆的同时采集晶圆的吸附点，根据晶圆的吸附点校准第一机械臂2和第二机械臂3的位移量；

需要说明的是，机构底座1的内部设置驱动第一机械臂2和第二机械臂3的动力机构，动力机构可以是以电机为动力源、以气缸为动力源或者是以液压油缸为动力源；

以电机为动力源为例：

可以在机构底座1的内部设置四组电机，即电机一、电机二、电机三和电机四，电机一通过丝杠螺母的原理控制第一机械臂2和第二机械臂3竖直方向高度，电机二和电机三则是分别用来驱动第一机械臂2和第二机械臂3，实现第一机械臂2和第二机械臂3的旋转运动，电机四用于控制第一机械臂2和第二机械臂3水平方向的转向；

具体是在机构底座1的内部通过轴承安装一根竖直设置的丝杠，电机一的输出轴通过齿轮与丝杠的侧面底端啮合，这样打开电机一后，电机一的输出轴便可以通过齿轮带动丝杠自转；

丝杠的侧面嵌套相匹配的滚珠螺母，机构底座1的内部还设置升降座，升降座的侧面与滚珠螺母的侧面固定连接，第一机械臂2和第二机械臂3通过长轴安装在升降座上，这样当升降座上下移动时，便可以带动第一机械臂2和第二机械臂3同步上下移动，升降座的形状以及位移量由本领域技术人员根据机构底座1内部冗余的空间进行具体设置；

电机二和电机三都可以安装在升降座上，电机二的输出轴通过齿轮与第一机械臂2连接的长轴的侧面啮合，电机三的输出轴通过齿轮与第二机械臂3连接的长轴的侧面啮合，这样打开电机二时，电机二的输出轴便可以通过齿轮带动与第一机械臂2连接的长轴转动，从而带动第一机械臂2转动，打开电机三时，电机三的输出轴便可以通过齿轮带动与第二机械臂3连接的长轴转动，从而带动第二机械臂3转动；

电机四则安装在机构底座1的内部，如图1所示，在机构底座1的顶部设置转向台11，升降座固定在转向台11的底面，而转向台11是通过轴承安装在机构底座1的顶部，电机四则可以通过螺栓固定在机构底座1的内部，电机四的输出轴通过齿轮与转向台11的底部啮合，用于驱动转向台11的转动，当转向台11转动时，便可以通过升降座带动第一机械臂2和第二机械臂3同步转动，从而实现了控制第一机械臂2和第二机械臂3水平方向的转向。

当机构底座1驱动第一机械臂2和第二机械臂3后，便能使第一机械臂2和第二机械臂3移动至晶圆的底面，当第一机械臂2和第二机械臂3移动至晶圆的底面后，机构底座1再控制第一机械臂2和第二机械臂3向上移动一段距离，这样便可以将晶圆从工位上取下，从而实现了晶圆的拿取，然后机构底座1再通过旋转和位移等操作将晶圆移动至另一个工位上，旋转和位移的方式由本领域技术人员根据机构底座1的环境进行适应性调整，此时机构底座1再控制第一机械臂2和第二机械臂3向下移动一段距离，这样便可以将晶圆放在这个工位上，从而实现了晶圆的取放工序，在第一机械臂2和第二机械臂3取放晶圆的过程中，机构底座1控制第一机械臂2和第二机械臂3采集晶圆的吸附点，根据晶圆的吸附点校准第一机械臂2和第二机械臂3的位移量，保证第一机械臂2和第二机械臂3每次都能精确的移动至晶圆的底面，同时也能将晶圆精确的放入另一个工位上，实现了晶圆的精准输送。

实施例2：

如图4所示，第一机械臂2包括第一大臂21，第一大臂21的顶面一端转动连接有第一小臂22，第一小臂22的顶面远离第一大臂21的一端转动连接有第一折叠臂23，第一折叠臂23的顶面远离第一小臂22的一端固定连接有第一悬臂24，第一悬臂24的底面两端固定连接有第一晶圆托盘25；

需要说明的是，在第一机械臂2取放晶圆的过程中，由第一大臂21、第一小臂22和第一折叠臂23的相互配合，实现第一悬臂24的移动，而第一悬臂24的移动便可以带动第一晶圆托盘25，使第一晶圆托盘25可以移动至晶圆的底面位置，第一大臂21的内部设置电机，该电机的输出轴通过齿轮与第一小臂22的转轴的侧面啮合，当打开该电机后，该电机的输出轴通过齿轮带动第一小臂22的转轴，实现了第一小臂22的转动；

第一小臂22的内部也设置电机，该电机的输出轴通过齿轮与第一折叠臂23的转轴的侧面啮合，当打开该电机后，该电机的输出轴通过齿轮带动第一折叠臂23的转轴，实现了第一折叠臂23的转动；

第一大臂21的转动由机构底座1来控制。

如图5所示，第二机械臂3包括第二大臂31，第二大臂31的顶面一端转动连接有第二小臂32，第二小臂32的顶面远离第二大臂31的一端转动连接有第二折叠臂33，第二折叠臂33的顶面远离第二小臂32的一端固定连接有第二悬臂34，第二悬臂34的底面两端固定连接有第二晶圆托盘35；

需要说明的是，在第二机械臂3取放晶圆的过程中，由第二大臂31、第二小臂32和第二折叠臂33的相互配合，实现第二悬臂34的移动，而第二悬臂34的移动便可以带动第二晶圆托盘35，使第二晶圆托盘35可以移动至晶圆的底面位置，第二大臂31的内部设置电机，该电机的输出轴通过齿轮与第二小臂32的转轴的侧面啮合，当打开该电机后，该电机的输出轴通过齿轮带动第二小臂32的转轴，实现了第二小臂32的转动；

第二小臂32的内部也设置电机，该电机的输出轴通过齿轮与第二折叠臂33的转轴的侧面啮合，当打开该电机后，该电机的输出轴通过齿轮带动第二折叠臂33的转轴，实现了第二折叠臂33的转动；

第二大臂31的转动由机构底座1来控制。

如图4和图5所示，第一晶圆托盘25和第二晶圆托盘35的顶面均设有晶圆吸盘6，第一晶圆托盘25和第二晶圆托盘35的顶面靠近晶圆吸盘6的一侧位置设有光敏感应器；

需要说明的是，晶圆吸盘6为负压吸盘，具体是在机构底座1的内部设置负压泵，负压泵的位置由本领域技术人员根据机构底座1内部冗余的空间进行具体设置，负压泵通过气管与负压吸盘连接，为负压吸盘提供吸附力，当需要负压吸盘吸住晶圆时，可以先打开负压泵，然后负压泵通过气管使负压吸盘产生吸附力，当负压吸盘接触到晶圆的底面时，产生吸附力的负压吸盘便可以将晶圆的底面吸附住，使晶圆稳定在晶圆吸盘6上；

当晶圆吸盘6吸附住晶圆后，第一晶圆托盘25和第二晶圆托盘35的顶面的光敏感应器便可以感应到晶圆在晶圆吸盘6的具体位置。

如图6所示，第一大臂21的底面固定连接有第一转轴211，第二大臂31的底面固定连接有第二转轴311，机构底座1的内腔顶端靠近第一转轴211和第二转轴311的中间位置设有定位块4，第一转轴211和第二转轴311的侧面靠近定位块4的位置固定连接有停止块41，定位块4为电磁铁，停止块41为磁铁，且停止块41与定位块4的接触面的磁极相反；

需要说明的是，第一转轴211和第二转轴311的底端直接与升降座上的长轴固定连接，这样长轴便可以通过第一转轴211或者第二转轴311直接带动第一大臂21或者第二大臂31；

在第一大臂21或者第二大臂31启动时，机构底座1会关闭定位块4的电路，使定位块4产生的磁场消失，这样定位块4就不会对停止块41产生磁吸力，保证第一转轴211和第二转轴311可以正常转动，当第一大臂21或者第二大臂31取放晶圆后返回至初始的位置时，机构底座1会打开定位块4的电路，使定位块4产生磁场，由于停止块41与定位块4的接触面的磁极相反，所以定位块4和停止块41之间会产生吸附力，保证第一大臂21或者第二大臂31停止时，位置精确。

如图6所示，第一机械臂2和第二机械臂3上均设有若干组校准环5，校准环5的内侧固定连接有阻挡块51，第一机械臂2和第二机械臂3上固定连接有与阻挡块51相对应的限位块52，校准环5的侧面连接有液压缸53；

需要说明的是，第一机械臂2上的校准环5设置在第一转轴211的侧面、第一小臂22底面的转轴的侧面以及第一折叠臂23底面的转轴的侧面，第二机械臂3上的校准环5设置在第二转轴311的侧面、第二小臂32底面的转轴的侧面以及第二折叠臂33底面的转轴的侧面；

液压缸53的安装位置由本领域技术人员根据第一机械臂2和第二机械臂3内部的位置冗余进行具体设置，液压缸53的输出端用于驱动校准环5，实现校准环5的转动，而转动的校准环5可以调整内侧阻挡块51的位置，这里以图6中第一转轴211的侧面的校准环5为例：

液压缸53的一端通过液压杆与校准环5的顶面转动连接，液压缸53的另一端与机构底座1转动连接，当打开液压缸53后，液压缸53的输出端便可以通过液压杆来驱动校准环5，实现驱动校准环5，调整校准环5内侧阻挡块51的位置，此处的限位块52与第一转轴211或者第二转轴311固定连接；

当阻挡块51的位置固定后，在第一转轴211转动时，与第一转轴211固定连接的限位块52也会同步转动，并最终在与阻挡块51接触后停止转动，因此可以通过控制阻挡块51的位置来精确控制第一转轴211的转向角。

实施例3：

如图7所示，机构底座1上还装载有控制模块，控制模块以晶圆吸盘6的顶面中心位置为原点建立直角坐标系；

需要说明的是，晶圆吸盘6的顶面中心位置建立的直角坐标系由本领域技术人员使用计算机模拟出来，该直角坐标系的原点为晶圆吸盘6的顶面中心点，本超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人上一共有四个晶圆吸盘6，因此可以建立四个直角坐标系，每个直角坐标系单独记录下来。

控制模块通过液压缸53控制校准环5，预设阻挡块51的初始位置，需要说明的是，本领域技术人员根据晶圆工位的位置以及机构底座1的位置，来预设第一机械臂2和第二机械臂3上各个阻挡块51的初始位置，保证晶圆吸盘6在经过预设的位移量后可以精确的停止在晶圆的正下方；

机构底座1控制第一机械臂2和第二机械臂3吸附晶圆后，控制模块通过光敏感应器采集晶圆的圆心坐标点，基于圆心坐标点和坐标原点的位置，控制模块使用校准环5校准第一机械臂2和第二机械臂3的位移量，使得晶圆的圆心坐标点与坐标原点重合；

圆心坐标点的采集方法是：

控制模块先通过光敏感应器采集晶圆的边缘任意三个点的坐标数据，然后根据这三个点的坐标数据计算出该晶圆的圆心坐标点，若圆心坐标点与坐标原点重合或者误差在设置的范围内，则说明第一机械臂2和第二机械臂3的位移量是精确的，阻挡块51的位置不需要调整，若圆心坐标点与坐标原点的误差超出设置的范围，则说明第一机械臂2和第二机械臂3的位移量是不够精确的，此时控制模块根据晶圆的圆心坐标点来调整第一机械臂2和第二机械臂3上的阻挡块51的位置，保证第一机械臂2和第二机械臂3在下次拿取晶圆时，圆心坐标点与坐标原点的误差在设置的范围内，这样就能够保证第一机械臂2和第二机械臂3取放晶圆的精确度。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人，其特征在于，包括：

机构底座（1），所述机构底座（1）的顶面连接有第一机械臂（2）和第二机械臂（3）；

所述机构底座（1）控制第一机械臂（2）和第二机械臂（3）取放晶圆的同时采集晶圆的吸附点，根据晶圆的吸附点校准第一机械臂（2）和第二机械臂（3）的位移量；

所述第一机械臂（2）和第二机械臂（3）上均设有若干组校准环（5），校准环（5）的内侧固定连接有阻挡块（51），第一机械臂（2）和第二机械臂（3）上固定连接有与阻挡块（51）相对应的限位块（52），校准环（5）的侧面连接有液压缸（53）；

所述机构底座（1）上还装载有控制模块，控制模块以晶圆吸盘（6）的顶面中心位置为原点建立直角坐标系；

所述控制模块通过液压缸（53）控制校准环（5），预设阻挡块（51）的初始位置；

所述机构底座（1）控制第一机械臂（2）和第二机械臂（3）吸附晶圆后，控制模块通过光敏感应器采集晶圆的圆心坐标点，基于圆心坐标点和坐标原点的位置，控制模块使用校准环（5）校准第一机械臂（2）和第二机械臂（3）的位移量，使得晶圆的圆心坐标点与坐标原点重合；

所述第一机械臂（2）包括第一大臂（21），第一大臂（21）的顶面一端转动连接有第一小臂（22），第一小臂（22）的顶面远离第一大臂（21）的一端转动连接有第一折叠臂（23），第一折叠臂（23）的顶面远离第一小臂（22）的一端固定连接有第一悬臂（24），第一悬臂（24）的底面两端固定连接有第一晶圆托盘（25）；

所述第二机械臂（3）包括第二大臂（31），第二大臂（31）的顶面一端转动连接有第二小臂（32），第二小臂（32）的顶面远离第二大臂（31）的一端转动连接有第二折叠臂（33），第二折叠臂（33）的顶面远离第二小臂（32）的一端固定连接有第二悬臂（34），第二悬臂（34）的底面两端固定连接有第二晶圆托盘（35）；

所述第一晶圆托盘（25）和第二晶圆托盘（35）的顶面均设有晶圆吸盘（6）。

2.根据权利要求1所述的超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人，其特征在于，所述第一晶圆托盘（25）和第二晶圆托盘（35）的顶面靠近晶圆吸盘（6）的一侧位置设有光敏感应器。

3.根据权利要求1所述的超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人，其特征在于，所述第一大臂（21）的底面固定连接有第一转轴（211），第二大臂（31）的底面固定连接有第二转轴（311），机构底座（1）的内腔顶端靠近第一转轴（211）和第二转轴（311）的中间位置设有定位块（4），第一转轴（211）和第二转轴（311）的侧面靠近定位块（4）的位置固定连接有停止块（41）。

4.根据权利要求3所述的超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人，其特征在于，所述定位块（4）为电磁铁，停止块（41）为磁铁，且停止块（41）与定位块（4）的接触面的磁极相反。