一种用于MOCVD设备的上下料系统的制作方法

本技术涉及，特别涉及一种用于mocvd设备的上下料系统。

背景技术：

1、mocvd是在气相外延生长(vpe)的基础上发展起来的一种气相外延生长技术。mocvd是以ⅲ族、ⅱ族元素的有机化合物和v、ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长薄层单晶材料。为了提高衬底温度的均匀性，会将衬底放置于托盘上进行组合后再进行气相外延反应。

2、因此，mocvd设备的生产上下料的过程中，需将待反应的衬底放置于托盘上，组合后再置入反应腔，待反应完成后，再取出托盘，然后分离衬底，并将分离后的衬底单独放置，以用于后续工艺。重复上述步骤即可不断地获取经气相外延生长处理的衬底。

3、目前的mocvd设备常用的上下料方案为，将手套箱作为前置工位，以此来保证相对洁净的环境，上下料时，手动使用吸笔在手套箱内部完成衬底与托盘的组合及分离，然后再进行上下料工作。然而，手动进行上下料的操作过于依赖操作人员的经验，存在人为操作失误的风险，并且手动生产效率较低。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的mocvd设备上下料操作依赖人工以及人工作业效率低、失误率高的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于mocvd设备的上下料系统，以便于至少部分地解决上述问题。

2、为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

3、第一方面，本实用新型提供一种用于mocvd设备的上下料系统，所述系统使用时与mocvd设备对接，所述系统能够在大气环境下，通过上料功能区、下料功能区、衬底搬送机械臂、托盘搬送机械臂全自动地实现衬底与托盘的组合及分离功能；

4、所述上料功能区中设置有衬底上料工位、托盘上料工位以及组合工位，所述衬底上料工位中设有用于装载衬底的衬底上料盒，所述托盘上料工位中设有用于装载托盘的托盘上料盒，所述组合工位用于进行衬底与托盘的组合，且所述组合工位中设有用于检测衬底与托盘之间组合状态的检测装置；

5、所述下料功能区中设有分离工位、托盘下料工位及衬底下料工位，所述分离工位用于进行衬底与托盘的分离，且所述分离工位中设有用于将衬底从托盘中分离的分离装置，所述托盘下料工位中设有用于装载托盘的托盘下料盒，所述衬底下料工位中设有用于装载衬底的衬底下料盒；

6、所述衬底搬送机械臂的末端安装有用于操作衬底的衬底手爪，所述托盘搬送机械臂的末端安装有用于操作托盘的托盘手爪；所述衬底搬送机械臂和所述托盘搬送机械臂集成在同一台机械手驱动机构上，所述机械手驱动机构则包括升降机构和旋转机构；

7、其中，所述上位机与所述衬底搬送机械臂、所述托盘搬送机械臂、所述检测装置及所述分离装置电性连接。

8、在一优选实施例中，所述组合工位通过机械定位和传感器定位双重定位方式实现托盘的精准定位；所述衬底手爪为夹持式手爪，夹持位置为衬底的侧壁，以避免与衬底的正反两面直接接触；且所述衬底搬送机械臂的末端具有一旋转轴，所述衬底手爪固定安装在所述旋转轴上。

9、在一优选实施例中，所述衬底手爪包括相互背离布置的上料手爪和下料手爪，所述上料手爪为夹持式手爪，所述下料手爪为夹持式手爪、真空吸附式手爪、伯努利式手爪或承托摩擦式手爪。

10、在一优选实施例中，所述检测装置包括对射式传感器，所述对射式传感器的光轴位于组合工位中的托盘顶面之上；衬底与托盘之间的组合状态包括准确组合以及非准确组合，当衬底与托盘准确组合时，所述光轴与衬底之间无干涉，当衬底与托盘非准确组合时，所述光轴被衬底阻断；所述上位机则用于根据所述光轴的通断状态来判断衬底与托盘之间的组合状态。

11、在一优选实施例中，所述检测装置包括检测相机，所述检测相机用于对所述组合工位进行拍摄，并获取包含衬底及托盘轮廓的检测图像，所述上位机则用于根据所述检测图像中衬底的轮廓与托盘的轮廓之间的相对位置关系来判断衬底与托盘之间的组合状态。

12、在一优选实施例中，所述分离装置用于从上方一侧将衬底从托盘中抓起，所述分离装置包括固定安装在所述分离工位中的升降机构以及固定安装在所述升降机构的输出端上的衬底抓取机构，其中，所述衬底抓取机构为真空吸附式手爪或伯努利式手爪。

13、在一优选实施例中，所述系统还包括侧向过滤单元及顶部过滤单元，所述顶部过滤单元用于从上方一侧向所述上料功能区及所述下料功能区吹送洁净空气，所述侧向过滤单元沿着从上料功能区到下料功能区的方向朝所述上料功能区吹送洁净空气。

14、在一优选实施例中，所述衬底搬送机械臂及所述托盘搬送机械臂均通过在轨道上的直线移动，进而完成在所述上料功能区及所述下料功能区中各工位间的切换。

15、在一优选实施例中，所述衬底上料工位、所述托盘上料工位、所述组合工位、所述分离工位、所述托盘下料工位及所述衬底下料工位则围绕所述轨道布置。

16、在一优选实施例中，所述衬底的材质为硅、蓝宝石或碳化硅；所述托盘的材质为石墨或碳化硅。

17、在一优选实施例中，所述系统还包括衬底校准工位及托盘校准工位，所述衬底校准工位中设有用于定位衬底的中心及其平边缺口的衬底校准器，所述托盘校准工位中设有用于定位托盘的中心及其平边止口的托盘校准器；其中，所述衬底校准器及所述托盘校准器均与所述上位机电性连接。

18、采用上述技术方案，本实用新型的有益效果在于：本实用新型技术方案能够实现完全由机械臂来进行衬底及托盘的取放、组合及分离，从而能够适用于mocvd设备的上下料操作，实现了对手动上下料的机械替代，不但能够提高效率，而且避免了上下料操作不稳定的缺点。

技术特征：

1.一种用于mocvd设备的上下料系统，所述系统使用时与mocvd设备对接，其特征在于：所述系统能够在大气环境下，通过上料功能区、下料功能区、衬底搬送机械臂、托盘搬送机械臂全自动地实现衬底与托盘的组合及分离功能；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述组合工位通过机械定位和传感器定位双重定位方式实现托盘的精准定位；所述衬底手爪为夹持式手爪，夹持位置为衬底的侧壁，以避免与衬底的正反两面直接接触；且所述衬底搬送机械臂的末端具有一旋转轴，所述衬底手爪固定安装在所述旋转轴上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述衬底手爪包括相互背离布置的上料手爪和下料手爪，所述上料手爪为夹持式手爪，所述下料手爪为夹持式手爪、真空吸附式手爪、伯努利式手爪或承托摩擦式手爪。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述检测装置包括对射式传感器，所述对射式传感器的光轴位于组合工位中的托盘顶面之上；衬底与托盘之间的组合状态包括准确组合以及非准确组合，当衬底与托盘准确组合时，所述光轴与衬底之间无干涉，当衬底与托盘非准确组合时，所述光轴被衬底阻断；所述上位机则用于根据所述光轴的通断状态来判断衬底与托盘之间的组合状态。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述检测装置包括检测相机，所述检测相机用于对所述组合工位进行拍摄，并获取包含衬底及托盘轮廓的检测图像，所述上位机则用于根据所述检测图像中衬底的轮廓与托盘的轮廓之间的相对位置关系来判断衬底与托盘之间的组合状态。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述分离装置用于从上方一侧将衬底从托盘中抓起，所述分离装置包括固定安装在所述分离工位中的升降机构以及固定安装在所述升降机构的输出端上的衬底抓取机构，其中，所述衬底抓取机构为真空吸附式手爪或伯努利式手爪。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括侧向过滤单元及顶部过滤单元，所述顶部过滤单元用于从上方一侧向所述上料功能区及所述下料功能区吹送洁净空气，所述侧向过滤单元沿着从上料功能区到下料功能区的方向朝所述上料功能区吹送洁净空气。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述衬底搬送机械臂及所述托盘搬送机械臂均通过在轨道上的直线移动，进而完成在所述上料功能区及所述下料功能区中各工位间的切换。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述衬底上料工位、所述托盘上料工位、所述组合工位、所述分离工位、所述托盘下料工位及所述衬底下料工位则围绕所述轨道布置。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述衬底的材质为硅、蓝宝石或碳化硅；所述托盘的材质为石墨或碳化硅。

11.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其特征在于：所述系统还包括衬底校准工位及托盘校准工位，所述衬底校准工位中设有用于定位衬底的中心及其平边缺口的衬底校准器，所述托盘校准工位中设有用于定位托盘的中心及其平边止口的托盘校准器；其中，所述衬底校准器及所述托盘校准器均与所述上位机电性连接。

技术总结
本技术公开了一种用于MOCVD设备的上下料系统，属于MOCVD领域，包括上料功能区、下料功能区、衬底搬送机械臂、托盘搬送机械臂以及上位机；上料功能区中设置有衬底上料工位、托盘上料工位以及组合工位，衬底上料工位中设有衬底上料盒，托盘上料工位中设有托盘上料盒，组合工位中设有用于检测衬底与托盘之间组合状态的检测装置；下料功能区中设有分离工位、托盘下料工位及衬底下料工位，分离工位中设有分离装置，托盘下料工位中设有托盘下料盒，衬底下料工位中设有衬底下料盒；上位机与衬底搬送机械臂、托盘搬送机械臂、检测装置及分离装置电性连接。本技术实现了对手动上下料的机械替代，不但能够提高效率，而且避免了上下料操作不稳定的缺点。

技术研发人员：李瑞,胡启凡,施广涛,吕青,万红,周赟
受保护的技术使用者：中晟半导体（上海）有限公司
技术研发日：20230906
技术公布日：2024/6/5