一种双动力自动化晶圆搬运机构的制作方法

[技术领域]

本实用新型涉及晶圆搬运技术领域，具体地说是一种双动力自动化晶圆搬运机构。

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背景技术：
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在半导体行业，晶圆以及led蓝宝石基片等的清洗和刻蚀、去胶等工艺制程中，经常会需要晶圆的传输。晶圆搬运机构是晶圆传输系统的核心部分，在半导体行业中起到了举足轻重的作用。伴随着晶圆行业的蓬勃发展，晶圆搬运机构越来越得到重视。对于晶圆传输机构的研究，能够为半导体行业提供先进的技术和完美的配置。晶圆在设备间的传递、加工和处理，形成了完整的晶圆制造系统。在整个晶圆的加工制造过程中，晶圆传输机构贯穿始终。尽管只是整个装备系统系统中的一个子系统，却糅合了机械、信息自动化、物理、控制系统以及人工智能等多个学科，技术复杂程度不亚于任何高科技的工艺设备。晶圆传输机构的精度、工作稳定性、晶圆适应性、工作灵活性、维护便利性等成为评价传输机构的主要指标。

目前，行业晶圆传输所广泛采用的是scara机械手。这种scara机械手在水平方向具有顺应性，在垂直方向具有很大的刚性。由于各个臂都只沿水平方向旋转，所以又称平面关节型机器人或装配机器人。这种手臂采用耦合传动，伺服驱动，占用空间小，伸缩比大，精度高，洁净度高，适应性强。轻量化设计满足高速需求，具有多重安全保护，是半导体行业的优势之选。现今国际上比较知名的晶圆搬运scara机械手品牌有brooks、日本电产三协、jel、安川等，国内品牌已知的也只有新松和上银。国外机械手的特点是技术成熟，稳定性好，但是价格高昂，售后服务受限。并且大品牌所卖机械手是标准件制品，客制化程度低，较难适用灵活多样的应用环境或需求。国内品牌的特点是技术成熟度尚低，品牌效应较进口品牌差，在终端客户认知度较低，维护成本高；同时也存在标准件制品，客制化程度低，适用性受限的问题。

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技术实现要素：
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本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种双动力自动化晶圆搬运机构，能够普遍应用在单片晶圆的加工设备或清洗制程中，实现了晶圆在不同高度、不同角度、不同距离的搬运传输。

为实现上述目的设计一种双动力自动化晶圆搬运机构，包括骨架固定座1、皮带驱动机构2、丝杆驱动机构3、升降机构4、回转机构5和伸缩取片机构6，所述皮带驱动机构2、丝杆驱动机构3均安装在骨架固定座1上，所述升降机构4通过升降机构固定底座8安装在皮带驱动机构2和丝杆驱动机构3上，并在皮带驱动机构2或丝杆驱动机构3的带动下做水平移动，所述回转机构5通过回转机构安装板18与回转机构连接座16的连接而装配在升降机构4上，并在升降机构4的带动下做竖直方向的升降运动，所述伸缩取片机构6安装在回转机构5上，并在回转机构5的带动下做回转动作。

进一步地，所述伸缩取片机构6包括末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31、伸缩取片传动机构24、伸缩取片导轨27、伸缩取片滑块28、伸缩取片安装块29，所述末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31上下错位安装，所述末端真空取片机构上30设于末端真空取片机构下31的上方，所述末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31均通过伸缩取片导轨27、伸缩取片滑块28安装在伸缩机构安装板23上，所述末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31上均连接有伸缩取片安装块29，所述伸缩取片安装块29与伸缩取片传动机构24输出端的皮带相连接，并随伸缩取片传动机构24输出端的皮带做水平移动，所述末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31通过伸缩取片安装块29做水平方向的伸缩运动以实现晶圆的取放操作。

进一步地，所述末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31处设置有光电感应器，所述光电感应器通过线路连接伸缩取片传动机构24。

进一步地，所述末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31的真空气流通道由伸缩取片安装块29内部的真空通道以及真空气管和接头构成，所述真空气管及光电感应器的线缆通过线缆传输固定环25集中传输至升降机构4出线端口的端子排，所述线缆传输固定环25左右两侧均设置有限位防撞机构26，所述线缆外围设有线缆防护罩22，并通过线缆防护罩22避免线缆缠绕。

进一步地，所述回转机构5包括回转动力驱动17、回转机构安装板18、回转机构防护外罩19、中心传动轴20，所述中心传动轴20的输入端穿过回转机构安装板18与回转动力驱动17相连，并在回转动力驱动17的驱动下转动，所述中心传动轴20的输出端连接伸缩机构安装板23，所述伸缩机构安装板23通过中心传动轴20、回转机构安装板18与回转动力驱动17形成回转动作机构并做回转动作，所述中心传动轴20上安装有回转角度感应片21，所述回转动力驱动17外围设有回转机构防护外罩19，所述回转机构防护外罩19顶端装设有防护盖板32。

进一步地，所述升降机构4包括升降驱动器安装板12、升降驱动器导向机构13、升降驱动器14、防护外罩15，所述升降驱动器14安装在升降驱动器安装板12上，所述升降驱动器14的伸缩端通过升降驱动器导向机构13连接回转机构连接座16，所述升降驱动器导向机构13穿设于升降驱动器安装板12上，所述回转机构连接座16与回转机构安装板18相连接，所述升降驱动器14外围设有防护外罩15。

进一步地，所述骨架固定座1上布置有导轨10，所述导轨10上可滑动式连接有滑块9，所述升降机构固定底座8与滑块9相连接。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型能够实现晶圆在不同高度、不同角度、不同距离的搬运传输，并且根据不同的应用状况和实际需求，可以优选更适用的动力驱动方式；

(2)本实用新型通过各模组的功能配合，使得传输过程中可以采用任意高度、角度或距离来取放晶圆，允许更多的晶圆片盒直线或环形排布，节省空间，适应性强；

(3)本实用新型预留较多的开口设计，通过改变不同的行程规划来适应更多的应用需求，客制化程度高，成本低廉可控；

(4)本实用新型采用各功能模块独立一体，便于维护及操作控制，提升了设备的应用便利性，且该机构通过安全防护措施，提升了洁净度和机构的运行寿命；

(5)本实用新型可以普遍应用在单片晶圆的加工设备或清洗制程中，实现晶圆在各制程工位之间的传输，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的正面结构示意图；

图3是本实用新型的侧面结构示意图；

图4是本实用新型的俯视结构示意图；

图5是本实用新型中骨架固定座、皮带驱动机构、丝杆驱动机构的结构示意图；

图6是本实用新型中升降机构的结构示意图；

图7是本实用新型中回转机构及伸缩取片机构的结构示意图；

图中：1、骨架固定座2、皮带驱动机构3、丝杆驱动机构4、升降机构5、回转机构6、伸缩取片机构7、线缆拖链8、升降机构固定底座9、滑块10、导轨11、安装座加强筋12、升降驱动器安装板13、升降驱动器导向机构14、升降驱动器15、防护外罩16、回转机构连接座17、回转动力驱动18、回转机构安装板19、回转机构防护外罩20、中心传动轴21、回转角度感应片22、线缆防护罩23、伸缩机构安装板24、伸缩取片传动机构25、线缆传输固定环26、限位防撞机构27、伸缩取片导轨28、伸缩取片滑块29、伸缩取片安装块30、末端真空取片机构上31、末端真空取片机构下32、防护盖板33、真空器管拖链。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明：

如附图所示，本实用新型提供了一种双动力自动化晶圆搬运机构，包括骨架固定座1、皮带驱动机构2、丝杆驱动机构3、升降机构4、回转机构5和伸缩取片机构6，皮带驱动机构2、丝杆驱动机构3均安装在骨架固定座1上，升降机构4通过升降机构固定底座8安装在皮带驱动机构2和丝杆驱动机构3上，并在皮带驱动机构2或丝杆驱动机构3的带动下做水平移动，回转机构5通过回转机构安装板18与回转机构连接座16的连接而装配在升降机构4上，并在升降机构4的带动下做竖直方向的升降运动，伸缩取片机构6安装在回转机构5上，并在回转机构5的带动下做回转动作，伸缩取片机构6通过其水平方向的伸缩运动实现晶圆的取放操作，即，伸缩取片机构6通过伸缩取片导轨27和伸缩取片滑块28安装在伸缩机构安装板23上，伸缩机构安装板23通过中心传动轴20、回转机构安装板18与回转动力驱动17形成回转动作机构，实现320°回转动作，并且通过安装在中心传动轴20上的回转角度感应片21和回转动力驱动17共同实现回转角度定位和调校。

其中，伸缩取片机构6包括末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31、伸缩取片传动机构24、伸缩取片导轨27、伸缩取片滑块28、伸缩取片安装块29，末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31上下错位安装，末端真空取片机构上30设于末端真空取片机构下31的上方，末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31均通过伸缩取片导轨27、伸缩取片滑块28安装在伸缩机构安装板23上，末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31上均连接有伸缩取片安装块29，伸缩取片安装块29与伸缩取片传动机构24输出端的皮带相连接，并随伸缩取片传动机构24输出端的皮带做水平移动，末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31通过伸缩取片安装块29做水平方向的伸缩运动以实现晶圆的取放操作；末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31处设置有光电感应器，光电感应器通过线路连接伸缩取片传动机构24；末端真空取片机构上30、末端真空取片机构下31的真空气流通道由伸缩取片安装块29内部的真空通道以及真空气管和接头构成，真空气管及光电感应器的线缆通过线缆传输固定环25集中传输至升降机构4出线端口的端子排，线缆传输固定环25左右两侧均设置有限位防撞机构26，线缆外围设有线缆防护罩22，并通过线缆防护罩22避免线缆缠绕。

回转机构5包括回转动力驱动17、回转机构安装板18、回转机构防护外罩19、中心传动轴20，中心传动轴20的输入端穿过回转机构安装板18与回转动力驱动17相连，并在回转动力驱动17的驱动下转动，中心传动轴20的输出端连接伸缩机构安装板23，伸缩机构安装板23通过中心传动轴20、回转机构安装板18与回转动力驱动17形成回转动作机构并做回转动作，中心传动轴20上安装有回转角度感应片21，回转动力驱动17外围设有回转机构防护外罩19，回转机构防护外罩19顶端装设有防护盖板32。升降机构4包括升降驱动器安装板12、升降驱动器导向机构13、升降驱动器14、防护外罩15，升降驱动器14安装在升降驱动器安装板12上，升降驱动器14的伸缩端通过升降驱动器导向机构13连接回转机构连接座16，升降驱动器导向机构13穿设于升降驱动器安装板12上，回转机构连接座16与回转机构安装板18相连接，升降驱动器14外围设有防护外罩15。骨架固定座1上布置有导轨10，导轨10上可滑动式连接有滑块9，升降机构固定底座8与滑块9相连接。

本实用新型的主要动作原理如下：

(1)伸缩取片机构的末端真空取片机构上30和末端真空取片机构下31采用上下错位安装，实现了双手臂取片功能，极大地提升了工作效率，并且可以通过设定末端真空取片机构上30仅取放清洗后的晶圆，末端真空取片机构下31仅取放清洗前的晶圆，来确保清洁后的晶圆不会被清洗前的晶圆二次污染，影响洁净度。末端真空取片机构上30和末端真空取片机构下31通过伺服电机带动连接在皮带上的伸缩取片安装块29，实现水平方向的伸缩，并且配合光电感应器和伺服电机，实现其伸缩距离定位及调试，满足不同晶圆、不同制程对伸缩距离的需求。末端真空取片机构上30和末端真空取片机构下31的真空气流通道由伸缩取片安装块29内部的真空通道以及真空气管和接头共同构成，真空气管及光电感应器线缆通过线缆传输固定环25集中传输到升降机构4出线端口的端子排，接线方便，并且通过线缆防护罩22避免机构运行中线缆的缠绕及对其他机构的干涉影响。

(2)回转机构由回转动力驱动17带动安装在回转机构安装板18上的部件共同转动，实现r方向320°转动，配合伸缩取片机构，行程圆坐标动作覆盖，共同满足平面空间布局内不同距离晶圆的取放。

(3)升降机构通过升降驱动器14带动，实现y轴方向的特定行程，可以根据实际需求，改变升降驱动器的输出，配合光电感应器，实现不同行程的设定需求；同时通过增加升降驱动器导向机构13，增强了垂直方向的负载能力和运行精度。升降机构4配合回转机构5和伸缩取片机构6形成圆柱坐标动作覆盖，从而满足三维空间的晶圆取放。

(4)骨架固定座采用先进的结构来加强刚性，并有效抑制振动；布置在骨架固定座1上的导轨10和滑块9通过与升降机构固定底座8的连接，共同带动升降机构4、回转机构5和伸缩取片机构6在x轴方向上的位移，进一步扩大了机构的运动覆盖范围。x轴方向上的位移驱动采用两种动力驱动，分别是皮带驱动机构2和丝杆驱动机构3，采用双动力驱动的目的是更好的适用不同的使用环境和需求。当x轴行程较小、运动速度较低、运动精度较大及负载较大的情况，可以采用丝杆驱动机构3，精度高、运动稳定，负载大；当x轴行程较大，运动速度高、负载较小时可以无缝切换到皮带驱动机构2，运动平稳、速度高、噪音低、成本有优势。丝杆驱动机构3和皮带驱动机构2均采用伺服电机输出，可控性优良，配合光电感应器，可以实现较高精度的定位。该机构采用涂层防锈、免润滑部件，避免了particle的产生，提高了洁净度，同时也采用正压保护等安全防护措施，提高了机构的运行寿命。

(5)本实用新型通过各模组的功能配合，使得传输过程中可以采用任意高度、角度或距离来取放晶圆，允许更多的晶圆片盒直线或环形排布，节省空间，适应性强。该机构可以普遍应用在单片晶圆的加工设备或清洗制程中，实现晶圆在各制程工位之间的传输。

综上，本实用新型的工作流程为：

①通过控制水平定位机构里的皮带驱动机构或丝杆驱动机构，带动升降机构及组装在其上的回转机构和伸缩取片机构做水平移动，实现x轴水平定位；

②通过控制升降驱动器输出，实现安装在升降机构上的回转机构和伸缩取片机构在y轴竖直方向的定位；

③通过回转动力驱动，带动回转机构和伸缩取片机构在r方向的320°转向定位；

④以上三个机构确定好定位点后，再通过伸缩取片机构带动安装在上面的末端真空取片机构，通过其水平方向的伸缩运动来实现晶圆的取放操作，其伸缩距离由伺服电机和定位光电传感器共同控制。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。