一种晶圆转运中枢装置

1.本发明属于晶圆转运中枢领域，尤其涉及一种晶圆转运中枢装置。


背景技术：

2.随着半导体技术在现代生活中的广泛应用，芯片需求也逐年递增。近几年，国家加大了对芯片上下游产业的政策扶持，使得芯片行业的技术更新得到了前所未有的关注。与此同时，提高芯片成型过程中各个环节的效率被视作提高产能最有效的办法。现有的晶圆转运过程具有效率低下，晶圆在传输过程中容易被污染等问题。因此，本发明提出一种晶圆转运中枢装置，可根据生产需要，灵活调配晶圆供给，极大提高晶圆供给效率，降低转运过程中的资源浪费。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种晶圆转运中枢装置,以解决晶圆转运过程中效率低下、晶圆易被污染的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明的一种晶圆转运中枢装置的具体技术方案如下：一种晶圆转运中枢装置，包括立柱、上驱动单元、晶圆抓取机器人、晶圆运输机构和多条运输链，所述晶圆抓取机器人连接在上驱动单元上，可沿上驱动单元运动；所述上驱动单元通过立柱与晶圆运输机构连接，所述晶圆运输机构上具有多个晶圆抓具，多个晶圆抓具分别运行至上料位，由晶圆抓取机器人分别将待分配晶圆分别放置在晶圆抓具上，晶圆抓具根据系统分配将晶圆运送至对应的运输链上。
5.进一步的，所述上驱动单元上具有安装板、所述安装板上固定有上环形导轨，所述上环形导轨上固定有上环形直线电机定子；所述晶圆抓取机器人的机器人壳体上端安装有上滑块组件和上直线电机动子，所述上滑块组件与上驱动单元连接；所述上滑块组件上对称布置有四个滚子，四个滚子夹持上环形导轨，所述上环形导轨嵌入滚子中间留有的凹槽，用于在垂直方向上限位及固定晶圆抓取机器人，所述上直线电机动子与上环形直线电机定子相对布置。
6.进一步的，所述机器人壳体底部具有抓具底板，气缸连接在所述抓具底板上，浮动接头与所述气缸连接；安装板与浮动接头固定连接，真空吸盘环形布置在安装板上，多个抓手固定座均布安装在抓具底板上，抓手固定座端部具有抓手，小电缸一端固定在抓手固定座上，另一端固定在抓手上。
7.进一步的，所述抓手掌心上有两个气流槽，抓手侧面具有气流口，所述气流口与气流槽相通，由空气压缩机从气流口输入气流，压缩空气由气流口经过气流槽，在晶圆与抓手之间形成涡流，避免晶圆与抓手直接接触。
8.进一步的，所述晶圆运输单元包括工作台，所述工作台上具有下安装板，所述下安装板上具有下环形导轨，所述下环形导轨上具有下环形直线电机定子，所述晶圆抓具下方具有下直线电机动子，多个晶圆抓具沿下环形导轨运动。
9.进一步的，所述机器人壳体上具有超声波雷达、天线和操作面板。
10.进一步的，所述下环形直线电机定子和下直线电机动子之间装有高精度绝对式编码器，可将动子和定子之间的相对位移转化为电信号，控制系统利用该电信号实时判定晶圆抓具的空间位置，对晶圆抓具和运输链的相对位置进行判定。
11.进一步的，所述晶圆抓取机器人具有2套。
12.进一步的，所述运输链为5条。
13.进一步的，所述晶圆抓具具有6套。
14.本发明的一种晶圆转运中枢装置具有以下优点：本发明的晶圆转运中枢装置在抓取过程中不直接接触晶圆表面，避免了对晶圆的污染；同时可根据不同生产需要，可以合理调配晶圆供给，降低了后续工序等待时间，提升了晶圆供应效率。
附图说明
15.图1 为本发明的晶圆转运中枢装置立体视图；图2 为本发明的晶圆转运中枢装置主视图；图3 为本发明晶圆转运中枢装置的上驱动单元仰视图；图4 为本发明晶圆抓取机器人立体视图；图5 为本发明晶圆抓取机器人的抓手结构立体视图；图6 为本发明晶圆运输单元主视图；图7 为本发明晶圆运输单元俯视图。
16.图中标记说明：1、立柱；2、上驱动单元；3、晶圆抓取机器人；4、晶圆运输机构； 5、运输链； 201、上安装板； 202、上环形直线电机定子； 203、上环形导轨；301、上滑块组件；302、上直线电机动子；303、机器人壳体；304、超声波雷达；305、天线；306、操作面板；307、抓具底板；308、气缸； 309、浮动接头；310、安装板；311、真空吸盘；312、晶圆；313、抓手固定座；314、抓手；315、小电缸；316、气流槽；317、气流口；401、工作台； 402、下安装板；403、下直线电机动子；404、下滑块组件；405、晶圆抓具； 407、下环形直线电机定子；408、下环形导轨。
具体实施方式
17.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种晶圆转运中枢装置做进一步详细的描述。
18.本发明提出了一种用于晶圆转运中枢装置，用以提升晶圆供应效率，根据不同生产需要，合理调配晶圆供给，降低后续工序等待时间。
19.如图1、图2所示，晶圆转运中枢装置由立柱1、上驱动单元2、2套晶圆抓取机器人3、晶圆运输机构4、 5条运输链5构成。其中，晶圆抓取机器人3连接在上驱动单元2上，可沿上驱动单元2运动；上驱动单元2通过立柱1与晶圆运输机构4连接，以上单元构成了晶圆转运中枢装置的核心。
20.如图3所示，上驱动单元2上具有安装板201、安装板201上固定有上环形导轨203，上环形导轨203上固定有上环形直线电机定子202。
21.如图4所示，晶圆抓取机器人3由上滑块组件301、上直线电机动子302、机器人壳体
303、超声波雷达304、天线305、操作面板306、抓具底板307、气缸308、浮动接头309、安装板310、真空吸盘311、晶圆312、抓手固定座313、抓手314、小电缸315 组成。
22.其中，晶圆抓取机器人3的机器人壳体303上端安装有上滑块组件301和上直线电机动子302，上滑块组件301与上驱动单元2连接，利用上滑块组件301上对称布置的四个滚子夹持上环形导轨203，同时上环形导轨203嵌入滚子中间留有的凹槽，用于在垂直方向上限位及固定晶圆抓取机器人3，上直线电机动子302安装时与上环形直线电机定子202相对布置，但二者并不直接接触，工作过程中二者产生相对运动，从而带动晶圆抓取机器人3沿着上环形导轨203运动。其特点在于区别于传统电机及轮系的传动方式，采用了环形直线电机作为驱动，上环形导轨203为导向的全新驱动方式。避免了传统机械结构带来的定位精度差、移动速度低、驱动力偏载、转轮摩擦损耗严重、环形导轨难加工等一系列问题。具有位移精度高、动态响应快、导轨及环形直线电机易于实现、无摩擦损耗等优势。
23.为防止晶圆抓取机器人3取放晶圆312时污染晶圆，特制了晶圆抓取机构，其实现方式如下：抓具底板307固定在机器人壳体303底部，气缸308连接在抓具底板307上，浮动接头309与气缸308连接。安装板310通过螺栓与浮动接头309连接，真空吸盘311环形布置在安装板310上。4个抓手固定座313均布安装在抓具底板307上，4个抓手314分别安装在抓手固定座313上，4个小电缸315依次安装在抓手固定座313及抓手314上，小电缸315的一端固定在抓手固定座313上，另一端固定在抓手314上。工作时，小电缸315伸出，推动抓手313向后打开。同时，气缸308伸出，使安装板310上的真空吸盘311向下吸取晶圆312，然后气缸308缩回，至指定位置后，小电缸315缩回，拉动抓手313向前摆动。如图5所示，尤其地，抓手313掌心上有两个气流槽316，抓手313侧面具有气流口317，气流口317与气流槽316相通，由空气压缩机从气流口317输入气流，压缩空气由气流口317经过气流槽316，在晶圆312与抓手313之间形成涡流，避免晶圆312与抓手313直接接触，造成二次污染。
24.如图6、图7所示，晶圆运输单元4由工作台401、下安装板402、下直线电机动子403、下滑块组件404、晶圆抓具405、晶圆312、下环形直线电机定子407、下环形导轨408组成。工作台401上具有下安装板402，下安装板402上具有下环形导轨408，下环形导轨408上具有下环形直线电机定子407，晶圆抓具405下方具有下直线电机动子403，6个晶圆抓具405分别与对应的下环形直线电机定子407、下环形导轨408连接，可由系统控制沿着下环形导轨408运动。
25.下环形直线电机定子407和下直线电机动子403之间装有高精度绝对式编码器，可将动子和定子之间的相对位移转化为电信号，控制系统会利用该电信号实时判定晶圆抓具405的空间位置，结合整体系统的设计尺寸构建空间坐标系，对晶圆抓具405和运输链5的相对位置进行精确判定。
26.在整个系统工作之前，利用高精度绝对式编码器，对各个运输链5的空间位置进行精确标定，标定出准确的信号值。当某一运输链对晶圆的需求增加，控制系统将该运输链位置的信号值转换成模拟量pwm信号，再将模拟量pwm信号发送到下直线电机动子403，下直线电机动子403收到模拟量pwm信号后，运动到指定位置，进而完成晶圆的运输。
27.其动态实现晶圆转运的工作方式为：6个晶圆抓具405分别运行至上料位，由晶圆抓取机器人3分别将待分配晶圆分别放置在晶圆抓具405上，晶圆抓具405根据系统分配将晶圆312运送至对应的运输链5上，晶圆抓具405经由下环形直线电机定子407；下环形导轨
408回到上料位等待分配晶圆。再由运输链5将晶圆312运送到下一道工序。若出现某运输链5短时间对晶圆312的需求量激增，则此时，晶圆转运中枢装置将会根据晶圆用量需求，命令晶圆抓具405迅速实现释放资源，运动至上料位等待上料，随后晶圆抓具405优先调配至对应运输链5旁，优先满足该运输链5的晶圆需求，进而整个晶圆转运中枢系统实现动态晶圆调配运输功能。
28.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。