專利名稱：平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶圓輸送設(shè)備。特別是一種對(duì)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械界面(Standard Mechanical Interface,簡(jiǎn)稱SMIF)晶圓盒進(jìn)行載入載出操作的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，在制程間傳輸運(yùn)行平 穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)晶圓匣上、下升降、前、后平移、翻轉(zhuǎn)和左、右平移四個(gè)方向的動(dòng)作更靈活可靠， 拓展了適用范圍的平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體的制造過程中，晶圓輸送對(duì)IC制造至關(guān)重要。為了確保晶圓在不同 的制程間運(yùn)送時(shí)的品質(zhì)，避免晶圓受到塵?；蚱渌廴?，越來越多的運(yùn)送工作采用標(biāo)準(zhǔn)的 運(yùn)送容器，即采用了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械界面(standard mechanical interface,簡(jiǎn)稱SMIF)技術(shù)。如 美國(guó)專利4532970和4534389中，就公開了一種SMIF系統(tǒng)。該系統(tǒng)是通過明顯減少流 過晶圓的塵粒，來降低塵粒對(duì)晶圓的污染。該效果是通過在機(jī)械方面保證晶圓輸送、存儲(chǔ) 以及多數(shù)制程中，晶圓周圍的氣體相對(duì)晶圓保持靜止，以及外部環(huán)境中的塵粒不會(huì)進(jìn)入晶 圓環(huán)境來實(shí)現(xiàn)的。SMIF技術(shù)以"隔離技術(shù)"概念為中心。所謂隔離技術(shù)旨在通過將晶圓 封閉在一個(gè)超潔凈的環(huán)境中，同時(shí)放寬對(duì)這個(gè)封閉環(huán)境以外的潔凈度要求來防止產(chǎn)品 被污染。這使得節(jié)約巨額先期和運(yùn)營(yíng)成本成為可能，同時(shí)也使晶圓廠能夠更有效、更 具成本效益。
另外，美國(guó)專利5934991公開了一種晶圓盒裝載設(shè)備界面改進(jìn)的潔凈空氣系統(tǒng)(Pod loader interface improved clean air system),是一種集成的空氣過濾系統(tǒng)，可以提供潔凈的 微環(huán)境。該系統(tǒng)中的風(fēng)扇、過濾器、壓力通風(fēng)箱和裝載平臺(tái)作為一個(gè)整體移動(dòng)，壓力通風(fēng) 室通過一個(gè)成角度有孔的網(wǎng)屏和裝載平臺(tái)上的晶圓盒相通，潔凈空氣流均勻的在成角度有 孔網(wǎng)屏的所有高度上吹過晶圓表面。機(jī)械裝置在微環(huán)境下舉起晶圓盒外殼，然后載入和載 出晶圓匣，使晶圓匣在載入和載出過程中被污染的幾率降到最低。此方法被業(yè)內(nèi)人士廣泛 采用。
美國(guó)專利6086323公開了一種為IC制程遞送晶圓的方法(Method for supplying wafers to an IC manufacturing process),該方法包括支撐箱體、升降機(jī)、上料平臺(tái)以及一個(gè) 多關(guān)節(jié)機(jī)械臂，上料平臺(tái)可與SMIF晶圓盒對(duì)接。提升機(jī)用于將晶圓盒蓋從SMIF晶圓盒 上取下。由氣缸控制的夾桿在升降機(jī)升起打開晶圓盒以前，將SMIF晶圓盒固定到提升機(jī) 上。其將晶圓盒基座與晶圓盒裝載界面的上料平臺(tái)對(duì)接后，打開晶圓盒蓋與基座之間的鎖 定機(jī)構(gòu)。在使晶圓處于清潔的微環(huán)境中的同時(shí)，將晶圓盒蓋從基座上提起，移動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)
4械臂的執(zhí)行器到裸露的晶圓匣的位置，將晶圓匣抓緊，然后移動(dòng)機(jī)械臂，將晶圓轉(zhuǎn)出微環(huán) 境，遞送給IC制程。多關(guān)節(jié)機(jī)械臂包括旋轉(zhuǎn)肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)水平方 向的移動(dòng)。螺桿垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使機(jī)械臂可以垂直移動(dòng)晶圓匣。但機(jī)械臂的功能有限，限制 了設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合。在需要晶圓匣做更復(fù)雜動(dòng)作的制程上，就無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸。抓取機(jī) 構(gòu)由氣缸作為動(dòng)力。采用氣缸作為動(dòng)力元件很難對(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行精確的控制，同時(shí)還要增 加一套氣動(dòng)系統(tǒng)。安裝在執(zhí)行器下表面的定位機(jī)構(gòu)采用一組圍繞中心安裝的四個(gè)定位塊。 形成一個(gè)漏斗狀的結(jié)構(gòu)，可以引導(dǎo)晶圓匣手柄達(dá)到居中的位置。但執(zhí)行器定位塊的安裝只 能適用于固定的一種晶圓匣，隨著制程設(shè)備的發(fā)展，晶圓匣的形式也越來越多樣，這就使 得晶圓的自動(dòng)傳輸受到限制。
美國(guó)專利5975825中公開了一種晶圓傳輸裝置(Transfer apparatus for wafers),它含 有一個(gè)可升降移動(dòng)的線性載臺(tái)，線性載臺(tái)承載一機(jī)械臂。該機(jī)械臂包括兩個(gè)伸展手臂(置 于晶圓匣兩側(cè))和一個(gè)擋片裝置(用于抵住晶圓片邊緣)。擋片裝置含有兩個(gè)由彈性材料 制成的口邊，使其可抵在晶圓邊緣上。但此種晶圓傳輸裝置存在一些缺點(diǎn)，表現(xiàn)在以下方 面
1、 機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩只伸展手臂限制了設(shè)備的使用場(chǎng)所。
2、 機(jī)械臂作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所需旋轉(zhuǎn)空間較大，并在機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，線性載臺(tái)必須配 合升降，且在配合中保證晶圓盒的水平運(yùn)行穩(wěn)定性，以使各部件搭配動(dòng)作精確度準(zhǔn)確。因 此，該裝置不僅占用空間較大，投入的設(shè)備成本也較高，而且受其結(jié)構(gòu)的限制，無法適用 于在狹小空間作復(fù)雜動(dòng)作的制程。
3、 機(jī)械臂的功能單一，限制其應(yīng)用場(chǎng)合。在需要晶圓匣做更復(fù)雜動(dòng)作的特殊制程設(shè) 備上，就無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸。
4、 執(zhí)行器定位塊的設(shè)置只能適用于固定的一種晶圓匣，無法適應(yīng)多樣化制程設(shè)備所 對(duì)應(yīng)的各種形狀的晶圓匣的自動(dòng)傳輸。
專利公告號(hào)為CN2327664Y的"附有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械界面之晶圓運(yùn)送裝置"，采用了使夾爪 升降至定點(diǎn)以抓取晶圓盒的夾爪垂直升降機(jī)構(gòu)，用于利用倍行程設(shè)計(jì)將夾爪上的晶圓盒運(yùn) 送至定點(diǎn)的夾爪水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)和用于將晶圓在盒內(nèi)歸位的夾爪擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中夾爪垂直升 降機(jī)構(gòu)在晶圓盒的側(cè)面升起帶動(dòng)夾爪水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾爪擺動(dòng)機(jī)構(gòu)共同運(yùn)動(dòng)，占用了內(nèi)部
很大的空間，導(dǎo)致設(shè)備體積大，同時(shí)該晶圓運(yùn)送裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，限制其應(yīng)用的場(chǎng)合。
韓國(guó)專利公開號(hào)為100594371B1的"一種能運(yùn)送晶圓匣的裝載裝置(A loader having function for carrying out cassette)"，采用一種垂直軸鏈接單元在晶圓盒的側(cè)面升起帶動(dòng) 夾爪水平移動(dòng)抓取晶圓盒側(cè)面的兩底邊的機(jī)構(gòu)。但由于還是采用內(nèi)部抓取機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致設(shè)備 體積偏大，并且機(jī)械臂的功能有限，無法實(shí)現(xiàn)操縱晶圓匣做更復(fù)雜的動(dòng)作。由于制程設(shè)備的多樣性和特殊性，現(xiàn)有的晶圓裝載設(shè)備，很難全面的滿足要求。從公布的文獻(xiàn)來看，還未發(fā)現(xiàn)采用同一設(shè)備可以在自動(dòng)卸載SMIF晶圓盒的同時(shí)，會(huì)自動(dòng)地將將其中的晶圓輸送到下一制程所需的特定位置，即實(shí)現(xiàn)晶圓匣在0—90度范圍翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)晶圓匣左、右平移，以適應(yīng)在并列設(shè)置的制程設(shè)備中心距小于傳輸設(shè)備中心距的狹小空間內(nèi)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸，并在加工完成后，重新收回晶圓匣的自動(dòng)傳輸裝置，可見現(xiàn)有晶圓傳輸裝置無法達(dá)到在其載入、載出的過程中，既能滿足制程設(shè)備對(duì)于晶圓在多種空間位置上的要求，又能達(dá)到在制程設(shè)備狹小空間作更復(fù)雜動(dòng)作的目的，因此，現(xiàn)有晶圓傳輸裝置有待進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，它除繼承現(xiàn)有技術(shù)中的SMIF中的隔離技術(shù)提供潔凈的微環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)外，還能有效地克服其受結(jié)構(gòu)限制，無法適用于在制程設(shè)備的狹小空間作復(fù)雜動(dòng)作等缺點(diǎn)，該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，在制程間傳輸運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)作更靈活可靠，拓展了適用范圍，使之能實(shí)現(xiàn)晶圓匣在0—90度范圍翻轉(zhuǎn)，且隨意設(shè)定傾斜角度，以完成晶圓水平或垂直狀態(tài)的自動(dòng)傳輸，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)晶圓匣左、右平移，以適應(yīng)在并列設(shè)置的制程設(shè)備中心距小于傳輸設(shè)備中心距的狹小空間內(nèi)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸，并在遇到外界干涉時(shí)可撓性停止，達(dá)到精確控制的傳輸效果。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置包括機(jī)架，固定在機(jī)架上的上料平臺(tái)，組裝在機(jī)架上作升降移動(dòng)的帶有扣爪機(jī)構(gòu)的風(fēng)箱體和作升降、伸展移動(dòng)的
帶有抓取機(jī)構(gòu)的手臂機(jī)構(gòu)，其技術(shù)要點(diǎn)是所述手臂機(jī)構(gòu)的下手臂通過組裝在一起的平移
機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接所述抓取機(jī)構(gòu)，所述手臂機(jī)構(gòu)的下手臂與所述平移機(jī)構(gòu)的平移固定板鉸接，所述平移機(jī)構(gòu)的平移滑塊與所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)基座固定在一起，所述抓取機(jī)構(gòu)的固定板通過翻轉(zhuǎn)軸鉸接在所述翻轉(zhuǎn)基座上，并利用組裝在翻轉(zhuǎn)基座上的齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述翻轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述抓取機(jī)構(gòu)固定板繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置在所述抓取機(jī)構(gòu)的抓取電機(jī)通過渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)抓取連桿帶動(dòng)夾爪沿所述抓取機(jī)構(gòu)固定板的抓取滑軌往復(fù)移動(dòng)，所述抓取機(jī)構(gòu)上的定位機(jī)構(gòu)設(shè)置可調(diào)定位塊。
連接所述手臂機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的所述平移機(jī)構(gòu)的平移滑塊固定在平移電機(jī)驅(qū)動(dòng)的平移傳動(dòng)帶上，并在平移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，沿所述平移固定板的平移滑軌往復(fù)移動(dòng)。
鉸接在所述翻轉(zhuǎn)基座上的翻轉(zhuǎn)軸固定在所述抓取機(jī)構(gòu)固定板的兩側(cè)，所述翻轉(zhuǎn)軸伸出翻轉(zhuǎn)基座軸孔端與所述齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的翻轉(zhuǎn)連桿端固定連接。
所述齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的一對(duì)相嚙合的小齒輪和大齒輪組裝在所述翻轉(zhuǎn)基座上，所述小齒輪組裝在所述翻轉(zhuǎn)基座的電機(jī)軸上，所述大齒輪側(cè)面通過銷軸鉸接傳動(dòng)連桿的一端，傳動(dòng)連桿的另一端與固定連接在所述翻轉(zhuǎn)軸端的翻轉(zhuǎn)連桿的另一端。
驅(qū)動(dòng)所述手臂機(jī)構(gòu)作升降、伸展移動(dòng)的手臂升降電機(jī)和手臂伸展電機(jī)分別固定在所述機(jī)架上和固定在沿機(jī)架的手臂升降單滑軌滑動(dòng)的手臂升降基板上，所述手臂升降電機(jī)通過 三號(hào)傳動(dòng)帶和手臂升降螺桿驅(qū)動(dòng)固定在手臂升降基板上的手臂升降螺母沿螺桿軸向往復(fù) 移動(dòng)，使手臂機(jī)構(gòu)沿與機(jī)架的豎向作升降運(yùn)動(dòng)。
所述手臂伸展電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)、二號(hào)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)固定在上手臂上的手臂傳動(dòng)軸轉(zhuǎn) 動(dòng)，手臂傳動(dòng)軸帶動(dòng)上手臂繞手臂固定軸擺動(dòng)，通過手臂旋轉(zhuǎn)軸與上手臂連接的下手臂在 上手臂內(nèi)部傳動(dòng)帶的帶動(dòng)下繞上手臂擺動(dòng)，通過手臂旋轉(zhuǎn)軸與下手臂連接的平移機(jī)構(gòu)在下 手臂內(nèi)部傳動(dòng)帶的帶動(dòng)下繞下手臂擺動(dòng)，使手臂機(jī)構(gòu)沿與機(jī)架垂直方向作伸展運(yùn)動(dòng)。
所述風(fēng)箱體組裝在帶有風(fēng)箱體升降螺母的風(fēng)箱體固定座上，固定在機(jī)架上的風(fēng)箱體升 降電機(jī)通過一號(hào)傳動(dòng)帶和風(fēng)箱體升降螺桿驅(qū)動(dòng)風(fēng)箱體升降螺母沿螺桿軸向往復(fù)移動(dòng)，帶動(dòng) 風(fēng)箱體固定座沿機(jī)架的風(fēng)箱體升降單滑軌上、下滑動(dòng)。
所述風(fēng)箱體的扣爪機(jī)構(gòu)的扣爪電機(jī)通過組裝其軸上的拉桿銷軸與扣爪拉桿一端鉸接， 扣爪拉桿另一端與扣爪軸端的曲柄鉸接，扣爪軸另一端固定有扣爪，電機(jī)驅(qū)動(dòng)扣爪軸上的 曲柄繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)扣爪開、合。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果是由于本發(fā)明是在現(xiàn)有遞送晶圓方法中的傳輸設(shè)備的 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的，所以它除繼承現(xiàn)有技術(shù)中的SMIF中的隔離技術(shù)提供潔凈的微 環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)外，還能有效地克服其受結(jié)構(gòu)限制，無法適用于在制程的狹小空間作復(fù)雜動(dòng) 作等缺點(diǎn)。該裝置手臂機(jī)構(gòu)的下手臂通過組裝在一起的平移機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接抓取機(jī) 構(gòu)，并在平移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，沿所述平移固定板的平移滑軌往復(fù)移動(dòng)。因此，其手臂 機(jī)構(gòu)可以夾持晶圓匣，實(shí)現(xiàn)晶圓匣的上下升降、前后平移、翻轉(zhuǎn)和左右平移四個(gè)方向的動(dòng) 作。因其抓取機(jī)構(gòu)采用抓取電機(jī)通過渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)抓取連桿的結(jié)構(gòu)形式來替代現(xiàn)有抓取機(jī) 構(gòu)中的氣動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)夾爪動(dòng)作，確保夾爪夾緊后的晶圓匣不會(huì)脫落，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合 理，在制程間傳輸運(yùn)行不僅平穩(wěn)，而且可實(shí)現(xiàn)晶圓匣在0 — 90度范圍翻轉(zhuǎn)隨意設(shè)定傾斜角 度，動(dòng)作更靈活可靠，拓展了對(duì)不同制程設(shè)備的適用范圍，使之既能夠完成晶圓水平或垂 直狀態(tài)的自動(dòng)傳輸，滿足制程設(shè)備對(duì)于晶圓在多種空間位置上的要求，又能適應(yīng)在并列設(shè) 置的制程設(shè)備中心距小于傳輸設(shè)備中心距的狹小空間內(nèi)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸，，并在遇到外 界干涉時(shí)可撓性停止，達(dá)到精確控制的傳輸效果。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

圖1是本發(fā)明一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1的右視圖。
圖3是圖1中的手臂機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是圖1中的手臂機(jī)構(gòu)伸展?fàn)顟B(tài)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是圖4的俯視圖。圖6是是圖4的右視圖。
圖7是圖3中的抓取機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8是圖3中的定位機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9是圖3中的平移機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。 圖10是圖2中的扣爪機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中序號(hào)說明l機(jī)架、2風(fēng)箱體升降電機(jī)、3—號(hào)傳動(dòng)帶、4風(fēng)箱體固定座、5風(fēng)箱 體升降螺母、6風(fēng)箱體升降螺桿、7風(fēng)箱體升降單滑軌、8手臂升降單滑軌、9 二號(hào)傳動(dòng)帶、 IO減速機(jī)構(gòu)、ll手臂伸展電機(jī)、12手臂升降基板、13手臂升降螺桿、14三號(hào)傳動(dòng)帶、 15手臂升降電機(jī)、16手臂升降螺母、17手臂固定座、18手臂傳動(dòng)軸、19手臂機(jī)構(gòu)、20 扣爪機(jī)構(gòu)、21上料平臺(tái)、22風(fēng)箱體、23定位機(jī)構(gòu)、24抓取機(jī)構(gòu)、25翻轉(zhuǎn)軸、26翻轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)、27下手臂、28手臂旋轉(zhuǎn)軸、29上手臂、30手臂固定軸、31平移機(jī)構(gòu)、32小齒輪、 33銷軸、34大齒輪、35傳動(dòng)連桿、36翻轉(zhuǎn)基座板、37翻轉(zhuǎn)連桿、38夾爪、39抓取電機(jī)、 40抓取滑軌、41抓取連桿、42聯(lián)軸器、43連桿銷軸、44蝸桿、45渦輪、46抓取機(jī)構(gòu)固 定板、47可調(diào)定位塊、48抓取固定板、49固定定位塊、50平移電機(jī)、51平移傳動(dòng)帶輪、 52平移傳動(dòng)帶、53平移滑塊、54平移滑軌、55平移固定板、56扣爪電機(jī)、57拉桿銷軸、 58扣爪拉桿、59固定座、60扣爪軸、61扣爪。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1 10詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)。該平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置是在繼承 美國(guó)專利6086323的"一種為IC制程遞送晶圓的方法"等專利技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，并根 據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的。它包括機(jī)架l，固定在機(jī)架1上的上料平臺(tái)21， 組裝在機(jī)架1上作升降移動(dòng)的帶有扣爪機(jī)構(gòu)20的風(fēng)箱體22和作升降、伸展移動(dòng)的帶有抓 取機(jī)構(gòu)24的手臂機(jī)構(gòu)19等件。其中風(fēng)箱體22是一個(gè)集成的空氣過濾系統(tǒng)，可以提供潔 凈的微環(huán)境。其工作原理與上述美國(guó)專利技術(shù)中的方法基本相同，在此不再贅述。
如圖1、2所示，風(fēng)箱體22組裝在帶有風(fēng)箱體升降螺母5的風(fēng)箱體固定座4上，固定 在機(jī)架1上的風(fēng)箱體升降電機(jī)2通過一號(hào)傳動(dòng)帶3和風(fēng)箱體升降螺桿6驅(qū)動(dòng)風(fēng)箱體升降螺 母5沿螺桿軸向往復(fù)移動(dòng)，帶動(dòng)風(fēng)箱體固定座4沿機(jī)架1的風(fēng)箱體升降單滑軌7上、下滑 動(dòng)。采用風(fēng)箱體升降單滑軌7與現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)箱體升降雙滑軌相比，可以簡(jiǎn)化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)， 不僅安裝容易，而且維護(hù)時(shí)便于調(diào)整。
如圖10所示，風(fēng)箱體22的扣爪機(jī)構(gòu)20由扣爪電機(jī)56、拉桿銷軸57、扣爪拉桿58、 固定座59、扣爪軸60、扣爪61等組成?？圩C(jī)構(gòu)20采用扣爪電機(jī)56傳動(dòng)，不再采用氣 動(dòng)系統(tǒng)的氣缸傳動(dòng)，這既解決了其對(duì)運(yùn)動(dòng)過程無法進(jìn)行精確控制的問題，同時(shí)還節(jié)省一套 氣動(dòng)系統(tǒng)?？圩C(jī)構(gòu)20采用扣爪電機(jī)56并通過組裝其軸上的拉桿銷軸57與扣爪拉桿58
8的一端鉸接，扣爪拉桿58另一端與扣爪軸60—端的曲柄鉸接，利用固定座59組裝在風(fēng)箱體22上的扣爪軸60另一端固定有扣爪61。扣爪電機(jī)56通過拉桿銷軸57和扣爪拉桿58來驅(qū)動(dòng)扣爪軸60上的曲柄繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)扣爪61開、合?？圩C(jī)構(gòu)20由扣爪電機(jī)56做動(dòng)力，增強(qiáng)了機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性與可控性。
如圖7所示，抓取機(jī)構(gòu)24由夾爪38、抓取電機(jī)39、抓取滑軌40、抓取連桿41、聯(lián)軸器42、連桿銷軸43、蝸桿44、渦輪45、抓取機(jī)構(gòu)固定板46等組成。
如圖8所示，定位機(jī)構(gòu)由可調(diào)定位塊47、抓取固定板48、固定定位塊49組成。
如圖3、 4、 5、 6、 9所示，手臂機(jī)構(gòu)19由抓取機(jī)構(gòu)24、翻轉(zhuǎn)軸25、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26、下手臂27、手臂旋轉(zhuǎn)軸28、上手臂29、手臂固定軸30、平移機(jī)構(gòu)31等組成。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小齒輪32、大齒輪34、傳動(dòng)連桿35、翻轉(zhuǎn)基座板36、翻轉(zhuǎn)連桿37等組成。平移機(jī)構(gòu)31由平移電機(jī)50、平移傳動(dòng)帶輪51、平移傳動(dòng)帶52、平移滑塊53、平移滑軌54及平移固定座板55組成。
其中手臂機(jī)構(gòu)19的下手臂27通過組裝在一起的平移機(jī)構(gòu)31和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26連接抓取機(jī)構(gòu)24，即手臂機(jī)構(gòu)19的下手臂27與平移機(jī)構(gòu)31的平移固定座板55鉸接，平移機(jī)構(gòu)31的平移滑塊53與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26的翻轉(zhuǎn)基座板36固定在一起。連接手臂機(jī)構(gòu)19的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26的平移機(jī)構(gòu)31的平移滑塊53固定在平移電機(jī)50驅(qū)動(dòng)的平移傳動(dòng)帶52上，并在由平移電機(jī)50、平移傳動(dòng)帶輪51與平移傳動(dòng)帶52組成的平移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，沿固定于平移固定板55的平移滑軌54往復(fù)移動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該手臂機(jī)構(gòu)19能夠在完成晶圓水平或垂直狀態(tài)的自動(dòng)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還可以根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)晶圓匣的上下升降、前后平移、在0—90度范圍翻轉(zhuǎn)隨意設(shè)定傾斜角度和左右平移四個(gè)方向的動(dòng)作，以適應(yīng)不同的制程設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的要求。
抓取機(jī)構(gòu)固定板46通過翻轉(zhuǎn)軸25鉸接在翻轉(zhuǎn)基座板36上，并利用組裝在翻轉(zhuǎn)基座板36上的齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)軸25轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)固定板46繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)置在抓取機(jī)構(gòu)24的抓取電機(jī)39通過渦輪45和蝸桿44驅(qū)動(dòng)抓取連桿41帶動(dòng)夾爪38沿抓取機(jī)構(gòu)固定板46的抓取滑軌40往復(fù)移動(dòng)。抓取機(jī)構(gòu)24上的定位機(jī)構(gòu)23設(shè)置可調(diào)定位塊47。鉸接在翻轉(zhuǎn)基座板36上的翻轉(zhuǎn)軸25固定在抓取機(jī)構(gòu)固定板46的兩側(cè)。翻轉(zhuǎn)軸25伸出翻轉(zhuǎn)基座板36軸孔端與齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的翻轉(zhuǎn)連桿37的一端固定連接。齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小齒輪32、大齒輪34、傳動(dòng)連桿35、翻轉(zhuǎn)連桿37組成。齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的一對(duì)相嚙合的小齒輪32和大齒輪34組裝在翻轉(zhuǎn)基座板36上。小齒輪32組裝在翻轉(zhuǎn)基座板36的電機(jī)軸(圖中未示出)上。大齒輪34側(cè)面通過銷軸鉸接傳動(dòng)連桿35的一端，傳動(dòng)連桿35的另一端與固定連接在翻轉(zhuǎn)軸25端的翻轉(zhuǎn)連桿37的另一端鉸接。
驅(qū)動(dòng)手臂機(jī)構(gòu)19作升降、伸展移動(dòng)的手臂升降電機(jī)15和手臂伸展電機(jī)11分別固定
9在機(jī)架1上和固定在沿機(jī)架1的手臂升降單滑軌8滑動(dòng)的手臂升降基板12上。采用手臂 升降單滑軌8與現(xiàn)有技術(shù)中的手臂升降雙滑軌相比，可以簡(jiǎn)化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，不僅安裝容易， 而且維護(hù)時(shí)便于調(diào)整。手臂升降電機(jī)15通過三號(hào)傳動(dòng)帶14和手臂升降螺桿13驅(qū)動(dòng)固定 在手臂升降基板12上的手臂升降螺母16沿螺桿軸向往復(fù)移動(dòng)，使手臂機(jī)構(gòu)19隨手臂升 降基板12的上、下滑動(dòng)而沿與機(jī)架1的豎向作升降運(yùn)動(dòng)。手臂伸展電機(jī)11通過減速機(jī)構(gòu) 10、 二號(hào)傳動(dòng)帶9驅(qū)動(dòng)固定在上手臂29上的手臂傳動(dòng)軸18轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂傳動(dòng)軸18帶動(dòng)上 手臂29繞手臂固定軸30擺動(dòng)，通過手臂旋轉(zhuǎn)軸28與上手臂29連接的下手臂27在上手 臂29內(nèi)部傳動(dòng)帶的帶動(dòng)下繞上手臂擺動(dòng)，通過手臂旋轉(zhuǎn)軸28與下手臂27連接的平移機(jī) 構(gòu)31在下手臂27內(nèi)部傳動(dòng)帶的帶動(dòng)下繞下手臂27擺動(dòng)，(見圖3中的局部剖視圖)，使 手臂機(jī)構(gòu)19沿與機(jī)架1垂直方向作伸展運(yùn)動(dòng)。 該平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置動(dòng)作過程是
它由手臂機(jī)構(gòu)19的升降、手臂機(jī)構(gòu)19的伸展、風(fēng)箱體22的升降、扣爪機(jī)構(gòu)20的開 合、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26的左右平移、抓取機(jī)構(gòu)24的開合、抓取機(jī)構(gòu)24的翻轉(zhuǎn)等部件的動(dòng)作組 成。采用該裝置專用的控制器作為中央處理單元和利用獨(dú)有的軟件控制技術(shù)，使各部件間 配合運(yùn)動(dòng)完成晶圓的自動(dòng)傳輸。
風(fēng)箱體升降電機(jī)2通過一號(hào)傳動(dòng)帶3和風(fēng)箱體升降螺母5驅(qū)動(dòng)風(fēng)箱體升降螺桿6轉(zhuǎn)動(dòng)， 風(fēng)箱體升降螺母5沿風(fēng)箱體升降螺桿6上、下移動(dòng)，帶動(dòng)風(fēng)箱體22沿風(fēng)箱體升降單滑軌 7上、下移動(dòng)。
手臂升降電機(jī)15通過三號(hào)傳動(dòng)帶14驅(qū)動(dòng)手臂升降螺桿13轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂升降螺母16 沿手臂升降螺桿13上、下移動(dòng)，帶動(dòng)手臂升降基板12沿手臂升降單滑軌8上下移動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)了手臂機(jī)構(gòu)19的上、下移動(dòng)。手臂升降電機(jī)15由編碼器作位置反饋，可以實(shí)現(xiàn)上升、 下降的位置精確控制。
手臂機(jī)構(gòu)19在上手臂29與下手臂27的共同擺動(dòng)作用下，使鉸接在下手臂27上通過 組裝在一起的平移機(jī)構(gòu)31與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26連接的抓取機(jī)構(gòu)24實(shí)現(xiàn)了沿與機(jī)架1垂直的方 向作直線運(yùn)動(dòng)，即手臂機(jī)構(gòu)19的伸展運(yùn)動(dòng)。手臂伸展電機(jī)15由編碼器作位置反饋，可以 實(shí)現(xiàn)伸展位置的精確控制。這種上升、下降的位置和伸展位置的設(shè)計(jì)可確保定位精度達(dá) O.lmm以內(nèi)，且遇到外界干涉狀況時(shí)，隨時(shí)做可撓性停止，不會(huì)撞傷物體，本身機(jī)構(gòu)不 容易損傷。
平移機(jī)構(gòu)31的平移電機(jī)50驅(qū)動(dòng)平移傳動(dòng)帶輪51旋轉(zhuǎn)，使與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26連接的平移 滑塊53在平移傳動(dòng)帶52的帶動(dòng)下，沿平移滑軌54作直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26在手臂 機(jī)構(gòu)19的伸展行程內(nèi)實(shí)現(xiàn)晶圓匣的左、右平移。
翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26在手臂機(jī)構(gòu)19的伸展行程內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)晶圓匣的翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26的
10電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小齒輪32帶動(dòng)大齒輪34，大齒輪34的轉(zhuǎn)動(dòng)通過銷軸33推動(dòng)傳動(dòng)連桿35擺 動(dòng)。在傳動(dòng)連桿35的推動(dòng)下，翻轉(zhuǎn)連桿37通過翻轉(zhuǎn)軸25的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)了抓取機(jī)構(gòu)24的翻
轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
扣爪機(jī)構(gòu)20用于在提升晶圓盒之前，將晶圓盒固定在風(fēng)箱體22上?？圩C(jī)構(gòu)20的 扣爪電機(jī)56運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)軸伸出，通過拉桿銷軸57拉動(dòng)扣爪拉桿58擺動(dòng)，扣爪拉桿58 的擺動(dòng)帶動(dòng)扣爪軸60繞固定座59轉(zhuǎn)動(dòng)。扣爪61隨著扣爪軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，完成扣爪 扣合的動(dòng)作。反之，扣爪電機(jī)56的電機(jī)軸縮回，在扣爪拉桿58的拉動(dòng)下扣爪軸60向相 反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，即帶動(dòng)扣爪61打開，這樣就完成了扣爪機(jī)構(gòu)20的扣合、打開動(dòng)作。
抓取機(jī)構(gòu)24的抓取電機(jī)39通過聯(lián)軸器42帶動(dòng)蝸桿44和渦輪45轉(zhuǎn)動(dòng)；渦輪45通過 連桿銷軸43推動(dòng)抓取連桿41帶動(dòng)夾爪38，在抓取滑軌40的限制下，夾爪38沿抓取滑 軌40作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；控制抓取電機(jī)39的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)夾爪38的開、合。采用 DC抓取電機(jī)39加編碼器的控制設(shè)計(jì)，可確保夾爪38夾緊后的晶圓匣不會(huì)脫落。
安裝在抓取機(jī)構(gòu)24下端的定位機(jī)構(gòu)23是用來實(shí)現(xiàn)晶圓匣定位的?？烧{(diào)定位塊47和 固定定位塊49均由一個(gè)傾斜的內(nèi)表面，可以引導(dǎo)晶圓匣達(dá)到居中的位置?？烧{(diào)定位塊47 具有位置調(diào)整的功能，在晶圓匣外部形狀有差異的情況下可以通過調(diào)整可調(diào)定位塊47的 位置使晶圓匣處于合適的位置。。
該平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置的工作過程如下
操作人員將晶圓盒放置在上料平臺(tái)21上。設(shè)備開始工作，晶圓盒被通用的鎖定機(jī)構(gòu) 打開，扣爪機(jī)構(gòu)20動(dòng)作，扣爪61將晶圓盒的蓋子固定在風(fēng)箱體22上。風(fēng)箱體22上升至 頂部，帶動(dòng)晶圓盒蓋從晶圓匣上提起。此時(shí)晶圓匣處于風(fēng)箱體22的微環(huán)境中。
手臂機(jī)構(gòu)19下降到晶圓匣上方，定位機(jī)構(gòu)23將晶圓匣定位到中央位置，抓取機(jī)構(gòu) 24動(dòng)作，夾爪38將晶圓匣夾??；手臂機(jī)構(gòu)19上升，將晶圓匣從上料平臺(tái)21上提起。
手臂機(jī)構(gòu)19伸展，將晶圓匣移出傳輸設(shè)備，平移機(jī)構(gòu)31帶動(dòng)晶圓匣平移，將晶圓匣 的中心線與制程設(shè)備中晶圓的加工位置中心線對(duì)齊，手臂機(jī)構(gòu)19繼續(xù)伸展，將晶圓匣送 于制程設(shè)備的加工位置上方。手臂機(jī)構(gòu)19下降，將晶圓匣放置在加工位置。如果制程設(shè) 備需要晶圓垂直放置，手臂機(jī)構(gòu)19在運(yùn)送晶圓匣的過程中將使翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26動(dòng)作，將晶圓 匣作90度的翻轉(zhuǎn)，然后放置在加工位置。
當(dāng)晶圓的加工操作完成后，設(shè)備執(zhí)行相反的流程，將晶圓匣重新裝回設(shè)備的晶圓盒中， 以便操作者取走。
1權(quán)利要求
1、一種平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，包括機(jī)架，固定在機(jī)架上的上料平臺(tái)，組裝在機(jī)架上作升降移動(dòng)的帶有扣爪機(jī)構(gòu)的風(fēng)箱體和作升降、伸展移動(dòng)的帶有抓取機(jī)構(gòu)的手臂機(jī)構(gòu)，其特征在于所述手臂機(jī)構(gòu)的下手臂通過組裝在一起的平移機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接所述抓取機(jī)構(gòu)，所述手臂機(jī)構(gòu)的下手臂與所述平移機(jī)構(gòu)的平移固定板鉸接，所述平移機(jī)構(gòu)的平移滑塊與所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)基座固定在一起，所述抓取機(jī)構(gòu)的固定板通過翻轉(zhuǎn)軸鉸接在所述翻轉(zhuǎn)基座上，并利用組裝在翻轉(zhuǎn)基座上的齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述翻轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述抓取機(jī)構(gòu)固定板繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置在所述抓取機(jī)構(gòu)的抓取電機(jī)通過渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)抓取連桿帶動(dòng)夾爪沿所述抓取機(jī)構(gòu)固定板的抓取滑軌往復(fù)移動(dòng)，所述抓取機(jī)構(gòu)上的定位機(jī)構(gòu)設(shè)置可調(diào)定位塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，其特征在于連接所述手 臂機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的所述平移機(jī)構(gòu)的平移滑塊固定在平移電機(jī)驅(qū)動(dòng)的平移傳動(dòng)帶上，并在 平移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，沿所述平移固定板的平移滑軌往復(fù)移動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，其特征在于鉸接在 所述翻轉(zhuǎn)基座上的翻轉(zhuǎn)軸固定在所述抓取機(jī)構(gòu)固定板的兩側(cè)，所述翻轉(zhuǎn)軸伸出翻轉(zhuǎn)基座軸 孔端與所述齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的翻轉(zhuǎn)連桿端固定連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，其特征在于所述齒 輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的一對(duì)相嚙合的小齒輪和大齒輪組裝在所述翻轉(zhuǎn)基座上，所述小齒輪組 裝在所述翻轉(zhuǎn)基座的電機(jī)軸上，所述大齒輪側(cè)面通過銷軸鉸接傳動(dòng)連桿的一端，傳動(dòng)連桿 的另一端與固定連接在所述翻轉(zhuǎn)軸端的翻轉(zhuǎn)連桿的另一端鉸接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，其特征在于驅(qū)動(dòng)所述手 臂機(jī)構(gòu)作升降、伸展移動(dòng)的手臂升降電機(jī)和手臂伸展電機(jī)分別固定在所述機(jī)架上和固定在沿機(jī)架的手臂升降單滑軌滑動(dòng)的手臂升降基板上，所述手臂升降電機(jī)通過三號(hào)傳動(dòng)帶和手 臂升降螺桿驅(qū)動(dòng)固定在手臂升降基板上的手臂升降螺母沿螺桿軸向往復(fù)移動(dòng)，使手臂機(jī)構(gòu) 沿與機(jī)架的豎向作升降運(yùn)動(dòng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，其特征在于所述手 臂伸展電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)、二號(hào)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)固定在上手臂上的手臂傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂傳動(dòng) 軸帶動(dòng)上手臂繞手臂固定軸擺動(dòng)，通過手臂旋轉(zhuǎn)軸與上手臂連接的下手臂在上手臂內(nèi)部傳 動(dòng)帶的帶動(dòng)下繞上手臂擺動(dòng)，通過手臂旋轉(zhuǎn)軸與下手臂連接的平移機(jī)構(gòu)在下手臂內(nèi)部傳動(dòng) 帶的帶動(dòng)下繞下手臂擺動(dòng)，使手臂機(jī)構(gòu)沿與機(jī)架垂直方向作伸展運(yùn)動(dòng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，其特征在于所述風(fēng)箱體 組裝在帶有風(fēng)箱體升降螺母的風(fēng)箱體固定座上，固定在機(jī)架上的風(fēng)箱體升降電機(jī)通過一號(hào) 傳動(dòng)帶和風(fēng)箱體升降螺桿驅(qū)動(dòng)風(fēng)箱體升降螺母沿螺桿軸向往復(fù)移動(dòng)，帶動(dòng)風(fēng)箱體固定座沿機(jī)架的風(fēng)箱體升降單滑軌上、下滑動(dòng)。
8、根據(jù)權(quán)利要求l所述的平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，其特征在于所述風(fēng)箱體 的扣爪機(jī)構(gòu)的扣爪電機(jī)通過組裝其軸上的拉桿銷軸與扣爪拉桿一端鉸接，扣爪拉桿另一端 與扣爪軸端的曲柄鉸接，扣爪軸另一端固定有扣爪，電機(jī)驅(qū)動(dòng)扣爪軸上的曲柄繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)， 帶動(dòng)扣爪開、合。
全文摘要
一種平移翻轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)傳輸裝置，它克服了現(xiàn)有技術(shù)無法在制程的狹小空間作復(fù)雜動(dòng)作等缺點(diǎn)，包括機(jī)架、上料平臺(tái)、風(fēng)箱體和手臂機(jī)構(gòu)，其技術(shù)要點(diǎn)是手臂機(jī)構(gòu)的下手臂通過組裝在一起的平移機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接抓取機(jī)構(gòu)，并利用組裝齒輪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，抓取機(jī)構(gòu)的抓取電機(jī)驅(qū)動(dòng)夾爪往復(fù)移動(dòng)，抓取機(jī)構(gòu)上的定位機(jī)構(gòu)設(shè)置可調(diào)定位塊。其設(shè)計(jì)合理，在制程間傳輸運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)作靈活可靠，拓展了適用范圍，在完成晶圓水平或垂直狀態(tài)的自動(dòng)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)晶圓匣左右平移和翻轉(zhuǎn)，以適應(yīng)在并列設(shè)置的制程設(shè)備中心距小于傳輸設(shè)備中心距的狹小空間內(nèi)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸，并在遇到外界干涉時(shí)可撓性停止，達(dá)到精確控制的傳輸效果。
文檔編號(hào)H01L21/677GK101465309SQ20091001003
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
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