一种用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的制作方法

文档序号:11077338阅读:774来源:国知局
一种用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的制造方法与工艺

本实用新型涉及测试测量领域,具体涉及一种传感器的原位校准装置及方法。



背景技术:

在半导体行业中,集成电路的加工制造离不开大量晶圆片的使用,所有集成电路的设计和加工最终均需要集成在晶圆片上。晶圆片很薄,通常只有零点几个毫米,而且脆性较大,操作上稍有不当将可能直接导致晶片破损报废,另一方面考虑到晶圆片制备过程复杂,价格昂贵,因而晶圆片的制备和运输时的安全性和可靠性一直都是各大半导体行业所关注的重点。晶圆片在制备过程中,需要参与多个不同的工序才能得到最终的成品,而在不同工序之间流转时,其运输和保管都需要用到晶圆盒,起到防尘防碰的作用。晶圆盒一般是由白色透明、韧性较好的材料(如尼龙)制成,其外部结构设有晶圆盒把手,以方便对其搬运。对于晶圆盒的搬运,通常的做法是采用人工直接操作的方式,然而手工搬运承放有像晶圆片这类脆性材料的物件时,其中包含着较多人为的随机不良因素,比如因搬运不小心而导致物料滑落、取放时的人为冲击等等,因而稍有不当极易造成晶圆片的破裂。因此,现阶段,在自动化程度较高的半导体工厂中,已逐渐开始尝试采用装载有机械手的机械臂来替代人工进行作业。通过预先规划好机械臂的运动轨迹,使机械臂末端机械手能够到达晶圆盒的位置并实施抓取、搬运动作。相比于人工作业而言,由于避免了人为不良因素的影响,物料搬运时的可靠性和安全性得到了大幅度的提高。而且,在作业效率方面,人工也是不能与之相提并论的。虽然随着半导体工厂的自动化程度日益提高,自动化产品如机械臂、机器人逐渐可以代替人工进行作业,但是机器代替人工操作有时并不能完美的如人所愿。采用机械臂搬运晶圆盒时,对机械臂本身的重复定位精度和运动时的平稳性要求较高,而且也要求晶圆盒在载物货台上的定位也必须很准确。如果晶圆盒有所偏离机械臂末端机械手抓取时的空间定位点,机械手极有可能出现抓空甚至会因直接碰撞晶圆盒上的非抓取点而造成晶圆盒翻倒或碰碎晶圆片等现象。此外,在机械臂搬运过程中,由于晶圆盒材料的摩擦系数较低,也极容易导致因抓取不牢靠造成晶圆盒从机械手中滑落。以上所述现象,在当今半导体领域利用机械臂搬运晶圆盒时常会发生,而该问题的解决方案在已有的相关领域专利中均很少提及。



技术实现要素:

为解决上述技术问题,本实用新型的发明目的在于提供一种用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手,该机械手体积小、结构紧凑、带视觉识别和传感检测功能,并在机械结构上配置有物料锁紧机构。可保证机械手能够准确可靠地抓取晶圆盒,在搬运过程中可避免晶圆盒滑落,有助于实现高效可靠地作业。

为实现上述发明目的,本实用新型提供以下的技术方案:一种用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手,所述晶圆盒定位于载物台上,所述晶圆盒包括盒体和把手,所述把手俯视大体呈U字形,所述把手的两自由端分别连接在所述盒体的外侧面上,所述机械手包括:

手爪,所述手爪侧视大体呈J字形;

定位传感器,所述定位传感器设置在所述手爪的非弯钩一侧并与搬运控制器通讯,所述搬运控制器分别控制搬运驱动单元驱动机械臂动作和控制所述定位传感器在移动过程中对设置在所述载物台上的定位件进行检测以得到检测到的反馈,所述搬运控制器根据检测到的反馈发出执行抓取动作的指令;

锁紧机构,所述锁紧机构包括锁紧块、锁紧驱动单元以及锁紧控制器,所述锁紧块设置在所述手爪的弯钩一侧,所述锁紧驱动单元驱动所述锁紧块上下运动并与所述锁紧控制器通讯,所述锁紧控制器与所述搬运控制器通讯,所述锁紧块上行以使其下端远离所述手爪的弯钩自由端或下行以使其下端抵靠在所述手爪的弯钩自由端。

上述技术方案中,所述机械手还包括检测传感器,所述检测传感器设置在所述手爪的非弯钩一侧并与所述锁紧控制器通讯,所述锁紧控制器控制所述检测传感器对所述盒体的设定位置进行检测已得到检测到或未检测到的反馈,所述搬运控制器根据检测到的反馈发出执行搬运动作的指令或根据未检测到的反馈重新执行抓取动作的指令。

上述技术方案中,所述定位传感器采用视觉传感器,所述检测传感器采用光电传感器。

上述技术方案中,所述手爪的非弯钩部分设有贯通至所述手爪的弯钩自由端的释放槽,所述释放槽的下端口位置的两槽壁主视大体呈八字形。

上述技术方案中,所述手爪的弯钩自由端和与其相对的手爪的非弯钩部分的相对面分别加工有两导向斜面,所述两导向斜面侧视大体呈倒置八字形。

上述技术方案中,所述锁紧驱动单元包括电机和减速器,所述电机设有一编码器且其输出端连接所述减速器,所述电机与所述锁紧控制器通讯,所述锁紧机构还包括锁紧传动单元和锁紧导向单元,所述锁紧传动单元包括丝杆螺母组件和齿轮组件,所述丝杆螺母组件包括丝杆和螺母,所述螺母可转动的支撑在一对轴承上,所述丝杆沿上下方向旋移连接在所述螺母的内侧,所述齿轮组件包括第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮套设安装在所述减速器的输出端上,所述第二齿轮套设安装在所述螺母的外侧,所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合传动,所述锁紧导向单元包括移动块和导向杆,所述移动块连接在所述丝杆的下端并上下可移动的设置,所述移动块的上端连接所述导向杆。

上述技术方案中,所述丝杆和所述螺母之间为梯形螺牙旋移传动,所述第一齿轮和所述第二齿轮之间为直形齿牙啮合传动,所述轴承与所述螺母之间还设置有三波峰垫圈。

上述技术方案中,所述锁紧机构还包括接近传感器,所述接近传感器设置在所述导向杆的上方,所述接近传感器与所述锁紧控制器通讯,所述锁紧控制器分别控制所述电机驱动导向杆动作和控制所述接近传感器检测其与运动中的所述导向杆的距离以得到二者之间为设定距离的反馈,当接近传感器发出反馈信号时,此时导向杆的位置为锁紧机构上下移动的零点位置,机构在运动过程中的其余位置点都是相对零点来确定的。

上述技术方案中,所述螺母、所述第一齿轮以及所述第二齿轮内置在一壳体中,所述丝杆和所述导向杆穿过所述壳体的通孔并且分别与所述壳体的通孔螺纹连接和滑动连接,所述壳体的内壁设有一储存油脂以为所述第一齿轮和所述第二齿轮供油的储油槽,所述导向杆和与其配合的通孔之间还过盈安装有无油轴承。

上述技术方案中,所述机械手通过安装板连接在所述机械臂的末端,所述手爪的非弯钩自由端连接在所述安装板上,所述定位传感器和所述检测传感器分别装配在所述安装板上,所述锁紧机构装配在所述手爪的非弯钩部分,所述机械手还包括封板,所述封板包括罩设在所述定位传感器的上方的第一封罩和罩设在所述锁紧机构的外侧的第二封罩,所述第一封罩的下端设有与所述安装板连接敞开口,所述第二封罩的一侧设有与手爪的非弯钩部分连接的第二敞开口。

由于上述技术方案运用,本实用新型与现有技术相比具有下列优点:

1)本实用新型的机械手通过设置定位传感器,可获取机械手相对于晶圆盒的相对位置信息,确保机械手能准确到达晶圆盒抓取点位置,减小甚至可消除位置偏差的影响,有效避免了机械手直接碰撞到晶圆盒上的非抓取点而造成晶圆盒翻倒或碰碎晶圆片等现象的发生;

2)本实用新型的机械手通过设置锁紧机构,可实现对把手的闭合连接,避免晶圆盒从手爪的钩槽中滑落,确保了晶圆盒在搬运过程中的安全性;

3)本实用新型的机械手通过设置锁紧机构,采用电机驱动的方式,通过利用编码器的反馈,可实现对电机的转速和角位移进行精确调节。经齿轮机构和丝杆螺母机构最终转化成锁紧块的往复移动,该移动行程的精度进而也可以得到保证;

4)本实用新型的机械手通过设置检测传感器,检测晶圆盒的有无,可避免机械手遇到抓空情况时继续执行下一步的搬运操作,提高了机械臂的工作效率和可靠性;

5)本实用新型的机械手的手爪通过设置释放槽和导向斜面,与晶圆盒的接触面均打磨光滑,晶圆盒抓取点与机械臂定位点之间即便存在着位置偏差,在偏差不是很大的情况下,均能够引导手爪顺利抓住晶圆盒把手;

6)本实用新型的机械手的锁紧机构通过利用梯形丝杆螺母机构所具备的自锁性可使晶圆盒把手可靠地被锁紧在手爪的钩形槽中,即使机构失电也不会发生松动,可避免晶圆盒从钩槽中滑落,确保了晶圆盒在搬运过程中的安全性。

附图说明

图1为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手在机械臂的带动下搬运晶圆盒的示意图;

图2为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的整体外观示意图;

图3为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的整体结构爆炸图;

图4为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的锁紧机构和手爪的爆炸图;

图5为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的锁紧机构和手爪的主视图;

图6为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的锁紧机构和手爪的侧视剖视图;

图7为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的固定块的结构示意图;

图8为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手抓取晶圆盒时的动作流程图;

图9为本实用新型公开的用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手的控制原理方框图。

其中,A、晶圆盒;B、机械手;C、机械臂;D、搬运控制器;E、搬运驱动单元;

11、盒体;12、把手;

21、安装板;22、固定块;23、分块;24、第一封罩;25、第二封罩;

31、手爪;32、释放槽;33、导向斜面;

41、视觉传感器;

51、锁紧块;52、锁紧驱动单元;521、电机;522、减速器;523、编码器;53、锁紧控制器;54、锁紧传动单元;541、丝杆;542、螺母;543、滚动轴承;544、第一齿轮;545、第二齿轮;546、三波峰垫圈;547、无油轴承;

61、光电传感器;

71、接近传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型,但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一

参见图1至图9,如其中的图例所示,一种用于晶圆盒可靠高效搬运的机械手,晶圆盒A定位于载物台上,机械手B通过机械臂C带动抓取搬运晶圆盒A。

晶圆盒A包括盒体11和把手12,把手12俯视大体呈U字形,把手12的两自由端分别连接在盒体11的外侧面上。

机械手B包括:

安装板21,安装板21连接在机械臂C的末端;

手爪31,手爪31侧视大体呈J字形,手爪31的非弯钩部分的上端连接在安装板21上;

视觉传感器41,视觉传感器41设置在手爪31的非弯钩一侧并与搬运控制器通讯,视觉传感器41装配在安装板21上,搬运控制器D分别控制搬运驱动单元E驱动机械臂C动作和控制视觉传感器41对设置在载物台上的定位件(二维码)进行检测以得到检测到的反馈,搬运控制器D根据上述检测到的反馈发出执行抓取动作的指令;

锁紧机构,锁紧机构装配在手爪31的非弯钩部分,包括锁紧块51、锁紧控制器52以及锁紧驱动单元,锁紧块51设置在手爪31的弯钩一侧,锁紧驱动单元驱动锁紧块51上下运动并与锁紧控制器52通讯,锁紧控制器52与搬运控制器D通讯,锁紧块51上行以使其下端远离手爪31的弯钩自由端或下行以使其下端抵靠在手爪31的弯钩自由端;

光电传感器61,光电传感器61设置在手爪31的非弯钩一侧并与锁紧控制器52通讯,光电传感器61装配在安装板21上,锁紧控制器52控制光电传感器61对盒体11的设定位置进行检测以得到检测到的反馈和未检测到的反馈,搬运控制器D根据检测到的反馈发出执行搬运动作的指令或根据未检测到的反馈重新执行抓取动作的指令。

视觉传感器41通过利用图像处理技术对固定在载物台上的定位件(如二维码)进行图像识别,经计算处理后,可获取晶圆盒相对于机械手的位置信息。由于视觉传感器41的分辨率通常很高,因而可大大降低机械手的定位误差,确保机械手能够准确到达晶圆盒抓取点实施抓取动作。

光电传感器61用于检测机械手下方有无晶圆盒;当晶圆盒被准确抓取后,光电传感器61的光源发射端能够正对着晶圆盒把手的一棱边,发射光被反射回传感器的接收端,引起光电传感器61持续触发;控制器检测到这一触发信号之后才会通知机械臂去执行接下来的搬运动作,否则将重新执行一次抓取,有效避免了因抓空但仍然继续执行下一步工序而降低机械臂的实际工作效率。

一种实施方式中:

手爪31的非弯钩部分设有贯通至手爪31的弯钩自由端的释放槽32,释放槽32的下端口位置的两槽壁主视大体呈八字形。手爪31的弯钩自由端和与其相对的手爪的非弯钩部分的相对面分别加工有两导向斜面33,两导向斜面33侧视大体呈倒置八字形。

与晶圆盒的接触部分均要求打磨光滑,因此若晶圆盒抓取点与机械臂定位点之间存在不是很明显的位置偏差时,均能够引导手爪顺利插入到晶圆盒把手的槽内并钩住把手外沿。

一种实施方式中:

锁紧驱动单元包括电机531和减速器532,电机531设有一编码器533且其输出端连接减速器532,电机531与锁紧控制器52通讯,锁紧机构还包括锁紧传动单元和锁紧导向单元,锁紧传动单元包括丝杆螺母组件和齿轮组件,丝杆螺母组件包括丝杆541和螺母542,螺母542可转动的支撑连接在一对固定的轴承543上,丝杆541沿上下方向旋移连接在螺母542的内侧,齿轮组件包括第一齿轮544和第二齿轮545,第一齿轮544套设安装在减速器532的输出端上,第二齿轮545套设安装在螺母542的外侧,第一齿轮544与第二齿轮545啮合传动,锁紧导向单元包括移动块551和导向杆552,移动块551连接在丝杆541的下端并且可上下移动的设置,移动块551的上端连接导向杆552。

丝杆541和螺母542之间为梯形螺牙旋移传动,第一齿轮544和第二齿轮545之间为直形齿牙啮合传动,轴承543与螺母542之间还设置有三波峰垫圈546。

在锁紧控制器52的控制下,动力由电机531输出,经减速器532减速后,得到合适的速度和扭矩,然后传递给下一级传动机构,电机531采用了直流无刷电机,工作可靠性高、无噪声、工作寿命长;编码器533采用的是磁性编码器,分辨率为512CPR,具有体积小、响应速度快、分辨率高、抗干扰能力强以及防尘防油等诸多优点,可实时反馈电机531的转速和角位移信息,方便对其转速和角位移进行精确调控。第二齿轮545与锁紧驱动单元的减速器532的输出轴固定连接,第一齿轮544具有大中心孔,可套在丝杆螺母组件的螺母542的外表面上,并通过紧定螺钉固定;两齿轮的齿数相等,因而不改变机构的速度和扭矩,只起传递运动的作用;由于采用了齿轮传动,使得整个自锁机构结构上变得更加紧凑,且传动精度也得到了较高的保证,螺母542通过一对轴承543支撑,三波峰垫圈546可对装配后轴承在轴承孔中形成的轴向间隙进行调整,保证轴承543在螺母542上可靠地轴向定位,防止轴承因轴向窜动使螺母表面磨损,影响机构的工作寿命;由于采用了螺牙为梯形的滑动螺旋传动,可实现机构本身的自锁;由于滚动轴承在轴承孔中的轴向定位限制了螺母542的轴向移动,于是当螺母542转动时,将使丝杆541沿轴线方向作往复直线运动,移动块551通过一对锁紧螺母轴向固定在丝杆541上;移动块551两侧分别与一根导向杆552相连并通过紧定螺钉固定,丝杆541的往复运动将带动移动块551作来回直线移动;锁紧块51与移动块551固定连接,由于自锁机构在锁紧后锁紧块51可能会与晶圆盒把手直接接触,为了不磨损和划伤晶圆盒,锁紧块51的材料选择尼龙或POM,这类材料的摩擦系数较低、本身具备良好的自润滑性,因而可对晶圆盒起到较好的保护作用。

一种实施方式中:

螺母542、第一齿轮544以及第二齿轮545内置在一壳体中,上述壳体由固定块22和固定块23组成,丝杆541和导向杆552穿过壳体的通孔并且分别与壳体的通孔螺纹连接和滑动连接,固定块22的内壁设有一储存油脂以为第一齿轮544和第二齿轮545供油的储油槽26,用于储存润滑脂,给第一齿轮544和第二齿轮545及时地补充润滑,导向杆552和与其配合的通孔之间还过盈安装有无油轴承57,以减小导向杆552相对其作直线运动时的摩擦阻力,固定块23通过螺钉固定在手爪31上。

一种实施方式中:

锁紧机构还包括接近传感器71,接近导向传感器设置在导向杆552的上方,接近传感器71与锁紧控制器52通讯,锁紧控制器52分别控制电机531驱动导向杆552动作和控制接近传感器71检测其与导向杆552的距离以得到二者之间为设定距离的反馈,锁紧控制器52根据二者之间为设定距离的反馈发出执行锁紧动作指令。

接近传感器71采用了SICK公司的IM系列电感式微型接近传感器,通过传感器固定块固定在手爪31上;锁紧机构动作时,当导向杆552与接近传感器71的距离达到其检测范围,将引起传感器发出触发脉冲,此时机构所在位置即为自锁机构运动时的零位,以后任意时刻锁紧块51运动的绝对位置都将以该零位作为参考基准。由于锁紧机构采用了较高分辨率编码器以便对电机的速度和角位移进行精确控制,动力由电机输出,经传动比准确的减速器、齿轮机构和丝杆螺母机构,最终实现锁紧块51的往复移动,使自锁机构完成锁紧和松开两个动作,因而可使锁紧机构在运动行程上具有较高的定位精度,保证锁紧机构动作上的可靠性。

一种实施方式中:

上述机械手还包括封板,上述封板包括罩设在视觉传感器41的上方的第一封罩25和罩设在锁紧机构的外侧的第二封罩26,第一封罩25的下端设有与安装板21连接的敞开口,第二封罩26的一侧设有与手爪31的非弯钩部分连接的第二敞开口。

为了便于装配,第一封罩25采用了分离式结构,是由罩壳、后盖板和下封板组成;第二封罩26的作用是将机械手的组成零部件保护起来,防止灰尘、液滴进入以及与外界发生刚性碰撞。

以上为对本实用新型实施例的描述,通过对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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