一种晶圆自动装载设备的制作方法

本实用新型是关于一种半导体晶圆自动装载设备，属于半导体集成电路装备领域。

背景技术：

随着国内半导体行业的发展及集成电路代工厂自动化程度的提高，晶圆自动装载设备(Loadport)在集成电路装备上的使用范围越来越广，对晶圆自动装载设备的自动化性能、速度、可靠性、稳定性以及安全性要求越来越高，对成本降低的要求也相应提高。

然而现有的技术存在以下几个问题：1)现有技术无法自动识别晶圆存储盒的种类，需要提前根据晶圆存储盒种类对晶圆自动装载设备进行配置；2)现有技术无法识别晶圆存储盒开盒位置是否完整到位，以及开盒过程中晶圆存储盒盒盖是否脱落；3)现有气缸驱动配置技术虽然成本有所降低，但是存在速度低以及开、关盒循环时间长的问题；4)现有电机驱动配置技术在提高速度和减低循环时间的同时，成本也大大的提高。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种可以自动识别晶圆存储盒且安全性高、速度高、循环时间短以及成本低的晶圆自动装载设备。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种晶圆自动装载设备，其特征在于，该设备包括主板装置、盒盖开盒装置、晶圆存储盒传输装置、盒盖传输装置、晶圆检测装置、控制系统和传感器组件；所述主板装置的前侧上部活动连接有可穿越所述主板装置进行前后运动的所述盒盖开盒装置，位于所述盒盖开盒装置下方的主板装置前侧固定设置有用于盛放晶圆存储盒的所述晶圆存储盒传输装置；所述主板装置的前侧下部活动连接有可穿越所述主板装置进行前后运动且能够在所述主板装置上进行上下运动的所述盒盖传输装置，位于所述主板装置后侧的盒盖传输装置固定连接所述晶圆检测装置，所述盒盖传输装置还固定连接所述盒盖开盒装置用于带动所述盒盖开盒装置运动，所述主板装置的前侧上部还设置有用于判定晶圆存储盒放置位置是否正确的所述传感器组件；所述控制系统分别电连接所述传感器组件、盒盖开盒装置、晶圆存储盒传输装置、盒盖传输装置和晶圆检测装置，完成对所述晶圆存储盒内晶圆的自动装载。

优选地，所述主板装置是由竖板和底板可拆卸连接而成的L形框架结构。

优选地，所述传感器组件包括一指示灯安装组件、两水平偏差判定传感器、一存在判定传感器、两左右偏差判定传感器、一晶圆突出判定传感器；所述竖板上方固定连接所述指示灯安装组件；所述盒盖开盒装置顶部左右两侧的竖板上均分别固定连接一所述水平偏差判定传感器，且所述盒盖开盒装置顶部一侧的竖板上还固定连接所述存在判定传感器；所述晶圆存储盒传输装置顶部左右两侧的竖板上均分别固定连接一所述左右偏差判定传感器；所述晶圆存储盒传输装置顶部中心的竖板上固定连接所述晶圆突出判定传感器。

优选地，所述盒盖开盒装置包括开盒板、晶圆存储盒开锁组件、第一驱动气缸、盒盖固定吸附组件、晶圆存储盒到位判定组件和开盒板连接件；所述开盒板上活动连接与晶圆存储盒锁相对应的所述晶圆存储盒开锁组件，所述晶圆存储盒开锁组件穿过所述开盒板与固定设置在所述开盒板后侧的所述第一驱动气缸固定连接；所述开盒板上固定连接与晶圆存储盒盒盖定位孔相对应的所述盒盖固定吸附组件；所述开盒板底部固定连接所述开盒板连接件；所述开盒板上还固定连接用于判定所述晶圆存储盒是否到达开盒位置的所述晶圆存储盒到位判定组件。

优选地，所述晶圆存储盒传输装置包括固定架、水平平台、第二驱动气缸、晶圆存储盒定位销、晶圆存储盒放置检测装置、晶圆存储盒锁定装置、第三驱动气缸、晶圆存储盒种类检测装置和晶圆存储盒ID识别组件；所述固定架后侧固定连接所述竖板，所述固定架顶部平行间隔用于活动插设所述水平平台的第一导轨和第二导轨，所述水平平台底部固定连接用于驱动所述水平平台的所述第二驱动气缸；所述水平平台顶部固定连接与晶圆存储盒底部定位孔相对应的所述晶圆存储盒定位销，每一所述晶圆存储盒定位销旁均固定连接一用于判断晶圆存储盒是否正确的放置在所述水平平台的所述晶圆存储盒放置检测装置；所述水平平台顶部穿设固定所述晶圆存储盒锁定装置，所述晶圆存储盒锁定装置底部通过一连杆机构固定连接所述第三驱动气缸，所述水平平台上还固定连接与晶圆存储盒底部种类判别孔相对应的所述晶圆存储盒种类检测装置；所述水平平台前端固定连接所述晶圆存储盒ID识别组件。

优选地，所述盒盖传输装置包括Z向滑台、OC滑台、M滑台、伺服电机、第四驱动气缸和第五驱动气缸；所述竖板前侧下部纵向平行设置用于滑动插设所述Z向滑台的第三导轨和第四导轨，所述Z向滑台底部通过一传动机构连接所述伺服电机；所述Z向滑台顶部分别固定设置用于活动连接所述OC滑台的第五导轨和用于活动连接所述M滑台的第六导轨；所述OC滑台后侧穿过所述竖板固定连接所述开盒板连接件，且所述OC滑台固定连接用于驱动所述盒盖开盒装置沿着所述竖板进行前后运动的所述第四驱动气缸；所述M滑台后侧穿过所述竖板固定连接所述晶圆检测装置，且所述M滑台固定连接用于驱动所述晶圆检测装置沿着所述竖板进行前后运动的所述第五驱动气缸；所述第三导轨一侧纵向间隔设置有原点判定传感器、M滑台开始传感器、M滑台停止传感器和Z向滑台停止传感器，分别用于判断所述Z向滑台和M滑台的位置及运动情况。

优选地，所述晶圆检测装置包括一支架固定件、一倒L形支架和两对射传感器；所述支架固定件固定连接所述M滑台，位于所述盒盖开盒装置外侧，所述支架固定件顶部固定连接所述倒L形支架，所述倒L型支架顶部间隔设置用于检测所述晶圆存储盒内晶圆的有、无、重叠和倾斜状态的两所述对射传感器。

优选地，所述控制系统包括主控制板、气缸控制阀组、伺服电机驱动器、动力气体减压阀、晶圆存储盒ID识别控制器、通讯模块和电源模块；所述主控制板用于控制所有传感器的启动停止、信号的发送接收和与外部上位机的通讯；所述主控制板通过所述气缸控制阀组分别控制所述第一驱动气缸、第二驱动气缸、第三驱动气缸、第四驱动气缸和第五驱动气缸的启动和停止；所述主控制板通过所述伺服电机驱动器控制所述伺服电机的启动和停止；所述动力气体减压阀通过调节气体的压力和流速控制气缸的力度和运动速度，并将相关数据通过所述主控制板发送给外部上位机；所述晶圆存储盒ID识别控制器通过所述晶圆存储盒ID识别组件识别晶圆存储盒ID，并将识别的相关数据通过所述主控制板发送给外部上位机；所述主控制板通过所述通讯模块与工厂的天车系统进行数据传输，用于实现与工厂天车的自动化通讯；所述电源模块用于为各部件进行供电。

优选地，所述固定架顶部还设置有用于支持手动操作模式的手动载入操作按钮和手动载出按钮。

优选地，所述竖板顶部固定连接一上安装组件，所述竖板底部通过一高度调整组件固定连接一下安装组件；所述竖板下部一侧固定连接一用于防止所述倒L形支架和对射传感器受到损坏的退出判定硬限位；所述底板底部四个角分别固定连接一脚轮。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于设置若干功能不同的传感器，大大提高晶圆自动装载设备的自动化程度。2、本实用新型由于盒盖开盒装置上设置有传感器，可以检测晶圆存储盒是否在可开盒位置上，以及开盒过程中盒盖是否脱落等问题，大大提高晶圆存储盒的安全性。3、本实用新型由于集成气缸驱动方式与伺服电机驱动方式，在满足晶圆存储盒传输稳定性的同时，提高晶圆存储盒开关盒的速度，降低循环时间。4、本实用新型由于增加退出判定硬限位，降低设备的故障率，且本实用新型将控制功能集成于一PCB控制板上，降低设备维修时间与成本，可以广泛应用于晶圆自动装载设备中。

附图说明

图1是本实用新型的晶圆自动装载设备的整体结构示意图；

图2是本实用新型主板装置的结构示意图；

图3是本实用新型盒盖开盒装置正面结构示意图；

图4是本实用新型盒盖开盒装置背面结构示意图；

图5是本实用新型晶圆存储盒传输装置的侧视示意图；

图6是本实用新型晶圆存储盒传输装置的正视示意图；

图7是本实用新型盒盖传输装置的结构示意图；

图8是本实用新型晶圆检测装置的结构示意图；

图9是本实用新型控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1～2所示，本实用新型的晶圆自动装载设备包括主板装置1、传感器组件2、盒盖开盒装置3、晶圆存储盒传输装置4、盒盖传输装置5、晶圆检测装置6和控制系统；主板装置1的前侧上部设置有用于判定晶圆存储盒放置位置是否正确的传感器组件2，主板装置1的前侧上部还活动连接有可穿越主板装置1进行前后运动的盒盖开盒装置3，位于盒盖开盒装置3下方的主板装置1前侧固定设置有用于盛放晶圆存储盒的晶圆存储盒传输装置4，主板装置1的前侧下部活动连接有可穿越主板装置1进行前后运动且能够在主板装置1上进行上下运动的盒盖传输装置5，位于主板装置1后侧的盒盖传输装置5固定连接晶圆检测装置6，通过盒盖传输装置5的运动带动晶圆检测装置6运动，盒盖传输装置5还固定连接盒盖开盒装置3用于带动其运动。控制系统分别电连接传感器组件2、盒盖开盒装置3、晶圆存储盒传输装置4、盒盖传输装置5和晶圆检测装置6，完成对晶圆存储盒内晶圆的自动装载。

在一个优选的实施例中，主板装置1是由一竖板101和一底板102可拆卸连接而成的L形框架结构。

在一个优选的实施例中，传感器组件2包括一指示灯安装组件201、两水平偏差判定传感器202、一存在判定传感器203、两左右偏差判定传感器204、一晶圆突出判定传感器205；竖板101上方固定连接指示灯安装组件201，盒盖开盒装置3顶部左右两侧的竖板101上均分别固定连接一水平偏差判定传感器202，且盒盖开盒装置3顶部一侧的竖板101上还固定连接存在判定传感器203，晶圆存储盒传输装置4顶部左右两侧的竖板101上均分别固定连接一左右偏差判定传感器204，晶圆存储盒传输装置4顶部中心的竖板101上固定连接晶圆突出判定传感器205。

如图3～4所示，盒盖开盒装置3包括一开盒板301、两晶圆存储盒开锁组件302、一第一驱动气缸303、两盒盖固定吸附组件304、一晶圆存储盒到位判定组件305和一开盒板连接件306；开盒板301上活动连接两与晶圆存储盒锁相对应的晶圆存储盒开锁组件302，两晶圆存储盒开锁组件302穿过开盒板301与固定设置在开盒板301后侧的第一驱动气缸303固定连接，开盒板301上固定连接两与晶圆存储盒盒盖定位孔相对应的盒盖固定吸附组件304，开盒板301上还固定连接用于判定晶圆存储盒是否到达开盒位置的晶圆存储盒到位判定组件305，开盒板301底部固定连接开盒板连接件306。

如图1、图5和图6所示，晶圆存储盒传输装置4包括一固定架401、一水平平台402、一第一导轨403、一第二导轨404、一第二驱动气缸405、三晶圆存储盒定位销406、三晶圆存储盒放置检测装置407、一晶圆存储盒锁定装置408、一连杆机构409、一第三驱动气缸410、四晶圆存储盒种类检测装置411和一晶圆存储盒ID识别组件412；固定架401后侧固定连接竖板101，固定架401顶部平行间隔设置第一导轨403和第二导轨404，水平平台402活动插设在第一导轨403和第二导轨404上，水平平台402底部固定连接第二驱动气缸405，用于驱动水平平台402在第一导轨403和第二导轨404上滑动。水平平台402顶部固定连接与晶圆存储盒底部三定位孔相对应的三晶圆存储盒定位销406，每一晶圆存储盒定位销406旁均固定连接一晶圆存储盒放置检测装置407，用于判断晶圆存储盒是否正确的放置在水平平台402上。水平平台402顶部上方穿设固定晶圆存储盒锁定装置408，晶圆存储盒锁定装置408底部通过连杆机构409固定连接第三驱动气缸410，用于将晶圆存储盒锁定在水平平台402上。水平平台402上还固定连接与晶圆存储盒底部四个种类判别孔相对应的四晶圆存储盒种类检测装置411，水平平台402前端固定连接晶圆存储盒ID识别组件412。

如图2、图7所示，盒盖传输装置5包括一Z向滑台501、一OC滑台502、一M滑台503、一第三导轨504、一第四导轨505、一第五导轨506、一第六导轨507、一传动机构508、一伺服电机509、一第四驱动气缸510和一第五驱动气缸511；第三导轨504和第四导轨505平行间隔设置在竖板101前侧下部，Z向滑台501活动连接第三导轨504和第四导轨505，Z向滑台底部501通过传动机构508连接伺服电机509；Z向滑台501顶部分别固定设置有第五导轨506和第六导轨507，第五导轨506用于活动连接OC滑台502，第六导轨507用于活动连接M滑台503。OC滑台502后侧穿过竖板101固定连接开盒板连接件306，且OC滑台502固定连接第四驱动气缸510，用于驱动盒盖开盒装置3沿着竖板101进行前后运动。M滑台503后侧穿过竖板101固定连接晶圆检测装置6，且M滑台503固定连接第五驱动气缸511，用于驱动晶圆检测装置6沿着竖板101进行前后运动。另外，第三导轨504一侧纵向间隔设置有原点判定传感器512、M滑台开始传感器513、M滑台停止传感器514和Z向滑台停止传感器515，分别用于判断Z向滑台501和M滑台503的位置及运动情况。

如图8所示，晶圆检测装置6包括一支架固定件601、一倒L形支架602和两对射传感器603；支架固定件601固定连接M滑台503，位于盒盖开盒装置3外侧，支架固定件601的顶部固定连接倒L形支架602，倒L型支架602的顶部间隔固定连接两对射传感器603，每一对射传感器603均用于检测晶圆存储盒内晶圆的有、无、重叠和倾斜等状态。

如图8、图9所示，控制系统包括主控制板701、气缸控制阀组702、伺服电机驱动器703、动力气体减压阀704、晶圆存储盒ID识别控制器705、E84通讯模块706、电源模块707和主电气箱罩708；主控制板701用于控制传感器组件2、晶圆存储盒到位判定组件305、晶圆存储盒放置检测装置407、晶圆存储盒种类检测装置411、晶圆存储盒ID识别组件412、原点判定传感器512、M滑台开始传感器513、M滑台停止传感器514、Z向滑台停止传感器515和对射传感器603的启动停止、信号的发送接收和与外部上位机的通讯；主控制板701通过气缸控制阀组702分别控制第一驱动气缸303、第二驱动气缸405、第三驱动气缸410、第四驱动气缸510和第五驱动气缸511的启动和停止；主控制板701通过伺服电机驱动器703控制伺服电机509的启动和停止；动力气体减压阀704通过调节气体的压力和流速控制气缸的力度和运动速度，并将相关数据通过主控制板701发送给外部上位机；晶圆存储盒ID识别控制器705通过晶圆存储盒ID识别组件412识别晶圆存储盒ID，并将识别的相关数据通过主控制板701发送给外部上位机；主控制板701通过E84通讯模块706与工厂的天车系统进行数据传输，用于实现与工厂天车的自动化通讯；电源模块707用于为本实用新型晶圆自动装载设备的各部件进行供电，控制系统外侧固定连接用于保护控制系统各部件的主电气箱罩708。

在一个优选的实施例中，固定架401顶部还设置有用于支持手动操作模式的手动载入操作按钮413和手动载出按钮414。

在一个优选的实施例中，竖板101顶部固定连接上安装组件103，竖板101底部通过高度调整组件104固定连接下安装组件105，上安装组件103和下安装组件105用于将本实用新型的晶圆自动装载设备安装在用户设备上。

在一个优选的实施例中，竖板101下部一侧固定连接一用于防止倒L形支架602和对射传感器603受到损坏的退出判定硬限位106。

在一个优选的实施例中，底板102底部四个角分别固定连接一脚轮107。

在一个优选的实施例中，开盒板301后侧固定连接一开盒板保护罩307。

如图9所示，下面通过具体实施例详细说明本实用新型的晶圆自动装载设备的使用过程：

1)将本实用新型的晶圆自动装载设备安装到用户设备上，通过高度调整组件104调整到相应高度，将晶圆存储盒通过晶圆存储盒定位销406固定在水平平台402上，通过存在判定传感器203判断晶圆存储盒是否存在在设备上，并通过晶圆存储盒放置检测装置407判断晶圆存储盒放置是否正确，如果放置不正确则将信号发送到控制系统，控制系统通过指示灯安装组件201进行报警或停止作业；

2)通过晶圆存储盒种类检测装置411和晶圆存储盒ID识别组件412分别判断晶圆存储盒的种类和ID，然后通过晶圆存储盒锁定装置408将晶圆存储盒锁定到水平平台402上；

3)控制系统控制水平平台402向靠近竖板101方向移动，通过水平偏差判定传感器202判断晶圆存储盒的放置是否出现水平方向偏差，通过左右偏差判定传感器204判断晶圆存储盒的放置是否出现左右方向偏差，通过晶圆突出判定传感器205判定晶圆存储盒打开后晶圆相对于晶圆存储盒有没有滑出，如果有滑出或偏差则将信号发送到控制系统，控制系统通过指示灯安装组件201进行报警或停止作业；

4)通过晶圆存储盒到位判定组件305判定晶圆存储盒到达开盒位置后，通过晶圆存储盒开锁组件302和盒盖固定吸附组件304将盒盖打开并吸附固定在开盒板301上；

5)控制系统控制OC滑台502带动开盒板301沿第五导轨506向远离竖板101方向运动，并控制Z向滑台501沿第三导轨504和第四导轨505向下移动，带动开盒板301向下运动至M滑台开始传感器513处停止运动；

6)控制系统控制M滑台503带动晶圆检测装置6沿第六导轨507向靠近竖板101方向运动，使对射传感器603靠近晶圆存储盒内的晶圆，并控制Z向滑台501继续沿第三导轨504和第四导轨505向下移动至M滑台停止传感器514处停止运动，使对射传感器603检测晶圆存储盒内晶圆的有、无、重叠和倾斜等状态，完成Mapping功能；

7)控制系统控制M滑台503带动晶圆检测装置6沿第六导轨507向远离竖板101方向运动，并控制Z向滑台501继续沿第三导轨504和第四导轨505向下移动至Z向滑台停止传感器515处停止运动，完成晶圆存储盒开盒功能。

8)倒序并相应反方向的完成上述步骤，完成晶圆存储盒关盒功能。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。