一种片盒存取设备及方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其是一种片盒存取设备及方法。

背景技术：

半导体器件制造常常会有几百道工艺，每道工艺都由特定的设备完成，为了满足半导体制造业的高产率和高效率的需求，硅片和片盒需要强大的管理系统和智能化的片盒存取，物料管理的自动化是必然的趋势，片盒存取设备是半导体厂房内片盒存取和管理的设备，用于标准的12寸或8寸硅片片盒存取和管理。

美国专利US2008/0041694中提出了一种带有缓存模块的片盒存取设备，可以通过软件系统进行预操作，即通过预测下一步工艺进而将要用到的片盒提前放置到缓存区域中，这样机械手可以在缓存模块中进行取放，能够节省用户的等待时间。

上述美国专利的结构图如图1所示，该片盒存取设备包含一个缓存模块60，缓存模块60存在以下问题：片盒存取设备需要强大的软件系统作为支撑，如果在一些没有制造执行系统或物料管理系统的情况下则不适用；另外一个缺陷就是，在用户、OHT(Overhead Transfer System)或AGV(Automated Guided Vehicle)将片盒放置在缓存模块后，由于上述美国专利中的缓存模块是静态的，于是只能依靠机械手40将片盒放置在片盒存取设备中或从片盒存取设备中取出，非常耗费时间，不具备灵活性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型的具有动态缓存装置的片盒存取设备，以有效地提高片盒的传送效率，避免用户或其他运输设备无效的等待时间。

为了达到上述目的，本发明提供了一种片盒存取设备，包括：

第一支撑架，用于放置片盒；

片盒进出口，设置存放或取出片盒的工作工位；

缓存区，具有多个动态运行的工位，用于动态运输从所述片盒进出口处放置在缓存区中的片盒或者将缓存区的工位处的片盒动态运输至片盒进出口处；

机械手，在缓存区及第一支撑架之间搬运片盒。

进一步地，所述片盒进出口处设置存放或取出片盒的动态运行的工作工位，片盒通过在所述工作工位以及缓存区的工位之间运动实现进出缓存区。

进一步地，所述片盒存取设备还包括驱动模块，通过所述驱动模块驱使机械手运动，以及驱使缓存区的工位动态运行。

进一步地，所述缓存区包括进口缓存区和出口缓存区，所述进口缓存区用于暂存从片盒进出口处放置的片盒，所述出口缓存区用于将出口缓存区中的片盒输出至片盒进出口处以供取出。

进一步地，所述进口缓存区和出口缓存区分离设置。

进一步地，所述进口缓存区和出口缓存区均为直线结构。

进一步地，所述进口缓存区和出口缓存区重合设置。

进一步地，所述缓存区为直线结构。

进一步地，所述缓存区包括传输装置和支撑装置，所述传输装置设置在支撑装置上，通过所述传输装置传输缓存区中的片盒，所述机械手在传输装置及第一支撑架之间搬运片盒。

进一步地，所述传输装置为滚轴。

进一步地，所述片盒进出口的工作工位处设置有滚轴，通过所述工作工位处的滚轴及缓存区的工位处的滚轴的滚动实现片盒进出缓存区。

进一步地，所述工作工位处及缓存区的任一工位处滚轴的数量均为多个， 所述工作工位处及缓存区的任一工位处的多个滚轴同时运动或同时停止。

进一步地，所述片盒存取设备还包括升降旋转机构，所述升降旋转机构设置在片盒进出口的工作工位处和/或缓存区的工位处，通过升降所述升降旋转机构使得放置在升降旋转机构上的片盒落在该升降旋转机构处的滚轴上，通过旋转所述升降旋转机构调整该升降旋转机构上片盒的姿态。

进一步地，所述片盒存取设备还包括第一位置传感器，所述第一位置传感器设置在片盒进出口的工作工位处，用于检测所述工作工位处的片盒存放状态，所述第一位置传感器还设置在支撑装置上，所述缓存区的每个工位处均设置有第一位置传感器，用于检测所述缓存区的工位处的片盒存放状态。

进一步地，所述传输装置为皮带。

进一步地，所述缓存区为循环电梯结构，所述缓存区包括多个第三支撑架，多个所述第三支撑架两两间隔设置并围设成环形结构，通过所述机械手在片盒进出口的工作工位处及第三支撑架上来回搬运片盒以实现片盒的进出，通过所述驱动模块驱动当前一个第三支撑架移动至相邻的下一个第三支撑架的位置。

进一步地，所述片盒存取设备还包括第二支撑架，通过在所述片盒进出口处设置第二支撑架以形成放置片盒的工作工位。

进一步地，所述片盒存取设备还包括控制系统，所述控制系统与驱动模块连接。

进一步地，所述控制系统包括操作面板和控制器，所述操作面板与控制器连接，所述控制器与驱动模块连接。

进一步地，所述片盒存取设备还包括第二位置传感器，所述第二位置传感器设置在第一支撑架上。

进一步地，所述片盒存取设备还包括识别模块，所述识别模块包括标签和读卡器，所述标签设置在片盒上，所述读卡器设置在第一支撑架上。

进一步地，所述标签为RFID标签或条形码标签。

进一步地，所述片盒存取设备还包括外部框架，所述第一支撑架固定在外 部框架上。

进一步地，所述片盒存取设备还包括机械手导轨，所述机械手导轨固定在外部框架上，所述机械手与机械手导轨滑动连接。

进一步地，所述机械手导轨包括水平导轨和垂直导轨，所述水平导轨固定在外部框架上，所述垂直导轨与水平导轨在水平方向上滑动连接。

进一步地，所述片盒存取设备还包括空气净化装置，所述空气净化装置设置在外部框架上。

进一步地，所述空气净化装置为FFU过滤单元。

进一步地，所述机械手为普通机械固定式机械手或真空吸附式机械手。

进一步地，所述片盒存取设备还包括定位机构，通过所述定位机构将片盒定心、定位。

本发明还提供了一种片盒存取方法，采用上述的片盒存取设备进行存取，包括：

当存片盒时，将片盒从所述片盒进出口的工作工位处放置在缓存区的工位上，选择缓存区的一个工位为机械手工作位，通过动态运行的所述缓存区的工位将片盒输送至设定的机械手工作位处，通过所述机械手将机械手工作位上的片盒搬运至第一支撑架上；

当取片盒时，选择缓存区中的一个工位为机械手工作位，通过所述机械手将放置在第一支撑架上的片盒移至机械手工作位处，通过机械手或动态运行的缓存区的工位将该片盒传送至片盒进出口的工作工位处。

与现有技术相比，本发明提供了一种片盒存取设备及方法，通过在缓存区中设置动态运行的工位实现了对片盒的运输，大大节省了用户的等待时间，通过动态运行的工位传输片盒以及通过机械手搬运片盒可以同时工作，这不仅节省了时间还提高了片盒存取设备的操作灵活性；该片盒存取设备结构简单，便于操作，无需复杂的软件系统支撑，降低了成本。

附图说明

图1为现有技术提供的片盒存取设备的剖视图；

图2为本发明实施例一提供的片盒存取设备的剖视图；

图3为本发明实施例一提供的片盒存取设备的A-A向俯视图；

图4为本发明实施例二提供的片盒存取设备在存片盒时缓存模块的示意图；

图5为本发明实施例二提供的片盒存取设备在取片盒时缓存模块的示意图。

图中，10：片盒进出口，20：第一支撑架，30：空气净化装置，40：机械手，50：机械手导轨，60：缓存区，70：操作面板，80：片盒，90：外部框架，601：支撑装置，602：传输装置，603：升降旋转结构，604：第一位置传感器，620：第二支撑架，621：第三支撑架，622：驱动模块。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

如图2～3所示，本发明实施例一提供了一种片盒存取设备，可以用于半导体厂房内8寸或12寸硅片片盒的存取，片盒80用于存储硅片，片盒80的规格可以为标准FOUP(Front Opening Unified Pod，前开式晶元盒)、FOSB、SMIF(Standard Mechanical Imterface)pod，12寸片盒一般为标准FOUP，8寸片盒可以为SMIF pod，也可以为非标准的产品，该片盒存取设备包括：

第一支撑架20，用于放置片盒80；

片盒进出口10，设置存放或取出片盒80的工作工位，片盒进出口10为片盒存取设备与用户或其他运输设备的交互接口，其他运输设备包括OHT和AGV等；

缓存区60，具有多个动态运行的工位，用于动态运输从所述片盒进出口10处放置在缓存区中的片盒80或者将缓存区的工位处的片盒80动态运输至片盒进出口10处，在本实施例中，所述缓存区60包括传输装置602和支撑装置601，所述传输装置602设置在支撑装置601上，通过所述传输装置602传输缓存区60中的片盒，所述机械手40在传输装置602及第一支撑架20之间搬运片盒，所述传输装置602为滚轴或皮带；

机械手40，在缓存区60及第一支撑架20之间搬运片盒80；

驱动模块(未在图2～3中示出)，通过所述驱动模块驱使机械手40运动，以及驱使缓存区60的工位动态运行，在本实施例中，所述片盒进出口10处设置存放或取出片盒80的动态运行的工作工位，还通过所述驱动模块驱使片盒进出口10处的工作工位动态运行，片盒通过在所述工作工位以及缓存区60的工位之间运动实现进出缓存区60；

升降旋转机构603，设置在片盒进出口10的工作工位处和/或缓存区60的工位处，在本实施例中，所述传输装置602为滚轴，所述片盒进出口10的工作工位处也设置有滚轴，通过所述工作工位处的滚轴及缓存区60的工位处的滚轴的滚动实现片盒进出缓存区60，通过升降所述升降旋转机构603使得放置在升降旋转机构603上的片盒落在该升降旋转机构603处的滚轴上，通过旋转所述升降旋转机构603调整该升降旋转机构603上片盒80的姿态；

第一位置传感器604，设置在片盒进出口10的工作工位处，用于检测所述工作工位处的片盒存放状态，所述第一位置传感器604还设置在支撑装置601上，所述缓存区60的每个工位处均设置有第一位置传感器604，用于检测所述缓存区60的工位处的片盒存放状态，此外，本实施例中第一位置传感器604优选为光电传感器，光电传感器设置在片盒进出口10的工作工位处的侧面以及支撑装置601的侧面；

第二支撑架620，通过在所述片盒进出口10处设置第二支撑架620以形成放置片盒的工作工位；

控制系统，所述控制系统与驱动模块连接，传输装置602与所述控制系统连接，通过所述控制系统控制传输装置602的启停以控制片盒的传送，在本实施例中，所述控制系统包括操作面板70和控制器，所述操作面板70与控制器连接，所述控制器与驱动模块连接，操作面板70为用户提供了接口，用户可以通过操控面板对设备进行控制、命令下发以及信息获取，操作面板可以为PC工控机也可以为触摸式的平板电脑；

第二位置传感器(未图示)，所述第二位置传感器设置在第一支撑架20上，本实施例中第二位置传感器也优选为光电传感器，光电传感器设置在第一支撑架20的侧面；

识别模块，所述识别模块包括标签和读卡器，所述标签设置在片盒80上，所述读卡器设置在第一支撑架20上，本实施例中所述标签为RFID标签或条形码(Barcode)标签，但不限于这两种标签；

外部框架90，所述第一支撑架20固定在外部框架90上；

空气净化装置30，所述空气净化装置30设置在外部框架90上，空气过滤单元30为片盒存取设备提供洁净气流，保持清洁的内部环境，空气过滤单元30可以为FFU过滤单元也可以为其他清洁设备，可以根据不同的洁净等级(class100或class10)对过滤单元进行配置；

机械手导轨50，所述机械手导轨50固定在外部框架90上，所述机械手40与机械手导轨50滑动连接，在本实施例中，所述机械手导轨50包括水平导轨和垂直导轨，所述水平导轨固定在外部框架90上，所述垂直导轨与水平导轨在水平方向上滑动连接，所述机械手40为普通机械固定式机械手或真空吸附式机械手，其抓取位置可以为片盒80的顶部或底部；

定位机构，通过所述定位机构将片盒80定心、定位，在本实施例中，定位机构为设置在升降旋转机构603上的若干多个凸起，通过所述凸起将片盒80定心、定位。

如图3所示，所述缓存区60包括进口缓存区和出口缓存区，所述进口缓存 区用于暂存从片盒进出口10处放置的片盒，所述出口缓存区用于将出口缓存区中的片盒80输出至片盒进出口10处以供取出。

在本实施例中，所述进口缓存区和出口缓存区分离设置，所述进口缓存区和出口缓存区的数量均为一个，所述进口缓存区和出口缓存区均为直线结构，工位数量可以根据需求增加或减少。优选地，如图3所示，第一工位和第十二工位均为片盒进出口10处的工作工位，存片盒时，片盒80放置在第一工位处，取片盒时，片盒80从第十二工位处取走，一个进口缓存区和一个出口缓存区平行设置，进口缓存区和出口缓存区中均具有五个工位，进口缓存区的工位为第二工位、第三工位、第四工位、第五工位和第六工位，出口缓存区的工位为第七工位、第八工位、第九工位、第十工位和第十一工位。

在本实施例中，所述工作工位处及缓存区60的任一工位处滚轴的数量均为多个，所述工作工位处及缓存区60的任一工位处的多个滚轴同时运动或同时停止，这样也就实现了对每个工位上的片盒80的独立传送，也就是实现了任一工位处(多个滚轴)的单独驱动，可以保证缓存区60不会有工位空闲，再配合第一位置传感器604，可以避免在片盒80传输时造成追尾事件。

在另一实施例中，所述进口缓存区和出口缓存区重合设置，所述缓存区为直线结构，只要对其进行分时使用即可实现存片盒以及取片盒。

此外，在本实施例中，对于12寸FOUP标准的片盒，为考虑节省空间，缓存区60中的片盒朝向与放入时相对旋转90度。

本发明实施例一还提供了一种片盒存取方法，采用上述的片盒存取设备进行存取，包括：

当存片盒时，将片盒80从所述片盒进出口10的工作工位处放置在缓存区60的工位上，选择缓存区60的一个工位为机械手工作位，通过动态运行的所述缓存区60的工位将片盒80输送至设定的机械手工作位处，通过所述机械手40将机械手工作位上的片盒80搬运至第一支撑架20上；

当取片盒时，选择缓存区60中的一个工位为机械手工作位，通过所述机械 手40将放置在第一支撑架20上的片盒80移至机械手工作位处，通过机械手40或动态运行的缓存区60的工位将该片盒80传送至片盒进出口10的工作工位处。在本实施例中，存片盒时，通过所述控制系统控制驱动模块以驱动片盒进出口10的工作工位处的滚轴转动，进而将该工作工位处的片盒80移至缓存区60的工位上，取片盒时，通过驱动缓存区60的工位处的滚轴转动，进而将该缓存区60的工位上的片盒80向片盒进出口10的工作工位处传送。

具体地，存片盒的流程为：首先，通过所述控制系统调节片盒进出口10处的升降旋转机构603的位置，并在升降旋转机构603上放置一盒片盒80，一方面，便于用户、AGV或OHT将片盒放在片盒进出口10处的升降旋转机构603上，另一方面，升降旋转机构603上具有凸起，可以使得片盒80放置稳定，不易偏移；其次，通过所述控制系统控制驱动模块进而驱使片盒进出口10处的升降旋转机构603降低高度，直至使得该升降旋转机构603上的片盒80落在片盒进出口10处工作工位(存片盒时，该工作工位即为第一工位)的滚轴上为止；再次，通过第二工位的第一位置传感器604检测第二工位是否有片盒80，如果有则等待，如果没有则可以通过第一工位自身独立的滚轴将片盒80传送到第二工位，以此类推，最终传送到缓存区60中设定的机械手工作位处，本实施例中该机械手工作位为缓存区60终端的第六工位；之后，由于传输会造成的片盒80中心偏移，因此，通过旋转第六工位处的升降旋转机构603调整片盒80中心位置以符合搬运要求；最后，机械手40将片盒80搬运到第一支撑架20上。

具体地，取片盒的流程为：首先，机械手40将要取出的片盒80搬运到设定的机械手工作位处，本实施例中该机械手工作位为第七工位，且片盒80放置在第七工位的升降旋转机构603上；其次，通过调整该升降旋转机构603的高度进而将片盒80放置在第七工位的滚轴上；再次，通过第一位置传感器604检测第八工位上是否有片盒80，如果有则等待，如果没有，则通过第七工位处独立的滚轴将片盒80传输到第八工位，以此类推，最终传输到片盒进出口10的第十二工位处；之后，通过第十二工位处的升降旋转装置603对片盒80中心进 行调整，直至调整到符合用户要求时为止；最后，用户、AGV或OHT系统将所要获取的片盒80取出。

在存片盒时，可以进行同时操作，即一边传送片盒80，一边通过机械手40抓取片盒80，故能大大节省操作时间，提高了传送效率。在取片盒时，只需要提前若干秒将所需要批次的片盒80编号发送至片盒存取设备，待片盒存取设备发出片盒80准备完毕信号，用户或者其他运输设备进行搬运，大大节省了时间，提高了传送效率。

本实施例中，在一次性存储六盒片盒80的过程中，假设每一盒的在第一工位升降所用时间为1s，每两个工位之间的传输时间为1s，则存储六盒的用户总共等待时间为12s。如果没有动态的缓存区60，而只有一个机械手40移动片盒80的片盒存取设备，那么每盒的平均传输时间为15s，用户总等待时间约为100s，故相对于现有技术，本发明大大提高了传送效率。

实施例二

如图4～5所示，与实施例一不同的是，所述缓存区60为循环电梯结构，所述缓存模块60包括多个第三支撑架621，多个所述第三支撑架621两两间隔设置并围设成环形结构，通过所述机械手40在片盒进出口10的工作工位处及第三支撑架621上来回搬运片盒以实现片盒的进出，通过所述驱动模块622驱动当前一个第三支撑架621移动至相邻的下一个第三支撑架621的位置。

本发明实施例二还提供了一种片盒存取方法，采用实施例二中的上述片盒存取设备进行存取，包括：

当存片盒时，将片盒80从所述片盒进出口10的工作工位处放置在缓存区60的工位上，选择缓存区60的一个工位为机械手工作位，通过动态运行的所述缓存区60的工位将片盒80输送至设定的机械手工作位处，通过所述机械手40将机械手工作位上的片盒80搬运至第一支撑架20上；

当取片盒时，选择缓存区60中的一个工位为机械手工作位，通过所述机械手40将放置在第一支撑架20上的片盒80移至机械手工作位处，通过机械手40 或动态运行的缓存区60的工位将该片盒80传送至片盒进出口10的工作工位处。

在本实施例中，存片盒时，通过所述控制系统控制驱动模块以驱动机械手40将片盒进出口10的工作工位处的片盒80搬运至缓存区60的工位处，取片盒时，通过驱动机械手40将缓存区60的工位处的片盒80搬运至片盒进出口10的工作工位处。

存片盒时，在第三支撑架621上具有至少一盒片盒80后，驱动模块622可以带动所有第三支撑架621(实施例二中第三支撑架621的数量为六个)顺时针或逆时针运动，此时可以一边在第二支撑架620上放置新的片盒80，一边将第三支撑架621上的片盒80通过机械手40存储至第一支撑架20处，当然也可以在所有片盒80放置完毕(指的是所有第三支撑架621已放满片盒80)后，再通过机械手40将片盒80存储到第一支撑架20处。取片盒时同理，在此不再赘述。在本实施例中，驱动模块622带动所有第三支撑架621顺时针运动，存片盒时，在所有片盒80放置完毕后，再通过机械手40将片盒80存储到第一支撑架20处。

具体地，存片盒的流程为：首先，将一片盒80置于片盒进出口10处的第二支撑架620上(即实施例二中的第一工位上)；其次，由机械手40将该片盒80传送至第二工位处的第三支撑架621上，在驱动模块622的顺时针旋转驱动下，片盒80被传送到第三工位处，此时，第七工位处的第三支撑架621移动至第二工位处，将第二盒片盒80放置在第二支撑架620上，依此类推，依次可以传输六盒片盒；最后，在将所有第三支撑架上放满六盒片盒80后，机械手开始将第五工位处的片盒80取下并传送到指定的第一支撑架20处，依次将所有片盒80取完。

取片盒的流程与存片盒的方法相反。具体地，取片盒的流程为：首先，机械手40将片盒80放置在第五工位处的第三支撑架621上；其次，驱动模块622驱动片盒80到达第六工位处，此时机械手40可以取出第二盒片盒80，并放置在缓存区60中，依此类推，进行放置片盒80的操作；最后，通过机械手40将 第二工位处的片盒80搬运到第二支撑架620处，待第二支撑架620处的片盒80被取走后可依次将剩余的片盒80全部取出。

实施例二除了可以节约用户等待时间外，还可以在任意第三支撑架621上进行存放，不必按照顺序进行执行，为用户提供了多样化的选择。

与现有技术相比，本发明提供了一种片盒存取设备及方法，通过在缓存区中设置动态运行的工位实现了对片盒的运输，大大节省了用户的等待时间，通过动态运行的工位传输片盒以及通过机械手搬运片盒可以同时工作，这不仅节省了时间还提高了片盒存取设备的操作灵活性；该片盒存取设备结构简单，便于操作，无需复杂的软件系统支撑，降低了成本。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。