一种晶圆搬运机械手的制作方法

1.本技术涉及搬运机械技术领域，尤其涉及一种晶圆搬运机械手。


背景技术：

2.蓝宝石晶圆在进行分选检测工艺时，需要从工装花篮里取出，搬运至寻边工位寻边，再运至检测单位检测，最后根据检测结果搬运至分选的工作花篮里。
3.为了提高蓝宝石晶圆的搬运效率、搬运动作的准确性，现有的晶圆搬运机械手的升降动作使用单个直线导轨实现，旋转动作采用转子电机实现，伸缩动作采用转子电机驱动同步带轮带动两段机械臂实现，吸取晶圆的动作使用牙叉组件，通过负压吸取完成。
4.现有的晶圆搬运机械手虽然可以完成蓝宝石晶圆的搬运工作，但是在搬运的过程中，机械手因为仅使用单个直线导轨进行升降，所以容易发生震动，而且结构复杂，使得搬运速度慢、定位不够精准，不能够准确判断花篮中晶圆是否放置重叠、是否放置歪斜、是否空置等，其控制方法复杂，控制程序也不能集成到机械手所在主机的系统里，使得机械手成本昂贵，调试和维修不方便。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种晶圆搬运机械手，以解决传统晶圆搬运机械手在工作时容易发生震动、搬运速度慢、定位不精准、不能准确判断晶圆状态，并且控制方法复杂的问题。
6.本技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
7.一种晶圆搬运机械手，包括搬运机构，与所述搬运机构固定连接且用于控制所述搬运机构旋转的旋转机构，与所述旋转机构固定连接的升降机构，用于设置所述升降机构的主体框架；
8.所述主体框架包括底板，与所述底板通过若干导向轴固定连接的升降机构固定架，设置在所述底板的下边的支撑柱；
9.所述搬运机构包括牙叉组件，用于使所述牙叉组件沿直线运动的第一驱动部件，用于控制所述牙叉组件通过负压吸附抓取晶圆的数显压力开关；
10.所述搬运机构还包括激光传感器，用于使所述激光传感器沿直线运动的第二驱动部件；
11.所述搬运机构与所述旋转机构通过连接组件连接。
12.进一步的，所述连接组件包括转接板和转台，所述转接板上设置有卡槽，所述卡槽的方向与所述搬运机构的轴向方向一致，所述转台上设置有与所述卡槽对应的导轨，所述转接板通过所述卡槽和所述导轨与所述转台进行定位。
13.进一步的，所述第一驱动部件包括电缸，所述牙叉组件通过牙叉组件安装件固定设置在所述电缸的移动平台上。
14.进一步的，所述第二驱动部件包括双杆气缸，所述激光传感器固定设置在所述双杆气缸的推动端。
15.进一步的，所述升降机构包括滑动设置在所述导向轴上的升降平台，固定设置在所述升降平台上的升降支柱，用于使所述升降平台沿所述导向轴升降的伺服电机和滚珠丝杆，所述伺服电机固定设置在所述底板上，所述滚珠丝杆设置在所述底板和所述升降机构固定架之间，所述伺服电机通过同步带将动力传递给滚珠丝杆。
16.进一步的，所述升降机构固定架上设置有光电传感器，所述升降平台上设置有与所述光电传感器对应的光电传感器感应片；
17.所述数显压力开关设置在所述升降机构固定架上。
18.进一步的，所述旋转机构包括设置在所述升降支柱上的dd马达固定座，设置在所述dd马达固定座上的dd马达，所述dd马达与所述转接板固定连接。
19.本技术提供的技术方案包括以下有益技术效果：
20.本技术提供的晶圆搬运机械手，该机械手包括搬运机构、与搬运机构固定连接且用于控制搬运机构旋转的旋转机构、与旋转机构固定连接的升降机构、用于设置升降机构的主体框架；主体框架包括底板、与底板通过若干导向轴固定连接的升降机构固定架、设置在底板的下边的支撑柱；搬运机构包括牙叉组件、用于使牙叉组件沿直线运动的第一驱动部件、用于控制牙叉组件通过负压吸附抓取晶圆的数显压力开关；搬运机构还包括激光传感器、用于使激光传感器沿直线运动的第二驱动部件；其中搬运机构与旋转机构通过连接组件连接。该机械手的牙叉组件采用直线输送方式，重复定位精度高，结构更简单，升降机构采用导向轴进行导向，加强了机械手的稳定性，并且在机械手高速旋转时，避免了因为重心偏而产生的离心力使其发生较大的震动，搬运机构与旋转机构之间使用连接组件连接，可以通过连接组件微量调节搬运机构的重心位置，进一步的减少机械手在旋转时产生的震动。
附图说明
21.图1为本技术实施例提供的晶圆搬运机械手第一视角结构示意图；
22.图2为本技术实施例提供的晶圆搬运机械手第二视角结构示意图；
23.图3为本技术实施例提供的晶圆搬运机械手第三视角结构示意图；
24.图4为本技术实施例提供的晶圆搬运机械手旋转机构及连接组件结构示意图；
25.图5为本技术实施例提供的晶圆搬运机械手旋转机构及连接组件沿z-z方向剖视结构示意图；
26.图6为本技术实施例提供的晶圆搬运机械手连接组件第一视角结构示意图；
27.图7为本技术实施例提供的晶圆搬运机械手连接组件第二视角结构示意图。
28.附图标记说明：1-支撑柱；2-同步带；3-电机同步带轮；4-底板；5-张紧组件；6-升降平台；7-直线轴承；8-升降支柱；9-dd马达固定座；10-dd马达；11-数显压力开关；12-电缸；13-激光传感器；14-双杆气缸；15-牙叉组件安装件；16-牙叉组件；17-转接板；18-转台；19-升降机构固定架；20-光电传感器；21-伺服电机；22-滚珠丝杠；23-减速机；24-光电传感器感应片；25-丝杠同步带轮；26-导向轴；27-卡槽；28-导轨；29-第一通槽；30-第二通槽；31-固定板。
具体实施方式
29.为便于对申请的技术方案进行描述和理解，以下结合附图及实施例对本技术的技术方案作进一步的说明。
30.本技术实施例第一方面提供一种晶圆搬运机械手，以蓝宝石晶圆进行分选检测工艺的过程为例，对本技术实施例提供的晶圆搬运机械手进行说明。
31.参见图1、图2和图3，分别为本技术实施例提供的晶圆搬运机械手的三个不同视角的结构示意图。如图1中所示，该晶圆搬运机械手从上到下，依次包括搬运机构、旋转机构、升降机构和主体框架。
32.具体的，主体框架包括底板4、与底板4通过四根导向轴26固定连接的升降机构固定架19、四根设置在底板4下边的支撑柱1，四根导向轴26分别设置在底板4和升降机构固定架19的四个角上，四根导向轴26与升降机构固定架19可以通过螺栓进行连接，四根导向轴26与四根支撑柱1分别对应的设置在底板4的上下两面。
33.晶圆搬运机械手搬运机构在z轴方向的升降是由升降机构完成的。具体的，升降机构包括通过四个直线轴承7滑动固定在导向轴26上的升降平台6、设置在升降平台6中间的升降支柱8、设置在底板4和升降机构固定架19之间的滚珠丝杠22、固定设置在底板4上的伺服电机21，滚珠丝杆22通过滚珠螺母与升降平台6固定连接，机械手在z轴上下升降的动力由伺服电机21提供，并且通过减速机23、电机同步带轮3、同步带2、丝杠同步带轮25传递给滚珠丝杠26带动升降平台6实现升降动作。底板4上同时还设置有用于张紧机同步带2的张紧组件5，张紧组件5可以使同步带2在工作时始终保持在预设的张紧状态下，确保伺服电机21提供的动力准确的传递到滚珠丝杆26。主体框架的导向轴26同时起到固定和导向的作用，将晶圆搬运机械手上端的搬运机构与底板4稳定的固定在一起，并且可以保障升降平台6能够垂直并且高精密的上下升降。
34.晶圆搬运机械手的搬运机构绕t轴的旋转是由旋转机构完成的。具体的，旋转机构包括dd马达10、与dd马达10的基座固定连接的dd马达固定座9，dd马达固定座9设置在升降支柱8上，dd马达10通过其转子的转动带动搬运机构旋转。
35.晶圆搬运机械手的搬运机构在a轴方向的搬运动作或b轴方向的扫片动作由搬运机构完成。具体的，搬运机构包括两个并列设置的电缸12、双杆气缸14、通过牙叉安装件15分别固定在两个电缸12的移动平台上构成牙叉组件16的两个牙叉、用于控制牙叉组件16通过负压吸附抓取晶圆且设置在升降机构固定架19上的数显压力开关11、固定设置在双杆气缸14的推动端的激光传感器13，电缸12和双杆气缸14的轴向方向一致，电缸12的移动平台带动牙叉组件16运动的伸出方向与双杆气缸14的推动端带动激光传感器13运动的伸出方向相反，同样的牙叉组件16的收回方向与激光传感器13的收回方向也相反，即电缸12的移动平台与双杆气缸14的推动端背向设置。
36.搬运机构与旋转机构通过连接组件连接，连接组件包括转接板17和转台18，电缸12固定设置在转台18上，双杆气缸14通过固定板31固定设置在转台18上，转接板17通过沉头螺栓与dd马达10的转子连接，其中，转接板17上设置有卡槽27，卡槽27的方向与电缸12的轴向方向一致，转接板17的两侧还分别设置有第一通槽29和第二通槽30，两个通槽的方向与卡槽27的方向一致，转台18上设置有与转接板17上的卡槽27对应的导轨28，转接板17通过卡槽27和导轨28与转台18进行定位，并使用螺栓分别通过第一通槽29和第二通槽30与转
台18固定连接。连接组件的结构可使转台18沿电缸12的纵向微量的调节，从而调节转台18上部的搬运机构的总重心，可以减少搬运机构重心旋转面的偏心，这样可有效的减少搬运机构旋转时候产生的震动。
37.晶圆搬运机械手还包括光电传感器20和光电传感器感应片24，光电传感器20设置在升降机构固定架19的下面，光电传感器感应片24设置在升降平台6上与光电传感器20对应的位置，升降机构在z轴升降时通过光电传感器20和光电传感器感应片24保障其升降位置的准确性。
38.本技术实施例提供的晶圆搬运机械手的工作原理及功能如下：
39.工作时，首先通过四根支撑柱1将晶圆搬运机械手安装在选片机的基台上，该晶圆搬运机械手工作为三轴工作，但三轴工作的过程有先后顺序，升降机构工作的z轴方向为伺服电机21通过减速机23和同步带2驱动精度为c5、丝杆直径为15mm、导程为20mm的滚珠丝杠来实现，升降机构在z轴方向的移动通过四个直线轴承7在四根导向轴26上来回往复运动来导向，搬运机构在t轴的旋转角度是通过dd马达10的转子转动进行控制，a轴包括两个电缸12，可以通过单个电缸12实现设置在该电缸12上的牙叉的往复运动，而电缸12直线运动的重复定位精度可以达到
±
0.02mm，额定速度为1060mm/s。b轴包括双杆气缸14，可以通过双杆气缸14实现激光传感器13的往复运动，激光传感器13用于扫描花篮内的晶圆，从而判断花篮卡槽内是否有晶圆、晶圆是否放重叠、是否放置错位、是否方式倾斜等。
40.晶圆搬运机械手工作时，设定初始位置为零点，先确定机械手的牙叉组件16和激光传感器13所要到达的所有点，通过调试确定和记录牙叉组件16或激光传感器13处于某个位置时，滚珠丝杆22、dd马达10、两个电缸12或双杆气缸14三个轴的位置坐标，通过程序控制晶圆搬运机械手在这些记录的点来往复工作。
41.执行抓取晶圆的动作时，选择a轴中的一个电缸12进行控制，控制z轴、t轴、a轴三个轴运动，首先a轴和b轴运动到零点位置，然后z轴和t轴同时运动到目标位置，接着移动a轴到达指定位置，即使牙叉先移动到指定抓取的晶圆下方，再移动z轴上移一定的距离后，即使牙叉上移一定距离后与晶圆接触，通过数显压力开关11控制牙叉上的负压，即使牙叉产生负压吸附力抓取晶圆，a轴再回到零点位置。
42.执行放置晶圆的动作时，选择a轴中的一个电缸12进行控制，控制z轴、t轴、a轴三个轴运动，首先a轴和b轴运动到零点位置，然后z轴和t轴同时运动到目标位置，再移动a轴到达指定位置，即使牙叉移动到指定放置晶圆的位置上方后，通过数显压力开关11控制牙叉上的负压，即使牙叉消除负压解除对晶圆的吸附，接着移动z轴达到指定位置，即使牙叉下移一定的距离后与晶圆分离，a轴再回到零点位置。
43.执行扫片动作时，首先a轴和b轴运动到零点位置，然后z轴和t轴同时运动到目标位置，再移动b轴到达指定位置，即使激光传感器13移动到晶圆附近，z轴以一定速度向上移动，此时激光传感器13实时读取数据，接着t轴旋转一定角度，z轴以一定速度再向下移动，同样的，激光传感器13再次实时读取数据，最后b轴回到零点位置，通过激光传感器13两次读取的数据可以判断晶圆的放置情况。
44.本技术实施例提供的晶圆搬运机械手，采用四根导向轴导向升降机构在z轴的升降运动，可以加强晶圆搬运机械手的稳定性，有效减少晶圆搬运机械手旋转时由于重心偏而产生的震动；搬运机构与旋转机构通过转接板17和转台18连接，转台18与转接板17通过
导轨28与卡槽27的定位导向，此结构可使转台18沿纵向微量的调节，从而调节转台18上部的搬运机构的总重心，减少重心旋转面的偏心，进一步的有效减少搬运机构旋转时候产生的震动。
45.以上列举的仅是本技术的具体实施例，显然本技术不限于以上实施例，还可以有多种变形，本技术也不仅仅用在蓝宝石晶圆搬运上，也可以用于硅片、陶瓷盘等相类似物品的搬运。凡是涉及此领域的都是本技术保护的范围。另外，本领域的普通技术人员能从本技术公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本技术的保护范围。