晶圆盒搬运装置、设备及系统的制作方法

1.本实用新型涉及晶圆搬运技术领域，尤其涉及一种晶圆盒搬运装置、设备及系统。


背景技术：

2.在电子半导体领域，晶圆是集成电路制造的基本材料，所有集成电路的设计和制造，都是以晶圆为载体，因其外形为圆形，故称之为晶圆。晶圆厚度一般不足1毫米，重量轻，脆性大，表面洁净度要求高，晶圆通常放置在晶圆盒内完成搬移与运输工作。
3.传统技术中，晶圆盒主要通过手动方式完成在各加工设备中的取放工作，然后借助人工推车完成晶圆盒在各产线及加工设备间的运输,其耗费的人力较多。
4.目前，部分自动化车间在自动引导运输车(automated guided vehicle，简称agv)上安装机械臂，完成物料的抓取和运输工作，逐步替代人工操作的方式。
5.但是，当出现晶圆各加工设备中的取放工位的高度差较大的情况，现有技术中仅能够通过更换行程更大的机械臂来扩大适用范围，而该种方式提升的行程有限，仍无法满足更大高度差下的工作需求。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型提出了一种晶圆盒搬运装置、设备及系统。
7.本实用新型提出的晶圆盒搬运装置包括：
8.底座，所述底座包括有用于承载物料的储料平台；
9.取料机构，所述取料机构包括机械臂和取料组件，所述机械臂与所述取料组件连接，用于驱动所述取料组件进行取料或放料；
10.升降机构，安装于所述底座并与所述机械臂连接，所述升降机构用于驱动所述机械臂竖直升降，以增加所述机械臂在竖直方向上的行程。
11.进一步地，所述晶圆盒搬运装置还包括：
12.可竖直伸缩的防尘罩，罩设于所述升降机构外，所述防尘罩在竖直方向上的一端与所述底座连接，所述防尘罩在竖直方向上的另一端与所述机械臂连接，用于防止底座内和升降机构上的污染物外露。
13.进一步地，所述机械臂包括与所述升降机构连接的安装板；
14.所述底座设有容纳腔和与所述容纳腔连通的窗口，所述升降机构安装于所述容纳腔内，所述升降机构通过所述窗口伸出或缩入所述容纳腔，所述防尘罩在竖直方向上的一端连接于所述容纳腔内壁或所述窗口边缘处，用于遮挡升降机构与底座之间的间隙，所述防尘罩在竖直方向上的另一端连接于所述安装板；或者，
15.所述升降机构安装于底座外，所述底座外壁设有安装所述升降机构的安装面，所述防尘罩在竖直方向上的一端连接于所述安装面，所述防尘罩在竖直方向上的另一端连接于所述安装板。
16.进一步地，所述升降机构包括驱动组件和伸缩组件，所述驱动组件与所述伸缩组
件连接，用于驱动所述伸缩组件进行竖直伸缩；所述伸缩组件包括多个套接件，所述多个套接件的直径沿伸缩组件的上升方向逐渐减小或逐渐增大，且相邻的两个所述套接件中，直径较小的所述套接件可伸缩式的连接于直径较大的所述套接件，位于所述伸缩组件顶部的套接件与所述安装板连接。
17.进一步地，所述机械臂还包括：
18.基座，安装于所述安装板；
19.第一支臂，可转动的连接于所述基座；
20.第一驱动件，设于所述基座并与所述第一支臂连接，用于驱动所述第一支臂沿水平方向转动；
21.第二支臂，可转动地连接于所述第一支臂，所述取料组件连接于所述第二支臂，所述第二支臂包括有依次连接的若干子支臂，所述若干子支臂两两之间相互可转动式连接；
22.第二驱动件，所述第二驱动件包括有分别连接于所述若干子支臂的若干支部驱动件，用于驱动各个所述子支臂沿竖直方向转动。
23.进一步地，所述晶圆盒搬运装置还包括防护壳，所述防护壳罩设于所述安装板形成防护空间，所述基座位于所述防护空间，所述防护壳顶部开设有开口，所述第一支臂穿过所述开口连接于所述基座。
24.进一步地，所述防护壳的底部边缘处设有第一卡扣结构，所述安装板的边缘处设有第二卡扣结构，所述第一卡扣结构与所述第二卡扣结构卡扣连接。
25.进一步地，所述取料组件包括固定座、第一取料件和第二取料件，所述第一取料件与所述第二取料件分别连接于所述固定座的两侧，所述第一取料件相对所述第二取料件的一侧设有第一托持卡槽，所述第二取料件相对所述第一取料件的一侧设有第二托持卡槽，所述第一托持卡槽与第二托持卡槽围合形成托持物料的托持平台。
26.进一步地，所述固定座和/或第一取料件和/或第二取料件上设有用于探测所述托持平台是否托持有物料的第一探测器。
27.进一步地，所述底座包括竖向延伸部，所述升降机构安装于所述竖向延伸部，所述竖向延伸部横向延伸有第一侧端和第二侧端，所述第一侧端和所述第二侧端相背设置，所述第一侧端与所述第二侧端分别设有至少一个所述储料平台。
28.进一步地，所述储料平台上设有用于检测物料的检测组件，所述检测组件包括设于所述储料平台表面的第二探测器和/或设于所述储料平台侧边的第三探测器，所述第二探测器用于探测所述储料平台表面是否支撑有所述物料，所述第三探测器用于探测所述储料平台上是否装载有所述物料。
29.本实用新型还提出一种晶圆盒搬运设备，包括自动导引车和上述的晶圆盒搬运装置，所述晶圆盒搬运装置的底座安装于所述自动导引车，所述自动导引车用于运输所述晶圆盒搬运装置。
30.本实用新型还提出一种晶圆盒搬运系统，包括调度设备和上述的晶圆盒搬运设备，所述晶圆盒搬运设备还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述自动导引车、所述机械臂以及所述升降机构的驱动，所述调度设备用于发送取货指令或放货指令至所述控制装置，所述取货指令包括第一指定位置的物料的空间坐标信息，所述放货指令包括待存放物料的第二指定位置的空间坐标信息。
31.本实用新型的有益效果为：
32.本实用新型提出的晶圆盒搬运设备及晶圆盒搬运系统，通过升降机构增加机械臂的在竖直方向的行程以满足晶圆各加工设备中的取放工位的高度差较大的情况。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。
34.图1是本实用新型实施例提出晶圆盒搬运装置满载晶圆盒时的结构示意图。
35.图2是图1的晶圆盒搬运装置显露容纳腔的结构示意图。
36.图3是本实用新型实施例提出的晶圆盒搬运装置未装载晶圆盒时的结构示意图。
37.图4是本实用新型实施例提出的的取料机构与升降机构之间的连接结构示意图。
38.图5是本实用新型实施例提出的的升降机构与安装板之间的连接结构示意图。
39.图6是本实用新型实施例提出的取料机构的结构示意图。
40.图7是本实用新型实施例提出的防护壳的结构示意图。
41.图8是本实用新型实施例提出的安装板的结构示意图。
42.图9是本实用新型实施例提出的防尘罩的结构示意图。
43.图10是本实用新型的实施例提出的在晶圆盒搬运机器人上增加升降机构和防尘罩的结构示意图。
44.图中，晶圆盒搬运设备100；自动导引车10；晶圆盒搬运装置20；底座21；储料平台211；容纳腔212；窗口213；竖向延伸部214；第一侧端215；第二侧端216；第二探测器217；第三探测器218；识别装置219；取料机构22；机械臂221；安装板2211；安装卡槽22111；基座2212；第一支臂2213；第二支臂 2214；子支臂22141；取料组件222；固定座2221；第一取料件2222；第二取料件2223；第一托持卡槽2224；第二托持卡槽2225；第一探测器2226；升降机构23；伺服电机231；伸缩组件232；套接件2321；防尘罩24；防护壳25；开口251；安装凸起252；晶圆盒200；凸板201；晶圆盒搬运机器人300。
具体实施方式
45.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
46.还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
47.还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组
合。
48.如图1-图10所示，本实用新型的实施例提出一种晶圆盒搬运装置20，包括底座21、取料机构22和升降机构23，底座21安装于自动导引车10，底座 21包括有用于承载物料的储料平台211；取料机构22包括机械臂221和取料组件222，机械臂221与取料组件222连接，用于驱动取料组件222进行取料或放料；升降机构23安装于底座21并与机械臂221连接，升降机构23用于驱动机械臂221竖直升降，以增加机械臂221在竖直方向上的行程。
49.可选地，本实用新型实施例提出的晶圆盒搬运装置20还包括可竖直伸缩的防尘罩24，可竖直伸缩的防尘罩24罩设于升降机构23外，防尘罩24在竖直方向上的一端与底座21连接，防尘罩24在竖直方向上的另一端与机械臂221连接，用于防止底座21内和升降机构23上的污染物外露。
50.本实用新型还提出一种晶圆盒搬运设备100，包括自动导引车10和设于自动导引车10上的晶圆盒搬运装置20，底座21安装于自动导引车10，自动导引车10用于运输晶圆盒搬运装置20。自动导引车10可以根据预设的路径行进到指定位置，也可以根据现场环境自主规划路线进而行进到指定位置。
51.使用时，自动导引车10带动晶圆盒搬运装置20移动至物料附近，机械臂 221驱动取料组件222进行取料或放料，具体地，机械臂221可以驱动取料组件 222将指定位置的物料移动至储料平台211，或者将储料平台211的物料移动至指定位置，或者将指定位置的物料移动至别处；当物料的高度高于机械臂221 驱动取料组件222移动至最高处的高度或者低于机械臂221驱动取料组件222 移动至最低处的高度时，通过升降机构23控制机械臂221的升降，以提升机械臂221在竖直方向的行程；取料时，先判断物料的高度是否超出机械臂221在竖直方向的最大行程，若超出，则通过升降机构23对机械臂221进行升降再进行取料；放料时，先判断物料的高度是否超出机械臂221在竖直方向的最大行程，若超出，则先通过机械臂221驱动取料组件222将储料平台211的物料取出后，再通过升降机构23驱动机械臂221升降后进行放料。
52.示例性地，本实用新型实施例提出的晶圆盒搬运设备100的其中一种用途为在无尘生产车间中的应用，通过升降机构23增加机械臂221的在竖直方向的行程以满足晶圆各加工设备中的取放工位的高度差较大的情况下的使用需求。由于增加升降机构23后，升降机构23与机械臂221、底座21之间的连接处会出现缝隙，无法保证底座21内部和升降机构23上的灰尘杂质被限制在该晶圆盒搬运设备100内部，容易干扰晶圆无尘生产环境造成影响，因此增加可竖直伸缩的防尘罩24，以避免灰尘、杂质等污染物飞出对晶圆无尘生产环境造成影响。
53.可选地，防尘罩24可以采用可折叠式弹性伸缩罩，如图9所示的风琴罩，当然也可以采用其它可以进行伸缩的防护结构。
54.其中，机械臂221包括与升降机构23连接的安装板2211；
55.在一个可选的实施例中，如图2所示，底座21设有容纳腔212和与容纳腔 212连通的窗口213，升降机构23安装于容纳腔212内，并通过窗口213伸出或缩入容纳腔212，防尘罩24在竖直方向上的一端连接于容纳腔212内壁，用于遮挡升降机构23与底座21之间的间隙，从而方便升降平台缩回容纳腔212 时，防尘罩24可以随着缩回容纳腔212，避免增加该晶圆盒搬运装置20的体积，防尘罩24在竖直方向上的另一端连接于安装板2211；可以理解地，防
尘罩24 朝向底座21的一端也可以连接于底座21的窗口213边缘处且罩设于窗口213。
56.在另一个可选的实施例中(图未示)，升降机构安装于底座外，底座外壁设有安装升降机构的安装面，防尘罩在竖直方向上的一端连接于安装面，防尘罩在竖直方向上的另一端连接于安装板，可以更好的防止腔体内部与外界环境的联通，避免外界环境的污染。
57.在一个可选的实施例中，如图2、图4-图5所示，升降机构23包括驱动组件和伸缩组件232，驱动组件与伸缩组件232连接，用于驱动伸缩组件232进行竖直伸缩；伸缩组件232包括多个套接件2321，多个套接件2321的直径沿伸缩组件232的上升方向逐渐减小，且相邻的两个套接件2321中，直径较小的套接件2321可伸缩式的连接于直径较大的套接件2321，位于伸缩组件232顶部的套接件2321与安装板2211连接，通过上述伸缩组件232的设置可以方便进行伸缩，且结构紧凑，避免增加该晶圆盒搬运装置20的体积；可以理解地，多个套接件2321的直径也可以设置为沿伸缩组件232的上升方向逐渐增大。
58.在本实施例中，驱动组件包括集成的伺服电机231和多级电缸，伺服电机 231和多级电缸均安装在底座21上，多级电缸位于伸缩组件232内，多级电缸的顶部通过浮动接头与伸缩组件232顶部的套接件2321固定连接，伺服电机231 驱动多级电缸进行升降，多级电缸带动伸缩组件232进行竖直伸缩。
59.可以理解地，升降机构23也可以采用其他线性驱动装置进行替换，如线性模组、液压缸气压缸等，升降机构23需要承受一定的端部横向载荷，以保证机械臂221精度。
60.可选地，如图6所示，机械臂221还包括基座2212、第一支臂2213、第一驱动件、第二支臂2214和第二驱动件，基座2212安装于安装板2211；第一支臂2213可转动的连接于基座2212；第一驱动件设于基座2212并与第一支臂2213 连接，用于驱动第一支臂2213沿水平方向转动；第二支臂2214可转动地连接于第一支臂2213，取料组件222连接于第二支臂2214，第二支臂2214包括有依次连接的若干子支臂22141，若干子支臂22141两两之间相互可转动式连接；第二驱动件包括有分别连接于若干子支臂22141的若干支部驱动件，用于驱动各个子支臂22141转动，各个子支臂可以与竖直方向呈角度的转动；在本实施例中，子支臂22141设置为两个，两个子支臂22141与第一支臂2213形成三个自由度的转动，从而方便机械臂221带动取料组件222取料，可以理解地，子支臂22141也可以设置为一个、三个或以上，从而实现多自由度的运动。
61.可选地，如图1、图3、图7所示，晶圆盒搬运装置20还包括防护壳25，防护壳25罩设于安装板2211形成防护空间，基座2212与位于防护空间，防护壳25顶部开设有开口251，第一支臂2213穿过开口251连接于基座2212，在本实施例中，通过防护壳25的设置能够保护机械臂221的基座2212，且遮挡于机械臂221与升降机构23的连接处。
62.可选地，防护壳25的底部边缘处设有第一卡扣结构，安装板2211的边缘处设有第二卡扣结构，第一卡扣结构与第二卡扣结构卡扣连接。
63.具体地，如图7-图8所示，第一卡扣结构为设于防护壳25的四周边缘处的安装凸起252，第二卡扣结构位于设于安装板2211四周边缘处与安装凸起252 相适配的安装卡槽22111，通过安装凸起252与安装卡槽22111的配合方便防护壳25与安装板2211的安装。
64.可选地，如图6所示，取料组件222包括固定座2221、第一取料件2222和第二取料件2223，第一取料件2222与第二取料件2223分别连接于固定座2221 的两侧，第一取料件2222相对第二取料件2223的一侧设有第一托持卡槽2224，第二取料件2223相对第一取料件2222
的一侧设有第二托持卡槽2225，第一托持卡槽2224与第二托持卡槽2225围合形成托持物料的托持平台，如图1-图2 所示，在对应的晶圆盒200的顶部设置与托持平台相适配的凸板201，凸板201 与晶圆盒200顶部之间设有间隙，使第一托持卡槽2224与第二托持卡槽2225 分别位于凸板201的两侧底部进行托持，方便对大尺寸，如12寸的晶圆盒200 进行搬运。
65.在本实用新型的一些实施例中(图未示)，取料组件也可以包括固定座，第一夹紧件和第二夹紧件，第一夹紧件与第二夹紧件分别连接于固定座的两侧，且第一夹紧件与第二夹紧件之间形成可调节大小的用于夹紧物料的夹持位，从而通过上述夹紧物料的方式进行取放料。
66.可选地，如图6所示，固定座2221上设有用于探测托持平台是否托持有物料的第一探测器2226，可以是超声波传感器或者光电传感器等，当第一探测器 2226检测到托持有物料时发出反馈信号至控制装置。
67.可以理解地，第一探测器2226也可以单独设置于第一取料件2222或第二取料件2223上，当设置在第一取料件2222或第二取料件2223上时，更便于第一探测器2226的拆卸更换。也可以设置多个分别位于固定座2221、第一取料件 2222以及第二取料件2223上，以对物料进行更准确的定位。
68.可选地，如图1-图3所示，底座21包括竖向延伸部214，升降机构23安装于竖向延伸部214，竖向延伸部214横向延伸有第一侧端215和第二侧端216，第一侧端215和第二侧端216相背设置，第一侧端215与第二侧端216分别设有至少一个储料平台211，可以理解地，第一侧端215与第二侧端216可以均设有一个储料平台211，也可以在第一侧端215与第二侧端216上均设有两个或以上的储料平台211，以方便承载更多物料。
69.可选地，如图3所示，储料平台211上设有用于检测物料的检测组件，检测组件包括设于储料平台211表面的第二探测器217和设于储料平台211侧边的第三探测器218，第二探测器217用于探测储料平台211表面是否支撑有物料，可以采用微动开关或者压力传感器等，具有反应灵敏、体积小的特性，第三探测器218用于探测储料平台211上是否装载有物料，第三探测器218可以采用漫反射式光电传感器、光耦合器或者超声波传感器，具有快速反应、探测准确等特点，当第二探测器217探测到储料平台211表面支撑有物料或者当第三探测器218探测到储料平台211装载有物料时，发出反馈信号至控制装置；可以理解地，储料平台211上可以仅设置第二探测器217，也可以仅设置有第三探测器218，在能够实现探测物料的同时减少使用成本。
70.可选地，也可以在储料平台211上设置识别装置219，识别装置219可以采用射频读卡器、条形码扫描器或者二维码扫描器等中的任一种，射频读卡器用于识别晶圆盒200上的射频识别标签，条形码扫描器用于识别晶圆盒200上的条形码，二维码扫描器用于识别晶圆盒200上的二维码。
71.可选地，如图10所示，本实用新型的晶圆盒搬运设备100也可以在公开号为cn112936217a中所公开的晶圆盒搬运机器人300上增加升降机构23和可竖直伸缩的防尘罩24而实现。
72.本实用新型的实施例还提出一种晶圆盒搬运系统，包括调度设备和如图1
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图10所示的上述的晶圆盒搬运设备100，晶圆盒搬运设备100还包括控制装置，控制装置与自动导引车10和升降机构23均电连接，用于控制自动导引车10、机械臂221以及升降机构23的驱
动，调度设备与控制装置通讯连接，用于发送取货指令或放货指令至控制装置，取货指令包括第一指定位置的物料的空间坐标信息，放货指令包括待存放物料的第二指定位置的空间坐标信息。
73.示例性地，调度设备包括存储器和无线通讯模块。存储器中存储有agv调度软件，控制装置执行存储器中的agv调度软件，实现对自动导引车10的调度；其中，控制装置可以是中央处理单元(cpu)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制晶圆盒搬运设备中的其它组件，如机械臂和升降机构以执行期望的功能。
74.存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器 (cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，例如 agv调度软件，控制装置可以运行所述程序指令，实现自动导引车10的调度功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如预先存储第一指定位置的物料的空间坐标信息和待存放物料的第二指定位置的空间坐标信息等相关信息。
75.本实用新型的实施例还提出一种如上述的晶圆盒搬运系统的搬运方法，包括：
76.调度设备发送取货指令至控制装置；
77.控制装置控制自动导引车10移动至靠近第一指定位置的物料后，控制机械臂221驱动取料组件222将第一指定位置的物料移动至储料平台211；
78.调度设备发送放货指令至控制装置；
79.控制装置控制自动导引车10移动至靠近待存放物料的第二指定位置后，控制机械臂221驱动取料组件222将储料平台211上的物料移动至第二指定位置。
80.本实用新型的晶圆盒搬运系统的搬运方法中，调度设备可以通过控制装置控制自动导引车10、机械臂221以及升降机构23的驱动，精准对接指定位置的晶圆盒200，实现晶圆盒200的自动化搬运。
81.可选地，搬运方法还包括：
82.当第一指定位置的物料在竖直方向的高度高于机械臂221驱动取料组件222 移动至最高处的高度时，控制装置控制升降机构23驱动机械臂221上升，以使机械臂221驱动取料组件222移动至第一指定位置进行取料；
83.当待存放物料的第二指定位置在竖直方向的高度低于机械臂221驱动取料组件222移动至最低处的高度时，控制装置控制机械臂221先将储料平台211 的物料取出，再控制升降机构23驱动机械臂221降落，以使机械臂221驱动取料组件222将物料移动至第二指定位置进行放料。
84.本实用新型的晶圆盒搬运系统的搬运方法中，当机械臂221的竖直方向的行程不能匹配物料的高度时，通过升降机构23能够驱动机械臂221升降，以增加机械臂221的在竖直方向的行程，从而满足晶圆各加工设备中的取放工位的高度差较大的情况下的使用需求。
85.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种
等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。