一种宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手的制作方法

本技术涉及半导体生产，特别涉及一种宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手。

背景技术：

1、晶圆基材是半导体芯片制造过程中的关键组成部分，其质量和特性直接影响着芯片的性能和生产效率。晶圆基材在芯片制造过程中需要进行多次处理，如沉积薄膜、刻蚀、光刻等。输送真空机械手是用于在真空环境下对晶圆进行抓取、运输和定位的设备，保证了芯片制造过程中的高度洁净和精准度。

2、具体来说，输送真空机械手设计配备多轴运动系统，可以通过真空吸附的形式精准抓取晶圆，并将其定位到指定的工作台或设备上。其通常与自动化系统集成，可以通过预设的程序自动执行抓取、运输、放置等操作，提高生产效率。

3、输送真空机械手在芯片制造过程中扮演着重要角色，通过其高精度的抓取和运输能力，确保了芯片制造过程的顺利进行，提高了生产效率和产品质量。但是，经过发明人长期工作与研究发现，传统技术中存在如下的技术问题亟需解决：

4、(1)精度限制：传统技术在晶圆基材的输送过程中受限于精度，特别是在微动调节方面的精度较低。传统技术无法实现高度精准的吸附面相对角度调节，这可能影响晶圆基材的准确定位和稳定运输。

5、(2)控制灵活性不足：传统技术的控制系统可能缺乏足够的灵活性，无法对多自由度进行快速、精确和多方向的调整。这限制了对晶圆基材倾斜角度等参数的灵活控制，导致制程中的适配性降低。

6、为此，提出一种宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型实施例希望提供一种宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，即精度限制和控制灵活性不足，并对此至少提供一种有益的选择；

2、本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：一种宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，包括宏动机构，所述宏动机构是一种机械臂形式的机构，所述宏动机构包括水平转动自由度和进给转动自由度，分别用以调节微动机构的水平方位和进给方位；若干个所述微动机构相互以矩形阵列的形式均匀排布，每个所述微动机构包括至少六个以环形阵列的形式布置的线性自由度，所述线性自由度作用并连接于用于吸附晶圆基材的真空吸盘作万向角度调节；还包括布置于所述微动机构外端的测距传感器，所述测距传感器用于检测晶圆基材相对于所有所述微动机构的倾斜角，用以控制所述线性自由度的输出量。吸附或放置晶圆基材时，宏动机构负责大动作的宏动调节，微动机构负责精确的吸附面的相对角度调节。

3、在上述的实施方式中：该晶圆输送机械手的实施方式首先涉及宏动机构，它采用机械臂形式的设计。这机构包括水平转动自由度和进给转动自由度，分别负责微动机构的水平方位和进给方位的调整。此外，多个微动机构以矩形阵列形式排布，每个微动机构都含有至少六个线性自由度，以环形阵列方式布置。这些线性自由度连接着真空吸盘，用于吸附晶圆基材并实现万向角度调节。测距传感器位于微动机构的外端，用于检测晶圆基材相对于微动机构的倾斜角度。

4、其中在一种实施方式中：还包括连接台，所述连接台由所述宏动机构驱动，所述连接台上以矩形阵列的形式搭载有所述微动机构，所述测距传感器对称设于所述连接台的两端。每个测距传感器检测当前连接台的区面相对于晶圆基材的间距，通过三角函数换算成角度差，然后通过角度差，控制每个微动机构的真空吸盘进行角度调节。

5、在上述的实施方式中：引入了连接台，其由宏动机构驱动。连接台上以矩形阵列的方式搭载多个微动机构，而测距传感器对称设于连接台的两端。测距传感器的功能是检测连接台区面与晶圆基材间的间距，将其转换为角度差，通过这个角度差控制每个微动机构的真空吸盘，实现角度调节。最终，每相邻真空吸盘连线呈面，形成适配晶圆基材倾斜角的拓扑形面，确保晶圆基材以适配的形式吸附和运输。

6、其中在一种实施方式中：所述微动机构包括两个机架，两个所述机架之间以环形阵列的形式布置有六个用于输出所述线性自由度的直线执行器，所述直线执行器驱动于一个所述机架作万向角度调节，且该所述机架上安装有所述真空吸盘。另一个所述机架固设于所述连接台上。

7、在上述的实施方式中：微动机构的设计包括两个机架，这两个机架之间以环形阵列的方式布置了六个直线执行器，这些直线执行器用于输出线性自由度。直线执行器的驱动作用于机架，实现万向角度调节。此外，一个机架上安装了真空吸盘，用于吸附晶圆基材，而另一个机架则固定在连接台上。

8、其中在一种实施方式中：所述直线执行器优选为伺服电缸，所述伺服电缸的缸体和活塞杆分别均通过万向节联轴器万向铰接于两个所述机架相互相对的各自一面上。

9、在上述的实施方式中：直线执行器的选择优先考虑伺服电缸。伺服电缸的缸体和活塞杆分别通过万向节联轴器万向铰接于两个机架的相对一面。这样设计能够保证直线执行器的灵活性和准确性，使其能够有效驱动真空吸盘进行线性运动调节。

10、其中在一种实施方式中：每两个相邻的所述伺服电缸相互之间，通过v形的形式布置于两个所述机架相互相对的各自一面上。

11、在上述的实施方式中：每两个相邻的伺服电缸以v形的形式布置于两个机架相互相对的各自一面上。这样的布置模式旨在让每个线性自由度交叠化，以增加控制精度并提高行程量，进一步优化微动机构的性能。

12、其中在一种实施方式中：所述宏动机构包括底座、水平铰接于所述底座上的第一臂体、俯仰铰接于所述第一臂体上的第二臂体、以及水平铰接于所述第二臂体上的第三臂体；所述第三臂体固设有所述连接台；所述底座、所述第一臂体、所述第二臂体和所述第三臂体之间的铰接面上安装有用于输出所述水平转动自由度或/和所述进给转动自由度的旋转执行器。

13、其中在一种实施方式中：所述旋转执行器优选为伺服电机，所述伺服电机的输出轴分别固设于所述第一臂体、所述第二臂体和所述第三臂体。

14、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

15、(1)高精度定位和调节能力：通过微动机构和测距传感器的结合，实现对晶圆基材吸附面的多方向、高精度调节，确保吸附面与基材的适配度达到最优。结合了宏动机构和微动机构，以及不同旋转执行器的使用，实现了机械手的多自由度运动控制，可适应各种复杂运输和定位场景。

16、(2)灵活的适应性和定制性：通过采用伺服电缸和伺服电机作为执行器，技术具有较高的可编程性和定制性，可以根据不同的晶圆基材类型或工艺要求进行灵活调整和定制。优化的结构设计和精准的运动控制保证了晶圆基材的高效运输，提高了制程稳定性和生产效率。通过采用v形布置模式，线性自由度交叠化，提高了晶圆基材吸附面的适应能力，确保适应不同尺寸、形状或特殊要求的晶圆基材。

技术特征：

1.一种宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，其特征在于，包括宏动机构(1)，所述宏动机构(1)包括水平转动自由度和进给转动自由度，分别用以调节微动机构(3)的水平方位和进给方位；

2.根据权利要求1所述的宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，其特征在于：还包括连接台(2)，所述连接台(2)由所述宏动机构(1)驱动，所述连接台(2)上以矩形阵列的形式搭载有所述微动机构(3)，所述测距传感器(4)对称设于所述连接台(2)的两端。

3.根据权利要求1所述的宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，其特征在于：所述微动机构(3)包括两个机架(301)，两个所述机架(301)之间以环形阵列的形式布置有六个用于输出所述线性自由度的直线执行器(302)，所述直线执行器(302)驱动于一个所述机架(301)作万向角度调节，且该所述机架(301)上安装有所述真空吸盘(304)。

4.根据权利要求3所述的宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，其特征在于：所述直线执行器(302)为伺服电缸，所述伺服电缸的缸体和活塞杆分别均通过万向节联轴器(303)万向铰接于两个所述机架(301)相互相对的各自一面上。

5.根据权利要求4所述的宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，其特征在于：每两个相邻的所述伺服电缸相互之间，通过v形的形式布置于两个所述机架(301)相互相对的各自一面上。

6.根据权利要求2所述的宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，其特征在于：所述宏动机构(1)包括底座(101)、水平铰接于所述底座(101)上的第一臂体(102)、俯仰铰接于所述第一臂体(102)上的第二臂体(103)、以及水平铰接于所述第二臂体(103)上的第三臂体(104)；

7.根据权利要求6所述的宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，其特征在于：所述旋转执行器(105)为伺服电机，所述伺服电机的输出轴分别固设于所述第一臂体(102)、所述第二臂体(103)和所述第三臂体(104)。

技术总结本技术公开了一种宏动及微动结合的大气压晶圆输送机械手，包括宏动机构，所述宏动机构是一种机械臂形式的机构，所述宏动机构包括水平转动自由度和进给转动自由度，分别用以调节微动机构的水平方位和进给方位；若干个所述微动机构相互以矩形阵列的形式均匀排布，每个所述微动机构包括至少六个以环形阵列的形式布置的线性自由度，所述线性自由度作用并连接于用于吸附晶圆基材的真空吸盘作万向角度调节；通过微动机构和测距传感器的结合，实现对晶圆基材吸附面的多方向、高精度调节，确保吸附面与基材的适配度达到最优。结合了宏动机构和微动机构，以及不同旋转执行器的使用，实现了机械手的多自由度运动控制，可适应各种复杂运输和定位场景。技术研发人员：陈庆生,季汉川,李亚伦,王聪受保护的技术使用者：苏州盛拓半导体科技有限公司技术研发日：20231007技术公布日：2024/6/11