一种晶圆盒抓取装置的制作方法

1.本发明涉及晶圆加工技术领域，具体涉及一种晶圆盒抓取装置。


背景技术：

2.在半导体加工车间，进行晶圆加工时，需要将盛放晶圆的晶圆盒夹取、转运到产线上，以便进行后续的加工；但是现有的晶圆盒仅能够针对特定规格的晶圆盒进行夹取，并不能适应产线的换线需求，需要更换对应的夹具以满足不同类型晶圆盒的夹持转运需求；同时现有的夹具多为使用气缸动作的夹持方式，对产品存在冲击，容易对夹持的产品产生损伤。


技术实现要素：

3.技术目的：针对现有晶圆盒夹具存在的不足，本发明公开了一种能够对夹持范围进行灵活调整，并对夹持力度进行控制的晶圆盒抓取装置。
4.技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：一种晶圆盒抓取装置，包括用于与机械臂的驱动端相连接的固定板以及设置在固定板下方的抓取机构，所述抓取机构安装在安装板上，安装板与固定板平行设置，在安装板与固定板之间通过调平机构连接，所述抓取机构包括相互对称设置的夹爪组件以及用于带动夹爪组件相互远离或靠近的驱动组件，所述驱动组件包括升降驱动杆以及沿垂直于升降驱动杆轴线方向固定在升降驱动杆下端的转动驱动杆，所述夹爪组件靠近转动驱动杆的一端与转动驱动杆之间转动连接，在安装板下表面固定有用于辅助夹爪组件绕转动驱动杆转动的中心杆，所述中心杆穿设在夹爪组件上。
5.优选地，本发明的夹爪组件包括与转动驱动杆相连接的第一连杆以及铰接在第一连杆下端的第二连杆，中心杆穿设在第一连杆的杆身上，在第一连杆上开设有用于和中心杆相配合的滑槽，所述滑槽为条形结构；第二连杆的端部设有用于和晶圆盒相配合的夹头，所述第二连杆与第一连杆的铰接处设有扭力弹簧，扭力弹簧穿设在第一连杆和第二连杆的铰接轴上，扭力弹簧一端与第一连杆连接，另一端与第二连杆连接。
6.优选地，本发明的扭力弹簧在自然状态下，第二连杆与第一连杆之间的夹角为钝角。
7.优选地，本发明的转动驱动杆上设有用于和夹爪组件的第一连杆相连接的嵌合转动组件，通过嵌合转动组件对关于转动驱动杆相互对称设置的第一连杆进行连接，保持两侧的第一连杆处于转动驱动杆的同一轴向位置。
8.优选地，本发明的嵌合转动组件包括横截面为凹型结构的第一转动部，以及嵌合在第一转动部凹槽区域的第二转动部，第一转动部和第二转动部靠近转动驱动杆的一端均套接在转动驱动杆上，背离转动驱动杆的一端分别连接一根第一连杆。
9.优选地，本发明的升降驱动杆包括位于上部的轴向传动部以及位于下部的固定部，轴向传动部的端部穿设在固定部内，在固定部靠近轴向传动部的端部固定设有传动环，
所述轴向传动部与传动环之间通过螺纹配合连接，轴向传动部穿过安装板的板面，上端位于安装板的上方，通过设置在安装板上的驱动电机带动轴向传动部转动，实现对与固定部相连接的转动驱动杆进行升降。
10.优选地，本发明的调平机构包括设置在安装板四角的调平螺杆，所述调平螺杆底部与安装板转动连接，在安装板上设有用于带动调平螺杆转动的调平电机，在调平螺杆上端螺接有调平套管，所述调平套管与固定板之间通过万向球配合连接，每个调平套管至少与其余调平套管中的一个通过弹性伸缩杆连接，所述弹性伸缩杆的端部与对应的调平套管之间相互铰接。
11.优选地，本发明的弹性伸缩杆包括第一杆段和第二杆段，所述第二杆段同心穿设在第一杆段内，在第一杆段开设与第二杆段相配合的中心沉孔，在第二杆段的端部与中心沉孔的底部之间设有压缩弹簧，在第一杆段和第二杆段组合进行调平套管连接时，压缩弹簧保持压缩状态。
12.有益效果：本发明所提供的一种晶圆盒抓取装置具有如下有益效果：1、本发明通过升降驱动杆带动转动驱动杆下移，使夹爪组件端部绕转动驱动杆转动，实现对夹爪组件端部夹持间距的调整，配合机械臂的移动，实现对不同晶圆盒的夹持搬运操作，提升抓取装置的使用范围，不需要频繁更换，节省设备成本并提升换线效率。
13.2、本发明的夹爪组件通过相互铰接的第一连杆和第二连杆配合进行晶圆盒的抓取操作，并在第一连杆和第二连杆的铰接处设置扭力弹簧，从而保持对晶圆盒的夹持力度，并能够在脱开后，自动进行复位，实现对晶圆盒稳定夹持的同时，相较于气缸驱动进行夹持的方式，夹持力度可控。
14.3、本发明夹爪组件的第一连杆位于转动驱动杆的两侧，为保证对晶圆和抓取位置的统一，受力对称，使用嵌合转动组件进行两侧的第一连杆连接，能够保证两侧第一连杆处于转动驱动杆的同一轴向位置。
15.4、本发明的升降驱动杆使用相互螺接的轴向传动部和固定部带动转动驱动杆进行升降，能够实现对升降距离的精确控制，进而对夹爪组件对将晶圆和夹取力度进行控制。
16.5、本发明调平机构的调平套管与固定板之间通万向球配合，并且调平套管之间通过弹性伸缩杆进行连接，能够在实现各个方向调整。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
18.图1为本发明晶圆盒抓取装置整体结构图；图2为本发明第一连杆和第二连杆配合示意图；图3为本发明嵌合转动组件结构图；图4为本发明升降驱动杆沿轴向剖视图；图5为本发明弹性伸缩杆结构图；图6为本发明弹性伸缩杆与调平套管配合示意图；其中，1-固定板、2-安装板、3-调平机构、4-夹爪组件、5-升降驱动杆、6-转动驱动杆、7-中心杆、8-第一连杆、9-第二连杆、10-滑槽、11-夹头、12-扭力弹簧、13-铰接轴、14-第
一转动部、15-第二转动部、16-轴向转动部、17-固定部、18-传动环、19-调平螺杆、20-调平电机、21-调平套管、22-万向球、23-弹性伸缩杆、24-第一杆段、25-第二杆段、26-压缩弹簧。
实施方式
19.下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
20.如图1-图6所示为本发明所公开的一种晶圆盒抓取装置，包括用于与机械臂的驱动端相连接的固定板1以及设置在固定板1下方的抓取机构，所述抓取机构安装在安装板2上，安装板2与固定板1平行设置，在安装板2与固定板1之间通过调平机构3连接，所述抓取机构包括相互对称设置的夹爪组件4以及用于带动夹爪组件4相互远离或靠近的驱动组件，所述驱动组件包括升降驱动杆5以及沿垂直于升降驱动杆5轴线方向固定在升降驱动杆5下端的转动驱动杆6，所述夹爪组件4靠近转动驱动杆6的一端与转动驱动杆6之间转动连接，在安装板2下表面固定有用于辅助夹爪组件4绕转动驱动杆6转动的中心杆7，所述中心杆7穿设在夹爪组件4上。
21.为了便于对晶圆盒的夹持，同时对夹紧力度进行控制，如图1和图2所示，本发明的夹爪组件4包括与转动驱动杆6相连接的第一连杆8以及铰接在第一连杆8下端的第二连杆9，中心杆7穿设在第一连杆8的杆身上，在第一连杆8上开设有用于和中心杆7相配合的滑槽10，所述滑槽10为条形结构；第二连杆9的端部设有用于和晶圆盒相配合的夹头11，所述第二连杆9与第一连杆8的铰接处设有扭力弹簧12，扭力弹簧12穿设在第一连杆8和第二连杆9的铰接轴13上，扭力弹簧12一端与第一连杆8连接，另一端与第二连杆9连接。在转动驱动杆6下降时，由于受中心杆7的作用，第一连杆8绕中芯杆7转动，同时通过滑槽10与中心杆7产生相对滑移，保证第一连杆8能够正常进行转动，带动其下端连接的第二连杆9向两侧打开，便于机械臂带动抓取装置移动，使第二连杆8的夹头对称处于晶圆盒的两侧，然后通过将转动驱动杆6上移，使第二连杆8相互靠近，实现对晶圆盒的夹取；作为优选，本发明的扭力弹簧12在自然状态下，第二连杆9与第一连杆8之间的夹角为钝角，这样在实现晶圆盒的夹持时，第二连杆9转动至竖直状态，扭力弹簧12可以施加反向的预紧力，保证对晶圆盒的有效夹紧。
22.为保证对晶圆盒夹持的稳定性，使晶圆盒受力对称，本发明的转动驱动杆6上设有用于和夹爪组件4的第一连杆8相连接的嵌合转动组件，通过嵌合转动组件对关于转动驱动杆6相互对称设置的第一连杆8进行连接，保持两侧的第一连杆8处于转动驱动杆6的同一轴向位置，这样第二连杆9带动夹头11进行晶圆盒夹持时，夹持点在晶圆和左右两侧相互对称；还可以在嵌合转动组件的两侧设置挡杆或者凸台等结构，挡杆与转动驱动杆可以采用螺接的方式，凸台等结构可以采用焊接固定的方式，以便对嵌合转动组件在转动驱动杆上的轴向位置进行定位。具体的，如图3所示，本发明的嵌合转动组件包括横截面为凹型结构的第一转动部14，以及嵌合在第一转动部14凹槽区域的第二转动部15，第一转动部14和第二转动部15靠近转动驱动杆6的一端均套接在转动驱动杆6上，背离转动驱动杆6的一端分别连接一根第一连杆8。作为优选，本发明的第一连杆8设置有两对，两对第一连杆分别处于转动驱动杆6的不同轴向位置，以便提高夹持的稳定性，也可根据夹持的晶圆盒需求，更改第一连杆8的数量以及在转动驱动杆6上的周向位置。
23.同时，如图4所示，本发明的升降驱动杆5包括位于上部的轴向传动部16以及位于下部的固定部17，轴向传动部16的端部穿设在固定部17内，在固定部17靠近轴向传动部16的端部固定设有传动环18，所述轴向传动部16与传动环18之间通过螺纹配合连接，轴向传动部16穿过安装板2的板面，上端位于安装板2的上方，通过设置在安装板2上的驱动电机带动轴向传动部16转动，实现对与固定部17相连接的转动驱动杆6进行升降。利用螺杆传动的方式进行轴向传动部16的轴向位置调整，调整过程循序渐进，从而避免因为夹持对晶圆盒产生的冲击，同时利于对夹持力度的控制。
24.在进行抓取装置装配时，为保证机械臂带动抓取装置抓取定位的准确性，需要保持安装板2与固定板1之间的平行度，以便对机械臂的移动进行控制，同时可以兼容板面加工产生的偏差，保证移动的准确性；本发明的调平机构包括设置在安装板四角的调平螺杆19，所述调平螺杆19底部与安装板2转动连接，在安装板2上设有用于带动调平螺杆转动的调平电机20，在调平螺杆19上端螺接有调平套管21，所述调平套管21与固定板1之间通过万向球22配合连接，每个调平套管21至少与其余调平套管21中的一个通过弹性伸缩杆23连接，所述弹性伸缩杆23的端部与对应的调平套管21之间相互铰接。如图5和图6所示，本发明的弹性伸缩杆23包括第一杆段24和第二杆段25，所述第二杆段25同心穿设在第一杆段24内，在第一杆段25开设与第二杆段25相配合的中心沉孔28，在第二杆段25的端部与中心沉孔28的底部之间设有压缩弹簧26，在第一杆段24和第二杆段25组合进行调平套管21连接时，压缩弹簧26保持压缩状态。
25.在使用本发明所提供的一种晶圆盒抓取装置进行晶圆和的夹取和搬运作业时，先将抓取装置整体固定在机械臂的端部，由机械臂带动整体进行移动；在安装完成后，进行安装板的调平，保持夹爪组件等处于竖向的状态，以便机械臂进行驱动。在进行晶圆盒夹取时，先通过机械臂带动抓取装置整体移动至晶圆盒的上方，并且升降驱动杆5在驱动电机的带动下下移，推动转动驱动杆6下移，使位于左侧的第一连杆顺时针转动，位于右侧的第一连杆逆时针转动，相应位于第一连杆下端的第二连杆向外侧打开，第二连杆端部之间的距离增大；然后机械臂带动抓取装置下移，使第二连杆的端部处于晶圆盒的侧面，然后升降驱动杆5向上拉动转动驱动杆6，第一连杆转动，带动第二连杆9相互靠近，在靠近过程中，第二连杆9端部固定的夹头11夹持在晶圆盒的侧面，同时由于第二连杆9的下端受晶圆盒的阻挡，会相对于第一连杆8转动，扭力弹簧12受力储存扭矩，在夹持时，通过扭力弹簧12提供对晶圆盒的夹持力，并且可以通过控制升降驱动杆5的上升距离，进而控制第二连杆相对于第一连杆8的转动角度，实现对夹持力度的控制，对于夹持力度需求较高的情形，也可以通过更换承力能力更高的扭力弹簧，使抓取装置与晶圆盒相适配，拓宽使用范围；在完成夹取后，通过机械臂带动，将晶圆盒移动至产线或者指定的其他位置，然后，升降驱动杆5下降，使第二连杆9将晶圆盒松开，完成一次夹取搬运操作。
26.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种晶圆盒抓取装置，其特征在于，包括用于与机械臂的驱动端相连接的固定板（1）以及设置在固定板（1）下方的抓取机构，所述抓取机构安装在安装板（2）上，安装板（2）与固定板（1）平行设置，在安装板（2）与固定板（1）之间通过调平机构（3）连接，所述抓取机构包括相互对称设置的夹爪组件（4）以及用于带动夹爪组件（4）相互远离或靠近的驱动组件，所述驱动组件包括升降驱动杆（5）以及沿垂直于升降驱动杆（5）轴线方向固定在升降驱动杆（5）下端的转动驱动杆（6），所述夹爪组件（4）靠近转动驱动杆（6）的一端与转动驱动杆（6）之间转动连接，在安装板（2）下表面固定有用于辅助夹爪组件（4）绕转动驱动杆（6）转动的中心杆（7），所述中心杆（7）穿设在夹爪组件（4）上。2.根据权利要求1所述的一种晶圆盒抓取装置，其特征在于，所述夹爪组件（4）包括与转动驱动杆（6）相连接的第一连杆（8）以及铰接在第一连杆（8）下端的第二连杆（9），中心杆（7）穿设在第一连杆（8）的杆身上，在第一连杆（8）上开设有用于和中心杆（7）相配合的滑槽（10），所述滑槽（10）为条形结构；第二连杆（9）的端部设有用于和晶圆盒相配合的夹头（11），所述第二连杆（9）与第一连杆（8）的铰接处设有扭力弹簧（12），扭力弹簧（12）穿设在第一连杆（8）和第二连杆（9）的铰接轴（13）上，扭力弹簧（12）一端与第一连杆（8）连接，另一端与第二连杆（9）连接。3.根据权利要求2所述的一种晶圆盒抓取装置，其特征在于，在扭力弹簧（12）自然状态下，第二连杆（9）与第一连杆（8）之间的夹角为钝角。4.根据权利要求2所述的一种晶圆盒抓取装置，其特征在于，所述转动驱动杆（6）上设有用于和夹爪组件（4）的第一连杆（8）相连接的嵌合转动组件，通过嵌合转动组件对关于转动驱动杆（6）相互对称设置的第一连杆（8）进行连接，保持两侧的第一连杆（8）处于转动驱动杆（6）的同一轴向位置。5.根据权利要求4所述的一种晶圆盒抓取装置，其特征在于，所述嵌合转动组件包括横截面为凹型结构的第一转动部（14），以及嵌合在第一转动部（14）凹槽区域的第二转动部（15），第一转动部（14）和第二转动部（15）靠近转动驱动杆（6）的一端均套接在转动驱动杆（6）上，背离转动驱动杆（6）的一端分别连接一根第一连杆（8）。6.根据权利要求1所述的一种晶圆盒抓取装置，其特征在于，所述升降驱动杆（5）包括位于上部的轴向传动部（16）以及位于下部的固定部（17），轴向传动部（16）的端部穿设在固定部（17）内，在固定部（17）靠近轴向传动部（16）的端部固定设有传动环（18），所述轴向传动部（16）与传动环（18）之间通过螺纹配合连接，轴向传动部（16）穿过安装板（2）的板面，上端位于安装板（2）的上方，通过设置在安装板（2）上的驱动电机（27）带动轴向传动部（16）转动，实现对与固定部（17）相连接的转动驱动杆（6）进行升降。7.根据权利要求1所述的一种晶圆盒抓取装置，其特征在于，所述调平机构包括设置在安装板四角的调平螺杆（19），所述调平螺杆（19）底部与安装板（2）转动连接，在安装板（2）上设有用于带动调平螺杆转动的调平电机（20），在调平螺杆（19）上端螺接有调平套管（21），所述调平套管（21）与固定板（1）之间通过万向球（22）配合连接，每个调平套管（21）至少与其余调平套管（21）中的一个通过弹性伸缩杆（23）连接，所述弹性伸缩杆（23）的端部与对应的调平套管（21）之间相互铰接。8.根据权利要求7所述的一种晶圆盒抓取装置，其特征在于，所述弹性伸缩杆（23）包括第一杆段（24）和第二杆段（25），所述第二杆段（25）同心穿设在第一杆段（24）内，在第一杆
段（25）开设与第二杆段（25）相配合的中心沉孔（28），在第二杆段（25）的端部与中心沉孔（28）的底部之间设有压缩弹簧（26），在第一杆段（24）和第二杆段（25）组合进行调平套管（21）连接时，压缩弹簧（26）保持压缩状态。

技术总结
本发明公开了一种晶圆盒抓取装置，包括用于与机械臂的驱动端相连接的固定板以及设置在固定板下方的抓取机构，所述抓取机构安装在安装板上，安装板与固定板平行设置，在安装板与固定板之间通过调平机构连接，所述抓取机构包括相互对称设置的夹爪组件以及用于带动夹爪组件相互远离或靠近的驱动组件，所述驱动组件包括升降驱动杆以及转动驱动杆，所述夹爪组件靠近转动驱动杆的一端与转动驱动杆之间转动连接，在安装板下表面固定中心杆，所述中心杆穿设在夹爪组件上；本发明通过驱动组件实现对夹爪组件端部夹持间距的调整，配合机械臂的移动，实现对不同晶圆盒的夹持搬运操作，提升抓取装置的使用范围，不需要频繁更换，节省设备成本并提升换线效率。备成本并提升换线效率。备成本并提升换线效率。


技术研发人员：曹旭东 孙俊杰 张晓鹏 赵家丰
受保护的技术使用者：江苏道达智能科技有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/22