非封闭式高速气流吸附传输装置

摘要

一种用于拾取成组薄片工件的非封闭式高速气流吸附传输装置，解决了现有技术存在的效率低，无法拾取成组薄片工件等问题，它包括气路控制单元、吸盘和移动控制单元，其技术要点是：由气针和吸盘体组成的吸盘密封组装在吸盘基座上，并与移动控制单元固定在一起，使吸盘基座的气室分别与气路控制单元的压缩气体腔及气针的气体入口连通，气流经气室及气体入口快速通过气针内腔形成高速气流，沿吸盘体表面的开式导流槽内保持高流速通过产生压差吸附薄片工件。其结构设计紧凑，气路分布合理，适用范围广，其采用单片独立、开放式的气路，单个薄片工件的吸附失效，不影响成组薄片工件的拾取及传输，显著提高产成品率和传输的安全可靠性及生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于半导体晶圆片及太阳能电池制程中的薄片工件的拾取、传输装置，特别是一种在开放气路中对成组薄片工件进行拾取的非封闭式高速气流吸附传输装置。该装置非常适用于排列紧密的毫米级厚度的整组薄片工件的拾取、传输，也适用于其他需要传输各类成组薄片制品的作业场所。

背景技术

目前，对于加工半导体晶圆片及太阳能电池制程中的薄片工件的拾取和传输，由于晶圆片及太阳能电池薄片属小于毫米级厚度的薄片工件，而且在储存容器中每片之间的距离常常不足4毫米，所以容易破碎。大部分制造商常采用手工的方法传放上述薄片工件，手工操作往往会造成薄片工件破损，且存在薄片工件表面易污染、有指印等问题。为了提高产品品质、提高效率，越来越多的拾取、传输过程都在采用机械传输装置替代人工操作。

现有半导体晶圆厂和太阳能电池片生产厂等都对机械传输装置提出以下要求：

1、适于小间距多片拾取；

2、传输过程中有较高的安全性；

3、保持较低的破片率；

4、整个运输过程无手工辅助操作。

现有的基本能满足以上要求的机械传输装置主要有：夹持式、电磁吸附式、伯努利式和真空吸附式。其中夹持式和电磁吸附式的结构复杂，易造成薄片工件的损坏，不太适用于薄片工件的拾取。伯努利式和真空吸附式为普遍使用的拾取装置，且已经得到实际应用。

中国专利申请号200710203381.3公开了一种“半导体专用设备晶圆片抓取装置”，其晶圆片抓取板由三层板粘接成薄片状整体结构，开有连通槽及对应连通的晶圆片吸附孔和真空接口。晶圆片抓取板的形状为叉形或爪形，真空接口位于叉柄或爪柄上。该装置采用真空吸附形式，虽然对抓取目标物表面平整度要求不高，结构简单，成本低廉，但该技术方案存在晶圆片抓取板面积较大，且较厚的局限性，故只适用于生产过程中的单片水平传输，无法进行多片集体传输，因此生产效率低。

中国专利申请号98800069.5公开了一种“用于保持和保护半导体晶片的设备和方法”，该装置采用具有一个基板及其上用以限定一个靠外范围和一个靠内范围的限位框及输送通道。其工作原理只适用于单片晶圆片水平操作，且需要外围的防护设置才能起到吸取保持的作用。这种装置结构复杂，且同样只能水平单片操作，无法进行多片集体传输，因此生产效率低。

中国专利申请号200810214301.9公开了一种“基板保持装置及保持方法、半导体制造装置及存储介质”。其中基板保持装置包括：基板保持部、防止横向打滑的凸部，气体排出口和温度调整部。排出到基板背部的气体在基板保持面与基板之间的间隙流动，利用该间隙中的压力降低的伯努利效应来向基板保持部吸引该基板，从而保持基板。此种基板保持装置只适用于生产过程中的单片平行传输，无法进行批量生产，因此影响生产效率。

当前常用的拾取方式是通过真空吸盘，利用真空吸附原理拾取薄片工件，这种方式多被用于单片工件的拾取及传输。装载在容器中的成组薄片工件排列都很紧密，间隙通常在1.5-4.7mm之间，这样的间隙真空吸盘无法进入。当装载在容器中的成组薄片工件需要被成组转载到其它容器中时，真空吸盘就无法完成拾取动作。

为了拾取容器中紧密排列的成组薄片工件，有设计提出用薄片式的吸盘，多片吸盘同时进入容器，一次将容器中的薄片工件拾取。但是，由于薄片工件非常易碎，在拾取和传输中很难保证完全成功，多片吸盘中只要有一片脱离吸盘，其它吸盘的负压值就会迅速下降，导致容器中的成组薄片工件全部跌落，造成损失。

随着晶圆片及太阳能电池片等薄片工件的厚度不断减薄，对小于毫米级厚度的薄片工件或成组薄片工件的拾取及传输已成为当前有待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于拾取成组薄片工件的非封闭式高速气流吸附传输装置，它解决了手工传输中存在的效率低，易污染、易碎片，普通真空吸附装置存在的体积大，无法拾取小于毫米级厚度的薄片工件或成组薄片工件等问题，其结构设计紧凑，气路分布合理，成本低，适用范围广，因其采用了单片独立、开放式的气路，故单个薄片工件的吸附失效，不会影响成组薄片工件的拾取及传输性能，显著提高产成品率和传输的安全可靠性及生产效率。

本发明所采用的技术方案是：该非封闭式高速气流吸附传输装置包括组装有气路控制单元和吸盘的移动控制单元，其技术要点是：由气针和吸盘体组成的所述吸盘密封组装在吸盘基座上，并与所述移动控制单元固定在一起，所述吸盘基座的气室分别与所述气路控制单元的压缩气体腔及所述气针的气针体的气体入口连通，所述压缩气体腔内的气流经所述气室及气体入口快速通过气针内腔形成高速气流，从气针体的气体出口射出，沿所述吸盘体表面的开式导流槽内保持高流速通过，所述导流槽周围产生的压差吸附位于所述吸盘体表面的薄片工件。

密封组装在所述吸盘基座上的吸盘，通过所述吸盘体两侧的台肩和固定螺钉与所述吸盘基座紧密连接。

与所述吸盘基座的气室连通的所述气针的气针体的气体入口，利用所述气针的气针护套和设置在紧密连接的所述吸盘基座与所述吸盘体之间的密封圈，密封在所述吸盘基座的气室底部。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明非封闭式高速气流吸附传输装置的结构设计紧凑，气路分布合理，气针和吸盘体组成的多个可以吸附薄片工件的吸盘密封组装在同一吸盘基座上，并与能完成传输薄片工件所需的垂直、水平各轴动作的常用移动控制单元固定在一起，利用通常的气路控制单元的压缩气体腔内的气流，经吸盘基座的气室及气针的气体入口快速通过气针内腔形成高速气流，使高速气流在相应的各吸盘体表面的开式导流槽周围产生压差，所以通过非封闭式高速气流产生的压差吸附作用，可以拾取、传输位于吸盘体表面的薄片工件，也可以从容器(如卡塞、石英舟等)中一次性的拾取成组的薄片工件。因各吸盘以单片独立、开放式的气路进行多片组合，其各吸盘都能独立工作，多片组合后也不需要全部封闭的真空回路，故成本低。即使有个别吸盘处于开放的没有吸附薄片工件的状态或单个薄片工件的吸附失效，也不会对其它吸盘产生影响，它非常适用于排列紧密的成组薄片工件的拾取、传输。这样的吸附传输装置不限制工件形状，适用范围较广，不但可以显著提高产成品率和工作效率，同时也极大地提高了传输的安全可靠性。因此，本发明解决了手工传输中存在的效率低，易污染、易碎片，普通真空吸附装置存在的体积大，无法拾取小于毫米级厚度的薄片工件或成组薄片工件等问题，很容易推广应用。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种具体结构示意图。

图2是图1的B向视图。

图3是图1沿A-A线的剖视图。

图4是图3沿C-C线的剖视放大图。

图5是图4中吸盘的结构放大图。

图中序号说明：1气路控制单元、2吸盘基座、3吸盘、4移动控制单元、5压缩气体腔、6吸盘体、7导流槽、8气针、9固定螺钉、10密封圈、11气室、12气体入口、13气针内腔、14气针体、15气针护套、16高速气流、17气体出口。

具体实施方式

根据图1～3详细说明本发明的具体结构。该非封闭式高速气流吸附传输装置包括组装有气路控制单元1、吸盘3和移动控制单元4等件。其中由气针8和吸盘体6组成的吸盘3密封组装在吸盘基座2上，并与移动控制单元4固定在一起，随移动控制单元4完成传输薄片工件所需的垂直、水平各轴动作。根据使用需求，吸盘基座2可以针对安装吸盘3的数量做不同的设计，与对等数量的吸盘3结合组成吸盘组，如图1所示。密封组装在吸盘基座2上的吸盘3可以通过吸盘体6两侧的台肩和固定螺钉9与吸盘基座2紧密连接。与吸盘基座2的气室11连通的气针8的气针体14的气体入口12，利用气针8的气针护套15和设置在紧密连接的吸盘基座2与吸盘体6接触面之间的密封圈10，密封在吸盘基座2的气室11底部，以防止压缩气体外泄形成乱流。

通常的气路控制单元1包括压缩气体的气源、压力检测及控制元件、电池阀、气管、气管接头等通用气动元件。气路控制单元1的功能是为吸附装置提供压缩气体，并对压缩气体的压力及通断实现控制。由于气路控制单元1均采用标准的气动元件，所以在附图中没有详细示出，这里也不做详细叙述。

常用的移动控制单元4可以实现多轴机械运动，完成吸附拾取后的传输。它由标准的完成直线及旋转运动的垂直、水平、旋转各轴组成，可以是单轴，也可以是多轴。移动控制单元4的功能是在气路控制单元1的控制下完成传输薄片工件所需要的直线及旋转运动。这部分零部件属于标准及常用的移动控制元件，在附图中没有详细示出，这里也不做详细叙述。

吸盘基座2的气室11分别与气路控制单元1的压缩气体腔5及气针8的气针体14的气体入口12连通。气针8的气针内腔13是位于气针体14内部的狭长腔体，具有极小的腔体内径。压缩气体腔5内的压缩气体气流经气室11及气体入口12快速通过狭长的气针内腔13形成高速气流16，从气针体14的气体出口17射出，沿吸盘体6表面的开式导流槽7内保持高流速通过，在导流槽7的周围产生压差，压差形成的负压吸附位于吸盘体6表面的薄片工件。

本发明的工作原理是基于伯努利原理，利用高速气流16在流经导流槽7时，在导流槽7的周围产生气压差的原理实现薄片工件的吸附。具体工作过程如下：

压缩气体由气路控制单元1提供，压缩气体腔5的压缩气体气流进入吸盘基座2内部的气室11中形成压力均衡的气流，利用挤压在吸盘基座2和吸盘体6之间的密封圈10和气针护套15形成密封的气针体14的气体入口12，使气针内腔13成为压缩气体的唯一通路。压力均衡的气流通过气体入口12进入气针内腔13中，由于气针内腔13具有极小的腔体内径，压缩气体在通过时，加速为高速气流16，高速气流16通过气体出口17射出，受导流槽7的制约，高速气流16不能立即扩散，而是顺着导流槽6流动，在导流槽7中保持高流速，导流槽7中的高速气流使周围的空气压力发生变化，产生压差，在吸盘3的表面产生负压，负压将位于吸盘3表面的薄片工件吸附。吸盘组中每个吸盘3的气路都是独立的，只要气室11中有规定压力的压缩气体，就会在每个吸盘3的导流槽7中形成高速气流16，在每片吸盘3表面产生负压，每片吸盘3独立工作，多片组合后也不互相影响。既使有吸盘3没有吸附工件处于开放状态，也不会对其它吸盘3产生影响。这样成组的吸盘3可以实现薄片工件的成组吸附拾取，提高工作效率。

每片吸盘3表面产生的负压取决于导流槽7中高速气流16的速度。通过气路控制单元1来调整气室11中的气体压力，即可以改变导流槽7中高速气流16的速度，实现吸附力的调整。不同的吸附力适用于不同重量、厚度的薄片工件。气路控制单元1中的压力控制元件会检测压缩气体的压力状况，在不符合工作条件下，不允许移动控制单元4工作，从而保证了被吸附传输薄片工件的安全。