晶圆盒存储交换中心设备及控制方法

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，尤其是涉及一种晶圆料盒存储交换中心设备及控制方法。

背景技术

半导体制造行业中，在不同工序之间，晶圆(wafer)一般通过存放在晶圆盒(FOUP)中传递，在工序处理设备前需要将晶圆由晶圆盒内取出进入处理工艺区。

在实际的加工中，并不是每一盒FOUP都会时刻在工艺机台之间进行流转，有些FOUP盒可能需要在某个位置进行暂存之后才会被转运设备输送至下一个工艺机台上进行处理。

为了统一管理这些暂时不需要进行周转的FOUP盒，需要在加工车间内部设立存储库为对这些FOUP进行存储。但是由于生产半导体晶圆的车间为高规格的无尘洁净车间，车间的造价异常的昂贵，故而对于车间的空间利用率就异常的苛刻。现有的晶圆存储库一般设置有存储柜、人工对接口和OHT天车（吊装与车间顶部负责运输FOUP盒专用运输设备）对接口作为交换FOUP盒的平台，而存储库内部通过龙门架配合机械手对窗口平台与存储柜进行交互，实现FOUP盒的输入和输出。为了降低存储库的体积，一般采用单机械臂进行操作，即一次只能对单个FOUP盒进行操作，但是由于存储柜交互口面临交互频繁时，就会造成出入口料盒堆积；虽现有双臂式机械臂存储库能够环境交互频繁的问题，但是该种设计方式为了避免双臂的干扰，会为存储柜内部划分区域，即每个机械臂负责一块区域，但是这种设计会导致存储库的库位利用率不高，当某一个区域存放过满时，另一区域会出现储位过剩的现象。并且有些存储库中的FOUP存储时长不同，有些只需要短时间存储有些则需要长时间存储，如果将这些不同存储区间时长的FOUP盒进行无规律摆放，则会造成当急需对短时间存储的料盒进行作业时，不能快速的响应完成交互动作，降低了交互效率。

所以为了能够及时将需要取出的FOUP盒进行移栽，如何对这些需要存储的FOUP盒进行合理有规则地摆放而便于快速取出，也是我们现在急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆料盒存储交换中心设备及控制方法，以解决了现有技术中存在的单臂式机械臂移栽数量单一，当面临多个交换命令时操作时间长的技术问题，同时也为了解决如何对不同存储时长的FOUP盒进行合理高效摆放的技术问题。

第一个方面，本发明实施例提供了一种晶圆盒存储交换中心设备，包括存储柜本体，存储柜本体一侧开设有人工交互平台和设备交互平台进行FOUP盒交换，存储柜本体内腔对置安装有两排存储架，每个存储架内均隔设有若干均匀排列的存储位，存储架之间滑动安装有移栽单元对人工交互平台和设备交互平台的物料进行自动移栽，：

移栽单元，包括以有线或无线信号与交换中心控制器控制端相连接的移动驱动部、调节部和抓取部；

移动驱动部，包括沿存储柜本体长度方向设置的横向移动组件和滑动安装于横向移动组件上的纵向移动组件，且纵向移动组件沿存储柜本体高度方向设置；

调节部为滑动安装于纵向移动组件上的多轴机械臂；

抓取部转动安装于调节部机械臂行动端，在存储架之间位置实现切换，以使FOUP盒在任意存储位与交互口之间进行交换；

抓取部包括主部和副部，二者之间设置有调节组件，调节组件可驱动主部相对于副部作上下移动；

副部由左副部和右副部组成，左副部和右副部之间弹性连接；当主部靠近副部下移时，左副部和右副部受主部底部下压相互远离，直至主部和副部承载面重合形成单一承载平台；当主部远离副部上移时，左副部与右副部相互靠近，主部与副部分体成两个承载平台。

进一步的，副部通过第一安装板与调节部连接；第一安装板上端面垂直立设有第二安装板，调节组件滑动安装于第二安装板上，主部与调节组件活动端固定连接。

进一步的，调节组件包括纵向安装的驱动电机，驱动电机的输出端通过联轴器传动连接有一丝杆，丝杆的两端通过安装座与第二安装板连接，丝杆上螺纹连接有一驱动滑块，主部与驱动滑块可拆卸安装，丝杆一侧平行设置有贯穿驱动滑块的导向杆，且导向杆两端通过安装座与第二安装板连接。

进一步的，丝杆为滚珠丝杆，驱动滑块包括与滚珠丝杆传动配合的滚珠螺母以及固定套设于滚珠螺母外侧的螺母座。

进一步的，主部为板状，主部底部两侧均设置有向内侧倾斜的导向面；

左副部和右副部均为板状结构，其相向侧顶部均设置有与导向面契合向外侧倾斜的第二导向面，左副部和右副部底部水平设置有复位弹簧，复位弹簧两端分别于左副部和右副部相连接；主部下移时底部两侧导向面与第二导向面配合，将左副部和右副部向两侧挤压，直至主部下移至与副部上平面相重合。

进一步的，主部的承载面上固定设置有限位部，限位部可与FOUP盒底部的限位孔配合，左副部与右副部的承载面上均弹性设置有另一组限位部，左副部与右副部的承载面上均开设有用于安装限位部的安装孔，安装孔内设置有弹簧，弹簧顶部与限位部底部连接，限位部在受到外力挤压作用下压缩弹簧并移动至安装孔内。

进一步的，副部底部与第一安装板之间设置有同步装置，同步装置包括转动安装于所第一安装板上的同步齿轮，左副部与右副部底部均设置有与同步齿轮啮合的同步齿条，且同步齿轮位于同步齿条之间。

另一方面，本发明实施例提供了一种晶圆盒存储中心控制方法，根据交换中心区域分配原则将交换中心面向交互口的一侧设定为短存A区域，另一侧为长存B区域；

获取入库FOUP盒RFID标签信息；

基于标签信息与交换中心存储占用信息，根据存储时长区域原则为FOUP划分存储区域；

当存储区域小于标定存储时长时，将目标FOUP盒置于短存A区域进行存储；

当存储区域不小于标定存储时长时，将目标FOUP盒置于长存B区域进行存储；

在区域内依据层位空间原则，并依据存储时间区间匹配目标层位；

在目标层位，基于交互口就近原则确定存储位。

进一步的，短存A区包括短存A区域和短存A区域，A区域位于设备交互平台侧，短存A区域位于人工交互平台侧；

进一步的，依据现场设备数量对短存A区域和短存A区域比例进行划分，当人工操作频率高于设备交互频率时，短存A区域小于短存A区域；当人工交互频率不超过设备交互频率时，短存A区域不小于短存A区域。

本发明实施例至少具有以下技术效果：

1、本发明所提供的技术方案，保留原有的单一机械臂设计的同时，对机械臂上的移栽抓手进行了合理的优化设计，即将移栽抓手进行分体式的设计，以此来处理不同的工作状态：当交换中心FOUP盒交互频率低时，移栽抓手主部和移栽抓手副部二者结合形成单一抓手状态模块与机械臂配合实现对单FOUP盒进行移栽交互；当交换中心FOUP盒的交互频率高时，移栽抓手主部和移栽抓手副部错位分离形成两个抓取模块，主部和副部均可承接FOUP盒的移栽动作，即能够在一个机械臂的动作状态下同时处理不少于1组的FOUP盒，提高了内部FOUP盒的搬运效率，在不增加存储库空间的同时，极大减小FOUP盒的搬运时间。

2、本发明所提供的技术方案，将交互中线的存储位置依据不同的FOUP盒存储时长进行划分，对准备如入库的FOUP盒进行RFID读码获取信息，基于数据信息为FOUP盒优化存储位置，对于存储时间较长的FOUP盒则优先使用机械臂行程较长的存储位进行存储；对于存储时间较短的FOUP盒则为其规划靠近交互口的位置，便于机械手能够以最短的行程对需要交互的FOUP盒进行拿取，实现智能化的的自动整理效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的交换中心结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为图1的侧视部分结构示意图；

图4为本发明实施移栽单元结构示意图

图5为本发明实施例提供的抓取部结构示意图；

图6为图5的正视结构示意图；

图7为图6主部副部合并时的俯视结构示意图；

图8为本发明是实施例主部和副部配合形成单一承载平台状态结构示意图；

图9为本发明是实施例主部和副部分离形成多承载平台状态结构示意图；

图10为本发明是实施例左副部和右副部底部的同步装置结构示意图；

图11为本发明是实施例右副部剖视结构示意图。

图标：1、存储柜本体；11、存储架；12、存储位；2、人工交互平台；3、设备交互平台；4、移栽单元；41、移动驱动部；411、横向移动组件；412、纵向移动组件；42、调节部；43、抓取部；431、主部；4311、导向面；4312、第二导向面；432、副部；4321、左副部；4322、右副部；433、调节组件；4331、驱动电机；4332、联轴器；4333、丝杆；4334、安装座；4335、驱动滑块；43351、滚珠螺母；43352、螺母座；4336、导向杆；434、第一安装板；435、第二安装板；437、复位弹簧；438、限位部；439、同步装置；4391、同步齿轮；4392、同步齿条。

实施方式

下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式 “一”、“一个”、“”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

第一个方面，请参阅图1至图3所示内容，本发明实施例提供了一种晶圆料盒存储交换中心设备,该设备包括存储柜本体1，存储柜本体1一侧开设有人工交互平台2和设备交互平台3，将交换中心的交换口根据实际需求分体设计，满足不同的FOUP盒交换需求，减小人工和设备交换时的干扰问题；其中，存储柜本体1内腔对置安装有两排存储架11，存储架总成包括若干支支撑立柱，固定于立柱之间的横梁和固定于相邻立柱之间用于承载FOUP盒的承载板，承载板上设置有于FOUP盒底部限位孔配合的限位PIN，形成单一存储位12；存储架11之间滑动安装有移栽单元4对人工交互平台2和设备交互平台3的物料进行自动移栽，：

请参阅图4所示内容，移栽单元4包括以有线或无线信号与交换中心控制器控制端相连接的移动驱动部41、调节部42和抓取部43；

移动驱动部41，包括沿存储柜本体1长度方向设置的横向移动组件411和滑动安装于横向移动组件411上的纵向移动组件412，且纵向移动组件412沿存储柜本体1高度方向设置；横向移动组件411固定设置于交换中心装置存储柜本体1内腔中心底部，包括沿水平设置的滑动导轨，滑动导轨上滑动安装有驱动底座，驱动底座在电机和滑轮作用下可驱动底座部分沿导轨进行滑动；且驱动底座上端面纵向立设有纵向驱动移动组件412，调节部42为滑动安装于纵向移动组件412上的多轴机械臂，抓取部43转动安装于调节部42机械臂行动端上，即在横向移动组件411和纵向移动组件412运动携带下，可驱动调节部412在各个存储位12之间进行位移，实现FOUP盒在不同位置之间的切换转移，以使FOUP盒在任意存储位12与交互口之间进行交换；

请参阅图5和图6所示内容，其中抓取部43包括主部431和副部432，二者之间设置有调节组件433，调节组件433可驱动主部431相对于副部432作上下移动；副部432由左副部4321和右副部4322组成，左副部4321和右副部4322之间弹性连接，通过将抓取部43进行分体式设计，以此来适应不同的交互频率需求，更为具体的，请参阅图8和图9所示内容，当主部431靠近副部432下移时，左副部4321和右副部4322受主部431底部下压相互远离，直至主部431和副部432承载面重合形成单一承载平台，每次仅能对单一的料盒进行抓取，此状态适用于交互需求较低的工作状态，即当FOUP盒需要入库或者出库交互时，抓取部43每次的移栽动作只能携带一个FOUP料盒进行入库或者出库；当主部431远离副部432上移时，左副部4321与右副部4322相互靠近，主部431与副部432分体成两个承载平台，此状态适用于交互需求较高的工作状态，即当有多个FOUP盒需要入库交互时，抓取部43通过主部431承载一个FOUP盒之后调节组件433驱动主部431携带FOUP盒上升，使得主部431和副部432承载面分离，在左副部4321和右副部4322底部的弹性元件驱动下二者相互靠近，使得二者的顶面间距符合承载FOUP盒底部宽度，将下一个FOUP盒移栽至由左副部4321和右副部4322组合形成的副部432承载面上，使得抓取部能够一次性携带多个FOUP料盒进行入库或者出库，减少频繁抓取FOUP盒的时间，增加交换效率。

优选地，副部432通过第一安装板434与调节部42连接；第一安装板434上端面垂直立设有第二安装板435，调节组件433滑动安装于第二安装板435上，主部431与调节组件433活动端固定连接，具体的，在立设

优选地，调节组件433包括纵向安装的驱动电机4331，驱动电机4331的输出端通过联轴器4332传动连接有一丝杆4333，丝杆4333的两端通过安装座4334与第二安装板435连接，丝杆4333上螺纹连接有一驱动滑块4335，主部431与驱动滑块4335可拆卸安装，丝杆4333一侧平行设置有贯穿驱动滑块的导向杆4336，且导向杆4336两端通过安装座4334与第二安装板435连接；丝杆4333为滚珠丝杆，驱动滑块4335包括与滚珠丝杆4333传动配合的滚珠螺母43351以及固定套设于滚珠螺母43351外侧的螺母座43352。

优选地，主部431为板状，主部431底部两侧均设置有向内侧倾斜的导向面4311，左副部4321和右副部4322均为板状结构，其相向侧顶部均设置有与导向面4311契合向外侧倾斜的第二导向面4312，左副部4321和右副部4322底部水平设置有复位弹簧437，复位弹簧437两端分别于左副部4321和右副部4322相连接；主部431下移时底部两侧导向面4311与第二导向面4312配合，将左副部4321和右副部4322向两侧挤压，直至主部431下移至与副部432上平面相重合，由于左副部4321和右副部4322位于主部431的两侧，为了当主部431在下移时能够顺畅的将左副部4321和右副部4322向两侧挤压，减小运动时的卡顿，在其接触部位开设具有斜度的引导面，使得当主部431下移时会通过引导面同时将左副部4321和右副部4322撑开，增加其间隙满足主部431能够滑移至左副部4321和右副部4322之间且保持承载面位于同一水平面之上，避免在承载FOUP盒时接触面出现落差造成承载不平稳的现象，以此增加对FOUP盒转移过程中稳定性。

请参阅图11所示内容，主部431的承载面上固定设置有限位部438，限位部438可与FOUP盒底部的限位孔配合，左副部4321与右副部4322的承载面上均弹性设置有另一组限位部438，左副部4321与右副部4322的承载面上均开设有用于安装限位部438的安装孔，安装孔内设置有弹簧，弹簧顶部与限位部438底部连接，限位部438在受到外力挤压作用下压缩弹簧并移动至安装孔内；主部431作为主要的承载部件，在其承载面上固定设置限位部438，增加FOUP盒运输过程的定位精准性和运输稳定性；

请参阅图8所示内容，当交互频率较低时主部431和副部432承载面结合，FOUP盒会落座与主部431部分，通过主部431承载面上固定设置的限位部438插设于FOUP盒底部的定位孔内，由于主部431顶部的限位部438间距小于FOUP盒底部的宽度，即当FOUP盒落座于主部431之上时，FOUP盒底部定位孔的两侧会直接将左副部4321与右副部4322的承载面上弹性安装的限位部438压入安装孔内；

请参阅图9所示内容，当交互频率较高时主部431和副部432承载面处于结合状态，在机械臂的驱动作用下，第一个FOUP盒首先会落座与主部431部分，通过主部431承载面上固定设置的限位部438插设于第一个FOUP盒底部的定位孔内，之后调节部433种的驱动电机4331驱动丝杆4333转动，通过丝杆4333上螺纹配合的驱动滑块4335带动主部431相对于副部432上升，左副部4321与右副部4322之间的支撑力消失，在底部弹簧作用力下二者相互靠近直至到达最近限位部，在此状态下左副部4321与右副部4322间距远小于FOUP盒底部宽度，满足对FOUP盒的承载作用，此时第二个FOUP盒会落坐在副部432上，左副部4321与右副部4322的承载面上弹性安装的限位部438在底部弹簧作用力下可直接顶入FOUP盒底部的限位孔内对其进行限位固定，即实现主部431和副部432均均可承载FOUP盒进行移栽交互；

优选地，副部432底部与第一安装板434之间设置有同步装置439，同步装置439包括转动安装于所第一安装板434上的同步齿轮4391，左副部4321与右副部4322底部均设置有与同步齿轮4391啮合的同步齿条4392，且同步齿轮4391位于同步齿条4392之间，通过齿轮齿条组啮合实现左副部4321与右副部4322运动的同步性。

有鉴于现有的FOUP盒存储柜存储规则一般为空位原则，即将入库的FOUP盒进行以此排列，长时间存储的FOUP盒与短时间存储的FOUP盒进行混合，就会出现当需要取出短时间存储的FOUP盒时，内部的移栽单元需要先获取目标FOUP盒的位置信息，之后移动到目标位置进行移栽交互，而在无规则的分布排列下短时间存储的FOUP盒可能会被放置在距离交互口位置较远的存储位12上，在进行移栽时会在移动路径上耗费时间而影响FOUP盒的交互效率；故此，另一方面本发明实施例提供了一种晶圆盒存储中心控制方法，根据交换中心区域分配原则将交换中心面向交互口的一侧设定为短存A区域，另一侧为长存B区域；当FOUP准备入库时，交换中心首先会获取入库FOUP盒的RFID标签信息，基于标签所出存储的信息与交换中心存储占用信息，根据存储时长区域原则为FOUP盒划分存储区域；更为具体的，FOUP盒上的标签信息记录了FOUP盒的晶圆片加工信息、数量信息等处理数据，获取FOUP盒上的标签信息之后能够预测FOUP盒的存储时长范围，当存储时长小于标定存储时长时，则将目标FOUP盒置于短存A区域进行存储；

当存储时长不小于标定存储时长时，将目标FOUP盒置于长存B区域进行存储；之后在存储区域内依据层位空间原则，并进一步依据存储时间区间匹配目标层位，在目标层位基于交互口就近原则确定存储位。

优选地，短存A区包括短存A1区域和短存A2区域，A1区域位于设备交互平台侧，短存A2区域位于人工交互平台侧；更为具体的，A1和A2的划分比例主要是依据现场设备数量进行前期规划，即依据实际车间内自身的自动物料搬运系统AMHS数量和人工介入数量比例需求进行设置，当人工操作频率高于自动物料搬运设备OHT的交互频率时，短存A1区域占比小于短存A2区域占比，将更大的存储空间优先提供给人工交互平台进行使用；当人工交互频率不超过设备交互频率时，短存A1区域空间占比不小于短存A2区域空间占比，将更大的存储位置优先设备交互进行使用，合理的交换中心的存储位置进行调节和分配。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体状况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。