科研用黑灯湿法实验室

    技术2025-03-29  45


    本技术涉及半导体清洗刻蚀,尤其涉及科研用黑灯湿法实验室。


    背景技术:

    1、半导体微纳米器件制造工艺中,需要用到湿法台进行晶圆表面清洗和酸碱刻蚀,传统企业级的湿法台虽自动化程度高,但仅适合批量生产,不能满足灵活多变的科研场景,为解决上述问题,公开号为cn118053795b的中国专利公开了一种科研型湿法刻蚀全自动化系统及机台,以满足高校科研使用,提升科研效率和工艺稳定性。然而,该设计只能实现单台自动化,以此搭建的湿法实验室,仍需依赖人员手动操作,其存在如下不足:

    2、1、科研效率难以进一步提升;

    3、2、科研用湿法台难以充分进行利用;

    4、3、实验结果不稳定,可靠性不足;

    5、4、实验室管理难度大,实验成本较高;

    6、5、存在人员安全隐患;

    7、6、数据的采集与分析效率低。

    8、为此,亟需提供新的设计方案以解决上述不足。


    技术实现思路

    1、有鉴于此,本技术的目的是提供科研用黑灯湿法实验室,以解决现有科研用湿法实验室仍需依赖人员手动操作而导致的技术问题。

    2、为达到上述技术目的,本技术提供了科研用黑灯湿法实验室,包括实验室本体、湿法机台、移送机器人、样品给收设备、药液给收设备以及控制设备;

    3、所述实验室本体用于提供洁净空间;

    4、所述湿法机台设置于所述洁净空间中,用于对半导体样品进行加工;

    5、所述样品给收设备设置于所述洁净空间中,用于提供待加工的半导体样品以及对完成加工的半导体样品进行收纳;

    6、所述药液给收设备设置于所述洁净空间中,用于提供待更换的药液罐以及对更换下来的药液罐进行收纳;

    7、所述移送机器人安装于所述洁净空间中,用于在所述湿法机台、所述移送机器人、所述样品给收设备以及所述药液给收设备之间移送半导体样品和/或药液罐;

    8、所述移送机器人包括移动装置、机械臂装置、至少一个末端执行器以及随行装置;

    9、所述随行装置能够跟随所述移动装置移动,并提供暂存空间;

    10、所述机械臂装置安装于移动装置上;

    11、至少一个所述末端执行器安装于所述机械臂装置上,用于抓取半导体样品和/或药液罐;

    12、所述控制设备与所述湿法机台、所述移送机器人、所述样品给收设备以及所述药液给收设备通信连接。

    13、进一步地,所述随行装置与所述移动装置可拆卸连接;

    14、还包括随行固定架;

    15、所述随行固定架安装于所述洁净空间中,用于一一固定所述随行装置;

    16、所述移送机器人还包括叉取装置;

    17、所述叉取装置安装于所述移动装置上,用于叉取位于所述随行固定架上的随行装置。

    18、进一步地,所述叉取装置包括叉取升降装置以及叉盘;

    19、所述随行固定架上于所述随行装置的下方位置设有供所述叉盘伸入的避让腔;

    20、所述叉取升降装置安装于所述移动装置顶部,且驱动端与所述叉盘连接,用于带动所述叉盘升降运动,以将所述随行装置从所述随行固定架中叉离或将所述随行装置叉回所述随行固定架中。

    21、进一步地,所述叉盘顶部设有若干第一叉取定位结构;

    22、所述随行装置底部设有若干与所述第一叉取定位结构一一定位配合的第二叉取定位结构。

    23、进一步地,所述随行装置内设有容腔,用于形成所述暂存空间;

    24、所述随行装置上安装有用于控制所述容腔开闭的随行开闭门机构。

    25、进一步地,所述随行装置底部设有第一对接结构;

    26、所述第一对接结构上设有与所述随行开闭门机构电连接的第一导电结构;

    27、所述移动装置上设有能够与所述第一对接结构对接配合的第二对接结构;

    28、所述第二对接结构设有能够与所述第一导电结构接触导电的第二导电结构;

    29、所述移送机器人还用于在所述第一导电结构与所述第二导电结构接触导电时,给所述随行开闭门机构供电。

    30、进一步地,所述第一对接结构上设有与所述暂存空间连通的第一导气结构;

    31、所述第二对接结构上设有能够与所述第一导气结构对接导通的第二导气结构;

    32、所述移动装置上安装有与所述第二导气结构连接导通的供气装置。

    33、进一步地,所述随行固定架包括两个间隔对称设置的支撑板;

    34、所述随行装置的两侧面上分别设有能够一一对应与所述支撑板顶部接触相抵的限位凸起。

    35、进一步地,所述随行固定架中设有浮动矫正模块;

    36、所述浮动矫正模块用于矫正伸入所述随行固定架中的所述移动装置或所述叉取装置的位置,以使得所述第一叉取定位结构与所述第二叉取定位结构正对。

    37、进一步地,所述暂存空间内设有防腐内衬。

    38、进一步地,所述末端执行器至少两个;

    39、一个所述末端执行器用于抓取半导体样品;

    40、另一个所述末端执行器用于抓取药液罐;

    41、所述末端执行器通过接头组件与所述机械臂装置可拆卸连接;

    42、所述随行装置上设有用于置放所述末端执行器的置放工位。

    43、进一步地,所述湿法机台上于样品进出料口位置下方安装有样品载料机构,用于承载待送入所述样品进出料口的半导体材料或承载从所述样品进出料口送出的半导体材料。

    44、进一步地,所述样品载料机构包括载料板以及样品载料驱动组件;

    45、所述载料板可转动地安装于所述湿法机台上;

    46、所述样品载料驱动组件安装于所述湿法机台上,且与所述载料板连接,用于带动所述载料板转动。

    47、进一步地,所述湿法机台于储液腔位置安装有药液载料机构,用于承载药液罐;

    48、所述药液载料机构包括载料座、药液载料驱动组件以及取液件;

    49、所述载料座用于承载药液罐;

    50、所述药液载料驱动组件与所述载料座连接,用于驱动所述载料座伸出或缩回储液腔;

    51、所述取液件可拆卸地安装于药液罐上。

    52、进一步地,所述取液件包括取液管以及取液盖;

    53、所述取液管能够经药液罐的药液口伸入药液罐中;

    54、所述取液盖套设于所述取液管上,且能够与所述药液口配合,用于封堵所述药液口;

    55、所述载料座上竖直安装有固定件,用于固定待安装的取液件;

    56、所述固定件为空心柱杆结构,供所述取液管活动插入。

    57、进一步地,所述样品给收设备包括设备主体以及样品移位装置;

    58、所述设备主体内设有样品腔室;

    59、所述样品腔室底部设有第一上下料工位、第二上下料工位、第一暂存工位以及第二暂存工位;

    60、所述设备主体上对应于所述第一上下料工位的位置设有连通所述样品腔室与所述洁净空间外的第一上下料窗口;

    61、所述第一上下料窗口上安装有可开闭的第一门窗;

    62、所述设备主体上对应于所述第二上下料工位的位置设有连通所述样品腔室与所述洁净空间内的第二上下料窗口;

    63、所述第二上下料窗口上安装有可开闭的第二门窗;

    64、所述样品移位装置安装于所述样品腔室中,用于在所述第一上下料工位、所述第二上下料工位、所述第一暂存工位以及所述第二暂存工位之间移动半导体样品。

    65、进一步地,所述设备主体上位于所述第一上下料窗口的一侧安装有与所述控制设备通信连接,且延伸出所述洁净空间外的人机交互装置。

    66、进一步地,所述药液给收设备包括药液缓存箱;

    67、所述药液缓存箱内设有用于存储待上料的药液罐或更换下来的药液罐的缓存腔室;

    68、所述药液缓存箱上设有缓存开口;

    69、所述缓存开口上安装有可开闭的缓存门。

    70、进一步地,所述洁净空间地面由外向内划分有外部环形区域、内部环形区域以及位于内部环形区域内的中心环形区域;

    71、所述湿法机台设置于所述外部环形区域或所述中心环形区域;

    72、所述样品给收设备以及所述药液给收设备设置于所述外部环形区域。

    73、进一步地,所述机械臂装置为协作机械臂。

    74、进一步地,所述移动装置为agv小车。

    75、从以上技术方案可以看出,本技术所设计的科研用黑灯湿法实验室,通过设置移送机器人、样品给收设备、药液给收设备以及控制设备与湿法机台进行联动,能够实现24小时不间断地运行实验以及无人值守,实现黑灯实验室,具有如下有益效果:

    76、1、可以根据实验人员输入的工单自动进行排单,并根据排单进行半导体样品的自动流转、药液罐的自动更换、半导体样品的自动化加工、实验数据的自动化采集与分析等,显著提升了科研的效率以及设备使用率。

    77、2、无需实验人员接触药液,有效保障实验人员的安全。

    78、3、避免传统实验人员手动操作的不稳定性而导致的药液浪费、样品浪费,以及因误操作而导致的设备损坏等情况,有效降低实验成本。

    79、4、自动化进行半导体材料的实验工序,提升试验的稳定性与准确性,从而提高了实验结果的可靠性。

    80、5、自动化无人值守,提升了实验室管理水平。

    81、6、设计有随行装置来跟随移动装置移动,能够实现一次性进行多个半导体样品或多个药液罐的移送,减少往复取料的频率,进一步提升效率。

    82、7、对推进科研技术发展有着重大促进意义,提升对半导体技术的研发效率,加速研发进度。


    技术特征:

    1.科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,包括实验室本体、湿法机台(1)、移送机器人(2)、样品给收设备(3)、药液给收设备(4)以及控制设备(5);

    2.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述随行装置(24)与所述移动装置(21)可拆卸连接;

    3.根据权利要求2所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述叉取装置(27)包括叉取升降装置(271)以及叉盘(272);

    4.根据权利要求3所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述叉盘(272)顶部设有若干第一叉取定位结构(2721);

    5.根据权利要求4所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述随行装置(24)内设有容腔,用于形成所述暂存空间;

    6.根据权利要求5所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述随行装置(24)底部设有第一对接结构;

    7.根据权利要求6所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述第一对接结构上设有与所述暂存空间连通的第一导气结构;

    8.根据权利要求5所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述随行固定架(26)包括两个间隔对称设置的支撑板(261);

    9.根据权利要求6所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述随行固定架(26)中设有浮动矫正模块;

    10.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述暂存空间内设有防腐内衬。

    11.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述末端执行器(23)至少两个;

    12.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述湿法机台(1)上于样品进出料口(11)位置下方安装有样品载料机构(12),用于承载待送入所述样品进出料口(11)的半导体材料(331)或承载从所述样品进出料口(11)送出的半导体材料(331)。

    13.根据权利要求12所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述样品载料机构(12)包括载料板(121)以及样品载料驱动组件(122);

    14.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述湿法机台(1)于储液腔(13)位置安装有药液载料机构(14),用于承载药液罐(15);

    15.根据权利要求14所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述取液件(143)包括取液管(1432)以及取液盖(1431);

    16.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述样品给收设备(3)包括设备主体(31)以及样品移位装置(32);

    17.根据权利要求16所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述设备主体(31)上位于所述第一上下料窗口的一侧安装有与所述控制设备(5)通信连接,且延伸出所述洁净空间外的人机交互装置(34)。

    18.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述药液给收设备(4)包括药液缓存箱(41);

    19.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述洁净空间地面由外向内划分有外部环形区域(61)、内部环形区域(62)以及位于内部环形区域(62)内的中心环形区域(63);

    20.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述机械臂装置(22)为协作机械臂。

    21.根据权利要求1所述的科研用黑灯湿法实验室,其特征在于,所述移动装置(21)为agv小车。


    技术总结
    本申请公开了科研用黑灯湿法实验室,涉及半导体清洗刻蚀技术领域,包括实验室本体、湿法机台、移送机器人、样品给收设备、药液给收设备以及控制设备;实验室本体用于提供洁净空间;移送机器人包括移动装置、机械臂装置、至少一个末端执行器以及随行装置;随行装置能够跟随移动装置移动,并提供暂存空间;机械臂装置安装于移动装置上;至少一个末端执行器安装于机械臂装置上,用于抓取半导体样品和/或药液罐;上述设计能够实现24小时不间断地运行实验以及无人值守,实现黑灯实验室;显著提升了科研的效率以及设备使用率,提高了实验结果的可靠性,降低了实验成本,有效保障实验人员的安全。

    技术研发人员:李艺杰,曾祥军,李季,吴朝阳,徐巍
    受保护的技术使用者:香港科技大学(广州)
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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