CN106926246B - 一种真空环境中使用的机械臂 - Google Patents

Abstract

一种真空环境中使用的机械臂，包括：一旋转平台，旋转平台上表面包括第一滑轨，一滑台设置在第一滑轨上可以沿第一滑轨滑动，一承载端固定到所述滑台上，所述承载端用于支撑基片或基片托盘，一个支撑基座支撑所述旋转平台，所述支撑基座上包括一个第一驱动轴用于驱动所述旋转平台转动，还包括一个第二驱动轴用以驱动所述滑台在滑轨上滑动。多个传动杆和旋转轴构成的的机械传动系统中包括一个辅助滑轨和滑块，可以在临界状态时强制驱动传动杆向设定方向运动。

Description

一种真空环境中使用的机械臂

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体真空处理装置中用于基片传输的机械臂。

背景技术

在半导体工业内，用来对待处理基片进行高精度的加工如等离子刻蚀、化学气相沉积（CVD）等需要机械臂将基片传入或传出反应腔。随着技术发展基片尺寸越来越大，特别是在MOCVD领域基片托盘越来越大，以容纳更多独立小基片一次完成材料层生长，提高产量。这些趋势也要求机械臂能够精确的在半导体处理系统内传递更重更大的基片或托盘。传统的机械臂如图1所示，包括三段传动杆，每个传动杆之间通过传动轴R1-R3连接，通过驱动传动轴R1-R3的转动实现机械臂转向、伸缩等动作，带动承载端3运动，使得承载端3能够托起、放下，以及指定路线上水平移动基片或托盘。这种机械臂存在多个缺点，在托盘质量较大时，传动杆容易变形造成托盘掉落。同时由于需要多个传动轴都具有驱动能力才能实现承载端3在指定路线内移动，传动机构复杂。在真空处理腔中为了避免漏气，一般都是将电机设置在下方大气环境中，通过一个或多个机械传动轴向上传递转动力矩的，机械转动轴与轴套之间设置磁流体密封装置，实现真空环境和大气环境之间的气密和力矩传递。图1所示的现有技术中除了R1可以直接驱动外，另外两个传动轴R2、R3都需要将来自传动杆下方的两个传动力矩通过机械结构传递，这些结构很难在狭窄的空间内实现。

所以业内需要一种新的机械传输机械臂，能够利用简单而且可靠的方式实现承载端3的伸缩和角度旋转，还能够承载较大质量的基片或基片托盘避免机械臂变形。

发明内容

本发明解决的问题是在真空环境的半导体处理系统中，提供一种能够承载大质量基片或基片托盘的机械臂，本发明提供了一种真空环境中使用的机械臂，包括：一旋转平台，旋转平台上表面包括第一滑轨，一滑台设置在第一滑轨上可以沿第一滑轨滑动，一承载端固定到所述滑台上，所述承载端用于支撑基片或基片托盘，一个支撑基座支撑所述旋转平台，所述支撑基座上包括一个第一驱动轴用于驱动所述旋转平台转动，还包括一个第二驱动轴用以驱动所述滑台在滑轨上滑动，所述滑台位于滑轨的第一端时承载端处于收缩状态，所述滑台位于滑轨第二端时承载待处于向外伸展状态；其特征在于：所述支撑基座上包括第一和第二旋转轴，所述第二驱动轴用于驱动所述第一旋转轴转动，第一和第二传动杆的第一端分别连接到所述第一第二旋转轴，第一和第二传动杆的第二端分别连接到第三和第四旋转轴，一个中间传动杆的两端连接在所述第三和第四旋转轴上，一个第三传动杆包括第一端连接到位于所述滑台上的第一滑台旋转轴，所述第三传动杆中间部分连接到所述第三传动轴，所述第三传动杆的第二端位于远离滑台方向延伸形成的延伸部上；所述中间传动杆上还包括一个第二滑轨和可在第二滑轨上移动的滑块，第三传动杆第二端通过一个第五旋转轴和第五传动杆与所述滑块相连接，第一传动杆中间包括一个第六旋转轴通过一第六连接杆与所述滑块相连接。所述中间传动杆位于第一、第二传动杆上方，第三传动杆下方。

其中第一驱动轴和第二驱动轴同心设置，第一驱动轴围绕所述第二驱动轴。

第二滑轨和滑块位于所述中间传动杆的下表面。第一、第二旋转轴和第一、第二传动杆位于所述旋转平台下方。

本发明还可以包括一个第四传动杆，所述第四传动杆第一端连接到位于滑台上的第二滑台旋转轴，第二端连接到所述第四旋转轴。其中第三和第四传动杆在旋转中保持平行。

第一传动杆和第二传动杆在旋转过程中保持平行。

第三传动杆和第一传动杆平行时，所述第二驱动轴驱动所述第一旋转轴和第一传动杆逆时针旋转时，所述第六传动杆带动所述滑块向滑台的第一端方向移动，滑台带动第五传动杆运动并使第三传动杆向顺时针方向运动。

附图说明

图1是现有技术机械臂意图；

图2是本发明机械臂俯视图；

图3是图2中X处剖面示意图；

图4a-4c是本发明机械臂上各个传动杆和滑块移动过程示意图。

具体实施方式

如图2所示为本发明机械臂俯视图，本发明包括一个旋转平台，旋转平台上表面包括至少一条滑轨S1，也可以包括其它平行的滑轨。一个滑台T1设置在滑轨上，可以在外力驱动下沿着滑轨往复运动。滑台一侧固定有承载端3，另一侧设置有旋转轴Rc1和Rc2。旋转平台的机械强度和宽度、厚度都足够大，使得本发明承载端3在承载大质量托盘时不会发生变形。旋转平台下方包括一个支撑基座，提供机械传动所需的旋转动力，同时实现支撑基座和外部大气环境之间的气密。支撑基座包括至少一个第一驱动轴用于驱动旋转平台转动，和第二驱动轴用于驱动滑台移动。旋转平台底面中央包括一个空心的传动轴Rθ，可以驱动旋转平台在圆周方向上转动。与Rθ同轴的包括一个用于驱动承载端3伸缩的传动轴Ra1，通过传动轴Ra1的旋转可以带动传动杆L1的旋转。在远离传动轴Ra1的传动杆L1另一端，包括一个连接杆L8通过一个旋转轴Rb1与传动杆L1连接。在旋转平台下方支撑基座上，传动轴Ra1右侧还包括一个随动旋转轴Ra2，随动旋转轴Ra2通过传动杆L2与连接杆L8另一端的旋转轴Rb2连接。所以旋转轴Ra1、Ra2、 Rb1、Rb2和3条连接杆L1、L2、L8构成一个平行四边形，只需要传动轴Ra1转动就能驱动整个平行四边形转动。随动旋转轴Rb1和Rb2向上延伸分别与第三传动杆L3和第四传动杆L4向连接，其中传动杆L3包括一端连接到位于滑台T1上的旋转轴Rc1，与Rc1方向相反的另一端包括一段第三传动杆延伸部L3x。第四传动杆L4连接在滑台旋转轴Rc2和旋转轴Rb2之间。旋转轴Rc1与Rc2之间的距离和Rb1与Rb2之间的距离相同，所以L3和L4之间能够互相平行运动。本发明连接杆L8下表面还设置了一个第二滑轨S2，第二滑轨上设置了一个滑块T2可以沿第二滑轨S2滑动。其中传动杆延伸部L3x上包括一个旋转轴Rd2，通过连接杆L5与所述滑块T2连接，同时传动杆L1中间也包括一个旋转轴Rd1通过一个连接杆L6与滑块T2连接。

图3是图2中X处剖面示意图，旋转平台中间部分和下方的支撑基座被隐去以方便显示后方的各个旋转轴和连接杆的形貌。如图3所示第一传动杆L1，第二传动杆L2位于旋转平台下方，L1通过传动轴Ra1驱动。L1、L2的远端各包括一个向上延伸的旋转轴Rb1和Rb2，旋转轴Rb1和Rb2上安装有连接杆L8的两个旋转孔，同时在L8上方还安装有L3的中间旋转孔和L4的远端旋转孔。在L3和L4的近端各包括一个旋转孔与旋转轴Rc1、Rc2匹配，旋转轴Rc1、Rc2向下延伸连接到滑台T1上。

本发明连接杆下表面还包括滑轨S2（图中未示出），以及可以左右滑动的滑块T2，L3延展部L3x的远端包括一个向下延伸的旋转轴Rd2，第一传动杆L1的中间包括一个向上延伸的旋转轴Rd1，Rd1通过连接杆L6连接到滑块T2，Rd2通过连接杆L5连接到滑块T2。

在本发明机械臂运行过程中旋转平台的旋转由传动轴Rθ驱动外，所有的传动杆L1-L8均通过传动轴Ra1驱动，只需要两个位于底部的传动轴就能实现机械臂所需要的旋转和伸展动作。

如图4a-4c为本发明机械臂运行过程中各个传动杆和滑块移动过程示意图。图4a为滑台T1位于最右端时，也就是承载端3位于收缩状态时各个传动轴和滑块位置的示意图，其中由于传动杆L4只是起部分稳定作用，省略后不影响本发明机械臂的运行，所以图中未示出L4。图4a中滑块T2位于连接杆L8上滑轨S2的较左端，L1、L2、L8等构成的平行四边形向右倾斜，连接杆L3也向右倾斜。随着传动轴Ra1逆时针旋转，L1、L2、L8等构成的平行四边形也向左旋转直到达到图4b所示的位置，此时平行四边形已经转变为长方形，也就是驱动用的传动杆L1和随动的传动杆L3互相平行，上下相叠，到达了临界点。如果没有L5、L6、S2、T2这套用于临界点强制驱动的机构，在临界点附近时随动传动杆L3得到的力矩接近于零，随着L1逆时针转动，连接杆L3会发生停顿、振动甚至会使L3的下端再次向右转动，而最理想的运行轨迹是需要L3下端延着旋转轴Rb1向左滑动。本发明由于设置了临界点强制驱动的机构，在到达临界点附近时随着L1的逆时针向左转动带动旋转轴Rd1上的连接杆L6向右转动，同时使得滑块T2也向右移动，进一步的滑块T2向右移动也带动连接杆L5和旋转轴Rd2向右移动，所以连接杆L3的下端向左移动，滑台T1达到如图4c所示的位置。本发明在传动连接杆L1和随动连接杆L3达到临界位置时，通过L1机械连接强制驱动滑块T2，带动L3向希望的方向转动，最终使得整个伸缩过程连续、流场，避免了停顿以及机械振动的发生。

本发明中连接杆L8的高度可以进一步下降，只要是处于L1、L2上方好L3、L4的下方均可以实现本发明目标。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种真空环境中使用的机械臂，包括：

一旋转平台，旋转平台上表面包括第一滑轨，一滑台设置在第一滑轨上可以沿第一滑轨滑动，一承载端固定到所述滑台上，所述承载端用于支撑基片或基片托盘，所述滑台位于滑轨的第一端时承载端处于收缩状态，所述滑台位于滑轨第二端时承载端处于向外伸展状态；

一个支撑基座支撑所述旋转平台，所述支撑基座上包括一个第一驱动轴用于驱动所述旋转平台转动，还包括一个第二驱动轴用以驱动所述滑台在滑轨上滑动，

其特征在于：所述支撑基座上包括第一和第二旋转轴，所述第二驱动轴用于驱动所述第一旋转轴转动，第一和第二传动杆的第一端分别连接到所述第一和第二旋转轴，第一和第二传动杆的第二端分别连接到第三和第四旋转轴，一个中间传动杆的两端连接在所述第三和第四旋转轴上，

一个第三传动杆包括第一端连接到位于所述滑台上的第一滑台旋转轴，所述第三传动杆中间部分连接到所述第三传动轴，所述第三传动杆的第二端位于远离滑台方向延伸形成的延伸部上；

所述中间传动杆上还包括一个第二滑轨和可在第二滑轨上移动的滑块，

第三传动杆第二端通过一个第五旋转轴和第五传动杆与所述滑块相连接，第一传动杆中间包括一个第六旋转轴通过一第六传动杆与所述滑块相连接。

2.如权利要求1所述的真空环境中使用的机械臂，其特征在于，所述中间传动杆位于第一、第二传动杆上方，第三传动杆下方。

3.如权利要求1所述的真空环境中使用的机械臂，其特征在于，所述第一驱动轴和第二驱动轴同心设置，第一驱动轴围绕所述第二驱动轴。

4.如权利要求1所述的真空环境中使用的机械臂，其特征在于，所述第二滑轨和滑块位于所述中间传动杆的下表面。

5.如权利要求1所述的真空环境中使用的机械臂，其特征在于，还包括一个第四传动杆，所述第四传动杆第一端连接到位于滑台上的第二滑台旋转轴，第二端连接到所述第四旋转轴。

6.如权利要求1所述的真空环境中使用的机械臂，其特征在于，所述第一传动杆和第二传动杆在旋转过程中保持平行。

7.如权利要求2所述的真空环境中使用的机械臂，其特征在于，所述第三传动杆和第一传动杆平行时，所述第二驱动轴驱动所述第一旋转轴和第一传动杆逆时针旋转时，所述第六传动杆带动所述滑块向滑台的第一端方向移动，滑台带动第五传动杆运动并使第三传动杆向顺时针方向运动。

8.如权利要求1所述的真空环境中使用的机械臂，其特征在于，所述第一、第二旋转轴和第一、第二传动杆位于所述旋转平台下方。