CN111312639A - 一种机械手臂装置及减少其晃动与振动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机械手臂装置及减少其晃动与振动的方法，夹持移动装置包括用于夹持晶圆托篮的夹持机构、用于驱动夹持机构进行夹持运作的驱动机构、固定在驱动机构底部用于升降驱动的升降机构以及固定于升降机构一侧用于横向移动驱动的横向移动机构。本发明能够有效降低在移动托篮时的振动，以解决现有的减少机械手臂在移动晶圆托篮时存在振动而导致晶圆损坏的问题。

Description

一种机械手臂装置及减少其晃动与振动的方法
技术领域
本发明涉及晶圆加工技术领域，尤其涉及一种机械手臂装置及减少其晃动与振动的方法。
背景技术
在半导体湿法工艺设备中，基本由晶圆承载/卸载、清洗工艺区段、干燥工艺区段、管路电路配置区域以及晶圆传递用机械手臂模组构成，透过机械手臂模组在晶圆承载/卸载与各工艺区段进行穿梭，实现将晶圆片或是批量晶圆片进行上下货于指定的区段。机械手臂装置模组通常都安装在湿法设备的骨架与框体上，透过特定的安装模式进行安装，然机械手臂长时间高频率的使用周期可能性遭遇多种运动行为如晃动、振动导致的应力集中、偏移、偏转多种造成不同方向的错位现象，故需要一种高稳定性且减少运动行为造成的偏移影响的配套方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种机械手臂装置及减少其晃动与振动的方法，能够有效降低在移动托篮时的振动，以解决现有的减少机械手臂在移动晶圆托篮时存在振动而导致晶圆损坏的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种机械手臂装置，用于夹持晶圆托篮进行移动，包括用于夹持晶圆托篮的夹持机构、用于驱动夹持机构进行夹持运作的驱动机构、固定在驱动机构底部用于升降驱动的升降机构以及固定于升降机构一侧用于横向移动驱动的横向移动机构；
所述横向移动机构包括与湿法设备相连接的横板，所述横板中间横向设置有齿条，所述齿条的两侧分别平行设置有一个第二导轨，所述第二导轨上滑动连接有第二滑块，所述第二滑块与升降机构相固定，所述升降机构上设置有用于输出横向驱动力的第二伺服电机，所述第二伺服电机通过第二驱动组件连接有与齿条相啮合的齿轮，所述横板上设置有用于检测横向移动距离的第二检测头；
所述升降机构包括与第二滑块相固定的立板，所述立板的一侧设置有用于输出升降驱动力的第一伺服电机，所述第一伺服电机通过第一驱动组件连接有位于立板一侧中间位置的螺杆，所述螺杆上螺纹连接有滑动座，所述螺杆的两侧分别平行设置有一个第一导轨，所述滑动座靠近立板的一侧固定连接有与第一导轨滑动连接的第一滑块，所述滑动座的顶部固定连接有套杆，所述套杆的内径大于螺杆的直径，所述立板上设置有用于检测升降移动距离的第一检测头；
所述驱动机构包括与套杆顶部固定相连的底板，所述底板顶部两侧设分别固定有固定板，所述底板顶部中间设置有气缸，所述气缸的输出轴连接有驱动块，所述驱动块横截面设置为梯形结构，所述气缸输出轴伸出方向平行的两侧分别设置有一个穿过固定板的转杆，所述转杆位于两个固定板之间的部分固定连接有转动块，所述转动块顶部一侧设置有与驱动块相贴合的滚轮，所述转杆与固定板的连接处设置有六角块，所述六角块上设置有与固定板相连接的拉簧；
所述夹持机构包括与转杆相固定的连接座，所述连接座底部固定连接有用于直接夹持晶圆托篮的夹杆。
进一步地，所述立板下方设置有用于收纳线缆的拖链。
进一步地，所述第二驱动组件包括与第二伺服电机的输出轴相连接的第二主动带轮，所述第二主动带轮通过皮带连接有第二从动带轮，所述第二从动带轮与齿轮相连接。
进一步地，所述第一驱动组件包括设置在第一伺服电机底部的第一主动带轮，所述第一主动带轮通过皮带连接有固定在螺杆底部的第一从动带轮。
进一步地，两个转杆上分别连接有两个连接座，每个连接座上分别连接有一个夹杆。
进一步地，所述夹杆设置为“凵”字型。
一种减少机械手臂在夹持移动时振动的方法，所述减少机械手臂在夹持移动时振动的方法包括使用机械手臂装置对晶圆托篮进行夹持和移动，包括夹持步骤和移动步骤：
所述夹持步骤包括：
步骤A、通过驱动机构带动转杆转动；
步骤A、通过转杆转动带动夹杆进行夹持；
所述移动步骤包括：
步骤S、通过升降机构将滑动座移动至螺杆底部；
步骤S、通过横向移动机构带动立板进行横向移动；
步骤S、通过升降机构带动滑动座进行升降移动；
所述减少机械手臂在夹持移动时振动的方法包括使夹杆在夹持和张开过程中提高平稳性的夹持张开策略，所述夹持张开策略被设置为将驱动块设置为横截面为等腰梯形的结构，并且将驱动块两个腰所在的侧面与滚轮贴合，使驱动块的位移量转化为转动块的转动量，以提高转杆带动夹杆夹持过程的平稳性，将六角块上设置多个连接孔，调整拉簧的连接位置使拉簧的拉力处于合理的状态，以提高拉簧带动转杆回转时夹杆张开的平稳性；
所述减少机械手臂在夹持移动时振动的方法还包括使立板和滑动座在移动过程中减少振动的移动策略，所述移动策略被设置为将立板一侧设置四个第二滑块，并且四个第二滑块分为两组分别匹配一条第二导轨，使立板上部件的重量通过四个第二滑块进行分散，以提高横向移动时的稳定性，将滑动座一侧设置四个第一滑块，并且四个第一滑块分为两组分别匹配一条第一导轨，使滑动座上部件的重量通过四个第一滑块进行分散，以提高升降时的稳定性。
进一步地，所述移动策略中，在滑动座内部设置滚珠螺母与螺杆匹配以提高螺杆传动的稳定性。
本发明的有益效果：本发明通过在横板上设置多个安装孔与湿法设备进行连接，能够提高夹持移动装置与湿法设备安装连接的稳定性，分散安装处的作用力；在横向移动时先降低套杆的高度以降低横向移动时的重心，设置两个第二导轨，并匹配四个第二滑块与两个第二导轨滑动连接，能够提高横向移动时的稳定；通过在升降机构中设置四个第一滑块匹配两个第一导轨，能够提高升降的稳定性；通过气缸带动驱动块块的移动方式，并且驱动块设置为横截面为等腰梯形的结构，能够将移动量转化为转动量，并且移动量的单位能够尽可能降到最低，能够使夹持量的变化更加细微，从而提高夹持的稳定性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的机械手臂装置的结构示意图；
图2为本发明的夹持机构与驱动机构的连接结构图；
图3为本发明的驱动机构的结构示意图；
图4为本发明的升降机构的结构示意图；
图5为本发明的横向移动机构的结构示意图；
图6为本发明夹持晶圆和托篮时的结构示意图。
图中：1-夹持机构、2-驱动机构、3-升降机构、4-横向移动机构、5-拖链、6-晶圆、7-托篮、11-连接座、12-夹杆、21-底板、22-固定板、23-气缸、24-转动块、25-滚轮、26-拉簧、27-六角块、28-驱动块、29-转杆、31-套杆、32-立板、33-滑动座、34-第一滑块、35-第一导轨、36-螺杆、37-第一伺服电机、38-第一驱动组件、39-第一检测头、41-第二伺服电机、42-第二驱动组件、43-横板、44-第二导轨、45-齿条、46-第二滑块、47-安装孔、48-第二检测头。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1和图6，图1为本发明的机械手臂装置的结构示意图；图6为本发明夹持晶圆和托篮时的结构示意图。
一种机械手臂装置，用于夹持晶圆托篮进行移动，包括用于夹持晶圆6托篮7的夹持机构1、用于驱动夹持机构1进行夹持运作的驱动机构2、固定在驱动机构2底部用于升降驱动的升降机构3以及固定于升降机构3一侧用于横向移动驱动的横向移动机构4，夹持移动时，通过横向移动机构4进行横向位置的移动定位，通过升降机构3进行高度的移动定位，再通过驱动机构2带动夹持机构1进行夹持，再通过横向移动机构4和升降机构3移动至指定位置即可。
请参阅图4和图5，图4为本发明的升降机构的结构示意图；图5为本发明的横向移动机构的结构示意图。
横向移动机构4包括与湿法设备相连接的横板43，横板43中间横向设置有齿条45，齿条45的两侧分别平行设置有一个第二导轨44，第二导轨44上滑动连接有第二滑块46，第二滑块46与升降机构3相固定，升降机构3上设置有用于输出横向驱动力的第二伺服电机41，第二伺服电机41通过第二驱动组件42连接有与齿条45相啮合的齿轮，横板43上设置有用于检测横向移动距离的第二检测头48，横板43上开设有多个安装孔47，多个安装孔47分别匹配有多个螺栓用于将横板43安装于湿法设备上，多个安装孔47的安装连接能够提高夹持移动装置与湿法设备安装连接的稳定性。
升降机构3包括与第二滑块46相固定的立板32，立板32的一侧设置有用于输出升降驱动力的第一伺服电机37，第一伺服电机37通过第一驱动组件38连接有位于立板32一侧中间位置的螺杆36，螺杆36上螺纹连接有滑动座33，螺杆36的两侧分别平行设置有一个第一导轨35，滑动座33靠近立板32的一侧固定连接有与第一导轨35滑动连接的第一滑块34，滑动座33的顶部固定连接有套杆31，套杆31的内径大于螺杆36的直径，立板32上设置有用于检测升降移动距离的第一检测头39。
第一驱动组件38包括设置在第一伺服电机37底部的第一主动带轮，第一主动带轮通过皮带连接有固定在螺杆36底部的从动带轮。
升降机构3的下方设置有拖链5，拖链5用于将线缆收纳并跟随升降机构3进行横向移动。
请参阅图2和图3，图2为本发明的夹持机构与驱动机构的连接结构图；图3为本发明的驱动机构的结构示意图。
驱动机构2包括与套杆31顶部固定相连的底板21，底板21顶部两侧设分别固定有固定板22，底板21顶部中间设置有气缸23，气缸23的输出轴连接有驱动块28，驱动块28横截面设置为梯形结构，气缸23输出轴伸出方向平行的两侧分别设置有一个穿过固定板22的转杆29，转杆29位于两个固定板22之间的部分固定连接有转动块24，转动块24顶部一侧设置有与驱动块28相贴合的滚轮25，转杆29与固定板22的连接处设置有六角块27，六角块27上设置有与固定板22相连接的拉簧26。
夹持机构1包括与转杆29相固定的连接座11，连接座11底部固定连接有用于直接夹持晶圆6托篮7的夹杆12。
两个转杆29上分别连接有两个连接座11，每个连接座11上分别连接有一个夹杆12，夹杆12设置为“凵”字型，转动块24带动转杆29转动，转杆29转动时带动六角块27转动，六角块27转动时将拉簧26拉伸，拉簧26用于转杆29的转动位置复位。
一种减少机械手臂在夹持移动时振动的方法，减少机械手臂在夹持移动时振动的方法包括使用机械手臂装置对晶圆6托篮7进行夹持和移动，包括夹持步骤和移动步骤：
夹持步骤包括：
步骤A1、通过驱动机构2带动转杆29转动；
步骤A2、通过转杆29转动带动夹杆12进行夹持。
移动步骤包括：
步骤S1、通过升降机构3将滑动座33移动至螺杆36底部；
步骤S2、通过横向移动机构4带动立板32进行横向移动；
步骤S3、通过升降机构3带动滑动座33进行升降移动。
减少机械手臂在夹持移动时振动的方法包括使夹杆12在夹持和张开过程中提高平稳性的夹持张开策略，夹持张开策略被设置为将驱动块28设置为横截面为等腰梯形的结构，并且将驱动块28两个腰所在的侧面与滚轮25贴合，使驱动块28的位移量转化为转动块24的转动量，以提高转杆29带动夹杆12夹持过程的平稳性，将六角块27上设置多个连接孔，调整拉簧26的连接位置使拉簧26的拉力处于合理的状态，以提高拉簧26带动转杆29回转时夹杆12张开的平稳性。
减少机械手臂在夹持移动时振动的方法还包括使立板32和滑动座33在移动过程中减少振动的移动策略，移动策略被设置为将立板32一侧设置四个第二滑块46，并且四个第二滑块46分为两组分别匹配一条第二导轨44，使立板32上部件的重量通过四个第二滑块46进行分散，以提高横向移动时的稳定性，将滑动座33一侧设置四个第一滑块34，并且四个第一滑块34分为两组分别匹配一条第一导轨35，使滑动座33上部件的重量通过四个第一滑块34进行分散，以提高升降时的稳定性。
移动策略中，在滑动座33内部设置滚珠螺母与螺杆36匹配以提高螺杆36传动的稳定性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种机械手臂装置，用于夹持晶圆托篮进行移动，其特征在于：包括用于夹持晶圆(6)托篮(7)的夹持机构(1)、用于驱动夹持机构(1)进行夹持运作的驱动机构(2)、固定在驱动机构(2)底部用于升降驱动的升降机构(3)以及固定于升降机构(3)一侧用于横向移动驱动的横向移动机构(4)；
所述横向移动机构(4)包括与湿法设备相连接的横板(43)，所述横板(43)中间横向设置有齿条(45)，所述齿条(45)的两侧分别平行设置有一个第二导轨(44)，所述第二导轨(44)上滑动连接有第二滑块(46)，所述第二滑块(46)与升降机构(3)相固定，所述升降机构(3)上设置有用于输出横向驱动力的第二伺服电机(41)，所述第二伺服电机(41)通过第二驱动组件(42)连接有与齿条(45)相啮合的齿轮，所述横板(43)上设置有用于检测横向移动距离的第二检测头(48)；
所述升降机构(3)包括与第二滑块(46)相固定的立板(32)，所述立板(32)的一侧设置有用于输出升降驱动力的第一伺服电机(37)，所述第一伺服电机(37)通过第一驱动组件(38)连接有位于立板(32)一侧中间位置的螺杆(36)，所述螺杆(36)上螺纹连接有滑动座(33)，所述螺杆(36)的两侧分别平行设置有一个第一导轨(35)，所述滑动座(33)靠近立板(32)的一侧固定连接有与第一导轨(35)滑动连接的第一滑块(34)，所述滑动座(33)的顶部固定连接有套杆(31)，所述套杆(31)的内径大于螺杆(36)的直径，所述立板(32)上设置有用于检测升降移动距离的第一检测头(39)；
所述驱动机构(2)包括与套杆(31)顶部固定相连的底板(21)，所述底板(21)顶部两侧设分别固定有固定板(22)，所述底板(21)顶部中间设置有气缸(23)，所述气缸(23)的输出轴连接有驱动块(28)，所述驱动块(28)横截面设置为梯形结构，所述气缸(23)输出轴伸出方向平行的两侧分别设置有一个穿过固定板(22)的转杆(29)，所述转杆(29)位于两个固定板(22)之间的部分固定连接有转动块(24)，所述转动块(24)顶部一侧设置有与驱动块(28)相贴合的滚轮(25)，所述转杆(29)与固定板(22)的连接处设置有六角块(27)，所述六角块(27)上设置有与固定板(22)相连接的拉簧(26)；
所述夹持机构(1)包括与转杆(29)相固定的连接座(11)，所述连接座(11)底部固定连接有用于直接夹持晶圆(6)托篮(7)的夹杆(12)。
2.根据权利要求1所述的一种机械手臂装置，其特征在于：所述立板(32)下方设置有用于收纳线缆的拖链(5)。
3.根据权利要求1所述的一种机械手臂装置，其特征在于：所述第二驱动组件(42)包括与第二伺服电机(41)的输出轴相连接的第二主动带轮，所述第二主动带轮通过皮带连接有第二从动带轮，所述第二从动带轮与齿轮相连接。
4.根据权利要求1所述的一种机械手臂装置，其特征在于：所述第一驱动组件(38)包括设置在第一伺服电机(37)底部的第一主动带轮，所述第一主动带轮通过皮带连接有固定在螺杆(36)底部的第一从动带轮。
5.根据权利要求1所述的一种机械手臂装置，其特征在于：两个转杆(29)上分别连接有两个连接座(11)，每个连接座(11)上分别连接有一个夹杆(12)。
6.根据权利要求5所述的一种机械手臂装置，其特征在于：所述夹杆(12)设置为“凵”字型。
7.一种利用权利要求1所述的机械手臂装置减少机械手臂在夹持移动时振动的方法，其特征在于：所述减少机械手臂在夹持移动时振动的方法包括使用机械手臂装置对晶圆(6)托篮(7)进行夹持和移动，包括夹持步骤和移动步骤：
所述夹持步骤包括：
步骤A1、通过驱动机构(2)带动转杆(29)转动；
步骤A2、通过转杆(29)转动带动夹杆(12)进行夹持；
所述移动步骤包括：
步骤S1、通过升降机构(3)将滑动座(33)移动至螺杆(36)底部；
步骤S2、通过横向移动机构(4)带动立板(32)进行横向移动；
步骤S3、通过升降机构(3)带动滑动座(33)进行升降移动；
所述减少机械手臂在夹持移动时振动的方法包括使夹杆(12)在夹持和张开过程中提高平稳性的夹持张开策略，所述夹持张开策略被设置为将驱动块(28)设置为横截面为等腰梯形的结构，并且将驱动块(28)两个腰所在的侧面与滚轮(25)贴合，使驱动块(28)的位移量转化为转动块(24)的转动量，以提高转杆(29)带动夹杆(12)夹持过程的平稳性，将六角块(27)上设置多个连接孔，调整拉簧(26)的连接位置使拉簧(26)的拉力处于合理的状态，以提高拉簧(26)带动转杆(29)回转时夹杆(12)张开的平稳性；
所述减少机械手臂在夹持移动时振动的方法还包括使立板(32)和滑动座(33)在移动过程中减少振动的移动策略，所述移动策略被设置为将立板(32)一侧设置四个第二滑块(46)，并且四个第二滑块(46)分为两组分别匹配一条第二导轨(44)，使立板(32)上部件的重量通过四个第二滑块(46)进行分散，以提高横向移动时的稳定性，将滑动座(33)一侧设置四个第一滑块(34)，并且四个第一滑块(34)分为两组分别匹配一条第一导轨(35)，使滑动座(33)上部件的重量通过四个第一滑块(34)进行分散，以提高升降时的稳定性。
8.根据权利要求7所述的减少机械手臂在夹持移动时振动的方法，其特征在于：所述移动策略中，在滑动座(33)内部设置滚珠螺母与螺杆(36)匹配以提高螺杆(36)传动的稳定性。
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