CN113752284A - 半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构 - Google Patents
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Abstract
一种半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，包括底座、与底座相垂直且与底座相互水平滑动的基板、间隔均匀且水平设置的2M+1个末端执行器、2M个直角三角形楔形块、和驱动基板滑动的滑动机构；其中每一个直角三角形楔形块的底边长度相同；当滑动机构推动基板向楔形块设置侧移动时，各末端执行器之间的等间距变大，反之变小。因此，本发明可以应用于不同间距的晶圆存储装置之间的传片，对于不同间距的晶圆存储装置，使用可变间距的末端执行器以取放晶圆，不仅满足了高精度定位避免损伤晶圆的要求，且结构简单和稳定可靠寿命长，即在保证精度的同时，亦可兼顾经济性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体自动化设备领域，尤其涉及一种半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构。
背景技术
晶圆存储装置在半导体生产中主要起到放置和输送晶圆的作用，为了简化运输和尽可能降低被污染的风险，芯片制造商利用晶圆存储装置来搬运和储存晶圆。对于不同间距的晶圆存储装置，在该搬运途中，需要使用能可变间距的末端执行器以取放晶圆，同时需要高精度定位避免损伤晶圆。
请参阅图1，图1所示为现有技术中一种不同间距的晶圆存储装置的结构示意图。如图所示，该中国专利CN103688348A公开了一种末端作用器装置及具备该末端作用器装置的基板搬运用机械手，图1(a)、图1(b)是局部剖切根据第一实施形态的间距变更机构4的侧面的图，图1(a)示出间距较大的初期状态，图1(b)示出间距小的状态。在托板10上可升降地设置有截面圆形的活塞轴50，在该活塞轴50的上端部安装有凸缘(flange)51。在活塞轴50上嵌入上下延伸的螺旋状的螺旋弹簧40，该螺旋弹簧40的弹簧节距(spring pitch)以等间隔形成。螺旋弹簧40是一个压缩螺旋弹簧，在该螺旋弹簧40的外周部上，前述多个爪片30、30上下隔着间隔配置并使梢端部朝着半导体晶圆9的中心部。爪片30具体地设置为五个，最下层的爪片30与托板10接触且不升降，除此以外的四个爪片30、30可升降。
在每层末端执行器之间放置相同劲度系数的弹簧，通过改变顶部总高度时，每根弹簧压缩相同的长度，实现等间距变换。该间距变更机构的优势为成本低廉，结构简单和占地小，但该间距变更机构具有难以克服的弊端，即难以保证弹簧劲度系数相同，精确定位性差。
为克服上述弊端，请参阅图2，图2所示为现有技术中另一种不同间距的晶圆存储装置的结构示意图。如图所示，该日本JP3999723公开了一种能够保持多个薄基板例如半导体晶片或玻璃基板的基板保持装置，其利用连杆机构实现等间距高度变换。图中基板保持装置20包括用于保持晶片22的多个保持构件30、用于协调移动保持构件30的连杆31和用于协调移动保持构件30的驱动马达32。第一移动机构37和第二移动机构38分别由第一驱动电机39和第二驱动电机40驱动。第一移动机构37和第二移动机构38能够单独操作。第一移动件46固定在第一移动机构37的滑块59上。第二移动件48固定在第二移动机构38的滑块59上。第一移动构件46和第二移动构件48可以沿X轴单独移动。
利用连杆机构旋转时，轴上各点的线性方向上移动长度等比的特性，将末端执行器固定于连杆上2：1：-1：-2的点位上，则可以实现等间距变换。该间距变更机构的优势为成本低廉和结构相对简单。然而，该间距变更机构具有难以克服的弊端，即连杆结构可靠性差，关节(joint)处易磨损。
发明内容
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其包括底座、与所述底座相垂直且与所述底座相互水平滑动的基板、间隔均匀且水平设置的2M+1个末端执行器、2M个直角三角形楔形块、和驱动所述基板滑动的滑动机构；其中，M的取值为正整数，每一个所述直角三角形楔形块的底边长度相同；所述2M+1个末端执行器按上下位置分成为三组，第一末端执行器组包括M个末端执行器，第二末端执行器组包括一个末端执行器，第三末端执行器组包括M个末端执行器，所述第二末端执行器组水平固设于所述基板基准中心并与所述基板相垂直，第一末端执行器组和第三末端执行器组中末端执行器分别以所述第二末端执行器组为中心对称设置；所述2M块直角三角形楔形块等间距垂直地设置于所述基板的一侧，且以所述第二末端执行器组为中心，分成数量相同的上下两组，M块上直角三角形楔形块与所述基板向下成锐角，M块下直角三角形楔形块与所述基板向上成锐角；M块上直角三角形楔形块的侧边长度从所述中心往上以1N、2N…nN倍长度增加，M块下直角三角形楔形块的侧边长度从所述中心往下以1N、2N…nN倍长度增加；所述末端执行器包括具有晶圆搭载部、固定手部和滑动接口部；所述固定手部使所述晶圆搭载部和滑动接口部相固接；所述第一末端执行器组和所述第二末端执行器组中的每一个所述滑动接口部分别同相应的所述直角三角形楔形块的楔形面滑动连接；当所述滑动机构推动所述基板向所述楔形块设置侧移动时，各所述末端执行器之间的等间距变大，反之变小。
进一步地，所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，还包括导向柱，所述导向柱垂直设置于所述底座上，在所述导向柱设置有2M个与相应的所述末端执行器的固定手部相接触连接的直线轴承，当所述末端执行器之间的间距变大或变小时，所述直线轴承沿所述导向柱上下滑动。
进一步地，所述滑动机构包括丝杠、联轴器和电机组。
进一步地，所述滑动机构包括气缸。
进一步地，所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，还包括机械限位装置，所述机械限位装置通过限定所述基板的移动距离，来限定所述晶圆搬送机械手之间的间距变化幅度。
进一步地，所述机械限位装置设置于所述底座上。
进一步地，M为4。
进一步地，所述上直角三角形楔形块组和下直角三角形楔形块组分别包括2个直角三角形楔形块，所述上直角三角形楔形块组中的2个直角三角形楔形块的底部和/或所述下直角三角形楔形块组2个直角三角形楔形块的底部相抵接。
进一步地，所述楔形面的材质与所述滑动接口部的材质相同，或不同。
从上述技术方案可以看出，本发明的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，可以应用于不同间距的晶圆存储装置之间的传片，对于不同间距的晶圆存储装置，使用可变间距的末端执行器以取放晶圆，不仅满足了高精度定位避免损伤晶圆的要求，且结构简单和稳定可靠寿命长，即在保证精度的同时，亦可兼顾经济性。
附图说明
图1所示为现有技术中一种不同间距的晶圆存储装置的结构示意图
图2所示为现有技术中另一种不同间距的晶圆存储装置的结构示意图
图3所示为本发明实施例中半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构的实现原理示意图
图4所示为本发明实施例中的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构的示意图
图5所示为本发明实施例中末端执行器的示意图
图6所示为本发明实施例中末端执行器的晶圆搭载部的示意图
具体实施方式
下面结合附图3-6，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
请参阅图3，图3所示为本发明实施例中半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构的实现原理示意图。如图所示，当两个直角三角形存在两个底边相等，且侧边的高度为n倍关系时，在其斜面上运动的物体，于X方向运动相同距离L，它们在Y方向的上升的高度也将呈现n倍关系，发明的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构也就是利用这个特性，设置利用与直角三角形的锲型斜面，可实现半导体搬送晶圆时的高度等间距变换。
在本发明的实施例中，该半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其可以包括底座、与所述底座相垂直且与所述底座相互水平滑动的基板、间隔均匀且水平设置的2M+1个末端执行器、2M个直角三角形楔形块、和驱动所述基板滑动的滑动机构；其中，M的取值为正整数，每一个所述直角三角形楔形块的底边长度相同。
所述2M+1个末端执行器按上下位置分成为三组，第一末端执行器组包括M个末端执行器，第二末端执行器组包括一个末端执行器，第三末端执行器组包括M个末端执行器，所述第二末端执行器组水平固设于所述基板基准中心并与所述基板相垂直，第一末端执行器组和第三末端执行器组中末端执行器分别以所述第二末端执行器组为中心对称设置。
所述2M块直角三角形楔形块等间距垂直地设置于所述基板的一侧，且以所述第二末端执行器组为中心，分成数量相同的上下两组，M块上直角三角形楔形块与所述基板向下成锐角，M块下直角三角形楔形块与所述基板向上成锐角；M块上直角三角形楔形块的侧边长度从所述中心往上以1N、2N…nN倍长度增加，M块下直角三角形楔形块的侧边长度从所述中心往下以1N、2N…nN倍长度增加。
所述末端执行器包括具有晶圆搭载部、固定手部和滑动接口部；所述固定手部使所述晶圆搭载部和滑动接口部相固接；所述第一末端执行器组和所述第二末端执行器组中的每一个所述滑动接口部分别同相应的所述直角三角形楔形块的楔形面滑动连接；当所述滑动机构推动所述基板向所述楔形块设置侧移动时，各所述末端执行器之间的等间距变大，反之变小。
具体地，请参阅图4，图4所示为本发明实施例中的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构的示意图。如图所示，所述2M块直角三角形楔形块等间距垂直地设置于所述基板的一侧，且以所述第二末端执行器组为中心，分成数量相同的上下两组，2块上直角三角形楔形块与所述基板向下成锐角，2块下直角三角形楔形块与所述基板向上成锐角；2块上直角三角形楔形块的侧边长度从所述中心往上以1:2倍长度增加，2块下直角三角形楔形块的侧边长度从所述中心往下以1:2倍长度增加。
该结构包括5个末端执行器，中间的末端执行器固设于所述基板基准中心并与所述基板相垂直，以中间的末端执行器为中心，上下对称设置2组末端执行器。各层斜面上的滑块分别连接各层末端执行器组成可变机械手部的结构。
具体地，在本发明的实施例中，所述上直角三角形楔形块组和下直角三角形楔形块组分别包括2个直角三角形楔形块，所述上直角三角形楔形块组中的2个直角三角形楔形块的底部和/或所述下直角三角形楔形块组2个直角三角形楔形块的底部相抵接。
也就是说，如图4所示，中央的末端执行器为固定端，该可变部的最上层楔形面连接向上运动高度为2倍的斜面上滑块，可变部的从上往下数第二层楔形面连接向上运动高度为1倍的斜面上滑块，最上层楔形和第二层楔形面相向设置，即最上层直角三角形的底边相层叠。
请参阅图5和图6，图5所示为本发明实施例中末端执行器的示意图，图6所示为本发明实施例中末端执行器的晶圆搭载部的示意图。所述末端执行器包括具有晶圆搭载部、固定手部和滑动接口部；所述固定手部使所述晶圆搭载部和滑动接口部相固接；每一个所述滑动接口部分别同相应的所述直角三角形楔形块的楔形面滑动连接。
相同的，可变部的从下往上数第二层连接向下运动高度为1倍的斜面上滑块，可变部的最下层连接向下运动高度为2倍的斜面上滑块。由此，可实现五层末端执行器等间距变距。
请再参阅图4，如图所述，在本发明的实施例中，可以使用丝杠+联轴器+电机组合作为动力，直连带动主安装板及其上面的楔块，实现较高精度的前后往复运动，安装板底部使用滑轨+滑块的结构保证导向精度。上述使用两个楔块结构，可以设计出四组斜面，每组楔块斜面上配一组滑轨+滑块。导向柱固定于底板，直线轴承沿导向柱上下运动，并带动与其连接的末端执行器仅会沿导向柱上下运动。
运动过程中，当电机带动主基板向左运动时，从上往下高度运动距离比例为2：1：-1：-2。(以楔块斜面上物体向右运动时，滑块高度抬升时为正)。其中动力也可使用气缸，将气缸与主基板连接实现往复运动，配以机械限位，也可实现某两个或多个特定距离之间的多层等间距变间距效果。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，包括底座、与所述底座相垂直且与所述底座相互水平滑动的基板、间隔均匀且水平设置的2M+1个末端执行器、2M个直角三角形楔形块、和驱动所述基板滑动的滑动机构；其中，M的取值为正整数，每一个所述直角三角形楔形块的底边长度相同；
所述2M+1个末端执行器按上下位置分成为三组，第一末端执行器组包括M个末端执行器，第二末端执行器组包括一个末端执行器，第三末端执行器组包括M个末端执行器，所述第二末端执行器组水平固设于所述基板基准中心并与所述基板相垂直，第一末端执行器组和第三末端执行器组中末端执行器分别以所述第二末端执行器组为中心对称设置；
所述2M块直角三角形楔形块等间距垂直地设置于所述基板的一侧，且以所述第二末端执行器组为中心，分成数量相同的上下两组，M块上直角三角形楔形块与所述基板向下成锐角，M块下直角三角形楔形块与所述基板向上成锐角；M块上直角三角形楔形块的侧边长度从所述中心往上以1N、2N…nN倍长度增加，M块下直角三角形楔形块的侧边长度从所述中心往下以1N、2N…nN倍长度增加；
所述末端执行器包括具有晶圆搭载部、固定手部和滑动接口部；所述固定手部使所述晶圆搭载部和滑动接口部相固接；所述第一末端执行器组和所述第二末端执行器组中的每一个所述滑动接口部分别同相应的所述直角三角形楔形块的楔形面滑动连接；当所述滑动机构推动所述基板向所述楔形块设置侧移动时，各所述末端执行器之间的等间距变大，反之变小。
2.根据权利要求1所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，还包括导向柱，所述导向柱垂直设置于所述底座上，在所述导向柱设置有2M个与相应的所述末端执行器的固定手部相接触连接的直线轴承，当所述末端执行器之间的间距变大或变小时，所述直线轴承沿所述导向柱上下滑动。
3.根据权利要求1所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，所述滑动机构包括丝杠、联轴器和电机组。
4.根据权利要求1所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，所述滑动机构包括气缸。
5.根据权利要求1所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，还包括机械限位装置，所述机械限位装置通过限定所述基板的移动距离，来限定所述晶圆搬送机械手之间的间距变化幅度。
6.根据权利要求5所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，所述机械限位装置设置于所述底座上。
7.根据权利要求5所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，M为4。
8.根据权利要求7所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，所述上直角三角形楔形块组和下直角三角形楔形块组分别包括2个直角三角形楔形块，所述上直角三角形楔形块组中的2个直角三角形楔形块的底部和/或所述下直角三角形楔形块组2个直角三角形楔形块的底部相抵接。
9.根据权利要求1所述的半导体机器人上多层等间距可变的晶圆搬送机械手结构，其特征在于，所述楔形面的材质与所述滑动接口部的材质相同，或不同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211207 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |