CN115070743A - 一种半导体设备机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体设备机械臂，包括：驱动转动、第一杆部及第二杆部；转动装置包括枢转连接并位于同一转动平面内转动的主动块与被动块及枢接件，主动块通过枢接件枢接被动块；主动块与被动块分别套设于第一杆部及第二杆部，驱动装置驱动主动块于转动平面内转动，以同步驱动被动块于转动平面内转动；被动块形成一枢接孔，枢接孔收容所述枢接件并导引枢接件向被动块施加绕第二杆部转动的切向力。通过本申请，实现了机械爪精准地对晶圆花篮进行抓取，通过主动块带动第一杆部与枢接件同步转动，使枢接件在枢接孔的引导下向被动块施加绕第二杆部转动的切向力，使得被动块同步带动第二杆部转动，以使机械爪稳定地实现开合。

Description

一种半导体设备机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种半导体设备机械臂。

背景技术

晶圆清洗是以整个批次或者单一晶圆，通过化学清洗的方法，藉由化学品的浸泡或者喷洒去除脏污的工艺，其主要目的是清除晶圆表面的污染物，例如微尘颗粒、有机物、无机物以及金属离子等杂质，在晶圆清洗机上安装有机械臂以抓取盛放有晶圆的花篮。

专利公开号为CN114602873A的中国发明专利公开了一种半导体晶圆槽式清洗机，包括清洗槽及用于将花篮拿取至清洗槽内的机械手；机械手包括机械爪，通过机械爪将花篮拿取至清洗槽内进行清洗动作，机械手的上方设置有导向定位机构。该半导体晶圆槽式清洗机，通过设置变速机构，在需要调节机械手的移动速度时，通过第一气缸的伸缩来驱动啮合齿与同步带啮合运动，对同步带传动，并同时对同步带和机械手的移动速度进行调节，从而通过第一气缸的活塞杆伸出长度，对机械手的移动速度进行控制。

但是，现有技术中的机械爪存在难以稳定地实现开合的缺陷，因此，难以精准地抓取晶圆花篮。

有鉴于此，有必要对现有技术中的机械爪予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种半导体设备机械臂，用于解决现有技术中的机械爪所存在的诸多缺陷，尤其是为了实现机械爪精准地对晶圆花篮进行抓取，通过主动块带动第一杆部与枢接件同步转动，使枢接件在枢接孔的导引下向被动块施加绕第二杆部转动的切向力，使得被动块同步带动第二杆部转动，以使机械爪稳定地实现开合，精准的抓取晶圆花篮。

为实现上述目的，本发明提供了一种半导体设备机械臂，包括：

机械手、转动装置、连接所述机械手及所述转动装置的第一杆部及第二杆部、驱动所述转动装置在一转动平面内进行转动的驱动装置；所述第一杆部及第二杆部平行布置且垂直所述转动平面；

所述转动装置包括枢转连接并位于同一转动平面内转动的主动块与被动块及枢接件，所述主动块通过所述枢接件枢接所述被动块；

所述主动块与被动块分别套设于所述第一杆部及第二杆部，所述驱动装置驱动所述主动块于所述转动平面内转动，以同步驱动所述被动块于所述转动平面内转动；

其中，所述被动块形成一枢接孔，所述枢接孔收容所述枢接件并导引所述枢接件向所述被动块施加绕所述第二杆部转动的切向力，进而所述主动块带动所述枢接件转动而带动所述被动块同步转动。

作为本发明的进一步改进，枢接孔为条形孔，所述枢接件为导柱。

作为本发明的进一步改进，主动块绕所述第一杆部的轴线旋转方向与所述被动块绕所述第二杆部的轴线旋转方向相反。

作为本发明的进一步改进，主动块和所述被动块在所述转动平面内部分重叠的区域形成重叠区域，以及形成于所述重叠区域并贯穿所述主动块并至少部分延伸入所述条形孔内的导柱。

作为本发明的进一步改进，主动块和所述被动块分别设置第一台阶壁与第二台阶壁，所述第一台阶壁与第二台阶壁之间相对延伸并分别形成第一薄块与第二薄块，所述第一薄块与第二薄块部分重叠形成重叠区域；

所述第一台阶壁与第二薄块形成供所述第一薄块旋转的第一避让空间，所述第二台阶壁与第一薄块形成供所述第二薄块旋转的第二避让空间；

形成于所述重叠区域并贯穿所述第一薄块并至少部分延伸入所述条形孔内的导柱。

作为本发明的进一步改进，导柱包括：

贯穿所述主动块或所述第一薄块的固定杆，以及至少部分形成于所述条形孔内的轴承，所述固定杆与所述轴承枢转连接。

作为本发明的进一步改进，轴承的直径不大于所述条形孔的宽度。

作为本发明的进一步改进，轴承的直径不大于所述条形孔的宽度尺寸。

作为本发明的进一步改进，驱动装置包括：

驱动电机，所述驱动电机形成连接轴，以及与所述连接轴连接的推杆，所述推杆与所述主动块远离所述被动块的一端枢转连接。

作为本发明的进一步改进，第一杆部和所述第二杆部分别形成多个第一连接杆与多个第二连接杆，所述第一连接杆与所述第二连接杆均形成机械手。

作为本发明的进一步改进，半导体设备机械臂还包括箱体；

所述箱体包括：

容置所述驱动装置的第一箱体，连接所述第一箱体并与所述第一箱体相通的第二箱体，所述主动块和所述被动块配置于所述第二箱体内，所述第一杆部和所述第二杆部均至少部分延伸至所述第二箱体内并分别连接所述主动块与被动块。

作为本发明的进一步改进，多个所述机械手分别沿所述第一杆部和所述第二杆部的长度方向布置，所述机械手呈向底部减缩结构且在末端形成夹持块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

驱动装置驱动主动块带动第一杆部于转动平面内转动，同时，主动块带动枢接件转动，从而使枢接件沿转动平面在枢接孔内移动，以使枢接件在枢接孔的导引下向被动块施加绕第二杆部转动的切向力，使得被动块带动第二杆部同步且沿与第一杆部转动方向相反的方向转动，以使机械爪稳定地实现开合，精准的抓取晶圆花篮。

附图说明

图1为本发明包含机械臂的升降机构的立体图；

图2为机械臂的立体图；

图3为第一杆部与主动块连接的立体图；

图4为驱动装置和主动块连接的立体图；

图5为主动块和被动块一种优选方式连接的立体图；

图6为驱动装置的俯视图；

图7为被动块与导柱连接的立体图；

图8为主动块与导柱连接的立体图；

图9为主动块和被动块连接的俯视图；

图10为主动块和被动块转动一定角度的平面示意图；

图11为条形孔与导柱连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

尤其需要说明的是，在下述的实施例中，术语“竖直方向”是指平行于转动平面250的方向。

请参图1至图11所揭示的一种半导体设备机械臂（以下或简称“机械臂1000”）的一种具体实施方式，如图1所示，机械臂1000安装在升降机构上，升降机构包括导轨600和升降气缸700，机械臂1000固定安装在升降气缸700的一侧，升降气缸700可沿导轨600作升降运动，因此，机械臂1000可随着升降气缸700做升降运动，在本实施例中，机械臂1000用于半导体设备且用于夹持晶圆花篮，但不限于仅应用在半导体设备中。

参图3-11所示，在本实施方式中，该半导体设备机械臂包括：机械手330、转动装置200、连接所述机械手330及转动装置的第一杆部310及第二杆部340、驱动转动装置200在一转动平面250内进行转动的驱动装置400；第一杆部310及第二杆部340平行布置且垂直转动平面250；转动装置200包括枢转连接并位于同一转动平面250内转动的主动块210与被动块220及枢接件280，主动块210通过枢接件280枢接被动块220；主动块210与被动块220分别套设于第一杆部310及第二杆部340，驱动装置400驱动主动块210于转动平面250内转动，以同步驱动被动块220于转动平面250内转动；其中，被动块220形成一枢接孔290，枢接孔290收容枢接件280并导引枢接件280向被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力，进而主动块210带动枢接件280转动而带动被动块220同步转动。

其中，驱动装置400驱动主动块210运动，从而使得主动块210带动第一杆部310于转动平面250内转动，同时，主动块210带动枢接件280转动，使枢接件280沿转动平面250在枢接孔290内移动，以使枢接件280在枢接孔290的导引下向被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力，使得被动块220带动第二杆部340及其上的机械手330同步并沿与第一杆部310及其上的机械手330转动方向相反的方向转动，从而对晶圆花篮实现精准的抓取，结构简单，而且能够实现稳定的开合。

枢接孔290为条形孔240，枢接件280为导柱230。驱动装置400驱动主动块210带动第一杆部310转动，进而带动导柱230在条形孔240内转动，使得导柱230在条形孔240内移动，以使导柱230在条形孔240的导引下向被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力，从而使得被动块220带动第二杆部340带动转动，对晶圆花篮进行抓取和放下。

示例性地，参考图1-2所示，第一杆部310和第二杆部340上分别形成有多个第一连接杆320与多个第二连接杆350，第一连接杆320与第二连接杆350均形成机械手330。需要注意的是，第一连接杆320与第二连接杆350对机械手330的连接方式可以通过卡接的方式构成可拆卸安装，也可以通过螺栓固定的方式固定安装，只要能够对机械手330实现稳定的抓取的效果均可。本实施方式优选为第一连接杆320和第二连接杆350分别与机械手330通过螺栓固定连接的方式连接。多个机械手330分别沿第一杆部310和第二杆部340的长度方向布置，机械手330呈向底部减缩结构且在末端形成夹持块360。需要注意的是，第一杆部310上设置的机械手330数量与和第二杆部340上设置的机械手330数量可以相等，也可以不相等，只要能够对晶圆花篮实现抓取均可。本实施方式优选为第一杆部310上设置的机械手330数量与和第二杆部340上设置的机械手330数量相等，从而使第一杆部310和第二杆部340分别驱动机械手330与夹持块360对晶圆花篮实现抓取时，提高机械手330对晶圆花篮抓取的稳定性。

示例性地，参考图3至图4、图6和图7所示，驱动装置400包括驱动电机410，驱动电机410形成连接轴420，以及与连接轴420连接的推杆430，推杆430与主动块210远离被动块220的一端枢转连接。示例性地，驱动电机410可以为直驱电机，也可以为电动伸缩杆，只要能够实现驱动推杆430沿竖直方向往复运动均可。本实施方式优选为直驱电机。

主动块210绕第一杆部310的轴线旋转方向与被动块220绕第二杆部340的轴线旋转方向相反。

示例性地，在初始状态时（即，机械手330为抓取晶圆花篮的状态），当需要抓取晶圆花篮时，通过驱动电机410驱动连接轴420沿竖直方向向下运动，使连接轴420同步带动推杆430运动，以使推杆430推动主动块210，使主动块210绕图5中轴线a逆时针转动（即，图5中箭头w1所示方向），并带动第一杆部310同步转动。以使图11中导柱230在主动块210带动下同步转动，并在条形孔240内移动，形成图11中导柱230’状态，以使导柱230在条形孔240的导引下向被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力（即，图11中箭头F1所示方向的作用力），进而使被动块220同步带动第二杆部340绕图5中轴线b顺时针转动（即，图5中箭头n1所示方向）。由此，第一杆部310和第二杆部340将分别同步带动机械手330相对运动，以对晶圆花篮实现稳定地抓取。

反之，当需要将抓取的晶圆花篮放下时，驱动电机410驱动连接轴420沿竖直方向向上运动，使得连接轴420带动推杆430向上运动，以使得推杆430带动主动块210绕图5中轴线a顺时针转动（即，图7中w2所示方向），并带动第一杆部310同步转动。以使图11中导柱230’状态，在主动块210带动导柱230同步转动，导柱230在条形孔240内移动，并形成图11中导柱230状态，进而能够使得导柱230在条形孔240的导引下能向被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力（即，图11中箭头F2所示方向的切向力），进而能够使得被动块220同步带动第二杆部340绕图中轴线b逆时针转动（即，图7中箭头n2所示方向）。由此，第一杆部310和第二杆部340分别同步带动机械手330同步且反向运动，以对晶圆花篮实现稳定的放下。

示例性地，参考图5，主动块210和被动块220在转动平面250内部分重叠的区域形成重叠区域260，以及形成于重叠区域260并贯穿主动块210并至少部分延伸入条形孔240内的导柱230，导柱230贯穿重叠区域260，延伸至条形孔240内的导柱230既可以部分位于条形孔240内，也可以完全位于条形孔240，只要在主动块210同步带动导柱230转动时，导柱230沿转动平面250在条形孔240内移动，导柱230能够在条形孔240的导引下向被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力即可，本实施方式优选为延伸到条形孔240内的导柱230完全位于条形孔240内。

示例性地，继续参考图5，主动块210和被动块220分别设置第一台阶壁224与第二台阶壁223，第一台阶壁224与第二台阶壁223之间相对延伸并分别形成第一薄块225与第二薄块221，第一薄块225与第二薄块221部分重叠形成重叠区域260；在图5所示的实施例中，第一薄块225和第二薄块221的结构和位置关系如图5所示，第一台阶壁224与第二薄块221形成供第一薄块225旋转的第一避让空间226，当主动块210转动时，能够避免第一薄块225发生碰撞，第二台阶壁223与第一薄块225形成供第二薄块221旋转的第二避让空间222；当被动块220转动时，避免第二薄块221发生碰撞，形成于重叠区域260并贯穿第一薄块225并至少部分延伸入条形孔240内的导柱230。

优选地，为了增加第一薄块225转动的第一避让空间226和第二薄块221转动时的第二避让空间222，可将第一薄块225和第二薄块221相对侧边缘设置为弧形结构、向内凹陷的结构等，只要能够使得第一薄块225和第二薄块221在转动时，不发生碰撞均可，本实施例中优选弧形结构。

其中，在主动块210和被动块220还设置有分别卡接第一杆部310和第二杆部340的通孔212。

主动块210带动第一杆部310运动时，能够带动第一杆部310转动，同时，主动块210带动固定安装在第一薄块225上的导柱230转动，从而能够使得至少部分位于第二薄块221内的导柱230在条形孔240内移动，导柱230在条形孔240的导引下对被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力，使得被动块220带动第二杆部340同步、方向运动，从而能够对晶圆花篮实现精准的抓取和放下。在本实施例中，延伸至第二薄块221内的导柱230，既可以部分地位于条形孔240内，也可以完全位于条形孔240内，只要能够实现，当主动块210带动导柱230转动时，导柱230能够在条形孔240内移动，且在条形孔240的导引下，能够对被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力即可，优选地，延伸至第二薄块221内的导柱230完全位于条形孔240内。

在本实施例中，机械臂1000抓取和放下晶圆花篮的原理与上述中的原理相同，这里就不再重复赘述。在本实施例中，延伸至第二薄块221内的导柱230，既可以部分地位于条形孔240内，也可以完全位于条形孔240内，只要能够实现，当主动块210带动导柱230转动时，导柱230能够在条形孔240内移动，且在条形孔240的导引下，能够对被动块220施加绕第二杆部340转动的切向力即可，优选地，延伸至第二薄块221内的导柱230完全位于条形孔240内

示例性地，继续参考图7和图8，导柱230包括贯穿主动块210或第一薄块225的固定杆232，以及至少部分形成于条形孔240内的轴承231，固定杆232与轴承231枢转连接。在本实施例中，固定杆232穿过主动块210，并且与主动块210通过螺栓固定连接，轴承231完全位于条形孔240内，固定杆232与被动块220通过轴承231转动连接。

其中，轴承231的直径不大于条形孔240的宽度尺寸，在本实施例中，轴承231的直径与条形孔240的内壁的宽度尺寸相等，在固定杆232转动时，轴承231与条形孔240配合，可对被动块220施加一个作用力，使得被动块220能够同步与主动块210转动。

继续参考图7，在第二箱体140内壁的一侧安装有传感器270，传感器270与驱动电机410电性连接，传感器270用于控制驱动电机410的伸缩端（未标注）执行伸出与缩回。

示例性地，参考图1和图2，半导体设备机械臂还包括箱体（图中未标注），箱体包括容置驱动装置400的第一箱体130，连接第一箱体130并与第一箱体130相通的第二箱体140，主动块210和被动块220配置于第二箱体140内，第一杆部310和第二杆部340均至少部分延伸至第二箱体140内并分别连接主动块210与被动块220，在本实施例中，第一箱体130和第二箱体140构造为L型结构。

继续参考图1、图2和图4，在安装机械臂时，还设置有安装在升降气缸700的安装板800、安装在安装板800上的安装管110以及沿安装管110长度方向布置的两个连接板120。第二箱体140安装在其中一个连接板120上。第一杆部310和第二杆部340分别贯穿连接板120并与连接板120通过轴承转动连接，安装管110和连接板120可对第一箱体130和第二箱体140起到支撑的作用，为了加强第二箱体140的支撑强度，在第二箱体140内安装多个加强杆500。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种半导体设备机械臂，其特征在于，包括：

机械手、转动装置、连接所述机械手及所述转动装置的第一杆部及第二杆部、驱动所述转动装置在一转动平面内进行转动的驱动装置；所述第一杆部及第二杆部平行布置且垂直所述转动平面；

所述转动装置包括枢转连接并位于同一转动平面内转动的主动块与被动块及枢接件，所述主动块通过所述枢接件枢接所述被动块；

所述主动块与被动块分别套设于所述第一杆部及第二杆部，所述驱动装置驱动所述主动块于所述转动平面内转动，以同步驱动所述被动块于所述转动平面内转动；

其中，所述被动块形成一枢接孔，所述枢接孔收容所述枢接件并导引所述枢接件向所述被动块施加绕所述第二杆部转动的切向力，进而所述主动块带动所述枢接件转动而带动所述被动块同步转动。

2.根据权利要求1所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述主动块绕所述第一杆部的轴线旋转方向与所述被动块绕所述第二杆部的轴线旋转方向相反。

3.根据权利要求1所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述枢接孔为条形孔，所述枢接件为导柱。

4.根据权利要求3所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述主动块和所述被动块在所述转动平面内部分重叠的区域形成重叠区域，以及形成于所述重叠区域并贯穿所述主动块并至少部分延伸入所述条形孔内的导柱。

5.根据权利要求4所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述主动块和所述被动块分别设置第一台阶壁与第二台阶壁，所述第一台阶壁与第二台阶壁之间相对延伸并分别形成第一薄块与第二薄块，所述第一薄块与第二薄块部分重叠形成重叠区域；

所述第一台阶壁与第二薄块形成供所述第一薄块旋转的第一避让空间，所述第二台阶壁与第一薄块形成供所述第二薄块旋转的第二避让空间；

形成于所述重叠区域并贯穿所述第一薄块并至少部分延伸入所述条形孔内的导柱。

6.根据权利要求5所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述导柱包括：

贯穿所述主动块或所述第一薄块的固定杆，以及至少部分形成于所述条形孔内的轴承，所述固定杆与所述轴承枢转连接。

7.根据权利要求6所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述轴承的直径不大于所述条形孔的宽度。

8.根据权利要求1所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述驱动装置包括：

驱动电机，所述驱动电机形成连接轴，以及与所述连接轴连接的推杆，所述推杆与所述主动块远离所述被动块的一端枢转连接。

9.根据权利要求1所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述第一杆部和所述第二杆部分别形成多个第一连接杆与多个第二连接杆，所述第一连接杆与所述第二连接杆均形成机械手。

10.根据权利要求1所述的半导体设备机械臂，其特征在于，所述半导体设备机械臂还包括箱体；

所述箱体包括：

容置所述驱动装置的第一箱体，连接所述第一箱体并与所述第一箱体相通的第二箱体，所述主动块和所述被动块配置于所述第二箱体内，所述第一杆部和所述第二杆部均至少部分延伸至所述第二箱体内并分别连接所述主动块与被动块。

11.根据权利要求9所述的半导体设备机械臂，其特征在于，多个所述机械手分别沿所述第一杆部和所述第二杆部的长度方向布置，所述机械手呈向底部减缩结构且在末端形成夹持块。

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