CN117067189A - 一种手臂可升降的机械手 - Google Patents

Abstract

一种可实现手臂升降的晶圆传输机械手，包括本体单元、支撑大臂单元、支撑小臂单元、下升降臂单元、上升降臂单元、下末端执行器单元和上末端执行器单元；其中，所述支撑大臂单元可旋转且上下升降地固定在所述本体单元上；所述支撑小臂单元可旋转固定在所述支撑大臂单元上，并随着所述支撑大臂单元共同做上下升降运动，所述下升降臂单元和所述上升降臂单元可旋转且上下升降地固定在所述支撑小臂单元的升降轴上，所述下末端执行器单元和上末端执行器单元分别可旋转地固定在下升降臂单元和上升降臂单元上。因此，本发明不仅可以实现对单个工位和双工位进行晶圆取放片功能，还可以实现对水平间距可调、跨度大且存在高度差两工位晶圆的传输。

Description

一种手臂可升降的机械手

技术领域

本发明涉及属于半导体晶圆传输设备技术领域，具体涉及一种手臂可升降的半导体晶圆传输机械手。

背景技术

随着半导体产业的高速发展，前道和后道工艺设备厂对半导体自动化传输技术提出了更高更复杂的要求，尤其对与各种工艺设备配套使用的半导体设备前端模块(Equipment Front End Module，简称EFEM)和真空传输平台(Vacuum Transfer Module，简称VTM)的传输功能多样性及高产能提出了更为紧迫的要求，EFEM是实现晶圆从大气状态搬送到真空工艺腔内的过渡模块，VTM是实现将晶圆从真空传输腔到工艺反应腔的单元。

半导体自动化传输设备传输功能多样性及高产能往往取决于其内部晶圆传输机械手的搬送能力，行业内以往只需要晶圆传输机械手能够对设备内部一个工位完成取放片即可，但随着传输多样性和整机高产能需求的提高，不仅需要晶圆传输机械手能够对一个工位完成晶圆的传输，还需要晶圆传输机械手能够同时完成对两个及以上工位晶圆的取放传输。

目前行业内自动化传输设备厂商通常采用两种方法来对应：

一种方法是设计一款晶圆传输机械手，这款晶圆传输机械手具有两个同轴上下重叠且可独立旋转的末端执行器，当需要同时对两个工位进行取放晶圆时，通过控制使两个末端执行器做反向的旋转运动使两者之间形成一定的角度姿态，使两末端执行器上安装的手指与两工位间距相等，然后再进行晶圆的取放片动作。

请参阅图1-图4，图1为上述现有技术中双工位晶圆取放传输的机械手一轴侧视图；图2为上述现有技术的晶圆传输机械手一俯视图；图3为上述现有技术的晶圆传输机械手一双工位取放片俯视图；图4为上述现有技术的晶圆传输机械手一双工位取放片轴侧视图。

另外一种方法是同样设计一款晶圆传输机械手，这款晶圆传输机械手手臂末端安装一个末端执行器，该末端执行器具有固定在一起且间距与两工位间距相等的手指，当要实现对两个工位进行晶圆取放片时，只需要将末端执行器上两个手指跟两工位在取放路径上对齐，然后再进行晶圆的取放片动作就可以。

上述双工位晶圆取放传输的机械手，它是由机器人本体、机器人大臂、机器人小臂和两个末端执行器组成，其中机器人大臂可旋转地固定在机器人本体上，机器人小臂可旋转地固定在机器人大臂上，两个末端执行器同轴上下叠加可独立旋转地固定在机器人小臂上且两者之间上下的间距为定值，机器人大臂、机器人小臂和两个末端执行器组成的整个手臂部分相对于机器人本体可实现上下升降运动。

当需要同时对双工位进行晶圆取放片时，通过控制使两个末端执行器做方向的旋转运动使两者之间形成一定的角度X姿态，相应的两个末端执行器晶圆中心的间距为L，从图3中可知，当工位站上A、B、C、D四个工位之间间距为L且各工位之间高度差与两个末端执行器间距相等时，该机械手可分别实现对A和B双工位晶圆的取放，对B和C双工位晶圆的取放，对C和D双工位晶圆的取放，而当需要对A和C双工位以及B和D双工位进行晶圆取放时由于两个工位之间的跨度过大，已经超过了两个末端执行器晶圆中心的间距行程L，所以无法对应。此外，当A、B、C、D四个工位之间存在很大的高度差，这个高度差已经超过了两个末端执行器间距时，这款机械手都不能满足其中任意两个工位晶圆的同时取放。当对各工位取放片路径有限制时，由于该款机械手两个末端执行器形成了“剪刀手”姿态与各工位垂直开口路径成一定角度，要想在双工位双晶圆取放片过程中不与工位干涉，就需要工位的结构特制且开口方向受限。

请参阅图5-图8，图5为上述现有技术晶圆传输机械手的二轴侧视图；图6为上述现有技术的晶圆传输机械手二俯视图；图7为上述现有技术的晶圆传输机械手二双工位取放片俯视图；图8为上述现有技术的晶圆传输机械手二双工位取放片轴侧图。

该解决同时双工位晶圆取放传输的机械手，它也是由机器人本体、机械人大臂、机器人小臂和末端执行器组成，其中机器人大臂可旋转地固定在机器人本体上，机器人小臂可旋转地固定在机器人大臂上，末端执行器可独立旋转地固定在机器人小臂上，末端执行器存在两个可承载晶圆的手指且两者之间的间距为定值K且高度差也是定值，机器人大臂、机器人小臂和末端执行器组成的整个手臂部分相对于机器人本体可实现上下升降运动。

当需要同时对双工位进行晶圆取放片时，通过控制使末端执行器上两个手指与双工位开口对齐然后进行晶圆的取放片动作即可，从附图7中可知，当工位站上A、B、C、D四个工位之间间距为L且L与K相等时，该机械手可分别实现对A和B双工位晶圆的取放，对B和C双工位晶圆的取放，对C和D双工位晶圆的取放，而当需要对A和C双工位以及B和D双工位进行晶圆取放时由于两个工位之间的跨度2L已经超过了手指间距K，所以无法对应。此外，当A、B、C、D四个工位之间存在很大的高度差，这个高度差已经超过了两个末端执行器间距时，这款机械手同样不能满足其中任意两个工位晶圆的同时取放。当需要对单个工位晶圆进行取放片时，由于这款末端执行器的固定结构，更是无法满足的。

针对上述的第一个解决方法存在两个缺陷：

①、当需要同时取放晶圆的工位间距跨度很大时，就需要两末端执行器加长来对应，这样不仅增大了整个机器人手臂部分的运动空间，还增加了晶圆搬运过程中抖动等问题，还需要末端执行器宽度尺寸尽可能小，要不存在与工位干涉的风险，尤其是当这两个工位间距跨度非常大时，更是束手无策。

②、这种方法在两工位间距一定的情况下，晶圆的取放片路径是一定的，要想在取放片过程中不与工位干涉，就需要考虑特别复杂的工位结构和受限的开口方向。

当这两个工位存在很大的高度差时，由于晶圆传输机械手两个末端手指间距一般是固定的，更是无法对应。

针对上述的第二种解决方法同样存在三个缺陷：

①、当需要同时对两个工位且两工位的间距是变化的进行晶圆取放片时，由于晶圆传输机械手末端执行器上两个手指间距是等距的，所以对于这种工位间距是变化的无法胜任。

②、当需要同时对晶圆取放的两工位存在很大的高度差时，由于晶圆传输机械手末端执行器上两个手指的高度差是一定的，所以这于这种工位搬运需求也是束手无策的。

③、当需要对单个工位实现取放片时，由于这款末端执行的固定结构，是无法实现对单个工位晶圆进行输送的。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种手臂可升降的机械手，可实现手臂升降的晶圆传输机械手，主要的应用为了解决半导体行业内需要同时对两个工位和对单个工位进行晶圆取放片兼容功能问题，主要是为了解决当两工位存在水平间距跨度大和很大高度差时能够实现晶圆双取双放的传输问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可实现手臂升降的晶圆传输机械手，包括本体单元、支撑大臂单元、支撑小臂单元、下升降臂单元、上升降臂单元、下末端执行器单元和上末端执行器单元；其中，所述支撑大臂单元可旋转且上下升降地固定在所述本体单元上；所述支撑小臂单元可旋转固定在所述支撑大臂单元上，并随着所述支撑大臂单元共同做上下升降运动，所述下升降臂单元和所述上升降臂单元可旋转且上下升降地固定在所述支撑小臂单元的升降轴上，所述下末端执行器单元和上末端执行器单元分别可旋转地固定在下升降臂单元和上升降臂单元上。

进一步地，所述本体单元包括机器人本体、升降座和支撑大臂驱动电机组成；所述升降座可直线运动地固定在所述机器人本体上，所述支撑大臂驱动电机固定在所述升降座上，所述支撑大臂驱动电机随着所述升降座做直线升降运动。

进一步地，所述支撑大臂单元包括支撑大臂壳体、支撑小臂驱动电机、主动带轮一、传动带一和从动带轮一；所述支撑大臂壳体可旋转地固定在所述升降座，所述支撑大臂驱动电机实现对所述支撑大臂单元的旋转运动，所述支撑小臂驱动电机固定在所述支撑大臂壳体的内部，所述主动带轮一固定在所述支撑小臂驱动电机输出轴端，所述传动带一缠绕在所述主动带轮一和从动带轮一上进行了一组传动机构实现动力的传动，所述从动带轮一固定在所述支撑小臂壳体上，当所述支撑小臂驱动电机工作时实现所述支撑小臂单元绕着支撑大臂单元固定轴做旋转运动；所述支撑小臂壳体可旋转地固定在所述支撑大臂单元上。

进一步地，所述支撑小臂单元包括支撑小臂壳体、下升降臂升降电机、主动带轮二、传动带二、从动带轮二和升降轴；所述下升降臂升降电机固定在所述支撑小臂壳体内部，所述主动带轮二固定在所述下升降臂升降电机输出轴端，所述传动带二缠绕在所述主动带轮二和从动带轮二上进行了一组传动机构实现动力的传动，所述的升降轴固定在所述支撑小臂壳体上，所述从动带轮二固定在所述下升降臂丝杠驱动端，所述下升降臂升降电机工作时，通过所述主动带轮二、传动带二和从动带轮二现实所述下升降臂单元做升降运动。

进一步地，所述下升降臂单元包括下升降臂壳体、下手臂升降座、下升降臂旋转电机、主动带轮三、传动带三、从动带轮三、下升降臂丝杠、下丝杠螺母座和末端执行器驱动电机一；所述下升降臂壳体可旋转固定在所述下手臂升降座上，所述下手臂升降座可直线运动地固定在所述升降轴上，所述下升降臂旋转电机固定在所述下手臂升降座内部，所述主动带轮三固定在所述下升降臂旋转电机输出轴端，所述从动带轮三固定在所述下升降臂壳体上，所述传动带三缠绕在所述主动带轮三和从动带轮三上，所述下升降臂旋转电机工作时使所述下升降臂单元以所述升降轴为轴做旋转运动；所述下升降臂丝杠固定在所述升降轴上，所述下丝杠螺母座固定在所述下手臂升降座上，当所述下升降臂升降电机工作时会通过所述下升降臂丝杠实现所述下手臂升降座沿着所述升降轴做上下直线升降运动，以使所述下升降臂单元做升降运动。

进一步地，所述上升降臂单元包括上升降臂壳体、上手臂升降座、上升降臂旋转电机、主动带轮四、传动带四、从动带轮四、上升降臂丝杠、上丝杠螺母座、上升降臂升降电机和末端执行器驱动电机二；所述上升降臂壳体可旋转固定在所述上手臂升降座上，所述上手臂升降座可直线运动地固定在所述升降轴上，所述上升降臂旋转电机固定在所述上手臂升降座内部，所述主动带轮四固定在所述上升降臂旋转电机输出轴端，所述从动带轮四固定在所述上升降臂壳体上，所述传动带四缠绕在所述主动带轮四和从动带轮四上进行了一组传动机构实现动力的传动，所述上升降臂旋转电机工作时可实现所述上升降臂单元以所述升降轴为轴做旋转运动；所述上升降臂丝杠固定在所述升降轴上，所述上丝杠螺母座固定在所述上手臂升降座上，所述上升降臂升降电机输出轴固定在上升降臂丝杠驱动端；当所述上升降臂升降电机工作时，所述上升降臂丝杠使所述上手臂升降座沿着所述升降轴做上下直线升降运动，进而同步实现所述上升降臂单元做升降运动，所述上升降臂升降电机固定在所述升降轴顶端位置；所述上末端执行器驱动电机二固定在所述上升降臂壳体内部，所述上末端执行器单元固定在所述末端执行器驱动电机二的输出轴端，当所述上末端执行器驱动电机二工作时可实现所述上末端执行器单元做旋转运动。

进一步地，所述上升降臂单元和下升降臂单元以所述升降轴为旋转轴同心且上下布置，所述下升降臂单元的所述下末端执行器单元为正装姿态，而所述上升降臂单元的所述上末端执行器单位为倒装姿态，以使下升降臂单元和上升降臂单元间距尽可能小。

进一步地，所述上升降臂单元和下升降臂单元可沿所述升降轴做上下直线升降运动且有一预定行程；当所述下升降臂单元处于所述预定行程的最低位置而上升降臂单元处于所述预定行程的最高位置时，所述下升降臂单元的下末端执行器单元与所述上升降臂单元的上末端执行器单元之间的间距最大；当所述下升降臂单元处于其行程的最高位置而上升降臂单元处于其行程的最低位置时，所述下升降臂单元的下末端执行器单元与所述上升降臂单元的上末端执行器单元之间的间距最小。

进一步地，所述晶圆传输机械手用于给双工位提供取放传输；当双工位相对于晶圆传输机械手的相对水平等距时，所述下升降臂单元和上升降臂单元的臂长LA是相等的，而当双工位相对于晶圆传输机械手的取放距离是不等时，两者也可以不等长，支撑大臂单元和支撑小臂单元的手臂臂长LB需要相等，而所述支撑大臂单元和所述支撑小臂单元的手臂臂长LB与所述上升降臂单元和所述下升降臂单元的臂长LA相等或不等。

进一步地，所述下末端执行器单元和上末端执行器单元把持负载的形式为被动摩擦式、边缘夹持式、真空吸附式或伯努利式。

与现有技术相比具有如下优点：

本发明提供了一种可实现手臂升降的晶圆传输机械手，不仅可以实现对单个工位和双工位进行晶圆取放片功能，还可以实现对水平间距可调、跨度大且存在高度差两工位晶圆的传输。本发明兼容性强，调节方便，不仅适用于大气机械手还适用于真空机械手，适用行业范围广泛，即可应用于IC行业，也可应用于LED等其他泛半导体行业。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的晶圆传输机械手一轴侧视图

图2为现有技术的晶圆传输机械手一俯视图

图3为现有技术的晶圆传输机械手一双工位取放片俯视图

图4为现有技术的晶圆传输机械手一双工位取放片轴侧视图

图5为现有技术晶圆传输机械手的二轴侧视图

图6为现有技术的晶圆传输机械手二俯视图

图7为现有技术的晶圆传输机械手二双工位取放片俯视图

图8为现有技术的晶圆传输机械手二双工位取放片轴侧图

图9为本发明可实现手臂升降的晶圆传输机械手的内部结构示意图

图10为本发明可实现手臂升降的晶圆传输机械手的各单元运动示意图

图11为本发明可实现手臂升降的晶圆传输机械手的轴侧视图

图12为本发明可实现手臂升降的晶圆传输机械手的俯视图

图13为本发明实施例中机械手升降臂极限位置示意图一

图14为本发明实施例中机械手升降臂极限位置示意图二

附图15为本发明实施例中机械手HOME位置轴侧视图

附图16为本发明实施例中机械手HOME位置俯视图

附图17为本发明实施例中机械手双工位取放片俯视图一

附图18为本发明实施例中机械手双工位取放片轴侧视图一

附图19为本发明实施例中机械手双工位取放片俯视图二

附图20为本发明实施例中机械手双工位取放片轴侧视图二

附图21为本发明实施例中机械手双工位取放片俯视图三

附图22为本发明实施例中机械手双工位取放片轴侧视图三

附图23为本发明实施例中机械手单工位双手取放片俯视图

附图24为本发明实施例中机械手单工位双手取放片轴侧视图

附图25为本发明实施例中机械手单工位单手取放片轴侧视图

附图26为本发明实施例中机械手在晶圆传输系统中取放片示意图一

附图27为本发明实施例中机械手在晶圆传输系统中取放片示意图二

附图28为本发明实施例中机械手在晶圆传输系统中取放片示意图三

附图29为本发明机械手在晶圆传输系统中取放片示意图四

附图标记：

1机器人本体；2升降座；3支撑大臂驱动电机；4支撑大臂壳体；5支撑小臂驱动电机；6主动带轮一；7传动带一；8从动带轮一；9支撑小臂壳体；10下升降臂升降电机；11主动带轮二；12传动带二；13从动带轮二；14升降轴；15下升降臂壳体；16下手臂升降座；17下升降臂旋转电机；18主动带轮三；19传动带三；20从动带轮三；21下升降臂丝杠；22下丝杠螺母座；23末端执行器驱动电机一；24上升降臂壳体；25上手臂升降座；26上升降臂旋转电机；27主动带轮四；28传动带四；29从动带轮四；30上升降臂丝杠；31上丝杠螺母座；32上升降臂升降电机；33末端执行器驱动电机二；34手指安装臂；35手指；

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的机构或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、机构、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

需要说明的是，本发明的臂可升降的晶圆传输机械手不局限于半导体大气和真空机械手的应用，也可以应用于其他传动设备，如医疗器械中手术机器人的应用等。

本发明机械手的应用行业不局限于集成电路产业，也可以应用到泛半导体的其他产业，如平板显示、LED、太阳能电池、医疗器械、食品传输等产业。

基于本发明机械手的晶圆传输系统的工位站数量和布局不局限于本发明具体实施例介绍的，也可以是其他同时需要单工位单双片晶圆和双工位双片晶圆进行取放的系统，特别是对于两工位存在水平间距跨度大且高度差的取放片系统。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图9-29对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

请参阅附图9-11，图9为本发明可实现手臂升降的晶圆传输机械手的内部结构示意图，图10为本发明可实现手臂升降的晶圆传输机械手的各单元运动示意图，图11为本发明可实现手臂升降的晶圆传输机械手的轴侧视图。

如图所示，该一种可实现手臂升降的晶圆传输机械手，包括本体单元、支撑大臂单元、支撑小臂单元、下升降臂单元、上升降臂单元、下末端执行器单元和上末端执行器单元，下末端执行器单元由下升降臂单元支撑，上末端执行器单元由上升降臂单元支撑。其中，所述支撑大臂单元可旋转且上下升降地固定在所述本体单元上；所述支撑小臂单元可旋转固定在所述支撑大臂单元上，并随着所述支撑大臂单元共同做上下升降运动，所述下升降臂单元和所述上升降臂单元可旋转且上下升降地固定在所述支撑小臂单元的升降轴上，所述下末端执行器单元和上末端执行器单元分别可旋转地固定在下升降臂单元和上升降臂单元上。

在本发明的实施例中，本体单元可以由机器人本体1、升降座2和支撑大臂驱动电机3组成；本发明的实施例中，升降座2可直线运动地固定在机器人本体1上，支撑大臂驱动电机3固定在升降座2上，支撑大臂驱动电机3可随着升降座2做直线升降运动，这里实现升降座2做直线升降运动的驱动机构不做限制。

进一步地，支撑大臂单元可以由支撑大臂壳体4、支撑小臂驱动电机5、主动带轮一6、传动带一7和从动带轮一8组成。

在本发明的实施例中，支撑大臂壳体4可旋转地固定在升降座2，支撑大臂驱动电机3可实现对所述支撑大臂单元的旋转运动，支撑小臂驱动电机5固定在支撑大臂壳体4的内部，主动带轮一6固定在支撑小臂驱动电机5输出轴端，传动带一7缠绕在主动带轮一6和从动带轮一上进行了一组传动机构实现动力的传动，从动带轮一8固定在支撑小臂壳体9上，当支撑小臂驱动电机5工作时可实现所述支撑小臂单元绕着支撑大臂单元固定轴做旋转运动。支撑小臂壳体9可旋转地固定在所述支撑大臂单元上，下升降臂升降电机10固定在支撑小臂壳体9内部，主动带轮二11固定在下升降臂升降电机10输出轴端，传动带二12缠绕在主动带轮二11和从动带轮二上进行了一组传动机构实现动力的传动，升降轴14固定在支撑小臂壳体9上，从动带轮二13固定在下升降臂丝杠21驱动端，下升降臂升降电机10工作时，通过上述传动机构可现实所述下升降臂单元做升降运动。

进一步地，支撑小臂单元可以由支撑小臂壳体9、下升降臂升降电机10、主动带轮二11、传动带二12、从动带轮二13、升降轴14组成，下升降臂单元可以由下升降臂壳体15、下手臂升降座16、下升降臂旋转电机17、主动带轮三18、传动带三19、从动带轮三20、下升降臂丝杠21、下丝杠螺母座22和末端执行器驱动电机一23组成；上升降臂单元由上升降臂壳体24、上手臂升降座25、上升降臂旋转电机26、主动带轮四27、传动带四28、从动带轮四29、上升降臂丝杠30、上丝杠螺母座31、上升降臂升降电机32和末端执行器驱动电机二33；下末端执行器单元和上末端执行器单元可以分别由手指安装臂34和手指35组成。

本发明的实施例中，下升降臂壳体15可旋转固定在下手臂升降座16上，下手臂升降座16可直线运动地固定在升降轴14上，下升降臂旋转电机17固定在下手臂升降座16内部，主动带轮三19固定在下升降臂旋转电机17输出轴端，从动带轮三20固定在下升降臂壳体15上，传动带三19缠绕在主动带轮三18和从动带轮三19上进行了一组传动机构实现动力的传动，下升降臂旋转电机17工作时可实现所述下升降臂单元以升降轴14为轴做旋转运动。下升降臂丝杠21固定在升降轴14上，下丝杠螺母座22固定在下手臂升降座16上，当下升降臂升降电机10工作时会通过下升降臂丝杠21实现下手臂升降座16沿着升降轴14做上下直线升降运动，进而同步实现所述下升降臂单元做升降运动。末端执行器驱动电机一23固定在下升降臂壳体15内部，所述末端执行器单元固定在末端执行器驱动电机一23的输出轴端，当末端执行器驱动电机一23工作时可实现所述末端执行器单元做旋转运动。

同样地，本发明的实施例中，上升降臂壳体24可旋转固定在上手臂升降座25上，上手臂升降座25可直线运动地固定在升降轴14上，上升降臂旋转电机26固定在上手臂升降座25内部，主动带轮四27固定在上升降臂旋转电机26输出轴端，从动带轮四29固定在上升降臂壳体24上，传动带四28缠绕在主动带轮四27和从动带轮四29上进行了一组传动机构实现动力的传动，上升降臂旋转电机26工作时可实现所述上升降臂单元以升降轴14为轴做旋转运动。上升降臂丝杠30固定在升降轴14上，上丝杠螺母座31固定在上手臂升降座25上，上升降臂升降电机32输出轴固定在上升降臂丝杠30驱动端，当上升降臂升降电机32工作时会通过上升降臂丝杠30实现上手臂升降座25沿着升降轴14做上下直线升降运动，进而同步实现所述上升降臂单元做升降运动，上升降臂升降电机32固定在升降轴14顶端位置。末端执行器驱动电机二33固定在所述上升降臂壳体内部，所述末端执行器单元固定在末端执行器驱动电机二33的输出轴端，当末端执行器驱动电机二33工作时可实现所述末端执行器单元做旋转运动。

本发明的实施例中，所述上升降臂单元和下升降臂单元以升降轴14为旋转轴同心且上下布置，所述下升降臂单元的所述末端执行器单元为正装姿态，而所述上升降臂单元的所述末端执行器单位为倒装姿态，目的为了实现下升降臂单元和上升降臂单元间距尽可能小。

所述上升降臂单元和下升降臂单元可沿升降轴14做上下直线升降运动且有一预定的行程；当所述下升降臂单元处于其行程的最低位置而上升降臂单元处于其行程的最高位置时，下升降臂单元和上升降臂单元的两个末端执行器的间距最大，当所述下升降臂单元处于其行程的最高位置而上升降臂单元处于其行程的最低位置时，下升降臂单元和上升降臂单元的两个末端执行器的间距最小而不会出现干涉的情况。

其中，所述下升降臂单元和上升降臂单元可绕升降轴14做旋转运动，所述下升降臂单元和上升降臂单元可沿升降轴14做直线升降运动。

本发明的实施例中，所述支撑大臂单元、支撑小臂大院、下升降臂单元、上升降臂单元和末端执行器单元组成了SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)多关节型机器人手臂，当支撑大臂驱动电机3工作时可实现整个手臂部分的旋转运动，当支撑小臂驱动电机5工作时可实现支撑小臂单元、下升降臂单元、上升降臂单元和末端执行器单位整体做旋转运动，当下升降臂升降电机10工作时可实现所述下升降臂单元做上下直线运动，当下升降臂旋转电机17工作时可实现所述下升降臂单元做旋转运动，当上升降臂升降电机32工作时可实现所述上升降臂单元做上下直线运动，当上升降臂旋转电机26工作时可实现所述上升降臂单元做旋转运动，当上述各电机组合工作时可实现所述机械手手臂形成不同的姿态进而实现对不同工位晶圆的取放片动作。

请参阅图12-14，图12为本发明可实现手臂升降的晶圆传输机械手的俯视图，图13为本发明实施例中机械手升降臂极限位置示意图一，图14为本发明实施例中机械手升降臂极限位置示意图二。

如图所示，通过支撑大臂驱动电机3、支撑小臂驱动电机5、下升降臂升降电机10、下升降臂旋转电机17、上升降臂旋转电机26、上升降臂升降电机32、末端执行器驱动电机一23和末端执行器驱动电机二33可实现本发明机械手形成该双工位晶圆取放片姿态，此时上升降臂单元的末端执行器和下升降臂单元的末端执行器晶圆中心间距为M，这里M根据实际需求是可变的而不是定值，由于上升降臂和下升降臂单元可以做升降运动，所以两末端执行器的高度差也是可变的，两末端执行器之间的距离最大值为S，最小值为N。

请参阅图15-16，附图15为本发明实施例中机械手HOME位置轴侧视图；附图16为本发明实施例中机械手HOME位置俯视图。

请参阅图17-18，图17为本发明实施例中机械手双工位取放片俯视图一；图18为本发明实施例中机械手双工位取放片轴侧视图一。

如图17-18所示，工位站上存在A、B、C、D四个工位，其中B、C、D三个工位高度相同，而A工位的高度相比于其他工位存在很大的高度差H，A、B、C、D四个工位之间的间距为L，当需要本发明中的机械手到工位A和C工位取放片时，只需要将上升降臂单元升降到指定位置使其末端执行器与下升降臂单元上的末端执行器高度差与A和C工位高度差H相同，然后进行取放片即可，这里需要满足S≥H才可以。

假设这里工位站工位之间的间距为V，其中V＝L、2L或者3L，当本发明中的机械手两末端执行器间距M≥V时且这两个工位之间的高度差小于等于两末端执行器高度差范围时就可以对任意两个工位进行双晶圆取放片传输。如图17-22所示，本发明机械手分别能够实现对工位站上A和C工位、B和D工位以及C和D工位的双工位晶圆的取放片传输。

请参阅图19-22，附图19为本发明实施例中机械手双工位取放片俯视图二；附图20为本发明实施例中机械手双工位取放片轴侧视图二；附图21为本发明实施例中机械手双工位取放片俯视图三；附图22为本发明实施例中机械手双工位取放片轴侧视图三。

请参阅图23-24，附图23为本发明实施例中机械手单工位双手取放片俯视图；附图24为本发明实施例中机械手单工位双手取放片轴侧视图。

本发明的实施例中，机械手属于各运动轴独立驱动的，各电机组合工作使机械手不仅可以实现两个水平间距可调、跨度大且高度差大工位晶圆的传输，还可以实现对单个工位双片晶圆的取放片传输。

除此之外，本发明的实施例中，机械手还可以实现对单个工位单片晶圆的取放片传输，另外一个升降臂单元保持与支撑臂单元轴线重合实现避让。

总之，无论是双工位两水平间距可调、跨度大且存在高度差双工位晶圆取放、还是单工位双片晶圆和单片晶圆的取放都可以胜任。

进一步的，请参阅图25，附图25为本发明实施例中机械手单工位单手取放片轴侧视图。本发明的实施例中，机械手虽然本体单元有升降功能，但是本发明的手臂部分具有独立的升降功能，这就无形中增大了机械手的升降轴行程和取放片高度范围，另外，在进行晶圆取放片动作时手臂部分完全可以实现晶圆在工位取放片所需的伸进、下降、缩回、上升等一系列动作而无需本体单元升降功能的介入。

请参阅图26-29，附图26为本发明实施例中机械手在晶圆传输系统中取放片示意图一；附图27为本发明实施例中机械手在晶圆传输系统中取放片示意图二；附图28为本发明实施例中机械手在晶圆传输系统中取放片示意图三；附图29为本发明机械手在晶圆传输系统中取放片示意图四。

如附图26-29所示，其介绍了一种基于本发明中的机械手的晶圆传输系统，该系统存在四个工位站，这四个工位站以机械手为中心分布于其上下左右，每个工位站分别具有四个工位，其中工位站中B、C、D三个工位等高，A工位与B、C、D存在高度差，类型地，工位站二的E工位、工位站三的P工位、工位站四的Q工位与工位站一A工位等高，各工位站其余工位均等高，各工位站各工位之间的间距均相等。

该系统要求机械手能够实现各工位站各工位之间晶圆能够实现单工位单片以及双工位双片晶圆的传输搬运，如图28-29给出了本发明中机械手实现工位站四R和Q双工位的取放片，此外，该机械手还可以实现U和R工位、T和U工位、T和R工位、U和Q工位的双工位取放片，还可以实现对T、U、R和Q单工位单片晶圆传输。

类似地，在本发明的实施例中，机械手可以实现工位站三的P和O、P和W、O和J、O和W、W和J工位的双工位取放片，还可以实现对P、O、W和J单工位单片晶圆传输，本发明中机械手可以实现工位站二的E和F、E和G、F和G、F和I、G和I工位的双工位取放片，还可以实现对E、F、G和I单工位单片晶圆传输。

进一步地，所述末端执行器不局限于上末端执行器和/或下末端执行器，在安装空间允许和实际应用需求下，也可以是多个。另外，末端执行器也可以是带有晶圆翻转功能的末端执行器。

进一步地，所述升降臂单元的数量不局限于1个，在安装空间允许和实际应用需求下，也可以是多个。

进一步，双工位相对于机械手的相对水平等距的，下升降臂单元和上升降臂单元的臂长LA是相等的，而当双工位相对于机械手的取放距离是不等时，两者也可以不等长，支撑大臂单元和支撑小臂单元的手臂臂长LB需要相等，而支撑大臂单元和支撑小臂单元的手臂臂长LB可以与上升降臂单元和下升降臂单元的臂长LA不等，也可以相等。

并且，在本发明的实施例中，实现下升降臂单元和上升降臂单元升降结构不局限于本发明实施例介绍的丝杠传动机构，也可以是具体同样功能的其他传动结构。

本发明机械手的负载不局限于硅基半导体及化合物半导体所用的晶圆片，也可以是其他行业以蓝宝石、石英等为材质形状类似于晶圆片的衬底。

基于本发明实施例中机械手的晶圆传输系统的工位站数量和布局不局限于本发明具体实施例介绍的，也可以是其他同时需要单工位单双片晶圆和双工位双片晶圆进行取放的系统，特别是对于两工位存在水平间距跨度大且高度差的取放片系统。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种可实现手臂升降的晶圆传输机械手，其特征在于，包括本体单元、支撑大臂单元、支撑小臂单元、下升降臂单元、上升降臂单元、下末端执行器单元和上末端执行器单元；其中，所述支撑大臂单元可旋转且上下升降地固定在所述本体单元上；所述支撑小臂单元可旋转固定在所述支撑大臂单元上，并随着所述支撑大臂单元共同做上下升降运动，所述下升降臂单元和所述上升降臂单元可旋转且上下升降地固定在所述支撑小臂单元的升降轴上，所述下末端执行器单元和上末端执行器单元分别可旋转地固定在下升降臂单元和上升降臂单元上。

2.根据权利要求1所述的可实现手臂升降的晶圆传输机械手，其特征在于，所述本体单元包括机器人本体、升降座和支撑大臂驱动电机组成；所述升降座可直线运动地固定在所述机器人本体上，所述支撑大臂驱动电机固定在所述升降座上，所述支撑大臂驱动电机随着所述升降座做直线升降运动。

3.根据权利要求1所述的手臂可升降的机械手，其特征在于，所述支撑大臂单元包括支撑大臂壳体、支撑小臂驱动电机、主动带轮一、传动带一和从动带轮一；所述支撑大臂壳体可旋转地固定在所述升降座，所述支撑大臂驱动电机实现对所述支撑大臂单元的旋转运动，所述支撑小臂驱动电机固定在所述支撑大臂壳体的内部，所述主动带轮一固定在所述支撑小臂驱动电机输出轴端，所述传动带一缠绕在所述主动带轮一和从动带轮一上进行了一组传动机构实现动力的传动，所述从动带轮一固定在所述支撑小臂壳体上，当所述支撑小臂驱动电机工作时实现所述支撑小臂单元绕着支撑大臂单元固定轴做旋转运动；所述支撑小臂壳体可旋转地固定在所述支撑大臂单元上。

4.根据权利要求1所述的手臂可升降的机械手，其特征在于，所述支撑小臂单元包括支撑小臂壳体、下升降臂升降电机、主动带轮二、传动带二、从动带轮二和升降轴；所述下升降臂升降电机固定在所述支撑小臂壳体内部，所述主动带轮二固定在所述下升降臂升降电机输出轴端，所述传动带二缠绕在所述主动带轮二和从动带轮二上进行了一组传动机构实现动力的传动，所述的升降轴固定在所述支撑小臂壳体上，所述从动带轮二固定在所述下升降臂丝杠驱动端，所述下升降臂升降电机工作时，通过所述主动带轮二、传动带二和从动带轮二现实所述下升降臂单元做升降运动。

5.根据权利要求1所述的可实现手臂升降的晶圆传输机械手，其特征在于，所述下升降臂单元包括下升降臂壳体、下手臂升降座、下升降臂旋转电机、主动带轮三、传动带三、从动带轮三、下升降臂丝杠、下丝杠螺母座和末端执行器驱动电机一；所述下升降臂壳体可旋转固定在所述下手臂升降座上，所述下手臂升降座可直线运动地固定在所述升降轴上，所述下升降臂旋转电机固定在所述下手臂升降座内部，所述主动带轮三固定在所述下升降臂旋转电机输出轴端，所述从动带轮三固定在所述下升降臂壳体上，所述传动带三缠绕在所述主动带轮三和从动带轮三上，所述下升降臂旋转电机工作时使所述下升降臂单元以所述升降轴为轴做旋转运动；所述下升降臂丝杠固定在所述升降轴上，所述下丝杠螺母座固定在所述下手臂升降座上，当所述下升降臂升降电机工作时会通过所述下升降臂丝杠实现所述下手臂升降座沿着所述升降轴做上下直线升降运动，以使所述下升降臂单元做升降运动。

6.根据权利要求1所述的可实现手臂升降的晶圆传输机械手，其特征在于，所述上升降臂单元包括上升降臂壳体、上手臂升降座、上升降臂旋转电机、主动带轮四、传动带四、从动带轮四、上升降臂丝杠、上丝杠螺母座、上升降臂升降电机和末端执行器驱动电机二；所述上升降臂壳体可旋转固定在所述上手臂升降座上，所述上手臂升降座可直线运动地固定在所述升降轴上，所述上升降臂旋转电机固定在所述上手臂升降座内部，所述主动带轮四固定在所述上升降臂旋转电机输出轴端，所述从动带轮四固定在所述上升降臂壳体上，所述传动带四缠绕在所述主动带轮四和从动带轮四上进行了一组传动机构实现动力的传动，所述上升降臂旋转电机工作时可实现所述上升降臂单元以所述升降轴为轴做旋转运动；所述上升降臂丝杠固定在所述升降轴上，所述上丝杠螺母座固定在所述上手臂升降座上，所述上升降臂升降电机输出轴固定在上升降臂丝杠驱动端；当所述上升降臂升降电机工作时，所述上升降臂丝杠使所述上手臂升降座沿着所述升降轴做上下直线升降运动，进而同步实现所述上升降臂单元做升降运动，所述上升降臂升降电机固定在所述升降轴顶端位置；所述上末端执行器驱动电机二固定在所述上升降臂壳体内部，所述上末端执行器单元固定在所述末端执行器驱动电机二的输出轴端，当所述上末端执行器驱动电机二工作时可实现所述上末端执行器单元做旋转运动。

7.根据权利要求1所述的可实现手臂升降的晶圆传输机械手，其特征在于，所述上升降臂单元和下升降臂单元以所述升降轴为旋转轴同心且上下布置，所述下升降臂单元的所述下末端执行器单元为正装姿态，而所述上升降臂单元的所述上末端执行器单位为倒装姿态，以使下升降臂单元和上升降臂单元间距尽可能小。

8.根据权利要求1所述的可实现手臂升降的晶圆传输机械手，其特征在于，所述上升降臂单元和下升降臂单元可沿所述升降轴做上下直线升降运动且有一预定行程；当所述下升降臂单元处于所述预定行程的最低位置而上升降臂单元处于所述预定行程的最高位置时，所述下升降臂单元的下末端执行器单元与所述上升降臂单元的上末端执行器单元之间的间距最大；当所述下升降臂单元处于其行程的最高位置而上升降臂单元处于其行程的最低位置时，所述下升降臂单元的下末端执行器单元与所述上升降臂单元的上末端执行器单元之间的间距最小。

9.根据权利要求1所述的可实现手臂升降的晶圆传输机械手，其特征在于，所述晶圆传输机械手用于给双工位提供取放传输；当双工位相对于晶圆传输机械手的相对水平等距时，所述下升降臂单元和上升降臂单元的臂长LA是相等的，而当双工位相对于晶圆传输机械手的取放距离是不等时，两者也可以不等长，支撑大臂单元和支撑小臂单元的手臂臂长LB需要相等，而所述支撑大臂单元和所述支撑小臂单元的手臂臂长LB与所述上升降臂单元和所述下升降臂单元的臂长LA相等或不等。

10.根据权利要求1所述的可实现手臂升降的晶圆传输机械手，其特征在于，所述下末端执行器单元和上末端执行器单元把持负载的形式为被动摩擦式、边缘夹持式、真空吸附式或伯努利式。