CN209071293U - 一种晶圆移动机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆移动机械手，由软件和控制器控制其移动轨迹，包括：固定支架；升降驱动机构，升降驱动机构安装在述固定支架上；手臂驱动机构，手臂驱动机构与固定支架滑动连接，并与升降驱动机构传动连接；旋转驱动机构，旋转驱动机构设在固定支架中，与手臂驱动机构转动连接；执行机构，执行机构包括移动主臂和移动副臂；移动主臂一端可枢转的连接在手臂驱动机构的上端，移动主臂的另一端与移动副臂的连接端旋转连接，移动副臂的自由端安装有晶圆吸盘组件。本实用新型动力直接从驱动电机发出，只经过一级同步带的减速，减少了中间动力传递的过程，降低了整体结构的复杂程度与整体重量，提高机械手的定位精度，传递效率。

Description

一种晶圆移动机械手

技术领域

本实用新型涉及半导体设备技术领域，更具体的说是涉及一种晶圆移动机械手。

背景技术

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆，晶圆是生产集成电路所用的载体，是最常用的半导体材料，按其直径分为6英寸、8英寸等规格，晶圆规格越大，同一晶圆上可生产的IC就越多，但对晶圆生产技术的要求也就越高。在生产晶圆的过程当中，将晶圆从一个工作平台转移至另一个工作平台，多采用人工手持晶圆进行搬运，效率低，稳定性差，极易因工作人员的操作不当使晶圆划破或断裂，影响晶圆品质，严重时导致晶圆报废。

但是，现有机械手往往结构复杂，并且运转不灵活，不能同时满足水平和竖直方向的移动，而且驱动部分到手臂的执行部分连接过于冗长，降低了机械手的灵活性和工作效率，也影响晶圆本身的加工精度。

因此，如何提供一种运动灵活、平稳准确的搬运晶圆的机械手，是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种晶圆移动机械手，以提高晶圆移动过程的灵活性和稳定性，提高工作效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种晶圆移动机械手，包括：固定支架；升降驱动机构，所述升降驱动机构安装在所述固定支架上；

手臂驱动机构，所述手臂驱动机构与所述固定支架滑动连接，并与所述升降驱动机构传动连接；

旋转驱动机构，所述旋转驱动机构设在所述固定支架中，且与所述手臂驱动机构转动连接；

执行机构，所述执行机构包括移动主臂和移动副臂；所述移动主臂一端与所述手臂驱动机构的输出端传动连接，所述移动主臂的另一端与所述移动副臂的连接端传动连接，所述移动副臂上靠近其自由端的位置上安装晶圆吸盘组件。

本实用新型的有益效果是，与现有技术相比，本实用新型设置旋转驱动机构和升降驱动机构，控制手臂驱动机构的水平和竖直方位的移动，进一步实现了执行机构对晶圆不同方向上的移动，传动灵活、平稳。

优选的，所述手臂驱动机构包括：壳体、传动轴、电机固定架和旋转电机；所述升降驱动机构和所述旋转驱动机构分别与所述壳体的底部传动连接；

所述传动轴垂直贯穿所述壳体的顶面且通过轴承与所述壳体连接；

所述电机固定架安装在所述壳体内部，所述旋转电机安装在所述电机固定架内，所述旋转电机的输出端与所述传动轴一端传动连接；所述移动主臂的一端与所述传动轴的另一端传动连接。

优选的，所述手臂驱动机构还包括小带轮和大带轮，所述小带轮固定在所述旋转电机的输出轴上；所述大带轮固定在所述传动轴的一端，所述小带轮和所述大带轮传动连接。

采用上述方案的有益效果是，动力直接从旋转电机发出，仅经过一级同步带的减速，由传动轴直接将动力传递到手臂执行部分，与现有晶圆移动机械手相比，本实用新型减少了动力传输的中间过程，降低了整体结构的复杂程度与整体质量，提高了传动效率。

优选的，还包括连接轴，所述移动主臂的另一端与所述移动副臂的连接端通过所述连接轴传动连接。

优选的，还包括晶圆吸盘组件旋转驱动机构，所述圆吸盘组件旋转驱动机构与所述传动轴的另一端传动连接。

优选的，所述圆吸盘组件旋转驱动机构包括第一从动轮、第二从动轮、第三从动轮、旋转轴及第四从动轮，所述移动主臂和所述移动副臂均为中空结构；

所述第一从动轮套设固定在所述传动轴另一端且位于所述移动主臂一端内部；

所述连接轴两端分别通过轴承对应安装在移动主臂另一端和移动副臂的连接端内；所述第二从动轮、第三从动轮分别固定在所述连接轴的两端，且分别位于所述移动主臂一端内部和所述移动副臂的连接端内部；

所述旋转轴一端通过轴承安装所述移动副臂靠近自由端的内部；所述晶圆吸盘组件安装在所述旋转轴的另一端；

所述第四从动轮固定在所述旋转轴上且位于所述移动副臂的自由端内部；所述第一从动轮和第二从动轮，第三从动轮和第四从动轮通过皮带传动连接；

所述传动轴、所述连接轴及所述旋转轴的中心轴线平行布置。

采用上述方案的有益效果是，通过传动轮的转动实现了移动主臂和移动副臂在水平方向的旋转移动，且动力直接由传动轮传递给移动主臂和移动副臂，传动效率高；传动轴、连接轴及旋转轴的中心轴线相互平行，确保了执行机构灵活传动，平稳运行。

优选的，所述升降驱动机构包括滚珠丝杠、电机a、第一传动轮和第二传动轮；

所述电机固定在所述固定支架的底部，所述电机a的动力输出轴连接有第一传动轮；

所述第一传动轮与所述第二传动轮传动连接；

所述第二传动轮与所述滚柱丝杠传动连接；

所述滚珠丝杠贯穿所述壳体的底部，并与所述手臂驱动机构固定连接。

优选的，所述旋转驱动机构包括电机b、第三传动轮、第四传动轮、安装轴、轴承和轴承固定座；

所述电机b安装在所述固定支架的底部，所述电机b的动力输出轴连接有第三传动轮；

所述轴承固定座与所述手臂驱动机构固定连接；所述轴承安装在所述轴承固定座中，且所述轴承内套设所述安装轴；

所述安装轴一端固定连接所述第四传动轮，所述第四传动轮与所述第三传动轮通过皮带传动连接；

所述安装轴的另一端与所述手臂驱动机构固定连接。

采用上述方案的有益效果是，转动力直接由电机b发出，经过一级传动减速，减少了多余的动力传输部分，提高了传动效率。

优选的，所述固定支架的内壁上竖直设有一组导轨，所述导轨对称安装；所述壳体外侧与所述导轨一一对应设有滑动组件，所述导轨与所述滑动组件滑动连接。

采用上述方案的有益效果是，采用滚珠丝杠和第二传动轮传动连接，滚珠丝杠的法兰盘与壳体底部固定连接，丝杠贯穿壳体底部将水平旋转运动转换为上下的直线运动，其固定座和壳体底部固定在一起，实现了手臂驱动机构和执行机构的上下运动；设置的滑动组件和导轨保证了上下垂直运动的稳定性，且滑动组件起到了降低摩擦力和提高传动效率的作用。

优选的，还包括控制器、第一位移传感器和第二位移传感器，所述导轨和所述大带轮一侧均设有传感器安装板；

所述第一位移传感器和所述第二位移传感器对应安装在所述传感器安装板上，并与所述控制器通讯连接；所述滑动组件上设有第一传感器挡片，所述大带轮上设有第二传感器挡片，所述第一传感器挡片与所述第一位移传感器位置对应且可滑动接触，所述第二传感器挡片与所述第二位移传感器位置对应且可旋转接触；所述控制器与升降驱动机构和手臂驱动机构通信连接。

采用上述方案的有益效果是，位移传感器限制了机械手在水平方向和竖直方向的运动范围，使执行机构定位准确，既保护了运动机构又提高了工作效率。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型提供了一种晶圆移动机械手，机械手的各驱动机构的驱动力只经过一级传动实现减速，减少了中间动力传递的过程，降低了整体结构的复杂程度与整体重量，同时设置的位移传感器限制了运动范围，既保护运动机构，又实现了运动范围的可调性，且导轨设为两个，对称设置在固定机架的两侧，保证了受力均匀及手臂驱动机构的运动的平稳性，本实用新型减少了各驱动机构运动过程中所产生的运动惯量，提高机械手的定位精度，传递效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型一种晶圆移动机械手的固定支架的结构示意图；

图2附图为本实用新型一种晶圆移动机械手的手臂驱动机构的立体结构示意图；

图3附图为本实用新型一种晶圆移动机械手的执行机构的剖视图；

图4附图为本实用新型一种晶圆移动机械手的整体结构示意图；

图5附图为本实用新型一种晶圆移动机械手的张紧装置的结构示意图。

图中：1-固定支架；2-升降驱动机构；3-手臂驱动机构；4-旋转驱动机构；5-执行机构；6-位移传感器；7-位移传感器；8-主臂张紧轮；9-副臂张紧轮；21-电机a；22-第一传动轮；23-第二传动轮；24-导轨；31-壳体；32-电机固定架；33-小带轮；34-大带轮；35-传动轴；35-旋转电机；41-电机b；42-第三传动轮；43-第四传动轮；51-移动主臂；52-移动副臂；53-第一从动轮；54-连接轴；55-第二从动轮；56-第三从动轮；57-第四从动轮；58-旋转轴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种晶圆移动机械手，由软件和控制器控制其移动轨迹，包括：固定支架1；升降驱动机构2安装在固定支架1上；手臂驱动机构3与固定支架1滑动连接，并与升降驱动机构2传动连接；旋转驱动机构4设在固定支架1中，与手臂驱动机构3传动连接；

执行机构5包括移动主臂51和移动副臂52；移动主臂51一端与手臂驱动机构3的输出端传动连接，移动主臂51的另一端与移动副臂52的连接端传动连接，移动副臂52上靠近自由端位置上安装有晶圆吸盘组件。由此，旋转驱动机构4和升降驱动机构2，控制手臂驱动机构3的水平和竖直方位的移动，进一步实现了执行机构5对晶圆在不同方向上的移动。

在一些实施例中，手臂驱动机构3包括壳体31、电机固定架32、小带轮33、大带轮34和传动轴35；传动轴35贯穿壳体31的顶部，并与轴承配合安装可转动的安装在壳体31的顶部，且传动轴35位于壳体31内的一端连接有大带轮34，大带轮34的轮缘两侧设有传感器安装板，传感器安装板上安装第二位移传感器7，大带轮34上固定有第二传感器挡片，当大带轮34转动时，第二传感器挡片随之运动，当第二传感器挡片运动到第二位移传感器7位置时发生接触，第二传感器挡片挡在位移传感器6的两个工作点之间，改变了第二位移传感器7的信号发送接收状态，会触发信号给控制器，控制器收到信号后，输出停止驱动信号给手臂驱动机构3的旋转电机36，使其停止转动从而停止机械手的水平方向的运动，实现了机械手在一定范围内运动；电机固定架32安装在壳体31内部，电机固定架32内设有旋转电机36；小带轮33安装在旋转电机36的动力输出轴上，且与大带轮34传动连接；驱动力直接从旋转电机36发出，只经过一级同步带的减速，由驱动轴直接连接到手臂执行部分，降低了整体结构的复杂程度，提高了传动效率。

在一些实施例中，移动主臂51和移动副臂52均为中空结构，第一从动轮53套设固定在传动轴35位于移动主臂51的一端内部，移动主臂51与移动副臂52的连接端通过连接轴54传动连接，其中连接轴54与轴承配合安装，可转动的安装在移动主臂51与移动副臂52的连接端，分别位于移动主臂51一端内部和移动副臂52的连接端内部；连接轴54位于移动主臂51内的一端轴向固定有第二从动轮55，第二从动轮55与第一从动轮53可以通过皮带传动连接；

连接轴54位于移动副臂51的一端固定连接有第三从动轮56，第二从动轮55与第三从动轮56绕连接轴54同步转动；第一从动轮53的一侧端面与移动主臂51一端内侧面固定连接，第二从动轮55的一侧端面与移动主臂51另一端的内侧面固定连接；第三从动轮56的一侧端面与移动副臂52的连接端内侧面固定连接，实现了从动轮的转动依次带动移动主臂51和移动副臂52的转动；

旋转轴58一端通过轴承安装移动副臂52靠近自由端的内部；晶圆吸盘组件安装在旋转轴58的另一端，第四从动轮57固定在旋转轴58上，且位于移动副臂52的自由端内部，第三从动轮56和第四从动轮57通过皮带传动连接；其中传动轴35、连接轴54及旋转轴58的中心轴线平行布置，保证了移动主臂51和移动副臂52之间的动力传输和运动传递。

在一些实施中，如图5所示，移动主臂51和移动副臂52的皮带一侧还对应设有主臂张紧轮8和副臂张紧轮9，张紧轮的设置方便及时调节传送带的张紧程度，防止传送带被拉长变松，发生打滑。

升降驱动机构2包括电机a21、第一传动轮22、第二传动轮23和滚珠丝杠；电机a21固定在固定支架1的底部，电机a21的动力输出轴连接有第一传动轮22；第一传动轮22与第二传动轮23传动连接；第二传动轮23中心传动连接有滚柱丝杠，滚珠丝杠贯穿壳体31的底部，并与壳体31固定连接，通过滚珠丝杠把传动轮的水平旋转运动转换为手臂驱动机构3上下的直线运动。

在一些实施中，固定支架1的相对的两侧内壁上还设有导轨24，导轨24设为两条对称布置，壳体31外侧与导轨24一一对应设有滑动组件，导轨24与滑动组件滑动连接，滑动组件上设有第一传感器挡片，导轨24一侧设有传感器安装板，传感器安装板上安装第一位移传感器6，当第一传感器挡片运动到第一位移传感器6的位置时相互接触，改变了第一位移传感器6的信号发送接收状态，会触发信号给控制器，控制器收到信号后，输出停止驱动信号给升降驱动机构2的电机a使其停止转动，从而使整体停止升降运动，实现了控制执行机构5对晶圆的垂直移动，本实用新型第一位移传感器6的设置限制了升降运动的总体距离范围，对整机运动进行了合理的保护机制，手臂驱动机构的整体移动定位，是靠软件给控制器脉冲信号，每个脉冲信号对应一小段的运动距离。

在另一些实施例中，手臂驱动机构3和执行机构5均设有两个，且执行机构5与手臂驱动机构3一一对应安装，两组执行机构5提高了工作效率，且设置的第一位移传感器6和第二位移传感器7能确保相互之间不会触碰，提高了安全程度；位移传感器的设置，不仅限制了运动的范围，而且还用于设备的初始化定位，每次开机复位找到一位移传感器位置作为原点，之后的每一次运动都是以原点位置为依据。

旋转驱动机构4包括电机b41、第三传动轮42、第四传动轮43、轴承和轴承固定座；电机b41固定在固定支架1的底部，电机b41的动力输出轴连接有第三传动轮42；第三传动轮42可以通过传送带与第四传动轮43传动连接；轴承安装在轴承固定座中，第四传动轮43与轴承转动连接；轴承固定座与壳体31底部固定连接；通过电机b41驱动第三传动轮42，然后带动第四传动轮43，第四传动轮43连接有轴承固定座和轴承，将转动力传递至壳体31，壳体31旋转带动手臂驱动机构3旋转，实现执行机构5对晶圆的水平移动。

本实用新型工作过程或原理如下：动力由手臂驱动机构旋转电机发出，经同步带传送到大带轮上，大带轮与移动主臂一端的第一从动轮绕传动轴同步转动，实现移动主臂的水平转动，第一从动轮将动力传递到移动主臂另一端的第二从动轮，第二从动轮与位于移动副臂的第三从动轮绕旋转轴同步转动，将动力传递给移动副臂，同时移动副臂的自由端设置的第四从动轮接收第三从动轮的动力，最终传递给晶圆移动组件；

当需要执行机构整体升降时，电机a转动将动力由电机a的动力输出轴依次传递给第一传动轮、第二传动轮和滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母与手臂驱动机构的壳体固定，将水平旋转运动转换为手臂驱动机构的上下的直线运动，最终实现了执行机构的整体竖直移动，同时固定支架上设置的导轨和手臂驱动机构的壳体设置的滑动组件滑动连接，保证了竖直移动的平稳，并减少滑动的摩擦力；

当需要执行机构整体转动时，电机b转动将动力依次传递给第三传动轮、第四传动轮、轴承，其中轴承固定座与手臂驱动机构的壳体底部连接，实现手臂驱动机构的水平方向的旋转运动，进而实现了执行机构的水平旋转。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种晶圆移动机械手，其特征在于，包括：

固定支架(1)；

升降驱动机构(2)，所述升降驱动机构(2)安装在所述固定支架(1)上；

手臂驱动机构(3)，所述手臂驱动机构(3)与所述固定支架(1)滑动连接，并与所述升降驱动机构(2)传动连接；

旋转驱动机构(4)，所述旋转驱动机构(4)设在所述固定支架(1)中，且与所述手臂驱动机构(3)传动连接；

执行机构(5)，所述执行机构(5)包括移动主臂(51)和移动副臂(52)；所述移动主臂(51)一端与所述手臂驱动机构(3)的输出端传动连接，所述移动主臂(51)的另一端与所述移动副臂(52)的连接端传动连接，所述移动副臂(52)上靠近其自由端的位置上安装晶圆吸盘组件。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，所述手臂驱动机构(3)包括：壳体(31)、传动轴(35)、电机固定架(32)和旋转电机(36)；

所述升降驱动机构(2)和所述旋转驱动机构(4)分别与所述壳体(31)的底部传动连接；

所述传动轴(35)垂直贯穿所述壳体(31)的顶面且通过轴承与所述壳体(31)连接；

所述电机固定架(32)安装在所述壳体(31)内部，所述旋转电机(36)与所述电机固定架(32)连接，所述旋转电机(36)的输出端与所述传动轴(35)一端传动连接；所述移动主臂(51)的一端与所述传动轴(35)的另一端传动连接。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，还包括小带轮(33)和大带轮(34)，所述小带轮(33)固定在所述旋转电机(36)的输出轴上；所述大带轮(34)固定在所述传动轴(35)的一端，所述小带轮(33)和所述大带轮(34)传动连接。

4.根据权利要求2所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，还包括连接轴(54)，所述移动主臂(51)的另一端与所述移动副臂(52)的连接端通过所述连接轴(54)传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，还包括晶圆吸盘组件旋转驱动机构，所述圆吸盘组件旋转驱动机构与所述传动轴(35)的另一端传动连接。

6.根据权利要求5所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，所述圆吸盘组件旋转驱动机构包括第一从动轮(53)、第二从动轮(55)、第三从动轮(56)、旋转轴(58)及第四从动轮(57)，所述移动主臂(51)和所述移动副臂(52)均为中空结构；

所述第一从动轮(53)套设固定在所述传动轴(35)另一端且位于所述移动主臂(51)一端内部；

所述连接轴(54)两端分别通过轴承对应安装在移动主臂(51)另一端和移动副臂(52)的连接端内；所述第二从动轮(55)、第三从动轮(56)分别固定在所述连接轴(54)的两端，且分别位于所述移动主臂(51)一端内部和所述移动副臂(52)的连接端内部；

所述旋转轴(58)一端通过轴承安装所述移动副臂(52)靠近自由端的内部；所述晶圆吸盘组件安装在所述旋转轴(58)的另一端；

所述第四从动轮(57)固定在所述旋转轴(58)上且位于所述移动副臂(52)的自由端内部；所述第一从动轮(53)和第二从动轮(55)，第三从动轮(56)和第四从动轮(57)均通过皮带传动连接；

所述传动轴(35)、所述连接轴(54)及所述旋转轴(58)的中心轴线平行布置。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，所述升降驱动机构(2)包括滚珠丝杠、电机a(21)、第一传动轮(22)和第二传动轮(23)；

所述电机a(21)固定在所述固定支架(1)的底部，所述电机a(21)的动力输出轴连接有第一传动轮(22)；

所述第一传动轮(22)与所述第二传动轮(23)传动连接；

所述第二传动轮(23)与所述滚珠丝杠传动连接；

所述滚珠丝杠与所述手臂驱动机构(3)固定连接。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，所述旋转驱动机构(4)包括电机b(41)、第三传动轮(42)、第四传动轮(43)、安装轴、轴承和轴承固定座；

所述电机b(41)安装在所述固定支架(1)的底部，所述电机b(41)的动力输出轴连接有第三传动轮(42)；

所述轴承固定座与所述手臂驱动机构(3)固定连接；所述轴承安装在所述轴承固定座中，且所述轴承内套设所述安装轴；

所述安装轴一端固定连接所述第四传动轮(43)，所述第四传动轮(43)与所述第三传动轮(42)通过皮带传动连接；

所述安装轴的另一端与所述手臂驱动机构(3)固定连接。

9.根据权利要求3所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，所述固定支架(1)的内壁上竖直设有一组导轨(24)，所述导轨(24)对称安装；所述壳体(31)外侧与所述导轨(24)一一对应设有滑动组件，所述导轨(24)与所述滑动组件滑动连接。

10.根据权利要求9所述的一种晶圆移动机械手，其特征在于，还包括控制器、第一位移传感器(6)和第二位移传感器(7)，所述导轨(24)和所述大带轮(34)一侧均设有传感器安装板；

所述第一位移传感器(6)和所述第二位移传感器(7)对应安装在所述传感器安装板上，并与所述控制器通讯连接；所述滑动组件上设有第一传感器挡片，所述大带轮(34)上设有第二传感器挡片，所述第一传感器挡片与所述第一位移传感器(6)位置对应且可滑动接触，所述第二传感器挡片与所述第二位移传感器(7)位置对应且可旋转接触；所述控制器与升降驱动机构(2)和手臂驱动机构(3)驱动机构通信连接。