CN212399578U - 一种用于晶圆多片搬动的机械手结构 - Google Patents
一种用于晶圆多片搬动的机械手结构 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型专利涉及半导体制造领域，具体涉及一种用于晶圆多片搬动的机械手结构。包括底板，底板上设有多根竖向丝杠轴，丝杠轴上相同高度的丝杠螺母连接同一个多片爪；丝杠轴底部均设有从动轮，驱动电机设于底板上，电机轴底部设有主动轮；主动轮通过同步带连接多个从动轮；移动基座上平行对称设有结构相同的Y1单爪移动组件和Y2多爪移动组件，均包括滚珠花键轴和同步带；滚珠花键轴与同步带平行设置，滚珠花键轴上设有花键母安装座，同步带两端设有传动轮；底板固设于Y2多爪移动组件的花键母安装座上，单片爪与Y1单爪移动组件的花键母安装座相连。本实用新型多爪间距可调机械手适用于不同半导体厂家使用要求，满足不同层距的晶盒和晶舟。
Description
技术领域
本实用新型专利涉及半导体制造领域，具体涉及一种半导体设备中用于晶圆搬动的机械手。
背景技术
晶圆是制造半导体晶体管和集成电路的衬底，晶圆的质量很大的影响了加工后晶体管和集成电路的质量，在半导体制造加工设备中晶圆通常需要被操纵机构反复搬运，因此我们需要避免在搬运过程中产生的对晶圆的损伤，比如结构破坏和表面划伤等。并且随着工业自动化程度的提高和半导体工艺的复杂性提高，对于晶圆搬运机构则需要更高的效率、搬运精度以及柔性化程度。
现有的晶圆搬运机械手大多为固定的单片式结构和固定的多片式结构，由于不同的半导体厂商所用的晶盒以及晶圆加工工艺中用到的晶舟的层距有区别，因此需要针对不同的半导体厂家做定制化搬运机构，半导体设备零件的互换性和设备使用多样性降低。固定的单片式结构一次只能搬运一片，搬运精度高但是效率较低，固定的多片式结构不满足层距不同的使用工况和需要单片搬运的使用工况，因此需要一种层距可变且同时满足单片和多片搬运使用工况的机械手结构。CN 110223948 A发明专利中所公布的五指间距无级变化的机械手结构中间距调整依靠滑块组件和斜导向组件，调节方式较复杂，滑块和导向组件在长时间的摩擦中容易损坏，且层距的调节精度受到滑块和导向组件精度的影响，调节的可靠性不好。
实用新型内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于晶圆多片搬动的机械手结构。
为解决上述技术问题，本发明采用的解决方案是：
提供一种用于晶圆多片搬动的机械手结构，包括Y轴前后移动组件和Z轴爪间距调整组件、以及单片爪和多片爪；
Z轴爪间距调整组件包括底板，底板上设有多根竖向丝杠轴，每根丝杠轴两端的螺纹旋向相反，每根丝杠轴上设有相同数量的丝杠螺母；不同丝杠轴上相同高度的丝杠螺母为一组，通过机械爪安装座相连为一个整体，同步运动，多片爪固设于机械爪安装座上，多个多片爪中线重合；每根丝杠轴底部均设有从动轮，驱动电机设于底板上，电机轴垂直于板面，电机轴底部设有主动轮；底板上还设有惰轮，主动轮通过同步带连接惰轮和多个从动轮；
Y轴前后移动组件包括移动基座，移动基座上平行对称设有Y1单爪移动组件和Y2多爪移动组件，Y1单爪移动组件和Y2多爪移动组件结构相同，均包括滚珠花键轴和同步带；滚珠花键轴与同步带平行设置，滚珠花键轴上设有花键母安装座，同步带两端设有传动轮，其中一个传动轮上设有电机，同步带与花键母安装座相连；底板固设于Y2多爪移动组件的花键母安装座上，单片爪通过立式支撑臂与Y1单爪移动组件的花键母安装座相连，单片爪位于多个多片爪的对称中心。
作为一种改进，从动轮数量不少于2，各个从动轮的齿数呈2倍递增。主动轮齿数为Z，从动轮1齿数为Z1，从动轮2齿数为Z2，驱动电机的转速为n，丝杠的导程为p，从动轮1的转速
从动轮2的转速
为保证多片爪等间距移动，如果内侧片爪移动x2＝n2p距离，外侧片爪须移动x1＝n1p＝2x2距离，既
因此Z2＝2Z1，连接内侧片爪从动轮的齿数是连接外侧片爪从动轮齿数的2倍。
作为一种改进，每个多片爪上片爪数量为偶数。
作为一种改进，Z轴爪间距调整组件外还设有钣金护罩。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：多爪间距可调机械手适用于不同半导体厂家使用要求，满足不同层距的晶盒和晶舟，不需要进行定制化设计，结构的互换性和多样性较强。Z轴爪间距调节组件采用齿数比为2:1的同步带轮，再连接两端旋向不同的丝杠螺母组件进行爪间距的等距和无级调节，只需满足2:1的齿数比即可满足爪间距等距变化，调节方式简单且精度高，大大降低了结构的设计加工难度，降低了成本和维护维修的费用。
单爪通过Y1单爪移动组件可控制电机单独伸出抓取晶圆片，适用于各种不同状况，如晶圆片破损、非5的倍数的晶盒剩余单片晶圆的抓取，准确而高效。在抓取机构调试过程中确定Y1单爪移动组件的位置之后再根据晶盒层高确定爪间距即可，大大降低了设备调试难度，对于设备厂与厂搬迁进行的二次调试更加简单和高效。五爪抓取片可同时控制Y1和Y2电机，使用起来更灵活高效，节省了大量的时间。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的Z轴爪间距调整组件的驱动部分的示意图；
图3为本实用新型的Z轴爪间距调整组件的间距调整部分的示意图；
图4为本实用新型的Y轴前后移动组件的示意图；
图5为本实用新型的单片爪单独操作使用的示意图。
附图标记：1-Y轴前后移动组件；2-Z轴爪间距调整组件；3-单片爪；4-多片爪；21-Z轴驱动部分；22-间距调整部分；11-Y1单爪移动组件；12-Y2多爪移动组件；13-移动基座；211-丝杠螺母组件；211a-丝杠轴；211b-丝杠螺母；221-Z轴驱动电机；22-底板；222-主动轮；223-Z轴同步带；224-惰轮；225-第一从动轮；226-第二从动轮；1a-滚珠花键轴；1b-Y轴同步带；1c-花键母安装座；1d-Y轴驱动电机。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
如图1所示的一种用于半导体设备上实现晶圆多片搬运的机械手结构，包括Y轴前后移动组件1和Z轴爪间距调整组件2、以及单片爪3和多片爪4。
如图2所示，Z轴爪间距调整组件的驱动部分21采用丝杠组件，丝杆组件垂直设于底板上，驱动电机也设于底板上，将旋转运动转换为直线运动，丝杠组件优选的采用两对丝杠螺母组件211，因为半导体设备内部空间比较小，因此选择丝杠轴211a的外径为6mm，丝杠轴的导程为1～2mm，为了保证足够的调节速度，丝杠的导程选择2mm，因此各大半导体厂商所用的晶盒和晶舟的层距为5～7mm，因此丝杠轴的长度选择100～120mm，当丝杠旋转时，丝杠螺母211b上连接的片爪进行上下移动。每根丝杠轴两端的螺纹旋向相反，每根丝杠轴上设有相同数量的丝杠螺母211；不同丝杠轴上相同高度的丝杠螺母211为一组，通过机械爪安装座相连为一个整体，同步运动，多片爪4固设于机械爪安装座上，多个多片爪4中线重合。因为间距调整是相对于中间固定的单片爪3的调整，因此多片爪4优先选择偶数片，图2中所示的是选择了4片的多片爪但是爪数不仅限于4片。
如图3所示的Z轴爪间距调整组件的爪间距调整部分2，包括Z轴驱动电机221、主动轮222设于Z轴驱动电机221轴上，第一从动轮225和第二从动轮226分别设于丝杠轴底部。Z轴同步带223将主动轮222、惰轮224、第一从动轮225和第二从动轮226相连。因为内部空间狭小，因此图3所示的主动轮齿数Z选为20，从动轮1齿数Z1为20，从动轮2齿数Z2为40，同步带的节距选为2mm，这样在有限的空间下既满足了强度要求也满足了齿数比要求。
如图4所示的Y轴前后移动组件，Y1单爪移动组件和Y2多爪移动组件均包括安装在移动基座13上的平行设置的对滚珠花键轴1a和Y轴同步带1b。花键母安装座1c设于滚珠花键轴1a上，Y轴同步带1b两端设有两个导轮，其中一个导轮上设有Y轴驱动电机1d。Y轴同步带1b花键母安装座1c相连，Z轴爪间距调整组件2的底板固设于Y2多爪移动组件的花键母安装座1c上，单片爪3通过立式支撑臂与Y1单爪移动组件的花键母安装座相连，单片爪3位于多个多片爪4的对称中心。
本实用新型的工作过程为：在对于某层距m的晶盒抓取晶圆过程中，通过Z轴爪间距调整组件的电机来调整爪间距与晶盒层距m相同，进行5片同时抓取，当放片时晶盒或者晶舟的层距为n，将爪间距调整为n进行放片。当有单独晶圆破损或非片爪总数整数倍的情况，控制Y1单爪移动组件将单片爪伸出取放片，运行的距离需要在机械手结构调试中确定，爪间距可根据不同层距进行调节。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于晶圆多片搬动的机械手结构，其特征在于，包括Y轴前后移动组件和Z轴爪间距调整组件、单片爪和多片爪；
所述的Z轴爪间距调整组件包括底板，底板上设有多根竖向丝杠轴，每根丝杠轴两端的螺纹旋向相反，每根丝杠轴上设有相同数量的丝杠螺母；不同丝杠轴上相同高度的丝杠螺母为一组，通过机械爪安装座相连为一个整体，同步运动，多片爪固设于机械爪安装座上，多个多片爪中线重合；每根丝杠轴底部均设有从动轮，驱动电机设于底板上，电机轴垂直于板面，电机轴底部设有主动轮；所述主动轮通过同步带连接多个从动轮；
所述的Y轴前后移动组件包括移动基座，移动基座上平行对称设有Y1单爪移动组件和Y2多爪移动组件，Y1单爪移动组件和Y2多爪移动组件结构相同，均包括滚珠花键轴和同步带；滚珠花键轴与同步带平行设置，滚珠花键轴上设有花键母安装座，同步带两端设有传动轮，其中一个传动轮上设有电机，同步带与花键母安装座相连；所述底板固设于Y2多爪移动组件的花键母安装座上，所述单片爪通过立式支撑臂与Y1单爪移动组件的花键母安装座相连，单片爪位于多个多片爪的对称中心。
2.根据权利要求1所述的一种用于晶圆多片搬动的机械手结构，其特征在于，所述的从动轮至少有两个。
3.根据权利要求1所述的一种用于晶圆多片搬动的机械手结构，其特征在于，每个多片爪上爪片数量为偶数。
4.根据权利要求1所述的一种用于晶圆多片搬动的机械手结构，其特征在于，所述Z轴爪间距调整组件外还设有钣金护罩。
5.根据权利要求1所述的一种用于晶圆多片搬动的机械手结构，其特征在于，所述Z轴爪间距调整组件上的同步带还连接有惰轮，用于张紧同步带且增大同步带在从动轮上的包角，增加传动过程中的稳定性和精度。
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| CN202020626029.1U CN212399578U (zh) | 2020-04-23 | 2020-04-23 | 一种用于晶圆多片搬动的机械手结构 |
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| CN113013075A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-22 | 上海广川科技有限公司 | 一种晶圆检测装置及方法 |
| CN113119144A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-16 | 深圳众为兴技术股份有限公司 | 机械手用末端执行机构、机械手与晶圆搬运装置 |
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