CN215149101U - 一种基于scara手臂的晶圆传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，包括上料单元、校正单元和/或缓存单元、处理单元和机械手臂，所述上料单元、校正单元和/或缓存单元中晶圆水平放置，所述处理单元中晶圆竖直放置；所述机械手臂包括本体、大臂、小臂、上末端执行器和下末端执行器，其中，所述大臂的固定端可旋转地安装在所述本体一端，所述小臂的固定端可旋转地安装在所述大臂的移动端，所述上末端执行器和下末端执行器的固定端上下叠加且可旋转地安装在所述小臂的移动端；所述上末端执行器和下末端执行器的移动端可旋转地安装上手指和下手指。本实用新型基于SCARA手臂的晶圆传输系统中晶圆可以实现水平放置位置和竖直放置位置的切换。

Description

一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统

技术领域

本实用新型涉及晶圆传输领域，具体涉及一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统。

背景技术

随着半导体工艺水平的不断提高，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。

目前行业内晶圆的传输运动主要有两种：一种是保持晶圆姿态不变情况下，不同工位间水平面内不同高度的传输。另外一种是改变晶圆的姿态，不同工位间角度变更的传输。

行业内提高晶圆的传输效率主要是通过增加机器人末端执行器的数量来实现，如单臂SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)机器人常配一个以上的末端执行器，双臂SCARA机器人往往下手臂配一个末端执行器而上手臂配一个或多个。

为了解决晶圆传输范围增大的问题，如标准3Port以上EFEM(半导体设备前端模块)内部对晶圆的传输，常采用的Track轴配SCARA单臂或双臂机器人以及各关节可独立运动的水平多关节机器人的方案来解决。

目前上市的国内外多种型号的晶圆搬运机器人，如美国Brooks、日本Sankyo、日本JEL等公司生产的机器人在对多末端执行器传输、末端执行器可翻转、传输范围大以及无行走轴的场合中均无法满足要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，具有两个可独立运动的末端执行器，其中上末端执行器可翻转，通过各驱动轴电机的协同工作可实现不同的运动姿态，进而使得基于SCARA手臂的晶圆传输系统中晶圆可以实现水平放置位置和竖直放置位置的切换。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，包括上料单元、校正单元和/或缓存单元、处理单元和机械手臂，所述上料单元、校正单元和/或缓存单元中晶圆水平放置，所述处理单元中晶圆竖直放置；

所述机械手臂包括本体、大臂、小臂、上末端执行器和下末端执行器，所述大臂和小臂的长度相等；其中，所述大臂的固定端可旋转地安装在所述本体一端，所述小臂的固定端可旋转地安装在所述大臂的移动端，所述上末端执行器和下末端执行器的固定端上下叠加且可旋转地安装在所述小臂的移动端；所述上末端执行器和下末端执行器的移动端可旋转地安装上手指和下手指；

所述小臂的固定端安装在大臂小带轮四上，所述大臂小带轮四与大臂大带轮四通过同步带构成传动副，大臂大带轮四位于大臂的固定端，大臂大带轮四固定连接第四驱动轴；所述大臂的固定端固定连接在第五驱动轴上，所述第五驱动轴驱动大臂进行旋转，第四驱动轴和第五驱动轴位于本体内部。

进一步的，所述下末端执行器连接所述小臂大带轮一，所述小臂大带轮一通过同步带连接小臂小带轮一；所述小臂小带轮一通过肘轴一固定连接大臂小带轮一，大臂大带轮一与大臂小带轮一通过同步带构成传动副，大臂大带轮一固定连接在第一驱动轴上；其中，小臂大带轮一位于小臂的移动端，小臂小带轮一位于小臂的固定端，大臂小带轮一和肘轴一位于大臂的移动端，大臂大带轮一位于大臂的固定端，第一驱动轴位于本体内部；所述第一驱动轴驱动所述下末端执行器做旋转运动。

进一步的，所述小臂大带轮一和小臂小带轮一的齿数比为2:1。

进一步的，所述上末端执行器连接所述小臂大带轮二，所述小臂大带轮二通过同步带连接小臂小带轮二；所述小臂小带轮二通过肘轴二固定连接大臂小带轮二，大臂大带轮二与大臂小带轮二通过同步带构成传动副，大臂大带轮二固定连接在第二驱动轴上；其中，小臂大带轮二位于小臂的移动端，小臂小带轮二位于小臂的固定端，大臂小带轮二和肘轴二位于大臂的移动端，大臂大带轮二位于大臂的固定端，第二驱动轴位于本体内部；所述第二驱动轴驱动所述上末端执行器做旋转运动。

进一步的，所述小臂大带轮二和小臂小带轮二的齿数比为2:1。

进一步的，所述上手指固定连接锥齿轮二，锥齿轮一和锥齿轮二构成齿轮副，所述锥齿轮一固定在小臂大带轮三上，且所述锥齿轮一与所述小臂大带轮三具有同心轴；所述小臂大带轮三通过同步带连接小臂小带轮三；所述小臂小带轮三通过肘轴三固定连接大臂小带轮三，大臂大带轮三与大臂小带轮三通过同步带构成传动副，大臂大带轮三固定连接在第三驱动轴上；其中，小臂大带轮三位于小臂的移动端，小臂小带轮三位于小臂的固定端，大臂小带轮三和肘轴三位于大臂的移动端，大臂大带轮三位于大臂的固定端，第三驱动轴位于本体内部；所述第三驱动轴驱动所述上手指做翻转运动。

进一步的，所述小臂大带轮三和小臂小带轮三的齿数比为2:1。

进一步的，所述校准单元包括用于对晶圆进行对准的对准器；所述处理单元用于将所述基于SCARA手臂的晶圆传输系统中的晶圆传输至后续工序。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型基于SCARA手臂的晶圆传输系统可以实现上料、校准、缓存以及出料的完整晶圆传输；本实用新型中机械手臂具有两个可独立运动的末端执行器，其中上末端执行器可直线运动，可旋转，可翻转；下末端执行器可直线运动，可旋转；通过各驱动轴电机的协同工作可实现不同的运动姿态，进而确保晶圆在传输过程中可以从水平放置位置切换为竖直放置完成，进而使得传输系统内部的传输过程与传输系统外部的后端处理工序无缝衔接，提高晶圆的处理效率。

附图说明

附图1为本实用新型中上手指和下手指分离且上手指翻转的示意图；

附图2为本实用新型中上手指和下手指分离且上手指没有翻转的示意图；

附图3为本实用新型中上手指和下手指重叠的示意图；

附图4为本实用新型机械手臂的结构示意图；

附图5为本实用新型机械手臂处于初始状态的示意图；

附图6为本实用新型机械手臂的内部连接示意图；

附图7为附图6中Ⅰ部分的放大示意图；

附图8为附图6中Ⅱ部分的放大示意图；

图中：1上末端执行器；2下末端执行器；3大臂；4小臂；5本体；6小臂大带轮一；7小臂小带轮一；8小臂大带轮二；9小臂小带轮二；10小臂大带轮三；11小臂小带轮三；12锥齿轮一；13锥齿轮二；14肘轴一；15肘轴二；16肘轴三；17大臂小带轮一；18大臂大带轮一；19大臂小带轮二；20大臂大带轮二；21大臂小带轮三；22大臂大带轮三；23大臂小带轮四；24大臂大带轮四；25驱动轴一；26驱动轴二；27驱动轴三；28驱动轴四；29驱动轴五，30上手指，31下手指；32上料单元，33校正单元，34缓存单元，35处理单元，36机械手臂。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

请参阅附图1-3，本实用新型提供的一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，包括上料单元32、校正单元33和/或缓存单元34、处理单元35和机械手臂36。其中，上料单元、校正单元、缓存单元和处理单元可以为多个，具体根据传输系统的具体需求进行设置。本实用新型中校正单元和缓存单元可以同时存在，也可以仅存在其中一个，具体根据传输系统的具体需求进行设置。

其中，上料单元可认为是满足SEMI标准的LOADPORT，校正单元可认为是对晶圆进行对中或寻刻痕(Notch)或平口(Flat)的对准器(Aligner)，缓存单元可考虑为待冷却晶圆暂放工位，处理单元可认为是基于SCARA手臂的晶圆传输系统与后端机台衔接的LOADLOCK工位，该工位要求对晶圆进行竖直传送；这样一来，传输系统中处理单元中晶圆需要竖直放置，其余单元中的晶圆需要水平放置，因此需要机械手臂能够在晶圆传输线系统内部传输晶圆的时候实现晶圆从水平位置到竖直位置的翻转。本实用新型中机械手臂具有两个末端执行器，其中上末端执行器带翻转功能，具有两个等臂长且可关节可独立运动的单臂SCARA机器人，通过各关节驱动电机的协同工作可实现晶圆在多个上料端口以及传输工位之间不同角度姿态的取放和传送。

请参阅附图4-8，本实用新型中机械手臂包括本体5、大臂3、小臂4、上末端执行器1和下末端执行器2，其中，大臂3的固定端可旋转地安装在本体5一端，小臂4的固定端可旋转地安装在大臂3的移动端，上末端执行器1和下末端执行器2的固定端上下叠加且可旋转地安装在小臂4的移动端；上末端执行器1和下末端执行器2的移动端可旋转地安装上手指30和下手指31；其中，大臂和小臂的长度相等；本实用新型中上手指可以实现直线、旋转和翻转运动；下手指可以实现直线和旋转运动。

本实用新型中下末端执行器2连接小臂大带轮一6，小臂大带轮一10通过同步带连接小臂小带轮一7，且小臂大带轮一和小臂小带轮一的齿数比为2:1；小臂小带轮一7通过肘轴一14固定连接大臂小带轮一17，大臂大带轮一18与大臂小带轮一17通过同步带构成传动副，大臂大带轮一18固定连接在第一驱动轴25上；其中，小臂大带轮一6位于小臂的移动端，小臂小带轮一7位于小臂的固定端，大臂小带轮一17和肘轴一位于大臂的移动端，大臂大带轮一18位于大臂的固定端，第一驱动轴25位于本体内部；第一驱动轴通过大臂大带轮一、大臂小带轮一、小臂小带轮一和小臂大带轮一驱动下末端执行器做旋转运动，下末端执行器带动下手指做旋转运动，这里的旋转运动指的是固定在小臂移动端的下末端执行器相对于小臂移动端进行旋转。

本实用新型中上末端执行器连接小臂大带轮二8，小臂大带轮二8通过同步带连接小臂小带轮二9，且小臂大带轮二和小臂小带轮二的齿数比为2:1；小臂小带轮二9通过肘轴二15固定连接大臂小带轮二19，大臂大带轮二20与大臂小带轮二19通过同步带构成传动副，大臂大带轮二20固定连接在第二驱动轴26上；其中，小臂大带轮二8位于小臂的移动端，小臂小带轮二9位于小臂的固定端，大臂小带轮二19和肘轴二15位于大臂的移动端，大臂大带轮二19位于大臂的固定端，第二驱动轴26位于本体内部；第二驱动轴通过大臂大带轮二、大臂小带轮二、小臂小带轮二和小臂大带轮二驱动上末端执行器做旋转运动，上末端执行器带动上手指做旋转运动，这里的旋转运动指的是固定在小臂移动端的上末端执行器相对于小臂移动端进行旋转。

本实用新型中上手指固定连接锥齿轮二13，锥齿轮一12和锥齿轮二13构成齿轮副，锥齿轮一12固定在小臂大带轮三10上，且锥齿轮一12与小臂大带轮三22具有同心轴；小臂大带轮三22通过同步带连接小臂小带轮三21，小臂大带轮三和小臂小带轮三的齿数比为2:1；小臂小带轮三21通过肘轴三16固定连接大臂小带轮三21，大臂大带轮三22与大臂小带轮三21通过同步带构成传动副，大臂大带轮三22固定连接在第三驱动轴27上；其中，小臂大带轮三位于小臂的移动端，小臂小带轮三位于小臂的固定端，大臂小带轮三和肘轴三位于大臂的移动端，大臂大带轮三位于大臂的固定端，第三驱动轴位于本体内部；第三驱动轴通过大臂大带轮三、大臂小带轮三、小臂小带轮三、小臂大带轮三、锥齿轮一和锥齿轮二驱动上末端执行器做翻转运动。值得说明的是，本实用新型中上末端执行器并不会发生翻转，其在第二驱动轴带动下可以旋转，但是翻转针对的是上手指，上手指通过锥齿轮一和锥齿轮二实现翻转。具体可以为上手指固定连接锥齿轮二的轴心，第三驱动轴通过大臂大带轮三、大臂小带轮三、小臂小带轮三和小臂大带轮三驱动锥齿轮一旋转，锥齿轮一带动锥齿轮二旋转，而上手指固定在锥齿轮二的轴心上，锥齿轮二旋转带动上手指实现翻转，具体的翻转角度可以根据第三驱动轴的驱动力来进行确定。

除此以外，本实用新型中小臂的固定端安装在大臂小带轮四23上，大臂小带轮四23与大臂大带轮四24通过同步带构成传动副，其中，大臂大带轮四24位于大臂的固定端，大臂大带轮四24固定连接第四驱动轴28，第四驱动轴28位于本体内部，第四驱动轴28驱动小臂进行旋转。大臂的固定端固定连接在第五驱动轴29上，第五驱动轴28位于本体内部，第五驱动轴29驱动大臂进行旋转。

本实用新型中上末端执行器和下末端执行器的直线运动指的是在第四驱动轴和第五驱动轴协同驱动而其他驱动轴不动时，大臂和小臂协同运动时带动上末端执行器和下末端执行器相对于大臂固定端旋转轴线为中心径向的移动，即为直线运动。

综上所述，本实用新型中小臂的移动端包括小臂大带轮一6、小臂大带轮二8和小臂大带轮三41，其中，小臂大带轮一6连接下末端执行器2，小臂大带轮二8连接上末端执行器1，小臂大带轮三10连接上末端执行器1；

小臂4的固定端包括小臂小带轮一7、小臂小带轮二9和小臂小带轮三11，其中，小臂小带轮一7通过同步带与小臂大带轮一6通过同步带传动；小臂小带轮二9通过同步带与小臂大带轮二8通过同步带传动；小臂小带轮三11通过同步带与小臂大带轮三10通过同步带传动；

大臂的移动端包括大臂小带轮一17、大臂小带轮二19、大臂小带轮三21和大臂小带轮四23；以及肘轴一14、肘轴二15和肘轴三16；其中，小臂小带轮一7通过肘轴一14固定连接大臂小带轮一17；小臂小带轮二9通过肘轴二15固定连接大臂小带轮二19；小臂小带轮三11通过肘轴三16固定连接大臂小带轮三21；小臂的固定端可旋转地安装在大臂小带轮四23上；

大臂的固定端包括大臂大带轮一18、大臂大带轮二20、大臂大带轮三22和大臂大带轮四24，其中，大臂大带轮一18与大臂小带轮一17通过同步带构成传动副，大臂大带轮二20与大臂小带轮二19通过同步带构成传动副，大臂大带轮三22与大臂小带轮三21通过同步带构成传动副，大臂大带轮四24与大臂小带轮四23通过同步带构成传动副；

主体内部包括第一驱动轴25、第二驱动轴26、第三驱动轴27、第四驱动轴28和第五驱动轴29；其中，大臂大带轮一18固定连接在第一驱动轴25上，大臂大带轮二20固定连接在第二驱动轴26上，大臂大带轮三22固定连接在第三驱动轴27上，大臂大带轮四24固定连接在第四驱动轴28上，大臂4的固定端固定连接在第五驱动轴29上；

请继续参阅附图1-8，本实用新型中机械手臂进行运动过程如下：

当机械手臂处于初始状态时，五个驱动轴同速同向旋转，可以实现机械手臂的旋转运动；此时，如附图5所示，上手指30和下手指31重叠，大臂3、小臂4以及上手指30形成类似三角形形状，上手指和下手指近乎位于本体上方。

如附图6所示，当末端执行器进行直线伸缩运动时，第一驱动轴25、第二驱动轴26和第三驱动轴27不工作，第四驱动轴28和第五驱动轴29反向旋转，同时保证小臂的旋转速度是大臂旋转速度的两倍；此时，上末端执行器和下末端执行器仍然处于重叠状态，大臂和小臂带动两个末端执行器移动，移动的轨迹为以大臂固定端旋转轴线为中心径向方向且呈一条直线。

如附图3所示，当机械手臂进行直线伸缩运动、两手指反向旋转分离且上手指不翻转时，第四驱动轴和第五驱动轴反向旋转，同时保证小臂的旋转速度是大臂旋转速度的两倍，确保机械手臂进行直线伸缩运动；第一驱动轴和第二驱动轴旋转方向相反，同时第三驱动轴和第二驱动轴保持同速同向旋转，可实现两末端执行器带动上手指和下手指反向旋转分离运动且上手指保持不翻转。

如附图1所示，当机械手臂末端执行器进行直线伸缩运动，且下手指避让，上手指翻转运动时，第四驱动轴和第五驱动轴反向旋转，同时保证小臂的旋转速度是大臂旋转速度的两倍，确保机械手臂进行直线伸缩运动；第一驱动轴旋转带动下末端执行器旋转使得下手指旋转避让，第二驱动轴不旋转，上末端执行器不旋转即上手指不旋转，第三驱动轴旋转使得上手指翻转。

本实用新型的机械手臂不局限于大气和真空机器人，末端执行器不局限于真空吸附和夹持两种形式，手臂部件内各轴的驱动形式不局限于本体电机同轴，机器人的本体的安装方式不局限于底座安装和上法兰安装形式。

本实用新型的基于SCARA手臂的晶圆传输系统不仅适用于对半导体晶圆的传输，还适应于对如太阳能基板、玻璃面板等其它搬运对象物的搬运，任何类似的传输系统均受到保护。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，所述实施例并非用于限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，其特征在于，包括上料单元、校正单元和/或缓存单元、处理单元和机械手臂，所述上料单元、校正单元和/或缓存单元中晶圆水平放置，所述处理单元中晶圆竖直放置；

所述机械手臂包括本体、大臂、小臂、上末端执行器和下末端执行器，所述大臂和小臂的长度相等；其中，所述大臂的固定端可旋转地安装在所述本体一端，所述小臂的固定端可旋转地安装在所述大臂的移动端，所述上末端执行器和下末端执行器的固定端上下叠加且可旋转地安装在所述小臂的移动端；所述上末端执行器和下末端执行器的移动端可旋转地安装上手指和下手指；

所述小臂的固定端安装在大臂小带轮四上，所述大臂小带轮四与大臂大带轮四通过同步带构成传动副，大臂大带轮四位于大臂的固定端，大臂大带轮四固定连接第四驱动轴；所述大臂的固定端固定连接在第五驱动轴上，所述第五驱动轴驱动大臂进行旋转，第四驱动轴和第五驱动轴位于本体内部。

2.根据权利要求1所述的一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，其特征在于，所述下末端执行器连接小臂大带轮一，所述小臂大带轮一通过同步带连接小臂小带轮一；所述小臂小带轮一通过肘轴一固定连接大臂小带轮一，大臂大带轮一与大臂小带轮一通过同步带构成传动副，大臂大带轮一固定连接在第一驱动轴上；其中，小臂大带轮一位于小臂的移动端，小臂小带轮一位于小臂的固定端，大臂小带轮一和肘轴一位于大臂的移动端，大臂大带轮一位于大臂的固定端，第一驱动轴位于本体内部；所述第一驱动轴驱动所述下末端执行器做旋转运动。

3.根据权利要求2所述的一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，其特征在于，所述小臂大带轮一和小臂小带轮一的齿数比为2:1。

4.根据权利要求1所述的一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，其特征在于，所述上末端执行器连接小臂大带轮二，所述小臂大带轮二通过同步带连接小臂小带轮二；所述小臂小带轮二通过肘轴二固定连接大臂小带轮二，大臂大带轮二与大臂小带轮二通过同步带构成传动副，大臂大带轮二固定连接在第二驱动轴上；其中，小臂大带轮二位于小臂的移动端，小臂小带轮二位于小臂的固定端，大臂小带轮二和肘轴二位于大臂的移动端，大臂大带轮二位于大臂的固定端，第二驱动轴位于本体内部；所述第二驱动轴驱动所述上末端执行器做旋转运动。

5.根据权利要求4所述的一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，其特征在于，所述小臂大带轮二和小臂小带轮二的齿数比为2:1。

6.根据权利要求1所述的一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，其特征在于，所述上手指固定连接锥齿轮二，锥齿轮一和锥齿轮二构成齿轮副，所述锥齿轮一固定在小臂大带轮三上，且所述锥齿轮一与所述小臂大带轮三具有同心轴；所述小臂大带轮三通过同步带连接小臂小带轮三；所述小臂小带轮三通过肘轴三固定连接大臂小带轮三，大臂大带轮三与大臂小带轮三通过同步带构成传动副，大臂大带轮三固定连接在第三驱动轴上；其中，小臂大带轮三位于小臂的移动端，小臂小带轮三位于小臂的固定端，大臂小带轮三和肘轴三位于大臂的移动端，大臂大带轮三位于大臂的固定端，第三驱动轴位于本体内部；所述第三驱动轴驱动所述上手指做翻转运动。

7.根据权利要求6所述的一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，其特征在于，所述小臂大带轮三和小臂小带轮三的齿数比为2:1。

8.根据权利要求1所述的一种基于SCARA手臂的晶圆传输系统，其特征在于，所述校正单元包括用于对晶圆进行对准的对准器；所述处理单元用于将所述基于SCARA手臂的晶圆传输系统中的晶圆传输至后续工序。

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