CN218313535U - 机械手 - Google Patents

Abstract

一种机械手，包括依次连接的传输机构、翻转机构和晶圆夹持机构，传输机构用于带动翻转机构在预定平面内移动，翻转机构包括摆台和转动连接于摆台的翻转臂，摆台用于驱动翻转臂在原始位和翻转位之间转动。传输装置能够带动翻转机构在预定平面内移动，以到达预定平面内的任意位置，翻转机构的摆台驱动翻转臂在原始位和翻转位之间转动，从而带动晶圆夹持机构在原始位和翻转位之间转动，其中，摆台与传输机构连接，翻转臂与晶圆夹持机构连接。机械手能够同时实现晶圆的传输和翻转，其设备成本低、占用空间小、简化了现有操作，进而提高了晶圆清洗效率。

Description

机械手

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，具体涉及一种用于半导体清洗设备的机械手。

背景技术

晶圆制造包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、扩散、清洗等多个工艺流程，这些工艺流程分别由对应的半导体设备来实现。其中，晶圆清洗设备通常设置固定的喷淋头。但是，在晶圆清洗工艺中，根据工艺要求，往往需要对晶圆的不同侧面进行清洗。目前，通常采用传输机械手将晶圆夹持到晶圆载物台上，如果晶圆的待清洗侧面不对准喷淋头，再采用翻转机械手将晶圆翻转。这种方案的设备成本高、占用空间大，且操作增加了额外的操作步骤，降低了清洗效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于晶圆清洗设备的机械手，其能够一次性完成晶圆传输和翻转两个动作，设备成本低、占用空间小、简化现有操作，进而提高了晶圆清洗效率。

本实用新型采用以下解决方案：

一种机械手，包括依次连接的传输机构、翻转机构和晶圆夹持机构，所述传输机构用于带动所述翻转机构在预定平面内移动，所述翻转机构包括摆台和转动连接于所述摆台的翻转臂，所述摆台用于驱动所述翻转臂在原始位和翻转位之间转动；其中

所述摆台与所述传输机构连接，所述翻转臂与所述晶圆夹持机构连接。

优选地，所述摆台包括壳体和设于所述壳体内的翻转电机和蜗轮蜗杆组件，所述翻转臂的一端与所述蜗轮连接，所述翻转电机用于驱动所述蜗杆转动以带动所述翻转臂以所述蜗轮的中心轴为转动轴在所述原始位和所述翻转位之间转动；其中

所述翻转臂的另一端与所述晶圆夹持机构连接。

优选地，所述翻转电机和所述蜗轮蜗杆组件通过传动机构传动连接，所述传动机构包括设于所述翻转电机的输出轴的带轮和传动连接于所述带轮的传动带，所述传动带连接于所述蜗杆的一端。

优选地，所述翻转臂的外表面设有限位片，所述壳体的表面设有一对限位传感器，所述限位传感器用于检测所述限位片的位置，所述一对限位传感器包括原始位限位传感器和翻转位限位传感器；

所述机械手还包括控制器，所述控制器根据外部指令控制所述翻转电机启动，并根据所述一对限位传感器的检测结果控制所述翻转电机停止以使所述翻转臂处于所述原始位或所述翻转位。

优选地，所述限位传感器是光电传感器；和/或

所述翻转位相对于所述原始位的转角为180度。

优选地，所述传输机构包括水平传输机构和垂直传输机构；

所述水平传输机构包括第一基板、第一电机和第一丝杠滑块组件，所述第一丝杠滑块组件包括传动连接的第一丝杠和第一滑块，所述第一丝杠沿第一方向设于所述第一基板上，所述第一电机用于驱动所述第一丝杠转动以带动所述第一滑块沿所述第一方向滑动；

所述垂直传输机构包括第二基板、第二电机和第二丝杠滑块组件，所述第二丝杠滑块组件包括传动连接的第二丝杠和第二滑块，所述第二基板连接于所述第一滑块，所述第二丝杠沿第二方向设于所述第二基板上，且所述第二方向垂直于所述第一方向，所述第二电机用于驱动所述第二丝杠转动以带动所述第二滑块沿所述第二方向滑动；其中

所述第二滑块与所述翻转机构连接。

优选地，所述晶圆夹持机构包括气动爪和连接于所述气动爪的一对卡爪固定件，所述气动爪能够控制所述一对卡爪固定件的开合以松开或夹紧晶圆。

优选地，所述气动爪包括气动基座和气动连接于所述气动基座的一对气动臂，所述一对气动臂在所述气动基座的控制下相互远离或靠近，以控制所述一对卡爪固定件的开合。

优选地，所述卡爪固定件为半圆形，所述一对卡爪固定件在闭合时拼接形成用于遮蔽所述晶圆的圆形。

优选地，所述卡爪固定件的一侧表面通过转接件连接于所述气动臂，另一侧表面设有卡爪；所述转接件包括垂直连接的连接板和增强板，所述连接板与所述气动爪相连接，所述增强板为梯形或三角形，且连接于所述卡爪固定件；所述卡爪的顶部通过连接件连接于所述卡爪固定件，所述卡爪的内侧面设有用于夹持所述晶圆的夹持槽。

本实用新型的有益效果在于：传输装置能够带动翻转机构在预定平面内移动，以到达预定平面内的任意位置，翻转机构的摆台驱动翻转臂在原始位和翻转位之间转动，从而带动晶圆夹持机构在原始位和翻转位之间转动。因此，机械手能够同时实现晶圆的传输和翻转，其设备成本低、占用空间小、简化了现有操作，进而提高了晶圆清洗效率。

本实用新型的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1显示根据本实用新型的示例性实施例的机械手的结构示意图；

图2显示根据本实用新型的示例性实施例的机械手的翻转机构和晶圆夹持机构的结构示意图；

图3显示根据本实用新型的示例性实施例的机械手的翻转机构的内部示意图；

图4显示根据本实用新型的示例性实施例的机械手的晶圆夹持机构的结构示意图；

图5显示根据本实用新型的示例性实施例的机械手的卡爪的剖视图；

图6显示根据本实用新型的示例性实施例的机械手的气动爪电磁阀的原理图。

附图标记说明：

1水平传输机构，1-1第一基板，1-2第一电机，1-3第一丝杠，2垂直传输机构，2-1第二基板，2-2第二电机，2-3第二丝杠，2-4第二滑块，3翻转机构，3-1摆台，3-2壳体，3-3翻转电机，3-4带轮，3-5传动带，3-6蜗杆，3-7蜗轮，3-8翻转臂，3-9限位片，3-10限位传感器，4晶圆夹持机构，4-1气动爪，4-2卡爪固定件，4-3卡爪，4-4气动基座，4-5气动臂，4-6连接板，4-7增强板，4-8夹持槽。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

本实用新型提出一种机械手，包括依次连接的传输机构、翻转机构和晶圆夹持机构，传输机构用于带动翻转机构在预定平面内移动，翻转机构包括摆台和转动连接于摆台的翻转臂，摆台用于驱动翻转臂在原始位和翻转位之间转动；其中，摆台与传输机构连接，翻转臂与晶圆夹持机构连接。

传输装置能够带动翻转机构在预定平面内移动，以到达预定平面内的任意位置，翻转机构的摆台驱动翻转臂在原始位和翻转位之间转动，从而带动晶圆夹持机构在原始位和翻转位之间转动。因此，机械手能够同时实现晶圆的传输和翻转，其设备成本低、占用空间小、简化了现有操作，进而提高了晶圆清洗效率。

图1显示根据本实用新型的示例性实施例的机械手的结构示意图，图2显示翻转机构和晶圆夹持机构的结构示意图，图3翻转机构的内部示意图，图4显示晶圆夹持机构的结构示意图，图5显示卡爪的剖视图，图6显示气动爪的电磁阀的原理图。

参考图1至图6，机械手包括依次连接的传输机构、翻转机构3和晶圆夹持机构4，传输机构用于带动翻转机构3在预定平面内移动，翻转机构3包括摆台3-1和转动连接于摆台3-1的翻转臂3-8，摆台3-1用于驱动翻转臂3-8在原始位和翻转位之间转动。摆台3-1与传输机构连接，翻转臂3-8与晶圆夹持机构4连接。

其中，传输机构包括水平传输机构1和垂直传输机构2。如图1所示，水平传输机构1包括第一基板1-1、第一电机1-2和第一丝杠滑块组件。第一丝杠滑块组件包括传动连接的第一丝杠1-3和第一滑块(未示出)，第一丝杠1-3沿第一方向(图1中的水平方向)设于第一基板1-1上，第一电机1-2用于驱动第一丝杠1-3转动以带动第一滑块沿第一方向滑动。

垂直传输机构2包括第二基板2-1、第二电机2-2和第二丝杠滑块组件。第二丝杠滑块组件包括传动连接的第二丝杠2-3和第二滑块2-4，第二基板2-1连接于第一滑块，第二丝杠2-3沿第二方向(图1中的竖直方向)设于第二基板2-1上，且第二方向垂直于第一方向。第二电机2-2用于驱动第二丝杠2-3转动以带动第二滑块2-4沿第二方向滑动。

通过控制第一电机1-2和第二电机2-2，可以将连接于滑块2-4的翻转机构3及连接于翻转机构3的晶圆夹持机构4移动到预定平面内的任意位置，从而可以实现晶圆在预定平面内的平移传输。

翻转机构3与第二滑块2-4连接，包括摆台3-1和转动连接于摆台3-1的翻转臂3-8，摆台3-1用于驱动翻转臂3-8在原始位和翻转位之间转动。其中，摆台3-1包括壳体3-2和设于壳体3-2内的翻转电机3-3和蜗轮蜗杆组件。壳体3-2与第二滑块2-4连接。蜗轮蜗杆组件包括传动连接的蜗轮3-7和蜗杆3-6，翻转臂3-8的一端与蜗轮3-7连接，翻转臂3-8的另一端与晶圆夹持机构4连接。翻转电机3-3用于驱动蜗杆3-6转动，以带动翻转臂3-8以蜗轮3-7的中心轴为转动轴在原始位和翻转位之间转动，从而可以带动晶圆夹持机构4在原始位和翻转位之间转动，从而实现晶圆的翻转。

翻转位相对于原始位的转角为180度，在准备清洗时，可以根据工艺要求将晶圆的一个侧面或者另一个侧面对准半导体清洗设备中固定设置的喷淋头。如果半导体清洗设备中设有多组喷淋头，那么也可以根据各组喷淋头的喷射角度设置翻转位相对于原始位的转角，以使晶圆的一个侧面或者另一个侧面对准任一组喷淋头，这是本领域技术人员容易理解的。

可选地，翻转电机3-3和蜗轮蜗杆组件通过传动机构传动连接。传动机构包括设于翻转电机3-3的输出轴的带轮3-4和传动连接于带轮3-4的传动带3-5，传动带3-5连接于蜗杆3-6的一端。翻转电机3-3转动时，输出轴带动带轮3-4转动，并通过传动带3-5带动蜗杆3-6转动，进而驱动蜗轮3-7和翻转臂3-8转动。在本实施例中选用带轮及传动带作为传动机构，根据实际需要，也可以选用齿轮副或其他类似机构作为传动机构。

翻转臂3-8的外形整体为条形，为了与蜗轮进行装配，可以对翻转臂3-8的外形进行适应性的调整，这不影响本方案的实施。翻转臂3-8的外表面设有限位片3-9，壳体3-2的表面设有一对限位传感器3-10，限位传感器3-10用于检测限位片3-9的位置，进而可以确定翻转臂3-8的位置。或者，一对限位传感器3-10也可以通过转接件连接于壳体3-2的表面，以提高安装的便利性。一对限位传感器包括原始位限位传感器和翻转位限位传感器，当翻转臂3-8处于原始位时，原始位限位传感器能够检测到限位片3-9，当翻转臂3-8处于翻转位时，翻转位限位传感器能够检测到限位片3-9。

机械手还包括控制器(未图示)，控制器根据外部指令控制翻转电机3-3启动，并根据一对限位传感器3-10的检测结果控制翻转电机3-3停止以使翻转臂3-8处于原始位或翻转位。

当需要翻转晶圆时，控制器接收外部指令，根据外部指令控制翻转电机3-3启动，驱动翻转臂3-8从原始位向翻转位转动。当翻转位限位传感器检测到限位片3-9时，控制器根据该检测结果可以确定翻转臂3-8位于翻转位，控制翻转电机3-3停止，以使翻转臂3-8停止转动，处于该翻转位；清洗结束后，如果需要将翻转臂3-8恢复至原始位，控制器可接收相应的外部指令，根据外部指令控制翻转电机3-3启动且反向转动，驱动翻转臂3-8从翻转位向原始位转动。当原始位限位传感器检测到限位片3-9时，控制器根据该检测结果可以确定翻转臂3-8位于原始位，控制翻转电机3-3停止，以使翻转臂3-8停止转动，处于该原始位。

限位传感器3-10优选地是光电传感器，也可以是机械式接触传感器。

参考图4至图6，晶圆夹持机构4包括气动爪4-1和连接于气动爪4-1的一对卡爪固定件4-2，气动爪4-1能够控制一对卡爪固定件4-2的开合以夹紧或松开晶圆。卡爪固定件4-2为半圆形，一对卡爪固定件4-2在闭合时拼接形成用于遮蔽晶圆的圆形，可以防止机械手运动时产生的颗粒污染晶圆。

其中，气动爪4-1包括气动基座4-4和气动连接于气动基座4-4的一对气动臂4-5，一对气动臂4-5在气动基座4-4的控制下相互远离或靠近，以控制一对卡爪固定件4-2的开合。气动基座4-4连接于翻转臂3-8，其内部设有气动管路，一对气动臂4-5与气动管路连通，通过电磁阀控制气动管路的开闭即可控制一对气动臂4-5相互远离或靠近。在本实施例中，通过二位五通电磁阀控制一对气动臂4-5的运动。图6显示二位五通电磁阀的原理图，其中P口为进气口，A、B口为出气口，出气口A、B分别与一个气动臂4-5的接口连接，EA、EB口为排气口，通过切换气动臂接口的进气排气实现气动臂的开合。利用二位五通电磁阀进行气动控制属于本领域的现有技术，这是本领域技术人员容易理解的。

卡爪固定件4-2的一侧表面通过转接件连接于气动臂4-5，另一侧表面设有卡爪4-3。转接件包括垂直连接的连接板4-6和增强板4-7，连接板4-6与气动爪的气动臂4-5相连接，增强板4-7为梯形或三角形，且连接于卡爪固定件4-2，用于增强气动臂4-5与卡爪固定件4-2的连接强度。

卡爪4-3的顶部设有连接孔(例如螺孔)，可通过连接件(例如螺钉)连接于卡爪固定件4-2，卡爪4-3的内侧面设有用于夹持晶圆的夹持槽4-8。每个卡爪固定件4-2上可以设置一对卡爪4-3，且两个卡爪固定件4-2的卡爪4-3沿拼接圆的直径相对设置，以提高夹持稳定性。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种机械手，其特征在于，包括依次连接的传输机构、翻转机构和晶圆夹持机构，所述传输机构用于带动所述翻转机构在预定平面内移动，所述翻转机构包括摆台和转动连接于所述摆台的翻转臂，所述摆台用于驱动所述翻转臂在原始位和翻转位之间转动；其中

所述摆台与所述传输机构连接，所述翻转臂与所述晶圆夹持机构连接。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述摆台包括壳体和设于所述壳体内的翻转电机和蜗轮蜗杆组件，所述翻转臂的一端与所述蜗轮连接，所述翻转电机用于驱动所述蜗杆转动以带动所述翻转臂以所述蜗轮的中心轴为转动轴在所述原始位和所述翻转位之间转动；其中

所述翻转臂的另一端与所述晶圆夹持机构连接。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述翻转电机和所述蜗轮蜗杆组件通过传动机构传动连接，所述传动机构包括设于所述翻转电机的输出轴的带轮和传动连接于所述带轮的传动带，所述传动带连接于所述蜗杆的一端。

4.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述翻转臂的外表面设有限位片，所述壳体的表面设有一对限位传感器，所述限位传感器用于检测所述限位片的位置，所述一对限位传感器包括原始位限位传感器和翻转位限位传感器；

所述机械手还包括控制器，所述控制器根据外部指令控制所述翻转电机启动，并根据所述一对限位传感器的检测结果控制所述翻转电机停止以使所述翻转臂处于所述原始位或所述翻转位。

5.根据权利要求4所述的机械手，其特征在于，所述限位传感器是光电传感器；和/或

所述翻转位相对于所述原始位的转角为180度。

6.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述传输机构包括水平传输机构和垂直传输机构；

所述水平传输机构包括第一基板、第一电机和第一丝杠滑块组件，所述第一丝杠滑块组件包括传动连接的第一丝杠和第一滑块，所述第一丝杠沿第一方向设于所述第一基板上，所述第一电机用于驱动所述第一丝杠转动以带动所述第一滑块沿所述第一方向滑动；

所述垂直传输机构包括第二基板、第二电机和第二丝杠滑块组件，所述第二丝杠滑块组件包括传动连接的第二丝杠和第二滑块，所述第二基板连接于所述第一滑块，所述第二丝杠沿第二方向设于所述第二基板上，且所述第二方向垂直于所述第一方向，所述第二电机用于驱动所述第二丝杠转动以带动所述第二滑块沿所述第二方向滑动；其中

所述第二滑块与所述翻转机构连接。

7.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述晶圆夹持机构包括气动爪和连接于所述气动爪的一对卡爪固定件，所述气动爪能够控制所述一对卡爪固定件的开合以松开或夹紧晶圆。

8.根据权利要求7所述的机械手，其特征在于，所述气动爪包括气动基座和气动连接于所述气动基座的一对气动臂，所述一对气动臂在所述气动基座的控制下相互远离或靠近，以控制所述一对卡爪固定件的开合。

9.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于，所述卡爪固定件为半圆形，所述一对卡爪固定件在闭合时拼接形成用于遮蔽所述晶圆的圆形。

10.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于，所述卡爪固定件的一侧表面通过转接件连接于所述气动臂，另一侧表面设有卡爪；所述转接件包括垂直连接的连接板和增强板，所述连接板与所述气动爪相连接，所述增强板为梯形或三角形，且连接于所述卡爪固定件；所述卡爪的顶部通过连接件连接于所述卡爪固定件，所述卡爪的内侧面设有用于夹持所述晶圆的夹持槽。

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