一种手臂可升降的机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种手臂可升降的机械手，包括本体单元、支撑臂单元、升降臂单元、顶部臂单元、第一末端执行器单元和第二末端执行器单元，其中：支撑臂单元的一端绕本体单元旋转和/或升降运动；支撑臂单元的另一端支撑升降臂单元的一端，并使升降臂单元执行旋转和/或升降运动，升降臂单元的另一端支撑、升降和旋转所述第一末端执行器，顶部臂单元一端绕升降臂单元旋转，顶部臂单元的的另一端支撑和旋转第二末端执行器；其中，第一末端执行器和第二末端执行器的间距随升降臂单元带动第一末端执行器的升降来改变；因此，本发明专利技术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。位晶圆的传输。位晶圆的传输。

【技术实现步骤摘要】
一种手臂可升降的机械手


[0001]本专利技术涉及属于半导体晶圆传输设备
，具体涉及一种手臂可升降的半导体晶圆传输机械手。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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：
[0005]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。
[0006]请参阅图1
‑<br/>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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]针对上述的第一个解决方法存在两个缺陷：
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]针对上述的第二种解决方法同样存在三个缺陷：
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。

技术实现思路

[0021]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。为此，本专利技术的目的在于提供一种手臂可升降的机械手，手臂可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。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手臂可升降的晶圆传输机械手，其特征在于，包括本体单元、支撑臂单元、升降臂单元、顶部臂单元、第一末端执行器单元和第二末端执行器单元，其中：所述支撑臂单元的一端绕所述本体单元旋转和/或升降运动；所述支撑臂单元的另一端支撑所述升降臂单元的一端，并使所述升降臂单元执行旋转和/或升降运动，所述升降臂单元的另一端支撑、升降和旋转所述第一末端执行器，所述顶部臂单元一端绕升降臂单元旋转，所述顶部臂单元的的另一端支撑和旋转所述第二末端执行器；其中，所述第一末端执行器和所述第二末端执行器的间距随所述升降臂单元带动所述第一末端执行器的升降来改变。2.根据权利要求1所述的手臂可升降的晶圆传输机械手，其特征在于，所述升降臂单元包括升降臂壳体、手臂升降座、升降臂旋转电机、主动带轮三、从动带轮三、传动带三、丝杠、丝杠螺母座和第一末端执行器驱动电机一；所述升降臂壳体与所述手臂升降座相枢接，所述手臂升降座固定在所述升降轴上，所述升降臂旋转电机固定在所述手臂升降座内部，所述主动带轮三固定在所述手臂旋转电机输出轴端，所述从动带轮三固定在所述升降臂壳体上，所述传动带三缠绕在所述主动带轮三和从动带轮三上进行了一组传动机构实现动力的传动，所述升降臂旋转电机工作时，所述升降臂单元在所述升降轴上做旋转运动；所述丝杠固定在所述支撑臂壳体上，所述螺母座固定在所述手臂升降座上；当所述手臂升降电机工作时，所述丝杠使所述手臂升降座沿着所述升降轴做上下直线升降运动，进而同步实现所述升降臂单元做升降运动；其中，所述驱动电机一固定在所述升降臂壳体内部，所述第一末端执行器固定在所述末端执行器驱动电机一的输出轴端，当所述末端执行器驱动电机一工作时，所述第一末端执行器做升降和/或旋转运动。3.根据权利要求2所述的手臂可升降的机械手，其特征在于，所述本体单元包括机器人本体、升降座和支撑臂驱动电机，所述升降座固定在所述机器人本体上，所述支撑臂驱动电机固定在所述升降座上，所述支撑臂驱动电机随着所述升降座做直线升降运动；所述支撑臂单元包括支撑臂壳体、手臂升降电机、主动带轮一、从动带轮一、传动带一、顶部臂旋转电机、主动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恩龙，杨琦，张菊，武一鸣，张平，曲泉铀，王贺明，李家璇，中岛隆志，川辺哲也，西超博，焦子洋，
申请(专利权)人：上海广川科技有限公司，
类型：发明
国别省市：