一種用于運送晶圓的機械手機構的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于運送晶圓的機械手機構，包括一升降驅動機構、一旋轉驅動機構、一水平驅動機構和一末端執行部件，所述末端執行部件在旋轉驅動機構和水平驅動機構的驅動下承載晶圓做直線運動。本發明的用于運送晶圓的機械手機構，通過對末端執行部件的負載中心進行設計，使之偏置于第一軸線和第三軸線構成的平面外，巧妙地把負載中心的運動軌跡和末端執行部件旋轉軸心的運動路徑設置為不重合的、且平行的兩條直線；通過將負載中心向旋轉主臂和旋轉副臂的彎曲側偏置，使機械手最大彎曲時的占用的空間在水平方向上不超過負載邊緣的運動軌跡，不占用額外的空間，避免了干涉其他的機械手機構的運作，達到機械手水平運動工作空間布置的優化。
【專利說明】—種用于運送晶圓的機械手機構
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種在工業上移送物件過程中使用的機械手機構，尤其涉及一種用于運送晶圓的機械手機構。
【背景技術】
[0002]在現有的半導體加工過程中，需要對晶圓進行兩道檢測程序:先是低倍率的快速檢測，然后是高倍率的仔細檢測。當完成低倍率的快速檢測后，需要用一機械手將晶圓運送至高倍率檢測平臺上。機械手作為負責不同工位之間傳送晶圓的關鍵自動化設備，一方面，主要要求減小占用空間，另外一方面亦要求擴大作業區域，這就涉及到如何在水平運動工作空間布置的優化，使得機械手在合格地完成工作任務的同時，減少干涉其他機械手的機
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【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種在水平運動工作空間優化布置的用于運送晶圓的機械手機構。
[0004]為達到上述目的本發明提供了一種用于運送晶圓的機械手機構，其包括:
[0005]一升降驅動機構；
[0006]一旋轉驅動機構，`安裝于升降驅動機構上；
[0007]—水平驅動機構，包括旋轉主臂和旋轉副臂，旋轉主臂安裝于旋轉驅動機構上端，由旋轉驅動機構驅動繞第一軸線旋轉，旋轉主臂和旋轉副臂在第二軸線處安裝于一體，且旋轉主臂和旋轉副臂繞第二軸線相對旋轉；
[0008]一末端執行部件，可旋轉地安裝于水平驅動機構的旋轉副臂上，可繞第三軸線旋轉，所述末端執行部件在旋轉驅動機構和水平驅動機構的驅動下承載晶圓做直線運動；
[0009]其中，末端執行部件的負載中心的運動路徑為一與第一軸線、第三軸線均垂直的直線，且第一軸線、第二軸線和第三軸線相互平行，負載中心的運動路徑與第一軸線和第三軸線構成的面之間具有一特定距離，所述特定距離等于第一軸線到旋轉主臂最遠端的距離與晶圓半徑之差。
[0010]所述水平驅動機構中，旋轉驅動機構與旋轉主臂連接，旋轉主臂的一端與一固定帶輪通過軸承可相對旋轉地安裝于一體，且固定帶輪的中軸線為第一軸線，旋轉主臂的另一端固定連接有一肘軸組件，所述肘軸組件的軸向固定連接一帶輪軸；一級從動帶輪通過軸承可轉動地安裝在肘軸組件上，且所述一級從動帶輪與旋轉副臂的一端固定連接，可繞肘軸組件同步轉動；所述固定帶輪通過一級齒形帶與一級從動帶輪嚙合，一級從動帶輪的中軸線為第二軸線；
[0011]旋轉副臂的另一端固定連接有一腕軸組件，二級從動帶輪通過軸承可轉動地安裝在腕軸組件上，且所述二級從動帶輪與末端執行部件固定連接，可繞腕軸組件同步轉動；所述帶輪軸通過二級齒形帶與二級從動帶輪嚙合，二級從動帶輪的中軸線為第三軸線；[0012]其中，固定帶輪與從動帶輪的齒數比為2:1，帶輪軸與二級從動帶輪的齒數比為I: 2，旋轉主臂與旋轉副臂的旋轉方向相反，旋轉副臂與末端執行部件的旋轉方向相反，即旋轉主臂與旋轉副臂、末端執行部件為轉數比為1: -2: I的傳動結構；所述第一軸線、所述第二軸線和所述第三軸線相互平行，所述第一軸線與第二軸線的距離，等于所述第二軸線與所述第三軸線的距離。
[0013]所述末端執行部件的負載中心是晶圓的中心，所述第一軸線與第二軸線的距離小于晶圓的直徑。
[0014]所述二級從動帶輪的軸心在所述末端執行部件的負載中心的運動路徑之外。
[0015]本發明的用于運送晶圓的機械手機構，通過對末端執行部件的負載中心進行設計，使之偏置于第一軸線和第三軸線構成的平面外，巧妙地把負載中心的運動軌跡和末端執行部件旋轉軸心的運動路徑設置為不重合的、且平行的兩條直線；通過將負載中心向旋轉主臂和旋轉副臂的彎曲側偏置，使機械手最大彎曲時的占用的空間在水平方向上不超過負載邊緣的運動軌跡，不占用額外的空間，避免了干涉其他的機械手機構的運作，達到機械手水平運動工作空間布置的優化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的用于運送晶圓的機械手機構托住晶圓的一個實施例的立體圖；
[0017]圖2為圖1所示的用于運送晶圓的機械手機構托住晶圓的一運動狀態的俯視圖；
[0018]圖3為圖1所不的用于運送晶圓的機械手機構托住晶圓的另一運動狀態的俯視圖；
[0019]圖4為圖1所示的用于運送晶圓的機械手機構的A-A剖面示意圖；
[0020]圖5為圖1所示的用于運送晶圓的機械手機構的另一剖面示意圖。
[0021]附圖標號說明
[0022]旋轉主臂3旋轉副臂4末端執行部件5
[0023]第一軸線Ml第二軸線M2第三軸線M3
[0024]驅動電機10減速機14支撐框架8
[0025]第一帶輪11同步帶12第二帶輪13
[0026]磁流體密封裝置15固定帶輪17法蘭2
[0027]一級齒形帶19 一級從動帶輪20帶輪軸24
[0028]二級從動帶輪26 二級齒形帶25腕軸組件29
[0029]晶圓6肘軸組件23
【具體實施方式】
[0030]下面將結合附圖和具體的實施例對本發明的技術方案進行進一步的詳細說明。
[0031]如圖1所示，本發明的用于運送晶圓的機械手機構的一個實施例，包括:
[0032]一升降驅動機構；
[0033]一旋轉驅動機構，安裝于升降驅動機構上；
[0034]一水平驅動機構，安裝于旋轉驅動機構上端，包括旋轉主臂3和旋轉副臂4，旋轉主臂3由旋轉驅動機構驅動繞第一軸線Ml旋轉，旋轉主臂3和旋轉副臂4在第二軸線M2處安裝于一體，且旋轉主臂3和旋轉副臂4繞第二軸線M2相對旋轉；
[0035]一末端執行部件5，可旋轉地安裝于旋轉副臂4上，末端執行部件5和旋轉副臂4繞第三軸線M3相對旋轉。
[0036]圖2為機械手機構處于伸展狀態的示意圖，圖3為機械手機構處于收縮狀態的示意圖，第一軸線Ml為垂直于圖面且經過M點的直線，第二軸線M2為垂直于圖面且經過N點的直線，第三軸線M3為垂直于圖面且經過O點的直線。
[0037]如圖4和圖5所示,所述旋轉驅動機構具體包括一驅動電機10和減速機14,固定安裝于支撐框架8上。驅動電機10的輸出端連接于第一帶輪11,第一帶輪11通過同步帶12與第二帶輪13進行柔性連接，第二帶輪13連接于減速機14上，減速機14的輸出端與磁流體密封裝置15連接，磁流體密封裝置15 —端固定連接于法蘭2。
[0038]在水平驅動機構中，具體地、所述磁流體密封裝置15的輸出端與旋轉主臂3的首端連接，旋轉主臂3的首端還與一固定帶輪17通過軸承可相對旋轉地安裝于一體，且固定帶輪17的中軸線為第一軸線Ml。所述固定帶輪17與法蘭2固定連接。
[0039]旋轉主臂3的末端第二軸線M2處固定連接有一肘軸組件23，所述肘軸組件23的軸向固定連接一帶輪軸24。一級從動帶輪20通過軸承可轉動地安裝在肘軸組件23上，且所述一級從動帶輪20與旋轉副臂4的首端固定連接，可繞肘軸組件23同步轉動。所述固定帶輪17通過一級齒形帶19與一級從動帶輪20嚙合，一級從動帶輪20的中軸線為第二軸線M2。
[0040]旋轉副臂4的末端第三軸線M3處固定連接有一腕軸組件29，二級從動帶輪26通過軸承可轉動地安裝在腕軸組件29上，且所述二級從動帶輪26與末端執行部件5固定連接，可繞腕軸組件29同步轉動。所述帶輪軸24通過二級齒形帶25與二級從動帶輪26嚙合，二級從動帶輪26的中軸線為第三軸線M3。末端執行部件5在晶圓6下方托住晶圓6進行直線運動，如圖2和圖3所示，直線路徑LI即為末端執行部件5的負載中心X的運動路徑。
[0041]如圖2和圖3所示的狀態，在本發明實施例的機械手機構由伸展狀態運動到收縮狀態的過程中，法蘭2是固定不動的，旋轉主臂3圍繞第一軸線Ml進行順時針旋轉，而旋轉主臂3和旋轉副臂4圍繞第二軸線M2進行旋轉運動，旋轉副臂4和末端執行部件5圍繞第三軸線M3旋轉運動，而末端執行部件5和負載(晶圓6)隨著旋轉主臂3和旋轉副臂4的旋轉伸縮，進行直線運動。
[0042]在這個傳動過程中,驅動電機10帶動第一帶輪11,第一帶輪11通過同步帶12將運動傳遞給第二帶輪13 ;第二帶輪13帶動減速機14進行減速運動,然后通過磁流體密封裝置15輸出端帶動旋轉主臂3轉動。由于固定帶輪17通過一級齒形帶19與一級從動帶輪20相嚙合，在旋轉主臂3轉動過程中，固定帶輪17和一級從動帶輪20相對位置產生了變化，一級齒形帶19的嚙合作用使一級從動帶輪20轉動，這也就帶動了旋轉主臂3和旋轉副臂4圍繞第二軸線M2進行相對旋轉運動，固定帶輪17與一級從動帶輪20構成行星周轉輪系。同時，二級從動帶輪26通過二級齒形帶25與帶輪軸24相嚙合，這也就帶動了旋轉副臂4和末端執行部件5圍繞第三軸線M3進行相對旋轉運動。在以旋轉主臂3為參考體系的旋轉副臂4中，帶輪軸24和二級從動帶輪26也構成一個行星周轉輪系。在這兩個行星周轉輪系的作用下，旋轉副臂4與末端執行部件5的旋轉連接軸心O始終沿著徑向的直線路徑L2伸縮動作。
[0043]另外，負載(晶圓6)被末端執行部件5托住，兩者之間相互固定不動，因此，負載中心X運動的路徑LI取決于旋轉副臂4與末端執行部件5的旋轉連接軸心0運動的路徑L2，即路徑LI為平行于路徑L2的直線。
[0044]需要指出的是，固定帶輪17與一級從動帶輪20的齒數比為2:1，帶輪軸24與二級從動帶輪26的齒比為1: 2，又由于旋轉主臂3與一級從動帶輪20之間為負號傳遞結構，即旋轉主臂3與旋轉副臂4、末端執行部件5為1: -2: I轉數比的傳動結構。
[0045]旋轉主臂3與一級從動帶輪20之間，以及二級從動帶輪26與旋轉副臂4之間，為負號傳遞機構；換句話說，旋轉主臂3與旋轉副臂4的旋轉方向相反，旋轉副臂4與末端執行部件5的旋轉方向相反，實現旋轉主臂3、旋轉副臂4與末端執行部件5的轉數比為1:-2:1的傳動關系。
[0046]特別的，所述第一軸線Ml、所述第二軸線M2和所述第三軸線M3相互平行，其中，所述第一軸線Ml與第二軸線M2的距離，等于所述第二軸線M2與所述第三軸線M3的距離。所述末端執行部件5的負載是晶圓6，所述第一軸線Ml與第二軸線M2的距離小于晶圓6的直徑，所述二級從動帶輪26的旋轉軸心0在所述末端執行部件5的負載中心X運動的路徑LI之外。
[0047]具體地，負載中心X運動的路徑LI與第一軸線Ml和第三軸線M3構成的面(路徑L2所在的垂直于圖2的圖面的平面)之間具有一特定距離(即圖2和圖3中的路徑LI和路徑L2之間的最短距離)，所述特定距離等于第一軸線Ml到旋轉主臂3最遠端的距離與晶圓6半徑之差。這樣，在伸縮傳動過程中，即使旋轉主臂3在旋轉達到圖2和圖3中的橫向最大行程時，也不會超過晶圓6的最右端的運動軌跡，也不超過晶圓6最左端的運動軌跡，機械手彎曲時占用的空間在水平方向上不超出負載的運動空間，避免了干涉其他的機械手機構的運作。
[0048]這樣，負載中心X沿著路徑LI運動，第三軸線M3沿路徑L2運動，旋轉主臂3的運動行程不超過晶圓6的水平運動空間。在同負載和同臂長的情況下，相對于負載中心X運動的路徑LI與末端執行部件5旋轉軸心0重疊的傳統設計，進一步優化了機械手水平運動工作空間的布置。
[0049]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種用于運送晶圓的機械手機構，其特征在于，包括: 一升降驅動機構； 一旋轉驅動機構，安裝于升降驅動機構上； 一水平驅動機構，包括旋轉主臂和旋轉副臂，旋轉主臂安裝于旋轉驅動機構上端，由旋轉驅動機構驅動繞第一軸線旋轉，旋轉主臂和旋轉副臂在第二軸線處安裝于一體，且旋轉主臂和旋轉副臂繞第二軸線相對旋轉； 一末端執行部件，可旋轉地安裝于水平驅動機構的旋轉副臂上，可繞第三軸線旋轉，所述末端執行部件在旋轉驅動機構和水平驅動機構的驅動下承載晶圓做直線運動； 其中，末端執行部件的負載中心的運動路徑為一與第一軸線、第三軸線均垂直的直線，且第一軸線、第二軸線和第三軸線相互平行，負載中心的運動路徑與第一軸線和第三軸線構成的面之間具有一特定距離，所述特定距離等于第一軸線到旋轉主臂最遠端的距離與晶圓半徑之差。
2.根據權利要求1所述的用于運送晶圓的機械手機構，其特征在于: 所述水平驅動機構中，旋轉驅動機構與旋轉主臂連接，旋轉主臂的一端與一固定帶輪通過軸承可相對旋轉地安裝于一體，且固定帶輪的中軸線為第一軸線，旋轉主臂的另一端固定連接有一肘軸組件，所述肘軸組件的軸向固定連接一帶輪軸；一級從動帶輪通過軸承可轉動地安裝在肘軸組件上，且所述一級從動帶輪與旋轉副臂的一端固定連接，可繞肘軸組件同步轉動；所述固定帶輪通過一級齒形帶與一級從動帶輪嚙合，一級從動帶輪的中軸線為第二軸線； 旋轉副臂的另一端固定連接有一腕軸組件，二級從動帶輪通過軸承可轉動地安裝在腕軸組件上，且所述二級從動帶輪與末端執行部件固定連接，可繞腕軸組件同步轉動；所述帶輪軸通過二級齒形帶與二級從動帶輪嚙合，二級從動帶輪的中軸線為第三軸線； 其中，固定帶輪與從動帶輪的齒數比為2:1，帶輪軸與二級從動帶輪的齒數比為1: 2，旋轉主臂與旋轉副臂的旋轉方向相反，旋轉副臂與末端執行部件的旋轉方向相反，即旋轉主臂與旋轉副臂、末端執行部件為轉數比為1: -2: I的傳動結構；所述第一軸線、所述第二軸線和所述第三軸線相互平行，所述第一軸線與第二軸線的距離，等于所述第二軸線與所述第三軸線的距離。
3.根據權利要求2所述的用于運送晶圓的機械手機構，其特征在于:所述末端執行部件的負載中心是晶圓的中心，所述第一軸線與第二軸線的距離小于晶圓的直徑。
4.根據權利要求3所述的用于運送晶圓的機械手機構，其特征在于:所述二級從動帶輪的軸心在所述末端執打部件的負載中心的運動路徑之外。
【文檔編號】H01L21/677GK103811385SQ201210445556
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優先權日:2012年11月8日
【發明者】王鳳利, 李學威, 朱玉聰, 朱維金, 郭帥, 王金濤 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司