專利名稱:一種取送硅片的機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種取送硅片的機(jī)械手,特別是關(guān)于一種取送薄型基片的雙叉式機(jī)械手。
背景技術(shù):
目前在半導(dǎo)體硅片制造行業(yè)中,需要將硅片在各工藝設(shè)備中高速、準(zhǔn)確、潔凈且絕 對安全的反復(fù)傳送!因此必須要用高性能的專用機(jī)械手來完成?,F(xiàn)在使用最多的是一種三 折臂形式的機(jī)械手,該類機(jī)械采用主臂、副臂和手腕三個關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)連接叉爪,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且 體積大,在運動過程中易產(chǎn)生機(jī)械顆粒對硅片造成二次污染。還有一種是目前新開發(fā)的單 臂單叉形式的機(jī)械手,這種機(jī)械手雖然能夠避免關(guān)節(jié)的復(fù)雜性,但是它同三折臂形式的機(jī) 械手存在一樣的缺陷是它們都僅是在主臂上連接一個叉爪,當(dāng)這個叉爪取送硅片時,由于 只有一只叉爪在工作,對取或放的過程就會產(chǎn)生一個時間間歇,這樣,就勢必大大降低工作 效率,加長了芯片制造過程的無效時間。為了提高效率,目前國際上多采用的雙叉機(jī)械手為 雙三折臂結(jié)構(gòu)型式來實現(xiàn)雙叉爪(即六折臂雙叉),該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式使前述的缺點增 加的一倍!
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題,本發(fā)明的目的是基于單臂單爪機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和原理,提出一種工 作效率高的,單臂雙叉的取送硅片機(jī)械手。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種取送硅片的機(jī)械手,它包括用于 驅(qū)動機(jī)械手的水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)、垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu),以及氣路系統(tǒng),其特征在于 所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)為兩組,分別包括一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī),各所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)分別通過傳動 裝置連接一第一內(nèi)臂和第二內(nèi)臂,所述兩內(nèi)臂同軸套設(shè),其中第二內(nèi)臂在內(nèi)且兩端伸出第 一內(nèi)臂,在所述兩內(nèi)臂的頂部分別連接一叉爪。所述水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括一水平驅(qū)動電機(jī),水平驅(qū)動電機(jī)通過一傳動裝置連接一沿 水平方向移動的水平支架,所述水平支架上設(shè)置所述垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。所述 垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括一垂直驅(qū)動電機(jī),所述垂直驅(qū)動電機(jī)通過一傳動裝置連接一沿垂直方向 移動的升降架,所述升降架上設(shè)置有所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。所述升降架設(shè)置在所述水平支架 上。還可設(shè)置一限位機(jī)構(gòu),所述限位機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述第一、第二內(nèi)臂上的限位片, 和一設(shè)置在所述垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)上的限位柱,所述限位柱上間隔設(shè)置有多個限位環(huán),相鄰限 位環(huán)的間距與硅片盒中相鄰兩硅片的間距一致,所述限位環(huán)的數(shù)量大于硅片盒中的硅片數(shù)量。上述的水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)和垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)所用的傳動裝置可為電機(jī)帶動下的絲杠和 導(dǎo)軌光杠的組合。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)所用的傳動裝置為齒輪傳動機(jī)構(gòu)。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明通過四個電機(jī)帶動三種驅(qū)動,一個水平驅(qū)動電機(jī)帶動機(jī)構(gòu)整體做水平直線運動;一個垂直驅(qū)動電機(jī)帶動安裝有 外主臂的升降架做上、下垂直運動;在外主臂內(nèi)同軸套設(shè)兩個內(nèi)臂,兩個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)分 別驅(qū)動同軸的兩個內(nèi)臂各自旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明主要是通過外主臂上的內(nèi)、外兩套同軸且各自獨 立運動的軸系實現(xiàn)單臂雙叉的簡捷機(jī)構(gòu),在往復(fù)取送硅片時,節(jié)省了大量的時間,提高了效 率。2、外主臂內(nèi)同軸系的兩個獨立內(nèi)臂各自通過轉(zhuǎn)動與水平移動的合成運動構(gòu)成函數(shù)關(guān) 系,實現(xiàn)兩叉爪在另一水平方向上的各自直線運動,再加上升降運動的復(fù)合,實現(xiàn)了在任一 高度上的三維取送硅片的運動。3、本發(fā)明在升降運動方向上設(shè)置了雙保險機(jī)構(gòu),即除了通 過計算機(jī)程序設(shè)定升降行程控制外,還在豎直方向上設(shè)置了一限位柱,在限位環(huán)上設(shè)置了 與硅片盒中硅片數(shù)量和位置對應(yīng)的間隔環(huán)和限位環(huán),并在內(nèi)臂上設(shè)置了一凸頭限位片,因 此無論發(fā)生任何故障,都可以保證叉爪不會發(fā)生上、下竄動,保證了昂貴的硅片不受損壞。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,單臂雙叉式機(jī)械手,體積小,成本低,三種運動可以同時協(xié)調(diào)動作,也可以 單獨動作,大大節(jié)省了時間。本發(fā)明可以廣泛用于各種硅片或薄片基板的取送搬運過程中。
圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)組合示意圖;圖3是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖;圖4是圖3的B-B剖視圖;圖5是限位機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示,本發(fā)明機(jī)械手要在機(jī)床上實現(xiàn)水平動、垂直動、旋轉(zhuǎn)動的功能,因此 本發(fā)明包括一水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)1,一垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)2和兩旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、4,在兩旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī) 構(gòu)上分別安裝兩個機(jī)械手5、6。垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)2、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、4和機(jī)械手5、6可以在水 平驅(qū)動機(jī)構(gòu)的帶動下,整體沿機(jī)架水平移動;旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、4和機(jī)械手5、6可以在垂直驅(qū) 動機(jī)構(gòu)的帶動下,沿豎直方向移動;機(jī)械手5、6可以分別在各自旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的帶動下,實 現(xiàn)旋轉(zhuǎn)取片動作。本發(fā)明的水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)1包括一安裝在機(jī)架上的水平驅(qū)動電機(jī)11,水平驅(qū)動電機(jī) 11的輸出端連接一絲杠12,絲杠12上連接一水平支架13,水平支架13同時滑設(shè)在與絲杠 平行的上、下兩導(dǎo)軌光杠14上,在絲杠的帶動下,可以沿兩導(dǎo)軌光杠進(jìn)行水平方向的運動。本發(fā)明的垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)2包括一設(shè)置在水平支架13底部的垂直驅(qū)動電機(jī)21,垂直 驅(qū)動電機(jī)21通過聯(lián)軸器連接一絲杠22,絲杠22通過軸承轉(zhuǎn)動連接在水平支架11上。絲杠 22上連接一升降架23,升降架23同時穿設(shè)在與絲杠平行設(shè)置的垂向?qū)к壒飧躆上,升降 架23在絲杠22的旋轉(zhuǎn)帶動及垂向?qū)к壒飧躆的導(dǎo)向作用下,進(jìn)行垂直上、下運動。升降 架23上連接一外主臂25。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3包括一設(shè)置在升降架23底部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)31,旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動電機(jī)31的輸出端連接一主動輪32。主動輪32經(jīng)過至少一級傳動,最后通過從動輪33 的中心連接一第一內(nèi)臂51,第一內(nèi)臂51套設(shè)在外主臂25的內(nèi)部,之間由軸承支撐。第一內(nèi)臂51為機(jī)械手5的一部分,第一內(nèi)臂51上端穿出外主臂25、升降架23及水平支架11后, 連接叉爪52。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)4與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3 —樣,也包括一設(shè)置在升降架23底部的旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動電機(jī)41,旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)41的輸出端連接一主動輪42,主動輪42經(jīng)過至少一級傳動,最后 通過從動輪43的中心連接一第二內(nèi)臂61,第二內(nèi)臂61套設(shè)在第一內(nèi)臂51的內(nèi)部。第二 內(nèi)臂61為機(jī)械手6的一部分,第二內(nèi)臂61上端穿出第一內(nèi)臂51、升降架23及水平支架11 后,連接叉爪62。上述的主動輪、從動輪構(gòu)成的傳動機(jī)構(gòu),一般為齒輪機(jī)構(gòu),也可為其他可能實現(xiàn)的 傳動機(jī)構(gòu)。本發(fā)明中,機(jī)械手5和6采用同軸系。外主臂25、第一內(nèi)臂51均為空心軸,第一內(nèi) 臂51套設(shè)在外主臂25之內(nèi),第一內(nèi)臂51上端伸出外主臂連接叉手;第二內(nèi)臂61穿過第一 內(nèi)臂51的中心,其底部和頂部都露在第一內(nèi)臂51之外,底部外接從動輪43,頂部穿出第一 內(nèi)臂51后連接叉爪62。這樣,在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、4的分別帶動下,機(jī)械手5和6就可互不 干擾地同軸轉(zhuǎn)動,通過計算機(jī)程序控制,輪流地取送硅片,有效彌補了閑置時間。在第一內(nèi)臂51和第二內(nèi)臂61的內(nèi)部,分別設(shè)置有與叉爪連通的真空氣道,以及在 手爪上設(shè)置有吸盤,這些均屬于現(xiàn)有技術(shù),在此不做贅述。上述實施例中,為了保證機(jī)械手在抓取硅片的過程中,即使發(fā)生機(jī)械或電器或程 序控制故障,也不會造成對硅片盒中硅片的損壞,本發(fā)明設(shè)置了限位機(jī)構(gòu)7。如圖5所示,限 位機(jī)構(gòu)7包括一設(shè)置在支架上的限位柱71,在限位柱71上間隔設(shè)置有多個限位環(huán)72。對 應(yīng)地,在兩內(nèi)臂上分別設(shè)置有限位片73,限位片裸露在外,并在各限位片上設(shè)置有凹部和凸 部。限位片73隨各自的內(nèi)臂一起轉(zhuǎn)動,限位片73的凸部可以插設(shè)在兩相鄰的限位環(huán)72之 間從而限制軸向移動。兩相鄰限位環(huán)72之間的間距,與硅片盒中兩相鄰硅片的間距一致。 限位環(huán)的數(shù)量與磁盤盒中排列的硅片數(shù)量相同,或者至少不能少于硅片的數(shù)量。限位片73 在相鄰的兩限位環(huán)72之間的有效行程要小于叉爪在兩硅片之間的有效行程,才可以有效 地保護(hù)硅片不受損害。當(dāng)內(nèi)臂帶動叉爪上下移動時,限位片73的凸部遠(yuǎn)離限位環(huán)72 ;當(dāng)內(nèi) 臂帶動叉爪轉(zhuǎn)動到達(dá)取送硅片位置時,限位片73的凸部恰好旋入到兩相鄰的限位環(huán)72之 間,即使此時發(fā)生任何故障,兩限位環(huán)都可以保證內(nèi)臂帶動的叉爪不會上、下竄動,進(jìn)而可 以保證其它硅片不受損壞。本發(fā)明的限位機(jī)構(gòu)還可以采用其它方式,在此不再一一贅述。本發(fā)明在工作時,水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)1驅(qū)動水平支架13及垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)2和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動 機(jī)構(gòu)3、4沿兩導(dǎo)軌光杠進(jìn)行水平運動,使整個裝置水平移動到位。垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)2驅(qū)動升 降架23及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、4垂直運動,使內(nèi)臂帶動叉爪升降到欲取送硅片的高度。兩套旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、4通過主、從動輪帶動兩內(nèi)臂51、61做自身轉(zhuǎn)動,使叉爪伸入到欲取硅片的下 方,然后垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)略微上移,貼近硅片底部。這時旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,啟動真空泵, 通過真空氣道抽真空,使吸盤吸住硅片;再啟動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)帶動手爪轉(zhuǎn)到存放硅片盒,接 著真空氣道進(jìn)入空氣,吸盤松開硅片,垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)略微下移退出。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、4在程 序控制下,間歇式重復(fù)上述動作,由此,當(dāng)機(jī)械手5抓取硅片時,機(jī)械手6等候,當(dāng)機(jī)械手5 送放硅片時,機(jī)械手6伸出取片,以后兩者如此往返工作。本發(fā)明的突出特點就在于設(shè)置了 兩個機(jī)械手,這兩個機(jī)械手可以同軸并且間歇式運動。上述實施例中,水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)1、垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)2和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、4中的傳動裝置還可以采取其它不同的結(jié)構(gòu)方式,比如在水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)1中,傳動裝置既可以是一對鏈 輪組,也可以是一對帶輪組,還可以是絲杠組。這些不同結(jié)構(gòu)的傳動裝置的等效替換,均不 應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種取送硅片的機(jī)械手,它包括用于驅(qū)動機(jī)械手的水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)、垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)和 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu),以及氣路系統(tǒng),其特征在于所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)為兩組,分別包括一旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動電機(jī),各所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)分別通過傳動裝置連接一第一內(nèi)臂和第二內(nèi)臂,所述兩內(nèi)臂 同軸套設(shè),其中第二內(nèi)臂在內(nèi)且兩端伸出第一內(nèi)臂,在所述兩內(nèi)臂的頂部分別連接一叉爪。
2.如權(quán)利要求1所述的一種取送硅片的機(jī)械手,其特征在于所述水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括 一水平驅(qū)動電機(jī),水平驅(qū)動電機(jī)通過一傳動裝置連接一沿水平方向移動的水平支架,所述 水平支架上設(shè)置所述垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種取送硅片的機(jī)械手,其特征在于所述垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括 一垂直驅(qū)動電機(jī),所述垂直驅(qū)動電機(jī)通過一傳動裝置連接一沿垂直方向移動的升降架,所 述升降架上設(shè)置有所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種取送硅片的機(jī)械手,其特征在于所述垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括 一垂直驅(qū)動電機(jī),所述垂直驅(qū)動電機(jī)通過一傳動裝置連接一沿垂直方向移動的升降架,所 述升降架上設(shè)置有所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種取送硅片的機(jī)械手,其特征在于所述升降架設(shè)置在所述 水平支架上。
6.如權(quán)利要求1所述的一種取送硅片的機(jī)械手,其特征在于還包括一限位機(jī)構(gòu),所述 限位機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述第一、第二內(nèi)臂上的限位片,和一設(shè)置在所述垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)上的 限位柱,所述限位柱上間隔設(shè)置有多個限位環(huán),相鄰限位環(huán)的間距與硅片盒中相鄰兩硅片 的間距一致,所述限位環(huán)的數(shù)量大于硅片盒中的硅片數(shù)量。
7.如權(quán)利要求1所述的一種取送硅片的機(jī)械手,其特征在于所述傳動裝置為齒輪傳 動機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求2或3或4所述的一種取送硅片的機(jī)械手,其特征在于各所述傳動裝 置包括由電機(jī)帶動的絲杠和與絲杠平行設(shè)置的導(dǎo)軌光杠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種取送硅片的機(jī)械手,它包括水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)、垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu),以及氣路系統(tǒng),垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和機(jī)械手在水平驅(qū)動機(jī)構(gòu)的帶動下,整體水平移動;旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和機(jī)械手在垂直驅(qū)動機(jī)構(gòu)的帶動下沿豎直方向移動;機(jī)械手在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的帶動下旋轉(zhuǎn)取片。所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)為兩個,每一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接一內(nèi)臂,兩內(nèi)臂同軸套設(shè),其中內(nèi)側(cè)的內(nèi)臂伸出外側(cè)的內(nèi)臂,各內(nèi)臂頂部連接叉爪。本發(fā)明通過兩套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動同軸系的兩內(nèi)臂間隔往復(fù)取送硅片,使效率提高了一倍。
文檔編號B25J19/00GK102064127SQ20101051158
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者姚廣軍, 徐偉新, 陸宇清, 陳百捷 申請人:北京自動化技術(shù)研究院