CN101436562A - 大升降伸缩比双臂晶圆传输机械手 - Google Patents

Abstract

大升降伸缩比双臂晶圆传输机械手，它涉及一种晶圆传输机械手。本发明解决了现有的晶圆传输机械手存在的线路及气管连接的可靠性低、使用寿命短、竖直方向行程受限制而不能满足竖直方向大伸缩比运动的需求和拆装维修不便的问题。本发明的辅助丝杠驱动总成的辅助丝杠轴的上端穿过中法兰盘并保持悬浮状态，主丝杠驱动总成的主丝杠轴的上端穿过中法兰盘、Z轴滑动支架、T轴下法兰盘、T轴上法兰盘和R轴下法兰盘并保持悬浮状态，主花键导轨总成的主花键导轨花键轴的下端与中法兰盘固接，走线模块总成设置在T轴上法兰盘和R轴下法兰盘之间。本发明具有线路及气管连接的可靠性高、使用寿命长、实现了竖直方向较大的行程和拆装维修极方便的优点。

Description

大升降伸缩比双臂晶圆传输机械手

技术领域

本发明涉及一种晶圆传输机械手。

背景技术

目前，在集成电路(IC)制造装备领域中广泛使用的晶圆传输机械手(参见图7和图8)存在以下问题：一、传统单臂晶圆传输机械手为了提高作业效率只能提高其运动速度，但却降低了机械手的可靠性及使用寿命；二、为满足晶圆传输***的工作要求，机械手本体的下降高度必须低于晶圆传输的最低工作点，当最低工作点较低时，传统晶圆传输机械手在Z轴方向上的最大行程能力受到限制，不能满足竖直方向大伸缩比运动的需求；三、传统晶圆传输机械手R轴线路及气管从T轴筒内穿过，在T轴旋转时，线路及气管会受到拉伸作用力从而降低了线路及气管连接的可靠性，并且该走线方式使机械手的拆装维修极为不便。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的晶圆传输机械手存在的线路及气管连接的可靠性低、使用寿命短、竖直方向行程受限制而不能满足竖直方向大伸缩比运动的需求和拆装维修极为不便的问题，进而提供一种大升降伸缩比双臂晶圆传输机械手。

本发明的技术方案是：大升降伸缩比双臂晶圆传输机械手包括底座、主丝杠驱动总成、辅助丝杠驱动总成、三个辅助花键导轨总成、中法兰盘、三个主花键导轨总成、Z轴滑动支架、Z轴驱动电机、支撑套筒总成、T轴下法兰盘、T轴传动总成、T轴驱动电机、T轴上法兰盘、R轴下法兰盘、R轴右臂传动总成、R轴右臂驱动电机、R轴左臂传动总成、R轴左臂驱动电机、R轴上法兰盘、R轴左臂总成、R轴右臂总成、走线模块总成、Z轴主动带轮、Z轴主从动传动带轮、Z轴辅从动传动带轮、Z轴同步传动带和Z轴驱动电机，所述走线模块总成由线路总成和发条组成，所述R轴左臂总成由左大臂、左小臂和左末端手固定架组成，所述R轴右臂总成由右大臂、右小臂、右末端手下支架、右末端手立支架和右末端手上支架组成，所述主丝杠驱动总成、Z轴驱动电机、辅助丝杠驱动总成和三个辅助花键导轨总成均安装在底座上，辅助丝杠驱动总成的辅助丝杠轴的上端穿过中法兰盘并保持悬浮状态，所述辅助丝杠轴与中法兰盘的交汇处通过辅助丝杠驱动总成的辅助丝杠螺母固接，辅助丝杠驱动总成的辅助丝杠轴的下端穿过底座与相应的Z轴辅从动传动带轮固接，辅助花键导轨总成的花键固装在中法兰盘的安装孔内，所述花键在导轨上滑动，所述主丝杠驱动总成的主丝杠轴的上端由下到上依次穿过中法兰盘、Z轴滑动支架、T轴下法兰盘、T轴上法兰盘和R轴下法兰盘并保持悬浮状态，所述主丝杠驱动总成的主丝杠轴与Z轴滑动支架的交汇处通过主丝杠驱动总成的主丝杠螺母固接，所述主丝杠驱动总成的主丝杠轴的下端穿过底座与Z轴主从动传动带轮固接，所述支撑套筒总成套装在主丝杠轴上，且支撑套筒总成的上端和下端分别与T轴下法兰盘和中法兰盘固接，主花键导轨总成的主花键导轨花键轴的下端与中法兰盘固接，所述主花键导轨总成的主花键导轨花键轴的上端由下至上依次穿过Z轴滑动支架和T轴下法兰盘，主花键导轨总成的主花键导轨花键均固装在Z轴滑动支架的安装孔内，所述主花键导轨花键在主花键导轨花键轴上滑动，所述T轴驱动电机安装在T轴下法兰盘的上端面上，所述T轴传动总成的下端与T轴下法兰盘相连接，所述T轴驱动电机通过T轴三级同步传动带与T轴传动总成相连接，所述T轴传动总成的上端穿过T轴上法兰盘与R轴下法兰盘相连接，所述R轴右臂传动总成、R轴左臂传动总成、R轴右臂驱动电机和R轴左臂驱动电机均安装在R轴下法兰盘的上端面上，所述R轴左臂传动总成与R轴左臂驱动电机通过左臂三级同步传动带相连接，所述R轴右臂传动总成与R轴右臂驱动电机通过右臂三级同步传动带相连接，所述R轴上法兰盘安装在R轴右臂传动总成和R轴左臂传动总成的上端面上，所述R轴左臂传动总成轴穿过R轴上法兰盘与R轴左臂总成的左大臂的一端相铰接，所述R轴左臂总成的左大臂的另一端与R轴左臂总成的左小臂的一端相铰接，所述R轴左臂总成的左小臂的另一端与左末端手固定架的一端相铰接，所述R轴右臂传动总成的轴穿过R轴上法兰盘与R轴右臂总成的右大臂的一端相铰接，所述R轴右臂总成的右大臂的另一端与R轴右臂总成的右小臂的一端相铰接，所述R轴右臂总成的右小臂的另一端与右末端手下支架的一端相铰接，所述右末端手下支架的另一端与右末端手立支架的一端相铰接，所述右末端手立支架的另一端与右末端手上支架的一端相铰接，所述Z轴驱动电机的输出轴穿过底座与Z轴主动带轮固接，所述Z轴主从动传动带轮、Z轴辅从动传动带轮和Z轴主动带轮通过Z轴同步传动带相连接，所述走线模块总成设置在T轴上法兰盘和R轴下法兰盘之间，所述线路总成覆在发条的外表面上，所述发条的外端头与T轴上法兰盘固接，所述发条的内端头与R轴下法兰盘固接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：一、本发明采用双臂的R轴结构，在同样运行速度条件下有效地提高了机械手的晶圆传输作业效率，并提高了使用寿命；二、本发明采用层叠式的Z轴传动方式，在有限的竖直和径向尺寸空间内实现了较大的竖直方向行程；三、本发明的Z轴层叠传动机构采用单极驱动方式，即由一个电机按固定比例驱动各层机构实现同步竖直伸缩运动，使得Z轴结构紧凑、控制简便、拆装维修方便；四、本发明采用了发条式走线方式，在机械手运动过程中所有线路不受拉伸作用力，从而提高了线路及气管连接的可靠性；五、本发明还具有运行稳定的优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构立体示意图，图2是本发明的纵向剖视图，图3是本发明的整体外形示意图，图4是图2的仰视图，图5是发条式走线方式示意图，图6是Z轴驱动电机的安装示意图，图7是传统机械手的主视图示意图，图8是图7的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图4～图8说明本实施方式，本实施方式包括底座1、主丝杠驱动总成2、辅助丝杠驱动总成3、三个辅助花键导轨总成4、中法兰盘5、三个主花键导轨总成6、Z轴滑动支架7、Z轴驱动电机35、支撑套筒总成8、T轴下法兰盘9、T轴传动总成10、T轴驱动电机11、T轴上法兰盘12、R轴下法兰盘13、R轴右臂传动总成14、R轴右臂驱动电机15、R轴左臂传动总成16、R轴左臂驱动电机17、R轴上法兰盘18、R轴左臂总成19、R轴右臂总成20、走线模块总成21、Z轴主动带轮23、Z轴主从动传动带轮25、Z轴辅从动传动带轮27、Z轴同步传动带28和Z轴驱动电机35，所述走线模块总成21由线路总成29和发条30组成，所述R轴左臂总成19由左大臂19-1、左小臂19-2和左末端手固定架19-3组成，所述R轴右臂总成20由右大臂20-1、右小臂20-2、右末端手下支架20-3、右末端手立支架20-4和右末端手上支架20-5组成，所述主丝杠驱动总成2、Z轴驱动电机35、辅助丝杠驱动总成3和三个辅助花键导轨总成4均安装在底座1上，辅助丝杠驱动总成3的辅助丝杠轴3-3的上端穿过中法兰盘5并保持悬浮状态，所述辅助丝杠轴3-3与中法兰盘5的交汇处通过辅助丝杠驱动总成3的辅助丝杠螺母3-2固接，辅助丝杠驱动总成3的辅助丝杠轴3-3的下端穿过底座1与相应的Z轴辅从动传动带轮27固接，辅助花键导轨总成4的花键4-4固装在中法兰盘5的安装孔内，所述花键4-4在导轨4-3上滑动，所述主丝杠驱动总成2的主丝杠轴2-3的上端由下到上依次穿过中法兰盘5、Z轴滑动支架7、T轴下法兰盘9、T轴上法兰盘12和R轴下法兰盘13并保持悬浮状态，所述主丝杠驱动总成2的主丝杠轴2-3与Z轴滑动支架7的交汇处通过主丝杠驱动总成2的主丝杠螺母2-2固接，所述主丝杠驱动总成2的主丝杠轴2-3的下端穿过底座1与Z轴主从动传动带轮25固接，所述支撑套筒总成8套装在主丝杠轴2-3上，且支撑套筒总成8的上端和下端分别与T轴下法兰盘9和中法兰盘5固接，主花键导轨总成6的主花键导轨花键轴6-3的下端与中法兰盘5固接，所述主花键导轨总成6的主花键导轨花键轴6-3的上端由下至上依次穿过Z轴滑动支架7和T轴下法兰盘9，主花键导轨总成6的主花键导轨花键6-4均固装在Z轴滑动支架7的安装孔内，所述主花键导轨花键6-4在主花键导轨花键轴6-3上滑动，所述T轴驱动电机11安装在T轴下法兰盘9的上端面上，所述T轴传动总成10的下端与T轴下法兰盘9相连接，所述T轴驱动电机11通过T轴三级同步传动带10-1与T轴传动总成10相连接，所述T轴传动总成10的上端穿过T轴上法兰盘12与R轴下法兰盘13相连接，所述R轴右臂传动总成14、R轴左臂传动总成16、R轴右臂驱动电机15和R轴左臂驱动电机17均安装在R轴下法兰盘13的上端面上，所述R轴左臂传动总成16与R轴左臂驱动电机17通过左臂三级同步传动带16-1相连接，所述R轴右臂传动总成14与R轴右臂驱动电机15通过右臂三级同步传动带14-1相连接，所述R轴上法兰盘18安装在R轴右臂传动总成14和R轴左臂传动总成16的上端面上，所述R轴左臂传动总成16轴穿过R轴上法兰盘18与R轴左臂总成19的左大臂19-1的一端相铰接，所述R轴左臂总成19的左大臂19-1的另一端与R轴左臂总成19的左小臂19-2的一端相铰接，所述R轴左臂总成19的左小臂19-2的另一端与左末端手固定架19-3的一端相铰接，所述R轴右臂传动总成14的轴穿过R轴上法兰盘18与R轴右臂总成20的右大臂20-1的一端相铰接，所述R轴右臂总成20的右大臂20-1的另一端与R轴右臂总成20的右小臂20-2的一端相铰接，所述R轴右臂总成20的右小臂20-2的另一端与右末端手下支架20-3的一端相铰接，所述右末端手下支架20-3的另一端与右末端手立支架20-4的一端相铰接，所述右末端手立支架20-4的另一端与右末端手上支架20-5的一端相铰接，所述Z轴驱动电机35的输出轴22穿过底座1与Z轴主动带轮23固接，所述Z轴主从动传动带轮25、Z轴辅从动传动带轮27和Z轴主动带轮23通过Z轴同步传动带28相连接，所述走线模块总成21设置在T轴上法兰盘12和R轴下法兰盘13之间，所述线路总成29覆在发条30的外表面上，所述发条30的外端头30-1与T轴上法兰盘12固接，所述发条30的内端头30-2与R轴下法兰盘13固接。所述主丝杠驱动总成2由日本NSK公司生产，其型号为PSS1020N1D0608；所述辅助丝杠驱动总成3由日本NSK公司生产，其型号为PSS1010N1D0307；所述辅助花键导轨总成4由日本THK公司生产，其型号为LF20UU+L360；所述主花键导轨总成6由日本THK公司生产，其型号为LF20UU+L360。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式的机械手还增加有一级罩31、二级罩32和三级罩33，所述一级罩31设置在中法兰盘5的外侧，一级罩31的下端固装在底座1上，所述二级罩32设置在中法兰盘5和T轴上法兰盘12的外侧，二级罩32的上端固装在T轴上法兰盘12上，所述三级罩33设置在R轴上法兰盘18和T轴上法兰盘12的外侧，三级罩33的上端固装在R轴上法兰盘18上，且所述二级罩32套装在一级罩31的外侧，三级罩33套装在二级罩32的外侧。如此设置，补充效果。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

结合图1、图2、图4和图5说明本发明的工作原理：本发明的机械手有四个自由度：即两个R方向的伸缩运动、T方向的回转运动和Z方向的垂直运动。

第一个R轴伸缩原理：由R轴左臂驱动电机17经过左臂三级同步传动带16-1推动左大臂19-1和左小臂19-2，最终实现左末端手固定架19-3的运动；

第二个R轴伸缩原理：由R轴右臂驱动电机15经过右臂三级同步传动带14-1推动右大臂20-1、右小臂20-2、右末端手下支架20-3和右末端手立支架20-4，最终实现右末端手上支架20-5的运动；

T轴回转运动原理：由T轴驱动电机11通过T轴三级同步传动带10-1驱动T轴传动总成10从而带动R轴下法兰盘12旋转，R轴下法兰盘12上面所有元件与R轴下法兰盘12共同旋转形成T轴的回转运动；

Z轴层叠式升降运动原理：所述Z轴驱动电机35的输出轴22旋转驱动Z轴主动带轮23旋转，从而通过Z轴同步传动带28同时驱动主丝杠驱动总成2的主丝杠轴2-3和辅助丝杠驱动总成3的辅助丝杠轴3-3旋转，驱动主丝杠驱动总成2的主丝杠轴2-3旋转带动驱动主丝杠驱动总成2的主丝杠螺母2-2向上运动，从而推动Z轴滑动支架7沿主花键导轨总成6向上运动，辅助丝杠驱动总成3的辅助丝杠轴3-3旋转带动辅助丝杠驱动总成3的辅助丝杠螺母3-2向上运动从而推动中法兰盘5向上运动，从而使主花键导轨总成6向上运动，实现主花键导轨总成6的延长，实现层叠式升降。

发条式走线原理：当R轴下法兰盘13回转时，T轴上法兰12固定不动，则R轴所有线路相对于T轴上法兰盘12有相对拉伸运动，采用发条式走线方式后，走线模块总成21内侧的发条接头与R轴下法兰盘13相连接，外侧接头与T轴上法兰盘12相连接，从而在做T轴回转运动时只有发条受力而线路不受力，而且可以实现线路的伸缩。

Claims (2)

1、一种大升降伸缩比双臂晶圆传输机械手，它包括底座(1)、主丝杠驱动总成(2)、辅助丝杠驱动总成(3)、三个辅助花键导轨总成(4)、中法兰盘(5)、三个主花键导轨总成(6)、Z轴滑动支架(7)、Z轴驱动电机(35)、支撑套筒总成(8)、T轴下法兰盘(9)、T轴传动总成(10)、T轴驱动电机(11)、T轴上法兰盘(12)、R轴下法兰盘(13)、R轴右臂传动总成(14)、R轴右臂驱动电机(15)、R轴左臂传动总成(16)、R轴左臂驱动电机(17)、R轴上法兰盘(18)、R轴左臂总成(19)、R轴右臂总成(20)、走线模块总成(21)、Z轴主动带轮(23)、Z轴主从动传动带轮(25)、Z轴辅从动传动带轮(27)、Z轴同步传动带(28)和Z轴驱动电机(35)，其特征在于：所述走线模块总成(21)由线路总成(29)和发条(30)组成，所述R轴左臂总成(19)由左大臂(19-1)、左小臂(19-2)和左末端手固定架(19-3)组成，所述R轴右臂总成(20)由右大臂(20-1)、右小臂(20-2)、右末端手下支架(20-3)、右末端手立支架(20-4)和右末端手上支架(20-5)组成，所述主丝杠驱动总成(2)、Z轴驱动电机(35)、辅助丝杠驱动总成(3)和三个辅助花键导轨总成(4)均安装在底座1上，辅助丝杠驱动总成(3)的辅助丝杠轴(3-3)的上端穿过中法兰盘(5)并保持悬浮状态，所述辅助丝杠轴(3-3)与中法兰盘(5)的交汇处通过辅助丝杠驱动总成(3)的辅助丝杠螺母(3-2)固接，辅助丝杠驱动总成(3)的辅助丝杠轴(3-3)的下端穿过底座(1)与相应的Z轴辅从动传动带轮(27)固接，辅助花键导轨总成(4)的花键(4-4)固装在中法兰盘(5)的安装孔内，所述花键(4-4)在导轨(4-3)上滑动，所述主丝杠驱动总成(2)的主丝杠轴(2-3)的上端由下到上依次穿过中法兰盘(5)、Z轴滑动支架(7)、T轴下法兰盘(9)、T轴上法兰盘(12)和R轴下法兰盘(13)并保持悬浮状态，所述主丝杠驱动总成(2)的主丝杠轴(2-3)与Z轴滑动支架(7)的交汇处通过主丝杠驱动总成(2)的主丝杠螺母(2-2)固接，所述主丝杠驱动总成(2)的主丝杠轴(2-3)的下端穿过底座(1)与Z轴主从动传动带轮(25)固接，所述支撑套筒总成(8)套装在主丝杠轴(2-3)上，且支撑套筒总成(8)的上端和下端分别与T轴下法兰盘(9)和中法兰盘(5)固接，主花键导轨总成(6)的主花键导轨花键轴(6-3)的下端与中法兰盘(5)固接，所述主花键导轨总成(6)的主花键导轨花键轴(6-3)的上端由下至上依次穿过Z轴滑动支架(7)和T轴下法兰盘(9)，主花键导轨总成(6)的主花键导轨花键(6-4)均固装在Z轴滑动支架(7)的安装孔内，所述主花键导轨花键(6-4)在主花键导轨花键轴(6-3)上滑动，所述T轴驱动电机(11)安装在T轴下法兰盘(9)的上端面上，所述T轴传动总成(10)的下端与T轴下法兰盘(9)相连接，所述T轴驱动电机(11)通过T轴三级同步传动带(10-1)与T轴传动总成(10)相连接，所述T轴传动总成(10)的上端穿过T轴上法兰盘(12)与R轴下法兰盘(13)相连接，所述R轴右臂传动总成(14)、R轴左臂传动总成(16)、R轴右臂驱动电机(15)和R轴左臂驱动电机(17)均安装在R轴下法兰盘(13)的上端面上，所述R轴左臂传动总成(16)与R轴左臂驱动电机(17)通过左臂三级同步传动带(16-1)相连接，所述R轴右臂传动总成(14)与R轴右臂驱动电机(15)通过右臂三级同步传动带(14-1)相连接，所述R轴上法兰盘(18)安装在R轴右臂传动总成(14)和R轴左臂传动总成(16)的上端面上，所述R轴左臂传动总成(16)轴穿过R轴上法兰盘(18)与R轴左臂总成(19)的左大臂(19-1)的一端相铰接，所述R轴左臂总成(19)的左大臂(19-1)的另一端与R轴左臂总成(19)的左小臂(19-2)的一端相铰接，所述R轴左臂总成(19)的左小臂(19-2)的另一端与左末端手固定架(19-3)的一端相铰接，所述R轴右臂传动总成(14)的轴穿过R轴上法兰盘(18)与R轴右臂总成(20)的右大臂(20-1)的一端相铰接，所述R轴右臂总成(20)的右大臂(20-1)的另一端与R轴右臂总成(20)的右小臂(20-2)的一端相铰接，所述R轴右臂总成(20)的右小臂(20-2)的另一端与右末端手下支架(20-3)的一端相铰接，所述右末端手下支架(20-3)的另一端与右末端手立支架(20-4)的一端相铰接，所述右末端手立支架(20-4)的另一端与右末端手上支架(20-5)的一端相铰接，所述Z轴驱动电机(35)的输出轴(22)穿过底座(1)与Z轴主动带轮(23)固接，所述Z轴主从动传动带轮(25)、Z轴辅从动传动带轮(27)和Z轴主动带轮(23)通过Z轴同步传动带(28)相连接，所述走线模块总成(21)设置在T轴上法兰盘(12)和R轴下法兰盘(13)之间，所述线路总成(29)覆在发条(30)的外表面上，所述发条(30)的外端头(30-1)与T轴上法兰盘(12)固接，所述发条(30)的内端头(30-2)与R轴下法兰盘(13)固接。

2、根据权利要求1所述大升降伸缩比双臂晶圆传输机械手，其特征在于：所述机械手还包括一级罩(31)、二级罩(32)和三级罩(33)，所述一级罩(31)设置在中法兰盘(5)的外侧，一级罩(31)的下端固装在底座(1)上，所述二级罩(32)设置在中法兰盘(5)和T轴上法兰盘(12)的外侧，二级罩(32)的上端固装在T轴上法兰盘(12)上，所述三级罩(33)设置在R轴上法兰盘(18)和T轴上法兰盘(12)的外侧，三级罩(33)的上端固装在R轴上法兰盘(18)上，且所述二级罩(32)套装在一级罩(31)的外侧，三级罩(33)套装在二级罩(32)的外侧。

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