CN210551302U - 一种晶圆搬运机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种晶圆搬运机械手，包括旋转夹持组件以及用于驱动旋转夹持组件转动的旋转电机，旋转夹持组件包括轴承组件，轴承组件的内壁安装有滚珠花键；滚珠花键包括花键轴以及滚动安装在花键轴外壁的花键外筒，旋转电机用于驱动花键外筒旋转，花键外筒上安装有随花键外筒同步旋转并用于支撑晶圆内端侧壁的固定手指以及用于支撑晶圆外端侧壁的夹持手指，花键轴上连接有用于推动夹持手指水平移动的夹持气缸；且旋转电机上连接有编码器，编码器电性连接有控制器，控制器电性连接旋转电机和夹持气缸，本实用新型可完成各个角度的无级式转动，采用非接触的夹紧搬运方式，提高翻转精度和稳定性。

Description

一种晶圆搬运机械手

技术领域

本实用新型实施例涉及晶圆搬运技术领域，具体涉及一种晶圆搬运机械手。

背景技术

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅。

在生产晶圆的过程当中，将晶圆从一个工作平台转移至另一个工作平台，传统多采用人工手持晶圆进行搬运的方式，同行业现有技术多为夹持式，或吸附翻转式搬运。搬运晶圆时只能水平搬运，无法应对非水平方式搬运的工况。要么只能进行吸附式翻转，无法应对表面不可接触的搬运工况。目前市面上带翻转式搬运机械手多采用气动驱动方式完成手指的翻转，其缺点明显：

(1)搬运形式单一：翻转机构只能进行两个位置的翻转动作，无法完成各个角度的无级式转动；

(2)翻转精度低，稳定性差：无法适应有高精度要求的搬运工况，无法应对表面不可接触的搬运工况，掉片的风险非常大；控制***为全开环控制，无法监测到手指翻转过程的实时位置，在运动过程中容易造成设备的撞机，影响晶圆的品质，严重时导致晶圆报废，降低晶圆生产的良品率；

(3)维修不便：结构及控制与机械手一体化，控制及后期维护不便；

(4)目前市面上带翻转式搬运机械手基板无防水功能，不能适应微水或多水环境；

以上缺陷都导致现有的晶圆的搬运效率不高。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种晶圆搬运机械手，以解决现有技术中由于搬运方式单一，无法应对表面不可接触的搬运工况，翻转精度低，稳定性差和效率低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种晶圆搬运机械手，包括旋转夹持组件以及用于驱动所述旋转夹持组件转动的旋转电机，所述旋转夹持组件包括轴承组件，所述轴承组件的内壁安装有滚珠花键；所述滚珠花键包括花键轴以及滚动安装在花键轴外壁的花键外筒，所述旋转电机用于驱动花键外筒旋转，所述花键外筒上安装有随花键外筒同步旋转并用于支撑晶圆内端侧壁的固定手指以及用于支撑晶圆外端侧壁的夹持手指，所述花键轴上连接有用于推动夹持手指水平移动的夹持气缸；且所述旋转电机上连接有编码器，所述编码器电性连接有控制器，所述控制器电性连接所述旋转电机和夹持气缸。

本实用新型实施例的特征还在于，所述旋转电机为步进电机，所述步进电机的输出端通过减速电机连接所述旋转夹持组件，且所述编码器安装在减速电机的转轴上。

本实用新型实施例的特征还在于，所述轴承组件包括轴承座，所述轴承座的内侧壁设置第一轴承和第二轴承，所述第一轴承预压在花键外筒的一端侧壁，所述第二轴承预压在花键外筒的另一端侧壁。

本实用新型实施例的特征还在于，还包括用于承载各机构的基板，所述控制器与基板一体成型，所述控制器上设置有电性连接所述编码器、旋转电机和夹持气缸的通讯串口。

本实用新型实施例的特征还在于，所述轴承组件和滚珠花键之间设置有防水密封垫。

本实用新型实施例具有如下优点：

(1)本实用新型利用旋转夹持组件完成多角度无级翻转动作，增加了翻转功能，能适应更多的搬运工况；采用固定手指以及夹持手指从两侧壁夹紧晶圆的方式，实现了非接触式夹紧，减少对晶圆表面的磨损破坏，提高晶圆的良品率；

(2)本实用新型使用步进电机，通过减速机构减速之后将动力传递给旋转夹持组件，带动旋转夹持组件进行翻转动作。步进电机发挥了其体积小，响应速度快，定位精度高，控制方式机动灵活等优势。配合减速机构，将电机的精度误差降至最低，提升整体定位精度；

(3)本实用新型的控制器与翻转装置机构一体成型，控制板上设置有电性连接动力机构组件和编辑器的通讯串口，其高度模块化设计大大提高了翻转机构更换及维护效率；

(4)本实用新型结构零件连接处采用防水密封圈密封，实现防水功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的纵剖结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的编辑器的结构示意图。

图中：

1-旋转夹持组件；2-旋转电机；3-轴承组件；4-固定手指；5-滚珠花键；6-夹持手指；7-夹持气缸；8-编码器；9-控制器；10-减速电机；11-基板；12-防水密封垫；

301-轴承座；302-第一轴承；303-第二轴承；

501-花键外筒；502-花键轴。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

针对现有晶圆搬运装置搬运方式单一，无法应对表面不可接触的搬运工况，翻转精度低，稳定性差和效率低的问题。如图1至图3所示：本实用新型提供了一种晶圆搬运机械手，旨在利用其完成搬运装置的多角度无级翻转动作，同时适应晶圆表面不可接触的搬运工况，并实时监控搬运机械手在翻转过程中所在的位置，确保翻转精度。具体的：

该晶圆搬运机械手包括旋转夹持组件1以及用于驱动旋转夹持组件1转动的旋转电机2。优选的，旋转电机2为步进电机，步进电机的输出端通过减速电机10连接旋转夹持组件1，且编码器8安装在减速电机10的转轴上。使用步进电机，通过减速电机10减速之后将动力传递给旋转夹持组件1，带动旋转夹持组件1进行翻转动作。步进电机发挥了其体积小，响应速度快，定位精度高，控制方式机动灵活等优势。配合减速电机10，将电机的精度误差降至最低，提升整体定位精度。

为了实现对晶圆的夹持和翻转兼容的功能。旋转夹持组件1包括轴承组件3，轴承组件3的内壁安装有滚珠花键5。具体的：

滚珠花键5包括花键轴502以及滚动安装在花键轴502外壁的花键外筒501，旋转电机2用于驱动花键外筒501旋转，花键外筒501上安装有随花键外筒501同步旋转并用于支撑晶圆内端侧壁的固定手指4以及用于支撑晶圆外端侧壁的夹持手指6。花键轴502上连接有用于推动夹持手指6水平移动的夹持气缸7。

需要夹紧需要搬运的晶圆时，首先，驱动夹持手指6水平远离固定手指4，待晶圆进入夹持手指6和固定手指4顶端夹紧块形成的夹紧区域内，驱动夹持手指6水平靠近固定手指4从而从端部的侧壁将晶圆夹持在夹紧块形成的夹紧区域内，避免其移动。并且相较于吸附夹紧，此种夹紧方式可以首先实现晶圆面板的非接触式夹紧，减少对晶圆的破坏，提高晶圆加工的良品率。

使用滚珠花键5实现夹持手指6的水平移动，实现夹持动作。滚珠花键5安装在轴承组件3上，从而实现夹持和翻转功能上的兼容。

为了提高手轴承组件3与滚珠花键5之间连接的稳定性，所述轴承组件3包括轴承座301，所述轴承座301的内侧壁设置第一轴承302和第二轴承303，所述第一轴承302预压在花键外筒501的一端侧壁，所述第二轴承303预压在花键外筒501的另一端侧壁。此方式可以进一步提高第一轴承302和第二轴承303对花键外筒501预压的紧密程度，提高结构的稳定性。

且旋转电机2上连接有编码器8，编码器8电性连接有控制器9，控制器9电性连接旋转电机2和夹持气缸7。使用编码器8与动力机构组件配合，编码器8把角位移转换成电信号，并传输至控制器9，控制器9通过对电信号的分析和处理后，将指令传输至动力机构组件，修正动力机构组件的功率，实现翻转位置的实时监控，确保翻转精度。

该圆搬运机械手还包括用于承载各机构的基板11，控制器9与基板11一体成型，控制器9上设置有电性连接编码器8、旋转电机2和夹持气缸7的通讯串口。其高度模块化设计大大提高了翻转机构更换及维护效率。

作为优选的实施方式：目前市面上带翻转式搬运机械手基板无防水功能，不能适应微水或多水环境。因此本实用新型在轴承组件3和滚珠花键5之间设置了防水密封垫12。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种晶圆搬运机械手，包括旋转夹持组件(1)以及用于驱动所述旋转夹持组件(1)转动的旋转电机(2)，其特征在于:

所述旋转夹持组件(1)包括轴承组件(3)，所述轴承组件(3)的内壁安装有滚珠花键(5)；所述滚珠花键(5)包括花键轴(502)以及滚动安装在花键轴(502)外壁的花键外筒(501)，所述旋转电机(2)用于驱动花键外筒(501)旋转，所述花键外筒(501)上安装有随花键外筒(501)同步旋转并用于支撑晶圆内端侧壁的固定手指(4)以及用于支撑晶圆外端侧壁的夹持手指(6)，所述花键轴(502)上连接有用于推动夹持手指(6)水平移动的夹持气缸(7)；且所述旋转电机(2)上连接有编码器(8)，所述编码器(8)电性连接有控制器(9)，所述控制器(9)电性连接所述旋转电机(2)和夹持气缸(7)。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆搬运机械手，其特征在于：所述旋转电机(2)为步进电机，所述步进电机的输出端通过减速电机(10)连接所述旋转夹持组件(1)，且所述编码器(8)安装在减速电机(10)的转轴上。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆搬运机械手，其特征在于：所述轴承组件(3)包括轴承座(301)，所述轴承座(301)的内侧壁设置第一轴承(302)和第二轴承(303)，所述第一轴承(302)预压在花键外筒(501)的一端侧壁，所述第二轴承(303)预压在花键外筒(501)的另一端侧壁。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆搬运机械手，其特征在于：还包括基板(11)，所述控制器(9)与基板(11)一体成型，所述控制器(9)上设置有电性连接所述编码器(8)、旋转电机(2)和夹持气缸(7)的通讯串口。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆搬运机械手，其特征在于：所述轴承组件(3)和滚珠花键(5)之间设置有防水密封垫(12)。

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