一种模块化设计的晶圆转运机器人的制作方法

1.本发明属于半导体生产行业领域，具体涉及一种模块化设计的晶圆转运机器人。


背景技术：

2.芯片制作过程中，晶圆片需要在真空环境中从缓存腔体转运到工艺腔内加工，由所涉及的工艺不同，设备差异，晶圆片搬用所用到的机械手也存在差异。
3.现有技术一：平板状物的传送用平面多关节型机器人及平板状物的处理系统(授权公告号为cn1329167c)，公开了一种机械手，可以使固定在肘节部并保持平板状物的机械手指部相对目标机器的正面入口面进行大致垂直方向的移动，并且可以防止因过度旋转而扭断臂体内的配线与配管。
4.现有技术二：一种连杆型双臂直驱真空机械手(公开号为cn115122376a)，公开了一种连杆型双臂直驱真空机械手，可无需在腔室中额外安装外部控制柜，充分满足腔室体积的要求；使升降驱动件设置于升降驱动件安装板的底面上，并位于机械手外壳的内腔中靠近控制器组件的位置，也更有效减小了机械手整体的体积，并实现驱控一体化的结构。本发明实现了机械手和控制器组件的集成，同时可大幅度减小机械手本体的体积，有效增大双轴手臂驱动件的升降行程，提升工作效率。
5.目前的现有技术中机械手的一体化集成设计存在以下缺点：
6.1.传动轴系结构冗杂，装配过程精度和重复性难以把握；
7.2.模块故障难以维护，不利于定位故障，维护效率低。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种模块化设计的晶圆转运机器人，对机器人进行模块化设计，降低机械手功能仿真验证、装配、故障维护的难度，提高生产装配效率及故障定位维护效率。
9.为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
10.一种模块化设计的晶圆转运机器人，包括执行组件、回转驱动组件和直线驱动组件；
11.所述执行组件上设置有用于与回转驱动组件连接的接口组件，所述直线驱动组件包括分别设置于导轨连接板两端的法兰连接板和升降驱动安装板；所述回转驱动组件安装于法兰连接板和升降驱动安装板之间，所述回转驱动组件的输出轴穿过法兰连接板与执行组件上的接口组件连接并用于驱动执行组件旋转；所述直线驱动组件安装于升降驱动安装板下方的内腔中，所述直线驱动组件的输出端穿过升降驱动安装板与回转驱动组件连接并用于驱动回转驱动组件在法兰连接板和升降驱动安装板之间进行升降运动，所述升降驱动安装板下方的内腔中还安装有控制组件。
12.优选的，为了便于灵活传送，所述执行组件包括依次连接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆与第二连杆之间设置有带轮传动机构，所述第二连杆和第三连杆
之间设置有带轮传动机构。
13.优选的，所述导轨连接板上安装有导轨，所述导轨上设置有滑块连接板，所述回转驱动组件一侧的电机座上安装有升降连接件，所述升降连接件与所述滑块连接板滑动连接。
14.优选的，为了实现执行组件与回转驱动组件之间的快速紧密连接，所述接口组件包括二轴锁紧件和轴向胀套连接器，所述轴向胀套连接器设置于第一连杆下方，所述二轴锁紧件穿过轴向胀套连接器并穿设于第一连杆内。
15.进一步的，所述接口组件处还设置有带轮，所述带轮设置于带轮轴承座上，所述带轮和带轮轴承座均套设于所述二轴锁紧件外围，所述带轮轴承座布设于胀套连接器上方；所述回转驱动组件包括第一旋转电机和第二旋转电机，所述第一旋转电机布设于第二旋转电机上方，所述第一旋转电机的第一电机轴套设于第二旋转电机的第二电机轴外侧，并与所述第二电机轴同轴设置；所述第一电机轴的上端穿过所述法兰连接板与第一连杆连接，用于驱动第一连杆绕第一转轴独立旋转，第一电机轴的下端与第一旋转电机的输出端连接，所述第二电机轴的上端穿过所述法兰连接板与所述带轮连接，用于驱动第二连杆绕第二转轴旋转且第三连杆绕第三转轴旋转，所述第二电机轴的下端与第二旋转电机的输出端连接。
16.优选的，为了使第一电机轴和第二电机轴在相对转动的情况下实现动密封，所述第一电机轴和第二电机轴之间还设置有二轴密封环。
17.优选的，为了进一步使执行组件与回转驱动组件密封连接，所述回转驱动组件上设置有波纹管连接件，所述波纹管连接件套设于第一电机轴外侧，所述波纹管连接件与所述法兰连接板通过波纹管连接，所述波纹管连接件与第一电机轴之间还布设有一轴密封件。
18.进一步的，所述直线驱动组件包括升降电机，所述升降驱动安装板下方设置有升降电机支架，所述升降电机安装于所述升降电机支架上，所述升降电机的输出端连接有升降电机联轴器，所述升降电机联轴器与丝杆螺母连接，丝杆螺母另一侧延伸至所述第二电机轴内侧。
19.优选的，为了避免执行组件的机械手过度扭转，所述第一旋转电机和第二旋转电机均分别设置有用于读取电机旋转角度的编码器，所述编码器与所述控制组件电性连接。
20.进一步的，为了节省装配空间，所述接口组件、法兰连接板、波纹管、第一旋转电机、第二旋转电机、升降驱动安装板、直线驱动组件、第一电机轴、第二电机轴的轴线中心线均共线。
21.本发明的有益效果是：将转运机器人进行模块化设计，便于各模块之间的生产装配提高生产效率，且同时有利于快速定位故障模块进行故障检修，采用本技术中的接口组件进行模块间的装配，装配简单高效且密封性好。
附图说明
22.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
23.图1是本发明的各模块立体结构示意图；
24.图2是本发明结构框架示意图；
25.图3是本发明模块连接爆炸示意图；
26.图4是本发明接口组件内部结构示意图；
27.图5为胀套连接器内部结构示意图；
28.图6为回转驱动组件内部结构示意图；
29.图7为本发明整体内部结构示意图；
30.图中的标记：100为执行组件，200为回转驱动组件，300为直线驱动组件，110为第一连杆，120为第二连杆，130为第三连杆，140为第一转轴，150为第二转轴，160为第三转轴，170为接口组件，101为带轮，102为二轴锁紧件，103为带轮轴承座，104为轴向账套连接器，141为外环，142为内环，143为底部连接板，201为电机座，202为升降连接件，203为波纹管，204为第一电机轴，205为第二电机轴，206为波纹管连接件，207为一轴密封件，208为轴承座，209为二轴密封环，210为导轨，211为第一旋转电机，212为第二旋转电机，213为下托板，301为滑块连接板，302为丝杆螺母，303为法兰连接板，304为导轨连接板，305为升降驱动安装板，306为升降电机支架，307为升降电机联轴器，308为升降电机，309为控制组件，331为机台安装座。
具体实施方式
31.实施例1
32.如图1-7所示的一种模块化设计的晶圆转运机器人，如图1所示，包括执行组件100、回转驱动组件200和直线驱动组件300，执行组件100上设置有用于与回转驱动组件200连接的接口组件170；
33.如图2所示，执行组件100包括依次连接的第一连杆110、第二连杆120和第三连杆130，第一连杆110与第二连杆120之间设置有带轮传动机构，第二连杆120和第三连杆130之间设置有带轮传动机构，带轮传动机构为现有技术，在图中未示出；执行组件用于运送晶圆到达平面位置，各机械手杆长可根据实际需要进行调整。
34.如图2-5及图7所示，回转驱动组件200包括第一旋转电机211和第二旋转电机212，第一旋转电机211布设于第二旋转电机212上方，第二旋转电机212下方设置有下托板213，在一个实施例中，第一旋转电机211和第二旋转电机212均分别设置有用于读取电机旋转角度的编码器，编码器与所述控制组件309电性连接；第一旋转电机211的第一电机轴204套设于第二旋转电机212的第二电机轴205外侧，并与第二电机轴205同轴设置，并在第一电机轴204外圈设置有轴承座208；第一电机轴204的上端穿过法兰连接板303与第一连杆110连接，用于驱动第一连杆110绕第一转轴140独立旋转，第一电机轴204的下端与第一旋转电机211的输出端连接，第二电机轴205的上端穿过法兰连接板303与带轮101连接，用于驱动第二连杆120绕第二转轴150旋转且第三连杆130绕第三转轴160旋转，第二电机轴205的下端与第二旋转电机212的输出端连接；在图2中，第一旋转电机211为m2，第二旋转电机212为m3，第一转轴140、第二转轴150和第三转轴160之间均设置有带轮传动机构，当第二旋转电机212驱动第二连杆120转动时，第三连杆130随第二连杆120按一定比例随动，在图2中，第一转轴140为第一电机轴204和第二电机轴205的中心轴线处。
35.在一个实施例中，如图6所示，回转驱动组件200上端面还设置有机台安装座331，
回转驱动组件200通过机台安装座331安装在法兰连接板303上。
36.如图3所示，直线驱动组件300包括分别设置于导轨连接板304两端的法兰连接板303和升降驱动安装板305；回转驱动组件200安装于法兰连接板303和升降驱动安装板305之间，回转驱动组件200的输出轴穿过法兰连接板303与执行组件100上的接口组件170连接并用于驱动执行组件100旋转；直线驱动组件300安装于升降驱动安装板305下方的内腔中，直线驱动组件300的输出端穿过升降驱动安装板305与回转驱动组件200连接并用于驱动回转驱动组件200在法兰连接板303和升降驱动安装板305之间进行升降运动，升降驱动安装板305下方的内腔中还安装有控制组件309，直线驱动组件300包括升降电机308，升降驱动安装板305下方设置有升降电机支架306，升降电机308安装于升降电机支架306上，升降电机308的输出端连接有升降电机联轴器307，升降电机联轴器307与丝杆螺母302连接，丝杆螺母302另一侧穿过下托板213延伸至第二电机轴205内侧。
37.如图4所示，接口组件170包括二轴锁紧件102和轴向胀套连接器104，轴向胀套连接器104设置于第一连杆110的下端面，二轴锁紧件102穿过轴向胀套连接器104并穿设于第一连杆110内，接口组件170处设置有带轮101，带轮101设置于带轮轴承座103上，带轮101和带轮轴承座103均套设于二轴锁紧件102外围，带轮轴承座103布设于胀套连接器104上方，如图5所示，胀套连接器104包括从上至下依次设置的外环141、内环142和底部连接板143，其中内环142为弹性件，当将回转驱动组件200与执行组件100进行装配时，将第一电机轴204依次穿过胀套连接器104的底部连接板143和内环142，第二电机轴205穿过胀套连接器104到达二轴锁紧件102，第二电机轴205锥面插入二轴锁紧件102锥面，进行键连接，并在第一连杆110上端面设置径向螺钉，锁住第二电机轴205，同时，外环141和底部连接板143通过螺钉连接锁紧时，二者通过斜面对内环142产生挤压运动，进而使内环142内圈对第一电机轴204产生径向力和摩擦力，达到抱紧第一电机轴204的效果并传递一定扭矩，至此，完成回转驱动组件200与执行组件100之间的动力传输。
38.在一个实施例中，接口组件170、法兰连接板303、第一旋转电机211、第二旋转电机212、升降驱动安装板307、直线驱动组件300、第一电机轴204、第二电机轴205的轴线中心线均共线。
39.实施例2
40.在实施例1的基础上，如图2和图7所示，导轨连接板304上安装有导轨210，导轨上设置有滑块连接板301，回转驱动组件200一侧的电机座201上安装有升降连接件202，升降连接件202与滑块连接板301滑动连接，以便执行组件在进行升降运动时实现灵活升降。
41.本实施例的其他部件及原理与实施例1相同。
42.实施例3
43.在实施例2的基础上，如图6和图7所示，回转驱动组件200上设置有波纹管连接件206，波纹管连接件206套设于第一电机轴204外侧，且波纹管连接件206设置于轴承座208上方，波纹管连接件206与法兰连接板303通过波纹管203连接，波纹管连接件206与第一电机轴204之间还布设有一轴密封件207，第一电机轴204和第二电机轴205之间还设置有二轴密封环209；在将回转驱动组件200与执行组件100进行装配时，执行组件100处于真空环境，回转驱动组件200处于大气环境，两者需要在连接后进行密封隔离，在第一电机轴204和第二电机轴205之间设置有二轴密封环209，可以实现两轴相对转动的情况下实现动密封，一轴
密封件207安装在波纹管连接件206内，一轴密封件207的外环面与波纹管连接件206贴紧实现静密封，一轴密封件207的内环面与旋转的第一电机轴204实现动密封接触。
44.在一个实施例中，接口组件170、法兰连接板303、波纹管203、波纹管连接件206、第一旋转电机211、第二旋转电机212、升降驱动安装板307、直线驱动组件300、第一电机轴204、第二电机轴205、一轴密封件207、二轴密封环209的轴线中心线均共线。
45.本实施例的其他部件及原理与实施例2相同。
46.本发明的工作原理是：回转驱动组件200和执行组件100通过接口组件170实现快速密封装配连接，回转驱动组件200通过第一旋转电机211驱动第一连杆110转动，通过第二旋转电机212驱动第三连杆130随第二连杆120按比例转动，直线驱动组件300通过丝杆螺母302与回转驱动组件200连接，用于驱动回转驱动组件200进行升降运动并间接带动执行组件100实现升降运动。
47.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于，包括执行组件(100)、回转驱动组件(200)和直线驱动组件(300)；所述执行组件(100)上设置有用于与回转驱动组件(200)连接的接口组件(170)，所述直线驱动组件(300)包括分别设置于导轨连接板(304)两端的法兰连接板(303)和升降驱动安装板(305)；所述回转驱动组件(200)安装于法兰连接板(303)和升降驱动安装板(305)之间，所述回转驱动组件(200)的输出轴穿过法兰连接板(303)与执行组件(100)上的接口组件(170)连接并用于驱动执行组件(100)旋转；所述直线驱动组件(300)安装于升降驱动安装板(305)下方的内腔中，所述直线驱动组件(300)的输出端穿过升降驱动安装板(305)与回转驱动组件(200)连接并用于驱动回转驱动组件(200)在法兰连接板(303)和升降驱动安装板(305)之间进行升降运动，所述升降驱动安装板(305)下方的内腔中还安装有控制组件(309)。2.根据权利要求1所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述执行组件(100)包括依次连接的第一连杆(110)、第二连杆(120)和第三连杆(130)，所述第一连杆(110)与第二连杆(120)之间设置有带轮传动机构，所述第二连杆(120)和第三连杆(130)之间设置有带轮传动机构。3.根据权利要求1所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述导轨连接板(304)上安装有导轨(210)，所述导轨上设置有滑块连接板(301)，所述回转驱动组件(200)一侧的电机座(201)上安装有升降连接件(202)，所述升降连接件(202)与所述滑块连接板(301)滑动连接。4.根据权利要求2所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述接口组件(170)包括二轴锁紧件(102)和轴向胀套连接器(104)，所述轴向胀套连接器(104)设置于第一连杆(110)的下端面，所述二轴锁紧件(102)穿过轴向胀套连接器(104)并穿设于第一连杆(110)内。5.根据权利要求4所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述接口组件(170)处还设置有带轮(101)，所述带轮(101)设置于带轮轴承座(103)上，所述带轮(101)和带轮轴承座(103)均套设于所述二轴锁紧件(102)外围，所述带轮轴承座(103)布设于胀套连接器(104)上方；所述回转驱动组件(200)包括第一旋转电机(211)和第二旋转电机(212)，所述第一旋转电机(211)布设于第二旋转电机(212)上方，所述第一旋转电机(211)的第一电机轴(204)套设于第二旋转电机(212)的第二电机轴(205)外侧，并与所述第二电机轴(205)同轴设置；所述第一电机轴(204)的上端穿过所述法兰连接板(303)与第一连杆(110)连接，用于驱动第一连杆(110)绕第一转轴(140)独立旋转，第一电机轴(204)的下端与第一旋转电机(211)的输出端连接，所述第二电机轴(205)的上端穿过所述法兰连接板(303)与所述带轮(101)连接，用于驱动第二连杆(120)绕第二转轴(150)旋转且第三连杆(130)绕第三转轴(160)旋转，所述第二电机轴(205)的下端与第二旋转电机(212)的输出端连接。6.根据权利要求5所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述第一电机轴(204)和第二电机轴(205)之间还设置有二轴密封环(209)。7.根据权利要求6所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述回转驱动组件(200)上设置有波纹管连接件(206)，所述波纹管连接件(206)套设于第一电机轴
(204)外侧，所述波纹管连接件(206)与所述法兰连接板(303)通过波纹管(203)连接，所述波纹管连接件(206)与第一电机轴(204)之间还布设有一轴密封件(207)。8.根据权利要求5所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述直线驱动组件(300)包括升降电机(308)，所述升降驱动安装板(305)下方设置有升降电机支架(306)，所述升降电机(308)安装于所述升降电机支架(306)上，所述升降电机(308)的输出端连接有升降电机联轴器(307)，所述升降电机联轴器(307)与丝杆螺母(302)连接，丝杆螺母(302)另一侧延伸至所述第二电机轴(205)内侧。9.根据权利要求5所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述第一旋转电机(211)和第二旋转电机(212)均分别设置有用于读取电机旋转角度的编码器，所述编码器与所述控制组件(309)电性连接。10.根据权利要求5所述的一种模块化设计的晶圆转运机器人，其特征在于：所述接口组件(170)、法兰连接板(303)、波纹管(203)、第一旋转电机(211)、第二旋转电机(212)、升降驱动安装板(307)、直线驱动组件(300)、第一电机轴(204)、第二电机轴(205)的轴线中心线均共线。

技术总结
本发明属于半导体生产行业领域，具体涉及一种模块化设计的晶圆转运机器人，包括执行组件、回转驱动组件和直线驱动组件；执行组件上设置有用于与回转驱动组件连接的接口组件，直线驱动组件包括分别设置于导轨连接板两端的法兰连接板和升降驱动安装板；回转驱动组件的输出轴与执行组件上的接口组件连接并用于驱动执行组件旋转；直线驱动组件安装于升降驱动安装板下方的内腔中，直线驱动组件的输出端与回转驱动组件连接并用于驱动回转驱动组件在法兰连接板和升降驱动安装板之间进行升降运动，升降驱动安装板下方的内腔中还安装有控制组件，本发明可以降低机械手功能仿真验证、装配、故障维护的难度，提高生产装配效率及故障定位维护效率。定位维护效率。定位维护效率。


技术研发人员：王清川 阳伏成 向星灿
受保护的技术使用者：苏州纳道精运半导体科技有限公司
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/9/14