机械臂及真空机械臂装置的制作方法

本申请属于半导体制造，尤其是涉及一种机械臂及真空机械臂装置。

背景技术：

1、晶圆制造工序需要在真空环境中进行，以确保晶圆在制作过程中不会受到污染，保证晶圆质量。由于真空机械臂能够在真空环境中作业，其被广泛应用于晶圆制造设备中，主要用于晶圆装卸及材料传输和搬运等。

2、目前，真空机械臂主要通过旋转臂承托晶圆，转动旋转臂就可以实现晶圆搬运。旋转臂上设有摩擦垫以确保晶圆及旋转臂之间具有一定的摩擦力，通过摩擦方式固定晶圆以防止晶圆发生相对于旋转臂的位移。

3、应理解地，旋转臂的转速越快，晶圆发生相对于旋转臂的位移风险越高，因而通过摩擦垫和晶圆之间的摩擦力固定晶圆的方式会限制机械臂的运动速度，导致传输速度偏慢，即效率偏低。同时，摩擦垫在长时间使用易产生老化，从而造成摩擦力不足，进而影响晶圆传输的稳定性。

技术实现思路

1、本申请提供了一种机械臂及真空机械臂装置，以至少解决现有机械臂在应用于晶圆传输时，输速效率低、稳定性差的技术问题。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种机械臂，机械臂应用于晶圆传输，其包括夹持机构和摆臂机构。夹持机构包括：承载件；两个夹持单元，设置于承载件上；第一驱动单元，设置于承载件上并连接两个夹持单元中的至少一者，用于驱动对应的夹持单元动作，以使两个夹持单元能够夹持或释放工件。摆臂机构连接承载件并用于使夹持机构能够实现多自由度运动，以调整夹持机构的位置。

3、在一些实施例中，每个夹持单元包括：多连杆机构，转动连接于承载件；以及夹持臂，与多连杆机构连接。其中，第一驱动单元连接于两个多连杆机构中的至少一者，用于驱动两个多连杆机构动作，以使两个夹持臂能够相向或背离彼此平移运动，以夹持或释放工件。

4、在一些实施例中，每个多连杆机构包括：主动摇杆，一端转动连接于承载件；至少一个从动摇杆，一端转动连接于承载件；以及连杆托板，一端转动连接于主动摇杆和从动摇杆远离承载件的一端、另一端连接于夹持臂。其中，第一驱动单元连接于主动摇杆，用于驱动主动摇杆转动以带动从动摇杆转动，使连杆托板相向或背离彼此平移运动，带动夹持臂夹持或释放工件。

5、在一些实施例中，第一驱动单元包括一个夹持驱动件，夹持驱动件连接于两个主动摇杆中的其中一者，两个多连杆机构的主动摇杆相互配合，以使两个连杆托板相向或背离彼此平移运动，以使两个夹持臂夹持或释放工件。或者，第一驱动单元包括两个夹持驱动件，每个夹持驱动件连接于对应一个主动摇杆，两个夹持驱动件分别带动对应的主动摇杆转动，以使两个连杆托板相向或背离彼此平移运动，以使两个夹持臂夹持或释放工件。

6、在一些实施例中，第一驱动单元包括一个夹持驱动件。每个主动摇杆转动连接于承载件的一端设有齿部并为齿轮端，两个主动摇杆的齿轮端能够啮合，使两个多连杆机构在一个夹持驱动件的作用下能够同步运动，带动两个夹持臂夹持或释放工件。

7、在一些实施例中，夹持臂设置于连杆托板上，连杆托板的边缘部位与夹持臂围成用于承载工件的承载区。在两个夹持臂夹持工件的状态下，工件位于承载区，两个夹持臂抵接于工件的周侧以对工件施加夹持压力，且工件被承托于边缘部位。

8、在一些实施例中，从动摇杆设置为两个，且平行设置，其端部分别布设于承载件以及连杆托板的两侧。两个从动摇杆通过分别穿过承载件以及连杆托板的连接件连接，并与承载件以及连杆托板转动连接。

9、在一些实施例中，每个多连杆机构的主动摇杆、从动摇杆以及连杆托板与承载件构成平面四连杆传动机构。和/或，夹持臂为方形柱状结构。

10、在一些实施例中，摆臂机构包括：安装座；多个摆动臂，依次转动连接且在多个摆动臂的连接方向上处于两个端部中的一个摆动臂转动连接于安装座、两个端部中的另一个摆动臂连接于承载件；以及多个第二驱动单元，分别连接于对应一个摆动臂，以驱动对应的摆动臂摆动。

11、根据本申请的另一个方面，提供了一种真空机械臂装置，其包括密封伸缩套筒、旋转驱动模组、升降驱动模组以及上述的机械臂。密封伸缩套筒设置为能够伸缩并能够用于连接真空腔室，机械臂设置于密封伸缩套筒上并用于在真空腔室内夹持工件。旋转驱动模组设置于升降驱动模组上，且旋转驱动模组的至少部分穿设于密封伸缩套筒内以连接机械臂的摆臂机构，用于驱动机械臂旋转运动。升降驱动模组与密封伸缩套筒相连，用于驱动机械臂升降运动。

12、综上所述，本申请提供的机械臂及真空机械臂装置至少具有以下有益效果：

13、本申请提供的机械臂包括夹持机构和摆臂机构，在应用于晶圆传输时，夹持机构作为夹持晶圆的部件，包含了成对设置的两个夹持单元，其在第一驱动单元的驱动下实现互相之间的位置变化(具体可以是相向或者远离)，进而实现对工件夹持或者释放。摆臂机构作为调整夹持机构位置的部件，以实现夹持机构多方向的位置变化，并进一步提高对工件夹持的效率。而承载件作为夹持单元和摆臂机构的承载结构，主要起到支撑作用，以实现机械臂的一体化设置。

14、因此，本申请的机械臂，改变了现有技术中通过摩擦垫和晶圆之间的摩擦力固定晶圆并传输的方式，而是采用夹持的方式实现晶圆传输，同时摆臂机构还可以实现夹持机构的多自由度夹持，和现有通过摩擦垫固定晶圆的方式相比，成对设置的夹持单元对晶圆夹持的稳定性更高，更利于快速输送，进而解决现有技术中晶圆输速效率低、稳定性差的技术问题。

技术特征：

1.一种机械臂(100)，其特征在于，所述机械臂(100)应用于晶圆传输，包括夹持机构(10)和摆臂机构(20)：

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，每个所述夹持单元(12)包括：

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，每个所述多连杆机构(121)包括：

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，

8.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，

9.根据权利要求1-8任一项所述的机械臂，其特征在于，所述摆臂机构(20)包括：

10.一种真空机械臂装置，其特征在于，包括密封伸缩套筒(200)、旋转驱动模组(300)、升降驱动模组(400)以及权利要求1-9任一项所述的机械臂(100)；

技术总结
本申请提供了一种机械臂及真空机械臂装置，机械臂应用于晶圆传输，其包括夹持机构和摆臂机构。夹持机构包括：承载件；两个夹持单元，设置于承载件上；第一驱动单元，设置于承载件上并连接两个夹持单元中的至少一者，用于驱动对应的夹持单元动作，以使两个夹持单元能够夹持或释放工件。摆臂机构连接承载件并用于使夹持机构能够实现多自由度运动，以调整夹持机构的位置。本申请的机械臂，改变了现有技术中通过摩擦垫和晶圆之间的摩擦力固定晶圆并传输的方式，而是采用夹持的方式实现晶圆传输，同时摆臂机构还可以实现夹持机构的多自由度夹持，对晶圆夹持的稳定性更高，更利于快速输送，进而解决现有技术中晶圆输送效率低、稳定性差的技术问题。

技术研发人员：郝琪,郭鑫鑫,赵丽莎,荆少华,魏志国
受保护的技术使用者：东方晶源微电子科技（北京）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5