本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶圓取放設(shè)備，尤其涉及應(yīng)用于傳送窗口的機(jī)械手臂及裝載系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在半導(dǎo)體的制造過程中，晶圓輸送對集成電路制造至關(guān)重要，為了確保晶圓在不同的制程間運(yùn)送時(shí)的品質(zhì)，避免晶圓受到塵?；蚱渌廴?，越來越多的運(yùn)送工作采用標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)送容器，即采用了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械界面（standard?mechanical?interface，簡稱smif）技術(shù)，該系統(tǒng)是通過明顯減少流過晶圓的塵粒，來降低塵粒對晶圓的污染，該效果是通過在機(jī)械方面保證晶圓輸送，存儲(chǔ)以及多數(shù)制程中，晶圓周圍的氣體相對晶圓保持靜止，以及外部環(huán)境中的塵粒，不會(huì)進(jìn)入晶圓環(huán)境來實(shí)現(xiàn)的，smif技術(shù)以“隔離技術(shù)”概念為中心，所謂隔離技術(shù)旨在通過將晶圓封閉在一個(gè)超潔凈的環(huán)境中，同時(shí)放寬對這個(gè)封閉環(huán)境以外的潔凈度要求來防止產(chǎn)品被污染。

2、smif由三部分組成，用來封閉在制造過程中存儲(chǔ)和運(yùn)輸盒裝半導(dǎo)體晶片的集裝箱，及smif晶圓盒，用來打開smif晶圓盒的輸入輸出裝置，及smif裝載端口，以及通過工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝載端口整合的潔凈室，smif的工作方式通常如下：操作人員或自動(dòng)化材料加工系統(tǒng)將smif晶圓盒送至smif裝載端口，當(dāng)自動(dòng)批次跟蹤系統(tǒng)鑒別出正確的產(chǎn)品批次正在裝卸進(jìn)正確的設(shè)備時(shí)，smif裝載端口就自動(dòng)打開smif晶圓盒，取出晶片并將其置于潔凈室中的設(shè)備，進(jìn)行相應(yīng)的制程，當(dāng)該制程步驟完成時(shí)，該晶片就被放回smif晶圓盒中，隨后由操作人員將其攜帶或由自動(dòng)化材料加工系統(tǒng)（automated?material?handling?system）系統(tǒng)輸送至下道工序。

3、smif裝載端口通常為一個(gè)固定的傳送窗口，空間有限?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常采用應(yīng)用于裝配作業(yè)的機(jī)械手臂（selective?compliance?assembly?robot?arm，scara）夾持晶圓盒，但是scara只能沿直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)軌跡受限，各個(gè)關(guān)節(jié)無法獨(dú)立動(dòng)作，且扭矩小?，F(xiàn)有技術(shù)中，還會(huì)采用多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，其雖然扭矩大，但是由于每個(gè)獨(dú)立的關(guān)節(jié)內(nèi)部都具有動(dòng)力源，增加了機(jī)械手臂的整體厚度，減小了機(jī)械手臂在傳送窗口的動(dòng)作范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供應(yīng)用于傳送窗口的機(jī)械手臂及裝載系統(tǒng)，滿足傳送窗口的多角度大扭矩移動(dòng)和整體安裝空間限制的要求。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供應(yīng)用于傳送窗口的機(jī)械手臂，具有肩部關(guān)節(jié)中心、肘部關(guān)節(jié)中心和腕部關(guān)節(jié)中心，包括：

4、動(dòng)能組件，位于所述傳送窗口外，包括至少四個(gè)沿水平方向并列設(shè)置的動(dòng)力源，所述動(dòng)力源具有輸出端；

5、手臂本體，在所述傳送窗口的有限空間內(nèi)進(jìn)行動(dòng)作，且可沿所述傳送窗口的高度方向升降，包括大臂、樞轉(zhuǎn)連接在所述大臂上的小臂、樞轉(zhuǎn)連接在所述小臂上的機(jī)械夾爪，以及動(dòng)力軸，所述動(dòng)力軸沿所述肩部關(guān)節(jié)中心延伸方向設(shè)置，所述動(dòng)力軸包括位于軸體兩端的動(dòng)力輸入部和動(dòng)力輸出部，所述動(dòng)力輸入部與所述動(dòng)能組件的至少四個(gè)所述輸出端傳動(dòng)連接；

6、傳動(dòng)組件，與所述動(dòng)能輸出部傳動(dòng)連接，所述傳動(dòng)組件用于傳遞所述動(dòng)能輸出部輸出的動(dòng)能；

7、其中，所述傳動(dòng)組件傳遞的動(dòng)能分別用于驅(qū)動(dòng)所述大臂圍繞所述肩部關(guān)節(jié)中心沿水平方向旋轉(zhuǎn)、驅(qū)動(dòng)所述小臂圍繞肘部關(guān)節(jié)中心沿水平方向旋轉(zhuǎn)、驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械夾爪圍繞腕部關(guān)節(jié)中心沿水平方向旋轉(zhuǎn)以及驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械夾爪夾取晶圓盒。

8、本發(fā)明提供的應(yīng)用于傳送窗口的機(jī)械手臂的有益效果在于：通過上述方案，多個(gè)動(dòng)力源的動(dòng)能通過動(dòng)力軸匯聚并傳輸至各個(gè)關(guān)節(jié)的傳動(dòng)組件，再由傳動(dòng)組件將動(dòng)能傳遞到每個(gè)關(guān)節(jié)。動(dòng)能輸出部通過合理的傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力源輸出的動(dòng)能通過多級傳動(dòng)層級分散至大臂、小臂、機(jī)械夾爪等各個(gè)關(guān)節(jié)，確保了機(jī)械手臂能夠?qū)崿F(xiàn)大扭矩輸出。此外，傳統(tǒng)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂往往因?yàn)槊總€(gè)關(guān)節(jié)都需要獨(dú)立的動(dòng)力源，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)龐大且占用空間較大，限制了它在有限空間中的使用。而本發(fā)明通過集成動(dòng)力源于一側(cè)且并采用單一動(dòng)力軸進(jìn)行傳輸，顯著減小了整個(gè)機(jī)械手臂的體積和厚度。適用于傳送窗口這類空間受限的工作環(huán)境，不僅提升了機(jī)械手臂的操作靈活性，還節(jié)省了設(shè)備所需的安裝空間，提高了空間的利用率。

9、進(jìn)一步地，至少四個(gè)所述動(dòng)力源包括并列設(shè)置的第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)和第四電機(jī)，所述第一電機(jī)的輸出軸與所述動(dòng)力軸同軸設(shè)置，所述第二電機(jī)、所述第三電機(jī)和所述第四電機(jī)具有位于不同高度的輸出端。

10、進(jìn)一步地，還包括升降座，至少四個(gè)所述動(dòng)力源設(shè)置在升降座上與所述升降座能夠同步升降。

11、進(jìn)一步地，所述動(dòng)能組件還包括驅(qū)動(dòng)帶輪組和傳動(dòng)帶輪組，所述驅(qū)動(dòng)帶輪組包括與所述第二電機(jī)傳動(dòng)連接的第一帶輪、與所述第三電機(jī)傳動(dòng)連接的第二帶輪和與所述第四電機(jī)傳動(dòng)連接的第三帶輪；

12、所述傳動(dòng)帶輪組包括第四帶輪、第五帶輪和第六帶輪，所述第四帶輪、所述第五帶輪和所述第六帶輪沿高度方向依次同軸設(shè)置在所述動(dòng)能輸入部上，第一帶輪、所述第二帶輪和所述第三帶輪分別與所述第四帶輪、所述第五帶輪和所述第六帶輪傳動(dòng)連接。

13、進(jìn)一步地，所述動(dòng)力軸包括塔傳中軸以及沿所述塔傳中軸的徑向由內(nèi)到外依次同軸設(shè)置并轉(zhuǎn)動(dòng)連接的內(nèi)層軸、中層軸和外層軸，所述塔傳中軸與所述肩部關(guān)節(jié)中心同軸設(shè)置，所述塔傳中軸一端與所述第一電機(jī)的輸出端固定連接，另一端與所述大臂的固定連接，所述第四帶輪、所述第五帶輪和所述第六帶輪分別套設(shè)在所述內(nèi)層軸、所述中層軸和所述外層軸上。

14、進(jìn)一步地，所述傳動(dòng)組件包括位于所述肩部關(guān)節(jié)中心的肩部關(guān)節(jié)帶輪組、位于所述肘部關(guān)節(jié)中心的肘部關(guān)節(jié)帶輪組和位于所述腕部關(guān)節(jié)中心腕部關(guān)節(jié)帶輪組，所述肩部關(guān)節(jié)帶輪組設(shè)置在所述動(dòng)能輸出部上用于將所述動(dòng)力軸的動(dòng)能傳遞至所述肘部關(guān)節(jié)帶輪組，所述肘部關(guān)節(jié)帶輪組用于將動(dòng)能傳遞至所述腕部關(guān)節(jié)帶輪組，所述腕部關(guān)節(jié)帶輪組用于將動(dòng)能傳遞至所述機(jī)械夾爪。

15、進(jìn)一步地，所述肩部關(guān)節(jié)帶輪組包括第七帶輪、第八帶輪和第九帶輪，所述第九帶輪同軸套設(shè)在所述內(nèi)層軸上與所述第四帶輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第八帶輪同軸套設(shè)在所述中層軸上與所述第五帶輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第七帶輪同軸套設(shè)在所述外層軸上與所述第六帶輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

16、進(jìn)一步地，所述肘部關(guān)節(jié)帶輪組包括位于所述肘部關(guān)節(jié)中心且同軸設(shè)置的關(guān)節(jié)軸、第十帶輪、第十一帶輪、第十二帶輪、第十三帶輪和第十四帶輪，所述關(guān)節(jié)軸與所述大臂的關(guān)節(jié)處固定連接，所述第十帶輪與所述第七帶輪傳動(dòng)連接，所述第十一帶輪與所述第八帶輪傳動(dòng)連接，所述第十二帶輪與所述第九帶輪傳動(dòng)連接，所述第十一帶輪與所述第十四帶輪固定連接同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第十二帶輪與所述第十三帶輪固定連接同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

17、進(jìn)一步地，所述第十帶輪內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)軸套，所述內(nèi)軸套轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)在所述關(guān)節(jié)軸上，所述內(nèi)軸套背離所述關(guān)節(jié)軸的一側(cè)固定連接有承載盤，所述承載盤固定連接在所述小臂上；所述第十一帶輪與所述第十四帶輪內(nèi)部設(shè)置有中軸套，所述中軸套轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述內(nèi)軸套；所述第十二帶輪與所述第十三帶輪內(nèi)部設(shè)置有外軸套，所述外軸套轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述中軸套。

18、進(jìn)一步地，所述腕部關(guān)節(jié)帶輪組包括位于所述腕部關(guān)節(jié)中心且同軸設(shè)置的第十五帶輪和第十六帶輪，所述第十五帶輪與所述第十三帶輪傳動(dòng)連接，所述第十六帶輪與所述第十四帶輪傳動(dòng)連接。

19、進(jìn)一步地，所述第十五帶輪包括第一軸承和第一輪體，所述機(jī)械夾爪具有驅(qū)動(dòng)夾持動(dòng)作的夾持軸，所述第一軸承的外環(huán)固定在小臂內(nèi)，所述第一軸承的內(nèi)環(huán)與第十五帶輪固定連接，所述夾持軸與第十五帶輪固定連接。

20、進(jìn)一步地，所述第十六帶輪包括第二軸承和第二輪體，所述第二軸承的外環(huán)固定在大臂內(nèi)，所述第二軸承的內(nèi)環(huán)的一個(gè)端面與所述第十六帶輪固定連接，所述第二軸承的內(nèi)環(huán)的另一個(gè)端面與所述機(jī)械夾爪固定連接。

21、第二方面，本發(fā)明提供裝載系統(tǒng)，包括上述的應(yīng)用于傳送窗口的機(jī)械手臂，還包括：

22、傳送主體，具有承載面，所述承載面上放置有用于容納晶圓盒的晶圓傳送盒；

23、框架，安裝在所述傳送主體沿高度方向的兩側(cè)；

24、頂罩，設(shè)置在所述框架遠(yuǎn)離所述傳送主體的端部，所述頂罩的內(nèi)部具有容納空間，所述頂罩的底部具有開口，所述應(yīng)用于傳送窗口的機(jī)械手臂設(shè)置在所述容納空間內(nèi)并通過所述開口伸出用于夾持所述晶圓盒。

25、本發(fā)明提供的裝載系統(tǒng)的有益效果在于：通過設(shè)置機(jī)械手臂用于傳送窗口，并與傳送主體、框架等組件配合，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對晶圓盒的精確裝載與搬運(yùn)，確保了在操作過程中晶圓盒能夠穩(wěn)定地放置在光罩盒內(nèi)，從而減少了因震動(dòng)或誤操作帶來的精度損失，保障了半導(dǎo)體生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。?頂罩設(shè)計(jì)為在框架遠(yuǎn)離傳送主體的端部，這一布置使得機(jī)械手臂能夠置于容納空間內(nèi)，在不占用過多操作空間的情況下完成傳送任務(wù)。通過將機(jī)械手臂置于頂罩內(nèi)部，可以有效節(jié)省空間，同時(shí)避免了過多的外部干擾。