一种半导体机械手手指调平装置及方法

技术领域

本发明属于半导体设备技术领域，具体地涉及一种半导体机械手手指调平装置及方法。

背景技术

机械手是半导体传输设备中重要的核心零部件，担负着传送晶圆等材料的作用，机械手上直接和晶圆接触的部位为blade（用于承托晶圆的片状支撑结构，又称“手指”），该部位的水平度对于传送晶圆的可靠性至关重要，由于整个平台的水平度误差以及机械手安装误差等存在，所以blade通常设计为活动件，需要单独安装在机械手ARM（又称“机械手手臂”）上，同时需要具有调平功能。安装及调平时，机械手手臂与水平面的角度为固定，通过调平功能调整手指用于承托晶圆的上表面至水平。

现有的此种结构方案例如申请公开号为CN114657543A的中国发明专利，其能够完成对blade角度的微调，但是在调整时，需要调整四个位置的螺钉、楔形块关系，并且四个位置之间容易产生相互干扰，例如在俯仰角度调整好以后，接着调整偏摆角度时，俯仰角度又会产生变化，因此调整过程会较为复杂、调整时间较长。

发明内容

基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种半导体机械手手指调平装置及方法，解决现有技术方案调平难度大、效率低的问题，实现能够通过较少的步骤完成快速调平，并且保证手指在运动过程中不抖动。

依据本发明的技术方案，本发明提供了一种半导体机械手手指调平装置，包括有机械手手臂和手指组件，机械手手臂和手指组件叠放设置，机械手手臂和手指组件之间具有间隙，机械手手臂和手指组件之间设置有一个旋转球；还包括有调平螺钉，调平螺钉将机械手手臂和手指组件相连接，调平螺钉的螺钉头部与相邻的机械手手臂或手指组件之间设置有碟簧；调平螺钉包括有第一调平螺钉、第二调平螺钉、第三调平螺钉，第一调平螺钉、第二调平螺钉、第三调平螺钉之间的连线构成第一三角形，旋转球位于第一三角形的范围内；还包括有锁紧顶丝，锁紧顶丝由机械手手臂和手指组件二者其中之一穿入至机械手手臂和手指组件之间的间隙内，锁紧顶丝的末端与机械手手臂和手指组件二者其中另一相抵触或相连接；锁紧顶丝包括有第一锁紧顶丝、第二锁紧顶丝、第三锁紧顶丝，第一锁紧顶丝、第二锁紧顶丝、第三锁紧顶丝之间的连线构成第二三角形，旋转球位于第二三角形的范围内。

优选地，第一调平螺钉和旋转球为沿着手指组件的中轴线设置；第二调平螺钉和第三调平螺钉分别位于手指组件的中轴线的两侧。

进一步地，第一锁紧顶丝位于第一调平螺钉旁边朝向旋转球的一侧，第二锁紧顶丝位于第二调平螺钉旁边靠近手指组件的中轴线的一侧，第三锁紧顶丝位于第三调平螺钉旁边靠近手指组件的中轴线的一侧。

进一步地，第二调平螺钉、第二锁紧顶丝、第三锁紧顶丝、第三调平螺钉的连线为直线且垂直于手指组件的中轴线。

进一步地，锁紧顶丝的末端为半球形。

进一步地，在机械手手臂上开设有第一球面槽，在手指组件上开设有第二球面槽，第一球面槽和第二球面槽开口相对，第一球面槽和第二球面槽均与旋转球相接触。

进一步地，手指组件包括有手指、手指固定底板和手指固定压板，手指位于手指固定底板和手指固定压板之间，手指、手指固定底板和手指固定压板通过手指固定螺钉相连接；手指固定底板和机械手手臂相连接。

在一实施例中，机械手手臂和手指组件相叠放设置的部分均为板状；机械手手臂上开设有用于穿入调平螺钉的螺钉光孔，手指组件上开设有用于穿入并螺纹连接调平螺钉的螺钉螺孔；机械手手臂上还开设有用于穿入并螺纹连接锁紧顶丝的顶丝螺孔。

进一步地，螺钉光孔朝外的一侧具有碟簧容纳槽，碟簧位于碟簧容纳槽内。

依据本发明的技术方案，本发明还提供一种半导体机械手手指调平方法，采用本发明的半导体机械手手指调平装置进行调平，其包括有如下步骤：

初始状态为第一锁紧顶丝、第二锁紧顶丝、第三锁紧顶丝的末端均处于未顶紧状态；

步骤S1，旋拧调节第一调平螺钉，从而调整手指组件的俯仰角度至水平；

步骤S2，旋拧调节第一锁紧顶丝，在手指组件的俯仰角度不变的情况下使第一锁紧顶丝顶紧；

步骤S3，旋拧调节第二调平螺钉和/或第三调平螺钉，从而调整手指组件的偏摆角度至水平；

步骤S4，旋拧调节第二锁紧顶丝以及第三锁紧顶丝，在手指组件的偏摆角度不变的情况下使第二锁紧顶丝以及第三锁紧顶丝顶紧。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

1、本发明的半导体机械手手指调平装置及方法采用具有三个调平螺钉、三个锁紧螺丝，以及在中间设置旋转球的方式，解决了现有技术方案采用螺钉调整时相互影响的问题，实现了快速调平手指的效果。

2、本发明的半导体机械手手指调平装置及方法中螺钉头部底部设有碟簧，可以保证手指组件能够进行微小的移动调节，并且在调节时调平螺钉的压紧力始终存在。

3、本发明的半导体机械手手指调平装置及方法中三个调平螺钉中间位置设有旋转球，在调整任何一个螺钉时手指组件始终在旋转球所限制的平面上变动，换言之是绕旋转球转动，因此配合使用三个调平螺钉即可快速调平手指组件。

4、本发明的半导体机械手手指调平装置及方法中优选采用一个调平螺钉调整手指俯仰，另两个调平螺钉调整手指偏摆，两个方向的角度能够分开、分别互不影响地进行调平，操作更加简单便捷。

5、本发明的半导体机械手手指调平装置及方法采用与调平螺钉相对应的锁紧顶丝，用于锁紧调平螺钉和旋转球等构成的调整机构部分，从而与调平螺钉相配合地同时对手指组件施加向上及向下两方的力，使得手指组件在由机械手手臂带动运动的过程中不会抖动，能够平稳地承托晶圆等材料，保证半导体传输、处理过程的稳定、高效。

附图说明

图1是本发明一实施例的机械手手臂和手指组件安装后的结构示意图。

图2是图1所示实施例中机械手手臂和手指组件相连接处的结构示意图。

图3是本发明另一实施例中机械手手臂和手指组件相连接处的结构示意图。

图4是图2所示结构中沿手指组件的中轴线的局部立体剖视示意图。

附图中的附图标记说明：

1、机械手手臂；

2、手指组件；

3、旋转球；

4、碟簧；

5、第一调平螺钉；

6、第二调平螺钉；

7、第三调平螺钉；

8、第一锁紧顶丝；

9、第二锁紧顶丝；

10、第三锁紧顶丝；

11、第一球面槽；

12、第二球面槽；

13、手指；

14、手指固定底板；

15、手指固定压板；

16、手指固定螺钉；

17、螺钉光孔；

18、螺钉螺孔；

19、顶丝螺孔；

20、碟簧容纳槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本发明提供一种半导体机械手手指调平装置及方法，解决现有技术方案安装调平难度大、效率低的问题，实现能够通过较少的步骤完成快速调平机械手手指，并且保证手指在运动过程中不抖动，提高半导体设备安装调试的效率、效果，以及提高半导体传输过程的稳定性。

请参阅图1至图4，本发明一实施例的一种半导体机械手手指调平装置，包括有机械手手臂1和位于机械手手臂1末端的手指组件2，机械手手臂1和手指组件2叠放设置，机械手手臂1和手指组件2之间具有间隙，机械手手臂1和手指组件2之间设置有一个旋转球3，从而手指组件2（和/或机械手手臂1）能够绕旋转球3转动，进而调整手指组件2中用于承托晶圆等材料的手指13的上表面的水平度。

还包括有调平螺钉，调平螺钉将机械手手臂1和手指组件2相连接；更具体而言，机械手手臂1和手指组件2为基本水平状态，调平螺钉为基本竖直地设置，基本垂直地钉入机械手手臂1和手指组件2并形成相连接的整体。调平螺钉包括具有外螺纹的螺钉杆体以及螺钉头部，螺钉头部位于靠外侧的一端，螺钉头部的尺寸大于螺钉杆体，螺钉头部具有如六角形或一字型等形状的凹槽以便于旋拧。调平螺钉的螺钉头部与相邻的部件（即机械手手臂1或手指组件2）之间设置有碟簧4，调平螺钉设置在机械手手臂1还是手指组件2上可以根据具体情况进行设计。调平螺钉用于将机械手手臂1和手指组件2相对地拉紧。调平螺钉至少包括有第一调平螺钉5、第二调平螺钉6、第三调平螺钉7，第一调平螺钉5、第二调平螺钉6、第三调平螺钉7之间的连线构成第一三角形，旋转球3位于第一三角形的范围内。

还包括有锁紧顶丝，锁紧顶丝由机械手手臂1和手指组件2二者其中之一穿入至机械手手臂1和手指组件2之间的间隙内，锁紧顶丝设置在机械手手臂1还是手指组件2上可以根据具体情况进行设计；锁紧顶丝的末端与机械手手臂1和手指组件2二者其中另一相抵触或相连接，从而形成沿机械手手臂1和手指组件2相背离方向的顶紧力，可与调平螺钉形成的拉紧力相配合地共同限定机械手手臂1和手指组件2之间各处的间隙距离。锁紧顶丝至少包括有第一锁紧顶丝8、第二锁紧顶丝9、第三锁紧顶丝10，第一锁紧顶丝8、第二锁紧顶丝9、第三锁紧顶丝10之间的连线构成第二三角形，旋转球3位于第二三角形的范围内。

综上所述，本方案的主要原理及发明构思在于利用三点确定一个平面的方式以及利用三点之间的旋转球3形成杠杆，建立多个调平螺钉之间的联系，该联系并非是现有技术方案那样较难控制的、不理想的相互影响，而是在碟簧4作用下，手指组件2能够有微小的移动，并且在调平时调平螺钉的压紧力始终存在，单独调整第一调平螺钉5、第二调平螺钉6、第三调平螺钉7中的任意一个，手指组件2都会绕旋转球3转动，进而通过锁紧顶丝锁紧上述转动调平机构，如此实现通过较少的调整步骤就可以达到调平的目的，并且保证手指组件2调平后的稳定性。

优选实施方式中，第一调平螺钉5和旋转球3为沿着手指组件2的中轴线设置，第二调平螺钉6和第三调平螺钉7分别位于手指组件2的中轴线的两侧。手指组件2（以及机械手手臂1连接手指组件2的部分）一般为长条形片状，其左右两侧基本对称的中间对称轴即为本发明所述的中轴线，中轴线与手指组件2（以及机械手手臂1连接手指组件2的部分）的长度方向一致。从而基于第一调平螺钉5和旋转球3的高度可以调整手指俯仰，基于第二调平螺钉6、第三调平螺钉7和旋转球3的高度可以调整手指左右偏摆。

进一步优选地，如图2或图3所示，第一锁紧顶丝8位于第一调平螺钉5旁边朝向旋转球3的一侧，第二锁紧顶丝9位于第二调平螺钉6旁边靠近手指组件2的中轴线的一侧，第三锁紧顶丝10位于第三调平螺钉7旁边靠近手指组件2的中轴线的一侧。如图4所示，第一调平螺钉5、第一锁紧顶丝8、旋转球3的连线为直线且位于手指组件2的中轴线，这样当第一调平螺钉5和第一锁紧顶丝8调整俯仰角度并锁紧后，第一调平螺钉5、第一锁紧顶丝8、旋转球3的连线的俯仰角度也已确定，调节其他调平螺钉和锁紧顶丝时能够保证只能改变手指组件2的左右偏摆（倾斜）角度，而不会对俯仰造成影响。更具体地例如，第二调平螺钉6、第二锁紧顶丝9、第三锁紧顶丝10、第三调平螺钉7的连线为直线且垂直于手指组件2的中轴线，各锁紧顶丝与相对应的调平螺钉之间距离较近，如此可进一步避免调节偏摆时对俯仰角度产生影响。

更具体而言，如图1所示，手指组件2包括有手指13、手指固定底板14和手指固定压板15，手指13夹紧于手指固定底板14和手指固定压板15之间，手指13、手指固定底板14和手指固定压板15通过手指固定螺钉16相连接、锁紧。手指固定底板14的另一端和机械手手臂1通过上述具有调平功能的结构相连接。机械手手臂1和手指组件2（更具体为手指固定底板14）相叠放设置的部分均为平板状。可选地，机械手手臂1位于手指固定底板14的上方，手指固定底板14在该位置具有低于其余位置的台阶，从而在安装后手指固定底板14和机械手手臂1的上表面基本齐平。

进一步地，该实施例中，调平螺钉和锁紧顶丝均通过机械手手臂1进行安装，均为在上方旋拧调节、由上至下穿入；可以理解的是，调平螺钉和锁紧顶丝也可采用其他的安装结构及方式，例如穿入的方向具有一定的倾斜角度、有一个或几个为从下至上穿入，等。请参阅图4，以该位置为例，机械手手臂1上开设有用于穿入调平螺钉（图中为第一调平螺钉5）的螺钉光孔17，手指组件2上（更具体为手指固定底板14）开设有用于穿入并螺纹连接调平螺钉（图中为第一调平螺钉5）的螺钉螺孔18；从而调平螺钉下端与螺钉螺孔18可通过螺纹调节及定位，调平螺钉上端的螺钉头部将机械手手臂1与手指组件2拉紧，使该位置的间隙不能扩大。

螺钉光孔17朝外的一侧具有碟簧容纳槽20，碟簧4（以及至少一部分的调平螺钉的螺钉头部）位于碟簧容纳槽20内，从而便于碟簧4的安装及定位。碟簧也称碟形弹簧、垫圈式弹簧，为环形，套设在调平螺钉的螺钉杆体外；碟簧4的下方与机械手手臂1相抵触，碟簧4的上方与调平螺钉的螺钉头部的下表面相抵触。螺钉光孔17的内径略大于调平螺钉的外径，碟簧4能够在不同位置进行不同程度的弹性变形，因此，调平螺钉垂直于手指组件2、机械手手臂1与手指组件2不平行、具有一定倾斜角度时，碟簧4也能够同时贴合机械手手臂1（更具体为碟簧容纳槽20的底面）以及调平螺钉的螺钉头部，从而实现稳定的连接。

机械手手臂1上还开设有用于穿入并螺纹连接锁紧顶丝（图中为第一锁紧顶丝8）的顶丝螺孔19，调节至顶紧状态后，锁紧顶丝的末端与手指组件2相抵触，使该位置的间隙不能缩小。锁紧顶丝的上端具有如一字型等形状的凹槽以便于旋拧，锁紧顶丝的末端为半球形，从而在一定倾斜角度范围内均能够保证稳定的顶紧效果。

在机械手手臂1上开设有第一球面槽11，在手指组件2上开设有第二球面槽12，第一球面槽11和第二球面槽12开口相对，第一球面槽11和第二球面槽12均与旋转球3相贴合地接触。第一球面槽11、第二球面槽12以及旋转球3的表面为光滑，从而能够几乎无摩擦阻力地转动。或者可选地，第一球面槽11、第二球面槽12由槽体和槽体内的滑动垫圈或轴承类部件组成。在另一些可行的实施例中，旋转球3处采用球铰链结构，在机械手手臂1和手指组件2可围绕旋转球3转动的同时，旋转球3还与机械手手臂1和/或手指组件2相连接。

基于本发明优选的半导体机械手手指调平装置（例如图1、图2、图4所示实施例），本发明提供一种半导体机械手手指调平方法，其包括有如下步骤：

初始状态为：第一锁紧顶丝8、第二锁紧顶丝9、第三锁紧顶丝10的末端均处于未顶紧状态；未顶紧状态例如尚未安装锁紧顶丝或者锁紧顶丝的末端与手指组件2之间未接触、具有足够满足调节需要的间距；第一调平螺钉5、第二调平螺钉6、第三调平螺钉7为已将机械手手臂1和手指组件2相连接，且已压住碟簧4，碟簧4已具有一定的基本周向均匀的形变量（例如旋拧至调平螺钉的螺钉头部与碟簧4相接触后，再旋入几圈，对三个调平螺钉均同样处理）。

步骤S1，旋拧调节第一调平螺钉5，从而调整手指组件2的俯仰角度至水平；调平时例如采用在手指组件2上放置水平仪的方式。

步骤S2，旋拧调节第一锁紧顶丝8，在手指组件2的俯仰角度不变的情况下使第一锁紧顶丝8顶紧；此时，在第一调平螺钉5和第一锁紧顶丝8（以及旋转球3）的限制下，手指组件2的俯仰角度被锁定，手指组件2只能够调整偏摆（左右倾斜角度）。

步骤S3，旋拧调节第二调平螺钉6和/或第三调平螺钉7，从而调整手指组件2的偏摆角度至水平；更具体例如，根据水平仪指示的情况，调整一侧的调平螺钉就可能能够完成调平，如果例如由于碟簧4的弹性限度等导致调平困难，则需要对第二调平螺钉6和第三调平螺钉7都进行调整。

步骤S4，旋拧调节第二锁紧顶丝9以及第三锁紧顶丝10，在手指组件2的偏摆角度（以及俯仰角度）不变的情况下使第二锁紧顶丝9以及第三锁紧顶丝10顶紧。调平完成。

综上所述，本方案采用具有三个调平螺钉、三个锁紧螺丝，以及在中间设置旋转球的方式，调平螺钉有三个，机械手中轴线上有一个，中轴线两侧各一个，三个调平螺钉组成三角形，调平螺钉旁边对应有锁紧顶丝，解决了现有技术方案采用螺钉调整时相互影响的问题，实现了快速调平手指的效果；螺钉头部底部设有碟簧，可以保证手指组件能够进行微小的移动调节，并且在调节时调平螺钉的压紧力始终存在，调平后手指组件在由机械手手臂带动运动的过程中也不会抖动；在调整任何一个螺钉时手指组件始终在旋转球所限制的平面上变动，因此配合使用三个调平螺钉即可快速调平手指组件；优选采用一个调平螺钉调整手指俯仰，另两个调平螺钉调整手指偏摆，两个方向的角度能够分开、分别互不影响地进行调平，操作更加简单便捷。本方案不仅适用于真空机械手，也适用于大气机械手等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。