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TWI598195B - 具有非等長前臂的多軸機器人設備、電子裝置製造系統、及用於在電子裝置製造中傳送基板的方法 - Google Patents

具有非等長前臂的多軸機器人設備、電子裝置製造系統、及用於在電子裝置製造中傳送基板的方法 Download PDF

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TWI598195B
TWI598195B TW102143467A TW102143467A TWI598195B TW I598195 B TWI598195 B TW I598195B TW 102143467 A TW102143467 A TW 102143467A TW 102143467 A TW102143467 A TW 102143467A TW I598195 B TWI598195 B TW I598195B
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wrist
arm
axis
coupled
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哈德俊傑佛利Ｃ
克瑞摩曼易茲亞
布羅汀傑佛瑞Ａ
卡克斯戴蒙凱斯
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應用材料股份有限公司
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Publication date
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Description

具有非等長前臂的多軸機器人設備、電子裝置製造系統、及用於在電子裝置製造中傳送基板的方法 【相關申請案】
本申請案主張申請於2012年11月30日且題為「具有非等長前臂的多軸機器人設備、電子裝置製造系統、及用於在電子裝置製造中傳送基板的方法(MULTI-AXIS ROBOT APPARATUS WITH UNEQUAL LENGTH FOREARMS,ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURING SYSTEMS,AND METHODS FOR TRANSPORTING SUBSTRATES IN ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURING)」之美國臨時申請案61/732,196之優先權，該申請案在此併入本文中以用於所有目的。
本申請案亦係關於2013年11月26日日提出申請且題為「馬達模組、多軸馬達驅動組件、多軸機器人設備，及電子裝置製造系統及方法(MOTOR MODULES,MULTI-AXIS MOTOR DRIVE ASSEMBLIES,MULTI-AXIS ROBOT APPARATUS,AND ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURING SYSTEMS AND METHODS)」之美國專利申請案第14/090,929號，該專利申請案在此併入本文中以用於所有目的。
本發明係關於電子裝置製造，及更特定而言，係關於用於傳送基板之設備、系統及方法。
習用電子裝置製造系統可包括多個製程腔室及一或更多個負載鎖定腔室。該等腔室可被包括在例如可使複數個腔室圍繞移送室而分佈之群集工具中。該等系統及工具可採用移送機器人，該移送機器人可安置在例如移送室中及經調適以在多個腔室與一或更多個負載鎖定腔室之間傳送基板。例如，移送機器人可將基板自製程腔室傳送至製程腔室、自負載鎖定腔室傳送至製程腔室，及反之亦然。多個腔室之間的快速及精確之基板傳送可提供有效之系統產量，由此降低總操作成本。
由此，需要用於有效及精確的基板移動之系統、設備及方法。
在一態樣中，提供一種多軸機器人。多軸機器人包括：經調適以圍繞第一旋轉軸線旋轉之轉臂；在轉臂之外側端以旋轉方式耦接至轉臂之第一前臂，及該第一前臂經配置 以圍繞第二旋轉軸線獨立旋轉；在轉臂之外側端以旋轉方式耦接至轉臂之第二前臂，及該第二前臂經配置以圍繞第二旋轉軸線獨立旋轉，該第二前臂比第一前臂短；在第一前臂之第一外部位置以旋轉方式耦接至第一前臂之第一腕部部件，及該第一腕部部件經配置以圍繞第三軸線相對於第一前臂而獨立旋轉；及在第二外部位置以旋轉方式耦接至第二前臂之第二腕部部件，及該第二腕部部件經配置以圍繞第四軸線相對於第二前臂而獨立旋轉。
在另一態樣中，提供一種電子裝置處理系統。電子裝置處理系統包括：移送室；至少部分地被收納在移送室中之多鏈結機器人設備，該多鏈結機器人設備具有：經調適以圍繞第一旋轉軸線旋轉之轉臂；在轉臂之外側端以旋轉方式耦接至轉臂之第一前臂，及該第一前臂經配置以獨立旋轉；在轉臂之外側端以旋轉方式耦接至轉臂之第二前臂，及該第二前臂經配置以獨立旋轉，該第二前臂比第一前臂短；以旋轉方式耦接至第一前臂之第一腕部部件，該第一腕部部件經配置以相對於第一前臂而獨立旋轉；及以旋轉方式耦接至第二前臂之第二腕部部件，及該第二腕部部件經配置以相對於第二前臂而獨立旋轉。
在另一態樣中，提供一種在電子裝置處理系統內傳送基板之方法。該方法包括提供經調適以圍繞第一旋轉軸線旋轉之轉臂；提供在轉臂之外側端以旋轉方式耦接至轉臂之第一前臂；提供在轉臂之外側端以旋轉方式耦接至轉臂之第二前臂，該第二前臂比該第一前臂短；提供在第一前臂之外 部位置以旋轉方式耦接至第一前臂之第一腕部部件；提供在第二前臂之外部位置以旋轉方式耦接至第二前臂之第二腕部部件；及獨立旋轉第一前臂、第二前臂、第一腕部部件及第二腕部部件以將基板自腔室傳送至腔室，及在傳送期間將第二前臂移至高於第一前臂。
依據本發明之該等實施例及其他實施例而提供多個其他態樣。本發明之實施例之其他特徵及態樣將根據下文之詳細描述、所附之申請專利範圍及附圖而變得更為十分顯而易見。
100‧‧‧電子裝置處理系統
101‧‧‧機座
102‧‧‧移送室
103‧‧‧多軸機器人設備
104‧‧‧轉臂
105A‧‧‧基板
105B‧‧‧基板
106A‧‧‧製程腔室
106B‧‧‧製程腔室
106C‧‧‧製程腔室
106D‧‧‧製程腔室
106E‧‧‧製程腔室
106F‧‧‧製程腔室
107‧‧‧向量
108‧‧‧負載鎖定腔室
109‧‧‧狹縫閥
110‧‧‧工廠介面
111‧‧‧驅動組件
112‧‧‧基板載體
113‧‧‧機器人
114‧‧‧箭頭
115‧‧‧控制器
116‧‧‧第一旋轉軸線
117‧‧‧基座
118‧‧‧第一前臂
120‧‧‧第二前臂
122‧‧‧第二旋轉軸線
124‧‧‧第一腕部部件
126‧‧‧第一腕部軸線
128‧‧‧第一端效器
130‧‧‧第二腕部部件
132‧‧‧第二腕部軸線
134‧‧‧第二端效器
135‧‧‧腕部間隔墊
136‧‧‧馬達機座
138‧‧‧第一驅動軸
140‧‧‧第一驅動馬達
142‧‧‧上隔框
143‧‧‧下隔框
144‧‧‧第二驅動軸
146‧‧‧第二驅動馬達
148‧‧‧轉臂驅動系統
150‧‧‧第三驅動軸
152‧‧‧第三驅動馬達
154‧‧‧第五驅動軸
156‧‧‧第五驅動馬達
158‧‧‧第四驅動軸
160‧‧‧第四驅動馬達
161‧‧‧外罩
162‧‧‧運動限制器
163‧‧‧垂直馬達
163R‧‧‧接收器
163S‧‧‧導螺桿
164‧‧‧密封件
165‧‧‧第一前臂驅動部件
168‧‧‧第一前臂從動部件
170‧‧‧第一前臂傳動部件
171‧‧‧剛性腹板部分
172‧‧‧第一腕部驅動部件
173‧‧‧第一腕部傳動部件
174‧‧‧第一腕部從動部件
175‧‧‧第一中間傳動部件
176‧‧‧第二前臂驅動部件
178‧‧‧第二前臂從動部件
180‧‧‧第二前臂傳動部件
182‧‧‧第二腕部驅動部件
184‧‧‧第二腕部從動部件
186‧‧‧第二傳動部件
188‧‧‧第二中間傳動部件
200A‧‧‧電子裝置處理系統
200B‧‧‧電子裝置處理系統
303‧‧‧機器人設備
304‧‧‧轉臂
305A‧‧‧基板
305B‧‧‧基板
311‧‧‧驅動組件
317‧‧‧基座
318‧‧‧第一前臂
320‧‧‧第二前臂
324‧‧‧第一腕部部件
328‧‧‧第一端效器
330‧‧‧第二腕部部件
334‧‧‧第二端效器
336‧‧‧馬達機座
361‧‧‧外罩
362A‧‧‧運動限制器
362B‧‧‧運動限制器
363‧‧‧垂直馬達
363R‧‧‧接收器
363S‧‧‧導螺桿
364‧‧‧密封件
367‧‧‧輸送架
403‧‧‧機器人設備
424‧‧‧腕部部件
428‧‧‧端效器
430‧‧‧腕部部件
434‧‧‧端效器
500‧‧‧電子裝置處理系統
502‧‧‧移送室
506A‧‧‧負載鎖定腔室
506B‧‧‧製程腔室
506C‧‧‧製程腔室
506D‧‧‧製程腔室
506E‧‧‧製程腔室
506F‧‧‧製程腔室
508A‧‧‧負載鎖定腔室
508B‧‧‧負載鎖定腔室
516‧‧‧第一旋轉軸線
590‧‧‧偏移距離
600‧‧‧方法
602‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
608‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
612‧‧‧步驟
703‧‧‧轉臂驅動系統
811‧‧‧驅動組件
第1A圖圖示根據一些實施例之包括一多軸機器人設備之一電子裝置處理系統的俯視示意圖。
第1B圖圖示根據一些實施例之一多軸機器人設備的側視圖。
第1C圖圖示根據一些實施例之一多軸機器人設備的俯視圖。
第1D圖圖示根據一些實施例之一多軸機器人設備的橫剖面側視圖。
第1E圖圖示根據一些實施例之一多軸機器人設備之一驅動組件的橫剖面側視圖。
第2A圖圖示根據一些實施例之安裝在一六面主框架機座中之一多軸機器人設備的部分橫剖面俯視圖。
第2B圖圖示根據一些實施例之安裝在一八面主框架機座中之一多軸機器人設備的部分橫剖面俯視圖。
第3A圖及第3B圖圖示根據一些實施例之包括配備有不同配置之非等長前臂之一多軸機器人設備的等角視圖。
第3C圖圖示根據一些實施例之包括非等長前臂之一多軸機器人設備的等角視圖。
第4圖圖示根據一些實施例之另一多軸機器人設備的等角視圖。
第5圖圖示根據一些實施例之一多軸機器人設備的橫剖面俯視圖，該多軸機器人設備服務具有軸向偏移腔室之一主框架機座。
第6圖係一流程圖，該圖繪示根據一些實施例之在電子裝置處理系統內傳送基板的一種方法。
第7圖圖示根據一些實施例之另一多軸機器人設備的橫剖面側視圖。
第8圖圖示根據一些實施例之一多軸機器人設備之另一驅動組件的橫剖面側視圖。
電子裝置製造可能需要在多個位置之間進行極為精確及快速之基板傳送。特定而言，在一些實施例中，雙端效器(有時被稱作「葉片」)可附接於機器人設備及可經調適以將位於該等端效器上之基板傳送至及傳送出電子裝置處理系統之腔室。該等系統可包括排列在移送室內之多軸機器人，該等機器人含有具有上/下配置之端效器。此配置容許自腔室中抽出第一基板，然後立即在同一腔室中用第二晶圓替換該第一基板。目標是盡快實現此移送。然而，現有多軸機 器人可能無法在其他機器人實質不移動之情況下進行移送。該等額外之移動可增加可能的總移送速度。而且，現有機器人可能在可進出該等腔室之方式方面受限。例如，一些現有機器人僅可徑向進入小面，其中，徑向與移送室之中心(例如，及與水平多關節機器人臂(selective compliance assembly robot arm；SCARA)之肩部軸線)對齊。然而，為了增加可用製程腔室之數目，可使用八面系統。例如，六個製程腔室及兩個負載鎖定腔室可圍繞移送室而排列。然而，進入各個小面之入口位置可能遠離移送室中心軸線。換言之，沿端效器之行進方向進入腔室之向量偏離移送室中心。由此，習用機器人可能不適合使用。
因此，在一或更多個實施例中，可提供可用於在電子裝置製造中將基板傳送至及傳送出腔室之多軸機器人設備。
根據本發明之一或更多個實施例，多軸機器人設備包括轉臂，該轉臂在外側端處附接有第一及第二前臂。每一前臂在其外部位置處耦接有一腕部部件。該等腕部部件具有端效器，該等端效器耦接至該等腕部部件或與該等腕部部件形成整體。待交換之基板可位於正在使用之該等兩個端效器中之一者或兩者上。根據一些實施例，可獨立控制前臂及腕部部件中之每一者，從而容許在交換基板之時可達到可能移動路徑的較大靈活度。另外，每一端效器僅使用一前臂及一腕部部件減少元件及關節之數目，因此可增添剛性。
在另一廣泛態樣中，前臂可具有不等之長度。特定 而言，該等長度可使得較短前臂可繞過將較長前臂連接至較長前臂之腕部部件之腕部關節。此差異長度容許機器人具有增強之運動路徑能力，及因此具有改良之基板交換能力。(1)第一及第二前臂之獨立運動能力與(2)具有非等長前臂之第一及第二腕部部件相結合之組合提供靈活性極大之運動路徑能力。特定而言，提供了服務離軸腔室之能力。
根據本發明之一或更多個實施例，提供了包括多軸機器人設備之電子裝置處理系統。根據本發明之一或更多個額外實施例，提供了利用電子裝置處理系統移送基板之方法。參考本文之第1A圖至第8圖描述本發明之示例性實施例之更多細節。
第1A圖係根據本發明之實施例之電子裝置處理系統100之示例性實施例的示意圖。電子裝置處理系統100可包括機座101，該機座具有界定移送室102之壁件。依據本發明之另一實施例之多軸機器人設備103可至少部分安置在移送室102內。多軸機器人之額外視圖在第1B圖至第1D圖中顯示。多軸機器人設備103可經調適以經由多軸機器人設備103之操作而將基板(例如，基板105A、105B)放置至目的地或自目的地抽出該等基板，本文在下文中全面描述此過程。
目的地可為耦接至移送室102之多個製程腔室(例如，製程腔室106A、106B、106C、106D、106E、106F)。視情況，目的地可為可耦接至移送室102之一或更多個負載鎖定腔室108。製程腔室106A-106F可經調適以實施任何數目之製程步驟，例如，沉積、氧化、硝化、蝕刻、研磨、清洗、 微影術，或類似步驟。亦可在該等腔室中實施其他製程。負載鎖定腔室108可經調適以與工廠介面110介面連接，該工廠介面可自停駐在工廠介面110之負載埠處的基板載體112接收一或更多個基板。基板可藉由工廠介面110中之機器人113(圖示為虛線)而移送，及該移送可以任何次序或向任何方向進行，如箭頭114所指示。本文中所使用之基板應意謂著用以製作電子裝置或電路元件之物品，例如，含氧化矽晶圓、玻璃板、玻璃面板、遮罩，或類似物。
雙腔室(例如，具有平行面之並列腔室)之配置如第1A圖所示，且機器人設備103尤其擅長服務該等腔室，該等腔室具有偏離移送室102之中心、角度偏離自移送室102之中心徑向延伸的線，及/或偏離機器人設備103之肩部軸線之進入方向。例如，向量107圖示進入製程腔室106A之正常進入方向(例如，垂直於小面)，及向量107橫向偏離移送室102之中心，偏離距離為d，且向量107亦圖示此實施例中之機器人設備之肩部軸線。然而，應認識到，本文所述之多軸機器人設備103在具有不同主框架配置之其他工具中移送基板方面具有實用性，該等不同主框架配置例如在第2A圖中具有四個製程腔室及兩個負載鎖定腔室之電子裝置處理系統200A之主框架配置及在第2B圖中如第2B圖所示具有六個製程腔室及兩個負載鎖定腔室之電子裝置處理系統200B。在該等兩個實施例中之每一實施例中，小面為徑向定向，因為垂直於任何小面之向量經定向通過機器人之肩部軸線及移送室中心。在該等實施例中使用機器人設備103容許進行任何數 目之預定位的移動。此舉容許在將定位在第二端效器上之第二基板放(例如，放置)至由第一基板讓出之位於第一端效器上之一腔室內時，將已自該腔室中移除之第一基板預定位至另一腔室之相鄰處。該等預定位的移動增大產量。
請返回參看第1A圖，在一些實施例中，移送室102例如可在真空下操作。製程腔室106A-106F及一或更多個負載鎖定腔室108中之每一者可包括在腔室入口/出口處之狹縫閥109，該等閥可經調適以在將基板105A-105B放置至製程腔室106A-106F及/或一或更多個負載鎖定腔室108中或自該等腔室中抽出時打開及閉合。狹縫閥109可具有任何適合之習知構造。
多軸機器人設備103之多個元件之運動可由自控制器115發送至包含多軸機器人設備103之複數個驅動馬達之驅動組件111的適合之命令而控制。來自控制器115之信號可引發多軸機器人設備103之多個元件之運動，如自下文中將顯而易見。諸如位置編碼器或類似物之多個感測器可提供每一元件之適合反饋。
現在請參看第1A圖至第1D圖，多軸機器人設備103包括可圍繞第一旋轉軸線116旋轉之轉臂104。多軸機器人設備103可包括經調適以附接於機座101之壁件(例如，底板)之基座117。然而，在一些實施例中，多軸機器人設備103可附接於機座101之頂板。由此，多軸機器人設備103可至少部分由機座101支撐。多軸機器人設備103亦包括經配置及調適以驅動轉臂104之驅動組件111及多個將進行描述之 機器人。轉臂104可經調適以按順時針或逆時針旋轉方向圍繞第一旋轉軸線116旋轉。任何適合之驅動馬達可提供旋轉，該驅動馬達例如習用可變磁阻或永磁電動馬達，本文將在下文中進一步描述該馬達。轉臂104之旋轉可由自控制器115發送至驅動馬達之適合命令而控制。轉臂104經調適以在X-Y平面中相對於基座117而圍繞第一旋轉軸線116旋轉。
在繪示之實施例中，機器人設備103包括第一前臂118及第二前臂120，該等前臂可在轉臂104之徑向外側端處耦接至轉臂104，與第一旋轉軸線116相隔。在繪示之實施例中，第一前臂118及第二前臂120各自經安裝至轉臂104之位於同一外側位置之第一外側端，及共同圍繞第二旋轉軸線122旋轉。如圖所示，第二前臂120比第一前臂短118。第一前臂118及第二前臂120中之每一者可相對於轉臂104而獨立旋轉。旋轉可為約+/-150度。在繪示之實施例中，第二旋轉軸線122可與第一旋轉軸線116相隔距離d1，該距離d1介於約348公分與約522公分之間(請參看第1D圖)。d1係轉臂104之中心之間長度。
而且，第一腕部部件124可耦接至在第一前臂118上之第一外部位置，及可相對於第一前臂118而圍繞第一腕部軸線126獨立旋轉。第一腕部軸線126可與第二旋轉軸線122相隔距離d2，該距離d2介於約670公分與約1004公分之間(請參看第1D圖)。d2係第一前臂118之第一中心之間長度。第一腕部部件124可具有耦接至第一腕部部件的第一端效器128。第一端效器128經調適以承載待在電子裝置處 理系統100內處理之基板105A。旋轉可為約+/-150度。
第二腕部部件130可耦接至在第二前臂120上之第二外部位置，及可圍繞第二腕部軸線132旋轉。第二腕部軸線132可與第二旋轉軸線122相隔距離d3，該距離d3介於約514公分與約772公分之間(請參看第1D圖)。d3係第二前臂120之第二中心之間長度。第二中心之間長度d3可小於第一中心之間長度d2之90%，及在一些實施例中可介於第一中心之間長度d2之約50%與約90%之間。在一些實施例中，轉臂104之中心之間長度d1比第一前臂118之第一中心之間長度d2短。在一些實施例中，轉臂104之中心之間長度d1比第二前臂120之第二中心之間長度d3短。
第二腕部部件130可具有耦接至第二腕部部件的第二端效器134。第二端效器134經調適以承載待在電子裝置處理系統100內處理之基板105B。第二腕部部件130可相對於第二前臂120而獨立旋轉。旋轉可為約+/-150度。如第1B圖中可見，第二前臂120及第二腕部部件130及第二端效器134經配置以使得上述三者在垂直方向上彼此相隔。特定而言，腕部間隔墊135在垂直方向上將第一前臂118與第一腕部部件124隔開，且第二前臂120之較短長度同時容許第二前臂120及第二腕部部件130及所附接之第二端效器134在第一前臂118與第一腕部部件124之間通過，及在不干擾腕部關節之情況下通過腕部間隔墊135。
在此特徵結構與轉臂104之獨立旋轉能力相結合之情況下，第一及第二前臂118、120中之每一者及第一及第二 腕部部件124、130中之每一者在實施基板105A、105B之任何所需運動路徑時提供極大靈活性。
在第1A圖中繪示之實施例中，機器人設備103經圖示位於及安置在移送室102中。然而，應認識到，機器人設備103之此實施例及本文所述之其他機器人設備可用於電子裝置製造之其他區域中，例如，用於工廠介面110中，在該工廠介面中，機器人設備可在例如負載埠與電子裝置處理系統100之一或更多個負載鎖定腔室108之間傳送基板或甚至基板載體112。
本文現將詳細描述用於完成轉臂104、第一及第二前臂118、120，及第一及第二腕部部件124、130中之每一者之獨立旋轉之驅動組件111。如第1E圖中最佳所示，驅動組件111包括經調適以包含多個驅動馬達元件之馬達機座136。首先，驅動組件111可包括經調適以使轉臂104圍繞第一旋轉軸線116獨立旋轉之驅動元件。旋轉可為約+/-360度或以上。第一驅動軸138可自轉臂104延伸，及可由適合之軸承支撐。第一驅動軸138經調適以藉由第一驅動馬達140而旋轉。第一驅動馬達140可為例如包括第一轉子及第一定子之電動馬達。第一轉子可為磁體，及可耦接至第一驅動軸138。可將第一定子固定至上隔框142與下隔框143，或將其支撐在上隔框142與下隔框143之間。適合之習用旋轉編碼器(未圖示)可用以按照需要定位轉臂104。
另外，驅動組件111可包括經調適以使第一前臂118圍繞位於轉臂104之外側端的第二旋轉軸線122獨立旋轉之 驅動元件。在一些實施例中，旋轉可為約+/-150度。驅動元件可包括第二驅動軸144及第二驅動馬達146。第二驅動馬達146之旋轉引發第二驅動軸144之旋轉，及圍繞第二旋轉軸線122驅動所耦接之第一前臂118。第二驅動馬達146可為包括第二轉子及第二定子之電動馬達。第二驅動軸144可自本文所述之轉臂驅動系統148(第1D圖)延伸，及可由適合之軸承支撐。經由來自控制器115之驅動信號而驅動第二驅動馬達146引發第一前臂118相對於轉臂104之獨立旋轉。適合之習知旋轉編碼器(未圖示)可用以按照需要而相對於轉臂104定位第一前臂118。第二定子可經固定至下隔框143，或由下隔框143支撐。上隔框142及下隔框143可經固定至馬達機座136，或成為馬達機座136之部分。
驅動組件111亦可包括經調適以使第一腕部部件124圍繞位於第一前臂118上外部位置之第一腕部軸線126獨立旋轉之驅動元件。在一些實施例中，旋轉可為約+/-150度。驅動元件可包括第三驅動軸150及第三驅動馬達152。第三驅動馬達152之旋轉引發第三驅動軸150之旋轉及圍繞第一腕部軸線126驅動所耦接之第一腕部部件124。第三驅動馬達152可為包括第三轉子及第三定子之電動馬達。第三驅動軸150可自轉臂驅動系統148(第1D圖)延伸，及可由適合之軸承支撐。第三驅動馬達152可經由來自控制器115之驅動信號而驅動以引發第一腕部部件124相對於第一前臂118圍繞第一腕部軸線126之獨立旋轉。適合之習知旋轉編碼器(未圖示)可用以按照需要相對於第一前臂118定位第一腕 部部件124。第三定子可經固定至下隔框143，或由下隔框143支撐。
而且，驅動組件111可包括經調適以使第二前臂120圍繞位於轉臂104外側端之第二旋轉軸線122獨立旋轉之驅動元件。在一些實施例中，旋轉可為約+/-150度。驅動元件可包括第四驅動軸158及第四驅動馬達160。第四驅動馬達160之旋轉引發第四驅動軸158之旋轉，及圍繞第二旋轉軸線122驅動所耦接之第二前臂120。第四驅動馬達160可為包括第四轉子及第四定子之電動馬達。第四驅動軸158可自轉臂驅動系統148(第1D圖)延伸，及可由適合之軸承支撐。經由來自控制器115之驅動信號來驅動第四驅動馬達160引發第二前臂120相對於轉臂104圍繞第二旋轉軸線122之獨立旋轉。適合之習知旋轉編碼器(未圖示)可用以按照需要相對於轉臂104定位第二前臂120。第四定子可經固定至上隔框142，或由上隔框142支撐。
驅動組件111亦可包括經調適以使第二腕部部件130圍繞位於第二前臂120上外部位置之第二腕部軸線132獨立旋轉之驅動元件。在一些實施例中，旋轉可為約+/-150度。驅動元件可包括第五驅動軸154及第五驅動馬達156。第五驅動馬達156之旋轉引發第五驅動軸154之旋轉，及圍繞第二腕部軸線132驅動所耦接之第二腕部部件130。第五驅動馬達156可為包括第五轉子及第五定子之電動馬達。第五驅動軸154可自轉臂驅動系統148(第1D圖)延伸，及可由適合之軸承支撐。第五驅動馬達156可經由來自控制器115之 驅動信號來驅動以引發第二腕部部件130相對於第二前臂120之獨立旋轉。適合之習知旋轉編碼器(未圖示)可用以按照需要相對於第二前臂120定位第二腕部部件130。第五定子可經固定至上隔框142，或由上隔框142支撐。
此外，驅動組件111可包括Z軸運動能力。特定而言，可由運動限制器162來限制馬達機座136相對於外罩161之旋轉。運動限制器162可為兩個或兩個以上線性軸承或其他軸承，或可作用於約束馬達機座136相對於外罩161之旋轉但容許馬達機座136(沿第一旋轉軸線116方向)之Z軸運動之滑動機構。垂直運動由垂直馬達163提供。垂直馬達163之旋轉可操作以使導螺桿163S在耦接至馬達機座136或與馬達機座136整合之接收器163R中旋轉。此舉垂直平移馬達機座136，及由此平移所連接之轉臂104、前臂118、120、腕部部件124、130、端效器128、134，及由此平移基板105A、105B。適合之密封件164可在馬達機座136與基座117之間密封，從而適應垂直運動及保持腔室102內之真空。金屬波紋管或其他類似之撓性密封件可用於密封件164。第8圖圖示驅動組件811之替代性實施例。
現請參看第1D圖，將詳細描述示例性轉臂驅動系統148。轉臂驅動系統148可包括諸如滑輪及皮帶之驅動元件，該等滑輪及皮帶經配置及調適以將上述多個驅動軸耦接至第一前臂118、第二前臂120、第一腕部部件124及第二腕部部件130。驅動元件可包括耦接至第二驅動軸144之第一前臂驅動部件165、耦接至第一前臂118之第一前臂從動部件 168，及耦接在第一前臂驅動部件165與第一前臂從動部件168之間的第一前臂傳動部件170。由此，第二驅動軸144之旋轉使第一前臂118旋轉。第一前臂驅動部件165及第一前臂從動部件168中之每一者可藉由軸承而安裝至轉臂104之剛性腹板部分171。
轉臂驅動系統148可包括第一腕部驅動部件172及第一腕部從動部件174。第一腕部驅動部件172耦接至第三驅動軸150，且第一腕部從動部件174耦接至第一腕部部件124。第一腕部傳動部件173在腹板部分171上方將第一腕部驅動部件172耦接至第一腕部從動部件174。與第一腕部部件124之耦接由第一中間傳動部件175提供，第一中間傳動部件175經由第一前臂118將第一腕部從動部件174耦接至第一腕部部件124。第一中間傳動部件175可在腕部間隔墊135下方耦接至第一腕部部件124。第一腕部部件124可經由安裝在腕部間隔墊135中之軸承而圍繞第一腕部軸線126旋轉。腕部間隔墊135作用於在第二端效器134上方適合地間隔第一端效器128。
請再次參看第1D圖，轉臂驅動系統148可包括諸如滑輪及皮帶之驅動元件，該等滑輪及皮帶經調適以驅動第二前臂120。驅動元件可包括耦接至第四驅動軸158之第二前臂驅動部件176、耦接至第二前臂120之第二前臂從動部件178，及耦接在第二前臂驅動部件176與第二前臂從動部件178之間的第二前臂傳動部件180。由此，第四驅動軸158之旋轉使第二前臂120旋轉。第二前臂驅動部件176及第二前 臂從動部件178中之每一者可藉由軸承而安裝至轉臂104之剛性腹板部分171。
轉臂驅動系統148可包括第二腕部驅動部件182及第二腕部從動部件184。第二腕部驅動部件182耦接至第五驅動軸154，且第二腕部從動部件184耦接至第二腕部部件130。第二腕部傳動部件186在腹板部分171下方將第二腕部驅動部件182耦接至第二腕部從動部件184。與第二腕部部件130之耦接由第二中間傳動部件188提供，第二中間傳動部件188經由第二前臂120將第二腕部從動部件184耦接至第二腕部部件130。第二腕部部件130可經由安裝在第二前臂120之外端位置中之軸承而圍繞第二腕部軸線132旋轉。第7圖圖示轉臂驅動系統703之替代性實施例。
第3A圖至第3B圖圖示根據實施例之另一機器人設備303，該另一機器人設備可經調適以用於電子裝置處理系統100內。第3A圖圖示一示例性機器人設備303，在該圖中，機器人設備303可包括可獨立旋轉之轉臂304、可獨立旋轉之第一及第二前臂318、320，及可獨立旋轉之第一及第二腕部部件324、330，上述各者圖示在一配置中，該配置經調適以將承載基板305A之第一端效器328插入腔室(未圖示)，同時，承載第二基板305B之第二端效器334可經預定位在另一腔室之鄰近處。
第3B圖圖示處於折疊狀態下之機器人設備303。應注意，在折疊狀態下，系統可經配置以使得基板305A、305B被同時傳送，而非直接位於或通過彼此上方。換言之，當前 臂318、320、腕部部件324、330及端效器328、334垂直對齊時，基板中心可充分地水平偏移以使得一基板(例如，基板305A)不位於(或不通過)另一基板(例如，基板305B)之上方。此舉可減少下方基板305A之顆粒污染。然而，可採用其他配置。
第3C圖圖示處於折疊狀態下之機器人設備303。機器人設備303包括：驅動組件311，該驅動組件具有馬達機座336，該馬達機座中包含類似於驅動馬達140、146、152、156及160(第1E圖)之驅動馬達；及包括外罩361。所提供的垂直Z軸能力升舉轉臂304及所連接之元件，及由此升舉基板305A、305B。在操作中，可藉由一或更多個運動限制器362A、362B來限制馬達機座336相對於外罩361之旋轉。運動限制器362A、362B可為耦接至輸送架367之兩個或兩個以上垂直定向之線性滑動機構。輸送架367經固定至馬達機座，或與馬達機座形成整體。運動限制器362A、362B作用於約束馬達機座336相對於外罩361之旋轉，但容許馬達機座336之Z軸運動。垂直運動由耦接至外罩361之垂直馬達363提供。垂直馬達363之旋轉使接收器363R中之導螺桿363S旋轉，該接收器363R耦接至輸送架367或馬達機座336，或與輸送架367或馬達機座336形成整體。此舉垂直平移馬達機座336，及由此平移所連接之轉臂304、前臂318、320、腕部部件324、330、端效器328、334，及由此平移基板305A、305B。適合之密封件364可在馬達機座336與基座317之間密封，從而適應垂直運動及保持機器人303操作時所在腔室 內之真空。金屬波紋管或其他類似之撓性密封件可用於密封件364。
第4圖圖示根據實施例之另一機器人設備403，該另一機器人設備可經調適以用於電子裝置處理系統100內。機器人設備403包括端效器428、434及腕部部件424、430之一不同配置，但其他方面則如第1B圖至第1E圖之實施例所描述。
現請參看第5圖，提供另一系統500，該系統包括第1B圖至第1E圖之機器人設備。在操作中，轉臂104可首先圍繞第一旋轉軸線旋轉以將外側端轉臂104放置在第一目的地之鄰近處，亦即在機器人設備103可輕易進出目的地之一位置。機器人設備103可隨後經啟動以利用一端效器自目的地(例如，製程腔室506C)取出基板105A，然後，利用機器人設備103之另一端效器將另一基板105B放置在目的地(例如，製程腔室506C)，以此實施交換。當移除第一基板時，可立即移動前臂及腕部部件，由此實施預定位的移動，以便將基板105A放置在第二目的地(例如，製程腔室506B)之相鄰處。在此第二目的地處，機器人設備103可利用端效器以與針對製程腔室506C所述同一方式實施另一完整之基板交換。在其他實施例中，可立即移動前臂及腕部部件，由此將基板105A直接移至例如負載鎖定腔室508A或508B及將基板105A直接放置在負載鎖定腔室508A或508B內。由此，小面平行之製程腔室對(例如，506A與506B；506C與506D；及506E與506F)及小面平行之負載鎖定腔室對(例 如，508A與508B)可由機器人設備103服務，且由於可獨立移動之轉臂104、可獨立移動之前臂118、120，及可獨立移動之腕部部件124、130(其中一前臂(例如，前臂120)比另一前臂(例如，前臂118)短)之組合，交換可得以更有效地實施。
第6圖中提供在根據本發明之實施例之電子裝置處理系統(例如，100、200A、200B、500)內傳送基板(例如，105A、105B)之一種方法600。方法600包括提供經調適以圍繞第一旋轉軸線(例如，第一旋轉軸線116)旋轉之轉臂(例如，轉臂104)(602)。轉臂104可具有中心之間長度d1。方法600包括提供在轉臂之外側端以旋轉方式耦接至轉臂之第一前臂(例如，第一前臂118)(604)。外側端與第一旋轉軸線116相隔。方法600包括提供在轉臂之外側端以旋轉方式耦接至轉臂之第二前臂(例如，第二前臂120)(606)，第二前臂比第一前臂短。長度應足夠短，以便第二前臂120可通過將第一腕部部件(例如，第一腕部部件124)連接至第一前臂(例如，第一前臂118)之腕部關節。方法600包括提供在第一前臂之外部位置以旋轉方式耦接至第一前臂之第一腕部部件(608)，及提供在第二前臂之外部位置以旋轉方式耦接至第二前臂之第二腕部部件(例如，第二腕部部件130)(610)。自602到610中之每一步驟可由裝配操作來完成，該操作中裝配多個元件。方法600可以任何順序得以實施。方法600進一步包括使第一前臂、第二前臂、第一腕部部件及第二腕部部件獨立旋轉以將基板(例如，基板105A、105B)從一個 腔室傳送至另一個腔室，及在傳送期間的至少一些時間內使第二前臂移至高於第一前臂(612)。第二前臂(例如，第二前臂120)憑藉較短之長度及與腕部關節之間隙(例如，與間隔墊135之間隙)而向高於第一前臂(例如，第一前臂118)之位置之移動容許快速及可變之運動路徑能力。
在另一態樣中，可完成已移除基板(例如，基板105A)在另一腔室(例如，製程腔室或負載鎖定腔室)鄰近處之預定位。例如，可將第二基板(例如，基板105B)放置在第一腔室(例如，腔室506C)內，同時，將先前自該第一腔室中移除之第一基板(例如，基板105A)預定位在鄰近於第二腔室(例如，腔室506B)之位置。在另一態樣中，可服務腔室(例如，腔室506C)，儘管腔室506C軸向偏離第一旋轉軸線(例如，第5圖中之第一旋轉軸線516)，偏移距離為590。以此方式，可將基板(例如，基板105B)插入垂直於小面之腔室506C，儘管進入路線與第一旋轉軸線不對齊。此配置容許待服務各側上具有多個製程腔室之矩形或方形之移送室(例如，移送室502)。在另一態樣中，在腔室(例如，腔室105B)中將第一基板(例如，基板105A)交換為第二基板(例如，基板105B)之步驟可以使第一前臂118、第一腕部部件124、第二前臂120及第二腕部部件130獨立旋轉之方式實施，以便在交換運動軌跡期間，第二基板105B從不垂直定位在第一基板105A之下。此舉可避免第二基板105B之污染。
上文之描述僅揭示本發明之示例性實施例。對上文 揭示之設備、系統及方法之符合本發明範疇之潤飾將對一般技術者顯而易見。由此，儘管已結合示例性實施例而揭示本發明，但應理解，其他實施例亦可符合以下申請專利範圍所定義之本發明之範疇。
303‧‧‧機器人設備
304‧‧‧轉臂
305A‧‧‧基板
305B‧‧‧基板
318‧‧‧第一前臂
320‧‧‧第二前臂
324‧‧‧第一腕部部件
328‧‧‧第一端效器
330‧‧‧第二腕部部件
334‧‧‧第二端效器

Claims (20)

  1. 一種多軸機器人，該機器人包括：一轉臂，該轉臂經調適以圍繞一第一旋轉軸線旋轉，該轉臂包括一腹板部分；一轉臂驅動設備，該轉臂驅動設備包括：一第一前臂驅動部件，該第一前臂驅動部件在該腹板部分之上以旋轉方式安裝至該轉臂，一第一腕部驅動部件，該第一腕部驅動部件在該腹板部分之上以旋轉方式安裝至該轉臂，一第二前臂驅動部件，該第二前臂驅動部件在該腹板部分之下以旋轉方式安裝至該轉臂，一第二腕部驅動部件，該第二腕部驅動部件在該腹板部分之下以旋轉方式安裝至該轉臂；一第一前臂，該第一前臂在該轉臂之一外側端以旋轉方式耦接至該轉臂，且該第一前臂經配置以圍繞一第二旋轉軸線獨立旋轉；一第二前臂，該第二前臂在該轉臂之該外側端以旋轉方式耦接至該轉臂及經配置以圍繞該第二旋轉軸線獨立旋轉，該第二前臂比該第一前臂短；一第一腕部部件，該第一腕部部件在該第一前臂之一第一外部位置以旋轉方式耦接至該第一前臂及經配置以相對於該第一前臂圍繞一第三軸線獨立旋轉；及 一第二腕部部件，該第二腕部部件在該第二外部位置以旋轉方式耦接至該第二前臂及經配置以相對於該第二前臂圍繞一第四軸線獨立旋轉。
  2. 如請求項1所述之多軸機器人，該機器人包括：一第一驅動馬達，該第一驅動馬達耦接至該轉臂；一第二驅動馬達，該第二驅動馬達耦接至該第一前臂；一第三驅動馬達，該第三驅動馬達耦接至第一腕部部件；一第四驅動馬達，該第四驅動馬達耦接至該第二前臂；及一第五驅動馬達，該第五驅動馬達耦接至該第二腕部部件。
  3. 如請求項1所述之多軸機器人，該機器人包括：一第一驅動馬達之一第一定子；一第二驅動馬達之一第二定子；一第三驅動馬達之一第三定子；一第四驅動馬達之一第四定子；一第五驅動馬達之一第五定子；一上隔框，該上隔框支撐該第一定子及該第五定子；一下隔框，該下隔框支撐該第二定子及該第三定子；及該第四定子被收納在一上隔框與一下隔框之間。
  4. 如請求項1所述之多軸機器人，其中，該第二前臂具有比該第一前臂短之一長度及經配置以使得該第二前臂不干擾該第一前臂之一腕部關節。
  5. 如請求項1所述之多軸機器人，其中，該第一前臂具有一第一中心之間長度，且該第二前臂具有一第二中心之間長度，且該第二中心之間長度在該第一中心之間長度之約50%與90%之間。
  6. 如請求項1所述之多軸機器人，其中，該轉臂之一中心之間長度比該第一前臂之一中心之間長度短。
  7. 如請求項1所述之多軸機器人，其中，該轉臂之一中心之間長度比該第二前臂之一中心之間長度短。
  8. 如請求項1所述之多軸機器人，其中，較短之該第二前臂定位在低於該第一前臂之一水平處。
  9. 如請求項1所述之多軸機器人，包括一第一前臂從動部件，在該腹板部分之上以旋轉方式安裝至該轉臂之一外側端，一第一腕部從動部件，在該腹板部分之上以旋轉方式安裝至該轉臂之一外側端， 一第一前臂傳動部件，在該腹板部分之上將該第一前臂驅動部件耦接至該第一前臂從動部件，及一第一腕部傳動部件，在該腹板部分之上將該第一腕部驅動部件耦接至該第一腕部從動部件。
  10. 如請求項9所述之多軸機器人，該機器人包括耦接在該第一腕部驅動部件與該第一腕部部件之間的一第一中間傳動部件。
  11. 如請求項9所述之多軸機器人，其中，該轉臂驅動設備包括：一第二前臂從動部件，在該腹板部分之下以旋轉方式安裝至該轉臂之一外側端，一第二腕部從動部件，在該腹板部分之下以旋轉方式安裝至該轉臂之一外側端，一第二前臂傳動部件，在該腹板部分之下將該第二前臂驅動部件耦接至該第二前臂從動部件，及一第二腕部傳動部件，在該腹板部分之下將該第二腕部驅動部件耦接至該第二腕部從動部件。
  12. 如請求項11所述之多軸機器人，該機器人包括耦接在該第二腕部驅動部件與該第二腕部部件之間的一第二中間傳動部件。
  13. 一種電子裝置處理系統，該系統包括：一移送室；一多鏈結機器人設備，該多鏈結機器人設備至少部分地被收納在該移送室中，該多鏈結機器人設備具有：一轉臂，該轉臂經調適以圍繞一第一旋轉軸線旋轉，該轉臂包括一腹板部分；一轉臂驅動設備，該轉臂驅動設備包括：一第一前臂驅動部件，該第一前臂驅動部件在該腹板部分之上以旋轉方式安裝至該轉臂，一第一腕部驅動部件，該第一腕部驅動部件在該腹板部分之上以旋轉方式安裝至該轉臂，一第二前臂驅動部件，該第二前臂驅動部件在該腹板部分之下以旋轉方式安裝至該轉臂，一第二腕部驅動部件，該第二腕部驅動部件在該腹板部分之下以旋轉方式安裝至該轉臂；一第一前臂，該第一前臂在該轉臂之一外側端以旋轉方式耦接至該轉臂及經配置以獨立旋轉；一第二前臂，該第二前臂在該轉臂之該外側端以旋轉方式耦接至該轉臂及經配置以獨立旋轉，該第二前臂比該第一前臂短；一第一腕部部件，該第一腕部部件以旋轉方式耦接至該第一前臂及經配置以相對於該第一前臂而獨立旋轉；及一第二腕部部件，該第二腕部部件以旋轉方式耦接至該第二前臂及經配置以相對於該第二前臂而獨立旋轉。
  14. 如請求項13所述之電子裝置處理系統，該系統包括：該第一前臂之一第一中心之間長度、該第二前臂之一第二中心之間長度，且該第二中心之間長度在該第一中心之間長度之約50%與90%之間。
  15. 一種在一電子裝置處理系統內傳送基板之方法，該方法包括以下步驟：提供一轉臂，該轉臂經調適以圍繞一第一旋轉軸線旋轉，該轉臂包括一腹板部分；提供一轉臂驅動設備，該轉臂驅動設備包括：一第一前臂驅動部件，該第一前臂驅動部件在該腹板部分之上以旋轉方式安裝至該轉臂，一第一腕部驅動部件，該第一腕部驅動部件在該腹板部分之上以旋轉方式安裝至該轉臂，一第二前臂驅動部件，該第二前臂驅動部件在該腹板部分之下以旋轉方式安裝至該轉臂，一第二腕部驅動部件，該第二腕部驅動部件在該腹板部分之下以旋轉方式安裝至該轉臂；提供一第一前臂，該第一前臂在該轉臂之一外側端以旋轉方式耦接至該轉臂；提供一第二前臂，該第二前臂在該轉臂之該外側端以旋轉方式耦接至該轉臂，該第二前臂比該第一前臂短； 提供一第一腕部部件，該第一腕部部件在該第一前臂之一外部位置以旋轉方式耦接至該第一前臂；提供一第二腕部部件，該第二腕部部件在該第二前臂之一外部位置以旋轉方式耦接至該第二前臂；及藉由該第一前臂驅動部件的旋轉來獨立旋轉該第一前臂、藉由該第二前臂驅動部件的旋轉來獨立旋轉該第二前臂、藉由該第一腕部驅動部件的旋轉來獨立旋轉該第一腕部部件，及藉由該第二腕部驅動部件的旋轉來獨立旋轉該第二腕部部件以將基板自腔室傳送至腔室，及在該傳送期間的至少一些時間內將該第二前臂移至高於該第一前臂。
  16. 如請求項15所述之方法，該方法包括旋轉該第一前臂及該第一腕部部件以將一第一端效器預定位在一製程腔室之一鄰近位置。
  17. 如請求項16所述之方法，該方法包括以下步驟：將耦接至該第二腕部部件之一第二端效器沿偏離該第一旋轉軸線之一進入路線插入一製程腔室內。
  18. 如請求項17所述之方法，該方法包括以下步驟：定位處於一折疊狀態下之該第一前臂、該第二前臂、該第一腕部部件、該第二腕部部件、該第一端效器及該第二端效器，其中，被同時傳送之該第一基板及該第二基板不通過彼此。
  19. 如請求項15所述之方法，該方法包括以下步驟：在一腔室中將一第一基板交換為一第二基板，其中，在該交換運動軌跡期間，該第二基板從不垂直定位在該第一基板之下方。
  20. 如請求項15所述之方法，該方法包括以下步驟：將一第二基板放置在一第一腔室內，同時將先前自該第一腔室中移除之一第一基板預定位在一第二腔室之鄰近處。
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