CN101124070A - 分离组件自动机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动机械臂组件(101)，其包含轮轴(103)、连接到轮轴的第一臂部件(105)、以及连接到第一臂部件使得其可以至少部分地围绕第一臂部件的纵向轴转动的第二臂部件(107)。

Description

分离组件自动机械臂

技术领域：

本发明一般地涉及自动机械臂，更具体地，涉及晶片处理设备中有用的自动机械臂的腕节组件。

背景技术：

现代半导体处理系统包括集束型制程设备。这种集束型制程设备将许多处理室结合起来以实施几个按序处理的步骤而不必将基材从高度受控的处理环境中移出。这些室可以包括，例如脱气室、基材预处理室、冷却室、传输室、化学汽相淀积室、物理汽相淀积室和蚀刻室。选取集束型制程设备中室的结合以及运行那些室所处的操作条件和参数以使用特定的处理方法和工艺流程来制造特定的结构。

一旦建立具有室以及用于实施特定的处理步骤的辅助设备的理想的集合的集束型制程设备，集束型制程设备将通常使大量基材一个接一个连续地通过一系列的室或处理步骤来处理它们。通常将处理方法和顺序编写入微处理控制器，该微处理控制器将指示、控制和监控每一基材通过集束型制程设备的处理。一旦一整盒的晶片已成功地通过集束型制程设备处理，该盒可以传输到另一集束型制程设备或孤立的工具(例如化学机械抛光机)以进一步处理。

上述类型的制造系统的一个例子是美国专利第6,222,337号(Kroeker等)所披露以及图1和图2中所示的集束型制程设备。其中披露的磁耦合自动机械安装有青蛙腿类型结构的自动机械臂。这种自动机械臂适于在固定平面内的自动机械的刃片的径向和转动的运动。可以调整或同时进行径向和转动的运动以允许基材从集束型制程设备内的一个位置拾取、传动和交付到另一位置。例如，自动机械臂可以用来将基材从一个处理室移动到临近的室。

图1是Kroeker等的集成的集束型制程设备10的示意图。基材被通过盒式装卸锁12导入和导出集束型制程设备10。具有刃片17的自动机械14置于集束型制程设备10内以将基材从一个处理室传动到另一处理室。这些处理室包括盒式装卸锁12、脱气晶片定位室20、预清洁室24、PVD锡室22和冷却室26。图示自动机械刃片17处于缩回的位置，在这个位置它可以在室18内自由转动。

第二个自动机械28置于传输室30，并且适于在不同的室之间传动基材，诸如冷却室26、预清洁室24、CVD铝室(未示出)和PVD铝铜处理室(未示出)。设计图1中示出的室的特定结构以提供能够在单一集束型制程设备中进行CVD和PVD处理的集成的处理系统。提供微处理控制器29以控制制造过程顺序、集束型制程设备内的条件以及自动机械14和28的运行。

图2是图1示出的磁耦合自动机械在缩回和伸展位置的示意图。自动机械14(参见图1)包括严密连接到第一磁夹钳80的第一支柱81以及严密连接到第二磁夹钳80’的第二支柱82。第三支柱83通过枢轴84连接到支柱81以及通过枢轴85连接到晶片刃片86。第四支柱87通过枢轴88连接到支柱82以及通过枢轴89连接到晶片刃片86。支柱81-83、87及枢轴84、85、88和89的结构形成晶片刃片86到磁夹钳80、80’的“青蛙腿”类型的连接。

当磁夹钳80、80’以相同的角速度朝相同的方向转动时，那么自动机械也以相同的速度围绕x轴朝这个相同的方向转动。当磁夹钳80、80’以相同的绝对角速度朝相反的方向转动时，那么组件14不会转动，取代之的是晶片刃片86向画虚线的元件81’-89’所示的位置作线性径向运动。

晶片35示出被装载在晶片刃片86之上，以说明晶片刃片可以通过室32的壁811上的晶片传输缝810伸展以将这种晶片送出或送入室32。这种磁夹钳80、80’都以相同速度朝相同方向转动的模式可以用于使自动机械从一个适于晶片与相临的室12、20、22、24、26(参照图1)之一交换的位置转动到适于晶片与这些室中另一室交换的位置。这种磁夹钳80、80’以相同速度朝相反方向转动的模式然后可以用于将晶片刃片伸展到这些室中的一个室，以及接着从那个室将其拉出。夹钳转动的一些其它结合可以用于在自动机械正围绕x轴转动时伸展或缩回晶片刃片。

为使指示晶片刃片86径向远离x转动轴，在枢轴或凸轮轴85、89之间使用互锁机构以确保每一枢轴以相同和相对的角度旋转。互锁机构可以采取许多设计。一个可能的互锁机构是在枢轴85和89之上形成的一对互相啮合的齿轮92和93。这些齿轮被松散地啮合来减少由这些齿轮生成的颗粒到最小程度。为消除这两个齿轮之间由于松散啮合造成的移动，弱弹簧94(参照图4)可以在一个齿轮上的点95与另一齿轮上的点96之间伸展使得弹簧张力轻轻地使这两个齿轮朝相反的方向转动直到这些齿轮之间产生轻轻接触。

虽然美国专利第6,222,337号(Kroeker等)所描述的这种类型的自动机械具有许多理想的特征，这种类型的自动机械也具有一些缺点。特别是，已发现这种类型的自动机械常常显示在腕节85’、89’和肘节84’、88’连接处的过度磨损。这个问题导致过度的维护要求和制造过程的中断。因此在本技术中需要要求更少维护和显示在这些区域更少磨损的自动机械装置。在此披露和下文所述的设备和方法可以满足这些和其它需要。

发明内容：

一方面，提供一种自动机械臂组件，其包含轮轴、连接到轮轴的第一臂部件、以及连接到第一臂部件使得其可以至少部分地围绕它的纵向轴转动的第二臂部件(例如借助于销或其它合适的方法)。自动机械臂组件，优选地具有青蛙腿类型的设计，还可以包括通过枢轴连接到第二臂部件的第三臂部件、末端操纵装置(第三臂部件可以连接到其上)、连接到轮轴的第四臂部件、以及连接到第四臂部件使得其可以至少部分地围绕它的纵向轴转动的第五臂部件。自动机械臂组件还包括通过枢轴连接到第五臂部件同时也连接到末端操纵装置的第六臂部件。优选地，第三臂部件和第六臂部件最好借助于腕节装置连接到末端操纵装置的相反的边。

另一方面，提供有一种自动机械臂组件，其包含轮轴、连接到所述轮轴的下臂部件、通过枢轴连接到所述下臂部件的前臂、以及连接到所述前臂的末端操纵装置，其中所述的下臂包括以转动的方式连接到第二部件的第一部件。

再一方面，提供有一种自动机械臂组件，其包含轮轴、连接到所述轮轴的第一臂部件、以及连接到所述第一臂部件的第二臂部件。所述第二臂部件通过连接到第一臂部件，使得它可以以这种减轻臂上压力的方式相对所述的第一臂部件运动。

本领域的技术人员应该理解，本披露的不同方面可以以不同的结合以及次级结合的方式使用，每一结合和次级结合应该被看作是如同在此所特别阐明的。

附图说明：

为了更加完全的了解本发明和其中的优点，参照下面结合附图的描述，其中附图中相似的参考数字表示相似的特性，其中：

图1是安装有自动机械的晶片处理系统的集束型制程设备的例子；

图2是图1所述的自动机械的臂组件的例子，说明臂组件缩回和伸展的位置；

图3是图1所述的自动机械的腕节组件的例子；

图4是背景技术的自动机械臂组件的例子，说明臂组件缩回和伸展的位置；以及

图5是根据此处技术所作的自动机械臂的实施例。

具体实施方式：

本文所披露的设备和方法可以满足前述的需要。特别是，在仔细的调查之后，现在已发现在图1-4中所示的那种类型的传统的自动机械臂中，轮轴组件可以与它的零件不作同心运动，迫使下臂滚动远离转动的轮轴轴线。例如，在一些已知的自动机械臂结构中，臂所连接的轮轴包含三个同心环。这种结构中顶部的环和底部的环容置轴承并连接到臂，中间的环容置一个或多个稀土磁铁用于磁性耦合驱动。在使用中，这些环可以偏离中心，因此导致前述的滚动。

在诸如图1-4中所描述的青蛙腿构造中，该滚动沿着下臂的传动杆传动使得臂现在与蛙臂的后一半不再平行。该条件引起腕节、肘节和轮轴组件内的压力，导致臂在运动时过早的磨损并且增加z方向(垂直于臂伸展和缩回所在的平面的方向)的异常运动。在此披露的设备和方法提供了一种用于补偿这种滚动的装置，从而消除这种过早的磨损并且允许自动机械的臂适当地运转。

图5举例说明根据此处技术所作的自动机械臂的下部分的非限制性的实施例。为解释的简单性，已经去掉自动机械臂的一些细节。自动机械臂101包括轮轴103、连接到轮轴中一个或多个转动环或圆柱的第一部件105、以及借助于销109连接到第一部件的第二部件107。

第一部件105和第二部件107利用一组螺钉111紧紧地连接在一起，该组螺钉111与第二元件107内提供的一组螺纹装置(未示出)相配。第一部件内的螺钉的吞吐量比螺钉本身大的多，使得当第一元件在螺钉足以松散时和臂受滚动影响时可以轻微地围绕销109的轴转动。优选地，该转动在±2°的范围内，虽然小，但足以减轻置于腕节和肘节组件的压力。所以，图5中所述的下臂的两一部分构造允许转动发生以补偿偏离轴的滚动以及保持整个臂的平衡。

虽然图5举例说明了一种可以补偿滚动(和附随的压力)的装置，但本领域的技术人员应该理解，本目标可以通过许多不同的装置取得。例如，图5中第一部件和第二部件将通过轴承组件连接，该轴承组件允许彼此对应的部件的有限的转动。因此应该理解，这些不同的装置处于本发明的范围之内。因此，虽然已经详细描述了在此披露的设备和方法的特定实施例，。应该理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以有各种更改、替换和修改。

Claims (13)

1.一种自动机械臂组件，其包括：

轮轴；

连接到所述轮轴的第一臂部件；以及

连接到所述第一臂部件的第二臂部件，所述第二臂部件可以至少部分地围绕它的纵向轴转动。

2.根据权利要求1所述的自动机械臂组件，其还包括通过枢轴连接到所述第二臂部件的第三臂部件。

3.根据权利要求2所述的自动机械臂组件，其还包括末端操纵装置，并且其中所述第三臂部件连接到所述末端操纵装置。

4.根据权利要求3所述的自动机械臂组件，其还包括：

连接到所述轮轴的第四臂部件；以及

连接到所述第四臂部件的第五臂部件，所述第五臂部件可以至少部分地围绕它的纵向轴转动。

5.根据权利要求4所述的自动机械臂组件，其还包括第六臂部件，所述第六臂部件通过枢轴连接到所述第五臂部件，并且其中所述第六臂部件也连接到所述末端操纵装置。

6.根据权利要求5所述的自动机械臂组件，其中所述第三臂部件和第六臂部件连接在所述末端操纵装置的相对侧。

7.根据权利要求1所述的自动机械臂组件，其中所述第三臂部件通过腕节装置连接到末端操纵装置。

8.根据权利要求1所述的自动机械臂组件，其中所述第二臂部件通过销转动连接到所述第一臂部件。

9.根据权利要求1所述的自动机械臂组件，其中所述自动机械臂装置具有青蛙腿类型的设计。

10.根据权利要求1所述的自动机械臂组件，其还包括：

连接到所述轮轴的第四臂部件；以及

连接到所述第四臂部件的第五臂部件，所述第五臂部件可以至少部分地围绕它的纵向轴转动。

11.一种自动机械臂组件，其包括：

轮轴；

连接到所述轮轴的下臂；

通过枢轴连接到所述下臂的前臂；以及

连接到所述前臂的末端操纵装置；

其中所述下臂包括以转动的方式连接到第二部件的第一部件。

12.根据权利要求11所述的自动机械臂组件，其中所述第一臂部件通过销转动连接到所述第二臂部件。

13.一种自动机械臂组件，其包含：

轮轴；

连接到所述轮轴的第一臂部件；以及

连接到所述第一臂部件的第二臂部件，使得所述第二臂部件以这种减轻臂上压力的方式相对所述第一臂部件运动。

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