CN103733324A - 经调适于电子装置制造中运输基板的机械手系统、设备与方法 - Google Patents

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Abstract

在此说明基板运输系统、设备与方法。所述系统经调适以有效率地于目的地取放基板，通过旋转吊杆连接装置至邻近所述目的地的位置，接着独立地致动上臂连结外壳以及一或多个腕部构件，以于所述目的地取放一或多个基板，其中所述腕部构件相对于所述前臂连结外壳独立地经致动，而所述前臂连结构件的动作于运动学上连结至所述上臂连结外壳的动作。在此提供多种其它方面。

Description

经调适于电子装置制造中运输基板的机械手系统、设备与方法
相关申请
本申请案声明来自申请于2011年8月8日，编号No.13/205,116的美国非临时专利申请案“ROBOT SYSTEMS,APPARATUS,AND METHODSADAPTED TO TRANSPORT SUBSTRATES IN ELECTRONIC DEVICEMANUFACTURING”（代理人案号No.16136USA）的优先权，所述非临时专利申请案在此因所有目的以参考文献方式整体并入本文。
领域
本发明涉及电子装置制造，更具体地说，涉及经调适以运输基板的系统、设备及方法。
背景
传统的电子装置制造系统可包括多个处理腔室及负载锁定腔室。此类腔室可被包括在群集工具中，举例来说，其中多个处理腔室可围绕传递腔室而置放。这些系统及工具可采用传递机械手，所述传递机械手可以被安放在所述传递腔室内，以在不同处理腔室及负载锁定之间运输基板。例如，所述传递机械手可将基板从腔室运输到腔室、从负载锁定运输到腔室、及（或）从腔室运输到负载锁定。在不同系统腔室之间有效率且精确的运输基板对系统产量会是重要的，由此降低整体操作成本。此外，我们追求缩小的系统大小，因为基板所需被移动的距离就减少，而材料成本也减少。
因此，我们需要改善的系统、设备及方法，以用于（例如）在传递腔室中有效且精确的基板移动。
发明内容
在一方面中，提供一种电子装置处理系统。所述系统包括腔室、机械手设备，所述机械手设备容纳在所述腔室中并经调适以运输基板，所述机械手设备包括吊杆连接装置、上臂连结外壳、前臂连结外壳、腕部构件及前臂驱动器构件，所述吊杆连接装置经调适以绕第一旋转轴旋转，所述上臂连结外壳于偏移所述第一旋转轴的第一径向位置处耦合至所述吊杆连接装置，所述上臂连结外壳经调适以绕位于所述第一径向位置的第二旋转轴旋转，所述前臂连结外壳于与所述第二旋转轴隔开的第二位置处耦合至所述上臂连结外壳，且所述前臂连结外壳经调适以相对于所述上臂连结外壳绕位于所述第二位置的第三旋转轴旋转，所述腕部构件经耦合至所述前臂连结外壳，且所述腕部构件经调适用于相对于所述前臂连结外壳绕第四旋转轴旋转，所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器，其中所述终端受动器经调适以携带基板，所述前臂驱动器构件牢固地耦合至所述吊杆连接装置，且所述前臂驱动器构件具有前臂驱动元件，所述前臂驱动元件延伸穿过所述上臂连结外壳，所述前臂驱动元件经耦合至所述前臂连结外壳的被动构件。
在另一方面中，提供一种机械手设备，所述机械手设备经调适以在电子装置处理系统内移动基板。所述机械手设备包括吊杆连接装置、上臂连结外壳、前臂连结外壳、腕部构件及前臂驱动器构件，所述吊杆连接装置经经调适以绕第一旋转轴旋转，所述上臂连结外壳于偏移所述第一旋转轴的第一径向位置处耦合至所述吊杆连接装置，所述上臂连结外壳经调适以绕位于所述第一径向位置的第二旋转轴旋转，所述前臂连结外壳于与所述第二旋转轴隔开的第二位置耦合至所述上臂连结外壳，且所述前臂连结外壳经调适以相对于所述上臂绕位于所述第二位置的第三旋转轴旋转，所述腕部构件耦合至所述前臂连结外壳，且所述腕部构件经调适用于相对于所述前臂连结外壳绕第四旋转轴旋转，所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器，其中所述终端受动器经调适以携带基板，所述前臂驱动器构件牢固地耦合至所述吊杆连接装置，且所述前臂驱动器构件具有前臂驱动元件，所述前臂驱动元件延伸穿过所述上臂连结外壳，所述前臂驱动元件耦合至所述前臂连结外壳的被动构件。
在另一方面中，提供一种在电子装置处理系统内运输基板的方法。所述方法包括提供机械手设备，所述机械手设备具有吊杆连接装置、上臂连结外壳、前臂连结外壳、腕部构件和前臂驱动器构件，所述上臂连结外壳耦合至所述吊杆连接装置，所述前臂连结外壳耦合至所述上臂连结外壳，所述腕部构件耦合至所述前臂连结外壳，所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器，以及前臂驱动器构件牢固地耦合至所述吊杆连接装置，所述前臂驱动器构件具有前臂驱动元件，所述前臂驱动元件延伸穿过所述上臂连结外壳，所述前臂驱动元件耦合至所述前臂连结外壳的被动构件，旋转所述吊杆连接装置至一地点，所述地点邻近于取放地点，相对于所述吊杆连接装置独立地旋转所述上臂连结外壳，及相对于所述前臂连结外壳独立地旋转所述腕部构件。
按照本发明的这些与其它方面，提供了多种其它特征。从以下的具体描述、所附的权利要求书及附图，本发明的其它特征及方面将更完全显而易见。
附图简要说明
图1是按照实施例，基板处理系统的示意俯视图，所述基板处理系统包括位于主框架的传递腔室中的机械手设备，所述机械手设备经调适以在处理腔室及（或）负载锁定之间运输基板。
图2A是按照实施例，机械手设备的等角视图，所述机械手设备包括单一叶片。
图2B至图2H是按照实施例，图2A的所述机械手设备的实施例以各种可行的配置显示的等角视图。
图2I是机械手设备的实施例的截面侧视图。
图3是机械手设备的另一实施例的截面侧视图。
图4A是按照实施例，具有双重叶片的机械手设备的等角视图。
图4B是双重叶片机械手设备的实施例的截面侧视图。
图4C至图4I是按照实施例，图4A的所述双重叶片机械手设备的实施例以各种可行的配置显示的等角视图。
图5是按照实施例，另一双重叶片机械手设备的截面侧视图。
图6是按照本发明的另一方面，描绘操作机械手设备的方法的流程图。
具体描述
电子装置制造可需要在不同地点之间非常精确及快速的基板运输。尤其，终端受动器设备可附接至机械手设备的手臂末端，而可经调适以在基板处理系统的处理腔室及（或）负载锁定来回运输置放在所述终端受动器上的基板。当手臂长时，要注意的是机械手机构的稳固性，原因在于机械手设备快速的启动及停止，可致使终端受动器的震动。传统的选择适应性装配机械手臂（selectivecompliance arm robot，SCARA）类型的机械手仅可以直线方式进出传递腔室，因此限制了它们的多功能性。在某些系统中，特别是具有大量刻面（例如，五个或更多）及多个负载锁定（如图1中所示）的主框架，所述传递腔室需要尽可能地小，以减少成本及系统大小。此种大小缩减也可将基板在处理腔室及负载锁定之间所需移动的距离最小化。然而，把机械手设备包装在一个小空间外壳中，对现有机械手而言是一大挑战。
为了缩小机械手的大小并使具有多个处理腔室的群集工具得以服务，本发明在第一方面中提供一种机械手设备，所述机械手设备具有精巧的配置及最小数目的部件，所述部件包括与独立上臂耦合的吊杆，以及腕部构件动作功能。在此说明了包括可独立旋转的上臂及可独立旋转的腕部构件的实施例，所述腕部构件附接有单一叶片（blade）及双重叶片。此种配置使得机械手的整体大小外壳减小，并允许以非直线朝向的方式进入腔室及负载锁定，非直线朝向的方式即不垂直于处理腔室的刻面的方式。此外，通过在运动学上耦合所述上臂连结外壳及所述前臂连结外壳的动作，构造可得以简化。
在一方面中提供一种电子装置处理系统，所述系统包括机械手设备，机械手设备可被用于在电子装置制造的腔室之间运输基板。所述电子装置处理系统包括腔室及在所述腔室中容纳的机械手设备。所述机械手设备包括吊杆连接装置、上臂连结外壳及腕部构件，所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器，其中所述终端受动器经调适以携带基板。前臂驱动器构件被提供，所述前臂驱动器构件牢固地耦合至所述吊杆连接装置并具有前臂驱动元件，所述前臂驱动元件延伸穿过所述上臂连结外壳，所述前臂驱动元件耦合至所述前臂连结外壳的被动构件。以此种方式，所述前臂连结外壳可通过所述上臂连接装置相对于所述吊杆连接装置的独立旋转而在运动学上被驱动。此外，可提供所述上臂连结外壳及所述腕部构件的独立旋转。通过安装在所述吊杆连接装置中的电动机，可提供所述上臂连结外壳相对于所述吊杆连接装置的独立旋转。通过安装在所述上臂连结外壳中的电动机，可提供所述腕部构件相对于所述前臂连结外壳的独立旋转。
在此将参照图1至图6，说明本发明各种方面的例示性实施例的进一步细节。
图1是按照本发明的电子装置处理系统100的例示性实施例的俯视示意图。电子装置处理系统100可经调适以（例如）在处理腔室之间传递基板。电子装置处理系统100包括外壳101，所述外壳包括传递腔室102。传递腔室102包括顶部、底部及侧壁，并可维持在（例如）真空中。机械手设备104容纳在传递腔室102中，并经调适以在所述传递腔室中可操作。机械手设备104可经调适以自目的地取得基板105（有时被称为“晶片”或“半导体晶片”）或将所述基板放置在所述目的地，所述基板被安装在机械手设备104的终端受动器128上。所述目的地可为耦合至传递腔室102的腔室。例如，所述目的地可为耦合至传递腔室102的一或多个处理腔室106及（或）一或多个负载锁定腔室108。
处理腔室106可经调适以在基板105上实行任意数目的处理步骤，诸如是：沉积、氧化、氮化、蚀刻、抛光、清洁、光刻或类似处理步骤。负载锁定腔室108可经调适以与工厂界面109相接，所述工厂界面可自基板载体111（例如，前方开口统一式匣(Front Opening Unified Pods，FOUP)）接收基板105，所述基板载体停靠于工厂界面109的负载端口。另一机械手（未显示）可经使用以在基板载体111及负载锁定108之间传递基板105，如箭头112所示。可以任何顺序或次序进行传递。
现参看图2A至图2I的更多细节，将更详细说明机械手设备104。机械手设备104可包括底座107及吊杆连接装置113，所述底座经调适以附接至传递腔室102的壁，所述吊杆连接装置在所描绘的实施例中是大致牢固的悬臂梁。吊杆连接装置113可经调适来以顺时针或逆时针旋转任一方向绕第一旋转轴114旋转。可通过诸如第一电动机115这样的任何合适的动力构件来提供绕第一旋转轴114的旋转，所述第一电动机可容纳在电动机外壳116中，第一电动机115诸如是传统的可变磁阻或永久磁铁电子电动机。吊杆连接装置113的旋转可通过自控制器117给第一电动机115的合适命令而得以控制。
被安装于吊杆连接装置113的外侧端、在与第一旋转轴114隔开的一位置处的是上臂连结外壳118。在操作上，一旦吊杆连接装置113位于邻近于用以取放基板105的所欲目的地，上臂连结外壳118可连同前臂连结外壳122及腕部构件126经合适地致动，以在叶片128上自所述目的地（例如，处理腔室106或负载锁定腔室108）取得基板105或在所述目的地放置基板105。
再次参看图2A至图2I，说明了机械手设备104的第一实施例可经调适以用于图1的基板处理系统100中。如以上所讨论，机械手设备104可包括底座107、吊杆连接装置113及上臂连结外壳118，吊杆连接装置113相对于底座107可旋转，上臂连结外壳118于偏移第一旋转轴114的第一径向位置处耦合至吊杆连接装置113。上臂连结外壳118可经调适以相对于吊杆连接装置113绕位于所述第一径向位置的第二旋转轴119在X-Y平面中旋转。
于与第二旋转轴119隔开的第二位置耦合至上臂连结外壳118的为前臂连结外壳122。前臂连结外壳122经调适于相对于上臂连结外壳118绕位于所述第二位置的第三旋转轴123在所述X-Y平面中旋转。在某些实施例中，上臂连结外壳118的长度可与用于前臂连结外壳122的长度相同。可使用其它长度。
位于前臂连结外壳122的外侧端上、在与第三旋转轴123隔开的位置上的是腕部构件126。腕部构件126经调适用于相对于前臂连结外壳122绕第四旋转轴127在所述X-Y平面中旋转。此外，腕部构件126经调适以耦合至终端受动器128（或称为“叶片”），其中终端受动器128经调适以在取放操作期间携带及运输基板105（图1）。终端受动器128可具任何合适的构造。终端受动器128可为被动，或可包括一些主动构件以固持基板，所述主动构件诸如是机械夹或静电能力。终端受动器可通过诸如机械紧固件、黏着件、夹持件等任何合适的构件而耦合至腕部构件。腕部构件及终端受动器可选择地通过形成一体来互相耦合。
在图1所描绘的实施例中，机械手设备104显示为位于并被安放在传递腔室102中。然而，应认识到机械手设备104的此实施例，以及在此所说明的其它机械手设备，可有利地使用在电子装置制造的其它领域中，举例来说，诸如是在工厂界面109中，其中所述机械手设备可在所述处理系统的负载端口及负载锁定腔室108之间运输基板105或基板载体111。在此所说明的机械手设备（例如，设备100）也能够有其它运输用途。
图2B至图2H说明本发明的机械手设备100的各种定位能力。在以下图2I的说明之后将显而易见，在图2B至图2H的各图中，吊杆连接装置113可相对于所述底座独立地被旋转。同样地，腕部构件126（及所耦合的终端受动器128）可相对于前臂连结外壳122独立地旋转。同样地，上臂连结外壳118可相对于吊杆连接装置113独立地旋转。如同将明显可见的，前臂连结外壳122在运动学上通过上臂连结外壳118的动作所驱动。
图2I图示机械手设备104的截面侧视图，以完全展开的状态利于容易说明。在此实施例中的机械手设备104可包括底座107，所述底座可包括（例如）轮缘，或其它经调适以附接至腔室（例如，传递腔室102）的壁的附接特征，或其它框架构件。底座107可耦合至电动机外壳116或与所述电动机外壳集成，所述电动机外壳包含第一电动机115。第一电动机115经调适以绕第一旋转轴114旋转吊杆连接装置113。吊杆连接装置113可为牢固的悬臂梁，所述悬臂梁可自第一旋转轴114沿径向方向往外延伸。吊杆连接装置113可包括空腔113A，所述空腔经调适以接收第二电动机132，以下将更完整说明所述第二电动机。吊杆连接装置113也可包括导轴113B，所述导轴延伸进入电动机外壳116，且所述导轴包括安装在所述导轴上面的第一电动机115的转子。
机械手设备104可进一步包括垂直电动机134及垂直驱动器机构136，所述垂直驱动器机构经调适以致使终端受动器128的垂直动作（沿Z轴）。垂直驱动器机构136可包括蜗杆驱动、导螺杆、或齿条及小齿轮机构，使得当通过垂直电动机134旋转所述垂直驱动器时，致使第一电动机115沿第一旋转轴114垂直地平移。波纹管138或其它合适的真空阻挡件可经使用以接纳所述垂直动作，并也作为在所述真空腔室与电动机外壳116的内部116A之间的真空阻挡件，所述电动机外壳的内部可为大气压力。诸如线性轴承或其它线性动作抑制构件这样的一或多个平移接纳装置139，可经使用以限制第一电动机115的动作仅沿第一旋转轴114的垂直动作。
机械手设备104可包括上臂连结外壳118，所述上臂连结外壳于偏移第一旋转轴114的第一径向位置处旋转地耦合至吊杆连接装置113，且绕第二旋转轴119可旋转。在此实施例中，上臂连结外壳118包括空腔118A及导轴118B。导轴118B通过一或多个合适的轴承旋转地安装在吊杆连接装置113中。上臂连结外壳118的导轴118B也耦合至第二电动机132，所述第二电动机被安装至吊杆连接装置113。与第二电动机132的耦合可通过上臂驱动器组件140。上臂驱动器组件140可包含任何合适的结构以用于驱动导轴118B。例如，在所描绘的实施例中，上臂驱动器组件140可包括驱动器构件142、被动构件144及上臂驱动器元件146，所述被动构件耦合至导轴118B，所述上臂驱动器元件连接驱在动器构件142与被动构件144之间。驱动器构件142可为耦合至第二电动机132的所述转子的滑轮，而被动构件144可为在导轴118B上的滑轮。上臂驱动器元件146可为一或多个皮带或条，诸如是两个传统的金属条，其中各皮带牢固地于末端耦合至所述滑轮。在所描绘的所述实施例中，经安置在吊杆连接装置113的空腔113A中的第二电动机132可暴露至真空。
机械手设备104也包括前臂驱动器构件148，所述前臂驱动器构件牢固地耦合至吊杆连接装置113，例如位于所述吊杆连接装置的下端。前臂驱动器构件148可包括轴及滑轮，所述轴被固定地容纳或附接至吊杆连接装置113，所述滑轮位于所述前臂驱动器构件的上端。前臂驱动器构件148可耦合至前臂驱动器元件150，所述前臂驱动器元件延伸穿过上臂连结外壳118的空腔118A。前臂驱动器元件150可耦合至前臂连结外壳122的前臂被动构件152。在某些实施例中，前臂驱动器构件148的半径及前臂被动构件152的半径的比例可为2：1。可使用其它比例。前臂被动构件152可为导轴，所述导轴自前臂连结外壳122的主体往下延伸。所述导轴可通过一或多个合适的轴承经安装以用于在上臂连结外壳118中旋转。
腕部驱动器组件154可被包括及经调适以允许腕部构件126相对于前臂连结外壳122绕第四旋转轴127独立地旋转。腕部驱动器组件154可包括第三电动机156、腕部驱动器构件157、传递轴158、腕部被动构件160以及第一及第二腕部驱动元件161及162，所述第三电动机被安装在上臂连结外壳118中，所述传递轴通过轴承旋转地安装在上臂连结外壳118中。传递轴158分别通过第一腕部驱动元件161于下端耦合至腕部驱动器构件157，及通过第二腕部驱动元件162于上端耦合至腕部被动构件160。所述传递轴可于上端及下端包括合适的滑轮。腕部驱动元件161、162可为一或多个皮带或条，诸如是两个传统的金属条，其中各皮带牢固地于末端耦合至所连接滑轮。在所描绘的实施例中，第三电动机156类似于第二电动机132而安放在空腔118A中，并可暴露于真空。第二电动机132及第三电动机156每个可为（例如）可变磁阻或永久磁铁电子电动机。所述电动机可各自包括反馈传感器，以提供精确的位置信息反馈至控制器117。导体可穿过所述不同空腔118A及113A，并连接至连接器组件164。如本领域的技术人员所知，连接器组件164可为任何合适的连接器，诸如是具有多个刷状连接的滑环组件。如本领域的技术人员所知，邻近于连接器组件164可为任何合适的真空密封装置166，例如铁磁流体密封。所述真空密封允许在电动机外壳116A中呈现大气状态，而在空腔113A中及导轴113B内部呈现真空状态。
在操作上，自控制器117至第三电动机156的控制信号致使所述转子相对于所述第三电动机156的定子的旋转。此旋转致使腕部驱动器构件157的旋转，以及传递轴158及腕部被动构件160的所产生旋转，并因此致使腕部构件126及所耦合的终端受动器128相对于前臂连结外壳122的独立旋转。同样地，自控制器117至第二电动机132的控制信号致使所述转子相对于所述第二电动机132的定子的旋转。此旋转致使上臂驱动器构件142的旋转，以及上臂被动构件144的所产生旋转，并因此致使上臂连结外壳118相对于吊杆连接装置113的旋转。因此，应显而易见上臂连结外壳118及腕部构件126在X-Y平面中绕第二旋转轴119及第四旋转轴127的旋转可独立地达成。因此有优势之处在于，通过机械手设备104，可达成终端受动器128的无限种传递路径。此外，亦可注意到通过具备单一电动机，可提供在吊杆连接装置113中的第二电动机132，所述第二电动机耦合至上臂连结外壳118，所述上臂连结外壳是前臂连结外壳122的腕部构件126以直线轨迹的延伸。所述轨迹可以位于上臂连结外壳118及前臂连结外壳122内的特定滑轮比例，以及在上臂连结外壳118及前臂连结外壳122之间1：1的长度比例来达成。可使用其它比例。
图3描绘机械手设备304的另一实施例，所述机械手设备可经调适以在电子装置处理系统100内使用。在此实施例中的机械手设备304可包括在前一实施例中的所有相同部件，例如底座307、吊杆连接装置313、上臂连结外壳318、前臂连结外壳322及腕部构件326，所述吊杆连接装置经调适在X-Y平面中绕第一旋转轴314旋转，所述上臂连结外壳经调适在X-Y平面中绕第二旋转轴319旋转，所述前臂连结外壳322经调适在X-Y平面中绕第三旋转轴323旋转，所述腕部构件经调适在X-Y平面中绕第四旋转轴327旋转。终端受动器328可耦合至腕部构件326，并经调适以固持基板（未显示）。终端受动器328可作为分离构件经附接至腕部构件326，或可与腕部构件326形成一体。同样地，机械手设备304可也包括第一电动机315、第二电动机332及第三电动机356，所述第一电动机经调适以旋转吊杆连结313，所述第二电动机经调适以独立地旋转上臂连结外壳318，所述第三电动机经调适以提供腕部构件326相对于前臂连结外壳322的独立旋转。相较于先前的实施例，第二电动机332及第三电动机356两者皆被安装在吊杆连接装置313上。因此，在本实施例中，所述三电动机315、332及356的每个可被安装在大气中。尤其，吊杆连接装置313可包括三个腔室313A、313B及313C。腔室313A及313C可供以真空，而腔室313B可供以大气压力。
在操作上，上臂连结外壳318可通过第二电动机332相对于吊杆连接装置313独立地被驱动。第二电动机332包括定子及转子，所述定子被固定地安装至吊杆连接装置313，所述转子被安装至上臂驱动器构件342。在操作上，上臂驱动器构件342通过第二电动机332的旋转致使耦合至上臂连结外壳318的上臂被动构件344在X-Y平面中绕第二轴319旋转。驱动器元件346可连接在上臂驱动器构件342与上臂被动构件344之间，所述驱动器元件可为任何合适的驱动器连接器，例如皮带、驱动器轴等等。在某些实施例中，驱动器元件346是由金属条构成，所述金属条各自连接（例如，钉住）至上臂驱动器构件342及上臂被动构件344。在本实施例中，腕部构件326及因此终端受动器328可绕第四轴327相对于前臂连结外壳322独立地旋转。在本实施例中，腕部构件326是通过腕部驱动器组件354被驱动，所述腕部驱动器组件包含腕部驱动器构件357、腕部被动构件360、第一传递轴358及第二传递轴359、及腕部驱动元件361、362及363。此安排允许上臂连结外壳318相对于吊杆连接装置313的独立旋转，还有腕部构件326相对于前臂连结外壳322的独立旋转，并允许第一电动机332及第二电动机356位在大气中。此有优势地限制在容纳机械手设备304所在的所述真空腔室内的微粒产生。合适的密封（例如，铁磁流体密封）可在第一电动机315及第二电动机332的所述轴与所述电动机分别的外壳之间提供，以密封在大气及真空状态间的压力界面。
如在前一实施例中，前臂驱动器构件348至吊杆连接装置313以固定关系（即固定地耦合）被提供。前臂驱动器构件348可包括轴，所述轴（例如）于下端附贴至吊杆连接装置313的底部。前臂驱动器构件348可包括滑轮，所述滑轮位于所述前臂驱动器构件的上端。前臂驱动器构件348可耦合至前臂驱动器元件350，所述前臂驱动器元件延伸穿过上臂连结外壳318的空腔318A。前臂驱动器元件350可耦合至前臂连结外壳322的前臂被动构件352。前臂被动构件352可为导轴，所述导轴自前臂连结外壳322的主体往下延伸。所述导轴可通过一或多个合适的轴承经安装以用于在上臂连结外壳318中旋转，所述轴承诸如是球轴承。在各旋转轴可提供其它合适的轴承及（或）轴承组件。
应显而易见在所描绘的实施例中，上臂连结外壳318及前臂连结外壳322的动作是在运动学上连结。当上臂连结外壳318经由由控制器317至第一电动机315的合适控制信号而旋转，前臂连结外壳322旋转一量，所述量由所致齿轮数比所指定，所述所致齿轮数比由前臂驱动器构件348及前臂被动构件352的直径所确定。在所述指定实施例中，前臂驱动器构件348比前臂被动构件352的角旋转比例可为大约1：1。可使用其它比例。
图4A至图4B描绘机械手设备404的另一实施例，所述机械手设备可经调适以使用于电子装置处理系统100内。此机械手设备404包含双重终端受动器（例如，叶片），所述终端受动器可经定位为一个位于另一个上。此配置允许于特定处理腔室处两个基板的交换，同时维持所述机械手设备靠近所述腔室而就地取向。据此，产量可得以增加。
在本实施例中的机械手设备404可包括底座407及吊杆连接装置413，所述底座经调适以附接至腔室的壁，例如传递腔室的壁。吊杆连接装置413可经调适于相对于底座407绕第一旋转轴414旋转。机械手设备404也可包括上臂连结外壳418及前臂连结外壳422，所述上臂连结外壳418经调适相对于吊杆连接装置413在X-Y平面中绕第二旋转轴419独立旋转，所述前臂连结外壳经调适在X-Y平面中绕第三旋转轴423旋转。在此实施例中，多个腕部构件426A、426B提供为一个位于另一个之上，其中各腕部构件经调适于在X-Y平面中绕第四旋转轴427独立旋转。终端受动器428A、428B可经耦合至腕部构件426A、426B，且所述终端受动器经调适以固持基板（未显示）。终端受动器428A、428B可作为分离构件附接至腕部构件426A、426B，或可与腕部构件426A、426B形成一体。
最佳如图4B所显示，机械手设备404包括吊杆连接装置413，所述吊杆连接装置可通过第一电动机415的致动而相对于底座407独立地旋转。同样地，腕部构件426A、426B（以及所耦合的终端受动器428A、428B）可相对于前臂连结外壳422独立地被旋转。同样地，上臂连结外壳418可相对于吊杆连接装置413独立地旋转。如同在前一实施例中，前臂连结外壳422在运动学上通过上臂连结外壳418的动作所驱动。
图4B图示机械手设备404的截面侧视图，以完全展开的状态利于容易说明。在此实施例中机械手设备404可包括底座407，所述底座耦合至电动机外壳416或与所述电动机外壳为一体，所述电动机外壳包含第一电动机415。第一电动机415经调适以绕第一旋转轴414旋转吊杆连接装置413。吊杆连接装置413可为牢固的悬臂梁，所述悬臂梁可在径向方向自第一旋转轴414往外延伸。吊杆连接装置413可包括空腔413A，所述空腔经调适以容纳第二电动机432，以下将更完整介绍所述第二电动机。吊杆连接装置413也可包括导轴413B，所述导轴延伸进入电动机外壳416，且所述导轴包括安装于所述导轴上的第一电动机415的所述转子。
机械手设备404可进一步包括垂直电动机434及垂直驱动器机构436，所述垂直驱动器机构经调适以致使终端受动器428A、428B的垂直动作（沿Z轴）。垂直驱动器机构436可包括蜗杆驱动或导螺杆，当所述蜗杆驱动或导螺杆通过垂直电动机434旋转时，致使第一电动机415沿第一旋转轴414垂直地平移。波纹管438或其它合适的真空阻挡件可经使用以接纳所述垂直动作，并也作为真空腔室与电动机外壳416的内部416A之间的真空阻挡件，吊杆连接装置413、上臂连结外壳418、前臂连结外壳422及腕部构件426A、426B位于所述真空腔室内，所述电动机外壳的内部可处于大气压力下。诸如线性轴承或其它线性动作接纳构件这样的一或多个平移接纳装置439，可经使用以限制第一电动机415的所述定子的径向和旋转动作，使得所述定子的所述动作限于仅沿第一旋转轴414的垂直动作。
机械手设备404可包括上臂连结外壳418，所述上臂连结外壳于偏移第一旋转轴414的第一径向位置处旋转地耦合至吊杆连接装置413，且绕第二旋转轴419可旋转。在此实施例中，上臂连结外壳418包括空腔418A及导轴418B。导轴418B通过一或多个合适的轴承旋转地安装在吊杆连接装置413中，所述轴承例如球轴承。上臂连结外壳418的导轴418B也耦合至第二电动机432，所述第二电动机被安装至吊杆连接装置413。与第二电动机432的耦合可通过上臂驱动器组件440。上臂驱动器组件440可包含任何合适的结构以用于驱动导轴418B。例如，在所描绘的实施例中，上臂驱动器组件440可包括驱动器构件442、被动构件444及上臂驱动器元件446，所述被动构件耦合至导轴418B，所述上臂驱动器元件连接在驱动器构件442与被动构件444之间。驱动器构件442可为耦合至第二电动机432的所述转子的滑轮，而被动构件444可为在导轴418B上的滑轮。上臂驱动器元件446可为一或多个皮带或条，诸如是两个传统的金属条，其中各皮带牢固地于末端耦合至所述滑轮。在所描绘的实施例中，经安置在吊杆连接装置413的空腔413A中的第二电动机432可暴露至真空。
机械手设备404也包括前臂驱动器构件448，所述前臂驱动器构件牢固地耦合至吊杆连接装置413，例如位于所述吊杆连接装置的下端。前臂驱动器构件448可包括轴449，所述轴被固定地容纳或附接至吊杆连接装置413，诸如在吊杆连接装置413的口袋中。前臂驱动器构件448可包括滑轮，所述滑轮位于所述前臂驱动器构件的上端。前臂驱动器构件448可耦合至前臂驱动器元件450，所述前臂驱动器元件延伸穿过上臂连结外壳418的空腔418A。前臂驱动器元件450可耦合至前臂连结外壳422的前臂被动构件452。前臂被动构件452可为导轴，所述导轴自前臂连结外壳422的主体往下延伸。所述导轴可通过一或多个合适的轴承或类似物经安装以用于在上臂连结外壳418中旋转。
腕部驱动器组件454可被包括及经调适以允许腕部构件426A、426B的每个相对于前臂连结外壳422绕第四旋转轴427独立地旋转。腕部驱动器组件454可包括第三电动机456A及第四电动机456B、腕部驱动器构件457A及457B、传递轴458A及458B、腕部被动构件460A及460B、第一驱动元件461A及461B以及第二驱动元件462A及462B，所述第三及第四电动机被安装在上臂连结外壳418中，所述传递轴通过轴承经旋转地安装至上臂连结外壳418。传递轴458A及458B分别通过第一腕部驱动元件461A、461B于下端耦合至腕部驱动器构件457A、457B，及通过第二腕部驱动元件462A、462B于上端耦合至腕部被动构件460A、460B。传递轴458A、458B可于上端及下端包括合适的滑轮。腕部驱动元件461A、461B、462A、462B可为一或多个皮带或条，诸如是两个传统的金属条，其中各皮带牢固地于末端耦合至所连接滑轮。在所描绘的实施例中，第三电动机456A及第四电动机456B经安放在空腔418A中，并可经暴露于真空。所述电动机432、456A及456B的每个可分别为（例如）可变磁阻或永久磁铁电子电动机。可使用其它类型的电动机。所述电动机可各自包括反馈传感器，以提供精确的位置信息反馈至控制器417。导体可穿过所述不同空腔418A及413A，并连接至连接器组件464。如本领域的技术人员所知，连接器组件464可为任何合适的连接器，诸如是具有多个刷状连接的滑环组件。如本领域的技术人员所知，邻近于连接器组件464可为任何合适的真空密封装置466，例如铁磁流体密封。所述真空密封允许在电动机外壳416A中呈现大气状态，而在空腔413A中及导轴413B内部呈现真空状态。
在操作上，自控制器417至第三电动机456A及第四电动机456B的控制信号致使所述转子相对于所述第三电动机456A及第四电动机456B的定子的旋转。此旋转致使腕部驱动器构件457A、457B的旋转，以及传递轴458A、458B及腕部被动构件460A、460B的所产生旋转，并因此致使腕部构件426A、426B及所耦合的终端受动器428A、428B相对于前臂连结外壳422的独立旋转。以此种作法，基板可于处理腔室处交换，无须如在单腕部版本中将所述机械手移动至第二地点。
控制器417可也提供控制信号至第二电动机432，以致使所述转子相对于第二电动机432的定子的旋转。此旋转致使上臂驱动器构件442的旋转，以及上臂被动构件444的所产生旋转，并因此致使上臂连结外壳418相对于吊杆连接装置413的旋转。因此，应显而易见上臂连结外壳418及腕部构件426A、426B在X-Y平面中绕第二旋转轴419及第四旋转轴427的旋转可独立地达成。因此有优势之处在于，通过机械手设备404，可达成终端受动器428A、428B的无限种传递路径。在图4C至图4I中显示双重叶片机械手设备404的各种配置。如图中可见，吊杆连接装置413可旋转至任何所欲的方向，接着和腕部构件426A、426B的独立旋转一起可完成上臂连结外壳418的独立旋转，以于处理腔室处促成基板交换。在上臂连结外壳418与前臂连结外壳422之间的运动耦合，简化整体结构并最小化所需的电动机数目。
图5描绘机械手设备504的另一实施例，所述机械手设备包括可独立控制的腕部构件526A及526B。在大部分方面中，此实施例与图3的实施例相同。机械手设备504可容纳在腔室中，并经调适以运输基板（未显示）。所述机械手设备包括吊杆连接装置513、上臂连结外壳518、前臂连结外壳522及多个腕部构件526A、526B，所述吊杆连接装置经调适绕第一旋转轴517旋转，所述上臂连结外壳于偏移所述第一旋转轴517第一径向位置处耦合至吊杆连接装置513，所述上臂连结外壳经调适绕于所述第一径向位置的第二旋转轴519旋转，所述前臂连结外壳于与第二旋转轴519隔开的第二位置耦合至所述上臂连结外壳，且所述前臂连结外壳经调适以相对于上臂连结外壳518绕位于所述第二位置的第三旋转轴523旋转，所述腕部构件耦合至前臂连结外壳522，所述腕部构件经调适相对于所述前臂连结外壳绕第四旋转轴527旋转。所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器528A、528B，其中所述终端受动器经调适以携带基板（未显示）。如同图3中的实施例，前臂驱动器构件548经牢固地耦合至吊杆连接装置513，前臂驱动元件550延伸穿过上臂连结外壳518，且前臂驱动元件550耦合至前臂连结外壳522的被动构件552。
图5与图3之间的主要差异在于在图5的实施例中，有两个电动机532A及532B经安装及安置在吊杆连接装置513中。如同图3的实施例，位于空腔513B中的电动机532A及532B包含接近大气压力，而腕部驱动器组件554暴露于真空。
按照本发明而在电子装置处理系统中运输基板的方法600，将参看图6来提供及说明。方法600包括提供机械手设备（例如，104、304、404及504），所述机械手设备具有吊杆连接装置（例如，113、313、413及513）、上臂连结外壳（例如，118、318、418及518）、前臂连结外壳（例如，122、322、422及522）、腕部构件（例如，126、326、426A、426B、526A及526B）及前臂驱动器构件（例如，148、348及548），所述上臂连结外壳耦合至所述吊杆连接装置，所述前臂连结外壳耦合至所述上臂连结外壳，所述腕部构件耦合至所述前臂连结外壳，所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器（例如，128、328、428A、428B、528A及528B），所述前臂驱动器构件牢固地耦合至所述吊杆连接装置并具有前臂驱动元件（例如，150、350及550），所述前臂驱动元件延伸穿过所述上臂连结外壳，所述前臂驱动元件耦合至所述前臂连结外壳的被动构件（例如，152、352及552）。在方块604中，所述吊杆连接装置（例如，113、313、413及513）旋转至邻近于递送目的地（例如，取放地点）的地点。在方块606中，所述上臂连结外壳相对于所述吊杆连接装置独立地旋转。此独立旋转可以顺时针或逆时针方向，且可通过自所述控制器（例如，117、317、417、517）至所述第一电动机（例如，115、315、415）的信号所起始。同样地，在方块608中，所述腕部构件（例如，126、326、426A、426B、526A及526B）的独立旋转通过所述腕部构件相对于所述前臂连结外壳（例如，122、322、422及522）的旋转所达成。
如可显见的，利用在此所说明的机械手设备，基板的取放可于目的地点达成，而机械手设备的整体大小及安放所述机械手设备的腔室大小可得以减少。在某些实施例中，所述吊杆连接装置、上臂连结外壳及腕部构件可同步旋转以利取放操作。在以上所述的实施例的每个中，所述上臂连结外壳（例如，118、318、418及518）及所述前臂连结外壳（122、322、422及522）的动作在运动学上相连结。也就是说，所述上臂连结外壳及所述前臂连结外壳通过所述驱动器构件（例如，148、348、448及548）、被动构件（例如，152、352、452及552）及前臂驱动器元件（例如，150、350、450及550）而一起传动。
以上的说明仅公开本发明的例示性实施例。以上公开的设备及方法的修改，如落在本发明的范围内，对于本领域的普通技术人员应显而易见。因此，尽管仅针对于在此的例示性实施例公开本发明，应理解其它实施例可落在本发明的精神及范围内，所述范围将由以下的权利要求书所限定。

Claims (15)

1.一种电子装置处理系统，包含：
腔室；
机械手设备，所述机械手设备容纳在所述腔室中并经调适以运输基板，所述机械手设备包括：
吊杆连接装置，所述吊杆连接装置经调适以绕第一旋转轴旋转；
上臂连结外壳，所述上臂连结外壳于偏移所述第一旋转轴的第一径向位置处耦合至所述吊杆连接装置，所述上臂连结外壳经调适以绕位于所述第一径向位置的第二旋转轴旋转；
前臂连结外壳，所述前臂连结外壳于与所述第二旋转轴隔开的第二位置耦合至所述上臂连结外壳，且所述前臂连结外壳经调适以相对于所述上臂连结外壳绕位于所述第二位置的第三旋转轴旋转；
腕部构件，所述腕部构件耦合至所述前臂连结外壳，且所述腕部构件经调适用于相对于所述前臂连结外壳绕第四旋转轴旋转，所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器，其中所述终端受动器经调适以携带所述基板；及
前臂驱动器构件，所述前臂驱动器构件牢固地耦合至所述吊杆连接装置，且所述前臂驱动器构件具有前臂驱动元件，所述前臂驱动元件延伸穿过所述上臂连结外壳，所述前臂驱动元件经耦合至所述前臂连结外壳的被动构件。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述吊杆连接装置通过在电动机外壳中的第一电动机所驱动。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述前臂驱动器构件于所述吊杆连接装置的下部分牢固地耦合至所述吊杆连接装置。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述前臂驱动器构件延伸穿过所述上臂连结外壳的导轴。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述上臂连结外壳的所述导轴耦合至第二电动机，所述第二电动机经安装至所述吊杆连接装置。
6.如权利要求5所述的系统，其中被安放在所述吊杆连接装置中的所述第二电动机暴露于真空。
7.如权利要求1所述的系统，所述系统包含第二电动机，所述第二电动机被安放在所述上臂连结外壳中。
8.如权利要求7所述的系统，其中被安放在所述上臂连结外壳中的所述第二电动机暴露于大气。
9.如权利要求7所述的系统，其中被安放在所述上臂连结外壳中的所述第二电动机经调适以致使所述腕部构件的旋转。
10.如权利要求7所述的系统，所述系统包含腕部构件驱动器组件，所述腕部构件驱动器组件耦合在所述第二电动机与所述腕部构件之间，所述腕部构件驱动器组件包含驱动器滑轮、传递轴、被动滑轮及第一及第二腕部构件驱动器皮带，所述传递轴枢转地安装至所述上臂连结外壳，所述被动滑轮在所述腕部构件上，所述第一腕部构件驱动器皮带耦合在所述传递轴与所述驱动器滑轮之间，所述第二腕部构件驱动器皮带耦合在所述传递轴与所述被动滑轮之间。
11.一种机械手设备，包含：
吊杆连接装置，所述吊杆连接装置经调适以绕第一旋转轴旋转；
上臂连结外壳，所述上臂连结外壳于偏移所述第一旋转轴的第一径向位置处耦合至所述吊杆连接装置，所述上臂连结外壳经调适以绕位于所述第一径向位置的第二旋转轴旋转；
前臂连结外壳，所述前臂连结外壳于与所述第二旋转轴隔开的第二位置耦合至所述上臂连结外壳，且所述前臂连结外壳经调适以相对于上臂绕位于所述第二位置的第三旋转轴旋转；
腕部构件，所述腕部构件耦合至所述前臂连结外壳，且所述腕部构件经调适用于相对于所述前臂连结外壳绕第四旋转轴旋转，所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器，其中所述终端受动器经调适以携带基板；及
前臂驱动器构件，所述前臂驱动器构件牢固地耦合至所述吊杆连接装置，且所述前臂驱动器构件具有前臂驱动元件，所述前臂驱动元件延伸穿过所述上臂连结外壳，所述前臂驱动元件耦合至所述前臂连结外壳的被动构件。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述吊杆连接装置通过在电动机外壳中的第一电动机所驱动。
13.如权利要求11所述的设备，其中所述前臂驱动器构件于所述吊杆连接装置的底部牢固地耦合至所述吊杆连接装置。
14.如权利要求11所述的设备，其中所述前臂驱动器构件延伸穿过所述上臂连结外壳的导轴。
15.一种在电子装置处理系统内运输基板的方法，所述方法包含以下步骤：
提供机械手设备，所述机械手设备具有吊杆连接装置、上臂连结外壳、前臂连结外壳、腕部构件和前臂驱动器构件，所述上臂连结外壳耦合至所述吊杆连接装置，所述前臂连结外壳耦合至所述上臂连结外壳，所述腕部构件耦合至所述前臂连结外壳，所述腕部构件经调适以耦合至终端受动器，以及所述前臂驱动器构件牢固地耦合至所述吊杆连接装置，并且所述前臂驱动器构件具有前臂驱动元件，所述前臂驱动元件延伸穿过所述上臂连结外壳，所述前臂驱动元件耦合至所述前臂连结外壳的被动构件；
旋转所述吊杆连接装置至一地点，所述地点邻近于取放地点；
相对于所述吊杆连接装置独立地旋转所述上臂连结外壳；及
相对于所述前臂连结外壳独立地旋转所述腕部构件。
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