CN103765570A - 用于洁净室材料传输系统的水平位移机构 - Google Patents

Abstract

一种螺旋凸轮具有由内部腔和包括凸轮轮廓的外部表面所形成的管状部。线性滑动组件具有沿着旋转轴所定义的长度，限定成纵向滑动进入该螺旋凸轮的该内部腔。该线性滑动组件允许该螺旋凸轮沿着该旋转轴移动，且防止该螺旋凸轮相对于该线性滑动组件的旋转。凸轮辊子固定于邻近该螺旋凸轮的该外部表面的位置。该凸轮辊子配置成与该线性滑动组件分离，且在该螺旋凸轮的该凸轮轮廓内。该凸轮辊子接合该凸轮轮廓，以在该线性滑动组件和该螺旋凸轮相对于该凸轮辊子绕着该旋转轴一起旋转时，沿着该旋转轴移动该螺旋凸轮。

Description

用于洁净室材料传输系统的水平位移机构

背景技术

在半导体制造期间，半导体晶片经历多个处理步骤，这些步骤每一者由专门的处理工具所执行。传输盒（pod）用以将半导体晶片由一个工具运送至另一者。传输盒每一者能够运送数个特定直径的晶片。传输盒设计成维持受保护的内部环境，以使晶片不受到例如该传输盒外部空气中的微粒的污染。业界还已知传输盒可用于运送其它类型的基板，例如掩模母版、液晶面板、硬盘机的刚性磁性介质、太阳能电池等。

加载端口传输装置用以对晶片制造生产工具（处理和/或量测工具）提供标准机械式接口，而能够将传输盒装载进/卸载出晶片制造生产工具，且确保其中的晶片不受污染。图1示出根据现有技术的传统加载端口10的连接示意图，该加载端口10具有窗部12，经由窗部12移动传输盒14。该传统的加载端口10可在Y方向经由窗部12移动传输盒14，且可在Z方向移动传输盒14。然而，该传统的加载端口10不能在X方向（即在水平方向）移动传输盒14。在此背景下产生本发明。

发明内容

在一个实施例中，公开一种螺旋凸轮装置。该螺旋凸轮装置包括螺旋凸轮，其具有由内部腔及外部表面所形成的管状部。该螺旋凸轮的该外部表面包括凸轮轮廓。该螺旋凸轮装置还包括线性滑动组件，其具有沿着旋转轴定义的长度。该线性滑动组件限定成纵向地滑动进入该螺旋凸轮的该内部腔。该线性滑动组件用以使该螺旋凸轮能够沿着该旋转轴移动，且防止该螺旋凸轮相对于该线性滑动组件的旋转。该螺旋凸轮装置还包括凸轮辊子，其固定于邻近该螺旋凸轮的该外部表面的位置。该凸轮辊子配置成与该线性滑动组件分离。此外，该凸轮辊子位于该螺旋凸轮的该凸轮轮廓内。该凸轮辊子限定成接合该螺旋凸轮的该凸轮轮廓，以在该线性滑动组件和该螺旋凸轮相对于该凸轮辊子一起绕着该旋转轴旋转时，造成该螺旋凸轮沿着该旋转轴移动。

在另一实施例中，公开一种加载端口。该加载端口包括关节臂。该加载端口还包括可旋转杆，其配置成穿过该关节臂延伸出去。该可旋转杆限定成绕第一旋转轴旋转。该加载端口还包括线性滑动组件，其刚性连接至该可旋转杆，以使该线性滑动组件的长度由该关节臂沿着该第一旋转轴延伸。该加载端口还包括螺旋凸轮，其具有由内部腔和外部表面所形成的管状部。该螺旋凸轮限定成容纳该线性滑动组件于该内部腔内。该线性滑动组件用以使该螺旋凸轮能够沿着该第一旋转轴移动，且防止该螺旋凸轮相对于该线性滑动组件的旋转，以使该螺旋凸轮和该线性滑动组件二者皆随该可旋转杆的旋转一起旋转。该螺旋凸轮的该外部表面包括凸轮轮廓。该加载端口还包括凸轮辊子，其配置于相对于该关节臂的固定位置且邻近该螺旋凸轮的该外部表面。该凸轮辊子与该线性滑动组件和该可旋转杆分开地定位。此外，该凸轮辊子位于该螺旋凸轮的该凸轮轮廓内。该凸轮辊子限定成接合该凸轮轮廓，以在藉由利用该可旋转杆的该线性滑动组件的旋转而相对于该凸轮辊子旋转该螺旋凸轮时，造成该螺旋凸轮沿着该第一旋转轴的移动。

在另一实施例中，公开一种操作加载端口的方法，以提供目的物的水平位移。该方法包括刚性连接线性滑动组件至可旋转杆的操作，该可旋转杆由加载端口的关节臂向外延伸。该可旋转杆具有定向于水平方向的旋转轴。该方法还包括将具有由内部腔和外部表面所形成的管状部的螺旋凸轮置于该线性滑动组件上，以使该线性滑动组件被接收于该螺旋凸轮的该内部腔内的操作。该螺旋凸轮的该内部腔与该线性滑动组件接口，以使该螺旋凸轮沿着该线性滑动组件的长度可自由移动，且防止该螺旋凸轮相对于该线性滑动组件旋转。该螺旋凸轮的该外部表面包括凸轮轮廓。该方法还包括将凸轮辊子置于相对于该关节臂的固定位置且邻近该螺旋凸轮的该外部表面以使该凸轮辊子接合该螺旋凸轮的该外部表面的该凸轮轮廓的操作。

在以下通过本发明的示例阐述的、结合了附图的详细说明中，本发明的其它方面和优点将变得显见。

附图说明

图1示出根据现有技术的传统加载端口的连接示意图，该加载端口具有窗部，经由该窗部移动传输盒；

图2A示出根据本发明一个实施例在开启状态的基板隔离容器；

图2B示出根据本发明一实施例的在关闭状态的基板隔离容器；

图3A示出根据本发明一实施例的加载端口；

图3B示出根据本发明一实施例的加载端口的等轴视图；

图4A示出根据本发明一实施例的螺旋凸轮装置；

图4B示出根据本发明一个实施例的螺旋凸轮的侧视图；

图4C示出根据本发明一个实施例的螺旋凸轮装置的部分组装图；

图4D示出根据本发明一实施例的螺旋凸轮装置的凸轮辊子组件的部分组装图；

图5A示出根据本发明一实施例的螺旋凸轮装置的左旋版，其可提供在向左方向的抓取器组件的水平平移；

图5B示出根据本发明一实施例的左旋螺旋凸轮的侧视图；

图6A示出根据本发明一个实施例的加载端口起始状态的Y-Z面剖面图，其中卡匣位于传输侧台之上；

图6B示出根据本发明一实施例，如图6A中所标示的由传输侧的加载端口的X-Z面视图A-A；

图7A示出根据本发明一实施例在传输侧台之上移动以抓持卡匣的加载端口的Y-Z面剖面图；

图7B示出根据本发明一实施例，如图7A中所标示的由传输侧的加载端口的X-Z面视图A-A；

图8A示出根据本发明一实施例，示出加载端口的Y-Z面剖面图，其中置放抓取器组件以在传输侧台抓取卡匣的顶部部分；

图8B示出根据本发明一实施例，如图8A中所标示的由传输侧的加载端口的X-Z面视图A-A；

图9A示出根据本发明一实施例的加载端口的Y-Z面剖面图，其中移动加载端口，将卡匣自传输侧台经由窗部传输至工具侧台；

图9B示出根据本发明一实施例，如图9A中所标示的，由传输侧的加载端口的X-Z面视图A-A；

图10A示出根据本发明一实施例的加载端口的Y-Z面剖面图，其中加载端口持续将卡匣自传输侧台经由窗部传输至工具侧台；

图10B示出根据本发明一实施例，如图10A中所标示的，由传输侧的加载端口的X-Z面视图A-A；

图11A示出根据本发明一实施例的加载端口的Y-Z面剖面图，其中将卡匣置于工具侧台之上；

图11B示出根据本发明一实施例，如图11A中所标示的，由传输侧的加载端口的X-Z面视图A-A；

图11C示出根据本发明一个实施例，如图11A中所标示的，由工具侧的加载端口的X-Z面视图B-B；

图12示出根据本发明一实施例操作加载端口以提供目的物（例如卡匣）水平位移的方法；

图13A示出根据本发明一个实施例的螺旋凸轮装置的等轴视图，其中凸轮辊子固定于线性滑动件，且其中管状螺旋凸轮刚性连接至关节臂；

图13B示出根据本发明一实施例的螺旋凸轮装置的剖面图；

图13C示出根据一替代实施例的螺旋凸轮装置的剖面图；及

图14示出根据本发明一个实施例的数个加载端口的例示平面图，这些加载端口配置成支持具有工具侧台的数个工具分度器。

具体实施方式

在以下说明中，描述许多具体细节以提供对本发明完整的理解。然而，本领域技术人员可明白，在不具备若干或全部这些具体细节下也可实施本发明。此外，为了不对本发明造成不必要的混淆，此处不再详细描述众所周知的处理操作。

图2A示出根据本发明一个实施例的在开启状态的基板隔离容器101。基板隔离容器101可以稳固的方式固持数个基板109，且确保基板109不受到基板隔离容器101之外的污染。基板109基本上可为经由半导体制造处理所形成的任何类型的制品。举例来说，基板109可为半导体晶片、平板显示器、太阳能板、及其它许多组件。为了说明方便，此处所用术语基板包括任何形态的制品，其被接收进入半导体制造处理工具或量测工具，或由半导体制造处理工具或量测工具取回。在一个实施例中，基板隔离容器101为一标准机械式接口（SMIF,standard mechanical interface）传输盒，其包括：一卡匣105，基板109被固持于该卡匣105内；一底门107，卡匣105连接至该底门107；及壳体103，其可覆盖卡匣105且连接底门107。图2B示出根据本发明一实施例的在关闭状态的基板隔离容器101。

在一个实施例中，如此处所公开，螺旋凸轮装置400限定成经由加载端口200移动该基板隔离容器101或其部分。然而，应了解此处所公开的螺旋凸轮装置400不限定于与SMIF传输盒类型基板隔离容器101一起使用。在其它实施例中，此处所公开的螺旋凸轮装置400基本上可与任何类型基板隔离容器101、或开放式卡匣105、或在半导体制造工厂内需要被移动通过加载端口的基本上任何类型目的物一起使用，只要该目的物由可连接该螺旋凸轮装置400的任何类型抓取器组件加以外部抓持。为了易于讨论，此处所公开的螺旋凸轮装置400经由加载端口移动卡匣105。

图3A示出根据本发明一实施例的加载端口200。加载端口200提供晶片制造生产工具（例如处理和/或量测工具）标准机械接口，以使得能够由加载端口200的传输侧201将卡匣105装载至加载端口200的工具侧203，且使得能够由加载端口200的工具侧203将卡匣105卸载至加载端口200的传输侧201。

加载端口200包括隔离板204，其将传输侧201与工具侧203分隔。窗部202形成于隔离板204内。在一个实施例中，当加载端口200没有进行卡匣105传输作业时，可缩回封闭件（closure）可用以覆盖窗部202，且在卡匣105传输作业期间则由窗部202被移除。为了易于讨论，如图3A所示的窗部202被视为开启以能够进行卡匣105传输作业。加载端口200用以由传输侧台306经由窗部202将卡匣105移动至工具侧台307，反之也然。图3B示出根据本发明一实施例的加载端口200的等轴视图。

加载端口200包括关节臂（articulating arm）303，其限定成在与窗部202垂直的一竖直面内移动。在图3A中，该竖直面参照坐标轴300的Y-Z面。此外，应了解坐标轴300的X方向垂直于Y和Z轴二者由原点O延伸，即该X方向垂直延伸穿过印刷图3A于其上的纸张。螺旋凸轮装置400连接至可旋转杆419（示出于图4A），该可旋转杆419配置成穿过关节臂303并由其延伸出去，即沿X方向。可旋转杆419限定成绕第一旋转轴421（示出于图4A）旋转，以使螺旋凸轮装置400绕该第一旋转轴421旋转，如箭头313所指示。抓取器支撑件411（示出于图4A）刚性连接至螺旋凸轮装置400的外部表面。抓取器支撑件411限定成固持抓取器组件305。在被置放于邻接卡匣105的位置时，抓取器组件305可用以抓持卡匣105。

加载端口200还包括臂滑架（arm carriage）301，其可竖直移动，如箭头309所指示。关节臂303绕着平行于第一旋转轴421的第二旋转轴304可旋转地连接至臂滑架301。关节臂303以受控制的方式绕着第二旋转轴304旋转，如箭头311所指示。关节臂303在竖直面内和经由窗部202的移动，由臂滑架301的竖直移动和关节臂303绕着第二旋转轴304的旋转的结合所提供。应理解第一和第二旋转轴421/304二者垂直于关节臂303在其中移动的竖直面（Y-Z面）而延伸，即在X方向延伸。

如以下细节所述，在由传输侧台306移动卡匣105至工具侧台307时，螺旋凸轮装置400可用以提供卡匣105的水平平移（在X方向）。更具体而言，当定位抓取器组件305以在传输侧台306上抓持卡匣105时，螺旋凸轮装置400用以将该抓取器组件305放置于相对于X轴的第一水平位置。当经由窗部202移动关节臂303以置放卡匣105于工具侧台307时，藉由关节臂303绕第二旋转轴304的旋转，以及藉由臂滑架301的竖直运动，螺旋凸轮装置400被操作，以在X方向水平平移抓取器组件305，以使卡匣105在被置放于工具侧台307时具有相对于X轴的第二水平位置。在分别被置放于传输和工具侧台306、307时，卡匣105的第一和第二水平位置之间在X方向所测得的距离，对应于由螺旋凸轮装置400所提供的水平移位。

图4A示出根据本发明一实施例的螺旋凸轮装置400。螺旋凸轮装置400包括螺旋凸轮401。螺旋凸轮401具有由内部腔和外部表面所形成的管状部。螺旋凸轮401的外部表面包括凸轮轮廓402。螺旋凸轮装置400还包括线性滑动组件，其具有沿旋转轴421所定义的长度。该线性滑动组件包括线性滑动体403，其通过螺旋凸轮401的内部腔纵向地延伸。线性滑动组件还包括线性滑轨405，其刚性固定于线性滑动体403，且定向成在平行于旋转轴421的方向纵向地延伸。如图4A所示，线性滑动组件限定成纵向地滑动进入螺旋凸轮401的内部腔。线性滑动组件限定成使螺旋凸轮401能够沿旋转轴421移动，且防止螺旋凸轮401相对线性滑动组件的旋转。

螺旋凸轮装置400还包括凸轮辊子415，其固定于邻近螺旋凸轮401的外部表面的位置。凸轮辊子415配置成与线性滑动组件分离。凸轮辊子415置于螺旋凸轮401的凸轮轮廓402内。凸轮辊子415限定成接合凸轮轮廓402，以在线性滑动组件与螺旋凸轮401一起相对于凸轮辊子415绕旋转轴421旋转时，造成螺旋凸轮401沿旋转轴421的移动。线性滑动组件的线性滑动体403刚性连接至可旋转杆419。可旋转杆419定向成绕旋转轴421旋转。此外，可旋转杆419延伸穿过关节臂303，以使可旋转杆419的位置相对于关节臂303为固定。

线性滑动轴承407刚性连接至螺旋凸轮401。线性滑动轴承407与线性滑动组件的线性滑轨405接合，以限制在除了沿着线性滑轨405长度的方向（即平行于旋转轴421的方向）上的外线性滑动轴承407的移动。以此方式，藉由线性滑动体403的旋转，藉由可旋转杆419的旋转，使刚性连接至线性滑动轴承407的螺旋凸轮401可与线性滑轨405一起旋转。线性滑动轴承407和线性滑轨405限定成当接合在一起时共同地防止相对于线性滑动组件螺旋凸轮401的旋转。当与线性滑轨405接合时，线性滑动轴承407可在平行于旋转轴421的方向沿着线性滑轨405的长度自由地移动。

螺旋凸轮装置400还包括抓取器支撑件411，其在凸轮轮廓402之外的一位置刚性连接至螺旋凸轮401外部表面。抓取器支撑件411用以固持抓取器组件305，抓取器组件305用以抓持卡匣105。在图4A的实施例中，抓取器支撑件411刚性连接至抓取器支撑件装置板409，抓取器支撑件装置板409刚性连接至螺旋凸轮401。以此方式，藉由利用可旋转杆419的线性滑动组件的旋转而实现的螺旋凸轮401的旋转，又造成连接至抓取器支撑件411的抓取器组件305的旋转。

凸轮辊子415连接至凸轮辊子支撑构件413。凸轮辊子支撑构件413配置于相对于关节臂303的固定位置。在一个实施例中，凸轮辊子支撑构件413刚性连接至凸轮辊子装置板417，凸轮辊子装置板417刚性连接至关节臂303。在一个实施例中，凸轮辊子支撑构件413设计成在平行于旋转轴421的方向沿着螺旋凸轮401延伸。凸轮辊子支撑构件413以与螺旋凸轮401的外部表面分隔的方式加以配置，以使凸轮辊子支撑构件413不会干扰螺旋凸轮401的旋转。凸轮辊子415在相对于凸轮辊子装置板417所连接的关节臂303的固定远侧位置连接至凸轮辊子支撑构件413。在一个实施例中，凸轮辊子415可旋转地连接至一销，该销在相对于关节臂303的该固定远侧位置连接至凸轮辊子支撑构件413。此外，在一个实施例中，凸轮辊子415定向成具有在凸轮辊子旋转面内的旋转方向，该凸轮辊子旋转面定向成平行于包括凸轮轮廓402的螺旋凸轮401的外部表面的切线。还应了解在其它实施例中，凸轮辊子415可以圆柱形棒加以取代，该圆柱形棒在相对于关节臂303的固定远侧位置刚性连接至凸轮辊子支撑构件413。

图4B示出根据本发明一个实施例的螺旋凸轮401的侧视图。凸轮轮廓402包括平移段（translational segment）433和一个或多个停留段（dwellsegment）431/432。当螺旋凸轮401相对于凸轮辊子415绕旋转轴421旋转时，平移段433用以造成螺旋凸轮401沿着旋转轴421移动。具体而言，在固定的凸轮辊子415配置于凸轮轮廓402内的情况下，在螺旋凸轮401旋转期间凸轮轮廓402逆着固定凸轮辊子415的动作造成螺旋凸轮401沿着旋转轴421移动，如线性滑动轴承407沿着线性滑轨405的自由移动所提供的。在平行于旋转轴421的方向所测得平移段433的尺寸界定沿着旋转轴421的螺旋凸轮401的平移位移，其直接对应于在平行于旋转轴421的方向的抓取器组件305的平移位移。

在螺旋凸轮401相对于凸轮辊子415绕着旋转轴421旋转时，一个或多个停留段431/432中的每一者用以维持沿着旋转轴421的螺旋凸轮401的稳定位置（steady position）。具体而言，当凸轮辊子415置于凸轮轮廓402的停留段431/432内，没有在平行于旋转轴421的方向施力于螺旋凸轮401的凸轮轮廓402和凸轮辊子415之间的作用。停留段431/432基本上对向于（subtend）围绕旋转轴21的弧，而平移段433则对向于围绕旋转轴421的弧且对向于沿着旋转轴421的一间隔。

在一个实施例中，例如图4B所示，凸轮轮廓402包括一个平移段433和两个停留段431及432，该一个平移段433置于该两个停留段431及432之间。该一个平移段431和该两个停留段431及432以连续的方式沿着凸轮轮廓402连接。在这个实施例中，最邻近关节臂303设置的停留段431对应于抓取器组件305/卡匣105的第一水平位置，且最远离关节臂303设置的停留段432对应于抓取器组件305/卡匣105的第二水平位置。在平行于旋转轴421的方向所测得的第一和第二停留段431和432之间的中心线到中心线距离435，对应于藉由凸轮轮廓402沿着固定凸轮辊子415的完全横移（fulltraversal）所提供的卡匣105的水平位移。

在图4A-4B的实施例中，凸轮轮廓402定义成螺旋凸轮401的外部表面内的凹陷通道（recessed channel）。然而，在其它实施例中，凸轮轮廓402由凸轮轮廓402的边界面加以界定，该边界面由螺旋凸轮401径向地向外延伸。无论何种实施例，凸轮轮廓402用以接收凸轮辊子415且提供沿着凸轮轮廓402的凸轮辊子415无阻滞的移动。

图4C示出根据本发明一个实施例的螺旋凸轮装置400的部分组装图。线性滑动体403限定成接收数个紧固件449，以将线性滑动体403刚性固定于可旋转杆419。藉由紧固件453将止板451固定于线性滑动体403的端部。止板451防止线性滑动轴承407由线性滑轨405脱离。线性滑轨405藉由数个紧固件447刚性地连接至线性滑动体403。线性滑轨405限定成沿其长度具有带凹口侧。线性滑动轴承407包括一槽，其仿形地（conformally）形成以接收线性滑轨405，以使线性滑动轴承407可自由地沿着线性滑轨405移动，且由线性滑轨405的带凹口侧加以固持于线性滑轨405。抓取器支撑件411藉由紧固件445刚性连接至抓取器支撑件装置板409。抓取器支撑件装置板409藉由紧固件442刚性连接至线性滑动轴承407。抓取器支撑件装置板409还藉由紧固件443刚性连接至螺旋凸轮401。抓取器支撑件411可接收数个紧固件441，以将抓取器组件305刚性固定至抓取器支撑件411。

图4D示出根据本发明一实施例的螺旋凸轮装置400的凸轮辊子组件的部分组装图。凸轮辊子415藉由紧固件461连接至凸轮辊子支撑构件413。凸轮辊子支撑构件413藉由紧固件463刚性连接至凸轮辊子装置板417。凸轮辊子装置板417藉由紧固件465刚性连接至关节臂303。应理解凸轮辊子415和其藉由凸轮辊子支撑构件413及凸轮辊子装置板417而与关节臂303的机械式连接，与可旋转杆419和与该可旋转杆419连接的线性滑动体403物理性分离。

图4A示出螺旋凸轮装置400的右旋版（right-handed version），其建构成提供在向右方向的抓取器组件305的水平平移。图5A示出根据本发明一实施例的螺旋凸轮装置400A的左旋版，其建构成提供在向左方向的抓取器组件305的水平平移。抓取器支撑件411、抓取器支撑件装置板409、线性滑动轴承407、线性滑轨405、线性滑动体403、凸轮辊子415、凸轮辊子支撑构件413、及可旋转杆419与就图4A所述相同。左旋螺旋凸轮401A定义成图4A所述螺旋凸轮401的镜像，且包括左旋凸轮轮廓402A。左旋凸轮辊子装置板417A定义成图4A所述凸轮辊子装置板417的镜像。

图5B示出根据本发明一实施例的左旋螺旋凸轮401A的侧视图。左旋凸轮轮廓402A包括平移段433A和一个或多个停留段431A及432A。如同平移段433，平移段433A用以在左旋螺旋凸轮401A相对于凸轮辊子415绕旋转轴421旋转时，造成左旋螺旋凸轮401A沿着旋转轴421的移动。此外，停留段431A和432A每一者用以在左旋螺旋凸轮401A相对于凸轮辊子415绕旋转轴421旋转时，维持左旋螺旋凸轮401A沿着旋转轴421的稳定位置。在平行于旋转轴421的方向所测得的、第一和第二停留段431A和432A之间的中心线到中心线距离435，对应于藉由凸轮轮廓402A沿着固定凸轮辊子415的完全横移（full traversal）所提供的卡匣105的水平位移。

图6A到11C示出由传输侧台306移动卡匣105到工具侧台307的加载端口200操作的顺序。图6A示出根据本发明一个实施例的加载端口200起始状态的Y-Z面剖面图，其中卡匣105位于传输侧台306之上。示出臂滑架301和与其连接的关节臂303向下缩进加载端口200。图6B示出根据本发明一实施例，如图6A中所标示的由传输侧201的加载端口200的X-Z面视图A-A。置于传输侧台306之上的卡匣105对中于加载端口200的中心线601。

图7A示出根据本发明一实施例在传输侧台306之上移动以抓持卡匣105的加载端口200的Y-Z面剖面图。臂滑架301以受控制的方式垂直地向上移动，如箭头701所指示。关节臂303以受控制的方式绕第二旋转轴304旋转，如箭头703所指示。螺旋凸轮401以受控制的方式绕旋转轴421旋转，如箭头705所指示。图7B示出根据本发明一实施例，如图7A中所标示的由传输侧201的加载端口200的X-Z面视图A-A。凸轮辊子415位在最远离关节臂303的凸轮轮廓402的停留段432。

图8A示出根据本发明一实施例的加载端口200的Y-Z面剖面图，其中在传输侧台306置放抓取器组件305以抓取卡匣105的顶部部分。抓取器组件305被操作以抓取卡匣105，以将卡匣105固定于抓取器组件305。图8B示出根据本发明一实施例，如图8A中所标示的由传输侧201的加载端口200的X-Z面视图A-A。凸轮辊子415持续位在最远离关节臂303的凸轮轮廓402的停留段432。

图9A示出根据本发明一实施例的加载端口200的Y-Z面剖面图，其中移动加载端口200，将卡匣105自传输侧台306经由窗部202传输至工具侧台307。臂滑架301以受控制的方式竖直地移动，如箭头901所指示。关节臂303以受控制的方式绕第二旋转轴304旋转，如箭头903所指示。螺旋凸轮401以受控制的方式绕旋转轴421旋转，如箭头905所指示。图9B示出根据本发明一实施例、如图9A中所标示的由传输侧201的加载端口200的X-Z面视图A-A。当螺旋凸轮401相对于凸轮辊子415绕旋转轴421旋转时，凸轮辊子415沿着凸轮轮廓402朝向凸轮轮廓402的平移段433移动。

图10A示出根据本发明一实施例的加载端口200的Y-Z面剖面图，其中加载端口200持续将卡匣105自传输侧台306经由窗部202传输至工具侧台307。臂滑架301现在以受控制的方式向上移动，如箭头1001所指示。关节臂303持续以受控制的方式绕第二旋转轴304旋转，如箭头1003所指示。螺旋凸轮401持续以受控制的方式绕旋转轴421旋转，如箭头1005所指示。图10B示出根据本发明一实施例、如图10A中所指示的由传输侧201的加载端口200的X-Z面视图A-A。当螺旋凸轮401相对于凸轮辊子415绕旋转轴421旋转时，凸轮辊子415在凸轮轮廓402的平移段433内沿着凸轮轮廓402移动。这导致螺旋凸轮401在X方向水平移动离开关节臂303，这又导致抓取器组件305和如此被抓持的卡匣105也在X方向水平移动离开关节臂303。因此，当螺旋凸轮401在凸轮轮廓402的平移段433内相对于凸轮辊子415旋转时，卡匣105的中心线1009相对于加载端口200的中心线601水平地平移，如箭头1007所指示。

图11A示出根据本发明一实施例的加载端口200的Y-Z面剖面图，其中将卡匣105置于工具侧台307之上。图11B示出根据本发明一实施例，日图11A中所标示的由传输侧201的加载端口200的X-Z面视图A-A。凸轮辊子415现在位于最接近关节臂303的凸轮轮廓402的停留段431。这表示由凸轮轮廓402所提供的螺旋凸轮401的最大水平平移。利用由凸轮辊子415所完全横过的凸轮轮廓402，卡匣105的中心线1009相对于加载端口200的中心线601以凸轮轮廓402所提供最大的量水平地平移，如箭头1007所指示。图11C示出根据本发明一个实施例，如图11A中所标示的由工具侧203的加载端口200的X-Z面视图B-B。应理解图6A到11C所示的加载端口200的移动可以相反的方式加以执行，以将卡匣105由工具侧台307移动至传输侧台201。

图12示出根据本发明一实施例操作加载端口200以提供目的物（例如卡匣105）水平位移的方法。该方法包括操作1201，其将线性滑动组件（即线性滑动体403）刚性连接至由加载端口202的关节臂303向外延伸的可旋转杆419。可旋转杆419具有旋转轴421，该旋转轴421被定向为沿着水平方向，即X方向。该方法还包括操作1203，其将具有由内部腔和外部表面所限定的管状部的螺旋凸轮401置于线性滑动组件上，以使线性滑动组件被接收于螺旋凸轮401的内部腔内。螺旋凸轮401的内部腔与该线性滑动组件接口，以使螺旋凸轮401沿着该线性滑动组件的长度可自由地移动，且防止螺旋凸轮401相对于该线性滑动组件旋转。螺旋凸轮401的外部表面包括凸轮轮廓402。该方法还包括操作1205，其将凸轮辊子415放置于相对于关节臂303的固定位置且邻近螺旋凸轮401的外部表面，以使凸轮辊子与螺旋凸轮401的外部表面的凸轮轮廓402接合。

该方法包括一操作，其利用可旋转杆419藉由线性滑动组件的旋转而相对于凸轮辊子415旋转螺旋凸轮401。螺旋凸轮401的旋转导致螺旋凸轮401的外部表面的凸轮轮廓402沿着凸轮辊子415横移，且造成螺旋凸轮401在水平方向的移动。凸轮轮廓402包括平移段433和一个或多个停留段431/432。平移段433用以在螺旋凸轮401相对于凸轮辊子415旋转时，造成螺旋凸轮401在水平方向的移动。该一个或多个停留段431/432中的每一者用以在螺旋凸轮401相对于凸轮辊子415旋转时维持螺旋凸轮401在水平方向的稳定位置。在该方法的一个实施例中，凸轮轮廓402包括一个平移段433和两个停留段431和432，该一个平移段433位于该两个停留段431和432之间。在这个实施例中，该一个平移段433和两个停留段431及432以连续的方式沿着凸轮轮廓402连接。在水平方向所测得的平移段433的尺寸界定在水平方向螺旋凸轮401的平移位移。

该方法还包括一操作，其将抓取器支撑件411在凸轮轮廓402之外的位置刚性连接至螺旋凸轮401的外部表面。抓取器支撑件411用以固持用以抓持卡匣105的抓取器组件305。

该方法还包括一操作，其将关节臂303置于一第一角度位置，且将可旋转杆419旋转至一第一旋转位置，以使抓取器组件305能够在一第一位置抓持卡匣105，如图7A到8B所示。该第一旋转位置对应于凸轮辊子415与相对于关节臂303的凸轮轮廓402的远侧段的接合。该方法还包括致动抓取器组件305以抓持卡匣105，如图8A和8B所示。该方法还包括移动关节臂303至一第二角度位置，以移动卡匣105至一第二位置，如图9A到11C所示。该方法还包括在移动关节臂303至该第二角度位置时，旋转可旋转杆419。可旋转杆419的旋转导致凸轮轮廓402沿着凸轮辊子415移动，且相应地造成螺旋凸轮401在水平方向移动离开关节臂303，以使卡匣105在水平方向在第一和第二位置间位移。

在一个实施例中，在移动关节臂303时旋转可旋转杆419，以在卡匣105于第一和第二位置之间移动期间维持卡匣105的姿态定向（attitudinalorientation）。此外，在一个实施例中，在关节臂303移动至第二角度位置时，关节臂303同时竖直地移动，以将卡匣105移动通过加载端口200的窗部202。

图13A示出一替代实施例，其中如前所述的凸轮轮廓402和凸轮辊子415的相对位置被颠倒。具体而言，图13A示出根据本发明一个实施例的螺旋凸轮装置1300的等轴视图，其中凸轮辊子1303固定于线性滑动件1301，且其中管状螺旋凸轮1305刚性连接至关节臂303。线性滑动件1301实际上取代前述螺旋凸轮装置400的螺旋凸轮401。管状螺旋凸轮1305实际上取代凸轮辊子支撑构件413和凸轮辊子415。凸轮辊子1303在最接近关节臂303的线性滑动件1301的端部附近的一固定位置连接至线性滑动件1301。

管状螺旋凸轮1305包括凸轮轮廓1307，通过凸轮轮廓1307凸轮辊子1303被接收且移动。凸轮轮廓1307与关于螺旋凸轮装置400的前述凸轮轮廓402类似。相对管状螺旋凸轮1305，线性滑动件1301的旋转，伴随凸轮辊子1303相应的旋转，导致凸轮辊子1303跟随凸轮轮廓1307。当凸轮辊子1303跟随凸轮轮廓1307的平移段时，迫使线性滑动件1301在水平方向1309移动，这又造成抓取器组件305藉由抓取器组件305与线性滑动件1301的刚性连接而在水平方向1309移动。此外，关节臂303限定成移动过一角度1311，如之前关于关节臂303绕第二旋转轴304的旋转所讨论的。

图13B示出根据本发明一实施例螺旋凸轮装置1300的剖面图。线性滑动件1301包括内部腔，其形成以接收刚性连接至可旋转杆419的线性滑动组件。在此实施例中的线性滑动组件包括线性滑动体1315、线性滑动轴承1313、及线性滑轨1317，其分别执行前述螺旋凸轮装置400的线性滑动体403、线性滑动轴承407、及线性滑轨405的类似功能。抓取器支撑件1319刚性连接至线性滑动件1301，且用以固持抓取器组件305。

图13C示出根据一替代实施例的螺旋凸轮装置1300的剖面图。在这个实施例中，抓取器支撑件1321连接至线性滑动轴承1323且可在线性滑轨1325之上滑动。此外，在这个实施例中，凸轮辊子1303通过凸轮辊子支撑构件1327连接至抓取器支撑件1321。如前述实施例，凸轮辊子1303与在管状螺旋凸轮1305内所形成的凸轮轮廓1307接合。

图14示出根据本发明一个实施例数个加载端口200A-200D的例示平面图，这些加载端口200A-200D配置以支持具有工具侧台307A-307D的数个工具分度器（tool indexer）。由于某种原因，可能无法将加载端口200A-200D相对于工具侧台307A-307D配置以使加载端口200A-200D的中心线601A-601D分别对准工具侧台307A-307D的中心线1401A-1401D。在这种情况下，螺旋凸轮装置400可使加载端口200A-200D中的每一者能够分别支持工具侧台307A-307D中对应的一个。具体而言，加载端口200A设有左旋螺旋凸轮装置400A以提供在移动于加载端口200A和工具侧台307A之间时卡匣的水平位移，如箭头1403所示。

加载端口200B的中心线601B对准工具侧台307B的中心线1401B。因此，当移动于加载端口200B和工具侧台307B之间时卡匣的水平位移并非必须的。在此状况，加载端口200B可设置直接连接至可旋转杆419的抓取器组件305。

加载端口200C设有右旋螺旋凸轮装置400，以提供在于加载端口200C和工具侧台307C之间移动卡匣时卡匣的水平位移，如箭头1405所示。类似地，加载端口200D设有右旋螺旋凸轮装置400，以提供在于加载端口200D和工具侧台307D之间移动卡匣时卡匣的水平位移，如箭头1407所示。考虑上述示例，应理解使用螺旋凸轮装置400可大幅地增进制造工厂楼层规划的效率和空间利用率。

无论何种特定实施例，必须理解的是此处所公开的各种螺旋凸轮装置，藉由利用关节臂303对水平机械平移轴（即沿着定向在X方向的旋转轴421）的运动曲线（motion profile），提供水平移动功能。藉由运用螺旋凸轮，例如具有经选择的平移段433和停留段431/432的螺旋凸轮401，在卡匣105装载过程期间能够在X方向平移一受控制的量。关节臂303和可旋转杆419之间抓取器组件305的相对旋转位移被螺旋凸轮401所“利用”，实现在关节臂303的所希望的弧形扇区处的受控制的X轴位移量。沿旋转轴421水平移动的时机与范围，可藉由限定凸轮轮廓402从而以适合特定工具需求的方式启动和终止螺旋凸轮401的X方向移动，而可选择地加以决定。

螺旋凸轮401设计成具有单一管状形状，其内部包括线性滑动轴承407，该线性滑动轴承407，以空间有效且隔离线性滑动轴承407而使之不对超洁净区（ultra-clean zone）直接暴露的方式，支撑和导引侧向平移移动，其中容纳在卡匣105中的半导体晶片经由该超洁净区加以传输。此外，螺旋凸轮401的管状形状提供对不同运动曲线需求以简单的方式制造各种凸轮外型（即凸轮轮廓402）的机会。在各个情况下，管状螺旋凸轮401以相同的方式附接至关节臂303，藉此造成多方面适用的结构。应理解的是，藉由运用本发明，对于先前无法与SMIF类型卡匣传输臂整合的工具，现在能够实现基于卡匣传输系统的SMIF传输盒与其相关联的更洁净度和保护半导体晶片的优点。

虽然本发明以若干实施例加以说明，但是应该理解的是，本领域技术人员阅读前述说明书和研究附图时将领悟其各种变化、添加、排列、及等同方案。因此，本发明还包括所有这些落入本发明的精神与范围之内的变化、添加、排列、及等同方案。

Claims (29)

1.一种螺旋凸轮装置，包括：

螺旋凸轮，具有由内部腔及外部表面所限定成的管状部，其中所述外部表面包括凸轮轮廓；

线性滑动组件，具有沿着旋转轴定义的长度，所述线性滑动组件限定成纵向地滑动进入所述螺旋凸轮的所述内部腔，所述线性滑动组件限定成允许所述螺旋凸轮沿着所述旋转轴移动，且防止所述螺旋凸轮相对于所述线性滑动组件的旋转；及

凸轮辊子，固定于邻近所述螺旋凸轮的所述外部表面的位置，所述凸轮辊子配置成与所述线性滑动组件分离，其中所述凸轮辊子位于所述螺旋凸轮的所述凸轮轮廓内，所述凸轮辊子限定成接合所述凸轮轮廓，以在所述线性滑动组件和所述螺旋凸轮相对于所述凸轮辊子一起绕着所述旋转轴旋转时，造成所述螺旋凸轮沿着所述旋转轴移动。

2.如权利要求1所述的螺旋凸轮装置，其中所述凸轮轮廓包括平移段和一个或多个停留段，其中所述平移段限定成在所述螺旋凸轮相对于所述凸轮辊子绕着所述旋转轴旋转时，造成所述螺旋凸轮沿着所述旋转轴的移动，且其中所述一个或多个停留段中的每一者限定成在所述螺旋凸轮相对于所述凸轮辊子绕着所述旋转轴旋转时，维持所述螺旋凸轮沿着所述旋转轴的稳定位置。

3.如权利要求2所述的螺旋凸轮装置，其中所述凸轮轮廓包括一个平移段和两个停留段，所述一个平移段位于所述两个停留段之间，其中所述一个平移段和所述两个停留段沿着所述凸轮轮廓以连续的方式连接。

4.如权利要求2所述的螺旋凸轮装置，其中在平行于所述旋转轴的方向所测得的所述平移段的尺寸界定沿着所述旋转轴的所述轮旋凸轮的平移位移。

5.如权利要求1所述的螺旋凸轮装置，还包括：

抓取器支撑件，其在所述凸轮轮廓之外的位置刚性连接至所述螺旋凸轮的所述外部表面，所述抓取器支撑件限定成固持用于抓持目的物的抓取器组件。

6.如权利要求1所述的螺旋凸轮装置，其中所述线性滑动组件包括：线性滑动体，限定成纵向延伸穿过所述螺旋凸轮的所述内部腔；及线性滑轨，其刚性固定于所述线性滑动体，且定向为在平行于所述旋转轴的方向纵向延伸。

7.如权利要求6所述的螺旋凸轮装置，还包括：

线性滑动轴承，刚性连接至所述螺旋凸轮，所述线性滑动轴承限定成接合所述线性滑轨，以限制所述线性滑动轴承在除了沿着所述线性滑轨的长度之外的方向上的移动，其中所述线性滑动轴承限定为当接合所述线性滑轨时，在平行于所述旋转轴的方向沿着所述线性滑轨的长度自由地移动。

8.如权利要求7的螺旋凸轮装置，其中当所述线性滑动轴承和所述线性滑轨接合在一起时，所述线性滑动轴承和所述线性滑轨限定成共同地防止所述螺旋凸轮相对于所述线性滑动件的旋转。

9.如权利要求1所述的螺旋凸轮装置，其中所述线性滑动组件刚性连接至可旋转杆，所述可旋转杆定向为绕着所述旋转轴旋转，所述可旋转杆延伸穿过关节臂，以使所述可旋转杆的位置相对于所述关节臂是固定的。

10.如权利要求9所述的螺旋凸轮装置，还包括：

凸轮辊子支撑构件，其配置于相对于所述关节臂的固定位置，所述凸轮辊子支撑构件限定为在平行于所述旋转轴的方向沿着所述螺旋凸轮延伸，所述凸轮辊子支撑构件以与所述螺旋凸轮的所述外部表面分开的方式定位，其中所述凸轮辊子在相对于所述关节臂的固定远侧位置连接至所述凸轮辊子支撑构件。

11.如权利要求10所述的螺旋凸轮装置，其中所述凸轮辊子可旋转地连接至销，且其中所述销在相对于所述关节臂的所述固定远侧位置连接至所述凸轮辊子支撑构件。

12.如权利要求11所述的螺旋凸轮装置，其中所述凸轮辊子定向成具有凸轮辊子旋转面内的旋转方向，所述凸轮辊子旋转面定向成平行于包括所述凸轮轮廓的所述螺旋凸轮的所述外部表面的切线。

13.一种加载端口，包括：

关节臂；

可旋转杆，配置成穿过所述关节臂延伸出去，所述可旋转杆限定成绕第一旋转轴旋转；

线性滑动组件，刚性连接至所述可旋转杆，以使所述线性滑动组件的长度远离所述关节臂沿着所述第一旋转轴延伸；

螺旋凸轮，具有由内部腔和外部表面所限定出的管状部，所述螺旋凸轮限定成接收所述线性滑动组件于所述内部腔内，所述线性滑动组件限定成使所述螺旋凸轮能够沿着所述第一旋转轴移动，且防止所述螺旋凸轮相对于所述线性滑动组件的旋转，从而所述螺旋凸轮和所述线性滑动组件二者构造成随所述可旋转杆的旋转一起旋转，且其中所述螺旋凸轮的所述外部表面包括凸轮轮廓；及

凸轮辊子，配置于相对于所述关节臂的固定位置且邻近所述螺旋凸轮的所述外部表面，所述凸轮辊子配置成与所述线性滑动组件和所述可旋转杆分开，其中所述凸轮辊子位于所述螺旋凸轮的所述凸轮轮廓内，所述凸轮辊子限定成接合所述凸轮轮廓，以在藉由所述可旋转杆通过所述线性滑动组件的旋转而相对于所述凸轮辊子旋转所述螺旋凸轮时，造成所述螺旋凸轮沿着所述第一旋转轴的移动。

14.如权利要求13所述的加载端口，其中所述凸轮轮廓包括平移段和一个或多个停留段，其中所述平移段限定成在相对于所述凸轮辊子绕所述第一旋转轴旋转所述螺旋凸轮时造成所述螺旋凸轮沿着所述第一旋转轴移动，且其中所述一个或多个停留段中的每一者限定成在相对于所述凸轮辊子绕所述第一旋转轴旋转所述螺旋凸轮时维持所述螺旋凸轮沿着所述第一旋转轴的稳定位置。

15.如权利要求13所述的加载端口，还包括：

抓取器支撑件，在所述凸轮轮廓之外的位置刚性连接至所述螺旋凸轮的所述外部表面，所述抓取器支撑件限定成固持用以抓持目的物的抓取器组件。

16.如权利要求13所述的加载端口，其中所述线性滑动组件包括：线性滑动体，其限定成纵向延伸穿过所述螺旋凸轮的所述内部腔；及线性滑轨，其刚性固定至所述线性滑动体，且定向成在平行于所述第一旋转轴的方向上纵向延伸。

17.如权利要求16所述的加载端口，还包括：

线性滑动轴承，其刚性连接至所述螺旋凸轮，所述线性滑动轴承限定成接合所述线性滑轨，以限制所述线性滑动轴承在除了沿着所述线性滑轨的长度之外的方向上的移动，其中所述线性滑动轴承限定为当接合所述线性滑轨时，在平行于所述第一旋转轴的方向沿着所述线性滑轨的长度自由地移动。

18.如权利要求13所述的加载端口，还包括：

凸轮辊子支撑构件，配置于相对于所述关节臂的固定位置，所述凸轮辊子支撑构件限定为在平行于所述第一旋转轴的方向沿着所述螺旋凸轮延伸，所述凸轮辊子支撑构件以与所述螺旋凸轮的所述外部表面分开的方式定位，其中所述凸轮辊子在相对于所述关节臂的固定远侧位置连接至所述凸轮辊子支撑构件。

19.如权利要求13所述的加载端口，还包括：

臂滑架，其限定成竖直移动，其中所述关节臂对于定向成平行于所述第一旋转轴的第二旋转轴可旋转地连接至所述臂滑架。

20.如权利要求13所述的加载端口，还包括：

隔离板；及

窗部，形成于所述隔离板内，其中所述关节臂限定成藉由所述臂滑架的竖直移动和所述关节臂绕所述第二旋转轴的旋转的结合，在垂直于所述窗部的竖直面内移动，其中所述第一和所述第二旋转轴二者都垂直于所述关节臂在其内移动的所述竖直面而延伸。

21.一种加载端口操作方法，用以提供目的物的水平位移，所述方法包括：

刚性连接线性滑动组件至可旋转杆，所述可旋转杆由加载端口的关节臂向外延伸，所述可旋转杆具有定向于水平方向的旋转轴；

将具有由内部腔和外部表面所限定出的管状部的螺旋凸轮置于所述线性滑动组件上，以使所述线性滑动组件被接收于所述螺旋凸轮的所述内部腔内，其中所述螺旋凸轮的所述内部腔与所述线性滑动组件接口，以使所述螺旋凸轮沿着所述线性滑动组件的长度可自由移动，且防止所述螺旋凸轮相对于所述线性滑动组件旋转，且其中所述螺旋凸轮的所述外部表面包括凸轮轮廓；及

将凸轮辊子置于相对于所述关节臂的固定位置且邻近所述螺旋凸轮的所述外部表面，以使所述凸轮辊子接合所述螺旋凸轮的所述外部表面的所述凸轮轮廓。

22.如权利要求21所述的加载端口操作方法，还包括：

藉由所述可旋转杆通过所述线性滑动组件的旋转来相对于所述凸轮辊子旋转所述螺旋凸轮，由此所述螺旋凸轮的旋转造成所述轮旋凸轮的所述外部表面的所述凸轮轮廓沿着所述凸轮辊子横移，且造成所述螺旋凸轮在所述水平方向的移动。

23.如权利要求21所述的加载端口操作方法，其中所述凸轮轮廓包括平移段和一个或多个停留段，其中所述平移段限定成在相对于所述凸轮辊子旋转所述螺旋凸轮时造成所述螺旋凸轮在所述水平方向的移动，且其中所述一个或多个停留段中的每一者限定成在相对于所述凸轮辊子旋转所述螺旋凸轮时维持所述螺旋凸轮在所述水平方向的稳定位置。

24.如权利要求23所述的加载端口操作方法，其中所述凸轮轮廓包括一个平移段和两个停留段，所述一个平移段位于所述两个停留段之间，其中所述一个平移段和所述两个停留段以连续的方式沿着所述凸轮轮廓连接。

25.如权利要求23所述的加载端口操作方法，其中在所述水平方向所测得的所述平移段的尺寸界定在所述水平方向的所述螺旋凸轮的平移位移。

26.如权利要求21所述的加载端口操作方法，还包括：

在所述凸轮轮廓之外的位置将抓取器支撑件刚性连接至所述螺旋凸轮的所述外部表面，所述抓取器支撑件限定成固持用以抓持所述目的物的抓取器组件。

27.如权利要求21所述的加载端口操作方法，还包括：

将所述关节臂置于第一角度位置且旋转所述可旋转杆至第一旋转位置，以使所述抓取器组件能够在第一位置抓持所述目的物，其中所述第一旋转位置对应于所述凸轮辊子与相对于所述关节臂所述凸轮轮廓的远侧段接合；

致动所述抓取器组件以抓持所述目的物；

移动所述关节臂至第二角度位置，以移动所述目的物至第二位置；

在移动所述关节臂至所述第二角度位置时旋转所述可旋转杆，其中旋转所述可旋转杆造成所述凸轮轮廓沿着所述凸轮辊子移动，且相应地造成所述螺旋凸轮在所述水平方向由所述关节臂移开，以使所述目的物在所述第一和第二位置之间沿所述水平方向位移。

28.如权利要求27所述的加载端口操作方法，其中在移动所述关节臂时旋转所述可旋转杆，以在所述目的物移动于所述第一和第二位置之间期间维持所述目的物的姿态定向。

29.如权利要求27所述的加载端口操作方法，还包括：

在移动所述关节臂至所述第二角度位置时，同时地竖直移动所述关节臂，以移动所述目的物通过所述加载端口的窗部。

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