CN104380452A - 具有独立能旋转机身中段的机械手系统、设备及方法 - Google Patents

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Abstract

描述电子装置处理系统及机械手设备。此系统及装置适于通过具有能独立旋转的第一及第二悬臂及能独立旋转的第一及第二上臂而有效地取放基板进入双腔室，其中每一上臂具有前臂、腕部构件及端效器，所述端效器适于承载基板，所述基板耦接于端效器。在某些实施例中，悬臂构件和上臂通过共轴驱动轴而驱动。公开共轴及非共轴驱动马达。如多种其它方面，提供操作机械手设备及处理系统的方法。

Description

具有独立能旋转机身中段的机械手系统、设备及方法
相关申请
本国际申请案主张于2012年4月12日提交申请的名称“ROBOT SYSTEMS,APPARATUS,AND METHODS HAVING INDEPENDENTLY ROTATABLEWAISTS”(代理人编号17504/L)的美国临时申请案第61/623,128号的优先权。为了所有的目的，所述美国申请案的内容以全文引用的方式并入本文。
发明领域
本发明涉及一种电子装置生产，且特别是涉及一种适于传送基板的系统、设备及方法。
背景
传统的电子装置生产系统可包括处理工具，所述处理工具具有多个腔室，比如处理腔室，及一个或多个负载锁定腔室。这些处理腔室可以用来在基板上执行任意数量的工艺，比如沉积，氧化，氮化，蚀刻，研磨，清洗，光刻，测量或诸如此类。在此所称的基板为硅晶片，硅板，玻璃面板，及诸如此类。举例来说，在处理工具中，多个上述腔室可以分布在位于中央的传递腔室附近。传递机械手可以座落于传递腔室内，且配置以适于在各个腔室之间传送基板。举例来说，传递可以介于处理腔室之间，或者介于处理腔室与负载锁定腔室之间。传统的狭缝阀可以位于每个对应腔室的入口。要求在这些腔室之间有效率且精准地传送基板，以改善系统产量。
因此，需要用于有效率且精准移动基板的改良系统、设备及方法。
发明内容
本发明的第一方面中，提供一种机械手设备。机械手设备适于在电子装置处理系统中传送基板。机械手设备包括第一悬臂，适于围绕第一旋转轴旋转，第一上臂，所述第一上臂在自所述第一旋转轴偏离的位置处耦接所述第一悬臂，所述第一上臂能围绕第二旋转轴旋转，第一前臂，所述第一前臂耦接所述第一上臂，并适于相对于所述第一上臂围绕第三旋转轴旋转，所述第三旋转轴在自所述第二旋转轴偏离的位置处，第一腕部构件，所述第一腕部构件耦接所述第一前臂，并适于相对于所述第一前臂围绕第四旋转轴旋转，所述第四旋转轴在自所述第三旋转轴偏离的位置处，所述第一腕部构件适于耦接第一端效器，以及第二悬臂，所述第二悬臂适于独立于所述第一悬臂围绕第五旋转轴旋转，第二上臂，所述第二上臂在自所述第五旋转轴偏离的位置处耦接所述第二悬臂，所述第二上臂能围绕第六旋转轴旋转，第二前臂，所述第二前臂耦接并适于相对于所述第二上臂，围绕第七旋转轴旋转，所述第七旋转轴在自所述第六旋转轴偏离的位置处，第二腕部构件，所述第二腕部构件耦接并适于相对于所述第二前臂，围绕第八旋转轴旋转，所述第八旋转轴在自所述第七旋转轴偏离的位置处，所述第二腕部构件适于耦接第二端效器。
根据本发明的另一方面，提出一种电子装置处理系统。电子装置处理系统包括腔室，机械手设备，所述机械手设备至少部分容纳于所述腔室，并适于传送基板进出处理腔室，机械手设备包括第一悬臂，适于围绕第一旋转轴旋转，第一上臂，所述第一上臂在偏离所述第一旋转轴的位置处耦接所述第一悬臂，所述第一上臂能围绕第二旋转轴旋转，第一前臂，所述第一前臂耦接所述第一上臂，并适于相对于所述第一上臂围绕第三旋转轴旋转，所述第三旋转轴在自所述第二旋转轴偏离的位置处，第一腕部构件，所述第一腕部构件耦接所述第一前臂，并适于相对于所述第一前臂围绕第四旋转轴旋转，所述第四旋转轴在自所述第三旋转轴偏离的位置处，所述第一腕部构件适于耦接第一端效器，以及第二悬臂，所述第二悬臂适于独立于所述第一悬臂围绕第五旋转轴旋转，第二上臂，所述第二上臂在自所述第五旋转轴偏离的位置处耦接所述第二悬臂，所述第二上臂能围绕第六旋转轴旋转，第二前臂，所述第二前臂耦接并适于相对于所述第二上臂，围绕第七旋转轴旋转，所述第七旋转轴在自所述第六旋转轴偏离的位置处，第二腕部构件，所述第二腕部构件耦接并适于相对于所述第二前臂，围绕第八旋转轴旋转，所述第八旋转轴在自所述第七旋转轴偏离的位置处，所述第二腕部构件适于耦接第二端效器。
在本发明的另一方面中，提出一种在电子装置处理系统中，传送基板的方法。传送基板的方法包括提供机械手设备，所述机械手设备具有第一悬臂，所述第一悬臂具有与所述第一悬臂能旋转地耦接的第一上臂，与所述第一上臂能旋转地耦接的第一前臂，以及与所述第一前臂能旋转地耦接的第一腕部构件，以及第二悬臂，所述第二悬臂具有与所述第二悬臂能旋转地耦接的第二上臂，与所述第二上臂能旋转地耦接的第二前臂，以及与所述第二前臂能旋转地耦接的第二腕部构件，所述第一悬臂及所述第二悬臂能围绕第一旋转轴旋转，以及围绕所述第一旋转轴相对于所述第二悬臂独立地旋转所述第一悬臂。
根据本发明的上述及其它方面及实施例，提供许多其它特征。根据后续详细说明，后附权利要求及附图，本发明的其它特征及实施例的方面变得更加明显。
附图简单说明
图1A图示根据实施例，一种电子装置处理系统的示意上视图，所述电子装置处理系统包括机械手设备，所述机械手设备提供于传递腔室中。
图1B图示根据实施例，机械手设备的剖面侧视图，显示于折叠方位。
图1C图示根据实施例，一种电子装置处理系统的示意上视图，所述电子装置处理系统包括机械手设备，所述机械手设备具有端效器，以支撑基板同时插入双腔室。
图1D图示根据实施例，一种电子装置处理系统的部分示意上视图，所述电子装置处理系统包括机械手设备，所述机械手设备具有端效器，以支撑基板插入双腔室，其中所述基板中的一个基板在所述腔室中未对准。
图1E图示根据实施例，一种电子装置处理系统的部分示意上视图，所述电子装置处理系统包括机械手设备，所述机械手设备具有端效器，以支撑基板插入双腔室，其中在腔室中基板未对准已被修正。
图1F及图1G分别图示根据实施例，第一腕部构件的上视图及侧视图，所述第一腕部构件具有耦接端效器，用以支撑基板。
图2图示根据实施例，机械手设备的剖面侧视图，所述机械手设备包括偏移驱动马达，显示于折叠方位。
图3图示根据实施例，机械手设备的剖面部分侧视图，所述机械手设备包括垂直Z轴能力。
图4图示流程图，描述根据实施例，在电子装置处理系统中传送基板的方法。
具体描述
如前所讨论，在电子装置生产工艺中，在多个位置之间(比如在腔室之间)提供精准且快速的基板传送是有需求的。虽然现存机械手提供可接受程度的产量，然而目标在于降低整体操作及生产成本。此外，降低系统尺寸也是需要的，使得基板被移动的距离能够减少。再则，通过降低系统尺寸，可以降低材料及制造成本。另外，希望以所需程度的精确度来放置基板在腔室中。然而，有时在传输中，基板在端效器上可能变成不对准。特别是，基板可能滑动且在基板被传送的端效器上变成移位的。因此，上述的不对准可能传递至基板在处理腔室中的不对准。处理腔室中的不对准可能导致处理异常，所以是不希望发生的。
迄今，双机械手，也就是适于传递基板进出双腔室，仍无法对于在端效器上一个或多个基板计算至少横向的不对准。在此所用的双腔室指两个腔室以并列方向布置，其中进行处理的基板，大致上同时进出此双腔室。这些双腔室在相邻的腔室具有大致上平行的小平面。典型的基板处理系统具有两个或更多，四个或更多，六个或更多，或者甚至八个小平面。
尤其是，根据本发明的实施例，端效器，有时称之为“叶片”，可以附接于机械手设备的每一腕部构件，并适于传送安置在每一端效器上的基板，进出相邻的双处理腔室及/或进出相邻的电子装置处理系统中的负载锁定腔室。这里所使用的“负载锁定”为一种用来传递基板进出传递腔室的腔室。
包括水平多关节机械手(SCARA)的传统系统可以仅以一般直线式的方式进出传递腔室，由此限制传统系统的多变性及可调性。此外，在某些系统中，特别是主机架具有大量的双腔室(比如一个或多个双平面，两个或更多个双平面，或甚至三个双平面)，及多个负载锁定腔室，如图1A中所示，不仅仅需要尽量缩小传递腔室，以降低系统成本与尺寸，也需要如上讨论，精准地放置基板在每一对应的双腔室中。特别是，在具有双腔室的电子装置处理系统中，进出双腔室的传递是大致上同时进行，有时一个或多个基板在一个或多个端效器上会变成错置的(比如未置中)。此情形将导致在对应的处理腔室中一个或多个基板的不对准。因此，需要能够调整在一个或两个双处理腔室中的基板不对准。此外，将机械手设备包装在小空间外壳中，成为对现有机械手的一大挑战，同时仍能执行双腔室的基板交换。再者，对于机械手设备需要减少在真空区域内的马达线路，同时减少昂贵的移动密封(比如铁流体密封)。
为了达成上述的一个或多个目的，在第一方面中的一个或多个实施例，针对改善的机械手设备，适于辅助服务双处理腔室。机械手设备包括能独立旋转的第一及第二悬臂，每一所述悬臂围绕共同腰部轴旋转(比如第一旋转轴)。每一所述第一及第二悬臂包括上臂、前臂和腕部构件，所述上臂耦接至所述悬臂的外侧部分，所述前臂耦接至每一对应的上臂，所述腕部构件耦接至每一对应前臂。适于支撑基板的端效器可以耦接对应的腕部构件。
根据某些实施例，可以通过包括驱动轴来提供能独立旋转的第一及第二悬臂的旋转，以及与悬臂耦接的第一及第二上臂的旋转，这些驱动轴为共轴的，且经由传递腔室外部远程位置驱动。再者，适于致使第一及第二悬臂，及所附接的上臂、前臂及腕部构件旋转的对应驱动马达，可以提供于共同区域中(比如在驱动组件中)。驱动马达可以是同轴的，或者分布在驱动组件中。这些高功能性的配置使得机械手及传递腔室的外壳整体尺寸被降低，且可以允许以非直线式方向进入处理腔室及负载锁定腔室，亦即，非直线式方向也就是与腔室小平面不垂直的方向。另外，在一个或多个实施例中，可以降低使用昂贵的密封。根据实施例，在一个优点上，当两个端效器延伸进入双腔室中时，一个或多个端效器的方位可在横向方向(横跨处理腔室)或纵向方向(沿着进入腔室的进入方向)上可以改变/调整，使得在双腔室中，一个或两个基板的不对准可以修正。因此，在一方面中，提供双机械手设备适于辅助服务双腔室，双机械手对于所支撑的一个或两个基板，具有纵向及/或横向不对准修正能力。
在其它方面中，提供电子装置处理系统，所述系统包括所述机械手设备，以及操作所述机械手设备及电子装置处理系统的方法。机械手设备与方法用来在电子装置制造中传送基板进出双腔室，例如介于一组双腔室与另一组双腔室之间及/或负载锁定之间。
机械手设备的各种方面的进一步详细内容，电子装置处理系统，以及根据范例实施例的方法，在此将参考图1A至图4进行说明。
请参照图1A至图1E，根据实施例公开一种电子装置处理系统100的范例实施例。举例来说，电子装置处理系统100用来，并且可配置用以并适于传递基板进出各个腔室，例如进出双处理腔室，及/或进出双负载锁定腔室，及/或介于多个双处理腔室之间，及/或传递基板进出邻近的负载锁定腔室。其它传递组合可以由此设备达成。
电子装置处理系统100可以包括一组或多组双腔室，比如双腔室组106A及106B，双腔室组106C及106D，以及双腔室组106E及106F。电子装置处理系统100包括外壳101，外壳101包括传递腔室102。传递腔室102可以包括顶部、底部及侧壁，以及，在某些实施例中，举例而言，传递腔室102可以维持于真空。具有多个手臂的机械手设备104至少部分容纳于传递腔室102中，以及适于在传递腔室102中能操作，用以传递基板。机械手设备104可以适于取放基板105A、105B(有时称之为“晶片”或“半导体晶片”，或“玻璃基板”)进出目标位置。然而，任何类型的基板都可以由机械手设备104进行运输或传递。
目标位置可以是耦接传递腔室102的任一双腔室。举例来说，目标可以是一个或多个双处理腔室组106A及106B，双处理腔室组106C及106D，以及双处理腔室组106E及106F，及/或一个或多个负载锁定腔室108，这些腔室，腔室组可以围绕传递腔室102分配且耦接传递腔室102。如图所示，传递进出每一双腔室组106A及106B、双腔室组106C及106D以及双腔室组106E及106F，以及负载锁定腔室108，举例来说，可以穿过狭缝阀109。狭缝阀109是传统的结构，在此不再进一步叙述。图1B图示机械手设备104的剖面侧视图。图1B的视图显示处于折叠状态，已准备好插入基板至双腔室组(比如106A及106B)。
再次参照图1A，处理腔室106A～106F可以适于在基板105A、105B及其它基板上执行任意数量的工艺，比如沉积、氧化、氮化、蚀刻、研磨、清洗、光刻、测量或诸如此类。也可以执行其它工艺。负载锁定腔室108可以适于连接工厂接口110或其它系统组件，这些系统组件可以容纳基板(比如基板105A、105B)，所述基板来自停泊于工厂接口110的一个或多个加载端口的一个或多个基板载体112(比如晶片传送盒，Front Opening Unified Pods(FOUPs))。另一适当的机械手(如虚线框所示)可以用来在基板载体112和负载锁定108之间传递多个基板，如箭头114表示。基板传递可以任何顺序进行或如箭头114所示的方向进行。
再次参照图1A至图1E，机械手设备104可以包括基部116，基部116可以包括凸缘或其它附接特征，所述其它附接特征适于附接且固定于外壳101的外墙117(比如地板)，外壳101形成传递腔室102的一部分。机械手设备104包括第一悬臂118及第二悬臂119，在此所述的实施例中，各为大致刚性的悬臂梁。第一悬臂118适于独立围绕第一旋转轴120，相对于基部116及/或外壁117旋转，且兼具顺时针或逆时针旋转方向。同样地，第二悬臂119适于独立围绕第一旋转轴120，相对于基部116及/或外壁117旋转，且兼具顺时针或逆时针旋转方向。第一及第二悬臂118、119的旋转可以是正/负360度或更多。在此所述的实施例，第一旋转轴120为固定的。此实施例的机械手设备104并不包括Z轴的能力，在多个处理腔室106A-106F及负载锁定腔室108中，应该搭配使用升降杆、移动平台或诸如此类。
第一悬臂118在X-Y平面围绕第一旋转轴120的旋转，可以由任何适合的动力构件来提供，比如由第一悬臂驱动马达118M旋转第一悬臂驱动组件的悬臂驱动轴118S的动作来提供。第一悬臂驱动马达118M可以是传统可变磁阻马达或永久磁铁电动马达。其它类型的马达也可以使用。可以由从控制器122提供至第一悬臂驱动马达118M的适当指令，来控制第一悬臂118的旋转。控制器122可以提供位置指令至每一对应的驱动马达，且控制器122可以从适当的位置编码器或传感器经由线束122A接收位置反馈信息。举例来说，第一悬臂驱动马达118M可以容纳于马达外壳123中，马达外壳123耦接至基部116。可以提供任何适合型态的反馈装置，以确定第一悬臂118的精确旋转位置。举例来说，旋转编码器可以耦接在马达外壳123与第一悬臂驱动轴118S之间。旋转编码器可以是磁性的、光学的或诸如此类。在某些实施例中，马达外壳123及基部116可以是一体成型制成。在其它实施例中，基部116可以与传递腔室102的外壁117整合制成。
同样地，第二悬臂119在X-Y平面围绕第一旋转轴120的旋转，可以由任何适合的动力构件来提供，比如由第二悬臂驱动马达119M旋转第二悬臂驱动组件的第二悬臂驱动轴119S的动作来提供。第二悬臂驱动马达119M可以是传统可变磁阻马达或永久磁铁电动马达。其它型态的马达也可以使用。可以由从控制器122提供至第二悬臂驱动马达119M的适当指令，来控制第二悬臂119的旋转。控制器122可以从适当的位置编码器或传感器经由线束122A接收位置反馈信息。
第一上臂128装设并旋转地耦接于第一位置，第一位置与第一旋转轴120间隔(比如位于第一悬臂118的外侧端)。第一上臂128适于在相对于第一悬臂118的X-Y平面上，围绕位于第一位置的第二旋转轴130旋转。第一上臂128由第一上臂驱动组件，在相对于第一梁118的X-Y平面上能独立旋转。
第一上臂128在X-Y平面围绕第二旋转轴130的旋转，可由任何适合的动力构件来提供，比如由第一上臂驱动马达128M旋转第一上臂驱动轴128S的动作来达成。第一上臂驱动马达128M可以是传统可变磁阻马达或永久磁铁电动马达。其它型态的马达也可以使用。可通过从控制器122提供至第一上臂驱动马达128M的适当指令，来控制第一上臂128的旋转。控制器122可以从耦接至第一上臂驱动轴128S的适当的位置编码器或传感器，经由线束122A接收位置反馈信息。
第一上臂驱动组件可以包括任何适合的结构，以驱动第一上臂128。举例来说，第一上臂驱动组件可以包括第一上臂驱动马达128M的转子，所述转子耦接至第一上臂驱动轴128S。第一上臂驱动组件还可以包括第一上臂驱动构件128A、第一上臂从动构件128B及第一上臂传动元件128T。第一上臂驱动构件128A可以耦接至第一上臂驱动轴128S，然而第一上臂从动构件128B可以是自第一上臂128主体延伸出来的导引件。举例而言，在此所述的实施例中，第一上臂驱动构件128A可以是皮带轮，所述皮带轮与第一上臂驱动轴128S耦接或是整合。第一上臂传动元件128T连接在第一上臂驱动构件128A与第一上臂从动构件128B之间。第一上臂传动元件128T可以是一条或多条皮带或套带，例如是两条反向缠绕的传统金属带，其中每一套带在套带端部刚性地耦接(比如钉住)构件128A、128B。
第一前臂132装设并旋转地耦接于一位置，此位置与第二旋转轴130间隔(比如位于第一上臂128的外侧端)。第一前臂132适于在相对于第一上臂128的X-Y平面上，围绕位于上述间隔位置的第三旋转轴134旋转。第一前臂132由第一上臂驱动组件，在相对于第一上臂118的X-Y平面上能旋转。
特别的是，第一前臂132适于围绕第三旋转轴134，以顺时针或逆时针旋转方向旋转。旋转可以是正/负约140度。第一前臂132围绕第三旋转轴134的旋转可以由前臂驱动组件的动作提供。前臂驱动组件包括第一前臂驱动构件132A及第一前臂从动构件132B，第一前臂驱动构件132A及第一前臂从动构件132B由第一前臂传动元件132T连接。第一前臂驱动构件132A可以是皮带轮，皮带轮刚性地耦接第一梁118，比如皮带轮由轴在第一前臂驱动构件132A的底部刚性地耦接第一梁118。可以使用其他刚性连接的方式。第一前臂从动构件132B可以是从第一前臂132的主体延伸的导引件，比如在第一前臂的底部。第一前臂传动元件132T可以是一条或多条皮带。在某些实施例中，一条或多条皮带可以是第一及第二钢带，以相反方向缠绕于第一前臂驱动构件132A和第一前臂从动构件132B，其中每一钢带为不连续，且在对应的端部钉在每一构件132A、132B。
第一腕部构件136定位在与第三旋转轴134间隔(比如偏离)(比如在第一前臂132的外侧端上)的位置。第一腕部构件136适于在相对于基部116的X-Y平面上平移，且耦接第一端效器138。第一腕部构件136也适于相对于第一前臂132，围绕第四旋转轴140相对旋转。如图1F及图1G所示，第一腕部构件136可以在第四旋转轴140外侧的一个点处耦接第一端效器138(或者称之为叶片)，其中在取放操作期间，第一端效器138适于承载及传送基板105B(以虚线表示)。
第一腕部构件136及从而第一端效器138的旋转，由第一腕部构件驱动组件所给予。第一腕部构件136适于由第一腕部构件驱动组件，围绕第四旋转轴140，相对于第一前臂132以顺时针或逆时针旋转方向旋转。旋转可以是正/负约140度。特别的是，第一前臂132与第一腕部构件136之间的相对旋转使得第一腕部构件136与耦接的第一端效器136及所支撑的基板105B，在Y方向平移进入处理腔室106B，如图1C所示。通过第一悬臂118的转动及第一上臂驱动组件的致动，其它方向的平移是可能的。
在此所述的实施例中，第一腕部构件驱动组件包括，较佳如图1B所示，第一腕部构件驱动构件136A及第一腕部构件从动构件136B，由第一腕部构件传动元件136T连接。第一腕部构件驱动构件136A可以是皮带轮，刚性地耦接第一上臂128，比如由轴在第一腕部构件驱动构件136A的底部刚性地耦接第一上臂128。也可以使用其它刚性连接的方式。第一腕部构件从动构件136B可以是皮带轮，耦接自第一腕部构件136主体延伸出来的导引件。第一腕部构件传动元件136T可以是一条或多条皮带。在某些实施例中，一条或多条皮带可以是第一及第二钢带，如上所述，以相反方向缠绕于第一腕部构件驱动构件136A及第一腕部构件从动构件136B。
如图1B所示，第一悬臂118、第一上臂128及第一前臂132在折叠配置下都容纳于第二悬臂119与第二上臂142之间，如图1A及图1B所示。再加上，第一旋转轴及第三旋转轴134在折叠配置下可以为共轴。在此所述的实施例中，第一悬臂118、第一上臂128及第一前臂132为等长，这是以中心至中心方式而测量的。然而，可以识别的是，第一悬臂118从第一旋转轴120至第二旋转轴130中心至中心的长度，可以不同于第一上臂128及第一前臂132中心至中心的长度，也就是第二旋转轴130及第三旋转轴134之间的长度，与第三旋转轴134及第四旋转轴140之间的长度。
举例而言，为了完全补偿在处理腔室106B中基板105B上的任何不对准，第一悬臂118的中心至中心长度可以比第一上臂128的中心至中心长度长。举例来说，第一悬臂118的中心至中心长度可以比第一上臂128的中心至中心长度长10％或更长。
请再参照图1A及图1B，第二上臂128装设并旋转地耦接于第一位置，第一位置与第一旋转轴120间隔(比如位于第二悬臂119的外侧端)。第二上臂142可以具有与第一上臂128相同的中心至中心尺寸。第二上臂142适于在相对于第二悬臂119的X-Y平面上，围绕位于第一位置的第五旋转轴144旋转。第二上臂144由第二上臂驱动组件，在相对于第二梁119的X-Y平面上能独立旋转。
第二上臂142在X-Y平面围绕第五旋转轴144的旋转，可由任何适合的动力构件来提供，比如由第二上臂驱动马达142M旋转第二上臂驱动轴142S的动作来达成。第二上臂驱动马达142M可以是传统可变磁阻马达或永久磁铁电动马达。其它型态的马达可以使用。可以由从控制器122提供至第二上臂驱动马达142M的适当指令，来控制第二上臂142的旋转。控制器122还可以从耦接至第二上臂驱动轴142S的适当的位置编码器或传感器，经由线束122A接收位置反馈信息。
第二上臂驱动组件可以包括任何适合的结构，以驱动第二上臂142。举例来说，第二上臂驱动组件可以包括第二上臂驱动马达142M的转子，所述转子耦接至第二上臂驱动轴142S。第二上臂驱动组件还可以包括第二上臂驱动构件142A、第二上臂从动构件142B及第二上臂传动元件142T。第二上臂驱动构件142A可以耦接至第二上臂驱动轴142S，然而第二上臂从动构件142B可以是自第二上臂142主体延伸出来的导引件。举例而言，在此所述的实施例中，第二上臂驱动构件142A可以是皮带轮，所述皮带轮与第二上臂驱动轴142S耦接或是整合。第二上臂传动元件142T连接在第二上臂驱动构件142A与第二上臂从动构件142B之间。第二上臂传动元件142T可以是一条或多条皮带或套带，例如是两条反向缠绕的传统金属带，其中每一套带在套带端部刚性地耦接(比如钉住)构件142A、142B。
第二前臂148装设并旋转地耦接于一位置，此位置与第五旋转轴144间隔(比如位于第二上臂142的外侧端)。第二前臂148适于在相对于第二上臂142的X-Y平面上，围绕位于上述间隔位置的第六旋转轴150旋转。第二前臂148由第二前臂驱动组件，在相对于第二上臂142的X-Y平面上能旋转。
特别的是，第二前臂142适于围绕第五旋转轴144，以顺时针或逆时针旋转方向旋转。旋转可以是正/负约140度。第二前臂148围绕第六旋转轴150的旋转可以由第二前臂驱动组件的动作提供。第二前臂驱动组件包括第二前臂驱动构件148A及第二前臂从动构件148B，第二前臂驱动构件148A和第二前臂从动构件148B由第二前臂传动元件148T连接。第二前臂驱动构件148A可以是皮带轮，所述皮带轮刚性地耦接第二悬臂119，比如由轴在第二前臂驱动构件148A的底部耦接第二悬臂119。也可以使用其它刚性连接的方式。第二前臂从动构件148B可以是自第二前臂142主体延伸出来的导引件，比如位于第二前臂142的底端。第二前臂传动元件148T可以是一条或多条皮带。在某些实施例中，一条或多条皮带可以是第一及第二钢带，以相反方向缠绕于第二前臂驱动构件148A及第二前臂从动构件148B，其中每一钢带为不连续，且在对应的端部钉在每一构件148A、148B。
第二腕部构件152定位于与第六旋转轴150间隔(比如偏离)(比如在第二前臂148的外侧端上)的位置。第二腕部构件152适于在相对于基部116的X-Y平面上平移，且耦接第二端效器154。第二端效器154可以与图1F及图1G中所述的第一端效器138相同。第二腕部构件152适于相对于第二前臂148，围绕第七旋转轴156相对旋转。第二腕部构件152可以在离第七旋转轴156外侧的一个点处耦接第一端效器138，其中在取放操作期间，第二端效器154适于承载及传送基板105A(以虚线表示)。
对于第一及第二端效器138、154的适当结构的进一步描述，可以参照PCT专利案公开号WO2010/081003，标题为“Systems,Apparatus,and Methods ForMoving Substrates(移动基板的系统、设备与方法)”。然而，第一及第二端效器138、154可以是任何适当结构。第一及第二端效器138、154可以是被动的，或可以包括任何适当主动手段以固持基板105A、105B，所述适当主动手段比如机械夹持机构或静电固持能力。第一及第二端效器138、154可以通过任何适当手段分别耦接第一及第二腕部构件136，152，所述手段比如机械固定、黏合、夹持等。可选择性地，对应腕部构件136、152与端效器138、154可以通过一体成型的方式形成而彼此耦接。
第二腕部构件152及从而第二端效器154的旋转，是由第二腕部构件驱动组件所给予。第二腕部构件152适于由第二腕部构件驱动组件，围绕第七旋转轴156，相对于第二前臂148以顺时针或逆时针方向旋转。旋转可以是正/负约140度。特别的是，第二前臂148与第二腕部构件152之间的相对旋转使得第二腕部构件152与耦接的第二端效器154，在Y方向平移进入处理腔室106A，如图1C所示。
在此所述的实施例中，第二腕部构件驱动组件包括，较佳如图1B所示，第二腕部构件驱动构件152A及第二腕部构件从动构件152B，第二腕部构件驱动构件152A及第二腕部构件从动构件152B由第二腕部构件传动元件152T连接。第二腕部构件驱动构件152A可以是皮带轮，所述皮带轮刚性地耦接第二上臂142，比如由轴在第二腕部构件驱动构件152A的底部耦接第二上臂142。也可以使用其它刚性连接的方式。第二腕部构件从动构件152B可以是皮带轮，皮带轮耦接自第二腕部构件152主体延伸出来的导引件。第二腕部构件传动元件152T可以是一条或多条皮带。在某些实施例中，所述一条或多条皮带可以是第一及第二钢带，如上所述，第一及第二钢带以相反方向缠绕于第二腕部构件驱动构件152A及第二腕部构件从动构件152B。
如图1B所示，第二悬臂119可以包括实质相当高的间隔构件119A，使得第一悬臂118、第一上臂128及第一前臂132能够缩回在第二上臂142下方。然而，在某些实施例中，第一及第二上臂128、142的端部可以比悬臂118，119短，且可以在相同垂直的平面上对准。
在操作上，为了移动第二端效器154至所需的目的地以拾取基板105A，第二上臂142及第二前臂124可以致动足够的量，由此平移第二腕部构件154，以从腔室106A取放基板105A。可以在同一时间第一腕部构件136平移进入处理腔室106B。当第一及第二腕部构件136、152同时插入处理腔室106A、106B，以将基板105A、105B放置在所需的目的地位置，移动升降杆或移动托架升起以接触基板105A、105B，并将基板自端效器138、154升起，使得端效器138、154可以缩回。机械手设备104的第一及第二悬臂118、119，接着可以旋转(比如同时)至另一组处理腔室(比如处理腔室106E、106F)的位置，以拾取基板(比如基板上已完成处理)，且举例来说，传递基板至负载锁定腔室108。
在图1A至图1C所述的实施例，机械手设备104如所示位于且容纳在传递腔室102中。然而，可以看出本实施例的机械手设备104，可以有益地应用于电子装置生产的其它区域，比如在工厂接口110中，其中机械手设备104，举例来说，可以在处理系统的加载端口和负载锁定腔室108之间传送基板105。在此所述的机械手设备104也能够具有其它传送的用途。
图1D至图1E图示在处理系统100中一个或多个实施例的机械手设备104的不对准修正能力。根据下面描述将更加明确，第一及第二悬臂118、119可以旋转以将基板105A、105B与双腔室106A、106B(参见图1A)对准。第一及第二上臂驱动组件接着可以致动以平移基板105A、105B，进入双腔室106A、106B，如图1D所示。
在所述的实施例中，基板105B如所示，错置在第一端效器138上。在处理腔室106B中不对准的角度或范围可以基于任何适当的基板位置确定技术来确定，比如描述于美国专利第7,933,002号，Serebryanov等所发明，标题为“MethodAnd Apparatus For Verifying Proper Substrate Positioning(确认适当基板位置的方法与设备)”。在X方向(dx)的位置不对准可以确定，及/或在Y方向(dy)的位置不对准可以确定(参见图1D)。一旦确定后，X方向(dx)及/或Y方向(dy)的位置不对准可以修正。基板105B被显示在X及Y方向以数值(dx)及(dy)不对准。机械手设备104可以修正(dx)及(dy)中的任一个或两个。
图1E图示在X及Y方向的不对准(dx)及(dy)，由机械手设备104修正。特别的是，当已知数值(dx)及(dy)，第一悬臂118可以利用第一悬臂驱动马达118M旋转一角度158以修正(dx)。不对准(dy)可以通过利用第一上臂驱动马达128M旋转第一上臂128且因此平移第一端效器138而修正。不对准(dx)及(dy)在腔室106B中，可以任意顺序或同时修正。当在腔室106B中适当的对准已达成，升降杆(未图示)或其它适合升降设备，可以自端效器108升起基板105B。同样地，在腔室106A中基板105A出现的任何不对准(dx)及(dy)，可以由第二悬臂119及/或第二上臂142的适当旋转而修正。在腔室106A、106B中基板105A、105B出现的任何不对准(dx)及(dy)可以同时修正。当不对准已修正，且基板被升起，端效器138、154可以自腔室106A、106B缩回。接着悬臂118、119可以旋转至腔室102中另一位置。悬臂118、119可以一起移动。
显而易见地，由于在所述的实施例中，每一驱动马达118M、119M、128M及142M合并于马达外壳123中，这些马达可以电性耦接直接通过单一密封电气连接160，所述单一密封电气连接160穿过马达外壳123。因此，用来供应电力至马达的传统滑动环组件是不需要的。此外，由于轴118S、119S、128S及142S为共轴，且马达配置于马达外壳中，耦接线路不须穿入多个上臂、前臂等。因此，提供简单的结构。此外，由于所有驱动马达118M、119M、128M及142M提供于真空中，密闭的密封件(比如铁流体密封件)的使用可以避免。
驱动轴118S、119S、128S及142S，第一及第二悬臂118、119，及第一及第二上臂128、142，第一及第二前臂132、148，与第一及第二腕部构件136、152可以由适当的旋转容纳轴承来支撑转动。可以使用任何适当的轴承，比如滚珠轴承。举例来说，可以使用密封的滚珠轴承。
图2图示机械手设备204的替代实施例。除了驱动马达组件包括围绕多个驱动轴布置的驱动马达，且这些驱动轴非共轴，所有部件与前述实施例相同。举例而言，第一悬臂218由驱动马达218M而驱动，驱动马达218M布置于第一悬臂驱动轴218S的后方。第二悬臂219可由驱动马达219M而驱动，驱动马达219M可布置于第一悬臂驱动轴219S的右方(如图示)。第一上臂228可以由驱动马达228M而驱动，驱动马达228M可布置于第一上臂驱动轴228S的前方(虚线表示)。第二上臂242可由驱动马达242M而驱动，驱动马达242M可布置于第二上臂驱动轴228S的左方(如图示)。也可以使用其它的马达布置。举例来说，两个马达可以布置在每一边，或者两个在前方，两个在一边或诸如此类。驱动马达218M、219M、228M、242M可以是任意适合的类型，以及可以包含内部位置反馈能力。举例而言，驱动马达218M、219M、228M、242M可以是传统可变磁阻马达或永久磁铁电动马达。也可以使用其它类型的马达。
图3图示机械手设备304还可以包括垂直的马达365及垂直的驱动机构368，所述垂直的驱动机构368配置用以及适于致使第一及第二悬臂318、319及耦接的第一及第二上臂(未图示)，第一及第二前臂(未图示)，第一及第二腕部构件(未图示)，与第一及第二端效器(未图示)的垂直移动(沿着Z轴)。第一及第二悬臂318、319，第一及第二上臂，第一及第二前臂，第一及第二腕部构件，与第一及第二端效器，可以与提供于图1B的实施例相同。垂直的驱动机构368可以包括蜗杆传动、导螺杆、滚珠螺杆或齿轮齿条机构，当垂直的驱动机构368由垂直的马达365而旋转时，致使马达外壳323沿着Z方向垂直平移。膜盒370或其它适合的真空屏障可以用来容纳垂直的移动，也可以做为腔室与外部马达外壳372的内部之间的真空屏障，外部马达外壳372的内部可以处于大气压力。一个或多个平移容纳装置374，比如线性轴承、轴衬或其它线性移动限制装置可以用来限制马达外壳323的移动，致使垂直的移动仅沿着Z方向。在此所述的实施例，导螺杆376可以与导螺母378啮合，所述导螺母378装配于马达外壳323。垂直的马达365可以包括旋转的反馈，以提供垂直的位置反馈信息给控制器322。相同型态的Z轴能力也可以加入图2中的实施例。
提供根据实施例的电子装置处理系统中传送基板的方法400，且参照图4进行描述。方法400包括在402中，提供机械手设备，所述机械手设备具有第一悬臂，所述第一悬臂具有与第一悬臂旋转耦接的第一上臂，与第一上臂旋转耦接的第一前臂，及与第一前臂旋转耦接的第一腕部构件，以及第二悬臂，第二悬臂具有与第二悬臂旋转耦接的第二上臂，与第二上臂旋转耦接的第二前臂，及与第二前臂旋转耦接的第二腕部构件，第一悬臂及第二悬臂能围绕第一旋转轴旋转，以及在404中，围绕第一旋转轴相对于第二悬臂独立旋转第一悬臂。
在406中，当第一端效器(比如第一端效器138)，及第二端效器(比如第二端效器154)，两个都插入双腔室(比如双腔室106A、106B)时，第一悬臂(比如第一悬臂118)，第二悬臂(比如第二悬臂119)，或两个可以旋转，以修正在双腔室的一个或两个中的基板不对准。
显而易见地，利用在此所述的机械手设备，可以完成取放基板进出双腔室，且由于机械手手臂可以做得更短，机械手设备的整体尺寸，且因而容纳机械手设备的腔室可以缩减。在某些实施例中，此方法可以通过同时旋转第一及第二上臂(比如第一及第二上臂128、142)而实施，以同时进行基板进出双腔室(比如并列的)的取放操作。
前述的说明书仅公开本发明的示例实施例。在不脱离本发明的范围内，前述公开的系统、设备及方法的修改与润饰，对于本领域的技术人员而言，显然可以轻易达成。因此，虽然本发明已以较佳实施例公开，可以理解的是，其它实施例可能落入后附权利要求所定义本发明的范围。

Claims (15)

1.一种机械手设备，包括：
第一悬臂，适于围绕第一旋转轴旋转；
第一上臂，所述第一上臂在自所述第一旋转轴偏离的位置处耦接所述第一悬臂，所述第一上臂能围绕第二旋转轴旋转；
第一前臂，所述第一前臂耦接所述第一上臂，并适于相对于所述第一上臂围绕第三旋转轴旋转，所述第三旋转轴在自所述第二旋转轴偏离的位置处；
第一腕部构件，所述第一腕部构件耦接所述第一前臂，并适于相对于所述第一前臂围绕第四旋转轴旋转，所述第四旋转轴在自所述第三旋转轴偏离的位置处，所述第一腕部构件适于耦接第一端效器；
第二悬臂，所述第二悬臂适于独立于所述第一悬臂围绕第五旋转轴旋转；
第二上臂，所述第二上臂在自所述第五旋转轴偏离的位置处耦接所述第二悬臂，所述第二上臂能围绕第六旋转轴旋转；
第二前臂，所述第二前臂耦接所述第二上臂，并适于相对于所述第二上臂围绕第七旋转轴旋转，所述第七旋转轴在自所述第六旋转轴偏离的位置处；以及
第二腕部构件，所述第二腕部构件耦接所述第二前臂，并适于相对于所述第二前臂围绕第八旋转轴旋转，所述第八旋转轴在自所述第七旋转轴偏离的位置处，所述第二腕部构件适于耦接第二端效器。
2.如权利要求1所述的机械手设备，包括：
驱动组件，所述驱动组件具有
第一悬臂驱动组件，所述第一悬臂驱动组件具有第一悬臂驱动轴，适于致使所述第一悬臂相对于所述第二悬臂独立旋转；以及
第二悬臂驱动组件，所述第二悬臂驱动组件具有第二悬臂驱动轴，适于致使所述第二悬臂相对于所述第一悬臂独立旋转。
3.如权利要求1所述的机械手设备，包括：
驱动组件，所述驱动组件具有
第一上臂驱动组件，所述第一上臂驱动组件包括第一上臂驱动马达和第一上臂驱动轴，所述第一上臂驱动马达的转子耦接所述第一上臂驱动轴，以及所述第一上臂驱动马达的定子固定装配在马达外壳中。
4.如权利要求3所述的机械手设备，其中所述驱动组件还包括：
第二上臂驱动组件，所述第二上臂驱动组件包括第二上臂驱动马达和第二上臂驱动轴，所述第二上臂驱动马达的转子耦接所述第二上臂驱动轴，以及所述第二上臂驱动马达的定子固定装配在马达外壳中。
5.如权利要求1所述的机械手设备，其中第一悬臂驱动轴、第二悬臂驱动轴、第一上臂驱动轴及第二上臂驱动轴每一个能围绕所述第一旋转轴独立旋转。
6.如权利要求1所述的机械手设备，其中所述第一前臂和所述第一腕部构件适于回应所述第一上臂的旋转而旋转。
7.如权利要求1所述的机械手设备，其中所述第二前臂和所述第二腕部构件适于回应所述第二上臂的旋转而旋转。
8.如权利要求1所述的机械手设备，所述机械手设备包括第一前臂驱动组件，所述第一前臂驱动组件具有第一前臂驱动构件、第一前臂从动构件及第一前臂传动元件，所述第一前臂驱动构件刚性地耦接所述第一悬臂，并且所述第一前臂传动元件连接于所述第一前臂驱动构件与所述第一前臂从动构件之间。
9.如权利要求1所述的机械手设备，所述机械手设备包括第二前臂驱动组件，所述第二前臂驱动组件具有与所述第二悬臂刚性地耦接的第二前臂驱动构件，所述第二前臂的第二前臂从动构件，及第二前臂传动元件，所述第二前臂传动元件连接于所述第二前臂驱动构件与第二前臂被驱动部件之间。
10.如权利要求1所述的机械手设备，所述机械手设备包括第一腕部驱动组件，所述第一腕部驱动组件具有第一腕部驱动构件、第一腕部从动构件及第一腕部构件传动元件，所述第一腕部驱动构件刚性地耦接所述第一上臂，所述第一腕部构件传动元件连接于所述第一腕部驱动构件与所述第一腕部从动构件之间。
11.如权利要求1所述的机械手设备，所述机械手设备包括第二腕部驱动组件，所述第二腕部驱动组件具有第二腕部驱动构件、第二腕部从动构件及第二腕部构件传动元件，所述第二腕部驱动构件刚性地耦接所述第二上臂，所述第二腕部构件传动元件连接于所述第二腕部驱动构件与所述第二腕部从动构件之间。
12.一种电子装置处理系统，包括：
腔室；
机械手设备，至少部分容纳于所述腔室，并适于传送基板进出处理腔室，所述机械手设备包括：
第一悬臂，适于围绕第一旋转轴旋转；
第一上臂，所述第一上臂在自所述第一旋转轴偏离的位置处耦接所述第一悬臂，所述第一上臂能围绕第二旋转轴旋转；
第一前臂，所述第一前臂耦接所述第一上臂，并适于相对于所述第一上臂围绕第三旋转轴旋转，所述第三旋转轴在自所述第二旋转轴偏离的位置处；
第一腕部构件，所述第一腕部构件耦接所述第一前臂，并适于相对于所述第一前臂围绕第四旋转轴旋转，所述第四旋转轴在自所述第三旋转轴偏离的位置处，所述第一腕部构件适于耦接第一端效器；以及
第二悬臂，所述第二悬臂适于独立于所述第一悬臂围绕所述第五旋转轴旋转；
第二上臂，所述第二上臂在自所述第五旋转轴偏离的位置处耦接所述第二悬臂，所述第二上臂能围绕第六旋转轴旋转；
第二前臂，所述第二前臂耦接所述第二上臂，并适于相对于所述第二上臂围绕第七旋转轴旋转，所述第七旋转轴在自所述第六旋转轴偏离的位置处；以及
第二腕部构件，所述第二腕部构件耦接所述第二前臂，并适于相对于所述第二前臂围绕第八旋转轴旋转，所述第八旋转轴在自所述第七旋转轴偏离的位置处，所述第二腕部构件适于耦接第二端效器。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述机械手设备包括驱动组件，所述驱动组件具有：
第一悬臂驱动组件，所述第一悬臂驱动组件具有第一悬臂驱动轴，适于致使所述第一悬臂的独立旋转；以及
第二悬臂驱动组件，所述第二悬臂驱动组件具有第二悬臂驱动轴，适于致使所述第二悬臂的独立旋转。
14.如权利要求12所述的系统，包括：
驱动组件，所述驱动组件具有
第一上臂驱动组件，所述第一上臂驱动组件包括第一上臂驱动马达和第一上臂驱动轴，所述第一上臂驱动马达的转子耦接所述第一上臂驱动轴，以及所述第一上臂驱动马达的定子固定装配在马达外壳中；以及
第二上臂驱动组件，所述第二上臂驱动组件包括第二上臂驱动马达和第二上臂驱动轴，所述第二上臂驱动马达的转子耦接所述第二上臂驱动轴，以及所述第二上臂驱动马达的定子固定装配在所述马达外壳中。
15.一种在电子装置处理系统中传送基板的方法，包括：
提供机械手设备，所述机械手设备具有第一悬臂，所述第一悬臂具有与所述第一悬臂能旋转地耦接的第一上臂，与所述第一上臂能旋转地耦接的第一前臂，以及与所述第一前臂能旋转地耦接的第一腕部构件，以及第二悬臂，所述第二悬臂具有与所述第二悬臂能旋转地耦接的第二上臂，与所述第二上臂能旋转地耦接的第二前臂，以及与所述第二前臂能旋转地耦接的第二腕部构件，所述第一悬臂及所述第二悬臂能围绕第一旋转轴旋转；以及
围绕所述第一旋转轴相对于所述第二悬臂独立地旋转所述第一悬臂。
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