CN109153131A - 具有减少的破裂的机械手子组件、终端受动器组件及方法 - Google Patents

Abstract

一种机械手子组件包括陶瓷或玻璃终端受动器的横摆、纵倾和/或垂直方位的调整能力。所述机械手子组件包括机械手部件、耦接至机械手部件的安装板、及耦接至安装板的易碎陶瓷或玻璃终端受动器，其中安装板包括相对于机械手部件的可调整方位。揭露调整机械手部件与终端受动器之间的方位的方法以及数种其他方面。

Description

具有减少的破裂的机械手子组件、终端受动器组件及方法

相关申请

本申请要求享有于2016年5月5日申请的名称为“ROBOT SUBASSEMBLIES,ENDEFFECTOR ASSEMBLIES,AND METHODS WITH REDUCED CRACKING(具有减少的破裂的机械手子组件、终端受动器组件及方法)”的印度专利申请第201641015705号(代理案号23944IN/CHC)，以及于2016年8月1日申请的名称为“ROBOT SUBASSEMBLIES,END EFFECTORASSEMBLIES,AND METHODS WITH REDUCED CRACKING(具有减少的破裂的机械手子组件、终端受动器组件及方法)”的美国专利申请第15/225,394号(代理案号23944USA/CHC)的优先权和权益，在此为了所有目的通过引用将它们的公开内容整体并入本文。

技术领域

本公开内容涉及电子装置的制造，且更特定而言，涉及可调整的机械终端受动器组件及用于调整易碎的陶瓷或玻璃终端受动器的方位的方法。

背景技术

在电子装置、产品及存储器制品的制造中，这些半导体晶片(例如基板-图案化的和非图案化的)的前体制品可通过一个或更多个机械手设备而传输于工具的各种腔室之中。举例而言，可从一个处理腔室传输至传送腔室内、从装载锁定室传输至处理腔室或从基板载具传输至工厂接口中的装载口。在这样的机械传输期间，基板置于耦接至机械手的臂部件的机械终端受动器上。举例而言，在现有技术的机械手中，终端受动器可耦接至机械手的可移动部件，诸如机械手腕部。在一些情况中，终端受动器由氧化铝材料制成，以便承受可能存在于操作环境中的高温及腐蚀性环境暴露。然而，现有的氧化铝终端受动器(或称为“叶片”)可能倾向于相对高的损坏率。

因此，需要具有减小的损坏倾向的终端受动器设备、系统及方法。

发明内容

根据第一方面，提供一种机械手子组件。所述机械手子组件包括：机械手部件；耦接至机械手部件的安装板，其中安装板包括相对于机械手部件的可调整方位；及耦接至安装板的陶瓷或玻璃终端受动器。

在另一方面中，提供一种终端受动器组件。所述终端受动器组件包括安装板，所述安装板被配置成能调整地耦接至机械手部件；终端受动器，所述终端受动器耦接至安装板；及方位调整构件，所述方位调整构件在机械手部件与安装板之间提供方位调整能力。

在又另一方面中，提供一种调整陶瓷或玻璃终端受动器的方位的方法。所述方法包括：提供机械手部件、能调整地耦接至机械手部件的安装板和耦接至安装板的陶瓷或玻璃终端受动器；及通过调整机械手部件与安装板之间的一个或更多个间隙而相对于机械手部件调整陶瓷或玻璃终端受动器的横摆(roll)方位、纵倾(pitch)方位及垂直方位中的一个或更多个。

根据本公开内容的这些及其他实施方式提供数种其他方面。本公开内容的实施方式的其他特征及方面将从以下描述、随附权利要求书及附图而变得完全显而易见。

附图说明

图1A图示根据现有技术的耦接至机械手腕部的陶瓷或玻璃终端受动器的等距视图。

图1B图示根据现有技术的被图示为耦接至机械手腕部的陶瓷或玻璃终端受动器的一部分的部分侧视截面图。

图1C图示根据现有技术的被图示为耦接至机械手腕部且使用垫片调整方位的陶瓷或玻璃终端受动器的一部分的部分截面视图。

图2A图示根据一个或更多个实施方式的机械手子组件的等距视图。

图2B图示根据一个或更多个实施方式的沿着图2A的截线2B-2B截取的机械手子组件的部分侧视截面图。

图2C图示根据一个或更多个实施方式的用于附接终端受动器的附接组件的部分侧视截面图。

图2D图示根据一个或更多个实施方式的在机械手部件与安装板之间包括用于方位调整的垫片的机械手子组件的部分侧视截面图。

图2E图示根据一个或更多个实施方式的包括用于方位调整的垫片且在安装板的终端受动器附接表面上进一步包括倾斜表面的机械手子组件的部分侧视截面图。

图2F图示根据一个或更多个实施方式的包括用于方位调整的垫片且在安装板的机械手部件附接表面上进一步包括倾斜表面的机械手子组件的部分侧视截面图。

图3A图示根据一个或更多个实施方式的包括设定及锁定调整机构的机械手子组件的部分侧视截面图，其示出设定元件。

图3B图示根据一个或更多个实施方式的包括设定及锁定调整机构的机械手子组件的侧视截面图，其示出锁定元件。

图3C图示根据一个或更多个实施方式的示出设定及锁定调整机构的设定及锁定元件的可能位置的机械手子组件的等距视图。

图4图示根据一个或更多个实施方式的机械手子组件的等距视图。

图5图示根据一个或更多个实施方式的调整终端受动器的方位的方法的流程图。

具体实施方式

电子装置制造处理制备各种前体制品以生产最终电子装置(例如计算机芯片)，这些前体制品诸如图案化及非图案化的半导体晶片、玻璃板、掩模(本文将所有这些前体制品称为“基板”或“多个基板”)。在执行一个或更多个处理的制造工具中从一个位置传输这些基板至另一位置期间，基板可由终端受动器(有时称为“叶片”)承载。在传输期间基板置于终端受动器上。由于制造容限及容限累积，作为校准过程的一部分，有时在使用之前将先调整终端受动器的方位，以确保终端受动器关于各种处理腔室和/或装载锁定腔室的适当方位。特别地，方位调整可包括横摆调整、纵倾调整、垂直调整或这些调整的结合。

在现有技术的终端受动器组件100中，如图1A至图1C中所示，可通过使用一个或更多个垫片101(诸如垫圈)在终端受动器102与机械手腕部104之间提供调整能力来执行方位调整，一个或更多个垫片101插入终端受动器102与机械手腕部104之间。若垫片101用于调整终端受动器102的横摆、纵倾或垂直方位中的一个或更多个，诸如图1C中所示，则可能发生屈曲且弯曲应力可能施加至终端受动器102的一个或更多个部分上。在材料非常易碎的陶瓷或玻璃终端受动器的情况中，此举可造成非所欲的应力，从而导致被施加最高弯曲应力的区域中的破裂，诸如在紧固件106A、106B之间的区域一105，或甚至在紧固件106B外侧的区域二107中。其他区域亦可能易于破裂。本文所使用的陶瓷意指通过在高温下焙烧非金属矿物制成的硬的、易碎、耐热且耐腐蚀材料。本文所使用的玻璃意指通过融化纯的二氧化硅形成的能承受高温的透明或半透明的玻璃状固体。用于终端受动器的玻璃可由熔融石英或熔融二氧化硅制成。

本公开内容的实施方式可减少或消除此种陶瓷或玻璃终端受动器破裂，同时仍允许横摆方位调整、纵倾方位调整或垂直方位调整中的一个或更多个。因此，根据第一方面，一个或更多个实施方式提供机械手子组件，包括机械手部件(诸如机械手腕部)、耦接至机械手部件的安装板、及固定地耦接至安装板的陶瓷或玻璃终端受动器，其中安装板包括相对于机械手部件的可调整方位。可调整方位可提供于安装板与机械手部件(例如腕部)之间，其中两个构件均可为具有相对高延展性和/或弹性的金属，且因此呈现承受弯曲应力而不会破裂或破损的能力。在改良的机械手子组件中，陶瓷或玻璃终端受动器严格地夹持在安装板和附接组件的互相平行的表面之间，使得陶瓷或玻璃终端受动器实质上主要受到压缩应力，压缩应力较不易于造成陶瓷或玻璃终端受动器的破裂。

以下参照图2A至图5描述终端受动器组件、机械手子组件的这些及其他实施方式以及调整终端受动器的方位的方法，其中全篇使用类似的符号表示类似的元件。

图2A至图2B图示根据本公开内容的一个或更多个实施方式的机械手子组件200及其各种部件的部分等距及截面视图。机械手子组件200包括机械手部件204和耦接至机械手部件204的安装板208，机械手部件204可为最外侧的机械手部件，诸如机械手腕部，其中安装板208包括相对于机械手部件204的可调整方位。最外侧机械手部件是最远离机械手的肩部接合处的机械手臂部件。安装板208是介于机械手部件204与陶瓷或玻璃终端受动器202之间的中间构件。尽管安装板208显示为板状的结构，但亦可使用其他配置。机械手子组件200进一步包括固定地耦接至安装板208(在图2B中显示截面)的陶瓷或玻璃终端受动器202。可调整方位允许终端受动器202与机械手部件204之间的相对方位的横摆、纵倾或垂直调整中的一个或更多个，或这些调整的结合，但此调整发生在机械手部件204与安装板208之间。此举允许将陶瓷或玻璃终端受动器202调整至关于工具的处理腔室和/或装载锁定腔室的适当方位，且如此最少化陶瓷或玻璃终端受动器202的破裂。

如图2A及图2B中最佳地显示，陶瓷或玻璃终端受动器202通过附接组件210(显示于图2B及图2C中)固定地紧固且附接至安装板208。举例而言，陶瓷或玻璃终端受动器202可由适合的陶瓷材料制成，诸如氧化铝、氧化铝-二氧化钛陶瓷或类似材料，或由适合的玻璃制成，诸如熔融二氧化硅、熔融石英或类似材料。耦接至安装板208的陶瓷或玻璃终端受动器202的部分可为薄的且可具有实质上彼此平行的顶表面及底表面。举例而言，陶瓷或玻璃终端受动器202的厚度可为约1.5mm至约5mm。可使用其他厚度。陶瓷或玻璃终端受动器202的厚度在整个夹持部分可为相同的。

陶瓷或玻璃终端受动器202可包括接触垫202P，其可为任何适合的形状，诸如圆形、椭圆形、方形、六边形、八边形或矩形。可使用其他形状。较佳地，两个接触垫202P可在横向方向上间隔开，诸如在腿部202L、202R上，且至少另外一个接触垫202P可提供在陶瓷或玻璃终端受动器202上的其他位置。在一些实施方式中，接触垫202P可提供与基板(未显示)的至少三点接触，因此在基板与陶瓷或玻璃终端受动器202的顶表面之间提供间隙。

在一些实施方式中接触垫202P可一体地加工在陶瓷主体上，或者替代地通过任何适合的手段紧固至陶瓷主体，诸如通过按压配合、烧结、粘着、用机械紧固件(例如螺钉)紧固或类似手段。接触垫202P可具有平坦或圆顶的轮廓。

附接组件210可由附接板212和终端受动器紧固件218组成，附接板212可耦接至安装板208的下侧(如所描绘)。附接板212可包括上表面214，所述上表面214可被设成与陶瓷或玻璃终端受动器202的下侧接触。附接板212可为金属(例如铝或不锈钢)。

安装板208可包括下表面216(如所描绘)，所述下表面216可被设成与陶瓷或玻璃终端受动器202的上侧接触。下表面216和上表面214的各者可为平坦表面，它们互相平行且可通过拴紧终端受动器紧固件218而与陶瓷或玻璃终端受动器202形成牢固的夹持接合。终端受动器紧固件218可为适合的螺钉，诸如所显示的头部刻槽的螺钉。可使用其他适合的紧固系统和/或紧固件以将陶瓷或玻璃终端受动器202夹持至安装板208。夹持可在相对大的面积上(例如约5000mm²或更大的面积)向陶瓷或玻璃终端受动器202的被夹持部分施加大的压缩应力，因此最小化弯曲应力。因此，陶瓷或玻璃终端受动器破裂的倾向可被减小。

如图2C中最佳地显示，附接板212可包括其中接收终端受动器紧固件218的螺纹导向器220。螺纹导向器220可通过陶瓷或玻璃终端受动器202中所形成的安装孔，且可接收于安装板208的下侧中所形成的凹部215中(显示于图2B中)。终端受动器紧固件218和螺纹导向器220的数量可为三个或更多个，且例如可如图2A中所示定位于安装板208上。可使用终端受动器紧固件218的其他方位。选择性地，在一些实施方式中，附接板212可由片状金属制成，其中安装有可从Penn Engineering&Manufacturing Corp.取得的牌紧固件。亦可能有附接板212的其他配置。

在一些实施方式中，可将聚酰亚胺胶带应用至陶瓷或玻璃终端受动器202的顶部和/或底部，以进一步改良夹持且最小化局部应力集中。

再次参考图2A及图2B，示出一种提供可调整方位及耦接机械手部件204至安装板208的方法及装置。特定而言，机械手部件204(例如机械手腕部)可包括第一凹部222，且安装板208可包括第二凹部224。这些凹部222、224允许机械手部件204及安装板208的上表面及下表面的对准，使得机械手子组件200可呈现相对薄的垂直轮廓，同时在各者中形成的台阶亦可帮助组装。

机械手部件204与安装板208之间的可调整方位在一个或更多个实施方式中可通过在机械手部件204和安装板208的各别表面之间插入一个或更多个垫片226(例如薄的盘状垫圈)而提供。在一些实施方式中，垫片226可越过部件紧固件228而被插入。垫片226可由不锈钢材料制成。根据横摆、纵倾和/或垂直的调整量，垫片226的厚度可变化。

举例而言，垫片226的厚度可例如在从约0.025mm至约0.305mm之间变化。可使用垫片226或垫片材料的其他厚度。在每个调整位置可使用一个或数个垫片226。调整位置可包括三个或更多个位置，诸如所显示的四个位置。在一个或更多个位置处可放置不同数量的垫片226(可能为不同厚度)，以通过提供可改变的间隙而帮助方位调整。

然而，应认识到可使用其他类型的垫片226及垫片226的位置。垫片226可具有允许在多个位置实现可变间隙的任何适合的形状、厚度和位置，以在机械手部件204与安装板208之间提供方位调整，因此调整终端受动器202的横摆、纵倾和/或垂直方位。垫片226可通过拴紧部件紧固件228而夹持于机械手部件204与安装板208之间。举例而言，部件紧固件228可为头部刻槽的螺钉。可使用其他适合的紧固件。安装板208和机械手部件204的各者可为金属，诸如铝、不锈钢或其他适合的金属，且可经受弯曲应力但不会塑性屈服或破裂，因为它们比陶瓷或玻璃材料具有较高弹性及延展性。当部件紧固件228定位于安装板208上形成的匹配导角中的中心时，部件紧固件228的拴紧相对于机械手部件204固定安装板的X和Y位置。在一些实施方式中，可提供定位销209以协助将安装板208大致地(roughly)定位至机械手部件204。

图2D图示根据一个或更多个实施方式的在机械手部件204与安装板208之间包括垫片226的机械手子组件200的部分侧视截面图。在多个位置添加垫片226可提供横摆、纵倾和/或垂直调整。

图2E图示包括倾斜表面230的机械手子组件200A的部分侧视截面图，倾斜表面230形成为安装板208的终端受动器附接表面。倾斜表面230可包括相对于水平面的角度，所述角度大于约0.2度，或甚至介于约0.2度与2度之间。可能具有其他角度。倾斜表面230可被设定成大致抵销由于陶瓷或玻璃终端受动器202及其他机械手部件在延伸至各种腔室(例如处理腔室和/或装载锁定腔室)时下垂而造成的纵倾的改变。在一些情况中，较少的垫片226可用于达成水平方位。

图2F图示根据一个或更多个实施方式的包括倾斜表面230的机械手子组件200B的侧视截面图，倾斜表面230形成为安装板208的机械手部件附接表面。再次，倾斜表面230可适应及修正预期的下垂，且使得陶瓷或玻璃终端受动器202在方位调整之前处于更加水平的初始位置。可使用机械手部件附接表面及终端受动器附接表面上的倾斜表面的结合。或者，可在机械手部件上设置倾斜表面以适应下垂。

此外，可使用其他类型或方位调整手段，诸如图3A至图3C中所显示的机械手子组件300的设定及锁定机构332。在设定及锁定机构332中，机械手部件304与安装板308之间的方位可通过在安装板308上的不同位置处(图3C中显示四个)设置的三个或更多个调整螺钉334而达成。调整螺钉334可被调整以允许机械手部件304与安装板308之间不同位置处相对不同的间隙。不同的间隙设定由接收在安装板308与机械手部件304之间的弹簧构件335所施加的力而维持。弹簧构件335可为波形弹簧或任何其他适合的弹簧类型。一旦通过调整螺钉334的调整(进或出)而设定适合的方位之后，即可设定锁定螺钉336(显示于图3B及图3C中)以通过固定在多个调整位置处的间隙来固定机械手部件304与安装板308之间的横摆、纵倾和/或垂直相对方位。抵靠机械手部件的表面拴紧锁定螺钉336将调整螺钉334的头部推挤抵靠安装板308，从而固定间隙。锁定螺钉336可定位成靠近调整螺钉334，或定位在其他适当的位置。与陶瓷或玻璃终端受动器202的连接与之前图2A至图2C中所述相同。

如图2A中所示，通过机械手部件204与安装板208之间的可调整位置的附接所达成的方位调整可包括横摆调整231、纵倾调整232、垂直调整235或这些调整的结合。方位调整通过方位调整构件(例如一个或更多个垫圈226或调整螺钉334)来提供，所述方位调整构件造成机械手部件204、304与安装板208、308之间不同位置处的可改变尺寸的间隙。举例而言，横摆调整231是通过侧对侧地(side-to-side)添加或减少垫片226或通过适当地调整设定及锁定机构332的一侧而使陶瓷或玻璃终端受动器202的一侧相对于另一侧抬升或降低。纵倾调整232可为诸如通过沿着安装板208的长度添加或减少垫片226或通过调整设定及锁定机构332的调整螺钉334而使陶瓷或玻璃终端受动器202的一个纵向端(例如腿部202L、202R)相对于另一端抬升或降低。举例而言，在较接近机械手部件204之处添加垫片226会降低腿部202L、202R，而在较接近陶瓷或玻璃终端受动器202之处添加垫片226会抬升腿部202L、202R。垂直调整235可通过添加或减少垫片226或调整设定及锁定机构332的调整螺钉334而达成。举例而言，可通过在各个位置处均等地添加垫片226或通过均等地调整调整螺钉334来进行垂直调整235。以上的结合可通过在不同位置处添加不同厚度的垫片或对调整螺钉334进行不同的调整来调整。

图4图示适于在电子装置制造系统腔室之间传输基板的机械手子组件400。机械手子组件400包括刚性横梁409及耦接的机械手部件204，诸如耦接在刚性横梁409的相对端处的机械手腕部。在描绘的实施方式中，刚性横梁409可附接至机械手的一个或更多个额外机械手部件(未显示)，所述一个或更多个额外机械手部件可设在主机壳体(未显示)的传送腔室中。如前面描述的机械手组件200耦接至刚性横梁409。机械手子组件400可配置成且适于传输基板进出工具的各种腔室，例如诸如进出处理腔室及进出装载锁定腔室。在描绘的实施方式中，可对陶瓷或玻璃终端受动器202的各者分别进行横摆、纵倾及垂直调整。尽管显示某种成对的机械手配置，但机械手可为任何形式的机械手，例如三连杆式机械手、四连杆式机械手、选择顺应性铰接机械手臂(Selective Compliance Articulated Robot Arm；SCARA)机械手、或手臂可独立操控的机械手。可利用其他类型的机械手且其他类型的机械手可从本公开内容的实施方式获得益处。举例而言，机械手子组件200可适于使用于例如美国专利第5,789,878、5,879,127、6,267,549、6,379,095、6,582,175和6,722,834号及美国专利公开案2010/0178147、2013/0039726、2013/0149076、2013/0115028和2010/0178146中所述的机械手。类似地，图3A至图3C的机械手子组件300可适于任何适合的机械手。

图5图示相对于机械手部件204、304调整陶瓷或玻璃终端受动器202的方位的方法500。方法500包括，在502中，提供机械手部件(例如机械手部件204、304)、能调整地耦接至机械手部件的安装板(例如安装板208、308)、及耦接至安装板的陶瓷或玻璃终端受动器(例如陶瓷或玻璃终端受动器202)。

方法500包括，在504中，通过调整机械手部件与安装板之间的一个或更多个间隙而相对于机械手部件(例如机械手部件204、304)调整陶瓷或玻璃终端受动器(例如陶瓷或玻璃终端受动器202)的横摆方位、纵倾方位和/或垂直方位，或横摆方位、纵倾方位和/或垂直方位的结合。如上所述，间隙的调整可通过任何适合的间隙调整手段来进行，诸如添加或减少垫片226、调整设定及锁定机构332、或类似手段。

以上描述揭露本公开内容的示例实施方式。落入本公开内容的范围中的以上所揭露的组件、装置及方法的修改对本领域普通技术人员而言将是显而易见的。因此，尽管本公开内容包括其数个实施方式，但应理解其他实施方式可落入随附权利要求书所界定的本公开内容的范围中。

Claims (15)

1.一种机械手子组件，包含：

机械手部件；

耦接至所述机械手部件的安装板，其中所述安装板包括相对于所述机械手部件的可调整方位；及

耦接至所述安装板的陶瓷或玻璃终端受动器。

2.如权利要求1所述的机械手子组件，其中所述陶瓷或玻璃终端受动器通过附接组件固定地附接至所述安装板，所述附接组件包括：

附接板，及

耦接于所述安装板与所述附接板之间的紧固件。

3.如权利要求2所述的机械手子组件，其中所述安装板的所述可调整方位通过一个或更多个垫片而提供，所述一个或更多个垫片位于所述安装板与所述机械手部件之间。

4.如权利要求1所述的机械手子组件，其中所述陶瓷或玻璃终端受动器包含氧化铝。

5.如权利要求1所述的机械手子组件，其中所述机械手部件包含最外侧的机械手部件。

6.如权利要求1所述的机械手子组件，其中所述机械手部件包含机械手腕部。

7.如权利要求1所述的机械手子组件，其中所述机械手部件包含横梁，所述横梁上设置有多个机械手腕部。

8.如权利要求1所述的机械手子组件，其中所述可调整方位通过设定及锁定机构提供。

9.如权利要求8所述的机械手子组件，其中所述设定及锁定机构包含调整螺钉。

10.如权利要求8所述的机械手子组件，其中所述设定及锁定机构包含锁定螺钉。

11.如权利要求1所述的机械手子组件，其中所述安装板包含倾斜表面，所述倾斜表面被配置成用于调整所述陶瓷或玻璃终端受动器的下垂。

12.如权利要求11所述的机械手子组件，其中所述倾斜表面包含机械手部件附接表面。

13.如权利要求1所述的机械手子组件，其中所述安装板的相对于所述机械手部件的所述可调整方位包含以下一个或更多个的调整：

a)横摆调整；

b)纵倾调整；及

c)垂直调整。

14.一种终端受动器组件，包含：

安装板，所述安装板被配置成能调整地耦接至机械手部件；

陶瓷或玻璃终端受动器，所述陶瓷或玻璃终端受动器耦接至所述安装板；及

方位调整构件，所述方位调整构件在所述机械手部件与所述安装板之间提供方位调整能力。

15.一种调整陶瓷或玻璃终端受动器的方位的方法，包含以下步骤：

提供机械手部件、能调整地耦接至所述机械手部件的安装板、和耦接至所述安装板的所述陶瓷或玻璃终端受动器；及

通过调整所述机械手部件与所述安装板之间的一个或更多个间隙而相对于所述机械手部件调整所述陶瓷或玻璃终端受动器的横摆方位、纵倾方位及垂直方位中的一个或更多个。