CN1942288B - 一种多轴真空电机组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多轴真空电机组件，其包括：(1)第一转子(104)；(2)第一定子(102)，适于整流以穿过真空阻挡件(106)旋转所述第一转子并控制真空室(108)内的第一机械手臂(110)的第一轴的旋转；(3)第二转子(122)，位于所述第一转子下方；(4)第二定子(120)，位于所述第一定子下方，并适于整流以穿过所述真空阻挡件(106)旋转所述第二转子并控制所述真空室(108)内的第二机械手臂的第二轴的旋转；(5)第一反馈器件(118)，适于监控所述第一机械手臂(110)的旋转；以及第二反馈器件(132)，适于监控所述第二机械手臂(124)的旋转。

Description

一种多轴真空电机组件
本发明主张2005年2月12日申请的美国临时专利申请序列No.60/652,145的优先权，该临时专利申请通过全文引用而包含于此。
技术领域
本发明一般地涉及半导体器件制造，更具体地，涉及用于晶片搬运装置的多轴电机组件。
背景技术
在半导体器件(诸如集成电路(IC)、动态随机存储器(DRAM)等)制造中，从其制造半导体器件的大而薄的晶片(通常是硅)必须经常从一个处理室传输到另一个中。晶片的这种传输必须在无尘环境并且经常在亚大气压下进行。为此，已经设计了各种机械装置用于将晶片传输至一个设备中的处理室或从处理室中传输出，或从一个设备传输至另一设备。
在一般实践中，将晶片装载到盒子中，使得多个晶片可以在无尘室环境下安全并有效率地从一个地方运载到另一个。装载有晶片的盒子然后可以插入到输入/输出(I/O)室(“装载锁定室”)中，可以在装载锁定室中建立期望的气压和环境。晶片从其各个盒子一个一个地供给到进入I/O室的各个盒子中或从离开I/O室的各个盒子中供给。
从晶片搬运效率的角度而言，希望I/O室可以靠近多个处理室定位，以允许多于一个晶片能够在附近同时处理。为此，两个或更多个室设置于传输室周边的位置，其中传输室与I/O室和处理室两者之间气密封并与其连通。位于传输室内的是自动控制晶片搬运机构、或机械手，其取走从I/O室供应的晶片，然后将每个晶片传输到选择的处理室中。在一个室中处理后，晶片被机械手从室中取回，然后插入到另一个处理室中、或返回到I/O室并最终回到各个盒子中。
半导体晶片本身特性较脆，并且容易碎裂或刮伤。因此，它们需要高度小心搬运，以免损坏。搬运晶片的机械手机构牢固地保持晶片，并且不能刮伤表面或损坏易碎晶片的边缘。机械手平稳而不能有震动或急停止或颠簸地移动晶片。机械手的震动会引起保持晶片的机械手托板和晶片表面之间的磨损。由这样的震动所引起的“灰尘”或晶片的磨损微粒接着可能引起其它晶片的表面污染。因此，机械手的设计需要仔细测量，以确保机械手的可移动部件没有窜动地平稳操作并具有保持晶片所需的柔和，并且还能够在适当位置之间快速精确地移动晶片。
因为传输室下方和/或内部的空间限制，希望可以减小用于驱动机械手的电机组件的高度。还希望可以提供能够独立地搬运多个晶片以增大晶片处理设备的吞吐量的机械手。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供一种第一多轴真空电机组件。该第一多轴真空电机组件包括：(1)第一转子；(2)第一定子，适于穿过真空阻挡件与所述第一转子磁耦合，以控制真空室内的机械手臂的第一轴的旋转；(3)第二转子，位于所述第一转子下方；(4)第二定子，位于所述第一定子下方，并适于穿过所述真空阻挡件与所述第二转子磁耦合，以控制所述真空室内的所述机械手臂的第二轴的旋转；(5)第一反馈器件，位于所述真空阻挡件的大气侧，并适于经由穿过所述真空阻挡件的无源磁耦合装置监控所述机械手臂的所述第一轴的旋转；以及(6)第二反馈器件，位于所述真空阻挡件的所述大气侧，并适于经由穿过所述真空阻挡件的无源磁耦合装置监控所述机械手臂的所述第二轴的旋转。
在本发明的第二方面中，提供一种第二多轴真空电机组件。该第二多轴真空电机组件包括：(1)第一转子；(2)第一定子，适于整流以穿过真空阻挡件旋转所述第一转子并控制真空室内的机械手臂的第一轴的旋转；(3)第二转子，位于所述第一转子下方；(4)第二定子，位于所述第一定子下方，并适于整流以穿过所述真空阻挡件旋转所述第二转子并控制所述真空室内的所述机械手臂的第二轴的旋转；(5)第一反馈器件，适于监控所述机械手臂的所述第一轴的旋转；以及(6)第二反馈器件，适于监控所述机械手臂的所述第二轴的旋转。
提供许多其它方面，包括操作使用第一和第二多轴真空电机组件的方法。根据下面详细的说明书、权利要求书以及附图，本发明的其它特征和方面将更加清楚。
附图说明
图1是根据本发明所设置的第一示例多轴真空电机组件的剖视图。
图2是根据本发明所设置的第一示例多轴真空电机组件的剖视图。
具体实施方式
本发明公开一种用于传输室或其它室中的多轴电机组件。改进的设计允许反馈器件和/或电机元件嵌套，以减小传输室下的堆叠高度。另外，检测功能装置不需要传递穿过真空阻挡件。
图1是根据本发明所设置的第一示例多轴真空电机组件的剖视图。如下将描述的，第一多轴电机组件100利用穿过真空阻挡件的磁耦合装置驱动真空室中的机械手。为垂直紧凑，反馈器件和电机元件被嵌套，并位于真空室外部。
图1的第一多轴真空电机组件100包括第一定子102(电机1(定子))，用于驱动穿过真空室108的真空阻挡件106的第一转子104(转子1)。第一定子102可以充当驱动第一转子104的有源磁耦合装置。即，第一定子102的通信(例如，通过向定子的线圈适当施加电流)穿过真空阻挡件106控制第一转子104的旋转。
第一定子102可以在大气侧固定到真空阻挡件106。在一个实施例中，第一定子102是固定的，并且可以固定到真空阻挡件106，使得第一定子102和真空阻挡件106之间没有空气间隙，从而允许最大的磁效率。也可以使用其它构造。
第一转子-定子对102、104例如可以包括常规无刷DC电机或任何合适的电机构造的一部分。
第一转子104经由(蛙腿式或其它类型机械手)第一轮轴112耦合到机械手臂110的第一轴。还有第一无源旋转磁耦合装置114(M1)耦合到第一轮轴112。第一旋转磁耦合装置114穿过真空阻挡件106磁耦合到第二无源旋转磁耦合装置116(Mag 1)。第二旋转磁耦合装置116耦合到第一反馈器件118(编码器1)。因为该反馈器件位于真空室108外部(大气中)，所以可用于反馈器件118的器件技术几乎没有限制。例如，反馈器件118可以是分解器、光学编码器、磁编码器或任何其它合适的器件(例如，对定位和/或整流真空电机有用)。
第一反馈器件118耦合到控制器119，并且可以将关于第一机械手臂110的位置信息通信给控制器119，控制器119用于控制由多轴真空电机组件100所驱动的电机的操作(未分开示出)。例如，第一反馈器件118可以电路连接到控制器119或与控制器119无线通信。
上述第二反馈器件、电机定子驱动装置、和磁耦合系统与电机元件和反馈器件嵌套。如图1中所示，第一示例性多轴真空电机组件100包括第二定子(电机2(定子))，其可以是用于穿过真空阻挡件106驱动第二转子122(转子2)的电机定子。第二定子120可以充当驱动第二转子122的有源磁耦合装置。就是说，第二定子120的整流(例如，通过向定子的线圈适当施加电流)穿过真空阻挡件106控制第二转子122的旋转。
第二定子120可以在大气侧固定到真空阻挡件106。在一个实施例中，第二定子120是固定的，并且可以固定到真空阻挡件106，使得第二定子120和真空阻挡件106之间没有空气间隙，从而允许最大的磁效率。也可以使用其它构造。
第二转子-定子对120、122例如可以包括常规无刷DC电机或任何合适的电机构造的一部分。
第二转子122经由(蛙腿式或其它类型机械手)第二轮轴126耦合到机械手臂124的第二轴。还耦合到第二轮轴126的是第三无源旋转磁耦合装置128(M2)。第三旋转磁耦合装置128穿过真空阻挡件106磁耦合到第四无源旋转磁耦合装置130(Mag 2)。第三旋转磁耦合装置128耦合到第二反馈器件132(编码器2)。与第一反馈器件118一样，第二反馈器件132可以是分解器、光学编码器、磁编码器或任何其它合适的反馈器件。
第二反馈器件132耦合到控制器119，并且可以将关于第二机械手臂124的位置信息通信给控制器119，控制器119用于控制由多轴真空电机组件100所驱动的电机(未分开示出)的操作。例如，第二反馈器件132可以电路连接到控制器119或与控制器119无线通信。在电路连接的实施例中，第一和/或第二反馈器件118、132可以包括空孔，该空孔允许线穿过到达控制器119或任何其它合适位置。
注意，相互移动和/或旋转的部件之间可以设置轴承。例如，如图1中所示，轴承可以设置于多轴真空电机组件100的第一定子102和第二旋转磁耦合装置116之间、第二定子120和第四旋转磁耦合装置130之间、第一轮轴112和第二轮轴126之间、以及第二轮轴126和外壳体132之间等。
如图1中还示出，多轴真空电机组件100可以包括盖或盖子134，盖子134可以移除，以能够访问多轴真空电机组件100中的各种部件。盖子134可以使用适当的密封构件136(诸如，O-环)真空密封。类似地，密封件138可以用于相对于真空室108密封多轴真空电机组件100的外壳体132。
图2是根据本发明所设置的第一示例多轴真空电机组件的剖视图。第二多轴真空电机组件200类似于第一多轴真空电机组件100。但是，在第二多轴真空电机组件200中，第二无源旋转磁耦合装置116(Mag 1)经由第一旋转轴202耦合到第一反馈器件118，并且第四无源磁耦合装置130(Mag 2)经由第二旋转轴204耦合到第二反馈器件132。
在所示的实施例中，第一旋转轴202和第二旋转轴204是共轴的(虽然也可以使用其它构造)。就是说，在这个示例性图中，第一旋转轴202容纳在第二旋转轴204内。此设计允许类似于图1的第一多轴电机组件100的紧凑布置。但是，第一反馈器件118和第二反馈器件132可以位于电机元件下方。在这样的实施例中，第一反馈器件118和/或第二反馈器件132可以包括空孔(未示出)，轴204和/或204可以延伸穿过空孔。
本发明的多轴真空电机组件提供更紧凑的设计，其可以减小传输室(真空室108)下或内所需的空间。另外，检测功能装置不需要传递穿过真空阻挡件106。相反地，本发明可以利用磁耦合原理将第一电机104和/或第二电机122的角位置送至真空阻挡106的大气侧并送至位于真空室108外侧的反馈器件108、132。
注意，可以使用任何数量的共轴的轴(例如，诸如由联轴节等分离的四个轴)。例如，多轴真空电机组件100和/或200可以使用美国专利号6,379,095和6,582,175中公开的多晶片搬运机械手(例如，一次可以传输两个、四个或更多衬底的多晶片搬运机械手)，上述专利通过全文引用而包含于此。
此外，图1和/或图2中所示的转子-定子位置可以颠倒(例如，使得转子104、122位于真空室108外部，并且机械手臂由转子驱动)。
通过使用多轴真空电机组件100和/或200，可以控制诸如蛙腿式机械手的机械手、SCARA机械手等。例如，通过使用第一定子和第二定子以旋转机械手臂的第一轴和第二轴，机械手臂可以延伸、收缩和/或旋转。更具体而言，整流第一定子和第二定子引起机械手臂的第一轴和第二轴旋转，以延伸、收缩和/或旋转机械手臂。
因此，虽然已经针对示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，如权利要求中所界定的其它实施例亦落入本发明的精神和范围内。

Claims (23)

1.一种多轴真空电机组件，包括：
第一转子；
第一定子，适于穿过真空阻挡件与所述第一转子磁耦合，以控制真空室内的机械手臂的第一轴的旋转；
第二转子，位于所述第一转子下方；
第二定子，位于所述第一定子下方，并适于穿过所述真空阻挡件与所述第二转子磁耦合，以控制所述真空室内的所述机械手臂的第二轴的旋转；
第一反馈器件，位于所述真空阻挡件的大气侧，并适于经由穿过所述真空阻挡件的第一无源磁耦合装置监控所述机械手臂的所述第一轴的旋转，所述第一无源磁耦合装置包括位于所述真空阻挡件的真空侧的第一无源旋转磁耦合装置以及耦合至所述第一反馈器件的位于所述真空阻挡件的大气侧的第二无源旋转磁耦合装置；以及
第二反馈器件，位于所述真空阻挡件的所述大气侧，并适于经由穿过所述真空阻挡件的第二无源磁耦合装置监控所述机械手臂的所述第二轴的旋转，所述第二无源磁耦合装置包括位于所述真空阻挡件的真空侧的第三无源旋转磁耦合装置以及耦合至所述第二反馈器件的位于所述真空阻挡件的大气侧的第四无源旋转磁耦合装置。
2.根据权利要求1所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子和所述第二定子位于所述真空阻挡件的所述大气侧。
3.根据权利要求2所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子和所述第二定子竖直对齐。
4.根据权利要求2所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子和所述第二定子直接安装到所述真空阻挡件，使得所述第一及第二定子与所述真空阻挡件之间不存在空气间隙。
5.根据权利要求1所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子的整流穿过所述真空阻挡件控制所述第一转子的旋转。
6.根据权利要求1所述的多轴真空电机组件，其中所述第二定子的整流穿过所述真空阻挡件控制所述第二转子的旋转。
7.根据权利要求1所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子和所述第一转子位于同一水平面内。
8.根据权利要求1所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子、所述第二定子、所述第一反馈器件和所述第二反馈器件布置成不延伸到所述真空室的底部的下方。
9.一种多轴真空电机组件，包括：
第一转子；
第一定子，适于整流以穿过真空阻挡件旋转所述第一转子并控制真空室内的机械手臂的第一轴的旋转；
第二转子，位于所述第一转子下方；
第二定子，位于所述第一定子下方，并适于整流以穿过所述真空阻挡件旋转所述第二转子并控制所述真空室内的所述机械手臂的第二轴的旋转；
第一无源旋转磁耦合装置，其位于所述真空阻挡件的真空侧；
第二无源旋转磁耦合装置，其位于所述真空阻挡件的大气侧，穿过所述真空阻挡件磁性耦合至所述第一无源旋转磁耦合装置；
第一反馈器件，其位于所述真空阻挡件的大气侧，适于监控所述机械手臂的所述第一轴的旋转，所述第一反馈器件耦合至所述第二无源旋转磁耦合装置；
第三无源旋转磁耦合装置，其位于所述真空阻挡件的真空侧；
第四无源旋转磁耦合装置，其位于所述真空阻挡件的大气侧，穿过所述真空阻挡件磁性耦合至所述第三无源旋转磁耦合装置；以及
第二反馈器件，其位于所述真空阻挡件的大气侧，适于监控所述机械手臂的所述第二轴的旋转，所述第二反馈器件耦合至所述第四无源旋转磁耦合装置。
10.根据权利要求9所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子和所述第二定子位于所述真空阻挡件的所述大气侧。
11.根据权利要求9所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子和所述第二定子竖直对齐。
12.根据权利要求9所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子和所述第二定子直接安装到所述真空阻挡件，使得所述第一及第二定子与所述真空阻挡件之间不存在空气间隙。
13.根据权利要求9所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子和所述第一转子位于同一水平面内。
14.根据权利要求9所述的多轴真空电机组件，其中所述第一定子、所述第二定子、所述第一反馈器件和所述第二反馈器件布置成不延伸到所述真空室的底部的下方。
15.一种操作机械手臂的方法，包括：
提供一种多轴真空电机组件，所述多轴真空电机组件包括：
第一转子；
第一定子，适于穿过真空阻挡件与所述第一转子磁耦合，以控制真空室内的机械手臂的第一轴的旋转；
第二转子，位于所述第一转子下方；
第二定子，位于所述第一定子下方，并适于穿过所述真空阻挡件与所述第二转子磁耦合，以控制所述真空室内的所述机械手臂的第二轴的旋转；
第一反馈器件，位于所述真空阻挡件的大气侧，并适于经由穿过所述真空阻挡件的第一无源磁耦合装置监控所述机械手臂的所述第一轴的旋转，所述第一无源磁耦合装置包括位于所述真空阻挡件的真空侧的第一无源旋转磁耦合装置以及耦合至所述第一反馈器件的位于所述真空阻挡件的大气侧的第二无源旋转磁耦合装置；并且
第二反馈器件，位于所述真空阻挡件的所述大气侧，并适于经由穿过所述真空阻挡件的第二无源磁耦合监控所述机械手臂的所述第二轴的旋转，所述第二无源磁耦合装置包括位于所述真空阻挡件的真空侧的第三无源旋转磁耦合装置以及耦合至所述第二反馈器件的位于所述真空阻挡件的大气侧的第四无源旋转磁耦合装置；以及
使用所述第一定子和所述第二定子以旋转所述机械手臂的所述第一轴和所述第二轴，以延伸或收缩所述机械手臂。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一定子和所述第二定子位于所述真空阻挡件的所述大气侧。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一定子和所述第二定子竖直对齐。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一定子和所述第二定子直接安装到所述真空阻挡件，使得所述第一及第二定子与所述真空阻挡件之间不存在空气间隙。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一定子、所述第二定子、所述第一反馈器件和所述第二反馈器件布置成不延伸到所述真空室的底部的下方。
20.一种操作机械手臂的方法，包括：
提供一种多轴真空电机组件，所述多轴真空电机组件包括：
第一转子；
第一定子，适于整流以穿过真空阻挡件旋转所述第一转子并控制真空室内的机械手臂的第一轴的旋转；
第二转子，位于所述第一转子下方；
第二定子，位于所述第一定子下方，并适于整流以穿过所述真空阻挡件旋转所述第二转子并控制所述真空室内的所述机械手臂的第二轴的旋转；
第一反馈器件，其位于所述真空阻挡件的大气侧，适于监控所述机械手臂的所述第一轴的旋转；
第一无源旋转磁耦合装置，其位于所述真空阻挡件的真空侧；
第二无源旋转磁耦合装置，其位于所述真空阻挡件的大气侧，穿过所述真空阻挡件磁性耦合至所述第一无源旋转磁耦合装置，其中，所述第一反馈器件耦合至所述第二无源旋转磁耦合装置；以及
第二反馈器件，其位于所述真空阻挡件的大气侧，适于监控所述机械手臂的所述第二轴的旋转；
第三无源旋转磁耦合装置，其位于所述真空阻挡件的真空侧；
第四无源旋转磁耦合装置，其位于所述真空阻挡件的大气侧，穿过所述真空阻挡件磁性耦合至所述第三无源旋转磁耦合装置，其中，所述第二反馈器件耦合至所述第四无源旋转磁耦合装置；并且整流所述第一定子和所述第二定子，以旋转所述机械手臂的所述第一轴和所述第二轴，以延伸或收缩所述机械手臂。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一定子和所述第二定子位于所述真空阻挡件的所述大气侧。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一定子和所述第二定子竖直对齐。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一定子和所述第二定子直接安装到所述真空阻挡件，使得所述第一及第二定子与所述真空阻挡件之间不存在空气间隙。
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