DE69032945T2 - Robotereinrichtung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Robotervorrichtung insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen.
• Fig. 1 stellt ein existierendes Waferhandhabungssystem 20 dar, das einen Roboter 21 Wafer zu einer beliebigen von einer Vielzahl von IC-Bearbeitungskammern liefern läßt. Der Roboter 21 umfaßt einen ausfahrbaren Arm 28, der einen Waferflügel 29 radial in eine beliebige der Kammern 23-27 strecken kann. Der Arm 28 ist auf einem drehbaren Tisch 210 montiert, der ermöglicht, daß der ausfahrbare Arm auf irgendeine ausgewählte der Kammern 23-27 gerichtet wird. In der den Roboter enthaltenden Kammer 211 wird ein Vakuum aufrechterhalten, so daß die Kammern 24-27 und 211 sorgfältig gereinigt und gespült werden können, bevor Wafer zur Bearbeitung eingeführt werden. Dieses System ermöglicht, daß Wafer 22 zwischen einem Wafermagazinlift 23 und irgendeiner der Kammern 24-27 ohne Unterbrechung des Vakuums in diesen Kammern ausgetauscht werden.
• Der drehbare Tisch 210 und der Roboter 21 sind jeweils mit Motoren außerhalb der Kammer 211 gekoppelt, um zu verhindern, daß die Wafer durch den Betrieb solcher Motoren verunreinigt werden. Diese Motoren befinden sich typischerweise in einer atmosphärischen Umgebung, so daß Drehdichtungen erforderlich sind, um die Kammer 211 von der Umgebung zu trennen, in der die Motoren enthalten sind. Diese Dichtungen ermöglichen, daß sich die Motorwellen zwischen der Motor- und der Roboterkammer erstrecken, während die Druckdifferenz zwischen diesen Kammern bewahrt wird.
• Bei einem von Anelva hergestellten Robotersystem sind diese Drehdichtungen durch einen magnetischen Koppler 30 ersetzt, der in Fig. 2 dargestellt ist. Der Koppler 30 besteht aus einer äußeren Anordnung 31, einer Vakuumanordnung 38 und einer inneren Anordnung 313.
• Die äußere Anordnung 31 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 32, einen unteren Aufsatz 33 und einen oberen Aufsatz 34. Das Gehäuse 32 umschließt eine Kammer 35 und an seiner Innenwand ist ein Satz von sechs Stabmagneten 36 befestigt, die in radialer Richtung des Gehäuses 32 polarisiert sind. Der untere Aufsatz 33 weist einen Kugellagerring 37 auf, in den die Vakuumanordnung 38 eingepaßt werden kann.
• Die Vakuumanordnung 38 umfaßt einen Flansch 39 und einen zylindrischen Mantel 310, der einen inneren Hohlraum 311 umschließt. Bei einem Bearbeitungssystem für integrierte Schaltkreise, das einen Roboter, wie z. B. den in Fig. 1 gezeigten, verwendet, enthält die Wand 40 (siehe Fig. 3) zwischen der den Motor 42 enthaltenden Kammer 41 und der den Roboter enthaltenden Kammer 211 ein Loch mit einem Durchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Mantels 310. Ein Vakuumring 43 (siehe Fig. 3) wird über den zylindrischen Mantel 310 geschoben, welcher dann durch dieses Loch in die Wand eingesetzt wird und durch Flanschschrauben über einen Bereich 39 mit ausreichendem Druck gegen den Vakuumring an der Wand befestigt wird, um die Druckdifferenz zwischen der Motor- und der Roboterkammer aufrechtzuerhalten.
• Die innere Anordnung 313 umfaßt einen Ferrit- Innenpolabschnitt 314 mit einem Satz von sechs Polen 315. An einem Ende des Abschnitts 314 befindet sich ein Kugellagerring 316 und am anderen Ende befindet sich eine Welle 317, über die ein Kugellagerring 318 geschoben wird. Wenn diese innere Anordnung in den inneren Hohlraum 311 eingesetzt wird, wirken die Kugellagerringe 316 und 318 zusammen, um die Welle 317 und den Innenpolabschnitt 314 innerhalb des Hohlraums 311 zu zentrieren und zu ermöglichen, daß sich der Innenpolabschnitt 314 und die Welle 317 innerhalb dieses Hohlraums leicht drehen. Die Welle 317 wird dann mit dem Roboter verbunden, um verschiedene Operationen dieses Roboters zu aktivieren.
• Die äußere Anordnung 31 wird über den Mantel 310 geschoben, bis der Mantel 310 im Kugellagerring 37 sitzt. Die Kugellagerringe 37, 316 und 318 ermöglichen, daß sich sowohl die innere Anordnung 313 als auch die äußere Anordnung 31 relativ zur Vakuumanordnung 38 drehen. Ein Motor wird mit der äußeren Anordnung 31 verbunden, um diese Anordnung relativ zur Vakuumanordnung steuerbar zu drehen. Die Polmagnete 36 innerhalb der äußeren Anordnung 36 koppeln jeweils magnetisch mit einem zugehörigen Pol 315 des Ferrit-Innenpolabschnitts 314, so daß sich die innere Anordnung mit der äußeren Anordnung dreht.
• Dieser magnetische Koppler ermöglicht die Beseitigung der Drehdichtungen, weist jedoch verschiedene Mängel auf.
• Insbesonders sollte die Struktur der Kopplung derart sein, daß sich die vertikale Position des Roboters nicht ändert, wenn in der Roboterkammer ein Vakuum aufgebaut wird. Eine solche Änderung könnte eine Fehlausrichtung eines Roboterflügels zu einem Wafer in einer Kammer außerhalb der Kammer 211 erzeugen.
• In EP-A-0 160 305 ist eine Vorrichtung offenbart, die einen ersten Arm, der an seinem einen Ende drehbar an einem Tragsockel befestigt ist, und einen zweiten Arm, der am anderen Ende des ersten Arms drehbar befestigt ist, umfaßt. Die einzige Funktion des Tragsockels einer solchen Vorrichtung besteht darin, die Arme zu tragen. Das hinsichtlich der Auswirkungen des Vakuums beschriebene Problem wird jedoch durch die Vorrichtung von EP-A-0 160 305 nicht gelöst.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen bereitzustellen, welche einen innerhalb einer Vakuumkammer angeordneten Roboter aufweist, wobei die Positionen des Roboters innerhalb dieser Kammer nach Anlegen eines Vakuums unverändert bleiben.
• Die Vorrichtung der Erfindung weist die Merkmale von Anspruch 1 auf.
• Bei der speziellen Ausführungsform erstreckt sich die Motorkammer nach oben in die Roboterkammer, so daß sich die Magnete, die direkt an einem Motor befestigt sind, innerhalb des Teils der magnetischen Kopplung befinden, der sich innerhalb der Roboterkammer befindet. Dies ermöglicht, daß sich die Seitenwand der Motorkammer vollständig durch die Roboterkammer erstreckt und für sowohl die Decken- als auch die Bodenwand der Roboterkammer eine Abstützung vorsieht. Der Nutzen davon kann unter Bezugnahme auf Fig. 3 verstanden werden.
• Fig. 3 erläutert ein Problem, das bei einem Robotersystem auftritt, bei dem der Antriebsmotor 42 direkt an Magneten angebracht ist, die sich außerhalb des Innenpolabschnitts 314 befinden, der direkt am Roboter 44 befestigt ist. Bei dieser dargestellten Ausführungsform koppelt der Innenpolabschnitt 314 an einen Roboter 44 mit einem Waferflügel 45, der sich steuerbar durch einen Waferaustauschschlitz 46 in der Seitenwand 47 der Roboterkammer 211 strecken soll, um Wafer in die und aus der Kammer 211 zu transportieren. Wenn in der Kammer 211 ein Vakuum erzeugt wird, biegt dies die Wand 40 nach innen, was eine vertikale Verschiebung des Flügels 45 nach oben relativ zu den Wafern in anderen Kammern eines Waferhandhabungssystems, wie z. B. in Fig. 1 gezeigt, erzeugt. Da sich die äußere Anordnung 31, die direkt am Motor 42 befestigt ist, in einem größeren Abstand von den Motordrehachsen befindet als der Innenpolabschnitt 314, der direkt am Roboter 44 befestigt ist, kann diese äußere Anordnung 31 nicht nach oben durch die Kammer 211 ausgedehnt werden, ohne den Betrieb des Roboters 44 zu stören. Wenn sich jedoch die Motorkammer 41 nach oben in die Roboterkammer erstrecken würde und die Kraft von innerhalb der Motorkammer nach außen über die Seitenwand der Motorkammer in die Roboterkammer gekoppelt werden würde (anstatt von außen nach innen wie in Fig. 3), dann könnte sich die Seitenwand der Motorkammer von der Bodenwand der Roboterkammer zur Deckenwand der Roboterkammer erstrecken. Für eine solche Konfiguration verhindert, wenn in der Roboterkammer ein Vakuum erzeugt wird, die Seitenwand der Motorkammer, daß sich die Bodenwand der Roboterkammer nach oben biegt und den Roboter relativ zu den Wafern in den anderen Kammern des Waferhandhabungssystems vertikal verschiebt. Außerdem ist die Motorkammer von oben zugänglich, wodurch die Reparatur oder der Austausch von Teilen innerhalb der Motorkammer vereinfacht wird.
Beschreibung der Figuren
• Fig. 1 stellt ein Waferhandhabungssystem 20 dar, welches einen Roboter 21 Wafer zu einer beliebigen von einer Vielzahl von IC-Bearbeitungskammern liefern läßt.
• Fig. 2 stellt die Bauteile eines magnetischen Kopplers dar, der in einem von Anelva hergestellten Roboter verwendet wird.
• Fig. 3 stellt ein Bearbeitungssystem für integrierte Schaltkreise dar, das den magnetischen Koppler von Fig. 2 verwendet.
• Fig. 4 zeigt einen magnetischen Koppler zur magnetischen Kopplung einer Drehbewegung von einem oder mehreren Motoren in einer Motorkammer in eine andere Kammer, die die Motorkammer umgibt.
• Fig. 5 stellt eine alternative Ausführungsform dar, bei der eine zusätzliche Abstützung zwischen der Decken- und der Bodenwand einer Roboter-Vakuumkammer vorgesehen ist, um die vertikale Verschiebung eines Roboters, wenn innerhalb dieser Kammer ein Vakuum erzeugt wird, im wesentlichen zu beseitigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Fig. 4 stellt einen magnetischen Koppler dar, der zur magnetischen Kopplung von einem oder mehreren Motoren 51 und 52 von einer zylindrischen Motorkammer 53 in eine zweite Kammer 54, die die zylindrische Motorkammer 53 radial umgibt, geeignet ist. Eine Seitenwand 55 definiert die radiale Ausdehnung der Motorkammer 53 und ermöglicht, daß zwischen den Kammern 53 und 54 eine Druckdifferenz vorhanden ist. Die Kammer 54 ist eine Roboter-Vakuumkammer, in der ein Roboter enthalten ist, welcher Wafer zu und von einer Gruppe von Reaktionskammern, die peripherisch um den Roboter angeordnet sind, transportieren soll. Die Auswahl von einer dieser Kammern für den Wafertransport wird durch Drehung des Roboters erreicht. Der Transport eines Wafers in die oder aus der ausgewählte(n) Kammer wird durch geradliniges, radiales Ausfahren eines Roboterarms in die und aus der ausgewählte(n) Kammer erreicht.
• Der Motor 51 ist mit einem Untersetzungsgetriebe 513 gekoppelt, um die Rotationsgeschwindigkeit eines typischen Motors auf eine Rotation einer Getriebeabtriebswelle 514 zweckmäßiger zu reduzieren, um auf den Roboter Kraft zu übertragen. Die Abtriebswelle 514 des Übersetzungsgetriebes ist an einer Magnetklemme 515 befestigt, die gegen ein Lager 516 drückt und einen Satz von sechzehn Magneten 517 hält, von denen jeder von der Seitenwand 55 eng beabstandet ist.
• Ebenso ist ein Motor 52 über ein Untersetzungsgetriebe 518 und eine Getriebeabtriebswelle 519 mit einer Magnetklemme 520 verbunden, die gegen ein Lager 521 drückt und einen Satz von sechzehn Magneten 522 hält. Mit dieser Magnetklemme oberhalb und unterhalb der Magnete ist ein Paar von Magnethalteringen verschraubt, die eine vertikale Bewegung dieser Magnete verhindern.
• Die Roboter-Vakuumkammer 54 ist von einer zylindrischen Innenwand 55, einer Deckenwand 523 und einer Bodenwand 524, die sich in einer Außenwand (nicht dargestellt) fortsetzen, umschlossen. Eine Vakuumabdichtung der Kammer 54 wird durch Vakuumringe 525 und 526 erzeugt. Innerhalb der Roboterkammer 54 befindet sich ein Satz von sechzehn Magneten 527, die innerhalb der Ebene der Magnete durch eine Magnetklemme 528 gehalten werden, die ähnlich den Klemmen 515 und 520 ist, mit der Ausnahme, daß sich die Finger radial nach innen erstrecken. Magnethalteringe oberhalb und unterhalb der Magnete sind mit der Klemme 528 verschraubt, um diese Magnete vertikal zu halten. Ein ähnlicher Satz aus einer Magnetklemme 529 und Halteringen 30 hält einen Satz von 16 Magneten 530. Ein Satz von Lagern 531-534 ermöglicht, daß sich die Klemmen 528 und 529 um die Motorachse A drehen.
• Da sich die Seitenwand 55 zwischen der Deckenwand 523 und der Bodenwand 524 erstreckt, ist, wenn in der Kammer 54 ein Vakuum erzeugt wird, keine vertikale Verschiebung des Roboterflügels 45 (Fig. 3) bezüglich der Waferauflagepositionen innerhalb der äußeren Kammern vorhanden, wodurch die Ausrichtung des Waferflügels 86 auf die Wafer außerhalb der Roboter-Vakuumkammer für einen beliebigen Bereich von Innendrücken innerhalb des Hohlraums 54 aufrechterhalten wird.
• Fig. 5 stellt eine alternative Ausführungsform zur Bereitstellung einer zusätzlichen Abstützung zwischen einer Deckenwand 1001 und einer Bodenwand 1002 der Roboterkammer 1003 dar. Diese "zusätzliche" Abstützung ist zusätzlich zur Abstützung durch die Seitenwand 1004 vorhanden. Bei dieser Ausführungsform wird die zusätzliche Abstützung durch eine drehbare Welle 1005 bereitgestellt. Bei dieser Ausführungsform besteht der Roboter aus einem Motor 1010, Axiallagern 1006 und 1007 und einem Waferflügel 1008. Dieser Roboter besitzt den einzigen Freiheitsgrad, um einen Wafer 1009 in irgendeine ausgewählte Winkelposition um die Welle 1005 zu drehen. Die Axiallager 1006 und 1007 ermöglichen, daß sich die Welle 1005 dreht, selbst wenn die Welle 1005 durch eine Kraft zusammengedrückt wird, die gleich dem Doppelten des Atmosphärendrucks auf der Deckenwand 1001 ist. Bei einer Alternative dieser Ausführungsform ist der Motor 1010 durch eine Abstützung 1011 an der Bodenwand 1002 verankert und das Axiallager 1007 befindet sich innerhalb des Motors 1010.
• Um die Schwingungen in dem Roboter während der Rotation oder dem Ausfahren des Flügels zu dämpfen, sollte die Wand 55 so ausgewählt sein, daß sie leitfähig ist, so daß Wirbelströme darin erzeugt werden, um solche Schwingungen zu dämpfen. Diese Wand kann mit einer leitfähigen Beschichtung überzogen sein, um diese Wirbelströme zu verstärken, vorzugsweise besteht die Wand 55 jedoch aus einem leitfähigen Material, wie z. B. Aluminium, so daß Raumwirbelströme erzeugt werden können.
• Weitere Einzelheiten über die Konstruktion und die Anordnung des Roboters sind in EP-A-0 423 608 offenbart, welche die Stammanmeldung für die vorliegende Anmeldung ist.

Claims (5)

1. Eine Robotervorrichtung, die aufweist:

eine Roboter-Vakuumkammer (54, 1003) mit einer Außenwand (1104), einer Deckenwand (523, 1001) und einer Bodenwand (524, 1002);

einen Roboter (80, 1008) innerhalb der Vakuumkammer (54, 1003) und

eine Abstützung (55, 1005, 1006, 1007) innerhalb der Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, daß

sich die Abstützung (55, 1005, 1006, 1007) innerhalb der Vakuumkammer (54, 1003) von der Deckenwand (523, 1001) zur Bodenwand (524, 1002) erstreckt, wobei, wenn in der Vakuumkammer (54, 1003) ein Vakuum erzeugt wird, die Abstützung (55, 1005, 1006, 1007) die vertikale Verschiebung der Decken- und der Bodenwand (523, 1001; 534, 1002) durch den Umgebungsdruck bedeutend verringert; und der Roboter (80, 1008) an der Abstützung (1005, 1006) befestigt ist.

2. Eine Robotervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abstützung eine zylindrische Wand (55) aufweist, die sich zwischen der Decken- und der Bodenwand (523, 524) der Vakuumkammer erstreckt.

3. Eine Robotervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zylindrische Wand (55) eine Wand ist, die eine Motorkammer (53) des Roboters (80) umschließt.

4. Eine Robotervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abstützung eine drehbare Welle (1005) und ein Axiallager (1006, 1007) zwischen einem Ende der Welle (1005) und der Decken- oder Bodenwand (1001, 1002) der Vakuumkammer (1003) aufweist.

5. Eine Robotervorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Motor (1010), der die Welle antreibt, an der Decken- oder der Bodenwand verankert ist und das Axiallager (1007) innerhalb des Motors (1010) gelegen ist.