TW201343345A - 在電子裝置製造中經調適以輸送多個基材的完全地獨立的機器人系統、設備及方法 - Google Patents

在電子裝置製造中經調適以輸送多個基材的完全地獨立的機器人系統、設備及方法 Download PDF

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Abstract

電子裝置處理系統和機器人設備被描述。系統經調適以：藉由經由共軸的驅動軸相對於彼此間而獨立地旋轉上臂、前臂、第一腕部構件，及第二腕部構件，有效地在目的地處拾取基材或放置基材在目的地處。提供操作機器人設備的方法，而作為各種其他的態樣。

Description

在電子裝置製造中經調適以輸送多個基材的完全地獨立的機器人系統、設備及方法 【相關申請案】
本申請案主張美國臨時專利申請案第61/569,456號的優先權，該專利申請案在2011年12月12日提出申請，標題為「FULLY-INDEPENDENT ROBOT SYSTEMS,APPARATUS,AND METHODS ADAPTED TO TRANSPORT MULTIPLE SUBSTRATES IN ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURING」(代理人編號為16851-L/FEG/SYNX/CROCKERS)，該專利申請案特此藉由引用之方式在此全體併入本文中以達到所有的目的。
本發明係關於電子裝置製造，及更為特定地關於經調適以輸送多個基材的系統、設備，及方法。
習知的電子裝置製造系統可包含：多個腔室，例 如製程腔室和負載鎖定腔室。此些腔室可被包含在群集工具中，其中複數個此些腔室可(例如)分佈於中央移送腔室的周圍。此些電子裝置製造系統可利用被容納在移送腔室內的移送機器人以在各個腔室之間輸送基材。基材在系統腔室之間的有效的和精確的輸送對於系統產量而言為重要的，藉此降低整體操作和生產成本。此外，在因為基材需要移動的距離可被縮減之後，縮減的系統大小被尋求。再者，可藉由縮減系統大小和複雜度來縮減材料和製造成本。
從而，需要：用於多個基材的有效的和精確的移動的改善的系統、設備，及方法。
在第一態樣中，提供機器人設備。機器人設備可經調適以在電子裝置處理系統內輸送基材。機器人設備包含：一上臂，該上臂經調適以圍繞一第一旋轉軸而旋轉；一前臂，該前臂耦接至該上臂在偏離於該第一旋轉軸的一第一位置處，該前臂經調適以：在該第一位置處圍繞一第二旋轉軸而旋轉；第一腕部構件和第二腕部構件，該第一腕部構件和該第二腕部構件經耦接與經調適以用於：相對於該前臂在偏離於該第二旋轉軸的一第二位置處圍繞一第三旋轉軸之旋轉，該第一腕部構件和該第二腕部構件的每一者經調適以耦接至個別的端效應器；及一驅動組件，該驅動組件具有：一上臂驅動組件，該上臂驅動組件具有：一上臂驅動軸，該上臂驅動軸經調適以造成：該上臂的獨立的旋轉；一前臂驅動組件，該前臂驅動組件具有：一前臂驅動軸，該前臂驅動軸 經調適以造成：該前臂的獨立的旋轉；一第一腕部構件驅動組件，該第一腕部構件驅動組件具有：一第一腕部構件驅動軸，該第一腕部構件驅動軸經調適以造成：該第一腕部構件的獨立的旋轉；及一第二腕部構件驅動組件，該第二腕部構件驅動組件具有：一第二腕部構件驅動軸，該第二腕部構件驅動軸經調適以造成：該第二腕部構件的獨立的旋轉；及其中上臂驅動軸、前臂驅動軸、第一腕部構件驅動軸，及第二腕部構件驅動軸係共軸的。
根據另一態樣，電子裝置處理系統被提供。電子裝置處理系統包含：一腔室；一機器人設備，該機器人設備至少部分地被包含在一腔室中及經調適以輸送一基材至一製程腔室或負載鎖定腔室，機器人設備包含：一基部；一上臂，該上臂經調適以：相對於該基部且圍繞一固定的第一旋轉軸而旋轉；一前臂，該前臂耦接至該上臂在偏離於該第一旋轉軸的一第一位置處，該前臂經調適以：在該第一位置處圍繞一第二旋轉軸而旋轉；第一腕部構件和第二腕部構件，該第一腕部構件和該第二腕部構件經耦接與經調適以用於：相對於該前臂在偏離於該第二旋轉軸的一第二位置處圍繞一第三旋轉軸之旋轉，第一腕部構件和第二腕部構件的每一者經調適以耦接至個別的端效應器，其中每一個別的端效應器經調適以裝載一基材；一上臂驅動組件，該上臂驅動組件具有：一上臂驅動軸，該上臂驅動軸經調適以相對於該基部而旋轉該上臂；一前臂驅動組件，該前臂驅動組件具有：一前臂驅動軸，該前臂驅動軸經調適以：相對於該上臂而旋轉該前臂； 一第一腕部構件驅動組件，該第一腕部構件驅動組件具有：一第一腕部構件驅動軸，該第一腕部構件驅動軸經調適以：相對於該前臂而旋轉該第一腕部構件；及一第二腕部構件驅動組件，該第二腕部構件驅動組件具有：一第二腕部構件驅動軸，該第二腕部構件驅動軸經調適以：相對於該前臂而旋轉該第二腕部構件；及其中該上臂驅動軸、該前臂驅動軸、該第一腕部構件驅動軸，及第二腕部構件驅動軸係共軸的。
在另一態樣中，提供輸送基材的方法。該方法可被使用以在電子裝置處理系統內輸送基材。該方法包含以下步驟：提供一機器人設備，該機器人設備具有：一基部、一上臂，該上臂耦接至一上臂驅動軸、一前臂，該前臂耦接至一前臂驅動軸、一第一腕部構件，該第一腕部構件耦接至一第一腕部構件驅動軸，及一第二腕部構件，該第二腕部構件耦接至一第二腕部構件驅動軸，其中所有的驅動軸係共軸的；藉由驅動該上臂驅動軸，相對於該基部而獨立地旋轉該上臂；藉由驅動該前臂驅動軸，相對於該上臂而獨立地旋轉該前臂；藉由驅動該第一腕部構件驅動軸，相對於該前臂而獨立地旋轉該第一腕部構件；及藉由驅動該第二腕部構件驅動軸，相對於該前臂而獨立地旋轉該第二腕部構件。
根據本發明的此些態樣和其他的態樣來提供各種其他的特徵。從後續的【實施方式】、附加的申請專利範圍，及隨附圖式中，本發明的其他的特徵和態樣將變得更為全然地明顯的。
100‧‧‧電子裝置處理系統
101‧‧‧外殼
102‧‧‧移送腔室
104‧‧‧機器人設備
105A‧‧‧基材
105B‧‧‧基材
106‧‧‧製程腔室
108‧‧‧負載鎖定腔室
109‧‧‧流量閥
110‧‧‧工廠介面
112‧‧‧基材裝載器
114‧‧‧箭頭
116‧‧‧基部
117‧‧‧壁
118‧‧‧上臂
120‧‧‧第一旋轉軸
121‧‧‧上臂驅動組件
121E‧‧‧旋轉的編碼器
121M‧‧‧上臂驅動馬達
121S‧‧‧上臂驅動軸
122‧‧‧控制器
123‧‧‧馬達外殼
124‧‧‧前臂
125‧‧‧第二旋轉軸
126‧‧‧前臂驅動組件
126E‧‧‧旋轉的編碼器
126M‧‧‧前臂驅動馬達
126S‧‧‧前臂驅動軸
128A‧‧‧第一腕部構件
128B‧‧‧第二腕部構件
129‧‧‧第三旋轉軸
130A‧‧‧端效應器
130B‧‧‧端效應器
132‧‧‧第一腕部構件驅動組件
132E‧‧‧旋轉的編碼器
132M‧‧‧第一腕部構件驅動馬達
134‧‧‧第一腕部構件驅動軸
136‧‧‧第一腕部構件驅動構件
138‧‧‧傳動元件
140‧‧‧第一傳動軸
142‧‧‧傳動元件
144‧‧‧從動構件
146‧‧‧第二腕部構件驅動組件
146E‧‧‧旋轉的編碼器
146M‧‧‧第二腕部構件驅動馬達
148‧‧‧第二腕部構件驅動軸
150‧‧‧第二腕部構件驅動構件
152‧‧‧傳動元件
160‧‧‧第二傳動軸
162‧‧‧傳動元件
164‧‧‧第二腕部構件從動構件
300‧‧‧系統
302‧‧‧移送腔室
304‧‧‧機器人設備
316‧‧‧基部
320‧‧‧第一旋轉軸
321S‧‧‧驅動軸
322‧‧‧控制器
323‧‧‧馬達外殼
326S‧‧‧驅動軸
334‧‧‧驅動軸
348‧‧‧驅動軸
365‧‧‧垂直的馬達
368‧‧‧垂直的驅動機構
370‧‧‧風箱
372‧‧‧平移-容納的裝置
374‧‧‧導螺桿
376‧‧‧導程螺母
378‧‧‧軸承
400‧‧‧方法
402‧‧‧步驟
404‧‧‧步驟
406‧‧‧步驟
408‧‧‧步驟
410‧‧‧步驟
第1A圖係根據實施例的電子裝置處理系統的示意性的俯視圖，該電子裝置處理系統包含：位在移送腔室中的機器人設備。
第1B圖係根據實施例的機器人設備的側視剖面圖，該機器人設備包含：第一端效應器和第二端效應器(完全地展開來圖示)。
第2A圖係電子裝置處理系統的實施例的俯視圖，該電子裝置處理系統具有：一機器人設備，該機器人設備被圖示在移送腔室中而處於折疊的原位(home position)。
第2B圖係機器人設備的實施例的俯視圖，該機器人設備被圖示在移送腔室中及該機器人設備係利用從製程腔室收回基材的方向來提供。
第2C圖係機器人設備的實施例的俯視圖，該機器人設備被圖示在移送腔室中及該機器人設備係利用基材完全地從製程腔室被收回的方向來提供。
第2D圖係機器人設備的實施例的俯視圖，該機器人設備被圖示在移送腔室中及該機器人設備係利用插置一置放基材(replacement substrate)進入製程腔室的方向來提供。
第3圖係根據實施例的包含垂直的運動能力的機器人設備的部分的側視剖面圖(為了達到清楚的目的，上臂、前臂、第一腕部構件和第二腕部構件，及第一端效應器和第二端效應器並未被圖示出)。
第4圖係一流程圖，該流程圖根據另一實施例來描繪操作機器人設備的方法。
電子裝置製造需要基材在各個位置之間的非常精確的和快速的輸送。特定地，雙端效應器(有時候被稱為「雙葉片(dual blades)」)可被附接在機器人設備的手臂的端部處，及可經調適以：輸送靜置在端效應器上的基材至電子裝置處理系統的製程腔室及/或負載鎖定腔室，和從電子裝置處理系統的製程腔室及/或負載鎖定腔室輸送靜置在端效應器上的基材。當手臂是長的，因為機器人設備的快速的開始和停止可造成端效應器的振動，機器人機構的剛度為一顧慮，前述者要耗費時間而加以穩定。此外，習知的選擇的順應性手臂機器人設備(SCARA)類型的機器人僅可利用直線行進(straight-on)的方式來進入移送腔室和離開移送腔室(意即沿著自該等機器人的肩軸徑向伸展的路徑)，藉此限制該等機器人的變通性。
在一些系統中，特別是具有大量的面(例如5個或更多、6個或更多，或是甚至8個或更多)和多個負載鎖定腔室的主框架，例如在第1A圖及第2A圖至第2D圖中所圖示者，為了要縮減系統成本和大小，期望將移送腔室製作為：儘可能地小。此些大小的縮減亦可將下列者最小化：需要將基材從製程腔室移動至製程腔室的距離及/或在製程腔室和負載鎖定腔室之間移動的距離。然而，將機器人設備裝配在小型的空間殼層(space envelope)中代表：對於現有的機器人的重大的設計挑戰，而同時依然能夠在各個腔室處進行基材交換。再者，所欲者為消除在真空區域內的馬達線路(因為可避 免使用昂貴的移動密封件(例如鐵磁流體密封件))。此外，此些線路的磨耗可被最小化。
為了要縮減機器人的大小和促進具有多個腔室的處理工具的維護，及特定地為偏離腔室(offset chamber)，本發明的實施例，在第一態樣中，提供機器人設備，該機器人設備具有小型配置和最小數目的包含雙端效應器的元件，其中每一機器人元件係獨立地控制的。機器人設備實施例包含：一上臂、一前臂，該前臂直接地附接至該上臂，及多個腕部元件，該等腕部元件可在前臂上旋轉和具有：附接的第一端效應器和第二端效應器。上臂、前臂，及多個腕部元件的每一者係可獨立地控制的和可移動的。藉由包含耦接至上臂、前臂，及第一腕部構件和第二腕部構件的個別的驅動軸來提供獨立的控制，該等驅動軸係共軸的。從而，移動的元件(例如上臂、前臂，及第一腕部構件和第二腕部構件)的所有者可從共同的區域被驅動。個別的驅動馬達亦可被提供在共同的區域中。此高度功能性的配置促進機器人設備的整體大小殼層(envelope)被縮減，及允許利用非直線行進(non-straight-on)的方向進入製程腔室和負載鎖定腔室，意即，非-垂直於腔室面(chamber facet)。再者，此配置允許偏離腔室被容易地維護。再者，可利用最小數目的機器人手臂來進行基材移送和交換運動，及昂貴的密封件的使用可被縮減。
在另一態樣中，提供電子裝置處理系統，該電子裝置處理系統包含：一機器人設備，該機器人設備具有：多 個端效應器，該等端效應器可被使用於：在電子裝置製造中於腔室之間輸送基材。電子裝置處理系統包含：移送腔室和至少部分地被接納於移送腔室中的機器人設備。機器人設備包含(如同前文所提及者)：相對於基部而旋轉的上臂、在上臂上旋轉的前臂，及在前臂上旋轉的第一腕部構件和第二腕部構件。藉由驅動共軸的數個軸的上臂、前臂，及第一腕部構件和第二腕部構件的每一者的獨立的旋轉的能力在移送期間於進行基材移送所經過的移送路徑中提供極大的彈性。
在此參照第1A圖至第4圖來描述：示例說明本發明的各種態樣的示例性實施例的進一步的細節。
目前參照第1A圖至第1B圖，其中揭示：根據本發明的實施例的電子裝置處理系統100的示例性實施例。電子裝置處理系統100係有用的，及可經調試以：(例如)在各個製程腔室之間移送基材，及/或在負載鎖定腔室處交換基材。電子裝置處理系統100包含：一外殼101，該外殼包含：移送腔室102。移送腔室102包含：(例如)頂部、底部，和側壁，及在一些實施例中可被維持為：處於真空中。具有多個手臂的機器人設備104被接納於移送腔室102中與經調適以在其中操作。機器人設備104經調適以：從目的地處拾取基材105A、105B(有時候被稱為「晶圓(Wafer)」或「半導體晶圓(semiconductor Wafer)」、或放置基材105A、105B至目的地處。然而，任何類型的電子裝置基材或其他的基材可藉由機器人設備105來傳遞和移送。目的地可為：耦接至移送腔室102的腔室。舉例而言，目的地可為：分佈於移送腔室102(第 1A圖)的周圍和耦接至移送腔室102的一或多個製程腔室106及/或一或多個負載鎖定腔室108。如同所圖示者，移送可(例如)經由流量閥109。第1B圖示例說明：機器人設備104的側視剖面圖，該機器人設備以完全地-展開的情況來圖示，而用於達成示例說明的容易性。
製程腔室106可經調適以在基材105A、105B上進行任何數目的製程，例如沉積、氧化、硝化(nitration)、蝕刻、抛光(polishing)、清洗、微影、測量，或類似者。亦可進行其他的製程。負載鎖定腔室108可經調適以與工廠介面110或其他的系統元件介面相接，該等負載鎖定腔室可從停靠在工廠介面110的裝載埠處的基材裝載器112(例如前開式晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pods,FOUPs)處接納基材。另一機器人(以虛線圖示)可被使用以在基材裝載器112和負載鎖定腔室108之間移送基材(如同由箭頭114所指示者)。可利用任何順序或方向來進行基材的移送。
再次地參照第1A圖至第1B圖，機器人設備104可包含：一基部116，該基部可包含：凸緣或其他的附接特徵，該等附接特徵經調適以被附接和固定至形成移送腔室102的一部分的外殼101的壁117(例如底板)。機器人設備104包含：上臂118，該上臂在描繪的實施例中實質上為剛性的懸臂樑。上臂118經調適以：相對於基部116及/或壁117以順時針或反時針旋轉的方向圍繞第一旋轉軸120而獨立地旋轉。旋轉可為：+/-360度或更多。在描繪的實施例中，第一旋轉軸120係固定的。藉由固定的方式，此者意指為：第一旋轉軸120 相對於基部116在X方向和Y方向(第1A圖)上係不能移動的。可藉由任何的適當的移動構件(motive member)來提供圍繞第一旋轉軸120的旋轉，例如藉由上臂驅動馬達121M旋轉上臂驅動組件121的上臂驅動軸121S的動作。上臂驅動馬達121M可為：習知的可變磁阻或永磁式電動馬達。可使用其他類型的馬達。可藉由從控制器122發送至上臂驅動馬達121M的適當的指令來控制上臂118的旋轉。上臂驅動馬達121M可(例如)被包含在馬達外殼123中。可提供任何適當類型的反饋裝置以決定：上臂118的精確的旋轉的位置。舉例而言，旋轉的編碼器121E可被耦接在馬達外殼123和上臂驅動軸121S之間。旋轉的編碼器121E可為磁性的、光學的，或類似者。在一些實施例中，馬達外殼123和基部116可被製作為：相互間形成整體。在其他的實施例中，基部116可被製作為：與移送腔室102的壁117形成整體。
前臂124被裝設和被旋轉式地耦接在被分隔開而相離於第一旋轉軸118的第一位置處(例如在上臂118的外端的端部處)。前臂124經調適以：在X-Y平面中相對於上臂118且位在第一位置處圍繞第二旋轉軸125而旋轉。藉由前臂驅動組件126，前臂124在X-Y平面中相對於上臂118而獨立地旋轉。
前臂124經調適以：依照順時針或反時針旋轉的方向圍繞第二旋轉軸125而獨立地旋轉。旋轉可為：大約+/-150度或更多。可藉由任何適當的移動構件來提供：圍繞第二旋轉軸125的獨立的旋轉，例如藉由前臂驅動組件126 的前臂驅動馬達126M的動作。前臂驅動馬達126M可為：習知的可變磁阻或永磁式電動馬達。可使用其他類型的馬達。可藉由從控制器122發送至前臂驅動馬達126M的適當的指令來控制前臂124的旋轉。像是上臂驅動馬達121M，前臂驅動馬達126M可被包含在馬達外殼123中。可提供任何適當類型的反饋裝置以決定：前臂124的精確的旋轉的位置。舉例而言，旋轉的編碼器126E可被耦接在馬達外殼123和前臂驅動軸126S之間。旋轉的編碼器126E可為磁性的、光學的，或類似者。
多個腕部構件(例如第一腕部構件128A和第二腕部構件128B)位在被分隔開(例如偏離)而相離於第二旋轉軸125的第二位置處(例如在前臂124的外端的端部上)。將利用二個腕部構件來描述本發明。然而，下列者應為明顯的：可在第二位置處增加：附加獨立地-旋轉的腕部構件(例如三或更多個)。腕部構件128A、128B的每一者經調適以用於：在X-Y平面中相對於前臂124在第二位置處圍繞第三旋轉軸129的獨立的旋轉。此外，腕部構件128A、128B的每一者經調適以耦接至端效應器130A、130B(有時候被稱為「葉片(blades)」)，其中端效應器130A、130B的每一者經調適以：在進行拾取及/或放置的操作期間裝載和輸送基材105A、105B。
端效應器130A、130B可具有任何適當的結構。端效應器130A、130B可為被動的或可包含：用於把持基材105A、105B的任何適當的主動構件(例如機械夾持機構或靜電把持能力)。端效應器130A、130B可藉由任何適當的構件(例 如機械的緊固、黏合(adhering)、夾持等等)被耦接至腕部構件128A、128B。可選擇地，個別的腕部構件128A、128B及端效應器130A、130B可藉由形成為一個整體的部件而彼此相互耦接。如同將於後文中所描述者，每一腕部構件128A、128B的旋轉係由第一腕部構件驅動組件132和第二腕部構件驅動組件146所賦予的。
第一腕部構件128A經調適以：藉由第一腕部構件驅動組件132相對於前臂124以順時針或反時針旋轉的方向圍繞第三旋轉軸129在X-Y平面中獨立地旋轉。旋轉可為：大約+/-150度或更多。在描繪的實施例中，第一腕部構件驅動馬達132M的動作造成旋轉。第一腕部構件驅動馬達132M可為：習知的可變磁阻或永磁式電動馬達。可使用其他類型的馬達。可藉由從控制器122發送至第一腕部構件驅動馬達132M的適當的指令來控制第一腕部構件128A的旋轉。像是上臂驅動馬達121M，第一腕部構件驅動馬達132M可被包含在馬達外殼123中。
在描繪的實施例中的第一腕部構件驅動組件132包含：一第一腕部構件驅動軸134，該第一腕部構件驅動軸具有：耦接至第一腕部構件驅動軸134於一部分處(例如在下部端部上)的第一腕部構件驅動馬達132M的轉子和固定地被裝設在馬達外殼123中的定子，其中第一腕部構件驅動馬達132M經調適以驅動一第一腕部構件驅動構件136，該第一腕部構件驅動構件耦接至第一腕部構件驅動軸134。第一腕部構件驅動構件136的直徑可大於軸本身(例如可為驅動滑輪 (drive pulley))的直徑。第一腕部構件驅動構件136可與第一腕部構件驅動軸134分離、或可與第一腕部構件驅動軸134形成整體。
在描繪的實施例中，第一下部傳動元件(transmission element)138可被連接在第一腕部構件驅動構件136和第一傳動軸140之間。亦者，第一上部傳動元件142被連接在第一傳動軸140和第一腕部構件從動構件144之間。第一傳動軸140可包含：在相對的端部處的整體的或剛性地-附接的滑輪，該等端部與傳動元件138、142介面相接。傳動元件138、142可為：皮帶(belt)、帶條(strap)，或類似者。較佳地，傳動元件138、142係：被固定在其個別的端部處(pinned at their respective ends)而繫往個別的驅動構件136和從動構件144和繫往第一傳動軸140的滑輪(pulley)的薄金屬帶。
第二腕部構件128B亦經調適以：在X-Y平面中相對於前臂124且以順時針或反時針旋轉的方向圍繞第三旋轉軸129而獨立地旋轉。第二腕部構件128B的運動係由第二腕部構件驅動組件146所造成的。第二腕部構件128B圍繞第三旋轉軸129的旋轉可為：大約+/-150度或更多。在描繪的實施例中，第二腕部構件驅動馬達146M的動作造成旋轉，及可為：習知的可變磁阻或永磁式電動馬達。可使用其他類型的馬達。可藉由從控制器122發送至第二腕部構件驅動馬達146M的適當的指令來控制第二腕部構件128B的旋轉。像是第一腕部構件驅動馬達132M，第二腕部構件驅動馬達146M 可被包含在馬達外殼123中。
在描繪的實施例中的第二腕部構件驅動組件146包含：一第二腕部構件驅動軸148，該第二腕部構件驅動軸具有：耦接至第二腕部構件驅動軸148於一部分處(例如在下部端部上)的第二腕部構件驅動馬達146M的轉子和被固定地裝設在馬達外殼123中的定子，其中第二腕部構件驅動馬達146M經調適以驅動一第二腕部構件驅動構件150，該第二腕部構件驅動構件耦接至該第二腕部構件驅動軸148。此耦接可藉由機械連接(例如銷(pin)或固定螺絲(set screw))或透過使得驅動構件150與第二腕部構件驅動軸148形成整體。第二腕部構件驅動構件150的直徑可大於或小於軸148(例如可為驅動滑輪)的直徑。
在描繪的實施例中，第二下部傳動元件152被連接在第二腕部構件驅動構件150和第二傳動軸160之間。亦者，第二上部傳動元件162被連接在第二傳動軸160和第二腕部構件從動構件164之間。第二傳動軸160可包含：在相對的端部處的整體的或剛性地-附接的滑輪，該等端部與傳動元件152、162介面相接。傳動元件152、162可為：皮帶、帶條，或類似者。較佳地，傳動元件152、162係：被固定在其個別的端部處繫往個別的第二腕部驅動構件150和第二腕部從動構件164和繫往第二傳動軸160的滑輪的薄金屬帶。
可提供任何適當類型的反饋裝置以決定：第一腕部構件128A和第二腕部構件128B的精確的旋轉的位置。舉例而言，旋轉的編碼器132E、146E可被耦接在馬達外殼123 與個別的第一驅動軸134和第二驅動軸148之間。旋轉的編碼器132E、146E可為磁性的、光學的，或任何其他的適當類型的編碼器。
再次地參照第1A圖和第1B圖，在操作中，為了要將端效應器130A移動至所欲的目的地以用於基材105A的拾取，上臂118和前臂124連同第一腕部構件128A可獨立地旋轉一足夠的量，以從腔室(例如製程腔室106)拾取基材105A。同時，第二腕部構件128B係：在X-Y平面中相對於前臂124而獨立地旋轉，以使得在所欲的目的地(製程腔室106)處要被交換(放置)的基材105B可被放置和準備就緒，以使得當基材105A從製程腔室106被收回與第一腕部構件128A被旋轉至在移送腔室102中的把持位置時，第二腕部構件128B可被旋轉進入空間和被插置進入製程腔室106以放置基材105B在所欲的目的地位置處(例如到升舉銷或底座之上)。如同在第1A圖中所描繪者，偏離製程腔室106可容易地由機器人設備104來維護。特定地，當進入腔室106的直線段(垂直於腔室的面)偏離於肩軸(第一軸120)，機器人設備104的獨立的旋轉的能力和受限制數目的元件允許：沿著並不與第一軸120相一致的線段的此偏離進入。
在第1A圖的所描繪的實施例中，機器人設備104被圖示為：位於和被容納在移送腔室102中。然而，應理解到：機器人設備104的此實施例可有利地被使用在電子裝置製造的其他的區域中，例如在工廠介面110內，其中機器人設備104可操作以(例如)在裝設至裝載埠的基材裝載器 112(例如FOUP-前開式晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pods))和電子裝置處理系統100的一或多個負載鎖定腔室108之間輸送基材。在此描述的機器人設備104亦能夠進行：其他的輸送使用。
第2A圖至第2D圖示例說明：在電子裝置處理系統100內的機器人設備104的實施例的各種放置能力。在每一圖式中，如同從後續的描述中將為明顯者，上臂118可相對於基部116而獨立地旋轉。類似地，前臂124可相對於上臂118而獨立地旋轉。同樣地，第一腕部構件128A和第二腕部構件128B(及耦接的第一端效應器130A和第二端效應器130B)可相對於前臂124而獨立地旋轉，及亦相對於彼此間而獨立地旋轉。因此，當移送基材(例如基材105A、105B)時，機器人設備104呈現出極大的變通性以達成任何所欲的軌跡。
舉例而言，第2A圖示例說明：被提供在外殼101中的機器人設備104，該機器人設備具有：上臂118、前臂124，及腕部構件128A、128B，前述者全部皆旋轉以使得它們處於三角形的定向(orientation)。因為基材105A、105B的中心大約在第一旋轉軸120的位置處定向，此者允許機器人設備104被快速地旋轉以重新放置機器人設備104而維護製程腔室106或負載鎖定腔室108的任何者，而不賦予實質的離心力至基材105A、105B。在描繪的實施例中，八個腔室106、108被圖示。然而，應理解到：機器人設備104可維護更多數目或更少數目的腔室。
第2B圖示例說明：電子裝置處理系統100，該 電子裝置處理系統包含：機器人設備104，該機器人設備具有：腕部元件128B和在拾起基材105A之後從腔室106收回的端效應器130B。當從製程腔室106收回端效應器130A時，上臂118、前臂124，及腕部元件128A可獨立地旋轉。同時，腕部元件128B和包含另一基材105B的端效應器130B被旋轉和放置，及被輕易地被插置進入當基材105A從其中被移除時的相同的製程腔室106。因為二個腕部構件128A、128B相對於彼此而獨立地旋轉，當基材105A被收回時，等待插置的基材(例如基材105B)總可被放置在移送腔室102內的方便的、非-干涉的位置處。類似地，一旦被提取，當基材105B正被放置進入製程腔室106時，基材105A總可被放置在移送腔室102內的方便的、非-干涉的位置處。
第2C圖示例說明：當快速地移動機器人設備104以收回端效應器128A和插置端效應器128B時可被利用的另一可能的中間方向。在描繪的實施例中，一旦被裝設在端效應器130A上的基材105A從製程腔室106中提取，被裝設在端效應器103B上的基材105B可被旋轉和插置進入：剛由端效應器130A空出的製程腔室106。因此，下列者應為明顯的：不僅端效應器130A、130B可利用非直線行進(non-straight-on)的方式(意即非-垂直於製程腔室106的面)被插置進入腔室106和維護偏離腔室106，而且端效應器130A、130B的獨立的旋轉能力允許其他的基材105B被放置在離該面非常靠近處，以使得拾取和放置操作可快速地進行。在此方向中，藉由小數目的手臂，與上臂118、前臂124，及第一腕部構件128A 和第二腕部構件128B的獨立的旋轉能力而使該方向成為可能的，快速的拾取和放置操作可在目的地處進行。
第2D圖示例說明：當快速地移動機器人設備104以插置端效應器130B進入剛由端效應器130A空出的製程腔室106時可被利用的另一可能的中間方向。在描繪的實施例中，上臂118、前臂124，及被裝設在端效應器130A上的基材105A被旋轉而離開路徑和進入在移送腔室102中的非-干涉的位置，及端效應器130B被旋轉進入空間和被插置進入製程腔室106。製程腔室106偏離於第一軸120，但初始的進入亦可以非直線(non-straight)的行進而穿過面，因此允許主框架外殼101的整體大小被縮減。
如同顯而易見者，因為在描繪的實施例中的驅動馬達121M、126M、132M，及146M(第1B圖)的每一者被整併與被包含在馬達外殼123內，該等驅動馬達可直接地經由通過馬達外殼123的一或多個簡單的、封閉的電性連接而電性耦接。從而，並不需要：用於將功率饋送進入驅動馬達的習知的滑動環組件。此外，因為上臂118、前臂124，及第一腕部構件128A和第二腕部構件128B全部藉由共軸的驅動軸121S、126S、134，及148被遠端地驅動，及驅動馬達121M、126M、132M、146M被擺放在馬達外殼123中，耦接線路不需要進入各個上臂、前臂等等(如同在一些先前的機器人中)。從而，提供較為簡單的結構。此外，因為所有的驅動馬達121M、126M、132M，及146M被提供在馬達外殼123內的真空處，可避免密閉式的密封件(例如鐵磁流體密封件)的使用。 因此，機器人設備104不具有鐵磁流體密封件。
驅動軸121S、126S、134，及148、第一傳動軸140和第二傳動軸160，及第一腕部構件128A和第二腕部構件128B可由適當的低-摩擦的、旋轉-容納(rotation-accommodating)的軸承或軸承襯套(bushing)來支撐。舉例而言，球狀軸承可被使用。
在第3圖中，具有機器人設備304的輸送系統300被圖示為：可選擇地進一步包含：垂直的馬達365和垂直的驅動機構368。個別的驅動軸321S、326S、334，及348相較於前面的實施例略為拉長以容納垂直的軸運動。上臂、前臂、第一腕部構件和第二腕部構件，及端效應器與前面-描述的實施例相同及為了達到清楚的目的並未被圖示於第3圖中。基部316被修正和被增大以容納促進Z-軸能力的元件。垂直的馬達365和垂直的驅動機構368經調適以造成：上臂、前臂、第一腕部構件和第二腕部構件，及連接的端效應器(全部並未被圖示出)的垂直的運動(沿著Z軸)。垂直的驅動機構368可包含：蝸桿驅動(worm drive)、導螺桿、滾珠導螺桿(ball screw)，或齒條(rack)和小齒輪機構，當前述者藉由垂直的馬達365被移動(例如被旋轉)時造成馬達外殼323以沿著第一旋轉軸320垂直地移動。風箱(bellows)370或其他的適當的真空阻障層可被使用以容納垂直的運動和亦作用為：在腔室(例如移送腔室302)和可被提供而處於大氣壓力的馬達外殼323的外部之間的真空阻障層。一或多個平移-容納的裝置372，例如線性軸承、軸承襯套，或其他的線性的運動限制構件可被 使用以限制馬達外殼323的運動為：僅沿著第一旋轉軸320的垂直的運動(例如Z-軸運動)。馬達外殼323的側向和旋轉的運動被平移-容納的裝置372所限制。在描繪的實施例中，被裝設在基部316和垂直的驅動馬達365之間的導螺桿374接合：被裝設至馬達外殼323的導程螺母(lead nut)376。從控制器322發送至垂直的馬達365的驅動訊號造成：馬達外殼323相對於基部316的垂直的運動，及因此造成上臂、前臂、腕部構件，及端效應器(未圖示出)沿著Z-軸的垂直的運動。可提供：一或多個垂直的運動容納的軸承378，該等軸承允許軸321S的垂直的運動，但是亦允許其圍繞第一旋轉軸320的旋轉。垂直的馬達365可包含：旋轉的反饋裝置(例如前文所描述者)，以提供垂直的位置反饋資訊至控制器322。垂直的驅動馬達365可為：習知的可變磁阻或永磁式電動馬達。可使用其他類型的馬達。
提供和參照第4圖來描述：根據本發明的實施例的在電子裝置處理系統(例如電子處理系統100、300)內輸送基材的方法400。方法400包含以下步驟：在402中，提供機器人設備(例如機器人設備104、304)，該機器人設備具有：一基部(例如基部116、316)、一上臂(例如上臂118)，該上臂耦接至一上臂驅動軸(例如121S、321S)、前臂(例如前臂124)，該前臂耦接至前臂驅動軸(例如126S、326S)、第一腕部構件(例如腕部構件128A)，該第一腕部構件耦接至第一腕部驅動軸(例如134、334)，及一第二腕部構件(例如腕部構件128B)，該第二腕部構件耦接至第二腕部驅動軸(例如148、348)，其 中所有的驅動軸係共軸的。舉例而言，在描繪的實施例中，驅動軸的軸之所有者沿著第一旋轉軸(例如120、320)而擺放。在404中，藉由驅動上臂驅動軸，上臂相對於基部(例如基部116、316)而獨立地旋轉。在406中，藉由驅動前臂驅動軸，前臂相對於上臂而獨立地旋轉。在408中，藉由驅動第一腕部構件驅動軸，第一腕部構件相對於前臂而獨立地旋轉。在410中，藉由驅動第二腕部構件驅動軸，第二腕部構件相對於前臂而獨立地旋轉。
如同顯而易見者，使用如同在此所描述的機器人設備(例如104、304)，可達成：從目的地位置處提取基材或放置基材至目的地位置處。機器人設備的整體大小可被縮減，及因此容納機器人設備(例如104、304)的腔室(例如移送腔室102、302)可被縮減。在一些實施例中，藉由同時地旋轉上臂(例如上臂118)、前臂(例如前臂124)，及第一腕部構件(例如腕部構件128A)和第二腕部構件(例如第二腕部構件128B)的至少一者來進行方法400，以進行：從目的地拾取基材或放置基材至目的地，例如腔室(例如製程腔室106或負載鎖定腔108)。在其他的實施例中，上臂(例如上臂118)、前臂(例如前臂124)、第一腕部構件(例如腕部構件128A)，及第二腕部構件(例如第二腕部構件128B)全部同時地旋轉以進行基材(例如基材105A或105B)的移送。
前文的描述僅揭示：本發明的示例性實施例。落於本發明的範疇內的前文-揭示的系統、設備，及方法的修正將對於彼些具有通常知識者而言為顯而易見的。從而，雖然 已結合其示例性實施例來揭示本發明，應理解到：其他的實施例落於本發明的範疇內，如同由後續的申請專利範圍所界定者。
100‧‧‧電子裝置處理系統
101‧‧‧外殼
102‧‧‧移送腔室
104‧‧‧機器人設備
105A‧‧‧基材
105B‧‧‧基材
106‧‧‧製程腔室
108‧‧‧負載鎖定腔室
109‧‧‧流量閥
110‧‧‧工廠介面
112‧‧‧基材裝載器
114‧‧‧箭頭
116‧‧‧基部
118‧‧‧上臂
122‧‧‧控制器
124‧‧‧前臂
128A‧‧‧第一腕部構件
128B‧‧‧第二腕部構件
130A‧‧‧端效應器
130B‧‧‧端效應器

Claims (20)

  1. 一種機器人設備，包含：一上臂，該上臂經調適以：圍繞一第一旋轉軸而旋轉；一前臂，該前臂耦接至該上臂在偏離於該第一旋轉軸的一第一位置處，該前臂經調適以：在該第一位置處圍繞一第二旋轉軸而旋轉；第一腕部構件和第二腕部構件，該第一腕部構件和該第二腕部構件經耦接和經調適以用於：相對於該前臂在偏離於該第二旋轉軸的一第二位置處而圍繞一第三旋轉軸之旋轉，該第一腕部構件和該第二腕部構件的每一者經調適以耦接至個別的端效應器；及一驅動組件，該驅動組件具有：一上臂驅動組件，該上臂驅動組件具有：一上臂驅動軸，該上臂驅動軸經調適以造成：該上臂的獨立的旋轉；一前臂驅動組件，該前臂驅動組件具有：一前臂驅動軸，該前臂驅動軸經調適以造成該前臂的獨立的旋轉；一第一腕部構件驅動組件，該第一腕部構件驅動組件具有：一第一腕部構件驅動軸，該第一腕部構件驅動軸經調適以造成：該第一腕部構件的獨立的旋轉；及一第二腕部構件驅動組件，該第二腕部構件驅動組件具有：一第二腕部構件驅動軸，該第二腕部構件驅動軸經調適以造成：該第二腕部構件的獨立的旋轉；及其中該上臂驅動軸、前臂驅動軸、第一腕部構件驅動軸，及第二腕部構件驅動軸係共軸的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之機器人設備，其中該上臂驅動組件包含：一上臂驅動馬達、耦接至該上臂驅動軸的該上臂驅動馬達的一轉子，及固定地被裝設在一馬達外殼中的該上臂驅動馬達的一定子。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之機器人設備，其中該上臂係相對於一基部而圍繞該第一旋轉軸旋轉，及該第一旋轉軸係固定的。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之機器人設備，其中該上臂驅動軸、該前臂驅動軸、該第一腕部構件驅動軸，及該第二腕部構件驅動軸的每一者係：圍繞該第一旋轉軸而旋轉。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之機器人設備，其中該前臂驅動組件包含：一前臂驅動馬達，該前臂驅動馬達經調適以驅動該前臂驅動軸、一前臂驅動構件，該前臂驅動構件耦接至該前臂驅動軸，及一傳動構件，該傳動構件被連接在該前臂的該前臂驅動構件和一前臂從動構件之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之機器人設備，其中該前臂驅動馬達包含：一轉子，該轉子耦接至該上臂驅動軸，及 一定子，該定子固定地被裝設在一馬達外殼中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之機器人設備，其中該第一腕部構件驅動組件包含：一第一腕部構件驅動馬達，該第一腕部構件驅動馬達經調適以驅動該第一腕部構件驅動軸、一第一腕部構件驅動構件，該第一腕部構件驅動構件耦接至該第一腕部構件驅動軸、一第一下部傳動構件，該第一下部傳動構件被連接在該第一腕部構件驅動構件和一第一傳動軸之間，及一第一上部傳動構件，該第一上部傳動構件被連接在該第一傳動軸和該第一腕部構件的一第一腕部構件從動構件之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之機器人設備，其中該第一腕部構件驅動馬達包含：一轉子，該轉子耦接至該第一腕部構件驅動軸，及一定子，該定子被固定地裝設在一馬達外殼中。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之機器人設備，其中該第二腕部構件驅動組件包含：一第二腕部構件驅動馬達，該第二腕部構件驅動馬達經調適以驅動該第二腕部構件驅動軸、一第二腕部構件驅動構件，該第二腕部構件驅動構件耦接至該第二腕部構件驅動軸、一第二下部傳動構件，該第二下部傳動構件被連接在該第二腕部構件驅動構件和一第二傳動軸之間，及一第二上部傳動構件，該 第二上部傳動構件被連接在該第二傳動軸和該第二腕部構件的一第二腕部構件從動構件之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之機器人設備，其中該第二腕部構件驅動馬達包含：耦接至該第二腕部構件驅動軸的一轉子，及固定地被裝設在一馬達外殼中的一定子。
  11. 一種電子裝置處理系統，包含：一腔室；一機器人設備，該機器人設備至少部分地被包含在一腔室中和經調適以輸送一基材至一製程腔室或負載鎖定腔室，該機器人設備包含：一基部；一上臂，該上臂經調適以：相對於該基部而圍繞一固定的第一旋轉軸旋轉；一前臂，該前臂耦接至該上臂在偏離於該第一旋轉軸的一第一位置處，該前臂經調適以：在該第一位置處圍繞一第二旋轉軸而旋轉；第一腕部構件和第二腕部構件，該第一腕部構件和該第二腕部構件經耦接和經調適以用於：相對於該前臂在偏離於該第二旋轉軸的一第二位置處而圍繞一第三旋轉軸的旋轉，該第一腕部構件和該第二腕部構件的每一者經調適以耦接至個別的端效應器，其中每一個別的端效應器經調適以裝載一基材； 一上臂驅動組件，該上臂驅動組件具有：一上臂驅動軸，該上臂驅動軸經調適以：相對於該基部而旋轉該上臂；一前臂驅動組件，該前臂驅動組件具有：一前臂驅動軸，該前臂驅動軸經調適以：相對於該上臂而旋轉該前臂；一第一腕部構件驅動組件，該第一腕部構件驅動組件具有：一第一腕部構件驅動軸，該第一腕部構件驅動軸經調適以：相對於該前臂而旋轉該第一腕部構件；一第二腕部構件驅動組件，該第二腕部構件驅動組件具有：一第二腕部構件驅動軸，該第二腕部構件驅動軸經調適以：相對於該前臂而旋轉該第二腕部構件；及其中該上臂驅動軸、該前臂驅動軸、該第一腕部構件驅動軸，及該第二腕部構件驅動軸係共軸的。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該上臂、該前臂、該第一腕部構件，及該第二腕部構件的每一者係：獨立地旋轉。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該上臂、該前臂、該第一腕部構件，及該第二腕部構件的每一者係：在一X-Y平面中獨立地旋轉。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該等端效應器經調適以裝載基材至腔室和從腔室裝載基材。
  15. 一種在一電子裝置處理系統內輸送基材的方法，該方法包含以下步驟：提供一機器人設備，該機器人設備具有：一基部、一上臂，該上臂耦接至一上臂驅動軸、一前臂，該前臂耦接至一前臂驅動軸、一第一腕部構件，該第一腕部構件耦接至一第一腕部構件驅動軸，及一第二腕部構件，該第二腕部構件耦接至一第二腕部構件驅動軸，其中該等驅動軸的所有者係共軸的；相對於該基部，藉由驅動該上臂驅動軸而獨立地旋轉該上臂；相對於該上臂，藉由驅動該前臂驅動軸而獨立地旋轉該前臂；相對於該前臂，藉由驅動該第一腕部構件驅動軸而獨立地旋轉該第一腕部構件；及相對於該前臂，藉由驅動該第二腕部構件驅動軸而獨立地旋轉該第二腕部構件。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，包含以下步驟：圍繞一第一旋轉軸和在一X-Y平面中旋轉該上臂；在該X-Y平面中和在該上臂上圍繞一第二旋轉軸而旋轉該前臂；在一X-Y平面中和在該前臂上圍繞一第三旋轉軸而旋轉該第一腕部構件，及在一X-Y平面中和在該前臂上圍繞一第三旋轉軸而旋轉 該第二腕部構件。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，包含以下步驟：提供一上臂驅動組件，該上臂驅動組件包含：該上臂驅動軸，該上臂驅動軸經調適以相對於該基部而旋轉該上臂；提供一前臂驅動組件，該前臂驅動組件包含：該前臂驅動軸，該前臂驅動軸經調適以相對於該上臂而旋轉該前臂；提供一第一腕部構件驅動組件，該第一腕部構件驅動組件包含：該第一腕部構件驅動軸，該第一腕部構件驅動軸經調適以相對於該前臂而旋轉該第一腕部構件；及提供一第二腕部構件驅動組件，該第二腕部構件驅動組件包含：該第二腕部構件驅動軸，該第二腕部構件驅動軸經調適以相對於該前臂而旋轉該第二腕部構件。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，包含以下步驟：提供一上臂驅動馬達，該上臂驅動馬達驅動該上臂驅動軸；提供一前臂驅動馬達，該前臂驅動馬達驅動該前臂驅動軸；提供一第一腕部構件驅動馬達，該第一腕部構件驅動馬達驅動該第一腕部構件驅動軸；及提供一第二腕部構件驅動馬達，該第二腕部構件驅動馬達驅動該第二腕部構件驅動軸。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之方法，包含以下步驟：提供一第一端效應器，該第一端效應器耦接至一第一腕部構件，及一第二端效應器，該第二端效應器耦接至該第二腕部構件；及輸送在該第一端效應器和該第二端效應器上的基材至一腔室，及從該腔室輸送在該第一端效應器和該第二端效應器上的基材。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之方法，包含以下步驟：獨立地旋轉該上臂、該前臂，及該第一腕部構件和該第二腕部構件以進行：一第一基材的一拾取和一第二基材的放置。
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