TWI262120B - Split assembly robotic arm - Google Patents
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Description
1262120 九、發明說明: 【發明戶厅屬+ “ 鸯之技術領威】 發明之技術 本毛月大上係有關於機械手臂,尤其是用於晶圓處 5 理設備中的機械手臂。 【先前技年餘1 發明之背景 現代化的半導體處理系統包括整合數個處理室,以在 不自同度&制處理被境中移除基板的狀況下執行數個接續 1〇的處理步驟的群組工具。這些室可包括,譬如,除氣室、 基板預先處理室、冷卻室、傳送室、化學蒸氣沉積室、物 理瘵氣〉儿積至、以及蝕刻室。在一群組工具中這些室的組 合,以及運轉這些室的操作狀況及參數被選出,以使用一 特定的處理選單及方法流程製造一特定的結構體。 15 一旦群組工具以一所欲室組及用以執行某些處理步驟 的輔助設備設定後,群組工具基本上藉由連續地通過_系 列室或處理步驟而處理許多的基板。處理選單及順序基本 上以程式輸入一微處理器控制器中,其引導、控制及監控 通過群組工具的各基板之處理。一旦晶圓的數個g成功地 20 通過群組工具而處理後,匣可通過另一群組工具,或獨立 的工具,譬如化學機械磨光機,以作進一步的處理。 上述種類的製造系統之一實例已揭露於美國專利 6,222,337中(Kroeker等人)並顯示於第1及2圖中。該專利揭 露的以磁性連接的機器人備有青蛙腿式機械手臂,其適於 1262120 在一固定的平面内備置機器人葉片之徑向及轉動的移動。 該徑向及轉動移動可協調及組合成允許基板在群組工具内 的一位置拾起、運送及輸送至另一位置。譬如,機械手臂 可用來自一處理室移動基板至一毗鄰的室。 5 第1圖為Kroeker等人的整合群組工具10之概略圖。基
板通過一匣閉鎖器12加入群組工具10中,或自其中移開。 具有一葉片17的一機器人14定位在群組工具10内,以自一 處理室輸送基板至另一室。這些處理室包括匣閉鎖器12、 除氣晶圓定向室20、預先清潔室24、PVD TiN室22以及冷 10 卻室26。在圖示中葉片17在它可自由地在室18内轉動的縮 回位置。 15 一第二機器人28定位在輸送室30中,且適於在各室, 譬如冷卻室26、預先清潔室24、CVD A1室(未顯示)及一PVD AlCii處理室(未顯示)之間輸送基板。顯示於第1圖中的室之 特定構形設計成備置可在一單一群組工具中作CVD及PVD 處理的一整合處理系統,備置一微處理器控制器29,以控 制在群組工具内的製造處理程序及狀況,以及機器人14、 28的操作。 第2圖為以磁性連接的在縮回及延伸位置下第1圖之機 器人的概略圖。該機器人14(第1圖)包括堅固地連接至一第 一磁性夾80的一第一支桿8],以及堅固地連接至一第二磁 性夾80’的一第二支桿82。一第三支桿83以一枢點84連接至 支桿81,並以一樞點85連接至一晶圓葉片86。一第四支桿 87以一樞點88連接至支桿82,並以一樞點89連接至晶圓葉 20 1262120
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20 片86。支桿s81-83、87及枢點84、85、88及89的結構體形成 晶圓葉片86與磁性夾80、80’的一 ''青蛙腿〃式的連接。 當磁性夾80、80’在相同方向下,以相同的角度上之速 度轉動時,機器人亦會以同一方向,同一速度繞著軸X轉 動。當磁性夾80、80’以相對方向,相同的絕對角度速度轉 動時,總成14不會轉動,但晶圓葉片86會作線性的徑向移 動至如虛線元件8Γ- 89’所顯示的一位置。 在圖中,一晶圓35裝載於晶圓葉片86上,以顯示晶圓 葉片可通過在一室32的一壁811上的一晶圓輸送長形孔810 延伸,以輸送此一晶圓至室32之内外。磁性夾80、80’以相 同的方向,相同的速度之轉動可用來轉動機器人自適於晶 圓與毗鄰室12、20、22、24、26(參看第1圖)之一交換的一 位置至晶圓適於與這些室中的其他室作交換的一位置,然 後,磁性夾80、80’以同一速度作相對方向的轉動之模式用 來延伸晶圓葉片至這些室之一中,然後自該室中拉出。當 機器人正在繞著轴X轉動時,某些其他夾轉動的組合可用來 延伸或縮回晶圓葉片。 為維持晶圓葉片86自轉動軸X徑向地向外,一互連機構 用於凸輪85、89之間,以確保各樞點的相等且相對的角度 上之轉動。該互連機構可具有許多方式的設計。一種可能 的互連機構為一對形成在樞點8 5及8 9上的嚙合齒輪9 2、 93。這些齒輪鬆弛地嗜合,以儘可能地減少這些齒輪產生 微粒。為減少兩個齒輪之間由於鬆弛而造成的間隙,一弱 彈簧94(參看第4圖)可在一齒輪上的一點95與另一齒輪上的 7 1262120 -點96之間延伸’使得彈簧張力以相對方向梢許地轉動該 兩齒輪,直到輕輕的接觸在該兩個齒輪之間生產。 雖然美國專利6,222,337(Kroeker等人)的此種機器人具 尤其是’已發現此種機器 88’關節處會產生過度的磨 有許多優點,它亦有一些缺點。 5 人常在手腕85,、89,及手肘84,、 損。此問題須特別的維修,因❿使得生產過程中斷。因此, 人們需要-種少維修,且在這些區中較少磨損的機器總
成。這些以及其他在裝置及方法上的需求將在下文中詳述。 t考务明内J 10 發明概要 依據-特徵,備置-機械手臂總成,其包括一輪較, 連,至該輪穀的一第一手臂部,以及連接至第一手臂部的 -第二手臂部(譬如藉由—栓或其他適合的裝置),使得第二 手臂部可至少部份地繞著其縱軸轉動。該機械手臂總成, 最好,有-青虫圭腿設計,且可另包括拖接至該第二手臂部 的第一手臂部,一端效應器(第三手臂部可與其連接),連 接至輪毅的-第四手臂部,以及連接至第四手臂部的一第 五手臂部,使得第四手臂部可至少部份地繞著其縱轴轉 動。該機械手臂總成可另包括一第六手臂部,其樞接至第 2〇五手臂部,且亦連接至端效應器。最好,第三及第六手臂 口 P連接至效應為的相對側邊,最好藉由手腕總成。 依據另一特徵,備置一機械手臂總成,其包括一輪轂, 連接至該輪數的一下手臂,樞接至該下手臂的一前手臂, 以及連接至該前手臂的一端效應器,其中該下手臂包括可 1262120 轉動地連接至—第二部份的—第一部份。 移動,以釋放手臂上的張力 依據另—特徵’備置一機械手臂總成,其包括一輪敎, 接f該輪敎的—第—手臂部,以及連接至該第-手#部 、第和使得遠第二手臂部可相對於第一手臂部 y Γ/ -tU ^ pa 種 热悉此技藝人士可瞭解到本發明的不同特徵可用於多 組合及次组合中’且這些組合及次组合均被視 本文中。 10 為較完整地瞭解本發明及其優點,以下將配合以相似 標唬表不相似元件的圖式加以說明,其中·· 第1圖為備有一機械晶圓處理系統的一群組工具的圖 式; 15 弟2圖顯示幻圖中的機械人之手臂總成,並顯示該手 臂總成在縮回及延伸位置; 第3圖顯示第1圖中的機器人之手腕總成; 第4圖顯卜f知機械手臂總成,並顯示其縮回及延伸 位置;以及 乐5圖顯示依據本發明之教示而製成的一機械 2〇 一實施例。 月的 【實方式】 較佳實施例之詳細說明 、以上所述的需要可藉由本文中揭露的裝置及方法而達 成尤其是,在仔細的調查後,已發現在第丨沁圖中所示的 9 1262120 習知機械手臂中,輪穀總成可移動至與其零件非丘中心, 5 10 15 =手!自轉動輪_。譬如,在某些習知的機 械手㈣形中,與手臂連接的⑽包含三個共中心環。在 此構形中的頂及底環容納軸承,且連接至手臂,且中間環 納磁性連接驅動器的—個或數個稀有土磁鐵。在使用 % ’这些環可偏離成非共中心,因而造成上述的轉動。 在如第!-4圖中所示的青娃腿結構中,此轉動沿著下手 f的珠緣傳輸,使得手臂現在不與f料臂的第二半部平 订,此狀況在手腕、手肘及輪穀總成内產生張力,當手臂 在作動時’造成過早的磨損,並在2字形方向(與手臂在其 上=伸及縮回的平面垂直)下增加不正常的動作。本文抑斤 揭路的裝置及方法備置一種用以平衡此轉動的裝置,因而 減J過早磨損的問題,以允許機械手臂適合地操作。 第5圖顯示依據本發明製造的一機械手臂的下部份之 限制實施例。為清楚的目的,已省略機械手臂的某些 細即。機械手臂1〇1包括一輪轂103,連接至在輪毅中的一 :固或數個轉動環或柱’以及以一拴109連接至第一部份的一 弟一部份107。 2 第一 105及第二部份以與備置在第二部份107上的 0 組螺紋孔徑(未顯示)相配的一組螺釘111固定在一起。在 螺釘的第一部份之通過量較螺釘本身大,使得第一部份可 在螺釘足夠地鬆開,且手臂轉動時,稍許地繞著栓109的軸 轉動。最好,此轉動在±2。的範圍内,雖然很小,它足以釋 放在手腕及手肘總成上的張力。因此,第5圖中所示的下手 1262120 臂之兩部份結構體允許轉動的產生,以平衡軸外滾動,並 維持整個手臂在半衡狀態下。
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第5圖顯示一特定裝置,藉由它可平衡轉動(以及連帶 的張力),但熟悉此技藝人士可瞭解到此目的可藉由數種不 同的裝置達成。譬如,第5圖中所示的第一及第二部份可橫 跨允許這些部分相互之間有限的轉動之一轴承總成而連 接。因此,可瞭解到這些不同的裝置均在本發明的範圍内。 因此,雖然本文中揭露的裝置及方法的特定實施例已詳細 地說明如上,須瞭解的是在不脫離本發明的精神及範圍内 本發明可作各種改變及替換。 L圖式簡單說明3 第1圖為備有一機械晶圓處理系統的一群組工具的圖 式; 第2圖顯示第1圖中的機械人之手臂總成,並顯示該手 臂總成在縮回及延伸位置; 第3圖顯示第1圖中的機器人之手腕總成; 第4圖顯示一習知機械手臂總成,並顯示其縮回及延伸 位置;以及 第5圖顯示依據本發明之教示而製成的一機械手臂的 20 一實施例。 【主要元件符號說明】 10 群組工具 16 支桿 12 匣閉鎖:器/室 17 葉片 14 機器人 18 室 11 1262120
20 除氣晶圓定向室 86 22 PVDTiN 室 86, 24 預先清潔室 87 26 冷卻室 87, 28 機器人 88 29 微處理器控制器 88, 30 輸送室 89 32 室 89, 35 晶圓 92 80 磁性夾 93 80, 磁性灸 94 81 支桿 95 81, 虛線元件 96 82 支桿 101 82, 虛線7C件 103 83 支桿 105 83, 虛線元件 107 84 枢點 109 84, 虛線元件/手財 111 85 樞點/凸輪 810 85, 虛線元件/手腕 811 晶圓葉片 虛線兀件 支桿 虛線元件 樞點 虛線元件/手肘 樞點/凸輪 虛線元件/手腕 齒輪 齒輪 弱彈簧 點 點 機械手臂 輪轂 第一部份 第二部份 栓 螺釘 晶圓輸送長形孔 壁 12
Claims (1)
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20 十、申請專利範圍: 1. 一種機械手臂總成,其包括: 一輪毅, 連接至該輪轂的一第一手臂部份;以及 連接至該第一手臂部份的一第二手臂部份,使得該 第二手臂部份可至少部份地繞著其縱軸轉動。 2. 如申請專利範圍第1項的機械手臂總成,其另包括樞接 至該第二手臂部份的一第三手臂。 3. 如申請專利範圍第2項的機械手臂總成,其另包括一端 效應器,且其中該第三手臂部份連接至該端效應器。 4. 如申請專利範圍第3項的機械手臂總成,其另包括: 連接至該輪轂的一第四手臂部份;以及 連接至該第四手臂部份的一第五手臂部份,使得該 第五手臂部份可至少部份地繞著其縱軸轉動。 5. 如申請專利範圍第4項的機械手臂總成,其另包括樞接 至該第五手臂部份的一第六手臂部份,且其中該第六手 臂部份亦連接至該端效應器。 6. 如申請專利範圍第5項的機械手臂總成,其中該第三及 第六手臂部份連接至該端效應器的相對側邊。 7. 如申請專利範圍第1項的機械手臂總成,其中該第三手 臂部份以一手腕總成連接至一端效應器。 8. 如申請專利範圍第1項的機械手臂總成,其中該第二手 臂部份藉由一栓可轉動地連接至該第一手臂部份。 9. 如申請專利範圍第1項的機械手臂總成,其中該機械手 13 1262120 臂總成具有一青蛙腿的設計。 10.如申請專利範圍第1項的機械手臂總成,其另包括: 連接至該輪轂的一第四手臂部份;以及 連接至該第四手臂部份的一第五手臂部份,使得該 第五手臂部份可至少部份地繞著其縱軸轉動。 1L 一種機械手臂總成,其包括: 一輪轂; 連接至該輪轂的一下手臂;
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20 樞接至該下手臂的一上手臂;以及 連接至該前手臂的一端效應器; 其中該下手臂包括可轉動地連接至一第二部份的一 第一部份。 12. 如申請專利範圍第11項的機械手臂總成,其中該第一部 份以一栓可轉動地連接至該第二部份。 13. —種機械手臂總成,其包括: 一輪轂; 連接至該輪轂的一第一手臂部份;以及 連接至該第一手臂部份的一第二手臂部份,使得該 第二手臂部份可相對於該第一手臂部份移動,以釋放在 手臂上的張力。 14
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