TWI343086B - Multi-axis vacuum motor assembly - Google Patents

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TWI343086B
TWI343086B TW095104777A TW95104777A TWI343086B TW I343086 B TWI343086 B TW I343086B TW 095104777 A TW095104777 A TW 095104777A TW 95104777 A TW95104777 A TW 95104777A TW I343086 B TWI343086 B TW I343086B
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Description

1343086 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於半導體元件製造，尤其是關 裝卸器一起使用的多軸馬達組合。 【先前技術】 在半導體元件的製造上，例如積體電路 機存取記憶體（D R A Μ )等用來製作半導體 的晶圓（典型為碎晶圓）必須頻繁地從 一個 送到另一個製程處理室。這種晶圓的運送必 境中且常常於低於大氣壓的壓力下進行。為 同的機械排列以於一個設備的不同製程處理 圓或將晶圓從一個設備運送到另一個。 現常用作法是將晶圓裝進一盒子中，以 件下安全且有效地將一些晶圓從一個地方運 方。裝有晶圓的盒子然後可插入一輸入/輸出 載鎖定”室），在該輸入/輸出室中可設置所 力與空氣。這些晶圓可一片接一片地放到進 子中或從離開I/O室的盒子中取出。 從裝卸晶圓的效率上看，I/O室應位於 製程處理室以使得一片以上的晶圓可在附近 理。為此，係將兩個或兩個以上的處理室排 的周邊位置上，該運送室可密閉地密封且與 程處理室均相通。在運送室内設置一自動控 於用於與晶圓
(IC )、動態隨 元件的大而薄 製程處理室運 須在乾淨的環 此，設計了不 室之間運送晶 在無塵室的條 送到另一個地 (I/O)室（“裝 需要的氣體壓 入I/O室的盒 緊密接近一些 且同時進行處 列在一運送室 該I/O室及製 制晶圓裝卸機 5 1343086 構或一機器人，其可抓取I/O室供應的晶圓然後運送每一 片晶圓進入選定的製程處理室。在一個處理室處理之後， 可通過機器人將晶圓從該處理室取出然後插入另一個製程 處理室，或返回到該I/O室且最後到各自的盒子。
半導體晶圓本質上是脆弱的 '且易有缺口或擦傷’因 此，在其裝卸時要非常細心以防損壞。裝卸晶圓的機器人 機構可安全地抓取晶圓，且沒有擦傷表面或打破易碎的晶 圓的邊緣。機器人平穩地移動晶圓，沒有振動、突然停止、 或猛拉。機器人的振動可引起在抓取晶圓的機器人刃部與 晶圓表面之間的磨損。這種磨損會導致晶圓有“灰塵”或 磨損微粒，因而引起其他晶圓表面污染。因此，機器人的 設計要求仔細地測量以確保機器人的可移動件平穩地操 作，沒有無效運動或鬆動，且在抓取晶圓時具有必要的柔 和度，還要能快速準確地在不同位置之間移動晶圓。
由於運送室内的空間限制，通常需要降低用於驅動機 器人的馬達組合的高度，業界也要求提供一種能獨立裝卸 多個晶圓以提高晶圓處理設備的生產能力的機器人。 【發明内容】 在本發明第一實施例中，提供一種第一多軸真空馬達 組合，其包括：（1) 一第一轉子；（2) —第一定子，用於 穿過一真空阻擋件與該第一轉子磁耦合，從而控制在真空 室内的機器人臂的第一軸的轉動；（3 ) —第二轉子，位於 該第一轉子下方；（4) 一第二定子，位於第一定子下方且 6 1343086 用於穿過該真空阻擋件與第二轉子磁耦合，從而控制在該 真空室内的機器人臂的第二軸的轉動；（5 ) —第一回饋裝 置，位於真空阻擋件的大氣側且用於經由穿過真空阻擋件 的被動磁耦合來監控機器人臂的第一軸的轉動；及（6) — 第二回饋裝置，位於真空阻擋件的大氣側且用於經由穿過 真空阻擋件的被動磁耦合來監控機器人臂的第二軸的轉 動。
在本發明第二實施例中，提供一種第二多軸真空馬達 組合，其包括：（1) 一第一轉子；（2) —第一定子，用於 整流以穿過真空阻擋件轉動第一轉子及控制一真空室内的 機器人臂的第一軸的轉動；（3) —第二轉子，位於第一轉 子下方；（4) 一第二定子，位於第一定子下方且用於整流 以穿過真空阻擋件轉動第二轉子及控制真空室内的機器人 臂的第二軸的轉動；（5) —第一回饋裝置，用於監控機器 人臂的第一軸的轉動；及（6) —第二回饋裝置，用於監控 機器人臂的第二軸的轉動。 本發明的其他方面也進行揭露，包括用第一與第二多 軸真空馬達組合進行操作機器人臂的方法。通過下面的詳 細描述、申請專利範圍與附圖，將使本發明的其他特徵與 實施例顯而易見。 【實施方式】 本發明揭露一種用於運送室或其他室内的多轴馬達組 7 1343086
合，該改進的設計允許回饋裝置與/或馬達元件進行 (nasted)以降低在運送室下方的堆疊高度。另外，感應 不需要穿過真空阻擋件進行傳輸。 第1圖是本發明第一實施例的多軸真空馬達組合 的剖面圖。如下將述，該第一多軸馬達組合1 0 0利用 合穿過真空阻擋件來驅動真空室内的機器人。回饋裝 馬達元件進行套疊以增強垂直緊凑性，且安置在真空 面。 第1圖所示的第一多軸真空馬達組合1 0 0包括一 定子102 (Motor 1 (stator))以穿過真空室108的真 擋件106來驅動第一轉子104(Rotorl)。該第一定子 可作為一主動磁耦合以驅動該第一轉子 104，即，第 子1 0 2的整流（c 〇 m m u t a t i ο η )可（例如，經由適當施加 流到定子線圈上）穿過該真空阻擋件1 〇 6控制第一轉3 的轉動。 該第一定子 1 〇 2可設置於真空阻擋件 1 0 6的大 上。在一實施例中，該第一定子1 0 2是固定的，且可 於真空阻擋件1 0 6上，以使第一定子1 02與真空阻擋利 之間沒有空氣間隙，而有最大的磁效率。然其他配置 使用。 例如，該第一轉子-定子對1 0 2、1 0 4可包括現有 直流馬達（brushless DC moter)或任何適當的馬達配 一部分。 套疊 功能 100 磁耗 置與 室外 第一 空阻 102 一定 一電 1 04 氣側 設置 1 06 也可 無刷 置的 8 1343086
第一轉子1 04經由一第一輪軸1 1 2(例如，蛙腿（frog-leg) 或其他機器人的輪軸）連結在機器人臂1 1 0的第一軸上。 第一被動轉動磁耦合114(M1)也連結在第一輪軸112上。 該第一轉動磁耦合114穿過該真空阻擋件106與一第二被 動轉動磁耦合 116 (Mag 1)磁耦合。該第二轉動磁耦合 116連結到第一回饋裝置118( Encoder 1)。由於這個回館 裝置在真空室108外，在大氣中對於可用作回饋裝置118 的技術幾乎沒有限制。例如，回饋裝置1 1 8可以是一分解 器、一光解碼器、一磁解碼器或任何其他適當裝置（例如， 有益於定位和/或整流一真空機器人）。 第一回饋裝置1 1 8連結到一控制器1 1 9且可傳送關於 第一機器人臂1 1 0的位置資訊給該控制器1 1 9，該控制器 119用於控制受該多軸真空馬達組合100驅動的機器人（未 個別繪示）的操作。例如，該第一回饋裝置1 1 8可與控制 器1 1 9硬接線連接或與控制器無線通信。
一第二回饋裝置、馬達定子驅動器及磁耦合系統係與 上述的馬達元件及回饋裝置套疊，如第1圖所示，該第一 實施例的多軸真空馬達組合 1 0 0 包括一第二定子 1 2 0 (Motor 2 (stator))’其可為一用於穿過真空阻擋件106驅 動一第二轉子122(Rotor2)的馬達定子。該第二定子120 可作為一主動磁耦合來驅動第二轉子122，即，第二定子 1 2 0的整流（例如，經由適當施加一電流到定子線圈上） 穿過該真空阻擋件106控制第二轉子122的轉動。 9 1343086
該第二定子 120可設置於真空阻擋件 106 上。在一實施例中，該第二定子1 2 0是固定的， 於真空阻擋件106上，以使第二定子120與真空1¾ 之間沒有空氣間隙，因而有最大的磁效率。其他 使用。 例如，該第二轉子-定子對 1 2 0、1 2 2可包括 直流馬達或任何適當的馬達配置的一部分。 第二轉子1 2 2經由一第二輪軸1 2 6 (例如，蛙 機器人的）連結在一機器人臂124的第二軸上。 轉動磁耦合128 (M2)也連結在第二輪軸126上 轉動磁耦合128穿過該真空阻擋件106與一第四 磁耦合130(Mag2)磁耦合。該第三轉動磁耦合 到一第二回饋裝置132( Encoder 2)，如第一回饋 該第二回饋裝置132可以是一分解器、一光解碼 解碼器或任何其他適當回饋裝置。 第二回饋裝置1 3 2連結到該控制器1 1 9且可 第二機器人臂1 2 4的位置資訊給該控制器119, I 1 9用於控制受該多軸真空馬達组合1 0 0驅動的才 個別繪示）的操作。例如，該第二回饋裝置1 3 2 器1 1 9硬接線連接或與控制器無線通信。在該硬 例中，該第一與/或第二回饋裝置1 1 8、1 3 2可包 孔，其可讓電線穿過到控制器1 1 9或任何其他適1 要注意的是軸承可設於可彼此相對移動和/ 的大氣側 且可設置 -擋件1 〇 6 配置也可 現有無刷 腿或其他 第三被動 。該第三 被動轉動 1 2 8連結 R 置 1 18， 器、一磁 傳送關於 該控制器 I器人（未 可與控制 接線實施 括一中空 ^的位置。 或轉動的 10 1343086
零件之間，例如，如第1圖所示，軸承可設於第一定子 與第二轉動磁耦合116之間、第二定子120與第四轉 耦合1 3 0之間、第一輪軸1 1 2與第二輪軸1 2 6之間、 輪軸126與一多軸真空馬達組合100的外座體132之& 再如第1圖所示，該多軸真空馬達組合1 0 0可包 蓋子1 3 4，其可移開以提供通路給該多軸真空馬達組合 内的各種零件。該蓋子134可用適當的密封件136, 形環，進行真空密封。密封件1 3 8同樣可用於密封相 真空室108的多軸真空馬達組合100的外座體132。 第2圖是本發明第二實施例的多軸真空馬達組合 的剖面圖。該第二多軸真空馬達組合2 0 0類似於該第 軸真空馬達組合 1〇〇，然而，在該第二多軸真空馬達 200，該第二被動轉動磁耦合]]6(Mag 1)經由第一 軸2 0 2連結到第一回饋裝置1 1 8，該第四被動轉動磁 1 3 0( M a g 2 )經由第二轉動軸2 0 4連結到第二回饋裝置
102 動磁 第二 ]等。 括一 100 如0 對於 200 一多 組合 轉動 耦合 132。 動軸 中， 計可 緊湊 元件 >132 在所示的實施例中，該第一轉動軸2 0 2與第二轉 2 0 4同軸（儘管其他配置也可使用），即，在該實施例 該第一轉動軸2 02包含在第二轉動軸204内，這種設 實現類似於第 1圖所示的第一多軸馬達組合 1 0 0的 性。然而，第一與第二回饋裝置1 1 8、1 3 2可位於馬達 之下。在該實施例中，該第一與/或第二回饋裝置1 1 8 可包括一中空孔（未圖示），該軸202與/或軸2 04可穿過 1343086 本發明的多轴真空馬達組合提供一種更緊湊的設計， 其可降低在運送室（真空室108)内所要求的空間。另外， 感應功能不必穿過真空阻擋件進行傳輸。反之，本發明可 利用磁耦合原理而得第一轉子]0 4和/或第二轉子1 2 2對真 空阻擋件 106的大氣惻與對在真空室 108外的回饋裝置 118、132的角位置。
要注意的是亦可用任何數量的同軸軸（例如，被線軸 件或類似的東西分開的四軸）。例如，該多抽真空馬達組合 100 和/或 200 可用於美國專利第 6,379,095 號與第 6，5 8 2,1 7 5號揭露的多晶圓裝卸機器人，該兩專利因此全部 併入此處作為參考（例如可同時運送兩個、四個或更多基 板的多晶圓裝卸機器人）。 而且，如第1圖和/或第2圖所示的該轉子-定子位置可 顛倒過來（例如，這樣該轉子1 04、1 2 2定位於真空室1 0 8 外側，且該機器人臂受該轉子驅動）。
通過使用該多軸真空馬達組合1 〇 〇和/或2 0 0，可控制 機器人，如蛙腿機器人、S C A R A機器人等，例如，通過使 用第一定子與第二定子來轉勤機器人臂的第一軸與第二 軸，該機器人臂可伸長、收縮和/或轉動。更具體地講，將 第一定子與第二定子整流可使機器人臂的第一轴與第二轴 轉動，從而伸長、收縮和/或轉動機器人臂。 因此，雖然本發明已配合其例示性實施例作說明，但 應可領會其他實施例亦應為本發明精神及範圍所涵蓋，界 12 1343086 定如下文申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】
第1圖是本發明第一實施例的多軸真空馬達組合的剖 面圖D 第2圖是本發明第二實施例的多軸真空馬達組合的剖
【主要元件符號說明】 100 第 一 多 轴 真 空 馬 達 組 合 1 02 第 一 定 子 104 第 一 轉 子 1 06 真 空 阻 擋 件 108 真 空 室 110 機 器 人 臂 112 第 一 輪 車由 114 第 一 被 動 轉 動 磁 耗 合 116 第 二 被 動 轉 動 磁 耦 合 118 第 一 回 饋 裝 置 119 控 制 器 1 20 第 二 定 子 122 第 二 轉 子 1 24 機 器 人 臂 126 第 二 輪 轴 128 第 二 被 動 轉 動 磁 耦 合 130 第 四 被 勤 轉 動 磁 搞 合 132 第 二 回 饋 裝 置 132 外 座 體 134 蓋 子 136 密 封 件 13 8 密 封 件 200 第 二 多 軸 真 空 馬 達 組 合 202 第 一 轉 動 軸 204 第 二 轉 動 轴
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Claims (1)

1343086 r--—Π 方年尸月/20修正本 _ .爾^^^川號專f暖Η年f月修正 十、申請專利範圍： 1· 一種多轴真空馬達組合，包括： 一第一轉子； 一第一定子，用於穿過一真空阻擋件與該第一轉子磁 耦合，從而控制在真空室内的機器人臂的第一轴的轉動； 一第二轉子，位於該第一轉子下方；
一第二定子，位於第一定子下方且用於穿過該真空阻 擋件與第二轉子磁耦合，從而控制在該真空室内的機器人 臂的第二轴的轉動； 一第一回饋裝置，位於真空阻擋件的大氣側且用於經 由穿過真空阻擋件的一第一被動磁耦合來監控機器人臂的 第一轴的轉動，該第一被動磁耦合包括位於該真空阻擋件 的一真空側之一第一被動轉子磁耦合，以及位於該真空阻 擋件的一大氣側，且耦接至該第一回饋裝置之一第二被動 轉子磁耦合；及 一第二回饋裝置，位於真空阻擋件的大氣側且用於經 由穿過真空阻擋件的一第二被動磁耦合來監控機器人臂的 第二轴的轉動，該第二被動磁耦合包括位於該真空阻擋件 的該真空側之一第三被動轉子磁耦合，以及位於該真空阻 擋件的該大氣側，且耦接至該第二回饋裝置之一第四被動 轉子磁耦合。 2.根據申請專利範圍第1項所述的多軸真空馬達組合，其 14 1343086 中該第一與第二定子位於真空阻擋件的大氣側。 3.根據申請專利範圍第2項所述的多轴真空馬達組合，其 中該第一與第二定子係垂直排列。
4.根據申請專利範圍第2項所述的多轴真空馬達組合，其 中該第一與第二定子係直接固定於真空阻擋件上，而該第 一定子及該第二定子與該真空阻擋件之間無空氣間隙（air gap )。 5.根據申請專利範圍第1項所述的多轴真空馬達組合，其 中第一定子的整流（commutation)可控制穿過真空阻擋件 的第一轉子的轉動。
6.根據申請專利範圍第1項所述的多軸真空馬達組合，其 中第二定子的整流可控制穿過真空阻擋件的第二轉子的轉 動。 7.根據申請專利範圍第1項所述的多轴真空馬達組合，其 中第一定子與第一轉子位於同一水平面内。 8.根據申請專利範圍第1項所述的多轴真空馬達組合，其 中第一定子、第二定子、第一回馈裝置與第二回饋裝置的 15 1343086 排列不會伸入到真空室底部的下方。 9. 一種多轴真空馬達組合包括： 一第一轉子； 一第一定子，用於整流以穿過真空阻擋件轉動第一轉 子及控制一真空室内的機器人臂的第一轴的轉動； 一第二轉子，位於第一轉子下方；
一第二定子，位於第一定子下方且用於整流以穿過真 空阻擋件轉動第二轉子及控制真空室内的機器人臂的第二 轴的轉動； 一第一被動轉子磁耦合，其位於該真空阻擋件的一真 空側； 一第二被動轉子磁耦合，其穿過該真空阻擋件磁耦接 至該第一被動轉子磁耦合，且該第二被動轉子磁耦合位於 該真空阻擋件的一大氣側；
一第一回饋裝置，用於監控機器人臂的第一轴的轉 動，該第一回饋裝置耦接於該第二被動轉子磁耦合且位於 該真空阻擋件的該大氣側； 一第三被動轉子磁耦合，其位於該真空阻擋件的該真 空側； 一第四被動轉子磁耦合，其穿過該真空阻擋件磁耦接 至該第三被動轉子磁耦合，且該第四被動轉子磁耦合位於 該真空阻擋件的該大氣側；及 16 1343086 一第二回饋裝置，用於監控機器人臂的第二轴的轉 動，該第二回饋裝置耦接於該第四被動轉子磁耦合且位於 該真空阻擋件的該大氣側。 10.根據申請專利範圍第9項所述的多軸真空馬達組合，其 中該第一與第二定子位於真空阻擋件的大氣側。
11.根據申請專利範圍第10項所述的多轴真空馬達組合， 其中該第一與第二定子係垂直排列。 12.根據申請專利範圍第10項所述的多軸真空馬達組合， 其中該第一與第二定子直接固定於真空阻擋件上，而該第 一定子及該第二定子與該真空阻擋件之間無空氣間隙。
13.根據申請專利範圍第9項所述的多軸真空馬達組合，其 中第一定子與第一轉子位於同一水平面内。 14.根據申請專利範圍第9項所述的多轴真空馬達組合，其 中第一定子、第二定子、第一回饋裝置與第二回饋裝置的 排列不會伸入到真空室底部的下方。 15.—種操作一機器人臂的方法，包括： 提供一多軸真空馬達組合，其包括： 17 1343086 一第一轉子； 一第一定子，用於穿過一真空阻擋件與該第一轉子 磁耦合，從而控制在真空室内的機器人臂的第一轴的轉動； 一第二轉子，位於該第一轉子下方； 一第二定子，位於第一定子下方且用於穿過該真空 阻擋件與第二轉子磁耦合，從而控制在該真空室内的機器 人臂的第二轴的轉動；
一第一回饋裝置，位於真空阻擋件的一大氣侧且用 於經由穿過真空阻擋件的一第一被動磁耦合來監控機器人 臂的第一軸的轉動，該第一被動磁耦合包括位於該真空阻 擋件的一真空側之一第一被動轉子磁耦合，以及耦接至該 第一回饋裝置，且位於該真空阻擋件的該大氣側之一第二 被動轉子磁耦合；及
一第二回饋裝置，位於真空阻擋件的該大氣側且用 於經由穿過真空阻擋件的被動磁耦合來監控機器人臂的第 二軸的轉動，該第二被動磁耦合包括位於該真空阻擋件的 該真空側之一第三被動轉子磁耦合，以及位於該真空阻擋 件的該大氣側，且耦接至該第二回饋裝置之一第四被動轉 子磁搞合；及 利用第一定子與第二定子來轉動機器人臂的第一 轴與第二軸從而伸長或收縮機器人臂。 16.根據申請專利範圍第15項所述的方法，其中該第一與 18 1343086 第二定子位於真空阻擋件的大氣側》 17.根據申請專利範圍第16項所述的方法，其中該第一與 第二定子係垂直排列。
18.根據申請專利範圍第16項所述的方法，其中該第一與 第二定子係直接固定於真空阻擋件上，而該第一定子及該 第二定子與該真空阻擋件之間無空氣間隙。 19.根據申請專利範圍第15項所述的方法，其中第一定 子、第二定子、第一回饋裝置與第二回饋裝置的排列不會 伸入到真空室底部的下方。 20.—種操作一機器人臂的方法，包括： 提供一多軸真空馬達組合，其包括： 一第一轉子； 一第一定子，用於整流以穿過真空阻擋件轉動第一 轉子及控制一真空室内的機器人臂的第一軸的轉動； 一第二轉子，位於第一轉子下方： 一第二定子，位於第一定子下方且用於整流以穿過 真空阻擋件轉動第二轉子及控制真空室内的機器人臂的第 二轴的轉動； 一第一回饋裝置，用於監控機器人臂的第一軸的轉 19 1343086 動； 一第一被動轉子磁耦合，其位於該真空阻擋件的一 真空側； 一第二被動轉子磁耦合，其位於該真空阻擋件的一 大氣側且穿過該真空阻擋件磁耦接至該第一被動轉子磁耦 合，其中該第一回饋裝置耦接至該第二被動轉子磁耦合， 且位於該真空阻擋件的該大氣側；及
一第二回饋裝置，用於監控機器人臂的第二轴的轉 動； 一第三被動轉子磁耦合，其位於該真空阻擋件的該 真空側； 一第四被動轉子磁耦合，其位於該真空阻擋件的該 大氣側且穿過該真空阻檔件磁耦接至該第三被動轉子磁耦 合，其中該第二回饋裝置耦接至該第四被動轉子磁耦合， 且位於該真空阻擋件的該大氣側；以及
將第一定子與第二定子整流來轉動機器人臂的第一軸 與第二軸從而伸長或收縮機器人臂。 21.根據申請專利範圍第20項所述的方法，其f該第一與 第二定子位於真空阻擋件的大氣側。 2 2.根據申請專利範圍第21項所述的方法，其中該第一與 第二定子係垂直排列。 20 1343086 23.根據申請專利範圍第21項所述的方法，其中該第一與 第二定子係直接固定於真空阻擋件上，而該第一定子及該 第二定子與該真空阻擋件之間無空氣間隙。
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