TWI426987B

TWI426987B - 不均等水平多關節臂

Info

Publication number: TWI426987B
Application number: TW095125180A
Authority: TW
Inventors: T Caveney Robert; Martin David; Gilchrist Ulysses
Original assignee: Brooks Automation Inc
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2014-02-21
Also published as: TW200720035A; KR20130116371A; CN101262986A; JP5186368B2; EP1904276A2; JP2009503811A; US10406679B2; WO2007008702A3; US20200001451A1; KR101519642B1; US20070020082A1; CN101262986B; EP3241655A1; KR20080036072A; US9248568B2; WO2007008702A2; US20160221183A1; EP1904276A4

Description

不均等水平多關節臂

本發明所舉實施例係關於基片運送裝置，尤指關於一種具有關節連接臂之基片運送裝置。

當前用於基片運送之選擇柔性機械臂總成(或稱四軸線機械臂)(SCARA arm)之機器人具有等長連桿(即上臂與前臂)，當上臂與前臂具相同長度，其四軸線機械臂對伸展率將具一有限之可容度，該可容度反映出機器人之軌跡(通常與回縮臂之擺動直徑相當)，及機械臂所及極限之伸展度。於傳統之機械臂，為使具有等長連桿機器人能有較大之伸展度，機器人之連桿力以同量增加其長度；又，於傳統機械臂，末端操作具之旋轉將跟隨上臂之旋轉而行。該末端操作具維持平行且沿著該臂徑向伸展之軸線，由於增加了連桿長度，於回縮位置時，機器人之擺動直徑(即軌跡)亦隨之增加。

各種形態之基片運送裝置已為習用技藝所周知，傳統基片運送裝置實例於美國專利5,741,113(即’113)號及5,611,655(即’655)號案中已有討論。美國專利’113號案論及一種多連桿機械臂機構，其應用二馬達來轉動上臂及前臂，而該二馬達乃可同步作業，俾於手部伸展量變化時容許機械臂之手部沿一曲線路徑移動相應於前臂之環繞一肘軸旋轉，該手部乃環繞一腕軸旋轉。美國專利’655號案則論及一具有一配設三連桿多關節臂之運送機，其中各連桿皆可獨立旋轉，該臂係受一具有三馬達之驅動裝置所驅動。於’113及’655號二案中，其機器人之上臂及前臂乃長度相等，若此，於’113及’655號二案之臂延伸愈長，意味一較大之軌跡，此外，至少在’113號案中，其末端操作具對於基片夾持區並非垂直。

依據第一實施例係提供一種基片運送裝置，該基片運送裝置包含一驅動部、一可操作地連接至該驅動部之控制器及一基片運送臂，該基片運送臂包括一上臂、一前臂及一基片夾持器，該上臂之近末端乃可轉動地裝設於一驅動部之肩關節，前臂之近末端則可轉動地裝設至上臂一末端之一肘關節，基片夾持器乃可轉動地裝設至前臂一末端之腕關節；該上臂及前臂自關節中心至關節中心之距離並不均等，於驅動部保持在相對於夾持區之一固定位置下，基片傳送臂乃適用於往復傳送基片於至少二基片夾持區之間。

依據另一實施例則提供一種具有四軸線機械臂之基片運送裝置，該基片運送裝置包含一上臂、一前臂及一基片夾持器，運送裝置具有一伸展長度，及依據上臂、前臂及基片夾持器長度之一擺動直徑，該上臂與前臂長度並不均等，可獨立旋轉之上臂與前臂，及可獨立旋轉之基片夾持器造成運送裝置一最大伸展長度於一預定擺動直徑。

依據再一實施例係提供一種基片運送裝置，該基片運送裝置包含一三連桿臂供選擇性傳送基片進入二分隔之朝向相同直列基片夾持站，或進入三分隔之朝向相同直列基片夾持站，該三連桿臂之一腕部沿平行路徑行進至各基片夾持站，且相對於該夾持站該三連桿臂之一驅動部乃被固定。

依據一方法實施例乃提供一種基片運送方法，該方法包含設置一備有一驅動部之之基片運送裝置，該驅動部具一機架及一第一、第二及第三驅動器；設置一桿臂組，該桿臂組具有一可獨立旋轉之上臂及一可獨立旋轉之前臂，與供夾持基片之一可獨立旋轉之基片夾持器，該上臂與前臂自關節中心至關節中心之長度並不均等，且於一端可旋轉地相互連結，該上臂則於其相對端可旋轉地連結至機架，該基片夾持器乃可旋轉地連結至前臂一末端之腕關節，供電予第一、第二及第三驅動器以啟動各該上臂、前臂及基片夾持器之個別旋轉，並啟動基片夾持器上之基片沿一徑向線之移動，其中該基片夾持器乃環繞基片中心而旋轉。

本發明上述實施形態及其他特徵乃配合附圖詳細說明如下：參閱圖1，其乃顯示具有依本發明一實施例之特徵之基片處理裝置100上視示意圖。雖揭示之實施例將配合圖示實例加以說明，然應提請注意，揭示之實施例可包含許多形式之替代性實施例；此外，適當之尺寸、形狀或式樣之元件或材料皆可適用。

基片處理裝置可為例如一種前端模組設備(EFEM)或任何其他適當處理裝置。該處理裝置100通常包含一機架103、一基片運送器200、基片夾持區105、承載埠104及一站台區101。該裝置100亦可包括一基片預校準器102。此處理裝置100之構形即如圖1所示，而其夾持或處理區則僅屬舉例，且於替代實施例中，該處理裝置可有配備一適當處理或夾持區之任何適當安排。

運送器200裝設於機架103內，並往復運送基片106自夾持區105至站台區101間。該站台區101可為一基片升降機、裝載閘或其他合意之裝置，例如，一裝載閘可安置於站台區101內，以提供連通基片處理艙之入口，而該處理艙可為一大氣或真空艙；於替代實施例中，站台區101可為如堆料機或分類機或計量裝置之構造；運送器200亦可將基片106放置於預校準器102上，因此在運送器200將基片106放置於站台區101之前，定位於基片106之一基準(圖中未示)乃定向於一預定位置；基片106可為一200mm、300mm或任何適意直徑之晶片，一平板顯示器之平板，或一遮罩或任何其他適意之工件。

參照圖2、5及6，基片運送器通常包含一具有一上臂201、一前臂202、一基片夾持器203及一驅動部204之桿臂組；一控制器208可連接至桿臂組，以隨意移動該桿臂組之臂部。於替代實施例中，該桿臂組可有任何其他適意之一般四軸線機械臂(SCARA)結構，例如，該桿臂組可具有多前臂及/或多基片夾持器。

基片夾持器203乃藉軸組754可旋轉地連接至於運送器200之前臂202的腕部755，此基片夾持器203可藉支承軸698可旋轉地連接至前臂202。於本實施例中，基片夾持器203顯示如同一叉端操縱器，基片夾持器可具有主動機械式或被動之邊夾；於可替代實施例中，基片夾持器可為一備有真空夾頭之葉端操縱器。前臂202乃藉一同軸軸組675可旋轉地連接至上臂201於運送器200之肘部646，上臂201則於肩部652可旋轉地連接至驅動部204，於本實施例中，該上臂201與前臂202之長度並不均等，例如上臂201長度可較前臂202為短。

上臂201與前臂202之不均等長度，例如，當於回縮位置時，可容許桿臂組之擺動直徑，維持相同於上臂與前臂長度相等之傳統桿臂組。然而，於本實施例中，其桿臂組200’上臂201與前臂202之不均等長度卻可容許，例如，一較具有等長連桿配合相同擺動直徑為大之工作半徑(亦即較大之伸展度)，因此增加了桿臂200'容積比之伸展；圖3A顯示運送器桿臂組200’之擺動直徑(即圓F所示軌跡)，如可理解的，一四軸線機械臂擺動直徑值通常乃經確定，例如，藉基片夾持器偏移、晶片直徑、腕部半徑或上臂肘部擺動半徑之任一組合，因此，為同長之基片夾持器偏移。一傳統四軸線機械臂及桿臂組200'必具有實質上相同之軌跡，例如，本實施例之前臂202可生得較上臂為長，至一系統限制建立之最大比率(例如適意之軌跡)，此外，於本實施例中，該上臂201、前臂202及基片夾持器203乃可獨立旋轉，且由個別之馬達所驅動如以下將述及者，於替代實施例中，一或更多桿臂組之臂部則未必能獨立旋轉。

於所舉實施例中顯示，驅動部204可具備一外殼634H，以收容一同軸軸組660及三馬達662、664、666；於替代實施例中，其驅動部可備具較多或較少於三馬達。驅動軸組660具有三驅動軸668a、668b、668c，而於替代實施例中則可設置較多或較少於三驅動軸。第一馬達662包含一定子678a及一轉子680a連接至一內軸668a，第二馬達664包含一定子678b及一轉子680b連接至一中軸668b，第三馬達666則包含一定子678c及一轉子680c連接至一外軸668c，該三定子678a、678b、678c乃固裝至外殼634H於沿著外殼之不同垂直高度或位置。於本實施例中，該第一定子678a為下定子，第二定子678b為中定子，而第三定子678c則為上定子，各定子通常包含一電磁線圈，三軸668a、668b及668c乃安排成同軸；三轉子680a、680b、680c以包含有永久磁鐵為佳，惟可替代以包含一不具永久磁鐵之磁感應轉子。套筒663乃安置於轉子680與定子678之間，俾容許運送器200，得以其驅動軸組660安置於真空環境中，且定子678安置於真空環境外，而使用於一真空環境中，然而，若運送器200僅意圖供大氣環境中之使用，則套筒663並無設置之必要。

第一驅動軸668a為內軸且係延伸自下定子678a，內軸備有第一轉子680a與下定子678a校準；中軸668b自中定子678b向上延伸，該中軸備有第二轉子680b與第二定子678b校準；外軸668c則自上定子678c向上延伸，該外軸備有第三轉子680b與上定子678b校準。驅動軸668周圍及外殼634H設有各種軸承，俾容許各軸可對應於彼此及外殼634H而獨立旋轉，各軸668可設一適當之位置感應器，俾發出軸668對應於彼此及/或外殼634H之旋轉位置之訊號予控制器208(參閱圖5)，任何適當之感應器皆可使用，諸如一光學或感應式感應器。

外軸668c係固定連接至上臂201，以致該外軸668c與上臂201乃繞軸心Z1一起旋轉如一單元，中軸668b連接至上臂201之一第一傳動器620，而內軸668a則連接至上臂201之一第二傳動器610如圖6所示。第一傳動器620最好包含一主動皮帶輪622、一導輪624及傳動纜索或皮帶626，主動皮帶輪622乃固定裝設於中軸668b頂部，並藉傳動皮帶626連接至導輪624，導輪624則固定裝設於同軸軸組675之內軸672底部，連接前臂202至上臂201；上臂201之第二傳動器610最好包含一主動皮帶輪612、一導輪614及傳動纜索或皮帶616，該主動皮帶輪612乃固定裝設於驅動部204內同軸軸組660之內軸668a頂部，導輪614則固定裝設於同軸軸組之外軸674底部，連接前臂202至上臂201；傳動皮帶616連接主動皮帶輪612至導輪614。於本實施例中，在第一傳動器620之導輪與主動皮帶輪624、622間，以及第二傳動器610之導輪與主動皮帶輪614、612間之直徑比約1比1；雖在可替代實施例中，於導輪與主動皮帶輪624、622間之直徑比可隨所需，傳動皮帶616、626乃構成為可轉動個別之導輪614、624於同一方向如同其對應之主動皮帶輪612、622(例如主動皮帶輪612、622之順時鐘方向旋轉導致導輪614、624之順時鐘方向旋轉)。

連接前臂202至上臂201之同軸軸組675，乃藉適當之軸承可旋轉地受上臂201支撐，該軸承容許軸組之外及內軸674、672環繞軸心Z2作對應於彼此及上臂201之旋轉，同軸軸組675之外軸674乃固定裝設於前臂202，因此外軸674與前臂202乃繞軸心Z2一起旋轉如一單元，當上臂201中第二傳動器610之導輪614受驅動部204之內軸668a轉動時，前臂202即環繞軸心Z2旋轉，因此，驅動部204之內軸668a乃用於獨立轉動前臂202以對應於上臂201。

同軸軸組之內軸672固定裝設於前臂202中第三傳動器752之主動皮帶輪753，該前臂202中之第三傳動器752最好包括主動皮帶輪753、導輪750及傳動皮帶或纜索751，導輪750乃固定裝設於軸698，傳動皮帶751連接主動皮帶輪753至導輪750，軸698係藉適當之軸承可旋轉地受前臂202支撐，該軸承容許軸698環繞軸心Z3旋轉以對應於前臂202，雖然在替代實施例中導輪與主動皮帶輪間之直徑比可隨所欲，本實施例第三傳動器752之導輪與主動皮帶輪750、753間之直徑比約為1比1，傳動皮帶751乃構成為可轉動導輪750一如主動皮帶輪753於同一方向(例如主動滑輪753之順時鐘方向旋轉導致導輪750之順時鐘方向旋轉)。

軸698係固定裝設於基片夾持器203，因此，軸698與基片夾持器203乃一起繞著軸心Z3旋轉，當第三傳動器752之導輪750受主動皮帶輪753轉動時，基片夾持器203即繞著軸心Z3旋轉，主動皮帶輪753依次受同軸軸組675之內軸672所轉動，當第一傳動器626之導輪624受驅動部204中軸268b轉動時，內軸672亦受轉動，因此，基片夾持器203可對應於前臂202及上臂201繞著軸心Z3獨立旋轉，於本實施例中，運送器桿臂組外殼634H乃固定於處理裝置機架100，是以肩部652繞一固定點旋轉，而不橫向移動於機架內，於替代實施例中，運送器桿臂組外殼可裝設於一橫樑上，因此該肩部可橫向移動於機架內

參照圖2、3A－3H、3J、5及6，運送器桿臂組200’可利用驅動部204而伸展及回縮至圖2、3A－3H及3J所示位置，或任何其他適意之位置，為伸展桿臂組200’，控制器208可逆一訊號至馬達662、664、666，是以其相關之軸668a、668b、668c乃獨立作順時鐘方向或逆時鐘方向之旋轉，俾實現桿臂200’之伸展。

基片夾持區105a－c(及圖10所示105d－e)可為能夾持基片運送箱之基片運送箱夾持區(例如晶圓運送箱FOUP)，於本實施例中顯示有三個基片夾持區，但在替代實施例中則可能多於或少於三，例如，圖10所示實施例即設有二個基片夾持區；基片夾持區105a－c可與處理裝置裝載埠排成直線，並依據國際半導體設備及材料協會(SEMI)之標準相互隔開；可安置於基片夾持區105a－c中之晶圓運送箱(FOUPs)，可配合多夾持站夾持基片卡夾以供整批處理，該晶圓運送箱及夾持站亦依據SEMI之標準而安排。

晶圓運送箱禁戒區500亦依據SEMI之標準而限定，且顯示於圖5中，該晶圓運送箱禁戒區500疏導基片運送通道，因此該通道乃實質上與晶圓運送箱表面成直角，於本實施例中，該基片夾持器203可定向於避免違反該禁戒區500。

控制器208可具有一團粒結構，即如美國暫請專利序號60/688,636案及美國專利申請名稱〝可量測動作控制系統〞「代理人標號390P011660－US(PAR)於2005年7月11日申請」二案所揭示，該二案乃全部併入本說明以供參考，該控制器208可控制桿臂201、202及基片夾持器203轉動之旋轉方向及速率如以下將說明者。

參閱圖11顯示依一第二實施例之一機械臂200"及一驅動部204’之斷面圖，驅動部204'包含外殼1134H及置於該外殼內之一旋轉馬達，於替代實施例中，驅動部可具一個以上之旋轉馬達；該馬達1148使軸1150環繞一軸心轉動，該軸心通常與桿臂組肩關節1152之中心線重合，軸1150乃藉適當之固定具如機械或有帽螺栓固定支承於上桿臂201’因此軸1150與上桿臂201實質上成一體旋轉，軸1150同時具有一部件1160可旋轉地圍覆於裝設在驅動部外殼1134H之一適當之軸承或軸套1162中，一上墊圈(圖中未示)可裝設於軸1150上，以結合外殼1134H之制動器，並防止軸1150與驅動部204'間難以察覺之垂直運動；馬達1148最好包括一定子1154及一轉子1156，該定子1154可包含電磁線圈或繞組固定裝設於外殼1134H，該外殼乃裝設於機架100者(詳見圖1)，轉子1156係裝設於軸1150之部件1160，該轉子1156可包含永久磁鐵或一不具永久磁鐵之磁感應轉子；於替代實施例中，該供轉動驅動部內之軸之旋轉馬達可為任何其他型式之馬達，諸如步進馬達；套筒1166可設置於定子1154與轉子1156間，俾容許機械臂200”，以驅動軸1150安置於真空環境中而定子1154安置於真空環境外，而能適用於真空環境中，定子1154之繞組乃構成為可隨意轉動軸1150依順時鐘或反時鐘方向環繞肩關節1152之中心線。

如圖11所示，上臂連桿1140具有一同軸軸組1175於肘關節1146連接前臂連桿202至上臂連桿201，前臂連桿202乃安置於上臂連桿201上方；該同軸軸組1175包括一外軸組1174及一內軸1172，外軸1174係固定裝設至前臂202，俾於桿臂組200"之肘部1146與前臂一起繞旋轉軸心Z2旋轉，該外軸1174乃藉適當之軸承或或軸套1178、1176可旋轉地支撐於上臂201，以致該軸可相對於上臂連桿201而旋轉；軸承1178亦可為一推力軸承，俾可自上臂連桿201垂直支撐前臂連桿202，於本實施例，機械臂200"具有二桿臂支承驅動部1168、1170，下驅動部1168乃裝設於上臂連桿201，以驅動連接前臂連桿202至上臂連桿201之外軸，上驅動部1170則裝設於內軸1172以驅動主動皮帶輪1102，並因此驅動基片夾持器203如以下將進一步詳細說明者；於替代實施例中，桿臂組可具有一桿臂支承二軸向驅動部，其能獨立驅動連接前臂連桿至上臂連桿之同軸軸組之外軸及主動皮帶輪，下驅動部1168乃實質上與驅動部204’相近，該下驅動部可具備一配有一定子1178及一轉子1180之旋轉馬達1179，該可包含適當電磁繞組之定子1178，乃藉適當結構固定裝設至上臂連桿201，該可包含永久磁鐵之轉子1180或一電感應之轉子，則裝設於外軸1174，該定子1178之繞組乃構成為可使外軸1174，相對於上臂連桿201，繞軸心Z2沿順或逆時鐘方向轉動。

內軸1172乃可旋轉地藉適當之軸承1182、1184支撐於前臂連桿202，該軸承1182最好係一推力軸承，其可自前臂連桿202垂直支撐上驅動部1170，前臂連桿202及基片夾持器203其後即自上臂連桿為推力軸承1182垂直支撐如前所述；內軸1172下端1188固定裝設於上臂連桿201，於所示實施例中，該內軸1172延伸至外軸1174之底部1190外，且於底部1188連結至倚靠於上臂連桿201之構架1186，因此，於本實施例，相對於上臂連桿201該內軸1172乃固定不動。

如前所提示者，上臂支承驅動部1170係裝設於內軸1172如圖11所示，該上驅動部1170具有一旋轉驅動軸1199之旋轉馬達1190，而因此前臂202內傳動器2000之主動皮帶輪1102亦將進一步詳述於下。

上驅動部1170之旋轉馬達1190最好實質上近似驅動部204'中之馬達1148、1179及機械臂200"之1168，馬達1190具有一包含適當電磁繞組之定子1192及一備有永久磁鐵或磁感應線圈之轉子1194，然而，於此情況，該定子1192乃與固定裝於主動皮帶輪1102之驅動軸1199配對，而轉子1194則裝設於依附在固裝於上臂連桿201內軸1172之構架1196，諸如上驅動部1170之外殼，於本實施例中，該上驅動部可包含任何其他旋轉馬達，以供基片夾持器，相對於機械臂之上臂連桿及前臂，繞著軸心Z3轉動。

如圖11所示，前臂連桿202係一具任何斷面之中空管體，該前臂連桿202容納連接軸1198至主動皮帶輪1102之傳動器2000，前臂202內之傳動器2000最好包括一主動皮帶輪1102、一導輪1104及傳動皮帶或纜索1106：該主動皮帶輪1102乃經由例如於內軸1172上強制裝上一軸承(圖中未示)，或藉任何其他適當之裝置，可旋轉地連接至內軸1172；該導輪1104則固定裝設於支撐軸1198，例如藉強制裝上於導輪1104於軸1198上；該傳動皮帶1106連接主動皮帶輪1102至導輪1104。軸1198乃藉適當之軸承1100可旋轉地支撐自前臂202，其容許軸1198相對於前臂202繞著軸心Z3轉動，於傳動器2000之導輪與主動皮帶輪1104、1102間之直徑比，雖然在替代實施例其導輪與主動皮帶輪之直徑比可隨所欲，於本實施例則約為1比1。

傳動皮帶1106乃構成為使導輪1104沿相同於主動皮帶輪1102之方向轉動(例如主動皮帶輪1102之順時鐘方向轉動引致導輪1104之順時鐘方向轉動)，連接主動皮帶輪1102與導輪1104之皮帶1106可採用塑膠、強化橡膠或任何其他適當材料製成，該皮帶1106乃配置成一般圈狀構型圍繞主動皮帶輪1102及導輪1104，該皮帶1106可依所須預先拉伸，因此皮帶可與皮帶輪1102、1104作無滑移之接觸；於替代實施例中，皮帶輪與皮帶可設網狀齒以維持無滑移狀態於皮帶與皮帶輪之間。

軸1198係固定裝設於基片夾持器203及導輪1104，因此，該軸1198與基片夾持器203乃一起繞著軸心Z3旋轉猶如一整體，當傳動器2000之導輪1104受主動皮帶輪1102轉動時，該基片夾持器203即繞著軸心Z3旋轉，主動皮帶輪1102則依次受同軸軸組1175之驅動軸1199轉動。

基片夾持器203係固定裝設於支撐軸1198上，如上述者，支撐軸1198乃藉適當之軸承1100可旋轉地裝設於前臂連桿202，因此容許該前臂連桿202及基片夾持器203彼此相對繞著軸心Z3旋轉，例如，當上驅動部1170啟動時，定子1192及轉動驅動軸1199，並進而轉動主動皮帶輪1102，主動皮帶輪即依次驅動皮帶1106，因而轉動導輪1104，該導輪1104則轉動軸1198及基片夾持器203；上驅動部1170可啟動而作順或逆時鐘方向之轉動，並因此使基片夾持器依所須作順或逆時鐘方向之轉動。

參照圖12，顯示依據一第三實施例之上臂連桿201之上視圖，於本實施例中，驅動前臂202及基片夾持器203之驅動馬達2090A、2090B可安置於該上臂連桿201內，如圖12所示，一驅動馬達2090C可設置於上臂連桿201內以驅動一第二基片夾持器，如美國專利申請名稱〝基片運送裝置〞，代理人標號390－011658－US(PAR)於2005年7月11日所申請乙案所顯示，該案乃全部併入本說明者。

於本實施例中，上臂201可依上臂201受驅動部204驅動之實質上相同方式被驅動，其中馬達666驅動了軸668c，且軸668c乃固定裝於上臂201，於本實施例，上臂201可為單件組件(或亦可稱之為單一結構)，該上臂201可藉鑄造、鍛造或任何其他適當成型方法予以成型，上臂201可以金屬製成如鋁合金、不鏽鋼，或以非金屬材料製成如塑膠、陶瓷或複合材料，上臂201亦可具有任何其他適當形狀。

如圖8所示，同軸軸組2040係裝設於上臂201外側端，該同軸軸組2040可實質上相似於上述之同軸軸組675，然而，同軸軸組2040亦可具備一第三軸及第三傳動皮帶輪以驅動一額外之前臂或基片夾持器；於替代實施例中，同軸軸組2040、675可具有任何數目之軸及傳動皮帶輪，俾驅動對應數目之前臂或基片夾持器，前臂202乃藉同軸軸組2040可旋轉地裝設於上臂201，該同軸軸組限定了旋轉軸心Z2之肘關節軸心。

如圖8所示，於馬達群組中之馬達總成2090A、2090B之相關主動皮帶輪2110A、2110B，係藉傳動皮帶2112、2114、2116連接至軸組2040之對應皮帶輪，主動皮帶輪2110A係藉傳動皮帶2112連接至皮帶輪614(如圖6所示)，而主動皮帶輪2110B係藉傳動皮帶2114連接至皮帶輪624(如圖6所示)，皮帶張緊器2150A、2150B乃裝設於上臂201，以提供並維持傳動皮帶之張緊度；因此，當馬達2090A啟動時，主動皮帶輪2110A即令前臂202繞著軸心Z2旋轉，而當馬達2090 B啟動時，主動皮帶輪2110 B即令轉換皮帶輪624繞著軸心Z2旋轉，是以經由安置於前臂202內傳動器752驅動基片夾持器203，於本實施例中顯示，主動皮帶輪2110A、2110B對導輪614、624之直徑比約為1比4，雖然任何適當比率皆可使用。

於替代實施例中，馬達2090C、主動皮帶輪2110C、皮帶張緊器2150C及皮帶2116可驅動一額外之前臂/基片夾持器於一與上述實質上相似之狀態。

移動基片於一桿臂組200'、200"之縮回位置與基片夾持區150b或短延伸站間之程序如下：基片夾持區150b即所謂短延伸站，因為於伸展及基片安置之際，桿臂200'、200"仍維持〝自身疊起〞狀態，參照圖2、3A－3H、3J、6及8前所指明者，其提供一基片運送置，具有三獨立驅動之驅動軸668a、668b、668c(圖6)或1150、1174、1199(圖11)、一上臂201、一前臂202及一基片夾持器203(如圖8所示之801、802)。第一、第二及第三驅動器662、664、666(圖6)或1148、1179、1190(圖11)經予啟動，並受控制器208指示，以分別轉動其對應之驅動軸668a、668b、668c(圖6)或1150、1174、1199(圖11)如圖8之803所示，該驅動軸668a、668b、668c(圖6)或1150、1174、1199(圖11)可個別沿順時鐘方向或逆時鐘方向旋轉，控制器208可控制驅動部204、204'令桿臂組200'、200"作實質之轉動及伸展或縮回於一複合之〝R〞字形移動(如圖3A－3H及3J所示)，為獲得桿臂組200'、200"之複合〝R〞字形移動，驅動軸668a、668b、668c(圖6)或1150、1174、1199(圖11)可個別轉動於一不同速率，驅動軸不同速率之轉動導致上臂201、前臂202及基片夾持器203轉動於不同速率。

圖3A－3H及3J圖解當轉移進入基片夾持區105b時上臂201、前臂202及基片夾持器203之轉動(圖2)，例如，當桿臂200'、200"開始自圖3A之縮回位置伸展時，上臂201及前臂202即沿順時鐘方向θ 1、θ 2旋轉，而基片夾持器203則沿逆時鐘方向θ 3旋轉，如圖3B所示，於轉移間之一點，上臂201旋轉方向θ 1可自順時鐘方向改變成逆時鐘方向，以持續基片106沿徑向線R轉換如圖3F及3G所示，同樣，前臂202及基片夾持器203之旋轉方向θ 2、θ 3亦可改變，因此基片夾持器成順時鐘方向旋轉，而前臂則成逆時鐘方向旋轉，俾促成基片106沿實質上之徑向線R轉移如圖3H所示。

於桿臂200'、200"沿實質上之徑向線R伸展之際，且如可見於圖3B－3H及圖8中之804，基片106之中心C乃沿徑向線R定位，基片夾持器203乃繞著基片106之中心C旋轉，因此基片即沿徑向線R作直線轉移，於是，一旦腕部755沿徑向線R安置，如圖3H所示，基片夾持器203相對於前臂202及上臂201之旋轉變成為，當前臂202及上臂201轉動以促使桿臂伸展時，腕部755及基片106之中心C仍維持沿著徑向線R，因此，於轉移之際，基片夾持器203乃與徑向線R成縱向排列(亦即基片中心及腕關節軸心乃定位於運送路徑上)，腕關節及基片106中心C之轉移路徑501、502乃顯示於圖5中，於運送之際，基片及腕關節軸心因成縱向排列，使基片夾持器203得以不到達且不違反SEMI之晶圓運送箱禁戒區500。

當桿臂200'、200"轉移基片106至基片夾持區105b內所欲之位置時，該基片可被基片夾持器釋放，而安置於基片夾持區105b內，自基片夾持器之緊夾釋放基片106，基片夾持器之一活動夾緊機構(圖中未示)可啟開以釋放該基片；於替代實施例中，於基片夾持器上夾持基片106之一真空裝置可關閉以釋放基片；而於另一替代實施例中，任何適當之夾緊器皆可鈍化以釋放基片，自一夾持區拾起一基片，並由此夾緊基片乃執行於實質上與釋放基片相反之狀態。

桿臂200'、200"之縮回，係依與原用以沿徑向線R伸展進入基片夾持區105b內實質上相反之狀態完成，於替代實施例中，可藉一直線驅動器(圖中未示)可驅動地連接至驅動部204，而提供桿臂200'、200"之垂直轉移，桿臂200'、200"之伸展與縮回進入任何其他短延伸站即依上述相同狀態而完成。

於一桿臂200'、200"之縮回位置，與基片夾持區105a或長延伸站間之基片移動程序，乃實質上如下，基片夾持區105a即所謂長延伸站，因為於轉移基片106進入一夾持區之際，上臂201、前臂202及基片夾持器203乃伸展至桿臂200’未自相疊合之位置。

現請參照圖1、2、4、6及9，一種基片處理裝置100及基片運送裝置200業經提供(如圖9之901及902所示)，一基片106亦經裝於運送裝置200之基片夾持器203上如圖9之903所示，自桿臂200'、200"之縮回位置(圖1及圖5更清晰可見)伸展，運送裝置200之三驅動器662、664、666(圖6)或1149、1179、1190(圖11)乃被啟動，且受控制器208指示致獨立轉動其對應之驅動軸668a、668b、668c(圖6)或1150、1174、1199(圖11)，因此轉動了上臂201、前臂202及基片夾持器203，驅動軸668a、668b、668c(圖6)或1150、1174、1199(圖11)可沿順時鐘方向或逆時鐘方向旋轉一如前述；當上臂201、前臂202及基片夾持器203轉動時，該基片106即自P1點(如圖3a所示)轉移至P2點(如圖2所示)，其可能定位於接近基片夾持區105a如圖9之904所示；於替代實施例中，該P2點可定位於處理裝置內任何所欲之位置。

控制器208可控制驅動部作實質之旋轉，並使桿臂組200'、200"沿路徑T1依一複合之〝T〞形移動伸展或縮回(如圖2及4所示)，俾沿直線轉移基片夾持器203進入夾持區105a中，因此，桿臂200'、200"沿直線轉移基片106進入夾持區105a中如圖9之905所示；為達成桿臂組200'之複合〝T〞形移動，驅動軸668a、668b、668c(圖6)或1150、1174、1199(圖11)乃可以不同速率獨立旋轉，驅動軸之不同速率旋轉導致上臂201、前臂202及基片夾持器203之不同速率旋轉，例如，於圖2可看到，當桿臂200'、200"係自P2點轉移進入基片夾持區105a內時，上臂201乃繞著軸心Z1沿逆時鐘方向θ 1旋轉，前臂202則繞著軸心Z2沿逆時鐘方向θ 2旋轉，而基片夾持器203乃繞著軸心Z3沿順時鐘方向θ 3旋轉；在〝T〞形移動之際，基片夾持器203可維持例如與路徑T1成縱向排列，是以於轉移進入夾持區105a時，基片夾持器乃與基片夾持區105a成直角。

桿臂200'、200"之縮回係依與原將桿臂200'、200"伸展進入基片夾持區105a實質上相反之狀態完成；於替代實施例中，桿臂200'、200"之垂直轉移可藉一直線驅動器可驅動地連接至驅動部204、204'，桿臂200'、200"之伸展及縮回進入長延伸站如105c，乃依實質上與上述相同之狀態完成者。

於圖10所示實施例中，運送桿臂200’”乃實質上近似於運送桿臂200'及200"，運送桿臂200’”具有實質上對於延伸比相同之軌跡，及實質上相同之前臂及上臂長度如桿臂200'、200"，於此實施例設有二基片夾持站105d、105e，而非上述之三站(105a－c)，運送器200’”可安置於實質介於二轉換軸心之間，例如圖10所示基片夾持區105d、105e之T3與T4，於替代實施例中，運送器則可安置於處理裝置內任何想要之位置。

轉移一基片沿路徑T3與T4進入基片夾持區105d、105e，與轉移一基片沿路徑T1與T2進入基片夾持區105a、105c實質上相同，控制器208可控制驅動部作實質之旋轉，並使桿臂組200’、200”沿路徑T3依一複合之〝T〞形移動伸展或縮回(如圖2及4所示)，俾沿直線轉移基片夾持器203進入夾持區105d中，因此，桿臂組200’”沿直線轉移基片106進入夾持區105d中；為達成桿臂組200’”之複合〝T〞形移動，驅動軸如668a、668b、668c(圖6)或1150、1174、1199(圖11)乃可以不同速率獨立旋轉，驅動軸之不同速率旋轉導致上臂201、前臂202及基片夾持器203之不同速率旋轉已如上述，配合對應沿路徑T1及T2之轉移，在〝T〞形移動之際，基片夾持器203可維持例如與路徑T1成縱向排列，是以於轉換進入夾持區105d時，基片夾持器乃與基片夾持區105d成直角。

將基片釋放、安置及拾取以進入一長延伸站實質上一如上述短延伸站之執行，基片亦可以實質上如上述之相同狀態，依據不管該站區101為一短或長延伸區，被拾取及安置於一基片站區101(如圖1所示)；桿臂200'、200"亦可如上述伸展及縮回，以安置一基片於一預校準器102(圖1)上，是以於基片安置於該站區101之前，一基片之基準可定向於一預定位置。

以上所述僅屬本發明之圖解者自應有所瞭解，各種不同之替代及修改，在不悖離本發明下，自可為熟習此項技藝者所設計，因此，本發明乃意圖涵蓋所有此類未脫本案請求範圍內之替代、修改及差異。

100．．．基片處理裝置

101．．．站台位

102．．．基片預校準器

103．．．機架

104．．．承載埠

105．．．基片夾持區

106．．．基片

200．．．基片運送器

201．．．上臂

202．．．前臂

203．．．基片夾持器

204/204’．．．驅動部

208．．．控制器

754．．．軸組

755．．．腕部

698．．．支承軸

675．．．同軸軸組

652．．．肩部

200’/200”/200”’．．．桿臂組

634H．．．外殼

660．．．同軸軸組

662/664/666．．．馬達

668a/668b/668c．．．驅動軸

678a/678b/678c．．．定子

680a/680b/680c．．．轉子

663．．．套筒

Z1/Z2/Z3．．．軸心

620．．．第一傳動器

610．．．第二傳動器

612/622．．．主動皮帶輪

614/624．．．導輪

616/626．．．傳動纜索或皮帶

675．．．同軸軸組

672．．．內軸

674．．．外軸

752．．．第三傳動器

753．．．主動皮帶輪

750．．．導輪

751．．．傳動皮帶或纜索

698．．．軸

105a－c．．．基片夾持區

500．．．晶圓運送箱禁戒區

1134H．．．外殼

1148．．．馬達

1150．．．軸

1152．．．肩關節

1160．．．部件

1162．．．軸承或軸套

1154．．．定子

1156．．．轉子

1166．．．套筒

1140．．．上臂連桿

1175．．．同軸軸組

1146．．．肘關節

1172．．．內軸

1174．．．外軸

1178、1176．．．軸承或軸套

1170/1168．．．上/下驅動部

1102．．．主動皮帶輪

1178．．．定子

1180．．．轉子

1179．．．旋轉馬達

1182、1184．．．軸承

1188．．．內軸下端

1190．．．外軸底部

1186．．．構架

1199．．．旋轉驅動軸

1190．．．旋轉馬達

2000．．．傳動器

1192．．．定子

1194．．．轉子

1199．．．驅動軸

1198．．．連接軸

1104．．．導輪

1106．．．傳動皮帶或纜索

1100．．．軸承

2090A、2090B、2090C．．．驅動馬達

2040．．．同軸軸組

2110A－C．．．主動皮帶輪

2112、2114、2116．．．傳動皮帶

2150A－C．．．皮帶張緊器

θ 1、θ 2．．．順時鐘方向

θ 3．．．逆時鐘方向

R．．．徑向線

501、502．．．轉移路徑

105d、105e．．．基片夾持站

T1、T2、T3、T4．．．路徑

圖1：係依一實施例之基片處理裝置之上視示意圖。

圖2：係依一實施例之基片運送器之上視示意圖，顯示運送臂於數個位置。

圖3A－3H及3J：係一上視示意圖，顯示圖2之運送器於許多位置，藉此表示運送器於伸展與縮回之際之轉變。

圖4：係依另一實施例之基片處理裝置之另一上視示意圖。

圖5：係依再一實施例之運送器之再一上視示意圖。

圖6：係一運送器之斷面圖，顯示依又一實施例之運送器之驅動系統。

圖7：係依另一實施例之基片處理裝置之另一上視示意圖。

圖8：係依一實施例之方法之流程圖。

圖9：係依另一實施例之方法之流程圖。

圖10：係依另一實施例之基片處理裝置之上視示意圖。

圖11：係另一運送器之斷面圖，顯示依另一實施例之運送器之驅動系統。

圖12：係依一實施例之運送器其上臂部之上視圖。

100．．．基片處理裝置

101．．．站台區

102．．．基片預校準器

103．．．機架

104．．．承載埠

105a－c基．．片夾持區

106．．．基片

200．．．基片運送器

Claims

一種基片運送裝置包含：一驅動部；一控制器可操作地連接至該驅動部；及一具有一上臂、前臂及基片夾持器之三關節基片運送臂，該上臂、前臂及基片夾持器的每一者被該驅動部獨立地驅動，且該上臂一近末端可旋轉地裝設至驅動部於一肩關節，該前臂近末端可旋轉地裝設至該上臂遠末端於一肘關節，該基片夾持器可旋轉地裝設至前臂遠末端於一腕關節，該上臂與前臂自關節中心至關節中心間之長度乃不均等；其中該三關節基片運送臂適用於往復運送基片於至少三基片夾持區之間，該至少三基片夾持區並排而設，且面朝相同的方向，而運送裝置之驅動部相對於該等夾持區仍維持於一固定位置，且該基片夾持器縱向地對齊基片進入該至少三基片夾持區之個別其中一者的路徑，其中該腕關節沿著平行路徑運行至該至少三基片夾持區的每一者。
依請求項1之基片運送裝置，其中該上臂係較前臂為短。
依請求項2之基片運送裝置，其中該驅動部包含一第一、第二及第三驅動器，該第一驅動器乃可驅動地連接至一第一驅動軸，第二驅動器乃可驅動地連接至一第二驅動軸，而第三驅動器則可驅動地連接至一第三驅動軸。
依請求項3之基片運送裝置，其中該控制器發送控制訊號至該第一、第二及第三驅動器，藉此啟動該上臂、前臂及基片夾持器之旋轉。
依請求項3之基片運送裝置，其中該上臂係裝設至第一驅動軸，俾與該驅動軸一致轉動，而該前臂則可旋轉地裝設至該上臂，俾相對於該上臂轉動。
依請求項5之基片運送裝置，其中該基片夾持器係可旋轉地裝設至該前臂，俾相對於該前臂及上臂轉動。
依請求項6之基片運送裝置，其中該前臂乃可驅動地連接至第二驅動軸，且該基片夾持器乃可驅動地連接至第三驅動軸者。
依請求項2之基片運送裝置，其中該上臂、前臂及基片夾持器乃各自獨立旋轉，而達成基片之轉移進入及離開該至少三基片夾持區。
依請求項8之基片運送裝置，其中該三關節基片運送臂沿著對應於該至少三基片夾持區之每一者的實質上平行之至少三轉移軸線，實質上直線地運送基片進入及離開該至少三基片夾持區。
依請求項9之基片運送裝置，其中該至少三基片夾持區包含第一、第二及第三夾持區，其相互間實質上乃屬一致且彼此間等距，該第二基片夾持區處於第一與第三基片夾持區間，該第一、第二及第三基片夾持區乃定向於實質上與轉移軸線垂直之方向。
依請求項10之基片運送裝置，其中該驅動部之中心乃偏離相應於第二基片夾持區之轉移軸線，及在相應於第一與第三夾持區之轉移軸線之間。
依請求項2之基片運送裝置，其中該基片夾持器係獨立旋轉，因此當三關節運送臂自一縮回位置沿一徑向線伸展時，腕部即繞著基片中心旋轉，直到該基片中心及腕部可安置於該徑向線沿線之點。
依請求項1之基片運送裝置，其中該腕部於徑向伸展或縮回之際乃沿一非徑向路徑移動。
依請求項1之基片運送裝置，其中該上臂、前臂及基片夾持器的每一者彼此獨立地旋轉。
一種配備具有一上臂、前臂及基片夾持器之三關節四軸線機械臂的基片運送裝置，該運送裝置具有一相應於該上臂、前臂及基片夾持器長度之伸展長度及擺動直徑，其改良包含：該三關節四軸線機械臂的該上臂與前臂的長度並不均等，且該可獨立旋轉之上臂、及可獨立旋轉之前臂、與可獨立旋轉之基片夾持器，造成運送裝置於一預定擺動直徑之最大伸展長度，且使得運送基片至和離開至少三基片夾持區，該至少三基片夾持區並排而設，且面朝相同的方向，而運送裝置之驅動部相對於該等夾持區仍維持於一固定位置，且該基片夾持器縱向地對齊在運送基片期間該基片進入該至少三基片夾持區之個別其中一者的路徑，其中腕部沿著平行路徑運行至該至少三基片夾持區的每一者。
依請求項15之基片運送裝置，其中該上臂係較短於該前臂。
一種基片運送方法，包含：設置一基片運送裝置，配備具有一機架及一第一、第二及第三驅動器之一驅動部；設置三關節臂組，其具有一可獨立旋轉之上臂及一可獨立旋轉之前臂，以及一可獨立旋轉之基片夾持器以夾持基片，該上臂及前臂自關節中心至關節中心之長度不均等，並於該上臂的遠末端相互可旋轉地接合，該上臂乃可旋轉地裝設至機架於一相對端，該基片夾持器則可旋轉地接合至前臂的遠末端於一腕關節，其中建構該臂組用於往復運送基片於至少三基片夾持區之間，該至少三基片夾持區並排而設，且面朝相同的方向，而基片運送裝置之驅動部相對於該等夾持區仍維持於一固定位置，且該腕關節沿著平行路徑運行至該等基片夾持區的每一者；且啟動該第一、第二及第三驅動器以造成各該上臂、前臂及基片夾持器之個別轉動，該上臂、前臂及基片夾持器每一者之個別轉動則促成基片夾持器上之基片沿一徑向線移動，用於運送基片至和離開每一個別基片夾持區，該徑向線實質上垂直於該個別基片夾持區；其中，該基片夾持器於基片徑向移動之際，乃繞著基片的中心旋轉，且在伸展期間，不均等長度的上臂和前臂之間的相對旋轉改變方向，以偏移運動沿著該徑向線。
依請求項17之方法，其中該基片夾持器可旋轉進入一基片夾持區以拾取/放置一基片。
依請求項17之方法，其中該上臂較前臂為短。
依請求項17之方法，其中該一直線驅動器可驅動地連接至桿臂組，以造成基片沿一直立軸線轉移。
依請求項17之方法，其中該上臂可驅動地連接至第一驅動器，該前臂可驅動地連接至第二驅動器，且該基片夾持器可驅動地連接至第三驅動器。