具有裝在一條公共旋轉軸線上的多臂的基片傳送裝置的製作方法
2023-05-28 08:17:31 1
專利名稱：具有裝在一條公共旋轉軸線上的多臂的基片傳送裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基片傳送裝置，更具體點說，所涉及的裝置具有在一條公共旋轉軸線上的多臂組合件。
美國專利5,720,590公開一種鉸接臂轉移裝置，其驅動部具有同心的驅動軸，固定地連接在機架上的磁性驅動定子，和裝在軸上的磁性從動轉子。美國專利5,577,879和5,765,983公開一種scara臂，兩個非同軸的並排的機械手是由三家日本公司供售的，MECS提供的UTW和UTV系列的機器人，RORZE提供的RR系列的機器人，和JEL提供的LTHR、STHR、SPR系列的機器人。
按照本發明一個實施例提供的基片傳送裝置具有一個驅動部、兩個可單獨活動的臂組合件、和多個基片夾持器。臂組合件被連接到驅動部的公共旋轉軸線上，基片夾持器被連接到臂組合件上。
按照本發明另一實施例提供的基片傳送裝置具有兩個可單獨活動的臂組合件、多個基片夾持器、和一個驅動部。基片夾持器被連接到臂組合件上。驅動部具有一個框架、一個由第一驅動機構可旋轉地連接到框架上的帶輪、及分別連接到兩個臂組合件上的第二和第三驅動機構。帶輪通過傳動件可操作地連接到兩個臂組合件上。
按照本發明另一實施例提供的基片傳送裝置的驅動系統具有一個框架、多個磁性驅動定子、一個驅動軸組合件、和一個帶輪。定子被固定地連接在機架上。驅動軸組合件具有至少三個同心的軸。每一個軸各有一個磁性從動部分別與分開的磁性驅動定子中的一個對準。帶輪由其中一個軸可旋轉地連接到框架上。
按照本發明另一實施例提供的基片傳送裝置具有N個可單獨活動的臂組合件、多個基片夾持器、和單獨轉動每一個臂組合件的設施。每一個臂組合件具有A條旋轉軸線，至少有一部分臂組合件能環繞這些軸線旋轉。N和A為大於1的整數。基片夾持器被連接到臂組合件上。轉動設施能夠轉動臂組合件使它們環繞各自的A條軸線旋轉。轉動設施具有M個電動機。M為一個比N乘上A的最小值還要小的整數。
按照本發明提供的移動基片傳送裝置的方法包括下列步驟為該裝置提供一個框架，將一帶盤可旋轉地裝在框架上，將兩個臂組合件可旋轉地裝在框架上；隨著兩個臂組合件和帶輪一起轉動，相對於框架轉動帶輪，使兩個臂組合件相對於框架沿同一方向轉動；隨著該兩個臂組合件相對於框架獨立轉動，將該帶輪保持在該框架上的一個固定位置上，使它們獨立地伸出和退縮。
本發明的上述各個方面和其他細節將在下面結合附圖予以說明。
圖1為引用本發明特點的部分基片加工裝置的概略的頂視圖；圖2為圖1中部分基片傳送裝置的分解透視圖；圖3為部分基片傳送裝置剖視圖；圖3A為圖3中驅動單元的放大的剖視圖；圖3B和3C分別為在圖3中驅動單元的左側和右側的臂的放大的剖視圖；圖4為可活動的臂組合件另一個實施例的透視圖。
雖然本發明結合圖中所示的實施例進行說明，但應知道本發明能用多種形式實現。另外，任何一種具有合適大小、形狀或型式的元件或材料都可使用。
參閱圖1，基片加工裝置10一般包括基片傳送裝置12和基片加工裝置14。基片加工裝置14具有連接到傳送裝置12上的負荷鎖定機構16、連接到主室18上的加工室(未示出)、和基片傳送機械手(未示出)。在現有技術中已知有多種不同型式的基片加工裝置，如同在美國專利5,765,983、5,512,320和4,715,921中所公開的那樣，這些專利在本文被完整地參考引用。但任何一種型式合適的基片加工裝置都是可以設置的。
在本實施例中、基片的傳送裝置12一般具有一個框架20、一個小車22、一個機械手24、一個用來沿著框架20移動小車的小車驅動機構26、和用來可卸除地夾持基片盒30的設施28。傳送裝置12用來從盒30中卸下基片並在負荷鎖定機構16將基片插入到基片加工裝置14內，一旦加工完畢，傳送裝置又將基片從負荷鎖定機構16中取出使它返回到其中一個盒30內。在一個盒30被充以加工過的基片後操作者能將該盒取出並換以一個裝著未經加工的基片的新盒。傳送裝置12適宜夾持盒30的任何一個合適的零件。該裝置最好在大氣壓之下操作，但也能用於其他壓力情況下如真空。傳送裝置12可具有一個對準器(未示出)來對準基件，但也可不設對準器而將對準器設在基片加工裝置14上。裝置12還可有一基片緩衝器。裝置12被連接到計算機控制器11上，由控制器控制小車22相對於框架的運動並控制機械手24的運動。
並請參閱圖2，機械手24一般具有一個框架32、一個旋轉驅動機構34、一個可活動的臂組合件36、和兩個端頭操作器38、39。端頭操作器38、39適宜將基片5保持在其上。端頭操作器被連結到臂組合件36的端頭。驅動機構34適宜移動臂組合件36，從而移動端頭操作器38、39使它在盒30和負荷鎖定機構16中進出。驅動機構34通過框架32裝在小車22上。框架32支承小車22上插入的機械手24組合件並為電子控制線路板40提供安裝框架。小車22可移動地裝在框架20上。如同箭頭A所示，小車22能沿著框架20在位置B和C之間移動。類似的基片傳送裝置曾在美國專利申請08/891,523中說明，該申請在本文中被完整地參考引用。在另外一些實施例中，本發明的細節可被用在任何一種合適型式的基片傳送機械手上包括設在基片加工裝置14內的機械手和其他型式的基片傳送裝置。在另外一些實施例中，可以使用任何一種合適的軌道系統或者支承小車使它可沿框架移動的系統。機械手24還可以任何一種合適的方式連接到小車上。當驅動機構34隻是停留在框架20的一個位置上時，活動小車22的機械手重新定位機構可不需設置，在一較優實施例中，垂直驅動的電動機56被連接到框架32的底部以資垂直地移動機械手使它在框架32內上下移動，但也可設置任何一種型式合適的垂直運動系統，甚至有時可不需設置垂直運動系統。框架32和機械手24可使用一種垂直運動的罐籠和軌道系統如同美國專利申請08/873,693中所說明的那樣，該申請在本文中被完整地參考引用。
還請參閱圖3和3A，旋轉驅動機構34一般具有一個驅動軸組合件41和三個電動機42、44和46。在一可替代的實施例中，驅動機構可具有多於三個的電動機。驅動軸組合件41具有三個驅動軸50a、50b、50c。在一可替代的實施例中，可設置多於三個的驅動軸。第一電動機42具有一個定子48a和一個連接在中軸50a上的轉子60a。第二電動機44具有一個定子48b和一個連接在外軸50b上的轉子60b。第三電動機46具有一個定子48c和一個連接在內軸50c上的轉子60c。三個定子48a、48b、48c被固定地連結在管52的不同垂直高度上或沿管長的不同位置上。在本例中第一定子48a為中定子，第二定子48b為頂定子而第三定子48c為底定子。每一定子各有一個電磁線圈。三個軸50a、50b和50c被布置成同心軸。三個轉子60a、60b、60c最好由永久磁鐵構成，但也可以是沒有永久磁鐵的磁感應轉子。在轉子60和定子48之間最好設有套筒62以便機械手24能在真空環境下使用，其時驅動軸組合件41位在真空環境內，而定子48位在真空環境外。但若機械手24隻要求在大氣環境下使用，那就不需設置套筒62。
第三軸50c為內軸並從底定子48c向上延伸。內軸上設有與底定子48c對準的第三轉子60c。中軸50a從中定子48a向上延伸。中軸上設有與第一定子48a對準的第一轉子60a。外軸50b從頂定子48b向上延伸，外軸上設有與上定子48b對準的第二轉子60b。在軸50和管52的周圍設有軸承使每一個軸都能單獨地相對於另外的軸和管52旋轉。在本例中每一軸50都設有位置傳感器用來將該軸50相對於另外的軸及/或相對於管52的旋轉位置發信號給控制器11。任何合適的傳感器都可使用，如光學的或感應的。
如圖3所示，可活動的臂組合件36一般具有兩個臂66、68和一個帶輪70。但可活動的臂組合件也可具有多於兩個的臂或增添的構件。第一臂66一般具有一個內臂72、一個前臂74、一個橋76和基片夾持器38(見圖2)。並請參閱圖3A，內臂72被固定地連結在外軸50b上，使內臂72隨同外軸50b在圖3所示的中央旋轉軸線D上旋轉。帶輪70被固定地連結在中軸50a的頂端。第二臂68具有一個固定地連結在內軸50c頂端上的內臂78。帶輪70和內臂78還被這樣安裝使它們可環繞中央軸線D旋轉。
並請參閱圖3B，第一臂66的內臂72包括一個立柱80和一個可旋轉地安裝在立柱上的帶輪82。立柱80被固定地安裝在內臂72的框架73上。在帶輪70和帶輪82之間延伸著第一組84傳動件86。任何一種合適型式的傳動件如皮帶、帶或鏈條都可使用。在第一組84及/或下面要說明的其他組傳動件上都可設置多於或少於兩個傳動件86。軸88被固定地連結在帶輪82上以便隨著帶輪82在軸線E上旋轉。軸88可旋轉地支承在立柱80上。軸88的高度略大於第二臂68的內臂78的高度，便內臂78能在內臂72和前臂74之間通過。前臂74有一個固定地連結在軸88頂部上的框架90，使前臂74的框架90能隨同軸88和帶輪82環繞軸線E旋轉。前臂74包括一個帶輪92、一個立柱94、一個帶輪96、和第二組98傳動件86。帶輪92被固定地連結在立柱80的頂端上。立柱94被固定地連結在框架90上。帶輪96可旋轉地被支承在立柱94上。在帶輪92與帶輪96和橋76的部分100之間延伸著第二組98傳動件。橋76被固定地連結在帶輪96上以便隨同帶輪96環繞軸線F旋轉。橋76具有帶輪部100和C形部102。C形部的跨度足夠大，使第二臂68的前臂106(見圖3)能在其中通過。端頭操作器38(見圖2)被連結到C形部102的頂端108上。
現在參閱圖3、3A和3C，第二臂68一般具有內臂78、外臂106和端頭操作器39(見圖2)。內臂78一般具有框架110、立柱112、帶輪114和第三組116傳動件86。框架110被固定地連結在內軸50c上以便環繞軸線D旋轉。帶輪70延伸到框架110的開放區內。立柱112被固定地連結在框架110上。帶輪114可旋轉地裝在立柱112上。第三組116傳動件在兩個帶輪70、114之間延伸。軸118被固定地連結在帶輪114上並可旋轉地支承在立柱112的軸線G上。軸118的高度足夠使第一臂66的前臂74在內臂78和第二臂68的前臂106之間通過。前臂106一般具有框架120、帶輪122、第四組124傳動件86、立柱126、和帶輪128。框架120被固定地連結在軸118上以便隨同軸118環繞軸線G旋轉。帶輪122被固定地連結在立柱112的頂端。立柱126被固定地連結在框架120上。帶輪128可旋轉地支承在立柱126上。第四組124傳動件在兩個帶輪122、128之間延伸。第二端頭操作器39(見圖2)被固定地連結在帶輪128上以使隨同帶輪128在軸線H上旋轉。
主帶輪70如從圖3A可最好地看到，一般具有一個底帶輪部70a和一個頂帶輪部70b。這兩個帶輪部70a、70b被固定地連結在一起以便彼此一致地環繞軸線D旋轉。底帶輪部70a位在第一臂內臂66的框架73內。第一組84傳動件裝在底帶輪部70a上。頂帶輪部70b位在第二臂內臂78的框架110內。第三組116傳動件裝在頂帶輪部70b上。
三個電動機42、44、46均可單獨轉動，從而可單獨驅動兩個臂66、68使它們分開或同時轉動。這兩個臂66、68可被轉動使兩個端頭操作器38、39伸出和縮回以資用來檢起和放置基片，驅動機構34能使整個可活動的臂組合件36環繞主軸線D轉動，從而使可活動的臂組合件36相對於小車22、負荷鎖定機構16的開始和目標位置及基片盒30重新取向。
為了使第一臂66伸出和縮回，可開動第二電動機44使外軸50b相對於中軸50a而轉動，最好在第一臂66伸出和縮回時中軸保持不動，但帶輪70可略微轉動，使整個可活動臂組合件36轉動的開始或終止加快，從而使傳送過程加速。當帶輪70保持固定而轉動內臂72時，帶輪82被第一組84傳動件轉動，而帶輪82又轉動前臂74的框架90使它環繞軸線E轉動。由於帶輪92被固定地連結在立柱80上，並且立柱被固定地連結在框架73上，因此帶輪96和帶輪部100相對於框架90而被第二組98傳動件轉動。最好，帶輪82、92、96相互相關的尺寸被這樣制定，使端頭操作器被移動時能筆直地沿徑向進、出。
為了使第二臂68伸出和縮回，可開動第三電動機46使內軸50c相對於中軸50a而轉動。最好在第一臂66伸出和縮回時使中軸50a保持不動，但帶輪70可略微轉動，使整個可活動的臂組合件36轉動的開始或終止加速，從而使傳送過程加速。當帶輪70保持固定而內臂78轉動時，帶輪114被第三組116傳動件轉動，而帶輪114又轉動前臂106的框架120使它環繞軸線G轉動。由於帶輪122被固定地連結在立柱112上，而立柱112被固定連結在框架110上，因此帶輪128可相對於框架120而被第四組124傳動件轉動。最好帶輪114、122、128的相互相關尺寸被這樣制定，使端頭操作器39被移動時能筆直地沿徑向進、出。
為了轉動整個臂組合件36使它環繞主軸線D轉動，可開動三個電動機42、44、46。開動第一電動機42使中軸50a轉動，從而轉動主帶輪70。以與電動機42相同的方向和轉速開動電動機44、46使內臂72、78隨同帶輪70轉動。這樣，第一組84和第二組116的傳動件就不轉動它們各自的帶輪82、114，因此，前臂74、106不再相對於它們各自的內臂72、78而被轉動，帶輪96、128也不再轉動去使端頭操作器38、39轉動。
本發明所提供的在一個同心的旋轉軸線上的、具有兩個scara臂能單獨伸出和縮回的機械手只用三個電動機來驅動一個三軸驅動機構和一個公用的可旋轉的主帶輪，而不是象現有技術那樣，兩個不同心的scara臂要用四個電動機來驅動一個四軸驅動機構和兩個分開而固定的主帶輪。本發明的同心旋轉的兩個scara臂比兩個不同心的scara臂可使機械手具有較小的輪廓面積，而較小的輪廓面積能增加產出，因為能提供較小的伸出和縮回距離。較小的輪廓面積還可減少每單位製造地平面積的費用。
圖1和2所示的可活動組合件36的端頭操作器38、39隻適宜夾持單個基片。但也可用其他型式的端頭操作器，例如圖4所示，可活動的臂組合件36′可具有一個單基片的端頭操作器39和一個可用來夾持多個基片的多基片端頭操作器38′。本發明可使用美國專利申請09/044,820號中所公開的傳送方法。該專利申請在本文中被完整地參考引用。可活動的臂組合件還可具有一個基片對準器，只採用重力保持、採用真空保持或結合的重力/真空保持，如同在美國專利申請08/889,526號中所公開的那樣，該專利申請在本文中也被完整地參考引用。
應該知道上述說明只是用來闡明本發明，在不偏離本發明的情況下，本行業的行家是能作出各種替代和修改的。因此本發明理應包括在所附權利要求範圍內的所有這種替代、修改和變化。
權利要求
1.一種基片傳送裝置具有一個驅動部；兩個連接到在一條公共旋轉軸線上的該驅動部的可單獨活動的臂組合件；及連接到臂組合件上的基片夾持器。
2.權利要求1的裝置，其特徵為，兩個臂組合件各具有一個scara臂，其肩部位在公共的旋轉軸線上，其腕部位在連接到基片夾持器的遠端上。
3.權利要求1的裝置，其特徵為，驅動部具有一個框架和一個可旋轉地連接到在公共旋轉軸線上的框架的帶輪。
4.權利要求3的裝置，其特徵為，還具有兩個連接在帶輪和兩個分開的臂組合件中的相應一個之間的傳動件。
5.權利要求4的裝置，其特徵為，驅動部有三個電動機，第一電動機連接到帶輪上，第二和第三電動機分別連接到第一和第二臂組合件上。
6.權利要求5的裝置，其特徵為，每一電動機都各具有一個固定地連接在框架上的磁性定子和一個磁性從動轉子。
7.權利要求6的裝置，其特徵為，在轉子和定子之間設有一個套筒。
8.權利要求6的裝置，其特徵為，驅動部具有三個分別裝有轉子的同心的軸。
9.權利要求3的裝置，其特徵為，還具有一個用來將框架連接到基片加工裝置殼體上的安裝殼體和一個相對於安裝殼體垂直移動該框架的垂直驅動單元。
10.一種基片傳送裝置具有兩個可單獨活動的臂組合件；連接到臂組合件上的基片夾持器；及一個驅動部，該驅動部具有一個框架、一個由第一驅動機構可旋轉地連接在框架上的帶輪、及連接到兩個臂組合件上的第二和第三驅動機構，其中，帶輪由傳動件可操作地連接在兩個臂組合件上。
11.權利要求10的裝置，其特徵為，臂組合件可旋轉地連接於在公共旋轉軸線上的框架。
12.權利要求11的裝置，其特徵為，驅動機構具有至少三個帶有磁性從動部的同心的驅動軸，和固定地連接在框架上的磁性驅動定子。
13.權利要求10的裝置，其特徵為，帶輪具有第一和第二部分別位在第一和第二可活動的臂組合件內。
14.權利要求13的裝置，其特徵為，傳動件具有第一和第二傳動帶分別設在帶輪的第一和第二部上，並且帶輪的第一和第二部在垂直方向上互相偏離。
15.權利要求10的裝置，其特徵為，驅動機構具有三個固定地連接在框架上的磁性驅動定子，分別處於框架的不同高度上。
16.一種基片傳送裝置的驅動系統具有一個框架；固定地連接到框架上的磁性驅動定子；具有至少三個同心軸的驅動軸組合件，每一軸都各有一個磁性從動部分別與間隔開的磁性驅動定子對準；及一個由其中一個軸可旋轉地連接到框架上的帶輪。
17.權利要求16的驅動系統，其特徵為，三個軸中的中間一個被連接到帶輪上，而三個定子中的中間一個與中軸上的磁性從動部對準。
18.權利要求16的驅動系統，其特徵為，還具有至少三個位置傳感器，用來傳知這些軸相對於框架的位置。
19.權利要求16的驅動系統，其特徵為，還具有一個固定件，用來將框架連接到另一件上，和一個將框架連接到固定件上的垂直驅動機構。
20.權利要求16的驅動系統，其特徵為，帶輪具有一個第一部，用來移動第一傳動帶，還具有一個在垂直方向上偏離的第二部，用來移動第二傳動帶。
21.權利要求16的驅動系統，其特徵為，其中一個軸穿過帶輪，並可相對於帶輪轉動。
22.一種基片傳送裝置具有N個可單獨活動的臂組合件，每一個臂組合件具有A條旋轉軸線，至少有一部分臂組合件能環繞這些軸線旋轉，其中，N和A均為大於一的整數；連接到臂組合件上的基片夾持器；及用來單獨驅使每一個臂組合件環繞其相應的A條軸線轉動的設施，該轉動設施具有M個電動機，其中，M為一比N乘上A的最小值小的整數。
23.權利要求22的裝置，其特徵為，N為2，A相對於每一個臂組合件為2，M為3。
24.權利要求22的裝置，其特徵為，每一個電動機都各具有一個磁性驅動定子和一個磁性從動轉子。
25.權利要求24的裝置，其特徵為，轉動設施具有M個其上裝有轉子的同心軸。
26.權利要求25的裝置，其特徵為，有一個帶輪被連接到其中一個軸上，而N個傳動帶從該帶輪延伸到相應N個可活動的臂組合件的部位上。
27.權利要求22的裝置，其特徵為，至少兩個臂組合件的A相同。
28.權利要求22的裝置，其特徵為，至少兩個臂組合件的一條旋轉軸線為公共軸線。
29.一種移動基片傳送裝置的方法，包括下列步驟為該裝置提供一個框架，將一帶輪可旋轉地裝在框架上，並將兩個臂組合件可旋轉地裝在框架上；隨著兩個臂組合件和帶輪一起轉動，相對於框架轉動帶輪，使兩個臂組合件相對於框架沿相同方向轉動；隨著兩個臂組合件相對於框架單獨轉動，將帶輪保持在框架上一個固定位置上，從而使兩個臂組合件單獨伸出和縮回。
全文摘要
一種基片傳送裝置B具有:一個驅動部(24)、兩個連接到驅動部的公共旋轉軸線D上的、可單獨活動的臂組合件(66、68)、和連接到臂組合件上的基片夾持器(38、39)。驅動部包括三個同心的驅動軸(50a、50b、50c)和一個連接到其中一個軸上的帶輪。兩個臂組合件被連接到另外兩個軸上。
文檔編號B25J9/06GK1332667SQ99815293
公開日2002年1月23日 申請日期1999年11月23日 優先權日1998年12月30日
發明者C·A·霍夫梅斯特 申請人:布魯克斯自動化公司