CN1332667A - 具有装在一条公共旋转轴线上的多臂的基片传送装置 - Google Patents

Abstract

一种基片传送装置B具有:一个驱动部(24)、两个连接到驱动部的公共旋转轴线D上的、可单独活动的臂组合件(66、68)、和连接到臂组合件上的基片夹持器(38、39)。驱动部包括三个同心的驱动轴(50a、50b、50c)和一个连接到其中一个轴上的带轮。两个臂组合件被连接到另外两个轴上。

Description

具有装在一条公共旋转轴线上的多臂的基片传送装置

本发明涉及一种基片传送装置，更具体点说，所涉及的装置具有在一条公共旋转轴线上的多臂组合件。

美国专利5,720,590公开一种铰接臂转移装置，其驱动部具有同心的驱动轴，固定地连接在机架上的磁性驱动定子，和装在轴上的磁性从动转子。美国专利5,577,879和5,765,983公开一种scara臂，两个非同轴的并排的机械手是由三家日本公司供售的，MECS提供的UTW和UTV系列的机器人，RORZE提供的RR系列的机器人，和JEL提供的LTHR、STHR、SPR系列的机器人。

按照本发明一个实施例提供的基片传送装置具有一个驱动部、两个可单独活动的臂组合件、和多个基片夹持器。臂组合件被连接到驱动部的公共旋转轴线上，基片夹持器被连接到臂组合件上。

按照本发明另一实施例提供的基片传送装置具有两个可单独活动的臂组合件、多个基片夹持器、和一个驱动部。基片夹持器被连接到臂组合件上。驱动部具有一个框架、一个由第一驱动机构可旋转地连接到框架上的带轮、及分别连接到两个臂组合件上的第二和第三驱动机构。带轮通过传动件可操作地连接到两个臂组合件上。

按照本发明另一实施例提供的基片传送装置的驱动系统具有一个框架、多个磁性驱动定子、一个驱动轴组合件、和一个带轮。定子被固定地连接在机架上。驱动轴组合件具有至少三个同心的轴。每一个轴各有一个磁性从动部分别与分开的磁性驱动定子中的一个对准。带轮由其中一个轴可旋转地连接到框架上。

按照本发明另一实施例提供的基片传送装置具有N个可单独活动的臂组合件、多个基片夹持器、和单独转动每一个臂组合件的设施。每一个臂组合件具有A条旋转轴线，至少有一部分臂组合件能环绕这些轴线旋转。N和A为大于1的整数。基片夹持器被连接到臂组合件上。转动设施能够转动臂组合件使它们环绕各自的A条轴线旋转。转动设施具有M个电动机。M为一个比N乘上A的最小值还要小的整数。

按照本发明提供的移动基片传送装置的方法包括下列步骤：为该装置提供一个框架，将一带盘可旋转地装在框架上，将两个臂组合件可旋转地装在框架上；随着两个臂组合件和带轮一起转动，相对于框架转动带轮，使两个臂组合件相对于框架沿同一方向转动；随着该两个臂组合件相对于框架独立转动，将该带轮保持在该框架上的一个固定位置上，使它们独立地伸出和退缩。

本发明的上述各个方面和其他细节将在下面结合附图予以说明。

图1为引用本发明特点的部分基片加工装置的概略的顶视图；

图2为图1中部分基片传送装置的分解透视图；

图3为部分基片传送装置剖视图；

图3A为图3中驱动单元的放大的剖视图；

图3B和3C分别为在图3中驱动单元的左侧和右侧的臂的放大的剖视图；

图4为可活动的臂组合件另一个实施例的透视图。

虽然本发明结合图中所示的实施例进行说明，但应知道本发明能用多种形式实现。另外，任何一种具有合适大小、形状或型式的元件或材料都可使用。

参阅图1，基片加工装置10一般包括基片传送装置12和基片加工装置14。基片加工装置14具有连接到传送装置12上的负荷锁定机构16、连接到主室18上的加工室(未示出)、和基片传送机械手(未示出)。在现有技术中已知有多种不同型式的基片加工装置，如同在美国专利5,765,983、5,512,320和4,715,921中所公开的那样，这些专利在本文被完整地参考引用。但任何一种型式合适的基片加工装置都是可以设置的。

在本实施例中、基片的传送装置12一般具有：一个框架20、一个小车22、一个机械手24、一个用来沿着框架20移动小车的小车驱动机构26、和用来可卸除地夹持基片盒30的设施28。传送装置12用来从盒30中卸下基片并在负荷锁定机构16将基片插入到基片加工装置14内，一旦加工完毕，传送装置又将基片从负荷锁定机构16中取出使它返回到其中一个盒30内。在一个盒30被充以加工过的基片后操作者能将该盒取出并换以一个装着未经加工的基片的新盒。传送装置12适宜夹持盒30的任何一个合适的零件。该装置最好在大气压之下操作，但也能用于其他压力情况下如真空。传送装置12可具有一个对准器(未示出)来对准基件，但也可不设对准器而将对准器设在基片加工装置14上。装置12还可有一基片缓冲器。装置12被连接到计算机控制器11上，由控制器控制小车22相对于框架的运动并控制机械手24的运动。

并请参阅图2，机械手24一般具有：一个框架32、一个旋转驱动机构34、一个可活动的臂组合件36、和两个端头操作器38、39。端头操作器38、39适宜将基片5保持在其上。端头操作器被连结到臂组合件36的端头。驱动机构34适宜移动臂组合件36，从而移动端头操作器38、39使它在盒30和负荷锁定机构16中进出。驱动机构34通过框架32装在小车22上。框架32支承小车22上插入的机械手24组合件并为电子控制线路板40提供安装框架。小车22可移动地装在框架20上。如同箭头A所示，小车22能沿着框架20在位置B和C之间移动。类似的基片传送装置曾在美国专利申请08/891,523中说明，该申请在本文中被完整地参考引用。在另外一些实施例中，本发明的细节可被用在任何一种合适型式的基片传送机械手上包括设在基片加工装置14内的机械手和其他型式的基片传送装置。在另外一些实施例中，可以使用任何一种合适的轨道系统或者支承小车使它可沿框架移动的系统。机械手24还可以任何一种合适的方式连接到小车上。当驱动机构34只是停留在框架20的一个位置上时，活动小车22的机械手重新定位机构可不需设置，在一较优实施例中，垂直驱动的电动机56被连接到框架32的底部以资垂直地移动机械手使它在框架32内上下移动，但也可设置任何一种型式合适的垂直运动系统，甚至有时可不需设置垂直运动系统。框架32和机械手24可使用一种垂直运动的罐笼和轨道系统如同美国专利申请08/873,693中所说明的那样，该申请在本文中被完整地参考引用。

还请参阅图3和3A，旋转驱动机构34一般具有一个驱动轴组合件41和三个电动机42、44和46。在一可替代的实施例中，驱动机构可具有多于三个的电动机。驱动轴组合件41具有三个驱动轴50a、50b、50c。在一可替代的实施例中，可设置多于三个的驱动轴。第一电动机42具有一个定子48a和一个连接在中轴50a上的转子60a。第二电动机44具有一个定子48b和一个连接在外轴50b上的转子60b。第三电动机46具有一个定子48c和一个连接在内轴50c上的转子60c。三个定子48a、48b、48c被固定地连结在管52的不同垂直高度上或沿管长的不同位置上。在本例中第一定子48a为中定子，第二定子48b为顶定子而第三定子48c为底定子。每一定子各有一个电磁线圈。三个轴50a、50b和50c被布置成同心轴。三个转子60a、60b、60c最好由永久磁铁构成，但也可以是没有永久磁铁的磁感应转子。在转子60和定子48之间最好设有套筒62以便机械手24能在真空环境下使用，其时驱动轴组合件41位在真空环境内，而定子48位在真空环境外。但若机械手24只要求在大气环境下使用，那就不需设置套筒62。

第三轴50c为内轴并从底定子48c向上延伸。内轴上设有与底定子48c对准的第三转子60c。中轴50a从中定子48a向上延伸。中轴上设有与第一定子48a对准的第一转子60a。外轴50b从顶定子48b向上延伸，外轴上设有与上定子48b对准的第二转子60b。在轴50和管52的周围设有轴承使每一个轴都能单独地相对于另外的轴和管52旋转。在本例中每一轴50都设有位置传感器用来将该轴50相对于另外的轴及/或相对于管52的旋转位置发信号给控制器11。任何合适的传感器都可使用，如光学的或感应的。

如图3所示，可活动的臂组合件36一般具有两个臂66、68和一个带轮70。但可活动的臂组合件也可具有多于两个的臂或增添的构件。第一臂66一般具有：一个内臂72、一个前臂74、一个桥76和基片夹持器38(见图2)。并请参阅图3A，内臂72被固定地连结在外轴50b上，使内臂72随同外轴50b在图3所示的中央旋转轴线D上旋转。带轮70被固定地连结在中轴50a的顶端。第二臂68具有一个固定地连结在内轴50c顶端上的内臂78。带轮70和内臂78还被这样安装使它们可环绕中央轴线D旋转。

并请参阅图3B，第一臂66的内臂72包括一个立柱80和一个可旋转地安装在立柱上的带轮82。立柱80被固定地安装在内臂72的框架73上。在带轮70和带轮82之间延伸着第一组84传动件86。任何一种合适型式的传动件如皮带、带或链条都可使用。在第一组84及/或下面要说明的其他组传动件上都可设置多于或少于两个传动件86。轴88被固定地连结在带轮82上以便随着带轮82在轴线E上旋转。轴88可旋转地支承在立柱80上。轴88的高度略大于第二臂68的内臂78的高度，便内臂78能在内臂72和前臂74之间通过。前臂74有一个固定地连结在轴88顶部上的框架90，使前臂74的框架90能随同轴88和带轮82环绕轴线E旋转。前臂74包括一个带轮92、一个立柱94、一个带轮96、和第二组98传动件86。带轮92被固定地连结在立柱80的顶端上。立柱94被固定地连结在框架90上。带轮96可旋转地被支承在立柱94上。在带轮92与带轮96和桥76的部分100之间延伸着第二组98传动件。桥76被固定地连结在带轮96上以便随同带轮96环绕轴线F旋转。桥76具有带轮部100和C形部102。C形部的跨度足够大，使第二臂68的前臂106(见图3)能在其中通过。端头操作器38(见图2)被连结到C形部102的顶端108上。

现在参阅图3、3A和3C，第二臂68一般具有：内臂78、外臂106和端头操作器39(见图2)。内臂78一般具有：框架110、立柱112、带轮114和第三组116传动件86。框架110被固定地连结在内轴50c上以便环绕轴线D旋转。带轮70延伸到框架110的开放区内。立柱112被固定地连结在框架110上。带轮114可旋转地装在立柱112上。第三组116传动件在两个带轮70、114之间延伸。轴118被固定地连结在带轮114上并可旋转地支承在立柱112的轴线G上。轴118的高度足够使第一臂66的前臂74在内臂78和第二臂68的前臂106之间通过。前臂106一般具有：框架120、带轮122、第四组124传动件86、立柱126、和带轮128。框架120被固定地连结在轴118上以便随同轴118环绕轴线G旋转。带轮122被固定地连结在立柱112的顶端。立柱126被固定地连结在框架120上。带轮128可旋转地支承在立柱126上。第四组124传动件在两个带轮122、128之间延伸。第二端头操作器39(见图2)被固定地连结在带轮128上以使随同带轮128在轴线H上旋转。

主带轮70如从图3A可最好地看到，一般具有一个底带轮部70a和一个顶带轮部70b。这两个带轮部70a、70b被固定地连结在一起以便彼此一致地环绕轴线D旋转。底带轮部70a位在第一臂内臂66的框架73内。第一组84传动件装在底带轮部70a上。顶带轮部70b位在第二臂内臂78的框架110内。第三组116传动件装在顶带轮部70b上。

三个电动机42、44、46均可单独转动，从而可单独驱动两个臂66、68使它们分开或同时转动。这两个臂66、68可被转动使两个端头操作器38、39伸出和缩回以资用来检起和放置基片，驱动机构34能使整个可活动的臂组合件36环绕主轴线D转动，从而使可活动的臂组合件36相对于小车22、负荷锁定机构16的开始和目标位置及基片盒30重新取向。

为了使第一臂66伸出和缩回，可开动第二电动机44使外轴50b相对于中轴50a而转动，最好在第一臂66伸出和缩回时中轴保持不动，但带轮70可略微转动，使整个可活动臂组合件36转动的开始或终止加快，从而使传送过程加速。当带轮70保持固定而转动内臂72时，带轮82被第一组84传动件转动，而带轮82又转动前臂74的框架90使它环绕轴线E转动。由于带轮92被固定地连结在立柱80上，并且立柱被固定地连结在框架73上，因此带轮96和带轮部100相对于框架90而被第二组98传动件转动。最好，带轮82、92、96相互相关的尺寸被这样制定，使端头操作器被移动时能笔直地沿径向进、出。

为了使第二臂68伸出和缩回，可开动第三电动机46使内轴50c相对于中轴50a而转动。最好在第一臂66伸出和缩回时使中轴50a保持不动，但带轮70可略微转动，使整个可活动的臂组合件36转动的开始或终止加速，从而使传送过程加速。当带轮70保持固定而内臂78转动时，带轮114被第三组116传动件转动，而带轮114又转动前臂106的框架120使它环绕轴线G转动。由于带轮122被固定地连结在立柱112上，而立柱112被固定连结在框架110上，因此带轮128可相对于框架120而被第四组124传动件转动。最好带轮114、122、128的相互相关尺寸被这样制定，使端头操作器39被移动时能笔直地沿径向进、出。

为了转动整个臂组合件36使它环绕主轴线D转动，可开动三个电动机42、44、46。开动第一电动机42使中轴50a转动，从而转动主带轮70。以与电动机42相同的方向和转速开动电动机44、46使内臂72、78随同带轮70转动。这样，第一组84和第二组116的传动件就不转动它们各自的带轮82、114，因此，前臂74、106不再相对于它们各自的内臂72、78而被转动，带轮96、128也不再转动去使端头操作器38、39转动。

本发明所提供的在一个同心的旋转轴线上的、具有两个scara臂能单独伸出和缩回的机械手只用三个电动机来驱动一个三轴驱动机构和一个公用的可旋转的主带轮，而不是象现有技术那样，两个不同心的scara臂要用四个电动机来驱动一个四轴驱动机构和两个分开而固定的主带轮。本发明的同心旋转的两个scara臂比两个不同心的scara臂可使机械手具有较小的轮廓面积，而较小的轮廓面积能增加产出，因为能提供较小的伸出和缩回距离。较小的轮廓面积还可减少每单位制造地平面积的费用。

图1和2所示的可活动组合件36的端头操作器38、39只适宜夹持单个基片。但也可用其他型式的端头操作器，例如图4所示，可活动的臂组合件36′可具有一个单基片的端头操作器39和一个可用来夹持多个基片的多基片端头操作器38′。本发明可使用美国专利申请09/044,820号中所公开的传送方法。该专利申请在本文中被完整地参考引用。可活动的臂组合件还可具有一个基片对准器，只采用重力保持、采用真空保持或结合的重力/真空保持，如同在美国专利申请08/889,526号中所公开的那样，该专利申请在本文中也被完整地参考引用。

应该知道上述说明只是用来阐明本发明，在不偏离本发明的情况下，本行业的行家是能作出各种替代和修改的。因此本发明理应包括在所附权利要求范围内的所有这种替代、修改和变化。

Claims (29)

1.一种基片传送装置具有：

一个驱动部；

两个连接到在一条公共旋转轴线上的该驱动部的可单独活动的臂组合件；及

连接到臂组合件上的基片夹持器。

2.权利要求1的装置，其特征为，两个臂组合件各具有一个scara臂，其肩部位在公共的旋转轴线上，其腕部位在连接到基片夹持器的远端上。

3.权利要求1的装置，其特征为，驱动部具有一个框架和一个可旋转地连接到在公共旋转轴线上的框架的带轮。

4.权利要求3的装置，其特征为，还具有两个连接在带轮和两个分开的臂组合件中的相应一个之间的传动件。

5.权利要求4的装置，其特征为，驱动部有三个电动机，第一电动机连接到带轮上，第二和第三电动机分别连接到第一和第二臂组合件上。

6.权利要求5的装置，其特征为，每一电动机都各具有一个固定地连接在框架上的磁性定子和一个磁性从动转子。

7.权利要求6的装置，其特征为，在转子和定子之间设有一个套筒。

8.权利要求6的装置，其特征为，驱动部具有三个分别装有转子的同心的轴。

9.权利要求3的装置，其特征为，还具有一个用来将框架连接到基片加工装置壳体上的安装壳体和一个相对于安装壳体垂直移动该框架的垂直驱动单元。

10.一种基片传送装置具有：

两个可单独活动的臂组合件；

连接到臂组合件上的基片夹持器；及

一个驱动部，该驱动部具有一个框架、一个由第一驱动机构可旋转地连接在框架上的带轮、及连接到两个臂组合件上的第二和第三驱动机构，其中，带轮由传动件可操作地连接在两个臂组合件上。

11.权利要求10的装置，其特征为，臂组合件可旋转地连接于在公共旋转轴线上的框架。

12.权利要求11的装置，其特征为，驱动机构具有至少三个带有磁性从动部的同心的驱动轴，和固定地连接在框架上的磁性驱动定子。

13.权利要求10的装置，其特征为，带轮具有第一和第二部分别位在第一和第二可活动的臂组合件内。

14.权利要求13的装置，其特征为，传动件具有第一和第二传动带分别设在带轮的第一和第二部上，并且带轮的第一和第二部在垂直方向上互相偏离。

15.权利要求10的装置，其特征为，驱动机构具有三个固定地连接在框架上的磁性驱动定子，分别处于框架的不同高度上。

16.一种基片传送装置的驱动系统具有：

一个框架；

固定地连接到框架上的磁性驱动定子；

具有至少三个同心轴的驱动轴组合件，每一轴都各有一个磁性从动部分别与间隔开的磁性驱动定子对准；及

一个由其中一个轴可旋转地连接到框架上的带轮。

17.权利要求16的驱动系统，其特征为，三个轴中的中间一个被连接到带轮上，而三个定子中的中间一个与中轴上的磁性从动部对准。

18.权利要求16的驱动系统，其特征为，还具有至少三个位置传感器，用来传知这些轴相对于框架的位置。

19.权利要求16的驱动系统，其特征为，还具有一个固定件，用来将框架连接到另一件上，和一个将框架连接到固定件上的垂直驱动机构。

20.权利要求16的驱动系统，其特征为，带轮具有一个第一部，用来移动第一传动带，还具有一个在垂直方向上偏离的第二部，用来移动第二传动带。

21.权利要求16的驱动系统，其特征为，其中一个轴穿过带轮，并可相对于带轮转动。

22.一种基片传送装置具有：

N个可单独活动的臂组合件，每一个臂组合件具有A条旋转轴线，至少有一部分臂组合件能环绕这些轴线旋转，其中，N和A均为大于一的整数；

连接到臂组合件上的基片夹持器；及

用来单独驱使每一个臂组合件环绕其相应的A条轴线转动的设施，该转动设施具有M个电动机，其中，M为一比N乘上A的最小值小的整数。

23.权利要求22的装置，其特征为，N为2，A相对于每一个臂组合件为2，M为3。

24.权利要求22的装置，其特征为，每一个电动机都各具有一个磁性驱动定子和一个磁性从动转子。

25.权利要求24的装置，其特征为，转动设施具有M个其上装有转子的同心轴。

26.权利要求25的装置，其特征为，有一个带轮被连接到其中一个轴上，而N个传动带从该带轮延伸到相应N个可活动的臂组合件的部位上。

27.权利要求22的装置，其特征为，至少两个臂组合件的A相同。

28.权利要求22的装置，其特征为，至少两个臂组合件的一条旋转轴线为公共轴线。

29.一种移动基片传送装置的方法，包括下列步骤：

为该装置提供一个框架，将一带轮可旋转地装在框架上，并将两个臂组合件可旋转地装在框架上；

随着两个臂组合件和带轮一起转动，相对于框架转动带轮，使两个臂组合件相对于框架沿相同方向转动；

随着两个臂组合件相对于框架单独转动，将带轮保持在框架上一个固定位置上，从而使两个臂组合件单独伸出和缩回。

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