延伸scara机械手臂连接的方法及设备的制作方法

专利名称：延伸scara机械手臂连接的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明有关在基材移送室中机械手臂的使用，且尤其是有关于双 SCARA机械手臂在延伸的伸出距离应用中的使用。
背景技术：
在多室的电子制造系统中，预期同时处理一个以上的半导体基材。在 此方式中，电子制造系统可用以获得最大的产量。在此技中，在电子制造 系统中使用机械手臂必须储存基材或晶片，取出及放置另一基材，并接着 取出及放置该储存的基材。虽然此改良系统的使用且提供改良的产量，机 械手臂本身必须经过显者的重复作动-克服具有此未充分利用作动的无效 率待机方式为在共享枢轴提供二机械手臂系统。每一此机械手臂可彼此独 立操作，且可通过增加系统的处置容量而获得改良的产量，亦即二臂比一 臂佳。
选择性顺应组件机械手臂(亦已知为选择性顺应铰接的机械手 )(Selective Compliant Assembly Robot Arm, Selective Compliant Articulated Robot Arm; SCARA)为多轴机械手臂，其可在任何X-Y-Z或 应为R-e-z存取，在其工作包封中协调。'X'及'Y'移动可以三平行轴旋转的
接头获得。垂直作动'z'通常在腕部或在底座中为独立线性的、直线轴。
SCARA机械手臂为用于组装操作，其在最后移动以插入组件为单一的垂直 移动。组件插入印刷电路板可为范例。此通常称为"垂直组装"。在电子组件制造期间基材于处理室间移送为另 一选择性顺应组件机械手臂叶片的 机械手臂的热门应用。
SCARA的特质为接合二连接臂布局，其可能相似于人类的臂，因此常
用的词为绞接。此特征允许臂延伸入受限的区域并接着缩回或"折叠"出其 路径。此利于由室传送基材至另一者或由包含的处理站负载/卸载基材。 因为在电子组件制造中使用较大尺寸的基材，需要用于处置及处理基
材的设备(例如，SCARA机械手臂、处理室、移送室等)必需容受较大的 基材。然而，简单的使设备加大可迅速地使成本过高，如增加制造空间的 成本。此外，如将于后文进一步描述，较大的设备亦为不预期的，因为例 如在处理及机械手臂室的较大体积，其难以保持真空的最低量以使污染最 小化。因此，需要的为可使用现有设备处置及处理较大基材的系统及方法。

发明内容
在本发明的态样中，提供一双选择性顺应组件机械手臂(SCARA)的机 械手臂。此机械手臂包含二 SCARA,其各自包含肘管接头，其中二 SCARA 为垂直堆栈，故一 SCARA为第一臂而另一 SCARA为第二臂，且其中第 二臂适用于支撑第一基材，及当第二臂支撑第一基材时该第一臂为适于延 伸至全长，且其中由该第二臂支撑的该第一基材为与该第一臂的肘管接头 共平面，及该第二臂更适于与第一臂并行(及/或在协调模式)移动足够量以 避免在第 一 基材及第 一 臂的肘管接头间的干扰。
在本发明的其它态样中，提供双选择性顺应组件机械手臂(SCARA)的 机械手臂。此机械手臂包含二 SCARA,其各自包含肘管接头，其中SCARA 为第一臂而另一 SCARA为第二臂，且其中该第一及第二臂为适于达到相 同的开缝阀，且其中该第二臂适于支撑基材，及当第二臂支撑该基材时该 第一臂为适于延伸至全长，且其中由该第二臂支撑的该基材为与该第一臂 的肘管接头共平面，及该第二臂更适于与第一臂并行(及/或在一协调模式) 移动足够量以避免在该基材及第一臂的肘管接头间的干扰。
在本发明的又其它态样中，提供一方法。该方法包含提供双SCARA 机械手臂，该双SCARA机械手臂包括第一及第二臂；支撑第一基材于一端效器上，该端效器耦接至SCARA机械手臂的第二臂；延伸SCARA机
械手臂的第一臂至该第一臂的全长；及依延伸第一臂同时移动该第二臂， 其中该第二臂移动足够量以避免在第 一基材及第 一臂间的干扰。
在本发明的再其它态样中，提供一系统。此系统包含 一或一以上的 移送室，其中该一或一以上的移送室各自具有一或一以上的双SCARA的 机械手臂安置于其内； 一或一以上的处理室连接至该一或一以上的移送室； 至少一工厂接口连接至该一或一以上的移送室；且其中一或一以上的双
SCARA的机械手臂各自包含第一臂及第二臂，其中该第二臂适于支撑基 材；及当第二臂支撑该基材时该第一臂为适于延伸至全长，且其中由该第 二臂支撑的该基材为与该第一臂的肘管接头共平面，及该第二臂更适于与 第一臂并行(及/或在协调模式)移动足够量以避免在该基材及第一臂的肘管 接头间的干扰。
本发明的其它特征结构及态样将由下列详细说明、后附的申请专-']范 围及附随的图式而更显见。


图1为习知技术的双SCARA的机械手臂。
图2为一例示工具的顶部平面图，该工具包括二个双SCARA的机械 手臂适于使用本发明的实施例。
图3A为适于使用本发明的实施例的例示双SCARA的机械手臂的立体图。
图3B为适于使用本发明的实施例的例示机械手臂底座的剖面图。
图4A及4B为适于使用本发明的实施例的例示双SCARA的机械手臂
与相邻者为传统不适于使用本发明的双SCARA的机械手臂的顶视平面比较图。
图5A及5B为适于使用本发明的实施例的双SCARA的顶部示意图。 图6说明依本发明的 一 实施例操作双SCARA的机械手臂的例示方法
的流程图。
具体实施例方式
本发明提供延伸双选择性顺应组件机械手臂叶片(SCARA)的机械手臂 的伸出距离的方法及系统。双SCARA的机械手臂可括二 SCARA,其垂真 堆栈且共享一单一的垂直作动的驱动装置。此SCARA 二者皆适于彼此协 调，故当臂在相同方向移动时，臂的移动并未彼此干扰(例如，相撞)。然 而，在某些应用中，如基材移送室，臂的移动可能需要进一步的协调/限制 或限定以预防臂与移动的基材相撞。本发明可使第 一臂展开或延伸而不接 触或干扰第二臂，或由第二臂夹持的基材。
选择性顺应组件机械手臂叶片及双选择性顺应组件机械手臂叶片臂使 用于半导体及其它工业内的许多应用中。在半导体工业中，习知技术的机
械手臂用于选择性顺应组件机械手臂叶片连接装置的范例包括美国专利号 6,485,250、美国专利公开号2001036398A1及2006099063A1,其等并
入本案参考。
例如显示于图1,提供一习知技术的双选择性顺应组件机械手臂叶片 的机械手臂100。机械手臂100可分别包括一第一及第二叶片或端效器 102、 104以握持基材106。每一叶片102、 104可安装于可独立控制的机 械手臂108、 110上，该二机械手臂耦接共享的机械手臂底座112。如后 文将详述，机械手臂100的结构为于处理室中以一实质水平定向运送基材。 然而，当使用较大基材106，或在移送室于延伸伸出距离应用期间，如第 一臂108及因此的第一叶片102向前移动(如朝向页面顶部的箭头所示)及 挺出， 一第一肘管114可接触被第二叶片104夹持的基材106。换言之， 当第一机械手臂108展开以延伸其伸出距离并形成一更垂直的线时，第一 臂108的接头(或"肘管")114可接触被第二机械手臂110夹持的基材106。 因为归因于臂的结构，形成每一臂的不同部段可能不在相同的平面上，此 接触或千扰可能发生。因此，在传统双选择性顺应组件机械手臂叶片的机 械手臂系统，当第二或底部机械手臂110为延伸或其它方式支撑基材106 时，第一或上部机械手臂108不能够完全延伸并达到工作区域或包嚢的极 限。换言之，当二或更多机械移送臂在相同局限的空间操作时，在习知技 术中为大多为在移动另一臂前先移动一臂离开另一者的路径以避免相撞。因此，在本发明中，当使用较大基材时，或在移送室于延伸伸出距离 应用期间，第 一机械手臂的伸出距离可能需要限制或与第二机械手臂的移 动协调以避免第 一机械手臂的接头(或"肘管")与由第二机械手臂夹持的基 材接触。本发明的实施例可通过经由同步于延伸第 一臂作动在延伸第 一臂
相同方向(或相反方向)移动该第二臂、支撑一基材，而容许双SCARA的机 械手臂的第 一臂的延伸伸出距离。本说明书揭露的本发明允许当 一基材存 在于第二臂上时，第一臂完全延伸，其提供一消除习知技术的机械手臂设 计限制及后续约束的显著优点。如在后文将进一步描述，在某些实施例中， 第一及第二臂的定向可为可反向的。
配合图2,提供工具200的平面图。工具200可包含多个耦接至主框 架的处理室212,该主框架包含二移送室206。在某些实施例中，工具200 可包含一工厂接口 202与负载锁定室204选择性的相通。在某些实施例中， 工厂接口 202可包括一或一以上的输入/输出(l/0)室(或"负载锁定"室)。此 I/O室可适于具有附接至其上的夹持基材的基材载具(未显示)，其中每一个 可包括一或一以上的隔板以容纳一以一以上的基材。在每一 I/O室内为一 机制(未显示且为此技术领域已知者)以由载具中的隔板移动一选定的基材 至一指定的高度，在此高度一机械手臂(后文将描述)可由I/O室移出该基 材。机械手臂可接着将基材带至移送室206以进行后续处理。
在某些实施例中，负载锁定室204可在工厂接口 202及一第一移送室 组件208间提供一真空界面。第一移送室组件208的内部区域基本上可维 持一真空条件且提供一 中间区域，在其中可由一室运送基材至另 一室及/或 至负载锁定室204。
在某些实施例中，第一移送室组件208可区分为二部份。在某些实施 例中，第一移送室组件208包含第一移送室206a及一第一真空延伸室 210a。第一移送室206a及第一真空延伸室210a可耦接一起且彼此流体相 通。第一移送室206a的内部体积在处理期间基本上可维持于低压或真空。
在某些实施例中，第一移送室206a可为一具有数个侧壁、 一底部及 一盖的多边形结构。数个侧壁可具有穿通壁的开口且可构形为与处理室、 真空延伸室及/或其它通过室相连。显示于图2的第一移送室206a具有一方形或矩形且与处理室212a及212b、通过室214及第一真空延伸室210a耦合。
一例示的移送室206a可由美国加州圣塔克拉拉市Applied Materials
公司商业购得。可使用任何其它的移送室。在某些实施例中，移送室206a 可包括一 双SCARA的机械手臂216A以适于在例如不同处理室212a-e及 工厂接口 202间移动基材(例如，硅晶片(显示于图3)、半导体处理图像板(例 如屏蔽或光罩)、太阳能板)。如将于下文描述，虽然二双选择性顺应组件 机械手臂叶片的机械手臂216A、 216B;五处理室212a-e;及一工厂接口 202为说明于图2，可包括任何数目机械手臂、处理室、及工厂接口。
在某些实施例中，双SCARA的机械手臂216A可藉形成于移送室206a 的底板或底部的机械手臂端口(未显示)安装于第一移送室206a内，并围绕 底板上的存取开口(未显示)密封。在其它实施例中，双SCARA的机械手臂 216A未安装于第一移送室206a内但安装于一可移动设备内，如一轨道。 机械手臂216A及216B可构造为可在处理室212a-e、通过室214及负载 锁定室204间运送基材，如将于第3至5B图中进一步描述。
第一真空延伸室210a可构造为一可提供一真空系统的界面至第一移 送室组件208。
在某些实施例中，第一真空延伸室210a包含一底部、 一盖及一侧壁。 一压力调整端口可形成于第一真空延伸室210a的底部上且可构形为适于 一真空泵系统。可在侧壁上形成开口，故该第一真空延伸室210a与移送 室206a流体相通，且与负载锁定室204选择性地相通。
在某些实施例中，工具200可结构为使用物理气相沉积(PVD)工艺以 沉积一膜于半导体基材上。在条件化操作期间，可在基座(未显示)上安装 一隔板基材或遮蔽片(未显示)以保护基材支撑免于任何沉积。
在某些实施例中，工具200在通过室214側可更包含一第二移送室组 件218。该第二移送室组件218可包括相似于前述第一移送室组件208的 特征结构。在某些实施例中，此通过室214可相似于负载锁定室204,且 可构形为提供二处理环境间的一界面。例如，通过室214可在第一移送室 组件208及第二移送室组件218间提供一真空界面。相似于前述第一移送室组件208，第二移送室组件218可区分为彼此 流体相通的二部份-一第二移送室206b及一第二真空延伸室210b。如本 文所示，第二移送室206b可选择性地与处理室212c-e相通。第二双选择 性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂216B可设置于第二移送室206b内。
在某些实施例中，当进入相邻处理室212时，机械手臂216A、 216B 各别所需要的伸出距离可相对短。然而，每一机械手臂216A、 216B亦可 分别需要延伸进一步的距离220A及220B以到达非相邻的室。
如前述，双SCARA机械手臂216A、 216B可用以由I/O室移出一或 一以上的基材，并将基材插入至处理室212a-e。处理室212a-e的型式可 包括例如材料沉积、蚀刻、光罩、微影及加热室。可使用其它处理室。机 械手臂216A、 216B亦可用于在处理室212a-e间移送基材。 一旦基材处 理完成，机械手臂216A、 216B可回送基材至例如，1/0室/工厂接口202 及最终一各自的基材栽具。
在某些实施例中，移送室206a-b可选择性地经狭缝阀213与处理室 212c-e相通，狭缝阀位于移送室206a-b的壁上且可打开及关闭以允许基 材在室间的传送(显示于图3)。此狭缝阀213在此技术领域中为已知的且在 本文中不再描述。
一控制器222可配线或无线耦接至机械手臂216A、 216B及工厂接口 202。在某些实施例中，控制器222可耦接至处理室212a-e(未显示)。此 控制器222可适于控制机械手臂216A、 216B的操作。例如，此控制器222 可控制机械手臂216A、 216B、机械手臂(后文将描述)及狭缝阀213的操 作。此控制器222亦可选择性地操控其它系统组件的操作。在某些实施例 中，控制器222亦为工具200的整合的一部份，或包含于其中，虽然在其 它实施例中，此控制器222可远离及与工具200分开。此控制器222可 为一微电脑、微处理器、逻辑电路、硬件及软件的组合或其等的相似者。 此控制器222可包括多种通讯设施，其包括输入/输出端口、 一键盘、 一鼠 标、 一显示器、 一网络接合器等。
参考图3A为提供使用本发明的实施例的例示的双SCARA机械手臂 300的示意图。如前述，双SCARA机械手臂300(后文称为"机械手臂")可包括耦接至一共享机械手臂底座306的一第一臂302及一第二臂304。虽 然显示的机械手臂底座306为在第一及第二臂302、 304的下且接近于第 二臂302，在一可替代的实施例，机械手臂底座306可倒转以使机械手臂 底座306有效地在第一及第二臂302、 304上，但仍接近第二臂302。在 某些实施例中，第一及第二臂302、 304可经由一重叠轴310耦接至机械 手臂底座306，例如显示于图3B并将于下文描述。在一可替代的实施例中， 取代重叠轴310，第一及第二臂302、 304各自可耦接至各自的驱动器上， 其中每一驱动器可适于延伸及缩回第一及第二臂302、 304。在各自驱动器 的实施例中，可包括一第三驱动器，其中该第三驱动器可旋转机械手臂 300，故机械手臂300可进出例如不同室。可使用其可合适的耦合机制。 每一第一及第二臂302、 304可分别包括第一及第二连接装置肘管308、 310(后文中称为"肘管")。此外，在某些实施例中，每一第一及第二臂302、 304在其端部可分别包括第一及第二端效器312、 314。此第一及第二端效 器312、 314也可适于支撑第一及第二基材316、 318。
如显示于图3B,在某些实施例中重叠轴310可包括一外轴303、 一中 央轴305及一内侧轴307。此第一臂302可耦接至例如内侧轴307。例如， 此第一臂302亦可经第一臂驱动带311及第一肘管滑轮组315耦接至中央 轴305。第二臂304可耦接至外侧轴303。例如，第二臂304亦可经第二 驱动带313及第二肘管滑轮组317耦接至中央轴305。亦可使用其它合适 的耦4妄4几制。
配合图4A及4B，其提供显示于图3的双SCARA机械手臂300的示 意平面图。如前述，机械手臂300能够以第一及第二臂302、 304达至最 长的需要伸出距离。然而，在传统或习知技术系统(图4A)，当第一臂302 延伸至位置404A且第二臂304支撑第二基材318时，在第一肘管308及 在第二端效器314(由第二基材318覆盖)上第二基材318间可能存在一干 扰。依本发明(图4B)，当第二基材318存在于第二臂304的第二端效器 314上时，为了避免此干扰400,第二臂304可稍微由位置402A延伸至 位置402B,允许第一臂302完全延伸至位置404B而未与在第二臂304 上的第二基材318碰撞。如在图4B,第二臂304与第一臂302延伸至位置402B，第二臂304的移动角度406B相较于图4A中第二臂的移动角度 406A为小，以可避免干扰400。在一可替代实施例中，第二臂304可缩回 (朝向本页面的底部)，因而降低移动角度406A且使402a向页面的底部延 伸。然而，此可为不预期地因为在机械手臂300后"的空间可能不能利用。 依本发明的实施例，第二臂304由位置402A至位置402B的短移动(鄉如， 河步)与第一臂302由位置404A至404B(辨如，延伸)的较长移动可能同时 发生及并行。在第一基材316交递后，第一及第二臂302及304二者可接 着同时(辨如，^7#)及并行缩回直至第一及第二端效器312、 314(图3)与 第一及第二臂302、 304 二者为位于一开始缩回位置。在某些实施例中， 例如，当第一及第二臂302、 304为在缩回位置时，第一及第二臂302、 304与第一及第二端效器312、 314的全部为适合在机械手臂底座306表 面周缘接近第二臂304内尽可能大的空间，以致整个机械手臂300可依底 座306旋转，以放置机械手臂300于不同处理室212a-e之前。
配合图5A及5B，提供图2工具200的示意平面图，其中例如，显示 于图3的机械手臂300的第一臂302经第一真空延伸室210b进入与移送 室206a连接的负载锁定室204,且第二臂304为进入真空延伸室210b。 如前述，第二臂304的短移动与第一臂302的较长移动(例如，延伸)同步 及并行发生。
在某些实施例中，第二臂304的移动可仅在特殊情况下发生，其是当 第二基材318存在于第二臂304的第二端效器314上且当必须延伸第一臂 302及进而第一端效器312超过位置404A(图4)。当第二臂304如显示于 图5B完全延伸时，不需要移动第一臂302，因为第二肘管310未干扰在 第一臂302的第一端效器312上的第一基材。
在某些实施例中，第一及第二臂可为反向的，例如，在倒转的机械手 臂底座306的实施例中。例如，在倒转的机械手臂底座306的实施例，当 第一基材316存在于第一端效器312上时，如第二臂304延伸时，第一臂 302与第二臂304同步及并行地移动"短移动"，以避免第二肘管310与第 一基材316接触。
参考图6,提供一操作本发明SCARA机械手臂300的例示方法600。在步骤S602,第二基材318可在第二臂304的第二端效器314上支撑。 在步骤S604,第一臂302可延伸至全长404B。当第一臂302延伸至全长 404B时，第二臂304可与在步骤S606中延伸第一臂302的同时移动。 如前述，在倒转的机械手臂底座306的实施例中此移动可反向。在步骤 S608,第一臂302的第一端效器312可由例如处理室212a-e、负载锁定 室204或通过室214收回第一基材316。在步骤S610中，第一及第二臂 302、 304二者同步缩回。
再者，应了解，虽然仅揭露一移送一圓基材的例示，本发明可调整为 移送具有不同形状的基材(例如， 一用于平面显示器或太阳能板的玻璃或聚 合物平板)。再者，虽然前述显示设备处理一及二基材，但在某些实施例中， 此设备可同时处理数个基材。
前述说明仅揭露本发明的示范性实施例。熟习此技艺的人士将可轻易 知悉落入本发明范畴之前述揭露的设备和方法的变化。因此，尽管本发明 已以示范性实施例来揭露，应了解，其它实施例可落入本发明的精神与范 畴内，如同权利要求所界定者。
权利要求
1.一种双选择性顺应组件机械手臂叶片(SCARA)的机械手臂，其包含二SCARA，各自包含肘管接头，其中该二SCARA为垂直堆栈，故一SCARA为第一臂而另一SCARA为第二臂，及其中该第二臂适于支撑第一基材，及当该第二臂支撑该第一基材时该第一臂为适于延伸至全长，及其中由该第二臂支撑的该第一基材为与该第一臂的肘管接头共平面，及该第二臂更适于与第一臂同时移动且协调足够量以避免在该第一基材及该第一臂的肘管接头间的干扰。
2. 如权利要求1所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该第一臂适于支撑第二基材。
3. 如权利要求1所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该第二臂能够延伸至全长。
4. 如权利要求3所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该全长延伸为少于能够避免千扰的足够量。
5. 如权利要求1所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该第二臂与该第一臂的同时移动为同步。
6. 如权利要求1所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该第一及该第二臂适于由全长延伸及由足够量缩回以避免干扰。
7. 如权利要求6所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该缩回为同步。
8. —种双选择性顺应组件机械手臂叶片(SCARA)的机械手臂，其包含 二SCARA，各自包括肘管接头，其中一选择性顺应组件机械手臂叶片为第 一臂且另 一选择性顺应组件机械手臂叶片为第二臂，及 其中该第一及该第二臂为适于达到相同的狭缝阀，及 其中该第二臂适于支撑基材，且当该第二臂支撑该基材时该第一臂为适于延伸至全长，及其中由该第二臂支撑的该基材为与该第一臂的肘管接头共平面，及该第二臂更适于与该第一臂同时移动且协调足够量以避免在该基材及该第一臂的肘管接头间的干扰。
9. 如权利要求8所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该第一臂为适于支撑第二基材。
10. 如权利要求8所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该第二臂能延伸至全长。
11. 如权利要求8所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该第一臂与该第二臂的同时移动为同步。
12. 如权利要求1所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手臂， 其中该第一及该第二臂为适于缩回。
13. 如权利要求12所述的双选择性顺应组件机械手臂叶片的机械手 臂，其中该缩回为同步。
14. 一种方法，其包含提供双SCARA机械手臂，该双SCARA机械手臂包括第一及第二臂； 支撑第一基材于一端效器上，该端效器耦接至该SCARA机械手臂的 第二臂；延伸该SCARA机械手臂的第一臂至该第一臂的全长；及 依延伸第一臂同时移动该第二臂，其中该第二臂移动足够量以避免在 该第 一基材及该第 一臂间的干扰。
15.如权利要求14所述的方法，其中延伸该第一臂以于耦合至该第一 臂的一端效器上接收第二基材。
全文摘要
本发明提供使用双选择性顺应组件机械手臂叶片(SelectiveCompliant Assembly Robot Arm；SCARA)的机械手臂的方法及设备。在某些实施例中，提供二SCARA，每一SCARA包括一肘管接头，其中该二SCARA为垂直堆栈，故一SCARA为第一臂而另一SCARA为第二臂，及其中该第二臂适于支撑第一基材，及当该第二臂支撑该第一基材时该第一臂为适于延伸至全长，及其中由该第二臂支撑的该第一基材为与该第一臂的肘管接头共平面，及该第二臂更适于与第一臂同时并行(及/或在一协调模式)移动一足够量以避免在该第一基材及第一臂的肘管接头间的干扰。本发明提供多个其它实施例。
文档编号B65H1/00GK101678974SQ200880017949
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月29日 优先权日2007年5月31日
发明者D·K·考克斯, J·A·布洛迪尼, J·C·胡金斯, J·M·舒浩勒, M·L·弗利曼 申请人:应用材料股份有限公司