TWI381917B - 用於機械手臂腕組件之方法與設備 - Google Patents

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Description

用於機械手臂腕組件之方法與設備
本發明是有關於電子裝置製造機械手臂，並且特別是有關於運用在此等製造機械手臂的腕部組件。
用於電子裝置製造處理的機械手臂可能受曝於顯著的環境壓力(例如，高溫)，而或會影響到該等機械手臂的效能及/或壽命展幅。從而所需要者係改善該等機械手臂之效能及/或壽命展幅的方法及設備。
本申請案主張2006年8月11日申請之美國臨時申請案第60/822,200號的優先權，茲將該案依其整體按參考方式併入本案。
在一些態樣裡，本發明提供一腕部組件，其中含有一具一蓋部及一底部的外殼；至少一樞軸，其至少部分地被裹封於該外殼內，並經調適以耦接於一機械手臂；以及一傳動帶，其耦接於該樞軸，並經調適以繞於一軸承旋轉該樞軸。該外殼的底部係經調適以將熱性反射離開該至少一樞軸及該軸承。
在一態樣裡，本發明提供一種延展一腕部組件之壽命的方法，其中包含將一反射性遮罩接附於該腕部組件的底部；自一相對於該腕部組件之一樞軸具有為低度熱導性的材料建構出該腕部組件的外殼；以及在該外殼內構成至少一熱扼阻。
又在其他的態樣裡，本發明提供一種用於電子裝置製造處理的機械手臂，其包含一腕部組件，其中含有一具一蓋部及一底部的外殼；至少一樞軸，其至少部分地被裹封於該外殼內，並經調適以耦接於一機械手臂；以及一傳動帶，其耦接於該樞軸，並經調適以繞於一軸承機臂帶動該樞軸。該外殼的底部係經調適以將熱性反射離開該至少一樞軸及該軸承。
自下列詳細說明、後載申請專利範圍及隨附圖式，本發明的其他性質與態樣將更完整地顯而易見。
半導體晶圓製程機械手臂可能會在該機械手臂腕部組件處體驗到過早失效問題。失效可能是由粒子堆積、潤滑劑的化學潰解、過熱及/或其他因素所造成。本發明提供一種機械手臂腕部組件，其可降低及/或消除各種失效模式，包含降低機械手臂腕部溫度。
除其他方式以外，本發明可透過降溫、消除問題移動零件、改善軸承效能及/或改良粒子含留及/或熱性傳導來改善先前技藝。在一些具體實施例裡，經改良之腕部組件提供優良的截面與材料選擇；因此，可改善及/或最佳化熱流，藉以限制進入該組件內的傳導與輻射熱流，而同時將離出該組件的熱流予以改善及/或最大化。例如，在一些具體實施例裡，例如，用於該包封之基底材料可為鈦質，其比起在傳統腕部組件裡的鋁質具有顯著較低的熱傳導性(例如，該鋁質之熱傳導性的約1/10)。此外，可藉由熱扼阻以大幅地減少在刃部與腕部間之接觸表面的截面積。而兩項測度可減少進入該組件內的熱流。同樣地，藉由按鋁質等等以外的材料來製作樞軸，可增加離開該腕部的熱流。這些樞軸的較大截面亦可提高離開該腕部的熱流。
可對該組件之底部表面增設一輻射遮罩，藉以反射來自運用該組件之室體內的任何發熱構件之輻射。該遮罩可例如包含一簡單、低成本的薄片金屬蓋。在一些具體實施例裡，可將該遮罩拋光為一鏡面成品(例如，僅在單一側上)。同時，將該軸承之架置方法自該包封的底部表面(傳統位置)反置於該頂部位置(例如，一鈦質頂蓋)可在當該腕部組件通過這些熱源上方時，減少來自該處理室加熱器之輻射的熱傳導。在一些具體實施例裡，其結果為腕部溫度降低50%，而大幅地延長潤滑劑壽命。估計單單是降低溫度即可使得該組件的壽命增長超過一倍。
在軸承失效的情況下，可藉由一經設計在該基底/外殼、樞軸及預載環內之曲徑器以進一步保護該半導體晶圓不受粒子污染。此外，可將在先前腕部組件之中所見到的腕部與刃部間開口予以封合。
第1圖係一根據本發明之部分具體實施例的機械手臂腕部組件100之頂部略圖。可藉由樞軸102a－b將該機械手臂腕部組件100耦接於一機械手臂(例如，一或更多的機械手臂)(未見於圖式)。該機械手臂腕部組件100可具有一頂部蓋部104(例如，一外殼或其他包封)。在該頂部蓋部104附近及/或所耦接者可為一或更多的熱扼阻106。同時，在該頂部蓋部104附近及/或所耦接者可為一切截範圍108及一腕部包封110。
在一些具體實施例裡，該等樞軸102a－b可為由鋁質所建構。該等鋁質樞軸102a－b的熱傳導性可提高從該腕部組件100離開的熱性流出。亦可使用其他材料(例如’鋁合金及/或其他的傳導材料)。該等樞軸102a－b可具有一增大的截面，因此朝該手臂(未見於圖式)的熱傳導可更加快速。例如，在至少一具體實施例裡，該等樞軸102a－b可藉由提高樞軸的高度而擁有增大的截面積(例如，藉由將該等樞軸的高度加倍，而同時保持約相同的樞軸寬度)。在一特定具體實施例裡，該等樞軸可具有一約3/8”×1/2”的截面，然亦可運用其他維度。
在相同或替代性的具體實施例裡，該頂部蓋部104可為由鈦質或其他的類似材料所建構。藉由利用鈦質，其比起鋁質具有一顯著較低的熱傳導性，該頂部蓋部104可協助防止熱性過度地傳導至該腕部組件100的其餘部分。
可透過該等熱扼阻106(自該頂部蓋部104的突出物)以進一步限制熱性，該等可藉由減少接觸面積以防止熱性自一刃部(未見於圖式)傳導通過至該腕部組件100。類似地，該切截範圍108可將該刃部(未見於圖式)與該腕部組件之間的接觸最小化。在一些具體實施例裡，相對於先前的腕部組件而言，該等熱阻扼106與該切截範圍108的組合可減少該刃部與該腕部組件之間的接觸面積約90%。該等熱阻扼106可由一像是鈦質之金屬、像是陶瓷之絕緣材料，或是任何其他的適當材料所建構。
該腕部包封110可經構成如該頂部蓋部104的一部分，或可為一個別配件。在一些具體實施例裡，該腕部包封110可為由鈦質所建構。該頂部蓋部104可減少及/或消除該刃部(未見於圖式)與該腕部組件100之內部區域(第2及3圖中所示)間的接觸。這可降低或防止熱傳導，且/或防止粒子累積在該腕部組件100的內部。
第2A及2B圖說明一腕部組件100的底部略圖，其中一輻射遮罩112分別地經接固及經移除。可藉由扣固器(例如，螺絲、螺栓或其他的適當扣固器)將該輻射遮罩112架置於該腕部組件100。該輻射遮罩112可連同該腕部組件100的其他局部與該頂部蓋部104，如前參照於第1圖所述者，將該腕部組件100的內部區域加以裹封。底下將參照於第3圖以進一步詳細說明此內部區域。
該輻射遮罩112可為一薄片金屬蓋，像是一金屬平片或是其他類似材料。在一些具體實施例裡，該輻射遮罩112可將一遠離該腕部組件100之內部區域的面側拋光成一鏡面。按此方式，該輻射遮罩112可將輻射熱反射離開該腕部組件100。類似地，該輻射遮罩112可經鍍置及/或膜附(例如，金質鍍膜)以產生一反射性成品。可運用其他材料及/或成品。
第3圖係一根據本發明之部分具體實施例的腕部組件100之近密底部略圖。可將樞軸102a－b固接於該頂部蓋部104之內部而繞於軸承116a－b。該等樞軸102a－b可為經由驅動傳動帶118a－b所致動。可藉由張力器120a－b將該等驅動傳動帶118a－b固接於該等樞軸102a－b。
將該等樞軸102a－b固接於該頂部蓋部104可在當該腕部組件100在操作中通過這些熱源之上時，減少來自於處理室加熱器(未見於圖式)輻射的熱傳導(例如，因為該等軸承/樞軸為空間上/熱性上與面向該等熱源的遮罩112隔離)。
上述特性的淨效應為可共時地減少可能會進入該腕部組件之內的熱量(例如，自該刃部及/或該刃部上的基板)，並且提高自該腕部散離的熱量(例如，進入機械手臂)。如此，自該腕部組件離出的Qout 會遠高於進入該腕部組件內的Qin ，其中Q代表熱流。
第4圖係一運用於本發明之部分具體實施例內的軸承組件500之***略圖，其可為類似於軸承116a－b。該軸承組件500可含有一或更多的軸承502a－b。該等軸承502a－b可包含內部滑道504a－b及外部滑道506a－b，該等可存握有間隔球體508及/或負載球體510。
在一些具體實施例裡，該等內部滑道504a－b及外部滑道506a－b可為由不鏽鋼440C或類似材料所建構。可運用其他等級的不鏽鋼及/或其他材料。同樣地，間隔球體508可為由不鏽鋼440C或類似材料所建構。可運用其他等級的不鏽鋼及/或其他材料。負載球體510可為由陶瓷或其他適當材料所建構。在一些具體實施例裡，至少一或更多個負載球體510可被替換為一由一導電材料(例如，不鏽鋼)所製作的球體，其可保持在該等軸承502a－b之內部滑道504a－b與外部滑道506a－b間的電子接觸。該導體性替換球體可略微小於該非導體性(例如，陶瓷)負載球體510，藉此成為非負載軸承(或是比起該非導體負載球體510而負載較少重量)，而同時保持該等軸承502a－b之內部滑道504a－b與外部滑道506a－b間的接觸。此接觸可藉由提供一用以靜電放電/消散的路徑來防止靜電累聚於該腕部組件100之內。
第5圖係一腕部組件100之局部的側面切截略圖。詳細而言，第5圖說明該腕部組件100之一側，該處含有軸承502a－b，以及一粒子將須行旅以離開該腕部組件100的示範性路徑。在第5圖的範例裡，離開該等軸承502a－b的粒子602必須行旅經過一曲徑器“labyrinth”604，而該者，除其他項目外，係經設計在該頂部蓋部104及/或該樞軸102之內。在一軸承失效時，由經接附有該機械手臂腕部組件100之機械手臂所處置的晶圓會受到保護而不致受到自此散射出之粒子602的影響，因為該等粒子602將必須行旅通過難行的曲徑器604路徑以離開該腕部組件100。
現參照第6圖，其中描繪一含有兩個腕部組件602之雙式機械手臂600的頂部略圖。該等腕部組件602各者係耦接於機械手臂604以及一經調適以載荷一基板的刃部606。注意到在本應用項目中所說明及描繪之範例腕部組件係運用於「蛙腿」式的機械手臂。然而，本發明原理與特性確可適用於任何類型之機械手臂的腕部組件，包含「選擇性相符分節機械手臂(SCARA)」和其他類型的機械手臂。
前文雖係針對於本發明具體實施例，然確可設計出本發明的其他與進一步具體實施例而不致悖離其基本範圍，並且其範疇是由如後之申請專利範圍所決定。
100．．．機械手臂腕部組件
102．．．樞軸
104．．．頂部蓋部
106．．．熱扼阻
108．．．切截範圍
110．．．腕部包封
112．．．輻射遮罩
114．．．螺栓
116．．．軸承
118．．．驅動傳動帶
500．．．軸承組件
502．．．軸承
504．．．內部滑道
506．．．外部滑道
508．．．間隔球體
510．．．負載球體
600．．．機械手臂
602．．．粒子
602．．．腕部組件
604．．．曲徑器
604．．．機械手臂
606．．．刃部
第1圖係一根據本發明之部分具體實施例的範例機械手臂腕部組件之頂部略圖。
第2A及2B圖說明一腕部組件的底部略圖，其中一輻射遮罩分別地經接固(2A)及經移除(2B)。
第3圖係一根據本發明之部分具體實施例的範例腕部組件之近密底部略圖。
第4圖係一運用於本發明之部分具體實施例內的範例軸承組件之***略圖。
第5圖係一腕部組件之局部的側面切截略圖。
第6圖係一雙式機械手臂的頂部略圖，其中含有兩個根據本發明之具體實施例的腕部組件。
112．．．輻射遮罩
114．．．螺栓

Claims (29)

  1. 一種腕部組件，其中包含：一外殼，其含有一蓋部及一底部；至少一樞軸，其至少部分地被包覆於該外殼內，並經調適以耦接於一機械手臂；以及一傳動帶，其耦接於該樞軸，並經調適以繞一軸承旋轉該樞軸，其中該外殼的底部係經調適以將熱量反射離開該至少一樞軸及該軸承。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之腕部組件，其中該外殼是由一或更多經選定以限制進入該腕部組件內之熱流的材料所建構。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之腕部組件，其中該外殼之至少一部分是由鈦所建構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之腕部組件，其中該外殼的蓋部是由相較於用於該至少一樞軸之一材料具有較低熱導性的一材料所建構。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之腕部組件，其中該蓋部是由鈦所建構，並且該至少一樞軸是由鋁所建構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之腕部組件，其中該外殼含有至少一特性，其係經調適以最小化介於該腕部組件與用以握持一基板之一刃部之間的接觸面積。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之腕部組件，其中該外殼含有至少一熱扼阻，其係經調適以減少該腕部組件與該刃部之間的接觸。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之腕部組件，其中該外殼含有至少一切截部分，其係經調適以減少該腕部組件與該刃部之間的接觸。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之腕部組件，其中該外殼進一步含有一輻射遮罩，其係經調適以防止熱量進入該腕部組件。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之腕部組件，其中該至少一樞軸是由一經選定以令熱量從該腕部組件消散的材料所建構。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之腕部組件，其中該至少一樞軸是由鋁所建構。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之腕部組件，其中該至少一樞軸係經架置於該外殼的蓋部。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之腕部組件，進一步包含一曲徑器，其係經調適以捕捉來自該軸承的粒子。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之腕部組件，其中該軸承含有非導體性負載球體，以及至少一導體性負載球體，而其係經調適以維持通過該軸承的導電性。
  15. 一種延長一腕部組件之壽命的方法，其中包含以下步驟：將一反射性遮罩接附於該腕部組件之一底部；自相對於該腕部組件之一樞軸具有低熱導性的一材料建構該腕部組件的一外殼；以及在該外殼內構成至少一熱扼阻。
  16. 一種用於電子裝置製造處理之機械手臂，其中包含：一腕部組件，其中含有：一外殼，其含有一蓋部及一底部；至少一樞軸，其至少部分地被包覆於該外殼內，並經調適以耦接於一機械手臂；以及 一傳動帶，其耦接於該樞軸，並經調適以繞於一軸承旋轉該樞軸，其中該外殼的底部係經調適以將熱量反射離開該至少一樞軸及該軸承。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂，其中該外殼是由一或更多經選定以限制進入該腕部組件內之熱流的材料所建構。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之機械手臂，其中該外殼之至少一部分是由鈦所建構。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂，其中該外殼的蓋部是由相較於用於該至少一樞軸之一材料具有較低熱導性的一材料所建構。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之機械手臂，其中該蓋部是由鈦所建構，並且該至少一樞軸是由鋁所建構。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂，其中該外殼含有至少一特性，其係經調適以最小化介於該腕部組件與用以握持一基板之一刃部之間的接觸面積。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之機械手臂，其中該外殼含有至少一熱扼阻，其係經調適以減少該腕部組件與該刃部之間的接觸。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之機械手臂，其中該外殼含有至少一切截部分，其係經調適以減少該腕部組件與該刃部之間的接觸。
  24. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂，其中該外殼進一步含有一輻射遮罩，其係經調適以防止熱量進入該腕部組件。
  25. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂，其中該至少一樞軸是由一經選定以令熱量從該腕部組件消散的材料所建構。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之機械手臂，其中該至少一樞軸是由鋁所建構。
  27. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂，其中該至少一樞軸係經架置於該外殼的蓋部。
  28. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂，進一步包含 一曲徑器，其係經調適以捕捉來自該軸承的粒子。
  29. 如申請專利範圍第16項所述之機械手臂，其中該軸承含有非導體性負載球體，以及至少一導體性負載球體，其係經調適以維持通過該軸承的導電性。
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