TWI423384B - 供半導體晶圓處理機器人使用之樞軸臂組件及其製造方法 - Google Patents

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Description

供半導體晶圓處理機器人使用之樞軸臂組件及其製造方法
本發明是關於半導體晶圓處理機器人以及類似品，並且更明確地說是關於在其上具有一整合地成形之軸承構造的一樞軸臂組件，以及用於製造該樞軸臂組件的方法。
半導體晶圓典型上是由矽製成，並用於製造半導體晶片以及積體電路。由於以矽為主之材質(以及各切片的極小厚度)的易碎特性，該等晶圓可能由於不當處理而輕易受損。現代半導體處理系統必須在極為乾淨的環境中快速並準確地處理這些晶圓，以避免對已處理好的半導體晶圓及/或已組裝晶片之汙染或損壞。
用於處理半導體晶圓以及類似品的機器人為本技術中所熟悉。晶圓處理機器人(像是頒給Applied Materials,Inc.,的美國專利文件第6,817,640號以及2002/0182036號所揭示者)典型上包括至少一對晶圓機器人樞軸或樞軸臂組件，其伸展並收縮一機器人手腕或該機器人的其他類似關節部位。如專利6,817,640的第五A圖以及專利公開案第2002/0182036號之第五圖所顯示，各樞軸臂典型上包括一往外伸展的機械臂，其適應於與一機器人關節元件連結，也適應於與一齒輪片段連接，該齒輪片段具有和一機器人驅動機構嚙合之輪齒。
如本文的第一圖所示，機器人樞軸臂典型上具是由一片金屬板製成，其具有一對圓形凹口在該金屬板之一末端的相對表面上形成，其中安裝兩滾珠軸承。在本發明之第一圖所顯示的 範例中，兩角度相觸滾珠軸承以一角度接觸，背向安裝在樞軸臂凹口中，以其接觸角朝向相反方向，以便支撐實施至該軸承組件之任一側的推力負載及/或夾鉗力。雖然本文中第一圖所繪出的雙軸承組態是用來維持樞軸臂的準確定向、對齊以及轉動，已遇到若干缺點。更明確地說，已發現如此的軸承安裝配置使得該等軸承的外軸承環與機械臂容納凹口之間經歷到極微小的摩擦運動或摩損，如此導致散布機器人機械各處之極細金屬微粒或碎片生成，因而造成活動部位的損害，同時也汙染晶圓及/或半導體晶片。在本文第一圖的先前設計中所顯示之兩滾珠軸承的狀況中，不慎地朝後或以其他方式不當安裝，導致更為嚴重的摩損，如此摧毀要處理半體體晶圓所必需的無塵環境。
本發明的一觀點是用來製造供半導體晶圓處理機器人使用之樞軸臂組件以及類似品的方法，其包含由一剛性、機器可用的材料所形成具有一預定中心的圓盤，形成穿透該盤中心的一圓形開孔以定義具有一錐形內表面之樞軸臂組件的外部整合式軸承環部分，並在該外部整合式軸承環部分的內表面形成一放射地向內開口的凹槽，以定義一第一軸承軌道。此方法也包括提供一加工裝置，其具有一固定部分準確地留置一工件相對於該機制裝置的加工部分，並將該加工裝置中的開孔盤與該固定部位定位，因而嚙合該第一軸承軌道，可移動地(仍準確地)留置該開孔盤在一相對於該加工裝置之加工部分的預定位置和定向。該加工裝置的加工部分被啟動，以便在開孔圓盤中形成一環狀的圓圈部分，其具有一錐形外表面與外部整合式軸 承環部分的內表面大致同心地配置，一機械臂部分由該圓圈部分放射地朝外延伸並適應於用來和一機器人關節元件連結，一齒輪片段由該圓圈部分放射地朝外延伸而和該機械臂部分呈現圓周上間隔開來的關係，以及複數個輪齒沿著該齒輪片段部分之外部末端部分與第一軸承軌道以預定的關係準確地定位，並適應於和一相關的機器人驅動機制嚙合。該方法也包括形成該樞軸臂組件的一內部軸承環部分，其係由經配置要接收並在其中留置一安裝元件的一內表面，以及一錐形外表面所定義，並在該內部軸承環部分的外表面中形成一放射地朝外的開口槽溝，以定義第二軸承軌道，其造形實質上類似於在外部整合式軸承環部分當中的第一軸承軌道。該方法也包括定位在該外部整合式軸承環部分之內表面以內的內部軸承環部分，以致於第一及第二軸承軌道放射地對齊，且內部軸承環部分與外部整合式軸承環部分呈現偏心關係，以在外部整合式軸承部分的內表面與內部軸承環之外表面之間定義一偏心間隔，該偏心間隔具有一較寬部分與一較窄部分。複數個滾珠軸承元件穿過該間隔的較寬部分依序***，並進到第一及第二軸承軌道。軸承元件接著被安放在均勻地分開來的第一及第二軸承軌道中，且該內部軸承環部分及外部整合式軸承環部分暫時地偏移成為同心關係。該等軸承元件接著被留置在該等均勻相隔一段距離的第一及第二軸承軌道中。
本發明的另一觀點是用來製造供半導體晶圓處理機器人使用之樞軸臂組件以及類似品的一改良方法，其包含的步驟為：由一剛性、可加工的材料形成具有一已定中心的圓盤，形成穿透該圓盤中心的一圓形開孔以定義具有一錐形內表面之樞軸臂組件的外部整合式軸承環部分，並在該外部整合式軸承 環部分的內表面形成一放射地朝內的開口凹槽，以定義一第一軸承軌道。此方法也包括提供一加工裝置，其具有一固定部分準確地相對於該機制裝置的加工部分留置一工件，並將該加工裝置中的開孔盤與該固定部位定位，因而嚙合該第一軸承軌道，可移動地(仍準確地)相對於該加工裝置之加工部分留置該開孔盤在預定位置和定向。該方法進一步包括啟動該加工裝置的加工部分，以便在開孔盤中形成一圓圈部分大致與該外部整合式軸承環部分呈同心放置，且沿著該齒輪片段部分之外部末端部分的輪齒以預定的關係與第一軸承軌道準確地定位，並適應於和一相關的機器人驅動機制嚙合。該方法進一步包括形成該樞軸臂組件的一內部軸承環部分，其係由經配置要接收並在其中留置一安裝元件的一內表面，以及一錐形外表面所定義，並在該內部軸承環部分的外表面中形成一放射地朝外的開口槽溝，以定義第二軸承軌道，其造形實質上類似於在外部整合式軸承環部分當中的第一軸承軌道。該內部軸承環部分係置於外部整合式軸承環部分的內表面之內，以致於第一及第二軸承軌道放射地對齊，且複數個滾珠軸承元件係***第一及第二軸承軌道。
本發明又一觀點是用來處理半導體晶圓以及類似品的機器人機械，其具有一改良的樞軸臂組件，該組件包含一剛性、環狀的圓圈部分，此圓圈部分具有一錐形內表面以及一錐形的外表面，以該圓圈部分之內表面中形成放射地朝內的開口槽溝，以定義第一軸承軌道。該樞軸臂組件也包括一剛性、錐形的套筒部分，其具有一錐形內表面經配置以接收並留存該機器人機器的安裝部分在其中，以及一錐形外表面在該套筒部分的外表面中所形成放射地朝外的開口槽溝，以定義一第二軸承 道，此第二承軸軌道的形狀實質上類似於在圓圈部分內的第一軸承軌道。該套筒部分以組裝的狀態置於該圓圈部分的內表面之內，其中第一及第二軸承軌道放射地對齊，並且該套筒部分是和圓圈部分呈現偏心關係，以在圓圈部分的內表面與套筒部分的外表面之間形成一偏心間隔，該間隔具有一較寬部分以及一較窄部分。該樞軸臂組件也包括一齒輪片段部分沿著該片段的一部分有輪齒形成，以該片段的相對另一部分固定地與圓圈部分的外表面連結，以致輪齒由圓圈部分放射地朝外凸出。該樞軸臂組件也包括一剛性連接器機械臂部分，其具有一末端固定地與圓圈部分的外表面連接，以致該連接器機械臂部分由該圓圈部分放射地朝外延伸，與齒輪片段部分呈現圓周地相隔一段距離的關係。複數個滾動軸承元件依順序***該間隔的較寬部分並進到第一及第二軸承軌道，並接著以均勻相隔一段距離的關係沿著第一及第二軸承軌道放置，以套筒部分以及圓圈部分被暫時地偏移至同心關係。一分離器部分與軸承元件連接，並以均勻相隔一段距離的關係樞軸旋轉地把該等軸承元件留置在第一及第二軸承軌道中。
本發明另一觀點提供用於半導體晶圓處理機器人以及類似品的一樞軸臂組件，其包括一整合式形成的薄片軸承，以減少與先前技藝之軸承安排有關的磨損。該外部軸承軌道最好是直接或整合式地形成在該樞軸罩中，因而排除分離的外部軸承環併入先前技藝之設計中，並減少相關的磨損困擾。該樞軸臂組件具有一齒輪片段部分，其具有與軸承軌道精確對齊的輪齒，以致於在操作期間正確地定位並旋轉該樞軸臂組件。該樞軸臂組件足供使用，能夠有長的運作壽命，並且特別適合於所推薦的運用。
藉著參考以下的書面說明、申請專利範圍以及附屬的圖示，熟習此項技術者將能進一步了解並體會本發明的這些以及其他優點。
為本文的描述目的，「上方(upper)」、「下方(lower)」、「右方(right)」、「左方(left)」、「後方(rear)」、「前方(front)」、「垂直(vertical)」、「水平(horizontal)」以及其衍生用語應關連至如第一圖及第二圖之中所定向的本發明。然而，可想而知本發明可採用多種可替換的定向以及步驟順序，除非文中明確指出相反的意思。也可想見在附屬之圖示中所繪出，以及在隨後之說明中所描述的特定裝置及程序，僅為隨附申請專利範圍中所定義之原創概念的示範性具體實施例。因此，關於本文所揭示之具體實施例的特定尺度及其他物理特徵並不應被認為是設限，除非在申請專利範圍中以其他方式明白表示。
參照數字10通常指的是一用於處理半導體晶圓之機器人以及類似品的一樞軸臂組件，其具有實現本發明的一整合式成形之軸承構造。樞軸臂組件(10)包括一剛性、環狀外罩或圓圈部分(11)，最佳顯示於第十六至第十九圖，其包括一錐形內表面(12)以及一錐形外表面(13)，在該圓圈部分(11)的內表面(12)之內形成放射地朝內的開口槽溝(14)，以定義一第一樞軸軌道。樞軸臂組件(10)也包括一齒輪片段部分(15)，其具有一內緣(16)固定地與該圓圈部分(11)的外表面(13)連接，以及具有輪齒(18)的一外緣(17)，該等輪齒放射地由圓圈部分(11)朝外凸出。樞軸臂組件(10)也包括一剛性的連接器機械臂部分(19)， 其具有一外端(20)固定地與該圓圈部分(11)的外表面(13)連接，並與齒輪片段部分(15)以周圍地相隔一段距離的關係由該圓圈部分(11)放射地朝外伸出。該樞軸臂組件(10)也包括一剛性、錐形的套筒部分(23)，如第二十二及第二十三圖最佳顯示，其具有一錐形內表面(24)經配置以接收並留存該機器人機器的安裝部分在其中(未顯示)，以及一錐形外表面(26)在該套筒部分的外表面(25)中所形成之放射地朝外的開口槽溝(26)，以定義一第二軸承道，此第二承軸軌道的形狀實質上類似於在圓圈部分(11)內的第一軸承軌道(14)。如第二十七至第二十九圖最佳顯示，套筒部分(23)是以一組裝狀態安放於該圓圈部分(11)的內表面(12)之內，其中第一及第二軸承軌道(14)及(26)係放射地對齊，且套筒部分(23)是與圓圈部分(11)呈現偏心的關係，以在圓圈部分(11)的內表面(12)與套筒部分(23)的外表面(25)之間形成一偏心間隔(28)(第二十七圖)，該偏心間隔具有一較寬部分(29)以及一較窄部分(30)。複數個滾動軸承元件(32)依順序***其較寬部分(29)的間隔(28)並進到第一及第二軸承軌道(14)及(26)，並接著以均勻相隔一段距離的關係沿著第一及第二軸承軌道(14)及(26)放置，以套筒部分(23)以及圓圈部分(11)被暫時地偏移至如第二十八圖中所描繪的同心關係。一分離器(34)可與軸承元件(32)連接，以致於可樞軸轉動地將該等軸承元件(32)以其均勻相隔一段距離的關係保留在第一及第二軸承軌道(14)及(26)之中。
在所繪出的範例中，樞軸臂組件(10)(第十六至第十九圖)具有一件式、整合式成形的外部(40)，其包含一外罩或圓圈部分(11)、一齒輪片段部分(15)以及一連接器機械臂部分(19)。圓圈部分(11)定義該樞軸臂組件(10)的一外部整合式軸承環部 分，並且在所繪出的範例中，具有一實質上環狀的外形，係由錐形內表面(12)、錐形外表面(13)以及一對平坦、相對放置之側面(41)及(42)所定義。在圓圈部分(11)之內表面(12)內所形成的槽溝(14)或外部軸承軌道，具有一拱形並沿著該圓圈部分(11)的內表面(12)中心地放置。在第十七圖所繪出的範例中，軸承軌道(14)有一圈狀片段形狀，其經配置以四點接觸的關係留住球狀的滾珠軸承元件(32)，此方式將在後文更詳細解釋。
所繪出的齒輪片段部分(15)是整合式地與圓圈部分(11)成形，並放射地由其外表面(13)朝外凸出。齒輪片段部分(15)具有一大致拱狀的平面組態，係由拱狀內緣(16)及外緣(17)、直線放射地伸出的側緣(45)以及平坦的相對表面(46)所定義，所繪出的齒輪片段部分(15)包括一開孔(47)，其穿過緊鄰側緣(45)的表面(46)並調適於將一止銷或類似物(未顯示)留在其中。
所繪出的連接器機械臂部分(19)具有一大致矩形的平面組態，係由一拱形內緣(20)、一直線外緣(21)、相對的側緣(50)以及平坦的相對表面(51)所定義。連接器機械臂部分(19)放射地由圓圈部分(11)的外表面(13)朝外延伸，其係與齒輪片段部分(15)周圍地相隔一段距離的關係，在所繪出的範例中大約為120度。第十六及第十七圖中所繪的範例中，連接器機械臂部分(19)包括複數個開孔(52)穿過表面(51)，其係用來連接機器人機器之關連部分的相同開孔。
所繪出的套筒部分(23)(第二十至第二十三圖)具有一環狀外形，其係由錐形內表面(24)、錐形外表面(25)以及一對平坦之相對側面(55)及(56)所定義。該槽溝(26)或內部軸承軌道大致為拱形，其係沿著套筒部分(23)的外表面(25)中央地放置。 所繪出的範例中，軸承軌道(26)具有類似於外部軸承軌道的一環狀片段形狀，並係設計要以四點接觸的關係與關連之球狀滾珠軸承元件(32)配合，如後文詳細描述。
所繪出的軸承元件(32)(第二十四圖)係球狀的滾珠軸承元件，並可由極多種材料構成，包括陶瓷材料以及類似品。
所繪出分離器(34)(第二十五及第二十六圖)具有大致環狀外形，其尺寸係經安排以在安裝好的情況下符合套筒部分(23)的外表面(25)與圓圈部分(11)之內表面(12)之間的間隔(28)。分離器(34)的內表面包括複數個軸向朝內的相對輪齒組(58)，其係經配置以扣合於滾珠軸承元件(32)的外表面之上，並樞軸轉動地將該滾珠軸承元件(32)以均勻地相隔一段距離的模式保留在軸承軌道(14)及(26)中，如第二十八及第二十九圖所示。
如第四圖至第二十三圖所最佳顯示，本發明也可考慮用來製造樞軸臂組件(10)的一獨特方法，其包括由一剛性、可加工的材料形成一圓盤(65)，此圓盤係由一對平行、圓形的表面(66)及(67)、一錐形外緣(68)，以及一中心(69)所定義。如第七至第九圖所示，一圓形開孔(72)穿過該圓盤(65)的中心(59)形成，以定義圓圈部分(11)的內表面(12)。如第十至第十二圖最佳顯示，接著在該開孔圓盤(65)的內表面(12)中形成定義該外部軸承軌道的放射地向內的開口槽溝(14)。參照第十三至第十五圖，開孔圓盤(65)，在其上形成外部軸承軌道(14)，接著在一加工裝置(80)中加工，該裝置具有一固定部分(81)相對於該裝置(80)的加工部分(82)精確地留住一工件。更明確地說，該開孔圓盤(65)以固定部分(81)嚙合該外部軸承軌道放置在該加工 裝置(80)中，以便可移動地(但精確地)以相對於該加工裝置(80)之加工部分(82)的一預定位置及定向，留住該開孔圓盤(65)。該加工裝置(80)的加工部分(82)接著被啟動，以在該開孔圓盤(65)中形成樞軸臂組件(10)的環狀外罩或圓圈部分(11)、連接器機械臂部分(19)、齒輪片段部分(15)以及輪齒(18)。由於固定部分(81)嚙合先前已形成的外部軸承軌道(14)，在齒輪片段部分(15)上的該等輪齒(18)(以及齒輪片段和連接器機械臂部分(19))係準確地相對於外部軸承軌道(14)放置。該套筒部分(23)(可用傳統技術製造)是置於圓圈部分(11)的內表面之內，如第二十七圖所示，以致於內部及外部軸承軌道(26)及(14)放射地對齊，且該套筒部分(23)及該圓圈部分(11)係呈現偏心關係，以致於在該圓圈部分(11)的內表面(12)與該套筒部分(23)的外表面(25)之間形成偏心間隔(28)，該間隔具有較寬部分(28)以及較窄部分(30)以樞軸臂組件直徑地相對方式配置。該等軸承元件(32)係在偏心間隔的較寬部分(29)依序***穿過該間隔(28)，並進到內部及外部軸承軌道(26)及(14)。該等軸承元件(32)接著被以環繞內部及外部軸承軌道(26)及(14)均勻地相隔一段距離的關係放置，且該套筒部分(23)以及圓圈部分(11)係暫時地偏移至一同心關係，如第二十八圖所示。藉由如圖中所繪出的分離器(34)，或藉由使用其他已知技巧，該等軸承元件(32)接著被保留在其環繞內部及外部軸承軌道(26)及(14)均勻地相隔一段距離的關係。
在第四至第六圖所繪出的示範例中，各圓盤(65)是由一440不鏽鋼或其他類似材料的實心圓柱狀棍子或桿子(85)切割而來。如第五圖最佳顯示，該圓盤(65)的直徑經選擇是要等於或稍大於樞軸臂組件(10)由其中心的最長向度，在所繪範例中係 圓圈部分(11)之中心與連接器機械臂部分(19)之間的距離，以致於該樞軸臂組件(10)的整個外部(40)可由圓盤(65)整合式地一體成形。
第七至第九圖所繪出的範例中，實心盤(65)置於一鑽孔裝置(88)中，其具有一固定部分(89)嚙合圓盤(65)的外緣(68)，以精確地將該實心盤(65)相對於一關連的鑽頭(90)放置。接著藉由伸展鑽頭(90)穿過該圓盤在該實心盤(65)中形成孔洞(72)。
第十圖至第十二圖所繪出的範例中，一研磨頭(93)接著移到該開孔圓盤(65)上方的位置，同時該圓盤保持在穩固地留在鑽孔裝置(88)之固定部分(89)，或卡住該圓盤(65)之外緣(68)的其他類似固定機構以內。圓盤(65)的內表面(12)接著被研磨至所需的精確尺寸及形狀。研磨輪(93)接著精確地研磨進到表面(12)之內的外部軸承軌道(14)，如前述。藉著由該圓盤的外緣(68)固定圓盤(65)，並在固定於相同位置的同時實施鑽孔及研磨功能，可達成極高精確度。
在第十三至第十五圖所繪出的範例中，開孔圓盤(65)，在其上已形成外部軸承軌道(14)，接著被裝載至加工裝置(80)中，在所繪範例中係一線切割放電加工機(wire DEM machine)。更明確地說，該放電加工機(80)的固定部分(81)嚙合之前在該開孔圓盤(65)中所形成的外部軸承軌道(14)，以致於相對於放電加工機(80)之切削頭部分(82)精確地定位並定向該圓盤。接著啟動放電加工機(80)以致於由該圓盤(65)切削出該連接器機械臂部分(19)、齒輪片段部分(15)以及輪齒(18)。由於該圓盤(65)是固定於先前所形成的外部軸承軌道(14)，該軸 承軌道相對於輪齒(18)，以及該連接器機械臂部分(19)和齒輪片段部分(15)之其他表面的定向非常精確。
在第二十七至第二十九圖所繪出的範例中，待滾珠軸承元件(32)已被裝載入軸承軌道(14)及(16)之後，且套筒部分(23)移入與圓圈部分(11)同心的關係，分離器(34)被放入間隔(28)中，並扣合於該等軸承元件(32)的外表面之上，以將該等滾珠軸承元件樞軸轉動地維持在軸承軌道(14)及(26)均勻相隔一段距離的關係。
參照數字1a(第三十圖)通常是指稱本發明的另一具體實施例，其具有兩組軸承元件與軸承軌道緊鄰該樞軸臂組件的相對兩側放置。由於樞軸臂組件(10a)類似於之前所描述的樞軸臂組件(10)，分別在第一至第二十九圖以及第三十圖中所出現的類似部件是由相同、相應的參照數字，除了在後者的數字加上前綴a。類以於樞軸臂組件(10)，第三十圖中顯示的樞軸臂組件(10a)具有一圓圈部分(11a)、一齒輪片段部分(未顯示)以及一連接器機械臂部分(19a)。然而，在樞軸臂組件(10a)中，圓圈部分(11a)的內表面(12a)和套筒部分(23a)的外表面(25a)具有兩個、軸向分開的軸承軌道(14a)及(26a)，以兩組軸承元件(32a)經配置以背對背的關係用來斜角接觸。兩分離器(34a)穿過間隔(28a)的兩側扣合至該等軸承元件(32a)之上。
在之前的描述中，熟習此項技術者應可理解本發明能有修改而不會偏離本文中所揭示的概念。此等修改應被認為是包括在隨後的申請專利範圍中，除非這些申請專利範圍以其他方式以文字明白表示。
10‧‧‧Pivot arm assembly 樞軸臂組件
11‧‧‧Ring portion 圓圈部分
12‧‧‧Inside surface 內表面
13‧‧‧Outside surface 外表面
14‧‧‧Groove 槽溝
15‧‧‧Gear segment portion 齒輪片段部分
16‧‧‧Interior edge 內緣
17‧‧‧Exterior edge 外緣
18‧‧‧Gear teeth 輪齒
19‧‧‧Connector arm portion 連接器機械臂部分
20‧‧‧Interior edge 內緣
21‧‧‧Exterior edge 外緣
23‧‧‧Sleeve portion 套筒部分
24‧‧‧Inside surface 內表面
25‧‧‧Outside surface 外表面
26‧‧‧Groove 槽溝
28‧‧‧Eccentric gap 偏心間隔
29‧‧‧Wider portion 較寬部分
30‧‧‧Narrower portion 較窄部分
32‧‧‧Bearing element 軸承元件
34‧‧‧Separator 分離器
40‧‧‧Outer portion 外部
41‧‧‧Side face 側面
42‧‧‧Side face 側面
45‧‧‧Side edge 側緣
46‧‧‧Face 表面
47‧‧‧aperture 開孔
50‧‧‧Side edge 側緣
51‧‧‧Face 平面
52‧‧‧aperture 開孔
55‧‧‧Side face 側面
56‧‧‧Side face 側面
58‧‧‧Teeth 輪齒
65‧‧‧Circular disk 圓盤
66‧‧‧Face 表面
67‧‧‧Face 表面
68‧‧‧Outer edge 外緣
69‧‧‧Center 中心
72‧‧‧Aperture 孔洞
80‧‧‧Machining apparatus 加工裝置
81‧‧‧Fixturing portion 固定部分
82‧‧‧Machining portion 加工部分
85‧‧‧Rod 桿
88‧‧‧Drilling apparatus 鑽孔裝置
89‧‧‧Fixturing portion 固定部分
90‧‧‧Drill bit 鑽頭
93‧‧‧Grinding head 研磨頭
10a‧‧‧Pivot arm assembly 樞軸臂組件
11a‧‧‧Ring portion 圓圈部分
12a‧‧‧Inside surface 內表面
14a‧‧‧Groove 槽溝
23a‧‧‧Sleeve portion 套筒部分
25a‧‧‧Outside surface 外表面
26a‧‧‧Groove 槽溝
28a‧‧‧Eccentric gap 偏心間隔
32a‧‧‧Bearing element 軸承元件
34a‧‧‧Separator 分離器
第一圖是一供半導體晶圓處理機器人使用之樞軸臂組件的橫剖面圖。
第二圖是實現本發明之樞軸臂組件的平面圖。
第三圖是樞軸臂組件的橫剖面圖，沿著第二圖的III－III線取得。
第四圖是一實心棒的部分簡略圖示，其係縱剖至樞軸臂組件由之構成的盤內。
第五圖是由該棒切下的圓盤之一的平面圖，樞軸臂組件的外部以虛線表示。
第六圖是該圓盤的邊視圖。
第七圖是用來形成穿透該圓盤中心之開孔的一製造步驟之部分示意圖。
第八圖是在其上形成開孔之圓盤的平面圖。
第九圖是該圓盤的橫剖面圖，沿著第八圖的IX－IX線取得。
第十圖是用來在開孔圓盤的內表面中形成該軸承軌道的一製造步驟之部分示意圖。
第十一圖是在其上形成該軸承軌道之開孔圓盤的平面圖。
第十二圖是該開孔圓盤的橫剖面圖，沿著第十一圖的XII－XII線取得。
第十三圖是一加工裝置的部分示意圖，其中該開孔圓盤已被固定以供加工。
第十四圖是該固定圓盤被加工的部分示意側視圖。
第十五圖是該固定圓盤被加工以形成該樞軸臂組件之外部的部分示意平面圖。
第十六圖是該樞軸臂組件之完工外部在組裝內部軸承環之前的平面圖。
第十七圖是該樞軸臂組件之完工外部的橫剖面圖，沿著第十六圖的XVII－XVII線取得。
第十八圖是該齒輪片段的側立面圖。
第十九圖是該齒輪片段的橫剖面圖，沿著第十六圖的XIX－XIX線取得。
第二十圖是該樞軸臂組件之套筒部分的平面圖，顯示為形成一相應軸承軌道之前。
第二十一圖是該套筒的橫剖面圖，沿著第二十圖的XXI－XXI線取得。
第二十二圖是該套筒的橫剖面圖，顯示為在其外表面上已形成一軸承軌道之後。
第二十三圖是該槽溝套筒的橫剖面圖，沿著第二十二圖的XXIII－XXIII線取得。
第二十四圖是一滾動軸承元件的放大透視圖。
第二十五圖是一軸承元件分離器之內部的平面圖。
第二十六圖是該軸承元件分離器的不完整側立面視圖。
第二十七圖是該樞軸臂組件顯示為在組裝期間的平面圖，其中該套筒相對於該樞軸臂組件之圓圈部分呈現偏心關係放置。
第二十八圖是該樞軸臂組件的平面圖，顯示為該等軸承元件已被***軸承軌道中且套筒已偏移至與圓圈元件呈現同心的關係。
第二十九圖是樞軸臂組件的橫剖面圖，沿著第二十八圖的XXIX－XXIX線取得。
第三十圖是本發明一可替換具體實施例的橫剖面圖。
10‧‧‧Pivot arm assembly 樞軸臂組件
11‧‧‧Ring portion 圓圈部分
12‧‧‧Inside surface 內表面
13‧‧‧Outside surface 外表面
15‧‧‧Gear segment portion 齒輪片段部分
16‧‧‧Interior edge 內緣
17‧‧‧Exterior edge 外緣
18‧‧‧Gear teeth 輪齒
19‧‧‧Connector arm portion 連接器機械臂部分
20‧‧‧Interior edge 內緣
21‧‧‧Exterior edge 外緣
23‧‧‧Sleeve portion 套筒部分
24‧‧‧Inside surface 內表面
25‧‧‧Outside surface 外表面
28‧‧‧Eccentric gap 偏心間隔
40‧‧‧Outer portion 外部
42‧‧‧Side face 側面
45‧‧‧Side edge 側緣
46‧‧‧Face 表面
47‧‧‧aperture 開孔
50‧‧‧Side edge 側緣

Claims (20)

  1. 一種用來製造供半導體晶圓處理機器人以及類似品使用之樞軸臂組件的方法，其包含：由一剛性、可加工的材料形成具有一已決定之中心的一圓盤；穿過該圓盤形成一圓形開孔，以定義該樞軸臂組件的一外部整合軸承環部分，該開孔具有一錐形內表面；在該外部整合式軸承環部分的內表面中形成一放射地朝內開口的槽溝，以定義一第一軸承軌道；提供一加工裝置，該裝置具有一固定部分準確地將一工件相對於該加工裝置的加工部分不動；定位在該加工裝置中的該開孔圓盤，以該裝置的固定部分嚙合該第一軸承軌道，以便可移動地(但精確地)以相對於該加工裝置之加工部分的一預定位置及定向固定該開孔圓盤；啟動該加工裝置的加工部分，以在開孔圓盤中形成一環狀的圓圈部分，其具有一錐形外表面與外部整合式軸承環部分的內表面大致同心地配置，一機械臂部分由該圓圈部分放射地朝外延伸並適應於用來和一機器人關節元件連結，一齒輪片段由該圓圈部分放射地朝外延伸而與該機械臂部分呈現圓周上間隔開來的關係，以及複數個輪齒沿著該齒輪片段部分之外部末端部分與第一軸承軌道以預定的關係準確地定位，並適應於和一相關的機器人驅動機制嚙合；形成該樞軸臂組件的一內部軸承環部分，其係由經配置要接收並將一安裝元件固定在其中的一內表面，以及一錐形外表面所定義；在該內部軸承環部分的外表面上形成一放射地朝外的開 口槽溝，以定義一第二軸承軌道，其外形係經安排實質上類似於該外部整合式軸承環部分的該第一軸承軌道；定位在該外部整合式軸承環部分之內表面以內的該內部軸承環部分，以致於第一及第二軸承軌道放射地對齊，且該內部軸承環部分與該外部整合式軸承環部分呈現偏心關係，以在該外部整合式軸承部分的內表面與該內部軸承環的外表面之間形成一偏心間隔，該偏心間隔具有一較寬部分與一較窄部分；依序***複數個滾珠軸承元件穿過該間隔的較寬部分，並進到第一及第二軸承軌道；以圍繞第一及第二軸承軌道均勻相隔一段距離的關係定位該等軸承元件，並暫時地將該內部軸承環部分以及該整合式軸承環部分偏移至一同心關係；並且以均勻相隔一段距離的關係將該等軸承元件留置在該等第一及第二軸承軌道中。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該開孔形成步驟包括：提供一第二加工裝置，該裝置具有一固定部分準確地留置一工件相對於該第二加工裝置的加工部分不動；且定位在該第二加工裝置中的該圓盤，以該裝置的固定部分嚙合該圓盤的外部周長邊緣，以便可移動地(但精確地)以相對於該第二加工裝置之加工部分的一預定位置及定向留置該圓盤。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中：該圓盤形成步驟包括由一長條、實心鋼桿切割出該圓盤。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中：該開孔形成步驟進一步包括當該圓盤被留置在該第二加工裝置中的時候，通過該圓盤的中心鑽出該開孔。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中：該開孔形成步驟進一步包括當該開孔圓盤被留置在該第二加工裝置之固定部分的時候，研磨該外部整合式軸承環部分的內表面。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中：該第一軸承軌道形成步驟包括當該開孔圓盤被留置在該第二加工裝置之固定部分的時候，在該外部整合式軸承環部分的內表面上研磨放射地朝內開口的槽溝。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中：該第一軌道形成步驟包含研究該第一軸承軌道至一組態，該組態與該等軸承元件形成一放射接觸軸承。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中：該內部軸承環部分形成步驟包含由鋼形成該內部軸承環部分；且該內部軸承環部分槽溝形成步驟包含研磨該內部軸承環部分的外表面，以將該第二軸承軌道形成為一組態，該組態與該等軸承元件形成一放射接觸軸承。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中：該第一及第二軌道形成步驟包含研究該等第一及第二軸承軌道以用來和該等軸承元件四點接觸。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中：該軸承元件留置步驟包含在該軸承元件定位步驟之後附著一分離器至該等軸承元件。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中：該軸承元件***步驟包括為該等軸承元件選擇複數個陶瓷滾珠。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中：該代號為第一的加工裝置提供包含選擇一直線切割放電加工機器。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中：該圓盤形成步驟進一步包括選擇一長條、實心的不鏽鋼桿。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中：該圓盤形成步驟包括由一長條、實心鋼桿切割出該圓盤；且該開孔形成步驟進一步包括通過該圓盤的中心鑽出該開孔。
  15. 一種用來處理半導體晶圓以及類似品的機器人機械，其中一樞軸臂組件的改良包含：一剛性、環狀的圓圈部分，其具有一錐形內表面以及一錐形外表面，在該圓圈部分的該內表面中形成一放射地朝內的開口槽溝，以定義一第一軸承軌道；一剛性、錐形套筒部分，其具有一錐形內表面經配置以在其中緊密地接收並留置該機器人機械的一安裝部分，並有一錐形外表面以在該套筒部分的該外表面中形成一放射地朝外的開口槽溝，以定義一第二軸承軌道，該第二軸承軌道的外形係 經安排實質上類似該圓圈部分的該第二軸承軌道；該套筒部分以一組裝狀態被置入該圓圈部分的該內表面之中，其中該第一及第二軸承軌道是放射地對齊，且該套筒部分是和該圓圈部分呈現一偏心關係，以在該圓圈部分與該套筒部分的該外表面之間形成一偏心間隔，該偏心間隔具有一較寬部分以及一較窄部分；一齒輪片段部分，沿著該片段的一部分有輪齒形成，以該片段的相對另一部分與該圓圈部分的該外表面固定地連結，以致該等輪齒由該圓圈部分放射地朝外凸出；一剛性連接器機械臂部分，其具有一末端與該圓圈部分的該外表面固定地連接，以致該連接器機械臂部分由該圓圈部分放射地朝外延伸，與該齒輪片段部分呈現圓周地相隔一段距離的關係；複數個滾動軸承元件，依順序***該間隔的該較寬部分並進到該等第一及第二軸承軌道，並接著以均勻相隔一段距離的關係沿著該等第一及第二軸承軌道放置，以該套筒部分以及該圓圈部分被暫時地偏移至一同心關係；且一分離器部分與該等軸承元件連接，並以均勻相隔一段距離的關係樞軸旋轉地把該等軸承元件留置在該等第一及第二軸承軌道中。
  16. 如申請專利範圍第15項之機器人機械，其中：該等滾動軸承元件包含複數個圓球狀的滾珠軸承元件。
  17. 如申請專利範圍第16項之機器人機械，其中：該分離器包括複數個放射地定向的輪齒，該等輪齒按扣至該等滾珠軸承元件之上。
  18. 如申請專利範圍第17項之機器人機械，其中：該齒輪片段部分是與該圓圈部分整合地形成在一起。
  19. 如申請專利範圍第18項之機器人機械，其中：該連接器機械臂部分是與該圓圈部分整合地形成在一起。
  20. 如申請專利範圍第19項之機器人機械，其中：該等第一及第二軸承軌道的外形經配置是要用來與該等滾珠軸承元件四點接觸。
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