CN105459106A - 便于移除中枢的多部件机器人中枢安装板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人，所述机器人包括中枢板205和中枢203，所述中枢203可以旋转，所述中枢203被置于所述中枢板上并具有至少一个与其相连的机器臂。所述中枢板包括第一部件207和第二部件209，所述第一部件207与所述中枢相连，所述第二部件209与基座相连。所述中枢板的第一部件以可移除的方式与所述中枢板的第二部件相连。

Description

便于移除中枢的多部件机器人中枢安装板

相关申请的交叉引用

本申请针对于2014年9月17日提交的第62/051,843号美国临时申请要求优先权，具有相同的发明人和名称，所述美国临时申请被完整的纳入本申请。

技术领域

本发明一般涉及用于半导体制造的机器人并具体的涉及便于移除中枢的多部件机器人中枢安装板。

背景技术

在典型的半导体制造流程中，单晶片可能暴露于多个连续的处理步骤中，包括但不限于化学蒸汽沉积(CVD)、物理蒸汽沉积(PVD)、蚀刻、平面化和离子注入。这些处理步骤一般是由机器人操作的，部分原因是机器人能够快速准确的进行重复任务并且能够在对人类而言有危险的环境中工作。

许多现代半导体处理系统都是以自动化组合设备(roboticclustertools)为中心的,所述自动化组合设备集成了许多处理室。这种布置使对晶片的多个连续处理步骤能够在高度受控的处理环境中进行，并因此减少了晶片暴露于外部污染的机会。可以对自动化组合设备中的处理室组合以及使用所述处理室的操作条件和参数进行选择，从而利用特定工艺配方和工艺流程来制造特定结构。一些常用的处理室包括除气室、基片预处理室、冷却室、转移室、化学蒸汽沉积室、物理蒸汽沉积室和蚀刻室。

第US6,222,337号美国专利(克罗克等人)公开已知自动化组合设备的一个示例，如图1所示。该专利所公开的自动化组合设备10的特征在于机器人14和28具有蛙腿结构。此类机器人适于使与其相关联的末端执行器切割刀片17在固定的平面内进行径向和旋转移动。所述径向和旋转移动可以互相配合或组合，从而使晶片32能够在所述自动化组合设备10中从一个处理室中被抓取并被转移和送达至另一个处理室。

参见图1。通过卡式装载锁(cassetteloadlock)12将晶片引入自动化组合设备10或从自动化组合设备10撤出。在其所示的特定自动化组合设备中，第一机器人14具有晶片板切割刀片17末端执行器，位于室18内部，用于将晶片32在第一组处理室之间转移。在其所示的特定实施方式中，这些处理室包括前述的卡式装载锁12、除气晶片定向室20、预清洁室24、TiN物理蒸汽沉积室22和冷却室26。机器人14被显示处于收缩位置，在该位置所述机器人14可以在转移室18内自由旋转。

第二机器人28位于转移室30中，适于将基片在第二组处理室之间转移。在其所示的特定实施方式中，所述第二组处理室包括冷却室40和预清洁室42，还可以包括Al化学蒸汽沉积室44和AlCu物理蒸汽沉积处理室46。自动化组合设备10中的处理室的具体配置可以被设计为提供集成处理系统，其能够在单一工具中进行CVD和PVD处理。提供微处理器控制器29来控制制造流程的顺序、自动化组合设备内部条件以及机器人14和28的运行。

图2展示了可以用于图1的自动化组合设备的机器人的示例。图2所示的特定机器人101具有双重蛙腿设计，其特点在于第一对臂103和第二对臂105的一端与腕部组件107相连，而另一端与肘连接部109相连。各个腕部组件107依次与用于处理半导体晶片的末端执行器111相连。机器人101进一步配有上臂113和115，所述上臂113和115安装在中枢121的可旋转上环117和可旋转下环119上。机器人101进一步包括单块中枢板123和驱动所述可旋转上环117和可旋转下环119的马达125，中枢121安装在所述单块中枢板123上。中枢121和中枢板123共同构成中枢组件124。

如图3所示，机器人101安装在基座131上，使得中枢板123与基座131的第一表面相连。马达125(见图2)一般在基座131下方延伸穿过基座131上的孔。

发明内容

一方面，本发明提供一种机器人，包括(a)中枢板和(b)中枢，所述中枢可以旋转，所述中枢被置于所述中枢板上并具有至少一个与其相连的机器臂。所述中枢板包括第一部件和第二部件，所述第一部件与所述中枢相连，所述第二部件与基座相连。所述中枢板的第一部件以可移除的方式与所述中枢板的第二部件相连。

在另一方面，本发明提供一种机器人，包括(a)中枢板和(b)中枢，所述中枢可以旋转，所述中枢被置于所述中枢板上并具有至少一个与其相连的机器臂。所述中枢板配有基本扁平的第一圆周表面，所述第一圆周表面配有第一多个孔，第一组可移除紧固件延伸穿过所述第一多个孔。所述中枢板还配有基本扁平的第二圆周表面，所述第二圆周表面配有第二多个孔，第二组可移除紧固件延伸穿过所述第二多个孔。所述中枢板还配有曲面，所述曲面位于所述第一和第二圆周表面之间，其形状与所述中枢的相邻表面互补。

附图说明

为了更完整的理解本发明及其优点，请参见以下的描述和附图，在附图中相同的标号表示相同的特征。

图1是现有技术中配有自动晶片处理系统的自动化组合设备的示例。

图2是现有技术中可以用于图1所示的自动化组合设备的机器人。

图3是图2的机器人安装在基座上的实施方式的示例。

图4是本发明所公开的配有两部分中枢板的中枢组件的非限定性具体实施方式的立体图。

图5是图4的中枢组件的第一元件的顶部的立体图。

图6是图4的中枢组件的第二元件的顶部的立体图。

图7是图4的中枢组件的第一元件的俯视图。

图8是图4的中枢组件的第一元件的仰视图。

图9是图4的中枢组件的第二元件的俯视图。

图10是图4的中枢组件的第二元件的仰视图。

图11是图4的中枢组件的分解图。

图12是图4的中枢组件的仰视图，其显示了下板与机器人中枢的连接。

图13是图4的中枢组件的立体图，其显示了下板与机器人中枢的连接。

图14是图4的中枢组件的部分分解立体图，其显示了上板与下板紧固件如何相对放置。

图15是图4的中枢组件的部分分解立体图，其显示了O形环如何放置在组件中。

图16是图4的中枢组件的剖面示例与现有技术中的中枢组件的剖面示例的对比图，其显示了前者相对于后者所增加的材料。

图17是图6的A区域的放大图，其显示了对齐标记。

图18是可以用于将所述中枢从图4所示的中枢组件上移除的工具的示例。

本发明的具体实施方式

虽然图1-3所示类型的机器人有一些优点，但是也有一些重大缺陷。举例而言，常常需要将中枢121移除以维护机器人，这也就要求移除中枢板123.但是，移除中枢板123一般需要接触所述工具的底面。在一般的自动化组合设备中，接触中枢121下方的区域是受到限制的，部分是因为安装硬件的严格限制。因此当前的情况是移除中枢需要耗费大量时间和精力。实际上，移除和重新安装中枢121一般要花费至少1-2小时。鉴于半导体生产线停工时间通常与巨大支出联系在一起，现有的中枢板设计体现了半导体制造的可观隐性成本。

移除和重新安装中枢板123还给参与制造流程的技术人员造成巨大的人体工程学风险。具体而言，与所述工具下方的狭小空间耦合时，现有的中枢板设计导致工人需要忍受尴尬的位置并采取不舒服的方式以接触、移除或重新安装中枢板的安装螺丝。在这样的条件下进行移除或重新安装工作，工人的下半身、脖子、手臂和手可能会全部处于不舒服的位置，移动需要更长的时间，这可能导致过度疲劳或受伤。

另外，移除或重新安装中枢板123常常导致处理室和工具中的周边硬件损坏。一般情况下，技术人员被迫进入处理室的下半部分以解除安装螺丝。在移除或重新安装的过程中，该技术人员被迫躺在气管、安全带、水管、高压射频线和交流电线上。因此，每次移除或重新安装过程进行时，都有很大的可能性会导致附带损害。

现在已经发现可以通过使用本发明所公开的中枢板来解决上述问题。在一个优选实施方式中，所述中枢板具有双部件设计，其中第一部件(上部件)与中枢相连，第二部件(下部件)与基座相连，所述第一部件以可移除的方式与所述第二部件相连。这样，移除所述中枢仅需要将第一部件和第二部件断开，而这可以通过移除可从基座上方(例如从缓冲室的内部)接触的一系列螺丝来实现。由于这些螺丝很容易接触而且不处于空间受限的位置，相对于常规中枢板可以更快的移除中枢，而不会产生上述的人体工程学问题和附带伤害的风险。

图4显示了配有本发明所教导的中枢板的中枢组件的非限定性特定实施方式。该中枢组件201被设计为可与图1-3的机器人中的中枢组件124互换。所述中枢组件201包括中枢203和两部分中枢板205，所述两部分中枢板205具有第一部件207和第二部件209。图7和图8更详细的显示了所述中枢板205的第一部件207，图6、图9和图10更详细的显示了所述中枢板205的第二部件209。

在一个优选的具体实施方式中，中枢板205的尺寸与图3的中枢板123的尺寸相当，因此前者可以替换传统平台上的后者。本特定实施方式中的中枢板205适用于Centura、Producer和Endura平台中200mm和300mm的传统中枢和电子中枢，当然应当可以理解根据本发明的教导可以制造类似的中枢板以用于其它机器人和平台。

图11是图4的中枢组件201的部分分解图。如该图所示，中枢板205的第一部件207通过将第一组紧固件215延伸穿过孔261与中枢203的底面相连(见图7和图8)，中枢板205的第二部件209通过将第二组紧固件219延伸穿过孔263与第一部件207相连(见图6、图9和图10)，中枢板205的第二部件209通过将第三组紧固件221(见图14)延伸穿过孔265(见图7和图8)及孔267(见图6、图9和图10)与基座(一般为处理室底部)相连。

如图11所示，O形环223位于中枢板205的第一部件207和第二部件209之间，以在期间保持真空封闭。O形环223优选的包括弹性材料，例如丁腈橡胶、丁基橡胶或聚四氟乙烯(PTFE),并放置在第二部件209上形状互补的圆周槽271中。图15显示了O形环223如何位于中枢板205的第二部件209的圆周槽271(见图11)中。

根据图11，可以理解中枢板205的设计使得从基座移除中枢203可以通过移除第二组紧固件219来实现。这样做将使中枢板205的第一部件207和第二部件209互相断开，但是中枢板205的第二部件209仍与基座相连，中枢板205的第一部件207仍与中枢203相连。还应理解可以从基座上方完成这样的移除，这样不会阻碍第三组紧固件221的可接触性(虽然从基座下方或同时从基座上方和下方完成所述移除的实施方式也是可能的)。因此，本发明所公开的两部分中枢板205可以用在平台中以克服上文所述的本领域中的各种问题。

在图11所示的特定具体实施方式中，使用了六个紧固件219来连接中枢板205的第二部件209和中枢板205的第一部件207，使用了12个8-32紧固件215来连接中枢板205的第一部件207和中枢203。如图14所示，使用了15个8-32紧固件221来连接中枢板205的第二部件209和基座。如上文所述，紧固件219可以从工具的顶部移除，因此也就可以从工具的顶部移除中枢203。优选的，第一组紧固件215、第二组紧固件219和第三组紧固件221为螺纹紧固件，其可以与形状互补的螺孔旋转啮合。因此，第一组紧固件215优选的与孔261旋转啮合，第二组紧固件219优选的与孔265和267旋转啮合，第三组紧固件221优选的与孔263和/或基座上的螺孔旋转啮合。

图14-15显示了O形环223放置在中枢板205的第二部件209上。第二部件209上具有与O形环形状互补的槽243(见图14)，用于安放O形环223(见图15)。中枢板205将转移室与空气隔开。O形环223因此用于第一部件207和第二部件209之间的界面封闭的完整性。另外，在中枢板205的第二部件209上提供三个对齐销(未示出)来确保中枢板205的第一部件207和第二部件209适当对齐。

如上文所述，本发明所公开的中枢板常常用于替换传统设备中的中枢板。在此类应用中，两片中枢板与原始设备制造商(OEM)的中枢板需要具有相当的结构完整性。但是，相对于单块OEM结构，制造多部件结构的中枢板降低了中枢板的结构完整性。虽然该问题可以通过增加中枢板的总体尺寸(例如增加中枢板部件的厚度)来解决，但是如果要用于替换OEM中枢板，这样的方法是不可接受的，因为中枢板的设计受限于数个方向的限制。应当理解在保持用于传统平台的能力的同时增强两片中枢板不是小问题。

在图4所示的中枢板205的优选实施方式中，该问题通过相对于OEM中枢向中枢板选择性的加入材料来解决。解决的方法可以结合图16来理解，图16对根据本发明教导的中枢板205的截面形状和OEM中枢板261的截面形状进行了对比。如该图所示，相对于OEM中枢板261，中枢板205的第一部件207具有不同的截面形状。截面形状的不同在于为中枢板205的第一部件207的内边缘的材料增加了曲面263，而对应的OEM中枢板在该区域为开放空间。曲面263极大地增强了整体中枢板结构，其可以补偿由于将中枢板分为多部件而导致的机械完整性的损失。同时，增加的材料曲面不会干扰中枢组件的其它部件(即两部分中枢板205在任何方面都具有与传统OEM中枢板261相同的总体尺寸)，因此适用于替换OEM中枢板。

中枢板205的第一部件207的形状还有其它优点，即辅助容纳下中枢轴承产生的任何颗粒。如图7所示，该形状包括具有孔265的基本扁平的第一圆周表面291，具有孔261的基本扁平的第二圆周表面293以及位于第一圆周表面291和第二圆周表面293之间的曲面263，所述曲面263的形状与所述中枢的相邻表面互补。虽然该形状特别适用于本发明所述的两部分中枢板205，本领域的技术人员将会理解该形状也可以用于单块中枢板，以获得更好的机械强度并容纳下中枢轴承产生的颗粒。

图17显示了图5的中枢板205的第二部件209的进一步细节。如该图所示，中枢板205的第二部件209配有对齐标记271.这些对齐标记可以用于对齐中枢203的磁力耦合器。

在已组装状态，本发明所述的的中枢板205的第一部件207和第二部件209优选的彼此平行，其误差范围等于或大于其所替换的OEM中枢板的误差范围。该目标可以通过使用应力消除铝合金作为基底材料并结合制造图几何公差来达到。

图18显示了可以与本发明所公开的中枢板组合使用的中枢移除工具。如该图所示，中枢移除工具273包括多条腿部件275，其一端与中央板277连接(adjoin)，其另一端与脚部件279端接，所述脚部件279与中枢板205的第一部件207上的形状互补的开口281啮合(engage)。优选的，所述形状互补的开口281足够小而不用侵占与O形环223形成封闭所需的区域。

在一些具体实施方式中，中枢移除工具273可以与旋转工具(未示出)一起使用，所述旋转工具与中央板277及中枢相连，螺旋地将中枢从基座沿着与基座垂直的轴提升。在使用中，在必要的紧固件被移除后，可以通过将工具的脚部件279与第一部件207上形状互补的开口281啮合来将中枢移除工具273连接至中枢203，之后它可以单独或结合其它工具来移除中枢203。

本发明所引用的所有参考资料，包括公开出版物、专利申请和授权专利，都作为参考资料纳入本发明，就如同它们被单独具体的以整体引用的方式在本发明中进行描述一样。

描述本发明的语境(特别是在权利要求书中)中所使用的“一”、“一个”和“该”等词语及类似的描述，除非另有说明或与明显语境矛盾，否则应被解释为同时包括单数和复数。除非另有注明，否则“包括”、“具有”、“包含”和“含有”等词语应以开放方式解释(即意为“包括但不限于”)。除非另有说明，本发明对数值范围的描述仅仅是为了作为单独提及该范围内各个数值的简化表达方法，各个单独数值就如同它们被一个一个复述出来一样纳入本说明书。除非另有说明或明显与语境矛盾，本发明所述的所有方法都可以以任何合适的顺序进行。除非另有要求，本发明所使用的任何示例或示例性语言(例如“例如”)仅仅是为了更好地展示本发明，而不是为了对本发明的范围进行限制。本说明书中的任何语言都不应被解释为指明实施本发明所必须的未主张要素。

本发明的优选实施方式已在本发明中进行描述，包括发明人已知的实施本发明的最佳模式。在阅读上述说明后，本领域技术人员将会更加明白可以这些优选实施方式可以有各种变形。发明人希望本领域的技术人员合理的采用这些变形，发明人是为了使本发明可以以本申请已详述的方式之外的方式实施。相应的，本发明包括适用法律所允许的、权利要求书的主题事项的所有改进和等同物。另外，除非另有说明或与语境明显矛盾，本发明的所有可能变形中的上述要素的任何组合也被本发明所涵盖。

Claims (23)

1.一种机器人，包括：

中枢板；和

中枢；

其中，所述中枢可以旋转，所述中枢被置于所述中枢板上并具有至少一个与其相连的机器臂；所述中枢板包括第一部件和第二部件，所述第一部件与所述中枢相连，所述第二部件与基座相连；

并且其中所述中枢板的第一部件以可移除的方式与所述中枢板的第二部件相连。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：进一步包括O形环，所述O形环位于所述中枢板的所述第一和第二部件之间。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于：进一步包括圆周槽，所述圆周槽位于所述中枢板的所述第二部件的表面上，其中所述O形环被置于所述圆周槽内。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述中枢板的所述第一部件配有第一多个孔，第一组可移除紧固件延伸并穿过所述第一多个孔。

5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于：所述中枢板的所述第二部件配有第一组螺孔，并且所述第一组可移除紧固件的每一个与所述第一组螺孔中的一个旋转啮合。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述中枢板的所述第二部件配有第二多个孔，第二组可移除紧固件延伸并穿过所述第二多个孔。

7.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于：所述基座配有第二组螺孔，并且所述第二组可移除紧固件中的每一个与所述第二组螺孔中的一个旋转啮合。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述中枢板的所述第一部件配有第三多个孔，第三组可移除紧固件延伸并穿过所述第三多个孔。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于：所述中枢配有第三组螺孔，并且所述第三组可移除紧固件中的每一个与所述第三组螺孔中的一个旋转啮合。

10.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述至少一个机器臂包括以蛙腿结构配置的第一和第二臂。

11.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于：所述第一和第二臂各自的第一端与第一腕部组件相连。

12.根据权利要求11所述的机器人，其特征在于：所述腕部组件具有与其相连的晶片切割刀片。

13.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于：所述至少一个机器臂进一步包括以蛙腿结构配置的第三和第四臂。

14.根据权利要求13所述的机器人，其特征在于：所述第三和第四臂各自的第一端与第二腕部组件相连。

15.根据权利要求14所述的机器人，其特征在于：所述第一和第二臂各自的第二端与第一肘部组件相连，并且所述第三和第四臂各自的第二端与第二肘部组件相连。

16.根据权利要求15所述的机器人，其特征在于：进一步包括第一和第二低端臂，所述第一低端臂的第一端与所述第一肘部组件相连，所述第一低端臂的第二端与所述中枢相连，所述第二低端臂的第一端与所述第二肘部组件相连，所述第二低端臂的第二端与所述中枢相连。

17.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述中枢板安装在底座上。

18.根据权利要求17所述的机器人，其特征在于：所述中枢板的第一部件配有第一、第二和第三多个孔，第一、第二和第三组可移除紧固件分别延伸并穿过所述第一、第二和第三多个孔，其中所述第一组可移除紧固件将所述中枢板的所述第一部件固定至所述中枢，所述第二组可移除紧固件将所述中枢板的所述第二部件固定至所述底座，所述第三组可移除紧固件将所述中枢板的所述第二部件固定至所述中枢板的所述第一部件。

19.根据权利要求18所述的机器人，其特征在于：所述第三组可移除紧固件可以在所述中枢板安装后从所述基座的侧面被移除。

20.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述中枢板的所述第一部件配有基本扁平的第一圆周表面，所述第一圆周表面配有第一多个孔，第一组可移除紧固件延伸穿过所述第一多个孔，其中所述中枢板的第一部件还配有基本扁平的第二圆周表面，所述第二圆周表面配有第二多个孔，第二组可移除紧固件延伸穿过所述第二多个孔，并且所述中枢板的所述第一部件还配有曲面，所述曲面位于所述第一和第二圆周表面之间，其形状与所述中枢的相邻表面互补。

21.一种自动化组合设备，其特征在于：包括权利要求1所述的机器人。

22.一种机器人，包括：

中枢板;和

中枢；

其中，所述中枢可以旋转，所述中枢被置于所述中枢板上并具有至少一个与其相连的机器臂；

所述中枢板配有基本扁平的第一圆周表面，所述第一圆周表面配有第一多个孔，第一组可移除紧固件延伸穿过所述第一多个孔；

所述中枢板还配有基本扁平的第二圆周表面，所述第二圆周表面配有第二多个孔，第二组可移除紧固件延伸穿过所述第二多个孔；

所述中枢板还配有曲面，所述曲面位于所述第一和第二圆周表面之间，其形状与所述中枢的相邻表面互补。

23.根据权利要求22所述的机器人，其特征在于：所属第二组可移除紧固件将所述中枢板与所述中枢相连。