用于制造至机器人及所述机器人的电末端执行器的电连接的系统、设备及方法

摘要

本文揭示用于允许至机器人设备中的电末端执行器的电连接的系统、设备及方法。在一方面中，电耦合件调适成将电力提供给该真空腔室中的该电末端执行器。该电耦合件可包括啮合电触点。在一些实施例中，可将触点中的至少一个相对于弹簧悬停，以使得啮合触点在该机器人的臂旋转期间不相对于彼此旋转。在其它实施例中，包括感应性耦合线圈。本文提供诸多其它方面。

说明书

本申请主张于2009年1月11日提交且标题为“用于制造至机器人及 所述机器人的电末端执行器的电连接的系统、设备及方法(SYSTEMS， APPARATUS AND METHODS FOR MAKING AN ELECTRICAL  CONNECTION TO A ROBOT AND ELECTRICAL END EFFECTOR  THEREOF)”(代理人案号12099/L)的美国临时专利申请No.61/143,809 号的优先权，在此通过引用为所有目的整体并入本文。

相关申请/专利的交叉引用

本申请涉及以下共同转让、同待审的美国专利申请及专利，通过引用 为所有目的全部并入本文。

美国专利申请S/N61/143,807与本申请同时于2009年1月11日提交且 标题为“用于输送衬底的静电末端执行设备、系统和方法(Electrostatic End  Effector Apparatus，Systems and Methods for Transporting Substrates)”(代 理人案号13249/L)。

技术领域

本发明涉及电子器件制造，且更特定言之，涉及用于输送衬底的系统、 设备及方法。

背景技术

常规电子器件制造系统可包括多个工艺腔室及负载锁定腔室。举例而 言，这种腔室可包括在集群工具中。这种系统及工具可使用机器人在各种 工艺腔室与负载锁定腔室之间(例如，工艺腔室至工艺腔室、负载锁定腔 室至工艺腔室，及工艺腔室至负载锁定腔室)移动衬底(硅晶片、玻璃板 等)。各种系统腔室部件之间的衬底的有效且精确的输送对系统吞吐量而 言可能是重要的，由此降低总运作成本。

因此，用于有效且精确移动衬底的系统、设备及方法是所期望的。

发明内容

在一方面中，提供机器人系统，该机器人系统包括：真空腔室；机器 人设备，该机器人设备调适成在真空腔室内输送衬底，机器人设备包括调 适成在真空腔室内旋转的多个臂、附连至多个之臂中的至少一个的电末端 执行器以及调适成在真空腔室中将电力提供给电末端执行器的电耦合件。

在另一方面中，提供衬底输送机器人设备，所述衬底输送机器人设备 调适成在电子器件处理系统内移动衬底，该设备包括机器人，机器人包括 至少一个可移动臂及附连至至少一个臂的电末端执行器，以及电耦合件， 所述电耦合件调适成将来自电源的电能提供予电末端执行器。

在另一方面中，提供衬底输送机器人设备，所述衬底输送机器人设备 调适成在电子器件处理系统内移动衬底。该设备包括机器人，该机器人包 括可移动臂及附连至臂中的一个的电末端执行器，以及电导线，所述电导 线耦合至电末端执行器，该电导线穿过可移动臂的旋转关节。

在另一方面中，提供一种用于在电子器件处理工具内移动衬底的方法。 该方法包括在真空腔室内设置机器人，该机器人包括电末端执行器，且通 过使电能穿过啮合触点将电能供应给耦合至电末端执行器的电导线。

根据本发明的这些及其它方面提供诸多其它方面。本发明的其它特征 和方面将根据以下具体实施方式、所附权利要求及附图变得更加完全地明 白。

附图简述

图1为根据本发明的实施例的衬底输送系统的示意性俯视图。

图2A为根据本发明的实施例的衬底输送系统的示意性部分横截面侧 视图。

图2B为根据本发明的实施例的图2A的衬底输送系统的一部分的放大 示意性横截面侧视图。

图2C为根据本发明的附加实施例的衬底输送系统的一部分的示意性 横截面侧视图。

图2D为根据本发明的附加实施例的衬底输送系统的一部分的示意性 横截面侧视图。

图2E为展示触点啮合的图2D的衬底输送系统的一部分的放大示意性 横截面侧视图。

图2F为根据本发明的附加实施例的衬底输送系统的示意图。

图2G为根据本发明的附加实施例的衬底输送系统的示意图。

图2H为根据本发明的附加实施例的衬底输送系统的电路图。

图3A为根据本发明的实施例的机器人设备的俯视透视图。

图3B为根据本发明的实施例的图3A的机器人的端部透视图。

图3C为根据本发明的实施例的图3A的机器人的仰视透视图。

图4为根据本发明的实施例的双机器人设备的透视图。

图5为根据本发明的实施例的沿图3A的机器人设备的上臂而穿过的电 导线的部分透视图。

图6为根据本发明的实施例的穿过图3A的机器人设备的上臂中的开孔 的电导线的部分透视俯视图。

图7A为根据本发明的实施例的沿上臂而穿过的电导线的部分透视下 侧视图。

图7B为根据本发明的实施例的由构件夹持的图7A的电导线的部分透 视下侧视图。

图8为根据本发明的实施例的图3A的机器人设备的肘关节的部分横截 面视图。

图9A及图9B为图3A的机器人设备的一部分的部分透视图，图9A 及图9B图示了根据本发明的实施例的定位构件。

图10为图3A的机器人设备的一部分的部分透视图，图10图示了根据 本发明的实施例的将电导线固定至定位构件的夹持构件。

图11为图3A的机器人设备的外侧部分的部分透视图，图11图示了根 据本发明的实施例的沿前臂延伸的电导线。

图12为图3A的机器人设备的外侧部分的部分透视图，图12图示了根 据本发明的实施例的将电导线固定至前臂的夹持构件。

图13为根据本发明的实施例的描绘操作机器人设备的方法的流程图。

图14为根据本发明的附加实施例的衬底输送系统的一部分的示意性 横截面侧视图。

图15为根据本发明的附加实施例的衬底输送系统的示意图。

图16为根据本发明的附加实施例的衬底输送系统的示意性电路图。

图17为根据本发明的实施例的描绘操作机器人设备的方法的流程图。

具体实施方式

为了改良在电子器件制造设施及工具内输送衬底的精确性和/或速度， 可利用可固持衬底且阻止衬底滑动的电末端执行器。举例而言，电末端执 行器可包括至电极(例如，板)的电力，当对电极适当地供电时电极将提 供静电电荷产生能力。当在末端执行器上提供静电电荷时，静电电荷可通 过静电吸引力将衬底吸引并牵拉至末端执行器。衬底上的静电力可能具有 足够的大小以使得末端执行器及所附着的衬底可在横向上(在X-Y平面中- 参见图1)以相对高的速率移动，而衬底不会在末端执行器上滑动。

详言之，这种静电末端执行器可包括至电源及控制系统的电路连接， 以提供电力以在末端执行器中产生静电吸引力并控制静电电荷的相对量。 然而，因为这种机器人运作的诸多区域可能设于真空(例如，工艺集群工 具的真空移送腔室)内，所以可能需要连接至电末端执行器且可使得能够 桥接真空腔室壁的电连接。此外，亦需要可使机械臂的显著重复运动继续 存在的电连接，以使得服务时间间隔可最大化。此外，可能需要机器人沿 相同旋转方向旋转大于360度；在该状况下，电末端执行器与电源之间的 任何固定连接线或其它导体将会扭转且可能断裂。本发明提供对于此问题 的一种解决方案。

因此，在一方面中，本发明涉及经由用于桥接真空腔室壁介面的设备 提供电馈送，以在真空腔室内部将电力提供给电末端执行器。在另一方面 中，本发明涉及用于经由机器人的各种相对可移动机械臂提供电连接的设 备。根据另一方面，连接可被定向及配置成使得电路的疲劳和/或磨损可得 以最小化。此外，连接可被定向及配置成使得粒子产生得以最小化。在又 一方面中，本发明涉及衬底处理系统，该衬底处理系统包括机器人设备， 该机器人设备具有包括在移送腔室内的静电末端执行器，且进一步包括电 耦合件，该电耦合件调适成对静电末端执行器提供电力。

在另一方面中，本发明可将电力耦合提供给电末端执行器同时限制来 自滑环或其它电旋转耦合件的摩擦阻力。在本发明的又一方面中，电耦合 件为可选择性啮合。此可选择性啮合特征可包括，在开始机器人运动轮廓 之前啮合用于将电能提供给电末端执行器的电连接，且随后在完成机器人 运动轮廓所需要的时间内利用短暂时间断开(disengage)该电连接。举例而 言，可在机器人的运动轮廓内的一个或多个位置瞬间断接(disconnect)该电 连接。断开可允许自电源连接至末端执行器的电线释放任何已建立的应力 或扭转，这些应力或扭转可能由于进行机器人运动轮廓而产生。在一些实 施例中，可选择性啮合特征可允许部件的供电和/或充电(供电和/或充电将 电力供应给静电末端执行器)，且允许随后断开触点以使机器人的臂可在 最小化的摩擦阻力下旋转。描述电容性实施例，其中即使在断开触点之后， 可由电容性部件或可充电电路将电力提供给电末端执行器。用于啮合及选 择性断开电源与末端执行器之间的电触点的本发明的方法及设备可用在真 空环境内部。另外，本发明可消除对大气与真空环境之间的常规旋转馈送 通过机构的需要。

额外实施例涉及包括具有感应性耦合线圈的电耦合件的系统。在这些 实施例中，可由感应性耦合线圈将电力提供给电末端执行器。该电力可用 于将电力提供给对电力储存及充电电路，或用于对静电末端执行器直接供 电。

本发明的示范性实施例的进一步细节将在下文参照图1至图17来描 述。

参照图1展示及描述根据本发明的用于在电子器件制造中的各种腔室 之间输送衬底(例如，晶片、玻璃板等)的一种系统。机器人输送系统100 可包括真空移送腔室102(真空移送腔室102的边界以虚线表示)以及耦合 至移送腔室102的一个或多个工艺腔室104和/或一个或多个负载锁定腔室 106(每一个的边界也以虚线表示)。

机器人108(诸如常规SCARA(“水平多关节机器人”))可用于在 各别腔室104、106之间(例如，工艺腔室至工艺腔室、工艺腔室至负载锁 定腔室，且反之亦然)输送衬底。SCARA可包括可绕肩轴(在X轴与Y 轴的相交处示出)旋转的上臂110、可绕在上臂110的外侧末端上的肘轴旋 转的前臂112以及可绕在前臂112的外侧末端上的腕部构件轴旋转的腕部 构件114。

电末端执行器116可通过任何适合的装置(诸如螺栓、螺钉或其它机 械紧固件)附连至腕部构件114。电末端执行器116可为静电末端执行器且 可包括两个或两个以上电极118A、118B，当电极118A、118B具备施加至 电极118A、118B的适合的电压电位时可产生静电电荷，静电电荷调适成 将衬底120(以假想线表示)附着至静电末端执行器116。静电末端执行器 在于2009年1月11日提交的且标题为“Electrostatic End Effector Apparatus  and Systems and Methods for Transporting Substrates”(代理人案号 13249/L)的同时申请的美国专利申请S/N 61/143,807中更详细地描述。

电末端执行器116可自电源122接收电末端执行器的电力，该电源122 由电末端执行器控制器124控制。末端执行器控制器124可在进行机器人 108的运动轮廓的预定时间处接通及关闭至电末端执行器116(诸如静电末 端执行器116)的电力。机器人控制器126与末端执行器控制器124可通信 将电力提供给末端执行器116以及要切断至末端执行器116的电力的时间。 另外，控制器124可啮合选择性接地线以使电末端执行器116中的静电电 荷可容易地放电(若需要)。因此，电荷释放可允许衬底120得以容易地 放置在一位置处，且当将电末端执行器116自工艺腔室104或负载锁定腔 室106移除(缩回)时，衬底不被拖走。机器人控制器126可调适成控制 机器人108的运作及定向。机器人控制器126是完全常规的机器人控制器， 且在本文中将不再进一步描述。

举例而言，为了将电末端执行器116延伸至工艺腔室104及自工艺腔 室104缩回，机器人控制器126可造成上臂110在X-Y平面(如由图1中 所示的X轴及Y轴界定)内如箭头128所示地绕肩轴旋转。旋转可为经由 高达约+/-360度偏移的角度的顺时针(用于缩回)或逆时针(用于延伸) 旋转。在常规SCARA的情况下，前臂112可调适成沿如箭头132所示的方 向旋转。在常规传动的情况下，前臂112的旋转可引起腕部构件114相对 于前臂112旋转，如由箭头134所示。当将常规SCARA机器人用作机器人 108时，电末端执行器116可沿平移轴相对于基座130移动，该平移轴将上 臂110的肩轴与腕部构件114的腕轴连接，其中该平移轴指定为136(在此 实施例中与Y轴重合)。因此，当完成延伸运动及缩回运动时，可提供末 端执行器116的无旋转的纯平移。另外，可通过机器人108沿箭头137旋 转臂110、112及114的组件的动作，衬底120得以自工艺腔室104移动至 另一工艺腔室104或自工艺腔室104移动至负载锁定腔室106或自负载锁 定腔室106移动至工艺腔室104。

详言之，工艺腔室104及负载锁定腔室106中的每一个可由机器人108 服务，藉此可将衬底120自各种腔室取出及放入各种腔室。更详细而言， 将电末端执行器116自一腔室(例如，104)缩回，其中衬底120静置于电 末端执行器116上。一旦缩回，则整个机器人可沿箭头137绕基座130旋 转。然后，机械臂110、112及114可经致动以将电末端执行器116及位于 电末端执行器上的衬底120传送至另一腔室(例如，104或106)。

衬底120可由机器人(未图示)移送至负载锁定腔室106，所述机器 人可常驻工厂介面138中。举例而言，工厂介面138内的衬底移送可来自 停驻于负载口142上的衬底载体140。衬底在衬底载体140中及在负载锁定 腔室106及工艺腔室104中其它处的可能位置如虚线圆所示。

现参考图2A，图2A展示本发明的衬底输送系统100的示范性实施例 的示意性侧视图。包括上臂110、前臂112及腕部构件114的机器人108 以完全延伸的定向展示，机器人108通过将电末端执行器116(与参照图1 所描述的电末端执行器类似)插入至工艺腔室104中，以使得可由举升销 或另一适合机构(未图示)将衬底120自末端执行器116卸下来，而服务 于工艺腔室104。可选择地，腔室(104或106)内的放置(衬底的置放) 可由机器人108的z轴功能性来完成，由此机器人108具有降低及提高末 端执行器116来完成沿Z轴放置或取出的能力。机器人108的运动经由机 器人控制器126来控制。

根据本发明的一方面，提供穿过上臂110、前臂112及腕部构件114 的电导线244以电连接安装在腕部构件114上的电末端执行器116的电极 118A、电极118B(图1)。亦可提供接地导线(未图示)，且所述接地导 线沿与电导线244、246相同的路径穿过。穿过上臂110、前臂112及腕部 构件114的电导线244、246的路径的细节在本文中参照图2A至第12来描 述。

再次参照图2A，图2A展示电耦合件250，电耦合件250可调适成将 电力提供给位于真空腔室102中的电末端执行器116。该耦合允许桥接(即， 耦合)至在真空腔室102内的可移动部件。电耦合件250最佳展示于图2B 中的放大部分视图中。举例而言，在图2B中，耦合件250可包括诸如触点 对252、254的啮合触点，这些啮合触点可为导电材料的同心环状环。可使 用其它触点配置。第一触点对252的上部触点可连接至第一电导线244，而 第一触点对252的下部触点可由第一电力导线256连接至电源122。同样地， 第二触点对254的上部触点可连接至第二电导线246，而第二触点对254 的下部触点可由第二电力导线258连接至电源122。电力导线256、258可 穿过密封件259，该密封件可为气密密封及真空紧密，其它导线257A、导 线257B(将在下文描述)也可如此。下部电触点252、254可附连至可移 动支撑件260(可移动支撑件260可为可移动)，且可由适合的弹簧构件 264相对于马达外壳262而悬停。252及254的上部触点可附连至杆265的 末端(如所示杆的放大部分)。

弹簧构件264沿Z轴方向可具有足够低的刚性，以使得当通过对导线 257A、导线257B供电来对电磁体267供应适合的电流时，电磁体267被 拉引至永久磁体268或可选择性地拉引至杆265的铁磁部分，此引起支撑 件260及所附连的下部触点252、254沿Z方向向上移动，进而使得触点对 252、254的下部触点以可操作式啮合且接触上部触点。导线256、257A、 257B及258可全部包括应变释放回路以调节轴向位移而导线没有过度应 变。

在啮合电触点的状况下，可通过使用电源122对电力导线256、258供 电来将适合的电力提供给电末端执行器116的电极118A、118B，进而产生 静电电荷以将衬底120吸引至电末端执行器116。除沿z方向具有较低之刚 性之外，弹簧构件264可在绕Z轴的扭转方向上具有较低刚性。因此，当 触点对252、254啮合时，机器人108可由运动装置269(例如，具有转子 及定子)的动作旋转至另一位置(诸如，至另一工艺腔室104)。通过旋转 几乎360度或360度以上，这有效地卷起软弹簧构件264使所述软弹簧构 件扭转。因此，在扭转情况下触点对252、254之间将不经历移动；当将弹 簧构件264卷起而扭转时，触点对252、254有效地一起旋转。导线256、 257A、257B及258的应变释放回路亦可足以调节旋转位移的预定量而不会 使导线过度应变。

在图2B中，一旦通过将电力转移至电磁体267及转移至电力导线258、 256来将电力自电末端执行器116移除(优选大体上同时进行)，则弹簧构 件264将在扭转的情况下且沿Z轴轴向地卸载，以使弹簧构件264可回复 至松弛或未偏转之状态。当电力再次向电磁体267施加电力时，弹簧构件 264将最初处于未偏转、松弛且中立的状态。一旦供电，触点252、254将 再次接触，且弹簧264将在机器人108的下一输送移动之后经扭转卷起。 同样地，用于完成前臂112及腕部构件114的运动的杆265的个别旋转可 经调节以在触点对252、254啮合时，在触点对252、254之间无任何相对 移动。因此，在杆265的旋转移动期间，由于触点对252、254的滑动接触 得以最小化，因此粒子产生得以最小化。为了在将电力施加至电磁体267 之后最大化触点对252、254的轴向对准，可在杆265的末端及可移动支撑 件260上设置导件270及凹槽272。

可沿第一触点对252及第二触点对254的旁侧利用一个或多个附加触 点对，以将其它电连接提供给机器人108。举例而言，可为接地线提供附加 触点对(未图示)，该附加触点对可选择性地由末端执行器控制器124切 换。此外，若添加附加SCARA机器人(诸如在具有双端执行器的双SCARA 机器人中)，则可提供附加触点对。如将变得明白，根据另一方面，电导 线244、246可为电路的一部分且可穿过机器人108的多个臂的旋转轴(诸 如经由孔274，所述孔穿过肩轴Z的杆265的)，且随后连接至电末端执 行器116。

在一替代实施例中，可完成触点对252、254的下部电触点的返回而无 需使用耦合至可移动构件260的弹簧构件264。举例而言，当断开触点252、 触点254时，柱塞或其它致动装置可经致动以使断开的下部触点旋转至中 立位置或“零”位置。

在图2C中展示用于将来自电源122的电能提供给电末端执行器116 的另一设备。在此实施例中，触点252、254的瞬间啮合将对适当的电容器 构件275进行电性充电足够的能量，以在给定机器人运动轮廓期间将衬底 120固持在适当的位置。触点252、254随后将通过电力自电磁体267移除 电力且电力切断来自电源122而得以断开，这引起移动构件260轴向松弛 至中立位置，由此将电末端执行器116与电源122分隔开。随后，电容器 构件275中所储存的能量供应电末端执行器116所需要的能量，以在衬底 120上产生静电吸引力。在机器人控制器126的控制下的机器人108所进行 的运动轮廓期间的其它时间，触点252、254可如由末端执行器控制器124 所指示地瞬间重新啮合(诸如，持续足以对电容器构件275充电的时间) 且随后可断开触点252、触点254。举例而言，当机器人108停止时，可进 行此啮合及断开。因此，机器人108无需克服由弹簧264的卷起所产生的 扭转弹簧力来完成杆265的运动，如在前述实施例中所述。换言之，当断 开可移动支撑件260时，可在最小化阻力下，经由自机器人控制器126至 机器人马达的适合的控制信号来完成杆265的旋转。机器人控制器及末端 执行器控制器124可通信以确定电容器构件275的充电何时可发生。电容 器构件275可包括具有足够大小的一个或多个电容器以提供静电力，从而 将衬底120固持至电末端执行器116。或者，通过啮合触点252、254且扭 转地啮合弹簧构件264，可在运动轮廓的移动部分期间完成再充电。这些方 法可提供将所储存的能量移送至电末端执行器116，同时最小化任何旋转摩 擦阻力且可改良机构可靠性。另外，可添加一个或多个触点以提供经由触 点的接地路径，进而使得积聚在末端执行器116上的静电荷可在机器人运 动轮廓期间的适合时间耗尽(排出)。举例而言，在放置操作之前，可通 过切换可选择性切换的接地线来释放静电电荷。以此方式，末端执行器控 制器124可切断来自电源122的电力，但是在一定时间内持续将电力供应 给电磁体267，该时间足以经由可选择性切换的接地线释放静电荷。

在进一步实施例中，如图2D中最佳展示，致动器可用于致动可移动支 撑件260。在此实施例中，电耦合件250的可移动支撑件260可受到键或花 键280的对旋转运动的限制，该键或花键280位于连接至可移动支撑件260 的杆282上。可提供用于限制旋转的其它适合的装置。可提供包括绕组286 及磁体288的螺线管284，螺线管284可通过根据末端执行器控制器124 的指示自电源122将适合的电力提供给绕组286来选择性地致动可移动支 撑件260。以此方式，一旦螺线管284致动，触点252、254可经啮合为实 体接触。同样地，一旦将至螺线管284及可充电部件的电力切断，通过螺 线管284返回至中立位置(如所示)，可将触点252、254实体断开。类似 于前述的实施例，可充电部件(例如，一个或多个电容器或可充电电路) 可经充电以将电力提供给电末端执行器116。在本实施例中，提供电力储存 及分布电路290，且将该电力存储及分布电路290电连接至末端执行器116 及触点293H的上部触点。

如图2E中所示，可移动支撑件260由螺线管284致动，以使得电触点 252、254电接触。一旦接触，电力储存及充电电路290中的一个或多个电 容器(图2F)可得以充电。当机器人108瞬间停止时可发生致动，且充电 电路290的充电可耗费约一秒或更少的时间，或甚至耗费约500ms或更少 的时间。固定至可移动支撑件260或杆265的柔性密封件292(亦可形成为 环形弹性环)在啮合时可密封每一触点252、254周围的气隙。此密封功能 可在充电发生时最小化辉光放电、电弧、电晕和/或其它电击穿现象。在一 些实施例中，在提供高压以对电力储存及充电电路290充电之前，可将螺 线管284稍微致动以确保在充电之前发生良好密封。

一旦充电完成，则可不再将来自电源122的电力提供给螺线管284或 提供给电力储存及充电电路290，且可移动支撑件260可返回至可移动支撑 件260的中立位置，如图2D所示。如上述实施例中，可对电导线256、258 提供应变释放回路以调节可移动构件260沿Z轴的的轴向运动。同样地， 导线258、256可穿过安装于马达外壳262中的气封259，马达外壳262可 含有在真空下设置的马达腔室263。以此方式，本发明的电耦合件250调适 成将电能提供给电末端执行器116，电末端执行器116定位于连接至马达腔 室263的真空腔室102中。马达腔室263及真空腔室102皆可在真空下设 置。若螺线管可根据末端执行器控制器124命令由电源122来供电，则可 将导线289A、导线289B提供给线圈286。

在本发明中，电耦合件250提供一种装置，所述装置用于桥接真空腔 室壁并用于将电力提供给末端执行器116而无需任何滑动电触点(例如， 滑环)，滑动电触点可引起粒子产生及寄生摩擦阻力。应认识到，虽然提 供螺线管284来致动可移动支撑件260，但是可利用任何适合的磁性或机械 装置来移动可移动构件260，进而引起上部与下部电触点252、254之间的 实体接触。如将在下文描述，可提供用于监控及确定电力储存及充电电路 290是否适当充电的各种装置。

现参照图2F，将更详细地描述电力储存及充电电路290及与机器人输 送系统200的其它部件的关系。如上所述，可移动支撑件260可在末端执 行器控制器124的控制下由螺线管或类似引起平移的机构284来致动。在 机器人运动轮廓期间的预定时间，末端执行器控制器124引起螺线管284 的致动，进而引起电触点接触且电啮合。在此实施例中，触点(每一个表 示两个或两个以上电路径)作为高压触点293H及低压触点293L提供。高 压触点293H及低压触点293L可电连接至在电源122内提供的分别的高压 源及低压源。当将电源经由触点293H、触点293L连接时，分别的高压电 容性阵列294及低压电容性阵列295可得以电性充电。在充电之后，通过 将来自电源122的电力切至螺线管284，可在末端执行器控制器124的控制 下将可移动支撑件260移回至所述可移动支撑件260的中立位置(非接触 位置)。

高压电容性阵列294及低压电容器阵列295可将电力提供给电力储存 及充电电路290的其它部件电力和电末端执行器116。详言之，高压电容性 阵列294连接至高压电力开关电路，并连接和断接至电末端执行器116的 电力电力。高压电力开关电路296可含有适合的电子器件及部件，所述适 合的电子器件及部件将所储存高压连接或断接电末端执行器116，且所述高 压电力开关电路296也可含有完成调节供应给电末端执行器116的电流的 部件。然而，有可能不需调节部件而实施本发明。

当充电时，低压电容器阵列295将电力提供给反馈电路297，且可将 电力提供给高压电力开关电路296。反馈电路297可用于监控供应给电末端 执行器116的电流和/或电压电位。若所供应的电流和/或电压电位超出预定 振幅(由鉴别电路确定)，则发光二极管(LED)298可持续照明。此指示 适当的夹持能力存在于电末端执行器116上。电连接至末端执行器控制器 124的接收器299可在所述接收器299正接收来自LED 298的光时，提供 信号给控制器124。因此，若接收器299未能接收光信号，则末端执行器控 制器124可与机器人控制器126通信以引起机器人108瞬间停止机器人108 以进行再充电，或使机器人108的运动减速直至在机器人运动轮廓内本身 出现用于再充电的下一机会为止。将预定值设定成一级别，该级别将使吸 引力减少至一点，在该点处末端执行器116的加速可引起衬底120在输送 期间不能适当地定位在末端执行器116上或自末端执行器116坠落。

在运动轮廓内的时间，末端执行器控制器124可引起螺线管284的啮 合并引起电源122对高压电容性阵列294及低压电容器阵列295再充电。 应认识到，除所描述的LED/接收器系统以外的反馈机构可提供关于供应给 电末端执行器116的电流和/或电压的状态的反馈。举例而言，反馈可由任 何适合的反馈机构(诸如电压频率转换器电路、射频通信或其它无线通信) 提供。在实施例中，控制器124及控制器126可为独立控制器或整合至共 用控制器中。

图2G图示根据本发明的方面的输送系统200A的另一实施例。在此实 施例中，除了电源122A可为24伏直流电源且电力储存及充电电路290A 可调适成将24伏电源转换为至电末端执行器116的高压输出以外，诸部件 与上述实施例中的部件相同。如上述实施例中，可移动支撑件260含有电 触点293A，电触点293A可啮合以将电流自24伏电源122A传递至电容性 部件294A(例如，电容器或电容性阵列)。应注意，可使用除24V以外的 各种其它电源电压来对用于静电应用的适合的直流/直流转换器供电。

一旦充电，则直流/直流转换器301可用于将24伏电源转换为高压电 源(例如，具有约500V至2,000V)且将高压供应给高压电力开关电路 296A。至开关电路296A的电力可经由电压调节器302通过调节来自电容 性阵列294A的电压来提供。可选择地，类似于图2F实施例所示，低压电 源可经由独立低压触点提供给低压电容性阵列。

如上述实施例中，可提供电力状态反馈。如前所述，反馈电路297可 照明光源298(例如，LED)且光信号298A可由光接收器299(例如，光 传感器)所接收，光接收器299安装于可移动构件260上或以其它方式安 装于马达外壳262中。接收器299可电耦合至末端执行器控制器124或机 器人控制器126或耦合至两者，进而使得可依据低电力状态的确定(由不 再接收光信号298A来指示)来采取矫正措施(上文讨论)。

图2H图示电路图，该电路图可用于完成上述的功能。如图所示，提供 电源122，该电源将高压源耦合至分别的触点293H，触点293H可通过螺 线管284的致动经由可移动构件260的移动来选择性地啮合。随后，所供 应的电流可作为电能储存在电容性部件294中。举例而言，电容性部件294 可为适合大小的电容器或电容器阵列。开关电路296通过将电容性部件294 连接至末端执行器电极或通过将电容性部件294自电极断接来控制提供给 末端执行器116的正(+)电极及负(-)电极的电力(电压电位)。K1 继电器在K1继电器的松弛状态(未被激励)下将继电器触点固持在将电容 性部件294连接至末端执行器116的电极的位置。此为当可移动构件260 自触点293H及触点293L断开时默认发生的夹持状态。在断开时，没有电 力对K1继电器线圈进行激励，进而引起K1触点松弛至正常闭合状态，从 而使得电容性部件294与末端执行器116的电极之间的接触。当可移动构 件260被致动且与触点293H及触点293L接触时，K1继电器线圈被激励， 此迫使K1继电器触点将电容性部件294自末端执行器电极断接。随后， K1继电器触点引起末端执行器电极短路或至少经由电阻彼此连接，从而使 得电极之间的任何电压电位可快速地中和。这快速地释放衬底上的任何夹 持力，进而允许衬底得以自末端执行器116移除(诸如在“放置”运动轮 廓中)。这是解除夹持状态。同时，当处于此状态下时，电容性部件294 可与末端执行器电极隔离但经由触点293H连接至电源122，进而允许电容 性部件294得以充电。在完成足够的充电之后，可移动构件260可再次断 开，进而引起如前所述的夹持状态再次发生。

反馈电路297可提供关于供应给电末端执行器116的电极的电压电平 的反馈信息。耦合至反馈电路297的光学二极管可被正常地供电。当至末 端执行器116的高压(由电路297监控)降至由分压器278设定的预定阈 值之下时，电压监督器276(例如，STM 1061)可降低输出电压。举例而 言，所提供的降低输出信号可使光学二极管停用。因此，可经由切断通过 Mosfet(金属氧化物半导体场效应管)的电流来关闭光信号298A。随后， 信号298A的缺乏可经由信号自无线光电传感器接收器通过将+V信号提供 给末端执行器控制器124来传达至末端执行器控制器124。因此，由于低电 压反馈，故可根据需要提供附加充电，或可将其它补救措施传达至机器人 控制器126，进而引起机器人停止或减速，以防止衬底自末端执行器116 落下。

图3A至图3C及图5至图12图示机器人设备300的另一实施例，所 述机器人设备300可包括上臂310及具有腕部构件(为清楚起见未图示) 的前臂312。虽然此实施例为一个双臂机器人(两臂皆展示在图4中)，但 是电导线244、246的路径将同样地适用于单臂机器人及双臂机器人。

如图4中所示，根据本发明的方面的双臂机器人设备408可包括用于 将机器人安装在腔室(例如，真空腔室)中的基座430、外部杆431、第一 上臂410A及第二上臂410B(其中至少一个耦合至杆431)、第一前臂412A 及第二前臂412B(经耦合以用于相对于第一上臂410A及第二上臂410B 旋转)以及第一腕部构件414A及第二腕部构件414B(经耦合以用于相对 于前臂412A、412B旋转)。电末端执行器416A、416B示成附连至腕部构 件414A、414B。举例而言，电末端执行器416A、416B可配置成静电末端 执行器且可包括至少一个电极对418A、418B，且可包括若干电极对(诸如 电极对418C、418D及电极对418E、418F)。可利用任何数目的电极对。 电极对418A、418B等在适当地充电时，调适成在衬底输送期间将衬底(未 图示)吸引至电末端执行器416A、416B。举例而言，电导线(将在下文更 彻底地描述)穿过杆431及分别的臂及腕部构件，且经由电导线444D、446C 电连接至电末端执行器416A、416B的电极。其它电导线可以类似方式附 连至其它电极。适合的接地导线亦可附连至电极且穿过与对电极供电的电 导线相同的路径。可将此接地导线耦合至可切换的接地电路以允许接地线 选择性地啮合，进而在运动轮廓期间的适合点处耗尽积聚在末端执行器 416A、416B上的任何静电电荷。

更详细地且再次参照图3A至图3C，机器人设备300的电导线344、 346调适成经由电耦合件(参见(例如)图2A至图2G及图14)连接至电 源，该电耦合件将电力传递至机械臂及真空腔室中，且最终传递至电末端 执行器(未图示)。组成电路的一部分的电导线344、346可首先穿过杆365 (最佳展示在图3C中)中的一个到达上臂310(最佳展示在图3B中)的 上表面。随后，导线344、346可经由臂中所形成的沟槽沿着上臂310的径 向范围穿过，且向外朝向肘轴348径向延伸，其中导线344、346穿过贯穿 上臂310形成的开孔345(最佳展示在图3A、图5及图6中)。

如图5及图6中所示，在上臂310中形成的沟槽347容纳电导线344、 346。沟槽347的深度略小于电导线344、346的直径以使得当通过紧固件 (未图示)将夹持构件349固定在适当位置时，电导线344、346将得以略 微压缩且牢固地紧固在适当位置。因此，在上臂310的运作期间，导线可 能不会径向向内或径向向外移动。无夹持构件349的导线的蠕变可引起电 导线344、346的断裂和/或过度磨损。可在穿过杆的区域中设置适合的突起 以调节归因于上臂310的旋转的任何有限卷起。夹持构件349可包括调适 成将导线344、346夹持在适当位置的一个或多个板或其它构件。可使用任 何其它适合的夹持机构以防止电导线344、346径向移动。电导线344、346 可为铜或镀银的铜，且可套接在适合的绝缘体(诸如TEFLON或 KAPTON两者皆可从DuPont购买)中。

现参照图7A至图7B及图8，在穿过上臂310中的开孔345之后，导 线344、346可穿过附加沟槽且随后穿过关节开孔351(亦参见图6)。因 此，导线344、346在上臂310与前臂312之间延伸(如最佳展示在图8的 横截面侧视图中)，由此延伸穿过肘关节。导线344、346穿过上臂310中 的孔、穿过轴承支撑件355中的孔且穿过腕部驱动轮361的孔，腕部驱动 轮361固定于轴承支撑件355。腕部轮361经由金属传动皮带(未图示)附 连至腕部构件(亦未图示)，该金属传动皮带连接在销357A处。如应认识 到，经由附连在销357处的金属传动皮带(未图示)且与肩轴(未图示) 处的驱动构件互连的前臂312的旋转引起定位构件353的旋转，但不引起 腕部驱动轮361的旋转。因此，电导线344、346的任何旋转或扭转在开孔 351中得以调节。在任何接触转角表面上的光面修整及提供辐条(radius) 可将导线的磨损降至最小。

如图7B所示，夹持构件349A或其它适合的夹持机构可由紧固件(未 图示)或其它适合的构件附连至臂310，且可调适成夹持电导线344、346 并将它们牢固地固持在适当位置，且防止导线344、346相对于臂310的径 向移动。

一旦电导线344、346穿过开孔351，则该导线沿前臂312的径向长度 延伸(最佳展示在图9A、图9B中)。导线344、346沿定位构件353而穿 过，定位构件353调适成将导线定位于开孔351的近似中心上(图8)。定 位构件353可包括开孔345A，开孔345A接近开孔所位于的前臂312的一 个末端。开孔345A可横向地间隔分隔开，以在电导线344、346延伸穿过 开孔351时最小化电导线之间的任何接触。如前所述，当电导线穿过开孔 351时，可提供电导线的释放应变的适量附加长度，以调节前臂312相对于 上臂310的旋转。

定位构件353可自杆朝向腕部构件(未图示)延伸，腕部构件设置在 前臂312的另一末端上且可由紧固件(例如，螺钉)或其它适合的紧固构 件连接至前臂的上部。定位构件353可包括形成于所述定位构件中的沟槽 以用于容纳电导线344、346。如图10所示，夹持构件349B或其它适合的 夹持机构可由紧固件(未图示)或其它适合的构件附连至定位构件353，且 可调适成夹持电导线344、346并将它们牢固地固持在适当位置，且防止电 导线344、346相对于前臂312的径向移动。

现参照图11，导线344、346持续沿臂312的径向范围延伸，且随后 穿过在腕部构件(未图示)与前臂312之间延伸的杆。前臂312可包括在 所述前臂外侧末端上形成的沟槽以用于容纳电导线344、346。如图12所示， 夹持构件349C或其它适合的夹持机构可由紧固件(未图示)或其它适合的 构件附连至前臂312于外侧末端上，且可调适成夹持电导线344、346并将 所述电导线牢固地固持在适当位置，且防止电导线344、346相对于前臂312 的径向移动。在穿过贯穿杆或腕部构件的导件形成的通道之后，电导线344、 346连接至电末端执行器116的电极。

在13中提供根据本发明的一种方法1300。在1302中，在电子器件处 理系统的真空腔室内设置机器人设备，其中该机器人设备可包括多个机械 臂及附连至该机械臂中的至少一个的电末端执行器。在1304中，可将电力 (例如，电流或电压电位)供应给耦合至电末端执行器的电路的电导线。 因此，在运动轮廓期间的至少某些时间，可自真空外部供应电力。详言之， 例如，电流或电压电位可经由电耦合件供应，该电耦合件可能具有啮合触 点。在1306中，该触点可仅在运动轮廓及由(诸如)致动器(例如，电磁 体或螺线管)输送衬底期间的某些时间啮合；以使得触点的电啮合有时可 能中断。当耦合断开时，仍然可通过可充电部件或电路将电力提供给电末 端执行器116(参见图2C至图2H)。在其它实施例(诸如感应性耦合实 施例)中，可经由感应性耦合线圈将电力提供给末端执行器(参见图14至 图17)。

详言之，在一些实施例中，啮合触点可在衬底输送事件期间随机器人 设备的旋转杆一起移动，且可能在至少一短时间间隔期间(诸如当机器人 设备在目的地临时停止时)断开。有利地，在机器人设备的旋转期间，电 触点可在扭转情况下大体上不经历相对滑动运动，因此使粒子产生最小化。 此可通过允许触点对的电触点中的至少一个被支撑在弹簧上来提供，以使 得当触点啮合时且当机械臂旋转时弹簧在旋转地卷起而扭转。然而，当间 歇地断开电路时(诸如当在目的地停止机器人时)，允许弹簧松弛至中立 位置。当停止时，可临时切断至电磁体的电力且弹簧可轴向松弛，进而允 许触点断开。电耦合件允许将电流或电压电位保持至电末端执行器，以在 衬底输送移动期间产生静电电荷，亦允许在短暂时间间隔期间切断电力以 允许触点随弹簧一起旋转回至中立扭转位置及定向。

在其它实施例中，触点在机器人运动轮廓期间仅啮合短暂时间间隔， 以使得可充电部件(例如，电容器或电容器阵列)或电力储存及充电电路 可得以充电。在充电之后，电力可断开电耦合触点，且可基于储存在电力 储存及充电电路中的能量，将电力提供给电末端执行器116。因此，在一些 实施例中，可在机器人的运动期间将电力提供给电末端执行器116，且赋予 机器人的摩擦以及弹簧阻力可在机器人运动期间通过断开触点来得以最小 化。另外，此无线电力分布亦允许机器人沿相同旋转方向无限地自由旋转， 而不会使线扭转且无需解开线。

图14及图15图示机器人系统1400的替代实施例，所述机器人系统调 适成在电末端执行器116上输送衬底(图1)，该电末端执行器116附连至 至少一个臂，且优选附连至机器人108的多个臂中的一个(例如，腕部构 件114)。机器人系统1400包括调适成将电力提供给电末端执行器116的 电耦合件1450，电耦合件1450可在真空腔室(例如，102)内运作。在此 实施例中，电耦合件1450包括初级线圈1452及次级线圈1454，初级线圈 1452及次级线圈1454彼此靠近地安装且在激励初级线圈1452后感应性耦 合。初级线圈1452可相对于马达外壳262固定地安装，而次级线圈1454 可经安装以用于与杆265一起旋转。

初级线圈1452可由高压脉冲化电源122驱动，以在初级线圈1452中 引起脉冲电流(诸如方波电流脉冲)。举例而言，脉冲化电源122可为任 何适合的电压源(诸如约500V至2,000V的锁定电压源)。可使用其它电 压量值。

在运作中，初级线圈1452中的电流在次级线圈1454中感生电流。电 流的流动可由末端执行器控制器124有效地开启及关闭，末端执行器控制 器124例如可在机器人的运动轮廓内的期望时间打开及关闭电源122及用 于提供信号振荡的适合的构件。然而，应明白，因为电耦合件1450不需要 如上述实施例中所述的电触点，所以充电可在机器人的运动轮廓期间的任 何时间发生。当然，有可能感应性耦合线圈可直接对末端执行器持续供电， 或者甚至不使用电容器。

为了储存及控制传输至次级线圈1454的电能，线圈1454可耦合至电 力储存及分布电路1455，该电路继而经由电导线244、246将经调节的电流 和/或电压电位提供给电末端执行器116，电导线244、246可穿过机器人108 的各别的臂110、112及114(为清楚起见仅展示其中的一部分)。

更详细而言，电力储存及分布电路1455可包括整流器电路1458(诸 如桥式整流器)，所述整流器电路用于提供次级线圈1454中所感生的交流 电流的全部或部分整流，并将该电流转换为直流电流。可能不使用整流电 路而实施本发明。举例而言，使用交流电可达成平均影响。另外，交流电 流的偏移相可用于将平均电压提供给末端执行器116，而适合于期望的静电 力。以上提及的直流电流可对可选的电容性部件1460充电。举例而言，该 电容性部件1460可为单个电容器或电容器阵列，该电容器阵列以彼此电串 联或电并联的形式排列。对于一些实施例而言，可使用提供约1600μF的 电容的电容器或电容器阵列，且可提供用于静电末端执行器116的适合的 夹持力。可使用其它大小的电容。可由高压电力开关电路1462在适当之时 间将储存在电容性部件1460中的电力提供给电末端执行器116。

高压电力开关电路1462可用于在机器人108运动轮廓期间的某些时间 连接及断开至电末端执行器116的电极的电力。另外，当自末端执行器116 解除夹持衬底时(诸如当实施放置操作时)，开关电路1462可用于使电极 短路。电极的短路引起任何静电电位的快速消耗，进而导致衬底的快速释 放。在一些实施例中，可监控提供给电末端执行器116的电流和/或电压电 位的状态(如上所述且可参照图16进一步描述)。

在本实施例中，可将表示开/关(夹持/解除夹持状态)的电信号提供给 高压电力开关电路1462。详言之，控制信号可自末端执行器控制器124输 出至发射器1565A，诸如无线发射器(例如，光电射器(LED))。无线 信号1565B(例如，光信号)可在无线接收器1565C(例如，光电传感器) 上接收，该无线接收器1465C经排列及定位以接收所发射的信号(例如， 光信号)。由无线接收器1465C接收的信号可发送至开关电路1462以切断 至电末端执行器116的电力，和/或使电末端执行器116的电极短路。可使 用任何适合的无线通信(诸如二极管及光电传感器)。

在进一步实施例中，诸如在图16中所示的实施例中，通信可为双向通 信，其中可将无线信号1665、1667自发射器提供给接收器以控制开关电路， 从而使电极短路和/或切断至末端执行器116的电力(在包括电容性部件 1660的状况下)。双向通信的另一实例是用于提供夹持或解除夹持信号的 一种信号，该信号分别致动或解除致动电力储存及分布电路1662中的高压 继电器。其余无线信号可用于监控次级线圈侧上之电压电平，并将相应信 号发送回末端执行器控制器124。另外，次级低压线圈1650L可用于提供 低压源以对各种电部件供电。低压线圈1650L可套合(同轴)在高压线圈 1650H的外侧或内侧。

图16图示电路图，该电路图可用于完成上述的功能。如图所示，提供 电源122，该电源将高压电源122H及低压电源122L耦合至电耦合件的各 别高压初级线圈及次级线圈1650H与低压初级线圈及次级线圈1650L。电 力在线圈之间通过感应耦合移送。整流器电路1658L、1658H可对供应给 直流的交流电流进行整流。随后，直流电流可作为电能储存在电容性部件 1660L、1660H中。电容性部件1660L、1660H可为适合大小的电容器或电 容器阵列。开关电路1662通过将继电器K1自正常闭合开关上的接地状态 切换为供电状态来控制提供给末端执行器116的正(+)电极及负(-)电 极的电力(电压电位)。该接地状态(正常闭合)允许电末端执行器的电 极短路在一起或至少彼此电阻地连接，以使得电极之间的电压电位经有效 地中和至一电平，在该电平下衬底不再保持在末端执行器116上的适当位 置。供电状态致动继电器触点进而引起末端执行器电极变得彼此电隔离， 且同时将每一个别电极连接至所储存的高压电源(在此实例中，储存在电 容器1660H中的高压电源)。

反馈电路1664可提供与供应给电末端执行器116的电极的电压电平相 关的反馈信息。耦合至反馈电路1664之光学二极管可得以正常地供电。当 至末端执行器116的高压(由电路1664监控)降至由分压器1670设定的 预定阈值之下时，电压监督器1668(例如，STM 1061)可降低电压监督器 1668的输出电压。电压调节器的降低输出关闭1664中所示的N沟槽mosfet， 进而停用或至少部分停用流过LED发射极1667的电流。此熄灭LED 1667。 随后，信号1667的缺乏可经由信号自无线光电传感器接收器传达至控制器 124。举例而言，当LED 1667熄灭时，耦合在1667的阳极与V+之间的上 拉电阻器将引起至末端执行器控制器124的信号被上拉至V+电平。因此， 由于低压反馈，故可根据需要提供附加充电，或可将其它补救措施传达至 机器人控制器126进而引起机器人108停止或减速，以防止衬底自末端执 行器116落下。

以上描述仅揭示本发明的示范性实施例。本领域普通技术人员将容易 地明白以上揭示的系统、设备及方法的修改落入本发明的范围内。

因此，尽管本发明已连同其示范性实施例公开，应了解，其它实施例 可落入如由以下权利要求所定义的本发明的精神及范围。