台湾专利TW201314828A 經調適於電子裝置製造中運輸基板的機器人系統、設備與方法

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专利摘要:
在此說明基板運輸系統、設備與方法。該些系統經調適以有效率地於一目的地取放基板，藉由旋轉一吊桿連接裝置至鄰近該目的地的一位置，接著獨立地促動一上臂連結外殼以及一或更多腕部構件，以於該目的地取放一或更多基板，其中該腕部構件係相對於該前臂連結外殼獨立地經促動，而該前臂連結構件的動作係於運動學上連結至該上臂連結外殼的動作。在此提供多種其他態樣。
公开号:TW201314828A
申请号:TW101127753
申请日:2012-08-01
公开日:2013-04-01
发明作者:Jeffrey A Brodine；Jeffrey C Hudgens；Izya Kremerman
申请人:Applied Materials Inc；
IPC主号:H01L21-00

专利说明:
經調適於電子裝置製造中運輸基板的機器人系統、設備與方法【相關申請案】
本申請案聲明來自申請於2011年8月8日，編號No.13/205,116之美國非臨時專利申請案“ROBOT SYSTEMS,APPARATUS,AND METHODS ADAPTED TO TRANSPORT SUBSTRATES IN ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURING”(代理人案號No.16136USA)的優先權，該優先權案在此因種種原因以參考文獻方式整體併入本文。
本發明係關於電子裝置製造，更特定言之係關於經調適以運輸基板的系統、設備及方法。
習用的電子裝置製造系統可包括多個處理室及負載鎖定室。此類腔室可被包括在叢集工具中，舉例來說，其中複數個處理室可圍繞一傳遞室而置放。這些系統及工具可採用傳遞機器人，該些傳遞機器人可以被安放在該傳遞室內以在不同處理室及負載鎖定之間運輸基板。例如，該傳遞機器人可將一基板從腔室運輸到腔室、從負載鎖定運輸到腔室、及(或)從腔室運輸到負載鎖定。在不同系統腔室之間有效率且精確的運輸基板對系統產量是重要的，而可藉此降低整體運作成本。此外，我們追求縮小的系統大小，因為基板所需被移動的距離就減少，而材料成本也是如此。
因此，我們需要經改良之系統、設備及方法，以用於(例如)在傳遞室中有效且精確之基板移動。
在一態樣中提供一種電子裝置處理系統。該系統包括一腔室、一機器人設備，該機器人設備在該腔室中被接收並經調適以運輸一基板，該機器人設備包括一吊桿連接裝置、一上臂連結外殼、一前臂連結外殼、一腕部構件及一前臂驅動器構件，該吊桿連接裝置經調適以繞一第一旋轉軸旋轉，該上臂連結外殼於距離該第一旋轉軸一第一半徑位置偏移量之處耦合至該吊桿連接裝置，該上臂連結外殼經調適以繞位於該第一半徑位置的一第二旋轉軸旋轉，該前臂連結外殼於與該第二旋轉軸有距離的一第二位置耦合至該上臂連結外殼，且該前臂連結外殼經調適以相對於該上臂連結外殼繞位於該第二位置的一第三旋轉軸旋轉，該腕部構件經耦合至該前臂連結外殼，且該腕部構件經調適用於相對於該前臂連結外殼繞一第四旋轉軸旋轉，該腕部構件經調適以耦合至一末端執行器，其中該末端執行器經調適以攜帶一基板，該前臂驅動器構件牢固地耦合至該吊桿連接裝置，且該前臂驅動器構件具有一前臂驅動元件，該前臂驅動元件延伸穿過該上臂連結外殼，該前臂驅動元件經耦合至該前臂連結外殼的一被動構件。
在另一態樣中提供一種機器人設備，該機器人設備經調適以在一電子裝置處理系統中移動基板。該機器人設備包括一吊桿連接裝置、一上臂連結外殼、一前臂連結外殼、一腕部構件及一前臂驅動器構件，該吊桿連接裝置經配置以繞一第一旋轉軸旋轉，該上臂連結外殼於距離該第一旋轉軸一第一半徑位置偏移量之處經耦合至該吊桿連接裝置，該上臂連結外殼經調適以繞位於該第一半徑位置的一第二旋轉軸旋轉，該前臂連結外殼於與該第二旋轉軸有距離的一第二位置耦合至該上臂連結外殼，且該前臂連結外殼經調適以相對於該上臂繞位於該第二位置的一第三旋轉軸旋轉，該腕部構件經耦合至該前臂連結外殼，且該腕部構件經調適用於相對於該前臂連結外殼繞一第四旋轉軸旋轉，該腕部構件經調適以耦合至一末端執行器，其中該末端執行器經調適以攜帶一基板，該前臂驅動器構件牢固地耦合至該吊桿連接裝置，且該前臂驅動器構件具有一前臂驅動元件，該前臂驅動元件延伸穿過該上臂連結外殼，該前臂驅動元件經耦合至該前臂連結外殼的一被動構件。
在另一態樣中提供一種在一電子裝置處理系統內運輸一基板的方法。該方法包括提供一機器人設備，該機器人設備具有一吊桿連接裝置、一上臂連結外殼、一前臂連結外殼及一腕部構件，該上臂連結外殼耦合至該吊桿連接裝置，該前臂連結外殼耦合至該上臂連結外殼，該腕部構件耦合至該前臂連結外殼，該腕部構件經調適以耦合至一末端執行器，以及一前臂驅動器構件牢固地耦合至該吊桿連接裝置，該前臂驅動器構件具有一前臂驅動元件，該前臂驅動元件延伸穿過該上臂連結外殼，該前臂驅動元件經耦合至該前臂連結外殼的一被動構件，旋轉該吊桿連接裝置至一地點，該地點鄰近於一取放地點，相對於該吊桿連接裝置獨立地旋轉該上臂連結外殼，及相對於該前臂連結外殼獨立地旋轉該腕部構件。
按照本發明之該些與其他態樣，多種其他特徵被提供。從以下之【實施方式】、所附之申請專利範圍及隨附之圖式，本發明之其他特徵及態樣將更完全顯而易見。
電子裝置製造可需要在不同地點之間非常精確及快速的基板運輸。尤其，末端執行器設備可附接至機器人設備之手臂末端，而可經調適以在基板處理系統之處理室及(或)負載鎖定來回運輸置放在該末端執行器上的基板。當手臂長時，要注意的是機器人機制的穩固性，原因在於機器人設備快速的啟動及停止，可致使末端執行器的震動。習用之選擇適應性裝配機器人臂(selective compliant articulated robot arm，SCARA)類型的機器人僅可以直線方式進出傳遞室，因此限制了它們的多功能性。在某些系統中，特別是具有大量刻面(例如，五個或更多)及多個負載鎖定(如第1圖中所示)的主架構，該傳遞室需要儘可能地小，以減少成本及系統大小。此種大小縮減也可將基板在處理室及負載鎖定之間所需移動的距離最小化。然而，把機器人設備包裝在一個小空間外殼中，對現有機器人而言是一大挑戰。
為了縮小機器人的大小並使具有多個處理室的叢集工具得以服務，本發明在一第一態樣中提供一種機器人設備，該機器人設備具有精巧的配置及最小數目的組件，該些組件包括與一獨立上臂耦合的一吊桿，以及腕部構件動作功能。在此說明了包括可獨立旋轉之上臂及可獨立旋轉之腕部構件的實施例，該些腕部構件附接有單一承載片(blade)及雙重承載片。此種配置使得機器人的整體大小外殼減小，並允許以非直線朝向的方式進入腔室及負載鎖定，即不垂直於處理室之刻面的方式。此外，藉由在運動學上耦合該上臂連結外殼及該前臂連結外殼的動作，建構可得以簡化。
在一態樣中提供一種電子裝置處理系統，該系統包括可被用於在電子裝置製造之腔室間運輸基板的一機器人設備。該電子裝置處理系統包括一腔室及在該腔室中接收之機器人設備。該機器人設備包括一吊桿連接裝置、一上臂連結外殼及一腕部構件，該腕部構件經調適以耦合至一末端執行器，其中該末端執行器經調適以攜帶一基板。一前臂驅動器構件被提供，該前臂驅動器構件牢固地耦合至該吊桿連接裝置並具有一前臂驅動元件，該前臂驅動元件延伸穿過該上臂連結外殼，該前臂驅動元件係耦合至該前臂連結外殼的一被動構件。以此種方式，該前臂連結外殼可透過該上臂連接裝置相對於該吊桿連接裝置的獨立旋轉而在運動學上被驅動。此外，可提供該上臂連結外殼及該腕部構件的獨立旋轉。藉由安裝在該吊桿連接裝置中的一電動機，可提供該上臂連結外殼相對於該吊桿連接裝置的獨立旋轉。藉由安裝在該上臂連結外殼中的一電動機，可提供該腕部構件相對於該前臂連結外殼的獨立旋轉。
在此將參照第1圖至第6圖，說明本發明各種態樣之例示性實施例的進一步細節。
第1圖係按照本發明的電子裝置處理系統100之例示性實施例的俯視示意圖。電子裝置處理系統100可經調適以(例如)在處理室之間傳遞基板。電子裝置處理系統100包括外殼101，該外殼包括傳遞室102。傳遞室102包括頂部、底部及側面牆，並可維持在(例如)一真空中。機器人設備104在傳遞室102中被接收，並經調適以在該傳遞室其中可運作。機器人設備104可經調適以自一目的地取得一基板105(有時被稱為「晶圓」或「半導體晶圓」)或將該基板放置在該目的地，該基板被安裝在機器人設備104的末端執行器128上。該目的地可為耦合至傳遞室102的一腔室。例如，該目的地可為耦合至傳遞室102的一或更多處理室106及(或)一或更多負載鎖定室108。
處理室106可經調適以在基板105上實行任意數目之處理步驟，像是：沉積、氧化、硝化、蝕刻、拋光、清潔、微影或類似處理步驟。負載鎖定室108可經調適以與一工廠介面109相接，該工廠介面可自基板載器111(例如，前方開口統一式匣(Front Opening Unified Pods，FOUP))接收基板105，該基板載器停靠於工廠介面109的負載埠。另一機器人(未顯示)可經使用以在基板載器111及負載鎖定108之間傳遞基板105，如箭頭112所示。可以任何順序進行傳遞。
現參看第2A圖至第2I圖的更多細節，將更詳細說明機器人設備104。機器人設備104可包括底座107及吊桿連接裝置113，該底座經調適以附接至傳遞室102的一牆，該吊桿連接裝置在所描繪的實施例中係一大致牢固的懸臂樑。吊桿連接裝置113可經調適來以順時針或逆時針旋轉方向繞第一旋轉軸114被旋轉。可藉由像是第一電動機115之任何合適的機動構件來提供繞第一旋轉軸114之旋轉，該第一電動機可在電動機外殼116中被接收，像是習用之可變磁阻或永久磁鐵電子電動機。吊桿連接裝置113之旋轉可藉由自控制器117給第一電動機115之合適命令而得以控制。
被安裝於吊桿連接裝置113的一外側端，在與第一旋轉軸114有距離的一位置上的，係為上臂連結外殼118。在運作上，一旦吊桿連接裝置113位在鄰近於用以取放基板105的所欲目的地，上臂連結外殼118可連同前臂連結外殼122及腕部構件126經合適地致動，以在承載片128上自該目的地(例如，處理室106或負載鎖定室108)取得基板105或在該目的地放置基板105。
再次參看第2A圖至第21圖，說明了機器人設備104的一第一實施例可經調適以用於第1圖之基板處理系統100。如以上所討論，機器人設備104可包括底座107、吊桿連接裝置113及上臂連結外殼118，吊桿連接裝置113相對於底座107可旋轉，上臂連結外殼118於距離第一旋轉軸114一第一半徑位置偏移量之處耦合至吊桿連接裝置113。上臂連結外殼118可經調適以相對於吊桿連接裝置113繞位於該第一半徑位置的第二旋轉軸119在一X-Y平面中旋轉。
於與第二旋轉軸119有距離的一第二位置耦合至上臂連結外殼118的係為前臂連結外殼122。前臂連結外殼122經調適於相對於上臂連結外殼118繞位於該第二位置的第三旋轉軸123在該X-Y平面中旋轉。在某些實施例中，上臂連結外殼118的長度可與用於前臂連結外殼122的長度相同。可使用其他長度。
位在前臂連結外殼122之一外側端上，在與第三旋轉軸123有距離的一位置上的，係為腕部構件126。腕部構件126經調適用於相對於前臂連結外殼122繞第四旋轉軸127在該X-Y平面中旋轉。此外，腕部構件126經調適以耦合至末端執行器128(或稱為「承載片」)，其中末端執行器128經調適以在取放運作期間攜帶及運輸基板105(第1圖)。末端執行器128可具任何合適之結構。末端執行器128可為被動，或可包括一些主動構件以固持基板，像是機械夾或靜電能力。末端執行器可藉由像是機械緊固件、黏著件、夾持件等任何合適之構件而經耦合至腕部構件。腕部構件及末端執行器可選擇地藉由形成一體來互相耦合。
在第1圖所描繪的實施例中，機器人設備104顯示為位在並被安放在傳遞室102中。然而，應肯認機器人設備104的此實施例，以及在此所說明的其他機器人設備，可有利地使用在電子裝置製造的其他領域中，舉例來說，像是在工廠介面109，其中該機器人設備可在該處理系統之負載埠及負載鎖定室108之間運輸基板105或基板載器111。在此所說明的機器人設備(例如，設備100)也能夠有其他運輸用途。
第2B圖至第2H圖說明本發明之機器人設備100的各種定位能力。在以下第2I圖的說明之後將顯而易見，在第2B圖至第2H圖之各圖中，吊桿連接裝置113可相對於該底座獨立地被旋轉。同樣地，腕部構件126(及所耦合之末端執行器128)可相對於前臂連結外殼122獨立地被旋轉。同樣地，上臂連結外殼118可相對於吊桿連接裝置113獨立地被旋轉。如同將明顯可見的，前臂連結外殼122在運動學上係藉由上臂連結外殼118的動作所驅動。
第2I圖圖示機器人設備104的截面側視圖，以一完全展開的狀態利於容易說明。在此實施例中的機器人設備104可包括底座107，該底座可包括(例如)一輪緣，或其他經調適以附接至腔室(例如，傳遞室102)之牆面的附接功能，或其他框架構件。底座107可經耦合至電動機外殼116或與該電動機外殼合體，該電動機外殼包含第一電動機115。第一電動機115經調適以繞第一旋轉軸114旋轉吊桿連接裝置113。吊桿連接裝置113可為一牢固的懸臂樑，該懸臂樑可自第一旋轉軸114以一半徑方向往外延伸。吊桿連接裝置113可包括空腔113A，該空腔經調適以接收第二電動機132，以下將更完整說明該第二電動機。吊桿連接裝置113可也包括導軸113B，該導軸延伸進入電動機外殼116，且該導軸包括其中所安裝之第一電動機115的轉子。
機器人設備104可進一步包括垂直電動機134及垂直驅動器機構136，該垂直驅動器機構經調適以致使末端執行器128的垂直動作(在Z軸中)。垂直驅動器機構136可包括蝸桿驅動、導螺桿、或齒條及小齒輪機構，使得當藉由垂直電動機134旋轉該垂直驅動器時，致使第一電動機115沿第一旋轉軸114垂直地平移。伸縮管138或其他合適的真空阻隔層可經使用以接納該垂直動作，並也作為在該真空室及電動機外殼116之內部116A之間的一真空阻隔層，該電動機外殼之內部可為具大氣壓力。像是線性軸承或其他線性動作抑制構件之一或更多平移接納裝置139，可經使用以限制第一電動機115之動作僅止沿第一旋轉軸114的垂直動作。
機器人設備104可包括上臂連結外殼118，該上臂連結外殼於距離第一旋轉軸114一第一半徑位置偏移量之處旋轉地耦合至吊桿連接裝置113，且繞第二旋轉軸119可旋轉。在此實施例中，上臂連結外殼118包括空腔118A及導軸118B。導軸118B係藉由一或更多合適的軸承旋轉地安裝在吊桿連接裝置113中。上臂連結外殼118的導軸118B也耦合至第二電動機132，該第二電動機被安裝至吊桿連接裝置113。與第二電動機132之耦合可藉由上臂驅動器組合件140。上臂驅動器組合件140可包含任何合適的結構以用於驅動導軸118B。例如，在所描繪的實施例中，上臂驅動器組合件140可包括驅動器構件142、被動構件144及上臂驅動器元件146，該被動構件耦合至導軸118B，該上臂驅動器元件居間連接驅動器構件142及被動構件144。驅動器構件142可為耦合至第二電動機132之該轉子的一滑輪，而被動構件144可為在導軸118B上的一滑輪。上臂驅動器元件146可為一或更多皮帶或條，像是兩習用之金屬條，其中各皮帶牢固地於末端耦合至該些滑輪。在所描繪的該實施例中，經安置在吊桿連接裝置113之空腔113A中的第二電動機132可暴露至一真空。
機器人設備104也包括前臂驅動器構件148，該前臂驅動器構件牢固地耦合至吊桿連接裝置113，例如位於該吊桿連接裝置的一低端。前臂驅動器構件148可包括一軸及一滑輪，該軸被固定地接收或經附接至吊桿連接裝置113，該滑輪位於該前臂驅動器構件的一上端。前臂驅動器構件148可經耦合至前臂驅動器元件150，該前臂驅動器元件延伸穿過上臂連結外殼118的空腔118A。前臂驅動器元件150可經耦合至前臂連結外殼122的前臂被動構件152。在某些實施例中，前臂驅動器構件148之半徑及前臂被動構件152之半徑的比例可為2：1。可使用其他比例。前臂被動構件152可為一導軸，該導軸自前臂連結外殼122的主體往下延伸。該導軸可藉由一或更多合適的軸承經安裝以用於在上臂連結外殼118中旋轉。
腕部驅動器組合件154可被包括及經調適以允許腕部構件126相對於前臂連結外殼122繞第四旋轉軸127獨立地被旋轉。腕部驅動器組合件154可包括第三電動機156、腕部驅動器構件157、傳遞軸158、腕部被動構件160以及第一及第二腕部驅動元件161及162，該第三電動機被安裝在上臂連結外殼118中，該傳遞軸藉由軸承旋轉地經安裝在上臂連結外殼118中。傳遞軸158分別藉由第一腕部驅動元件161於下端耦合至腕部驅動器構件157，及藉由第二腕部驅動元件162於上端耦合至腕部被動構件160。該傳遞軸可於上端及下端包括合適的滑輪。腕部驅動元件161、162可為一或更多皮帶或條，像是兩習用之金屬條，其中各皮帶牢固地於末端耦合至該些所連接滑輪。在所描繪的實施例中，第三電動機156類似於第二電動機132而經安放在空腔118A，並可經暴露於一真空。第二電動機132及第三電動機156之各者可分別為(例如)可變磁阻或永久磁鐵電子電動機。該些電動機可各自包括反饋感測器，以提供精確的位置資訊反饋至控制器117。導線可穿過該些不同空腔118A及113A，並連接至連接器組合件164。如習知技術之人士所知，連接器組合件164可為任何合適的連接器，像是具有複數個刷狀連接的滑環組合件。如習知技術之人士所知，鄰近於連接器組合件164可為任何合適的真空密封裝置166，例如磁性流體密封。該真空密封允許在電動機外殼116A中呈現大氣狀態，而在空腔113A中及導軸113B內部呈現真空狀態。
在運作上，自控制器117至第三電動機156的控制訊號致使該轉子相對於其固定子的旋轉。此旋轉致使腕部驅動器構件157的旋轉，以及傳遞軸158及腕部被動構件160的所產生旋轉，並因此致使腕部構件126及所耦合之末端執行器128相對於前臂連結外殼122的獨立旋轉。同樣地，自控制器117至第二電動機132的控制訊號致使該轉子相對於其固定子的旋轉。此旋轉致使上臂驅動器構件142的旋轉，以及上臂被動構件144的所產生旋轉，並因此致使上臂連結外殼118相對於吊桿連接裝置113的旋轉。因此，應顯而易見上臂連結外殼118及腕部構件126在X-Y平面中繞第二旋轉軸119及第四旋轉軸127之旋轉可經獨立地達成。因此有優勢之處在於，藉由機器人設備104，可達成末端執行器128的無限種傳遞路徑。此外，亦可注意到藉由具備單一電動機，可提供在吊桿連接裝置113中的第二電動機132，該第二電動機耦合至上臂連結外殼118，該上臂連結外殼係前臂連結外殼122之腕部構件126以一直線軌跡之延伸。該軌跡可以位在上臂連結外殼118及前臂連結外殼122內的一特定滑輪比例，以及在上臂連結外殼118及前臂連結外殼122之間1：1的長度比例來達成。可使用其他比例。
第3圖描繪機器人設備304的另一實施例，該機器人設備可經調適以在電子裝置處理系統100內使用。在此實施例中之機器人設備304可包括在前一實施例中的所有相同組件，例如底座307、吊桿連接裝置313、上臂連結外殼318、前臂連結外殼322及腕部構件326，該吊桿連接裝置經調適在X-Y平面中繞第一旋轉軸314旋轉，該上臂連結外殼經調適在X-Y平面中繞第二旋轉軸319旋轉，該前臂連結外殼322經調適在X-Y平面中繞第三旋轉軸323旋轉，該腕部構件經調適在X-Y平面中繞第四旋轉軸327旋轉。末端執行器328可經耦合至腕部構件326，並經調適以固持一基板(未顯示)。末端執行器328可作為一分離構件經附接至腕部構件326，或可與腕部構件326形成一體。同樣地，機器人設備304可也包括第一電動機315、第二電動機332及第三電動機356，該第一電動機經調適以旋轉吊桿連結313，該第二電動機經調適以獨立地旋轉上臂連結外殼318，該第三電動機經調適以提供腕部構件326相對於前臂連結外殼322的獨立旋轉。相較於先前的實施例，第二電動機332及第三電動機356兩者皆被安裝在吊桿連接裝置313上。因此，在本實施例中，該三電動機315、332及356之各者可被安裝在大氣中。尤其，吊桿連接裝置313可包括三腔室313A、313B及313C。腔室313A及313C可供以一真空，而腔室313B可供以大氣壓力。
在運作上，上臂連結外殼318可藉由第二電動機332相對於吊桿連接裝置313獨立地被驅動。第二電動機332包括一固定子及一轉子，該固定子被固定地安裝至吊桿連接裝置313，該轉子被安裝至上臂驅動器構件342。在運作上，上臂驅動器構件342藉由第二電動機332的旋轉致使耦合至上臂連結外殼318的上臂被動構件344在X-Y平面中繞第二軸319旋轉。驅動器元件346可居間連接上臂驅動器構件342及上臂被動構件344，該驅動器元件可為任何合適的驅動器連接器，例如皮帶、驅動器軸等等。在某些實施例中，驅動器元件346係由金屬條構成，該些金屬條各自連接(例如，釘住)至上臂驅動器構件342及上臂被動構件344。在本實施例中，腕部構件326及因此末端執行器328可繞第四軸327相對於前臂連結外殼322經獨立地旋轉。在本實施例中，腕部構件326係藉由腕部驅動器組合件354被驅動，該腕部驅動器組合件包含腕部驅動器構件357、腕部被動構件360、第一傳遞軸358及第二傳遞軸359、及腕部驅動元件361、362及363。此一安排允許上臂連結外殼318相對於吊桿連接裝置313的獨立旋轉，還有腕部構件326相對於前臂連結外殼322的獨立旋轉，並允許第一電動機332及第二電動機356位在大氣中。此有優勢地限制在接收機器人設備304所在之該真空室內的微粒產生。合適的密封(例如，磁性流體密封)可在第一電動機315及第二電動機332的該些軸以及該些電動機分別之外殼之間提供，以密封在大氣及真空狀態間的壓力介面。
如在前一實施例中，前臂驅動器構件348至吊桿連接裝置313以一固定關係(即固定地耦合)被提供。前臂驅動器構件348可包括一軸，該軸(例如)於一較低端附貼至吊桿連接裝置313的一底部。前臂驅動器構件348可包括一滑輪，該滑輪位於該前臂驅動器構件的一上端。前臂驅動器構件348可經耦合至前臂驅動器元件350，該前臂驅動器元件延伸穿過上臂連結外殼318的空腔318A。前臂驅動器元件350可經耦合至前臂連結外殼322的前臂被動構件352。前臂被動構件352可為一導軸，該導軸自前臂連結外殼322的主體往下延伸。該導軸可藉由一或更多合適的軸承經安裝以用於在上臂連結外殼318中旋轉，像是球軸承。在各旋轉軸可提供其他合適的軸承及(或)軸承組合件。
應顯而易見在所描繪的實施例中，上臂連結外殼318及前臂連結外殼322的動作係在運動學上連結。當上臂連結外殼318經由由控制器317至第一電動機315的一合適控制訊號而被旋轉，前臂連結外殼322旋轉一量，該量由該所致齒輪數比所指定，該所致齒輪數比由前臂驅動器構件348及前臂被動構件352的半徑所指定。在該指定實施例中，前臂驅動器構件348比前臂被動構件352的角旋轉比例可為大約1：1。可使用其他比例。
第4A圖至第4B圖描繪機器人設備404的另一實施例，該機器人設備可經調適以使用於電子裝置處理系統100內。此機器人設備404包含雙重末端執行器(例如，承載片)，該等末端執行器可經定位為相互交疊。此一配置允許於一特定處理室處兩基板的交換，一方面維持該機器人設備靠近該腔室而就地排列。據此，產量可得以增加。
在本實施例中的機器人設備404可包括底座407及吊桿連接裝置413，該底座經調適以被附接至一腔室的一牆面，例如傳遞室的牆面。吊桿連接裝置413可經調適於相對於底座407繞第一旋轉軸414旋轉。機器人設備404可也包括上臂連結外殼418及前臂連結外殼422，該上臂連結外殼418經調適相對於吊桿連接裝置413在X-Y平面中繞第二旋轉軸419獨立旋轉，該前臂連結外殼經調適在X-Y平面中繞第三旋轉軸423旋轉。在此實施例中，多個腕部構件426A、426B一個疊在另一之上而經提供，其中各腕部構件經調適於在X-Y平面中繞第四旋轉軸427獨立旋轉。末端執行器428A、428B可經耦合至腕部構件426A、426B，且該些末端執行器經調適以固持一基板(未顯示)。末端執行器428A、428B可作為一分離構件經附接至腕部構件426A、426B，或可與腕部構件426A、426B形成一體。
最佳如第4B圖所顯示，機器人設備404包括吊桿連接裝置413，該吊桿連接裝置可藉由第一電動機415的促動相對於底座407獨立地被旋轉。同樣地，腕部構件426A、426B(以及所耦合之末端執行器428A、428B)可相對於前臂連結外殼422獨立地被旋轉。同樣地，上臂連結外殼418可相對於吊桿連接裝置413獨立地被旋轉。如同在前一實施例中，前臂連結外殼422在運動學上係藉由上臂連結外殼418的動作所驅動。
第4B圖圖示機器人設備404的截面側視圖，以一完全展開的狀態利於容易說明。在此實施例中機器人設備404可包括底座407，該底座耦合至電動機外殼416或與該電動機外殼為一體，該電動機外殼包含第一電動機415。第一電動機415經調適以繞第一旋轉軸414旋轉吊桿連接裝置413。吊桿連接裝置413可為一牢固的懸臂樑，該懸臂樑可在一半徑方向中自第一旋轉軸414往外延伸。吊桿連接裝置413可包括空腔413A，該空腔經調適以接收第二電動機432，以下將更完整介紹該第二電動機。吊桿連接裝置413可也包括導軸413B，該導軸延伸進入電動機外殼416，且該導軸包括第一電動機415之該轉子安裝於其上。
機器人設備404可進一步包括垂直電動機434及垂直驅動器機構436，該垂直驅動器機構經調適以致使末端執行器428A及428B的垂直動作(在Z軸中)。垂直驅動器機構436可包括蝸桿驅動或導螺桿，當該蝸桿驅動或導螺桿藉由垂直電動機434被旋轉時，致使第一電動機415沿第一旋轉軸414垂直地平移。伸縮管438或其他合適的真空阻隔層可經使用以接納該垂直動作，並也作為在吊桿連接裝置413、上臂連結外殼418、前臂連結外殼422及腕部構件426A、426B所在之該真空室及電動機外殼416之內部416A之間的一真空阻隔層，該電動機外殼之內部可為具大氣壓力。像是線性軸承或其他線性動作抑制構件之一或更多平移接納裝置439，可經使用以限制第一電動機415之該固定子的旋轉動作，使得該固定子之該動作限於僅止沿第一旋轉軸414的垂直動作。
機器人設備404可包括上臂連結外殼418，該上臂連結外殼於距離第一旋轉軸414一第一半徑位置偏移量之處旋轉地耦合至吊桿連接裝置413，且繞第二旋轉軸419可旋轉。在此實施例中，上臂連結外殼418包括空腔418A及導軸418B。導軸418B係藉由一或更多合適的軸承旋轉地安裝在吊桿連接裝置413中，例如球軸承。上臂連結外殼418的導軸418B也耦合至第二電動機432，該第二電動機被安裝至吊桿連接裝置413。與第二電動機432之耦合可藉由上臂驅動器組合件440。上臂驅動器組合件440可包含任何合適的結構以用於驅動導軸418B。例如，在所描繪的實施例中，上臂驅動器組合件440可包括驅動器構件442、被動構件444及上臂驅動器元件446，該被動構件耦合至導軸418B，該上臂驅動器元件居間連接驅動器構件442及被動構件444。驅動器構件442可為耦合至第二電動機432之該轉子的一滑輪，而被動構件444可為在導軸418B上的一滑輪。上臂驅動器元件446可為一或更多皮帶或條，像是兩習用之金屬條，其中各皮帶牢固地於末端耦合至該些滑輪。在所描繪的該實施例中，經安置在吊桿連接裝置413之空腔413A中的第二電動機432可暴露至一真空。
機器人設備404也包括前臂驅動器構件448，該前臂驅動器構件牢固地耦合至吊桿連接裝置413，例如位於該吊桿連接裝置的一低端。前臂驅動器構件448可包括一軸449，該軸被固定地接收或經附接至吊桿連接裝置413，比方在其中的一口袋中。前臂驅動器構件448可包括一滑輪，該滑輪位於該前臂驅動器構件的一上端。前臂驅動器構件448可經耦合至前臂驅動器元件450，該前臂驅動器元件延伸穿過上臂連結外殼418的空腔418A。前臂驅動器元件450可經耦合至前臂連結外殼422的前臂被動構件452。前臂被動構件452可為一導軸，該導軸自前臂連結外殼422的主體往下延伸。該導軸可藉由一或更多合適的軸承或類似物經安裝以用於在上臂連結外殼418中旋轉。
腕部驅動器組合件454可被包括及經調適以允許腕部構件426A、426B之各者相對於前臂連結外殼422繞第四旋轉軸427獨立地被旋轉。腕部驅動器組合件454可包括第三電動機456A及第四電動機456B、腕部驅動器構件457A及457B、傳遞軸458A及458B、腕部被動構件460A及460B、第一腕部驅動元件461A及461B以及第二腕部驅動元件462A及462B，該第三及第四電動機被安裝在上臂連結外殼418中，該等傳遞軸藉由軸承經旋轉地安裝至上臂連結外殼418。傳遞軸458A及458B分別藉由第一腕部驅動元件461A、461B於下端耦合至腕部驅動器構件457A、457B，及藉由第二腕部驅動元件462A、462B於上端耦合至腕部被動構件460A、460B。傳遞軸458A、458B可於上端及下端包括合適的滑輪。腕部驅動元件461A、461B、462A、462B可為一或更多皮帶或條，像是兩習用之金屬條，其中各皮帶牢固地於末端耦合至該些所連接滑輪。在所描繪的實施例中，第三電動機456A及第四電動機456B經安放在空腔418A中，並可經暴露於一真空。該等電動機432、456A及456B之各者可分別為(例如)可變磁阻或永久磁鐵電子電動機。可使用其他類型之電動機。該些電動機可各自包括反饋感測器，以提供精確的位置資訊反饋至控制器417。導線可穿過該些不同空腔418A及413A，並連接至連接器組合件464。如習知技術之人士所知，連接器組合件464可為任何合適的連接器，像是具有複數個刷狀連接的滑環組合件。如習知技術之人士所知，鄰近於連接器組合件464可為任何合適的真空密封裝置466，例如磁性流體密封。該真空密封允許在電動機外殼416A中呈現大氣狀態，而在空腔413A中及導軸413B內部呈現真空狀態。
在運作上，自控制器417至第三電動機456A及第四電動機456B的控制訊號致使該轉子相對於其固定子的旋轉。此旋轉致使腕部驅動器構件457A、457B的旋轉，以及傳遞軸458A、458B及腕部被動構件460A、460B的所產生旋轉，並因此致使腕部構件426A、426B及所耦合之末端執行器428A、428B相對於前臂連結外殼422的獨立旋轉。以此種作法，基板可於一處理室交換，無須如在單一腕部版本中將該機器人移動至一第二地點。
控制器417可也提供控制訊號至第二電動機432，以致使該轉子相對於其固定子的旋轉。此旋轉致使上臂驅動器構件442的旋轉，以及上臂被動構件444的所產生旋轉，並因此致使上臂連結外殼418相對於吊桿連接裝置413的旋轉。因此，應顯而易見上臂連結外殼418及腕部構件426A、426B在X-Y平面中繞第二旋轉軸419及第四旋轉軸427之旋轉可經獨立地達成。因此有優勢之處在於，藉由機器人設備404，可達成末端執行器428A、428B的無限種傳遞路徑。在第4C至第4I圖中顯示雙重承載片機器人設備404的各種配置。如圖中可見，吊桿連接裝置413可經旋轉至任何所欲之方向，接著隨著腕部構件426A、426B的獨立旋轉以於一處理室促成基板交換，可完成上臂連結外殼418的獨立旋轉。在上臂連結外殼418及前臂連結外殼422之間的運動耦合，簡化整體結構並最小化所需之電動機數目。
第5圖描繪機器人設備504的另一實施例，該機器人設備包括可獨立控制的腕部構件526A及526B。在大部分態樣中，此實施例與第3圖之實施例相同。機器人設備504可在一腔室中接收，並經調適以運輸一基板(未顯示)。該機器人設備包括吊桿連接裝置513、上臂連結外殼518、前臂連結外殼522及多個腕部構件526A、526B，該吊桿連接裝置經調適在X-Y平面中繞第一旋轉軸517旋轉，該上臂連結外殼於距離該第一旋轉軸517一第一半徑位置偏移量之處經耦合至吊桿連接裝置513，該上臂連結外殼經調適繞於該第一半徑位置的第二旋轉軸519旋轉，該前臂連結外殼於與第二旋轉軸519有距離的一第二位置耦合至該上臂連結外殼，且該前臂連結外殼經調適以相對於上臂連結外殼518繞位於該第二位置的第三旋轉軸523旋轉，該腕部構件經耦合至前臂連結外殼522，該腕部構件經調適相對於該前臂連結外殼繞第四旋轉軸527旋轉。該等腕部構件經調適以耦合至末端執行器528A、528B，其中該等末端執行器經調適以攜帶基板(未顯示)。如同第3圖中的實施例，前臂驅動器構件548經牢固地耦合至吊桿連接裝置513，前臂驅動元件550延伸穿過上臂連結外殼518，且前臂驅動元件550經耦合至前臂連結外殼522的被動構件552。
第5圖及第3圖之間的主要差異在於在第5圖的實施例中，有兩電動機532A及532B經安裝及安置在吊桿連接裝置513中。如同第3圖之實施例，位在空腔513B中的電動機532A及532B包含接近大氣壓力，而腕部驅動器組合件554係經暴露於一真空。
按照本發明而在一電子裝置處理系統中運輸基板的方法600，將參看第6圖來提供及說明。方法600包括提供一機器人設備(例如，104、304、404及504)，該機器人設備具有一吊桿連接裝置(例如，113、313、413及513)、一上臂連結外殼(例如，118、318、418及518)、一前臂連結外殼(例如，122、322、422及522)、一腕部構件(例如，126、326、426A、426B、526A及526B)及一前臂驅動器構件(例如，148、348及548)，該上臂連結外殼耦合至該吊桿連接裝置，該前臂連結外殼耦合至該上臂連結外殼，該腕部構件耦合至該前臂連結外殼，該腕部構件經調適以耦合至一末端執行器(例如，128、328、428A、428B、528A及528B)，該前臂驅動器構件經牢固地耦合至該吊桿連接裝置並具有一前臂驅動元件(例如，150、350及550)，該前臂驅動元件延伸穿過該上臂連結外殼，該前臂驅動元件經耦合至該前臂連結外殼的一被動構件(例如，152、352及552)。在方塊604中，該吊桿連接裝置(例如，113、313、413及513)經旋轉至鄰近於一遞送目的地(例如，一取放地點)之一地點。在方塊606中，該上臂連結外殼相對於該吊桿連接裝置經獨立地旋轉。此獨立旋轉可以順時針或逆時針方向，且可藉由自該控制器(例如，117、317、417、517)至該第一電動機(例如，115、315、415)之訊號所起始。同樣地，在方塊608中，該腕部構件(例如，126、326、426A、426B、526A及526B)之獨立旋轉係藉由該腕部構件相對於該前臂連結外殼(例如，122、322、422及522)之旋轉所達成。
如可顯見的，利用在此所說明之機器人設備，一基板的取放可於一目的地點達成，而機器人設備的整體大小及安放該機器人設備之腔室大小可得以減少。在某些實施例中，該吊桿連接裝置、上臂連結外殼及腕部構件可經同步旋轉以利取放運作。在以上所述之實施例的各者中，該上臂連結外殼(例如，118、318、418及518)及該前臂連結外殼(122、322、422及522)的動作在運動學上相連結。也就是說，該上臂連結外殼及該前臂連結外殼藉由該驅動器構件(例如，148、348、448及548)、被動構件(例如，152、352、452及552)及前臂驅動器元件(例如，150、350、450及550)而一起傳動。
以上之說明僅揭露本發明之例示性實施例。以上揭露之設備及方法的修改，如落在本發明之範疇內，對於該領域具通常知識者應顯而易見。因此，儘管僅針對於在此之例示性實施例揭露本發明，應理解其他實施例可落在本發明之精神及範疇內，該範疇將由以下之申請專利範圍所定義。
100‧‧‧電子裝置處理系統
101‧‧‧外殼
102‧‧‧傳遞室
104、304、404、504‧‧‧機器人設備
105‧‧‧基板
106‧‧‧處理室
107、307、407‧‧‧底座
108‧‧‧負載鎖定室
109‧‧‧工廠介面
111‧‧‧基板載器
112‧‧‧箭頭
113、313、413、513‧‧‧吊桿連接裝置
114、314、414、517‧‧‧第一旋轉軸
115、315、415‧‧‧第一電動機
116、416‧‧‧電動機外殼
116A‧‧‧內部
117、317、417‧‧‧控制器
118、318、418、518‧‧‧上臂連結外殼
113A、118A、313A、313B、313C、318A、413A、418A、513B‧‧‧空腔/腔室
113B、118B、413B、418B‧‧‧導軸
119、319、419、519‧‧‧第二旋轉軸
122、322、422、522‧‧‧前臂連結外殼
123、323、423、523‧‧‧第三旋轉軸
126、326、426A、426B、526A、526B‧‧‧腕部構件
127、327、427、527‧‧‧第四旋轉軸
128、328、428A、428B、528A、528B‧‧‧承載片/末端執行器
132、332、432‧‧‧第二電動機
138、438‧‧‧伸縮管
139、439‧‧‧平移接納裝置
140、440‧‧‧上臂驅動器組合件
142、342、442‧‧‧(上臂)驅動器構件
144、344、444‧‧‧(上臂)被動構件
146、346、446‧‧‧(上臂)驅動器元件
148、348、448、548‧‧‧前臂驅動器構件
150、350、450、550‧‧‧前臂驅動器元件
152、352、452、552‧‧‧前臂被動構件
154、354、454、554‧‧‧腕部驅動器組合件
156、356、456A‧‧‧第三電動機
157、357、457A、457B‧‧‧腕部驅動器構件
158、458A、458B‧‧‧傳遞軸
160、360、460A、460B‧‧‧腕部被動構件
161、461A、461B‧‧‧第一腕部驅動元件
162、462A、462B‧‧‧第二腕部驅動元件
164、464‧‧‧連接器組合件
166、466‧‧‧真空密封裝置
358‧‧‧第一傳遞軸
359‧‧‧第二傳遞軸
361-363‧‧‧腕部驅動元件
434‧‧‧垂直電動機
436‧‧‧垂直驅動器機構
449‧‧‧軸
456B‧‧‧第四電動機
532A、532B‧‧‧電動機
600‧‧‧方法
601、604、606、608‧‧‧方塊
第1圖係按照實施例，一基板處理系統之示意俯視圖，該基板處理系統包括位在一主架構之一傳遞室中的一機器人設備，該機器人設備經調適以在處理室及(或)負載鎖定之間運輸基板。
第2A圖係按照實施例，一機器人設備的等角視圖，該機器人設備包括單一承載片。
第2B圖至第2H圖係按照實施例，第2A圖之該機器人設備的一實施例以各種可行之配置顯示的等角視圖。
第2I圖係一機器人設備之實施例的截面側視圖。
第3圖係機器人設備之另一實施例的截面側視圖。
第4A圖係按照實施例，具有雙重承載片之一機器人設備的等角視圖。
第4B圖係一雙重承載片機器人設備之實施例的截面側視圖。
第4C圖至第4I圖係按照實施例，第4A圖之該雙重承載片機器人設備的一實施例以各種可行之配置顯示的等角視圖。
第5圖係按照實施例，另一雙重承載片機器人設備的截面側視圖。
第6圖係按照本發明的另一態樣，描繪操作一機器人設備之方法的流程圖。
504‧‧‧機器人設備
513‧‧‧吊桿連接裝置
513B‧‧‧空腔
517‧‧‧第一旋轉軸
518‧‧‧上臂連結外殼
519‧‧‧第二旋轉軸
522‧‧‧前臂連結外殼
523‧‧‧第三旋轉軸
526A、526B‧‧‧腕部構件
527‧‧‧第四旋轉軸
528A、528B‧‧‧末端執行器
532A、532B‧‧‧電動機
548‧‧‧前臂驅動器構件
550‧‧‧前臂驅動器元件
552‧‧‧(前臂)被動構件
554‧‧‧腕部驅動器組合件

权利要求:
Claims (20)
[1] 一種電子裝置處理系統，包含：一腔室；一機器人設備，該機器人設備在該腔室中被接收並經調適以運輸一基板，該機器人設備包括：一吊桿連接裝置，該吊桿連接裝置經調適以繞一第一旋轉軸旋轉；一上臂連結外殼，該上臂連結外殼於距離該第一旋轉軸一第一半徑位置偏移量之處耦合至該吊桿連接裝置，該上臂連結外殼經調適以繞位於該第一半徑位置的一第二旋轉軸旋轉；一前臂連結外殼，該前臂連結外殼於與該第二旋轉軸有距離的一第二位置耦合至該上臂連結外殼，且該前臂連結外殼經調適以相對於該上臂連結外殼繞位於該第二位置的一第三旋轉軸旋轉；一腕部構件，該腕部構件經耦合至該前臂連結外殼，且該腕部構件經調適用於相對於該前臂連結外殼繞一第四旋轉軸旋轉，該腕部構件經調適以耦合至一末端執行器，其中該末端執行器經調適以攜帶一基板；及一前臂驅動器構件，該前臂驅動器構件牢固地耦合至該吊桿連接裝置，且該前臂驅動器構件具有一前臂驅動元件，該前臂驅動元件延伸穿過該上臂連結外殼，該前臂驅動元件經耦合至該前臂連結外殼的一被動構件。
[2] 如請求項1所述之系統，其中該吊桿連接裝置係藉由在一電動機外殼中之一第一電動機所驅動。
[3] 如請求項1所述之系統，其中該前臂驅動器構件係於該吊桿連接裝置的一較低部分牢固地耦合至該吊桿連接裝置。
[4] 如請求項1所述之系統，其中該前臂驅動器構件延伸穿過該上臂連結外殼的一導軸。
[5] 如請求項4所述之系統，其中該上臂連結外殼的該導軸經耦合至一第二電動機，該第二電動機經安裝至該吊桿連接裝置。
[6] 如請求項5所述之系統，其中該上臂連結外殼的該導軸係藉由一驅動器組合件耦合至該第二電動機，該驅動器組合件包含一驅動器構件、一被動構件及一前臂驅動器元件，該被動構件耦合至該導軸，該前臂驅動器元件連接至該驅動器構件及該被動構件。
[7] 如請求項5所述之系統，其中被安放在該吊桿連接裝置中的該第二電動機係暴露於一真空。
[8] 如請求項1所述之系統，包含一第二電動機，該第二電動機被安放在該上臂連結外殼中。
[9] 如請求項8所述之系統，其中被安放在該上臂連結外殼中的該第二電動機係暴露於大氣。
[10] 如請求項8所述之系統，其中被安放在該上臂連結外殼中的該第二電動機經調適以致使該腕部構件的旋轉。
[11] 如請求項8所述之系統，包含一腕部構件驅動器組合件，該腕部構件驅動器組合件耦合該第二電動機及該腕部構件，該腕部構件驅動器組合件包含一驅動器滑輪、一轉移軸、一被動滑輪及第一及第二腕部構件驅動器皮帶，該轉移軸係可轉動地被安裝至該上臂連結外殼，該被動滑輪在該腕部構件上，該第一腕部構件驅動器皮帶耦合該轉移軸及該驅動器滑輪，該第二腕部構件驅動器皮帶耦合轉移軸及被動滑輪。
[12] 一種機器人設備，包含：一吊桿連接裝置，該吊桿連接裝置經配置以繞一第一旋轉軸旋轉；一上臂連結外殼，該上臂連結外殼於距離該第一旋轉軸一第一半徑位置偏移量之處經耦合至該吊桿連接裝置，該上臂連結外殼經調適以繞位於該第一半徑位置的一第二旋轉軸旋轉；一前臂連結外殼，該前臂連結外殼於與該第二旋轉軸有距離的一第二位置耦合至該上臂連結外殼，且該前臂連結外殼經調適以相對於該上臂繞位於該第二位置的一第三旋轉軸旋轉；一腕部構件，該腕部構件經耦合至該前臂連結外殼，且該腕部構件經調適用於相對於該前臂連結外殼繞一第四旋轉軸旋轉，該腕部構件經調適以耦合至一末端執行器，其中該末端執行器經調適以攜帶一基板；及一前臂驅動器構件，該前臂驅動器構件牢固地耦合至該吊桿連接裝置，且該前臂驅動器構件具有一前臂驅動元件，該前臂驅動元件延伸穿過該上臂連結外殼，該前臂驅動元件經耦合至該前臂連結外殼的一被動構件。
[13] 如請求項12所述之設備，其中該吊桿連接裝置係藉由在一電動機外殼中之一第一電動機所驅動。
[14] 如請求項12所述之設備，其中該前臂驅動器構件係於該吊桿連接裝置的一底部牢固地耦合至該吊桿連接裝置。
[15] 如請求項12所述之設備，其中該前臂驅動器構件延伸穿過該上臂連結外殼的一導軸。
[16] 如請求項15所述之設備，其中該上臂連結外殼的該導軸經耦合至一第二電動機，該第二電動機經安裝至該吊桿連接裝置。
[17] 如請求項16所述之設備，其中該上臂連結外殼的該導軸係藉由一驅動器組合件耦合至該第二電動機，該驅動器組合件包含一驅動器滑輪、被動滑輪及一上臂驅動器帶，該被動滑輪經耦合至該導軸，該上臂驅動器帶連接至該驅動器滑輪及被動滑輪。
[18] 如請求項12所述之設備，包含一第三電動機，該第三電動機被安放在該上臂連結外殼中，且該第三電動機經調適以致使該腕部構件的旋轉。
[19] 如請求項18所述之設備，包含一腕部構件驅動器組合件，該腕部構件驅動器組合件耦合該第二電動機及該腕部構件，該腕部構件驅動器組合件包含一驅動器滑輪、一轉移軸、一被動滑輪及第一及第二腕部構件驅動器皮帶，該轉移軸係可轉動地被安裝至該上臂連結外殼，該被動滑輪在該腕部構件上，該第一腕部構件驅動器皮帶耦合該轉移軸及該驅動器滑輪，該第二腕部構件驅動器皮帶耦合轉移軸及被動滑輪。
[20] 一種在一電子裝置處理系統內運輸一基板的方法，該方法包含以下步驟：提供一機器人設備，該機器人設備具有一吊桿連接裝置、一上臂連結外殼、一前臂連結外殼及一腕部構件，該上臂連結外殼耦合至該吊桿連接裝置，該前臂連結外殼耦合至該上臂連結外殼，該腕部構件耦合至該前臂連結外殼，該腕部構件經調適以耦合至一末端執行器，以及一前臂驅動器構件牢固地耦合至該吊桿連接裝置，該前臂驅動器構件具有一前臂驅動元件，該前臂驅動元件延伸穿過該上臂連結外殼，該前臂驅動元件經耦合至該前臂連結外殼的一被動構件；旋轉該吊桿連接裝置至一地點，該地點鄰近於一取放地點；相對於該吊桿連接裝置獨立地旋轉該上臂連結外殼；及相對於該前臂連結外殼獨立地旋轉該腕部構件。

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