JP2006026819A

JP2006026819A - 搬送ロボット

Info

Publication number: JP2006026819A
Application number: JP2004210003A
Authority: JP
Inventors: Fumio Sakitani; 文雄崎谷
Original assignee: Rorze Corp
Current assignee: Rorze Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】ガラス板の搬送ロボットの回動により、搬送ロボット自身から発生する塵埃を低減して、かつ、ガラス板を含む稼働範囲を狭くすると共にガラス板の可搬送範囲を広くする。
【解決手段】駆動源による駆動アームの回動を、ガラス板を保持するエンドエフェクタを回動可能に支持する従動アームに伝達する回動伝達手段を駆動アームと従動アームとから独立して備えることで、駆動源の上方領域をエンドエフェクタが進退運動により通過できる搬送ロボット。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動及び処理を行う際に高清浄な環境を必要とする基板等の搬送ロボットに関するものである。本発明は、移動及び処理を行う際に高い清浄環境を必要とする物品のいずれにも適用可能である。特に半導体ウエハや、ＬＣＤなどの電子部品である基板（以下、基板と称する。）をあげて説明するが、これは例示のためであり、本発明を限定するものではない。

一般に半導体やＬＣＤ等の基板の製造は高清浄な環境いわゆるクリーンルームで行われる。このクリーンルーム内に備えられる基板の製造装置は、多種多様の処理を行うために１つの処理装置に複数の処理室を有する場合がある。このような処理装置では、製品の歩留まり（良品率）を高くするため、各種処理を行う処理室内を気密可能に閉鎖することでその内部をさらに高清浄に保ち、加工処理を行っている。さらに各処理室は移載室に連結され、移載室自身も気密に閉鎖可能である。また、移載室に搬送ロボットを備えることで、製造装置内に基板を搬出入するために気圧調整・清浄度保持等をするためのロードロック室から各処理室へ基板の移動を行うことができる。

図８は、特許文献１の図１に示す（いわゆるフロッグレッグ式）のリンク機構を有する搬送ロボットである。この搬送ロボットは、鉛直方向に回動軸を有する駆動源を先端アーム２０の進退方向と直角をなす方向に２つ並んで備える。この駆動源１０の作動により、駆動源１０上部に固設した駆動アーム２の一端を回動すると共に、この駆動アーム２他端には円弧部１２，１３を介して備える受動アーム３（従動アーム）が連動して、２つの受動アーム３（従動アーム）の先端に共有する先端アーム２０を進退運動によりウエハ等を搬送するものである。

また、この搬送ロボットの駆動アーム２と受動アーム３とは同じ高さ上にあり、搬送ロボットの全体高さを増すことなく搬送ストロークを得ることを特徴とした搬送ロボットである。

図９は特許文献１の図２に記載された前述の駆動アーム２と受動アーム３とを回動可能に連結する円弧部１２、１３を示す。この円弧部１２、１３の間に十字掛け状にスチールベルトを取り付けることで、駆動アームと受動アームが連動して互いに逆方向に回動するものである。また、このロボットでは先端アーム２０にも円弧部を備えることで、先端アームに対して一方の受動アームが回動すれば、その回転角度だけ他方受動アームも逆方向に回動する。

図１０は、特許文献２の図４に記載された搬送ロボットを文献中の符号の通り示す。この搬送ロボットには、互いに独立して連動することができる駆動軸３ａ，３ｂを同軸状で、かつ、高さが異なるように備えている。この駆動軸３ａ，３ｂは互いに逆若しくは同じ方向に回動することで、その側部に固設した第１の腕６が作動することにより、その内部に備えるベルト機構を介して第二の腕８が連動して、半導体ウエハを積載するキャリアを移動することができるものである。

特開平９−２１９４３１号公報特開平９−２８３５８８号公報

前記製造装置では装置内部を高清浄にするため真空状態にすることがある。前述の製造装置の搬送ロボットは駆動源を大気中（処理装置の外側）に備え、ウエハを保持するアーム等は真空中に備える。このため図１０に示す搬送ロボットにおいて、大気と真空とを分ける境界部分に耐圧・防塵用磁性シール等を有する軸受けを備える必要がある。この軸受けを複数備えることは、コストが増大し、搬送ロボットも大きくなるという問題がある。

また、図８で示す特許文献１の搬送ロボット１０は、駆動アーム２と受動アーム３とは同じ高さの水平面内で回動するため、駆動アーム２を駆動軸１１周りに９０°程度しか回動できないため、進退運動する距離が短くなる。この問題を解決するには駆動アーム２と受動アーム３を長くする必要がある。このため、先端アーム上に載置したガラス基板等を含めた搬送ロボットの旋回半径（稼働範囲）が大きくなる。また、この搬送ロボットを備える製造装置の大きさが大きくなるという新たな問題が生じる。

図１０の搬送ロボットでは、第２の腕を駆動するためにベルト機構を備える。前述した真空状態にした処理装置内部にゴム製のベルトを使用すると、添加された有機物やその他含有物が空気中に舞って、それがウエハ表面に付着して汚染を引き起こすという問題が生じやすい。また、この搬送ロボットは第１の腕と第２の腕との軸間長さが異なるため、アームの動作制御が困難である。

本願発明の搬送ロボットは、ベース板上に回動軸を有する第一駆動源と、第一駆動源の回動軸と同芯状に回動軸を有する第二駆動源と、第一駆動源と第二駆動源の側面に突出してそれぞれ備える駆動アームと、各駆動アーム他端に備えて、駆動アームの回動を従動アームに伝達する第一回動伝達手段と、前記従動アーム先端に第二回動伝達手段を介して回動可能に支持するエンドエフェクタとからなり、駆動源の作動によってエンドエフェクタが水平面内を進退運動することができる。

本願発明の第一回動伝達手段と第二回動伝達手段は筐体を有しており、該筐体内に駆動アームの支軸と従動アームの各支軸の回動方向と逆方向で、且つ、速度比が１となるように動力を伝達する回動伝達機構を備える回動伝達手段である。また、回動伝達機構は、ベルト機構、歯車機構、並びにクランク機構などを備える構成としてもよい。

また、この搬送ロボットでは、駆動アームと従動アームとの軸間距離を異なるものとしてもかまわないが、軸間距離を等しくすることが望ましい。これは駆動源の作動に対応するエンドエフェクタの現在位置の把握が容易となることから、制御方法を簡易にすることができるためである。

本願発明の搬送ロボットは、エンドエフェクタの進行・後退方向にそれぞれ基板保持部を備えて進退双方向に移動の際に基板の受け渡しを行うことができる。

本発明の搬送ロボットの駆動アームと従動アームは、回動伝達手段にそれぞれ回動可能に支持されている。この回動伝達手段により駆動アームを１８０°程度回動しても動作死点を有さない（ジャックナイフ現象を起こさない）。このことから、従動アームは駆動アームの回動角度に対応して所定の回動を行うことができる。また、この回動伝達手段をユニットとして駆動アームと従動アームとから独立して備えることで、駆動アームを回動伝達手段の上側若しくは下側領域で１８０°程度自在に回動することができきる。さらに、エンドエフェクタをその進退運動の進退方向いずれの方向へも備えることで、進退運動の双方向に移動する際にも基板の受け渡しを行うことができる。
また、本願発明の搬送ロボットでは、ベルト機構に代えてリンク機構を備える。これにより処理室内を有機物による汚染を減少させることができる。
さらに、駆動アームと従動アームの軸間距離を等しくすることでこれにより、エンドエフェクタの移動位置算出、速度制御が容易である。

図１は本願発明の搬送ロボット１ａを示す斜視図である。この搬送ロボット１ａでは、基板の処理装置内部に搬送ロボット１ａを固定するためのベース板２上に鉛直方向の回動軸を有する第一駆動源３ａと、この第一駆動源３ａと同心状に高さをずらして第二駆動源３ｂを備える。この第一駆動源３ａと第二駆動源３ｂのそれぞれの側面に、水平面内に突出する棒形状の駆動アーム４ａ、４ｂを備える。この搬送ロボット１ａでは、駆動部３ａ、３ｂの作動により駆動アーム４ａ、４ｂが回動して、その先端に備える回動伝達手段５ａ、５ｂを介して従動アーム６ａ、６ｂが連動して、エンドエフェクタ７上の基板を移動できるリンク機構を備える。

図中符号の５ａ、５ｂに示す回動伝達手段は、駆動アーム４ａ、４ｂと従動アーム６ａ、６ｂとを回動可能に連結するとともに、駆動アーム４ａ、４ｂと従動アーム６ａ、６ｂが逆方向に速度比１で回動を伝達するものである。さらに、この搬送ロボット１ａでは、エンドエフェクタ７上の従動アーム６ａ、６ｂの各支軸を逆方向に、且つ、速度比１となるように回動する回動伝達手段５ｃを備える。また、回動伝達手段５ａ、５ｂの上部に駆動アーム４ａ、４ｂを備えることで、駆動アーム４ａ、４ｂが１８０°程度回転でき、この間に従動アーム６ａ、６ｂが連動して、エンドエフェクタ７が進退運動する。このためエンドエフェクタ７等が駆動源３ａ、３ｂ上方領域を通過して進退運動するので、基板を広い範囲で搬送することができる。この搬送ロボットでは、進退運動の進行方向と後退方向のいずれにおいても基板８（ここでは、８は平板状のガラス板であり、透明なので輪郭のみ示す。）の受け渡しが可能となるように、エンドエフェクタの進行方向と後退方向とに基板保持部９を備える。

図２は図１に示す搬送ロボット１ａの平面図である。この搬送ロボット１ａでは駆動アーム４ａ、４ｂと従動アーム６ａ、６ｂとが、図中一点鎖線で示す中心線に対して対称となるように備える。この搬送ロボットは、図２Ｂに示すように駆動アーム４ａと駆動アーム４ｂとが１８０°異なる方向に向いた状態から、駆動アーム４ａを時計回りに回動すると共に、駆動アーム４ｂを反時計回りに回動することで、図２Ａに示す位置にエンドエフェクタ７が図中一点差線上で白抜き矢印ｄ方向に進退運動できる。また、駆動アーム４ａと駆動アーム４ｂを同じ方向に回動したときはエンドエフェクタを白抜き矢印ｆ方向に回動できる。また、図２（Ａ）状態から図２（Ｂ）を経て、図２（Ｃ）の状態にまでエンドエフェクタを後退することができる。この搬送ロボットでは、図２（Ｃ）の位置まで後退させた後、図２（Ｂ）の白抜き矢印ｆ方向に回動させることで、エンドエフェクタ７に吸着保持する基板８に回動による慣性力の影響を少なくすることができる。さらに図２（Ｃ）で示すように、この搬送ロボットでは一方のエンドエフェクタ７により基板９を保持しながら、旋回方向に１８０°異なる方向に備える他方のエンドエフェクタ７により受け渡しを行うことができる。

図２Ｂの搬送ロボット１ａの従動アーム６ａ、６ｂは、その長さＴが駆動アーム４ａ、４ｂの長さＳより短くなっており、駆動源３ａ、３ｂの回動中心を含む中心線からエンドエフェクタ７上の駆動アーム４ａ、４ｂの回動中心までの距離をＵとしたとき、Ｓ＝Ｔ＋Ｕが成り立つように駆動アーム４ａ、４ｂ等を備える。

図２Ｃは、図２Ｂの状態から駆動アーム４ａを反時計回り、駆動アーム４ｂを時計回りに回動して、エンドエフェクタを白抜き矢印ｅ方向に向けて移動したときの状態を示すものである。この搬送ロボット１ａのエンドエフェクタ７には、進退動作する方向にそれぞれ基板保持部９を備え、前進・後退それぞれの動作時に基板８の受け渡しが可能である。

図１の搬送ロボット１ａでは、駆動アーム４ａ、４ｂと従動アーム６ａ、６ｂの軸間距離が異なっているのに対して、図３では、駆動アーム４ａ、４ｂの軸間距離Ｖと従動アーム６ａ、６ｂの軸間距離Ｗとが等しい搬送ロボット１ｂについて説明する。この搬送ロボットは、駆動アーム４ａ、４ｂのそれぞれ上部に備える従動アーム６ａ、６ｂを進退運動の方向にずらして備える。

図４は図３に示す搬送ロボット１ｂの作用状態を示す平面図である。図４Ｂに示す搬送ロボット１ｂでは、エンドエフェクタ７上にある従動アーム６ａ、６ｂの回動軸中心が、駆動源３ａ、３ｂの図中の一点鎖線で示す中心線上となるように従動アーム４ａ、４ｂを備えると共に、図中左側の従動アーム６ａを駆動アーム４ａに対して矢印ｇ側にずらした箇所に備え、また、図中右側の従動アーム６ｂは駆動アーム４ｂに対して矢印ｈ側にずらした箇所に備える。この搬送ロボット１ｂは図４Ａ〜Ｃに示すようにエンドエフェクタ上の回動中心は進退動作中、常に中心線上を通って移動する。

図５は本願発明の回動伝達手段５ａ（５ｂ）を示す一部切り欠き斜視図である。この回動伝達手段５ａ（５ｂ）は、筐体１０を有しており、この筐体１０下部に備える駆動アーム４ａ（４ｂ）と上部に備える従動アーム６ａ、６ｂとを回動可能に支持する。この筐体１０内部に備える駆動アーム支軸１１と従動アーム支軸１２との間をＳ字形状と逆Ｓ字状に２本の屈曲自在なスチールベルト１３を上下方向に高さをずらして巻き付けて、両端をベルト固定部１４により固定して備える。

図６は、図５の回動伝達手段５ａ（５ｂ）のベルト１３に代えて、歯車１５を用いた回動伝達手段５ａ（５ｂ）を示す一部切り欠き斜視図である。この回動伝達手段５ａ（５ｂ）は駆動アーム支軸１１と従動アーム支軸１２に速度比が１となるように歯車１５をそれぞれ備える。これら双方の歯車１５がかみ合うことにより、駆動アーム４ａ、４ｂ側からの動力が従動アーム６ａ、６ｂ側に伝達する。

図７は、図５に示す回動伝達手段５ａ、５ｂのベルト１３に代えて、クランク機構を用いた回動伝達手段５ａ（５ｂ）を一部切り欠き斜視図に示す。この回動伝達手段５ａ（５ｂ）では、筐体１０内部に駆動アーム支軸１１と従動アーム支軸１２とを回動可能に備える。この駆動アーム支軸１１と従動アーム支軸１２の側面に突出したクランク部１６をそれぞれ備える。また、このクランク部１６が延在する方向が常に平行であり、かつ、各支軸周りに１８０°異なる方向に向くように双方のクランク部１６を回動可能に連結する連結部材１７を備える。この連結部材１８はクランク部１６の可動回動範囲を拡げるため、長板形状の連結部材１７に駆動アーム支軸１１を避けるように、半円形の切り込みのある形状となっている。

本発明のリンク式アームを備える搬送ロボットを示す斜視図である。図１の搬送ロボットを示す平面図である。図１の搬送ロボットと異なり、駆動アームと従動アームの長さが等しい搬送ロボットを示す斜視図である。図３の搬送ロボットを示す平面図である。本願発明の搬送ロボットの回動伝達手段を示す一部切り欠き斜視図である。図５に示す回動伝達手段のベルトに代えて、歯車機構を用いたものを示す。図５に示す回動伝達手段のベルトに代えて、クランク機構を用いたものを示す。特許文献１の図１に記載する従来の搬送ロボットである。特許文献１の図２に記載する十字ベルトを備える回動伝達手段である。特許文献２の図４に記載する従来の搬送ロボットである。

符号の説明

１ａ、１ｂ搬送ロボット
２ベース板
３ａ駆動源（第一駆動源）
３ｂ駆動源（第二駆動源）
４ａ、４ｂ駆動アーム
５ａ、５ｂ第一回動伝達手段
５ｃ第二回動伝達手段
６ａ、６ｂ従動アーム
７エンドエフェクタ
８基板
９基板保持部
１０筐体
１１駆動アーム支軸
１２従動アーム支軸
１３ベルト
１４ベルト固定部
１５歯車
１６クランク部
１７連結部材

Claims

ベース板上に回動軸を有する第一駆動源と、第一駆動源の回動軸と同芯状に回動軸を有する第二駆動源と、該第一駆動源と第二駆動源のそれぞれ側面に突出して備える駆動アームと、各駆動アーム他端に備えて、各駆動アームの回動を従動アームに伝達する第一回動伝達手段と、前記従動アームの先端には第二回動伝達手段を介して回動可能に支持するエンドエフェクタとからなり、第一駆動源、及び、第二駆動源の作動によってエンドエフェクタが水平面内を進退運動することができることを特徴とする基板を搬送する搬送ロボット。
前記第一回動伝達手段と前記第二回動伝達手段は筐体を有しており、該筐体内に駆動アームと従動アームの各支軸間を各支軸の回動方向と逆方向で、且つ、速度比が１となる回動を他方支軸に伝達する回動伝達部材を備えることを特徴とする請求項１記載の搬送ロボット。
前記回動伝達部材は、駆動アームと従動アームの各支軸間をＳ字状と逆Ｓ字状にベルトを巻き付けて、その端部を該支軸側面に固定して備えることを特徴とする請求項２記載の搬送ロボット。
前記回動伝達部材は、駆動アームと従動アームの各支軸に対し同芯状に歯車を備えることを特徴とする請求項２記載の搬送ロボット。
前記回動伝達部材は、駆動アームと従動アームの支軸側面に突出するクランク部を備えて、双方の該クランク部の突出方向が１８０°異なる方向となるように連結部材を回転可能に連結することで駆動アームの動力を従動アームへと伝達するものとなした事を特徴とする請求項１記載の搬送ロボット。
駆動アームと従動アームとの軸間距離が等しいことを特徴とする請求項１記載の搬送ロボット。
エンドエフェクタが水平面内を進退運動するそれぞれの進退方向へ基板保持部を備えさせたことを特徴とする請求項１記載の搬送ロボット。