JPH07109854B2

JPH07109854B2 - 自動ハンドリング装置

Info

Publication number: JPH07109854B2
Application number: JP2336904A
Authority: JP
Inventors: ロレンツカール; エイチサトンジョン; ジェイストーンサードウィリアム
Original assignee: サイベックシステムズ
Priority date: 1990-05-17
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: JPH0465148A; US5135349A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は自動ハンドリング装置に関し、詳しく言え
ば、半導体製造工業において、半導体ウエーハのような
半導体ワークピースの搬送や移送に用いられる自動ハン
ドリング装置及び把持機構に関する。

［従来の技術及びその解決すべき課題］半導体製造工業においては、素材である塊状単結晶から
円板状のウエーハを切り出し、数々の工程の処理を行っ
て各ウエーハに回路パターンを形成する。一般的にはウ
エーハの処理は段階的に行なわれる。つまり、ウエーハ
は１つづつある工程から次の工程に移送される。この目
的のため、ウエーハは通常標準化された形態のカセット
に複数をまとめて格納している。この供給カセットに格
納されたウエーハは１つづつ取り出されて上述した数多
くの段階的工程の１つに供せられ、再度同じかまたは他
のカセットに収容される。カセットはウエーハを、互い
に平行にかつ間隔を空けて収容する。なぜなら、ウエー
ハの挿入または取り出しは、ウエーハのパターン形成面
に平行に移動して行うことが必要であるからである。

処理が良好に行なわれるには、ウエーハの表面の清浄度
が非常に重要であり、また通常たくさんの工程が含まれ
ていることを考えると、ウエーハのカセットからの挿入
と取出し及び１つの工程または加工装置から他への移動
を含む全般的な工程において、それらの状況と関連した
分散粒子による汚染の機会が非常に多いと考えられる。
このようなウエーハの汚染とウエーハの取扱いにおける
労働コストの双方を低減する目的で、様々なタイプのロ
ボットハンドリング装置が開発されている。このハンド
リング装置は、供給カセットから一連のウエーハを取出
し、ある種の処理を行うためのワークステーションへ移
送し、さらに処理されたウエーハを受容カセットに挿入
する。このように、ウエーハは取出し、移送、処理、移
送そして挿入のサイクルのもとに処理がなされる。

このようなロボットシステムは、典型的には、鉛直なＺ
軸と、これと直交して通常水平に配列され、Ｒ軸あるい
は「リーチ」軸と称される操作軸を含む三次元的連動系
の中で操作される。このＲ軸はＺ軸の回りを回転可能と
なっており、回転角度は座標θで示される。代表的ロボ
ットシステムはＺ軸に沿って配置された支持筒と、この
支持筒の頂部に水平方向に沿って配置された把持機構を
備えている。モータかまたは他のアクチュエータが支持
筒に設けられており、把持機構を支持筒の鉛直方向高さ
内の所定位置に上昇させるようになっている。把持機構
は他のモータまたはアクチュエータによりＺ軸回りに所
望される角度θだけ回転させられるようになっている。
薄いへら状の把持部材（またはエンドエフェクタとい
う）が把持機構の案内路に搭載され、この案内路上を、
後退位置及び前進位置の間でＲ軸に沿って両方向に直線
的に移動可能となっている。

典型的な適用例としては、３つまたはそれ以上のカセッ
トと、例えば視覚検査装置のようなワークステーション
とが把持部材の前進した状態で届く範囲内に設置された
ものである。制御装置が把持機構をＺ軸回りに、ウエー
ハ供給カセットの位置に対応する回転角度θｓまでねじ
りあるいは回転させ、また、把持機構を対応する高さに
上昇させる。そこで、把持部材はＲ軸に沿って前進させ
られ、検査されるべき最初のウエーハの下側に位置させ
られる。把持部材は、ウエーハの下面に接触するように
持ち上げられ、そこで真空装置がその最初のウエーハの
下面を吸着する。把持部材はそこでカセットからウエー
ハを取り出すために後退させられる。最初のウエーハが
供給カセットから除かれると把持機構はその供給カセッ
トに対応する位置θｓから視覚検査装置に対応するθｉ
の位置に回動される。把持機構の高さがＺ軸に沿って変
えられ、視覚検査装置の高さに対応する高さに合わせら
れ、そこで把持部材と最初のウエーハが視覚検査装置に
向けて伸ばされる。そこで真空装置の作動が停止し、ウ
エーハが検査に供される。把持部材は検査工程の間は後
退させられ、検査が行われている間の休止期間をそこで
待機する。検査が終了すると、把持部材はＲ軸に沿って
前進してウエーハを回収する。検査後の典型的な過程と
して、検査されたウエーハは「合格」カセットに入れら
れて先の処理工程に進められるか、「不合格」カセット
に入れられて再処理工程へ回される。検査されたウエー
ハの評価によって、把持機構は「合格」カセットに対応
するθａに回動させられるか、「不合格」カセットに対
応するθｒに回動させられ、また適当な高さに上下移動
させられる。そして把持部材は、検査済みウエーハを正
しいカセットに収めるために前進する。これらの工程段
階は、ロボットの仕事能率をベースとした循環周期に沿
つて繰り返される。このロボットの仕事能率は、ウエー
ハを種々のカセット及びワークステーション間におい
て、安定かつ安全な移送を害することなしにウエーハが
堪えることができる最大加速度と最大回転速度により制
限されている。

このような仕事能率を向上させるべく、単体からなる把
持部材を１つの把持機構に２つ、例えば互いに60〜110
度の角度を有するように設けるような試みがなされてい
る。把持部材は、通常、付設された回転型のアクチュエ
ータにより、いずれかの腕がＲ軸に沿って前進し、他方
がＲ軸に沿って後退されているように互いに連動するよ
う制御されている。ここで注意すべきはこれらの腕は独
立に動くのではない点である。これは、腕の構造が単体
であるため、一応の腕の動きが他方の腕の動きを惹き起
こしてしまうからである。従って、その使用法を設計す
るときに、一方の必要な動きが他方の不要な動きを誘発
しないような配慮が必要であった。また、ある種の特定
の動きは全く不可能であった。そして、２つの把持部材
の採用が能率を上げる半面、それにより、余分の回転型
アクチュエータをウエーハ面の上方に配置させなければ
ならず、これによりウエーハ表面をアクチュエータの作
動中降り注ぐ微小汚染粒子にさらすこととなった。

上述したことから、このような通常のロボットシステム
で所望する操作を効率的に得るにはアクチュエータや駆
動装置等のような比較的複雑な装置を必要とする。その
結果、このようなロボットシステムはどちらかというと
煩わしいものとなっている。

上述した従来技術に鑑み、この発明は、まず第一に、先
行技術に比較して多量の作業対象を処理することができ
るハンドリング装置の提供を目的とする。

また、この発明の他の目的は、コンパクトに全体を覆う
作業用被覆を有するとともに作業能率が良くかつ操業の
柔軟性を持つ自動ハンドリング装置を提供することにあ
る。

［課題を解決する手段及び作用］上記課題を課題するために、この発明は以下のような構
成とした。

すなわち、この発明の自動ハンドリング装置において
は、エンドエフェクタ（把持部材）が、互いに平行かつ
懸隔された軸上に搭載されて、Ｒ軸に沿って独立に移動
させられて半導体ウエーハのような半導体ワークピース
を係止し、これを適宜の位置に搬送する一方、次のワー
クピースを係止する。この自動ハンドリング装置はＺ軸
に沿って延びる支持筒を備え、この支持筒には把持機構
が支持筒に対して相対回転可能にかつ通常Ｒ軸に対して
直線的な位置関係になるように搭載され、適当な回転ア
クチュエータによる作動のもとで把持機構をその操作範
囲内の任意の回転角θへ移動させることができるように
なっている。複数の分離した駆動手段が支持筒をＺ軸に
沿って移動させるために設けられている。これらの駆動
手段はこの軸からずれており、これにより支持筒の内部
を空にしている。このために支持筒は好ましくは中空円
筒で、その内部は把持機構の駆動のための装置を収容す
るために空になっている必要がある。分離したＺ軸方向
駆動手段と支持筒とを連結する手段により、個々の駆動
手段から支持筒に作用する異なる力を適合させて作用さ
せる。

把持機構は、少なくとも２つの案内路またはその機能的
な同等物を備え、その上にあるいはそれと係合して搬送
部材が搭載される。それぞれの杖状のエンドエフェクタ
が対応する搬送部材に結合されている。それぞれが、そ
の一部のＲ軸上のまたはＲ軸に沿った位置に、ワークピ
ースを係止しまた係止を解除する部分を持っている。そ
れぞれの搬送部材の駆動手段が設けられて各エンドエフ
ェクタを独立に前進後退させる。

実施例では、２つの把持部材からなる把持機構を回転自
在に搭載した支持筒がＺ軸方向に沿って配置されたもの
が示されている。複数の駆動手段が支持筒の近傍に設置
され、Ｚ軸方向に沿って把持機構を上下する。これらの
駆動手段は支持筒の互いに反対側に位置する２つの送り
ねじ駆動機構を備えている。この送りねじ駆動機構はこ
れらの間にＺ軸を横切るように延びる橋部により互いに
連結されている。その連結部は、橋部と支持筒との間
で、上述した力を差動的に作用させるように設計された
連結具を備えている。

支持筒は中空円筒状で、そこに把持機構をプログラム内
蔵型制御手段による制御のもとで、操作範囲内の任意の
角度θに回転させるための駆動源が搭載されている。２
つの互いに懸隔する平行な案内レールが把持機構上に設
けられており、これに搬送部材が摺動自在に係合されて
いる。半導体ウエーハ用を吸着するように設計された杖
状部材が各搬送部材に結合され、これにより一対の杖状
部材がＲ軸に沿って互いに反対側に延びて配置されてい
る。個々に独立に差動可能な搬送駆動手段が各杖状部材
を個々に独立にＲ軸またはＲ軸の近傍の軸に沿って進退
させるようになっている。

たとえば、モータ・エンコーダと、移動を制御するため
の種々の形式の機械的または電気的な停止機構と、ボー
ル・送りねじ装置とを組み合わせたような種々のアクチ
ュエータが採用可能である。搬送駆動手段は、好ましく
は、互いに懸隔する駆動または従動キャプスタンに弾性
帯またはワイヤを巻回させ、これに搬送部材を固定し、
駆動キャプスタンの２方向回転により杖状部材またはエ
ンドエフェクタをＲ軸に沿って２方向に直線移動させる
ようなものが採用される。

この自動ハンドリング装置では共通軸に沿って互いに独
立に移動可能な複数のエンドエフェクタが採用されてい
るから、以前よりもウエーハの搬送のスケジュールの作
成における柔軟性が増している。たとえば、、複数の機
能を同時に行うことができる。つまり、１つのウエーハ
をあるワークステーションから受容カセットへ向けて回
転させる一方、次のウエーハを供給カセットからワーク
ステーションへ向けて回転させ、それにより、以前のシ
ステムより作業能率を向上させている。さらに、この自
動ハンドリング装置は、従来のもの、特にエンドエフェ
クタにおいて真空吸引装置を使用していないものに比較
して作業が速い。これは、２つのエンドエフェクタが独
立に移動可能であるから、ウエーハを持たないエンドエ
フェクタの移送の動きの速度が他のエンドエフェクタに
ウエーハがあるかないかによって影響されないからであ
る。

［実施例］この発明の自動ハンドリング装置の把持機構の部分が部
分的斜視図として第１図、第２図及び第３図の上面図に
示されている。

この把持機構はこれらの図面において符号10を付されて
いる。第１図及び第２図に示されるように、把持機構10
は薄い円板状の半導体ウエーハS₁,S₂を、通常鉛直に配
置されたＺ軸（第２軸）とこれに直交する通常水平な
「リーチ」軸Ｒ（第１軸、以下Ｒ軸と称する）を含む座
標系の中で、取り扱いまた移送するように設計されてい
る。以下にさらに詳しく説明するように、把持機構10は
Ｚ軸回りに回転自在であり、また、その相対的高さを変
えるためにＺ軸に沿って移動可能となっている。把持機
構10は第１及び第２の把持部材（エンドエフェクタ）
W₁,W₂を備えており、これらは、基板12に載置された案
内路（第１図及び第２図には符号なしで示している）の
上に搭載されてＲ軸に沿って互いに独立に移動し、これ
によりウエーハS₁,S₂を把持し、供給源のカセットまた
はワークステーションから収納先のカセットまたはワー
クステーション（図示略）へと搬送することができるよ
うにしている。第１図において把持部材W₁,W₂は完全に
後退した状態つまり初期位置にあり、第２図においては
把持部材W₁は前進した状態で示されている。把持機構10
はＺ軸回りに回転自在になっているから、以下に詳しく
述べるように、前進した把持部材W₁,W₂は通常円領域を
走査する。一般的に、全てのワークステーションとウエ
ーハの供給元または収容先のカセットは上記の走査範囲
内に設置されており、把持部材W₁,W₂が効率的にウエー
ハS₁,S₂を走査し移送することができるようになってい
る。両端に２つのエンドエフェクタを持つ単体の把持部
材が使用された場合のリーチよりも、個々の把持部材の
有効リーチの方が大きくなっていることに注目された
い。これは、この発明においては２つのそれぞれの把持
部材のための案内路が互いに側方の近傍に位置している
からである。

第２図の斜視図及び第３図の部分平面図に示すように、
基板12がその中央部において支持筒14の先端に搭載され
ており、その上面に、矩形の平行六面体に成形された第
１及び第２の案内レールG₁,G₂が通常Ｒ軸に平行にかつ
互いに間を明けて配置されている。案内レールG₁は把持
部材W₁がその初期位置から前進位置まで移動するときに
これを支えかつ案内し、同様に、案内レールG₂は把持部
材W₂がその後退位置から前進位置まで移動するときにこ
れを支えかつ案内する。搬送ブロック16が案内レール
G₁,G₂のそれぞれの端部に設けられ、これらの搬送ブロ
ック16は第２図に示すような溝18をその下面に有し、ま
た、それぞれの案内レールと係合するスラストベアリン
グ（図示略）を備えている。必要であればその態様に応
じて、案内レールG₁,G₂を円柱状のシャフトとし、搬送
ブロック16をそのシャフトを内嵌するボールベアリング
を含む種々のスラストベアリングから構成してもよい。
このような搬送ブロック16は板19で覆うようにしてもよ
い。把持部材W₁,W₂の基端部はそれぞれの搬送ブロック1
6に適当な締結具（図示略）を用いて固定されている。

把持部材W₁,W₂の先端部には、第３図に典型的配列の穴2
0として示すような真空吸引ポートが設けられ、これは
把持部材の内部の流路20′（破線で示す）を介して搬送
ブロック16に形成されたポート（第３図には示されてい
ない）に接続されている。この後者のポートは適当な管
またはホースを介して選択的に使用可能な真空源に接続
されている。真空源は、この技術分野においてはよく知
られているように、ウエーハS₁,S₂と把持部材W₁,W₂との
空気圧的な接続または切離を択一的に切替られるような
構成にされている。

把持部材W₁,W₂は、第２図及び第３図に示すような機械
的駆動源により、第16図を参照して後により詳しく述べ
るような制御装置の制御のもとで、その初期位置から前
進位置へと択一的に前進させられまた後退させられる。
第３図に示すように、搬送帯（動力伝達部材）22が、基
板12の一端に回転可能に設けられたキャプスタン（第１
の回転プーリ）24と、基板12の他端に回転可能に設けら
れたアイドラ（第２の回転プーリ）26との間に巻回させ
られている。搬送帯22は好ましくは柔軟性があって塑性
伸びを起こさないような、例えば、ガラスを含むエラス
トマーのようなもの、または薄い金属帯により作成す
る。回転可能に設けられたキャプスタン24には駆動プー
リ28が固定され、これは駆動帯32により駆動プーリ30と
接続されてこの駆動プーリ30と対をなし、かつ駆動プー
リ30、駆動帯32とともに連動機構を構成している。搬送
帯22は搬送ブロック16と、例えば、搬送帯がたるみなく
巻回される筒柱36,38を含む接続具34により結合されて
いる。駆動プーリ30は、第13図及び第16図を参照して後
に説明するように、２方向モータ（第１駆動モータ）M₁
に接続されており、駆動プーリ30がいずれかの方向に動
くと搬送ブロック16及びその把持部材W₁はこれに対応し
てその案内レールG₁に対して直線移動する。第３図には
示していないが、把持部材W₂は把持部材W₁について示し
たと同じような駆動機構に接続され制御されている。ま
た、柔軟性帯による駆動方式が好ましい実施例として示
されているが、ワイヤ駆動も、種々のタイプの直線的駆
動源と同様に適用可能である。

把持機構10は第４図に示す鉛直Ｚ軸と通常水平なＲ軸を
含む座標軸内で作動する。把持機構10はＺ軸回りに回転
可能であり、回転角度はθで定義されている。把持部材
W₁,W₂がそれぞれ後退位置及び前進位置の間で作動可能
であるから、把持部材W₁,W₂は第４図において破線で示
す長円の範囲を走査する。以下に述べるように、把持機
構10はＺ軸に沿って昇降可能であり、把持機構10は作業
を効率的にするための環状円筒状の外被を備えており、
この作業用被覆の中に種々のワークステーションやウエ
ーハ供給元あるいは収容先のカセットなどが配置されて
いる。

第２図ないし第３図に良く示されてるように、把持部材
W₁,W₂はＲ軸に対してまた互いに対して「オフセット
（ずれた）」状態で搭載されている。もっと詳しく言え
ば、第３図に示されているように、把持部材W₁はＲ軸の
上に横設されかつＲ軸と同軸なエンドエフェクタ部40を
含んでいる。基端部42は搬送ブロック16に接続され、さ
らにこの実施例においては、Ｒ軸に約120度の角度をも
って延びて設置された中間交差部つまりオフセット部44
を介してエンドエフェクタ部40に接続されている。容易
に理解されるように、目的が達成できるのであれば他の
角度関係でもよい。把持部材W₂も、同じようにそのエン
ドエフェクタをＲ軸に沿わせ、しかも、各把持部材の主
構造部はＲ軸の上ではなくその近傍に位置するように構
成されている。各把持部材の基端部は異なる高さに位置
し、例えば、隣りの把持部材の末端部より低くしてその
把持部材上のウエーハとの干渉を防いでいる。

上述したような「オフセット」配置は、把持機構10のＲ
軸に沿う長さを小さくして比較的コンパクトにすること
を可能とし、またＲ軸上に２つの独立に作動するエンド
エフェクタ（把持部材）を設置することを可能としてい
る。把持部材W₁,W₂の配置を「オフセット」としている
ので、エンドエフェクタをＲ軸上で動作させることがで
き、容易に理解されるように複数のエンドエフェクタを
Ｒ軸の近傍に沿った配置にすることができる。

エンドエフェクタが「オフセット」であるコンパクトな
把持機構10が、作業能率の向上にもたらす機能的な利点
は第５図を考察することにより最も良く理解することが
できる。この図は、典型的な処理ステーション配列を概
念的に示す平面図で、供給カセットＣ［ｓ］はθ_０に位
置して円板型ウエーハＳを収容しており、このウエーハ
Ｓは供給カセットＣ［ｓ］から１回に１枚のペースで取
り出されてθ₉₀に位置する処理ステーションＣ［ｐ］に
移送される。検査工程が終了すると、検査済みのウエー
ハＳは、把持機構10の走査領域の種々の場所に位置する
ｎ個の移送先カセットＣ［ｎ］の中の１つに移送され
る。種々のカセットは複数のウエーハＳを互いに隙間を
空けて平行に収容しており、把持機構10はＺ軸に沿って
適当な高さにまで上昇または下降させられる。

ウエーハの処理の間にエンドエフェクタの１つを新しい
ウエーハを取り上げるために自由にしなければならない
のは明らかである。この発明では、新しいウエーハを取
り上げるために他のエンドエフェクタが使用でき（それ
が自由になっていると仮定して）、さらに処理されたウ
エーハを取り上げるための自由なエンドエフェクタを持
っている。エンドエフェクタは互いに独立に操作可能で
あるから、１のエンドエフェクタの並行的な作動が他の
エンドエフェクタの上のウエーハに影響を及ぼさない。

この発明の自動ハンドリングシステムは把持機構10を昇
降させるために大変コンパクトな構成配列を備えてい
る。このような配列とその把持機構10との関係は第７〜
12図及び第13A図に示されている。一対の送りねじ駆動
機構50,52が支持筒14の外側に設置されて把持機構10を
昇降させるようになっている。各駆動機構はそれぞれ、
Ｚ軸に通常並行に延びて配置され、基台58と、ハウジン
グ筒62の上部から外へ張り出す中間フランジ60の間で回
転可能に軸支された送りねじ54,56を具備している。環
状板63はハウジング筒62の頂部に固定され、装置を搭載
するように機能している。各送りねじとその対応するナ
ット65は「遊び」の無いものが採用されるのが望まし
い。

図示するように、支持筒14には外筒64が取り付けられ、
この外筒は64は保持リング70に収容された軸受セット68
を有する軸受機構を介して内筒66を回転可能に保持し、
さらに把持機構10の基板12は搭載フランジ71を介して内
筒66に固定され、把持機構10は支持筒14に対してＺ軸回
りに回転可能となっている。

この技術分野において熟練した者はだれでも、自動ハン
ドリング装置において、一般に、支持筒またはこれに類
するものを駆動する送りねじまたは他の形式の駆動機構
は、駆動される支持筒と同軸であることが望ましいこと
理解している。つまり、駆動機構が駆動軸に対して互い
違いになっていたり「てこ」の関係になっていたりして
いないことが望ましい。これは、本発明においては送り
ねじ駆動機構が支持筒の内部か、またはその替わりにＺ
軸に沿って支持筒の上下いずれかに位置することを意味
する。しかしながら、これでは装置のコンパクトな構成
に寄与しないことになる。通常の場合にはＺ軸方向の空
間は大変貴重であるから、この方向におけるコンパクト
さは特に重要となるからである。

この発明の支持筒の駆動機構は、支持筒を駆動するため
にＺ軸方向に位置することを必要としない。これは、個
々の駆動源からの支持筒を動かそうとする力が差動的に
共同的に作用するように結合されている限り、図示した
ような複数の駆動源をＺ軸に沿って支持筒を動かすため
に用いることができることが判明したからである。これ
は、多い（複数の駆動源）と少なくなる（省空間）とい
う意味で直感に反する結果である。

ここでとりあげた実施例では、送りねじ駆動装置50,52
は互いに支持筒の反対側に位置しており、Ｚ軸を含む共
通面を構成している。これらの送りねじ装置はＺ軸に交
差して延びる橋部72によりナット65を介して互いに連結
されている。この結合において、橋部72は支持筒14の対
向位置に形成された切欠74を挿通している。橋部72のデ
ザイン自体はハンドリングシステムの下端近傍のＺ軸方
向の空間を最小とするように設定される。支持筒の下端
部が送りねじのナット65への接続のため高くなっていた
としても、橋部72の中央部は支持筒の下端に近付くよう
にそれより下げられる。

橋部72は支持筒14にＺ軸と交差する位置で連結棒76を介
して連結される。図示するように、このような連結棒は
橋部72に直交しており、橋部と連結棒の間の全方位自在
な相対移動を許容するような構造の連結手段を介して互
いに接続されている。第８図はこのような構造の拡大図
である。ボルト78は連結棒76より橋部72を挿通して延び
てナット80に至っている。ナット80は、橋部72の下面側
において硬座金82との間でばね座金81を保持している。
この構造により、結合部においてある範囲の付随的動き
を許容している。

雌部材83と雄部材84からなる自在継手81がそれぞれ連結
棒76と橋部72の間のボルト78に配置されている。当業者
であれば理解されるように、このような座金は橋部72の
連結棒76に対するある範囲の自在な相対移動を許容して
いる。

このようにして、送りねじ機構50と52から連結棒76に作
用させられる力がつり合っていない場合に、上述した連
結機構により、この不つり合い力が支持筒14へ伝達され
ることが確実に防止される。さらに、もし一方の駆動機
構に他方に対してリードエラー（歯筋の方向誤差）を生
じた場合、連結構造が送りねじ機構の中間に位置してい
ると仮定すれば、このようなリードエラーは半減され
る。従って、上述したような複数の駆動源を装備するこ
とにより、より高い精度が得られ、つまり、リードエラ
ーのによる影響が減らされるのである。

連結棒と支持筒14の間の接続は両者の相対回転を許容す
るように設計されてもよい。もし、このような配列がさ
れると、橋部と連結棒の物理的結合が後者の回転を伴う
ようになされることを必要としない。さらに、ある状況
のもとでは、完全な自在継手が用いられなくてもよい。
ただ、支持筒14をＺ軸方向に動かす時に複数駆動源で駆
動するとなんらかの力の掛かりかたの不均衡を生ずるこ
とがあり、カップリングにはこの不均衡を調整すること
ができることが必要とされる。

送りねじ駆動機構50,52の作動過程を理解するために第
９図を参照する。２方向モータM₄が駆動プーリ86を回転
させると、プーリ86が替わりにアクチュエータ（ベル
ト）87を送りねじ54,56に強固に固定されたプーリ88の
回りに走行させる。駆動プーリ86の反対側には従動プー
リ89が設けられており、これにより走行路が完成されて
いる。２方向モータM₄は通常のモータで採用されている
のと同じシャフトエンコーダE₄により制御されている。

支持筒14はその移動において懸隔配置されたローラ機構
によりガイドされており、これによりＺ軸回りのぐらつ
きなどを最小限に抑えることができる。この構成は第11
図に示されており、この図はハウジング柱62における断
面図で、第７図及び第12図より45度回転した状態を示し
ている。この図と第10図に示されるように、４つのガイ
ドローラ91が同じガイドローラ92のセットと軸方向に懸
隔して配置されている。この互いに懸隔配置された２セ
ットのガイドローラの設置により、その１つのセットが
支持筒のぐらつきの支点として作用することを防止して
いる。つまり、これが装置配列の精度を改善している。
ガイドローラはバネの力で支持筒の方に押し付けられ、
支持筒の動きに必要なだけの抵抗を与えるようにローラ
位置が調整される。

支持筒14は、多くの発明の構成部品を収容できるように
中空の筒上部材であることが望ましい。これは、断面斜
視図である第13図及び第13A図を参照するのが最も解り
やすい。この図面においては解りやすさを重視して不要
な部品を取り除いてある。把持機構10は頂部に移動さ
れ、支持筒14の上に回転自在に搭載され、把持部材W₁,W
₂は支持筒上に配されたそれぞれのモータM₁,M₂により制
御される。各モータにはそれぞれ同軸のシャフトエンコ
ーダE₁,E₂が付設されている。これらのモータM₁,M₂は上
方に延びるシャフトを備え、これらのシャフトには駆動
プーリ30が装着され。この駆動プーリ30の双方向的回転
により各把持部材が進退するようにされている。シャフ
トエンコーダE₁,E₂は後述する第16図に示す制御装置に
位置出力情報を提供し、把持部材W₁,W₂を正確に位置決
めせしめる。モータM₁,M₂は内筒66内に組み込まれ、こ
の内筒66は支持筒の中の外筒の下端にモータ搭載部93を
介して固定されたモータ（第２駆動モータ）M₃により支
持筒に対して相対回転させられる。このモータ搭載部93
には、弾性継手あるいは減速機98などを内装することが
できる。モータM₃にはエンコーダE₃が連結され、第16図
の制御装置に回転角θについての情報を提供する。

この発明の自動ハンドリングシステムは、これから説明
する第16図に示す制御装置による制御のもとで、第14図
及び第14A図に示すフロー図に則り、第５図または第15
図及び第15A図との関連において、またウエーハＳを効
率的にハンドリングしかつ搬送するために第６図との関
連において操作される。さらに詳しく、そして第14図及
び第14A図のフロー図により説明すると、このシステム
はステップ１において把持機構10をＺ軸回りに回転させ
てＲ軸をθ_０ないしθ₁₈₀の方向に揃え、把持部材W₁を
供給カセットＣ［ｓ］に面する後退位置に位置させた状
態でスタートする。把持部材W₁は前進させられかつ上昇
させられ（ステップ2,3,4）、供給カセットＣ［ｓ］の
ウエーハSnと接触し、ウエーハSnをハンドエフェクタ40
に吸着させて後退位置に戻る。ウエーハSnの取り出し工
程においては、把持機構10の上昇はエンドエフェクタ40
がウエーハSnの下面直下に伸びた（ステップ２）とき
に、把持機構10が上昇させられ（ステップ３）、真空装
置が作動させられてウエーハSnとの微かな物理的接触が
なされるように、把持機構10の上昇が制御される。把持
機構10はそこで少し上昇し、把持部材W₁はウエーハを保
持した状態で後退する（ステップ４）。そこで、把持機
構10が第５図において時計方向に回転され、Ｒ軸はθ₉₀
及びθ₂₇₀の方向に沿い、把持部材W₁が処理ステーショ
ンＣ［ｐ］を、把持部材W₂がその反対側を向くようにさ
れる。把持部材W₁はその後退位置および高さ位置から前
進し、真空吸引システムが制御されて（ステップ６）、
ウエーハSnを処理ステーションＣ［ｐ］に移送し、処理
工程が開始される（ステップ７）。処理工程が進行する
間、ステップ１〜４が繰り返され、次のウエーハSn＋_１
が把持部材W₁により補充される（ステップ８）。把持機
構10が回転されて（ステップ９）、空の把持部材W₂が処
理ステーションＣ［ｐ］に来る一方、次のウエーハSn＋
_１を持った把持部材W₁は処理ステーションＣ［ｐ］の反
対側に来る。

処理工程の最後に（ステップ10）、空の把持部材W₂が前
進し、把持機構10の昇降機構及び真空吸引システムが制
御されて処理済みウエーハSnを吸着し、後退する（ステ
ップ11）。そして把持機構10がＺ軸回りに回転され、次
のウエーハSn＋_１を持った把持部材W₁を処理ステーショ
ンＣ［ｐ］に向ける（ステップ12）。把持部材W₁は前進
させられて（ステップ13）ウエーハSn＋_１処理ステーシ
ョンＣ［ｐ］に置き、次のウエーハSn＋_１の処理が開始
される（ステップ14）。把持機構10は回転され（ステッ
プ15）、把持部材W₂及び検査済みのウエーハSnを適当な
収容先カセットＣ［ｎ］に向けて配置する。そして把持
部材W₂が前進し（ステップ16）、処理済みウエーハSnを
目的カセットＣ［ｎ］に容れる。その後ステップ９〜17
を繰り返す工程が、供給カセットＣ［ｓ］内の全部のウ
エーハの処理が済むまで行なわれる。

第14図及び第14A図に図示する操業過程には「クィック
ハンドオフ」の概念が示されている。ここでは、次のウ
エーハSn＋_１はその前のウエーハSnの処理が済んだ直後
には常に準備ができており、これによって能率の向上が
図られる。

この自動ハンドリングシステムの処理能率向上のための
副次的な利点は第６図、第15図及び第15A図を参照する
ことにより理解される。詳しく言えば、このシステムは
把持機構10をＺ軸回りに回転させてＲ軸をθ_０及びθ
₁₈₀の方向に整列させ、把持部材W₁を供給カセットWSに
面した初期（後退）位置に、把持部材W₂を処理済ウエー
ハ収容カセットAWに面した後退位置に位置させたところ
から始まる。把持部材W₁はウエーハSnを供給カセットWS
から持ち出すために前進させられ、そのエンドエフェク
タ40にウエーハSnを付着させて後退位置に戻る。ウエー
ハSnの取り出し工程においては、把持機構10の上昇はエ
ンドエフェクタ40がウエーハSnの下面直下に伸びたとき
に、把持機構10が上昇させられ、真空装置が作動させら
れてウエーハSnとの微かな物理的接触がなされるよう
に、把持機構10の上昇が制御される。把持機構10はそこ
で少し上昇し、把持部材W₁はウエーハを保持した状態で
後退する。そこで、把持機構10が第６図において時計方
向に回転され、Ｒ軸はθ₉₀及びθ₂₇₀の方向に沿い、把
持部材W₁がワークステーションＩを、把持部材W₂が不合
格ウエーハ収容カセットRWを向くようにされる。把持部
材W₁はその初期位置から前進し、高さと真空吸引システ
ムが制御されて、ウエーハSnをワークステーションＩに
移送し、ここでウエーハSnには、例えば人または検査機
械による視覚検査のような処理工程が施される。検査工
程の間に把持部材W₁は後退して後退位置に戻る。検査工
程の最後に把持部材W₁が再度前進し、把持機構10の昇降
機構及び真空吸引システムが制御されて処理済みウエー
ハSnを持ち出す。そして把持機構10がＺ軸回りに回転さ
れ、Ｒ軸をθ_０及びθ₁₈₀の方向に整列させ、検査済み
ウエーハSnを持つ把持部材W₁を合格ウエーハ収容カセッ
トAWに、把持部材W₂を供給カセットWSに向けて配置す
る。

ウエーハSnが検査工程をパスすると、後述する不合格ウ
エーハSnのハンドリングの場合とは異なり、ウエーハSn
を持つ把持部材W₁が前進し、把持機構10の昇降機構及び
真空吸引システムが制御されて検査済みウエーハSnを合
格カセットに収容する。さらに、把持部材W₂も次に検査
されるべきウエーハSn＋_１を補充するために前進する。
把持部材W₁,W₂の前進は上述した場合と異なる順序であ
っても良いことは容易に理解されるであろう。そして、
把持機構10が第６図において時計方向に回転され、Ｒ軸
はθ₉₀及びθ₂₇₀の方向に沿い、次のウエーハSn＋_１を
持つ把持部材W₂がワークステーションＩを、把持部材W₁
が不合格ウエーハ収容カセットRWを向くようにされる。
把持部材W₂はその初期位置および把持機構10の高さ位置
から前進し、真空吸引システムが制御されてウエーハSn
＋_１をワークステーションＩに移送し、ここで、ウエー
ハSn＋_１に処理工程が施され、把持部材W₂は後退して初
期位置に戻る。検査工程の最後に把持部材W₂が再度前進
し、把持機構10の昇降機構及び真空吸引システムが制御
されて処理済みウエーハSn＋_１を持ち出す。

先に検査されたウエーハSnが不合格、つまり上で述べた
合格ウエーハと異なり検査工程をパスしなかった場合、
把持部材W₂は次の検査されるべきウエーハＳ＋_１を供給
カセットWSより補充するために前進するが、不合格ウエ
ーハSnは合格カセットAWと同じ側の位置に止どまる。そ
して、把持機構10が第６図において時計方向に回転さ
れ、Ｒ軸はθ₉₀及びθ₂₇₀の方向に沿い、次のウエーハS
n＋_１を持つ把持部材W₂がワークステーションＩを、把
持部材W₁が不合格ウエーハ収容カセットRWを向くように
される。把持部材W₁は初期位置から伸び、高さと真空吸
引システムが制御されて、不合格ウエーハを不合格ウエ
ーハカセットRWに置く。さらに、次のウエーハSn＋_１を
持つ把持部材W₂はその後退位置および把持機構10の高さ
位置から前進し、真空システムが制御されてウエーハSn
＋１をワークステーションＩに置き、ここでウエーハSn
＋_１に処理工程が施される。把持部材W₁,W₂の前進は逆
の順序で起きてもよいことは容易に理解される。把持機
構10は、Ｒ軸はθ_０及びθ₁₈₀の方向に沿いかつ把持部
材W₁が供給カセットWSを指示するように第６図において
時計方向に回転され、これらの工程が繰り返されて続け
られる。

第６図の説明では把持機構10は時計方向に回転されてい
るが、同じ機能を果たすのに反時計回転をさせてもよい
ことは容易に理解される。把持機構10のＲ軸に沿った２
つの互助的把持部材を備えた構成は、例えばＲ軸に沿う
単一の把持部材を採用した従来のシステムに比較して格
別の機能的利点を有する。

自動ハンドリングシステムの種々のモータ及び真空吸引
システムが第16図に図解して示す制御装置100ににより
操作される。図示するように、制御装置100は小型演算
装置（マイクロプロセッサ）102を備え、このマイクロ
プロセッサはバス106を通じて記録装置（メモリー）104
との間で信号の授受を行い、これに蓄え（ストア）られ
た指示に従って演算処理を行う。記憶装置は読み出し専
用メモリー（ROM）とランダムアクセスメモリー（RAM）
の双方を備えている。入力及び出力端子（ポート）を有
するユーザインタフェイス108はバス110を介してマイク
ロプロセッサ102と接続され、使用者の入力した命令を
受け取り、情報またはデータ出力を提供する。入出力ポ
ート112はバス114を介してマイクロプロセッサ102を仲
介し、種々のモータM₁〜M₄、それぞれのエンコーダE₁〜
E₄、把持部材W₁,W₂のための真空吸引システムを、第14
図及び第14A図または第15図及び第15A図に典型例として
示すフロー図に沿って制御し、必要とする機能を実行さ
せる。時計116はマイクロプロセッサ102にタイミング信
号を供給して時間系を統御する。

本発明の上述した自動ハンドリング装置においては、特
許請求の範囲及びその法的等価範囲により定まる発明の
精神と目標から離れることなく、種々の改変と修飾を行
うことができる。例えば、このハンドリング装置はステ
ーションの間において支持筒上を回転するように設計さ
れているが、把持機構はステーション間で直線的に作動
するシステムにおいて使用されても充分な効果を発揮す
ることができる。

また、上記の実施例は、Ｚ軸を鉛直に、Ｒ軸をこれと直
交するように水平に配しており、通常はこのような態様
が最も一般的と考えられるが、状況に応じてこれらの絶
対的あるいは相対的な角度関係が適宜の改変を受けても
よい。

［発明の効果］以上詳述したように、この発明は、処理能率を向上させ
ることができ、また必要に応じてその外形を縮小させる
ことが可能であるという利点を持つ自動ハンドリング装
置を提供する。把持機構はＲ軸に沿って配列された常に
２つの独立に操作可能な把持部材を備え、それにより一
方の把持部材が第１のウエーハを操作している間に他方
の把持部材が処理済みのウエーハまたは次のウエーハの
処理を行うことができる。把持部材の構成によりシステ
ム全体のＲ軸に沿う寸法を減少させることができる。支
持筒の駆動装置の構成が把持機構と共同して特別にコン
パクトでかつ精度の高い自動ハンドリングシステムを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の自動ハンドリングシステムの部分斜
視図であって後退した把持機構に典型的半導体ウエーハ
を保持している図、第２図は第１図に示す把持機構の部
分斜視図で第１の把持部材がＲ軸に沿って伸びた状態を
示す図、第３図は第１図の把持機構の上面図で簡潔のた
めに部品を削除した状態の図、第４図はこの発明の自動
ハンドリングシステムが機能する座標系の取り決めを示
す図、第５図はウエーハを処理工程に置き、また処理済
みウエーハを目標カセットに移送するときのウエーハ移
送環境を一般化して示す概念的平面図、第６図はウエー
ハを検査または処理し、検査済みウエーハを合格ウエー
ハ収容カセットまたは不合格ウエーハ収容カセットに向
けて運ぶ際の移送環境を示す概念的平面図、第７図は支
持筒とその駆動装置を簡潔のため部品を削除して示す部
分断面立面図、第８図は第７図において８−８線で囲む
円領域に示される構造の部分拡大図、第９図は支持筒の
下部とその駆動部を示す部分等角図、第10図は第７図に
おいて10−10線で示す平面による断面を簡潔のため部品
を削除して示す図、第11図は第10図の状態から45度回転
した状態の支持筒の上部の図、第12図は第７図において
把持機構が上昇した状態の断面図、第13図及び第13A図
は自動ハンドリングシステムの組立分解斜視図、第14図
及び第14A図は自動ハンドリングシステムの第１の稼働
工程を第５図との関連で説明する機能フロー図、第15図
及び第15A図は自動ハンドリングシステムの第２の稼働
工程を第６図との関連において説明する機能フロー図、
第16図は第14図と第14A図、及び／または第15図と第15A
図のフロー図に沿って機能するマイクロプロセッサ制御
装置のブロック図である。 W₁……第１把持部材（エンドエフェクタ） W₂……第２把持部材（エンドエフェクタ） M₁,M₂,M₃……モータ、 E₁,E₂,E₃……エンコーダ、 G₁,G₂……案内レール、 10……把持機構、14……支持筒、 16……搬送ブロック、 22……搬送帯（動力伝達部材）、 24……キャプスタン、26……アイドラ、 28,30……駆動プーリ、 40……エンドエフェクタ部、 42……基端部、 44……オフセット部、 50,51……送りねじ駆動機構（第３駆動手段）、 72……橋部、81……自在継手、 83……雌部材、84……雄部材、 86……駆動プーリ、 87……駆動ベルト（第２駆動手段）、 100……制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウィリアムジェイストーンサードアメリカ合衆国 95014 カリフォルニアクーペルティノサンタクララアベニュ 10075

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークピースを移動するための自動ハンド
リング装置であって、第１エンドエフェクタと第２エンドエフェクタが共通の
第１軸に沿って互いに独立に動くようにガイドされて搭
載された把持機構と、上記第１エンドエフェクタ及び第２エンドエフェクタを
個別に駆動して、第１エンドエフェクタを上記第１軸に
沿って第１の方向に前進または後退させるとともに第２
エンドエフェクタを上記第１軸に沿って第２の方向に前
進または後退させる第１駆動手段と、上記把持機構を上記第１軸にほぼ直交する第２軸の回り
に回転させる第２駆動手段とを備え、上記把持機構は、上記第１軸に沿って延びる第１と第２
の案内路と、上記第１及び第２の案内路のそれぞれに摺
動自在に係合された第１と第２の搬送ブロックとを備
え、上記第１及び第２エンドエフェクタは上記第１及び
第２の搬送ブロックにそれぞれ連結される一方、上記第１駆動手段は、上記第１軸に沿って離間して設け
られた第１及び第２の回転プーリと、上記第１及び第２
の回転プーリ間に掛け渡された動力伝達部材との組を２
組備え、かつ個々の組の上記動力伝達部材には上記第１
または第２の搬送ブロックがそれぞれ連動可能とされる
とともに、一方の組の上記第１及び第２の回転プーリの
少なくとも一方が、一対の第１駆動モータのうち一方の
モータとの間に配設された連動機構を介して上記一方の
モータと連動して正逆回転自在とされ、かつ他方の組の
上記第１及び第２の回転プーリの少なくとも一方が、上
記一対の第１駆動モータのうち他方のモータとの間に配
設された連動機構を介して上記他方のモータと連動して
正逆回転自在とされていることを特徴とする自動ハンド
リング装置。
【請求項２】上記把持機構が上記第２軸と同軸をなす中
空の支持筒上に上記第２軸回りに回転自在に支持され、
かつ上記支持筒の内部には、上記第１駆動手段と上記把
持機構とを上記第２軸回りに回転させる第２駆動モータ
を備える上記第２駆動手段が設置されていることを特徴
とする請求項１に記載の自動ハンドリング装置。
【請求項３】上記第１駆動モータが、上記支持筒の内部
に、上記第２駆動手段により上記第２軸回りに回転自在
に設置されていることを特徴とする請求項２に記載の自
動ハンドリング装置。
【請求項４】さらに、上記支持筒が第３駆動手段により
上記第２軸に沿って上下に移送され、かつ上記第３駆動
手段が、上記第２軸から外れて配置された駆動源と、上
記支持筒を挟んで反対側にそれぞれ上記第２軸と平行に
延設され、自らの軸回りに回動する一対の送りねじ駆動
機構と、上記駆動源の駆動力を上記支持筒に伝達せしめ
る連結手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載
の自動ハンドリング装置。
【請求項５】上記一対の送りねじ駆動機構が、上記支持
筒の外部に設置された上記駆動源により回動自在とされ
るとともに、上記連結手段が、上記支持筒の下方にて、
上記第２軸と交差して上記一対の送りねじ駆動機構の間
に掛け渡され、上記支持筒を下方から支持し、かつ上記
送りねじ駆動機構の回動に伴い上下動する橋部を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の自動ハンドリング装
置。
【請求項６】上記第１駆動手段が、上記第１軸に沿う上
記第１及び第２エンドエフェクタの相対位置を示すコー
ド化信号情報を出力するエンコーダを備えることを特徴
とする請求項１に記載の自動ハンドリング装置。
【請求項７】さらに、コード化信号情報に応じた上記第
１エンドエフェクタおよび第２エンドエフェクタの移動
先の位置及び動作が予め入力され、かつ与えられたコー
ド化信号情報に応答して、上記第１エンドエフェクタお
よび第２エンドエフェクタが予め入力された位置で予め
入力された動作を行うよう上記各モータを制御するプロ
グラム内蔵型制御処理手段を有することを特徴する請求
項６に記載の自動ハンドリング装置。