TW202349551A - 搬運機器人 - Google Patents

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Abstract

搬運機器人，具備：水平臂，能夠繞相對由可動機構運送的支撐座垂直的第1軸周邊旋轉；以及手（hand），能夠在前述水平臂的上方繞與前述第1軸平行的第2軸周邊以相對該水平臂轉動，且能夠在上表面支撐板狀工件。前述水平臂在上表面設有能夠支撐前述板狀工件的旋轉台，且前述旋轉台在能夠繞與前述第1軸平行或一致的第3軸周邊旋轉的同時能夠在該第3軸的軸方向升降。前述手具有與前述板狀工件的中心對應的保持中心，且該保持中心的轉動軌跡被構成為在平面圖中通過前述第3軸。前述旋轉台是利用設置於該水平臂以使前述水平臂旋轉的馬達的輸出來旋轉。

Description

搬運機器人
本揭露是關於搬運機器人，特別是關於用於搬運半導體晶圓等的板狀工件的搬運機器人。
過去，搬運機器人用於例如半導體製程。具體而言，搬運機器人用於將晶圓從卡式盒（cassette）取出並搬運到處理室，或從處理室取出處理結束的晶圓並搬運到下個步驟。一般而言，這種搬運機器人在上表面具備支撐晶圓的手（hand），且被構成為在晶圓載置於手的狀態下能夠將該晶圓從搬運來源運送到搬運目的地。
作為一示例，在將晶圓搬運到處理室的情況，晶圓有必要在目的地正確地定位旋轉方向（θ方向）和平面方向（X－Y方向）的各基準位置。為此，使用進行對準（alignment）操作的裝置（被稱為「對準器（aligner）」）。
過去的對準器如例如專利文獻1的第3圖所示，具備能夠載置晶圓的旋轉台。此外，同個對準器具備用於檢測載置於旋轉台的晶圓之相對基準位置的X－Y方向的偏差量、和θ方向的偏差量的感測器。晶圓具有圓形的外周，同時具有設置於這個圓形外周的凹口（notch）（或定位平邊（orientation flat）等）。如此一來，舉例而言，藉由在使晶圓旋轉的同時連續檢測晶圓的外周，能夠檢測載置於旋轉台的晶圓的中心的X－Y方向的偏差量。此外，藉由在使晶圓旋轉的同時檢測凹口，能夠檢測載置於旋轉台的晶圓的θ方向的偏差量。
θ方向的偏差能夠藉由以下來消除：考慮如上所述檢測到的偏差量以使旋轉台在預定方向旋轉。X－Y方向的偏差能夠藉由以下來消除：在以手從旋轉台拾取晶圓之後，基於如上所述檢測到的偏差量，搬運機器人在X－Y方向修正該手的位置並將其運送到搬運目的地。
記載於專利文獻1之過去的對準器在以下幾點還有改善的餘地。也就是，由於同個對準器獨立於搬運機器人，在與由搬運機器人和對準器所構成的搬運裝置的成本增加（cost up）相關的同時，搬運裝置的設置需要較大的佔地面積。此外，搬運機器人與對準器之間的晶圓的轉移需要時間，因此產出量（throughput）延遲且製程整體的處理效率惡化。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015－195328號公報
[發明所欲解決的問題]
本揭露是以提供相較於過去施加改良的搬運機器人以作為一課題。特別是，有鑑於上述情形，以提供能夠進一步縮短對準操作所需要的時間的搬運機器人作為一課題。 [用以解決問題的手段]
為了解決上述問題，根據本揭露，能夠採用例如以下的技術手段。
本揭露的一個方面所提供的搬運機器人，是具備以下的搬運機器人：水平臂，能夠繞相對由可動機構運送的支撐座垂直的第1軸周邊旋轉；以及手，能夠在前述水平臂的上方繞與前述第1軸平行的第2軸周邊以相對該水平臂轉動，且能夠在上表面支撐板狀工件，前述水平臂在上表面設有能夠支撐前述板狀工件的旋轉台，且前述旋轉台在能夠繞與前述第1軸平行（或一致）的第3軸（旋轉軸）周邊旋轉的同時能夠在該第3軸的軸方向升降。前述手具有與前述板狀工件的中心對應的保持中心，且該保持中心的轉動軌跡被構成為在平面圖中通過前述第3軸。前述旋轉台是利用設置於該水平臂以使前述水平臂旋轉的馬達的輸出來旋轉。
在較佳的實施形態中，前述旋轉台包含用於向該旋轉台傳遞旋轉動力的旋轉台用軸，且分別在前述旋轉台用軸、前述馬達的輸出軸、和前述第1軸設有滑輪（pulley），且在該滑輪纏繞有共通的皮帶（belt），藉此利用前述馬達的輸出來旋轉。
在較佳的實施形態中，在設置於前述第1軸的前述滑輪與前述支撐座之間，設置有減速機。
在較佳的實施形態中，前述減速機的減速比是例如1/160~1/50。
在較佳的實施形態中，前述馬達、設置於前述馬達的前述輸出軸的前述滑輪、前述旋轉台用軸、設置於前述旋轉台用軸的前述滑輪、設置於前述第1軸的前述滑輪、和前述皮帶被設置於前述水平臂的內部。 [發明的效果]
在上述構成中，被形成為手的保持中心的旋轉軌跡在平面圖中通過上述第3軸。因此，能夠以上述第2軸作為中心使手轉動以使保持中心位於旋轉台的第3軸上。
如此運送到旋轉台的上方之手上的板狀工件是藉由使旋轉台上升以移載到該旋轉台上。在這個狀態下使旋轉台旋轉以透過預定的感測器連續檢測板狀工件的外周，藉此能夠在從手移載到旋轉台的時點檢測板狀工件的中心的X－Y方向的偏差量。在板狀工件為半導體晶圓的情況下，對此，由於在外周形成有凹口或定位平邊，藉由同時檢測這個凹口或定位平邊，能夠在從手移載到旋轉台的時點檢測板狀工件的中心的θ方向的偏差量。θ方向的偏差能夠藉由考慮如上所述檢測到的偏差量以使旋轉台在預定方向旋轉來消除。如此一來，消除了θ方向的偏差的板狀工件藉由使旋轉台下降以移載到手上，且板狀工件的X－Y方向的偏差能夠藉由以下來消除：基於如上所述檢測到的偏差量，搬運機器人在X－Y方向修正該手並將其運送到搬運目的地。
如此一來，根據上述構成的搬運機器人，由於能夠不設置另外的對準器並進行對準操作，能夠實現搬運裝置整體的小型化和成本降低（cost down）。此外，由於能夠以短時間進行手與旋轉台間的板狀工件的交換，能夠縮短對準操作所需要的時間並提高製程整體的處理效率。
本揭露的其他的特徵及優點將透過以下參照圖式進行的詳細說明變得更加明顯。
以下，有關本揭露的較佳的實施的形態，參照圖式以具體說明。
第1圖概略地顯示關於本揭露的一實施形態之搬運機器人A1的整體構成。另外，這個搬運機器人A1被構成為用於搬運作為板狀工件的半導體晶圓W。
搬運機器人A1具備可動機構（機器人）1、水平臂2、和手3。可動機構1具備：第1臂111，能夠繞水平的第1軸11周邊旋轉；第2臂121，能夠在第1臂111的前端繞水平的第2軸12周邊旋轉；和支撐座131，能夠在第2臂121的前端繞水平的第3軸13周邊旋轉。可動機構1能夠在與第1軸11、第2軸12及第3軸13垂直的垂直面內將支撐座131運送到第1臂111和第2臂121的長度容許的區域的任意的位置。水平臂2是透過支撐座131以被可旋轉地支撐。支撐座131被姿態控制為水平臂2的旋轉軸21相對垂直方向平行（或實質上平行）。
水平臂2被支撐為能夠相對支撐座131繞旋轉軸21周邊旋轉。水平臂2的旋轉驅動是以配置於水平臂2的內部的旋轉用馬達22來進行。如第3圖及第4圖所示，旋轉用馬達22的輸出軸221藉由在設置於輸出軸221的滑輪222、與在旋轉軸21上透過減速機211設置的滑輪212之間纏繞無端皮帶23，被連結到支撐座131。減速機211是使用例如Harmonic Drive（註冊商標）等的具有高減速比的減速機。這個減速機的減速比是例如1/160~1/50。另外，在本實施形態中，旋轉用馬達22適合使用不附有減速功能的馬達。此外，旋轉軸21上的滑輪212相對於設置於旋轉軸22的輸出軸221的滑輪222的比雖然並未限定，為例如1:1。
手3如第2圖所示，具有二叉叉狀的平面形狀，且在上表面具有晶圓W（第5圖）的中心所應該位於的保持中心O 1。在圖式所示的實施形態中，上下重疊的2個手3被設置為能夠繞垂直的轉動軸31周邊旋轉。各手3是藉由設置於水平臂2的內部的馬達32，且透過皮帶傳動機構33等以個別進行旋轉控制。在本實施形態中的這個手3是使用能夠以真空壓吸附保持晶圓W的手。另外，這個晶圓W也可以使用能夠以夾持（clap）機構夾持晶圓W的周緣來保持的晶圓。
在本實施形態中，在具有旋轉軸241的同時，被構成為能夠升降的旋轉台24被設置於水平臂2。以下，說明其具體構成例。
如第3圖所示，在水平臂2的內部，設置有能夠以氣缸（air cylinder）251等的直線運動致動器（actuator）升降的支撐板25，且與旋轉軸21平行或有同一軸線的旋轉軸241在這個支撐板25被支撐為能夠旋轉。這個旋轉軸241與手3的關係為：從手3的轉動軸31到保持中心O 1的距離L1、和手3的轉動軸31與旋轉軸24的旋轉軸241之間的距離L2相等（第2圖）。在這個旋轉軸21的上端設置有圓形的旋轉台24。旋轉台24是被設定為能夠上下穿過手3的叉爪3a之間的空間的大小，且能夠在上表面以例如吸附來保持晶圓W。在本實施形態中，旋轉台24的旋轉軸241被配置為與水平臂2的旋轉軸21在同一軸線上。
在設置於支撐板25的下方的輔助板252，延伸於垂直方向的中間傳動軸26被支撐為能夠旋轉，且這個中間傳動軸26的上端被穿插到支持器（holder）261及栓槽螺帽（spline nut）262，其中支持器261被貫通保持在支撐板25，且栓槽螺帽262附屬於支持器261且能夠相對該支持器261旋轉。中間傳動軸25是栓槽軸，且栓槽螺帽262相對於中間傳動軸26能夠在軸方向移動且不能相對旋轉。因此，無論支撐板25或栓槽螺帽262在其升降行程的任何位置，中間傳動軸26的旋轉被傳遞給栓槽螺帽262，且栓槽螺帽262與中間傳動軸26一起旋轉。另外，作為能夠作為上述中間傳動軸26（栓槽軸）、支持器261、栓槽螺帽262的組合體實現功能的市售品，能夠適合地使用THK股份有限公司製滾珠栓槽（rotary ball spline）LTR型。
在栓槽螺帽262設置有滑輪263，且在旋轉台24的旋轉軸241的下部設置有滑輪242，這些滑輪263、242間纏繞有無端皮帶27。在中間傳動軸25的下端設置有滑輪264，在該滑輪264，在設置於旋轉用馬達22的輸出軸221的滑輪222、與在旋轉軸21上透過減速機211設置的滑輪212之間共通纏繞有被纏繞的無端皮帶23（第4圖）。滑輪222和滑輪264的比雖然並未限定，例如為1~2:1。藉此，如果旋轉用馬達22驅動，在水平臂2繞旋轉軸21周邊旋轉的同時，旋轉台24會繞旋轉軸241周邊旋轉。但是，因為減速機211的減速比較大，即使旋轉台24旋轉1圈（360°），水平臂2的旋轉角度也很小。
接著，說明有關使用上述構成的搬運機器人A1以進行晶圓W的對準操作的情況的動作例。
如第5圖所示，先使旋轉台24位於比手3更下方，且使承載了從搬運源接收的晶圓W之手3的保持中心O 1與旋轉台24的旋轉軸241在平面上一致。此時，如第6圖所示，晶圓W的中心W O對於旋轉台24的旋轉軸241（手3的保持中心O 1），有時在X－Y方向偏差（偏差量δ XY）、在θ方向也偏差（偏差量δ θ）。
接著，如第7圖所示，藉由使旋轉台24上升，晶圓W被移載到旋轉台24上。藉由在這個狀態下使旋轉台24旋轉以透過預定的感測器連續檢測晶圓W的外周，能夠檢測出在從手3移載到旋轉台24的時點之晶圓W的中心W O的X－Y方向的偏差量δ XY。在晶圓W，由於在外周形成有凹口W N或定位平邊，藉由同時檢測出這個凹口W N或定位平邊，能夠檢測出在從手3移載到旋轉台24的時點之晶圓W的θ方向的偏差量δ θ。藉由考慮如上所述檢測出的偏差量δ θ以使旋轉台24旋轉到預定方向，能夠消除θ方向的偏差。如此消除θ方向的偏差之晶圓W藉由使旋轉台24下降以被移載到手3上，且晶圓W的X－Y方向的偏差能夠透過以下來消除：基於如上所述檢測到的偏差量δ XY，可動機構1或水平臂2在X－Y方向修正手3並將其運送到搬運目的地。
在上述構成中，由於利用用於使水平臂2旋轉的旋轉用馬達22的輸出以進行旋轉台24的旋轉驅動，不需要設置用於旋轉台24的另外的驅動系統。
在如上所述使旋轉台24旋轉時，雖然水平臂2也會旋轉，但由於如上所述使用高減速比的減速機211，水平臂2的旋轉角度很小，且在對準操作中水平臂2不會大幅旋轉並干涉周邊機器，維持了裝置整體的小型（compact）性。
如此一來，根據上述構成的搬運機器人A1，由於能夠不設置另外的對準器並進行對準操作，能夠實現搬運裝置整體的小型化和成本降低。此外，由於能夠以短時間進行手3與旋轉台24間的晶圓的交換，能夠縮短對準操作所需要的時間並提高製程整體的處理效率。
當然，本揭露並非限定於上述實施形態，且包含在各請求項所記載的事項的意思中的所有變更都被包括在本揭露的範圍內。
舉例而言，在上述實施形態中，雖然使旋轉台24的旋轉軸241與水平臂2的旋轉軸21一致，但並不一定要一致。只要從手3的轉動軸31到保持中心O 1的距離L1、和手3的轉動軸31與旋轉軸24的旋轉軸241之間的距離L2相等即可。
此外，有關用於使利用水平臂2的旋轉用馬達22的輸出以旋轉的旋轉台24升降之構成也並非限定於實施形態的構成。
再者，移送支撐水平臂2的支撐座131的可動機構1的構成也並非限定於上述實施形態，只要是能夠將支撐座131移送到垂直面內的任意的位置的構成，怎樣的構成都可以。
1:可動機構（機器人） 2:水平臂 3:手 3a:叉爪 11:第1軸 12:第2軸 13:第3軸 21:旋轉軸（第1軸） 22:旋轉用馬達 23,27:無端皮帶 24:旋轉台 26:中間傳動軸 31:轉動軸（第2軸） 32:馬達 33:皮帶傳動機構 111:第1臂 121:第2臂 131:支撐座 211:減速機 212,222,242,263,264:滑輪 221:輸出軸 241:旋轉軸（第3軸） 251:氣缸 252:輔助板 261:支持器 262:栓槽螺帽 A1:搬運機器人 III-III,IV-IV:線 L1,L2:距離 O 1:保持中心 W:晶圓（板狀工件） W O:（晶圓的）中心 W n:凹口 δ XY,δ θ:偏差量
第1圖係關於本揭露的一實施形態之搬運機器人的整體立面圖。 第2圖係水平臂的平面圖。 第3圖係水平臂的縱剖面圖，相當於沿著第2圖的III-III線的剖面圖。 第4圖係沿著第3圖的IV-IV線的剖面圖。 第5圖係顯示操作狀態的圖，相當於沿著第2圖的III-III線的剖面圖。 第6圖係顯示操作狀態的圖，且是在平面圖的顯示水平臂的圖。 第7圖係顯示操作狀態的圖，相當於沿著第2圖的III-III線的剖面圖。
1:可動機構(機器人)
2:水平臂
3:手
21:旋轉軸(第1軸)
22:旋轉用馬達
23,27:無端皮帶
24:旋轉台
26:中間傳動軸
31:轉動軸(第2軸)
32:馬達
33:皮帶傳動機構
131:支撐座
211:減速機
212,222,242,263,264:滑輪
221:輸出軸
241:旋轉軸(第3軸)
251:氣缸
252:輔助板
261:支持器
262:栓槽螺帽
A1:搬運機器人
IV-IV:線

Claims (5)

  1. 一種搬運機器人，具備： 可動機構； 支撐座，由前述可動機構運送； 水平臂，能夠繞相對前述支撐座垂直的第1軸周邊旋轉； 馬達，設置於該水平臂以使前述水平臂旋轉；以及 手（hand），能夠在前述水平臂的上方繞與前述第1軸平行的第2軸周邊以相對該水平臂轉動，且能夠在上表面支撐板狀工件， 前述水平臂在上表面設有被構成為能夠支撐前述板狀工件的旋轉台，且前述旋轉台在能夠繞與前述第1軸平行的第3軸周邊旋轉的同時能夠在該第3軸的軸方向升降， 前述手具有與前述板狀工件的中心對應的保持中心，且該保持中心被構成為在平面圖中沿著延伸通過前述第3軸的轉動軌跡移動， 前述旋轉台是利用設置於前述水平臂的前述馬達的輸出來旋轉。
  2. 如請求項1記載之搬運機器人，其中前述旋轉台包含用於向該旋轉台傳遞旋轉動力的旋轉台用軸，且分別在前述旋轉台用軸、前述馬達的輸出軸、和前述第1軸設有滑輪（pulley），且在該滑輪纏繞有共通的皮帶（belt）。
  3. 如請求項2記載之搬運機器人，更具備設置於前述第1軸的前述滑輪與前述支撐座之間的減速機。
  4. 如請求項3記載之搬運機器人，其中前述減速機的減速比為1/160~1/50。
  5. 如請求項4記載之搬運機器人，其中前述馬達、設置於前述馬達的前述輸出軸的前述滑輪、前述旋轉台用軸、設置於前述旋轉台用軸的前述滑輪、設置於前述第1軸的前述滑輪、和前述皮帶被設置於前述水平臂的內部。
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