CN103227130A - 传动机构、基板定位装置和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传动机构、基板定位装置和机器人。所述传动机构包括：驱动带轮，所述驱动带轮设置在驱动轴上并且包括具有预定的节宽的外部齿；从动带轮，所述从动带轮设置在从动轴上并且包括具有所述节宽的外部齿；以及带，所述带包括具有所述节宽的内部齿，所述内部齿与所述驱动带轮和所述从动带轮的所述外部齿啮合。此外，所述带包括具有周期性变化特征的子带，在所述周期性变化特征中，所述节宽周期性地变化，并且这些子带被设置在其周期性变化特征的相位彼此移位的状态。

Description

传动机构、基板定位装置和机器人

技术领域

本文所公开的实施方式涉及传动机构、基板定位装置和机器人。

背景技术

常规地，已知一种传动机构，该传动机构包括马达、带和带轮等，以在两个平行轴之间传递马达的旋转。

传动机构被使用在对准装置等中，当诸如晶片的基板在形成于所谓的局部清洁装置（例如，设备前端模块（EFEM））中的空间中由机器人搬运时，所述对准装置等执行该基板的定位。在下文中，对准装置被描述为“基板定位装置”。

具体地，基板定位装置构造成使得，第一带轮被固定到马达的输出轴，第二带轮被固定到供安装基板的台的支承轴上，并且带围绕所述第一带轮和第二带轮缠绕。因此，基板定位装置通过基于马达的运动来移动所述台而执行基板的定位（例如，参见日本专利特开第2004‐200643号公报）。此外，由橡胶制成的齿形带通常被用作所述带。

然而，在使用齿形带的常规传动机构中，马达的旋转可能不被精确地传递。这是因为齿形带的齿节之间的宽度（在下文中，被称为“齿节宽”）可能因成形时的误差而变化。

在基板定位装置以及通过使用所述传动机构来驱动臂的机器人中都能够以相同的方式出现这种问题。

发明内容

鉴于上述，提供一种传动机构、基板定位装置和机器人，所述传动机构、基板定位装置和机器人即使在使用具有其中齿节宽变化的周期性变化特征的带的情况下，也能够以比节宽的变化更低的高精度来传递驱动源的旋转。

根据本文所公开的实施方式的一方面的传动机构包括驱动带轮、从动带轮和带。所述驱动带轮设置在驱动轴上并且包括具有预定的节宽的外部齿。所述从动带轮设置在从动轴上并且包括具有所述节宽的外部齿。所述带具有与所述驱动带轮和所述从动带轮的所述外部齿啮合的内部齿，并且所述内部齿具有与所述驱动带轮和所述从动带轮的所述外部齿相同的节宽。此外，所述带包括具有周期性变化特征的子带，在所述周期性变化特征中，所述齿节宽周期性地变化，并且这些子带被设置在齿节宽的周期性变化特征的相位彼此移位的状态。

根据所公开的实施方式的该方面，即使在使用具有其中齿节宽周期性地变化的周期性变化特征的子带的情况下，也能够以比所述齿节宽的变化更低的高精度来传递驱动源的旋转。

附图说明

本公开内容的目的和特征从结合附图给出的实施方式的下述说明将显而易见，在附图中：

图1是示出包括根据实施方式的基板定位装置和机器人的搬运系统的总体构造的示意图；

图2A是示出根据实施方式的基板定位装置的构造的示意性立体图；

图2B是传感器单元的示意性放大图；

图3A是根据实施方式的传动机构的示意性俯视图；

图3B是图3A所示的部分M1的示意性放大图；

图4A和图4B是用于示出使得带的相位移位的示例的视图；

图5是示出从动带轮和驱动带轮之间的相移的图；

图6A和图6B是示出从动带轮和驱动带轮之间的相移的量的实验结果的图；

图7A是示出子带的成型的示例的图；

图7B是示出子带的布置的示例的图；

图7C是示出子带的布置的另一示例的图；以及

图8是示出根据实施方式的机器人的构造的示意性侧视图。

具体实施方式

在下文中，将参照形成实施方式的一部分的附图来详细地描述传动机构、基板定位装置和机器人的实施方式。此外，实施方式并不旨在局限于下述的具体细节。

此外，将利用例如构造成使用机器人来搬运半导体晶片的搬运系统来给出下述说明。在本文中，“半导体晶片”简单地被称为“晶片”，并且机器人的“末端执行器”被称为“手”，并且“齿形带”被称为“带”。

首先，将参照图1来描述根据实施方式的包括基板定位装置和机器人的搬运系统的总体构造。图1示出了包括根据实施方式的基板定位装置和机器人的搬运系统1的总体构造。

为了便于理解说明，在图1中示出了包括Z轴的三维笛卡尔坐标系，该Z轴的正向和负向分别竖直向上和向下（即，“竖直方向”）。因此，沿着XY平面的方向被称为“水平方向”。该笛卡尔坐标系能够以相同的方式被示出在用于下述说明的其他附图中。

此外，在下述说明中，附图标记可被分配给多个部件之中的仅一个部件，并且可以省除对其他部件分配附图标记。在该情况下，假定其他部件与分配有附图标记的部件具有相同的构造。

如图1所示，搬运系统1包括基板搬运单元2、基板供给单元3和基板处理单元4。基板搬运单元2包括机器人10和供设置该机器人10的壳体20。基板供应单元3设置在壳体20的一个侧面21上，并且基板处理单元4设置在壳体20的另一侧面22上。此外，附图中的附图标记100表示搬运系统1的安装面。

机器人10包括臂单元12，该臂单元具有手11，所述手11能够以两段（即，上段和下段）的方式保持待被搬运的晶片W。臂单元12被支承为能够沿水平方向旋转，并且能够相对于基座13竖直地移动。基座13被安装在基座安装框架23上，该基座安装框架23形成壳体20的底壁。此外，将在下文参照图8来描述机器人10。

在壳体20中，借助过滤单元24形成清洁空气的向下流，该过滤单元是所谓的设备前端模块（EFEM）并且设置在壳体20的顶部处。借助所述向下流，壳体20的内部保持处于高清洁度的状态。此外，在基座安装框架23的下表面上设置腿部25，以支承壳体20，而在壳体20与安装面100之间保持预定间隙C。

基板供应单元3包括：箍30，所述箍沿竖直方向以多段的方式容纳多个晶片W；以及开箍器（未示出），所述开箍器执行箍30的盖的打开和关闭，以允许将晶片W取出到壳体20中。此外，能够在具有预定高度的台31上以预定间隔设置均包括箍30和开箍器的多个组。

基板处理单元4是在半导体制造过程中对晶片W执行诸如清洁处理、成膜处理和光刻处理之类的预定处理的处理单元。基板处理单元4包括执行该预定处理的处理装置40。处理装置40设置在壳体20的与基板供应单元3相对的另一侧面22上，而使机器人10位于该处理装置40和基板供应单元3之间。

此外，在壳体20中设置基板定位装置50，以执行晶片W的定位。将参照图2A等在下文详细地描述基板定位装置50。

基于这种构造，在搬运系统1中，晶片W由执行升降和旋转操作的机器人10从箍30取出并通过基板定位装置50装载到处理装置40中。接着，将已经在处理装置40中经受了预定处理的晶片W借助机器人10的升降和旋转操作而卸载和搬运，然后被容纳在箍30中。

接下来，将参照图2A来描述根据实施方式的基板定位装置50的构造。图2A是示出根据实施方式的基板定位装置50的构造的示意性立体图。

如图2A所示，基板定位装置50包括马达51、传动机构52、安装台53和传感器单元54。传动机构52包括驱动带轮52a、从动带轮52b和带52c。

马达51是用于使得轴AX1旋转的驱动源。在马达51的输出轴（即，驱动轴，在下文中被描述为轴AX1）处，设置有传动机构52的驱动带轮52a，并且该驱动带轮52a随着马达51的旋转而旋转。此外，马达51的旋转角度（即，驱动带轮52a的旋转角度）由编码器（未示出）等来检测。

从动带轮52b相对于围绕轴AX2的旋转轴（未示出）（即，从动轴，在下文中被描述为轴AX2）以可旋转的方式设置。

此外，带52c围绕驱动带轮52a和从动带轮52b缠绕。带52c传递驱动带轮52a的旋转，以使得从动带轮52b旋转。

将参照图3A和图3B详细地描述驱动带轮52a、从动带轮52b和带52c的形状等。

此外，用于供安装晶片W的安装台53被连接到从动带轮52b。当从动带轮52b被驱动以旋转时，安装台53使得所安装的晶片W旋转，从而使晶片W的位置对准。将在下文参照图2B来描述该位置对准。

尽管未示出，但是能够设置有吸附单元，以将晶片W吸附到安装台53上。因此，晶片W能够由预定保持力（即，吸附力）保持，以防止由于离心力而引起的移位，由此改善定位对准的精度。

传感器单元54是用于检测例如设置在晶片W的周缘上的切口（在下文中称为“凹口”）的检测单元。在该实施方式中，将以示例的方式描述使用光学传感器来构造传感器单元54的情况，但是这并不旨在限制传感器单元54的构造。

在此，将参照图2B来描述晶片W的位置对准。图2B是传感器单元54的示意性放大图。如图2B所示，传感器单元54包括受光部54a和发光部54b。而且，受光部54a包括线传感器54aa。

受光部54a和发光部54b设置成彼此面对，而在它们之间具有供晶片W的边缘穿过的间隙。在该间隙处，由来自发光部54b的光形成光轴R。此外，当晶片W在遮挡光轴R的情况下旋转时，线传感器54aa基于光轴R的光量变化来检测凹口Wn。

也就是说，通过使得安装台53旋转直到线传感器54aa检测到凹口Wn，基板定位装置50执行晶片W的位置对准。此外，通过基于光强度的变化来检测晶片W的边缘并接着计算离心率的量等，能够执行晶片W的位置对准。另选地，在捕获了晶片W的图像之后，能够基于所捕获的图像执行晶片W的位置对准。

此外，传感器单元54还检测处于位置对准的晶片W的旋转角度（见图2B中的箭头201）。当晶片W的旋转角度（即，从动带轮52b的旋转角度）与由如上所述的编码器等检测到的驱动带轮52a的旋转角度精确地匹配时，认为以良好的精度执行位置对准。

也就是说，重要的是，驱动带轮52a的旋转被精确地传递到从动带轮52b。因此，在根据实施方式的传动机构52中，带52c由多个子带构成，并且这些子带的齿节宽的周期性变化特征的相位彼此移位，由此使得带52c的齿节宽的周期性变化特征均衡，这将在下文详细地描述。

图3A是根据实施方式的传动机构52的示意性俯视图，图3B是图3A所示的部分M1的示意性放大图。如图3A所示，绕轴AX1旋转的驱动带轮52a具有以预定节宽P设置的外部齿。此外，绕轴AX2旋转的从动带轮52b也具有以节宽P设置的外部齿。

此外，如图3B所示，带52c也具有以节宽P设置的内部齿。因此，如图3A所示，在带52c围绕驱动带轮52a和从动带轮52b缠绕的情况下，带52c的内部齿与驱动带轮52a和从动带轮52b的外部齿啮合。因此，可以将马达51（见图2A）的旋转在彼此平行的轴AX1和轴AX2之间传递。

同时，带52c通常由诸如橡胶的弹性材料形成，并且内部齿的节宽P由于在成型时的误差而可能变化。在该情况下，很可能出现从动带轮52b的旋转角度相对于驱动带轮52a的旋转角度提前或延迟（即，旋转不均匀）的情况。

在根据本实施方式的传动机构52中，通过相对于彼此移位带52c的子带的齿节宽的周期性变化特征的相位，来降低该旋转不均匀。这将参照图4A和图4B详细地描述。

图4A和图4B是示出移位带52c的齿节宽变化的周期性特征的相位的示例的图。此外，在下述说明中，说明在带52c的一圈中齿节宽P的变化的周期性特征。

在此，如图4A所示，为了便于说明，线M标记出带52c上的某一位置。这同样适用于图4B。

首先，如图4B的上部所示，在该实施方式中一根带52c构造成分割为多个子带。例如，带52c沿着图4B的上部中示出的作为切割线的虚线被切割。因此，一根带52c被分割为如图4B的下部所示的两个子带52c-1和52c-2。

然后，如图4B的下部所示，例如，子带52c-2旋转与半圈对应的180度（见该图中的弯曲箭头以及虚线标记M）。此外，在保持图4B所示的每个标记M的位置的情况下，两个子带52c-1和52c-2围绕驱动带轮52a和从动带轮52b缠绕。也就是说，两个子带52c-1和52c-2分别设置成使其齿节宽变化的周期性特征的相位彼此移位180度。

在本文中，子带52c-1和52c-2的面对的端部能够结合到一起，或者能够并排设置而不结合。这将参照图7B和图7C在下文进行描述。

此外，已经示出了使子带52c-2旋转180度的示例，但是子带52c-1能够以相同的方式旋转。

在此，在使得如图4B所示形成带52c的两个子带的周期性特征的相位移位的情况下，将参照图5和图6来描述从动带轮52b相对于驱动带轮52a的相移以及相移量。

图5是示出从动带轮52b相对于驱动带轮52a的相移的图，并且图6A和图6B是示出从动带轮52b相对于驱动带轮52a的相移量的实验结果的图。此外，在图5和图6的上部中示出了在带52c中这些子带的周期性特征的相位移位之前的状态，并且在图5和图6的下部中示出了在这些子带的周期性特征的相位移位之后的状态。

在带52c的相位如图5的上部中所示未移位的情况下，从动带轮52b相对于驱动带轮52a的相移绘制出例如类似于正弦波的曲线a，该曲线a基于从动带轮52b的提前或延迟而以恒定周期c上下变化。

假定恒定周期c对应于带52c的一圈，那么这意味着带52c具有针对每圈回转绘制为曲线a的周期性特征。此外，恒定周期c不必具体地是一圈。

另一方面，在带52c被分割为两个子带并且通过使至少一个子带旋转而使这些子带的周期性特征的相位彼此移位对应于带的半圈（见图4B）的180度的情况下，由子带52c-2绘制的曲线b的相移被附加到从动带轮52b相对于驱动带轮52a的相移上（见图5的下部）。

因此，由于曲线b抵消由大致等同于分割之前的带52c的子带52c-1绘制的曲线a，因此理想地，可以抵消从动带轮52b相对于驱动带轮52a的相移（见图5B的下部中的a+b）。

换句话说，即使在使用具有其中齿的节宽P变化的周期性特征的带52c的情况下，也可以使得从动带轮52b顺随驱动带轮52a。因此，驱动带轮52a的旋转能够以比节宽P的变化更低的高精度传递到从动带轮52b。

此外，从动带轮52b顺随驱动带轮52a的程度能够由从动带轮52b相对于驱动带轮52a的相移量的幅值来更清楚地表示。

例如，在带52c中进行相移之前的相移量代表距相移量“0”的相对大的幅值，如图6A所示。

另一方面，在带52c中的相位相对于彼此移位（见图4B）的情况下，由于如上所述这些相位彼此抵消，因此可以降低距相移量“0”的相移量幅值，如图6B所示。也就是说，这显示出从动带轮52b被控制成更有效地顺随驱动带轮52a。因此，驱动带轮52a的旋转能够以比节宽P的变化更低的高精度被传递到从动带轮52b。

虽然已经描述了这样的示例，即带52c被分割为两个子带并且其中一个子带旋转180度以使得带52c的相位移位，但是本公开内容不局限于该示例。例如，带52c能够被分割为三个子带，并且相位以120度移位。

此外，虽然已经描述了根据带52c的分割数量通过均等地分割与带52c的一圈对应的360度来移位相位的情况，但是本发明不局限于这种情况。例如，相位能够任意地移位。

在任意地移位相位的情况下，优选的是例如使用通过合适地调节或模拟待移位的相位来进行确定的技术，使得如图6B所示的相移量的幅值能够变为最小值。此外，相移能够被确定成使得如图5所示的相移曲线a和b例如能够构造成彼此尽可能地抵消。

相位能够以这种方式任意地移位的事实可意味着，能够任意地操作从动带轮52b顺随驱动带轮52a的精度。

接下来，将参照图7A描述子带的成形示例。图7A是示出子带52c-1、52c-2和52c-3的成形示例的图。

如图7A所示，带52c通常作为切断构件被提供，所述切断构件通过将管状块体52cB以规则间隔切割成圆形形状而形成。此外，块体52cB可以由于如上所述在成形期间的误差而不均匀地形成。

鉴于此，在从块体52cB成形子带52c-1、52c-2和52c-3的情况下，优选的是使用被认为具有类似误差的彼此相邻的切断构件。

例如，在带52c包括两个子带的情况下，优选的是，将通过在图7A所示的示例中预先地在块体52cB上标记出标记M之后切断块体52cB而形成的子带52c-1和52c-2、或带52c-2和52c-3结合。

此外，在带52c由三个子带构成的情况下，优选的是将子带52c-1、52c-2和52c-3依次结合。

采用该构造，由于带52c由被认为具有相似误差的相邻切断构件构成，因此通过移位相位而能够容易地实现齿节宽P的周期性变化特征的平均化。也就是说，驱动带轮52a的旋转能够以高精度容易地传递到从动带轮52b，该高精度的误差等于或小于节宽P的变化。

接下来，将参照图7B和图7C描述子带的布置的示例。图7B和图7C是示出子带52c-1和52c-2的布置的示例的图。

首先，如图7B所示，子带52c-1和52c-2的面对的端部能够通过粘结等而彼此结合。

如图7C所示，子带52c-1和52c-2能够平行地设置，使得子带52c-1和52c-2的面对的端部之间的距离变为等于或大于0的预定间隙（即，包括使得子带52c-1和52c-2彼此接触的情况）。

此外，由于子带52c-1和52c-2是相邻的切断构件（见图7A），因此子带52c-1和52c-2能够以相反顺序设置。此外，在该实施方式中，使用相邻的切断构件以便于操纵，但是子带不必要是相邻的切断构件。也就是说，子带能够包括由一个管状块体52cB形成但是彼此不相邻的切断构件，只要能够获得相同的效果即可。此外，子带能够由分离的管状块体52cB形成。此外，子带可以不具有相同的宽度，只要能够获得相同的效果即可。

虽然已经描述了传动机构52被设置在基板定位装置50中的示例，但是传动机构52能够被包括在搬运系统1的机器人10中。在下文中，将参照图8来描述这种情况。

图8是示出根据本实施方式的机器人10的构造的示意性侧视图。在图8中，图1所示的机器人10的手11和臂单元12被更具体地示出。此外，假定下部手11与上部手11以相同的形式设置，下部手11用虚线表示并且将省除对其的说明。此外，包括在机器人10中的传动机构用附图标记52’表示。

如图8所示，机器人10包括手11、臂单元12和传动机构52’。臂单元12包括第一臂12c、关节单元12d、第二臂12e和关节单元12f。

第一臂12c以可枢转的方式连接到升降单元（未示出），该升降单元相对于基座13（见图1）以可沿竖直方向（Z轴方向）滑动的方式设置。

此外，关节单元12d是绕轴线a1旋转的关节。如图8所示，关节单元12d由例如马达51’和与马达51’的输出轴连接的驱动带轮52a’构成。

第二臂12e借助关节单元12d以可枢转的方式连接到第一臂12c。

此外，关节单元12f是绕轴线a2旋转的关节。如图8所示，关节单元12f构造成包括例如从动带轮52b’，旋转从驱动带轮52a’通过带52c’被传递到该从动带轮52b’。

此外，能够设置均与图8所示的相同的两个或更多个从动带轮52b’，使得旋转通过两个或更多个带52c’被传递。

手11借助关节单元12f以可枢转的方式连接到第二臂12e。

于是，每个带52c’与传动机构52的情况一样包括多个子带，并且这些子带通过使得周期性变化特征的相位移位来设置。通过如此设置传动机构52’，机器人10能够通过在实现臂单元12的轻质化的情况下以比齿节宽P的变化更低的高精度传递马达51’的旋转，而操作臂单元12和手11。

因此，可以改善需要精确操作的机器人10的操作精度。此外，由于可以减少成为振动因素的带52c’的旋转不均匀，因此能够进一步改善机器人10的操作精度。

如上所述，根据本实施方式的传动机构、基板定位装置和机器人中的每个都包括驱动带轮、从动带轮以及带。驱动带轮设置在驱动轴上，并且包括具有预定节宽的外部齿。从动带轮设置在从动轴上，并且包括具有该节宽的外部齿。带包括具有相同节宽的内部齿，所述内部齿与驱动带轮和从动带轮的外部齿啮合。此外，带包括多个子带，在这些子带中，节宽以规则的间隔变化，并且这些子带被设置在其中齿节宽的周期性变化特征的相位被移位的状态。

因此，按照根据本实施方式的传动机构、基板定位装置和机器人，即使在使用具有其中齿的节宽周期性地变化的周期性特征的带的情况下，驱动源的旋转也能够以比节宽的变化更低的高精度被传递。

在上述实施方式中，描述了将马达用作驱动源的示例，但是当然能够在该马达和驱动带轮之间应用减速器。在该情况下，驱动带轮被设置在减速器的用作驱动轴的输出轴处。

在上述实施方式中，已以示例的方式描述了基板主要是晶片的情况，但是当然本发明能够被应用而与基板的类型无关。

此外，在上述实施方式中，已以示例的方式描述了单臂机器人，但是本文所公开的实施方式还能够适用于具有两个或更多个臂的多臂机器人。

此外，在上述实施方式中，已以示例的方式描述了被包括在基板搬运系统中的传动机构。但是，与包括有传动机构的系统的类型无关。此外，传动机构能够被设置在除了该系统以外的设备中，并且也与该设备的类型无关。

本领域技术人员应当理解的是，能够根据设计需要和其他因素来构想各种修改、组合、子组合和变化，只要这些修改、组合、子组合和变化落入所附的权利要求或其等同物的范围内即可。

Claims (8)

1.一种传动机构，所述传动机构包括：

驱动带轮，所述驱动带轮设置在驱动轴上并且包括具有预定的节宽的外部齿；

从动带轮，所述从动带轮设置在从动轴上并且包括具有所述节宽的外部齿；以及

带，所述带包括具有所述节宽的内部齿，所述内部齿与所述驱动带轮和所述从动带轮的所述外部齿啮合；

其中，所述带包括具有周期性变化特征的子带，在所述周期性变化特征中，所述节宽周期性地变化，并且这些子带被设置在其周期性变化特征的相位彼此移位的状态。

2.根据权利要求1所述的传动机构，其中，所述子带的数量是n，并且这些子带之间的相移是360/n度。

3.根据权利要求2所述的传动机构，其中，所述子带的数量是2，并且这些子带之间的相移是180度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传动机构，其中，这些子带是相邻的切断构件，通过将管状构件以规则间隔切割成圆形形状而形成这些相邻的切断构件。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的传动机构，其中，所述带通过将这些子带的面对的端部结合而获得。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的传动机构，其中，通过将这些子带的面对的端部设置成在这些相对的端部之间具有预定的间隙，来设置所述带，所述间隙等于或大于0。

7.一种基板定位装置，所述基板定位装置包括：

根据权利要求1至3中任一项所述的传动机构；

马达，所述马达使得所述驱动轴旋转；以及

基板安装台，所述基板安装台连接到所述从动轴并且响应于所述从动轴的旋转而旋转。

8.一种机器人，所述机器人包括根据权利要求1至3中任一项所述的传动机构。

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