JP2004235549A

JP2004235549A - 薄板状物搬送ロボット及び薄板状物処理装置

Info

Publication number: JP2004235549A
Application number: JP2003024299A
Authority: JP
Inventors: Fumio Sakitani; 文雄崎谷; Katsunori Sakata; 勝則坂田
Original assignee: Rorze Corp
Current assignee: Rorze Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】ウエハが大型化による、真空処理装置の大型化を抑制できる基板搬送ロボットを提供する。
【解決手段】１つのアーム２２と１つのエンドエフェクタ２３を持つ搬送ロボットにおいて、ロボット胴体２４上のアーム回動軸２５の中心を、ウエハ中心点の移動軌跡線からアーム全長の範囲内の距離だけ離し、且つ、アーム２２とエンドエフェクタ２３をそれぞれ別々のモータで駆動制御することによって、ウエハ投影移動軌跡とアーム２２およびエンドエフェクタ２３の回動投影軌跡がなるべく重なるようにする。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、薄板状物を搬送する搬送ロボットに関し、特に、半導体ウエハ、液晶表示板用基板、プラズマディスプレー基板、有機エレクトロルミネッセンス基板、無機エレクトロルミネッセンス基板、プリント配線基盤等の薄板状物を、あらかじめ設定した経路に沿って移送、搬送する搬送ロボット及び、その搬送ロボットが組み込まれた薄板状物の処理装置にも関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハや液晶基板を、各種処理装置へ搬送するため、一般に、スカラ型ロボットが使用されている。特許公開平成６年第４５４２５号公報では、処理装置に具えられ、真空処理室で使用されるウエハ搬送ロボットが示されている。この搬送ロボットは、胴体部上に回転可能に連結されたアームと、このアーム先端に回転可能に連結されたエンドエフェクタと、駆動手段と、駆動手段を動作させる制御手段と、を具えている。この搬送ロボットでは、胴体部とアームとを連結する回転軸から、アームとエンドエフェクタとを連結する回転軸（以下、肘点という）までの軸間の長さと、アームとエンドエフェクタとを連結する回転軸中心から、把持するウエハ中心までの長さとが、ほぼ等しく、１つの駆動手段によりアームが回動することで、エンドエフェクタは、アームとは逆方向に、二倍の角度だけ回転することで、把持したウエハを平面内で直線移動する。
【０００３】
また、特許公開２００２年第２８０４３７号公報に記載の搬送ロボットでは、アームと、アームの長さに比べて長いエンドエフェクタと、胴体部に具えられ、アームを回動させる駆動手段と、胴体部の別の場所に具えられ、エンドエフェクタを回動させる駆動手段と、これら駆動手段を動作させる制御手段と、を具える搬送ロボットが示されている。本文献では、ウエハ中心の移動軌跡は、３つの区間から成り立っている。不図示のＰ１からＰ２までの第１区間は直線移動であり、Ｐ２からＰ６までの第２区間は円弧状移動であり、Ｐ６からＰ７までの第３区間は再び直線移動である。ここで第２区間は円弧状移動部分で搬送ウエハの移動投影軌跡が広がっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−４５４２５号公報
【特許文献２】特開平７−２４０４０６号公報
【特許文献３】特開平１１−１５６７７１号公報
【特許文献４】特開平１１−１５０１７３号公報
【特許文献５】特開２００２−２８０４３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えばプラズマ処理装置では、搬送ロボットを擁する処理室内を真空にする必要があり、この場合、排気量ができるだけ少なくすることが必要である。また、真空状態に耐えることができ、圧力損失の少ない処理室であることが望ましい。さらに、処理室は、アルミニウム塊等の金属塊から削りだして、形成されるため、金属塊を加工する量が少なく、加工コストが低い処理室であるほうがよい。これらのことから処理装置内部の容積が小さく、安定した処理環境を保持できることが課題となっている。
【０００６】
前記文献に紹介されている搬送ロボットには、アーム及びエンドエフェクタの駆動を、１つのモータによって動力をベルトとプーリにより伝達して行うものがある。即ち、これらは、薄板状物を載置し、アームとエンドエフェクタとを引いて重ね合わせた後、搬送ロボット胴体上で方向転換し、アームとエンドエフェクタとを伸ばして、目的場所に送り出す。ここで、アームの肘部を回転させるスペースがあるため移載室の広さが必要であり、これを小さくしようという思想は伺われない。
【０００７】
即ち、処理室の容積を最小にするため搬送ロボットの動作範囲を最小限にする要求、安定した真空度の処理環境の要求、移載室と処理室との間を大きくとって異物を持ち込まないために、より遠くまで搬送したいという要求がある。例えば、従来の処理装置２では、図９に示すように、第一載置台１５上のウエハ７の中心点と、胴体部上のアーム回動軸２５の中心点と、第二載置台１６上のウエハ７の中心点と、これら３つの点が一直線上にあり、この直線上でウエハ７の中心点を移動させて搬送している。このように搬送経路では、アーム回動軸２５上で、アームとエンドエフェクタとの結節点（肘点２６）が回動する空間が必要で、処理室の最小化に寄与しない。このように、従来の方法では対応することが不十分であったが、本発明では、以下のように、これら要求を解決できる搬送ロボット、および、処理装置を開発した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、胴体部と、水平面内で回動可能に前記胴体部へ一端が連結された１つのアームと、前記アームの他端に水平面内で回動可能に連結され薄板状物を保持できる１つのエンドエフェクタと、少なくとも二つの駆動手段と、前記駆動手段の動作を制御する制御手段とを有し、アームとエンドエフェクタが回動することで薄板状物を搬送する搬送ロボットにおいて、前記胴体部上のアーム回動中心から、前記エンドエフェクタ上の載置点（以下、載置点とのみ記す）の移動軌跡線への距離が、アーム全長以下であることを特徴とする。即ち、載置点の移動軌跡線から、前記胴体部上のアーム回動中心を離すことを特徴としている。前記載置点の移動軌跡線への距離がゼロ、即ち、移動軌跡線上に胴体部上のアーム回動中心が来る場合は、薄板状物の移動投影軌跡の幅から、アームとエンドエフェクタの運動投影軌跡が、従来よりも出ないようにするには、アームとエンドエフェクタの長さを極端に短くしなければならず、搬送距離が短くなって非現実的である。
【０００９】
本発明では、アームと、これに連結しているエンドエフェクタとを自由に回動させるため、それぞれに駆動モータを配備するが、これらモータは胴体内に収め、同軸下にプーリとベルト或はギアで動力伝達することが好ましい。ここで、アームとエンドエフェクタとの連結点を肘点、連結部分を肘部分という。
前記アームの全長と前記載置点−アーム肘点間距離とを同じとしても、差を持たせてもよい。この時、アーム長とエンドエフェクタ長の比は、アームの２つの回動軸間距離とエンドエフェクタ回動軸−載置点間距離との比で表すと、実用的設計上は３：１から１：３とするが、１：１．２から１：２．５とすると搬送距離を長く取ることができ、好ましい。尚、前記アームの全長とは、アームの２つの軸間距離ではなく、２つの軸受けと肉厚を含む最大外形寸法をいう。
【００１０】
また、本発明の薄板状物搬送ロボットは、前記アームの全長が薄板状物の移動投影軌跡幅より短くすることが好ましい。ここで、アームの全長が前記移動投影軌跡幅以下であれば、アーム及びエンドエフェクタの運動軌跡は薄板状物の移動投影軌跡幅内にほとんど、或いは完全に重ねることができ、最も好ましい。
【００１１】
前記少なくとも二つの駆動手段のうちの二つが、それぞれアームとエンドエフェクタとを個別に回動させる働きをするが、駆動のためのモータは胴体内に納め、プーリとベルト、ギアの組み合わせ、ギアとドライブシャフトの組み合わせなどによって、胴体内から動力を同軸で出力することが好ましい。
【００１２】
またここで、前記エンドエフェクタ上の載置点の移動速度が、経路上の前記２つの点間を結ぶ直線上を所望する速度となる様算出する制御手段を有する薄板状物搬送ロボットであってもよい。本発明の搬送ロボットの動作は、制御手段により制御されている。制御手段は、通常、パーソナルコンピュータ等の制御装置に具えられ、演算手段や記憶手段等も同一のまたは、別々の制御装置に具えている。
【００１３】
次に、エンドエフェクタ上の載置点を、座標上に演算表示する原理について、図６を参照に説明する。ここでは、長さＬ_１のアームと長さＬ_２のエンドエフェクタが、独立して回動できる搬送ロボットとする。胴体上のアーム回動中心Ｏを原点とするＸＹ座標において、肘点Ｂ_ｍを通るＸ軸への補助平行線を引くと、アームの角度αと、アームに対するエンドエフェクタの角度βとは測定によりわかる。従って、任意の載置点Ａｍ（Ｘｍ，Ｙｍ）の座標は、次のように表せる。
Ｘ_ｍ＝Ｌ_１ｃｏｓα_ｍ＋Ｌ_２ｃｏｓ（α_ｍ＋β_ｍ）…（１）
Ｙ_ｍ＝Ｌ_１ｓｉｎα_ｍ＋Ｌ_２ｓｉｎ（α_ｍ＋β_ｍ）…（２）
【００１４】
エンドエフェクタ上の載置点の通過点は、予め複数の点（図８の黒丸点）を与え、それらの点をスムースに繋ぐために、自動補間法によって、さらに細分化して移動軌跡を定める。即ち、図８に示すように、載置点が、Ａ_１からＡ_ｎに移動する際、時間Ｔに対して黒丸点を通過する速度Ｖを与える。次に、２つの隣り合った黒丸点の間を、指定した一定の短時間ΔＴごとに細分化して白丸点が補間される。尚、Ｘ，Ｙ軸上に対応する黒丸の載置点は、直線または円弧で結ぶようソフトウエア設計する。
【００１５】
図８の任意の時刻における載置点Ａ_ｍから次の点Ａ_ｍ＋１への移動を、図７で説明する。図７のＸ，Ｙ座標上で、Ａ_ｍ（Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍ）とＡ_ｍ＋１（Ｘ_ｍ＋１，Ｙ_ｍ＋１）との位置関係はそれぞれ（１）式と（２）式とで表わされ、これら２点間の直線距離をＳ_ｍとすると、次のように表せる。
Ｓ_ｍ＝｛（Ｘ_ｍ−Ｘ_ｍ＋１）^２＋（Ｙ_ｍ−Ｙ_ｍ＋１）^２｝／２・・・・・（３）
従って、載置点Ａ_ｍと載置点_Ａｍ＋１との間の移動速度Ｖ_ｍは次のように表される。
Ｖ_ｍ＝Ｓ_ｍ／ΔＴ…（４）
【００１６】
（１）式、（２）式のアームの回動角α_ｍとエンドエフェクタの回動角β_ｍを測定してこれらを制御し、一定の短時間ΔＴを与えて補間すれば、載置点Ａ_ｍの移動軌跡が確定し、（３）式、（４）式によって運動速度を制御することができる。
【００１７】
次に本発明では、胴体部上に、回動可能に連結された１つのアームと、前記アームの先端に回動可能に連結され、薄板状物を保持できる１つのエンドエフェクタと、少なくとも二つの駆動手段と、前記駆動手段の動作を制御する制御手段とからなる搬送ロボットを具えた処理装置を提案する。ここで、前記搬送ロボットの胴体部上にあるアームの回転軸中心が、処理装置内の第一載置台と第二載置台とを結ぶ載置点の軌跡線から、前記胴体部上のアーム回動中心が離れていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明の薄板状物搬送ロボットは、上記式に従って、アームとエンドエフェクタとを独立に回動させることにより、薄板状物の前記水平面への投影軌跡を、アーム先端までの距離の幅内に存在させる制御手段を有することもでき、これらの駆動手段は同軸とすることもできる。また、本発明の搬送ロボットには、前記２つの載置台上への薄板状物を積み降ろしするための昇降手段、即ち、Ｚ軸をもたせることもできる。このＺ軸は、先に説明したＸ軸、Ｙ軸と合わせて、搬送経路を３次元的にプログラム設計することができる。
【００１９】
本発明の処理装置は、第二載置台上でレジスト塗布、露光、熱処理、プラズマ処理、その他各種処理を行う処理室と、前記本発明の薄板状物搬送ロボットを具えた移載室とからなる。移載室の入り口と出口（処理室の入り口を兼ねる）とは、ゲートを設けることもでき、移載室には第一載置台を設けることができる。これら載置台は一段であっても、複数段であってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１では、本発明の半導体製造設備１を示しており、収納カセット６からロードロック室１０へウエハ７を搬送する搬送装置３と、ウエハの各種処理を行う処理装置２とを、具えている。搬送装置３は、清浄環境に保たれた筺体であり、ステージ１１上に載置された収納カセット６の、蓋を開閉する機構を具えた、複数のロードポート８と、筺体内に具えられたスカラ型搬送ロボット５と、からなる。処理装置２は、ロードロック室１０の第一ドア１７を閉じ、真空バルブにより、ロードロック室１０、移載室１３および、処理室１４を含む、室内を真空状態にした後、移載室１３内の搬送ロボット４が、平板状物をロードロック室から処理室１４へ搬送し、処理室内で各種処理を行う装置である。
【００２１】
図２では、本発明の他の実施例で、ほぼ直線的に搬送ロボット４と移載室１３の斜視図を示している。この処理装置２では、スカラ型搬送ロボット５等により、第一載置台１５に、ウエハが載置される。第一ドア１７は閉じられ、室内を真空状態にした後に、搬送ロボットが、ウエハを第一載置台１５から第二載置台１６がある処理室へ搬送する。
【００２２】
従来の処理装置２では図９に示すように、第一載置台１５上のウエハ７の中心点と、胴体部上のアーム回動軸２５の中心点と、第二載置台１６上のウエハ７の中心点と、これら３つの点が一直線上にあるが、本発明の図２の処理装置２では、移載室１３の容積を最小限にするために、ウエハ中心の移動軌跡から離して、搬送ロボット４の動作範囲を最小限となる搬送経路の開発例を示した。ここでは、エンドエフェクタ上の載置点にウエハ中心を一致させる。図２では、アーム２２とエンドエフェクタ２３の長さは、薄板状物の大きさと略同じで、アーム回動軸２５中心が、載置点の移動軌跡上にない処理装置２である。この処理装置２は、アーム２２とエンドエフェクタ２３が重なり合うことはなく、そのアーム２２が載置点の移動軌跡と直角をなした状態と、エンドエフェクタ２３が載置点の移動軌跡と直角をなした状態とで、アーム２２とエンドエフェクタ２３の連結部分２５が載置点の移動軌跡からもっとも遠くなり、その回転空間を見積もることができる。即ち、図２は、薄板状物の移動投影軌跡面積に下に、アーム２２及びエンドエフェクタ２３の移動投影軌跡の大部分が隠され、移載室１３の容積の最小化が図られたのである。
【００２３】
図３では、本発明の搬送ロボット４の機構例を示す断面図である。この搬送ロボット４では、アームを回動させる駆動手段とエンドエフェクタ２３駆動手段とが具えられている。アーム２２駆動手段は、アーム回転軸２５の下に個設したアーム用第二プーリ２８を、ベルト３１を介してアーム用モータ３２に固設したアーム用第一プーリ２７から動力を伝達する機構となっている。
エンドエフェクタ２３は、エンドエフェクタ回動軸２６に設けられた第二プーリ２８と、アーム回動軸２５と同軸上にあり、アーム２２に回動自由に連結する従動軸３５に設けられた第一プーリ２７と、第一プーリ２７および第二プーリ２８を掛け渡すベルト３１と、従動軸３５上の、第一プーリ２７とは別の場所に設けられた第三プーリ２９と、基台２１に固設したモータ３２に設けられた第四プーリ３０と、第三プーリ２９および第四プーリ３０とを掛け渡すベルト３１と、からなる。
この搬送ロボット４において、エンドエフェクタ駆動手段３８を動作させることで、エンドエフェクタ２３は独立して回動できる。第一プーリ２７と、第二プーリ２８との、歯数の比は任意である。また、アーム２２とエンドエフェクタ２３とを、同方向に、同じ角度だけ回動させることで、基準点５０は、アーム回動軸２５を中心に回動する。
【００２４】
図４は、ウエハ載置点をＡ点からＥ点まで直線状に搬送する本発明の例で、この直線までのアーム回動中心２５からの距離はアーム２２の長さより短くしてある場合を示している。即ち、Ａ点から出発して、アームを回動させて肘点をＢ’に引くと載置点はＢに、さらにアームを回動させて肘点はＣ’に載置点はＣとなり、肘点がＤ’に回動すると載置点はＤに、アームはＤ’を境に反転させ肘点をＥ’に返すと載置点はＥに到達する。
【００２５】
図５は、ウエハ載置点の移動軌跡が直線ではなく、曲線である場合である。この場合も図４と同様にしてウエハを搬送することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の搬送ロボットは、アームとエンドエフェクタを独立して回動させることにより、任意の軌道でウエハなど薄板状物を搬送することができる。
搬送可能な距離を短くしないで、搬送すべき薄板状物の移動投影軌跡内に、アームとエンドエフェクタの回動範囲を可能な限り重複させるように制御手段にあらかじめ設定することができるため、処理装置の移載室の内部容積を最小にするができた。これによって、処理装置内を真空にする場合の排気量を削減し、排気時間を短縮することができ、生産性の向上も実現できた。
また、搬送距離範囲を長く取ることができることから、清浄環境が望まれる処理室から、発塵の可能性がある搬送ロボットの関節部分を極力遠ざけることができ、処理室内をほぼ無塵状態に保ったまま各種処理を行うことができるようになった。
さらに、移載室を小さくすることにより、相対的に肉厚が大きくとれ、真空耐圧性が増加した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各種処理を行う半導体製造設備の１例を示す斜視図。
【図２】本発明の搬送ロボットを有する処理装置示す斜視図。
【図３】本発明の搬送ロボットの一実施例を示す断面図。
【図４】本発明の搬送ロボットの搬送経路を示す平面図。
【図５】本発明の搬送ロボットの他の搬送経路を示す平面図。
【図６】本発明の搬送原理を説明する平面図である。
【図７】本発明の搬送原理を説明する他の平面図である。
【図８】エンドエフェクタ上の載置点の移動速度と時間の関係を示す図。
【図９】従来の搬送ロボットの搬送経路を示す平面図。
【符号の説明】
１半導体製造設備
２処理装置
３搬送装置
４搬送ロボット
５スカラ型搬送ロボット
６収納カセット
７ウエハ
８ロードポート
１１ステージ
１３移載室
１４処理室
１５第一載置台
１６第二載置台
１７第一ドア
１８第二ドア
２１基部
２２アーム
２３エンドエフェクタ
２４胴体部
２５アーム回動軸
２６エンドエフェクタ回動軸（肘点）
２７第一プーリ
２８第二プーリ
２９第三プーリ
３０第四プーリ
３１ベルト
３２モータ
３４胴体部回動軸
３５従動軸

Claims

胴体部と、水平面内で回動可能に前記胴体部へ一端が連結された１つのアームと、前記アームの他端に水平面内で回動可能に連結され薄板状物を保持できる１つのエンドエフェクタと、少なくとも二つの駆動手段と、前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、を有し、前記アームと前記エンドエフェクタが回動することによって薄板状物を搬送する搬送ロボットにおいて、
前記胴体部上のアーム回動中心から前記エンドエフェクタ上の載置点の移動軌跡線への距離が、アーム全長以下であることを特徴とする薄板状物搬送ロボット。
前記アームの全長が、前記エンドエフェクタ上の載置点とアーム肘点間距離以下であって、且つ、薄板状物の移動投影軌跡幅より短いことを特徴とする請求項１に記載の薄板状物搬送ロボット。
前記少なくとも二つの駆動手段のうちの二つが、同軸であることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の薄板状物搬送ロボット。
請求項１から３のいずれかに記載の薄板状物搬送ロボットを有することを特徴とする薄板状物処理装置。
一段または二段以上の薄板状物載置台と、
請求項１から３いずれかに記載の薄板状物搬送ロボットと、
が同室に配置されることを特徴とする薄板状物処理装置。