JP2007019216A - 基板の搬送ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】移載室の内容積を小さくすることができる基板の搬送ロボットを提供する。
【解決手段】搬送ロボット４ａは、同心状に備える２つの駆動源１５、１６と、各駆動源１５，１６の側面に突出して備える駆動アーム１７，１８と、駆動アーム１７，１８の他端に備える２つの従動アーム１９〜２２と、２つで１組をなす従動アーム１９〜２２の先端に備えるハンド２３，２４と、からなるものである。この搬送ロボット４ａは、各駆動源１５，１６を異方向、若しくは同方向に回動することで各アーム１７〜２２を介して第一ハンド２３、第二ハンド２４を進退動作、回動することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動及び処理を行う高清浄な環境に備えられ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り、特に電子部品である半導体ウエハや、ＬＣＤの基板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等の基板は塵埃を嫌うため、そ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。基板の製造装置は、多種多様の処理を行うものであり、製品の歩留まり（良品率）を高くするため等の理由から、処理室内を気密で高清浄に閉鎖して、又はその内部を真空雰囲気や不活性ガス雰囲気にして加工処理を行うものである。この処理装置では、移載室の内部の略中央に、処理室間に基板を搬出入するための搬送ロボットを備える。また、移載室の周辺壁面には、真空バルブにより気密に開閉可能な処理室と、装置外部から基板の搬出入を行うロードロック室とを、連通可能に備える。このような処理装置では、移載室の形状が五角形や多角形であることが多く、処理室は搬送ロボットを中心に放射状に向けて備えており、搬送ロボットによりロードロック室から各処理室へ基板の移動ができる構造となっている。

上述した従来の搬送ロボットについて、図９を参照して説明する。図９は特許文献１の図４に示す搬送ロボット４ｂ（関節アーム搬送装置）である。この搬送ロボットは、移載室２内部の底部（底壁）の開口部から下方に突出して取り付けられる円柱形状の取付フランジ３８を有している。この取付フランジ３８の内部に高さ方向に位置をずらして同軸状に二つの駆動源１５、１６を備える。駆動源１５、１６は、取付フランジ３８の上部から移載室２内に突出した２つのアウターシャフト３９、インナーシャフト４０を独立して回動させることができる。回動軸の上端部には、第一駆動アーム１７（第一アッパーアーム）と第二駆動アーム１８（第二アッパーアーム）とを、移載室２内部領域であって駆動源１５、１６の回動軸中心から半径方向に突出してそれぞれ備える。第一駆動アーム１７の他端上部には、第一、第二従動アーム１９、２０（第一前アーム、第二前アーム）を、第二駆動アーム１８に第三、第四駆動アーム２１、２２（第二前アーム、第二前アーム）を同じ水平面内で独立して回動可能となるように備える。第一、第三従動アーム１９、２１の他端に第一ハンド２３を、第二、第四従動アーム２０、２２には第二ハンド２４を回動可能に支持する。これにより、この搬送ロボット４ｂは、第一、第二駆動源１５、１６を異方向に回動することで第一、第二ハンド２３、２４を回動中心に対して半径方向（放射線方向）であって、伸長・後退動作することができる。また、各駆動源１５、１６を同方向に回動することで第一、第二ハンド２３、２４を同時に回動することができるものである。

図１０は図９（特許文献１の図２）に示す駆動源１５、１６の内部構造を示す断面図である。この取付フランジ３８内部に高さ方向にずらして備える２つの駆動源１５、１６は、複数のコイルをリング状に配置した電機子３０（スタータ）を各１つずつ備える。各電機子３０の内側に軸受け３３（案内軸受）を介してシャフトを回転可能に備える。シャフトは、電機子３０のすぐ内側あって、上側の電機子３０ｂに対応するアウターシャフト３９であり、そのアウターシャフト３９のすぐ内側にあって、下側の電機子３０ａに対応するインナーシャフト４０である。アウターシャフト３９およびインナーシャフト４０の外壁面であって各スタータ１０に対応する位置に磁石３８（ロータ）をそれぞれ備える。この駆動源１５、１６の筐体上部には、真空雰囲気と電機子３０等がある空間とを隔てるベローズ４１を備え、電機子３０等がある空間に生じる塵埃を真空雰囲気内へ流入することを防ぐことができる。

図１１は特許文献２の図４に示す搬送ロボット４ｃ（移送装置）は、図９の搬送ロボット４ｂの駆動源１５、１６のアウターシャフト３９とインナーシャフト４０とを同心状に備えるのに対して、回動軸４２（第一駆動軸、第二駆動軸）がベース板２５（支持部）上に、ハンドの進行方向に並べて２つ備える点で異なる。この搬送ロボットでは、異なる高さの回動軸４２の上端に第一駆動アーム１７と第二駆動アーム１８を取り付ける。第二駆動アーム１７の上面の形状が、一部凹部を有する棒状であり、第二駆動アーム１８を回動した際に第一駆動軸４２ａと当接するのを回避できる。また、第一駆動アーム１７（第一駆動リンク）の先端上部に第一、第二従動アーム１９、２０（伝達リンク）を、第二駆動アーム（第二駆動リンク）の先端上部に第三、第四従動アーム２１、２２（伝達リンク）をそれぞれ同心状となるように備える。

特表平０８−５０６７７１号公報 特表２００４−２３７４３６号公報

前述した移載室は、内容積の小さいことが望まれている。これには理由が２つあり、第一に内部を迅速に真空若しくは不活性ガス雰囲気とするため、第二に移載室は大きなアルミ塊から削り出す加工により製造され、加工コスト、時間の軽減、精度の向上等のためである。移載室を小さくすれば、移載室の内部に備える搬送ロボットをストローク（可搬送距離）はそのままにして、搬送ロボット自体の大きさ、および稼動範囲を小さくする必要がある。また、移載室に搬送ロボットを容易に取り付けできることも望まれている。

図４ｂ、４ｃは図９および図１１の搬送ロボット４ｂ、４ｃが回動した際の可動範囲を示す平面図である。この搬送ロボット４ｂは、各駆動アーム上に各２つの従動アームを計４つ同じ水平面内で回動可能に備えるのに対して、搬送ロボット４ｃは、２つの従動アームを同心状に備えることから、旋回動作による稼動範囲は搬送ロボット４ｂの方が大きくなるという問題がある。但し、双方の駆動アームの長さは同じである。

また、図５ｂ、５ｃは図９および図１１の搬送ロボット４ｂ、４ｃを示す側面図である。搬送ロボット４ｂは４つの従動アームを同じ水平面内で回動可能に備えるのに対して、搬送ロボット４ｃは第一（第三）従動アームの上部に第二（第四）従動アームを同心状に備えることから、搬送ロボット４ｃは搬送ロボット４ｂに比べてロボットの全体高さが高くなり、この搬送ロボット４ｃを動作すると高さ方向の稼動範囲が大きくなるという問題がある。

本願発明の基板を搬送する搬送ロボットは、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心状に回動軸を有する第二駆動源と、該第一駆動源の側面に突出して備える第一駆動アームと、該第二駆動源の側面に突出して備える第二駆動アームと、該第一駆動アームの他端に同心状で独立して回動可能に備える第一従動アームと第二従動アームと、該第二駆動アームの他端に、異なる回転軸を有する位置に独立して回動可能に備える第三従動アームと第四従動アームと、第一従動アームと第三従動アームとにより回動可能に支持して備える第一ハンドと、第二従動アームと第四従動アームとにより回動可能に支持して備える第二ハンドと、からなるものである。この搬送ロボットは、第一駆動源と第二駆動源とが異方向、若しくは同方向に回動することで各アームを介して第一ハンド、第二ハンドを進退動作、回動することができる。また、第一駆動源と第二駆動源とを異なる速度で回転することで、第一駆動源の回動中心に対して放射線方向と角をなす直線上で第一ハンド及び第二ハンドを移動することもできる。

また、搬送ロボットは、第二駆動源に第二駆動アームと第三駆動アームを、第二駆動源を中心として回動方向に角度をなした方向に突出して備えて、第二駆動アームに第三従動アームを第三駆動アームには第四従動アームを回動可能に備えてもよい。

本願発明の搬送ロボットは、第一ハンドと第二ハンドとが前記第一駆動源及び第二駆動源の回動軸に対して放射線方向に進退運動するものであって、第一ハンドと第二ハンドの進行方向が１５０°から１７９°である。

本発明の搬送ロボットは、第一駆動源と第二駆動源をベース板の上部に第一駆動源を備えて、その第一駆動源の上部に第二駆動源を同心状に備える。

本発明の移載室の内部底壁に備える搬送ロボットは、下側の駆動源に取り付ける駆動アームに二つの従動アームを同軸状に備えるとともに、上側の駆動源に取り付ける駆動アームに二つの従動アームを同じ水平面内で回動可能に備えることで、可搬送範囲（ハンドの最高到達距離）を広くすることができ、回動の際の稼動範囲を小さくするとともに、搬送ロボット全体の高さを低くすることができる。これにより、移載室の内容積を小さくすることができ、移載室内部を真空等の雰囲気にする時間を短縮することで、各種処理室における処理準備時間が短縮される。また、移載室を製造する場合にも、従来のサイズより小さくなるため、加工が高精度で容易であり、コストも軽減される。

この搬送ロボットの駆動源は、移載室外部である大気側と移載室内部である真空雰囲気、若しくは不活性ガス雰囲気（以下真空等雰囲気）側とを気密に隔てる隔壁を備えるものであり、大気側にステータを備え、真空等雰囲気側にロータを備えることで真空雰囲気中に塵埃が発生するのを低減することができる。

図１は本願発明の搬送ロボット４を示す斜視図である。この搬送ロボット４ａは、従来の搬送ロボット４ｂ、４ｃが、各駆動アーム上に２つの従動アームを同じ水平面内で回動可能に備え、若しくは、同心状に備えるに対して、第一駆動アーム１７上に第一、第二従動アーム１９、２０を同心状に備えるとともに、第二駆動アーム１８上に第三、第四従動アーム２１、２２を同じ水平面内で回動可能に備える点で異なる。

２５は搬送ロボット４ａを後述する移載室２の内部底壁の開口部に取り付けるためのベース板である。ベース板２５上には第一駆動源１５を備え、この第一駆動源１５の上部に第二駆動源１６を同心状であって、かつ、独立して回動可能に備える。各駆動源１５、１６の外周で回動可能である回動部材２６ａ、２６ｂの側面に、水平面内に突出する第一、第二駆動アーム１７、１８をそれぞれ備える。なお、この実施例では、回動部材２６ａ、２６ｂと第一駆動アーム１７、第二駆動アーム１８とが一体となって備える。この第一駆動アーム１７の先端付近の上部に第一従動アーム１９を回動可能に備えるとともに、第一従動アーム１９の上部に第二従動アーム２０を同心状で独立して回動可能に備える。この第二従動アーム２０は第二駆動源１６の頂面より上方（本実施例においては数ミリ隙間を隔てた）領域で回動可能である。また、第二駆動アーム１８の先端付近の上部には第三従動アーム２１と第四従動アーム２２とを、第二従動アーム２０とほぼ同じ水平面内で回動可能となるように備える。第一従動アーム１９は、第一従動アーム１９と第三従動アーム２１が、回動する高さが同じとなるように、高さ方向に屈曲して備える。第一、第三従動アーム１９、２１の先端付近に第一ハンド２３を回動可能に備え、第二、第四従動アーム２０、２２の先端付近に第二ハンド２４を回動可能に備えて、各ハンド２３、２４は基板３を保持して、同じ水平面内で進退動作、及び、回動することができる。この実施例において、第一駆動源１５の回動中心から駆動アーム１７、１８上の各従動アーム１９〜２２の回動軸間での距離は全て等しく、各従動アームの回動軸中心から各ハンドの支持軸中心までの距離も全て等しく備えているが、これに限られるものではない。

この搬送ロボット４ａにおいて、第一ハンド２３と第二ハンド２４の進退方向は各駆動源の回動中心から半径方向に向いており、双方のハンド２３、２４の向きは、１８０°未満（この実施例では１７５°）の角度をなしているため、従来の搬送ロボット４ｂ、４ｃに比べて、基板３を搬送する際に回動する角度が少なくてすみ、基板３を受け渡すための動作時間を短縮することができる。

図２は、本願発明の搬送ロボット４ａの駆動源を示す一部切り欠き斜視図である。図中符号の２５は第一、第二駆動源１５、１６を移載室２の筐体２８の内部底壁上に取り付けるためのベース板であり、このベース板２５と内部底壁の接触箇所に移載室２の内部を気密に保つシール部材２７を備える。ベース板２５上には、筺体２８の内部である真空領域ＩＶと、筺体２８の外側である大気領域ＩＡとを気密に遮断する中空円筒状の隔壁２９を備える。また、隔壁２９の内側壁面には、複数の電機子３０ａ、３０ｂとセンサ３１ａ〜ｄとがリング状に隣接して取り付けられた固定軸部材３２を備える。この回動部材２６ａは、隔壁２９の外側（真空領域ＩＶ側）であって一定距離を離間した位置で回動可能であり、ベース板２５上に軸受け３３ａを介して回動可能に備え、回動部材２６ｂは、回動部材２６ａと同心状でありその内側を独立して回動可能となるように軸受け３３ｂを介して備える。また、この回動部材２６ａ、２６ｂは、電機子３０ａ、３０ｂに対向した位置に、リング状に隣接して取り付けられた複数の磁石３７ａ、３７ｂを備える。

図３は図１の搬送ロボット４ａの回動伝達手段３４を示す一部切り欠き斜視図である。本願発明の搬送ロボット４ａは、駆動アーム１７、１８と従動アーム１９〜２２とハンド２３、２４とにより略五角形のリンク機構を形成しており、各要素ともに回動可能に取り付けられていることから、各駆動源１５、１６を回動すればハンド２３、２４の向きが一定とならず安定した基板の搬送ができない。そこで、本実施例では、一方の従動アームに対するハンドとの角度と、他方の従動アームに対するハンドとの角度とが常に等しくするための回動伝達手段３４を備える必要がある。以下にスチールベルト３６による実施例をあげて説明するが、これに限定されるものではなく、他の実施例として、スチールベルト３６を歯車、等に置き換えたものが考えられる。

図３の回動伝達手段３４は、従動アーム１９（２０）、２１（２２）上に備える第一ハンド２３（第二ハンド２４）を回動可能に支持する支軸３５ａ、３５ｂの側面に２本のスチールベルト３６を高さ方向にずらして、Ｓ字状および逆Ｓ字状に巻き付けて備える。これによりハンド２３（２４）に対して支軸３５ａと支軸３５ｂとが互いに逆方向で同じ角度だけ回動することができる。

図４は、本願発明の搬送ロボット４ａと従来の搬送ロボット４ｂ、４ｃを示す平面図である。図４は、図１、図９、図１１に示す状態（待機状態と称する。）の搬送ロボット４ａ〜ｃが、回動の際（図中一点鎖線により回動半径Ｒを示す。）の稼動範囲（搬送ロボット４ａ〜ｃが回動により描く軌跡）を同じであるとしたとき、各搬送ロボット４ａ〜ｃの可搬送範囲を比較して示している。

図４ａは本願発明の搬送ロボット４ａであり、図中二点鎖線Ｓで示す円は搬送ロボット４ａを回動した際の稼動範囲を示すものである。図４ｂ、４ｃは特許文献１および特許文献２の搬送ロボット４ｂ、４ｃを示すものであり、図中二点鎖線Ｔ、Ｕは搬送ロボット４ｂ、４ｃの可搬送範囲であり、この図より搬送ロボット４ａの可搬送範囲Ｓと比べて狭いことがわかる。

図５は、図４の搬送ロボット４を示す側面図である。図４中のＶ、Ｗ、Ｘはベース板上面からハンド上面までの高さを示すものである。図５よりＶ＝Ｗ＜Ｘであることがわかる。

図６の搬送ロボット４ｄは、図１の搬送ロボットが計２つの駆動アーム１７、１８を備えるのに対して、計３つの駆動アーム１７、１８ａ、１８ｂを備える点で異なるものである。図１において、略涙形状であった第二駆動アームを第三従動アーム２１、第四従動アームをそれぞれ支承するために２つに分けた場合の実施例を示すものである。

図７の処理装置１は、搬送ロボット４ｄを移載室２内部に備える平面図を示す。この処理装置１ａは、移載室２を備え、その中央に搬送ロボット４を備える。この四角形の移載室２の４つの側壁面５には各種処理を行うプロセスチャンバ６を二つずつ備える。７は、一方の移載室２ａから他方の移載室２ｂに基板３を搬送する際に、一端処理室６ｂに載置する待機時間を利用して、基板の加熱処理を行う加熱手段等を備える連結処理室７である。８は搬送装置であり、クリーンルーム内で基板３を運搬するためのポッド９を載置する載置台と、ポッド９に備える蓋をポッド本体１０から蓋１１を取り外すため、錠（ラッチキー）を開ける機構を有するロードポート１２と、ポッド９内部から基板３を移載室２ａへの出入口となるロードロック室１３に搬送する基板搬送ロボット１４を備える。

図８は、図７の移載室２を示す平面図である。この四角形の移載室２には、１つの側壁面に２つのプロセスチャンバ６を備える。図中点線で示す円は、搬送ロボット４が基板３を保持して、プロセスチャンバ６内から他のプロセスチャンバ６へ搬送するときの基板３の軌跡を示すものである。図７この搬送ロボット４ｄでは、第一駆動源１５と第二駆動源１６の異なる速度で動作させることで、各ハンド２３、２４を搬送ロボットの回動中心に対して放射線方向と、角度をなす方向に直線移動することができる。

本願発明の搬送ロボットを示す斜視図であるである。 本願発明の駆動源を示す一部切り欠き斜視図である。 ハンド内に備える回動伝達手段を示す一部切り欠き斜視図である。 本願発明の搬送ロボットと従来のものとを示す平面図である。 本願発明の搬送ロボットと従来のものとを示す側面図である。 図１と異なる本願発明の搬送ロボットを示す平面図である。 図６の搬送ロボットを備える処理装置を示す平面図である。 移載室における搬送ロボットの動作経路を示す平面図である。 特許文献１の図４の搬送ロボットを示す一部切り欠き斜視図である。 特許文献１の図２の駆動源を示す断面側面図である。 特許文献２の図４の搬送ロボットを示す斜視図である。

符号の説明

１ 処理装置
２ 移載室
３ 基板
４ 搬送ロボット
５ 側壁面
６ プロセスチャンバ
７ 連結処理室
８ 搬送装置
９ ポッド
１０ ポッド本体
１１ 蓋
１２ ロードポート
１３ ロードロック室
１４ 基板搬送ロボット
１５ 第一駆動源
１６ 第二駆動源
１７ 第一駆動アーム
１８ 第二駆動アーム
１９ 第一従動アーム
２０ 第二従動アーム
２１ 第三従動アーム
２２ 第四従動アーム
２３ 第一ハンド
２４ 第二ハンド
２５ ベース板
２６ａ、２６ｂ 回動部材
２７ シール部材
２８ 筺体
２９ 隔壁
３０ 電機子
３１ａ、３１ｂ センサ
３２ 固定軸部材
３３ 軸受け
３４ 回動伝達手段
３５ａ、３５ｂ 支軸
３６ スチールベルト
３７ 磁石
３８ ロボット筐体
３９ アウターシャフト
４０ インナーシャフト
４１ ベローズ

Claims (4)

1. 基板を搬送する搬送ロボットにおいて、
   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心状に回動軸を有する第二駆動源と、該第一駆動源の側面に突出して備える第一駆動アームと、該第二駆動源の側面に突出して備える第二駆動アームと、該第一駆動アームの他端に同心状で独立して回動可能に備える第一従動アームと第二従動アームと、該第二駆動アームの他端に、同じ水平面内で回動可能に備える第三従動アームと第四従動アームと、第一従動アームと第三従動アームとにより回動可能に備える第一ハンドと、第二従動アームと第四従動アームとにより回動可能に備える第二ハンドと、からなり、第一駆動源と第二駆動源とが異方向、若しくは同方向に回動することで各アームを介して第一ハンド、第二ハンドを進退動作、及び、回動できることを特徴とする基板の搬送ロボット。
2. 前記第一駆動源と前記第二駆動源とを異なる速度で回転することで、第一駆動源の回動中心に対して放射線方向と角をなす直線上で第一ハンド及び第二ハンドを移動することができることを特徴とする請求項１記載の基板の搬送ロボット。
3. 前記第一ハンドと前記第二ハンドとが前記第一駆動源及び前記第二駆動源の回動中心に対して放射線方向に進退運動するものであって、第一ハンドと第二ハンドの進行方向が１５０°から１７９°であることを特徴とする請求項１または２記載の基板の搬送ロボット。
4. 前記ベース板上に同心状であって、高さ方向に位置をずらして備える第一駆動源と第二駆動源であって、ベース板の上部に第一駆動源を備えて、第一駆動源の上部に第二駆動源を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の基板の搬送ロボット。