JP2009043799A - 基板搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】停電等の不慮の電力トラブルが生じた場合でも、ハンド位置を検出することができる基板搬送装置を提供する。
【解決手段】ベルト駆動で伸縮する多関節アームを備えた基板搬送装置であって、ハンド６２の位置を検出する検出手段（ハンド位置検出装置）１２０を備え、当該検出手段は、基台６３に対して相対移動可能なロッド部材１２１と、ベルト部材の移動をロッド部材のその軸方向への移動に変換する変換機構１２２と、ロッド部材に装着された磁性ブロック１２３と、磁性ブロックの位置を検出する検出ユニット１２４を有する。本発明によれば、検出ユニットを用いた磁性ブロックの位置検出によってハンドの位置を検出することが可能となる。また、真空中におけるハンドの原点位置への復帰作業も容易となり、装置稼働時間の低下を抑制することができる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、半導体基板やガラス基板等の被処理基板を搬送するための基板搬送装置に関する。

近年、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板等の被処理基板を真空処理する基板処理装置として、搬送室の周囲にゲートバルブを介して複数の処理室を連結することで、種々の基板処理を真空中で一貫して行うようにしたマルチチャンバ装置が知られている。この種のマルチチャンバ型の真空処理装置は、搬送室から各々の処理室へ基板を自動的に搬入または搬出するための基板搬送装置が備えられている。

基板搬送装置には、例えば図２０に示すような平行リンク型のものが知られている（下記特許文献１参照）。図示する平行リンク型の基板搬送装置５は、少なくとも一方に駆動源が接続された一対の回動軸１，２と、回動軸１，２が一端に接続された第１アーム１１，１２と、これら第１アーム１１，１２の各々の他端に一端が回転可能に結合された一対の第２アーム２１，２２と、これら第２アーム２１，２２の各々の他端に回転可能に結合されたハンド４とを備えている。

第１アーム１１，１２、第２アーム２１，２２は、それぞれ同一のアーム長を有しており、これらにより平行リンク機構が構成されている。したがって、回動軸１，２を互いに逆方向に回転させることで、第１アーム１１，１２と第２アーム２１，２２とのなす角θが変化し、ハンド４は図中上下方向に移動される。これにより、ハンド４上の基板Ｗを任意の位置へ搬送することが可能となる。

図２０に示した従来の平行リンク型の基板搬送装置５においては、基板Ｗを例えば前方位置から後方位置へ搬送する際、第１アーム１１，１２と第２アーム２１，２２とが互いに平行（θ＝０°）となる位置を通過する必要がある。この位置は平行リンク機構の死点に対応し、基板Ｗの円滑な搬送を阻害する。そこで、図示する基板搬送装置５は、回動軸２に同心的に固定された第１プーリ６と、第１アーム１１と第２アーム２１との連結部に同心的に固定された第２プーリ７と、これら第１プーリ６と第２プーリ７との間に架け渡されたベルト８とからなる死点脱出機構を備えている。これにより、回動軸２の回転力をベルト８を介して第２アーム２１にダイレクトに伝達し、円滑にリンクの死点位置を通過させて、基板Ｗの搬送を安定に行えるようにしている。

しかしながら、平行リンク型の基板搬送装置においては、リンク機構の死点を円滑に通過するための上述したような死点脱出機構を設ける必要があり、装置構成が複雑化するという問題がある。また、平行リンク型の基板搬送装置は、基板の直進搬送性が必ずしも高くはなく、高い送り精度が得られにくいという問題もある。

これに対して、ハンドをリニアガイドに沿って移動させる直動型の基板搬送装置が知られている（下記特許文献２参照）。直動型の基板搬送装置は、平行リンク型の基板搬送装置におけるような死点が存在しないため、構成を簡素化できるという利点がある。また、基板の直進搬送性に優れるため、高い送り精度が得られやすい。

しかしながら、直動型の基板搬送装置においては、搬送する基板やハンドの自重がリニアガイドにダイレクトに作用する。リニアガイドは負荷特性が低く、高い負荷が作用した際に基板の搬送精度が低下し高精度な送り精度が得られなくなると共に、ベアリング（軸受）の耐久性が低下して、ベアリングが短期間で劣化するという問題を有していた。したがって、今後益々進展する基板の大型化に対応することが不可能となる。

そこで、本出願人は先に、構成を複雑化することなく安定かつ高精度な搬送性を得ることを目的として、図２１に示す基板搬送装置を提案した（特願２００６−１４８２５９）。この基板搬送装置３０は、先端部にハンド３２が結合された多関節アーム３１と、ハンド３２を直線移動させるベルト駆動機構３８とを備えている。なお、図２１では、理解容易のため、ベルト駆動機構３８の構成を簡略的に示している。

多関節アーム３１は平行リンク型で構成され、一端が基台３３に回転可能に支持された一対の第１アーム４１と、これら一対の第１アーム４１の各々の他端に一端が回転可能に結合された一対の第２アーム４２とを有している。ハンド３２は、一対の第２アーム４２と各々の他端に回転可能に結合されたブロック体３４と、基板を支持するフォーク部３５とで構成されている。

上記構成の多関節アーム３１の一端が設置される基台３３には、ハンド３２の移動量及び移動方向を制御するベルト駆動機構３８と、ハンド３２の直線移動を案内するリニアガイド３６が設置されている。ベルト駆動機構３８は、リニアガイド３６のガイドレール３７ａに沿ってハンド３２を直線的に移動させる。なお、基台３３には回転機構部３９が取り付けられており、この回転機構部３９によって多関節アーム３１が基台３３とともに旋回可能とされている。

図２２及び図２３は、ベルト駆動機構３８の具体的な構成例を示す斜視図及び平面図である。ベルト駆動機構３８は、駆動軸に連結された駆動プーリ４３と、一対の従動プーリ４４ａ，４４ｂと、駆動プーリ４３と従動プーリ４４ａ，４４ｂとの間に架け渡されたベルト部材４６とを備えている。従動プーリ４４ａと従動プーリ４４ｂの間の距離は、ハンド３２の移動距離に応じて適宜設定される。各従動プーリ４４ａ，４４ｂと駆動プーリ４３との間には、ベルト部材４６の張力を調整するための補助プーリ４５ａ，４５ｂがそれぞれ設けられており、駆動プーリ４３とベルト部材４６との間の密着力向上が図られている。

駆動プーリ４３、従動プーリ４４ａ，４４ｂ及び補助プーリ４５ａ，４５ｂは、フレーム部材４７に回転可能に支持されている。フレーム部材４７は、従動プーリ４４ａ，４４ｂを支持するブラケット部４８ａ，４８ｂ、補助プーリ４５ａ，４５ｂを支持するブラケット部４９ａ，４９ｂ及び駆動プーリ４３を支持するベース部５０を備えている。なお、各ブラケット部４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂには、従動プーリ４４ａ，４４ｂ、補助プーリ４５ａ，４５ｂの軸支持位置を調整するための調整機構部Ｓがそれぞれ設けられている。

リニアガイド３６のガイドレール３７ａは、フレーム部材４７の逆Ｌ字状の直線的なアングル部４７ａ上に設置されている。ガイドレール３７ａは、一方の従動プーリ４４ａから他方の従動プーリ４４ｂに向かって直線的に延在するベルト部材４６のベルト面と平行に配置されている。

一方、ガイドレール３７ａと組になるリニアガイド３６のスライダー３７ｂは、連結部材５１を介してベルト部材４６及びハンド３２に連結されている。すなわち、スライダー３７ｂと一体的な連結部材５１の下端部はベルト部材４６に一体固定され、その上端部はハンド３２のブロック体３４に固定されている。したがって、ベルト部材４６が走行すると、ハンド３２は連結部材５１及びスライダー３７ｂを介してリニアガイド３６のガイドレール３７ａに沿って直線的に移動される。

以上の構成の基板搬送装置３０においては、多関節アーム３１は独自の駆動源を持たず、ベルト駆動機構３８の駆動によって、ハンド３２をリニアガイド３６のガイドレール３７ａに沿って直線的に移動させる。このような構成の基板搬送装置３０は、多関節アーム３１でハンド３２に作用する負荷を支持し、リニアガイド３６でのハンド３２の直進搬送性を確保する。これにより、死点を通過するための特別な機構を必要としないので構成の複雑化を防止できる。また、リニアガイドに直接負荷が作用することがないので、高い搬送精度と高いベアリング耐久性を得ることができる。

特開平９−２８３５８８号公報 特開２００４−２２８３７０号公報

ところで、この種の多関節アームを備えた基板搬送装置においては、ベルト駆動機構の駆動軸やアームの関節部等にインクリメンタルセンサ（回転センサ）を設置してハンド位置の検出を行っている。しかしながら、停電等の不慮の電力トラブルが発生した場合、ハンド位置の検出が行えなくなるという問題がある。

例えば、図２１に示した基板搬送装置３０においては、多関節アーム３１の第１，第２アーム４１，４２が互いに平行となる位置が原点（ホームポジション）とされ、その原点位置に対して前方及び後方に基板を搬送できる構成となっている。そして、この基板搬送ロボット３０を真空維持された搬送室で使用する場合においては、稼働中に停電が生じると、記憶されているセンサの原点位置データが消失されるため、その復旧後に再稼動させる際、ハンドが前方位置にあるのか後方位置にあるのか特定することが不可能となり、駆動プーリ４３をどちらの方向に回転すればハンド４が原点位置に復帰するのか判断ができない。このため、搬送室を一度大気に開放し、作業者によるハンド４の原点位置復帰作業を行う必要があり、装置稼動時間の低下を生じさせる原因となる。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、停電等の不慮の電力トラブルが生じた場合でも、ハンド位置を検出することができる基板搬送装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の基板搬送装置は、一端が基台の支持軸に支持され、他端が基板支持用のハンドに接続された多関節アームと、前記ハンドの直線移動を案内するリニアガイドと、前記ハンドを前記リニアガイドのガイドレールに沿って移動させるベルト部材と、前記ベルト部材を駆動する駆動機構と、前記ハンドの位置を検出する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記基台に対して相対移動可能なロッド部材と、前記ベルト部材の移動を前記ロッド部材のその軸方向への移動に変換する変換機構と、前記ロッド部材に装着された磁性ブロックと、前記磁性ブロックの位置を検出する検出ユニットを有することを特徴とする。

本発明において、ロッド部材は、変換機構を介してベルト部材と同期移動する構成となっている。ロッド部材には、検出ユニットにより検出される磁性ブロックが装着されているので、当該磁性ブロックの位置検出を行うことによって、ハンド位置を間接的に検出することが可能となる。したがって、停電等の不慮の電力トラブルが生じた場合であっても、当該磁性ブロックの位置検出を行うことでハンド位置を検出することが可能となる。また、真空中におけるハンドの原点位置への復帰作業も容易となり、装置稼動時間の低下を抑制することができる。

ロッド部材は、ベルト部材と同期駆動されるが、ハンドの全移動行程にわたって同期駆動される場合に限られず、例えば、ハンドの原点位置近傍においてのみ同期駆動されるようにしても構わない。また、検出ユニットを構成する検出素子としては、公知の磁気センサやソレノイドセンサ等が適用可能である。

本発明において、ロッド部材は、駆動機構の駆動軸を貫通しており、変換機構は、ベルト部材の移動と同期して基台に対して相対移動可能な移動ユニットと、移動ユニットの移動をロッド部材のその軸方向への移動に変換する変換ユニットを備えている。変換ユニットは、ロッド部材の上端部を支持する支持アームと、移動ユニットに結合され支持アームの上下移動をガイドする案内部材を有している。

多関節アームの構成例としては、一端が支持軸の周りに回動可能に支持された第１アームと、第１アームの他端に一端が回転可能に結合された第２アームとを有し、ハンドは、第２アームの各々の他端に回転可能に結合されている。第１アームと第２アームとが互いに平行となる位置は、ハンドの原点（ホームポジション）とされる。そして、この原点位置の直上には、ハンドを撮像するための撮像手段が設置される。これにより、ハンドの原点位置への復帰を自動的にかつ高精度に行うことが可能となる。

以上述べたように、本発明の基板搬送装置によれば、停電等の不慮の電力トラブルが生じた場合であっても、ハンド位置を検出することが可能となる。また、真空中におけるハンドの原点位置への復帰作業も容易となり、装置稼動時間の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の基板搬送装置は、図示せずとも真空搬送室の周囲に複数の真空処理室が配置されたマルチチャンバ装置において、その真空搬送室内に設置され、ロード／アンロード室を含む複数の真空処理室間で半導体ウエハやガラス基板等の被処理基板を自動搬送する基板搬送装置として構成されている。

図１及び図２は本発明に実施形態による基板搬送装置６０の構成を示す斜視図である。この基板搬送装置６０は、先端部にハンド６２が結合された多関節アーム６１と、ハンド６２を直線移動させるベルト駆動機構６８とを備えている。

なお、図１は、ハンド６２が原点位置にあるときの多関節アーム６１の様子を示しており、図２は、ハンド６２が前方位置にあるときの多関節アーム６１の様子を示している。また、図１及び図２においては、理解容易のため、ベルト駆動機構６８の構成を簡略的に示している。

本実施形態において、多関節アーム６１は平行リンク型で構成され、一端が基台６３に回転可能に支持された一対の第１アーム７１Ａ，７１Ｂと、これら一対の第１アーム７１Ａ，７１Ｂの各々の他端に一端が回転可能に結合された一対の第２アーム７２Ａ，７２Ｂを有している。第２アーム７２Ａ，７２Ｂのアーム長は、第１アーム７１Ａ，７１Ｂのアーム長よりも長く構成されているが、同一のアーム長で構成されていても構わない。ハンド６２は、一対の第２アーム７２Ａ，７２Ｂの各々の他端に回転可能に結合されたブロック体６４と、基板を支持するフォーク部６５とで構成されている。

第１アーム７１Ａ，７１Ｂの一端は、基台６３側に設置された第１支持軸９１（図２）に支持されている。第１アーム７１Ａ，７１Ｂの他端側と第２アーム７２Ａ，７２Ｂの一端側との間には第２支持軸９２が設置されている。そして、第２アーム７２Ａ，７２Ｂの他端側とハンド６２のブロック体６４との間には、第３支持軸９３が設置されている。これら第１，第２アーム７１Ａ，７１Ｂ，７２Ａ，７２Ｂが支持軸９１〜９３のまわりに回動することによって、多関節アーム６１は、図１に示すハンド６２の原点位置と、図２に示す前方への伸長位置あるいは図示しない後方への伸長位置との間を伸縮動作する。

上記構成の多関節アーム６１の一端が設置される基台６３の上にはベースプレート７０が固定されている。ベースプレート７０には、ハンド６２の移動量及び移動方向を制御するベルト駆動機構６８と、ハンド６２の直線移動を案内するリニアガイド６６が設置されている。リニアガイド６６は、直線的なガイドレール６７ａとその上を移動するスライダー６７ｂで構成されている。ベルト駆動機構６８は、リニアガイド６６のガイドレール６７ａに沿ってハンド６２を直線的に移動させる。なお、基台６３には回転機構部６９が取り付けられており、この回転機構部６９によって多関節アーム６１が基台６３及びベースプレート７０とともに旋回可能とされている。

ベルト駆動機構６８は、駆動軸に連結された駆動プーリ７３と、駆動プーリ７３を挟んで配置された一対の従動プーリ７４ａ，７４ｂと、駆動プーリ７３と従動プーリ７４ａ，７４ｂとの間に架け渡されたベルト部材７６とを備えている。駆動プーリ７３はベースプレート７０上に回転可能に配置されている。従動プーリ７４ａ，７４ｂの間の距離は、ハンド６２の移動距離に応じて適宜設定される。各従動プーリ７４ａ，７４ｂと駆動プーリ７３との間には、ベルト部材７６の張力を調整するための補助プーリ７５ａ，７５ｂがそれぞれ設けられており、駆動プーリ７３とベルト部材７６との間の密着力向上が図られている。

ベルト調整機構６８は、駆動プーリ７３の回転運動をベルト部材７６の直線走行運動に変換する。特に、図示せずとも、駆動プーリ７３の周面に複数の係合突起を形成し、ベルト部材７６のベルト面にはこれらの係合突起に係合する係合孔を複数設けるのが好適である。これにより、駆動プーリ７３とベルト部材７６との間の滑りを防止し、駆動プーリ７３の回転力をベルト部材７６に確実に伝達することができる。

従動プーリ７４ａ，７４ｂはそれぞれ、フレーム７８ａ，７８ｂによって回転可能に支持されている。フレーム７８ａ，７８ｂは、ベースプレート７０に設置された直線的なアングル部材７７に一体固定されている。補助プーリ７５ａ，７５ｂはそれぞれ、ベースプレート７０上において、アングル部材７７に一体固定されたフレーム７９ａ，７９ｂによって回転可能に支持されている（図３）。

従動プーリ７４ａ，７４ｂと補助プーリ７５ａ，７５ｂはそれぞれの軸心部が同一直線上に整列配置されている。ベルト部材７６は、ステンレス鋼等の金属製エンドレスベルトであり、基板搬送面である水平面内において各プーリ間に架け渡されている。これにより、ベルト駆動機構６８の構成のコンパクト化が図られる。また、ベルト駆動機構６８の真空搬送室内への設置が容易となる。

図３は、ベルト駆動機構６８の要部斜視図、図４は、ハンド６２とベルト部材７６との間の連結構造を示す部分断面正面図である。図３において、一方側（図中手前側）の第１アーム７１Ａの図示は省略している。リニアガイド６６のガイドレール６７ａは、アングル部材７７の上に敷設されている。ガイドレール６７ａは、一方の従動プーリ７４ａから他方の従動プーリ７４ｂに向かって直線的に延在するベルト部材７６のベルト面と平行に配置されている。

このガイドレール６７ａの上を移動するスライダー６７ｂは、連結部材８１を介してベルト部材７６及びハンド６２に連結されている。連結部材８１は、スライダー６７ｂと一体的に固定された本体部８１ａと、この本体部８１ａとベルト部材７６との間を固定するベルト連結部８１ｂと、ハンド６２のブロック体６４の下面に設けられた取付部６４ａと本体部８１ａとの間を固定するハンド連結部８１ｃとを備えている。したがって、ベルト部材７６が走行すると、ハンド６２は連結部材８１及びスライダー６７ｂを介してリニアガイド６６のガイドレール６７ａに沿って直線的に移動される。

本実施形態の基板搬送装置６０においては、多関節アーム６１は独自の駆動源を有しておらず、ベルト駆動機構６８の駆動によって、ハンド６２をガイドレール６７ａに沿って直線的に移動させる。このような構成の基板搬送装置６０は、多関節アーム６１でハンド６２に作用する負荷を支持し、リニアガイド６６でのハンド６２の直進搬送性を確保する。そして、第１アーム７１Ａ，７１Ｂと第２アーム７２Ａ，７２Ｂとが互いに平行となるリンクの死点位置（図１に示すハンド６２の原点位置）を通過するための特別な機構を必要としないので、構成の複雑化を回避できる。また、リニアガイド６６に直接負荷が作用することがないので、高い搬送精度と耐久性を得ることができる。

一方、ハンド６２が原点位置で停止したとき、多関節アーム６１は、第１アーム７１Ａ，７１Ｂと第２アーム７２Ａ，７２Ｂが互いに平行に重なり合った姿勢をとる。この状態において、例えば回転機構部６９の駆動により多関節アーム６１が基台６３とともに旋回した場合、多関節アーム６１が第１支持軸９１及び第３支持軸９３の周りに揺動して姿勢が不安定となる。このため、本実施形態の基板搬送装置６０は、第１アーム７１Ａ，７１Ｂと第２アーム７２Ａ，７２Ｂのアーム長を異ならせることで、原点位置における多関節アームの揺動を抑えるようにしている。

しかしながら、実際には、各アームの長さや重量、軸受構造の差分、組付け公差等の影響により、原点位置において多関節アーム６１の揺動が発生する場合がある。揺動の程度は、アーム長が長いほど大きくなる。つまり、多関節アーム６１の各アームがリンク機構的に不動となる位置にあっても、実際に装置を構成すると、製作上の要因で所望の精度にアーム位置を規制することができない。

そこで、本実施形態では、第１アーム７１Ａ，７１Ｂと第２アーム７２Ａ，７２Ｂがほぼ平行となるハンド６２の原点位置で、支持軸９１（９３）の周りへの多関節アーム６１の回動を規制するロック機構１００を備えている。以下、このロック機構１００の詳細について説明する。

ロック機構１００は、基台６３及びベースプレート７０に対してハンド６２の進行方向に相対移動するロックバー１０１と、第１アーム７１Ａ，７１Ｂと一体的に回動するとともにロックバー１０１との接触により第１アーム７１Ａ，７１Ｂの回動を規制する一対の保持アーム１０２とを備えている。

ロックバー１０１は、ベースプレート７０に対して相対移動可能な移動ユニット１０３に固定されている。ロックバー１０１は一対備えられ、それぞれは移動ユニット１０３のハンド進行方向に関して前方側端部および後方側端部に取り付けられている。また、保持アーム１０２は、第１支持軸９１の周りに第１アーム７１Ａ，７１Ｂと一体的に回動する本体部１０２Ａ（図３，図５）を有し、この本体部１０２Ａに各ロックバー１０１に対応して一対設けられている。

図５は、ロック機構１００の要部斜視図であり、図６は、移動ユニット１０３を下方から見たときの要部斜視図である。図５において第１アーム７１Ｂの図示は省略している。移動ユニット１０３は、ベースプレート７０の下面側においてこのベースプレート７０に対してハンド６２の移動方向へ相対移動可能な一対の可動部材１０４と、ベースプレート７０の下面側に設置されこれら可動部材１０４の移動を案内する複数のガイド軸受１０５と、基台６３とベースプレート７０との間で可動部材１０４を移動自在に支持する支持機構等で構成されている。

なお、上記支持機構は、図ではその詳細を省略しているが、ベースプレート７０で可動部材１０４を移動自在に懸吊する機構、あるいは、基台６３上で可動部材１０４の下面を移動自在に支持する機構等が採用されている。

一対のロックバー１０１は、可動部材１０４の両端部にそれぞれ取り付けられている。多関節アーム６１の第１，第２アーム７１Ａ，７１Ｂ，７２Ａ，７２Ｂが互いに平行となるハンド６２の原点位置においては、これらロックバー１０１の先端部１０１Ｅが、保持アーム１０２の先端部１０２Ｅに接触している（図１，図５，図７）。したがって、この状態において、多関節アーム６１は、第１支持軸９１（第３支持軸９３）を中心とする回動動作が、ロックバー１０１への保持アーム１０２の接触によって規制される。

図７〜図９は、ロックバー１０１と保持アーム１０２との間の位置関係を示す要部の平面図である。ここで、図７はハンドが原点位置にある状態を示し、図８はハンドが原点位置から前方へ若干量移動した状態を示している。そして、図９は、ロック機構１００によるロック状態が解除された状態の一例を示している。なお、原点位置から後方へのハンドの移動も同様に表される。

ロックバー１０１は、後述するように、ベルト部材７６（及びハンド６２）の移動と同期して、このベルト部材６３の移動方向に移動する。一方、各保持アーム１０２は、ベルト部材７６の移動に応じて第１アーム７１Ａ，７１Ｂと一体的に回動する。したがって、図８に示すようにベルト部材７６が左右へ移動した際には、保持アーム１０２は支持軸９１を中心として反時計方向に回動する。一方、ベルト部材７６が左方へ移動した際には、保持アーム１０２は支持軸９１を中心として時計方向に回動する。保持アーム１０２の回動量は、ベルト部材７６の移動量に応じて決定される。そして、ベルト部材７６の移動量が大きくなると、ロックバー１０１と保持アーム１０２の間の接触状態が解消することで、ロック機構１００による第１アーム７１Ａ，７１Ｂの回動規制が解除される（図９）。

ロック機構１００は、以上のようにして、第１アーム７１Ａ，７１Ｂと第２アーム７２Ａ，７２Ｂが互いに平行となる位置からハンド６２が所定距離移動するまでの間にわたり、ロックバー１０１と保持アーム１０２との間の接触状態を維持する。上記所定距離は、ロックバー１０１の幅に相当する大きさである。したがって、ロックバー１０１の形成幅を任意に設定することで、多関節アーム６１の回動規制を行えるハンド位置の範囲が調整可能となる。

本実施形態では、ロックバー１０１の直線移動時及び保持アーム１０２の回動時に両者が互いに干渉することを防ぐ目的で、ロックバー１０１の先端部１０１Ｅは、保持アーム１０２の回動方向に沿ったテーパ形状に形成されている。テーパ面は平坦面でもよいし曲面であってもよい。更に、保持アーム１０２の先端部１０２Ｅはローラで構成されており、当接状態にあるときのロックバー１０１の先端部１０１Ｅに対する円滑な相対移動性が確保されている。また、ロックバー１０１の先端部１０１Ｅが上述したテーパ形状に形成されることで、ハンド６２が原点位置から移動する際、ロックバー１０１による押圧操作により保持アーム１０２は適正な方向への回動が促される。これにより、多関節アーム６１の円滑な伸長動作が確保される。

次に、移動ユニット１０３のベルト部材６３に対する同期駆動機構について説明する。

図５及び図６に示すように、移動ユニット１０３の一方側の可動部材１０４には、ベルト部材７６に所定長にわたって対向する支持部材１０６が取り付けられている。支持部材１０６の延在方向略中央部には、ピニオンギヤ１０７の回転軸部１０７ａが回転自在に取り付けられている。

図４に示すように、ベルト部材７６は、ピニオンギヤ１０７に向かって突出する操作軸部１０８を有している。操作軸部１０８は、連結部材８１のベルト連結部８１ｂの下端をベルト部材７６に固定する固定具を兼ねている。ピニオンギヤ１０７の回転軸部１０７ａの内部には、操作軸部１０８の先端部を収容可能な係合孔１０９（図１０）が設けられている。そして、基台６３の上には、ピニオンギヤ１０７と噛合するラックギヤ１１０が設置されている。ラックギヤ１１０は、基台６３に対して取付部材１１１を介して固定されている。

以上の構成により、ハンド６２が原点位置から前進移動又は後退移動するとき、操作軸部１０８と回転軸部１０７ａとの係合によりベルト部材７６とピニオンギヤ１０７が一体的に移動する。これにより、ピニオンギヤ１０７を支持する移動ユニット１０３は、ベルト部材７６と同期して移動することが可能となる。

本実施形態において、移動ユニット１０３は、ハンド６２が原点位置から所定距離前進移動又は後退移動するまでの間にわたってベルト部材７６との係合状態が維持され、ハンド６２の移動距離が当該所定距離を越えた時点でベルト部材７６との係合が解除される。その詳細について図１０を参照して説明する。

図１０は、ピニオンギヤ１０７をその回転軸部１０７ａ側から見た側面図である。上述のように、回転軸部１０７ａの内部には、操作軸部１０８を収容する係合孔１０９が設けられている。操作軸部１０８の周囲には軸受１１３が装着されており、ベルト部材７６の移動時に係合孔１０９の内周面を転接しながらピニオンギヤ１０７との係合関係を維持する。これにより、ピニオンギヤ１０７は、ベルト部材７６の移動と同期してラックギヤ１１０の上を走行し、移動ユニット１０３をベースプレート７０に対して相対移動させる。

ピニオンギヤ１０７の回転軸部１０７ａには、係合孔１０９と連通し操作軸部１０８の通過を許容する大きさの切欠き部１１２が設けられている。切欠き部１１２は、図１０において実線で示す原点位置において上方に開口しており、ピニオンギヤ１０７の回転量に応じて開口の向きが変化する。そして、ベルト部材７６が移動し多関節アーム６１の伸長動作が開始されると、ピニオンギヤ１０７も回転し、切欠き部１１２の開口の向きがベルト部材７６の進行方向と一致した時点で、操作軸部１０８が断面Ｕ字状の係合孔１０９から切欠き部１１２を介して外部へ離脱する。これにより、ピニオンギヤ１０７と操作軸部１０８の間の係合関係が解除されるため、多関節アーム６１は伸長を続けるが、ピニオンギヤ１０７はその回転駆動力を消失し、移動ユニット１０３の移動は停止する。

ピニオンギヤ１０７と操作軸部１０８の間の係合解除は、例えば図９に示すように、ロックバー１０１と保持アーム１０２の間の接触状態が解消されているときに行われる。これにより、多関節アーム６１の伸長作用がロックバー１０１と保持アーム１０２の間の干渉によって阻害されることを回避できる。また、上述のタイミングで操作軸部１０８との係合が解除されるように、ピニオンギヤ１０７のギヤ径が設定されている。

一方、多関節アーム６１が伸長位置から原点位置へ復帰するとき、操作軸部１０８は再びピニオンギヤ１０７の回転軸部１０７ａと係合し、ベルト部材７６の移動と同期してピニオンギヤ１０７を回転させる。これにより、移動ユニット１０３は原点位置へ復帰することが可能となる。

ここで、ピニオンギヤ１０７に対する操作軸部１０８の適正な係合動作を確保するために、操作軸部１０８との係合が解除されてから再び操作軸部１０８と係合するまでの間、ピニオンギヤ１０７の回転位置を、操作軸部１０８との係合が解除された回転位置に保持する必要がある。本実施形態では、図６に示すように、ベースプレート７０の下面に取り付けた強磁性体からなる保持ピン１１４と、ロックバー１０１の上面に取り付けたマグネット１１５との間の磁気吸着作用によって、ベースプレート７０に対する移動ユニット１０３の相対位置を保持する。

図１１Ａ〜Ｃは、上記保持手段の作用を説明する要部の概略側面図である。マグネット１１５Ａ，１１５Ｂは、各ロックバー１０１の上面に取り付けられている。保持ピン１１４Ａ，１１４Ｂは、一対のマグネット１１５Ａ，１１５Ｂの間に位置するようにベースプレート７０の下面に取り付けられている。図１１Ａに示すように、ハンドが原点位置にあるとき、保持ピン１１４Ａ（１１４Ｂ）とマグネット１１５Ａ（１１５Ｂ）の組み合わせからなる各組は、互いに一定距離離間している。この距離は、切欠き部１１２の開口の向きが原点位置における上方位置から、操作軸部１０８が離脱する水平方向に遷移するまでのピニオンギヤ１０７の円周長に相当する。そして、ベルト部材７６を走行させてロックバー１０１をベースプレート７０に対して相対移動させると、移動方向に関して後方側に対向する保持ピンとマグネットの組が接触する。これにより、ロックバー１０１の移動が規制されるとともに当該ロックバー１０１がマグネットの磁気吸着によって位置決めされる。図１１Ｂは、ロックバー１０１が右方向へ移動したときの状態を示し、図１１Ｃは、ロックバー１０１が左方側へ移動したときの状態をそれぞれ示している。

以上のようにして、操作軸部１０８とピニオンギヤ１０７の間の係合状態が解除されている間、ピニオンギヤ１０７の回転位置が保持される。これにより、切欠き部１１２の開口の向きを係合孔１０９に対する操作軸部１０８の係合方向に合わせることが可能となるので、ピニオンギヤ１０７に対する保持部材１０８の係合作用を確実に行わせることができる。

続いて、本発明に係るハンド検出機構について説明する。

本実施形態の基板搬送装置６０においては、ハンド位置の検出にインクリメンタルセンサ等のエンコーダセンサを用い、図１に示すハンド原点位置（ホームポジション）を起点とする第１，第２アーム７１Ａ，７１Ｂの回動量を電気的に検出して、ハンド６２のストローク位置を特定するようにしている。したがって、装置稼働中に停電等の不慮の電力トラブルが発生した場合、センサに記憶されている原点位置が消失することで、ハンド６２の位置検出が不可能となる。このため、この基板搬送装置６０が設置されている搬送室内を大気に開放し、作業者によるハンド６２の原点位置復帰作業を行う必要があり、装置稼働時間の低下を生じさせる原因となる。

そこで本実施形態では、上記センサによらないでハンド６２の位置検出を行うことができるハンド位置検出装置（検出装置）を別途設けて、停電等の不慮の電力トラブルが生じた場合においてもハンド６２の位置検出を可能とし、更に、搬送室内を大気に開放せずにハンド６２を原点位置へ復帰させることを可能としている。

図１２はハンド位置検出装置１２０の概略構成を示す要部断面図である。ハンド位置検出装置１２０は、基台６３に対して相対移動可能なロッド部材１２１と、ベルト部材７６の移動をロッド部材１２１のその軸方向への移動に変換する変換機構１２２と、ロッド部材１２１に装着された磁性ブロック１２３と、磁性ブロック１２３の位置を検出する検出ユニット１２４を有している。

ロッド部材１２１は、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材料からなり、駆動プーリ７３の軸心部に連結された駆動軸８５の内部を貫通している。ロッド部材１２１は、この駆動軸８５に対して軸方向に相対移動可能とされている。磁性ブロック１２３は、永久磁石材料からなり、ロッド部材１２１の下端部に取り付けられている。

変換機構１２２は、ベルト部材７６の移動と同期して基台６３に対して相対移動可能な移動ユニット１０３と、移動ユニット１０３の移動をロッド部材１２１のその軸方向への移動に変換する変換ユニット１２８を備えている。なお、移動ユニット１０３は、上述したロック機構１００における移動ユニットと同一のものが用いられている。

変換ユニット１２８は、ロッド部材１２１の上端部を支持する支持アーム１２５と、移動ユニット１０３に結合され支持アーム１２５の上下移動をガイドする案内部材１２７を有している。案内部材１２７は、ベースプレート７０に形成されたスロット部１３０を介して、移動ユニット１０３を構成する一方の可動部材１０４に結合されている。案内部材１２７には、図１２に示すように、ハンド６２の前進方向に下り傾斜となるガイド溝１２７ａが形成されており、支持アーム１２５に固定された係合ピン１２６がこのガイド溝１２７ａに係合されている。

したがって、駆動プーリ７３の駆動により移動ユニット１０３が移動すると、案内部材１２７によって支持アーム１２５が上方又は下方へ移動される。これにより、支持アーム１２５に支持されるロッド部材１２１も同様に、駆動軸８５の内部において軸方向に移動される。支持アーム１２５には、図３に示すように、ベースプレート７０に立設されたガイドレール１３１の上を走行するリニア軸受１３２が固定されており、これらにより、支持アーム１２５の上下移動がガイドされる。ロッド部材１２１の上下方向のストローク量は、移動ユニット１０３の水平方向の移動量で決まる。

図１２に示すように、検出ユニット１２４は、ベルト駆動機構６８の駆動軸８５と連絡する回転機構部６９の底部に設置されている。図１３に、検出ユニット１２４の概略構成を示す。検出ユニット１２４は、ロッド部材１２１が挿通される非磁性材料からなる管部材１３３と、その周囲に配置された検出素子ＳＷ１，ＳＷ２と、それらを囲む非磁性材料からなるキャップ１２９とにより構成されている。

検出素子ＳＷ１，ＳＷ２は、磁性ブロック１２３の高さ位置を検出できる素子であれば特に制限されない。本実施形態において、検出素子ＳＷ１，ＳＷ２は、磁性ブロック１２３の形成磁界によって誘導される電流の有無で磁性ブロック１２３を検出するソレノイドセンサで構成されている。これら検出素子ＳＷ１，ＳＷ２は、管部材１３３の軸方向に沿って所定の間隙をおいて対向配置されている。そして、各検出素子ＳＷ１，ＳＷ２の出力に基づいて、ハンド６２が原点位置に関して前進方向に位置しているのか、後退方向に位置しているのかを検出する。なお、検出素子ＳＷ１，ＳＷ２は、電流発生時にＯＮ信号を、電流消失時にＯＦＦを出力するように構成されている。

図１４は、検出素子ＳＷ１，ＳＷ２を用いたハンドの検出方法を説明する図であり、ハンド６２のストローク位置とロッド部材１２１のストローク位置との関係を示している。これら両ストローク位置の関係は図示するような一次関数となり、その勾配は、図３に示した案内部材１２７のガイド溝１２７ａの傾斜勾配に対応する。また、図中の原点Ｏは、ハンド６２の原点位置（図１）に対応する。検出素子ＳＷ１，ＳＷ２は、ロッド部材１２１の下死点および上死点位置でＯＮ信号を出力することが可能な位置にそれぞれ構成されている。

図１５は、原点付近に位置するハンド６２と、原点位置よりも前進方向側および後退方向側に位置するハンド６２Ｆ，６２Ｂをそれぞれ示している。図１５において原点付近に円で示される領域は、ハンド６２の原点位置の直上に設置されたＣＣＤカメラ等の撮像手段による認識範囲を示している。

図１４及び図１５を参照して、ハンド６２が原点位置を中心とする前後方向の所定範囲内にあるとき、各検出素子ＳＷ１，ＳＷ２はＯＮ信号を出力する。これに対して、ハンド６２が上記所定範囲を超えて前進方向に位置するとき（例えばハンド６２Ｆの位置にあるとき）、ロッド部材１２１の上昇動作によって、下方側に位置する検出素子ＳＷ１の出力信号がＯＦＦとなる。一方、ハンド６２が上記所定範囲を超えて後退方向に位置するとき（例えばハンド６２Ｂの位置にあるとき）、ロッド部材１２１の下降動作によって、上方側に位置する検出素子ＳＷ２の出力信号がＯＦＦとなる。

以上のように、ＣＣＤカメラの認識範囲外にハンド６２が位置する場合においても、検出素子ＳＷ１，ＳＷ２の出力に基づいて、ハンド６２が前進方向に位置しているのか後退方向に位置しているのかを特定することができる。また、これら検出素子ＳＷ１，ＳＷ２の出力とＣＣＤカメラの画像処理技術を用いて、ハンド６２を原点位置へ復帰（イニシャライズ）させることができる。

図１６はハンド６２のイニシャライズ工程を示している。図１６に示した例では、まず、一方の検出素子ＳＷ１の出力を判定する（ステップＳ１）。検出素子ＳＷ１の信号がＯＮの場合、図１４に示したように、ハンド６２は原点位置近傍から後退方向の位置にあることが特定される。次に、他方の検出素子ＳＷ２の出力を判定する（ステップＳ２）。この検出素子ＳＷ２の出力信号がＯＮの場合、ハンド６２は原点位置近傍に位置することが特定される。ＣＣＤカメラの認識範囲１３５（図１５）は、２つの検出素子ＳＷ１，ＳＷ２がいずれもＯＮ信号を出力するストローク領域を認識できる範囲に設定される。したがって、ステップＳ２において検出素子ＳＷ２の信号がＯＮの場合には、ハンド６２はＣＣＤカメラの認識範囲１３５に位置していると特定される。その後、ＣＣＤカメラの画像処理技術を用いてハンド６２を原点位置へ移動させ、イニシャライズ処理を行う（ステップＳ３，Ｓ４）。

また、ステップＳ２において、検出素子ＳＷ２の出力信号がＯＦＦの場合、ハンド６２は、ＣＣＤカメラの認識範囲１３５よりも後退方向側に位置していると特定される（図１５においてハンド６２Ｂの位置）。この場合、駆動プーリ７３を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させてハンド６２を前進方向へ所定量移動させる（ステップＳ５）。以降、検出素子ＳＷ２の出力がＯＮになるまで同様の動作が繰り返される。検出素子ＳＷ２の出力がＯＮになった後は、上述したイニシャライズ処理を行う（ステップＳ３，Ｓ４）。

一方、ステップＳ１において、検出素子ＳＷ１の出力がＯＦＦの場合、ハンド６２は、ＣＣＤカメラの認識範囲１３５よりも前進方向側に位置していると特定される（図１５においてハンド６２Ｆの位置）。この場合、駆動プーリ７３を時計方向（ＣＷ）に回転させてハンド６２を後退方向へ所定量移動させる（ステップＳ６）。その後、ステップＳ７において検出素子ＳＷ１の出力がＯＮであるか否かを判定し、ＯＮの場合はハンド６２のイニシャライズ処理を行い（ステップＳ３，Ｓ４）、ＯＦＦの場合はＯＮになるまでステップＳ６，Ｓ７の動作を繰り返す。

以上のように、本実施形態によれば、停電等の不慮の電力トラブルが生じた場合であっても、作業者の目視によらずハンド６２のストローク位置を特定することができる。また、真空搬送室内を大気に開放することなく、ハンド６２を原点位置に復帰させて、必要なイニシャライズ処理を自動的にかつ高精度に行うことが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、多関節アーム６１を平行リンク型で構成したが、これに限られない。また、基板搬送系は真空雰囲気中に限らず、大気雰囲気中での基板搬送にも本発明は適用可能である。

また、ハンド６２のフォーク部（ピックアップ）６５の構成材料には、高剛性、低熱膨張、コスト等の観点からアルミナが広く用いられている。ここで、アルミナは比較的輻射率が高い。一方、基板の搬送中、基板温度の変動は回避したい。したがって、ハンド６２の前方側端部及び後方側端部に未処理の基板と処理済の基板を２枚同時に載せた場合、一方の処理済の基板温度がハンド６２を介して他方の未処理の基板に伝達し、当該未処理の基板に対しその後の基板処理に悪影響を与えるおそれがある。

そこで、図１７に示すように、フォーク部６５の基板支持領域である先端側をシールド部材１４０で被覆することで、基板支持領域におけるフォーク部６５の輻射熱の低減を図ることが可能となる。図１８Ａはシールド部材１４０を上方側から見た斜視図であり、図１８Ｂはシールド部材１４０を下方側から見た斜視図である。図中１４１は基板の滑りを防止するための保持パッド、１４２は基板の脱落を防止するストッパ、１４５はシールド部材１４０をフォーク部先端に固定する保持具である。

シールド部材は、断面コ字状に折り曲げ形成されたアルミニウム板で構成されている。図１９は保持具１４５の構成を示す斜視図である。保持具１４５の両側部には、シールド部材の両側部に形成された突片１４３と係合する切欠き１４６が設けられているとともに、フォーク部６５の下面を押圧する弾性片１４７が設けられている。これにより、フォーク部６５先端に対してシールド部材１４０が安定に保持される。

アルミニウムはアルミナよりも輻射率が低いので、アルミナ製フォーク部で直接基板を支持する場合と比較して、フォーク部から基板に向かう熱輻射を低減することができる。なお、シールド部材１４０は、基板と接触するフォーク部の先端にのみ設置する例に限らず、フォーク部全体を当該シールド材で被覆する構成も採用可能である。また、アルミナ製のフォーク部の表面にアルミニウムの溶射被膜を形成して輻射熱のシールド効果をもたせることも可能であるが、この場合コスト的に不利となる。

本発明の実施形態による基板搬送装置を示す斜視図であり、ハンドが原点位置で停止している状態を示している。 本発明の実施形態による基板搬送装置を示す斜視図であり、ハンドが前進方向へ伸長した状態を示している。 本発明の実施形態による基板搬送装置のベルト駆動機構の要部拡大斜視図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のベルト部材とハンドとを連結する連結部材の正面図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置の移動ユニットの構成を説明する要部斜視図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置の移動ユニットの構成を説明する要部斜視図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のロック機構の作用を説明する要部平面図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のロック機構の作用を説明する要部平面図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のロック機構の作用を説明する要部平面図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置の操作軸部とピニオンギヤとの関係を説明する要部平面図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のロックバーの位置保持構造を説明する概略側メンズである。 本発明の実施形態による基板搬送装置のハンド位置検出装置（検出手段）の構成を説明する要部断面図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のハンド位置検出装置を構成する検出ユニットの概略構成図である。 上記検出ユニットの作用の一例を説明する図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のハンドのストローク位置を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のハンドのイニシャライズ工程を説明するフロー図である。 本発明の実施形態による基板搬送装置のハンドの構成の変形例を示す斜視図である。 図１７に示したハンドのフォーク部先端を覆うシールド部材の構成を示す斜視図である。 上記シールド部材の保持具の構成を示す斜視図である。 従来の基板搬送装置の概略構成を示す平面図である。 ベルト駆動で伸縮する多関節アームを備えた基板搬送装置を示す斜視図である。 図２１に示した基板搬送装置のベルト駆動機構を示す斜視図である。 図２１に示した基板搬送装置のベルト駆動機構を示す平面図である。

符号の説明

６０ 基板搬送装置
６１ 多関節アーム
６２ ハンド
６３ 基台
６５ フォーク部
６６ リニアガイド
６７ａ ガイドレール
６７ｂ スライダー
６８ ベルト駆動機構（駆動機構）
７０ ベースプレート
７１Ａ，７１Ｂ 第１アーム
７２Ａ，７２Ｂ 第２アーム
７３ 駆動プーリ
７４ａ，７４ｂ 従動プーリ
７６ ベルト部材
８１ 連結部材
１００ ロック機構
１０１ ロックバー
１０２ 保持アーム
１０３ 移動ユニット
１０４ 可動部材
１２０ ハンド位置検出装置（検出手段）
１２１ ロッド部材
１２２ 変換機構
１２３ 磁性ブロック
１２４ 検出ユニット
１２５ 支持アーム
１２７ 案内部材
１２８ 変換ユニット
１４０ シールド部材
１４５ 保持具

Claims (5)

1. 一端が基台の支持軸に支持され、他端が基板支持用のハンドに接続された多関節アームと、前記ハンドの直線移動を案内するリニアガイドと、前記ハンドを前記リニアガイドのガイドレールに沿って移動させるベルト部材と、前記ベルト部材を駆動する駆動機構と、前記ハンドの位置を検出する検出手段とを備え、
   前記検出手段は、
   前記基台に対して相対移動可能なロッド部材と、
   前記ベルト部材の移動を前記ロッド部材のその軸方向への移動に変換する変換機構と、
   前記ロッド部材に装着された磁性ブロックと、
   前記磁性ブロックの位置を検出する検出ユニットを有する
   ことを特徴とする基板搬送装置。
2. 前記ロッド部材は、前記駆動機構の駆動軸を貫通しており、
   前記変換機構は、
   前記ベルト部材の移動と同期して前記基台に対して相対移動可能な移動ユニットと、
   前記移動ユニットの移動を前記ロッド部材のその軸方向への移動に変換する変換ユニットを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。
3. 前記変換ユニットは、
   前記ロッド部材の上端部を支持する支持アームと、
   前記移動ユニットに結合され前記支持アームの上下移動をガイドする案内部材を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の基板搬送装置。
4. 前記多関節アームは、一端が前記支持軸の周りに回動可能に支持された第１アームと、前記第１アームの他端に一端が回転可能に結合された第２アームとを有し、前記ハンドは、前記第２アームの各々の他端に回転可能に結合されており、
   前記第１アームと前記第２アームとが互いに平行となる前記ハンドの原点位置の直上には、前記ハンドを撮像する撮像手段が設置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。
5. 前記ハンドは、その少なくとも一部の表面に、アルミニウム製のシールド部材が取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。

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