JP2010064231A

JP2010064231A - 基板搬送ロボット

Info

Publication number: JP2010064231A
Application number: JP2008235618A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Arimura; 賢一有村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】プーリの熱膨張による軸間距離が長くなりベルトのプーリ間の軸間距離が伸びる。これによる伝達ベルトの張力が過大からくるアームの反りや、ベルトの伸びや破断を引き起こさないようにする。
【解決手段】各テンションプーリ２３とそれを取り付ける固定ベース５１の間に、テンションプーリ２３を支持するプレート２６を介在させ、プレート２６は熱膨張率が各々異なる支持板Ａ５５と支持板Ｂ５６を張り合わせることにより形成する。熱膨張時のバイメタル効果によりプレート２６が曲がってテンションプーリ２３の位置を変位させることにより、伝達ベルト２４の張力の増減が相殺されてベルト張力を一定に保つ。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体および液晶の製造装置に使用され、ウェハ、液晶ガラス基板などの基板を搬送する基板搬送ロボットにおいて、特にベルトとプーリによる動力伝達によってアームが動作する基板搬送ロボットに関するものである。

半導体や液晶の製造装置（以下、単に半導体製造装置と記載する）において、半導体ウェハ、液晶ガラスといった基板を搬送する際、一般的に水平多関節形の搬送ロボットが使用されている。水平多関節形のロボットは、互いに水平面において回転可能に連結された複数のアームと、これらアームを回転駆動させる駆動部と、最先端のアームに連結されて基板を搭載可能なハンドと、から構成され、駆動部の回転によって複数のアームを互いに回転させることによってハンドを旋回・伸縮動作させ、ハンド上の基板を所望の位置へと搬送する搬送装置である。ハンドやアームを回転させるための駆動部からの回転力は、アーム内に収容されたベルトとプーリとによって伝達される。ところがプーリに巻装されたベルトにはある程度の適切な張力（テンション）が必要であり、この張力が適切でないと、基板の搬送精度を低下させたり、基板搬送ロボットの故障を引き起こしたりする。そこで、ベルトの張力を適切に調整するために、様々なテンション調整機構が開発されている（例えば特許文献１）。

特に特許文献１の図３で示されるテンション調整機構は一般的に広く使用されているので、このテンション調整機構について図３にて説明する。
図３は従来のテンション調整機構を説明する図である。（ａ）がテンション調整機構が設けられた基板搬送ロボットのアームの上面図、（ｂ）がテンション調整機構の側面の断面図である。伝達ベルト２４のベルトの表面或いは裏面に当接するのがテンションプーリ２３である。伝達ベルト２４は第１プーリ２１と第２プーリ２２とに巻装されていて、第１プーリ２１の回転力を第２プーリ２２に伝達する。テンションプーリ２３は支柱軸４３にベアリングなどで回転可能に支持されている。支柱軸４３は固定ベース４１に固定されている。固定ベース４１はアーム２の内部にネジ等によって固定されるが、このとき、固定ベース４１に形成されている長孔によって固定ベース４１の第１アーム２に対する位置が調整され、テンションプーリ２３の伝達ベルト２４への押し付け量が調整されて、伝達ベルト２４が所定の張力となるように固定される。
以上により、伝達ベルト２４はテンションプーリ２３に押されながら所定の張力を保ち、図示しない駆動部からの回転力をアームの先端側へと伝達する。
特開２００２−２６６９６２号公報（図１、図３）

ところで、昨今の半導体製造装置では、その製造過程において基板を数百度（５００〜６００℃）に加熱する処理が行われることがあり、基板搬送ロボットがこのような高温基板を搬送することが多くなってきている。特に基板温度を数百度に上昇させる工程は、減圧状態にした真空チャンバ内で施されることが多いため、基板搬送ロボットは真空チャンバ内に設置されて高温基板を搬送することになる。基板を直接搭載するハンドは、他の部品に比して単純な平板状の形であるため、セラミックスなどで形成可能であり、高温基板が直接搭載されてもハンド自身は温度上さほど問題はなく、また、熱伝導率も比較的低いため、アームへ基板の熱を急激に伝達させることもない。一方、アームの筐体（ケース）を形成する母材は、内部に上記のようなテンション調整機構などを収納するため、複雑な形状を余儀なくされており、そのためアルミニウムが主に使用されており、熱が伝わりやすいものとなっている。
このような状況で高温基板を搬送する際に、アームが高温基板からの輻射熱や伝達熱によって加熱され、これによってテンション調整機構が適切な伝達ベルトの張力を保つことができなくなり、基板を精度よく搬送できなくなるという問題が発生するようになってきた。
つまり、従来の基板搬送ロボットは第１アーム２、第１プーリ２１、第２プーリ２２、及びテンション調整機構の各部品を、アルミ材等の軽量材で構成しているので、高温環境で動作する場合、あるいは、高温の基板を搬送する場合、第１アーム２、第１プーリ２１および第２プーリ２２が熱膨張して第１プーリ２１と第２プーリ２２との軸間距離が長くなってしまい、伝達ベルト２４の張力を大きくしてしまう、また、第１プーリ２１と第２プーリ２２の径が大きくなり、伝達ベルト２４をプーリ径方向に移動させてしまうので、伝達ベルト２４のテンションがさらに増大する、さらに、テンション調整機構の固定ベース４１やテンションプーリ２３も熱膨張して、伝達ベルト２４にさらに張力を加える、といった現象が発生していた。
このため、伝達ベルト２４の張力がアームの組み立て当初よりも過大となり、基板の搬送精度に影響を与えていた。また、伝達ベルトが不必要に伸びて、破断を引き起こすことがあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高温基板や高温環境からの熱を受けても、伝達ベルトの張力を変えることなく、これによって高精度な基板搬送を実現することができる基板搬送ロボットを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、第１プーリの回転力を伝達ベルトによって第２プーリに伝達して回動するアームを備え、前記伝達ベルトの張力を調整可能なテンション調整機構を有する基板搬送ロボットにおいて、前記テンション調整機構が、前記伝達ベルトに当接して回転するテンションプーリと、前記テンションプーリを支持するプレートと、前記プレートを支持して前記アームに固定され、前記テンションプーリの位置を調整可能な固定ベースと、を備え、前記プレートが、熱膨張率が各々異なる支持板Ａと支持板Ｂとが張り合わされて形成されたことを特徴とする基板搬送ロボットとするものである。

本発明によると、基板搬送ロボットのアーム部が高温になると、プーリ間の軸間距離が伸びて伝達ベルト張力が増加するが、支持板ＡとＢとが貼りあわされて形成されたプレートがバイメタル効果により曲がってテンションプーリの位置を変位させ、テンションプーリのベルトへの押し付け力を減少させ、ベルト張力が減少する。
その結果、張力の増減が相殺されて、アーム部が高温になってもベルト張力を一定に保つことができ、高精度な基板搬送を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明のテンション調整機構が適用された基板搬送ロボットのアーム部を示している。同図（ａ）が上面図であって、アーム内部の一部を透視した図である。同図（ｂ）はその側面の断面図である。
この基板搬送ロボットは、図示しない回転駆動部を収容する胴体の上に第１アーム２の一端を回転可能に取り付け、第１アーム２の他端に第２アーム３の一端を回転可能に取り付け、第２アーム３の他端に基板を保持可能なハンド４を回転可能に取り付けたものである。
図示しない回転駆動部を収容する胴体は、中空シャフト形状の第１駆動軸６５と、第１駆動軸６５の内部に同心状に配置された第２駆動軸６６を備えており、これらはモータで構成される回転駆動部によって互いに自由に回転可能である。第１駆動軸６５の端部には第１アーム２が固定されおり、第２駆動軸６６の端部には第１プーリ６１が固定されている。
第１アーム２の他端側には、第１連結軸６７、第２連結軸７５が第２アーム３の内部に突出して固定されると共に、第１連結軸６７に対して第２プーリ６２が回転自在に取り付けられている。第１プーリ６１と第２プーリ６２との直径比は、本実施例の場合、１：１なる関係で設けてあり、第１プーリ６１と第２プーリ６２との間にはループ状のエンドレスタイプの第１伝達ベルト６４が巻き掛けてある。
第２プーリ６２の上端には第２アーム３の一端側が固定されており、第２アーム３の内部まで突出した第２連結軸７５の上端部には第３プーリ７１が固定され、第２アーム３に対して、第３プーリ７１が相対的に回転するようになっている。
第２アーム３の他端側の内部には、第３連結軸７６が固定されると共に、第３連結軸７６に対して第４プーリ７２が回転自在に取り付けられている。第３プーリ７１と第４プーリ７２との直径比は、本実施例の場合、１：２なる関係で設けてあり、第３プーリ７１と第４プーリ７２との間にはループ状のエンドレスタイプの第２伝達ベルト７４が巻き掛けてある。
第４プーリ７２の上端にはハンド４が固定されており、第２アーム３に対して、ハンド４が相対的に回転するようになっている。
さらに、第１アーム２、第２アーム３の内部には、それぞれ、本発明のテンション調整機構９９を備えている。テンション調整機構９９の詳細については後述する。本実施例では、各アーム内の伝達ベルト２４それぞれの張力を調節するために、図１（ａ）のように、環状の各ベルトの内側に２つのテンション調整機構９９が設けてある。第１アーム２内のテンション調整機構９９と第２アーム３内のテンション調整機構９９とは、寸法などが異なるだけで、基本的な構成は同じである。

以上の構造において、第１駆動軸６５を第２駆動軸６６に対して相対的に回転させて、第１アーム２を回転させると、第１プーリ６１は第１アーム２に対して相対的に回転し、この第１プーリ６１の相対回転は、伝達ベルト２４を介して第２プーリ６２を回転させて第２アーム３が回転する。第２アーム３が回転することで、第２アーム３と第３プーリ７１との間で相対回転が生じ、この相対回転は第２アーム３内の伝達ベルト２４を介して第４プーリ７２を回転させてハンド４が回転する。
このとき、第１アーム２内の第１プーリ６１と第２プーリ６２との直径比は１：１なる関係で、第２アーム３内の第３プーリ７１と第４プーリ７２との直径比は１：２なる関係で設けてあるので、第２駆動軸６６の回転に対して、第１駆動軸６５、すなわち、第１アーム２を同一速度で逆方向に回転させると、第１プーリ２１は第１アーム２に対して相対的に２倍の回転量だけ回転することになるので、第２アーム３は第１アーム２に対して逆方向に２倍の回転量だけ回転し、ハンド４は第２アーム３に対して逆方向に１/２倍の回転量だけ回転するので、ハンド４の先端が第１及び第２駆動軸の軸心の半径方向に直進運動（伸縮動作）をすることになる。
また、第１駆動軸６５と第２駆動軸６６とを、同時に同一速度で回転させると、ハンド及び各アームの相対的な姿勢を保ったまま、第１及び第２駆動軸の軸心を中心として、アーム部全体が旋回動作することになる。
なお、図示しないが、胴体内部に第１及び第２駆動軸を上下動させる上下動駆動部を設けることがあり、これによりアーム部全体を上下動作させることができる。
以上により、アーム部は、旋回動作、伸縮動作及び上下動作ハンド４によって、保持された基板を所望の位置まで搬送する。

次に、本発明のテンション調整機構９９の詳細について説明する。
図２はテンション調整機構９９を示す拡大図で、（ａ）が上面図、（ｂ）が（ａ）をＸ方向から見た側面の一部断面図である。また、（ｃ）が（ａ）をＹ方向から見た側面の一部断面図である。
伝達ベルト２４のベルトの表面或いは裏面に当接するのがテンションプーリ２３である。テンションプーリ２３は支柱軸５３にベアリングなどで回転可能に支持されている。支柱軸５３はコの字状のホルダ５４の上下の面に上端下端がそれぞれ固定されている。ホルダ５４は、支持板Ａ５５と支持板Ｂ５６とが貼りあわされて形成されたプレート２６の一端に固定されている。プレート２６の他端は固定ベース５１によって片持ち支持されていて、プレート２６が水平方向に延在するようになっている。固定ベース５１は第１アーム２或いは第２アーム３の内部の底面に固定される。このように構成することで、水平多関節ロボットのアームのように、上下に薄い構造体の内部に収容できるようにしている。
プレート２６の面は、図１における第１プーリ６１と第２プーリ６２、あるいは第３プーリ７１と第４プーリ７２の回転中心軸同士を結ぶ線とほぼ平行になるように固定ベース５１によって支持され、テンションプーリ２３が当接している伝達ベルト２４の表面或いは裏面と対向するように支持されている。
プレート２６を構成する支持板Ａ５５と支持板Ｂ５６は、熱膨張率が各々異なるものを張り合わせてある。そして、支持板Ａの熱膨張率αと支持板Ｂの熱膨張率βが、α＜βなる関係となるように取り付ける。つまり、テンションプーリ２３が当接している伝達ベルト２４から遠い支持板Ａ５５の熱膨張率αと近い支持板Ｂ５６の熱膨張率βとが、α＜βなる関係となるようにプレート２６が構成されている。
固定ベース５１は第１アーム２或いは第２アーム３の内部にネジ等によって固定されるが、このとき、固定ベース５１に形成されている長孔によって固定ベース５１の各アームに対する位置が調整され、テンションプーリ２３の各伝達ベルトへの押し付け量が調整されて、所定の張力となるように固定される。
以上により、各伝達ベルトはテンションプーリ２３に押されながら所定の張力を保ち、上述した駆動部の回転力を伝達する。

以上の構成において、基板搬送ロボット１のアーム部が高温になると、伝達ベルト２４が巻き掛けられているプーリ間の軸間距離が伸びて、或いは第１乃至第４プーリ自身の径が膨張して伝達ベルト２４の張力が増加する。しかし、図４のように、支持板Ａよりも支持板Ｂがより膨張するため、そのバイメタル効果により、プレート２６の一端が伝達ベルト２４から遠ざかるように曲がる。よって、テンションプーリ２３の位置が伝達ベルト２４から遠ざかるように変位するので、テンションプーリ２３の伝達ベルト２４に対する押し付け力が減少し、伝達ベルト２４の張力が減少する。その結果、張力の増減が相殺されて、アーム部が高温になってもベルト張力を一定に保つことができ、基板の搬送精度を一定に保つことができるようになる。また、伝達ベルト２４が不必要に伸びて、破断を引き起こすことも防げる。

本発明のテンション調整機構を備えた基板搬送ロボットの上面図及び側面図本発明のテンション調整機構を示す上面図及び側面図従来のテンション調整機構を示す上面図及び側面図本発明のテンション調整機構の作用を示す上面図

符号の説明

１基板搬送ロボット
２第１アーム
３第２アーム
４ハンド

２１第１プーリ
２２第２プーリ
２３テンションプーリ
２４伝達ベルト
２６プレート

４１従来のテンションプーリの固定ベース
４３従来のテンションプーリの支柱軸

５１固定ベース
５２ベアリング
５３支柱軸
５４ホルダ
５５支持板Ａ
５６支持板Ｂ

６１第１プーリ
６２第２プーリ
６５第１駆動軸
６６第２駆動軸
６７第１連結軸

７１第３プーリ
７２第４プーリ
７５第２連結軸
７６第３連結軸

９９テンション調整機構

Claims

第１プーリの回転力を伝達ベルトによって第２プーリに伝達して回動するアームを備え、前記伝達ベルトの張力を調整可能なテンション調整機構を有する基板搬送ロボットにおいて、
前記テンション調整機構が、
前記伝達ベルトに当接して回転するテンションプーリと、
前記テンションプーリを支持するプレートと、
前記プレートを支持して前記アームに固定され、前記テンションプーリの位置を調整可能な固定ベースと、を備え、
前記プレートが、熱膨張率が各々異なる支持板Ａと支持板Ｂとが張り合わされて形成されたことを特徴とする基板搬送ロボット。
請求項１記載の基板搬送ロボットを備えたことを特徴とする半導体製造装置。