JP2010251790A - バッチローダーを有する二本アーム・サブストレート取扱いロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットに基づいたサブストレートの大量移送のための改良技術を提供する。
【解決手段】サブストレート取扱いロボット２０は第一アーム２２と第二アーム２６が接続されているアーム駆動機構３４を含む。複数サブストレート・バッチローダー２４が第一アーム２２に接続され、単一面エンド・エフェクタ２８が第二アーム２６に接続されている。複数サブストレート・バッチローダー２４は保持するサブストレート数を示す真空信号を生じる。真空信号インタープリータがサブストレート装荷数に応じて、第一アーム２２の運動を代える。第二アーム２６に接続されている対象物センサー５８は、複数サブストレート・バッチローダー２４に隣接するカセットの中のサブストレート数を査定する。サブストレート装荷順コントローラが、カセットの中のサブストレート数に応じて、アームの運動を制御し、複数サブストレート・バッチローダー２４の完全装荷を促進する。
【選択図】図１

Description

発明の簡単な記述
本発明は、一般的に物質移動用自動化システムに関する。詳細には、本発明は、バッチローダーを有する二本アーム・サブストレート取扱ロボットに関する。

発明の背景
ロボットは、各種産業工程において利用される。例えば、電子産業においてロボットがサブストレートの取扱いに使用される。用語サブストレートには、半導体ウェファー、液晶表示装置、フラットパネル表示装置、ディスク駆動装置、その他類似物などの素子が含まれる。サブストレートは通常、カセットに保管される。半導体ウェファーの場合は、ウェファーのカセットが作業現場に渡される。カセットから一枚のウェファーを取り出してプリ−アライナーに渡すにはロボット・アームが使用される。ウェファー がプリアラインされると、ロボット・アームがウェファーを試験装置に渡す。試験が完了したとき、ロボット・アームを用いて、ウェファーは元のカセットか又は違うカセットに戻される。現存ロボットはカセットの中のサブストレートを個々に操作する能力はあるけれども、一組のサブストレートを一つのカセットから別のカセットに移すこと又は他の型の大量移送作業を実行するには比較的能率が悪い。

こうして、ロボットに基づいたサブストレートの大量移送のための改良技術を提供することが強く望まれる。大量移送技術は、各種数値組合せのサブストレートを移送する能力があって移送作業を最適化出来るのが、理想的である。大量移送技術は、任意の所与の時刻に移送されるサブストレート数を決定しそれにしたがってその運動速度を調節するための低コスト機構を有するのが好適である。このような装置は、既知の材料と技術を使用し別途既存のロボット処理と互換性がなければならない。

発明の概要
本発明の装置は、アーム駆動機構を有するサブストレート取扱いロボットを含む。第一アームは、アーム駆動機構に接続されている。複数サブストレート・バッチローダーが第一アームに接続されている。第二アームもまた、アーム駆動機構に接続されている。単一面エンド・エフェクタが第二アームに接続されている。複数サブストレート・バッチローダーは、複数サブストレート・バッチローダーが保持するサブストレート数を示す真空信号を感知する。真空信号インタープリータが、サブストレート装荷数に応じて第一アームの運動を選択的に代える。対象物センサーが第二アームに接続されている。対象物センサーは、複数サブストレート・バッチローダーに隣接するカセットの中のサブストレート数を査定する。サブストレート装荷順コントローラが、カセットの中のサブストレート数に応じ、第二アームが、複数サブストレート・バッチローダーの完全装荷を促進する方法で、カセットからサブストレートを取り出すよう、第一アームと第二アームを制御する。

本発明の方法は、第一サブストレートを保管場所から単一のパドルで取り出すステップを含む。一組のサブストレートが保管場所から複数サブストレート・バッチローダーを用いて取り出される。複数サブストレート・バッチローダーが保持するサブストレート数を示す真空信号が得られる。複数サブストレート・バッチローダーの運動は、複数サブストレート・バッチローダーが完全に装荷されていないことを真空信号が示したとき、代えられる。

本方法はまた、保管場所にあるサブストレート数を査定するステップを含むこともある。個々のサブストレートは保管場所から複数サブストレート・バッチローダーの完全装荷を促進するよう取り出すことができる。

本発明は、ロボットに基づくサブストレートの大量移送に関する改良技術を提供する。本発明の大量移送技術により、各種数値組合せのサブストレートに関し移送作業を最適化することが可能になる。複数サブストレート・バッチローダーに付属する真空センサーが、任意の所与の時刻に移送中のサブストレート数の低コスト査定を便利にする。この情報に基づいて、ロボットの運動が代えられる。有利なことに、本発明は既知の材料と技術を使用しており別途既存処理と互換性がある。

発明の詳細な説明
図１は、本発明の一実施例にしたがう二本アームバッチ装荷ロボット２０の透視図である。ロボット２０は、複数サブストレート・バッチローダー２４を支える第一アーム２２を含む。このロボットはまた、単一面エンド・エフェクタ２８を支える第二アームをも含む。

第一アーム２２は、アーム駆動機構３４に接続された近接端３２を有する基礎アーム３０を含む。基礎アーム３０はまた、遠隔端３６を含む。第一アーム２２はまた前アーム３８を含む。前アーム３８の近接端４０は基礎アーム３０の遠隔端３６に接続されている。前アーム３８の遠隔端４２バッチローダー支持機構４４を支える。
ここで、上記の第一アーム２２・基礎アーム３０・前アーム３８は、請求項の記載における第一の関節状アーム・第一の上方アーム・第一の前アームに各々相当する。

第二アーム２６は、近接端４８及び遠隔端５０を有する基礎アーム４６を含む。前アーム５２は基礎アーム４６の遠隔端に接続された近接端５４を有する。対象物センサー５８が、前アーム５２の遠隔端５６に接続されている。図１はまた、モーター及びその他の部品を囲うハウジング６０をも示す。
ここで、上記の第二アーム２６・基礎アーム４６・前アーム５２は、請求項の記載における第二の関節状アーム・第二の上方アーム・第二の前アームに各々相当する。

当業者は、図１の装置に伴う数多くの利点を認識するであろう。複数サブストレート・バッチローダー２４により、一組のサブストレートを移送し、それにより処理効率を上げることが可能になる。単一面エンド・エフェクタ２８により、ロボット２０が在来サブストレート取扱作業を実行することが可能になる。本発明のその他の長所及び利点は以下の記述において焦点を当てる。

図２は、ロボット２０の側面図である。図は、ハウジング６０、アーム駆動機構３４、単一面エンド・エフェクタ２８及び複数サブストレート・バッチローダー２４を示す。

図３は、第一アーム２２及び第二アーム２６の分解図である。図は、第一アーム２２とその基礎アーム３０を示し、基礎アームの遠隔端３６はピボット機構７０を受ける。前アーム３８の近接端４０もまた、ピボット機構７０に付着されている。同様に、第二アーム２６の遠隔端５０は開口部５１を有していて前アーム５２に伴うピボット機構７２を受ける。

図３はまた、アーム駆動機構３４の一部をも示す。アーム駆機構は、アーム２２及び２６に動力を与える二重シャフト駆動機構７４を含む。駆動シャフトハウジング７６が、二重シャフト駆動機構７４を囲む。駆動シャフトハウジング７６は、モーターハウジング枠７８の上に乗る。モーター（示さず）はモーターハウジング枠７８内部に置かれている。モーターハウジング外枠８０がモーターハウジング枠７８を囲う。

図４Ａは、ロボット２０の一部の断面図である。詳説すると、この図は第一アーム２２及びハウジング６０の一部を断面図で示す。この図は、二重シャフト駆動機構７４を第一シャフト８２とともに示す。シャフト８２は、プーリー８６に連結されたベルト８４に接続されている。同様の配置が第二アーム２６についても使用されている。本発明に関して用いられる内部アーム駆動機構は、本発明にしたがって任意の数の構成を使うことができるので、無形である。本発明は、ロボット・アーム運動を目指したものではなく、以下に記述するように、複数サブストレート・バッチローダー２４の使用、及びこれら素子の関連利用を目指すものである。

使用された特定の内部アーム駆動機構は、本発明の作用にとって重要ではないけれども、一つの特定構成が便利であると思われた。４Ｂは、複数ウェファーを動かすのに平滑な運動と十分なトルクとを与える道具である調和駆動機構（歯車減速装置）の用法を示す。歯車減速装置は、強力な駆動システムを備え、ベルト疲労の問題を回避し、比較的小型である。加えて、これは保守のため容易に接触出来るようアームベースの中に収容されている。

図４Ｂは、プーリー８６が、調和駆動８８の入力部分を駆動するシャフト８７を回転することを示す。調和駆動８８の出力部分は放射状リンク８９に付着されており、これは翻ってスペーサー９１を通してアームベース３０に付着されている。

図５は、本発明の一実施例にしたがう単一面エンド・エフェクタの分解図である。素子２８は、第二アーム２６に付着するためコネクタ９０を有する。中間支持部材９２がコネクタ９０に付着されている。単一面パドル９２が中間支持部材９２に付着されている。対象物センサー５８が単一面パドル９２の基底に接続されている。対象物センサー５８は、光センサー、レーザー・センサー、又は類似のものでよい。対象物センサー５８は、サブストレートが、カセットのような保管場所に保管されているか否かを識別するため使用される。第二アーム２６は各種の姿勢を通じて操作され、対象物センサー５８の対象物保管場所識別を可能にする。図５はまた、パドル９６が真空開口部９８を含むことを示す。真空開口部は真空ポンプ（示さず）に連結されている。真空ポンプは、サブストレートをパドル９６に確保する吸引力を設定する。

図６は、本発明の一実施例にしたがう複数サブストレート・バッチローダーを示す。素子２４は、第一アーム２２との接続のため第一アームコネクター１００を含む。第一アームコネクター１００の上にスタンドオフ１０２が置かれている。高架ベース部材１０４がスタンドオフ１０２の上に置かれている。第一パドル１０６が第一アームコネクター１００と高架ベース部材１０４との間に置かれて固定されている。第一パドル１０６は、パドル９６の真空開口部９８に対して記述したような方法で作動する真空開口部１０８を含む。図６は、複数サブストレート・バッチローダー２４がまた任意の数の追加パドル１１６を含んでもよいことを示す。各追加パドル１１６は、隣接パドルに関してスタンドオフとして働くパドル台面１１７を含む。各追加パドル１１６はまた、真空開口部１０８をも含む。パドルキャップ１１８は、パドル１１６の垂直整列を確保するため使用される。複数サブストレート・バッチローダー２４の中の各パドルは、内部真空チャンネルを含む。Ｏ−リングを用いて構成部品の間の真空チャンネルを封止する。

図７は、二本アームバッチ装荷ロボット２０の簡略化された表現である。
図は、簡略化された形で複数サブストレート・バッチローダー２４と単一面エンド・エフェクタ２８を示す。前述のように、これらの構成部品はアーム駆動機構３４に付着されている。アーム駆動機構２３４は、真空センサー１１９を含むのが好適である。真空センサーは、以下にさらに記述するように、複数サブストレート・バッチローダー２４の各種真空装置に関連する真空信号を測定するため使用される。図７は、二本アームバッチ装荷ロボット２０が、一組のサブストレート１４１を保持するカセット１４０との関連で働くことを示す。

図７はまた、二本アームバッチ装荷ロボット２０が、汎用コンピュータ１２０の形の制御回路により制御されることを示す。コンピュータ１２０は、一組の入出力装置１２２を有していて、ロボット２０と連絡する。入出力装置１２２はまた、キイボード、マウス、モニター、プリンター、及び類似のものなどの品目を含む。ロボット２０に出入する信号は、入出力装置１２２を通って交換される。制御信号には、真空センサー１１９からの真空センサー信号及び対象物センサー５８からの対象物感知信号が含まれる。これらの信号は、バス１２６を通って汎用処理装置（ＣＰＵ）に渡される。バス１２６はまた、メモリ（例えば、ＲＡＭ、固定ディスク、又は類似のもの）１２８に接続されていて、ＣＰＵ１２４がメモリ１２８の中に記憶されたプログラムを実行することが出来るようになっている。入出力装置１２２、ＣＰＵ１２４、及びメモリ１２８との関連でのコンピュータの作用は、周知の技術である。本発明の一側面は、コンピュータ１２０が実行する特定の型のプログラムを指向している。

本発明にしたがうと、メモリ１２８は、サブストレート装荷順コントローラ・プログラム１３０、真空信号解釈プログラム１３２、及び運動制御装置プログラム１３４を記憶するのが好適である。運動制御装置プログラムは、アーム駆動機構３４用制御信号を発生するための標準プログラムである。周知のように、運動制御装置１３４は、マップセンサー１２１からの情報に依存する。

サブストレート装荷順コントローラ１３０は、ＣＰＵ１２４が実行して、ロボット２０が実行すべき最適移送順を選択する。サブストレート装荷順コントローラ１３０は、部分的充填カセットを扱うとき、使用すべきアームを決定する。例えば、対象物センサー５８がカセットの底のスロットに３枚のサブストレート、これら３枚の上にはサブストレートが無く、さらにその上に５枚のサブストレートのグループを検出したとき、コントローラ１３０は、単一面エンド・エフェクタ２８が最初のサブストレート３枚を個々に動かすことを選び、空のスロットは飛ばして、次いで複数サブストレート・バッチローダー２４を用いて５枚のグループを動かすことが出来る。こうして、対象物センサー５８の蓄積した情報に基づいて、コントローラ１３０は、複数サブストレート・バッチローダー２４の利用を最適化する一組のルールを実行する。これらルールの実行は、一般的に、サブストレートのグループが複数サブストレート・バッチローダーを用いて遅れて送られるよう、サブストレートを動かす単一面エンド・エフェクタ２８の用法を生じる。

ＣＰＵ１２４が実行するとき、真空信号インタープリータ１３２は、真空センサー１１９からの制御信号を処理する。真空センサー１１９は、バッチローダー２４の個々のパドルの各真空開口部に結びついている。バッチローダー２４の有するブレードは、すべてが単一真空源につながれているので、サブストレートの存在検出に用いられる真空センサーは１個だけである。５枚のウェファーのうち４枚だけが存在すると、ウェファーのないブレード上の「真空漏洩」が真空信号変化に反映される。真空漏洩は残りのサブストレートにおける吸引力低下を生じる。この状態に応じ、真空信号インタープリータはアーム２２を減速して、サブストレートの安全移送を保証する。所与の時刻に運ぶサブストレート数については一般的に対象物センサー５８が情報を与えることは遵守する。しかし、真空信号インタープリータ１３２は冗長フェールセーフ機構として働くか、又はその代わりに、対象物センサー５８が利用出来ないとき補完機構として働く。真空信号インタープリータ１３２は、サブストレートを運んでいないパドルを判定する簡単な回路として実現できる。このような状態に応じて、ロボット・アームの代替運動を調節することが出来る。言い換えると、この実施例において、真空信号はバッチローダーの中の欠けたサブストレートの特有数にマップされない。その代わり、サブストレートが１枚だけ欠けるときは、アームの運動を調節する。

当業者は、本発明がロボットに基づくサブストレートの大量移送に関する改良技術を提供することを理解するであろう。本発明の大量移送技術により、各種数値組合せのサブストレートの移送が可能になり移送作業が最適化される。複数サブストレート・バッチローダーに付随する真空センサーは、所与の時刻に移送中のサブストレート数の低コスト査定を便利にする。この情報に基づいて、ロボットの運動を代えることができる。有利なことに、本発明は既知の材料と技術を利用しているので、別途既存のロボット処理と互換性がある。

これまでの記述は、説明目的のため、本発明の完全な理解を目指して特有の命名法を用いた。しかし、当業者には、本発明を実行するために特定の細部まで必要としないことは明らかであろう。別の例においては、基礎になる発明から不要に注意を外らすのを避けるため、ブロック図の中に周知の回路及び素子を示した。このように、本発明の特定実施例に関するこれまでの記述は、例証と説明を目的として示したものである。これらは、本発明を開示した細部の形で網羅し又は限定する意図のものではなく、上述の技術の観点から明らかに多くの変更及び変形が可能である。本実施例は、本発明の原理及びその実用を最も良く説明し、それにより当業者が、意図する特定用途に適した各種変更を加えた本発明及び各種具体化を最も良く利用出来るようにするため、選んで記述したものである。本発明の範囲は、請求事項及びその等価物により定義されることを目的とする。

本発明を良く理解するためには、付属図面との関連でなされる以下の詳細説明を参照しなければならない。ここで、
本発明の一実施例にしたがう二本アームバッチ装荷ロボットの透視図である。 図１の装置の側面図である。 図１の装置の二本アーム構造の分解図である。 図１の装置の一部の断面図である。 図１の装置の一部の断面図である。 図１の装置にしたがって使用される単一面エンド・エフェクタの分解図である。 図１の装置にしたがって使用される複数サブストレート・バッチローダーの分解図である。 汎用コンピュータの形の制御装置に関連して作動する図１の装置を示す。

Claims (4)

1. 末端と近接端を有するアーム接続器と、ここで前記近接端はアーム駆動機構に結合するように適合され、
   前記末端上の第１のスタンドオフと、
   前記スタンドオフの上部に載置される第１のパドルと、ここで前記第１のパドルは、第１のスタンドオフ上で端部のスタンドオフとして機能することが可能な第１のパドル台を組み込むものであり、
   上記第１のパドル上に整列された複数のパドルと、ここで、各パドルは第１のスタンドオフと整列する端部のスタンドオフとして機能するパドル台を組み込み、そして
   パドルの垂直配列を確保するパドルキャップ、
   以上を具備する、伸張性の複数基板・バッチローダー。
2. 第１のパドル台が別個の高架台部材である請求項１５のバッチローダー。
3. パドルは真空を有する請求項１５のバッチローダー。
4. 各パドルは吸入を行い、そして基板をパドルに固定する真空開口を有し、
   各パドル台は、内部真空チャンネルを有し、そして
   Ｏリングが前記パドル、パドル台、スタンドオフおよびパドルキャップ間の真空チャンネルをシールするものである、請求項１５のバッチローダー。

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