JP2023138118A - 搬送ロボット - Google Patents

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Abstract

【課題】アライメント操作に要する時間をより短縮する搬送ロボットを提供する。【解決手段】ロボットにより移送される支持ベースに対して垂直の旋回軸２１周りに旋回可能な水平アーム２と、水平アーム２の上方において水平アーム２に対して旋回軸２１と平行な回動軸３１周りに回動し、上面に板状ワーク（ウエハ）Ｗを保持可能なハンド３と、を備えた搬送ロボットＡ１であって、水平アーム２には、旋回軸２１と平行又は一致する回転軸２４１周りに回転可能であるとともに、回転軸２４１の軸方向に昇降可能であり、上面に板状ワークＷを保持可能な回転ステージ２４が設けられている。ハンド３は、板状ワークの中心と対応する保持中心Ｏ1の回動軌跡が平面視において回転軸２４１を通過するように形成されており、回転ステージ２４は、水平アーム２を旋回させるために水平アーム２に設けられたモータの出力を利用して回転する。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハなどの板状ワークを搬送するための搬送ロボットに関する。
例えば半導体プロセスにおいて、カセットからウエハを取り出して処理室に搬送したり、処理室での処理が終わったウエハを取り出して次工程に搬送するために、搬送ロボットが用いられる。この種の搬送ロボットは一般に、上面にウエハを保持するハンドを備え、ハンドに保持したウエハを搬送元から搬送先に移送できるように構成される。
処理室にウエハを搬送する場合、ウエハは、搬送先において回転方向（θ方向）と平面方向（Ｘ－Ｙ方向）の各基準位置に正確に位置決めされている必要がある場合があり、そのために、アライナと呼ばれる、アライメント操作を行う装置が用いられる。
アライナは、例えば特許文献１の特に図３に示されているように、ウエハを載置できる回転テーブルと、回転テーブルに載置されたウエハの基準位置からのＸ－Ｙ方向のずれ量と、θ方向のずれ量とを検出するためのセンサを備える。ウエハは、円形外周と、この円形外周に設けられたノッチまたはオリエンテーションフラットを有しており、例えば、ウエハを回転させながらウエハの外周を連続検出することによって、回転テーブルに載置された時点でのウエハの中心のＸ－Ｙ方向のずれ量を検出することができる。また、ウエハを回転させながらノッチまたはオリエンテーションフラットを検出することによって、回転テーブルに載置された時点でのウエハのθ方向のずれ量を検出することができる。
θ方向のずれは、上記のように検出したずれ量を勘案して回転テーブルを所定方向に回転させることにより、解消することができる。Ｘ－Ｙ方向のずれは、上記のように検出したずれ量を踏まえ、回転テーブルからウエハを取り上げたハンドをロボットがＸ－Ｙ方向に修正しつつ搬送先に移送することにより、解消することができる。
ところで引用文献１に記載されたアライナは、搬送ロボットとは独立しており、搬送ロボットとアライナとからなる搬送装置のコストアップにつながるとともに、搬送装置の設置のために大きな床占有面積を必要とする。また、ロボットとアライナ間のウエハの受け渡しに時間がかかる分、スループットが遅延してプロセス全体の処理効率が悪化する。
特開２０１５－１９５３２８号公報
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、アライメント操作に要する時間をより短縮することができる搬送ロボットを提供することをその課題とする。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。
すなわち、本発明によって提供される搬送ロボットは、ロボットにより移送される支持ベースに対して垂直の旋回軸周りに旋回可能な水平アームと、上記水平アームの上方において当該水平アームに対して上記旋回軸と平行な回動軸周りに回動可能であり、上面に板状ワークを保持可能なハンドと、を備えた搬送ロボットであって、上記水平アームには、上記旋回軸と平行または一致する回転軸周りに回転可能であるとともに当該回転軸の軸方向に昇降可能であり、上面に上記板状ワークを保持可能な回転ステージが設けられており、上記ハンドは、上記板状ワークの中心と対応する保持中心の回動軌跡が平面視において上記回転軸を通過するように形成されており、上記回転ステージは、上記水平アームを旋回させるために当該水平アームに設けられたモータの出力を利用して回転させられることを特徴とする。
好ましい実施の形態では、上記回転ステージは、当該回転ステージに回転動力を伝達するための軸に設けられたプーリと、上記モータの出力軸に設けられたモータプーリと、上記旋回軸に設けられた旋回軸プーリとにベルトを共通に掛け回すことにより、上記モータの出力を利用して回転させられる。
好ましい実施の形態では、上記旋回軸に設けられたプーリと上記支持ベースとの間には、減速機が設けられている。
好ましい実施の形態では、上記減速機の減速比は、例えば１／１６０～１／５０である。
好ましい実施の形態では、上記モータと上記モータの出力軸に設けられたプーリ、上記回転ステージに回転動力を伝達するための軸とこれに設けられたプーリ、上記旋回軸に設けられたプーリ、ならびにこれらプーリ間に共通に掛け回されたベルトは、上記水平アームの内部に設けられている。
上記構成においては、ハンドの保持中心の回転軌跡が平面視において上記回転軸を通過するように形成されている。したがって、ハンドをその回動軸を中心として回動させて保持中心を回転ステージの回転軸上に位置させることができる。
こうして回転ステージの上方に移送されたハンド上の板状ワークは、回転ステージを上昇させることにより当該回転ステージ上に移載される。この状態で回転ステージを回転させて板状ワークの外周を所定のセンサによって連続検出することにより、ハンドから回転ステージに移載された時点での板状ワークの中心のＸ－Ｙ方向のずれ量を検出することができる。板状ワークが半導体ウエハの場合、これには、外周にノッチまたはオリエンテーションフラットが形成されているので、同時にこのノッチまたはオリエンテーションフラットを検出することにより、ハンドから回転ステージに移載された時点での板状ワークのθ方向のずれ量を検出することができる。θ方向のずれは、上記のように検出したずれ量を勘案して回転ステージを所定方向に回転させることにより、解消することができる。こうしてθ方向のずれが解消された板状ワークは回転ステージを下降させることによりハンド上に移載され、板状ワークのＸ－Ｙ方向のずれは、上記のように検出したずれ量を踏まえ、ロボットがハンドをＸ－Ｙ方向に修正しつつ搬送先に移送することにより、解消することができる。
こように、上記構成の搬送ロボットによれば、別途のアライナを設けることなくアライメント操作を行うことができるので、搬送装置全体の小型化とコストダウンを図ることができる。また、ハンドと回転ステージ間の板状ワークのやりとりを短時間で行うことができるので、アライメント操作に要する時間を短縮し、プロセス全体の処理効率を向上させることができる。
本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかになろう。
本発明の一実施形態に係る搬送ロボットの全体立面図である。 水平アームの平面図である。 水平アームの縦断面図であり、図２のIII-III線に沿う断面図に相当する。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 作動状態を示す図であり、図２のIII-III線に沿う断面図に相当する。 作動状態を示す図であり、水平アームを平面的に見た図である。 作動状態を示す図であり、図２のIII-III線に沿う断面図に相当する。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る搬送ロボットＡ１の全体構成を概略的に示す。なお、この搬送ロボットＡ１は、板状ワークとしての半導体ウエハＷを搬送するために構成されている。
搬送ロボットＡ１は、ロボット１と、水平アーム２と、ハンド３とを備える。ロボット１は、水平の第１軸１１周りに回動可能な第１アーム１１１と、第１アーム１１１の先端において水平の第２軸１２周りに回動可能な第２アーム１２１と、第２アーム１２１の先端において水平の第３軸１３周りに回動可能な支持ベース１３１とを備える。ロボット１は、第１、第２および第３軸１１，１２，１３と直交する垂直面内において第１アーム１１１と第２アーム１２１の長さが許容する領域の任意の位置に支持ベース１３１を移送させることができるようになっている。なお、支持ベース１３１は通常、これが旋回可能に支持する水平アーム２の旋回軸２１が垂直方向を向くように姿勢制御される。
水平アーム２は、支持ベース１３１に対し、旋回軸２１周りに旋回可能に支持されている。水平アーム２の旋回駆動は、水平アーム２の内部に配置した旋回用モータ２２により行われる。図３および図４に示すように、旋回用モータ２２の出力軸２２１は、これに設けたプーリ２２２と、旋回軸２１上に減速機２１１を介して設けたプーリ２１２との間に無端ベルト２３を掛け回すことにより、支持ベース１３１に連携されている。減速機２１１は、たとえばハーモニックドライブ（登録商標）などの高減速比を有するものが使用される。この減速機の減速比は、例えば１／１６０～１／５０である。なお、本実施形態においては、旋回用モータ２２には減速機能が付属しないものが好適に用いられる。また、旋回用モータ２２の出力軸２２１に設けられたプーリ２２２に対する旋回軸２１上のプーリ２１２の比は限定されないが、例えば１：１である。
ハンド３は、図２に表れているように、二股ホーク状の平面形状を有しており、上面に保持するウエハＷ（図５）の中心が位置するべき保持中心Ｏ1を有する。図に示す実施形態では、上下に重なる２つのハンド３が垂直の回動軸３１周りに回動可能に設けられている。各ハンド３は、水平アーム２の内部に設けられたモータ３２により、ベルト伝動機構３３を介するなどして個別に回動制御されるようになっている。本実施形態においてこのハンド３は、真空圧吸着によりウエハＷを保持することができるものが用いられている。なお、このハンドＷは、クランプ機構によりウエハＷの周縁をクランプして保持することができるものを用いてもよい。
本発明においては、回転軸２４１を有しながら、昇降可能な回転ステージ２４が水平アーム２に設けられる。以下、そのための具体的構成例を説明する。
図３に示すように、水平アーム２の内部には、エアシリンダ２５１などの直動アクチュエータによって昇降可能な支持プレート２５が設けられ、この支持プレート２５に旋回軸２１と平行または同一軸線をもつ回転軸２４１が回転可能に支持されている。この回転軸２４１とハンド３との関係は、ハンド３の回動軸３１から保持中心Ｏ1までの距離Ｌ１と、ハンド３の回動軸３１と回転ステージ２４の回転軸２４１との間の距離Ｌ２が等しい関係とされる（図２）。この回転軸２１の上端に円形の回転ステージ２４が設けられている。回転ステージ２４は、ハンド３のホーク爪３ａの間の空間を上下に通り抜けることができる大きさに設定されており、上面にウエハＷをたとえば吸着により保持できるようになっている。なお、本実施形態では、回転ステージ２４の回転軸２４１は水平アーム２の旋回軸２１と同一軸線上に配されている。
支持プレート２５の下方に設けられた補助プレート２５２には、垂直方向に延びる中間伝動軸２６が回転可能に支持され、この中間伝動軸２６の上端は、支持プレート２５に貫通保持されたホルダ２６１およびこのホルダ２６１に付属して当該ホルダ２６１に対して回転可能なスプラインナット２６２に通挿されている。中間伝動軸２５は、スプライン軸であり、スプラインナット２６２は中間伝動軸２６に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能である。したがって、支持プレート２５ないしスプラインナット２６２がその昇降行程のいずれの位置にあっても、中間伝動軸２６の回転がスプラインナット２６２に伝達され、スプラインナット２６２は中間伝動軸２６とともに回転する。なお、上記中間伝動軸２６（スプライン軸）、ホルダ２６１、スプラインナット２６２の組合せ体としての機能を実現しうる市販品として、ＴＨＫ株式会社製ロータリーボールスプラインＬＴＲ型を好適に使用することができる。
スプラインナット２６２にはプーリ２６３が、回転ステージ２４の回転軸２４１の下部にはプーリ２４２が、それぞれ設けられ、これらプーリ２６３，２４２間に無端ベルト２７が掛け回されている。中間伝動軸２５の下端にはプーリ２６４が設けられており、当該プーリ２６４には、旋回用モータ２２の出力軸２２１に設けたプーリ２２２と、旋回軸２１上に減速機２１１を介して設けたプーリ２１２との間に掛け回された無端ベルト２３が共通に掛け回されている（図４）。プーリ２２２とプーリ２６４の比も限定されないが、例えば１～２：１とされる。これにより、旋回用モータ２２を駆動すると、水平アーム２が旋回軸２１周りに旋回すると同時に、回転ステージ２４が回転軸２４１周りに回転することになる。ただし、減速機２１１の減速比が大きいので、仮に回転ステージ２４が１回転（３６０°）回転したとしても、水平アーム２の旋回角度はわずかである。
次に、上記構成の搬送ロボットＡ１を用いてウエハＷのアライメント操作を行う場合の動作例について説明する。
図５に示すように、回転ステージ２４をハンド３よりも下位に位置させておき、搬送元から受け取ったウエハＷを載せたハンド３の保持中心Ｏ1を回転ステージ２４の回転軸２４１と平面的に一致させる。このとき、図６に示すように、ウエハＷの中心ＷOが回転ステージ２４の回転軸２４１（ハンド３の保持中心Ｏ1）に対し、Ｘ－Ｙ方向にずれ（ずれ量δXY）、θ方向にもずれている（ずれ量δθ）場合がある。
次いで、図７に示すように、回転ステージ２４を上昇させることによりウエハＷは当該回転ステージ２４上に移載される。この状態で回転ステージ２４を回転させてウエハＷの外周を所定のセンサ（図示せず）によって連続検出することにより、ハンド３から回転ステージ２４に移載された時点でのウエハＷの中心ＷOのＸ－Ｙ方向のずれ量δXYを検出することができる。ウエハＷには、外周にノッチＷＮまたはオリエンテーションフラットが形成されているので、同時にこのノッチＷＮまたはオリエンテーションフラットを検出することにより、ハンド３から回転ステージ２４に移載された時点でのウエハＷのθ方向のずれ量δθを検出することができる。θ方向のずれは、上記のように検出したずれ量δθを勘案して回転ステージ２４を所定方向に回転させることにより、解消することができる。こうしてθ方向のずれが解消されたウエハＷは回転ステージ２４を下降させることによりハンド３上に移載され、ウエハＷのＸ－Ｙ方向のずれは、上記のように検出したずれ量δXYを踏まえ、ロボット１ないし水平アーム２がハンド３をＸ－Ｙ方向に修正しつつ搬送先に移送することにより、解消することができる。
上記構成においては、回転ステージ２４の回転駆動を水平アーム２を旋回させるための旋回用モータ２２の出力を利用して行っているので、回転ステージ２４のための別途の駆動系を設ける必要はない。
上記のように回転ステージ２４を回転させるとき、水平アーム２も旋回することになるが、上記のように減速機２１１を高減速比のものを使用しているので、水平アーム２の旋回角度はわずかであり、アライメント操作において水平アーム２が大きく旋回して周辺機器に干渉するということはなく、装置全体のコンパクト性は維持される。
このように、上記構成の搬送ロボットＡ１によれば、別途のアライナを設けることなくアライメント操作を行うことができるので、搬送装置全体の小型化とコストダウンを図ることができる。また、ハンド３と回転ステージ２４間のウエハＷのやりとりを短時間で行うことができるので、アライメント操作に要する時間を短縮し、プロセス全体の処理効率を向上させることができる。
もちろん、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されることはなく、各請求項に記載した事項の意味中に含まれるあらゆる変更は本発明の範囲に包摂される。
たとえば、実施形態では、回転ステージ２４の回転軸２４１と水平アーム２の旋回軸２１を一致させているが、そのようにする必要は必ずしもなく、ハンド３の回動軸３１と保持中心Ｏ1との間の距離Ｌ１と、ハンド３の回動軸３１と回転ステージ２４の回転軸２４１との間の距離Ｌ２を等しくしておけばよい。
また、水平アーム２の旋回用モータ２２の出力を利用して回転する回転ステージ２４を昇降させるための構成についても、実施形態のものに限定されない。
さらに、水平アーム２を支持する支持ベース１３１を移送するロボット１の構成も、上記した実施形態のものに限定されず、垂直面内の任意の位置に支持ベース１３１を移送できる構成であればどのような構成であってもよい。
Ａ１:搬送ロボット、Ｗ：ウエハ（板状ワーク）、ＷO：（ウエハの）中心、１：ロボット、１３１：支持ベース、２：水平アーム、２１：旋回軸、２１１：減速機、２１２：プーリ、２２：旋回用モータ、２２１：出力軸、２２２：プーリ、２３：無端ベルト、２４：回転ステージ、２４１：回転軸、２６４：プーリ、２７：無端ベルト、３：ハンド、３１：回動軸

Claims (5)

  1. ロボットにより移送される支持ベースに対して垂直の旋回軸周りに旋回可能な水平アームと、
    上記水平アームの上方において当該水平アームに対して上記旋回軸と平行な回動軸周りに回動可能であり、上面に板状ワークを保持可能なハンドと、を備えた搬送ロボットであって、
    上記水平アームには、上記旋回軸と平行または一致する回転軸周りに回転可能であるとともに当該回転軸の軸方向に昇降可能であり、上面に上記板状ワークを保持可能な回転ステージが設けられており、
    上記ハンドは、上記板状ワークの中心と対応する保持中心の回動軌跡が平面視において上記回転軸を通過するように形成されており、
    上記回転ステージは、上記水平アームを旋回させるために当該水平アームに設けられたモータの出力を利用して回転させられることを特徴とする、搬送ロボット。
  2. 上記回転ステージは、当該回転ステージに回転動力を伝達するための軸に設けられたプーリと、上記モータの出力軸に設けられたプーリと、上記旋回軸に設けられたプーリとにベルトを共通に掛け回すことにより、上記モータの出力を利用して回転させられる、請求項１に記載の搬送ロボット。
  3. 上記旋回軸に設けられたプーリと上記支持ベースとの間には、減速機が設けられている、請求項２に記載の搬送ロボット。
  4. 上記減速機の減速比は、１／１６０～１／５０である、請求項３に記載の搬送ロボット。
  5. 上記モータと上記モータの出力軸に設けられたプーリ、上記回転ステージに回転動力を伝達するための軸とこれに設けられたプーリ、上記旋回軸に設けられたプーリ、ならびにこれらプーリ間に共通に掛け回されたベルトは、上記水平アームの内部に設けられている、請求項４に記載の搬送ロボット。
JP2022044637A 2022-03-18 2022-03-18 搬送ロボット Pending JP2023138118A (ja)

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