JP2553472B2 - 半導体ウエハキャリアを移動させるためのロボットハンド - Google Patents

半導体ウエハキャリアを移動させるためのロボットハンド

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JP2553472B2 JP63203674A JP20367488A JP2553472B2 JP 2553472 B2 JP2553472 B2 JP 2553472B2 JP 63203674 A JP63203674 A JP 63203674A JP 20367488 A JP20367488 A JP 20367488A JP 2553472 B2 JP2553472 B2 JP 2553472B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、工業用ロボット、さらに詳細には集積回路
ウエハの移動に有用な工業用ロボットハンドに関するも
のである。
従来の技術 一般に、工業用ロボットは関節接合された１本の機械
式アームを備えており、その端部が「ハンド（手）」と
なっている。アームとハンドの運動はサーボシステムに
より制御されて、ハンドが所望の任意の運動パターンを
実行する。プログラミングすることによってロボットは
所望の順番で様々な運動を実行する。センサの入力によ
り、ロボットは環境の変化、すなわち障害物を知ること
ができるようになる。ロボットの制御のアルゴリズム
は、センサの状態をモニタして所定の行動が適切である
かどうかを判断するという形態にすることができる。
集積回路の製造は高度に自動化されつつある。半導体
ウエハは、それぞれが25枚のウエハを収容するキャリア
内に保持された状態で処理される。ウエハの処理には、
ウエハを処理工程の間を移動させるためのウエハキャリ
アを操作し、ウエハキャリアを処理機械に装着する必要
がある。処理機能は腐食性ガスや腐食性の液体を発生さ
せる可能性があり、これら生成物は操作面に接触して腐
食させることがある。
ウエハは極めて脆く、非常に高価である。このために
ウエハの取り扱い技術は極めて信頼性が高くなければな
らず、ウエハキャリアが落下したり無理な力でつぶされ
たりしないようにする必要がある。ウエハの取り扱いを
ロボットが行うときには、ロボットは負荷の安全性を検
出して判断できる能力を備えていなくてはならない。
ウエハの処理は自動化される傾向にある。すなわち、
ロボットが処理工程を通じてウエハキャリアを操作する
ようになりつつある。ロボットを用いたウエハキャリア
の操作は比較的新しく、ロボットアームが確かにウエハ
キャリアを把持したかどうかを知ることができず、ウエ
ハキャリアの運動中の衝突を検出できないという問題が
ある。ウエハキャリアの運動中の衝突の検出ができる
と、衝突検出の不能なロボットによって被害を被る可能
性のある操作者と近くの設備の安全性が向上するという
付加的な利点が現れる。
本発明は、ウエハキャリアを安全に持ち上げることの
できる正しい位置にあるときをセンサが検出でき、従っ
て運動が適切であるかどうかをロボットが判断できるよ
うなウエハキャリアの機械式係合方式を提供することに
よって、ウエハキャリアをロボットを用いて処理する際
の上記の問題を解決する。把持手段は、衝突を検出して
運動を停止させるようにロボットアームに取り付けられ
ている。このようにすると、ウエハキャリアのペイロー
ド、ロボット要素、それに衝突する物体が損傷を受ける
のを防止できる。
一般に、ロボットアームの製造業者から提供される把
持装置は、適切な形態であって摩擦や変形がないウエハ
キャリアであれば正しく把むことができる。ウエハキャ
リアが正確に配置されており、しかも把持されたキャリ
アが確実に把持装置内にとどまっているならばこのこと
がなりたつ。
発明が解決しようとする課題 実際には、把持装置の動作は信頼性が低く、ウエハキ
ャリアの変形やウエハキャリアを搬送する機械の精度の
限界による制約を受ける。搬送のずれが把持装置の許容
限界を越える場合には、把持装置がウエハキャリアをま
ったく把みそこねて下流の処理機械はエラー条件のもと
で作業を行うことになるか、あるいは、把持装置がウエ
ハキャリアを一部分だけ把んで、ウエハキャリアを変形
させたり損傷を与えたりし、ウエハをつぶし、またはウ
エハキャリアを落下させたりする可能性がある。
同様に、摩耗したり最初の設計時の大きさから歪んだ
りしたウエハキャリアでは、衝突検出が不能の把持装置
を用いる場合に把みそこねの問題が発生する可能性があ
る。上記のように、ウエハキャリアが運動中にはずれる
とウエハキャリアは変形したり損傷を受けたりする。ま
た、取り上げ位置でウエハキャリアが引っ掛かり、運動
経路内で別の物体と衝突する可能性がある。さらに、プ
ログラミングのミスやハードウエアの故障によって衝突
経路が生成する可能性がある。これらの場合、ウエハキ
ャリアは把持装置から無理やりはずされたり、把持装置
と障害物の間でつぶされたりすることがある。
既存のウエハキャリア操作端エフェクタは、把持操作
の成功と、キャリアが把持装置に把持されて運動を開始
した後の安全性とを判断することのできるフィードバッ
クを性質上ロボット制御装置に対してなすことができな
いという欠陥を有する。
課題を解決するための手段 本発明によれば、ワークピースを検出して持ち上げる
ことのほか、衝突を検出することができる。ワークピー
スを把みそこなった場合には、本発明ではロボットが微
細な運動を行い、把持をあきらめる前に適切に把持でき
るよう試みるというプログラムを行うことによってエラ
ーを相殺する処理を行う。
本発明によれば、移動させる物品と係合するとともに
衝突と係合状態の正確さを検出するためのロボット要素
であって、 ａ）一対の貫通穴を有するほぼ平坦な第１のプレート
と、この第１のプレートと平行に間隔をあけて配置され
たほぼ平坦な第２のプレートと、 ｂ）ｉ）上記２つのプレートの間に置かれて第２のプレ
ートにそれぞれ固定されているとともに上記第１のプレ
ートの穴を貫通して延びてその中で運動可能となってい
る一対の把持装置駆動手段と、 ii）上記第１のプレートから外側に向かって延びてこれ
ら把持装置駆動手段のそれぞれに固定されている係合部
材と を備えるワークピース把持手段と、 ｃ）上記プレートの間に取り付けられた複数の衝突セン
サと、 ｄ）上記プレートの間に取り付けられた衝突反発手段と を備えることを特徴とするロボット要素が提供される。
好ましい実施例によれば、上記把持装置駆動手段は回
転式ソレノイドアクチュエータである。
実施例 第１図に示されているように、互いに平行な前部プレ
ート12と後部プレート14とを備えるロボット要素10が本
発明により提供される。それぞれのプレートは、ロボッ
トアーム16に対して強固には取り付けられていない。プ
レート12、14の間には複数の回転式ソレノイドアクチュ
エータ18が配置されて後部プレート14に固定されてい
る。これらソレノイドアクチュエータは複数の前方突起
部20を有しており、これら前方突起部は前部プレートを
貫通する円形の穴の中に位置してその中で回転できるよ
うになっている。ソレノイドアクチュエータの各前方突
起部20は、図示したように取り付けられたカセット係合
用アーム22を備えている。適当な信号を発生させてソレ
ノイドアクチュエータに送ると、前方突起部20は係合用
アーム22を回転させ、従ってこの係合用アームをウエハ
移動用カセット内にロックする。係合用アームは、カセ
ットすなわちウエハキャリアの対応するノッチと小さな
公差で嵌合し、このカセットの上部を持ち上げ構造体24
に強制的に嵌め込む。既に説明したように、ソレノイド
アクチュエータは回転してこのワークピースカセットを
係合させたりはずしたりするが、最も好ましい実施例で
はソレノイドアクチュエータは回転軸の方向にもある程
度移動することができて、カセットを揺動させながら係
合用アーム22と持ち上げ構造体24に正確に係合させるこ
とができる。図示した本発明の好ましい実施例では把持
手段として回転式ソレノイドアクチュエータが使用され
ているが、空気シリンダ、モータ、バネ式レバー、リニ
アソレノイドアクチュエータ、真空シリンダなどの他の
把持手段も本発明に含まれており把持動作を行うことが
できる。
第２図に最もよく示されているように、この図に示し
た好ましい実施例では、組立体はワークピースカセット
31の正確な位置を知らせる少なくとも２つの位置センサ
26を備えている。センサからの信号は論理的に組み合わ
されて、良好な把持に必要な全条件が運動開始前に満た
されるようにする。把持の際のこれら接触点は、カセッ
トが正確に着床したことを知らせるマイクロスイッチに
することができる。しかし、図示したようにマイクロス
イッチの代わりにホース部材27を介して真空ライン28に
接続された圧力スイッチにすることが可能である。カセ
ットが正しく位置付けされると、カセットはセンサ26と
真空ライン28を通過する空気の流れを阻止し、正確な位
置決めがなされたことを制御装置に知らせる。空気流が
同時に停止されないときには、命令を受けてソレノイド
アクチュエータが係合用アーム22を正確な位置、例えば
カセット係合用凹部33まで移動させる。さもなければ操
作者が介入する必要がある。補助位置決め部材30は、カ
セット31が持ち上げられたときに係合用アーム22と持ち
上げ構造体24によって引き起こされる曲げモーメントに
逆らってカセットの位置決めを行うのに役立つ。
第１図に示されているように、一連の戻しバネ32がプ
レート12と14の間に配置されている。これら戻しバネ
は、ロボット要素が予期せぬ障害物に衝突したときにプ
レートの衝撃を弱める働きがある。これら戻しバネは、
図示したように補助ガイド棒を取り囲んでいる。ゴム製
クッションなどの別の反発手段も用いることができるの
は明らかであろう。プレート12と14の間には、設計上許
容された以上の衝撃力を検出する複数の衝撃センサ34も
配置されている。これら衝撃センサは、望ましからぬ抵
抗力または衝撃力を受けたときにロボット要素に停止信
号を送る。これら衝撃センサはマイクロスイッチにする
ことができるが、図示の実施例では圧力スイッチに取り
付けられた真空ライン36となっている。真空ライン内の
空気流が阻止されないときには、ロボット要素は運動さ
せることができる。ロボット要素が障害物に衝突したと
きには、ロッド部材68が無理やりソケット40と嵌合させ
られて真空ライン36内の空気流が停止する。すると信号
が上流のスイッチング機構（図示せず）に伝えられ、操
作者が障害物を除去するまでこのスイッチング機構がロ
ボットアームの運動を停止させる。ロッド部材の感度は
調整点42で調節しておくとよい。実際にはロッド部材38
は単なるネジであって、調整点42でその頭部を回転させ
ることによって調節しソケット40との距離を望みのまま
に変えることができる。各真空ライン28、36は、全セン
サの検出機能を低下させることなく共通の真空源に接続
することができる。
先に説明したように、ウエハキャリア・把持要素はロ
ボットアームの端部に堅固に取り付けられているわけで
はない。衝突の際に、ウエハキャリア・把持要素はロボ
ットアームに対する正常位置から変位する。ウエハキャ
リアが損傷を受けるか安全用把持装置から無理やり離さ
れる前に検出可能な変位が生じるように、十分小さな力
で変位が起こるように設定されている。センサの数と位
置は、衝突によって引き起こされる変位を検出してロボ
ット制御用コンピュータに信号を送り運動を直ちに停止
させて、通常ウエハの損傷が起こるであろう状況の大部
分をなくすことができるように選択する。この中には、
直交する３つの方向のうちの任意の方向から加えられた
外力に起因する衝突を検出することが含まれる。ロボッ
トハンド組立体の非剛体取り付けは、ウエハキャリアと
ウエハの重量と慣性力によって歪まないように設計され
ている。するとウエハキャリアは、ロボットアームに対
して常に適切な位置にとどまる。
上記の好ましい実施例では、構造材料は弾性がある衝
突によって損傷を受けないものを選択する。さらに、こ
の材料は、半導体の製造に使用される典型的な腐食性化
学薬品に対する耐性をもっており劣化しない必要があ
る。
上記の詳細な説明は好ましい実施例についてのもので
あるが、この説明が特許請求の範囲に記載の本発明の範
囲を制限することはないのはもちろんのことである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のロボット要素の斜視図である。 第２図は、持ち上げ構造体とその内部のセンサの側断面
図である。 （主な参照番号） 10……ロボット要素、12、14……プレート、 16……ロボットアーム、 18……ソレノイドアクチュエータ、 20……前方突起部、22……係合用アーム、 24……持ち上げ構造体、26……センサ、 27……ホース部材、 28、36……真空ライン、 30……補助位置決め部材、 31……ワークピースカセット、 32……戻しバネ、 33……カセット係合用凹部、 34……衝撃センサ、38……ロッド部材、 40……ソケット、42……調整点

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】移動させる物品と係合するとともに衝突と
    係合状態の正確さを検出するためのロボット要素であっ
    て、 ａ）一対の貫通穴を有するほぼ平坦な第１のプレート
    と、この第１のプレートと平行に間隔をあけて配置され
    たほぼ平坦な第２のプレートと、 ｂ）ｉ）上記２つのプレートの間に置かれて第２のプレ
    ートにそれぞれ固定されているとともに上記第１のプレ
    ートの穴を貫通して延びてその中で回転可能となってい
    る一対の把持装置駆動手段と、 ii）上記第１のプレートから外側に向かって延びて上記
    把持装置駆動手段のそれぞれに固定されている係合部材
    と を備えるワークピース把持手段と、 ｃ）上記プレートの間に取り付けられた複数の衝突セン
    サと、 ｄ）上記プレートの間に取り付けられた衝突反発手段と を備えることを特徴とするロボット要素。
  2. 【請求項２】ワークピースの位置検出手段をさらに備え
    ることを特徴とする請求項１に記載のロボット要素。
  3. 【請求項３】上記衝突反発手段が、上記ロボット要素の
    衝突の際に圧縮され、続いて上記プレート間の間隔を回
    復させることのできる複数のバネを備えることを特徴と
    する請求項１に記載のロボット要素。
  4. 【請求項４】上記衝突センサがマイクロスイッチを備え
    ることを特徴とする請求項１に記載のロボット要素。
  5. 【請求項５】上記衝突センサが真空式スイッチを備える
    ことを特徴とする請求項１に記載のロボット要素。
  6. 【請求項６】上記衝突センサが、 ａ）上記プレートの一方にのみそれぞれ取り付けられて
    おり、上記プレートの間の空間内に該プレートの両方に
    対して垂直に配置された複数のロッドと、 ｂ）上記プレートの他方のプレート上に上記ロッドに対
    向して取り付けられていて該ロッドを収容するように上
    記各ロッドごとに設けられた係合ソケットと、 ｃ）上記ロッドが上記ソケット内に所定の距離侵入した
    ときに信号を発生する信号発生手段と を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット要
    素。
  7. 【請求項７】上記把持装置駆動手段が回転式ソレノイド
    アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載
    のロボット要素。
  8. 【請求項８】上記回転式ソレノイドアクチュエータが軸
    方向に移動可能であることを特徴とする請求項７に記載
    のロボット要素。
  9. 【請求項９】上記ワークピース把持手段が、上記係合部
    材と協働してワークピースを把持することのできる引き
    上げ部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記
    載のロボット要素。
  10. 【請求項１０】移動させる物品と係合するとともに衝突
    と係合状態の正確さを検出するためのロボット要素であ
    って、 ａ）一対の貫通穴を有するほぼ平坦な第１のプレート
    と、この第１のプレートと平行に間隔をあけて配置され
    たほぼ平坦な第２のプレートと、 ｂ）ｉ）それぞれが回転と軸方向の運動が可能であり、
    上記２つのプレートの間に置かれて上記第２のプレート
    に固定されているとともに上記第１のプレートの穴の中
    を延びてその中で運動することのできる一対のソレノイ
    ドアクチュエータと、 ii）これらソレノイドアクチュエータのおのおのに固定
    されていて上記第１のプレートから外にむかって延びる
    係合部材と、 iii）上記係合部材と協働してワークピースを把持する
    ことのできる引き上げ部材と、 iv）この引き上げ部材上のワークピース位置検出手段と を備えるワークピース把持手段と、 ｃ）上記プレートの間に取り付けられていて真空式スイ
    ッチを備える複数の衝突センサと、 ｄ）上記ロボット要素の衝突の際に圧縮され、続いて上
    記プレート間の間隔を回復させることのできる複数のバ
    ネを備える、上記プレートの間に取り付けられた衝突反
    発手段と を備えることを特徴とするロボット要素。
  11. 【請求項１１】上記把持装置駆動手段が、空気シリン
    ダ、モータ、バネ式レバー、リニアソレノイドアクチュ
    エータ、真空シリンダからなる群の中から選択された要
    素を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット
    要素。
  12. 【請求項１２】請求項１に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  13. 【請求項１３】請求項２に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  14. 【請求項１４】請求項３に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  15. 【請求項１５】請求項４に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  16. 【請求項１６】請求項５に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  17. 【請求項１７】請求項６に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  18. 【請求項１８】請求項７に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  19. 【請求項１９】請求項８に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  20. 【請求項２０】請求項９に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  21. 【請求項２１】請求項10に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
  22. 【請求項２２】請求項11に記載のロボット要素を備える
    ロボット。
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JPS6471143A JPS6471143A (en) 1989-03-16
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