JP3140118B2 - ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空ロボットに係り、
特に半導体ウエハ処理装置等の高真空中で使用して好適
な低振動無関節の真空ロボットに関するものである。

【従来の技術】半導体のプロセス装置は、ウエハに対し
て化学エッチング、化学付着、物理的スパッタリング
等、真空中で処理するものが多い。そのために、真空中
で連続的に処理するマルチチャンバ形の半導体ウエハ処
理装置が増えている。このマルチチャンバ形の半導体ウ
エハ処理装置は、装置の中央部に搬送室を設け、その外
側に複数の処理室を円形に配置した構造である。処理室
の真空度が処理内容によって異なるため、搬送室と各処
理室間をゲ−トバルブで仕切り、ウエハの出し入れはゲ
−トバルブを開閉し、搬送装置にて行う。

【０００２】真空対応の搬送装置は搬送室に設け、処理
室からのウエハの出し入れを行う。その搬送装置は、通
常、真空ロボットと称し、本体を真空チャンバに固定
し、ア−ム部が真空中で稼動する構造となっている。こ
の構造においては、ア−ムの関節部もしくは摺動部にお
いても、軸受部の摩耗がはやく機構の信頼性が低い。ま
た、発塵，発ガスがプロセスの歩留りを低下させる。そ
のため、関節部もしくは摺動部を封止するか、関節部、
摺動部がない構造とすることが提案されている。

【０００３】その一例として、特開昭６３−９２２０５
号公報には、真空中において、無摺動，無接触でダスト
を発生させずに長い距離を平行移動できる真空装置用磁
気浮上搬送装置が記載されている。しかし、従来技術で
はどの方式においても、機構が大がかりとなり、大きな
搬送室、大きなマルチチャンバが必要となり、膨大な設
備投資が必要であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、摺動面におけ
る真空中の摩擦係数は、大気中よりも増加する。そのた
め、真空ロボットの関節部においても、例えころがり軸
受であっても、大気中以上の摩耗、発塵，発ガスが避け
られない。このことは、例えば半導体装置においてはウ
エハ上に塵が付着し、また、発生したガスによりウエハ
表面を化学変化させることになり、半導体の品質を低下
させる。また、関節部の摩耗により真空ロボットの信頼
性をも低下させる。たとえ、ころがり軸受に真空グリス
を使用しても、耐真空度は１０のマイナス７乗程度であ
り、しかもガスが発生することになる。さらに、将来ウ
ルトラクリ−ン対応として必要となる１０のマイナス８
乗以上の真空度には対応できないものである。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものである。本発明の第１の目的は、
摩耗による発塵，発ガスのおそれがなく、高真空下で使
用して信頼性の高い２自由度真空ロボットを提供するこ
とにある。また、本発明の第２の目的は、ワ−ク搬送に
おける弾性ア−ムの振動を防止することにある。さら
に、本発明の第３の目的は、ワ−ク搬送中の垂直方向の
変位を低減することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の真空ロボットに係る第１の発明の構
成は、本体を真空容器内に設置し、ワーク搬送用のハン
ドおよびアーム部を真空中で作動させる真空ロボットに
おいて、前記ワーク搬送用のハンドに互いに対向して一
端を結合され、帯状のばね材で形成した第一，第二の弾
性アームと、これら第一，第二の弾性アームの他方の端
部に結合され、当該第一，第二の弾性アームに曲げモー
メントを加える第一，第二の回転アームと、これら第
一，第二の回転アームを互いに線対称をなすように取り
付ける第一，第二の回転軸と、これら第一，第二の回転
軸を、回転中心が同じで、かつ可逆回転せしめる回転駆
動部とを設け、この回転駆動部は、前記第一，第二の回
転軸を互いに反対方向に回転させるときに、前記第一，
第二の回転アームを介して前記第一，第二の回転アーム
を回転中心から放射線方向に往復動させることによって
前記ハンドと第一，第二の回転軸心との間隔を伸縮さ
せ、前記第一，第二の回転軸を同一方向に回転させると
きに、前記ワーク搬送用のハンドは回転中心を中心に旋
回するように構成したものである。

【０００７】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の真空ロボットに係る第２の発明の構成は、ワー
ク搬送用のハンドと、このハンドに互いに対向して一端
を結合され、帯状のばね材で形成した第一，第二の弾性
アームと、これら第一，第二の弾性アームの他方の端部
に結合され、当該第一，第二の弾性アームに曲げモーメ
ントを加える第一，第二の回転アームと、これら第一，
第二の回転アームを互いに線対称をなすように取り付け
る第一，第二の回転軸と、これら第一，第二の回転軸
を、回転中心が同じで、かつ可逆回転せしめる回転駆動
部とを備えた真空ロボットであって、少なくとも、前記
ハンドまたは前記第一，第二の弾性アームのいずれかに
位置検出手段を設けるとともに、前記第一，第二の弾性
アームを挾んで、対向した一対の交流を印加した電磁石
を設けたものである。

【０００８】また、上記第２の目的は、第一，第二の回
転アームを、それぞれＬ形の形状として一部に切欠きを
設けるとともに、積層形圧電素子を設けたことによって
も、達成される。また、前記第２の目的は、ハンドを挾
んで、上下に対向して一対の磁石を設け、かつハンドを
磁性体で形成することによっても達成できる。また、前
記第２の目的は、前記各弾性ア−ムの振動特性を知り、
振幅の大きいところの質量を増減することによっても達
成できる。また、前記第２の目的は、第一，第二の回転
軸にトルク検出手段を設け、トルク検出手段からのトル
ク量をもとに回転軸の位置を制御することにより達成で
きる。

【０００９】また、前記第３の目的は、第一，第二の弾
性ア−ムを挾んで対向した位置に一対の磁石を設け、か
つ、前記弾性ア−ムを導体とし、電流を流すことによっ
て、垂直方向の変位を制御することによって達成でき
る。また、前記第３の目的は、第一，第二の弾性ア−ム
を垂直面に対し上方を広げるように傾けることによっ
て、回転軸から放射線方向にハンドが移動するときのハ
ンドの垂直変位を抑制することによって達成できる。

【００１０】

【作用】本発明の真空ロボットに係る第１の発明では、
第一，第二の２本の回転軸を回転駆動部により互いに反
対方向に同じに回転させ、同一面内に互いに対向させて
配置させた第一，第二の弾性ア−ムに曲げモ−メントを
加え、両弾性ア−ムを、例えばハンドと両回転軸心との
間隔を縮小させる方向に変形させると、両弾性ア−ムの
一方の端部に結合されたワ−ク用のハンドが前記回転軸
に接近する方向に移動する。また、前記２本の回転軸を
前述したものと逆方向に回転させ、第一，第二の両弾性
ア−ムに曲げモ−メントを加え、両弾性ア−ムを、例え
ばハンドと両回転軸心との間隔を伸長させる方向に変形
させると、前記ハンドが前記回転軸から遠ざかる方向に
移動する。

【００１１】また、第一，第二の回転軸を回転駆動部に
より互いに同一方向に同じように回転させると、第一，
第二の両弾性ア−ムの一方の端部に結合されたワ−ク用
のハンドが回転軸を中心にして、旋回する方向に移動す
る。また、前記２本の回転軸の回転方向、回転速度、回
転量を任意に変化させることによって、水平平面内で任
意な移動ができる。これにより、第１の発明では、無関
節のロボットで同一水平面内の任意の位置にワ−クを搬
送することができ、したがって摺動またはころがり摩耗
による発塵，発ガスを防止できるし、真空グリスを使用
する必要もないので、高真空下で使用でき、その結果、
高真空中での使用においても信頼性を向上させることが
できる。

【００１２】本発明の真空ロボットに係る第２の発明で
は、位置検出手段により第一，第二の弾性ア−ムの位置
を検出し、弾性ア−ムの位置が目標位置より遠い位置の
場合電磁石に吸引力が発生するような方向に電流を流
し、目標位置より近い位置の場合電磁石に斥力が発生す
るように電流を流すことによって、弾性ア−ムの振動を
減衰させる。

【００１３】また、第３の発明では、位置検出手段と防
振手段に積層形の圧電素子を用い、弾性ア−ムの振動に
追従させて積層形の圧電素子を伸縮させ、第一，第二の
回転ア−ムに設けた切欠き部の変形によって、第一，第
二の弾性ア−ムの振動を低減し、位置精度をたかめるよ
うにしたものである。

【００１４】また、第４の発明では、磁石近傍の磁界内
で、磁界内にある弾性ア−ムは振動することにより渦電
流が発生し、振動エネルギ−を低減し振動を減衰させ
る。また、第５の発明では、第一，第二の弾性ア−ムの
中央部もしくは端部を厚くするか切り欠くことによっ
て、振幅が低減するようにして振動特性を変化させ、振
動を低減できるものである。また、第６の発明では、第
一，第二の弾性ア−ムに曲げモ−メントを加える第一，
第二の回転軸に回転トルク検出手段を設け、回転トルク
の変動によって前記弾性ア−ムの振動を検出し、前記回
転軸の回転速度、加速度を制御することによって弾性ア
ームの振動低減を達成することができる。

【００１５】さらに、第７の発明では、磁石によって形
成された磁界と弾性ア−ムに設けた導体に電流を流すこ
とによって、磁界内の導体に、フレミングの左手の法則
による力が発生し、第一，第二の弾性ア−ムを垂直方向
に変位させる効果がある。さらに、第８の発明では、第
一，第二の一対の弾性ア−ムを垂直面に対し上方が広が
るように取り付け、ハンドが回転軸に近づくと両弾性ア
−ムを逆円錐形になるようにして、ハンドおよび弾性ア
−ムの重力に抗する力を発生させることによって、ワー
ク搬送中の垂直方向の変位の低減を達成することができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図１３
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る
無関節真空ロボットの構成を示すブロック図、図２は、
図１の真空ロボットを使用するマルチチャンバ形の半導
体ウエハ処理装置の一部横断平面図、図３は、図２のＡ
−Ａ矢視拡大断面図、図４は、図１の真空ロボットにお
ける弾性アームを伸ばした動作説明図、図５は、図１の
真空ロボットにおける弾性アームを縮めた動作説明図で
ある。

【００１７】まず、図２，３に示すマルチチャンバ形の
半導体ウエハ処理装置について説明する。図２，３に示
す半導体ウエハ処理装置は、装置中央部に設けられた搬
送室３１と、この搬送室３１の外側にほぼ９０度の間隔
をおいて設置された処理室３２，３３，３４およびロ−
ドロック室３５とを備えている。前記搬送室３１、処理
室３２，３３，３４およびロ−ドロック室３５は、それ
ぞれステンレスもしくはアルミ合金などの金属により円
筒形に形成されている。また、搬送室３１、処理室３
２，３３，３４およびロ−ドロック室３５の上下部は、
上板３６および下板３７により密閉されている。さら
に、搬送室３１、処理室３２，３３，３４およびロ−ド
ロック室３５は、複数本の支柱３８の上部に支持されて
いる。

【００１８】前記各処理室３２，３３，３４には、処理
の種類に対応した処理ユニット３９，４０，４１と、真
空吸引手段（図示せず）とが設けられている。また、ロ
−ドロック室３５にはウエハ１の出入口４２が設けられ
ており、この出入口４２には開閉蓋４３が取り付けられ
ている。前記搬送室３１と各処理室３２，３３，３４と
の間、および搬送室３１とロ−ドロック室３５との間に
は、それぞれゲ−トバルブ４４が設けられている。

【００１９】前記各処理室３２，３３，３４およびロ−
ドロック室３５には、ウエハ受け渡し用のリフタ４５を
設けている。そして、このリフタ４５の上面には、ウエ
ハ１を支持するための複数本の支持ピン４６が植設され
ている。前記搬送室３１には、半導体ウエハ搬送装置と
して、無関節真空ロボットが配備されている。この無関
節真空ロボットは、搬送室３１と各処理室３２，３３，
３４との間、および搬送室３１とロ−ドロック室３５と
の間にウエハ１を搬送するために設けられているもので
ある。

【００２０】図１は無関節真空ロボットの第１の実施例
を示す図、図４，図５は図１の無関節真空ロボットの動
作説明図である。まず、本発明の第１の目的、第２の目
的を達成する実施例を説明する。 〔実施例 １〕図１において、２は、ウエハ１を授受す
るハンド、３は、ハンド２に一端を結合された第一の弾
性アーム、４，５は、ハンド２に一端を結合された第二
の弾性アームで、これら第一の弾性アーム３と第二の弾
性アーム４，５とは互いに対向して配置されている。６
は、第一の弾性アーム３の他端に結合された第一の回転
アーム、７は、第二の弾性アーム４，５の他端に結合さ
れた第二の回転アーム、８は、第一の回転アーム６を回
転させる第一の回転軸、９は、第二の回転アーム７を固
定した回転ドラム、１４は、回転ドラム９の旋回駆動部
である。前記回転軸８には、磁性流体シール１０、トル
クメータ１１、モータ１２、およびエンコーダ１３が取
り付けられている。また、回転ドラム９と旋回駆動部１
４との間に磁性流体シール１５が設けられている。

【００２１】前記ハンド２は、ほぼフォ−ク状に形成
し、かつ弾性ア−ム３，４の一方の端部に固定してい
る。前記第一の弾性ア−ム３、第二の弾性アーム４，５
は、ステンレス，りん青銅等のばね材により帯状に形成
され、前記ハンド２と前記回転軸とを結ぶ線に対し、互
いに線対称に配置されている。また、第一の弾性ア−ム
３の幅は、第二の弾性ア−ム４，５の幅を足したもと同
じにし、側面から見て、上方から、弾性ア−ム４、弾性
ア−ム３、弾性ア−ム５の順に配置する。また、弾性ア
−ム３と回転ア−ム６および弾性ア−ム４，５と回転ア
−ム７はほぼ直角方向に配置し、第一の回転ア−ム６，
第二の回転アーム７も互いに線対称をなしている。さら
に、回転ア−ム６の他方の端部は、回転軸８に連結して
いる。

【００２２】前記回転軸８は、モ−タ１２により駆動さ
れ回転する。また、回転ア−ム７は回転ドラム９の側面
に連結し、回転駆動部１４によって回転する。そして、
回転軸８と回転ドラム９とは同一軸心にあり、すなわち
回転中心が同じである。前記磁性流体シ−ル１０は、回
転軸８と回転ドラム９との間をシ−ルするようになって
いる。前記トルクメ−タ１１は、回転軸８に加わるトル
ク量を計測し、その計測値を後述の制御回路のデ−タ入
力部に送信する。

【００２３】前記モ−タ１２と回転ドラム９とは、互い
に反対方向に同時にしかも同一回転中心で可逆回転し、
互いに反対方向に回転させ、回転軸８の回転と回転ドラ
ム９の回転を介して第一，第二の回転ア−ム６，７を回
転させ、第一，第二の弾性ア−ム３，４，５を伸縮させ
るようになっている。前記エンコ−ダ１３は、モ−タ１
２による回転軸８の回転量を計測し、その計測値を制御
回路のデ−タ入力部に送信するようになっている。

【００２４】前記回転ドラム９は、回転軸８からエンコ
−ダ１３に至る部材を搭載し、しかも回転ドラム９と同
じ回転中心で旋回させるようになっている。前記旋回駆
動部１４は、回転ドラムを旋回動作させるようになって
いる。前記ハンド２から回転ドラム１３に至る部材は、
図２および図３から分かるように、半導体ウエハ処理装
置内に配置され、旋回駆動部１４は大気側に配置されて
いる。そして、前記磁性流体シ−ル１５は半導体ウエハ
処理装置と旋回駆動部１４との間をシ−ルするように取
り付けられている。

【００２５】また、図１に示す第１の実施例では、第一
の弾性ア−ム３にひずみゲ−ジ２０と加速度ピックアッ
プ２１とを取り付け、、第二の弾性ア−ム４にひずみゲ
−ジ２２と加速度ピックアップ２３とを取り付けてい
る。さらに、前記ハンド２に対応させて位置検出手段に
係る変位センサ２４，２５が設置され、前記第一の弾性
ア−ム３に対応させて電磁石２６，２７が設置され、第
二の弾性ア−ム４に対応させて電磁石２８，２９が設置
されている。また、前記モ−タ１２および旋回駆動部１
４の制御回路が次に述べるように構成されている。

【００２６】前記ひずみゲ−ジ２０，２２は、弾性ア−
ム３，４がたわむことによるひずみ量を計測し、その計
測値を制御回路のデ−タ入力部５４に送信するようにな
っている。前記加速度ピックアップ２１，２３は、弾性
ア−ム３，４の加速度を計測し、その計測値を制御回路
のデ−タ入力部５４に送信するようになっている。前記
変位センサ２４，２５は、図２に示す半導体ウエハ処理
装置の処理室内に設置し、この処理室でのハンド２の水
平面内における縦，横方向の位置を計測し、その計測値
を後述の制御回路の推論制御部５１の弾性ア−ム形状ウ
エハ位置振動推論部５２に送信するようになっている。

【００２７】この図１に示す第１の実施例では、トルク
メ−タ１０と前記エンコ−ダ１３とひずみゲ−ジ２０，
２２と加速度ピックアップ２１，２３と、変位センサ２
４，２５とにより、デ−タ入力部５４にデ−タを入力す
る。制御回路は、図１に示すように、デ−タ入力部５４
と、推論制御部５１と、速度・回転量制御部５７と、ド
ライバ５８と防振制御部５５と電磁石駆動部５６とを備
えて構成している。

【００２８】前記推論制御部５１は、弾性ア−ム形状ウ
エハ位置振動推論部５２と速度・回転量・防振モ−ド決
定部５３とを有している。前記デ−タ入力部５４では、
トルクメ−タ１１から回転軸８に加わるトルク量の計測
値を受信し、エンコ−ダ１３から回転軸８の回転量の計
測値を受信し、またひずみゲ−ジ２０，２２から弾性ア
−ム３，４のたわみによるひずみ量の計測値を受信し、
さらに、加速度ピックアップ２１，２３から弾性ア−ム
３，４の振動お計測値を受信し、これらのデ−タを推論
制御部５１のア−ム形状ウエハ位置振動推論部５２に送
信する。

【００２９】前記ア−ム形状ウエハ位置振動推論部５２
は、変位センサ２４，２５から半導体ウエハ処理装置の
処理室内におけるハンドの縦，横方向の位置の計測値を
受信し、デ−タ入力部５４から前述のデ−タを受信し、
これらのデ−タと、予めデ−タベ−スに蓄積されている
デ−タに基いて、弾性ア−ム３，４の形状およびウエハ
１の位置そして振動モ−ドを推論し、その推論結果を速
度・回転量・防振モ−ド決定部５３に送信する。前記速
度・回転量・防振モ−ド決定部５３は、ア−ム形状ウエ
ハ位置振動推論部５２から弾性ア−ム３，４の形状とウ
エハ１の位置に関する推論結果を受信し、回転軸８のモ
−タ１２および旋回駆動部１４の回転速度・回転量を決
定し、速度・回転量制御部５７に送信する。

【００３０】前記速度・回転量制御部５７は、速度・回
転量・防振モ−ド決定部５３から回転軸８のモ−タ１２
および旋回駆動部１４の速度・回転量を受信し、回転軸
８のモ−タ１２および旋回駆動部１４の制御量を決定
し、ドライバ５８に送信する。また、防振制御部５５は
速度・回転量・防振モ−ド決定部５３から防振モ−ドを
受信し、電磁石２６，２７，２８，２９の制御方向、量
を決定し、電磁石駆動部５６に送信する。前記ドライバ
５８は、速度・回転量制御部５７から回転軸８のモ−タ
１２および旋回駆動部１４の制御量を受信し、その制御
量に基づいて回転軸８のモ−タ１２および旋回駆動部１
４を制御する。また、前記電磁石駆動部５６は、防振制
御部５５の制御方向、量を受信し、その制御方向、量に
基づいて電磁石２６，２７，２８，２９への電流、電圧
をを制御する。

【００３１】次に、前記第１の実施例（第１，第２，第
６の発明の実施例）の無関節真空ロボットの動作を説明
する。いま、図１および図４に示す状態を基準状態とす
ると、この状態では、第一の弾性ア−ム３、第二の弾性
アーム４，５は、弾性変形はしておらず、また、第一，
第二の二つの回転ア−ム６，７は互いに１８０°反対方
向に向いて、前記弾性ア−ム３，４，５に対してはほぼ
直角に固定している。このとき、ハンド２の幅ｄ₁と二
つの回転ア−ム６，７が反対方向に向いた状態での弾性
ア−ムの旋回半径ｄ₂，ｄ₃とは次式の関係にある。

【数１】ｄ₂＝ｄ₃

【数２】ｄ₁＜ｄ₂＋ｄ₃

【００３２】また、第一，第二の二つの回転ア−ム６，
７の回転中心、つまり図１に示した回転軸８と回転ドラ
ム９とは同一回転中心となっている。前記図１および図
４の基準状態から図５に示す状態になる場合、モ−タ１
２により回転軸８を反時計回りに、旋回駆動部１４によ
り回転ドラム９を時計回りに同時に１５０度程度回転さ
せると、第一，第二の回転ア−ム６，７は旋回し、第
一，第二の回転ア−ム６，７から第一の弾性ア−ム３，
第二の弾性アーム４，５に回転トルクが負荷され、これ
ら第一の弾性ア−ム３および第二の弾性アーム４，５に
曲げモ−メントが作用して変形し、図５に示すようにな
る。このことによって回転軸８に対してハンド２は近づ
いてくるのでハンド上に搭載したウエハ１を移動でき
る。

【００３３】図５の状態では、第一の弾性ア−ム３と第
二の弾性ア−ム４，５とは交差した状態になっている
が、各弾性ア−ム３，４，５は同一平面内にないので干
渉することはない。また、第一，第二の回転ア−ム６，
７の干渉もないようにする。前記図５の状態からモ−タ
１２により回転軸８を時計回りに、回転ドラム９に設け
た回転ア−ム７を反時計回りに同時にほぼ１５０度回転
させると、図４の状態に戻り、ハンド２上に搭載したウ
エハ１は回転軸８から遠のく方向に移動できる

【００３４】また、前記図５の状態からモ−タ１２によ
り回転軸８を時計回りに、回転ドラム９に設けて回転ア
−ム７を時計回りに同時に同じ速度で回転させると、ハ
ンド１は回転軸８を中心にして時計回りに旋回する。ま
た、前記図５の状態からモ−タ１２により回転軸８を反
時計回りに、回転ドラム９に設けた回転ア−ム７を反時
計回りに同時に同じ速度で回転させると、ハンド２は回
転軸８を中心にして反時計回りに旋回する。このよう
に、モ−タ１２と回転ドラム９を順方向および逆方向に
駆動し、回転軸８および回転ドラム９を回転させ、回転
ア−ム６，７の回転と弾性ア−ム３，４，５の変形によ
って回転軸８とハンド２間の距離を伸縮させ、かつ回転
軸８まわりにハンド２を旋回させることができ、ハンド
２上のウエハ１を平面状任意の位置に搬送することがで
きる。

【００３５】なお、図４，図５あるいはその中間の任意
の位置が弾性ア−ム３，４，５に曲げモ−メントが負荷
されていない基準状態となる。つまり、弾性ア−ム３，
４，５を弓状に変形させたものを使用する。また、弾性
ア−ム６，７は曲げモ−メントにより変形する材料を使
用してもよい。

【００３６】ついで、半導体ウエハ処理装置と、前記第
１の実施例の無関節真空ロボットとの関連動作につい
て、図２、図３を参照して説明する。いま、図２、図３
に示す処理室３２で、処理を施したウエハ１を無関節真
空ロボットにより、図２，図３に示すごとく搬送室３１
から処理室３３に搬入し、処理を施すものとする。この
場合は、搬送室３１と処理室３３の間に設けられたゲ−
トバルブ４４のみを開け、他のゲ−トバルブ４４を閉め
ておく。また、処理室３３に設けられたリフタ４５によ
りウエハ１用の支持ピン４６を下降させておく。

【００３７】この状態から、図２において、無関節真空
ロボットのモ−タ１２により回転軸８を時計回りに、旋
回駆動部１４により、回転ドラム９を反時計回りにほぼ
１５０°回転させる。これにより、第一の弾性ア−ム
３，第二の弾性アーム４，５は図２および図５に示す状
態から図４の状態となり、ウエハ１をのせたハンド２が
搬送室３１から処理室３３内の所定位置に移動し、この
処理室３３内にウエハ１を搬入する。

【００３８】前記搬送室３３にハンド２を介してウエハ
１を位置決めしたのち、リフタ４５により支持ピン４６
を上昇させ、ハンド２からウエハ１を受け取る。前記支
持ピン４６にウエハ１を受け渡したのち、無関節真空ロ
ボットのモ−タ１２により回転軸８を反時計回りに、旋
回駆動部１４により、回転ドラム９を時計回りにほぼ１
５０°回転させる。これにより、第一の弾性ア−ム３，
第二の弾性アーム４，５は図４の状態から図５および図
２の状態になり、空の状態のハンド２と弾性ア−ム３，
４，５は搬送室３１に戻る。前記無関節真空ロボットの
ハンド２と弾性ア−ム３，４，５が搬送室３１に戻った
のち、搬送室３１と処理室３３間のゲ−トバルブ４４が
閉じられ、支持ピン４６で支持されているウエハ１に所
定の処理が施こされる。

【００３９】前記処理室３３でウエハ１に所定の処理を
施したのち、ゲ−トバルブ４４を開け、弾性ア−ム３，
４，５を伸長させ、支持ピン４６により支持されている
ウエハ１の下方にハンド２を挿入し、リフタ４５により
支持ピン４６を下降させ、ウエハ１をハンド２に引き渡
す。ついで、弾性ア−ム３，４，５を縮小させ、ウエハ
１をのせたハンド２を搬送室３１内に引き戻し、搬送室
３１と処理室３３間に設けたゲ−トバルブ４４を閉じ
る。

【００４０】つづいて、無関節真空ロボットのモ−タ１
２により回転軸８を反時計回りに、旋回駆動部１４によ
り回転ドラム９を同じく反時計回りに同時に同じ速度で
９０°回転させるとウエハ１とウエハ１を載せたハンド
２が、処理室３３に対向した位置から処理室３４に対向
する位置に移動する。そして、この位置にでも、処理室
３３で行なったことと同様の動作を行う。このようにし
て、前記半導体ウエハ処理装置と、これに組み込まれた
ウエハ搬送装置である無関節真空ロボットの動作順序に
より、半導体ウエハ処理装置の搬送室３１と各処理室３
２，３３，３４に、ウエハ１を確実に搬送し、かつ正確
に位置決めし、処理することが可能となる。

【００４１】このように、本実施例（第１の発明の実施
例）の無関節真空ロボットは、ロボットのア−ムに関節
部がないので、摺動摩擦，ころがり摩擦等が発生せず、
したがって半導体の品質を低下させる塵，ガス等が発生
しない。また、真空グリス等も不要であるため、ロボッ
トのア−ムの耐真空度も向上するので、ウエハの処理室
を高真空にでき、したがって、半導体の品質向上が可能
となる。

【００４２】次に、無関節真空ロボットが図５の状態か
ら図４の状態になったときのハンド２、もしくは、弾性
ア−ム３，４，５の振動に対する振動防止方法（第２の
発明の実施例）について、先の各図に併せて図８ないし
図１０を参照して説明する。図８は、弾性アームの振動
モードを示す平面図、図９は、ハンドの振動と電磁石へ
の電流量との対応を示す線図、図１０は、ハンドの振動
とモータの回転モードとの対応を示す線図である。すな
わち、図８（ａ）は、弾性アームの振動モードの一次モ
ード、図８（ｂ）は、二次モードを示す。また、図９
（ａ）は、ハンドの振動の振幅、図９（ｂ）は、電磁石
への電流量を示し、図１０（ａ）は、同じくハンドの振
動の振幅、図１０（ｂ）は、モータの回転方向・量を示
す線図である。

【００４３】無関節真空ロボットが図５の状態から図４
の状態になったとき、図８（ａ），（ｂ）に示すよう
な、一次モ−ド，二次モ−ドの振動が発生する。これら
の振動は、図１で示したひずみゲ−ジ２０，２２、加速
度ピックアップ２１，２３、変位計２４，２５、トルク
メ−タ１１で検出する。これらのデ−タはデ−タ入力部
５２に送信され、さらに、推論制御部５３に送信され
る。推論制御部５３の中のア−ム形状ウエハ位置振動推
論部５２においては、ア−ム３，４，５，の形状振動状
態、ハンドの振動、位置を推論する。この推論値から、
速度・回転量・防振モ−ド決定部５３において、モ−タ
１２、旋回駆動部１４の速度、回転量、および電磁石２
６，２７，２８，２９への電流量を決定する。

【００４４】例えば、ア−ム形状ウエハ位置振動推論部
５２が図９（ａ）もしくは、図１０（ａ）に示すような
ハンド２の振動を推論したとする。この振動波形から、
速度・回転量・防振モ−ド決定部５３は、電磁石２６，
２７，２８，２９に対して、図９（ｂ）に示す電流量
を、モ−タ１２および旋回駆動部１４に対しては図１０
（ｂ）に示すような回転モ−ドを決定する。

【００４５】図９（ｂ）に示す矩形波は、ハンド２の振
動に同期させて、また、弾性ア−ム３，４が電磁石２
６，２７，２８，２９に近づいたら斥力を、遠ざかれば
吸引力が発生するように電流を流し、振幅が低下すると
ともに力を低下させている。図１０（ｂ）に示すのこぎ
り波は、ハンド２の振動に同期させて、また、弾性ア−
ム３，４，５が時計方向に変位したら反時計方向に回転
ア−ム６，７を回転させ、弾性ア−ム３，４，５が反時
計方向に変位したら時計方向に回転ア−ム６，７を回転
させ、振幅が低下するとともに回転量を少なくしてい
く。このようにして、ハンド２および弾性ア−ム３，
４，５の振動を低減する。ところで、振動数を実験によ
り計測した結果、図８に示す一次モ−ドの振動で振動数
は３．６Ｈｚ、二次モ−ドの振動で振動数は１５．３Ｈ
ｚある。よって、モ−タ１２および旋回駆動部１４、電
磁石２６，２７，２８，２９の制御は可能な振動であ
る。

【００４６】図１に示す速度・回転量・防振モ−ド決定
部５３で決定した制御方法は防振制御部５５および速度
・回転量制御部５７に送信される。そして、防振制御部
５５から電磁石駆動部５６そして電磁石２６，２７，２
８，２９に図９（ｂ）に示すような矩形波の電流を供給
する。また、速度・回転量制御部５７からドライバ５
８，そしてモ−タ１２および旋回駆動部１４には、図１
０（ｂ）に示すようなのこぎり波の回転動作を行わせ
る。

【００４７】このように、本実施例（第２，第６の発明
の実施例）の無関節真空ロボットによれば、弾性ア−ム
を挾んで、対向した一対の交流を印加した電磁石を設
け、弾性ア−ムの振動に抗して磁力を発生させることに
よって、弾性ア−ムの一次モ−ド振動を低減し、ハンド
の位置精度を高め、また、ウエハの振動による傷、塵付
着等を低減する。また、回転軸の回転トルクを検出する
ことによって、弾性アームの振動特性を知り、モータと
旋回駆動部とを回転制御することによって、無関節真空
ロボットの弾性アームの振動を低減することができる。

【００４８】〔実施例 ２〕弾性ア−ムの振動防止方法
（本発明の第２の目的の達成手段）の第２の実施例（第
３の発明の実施例）を、図６を参照して説明する。図６
は、本発明の他の実施例に係る無関節真空ロボットの要
部平面図である。図中、図１と同一符号のものは第一の
実施例と同等部であるから、その説明を省略する。な
お、図６に図示しない部分は図１の構成と同等である。
図６において、６１は、第一の弾性アーム３に結合され
た第一の回転アーム、６２は、第二の弾性アーム４，５
に結合された第二の回転アーム、６３は、第一の回転ア
ーム６１に具備された積層形圧電素子、６４は、第二の
回転アーム６２に具備された積層形圧電素子である。

【００４９】第一，第二の回転ア−ム６１，６２は、そ
れぞれＬ形の形状で、その一部に切欠き６５，６６が形
成されている。積層形圧電素子６４は回転ドラム９と回
転ア−ム６２に固定している。積層形圧電素子６４は弾
性ア−ム４，５の振動を検出し、その振動を低減する方
向に積層形圧電素子６４を伸縮させる。同様に、弾性ア
−ム３の振動も検出し、その振動を低減する方向に積層
形圧電素子６３を伸縮させる。積層形圧電素子６３，６
４の伸縮によって、切欠き部６５，６６を中心に弾性ア
−ム３，４，５を固定した部分は回転して、弾性ア−ム
３，４，５の振動を低減する。本実施例（第３の発明の
実施例）によれば、回転ア−ムをＬ形とし一部切欠くと
ともに積層形圧電素子を設け、前記弾性ア−ムの振動に
抗して積層形圧電素子を伸縮させることにより、真空ロ
ボットの弾性ア−ムの振動を低減することができる。

【００５０】〔実施例 ３〕弾性ア−ムの振動防止方法
の第３の実施例（第４の発明の実施例）を、図７を参照
して説明する。図７は、本発明のさらに他の実施例に係
る無関節真空ロボットのハンド部の要部拡大斜視図であ
る。図中、図１と同一符号のものは第一の実施例と同等
部であるから、その説明を省略する。図７の実施例で
は、ハンド２に対して垂直方向の上下に極性の異なる磁
石７１，７２を設け、ハンド２によって磁石７１，７２
の磁路が遮断されるようにしている。また、ハンド２は
磁性体を用いる。

【００５１】この構成において、ハンド２が振動する
と、ハンド２の振動によって、磁石の磁路が変化し、変
化に抗するようにハンド２に力が発生し、また、ハンド
２に渦電流が発生する。このことによって振動を低減で
き、ハンドの位置精度を高め、また、ウエハの振動によ
る傷、塵付着等を低減する。本実施例（第４の発明の実
施例）の無関節真空ロボットによれば、ハンドを挾ん
で、上下に対向した一対の磁石を設け、かつ、ハンドを
磁性体で形成することによって、ハンドの振動に抗した
力がハンドに発生するようにしたことによって、無関節
真空ロボットの弾性ア−ムの振動を低減することができ
る。

【００５２】〔実施例 ４〕弾性ア−ムの振動防止方法
の第４の実施例（第５の発明の実施例）は、特に図示し
ないが、図１に示した弾性ア−ム３，４，５の形を変え
ることによって、図８に示した振動の振幅を低減するよ
うにしたものである。まず、図８（ａ）に示した一次モ
−ドの振動に対しては、回転ア−ム６，７側の弾性ア−
ム３，４，５の幅を広げ、かた厚みを増すことによっ
て、弾性ア−ム３，４，５のばね定数を高め、振幅を低
減する。また、図８（ｂ）に示す二次モ−ドの振動に対
しては、弾性ア−ム３，４，５のハンド２側と回転ア−
ム６，７側の中央部におもりを先端に設けた突起部を設
け、突起部が振動するようにし、弾性ア−ム３，４，５
の二次モ−ド振動とは、振幅，周波数が異なる振動とな
るようにする。このことによって、弾性ア−ム３，４，
５の振動と突起部の振動とが打消しあい、弾性ア−ム
３，４，５の二次モ−ドの振動を低減する。

【００５３】次に、上記の如き無関節真空ロボットにお
ける、図４に示した弾性ア−ム３，４，５が伸びた状態
から、図５に示した縮んだ状態になるとき、ハンド２を
水平移動させる、すなわち、本発明の第３の目的を達成
する技術的手段の実施例（第７，第８の発明の実施例）
を説明する。 〔実施例 ５〕図１１は、本発明のさらに他の実施例に
係る無関節真空ロボットの要部平面図、図１２は、図１
１の無関節真空ロボットの側面図である。図中、図１と
同一符号のものは先の実施例と同等部分である。弾性ア
−ム３Ａ，４Ａ，５Ａは、りん青銅，ステンレスなどの
導体で形成し、第一の弾性ア−ム３Ａの一方の端からハ
ンド２そしてもう一方の第二の弾性ア−ム５Ａまで導体
で連結した構成とする。また、弾性ア−ム３Ａ，５Ａを
はさんで極性の異なる一対の磁石８１，８２，８３，８
４をそれぞれ回転ドラム９の上に設ける構成とする。

【００５４】この構成において、弾性ア−ム３Ａ，ハン
ド２および弾性ア−ム５Ａに電流を流す。すると、各々
一対の磁石８１，８２，８３，８４で形成された磁界の
中で電流を流すことによって、フレミングの左手の法則
により、弾性ア−ム３Ａ，５Ａは力を受ける。よって、
磁界の方向と密度，電流の方向と量とをコントロ−ルす
ることによって、弾性ア−ム３Ａ，５Ａの垂直方向の位
置をコントロ−ルでき、ハンドの水平移動が可能とな
る。このことによって、ウエハ１をハンド２から落すこ
となく、また、垂直方向の振動もなく、ウエハ１を搬送
できる。本実施例（第７の発明の実施例）の無関節真空
ロボットによれば、弾性ア−ムを導体で形成し、かつ電
流を流し、また、弾性ア−ムを挾んで磁石を設けること
によって、弾性ア−ムに垂直方向の力を発生させ、真空
ロボットの弾性ア−ムの垂直方向の変位を低減すること
ができる。

【００５５】〔実施例 ６〕ハンド２を水平に移動させ
る他の実施例（第８の発明の実施例）を、図４，図５，
図１３を参照して説明する。図１３は、本発明のさらに
他の実施例に係る無関節真空ロボットの要部側面図であ
る。図中、図１と同一符号のものは先の実施例と同等部
分である。図４で示した回転ア−ム６，７（図１３では
６Ａ，７Ａ）の回転半径ｄ₂，ｄ₃は、図１３に示すよう
に垂直下方にいくほど狭くなるように形成されている。
このことによって、回転ア−ム６Ａ，７Ａが旋回したと
きに上方の弾性ア−ム４は大きく旋回し、弾性ア−ム
３，弾性ア−ム５は相対的に小さく旋回する。したがっ
て、ハンド２が縮むにつれて上方への力が発生し重力と
抗してハンド２の水平移動が可能となる。

【００５６】これにより、ウエハ１をハンド２から落す
ことなく、また、垂直方向の振動もなく、ウエハ１を搬
送することができる。本実施例（第８の発明の実施例）
によれば、回転軸を垂直方向に対して傾けることによっ
て、ハンドが前記回転軸に近づくとともに上方への力が
発生し、真空ロボットの弾性ア−ムの垂直方向の変位を
低減することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、摩耗による発塵，発ガスのおそれがなく、高真空
下で使用して信頼性の高い２自由度の真空ロボットを提
供することができる。また、ワ−ク搬送において弾性ア
−ムの振動を防止しうる真空ロボットを提供することが
できる。さらに、ワ−ク搬送中の垂直方向の変位を低減
しうる真空ロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る無関節真空ロボットの
構成を示すブロック図である。

【図２】図１の真空ロボットを使用するマルチチャンバ
形の半導体ウエハ処理装置の一部横断平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視拡大断面図である。

【図４】図１の真空ロボットにおける弾性アームを伸ば
した動作説明図である。

【図５】図１の真空ロボットにおける弾性アームを縮め
た動作説明図である。

【図６】本発明の他の実施例に係る無関節真空ロボット
の要部平面図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例に係る無関節真空ロ
ボットのハンド部の要部拡大斜視図である。

【図８】図８は、弾性アームの振動モードを示す平面図
である。

【図９】ハンドの振動と電磁石への電流量との対応を示
す線図である。

【図１０】ハンドの振動とモータの回転モードとの対応
を示す線図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例に係る無関節真空
ロボットの要部平面図である。

【図１２】図１１の無関節真空ロボットの側面図であ
る。

【図１３】本発明のさらに他の実施例に係る無関節真空
ロボットの要部側面図である。

【符号の説明】

１ ウエハ ２ ハンド ３ 第一の弾性ア−ム ４，５ 第二の弾性ア−ム ６，６Ａ 第一の回転アーム ７，７Ａ 第二の回転アーム ８ 回転軸 ９ 回転ドラム １１ トルクメ−タ １２ モータ １４ 旋回駆動部 ２０，２２ ひずみゲ−ジ ２１，２３ 加速度ピックアップ ２４，２５ 変位センサ ２６，２７，２８，２９ 電磁石 ６１，６２ 回転ア−ム ６３，６４ 積層形圧電素子 ６５，６６ 切欠き部 ７１，７２，８１，８２，８３，８４ 磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−294984（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−202463（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 9/00 B25J 18/06 H01L 21/68

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワーク搬送用ハンドと、 前記ワーク搬送用ハンドに互いに対向して一端を結合さ
   せ、帯状のばね材で形成した第一、第二の弾性アーム
   と、前記 第一、第二の弾性アームの他方の端部に結合させ、
   該第一、第二の弾性アームに曲げモーメントを加える第
   一、第二の回転アームと、前記 第一、第二の回転アームを互いに線対称をなすよう
   に取り付ける第一、第二の回転軸と、前記 第一、第二の回転軸を、回転中心が同じで、かつ可
   逆回転可能な回転駆動部とを有し、前記 回転駆動部は、前記第一、第二の回転軸を互いに反
   対方向に回転させるとき、前記第一、第二の回転アーム
   を介して前記第一、第二の弾性アームを回転中心から放
   射線方向に往復動させることにより、前記ワーク搬送用
   ハンドと該第一、第二の回転軸心との間隔を伸縮させ、
   該第一、第二の回転軸を同一方向に回転させるとき、前
   記ワーク搬送用ハンドは、回転軸を中心に旋回する構成
   にしたことを特徴とするロボット。
2. 【請求項２】ワーク搬送用ハンドと、前記ワーク搬送用 ハンドに互いに対向して一端を結合さ
   せ、帯状のばね材で形成した第一、第二の弾性アーム
   と、前記 第一、第二の弾性アームの他方の端部に結合させ、
   該第一、第二の弾性アームに曲げモーメントを加える第
   一、第二の回転アームと、前記 第一、第二の回転アームを互いに線対称をなすよう
   に取り付ける第一、第二の回転軸と、前記 第一、第二の回転軸を、回転中心が同じで、かつ可
   逆回転可能な回転駆動部とを備えたロボットであって、 少なくとも前記ワーク搬送用ハンド又は前記第一、第二
   の弾性アームのいずれかに位置検出器を設け、該第一、
   第二の弾性アームを挾んで対向した１対の磁石 を設けた
   ことを特徴とするロボット。
3. 【請求項３】前記第一、第二の回転アームを、各々Ｌ形
   の形状として一部に切欠きを設けるとともに、積層形圧
   電素子を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の
   いずれかのロボット。
4. 【請求項４】前記ワーク搬送用ハンドを挾んで、上下に
   対向して一対の磁石を設け、かつ前記ワーク搬送用ハン
   ドを磁性体で形成したことを特徴とする請求項１又は２
   記載のいずれかのロボット。
5. 【請求項５】前記第一、第二の弾性アームの帯状体の一
   部を切欠き、又は該帯状体の一部を厚くしたことを特徴
   とする請求項１又は２記載のいずれかのロボット。
6. 【請求項６】前記第一、第二の回転軸にトルク検出手段
   を設け、該トルク検出手段からのトルク量を基に、前記
   第一、第二の弾性アームの振動特性を認識し、前記各回
   転軸の回転量を制御する制御回路を構成したことを特徴
   とする請求項１又は２記載のいずれかのロボット。
7. 【請求項７】前記第一、第二の弾性アームを挾んで対向
   した位置に一対の磁石を設け、かつ該弾性アームを導体
   とし、電流を流すことによって垂直方向の変位を制御す
   るように制御回路を構成したことを特徴とする請求項１
   又は２記載のいずれかのロボット。
8. 【請求項８】前記第一、第二の弾性アームを垂直面に対
   し、上方を広げるように傾けることによって、回転軸か
   ら放射線方向に前記ワーク搬送用ハンドが移動するとき
   の垂直変位を低減したことを特徴とする請求項１又は２
   記載のいずれかのロボット。