JP4199432B2 - ロボット装置及び処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワ−クの搬送受け渡しを行うためのロボット装置及びこのロボット装置を用いてワ−クに所定の処理を施す処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置などの製造に際しては、ワークの自動搬送が必要とされる場合が多い。
【０００３】
例えば、薄膜形成やエッチング、洗浄などの工程において、製造装置（ドライエッチャー、アッシャー、ＣＶＤ装置など）にセットされたカセットキャリア（以下、「カセット」と略す。）からウェーハを取り出して、所定の処理ポイントへとハンドリングする必要がある。さらに、処理が済んだウェーハを処理ポイントからカセットへ戻す必要もある。
【０００４】
このようなハンドリングに際して要求される条件のひとつとして、「クリーンであること」がある。すなわち、搬送用のロボット装置そのものからの発塵を防ぐことはもちろん、ウェーハとロボットハンドとの接触によっていずれかの材料が削られて発塵となることを防ぐ必要がある。
【０００５】
さらに、製造コストを低減するために、ハンドリングのスループットが高いことも要求される。
【０００６】
これらの要求に対して、従来は、アームが旋回動作する極座標型のロボット装置が用いられ、さらに生産性を向上させるために、旋回軸の上に２基のアームを搭載したいわゆる「ダブルアーム型」のロボット装置が主流となりつつある。
【０００７】
このようなロボット装置を開示した刊行物としては、例えば、特許第２７３９４１３号公報や、特開２０００−１００８９４号公報を挙げることができる。
【０００８】
図１３は、このような従来のロボット装置の要部を模式的に表す斜視図である。
すなわち、同図に例示したロボット装置１００は、第１アーム軸１０２、第２アーム軸１０４、旋回軸１０６、昇降軸１０８、走行軸１１０の５軸を有する。これら５軸は全てステッピング・モータやパルス・モータによりパルス駆動されている。
【０００９】
図１４は、このロボット装置の一方のアームの基本的な動作を説明するための模式図である。すなわち、同図（ａ）乃至（ｄ）は、ポイントＰ１からポイントＰ２にウェーハ２００を搬送する動作を表す。
【００１０】
まず、図１４（ａ）に表したように、アーム軸１０２が矢印Ａの方向に回転動作することにより、ポイントＰ１のウェーハ２００を矢印Ｂの方向に引き抜く。ここで、アーム１０２Ａとアーム１０２Ｂとは、２：１のプーリー型伝達機構により結合され、θ−２θ型の動作を行う。また、アーム１０２Ｂとアーム１０２Ｃとは、１：１のプーリー型伝達機構により結合され、θ−θ型の動作を行う。従って、アーム軸１０２が矢印Ａの方向に回転すると、その回転動作が順次変換され、アーム１０２Ｃは矢印Ｂの方向に平行移動を行う。
【００１１】
ウェーハ２００をアーム軸１０２の直上付近まで引き抜いたら、図１４（ｂ）に表したように、矢印Ｃの方向にアーム全体が回転を開始する。この回転動作は、旋回軸１０６により実行される。そして、図１４（ｃ）に表した位置まで、略１８０°旋回する。
【００１２】
次に、図１４（ｄ）に表したように、アーム軸１０２が矢印Ｄの方向に駆動する。すると、アーム１０２Ａ〜Ｃは順次連動し、ウェーハ２００を矢印Ｅの方向に平行移動させ、ポイントＰ２に搬送する。
【００１３】
以上説明したようにして、このロボット装置は、ポイントＰ１からポイントＰ２にウェーハを搬送することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１３に例示したロボットは機構が複雑でコストも高いという問題を有する。
【００１５】
すなわち、図１３に例示したロボット装置の問題点は、まず、第１アーム軸１０２と第２アーム軸１０４が、旋回軸１０６の下流側に設けられているため、アーム軸のモータやエンコーダのケーブル、ワークを固定するバキュームチャックのチューブなどを、全て旋回可能に配置する必要があることである。しかも、クリーン・ルーム内で使用するためには、発塵を防ぐために、これら可動部をカバーで覆う必要もある。
【００１６】
また、旋回の位置決め精度を高くするためには、これらの機構を小さくまとめ、駆動源に対する負荷のイナーシャをできるだけ小さくする必要もある。このため、機構は大変に精密かつ複雑となり、コストが増大するとともに、保守修理や維持管理のメンテナンス性も著しく低下しやすいという問題もあった。
【００１７】
また、図１３に例示したロボット装置は、それぞれの軸を任意の位置で停止することができるため、フレキシビリティを有し汎用性が高い反面、各軸に対してその停止位置をティーチングしなければならず、使用する現場においては、「段取り」が面倒であるという問題もあった。例えば、１ステージのティーチングを行う場合、最低でも４軸（走行軸、昇降軸、旋回軸、アーム軸）のパルスを少しずつ進め、相互に調整を図りながら決定していかなければならない。自動車の製造ラインなどで使用される多関節ロボットの場合、「プレイバック式」（人が行った動作を記憶して再生させる方式）のティーチングを行わせ、この問題を軽減させているが、半導体の製造装置の場合は、それほど複雑な軌跡の制御を必要としていないので、プレイバック式を適用するのは機能面、コスト面から過剰である。
【００１８】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、従来よりも低コストで、確実かつ容易なワークの搬送が可能なロボット装置及びそれを搭載した処理装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、旋回動作を必要としないメインアームを有する極座標型のロボット装置が提供される。このロボット装置は、例えば、そのメインアームの上のウェーハを入れ替える単純な動作を行うサブアームロボット装置と組み合わせることより、従来と同等の搬送動作を、従来よりも抵コストで、メンテナンス性および生産性が良好で、ティーチングも容易に、実現することができる。
【００２０】
すなわち、本発明のロボット装置は、第１の回転駆動手段と、前記第１の回転駆動手段に結合された第１のアーム軸と、前記第１のアーム軸に結合され、前記第１の回転駆動手段により回転動作可能な第１のアーム部と、前記第１のアーム部に結合され、前記第１のアーム部とともに屈伸動作する第２のアーム部と、を有するメインアームと、を備え、
第１のポイントと第２のポイントとの間に前記第１のアーム軸が配置された状態において、前記第１の回転駆動手段により前記第１のアーム軸を回転することにより前記メインアームが展開して前記第２のアーム部の先端が前記第１のポイントにおいてワークを受け取り、その後、前記第１の回転駆動手段により前記第１のアーム軸が回転することにより前記メインアームが反転展開して前記第２のポイントに前記ワークを搬送するロボット装置であって、
第２の回転駆動手段と、
昇降駆動手段と、
前記第２の回転駆動手段及び前記昇降駆動手段に結合された第２のアーム軸と、
前記第２のアーム軸に結合されたサブアームと、
をさらに備え、
前記サブアームは、前記第２のアーム軸から第１の方向に向けて延在する第１のハンドと、前記第２のアーム軸から前記第１の方向とは異なる第２の方向に向けて延在する第２のハンドとを有し、
前記第２のアーム部の前記先端付近において、前記昇降駆動手段により前記第１のハンドが下方から上昇することにより、前記先端に保持された前記ワークを前記第１のハンドが受け取り、その後、前記第２の回転駆動手段により前記第２のアーム軸が回転して前記第２のアーム部の前記先端の上に前記第２のハンドを移動させ、さらに前記昇降駆動手段により前記第２のハンドが下方に降下することにより、前記第２のハンドに保持されていたワークが前記第２のアーム部の前記先端に受け渡されること、を特徴とする。
【００２２】
また、前記回転駆動手段により前記第１のアーム軸が回転して前記第１のアームが角度θだけ回転すると、これに連動して前記第２のアーム部は角度２θだけ回転するようにすると良い。
【００２３】
また、前記第２のアーム部の前記先端付近において、側面に切り込みが設けられたものとすれば、カセットなどとの干渉を防ぐことができる。
【００２８】
また、前記サブアームは、保持した前記ワークを回転させる回転機構を有するものとすれば、ワークの方位を調節して搬送することができる。
【００２９】
また、前記第１のアーム軸を上下方向に移動させる昇降手段と、前記第１のアーム軸を水平方向の移動させる走行手段と、をさらに備えたものとすれば、ワークの搬送をフレキシブルに行うことができる。
【００３０】
一方、本発明の処理装置は、前述したいずれかのロボット装置と、ワークに対して処理を施す処理モジュールと、を備え、
前記ロボット装置は、未処理のワークを前記処理モジュールに搬入し、処理済みのワークを前記処理モジュールから搬出することを特徴とする。
【００３１】
または、本発明の処理装置は、前述したロボット装置と、ワークに対して処理を施す処理モジュールと、を備え、
前記ロボット装置は、カセットに収容された未処理のワークを前記カセットから前記処理モジュールに搬送し、前記処理済みのワークを前記処理モジュールから前記カセットに搬送し、前記第２のアーム部の前記先端付近において側面に設けられた前記切り込みは、前記カセットと前記第２のアーム部とが干渉しないように形成されてなることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態にかかるロボット装置のメインアームＭを例示する斜視図である。すなわち、本発明のロボット装置は、アーム軸２に取り付けられたメインアームを有し、このメインアームＭは、第１のアーム２Ａと、第２のアーム２Ｂとを有する。また第２のアームの先端にはウェーハなどのワークを出し入れするためのエンドエフェクタＥが設けられている。なお、後に詳述するように、このロボット装置に、さらに図示したような昇降軸８や走行軸１０を付加してもよい。
【００３４】
図２は、メインアームＭの内部構造の一例を表す透視斜視図である。同図に表したように、アーム軸２は、例えば、サーボモータ３０により回転駆動される。そして、アーム軸２に結合された第１のアーム２Ａもこれに併せて回転動作する。
【００３５】
一方、第１のアーム２Ａの内部には固定プーリー４０が設けられている。固定プーリー４０は、固定フランジ３５に対して固定されており、アーム２Ａが回転動作すると、相対的に回転を生ずることとなる。固定プーリー４０は、タイミングベルト５０を介して第２のアーム２Ｂを回転させるプーリー６０と結合されている。
【００３６】
プーリー４０とプーリー６０の回転比は、１：２とされている。すなわち、第１のアーム２Ａと第２のアーム２Ｂとは、２：１のプーリー機構により結合され、アーム軸２の駆動に伴ってθ−２θ型の動作を行う。つまり、アーム２Ａがアーム軸２の回転動作により時計回りに角度θだけ回転すると、アーム２Ｂは、半時計回りに角度２θだけ回転する。また、アーム２Ａの長さとアーム２Ｂの長さとは等しい。従って、アーム軸２の回転に伴い、アーム２Ｂの先端に保持されたワークは直線状に搬送される。
【００３７】
図３は、メインアームＭの基本動作を模式的に表す平面図である。すなわち、メインアームＭは、アーム軸２の矢印Ａの方向の回転動作に伴い、アーム２Ｂの先端が矢印Ｂの方向に平行移動する。この動作により、ポイントＰ１にあるウェーハ（ワーク）２００をアーム２Ｂの先端のエンドエフェクタＥにより、矢印Ｂの方向に引き抜く。
【００３８】
さらにアーム軸２が回転動作すると、図３（ｂ）に表したように、ウェーハ２００はアーム軸２の直上付近まで搬送される。この状態をメインアームＭの「ホームポジション」と称することとする。
【００３９】
さらにアーム軸２が矢印Ｃの方向に回転動作を続けると、図３（ｃ）に表したように、メインアームＭは矢印Ｄの方向に反転展開する。そして、矢印Ｅの方向に回転すると、エンドエフェクタＥの上に載置されたウェーハ２００は、ポイントＰ２まで平行に矢印Ｆの方向に搬送される。
【００４０】
以上説明したように、本発明のロボット装置においては、アーム軸２の回転動作のみで、メインアームがポイントＰ１からポイントＰ２へと反転展開し、ワーク２００を平行に搬送する。つまり、図１３及び図１４に例示したような従来のロボット装置と異なり、旋回軸を設けることなく、ワークを２点間で搬送できる。
【００４１】
ここで、本発明におけるアーム２Ａ及びアーム２Ｂの実効長をいずれもＬ１とした時に、アーム軸２の中心点からワーク２００の中心点までの距離Ｌは、アーム軸２が時計回りに角度θだけ回転すると、次式により表される。
【００４２】
Ｌ＝２×Ｌ１×sinθ （１）
【００４３】
なお、この動作に伴い、ワーク２００は反時計回りに角度θだけ自転することとなる。しかし、半導体ウェーハや光ディスクの基板などは円形であるため、自転しても搬送に支障は生じない。また、後に詳述するように、必要があれば、ワークを適宜回転させてその方位を調節する機構を設けることもできる。
【００４４】
また、図１及び図３に例示したように、本発明のロボット装置は、エンドエフェクタＥの根本に凹部（切り込み）Ｅ１が適宜設けられる。これは、例えば、カセットからウェーハを取り出す場合に、カセットの内壁との干渉を防ぐためである。つまり、このように凹部Ｅ１を設けることにより、カセットに接触することなく、エンドエフェクタをカセット開口に対して斜め方向から侵入させることができる。
【００４５】
さらに、エンドエフェクタＥに、図示しない真空チャック機構などを適宜設けるにより、ワーク２００を脱落させることなく、高速で搬送することができる。
【００４６】
次に、本発明のロボット装置の具体例について説明する。
【００４７】
図４は、本発明のロボット装置の具体例を模式的に表す斜視図である。同図については、図１及び図３に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４８】
図４に例示したロボット装置においては、メインアームＭに加えて、ブーメラン型のサブアームＳが設けられている。サブアームＳの役割は、メインアームＭがホームポジションにある状態において、エンドエフェクタＥの上のウェーハを入れ替えることである。
【００４９】
すなわち、サブアームＳは、アーム軸４に結合されたハンド４Ａ及び４Ｂを有する。ハンド４Ａ及び４Ｂの先端には、ワークを保持するための真空チャック機構Ｖなどを適宜設けることができる。なお、図示した例においては、サブアームＳは２本のハンドを有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、サブアームＳには３本以上のハンドを設けても良い。
【００５０】
アーム軸４は、矢印θ方向の回転動作と、矢印Ｚ方向の昇降動作と、を独立に行うことができる。これら回転動作と昇降動作は、任意の地点で停止する必要はなく、予め決定された回転角度、昇降ストロークで動作すれば良い。従って、構造的にシンプルなアクチュエータ（エアシリンダなど）で構成することができ、簡潔で安価に実現できる。
【００５１】
サブアームＳのハンド４Ａ及び４Ｂの先端部は、メインアームＭのエフェクタの先端の隙間Ｅ２に入りこめるように設計されている。従って、メインアームＭ。がワーク２００を保持している時に、その下側からサブアームＳがハンド４Ａ（あるいは４Ｂ）を上昇させることにより、ワーク２００をハンドに受け取ることができる。
【００５２】
また、これとは逆に、サブアームＳのハンド４Ａ（あるいは４Ｂ）にワーク２００が保持されている状態において、メインアームＭのエフェクタＥの隙間Ｅ２の上側からハンドを降下させることにより、ワークは、メインアームＭに受け渡すことができる。
【００５３】
以下、具体例を参照しつつ、図４のロボット装置の動作について詳細に説明する。
【００５４】
図５乃至図１０は、本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【００５５】
すなわち、これらの図面に表した例においては、ウェーハを装填したカセット３００及び４００がそれぞれポイントＰ１、Ｐ２に配置されている。また、これらと対向して、処理モジュール５００及び６００が配置されている。これらの処理モジュール５００及び６００は、例えば、エッチング装置、アッシャー、薄膜形成装置、洗浄装置、熱処理装置、露光装置などである。そして、これらの処理モジュールには搬送ポイントＰ３、Ｐ４がそれぞれ設けられている。搬送ポイントＰ３、Ｐ４は、ウェーハ（ワーク）２００が搬送されるべき地点である。なお、ウェーハ２００は、このポイントにおいて所定の処理が行われるものであってもよく、また、処理モジュール５００及び６００が有する搬送機構（図示せず）によって、これらポイントＰ３、Ｐ４からさらに装置の内部に搬送されるようにしてもよい。さらに、これら搬送ポイントＰ３、Ｐ４の手前にゲートバルブ５１０、６１０などを適宜設けることもできる。
【００５６】
さて、このような配置関係において、本発明のロボット装置１は、その走行軸１０がポイントＰ１とＰ２（あるいはＰ３とＰ４）とをつなぐように配置されている。
【００５７】
以下、このような配置関係を有する処理装置において、カセット３００（ポイントＰ１）と処理モジュール６００（ポイントＰ４）との間でウェーハの搬送を行う具体例について説明する。
【００５８】
まず、図５（ａ）は、サブアームのハンド４Ａには処理済みのウェーハ２００Ａが保持されている状態を表す。この時に、カセット３００には未処理のウェーハ２００Ｂが収容されている。
【００５９】
この状態から、まず、図５（ｂ）に表したように、メインアームＭが展開して未処理のウェーハ２００Ｂを保持する。この時に、前述したように、エフェクタの根本には凹部（切り込み）Ｅ１が設けられているので、アーム２Ｂが斜め方向からカセット３００にアクセスしても、エフェクタＥとカセット３００とが干渉することはない。
【００６０】
エフェクタＥをウェーハ２００Ｂの下に差し込んだ後、ロボット装置の昇降軸８が上昇するか、あるいはカセット３００が図示しない昇降機構により所定距離だけ降下することにより、ウェーハ２００ＢをエフェクタＥに受け渡すことができる。この後、必要に応じて、エフェクタＥはウェーハ２００Ｂを真空チャックなどの手段により固定する。
【００６１】
次に、図６（ａ）に表したように、メインアームＭはウェーハ２００Ｂを保持したままホームポジションまで戻る。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に表したように、ウェーハの「入れ替え」を行う。具体的には、まず、図６（ａ）に表した状態において、サブアームＳが上昇することにより、ウェーハ２００Ｂがハンド４Ｂに受け渡される。そして、サブアームＳは、図６（ｂ）に表した位置まで回転する。しかる後に、サブアームＳが降下すると、ハンド４Ａに保持されていた処理済みウェーハ２００Ａは、メインアームＭに受け渡される。この後、必要に応じて、エフェクタはウェーハ２００Ａをチャッキングする。
【００６３】
次に、図７（ａ）に表したように、メインアームＭが展開して、処理済みウェーハ２００Ａをカセット３００に戻す。この時も、ウェーハ２００Ａをカセット３００に挿入した後に、チャッキングを解除し、ロボット装置１が昇降軸８により降下するか、あるいはカセット３００が上昇することにより、ウェーハ２００Ａはカセット３００に受け渡される。
【００６４】
次に、図７（ｂ）に表したように、メインアームＭはホームポジションに戻る。
【００６５】
次に、図８（ａ）に表したように、ロボット装置１は走行軸１０によりポジションＰ３からＰ４の前まで平行移動する。この時、処理モジュール６００は、ポイントＰ４に処理済みのウェーハ２００Ｃを排出している。
【００６６】
次に、図８（ｂ）に表したように、メインアームＭが展開して処理済みのウェーハ２００Ｃを受け取る。具体的には、例えば、ウェーハ２００ＣはポイントＰ４において、下方からピン（図示せず）などの持ち上げ機構が突出することにより、ステージ面から浮いた状態とされる。そして、この隙間にメインアームのエンドエフェクタＥが侵入する。しかる後に、持ち上げ機構が降下することにより、ウェーハ２００ＣはメインアームＭに受け渡される。または、ロボット装置が昇降軸８によって上昇してもウェーハ２００Ｃを受け取ることができる。
その後、必要に応じてウェーハ２００Ｃをチャッキングする。
【００６７】
次に、図９（ａ）に表したように、メインアームＭはウェーハ２００Ｃを保持したままホームポジションまで戻る。
【００６８】
次に、図９（ｂ）に表したように、ウェーハの「入れ替え」を行う。具体的には、まず、図９（ａ）に表した状態において、サブアームＳが上昇することにより、処理済みウェーハ２００Ｃがハンド４Ａに受け渡される。そして、サブアームＳは、図９（ｂ）に表した位置まで回転する。しかる後に、サブアームＳが降下すると、ハンド４Ｂに保持されていた未処理ウェーハ２００Ｂは、メインアームＭに受け渡される。この後、必要に応じて、エフェクタはウェーハ２００Ｂをチャッキングする。
【００６９】
次に、図１０（ａ）に表したように、メインアームＭは未処理ウェーハ２００Ｂを保持した状態で処理ポイントＰ４まで展開する。この状態において、処理ポイントＰ４のステージ下方からピンなどの持ち上げ機構（図示せず）が上昇することにより、ウェーハ２００ＢはメインアームＭから持ち上げられた状態となる。
【００７０】
その後、図１０（ｂ）に表したように、メインアームＭは、処理ポイントＰ４にウェーハ２００Ｂを残したまま、ホームポジションに戻る。この状態において、ポイントＰ４の持ち上げ機構が降下することにより、ウェーハ２００Ｂはステージ上に載置された状態となる。
【００７１】
この後、未処理ウェーハ２００Ｂは、処理モジュール６００において、適宜搬送、処理される。
【００７２】
一方、サブアームＳのハンド４Ａに保持されている処理済みのウェーハ２００Ｃは、前述したような順序により、カセット３００あるいは４００の所定の場所に収容される。以上、詳述したように、本発明によれば、旋回軸を有しない簡潔な構成のメインアームとサブアームとを用いることにより、複数のポイント間でウェーハを確実かつ迅速に搬送することができる。
【００７３】
以下、参考例として、図１３及び図１４に例示した従来のダブルアーム型ロボット装置における同様の動作について簡単に説明する。
【００７４】
図１５乃至図１９は、従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。これらの図面については、図１乃至図１４に関して前述したのと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７５】
図１５（ａ）に表した状態においては、２本のアームのうちの上側のアーム１０２Ｃの先端に処理済みウェーハ２００Ａが保持されている。
【００７６】
この状態から、まず、図１５（ｂ）に表したように、アーム１０２Ｃが展開してカセット３００に処理済みウェーハ２００Ａを収容する。
【００７７】
そして、図１６（ａ）に表したように、アーム１０２Ｃがホームポジションに戻った後に、図１６（ｂ）に表したように、もう一方のアーム１０４Ｃが展開してカセット３００から未処理ウェーハ２００Ｂを受け取る。
【００７８】
そして、図１７（ａ）に表したように、ホームポジションまで戻った後、同図（ｂ）に表したように、ロボット装置１００は走行軸１１０に沿ってポジションＰ４の前まで水平に移動する。
【００７９】
次に、図１７（ｂ）に表したように、旋回軸１０６により２本のアーム部を１８０度旋回させて、ポジションＰ４と対向させる。この時に、処理モジュール６００のポジションＰ４には、処理済みウェーハ２００Ｃが排出されている。
【００８０】
次に、図１８（ａ）に表したように、空いている方のアーム１０２ＣをポジションＰ４まで展開して、処理済みウェーハ２００Ｃを受け取る。
【００８１】
そして、図１８（ｂ）に表したように、アーム１０２Ｃは、ウェーハ２００Ｃを保持したままホームポジションまで戻る。
【００８２】
次に、図１９（ａ）に表したように、アーム１０４Ｃを展開して未処理ウェーハ２００ＢをポジションＰ４に受け渡す。
【００８３】
そして、図１９（ｂ）に表したように、アーム１０４Ｃはホームポジションに戻る。
【００８４】
以上説明したように、従来は、旋回軸１０６の上に２本のアームが設けられた複雑なロボット装置でウェーハの搬送を行っていた。
【００８５】
これに対して、本発明によれば、図１乃至図１０に関して詳述したように、旋回軸が不要となり、ロボット装置の機構が大幅に簡略化される。すなわち、制御軸数が少なく、部品点数も大幅に減らすことができる。本発明者の試作検討の結果、図１３に例示した従来型のダブルアームロボット装置と比較して、図４に例示したロボット装置は、部品点数をほほ１／３とすることができ、６０パーセント以上の削減率を得ることができた。その結果として、装置コストが大幅に低減し、信頼性が飛躍的に向上するとともに、保守・メンテナンス性も大幅に向上する。
【００８６】
同時に、ティーチング・ポイントが減るために、ティーチングも容易となる。これは、装置を使用する現場においては、大きなメリットのひとつとなる。
さらに、搬送のスループットすなわち動作のタクトタイムについても、従来のダブルアーム型ロボットと同等あるいはそれよりも良好な結果が得られた。
【００８７】
次に、本発明の第１の変型例について説明する。
【００８８】
図１１は、本発明のロボット装置の変型例を模式的に表す斜視図である。同図については、図１乃至図１０に関して前述したのと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８９】
本変型例においては、サブアームＳのハンドの先端にワークを回転させる回転機構Ｒが付加されている。
【００９０】
図１に関して前述したように、本発明のロボット装置においてメインアームＭにより反転搬送されると、ワークは自転する。これに対して、サブアームＳに回転機構Ｒを設け、ワークの「入れ替え」の際に、ハンドに受け取ったワークを所定の角度だけ回転させてやれば、所定の方位でワークをポイントに受け渡すことができる。あるいは、メインアームＭの下方からサブアームＳがハンドを上昇させて一旦ワークをハンドに受け取り、所定の角度だけ回転させた後に、サブアームＳが再び下降してメインアームＭにワークを受け渡してもよい。
【００９１】
このようにすれば、ワークの方位を任意の角度に調節した後に目的のポイントに搬送することができる。これは、例えば、液晶ディスプレイのガラス基板のような矩形状のワークを搬送する際に用いて好適な変型例である。
【００９２】
なお、このような回転機構ＲをメインアームＭに設けることもできる。すなわち、エンドエフェクタＥのワーク支持部に回転機構を組み込めば、メインアームＭにワーク保持した状態で、ワークを任意の角度に回転して搬送することができる。
【００９３】
次に、本発明の第２の変型例について説明する。
【００９４】
図１２は、本発明のロボット装置の第２の変型例を模式的に表す斜視図である。同図については、図１乃至図１０に関して前述したのと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】
本変型例においては、２本のメインアームＭを有する「ダブルアーム構成」が採用されている。この構成によれば、サブアームＳを用いたワークの「入れ替え」を行うことなく、処理済みワークと未処理ワークの交換・搬送を連続的に行うことができる。
【００９６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００９７】
例えば、メインアーム先端のエンドエフェクタの形状については、図示したものには限定されず、用途に応じて当業者が適宜設計変更して本発明の同様の効果を得ることができる限り本発明の範囲に含まれる。
【００９８】
また、図５乃至図１０に例示した処理装置の構成は一例に過ぎず、カセットの数、ワークの種類や形状、処理モジュールの数やその処理の内容、あるいは、各ポイントの配置関係などは、当業者が適宜設計変更して本発明の同様の効果を得ることができる限り本発明の範囲に含まれる。
【００９９】
さらに、メインアームやサブアームの数についても、前述した具体例には限定されず、用途に応じて適宜設定することができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、従来と同等以上の搬送スループットを維持しつつ、旋回軸が不要となり、ロボット装置の機構が大幅に簡略化される。すなわち、制御軸数が少なく、部品点数も大幅に減らすことができる。その結果として、装置コストが大幅に低減し、信頼性が飛躍的に向上するとともに、保守・メンテナンス性も大幅に向上する。同時に、ティーチング・ポイントが減るために、ティーチングも容易となり、現場に対して極めて使いやすい装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態にかかるロボット装置のメインアームＭを例示する斜視図である。
【図２】メインアームＭの内部構造の一例を表す透視斜視図である。
【図３】メインアームＭの基本動作を模式的に表す平面図である。
【図４】本発明のロボット装置の具体例を模式的に表す斜視図である。
【図５】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図６】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図７】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図８】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図９】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図１０】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図１１】本発明のロボット装置の変型例を模式的に表す斜視図である。
【図１２】本発明のロボット装置の第２の変型例を模式的に表す斜視図である。
【図１３】従来のロボット装置の要部を模式的に表す斜視図である。
【図１４】従来のロボット装置の一方のアームの基本的な動作を説明するための模式図である。
【図１５】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【図１６】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【図１７】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【図１８】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【図１９】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【符号の説明】
１、１００ ロボット装置
２ アーム軸（第１のアーム軸）
２Ａ 第１のアーム
２Ｂ 第２のアーム
４ アーム軸（第２のアーム軸）
４Ａ、４Ｂ ハンド
８、１０８ 昇降軸
１０、１１０ 走行軸
３０ モータ
３５ 固定フランジ
４０ 固定プーリー
５０ タイミングベルト
６０ プーリー
１０６ 旋回軸
２００ ウェーハ（ワーク）
２００Ａ、２００Ｃ 処理済みウェーハ
２００Ｂ 未処理ウェーハ
３００、４００ カセット
５００、６００ 処理モジュール
５１０、６１０ ゲートバルブ
Ｅ エンドエフェクタ
Ｅ１ 凹部（切り込み）
Ｅ２ 隙間
Ｍ メインアーム
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ ポイント
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワ−クの搬送受け渡しを行うためのロボット装置及びこのロボット装置を用いてワ−クに所定の処理を施す処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置などの製造に際しては、ワークの自動搬送が必要とされる場合が多い。
【０００３】
例えば、薄膜形成やエッチング、洗浄などの工程において、製造装置（ドライエッチャー、アッシャー、ＣＶＤ装置など）にセットされたカセットキャリア（以下、「カセット」と略す。）からウェーハを取り出して、所定の処理ポイントへとハンドリングする必要がある。さらに、処理が済んだウェーハを処理ポイントからカセットへ戻す必要もある。
【０００４】
このようなハンドリングに際して要求される条件のひとつとして、「クリーンであること」がある。すなわち、搬送用のロボット装置そのものからの発塵を防ぐことはもちろん、ウェーハとロボットハンドとの接触によっていずれかの材料が削られて発塵となることを防ぐ必要がある。
【０００５】
さらに、製造コストを低減するために、ハンドリングのスループットが高いことも要求される。
【０００６】
これらの要求に対して、従来は、アームが旋回動作する極座標型のロボット装置が用いられ、さらに生産性を向上させるために、旋回軸の上に２基のアームを搭載したいわゆる「ダブルアーム型」のロボット装置が主流となりつつある。
【０００７】
このようなロボット装置を開示した刊行物としては、例えば、特許第２７３９４１３号公報や、特開２０００−１００８９４号公報を挙げることができる。
【０００８】
図１３は、このような従来のロボット装置の要部を模式的に表す斜視図である。
すなわち、同図に例示したロボット装置１００は、第１アーム軸１０２、第２アーム軸１０４、旋回軸１０６、昇降軸１０８、走行軸１１０の５軸を有する。これら５軸は全てステッピング・モータやパルス・モータによりパルス駆動されている。
【０００９】
図１４は、このロボット装置の一方のアームの基本的な動作を説明するための模式図である。すなわち、同図（ａ）乃至（ｄ）は、ポイントＰ１からポイントＰ２にウェーハ２００を搬送する動作を表す。
【００１０】
まず、図１４（ａ）に表したように、アーム軸１０２が矢印Ａの方向に回転動作することにより、ポイントＰ１のウェーハ２００を矢印Ｂの方向に引き抜く。ここで、アーム１０２Ａとアーム１０２Ｂとは、２：１のプーリー型伝達機構により結合され、θ−２θ型の動作を行う。また、アーム１０２Ｂとアーム１０２Ｃとは、１：１のプーリー型伝達機構により結合され、θ−θ型の動作を行う。従って、アーム軸１０２が矢印Ａの方向に回転すると、その回転動作が順次変換され、アーム１０２Ｃは矢印Ｂの方向に平行移動を行う。
【００１１】
ウェーハ２００をアーム軸１０２の直上付近まで引き抜いたら、図１４（ｂ）に表したように、矢印Ｃの方向にアーム全体が回転を開始する。この回転動作は、旋回軸１０６により実行される。そして、図１４（ｃ）に表した位置まで、略１８０°旋回する。
【００１２】
次に、図１４（ｄ）に表したように、アーム軸１０２が矢印Ｄの方向に駆動する。すると、アーム１０２Ａ〜Ｃは順次連動し、ウェーハ２００を矢印Ｅの方向に平行移動させ、ポイントＰ２に搬送する。
【００１３】
以上説明したようにして、このロボット装置は、ポイントＰ１からポイントＰ２にウェーハを搬送することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１３に例示したロボットは機構が複雑でコストも高いという問題を有する。
【００１５】
すなわち、図１３に例示したロボット装置の問題点は、まず、第１アーム軸１０２と第２アーム軸１０４が、旋回軸１０６の下流側に設けられているため、アーム軸のモータやエンコーダのケーブル、ワークを固定するバキュームチャックのチューブなどを、全て旋回可能に配置する必要があることである。しかも、クリーン・ルーム内で使用するためには、発塵を防ぐために、これら可動部をカバーで覆う必要もある。
【００１６】
また、旋回の位置決め精度を高くするためには、これらの機構を小さくまとめ、駆動源に対する負荷のイナーシャをできるだけ小さくする必要もある。このため、機構は大変に精密かつ複雑となり、コストが増大するとともに、保守修理や維持管理のメンテナンス性も著しく低下しやすいという問題もあった。
【００１７】
また、図１３に例示したロボット装置は、それぞれの軸を任意の位置で停止することができるため、フレキシビリティを有し汎用性が高い反面、各軸に対してその停止位置をティーチングしなければならず、使用する現場においては、「段取り」が面倒であるという問題もあった。例えば、１ステージのティーチングを行う場合、最低でも４軸（走行軸、昇降軸、旋回軸、アーム軸）のパルスを少しずつ進め、相互に調整を図りながら決定していかなければならない。自動車の製造ラインなどで使用される多関節ロボットの場合、「プレイバック式」（人が行った動作を記憶して再生させる方式）のティーチングを行わせ、この問題を軽減させているが、半導体の製造装置の場合は、それほど複雑な軌跡の制御を必要としていないので、プレイバック式を適用するのは機能面、コスト面から過剰である。
【００１８】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、従来よりも低コストで、確実かつ容易なワークの搬送が可能なロボット装置及びそれを搭載した処理装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、旋回動作を必要としないメインアームを有する極座標型のロボット装置が提供される。このロボット装置は、例えば、そのメインアームの上のウェーハを入れ替える単純な動作を行うサブアームロボット装置と組み合わせることより、従来と同等の搬送動作を、従来よりも抵コストで、メンテナンス性および生産性が良好で、ティーチングも容易に、実現することができる。
【００２０】
すなわち、本発明のロボット装置は、第１の回転駆動手段と、前記第１の回転駆動手段に結合された第１のアーム軸と、前記第１のアーム軸に結合され、前記第１の回転駆動手段により回転動作可能な第１のアーム部と、前記第１のアーム部に結合され、前記第１のアーム部とともに屈伸動作する第２のアーム部と、を有するメインアームと、を備え、
第１のポイントと第２のポイントとの間に前記第１のアーム軸が配置された状態において、前記第１の回転駆動手段により前記第１のアーム軸を回転することにより前記メインアームが展開して前記第２のアーム部の先端が前記第１のポイントにおいてワークを受け取り、その後、前記第１の回転駆動手段により前記第１のアーム軸が回転することにより前記メインアームが反転展開して前記第２のポイントに前記ワークを搬送するロボット装置であって、
第２の回転駆動手段と、
昇降駆動手段と、
前記第２の回転駆動手段及び前記昇降駆動手段に結合された第２のアーム軸と、
前記第２のアーム軸に結合されたサブアームと、
をさらに備え、
前記サブアームは、前記第２のアーム軸から第１の方向に向けて延在する第１のハンドと、前記第２のアーム軸から前記第１の方向とは異なる第２の方向に向けて延在する第２のハンドとを有し、
前記第２のアーム部の前記先端付近において、前記昇降駆動手段により前記第１のハンドが下方から上昇することにより、前記先端に保持された前記ワークを前記第１のハンドが受け取り、その後、前記第２の回転駆動手段により前記第２のアーム軸が回転して前記第２のアーム部の前記先端の上に前記第２のハンドを移動させ、さらに前記昇降駆動手段により前記第２のハンドが下方に降下することにより、前記第２のハンドに保持されていたワークが前記第２のアーム部の前記先端に受け渡されること、を特徴とする。
【００２２】
また、前記回転駆動手段により前記第１のアーム軸が回転して前記第１のアームが角度θだけ回転すると、これに連動して前記第２のアーム部は角度２θだけ回転するようにすると良い。
【００２３】
また、前記第２のアーム部の前記先端付近において、側面に切り込みが設けられたものとすれば、カセットなどとの干渉を防ぐことができる。
【００２８】
また、前記サブアームは、保持した前記ワークを回転させる回転機構を有するものとすれば、ワークの方位を調節して搬送することができる。
【００２９】
また、前記第１のアーム軸を上下方向に移動させる昇降手段と、前記第１のアーム軸を水平方向の移動させる走行手段と、をさらに備えたものとすれば、ワークの搬送をフレキシブルに行うことができる。
【００３０】
一方、本発明の処理装置は、前述したいずれかのロボット装置と、ワークに対して処理を施す処理モジュールと、を備え、
前記ロボット装置は、未処理のワークを前記処理モジュールに搬入し、処理済みのワークを前記処理モジュールから搬出することを特徴とする。
【００３１】
または、本発明の処理装置は、前述したロボット装置と、ワークに対して処理を施す処理モジュールと、を備え、
前記ロボット装置は、カセットに収容された未処理のワークを前記カセットから前記処理モジュールに搬送し、前記処理済みのワークを前記処理モジュールから前記カセットに搬送し、前記第２のアーム部の前記先端付近において側面に設けられた前記切り込みは、前記カセットと前記第２のアーム部とが干渉しないように形成されてなることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態にかかるロボット装置のメインアームＭを例示する斜視図である。すなわち、本発明のロボット装置は、アーム軸２に取り付けられたメインアームを有し、このメインアームＭは、第１のアーム２Ａと、第２のアーム２Ｂとを有する。また第２のアームの先端にはウェーハなどのワークを出し入れするためのエンドエフェクタＥが設けられている。なお、後に詳述するように、このロボット装置に、さらに図示したような昇降軸８や走行軸１０を付加してもよい。
【００３４】
図２は、メインアームＭの内部構造の一例を表す透視斜視図である。同図に表したように、アーム軸２は、例えば、サーボモータ３０により回転駆動される。そして、アーム軸２に結合された第１のアーム２Ａもこれに併せて回転動作する。
【００３５】
一方、第１のアーム２Ａの内部には固定プーリー４０が設けられている。固定プーリー４０は、固定フランジ３５に対して固定されており、アーム２Ａが回転動作すると、相対的に回転を生ずることとなる。固定プーリー４０は、タイミングベルト５０を介して第２のアーム２Ｂを回転させるプーリー６０と結合されている。
【００３６】
プーリー４０とプーリー６０の回転比は、１：２とされている。すなわち、第１のアーム２Ａと第２のアーム２Ｂとは、２：１のプーリー機構により結合され、アーム軸２の駆動に伴ってθ−２θ型の動作を行う。つまり、アーム２Ａがアーム軸２の回転動作により時計回りに角度θだけ回転すると、アーム２Ｂは、半時計回りに角度２θだけ回転する。また、アーム２Ａの長さとアーム２Ｂの長さとは等しい。従って、アーム軸２の回転に伴い、アーム２Ｂの先端に保持されたワークは直線状に搬送される。
【００３７】
図３は、メインアームＭの基本動作を模式的に表す平面図である。すなわち、メインアームＭは、アーム軸２の矢印Ａの方向の回転動作に伴い、アーム２Ｂの先端が矢印Ｂの方向に平行移動する。この動作により、ポイントＰ１にあるウェーハ（ワーク）２００をアーム２Ｂの先端のエンドエフェクタＥにより、矢印Ｂの方向に引き抜く。
【００３８】
さらにアーム軸２が回転動作すると、図３（ｂ）に表したように、ウェーハ２００はアーム軸２の直上付近まで搬送される。この状態をメインアームＭの「ホームポジション」と称することとする。
【００３９】
さらにアーム軸２が矢印Ｃの方向に回転動作を続けると、図３（ｃ）に表したように、メインアームＭは矢印Ｄの方向に反転展開する。そして、矢印Ｅの方向に回転すると、エンドエフェクタＥの上に載置されたウェーハ２００は、ポイントＰ２まで平行に矢印Ｆの方向に搬送される。
【００４０】
以上説明したように、本発明のロボット装置においては、アーム軸２の回転動作のみで、メインアームがポイントＰ１からポイントＰ２へと反転展開し、ワーク２００を平行に搬送する。つまり、図１３及び図１４に例示したような従来のロボット装置と異なり、旋回軸を設けることなく、ワークを２点間で搬送できる。
【００４１】
ここで、本発明におけるアーム２Ａ及びアーム２Ｂの実効長をいずれもＬ１とした時に、アーム軸２の中心点からワーク２００の中心点までの距離Ｌは、アーム軸２が時計回りに角度θだけ回転すると、次式により表される。
【００４２】
Ｌ＝２×Ｌ１×sinθ （１）
【００４３】
なお、この動作に伴い、ワーク２００は反時計回りに角度θだけ自転することとなる。しかし、半導体ウェーハや光ディスクの基板などは円形であるため、自転しても搬送に支障は生じない。また、後に詳述するように、必要があれば、ワークを適宜回転させてその方位を調節する機構を設けることもできる。
【００４４】
また、図１及び図３に例示したように、本発明のロボット装置は、エンドエフェクタＥの根本に凹部（切り込み）Ｅ１が適宜設けられる。これは、例えば、カセットからウェーハを取り出す場合に、カセットの内壁との干渉を防ぐためである。つまり、このように凹部Ｅ１を設けることにより、カセットに接触することなく、エンドエフェクタをカセット開口に対して斜め方向から侵入させることができる。
【００４５】
さらに、エンドエフェクタＥに、図示しない真空チャック機構などを適宜設けるにより、ワーク２００を脱落させることなく、高速で搬送することができる。
【００４６】
次に、本発明のロボット装置の具体例について説明する。
【００４７】
図４は、本発明のロボット装置の具体例を模式的に表す斜視図である。同図については、図１及び図３に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４８】
図４に例示したロボット装置においては、メインアームＭに加えて、ブーメラン型のサブアームＳが設けられている。サブアームＳの役割は、メインアームＭがホームポジションにある状態において、エンドエフェクタＥの上のウェーハを入れ替えることである。
【００４９】
すなわち、サブアームＳは、アーム軸４に結合されたハンド４Ａ及び４Ｂを有する。ハンド４Ａ及び４Ｂの先端には、ワークを保持するための真空チャック機構Ｖなどを適宜設けることができる。なお、図示した例においては、サブアームＳは２本のハンドを有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、サブアームＳには３本以上のハンドを設けても良い。
【００５０】
アーム軸４は、矢印θ方向の回転動作と、矢印Ｚ方向の昇降動作と、を独立に行うことができる。これら回転動作と昇降動作は、任意の地点で停止する必要はなく、予め決定された回転角度、昇降ストロークで動作すれば良い。従って、構造的にシンプルなアクチュエータ（エアシリンダなど）で構成することができ、簡潔で安価に実現できる。
【００５１】
サブアームＳのハンド４Ａ及び４Ｂの先端部は、メインアームＭのエフェクタの先端の隙間Ｅ２に入りこめるように設計されている。従って、メインアームＭ。がワーク２００を保持している時に、その下側からサブアームＳがハンド４Ａ（あるいは４Ｂ）を上昇させることにより、ワーク２００をハンドに受け取ることができる。
【００５２】
また、これとは逆に、サブアームＳのハンド４Ａ（あるいは４Ｂ）にワーク２００が保持されている状態において、メインアームＭのエフェクタＥの隙間Ｅ２の上側からハンドを降下させることにより、ワークは、メインアームＭに受け渡すことができる。
【００５３】
以下、具体例を参照しつつ、図４のロボット装置の動作について詳細に説明する。
【００５４】
図５乃至図１０は、本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【００５５】
すなわち、これらの図面に表した例においては、ウェーハを装填したカセット３００及び４００がそれぞれポイントＰ１、Ｐ２に配置されている。また、これらと対向して、処理モジュール５００及び６００が配置されている。これらの処理モジュール５００及び６００は、例えば、エッチング装置、アッシャー、薄膜形成装置、洗浄装置、熱処理装置、露光装置などである。そして、これらの処理モジュールには搬送ポイントＰ３、Ｐ４がそれぞれ設けられている。搬送ポイントＰ３、Ｐ４は、ウェーハ（ワーク）２００が搬送されるべき地点である。なお、ウェーハ２００は、このポイントにおいて所定の処理が行われるものであってもよく、また、処理モジュール５００及び６００が有する搬送機構（図示せず）によって、これらポイントＰ３、Ｐ４からさらに装置の内部に搬送されるようにしてもよい。さらに、これら搬送ポイントＰ３、Ｐ４の手前にゲートバルブ５１０、６１０などを適宜設けることもできる。
【００５６】
さて、このような配置関係において、本発明のロボット装置１は、その走行軸１０がポイントＰ１とＰ２（あるいはＰ３とＰ４）とをつなぐように配置されている。
【００５７】
以下、このような配置関係を有する処理装置において、カセット３００（ポイントＰ１）と処理モジュール６００（ポイントＰ４）との間でウェーハの搬送を行う具体例について説明する。
【００５８】
まず、図５（ａ）は、サブアームのハンド４Ａには処理済みのウェーハ２００Ａが保持されている状態を表す。この時に、カセット３００には未処理のウェーハ２００Ｂが収容されている。
【００５９】
この状態から、まず、図５（ｂ）に表したように、メインアームＭが展開して未処理のウェーハ２００Ｂを保持する。この時に、前述したように、エフェクタの根本には凹部（切り込み）Ｅ１が設けられているので、アーム２Ｂが斜め方向からカセット３００にアクセスしても、エフェクタＥとカセット３００とが干渉することはない。
【００６０】
エフェクタＥをウェーハ２００Ｂの下に差し込んだ後、ロボット装置の昇降軸８が上昇するか、あるいはカセット３００が図示しない昇降機構により所定距離だけ降下することにより、ウェーハ２００ＢをエフェクタＥに受け渡すことができる。この後、必要に応じて、エフェクタＥはウェーハ２００Ｂを真空チャックなどの手段により固定する。
【００６１】
次に、図６（ａ）に表したように、メインアームＭはウェーハ２００Ｂを保持したままホームポジションまで戻る。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に表したように、ウェーハの「入れ替え」を行う。具体的には、まず、図６（ａ）に表した状態において、サブアームＳが上昇することにより、ウェーハ２００Ｂがハンド４Ｂに受け渡される。そして、サブアームＳは、図６（ｂ）に表した位置まで回転する。しかる後に、サブアームＳが降下すると、ハンド４Ａに保持されていた処理済みウェーハ２００Ａは、メインアームＭに受け渡される。この後、必要に応じて、エフェクタはウェーハ２００Ａをチャッキングする。
【００６３】
次に、図７（ａ）に表したように、メインアームＭが展開して、処理済みウェーハ２００Ａをカセット３００に戻す。この時も、ウェーハ２００Ａをカセット３００に挿入した後に、チャッキングを解除し、ロボット装置１が昇降軸８により降下するか、あるいはカセット３００が上昇することにより、ウェーハ２００Ａはカセット３００に受け渡される。
【００６４】
次に、図７（ｂ）に表したように、メインアームＭはホームポジションに戻る。
【００６５】
次に、図８（ａ）に表したように、ロボット装置１は走行軸１０によりポジションＰ３からＰ４の前まで平行移動する。この時、処理モジュール６００は、ポイントＰ４に処理済みのウェーハ２００Ｃを排出している。
【００６６】
次に、図８（ｂ）に表したように、メインアームＭが展開して処理済みのウェーハ２００Ｃを受け取る。具体的には、例えば、ウェーハ２００ＣはポイントＰ４において、下方からピン（図示せず）などの持ち上げ機構が突出することにより、ステージ面から浮いた状態とされる。そして、この隙間にメインアームのエンドエフェクタＥが侵入する。しかる後に、持ち上げ機構が降下することにより、ウェーハ２００ＣはメインアームＭに受け渡される。または、ロボット装置が昇降軸８によって上昇してもウェーハ２００Ｃを受け取ることができる。
その後、必要に応じてウェーハ２００Ｃをチャッキングする。
【００６７】
次に、図９（ａ）に表したように、メインアームＭはウェーハ２００Ｃを保持したままホームポジションまで戻る。
【００６８】
次に、図９（ｂ）に表したように、ウェーハの「入れ替え」を行う。具体的には、まず、図９（ａ）に表した状態において、サブアームＳが上昇することにより、処理済みウェーハ２００Ｃがハンド４Ａに受け渡される。そして、サブアームＳは、図９（ｂ）に表した位置まで回転する。しかる後に、サブアームＳが降下すると、ハンド４Ｂに保持されていた未処理ウェーハ２００Ｂは、メインアームＭに受け渡される。この後、必要に応じて、エフェクタはウェーハ２００Ｂをチャッキングする。
【００６９】
次に、図１０（ａ）に表したように、メインアームＭは未処理ウェーハ２００Ｂを保持した状態で処理ポイントＰ４まで展開する。この状態において、処理ポイントＰ４のステージ下方からピンなどの持ち上げ機構（図示せず）が上昇することにより、ウェーハ２００ＢはメインアームＭから持ち上げられた状態となる。
【００７０】
その後、図１０（ｂ）に表したように、メインアームＭは、処理ポイントＰ４にウェーハ２００Ｂを残したまま、ホームポジションに戻る。この状態において、ポイントＰ４の持ち上げ機構が降下することにより、ウェーハ２００Ｂはステージ上に載置された状態となる。
【００７１】
この後、未処理ウェーハ２００Ｂは、処理モジュール６００において、適宜搬送、処理される。
【００７２】
一方、サブアームＳのハンド４Ａに保持されている処理済みのウェーハ２００Ｃは、前述したような順序により、カセット３００あるいは４００の所定の場所に収容される。以上、詳述したように、本発明によれば、旋回軸を有しない簡潔な構成のメインアームとサブアームとを用いることにより、複数のポイント間でウェーハを確実かつ迅速に搬送することができる。
【００７３】
以下、参考例として、図１３及び図１４に例示した従来のダブルアーム型ロボット装置における同様の動作について簡単に説明する。
【００７４】
図１５乃至図１９は、従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。これらの図面については、図１乃至図１４に関して前述したのと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７５】
図１５（ａ）に表した状態においては、２本のアームのうちの上側のアーム１０２Ｃの先端に処理済みウェーハ２００Ａが保持されている。
【００７６】
この状態から、まず、図１５（ｂ）に表したように、アーム１０２Ｃが展開してカセット３００に処理済みウェーハ２００Ａを収容する。
【００７７】
そして、図１６（ａ）に表したように、アーム１０２Ｃがホームポジションに戻った後に、図１６（ｂ）に表したように、もう一方のアーム１０４Ｃが展開してカセット３００から未処理ウェーハ２００Ｂを受け取る。
【００７８】
そして、図１７（ａ）に表したように、ホームポジションまで戻った後、同図（ｂ）に表したように、ロボット装置１００は走行軸１１０に沿ってポジションＰ４の前まで水平に移動する。
【００７９】
次に、図１７（ｂ）に表したように、旋回軸１０６により２本のアーム部を１８０度旋回させて、ポジションＰ４と対向させる。この時に、処理モジュール６００のポジションＰ４には、処理済みウェーハ２００Ｃが排出されている。
【００８０】
次に、図１８（ａ）に表したように、空いている方のアーム１０２ＣをポジションＰ４まで展開して、処理済みウェーハ２００Ｃを受け取る。
【００８１】
そして、図１８（ｂ）に表したように、アーム１０２Ｃは、ウェーハ２００Ｃを保持したままホームポジションまで戻る。
【００８２】
次に、図１９（ａ）に表したように、アーム１０４Ｃを展開して未処理ウェーハ２００ＢをポジションＰ４に受け渡す。
【００８３】
そして、図１９（ｂ）に表したように、アーム１０４Ｃはホームポジションに戻る。
【００８４】
以上説明したように、従来は、旋回軸１０６の上に２本のアームが設けられた複雑なロボット装置でウェーハの搬送を行っていた。
【００８５】
これに対して、本発明によれば、図１乃至図１０に関して詳述したように、旋回軸が不要となり、ロボット装置の機構が大幅に簡略化される。すなわち、制御軸数が少なく、部品点数も大幅に減らすことができる。本発明者の試作検討の結果、図１３に例示した従来型のダブルアームロボット装置と比較して、図４に例示したロボット装置は、部品点数をほほ１／３とすることができ、６０パーセント以上の削減率を得ることができた。その結果として、装置コストが大幅に低減し、信頼性が飛躍的に向上するとともに、保守・メンテナンス性も大幅に向上する。
【００８６】
同時に、ティーチング・ポイントが減るために、ティーチングも容易となる。これは、装置を使用する現場においては、大きなメリットのひとつとなる。
さらに、搬送のスループットすなわち動作のタクトタイムについても、従来のダブルアーム型ロボットと同等あるいはそれよりも良好な結果が得られた。
【００８７】
次に、本発明の第１の変型例について説明する。
【００８８】
図１１は、本発明のロボット装置の変型例を模式的に表す斜視図である。同図については、図１乃至図１０に関して前述したのと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８９】
本変型例においては、サブアームＳのハンドの先端にワークを回転させる回転機構Ｒが付加されている。
【００９０】
図１に関して前述したように、本発明のロボット装置においてメインアームＭにより反転搬送されると、ワークは自転する。これに対して、サブアームＳに回転機構Ｒを設け、ワークの「入れ替え」の際に、ハンドに受け取ったワークを所定の角度だけ回転させてやれば、所定の方位でワークをポイントに受け渡すことができる。あるいは、メインアームＭの下方からサブアームＳがハンドを上昇させて一旦ワークをハンドに受け取り、所定の角度だけ回転させた後に、サブアームＳが再び下降してメインアームＭにワークを受け渡してもよい。
【００９１】
このようにすれば、ワークの方位を任意の角度に調節した後に目的のポイントに搬送することができる。これは、例えば、液晶ディスプレイのガラス基板のような矩形状のワークを搬送する際に用いて好適な変型例である。
【００９２】
なお、このような回転機構ＲをメインアームＭに設けることもできる。すなわち、エンドエフェクタＥのワーク支持部に回転機構を組み込めば、メインアームＭにワーク保持した状態で、ワークを任意の角度に回転して搬送することができる。
【００９３】
次に、本発明の第２の変型例について説明する。
【００９４】
図１２は、本発明のロボット装置の第２の変型例を模式的に表す斜視図である。同図については、図１乃至図１０に関して前述したのと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】
本変型例においては、２本のメインアームＭを有する「ダブルアーム構成」が採用されている。この構成によれば、サブアームＳを用いたワークの「入れ替え」を行うことなく、処理済みワークと未処理ワークの交換・搬送を連続的に行うことができる。
【００９６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００９７】
例えば、メインアーム先端のエンドエフェクタの形状については、図示したものには限定されず、用途に応じて当業者が適宜設計変更して本発明の同様の効果を得ることができる限り本発明の範囲に含まれる。
【００９８】
また、図５乃至図１０に例示した処理装置の構成は一例に過ぎず、カセットの数、ワークの種類や形状、処理モジュールの数やその処理の内容、あるいは、各ポイントの配置関係などは、当業者が適宜設計変更して本発明の同様の効果を得ることができる限り本発明の範囲に含まれる。
【００９９】
さらに、メインアームやサブアームの数についても、前述した具体例には限定されず、用途に応じて適宜設定することができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、従来と同等以上の搬送スループットを維持しつつ、旋回軸が不要となり、ロボット装置の機構が大幅に簡略化される。すなわち、制御軸数が少なく、部品点数も大幅に減らすことができる。その結果として、装置コストが大幅に低減し、信頼性が飛躍的に向上するとともに、保守・メンテナンス性も大幅に向上する。同時に、ティーチング・ポイントが減るために、ティーチングも容易となり、現場に対して極めて使いやすい装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態にかかるロボット装置のメインアームＭを例示する斜視図である。
【図２】メインアームＭの内部構造の一例を表す透視斜視図である。
【図３】メインアームＭの基本動作を模式的に表す平面図である。
【図４】本発明のロボット装置の具体例を模式的に表す斜視図である。
【図５】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図６】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図７】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図８】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図９】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図１０】本発明の処理装置におけるロボットの動作の具体例を模式的に表す平面図である。
【図１１】本発明のロボット装置の変型例を模式的に表す斜視図である。
【図１２】本発明のロボット装置の第２の変型例を模式的に表す斜視図である。
【図１３】従来のロボット装置の要部を模式的に表す斜視図である。
【図１４】従来のロボット装置の一方のアームの基本的な動作を説明するための模式図である。
【図１５】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【図１６】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【図１７】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【図１８】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【図１９】従来のダブルアーム型ロボットの動作を模式的に表す平面図である。
【符号の説明】
１、１００ ロボット装置
２ アーム軸（第１のアーム軸）
２Ａ 第１のアーム
２Ｂ 第２のアーム
４ アーム軸（第２のアーム軸）
４Ａ、４Ｂ ハンド
８、１０８ 昇降軸
１０、１１０ 走行軸
３０ モータ
３５ 固定フランジ
４０ 固定プーリー
５０ タイミングベルト
６０ プーリー
１０６ 旋回軸
２００ ウェーハ（ワーク）
２００Ａ、２００Ｃ 処理済みウェーハ
２００Ｂ 未処理ウェーハ
３００、４００ カセット
５００、６００ 処理モジュール
５１０、６１０ ゲートバルブ
Ｅ エンドエフェクタ
Ｅ１ 凹部（切り込み）
Ｅ２ 隙間
Ｍ メインアーム
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ ポイント
Claims (7)
- 第１の回転駆動手段と、
前記第１の回転駆動手段に結合された第１のアーム軸と、
前記第１のアーム軸に結合され、前記第１の回転駆動手段により回転動作可能な第１のアーム部と、前記第１のアーム部に結合され、前記第１のアーム部とともに屈伸動作する第２のアーム部と、を有するメインアームと、
を備え、
第１のポイントと第２のポイントとの間に前記第１のアーム軸が配置された状態において、前記第１の回転駆動手段により前記第１のアーム軸を回転することにより前記メインアームが展開して前記第２のアーム部の先端が前記第１のポイントにおいてワークを受け取り、その後、前記第１の回転駆動手段により前記第１のアーム軸が回転することにより前記メインアームが反転展開して前記第２のポイントに前記ワークを搬送するロボット装置であって、
第２の回転駆動手段と、
昇降駆動手段と、
前記第２の回転駆動手段及び前記昇降駆動手段に結合された第２のアーム軸と、
前記第２のアーム軸に結合されたサブアームと、
をさらに備え、
前記サブアームは、前記第２のアーム軸から第１の方向に向けて延在する第１のハンドと、前記第２のアーム軸から前記第１の方向とは異なる第２の方向に向けて延在する第２のハンドとを有し、
前記第２のアーム部の前記先端付近において、前記昇降駆動手段により前記第１のハンドが下方から上昇することにより、前記先端に保持された前記ワークを前記第１のハンドが受け取り、その後、前記第２の回転駆動手段により前記第２のアーム軸が回転して前記第２のアーム部の前記先端の上に前記第２のハンドを移動させ、さらに前記昇降駆動手段により前記第２のハンドが下方に降下することにより、前記第２のハンドに保持されていたワークが前記第２のアーム部の前記先端に受け渡されること、を特徴とするロボット装置。 - 前記サブアームは、保持した前記ワークを回転させる回転機構を有することを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
- 前記第１の回転駆動手段により前記第１のアーム軸が回転して前記第１のアーム部が角度θだけ回転すると、これに連動して前記第２のアーム部は角度２θだけ回転することを特徴とする請求項１または２に記載のロボット装置。
- 前記第２のアーム部の前記先端付近において、側面に切り込みが設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のロボット装置。
- 前記第１のアーム軸を上下方向に移動させる昇降手段と、
前記第１のアーム軸を水平方向に移動させる走行手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボット装置。 - 請求項１〜５のいずれか１つに記載のロボット装置と、
ワークに対して処理を施す処理モジュールと、
を備え、
前記ロボット装置は、未処理のワークを前記処理モジュールに搬入し、処理済みのワークを前記処理モジュールから搬出することを特徴とする処理装置。 - 請求項４〜５のいずれか１つに記載のロボット装置と、
ワークに対して処理を施す処理モジュールと、
を備え、
前記ロボット装置は、カセットに収容された未処理のワークを前記カセットから前記処理モジュールに搬送し、前記処理済みのワークを前記処理モジュールから前記カセットに搬送し、
前記第２のアーム部の前記先端付近において側面に設けられた前記切り込みは、前記カセットと前記第２のアーム部とが干渉しないように形成されてなることを特徴とする処理装置。
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