JP4902449B2 - 基板搬送ロボット - Google Patents

Description

本発明は基板搬送ロボットにかかり、特に、高速搬送に適した基板搬送ロボットに関する。

従来より、真空装置内の基板の搬送には、基板搬送ロボットが用いられている。基板搬送ロボットのハンドの表面には窪みが形成されており、窪み内に半導体ウェハ等の基板が配置されると、基板が窪みにはまり込み、ハンドを移動させても基板がハンド上から脱落しないようになっている。

しかし、基板を円滑に着脱するため、凹部の大きさは基板の大きさよりも大きく形成されており、そのため、ハンドを高速に移動させると、基板が着座部上で動き、凹部の壁面と衝突して欠けや割れが発生するという問題がある。
このような不都合を防止するために、ハンド上で基板をクランプする機構が設けられているが、クランプの際に基板が損傷を受ける虞がある。
特開平１０−４１３１号公報 特開平１０−２４９７８２号公報 特開２００３−２５８０７６号公報

本発明は、上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、基板が損傷しない基板搬送ロボットを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、根本部分が回転軸に接続された第一、第二の能動アームと、根本部分が前記第一、第二の能動アームの先端にそれぞれ取り付けられた第一、第二の従動アームと、前記第一、第二の従動アームの先端に取り付けられ、前記回転軸の回転によって移動されるハンドとを有し、前記ハンドには、基板を着座させる着座部と、前記着座部の、前記回転軸側に位置し、前記着座部の内外に出入り可能な保持部材と、前記着座部の前記保持部材とは反対側の縁部分に位置するストッパ部材と、前記第一、第二の能動アームが成すアーム間角度が０°以上１８０°以下の範囲で大きくなると、前記保持部材を前記着座部方向に押圧し、前記保持部材と前記ストッパ部材で前記着座部上に基板を挟む基板搬送ロボットであって、前記保持部材には緩衝部材が設けられ、前記基板を挟む際に、前記緩衝部材が変形するように構成され、前記第一、第二の従動アームの前記先端には、互いに逆方向に同角度回動するように規制された第一、第二の規制ギアを有し、前記ハンドは、前記第一、第二の規制ギアの第一、第二の回動中心に対して静止するように取り付けられ、前記第一、第二の規制ギアに挟まれた規制ギア用ラックと、前記規制ギア用ラックに取り付けられ、前記規制ギア用ラックの移動方向とは反対方向に前記緩衝部材を移動させるリンク機構を有する基板搬送ロボットである。

基板をクランプする際に緩衝部材が変形し、その復元力によって基板がストッパ部材に押しつけられるから、基板に強い力が加わらず、基板は損傷しない。

図１の符号１０は、マルチチャンバ型の真空装置であり、この真空装置１０が有する搬送室１１の内部に、本発明の基板搬送ロボット２０が配置されている。
搬送室１１の周囲には、搬入室１２と、搬出室１３と、複数の処理室１４₁〜１４₄が接続されており、基板搬送ロボット２０によって、各室１１〜１３、１４₁〜１４₄間を、基板を移動させることができるようになている。

図２(ａ)は、基板搬送ロボット２０の側面図、同図(ｂ)、(ｃ)は搬送室１１の天井側から鳥瞰した平面図である。
基板搬送ロボット２０は、回転軸３０と、第一、第二の能動アーム２１ａ，２１ｂと、第一、第二の従動アーム２２ａ，２２ｂと、ハンド２３とを有している。
回転軸３０は、外筒３０ａと、この外筒３０ａの内部に配置された内筒３０ｂで構成されており、外筒３０ａと内筒３０ｂは不図示のモータに接続され、同一の回転軸線Ｐを中心として独立に回転できるように構成されている。

第一、第二の能動アーム２１ａ，２１ｂの根本部分は、一方が外筒３０ａに固定され、他方が内筒３０ｂに固定されている。ここでは、第一の能動アーム２１ａが外筒３０ａに固定され、第二の能動アーム２１ｂが内筒３０ｂに固定されている。
第一、第二の従動アーム２２ａ，２２ｂの根本部分は第一、第二の能動アーム２１ａ，２１ｂの先端部分に、それぞれ回動可能に取り付けられている。

回転軸線Ｐは鉛直に配置されており、第一、第二の能動アーム２１ａ，２１ｂと第一、第二の従動アーム２２ａ，２２ｂは水平に配置されており、従って、第一、第二の能動アーム２１ａ，２１ｂと第一、第二の従動アーム２２ａ，２２ｂは水平面内で移動するように構成されている。
ハンド２３の拡大図を、図４(ａ)、(ｂ)に示す。

第一、第二の従動アーム２２ａ、２２ｂの先端には、図４(ａ)、(ｂ)の符号２５ａ、２５ｂで示した第一、第二の規制ギアがそれぞれ水平に固定されている。
ハンド２３は、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂの中心に設けられたピンに、回動可能に取り付けられている。

図４(ａ)の符号２７は、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂの中心を通る水平な直線を示しており、同図符号２８は、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂの中心の間の中央を通り、回転軸線Ｐと交叉する水平な直線を示している。
第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂは、この二本の直線２７、２８が直交するように配置された状態で互いに歯合されている。

符号Ｑａ，Ｑｂは、第一、第二の従動アーム２２ａ，２２ｂの第一、第二の能動アーム２１ａ，２１ｂに対する回動の中心である第一、第二の回動軸線を示している。
第一の回動軸線Ｑａと回転軸線Ｐの間の距離と、第二の回動軸線Ｑｂと回転軸線Ｐの間の距離は等しくなっている。また、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂの直径は等しく、また、第一の回動軸線Ｑａと第一の規制ギア２５ａの中心との間の距離と、第二の回動軸線Ｑｂと第二の規制ギア２５ｂの中心との間の距離は等しくされている。

このように、第一、第二の能動及び従動アーム２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂが左右対称な状態で、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂが歯合していると、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂは、第一、第二の回動軸線Ｑａ，Ｑｂ周りに互いに逆方向に同角度しか回転できない。従って、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂが回転しても、ハンド２３は第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂに対して同じ方角を向く。

次に、基板をクランプする機構について説明する。
第一例の基板搬送ロボット２０では、ハンド２３は、台座３８と、保持部材４０と、第一、第二のピニオンギア３２ａ，３２ｂとを有している。
台座３８はＵ字状に形成されており、その先端は、回転軸線Ｐを中心とする放射方向外側を向けられている。

図２(ｂ)、(ｃ)の記号θは、第一、第二の能動アーム２１ａ，２１ｂの成すアーム間角度であり、より正確には、第一の回動軸線Ｑａと回転軸線Ｐとを通る水平な直線と、第二の回動軸線Ｑｂと回転軸線Ｐとを通る水平な直線が成す角度である。

第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂが歯合した状態で 内筒３０ｂと外筒３０ａのいずれか一方又は両方が回転し、アーム間角度θの大きさが変わると、ハンド２３は、台座３８の先端が放射方向外側を向いたまま、水平面内を放射方向に沿って移動する。

同図(ｂ)は、このアーム間角度θが１８０°のときの状態であり、第一、第二の能動アーム２１ａ，２１ｂは、回転軸線Ｐを中央にして互いに逆方向を向いている。
同図(ｃ)は、アーム間角度θが１８０°よりも小さいときの状態であり、アーム間角度θが１８０°のときよりもハンド２３は回転軸線Ｐから遠ざかっている。アーム間角度θがゼロに近い値になる程、ハンド２３は回転軸線Ｐから遠ざかる。

保持部材４０の拡大図を図５(ａ)に示す。
図４(ａ)、(ｂ)に示すように、第一、第二のピニオンギア３２ａ，３２ｂは、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂとそれぞれ歯合しており、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂが回転すると、第一、第二のピニオンギア３２ａ，３２ｂがそれぞれ、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂとは逆方向に回転するように構成されている。

保持部材４０は、ピニオンギア用ラック４１を有している。ピニオンギア用ラック４１は、第一、第二のピニオンギア３２ａ，３２ｂの間に挟まれており、根本部分が中心軸線Ｐに向き、先端部分が放射方向外側に向けられた状態で、第一、第二のピニオンギア３２ａ，３２ｂと歯合されている。

アーム間角度θの大きさが変わり、第一、第二のピニオンギア３２ａ，３２ｂが回転すると、ピニオンギア用ラック４１は、第一、第二のピニオンギア３２ａ，３２ｂの間の位置で、放射方向に沿って移動する。その移動方向は、アーム間角度θが小さくなるとき、即ち、ハンド２３が中心軸線Ｐから遠ざかる方向に移動するとき、中心軸線Ｐに近づく方向であり、アーム間角度θが大きくなるとき、即ち、ハンド２３が中心軸線Ｐに近づく方向に移動するとき、中心軸線Ｐから遠ざかる方向である。

ピニオンギア用ラック４１の放射方向の先端には緩衝部材４７が取り付けられており、緩衝部材４７の放射方向の更に外側位置には押圧部材４３が取り付けられている。
ピニオンギア用ラック４１と、緩衝部材４７と、押圧部材４３とは放射方向に沿って配置されており、ピニオンギア用ラック４１、緩衝部材４７、押圧部材４３の順序で、中心軸線Ｐから遠ざかっている。

台座３８の表面には、図３(ａ)に示すように、台座３８の窪みから成る着座部３１が形成されている。
押圧部材４３は、アーム間角度θがゼロ度に近い値の時は、着座部３１の外側に位置しており、アーム間角度θが増加すると、ピニオンギア用ラック４１は緩衝部材４７を放射方向外側に押圧し、緩衝部材４７と押圧部材４３を、その方向に移動させる。

ここでは、アーム間角度θが、予め設定された基準角度θ₀よりも大きくなったとき(θ₀＜θ＜１８０°)に、押圧部材４３が着座部３１の外側から内側に進入するように構成されている。
従って、アーム間角度θが、基準角度θ₀よりも大きい状態では、押圧部材４３は着座部３１の外側に位置し、着座部３１上に基板を配置することができる。

着座部３１が円形であるとすると、図３(ｂ)は、その直径Ｄ_Pよりも小径の直径Ｄ_wを有する基板１５を、着座部３１上に配置した状態を示している。図４(ａ)は、そのときの平面図である。

その状態で、アーム間角度θが増大し、基準角度θ₀よりも大きくなると、押圧部材４３は着座部３１内に進入し基板１５の側面と接触し、基板１５を放射方向外側に移動させる。
着座部３１の外周位置であって、押圧部材４３の移動方向の延長線上にはストッパ部材３４ａ，３４ｂが設けられている。

ストッパ部材３４ａ，３４ｂは、台座３８の窪みの壁面の一部で構成してもよいし、基板１５の表面よりも高く突き出させた突起を着座部３１の縁に配置してもよい。
図３(ｃ)、及び図５(ｂ)に示すように、基板１５の側面がストッパ部材３４ａ，３４ｂに当接した状態を示しており、基板１５と押圧部材４３はそれ以上移動できなくなる。

基板１５がストッパ部材３４ａ，３４ｂに当接したときよりも、更にアーム間角度θが大きくなると、ピニオンギア用ラック４１は緩衝部材４７を押圧し、緩衝部材は、ピニオンギア用ラック４１と押圧部材４３とで挟まれ、変形する。

その状態では、緩衝部材４７(及び後述する各緩衝部材５７、６７、４８)には元の形状に戻ろうとする復元力が発生し、その復元力によって、押圧部材４３は基板１５方向に押圧され、基板１５をストッパ部材３４ａ，３４ｂに押しつける。この状態では、基板１５は、押圧部材４３とストッパ部材３４ａ，３４ｂとに挟まれ、クランプされている。

図５(ｂ)は、緩衝部材４７が変形した状態を示している。
緩衝部材４７の一部はハンド２３に固定されている。図５(ａ)、(ｂ)の符号４６は、緩衝部材４７をハンド２３に固定する固定部材である。
ハンド２３が、搬送室１１内に位置しているときは、基板１５が押圧部材４３とストッパ部材３４ａ，３４ｂとに挟まれる程度にアーム間角度θが大きくなっており、基板搬送ロボット２０が搬送室１１内でハンド２３を高速移動させても、基板１５がハンド２３上から落下することはない。

基板搬送ロボット２０がアームを伸ばし、ハンド２３を搬入又は搬出室１２、１３や処理室１４₁〜１４₄の内部に挿入され、所定の受渡場所に位置する場合には、アーム間角度θは、押圧部材４３が着座部３１の外側に移動する程度に小さくなっており、押圧部材４３は基板１５の側面から離間し、緩衝部材４７の変形は解除され、もとの形状に戻っている。

この状態では、基板１５はハンド２３上から、各室１２、１３、１４₁〜１４₄内の基板保持装置(不図示)等へ受け渡しが可能である。また、空の状態のハンド２３が各室１２、１３、１４₁〜１４₄内に挿入されていた場合、そのハンド２３上に基板を乗せることができる。

以上説明したように、本発明では、ハンド２３が搬送室１１内に位置するときは、基板１５はクランプされており、搬送室１１に接続された各室１２、１３、１４₁〜１４₄内の受渡場所に位置するときは、基板１５のクランプは解除されている。これにより、基板１５が高速搬送されても、基板１５が損傷することはない。

上記実施例では、ラック＆ピニオン機構によって、基板１５を挟んだが、本発明はそれに限定されるものではない。
例えば、図６(ａ)、(ｂ)に示すように、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂに、それぞれ突起２６ａ，２６ｂを設けてカム構造にし、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂと着座部３１の間に配置された保持部材５０を押圧するようにしてもよい。

ここでは、アーム間角度θが所定の設定角度以上になると、突起２６ａ，２６ｂが、保持部材５０が有する緩衝部材５７と接触し、緩衝部材５７を着座部３１方向に押圧する。
緩衝部材５７の着座部３１側には押圧部材４３が設けられており、アーム間角度θが、予め設定された基準角度θ₀になると、押圧部材４３が着座部３１内に進入し、更に小さくなると押圧部材４３は基板１５の側面に接触し、基板１５を移動させ、基板１５の側面をストッパ部材３４ａ，３４ｂに押しつける。

アーム間角度θが小さくなり、押圧部材４３が基板１５から離間し、緩衝部材５７が復元すると、基板１５をハンド２３上から他の場所に移載することができる。
図６(ａ)は、突起２６ａ，２６ｂが緩衝部材５７から離間した状態を示しており、同図(ｂ)は、突起２６ａ，２６ｂが緩衝部材５７を変形させている状態を示している。

また、カム構造ではなく、図７(ａ)、(ｂ)に示すような、リンク機構６４を有する保持部材６０を設けても良い。この保持部材６０を有する基板搬送ロボットでは、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂの間に、規制ギア用ラック６１が挟まれており、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂは、規制ギア用ラック６１とそれぞれ歯合され、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂが、互いに同角度反対方向に回転するように構成されている。

この規制ギア用ラック６１は、放射方向に沿って配置されており、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂが回転すると、規制ギア用ラック６１は、放射方向に沿って移動する。
規制ギア用ラック６１の、着座部３１側を向く先端には、リンク機構６４が設けられており、リンク機構６４の着座部３１側には、緩衝部材６７と押圧部材４３がこの順序で配置されている。

規制ギア用ラック６１とリンク機構６４の拡大図を図８(ａ)、(ｂ)に示す。リンク機構６４は、Ｘ字状に組み合わされ、その交叉部分が支点軸６２によってハンド２３に回動可能に取り付けられた第一、第二の伸縮腕６６ａ，６６ｂと、該第一、第二の伸縮腕６６ａ，６６ｂの規制ギア用ラック６１側の先端に、ピン６５ａ，６５ｂによってそれぞれ回動可能に取り付けられた第三、第四の伸縮腕６６ｃ，６６ｄを有している。

第一、第二の伸縮腕６６ａ，６６ｂの着座部３１側の先端は、緩衝部材６７と接触するように配置されており、第三、第四の伸縮腕６６ｃ，６６ｄの規制ギア用ラック６１側の先端は、規制ギア用ラック６１に回動可能に取り付けられている。

この構成では、規制ギア用ラック６１が支点軸６２に近づく方向に移動すると、第一、第二の伸縮腕６６ａ，６６ｂの、着座部３１側の先端は、支点軸６２方向に移動し、逆に、規制ギア用ラック６１が支点軸６２から遠ざかる方向に移動すると、第一、第二の伸縮腕６６ａ，６６ｂの着座部３１側の先端は、着座部３１側に移動し、押圧部材４３を押圧する。

規制ギア用ラック６１は、アーム間角度θが減少すると、支点軸６２に近づき、増加すると支点軸から遠ざかる。
従って、アーム間角度θが増大するとき、押圧部材４３は着座部３１の内部に進入し、基板１５をクランプする。

図７(ａ)、図８(ａ)は、押圧部４３が着座部３１の外部に位置する状態であり、この状態ではハンド２３上に基板１５を配置し、又はハンド２３上から基板１５を移動させることができる。
図７(ｂ)、図８(ｂ)は、押圧部が基板１５をクランプしている状態であり、緩衝部材６７は変形し、その復元力によって、基板１５がストッパ部材３４ａ，３４ｂに押しつけられている。

上記保持部材６０では、リンク機構６４と押圧部材４３の間に緩衝部材６７が配置されていたが、図９(ａ)、(ｂ)に示した保持部材７０のように、前例と同じリンク機構６４を押圧部材４３と直結し、押圧部材４３の先端の基板１５の側面と接触する部分に、ゴムなどの弾性体から成る緩衝部材４８を設けてもよい。

この場合、緩衝部材４８が基板１５の側面に当接されて押圧されると、緩衝部材４８は変形し、その復元力によって基板１５がストッパ部材３４ａ，３４ｂに押しつけられる。
同図(ａ)は、押圧部材４３と緩衝部材４８が着座部３１の外側に移動し、緩衝部材４８が基板１５から離間している状態、同図(ｂ)は、緩衝部材４８によって基板１５がストッパ部材３４ａ，３４ｂに押しつけられている状態を示している。

なお、上記第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂは、二本の直線２７、２８（図４（ａ））が直交するように配置された状態で、直接又は規制ギア用ラック６１を介して互いに歯合されており、互いに同角度逆方向に回転するように構成されていたが、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂが離間し、歯合していなくても、第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂの間に８の字状にベルトを巻き回し、それによって、互いに同角度逆方向に回転するようにしてもよい。要するに、互いに同角度逆方向に回転し、ハンド２３が第一、第二の規制ギア２５ａ，２５ｂに対して常に同方角を向くようにすればよい。

また、上記実施例では、回転軸３０は外筒３０ａと内筒３０ｂを有しており、同一の回転軸線Ｐを中心に回転したが、第一の能動アームの根本が固定された第一の回転軸と、第二の能動アームの根本が固定された第二の回転軸とが、同軸ではないように離間して配置されていてもよい。この場合、第一、第二の能動アームは、互いに離間した第一、第二の回転軸線を中心に、それぞれ回転するように構成される。

本発明の基板搬送ロボットが用いられるマルチチャンバ型の真空装置の一例 (ａ)：本発明の基板搬送ロボットの側面図 (ｂ)、(ｃ)：その基板搬送ロボットを天井側から鳥瞰した平面図 (ａ)〜(ｃ)：基板と着座部の大きさの関係を説明するための図面 (ａ)、(ｂ)：本発明の基板搬送ロボットの第一例を説明するための図 (ａ)、(ｂ)：その基板搬送ロボットの保持部材の動作を説明するための図 (ａ)、(ｂ)：本発明の基板搬送ロボットの第二例を説明するための図 (ａ)、(ｂ)：本発明の基板搬送ロボットの第三例を説明するための図 (ａ)、(ｂ)：その基板搬送ロボットの保持部材の動作を説明するための図 (ａ)、(ｂ)：本発明の基板搬送ロボットの第四例を説明するための図

符号の説明

１５……基板
２０……基板搬送ロボット
２１ａ，２１ｂ……第一、第二の能動アーム
２２ａ，２２ｂ……第一、第二の従動アーム
２５ａ，２５ｂ……第一、第二の規制ギア
３０……回転軸
３２ａ，３２ｂ……第一、第二のピニオンギア
４０、５０、６０、７０……保持部材
４１……ピニオンギア用ラック
３４ａ，３４ｂ……ストッパ部材
４７、４８、５７、６７……緩衝部材
６１……規制ギア用ラック

Claims (1)

1. 根本部分が回転軸に接続された第一、第二の能動アームと、
   根本部分が前記第一、第二の能動アームの先端にそれぞれ取り付けられた第一、第二の従動アームと、
   前記第一、第二の従動アームの先端に取り付けられ、前記回転軸の回転によって移動されるハンドとを有し、
   前記ハンドには、基板を着座させる着座部と、
   前記着座部の、前記回転軸側に位置し、前記着座部の内外に出入り可能な保持部材と、
   前記着座部の前記保持部材とは反対側の縁部分に位置するストッパ部材と、
   前記第一、第二の能動アームが成すアーム間角度が０°以上１８０°以下の範囲で大きくなると、前記保持部材を前記着座部方向に押圧し、前記保持部材と前記ストッパ部材で前記着座部上に基板を挟む基板搬送ロボットであって、
   前記保持部材には緩衝部材が設けられ、
   前記基板を挟む際に、前記緩衝部材が変形するように構成され、
   前記第一、第二の従動アームの前記先端には、
   互いに逆方向に同角度回動するように規制された第一、第二の規制ギアを有し、
   前記ハンドは、前記第一、第二の規制ギアの第一、第二の回動中心に対して静止するように取り付けられ、
   前記第一、第二の規制ギアに挟まれた規制ギア用ラックと、
   前記規制ギア用ラックに取り付けられ、前記規制ギア用ラックの移動方向とは反対方向に前記緩衝部材を移動させるリンク機構を有する基板搬送ロボット。

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