JP6453353B2 - 基板搬送ロボットおよびその運転方法 - Google Patents

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Description

本発明は、共通の旋回軸線を有する左右のアームを備えた基板搬送ロボットおよびその運転方法に関する。
従来、半導体ウェハなどの基板を搬送するための基板搬送ロボットとして、左右のアームを備えた基板搬送ロボットが知られている。基板搬送ロボットの各アームは、旋回軸線周りに回転可能な第1リンク部材と、第1リンク部材の先端部に回転可能に接続された第2リンク部材と、第2リンク部材の先端部に回転可能に接続された基板保持部材(ハンド)とを有する。
ロボット構造の簡素化等のために、左右のアームを備えた基板搬送ロボットの中には、左右アームの旋回軸線を共通化した基板搬送ロボットがある(特許文献1)。このタイプの基板搬送ロボットにおいては、第1リンク部材と第2リンク部材とが同じ長さで構成されると共に、左右の基板保持部材が異なる高さに配置されている。
一方、基板搬送ロボットにおいて、左右アームの旋回軸線を共通化すると共に、左右基板保持部材を同じ高さに配置した場合、第1リンク部材と第2リンク部材とを同じ長さに設定すると、アームをそれらの伸長状態から収縮状態へと変化させる際に、左右アームの第2リンク部材同士が干渉したり、或いは第2リンク部材と旋回軸とが干渉するという問題がある。
このような第2リンク部材同士の干渉、または第2リンク部材と旋回軸との干渉の問題を解決するために、第2リンク部材の長さを第1リンク部材の長さよりも短く設定することが考えられる。
ところで、第1リンク部材と第2リンク部材とを同じ長さに設定した場合には、旋回軸線周りの第1リンク部材の回転速度と、第1リンク部材の先端部の第1回転軸線周りの第2リンク部材の回転速度とを1:2に設定することにより、第2リンク部材の先端部の移動軌跡を直線状にすることができる。
そして、第1回転軸線周りの第2リンク部材の回転速度と、第2リンク部材の先端部の第2回転軸線周りの基板保持部材の回転速度とを2:1に設定することにより、アームの伸縮動作における基板保持部材の姿勢を一定に維持し、基板保持部材の移動軌跡を直線状にすることができる。
特開平5−109866号公報
一方、左右アームの第2リンク部材同士の干渉の問題、或いは第2リンク部材と旋回軸との干渉の問題を解決するために、第2リンク部材の長さを第1リンク部材の長さよりも短く設定した場合には、アームの伸縮動作時における第2リンク部材の先端部の移動軌跡が、直線から大きく逸脱した曲線状になるという問題がある。これに伴って、基板保持部材の姿勢を一定に維持することが困難となり、基板保持部材の移動軌跡が、直線から大きく逸脱した曲線状になる。
基板保持部材の移動軌跡の直線性が十分に確保できない場合には、目標位置に基板保持部材を位置合わせすることが難しくなる。特に、第1リンク部材と第2リンク部材と基板保持部材とが、プーリおよびベルトで構成された動力伝達機構によって連動するように構成されている場合、前後方向(X方向)および左右方向(Y方向)に十分に高い自由度をもって基板保持部材の位置を調整することが困難である。
本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、共通の旋回軸線を有する左右のアームを備え、同一高さに配置された左右の基板保持部材を有する基板搬送ロボットにおいて、アーム伸縮動作時における基板搬送部材の移動軌跡を略直線状にすることを目的とする。
また、本発明は、共通の旋回軸線を有する左右のアームを備え、同一高さに配置された左右の基板保持部材を有する基板搬送ロボットにおいて、前後方向(X方向)および左右方向(Y方向)に十分に高い自由度をもって基板保持部材の位置を調整できるようにすることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様による基板搬送ロボットは、共通の旋回軸線を有する左右のアームと、前記左右のアームを駆動するためのアーム駆動手段と、前記アーム駆動手段を制御するための制御手段と、を備え、前記左右のアームのそれぞれは、基端部に前記旋回軸線を持ち、先端部に第1回転軸線を持つ第1リンク部材と、基端部に前記第1回転軸線を持ち、先端部に第2回転軸線を持つ第2リンク部材と、基板を保持可能に構成され、前記第2回転軸線周りに回転可能な基板保持部材と、を有し、前記左右のアームの前記基板保持部材同士は、互いに同じ高さに配置されており、前記第2回転軸線は、前記第1回転軸線よりも左右方向内側に位置しており、前記アーム駆動手段は、前記旋回軸線周りに前記第1リンク部材を回転させるための第1駆動部と、前記第1リンク部材から独立して前記旋回軸線周りに回転可能な旋回プーリと、前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材と一体に回転可能な第1プーリと、前記旋回プーリと前記第1プーリとを連結するベルトと、前記第1回転軸線に合わせて配置され、前記第1リンク部材に固定された第2プーリと、前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材と一体に回転可能な第3プーリと、前記第2プーリと前記第3プーリとを連結するベルトと、を有し、前記旋回プーリを固定した状態で前記第1駆動部によって前記第1リンク部材を前記旋回軸線周りに回転させて前記アームを伸縮させたときの前記基板保持部材の移動軌跡が略直線状となるように、前記旋回プーリ、前記第1プーリ、前記第2プーリ、および前記第3プーリの間のプーリ比が設定されている、ことを特徴とする。
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記プーリ比は、前記アームの実適用ストローク範囲内における前記基板保持部材の前記移動軌跡が略直線状となるように設定されている、ことを特徴とする。
本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記プーリ比は、前記アームの前記実適用ストローク範囲のうちの前方領域のストローク範囲における前記基板保持部材の前記移動軌跡が略直線状となるように設定されている、ことを特徴とする。
本発明の第4の態様は、第1乃至第3のいずれかの態様において、前記制御手段は、前記旋回プーリを回転させることにより、前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材を回転させると共に前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材を回転させて前記基板保持部材の位置を調整する機能を有する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の第5の態様による基板搬送ロボットは、共通の旋回軸線を有する左右のアームと、前記左右のアームを駆動するためのアーム駆動手段と、前記アーム駆動手段を制御するための制御手段と、を備え、前記左右のアームのそれぞれは、基端部に前記旋回軸線を持ち、先端部に第1回転軸線を持つ第1リンク部材と、基端部に前記第1回転軸線を持ち、先端部に第2回転軸線を持つ第2リンク部材と、基板を保持可能に構成され、前記第2回転軸線周りに回転可能な基板保持部材と、を有し、前記左右のアームの前記基板保持部材同士は、互いに同じ高さに配置されており、前記第2回転軸線は、前記第1回転軸線よりも左右方向内側に位置しており、前記アーム駆動手段は、前記旋回軸線周りに前記第1リンク部材を回転させるための第1駆動部と、前記第1リンク部材から独立して前記旋回軸線周りに回転可能な旋回プーリと、前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材と一体に回転可能な第1プーリと、前記旋回プーリと前記第1プーリとを連結するベルトと、前記第1回転軸線に合わせて配置され、前記第1リンク部材に固定された第2プーリと、前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材と一体に回転可能な第3プーリと、前記第2プーリと前記第3プーリとを連結するベルトと、を有し、前記制御装置は、前記旋回プーリを回転させることにより、前記第1軸線周りに前記第2リンク部材を回転させると共に前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材を回転させて前記基板保持部材の位置を調整する機能を有する、ことを特徴とする。
本発明の第6の態様は、第1乃至第5のいずれかの態様において、前記左右のアームを上下に二組備えている、ことを特徴とする。
本発明の第7の態様は、第6の態様において、上段の前記左右のアームのうちのいずれか1つのアームの前記旋回プーリと、下段の前記左右のアームのうちのいずれか1つのアームの前記旋回プーリとが、互いに一体に回転するように連結されている、ことを特徴とする。
本発明の第8の態様は、第7の態様において、上段左側の前記アームの前記旋回プーリと下段右側の前記アームの前記旋回プーリとが連結されると共に、上段右側の前記アームの前記旋回プーリと下段左側の前記アームの前記旋回プーリとが連結されている、ことを特徴とする。
本発明の第9の態様は、第1乃至第8のいずれかの態様において、前記アームを前記旋回軸線周りに回転させたときの旋回半径が最大となるアーム伸長状態から、前記旋回半径が最小となるアーム収縮状態へと前記左右のアームの状態を変化させる際に、前記第2回転軸線が前記旋回軸線の位置を越えて前側から後側に移動する、ことを特徴とする。
本発明の第10の態様は、第1乃至第9のいずれかの態様において、前記アーム駆動手段は、前記左右のアームのそれぞれを独立して駆動できるように構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第11の態様は、第1乃至第10のいずれかの態様において、前記制御手段は、前記アームの伸縮動作において、前記旋回プーリおよび前記第1リンク部材を、同時または異なるタイミングで回転させる機能を有する、ことを特徴とする。
本発明の第12の態様は、第1乃至第11のいずれかの態様において、前記アームを前記旋回軸線に沿って昇降させるための昇降駆動手段をさらに有する、ことを特徴とする。
本発明の第13の態様は、第1乃至第12のいずれかの態様において、前記ベルトは、スチールベルトである、ことを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の第14の態様は、共通の旋回軸線を有する左右のアームと、前記左右のアームを駆動するためのアーム駆動手段と、を備えた基板搬送ロボットの運転方法であって、前記左右のアームのそれぞれは、基端部に前記旋回軸線を持ち、先端部に第1回転軸線を持つ第1リンク部材と、基端部に前記第1回転軸線を持ち、先端部に第2回転軸線を持つ第2リンク部材と、基板を保持可能に構成され、前記第2回転軸線周りに回転可能な基板保持部材と、を有し、前記左右のアームの前記基板保持部材同士は、互いに同じ高さに配置されており、前記第2回転軸線は、前記第1回転軸線よりも左右方向内側に位置しており、前記アーム駆動手段は、前記旋回軸線周りに前記第1リンク部材を回転させるための第1駆動部と、前記第1リンク部材から独立して前記旋回軸線周りに回転可能な旋回プーリと、前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材と一体に回転可能な第1プーリと、前記旋回プーリと前記第1プーリとを連結するベルトと、前記第1回転軸線に合わせて配置され、前記第1リンク部材に固定された第2プーリと、前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材と一体に回転可能な第3プーリと、前記第2プーリと前記第3プーリとを連結するベルトと、を有し、前記旋回プーリを回転させることにより、前記第1軸線周りに前記第2リンク部材を回転させると共に前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材を回転させて前記基板保持部材の位置を調整する、ことを特徴とする。
本発明の第15の態様は、第14の態様において、前記基板搬送ロボットは、前記左右のアームを上下に二組備えており、上段の前記左右のアームのうちのいずれか1つのアームの前記旋回プーリと、下段の前記左右のアームのうちのいずれか1つのアームの前記旋回プーリとが、互いに一体に回転するように連結されている、ことを特徴とする。
本発明の第16の態様は、第15の態様において、上段左側の前記アームの前記旋回プーリと下段右側の前記アームの前記旋回プーリとが連結されると共に、上段右側の前記アームの前記旋回プーリと下段左側の前記アームの前記旋回プーリとが連結されている、ことを特徴とする。
本発明の第17の態様は、第14乃至第16のいずれかの態様において、前記左右のアームのそれぞれを独立に駆動する、ことを特徴とする。
本発明の第18の態様は、第14乃至第17のいずれかの態様において、前記アームの伸縮動作において、前記旋回プーリおよび前記第1リンク部材を、同時または異なるタイミングで回転させる、ことを特徴とする。
本発明によれば、共通の旋回軸線を有する左右のアームを備え、同一高さに配置された左右の基板保持部材を有する基板搬送ロボットにおいて、アーム伸縮動作時における基板搬送部材の移動軌跡を略直線状にすることができる。
本発明によれば、共通の旋回軸線を有する左右のアームを備え、同一高さに配置された左右の基板保持部材を有する基板搬送ロボットにおいて、前後方向(X方向)および左右方向(Y方向)に十分に高い自由度をもって基板保持部材の位置を調整することができる。
本発明の一実施形態による基板搬送ロボットの概略構成を示した平面図。 図1に示した基板搬送ロボットの概略構成を説明するための他の平面図。 図1に示した基板搬送ロボットの概略構成を示した背面図。 図1に示した基板搬送ロボットのアーム駆動手段を説明するための縦断面図。 図1に示した基板搬送ロボットのアーム駆動手段を説明するための他の縦断面図。 図1に示した基板搬送ロボットのアーム駆動手段を説明するための側面図。 図1に示した基板搬送ロボットのアーム伸縮動作を説明するための平面図。 図1に示した基板搬送ロボットのプーリ比の最適化方法を説明するための図。 図1に示した基板搬送ロボットのプーリ比の最適化方法を説明するための他の図。 図1に示した基板搬送ロボットのプーリ比の最適化方法を説明するための他の図。 図1に示した基板搬送ロボットの他の運転方法を説明するための平面図。 図1に示した基板搬送ロボットにおける基板保持部材の位置調整動作を説明するための平面図。 図1に示した基板搬送ロボットにおける基板保持部材の位置調整動作を説明するための他の平面図。
以下、本発明の一実施形態による基板搬送ロボットおよびその運転方法について、図面を参照して説明する。
図1乃至図4に示したように、本実施形態による基板搬送ロボット1は、共通の旋回軸線L0を有する上段の左右のアーム2La、2Raと、共通の旋回軸線L0を有する下段の左右アーム2Lb、2Rbを備えている。上段の左右アーム2La、2Raの共通の旋回軸線L0と下段の左右アーム2Lb、2Rbの共通の旋回軸線L0とは一致している。
図1においては、上段の左右アーム2La、2Raがアーム収縮状態にあり、下段の左右アーム2Lb、2Rbがアーム伸長状態にある。ここでアーム収縮状態とは、アームを旋回軸線L0周りに回転させたときの旋回半径が最小となる状態であり、アーム伸長状態とは、アームを旋回軸線L0周りに回転させたときの旋回半径が最大となる状態である。
上段の左右アーム2La、2Raと下段の左右アーム2Lb、2Rbとは、アーム収縮状態において上下方向から見て重なり合っており、両者は共通の最小旋回半径を有している。また、上段の左右アーム2La、2Raと下段の左右アーム2Lb、2Rbとは、アーム伸長状態においても上下方向から見て重なり合っており、両者は共通の最大リーチを有している。
図1に示したように、上段の左右アーム2La、2Raは、それぞれ、中空の第1リンク部材3a、中空の第2リンク部材4aおよび基板保持部材(ハンド)5aを備えている。
第1リンク部材3aは、基端部に旋回軸線A0を持ち、先端部に第1回転軸線A1aを持っており、旋回軸線A0周りに回転可能である。第2リンク部材4aは、基端部に第1回転軸線A1aを持ち、先端部に第2回転軸線A2aを持っており、第1回転軸線A1a周りに回転可能である。第2リンク部材4aの先端部の第2回転軸線A2aは、第1リンク部材3aの先端部の第1回転軸線A1aよりも左右方向内側に位置している。
同様に、下段の左右アーム2Lb、2Rbのそれぞれは、中空の第1リンク部材3b、中空の第2リンク部材4b、および基板保持部材(ハンド)5bを備えている。
第1リンク部材3bは、基端部に旋回軸線A0を持ち、先端部に第1回転軸線A1bを持っており、旋回軸線A0周りに回転可能である。第2リンク部材4bは、基端部に第1回転軸線A1bを持ち、先端部に第2回転軸線A2bを持っており、第1回転軸線A1b周りに回転可能である。第2リンク部材4bの先端部の第2回転軸線A2bは、第1リンク部材3bの先端部の第1回転軸線A1bよりも左右方向内側に位置している。
基板保持部材5a、5bは、半導体ウェハなどの基板Sを保持可能に構成されており、基端部に第2回転軸線A2a、A2bを持ち、第2回転軸線A2a、A2b周りに回転可能である。
図3および図4に示したように、上段の右アーム2Raを構成する各部材は、上から順に、中空の第1リンク部材3a、中空の第2リンク部材4a、および基板保持部材(ハンド)5aである。上段の左アーム2Laも同様の構成である。
また、下段の右アーム2Rbを構成する各部材は、下から順に、中空の第1リンク部材3b、中空の第2リンク部材4b、および基板保持部材(ハンド)5bである。下段の左アーム2Lbも同様の構成である。
図4に示したように、下段の右アーム2Rbの第1リンク部材3bの基端部の下面には、旋回軸線A0周りに第1リンク部材3bを回転させるためのアーム駆動軸(第1駆動部)6Rbの上端が固定されている。第1リンク部材3bの基端部の内部には、第1リンク部材3bから独立して旋回軸線A0周りに回転可能な旋回プーリ7Rb設けられている。旋回プーリ7Rbの中央下面には、旋回軸A0周りに旋回プーリ7Rbを回転させるためのプーリ駆動軸8Bの上端が固定されている。
筒状のアーム駆動軸6Rbの内部に筒状のプーリ駆動軸8Bが挿通されており、アーム駆動軸6Rbとプーリ駆動軸8Bとは、旋回軸線A0を中心として同心状に配置されている。
第1リンク部材3bの先端部の内部には、第1リンク部材3bから独立して第1回転軸線A1b周りに回転可能な第1プーリ9Rbが設けられている。第1プーリ9Rbの上面は、連結軸を介して第2リンク部材4bの基端部の下面に連結されている。第1プーリ9Rbは、第1回転軸線A1b周りに第2リンク部材4bと一体に回転する。
旋回プーリ7Rbと第1プーリ9Rbとは、第1ベルト10Rbによって連結されており、第1ベルト10Rbを介して両プーリ7Rb、9Rbが連動して回転する。第1ベルト10Rbは、好ましくはスチールベルトである。スチールベルトを用いることにより、パーティクルの発生を抑制し、また、アウトガスの発生を抑えることができるので、半導体製造装置の処理室など、クリーン度が高い環境や真空領域での使用に適している。
なお、本発明による基板搬送ロボットで使用可能なベルトは、スチールベルトに限られるものではなく、例えばゴム製のタイミングベルトを使用することもできる。
第2リンク部材4bの基端部の内部には、第2リンク部材4bから独立して第1回転軸線A1b周りに回転可能な第2プーリ11Rbが設けられている。第2プーリ11Rbの下面は、連結軸を介して第1リンク部材3bに固定されている。第2プーリ11Rbの連結軸は、第1プーリ9Rbの筒状の連結軸の内部に挿通されており、第1プーリ9Rbと第2プーリ11Rbとは、第1回転軸線A1bを中心として同心状に配置されている。
第2リンク部材4bの先端部の内部には、第2リンク部材4bから独立して第2回転軸線A2b周りに回転可能な第3プーリ12Rbが設けられている。第3プーリ12Rbの上面は、連結軸を介して基板保持部材5bの基端部の下面に連結されている。第3プーリ12Rbは、第2回転軸線A2b周りに基板保持部材5bと一体に回転する。
第2プーリ11Rbと第3プーリ12Rbとは、第2ベルト13Rbによって連結されており、第2ベルト13Rbを介して両プーリ11Rb、12Rbが連動して回転する。第2ベルト13Rbは、好ましくはスチールベルトである。上述したように、スチールベルトを用いることにより、パーティクルの発生を抑制することができる。
上述したアーム駆動軸6Rb、プーリ駆動軸8B、旋回プーリ7Rb、第1プーリ9Rb、第2プーリ11Rb、第3プーリ12Rb、第1ベルト10Rb、および第2ベルト13Rbは、下段の右アーム2Rbのアーム駆動手段を構成している
以上、下段の右アーム2Rbおよびそのアーム駆動手段の構成について説明したが、図4に示したように、上段の右アーム2Raおよびそのアーム駆動手段の構成は、基本的に、下段の右アーム2Rbおよびそのアーム駆動手段の構成を、アーム駆動軸およびプーリ駆動軸以外の部分について上下反転させた構成となっている。
上段の右アーム2Raおよびその駆動手段は、内部構造として、上述した下段の右アーム2Rbと同様に、旋回プーリ7Ra、第1プーリ9Ra、第1ベルト10Ra、第2プーリ11Ra、第3プーリ12Ra、および第2ベルト13Raを備えている。
また、下段の左アーム2Lbおよびそのアーム駆動手段の構成は、基本的に、下段の右アーム2Rbおよびそのアーム駆動手段の構成を、左右反転させた構成となっている。また、上段の左アーム2Laおよびそのアーム駆動手段の構成は、基本的に、上段の右アーム2Raの構成を、左右反転させた構成となっている。
図3に示したように、下段の左右アーム2Lb、2Rbの基板保持部材5b同士は、互いに同じ高さに配置されており、また、上段の左右アーム2La、2Raの基板保持部材5a同士は、互いに同じ高さに配置されている。
上段の左右アーム2La、2Raの各アーム駆動手段は、左右アーム2La、2Raのそれぞれを独立して駆動できるように構成されている。同様に、下段の左右アーム2Lb、2Rbの各アーム駆動手段は、左右アーム2Lb、2Rbのそれぞれを独立して駆動できるように構成されている。
図5に示したように、基板搬送ロボット1のアーム駆動手段においては、旋回軸線A0周りに同心状に4本のアーム駆動軸6La、6Ra、6Lb、6Rbと、2本のプーリ駆動軸8A、8Bとが配置されている。
上段の右アーム2Raのアーム駆動軸6Raが最も内側に配置されており、その外側に上段の左アーム2Laのアーム駆動軸6Laが配置されている。
上段の左アーム2Laのアーム駆動軸6Laの外側には、下段の右アーム2Rbのプーリ駆動軸8Bが配置されている。下段の右アーム2Rbの旋回プーリ7Rbと上段の左アーム2Laの旋回プーリ7Laとが、プーリ連結部材14Aによって連結されており、両プーリ7Rb、7Laは一体に回転する。このため、単一の駆動源によって2つのプーリ7Rb、7Laを同時に回転させることができる。
プーリ駆動軸8Bの外側には、下段の右アーム2Rbのアーム駆動軸6Rbが配置されており、その外側に下段の左アーム2Lbのアーム駆動軸6Lbが配置されている。
下段の左アーム2Lbのアーム駆動軸6Lbの外側には、下段の左アーム2Lbのプーリ駆動軸8Aが配置されている。下段の左アーム2Lbの旋回プーリ7Lbと上段の右アーム2Raの旋回プーリ7Raとが、プーリ連結部材14Bによって連結されており、両プーリ7Lb、7Raは一体に回転する。このため、単一の駆動源によって2つのプーリ7Lb、7Raを同時に回転させることができる。
なお、アーム駆動軸6La、6Ra、6Lb、6Rbおよびプーリ駆動軸8A、8Bの配列は、図5に示した配列に限られるものではなく、各種の配列を取ることができる。
上段の左右アーム2La、2Raの旋回プーリ7La、7Raには、それぞれ、第1ベルト10La、10Raが装着されている。下段の左右アーム2Lb、2Rbの旋回プーリ7Lb、7Rbには、それぞれ、第1ベルト10Lb、10Rbが装着されている。
各アーム駆動軸6La、6Ra、6Lb、6Rbおよび各プーリ駆動軸8A、8Bは、各軸受け部材15によって回転可能に支持されている。各アーム駆動軸6La、6Ra、6Lb、6Rbおよび各プーリ駆動軸8A、8Bは、各下端部に各動力伝達部16が形成されている。各動力伝達部16には、各サーボモータ(図示せず)からの動力が伝達され、これにより、各アーム駆動軸6La、6Ra、6Lb、6Rbおよび各プーリ駆動軸8A、8Bが、それぞれ独立に回転駆動される。
図6に示したように、本実施形態による基板搬送ロボット1は、上段および下段の左右のアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの全体を旋回軸線A0に沿って昇降させるための昇降駆動手段17を備えている。昇降駆動手段17は、好ましくは、駆動源としてサーボモータを有する。上段および下段の左右アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの各アーム駆動手段の駆動源および昇降駆動手段の駆動源は、ロボットコントローラ(制御手段)18によって制御される。
本実施形態による基板搬送ロボット1においては、プーリ駆動軸8A、8Bを固定して旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを固定した状態で、アーム駆動軸6La、6Ra、6Lb、6Rbを旋回させて第1リンク部材3a、3bを旋回軸線A0周りに回転させると、プーリおよびベルトで構成された動力伝達機構によって第2リンク部材4a、4bおよび基板保持部材5a、5bに動力が伝達され、これにより、図7に示したようにアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの伸縮動作が行なわれる。
このように旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを固定した状態で第1リンク部材3a、3bを回転させることにより、アーム伸縮動作時に基板保持部材5a、5bの姿勢が一定に維持される。このため、基板搬送時における周囲構造物等との干渉や、基板収容部(FOUP、ロードロック室内の基板載置棚等)への基板挿入時における基板収容部の内壁面との干渉を確実に防止することができる。
なお、本実施形態による基板搬送ロボット1において、上段および下段のアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの全体を旋回軸線A0周りに旋回させる際には、アーム駆動軸6La、6Ra、6Lb、6Rbおよびプーリ駆動軸8a、8bを同じ回転速度で同時に回転させる。
本実施形態による基板搬送ロボット1においては、アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbを旋回軸線A0周りに回転させたときの旋回半径が最大となるアーム伸長状態から、旋回半径が最小となるアーム収縮状態へと左右のアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの状態を変化させる際に、第2回転軸線A2a、A2bが旋回軸線A0の位置を越えて前側から後側に移動するように構成されている。
このため、基板搬送部材5a、5bを後方に大きく引込むことが可能であり、図1に示したような前後方向の寸法が比較的大きな基板搬送部材5a、5bを用いた場合でも、所望の最小旋回半径を確保することができる。
次に、本実施形態による基板搬送ロボット1においては、旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを固定した状態でアーム駆動軸(第1駆動部)6La、6Ra、6Lb、6Rbによって第1リンク部材3a、3bを旋回軸線A0周りに回転させてアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbを伸縮させたときの基板保持部材5a、5bの移動軌跡が略直線状となるように、旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rb、第1プーリ9Ra、9Rb、第2プーリ11Ra、11Rb、および第3プーリ12Ra、12Rbの間のプーリ比が設定されている。
以下、本実施形態におけるプーリ比の最適化方法について説明する。本実施形態においては、旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rb、第1プーリ9Ra、9Rb、第2プーリ11Ra、11Rb、および第3プーリ12Ra、12Rbの間のプーリ比が、アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの実適用ストローク範囲内における基板保持部材5a、5bの移動軌跡が略直線状となるように設定されている。
まず、図8を参照してアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの実適用ストロークについて説明する。図8において直交座標の原点Oは旋回軸線A0の位置に対応し、X軸は旋回軸線A0の位置からの前後方向の距離を、Y軸は旋回軸線A0の位置からの左右方向の距離をそれぞれ示している。なお、本実施形態において、基板保持部材5a、5bの姿勢は、X軸に平行である。
図8に示されているように、アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbを旋回軸線A0周りに回転させたときの旋回半径が最小となるアーム収縮状態においては、アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの第2回転軸線A2a、A2bが前後方向の最も後側(X軸方向の最も左側)に位置している。一方、アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbを旋回軸線A0周りに回転させたときの旋回半径が最大となるアーム伸張状態においては、アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの第2回転軸線A2a、A2bが前後方向の最も前側(X軸方向の最も右側)に位置している。
アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの実適用ストロークは、第2回転軸線A2a、A2bの、最も後側の位置から最も前側の位置までの前後方向の距離STに相当する。本実施形態においては、実適用ストローク全体のうち、旋回軸線A0の位置(座標原点O)よりも前方の領域に属するストロークST1と、旋回軸線A0の位置よりも後方の領域に属するストロークST2とが同一である(ST1=ST2)。
本実施形態においては、アーム伸張状態(またはアーム収縮状態)における基板保持部材5a、5bの位置を基準として、実適用ストローク範囲内において、アーム伸縮時の基板保持部材5a、5bの軌道軌跡が略直線状となるようにプーリ比を最適化する。
図9は、アーム伸張状態にあるアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbに関する各種の設計パラメータを示している。それぞれの符号の意味は以下の通りである。
O:座標原点(旋回軸線A0の位置に対応する)
P:基板保持部材の基準点
:第1回転軸線から第2回転軸線までの長さ
:第2回転軸線から第3回転軸線までの長さ
:第3回転軸線から基板保持部材の基準点までの長さ
θ10:長さLの線分とY軸とで規定される内角の角度
θ20:長さLの線分と長さLの線分とで規定される内角の角度
θ30:長さLの線分と長さLに直交する線分とで規定される内角の角度
l’:座標原点から第3回転軸線までの長さ
Φ:長さl’の線分とY軸とで規定される内角の角度
10,Y10:第1回転軸線のX、Y座標
20,Y20:第2回転軸線のX、Y座標
30,Y30:基板保持部材の基準点のX、Y座標
ST1:実適用ストローク全体のうちの前方領域に属する部分
なお、基板保持部材5a、5bの基準点Pは、図9において、第2回転軸線の位置(X20,Y20)からX軸に平行な直線を引いた場合、この直線に対して、基板保持部材5a、5bに保持された基板(ウェハ)Sの中心から垂線を引いたときの交点に対応している。
そして、上述した設計パラメータについて、X20>0の時、以下の式が成立する。
20=ST
20=L−L
Φ=tan−1(−X20/Y20
l’=(X20 +Y20 1/2
θ10=Φ+cos−1((l’+L −L )/(2×l’×L))
θ20=cos−1((L +L −l’)/(2×L×L))
そして、旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbの第1プーリ9Ra、9Rbに対するプーリ比(プーリの直径比)をK、第2プーリ11Ra、11Rbの第3プーリ12Ra、12Rbに対するプーリ比(プーリの直径比)をKとすると、
θ20=−K×θ10 → K=−θ20/θ10
となる。
また、基板保持部材5a、5bの姿勢をX軸に平行としているので、
θ10+θ20+θ30=0 → θ30=−θ10−θ20
となる。
よって、
θ30=−K×θ20 → K=−θ30/θ20
ここで、上記の通り、
θ30=−θ10−θ20
なので、
=−(−θ10−θ20)/θ20
=(θ10+θ20)/θ20
本実施形態による基板搬送ロボット1によれば、上述したようにプーリ比K、Kを最適化することにより、図10に示したように、実適用ストロークSTの範囲において、アーム伸縮動作時における基板搬送部材5a、5bの移動軌跡を略直線状にすることができる。なお、図10において本実施形態を示す実線および比較例を示す破線のそれぞれの右端は、第1リンク部材および第2リンク部材を前方の領域にて直線状に延ばした場合に相当し、左端は、基板保持部材を前方に向けた状態で、アームの第1リンク部材および第2リンク部材を後方の領域にて直線状に延ばした場合に相当する。
プーリ比(プーリの直径比)を単純に1:2(K=2、K=0.5)とした比較例の場合には、図10に破線で示したように、アーム伸縮動作時の基板搬送部材の移動軌跡が直線から大きく逸脱して曲線状となる。一方、本実施形態においては、プーリ比K、Kを上記の通り最適化したので、図10に実線で示したように、アーム伸縮動作時における基板保持部材5a、5bの移動軌跡を、アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの実適用ストロークSTの範囲内において略直線状とすることができる。
なお、本実施形態においては、図8に示したように、前方領域のストロークST1と後方領域のストロークST2とを同一に設定しているが、変形例としては、前方ストロークST1と後方ストロークST2とを異ならせることもできる。このように前方ストロークST1と後方ストロークST2とが異なる場合には、プーリ比の最適化の基準とするストロークとして、前方ストロークST1または後方ストロークST2のいずれか一方を選択する。
通常は、基板搬送時において、前方ストロークST1における移動軌跡の直線性が重要となるので、前方ストロークST1と後方ストロークST2とが異なる場合には、前方ストロークST1を選択してプーリ比の最適化を行なうのが好ましい。
本実施形態による基板搬送ロボット1におけるアーム伸縮動作の他の運転方法としては、ロボットコントローラ(制御手段)18によって、アーム2La、2Ra、2Lb、2Rbの伸縮動作において、第1リンク部材3a、3bおよび旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを、同時または異なるタイミングで回転させるようにしても良い。例えば、アーム伸縮動作の途中で旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを回転させて、図11に示したように、基板保持部材5a、5bの軌道を左右方向に変位させることができる。このような運転方法は、例えば、移動経路の途中にある障害物をよける必要がある時などに有効である。
次に、本実施形態による基板搬送ロボット1において、基板保持部材5a、5bの位置を調整して目標位置に位置合わせする方法について説明する。
旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを固定した状態で第1リンク部材3a、3bを回転させてアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbを伸張させ、基板保持部材5a、5bを目標位置の近傍まで移動させたら、旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを回転させて、第1回転軸線A1a、A1b周りに第2リンク部材4a、4bを回転させると共に、第2回転軸線A2a、A2b周りに基板保持部材5a、5bを回転させる。これにより、前後方向(X方向)および左右方向(Y方向)に十分に高い自由度をもって基板保持部材5a、5bの位置、すなわち基板Sの位置を調整することができる。
なお、基板保持部材5a、5bが目標位置の近傍に到達する前に旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを回転させて基板保持部材5a、5bの位置調整を行なうこともできる。
図12は、上段の左アーム2Laの基板保持部材5aの位置を調整する場合を示しているが、このとき、下段の右アーム2Rbの基板保持部材5bも同時に揺動する。しかしながら、下段の右アーム2Rbの基板保持部材5bは、図12に示したようにアーム収縮状態にあるので揺動しても特に問題はない。
例えば、上段の左右アーム2La、2Raの基板保持部材5aを処理前の基板Sの搬送に使用し、下段の左右アーム2Lb、2Rbの基板保持部材5bを処理後の基板Sの搬送に使用するようにすれば、上段のアーム2La、2Raの基板保持部材5aの位置調整と、下段のアーム2Lb、2Rbの基板保持部材5bの位置調整とを同時に実施する必要がない。
なお、収縮状態にあるアームの基板保持部材が揺動すると、周囲の構造物と干渉したり、最小旋回半径から出てしまうなどの問題がある場合には、収縮状態にあるアームの第1リンク部材を、旋回プーリの回転に合わせて、同じ回転速度で回転させる。これにより、収縮状態にあるアームの全体が旋回軸線A0周りに旋回するのみとなり、収縮状態にあるアームの基板保持部材の揺動動作を抑えることができるので、基板保持部材が周囲の構造物と干渉したり、最小旋回半径から出てしまうことを防止することができる。
そして、本実施形態による基板搬送ロボット1においては、プーリ連結部材14A、14Bによって上下2つの旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを連結したので、単一の駆動源によって2つの旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを駆動することが可能であり、駆動源の必要数を削減できるという利点がある。
図13は、上段の左右アーム2La、2Raの各基板保持部材5aの位置を調整する場合を示している。上段の左右アームアーム2La、2Raの各旋回プーリ7La、7Raは、互いに独立に駆動することができるので、左右の基板保持部材5aの位置を互いに独立に調整することができる。
以上述べたように、本実施形態による基板搬送ロボット1によれば、上記の通りプーリ比を最適化したので、共通の旋回軸線A0を有する左右のアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbを備え、同一高さに配置された左右の基板保持部材5a、5bを有する基板搬送ロボット1において、アーム伸縮動作時における基板搬送部材5a、5bの移動軌跡を、実適用ストロークの範囲内において略直線状にすることができる。
また、本実施形態による基板搬送ロボット1によれば、旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを回転させることにより基板保持部材5a、5bの位置、すなわち基板Sの位置を調整するようにしたので、共通の旋回軸線A0を有する左右のアーム2La、2Ra、2Lb、2Rbを備え、同一高さに配置された左右の基板保持部材5a、5bを有する基板搬送ロボット1において、前後方向(X方向)および左右方向(Y方向)に十分に高い自由度をもって基板保持部材5a、5bの位置を調整することができる。
また、本実施形態による基板搬送ロボット1によれば、下段の右アーム2Rbの旋回プーリ7Rbと上段の左アーム2Laの旋回プーリ7Laとをプーリ連結部材14Aで連結すると共に、下段の左アーム2Lbの旋回プーリ7Lbと上段の右アーム2Raの旋回プーリ7Raとをプーリ連結部材14Bで連結し、連結された2つの旋回プーリが互いに一体に回転するようにしたので、旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbを駆動するための駆動源の必要数を半分にすることができる。
なお、旋回プーリ7La、7Ra、7Lb、7Rbの連結方法としては、上段の右アーム2Raの旋回プーリ7Raと下段の右アーム2Rbの旋回プーリ7Rbとを連結すると共に、上段の左アーム2Laの旋回プーリ7Laと下段の左アーム2Lbの旋回プーリ7Lbとを連結しても良い。
要するに、上段の左右アーム2La、2Raのうちのいずれか1つのアームの旋回プーリ7La、7Raと、下段の左右アーム2Lb、2Rbのうちのいずれか1つのアームの旋回プーリ7Lb、7Rbとを、プーリ連結部材で連結し、互いに一体に回転するようにすれば良い。
1 基板搬送ロボット
2La、2Ra 上段の左右アーム
2Lb、2Rb 下段の左右アーム
3a 上段の左右アームの第1リンク部材
3b 下段の左右アームの第1リンク部材
4a 上段の左右アームの第2リンク部材
4b 下段の左右アームの第2リンク部材
5a 上段の左右アームの基板保持部材(ハンド)
5b 下段の左右アームの基板保持部材(ハンド)
6La、6Ra 上段の左右アームのアーム駆動軸(第1駆動部)
6Lb、6Rb 下段の左右アームのアーム駆動軸(第1駆動部)
7La、7Ra 上段の左右アームの旋回プーリ
7Lb、7Rb 下段の左右アームの旋回プーリ
8A、8B プーリ駆動軸
9Ra 上段の右アームの第1プーリ
9Rb 下段の右アームの第1プーリ
10La、10Ra 上段の左右アームの第1ベルト
10Lb、10Rb 下段の左右アームの第1ベルト
11Ra 上段の右アームの第2プーリ
11Rb 下段の右アームの第2プーリ
12Ra 上段の右アームの第3プーリ
12Rb 下段の右アームの第3プーリ
13Ra 上段の右アームの第2ベルト
13Rb 下段の右アームの第2ベルト
14A、14B プーリ連結部材
15 軸受け部材
16 動力伝達部
17 昇降駆動手段
18 ロボットコントローラ(制御手段)
A0 旋回軸線
A1a 上段の左右アームの第1回転軸線
A1b 下段の左右アームの第1回転軸線
A2a 上段の左右アームの第2回転軸線
A2b 下段の左右アームの第2回転軸線
S 基板(ウェハ)

Claims (17)

  1. 共通の旋回軸線を有する左右のアームと、
    前記左右のアームを駆動するためのアーム駆動手段と、
    前記アーム駆動手段を制御するための制御手段と、を備え、
    前記左右のアームのそれぞれは、
    基端部に前記旋回軸線を持ち、先端部に第1回転軸線を持つ第1リンク部材と、
    基端部に前記第1回転軸線を持ち、先端部に第2回転軸線を持つ第2リンク部材と、
    基板を保持可能に構成され、前記第2回転軸線周りに回転可能な基板保持部材と、を有し、
    前記左右のアームの前記基板保持部材同士は、互いに同じ高さに配置されており、
    前記第2回転軸線は、前記第1回転軸線よりも左右方向内側に位置しており、
    前記アーム駆動手段は、
    前記旋回軸線周りに前記第1リンク部材を回転させるための第1駆動部と、
    前記第1リンク部材から独立して前記旋回軸線周りに回転可能な旋回プーリと、
    前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材と一体に回転可能な第1プーリと、
    前記旋回プーリと前記第1プーリとを連結するベルトと、
    前記第1回転軸線に合わせて配置され、前記第1リンク部材に固定された第2プーリと、
    前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材と一体に回転可能な第3プーリと、
    前記第2プーリと前記第3プーリとを連結するベルトと、を有し、
    前記旋回プーリを固定した状態で前記第1駆動部によって前記第1リンク部材を前記旋回軸線周りに回転させて前記アームを伸縮させたときの前記基板保持部材の移動軌跡が略直線状となるように、前記旋回プーリ、前記第1プーリ、前記第2プーリ、および前記第3プーリの間のプーリ比が設定されている、基板搬送ロボット。
  2. 前記プーリ比は、前記アームの実適用ストローク範囲内における前記基板保持部材の前記移動軌跡が略直線状となるように設定されている、請求項1記載の基板搬送ロボット。
  3. 前記プーリ比は、前記アームの前記実適用ストローク範囲のうちの前方領域のストローク範囲における前記基板保持部材の前記移動軌跡が略直線状となるように設定されている、請求項2記載の基板搬送ロボット。
  4. 前記制御手段は、前記旋回プーリを回転させることにより、前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材を回転させると共に前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材を回転させて前記基板保持部材の位置を調整する機能を有する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  5. 記制御手段は、前記旋回プーリを回転させることにより、前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材を回転させると共に前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材を回転させて前記基板保持部材の位置を調整する機能を有する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  6. 前記左右のアームを上下に二組備えている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  7. 上段の前記左右のアームのうちのいずれか1つのアームの前記旋回プーリと、下段の前記左右のアームのうちのいずれか1つのアームの前記旋回プーリとが、互いに一体に回転するように連結されている、請求項6記載の基板搬送ロボット。
  8. 上段左側の前記アームの前記旋回プーリと下段右側の前記アームの前記旋回プーリとが連結されると共に、上段右側の前記アームの前記旋回プーリと下段左側の前記アームの前記旋回プーリとが連結されている、請求項7記載の基板搬送ロボット。
  9. 前記アームを前記旋回軸線周りに回転させたときの旋回半径が最大となるアーム伸長状態から、前記旋回半径が最小となるアーム収縮状態へと前記左右のアームの状態を変化させる際に、前記第2回転軸線が前記旋回軸線の位置を越えて前側から後側に移動する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  10. 前記アーム駆動手段は、前記左右のアームのそれぞれを独立して駆動できるように構成されている、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  11. 前記制御手段は、前記アームの伸縮動作において、前記旋回プーリおよび前記第1リンク部材を、同時または異なるタイミングで回転させる機能を有する、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  12. 前記アームを前記旋回軸線に沿って昇降させるための昇降駆動手段をさらに有する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  13. 前記ベルトは、スチールベルトである、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  14. 共通の旋回軸線を有する左右のアームと、前記左右のアームを駆動するためのアーム駆動手段と、を備えた基板搬送ロボットの運転方法であって、
    前記左右のアームのそれぞれは、基端部に前記旋回軸線を持ち、先端部に第1回転軸線を持つ第1リンク部材と、基端部に前記第1回転軸線を持ち、先端部に第2回転軸線を持つ第2リンク部材と、基板を保持可能に構成され、前記第2回転軸線周りに回転可能な基板保持部材と、を有し、前記左右のアームの前記基板保持部材同士は、互いに同じ高さに配置されており、前記第2回転軸線は、前記第1回転軸線よりも左右方向内側に位置しており、
    前記アーム駆動手段は、前記旋回軸線周りに前記第1リンク部材を回転させるための第1駆動部と、前記第1リンク部材から独立して前記旋回軸線周りに回転可能な旋回プーリと、前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材と一体に回転可能な第1プーリと、前記旋回プーリと前記第1プーリとを連結するベルトと、前記第1回転軸線に合わせて配置され、前記第1リンク部材に固定された第2プーリと、前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材と一体に回転可能な第3プーリと、前記第2プーリと前記第3プーリとを連結するベルトと、を有し、
    前記旋回プーリを回転させることにより、前記第1回転軸線周りに前記第2リンク部材を回転させると共に前記第2回転軸線周りに前記基板保持部材を回転させて前記基板保持部材の位置を調整し、
    前記基板搬送ロボットは、前記左右のアームを上下に二組備えており、
    上段の前記左右のアームのうちのいずれか1つのアームの前記旋回プーリと、下段の前記左右のアームのうちのいずれか1つのアームの前記旋回プーリとが、互いに一体に回転するように連結されている、基板搬送ロボットの運転方法。
  15. 上段左側の前記アームの前記旋回プーリと下段右側の前記アームの前記旋回プーリとが連結されると共に、上段右側の前記アームの前記旋回プーリと下段左側の前記アームの前記旋回プーリとが連結されている、請求項14記載の基板搬送ロボットの運転方法。
  16. 前記左右のアームのそれぞれを独立に駆動する、請求項14または15に記載の基板搬送ロボットの運転方法。
  17. 前記アームの伸縮動作において、前記旋回プーリおよび前記第1リンク部材を、同時または異なるタイミングで回転させる、請求項14乃至16のいずれか一項に記載の基板搬送ロボットの運転方法。
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