JP6534210B2

JP6534210B2 - テープフレーム搬送のためのエンドエフェクタ、及びこれを備える搬送ロボット

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Publication number: JP6534210B2
Application number: JP2015202510A
Authority: JP
Inventors: 克巳安東
Original assignee: Rorze Corp
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Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2019-06-26
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: JP2017076679A

Description

本発明は半導体ウエハの搬送ロボットに関するもので、特に、ウエハをウエハテープで固定して保持するテープフレームを、容器と各種処理装置との間で搬送するテープフレーム搬送ロボットに関する。

半導体ウエハの製造工程においては、薄く加工された半導体ウエハの処理や搬送を容易に行うために、テープフレームの裏面に貼り付けられたウエハテープ上にウエハを固定して保持する方法が行われている。テープフレームはステンレススチールや樹脂を用いて中空の円環状に形成されていて、例えば所定の厚さにフィルム化され、表面に粘着剤が塗布され可塑性を有する材料で製作されたウエハテープがこの中空部分を覆うように貼り付けられている。そして、このウエハテープ上に被処理部材である半導体ウエハが貼り付けられた状態で、各工程へと搬送される。

半導体製造工程には、処理工程ごとに専用のウエハ処理システムが用意されていて、テープフレーム上に固定された半導体ウエハはこれら各処理システム間をカセットに収容された状態で手動もしくは半導体製造工場が備える搬送機構により運搬される。ウエハ処理システムには、カセットを所定の位置に載置して固定するローダと、テープフレーム上に貼り付けられた半導体ウエハに対して所定の処理を施すウエハ処理装置と、半導体ウエハが貼り付けられたテープフレームを挟持部により挟持して処理装置へと搬送するテープフレーム搬送ロボットとが備えられている。

前の工程から手動もしくは搬送機構により運搬されてローダ上に載置されたカセットは、ローダに備えられた位置決め部材と係合することで、ローダ上の所定の位置に固定されることとなり、カセット内部に収容されるテープフレームが搬送可能な状態になる。テープフレームはウエハ処理装置が備えるテープフレーム搬送ロボットによりフレーム周縁部を挟持され、各ウエハ処理装置へと搬送される。この時、テープフレーム搬送ロボットは、テープフレームの外周に形成された位置決めのための切欠き部に、エンドエフェクタ上に備えられた補正部材を係合させることで、エンドエフェクタ上の所定の位置にテープフレームが位置決めされる。

しかしながら、上記のようなエンドエフェクタ上に固定された位置決めピンによる位置決め方法だけでは、搬送を行うことが出来ないというトラブルが発生する場合がある。例えば、搬送ロボットがテープフレームをカセットに出し入れする際、カセットとテープフレームとの接触を防止するためにカセットの左右方向にクリアランスを設けている。搬送機構によりカセットが工程間を運搬される際に、振動によりカセット内に収容されたテープフレームが横方向や回転方向に位置ずれを起こしてしまう。その結果、エンドエフェクタに備えられた補正部材がテープフレームの周縁部分に衝突してしまい、エンドエフェクタがテープフレームを所定の位置で保持出来ないというトラブルが発生している。

そこで従来は、搬送ロボットの他に、カセットの引き出し口の近傍の左右方向に、ロボットアームによってカセットから外側に引き出されたテープフレームの左右の直線部に向かって同時に移動して、直線部に当接したり離反したりするセンタリング部材を追加して、テープフレームの位置を外側から強制的に矯正する方法が考案されていた。図１を参照。

特開２０１３−３０７０３号公報

しかしながら上記方法では、ローダ１台につき１台のセンタリング部材やセンタリング部材を駆動する機構を追加しなければならず、多大なコスト増大を招いてしまうという問題がある。さらに、テープフレームを外部からの力によって強制的に位置補正を行うことで、テープフレームの変形といったトラブルが発生するという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、最小限のコストで、テープフレームの位置ずれに起因するテープフレームと補正部材との衝突を回避して、テープフレームの位置補正を可能にするエンドエフェクタと、このエンドエフェクタを備える搬送ロボット、及びこの搬送ロボットを使用する搬送方法を提供するものである。

上記問題点を解決するために、本発明のエンドエフェクタは、テープフレームを所定の相対位置に補正して支持するエンドエフェクタであって、前記テープフレームを下方から支持するフィンガ部と、案内開始位置と案内完了位置との間を移動して、前記テープフレームの所定の位置に形成された位置決めのための切欠き部に係合して、前記テープフレームの前記エンドエフェクタに対する前記相対位置へと案内する補正部材と、前記補正部材を案内開始位置に付勢する付勢部材とを備えることを特徴としている。

上記構成とすることで、位置ずれを起こしたテープフレームであっても、案内開始位置に移動している補正部材がテープフレームの切欠き部に係合して、エンドエフェクタの前進移動に伴って案内完了位置まで移動することでテープフレームを所定の相対位置まで案内して位置ずれを解消することができる。

また、テープフレームに形成される切欠き部の形状を考慮すると、本発明のエンドエフェクタが備える前記案内開始位置は案内完了位置に対して前記エンドエフェクタの中心線側に配置されていることが望ましい。

また、本発明のエンドエフェクタが備える前記補正部材は基端部を前記エンドエフェクタに揺動可能に取り付けられていて、前記付勢部材はねじりバネであることを特徴としている。

また、本発明のエンドエフェクタは、前記テープフレームを固定する挟持部を更に備えることを特徴としている。上記構成とすることで本発明のエンドエフェクタは、位置ずれを修正したテープフレームを保持することができる。

また、本発明のエンドエフェクタは、前記テープフレームが所定の位置に位置決めされたことを検知するセンサを更に備えることを特徴としている。上記構成により、前記補正部材がテープフレームを所定の位置に案内完了したかどうかを検知することができる。

また、請求項１から請求項６のいずれかに記載のエンドエフェクタを備えるテープフレーム搬送ロボットを使用して、前記テープフレーム搬送ロボットが備えるアーム体と昇降機構を動作させて、前記テープフレームを前記テープフレーム搬送ロボット寄りに移動させる第１の工程と、前記テープフレームの前記エンドエフェクタに対する相対位置を補正しながら前記テープフレームを支持する第２工程とからなるテープフレームの位置補正方法を実行することで、後方に空きスペースの無い場所に配置されたテープフレームであっても、位置ずれを補正しながらテープフレームを保持することができる。

本発明によれば、従来のエンドエフェクタでは位置補正することが出来なかった位置ずれを起こしたテープフレームであっても確実に保持することが可能になり、保持ミスによるトラブルを低減することができる。また、簡単な構造の補正部材をエンドエフェクタに付加するだけで各ローダに載置されたカセット内のテープフレームの位置補正を行うことが出来るので、テープフレームやテープフレームを収納するカセットを載置するローダ毎に位置補正のための部材を設ける必要が無くなり、大幅なコストの低減に寄与する。

図１は従来のテープフレーム位置補正機構を示す説明図である。図２はテープフレームの概要を示した平面図である。図３はテープフレームの前側の直線部周辺を示す平面図である。図４はテープフレーム搬送ロボットを備えたテープフレーム搬送システムを示す斜視図である。図５（ａ）は本発明の一実施形態であるスカラ型のテープフレーム搬送ロボットを側面から見た図であり、図５（ｂ）は上面から見た図である。図６は本発明のエンドエフェクタの一実施形態を示す平面図である。図７は本発明の一実施形態であるエンドエフェクタが備えるクランプ爪と駆動機構を側面から見た図である図８は（ａ）は本発明の第１実施形態である第１補正部材を示す断面図であり、図８（ｂ）は第１補正部材の動作範囲を示した平面図である。図９は正規位置からずれたテープフレームの第１切欠き部周辺と従来のエンドエフェクタが備える当接ピンとの位置関係を示した説明図である。図１０はテープフレームが本実施形態のエンドエフェクタに対して左方向にＸ軸と平行に位置ズレした場合の、第１補正部材の案内動作を示した図である。図１１はテープフレームが本実施形態のエンドエフェクタに対して反時計回り方向に位置ズレした場合の、第１補正部材の案内動作を示した図である。図１２は本発明のエンドエフェクタが、後方に空きスペースの無いカセットに配置されたテープフレームを保持する動作を示した説明図である。図１３（ａ）は本発明の第２の実施形態である第１補正部材６１を示す断面図であり、図１３（ｂ）はその動作範囲を示した上面図である。

以下に本発明の詳細を、図を参照して詳細に説明する。まず、テープフレーム１について説明する。図２はテープフレームの概要を示した平面図であり、図３はテープフレーム１の前側の直線部５周縁を示す図である。図２で示すように、本実施形態のエンドエフェクタ１７が支持するテープフレーム１は、中央部分に半導体ウエハＷを保持するための開口部４を有するステンレススチールで成形された略円環状の枠体の裏面に、半導体ウエハＷを保持する粘着性のウエハテープ３の周縁部が貼り付けられたものである。円環状のテープフレーム１は、中央部分の開口部４に、粘着性のウエハテープ３を裏面から貼り付けることで、半導体ウエハＷを表側に貼り付けることができる。テープフレーム１中央部分の開口部４は円形をなしていて、一般的に、この開口部４に貼り付けられて配置される円盤状の半導体ウエハＷの中心は、テープフレーム１の中心Ｃと一致する。

テープフレーム１は一般的に２ｍｍ程度の厚さ寸法を有し、所定の半径で規定される円弧成分を含む略円環状の形状を有しており、搬送ロボット２がアクセスする側である前側の周縁、その前側に対向する位置の後側の周縁、及び両側面周縁は、それぞれ直線状に切り欠かれている。前側周縁に形成される直線部５及び後側周縁に形成される直線部６は、テープフレーム１の中心Ｃを通りＸ方向に延在する直線Ｌ１と平行になるように形成され、左右両側面に形成される直線部７ａ、７ｂは、テープフレーム１の中心Ｃを通りＹ方向に延在する中心線Ｌ２と平行になるように形成されている。また、前側周縁には、直線部５を左右両側から挟むように、互いに開口幅の異なる切欠き部８、９が形成されている。

図面視して中心線Ｌ２に対して右側に形成される第１切欠き部８は、前側の直線部５に対して約６０°の角度で傾いた直線１０と、この直線１０に対して約６０°の角度で傾いた直線１１とで形成される開口幅の狭いＶ字型のノッチとなっている。図面視して左側の第２切欠き部９は、前部の直線部５に対して約１２０°の角度で傾いた直線１２と、この直線１２に対して約１２０°の角度で傾いた直線１３とで形成される開口幅の広いＶ字型のノッチとなっている。なお、この直線１３は、前側の直線部５と平行になるように形成されている。これにより、第１切欠き部８、及び第２切欠き部９が、テープフレーム搬送ロボット２が備えるエンドエフェクタ１７に配置される一対の補正部材５０、５１に案内されて、エンドエフェクタ１７に対するテープフレーム１の位置決めが行われる。また、第１切欠き部８、及び第２切欠き部９と、前側の直線部５の両端部とは、テープフレーム１と略同じ半径を有する円弧状の線１４で接続されている。

テープフレーム１は、カセット１５の内部に所定の間隔をあけて上下方向に形成される複数の棚段に載置されて各工程間を運搬される。カセット１５は、内部にテープフレーム１を収納する箱状の容器であって、底面には、カセット１５を載置するローダ１６の位置決め部材と係合して、カセット１５のローダ１６に対する相対的な位置を規定するための溝が形成されている。カセット１５内部の幅方向及び奥行方向の寸法は、テープフレーム１の搬送を容易にするために、収容するテープフレーム１よりも若干大きな寸法となっている。なお、テープフレーム１やテープフレーム１を収容するカセット１５は、半導体製造装置関連の国際規格であるＳＥＭＩ規格によって形状や寸法が規定されている。

次に、本発明の一実施形態であるエンドエフェクタ１７を備えるテープフレーム搬送ロボット２とテープフレーム搬送システム１８について詳しく説明する。図４は、テープフレーム搬送ロボット２を備えるテープフレーム搬送システム１８を示す斜視図である。テープフレーム搬送システム１８には、スカラ型ロボットであるテープフレーム搬送ロボット２と、テープフレーム搬送ロボット２をＸ軸方向に水平移動させるＸ軸テーブル１９と、カセット１５を所定に位置に位置決めして載置するローダ１６とが備えられている。また、天井部にはＦＦＵ（ＦａｎＦｉｌｔｅｒＵｎｉｔ）２０が設置されるとともに、手前側の面にも壁が設けられていて、ＦＦＵ２０から供給される下向きの高清浄空気の流れによって、テープフレーム１が移動する小空間２１は高清浄な雰囲気に維持されている。なお、本実施形態のテープフレーム搬送システム１８の天井にはＦＦＵ２０が設置されているが、ＦＦＵ２０によって小空間内部を高清浄に維持する必要が無い工程にて使用される搬送システム１８であれば、ＦＦＵ２０を設置する必要は無い。

テープフレーム搬送システム１８の、ローダ１６が設置された壁面に対向する面には、テープフレーム１に保持されたウエハＷに対して各種表面処理や加工処理を行う不図示の処理装置が配置されている。処理装置には公知の搬送機が備えられていて、テープフレーム搬送ロボット２との間でテープフレーム１の受け渡しを行う。図５（ａ）は本発明の一実施形態であるスカラ型のテープフレーム搬送ロボット２の外観を示す側面図であり、図５（ｂ）はその上面図である。テープフレーム搬送ロボット２は、Ｘ軸テーブル１９の移動部１９ａに固定される基台２３と、基台２３に対してＺ軸方向に昇降移動が可能な不図示の昇降部と、基台２３の中心軸Ｌ３を中心にして、Ｚ軸方向に対して直角な平面（旋回面）上を旋回する旋回部２４を備えている。旋回部２４の上面には左右一対のアーム体２５ａ、２５ｂが備えられていて、各アーム体２５ａ、２５ｂには、第１アーム２６ａ、２６ｂと、第２アーム２７ａ、２７ｂと、エンドエフェクタ１７が備えられている。第１アーム２６ａ、２６ｂの基端部は、旋回部２４の旋回面と平行な平面上を旋回自在となるように取り付けられている。第２アーム２７ａ、２７ｂは、旋回部２４の旋回面と平行な平面内を旋回自在に、第１アーム２６ａ、２６ｂの先端部に第１アーム２６ａ、２６ｂに対してベルトとプーリを介して一定の速度比をもって取り付けられている。また、エンドエフェクタ１７は、旋回部２４の旋回面と平行な平面内を旋回自在に、第２アーム２７ａ、２７ｂの先端に第２アーム２７ａ、２７ｂとベルトとプーリを介して一定の速度比をもって取り付けられている。

アーム体２５ａ、２５ｂは、各第１アーム２６ａ、２６ｂの中心軸を中心とした旋回運動が、一定の速度比をもって各第２アーム２７ａ、２７ｂ、及び各エンドエフェクタ１７へと伝達され、テープフレーム搬送ロボット２の中心軸Ｌ３を通り中心軸Ｌ３に対して直角な方向への伸縮運動に変換される構成となっている。したがって、テープフレーム搬送ロボット２は、旋回部２４を中心軸Ｌ３の回りに旋回させる移動（旋回移動）、アーム体２５ａ、２５ｂを進退方向へ伸縮させる直線移動及び旋回部２４をＺ軸方向へ上下移動させるＺ軸移動（昇降移動）の３自由度を有している。また、Ｘ軸テーブル１９は、テープフレーム搬送ロボット２をＸ軸方向へ移動させるＸ軸移動（平行移動）の１自由度を有している。

本実施形態のエンドエフェクタ１７は、テープフレーム搬送ロボット２の各アーム体２５ａ、２５ｂの先端部にそれぞれ上下方向に間隔をあけて配置されている。また、昇降部や各アーム体２５ａ、２５ｂ及びＸ軸テーブル１９のための駆動手段として用いられる不図示の各モータは、全てテープフレーム搬送ロボット２の外側に設けられた通常のコンピュータを内蔵する制御部２８から駆動電力を供給されるとともに、各モータに対応するエンコーダからの出力信号を制御部２８が受けることで、制御部２８により回転角度をフィードバック制御される。そして、制御部２８は、あらかじめ与えられたプログラムに基づき、各モータを動作させて、エンドエフェクタを予め教示された所望の経路に沿って移動させる。なお、制御部２８は、エンドエフェクタ１７に備えられる透過光式センサ３６、４８や反射光式センサ６０からの入力信号を受信し、予め設定されたプログラムに則ってエアシリンダ３９へのエアの供給開始や供給停止信号の送信も行う。

図６は本実施形態のエンドエフェクタ１７を示す図である。本実施形態のエンドエフェクタ１７は、テープフレーム１を挟持してエンドエフェクタ１上に固定する挟持部２９と、アーム体２５の先端部に連結部３５を介して回転可能に連結され、内部に駆動機構３７を収納するリスト部３３と、挟持部２９によって挟持されたテープフレーム１を下方から支持するフィンガ部３４とで構成されている。挟持部２９は、テープフレーム１の前部に形成された略Ｖ字状の切欠き部８、９を補正部材５０、５１の位置に合致させることで、エンドエフェクタ１７に対して所定の位置に位置補正されたテープフレーム１を、３つのクランプ爪３０、３１、３２で挟持することでエンドエフェクタ１７上に固定するものである。本実施形態のエンドエフェクタ１７が備える挟持部２９は、テープフレーム１を挟持する各クランプ爪３０、３１、３２と、各クランプ爪３０、３１、３２を駆動させる駆動機構３７とで構成されている。なお、駆動機構３７の詳細については後述する。

フィンガ部３４は、連結部３５の回転中心Ｃ２を通り、Ｙ軸に対して平行に延在する中心線Ｌ４に関して互いに左右対称な位置に配置された一対の棒状の部材３４ａ、３４ｂを備え、この棒状の部材の先端部分には、透過光式センサ３６の投光部３６ａと受光部３６ｂが配置されている。テープフレーム搬送ロボット２を動作させて、この透過光式センサ３６の投光部３６ａと受光部３６ｂとが、カセット１５内に鉛直方向に収容された複数のテープフレーム１を挟む位置までエンドエフェクタ１７を移動させて、その後テープフレーム搬送ロボット２を動作させてエンドエフェクタ１７を鉛直方向に移動させる。この動作により、テープフレーム１が存在する位置では投光部３６ａから照射された光軸は遮断され、テープフレーム１が存在しない位置では、投光部３６ａから照射された光軸は受光部３６ｂまで届く。この受光部３６ｂ側の入力信号をリスト部３３に配置されたアンプ３６ｃが読み取ることで、カセット１５内に収容されたテープフレーム１の存否や、載置状態を検知することが出来る。なお、フィンガ部３４は、テープフレーム１を下方から支持するのに十分な強度を有するアルミニウムやステンレススチールといった金属や、カーボン、セラミックといった材料で製作されることが好ましい。

挟持部２９には、テープフレーム１の周縁部を挟持するためのクランプ爪３０、３１、３２と、このクランプ爪３０、３１、３２を、テープフレーム１を保持する位置と、保持を解除する位置との間で揺動動作させる駆動機構３７と、テープフレーム１に形成された前側の直線部５と当接して、テープフレーム１のエンドエフェクタ１７に対するＹ軸方向の位置を位置決めするに直線当接部３８と、テープフレーム１に形成された略Ｖ字状の切欠き部８、９と係合して、テープフレーム１をエンドエフェクタ１７に対するＸ軸方向の位置と回転方向の位置に関して、予め規定された位置まで移動させる補正部材５０、５１が備えられている。直線当接部３８は、エンドエフェクタ１７の上面Ｙ軸に平行な中心線Ｌ４に対して直交する方向に形成された段差であり、エンドエフェクタ１７上のテープフレーム１を支持する面よりも高くなるように形成されている。

図７は本実施形態のエンドエフェクタ１７が備えるクランプ爪３０、３１、３２と駆動機構３７を側面から見た図である。クランプ爪３０、３１、３２は、テープフレーム１の周縁部をテープフレーム１の上方から、テープフレーム１の下方のベース板４０に向かって垂直面内で揺動することで、ベース板４０と協働してテープフレーム１を挟持するものである。クランプ爪３０、３１、３２は側面視して略「く」の字型の形状を有していて、テープフレーム１を挟持する先端部分（作用点）４１と、エアシリンダ３９が備える伸縮ロッド４２と連結される基端部分（力点）４３と、先端部分４１と基端部分４３の中間部に配置され、揺動動作の支点４４とを含んでいる。本実施形態のエンドエフェクタ１７には、３個のクランプ爪３０、３１、３２が備えられていて、各クランプ爪３０、３１、３２は揺動の支点４４を貫通する円柱形状のシャフト４５を介して回転可能に並列に配置されている。各クランプ爪３０、３１、３２の基端部分４３には、シャフト４５に対して平行に配置された円柱形状のシャフト４６が貫通していて、このシャフト４６にはエアシリンダ３９が備える伸縮ロッド４２の先端部分に固定された円環部材４７が連結されている。この構造により、エアシリンダ３９へ圧縮空気が供給されることにより伸縮ロッド４２が伸長してシャフト４５を押すことで、クランプ爪３０、３１、３２の先端部４１がテープフレーム１を挟持する。図７（ｂ）を参照。また、エアシリンダ３９へ供給された圧空を開放することでエアシリンダ３９の伸縮ロッド４２が収縮して、クランプ爪３０、３１、３２はテープフレーム１の挟持を解除する。なお、エアシリンダ３９には、伸縮ロッド４２の伸縮を検知する近接センサが備えられていて、伸縮ロッド４２の伸長状態と状態を検知することが出来る。さらに、クランプ爪３２には透過光式センサ４８の光軸を遮蔽するドグ４９が取り付けられていて、クランプ爪３２が支点４４を回転中心として垂直面内で揺動動作することにより、コの字状の透過光式センサ４８の光軸を遮断することで、クランプ爪３２の動作状態を検知することが出来る。

次に、本実施形態のエンドエフェクタ１７が備える一対の補正部材５０、５１について説明する。図８（ａ）は本実施形態の第１補正部材５０を示す断面図であり、図８（ｂ）は第１補正部材５０の動作範囲を示した上面図である。テープフレーム１に形成された第１切欠き部８と係合する第１補正部材５０は、基端部をエンドエフェクタ１７に揺動可能に取り付けられていて、先端部は、鉛直方向に直立する円柱状の当接ピン５２ａが固定された略Ｌ字状の形状をした部材である。この第１補正部材５０は、エンドエフェクタ１７がテープフレーム１にアクセスすることで、対応する第１切欠き部８と係合してテープフレーム１をエンドエフェクタ１７上の正規の位置に案内する。テープフレーム１に形成された第２切欠き部９と係合する第２補正部材５１は、エンドエフェクタのベース板４０の所定の位置に固定された円柱状の当接ピン５２ｂである。図６を参照。なお、アクセスとは、テープフレーム搬送ロボット２が備える各駆動機構を動作させて、エンドエフェクタ１７によってテープフレーム１を保持するために行う動作のことである。

本実施形態の第１補正部材５０は、エンドエフェクタ１７のベース板４０に揺動可能に取り付けられるスイングアーム５３と、この先端部に固定され、エンドエフェクタ１７の表面よりも上方に突出して配置される円柱状の当接ピン５２ａとで構成される。スイングアーム５３の基端部は、エンドエフェクタ１７に支持されるテープフレーム１と干渉しないように、スリーブ５４を介してエンドエフェクタ１７の所定の位置に下面から回転可能に取り付けられている。また、当接ピン５２ａは、エンドエフェクタ１７の上方に突出するようにスイングアーム５３に取り付けられている。これにより、第１補正部材５０はスリーブ５４の中心を通り鉛直方向に延在する中心軸Ｃ３を回転中心として、水平面内を回動可能となる。さらに、スイングアーム５３の基端部には、図面視して時計回りの方向にスイングアーム５３を付勢する付勢部材５５が備えられている。本実施形態の第１補正部材５０が備える付勢部材５５は、スイングアーム５３を回転可能に支持するスリーブ５４の周りを取り囲むように配置されている公知のねじりバネであって、一端がスイングアーム５３に形成された孔５６に挿入され、他端がエンドエフェクタ１７の裏面に固定されるカバー５７に形成された孔５８に挿入されている。なお、付勢部材５５の付勢力は、無負荷の状態のスイングアーム５３を水平面内で時計回りの方向に回動させることが出来る強さであり、且つ、テープフレーム１の第１切欠き部８と当接ピン５２ａが当接した際には、スイングアーム５３が案内開始位置Ｐ２から案内完了位置Ｐ１の方向へと移動する動作を阻害しない程度の強さである。

本実施形態の第１補正部材５０に備えられる当接ピン５２ａは、スイングアーム５３の先端部分に鉛直方向直立して取り付けられる円柱状の部材であって、エンドエフェクタ１７に支持されるテープフレーム１の周縁に対して円柱部分の側壁が当接するのに十分な長さ寸法を有していて、かつ、第１切欠き部８と係合可能な直径を有している。なお、本実施形態の当接ピン５２ａは、直径が４ｍｍとなるように成形されている。

さらに、本実施形態のエンドエフェクタ１７には、第１補正部材５０の水平方向の揺動範囲を規制する一対の規制部材５９ａ、５９ｂが備えられている。この規制部材５９ａ、５９ｂにより、第１補正部材５０は、中心軸Ｃ３を回転中心として、エンドエフェクタ１７上に支持されるテープフレーム１に対して最も後退した位置、即ち反時計回りに最大角度回動した位置Ｐ１と、テープフレーム１に対して最も前進した位置、即ち時計回りに最大化駆動回動した位置Ｐ２との間で揺動するように規制される。ここで、第１補正部材５０が図面視して反時計回り方向に最大角度回動した位置Ｐ１にあるとき、第１補正部材５０が備える当接ピン５２ａの位置は、エンドエフェクタ１７上の予め設定された正規の位置に配置されたテープフレーム１の第１切欠き部８と係合する位置と一致する。この当接ピン５２ａの位置は、テープフレーム１を案内するための目標となる位置であり、当接ピン５２ａによるテープフレーム１の案内が完了する位置でもある。本発明ではこの位置を案内完了位置と呼ぶ。なお、従来のエンドエフェクタでは、この案内完了位置は、エンドエフェクタ上の所定の位置に配置されたテープフレーム１に対応する公知の当接ピンが、ネジ等の固定手段により固定されていた位置である。

また、第１補正部材５０が図面視して時計回り方向に最大角度回動した位置Ｐ２にあるとき、第１補正部材５０が備える当接ピン５２ａの位置は、正規の位置に配置されたテープフレーム１のみならず、位置ずれを起こしたテープフレーム１の第１切欠き部８に対しても係合可能な位置である。本発明ではこの位置を案内開始位置と呼ぶ。なお、テープフレーム１の位置ずれが従来のエンドエフェクタでは当接ピン５２が第１切欠き部８に係合出来ない大きなものであっても、案内開始位置Ｐ２に付勢されている本実施形態の当接ピン５２ａは第１切欠き部８と係合することが出来る。この図面視して時計回り方向に最大角度回動した案内開始位置Ｐ２でテープフレーム１の第１切欠き部８と係合した第１補正部材５０ａは、エンドエフェクタ１７が前進動作することにより、静止状態のテープフレーム１に押されて中心軸Ｃ３を回転中心にして反時計回りに回動することで、位置ずれを起こしていたテープフレーム１を正規の位置に案内する。この時、第１補正部材５０ａは、テープフレーム１の第１切欠き部８と係合した状態で、案内完了位置まで移動する。なお、本実施形態の規制部材５９ａ、５９ｂが規制する第１補正部材５０が案内開始位置と案内完了位置との間で揺動動作する動作範囲は、１５°の角度に設定されている。

また、第２補正部材５１は、対応する第２切欠き部９に当接してテープフレーム１のエンドエフェクタ１７に対する相対的な位置を補正する部材で、本実施形態が備える第２補正部材５１は、円柱状の形状をしており、ベース板４０の所定の位置に、裏面からネジで固定されている。上記説明のとおり、エンドエフェクタ１７に移動可能な第１補正部材５０ａを備えることで、位置ずれをおこしたテープフレーム１と第１補正部材５０ａとが衝突することなく、第１切欠き部８と係合して、テープフレーム１の位置ずれを補正してエンドエフェクタ１７に対する正規の位置に案内することが出来る。もちろん、移動可能な第１補正部材５０ａの当接ピン５２ａの位置は、エンドエフェクタ１７がテープフレーム１にアクセスする際には、エンドエフェクタ１７の案内開始位置に移動している。

図９は、テープフレーム１が従来のエンドエフェクタに対する相対位置が正規位置からずれた場合の、エンドエフェクタに固定された従来の当接ピン５２と第１切欠き部８周辺の位置関係を示した図である。図９（ａ）はテープフレーム１がカセット１５の棚板上の正規位置に配置された場合の位置関係を示すものである。ここで、従来の当接ピン５２を備える従来のエンドエフェクタが前進すると、第１切欠き部８と当接ピン５２は問題なく係合する。図９（ｂ）は棚板上のテープフレーム１が従来のエンドエフェクタに対して図面視して右方向に平行に位置ずれをおこしたものである。この場合、従来の当接ピン５２を備える従来のエンドエフェクタが前進すると、当接ピン５２は第１切欠き部８の左側にある円弧状の周縁部１４に衝突するが、この円弧状の周縁部１４は第１切欠き部８に向かって傾斜しているので、従来のエンドエフェクタの前進移動に伴って当接ピン５２は第１切欠き部８に向かって相対的に移動して係合する。図９（ｃ）は、棚板上のテープフレーム１が正規の位置から図面視して反時計回りに回転した状態の位置ずれが発生したものである。この場合、エンドエフェクタが前進すると、当接ピン５２は第１切欠き部８の右側にある円弧状の周縁部１４´に衝突する。この円弧状の周縁部１４´は、当接ピン５２が前進すると第１切欠き部８から離間する方向に案内するよう傾斜しているので、従来のエンドエフェクタの前進移動に伴って第１切欠き部８は当接ピン５２から離れる方向に向かって相対的に移動してしまう。このため、テープフレーム搬送ロボット２はエラーを検知して停止してしまい、製造工程の遅延を招いてしまう。ここで、本実施形態のエンドエフェクタ１7が備える当接ピン５２ａは、エンドエフェクタ１７がテープフレーム１にアクセスする動作を行う際には、付勢部材５５の作用によって従来の当接ピン５２よりも中心軸Ｌ２寄りである案内開始位置で待機しているので、こういったテープフレーム１の回転方向のずれに対しても、第１切欠き部８と係合することができる。

次に、カセット１５の棚板上で位置ずれしているテープフレーム１を、第１補正部材５０と第２補正部材５１が正規の位置に案内する動作について説明する。図１０はテープフレーム１が本実施形態のエンドエフェクタ１７に対して図面視して左方向にＸ軸と平行に位置ズレした場合の、第１補正部材５０の案内動作を示した図である。ここで、位置ずれをおこしているテープフレーム１の中心を通りＹ軸に平行な中心線Ｌ２´が、エンドエフェクタ１７の中心線でありＹ軸に平行な直線Ｌ４に対して左方向に位置ずれしている距離をαとしている。図１０（ａ）を参照。目的のテープフレーム１にアクセスするために、制御部２８はテープフレーム搬送ロボット２内部の駆動機構とＸ軸テーブル１９を動作させて、エンドエフェクタ１７を棚板上に載置されるテープフレーム１の下方であって、予め教示された位置まで移動させる。この位置は、エンドエフェクタ１７の上面がテープフレーム１の下面に接触することなく、且つ、第１補正部材５０が備える当接ピン５２ａと第２補正部材５１である当接ピン５２ｂとが、テープフレーム１の周縁部に当接する高さ位置である。また、このエンドエフェクタ１７の水平面内の位置は、予め制御部２８に教示された位置であって、カセット１５内の正規の位置に配置されたテープフレーム１の中心を通りＹ軸に平行な中心線Ｌ２と、エンドエフェクタ１７のＹ軸に平行な方向に延在する中心線Ｌ４とが一致する位置である。

次に制御部２８は、テープフレーム搬送ロボット２のアーム体２５を動作させて、エンドエフェクタ１７をテープフレーム１に向かってＹ方向に対して平行に前進移動させる。図１０（ｂ）を参照。この時、テープフレーム１はカセット１５内の棚板上に載置されていて、エンドエフェクタ１７の前進移動によって、エンドエフェクタ１７が備える第２補正部材５１とテープフレーム１に形成された第２切欠き部９の傾斜した直線１２が当接し、テープフレーム１は第２補正部材５１に倣って、エンドエフェクタ１７に対して位置ずれを打ち消す方向（Ｘ軸方向）に棚板上を移動する。この際、テープフレーム１はＸ軸方向に直線的に移動するか、もしくは、棚板上で微小に回転しながらＸ軸方向に移動する。また、第１補正部材５０は第１切欠き部８と係合して、エンドエフェクタ１７の前進移動によって第１切欠き部８の傾斜した直線１０に押されるように反時計回りの方向に、規制部材５９ａに当接するまで回動する。その後、エンドエフェクタ１７が予め教示された所定の前進位置まで更に移動することで、棚板上のテープフレーム１は第１補正部材５０と第２補正部材５１に押され、正規の載置位置まで案内される。図１０（ｃ）を参照。また、この時、テープフレーム１に形成された前側の直線部５とエンドエフェクタ１７に形成された直線当接部３８が当接することにより、Ｙ軸方向について、より正確な位置補正が行われる。

テープフレーム１が正規の位置まで案内されると、エンドエフェクタ１７が備える反射光式センサ６０の光軸がテープフレーム１に反射して受光部に入光することで、反射光式センサ６０の電気信号が制御部２８に送信される。信号を受信した制御部２８は、テープフレーム１が正規の位置まで案内されたと判断して、テープフレーム搬送ロボット２の昇降部の駆動源を作動させて、旋回部２４を予め教示された位置まで上昇移動させる。エンドエフェクタ１７はこの旋回部２４の上昇移動に連動して上昇移動することで、テープフレーム１を棚板から持ち上げて支持する。旋回部２４の予め教示された所定の位置までの上昇移動が完了すると制御部２８は、クランプ爪３０、３１、３２を挟持動作させてテープフレーム１をエンドフェクタ１７上に固定した後、テープフレーム搬送ロボット２の各駆動機構を動作させて、テープフレーム１を次の目的地に向かって搬送する。

次に、テープフレーム１がカセット１５の棚板上で回転方向に位置ずれしている場合の動作について説明する。図１１（ａ）は、図面視して反時計回り方向に位置ズレしたテープフレーム１とエンドエフェクタ１７との位置関係を示した図である。図１１（ａ）におけるテープフレーム１は、正規に載置されたテープフレーム１に対して水平面内において反時計回りの方向にβ角度の位置ずれを起こしている。ここで、反時計回り方向に位置ずれをしたテープフレーム１の中心線Ｌ２´´は、正規の位置に配置されるテープフレームの中心線Ｌ２に対してβ角度傾いている。なお、このテープフレーム１の位置ずれした位置は、従来の固定式当接ピン５２では、エンドエフェクタ１７がテープフレーム１へアクセスする際にテープフレーム１の周縁部に衝突してしまう位置である。

目的のテープフレーム１にアクセスするために、制御部２８はテープフレーム搬送ロボット２内部の駆動機構とＸ軸テーブル１９を動作させて、エンドエフェクタ１７を棚板上に載置されたテープフレーム１の下方であって、予め教示された位置まで移動させる。この位置は、エンドエフェクタ１７の上面がテープフレーム１の下面に接触することなく、且つ、第１補正部材５０が備える当接ピン５２ａと第２補正部材５１である当接ピン５２ｂとが、テープフレーム１の周縁部に当接する高さ位置である。また、このエンドエフェクタ１７の水平面内の位置は、予め制御部２８に教示された位置であって、正規の位置に配置されたテープフレーム１の中心を通りＹ軸に平行な中心線Ｌ２と、エンドエフェクタ１７のＹ軸に平行な方向に延在する中心線Ｌ４とが一致する位置である。図１１（ａ）を参照。

次に制御部２８は、テープフレーム搬送ロボット２のアーム体２５を動作させて、エンドエフェクタ１７をテープフレーム１に向かってＹ方向に対して平行に前進移動させる。図１１（ｂ）を参照。この移動によって、第１補正部材５０が備える当接ピン５２ａとテープフレーム１に形成された第１切欠き部８の傾斜した直線１０が当接する。その後、第１補正部材５０は、エンドエフェクタ１７の前進移動に連動してこのテープフレーム１の傾斜した直線１０に倣って、反時計回りに回動し始める。エンドエフェクタ１７が前進移動を継続すると、第１補正部材５０は第１切欠き部８の２つの直線１０、１１に挟まれる位置まで傾斜直線１０に倣って移動する。

その後、エンドエフェクタ１７が予め教示された所定の位置までさらに前進移動することで、棚板上に載置されているテープフレーム１は、第１補正部材５０の反時計回り方向への回動と第２補正部材５１と当接する傾斜直線１２とに倣って、エンドエフェクタ１７上の正規の位置まで案内される。図１１（ｃ）を参照。また、この時、テープフレーム１に形成された前側の直線部５とエンドエフェクタ１７に形成された直線当接部３８とが当接する。テープフレーム１はエンドエフェクタ１７が予め教示された所定の位置に到達するまで直線当接部３８に当接した状態でエンドエフェクタ１７に押されることで、Ｙ軸方向に関してより正確な位置補正が行われる。棚板上に載置されるテープフレーム１が正規の位置まで案内されると、エンドエフェクタ１７が備える反射光式センサ６０の光軸がテープフレーム１に反射して受光部に入光することで、反射光式センサ６０の電気信号が制御部２８に送信される。信号を受信した制御部２８は、前述した手順と同じ手順に沿って、テープフレーム１をエンドエフェクタ１７で持ち上げ、次の目的地に向かって搬送する。

前述した第１補正部材５０は、スイングアーム５３が中心軸Ｃ３を回転中心として水平面内を回動することで、スイングアーム５３の先端に取り付けられた当接ピン５２ａが案内開始位置Ｐ２と案内完了位置Ｐ１との間を円弧状の軌跡に沿って移動する構成となっている。次に、当接ピン５２ａが案内開始位置Ｐ２と案内完了位置Ｐ１との間を直線状の軌跡に沿って移動する第２の実施形態について説明する。図１３（ａ）は本発明の第２の実施形態である第１補正部材６１を示す断面図であり、図１３（ｂ）はその動作範囲を示した上面図である。

テープフレーム１の第１切欠き部８と係合する第１補正部材６１は、先端部に第１切欠き部８と係合する当接ピン５２ａが取り付けられた伸縮アーム６２と、内部空間に伸縮アーム６２の一部が摺動可能に配置される中空の部材であって、一端に開口が形成されている鞘部材６３と、伸縮アーム６２を付勢して伸縮アーム６２の先端部に取り付けられた当接ピン５２ａを案内完了位置Ｐ１から案内開始位置Ｐ２の方向に移動させる付勢部材６４とで構成されている。なお、本実施形態の第１補正部材６１が備える付勢部材６４は公知のコイルバネである。付勢部材６４は、無負荷状態の伸縮アーム６２を案内開始位置Ｐ２に向かって移動させ、また、エンドエフェクタ１７の前進移動により当接ピン５２ａがテープフレーム１の周縁部や第１切欠き部８と当接することにより負荷がかかった際には、伸縮アーム６２が案内開始位置Ｐ２から案内完了位置Ｐ１の方向へと移動する動作を阻害しない程度の付勢力を有している。

鞘部材６３は長方形の断面を有する中空の直方体状の部材であり、伸縮アーム６２が挿入される側に形成される開口部には、中央部分に比べて壁の厚さ寸法が大きくなるよう内向きの段差が形成されている。この内向きの段差により、鞘部材６３の開口部の断面積は、本体中央部分の断面積よりも小さくなっている。また、鞘部材６３の開口部と対向する側も、開口部と同様に中央部分に比べて壁の厚さ寸法が大きくなるよう内向きの段差が形成されていて、壁の厚さ寸法の違いにより、底部分の断面積は鞘部材６３の中央部分の断面積よりも小さくなっている。鞘部材６３の中央部分は両端部の断面積よりも大きな断面積を有する空間６３ａとなっている。また、鞘部材６３の内部空間には付勢部材６４である公知のコイルバネが配置されている。

伸縮アーム６２は長方形の断面を有する棒状の部材であり、先端部には当接ピン５２ａが鉛直方向に直立するように取り付けられている。また、伸縮アーム６２の基端部６２ａは、鞘部材６３の内部に挿入されていて、本体部分よりも大きな断面となるように外向きの段差が形成されている。伸縮アーム６２この大きな断面積を有する基端部６２ａが、鞘部材６３の断面積が比較的大きな中央部分６３ａの内部空間を進退方向に摺動移動するように配置されている。伸縮アーム６２は無負荷状態の際には、付勢部材６４に付勢されて前進する方向に移動する。この移動に伴い基端部６２ａも鞘部材６３の空間６３ａを前進する方向に移動するが、基端部６２ａの前側の段差と空間６３ａに形成される前側の段差とが当接することで、伸縮アーム６２の前進移動が規制される。この伸縮アーム６２が前進移動を規制されて停止する位置が、伸縮アーム６２の先端に固定された当接ピン５２ａの案内開始位置Ｐ２と一致するように第１補正部材６１は構成されている。また、当接ピン５２ａがテープフレーム１の周縁部と当接することで、伸縮アーム６２も後退移動するが、基端部分６２ａが中央部分６３ａの後側の段差と当接することで、伸縮アーム６２の後退移動が規制される。この伸縮アーム６２が後退移動を規制されて停止する位置が、伸縮アーム６２の先端に固定された当接ピン５２ａの案内完了位置Ｐ１と一致するように第１補正部材６１は構成されている。

上記構成とすることで、第１補正部材６１は、第１の実施形態の第１補正部材５０と同様に、位置ずれを起こしたテープフレーム１の第１切欠き部８と係合して、テープフレーム１をエンドエフェクタ１７に対する正規の位置まで案内することが出来る。なお、本実施形態が備える付勢部材６４はコイルバネを用いているが、これに代えて、例えば空気を付勢力とするエアダンパを用いても良い。また、磁石による反発力を利用しても良い。さらに、スイングアーム５３や伸縮アーム６２の位置を検出するセンサを備えることで、これらのアームの動作が完了したかどうかを制御部２８が検知することが出来る。

上記説明したように、本実施形態のエンドエフェクタ１７がアーム体２５の動作によって所定の位置まで前進移動することで、位置ずれを起こしているテープフレーム１はカセット１５の奥側に向かって押し込まれる。このテープフレーム１のカセット１５奥側への移動に伴い、第２補正部材５１が第２切欠き部９と当接し、第１補正部材５０が第１切欠き部８と係合することで、テープフレーム１は位置ずれを補正する方向に棚板上を移動させられる。上記動作は、テープフレーム１を収納するカセット１５の奥側に余裕がある場合に可能である。しかしながら、各工程間でカセット１５を運搬する際には、カセット１５は、テープフレーム１がカセット１５から落下しないように奥側を下にした姿勢で運搬される。この運搬の際、テープフレーム１はカセット１５の奥側まで移動してしまうので、エンドエフェクタ１７はテープフレーム１をカセット１５の奥側に向かって押すことが出来ない。そこで、本発明のエンドエフェクタ１７を使って、奥側のスペースに余裕が無いカセット１５からテープフレーム１を正規の位置に位置決めしたうえで取り出す方法について、下記に説明する。

まず、制御部２８テープフレーム搬送ロボット２の各駆動部とＸ軸テーブル１９を動作させて、エンドエフェクタ１７をテープフレーム１にアクセスする位置まで移動させる。次に、制御部２８はアーム体２５を動作させて、エンドエフェクタ１７を所定の位置までＹ方向に対して平行に前進移動させる。なお、この前進移動は、エンドエフェクタ１７のフィンガ部３４がテープフレーム１を持ち上げることが出来る程度の移動で良く、エンドエフェクタ１７上の第１補正部材５０及び第２補正部材５１がテープフレーム１の周縁部に当接する必要はない。図１２（ａ）を参照。このエンドエフェクタ１７の前進移動完了後に、制御部２８は昇降部を上昇動作させて、棚板上に載置されているテープフレーム１をエンドエフェクタ１７で持ち上げて支持する。図１２（ｂ）を参照。次に、制御部２８はアーム体２５を動作させて、エンドエフェクタ１７を所定の位置まで後退移動させた後、昇降部を下降動作させて、エンドエフェクタ１７を棚板よりも下方となるように下降移動させる。この下降動作により、エンドエフェクタ１７上に保持されていたテープフレーム１はカセット１５の棚板上に載置される。図１２（ｃ）（ｄ）を参照。ここで、エンドエフェクタ１７の下降する位置は、当初の載置位置よりもテープフレーム搬送ロボット２側に移動することとなり、テープフレーム１の後側の直線部６とカセット１５の後側の壁面との間にも大きなスペースが出来る。

テープフレーム１の棚板上への載置が完了すると、制御部２８は再度アーム体２５を動作させて、エンドエフェクタ１７を予め教示された所定の位置まで前進移動させる。このエンドエフェクタ１７の前進移動によって、テープフレーム１は、第１補正部材５０と第２補正部材５１に倣って、エンドエフェクタ１７に対する正規の相対位置まで案内される。この案内される際に、テープフレーム１は先ほど出来たスペース内をカセット１５の後方に向かって移動する。テープフレーム１が正規の位置まで案内されると、エンドエフェクタ１７が備える反射光式センサ６０の光軸がテープフレーム１に反射して受光部に入光することで、反射光式センサ６０の電気信号が制御部２８に送信される。信号を受信した制御部２８は、前述した手順と同じ手順に沿って、テープフレーム１をエンドエフェクタ１７で持ち上げ、次の目的地に向かって搬送する。

上記説明のとおり、テープフレーム搬送ロボット２はカセット１５の奥まったところに配置されていたテープフレーム１を、一旦カセット１５の前方、すなわちテープフレーム搬送ロボット２に接近する方向に配置し直したうえで、再度テープフレーム１にアクセスする。こうすることで、テープフレーム１の位置ずれを補正するために必要なエンドエフェクタ１７の直進移動のためのスペースを確保することが出来る。なお、この方法はカセット１５内に収納されたテープフレーム１に限らず、奥行き方向に余裕の無い処理装置内に載置されるテープフレーム１に対しても適用できる。なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

Claims

テープフレームを所定の相対位置に補正して支持するエンドエフェクタであって、
前記テープフレームを下方から支持するフィンガ部と、
案内開始位置と案内完了位置との間を移動して、前記テープフレームの所定の位置に形成された位置決めのための切欠き部に係合して、前記テープフレームの前記エンドエフェクタに対する前記相対位置へと案内する補正部材と、
前記補正部材を案内開始位置に付勢する付勢部材と、
を備えることを特徴とするエンドエフェクタ。
前記案内開始位置は案内完了位置よりも前記エンドエフェクタの中心線側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
前記補正部材は基端部を前記エンドエフェクタに揺動可能に取り付けられていて、
前記付勢部材はねじりバネであることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載のエンドエフェクタ。
前記テープフレームに形成された直線部と当接して、前記テープフレームの位置補正を行う直線当接部を更に備えることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
前記テープフレームを固定する挟持部を更に備えることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
前記テープフレームが所定の位置に位置決めされたことを検知するセンサを更に備えることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
請求項１から請求項６のいずれかに記載のエンドエフェクタをアーム体の先端部に備えることを特徴とするテープフレーム搬送ロボット。