以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、工程(ステップ)及び工程の順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態)
[ワーク搬送ロボットの使用例]
まず、実施の形態に係るワーク搬送ロボット1の使用例について、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態に係るワーク搬送ロボット1の使用例を示す図である。
本実施の形態に係るワーク搬送ロボット1は、ワークとしてウエハ2(基板)を搬送するためのウエハ搬送ロボットであり、例えば、図1に示されるウエハ処理設備10で使用される。
図1に示すように、ウエハ処理設備10は、半導体製造工程で用いられる製造設備であり、トランスファーチャンバ11と、プロセスモジュール12と、ロードロックチャンバ13とを含む。本実施の形態におけるウエハ処理設備10は、ウエハを枚葉処理することができる。
トランスファーチャンバ11は、内部でウエハ2の搬送を行うための部屋であり、例えば、上方から見て多角形である。トランスファーチャンバ11の中央部には、ウエハ2を搬送するためにワーク搬送ロボット1が設置されている。本実施の形態において、トランスファーチャンバ11の内部空間は、常温の真空雰囲気である。
トランスファーチャンバ11の側面には、プロセスモジュール12とロードロックチャンバ13とが設置されている。プロセスモジュール12及びロードロックチャンバ13は、トランスファーチャンバ11を中心として放射状に配置されている。
プロセスモジュール12(ウエハ処理モジュール)は、ウエハ2に所定の処理を行うためのプロセスチャンバ(処理室)を有する。プロセスモジュール12は、例えば、プロセスチャンバとして、真空環境下及び高温環境下でウエハに成膜処理等の処理を行うための真空チャンバを有する。プロセスチャンバでは、例えば、プラズマCVD等によってウエハ2上に酸化膜や半導体膜等の薄膜が成膜される。つまり、ウエハ2の処理は、高温の真空雰囲気で行われる。
本実施の形態において、プロセスモジュール12は3つ設置されており、ウエハ2が3つのプロセスモジュール12を行き来することで、ウエハ2に対して複数の処理を連続して行うことができる。なお、プロセスモジュール12は、3つに限るものではなく、1つ又は2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。
ロードロックチャンバ13は、プロセスモジュール12での処理前及び処理後のウエハ2の出し入れを行うための部屋である。ロードロックチャンバ13は、ウエハ処理設備10の前段又は後段に設置された設備モジュール(不図示)とトランスファーチャンバ11との間に設置される。
本実施の形態において、ロードロックチャンバ13は、プロセスの前段側に設置された第1ロードロックチャンバ13aと、プロセスの後段側に設置された第2ロードロックチャンバ13bとからなる。
この場合、ウエハ2は、第1ロードロックチャンバ13aに一時的に留められてから、ワーク搬送ロボット1によってトランスファーチャンバ11を経由してプロセスモジュール12に搬送されて所定の処理が施される。また、ウエハ2への処理が完了した後は、ウエハ2は、プロセスモジュール12からアンロードされてワーク搬送ロボット1によってトランスファーチャンバ11を経由して第2ロードロックチャンバ13b内に搬送されて一時的に留められる。
第1ロードロックチャンバ13aには処理前のウエハ2が収納され、第2ロードロックチャンバ13bには処理済みのウエハ2が収納されている。なお、ロードロックチャンバ13は、2つに限るものではなく、1つであってもよい。
このように構成されるウエハ処理設備10では、トランスファーチャンバ11とプロセスモジュール12は、その内部空間が真空状態に保持される。一方、ロードロックチャンバ13の内部空間は、真空と大気圧とに切り換えることができる。このため、プロセスモジュール12とトランスファーチャンバ11との間、及び、ロードロックチャンバ13とトランスファーチャンバ11との間には、ゲートバルブ(開閉バルブ)を有する接続フランジが設けられている。トランスファーチャンバ11及びプロセスモジュール12は、ゲートバルブによって高い気密性が保持されて内部空間が真空状態に維持される。なお、トランスファーチャンバ11及びプロセスモジュール12は真空ポンプ等によって内部が高真空化されており、ウエハ2の処理工程はすべて真空雰囲気で行われる。
トランスファーチャンバ11に設置されたワーク搬送ロボット1は、ロードロックチャンバ13とプロセスモジュール12との間でウエハ2を搬送する。具体的には、ワーク搬送ロボット1は、アーム200及びハンド300が折り畳まれた状態を原点位置とする動作シーケンスによりアーム200及びハンド300を旋回させることで伸縮動作を行い、これにより、ハンド300に保持されたウエハ2を、プロセスモジュール12間又はプロセスモジュール12とロードロックチャンバ13との間を行き来させる。このとき、ハンド300がゲートバルブを通過する際にゲートバルブが開閉するようになっている。
[ワーク搬送ロボットの構成]
次に、ワーク搬送ロボット1の詳細な構成を説明する。まず、図2を用いて、ワーク搬送ロボット1の概要について説明する。図2は、実施の形態に係るワーク搬送ロボット1の外観斜視図である。
図2に示すように、ワーク搬送ロボット1は、複数の関節部(可動部)を有する多関節ロボットであり、固定ベース100と、第1関節部1aで回転可能に固定ベース100に連結されたアーム200と、第2関節部1bで回転可能にアーム200に連結されたハンド300とを備える。
本実施の形態において、アーム200及びハンド300は、いずれも鉛直方向を法線とする水平面(回転面)で旋回するように回転する。つまり、ワーク搬送ロボット1は、第1関節部1aでアーム200が旋回する第1旋回機構及び第2関節部1bでハンド300が旋回する第2旋回機構を有する。また、アーム200及びハンド300は、旋回時に互いに干渉しないように異なる回転面で回転する。なお、アーム200及びハンド300は、いずれも360°で無限大で両方向に回転可能となっている。
ワーク搬送ロボット1は、固定ベース100がトランスファーチャンバ11の外部に配置され、アーム200及びハンド300がトランスファーチャンバ11の内部に配置される。つまり、固定ベース100は大気環境下に置かれ、アーム200及びハンド300は真空環境下に置かれる。
図2に示すように、ワーク搬送ロボット1には、冷却流体(冷媒)が流れる冷却流路400が設けられている。冷却流路400は、固定ベース100及びアーム200を通るように設けられている。冷却流路400は、一本の連続した流路であり、冷却流路400の経路(冷却流体の流れ)は、固定ベース100から第1関節部1aを介してアーム200内に向かい、第2関節部1bの少なくとも一部を囲ってから再び第1関節部1aを介して固定ベース100に向かう道筋となっている。
冷却流路400に流れる冷却流体としては、例えば水(純水)又はブライン液等の液体を用いることができるが、冷却流体は液体に限るものではない。冷却流体としては、窒素、代替フロン、アンモニア、プロパン、エチレン又はドライエア等の気体であってもよく、流体であれば利用することができる。なお、本実施の形態では、冷却流体として水(冷却水)を用いている。
以下、ワーク搬送ロボット1の各構成部品について、図1及び図2を参照しながら、図3〜図5を用いて詳細に説明する。図3は、実施の形態に係るワーク搬送ロボット1の分解斜視図である。図4は、図3のIV-IV線における同ワーク搬送ロボット1の断面図である。図5は、図3のV-V線における同ワーク搬送ロボット1のアーム200の断面図である。
[固定ベース]
図2に示すように、固定ベース100は、外郭カバーとして略円筒状の筐体(ハウジング)を備える胴体部であり、所定の位置に固定される。また、固定ベース100は、アーム200及びハンド300を駆動する駆動部であり、固定ベース100の筐体内には、アーム200及びハンド300を駆動するための駆動部品等の各種部品が内蔵されている。
具体的には、図4に示すように、固定ベース100は、回転体110と、回転体110を回転駆動させることでアーム200を回転させるためのアーム駆動源120(第1駆動源)と、ハンド300を回転させるためのハンド駆動源130(第2駆動源)とを有する。固定ベース100は、さらに、水冷ユニット140(図2参照)と、回転シールユニット150と、トップフランジ160とを有する。
回転体110は、回転軸(駆動軸)が第1関節部1aに位置する回転部品である。回転体110の回転軸は鉛直軸であるので、回転体110は鉛直軸を中心として回転する。本実施の形態において、回転体110は、フィードスルー及び溶接ベローズによって構成されている。また、図示しないが、回転体110を昇降させるZ軸ユニットが固定ベース100内に設けられている。
回転体110は、回転体110の回転軸の頂部にアーム取付部111を有しており、アーム取付部111においてアーム200と連結されている。具体的には、回転体110のアーム取付部111には、アーム200の回転板210が固定される。
図4に示すように、回転体110の内部には、冷却流体が流れる冷却流路400の一部として、軸流路101が形成されている。軸流路101は、回転体110の回転軸に沿って形成された流路孔であり、アーム200に形成されたアーム流路201につながっている。
具体的には、軸流路101は、アーム200に導入する冷却流体が流れる第1軸流路101aと、アーム200から排出された冷却流体が流れる第2軸流路101bとによって構成されている。第1軸流路101a及び第2軸流路101bは、回転体110の回転軸を間に挟んで且つ当該回転軸と平行に、回転体110の下部に設けられた下部シャフト部112から回転体110の上部に設けられたアーム取付部111にわたって直線状に形成されている。下部シャフト部112は、アーム駆動源120の回転を伝達するとともに、水冷ユニット140(図2参照)からの冷却水が導入される冷却水導入シャフト部である。
図4に示すように、アーム駆動源120は、アーム200を回転させるための駆動系であり、例えば、アーム駆動用モータ121及び減速機122を有する。アーム駆動用モータ121及び減速機122は、カップリングユニット123を介して回転体110の下部シャフト部112に連結されている。カップリングユニット123は、例えばディスクカップリング123a及びカップリングシャフト123bによって構成されている。
アーム駆動源120を駆動させることによって、アーム200を所定の角度で回転させることができる。具体的には、アーム駆動源120を駆動させると回転体110が回転し、これにより、回転体110に連結されたアーム200が回転する。より具体的には、回転体110が回転することで回転体110に固定された回転板210が回転し、これにより、回転板210に固定されたアーム本体220が回転する。
ハンド駆動源130は、ハンド300(図3参照)を回転させるための駆動系であり、例えば、ベースプーリ131と、ベースベルト132(タイミングベルト)と、ハンド駆動用モータ(不図示)及び減速機(不図示)とを有する。ベースプーリ131は、回転体110の回転軸と同軸の第1ベースプーリと、ハンド駆動用モータの回転に連動して回転する第2ベースプーリとからなる。ベースベルト132は、ベースプーリ131(第1ベースプーリ、第2ベースプーリ)に巻回されている。ベースプーリ131は、例えば歯付プーリであり、ベースベルト132は、例えば歯付プーリに噛み合う歯付ベルトである。ハンド駆動源130は、ハンド300の数と同数設けられる。本実施の形態では、2つのハンド300が設けられているので、ハンド駆動源130も2つ設けられている。
ハンド駆動源130を駆動させることによって、ハンド300を所定の角度で回転させることができる。具体的には、ハンド駆動源130を駆動させると、アーム200のアームプーリ240及びアームベルト250(タイミングベルト)が駆動されてハンド300が回転する。
図2に示される水冷ユニット140は、アーム200に冷却水を供給するとともにアーム200から冷却水を回収するための装置である。水冷ユニット140から供給される冷却水は、図4に示すように、回転体110の第1軸流路101aを通ってアーム200のアーム流路201に供給され、回転体110の第2軸流路101bを通って水冷ユニット140に回収される。
具体的には、図2に示される水冷ユニット140は、回転体110の下部シャフト部112から第1軸流路101aに冷却水を導入する。なお、水冷ユニット140は継手を介して外部の水源に接続されている。
アーム流路201に供給する冷却水の量及びタイミングは、水冷ユニット140によって制御することができる。アーム流路201に供給する冷却水の量は、例えば1リットル/分であるが、これに限るものではない。また、冷却水は、連続的にアーム流路201に供給されてもよいし、断続的(間欠的)にアーム流路201に供給されてもよい。アーム流路201への冷却水の供給は、アーム200及びハンド300の動作時に行うが、アーム200及びハンド300の動作時以外に行ってもよい。ただし、ハンド300がプロセスモジュール12(プロセスチャンバ)にアクセスするとき(つまり、熱の影響を最も受けるとき)にのみアーム流路201に冷却流体を流すとよい。これにより、ランニングコストを低減することができる。
図4に示すように、トップフランジ160は、固定ベース100の筐体の上側の開口部から水平方向に突出するように形成される。トップフランジ160には貫通孔が設けられており、この貫通孔には、回転体110のアーム取付部111が挿入されている。本実施の形態では、図2に示すように、トップフランジ160よりも上側の領域が真空雰囲気であり、トップフランジ160よりも下側の領域が大気雰囲気である。
なお、固定ベース100の筐体の内部には、その他に、リニアガイド、モータスペーサ及びサイドプレート、ボールねじ、Z軸用モータ等が配置されている。
[アーム]
図2に示すように、アーム200は、第1関節部1aにおいて鉛直軸周りに回転可能に固定ベース100に連結されている。また、アーム200は、第2関節部1bにおいてハンド300が連結されている。つまり、アーム200の長手方向の一端部には固定ベース100が連結され、アーム200の長手方向の他端部にはハンド300が連結されている。
図3に示すように、アーム200は、固定ベース100の回転体110の回転軸の頂部に固定された回転板210と、回転板210が固定されたアーム本体220と、アーム本体220に蓋をするアーム蓋230とを有する。回転板210、アーム本体220及びアーム蓋230は、例えばアルミニウム等の金属材料によって構成することできるが、所望の耐熱性を有していれば、回転板210、アーム本体220及びアーム蓋230の素材は、金属材料に限るものではない。
回転板210は、平面視形状が円形の板状部材であり、アーム本体220内に収納されている。回転板210は、固定ベース100に対して回転可能に連結されている。本実施の形態において、回転板210は、固定ベース100の回転体110に固定されている。具体的には、回転板210は、回転体110のアーム取付部111の頂部中心に回転板210の中心(回転軸)が位置するようにアーム取付部111の頂部に載置されてネジ等で回転体110に固定されている。
アーム本体220及びアーム蓋230は、アーム200の外郭を構成する外郭部材である。アーム本体220は、内部に空間領域を有する長尺状の筐体であり、アーム200のメインボディを構成する。アーム蓋230は、板状部材であり、アーム本体220の内部を隠すようにアーム本体220に取り付けられる。
アーム本体220には、ハンド300を回転させるために、アームプーリ240及びアームベルト250が配置されている。
アームプーリ240は、固定ベース100側の第1アームプーリと、ハンド300側の第2アームプーリとからなる。第1アームプーリは、第1関節部1aに配置される。具体的には、第1アームプーリは、回転体110のアーム取付部111の周囲に配置されている。第2アームプーリは、第2関節部1bに配置される。アームベルト250は、アームプーリ240(第1アームプーリ、第2アームプーリ)に巻回されている。アームプーリ240は、例えば歯付プーリであり、また、アームベルト250は、例えば歯付プーリに噛み合う歯付ベルトである。
アームプーリ240及びアームベルト250によって、ハンド300を回転させることができる。具体的には、固定ベース100に内蔵されたハンド駆動源130を駆動させると、原動プーリである固定ベース100側のアームプーリ240(第1アームプーリ)が回転し、これにより、アームベルト250が動いて、従動プーリであるハンド300側のアームプーリ240(第2アームプーリ)が回転する。第2アームプーリが回転することで、第2アームプーリに連結されたハンド300が回転する。
なお、アームプーリ240及びアームベルト250は、ハンド300の数と同数設けられる。本実施の形態では、2つのハンド300が設けられているので、アームプーリ240及びアームベルト250は、2セット設けられている。また、本実施の形態では、アームベルト250の張り等を調整するために、図3に示すように、アイドラ260(中継プーリ)が設けられている。
また、図5に示すように、アーム200内の第1関節部1a及び第2関節部1bにおける回転部品同士の間には、磁性流体シール270及びクロスローラベアリング280が配置されている。磁性流体シール270を設けることで塵の発生を防止することができる。また、軸受としてクロスローラベアリング280を用いることで高い剛性を確保することができる。なお、クロスローラベアリング280に代えてボールベアリングを用いてもよい。
このように構成されたアーム200には、図2、図4及び図5に示すように、冷却流体が流れる冷却流路400の一部として、アーム流路201が設けられている。
ここで、ワーク搬送ロボット1における冷却流路400全体の構成について、図4を参照しつつ、図6を用いて説明する。図6は、実施の形態に係るワーク搬送ロボット1における冷却流路400を示す図である。なお、図6において、矢印は、冷却水が流れる方向を示している。
図6に示すように、アーム200に設けられたアーム流路201は、冷却流体をアーム200に導入するための導入口201aとアーム200から冷却流体を排出するための排出口201bとを有する。アーム流路201は、導入口201aから排出口201bにわたって形成された1本の連続した流路である。つまり、アーム流路201の一方の端部は導入口201aであり、アーム流路201の他方の端部は排出口201bである。
アーム流路201の導入口201a及び排出口201bは、いずれも第1関節部1aに設けられている。また、アーム流路201は、第2関節部1bの少なくとも一部を囲むように設けられている。したがって、アーム200に供給される冷却流体は、第1関節部1aにおいてアーム流路201に導入され、第2関節部1bの周辺を通ってから第1関節部1aに戻り、第1関節部1aにおいてアーム流路201から排出される。
本実施の形態において、アーム流路201は、アーム200を構成する部材内に形成された流路孔である。具体的には、アーム流路201は、回転板210に形成された流路孔である回転板流路211と、アーム本体220に形成された流路孔であるアーム本体流路221とによって構成されている。
回転板流路211とアーム本体流路221は接続されている。本実施の形態において、回転板210及びアーム本体220は他の部品を介することなく連結されているので、回転板流路211とアーム本体流路221とは直接接続されている。
また、本実施の形態では、アーム200に供給される冷却流体は回転板流路211から導入され、アーム200内の冷却流体は回転板流路211から排出される。したがって、図4及び図6に示すように、回転板流路211は、アーム流路201の導入口201a及び排出口201bを有している。
具体的には、図6に示すように、回転板流路211は、導入口201aを有する第1回転板流路211aと、排出口201bを有する第2回転板流路211bとによって構成されている。第1回転板流路211a及び第2回転板流路211bは、例えば断面形状が円形で回転板210の内部を貫通するように水平方向に延在している。また、第1回転板流路211a及び第2回転板流路211bは、いずれも直線状に形成されており、互いに同一の直線上に位置している。なお、第1回転板流路211a及び第2回転板流路211bの断面形状は、円形に限るものではなく、矩形等であってもよい。
また、回転板210は、回転板210の中央部で回転体110のアーム取付部111に接続されている。つまり、回転板210の回転板流路211は、回転板210の中央部(回転軸近傍)で回転体110の軸流路101とつながっている。
具体的には、回転板210の第1回転板流路211aは、中央部側の一端が回転体110の第1軸流路101aに接続され、かつ、外周部側の他端がアーム本体220のアーム本体流路221の一端に接続されている。したがって、回転体110の第1軸流路101aから供給される冷却水は、回転板210の中央部から導入されて回転板210の径方向外側に向かって第1回転板流路211aを流れて回転板210の外周部からアーム本体流路221(アーム200)に導入される。
一方、回転板210の第2回転板流路211bは、外周部側の一端がアーム本体流路221の他端に接続され、かつ、中央部側の他端が回転体110の第2軸流路101bに接続されている。したがって、第1回転板流路211aからアーム本体流路221に導入された冷却水は、アーム本体流路221に送液されてから第2回転板流路211bの一端に戻り、回転板210の外周部から回転板210の径方向内側に向かって第2回転板流路211bを流れて回転板210の中央部から回転体110の第2軸流路101b(固定ベース100)に排出される。
アーム本体流路221は、上述のように、第2関節部1bの少なくとも一部を囲むように設けられている。本実施の形態において、アーム本体流路221は、第1関節部1aから第2関節部1bに向かって形成され、かつ、第2関節部1bを回り込むように形成されている。
具体的には、アーム本体流路221は、一端が第1回転板流路211aに接続され、他端が第2回転板流路211bに接続されており、第2関節部1bにおいては、第2関節部1bの回転軸(駆動軸)を中心としてその円周方向に沿って円弧又は環状に形成されている。
本実施の形態において、アーム本体流路221は、アーム本体220を構成する部材内に形成された流路孔である。したがって、アーム本体220には冷却水が導入される本体導入口と冷却水が排出される本体排出口とが形成されており、アーム本体流路221は、本体導入口と本体排出口とを1本の空洞孔でつなぐように形成されている。なお、アーム本体220の本体導入口には、回転板210の第1回転板流路211aから冷却水が導入され、アーム本体220の本体排出口からは、回転板210の第2回転板流路211bに冷却水が排出される。
アーム本体流路221は、アーム本体220の外周に沿って形成されている。具体的には、アーム本体流路221は、本体導入口及び本体排出口の各々から第2関節部1b側に向かってアーム本体220の外周に沿って直線状に並行して形成された一対の直線部と、第2関節部1bを囲むように形成された囲み部とによって構成されている。なお、アーム本体流路221の大部分は断面形状が矩形であるが、アーム本体流路221の断面形状は、矩形に限るものではなく、円形等であってもよい。
また、本実施の形態において、アーム流路201は、第2関節部1bにおいて複数段で構成されている。具体的には、アーム本体流路221が第2関節部1bにおいて複数段で構成されている。
ここで、本実施の形態におけるアーム本体流路221の構成について、さらに詳細に説明する。
図6に示すように、アーム流路201(アーム本体流路221)は、第1段で第1関節部1aから第2関節部1bの向こう側に回り込んだ後に折り返して別段の第2段で第2関節部1bの手前側を通って第2関節部1bの向こう側に回り込んだ後に反対側に折り返して第1段で第1関節部1aに向かうように形成されている。
つまり、アーム本体流路221は、第1直線部221aと、第1囲み部221b(第1円弧部)と、第2囲み部221c(C字部)と、第3囲み部221d(第1円弧部)と、第2直線部221eとによって構成されている。
第1直線部221aは、第1段において本体導入口から第2関節部1b側に向かってアーム本体220の外周に沿って直線状に形成されている。
第1囲み部221bは、第1直線部221aに接続されており、第1段において第2関節部1bにおけるハンド300の回転軸を中心として第2関節部1bの奥側(第1関節部1aとは反対側)に向かって第2関節部1bを囲むように円弧状に形成されてる。
第2囲み部221cは、第1囲み部221bに接続されており、第2段において第1囲み部221bの端部から第2関節部1bにおけるハンド300の回転軸を中心として第2関節部1bを囲むようにほぼ円状のC字状に形成されている。
第3囲み部221dは、第2囲み部221cに接続されており、第1段において第2囲み部221cの端部から第2関節部1bにおけるハンド300の回転軸を中心として第1関節部1aに向かって第2関節部1bを囲むように円弧状に形成されている。
第2直線部221eは、第3囲み部221dに接続されており、第1段において第3囲み部221dの端部から本体排出口に向かってアーム本体220の外周に沿って直線状に形成されている。
なお、第1囲み部221b、第2囲み部221c及び第3囲み部221dは、互いの端部同士における段が変化する部分では鉛直方向に形成された流路によって互いに接続されている。
このように構成されたアーム本体220は、図7に示すように、3つの板部材を用いて作製することができる。図7は、アーム本体220を作製するための3つの板部材を斜め上方から見たときの斜視図である。
図7に示すように、アーム本体流路221が形成されたアーム本体220は、上側板部材220a(第1の板部材)と、中間板部材220b(第2の板部材)と、下側板部材220c(第3の板部材)との3つの部材を用いて作製することができる。
具体的には、上側板部材220a、中間板部材220b及び下側板部材220cのベース材料として、例えばアルミニウム板を用意し、それぞれに所定の切削加工を施す。この場合、中間板部材220bについては、アルミニウム板の両面に、アーム本体流路221を構成する所定形状の溝状の流路を形成する。
次に、この中間板部材220bを上側板部材220a及び下側板部材220cで上下から挟み込んで、上側板部材220a、中間板部材220b及び下側板部材220cをろう付けにより接合する。これにより、断面の上下左右が壁面で囲まれた流路孔となるアーム本体流路221が形成されたアーム本体220の母材を形成することができる。
その後、アーム本体流路221が形成された母材を所定形状に切削加工することによって、所定形状のアーム本体220を形成する。これにより、図12等に示される形状のアーム本体220を作製することができる。
これにより、アーム本体220を構成する部材内に形成された流路孔としてアーム本体流路221を形成することができる。これにより、アーム本体220と別体の部品でアーム本体流路221を形成する場合と比べて、部品点数を減少することができるとともに信頼性を向上させることができる。
また、複数の板部材をろう付けで接合することによってアーム本体220を製作することで、ろう付け時に高温環境にさらされるため、アーム本体220のアウトガス性能を向上させることができる。
なお、回転板流路211が形成された回転板210も複数の板部材を接合することで作製してもよい。
[ハンド]
ハンド300は、ウエハを保持するエンドエフェクタである。ハンド300は、例えば、セラミック材料によって構成することができるが、これに限るものではない。ハンド300は、少なくともプロセスモジュール12(プロセスチャンバ)の処理温度に対する耐熱性を有していればよく、ハンド300は、金属材料等で構成されていてもよい。
図2及び図3に示すように、ハンド300は、第2関節部1bにおいて鉛直軸周りに回転可能にアーム200に連結されている。ハンド300は、固定ベース100に内蔵されたハンド駆動源130を駆動することで回転させることができる。
なお、本実施の形態において、ハンド300は2つ設けられている。2つのハンド300の各々は、2つのハンド駆動源130によって独立して回転させることができる。また、2つのハンド300は、回転時に互いに干渉しないように異なる高さに配置されており、異なる回転面で回転する。2つのハンド300は、一方が上部ハンドで、他方が下部ハンドである。
[まとめ]
以上説明したように、本実施の形態におけるワーク搬送ロボット1は、固定ベース100と、第1関節部1aで回転可能に固定ベース100に連結されたアーム200と、第2関節部1bで回転可能にアーム200に連結されたハンド300とを備えている。アーム200には、冷却流体をアーム200に導入するための導入口201aとアーム200から冷却流体を排出するための排出口201bとを有するアーム流路201が設けられている。そして、アーム流路201の導入口201a及び排出口201bは、第1関節部1aに設けられており、アーム流路201は、第2関節部1bの少なくとも一部を囲むように設けられている。
この構成により、アーム流路201は、アーム200と固定ベース100との連結部分(アーム200の根元部分)である第1関節部1aから、アーム200とハンド300との連結部分(アーム200の先端部分)である第2関節部1bにわたって形成されることになる。つまり、アーム流路201に供給された冷却流体は、第1関節部1aからアーム200内に導入されて第2関節部1bの少なくとも一部を囲むように流れて第1関節部1aに戻って第1関節部1aからアーム200外に排出される。
これにより、ハンド300が熱を受けてその熱がアーム200に伝導したとしても、アーム流路201に流れる冷却流体によって第1関節部1a及び第2関節部1bを冷却することができるので、第1関節部1a及び第2関節部1bに用いられる駆動系部品を冷却することができる。例えば、駆動系部品として用いられる軸受を冷却することで、軸受に使用されるグリスの揮発及びリテーナの溶融を抑制できる。また、駆動系部品として用いられるタイミングベルトが熱変形したり劣化したりすることを抑制できる。
このように、本実施の形態では、アーム200に伝導する熱、特にアーム200の関節部に伝導する熱を効率良く冷却することができる。したがって、アーム200に伝導する高温の熱によってワーク搬送ロボット1の寿命、制御精度及び能力が低下することを抑制することができる。
また、アーム200を冷却することによって、アーム200を構成する部品が熱膨張することを抑制することもできる。特に金属部品の熱膨張を抑制することができる。これにより、アーム200を構成する部品の寸法安定性が良くなるので、アーム200及びハンド300の位置精度及び回転軌跡精度が低下することを抑制することができるとともに、制御システムの精度補正機能を不要にすることができる。さらに、熱害による制御精度の低下を防ぐことで、ワーク搬送ロボット1の制御自体をシンプルかつ簡単にすることもできる。
また、ワーク搬送ロボット1の寿命、制御精度及び能力の低下を抑制することによって、ワーク搬送ロボット1のメンテナンスサイクルを向上させることができる。しかも、メンテナンスサイクルが向上することでダウンタイムを削減することができ、スループットが向上する。
また、ワーク搬送ロボット1を冷却することによって高価な耐熱部品を用いる必要がなく安価な標準品を用いることができるので、ワーク搬送ロボットの低コスト化を図ることができる。
特に、本実施の形態におけるワーク搬送ロボット1は、真空雰囲気において長時間安定して稼動させることが可能となる。この点について、以下説明する。
アーム200は、第1関節部1a(回転軸)において玉軸受等の軸受によって固定ベース100に支持される。すなわち、アーム200の回転軸(駆動軸)は軸受内に収容された複数の鋼球やコロ等の転動体による点接触又は線接触によりリテーナ側に接触している。この場合、真空雰囲気中では大気中と違い、熱伝導又は熱輻射による熱放出しか行われないため、軸受での点接触又は線接触での熱伝導効率が極めて悪くなり、ハンド300からアーム200に伝導した熱がアーム200に蓄熱されたままとなり、アーム200から固定ベース100に熱が放熱されにくい。つまり、真空雰囲気においては、アーム200に伝導した熱が放熱されにくい。
これに対して、本実施の形態におけるワーク搬送ロボット1では、ハンド300が熱を受けてその熱がアーム200に伝導したとしても、アーム流路201に流れる冷却流体によってアーム200を冷却することができる。したがって、真空雰囲気においてもアーム200は熱害の影響を受けにくくできるので、長時間安定して稼動させることができる。
また、本実施の形態において、アーム流路201は、アーム200を構成する部材内に形成された流路孔である。
このように、本実施の形態では、アーム流路201を、アーム200を構成する部材とは別部品の配管等で構成するのではなく、アーム流路201を、アーム200を構成する部材内に流路孔として形成している。具体的には、アーム流路201を回転板210及びアーム本体220の各々の内部に形成された流路孔としている。これにより、真空状態を維持しながらアーム200の先端部の第2関節部1bまでを容易に冷却することができる。この点について、以下説明する。
アームを冷却するには、熱源に近づくアームを冷却するための冷却構造を付加することが考えられる。例えば、アームの関節部に冷媒を循環させた配管を設置すること等が考えられる。
しかしながら、真空雰囲気でこのような配管を設置するには、継手や配管から冷媒が漏れないようにする必要があるため、構造が複雑になったりアームが大型化したりコストが増大したりする。また、真空雰囲気で稼動するアームに冷却機能を有する配管を配置することは極めて困難である。また、アームはリンク機構により伸縮するので、冷却機能を有する配管をアームに設置する場合、配管をフレキシブルな構造にする必要があるが、この場合、配管から冷媒が漏れたり耐久性が低下したりする。
これに対して、本実施の形態のように、アーム流路201を、アーム200を構成する部材内に流路孔として直接形成することで、冷却機能を有する配管等を別途設ける必要がない。これにより、冷却機能を有する配管を別途配置することに起因する上記問題が生じない。
したがって、真空雰囲気を維持しながらアーム200の先端部の第2関節部1bまでを簡便な構成で容易に冷却することができる。また、冷却機能を有する配管を別途配置する必要がないので、部品点数が増加することを抑制することもできる。
しかも、アーム流路201を、アーム200を構成する部材内に流路孔として直接形成することで、加熱されるアーム200をアーム流路201に流れる冷却流体によって直接冷却することができる。これにより、アーム200の関節部に伝導する熱を効率良く冷却することができる。
さらに、アーム200の内部に冷却用のアーム流路201を独立して設けているので、その他の部品への影響も無ない。しかも、アーム200の構成部品や構造等がほぼ既存のものを使用できるので、コストメリットに優れるばかりか、可能な限りシンプルな構造にできるので故障率の低減にもつながる。
さらに、アーム流路201を流れる冷却流体は金属よりも軽いため、アーム200を構成する部材に空洞部としてアーム流路201(流路孔)を形成することで、アーム200そのものの軽量化を図ることもできる。
また、本実施の形態におけるワーク搬送ロボット1において、固定ベース100は、アーム200に連結され且つ回転軸が第1関節部1aに位置する回転体110と、回転体110を回転駆動させることでアーム200を回転させるアーム駆動源120とを有し、回転体110の内部には、回転体110の回転軸に沿って形成された流路孔である軸流路101が形成されており、軸流路101は、アーム流路201につながっている。
この構成により、固定ベース100に、冷却流体を流す配管を別途設けることなく、既存の回転体110を用いて冷却流路400の一部となる軸流路101が形成される。したがって、低コスト及びシンプル構造でアーム流路201につながる流路を固定ベース100に設けることができる。
また、本実施の形態におけるワーク搬送ロボット1において、アーム200は、回転体110の回転軸の頂部に固定された回転板210と、回転板210が固定されたアーム本体220とを有する。アーム流路201は、回転板210に形成された流路孔である回転板流路211と、アーム本体220に形成された流路孔であるアーム本体流路221とを有する。回転板流路211は、導入口201a及び排出口201bを有し、アーム本体流路221は、回転板流路211に接続されるとともに、第2関節部1bの少なくとも一部を囲むように設けられている。
この構成により、アーム200に、冷却流体を流す配管を別途設けることなく、既存の回転板210及びアーム本体220を用いて冷却流路400の一部となる回転板流路211及びアーム本体流路221が形成される。したがって、低コスト及びシンプル構造でアーム流路201をアーム200に設けることができる。
また、本実施の形態におけるワーク搬送ロボット1において、軸流路101は、アーム200に導入する冷却流体が流れる第1軸流路101aと、アーム200から排出された冷却流体が流れる第2軸流路101bとによって構成されている。また、回転板流路211は、一端が第1軸流路101aに接続され、かつ、他端がアーム本体流路221の一端に接続された第1回転板流路211aと、一端がアーム本体流路221の他端に接続され、かつ、他端が第2軸流路101bに接続された第2回転板流路211bとによって構成されている。
この構成により、固定ベース100からアーム200にわたって、第1軸流路101a→(第1関節部1a)→第1回転板流路211a→アーム本体流路221(第2関節部1b)→第2回転板流路211b→(第1関節部1a)→第2軸流路101bの順で冷却流体が流れる冷却流路400を構成することができる。これにより、第1関節部1aでの固定ベース100とアーム200との回転を可能としつつ、1本で連続する冷却流路400を実現することができる。
また、本実施の形態におけるワーク搬送ロボット1において、アーム流路201は、第2関節部1bにおいて複数段で構成されている。
この構成により、容易に第2関節部1bの全周を囲むようにアーム流路201を引き回すことを可能にしつつ、第2関節部1bの厚み方向にもアーム流路201を引き回すことができる。これにより、第2関節部1bをより効率良く冷却することができる。
この場合、本実施の形態におけるワーク搬送ロボット1では、アーム流路201は、第1段で第1関節部1aから第2関節部1bの向こう側に回り込んだ後に折り返して別段の第2段で第2関節部1bの手前側を通って第2関節部1bの向こう側に回り込んだ後に反対側に折り返して第1段で第1関節部1aに向かうように形成されている。
この構成により、第2関節部1bの全周を囲むことができるので、第2関節部1bの全周囲を効率良く冷却することができる。
(変形例)
以上、本発明に係るワーク搬送ロボットについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態において、アーム流路201は、第2関節部1bにおいて複数段で構成されていたが、これに限るものではなく、1段のみで構成されていてもよい。この場合、アーム流路201は、第2関節部1bのほぼ全周を囲むのではなく、第2関節部1bの半周分を囲むように形成されていてもよい。
また、上記実施の形態において、ワーク搬送ロボット1は、大気圧よりも圧力を低くした雰囲気(減圧環境下)である真空雰囲気においてウエハを搬送するとしたが、これに限らない。例えば、ワーク搬送ロボット1は、大気中でワークを搬送してもよい。
また、上記実施の形態において、ワーク搬送ロボット1の固定ベース100における回転体110は、フィードスルー及び溶接ベローズによって構成したが、これに限るものではなく、回転体110は、棒状のシャフト等であってもよい。この場合、第1軸流路101a及び第2軸流路101bはシャフト内に形成される。
また、上記実施の形態において、ワーク搬送ロボット1のアーム200は1つとしたが、複数のアーム200を連結することも可能である。この場合、複数のアーム200同士を連結する関節部には、アーム流路201同士をつなげるための流路を形成すればよい。
また、上記本実施の形態において、ワーク搬送ロボット1は、2つのハンド300を有しており、一度に2枚のウエハを搬送できる構成としたが、これに限るものではない。例えば、ハンド300を1つとして一度に1枚のウエハを搬送するものであってもよいし、ハンド300を3つ以上設けて一度に3枚以上のウエハを搬送するものであってもよい。
また、上記実施の形態において、ワーク搬送ロボット1は、ワークとしてウエハを搬送する構成としたが、搬送するワークはウエハに限るものではない。
その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。