JP6901828B2 - 基板搬送ロボットおよび基板搬送装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造用のウェハなどの基板を搬送するための基板搬送ロボット、および同ロボットを備えた基板搬送装置に関する。
基板搬送ロボットが使用される装置の一例して、半導体製造装置について、その代表的なものを図１および図２に示す。半導体製造装置１０１は、半導体ウェハＷを処理するウェハ処理装置１０６と、ウェハＷを収納する容器であるフープ(FOUP)１０２と、ウェハ処理装置１０６とフープ１０２との間でウェハＷを搬送するためのウェハ搬送装置（基板搬送装置）とが備えられている。
フープ１０２には、処理前または処理後のウェハＷが収納され、ウェハ処理装置１０６において、熱処理、不純物導入処理、薄膜形成処理、リソグラフィー処理、洗浄処理および平坦化処理などのプロセス処理が行われる。
ウェハ処理装置１０６は、処理空間１１１が形成される処理空間形成部１１２と、処理空間１１１の内部に配置され、ウェハＷを処理する処理装置本体（図示を省略）と、処理空間１１１に満たされる雰囲気気体を調整する処理空間調整装置（図示を省略）とが備えられている。
ウェハ搬送装置１０７は、準備空間１１６が形成される準備空間形成部１１７と、準備空間１１６に配置される基板搬送ロボット３１と、準備空間１１６に配置され、ウェハＷの向きを調整するアライナ１１９と、準備空間１１６に満たされる雰囲気気体を調整する準備空間調整装置（図示を省略）とが備えられている。
準備空間形成部１１７は、直方体箱状に形成され、基板搬送ロボット３１は、準備空間１１６の長手方向のほぼ中央部に配置されている。
基板搬送ロボット３１は、フープ内空間１０５からウェハＷを取り出し、またフープ内空間１０５にウェハＷを差し入れる。また基板搬送ロボット３１は、処理空間１１１からウェハＷを取り出し、また処理空間１１１にウェハＷを差し入れる。
また、基板搬送ロボット３１は、フープ１０２からウェハ処理装置１０６にウェハＷを搬送するに際して、フープ１０２から取り出したウェハＷを一旦、アライナ１１９に搬送し、各ウェハＷの向きを同一にしてウェハ処理装置１０６に対して差し入れる。
基板搬送ロボット３１は、スカラ形の水平多関節ロボットであり、ロボットアーム６２と、ロボットアーム６２の基端部が連結される基台６３と、ロボットアーム６２の先端部が連結され、ウェハＷを把持するロボットハンド（エンドエフェクタ）６４とを備えている。ロボットアーム６２は、第１および第２リンク６５，６６を有する。
また、フープ１０２内で上下に複数段にて収納されているウェハＷを取り出し、ウェハ処理装置１０６に差し入れるための上下方向の移動のために、基台６３は、設置面４５に固定される固定部４６と、固定部４６に対して上下方向に変位可能に設けられる昇降部４７と、を有する（図２参照）。昇降部４７には、ロボットアーム６２の基端部が旋回可能に設けられている。昇降部４７は、円筒状に形成され、その軸線が上下方向に延びるように設けられる。昇降部４７の上部は、基台６３の上部となる。昇降部４７が昇降駆動されることにより、ロボットアーム６２の先端部に設けられたロボットハンド６４の位置が上下に変化する。
基台６３を含む基板搬送ロボット３１は、清浄環境である準備空間１１６内に配設されることから、昇降部４７の昇降時に発生する粉塵等による昇降部準備空間１１６内の汚染防止のために、固定部４６や昇降部４７は、筐体６７内に収納され、筐体６７の天井部を貫通した昇降部４７の延伸部にロボットアーム６２が設けられている。
上述したウェハ搬送装置１０７においては、清浄環境の維持の容易さ等のために、準備空間の大きさ、すなわち準備空間形成部１１７の容積が可能な限り小さいことが望ましい。
例えば、特許文献１には、準備空間の奥行き方向（フープの並び方向と直交する方向）の寸法を小さくするために、基板搬送ロボット３１を、準備空間の奥行き方向の一方に寄せて配置することにより、ロボットアームを縮めたときのアーム先端までの長さを小さくしている。
しかしながら、この場合でも、準備空間の奥行き方向の寸法は、ロボットアームを構成する各リンクの長さよりも小さな寸法とすることができない。
このように、ウェハ搬送装置１０７において使用される基板搬送ロボット３１は、水平面内における最大到達距離を所定の大きさに維持する一方、ロボットアームを縮めたときのアーム先端までの長さを可能な限り短くするという、相反する要求が求められている。
このような要求に対しては、新たな汚染源の発生になりうる走行軸（ロボットをフープの並び方向に走行させる軸）の配設は好ましくないことから、ロボットアームを構成するリンクの本数を増やすと共に、各リンクの長さを短くすることによって解決することが考えられる。
しかし、基板搬送ロボットの動作時の振動防止のためには、ロボットアームを構成する各リンクの剛性を十分に確保する必要があるところ、剛性を十分に確保するために各リンクの上下方向の高さ（厚み）を維持しつつリンクの個数を増大させると、リンクの個数の増加に応じてロボットアーム全体の上下方向の高さ（厚み）が増加し、ウェハを把持するハンドの最低高さが従来よりも高くなる。これにより、フープ内の最下位置に収納されたウェハにハンドがアクセスできなくなるという問題がある。
特許第４９８０１２７号公報
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り、ロボットアームの剛性の低下などの不都合を伴うことなく、基板搬送装置の小型化が可能な基板搬送ロボット、および同ロボットを備えた基板搬送装置を提供することにある。
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、基板を保持するためのエンドエフェクタを先端部に有するロボットアームと、前記ロボットアームを昇降させるための昇降駆動機構と、前記昇降駆動機構を覆うためのカバー手段と、を備え、前記昇降駆動機構は、上下方向に延在するガイドレールが設けられた固定部と、前記ガイドレールに沿って昇降駆動される昇降部と、を有し、前記ロボットアームは、前記昇降部に旋回可能に連結された基部リンクと、前記基部リンクに旋回可能に連結され、前記先端部を含むリンク部材と、を有し、前記カバー手段は、前記固定部に設けられ、前記昇降部がその内部を移動する固定側カバーと、前記昇降部に設けられ、前記昇降部が下降した際に露出する前記ガイドレールの上部を覆うためのガイドレール用カバーと、を有する、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、前記昇降部が最下点まで下降したときに、前記基部リンクの上面の高さが、前記固定部の上面の高さと略同一またはそれより下方であるように構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記昇降部が最下点まで下降したときに、前記ガイドレール用カバーの上端が、前記固定部の上面の高さと略同一であるように構成されている、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、前記リンク部材は、互いに旋回可能に連結された２つ以上のリンクを有する、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装置は、第１乃至第４のいずれかの態様による基板搬送ロボットと、前記基板搬送ロボットがその内部に設置された準備空間形成部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記基板搬送ロボットは、前記昇降駆動機構を含む基台を有し、前記基台は、前記準備空間形成部の内部の奥行き方向の一方に寄せて配置されている、ことを特徴とする。
本発明によれば、ロボットアームの剛性の低下などの不都合を伴うことなく、基板搬送装置の小型化が可能な基板搬送ロボットを提供することができる。
半導体製造装置の一例を示す平面図。 図１に示した半導体製造装置の縦断面図。 本発明の一実施形態による基板搬送ロボットにおいて、昇降部を最下点まで下降させた状態の固定部および昇降部の構造を示す断面図。 図３のＡ−Ａ断面図。 図３のＸ−Ｘ断面図。 図３に示した基板搬送ロボットにおいて、昇降部を最上点まで上昇させた状態の固定部および昇降部の構造を示す断面図。 図６のＹ−Ｙ断面図。 図３に示した基板搬送ロボットにおいて、昇降部を最下点まで下降させた状態の固定部および昇降部を示す外形図。 図８の右側面図。 図８の平面図。 図３に示した基板搬送ロボットにおいて、昇降部を最上点まで上昇させた状態の固定部および昇降部を示す外形図。 図１１の右側面図。 図３に示した基板搬送ロボットを備えた基板搬送装置を示した平面図。
以下、本発明の一実施形態による基板搬送ロボットについて、図面を参照しつつ説明する。
図３乃至図５に示したように、本実施形態による基板搬送ロボットは、ロボットアームを昇降させるための昇降駆動機構１を備えており、この昇降駆動機構１は、設置面に固定される固定部２と、固定部２の側部に昇降可能に設けられた昇降部３と、を有する。昇降部３の上部には、ロボットアームの基部リンク４が水平旋回可能に設けられている。ロボットアームの先端部には、基板を保持するためのハンド（エンドエフェクタ）（図示省略）が設けられている。
昇降駆動機構１の固定部２は、外形が縦に長い略直方体形状をした固定側ケーシング５を備えている（図３、図４、図８乃至図１０参照）。固定側ケーシング５の内部には、昇降部３を昇降させるためのボールねじ６、ボールねじ６と係合してボールねじ６の回転により昇降するナット部材７、ボールねじ６を回転駆動するモータ８、モータ８の駆動力をボールねじ６に伝達するための動力伝達機構であるプーリ機構９が配設されている。
また、固定部２の、昇降部３を連結する側面の外表面には、上下方向に延在するガイドレール１０が、所定の間隔を設けて平行に２本配設されている。さらに、固定側ケーシング５の内部下部には、内部の空気を下方から外部に排出して内部に下向きの気流を発生させるためのファン１１が配設されている。
昇降部３は、外形が縦に長い略直方体形状をなし、底部が開放され、天井面および４つの側面が板状部材で連結された可動側ケーシング１２を備えている（図３、４参照）。可動側ケーシング１２の、固定部２との連結側の面には、固定部２の固定側ケーシング５内のナット部材７に連結された支持部材１３、ガイドレール１０と係合して上下に昇降するブロック状の移動体１４が配設されている。なお、移動体１４は、走行の安定性・確実性のために、ガイドレール１０のそれぞれに２個直列に配設されている。
支持部材１３は、昇降部３と連結する側の固定側ケーシング５の側面壁を貫通しているため、固定側ケーシング５の前記側面壁には、支持部材１３が昇降できるように、昇降部３の昇降ストロークに対応した長さの縦に細長い開口１５が設けられている（図３、４参照）。
昇降部３の可動側ケーシング１２の上面には、ロボットアームの基部リンク４が旋回可能に設けられ、可動側ケーシング１２の内部には、基部リンク４およびその先のリンク部材（１つまたは２つ以上のリンクから成る）の内部に配設されるサーボモータ等への電力供給ケーブルや信号ケーブルが引き回されるケーブル配置エリア１６が配設されている。また、可動側ケーシング１２内には、昇降部３の昇降の際のこれらケーブル類の処理のためにケーブルベア（登録商標）１７が配設されている。
本実施形態においては、ロボットアームが最下位置にある場合、図３に示したように、基部リンク４の上面が固定側ケーシング５の上面とほぼ同一の高さとなるように、可動側ケーシング１２の上面の高さが設定されている。
そのため、図１３に示したように、従来の基板搬送装置で使用されていた２つのリンクを短尺化した第１リンク６５Ａおよび第２リンク６６Ａを有する水平旋回型アーム機構を、基部リンク４に連結するリンク部材として使用してロボットアーム６２Ａを構成することにより、各リンクの剛性を低下させずに、アーム部先端のハンドの高さ位置を従来と同一に維持できる。
その結果、本実施形態による基板搬送ロボットにおいては、各リンクの剛性を低下させずに、基部リンク４を含めてリンクの本数を３本とすることが可能であり、従来の２本リンクの基板搬送ロボットと同一のハンド最大到達距離を実現するうえで、各リンクの長さを短くすることができる。
そして、図１３に示したように基板搬送ロボットの基台６３を準備空間形成部１１６の内部の奥行き方向の一方に寄せて配置することにより、ウェハ搬送装置の準備空間１１６の奥行き方向の寸法は、基板搬送ロボットの各リンクの長さに依存して設定されるので、各リンクの長さが短くなることに伴い、準備空間の幅を小さくすることができる。すなわち、本実施形態による基板搬送ロボットによれば、従来のものより各リンクの長さが短くなることにより、所定のハンド最大到達距離を確保しつつ、準備空間の幅を減少させることができる。
また、上述したように本実施形態においては、ロボットアームが最下位置にある場合、可動側ケーシング１２の上面の高さが、基部リンク４の上面が固定側ケーシング５の上面とほぼ同一の高さとなるように設定されている。
このため、可動側ケーシング１２の上面が、固定側ケーシング５の上面よりも、ほぼ基部リンク４の高さ（厚み）だけ低い位置となり、その結果、昇降部３を最下点まで下降させたときにガイドレール１０の上部が露出することになる。ガイドレール１０の上部が露出すると、そこからの粉塵等により準備空間が汚染される可能性があるため、何らかの対策が必要である。
そこで、本実施形態においては、下記の構成を採用することにより、ガイドレール１０を汚染源とする汚染防止を図っている。
すなわち、昇降部３が下降した際に露出するガイドレール１０の上部を覆うためのガイドレール用カバー１９が、昇降部３の上部に設けられている。具体的には、ガイドレール用カバー１９は、可動側ケーシング１２の、固定部２との連結面の上方延長部として形成されている。可動側ケーシング１２およびガイドレール用カバー１９は、昇降駆動機構１を覆うためのカバー手段の一部を構成する。
ガイドレール用カバー１９の幅は、可動側ケーシング１２の、固定部２との連結面と略同一であり、高さは、昇降部３が最下点に下降した位置において、露出するガイドレール１０の上部表面を覆うように設定されている。
なお、ガイドレール１０からの粉塵等の準備空間への流入防止のためには、ガイドレール１０と後記する天井部カバー２１との間隙を極小化するために、ガイドレール用カバー１９は、固定側ケーシング５の上面の高さと略同一とすることが好ましい。
また、固定側ケーシング５には、可動側ケーシング１２における、固定側ケーシング５と連結する側部以外の側部の外面に近接する側面および底面を有し、上部が開放された固定側カバー２０が備えられている。固定側ケーシング５および固定側カバー２０は、昇降駆動機構１を覆うためのカバー手段の一部を構成する。
昇降部３を構成する可動側ケーシング１２は、固定側カバー２０の開放上部を介して昇降することにより、固定側カバー２０の内部に出入することができ、可動側ケーシング１２が最下点に下降した位置にあるときに、可動側ケーシング１２の略上端部の高さより下方の部分の全体または一部を、固定側カバー２０の内部に収容することができる。
固定側カバー２０の側部内面が、可動側ケーシング１２の側部外面に近接した形状となっていることにより、固定側カバー２０の側部内面と可動側ケーシング１２の側部外面との間隙を経由した固定側カバー２０の内部の粉塵等の外部への放出を抑制することができる。
なお、固定側カバー２０に底面を設けているのは、可動側ケーシング１２が上昇したときに、固定側カバー２０の内部が、ガイドレール１０の存在する空間と連通することになるため（例えば図６参照）、固定側カバー２０の内部を閉鎖空間で形成することにより、外部への粉塵等の放出を防止するためである。
また、固定側カバー２０の上端は、可動側ケーシング１２が最上点に上昇した位置にあるときに、可動側ケーシング１２の下端の高さより上方となるように構成されている。これにより、可動側ケーシング１２が最上点に上昇した位置にあるときであっても、可動側ケーシング１２の側部の下部が固定側カバー２０の内部に収納されているので、固定側カバー２０の側部内面と可動側ケーシング１２の側部外面との間隙を経由した固定側カバー２０の内部の粉塵等の外部への放出を抑制することができる。
また、固定側ケーシング５の上面には、その先端部が、ガイドレール１０の上方にてガイドレール用カバー１９に近接する位置まで張り出した鍔状の天井部カバー２１が連結されている。さらに、ガイドレール１０の側方に、その先端部がガイドレール用カバー１９の位置またはそれを超える位置まで張り出した鍔状の側部カバー２２が連結されている（図４）。
昇降部３を最上点まで上昇させた位置における図３および図４に対応する図面を、それぞれ図６および図７に示す。また、図３乃至図７に対応する外形図をそれぞれ図８乃至図１２に示す。
これらの図に示されるように、ガイドレール１０は、昇降部３が下降して下方に位置しているときは、主としてガイドレール用カバー１９、可動側ケーシング１２の前面（固定部２との連結部側面）、天井部カバー２１および側部カバー２２により形成された空間で封鎖されており、昇降部３が上昇して上方に位置しているときは、主として可動側ケーシング１２の前面（固定部２との連結部側面）、固定側カバー２０、天井部カバー２１および側部カバー２２により形成された空間で封鎖されている。
これにより、本実施形態による基板搬送ロボットは、昇降部３の全昇降ストロークにおいて、クリーン雰囲気への汚染源となりうるガイドレール１０の表面が露出することはないため、準備空間の清浄雰囲気を維持することができる。
なお、本実施形態においては、図４に示したように、可動側ケーシング１２は、前面も含めて板状部材を連結した構造となっているため、ケーブルベア１７の固定端部１８は、固定部２の固定側ケーシング５に連結されている固定側カバー２０の底部に配設されたケーブルベア支持部２３により支持されており、ケーブル類は、固定側カバー２０の下部および可動側ケーシング１２の底部開放端等を経由して、ケーブルベア固定端部１８の端子部と固定側ケーシング５内の端子盤とを接続している。
上記実施形態においては、図１３に示したように、基板搬送ロボットの基台６３を、準備空間１１６の奥行き方向におけるウェハ処理装置１０６側に寄せて配置しているが、フープ１０２側に寄せて配置しても良い。
１ 基板搬送ロボットの昇降駆動機構
２ 固定部
３ 昇降部
４ 基部リンク
５ 固定側ケーシング（固定部用カバー）
６ ボールねじ
７ ナット部材
８ モータ
９ プーリ機構
１０ ガイドレール
１１ ファン
１２ 可動側ケーシング
１３ 支持部材
１４ 移動体
１５ 開口
１６ ケーブル配置エリア
１７ ケーブルベア
１８ ケーブルベア固定端部
１９ ガイドレール用カバー
２０ 固定側カバー
２１ 天井部カバー
２２ 側部カバー
２３ ケーブルベア支持部
６２Ａ ロボットアーム
６４ ロボットハンド（エンドエフェクタ）
６５Ａ 第１リンク
６６Ａ 第２リンク
１０１ 半導体製造装置
１０２ フープ(FOUP)
１０５ フープ内空間
１０６ ウェハ処理装置
１０７ ウェハ搬送装置
１１１ 処理空間
１１６ 準備空間
１１９ アライナ
Ｗ ウェハ

Claims (5)

  1. 基板を保持するためのエンドエフェクタを先端部に有するロボットアームと、
    前記ロボットアームを昇降させるための昇降駆動機構と、
    前記昇降駆動機構を覆うためのカバー手段と、を備え、
    前記昇降駆動機構は、上下方向に延在するガイドレールが設けられた固定部と、前記ガイドレールに沿って昇降駆動される昇降部と、を有し、
    前記ロボットアームは、前記昇降部に旋回可能に連結された基部リンクと、前記基部リンクに旋回可能に連結され、前記先端部を含むリンク部材と、を有し、
    前記カバー手段は、前記固定部に設けられ、前記昇降部がその内部を移動する固定側カバーを有し、
    前記昇降部は、前記固定側カバーの開放上部を介して固定側カバーの内部に出入し、
    前記固定側カバーの上端が、前記固定部の上面よりも低い位置にあり、
    前記昇降部が最下点まで下降したときに、前記基部リンクの基端部の下面の高さが、前記固定部の上面の高さよりも下方であるように構成されている、ことを特徴とする基板搬送ロボット。
  2. 前記昇降部が最下点まで下降したときに、前記基部リンクの上面の高さが、前記固定部の上面の高さと略同一またはそれより下方であるように構成されている、請求項１記載の基板搬送ロボット。
  3. 前記リンク部材は、互いに旋回可能に連結された２つ以上のリンクを有する、請求項１または２に記載の基板搬送ロボット。
  4. 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と、
    前記基板搬送ロボットがその内部に設置された準備空間形成部と、を備えた基板搬送装置。
  5. 前記基板搬送ロボットは、前記昇降駆動機構を含む基台を有し、
    前記基台は、前記準備空間形成部の内部の奥行き方向の一方に寄せて配置されている、請求項４記載の基板搬送装置。
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