JPH04294984A - ロボットおよびこのロボットを用いた被処理部材の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無関節真空ロボットに
係り、特に半導体ウエハ処理装置等の高真空中で使用し
て好適な無関節真空ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体のプロセス装置は、ウエハに対し
て化学エッチング、化学付着、物理的スパッタリング等
、真空中で処理するものが多い。そのために、真空中で
連続的に処理するマルチチャンバ形の半導体ウエハ処理
装置が増えている。

【０００３】このマルチチャンバ形の半導体ウエハ処理
装置は、装置の中央部に搬送室を設け、その外側に複数
の処理室を円形に配置した構造である。処理室の真空度
が処理内容によって異なるため、搬送室と各処理室間を
ゲートバルブで仕切り、ウエハの出し入れはゲートバル
ブを開閉して行う。

【０００４】前記ウエハの搬送室には、真空対応の搬送
装置を設け、処理室からのウエハの出し入れを行う。搬
送装置は通常、真空ロボットと呼ばれ、本体が真空チャ
ンバに固定され、アーム部が真空中で可動する構造とな
っている。この構造においては、関節構造、直動構造と
もに軸受の摩耗がはやく、発塵，発ガスが問題となって
いる。

【０００５】そのために、摺動面を封止するか、摺動面
を持たない構造が提案されており、その一例として特開
昭６３−９２２０５号公報に記載されている技術がある
。しかし、従来技術ではどの方式においても、機構が大
掛かりとなり、大きな搬送室、大きなマルチチャンバが
必要となり、膨大な設備投資が必要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に摺動面における
真空中の摩擦係数は、大気中の数倍となる。そのために
、真空ロボットの関節部において、例えころがり軸受で
あっても、大気中以上の摩耗，発塵，発ガスが避けられ
ない。このことは、ウエハ上に塵が付着し、また発生し
たガスによりウエハ表面を化学変化させ、半導体の品質
を低下させるとともに、関節部の摩耗により真空ロボッ
トの信頼性を低下させる。また、ころがり軸受に真空グ
リスを使用しても、耐真空度は１０のマイナス７乗程度
であり、しかも多少のガスは発生する。さらに、将来ウ
ルトラクリーン対応として必要となる１０のマイナス８
乗以上の真空度には対応できない。

【０００７】本発明の第１の目的は、摩耗による発塵，
発ガスのおそれがなく、高真空下で使用して信頼性の大
きい無関節真空ロボットを提供することにある。

【０００８】また、本発明の第２の目的は、予め設定し
た位置に、ワークを正確に搬送し得る無関節真空ロボッ
トを提供することにある。

【０００９】さらに、本発明の第３の目的は、剛性が大
きくかつ搬送距離を大きく取ることが可能な無関節真空
ロボットを提供することにある。

【００１０】また、本発明の第４の目的は、弾性アーム
の振動を防止し、より一層信頼性の大きい無関節真空ロ
ボットを提供することにある。

【００１１】さらに、本発明の第５の目的は、小さいト
ルクで駆動し得る無関節真空ロボットを提供することに
ある。

【００１２】そして、本発明の第６の目的は、三次元方
向にワークを搬送し得る無関節真空ロボットを提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的は、帯状
のばね材で形成された２個一対の弾性アームを互いに対
向させて配置し、両弾性アームの一方の端部にわたって
ワーク用のハンドを固定し、各弾性アームの他方の端部
に、当該弾性アームに曲げモーメントを加える回転軸を
取り付け、各回転軸に、互いに反対方向に回転させかつ
可逆回転する回転駆動部を連結したことにより、達成さ
れる。

【００１４】また、前記第１の目的は、前記両回転軸と
回転駆動部とを回転ドラムに取り付け、この回転ドラム
に旋回駆動部を連結したことにより、達成される。

【００１５】前記第２の目的は、前記ハンドの位置検出
手段と、この位置検出手段により検出されたハンドの位
置に基づいて前記回転軸の回転駆動部の速度および回転
量を決定し、前記回転駆動部を制御する制御回路とを設
けたことにより、達成される。

【００１６】また、前記第２の目的は、前記ハンドの位
置検出手段と、この位置検出手段により検出されたハン
ドの位置に基づいて前記回転軸の回転駆動部の速度およ
び回転量と、前記回転ドラムの旋回駆動部の回転方向お
よび回転量とを決定し、前記回転駆動部と旋回駆動部と
を制御する制御回路を設けたことにより、達成される。

【００１７】さらに、前記第３の目的は、前記ハンドの
位置検出手段を、各回転軸に連結されたエンコーダと、
各弾性アームに設けられたひずみゲージおよび温度セン
サと、ハンドを停止させるべき位置に対応させて設置さ
れた位置センサとを備えて構成したことによっても、達
成される。

【００１８】さらにまた、前記第２の目的は、前記ハン
ドの位置検出手段を、ハンドの幅方向に互いに設定距離
をおいて設けられたスリットを有しかつハンドに固定さ
れたターゲットと、ハンドの幅方向に互いに間隔をおい
て配置されかつ前記ターゲットに向かって光を照射しそ
の反射光を受光する２個一対の変位計と、変位計をハン
ドの幅方向に駆動する駆動部とを備えて構成したことに
よっても、達成される。

【００１９】前記第３の目的は、前記各弾性アームを、
ハンド側の端部から回転軸側の端部に向かうに従い、剛
性を漸増させたことにより、達成される。

【００２０】また、前記第３の目的は、前記回転ドラム
上に、互いに対向させて第１，第２の弾性アームを配置
し、前記第１，第２の弾性アームを、それぞれ回転駆動
部に連結された回転軸に取り付けるとともに、前記第１
，第２の弾性アームを、それぞれ側面から見て倒Ｕ字形
のリンクと、帯状のばね材で形成されかつ各リンクの上
片および下片にそれぞれねじりばねをはさんで連結した
弾性アーム片とで構成し、前記第１の弾性アームの上下
２本の弾性アーム片の端部と第２の弾性アームの上下２
本の弾性アームの端部とにわたって、ワーク用のハンド
を固定したことによっても、達成される。

【００２１】前記第４の目的は、前記各弾性アームの振
動特性を検出する振動検出手段と、検出された振動特性
を基に、各弾性アームに適正な力を適正なタイミングで
加える防振手段とを設けたことにより、達成される。

【００２２】また、前記第４の目的は、前記振動検出手
段を、各弾性アームに対応させて配置された変位センサ
で構成し、前記防振手段を電磁石で構成したことによっ
ても、達成される。

【００２３】さらに、前記第４の目的は、前記振動検出
手段を、各弾性アームに対応させて配置された変位セン
サで構成し、前記防振手段を、バイモルフ形のピエゾ素
子と電源とで構成したことによっても、達成される。

【００２４】前記第５の目的は、前記２本の回転軸のそ
れぞれにリンクを連結し、各リンクの端部に弾性アーム
を連結したことにより、達成される。

【００２５】そして、前記第６の目的は、旋回駆動部に
連結された回転ドラム上に、第１，第２の弾性アームを
水平面内で互いに対向させて配置し、前記第１，第２の
弾性アームに囲まれた空間と直角な垂直面内に、上方に
向かって凸円弧に形成された第３の弾性アームを設け、
前記第１，第２，第３の弾性アームの一方の端部にわた
って、ワーク用のハンドを固定し、前記第１，第２の弾
性アームの他方の端部を、それぞれ回転駆動部を有する
回転軸に、垂直方向に回動可能に連結し、前記第３の弾
性アームの他方の端部を、独立の回転駆動部を有する回
転軸に、垂直方向に回動可能に支持したことにより、達
成される。

【００２６】

【作用】本発明の請求項１記載の発明では、２本の回転
軸を回転駆動部により互いに反対方向に同時に回転させ
、同一面内に互いに対向させて配置された弾性アームに
曲げモーメントを加え、両弾性アームを例えば縮小させ
る方向に変形させると、両弾性アームの一方の端部にわ
たって固定されたワーク用のハンドが２本の回転軸を結
ぶ直線に接近する方向に移動する。

【００２７】また、２本の回転軸を前述したところと逆
方向に回転させ、両弾性アームに曲げモーメントを加え
、両弾性アームを例えば伸長させる方向に変形させると
、前記ハンドが２本の回転軸を結ぶ直線から遠ざかる方
向に移動する。

【００２８】これにより、この請求項１記載の発明では
、無関節のロボットで一直線上にワークを搬送すること
ができ、したがって摺動またはころがり摩耗による発塵
，発ガスを防止できるし、真空グリスを使用する必要も
ないので、耐真空度も向上させることができ、その結果
高真空中で使用した場合であっても、信頼性を向上させ
ることができる。

【００２９】本発明の請求項２記載の発明では、旋回駆
動部により回転ドラムを、その中心軸を回転中心として
回転させることにより、前記両回転軸と回転駆動部とが
一緒に旋回する。したがって、回転軸に連結された両弾
性アームと、両弾性アームの一方の端部にわたって固定
されたハンドとが、前記回転ドラムの中心軸回りに旋回
するので、ハンドに乗せたワークを一直線上に移動させ
る外に、旋回移動させることができる。

【００３０】なお、前記請求項１および請求項２記載の
発明では、二つの弾性アームを水平面内で変形させるよ
うに構成し、ハンドを水平面内で移動させるようにして
も、あるいは二つの弾性アームを垂直面内で変形させる
ように構成し、ハンドを上下方向に移動させるようにし
てもよい。

【００３１】本発明の請求項３記載の発明では、ハンド
の位置検出手段により、ハンドの所定位置に移動したと
きの、その位置を検出し、その検出位置を制御回路に送
信する。前記制御回路では、位置検出手段から受信した
ハンドの検出位置に基づいて両回転軸の回転駆動部の速
度および回転量を決定し、前記回転駆動部を制御する。

【００３２】これにより、ハンドを予め決められた位置
に正確に移動させることができ、ひいてはワークを正確
に位置決めすることが可能となる。

【００３３】本発明の請求項４記載の発明では、ハンド
の位置検出手段により、ハンドの所定位置に移動したと
きの、その位置を検出し、その検出位置を制御回路に送
信する。前記制御回路では、位置検出手段から受信した
ハンドの検出位置に基づいて両回転軸の回転駆動部の速
度および回転量と、回転ドラムの旋回駆動部の回転方向
および回転量とを決定し、前記回転駆動部と旋回駆動部
とを制御する。

【００３４】したがって、ハンドおよびこれに乗せたワ
ークをより一層正確に位置決めすることができる。

【００３５】本発明の請求項５記載の発明では、前記ハ
ンドの位置検出手段を、各回転軸に連結されたエンコー
ダと、各弾性アームに設けられたひずみゲージおよび温
度センサと、ハンドを停止させるべき位置に対応させて
設置された位置センサとを備えて構成しており、また請
求項６記載の発明では前記ハンドの位置検出手段を、ハ
ンドの幅方向に互いに設定距離をおいて設けられたスリ
ットを有しかつハンドに固定されたターゲットと、ハン
ドの幅方向に互いに間隔をおいて配置されかつ前記ター
ゲットに向かってレーザ光などを照射しその反射光を受
光する２個一対の変位計と、変位計をハンドの幅方向に
駆動する駆動部とを備えて構成しているので、それぞれ
ハンドおよびこれに乗せたワークを予め決められた位置
に正確に位置決めすることができる。

【００３６】本発明の請求項７記載の発明では、前記各
弾性アームを、ハンド側の端部から回転軸側の端部に向
かうに従い、剛性を漸増させているので、弾性アームの
強度を増大させ、搬送距離を長くすることができる。

【００３７】本発明の請求項８記載の発明では、２本の
回転軸を互いに反対方向に同時に回転させると、倒Ｕ字
形のリンクが当該回転軸と一緒に回転する。このとき、
ねじりばねを介して第１，第２の弾性アームに曲げモー
メントが加えられ、第１，第２の弾性アームの上片およ
び下片が水平面内で変形し、ハンドが２本の回転軸を結
ぶ直線に対して接近または遠ざかる方向に移動する。

【００３８】また、第１，第２の弾性アームに上下方向
の負荷が加わると、ねじりばねを支点として第１，第２
の弾性アームの上片および下片が上下方向にたわむ。

【００３９】したがって、請求項８記載の発明では、リ
ンクの作用により、小さいトルクで回転軸を回転させて
第１，第２の弾性アームに必要な曲げモーメントを加え
ることができるし、また第１，第２の弾性アームの剛性
を高めることができる。

【００４０】本発明の請求項９記載の発明では、振動検
出手段により各弾性アームの振動特性を検出する。そし
て、防振手段により、前記検出された振動特性を基に、
各弾性アームに適正な力を適正なタイミングで加える。

【００４１】その結果、各弾性アームの振動を防止する
ことができ、弾性アームの振動によるトラブルを解消す
ることができる。

【００４２】本発明の請求項１０記載の発明では、前記
振動検出手段を、各弾性アームに対応させて配置された
変位センサで構成し、前記防振手段を電磁石で構成して
おり、また請求項１１記載の発明では、前記振動検出手
段を、各弾性アームに対応させて配置された変位センサ
で構成し、前記防振手段を、バイモルフ形のピエゾ素子
と電源とで構成しているので、それぞれ弾性アームの振
動をよりよく防止することが可能となる。

【００４３】本発明の請求項１２記載の発明では、２本
の回転軸を互いに反対方向に同時に回転させると、当該
回転軸と一緒にリンクが回転し、当該リンクを介して弾
性アームに曲げモーメントが加えられ、両弾性アームが
変形し、ハンドが移動する。

【００４４】したがって、リンクの作用により、回転軸
に小さいトルクを与えて、弾性アームに必要な曲げモー
メントを加えることが可能となる。

【００４５】本発明の請求項１３記載の発明では、第１
，第２の弾性アーム用の回転軸を回転させると第１，第
２の弾性アームが水平面内で変形し、これにつれて第３
の弾性アームも垂直面内で変形するので、ハンドを水平
面内で第１，第２の弾性アームの回転軸を結ぶ直線に接
近または遠ざかる方向に移動させることができる。

【００４６】そして、第３の弾性アーム用の回転軸を回
転させると、第３の弾性アームが当該回転軸を支点とし
て、ハンド側の端部が上下方向に移動し、これにつれて
第１，第２の弾性アームが変位する。

【００４７】したがって、この請求項１３記載の発明で
は第１，第２，第３の弾性アームを変形させることによ
り、ハンドを三次元方向に移動させることができる。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００４９】図２はマルチチャンバ形の半導体ウエハ処
理装置と、この半導体ウエハ処理装置に、ウエハ搬送装
置として配備された無関節真空ロボットとを示す一部横
断平面図、図３は図２のＡ−Ａ線切断拡大断面図である
。

【００５０】これらの図に示す半導体ウエハ処理装置は
、装置中央部に設けられた搬送室３１と、この搬送室３
１の外側にほぼ９０度の間隔をおいて設置された処理室
３２，３３，３４およびロードロック室３５とを備えて
構成されている。

【００５１】前記搬送室３１と処理室３２，３３，３４
とロードロック室３５とは、ステンレスもしくはアルミ
合金などの金属により円筒形に形成されている。また、
搬送室３１と処理室３２，３３，３４とロードロック室
３５の上下部は、上板３６および下板３７により密閉さ
れている。さらに、搬送室３１と処理室３２，３３，３
４とロードロック室３５は、複数本の支柱３８の上部に
支持されている。

【００５２】前記各処理室３２，３３，３４には、処理
の種類に対応した処理ユニット３９，４０，４１と、真
空吸引手段（図示せず）とが設けられている。また、ロ
ードロック室３５にはウエハ用の出入口４２が設けられ
ている。この出入口４２には、開閉蓋４３が取り付けら
れている。

【００５３】前記搬送室３１と各処理室３２，３３，３
４間、および搬送室３１とロードロック室３５間には、
それぞれゲートバルブ４４が設けられている。

【００５４】前記各処理室３２，３３，３４およびロー
ドロック室３５には、ウエハ用のリフタ４５が設けられ
ている。このリフタ４５の上面には、ウエハ１を支持す
るための複数本の支持ピン４６が植設されている。

【００５５】前記搬送室３１には、半導体ウエハ搬送装
置として、無関節真空ロボットが配備されている。この
無関節真空ロボットは、搬送室３１と各処理室３２，３
３，３４間、および搬送室３１とロードロック室３５間
にウエハ１を搬送すべく設けられている。

【００５６】図１は無関節真空ロボットの第１の実施例
を示す図、図４は図１の無関節真空ロボットの動作説明
図、図５は図１の無関節真空ロボットの弾性アームの形
状変化を示す図、図６は図５の弾性アームの形状変化と
曲げ応力の変化を示す図、図７，図８および図９は図２
に対応させて示した無関節真空ロボットの動作を示す図
である。

【００５７】これらの図に示す無関節真空ロボットの第
１の実施例では、ウエハ１を授受するハンド２と、２個
一対の弾性アーム３，４と、弾性アーム３，４の回転軸
５，６と、一方の回転軸５に設けられた磁性流体シール
７とトルクメータ９とモータ１１とエンコーダ１３と、
他方の回転軸６に設けられた磁性流体シール７とトルク
メータ１０とモータ１２とエンコーダ１４と、回転ドラ
ム１５と、この回転ドラム１５の旋回駆動部１６と、前
記回転ドラム１５と旋回駆動部１６間に設けられた磁性
流体シール１７と、一方の弾性アーム３に取り付けられ
たひずみゲージ１９と温度センサ２１と、他方の弾性ア
ーム４に取り付けられたひずみゲージ２０と温度センサ
２２と、前記ハンド２に対応させて設置された変位セン
サ２３，２４と、前記モータ１１，１２および旋回駆動
部１６の制御回路とを備えて構成されている。

【００５８】前記ハンド２は、ほぼフォーク状に形成さ
れ、かつ弾性アーム３，４の一方の端部にわたって固定
されている。

【００５９】前記弾性アーム３，４は、ステンレス、り
ん青銅等のばね材により帯状に形成され、互いに同一水
平面上に線対称に配置されている。また、弾性アーム３
，４は互いに凸円弧状をなす形状に形成されている。 さらに、弾性アーム３，４の他方の端部は、それぞれ回
転軸５，６に連結されている。

【００６０】前記回転軸５，６は、当該モータ１１，１
２に連結され、回転操作される。

【００６１】前記磁性流体シール７，８は、回転軸５，
６と回転ドラム１５間をシールするようになっている。

【００６２】前記トルクメータ９，１０は、回転軸５，
６に加わるトルク量を計測し、その計測値を後述の制御
回路のデータ入力部２５（図１参照）に送信するように
なっている。

【００６３】前記モータ１１，１２は、互いに反対方向
に同時にしかも可逆回転し、当該回転軸５，６を互いに
反対方向に回転させ、回転軸５，６の回転を介して弾性
アーム３，４を伸縮させるようになっている。

【００６４】前記エンコーダ１３，１４は、モータ１１
，１２による回転軸５，６の回転量を計測し、その計測
値を制御回路のデータ入力部２５に送信するようになっ
ている。

【００６５】前記回転ドラム１５は、ハンド２からエン
コーダ１３，１４に至る部材を図１の中心軸Ｏ−Ｏの回
りに旋回させるようになっている。

【００６６】前記旋回駆動部１６は、回転ドラム１５を
旋回動作させるようになっている。

【００６７】前記ハンド２から回転ドラム１５に至る部
材は、図２および図３から分かるように、半導体ウエハ
処理装置内に配置され、旋回駆動部１６は大気側に配置
されている。そして、前記磁性流体シール１７は半導体
ウエハ処理装置と旋回駆動部間をシールするように取り
付けられている。

【００６８】前記ひずみゲージ１９，２０は、当該弾性
アーム３，４がたわむことによるひずみ量を計測し、そ
の計測値を制御回路のデータ入力部２５に送信するよう
になっている。

【００６９】前記温度センサ２１，２２は、当該弾性ア
ーム３，４の温度変化を計測し、その計測値を制御回路
のデータ入力部２５に送信するようになっている。

【００７０】前記変位センサ２３，２４は、図２から分
かるように、半導体ウエハ処理装置の処理室内に設置さ
れ、この処理室内でのハンド２の水平面内における縦，
横方向の位置を計測し、その計測値を後述の制御回路の
推論制御部２６の弾性アーム形状・ウエハ位置推論部２
７に送信するようになっている。

【００７１】この第１の実施例では、トルクメータ９，
１０と、前記エンコーダ１３，１４と、ひずみゲージ１
９，２０と、温度センサ２１，２２と、変位センサ２３
，２４とにより、ハンド２の位置検出手段が構成されて
いる。

【００７２】前記制御回路は、図１に示すように、デー
タ入力部２５と、推論制御部２６と、速度・回転量制御
部２９と、ドライバ３０とを備えて構成されている。前
記推論制御部２６は、弾性アーム形状・ウエハ位置推論
部２７と、速度・回転量モード決定部２８とを有してい
る。前記データ入力部２５では、トルクメータ９，１０
から回転軸５，６に加わるトルク量の計測値を受信し、
エンコーダ１３，１４から回転軸５，６の回転量の計測
値を受信し、またひずみケージ１９，２０から弾性アー
ム３，４のたわみによるひずみ量の計測値を受信し、さ
らに温度センサ２１，２２から弾性アーム３，４の温度
変化の計測値を受信し、これらのデータを推論制御部２
６の弾性アーム形状・ウエハ位置推論部２７に送信する
。前記弾性アーム形状・ウエハ位置推論部２７は、変位
センサ２３，２４から半導体ウエハ処理装置の処理室内
におけるハンド２の縦，横方向の位置の計測値を受信し
、データ入力部２５から前述のデータを受信し、これら
のデータと、予めデータベースに蓄積されているデータ
に基づいて、弾性アーム３，４の形状およびウエハ２の
位置とを推論し、その推論結果を速度・回転量モード決
定部２８に送信する。前記速度・回転量モード決定部２
８は、弾性アーム形状・ウエハ位置推論部２７から弾性
アーム３，４の形状とウエハ２の位置に関する推論結果
を受信し、回転軸５，６のモータ１１，１２および旋回
駆動部１６の回転速度・回転量を決定し、速度・回転量
制御部２９に送信する。前記速度・回転量制御部２９は
、速度・回転量モード決定部２８から回転軸５，６のモ
ータ１１，１２および旋回駆動部１６の速度・回転量を
受信し、回転軸５，６のモータ１１，１２および旋回駆
動部１６の制御量を決定し、ドライバ３０に送信する。 前記ドライバ３０は、速度・回転量制御部２９から回転
軸５，６のモータ１１，１２および旋回駆動部１６の制
御量を受信し、その制御量に基づいて回転軸５，６のモ
ータ１１，１２および旋回駆動部１６を制御する。

【００７３】次に、前記第１の実施例の無関節真空ロボ
ットの動作を説明する。

【００７４】いま、図１および図４の（ｂ）に示す状態
を基準状態とすると、この状態では弾性アーム３，４と
も互いに外側に弓形に膨んだ形状となっており、二つの
弾性アーム３，４は同一水平面内で線対称をなしている
。

【００７５】前記図１，図４の（ｂ）の基準状態から図
４において、モータ１１により回転軸５を反時計回りに
、モータ１２により回転軸６を時計回りに同時にほぼ９
０度回転させると、回転軸５，６から当該弾性アーム３
，４に回転トルクが負荷され、弾性アーム３，４に曲げ
モーメントが作用し曲率半径が大きくなり、図４の（ａ
）に示すように、回転軸５，６を結ぶ直線とハンド２間
の距離が長くなる。

【００７６】前記図４の（ａ）の状態からモータ１１に
より回転軸５を時計回りに、モータ１２により回転軸６
を反時計回りに同時にほぼ９０度回転させると、図４の
（ｂ）の状態に戻る。

【００７７】さらに、前記図４の（ｂ）の状態からモー
タ１１により回転軸５を時計回りに、モータ１２により
回転軸６を反時計回りに同時にほぼ９０度回転させると
、弾性アーム３，４の曲率半径がより一層小さくなり、
弾性アーム３，４がほぼだ円形を形造る図４の（ｃ）の
状態になる。この状態では、図４の（ｂ）の状態に比較
して、回転軸５，６を結ぶ直線とハンド２間の距離が短
くなる。

【００７８】前記図４の（ｃ）の状態から引き続きモー
タ１１により回転軸５を時計回りに、モータ１２により
回転軸６を反時計回りに同時にほぼ９０度回転させると
、弾性アーム３，４ともほぼ釣り針形に巻き込まれ、回
転軸５，６を結ぶ直線とハンド２間の距離がより一層短
くなる。このように、モータ１１，１２を順方向および
逆方向に駆動し、回転軸５，６を回転させ、弾性アーム
３，４に回転トルクを負荷することにより、回転軸５，
６を結ぶ直線とハンド２間の距離を伸縮させることがで
き、ハンド２上のウエハ１を例えば図４の（ａ）から（
ｄ）のストロークの範囲内で直線的に搬送することがで
き、これに図１に示す旋回駆動部１６により、回転ドラ
ム１５の中心軸Ｏ−Ｏ回りの旋回運動とを加えることに
より、回転ドラム１５の中心軸Ｏ−Ｏの回りに旋回移動
させることが可能となる。なお、図４において、基準状
態を（ｂ）の状態に限らず、（ａ），（ｃ）または（ｄ
）のいずれの状態でもよい。

【００７９】ところで、回転軸５，６を回転させ、弾性
アーム３，４を実際に変形させたときの、弾性アーム３
，４の変形の軌跡は、概略図５に示すようになる。試料
として用いた弾性アーム３，４は、ばね用ステンレス鋼
帯で、厚さが０．３ｍｍ、幅が１００ｍｍ、長さが７６
５ｍｍである。回転軸５と回転軸６間の間隔は、１００
ｍｍとした。回転軸５，６を図５において弾性アーム３
，４が３ａ，４ａの状態から３ｄ，４ｄの状態になるま
で回転させた。このとき、ハンド２を２ａの位置から２
ｄの位置に移動させることができ、ハンド２上のウエハ
１を１ａの位置から１ｄの位置まで搬送することができ
た。

【００８０】ここで、回転軸５，６を結ぶ直線とウエハ
１までの最短距離をＲ、弾性アーム３，４に加わる曲げ
応力をσとすると、最短距離Ｒと曲げ応力σの関係は、
図６に示すようになる。図６の横軸は図５に示す回転軸
５，６とウエハ１までの距離Ｒで、単位はｍｍで示して
おり、縦軸は弾性アーム３，４に加わる曲げ応力σを示
している。

【００８１】前記曲げ応力σの計算には、材料力学の基
本式である、次の数１，数２，数３，数４を用いた。

【００８２】

【数１】

【００８３】

【数２】

【００８４】

【数３】

【００８５】

【数４】

【００８６】また、弾性アーム３，４は曲げ応力σに対
して塑性変形しないようにしなければならない。したが
って、弾性変形範囲内で使用する必要があり、ばね用ス
テンレス鋼の場合、４０ｋｇ／ｍｍ２である。このこと
から、弾性アーム３，４の曲げることが可能な範囲も決
まり、図６に示すｅ点からｆ点までの範囲となり、スト
ロークが１２４ｍｍの範囲でウエハ１を搬送することが
できる。

【００８７】さらに、弾性アーム３，４が曲げ応力σを
強く受けるのは、回転軸５，６に近い部分である。この
ことは、図５に示した弾性アームの曲率半径と、数１，
数２，数３，数４から分かる。よって、弾性アーム３，
４を回転軸５，６に近づくに従い、剛性を漸増すること
により、ウエハ１の搬送距離（ストローク）を長くする
ことができる。

【００８８】ついで、半導体ウエハ処理装置と、前記第
１の実施例の無関節真空ロボットとの関連動作について
、図１，図２，図４，図７，図８および図９を用いて説
明する。

【００８９】いま、図２，図７，図８および図９に示す
処理室３２で、処理ユニット３９により所定の処理を施
したウエハ１を、無関節真空ロボットにより図２に示す
ごとく搬送室３１から処理室３３に搬入し、処理を施す
ものとする。

【００９０】この場合には、搬送室３１と処理室３３間
に設けられたゲートバルブ４４のみを開け、他のゲート
バルブ４４を閉めておく。また、処理室３３に設けられ
たリフタ４５によりウエハ用の支持ピン４６を下降させ
ておく。

【００９１】この状態から、図２において、無関節真空
ロボットのモータ１１により回転軸５を反時計回りに、
モータ１２により回転軸６を時計回りにほぼ１８０度回
転させる。これにより、弾性アーム３，４が図４の（ｃ
）の状態から（ｂ）の状態を経て（ａ）の状態に伸長し
、図７に示すように、ウエハ１を乗せたハンド２が搬送
室３１から処理室３３内の所定位置に移動し、この処理
室３３内にウエハ１を搬入する。

【００９２】前記無関節真空ロボットの動作時、回転軸
５，６に設けられたトルクメータ９，１０により、回転
軸５，６に加わるトルク量を計測し、その計測値を制御
回路のデータ入力部２５に送信する。また、回転軸５，
６に設けられたエンコーダ１３，１４により、回転軸５
，６の回転量を計測し、その計測値も前記データ入力部
２５に送信する。さらに、弾性アーム３，４に設けられ
たひずみゲージ１９，２０により、弾性アーム３，４の
ひずみ量を計測し、その計測値も前記データ入力部２５
に送信する。そして、弾性アーム３，４に設けられた温
度センサ２１，２２により、使用雰囲気下での弾性アー
ム３，４の温度変化を計測し、その計測値も前記データ
入力部２５に送信する。前記データ入力部２５では、受
信した前記計測値を制御回路の推論制御部２６の弾性ア
ーム形状・ウエハ位置推論部２７に送信する。しかも、
処理室３３内に、ウエハ１を乗せたハンド２が入って来
ると、処理室３３に設置された変位センサ２３，２４に
より、ハンド２の縦，横方向の位置を計測し、その計測
値を前記弾性アーム形状・ウエハ位置推論部２７に送信
する。前記弾性アーム形状・ウエハ位置推論部２７は、
前記データ入力部２５および変位センサ２３，２４から
データを受信し、これらのデータと、予めデータベース
に蓄積されているデータにより、弾性アーム３，４の形
状およびウエハ１の位置とを推論し、その推論結果を推
論制御部２６の速度・回転量モード決定部２８に送信す
る。前記速度・回転量モード決定部２８では、前記弾性
アーム形状・ウエハ位置推論部２７から受信した推論結
果に基づいて、モータ１１，１２および旋回駆動部１６
の回転速度・回転量を決定して速度・回転量制御部２９
に送信し、この速度・回転量制御部２９ではモータ１１
，１２および旋回駆動部１６の制御量を決定してドライ
バ３０に送信し、このドライバ３０は前記速度・回転量
制御部２９により決定された制御量に従って前記モータ
１１，１２および旋回駆動部１６を制御する。これによ
り、回転軸５，６および弾性アーム３，４を適正な速度
で駆動し、ハンド２を処理室３３内に正確に位置決めし
、ウエハ１を同処理室３３内の所定位置に正確に位置決
めすることが可能となる。

【００９３】前記処理室３３内にハンド２を介してウエ
ハ１を位置決めしたのち、リフタ４５により支持ピン４
６を上昇させ、ハンド２からウエハ１を受け取る。前記
支持ピン４６にウエハ１を引き渡したのち、無関節真空
ロボットのモータ１１により回転軸５を反時計回りに、
モータ１２により回転軸６を時計回りに同時にほぼ１８
０度回転させる。これにより、弾性アーム３，４が図４
の（ａ）の状態から（ｂ）の状態を経て（ｃ）の状態に
縮小し、空の状態のハンド２と弾性アーム３，４は搬送
室３１内に戻る。

【００９４】前記無関節真空ロボットのハンド２と弾性
アーム３，４が搬送室３１内に戻ったのち、搬送室３１
と処理室３３間のゲートバルブ４４が閉じられ、支持ピ
ン４６で支持されているウエハ１に処理ユニット４０に
より所定の処理が施される。

【００９５】前記処理室３３内で処理ユニット４０によ
りウエハ１に所定の処理を施したのち、ゲートバルブ４
４を開け、弾性アーム３，４を伸長させ、支持ピン４６
により支持されているウエハ１の下方にハンド２を挿入
し、リフタ４５により支持ピン４６を下降させ、処理室
３３で処理されたウエハ１をハンド２に引き渡す。

【００９６】ついで、弾性アーム３，４を縮小させ、ウ
エハ１を乗せたハンド２を搬送室３１内に引き戻し、搬
送室３１と処理室３３間に設けられたゲートバルブ４４
を閉じる。

【００９７】続いて、無関節真空ロボットの旋回駆動部
１６により回転ドラム１５とこれに取り付けられている
部材を、回転ドラム１５の中心軸Ｏ−Ｏを回転中心とし
て、図２において、反時計回りにほぼ９０度旋回させ、
弾性アーム３，４と、ウエハ１を乗せたハンド２とを処
理室３３に対向する位置から、図８に示すように、次の
処理室３４に対向する位置に移動させる。

【００９８】そして、この位置でも、搬送室３１と処理
室３４間に設けられたゲートバルブ４４を開き、弾性ア
ーム３，４を伸長させ、図９に示すように、ハンド２を
介して処理室３４内にウエハ１を入れ、このウエハ１を
所定の位置に位置決めし、リフタ４５により支持ピン４
６を上昇させ、この支持ピン４６にウエハ１を引き渡し
、弾性アーム３，４を縮小させ、空のハンド２を搬送室
３１内に引き戻し、搬送室３１と処理室３４間に設けら
れたゲートバルブ４４を閉じ、処理室３４に設けられた
処理ユニット４１により、支持ピン４６に支持されてい
るウエハ１に所定の処理を施す。

【００９９】前述のごとく、処理室３４でウエハ１に所
定の処理を施したのち、搬送室３１と処理室３４間に設
けられたゲートバルブ４４を開け、弾性アーム３，４を
伸長させ、ハンド２を支持ピン４６により支持されてい
るウエハ１の下方に挿入し、リフタ４５により支持ピン
４６を下降させ、ウエハ１をハンド２に引き渡し、弾性
アーム３，４を縮小させ、ウエハ１を乗せたハンド２を
搬送室３１内に引き戻し、搬送室３１と処理室３４間に
設けられたゲートバルブ４４を閉じる。

【０１００】ここで、ウエハ１に対する処理室３４内で
の処理が最終処理とすると、無関節真空ロボットの回転
ドラム１５とこれに取り付けられている部材とを、旋回
駆動部１６により回転ドラム１５の中心軸Ｏ−Ｏを回転
中心として、図９において反時計回りにほぼ９０度旋回
させ、弾性アーム３，４とウエハ１を乗せたハンド２と
をロードロック室３５に対向する位置に移動させる。

【０１０１】ついで、搬送室３１とロードロック室３５
間に設けられたゲートバルブ４４を開け、弾性アーム３
，４を伸長させ、ウエハ１を乗せたハンド２をロードロ
ック室３５内の所定位置に移動させ、このロードロック
室３５に設けられたリフタ４５により支持ピン４６を上
昇させ、ハンド２から支持ピン４６にウエハ１を引き渡
し、弾性アーム３，４を縮小させ、空のハンド２を搬送
室３１内に引き戻し、搬送室３１とロードロック室３５
間に設けられたゲートバルブ４４を閉じる。

【０１０２】その後、ロードロック室３５に設けられた
開閉蓋４３を開け、最終処理が施されたウエハ１を半導
体ウエハ処理装置の外部に取り出し、次工程に送り、開
閉蓋４３を閉じる。

【０１０３】前記半導体ウエハ処理装置と、これに組み
込まれたウエハ搬送装置である無関節真空ロボットの順
序動作により、半導体ウエハ処理装置の搬送室３１から
各処理室３２，３３，３４に、ウエハ１を確実に搬送し
、かつ正確に位置決めし、処理することが可能となる。

【０１０４】しかも、この第１の実施例の無関節真空ロ
ボットでは、ロボットのアームに関節部がないので、摺
動，ころがり摩擦等が発生せず、したがって半導体の品
質を低下させる塵，ガス等が発生しない。また、真空グ
リス等も不要であるため、ロボットのアームの耐真空度
も向上するので、ウエハ１の処理室３２，３３，３４を
高真空度にすることができ、したがって半導体の品質の
向上を図ることが可能となる。

【０１０５】続いて、図１０は本発明の第２の実施例を
示すもので、弾性アーム部分の斜視図である。

【０１０６】この図１０に示す第２の実施例では、弾性
アーム３，４がハンド２側の端部から回転軸５，６の端
部側に向かうに従い、帯状のばね材の厚さｂを漸増させ
、かつ帯状のばね材の高さｈを漸増させている。

【０１０７】その結果、弾性アーム３，４の帯状のばね
材の断面積が回転軸５，６に近づくに従って大きくなり
、曲げ応力σに対する剛性を増大させることができる。 これにより、前記図５に示す弾性アームの曲率半径と、
数１〜数４から分かるように、弾性アーム３，４を弾性
変形の範囲内で使用して、ウエハ１の搬送距離を長くす
ることが可能となる。

【０１０８】なお、この第２の実施例において、弾性ア
ーム３，４の帯状のばね材の厚さｂと高さｈのいずれか
一方を、ハンド２側の端部から回転軸５，６側の端部に
向かうに従って漸増させてもよい。

【０１０９】この第２の実施例の他の構成，作用は、前
記第１の実施例と同様である。

【０１１０】次に、図１１は本発明の第３の実施例を示
す斜視図である。

【０１１１】この図１１に示す第３の実施例では、回転
ドラム１５の上部に、帯状のばね材で形成された第１，
第２，第３の弾性アーム４７，４８，４９が設けられて
いる。

【０１１２】前記第１，第２の弾性アーム４７，４８は
、前記第１の実施例の弾性アーム３，４と同様、水平面
内で互いに対向させて配置されている。前記第３の弾性
アーム４９は、上方に向かって凸円弧に形成され、第１
，第２の弾性アーム４７，４８に対して垂直に配置され
ている。

【０１１３】前記第１，第２，第３の弾性アーム４７，
４８，４９の一方の端部には、ウエハ１を乗せるハンド
５０が取り付けられている。また、第１，第２の弾性ア
ーム４７，４８の他方の端部は、回転軸５１，５２に連
結されている。前記回転軸５１，５２は、回転ドラム１
５内に支持された図１〜図５，図７〜図９に示される前
記第１の実施例の回転軸５，６（ただし、図１１中では
回転軸５は表されていない。）に、コイルばね５３，５
４を介して連結されている。そして、第３の弾性アーム
４９の他方の端部は、他の回転軸５５を介して磁性流体
シール５６に回転可能に支持されている。前記回転軸５
５は、モータ（図示せず）に連結されている。

【０１１４】この第３の実施例においても、回転ドラム
１５内に収納されたモータにより回転軸（図１参照）を
図１１において反時計回りに回転させるとコイルばね５
３を介して回転軸５１が同じく反時計回りに回転し、こ
れと同時にモータにより回転軸６を時計回りに回転させ
るとコイルばね５４を介して回転軸５２が同じく時計回
りに回転し、第１，第２の弾性アーム４７，４８が水平
面内で曲率半径が小さくなる方向に変形し、これにつら
れて第３の弾性アーム４９は垂直面内で曲率半径が小さ
くなる方向に変形して行き、第１，第２，第３の弾性ア
ーム４７，４８，４９が一緒に縮小し、ハンド５０が回
転軸５１，５２を結ぶ直線に接近する方向に移動する。 また、図１１において、回転軸５１を時計回りに、回転
軸５２を反時計回りに同時に回転させると、第１，第２
の弾性アーム４７，４８が水平面内で曲率半径が大きく
なる方向に変形し、これにつられて第３の弾性アーム４
９は垂直面内で曲率半径が大きくなる方向に変形し、第
１，第２，第３の弾性アーム４７，４８，４９が一緒に
伸長し、ハンド５０が回転軸５１，５２を結ぶ直線から
遠ざかる方向に移動する。

【０１１５】そして、第３の弾性アーム４９の回転軸５
５を図１１に示す矢印ａ方向に回転させると、第３の弾
性アーム４９がハンド５０を持ち上げる方向に回転し、
第１，第２の弾性アーム４７，４８もコイルばね５３，
５４を介して同じ方向に回転し、ハンド５０が上昇する
。前記第３の弾性アーム４９の回転軸５５を前記矢印ａ
と逆方向に回転させると、第１，第２，第３の弾性アー
ム４７，４８，４９が一緒にハンド５０を引き下げる方
向に回転し、ハンド５０が下降する。

【０１１６】したがって、この第３の実施例ではハンド
５０に乗せたウエハ１を三次元方向に移動させることが
できる外は、前記第１の実施例と同様である。

【０１１７】ついで、図１２〜図１４は本発明の第４の
実施例を示すもので、図１２は弾性アームとハンドのユ
ニットの一方の側面図、図１３は同ユニットの平面図、
図１４は同ユニットの他方の側面図である。

【０１１８】これら図１２〜図１４に示す第４の実施例
では、水平面内に第１，第２の弾性アーム５７，５８が
対向させて配置されている。

【０１１９】前記第１の弾性アーム５７は、図１２，図
１３に示すように、上片５９ａおよび下片５９ｂを有し
かつ側面から見て倒Ｕ字形に形成されたリンク５９と、
リンク５９の上片５９ａにねじりばねであるコイルばね
６１ａをはさんで連結された上部弾性アーム片６３ａと
、リンク５９の下片５９ｂにねじりばねであるコイルば
ね６１ｂをはさんで連結された下部弾性アーム片６３ｂ
とを組み合わせて構成されている。また、第１の弾性ア
ーム５７はリンク５９の根元部分を介して回転軸５に連
結されている。

【０１２０】前記第２の弾性アーム５８は、図１３，図
１４に示すように、上片６０ａおよび下片６０ｂを有し
かつ側面から見て倒Ｕ字形に形成されたリンク６０と、
リンク６０の上片６０ａにねじりばねであるコイルばね
６２ａをはさんで連結された上部弾性アーム片６４ａと
、リンク６０の下片６０ｂにねじりばねであるコイルば
ね６２ｂをはさんで連結された下部弾性アーム片６４ｂ
とを組み合わせて構成されている。また、第１の弾性ア
ーム５８はリンク６０の根元部分を介して回転軸６に連
結されている。

【０１２１】前記第１の弾性アーム５７の上，下部弾性
アーム片６３ａ，６３ｂの端部と、第２の弾性アーム５
８の上，下部弾性アーム片６４ａ，６４ｂの端部とにわ
たって、側面から見て倒Ｌ字形のハンド６５が固定され
ている。

【０１２２】この第４の実施例では、図１３において、
回転軸５により第１の弾性アーム５７のリンク５９を時
計回りに、回転軸６により第２の弾性アーム５８のリン
ク６０を反時計回りに同時に回転させると、第１の弾性
アーム５７のコイルばね６１ａ，６１ｂおよび上，下部
弾性アーム片６３ａ，６３ｂがリンク５９の回転方向に
沿って外側に膨む形状に変形し、第２の弾性アーム５８
のコイルばね６２ａ，６２ｂおよび上，下部弾性アーム
片６４ａ，６４ｂがリンク６０の回転方向に沿って外側
に膨む形状に変形する。その結果、回転軸５，６を結ぶ
直線からハンド６５までの距離が縮小し、ハンド６５が
回転軸５，６を結ぶ直線に接近する方向に移動する。

【０１２３】前述のごとく、第１，第２の弾性アーム５
７，５８の上，下部弾性アーム片６３ａ，６３ｂおよび
６４ａ，６４ｂが外側に膨んだ状態から、図１３におい
て、回転軸５により第１の弾性アーム５７のリンク５９
を反時計回りに、回転軸６により第２の弾性アーム５８
のリンク６０を時計回りに同時に回転させると、第１，
第２の弾性アーム５７，５８の上，下部弾性アーム片６
３ａ，６３ｂおよび６４ａ，６４ｂが内側に向かって変
形し、回転軸５，６を結ぶ直線からハンド６５までの距
離が伸長し、ハンド６５が回転軸５，６を結ぶ直線から
遠ざかる方向に移動する。

【０１２４】この第４の実施例では、リンク５９，６０
の作用により、回転軸５，６に加えるトルクを小さくし
て、第１，第２の弾性アーム５７，５８に必要な曲げモ
ーメントを加えることができる。しかも、第１，第２の
弾性アーム５７，５８に上下方向の負荷が作用すると、
上，下部弾性アーム片６３ａ，６３ｂおよび６４ａ，６
４ｂが変形し、負荷を吸収緩和するので、第１，第２の
弾性アーム５７，５８の剛性を高めることができる。

【０１２５】この第４の実施例の他の構成，作用は、前
記第１の実施例と同様である。

【０１２６】続いて、図１５および図１６は本発明の第
５の実施例を示すもので、図１５は弾性アームを伸ばし
た状態の平面図、図１６は弾性アームを巻き込んだ状態
の平面図である。

【０１２７】これらの図に示す第５の実施例では、水平
面内に互いに対向させて配置された弾性アーム６７，６
８を有している。

【０１２８】各弾性アーム６７，６８は、互いに凹円弧
状に形成されており、弾性アーム６７，６８の一方の端
部にはハンド２が固定され、弾性アーム６７の他方の端
部は回転軸５に連結され、弾性アーム６８の他方の端部
は回転軸６に連結されている。この第５の実施例では、
図１５において、回転軸５を反時計回りに、回転軸６を
時計回りに同時に回転させると、弾性アーム６７，６８
が図１６に示すように、回転軸５，６の回転方向に巻き
込まれるように変形し、回転軸５，６を結ぶ直線からハ
ンド２までの距離が縮小し、ハンド２が回転軸５，６を
結ぶ直線に接近する方向に移動する。

【０１２９】また、図１６の状態から回転軸５を時計回
りに、回転軸６を反時計回りに同時に回転させると、弾
性アーム６７，６８が回転方向に繰り出されるように変
形し、これによりハンド２が回転軸５，６を結ぶ直線か
ら遠ざかる方向に移動する。

【０１３０】この第５の実施例の他の構成，作用は、前
記第１の実施例と同様である。

【０１３１】さらに、図１７は本発明の第６の実施例を
示す平面図である。

【０１３２】この図１７に示す第６の実施例では、回転
ドラム１５の上面に、電磁石６９，７０と、変位センサ
７１，７２とが取り付けられている。

【０１３３】一方の電磁石６９は弾性アーム３の振動を
防止するために設けられ、他方の電磁石７０は弾性アー
ム４の振動を防止するために設けられている。

【０１３４】一方の変位センサ７１は弾性アーム３の振
動特性を検出するために設けられ、他方の変位センサ７
２は弾性アーム４の振動特性を検出するために設けられ
ている。

【０１３５】前記電磁石６９，７０および変位センサ７
１，７２は、制御回路（図１７では省略）に接続されて
いる。

【０１３６】この第６の実施例では、変位センサ７１，
７２により当該弾性アーム３，４の振動特性を検出し、
その検出結果を制御回路に送信する。

【０１３７】前記制御回路では、変位センサ７１，７２
により検出された弾性アーム３，４の振動特性を基に、
弾性アーム３，４に加える力とタイミングを計算し、電
磁石６９，７０に送信する。

【０１３８】前記電磁石６９，７０は、制御回路からの
指令を受けて、当該弾性アーム３，４に適正な力を適正
なタイミングで加える。

【０１３９】実験の結果、回転軸５，６の回転速度の変
化によって、弾性アーム３，４に、回転軸５，６を中心
に横振動が発生しやすいことが確認されている。これに
対して、この第６の実施例では、前記回転軸５，６の回
転速度の変化によって発生する弾性アーム３，４の振動
を防止することができる。

【０１４０】また、図１８は本発明の第７の実施例を示
す平面図である。

【０１４１】この図１８に示す第７の実施例では、回転
ドラム１５の上面に設けられた変位センサ７１，７２と
、弾性アーム３，４の根元側に１個宛設けられたバイモ
ルフ形のピエゾ素子７３，７４と、このピエゾ素子７３
，７４の電源７５と、この電源７５の制御回路とを備え
ている。

【０１４２】前記変位センサ７１，７２は、当該弾性ア
ーム３，４の振動特性を検出し、その検出結果を制御回
路に送信する。

【０１４３】前記制御回路は、変位センサ７１，７２で
検出された弾性アーム３，４の振動特性を基に、弾性ア
ーム３，４に加える力とタイミングを計算し、電源７５
に送信する。

【０１４４】前記電源７５では、制御回路からの指令に
より、バイモルフ形のピエゾ素子７３，７４に適正な大
きさの電圧を適正なタイミングで印加し、前記ピエゾ素
子７３，７４は当該弾性アーム３，４に適正な力を適正
なタイミングで加える。

【０１４５】これにより、この第７の実施例によっても
、回転軸５，６の回転速度の変化によって発生する弾性
アーム３，４の振動を防止することができる。

【０１４６】なお、前記第６および第７の実施例の他の
構成，作用は、前記第１の実施例と同様である。

【０１４７】次に、図１９は本発明の第８の実施例を示
す側面図である。

【０１４８】この図１９に示す第８の実施例では、２個
一対をなす弾性アーム７７，７８と、前記弾性アーム７
７，７８の一方の端部にわたって取り付けられたハンド
７６と、前記弾性アーム７７，７８の回転軸７９，８０
と、回転ドラム８３と、旋回駆動部８５とを備えて構成
されている。

【０１４９】前記弾性アーム７７，７８は、帯状のばね
材により互いに凸円弧に形成されており、垂直面内で互
いに対向させて配置されている。

【０１５０】前記回転軸７９，８０は、当該弾性アーム
７７，７８の他方の端部に取り付けられ、かつ回転ドラ
ム８３の上面に固定された磁性流体シール８１，８２に
支持されている。また、回転軸７９，８０は各別にモー
タ（図示せず）に連結されている。

【０１５１】前記回転ドラム８３は、これの中心軸Ｏ−
Ｏの回りに回転し、回転ドラム８３の上部の部材を中心
軸Ｏ−Ｏを回転中心として旋回させるようになっている
。

【０１５２】前記旋回駆動部８５は、回転ドラム８３を
回転駆動するようになっている。

【０１５３】前記回転ドラム８３と旋回駆動部８５間に
は、磁性流体シール８４が設けられている。この磁性流
体シール８４は、旋回駆動部８５が大気側に配置され、
また回転ドラム８３とこれの上部の部材とが例えば半導
体ウエハ処理装置内に配置されている使用態様の場合、
大気側と半導体ウエハ処理装置間の気密を保持すべく設
けられている。

【０１５４】この第８の実施例では、図１９において、
回転軸７９を時計回りに、回転軸８０を反時計回りに同
時に回転させると、弾性アーム７７，７８がそれぞれ曲
率半径が大きくなる方向に変形し、回転軸７９，８０を
結ぶ直線からハンド７６までの距離が伸長し、ハンド７
６が上方に移動する。

【０１５５】また、図１９において、回転軸７９を反時
計回りに、回転軸８０を時計回りに同時に回転させると
、弾性アーム７７，７８がそれぞれ曲率半径を小さくす
る方向に変形し、これにより回転軸７９，８０を結ぶ直
線からハンド７６までの距離が縮小する。

【０１５６】したがって、モータにより回転軸７９，８
０を回転操作することにより、弾性アーム７７，７８の
変形を介して、ハンド７６に乗せたウエハ１を上下方向
に移動させることができる。

【０１５７】さらに、旋回駆動部８５により回転ドラム
８３をその中心軸Ｏ−Ｏの回りに回転させることにより
、弾性アーム７７，７８を介してハンド７６が回転ドラ
ム８３と同じ方向に旋回するので、ウエハ１を水平面内
で旋回移動させることができる。

【０１５８】ついで、図２０および図２１は本発明の第
９の実施例を示すもので、図２０は弾性アームを伸ばし
た状態の平面図、図２１は弾性アームを巻き込んだ状態
の平面図である。

【０１５９】これらの図に示す第９の実施例では、回転
軸５，６にそれぞれリンク８７，８８が連結されている
。

【０１６０】前記リンク８７，８８の一端部には、それ
ぞれ弾性アーム８９，９０が連結されている。前記弾性
アーム８９，９０は、帯状のばね材で形成され、かつ互
いに凹円弧に形成されており、また水平面内で互いに対
向させて配置されている。

【０１６１】前記弾性アーム８９，９０の端部にわたっ
て、ウエハ用のハンド２が取り付けられている。

【０１６２】この第９の実施例では、図２０において、
回転軸５によりリンク８７を反時計回りに、回転軸６に
よりリンク８８を時計回りに同時に回転させると、図２
１に示すように、リンク８７，８８の回転方向に弾性ア
ーム８９，９０が巻き込まれるように変形し、回転軸５
，６を結ぶ直線からハンド２までの距離が縮小され、ハ
ンド２が回転軸５，６を結ぶ直線に接近する方向に移動
する。

【０１６３】前記図２１の状態から、回転軸５によりリ
ンク８７を時計回りに、回転軸６によりリンク８８を反
時計回りに同時に回転させると、弾性アーム８９，９０
が繰り出されるように変形し、回転軸５，６を結ぶ直線
からハンド２までの距離が伸長し、ハンド２が回転軸５
，６を結ぶ直線から遠ざかる方向に移動する。

【０１６４】この第９の実施例では、リンク８７，８８
の作用により、弾性アーム８９，９０に加える曲げ応力
を小さくして、ハンド２の必要な移動量を確保すること
ができる外は、前記第１の実施例と同様である。

【０１６５】進んで、図２２および図２３は本発明の第
１０の実施例を示すもので、図２２は平面図、図２３は
ウエハ用のハンドの位置検出手段の拡大平面図である。

【０１６６】これらの図に示す第１０の実施例では、ウ
エハ用のハンドの位置検出手段に特徴を有している。

【０１６７】前記位置検出手段は、バイモルフ形の２個
一対のピエゾ素子９１，９２と、ピエゾ素子９１，９２
の電源９５と、ピエゾ素子９１，９２に１個宛設けられ
たレーザ式変位計９６，９７と、スリット１０２，１０
３を有するターゲット１０１とを備えて構成されている
。

【０１６８】なお、図２２および図２３では、水平面内
で回転軸５，６を結ぶ直線方向をＸ方向、これと直角を
なす方向をＹ方向としている。

【０１６９】前記ピエゾ素子９１，９２は、図２２に示
すように、回転軸５，６を結ぶ直線の２等分線をはさん
で、その両側に等間隔をおいて配置され、かつ固定部９
３，９４を介して回転ドラム１５の上面に片持ち状に固
定されている。また、ピエゾ素子９１，９２に電源９５
を通じて電圧を印加すると、ピエゾ素子９１，９２は固
定部９３，９４を中心として湾曲状に変形するようにな
っている。

【０１７０】前記レーザ式変位計９６，９７は、発光部
と受光部（いずれも図示せず）を有し、かつ前記ピエゾ
素子９１，９２の端部に固定されていて、ターゲット１
０１に向かってレーザ光９８，１００を照射するように
なっている。なお、図２３にレーザ光９８の反射光を符
号９９で示している。

【０１７１】前記ターゲット１０１は、レーザ式変位計
９６，９７に対向する表面が、レーザ光９８，１００を
よく反射し得るように光沢仕上げされている。このター
ゲット１０１には、図２３に示すように、スリット１０
２，１０３が設けられている。

【０１７２】前記スリット１０１，１０２は、Ｘ方向に
設定距離ｎをおいて設けられ、かつ垂直方向に長く形成
されている。また、前記ターゲット１０１はハンド２に
おけるレーザ式変位計９６，９７に対向する端面に固定
されている。

【０１７３】次に、前記ハンドの位置検出手段によるＸ
方向，Ｙ方向およびθ方向の位置検出について説明する
。

【０１７４】まず、Ｙ方向に関してはレーザ式変位計９
６によりターゲット１０１までの距離を計測した結果を
ｍ１とし、レーザ式変位計９７によりターゲット１０１
までの距離を計測した結果をｍ２とすると、ターゲット
１０１の位置ｍは、数５で決定できる。

【０１７５】

【数５】

【０１７６】前述のごとく、ターゲット１０１のＹ方向
の位置を計測することにより、Ｙ方向のハンド２の位置
およびウエハ１の位置を検出することができる。

【０１７７】また、θ方向に関してはスリット１０２と
スリット１０３間の距離をｎとすると、数６で決定でき
る。

【０１７８】

【数６】

【０１７９】さらに、Ｘ方向に関しては以下に述べる動
作でターゲット１０１の位置を計測する。

【０１８０】すなわち、バイモルフ形のピエゾ素子９１
，９２は印加電圧を順次変えることによってたわみ、ピ
エゾ素子９１，９２に固定されたレーザ式変位計９６，
９７の位置が変化する。レーザ式変位計９６，９７が変
位すると、レーザ光９８，１００がターゲット１０１に
照射される位置が変わって行く。そして、通常はレーザ
光９８の反射光９９をレーザ式変位計９６の受光部で受
け、レーザ光１００の反射光はレーザ式変位計９７の受
光部で受ける。しかし、レーザ光９８，１００がスリッ
ト１０２，１０３の位置と一致したとき、反射光は集光
せず、散乱する。

【０１８１】よって、ターゲット１０１のＸ方向の位置
を計測し、ターゲット１０１のＸ方向の位置から、この
Ｘ方向のハンド２の位置およびウエハ１の位置を検出す
ることができる。

【０１８２】前記ターゲット１０１のＸ，Ｙ方向の位置
を計測し、これよりハンド２およびウエハ１のＸ，Ｙ方
向の位置を検出したのち、その検出結果を例えば図１に
示す制御回路の推論制御部２６に送信し、データ処理し
、回転速度・回転量を決定し、例えば図１に示すモータ
１１，１２や旋回駆動部１６を制御することによって、
ハンド２とこれに乗せたウエハ１を正確に位置決めする
ことが可能となる。

【０１８３】なお、本発明ではハンドで取り扱う対象物
はウエハに限らず、ハンドの形状，構造を選定すること
により、ワーク全般について取り扱うことができる。

【０１８４】

【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１記載の発
明によれば、同一面内に、帯状のばね材で形成された２
個一対の弾性アームを互いに対向させて配置し、両弾性
アームの一方の端部にわたってワーク用のハンドを固定
し、各弾性アームの他方の端部に、当該弾性アームに曲
げモーメントを加える回転軸を取り付け、各回転軸に、
互いに反対方向に同時に回転させかつ可逆回転する回転
駆動部を連結しており、無関節のロボットで、同一面内
を直線上にハンドを移動させることができ、したがって
摺動またはころがり摩耗による発塵，発ガスをなくすこ
とができる効果があり、真空グリスが不要なため、高真
空下で使用して信頼性の向上を図り得る効果もある。

【０１８５】本発明の請求項２記載の発明によれば、前
記両回転軸と回転駆動部とを回転ドラムに取り付け、こ
の回転ドラムに旋回駆動部を連結しており、無関節のロ
ボットで、同一面内を直線方向および旋回方向にハンド
を移動させることができる外、この発明においても摺動
またはころがり摩耗による発塵，発ガスをなくすことが
できる効果があり、真空グリースが不要なため、高真空
下で使用して信頼性の向上を図り得る効果もある。

【０１８６】本発明の請求項３記載の発明によれば、前
記ハンドの位置検出手段と、この位置検出手段により検
出されたハンドの位置に基づいて前記回転軸の回転駆動
部の速度および回転量を決定し、前記回転駆動部を制御
する制御回路とを設けており、請求項４記載の発明によ
れば、前記ハンドの位置検出手段と、この位置検出手段
により検出されたハンドの位置に基づいて前記回転軸の
回転駆動部の速度および回転量と、前記回転ドラムの旋
回駆動部の回転方向および回転量とを決定し、前記回転
駆動部と旋回駆動部とを制御する制御回路を設けており
、また請求項５記載の発明によれば、前記ハンドの位置
検出手段を、各回転軸に連結されたエンコーダと、各弾
性アームに設けられたひずみゲージおよび温度センサと
、ハンドを停止させるべき位置に設置された位置センサ
とを備えて構成しており、さらに請求項６記載の発明に
よれば、前記ハンドの位置検出手段を、ハンドの幅方向
に互いに設定距離をおいて設けられたスリットを有しか
つハンドに固定されたターゲットと、ハンドの幅方向に
互いに間隔をおいて配置されかつ前記ターゲットに向か
ってレーザ光を照射しその反射光を受光する２個一対の
レーザ式変位計と、各レーザ式変位計をハンドの幅方向
に駆動する駆動部とを備えて構成しているので、それぞ
れ予め設定した位置に、ハンドを正確に位置決めでき、
ワークを正確に搬送し得る効果がある。

【０１８７】本発明の請求項７記載の発明によれば、前
記各弾性アームを、ハンド側の端部から回転軸側の端部
に向かうに従い、剛性を漸増させているので、弾性アー
ムの剛性を大きくして、搬送距離を長く取ることができ
るという効果がある。

【０１８８】本発明の請求項８記載の発明によれば、前
記回転ドラム上に、互いに対向させて第１，第２の弾性
アームを配置し、前記第１，第２の弾性アームを、それ
ぞれ回転駆動部に連結された回転軸に取り付けるととも
に、前記第１，第２の弾性アームを、それぞれ側面から
見て倒Ｕ字形のリンクと、帯状のばね材で形成されかつ
各リンクの上片および下片にそれぞれねじりばねをはさ
んで連結した弾性アーム片とで構成し、前記第１の弾性
アームの上下２本の弾性アーム片の端部と第２の弾性ア
ームの上下２本の弾性アームの端部とにわたって、ワー
ク用のハンドを固定しており、ねじりばねと第１，第２
の弾性アームの上片および下片とにより、上下方向の負
荷を吸収緩和できるので、この発明においても、弾性ア
ームの剛性を大きくして、搬送距離を長く取ることがで
きるという効果がある。

【０１８９】本発明の請求項９記載の発明では、前記各
弾性アームの振動特性を検出する振動検出手段と、検出
された振動特性を基に、各弾性アームに適正な力を適正
なタイミングで加える防振手段とを設けており、また請
求項１０記載の発明では、前記振動検出手段を、各弾性
アームに対応させて配置された変位センサで構成し、前
記防振手段を電磁石で構成しており、さらに請求項１１
記載の発明では、前記振動検出手段を、各弾性アームに
対応させて配置された変位センサで構成し、前記防振手
段を、バイモルフ形のピエゾ素子と電源とで構成してい
るので、それぞれ弾性アームの振動を防止でき、より一
層信頼性を向上させ得る効果がある。

【０１９０】本発明の請求項１２記載の発明によれば、
前記２本の回転軸のそれぞれにリンクを連結し、各リン
クの端部に弾性アームを連結しているので、リンクの作
用により、回転軸に与えるトルクを小さくして、弾性ア
ームに必要な曲げモーメントを加えることができるとい
う効果がある。

【０１９１】本発明の請求項１３記載の発明によれば、
第１，第２の弾性アームを変形させてハンドを水平面内
で直線上に移動させ、回転ドラムを回転させて、この回
転ドラムに支持された部材を回転ドラムの中心軸回りに
旋回させ、第３の弾性アームを変形させてハンドを上下
方向に移動させ得るようにしているので、ハンドを介し
てワークを三次元方向に搬送し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】図１に示す無関節真空ロボットの使用状態を示
す一部横断平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線切断拡大断面図である。

【図４】図１に示す無関節真空ロボットの動作説明図で
ある。

【図５】図１に示す無関節真空ロボットの弾性アームの
形状変化を示す図である。

【図６】図５の弾性アームの形状変化と曲げ応力の変化
を示す図である。

【図７】図２に対応させて示した無関節真空ロボットの
動作を示す図である。

【図８】図２に対応させて示した無関節真空ロボットの
動作を示す図である。

【図９】図２に対応させて示した無関節真空ロボットの
動作を示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施例を示す斜視図である。

【図１１】本発明の第３の実施例を示す斜視図である。

【図１２】本発明の第４の実施例の一方の側面図である
。

【図１３】図１２の平面図である。

【図１４】図１３の他方の側面図である。

【図１５】本発明の第５の実施例を示す平面図である。

【図１６】図１５の変化した状態を示す平面図である。

【図１７】本発明の第６の実施例を示す平面図である。

【図１８】本発明の第７の実施例を示す平面図である。

【図１９】本発明の第８の実施例を示す側面図である。

【図２０】本発明の第９の実施例を示す平面図である。

【図２１】図２０の変化した状態の平面図である。

【図２２】本発明の第１０の実施例を示す平面図である
。

【図２３】図２２の一部拡大平面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ、２…ハンド、３，４…弾性アーム、５，６
…回転軸、９，１０…トルクメータ、１１，１２…モー
タ、１３，１４…エンコーダ、１５…回転ドラム、１６
…旋回駆動部、１９，２０…ひずみゲージ、２１，２２
…温度センサ、２３，２４…変位センサ、２５…制御回
路のデータ入力部、２６…推論制御部、２９…速度・回
転量制御部、３０…ドライバ、４７，４８，４９…第１
，第２，第３の弾性アーム、５０…ハンド、５１，５２
…回転軸、５３，５４…コイルばね、５５…回転軸、５
７，５８…第１，第２の弾性アーム、５９…リンク、５
９ａ，５９ｂ…上片，下片、６０…リンク、６０ａ，６
０ｂ…上片，下片、６１ａ，６１ｂ…コイルばね、６２
ａ，６２ｂ…コイルばね、６３ａ，６３ｂ…上，下部弾
性アーム片、６４ａ，６４ｂ…上，下部弾性アーム片、
６７，６８…弾性アーム、６９，７０…電磁石、７１，
７２…変位センサ、７３，７４…バイモルフ形のピエゾ
素子、７５…電源、７６…ハンド、７７，７８…弾性ア
ーム、７９，８０…回転軸、８３…回転ドラム、８５…
旋回駆動部、８７，８８…リンク、８９，９０…弾性ア
ーム、９１，９２…バイモルフ形のピエゾ素子、９５…
電源、９６，９７…レーザ式変位計、９８，１００…レ
ーザ光、９９…反射光、１０１…ターゲット、１０２，
１０３…スリット。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯状のばね材で形成された２個一対の弾性
   アームを互いに対向させて配置し、両弾性アームの一方
   の端部にわたってワーク用のハンドを固定し、各弾性ア
   ームの他方の端部に、当該弾性アームに曲げモーメント
   を加える回転軸を取り付け、各回転軸に、互いに反対方
   向に回転させかつ可逆回転する回転駆動部を連結したこ
   とを特徴とする無関節真空ロボット。
2. 【請求項２】前記両回転軸と回転駆動部とを回転ドラム
   に取り付け、この回転ドラムに旋回駆動部を連結したこ
   とを特徴とする請求項１記載の無関節真空ロボット。
3. 【請求項３】前記ハンドの位置検出手段と、この位置検
   出手段により検出されたハンドの位置に基づいて前記回
   転軸の回転駆動部の速度および回転量を決定し、前記回
   転駆動部を制御する制御回路とを設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の無関節真空ロボット。
4. 【請求項４】前記ハンドの位置検出手段と、この位置検
   出手段により検出されたハンドの位置に基づいて前記回
   転軸の回転駆動部の速度および回転量と、前記回転ドラ
   ムの旋回駆動部の回転方向および回転量とを決定し、前
   記回転駆動部と旋回駆動部とを制御する制御回路を設け
   たことを特徴とする請求項２記載の無関節真空ロボット
   。
5. 【請求項５】前記ハンドの位置検出手段を、各回転軸に
   連結されたエンコーダと、各弾性アームに設けられたひ
   ずみゲージおよび温度センサと、ハンドを停止させるべ
   き位置に対応させて設置された位置センサとを備えて構
   成したことを特徴とする請求項３または４記載の無関節
   真空ロボット。
6. 【請求項６】前記ハンドの位置検出手段を、ハンドの幅
   方向に互いに設定距離をおいて設けられたスリットを有
   しかつハンドに固定されたターゲットと、ハンドの幅方
   向に互いに間隔をおいて配置されかつ前記ターゲットに
   向かってレーザ光などを照射しその反射光を受光する２
   個一対の変位計と、変位計をハンドの幅方向に駆動する
   駆動部とを備えて構成したことを特徴とする請求項３ま
   たは４記載の無関節真空ロボット。
7. 【請求項７】前記各弾性アームを、ハンド側の端部から
   回転軸側の端部に向かうに従い、剛性を漸増させたこと
   を特徴とする請求項１記載の無関節真空ロボット。
8. 【請求項８】前記回転ドラム上に、互いに対向させて第
   １，第２の弾性アームを配置し、前記第１，第２の弾性
   アームを、それぞれ回転駆動部に連結された回転軸に取
   り付けるとともに、前記第１，第２の弾性アームを、そ
   れぞれ側面から見て倒Ｕ字形のリンクと、帯状のばね材
   で形成されかつ各リンクの上片および下片にそれぞれね
   じりばねをはさんで連結した弾性アーム片とで構成し、
   前記第１の弾性アームの上下２本の弾性アーム片の端部
   と第２の弾性アームの上下２本の弾性アームの端部とに
   わたって、ワーク用のハンドを固定したことを特徴とす
   る請求項２，４，５または６記載の無関節真空ロボット
   。
9. 【請求項９】前記各弾性アームの振動特性を検出する振
   動検出手段と、検出された振動特性を基に、各弾性アー
   ムに適正な力を適正なタイミングで加える防振手段とを
   設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載
   の無関節真空ロボット。
10. 【請求項１０】前記振動検出手段を、各弾性アームに対
    応させて配置された変位センサで構成し、前記防振手段
    を電磁石で構成したことを特徴とする請求項９記載の無
    関節真空ロボット。
11. 【請求項１１】前記振動検出手段を、各弾性アームに対
    応させて配置された変位センサで構成し、前記防振手段
    を、バイモルフ形のピエゾ素子と電源とで構成したこと
    を特徴とする請求項９記載の無関節真空ロボット。
12. 【請求項１２】前記２本の回転軸のそれぞれにリンクを
    連結し、各リンクの端部に弾性アームを連結したことを
    特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無関節真空
    ロボット。
13. 【請求項１３】旋回駆動部に連結された回転ドラム上に
    、第１，第２の弾性アームを水平面内で互いに対向させ
    て配置し、前記第１，第２の弾性アームに囲まれた空間
    と直角な垂直面内に、上方に向かって凸円弧に形成され
    た第３の弾性アームを設け、前記第１，第２，第３の弾
    性アームの一方の端部にわたって、ワーク用のハンドを
    固定し、前記第１，第２の弾性アームの他方の端部を、
    それぞれ回転駆動部を有する回転軸に、垂直方向に回動
    可能に連結し、前記第３の弾性アームの他方の端部を、
    独立の回転駆動部を有する回転軸に、垂直方向に回動可
    能に支持したことを特徴とする無関節真空ロボット。