TWI250924B - An industrial robot - Google Patents

Description

1250924 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於產業用機器人。更為詳細而言，本發明是 關於在淨化空間内進行組裝、加工、搬運等作業的產業用 機器人。 另外，本發明係可應用於產業用機器人，是關於利用光 散射特性以測定氣體中的粒子數量的微粒子計數器。更為 詳細而言，本發明是關於照射於試料流體的雷射光的光束 形狀的改良。 又，本發明係關於產業用機器人的機械手。更為詳細而 言，本發明是關於例如在晶圓匣或附膜裝置等的處理裝置 之間使半導體的晶圓、大型液晶等的大型工件移動的搬運 用機器人。 【先前技術】 作為該種機器人，具有在無塵室中例如將半導體晶圓或 液晶面板載置於機械手上而從晶圓匣移動至其他的裝置 者。在此等操作半導體晶圓或液晶面板時因為無塵室内的 微粒子數量極大影響良品率的緣故，故以數種方法來進行 檢查。 例如，具有在無塵室内的指定位置設置微粒子計數器以 進行定期檢查的方法。另外，還有在濺鍍或蝕刻等的製造 裝置安裝微粒子計數器以進行定期檢查的方法。或是，以 檢查裝置進行半導體晶圓或液晶面板的表面的微粒子檢查 的方法。 5 326\專利說明書(補件)\93-01 \92130201 1250924 另外，作為該種微粒子計數器周知有具備：如圖1 〇所 示射出雷射光1 0 1的光源1 0 2 ;使雷射光1 0 1聚光於試料 流體1 0 4的投光透鏡1 0 3 ;流動該試料流體1 0 4的流路機 構1 0 5;將試料流體1 0 4中的粒子（粉塵）產生的散射光1 0 6 聚光的受光透鏡1 0 7 ;及將該被聚光的散射光1 0 6作光電 變換的受光元件1 0 8者。於是，因為從受光元件1 0 8所獲 得的電性輸出的脈衝大小與浮游粒子徑具有相關關係，因 此，可從電性輸出的脈衝大小求得粒子直徑。另外，因為 在粒子通過時產生脈衝，因此可從脈衝的次數求得粒子數 量。 為高精度檢測散射光1 0 6，雷射光1 0 1的能量密度高者 較為有利，因此，投光透鏡1 0 3係設計為將雷射光1 0 1聚 光於小的點狀。然後，試料流體1 0 4通過點狀的檢測區域 1 0 9。試料流體1 0 4的流通係通過從下游側使用吸引泵來進 行。 另一方面，在監視無塵室的污濁度而預見被污濁時將本 裝置1 0 0作為產生警報的裝置予以使用的情況，希望在短 時間監視大量的試料流體1 0 4，實現精確度高的污濁度的 預測，而爭取在較早的時間内發出警報。 (專利文獻1 ) 曰本專利特開平9 - 1 7 8 6 4 5號公報 又，相互可轉動地連結複數機械臂，同時傳遞轉動驅動 源的轉動力以進行伸縮等的動作的自動機械臂，係搭載於 使例如大型液晶玻璃等的工件在晶圓匣或附膜裝置等的製 6 326\專利說明書(補件)\93-01\92130201 1250924 程裝置之間移動的搬運用機器人上。 該種搬運用機器人5 01，如圖1 5所示，具備可以基台 5 0 9上的關節5 0 2為中心轉動的第1機械臂5 0 5 ;可轉動地 連結於該第1機械臂5 0 5的前端側的關節5 0 3的第2機械 臂5 0 6 ;及可轉動地連結於第2機械臂5 0 6的前端側的關 節5 0 4的機械手5 1 0。各關節5 0 2〜5 0 4内建有皮帶輪，同 時，關節5 0 2、5 0 3彼此與關節5 0 3、5 0 4彼此係分別由定 時皮帶連結，該機械手5 1 0係以經常邊朝一定方向邊沿直 線上移動的方式而設。機械手5 1 0通常具有2〜3根的手叉 5 1 0 a 〇 但是，伴隨著近年的液晶玻璃的大型化趨勢，對機械手 5 1 0也產生剛性要求。若機械手5 1 0的剛性不足，或即使 剛性充分，但當重量過重時，仍有搬運用機器人5 0 1的共 振頻率下降而無法進行高速動作的情況。 另外，在使用搬運用機器人5 01時，動作時間的2 / 3被 稱為工件5 0 8的出入的時間。因此，為縮短作業時間希望 工件5 0 8的出入的高速化。另外，即使考慮與工件5 0 8的 大型化呈比例擴大出入的行程，出入部分的高速化仍重要。 為取得工件5 0 8的出入的高速化，有邊抑制機械手5 1 0 的重量化邊提高剛性的必要。因此，有進行手叉的3根化 或使樹脂含浸於碳纖維以形成手叉等。另外，手叉在以往 係藉由剖面四角形的實心材所形成，但現在獲得高剛性的 中空形狀成為主流。也就是說，如圖1 4所示，手叉為從基 端至前端形成為相同粗細的剖面四角形的管材。 7 326\專利說明書(補件)\93-01 \92130201 1250924 (專利文獻2 ) 日本專利特開平1 0 - 3 3 5 4 2 0號公報 【發明内容】 (發明所欲解決之問題） 但是，在上述指定位置設置微粒子計數器進行檢查 法中，因為微粒子計數器的安裝位置被限定，因此無 定晶圓或液晶面板的附近的情況很多。而且，作業員 進入淨化空間的情況也很多，因此測定有其限界。因 實際上在晶圓或液晶面板的附近具有多量的微粒子， 即使有問題仍判定為無問題、或引起此相反的結果的 況，造成正確的判定或原因的特定上的困難。另外， 定期進行檢查使得隔開有檢查間隔。因此，從問題產 檢測出此問題為止需花費大量時間，而有產生大量之 品的擔憂。 另外，在將微粒子計數器安裝於製造裝置的方法中 為微粒子計數器的安裝位置被限定，因此無法測定晶 液晶面板的附近的情況很多。 又，在利用檢查裝置來檢查半導體晶圓及液晶面板 法中，變得非常高價。而且，僅將檢查裝置設置於1 位要特定出原因有困難。 然而，在上述微粒子計數器1 0 0中，因為雷射光1 光為點狀，因此試料流體1 0 4 —定要通過非常狹窄的 區域1 0 9。因此，為了以短時間監視大量的試料流體1 必須使氣體高速流通。藉此，必須使用大容量的吸引 326\專利說明書(補件)\93-01 \92130201 8 的方 法測 無法 此， 而有 情 因為 生至 不良 ，因 圓或 的方 個部 、1聚 檢測 04， 泵而 1250924 導體晶圓及液晶面板等的工件8的附近的微粒子量，因此 可正確檢查。 該產業用機器人1如係作為從晶圓匣1 3將工件8搬運 至製造裝置14的機械臂驅動裝置。此等產業用機器人1、 晶圓匣1 3及製造裝置1 4係全部設於淨化空間1 1、亦即無 塵室内。 產業用機器人1具備：可以基台9上的關節2為中心進 行轉動的第1機械臂5 ;可轉動地連結於該第1機械臂5 的前端側的關節3的第2機械臂6;及可轉動地連結於第2 機械臂6的前端部的關節4的機械手1 0。在各關節2、3、 4内建有皮帶輪，同時，關節2、3彼此與關節3、4彼此 係分別由定時皮帶連結，該機械手1 0係以經常邊朝一定方 向邊沿直線上移動的方式而設。 微粒子計數器的吸入口 1 2，如圖4及圖5所示，係配置 於機械手10的前端。吸入口 12為圓形孔。因為機械手10 的前端在機械手1 0中的自由度最高，因此可在淨化空間 1 1内的非常多個位置進行測定。在此，在工件8為半導體 晶圓的情況，最好使用陶瓷製的機械手1 0。因此，藉由構 成機械手1 0的陶瓷本身從吸入口 1 2形成連通微粒子計數 器本體的吸引管。另外，在工件8為液晶面板的情況，最 好使用碳複合材料製的機械手1 0。該情況，在機械手1 0 的内部作為從吸入口 1 2連通微粒子計數器本體的吸引管 而使軟管通過。又，微粒子計數器本體也可設置於機械臂 内等產業用機器人1的内部、或外部的任一處。 12 326\專利說明書(補件)\93-01\92130201 1250924 另外，該產業用機器人1係藉由將基台9可升降及轉動 地設置於機器人本體2 5而被支持。該情況，藉由使基台9 本身升降或轉動，可改變使機械手1 0直線運動時的高度及 方向。 以下，說明上述產業用機器人1的動作。 驅動内建於機器人本體2 5的馬達以使關節2的皮帶輪 旋轉而使機械手1 0的位置前後移動，或升降基台9以使機 械手1 0升降、或使每一機器人本體2 5水平移動以調整機 械手1 0的位置。然後，在機械手1 0來到指定的位置時使 微粒子計數器作動而從機械手1 0的前端的吸入口 1 2吸入 空氣。藉由測定該空氣中的微粒子量，便可求得淨化空間 1 1内的微粒子量。 另外，計測可設置為連續進行、或定期進行的測定動作 時間。在此，在產業用機器人1的工件搬運中進行測定的 情況，要吸引足夠量、例如1立方量的空氣有困難。該情 況，一次的吸入量可為如0 . 1立方量來測定微粒子量。此 時採用重複施行1 0次以上作業後合計各微粒子量、或是將 1次吸入的微粒子量成為1 0倍等，即使一次未吸入1立方 量的空氣，仍可計算出1立方量的空氣的微粒子量的統計 方法。該情況，至少可檢測出對於正常狀態是否產生有變 化。 藉此，因為無急遽吸入大量空氣的必要，因此可防止因 吸入而使得產生氣流並沉澱的微粒子吸起或捲揚的事態發 生。另外，因為無吸入大量空氣的必要，因此可防止作業 13 326\專利說明書(補件)\93-01 \92130201 1250924 時間的長時間化。 又，上述實施形態係本發明之一例較佳的實施形態，但 並不意味著由此所限定，只要在未超出本發明之實質範圍 内即可作各種的改變。例如，本實施形態中，微粒子計數 器的吸入口 1 2係配置於機械手1 0的前端，但並不限於此， 也可配置於機械手1 0的根不等的其他位置。該情況也因為 機械手1 0的自由度高的緣故，可在淨化空間1 1内的大量 位置上進行測定。 另外，本實施形態中，係將產業用機器人1作為機械臂 驅動裝置，但並不限於此，也可為其他的裝置。 其次，基於圖式最佳形態，詳細說明本發明之微粒子計 數器的構成如下。 圖6及圖7顯示本發明之微粒子計數器5 1的一例實施 形態。該微粒子計數器5 1係為將雷射光5 2照射於測定區 域5 3，基於該測定區域5 3内存在的粒子（粉塵）5 4所產生 的散射光55進行粒子54的計數者。並且，該雷射光52 係形成為帶狀的雷射光束。另外，具有使包含粒子5 4的試 料流體5 6沿一定方向流動的流路機構5 7。並且，雷射光 5 2之寬度較由流路機構5 7所流通的試料流體5 6的粗細還 寬，同時，在相對上述雷射光的行進方向的直角方向形成 為橫切試料流體5 6的全寬幅的狀態。 該微粒子計數器51具備：射出雷射光5 2的光源5 8 ;使 雷射光5 2聚光於試料流體5 6的投光透鏡5 9 ;流路機構 5 7;將試料流體5 6中的粒子5 4產生的散射光5 5聚光的受 14 326\專利說明書(補件)\93-01\92130201 1250924 光透鏡6 0 ;及將該被聚光的散射光5 5作光電變換的受光 元件6 1。 光源5 8為雷射二極體。投光透鏡5 9具備光軸透鏡6 2 及圓柱透鏡63。在光軸透鏡62使雷射光52為平行光。圓 柱透鏡6 3為2片一組，使橢圓形狀的雷射光5 2為更為扁 平的帶狀光線。該雷射光5 2例如為寬度4 m m、厚度5 0 // m 的程度。藉由圓柱透鏡63以提高雷射光52的能量密度。 在投光透鏡5 9的下游側配置有光束袋6 4。該光束袋6 4 係為用以收集所投射的雷射光5 2者。藉此，可減少雷射光 5 2在微粒子計數器5 1内部的反射引起的暈光，可減少入 射於受光元件6 1的地面反射信號的雜訊。藉此，可提高 SN比，提高信號的放大率。 流路機構5 7具備配置於投光透鏡5 9的下游側的氣密部 6 5 ;將試料流體5 6供給該氣密部6 5的供應管6 6 ;及使氣 密部6 5形成為負壓的吸引泵6 7。另外，雷射光5 2與試料 流體5 6的交匯部分成為測定區域5 3。 受光透鏡6 0面向著測定區域5 3，同時，其光軸與雷射 光52的光軸垂直。受光元件61係使用附設前置放大器的 SiPIN光電二極體。藉此，可提高感光度與SN比。 以下，說明上述微粒子計數器5 1的作用。 從光源5 8所發射的雷射光5 2透過投光透鏡5 9而成為 帶狀。該帶狀的雷射光5 2係投射於氣密部6 5。另一方面， 藉由吸引泵6 7的作動以使試料流體5 6在氣密部6 5中流 通。然後，雷射光5 2通過試料流體5 6。 15 326\專利說明書(補件)\93-01\92130201 1250924 當試料流體5 6中含有粉塵時，從測定區域5 3產生散射 光55。該散射光55介由受光透鏡60而入射於受光元件 6 1。然後，因為從受光元件6 1所獲得的電輸出的脈衝的大 小與粒子5 4的粒徑具有關聯關係，因此可從電輸出的脈衝 的大小求得粒子5 4的粒徑。另外，因為在粒子5 4通過時 產生脈衝，因此可從脈衝的次數求得粒子數量。 又，上述實施形態係本發明之一例較佳的實施形態，但 並不意味著由此所限定，只要在未超出本發明之實質範圍 内即可作各種的改變。例如，本實施形態中，從投光透鏡 5 9出射的雷射光5 2係直接通過試料流體5 6，但並不限於 此，也可如圖8所示，在投光透鏡59前設置反射鏡68， 而雷射光5 2在經過反射後再通過試料流體5 6。若如此的 話，因為可折彎光路因此可獲得微粒子計數器5 1的小型 化。 另外，本實施形態中，試料流體5 6的流動係與雷射光 5 2的寬度寬闊面形成4 5度的角度，但並不限於此，也可 如圖9所示，形成為9 0度的角度。圖9所示微粒子計數器 5 1中，從光源（未圖示）所發射的雷射光5 2係透過2片圓 柱透鏡63，被壓縮於與圖面垂直的方向而形成為帶狀。並 且在與圖面垂直的方向以流動試料流體5 6的方式設置供 應管66及吸引泵。 又，上述各實施形態中，係使用圓柱透鏡6 3而將橢圓 形狀的雷射光5 2形成為更為扁平的形狀，但並不限於此， 也可將橢圓形狀的雷射光5 2直接照射於試料流體5 6。該 16 326\專利說明書(補件)\93-01 \92130201 1250924 情況，因為雷射光5 2為寬幅的帶狀，因此可幅度寬廣地照 射試料流體5 6。 另外，上述各實施形態中，係將雷射光5 2直接照射於 流動於供應管6 6及吸引泵6 7之間的試料流體5 6，但並不 限於此，也可在透過雷射光5 2的透明體組成的管路内流動 試料流體5 6，並從其外部照射雷射光5 2。 又，本實施形態中，從光源（未圖示）所發射的雷射光5 2 係透過2片圓柱透鏡63，被壓縮於與圖面垂直的方向而形 成為帶狀，但並不限於此，也可如圖1 6所示微粒子計數器 510般，僅構成一片圓柱透鏡63(作為投光透鏡59的），而 使雷射光5 2通過試料流體5 6。若如此的話，通過圓柱透 鏡6 3的雷射光5 2並非完全為平行光，但因為其測定區域 5 3狹窄，因此可視作為平行光，從而與上述本實施形態相 同可求得微粒子量。 另外，在圖1 6所示微粒子計數器51 0，在與受光元件 6 1及受光透鏡6 0的相反側配置反射鏡7 0。藉此，可將散 射於受光元件6 1相反側的散射光5 5，由反射鏡7 0進行反 射而聚光於受光元件61，可更為有效地求得粒子數量。 以下，基於圖式最佳形態，詳細說明本發明之搬運用機 器人的機械手的構成。 圖1 1至圖1 3顯示本發明之搬運用機器人8 1的機械手 8 2的一例實施形態。這是設置於從儲放被搬運物8 3的儲 存裝置取出被搬運物8 3，或將被搬運物8 3儲放入儲存裝 置的搬運用機器人8 1的機械臂前端者。另外，構成機械手 17 326\專利說明書(補件)\93-01\92130201 1250924 82的手叉84形成為中空形狀，同時，手叉84的厚度隨著 朝向手叉84的前端而變薄。因此在力矩成為最大的基端部 分可充分確保剛性。另外，因為前端側較基端側輕，因此 手叉8 4的重心在基端側，同時，可使手叉8 4全體輕量化。 藉由此等的理由，因為搬運用機器人81的共振頻率上升， 而可提高作動速度。 本實施形態中，如圖1 2及圖1 3所示，機械手8 2在上 下方向具備2段平行的3根手叉84。因此，可由機械手82 的1次動作來搬運2片被搬運物83。在各手叉84中，處 在手叉84上面的被搬運物83的支承面84a為水平面，同 時，手叉84下面84b為向著手叉84前端傾斜的傾斜面。 因此，可水平將被搬運物8 3載置於機械手8 2上。另外， 手叉8 4的左右側面平行。 手叉84的管壁厚度為一定。但是並不限於此，也可將 管壁的厚度設置為前端側較薄。被搬運物8 3如可為大型液 晶玻璃。 手叉8 4係由碳纖維與樹脂的複合材料所構成。藉此， 可獲得高剛性，同時可圖獲輕量化。在此，由碳纖維與樹 脂的複合材料來形成手叉8 4的方法，也可為使樹脂浸潰於 筒形狀的碳纖維内者的已知或新穎的方法。 另外，具有該機械手8 2的搬運用機器人81具備如下2 組零件：可以基台8 5上的關節8 6為中心進行轉動的第1 機械臂8 7 ;可轉動地連結於第1機械臂8 7的前端側的關 節8 8的第2機械臂8 9 ;及可轉動地連結於第2機械臂8 9 18 326\專利說明書(補件)\93-01\92130201 1250924 的前端部的關節9 0的機械手8 2。在各關節8 6、8 8、 建有皮帶輪，同時，關節8 6、8 8彼此與關節8 8、9 0 係分別由定時皮帶連結，該機械手8 2係以經常邊朝一 向邊沿直線上移動的方式而設。 搬運用機器人8 1具備升降機構。也就是說，機械臂 8 9及機械手8 2可在升降機構的最低高度（圖1 3中以 顯示）與升降機構的最高高度（圖1 3中以二點虛線顯： 間升降。另外，搬運用機器人81可沿著導軌91移動 以下，說明上述搬運用機器人81的機械手8 2的動 藉由機械臂8 7、8 9以使機械手8 2移動，從儲放大 搬運物8 3的儲存裝置取出被搬運物8 3。因為搬運用 人8 1的共振頻率上升，因此可充分加快機械手8 2的 速度。藉此，可縮短作業時間。 載置後使機械臂8 7、8 9作動而將被搬運物8 3移動 理裝置及其他儲存裝置等的指定位置。在此，因為手 的支承面8 4 a為水平面，因此可將被搬運物8 3維持為 狀態。而且，因為手叉84的基端厚而前端薄，因此即 被搬運物8 3的重量使得前端側向下方彎曲，仍可防止 的手叉84的下面84b干擾載置於下面的手叉84的被 物8 3的情況發生。 又，上述實施形態係本發明之一例較佳的實施形態 並不意味著由此所限定，只要在未超出本發明之實質 内即可作各種的改變。例如，本實施形態中，手叉84 為水平面，同時，手叉84下面84b為傾斜面，但並不 326\專利說明書(補件)\93-01 \92130201 19 90内 彼此 定方 87 > 實線 和）之 〇 作。 量被 機器 作動 至處 叉8 4 水平 使因 上側 搬運 ，但 範圍 上面 限於 1250924 圖1 6為顯示其他實施形態的微粒子計數器的概要圖， 圖1 6 ( A )為顯示其原理的概要立體圖，圖1 6 ( B )為該概要圖 的側視圖。 (元件符號說明） 1 產 業 用 機 器 人 2 關 Λ/Γ 即 3 關 即 4 關 Λ/Γ 即 5 第 1 機 械 臂 6 第 2 機 械 臂 8 工 件 9 基 台 10 機 械 手 11 淨 化 空 間 12 吸 入 Ό 13 晶 圓 匣 14 製 造 裝 置 25 機 器 人 本 體 5 1 微 粒 子 計 數 器 52 雷 射 53 測 定 區 域 54 粒 子 (粉塵） 55 散 射 光 56 試 料 流 體 326\專利說明書(補件)\93-01\92130201 23 1250924 57 流 路 機 構 58 光 源 59 投 光 透 鏡 60 受 光 透 鏡 61 受 光 元 件 62 光 軸 透 鏡 63 圓 柱 透 鏡 64 光 束 袋 65 氣 密 部 66 供 應 管 67 吸 引 泵 68 反 射 鏡 70 反 射 鏡 81 搬 運 用 機 器人 82 機 械 手 83 被 搬 運 物 84 手 叉 84a 被 搬 運 物 8 3的支承面 84b 手 叉 84的下面 85 基 台 86 關 々/Γ 即 87 第 1 機 械 臂 88 關 即 89 第 2 機 械 臂 326\專利說明書(補件)\93-01\92130201 24 1250924 90 關節 9 1 導軌 100 微粒子計數器 10 1 雷射光 10 2 光源 10 3 投光透鏡 104 試料流體 105 流路機構 106 散射光 107 受光透鏡 108 受光元件 10 9 檢測區域 50 1 搬運用機器人 5 0 2 關節 5 0 3 關節 5 0 4 關節 5 0 5 第1機械臂 5 0 6 第2機械臂 5 0 8 工件 5 0 9 基台 5 10 機械手 5 1 0 a 手叉 25 326\專利說明書(補件)\93-01 \92130201

Claims (1)

1250924拾、 申請專利範圍： 94. 3. 2 9 替換本 1 . 一種產業用機器人，係在淨化空間内進行組裝、力口 工、搬運等的作業者，其特徵為： 將測定上述淨化空間之清潔度的微粒子計數器設於上 述產業用機器人的機械手部。 2. 如申請專利範圍第1項之產業用機器人，其中，上述 微粒子計數器的吸入口係配置於機械手部的前端。 3. 如申請專利範圍第1項之產業用機器人，其中，在將 雷射光照射於測定區域，並基於該測定區域内存在的粒子 所產生的散射光進行粒子之計數的微粒子計數器中，上述 雷射光係形成為帶狀的雷射光束。 4 .如申請專利範圍第3項之產業用機器人，其中，具有 使包含上述粒子的試料流體沿一定方向流動的流路機構； 並且，上述雷射光之寬度較由上述流路機構所流通的上述 試料流體的粗細還寬，同時在相對上述雷射光的行進方向 呈直角的方向橫切上述試料流體的全寬幅。 26

326\總檔\92\92130201 \92130201 (替換)-1 1250924 拾壹、圖式： 27 94. 3. 2 9 替換頁 326\總檔\92\92130201\92130201(替換)-1