TWI520821B - Robot with end effector and its operation method - Google Patents

Robot with end effector and its operation method Download PDF

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TWI520821B
TWI520821B TW099102446A TW99102446A TWI520821B TW I520821 B TWI520821 B TW I520821B TW 099102446 A TW099102446 A TW 099102446A TW 99102446 A TW99102446 A TW 99102446A TW I520821 B TWI520821 B TW I520821B
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Yasuhiko Hashimoto
Tetsuya Yoshida
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Kawasaki Heavy Ind Ltd
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Description

具備末端效應器的機器人及其運作方法
本發明係關於具備末端效應器的機器人及其運作方法，尤其關於可同時搬運複數片基板之具備末端效應器的機器人及其運作方法。
半導體、液晶顯示面板等的製造中，係逐漸要求可支援晶圓或玻璃板等基板之高速搬運、高潔淨化。尤其在半導體製造領域中，係要求例如可高速地從收納晶圓之盒匣取出晶圓並搬運至送入目的地之裝置(或盒匣)內(或是相反地從該裝置搬運至盒匣)之有效的手段。
另一方面，從某裝置取出晶圓時，因應該裝置的特徵，有時需以藉由該裝置進行處理前之晶圓與處理後之晶圓，來區分搬運所用之機器人的手(末端效應器)。
例如，晶圓洗淨裝置的機器人中，必須嚴格地區分用以處理洗淨前之污染狀態的晶圓之手、以及用以處理洗淨後之潔淨的晶圓之手。此外，用以將晶圓從高溫狀態下處理晶圓之裝置中送出或送入之機器人中，必須區分用以處理高溫的晶圓之手、以及用以處理常溫的晶圓之手。
上述晶圓搬運用機器人中，雖然機器人具有2支手，但各自成為用於特定晶圓之專用的手，因此，即使再如何思考2支手的運用方法以提高處理量，亦有其侷限性。
為了提高晶圓搬運的處理量，係考量到例如設置複數台機器人，但如此會導致設備成本增大，使處理量增加所帶來之成本降低效果被抵銷。此外，由於2台機器人無法同時擷取1個晶圓盒匣，所以使處理量的提高亦受到限制。
為了對應上述狀況，係考量到例如相對於1個機器手臂，配合盒匣內的晶圓配置間距，往上下方挪移來固定地裝著複數支手，而能夠從晶圓盒匣中，同時將複數片晶圓送出或送入。例如，若配合晶圓配置間距，往上下方挪移將2支手裝著於機器手臂，則可同時搬運2片晶圓。
然而，當配合晶圓配置間距，往上下方挪移將複數支手固定地裝著於1個機器手臂時，因晶圓盒匣內之槽位置的不同，在晶圓插入時，未使用側之手可能會干涉已插入的晶圓或盒匣，而有無法插入之問題。
例如，係考量藉由1個機器手臂中裝著有2支手之機器人，將晶圓送入至可收納25片晶圓之晶圓盒匣之情況。每次從送出側的裝置或盒匣取出2片之晶圓，係依序交替移往盒匣內，當欲取出最後1片晶圓並插入於晶圓盒匣內時，未保持晶圓之一方的手，可能會干涉已送入的晶圓或盒匣。因而產生無法搬運第25片的晶圓之事態。
此外，即使從送出側盒匣的任意槽(例如槽No.1)插入至送入側盒匣的任意相同或其他槽(例如槽No.3)時，亦可能有與已插入的晶圓產生干涉之問題。
如此，在往上下方挪移將複數支手固定地裝著於1個機器手臂之機器人中，該運用方法受限，而有缺乏靈活性之問題。
本發明係鑒於上述情況而創作出之發明，該目的在於提供一種可提高基板搬運的處理量，且基板搬運之運用方法的靈活性高之末端效應器。此外，本發明之目的在於提供一種具備同一末端效應器的機器人及同一機器人之運作方法。
為了解決上述課題，本發明(1)，係以裝著於機器人的手臂之方式所構成之末端效應器，其特徵為具備：以可各自保持基板之方式所構成之複數個板片構件，亦即以能夠變更前述板片構件彼此的板片間隔之方式所構成之複數個板片構件；及支撐前述複數個板片構件之板片支撐部，亦即藉由前述機器人而與前述複數個板片構件一體地驅動之板片支撐部；以及使前述複數個板片構件中的至少1個相對於其他板片構件移動，以變更前述板片間隔之板片驅動手段。
本發明(2)，在上述發明(1)中，前述複數個板片構件，係在朝向相對於前述板片構件所保持之前述基板的表面呈垂直之基板垂線方向上觀看時，以相互不重疊之方式所構成。
本發明(3)，在上述發明(1)或(2)中，前述板片間隔，為相對於前述板片構件所保持之前述基板的表面呈垂直之基板垂線方向上的間隔。
本發明(4)，在上述發明(3)中，依據前述板片驅動手段所進行之前述板片構件的移動方向，為前述基板垂線方向。
本發明(5)，在上述發明(1)至(4)中的任一項中，前述複數個板片構件，係各自具有供前述基板抵接之基板保持部；藉由利用前述板片驅動手段來縮小前述板片間隔，使前述複數個板片構件的基板保持部彼此以大致呈同一平面之方式而構成。
本發明(6)，在上述發明(1)至(5)中的任一項中，藉由利用前述板片驅動手段來縮小前述板片間隔，使相對於前述基板的表面呈垂直之基板垂線方向上之前述複數個板片構件的全體厚度，以較預定厚度還小之方式而構成。
本發明(7)，在上述發明(6)中，前述預定厚度，係對應於：位於前述基板之複數段載置部的基板配置間距。
本發明(8)，在上述發明(6)中，前述預定厚度，為前述基板之複數段載置部之鄰接的載置部之間板片所能夠存在的厚度。
本發明(9)，在上述發明(1)至(8)中的任一項中，前述板片驅動手段，對於前述板片間隔係以選擇地限定最大間隔或最小間隔的任一者之方式所構成。
本發明(10)，在上述發明(9)中，前述板片驅動手段含有流體壓缸。
本發明(11)，在上述發明(1)至(8)中的任一項中，前述板片驅動手段，對於前述板片間隔係以於最大間隔與最小間隔之間能夠任意地限定之方式所構成。
本發明(12)，在上述發明(11)中，前述板片驅動手段含有伺服馬達。
本發明(13)，在上述發明(9)至(12)中的任一項中，前述複數個板片構件至少含有3個板片構件，前述最大間隔係因鄰接之一對前述板片構件組的不同而有差異。
本發明(14)，在上述發明(9)至(13)中的任一項中，當鄰接之前述板片構件彼此的間隔處於前述最大間隔時，以鄰接之前述板片構件彼此的間隔為D，以位於前述基板之複數段載置部的基板配置間距為P時，nP＜D＜(n+1)P(n為包含0之自然數)。
本發明(15)，在上述發明(1)至(14)中的任一項中，前述複數個板片構件的各個，係具有在搬運前述基板時以不會使前述基板從前述板片構件中脫離之方式來固定前述基板之固定手段。
本發明(16)，在上述發明(15)中，前述固定手段，係包含具有能夠釋放地抵接於前述基板的緣部之可動抵接部的邊緣導引機構。
本發明(17)，在上述發明(16)中，前述板片驅動手段，對於前述板片間隔係以選擇性地限定最大間隔或最小間隔的任一者之方式所構成；鄰接之前述板片構件之前述可動抵接部彼此的間隔，係配合前述最大間隔而設定。
本發明(18)，在上述發明(15)中，前述固定手段，係具有包含將前述基板進行真空吸附之吸附部的吸附機構。
為了解決上述課題，本發明(19)，係以裝著於機器人的手臂之方式所構成之末端效應器，其特徵為具備：以可各自保持基板之方式所構成之複數個板片構件，亦即使前述複數個板片構件中的至少1個板片構件相對於其他板片構件能夠移動所構成之複數個板片構件；及支撐前述複數個板片構件之板片支撐部，亦即藉由前述機器人而與前述複數個板片構件一體地被驅動之板片支撐部；以及使前述至少1個板片構件相對於前述其他板片構件移動之板片驅動手段，亦即在相對於前述板片構件所保持之前述基板的表面呈垂直之基板垂線方向上，將前述至少1個板片構件的基板保持面較前述其他板片構件的基板保持面更位於基板保持側之狀態，與前述其他板片構件的前述基板保持面較前述至少1個板片構件的前述基板保持面更位於基板保持側之狀態予以切換之板片驅動手段。
本發明(20)，在上述發明(19)中，前述複數個板片構件，係在朝向前述基板垂線方向上觀看時，以相互不重疊之方式所構成。
本發明(21)，在上述發明(19)或(20)中，依據前述板片驅動手段所進行之前述板片構件的移動方向，為前述基板垂線方向。
本發明(22)，在上述發明(19)至(21)中的任一項中，前述至少1個板片構件的前述基板保持面與前述其他板片構件的前述基板保持面之間之位於前述基板垂線方向上的最大距離，為位於前述基板之複數段載置部的基板配置間距之範圍內。
本發明(23)，在上述發明(19)至(22)中的任一項中，位於前述基板垂線方向上之前述複數個板片構件全體的最大厚度，為前述基板之複數段載置部之鄰接的載置部之間板片所能夠存在的厚度以下。
本發明(24)，在上述發明(19)至(23)中的任一項中，前述複數個板片構件的各個，係具有在搬運前述基板時以不會使前述基板從前述板片構件中脫離之方式來固定前述基板之固定手段。
本發明(25)，在上述發明(24)中，前述固定手段，係包含具有能夠釋放地抵接於前述基板的緣部之可動抵接部的邊緣導引機構。
本發明(26)，在上述發明(24)中，前述固定手段，係具有包含將前述基板進行真空吸附之吸附部的吸附機構。
本發明(27)之機器人，係具備：上述發明(1)至(18)中任一項之末端效應器，以及裝著有前述末端效應器之手臂。
本發明(28)之機器人，係具備：上述發明(19)至(26)中任一項之末端效應器，以及裝著有前述末端效應器之手臂。
本發明(29)，在上述發明(27)中，在前述手臂中，除了前述末端效應器之外，並設置有能夠獨立於前述末端效應器地驅動之追加的末端效應器。
本發明(30)，在上述發明(28)中，在前述手臂中，除了前述末端效應器之外，並設置有能夠獨立於前述末端效應器地驅動之追加的末端效應器。
本發明(31)，在上述發明(30)中，前述末端效應器之前述板片的前述基板保持面與前述追加的末端效應器之板片的基板保持面之間隔，為前述基板之複數段載置部的基板配置間距。
本發明(32)，在上述發明(29)或(30)中，前述追加的末端效應器，為申請專利範圍第1至26項中任一項所述之末端效應器。
本發明(33)，在上述發明(29)或(30)中，前述追加的末端效應器，係具有以可各自保持前述基板之方式所構成之複數個板片構件，前述追加的末端效應器之前述板片構件彼此的間隔被固定。
本發明(34)，為上述發明(27)之機器人的運作方法，並具備：使用前述末端效應器之2個以上的板片構件，同時搬運2片以上的前述基板之工序；以及在以前述板片驅動手段來縮小前述板片間隔之狀態下，藉由前述末端效應器來搬運1片前述基板之工序。
本發明(35)，為上述發明(29)至(33)中任一項之機器人的運作方法，並具備：使用前述末端效應器及前述追加的末端效應器兩者，同時搬運複數片前述基板之工序；以及使用前述末端效應器或前述追加的末端效應器中的任一者，搬運1片或複數片前述基板之工序。
本發明(36)，為上述發明(28)之機器人的運作方法，並藉由前述至少1個板片構件與前述其他板片構件來改變適用條件。
本發明(37)，在上述發明(36)中，前述適用條件，係關於潔淨用與非潔淨用之使用區分，及/或高溫用與低溫用之使用區分。
以下參照圖面，說明本發明的一實施形態之具備末端效應器的機器人及其運作方法。
如第1圖所示，本實施形態之機器人1係具備機器人基座2，於此機器人基座2設置有升降主軸3。此升降主軸3，係藉由機器人基座2內所設置之升降驅動機構及旋轉驅動機構，可沿著第1垂直軸L1升降且在該周圍上旋轉。
於升降主軸3的上端，裝著有第1手臂4的基端部，於第1手臂4的前端部，第2手臂5的基端部係能夠在第2垂直軸L2的周圍上旋轉地裝著。於第2手臂5的前端部，第1末端效應器6及第2末端效應器7係能夠在第3垂直軸L3的周圍上互相獨立地旋轉而設置在上下方。
機器人1之第1末端效應器6及第2末端效應器7，基本上具有共通的構成，且為適用於半導體晶圓W的搬運者。
如第2圖所示，機器人1之第1末端效應器6係具備板片支撐部8，此板片支撐部8，於第2手臂5的前端部，係能夠在第3垂直軸L3的周圍上旋轉地裝著。於板片支撐部8，設置有可分別保持晶圓W所構成之可動板片9及固定板片10。
同樣的，機器人之第2末端效應器7，係具備能夠在第3垂直軸L3的周圍上旋轉地設置在第2手臂5的前端部之板片支撐部11，於此板片支撐部11，設置有可分別保持晶圓W所構成之可動板片12及固定板片13。
第1末端效應器6的板片支撐部8，係藉由機器人1的支撐部驅動手段30，在第3垂直軸L3的周圍上旋轉地被驅動。此外，第2末端效應器7的板片支撐部11，係藉由機器人2的支撐部驅動手段31，在第3垂直軸L3的周圍上旋轉地被驅動。第1末端效應器6及第2末端效應器7，係各自藉由支撐部驅動手段30、31，在第3垂直軸L3的周圍上互相獨立地旋轉而被驅動。
再者，於第1末端效應器6，係設置有邊緣導引機構(固定手段)16，該邊緣導引機構16，係具備：能夠釋放地抵接於晶圓W的緣部之可動抵接部14，以及將此可動抵接部14進行進退驅動之氣壓缸15。此邊緣導引機構16，係對應上側的晶圓W與下側的晶圓W的各個所設置，且互相獨立地被驅動。
此等邊緣導引機構16，係用於晶圓W的固定，並具有用以確認晶圓W的存在之偵測手段的功能。
第2末端效應器7中，亦同樣地設置有上下一對的邊緣導引機構。
接著參照第3圖及第4圖，說明在第1末端效應器6中將可動板片9進行升降驅動之板片驅動手段。第3圖及第4圖中，為了容易理解，係將可動板片9與固定板片10的各前端部往前後方向對齊來顯示(實際上如第2圖所示，各前端部往前後偏移)。
於第1末端效應器6的板片支撐部8內設置有氣壓缸17，於此氣壓缸17之柱塞18的前端安裝有可動板片9的基端部。此外，於板片支撐部8內設置有用以導引支撐可動板片9的升降動作之升降導引部19。於升降導引部19，設置有限定可動板片9的上限位置及下限位置之上側止動部19A及下側止動部19B。
然後，藉由將氣壓缸17的柱塞18往上下方進行進退驅動，可使可動板片9升降驅動。藉此可變更可動板片9與固定板片10在垂直方向上的間隔(第3垂直軸L3方向上的間隔)。
第2末端效應器7係具備與上述第1末端效應器6共通的構成。
如第4圖至第6圖所示，本實施形態中，藉由利用氣壓缸17將可動板片9降低至下限位置，使固定板片10位於可動板片9的內側(第6圖)。亦即，可動板片9與固定板片10成為巢套模樣，從垂直於板片之方向觀看時，以相互不重疊之方式所構成。此外，藉由利用氣壓缸17將可動板片9降低至下限位置，使可動板片9的晶圓保持面9A與固定板片10的晶圓保持面10A大致呈同一平面。
此外，在鄰接於晶圓保持面9A、10A且抵接有晶圓W的邊緣，在板片9、10上分別設置有將晶圓予以定位之定位部9B、10B。如第4圖所示，在晶圓保持面9A與晶圓保持面10A大致呈同一平面之狀態下，定位部9B與定位部10B均位於沿著晶圓W的邊緣之圓周上，定位部9B及定位部10B兩者均抵接於1片晶圓W的邊緣而將晶圓W予以定位。
如此，本實施形態中，藉由將氣壓缸17的柱塞18往上下方進行進退驅動，對於可動板片9與固定板片10之上下方向的間隔，可選擇地限定最大間隔(第3圖：板片開離狀態)或最小間隔(第4圖：板片接近狀態)的任一者。較佳者係最小間隔為0。
第2圖所示之上下一對之邊緣導引機構16的可動抵接部14，當可動板片9與固定板片10之上下方向的間隔處於最大間隔(第3圖：板片開離狀態)時，係以可抵接於各晶圓W的邊緣之方式地配置。
亦即，本實施形態中，位於各末端效應器6、7之上下一對的可動抵接部14、14彼此的上下間隔被固定，如第7圖所示，當上下一對之板片9、10的上下間隔為最大時，各可動抵接部14、14，係以可抵接於各板片9、10所保持之各晶圓W的邊緣之方式地定位。
上側的可動抵接部14亦能夠以與可動板片9連動而上下移動之方式所構成，但本實施形態中，必須依據可動抵接部14來進行晶圓W的固定者為可動板片9位於上方時，所以為了避免邊緣導引機構16的構造複雜化，係固定上下一對之可動抵接部14的上下間隔。
當以可動板片9與固定板片10之上下方向的最大間隔為D，以用以收納複數個晶圓W之盒匣(FOUP：Front Opening Unified Pod(晶圓搬運盒))的晶圓配置間距為P時，係以成為nP＜D＜(n+1)P(n為包含0之自然數)之方式來設定最大間隔D。或者是，較佳為nP＜D≦(n+1)P(n為包含0之自然數)。
較佳為，較n=0還大，亦即最大間隔D較0還大，且較晶圓配置間距P(1個間距)還小。在此，盒匣(FOUP)係依據SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International：國際半導體設備材料產業協會)規格所製造出者。
本實施形態中，係以外側的板片為可動板片9，以內側的板片為固定板片10，但亦可與此相反，以內側的板片為可動板片，以外側的板片為固定板片。或者是將兩方的板片均構成為可動板片，總而言之，只要為可變更兩板片間的上下間隔之構成即可。
上述實施形態的變形例，如第8圖及第9圖所示，亦可設置2個(或是3個以上)可動板片9、9’(及各自的驅動手段)。此時，如第9圖所示，可變更為上側的可動板片9與下側的可動板片9’之最大間隔D1，下側的可動板片9’與固定板片10之最大間隔D2，或是使兩者相同。第9圖中，為了容易理解，係將各板片9、9’、10的前端部往前後方向對齊來顯示。
此外，可動板片9的升降驅動手段，亦可使用伺服馬達來取代氣壓缸17。此例中，可將可動板片9與固定板片10之上下方向的間隔，於最大間隔(第3圖：板片開離狀態)與最小間隔(第4圖：板片接近狀態)之間任意地限定。此時，可動板片9用之邊緣導引機構16的可動抵接部14，可配合可動板片9的升降範圍，在上下方向上形成某種程度的寬度。
此外，可動板片9的升降驅動手段，亦可採用第10圖所示之依據旋轉所進行的升降驅動機構來取代氣壓缸17。升降驅動機構中，藉由將第10圖(A)所示之處於休止狀態的一對可動支撐構件20，如第10圖(B)所示般地降下，使可動支撐構件20將可動板片9往下壓，而能夠相對於固定板片10下降。
此外，如第11圖所示，亦可設置具有將晶圓予以真空吸附之吸附部21(本例中為3個及1個)的吸附機構，來取代邊緣導引機構16。
此外，如第12圖所示，亦可在以配合晶圓W外形所配置之複數個扣片構件22所形成的凹部中，使晶圓W降入。
此外，如第13圖所示，亦可藉由配合晶圓W外形所配置之複數個銷構件23，將晶圓W包圍。
此外，亦可藉由在晶圓W與板片的晶圓保持面之間產生摩擦之摩擦保持方式來保持晶圓W。
此外，上述實施形態的說明中，係將板片9設為可動且將板片10設為固定，但亦可將板片9設為固定且將板片10設為可動，或是將板片9與板片10兩者均設為可動。總而言之，只要為可變更複數片板片的間隔之構成即可。
此外，上述實施形態的說明中，邊緣導引機構16係對應上側的晶圓W與下側的晶圓W的各個所設置，但亦可設置對上下方的晶圓W為共通之邊緣導引機構。此時，為了吸收上下方之晶圓W的位置偏移，較佳係於邊緣導引機構中含有彈性要素。
此外，上述實施形態的說明中，板片9與板片10的各前端部往前後偏移，但亦可藉由板片的形狀往前後對齊。
此外，上述實施形態的說明中，止動部19A、19B係與氣壓缸17獨立地設置，但止動部亦可內藏於氣壓缸內。
此外，上述實施形態的說明中，係以採用盒匣(FOUP)作為複數個晶圓載置部者為例，但並不限於盒匣，只要是可載置複數片晶圓之複數段載置部即可。此時，配置於複數段之晶圓彼此之晶圓的間隔不需為一定。此外，當存在有複數種類的複數段載置部時，只要至少其中1個滿足前述關係即可。
此外，本實施形態中，係設置有2台末端效應器6、7，但亦可將此構成為1台，或是裝著3台以上。或者是將2台末端效應器中的一方，構成為具有上下間隔被固定的複數個板片之固定板片式的末端效應器。總而言之，可適當地組合本實施形態之可動板片式的末端效應器與固定板片式的末端效應器。
此外，本實施形態中，在板片接近狀態下，可動板片9的晶圓保持面9A與固定板片10的晶圓保持面10A係構成為大致呈同一平面，但在板片接近狀態下，只要將兩板片9、10全體之上下方向的厚度構成為較晶圓盒匣的晶圓配置間距還小即可，不一定需大致呈同一平面。
兩板片9、10全體之上下方向的厚度，只需構成為鄰接的載置部之間板片所能夠存在的厚度(板片所能夠存在之厚度的最大值)以下即可。在此，所謂鄰接的載置部之間板片所能夠存在的厚度，為存在有板片或板片上存在有晶圓時，在板片及晶圓不會與載置部及載置部上所載置之晶圓產生干涉下，可插入於鄰接的載置部之間之存在有板片或板片上存在有晶圓時之板片及晶圓全體的最大厚度。
在此所提及之所謂「兩板片9、10全體之上下方向的厚度」，僅是關於插入於晶圓盒匣(FOUP)中之部分的板片，在此並未論及插入於晶圓盒匣中之部分的厚度。
此外，本實施形態之末端效應器6，亦可裝著如第14圖所示之機器人1’。此機器人1’，係具備：將末端效應器6往水平方向驅動之水平驅動手臂24，將此水平驅動手臂24在垂直軸L的周圍上進行旋轉驅動之旋轉驅動手臂25，以及將支撐此旋轉驅動手臂25之水平支撐構件26進行升降驅動之升降驅動手臂27。
此外，第1圖及第14圖中，係例示出以水平狀態搬運基板之機器人，但可裝著本發明之末端效應器的機器人，並不限定於此般機器人，亦能夠裝著於以非水平狀態(例如垂直狀態)搬運基板之機器人。
如此，可採用自動使末端效應器位於所期望的位置之任意裝置作為機器人。
此外，本發明之末端效應器的搬運對象，並不限於上述半導體晶圓(圓形基板)，例如可搬運液晶顯示面板等之玻璃基板(方形基板)，太陽能等之玻璃基板(方形基板)等。
接著說明本實施形態之機器人的運作方法。
本實施形態之機器人的運作方法，係具備：使用第1末端效應器6的可動板片9及固定板片10兩者，同時搬運2片晶圓W之第1步驟(第2圖)；以及使可動板片9與固定板片10在上下方向上接近(板片接近狀態)，並藉由第1末端效應器6來搬運1片晶圓之第2步驟(第6圖)。
第1步驟中，可與第1末端效應器6同時來使用第2末端效應器7，亦可單獨使用第1末端效應器6。
此外亦可於第1步驟之前先實施第2步驟，或是適當地組合第1步驟及第2步驟，以所期望的序列來搬運晶圓W。
第15圖至第20圖係例示出各種晶圓搬運序列。
第15圖所示之模式1中，首先從圖中右側的盒匣29中，藉由第1末端效應器6取出最下方的2片晶圓，並將此送入於圖中左側的盒匣29的最下方。接著從右側的盒匣29中，取出位於先前所取出之晶圓的上方之2片晶圓，將此送入至左側的盒匣29之先前所放置的晶圓的上方。接著驅動第1末端效應器6的可動板片9，使可動板片9的晶圓保持面9A與固定板片10的晶圓保持面10A成為大致呈同一平面之狀態，並取出右側的盒匣29之最上方的晶圓，並將此送入至左側的盒匣29的最上方。
此第15圖所示之模式1中，係使用第1末端效應器6，移載1片晶圓於最上段，移載2片晶圓於其他段，藉此可避免機器人1與晶圓盒匣29之干涉。
第16圖所示之模式2中，首先從右側的盒匣29中，藉由第1末端效應器6取出最上方的2片晶圓，並將此送入至左側的盒匣29的最上方。接著從右側的盒匣29中，取出位於先前所取出之晶圓的下方之2片晶圓，將此送入至左側的盒匣29之先前所放置的晶圓的下方。接著使第1末端效應器6的晶圓保持面9A與晶圓保持面10A成為大致呈同一平面之狀態，並取出右側的盒匣29之最下方的晶圓，並將此送入至左側的盒匣29的最下方。
此第16圖所示之模式2中，係移載1片晶圓W於最下段，移載2片晶圓W於其他段，藉此可避免機器人1與晶圓W之干涉。
第17圖所示之模式3中，係在左側之盒匣29的最上方與中段分別具有1片晶圓之狀態下，從右側的盒匣29中，藉由第1末端效應器6取出2片晶圓，並將此送入至左側的盒匣29的最下方。接著使第1末端效應器6的晶圓保持面9A與晶圓保持面10A成為大致呈同一平面之狀態，並取出右側的盒匣29之最下方的晶圓，並將此送入至左側之盒匣29的最上方與中段的晶圓之間。
此第17圖所示之模式3中，係移載2片晶圓W於2段連續淨空的段，移載1片晶圓W於其他段，藉此可避免機器人1與晶圓W之干涉。
第18圖所示之模式4中，係使第1末端效應器6的晶圓保持面9A與晶圓保持面10A成為大致呈同一平面之狀態，從右側的盒匣29中取出1片晶圓，並將此移載至可載置之場所28。此第18圖所示之模式4中，當總括地移載晶圓W時，每次可移載2片，當必須僅移載1片晶圓W時(例如僅將1片晶圓W移載至可載置之場所28之情況，或是僅移載盒匣29中的特定1片晶圓W之情況等)，能夠僅移載1片晶圓W，所以可靈活地且於短時間內進行晶圓W的處理。
第19圖及第20圖所示之模式5中，首先從右側的盒匣29中，藉由第2末端效應器7取出最下方的2片晶圓，接著藉由第1末端效應器6取出該上方的2片晶圓。接著將第2末端效應器7上的2片晶圓送入至左側的盒匣29的最下方，然後將第1末端效應器6上的2片晶圓送入至先前所放置的晶圓的上方。接著使第1末端效應器6的晶圓保持面9A與晶圓保持面10A成為大致呈同一平面之狀態，並取出右側的盒匣29之最上方的1片晶圓，並將此送入至左側的盒匣29的最上方。
此第19圖及第20圖所示之模式5中，藉由使用第1末端效應器6及第2末端效應器7兩者，能夠一次地進行4片(2片+2片)、3片(2片+1片)、2片(1片+1片、2片+0片)、1片(1片+0片)之移載，可靈活地且於短時間內進行晶圓W的處理。
晶圓及盒匣的代表性尺寸可例示如下。
直徑150mm(6吋)之晶圓的厚度為0.625mm，盒匣的間距為4.76mm。
直徑200mm(8吋)之晶圓的厚度為0.725mm，盒匣的間距為6.35mm。
直徑300mm(12吋)之晶圓的厚度為0.775mm，盒匣的間距為10mm。
例如為直徑300mm的晶圓時，鄰接的載置部之間板片所能夠存在的厚度，係10mm-0.775mm，為9.225mm。
接著說明本發明的其他實施形態。
上述實施形態，主要是針對在1個末端效應器中保持複數片晶圓之情況與保持1片晶圓之情況進行切換者。相對於此，下列所述之實施形態，主要是針對在1個末端效應器中，藉由該適用的不同來切換板片面者。
亦即，本實施形態中，上述第1末端效應器6及第2末端效應器7的至少一方中(以下以第1末端效應器6為例來說明)，藉由可動板片9及固定板片10來改變其適用。例如，將可動板片9用作為潔淨板片，將固定板片10用作為非潔淨板片。或者是，將可動板片9用作為高溫用板片，將固定板片10用作為低溫用板片。本實施形態中，係將一方的板片9設為可動，將另一方的板片10設為固定，但亦可將兩者設為可動板片。
本實施形態中，係將第3圖及第4圖所示之上側止動部19A及下側止動部19B的位置，變更為第21圖及第22圖所示者。亦即，上側止動部19A係位於較上述實施形態(第3圖、第4圖)時還低之位置，下側止動部19B亦位於僅較上述實施形態時稍低之位置。
第22圖所示之本實施形態中，當可動板片9位於最下方的位置(抵接於下側止動部19B之位置)時，可動板片9的晶圓保持面9A與固定板片10的晶圓保持面10A未呈同一平面，成為固定板片10的晶圓保持面10A稍微突出於基板保持側(第22圖中的上側)之狀態。
另一方面，當可動板片9位於最上方的位置(抵接於上側止動部19A之位置)時，係成為可動板片9的晶圓保持面9A較固定板片10的晶圓保持面10A稍微突出於基板保持側之狀態。
第21圖及第22圖中，係顯示從水平方向上觀看時，兩板片9、10互相不重疊之構成，但亦可構成為兩板片9、10為重疊之位置關係。
如此，本實施形態中，藉由利用氣壓缸17將可動板片9進行升降驅動，可切換可動板片9較固定板片10稍微突出於基板保持側之狀態，以及相反之固定板片10較可動板片9稍微突出於基板保持側之狀態。
此外，本實施形態中，為了防止鄰接的槽與載置有搬運對象的晶圓W之盒匣(FOUP)29內的槽產生干涉，可動板片9或固定板片10，係以使用之適用的板片的晶圓保持面與未使用之適用的板片的晶圓保持面之距離位於基板配置間距P的範圍內之方式，來設定上側止動部19A及下側止動部19B。
本實施形態中，可動板片9，係將與固定板片10呈同一平面之狀態設為0mm，且可朝向上方及下方移動，但關於該升降距離，可在(a)未使用之適用的板片避開使用之適用的板片，並且(b)使用之適用的板片，且在不與載置有搬運對象的晶圓W之盒匣(FOUP)29內的槽以外之槽以及載置於此等槽之晶圓W產生干涉之範圍內任意地設定。
為了滿足前述(a)的條件，使用之適用的板片的晶圓保持面與未使用之適用的板片的晶圓保持面之距離，必須至少大於0mm。此外，為了滿足前述(b)的條件，例如能夠以基板垂線方向上之複數個板片構件的全體最大厚度，成為基板之複數段載置部之鄰接的載置部之間板片所能夠存在的厚度(板片所能夠存在的厚度之最大值)以下之方式來構成即可。考量到板片、末端效應器(手)、盒匣(FOUP)的製作誤差或搬運裝置的動作時之振動等，特佳係將使用之適用的板片的晶圓保持面與未使用之適用的板片的晶圓保持面之距離，設為晶圓配置間距的5~30%。
以固定板片10的位置為基準之可動板片9朝向上方的移動距離與朝向下方的移動距離，並不一定需一致。
本實施形態中，雖然無法藉由第1末端效應器6一次擷取2片晶圓，但可藉由將第1末端效應器6與第2末端效應器7之間隔設定為基板配置間距P，全體可一次擷取2片晶圓。
根據本實施形態，例如可將可動板片9用作為潔淨用，將固定板片10用作為非潔淨用。此外，當擷取潔淨的晶圓W時，使可動板片9位於較固定板片10更上方(基板保持側)之位置，另一方面，當擷取非潔淨的晶圓W時，使可動板片9朝向下方退避，而使固定板片10成為往上方突出之狀態。如此，本實施形態中，能夠以潔淨用與非潔淨用來共用1個末端效應器。
本實施形態中，係採用將未使用之適用的板片朝向下方退避之構成，但亦可採用將未使用之適用的板片朝向上方退避之構成。
第3圖及第4圖所示之上述實施形態中，亦可考量下列運作方法，亦即例如將第1末端效應器6的2個板片9、10用作為潔淨用，將第2末端效應器7的2個板片12、13用作為非潔淨用，對每個末端效應器改變適用條件，但在具備上述特徵之本實施形態(第21圖及第22圖)中，係如下列參照第23圖及第24圖所說明般，亦能夠每次搬運2片晶圓W。
第23圖及第24圖所示之例子中，第1末端效應器6及第2末端效應器7兩者係具備第21圖及第22圖所示之構成，各個可動板片9被用作為潔淨用，各個固定板片10被用作為非潔淨用。
本例中，首先如第23圖所示，藉由第2末端效應器7的可動板片12，取出盒匣29之最下方的潔淨晶圓W。接著如第24圖所示，藉由第1末端效應器6的可動板片9，取出盒匣29之最上方的潔淨晶圓W。如此，在同時保持2片潔淨晶圓W之狀態下，驅動機器人1，同時將2片移送至搬運目的地的其他盒匣等。
第23圖及第24圖中，為了單純化，係使未使用之末端效應器(手)朝向前後方向退避，但亦可藉由紙面上下方向軸之周圍上的旋轉，朝向紙面縱深方向上退避。
以上係說明本發明之較佳實施形態，但上述實施形態可在本發明之範圍內適當地進行變更。
1、1’．．．機器人
2．．．機器人基座
3．．．升降主軸
4．．．第1手臂
5．．．第2手臂
6．．．第1末端效應器
7．．．第2末端效應器
8、11．．．板片支撐部
9、9’、12．．．可動板片
9A、10A．．．晶圓保持面
9B、10B．．．定位部
10、13．．．固定板片
14．．．可動抵接部
15、17．．．氣壓缸
16．．．邊緣導引機構(固定手段)
18．．．柱塞
19．．．升降導引部
19A、19B．．．止動部
20．．．可動支撐構件
21．．．吸附部
22．．．扣片構件
23．．．銷構件
24．．．水平驅動手臂
25．．．旋轉驅動手臂
26．．．水平支撐構件
27．．．升降驅動手臂
28．．．場所
29．．．盒匣
30、31．．．支撐部驅動手段
D、D1、D2．．．最大間隔
L1．．．第1垂直軸
L2．．．第2垂直軸
L3．．．第3垂直軸
P．．．晶圓配置間距
W．．．晶圓
第1圖係顯示本發明的一實施形態之具備末端效應器的機器人之立體圖。
第2圖係擴大顯示第1圖所示之機器人的末端效應器的部分之立體圖。
第3圖係顯示第1圖所示之機器人的末端效應器的概略構成之圖，乃顯示上下板片為開離之狀態。
第4圖係顯示第1圖所示之機器人的末端效應器的概略構成之圓，乃顯示上下板片為接近之狀態。
第5圖係顯示在第1圖所示之機器人中，末端效應器的上下板片為接近之狀態。
第6圓係擴大顯示第5圖所示之機器人的末端效應器的部分之立體圖。
第7圖係擴大顯示第2圖所示之末端效應器之邊緣導引機構的可動抵接部及其周邊部分之圖。
第8圖係顯示作為第1圖所示之機器人的末端效應器的變形例，具有3個板片構件之末端效應器的概略俯視圖。
第9圖為第8圖所示之末端效應器之概略側視圖。
第10圖係顯示用於第1圖所示之機器人的末端效應器之板片升降驅動機構的變形例之概略立體圖。
第11圖係顯示作為第1圖所示之機器人的末端效應器的變形例，設置有晶圓吸附機構之末端效應器的概略俯視圖。
第12圖係顯示作為第1圖所示之機器人的末端效應器的變形例，設置有晶圓置入機構之末端效應器的概略側視圖。
第13圖係顯示作為第1圖所示之機器人的末端效應器的變形例，設置有晶圓包圍機構之末端效應器的概略側視圖。
第14圖係顯示將第1圖所示之末端效應器裝著於與第1圖所示之機器人為不同型式的機器人之狀態的概略立體圖。
第15圖係顯示使用本發明的機器人之晶圓搬運序列的模式1之圖。
第16圖係顯示使用本發明的機器人之晶圓搬運序列的模式2之圖。
第17圖係顯示使用本發明的機器人之晶圓搬運序列的模式3之圖。
第18圖係顯示使用本發明的機器人之晶圓搬運序列的模式4之圖。
第19圖係顯示使用本發明的機器人之晶圓搬運序列的模式5的前半部分之圖。
第20圖係顯示使用本發明的機器人之晶圓搬運序列的模式5的後半部分之圖。
第21圖係顯示本發明的其他實施形態之機器人的末端效應器的概略構成之圖，乃顯示可動板片位於最上方位置之狀態。
第22圖係顯示在第21圖所示之末端效應器中，可動板片位於最下方位置之狀態。
第23圖係顯示使用本發明的機器人之晶圓搬運序列的其他模式的前半部分之圖。
第24圖係顯示第23圖所示之晶圓搬運序列的後半部分之圖。
1．．．機器人
2．．．機器人基座
3．．．升降主軸
4．．．第1手臂
5．．．第2手臂
6．．．第1末端效應器
7．．．第2末端效應器
L1．．．第1垂直軸
L2．．．第2垂直軸
L3．．．第3垂直軸
W．．．晶圓

Claims (12)

  1. 一種末端效應器，係機器人的末端效應器，其特徵為具備：以可各自保持基板之方式所構成之複數個板片構件，亦即以能夠變更前述板片構件彼此的板片間隔之方式所構成之複數個板片構件；及支撐前述複數個板片構件之板片支撐部，亦即藉由前述機器人而與前述複數個板片構件一體地驅動之板片支撐部；以及使前述複數個板片構件中的至少1個相對於其他板片構件移動，以變更前述板片間隔之板片驅動手段，藉由利用前述板片驅動手段來縮小前述板片間隔，使相對於前述基板的表面呈垂直之基板垂線方向上之前述複數個板片構件的全體厚度，以較預定厚度還小之方式而構成，前述預定厚度，係對應於：位於前述基板之複數段載置部的基板配置間距，前述複數個板片構件的各個，係具有在搬運前述基板時以不會使前述基板從前述板片構件中脫離之方式來固定前述基板之固定手段，前述固定手段，係包含具有能夠釋放地抵接於前述基板的緣部之可動抵接部的邊緣導引機構，前述複數個板片構件之各自的前述邊緣導引機構，係互相獨立地被驅動。
  2. 一種末端效應器，係機器人的末端效應器，其特 徵為具備：以可各自保持基板之方式所構成之複數個板片構件，亦即以能夠變更前述板片構件彼此的板片間隔之方式所構成之複數個板片構件；及支撐前述複數個板片構件之板片支撐部，亦即藉由前述機器人而與前述複數個板片構件一體地驅動之板片支撐部；以及使前述複數個板片構件中的至少1個相對於其他板片構件移動，以變更前述板片間隔之板片驅動手段，藉由利用前述板片驅動手段來縮小前述板片間隔，使相對於前述基板的表面呈垂直之基板垂線方向上之前述複數個板片構件的全體厚度，以較預定厚度還小之方式而構成，前述預定厚度，為前述基板之複數段載置部之鄰接的載置部之間板片所能夠存在的厚度前述複數個板片構件的各個，係具有在搬運前述基板時以不會使前述基板從前述板片構件中脫離之方式來固定前述基板之固定手段，前述固定手段，係包含具有能夠釋放地抵接於前述基板的緣部之可動抵接部的邊緣導引機構，前述複數個板片構件之各自的前述邊緣導引機構，係互相獨立地被驅動。
  3. 如申請專利範圍第2項之末端效應器，其中前述末端效應器，在可保持直徑150mm之晶圓時，前述板片所能夠存在的厚度為4.135mm。
  4. 如申請專利範圍第2項之末端效應器，其中前述末端效應器，在可保持直徑200mm之晶圓時，前述板片所能夠存在的厚度為5.625mm。
  5. 如申請專利範圍第2項之末端效應器，其中前述末端效應器，在可保持直徑300mm之晶圓時，前述板片所能夠存在的厚度為9.225mm。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之末端效應器，其中前述複數個板片構件，係在朝向相對於前述板片構件所保持之前述基板的表面呈垂直之基板垂線方向上觀看時，以相互不重疊之方式所構成。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之末端效應器，其中前述複數個板片構件，係各自具有供前述基板抵接之基板保持部；藉由利用前述板片驅動手段來縮小前述板片間隔，使前述複數個板片構件的基板保持部彼此以大致呈同一平面之方式而構成。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之末端效應器，其中前述板片驅動手段，對於前述板片間隔係以選擇性地限定最大間隔或最小間隔的任一者之方式所構成；鄰接之前述板片構件之前述可動抵接部彼此的間隔，係配合前述最大間隔而設定。
  9. 一種機器人，係具備：申請專利範圍第1或2項所述之末端效應器，以及裝著有前述末端效應器之手臂。
  10. 如申請專利範圍第9項之機器人，其中在前述手 臂中，除了前述末端效應器之外，並設置有能夠獨立於前述末端效應器地驅動之追加的末端效應器。
  11. 一種機器人的運作方法，為申請專利範圍第9項所述之機器人的運作方法，並具備：使用前述末端效應器之2個以上的板片構件，同時搬運2片以上的前述基板之工序；以及在以前述板片驅動手段來縮小前述板片間隔之狀態下，藉由前述末端效應器來搬運1片前述基板之工序。
  12. 一種機器人的運作方法，為申請專利範圍第10項所述之機器人的運作方法，並具備：使用前述末端效應器及前述追加的末端效應器兩者，同時搬運複數片前述基板之工序；以及使用前述末端效應器或前述追加的末端效應器中的任一者，搬運1片或複數片前述基板之工序。
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