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発明の名称 ワーク搬送ロボット
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−291176
公開日 平成10年(1998)11月4日
出願番号 特願平9−103025
出願日 平成9年(1997)4月21日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】津川 友士
発明者 御輿 直史 / 三浦 和夫 / 佐藤 直之
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 所定形状の真空チャンバ(1)内において少なくとも回転動作および伸縮動作を行うワーク搬送ロボットであって、それぞれ共通の回転軸線を中心として回転させられる2対の原動アーム(31)(32)(33)(34)と、各対の原動アーム(31)(32)(33)(34)の先端部とそれぞれ連結されるとともに、他端部がワーク保持部(45)(46)に連結される従動アーム(41)(42)(43)(44)とを有し、各対の原動アーム(31)(32)(33)(34)を駆動するための駆動源(2a)(2b)が真空チャンバ(1)の上壁部材(1a)の上部および下壁部材(1b)の下部に設けられていることを特徴とするワーク搬送ロボット。
【請求項2】 各駆動源(2a)(2b)は、真空チャンバ(1)内部の真空度を保持すべくベローズ(51)(52)を介して真空チャンバ(1)に連結されてあり、一方の対の一方の原動アーム(33)の回転軸(63d)と他方の対の一方の原動アーム(31)の回転軸(63u)とが回転自在に連結されている請求項1に記載のワーク搬送ロボット。
【請求項3】 下側の駆動源(2b)に設けられたベローズ(52)の外径が上側の駆動源(2a)に設けられたベローズ(51)の外径よりも大きく設定されているとともに、下側の対の一方の原動アーム(33)の回転軸(63d)により上側の対の一方の原動アーム(31)の回転軸(63u)を支持している請求項2に記載のワーク搬送ロボット。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はワーク搬送ロボットに関し、さらに詳細にいえば、半導体製造装置などの真空チャンバ内においてワークを搬送するためのロボットに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体製造装置などの真空チャンバ内においてワークを搬送するためのロボットとして、例えば、特開平7−73833号公報、特表平7−504128号公報に記載されたものが提案されている。これらのワーク搬送ロボットは、1対の原動アームのそれぞれの先端部に1対づつの従動アームを回転自在に連結し、一方の原動アームに連結された一方の従動アームの先端部と他方の原動アームに連結された一方の従動アームの先端部とをワーク保持部材に回転自在に連結し、一方の原動アームに連結された他方の従動アームの先端部と他方の原動アームに連結された他方の従動アームの先端部とをワーク保持部材に回転自在に連結している。そして、真空チャンバの外部に、各原動アームを回転駆動するための駆動源が設けられている。ここで、駆動源は、一方の原動アームと他方の原動アームとを独立して回転させることができるものである。
【0003】したがって、この構成のワーク搬送ロボットを採用した場合には、1対の原動アームを互いに逆方向に回転させることにより、一方のワーク保持部材を原動アームの回転軸から離れる方向に移動させると同時に、他方のワーク保持部材を原動アームの回転軸に接近する方向に移動させることができる。また、両原動アームを互いに同じ方向に互いに同じ角度だけ回転させることにより、両ワーク保持部材を原動アームの回転軸を中心として回転させることができる。すなわち、1対の原動アームの動作を適宜制御することにより、ワーク保持部材を任意の位置に移動させることができ、ワークの任意位置への搬送を達成することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成のワーク搬送ロボットを採用した場合には、一方のワーク保持部材を任意の位置に移動させることができ、ワークの任意位置への搬送を達成することができるが、一方のワーク保持部材の移動に伴って他方のワーク保持部材は必然的に定まる位置に移動するだけであるから、両ワーク保持部材をそれぞれ任意の位置に移動させることは不可能である。この結果、ワーク保持部材を2つ設けているにも拘らず、ワークの搬送効率を余り高めることができないという不都合がある。
【0005】具体的には、例えば、真空チャンバが半導体製造装置に組み込まれたものであり、真空チャンバの周囲に複数のプロセスチャンバが配置されている場合において、ワーク搬送ロボットを用いて半導体ウェハーを各プロセスチャンバに出し入れし、および/または半導体ウェハーを1つのプロセスチャンバから他のプロセスチャンバに搬送する場合に、一方のワーク保持部材をこれらの動作に適合するように移動させることにより半導体ウェハーの搬送を達成することができるが、この動作を行なっている間には、他方のワーク保持部材は必然的に定まる位置に移動するだけであり、他方のワーク保持部材によっては、半導体ウェハーを所望位置まで搬送することは殆ど不可能である。
【0006】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ワークの搬送効率を著しく高めることができるワーク搬送ロボットを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1のワーク搬送ロボットは、所定形状の真空チャンバ内において少なくとも回転動作および伸縮動作を行うものであって、それぞれ共通の回転軸線を中心として回転させられる2対の原動アームと、各対の原動アームの先端部とそれぞれ連結されるとともに、他端部がワーク保持部に連結される従動アームとを有し、各対の原動アームを駆動するための駆動源が真空チャンバの上壁部材の上部および下壁部材の下部に設けられているものである。
【0008】請求項2のワーク搬送ロボットは、各駆動源として、真空チャンバ内部の真空度を保持すべくベローズを介して真空チャンバに連結されたものを採用し、一方の対の一方の原動アームの回転軸と他方の対の一方の原動アームの回転軸とが回転自在に連結されたものである。請求項3のワーク搬送ロボットは、下側の駆動源に設けられたベローズの外径が上側の駆動源に設けられたベローズの外径よりも大きく設定されているとともに、下側の対の一方の原動アームの回転軸により上側の対の一方の原動アームの回転軸を支持しているものである。
【0009】
【作用】請求項1のワーク搬送ロボットであれば、各対の原動アームの動作を互いに独立して行わせることができる。したがって、各対の原動アームを互いに逆方向に回転させることにより、対応するワーク保持部を回転軸線に接近させ、または回転軸線から離すことができ、また各対の原動アームを互いに同じ方向に回転させることにより、対応するワーク保持部を回転軸線を中心として回転させることができる。この結果、一方のワーク保持部によってワークを所望の位置に搬送している間に、他方のワーク保持部によって他のワークを他の所望位置に搬送することができる。この結果、ワーク搬送の効率を従来装置と比較して著しく高めることができる。また、駆動源が真空チャンバの上壁部材の上部および下壁部材の下部に設けられているのであるから、駆動源の数は従来装置よりも多くなるが、1つの駆動源により2対の原動アームを駆動する場合と比較して、全体としての構成を簡単化できる。
【0010】請求項2のワーク搬送ロボットであれば、各駆動源として、真空チャンバ内部の真空度を保持すべくベローズを介して真空チャンバに連結されたものを採用し、一方の対の一方の原動アームの回転軸と他方の対の一方の原動アームの回転軸とが回転自在に連結されているので、2対の原動アームの回転軸を確実に同軸状に保持することができ、しかも請求項1と同様の作用を達成することができる。
【0011】請求項3のワーク搬送ロボットであれば、下側の駆動源に設けられたベローズの外径が上側の駆動源に設けられたベローズの外径よりも大きく設定されているとともに、下側の対の一方の原動アームの回転軸により上側の対の一方の原動アームの回転軸を支持しているのであるから、下側の対の原動アームの回転軸を持ち上げるべく作用する大気圧が、上側の対の原動アームの回転軸を押し下げるべく作用する大気圧よりも大きくなり、回転軸、原動アームの自重の影響を低減することができ、駆動源の回転軸支持構造を簡単化できるほか、請求項2と同様の作用を達成することができる。
【0012】
【発明の実施の態様】以下、添付図面を参照してこの発明のワーク搬送ロボットの実施の態様を詳細に説明する。図1はこの発明のワーク搬送ロボットの一実施態様を示す概略縦断面図、図2は概略横断面図である。
【0013】このワーク搬送ロボットは、真空チャンバ1の上壁部材1aの中央部上面と下壁部材1bの中央部下面にそれぞれ第1駆動源2a、第2駆動源2bを設けている。そして、第1駆動源2aの回転軸ユニットによって上側の1対の原動アーム31、32の基部を支持しているとともに、第2駆動源2bの回転軸ユニットによって下側の1対の原動アーム33、34の基部を支持している。また、原動アーム31、32の先端部に従動アーム41、42の基部を回転自在に連結し、従動アーム41、42の先端部に第1ワーク支持台45の基部を連結している。さらに、原動アーム33、34の先端部に従動アーム43、44の基部を回転自在に連結し、従動アーム43、44の先端部に第2ワーク支持台46の基部を連結している。なお、各対の従動アームの先端は、それぞれ対応するワーク支持台内でギア噛合、またはベルトのたすきがけなどで連結されていることが好ましく、常に、各ワーク支持台を、回転軸ユニットを中心とする半径方向に対して平行な姿勢を保持する状態に保ち続けることができる。
【0014】前記真空チャンバ1は、外形が6角柱形であるとともに、内形が円筒形のものであり、かつ外面のうち、平坦面のほぼ中央部に対応させて開口1cが形成され、この開口1cを通して真空チャンバ1の内部と連通されるプロセスチャンバ1dが設けられている。なお、開口1cは全ての平坦面に対応して形成されていてもよいが、一部の平坦面のみに対応して形成されていてもよい。また、プロセスチャンバ1dは、ワークに対して所定の処理を行うためのものであり、例えば、半導体製造装置に適用されるものである場合には、エッチング、CVDなどを行うものが例示できる。ただし、ワークを単に出し入れするための処理も含まれる。もちろん、前記開口1cは、前記従動アーム、ワーク支持台の通過を許容するサイズに設定されている。また、真空チャンバ1の外形は、6角柱形以外の多角柱形、例えば、7角柱形、8角柱形などであってもよい。
【0015】前記各駆動源は、1対の原動アームのそれぞれを回転駆動する回転軸ユニット(図示せず)を同軸状に有しているとともに、各回転軸ユニットに対して回転力を与えるモータ(図示せず)を有している。もちろん、各駆動源は真空チャンバ1の外部に設けられているので、前記回転軸ユニット部分を通して真空チャンバ1の内部に外気が侵入しないようにシールド機構(例えば、磁性流体シールドなど)(図示せず)が設けられている。
【0016】上記の構成のワーク搬送ロボットの作用は次のとおりである。第1駆動源2a、第2駆動源2bにより、1対の原動アーム31、32と、1対の原動アーム33、34とを互いに独立して回転駆動できるので、例えば、図2に示すように両ワーク支持台45、46を回転軸から離れる方向に移動させることができ、また、図3に示すように、第1ワーク支持台45を回転軸に接近させるとともに、第2ワーク支持台46を回転軸から離れる方向に移動させることができる。なお、図2、図3中において、47はワークを示している。
【0017】したがって、一方のワーク支持台によりワークの搬送を行なっている間に、他方のワーク支持台を自由に動作させることができ、各ワーク支持台の動作を他のワーク支持台の動作による制約なく行わせることができるので、ワーク搬送の効率を著しく高めることができる。また、各駆動源の回転軸ユニットは同心2軸構成であるから、シールド機構の複雑化を排除することができる。特に、駆動源を1つだけにし、同心4軸構成にする場合と比較して、構成を簡単化することができる。
【0018】図4はこの発明のワーク搬送ロボットの他の実施態様を示す概略縦断面図である。この実施態様が図1に示す実施態様と異なる点は、各駆動源に真空−大気隔離用のベローズ51、52を設けた点、および第1駆動源2aの回転軸ユニットを第2駆動源2bの回転軸ユニットにより回転自在に支持するようにした点のみである。
【0019】この構成を採用すれば、第1駆動源2aの回転軸ユニットと第2駆動源2bの回転軸ユニットとを確実に同軸上に保持し続けることができる。特に、この実施態様において、第2駆動源2bに設けられるベローズ52の外径を第1駆動源2aに設けられるベローズ51の外径よりも大きく設定すれば、ベローズ52を介して第2駆動源2bの回転軸ユニットを持ち上げるべく作用する力が、ベローズ51を介して第1駆動源2aの回転軸ユニットを押し下げるべく作用する力よりも大きくなるので、これらの力の差により第1駆動源2aの回転軸ユニット、第2駆動源2bの回転軸ユニットの自重を支えることができる。
【0020】この結果、両駆動源の回転軸ユニットを支持し、かつ押し上げるための駆動力を小さくすることが可能になる。具体的には、両駆動源の回転軸ユニット分の負荷荷重Wが30kgf、ベローズ51の半径R1がφ3.9cm、ベローズ52の半径R2がφ5.0cmにそれぞれ設定されている場合には、大気による推力(押し上げ力)Fatmは、Fatm=(R12−R22)×π×atm =(52−3.92)cm2×3.14×1kgf/cm2 =30.8kgfとなる。したがって、両駆動源の回転軸ユニットの保持推力(押し上げ力)Fは、F=W−Fatm=0.8kgfとなる。
【0021】以上の具体例から明らかなように、両駆動源の回転軸ユニット分の負荷荷重と比較して著しく小さい保持推力が必要になるだけであり、この結果、両駆動源の回転軸ユニットを支持し、かつ押し上げるために要求される駆動力を、最小限必要な力にまで低減することができる。なお、ベローズ51、52には、ばねのように伸縮量に比例した引張り力または圧縮力が働く。そして、ベローズ52が伸びたときにはベローズ51が縮むので、両ベローズ51、52のばね定数を互いに近い値に設定しておけば、伸縮量に無関係に発生する力をバランスさせることができ、両回転軸ユニットのアクチュエータの負荷を低減することができる。
【0022】図5は図4の実施態様を詳細に示す縦断面図である。図5においては、第1駆動源2a、第2駆動源2bの構成を詳細に示してある。ただし、両駆動源の構成はほぼ等しいので、以下には第2駆動源2bについてのみ詳細に説明する。また、図示を簡素化するために、各対の原動アームと対応する回転軸ユニットとを直接連結した状態で示している。さらに、第1駆動源2a、第2駆動源2bの互いに同じ構成部分には、それぞれ添え字u、dを付与している。
【0023】第2駆動源2bの回転軸ユニット60dは同心2軸構成のものであり、ケーシング61dを貫通する状態で中空の第1回転軸62dを設けているとともに、第1回転軸62dを貫通する状態で第2回転軸63dを設けている。そして、第1、第2回転軸62d、63dは、アーム回転用モータ64d、65dに設けられた減速機66d、67dに対してベルト68d、69dによって連結されている。もちろん、アーム回転用モータ64d、65dは、図示しない制御部によってそれぞれの回転方向、回転速度などが制御される。
【0024】前記回転軸ユニット60d、アーム駆動用モータ64d、65d、減速機66d、67dは、真空チャンバ1に垂下状態で装着されたケーシング70dの内部にガイドレール71dによって昇降自在に収容されてあり、ケーシング70dの所定位置に設けられた直動用モータ72dによって、例えば、ボールネジナット機構を介して昇降移動力が与えられるようにしている。
【0025】そして、前記ケーシング61dの所定位置に外向きのフランジ61daを設け、このフランジ61daの上面と真空チャンバ1の下面との間にベローズ52を設けている。また、第2駆動源2bの第2回転軸63dは、その上端部に凹所63aを有しているとともに、凹所63a内にベアリング63bを有している。
【0026】前記第1駆動源2aは、第2回転軸63uの下端部に突出部74を有し、この突出部74は、凹所63a内に収容され、ベアリング63bにより回転自在にされている。また、第1駆動源2aの回転軸ユニット60uは、凹所63aと突出部74との係合を介して、第2駆動源2bの回転軸ユニット60dにより支持されているので、第1駆動源2aには直動用モータが設けられていない。
【0027】なお、図5には、原動アームに対して従動アームを回転自在に連結するためのベアリング73が示されている。また、真空チャンバ1の上側壁の中央部所定範囲が取り外し可能に構成されており、この部分75を取り外すことにより、保守、点検などを簡単に行うことができる。したがって、この場合にも、図4の実施態様と同様の作用を達成することができる。
【0028】ただし、第1駆動源2aの回転軸ユニット60uを第2駆動源2bの回転軸ユニット60dにより直接支持する代わりに、支持軸部材(図示せず)を介在させた状態で支持するようにしてもよい。
【0029】
【発明の効果】請求項1の発明は、ワーク搬送の効率を従来装置と比較して著しく高めることができるとともに、全体としての構成を簡単化できるという特有の効果を奏する。請求項2の発明は、2対の原動アームの回転軸を確実に同軸状に保持することができ、しかも請求項1と同様の効果を奏する。
【0030】請求項3の発明は、回転軸、原動アームの自重の影響を低減することができ、駆動源の回転軸支持構造を簡単化できるほか、請求項2と同様の効果を奏する。




 

 


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