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JP2002522238A - 多自由度を有するロボット - Google Patents

多自由度を有するロボット

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Publication number
JP2002522238A
JP2002522238A JP2000563442A JP2000563442A JP2002522238A JP 2002522238 A JP2002522238 A JP 2002522238A JP 2000563442 A JP2000563442 A JP 2000563442A JP 2000563442 A JP2000563442 A JP 2000563442A JP 2002522238 A JP2002522238 A JP 2002522238A
Authority
JP
Japan
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end effector
motor
axis
link
arm
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000563442A
Other languages
English (en)
Inventor
ジェンコ・ジェノフ
アレキサンダー・トドロフ
ルボ・コストフ
ピーター・ペトコフ
ヴァレンタイン・トテフ
ユージン・ボネフ
ズラトコ・ソティロフ
Original Assignee
ジェンマーク・オートメーション・インコーポレーテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=22438498&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2002522238(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by ジェンマーク・オートメーション・インコーポレーテッド filed Critical ジェンマーク・オートメーション・インコーポレーテッド
Publication of JP2002522238A publication Critical patent/JP2002522238A/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B25J9/041—Cylindrical coordinate type
    • B25J9/042—Cylindrical coordinate type comprising an articulated arm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40242—End effector with motor to provide a yaw, roll and pitch motion
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
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    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45031—Manufacturing semiconductor wafers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S414/135—Associated with semiconductor wafer handling
    • Y10S414/137—Associated with semiconductor wafer handling including means for charging or discharging wafer cassette

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 ロボットアーム１０は、少なくとも２つのリンクＬ１，Ｌ２を備えている。リンクのうちの最近接側リンクＬ１の近接側端部における主軸２１回りにθ運動が実現される。主軸２１から半径方向に離れるようにＲ運動が行われ、それによってリンクのうちの最遠方側リンクＬ２の遠方側端部が半径方向に直線的に移動する。主軸２１に平行なエンドエフェクタ軸２５には少なくとも２つのエンドエフェクタ１８が回動自在に取付けられ、最遠方リンクＬ２の遠方側端部に対して回動する。アーム構造体１０は、複数のエンドエフェクタ１８を独立に回動させるためのヨーモータ３を付加することにより改良された。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、米国特許法第119条(e)に従い1996年3月22日出願の60/013,862号予
備出願、1996年7月11日出願の60/021,546号予備出願、及び1996年8月20日出願の
60/024,242号予備出願に基づく優先権を主張する1997年1月23日出願の08/788,89
8号出願に対する一部継続出願である。
【０００２】 本発明は、非半径方向に延在する直線を含む直線上で伸縮し、所定の非直線経
路に沿った運動も可能な精密アーム機構に関するものである。ある形態では、こ
のアーム機構は、ワークピースの位置ずれを修正するために、通常は鉛直である
軸から傾斜することができる。このアーム機構は、通常の作動平面に対して角度
をもって配置されたワークピースを把持し、搬送することができる。このアーム
機構は、半導体ウェーハ、そのようなウェーハを保持するカセット、パネル、コ
ンピュータ用ハードディスク、及びその類いといった種々の対象物を、処理及び
／または使用のために位置決めする作業に適している。
【０００３】
【従来の技術】
対象物の位置決めと載置のためにロボットアームを用いることは周知である。
一般的に、アームは、通常の円筒座標系におけるＺ運動、Ｒ運動、θ運動が可能
であるように構成される。半導体ウェーハの処理では、種々の処理が行われるワ
ークステーションにおいて正確な位置決めを行うために、直線運動能力を与える
ことが大変重要である。アームの端部に設けられたエンドエフェクタまたは機械
的ハンド部のＲ運動すなわち直線的半径方向運動は、種々の形態で実現されてき
た。
【０００４】 一例を挙げれば、この目的のためにテレスコープ式伸縮アームが使用されてき
た。このような構造では、スライド可能な部材が他の部材の中に収容され、こう
してアームの直線的な伸長が可能となっている。
【０００５】 より一般的には、この目的のために、２つの等長リンクからなる２リンク式ア
ームが用いられてきた。２つのリンクは、第１リンクの遠方側端部が第２リンク
の近接側端部に回動自在に取付けられる形態で連結されている。これらリンクは
、第２リンクを第１リンクに対して調和的に回動させるベルト式駆動装置を備え
、こうして回動比Ｉ2,1＝2/1、及びロボットアームのエンドエフェクタと遠方側
リンクとの間の回動比ｉ3,2＝1/2を実現する。ｉ2,1が2/1、ｉ3,2が1/2の場合、
結果として第１リンクに対するエンドエフェクタの回動比ｉ31＝2/1×1/2となり
、単一の半径方向直線運動が実現される。米国特許第5,064,340号明細書に開示
されているような３リンク式アームの場合、第３リンクと第２リンクとの間の回
動比は1/1とされ、他の回動比は上記の通りとされる。この場合、ｉ2,1＝2/1、
ｉ3,2＝1/1、ｉ4,3＝1/2である。こうして、ｉ4,1は、単一の半径方向直線運動
を示す結果となる。
【０００６】 1998年2月10日に公開された英国特許出願第2193482号公開公報は、２つの不等
長リンクを備え、一方のリンクの遠方側端部が他方のリンクの近接側端部に回動
自在に取付けられ、遠方側リンクの遠方側端部に一体化されたハンド部を備え、
直線近似運動を実現するためにカムに固定されたベルト駆動装置を用いるウェー
ハ搬送アームを開示している。
【０００７】 ２つの等長リンクが互いにヒンジ結合された二等辺三角形タイプのリンケージ
を用い、遠方側リンクの遠方側端部に機械的ハンド部がヒンジ結合された形態も
公知である。２つのリンク間の角度が、リンクの他端部の回動支点を結ぶ直線を
基準として各リンクがなす角の変化に対して２倍の速度で変化するようにプーリ
及びベルトが用いられている。このリンケージでは、モータ軸から近接側リンク
の近接側端部へと駆動力が直接伝達される。モータ軸と同軸配置された静止プー
リに掛けられたベルトは、２つのリンクが互いに回動する点においてプーリを通
過する。別のプーリとベルトとの組合せにより、第２リンクと機械的ハンド部と
のヒンジ結合部位で他のプーリの回動が可能となっている。
【０００８】 別の装置では、一対の二等辺三角形タイプのリンケージが互いに対面配置され
、機械的ハンド部が両遠方側リンクの遠方側端部にヒンジ結合されている。各近
接側リンクの近接側端部は、適切なギア装置を用いて、単一の回転モータ軸によ
り反対方向に回転駆動される。結果的に、二等辺三角形タイプの各リンケージが
他方のリンケージの動きをコントロールして“蛙足”タイプの運動が実現される
。この場合、二等辺三角形タイプの各リンケージの２つのリンク間の角度が、リ
ンクの他の端部の回動軸を結んだ直線を基準として各リンクがなす角度の変化に
対して２倍の速度で変化する。こうして、半径方向直線運動が得られる。蛙足状
リンケージは、高い強度を実現できるという利点を有している。このリンケージ
構成は、特定の環境下、特に真空環境で使用すると有効である。なぜなら、真空
チャンバ内で動く可動部材が少なく、粉塵の生成が少ないからである。
【０００９】 本明細書は、前述した米国特許第5,064,340号明細書の内容を参照し、その全
内容を含むものとする。この米国特許は、長手方向に延在する第１、第２、第３
リンクを備え、各リンクが近接側端部と遠方側端部とを有しているアーム構造体
を開示している。長手方向に延在する第２リンクの有効長は、第１リンクの２倍
とされている。第２リンクの近接側端部は、第１リンクの遠方側端部に第１回動
軸をもってヒンジ結合されている。第３リンクの近接側端部は、第３回動軸によ
って第２リンクの遠方側端部にヒンジ結合されている。第３リンクの遠方側端部
には、第４回動軸をもってエンドエフェクタがヒンジ結合されている。第１回動
軸、第２回動軸、第３回動軸、第４回動軸における回動比が、１：２：２：１と
なるように、第１リンク、第２リンク、第３リンク、及びエンドエフェクタを調
和的に回動させるための手段が設けられている。エンドエフェクタ回動部におけ
るトルクは駆動装置のトルクに等しい。また、半径方向直線運動が実現される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記半径方向位置決めアームの全てに共通する１つの欠点は、ワークピースに
処理が行われている間、アームが放置状態に置かれることである。例えば、まず
、半導体ウェーハが、アーム端部に配置されたエンドエフェクタによって装填用
カセットから取出される。このウェーハは、処理ステーションに搬送され、ここ
に置かれる。アームはこの場所から離れ、ステーションにおける処理が完了する
まで放置状態となる。処理が完了すると、単一のエンドエフェクタが処理チャン
バ内に侵入し、処理済みのウェーハを取上げて収縮し、受容カセットに向けて回
動し、受容カセット内に処理済みのウェーハを置き、装填用カセットに向けて回
動し、ここに侵入して別のウェーハを取上げ、収縮し、処理チャンバに向けて回
動して戻り、ウェーハを置いて再び収縮し、処理が完了するのを待つ。これは１
１の動きから構成され、これらの動きは生産能力、すなわち所定時間内に処理可
能なワークピース（例えばウェーハ）の数を制約する。
【００１１】 本明細書は、米国特許第5,007,784号明細書の内容を参照し、その全内容を含
むものとする。この米国特許は、中央部分と、それぞれがワークピースを取上げ
可能であり実質的に反対方向に延在する２つのハンド部とを有するエンドエフェ
クタ構造体を備えたロボットアームによって上記欠点を解決している。中央部分
は、リンクの最遠方のリンクの遠方側端部に中心を合わせてヒンジ結合されてい
る。リンク、エンドエフェクタ構造体、及び固定構造部は、最近接リンクの近接
側端部の回動軸を越えてロボットアームが反転できるように構成されている。半
径方向駆動手段は、エンドエフェクタ構造体の中央部分の回動軸が、実質的に半
径方向に沿って直線的にのみ移動し、その結果、最近接リンクの近接側端部の回
動軸に垂直にかつこれを越えて、さらにエンドエフェクタ構造体の中央部分の回
動軸に垂直に移動するようにリンクを駆動する。エンドエフェクタ構造体は、移
動線に対して所定の角度に保持される。回動方向の駆動手段も設けられている。
【００１２】 別の、さらに最近行われた開発によれば、互いの長さ関係が詳細に規定されて
いないリンクを備えたロボットアームにより半径方向直線運動が実現される。こ
のようなロボットアームは、1995年5月2日に出願された同時係属出願08/432,682
号に開示されており、本明細書はその内容を参照し、これを含むものとする。
【００１３】 先の商業化された装置は、米国特許第5,007,784号明細書に記載の装置に類似
している。しかしながら、先の商業化された装置では、エンドエフェクタ構造体
が、エンドエフェクタの回動軸から実質的に互いに垂直に延在する２つのハンド
部を備えている。エンドエフェクタは、その回動軸回りの２つの異なる回動位置
のうちの一方をとることができる。これら２つの位置は互いに略９０°離隔し、
いずれのハンド部も最遠方リンクの遠方側端部と共に直線的に移動するように構
成されている。
【００１４】 今日のロボットアーム機構において存在する重要な制約は、ロボットアームの
ある一点から他の一点への移動が、半径方向直線経路（Ｒ）、または、Ｒ，θ平
面における円経路（θ）に沿ってのみ行われることである。従って、取上げられ
搬送されるべき対象物がカセット内、例えばウェーハカセット内、またはワーク
ステーションに配置されている場合、アームはまず、カセット内またはワークス
テーションに向けて半径方向に伸長し、ここで一般的には負圧を用いて対象物を
取上げ、次いで、カセットまたはワークステーションから出て、反対側に位置す
る他のカセットまたはワークステーションに向けて回動し、他のカセットまたは
ワークステーションに向けて半径方向に進み、ここで対象物を置く。このような
装置では、概してぎくしゃくした停止／始動が行われ、数千回の作動によって装
置に損傷が生じる可能性があり、ひいては搬送される対象物に振動が与えられて
生産物に有害な作用を及ぼす可能性がある。また、半導体処理工程で起こり得る
ようにアームの作動平面に突出する障害物が存在する場合、障害物の背後に、ま
たは障害物の陰に隠された物に到達するためには、非効率的な経路を通らなけれ
ばならない。すなわち、障害物を越えてアームを半径方向内方に収縮させるため
には直線経路に沿って移動させなければならず、次いで、障害物を越えさせるた
めにエンドエフェクタに半径方向の動きを与え、さらに、所定のワークステーシ
ョンに向けて半径方向外方に向けた動きを与えなければならない。従って、Ｒ運
動とθ運動との調和を可能にし、こうしてロボットアーム機構のより迅速な作動
を可能にする曲線経路に沿った移動能力が望まれる。
【００１５】 このようなロボットアームシステムに関係する別の非常に重要な問題は、ロボ
ットアームの近くに位置するウェーハで充填された複数のカセットにおける装填
である。アームがアクセスするカセットとして複数のカセットが用いられる場合
、各カセットを、その長手方向軸（装填及び取出しを行う方向）がロボットアー
ムの回動中心を通るように配置する必要がある。この制約は、アームが半径方向
に沿った直線上でのみ伸長可能であるために生じる。この制約により、カセット
の搬送に直線的なコンベヤベルトを用いることができず、搬送は手で行わざるを
得ず、作業効率が悪い。もし、直線的な経路に沿って移動するカセットからウェ
ーハを取出すことができれば、すなわち、コンベヤベルトによって（この場合、
カセットの長手方向軸はロボットアームの回動中心を通らない）全体的な作業速
度は著しく向上する。このことは、直接的に生産力の増大につながり、さらに、
収益の増加／低コスト生産につながる。現在行われている方法は、半径方向に整
列されたカセット群及びワークステーション群から他の群へと、軌道システムを
用いてロボットを移動させる方法であり、望ましい形態からはほど遠いものであ
る。
【００１６】 特にフラットディスプレイパネルの場合に起こる問題は、パネルがカセット内
において角度方向及び並進方向に位置ずれを呈することが多いことである。この
ようなパネルは、ワークステーションにおいて適切に位置合わせされなければな
らない。従来のロボットアームの場合には、例えばＣＣＤセンサのような位置ず
れを検出するセンサを有するチャック上にパネルを置き、チャックを用いてパネ
ルを回転させ、次いでパネルを取上げ、適切な向きでパネルをワークステーショ
ンへと搬送する。従来のロボットアームは、（位置及び角度のずれによって）エ
ンドエフェクタの座標系と一致していないパネル（またはウェーハ）の座標系に
対して回転することができないので、上記のように作業が行われる。従来のアー
ムは、エンドエフェクタの長手方向軸線に沿ってのみ移動が可能であり、ピンま
たはその類いの上にパネルを置くという中間段階なしでは、パネルを回転させて
ずれを修正することができない。従って、チャックまたはピンの使用という中間
段階なしで角度修正が行えることが強く望まれている。同様に、チャックまたは
ピンを用いずに複数のウェーハの幾何学的中心の整列を可能とすることが強く望
まれている。
【００１７】 カセットから装填されたりワークステーションで取上げられるウェーハ及びパ
ネルに共通する他の問題は、ロボットアームのＺ軸が、アライメント誤差によっ
て、カセットなどの軸と完全には平行でないことである。相対的な傾斜はどの方
向にも生じ得るが、通常は、わずか数度である。このようなアライメント誤差が
あると、アームは、適正なアライメントでエンドエフェクタを有していても、適
切にウェーハ／パネルに接近しこれらを取上げることができず、従って、ウェー
ハ／パネルの正確な位置決めを実現することはできない。本明細書は、1996年6
月13日に出願された米国特許出願08/661,292号の全内容を含むものとするが、そ
の明細書は、全方向に傾斜可能なＺ軸を備えたロボットアームを開示している。
上記明細書に記載の装置は、ロボットのリスト部で、またはその付近で回動する
ことはできず、従って、前記したアライメント誤差を補正するには不十分である
。上述のように、チャックまたはピンの使用という中間段階なしでアライメント
誤差を完全に修正でき、ウェーハ／パネルが適切に位置決め可能であることが望
ましい。
【００１８】 半導体ウェーハ及びフラットパネルの処理に従来のロボットアームを用いる場
合には、アームに取付けられ半径方向に直線的に移動するエンドエフェクタの侵
入のために、一般的にカセット及びワークステーションは整列していなければな
らない。例えば、カセットまたはワークステーションの長手方向軸線がＺ軸に平
行になっていないと、エンドエフェクタの侵入は不可能である。ウェーハまたは
フラットパネルの処理作業においてスペースは重要であるので、カセット及び／
またはワークステーションを上記のように配置することが強く望まれている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
Ｒ，θ，Ｚ運動を有するロボットアーム構造体における改良は本発明の一実施
形態を構成する。本アーム構造体は、最近接側リンクの近接側端部における主軸
回りのθ運動を行う少なくとも２つのリンクを備えている。Ｒ運動は主軸から半
径方向に前進するように行われ、こうして、最遠方側リンクの遠方側端部は半径
方向に伸長する直線に沿って移動可能とされている。エンドエフェクタは、主軸
に平行なエンドエフェクタ軸回りに最遠方側リンクの遠方側端部に対して回動す
るように回動自在に取付けられたエンドエフェクタ部分を備えている。最遠方側
リンクとエンドエフェクタの一方には、モータが取付けられている。モータは、
最遠方側リンクの遠方側端部とエンドエフェクタ部分とをエンドエフェクタ軸回
りに相対回転させるように取付けられ、こうして、ヨー（Ｙ）運動を実現する。
電気的計算手段及びセンサが、Ｒ，θ，Ｚ，Ｙ運動の制御を行う。
【００２０】 Ｒ，θ，Ｚ運動を有するロボットアーム構造体における改良は本発明の他の実
施形態を構成する。このアーム構造体は、長手方向に延在しそれぞれに近接側端
部と遠方側端部とを有するｎ個のリンクを備えている。ここで、ｎは２またはそ
れ以上の整数である。各リンクの近接側端部は、それぞれｎ番目の軸回りに回動
するように回動自在に取付けられている。エンドエフェクタは、ｎ番目のリンク
の遠方側端部に位置する（ｎ＋１）番目の軸回りに回動するように回動自在に取
付けられている。複数のリンクの回動軸及びエンドエフェクタの回動軸は全て平
行である。半径方向駆動回転シャフトは、被駆動端部と駆動端部とを有しかつ複
数の軸のうち第１の軸に沿って延在している。半径方向駆動モータ手段は、半径
方向駆動シャフトの被駆動端部を前記第１軸回りに回転させる。回転方向駆動回
転シャフトは、被駆動端部と駆動端部とを有しかつ前記第１軸に沿って延在して
いる。回転方向駆動モータ手段は、回転方向駆動シャフトの被駆動端部を前記第
１軸回りに回転させる。回転方向駆動シャフトの駆動端部は、第１リンクの近接
側端部付近に配置され、該近接側端部と回転駆動接続されている。対応する（ｎ
−１）個のプーリによって各々が回転駆動される（ｎ−１）個のベルト手段が設
けられている。第１のプーリは、半径方向駆動シャフトの駆動端部によって回転
駆動される。一連のベルト手段の各々は、後続のリンクをそれぞれの軸回りに回
転させるように配置されている。本発明の改良によれば、（ｎ＋１）番目の軸上
に配置されたエンドエフェクタ駆動シャフトを回転させるエンドエフェクタモー
タが設けられ、該モータはエンドエフェクタを前記軸回りに回動させるように機
能する。半径方向モータ駆動センサ手段、回転方向モータ駆動センサ手段、及び
エンドエフェクタモータ駆動センサ手段は、それぞれ、半径方向モータ駆動シャ
フト、回転方向モータ駆動シャフト、及びエンドエフェクタモータ駆動シャフト
の回転位置を測定し、それぞれの回転位置に応じた電気信号を生成する。この電
気信号を電気的計算手段に伝達する手段が設けられている。電気的計算手段は、
半径方向駆動シャフト、回転方向駆動シャフト、及びエンドエフェクタ駆動シャ
フトの回転位置から、エンドエフェクタの位置を計算する。前記計算手段は、エ
ンドエフェクタが所定の経路に従って所定の位置に到達するように、複数の駆動
モータを制御する。
【００２１】 本発明のさらなる実施形態によれば、長手方向に延在しそれぞれに近接側端部
と遠方側端部とを有するｎ個のリンクを備えたアーム構造体を制御する方法が提
供される。ここで、ｎは２またはそれ以上の整数である。半径方向駆動シャフト
、回転方向駆動シャフト、及びエンドエフェクタ駆動シャフトの回転位置が測定
される。電気信号が生成され、計算手段へと伝達される。電気的計算手段は、複
数の信号からエンドエフェクタの位置を計算し、エンドエフェクタの可動範囲に
おいて、任意の目標位置にエンドエフェクタを配置するように複数の駆動モータ
を制御する。
【００２２】 本発明の他の実施形態によれば、ウェーハまたは他の対象物を収容したカセッ
トを実質的に直線状の経路に沿って搬送し上記ロボットアーム構造体と共に用い
られるコンベヤベルトを備えたウェーハ処理システムが提供される。
【００２３】 本発明の他の実施形態によれば、それぞれが可動範囲内に１または複数のワー
クステーションを備えた複数のロボットアーム構造体が提供される。複数のロボ
ットアームは互いに十分近接して配置され、こうして、第１のアームの可動範囲
内のワークステーションにウェーハが搬送されて処理された後に、該ウェーハは
、第２のアームの可動範囲内のワークステーションで処理を行うための第２のア
ームの可動範囲内に配置された移送ステーションへと第１のアームによって搬送
される。
【００２４】 本発明の他の実施形態はセンサアレイである。該センサアレイは、上記のアー
ムによって搬送される対象物が該センサアレイ上を通過可能であるように配置さ
れ、かつ対象物のアライメント誤差が存在すればそれを検出可能とされ、こうし
て、Ｒ，θ，Ｙ値の修正を適切に行い、対象物を適切に配置することができる。
【００２５】 本発明のさらなる別の実施形態によれば、Ｙ（ヨー）運動を備えることによっ
て、全方向平面運動（Ｒ方向，θ方向のみならず）が可能であり、複数のワーク
ピースを扱うのに適したロボットアーム構造体が提供される。この構造体は、２
対のリンケージを備え、各リンケージは、近接側端部と遠方側端部とを有する近
接側リンクと、近接側端部と遠方側端部とを有する遠方側リンクとを備えている
。各リンケージの遠方側リンクの遠方側端部は、リスト軸において互いに回動自
在に取付けられている。各近接側リンクの遠方側端部は、それぞれのエルボー軸
において対応する遠方側リンクの近接側端部に回動自在に取付けられている。各
近接側リンクの近接側端部は、それぞれのショルダー軸において固定支持体に回
動自在に取付けられている。ショルダー軸は、互いに離隔配置されている。リス
ト軸回りに回動するように、遠方側リンクの遠方側端部にエンドエフェクタが取
付けられている。複数の回動軸は互いに平行であり、第１の方向に延在している
。複数のリンク及びエンドエフェクタは軸方向において互いに離隔配置され、こ
うして、複数のリンクが、第１方向に延在する空間内で第１方向に垂直な方向に
、互いに干渉することなく動けるようになっている。ヨーモータは、遠方側軸回
りにエンドエフェクタを相対回転させる。エルボーモータは、遠方側リンクの１
つの近接側端部と、それに対応する近接側リンクの遠方側端部とを相対回転させ
る。ショルダーモータは、近接側リンクの１つの近接側端部を固定構造体に対し
て回転させる。本構造体の動きを制御するために、センサ及びマイクロプロセッ
サが設けられている。
【００２６】 本発明のさらなる別の実施形態によれば、エレベータを用いることによって、
ワークピースを保持しているカセットのアライメント修正が行われる。エレベー
タは、ヨー運動及び／またはエンドエフェクタの長手方向軸回り回転運動を実現
するモータと共に鉛直方向から傾くことができる。
【００２７】 さらなる別の実施形態において、本発明は、上記方法及び／または装置のいず
れかを用いることによって、完成ワークピース、例えばウェーハ、フラットパネ
ル、コンピュータメモリーディスク、またはその類いを操作・処理してそれらを
製造する方法を提供する。
【００２８】 本発明は、種々の用途に有用な、特に、処理される半導体ウェーハ、パネルデ
ィスプレイ、及びその他の概して平坦な対象物を取上げ、搬送するために有用な
、ロボットアーム構造体を提供する。本システムは、エンドエフェクタの、少な
くとも３６０°の円弧に近い連続的なＹ（ヨー）運動、例えば、少なくとも２７
０°に及ぶヨー運動を実現し、電気的計算手段による、より効率的な経路の選択
を可能として振動を顕著に低減し、停止時間を削減する。４軸アームの、より効
率的な操作をもたらす自由度を得るために、回転経路に沿った全ての位置を連続
的に利用できること、及び、利用可能なヨー運動の範囲の双方が重要である。本
システムはまた、エンジニアが用いる設計パラメータを、従来技術のロボットア
ームの場合より顕著に制約が少ない形で提供する。特に有益な特徴は、エンドエ
フェクタを、非半径方向の直線に沿って移動させることが可能である点である。
このことは、いくつかの実際的な利点を生む。例えば、直線的なコンベヤベルト
上に配置されたカセットにワークピースを搬入することができる。本アーム構造
体及び本方法は、デュアルエンドエフェクタ（２つのハンド部を有する）、トリ
プルエンドエフェクタ（３つのハンド部を有する）、及びその類いに適合化され
得る。こうして、パネル及び／またはウェーハの予備位置調整を行うチャック、
及びワークステーションの位置を、従来のアーム構造体及びそれに伴う方法と比
較して、より多様に決定することができる。
【００２９】 本発明の利点は以下の通りである。
【００３０】 １）ロボットの機械的特性が改良され、特に、アーム構造体が簡単化され（動
力伝達が少ない）、剛性及び精度が向上すること。
【００３１】 ２）エンドエフェクタにおける“ヨー”軸の導入によって、エンドエフェクタ
は、Ｚ軸の位置により規定される面内で一般的な運動（並進及び回転）を行うこ
とが可能であること（エンドエフェクタは任意の方向を向いた状態で任意の軌道
に沿って移動可能）。
【００３２】 ３）カセット配置の任意性。ヨー軸を設けることによって、カセットを任意の
方向（非半径方向）に向けてウェーハ処理装置の最適配置が可能になる。自由度
が追加されることによって、障害物の回避が可能となり、ウェーハ処理装置の設
計・計画における柔軟性が向上し、処理のために必要な高価な領域（不動産）が
削減される。
【００３３】 ４）直線的に配置されたモジュールを取扱えること。本ロボットは、並進搬送
されることなく、図２に示すようなカセットを扱うことができる。この新しい構
成は、現在使用されている小型軌道システムに完全に置換えて用いることを意図
している。現在の小型軌道システムでは、半径方向カセット変位によって受ける
制約に対応するために、ロボットが軌道によって並進搬送される。モジュールが
直線的に配置されていても、少ない投資で、非放射状に配置された複数のカセッ
トを、より信頼性高く、より容易に扱うことが可能である。
【００３４】 ５）処理工程内におけるウェーハ交換が可能。直線配置されたカセットを扱う
方法によれば、異なる工程に関与し、固定中間カセットに対する搬入・搬出を行
う複数のロボット間でウェーハの交換が可能である（図３Ａ）。
【００３５】 ６）非放射状に配置された複数のカセットの取扱いが可能。直線配置されたカ
セットを扱う方法によれば、コンベヤベルトによって搬送される複数セットのカ
セットを取扱うことが可能である。コンベヤベルト上には複数セットのカセット
が連続的に配置され、全行程は各セットが通過すべき異なるステージに分割され
、コンベヤベルトは所定セットのカセットがアームの作業領域に入るまで移動す
る。ロボットアームは、その作業領域内に存在するカセットのいずれかからウェ
ーハを取上げ、処理のために他のカセット内へ搬送する。ステージにおける処理
が完了すると、作業領域内の全てのカセットはコンベヤベルトによって次の処理
ステージへと搬送される（図３Ｂ）。
【００３６】 ７）移動中のウェーハ中心合せが可能（図４）。本発明によるアームは“移動
中”にウェーハの中心合せを行うように用いることができる（ウェーハの向きは
処理にとって重要ではない）。まず、ウェーハが取上げられ、ＣＣＤセンサのよ
うな非接触式測定装置を用いて位置測定が行われ、単一運動によってカセットま
たは処理ステーション内へ中心合せされて搬入される（ウェーハのさらなる位置
決めは不要である）。位置測定及び中心合せ工程の双方はアームの運動中に行わ
れる。このような搬送方法の利点は、ウェーハにはエンドエフェクタのみが接触
すること、及び、ウェーハの搬入精度及び最終位置精度が向上し、処理性能が改
善されることである。
【００３７】 ８）フラットパネルの“移動中”におけるアライメント調整が可能であること
（図５）。本発明によるアームはまた、四角形対象物のアライメントを“移動中
”に調整する形態でフラットパネル扱うように用いることができる。まず、フラ
ットパネルが取上げられ、位置測定が行われ、“移動中”にアライメント調整さ
れて単一運動でカセットまたは処理ステーションへと搬入される。並進方向オフ
セット及び回転方向オフセットの計算はロボット運動中に行われる。利点は、６
）と同様である。
【００３８】 ９）連続的な運動の実現。“ヨー”軸を設けることによって、２つのカセット
間で、連続的な軌道経路を設定し、実行することが可能になり（図６）、その結
果、ウェーハまたはフラットパネルのスムーズで迅速な搬送が実現され、このこ
とは、搬送される物（ウェーハ、フラットパネル）及び処理装置に加わる負荷を
軽減する。１つのカセットから他のカセットへと、従来のθ，Ｒ，Ｚ座標系にお
いてウェーハを搬送する際に用いられる一連の“収縮−回転−伸長”運動は、ア
ームの回転を必要とせず滑らかな軌道に沿った単一運動に置換えられ、これによ
って、搬送時間が顕著に削減され、装置の全体的性能が向上する。
【００３９】 １０）２つ以上（通常はサイズ制約により３つ）のハンド部を有するエンドエ
フェクタを効率的に用いる能力。連続的なＹ運動能力を有していることによって
、電気的制御装置、例えばマイクロプロセッサが、３つのハンド部を有するエン
ドエフェクタを極めて効率的に操作することが可能であり、こうして、生産能力
が向上する。
【００４０】 １１）蛙足タイプ構造体を用いると、該装置は真空環境に好適なものとなる。
ベルト及びプーリの数が、非蛙足タイプ構造体と比較して少なくなるので、ベル
トの作動中に発生し、真空環境にとって望ましくないダストが大幅に削減される
。さらに、非蛙足タイプ構造体では、Ｒ運動及びθ運動を与えるベルト及びプー
リが、リンク内部を窮屈にする。その結果、従来の方式でヨー運動を実現しよう
とすると、モータは、最遠方側リンクまたはエンドエフェクタ自体に取付けなけ
ればならない。真空環境内ではスペースが限られているので、このようにヨーモ
ータを取付ける十分な空間がない場合がある。
【００４１】 １２）ロボットアームに対するカセット軸のアライメント誤差を補正する能力
があること。
【００４２】 １３）Ｚ軸に対して傾いていなければ侵入できない開口部を有するカセット及
び／またはワークステーションへの侵入が可能であること。
【００４３】
【発明の実施の形態】 添付図面を参照することにより、本発明をより明瞭に理解することができる。
図面中、類似部材には類似の符号を付して示している。
【００４４】 本発明は、ロボットアームのエンドエフェクタにユニークなヨー運動を与え、
このヨー運動によって、ヨー運動を有していない従来のアームより効率的にアー
ムを使用することができるようにするものである。一実施形態では、ロール運動
とピッチ運動の両方が与えられる。アームの動きは、半径方向駆動シャフト、回
転方向駆動シャフト、及びヨー駆動シャフト（ロール・ピッチ駆動シャフトが用
いられている場合にはそれらを含む）の回動速度（及びそれに基づく位置）の測
定手段と、これらの数値に基づいてロボットアームのエンドエフェクタが所定経
路に沿って動くように制御するコンピュータとを含む機構により制御可能である
。アームは直線運動能力を有し、半径方向以外の方向にも直線運動可能であり、
さらに任意の軌道に沿った運動も可能とされている。本発明は多数のユニークな
特徴を備えている。
【００４５】 本発明をより良く理解するために、“ベルト”、“ベルト手段”、“プーリ”
、及び“プーリ手段”という用語は、場合によってはギア装置に置換えることが
できることに留意されたい。さらに、“ベルト”及び“ベルト手段”という用語
は、歯付き構造、歯無し構造、チェーン、繊維ベルト、編みベルト、及びその類
いを含む広い意味で用いられていることを理解されたい。それらは、天然材料、
合成材料、有機材料、無機材料、重合材、複合材、金属といった適切な材料で構
成することができる。同様に、“プーリ”及び“プーリ手段”という用語は、歯
付き構造、歯無し構造、対応するベルトとガタ無く噛合う構造、あるいは対応す
るベルトと摩擦力のみで係合する構造を含む広い意味で用いられている。それら
もまた、天然材料、合成材料、有機材料、無機材料、重合材、複合材、金属とい
った適切な材料で構成することができる。本明細書では、本発明の、ある実施形
態の説明を簡単化するために“鉛直”及び“水平”という用語を時々用いること
に言及しておく。これらの用語は説明を簡単にするために用いるものであり、そ
の意味するところは、互いに垂直な２つの軸線であるということを認識されたい
。これらを念頭に置いて、以下に本発明の詳細説明を記載する。
【００４６】 本発明の範囲に含まれる運動を記述するための基本公式を理解することは有用
であり、本発明の理解を助けることになる。これらの公式は図７及び図１６で説
明している。使用している基本略号の意味は以下の通りである。 Ｘ…エンドエフェクタ位置ベクトル、すなわち Ｘ＝[Ｒ θ Ｚ φ]T またはＸ
＝[Ｘ Ｙ Ｚ φ]T 、ここでＸ，Ｙ，Ｚは位置のデカルト座標、φはエンドエフ
ェクタ長手方向軸線と絶対座標系における離脱軸とがなす角である。 Ｘd…エンドエフェクタの目標位置 ｅ＝Ｘd−Ｘ すなわち軌道追従誤差 ｄｘ/ｄｔ…エンドエフェクタの並進速度ベクトル、すなわち ｄｘ/ｄｔ＝[dR/
dt dθ/dt dZ/dt]Tまたはｄｘ/ｄｔ＝[dx/dt dY/dt dZ/dt]T 、ここでｄ/ｄｔは
各量の１次微分係数である。 Ｘ…Ｘに関するユークリッドのノルム Ｑ…ジョイント座標系べクトル、すなわち Ｑ＝[Ｑ1 Ｑ2 Ｑ3 Ｑ4]T ここでＱ1
−Ｑ3 は図１に示すリンク間の角度、Ｑ4はＺ座標に一致する。１次微分係数は
ｄＱ/ｄｔである。 Θ＝モータ座標系ベクトル，すなわち Θ＝[Θ1Θ2Θ3Θ4] ここでΘ1−Θ4は
モータの位置を表す。
【００４７】 エンドエフェクタポールを、規定のエンドエフェクタ方向を保ちながらデカル
ト空間内で連続的な軌道（直線、円弧など）に沿って移動させるためには、モー
タ速度を同期させる必要がある。モータ速度は、実現された軌道、方向変化、及
び目標運動パラメータ（並進速度、角速度、及び加速度）に依存する。この課題
を解決するための第１段階は、各サンプリング時刻におけるエンドエフェクタ速
度（並進速度及び角速度）を設定することである。通常、ユーザは、運動中のエ
ンドエフェクタの最大並進速度、最大角速度、最大加速度、及び最大ジャーク（
加速度の１次微分係数）のノルムを指定する。制御システムは、これらの要求に
応える速度形態の形成に対応する。各サンプリング時刻において速度形態生成器
は、エンドエフェクタの現在位置を考慮に入れながら、エンドエフェクタの並進
速度ベクトル及び角速度ベクトルを計算する。それらは、速度レベルにおいて逆
運動学問題（Inverse Kinematics Problem）を解くことによってジョイント速度
及びモータ速度に変換される。ジョイント速度及びモータ速度を計算するために
、モータの現在位置を検出する必要がある（モータの位置はエンコーダによって
検出され、位置レベルにおいて直接運動学問題（Direct Kinematics Problem）
を解くことによってジョイントの位置に変換される）。モータ速度は運動制御装
置に入力され、軌道の終端に到達するまで各サンプリング時刻において上記の工
程が繰返される。図８は、これらの原理を具現化して示す図である。
【００４８】 図１Ａを参照すると、ここには、ロボット基台と、リンクＬ１，Ｌ２，Ｌ３と
、エンドエフェクタ１８とを備えた従来のロボットアームアッセンブリ１０が示
されている。
【００４９】 半径方向駆動モータとしてのサーボモータ１は半径方向駆動シャフト２０を駆
動する。半径方向駆動モータとしてのサーボモータ１はギア列２８を駆動し、こ
れが半径方向駆動シャフト２０を駆動する。
【００５０】 図１Ａ及び図１Ｂには、長手方向に延在する３つのリンクが示されている。各
リンクは、近接側端部と遠方側端部とを備えている。図１Ａに示すロボットアー
ムのさらなる詳細説明は、米国特許第5,064,340号明細書に記載されている。リ
ンクの各々は、その近接側端部が、それぞれｎ番目の軸回りに回動可能であるよ
うにヒンジ結合されている。すなわち、第１リンクＬ１の近接側端部は第１軸（
主軸）２１に関して回動自在に取付けられ、第２リンクＬ２の近接側端部は第２
軸２３に関して回動自在に取付けられる、という具合である。エンドエフェクタ
１８は、ｎ＋１番目の軸、図１Ａ及び図１Ｂにおいては第４軸（エンドエフェク
タ軸）２５に関して回動自在に取付けられている。第４軸２５は、先行するリン
クの遠方側端部（図示の実施形態では第３リンクの遠方側端部）に配置されてい
る。リンクの軸、及びエンドエフェクタの軸は全て、互いに平行であることに留
意されたい。
【００５１】 米国特許第5,064,340号明細書に記載のロボットアームは、本発明の実施形態
を好適に適用することのできる多数のロボットアームのうちの１つに過ぎないこ
とに留意されたい。例えば、これに限定されるわけではないが、米国特許出願第
08/432,682号に記載のロボットアームを本明細書に記載の他のアームとして用い
ることもできる。
【００５２】 ベルト手段（破線で示す）の各々は、対応するｎ個のプーリのうちの１つによ
って回転駆動される。第１のプーリは、半径方向駆動シャフト２０の端部によっ
て回転駆動される。図１Ａにおいて、ｎ番目を除く一連のベルト手段の各々は、
次のリンクをそのリンクの軸回りに回動させるように構成されている。ｎ番目の
ベルト手段は、エンドエフェクタ１８を、ｎ＋１番目の軸２５回りに回動させる
ように構成されている。図１Ｂでは、ｎ番目のベルト手段が存在せず、本発明に
よればエンドエフェクタ１８は、替わりにサーボモータ３によって回転駆動され
る。
【００５３】 半径方向駆動要素の作用は、米国特許第5,064,340号明細書に記載されている
ものと本質的に同じである。各リンクの有効長は、そのリンクの近接側端部がヒ
ンジ結合されている第１回動軸と、次のリンクの近接側端部がヒンジ結合されて
いる第２回動軸との間の距離で規定されることに留意されたい。回転可能な半径
方向駆動シャフト２０は、ロボット基台に対して回転する。回転可能な半径方向
駆動シャフト２０は、それと共に設けられたプーリ状駆動ホイールを回転させる
。駆動ホイールは、第１軸２１と同軸配置されている。第１リンクＬ１は、ロボ
ット基台に対し、ベアリング構造体の部位で回動自在に取付けられている。
【００５４】 第１リンクＬ１の遠方側端部には、第２回動軸２３に沿ってポストが設けられ
ている。ポストは、第２回動軸２３と同心円筒をなす第２円筒面を有している。
第２リンクＬ２は、ベアリング２２を介してポストに回動自在に取付けられ、こ
うして第２リンクは、その近接側端部において第２回動軸回りに回動可能となっ
ている。第２リンクＬ２は、第１プーリ面に対面するように配置された第２プー
リ面と、第３軸２７周りに設けられた第４プーリ面に対面するように配置された
第３プーリ面とを有している。図１Ａでは、さらなるベルト／プーリ装置がエン
ドエフェクタ１８を回動させる。エンドエフェクタ１８は、第２リンクＬ２の遠
方側端部に設けられたポストにベアリングを介して回動自在に取付けられている
。ベルトは、図１Ａにおける種々の軸回りに回転運動を与えるように機能する。
場合によっては、第１リンクＬ１の第１軸２１と第２軸２３との間にギア装置を
設けてもよい。このような構成は、前述した米国特許第5,064,340号明細書に記
載されている。
【００５５】 本発明によれば、半径方向駆動シャフト２０の軸２１回りの回動位置を測定し
、半径方向駆動シャフト２０の回動位置に対応する電気信号を発生するために、
具体的には増分フォトエンコーダである半径方向駆動部センサ手段９０が設けら
れている。利便性及び精度の観点から、半径方向駆動シャフト２０の回動位置の
実際の測定は、シャフト２０の延長部材２６の回動位置、すなわち半径方向駆動
モータであるサーボモータ１の回動位置の測定によって行われる。半径方向駆動
シャフト２０の回動位置と延長部材２６の回動位置とは互いに比例するので、測
定された数値は、必要とされる半径方向駆動シャフト２０の回動位置を表してい
る。フォトエンコーダは、光源と、光源からの光が遮蔽されていない場合にこれ
を受けるように整列配置された光センサとから構成される（図１７Ａ，１７Ｂ、
及びこの技術について記載した文献を参照されたい）。
【００５６】 半径方向駆動シャフト２０の回動位置に対応する電気信号を電気的計算手段９
６へと伝達するために、線９２で示す手段が設けられている。同様に、回転駆動
シャフト７８の回動位置を測定し、回転駆動シャフト７８の第１軸２１回りの回
動位置に対応した電気信号を発生するために、回転駆動部センサ手段９８が設け
られている。実際には、この測定は、中間シャフト６４において行われる。回転
駆動シャフト７８の回動位置に対応する電気信号を電気的計算手段９６へと伝達
するために、線１００で示す手段が設けられている。
【００５７】 電気的計算手段９６は、検出された半径方向駆動シャフト２０の回動位置及び
回転駆動シャフト７８の回動位置と、各リンクの長さ及び各プーリの直径で決ま
る幾何学的関係とからエンドエフェクタ１８の位置を計算するための位置計算手
段１０２を備えている。電気的計算手段９６はさらに、半径方向駆動モータであ
るサーボモータ１と、回転駆動モータであるサーボモータ２とを制御するための
駆動制御手段１０４を備えている。この制御は、回転駆動シャフト２０の回転数
ｎRを半径方向駆動シャフト７８の回転数ｎθで除した数値が−Ｋとなり、こう
してエンドエフェクタ１８が半径方向の直線経路に従って移動して所定位置に到
達するように行われる。半径方向の直線経路ではない場合、−Ｋ値はこの関係を
満足しない。制御信号は、線１０６、１０８で示す手段を通じて半径方向駆動モ
ータであるサーボモータ１、及び回転駆動モータであるサーボモータ２へとそれ
ぞれ伝達される。
【００５８】 図１Ｂは、本発明の基本的な実施形態を示している。エンドエフェクタ１８は
、Ｙ軸またはヨー軸とみなし得る軸２５回りに、サーボモータ３によって回転駆
動される。図示の実施形態では、サーボモータ３はリンクＬ３の遠方側端部に取
付けられており、そのシャフトはエンドエフェクタ１８を直接駆動する。しかし
ながら、サーボモータ３は、所定のヨー運動を実現できる範囲において、どこに
取付けてもよいことに留意されたい。例えば、これに限定されないが、サーボモ
ータ３は、各リンクのうちの１つに取付けることができる。具体的には、図５０
に示し、追って詳細に説明するように、サーボモータ３をサーボモータ１，２の
近くに取付けてもよい。サーボモータ３を軸２５に取付けない場合には、回転運
動及び半径方向運動を伝達するために用いられるような適切なベルト・プーリ装
置を設け、こうしてヨー軸回りの回転駆動を実現する。
【００５９】 図２は、図１Ａに示す装置の適用例を示している。複数のワークステーション
Ｗ及び複数のウェーハカセットＣは、ロボットアームの軸２１から等半径に配置
されていないことに留意されたい。ヨー運動機能を用いることにより、ワークス
テーション及びカセットが軸２１から放射状に配置されていないにもかかわらず
、エンドエフェクタ１８が各ワークステーション及びカセットに挿入可能であり
かつ直線的に接近するように、エンドエフェクタ１８を配置することができる。
このようにして、ここに記載のロボットアームシステムは、直線的に配置された
カセットを扱うためにロボットが軌道に沿って搬送される（並進搬送される）高
価な小型軌道システムに完全に置換えて使用することができる。
【００６０】 図３Ａは、２つのアーム１０，１０′が連続的に使用される状況を示している
。アーム１０の左側に位置するアーム（図示せず）が、まず、最も左側に位置す
る３つのカセットのうちいずれかからウェーハを取出し、その作業領域内におけ
る処理のために搬送する。次いで、このアームは、処理済みのウェーハを、作業
領域の最も右側に位置する共有カセット（網掛けで示す）へと搬送する。共有カ
セットとは、特定の共有領域におけるカセットとして定義され、一連のカセット
の各々は、共有領域を通過する際に共有カセットとして機能するということに留
意されたい。アーム１０は、その作業領域内に存在するカセットのうちのいずれ
かから処理済みのウェーハを取出し、処理のために搬送し、処理の後、作業領域
の最も右側に位置する共有カセットへと搬送する。次いで、アーム１０′が同様
の作業を行う。必要に応じて、いくつのアームでも同様に、連続的に配置するこ
とができる。
【００６１】 図３Ｂは、非放射状マルチカセット式処理装置を示している。コンベヤベルト
Ｂ上に連続的に配置された複数のカセットＣが、コンベヤベルト上に示す方向に
従って進行する。処理全体は、異なるステージに分割され、複数のカセットから
なるセットが各ステージを通過する。コンベヤベルトは、所定数のカセットから
なるセットがアームの作業領域（破線の矩形で輪郭を示す）に入るまで移動を続
ける。ロボットアームは、その作業領域内に存在するカセットのうちのいずれか
からウェーハを取出し、処理の後、別のカセットへと搬送する。ステージにおけ
る処理が完了すると、作業領域内の全てのカセットは、コンベヤによって次の処
理ステージへと搬送される。
【００６２】 図４は、ヨー運動を備えたロボットアームを用いて、半導体ウェーハ（カセッ
トＣ内では位置ずれしている）を“移動中”（ワークステーションＷへの経路上
を進む間）に位置合せする状況を示している。通常、このようなウェーハは、位
置合せを行い回転させてワークステーションへの搬送に適した配置とするために
、チャック上に置く必要がある。本発明の一実施形態によれば、例えばＣＣＤセ
ンサのような光学的センサで構成される縁部位置測定装置がウェーハの位置を測
定するために配置され、ウェーハ中心の目標位置からのずれが検出される。次い
でセンサアレイ（本実施形態では１つのセンサがアレイを構成する）が電気的計
算制御回路に信号を送り、該回路によってヨーモータ（サーボモータ３）が制御
されてアライメントのずれが修正される。次いでウェーハは、処理のために適し
たアライメントでワークステーションＷへと搬送される。
【００６３】 図４に示す実施形態におけるウェーハ搬送作業は以下のように要約することが
できる。 位置Ａ：中心ずれしたウェーハが元カセット内に収容されている。エンドエフ
ェクタ座標系は元カセット座標系に一致している。エンドエフェクタは、ウェー
ハがカセットから取出されるまで、それ自身の座標系に対して移動する（縦軸に
沿った並進移動）。 位置Ｂ：ウェーハは測定領域内を移動する。センサ（ＣＣＤ）の読取り値に基
づいて、エンドエフェクタ座標系に対するウェーハ中心の変位が計算される。ウ
ェーハ座標軸の各々は、対応するエンドエフェクタ座標軸に平行である。 ウェーハ搬送・中心合せ段階：位置Ｄに適切な配置状態（ウェーハ座標系は目
標カセット座標系に平行、かつ縦軸が一致する）で到達するようにウェーハを回
転させながら搬送する。エンドエフェクタは、位置Ｅに到達するまでウェーハ座
標系に対して移動する（縦軸に沿った並進）。 位置Ｅ：ウェーハは中心合せされている。ウェーハ座標系は目標カセット座標
系に一致している。
【００６４】 図５は、図４に極めて近いが、矩形形状のディスプレイパネルＰに対して“移
動中”の対象物位置合せを適用した状況を示している。“移動”の進行を表すた
めに、パネルは位置Ａ−Ｄで示している。本実施形態ではセンサアレイは３つの
センサを含み、そのうち２つは一縁部の検出のために、第３のセンサは、それと
垂直な縁部の検出のために設けられ、こうしてパネルの位置を完全に規定するこ
とができる。
【００６５】 図５の実施形態におけるパネル位置合せ作業は以下のように要約することがで
きる。 位置Ａ：フラットパネルは、角度方向及び並進方向のアライメント誤差をもっ
て元カセット内に収容されている。エンドエフェクタ座標系は元カセット座標系
に一致している。エンドエフェクタは、パネルがカセットから取出されるまで、
それ自身の座標系に対して移動する（縦軸に沿った並進移動）。 位置Ｂ：フラットパネルは測定領域内を移動する。センサ（ＣＣＤ）の読取り
値に基づいて、エンドエフェクタ座標系とフラットパネル座標系との間の並進オ
フセット及び角度オフセットが計算される。フラットパネル座標軸の各々は、対
応するエンドエフェクタ座標軸に平行である。 フラットパネル搬送・位置合せ段階：位置Ｃに適切な位置及び方向で到達する
ようにウェーハを回転させながら搬送する。パネル座標系は目標カセット座標系
に平行、かつ縦軸が一致する。エンドエフェクタは、位置Ｄに到達するまでフラ
ットパネル座標系に対して移動する（フラットパネルの縦軸に沿った並進）。 位置Ｄ：フラットパネルは位置合せされている。フラットパネル座標系は目標
カセット座標系に一致している。
【００６６】 図６Ａは、ヨーモータを備えていない従来のロボットアームによる作業を示し
ている。ウェーハは位置Ａで取上げられ、アームは、線分Ａ−Ｂに沿うＲ方向に
収縮する（停止時に振動が発生する）。次いでアームは、軸２１回りに円弧Ｂ−
Ｃに沿って回転する（停止時にはさらなる振動が発生する）。最後に、アームは
線分Ｃ−Ｄに沿ってＲ方向に伸長し、位置Ｄにウェーハを置く。図６Ａの右に示
すグラフは、停止／始動の動きを表している。
【００６７】 図６Ｂは、同一の移動結果となる位置Ａから位置Ｄへの搬送を示しているが、
この搬送は滑らかに制御され、特に半導体の分野において高速で実施されると顕
著な振動が発生する中間停止を伴わない。経路は連続的な軌道Ａ−Ｄに沿って形
成されている。
【００６８】 図９は、３つのハンド部を備えたエンドエフェクタ１１８を示している。この
エンドエフェクタは、図１Ｂに示すエンドエフェクタ軸２５から１２０°の方向
に延在する複数の固定ハンド部を備えている。電気的計算手段９６は、位置計算
手段１０２を用いて、生産量を増大させるべく最も効率的にヨーモータ（サーボ
モータ３として図示）を制御する。ヨー運動が制御されることによって、２つま
たは３つのハンド部を有しＺ軸を横切るように可動とされる軸を有しているエン
ドエフェクタを用いる必要がなくなり、また、Ｚ軸を横切る伸縮運動が不要とな
る。
【００６９】 フラットパネル搬送装置またはその類いのために、例えば付加的（第５）モー
タを設けるなどして、さらなる自由度を付与することができる。付加的モータは
、便宜上Ｅ軸と称し、エンドエフェクタ１８の長手方向軸であるロール軸回りに
エンドエフェクタを回動させる。このようにして、パネルをロール軸回りに回転
させて鉛直面内に配置することができる。
【００７０】 場合によって、特に、アームアッセンブリ１０を主軸２１に沿って移動させる
エレベータ３１０に傾きが生じ、カセットまたはワークステーションが主軸２１
と平行になっていないアライメント誤差があるとき、図２１Ａ，２１Ｂに示すよ
うに、エンドエフェクタ１８をロール軸３０４回りに回転させるための最遠方軸
モータ３０２を、エンドエフェクタモータ（例えばサーボモータ３）に置換えて
用いることが可能であることに留意されたい。基本的に、エレベータ３１０は、
軸２１を、ウェーハ／パネルを保持するカセット／ワークステーションの略鉛直
軸に対して整列させるのに十分なだけ傾き、モータ３０２はエンドエフェクタ１
８を傾けるように機能し、こうしてエンドエフェクタは、処理のためにウェーハ
／パネルを取上げ搬送するのに適切な角度をもってウェーハ／パネルに接近する
。その他に必要な修正は、以下に詳細説明するように行われる。
【００７１】 実際には、図２１に示す実施形態は以下のように作用する。エレベータ３１０
の軸周りには、１２０°の等間隔でピエゾ結晶体が配置されている。各ピエゾ結
晶体は、それぞれ座標を有し、その座標は対応するフィードバックセンサ３１３
によって測定され、アームリンクの平面が所定角度となるように適切に制御され
る。フィードバックセンサは、ロボット基台３２８（下部プレート）の傾きを検
出するように機能する。Ｙモータ及び／またはＥモータの位置は、以下に説明す
るように調整される。すなわち、各モータの位置が検出されてコンピュータ制御
装置に伝達され、この制御装置によってモータは目標とする方向及び位置に制御
される。
【００７２】 図示の実施形態では、エンドエフェクタ１８は、最遠方リンクに回動自在に取
付けられた近接側部分３１７と、遠方側部分３１９とを備えている。エンドエフ
ェクタ１８の近接側部分３１７または遠方側部分３１９のいずれか一方には、ロ
ールモータが配置される。図示の形態では、モータ３０２が近接側部分３１７に
対して剛体的に取付けられ、モータシャフト３１５が遠方側部分３１９に対して
剛体的に取付けられている。従って、シャフト３１５がロールモータ３０２によ
って回転駆動されると、遠方側部分３１９は、近接側部分３１７に対してロール
軸３０４回りに回転する。Ｙモータを備えているので、Ｅモータのための精密な
位置合せは不要である。Ｅモータを設けずに、必要に応じてベルト・プーリ装置
を設けて必要なロール運動を実現してもよい。しかし、一般的には、図示のよう
にロールモータを備えている方が好ましい。
【００７３】 本明細書における他の部分で説明したような適切なセンサが、近接側部分と遠
方側部分との間の相対位置関係を検出するように機能する。この位置情報はコン
ピュータ制御装置へと伝達され、制御装置は制御信号をモータへと伝達して近接
側部分と遠方側部分との間の相対位置を制御する。こうしてロール運動が実現さ
れる。本明細書における他の部分で説明したように、Ｙモータを作動させること
によってＹ運動が実現される。全ての運動は、種々のモータのシャフト位置を検
出するセンサを利用し、位置情報をコンピュータに伝達することによりコンピュ
ータ制御される。
【００７４】 図２２は、本発明の特定の実施形態において有用な全方向に傾き調節可能なエ
レベータ構造体３１０を示している。エレベータは、収縮形態（実線）及び伸長
形態（２点鎖線）の両形態で示している。
【００７５】 エレベータ構造体３１０は、２つの個別部分から構成されている。具体的には
、まず剛体フレーム３１２である。剛体フレーム３１２は、上方を向く平坦面３
１６と、構造体上端部３２０を有する剛体鉛直構造体３１８と、構造体上端部３
２０に取付けられたフランジ３２２とを備えた基台３１４を含む。剛体構造体３
１８は、平坦面３１６から垂直上方に向けて構造体上端部３２０へと延在してい
る。フランジ３２２は平坦面３１６と略平行である。
【００７６】 エレベータの第２の部分は、剛体フレーム３１２に伸縮自在に取付けられた昇
降構造体３２４である。昇降構造体３２４は、フランジ３２２内に形成された開
口部３２５を通じて昇降する。可動昇降構造体３２４は、上部プレート３２６と
、上部プレート３２６から離隔して略平行に設けられた下部プレート３２８と、
同一平面内に配置されず直線的に延在する少なくとも３つの平行部材３３０とを
備えている。部材３３０の各々は、上端部３３２と下端部３３４とを備えている
。部材３３０の各々は、上部プレート３２６から下部プレート３２８へと延在し
ている。部材３３０は、それぞれ、プレート３２６、３２８に対して垂直である
（但し、傾斜時にはそうではない）。同一平面内に配置されていない部材は、上
部プレート３２６及び下部プレート３２８の輪郭において略等間隔に配置されて
いる。
【００７７】 複数の上部ユニバーサルジョイント３３６は上部プレート３２６によって支持
されている。“ユニバーサルジョイント”という用語は、ここでは、２自由度ま
たは３自由度を有するジョイント、及び、プレートその他の部材に連結されてそ
れらの動きを規制する運動学的に前記ジョイントと同等のジョイントを含むもの
とする。上部ユニバーサルジョイント３３６の数は、直線的に延在する部材３３
０の数と同じである。上部ユニバーサルジョイント３３６の各々は、直線的に延
在する部材３３０のうち対応する１つの部材の上端部３３２を上部プレート３２
６に、自在の動きを許容する形態で取付けている。
【００７８】 同様に、下部プレート３２８によって支持される複数の下部ユニバーサルジョ
イント３３８が設けられている。下部ユニバーサルジョイント３３８の数は、直
線的に延在する部材３３０の数と同じである。下部ユニバーサルジョイント３３
８の各々は、直線的に延在する部材３３０のうち対応する１つの部材の下端部３
３４を下部プレート３２８に、自在の動きを許容する形態で取付けている。
【００７９】 図２３に示されるモータ手段３４０は、基台３１４によって堅固に支持されて
いる。モータ手段は、直線的に延在する各部材３３０を、他の部材３３０とは独
立に、基台３１４に向けて、あるいは基台３１４から離れる方向に移動させる機
能を有している。好ましい形態のモータ手段は、独立した３つのモータ３４２を
備えている。図２３には、そのうちの１つを示している。各モータは、ベルト・
プーリ装置３４４を介して親ねじ３４６を回転させる。親ねじ３４６は、基台３
１４及びフランジ３２２に回転可能状態で取付けられている。直線的に延在する
部材３３０にはブラケット３５２が取付けられている。ブラケット３５２は、穴
部３５６を有する延在アーム３５４を備えている。穴部３５６内には、例えばボ
ールねじ（これが好ましい）または螺合ねじのような、親ねじ３４６に螺合する
ねじ従動体３５７が収容されている。こうして、モータ３４２によって親ねじ９
３４６が回転駆動されると、モータ３４２の回転方向に応じてブラケット３５２
が所定方向に移動し、従って直線的に延在する部材３３０が直線的に変位する（
全てのモータが同一運転されない場合には、上部プレート３２６及び下部プレー
ト３２８を傾斜させることになる）。変更形態として、より複雑なプーリ／ベル
ト装置及び適当なギア及び／またはクラッチと共に、単一のモータを用いること
もできる。
【００８０】 本発明による伸縮エレベータ構造体３１０は、概して、本明細書に記載の物体
位置決め装置３６０と組合せて用いると有用である。物体位置決め装置３６０は
、図２４に示すように、エレベータ構造体３２４の上部プレート３２６または下
部プレート３２８に適切に取付け可能である。図示の形態では、物体位置決め装
置３６０は上部プレート３２６に取付けられている。図２４に示す装置は、フォ
アアーム３６４に回動自在に連結されたエンドエフェクタ３６２を備え、フォア
アーム３６４は、近接側アーム３６６に回動自在に連結されている。近接側アー
ム３６６は、軸３６９回りに回動自在の状態でポスト３６８に連結されている。
ポスト３６８は、従来の方式で鉛直に移動可能とされ、Ｚ軸運動を実現する。エ
ンドエフェクタ３６２は、半導体ウェーハ及びその類いを容易に把持できるよう
に、従来方式の負圧把持手段を備えていてもよい。全ての部材は、制御手段、す
なわち計算手段９６により、従来方式で制御される。
【００８１】 テーブルの配置に関しては、ある程度の柔軟性が必要であることを理解された
い。ロッド及びテーブルが剛体である一実施形態においては、前述のように、ユ
ニバーサルジョイントがある程度の柔軟性を与える。このように柔軟性が要求さ
れるのは、テーブルが傾いた際に、ジョイントの中心間距離が変化するからであ
る。図４０は、対称状態（全てのプレートが平行）にある傾斜機構を示している
。この場合、ジョイント３３８1，３３８2の中心間距離（Ｉ）は、対称状態が保
持されている限り変化しない。しかし、図４１に示すように、上部プラットフォ
ーム３２６の第１端部３２６1が、第２端部３２６2より高い位置に来ると、ユニ
バーサルジョイント３３８1，３３８2の中心間距離（Ｉ）は、対称状態よりもｄ
１だけ長くなる。このようにして、ユニバーサルジョイントには、テーブルの移
動に伴う距離変化量ｄ１を許容するだけの柔軟性が求められる。図４２は、弾性
部材としてブッシュを用いて変化量ｄ１を許容するようにした第１の提案形態を
示している。図４３は、ロッド自体を弾性的に変形可能とした第２の提案形態を
示している。当業者には明らかであるように、構成部材の剛性は有限であるので
、弾性変形は、ロッド及びジョイントの双方に生じ得る。
【００８２】 図４４−４７は、図２２−２６に示すエレベータテーブルの変更形態を示して
いる。この実施形態では、エレベータ構造体をよりコンパクトにしてロボットの
ための物理的空間が限られている場合に適した形態とするために、エレベータね
じ３４６−１がアーム部材３３０−１の内部に配置されている。フレーム３１２
のベース部にはスプリング部材３６０が設けられ、平行なアーム部材３３０−１
が回転しないようにしている。３つのモータ手段３４０−１，３４０−２，３４
０−３が、それぞれ、３つのベルト・プーリ装置３４４−１，３４４−２，３４
４−３に連結され、前述と同様に、ねじを回転させてプラットフォーム３２２−
１を昇降させるように構成されている。
【００８３】 適切な位置測定センサシステム３７０（図２４）には、ａ）エンドエフェクタ
３６２の遠方側端部から長手方向にワークピースと平行に進行する第１信号（例
えば光信号または音波信号）を送信するための信号送信手段と、ｂ）衝突信号に
対応した信号を発生する信号検出手段（光信号検出器または音波信号検出器）と
、ｃ）ワークピースからの第１信号の反射エネルギを収集して信号信検出手段へ
と伝達するエネルギ収集・伝達手段とを含めることができる。ワークピースの１
つからの第１信号の反射によるエネルギの存在有無に対応した信号を制御手段へ
と伝達するために、状態信号伝達手段が設けられる。
【００８４】 位置測定センサシステム３７０は、把持されるべきウェーハ、パネル、カセッ
ト、またはワークステーションが、正しいアライメント状態にあるか、または、
傾き等のアライメント誤差を有しているを検出するために、エンドエフェクタ３
６２上に設けることができる。傾き誤差がある場合、エレベータ構造体３１０を
利用して物体位置決め装置３６０全体を傾け、エンドエフェクタ３６２上に設け
られた負圧把持装置を、ウェーハ把持に適したアライメントに調整することがで
きる。エンドエフェクタ３６２は、ｎ番目の軸２５回りに、またはエンドエフェ
クタ３６２の長手方向軸線３０４回りに、それぞれに応じてサーボモータ３また
はモータ３０２によって、適切に傾斜させることができる。
【００８５】 基本的に、エレベータ構造体３１０の傾きは、サーボモータ３及びロールモー
タ３０２を用いて調整され、こうして、ウェーハ／パネル／その他の位置を、半
導体／パネル処理におけるウェーハ／パネル処理ステーションへの搬送に適した
位置に調整することができる。図２４を参照すると分かるように、ここでは物体
位置決め装置３６０を２つの位置で示している。一方の位置は、ロッド３６８及
びエレベータ３１０の双方を最も収縮させた状態に対応し、他方の位置は、エレ
ベータ３１０及び物体位置決め装置３６０を少なくとも部分伸長させた状態に対
応している。
【００８６】 図示の実施形態では、物体位置決め装置３６０が、上部プレート３２６によっ
て支持された底部３６３を備えている。物体位置決め装置３６０は、フランジ３
２２内に形成された中央開口部３２５を通じて上部プレート３２６の上方へと伸
長する。図２２−２４に図示する特定の実施形態では、ねじ／ブラケット／直線
的に延在する部材の組合せが、円形状であるフランジ３２２の周囲に等間隔で３
つ配置されている（その内１つのみ図示）。剛体鉛直部材３１８によって構造体
の剛性が高められている。図示の実施形態では、剛体鉛直部材３１８は、剛体か
らなり基台３１４からフランジ３２２へと延在する３本のチューブで構成されて
いる。
【００８７】 図２５，２６に示すように、第１メンブレン３８４に空気圧シリンダ３８６が
取付けられている。フランジ３９２は、ボルト３７９によって第２メンブレン３
８２に堅固に取付けられている。圧力シリンダ３８６を作動させると、シリンダ
ロッド３８９がフランジ３９２に力を加える。フランジ３９２は、この力を第２
メンブレン３８２へと伝達する。その結果、エレベータ３１０の底部にボルト３
９１によって堅固に取付けられた第２メンブレン３８２が上方に向けて傾く。同
時に、第１メンブレン３８４は下方に向けて傾く。
【００８８】 メンブレン３８２，３８４の変形を制御する別の機構が設けられる。フランジ
３８５は、第１メンブレン３８４の下方に間隙をもって配置されている。構造体
３８８は、その上端部３９３がフランジ３９２に取付けられている。構造体３８
８は、第１メンブレン３８４を非接触状態で貫通し、その下部はフランジ３８５
に取付けられている。調整機構３８７は、フランジ３８５を第１メンブレン３８
４に対して近づけたり、遠ざけたりする。こうして、フランジ３８５と第１メン
ブレン３８４との間に形成される間隙３８１によって、シリンダロッド３８９の
変位量、ひいては第１・第２メンブレン３８４，３８２の変形量が決定される。
【００８９】 図２７，２８は、エンドエフェクタのピッチ軸回りに行われＥ軸とＹ軸とに垂
直でありＪ運動と称されるさらなる運動を実現する本発明の実施形態を示してい
る。この実施形態では、エンドエフェクタ１８の近接側部分と遠方側部分との間
に作用してＪ軸回りの回動を実現するピッチモータが設けられている。この動き
は、フラットパネルを水平状態から鉛直状態へと回動させる際に有用である。こ
の動きはまた、カセットを、例えば水平のカセットまたはワークステーションか
ら、鉛直のカセットまたはワークステーションへと搬送する場合、あるいは単純
に、水平状態にないカセットへと搬入及び／または水平状態にないカセットから
の搬出を行う場合に有用である（カセット１，２，３参照）。Ｙ運動及びＪ運動
の双方が実現されている場合には、カセットを放射状に配置する必要はない。
【００９０】 多機能性を与えるＹ，Ｊ，Ｅ運動は、単一のエンドエフェクタによって実現さ
れることに留意されたい。Ｊ運動及びＥ運動の双方を実現するためには、エンド
エフェクタに、近接側部分と、中央部分と、遠方側部分とを設ける必要がある。
Ｊモータは、他の全てのモータと同様に、適切なセンサを設け、コンピュータ制
御装置へと信号を送信し、制御装置からＪモータへと制御信号を送信するという
方式で制御される。
【００９１】 ここで図２１Ａ，２１Ｂを再度参照する。図示のロボットアームは、３次元空
間において、制御された７自由度の運動を実現できる。Ｙ軸とＥ軸の組合せは、
２自由度のリスト部が、Ｒ，θ方向という２自由度で運動可能である“平面的な
”２次元アームに取付けられた状態と考えることができる。アーム全体が、鉛直
方向（Ｚ方向）に変位するプラットフォームに球面接続されている。球面ベアリ
ング回りのアームの回動（傾斜変位）は、３つのピエゾ結晶体によって制御され
る。各ピエゾ結晶体は、既に述べたように、対応するフィードバックセンサによ
って検出されるそれ自身の一般化座標を有している。各ピエゾ結晶体は、リンク
で構成される平面が所定の傾きに調整されるように、適切に制御される。
【００９２】 図２９Ａ，２９Ｂは、ヨーモータとダブルエンドエフェクタ７１８とを備えた
ロボットの一実施形態を示している。エンドエフェクタの各遠方側部分７１８ａ
，７１８ｂは、それぞれ、それ自体が有するピッチモータ７２２ａ，７２２ｂ及
び適切なセンサ７２４ａ，７２４ｂによって、対応するピッチ軸７２０ａ，７２
０ｂ回りに回動可能とされている。上記各モータ及びセンサは、コンピュータ制
御装置９２と通信を行い、これによって制御される。この実施形態は、ワークピ
ースを再配置する際に、ワークステーションまたはカセットの搬送に必要な時間
を最短化する。ワークピースは、第１エンドエフェクタ部分のピッチ軸を傾けて
第１エンドエフェクタによって把持され、ワークステーションにおいて、第２エ
ンドエフェクタ部分に把持されたワークピースと交換される。
【００９３】 図３０Ａ，３０Ｂは、Ｊ軸を備えたロボットアームが、鉛直状態及び水平状態
に配置されたカセットＣからワークピースを取出すために使用されている状況を
示している。
【００９４】 図３１Ａ，３１Ｂは、各リスト部がＹ，Ｊ，Ｅ運動を行うデュアルエンドエフ
ェクタを備えたロボットアームを示している。結果として、全方向に調節可能な
リスト部が実現されている。この構造では傾斜式エレベータは不要である。なぜ
なら、ロボットは、θ，Ｒ，Ｚ，Ｙ，Ｅ，Ｊ運動を利用することによって、Ｚ軸
に対するカセット／ワークステーション軸のいかなるアライメント誤差をも補正
することが可能だからである。作業領域内においてアームは、どのように配置さ
れたカセットにも到達することができ、またワークピースを出し入れするために
カセットの入口に接近することができる。
【００９５】 カセット内で傾いたワークピースを把持する際に、またはＺ軸に対して傾いた
カセットからワークピースを取出す際にエンドエフェクタ１８のアライメント調
整のためにエレベータが傾斜している場合には、エンドエフェクタ１８の位置を
修正することが重要である。傾きはロボットアーム１０が取付けられるエレベー
タプラットフォームに生じており、エンドエフェクタはエレベータプラットフォ
ームの面から外れた面内に存在しているので修正が必要である。これらの修正は
、図３２−３４Ｂを参照することによって理解される。
【００９６】 図３２は、アーム部分を２つの異なる位置で示しながらロボットアーム１０及
び傾斜可能なエレベータを示している。カセットの緯度方向のアライメント誤差
を修正するためにエレベータプラットフォームを水平状態から傾けた場合、符号
ｄαで示す角度修正によって、符号ｄＲ及びｄＺで示すＲ方向及びＺ方向の誤差
が生じる。コンピュータ制御装置は、既知のジオメトリ及び既知の数値ｄαを用
いて、必要なＲ，Ｚ方向修正を単純に行う。
【００９７】 図３３は、カセットの長手方向アライメント誤差を補正する場合に必要とされ
る修正の状況を示している。ここでもアームは２つの位置で示している。エンド
エフェクタの面と、ロボットアームが支持されるエレベータプラットフォームの
面とが分離しているので、プラットフォームの角度変化ｄαは、エンドエフェク
タのヨー方向、Ｒ方向、θ方向の誤差を生じさせる。コンピュータ制御装置は、
既知のジオメトリ及び既知の数値ｄαを用いて、必要な修正値を単純に計算して
、修正を実行する。図３４Ａ，３４Ｂは誤差を示す図であり、図３４Ａは、修正
前の状態を示しており、ロボットアームのＺ軸のずれｄｓによって、右側に示す
アームはｄｒだけオフセットしている。図３４Ｂは、ｄθ，ｄＹ，ｄＲ（Ｒ２−
Ｒ１）修正を示しており、この修正によってエンドエフェクタは、図３４Ａに示
す右側のアームの位置から所定の位置及び角度にシフトされている。
【００９８】 以上においては特定の傾斜可能なエレベータ構造体を説明してきたが、コンピ
ュータ制御される他の傾斜可能エレベータ装置を用いることもできること、及び
、そのような改良は傾斜可能エレベータ装置に１または複数のリスト軸回りのコ
ンピュータ制御回転運動を組合せて自由度を増加させることによって実現可能で
あることは当業者には明らかである。
【００９９】 本発明により、及び、上記に記載した装置を用いることにより、水平状態に対
して（または別の装填状態に対して）アライメント誤差を有しており、本来は水
平配置されるべき（便宜上は水平配置されたワークピースと言う。但し、初期配
置はこれに限定されないことに留意されたい。）概して平坦なワークピースを取
上げる方法が提供される。この場合、ワークピースは、間隔をもって積重ねられ
た複数のワークピースのうちの１つである。まず、エンドエフェクタ３６２がワ
ークピース近傍に移動する。エンドエフェクタ３６２上のセンサ３７０を用いて
、把持前に各ワークピースのアライメントを測定する。ワークピースのいずれか
でもアライメント誤差を有している場合には、その誤差の程度が測定され、コン
ピュータ制御手段９６へと伝達される。コンピュータ制御手段９６は、モータ手
段３４０とサーボモータ３、及び／または、モータ２と物体位置決め装置を制御
して、エンドエフェクタ３６２のアライメントを、アライメント誤差を有する取
上げられるべきワークピースに合せる。次いで、ワークピースを目標の配置状態
とするためにモータ手段３４０が再度制御される。
【０１００】 本発明はまた、長手方向に延在するｎ個のリンクを備えたアーム構造体１０を
制御する方法を提供する。ｎが２またはそれ以上の整数である場合、各リンクは
近接側端部と遠方側端部とを有する。本方法によれば、半径方向駆動シャフト、
回転駆動シャフト、及びエンドエフェクタ駆動シャフトの回動位置が全て測定さ
れる。回動位置に応じた電気信号が生成される。種々の駆動シャフトの回動位置
に対応した電気信号は、電気的計算手段に伝達され、図８に示す流れに従って処
理される。電気的計算手段は、駆動シャフトの回動位置に対応した電気信号に基
づいてエンドエフェクタ１０の位置を計算する。電気的計算手段はまた、駆動モ
ータを制御してエンドエフェクタを移動させ、エンドエフェクタの可動範囲にお
いてエンドエフェクタを任意の目標位置に配置する。
【０１０１】 ２つのヨー駆動装置とデュアルエンドエフェクタとの組合せによって、θ軸回
りにエンドエフェクタを回転させることなく、２つの同一なカセットまたは処理
ステーションにエンドエフェクタの両ハンド部を到達させることができる。２つ
のハンド部を有するエンドエフェクタを、各々が独立のヨーモータによって駆動
される２つの単一エンドエフェクタに置換えることによって、最小作業領域を拡
大することなく、処理ステーションにおけるウェーハ交換が極めて迅速に行える
ようになる（一方のエンドエフェクタを他方のエンドエフェクタに重ねて配置す
ることが可能であるので、最小作業領域は、単一エンドエフェクタを備えＹ軸回
りの回転可能とされたロボットの場合と同一である）。このような交換作業は、
多くの処理工程において障害となっている。
【０１０２】 図３９Ａ−３９Ｆは、上記実施形態の一例を示している。図３９Ａでは、処理
済みのウェーハがワークステーション内に配置され、アームが、処理を待つ別の
ウェーハを保持している。アームは、図３９Ａに示す位置から図３９Ｂに示す位
置へと直線的に伸長し、次いで、図３９Ｃに示す位置へと直線的に戻る。これら
の作業中、直線的移動経路を実現し、さらに、作業領域（図中における水平直線
間の領域）内で、エンドエフェクタに未処理のウェーハを搬送させるように、両
ヨーモータは、同軸配置された２つのＹ軸回りの運動を実現させる。図３９Ｄは
、処理済みのウェーハを右側に回動させ、未処理のウェーハを直線的にワークス
テーション内へ投入する様子を示している。図３９Ｅ及び図３９Ｆは、未処理の
ウェーハのワークステーション内へ投入の完了状態を示している。
【０１０３】 図１０−１２は、本発明の一実施形態による蛙足タイプリンケージの一例を示
している。ロボットアーム機構４１０は、ほとんど動かない固定構造体４１２を
含み、固定構造体４１２は、異なる高さの一対の中空部材４１６，４１８を介し
て蛙足タイプリンケージ４１４を支持している。
【０１０４】 蛙足タイプリンケージ４１４は、それぞれに近接側端部４２４，４２６と遠方
側端部４２８，４３０とを有する一対の近接側リンク４２０，４２２を備えてい
る。近接側端部４２４，４２６は、それぞれ、中空部材４１６，４１８に回動自
在に取付けられ、こうして、近接側軸４３２，４３４回りに、機構４１０のショ
ルダー部と称する部位において回動するようになっている。一対の遠方側リンク
４３６，４３８は、それぞれ、近接側端部４４０，４４２で近接側リンク４２０
，４２２の遠方側端部４２８，４３０に回動自在に連結されている。こうして、
遠方側リンク４３６，４３８は、軸４４４，４４６回りに、機構４１０のエルボ
ー部と称する部位において回動するようになっている。遠方側リンク４３６，４
３８は、それぞれ、遠方側端部４４８，４５０を有し、遠方側端部４４８，４５
０は、相対回転可能であるように互いにヒンジ結合され、さらにエンドエフェク
タ４５２にヒンジ結合され、遠方側軸４５４回りに、機構４１０のリスト部と称
する部位において回動するようになっている。近接側リンク４２０，４２２同士
、及び遠方側リンク４３６，４３８同士は、それぞれ異なる長さとすることもで
きるが、それぞれ同一長さとされていることが望ましい。全てのリンクを同一長
さに形成する必要はない。
【０１０５】 図１０−１２に示す実施形態では、所定の運動を実現するために３つのモータ
が設けられている。図１１にはショルダーモータ４５６を示している。このモー
タは、図１０に矢印で示すようなショルダー部における動きを実現する。図１０
にはエルボーモータ４５８を示している。エルボーモータが近接側リンク４２０
の長さ方向に沿って伸縮するとエルボー部における回動が実現される。図１１，
１２に示すヨーモータ４６０は、リスト部におけるヨー運動を実現する。ショル
ダーモータ４５６及びリストモータ４６０の回転状態とエルボーモータ４５８の
伸長状態とを表す信号を受信するために、信号受信線９２を介して電気的プロセ
ッサ９６が接続されている。上記信号は、信号発信のために取付けられたセンサ
によって生成される。電気的プロセッサはまた、符号１００，１０６，１０８で
示す制御配線を介して、モータ４５６，４５８，４６０を制御し、こうして、エ
ンドエフェクタ４５２を任意の方向で位置決めする。リンケージ４１４が有する
複数のリンクは連動するように連結されているので、任意の動きを得るために、
１つのショルダーモータ及び１つのエルボーモータのみしか必要とされないこと
は明らかである。必要に応じて、傾斜エレベータを設けることが可能であるよう
に、Ｅ運動及び／またはＪ運動を備えることもできる。
【０１０６】 図１３は、本発明による別形態の蛙足タイプ構造体を示している。ロボットア
ーム機構５１０は、異なる位置に配置されたモータ５６０と共に示されている。
リスト運動は、モータ５６０のシャフト５６８の回転運動によって実現される。
シャフト５６８が回転した際にリスト部を駆動するように、適切なベルト・プー
リ手段が設けられている。シャフト５６８はプーリ５７０を回転させ、プーリ５
７０は、ベルト５７２とプーリ５７４とを介してシャフト５７６をベアリング５
７８内で回転させる。シャフト５７６はプーリ５８０を回転させ、プーリ５８０
は、ベルト５８２とプーリ５８４とを介してシャフト５８６をベアリング５８８
内で回転させる。シャフト５８６はその上部５９０で、デュアルエンドエフェク
タ５５２の回転駆動部に連結されている。
【０１０７】 図１３に示されているエルボーモータ５５８は、プーリ５９４を駆動する回転
シャフト５９２を備えている。ベルト５９６は動力をプーリ５９８に伝達し、プ
ーリ５９８はベアリング６０２内でシャフト６００を回転させる。シャフト６０
０の上部６０４は、遠方側リンク５３６の近接側端部５４０に連結されており、
こうして、エルボー部回りに近接側リンク５２０と、対応する遠方側リンク５３
６とを相対回転させる。
【０１０８】 図示する両実施形態において、エルボーモータは、ショルダーモータが駆動す
るリンケージに対向するリンケージ、すなわち、近接側リンクと遠方側リンクと
からなる異なる一対を駆動するように取付けられている。これは、構造の簡単化
のためである。
【０１０９】 図１３に示す実施形態では、エルボー運動を実現するベルト・プーリ装置及び
リスト運動を実現するベルト・プーリ装置は、対向するリンケージ内に配置され
る。なぜなら、そうしないと互いに干渉する可能性があるからである。
【０１１０】 図１４は図１３に極めて似ている。異なる点は、シャフト５８６がプーリ５８
４から延在する方向であり、その違いに応じて、組合されるリンク及びシャフト
６００の位置が異なっている。
【０１１１】 上記の蛙足構造体は固定構造体内にモータを有しているが、非真空環境内、ま
たは真空環境でスペースの問題がない場合、非蛙足形態で構成し、リストモータ
及びエルボーモータを、それぞれリスト部及びエルボー部に近接させて、または
それぞれの部位そのものに設けることができることに留意されたい。
【０１１２】 図１５Ａ，１５Ｂは、アーム機構５１０，６１０の作業領域を概略的な平面図
で示している。図１５Ａには、ワークピースを収容している複数のカセット６０
５（２つを図示）及び／または複数のワークステーション６０６を示している。
ワークステーション６０６及びカセット６０５はロボットアーム機構５１０，６
１０の中心から放射状に配置されておらず、従って、Ｒ及びθ方向にしか運動で
きないアームでは、アーム機構５１０，６１０のエンドエフェクタ５５２のよう
に、カセット等にエンドエフェクタを垂直に進入させることはできないことに留
意されたい。また、アーム機構５１０，６１０は、どのカセット／ワークピース
６０５，６０６に対しても垂直に方向を調整し、進入し、またはそれらから退出
することができることに留意されたい。ワークステーション６０６及びカセット
６０５がショルダー部に対して放射状に配置されていなくても、ヨー運動機能を
用いることによって、エンドエフェクタ５５２が各ワークステーション６０６及
びカセット６０５に対して直線的に進入できるようにエンドエフェクタ５５２の
方向調整をすることが可能である。このようにして、上記のロボットシステムは
、直線的に配置されたカセットを扱うために軌道によってロボットが搬送（並進
移動）される高価な小型軌道システムに完全に置換えて使用することができる。
これらの運動はリストモータの存在によって実現可能となっている。２またはそ
れ以上のハンド部、例えば図示のように２つのハンド部５５２ａ，５５２ｂを備
えたエンドエフェクタ５５２は、特に効率的であり、少ない停止時間で迅速な作
業を可能とする。同様の理由で、さらなるハンド部を用いることにより、上記利
点がさらに顕著になる。３つのハンド部を備えたエンドエフェクタは作業効率が
さらに良い。もちろん、ワークピースを取上げるための空間、及びカセットの開
口部の大きさは限られているので、作業に干渉が発生するほどにハンド部の数を
増加させることはできない。
【０１１３】 リンケージ５１４が互いに干渉せず、固定構造体５１２とも干渉せずに図１５
に示す動きを実現するために、リンクは互いに鉛直方向にオフセット配置されて
いる（図１３，１４参照）ことに留意されたい。
【０１１４】 本発明によれば、ショルダーモータ駆動シャフト６２２の軸５４４回りの回転
位置を示す数値を測定し、ショルダーモータ駆動シャフト６２２の回転位置を示
す電気信号を発生させるために、実際には増分フォトエンコーダで構成されるシ
ョルダーモータセンサ手段６２０（図１３に示す）が設けられている。実際には
、このようなモータセンサは、モータハウジングの延長部分６２１内に収納され
て販売される。結果として得られる電気信号は、必要な数値、すなわちショルダ
ーモータ駆動シャフト６２２を表す。フォトエンコーダは、光源と、光源からの
光が遮蔽されていない場合にこれを受けるように整列配置された光センサとから
構成され得る。光源からの光線は回転シャフトに平行に照射される。回転シャフ
トにおいて光源と光センサとの間の位置には、光線に当るような概して円形のデ
ィスクが設けられている。ディスクは、透明部分と不透明部分とを交互に有し、
モータの回転中に光センサで生成されるパルスの数はモータの速度、ひいてはシ
ャフトの回転位置を示す。図１７Ａ，１７Ｂにその構造を示している。
【０１１５】 ショルダーモータ駆動シャフトの回転位置を示す電気信号を電気的計算手段９
６に伝達するために、線９２で示される（図１２）手段が設けられている。同様
に、図１０に示すエルボーモータ駆動シャフトにねじ連結されシャフトの回転に
従って伸長するフォロワ６２６の伸長量（図１０−１２）またはエルボーモータ
駆動シャフト５９２（図１３）の回転位置を測定し、測定値に基づく電気信号を
発生するためにエルボーモータ駆動センサ手段６２４が設けられている。フォロ
ワ６２６は、遠方側リンク５３６の近接側端部５４０に取付けられており、フォ
ロワ６２６がエルボーモータ駆動シャフトの回転に伴って移動することによって
リンク間の角度が変化する。より一般的な変更形態として、シャフト５９２の回
転量を測定するために図１７Ａ，１７Ｂに示すセンサ構成を用いてもよい。シャ
フトの回転量測定値とシャフト５９２のねじピッチとから伸長量を計算すること
ができ、この伸長量と既知の幾何関係とから近接側リンク・遠方側リンク間の角
度を計算することができ、こうして目標値に角度調節することができる。フォロ
ワ６２６またはエルボーモータ駆動シャフト５９２の位置を表す電気信号を電気
的計算手段５６２に伝達するために線９２で示す手段が設けられている。
【０１１６】 本発明のセンサ手段を図１７Ａ，１７Ｂに示している。それぞれのモータシャ
フト５６８，５９２，６２２がそれぞれのモータ５６０，５５８，５５６のハウ
ジング内に有する延長部７００には、該延長部７００と共に回転するディスク７
０２が設けられている。図１７Ａでは符号７０４で示すそれぞれのセンサ６２０
，６２４，６２７は、ディスク７０２の下面に光線を当て、反射が生じた際にそ
れを検出する。ディスク７０２は、複数の非反射部分または開口部で分離された
複数の反射部分を有している（図１７Ｂ参照）。光線は反射部分でのみ反射され
る。反射部分及び非反射部分の位置と分離状態は既知であるので、結果として得
られる信号は、それぞれのシャフトの回転速度に比例する。
【０１１７】 その作用を概略的に図８に示す電気的計算手段５６２は、駆動シャフト及び／
またはフォロワ６２６の測定位置と種々のリンクの長さ及び種々のプーリの直径
などの幾何関係とからエンドエフェクタ５５４の位置を計算する位置計算手段を
備えている。電気的計算手段５６２はさらに、ショルダー駆動モータ５５６及び
エルボーモータ５５８を制御して、エンドエフェクタ５５４の位置を、必要に応
じて直線を含む任意の平面曲線軌道に従って移動させる駆動制御手段を備えてい
る。
【０１１８】 図１８Ａ，１８Ｂは、エンドエフェクタ５５２上に設けられたセンサ８００を
ワークピース位置決めチャック８０２と共に使用する状況を示している。チャッ
ク８０２は、その上に配置されたウェーハを回転させるために用いられ、こうし
て、平坦物の検出及び位置決めが可能であり、ウェーハ幾何中心をチャック８０
２の回転中心の合せることができる。これらの図では、ウェーハ８０４がチャッ
ク８０２上に載せられた状態を示している。センサは、ウェーハの輪郭部を受入
れる開口部８０６を有している。検出光線は、センサの上部８０８から下部８１
０へと通過してここで検知されるか、または、反射してセンサの上部８０８に戻
りここで検知される。このようにして、ウェーハ８０４を保持しているチャック
８０２が回転する際にウェーハの縁部を検出することが可能であり、さらに、平
坦物の位置及び方向に関する情報を抽出し、ウェーハ８０４の幾何中心位置を決
定することができる。エンドエフェクタ５５２の反対側の端部８１２は、次いで
、ウェーハを望ましい方向で取上げ、ワークステーションへと搬送することがで
きる。
【０１１９】 図１９は、固定された３つのハンド部を有するエンドエフェクタ９１０を示し
ている。このエンドエフェクタ９１０は、他の図に示すような固定された２つの
ハンド部を有するエンドエフェクタ５５２に置換えて用いることができる。
【０１２０】 図２０は、図１３に示す機構にＺ軸モータ９５０を付加した機構を示している
。この機構は、Ｚモータ９５０によって駆動される親ねじ９５２と、モータ５５
６，５６０を保持するフレーム９５６を昇降させる親ねじフォロワブラケット９
５４とを備え、こうしてＺ運動が実現される。
【０１２１】 以上述べたように、本発明は、アーム機構５１０，６１０を制御する方法を提
供する。アーム機構５１０を制御する方法によれば、エルボーモータ駆動シャフ
トの並進位置と、ショルダーモータ駆動シャフト及びリスト駆動シャフトの回転
位置とが全て測定される。そして、これらの位置を表す電気信号が生成される。
半径方向駆動シャフト、回転駆動シャフト、及びエンドエフェクタ駆動シャフト
の位置を表す電気信号は、図１２に概略的に示すように、電気的計算手段へと伝
達される。電気的計算手段は、駆動シャフトの位置を表す複数の電気信号からエ
ンドエフェクタ５５２の位置を計算する。電気的計算手段はまた、エンドエフェ
クタをその可動範囲内で任意の目標位置に移動配置するために駆動モータを制御
する。アーム機構６１０を制御する方法によれば、エルボーモータ駆動シャフト
、ショルダーモータ駆動シャフト、及びリスト駆動シャフトの回転位置が全て測
定される。そして、これらの回転位置を表す電気信号が生成される。その後の過
程はアーム機構５１０の場合と同様である。
【０１２２】 本発明はさらに、半導体ウェーハ及びフラットパネルディスプレイなどのワー
クピースを処理する方法を提供する。本方法では、概して平行に配置された複数
のウェーハ／パネルが、１または複数のカセット内に位置決めされる。この場合
、カセットは、必ずしもロボットアームの主軸に正確に平行な軸を有していなく
てもよい。アームは、選択的かつ独立にエンドエフェクタをヨー軸及び／または
ロール軸及び／またはピッチ軸回りに回動させるモータを備えている。アームは
また、アームのＲ，θ，Ｚ位置をモニターする手段と、アームリスト部のＹ位置
及び／またはＥ位置及び／またはＪ位置をモニターする手段と、これらの位置を
制御するコンピュータ制御手段とを備えている。一般的に、ワークピースがアー
ムに把持される際にワークピースのアライメントを測定するためのセンサ手段も
設けられる。アームを制御するコンピュータ制御手段を用いてウェーハが次々と
把持され、こうして、各ワークピースが把持され、処理を行うワークステーショ
ンへと適切なアライメントで順々に搬送される。その結果、許容される完成ワー
クピースが増加し、生産性が向上する。
【０１２３】 （産業上の利用可能性） 本発明は、種々の用途に有用な、特に、処理される半導体ウェーハの位置決め
及び処理されるディスプレイパネルの位置決めに有用な、ロボットアーム構造体
１０，５１０，６１０を提供する。本システムは、設計エンジニアに絶大な柔軟
性を与えると共に、アーム機構の操作中の振動を顕著に減少させる。結果として
、許容されるワークピースの生産量が増加する。
【０１２４】 以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明してきたが、さらなる改良を加
えることが可能であり、本出願は、概して本発明の原理に従ういかなる変更形態
、応用、適用を含むことを意図しているということを理解されたい。また、本発
明の本質的特徴に公知技術または本発明に係る分野の慣用技術を適用しても、本
発明の範囲及び本明細書に記載される特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１Ａは従来の技術を概略的に示す図、図１Ｂは本発明の一実施
形態による装置を概略的に示す図である。
【図２】 本発明の一実施形態による装置と、該装置が直線配置されたカセ
ット及びワークステーションに対して本発明の方法に従って使用される状態とを
示す概略図である。
【図３】 図３Ａは複数ロボットシステムと、該システムを本発明の一実施
形態において使用する状態とを示す概略図、図３Ｂはカセット搬送用非半径方向
複数ロボットアームシステムと、該システムを本発明の一実施形態において使用
する状態とを示す概略図である。
【図４】 半導体ウェーハまたはその他の円形対象物の中心合わせのための
センサアレイを組合せて使用される本発明の一実施形態を示す概略図である。
【図５】 フラットパネルまたはその他の角を有する対象物の位置合せに用
いられる図４と同様の装置及びセンサアレイを示す概略図である。
【図６】 図６Ａはヨー運動を有さない従来のロボットアームを用いたウェ
ーハの移動経路を示す概略図、図６Ｂはヨー運動を有する本発明のロボットアー
ムを用いたウェーハの移動経路をを示す概略図である。
【図７】 アームのコンピュータ制御における計算に用いられる種々の角度
を示す図である。
【図８】 コンピュータによる運動制御のフローチャートである。
【図９】 本発明の実施形態において仮想線で示す３つのウェーハを把持す
るのに適した３つのハンド部を備えたエンドエフェクタの平面図である。
【図１０】 ２つのハンド部を有するエンドエフェクタを備えた本発明の実
施形態としての蛙足タイプリンケージを示す平面図である。
【図１１】 図１に示す実施形態の部分断面側面図である。
【図１２】 図１０，１１に示す実施形態の端面図である。
【図１３】 本発明の他の実施形態の部分断面拡大端面図である。
【図１４】 本発明のさらに別の実施形態の部分断面拡大端面図である。
【図１５】 図１５Ａ，図１５Ｂは本発明の蛙足タイプリンケージの実施形
態の操作段階を示す平面図である。
【図１６】 本発明による運動制御の方法の数理を示す平面図である。
【図１７】 図１７Ａ，図１７Ｂは本発明の構造及び作用の詳細を示す図で
ある。
【図１８】 図１８Ａはウェーハの位置合わせをする本発明の実施形態によ
る装置の側面図、図１８Ｂは同装置の平面図である。
【図１９】 本発明の実施形態における３つのハンド部を備えたエンドエフ
ェクタの使用状態を示す平面図である。
【図２０】 Ｚ運動を組込んだ本発明の一実施形態を示す部分断面側面図で
ある。
【図２１】 図２１Ａは本発明の１または複数の実施形態による全方向調節
可能ロボットアームを示す側方断面図、図２１Ｂは同装置の平面図であり、図示
のアームはＹ運動とエンドエフェクタの長さ方向に延在するＥ軸回りのＥ軸回動
とを実現するものである。
【図２２】 本発明の一実施形態により構成され外方に向けて伸長した状態
を２点鎖線で示すエレベータ構造体の側方断面図である。
【図２３】 図２２に示す装置においてエレベータを傾斜させるためのモー
タの１つに沿って切った拡大側方断面図である。
【図２４】 図２２に示すエレベータを収縮状態及び伸長状態で示す図であ
り、エレベータには、一構成部材としてのセンサを含むロボットアーム機構が取
付けられる。
【図２５】 本発明の実施形態において有効なエレベータ構造体の下部の詳
細を示す部分拡大側方断面図である。
【図２６】 図２５と類似の視点で示す図であるが、図２５に示す個々の構
成部材の詳細を側面図及び平面図で示している。
【図２７】 Ｙ運動及びＪ運動を含む本発明の一実施形態による装置を図２
１Ａと同様に示す側面図である。
【図２８】 Ｙ運動及びＪ運動を含む本発明の一実施形態による装置を図２
１Ｂと同様に示す平面図である。
【図２９】 図２９Ａは各々のエンドエフェクタのウェーハ把持部（ハンド
部）がＹ運動及びＪ運動可能とされたデュアルエンドエフェクタを含む本発明の
一実施形態による装置を図２１Ａと同様に示す側面図、図２９Ｂは同装置を図２
１Ｂと同様に示す平面図である。
【図３０】 図３０ＡはＹ運動及びＪ運動が可能とされかつＺ軸に平行な面
内に配置されたカセットにアクセス可能な本発明の一実施形態による装置を示す
部分断面側面図、図３０Ｂは同装置の部分断面平面図である。
【図３１】 図３１Ａは各ハンド部においてＹ運動とＥ運動とＪ運動とが可
能とされたデュアルエンドエフェクタを含む本発明の一実施形態による装置を図
２１Ａと同様に示す側面図、図３１Ｂは同装置を図２１Ｂと同様に示す平面図で
ある。
【図３２】 本発明の一実施形態における緯度方向のアライメント誤差の補
正を示す側方断面図である。
【図３３】 本発明の一実施形態における長手方向のアライメント誤差の補
正を示す概略図である。
【図３４】 図３４Ａは長手方向アライメント誤差を示す平面図、図３４Ｂ
は本発明の一実施形態によるロボットアームの長手方向アライメント誤差補正を
示す平面図である。
【図３５】 図３５Ａはそれぞれに独立したヨーモータを備えたデュアルエ
ンドエフェクタから構成されるマルチエンドエフェクタのうちの２つを示す側方
部分断面図、図３５Ｂは同装置の平面図である。
【図３６】 図３５ＡにおけるＹ軸モータ断面を拡大して詳細に示す図であ
る。
【図３７】 デュアルハンド式エンドエフェクタにおけるエンドエフェクタ
最小作業領域を示す図である。
【図３８】 ２Ｙ軸シングルハンド式エンドエフェクタにおけるエンドエフ
ェクタ最小作業領域を示す図である。
【図３９】 図３９Ａ〜Ｆは本発明の一実施形態における１つの作動モード
を示す図である。
【図４０】 図２２〜２６に示され、テーブルの全てのプレートが対称関係
にあるエレベータ構造体の概略図である。
【図４１】 図２２〜２６に示すエレベータ構造体の上部プレートに角度が
与えられた際にジョイント間で生じる変形を示す図である。
【図４２】 ユニバーサルジョイント周りに弾性ブッシュを有する図２２〜
２６に示すエレベータ構造体の第１実施形態を示す図である。
【図４３】 弾性ロッド部材を有する図２２〜２６に示すエレベータ構造体
を示す図である。
【図４４】 本発明のロボットにおける使用に適したエレベータ構造体の変
更形態を示す側面図である。
【図４５】 図４４に示すロボットの第２の側面図である。
【図４６】 図４４に示すエレベータ構造体の平面図である。
【図４７】 図４４〜４６に示すエレベータ構造体に用いられるスプリング
機構の平面図である。
【図４８】 各独立エンドエフェクタに独立のヨーモータを備えた独立マル
チ式エンドエフェクタの変更形態を示す立面図である。
【図４９】 図４８に示すエンドエフェクタ及び独立ヨーモータの平面図で
ある。
【図５０】 各独立エンドエフェクタに独立のヨーモータを備えた独立マル
チ式エンドエフェクタの別の変更形態を示す図である。
【符号の説明】
３１０ エレベータ ２００２，２００４ （第１，第２）エンドエフェクタ ２００６，２００８ （第１，第２）モータ ２００７ 最近接側リンク ２００９ 最遠方側リンク ２０１０ エンドエフェクタ軸
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月７日（２００１．２．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本出願は、米国特許法第119条(e)に従い1996年3月22日出願の60/013,862号予
備出願、1996年7月11日出願の60/021,546号予備出願、及び1996年8月20日出願の
60/024,242号予備出願に基づく優先権を主張する1997年1月23日出願の08/788,89
8号出願に対する一部継続出願である。
【０００２】 本発明は、非半径方向に延在する直線を含む直線上で伸縮し、所定の非直線経
路に沿った運動も可能な精密アーム機構に関するものである。ある形態では、こ
のアーム機構は、ワークピースの位置ずれを修正するために、通常は鉛直である
軸から傾斜することができる。このアーム機構は、通常の作動平面に対して角度
をもって配置されたワークピースを把持し、搬送することができる。このアーム
機構は、半導体ウェーハ、そのようなウェーハを保持するカセット、パネル、コ
ンピュータ用ハードディスク、及びその類いといった種々の対象物を、処理及び
／または使用のために位置決めする作業に適している。
【０００３】
【従来の技術】 対象物の位置決めと載置のためにロボットアームを用いることは周知である。
一般的に、アームは、通常の円筒座標系におけるＺ運動、Ｒ運動、θ運動が可能
であるように構成される。半導体ウェーハの処理では、種々の処理が行われるワ
ークステーションにおいて正確な位置決めを行うために、直線運動能力を与える
ことが大変重要である。アームの端部に設けられたエンドエフェクタまたは機械
的ハンド部のＲ運動すなわち直線的半径方向運動は、種々の形態で実現されてき
た。
【０００４】 一例を挙げれば、この目的のためにテレスコープ式伸縮アームが使用されてき
た。このような構造では、スライド可能な部材が他の部材の中に収容され、こう
してアームの直線的な伸長が可能となっている。
【０００５】 より一般的には、この目的のために、２つの等長リンクからなる２リンク式ア
ームが用いられてきた。２つのリンクは、第１リンクの遠方側端部が第２リンク
の近接側端部に回動自在に取付けられる形態で連結されている。これらリンクは
、第２リンクを第１リンクに対して調和的に回動させるベルト式駆動装置を備え
、こうして回動比Ｉ2,1＝2/1、及びロボットアームのエンドエフェクタと遠方側
リンクとの間の回動比ｉ3,2＝1/2を実現する。ｉ2,1が2/1、ｉ3,2が1/2の場合、
結果として第１リンクに対するエンドエフェクタの回動比ｉ31＝2/1×1/2となり
、単一の半径方向直線運動が実現される。米国特許第5,064,340号明細書に開示
されているような３リンク式アームの場合、第３リンクと第２リンクとの間の回
動比は1/1とされ、他の回動比は上記の通りとされる。この場合、ｉ2,1＝2/1、
ｉ3,2＝1/1、ｉ4,3＝1/2である。こうして、ｉ4,1は、単一の半径方向直線運動
を示す結果となる。
【０００６】 1998年2月10日に公開された英国特許出願第2193482号公開公報は、２つの不等
長リンクを備え、一方のリンクの遠方側端部が他方のリンクの近接側端部に回動
自在に取付けられ、遠方側リンクの遠方側端部に一体化されたハンド部を備え、
直線近似運動を実現するためにカムに固定されたベルト駆動装置を用いるウェー
ハ搬送アームを開示している。
【０００７】 ２つの等長リンクが互いにヒンジ結合された二等辺三角形タイプのリンケージ
を用い、遠方側リンクの遠方側端部に機械的ハンド部がヒンジ結合された形態も
公知である。２つのリンク間の角度が、リンクの他端部の回動支点を結ぶ直線を
基準として各リンクがなす角の変化に対して２倍の速度で変化するようにプーリ
及びベルトが用いられている。このリンケージでは、モータ軸から近接側リンク
の近接側端部へと駆動力が直接伝達される。モータ軸と同軸配置された静止プー
リに掛けられたベルトは、２つのリンクが互いに回動する点においてプーリを通
過する。別のプーリとベルトとの組合せにより、第２リンクと機械的ハンド部と
のヒンジ結合部位で他のプーリの回動が可能となっている。
【０００８】 別の装置では、一対の二等辺三角形タイプのリンケージが互いに対面配置され
、機械的ハンド部が両遠方側リンクの遠方側端部にヒンジ結合されている。各近
接側リンクの近接側端部は、適切なギア装置を用いて、単一の回転モータ軸によ
り反対方向に回転駆動される。結果的に、二等辺三角形タイプの各リンケージが
他方のリンケージの動きをコントロールして“蛙足”タイプの運動が実現される
。この場合、二等辺三角形タイプの各リンケージの２つのリンク間の角度が、リ
ンクの他の端部の回動軸を結んだ直線を基準として各リンクがなす角度の変化に
対して２倍の速度で変化する。こうして、半径方向直線運動が得られる。蛙足状
リンケージは、高い強度を実現できるという利点を有している。このリンケージ
構成は、特定の環境下、特に真空環境で使用すると有効である。なぜなら、真空
チャンバ内で動く可動部材が少なく、粉塵の生成が少ないからである。
【０００９】 本明細書は、前述した米国特許第5,064,340号明細書の内容を参照し、その全
内容を含むものとする。この米国特許は、長手方向に延在する第１、第２、第３
リンクを備え、各リンクが近接側端部と遠方側端部とを有しているアーム構造体
を開示している。長手方向に延在する第２リンクの有効長は、第１リンクの２倍
とされている。第２リンクの近接側端部は、第１リンクの遠方側端部に第１回動
軸をもってヒンジ結合されている。第３リンクの近接側端部は、第３回動軸によ
って第２リンクの遠方側端部にヒンジ結合されている。第３リンクの遠方側端部
には、第４回動軸をもってエンドエフェクタがヒンジ結合されている。第１回動
軸、第２回動軸、第３回動軸、第４回動軸における回動比が、１：２：２：１と
なるように、第１リンク、第２リンク、第３リンク、及びエンドエフェクタを調
和的に回動させるための手段が設けられている。エンドエフェクタ回動部におけ
るトルクは駆動装置のトルクに等しい。また、半径方向直線運動が実現される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】 上記半径方向位置決めアームの全てに共通する１つの欠点は、ワークピースに
処理が行われている間、アームが放置状態に置かれることである。例えば、まず
、半導体ウェーハが、アーム端部に配置されたエンドエフェクタによって装填用
カセットから取出される。このウェーハは、処理ステーションに搬送され、ここ
に置かれる。アームはこの場所から離れ、ステーションにおける処理が完了する
まで放置状態となる。処理が完了すると、単一のエンドエフェクタが処理チャン
バ内に侵入し、処理済みのウェーハを取上げて収縮し、受容カセットに向けて回
動し、受容カセット内に処理済みのウェーハを置き、装填用カセットに向けて回
動し、ここに侵入して別のウェーハを取上げ、収縮し、処理チャンバに向けて回
動して戻り、ウェーハを置いて再び収縮し、処理が完了するのを待つ。これは１
１の動きから構成され、これらの動きは生産能力、すなわち所定時間内に処理可
能なワークピース（例えばウェーハ）の数を制約する。
【００１１】 本明細書は、米国特許第5,007,784号明細書の内容を参照し、その全内容を含
むものとする。この米国特許は、中央部分と、それぞれがワークピースを取上げ
可能であり実質的に反対方向に延在する２つのハンド部とを有するエンドエフェ
クタ構造体を備えたロボットアームによって上記欠点を解決している。中央部分
は、リンクの最遠方のリンクの遠方側端部に中心を合わせてヒンジ結合されてい
る。リンク、エンドエフェクタ構造体、及び固定構造部は、最近接リンクの近接
側端部の回動軸を越えてロボットアームが反転できるように構成されている。半
径方向駆動手段は、エンドエフェクタ構造体の中央部分の回動軸が、実質的に半
径方向に沿って直線的にのみ移動し、その結果、最近接リンクの近接側端部の回
動軸に垂直にかつこれを越えて、さらにエンドエフェクタ構造体の中央部分の回
動軸に垂直に移動するようにリンクを駆動する。エンドエフェクタ構造体は、移
動線に対して所定の角度に保持される。回動方向の駆動手段も設けられている。
【００１２】 別の、さらに最近行われた開発によれば、互いの長さ関係が詳細に規定されて
いないリンクを備えたロボットアームにより半径方向直線運動が実現される。こ
のようなロボットアームは、1995年5月2日に出願された同時係属出願08/432,682
号に開示されており、本明細書はその内容を参照し、これを含むものとする。
【００１３】 先の商業化された装置は、米国特許第5,007,784号明細書に記載の装置に類似
している。しかしながら、先の商業化された装置では、エンドエフェクタ構造体
が、エンドエフェクタの回動軸から実質的に互いに垂直に延在する２つのハンド
部を備えている。エンドエフェクタは、その回動軸回りの２つの異なる回動位置
のうちの一方をとることができる。これら２つの位置は互いに略９０°離隔し、
いずれのハンド部も最遠方リンクの遠方側端部と共に直線的に移動するように構
成されている。
【００１４】 今日のロボットアーム機構において存在する重要な制約は、ロボットアームの
ある一点から他の一点への移動が、半径方向直線経路（Ｒ）、または、Ｒ，θ平
面における円経路（θ）に沿ってのみ行われることである。従って、取上げられ
搬送されるべき対象物がカセット内、例えばウェーハカセット内、またはワーク
ステーションに配置されている場合、アームはまず、カセット内またはワークス
テーションに向けて半径方向に伸長し、ここで一般的には負圧を用いて対象物を
取上げ、次いで、カセットまたはワークステーションから出て、反対側に位置す
る他のカセットまたはワークステーションに向けて回動し、他のカセットまたは
ワークステーションに向けて半径方向に進み、ここで対象物を置く。このような
装置では、概してぎくしゃくした停止／始動が行われ、数千回の作動によって装
置に損傷が生じる可能性があり、ひいては搬送される対象物に振動が与えられて
生産物に有害な作用を及ぼす可能性がある。また、半導体処理工程で起こり得る
ようにアームの作動平面に突出する障害物が存在する場合、障害物の背後に、ま
たは障害物の陰に隠された物に到達するためには、非効率的な経路を通らなけれ
ばならない。すなわち、障害物を越えてアームを半径方向内方に収縮させるため
には直線経路に沿って移動させなければならず、次いで、障害物を越えさせるた
めにエンドエフェクタに半径方向の動きを与え、さらに、所定のワークステーシ
ョンに向けて半径方向外方に向けた動きを与えなければならない。従って、Ｒ運
動とθ運動との調和を可能にし、こうしてロボットアーム機構のより迅速な作動
を可能にする曲線経路に沿った移動能力が望まれる。
【００１５】 このようなロボットアームシステムに関係する別の非常に重要な問題は、ロボ
ットアームの近くに位置するウェーハで充填された複数のカセットにおける装填
である。アームがアクセスするカセットとして複数のカセットが用いられる場合
、各カセットを、その長手方向軸（装填及び取出しを行う方向）がロボットアー
ムの回動中心を通るように配置する必要がある。この制約は、アームが半径方向
に沿った直線上でのみ伸長可能であるために生じる。この制約により、カセット
の搬送に直線的なコンベヤベルトを用いることができず、搬送は手で行わざるを
得ず、作業効率が悪い。もし、直線的な経路に沿って移動するカセットからウェ
ーハを取出すことができれば、すなわち、コンベヤベルトによって（この場合、
カセットの長手方向軸はロボットアームの回動中心を通らない）全体的な作業速
度は著しく向上する。このことは、直接的に生産力の増大につながり、さらに、
収益の増加／低コスト生産につながる。現在行われている方法は、半径方向に整
列されたカセット群及びワークステーション群から他の群へと、軌道システムを
用いてロボットを移動させる方法であり、望ましい形態からはほど遠いものであ
る。
【００１６】 特にフラットディスプレイパネルの場合に起こる問題は、パネルがカセット内
において角度方向及び並進方向に位置ずれを呈することが多いことである。この
ようなパネルは、ワークステーションにおいて適切に位置合わせされなければな
らない。従来のロボットアームの場合には、例えばＣＣＤセンサのような位置ず
れを検出するセンサを有するチャック上にパネルを置き、チャックを用いてパネ
ルを回転させ、次いでパネルを取上げ、適切な向きでパネルをワークステーショ
ンへと搬送する。従来のロボットアームは、（位置及び角度のずれによって）エ
ンドエフェクタの座標系と一致していないパネル（またはウェーハ）の座標系に
対して回転することができないので、上記のように作業が行われる。従来のアー
ムは、エンドエフェクタの長手方向軸線に沿ってのみ移動が可能であり、ピンま
たはその類いの上にパネルを置くという中間段階なしでは、パネルを回転させて
ずれを修正することができない。従って、チャックまたはピンの使用という中間
段階なしで角度修正が行えることが強く望まれている。同様に、チャックまたは
ピンを用いずに複数のウェーハの幾何学的中心の整列を可能とすることが強く望
まれている。
【００１７】 カセットから装填されたりワークステーションで取上げられるウェーハ及びパ
ネルに共通する他の問題は、ロボットアームのＺ軸が、アライメント誤差によっ
て、カセットなどの軸と完全には平行でないことである。相対的な傾斜はどの方
向にも生じ得るが、通常は、わずか数度である。このようなアライメント誤差が
あると、アームは、適正なアライメントでエンドエフェクタを有していても、適
切にウェーハ／パネルに接近しこれらを取上げることができず、従って、ウェー
ハ／パネルの正確な位置決めを実現することはできない。本明細書は、1996年6
月13日に出願された米国特許出願08/661,292号の全内容を含むものとするが、そ
の明細書は、全方向に傾斜可能なＺ軸を備えたロボットアームを開示している。
上記明細書に記載の装置は、ロボットのリスト部で、またはその付近で回動する
ことはできず、従って、前記したアライメント誤差を補正するには不十分である
。上述のように、チャックまたはピンの使用という中間段階なしでアライメント
誤差を完全に修正でき、ウェーハ／パネルが適切に位置決め可能であることが望
ましい。
【００１８】 半導体ウェーハ及びフラットパネルの処理に従来のロボットアームを用いる場
合には、アームに取付けられ半径方向に直線的に移動するエンドエフェクタの侵
入のために、一般的にカセット及びワークステーションは整列していなければな
らない。例えば、カセットまたはワークステーションの長手方向軸線がＺ軸に平
行になっていないと、エンドエフェクタの侵入は不可能である。ウェーハまたは
フラットパネルの処理作業においてスペースは重要であるので、カセット及び／
またはワークステーションを上記のように配置することが強く望まれている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】 Ｒ，θ，Ｚ運動を有するロボットアーム構造体における改良は本発明の一実施
形態を構成する。本アーム構造体は、最近接側リンクの近接側端部における主軸
回りのθ運動を行う少なくとも２つのリンクを備えている。Ｒ運動は主軸から半
径方向に前進するように行われ、こうして、最遠方側リンクの遠方側端部は半径
方向に伸長する直線に沿って移動可能とされている。エンドエフェクタは、主軸
に平行なエンドエフェクタ軸回りに最遠方側リンクの遠方側端部に対して回動す
るように回動自在に取付けられたエンドエフェクタ部分を備えている。最遠方側
リンクとエンドエフェクタの一方には、モータが取付けられている。モータは、
最遠方側リンクの遠方側端部とエンドエフェクタ部分とをエンドエフェクタ軸回
りに相対回転させるように取付けられ、こうして、ヨー（Ｙ）運動を実現する。
電気的計算手段及びセンサが、Ｒ，θ，Ｚ，Ｙ運動の制御を行う。
【００２０】 Ｒ，θ，Ｚ運動を有するロボットアーム構造体における改良は本発明の他の実
施形態を構成する。このアーム構造体は、長手方向に延在しそれぞれに近接側端
部と遠方側端部とを有するｎ個のリンクを備えている。ここで、ｎは２またはそ
れ以上の整数である。各リンクの近接側端部は、それぞれｎ番目の軸回りに回動
するように回動自在に取付けられている。エンドエフェクタは、ｎ番目のリンク
の遠方側端部に位置する（ｎ＋１）番目の軸回りに回動するように回動自在に取
付けられている。複数のリンクの回動軸及びエンドエフェクタの回動軸は全て平
行である。半径方向駆動回転シャフトは、被駆動端部と駆動端部とを有しかつ複
数の軸のうち第１の軸に沿って延在している。半径方向駆動モータ手段は、半径
方向駆動シャフトの被駆動端部を前記第１軸回りに回転させる。回転方向駆動回
転シャフトは、被駆動端部と駆動端部とを有しかつ前記第１軸に沿って延在して
いる。回転方向駆動モータ手段は、回転方向駆動シャフトの被駆動端部を前記第
１軸回りに回転させる。回転方向駆動シャフトの駆動端部は、第１リンクの近接
側端部付近に配置され、該近接側端部と回転駆動接続されている。対応する（ｎ
−１）個のプーリによって各々が回転駆動される（ｎ−１）個のベルト手段が設
けられている。第１のプーリは、半径方向駆動シャフトの駆動端部によって回転
駆動される。一連のベルト手段の各々は、後続のリンクをそれぞれの軸回りに回
転させるように配置されている。本発明の改良によれば、（ｎ＋１）番目の軸上
に配置されたエンドエフェクタ駆動シャフトを回転させるエンドエフェクタモー
タが設けられ、該モータはエンドエフェクタを前記軸回りに回動させるように機
能する。半径方向モータ駆動センサ手段、回転方向モータ駆動センサ手段、及び
エンドエフェクタモータ駆動センサ手段は、それぞれ、半径方向モータ駆動シャ
フト、回転方向モータ駆動シャフト、及びエンドエフェクタモータ駆動シャフト
の回転位置を測定し、それぞれの回転位置に応じた電気信号を生成する。この電
気信号を電気的計算手段に伝達する手段が設けられている。電気的計算手段は、
半径方向駆動シャフト、回転方向駆動シャフト、及びエンドエフェクタ駆動シャ
フトの回転位置から、エンドエフェクタの位置を計算する。前記計算手段は、エ
ンドエフェクタが所定の経路に従って所定の位置に到達するように、複数の駆動
モータを制御する。
【００２１】 本発明のさらなる実施形態によれば、長手方向に延在しそれぞれに近接側端部
と遠方側端部とを有するｎ個のリンクを備えたアーム構造体を制御する方法が提
供される。ここで、ｎは２またはそれ以上の整数である。半径方向駆動シャフト
、回転方向駆動シャフト、及びエンドエフェクタ駆動シャフトの回転位置が測定
される。電気信号が生成され、計算手段へと伝達される。電気的計算手段は、複
数の信号からエンドエフェクタの位置を計算し、エンドエフェクタの可動範囲に
おいて、任意の目標位置にエンドエフェクタを配置するように複数の駆動モータ
を制御する。
【００２２】 本発明の他の実施形態によれば、ウェーハまたは他の対象物を収容したカセッ
トを実質的に直線状の経路に沿って搬送し上記ロボットアーム構造体と共に用い
られるコンベヤベルトを備えたウェーハ処理システムが提供される。
【００２３】 本発明の他の実施形態によれば、それぞれが可動範囲内に１または複数のワー
クステーションを備えた複数のロボットアーム構造体が提供される。複数のロボ
ットアームは互いに十分近接して配置され、こうして、第１のアームの可動範囲
内のワークステーションにウェーハが搬送されて処理された後に、該ウェーハは
、第２のアームの可動範囲内のワークステーションで処理を行うための第２のア
ームの可動範囲内に配置された移送ステーションへと第１のアームによって搬送
される。
【００２４】 本発明の他の実施形態はセンサアレイである。該センサアレイは、上記のアー
ムによって搬送される対象物が該センサアレイ上を通過可能であるように配置さ
れ、かつ対象物のアライメント誤差が存在すればそれを検出可能とされ、こうし
て、Ｒ，θ，Ｙ値の修正を適切に行い、対象物を適切に配置することができる。
【００２５】 本発明のさらなる別の実施形態によれば、Ｙ（ヨー）運動を備えることによっ
て、全方向平面運動（Ｒ方向，θ方向のみならず）が可能であり、複数のワーク
ピースを扱うのに適したロボットアーム構造体が提供される。この構造体は、２
対のリンケージを備え、各リンケージは、近接側端部と遠方側端部とを有する近
接側リンクと、近接側端部と遠方側端部とを有する遠方側リンクとを備えている
。各リンケージの遠方側リンクの遠方側端部は、リスト軸において互いに回動自
在に取付けられている。各近接側リンクの遠方側端部は、それぞれのエルボー軸
において対応する遠方側リンクの近接側端部に回動自在に取付けられている。各
近接側リンクの近接側端部は、それぞれのショルダー軸において固定支持体に回
動自在に取付けられている。ショルダー軸は、互いに離隔配置されている。リス
ト軸回りに回動するように、遠方側リンクの遠方側端部にエンドエフェクタが取
付けられている。複数の回動軸は互いに平行であり、第１の方向に延在している
。複数のリンク及びエンドエフェクタは軸方向において互いに離隔配置され、こ
うして、複数のリンクが、第１方向に延在する空間内で第１方向に垂直な方向に
、互いに干渉することなく動けるようになっている。ヨーモータは、遠方側軸回
りにエンドエフェクタを相対回転させる。エルボーモータは、遠方側リンクの１
つの近接側端部と、それに対応する近接側リンクの遠方側端部とを相対回転させ
る。ショルダーモータは、近接側リンクの１つの近接側端部を固定構造体に対し
て回転させる。本構造体の動きを制御するために、センサ及びマイクロプロセッ
サが設けられている。
【００２６】 本発明のさらなる別の実施形態によれば、エレベータを用いることによって、
ワークピースを保持しているカセットのアライメント修正が行われる。エレベー
タは、ヨー運動及び／またはエンドエフェクタの長手方向軸回り回転運動を実現
するモータと共に鉛直方向から傾くことができる。
【００２７】 さらなる別の実施形態において、本発明は、上記方法及び／または装置のいず
れかを用いることによって、完成ワークピース、例えばウェーハ、フラットパネ
ル、コンピュータメモリーディスク、またはその類いを操作・処理してそれらを
製造する方法を提供する。
【００２８】 本発明は、種々の用途に有用な、特に、処理される半導体ウェーハ、パネルデ
ィスプレイ、及びその他の概して平坦な対象物を取上げ、搬送するために有用な
、ロボットアーム構造体を提供する。本システムは、エンドエフェクタの、少な
くとも３６０°の円弧に近い連続的なＹ（ヨー）運動、例えば、少なくとも２７
０°に及ぶヨー運動を実現し、電気的計算手段による、より効率的な経路の選択
を可能として振動を顕著に低減し、停止時間を削減する。４軸アームの、より効
率的な操作をもたらす自由度を得るために、回転経路に沿った全ての位置を連続
的に利用できること、及び、利用可能なヨー運動の範囲の双方が重要である。本
システムはまた、エンジニアが用いる設計パラメータを、従来技術のロボットア
ームの場合より顕著に制約が少ない形で提供する。特に有益な特徴は、エンドエ
フェクタを、非半径方向の直線に沿って移動させることが可能である点である。
このことは、いくつかの実際的な利点を生む。例えば、直線的なコンベヤベルト
上に配置されたカセットにワークピースを搬入することができる。本アーム構造
体及び本方法は、デュアルエンドエフェクタ（２つのハンド部を有する）、トリ
プルエンドエフェクタ（３つのハンド部を有する）、及びその類いに適合化され
得る。こうして、パネル及び／またはウェーハの予備位置調整を行うチャック、
及びワークステーションの位置を、従来のアーム構造体及びそれに伴う方法と比
較して、より多様に決定することができる。
【００２９】 本発明の一実施形態であるロボットアーム構造体は、θ運動とＲ運動とを実現
するために、それぞれに近接側端部と遠方側端部とを有する少なくとも２つのリ
ンクを備え、前記θ運動は最近接側リンクの近接側端部における主軸回りに行わ
れ、前記Ｒ運動は前記主軸から半径方向に前進するように行われるロボットアー
ム構造体であって、前記主軸に平行なエンドエフェクタ軸回りに最遠方側リンク
の前記遠方側端部に対して回動するように回動自在に取付けられた第１エンドエ
フェクタと、前記第１エンドエフェクタを前記エンドエフェクタ軸回りに回動さ
せて前記第１エンドエフェクタに独立のヨー（Ｙ）運動を与えるように連結され
た第１モータと、前記エンドエフェクタ軸回りに前記最遠方側リンクの前記遠方
側端部に対して回動するように回動自在に取付けられた第２エンドエフェクタと
、前記第２エンドエフェクタを前記エンドエフェクタ軸回りに回動させて前記第
２エンドエフェクタに前記第１エンドエフェクタのヨー運動とは独立のヨー（Ｙ
）運動を与えるように連結された第２モータと、を備え、前記第２モータの回動
軸は、前記第１モータの回動軸に対して非同軸配置されていることを特徴とする
。
【００３０】 前記第１モータ及び前記第２モータは、前記最遠方側リンクの前記遠方側端部
に取付けられていることが好ましい。
【００３１】 前記第１モータ及び前記第２モータは、前記最遠方側リンクの前記近接側端部
付近に取付けられていてもよい。
【００３２】 前記第１モータ及び前記第２モータは、中間リンクに取付けられていてもよい
。
【００３３】 ロボットアーム構造体は、Ｚ軸に沿って可動とされたエレベータ構造体をさら
に備え、該ロボットアーム構造体は前記エレベータによって支持されていると好
ましい。
【００３４】 ロボットアーム構造体は、前記Ｚ軸に対して前記エレベータ構造体を制御しな
がら傾ける手段をさらに備えていると好ましい。
【００３５】 ロボットアーム構造体は、Ｚ軸に対して該ロボットアーム構造体を制御しなが
ら傾ける手段をさらに備えていてもよい。
【００３６】 ロボットアーム構造体は、自動的作動、及びリアルタイムオペレータ入力から
独立した作動に適合化されていると好ましい。
【００３７】 ロボットアーム構造体は、半導体処理環境内での作動に適合化されていると好
ましい。
【００３８】 本発明の利点は以下の通りである。
【００３９】 １）ロボットの機械的特性が改良され、特に、アーム構造体が簡単化され（動
力伝達が少ない）、剛性及び精度が向上すること。
【００４０】 ２）エンドエフェクタにおける“ヨー”軸の導入によって、エンドエフェクタ
は、Ｚ軸の位置により規定される面内で一般的な運動（並進及び回転）を行うこ
とが可能であること（エンドエフェクタは任意の方向を向いた状態で任意の軌道
に沿って移動可能）。
【００４１】 ３）カセット配置の任意性。ヨー軸を設けることによって、カセットを任意の
方向（非半径方向）に向けてウェーハ処理装置の最適配置が可能になる。自由度
が追加されることによって、障害物の回避が可能となり、ウェーハ処理装置の設
計・計画における柔軟性が向上し、処理のために必要な高価な領域（不動産）が
削減される。
【００４２】 ４）直線的に配置されたモジュールを取扱えること。本ロボットは、並進搬送
されることなく、図２に示すようなカセットを扱うことができる。この新しい構
成は、現在使用されている小型軌道システムに完全に置換えて用いることを意図
している。現在の小型軌道システムでは、半径方向カセット変位によって受ける
制約に対応するために、ロボットが軌道によって並進搬送される。モジュールが
直線的に配置されていても、少ない投資で、非放射状に配置された複数のカセッ
トを、より信頼性高く、より容易に扱うことが可能である。
【００４３】 ５）処理工程内におけるウェーハ交換が可能。直線配置されたカセットを扱う
方法によれば、異なる工程に関与し、固定中間カセットに対する搬入・搬出を行
う複数のロボット間でウェーハの交換が可能である（図３Ａ）。
【００４４】 ６）非放射状に配置された複数のカセットの取扱いが可能。直線配置されたカ
セットを扱う方法によれば、コンベヤベルトによって搬送される複数セットのカ
セットを取扱うことが可能である。コンベヤベルト上には複数セットのカセット
が連続的に配置され、全行程は各セットが通過すべき異なるステージに分割され
、コンベヤベルトは所定セットのカセットがアームの作業領域に入るまで移動す
る。ロボットアームは、その作業領域内に存在するカセットのいずれかからウェ
ーハを取上げ、処理のために他のカセット内へ搬送する。ステージにおける処理
が完了すると、作業領域内の全てのカセットはコンベヤベルトによって次の処理
ステージへと搬送される（図３Ｂ）。
【００４５】 ７）移動中のウェーハ中心合せが可能（図４）。本発明によるアームは“移動
中”にウェーハの中心合せを行うように用いることができる（ウェーハの向きは
処理にとって重要ではない）。まず、ウェーハが取上げられ、ＣＣＤセンサのよ
うな非接触式測定装置を用いて位置測定が行われ、単一運動によってカセットま
たは処理ステーション内へ中心合せされて搬入される（ウェーハのさらなる位置
決めは不要である）。位置測定及び中心合せ工程の双方はアームの運動中に行わ
れる。このような搬送方法の利点は、ウェーハにはエンドエフェクタのみが接触
すること、及び、ウェーハの搬入精度及び最終位置精度が向上し、処理性能が改
善されることである。
【００４６】 ８）フラットパネルの“移動中”におけるアライメント調整が可能であること
（図５）。本発明によるアームはまた、四角形対象物のアライメントを“移動中
”に調整する形態でフラットパネル扱うように用いることができる。まず、フラ
ットパネルが取上げられ、位置測定が行われ、“移動中”にアライメント調整さ
れて単一運動でカセットまたは処理ステーションへと搬入される。並進方向オフ
セット及び回転方向オフセットの計算はロボット運動中に行われる。利点は、６
）と同様である。
【００４７】 ９）連続的な運動の実現。“ヨー”軸を設けることによって、２つのカセット
間で、連続的な軌道経路を設定し、実行することが可能になり（図６）、その結
果、ウェーハまたはフラットパネルのスムーズで迅速な搬送が実現され、このこ
とは、搬送される物（ウェーハ、フラットパネル）及び処理装置に加わる負荷を
軽減する。１つのカセットから他のカセットへと、従来のθ，Ｒ，Ｚ座標系にお
いてウェーハを搬送する際に用いられる一連の“収縮−回転−伸長”運動は、ア
ームの回転を必要とせず滑らかな軌道に沿った単一運動に置換えられ、これによ
って、搬送時間が顕著に削減され、装置の全体的性能が向上する。
【００４８】 １０）２つ以上（通常はサイズ制約により３つ）のハンド部を有するエンドエ
フェクタを効率的に用いる能力。連続的なＹ運動能力を有していることによって
、電気的制御装置、例えばマイクロプロセッサが、３つのハンド部を有するエン
ドエフェクタを極めて効率的に操作することが可能であり、こうして、生産能力
が向上する。
【００４９】 １１）蛙足タイプ構造体を用いると、該装置は真空環境に好適なものとなる。
ベルト及びプーリの数が、非蛙足タイプ構造体と比較して少なくなるので、ベル
トの作動中に発生し、真空環境にとって望ましくないダストが大幅に削減される
。さらに、非蛙足タイプ構造体では、Ｒ運動及びθ運動を与えるベルト及びプー
リが、リンク内部を窮屈にする。その結果、従来の方式でヨー運動を実現しよう
とすると、モータは、最遠方側リンクまたはエンドエフェクタ自体に取付けなけ
ればならない。真空環境内ではスペースが限られているので、このようにヨーモ
ータを取付ける十分な空間がない場合がある。
【００５０】 １２）ロボットアームに対するカセット軸のアライメント誤差を補正する能力
があること。
【００５１】 １３）Ｚ軸に対して傾いていなければ侵入できない開口部を有するカセット及
び／またはワークステーションへの侵入が可能であること。
【００５２】
【発明の実施の形態】 添付図面を参照することにより、本発明をより明瞭に理解することができる。
図面中、類似部材には類似の符号を付して示している。
【００５３】 本発明は、ロボットアームのエンドエフェクタにユニークなヨー運動を与え、
このヨー運動によって、ヨー運動を有していない従来のアームより効率的にアー
ムを使用することができるようにするものである。一実施形態では、ロール運動
とピッチ運動の両方が与えられる。アームの動きは、半径方向駆動シャフト、回
転方向駆動シャフト、及びヨー駆動シャフト（ロール・ピッチ駆動シャフトが用
いられている場合にはそれらを含む）の回動速度（及びそれに基づく位置）の測
定手段と、これらの数値に基づいてロボットアームのエンドエフェクタが所定経
路に沿って動くように制御するコンピュータとを含む機構により制御可能である
。アームは直線運動能力を有し、半径方向以外の方向にも直線運動可能であり、
さらに任意の軌道に沿った運動も可能とされている。本発明は多数のユニークな
特徴を備えている。
【００５４】 本発明をより良く理解するために、“ベルト”、“ベルト手段”、“プーリ”
、及び“プーリ手段”という用語は、場合によってはギア装置に置換えることが
できることに留意されたい。さらに、“ベルト”及び“ベルト手段”という用語
は、歯付き構造、歯無し構造、チェーン、繊維ベルト、編みベルト、及びその類
いを含む広い意味で用いられていることを理解されたい。それらは、天然材料、
合成材料、有機材料、無機材料、重合材、複合材、金属といった適切な材料で構
成することができる。同様に、“プーリ”及び“プーリ手段”という用語は、歯
付き構造、歯無し構造、対応するベルトとガタ無く噛合う構造、あるいは対応す
るベルトと摩擦力のみで係合する構造を含む広い意味で用いられている。それら
もまた、天然材料、合成材料、有機材料、無機材料、重合材、複合材、金属とい
った適切な材料で構成することができる。本明細書では、本発明の、ある実施形
態の説明を簡単化するために“鉛直”及び“水平”という用語を時々用いること
に言及しておく。これらの用語は説明を簡単にするために用いるものであり、そ
の意味するところは、互いに垂直な２つの軸線であるということを認識されたい
。これらを念頭に置いて、以下に本発明の詳細説明を記載する。
【００５５】 本発明の範囲に含まれる運動を記述するための基本公式を理解することは有用
であり、本発明の理解を助けることになる。これらの公式は図７及び図１６で説
明している。使用している基本略号の意味は以下の通りである。 Ｘ…エンドエフェクタ位置ベクトル、すなわち Ｘ＝[Ｒ θ Ｚ φ]T またはＸ
＝[Ｘ Ｙ Ｚ φ]T 、ここでＸ，Ｙ，Ｚは位置のデカルト座標、φはエンドエフ
ェクタ長手方向軸線と絶対座標系における離脱軸とがなす角である。 Ｘd…エンドエフェクタの目標位置 ｅ＝Ｘd−Ｘ すなわち軌道追従誤差 ｄｘ/ｄｔ…エンドエフェクタの並進速度ベクトル、すなわち ｄｘ/ｄｔ＝[dR/
dt dθ/dt dZ/dt]Tまたはｄｘ/ｄｔ＝[dx/dt dY/dt dZ/dt]T 、ここでｄ/ｄｔは
各量の１次微分係数である。 Ｘ…Ｘに関するユークリッドのノルム Ｑ…ジョイント座標系べクトル、すなわち Ｑ＝[Ｑ1 Ｑ2 Ｑ3 Ｑ4]T ここでＱ1
−Ｑ3 は図１に示すリンク間の角度、Ｑ4はＺ座標に一致する。１次微分係数は
ｄＱ/ｄｔである。 Θ＝モータ座標系ベクトル，すなわち Θ＝[Θ1Θ2Θ3Θ4] ここでΘ1−Θ4は
モータの位置を表す。
【００５６】 エンドエフェクタポールを、規定のエンドエフェクタ方向を保ちながらデカル
ト空間内で連続的な軌道（直線、円弧など）に沿って移動させるためには、モー
タ速度を同期させる必要がある。モータ速度は、実現された軌道、方向変化、及
び目標運動パラメータ（並進速度、角速度、及び加速度）に依存する。この課題
を解決するための第１段階は、各サンプリング時刻におけるエンドエフェクタ速
度（並進速度及び角速度）を設定することである。通常、ユーザは、運動中のエ
ンドエフェクタの最大並進速度、最大角速度、最大加速度、及び最大ジャーク（
加速度の１次微分係数）のノルムを指定する。制御システムは、これらの要求に
応える速度形態の形成に対応する。各サンプリング時刻において速度形態生成器
は、エンドエフェクタの現在位置を考慮に入れながら、エンドエフェクタの並進
速度ベクトル及び角速度ベクトルを計算する。それらは、速度レベルにおいて逆
運動学問題（Inverse Kinematics Problem）を解くことによってジョイント速度
及びモータ速度に変換される。ジョイント速度及びモータ速度を計算するために
、モータの現在位置を検出する必要がある（モータの位置はエンコーダによって
検出され、位置レベルにおいて直接運動学問題（Direct Kinematics Problem）
を解くことによってジョイントの位置に変換される）。モータ速度は運動制御装
置に入力され、軌道の終端に到達するまで各サンプリング時刻において上記の工
程が繰返される。図８は、これらの原理を具現化して示す図である。
【００５７】 図１Ａを参照すると、ここには、ロボット基台と、リンクＬ１，Ｌ２，Ｌ３と
、エンドエフェクタ１８とを備えた従来のロボットアームアッセンブリ１０が示
されている。
【００５８】 半径方向駆動モータとしてのサーボモータ１は半径方向駆動シャフト２０を駆
動する。半径方向駆動モータとしてのサーボモータ１はギア列２８を駆動し、こ
れが半径方向駆動シャフト２０を駆動する。
【００５９】 図１Ａ及び図１Ｂには、長手方向に延在する３つのリンクが示されている。各
リンクは、近接側端部と遠方側端部とを備えている。図１Ａに示すロボットアー
ムのさらなる詳細説明は、米国特許第5,064,340号明細書に記載されている。リ
ンクの各々は、その近接側端部が、それぞれｎ番目の軸回りに回動可能であるよ
うにヒンジ結合されている。すなわち、第１リンクＬ１の近接側端部は第１軸（
主軸）２１に関して回動自在に取付けられ、第２リンクＬ２の近接側端部は第２
軸２３に関して回動自在に取付けられる、という具合である。エンドエフェクタ
１８は、ｎ＋１番目の軸、図１Ａ及び図１Ｂにおいては第４軸（エンドエフェク
タ軸）２５に関して回動自在に取付けられている。第４軸２５は、先行するリン
クの遠方側端部（図示の実施形態では第３リンクの遠方側端部）に配置されてい
る。リンクの軸、及びエンドエフェクタの軸は全て、互いに平行であることに留
意されたい。
【００６０】 米国特許第5,064,340号明細書に記載のロボットアームは、本発明の実施形態
を好適に適用することのできる多数のロボットアームのうちの１つに過ぎないこ
とに留意されたい。例えば、これに限定されるわけではないが、米国特許出願第
08/432,682号に記載のロボットアームを本明細書に記載の他のアームとして用い
ることもできる。
【００６１】 ベルト手段（破線で示す）の各々は、対応するｎ個のプーリのうちの１つによ
って回転駆動される。第１のプーリは、半径方向駆動シャフト２０の端部によっ
て回転駆動される。図１Ａにおいて、ｎ番目を除く一連のベルト手段の各々は、
次のリンクをそのリンクの軸回りに回動させるように構成されている。ｎ番目の
ベルト手段は、エンドエフェクタ１８を、ｎ＋１番目の軸２５回りに回動させる
ように構成されている。図１Ｂでは、ｎ番目のベルト手段が存在せず、本発明に
よればエンドエフェクタ１８は、替わりにサーボモータ３によって回転駆動され
る。
【００６２】 半径方向駆動要素の作用は、米国特許第5,064,340号明細書に記載されている
ものと本質的に同じである。各リンクの有効長は、そのリンクの近接側端部がヒ
ンジ結合されている第１回動軸と、次のリンクの近接側端部がヒンジ結合されて
いる第２回動軸との間の距離で規定されることに留意されたい。回転可能な半径
方向駆動シャフト２０は、ロボット基台に対して回転する。回転可能な半径方向
駆動シャフト２０は、それと共に設けられたプーリ状駆動ホイールを回転させる
。駆動ホイールは、第１軸２１と同軸配置されている。第１リンクＬ１は、ロボ
ット基台に対し、ベアリング構造体の部位で回動自在に取付けられている。
【００６３】 第１リンクＬ１の遠方側端部には、第２回動軸２３に沿ってポストが設けられ
ている。ポストは、第２回動軸２３と同心円筒をなす第２円筒面を有している。
第２リンクＬ２は、ベアリング２２を介してポストに回動自在に取付けられ、こ
うして第２リンクは、その近接側端部において第２回動軸回りに回動可能となっ
ている。第２リンクＬ２は、第１プーリ面に対面するように配置された第２プー
リ面と、第３軸２７周りに設けられた第４プーリ面に対面するように配置された
第３プーリ面とを有している。図１Ａでは、さらなるベルト／プーリ装置がエン
ドエフェクタ１８を回動させる。エンドエフェクタ１８は、第２リンクＬ２の遠
方側端部に設けられたポストにベアリングを介して回動自在に取付けられている
。ベルトは、図１Ａにおける種々の軸回りに回転運動を与えるように機能する。
場合によっては、第１リンクＬ１の第１軸２１と第２軸２３との間にギア装置を
設けてもよい。このような構成は、前述した米国特許第5,064,340号明細書に記
載されている。
【００６４】 本発明によれば、半径方向駆動シャフト２０の軸２１回りの回動位置を測定し
、半径方向駆動シャフト２０の回動位置に対応する電気信号を発生するために、
具体的には増分フォトエンコーダである半径方向駆動部センサ手段９０が設けら
れている。利便性及び精度の観点から、半径方向駆動シャフト２０の回動位置の
実際の測定は、シャフト２０の延長部材２６の回動位置、すなわち半径方向駆動
モータであるサーボモータ１の回動位置の測定によって行われる。半径方向駆動
シャフト２０の回動位置と延長部材２６の回動位置とは互いに比例するので、測
定された数値は、必要とされる半径方向駆動シャフト２０の回動位置を表してい
る。フォトエンコーダは、光源と、光源からの光が遮蔽されていない場合にこれ
を受けるように整列配置された光センサとから構成される（図１７Ａ，１７Ｂ、
及びこの技術について記載した文献を参照されたい）。
【００６５】 半径方向駆動シャフト２０の回動位置に対応する電気信号を電気的計算手段９
６へと伝達するために、線９２で示す手段が設けられている。同様に、回転駆動
シャフト７８の回動位置を測定し、回転駆動シャフト７８の第１軸２１回りの回
動位置に対応した電気信号を発生するために、回転駆動部センサ手段９８が設け
られている。実際には、この測定は、中間シャフト６４において行われる。回転
駆動シャフト７８の回動位置に対応する電気信号を電気的計算手段９６へと伝達
するために、線１００で示す手段が設けられている。
【００６６】 電気的計算手段９６は、検出された半径方向駆動シャフト２０の回動位置及び
回転駆動シャフト７８の回動位置と、各リンクの長さ及び各プーリの直径で決ま
る幾何学的関係とからエンドエフェクタ１８の位置を計算するための位置計算手
段１０２を備えている。電気的計算手段９６はさらに、半径方向駆動モータであ
るサーボモータ１と、回転駆動モータであるサーボモータ２とを制御するための
駆動制御手段１０４を備えている。この制御は、回転駆動シャフト２０の回転数
ｎRを半径方向駆動シャフト７８の回転数ｎθで除した数値が−Ｋとなり、こう
してエンドエフェクタ１８が半径方向の直線経路に従って移動して所定位置に到
達するように行われる。半径方向の直線経路ではない場合、−Ｋ値はこの関係を
満足しない。制御信号は、線１０６、１０８で示す手段を通じて半径方向駆動モ
ータであるサーボモータ１、及び回転駆動モータであるサーボモータ２へとそれ
ぞれ伝達される。
【００６７】 図１Ｂは、本発明の基本的な実施形態を示している。エンドエフェクタ１８は
、Ｙ軸またはヨー軸とみなし得る軸２５回りに、サーボモータ３によって回転駆
動される。図示の実施形態では、サーボモータ３はリンクＬ３の遠方側端部に取
付けられており、そのシャフトはエンドエフェクタ１８を直接駆動する。しかし
ながら、サーボモータ３は、所定のヨー運動を実現できる範囲において、どこに
取付けてもよいことに留意されたい。例えば、これに限定されないが、サーボモ
ータ３は、各リンクのうちの１つに取付けることができる。具体的には、図５０
に示し、追って詳細に説明するように、サーボモータ３をサーボモータ１，２の
近くに取付けてもよい。サーボモータ３を軸２５に取付けない場合には、回転運
動及び半径方向運動を伝達するために用いられるような適切なベルト・プーリ装
置を設け、こうしてヨー軸回りの回転駆動を実現する。
【００６８】 図２は、図１Ａに示す装置の適用例を示している。複数のワークステーション
Ｗ及び複数のウェーハカセットＣは、ロボットアームの軸２１から等半径に配置
されていないことに留意されたい。ヨー運動機能を用いることにより、ワークス
テーション及びカセットが軸２１から放射状に配置されていないにもかかわらず
、エンドエフェクタ１８が各ワークステーション及びカセットに挿入可能であり
かつ直線的に接近するように、エンドエフェクタ１８を配置することができる。
このようにして、ここに記載のロボットアームシステムは、直線的に配置された
カセットを扱うためにロボットが軌道に沿って搬送される（並進搬送される）高
価な小型軌道システムに完全に置換えて使用することができる。
【００６９】 図３Ａは、２つのアーム１０，１０′が連続的に使用される状況を示している
。アーム１０の左側に位置するアーム（図示せず）が、まず、最も左側に位置す
る３つのカセットのうちいずれかからウェーハを取出し、その作業領域内におけ
る処理のために搬送する。次いで、このアームは、処理済みのウェーハを、作業
領域の最も右側に位置する共有カセット（網掛けで示す）へと搬送する。共有カ
セットとは、特定の共有領域におけるカセットとして定義され、一連のカセット
の各々は、共有領域を通過する際に共有カセットとして機能するということに留
意されたい。アーム１０は、その作業領域内に存在するカセットのうちのいずれ
かから処理済みのウェーハを取出し、処理のために搬送し、処理の後、作業領域
の最も右側に位置する共有カセットへと搬送する。次いで、アーム１０′が同様
の作業を行う。必要に応じて、いくつのアームでも同様に、連続的に配置するこ
とができる。
【００７０】 図３Ｂは、非放射状マルチカセット式処理装置を示している。コンベヤベルト
Ｂ上に連続的に配置された複数のカセットＣが、コンベヤベルト上に示す方向に
従って進行する。処理全体は、異なるステージに分割され、複数のカセットから
なるセットが各ステージを通過する。コンベヤベルトは、所定数のカセットから
なるセットがアームの作業領域（破線の矩形で輪郭を示す）に入るまで移動を続
ける。ロボットアームは、その作業領域内に存在するカセットのうちのいずれか
からウェーハを取出し、処理の後、別のカセットへと搬送する。ステージにおけ
る処理が完了すると、作業領域内の全てのカセットは、コンベヤによって次の処
理ステージへと搬送される。
【００７１】 図４は、ヨー運動を備えたロボットアームを用いて、半導体ウェーハ（カセッ
トＣ内では位置ずれしている）を“移動中”（ワークステーションＷへの経路上
を進む間）に位置合せする状況を示している。通常、このようなウェーハは、位
置合せを行い回転させてワークステーションへの搬送に適した配置とするために
、チャック上に置く必要がある。本発明の一実施形態によれば、例えばＣＣＤセ
ンサのような光学的センサで構成される縁部位置測定装置がウェーハの位置を測
定するために配置され、ウェーハ中心の目標位置からのずれが検出される。次い
でセンサアレイ（本実施形態では１つのセンサがアレイを構成する）が電気的計
算制御回路に信号を送り、該回路によってヨーモータ（サーボモータ３）が制御
されてアライメントのずれが修正される。次いでウェーハは、処理のために適し
たアライメントでワークステーションＷへと搬送される。
【００７２】 図４に示す実施形態におけるウェーハ搬送作業は以下のように要約することが
できる。 位置Ａ：中心ずれしたウェーハが元カセット内に収容されている。エンドエフ
ェクタ座標系は元カセット座標系に一致している。エンドエフェクタは、ウェー
ハがカセットから取出されるまで、それ自身の座標系に対して移動する（縦軸に
沿った並進移動）。 位置Ｂ：ウェーハは測定領域内を移動する。センサ（ＣＣＤ）の読取り値に基
づいて、エンドエフェクタ座標系に対するウェーハ中心の変位が計算される。ウ
ェーハ座標軸の各々は、対応するエンドエフェクタ座標軸に平行である。 ウェーハ搬送・中心合せ段階：位置Ｄに適切な配置状態（ウェーハ座標系は目
標カセット座標系に平行、かつ縦軸が一致する）で到達するようにウェーハを回
転させながら搬送する。エンドエフェクタは、位置Ｅに到達するまでウェーハ座
標系に対して移動する（縦軸に沿った並進）。 位置Ｅ：ウェーハは中心合せされている。ウェーハ座標系は目標カセット座標
系に一致している。
【００７３】 図５は、図４に極めて近いが、矩形形状のディスプレイパネルＰに対して“移
動中”の対象物位置合せを適用した状況を示している。“移動”の進行を表すた
めに、パネルは位置Ａ−Ｄで示している。本実施形態ではセンサアレイは３つの
センサを含み、そのうち２つは一縁部の検出のために、第３のセンサは、それと
垂直な縁部の検出のために設けられ、こうしてパネルの位置を完全に規定するこ
とができる。
【００７４】 図５の実施形態におけるパネル位置合せ作業は以下のように要約することがで
きる。 位置Ａ：フラットパネルは、角度方向及び並進方向のアライメント誤差をもっ
て元カセット内に収容されている。エンドエフェクタ座標系は元カセット座標系
に一致している。エンドエフェクタは、パネルがカセットから取出されるまで、
それ自身の座標系に対して移動する（縦軸に沿った並進移動）。 位置Ｂ：フラットパネルは測定領域内を移動する。センサ（ＣＣＤ）の読取り
値に基づいて、エンドエフェクタ座標系とフラットパネル座標系との間の並進オ
フセット及び角度オフセットが計算される。フラットパネル座標軸の各々は、対
応するエンドエフェクタ座標軸に平行である。 フラットパネル搬送・位置合せ段階：位置Ｃに適切な位置及び方向で到達する
ようにウェーハを回転させながら搬送する。パネル座標系は目標カセット座標系
に平行、かつ縦軸が一致する。エンドエフェクタは、位置Ｄに到達するまでフラ
ットパネル座標系に対して移動する（フラットパネルの縦軸に沿った並進）。 位置Ｄ：フラットパネルは位置合せされている。フラットパネル座標系は目標
カセット座標系に一致している。
【００７５】 図６Ａは、ヨーモータを備えていない従来のロボットアームによる作業を示し
ている。ウェーハは位置Ａで取上げられ、アームは、線分Ａ−Ｂに沿うＲ方向に
収縮する（停止時に振動が発生する）。次いでアームは、軸２１回りに円弧Ｂ−
Ｃに沿って回転する（停止時にはさらなる振動が発生する）。最後に、アームは
線分Ｃ−Ｄに沿ってＲ方向に伸長し、位置Ｄにウェーハを置く。図６Ａの右に示
すグラフは、停止／始動の動きを表している。
【００７６】 図６Ｂは、同一の移動結果となる位置Ａから位置Ｄへの搬送を示しているが、
この搬送は滑らかに制御され、特に半導体の分野において高速で実施されると顕
著な振動が発生する中間停止を伴わない。経路は連続的な軌道Ａ−Ｄに沿って形
成されている。
【００７７】 図９は、３つのハンド部を備えたエンドエフェクタ１１８を示している。この
エンドエフェクタは、図１Ｂに示すエンドエフェクタ軸２５から１２０°の方向
に延在する複数の固定ハンド部を備えている。電気的計算手段９６は、位置計算
手段１０２を用いて、生産量を増大させるべく最も効率的にヨーモータ（サーボ
モータ３として図示）を制御する。ヨー運動が制御されることによって、２つま
たは３つのハンド部を有しＺ軸を横切るように可動とされる軸を有しているエン
ドエフェクタを用いる必要がなくなり、また、Ｚ軸を横切る伸縮運動が不要とな
る。
【００７８】 フラットパネル搬送装置またはその類いのために、例えば付加的（第５）モー
タを設けるなどして、さらなる自由度を付与することができる。付加的モータは
、便宜上Ｅ軸と称し、エンドエフェクタ１８の長手方向軸であるロール軸回りに
エンドエフェクタを回動させる。このようにして、パネルをロール軸回りに回転
させて鉛直面内に配置することができる。
【００７９】 場合によって、特に、アームアッセンブリ１０を主軸２１に沿って移動させる
エレベータ３１０に傾きが生じ、カセットまたはワークステーションが主軸２１
と平行になっていないアライメント誤差があるとき、図２１Ａ，２１Ｂに示すよ
うに、エンドエフェクタ１８をロール軸３０４回りに回転させるための最遠方軸
モータ３０２を、エンドエフェクタモータ（例えばサーボモータ３）に置換えて
用いることが可能であることに留意されたい。基本的に、エレベータ３１０は、
軸２１を、ウェーハ／パネルを保持するカセット／ワークステーションの略鉛直
軸に対して整列させるのに十分なだけ傾き、モータ３０２はエンドエフェクタ１
８を傾けるように機能し、こうしてエンドエフェクタは、処理のためにウェーハ
／パネルを取上げ搬送するのに適切な角度をもってウェーハ／パネルに接近する
。その他に必要な修正は、以下に詳細説明するように行われる。
【００８０】 実際には、図２１に示す実施形態は以下のように作用する。エレベータ３１０
の軸周りには、１２０°の等間隔でピエゾ結晶体が配置されている。各ピエゾ結
晶体は、それぞれ座標を有し、その座標は対応するフィードバックセンサ３１３
によって測定され、アームリンクの平面が所定角度となるように適切に制御され
る。フィードバックセンサは、ロボット基台３２８（下部プレート）の傾きを検
出するように機能する。Ｙモータ及び／またはＥモータの位置は、以下に説明す
るように調整される。すなわち、各モータの位置が検出されてコンピュータ制御
装置に伝達され、この制御装置によってモータは目標とする方向及び位置に制御
される。
【００８１】 図示の実施形態では、エンドエフェクタ１８は、最遠方リンクに回動自在に取
付けられた近接側部分３１７と、遠方側部分３１９とを備えている。エンドエフ
ェクタ１８の近接側部分３１７または遠方側部分３１９のいずれか一方には、ロ
ールモータが配置される。図示の形態では、モータ３０２が近接側部分３１７に
対して剛体的に取付けられ、モータシャフト３１５が遠方側部分３１９に対して
剛体的に取付けられている。従って、シャフト３１５がロールモータ３０２によ
って回転駆動されると、遠方側部分３１９は、近接側部分３１７に対してロール
軸３０４回りに回転する。Ｙモータを備えているので、Ｅモータのための精密な
位置合せは不要である。Ｅモータを設けずに、必要に応じてベルト・プーリ装置
を設けて必要なロール運動を実現してもよい。しかし、一般的には、図示のよう
にロールモータを備えている方が好ましい。
【００８２】 本明細書における他の部分で説明したような適切なセンサが、近接側部分と遠
方側部分との間の相対位置関係を検出するように機能する。この位置情報はコン
ピュータ制御装置へと伝達され、制御装置は制御信号をモータへと伝達して近接
側部分と遠方側部分との間の相対位置を制御する。こうしてロール運動が実現さ
れる。本明細書における他の部分で説明したように、Ｙモータを作動させること
によってＹ運動が実現される。全ての運動は、種々のモータのシャフト位置を検
出するセンサを利用し、位置情報をコンピュータに伝達することによりコンピュ
ータ制御される。
【００８３】 図２２は、本発明の特定の実施形態において有用な全方向に傾き調節可能なエ
レベータ構造体３１０を示している。エレベータは、収縮形態（実線）及び伸長
形態（２点鎖線）の両形態で示している。
【００８４】 エレベータ構造体３１０は、２つの個別部分から構成されている。具体的には
、まず剛体フレーム３１２である。剛体フレーム３１２は、上方を向く平坦面３
１６と、構造体上端部３２０を有する剛体鉛直構造体３１８と、構造体上端部３
２０に取付けられたフランジ３２２とを備えた基台３１４を含む。剛体構造体３
１８は、平坦面３１６から垂直上方に向けて構造体上端部３２０へと延在してい
る。フランジ３２２は平坦面３１６と略平行である。
【００８５】 エレベータの第２の部分は、剛体フレーム３１２に伸縮自在に取付けられた昇
降構造体３２４である。昇降構造体３２４は、フランジ３２２内に形成された開
口部３２５を通じて昇降する。可動昇降構造体３２４は、上部プレート３２６と
、上部プレート３２６から離隔して略平行に設けられた下部プレート３２８と、
同一平面内に配置されず直線的に延在する少なくとも３つの平行部材３３０とを
備えている。部材３３０の各々は、上端部３３２と下端部３３４とを備えている
。部材３３０の各々は、上部プレート３２６から下部プレート３２８へと延在し
ている。部材３３０は、それぞれ、プレート３２６、３２８に対して垂直である
（但し、傾斜時にはそうではない）。同一平面内に配置されていない部材は、上
部プレート３２６及び下部プレート３２８の輪郭において略等間隔に配置されて
いる。
【００８６】 複数の上部ユニバーサルジョイント３３６は上部プレート３２６によって支持
されている。“ユニバーサルジョイント”という用語は、ここでは、２自由度ま
たは３自由度を有するジョイント、及び、プレートその他の部材に連結されてそ
れらの動きを規制する運動学的に前記ジョイントと同等のジョイントを含むもの
とする。上部ユニバーサルジョイント３３６の数は、直線的に延在する部材３３
０の数と同じである。上部ユニバーサルジョイント３３６の各々は、直線的に延
在する部材３３０のうち対応する１つの部材の上端部３３２を上部プレート３２
６に、自在の動きを許容する形態で取付けている。
【００８７】 同様に、下部プレート３２８によって支持される複数の下部ユニバーサルジョ
イント３３８が設けられている。下部ユニバーサルジョイント３３８の数は、直
線的に延在する部材３３０の数と同じである。下部ユニバーサルジョイント３３
８の各々は、直線的に延在する部材３３０のうち対応する１つの部材の下端部３
３４を下部プレート３２８に、自在の動きを許容する形態で取付けている。
【００８８】 図２３に示されるモータ手段３４０は、基台３１４によって堅固に支持されて
いる。モータ手段は、直線的に延在する各部材３３０を、他の部材３３０とは独
立に、基台３１４に向けて、あるいは基台３１４から離れる方向に移動させる機
能を有している。好ましい形態のモータ手段は、独立した３つのモータ３４２を
備えている。図２３には、そのうちの１つを示している。各モータは、ベルト・
プーリ装置３４４を介して親ねじ３４６を回転させる。親ねじ３４６は、基台３
１４及びフランジ３２２に回転可能状態で取付けられている。直線的に延在する
部材３３０にはブラケット３５２が取付けられている。ブラケット３５２は、穴
部３５６を有する延在アーム３５４を備えている。穴部３５６内には、例えばボ
ールねじ（これが好ましい）または螺合ねじのような、親ねじ３４６に螺合する
ねじ従動体３５７が収容されている。こうして、モータ３４２によって親ねじ９
３４６が回転駆動されると、モータ３４２の回転方向に応じてブラケット３５２
が所定方向に移動し、従って直線的に延在する部材３３０が直線的に変位する（
全てのモータが同一運転されない場合には、上部プレート３２６及び下部プレー
ト３２８を傾斜させることになる）。変更形態として、より複雑なプーリ／ベル
ト装置及び適当なギア及び／またはクラッチと共に、単一のモータを用いること
もできる。
【００８９】 本発明による伸縮エレベータ構造体３１０は、概して、本明細書に記載の物体
位置決め装置３６０と組合せて用いると有用である。物体位置決め装置３６０は
、図２４に示すように、エレベータ構造体３２４の上部プレート３２６または下
部プレート３２８に適切に取付け可能である。図示の形態では、物体位置決め装
置３６０は上部プレート３２６に取付けられている。図２４に示す装置は、フォ
アアーム３６４に回動自在に連結されたエンドエフェクタ３６２を備え、フォア
アーム３６４は、近接側アーム３６６に回動自在に連結されている。近接側アー
ム３６６は、軸３６９回りに回動自在の状態でポスト３６８に連結されている。
ポスト３６８は、従来の方式で鉛直に移動可能とされ、Ｚ軸運動を実現する。エ
ンドエフェクタ３６２は、半導体ウェーハ及びその類いを容易に把持できるよう
に、従来方式の負圧把持手段を備えていてもよい。全ての部材は、制御手段、す
なわち計算手段９６により、従来方式で制御される。
【００９０】 テーブルの配置に関しては、ある程度の柔軟性が必要であることを理解された
い。ロッド及びテーブルが剛体である一実施形態においては、前述のように、ユ
ニバーサルジョイントがある程度の柔軟性を与える。このように柔軟性が要求さ
れるのは、テーブルが傾いた際に、ジョイントの中心間距離が変化するからであ
る。図４０は、対称状態（全てのプレートが平行）にある傾斜機構を示している
。この場合、ジョイント３３８1，３３８2の中心間距離（Ｉ）は、対称状態が保
持されている限り変化しない。しかし、図４１に示すように、上部プラットフォ
ーム３２６の第１端部３２６1が、第２端部３２６2より高い位置に来ると、ユニ
バーサルジョイント３３８1，３３８2の中心間距離（Ｉ）は、対称状態よりもｄ
１だけ長くなる。このようにして、ユニバーサルジョイントには、テーブルの移
動に伴う距離変化量ｄ１を許容するだけの柔軟性が求められる。図４２は、弾性
部材としてブッシュを用いて変化量ｄ１を許容するようにした第１の提案形態を
示している。図４３は、ロッド自体を弾性的に変形可能とした第２の提案形態を
示している。当業者には明らかであるように、構成部材の剛性は有限であるので
、弾性変形は、ロッド及びジョイントの双方に生じ得る。
【００９１】 図４４−４７は、図２２−２６に示すエレベータテーブルの変更形態を示して
いる。この実施形態では、エレベータ構造体をよりコンパクトにしてロボットの
ための物理的空間が限られている場合に適した形態とするために、エレベータね
じ３４６−１がアーム部材３３０−１の内部に配置されている。フレーム３１２
のベース部にはスプリング部材３６０が設けられ、平行なアーム部材３３０−１
が回転しないようにしている。３つのモータ手段３４０−１，３４０−２，３４
０−３が、それぞれ、３つのベルト・プーリ装置３４４−１，３４４−２，３４
４−３に連結され、前述と同様に、ねじを回転させてプラットフォーム３２２−
１を昇降させるように構成されている。
【００９２】 適切な位置測定センサシステム３７０（図２４）には、ａ）エンドエフェクタ
３６２の遠方側端部から長手方向にワークピースと平行に進行する第１信号（例
えば光信号または音波信号）を送信するための信号送信手段と、ｂ）衝突信号に
対応した信号を発生する信号検出手段（光信号検出器または音波信号検出器）と
、ｃ）ワークピースからの第１信号の反射エネルギを収集して信号信検出手段へ
と伝達するエネルギ収集・伝達手段とを含めることができる。ワークピースの１
つからの第１信号の反射によるエネルギの存在有無に対応した信号を制御手段へ
と伝達するために、状態信号伝達手段が設けられる。
【００９３】 位置測定センサシステム３７０は、把持されるべきウェーハ、パネル、カセッ
ト、またはワークステーションが、正しいアライメント状態にあるか、または、
傾き等のアライメント誤差を有しているを検出するために、エンドエフェクタ３
６２上に設けることができる。傾き誤差がある場合、エレベータ構造体３１０を
利用して物体位置決め装置３６０全体を傾け、エンドエフェクタ３６２上に設け
られた負圧把持装置を、ウェーハ把持に適したアライメントに調整することがで
きる。エンドエフェクタ３６２は、ｎ番目の軸２５回りに、またはエンドエフェ
クタ３６２の長手方向軸線３０４回りに、それぞれに応じてサーボモータ３また
はモータ３０２によって、適切に傾斜させることができる。
【００９４】 基本的に、エレベータ構造体３１０の傾きは、サーボモータ３及びロールモー
タ３０２を用いて調整され、こうして、ウェーハ／パネル／その他の位置を、半
導体／パネル処理におけるウェーハ／パネル処理ステーションへの搬送に適した
位置に調整することができる。図２４を参照すると分かるように、ここでは物体
位置決め装置３６０を２つの位置で示している。一方の位置は、ロッド３６８及
びエレベータ３１０の双方を最も収縮させた状態に対応し、他方の位置は、エレ
ベータ３１０及び物体位置決め装置３６０を少なくとも部分伸長させた状態に対
応している。
【００９５】 図示の実施形態では、物体位置決め装置３６０が、上部プレート３２６によっ
て支持された底部３６３を備えている。物体位置決め装置３６０は、フランジ３
２２内に形成された中央開口部３２５を通じて上部プレート３２６の上方へと伸
長する。図２２−２４に図示する特定の実施形態では、ねじ／ブラケット／直線
的に延在する部材の組合せが、円形状であるフランジ３２２の周囲に等間隔で３
つ配置されている（その内１つのみ図示）。剛体鉛直部材３１８によって構造体
の剛性が高められている。図示の実施形態では、剛体鉛直部材３１８は、剛体か
らなり基台３１４からフランジ３２２へと延在する３本のチューブで構成されて
いる。
【００９６】 図２５，２６に示すように、第１メンブレン３８４に空気圧シリンダ３８６が
取付けられている。フランジ３９２は、ボルト３７９によって第２メンブレン３
８２に堅固に取付けられている。圧力シリンダ３８６を作動させると、シリンダ
ロッド３８９がフランジ３９２に力を加える。フランジ３９２は、この力を第２
メンブレン３８２へと伝達する。その結果、エレベータ３１０の底部にボルト３
９１によって堅固に取付けられた第２メンブレン３８２が上方に向けて傾く。同
時に、第１メンブレン３８４は下方に向けて傾く。
【００９７】 メンブレン３８２，３８４の変形を制御する別の機構が設けられる。フランジ
３８５は、第１メンブレン３８４の下方に間隙をもって配置されている。構造体
３８８は、その上端部３９３がフランジ３９２に取付けられている。構造体３８
８は、第１メンブレン３８４を非接触状態で貫通し、その下部はフランジ３８５
に取付けられている。調整機構３８７は、フランジ３８５を第１メンブレン３８
４に対して近づけたり、遠ざけたりする。こうして、フランジ３８５と第１メン
ブレン３８４との間に形成される間隙３８１によって、シリンダロッド３８９の
変位量、ひいては第１・第２メンブレン３８４，３８２の変形量が決定される。
【００９８】 図２７，２８は、エンドエフェクタのピッチ軸回りに行われＥ軸とＹ軸とに垂
直でありＪ運動と称されるさらなる運動を実現する本発明の実施形態を示してい
る。この実施形態では、エンドエフェクタ１８の近接側部分と遠方側部分との間
に作用してＪ軸回りの回動を実現するピッチモータが設けられている。この動き
は、フラットパネルを水平状態から鉛直状態へと回動させる際に有用である。こ
の動きはまた、カセットを、例えば水平のカセットまたはワークステーションか
ら、鉛直のカセットまたはワークステーションへと搬送する場合、あるいは単純
に、水平状態にないカセットへと搬入及び／または水平状態にないカセットから
の搬出を行う場合に有用である（カセット１，２，３参照）。Ｙ運動及びＪ運動
の双方が実現されている場合には、カセットを放射状に配置する必要はない。
【００９９】 多機能性を与えるＹ，Ｊ，Ｅ運動は、単一のエンドエフェクタによって実現さ
れることに留意されたい。Ｊ運動及びＥ運動の双方を実現するためには、エンド
エフェクタに、近接側部分と、中央部分と、遠方側部分とを設ける必要がある。
Ｊモータは、他の全てのモータと同様に、適切なセンサを設け、コンピュータ制
御装置へと信号を送信し、制御装置からＪモータへと制御信号を送信するという
方式で制御される。
【０１００】 ここで図２１Ａ，２１Ｂを再度参照する。図示のロボットアームは、３次元空
間において、制御された７自由度の運動を実現できる。Ｙ軸とＥ軸の組合せは、
２自由度のリスト部が、Ｒ，θ方向という２自由度で運動可能である“平面的な
”２次元アームに取付けられた状態と考えることができる。アーム全体が、鉛直
方向（Ｚ方向）に変位するプラットフォームに球面接続されている。球面ベアリ
ング回りのアームの回動（傾斜変位）は、３つのピエゾ結晶体によって制御され
る。各ピエゾ結晶体は、既に述べたように、対応するフィードバックセンサによ
って検出されるそれ自身の一般化座標を有している。各ピエゾ結晶体は、リンク
で構成される平面が所定の傾きに調整されるように、適切に制御される。
【０１０１】 図２９Ａ，２９Ｂは、ヨーモータとダブルエンドエフェクタ７１８とを備えた
ロボットの一実施形態を示している。エンドエフェクタの各遠方側部分７１８ａ
，７１８ｂは、それぞれ、それ自体が有するピッチモータ７２２ａ，７２２ｂ及
び適切なセンサ７２４ａ，７２４ｂによって、対応するピッチ軸７２０ａ，７２
０ｂ回りに回動可能とされている。上記各モータ及びセンサは、コンピュータ制
御装置９２と通信を行い、これによって制御される。この実施形態は、ワークピ
ースを再配置する際に、ワークステーションまたはカセットの搬送に必要な時間
を最短化する。ワークピースは、第１エンドエフェクタ部分のピッチ軸を傾けて
第１エンドエフェクタによって把持され、ワークステーションにおいて、第２エ
ンドエフェクタ部分に把持されたワークピースと交換される。
【０１０２】 図３０Ａ，３０Ｂは、Ｊ軸を備えたロボットアームが、鉛直状態及び水平状態
に配置されたカセットＣからワークピースを取出すために使用されている状況を
示している。
【０１０３】 図３１Ａ，３１Ｂは、各リスト部がＹ，Ｊ，Ｅ運動を行うデュアルエンドエフ
ェクタを備えたロボットアームを示している。結果として、全方向に調節可能な
リスト部が実現されている。この構造では傾斜式エレベータは不要である。なぜ
なら、ロボットは、θ，Ｒ，Ｚ，Ｙ，Ｅ，Ｊ運動を利用することによって、Ｚ軸
に対するカセット／ワークステーション軸のいかなるアライメント誤差をも補正
することが可能だからである。作業領域内においてアームは、どのように配置さ
れたカセットにも到達することができ、またワークピースを出し入れするために
カセットの入口に接近することができる。
【０１０４】 カセット内で傾いたワークピースを把持する際に、またはＺ軸に対して傾いた
カセットからワークピースを取出す際にエンドエフェクタ１８のアライメント調
整のためにエレベータが傾斜している場合には、エンドエフェクタ１８の位置を
修正することが重要である。傾きはロボットアーム１０が取付けられるエレベー
タプラットフォームに生じており、エンドエフェクタはエレベータプラットフォ
ームの面から外れた面内に存在しているので修正が必要である。これらの修正は
、図３２−３４Ｂを参照することによって理解される。
【０１０５】 図３２は、アーム部分を２つの異なる位置で示しながらロボットアーム１０及
び傾斜可能なエレベータを示している。カセットの緯度方向のアライメント誤差
を修正するためにエレベータプラットフォームを水平状態から傾けた場合、符号
ｄαで示す角度修正によって、符号ｄＲ及びｄＺで示すＲ方向及びＺ方向の誤差
が生じる。コンピュータ制御装置は、既知のジオメトリ及び既知の数値ｄαを用
いて、必要なＲ，Ｚ方向修正を単純に行う。
【０１０６】 図３３は、カセットの長手方向アライメント誤差を補正する場合に必要とされ
る修正の状況を示している。ここでもアームは２つの位置で示している。エンド
エフェクタの面と、ロボットアームが支持されるエレベータプラットフォームの
面とが分離しているので、プラットフォームの角度変化ｄαは、エンドエフェク
タのヨー方向、Ｒ方向、θ方向の誤差を生じさせる。コンピュータ制御装置は、
既知のジオメトリ及び既知の数値ｄαを用いて、必要な修正値を単純に計算して
、修正を実行する。図３４Ａ，３４Ｂは誤差を示す図であり、図３４Ａは、修正
前の状態を示しており、ロボットアームのＺ軸のずれｄｓによって、右側に示す
アームはｄｒだけオフセットしている。図３４Ｂは、ｄθ，ｄＹ，ｄＲ（Ｒ２−
Ｒ１）修正を示しており、この修正によってエンドエフェクタは、図３４Ａに示
す右側のアームの位置から所定の位置及び角度にシフトされている。
【０１０７】 以上においては特定の傾斜可能なエレベータ構造体を説明してきたが、コンピ
ュータ制御される他の傾斜可能エレベータ装置を用いることもできること、及び
、そのような改良は傾斜可能エレベータ装置に１または複数のリスト軸回りのコ
ンピュータ制御回転運動を組合せて自由度を増加させることによって実現可能で
あることは当業者には明らかである。
【０１０８】 本発明により、及び、上記に記載した装置を用いることにより、水平状態に対
して（または別の装填状態に対して）アライメント誤差を有しており、本来は水
平配置されるべき（便宜上は水平配置されたワークピースと言う。但し、初期配
置はこれに限定されないことに留意されたい。）概して平坦なワークピースを取
上げる方法が提供される。この場合、ワークピースは、間隔をもって積重ねられ
た複数のワークピースのうちの１つである。まず、エンドエフェクタ３６２がワ
ークピース近傍に移動する。エンドエフェクタ３６２上のセンサ３７０を用いて
、把持前に各ワークピースのアライメントを測定する。ワークピースのいずれか
でもアライメント誤差を有している場合には、その誤差の程度が測定され、コン
ピュータ制御手段９６へと伝達される。コンピュータ制御手段９６は、モータ手
段３４０とサーボモータ３、及び／または、モータ２と物体位置決め装置を制御
して、エンドエフェクタ３６２のアライメントを、アライメント誤差を有する取
上げられるべきワークピースに合せる。次いで、ワークピースを目標の配置状態
とするためにモータ手段３４０が再度制御される。
【０１０９】 本発明はまた、長手方向に延在するｎ個のリンクを備えたアーム構造体１０を
制御する方法を提供する。ｎが２またはそれ以上の整数である場合、各リンクは
近接側端部と遠方側端部とを有する。本方法によれば、半径方向駆動シャフト、
回転駆動シャフト、及びエンドエフェクタ駆動シャフトの回動位置が全て測定さ
れる。回動位置に応じた電気信号が生成される。種々の駆動シャフトの回動位置
に対応した電気信号は、電気的計算手段に伝達され、図８に示す流れに従って処
理される。電気的計算手段は、駆動シャフトの回動位置に対応した電気信号に基
づいてエンドエフェクタ１０の位置を計算する。電気的計算手段はまた、駆動モ
ータを制御してエンドエフェクタを移動させ、エンドエフェクタの可動範囲にお
いてエンドエフェクタを任意の目標位置に配置する。
【０１１０】 ２つのヨー駆動装置とデュアルエンドエフェクタとの組合せによって、θ軸回
りにエンドエフェクタを回転させることなく、２つの同一なカセットまたは処理
ステーションにエンドエフェクタの両ハンド部を到達させることができる。２つ
のハンド部を有するエンドエフェクタを、各々が独立のヨーモータによって駆動
される２つの単一エンドエフェクタに置換えることによって、最小作業領域を拡
大することなく、処理ステーションにおけるウェーハ交換が極めて迅速に行える
ようになる（一方のエンドエフェクタを他方のエンドエフェクタに重ねて配置す
ることが可能であるので、最小作業領域は、単一エンドエフェクタを備えＹ軸回
りの回転可能とされたロボットの場合と同一である）。このような交換作業は、
多くの処理工程において障害となっている。
【０１１１】 図３９Ａ−３９Ｆは、上記実施形態の一例を示している。図３９Ａでは、処理
済みのウェーハがワークステーション内に配置され、アームが、処理を待つ別の
ウェーハを保持している。アームは、図３９Ａに示す位置から図３９Ｂに示す位
置へと直線的に伸長し、次いで、図３９Ｃに示す位置へと直線的に戻る。これら
の作業中、直線的移動経路を実現し、さらに、作業領域（図中における水平直線
間の領域）内で、エンドエフェクタに未処理のウェーハを搬送させるように、両
ヨーモータは、同軸配置された２つのＹ軸回りの運動を実現させる。図３９Ｄは
、処理済みのウェーハを右側に回動させ、未処理のウェーハを直線的にワークス
テーション内へ投入する様子を示している。図３９Ｅ及び図３９Ｆは、未処理の
ウェーハのワークステーション内へ投入の完了状態を示している。
【０１１２】 図１０−１２は、本発明の一実施形態による蛙足タイプリンケージの一例を示
している。ロボットアーム機構４１０は、ほとんど動かない固定構造体４１２を
含み、固定構造体４１２は、異なる高さの一対の中空部材４１６，４１８を介し
て蛙足タイプリンケージ４１４を支持している。
【０１１３】 蛙足タイプリンケージ４１４は、それぞれに近接側端部４２４，４２６と遠方
側端部４２８，４３０とを有する一対の近接側リンク４２０，４２２を備えてい
る。近接側端部４２４，４２６は、それぞれ、中空部材４１６，４１８に回動自
在に取付けられ、こうして、近接側軸４３２，４３４回りに、機構４１０のショ
ルダー部と称する部位において回動するようになっている。一対の遠方側リンク
４３６，４３８は、それぞれ、近接側端部４４０，４４２で近接側リンク４２０
，４２２の遠方側端部４２８，４３０に回動自在に連結されている。こうして、
遠方側リンク４３６，４３８は、軸４４４，４４６回りに、機構４１０のエルボ
ー部と称する部位において回動するようになっている。遠方側リンク４３６，４
３８は、それぞれ、遠方側端部４４８，４５０を有し、遠方側端部４４８，４５
０は、相対回転可能であるように互いにヒンジ結合され、さらにエンドエフェク
タ４５２にヒンジ結合され、遠方側軸４５４回りに、機構４１０のリスト部と称
する部位において回動するようになっている。近接側リンク４２０，４２２同士
、及び遠方側リンク４３６，４３８同士は、それぞれ異なる長さとすることもで
きるが、それぞれ同一長さとされていることが望ましい。全てのリンクを同一長
さに形成する必要はない。
【０１１４】 図１０−１２に示す実施形態では、所定の運動を実現するために３つのモータ
が設けられている。図１１にはショルダーモータ４５６を示している。このモー
タは、図１０に矢印で示すようなショルダー部における動きを実現する。図１０
にはエルボーモータ４５８を示している。エルボーモータが近接側リンク４２０
の長さ方向に沿って伸縮するとエルボー部における回動が実現される。図１１，
１２に示すヨーモータ４６０は、リスト部におけるヨー運動を実現する。ショル
ダーモータ４５６及びリストモータ４６０の回転状態とエルボーモータ４５８の
伸長状態とを表す信号を受信するために、信号受信線９２を介して電気的プロセ
ッサ９６が接続されている。上記信号は、信号発信のために取付けられたセンサ
によって生成される。電気的プロセッサはまた、符号１００，１０６，１０８で
示す制御配線を介して、モータ４５６，４５８，４６０を制御し、こうして、エ
ンドエフェクタ４５２を任意の方向で位置決めする。リンケージ４１４が有する
複数のリンクは連動するように連結されているので、任意の動きを得るために、
１つのショルダーモータ及び１つのエルボーモータのみしか必要とされないこと
は明らかである。必要に応じて、傾斜エレベータを設けることが可能であるよう
に、Ｅ運動及び／またはＪ運動を備えることもできる。
【０１１５】 図１３は、本発明による別形態の蛙足タイプ構造体を示している。ロボットア
ーム機構５１０は、異なる位置に配置されたモータ５６０と共に示されている。
リスト運動は、モータ５６０のシャフト５６８の回転運動によって実現される。
シャフト５６８が回転した際にリスト部を駆動するように、適切なベルト・プー
リ手段が設けられている。シャフト５６８はプーリ５７０を回転させ、プーリ５
７０は、ベルト５７２とプーリ５７４とを介してシャフト５７６をベアリング５
７８内で回転させる。シャフト５７６はプーリ５８０を回転させ、プーリ５８０
は、ベルト５８２とプーリ５８４とを介してシャフト５８６をベアリング５８８
内で回転させる。シャフト５８６はその上部５９０で、デュアルエンドエフェク
タ５５２の回転駆動部に連結されている。
【０１１６】 図１３に示されているエルボーモータ５５８は、プーリ５９４を駆動する回転
シャフト５９２を備えている。ベルト５９６は動力をプーリ５９８に伝達し、プ
ーリ５９８はベアリング６０２内でシャフト６００を回転させる。シャフト６０
０の上部６０４は、遠方側リンク５３６の近接側端部５４０に連結されており、
こうして、エルボー部回りに近接側リンク５２０と、対応する遠方側リンク５３
６とを相対回転させる。
【０１１７】 図示する両実施形態において、エルボーモータは、ショルダーモータが駆動す
るリンケージに対向するリンケージ、すなわち、近接側リンクと遠方側リンクと
からなる異なる一対を駆動するように取付けられている。これは、構造の簡単化
のためである。
【０１１８】 図１３に示す実施形態では、エルボー運動を実現するベルト・プーリ装置及び
リスト運動を実現するベルト・プーリ装置は、対向するリンケージ内に配置され
る。なぜなら、そうしないと互いに干渉する可能性があるからである。
【０１１９】 図１４は図１３に極めて似ている。異なる点は、シャフト５８６がプーリ５８
４から延在する方向であり、その違いに応じて、組合されるリンク及びシャフト
６００の位置が異なっている。
【０１２０】 上記の蛙足構造体は固定構造体内にモータを有しているが、非真空環境内、ま
たは真空環境でスペースの問題がない場合、非蛙足形態で構成し、リストモータ
及びエルボーモータを、それぞれリスト部及びエルボー部に近接させて、または
それぞれの部位そのものに設けることができることに留意されたい。
【０１２１】 図１５Ａ，１５Ｂは、アーム機構５１０，６１０の作業領域を概略的な平面図
で示している。図１５Ａには、ワークピースを収容している複数のカセット６０
５（２つを図示）及び／または複数のワークステーション６０６を示している。
ワークステーション６０６及びカセット６０５はロボットアーム機構５１０，６
１０の中心から放射状に配置されておらず、従って、Ｒ及びθ方向にしか運動で
きないアームでは、アーム機構５１０，６１０のエンドエフェクタ５５２のよう
に、カセット等にエンドエフェクタを垂直に進入させることはできないことに留
意されたい。また、アーム機構５１０，６１０は、どのカセット／ワークピース
６０５，６０６に対しても垂直に方向を調整し、進入し、またはそれらから退出
することができることに留意されたい。ワークステーション６０６及びカセット
６０５がショルダー部に対して放射状に配置されていなくても、ヨー運動機能を
用いることによって、エンドエフェクタ５５２が各ワークステーション６０６及
びカセット６０５に対して直線的に進入できるようにエンドエフェクタ５５２の
方向調整をすることが可能である。このようにして、上記のロボットシステムは
、直線的に配置されたカセットを扱うために軌道によってロボットが搬送（並進
移動）される高価な小型軌道システムに完全に置換えて使用することができる。
これらの運動はリストモータの存在によって実現可能となっている。２またはそ
れ以上のハンド部、例えば図示のように２つのハンド部５５２ａ，５５２ｂを備
えたエンドエフェクタ５５２は、特に効率的であり、少ない停止時間で迅速な作
業を可能とする。同様の理由で、さらなるハンド部を用いることにより、上記利
点がさらに顕著になる。３つのハンド部を備えたエンドエフェクタは作業効率が
さらに良い。もちろん、ワークピースを取上げるための空間、及びカセットの開
口部の大きさは限られているので、作業に干渉が発生するほどにハンド部の数を
増加させることはできない。
【０１２２】 リンケージ５１４が互いに干渉せず、固定構造体５１２とも干渉せずに図１５
に示す動きを実現するために、リンクは互いに鉛直方向にオフセット配置されて
いる（図１３，１４参照）ことに留意されたい。
【０１２３】 本発明によれば、ショルダーモータ駆動シャフト６２２の軸５４４回りの回転
位置を示す数値を測定し、ショルダーモータ駆動シャフト６２２の回転位置を示
す電気信号を発生させるために、実際には増分フォトエンコーダで構成されるシ
ョルダーモータセンサ手段６２０（図１３に示す）が設けられている。実際には
、このようなモータセンサは、モータハウジングの延長部分６２１内に収納され
て販売される。結果として得られる電気信号は、必要な数値、すなわちショルダ
ーモータ駆動シャフト６２２を表す。フォトエンコーダは、光源と、光源からの
光が遮蔽されていない場合にこれを受けるように整列配置された光センサとから
構成され得る。光源からの光線は回転シャフトに平行に照射される。回転シャフ
トにおいて光源と光センサとの間の位置には、光線に当るような概して円形のデ
ィスクが設けられている。ディスクは、透明部分と不透明部分とを交互に有し、
モータの回転中に光センサで生成されるパルスの数はモータの速度、ひいてはシ
ャフトの回転位置を示す。図１７Ａ，１７Ｂにその構造を示している。
【０１２４】 ショルダーモータ駆動シャフトの回転位置を示す電気信号を電気的計算手段９
６に伝達するために、線９２で示される（図１２）手段が設けられている。同様
に、図１０に示すエルボーモータ駆動シャフトにねじ連結されシャフトの回転に
従って伸長するフォロワ６２６の伸長量（図１０−１２）またはエルボーモータ
駆動シャフト５９２（図１３）の回転位置を測定し、測定値に基づく電気信号を
発生するためにエルボーモータ駆動センサ手段６２４が設けられている。フォロ
ワ６２６は、遠方側リンク５３６の近接側端部５４０に取付けられており、フォ
ロワ６２６がエルボーモータ駆動シャフトの回転に伴って移動することによって
リンク間の角度が変化する。より一般的な変更形態として、シャフト５９２の回
転量を測定するために図１７Ａ，１７Ｂに示すセンサ構成を用いてもよい。シャ
フトの回転量測定値とシャフト５９２のねじピッチとから伸長量を計算すること
ができ、この伸長量と既知の幾何関係とから近接側リンク・遠方側リンク間の角
度を計算することができ、こうして目標値に角度調節することができる。フォロ
ワ６２６またはエルボーモータ駆動シャフト５９２の位置を表す電気信号を電気
的計算手段５６２に伝達するために線９２で示す手段が設けられている。
【０１２５】 本発明のセンサ手段を図１７Ａ，１７Ｂに示している。それぞれのモータシャ
フト５６８，５９２，６２２がそれぞれのモータ５６０，５５８，５５６のハウ
ジング内に有する延長部７００には、該延長部７００と共に回転するディスク７
０２が設けられている。図１７Ａでは符号７０４で示すそれぞれのセンサ６２０
，６２４，６２７は、ディスク７０２の下面に光線を当て、反射が生じた際にそ
れを検出する。ディスク７０２は、複数の非反射部分または開口部で分離された
複数の反射部分を有している（図１７Ｂ参照）。光線は反射部分でのみ反射され
る。反射部分及び非反射部分の位置と分離状態は既知であるので、結果として得
られる信号は、それぞれのシャフトの回転速度に比例する。
【０１２６】 その作用を概略的に図８に示す電気的計算手段５６２は、駆動シャフト及び／
またはフォロワ６２６の測定位置と種々のリンクの長さ及び種々のプーリの直径
などの幾何関係とからエンドエフェクタ５５４の位置を計算する位置計算手段を
備えている。電気的計算手段５６２はさらに、ショルダー駆動モータ５５６及び
エルボーモータ５５８を制御して、エンドエフェクタ５５４の位置を、必要に応
じて直線を含む任意の平面曲線軌道に従って移動させる駆動制御手段を備えてい
る。
【０１２７】 図１８Ａ，１８Ｂは、エンドエフェクタ５５２上に設けられたセンサ８００を
ワークピース位置決めチャック８０２と共に使用する状況を示している。チャッ
ク８０２は、その上に配置されたウェーハを回転させるために用いられ、こうし
て、平坦物の検出及び位置決めが可能であり、ウェーハ幾何中心をチャック８０
２の回転中心の合せることができる。これらの図では、ウェーハ８０４がチャッ
ク８０２上に載せられた状態を示している。センサは、ウェーハの輪郭部を受入
れる開口部８０６を有している。検出光線は、センサの上部８０８から下部８１
０へと通過してここで検知されるか、または、反射してセンサの上部８０８に戻
りここで検知される。このようにして、ウェーハ８０４を保持しているチャック
８０２が回転する際にウェーハの縁部を検出することが可能であり、さらに、平
坦物の位置及び方向に関する情報を抽出し、ウェーハ８０４の幾何中心位置を決
定することができる。エンドエフェクタ５５２の反対側の端部８１２は、次いで
、ウェーハを望ましい方向で取上げ、ワークステーションへと搬送することがで
きる。
【０１２８】 図１９は、固定された３つのハンド部を有するエンドエフェクタ９１０を示し
ている。このエンドエフェクタ９１０は、他の図に示すような固定された２つの
ハンド部を有するエンドエフェクタ５５２に置換えて用いることができる。
【０１２９】 図２０は、図１３に示す機構にＺ軸モータ９５０を付加した機構を示している
。この機構は、Ｚモータ９５０によって駆動される親ねじ９５２と、モータ５５
６，５６０を保持するフレーム９５６を昇降させる親ねじフォロワブラケット９
５４とを備え、こうしてＺ運動が実現される。
【０１３０】 以上述べたように、本発明は、アーム機構５１０，６１０を制御する方法を提
供する。アーム機構５１０を制御する方法によれば、エルボーモータ駆動シャフ
トの並進位置と、ショルダーモータ駆動シャフト及びリスト駆動シャフトの回転
位置とが全て測定される。そして、これらの位置を表す電気信号が生成される。
半径方向駆動シャフト、回転駆動シャフト、及びエンドエフェクタ駆動シャフト
の位置を表す電気信号は、図１２に概略的に示すように、電気的計算手段へと伝
達される。電気的計算手段は、駆動シャフトの位置を表す複数の電気信号からエ
ンドエフェクタ５５２の位置を計算する。電気的計算手段はまた、エンドエフェ
クタをその可動範囲内で任意の目標位置に移動配置するために駆動モータを制御
する。アーム機構６１０を制御する方法によれば、エルボーモータ駆動シャフト
、ショルダーモータ駆動シャフト、及びリスト駆動シャフトの回転位置が全て測
定される。そして、これらの回転位置を表す電気信号が生成される。その後の過
程はアーム機構５１０の場合と同様である。
【０１３１】 本発明はさらに、半導体ウェーハ及びフラットパネルディスプレイなどのワー
クピースを処理する方法を提供する。本方法では、概して平行に配置された複数
のウェーハ／パネルが、１または複数のカセット内に位置決めされる。この場合
、カセットは、必ずしもロボットアームの主軸に正確に平行な軸を有していなく
てもよい。アームは、選択的かつ独立にエンドエフェクタをヨー軸及び／または
ロール軸及び／またはピッチ軸回りに回動させるモータを備えている。アームは
また、アームのＲ，θ，Ｚ位置をモニターする手段と、アームリスト部のＹ位置
及び／またはＥ位置及び／またはＪ位置をモニターする手段と、これらの位置を
制御するコンピュータ制御手段とを備えている。一般的に、ワークピースがアー
ムに把持される際にワークピースのアライメントを測定するためのセンサ手段も
設けられる。アームを制御するコンピュータ制御手段を用いてウェーハが次々と
把持され、こうして、各ワークピースが把持され、処理を行うワークステーショ
ンへと適切なアライメントで順々に搬送される。その結果、許容される完成ワー
クピースが増加し、生産性が向上する。
【０１３２】 （産業上の利用可能性） 本発明は、種々の用途に有用な、特に、処理される半導体ウェーハの位置決め
及び処理されるディスプレイパネルの位置決めに有用な、ロボットアーム構造体
１０，５１０，６１０を提供する。本システムは、設計エンジニアに絶大な柔軟
性を与えると共に、アーム機構の操作中の振動を顕著に減少させる。結果として
、許容されるワークピースの生産量が増加する。
【０１３３】 以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明してきたが、さらなる改良を加
えることが可能であり、本出願は、概して本発明の原理に従ういかなる変更形態
、応用、適用を含むことを意図しているということを理解されたい。また、本発
明の本質的特徴に公知技術または本発明に係る分野の慣用技術を適用しても、本
発明の範囲及び本明細書に記載される特許請求の範囲に含まれる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレキサンダー・トドロフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94086・サニーヴェール・ベルナルド・ア ヴェニュ・165・アパートメント・14 (72)発明者 ルボ・コストフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94086・サニーヴェール・ウェイヴァリ ー・ストリート・252 (72)発明者 ピーター・ペトコフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94086・サニーヴェール・ウェイヴァリ ー・ストリート・398 (72)発明者 ヴァレンタイン・トテフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94089・サニーヴェール・フェアオーク ス・アヴェニュ・1220・アパートメント・ 3202 (72)発明者 ユージン・ボネフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 95050・サンタ・クララ・モンロー・スト リート・2250・アパートメント・319 (72)発明者 ズラトコ・ソティロフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94087・サニーヴェール・イースト・フリ ーモント・アヴェニュ・815・アパートメ ント・65 Ｆターム(参考） 3C007 AS24 BS15 BT01 CT01 CV07 CW07 HS27 HS29 HT02 LV19 NS12 5F031 CA02 FA01 FA07 FA11 FA12 FA18 GA03 GA43 GA45 GA46 GA47 GA49 GA50 JA45 LA13 LA14 PA02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 θ運動とＲ運動とを実現するために、それぞれに近接側端部
    と遠方側端部とを有する少なくとも２つのリンクを備え、前記θ運動は最近接側
    リンクの近接側端部における主軸回りに行われ、前記Ｒ運動は前記主軸から半径
    方向に前進するように行われるロボットアーム構造体であって、 前記主軸に平行なエンドエフェクタ軸回りに最遠方側リンクの前記遠方側端部
    に対して回動するように回動自在に取付けられた第１エンドエフェクタと、 前記第１エンドエフェクタを前記エンドエフェクタ軸回りに回動させて前記第
    １エンドエフェクタに独立のヨー（Ｙ）運動を与えるように連結された第１モー
    タと、 前記エンドエフェクタ軸回りに前記最遠方側リンクの前記遠方側端部に対して
    回動するように回動自在に取付けられた第２エンドエフェクタと、 前記第２エンドエフェクタを前記エンドエフェクタ軸回りに回動させて前記第
    ２エンドエフェクタに前記第１エンドエフェクタのヨー運動とは独立のヨー（Ｙ
    ）運動を与えるように連結された第２モータと、を備え、 前記第２モータの回動軸は、前記第１モータの回動軸に対して非同軸配置され
    ていることを特徴とするロボットアーム構造体。
  2. 【請求項２】 前記第１モータ及び前記第２モータは、前記最遠方側リンク
    の前記遠方側端部に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボッ
    トアーム構造体。
  3. 【請求項３】 前記第１モータ及び前記第２モータは、前記最遠方側リンク
    の前記近接側端部付近に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のロ
    ボットアーム構造体。
  4. 【請求項４】 前記第１モータ及び前記第２モータは、中間リンクに取付け
    られていることを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム構造体。
  5. 【請求項５】 Ｚ軸に沿って可動とされたエレベータ構造体をさらに備え、
    該ロボットアーム構造体は前記エレベータによって支持されていることを特徴と
    する請求項１に記載のロボットアーム構造体。
  6. 【請求項６】 前記Ｚ軸に対して前記エレベータ構造体を制御しながら傾け
    る手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載のロボットアーム構
    造体。
  7. 【請求項７】 Ｚ軸に対して該ロボットアーム構造体を制御しながら傾ける
    手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム構造
    体。
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