JP2011082532A - 独立多エンドエフェクタを備えた基板移送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工装置の大きさを最小化するため、基板移送アームの作動スペースはできるだけ小さいことが望ましい。
【解決手段】基板加工装置１０は、フレーム１６と、駆動部４２と、多関節アーム４４と、少なくとも一対のエンドエフェクタとからなる。駆動部４２はフレーム１６に接続している。多関節アーム４４は駆動部４２に接続している。多関節アーム４４はショルダ及びリストを有している。アーム４４は、ショルダにおいて駆動部４２に枢支されている。一対のエンドエフェクタが多関節アーム４４に接続している。一対のエンドエフェクタは多関節アーム４４のリストにピボット結合しており、よって多関節アーム４４に対してリストの共通回転軸周りに回転する。各エンドエフェクタは、多関節アーム４４に対してリストの共通回転軸周りで独立に枢動自在である。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は基板加工装置に関し、特に、独立した多エンドエフェクタを備えた移送装置を有する基板加工装置に関する。

基板加工装置の処理能力は、半導体基板の製造業者（例えば、半導体ウエハまたはフラット・パネル・ディスプレイの製造業社）にとって重要な関心事である。所与の基板加工装置の処理能力は、加工された基板のコストに直接影響を及ぼし、よって、かかる基板を部分的に若しくは全体として有するあらゆる電子デバイスの最終コストに影響を及ぼす。処理能力が向上すればするほど、基板の製造コストが下がり、よって、最終製品のコストが下がる。基板加工装置の処理能力は、基板が格納カセット（例えば、従来から使用されているフロント・オープニング・ユニバーサル・ポッド(FOUP)）から移送され、加工装置を経由し、そしてFOUPに戻される効率と速度とに少なくとも部分的に依存している。従来から、１または複数の基板を運ぶ１または複数のエンドエフェクタを有する基板移送装置を用いた基板加工装置が存在している。これによって、例えば迅速な基板の交換が可能である。これら従来の基板移送装置に備わるエンドエフェクタのうちのいくつかは、独立して操作することが可能である。これらのエンドエフェクタを駆動する駆動部は、エンドエフェクタ近傍の移送アームの端部に設置されている。この位置はアームの質量モーメントを増加させ、基板移送中の移送アームの速度及びコントロールに影響を及ぼす。更にエンドエフェクタ駆動部を移送アームの端部に有している基板移送装置は、広い作動スペースを必要とする。加工装置の大きさを最小化するため、基板移送アームの作動スペースはできるだけ小さいことが望ましい。これにより、所与の製造施設内に、数多くの加工装置を配置することが可能となる。本発明は、以下に詳細に記述するように従来の基板加工装置の問題点を解決した。

本発明の第１実施例においては、基板加工装置が提供される。装置は、フレームと、駆動部と、多関節アームと、少なくとも一対のエンドエフェクタと、からなる。駆動部はフレームに接続している。多関節アームは駆動部に接続している。多関節アームはショルダ及びリストを有している。多関節アームは、ショルダにおいて駆動部に枢動するように取付けられている。駆動部は、多関節アームがショルダにおいてフレームに対して回転軸周りに回転し、ショルダに対してリストを運動させるようになっている。一対のエンドエフェクタは多関節アームに接続している。一対のエンドエフェクタは、多関節アームのリストにピボット結合され、よってリストにおいて共通回転軸周りに多関節アームに対して回転する。エンドエフェクタの各々が、リストにおいて共通回転軸周りを互いに対して独立に枢動自在で、エンドエフェクタの少なくとも１つが、リストにおいて多関節アームに対して共通回転軸周りを独立に枢動自在である。

本発明の他の実施例においては、基板移送装置が提供される。装置は、駆動部と、上部アームと、前部アームと、少なくとも一対のエンドエフェクタと、からなる。上部アームは駆動部に接続している。前部アーム上部アームに移動自在に接続している。一対のエンドエフェクタが前部アームに対して移動自在となるように一対のエンドエフェクタが前部アームに移動自在に接続している。一対のエンドエフェクタは前部アームに配置されている。一対のエンドエフェクタは駆動部に操作自在に接続されており、一対のエンドエフェクタを前部アームに対して作動させる。一対のエンドエフェクタの各エンドエフェクタは互いに独立して作動自在である。

本発明の他の実施例においては、基板移送装置が提供される。装置は、駆動部と、多関節アームと、少なくとも一対のエンドエフェクタと、他の駆動部とからなる。駆動部は同軸シャフトアセンブリを有している。多関節アームはアームのショルダにおいて同軸シャフトアセンブリに操作自在に接続しており、アームをショルダに対して回転させショルダに対してアームを伸び縮みさせる。一対のエンドエフェクタが、１対のエンドエフェクタの各々が独立して多関節アームに対して共通回転軸周りを枢動自在なように多関節アームに作動自在に接続している。他の駆動部一対のエンドエフェクタに操作自在に接続してエンドエフェクタをアームに対して作動させる。他の駆動部は少なくとも１つのモータをショルダ近傍のアーム上に取付けている。

本発明の他の実施例においては、基板移送装置が提供される。装置は駆動部と、上部アームと、前部アームと、少なくとも一対のエンドエフェクタとからなる。上部アームは駆動部に接続している。前部アームは上部アームに移動自在に接続している。一対のエンドエフェクタは前部アームに移動自在に接続している。前部アームには支持部材が固定されている。一対のエンドエフェクタが支持部材に可動自在に取付けられており、一対のエンドエフェクタの各エンドエフェクタが前部アームに対して独立して回転することが可能となる。駆動部は各エンドエフェクタに操作自在に接続されており、よって各エンドエフェクタは駆動部によって独立して動かされる。

図１を参照すると、本発明の特徴を備えた基板加工装置10の分解斜視図が示されている。図面に示された単一の実施例を参照しながら、以下に本発明の説明を行なうが、本発明には他の多くの代替実施例が存在することを理解すべきである。更に、いかなる好適な構成要素の大きさ、形状、型式や材質を使用しても良い。

基板加工装置10はフロントすなわち大気圧セクション12と、隣接後部すなわち真空セクション14とから構成し得る。図１に示す加工装置10の配置は、例示であり、他の実施例においては、基板加工装置はいかなる好適な配置や形状を有していても良い。図１に示す本実施例においては、フロントセクション12は、大概、フレーム16と、基板保持カセット22と、基板移送装置24とを備えている。後部セクション14は、通常、メインセクション18と、加工モジュール36と、真空基板移送装置34とを備えている。フロントセクション12のフレーム16は、基板加工装置10の後部セクション14に隣接して良い。フロントセクションのフレーム16は、通常、多くの基板保持カセット22を支持している（図１では例示のため、２つのみが示されている）。基板保持カセット22は、その中に多くの基板を保持している。基板は、例えば、半導体ウエハ、フラット・パネル・ディスプレイ基板、その他のいかなる好適な基板形式であっても良い。フロントセクション12のフレーム16は、大気に開放している。大気圧基板移送装置24はフレーム16に取付けられており、装置10の保持カセット22と真空後部セクション14との間で基板を移送する。後部セクション14のメインセクション18はセントラルチャンバ26と、中間チャンバ28、 30とを含んでいる。加工モジュール36は、通常、メインセクション18の周囲に配置されており、メインセクションの外側にある開口部を介してセントラルチャンバ26と通じている。中間チャンバ28は、メインセクションの内側開口部を介してセントラルチャンバ26と通じている。メインセクション18は、また、外側開口部を有しており、これにより中間チャンバ28、30が隣接した大気圧フロントセクション12と通じることが可能となる。真空基板移送装置34はメインセクションに取付けられており、セントラルチャンバ26を介して中間チャンバ28と加工モジュール36との間で基板を移送する。加工モジュール36は特有のシステムを有した１つまたは複数のチャンバを有しており、これにより例えば、スパッタリング、コーティング、エッチング、ソーキング等の種々の加工処理をチャンバに設置された基板に対して行なう。後部セクション14のセントラルチャンバ26は十分な真空状態が保たれており、中間チャンバ28、 30と加工モジュール36との間での移送の際における基板の汚染を防止する。後部セクションの外側開口部32は閉じることが可能で、これにより、セントラルチャンバ26を加工モジュール36から隔離する。内側開口部38は閉じることが可能で、これにより、セントラルチャンバ26を中間チャンバ28、30から隔離する。メインセクション18の外側開口部40は閉じることが可能で、これにより、中間チャンバをチャンバ外の外部環境から隔離する。基板加工装置10は更にコントローラ400を含んでおり、該コントローラは装置10の操作をコントロールする。コントローラ400からの指令に従い、大気圧移送装置24は新たな基板をカセット22から中間チャンバ28、30へ移送し、加工された基板を中間チャンバからカセット22へ戻す。大気圧移送装置24は独立した多エンドエフェクタを含み得るものであり、これにより、以下に詳細に記述するように基板のカセット22への出し入れにおいて、基板が迅速に交換される。中間チャンバ28、30の片方または両方はロードロックであっても良い。コントローラ400はロードロックをサイクルさせ、真空基板移送装置34を操作してセントラルチャンバを介して中間チャンバ28、30から加工モジュール36へ基板を移送する。真空移送装置34は独立した多エンドエフェクタを含み得るものであり、これにより、以下に詳細に説明するように、基板のロードロックまたは加工モジュールへの出し入れにおいて基板が迅速に交換される。基板はその後加工され、中間チャンバを介してカセット22に戻される。

図１において示される本実施例において、フロントセクション12のフレーム16は、フレームのフロントエンド20に２つのカセット22を支持している。カセット22は、一般的な並設構成がとられている。カセットはフロント・オープニング・ユニフォーム・ポッド(FOUP)であって良く、好適な実施例においては、約26枚の200/300 mm半導体基板を保持することが可能である。他の実施例においては、フロントセクションのフレームは、いかなる所望の数量の基板保持カセットを支持しても良い。カセットはいかなる形式のものであっても良く、いかなる所望の数量の基板を保持し得るものであっても良い。カセットはいかなる所望の形式の基板を保持し得るものであって良く、フラット・パネル・ディスプレイを製造する際に使用する基板であっても良い。更に他の実施例においては、基板保持カセットは、フロントに加えてフロントセクションのフレームの両側面に配置しても良い。各カセット22はフロントフェイス22Fを有しており、これはフロントセクション12のフレーム16に面している。フロントフェイス22Fは開口部(図示せず)を有しており、そこを介してそれぞれのカセット22での基板Sの取出しや挿入が行なわれる。図１に示されるように、大気圧基板移送装置24は、装置10のカセット22と後部セクション14との間でフレーム16に取付けられている。好適な実施例においては、基板移送装置24は駆動部42を含んでおり、該駆動部42は可動アーム44を動かす。

引き続き図１を参照すると、真空セクション14は例示的な構成で示されており、他の実施例の真空セクションはいかなる好適な構成であっても良い。図１に示す実施例では、メインセクション18は一般的な長方形形状を有している。加工モジュール36はメインセクション18の３側面に沿って配置されていることが示されているが、他の実施例においては、加工モジュールは１側面または２側面に配置されても良い。本実施例では、２つの加工モジュール36がメインセクション18の各側面に配置される。図１に示されるように、メインセクションの各側面の加工モジュール36は真空基板移送装置34からラジアル状に並置されている。前述したように大気圧モジュール12に隣接したメインセクション18の側面に配置された中間チャンバ28、30は、基板移送装置34からラジアル方向に配置されている。基板移送装置34は、メインセクション18のセントラルチャンバ26のほぼ中央に配置されている。真空基板移送装置34は大気圧移送装置24とほぼ同様であって良く、駆動部42A及び多関節アームアセンブリ44Aを有している。前述したように、真空移送装置34は、アームアセンブリに独立した多エンドエフェクタを有している。

本実施例の大気圧移送装置24と真空移送装置34とは、ほぼ同様である。従って、大気圧装置24を特に参照しながら大気圧装置24及び真空装置を、以下に詳細に説明する。図２に示されるように、可動アーム44は４つのセクションを有しており、それらは、上部アーム60、前部アーム62、及び２つのエンドエフェクタ64、66である。上部アーム60及び前部アーム62は連続して接続している。前部アーム62は２つのエンドエフェクタ64、66を支持しており、それらのエンドエフェクタは前部アームの末端において、一方が他方に積み重なっている。上部アームは、以下に詳細に説明するように駆動部42に接続している。本実施例においては、移送装置24の駆動部42は、フレーム16に固着されており、移送装置の中心は並設したカセット22の間に位置している(図１参照)。他の実施例の駆動部は、装置のフレームに対して水平な面上を移動自在な車に取付けられても良い。駆動部42は３軸方向に駆動するものであり、可動アーム44を３軸に沿って動かすことが可能である。駆動部42は好適な駆動装置(図示せず)を含んでおり、これにより可動アーム44を垂直に上げ下げする(すなわち、Z軸に沿った運動)。例えば、駆動部はハウジング46(図２参照)を含んで良く、該ハウジングによって可動アーム44が支持されている。垂直駆動装置はモータとボールスクリュからなる構成（図示せず）を含み得るものであり、該構成はハウジングに接続され、該構成が操作されることによりボールスクリュに沿ってハウジングを上げ下げする(図２の矢印Zで示される方向)。他の実施例においては、垂直駆動装置はいかなる好適なリニア駆動形式であっても良い。真空移送装置(図１参照)は垂直駆動装置を含まなくても良い。図２及び図３を参照すると、ハウジングは好適には同軸駆動装置48を含んでおり、これにより可動アーム44を回転軸θ周りに作動させ(すなわち、θ運動)、かつ、可動アームを半径軸Tに沿って伸び縮みさせる(すなわち、T運動)。本実施例に示す駆動部42の同軸駆動装置48は、例えば米国特許第5,899,658号に示されているような同軸駆動装置であり、全て本願の開示に組み入れられる。他の実施例においては、同軸駆動装置は、可動アームを作動させてθ運動とT運動とを共に生じさせることが可能な他のいかなる好適な駆動装置であっても良い。

図３に示されるように、ハウジング46は中央に開口部のあるフランジを有しており、該開口部を介して２つの同軸アウトプットシャフトが延在している。外部シャフトは4と示されており、内部シャフトは5と示されている。両アウトプットシャフトの末端部において、パイロットベアリング6が両シャフトを分離し、かつ、互いに支持している。２つのシャフトは回転軸θ周りを独立して回転することができる。両シャフトの動きは、互いに一緒に動く場合と、互いに反対方向に動く場合とがある。前者の動きによりアーム44が回転し、後者の動きによりアームが伸び縮みする。内部シャフトは外部シャフトより長く、ハウジング46の外側に存在している内部シャフトの末端部は対応する外部シャフトの末端部から更に伸長している。内部シャフト5の末端部は伝動システム70のドライブプーリ71に接続している。外部シャフトの末端部は上部アーム60に直接固着している。これにより、外部シャフト4が回転すると、上部アームは、θ軸周りを該シャフトと共に回転する。ロータ7が外部シャフト4の外表面上に支持されており、対応するステータ8がロータ7の外側に支持されている。同様に、ロータ9が内部シャフト5の外表面上に支持されており、対応するステータ11がロータ9の外側に支持されている。各ステータは駆動装置の一部であって、対応するシャフトを回転させる。各ロータ・ステータ対7、8及び9、10は通常のブラシレス直流モータの一部を構成し得るものであり、例えば、米国ニューヨーク州11779、ロンコンコマ、サーティーンスアベニュー（Thirteenth Avenue、Ronkonkoma）200のテクノロジー社（Technology Inc.）によって製造されているM&Kシリーズがある。他の実施例においては、駆動部は他のいかなる型式のモータを含んでも良い。例えば、内部及び外部シャフトを回転させる、ブラシレス交流モータ、ステッピングモータ、通常の(ブラシ式)交流若しくは直流モータがある。各シャフト4、5は、シャフト回転の計測に好適な対応するエンコーダ機構13、15を有しても良い。該エンコーダ13、15はコントローラ400(図１参照)に接続しており、シャフトの回転及び位置の信号をコントローラに送る。

図４及び図５を参照すると、アームアセンブリ44の略正面の断面図及び、略平面図がそれぞれ示されている(図５には、明瞭化のためエンドエフェクタ64、66が図示されていない)。前述したように、アームアセンブリ44は上部アーム60、前部アーム62、及び本実施例においては２つのエンドエフェクタ64、66を含んでいる。他の実施例のアームはいかなる所望の数量のエンドエフェクタを含んでいても良い。例えば、該アームは前部アームにただ１つだけのエンドエフェクタが取付けらられていても良い。アームアセンブリ44は、更に、前部アーム62を回転させる伝動システム70と、独立してエンドエフェクタ64、66を回転させる２つのエンドエフェクタ駆動システム78、80とを有している。上部アーム60は、図４及び図５に概略図で示されるような、外部ケーシング61または他の好適な枠構造を有している。前述したように、上部アーム60の外部ケーシング61(いかなる好適な材料により製造されるものであって良い)は同軸駆動装置の外部シャフト4に直接固着されている。上部アームのケーシング61と外部駆動シャフト4との間の接合部がアームアセンブリ44のショルダ72を画定する。また、外部ケーシング61は図４に示すように、前部アーム62を枢支している。これにより、アームアセンブリのエルボ結合部74を画定している。図２及び図４から理解されるように、外部シャフト4の回転が上部アームケーシング61、ひいてはショルダ72を介して延在する全アーム、をθ軸周りに回転させる。図４及び図５に示されるように、上部アームの外部ケーシング61は伝動システム70及びエンドエフェクタ駆動システム78、80の一部を備えている。伝動システム70は、通常、駆動プーリ71、遊びプーリ73及びベルト70からなる。前述したように、駆動プーリ71は、アームのショルダ72において、同軸駆動装置の内部シャフト5に取付けられている。遊びプーリ73は、アームアセンブリ44のエルボ74において、同軸シャフトアセンブリ90の外部シャフト92に取付けられている。ベルト70は駆動プーリ71と遊びプーリ73とを係合し、よって駆動プーリ71の回転(内部シャフト5の回転により生じる)を73の回転に、そしてシャフト92の回転に伝える。

エルボ24における同軸シャフトアセンブリ90は、３つの同軸シャフト92、94、96から構成されるのが好ましい。外部シャフト92、中間シャフト94及び内部シャフト96は、外部ケーシング61にスラストと、ローラまたはボールベアリング(図示せず)との好適な組合せによって軸支され、これによりシャフトはアームのエルボ74においてY1軸周りを独立して回転することができる。外部シャフト92が最も短く、中間シャフト94と内部シャフト96とが、順次、外部シャフトの上側及び下側両方に伸長している(図４に示されている)。外部シャフト92は、その一端が前部アーム62に固定されており、遊びプーリ73が外部シャフト92上に固着している。これにより、伝動システム70が遊びプーリ73を回転させると、前部アーム62が関節部においてY1軸周りを回転する。

上部アームの外部ケーシング61内に収納されているエンドエフェクタ駆動システムの一部に、モータ82、84及び伝動セグメント79、81が含まれる。外部ケーシング61は、ケーシングの内側部分61Iから延在した延在部63を有している(図４参照)。内側部分61Iはショルダ72とエルボ74との間に延在している。図４に示されるように、延在部63はショルダの面の反対側に位置しており(すなわち、回転軸θ)、外部ケーシングの内側部分61Iから延在している。延在部63は外部ケーシング61の他の部分に比べて広げられていても良い。延在部は、ショルダから十分に退行した位置に内側壁63Wを有しており、よって前部アームは、上部アーム60の延在部63に干渉することなく、エルボにおいてY1軸周りを360°回転自在になり得る。図4Aに示されるように、延在部63及び内側部分61Iが、前部アーム62が位置する上部アームの１段（step）すなわち凹部（recess）61Rを画定する。従って、上部アーム60の凹部63R内に前部アーム62が位置する本構成により、アームアセンブリの全体的な積み重ね高さ(すなわち、最上表面66Tと最低表面66Bとの間の高さであって、図4AにおいてHで示されている)を通常のアームアセンブリに比べてより低くすることができる。更に、上部アーム60の延在部63がショルダからオフセットしていることにより、延在部63の高さを所望のサイズにすることができ、これによりアームアセンブリの積み重ね高さを増加させたり前部アームの動きに干渉されることなく、エンドエフェクタ駆動システムのモータ82、84を収納することができる。本実施例においては、延在部63は、エンドエフェクタ駆動システムの２つのモータ82、84を収納している。本実施例においては、モータ82、84は、以下に詳細に説明するように並んで収納されている(図６参照)。従って、図２に示すように、外部ケーシング61は概ね先細り形状をしており、エルボ74が狭くて延在部63に向って広くなっている。他の実施例においては、上部アームの外部ケーシングは、前部アームを動かす伝動システムに加えてエンドエフェクタ駆動システムのモータや伝動部を収納するようないかなる好適な形状であっても良い。

図６を参照すると、図２の上部アーム外部ケーシング61の延在部63を6−6線から見た略断面図が示されている。図６に示されるように、本実施例においては、２つのモータ82、84が並んで配置されている。他の実施例においては、前述したように、アームアセンブリは独立してエンドエフェクタを回転させるいかなる好適な数量のモータを有して良く、該モータは上部アーム内においていかなる所望の構成で配置されても良い。例えば、アームアセンブリが１つのエンドエフェクタを有する他の実施例においては、エンドエフェクタを動かすただ１つのモータが上部アームの延在部に配置されるであろう。他の実施例においては、上部アーム内のモータは他のいかなる好適な態様で配置されていても良い。例えば、非対称の配置、またはアームのショルダにおいて回転軸と合わせて１列に並んだ配置でも良い。モータ82、84はブラシレス直流モータであって良く、例えば、コールモルガン（Kollmorgan）から入手できるが、他のいかなる好適なモータを使用しても良い。これにより特に真空移送装置34(図１参照)において有利となる。なぜならば、ブラシレスモータは可動部同士の接触を最小化するからである。よって、装置の真空セクションにおける汚染の発生が回避される。モータ82、84は、特記した点以外はほぼ同様のものなので、モータ82を参照しながら以下に説明する。モータ82はハウジング82Hを有し、該ハウジングはシャフト82Sを支持している。ハウジング82Hは、延在部63の頂部63Tに支持され得る。シャフト82Sは好適な半径方向及び軸方向ベアリングによってハウジングに軸支されている。シャフト82Sには直流モータのロータ82Rが取付けられている。ステータ82Tがハウジング82Hに取付けられている。シャフト82Rは、更に好適なエンコーダ(図示せず)を備えている。該エンコーダはコントローラ400(図１参照)に接続しており、シャフト82Sの回転／位置信号をコントローラに送る。モータ82が起動すると、モータはエンドエフェクタ駆動システム78を駆動させ、該エンドエフェクタ駆動システム78はエンドエフェクタ64を回転させる(図４参照)。すなわち、シャフト82Sの一端が伝動セグメント79の駆動プーリ101に接続している。モータ84は駆動システム80を作動させるために使用され、該駆動システム80はエンドエフェクタ66を回転させる。シャフト84Sが伝動セグメント81の駆動プーリ103に接続している。シャフト84Sの端部は、プーリ103がシャフト82Sのプーリ101の下側に位置するように配置される。シャフト82Sの端部は、プーリ 101がプーリ71の下側となるように配置される(図４参照)。駆動システム78の伝動セグメント79(上部アーム60内に配置されている)は、遊びプーリ104及びベルト102に加えて駆動プーリ101を含んでいる。遊びプーリ104及び駆動プーリ101は、例えばプーリ減速比が4:1となるような大きさが用いられ得るが、他のいかなる所望のプーリ減速比を用いても良い。他の実施例においては、上部アーム内の伝動セグメントの駆動プーリ対遊びプーリの比は他のいかなる所望のもので良い。遊びプーリ104は、エルボ74において同軸シャフトアセンブリ90の中間シャフト94に取付けられている(図４参照)。ベルト102が駆動プーリ101と遊びプーリ104とを接続している。第２エンドエフェクタ駆動システム80の伝動セグメント81(上部アーム60内)は、遊びプーリ106及びベルト105に加えて駆動プーリ103を有している。遊びプーリ106は、エルボ74において同軸シャフトアセンブリ90の内部シャフト96に取付けられている。ベルト105が駆動プーリ103と遊びプーリ106とを結合している。図４に示されるように、上部アーム内において、セグメント81がセグメント79の下側となるように、伝動セグメント79、81の一方が他方に積み重なっている。伝動セグメント79、81はどちらも前部アームを操作する伝動システム70の下側にある。図５はアームアセンブリ44内の伝動システム70及びエンドエフェクタ駆動システム78、80の配置を表わした略底面図を示している。図５から判るように、ばね押しベアリング等のテンション部材70T、79T、81Tがアームアセンブリ内に備わっており、これによりベルト70、102、105のたるみが防がれ、かつ、ベルトの接している駆動システムのプーリからの離脱が抑制される。

図４、５、及び６に示されているように、エンドエフェクタ駆動システム78、80は、各々、第２伝動セグメント83、85を有しており、該第２伝動セグメント83、85は前部アーム62内に収納されている。 伝動セグメント85は内部シャフト96(セグメント81によって動かされる)からのトルクを伝えてエンドエフェクタ66を回転させる。伝動セグメント83は中間シャフト94(セグメント 79によって動かされる)からのトルクを伝えてエンドエフェクタ64を回転させる。伝動セグメント85はプーリ110、遊びプーリ114及びベルト112を含んでいる。プーリ110は内部シャフト96の上端に取付けられており、これによりエルボ74においてプーリとシャフトとが、共にY1軸周りを回転する。遊びプーリ114が、前部アームのリスト（wrist）末端62Wに位置する同軸シャフトアセンブリ118のシャフト120に固着している。同軸シャフトアセンブリ118は、好適には外部シャフト120及び内部シャフト122を有している。外部及び内部シャフト120、122は適切な半径方向及び軸方向ベアリングによって支持されており、これにより、リスト76においてシャフトが独立して回転軸Y2周りを回転することが可能となる。外部シャフト120は、エンドエフェクタ64に固着している。従って、トルクがベルト112によって遊びプーリ114に伝えられると、外部シャフト120はエンドエフェクタ64を軸Y2周りに回転させる。伝動セグメント83はプーリ116、遊びプーリ119、及びベルト118を含んでいる。プーリ116は中間シャフト94の上端に取付けられている。遊びプーリ119は内部シャフト122に固着されており、これにより、遊びプーリ及びシャフトが一体となってY2軸周りを回転する。内部シャフト122は更に他端がエンドエフェクタ66に固着している。従って、トルクがベルト118によってプーリ116(シャフト94上)から遊びプーリ119に伝えられると、内部シャフト122は、リストにおいてエンドエフェクタ66をY2軸周りに回転させる。このようにして、エンドエフェクタを、リストにおいて独立してY2軸周りに回転させることができる。これにより、所与のチャンバの出し入れの際に基板を迅速に交換することにより基板の移送を効果的に行なうことができる。例えば、１つのエンドエフェクタ64をチャンバまで伸ばしてその中の基板をつかみ、一方で他のエンドエフェクタ66(置き換え用基板を保持している)が若干違う向き（例えば約90°未満）に差し向けられている。これにより該チャンバとの干渉が避けられる。その後、アーム44を作動させてチャンバから基板を抜き取り、他のエンドエフェクタ66を該チャンバに差し向ける。その後、第１エンドエフェクタ64は、違う向きに差し向けられ、アームを作動させて第２エンドエフェクタ66をチャンバ内に入れる。このように、エンドエフェクタ駆動システム78、80は、各エンドエフェクタ64、66が、他のエンドエフェクタ 64、66に対して、そして、アーム自身に対して、リストにおいて、連続かつ独立してY2軸周りを回転することを可能にする。

本発明は、移送装置24、34を用いて迅速なウエハ／基板交換が可能となり、該移送装置は２つの独立した多関節（articulated）エンドエフェクタ64、66を伴った２つが連結したアーム（two-link arm）44を有している。本発明は、上部アームに取付けられた２つのモータ82、84を有したアーム44と３軸ロボットとを結合した。上部アーム60内の２つのモータ82、84はロボットの中心(図２において回転軸θで示されている)からオフセットしているが、該アームの通過する半径内にある。先細りの、すなわち楔形状、上部アーム60によって、多関節エンドエフェクタ／リストモジュールを駆動させるモータアセンブリを上部アームと前部アームとの高さ内に収めることが可能になった。これにより、アーム全体の高さが減少した。これに対して、従来の３軸移送装置は、ショルダに、同軸シャフトアセンブリに沿って、上部アーム、前部アーム及びエンドエフェクタを作動させるモータを配置している。該モータは、各モータが対応するシャフトに接続するようにシャフトアセンブリに沿って垂直に積み重ねられている。従来の装置においては、モータを積み重ねることにより、アームショルダにおける駆動部の全体の高さが増加し、結果的に移送装置の使用作動スペースが増加する。更に、ショルダにおける駆動部頂部に取付けられる多関節アームアセンブリが、加工装置の基準位置に対して高く配置される。これにより、最上部のエンドエフェクタが保持領域または加工モジュールの最下部の保持位置に保持されている基板に届くのを防止できる。最低部基板が最上部エンドエフェクタ66に届くようにするため、上記高さは最小にするのが望ましい。本実施例は、エンドエフェクタを動かす駆動モータを上部アーム内に設置し、実質的に駆動モータを上部アーム及び前部アームの高さに適合させることによって上記を実現している。モータはタイミングベルト及びプーリ減速を介して３軸エルボアセンブリ90に連結している。プーリ減速比は4:1が良いが、前述したように、他のいかなるプーリ減速比を使用しても良い。エルボからリストまではタイミングベルトによって、再びモータは同軸リスト結合部に連結しており、該結合部にエンドエフェクタが取付けられている上部アームの重心は、ロボットの中心近傍に移動している。上部アームから１つのモータを取除くことが可能であり、アームを４軸設計として利用することが可能である。この場合は、アームにはただ１つのエンドエフェクタが取付けられる。従来の解決法においては、一般的にモータはリスト結合部に設置されている。本設計では、モータを上部アーム内に有しており、これにより、前部アームの慣性が劇的に減少し、よってロボットアームの制御性が向上した。更に、前述したように、１つまたは複数のエンドエフェクタが各々連続して独立にリスト周りを前部アームに対して回転することが可能である。更に、図１に示すように、アームが２つ以上のエンドエフェクタを有する場合、互いに対して回転することが可能である。これにより、簡易なコントローラ機構を用いて基板保管／加工ステーション間でのアームの動きを制御することが可能となる。エンドエフェクタが有するかかる自由度の更なる利点としては、アームが保管／加工ステーション間で作動する際、より短い動きを採用し得ること、及び、アームに所望の動作を行なわさせるための教示が簡易になる。

上記の説明は、本発明の単なる例示であることを理解すべきである。当業者は、本発明の趣旨から乖離することなく種々の変更例や変形例を案出し得る。従って、本発明は、添付した請求項の範囲内のかかる変更例、変形例及び改良例の全てを含んでいることを企図している。

本出願は2001年7月13日出願の米国仮出願第60/305,052号に基づく優先権を主張するものであり、本願の開示に組み入れられる。

本発明の特徴を備えた基板加工装置の略平面図である。 図１に示す基板加工装置の基板移送装置の斜視図である。 図２に示す基板移送装置の駆動部の断面図である。 図２に示す多関節アームの略正面図である。 多関節アームの他の略正面図であり、アームが他の位置に存在していることを示している。 図２に示す基板移送装置の多関節アームの略底面図である。 図２の６−６線から見た多関節アームのエンドエフェクタ駆動部の断面図である。

１０ 基板加工装置
１２ 大気圧セクション
１４ 真空セクション
１６ フレーム
１８ メインセクション
２２ 基板保持カセット
２４、３４ 基板移送装置
２６ セントラルチャンバ
２８、３０ 中間チャンバ
３２、４０ 外側開口部
３８ 内側開口部
４２、４２A 駆動部
４４、４４A 可動アーム
４００ コントローラ

Claims (29)

1. フレームと、
   前記フレームに接続され、同軸シャフトアセンブリを有する第１駆動部と、
   凹部を有し所定長を有する上部アーム、エルボにおける前記凹部内において前記上部アームに接続された前部アーム、及びリストにおいて前記前部アームに接続された少なくとも一対のエンドエフェクタを有する多関節アームと、
   前記第１駆動部とは別個の第２駆動部と、
   からなる基板移送装置であって、
   前記上部アームはショルダにおいて前記第１駆動部に枢動するように取付けられており、
   前記第１駆動部によって前記多関節アームは前記ショルダにおいて前記フレームに対して回転軸周りに回転可能とされ、且つ、前記ショルダに対して前記リストを運動させることができ、
   前記多関節アームは前記第１駆動部に接続されており、
   前記凹部は前記ショルダから所定距離オフセットされており、よって、前記前部アームが前記上部アームに干渉することなく前記凹部内において前記エルボを中心として３６０度回転することができ、
   前記第２駆動部は前記凹部近傍において前記上部アーム内に設けられ、前記第２駆動部はアーム通過半径内に位置し、前記第２駆動部は前記少なくとも一対のエンドエフェクタの少なくとも１つに接続されて当該少なくとも１つのエンドエフェクタを移動することができ、
   前記多関節アームに接続された前記少なくとも一対のエンドエフェクタは、前記多関節アームの前記リストにピボット結合され、よって前記リストにおいて共通回転軸周りに前記多関節アームに対して回転させられ、当該回転により所定数の基板を基板保持位置において素早く交換し、
   前記少なくとも一対のエンドエフェクタの各々が、前記リストにおいて前記共通回転軸周りを互いに対して独立に枢動自在で、前記少なくとも一対のエンドエフェクタの少なくとも１つが、前記リストにおいて前記多関節アームに対して前記共通回転軸周りを独立に枢動自在であることを特徴とする基板移送装置。
2. 前記多関節アームが上部アーム及び前記上部アームに接続した前部アームを有しており、前記少なくとも一対のエンドエフェクタが前記前部アームに作動自在に取付けられていることを特徴とする請求項１記載の基板移送装置。
3. 前記第１駆動部が、前記少なくとも一対のエンドエフェクタの各エンドエフェクタを独立して駆動する駆動モータを有していることを特徴とする請求項１記載の基板移送装置。
4. 各エンドエフェクタが、対応する伝動機構によって前記エンドエフェクタを独立して駆動する前記駆動モータに駆動連結していることを特徴とする請求項３記載の基板移送装置。
5. 前記第１駆動部の前記同軸シャフトアセンブリが、前記多関節アームの前記ショルダに位置する駆動部ケーシング内に設けられ、前記第２駆動部は前記少なくとも一対のエンドエフェクタの前記少なくとも１つを駆動させる少なくとも１つのモータを有していることを特徴とする請求項１記載の基板移送装置。
6. 前記少なくとも１つのモータが、前記同軸シャフトアセンブリに近接した前記上部アーム上に配置されていることを特徴とする請求項５記載の基板移送装置。
7. 前記上部アームが、前記少なくとも１つのモータを実質的に包含する構造を有していることを特徴とする請求項５記載の基板移送装置。
8. 前記上部アームが、前記上部アームのエルボ末端において前部アームを支持しており、前記上部アームは前記ショルダから前記エルボ末端と反対方向に延材した延材部を有しており、前記少なくとも１つのモータが前記上部アームの延材部に取付けられていることを特徴とする請求項５記載の基板移送装置。
9. 前記上部アームには他のモータが取付けられており、前記他のモータは前記少なくとも一対のエンドエフェクタの他のエンドエフェクタを前記共通回転軸周りに独立して回転させることを特徴とする請求項５記載の基板移送装置。
10. 前記少なくとも１つのモータ及び前記他のモータが、前記上部アームの前記延材部内で互いに隣接して配置され、前記少なくとも１つのモータ及び前記他のモータの駆動シャフトがオフセットしており、実質的に互いに並行であることを特徴とする請求項９記載の基板移送装置。
11. 前記少なくとも１つのモータ及び前記他のモータが前記上部アームに実質的に前記ショルダから等距離に取付けられていることを特徴とする請求項９記載の基板移送装置。
12. 第１駆動部と、
    前記第１駆動部に接続され、凹部を有し、所定長を有する上部アームと、
    前記上部アームに移動自在に接続され、前記凹部内に配置された前部アームと、
    前記前部アーム上に配置された少なくとも一対のエンドエフェクタと、
    からなる基板移送装置であって、
    前記第１駆動部は前記上部アームと前部アームを駆動することができ、
    前記少なくとも一対のエンドエフェクタは、前記少なくとも一対のエンドエフェクタが前記前部アームに対して移動自在となるように前記前部アームに移動自在に接続され、
    前記少なくとも一対のエンドエフェクタは第２駆動部に接続され、当該第２駆動部により前記少なくとも一対のエンドエフェクタを前記前部アームに対して移動させることができ、当該移動により所定数の基板を基板保持位置において素早く交換することができ、
    前記上部アームはショルダにおいて前記第１駆動部に取り付けられており、前記前部アームはエルボにおいて前記上部アームに取り付けられており、
    前記凹部は前記ショルダから所定距離オフセットされており、よって、前記前部アームが前記上部アームに干渉することなく前記凹部内において前記エルボを中心として３６０度回転することができ、
    前記第２駆動部は前記上部アームに設けられ且つアーム通過半径内に位置し、
    前記少なくとも一対のエンドエフェクタの各エンドエフェクタが互いに独立して作動自在であり、
    前記第２駆動部は前記第１駆動部とは別個のものであり、前記第２駆動部は前記凹部近傍において前記上部アームに位置することを特徴とする基板移送装置。
13. 前記少なくとも一対のエンドエフェクタの少なくとも１つのエンドエフェクタが、前記第２駆動部によって前記前部アームに対して独立して動かされることを特徴とする請求項１２記載の基板移送装置。
14. 前記少なくとも一対のエンドエフェクタは、前記前部アームに対して共通回転軸周りに回転することを特徴とする請求項１２記載の基板移送装置。
15. 前記第２駆動部は一対のエンドエフェクタ駆動モータを有しており、各エンドエフェクタ駆動モータは独立して前記少なくとも一対のエンドエフェクタの対応するエンドエフェクタを駆動することを特徴とする請求項１２記載の基板移送装置。
16. 前記一対のエンドエフェクタ駆動モータが、前記上部アーム上において、前記上部アームのショルダ回転軸の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１５記載の基板移送装置。
17. 前記一対のエンドエフェクタ駆動モータが、前記上部アーム内で並んで配置されていることを特徴とする請求項１５記載の基板移送装置。
18. 前記一対のエンドエフェクタ駆動モータの少なくとも１つが、前記上部アーム上において、前記上部アームのショルダからオフセットして配置されており、前記少なくとも１つのモータが前記ショルダ上において、前記上部アームと前部アームとの間で形成されたエルボ結合から反対側にオフセットしていることを特徴とする請求項１５記載の基板移送装置。
19. 前記上部アームは、一対のエンドエフェクタ駆動モータを収納するような大きさに作られた延材部を有していることを特徴とする請求項１２記載の基板移送装置。
20. 前記一対のモータの各エンドエフェクタ駆動モータが、前記少なくとも一対のエンドエフェクタの対応するエンドエフェクタに駆動連結したプーリ車を備えたシャフトを有しており、各シャフトの前記プーリ車が前記同軸シャフトアセンブリの最上部プーリ車と前記上部アームの下側表面との間に配置されていることを特徴とする請求項１９記載の基板移送装置。
21. 前記上部アームが、前記上部アームのショルダから前記上部アームと前部アームとの間のエルボ結合部までの間に延材している第１セクションと、前記ショルダ上において前記第１セクションから反対側に前記第１セクションから延材している第２セクションとを有しており、前記第２駆動部が前記エンドエフェクタを作動させる一対のモータを前記第２セクション内に有していることを特徴とする請求項１２記載の基板移送装置。
22. 前記第２セクション及び前記第１セクションが前記前部アームが配置される凹部を画定することを特徴とする請求項２１記載の基板移送装置。
23. 前記上部アームが、概ね楔形状を有しており前記上部アーム内に配置された前記第１駆動部の駆動モータと前記エンドエフェクタとを結合する先細の伝動装置を収納していることを特徴とする請求項１２記載の基板移送装置。
24. 同軸シャフトアセンブリを有した第１駆動部と、
    前記第１駆動部とは別個の多関節アームであって、所定長を有する上部アーム、エルボにおいて前記上部アームに接続された前部アーム、及びリストにおいて前記前部アームに移動自在に接続された少なくとも一対のエンドエフェクタを有し、前記多関節アームをショルダ周りに回転させ、前記ショルダに対して伸び縮みさせるために前記同軸シャフトアセンブリに前記上部アームの前記ショルダにおいて操作自在に接続される多関節アームと、を備える基板移送装置であって、
    前記少なくとも一対のエンドエフェクタは、各エンドエフェクタが独立して前記多関節アームに対して共通のリスト回転軸周りを枢動自在なように前記リストにおいて前記多関節アームに作動自在にされており、当該枢動により所定数の基板を基板保持位置において素早く交換することができ、
    前記基板移送装置はさらに、前記少なくとも一対のエンドエフェクタに操作自在に接続されて、前記前部アームに対して前記エンドエフェクタを作動させる第２駆動部を備え、当該第２駆動部は少なくとも１つのモータを有し、
    前記少なくとも１つのモータが前記上部アームにおいて前記ショルダ近傍に取付けられ、前記第２駆動部はアーム通過半径内に位置しており、
    前記前部アームは凹部を有し、当該凹部内において前記前部アームが前記上部アームに干渉することなく前記エルボを中心として３６０度回転することができることを特徴とする基板移送装置。
25. 前記少なくとも１つのモータが、前記ショルダにおいて前記多関節アームのエルボ結合と反対側の前記アームに取付けられていることを特徴とする請求項２４記載の基板移送装置。
26. 前記第２駆動部には、前記少なくとも一対のエンドエフェクタを作動させる一対のモータが前記アーム上に取付けられていることを特徴とする請求項２４記載の基板移送装置。
27. 前記一対のモータの各モータが、前記少なくとも一対のエンドエフェクタの対応するエンドエフェクタに駆動連結されたプーリ車を備えたシャフトを有しており、各シャフトの前記プーリ車が前記同軸シャフトアセンブリの最上部プーリ車と前記アームの下側表面との間に配置されていることを特徴とする請求項２６記載の基板移送装置。
28. 第１駆動部及び第２駆動部と、
    凹部を有し、前記第１駆動部に接続され、所定長を有する上部アームと、
    前記凹部内において前記上部アームに作動自在に接続された前部アームと、
    前記前部アームに作動自在に接続された少なくとも一対のエンドエフェクタと、からなる基板移送装置であって、
    前記上部アームはショルダにおいて前記第１駆動部に取り付けられており、前記前部アームはエルボにおいて前記上部アームに取り付けられており、
    前記凹部は前記ショルダから所定距離オフセットされており、よって、前記前部アームが前記上部アームに干渉することなく前記凹部内において前記エルボを中心として３６０度回転することができ、
    前記前部アームには、支持部材が固定されており、前記少なくとも一対のエンドエフェクタが前記支持部材に作動自在に取付けられ、よって前記少なくとも一対のエンドエフェクタの各エンドエフェクタが前記前部アームに対して独立して回転することが可能となり、当該回転により所定数の基板を基板保持位置において素早く交換することができ、前記第２駆動部は前記上部アームに設けられ且つアーム通過半径内に位置し、各エンドエフェクタが前記第２駆動部によって独立して移動できるように前記第２駆動部は各エンドエフェクタに操作自在に接続されていることを特徴とする基板移送装置。
29. 前記第２駆動部は、前記少なくとも一対のエンドエフェクタの１つのエンドエフェクタを独立して回転させる駆動モータを有しており、前記駆動モータは前記上部アーム内に配置されており、前記駆動モータは、少なくとも一部が前記上部アーム内を前記上部アームのショルダの近傍に位置した前記上部アームの一端から前記上部アームのエルボ末端まで延材している伝動装置によって前記１つのエンドエフェクタに接続されていることを特徴とする請求項２８記載の基板移送装置。

Images