JPH11129175A - 多関節ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークのオリエンテーションを行いながらも
ワーク移動に要する合計時間を短縮し、ワークの移動効
率を向上させる。 【解決手段】 多関節ロボット１を構成する移動部２，
３にワーク２０の設置部８とワーク２０の位置ずれを検
出するセンサ部１０とを設け、ワーク２０を移動部２，
３の設置部８に設置した状態でセンサ部１０による検出
と移動部２，３による移動が可能であるように構成して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節ロボットに
関する。更に詳述すると、本発明は半導体ウェハなどの
ワークを搬送する多関節ロボットの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハなどのワークをカセットか
らフォトプロセス、膜付け、エッチングなどを行うプロ
セス装置へと移動させるために多関節ロボットが使用さ
れる。ロボット１００は例えば図９（Ａ）に示すような
基台１０１、第１アーム１０２、第２アーム１０３そし
てハンド部１０４を備え、カセット１０５からプロセス
装置１０６へのワーク１０７の移動を行う。

【０００３】ここで、ワーク１０７の材料として例えば
半導体ウェハが用いられている場合、熱処理や膜付け処
理などを行うにあたっては、半導体ウェハの結晶に方向
性があることなどによりワーク１０７の方向を一定とす
る必要がある。このため、これを移動させる際にその向
きを揃え、プロセス装置１０６に載置された全てのワー
ク１０７，…，１０７が同一方向を向いているようにし
なければならない。

【０００４】そこで、ワーク１０７の縁部の所定位置に
ノッチやＤフラットなどの目印を設けると共に、この目
印を検出する手段を備えたアライナ１０８と呼ばれるワ
ーク回転装置を図９に示すようにカセット１０５やプロ
セス装置１０６とは別に設けるようにしている。図９
（Ａ）〜（Ｃ）のようにハンド部１０４によってカセッ
ト１０５から取り出されたワーク１０７は、一旦このア
ライナ１０８上に載置され（図９（Ｄ））、所定方向を
向く位置まで回転されて向きが揃えられた後、プロセス
装置１０６へ移動・載置される（図９（Ｅ），
（Ｆ））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
図１０のように配置された一連のワーク搬送装置（ここ
での基台１０１は、平行多連配置された各プロセス装置
１０６，…，１０６へワーク１０７を移動させることが
できるようにスライド可能に設けられている）では、ワ
ーク１０７を搬送するのに時間がかかってしまうことが
あるという問題を有している。即ち、各ワーク１０７，
…，１０７を所定方向に向かせるためにはアライナ１０
８を経由させる必要がある一方、ここでは２つのカセッ
ト１０５，１０５および複数のプロセス装置１０６，
…，１０６に対してアライナ１０８が１つしか配置され
ていない。したがって、例えば図中下側のカセット１０
５から一番下のプロセス装置１０６までワーク１０７を
移動させる際にもこのアライナ１０８を経由させなけれ
ばならず、このような場合にはロボット１００の移動距
離が長くなってしまい、ワーク１０７の移動に時間がか
かってしまう。

【０００６】また、たとえ移動距離が短い経路（例えば
図中上側のカセット１０５から図中上方に位置するプロ
セス装置１０６まで）でワーク１０７を移動させる場合
にあっても、オリエンテーションが始まってから終了す
るまではワーク１０７を動かすことができないので、こ
れが終わるまでロボット１００は待っていなけなればな
らず、ワーク１０７の移動に一定以上の時間を必ず費や
してしまう。

【０００７】そこで本発明は、ワークのオリエンテーシ
ョンを行いながらもワーク移動に要する合計時間を短縮
し、ワークの移動効率を向上させ得る多関節ロボットを
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、第１移動部に対して関節部
を介して第２移動部を移動自在に保持し、第２移動部の
先端部に設けたハンド部によりワークをワーク位置ずれ
量検出手段に設置し、該ワーク位置ずれ量検出手段によ
りワークの位置ずれ量を検出するようにした多関節ロボ
ットにおいて、多関節ロボットを構成する移動部にワー
クの設置部とワークの位置ずれを検出するセンサ部とを
設け、ワークを移動部の設置部に設置した状態でセンサ
部による検出と移動部による移動が可能であるように構
成している。

【０００９】したがって設置部に設置されたワークは、
ワーク位置ずれ検出手段によってその位置ずれ量が検出
されながら同時に移動部によって移動される。即ち、多
関節ロボットによれば、ワーク移動とワーク位置ずれ検
出とが互いに独立した状態で同時に行われ得る。

【００１０】請求項２記載の多関節ロボットにおいて
は、設置部は設置されたワークを回転させる回転手段を
有するものであり、センサ部はワークの端部位置を検出
するセンサである。したがって設置部に設置されたワー
クは回転手段により回転され、その端部に設けられてい
るノッチなどの目印がセンサにより検出される。

【００１１】請求項３記載の多関節ロボットにおいて
は、第２移動部を第２アーム及び該第２アームに連結し
た第３アームにより構成すると共に、設置部及びセンサ
部を第１移動部又は第２アームに設けている。したがっ
て第１移動部から先は第２アーム、第３アーム、ハンド
部の３つの節が形成されており、これらの節をそれぞれ
適宜回転させることによってワークを保持し、あるいは
このハンド部に保持されたワークを正しく載置してい
る。

【００１２】請求項４記載の多関節ロボットにおいて
は、第１移動部はスライド移動部であり、該スライド移
動部に第２アーム、第３アーム、ハンド部が関節部によ
り回転自在に連結されてなる。したがって第２アーム、
第３アーム、ハンド部はスライド移動部に対して回転可
能であり、スライド移動部がスライドしている間もワー
クを移動させることができる。

【００１３】請求項５記載の多関節ロボットにおいて
は、第１移動部は回転テーブルであり、該回転テーブル
に第２アーム、第３アーム、ハンド部が関節部により回
転自在に連結されてなる。したがって第２アーム、第３
アーム、ハンド部は回転テーブルに対して回転可能であ
り、回転テーブルが回転している間もワークを移動させ
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１に、本発明の多関節ロボットの一実施
形態を示す。この多関節ロボット１は、第１移動部２
と、第２移動部３と、ワーク２０を保持するハンド部４
とから成るスカラ（水平関節）型の多関節移動部を有し
ている。ここでの第１移動部２はスライド移動部２１で
あり、該スライド移動部２１に第２移動部３とハンド部
４が関節部２３，３４により回転自在に連結されてい
る。スライド移動部２１は図示するように直線状に移動
し、多関節ロボット１を各カセット５，５及び各プロセ
ス装置６，…，６の前方に位置させるように設けられて
いる。また第２移動部３は第２アーム３１及び該第２ア
ーム３１に連結した第３アーム３２により構成されてい
る。そして第２移動部３の先端部に設けられたハンド部
４によりワーク２０をワーク位置ずれ量検出手段１３に
設置し、該ワーク位置ずれ量検出手段１３によりワーク
２０の位置ずれ量を検出することができるようにされて
いる。

【００１６】本実施形態の多関節ロボット１では、当該
多関節ロボット１を構成する移動部２（または移動部
３）にワーク２０の設置部８とワーク２０の位置ずれを
検出するセンサ部１０とが設けられ、ワーク２０を移動
部２（または移動部３）の設置部８に設置した状態でセ
ンサ部１０による検出と移動部２による移動が可能とな
るように構成されている。ここでのセンサ部１０は、ワ
ーク２０の端部位置を検出するセンサである。本実施形
態のように第２移動部３を第２アーム３１及び第３アー
ム３２により構成した多関節ロボット１においては、設
置部８及びセンサ部１０を第１移動部２に設けても良い
し、あるいは第２アーム３１に設けるようにしても良
い。

【００１７】この設置部８は、ハンド部４との間でワー
ク２０の受け渡しを行うことができるように、図８に示
すように上下動可能に設けられると共に、その先端によ
りワーク２０を固着できるように設けられている。ワー
ク２０を固着するための手段は特に限定されないが、こ
こでは吸着可能に設けられている。したがってワーク２
０を保持するハンド部４が設置部８の真上に位置する
と、設置部８は上昇してからこのワーク２０を吸着して
受け取る一方、オリエンテーション終了後は再び上昇
し、今度はワーク２０をハンド部４に渡して再び保持さ
せる。

【００１８】更に設置部８は、移動部２や移動部３の動
きとは無関係に独立して動くように設けられている。即
ち、移動部２，３がワーク２０を移動させるときの動き
とは別に、設置部８上でのオリエンテーションを独立し
て行うことができるようにワーク２０を回転させる回転
手段が設けられている。この回転手段は、例えばモータ
などの駆動手段９により駆動されるターンテーブルであ
る。更に多関節ロボット１にはセンサ部１０によって得
られたデータの解析を行う解析装置１１が設けられてお
り、これら設置部８、駆動手段９、センサ部１０そして
解析装置１１によりアライナ７が構成されている。この
アライナ７はワーク２０の回転方向のずれと中心位置の
ずれとの両方を検出することができるように設けられて
いるものであり、本実施形態ではワーク位置ずれ量検出
手段１３としての働きを有するものである。そこで、以
下、アライナ７について一例を挙げ、まずアライナ７に
よるオリエンテーション機能の概略を説明する。

【００１９】アライナ７は載置されたワーク２０を回転
させその縁部に設けられているノッチ２０ａ（あるいは
オリエンテーションフラットと呼ばれるＤカットなど）
を検出することにより、載置された全てのワーク２０，
…，２０の向き・保持角度を合わせるというオリエンテ
ーション機能を備えたものである。図２に示すアライナ
７では、設置部８にはターンテーブル（スピンドル）
が、駆動手段９にはステッピングモータ（減速機含む）
が、センサ部１０にはライン型ＣＣＤがそれぞれ用いら
れている。このオリエンテーション機能は、駆動手段９
により設置部８を回転させ、センサ部１０による光学計
測と、マイクロプロセッサなどからなる解析装置１１に
よる多点データの解析とがそれぞれ行われることにより
構成されている。したがってこのアライナ７を用いてワ
ーク２０のオリエンテーションを行うには、まず、載置
されたワーク２０をターンテーブル８ごと回転させ、セ
ンサ部１０によりワーク２０の外周部を１ｍｍピッチで
スキャンする。ここでワーク外周部のノッチ２０ａを検
出してもワーク２０の回転をすぐには止めないように
し、少なくとも１回転分のデータを収集する（図３）。
またスキャンと同時にデータの処理を行い、例えば約２
０ｍｍの移動平均値に対して０．８ｍｍ移動したポイン
トをノッチ２０ａの近傍と判断させる。そして、図４に
示すノッチ２０ａ近傍の４ポイントからなるデータ列よ
り、ワーク２０の中心２０ｃを計算により求める。これ
にはまず、Ｐ_n-1とＰ_n+2によりワーク２０の芯ずれによ
る傾きを求め、次に、直角二等辺三角形に形成されてい
るノッチ２０ａの縁上に位置するＰ _nとＰ_n+1とからノッ
チ２０ａの角度φを演算により求める。またこの演算と
並行して、ノッチ２０ａ近傍を基準とした規定位置へ設
置部８を回転させる。更にノッチ２０ａの形状の推定に
より算出された微少量だけ回転を行い、保持位置の微少
補正を行う。これによりノッチ２０ａが所定の位置まで
移動され、同じ向きとされてオリエンテーションが終了
する。以上の演算プロセスを簡単にまとめ表に示したも
のを一例として図５に示す。

【００２０】更に、センサ部１０によって得られたデー
タを用い、ワーク２０を設置部８に載置した際の中心か
らのずれを測ることが可能である。この位置ずれ検出に
は、上述のライン型ＣＣＤ１０による光学計測によって
得られたデータを用いるが、オリエンテーションで用い
たノッチ２０ａに相当するデータは消去しておくものと
する。まず、図６に示すように１８０度程度離れたワー
ク２０の円周上の任意の２点Ｐ１，Ｐ２を抽出し、その
２点を結んだ直線をＮ１とするとともに、Ｐ１とＰ２の
中点Ｍ１を通るＮ１の法線（すなわち線分Ｐ１Ｐ２の垂
直２等分線）をＮ２とする。更に別の２点Ｐ３，Ｐ４を
同様にして抽出し、Ｐ３とＰ４を結んで直線Ｎ３とし、
Ｐ３とＰ４の中点Ｍ２におけるＮ３の法線をＮ４とす
る。このときのＮ３とＮ４との交点が求めるべきワーク
２０の中心２０ｃである。なお、この時点で位置ずれの
検出を終えてもよいが、上述した解析をワーク２０の全
周について数次にわたり行い、得られた値を平均化する
ことによって更に高い精度の下で検出を行うようにする
ことが望ましい。

【００２１】以上のように構成された本発明の多関節ロ
ボット１によると、ワーク２０を設置部８に設置した状
態でのワーク位置ずれ量検出と移動部２によるワーク移
動とを同時に行うことが可能となる。即ち、ワーク２０
を回転させるオリエンテーション機能（あるいはこのデ
ータ結果を用いたワーク中心２０ｃの位置ずれの検出）
と、ワーク２０を移動させるための第１移動部２の動き
が互いに独立し、かつ同時進行可能となるように形成さ
れているため、ワーク２０をロボット上でオリエンテー
ションしながらプロセス装置６に向けて移動させること
ができる。したがって従来のアライナ位置を経由する必
要がなくなり、多関節ロボット１はカセット５からプロ
セス装置６まで最短経路でワーク２０を移動させること
ができるようになる。しかも、多関節ロボット１にアラ
イナ７が一体に形成されているため従来のようなアライ
ナを設置するためのスペースが不要となり、その空いた
分だけスペースの有効活用が図られる。加えて、多関節
ロボット１とアライナ７が一体であることにより、アラ
イナ７を交換したときなどの位置調整作業を行わなくて
済むようになる。

【００２２】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば本実施形態での第１移動部２はスライド移
動部２１によって構成されているが、例えば図７、図８
に示すように回転テーブル２２により構成される第１移
動部２とすることもできる。このような第１移動部２
は、回転することによりワーク２０を移動させるという
点においてアームと同様の働きをすると共に、第２移動
部３や設置部８などを支持する基台としての役割も併せ
持つ。この図に示す形態では、第１移動部２を構成する
該回転テーブル２２に上述した第２アーム３１、第３ア
ーム３２、そしてハンド部４が関節部２３，２４，３４
により回転自在に連結されて移動部が構成されている。
この場合の多関節ロボット１において、ワーク２０の移
動動作とオリエンテーションとを同時に行いワーク移動
に要する時間を短縮することができるのは上述の実施形
態と同様である。また、スライド移動部２１と回転テー
ブル２２とを組み合わせて設けることにより、スライド
移動と回転とを共に行うことができる第１移動部２を形
成するようにしても構わない。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の発明の多関節ロボットでは、多関節ロボットを
構成する移動部にワークの設置部とワークの位置ずれを
検出するセンサ部とを設け、ワークを移動部の設置部に
設置した状態でセンサ部による検出と移動部による移動
が可能であるように構成しているので、ワーク移動とワ
ーク位置ずれ検出とを互いに独立した状態で同時に行う
ことができる。これにより、ワークの位置ずれ量を検出
しながら当該ワークを移動させることができ、ワークを
カセットからプロセス装置に移動させるのに要する時間
が短縮される。しかも、ワーク設置部及びセンサ部を多
関節ロボット上に設けているので、これらが別体に設け
られている場合と比べてスペースの有効活用が図られる
と共に、交換時の調整作業が不要になる。

【００２４】また請求項２記載の発明の多関節ロボット
では、設置部は設置されたワークを回転させる回転手段
を有するものであり、センサ部はワークの端部位置を検
出するセンサである。よって設置部に設置されたワーク
を回転手段により回転させながらその位置ずれ量を検出
し、ワークを所定方向を向くように揃えることができ
る。

【００２５】更に請求項３記載の発明の多関節ロボット
では、第２移動部を第２アーム及び該第２アームに連結
した第３アームにより構成すると共に、設置部及びセン
サ部を第１移動部又は第２アームに設けているので、第
１移動部から先の第２アーム、第３アーム、ハンド部の
３つの節をそれぞれ適宜回転させることによってワーク
を正しく保持し、あるいはワークを設置部などに正しく
設置することができる。

【００２６】また請求項４記載の発明の多関節ロボット
では、第１移動部はスライド移動部であり、該スライド
移動部に第２アーム、第３アーム、ハンド部が関節部に
より回転自在に連結されてなるため、スライド移動部が
移動している間も第２アームなどをスライド移動部に対
して回転させることができる。よってスライド移動部に
よりワークを移動させながら、第２アームなどにより当
該ワークを設置部に設置したり、あるいは保持したりす
ることができるようになり、これによりワークをカセッ
トからプロセス装置に移動させるのに要する時間を短縮
することができる。

【００２７】更に請求項５記載の発明の多関節ロボット
では、第１移動部は回転テーブルであり、該回転テーブ
ルに第２アーム、第３アーム、ハンド部が関節部により
回転自在に連結されてなるため、回転テーブルが回転し
ている間も第２アームなどを回転テーブルに対して回転
させることができる。よって回転テーブルによりワーク
を移動させながら、第２アームなどにより当該ワークを
設置部に設置したり、あるいは保持したりすることがで
きるようになり、これによりワークをカセットからプロ
セス装置に移動させるのに要する時間を短縮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多関節ロボットの一実施形態を示す平
面図である。

【図２】ワーク位置ずれ検出手段を構成するアライナを
示す斜視図である。

【図３】ライン型ＣＣＤによる光学計測の出力を示す図
である。

【図４】図３の円内部の拡大図である。

【図５】ワークのオリエンテーションを行う際の演算プ
ロセスを簡単に示す図である。

【図６】ワークの中心を検出する仕組みを示す図であ
る。

【図７】本発明の多関節ロボットの別の実施形態を示す
平面図である。

【図８】本発明の多関節ロボットの別の実施形態を示す
側面図である。

【図９】従来の多関節ロボットを示す平面図であり、ワ
ークをカセットから取り出しアライナを経由してプロセ
ス装置まで移動させる課程を（Ａ）から（Ｆ）まで順に
示す。

【図１０】従来の多関節ロボットがワークを移動させる
様子を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 多関節ロボット ２ 第１移動部 ３ 第２移動部 ４ ハンド部 ８ 設置部 １０ センサ部 １３ ワーク位置ずれ量検出手段 ２０ ワーク ２１ スライド移動部 ２２ 回転テーブル ２３ 関節部 ２４ 関節部 ３１ 第２アーム ３２ 第３アーム ３４ 関節部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１移動部に対して関節部を介して第２
   移動部を移動自在に保持し、前記第２移動部の先端部に
   設けたハンド部によりワークをワーク位置ずれ量検出手
   段に設置し、該ワーク位置ずれ量検出手段により前記ワ
   ークの位置ずれ量を検出するようにした多関節ロボット
   において、前記多関節ロボットを構成する前記移動部に
   前記ワークの設置部と前記ワークの位置ずれを検出する
   センサ部とを設け、前記ワークを前記移動部の設置部に
   設置した状態で前記センサ部による検出と前記移動部に
   よる移動が可能であるように構成したことを特徴とする
   多関節ロボット。
2. 【請求項２】 前記設置部は設置されたワークを回転さ
   せる回転手段を有するものであり、前記センサ部は前記
   ワークの端部位置を検出するセンサであることを特徴と
   する請求項１記載の多関節ロボット。
3. 【請求項３】 前記第２移動部を第２アーム及び該第２
   アームに連結した第３アームにより構成すると共に、前
   記設置部及びセンサ部を前記第１移動部又は前記第２ア
   ームに設けたことを特徴とする請求項１または２記載の
   多関節ロボット。
4. 【請求項４】 前記第１移動部はスライド移動部であ
   り、該スライド移動部に前記第２アーム、第３アーム、
   ハンド部が関節部により回転自在に連結されてなること
   を特徴とする請求項３記載の多関節ロボット。
5. 【請求項５】 前記第１移動部は回転テーブルであり、
   該回転テーブルに前記第２アーム、第３アーム、ハンド
   部が関節部により回転自在に連結されてなることを特徴
   とする請求項３記載の多関節ロボット。