TWI504491B

TWI504491B - 搬運機器人及基板處理設備

Info

Publication number: TWI504491B
Application number: TW101132168A
Authority: TW
Inventors: 古市昌稔
Original assignee: 安川電機股份有限公司
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2015-10-21
Also published as: JP2013073968A; JP5364769B2; KR101495957B1; KR20130033292A; CN103009382A; US9266234B2; CN103009382B; TW201328837A; US20130078060A1

Description

搬運機器人及基板處理設備

本文公開的實施方式涉及一種搬運機器人及基板處理設備。

在過去，佈置在稱為EFEM(設備前端模組)的殼體中的搬運機器人已知為用於搬運諸如半導體晶片或液晶面板之類的基板的水平多關節型機器人的一個示例(例如參見日本專利申請公報No.2008-103755)。

EFEM是設置在半導體處理設備的前面側的模組。在局部清潔的環境中，EFEM能夠通過使用搬運機器人而在基板供給單元和基板處理單元之間傳送基板。

通常，搬運機器人包括：臂單元，該臂單元具有能夠保持被搬運物體的手部；基座單元，該基座單元用於以可水平旋轉的方式支撐臂單元；以及升降機構，該升降機構用於通過使連接至所述臂單元的升降構件沿著佈置在基座單元中的垂直軸上升或下降來向上和向下移動臂單元。

有時會出現這種情況，即：EFEM不僅包括作為基板供給單元的基板存儲容器，而且還包括其他裝置，例如用於檢測基板的取向和對準基板的對準裝置。為了減少EFEM的安裝面積，這些裝置經常在殼體內佈置於基板存儲容器的上方。

在包括諸如對準裝置等的其他裝置的EFEM中使用的搬運機器人中，有時需要臂的上下運動範圍進一步向上延伸超過基板存儲容器的下端和上端之間的、取出基板所需的距離。

為此，可以想到僅僅加長搬運機器人的高度。然而，從殼體的底面到基板存儲容器的下端的高度是由標準規定的。因此，在設置有升降機構的搬運機器人中，為了獲得所需的上下運動範圍，如果向上加長支撐臂的基座單元，則有時會出現這種情況：向下移動到最下限的臂定位得比基板存儲容器的下端高。

換言之，如果嘗試將所述臂向下移動到與基板存儲容器的下端對應的位置，則所述臂會與基座單元的上表面發生干涉。

鑒於上述問題，本文公開的實施方式提供了一種搬運機器人和基板處理設備，其能夠在增大所述臂單元的上下運動範圍的情況下將臂單元向下移動到必要的最低位置。

根據本發明的一個方面，提供了一種搬運機器人，該搬運機器人包括：臂單元，該臂單元具有能夠保持其中一個被搬運物體的手部；安裝至安裝框架的基座單元，該基座單元以可水平旋轉的方式支撐該臂單元；附裝構件，該附裝構件被構造成將該基座單元附裝至該安裝框架；以及升降機構，該升降機構佈置在該基座單元內並設置有聯接至該臂單元的升降構件，該升降機構被構造成：通過使該升降構件沿著垂直地安裝在該基座單元內的垂直軸上下運動，使該臂單元在定義於該基座單元上方的臂單元上下運動範圍內上下運動，其中，在該基座單元從該基座單元的底壁延伸到該附裝構件的規定高度的部分嵌入在該安裝框架的基座收容凹部中的狀態下，該基座單元固定至該安裝框架。

通過這種構造，可以擴大包括手部的臂單元的高度方向的接近範圍，同時防止搬運機器人的尺寸變得較大。

現在將參照形成實施方式的一部分的附圖詳細地描述本文公開的搬運機器人和基板處理設備的一個實施方式。然而，本發明不限於下面將要描述的實施方式。

(基板處理設備)

首先，將對根據一個實施方式的基板處理設備1進行描述。圖1是示出了設置有根據一個實施方式的搬運機器人10的基板處理設備1的示意性說明圖。

如圖1所示，該基板處理設備1包括：搬運機器人10；殼體20，該殼體20用於在其基本中央區域中容納搬運機器人10；基板供給單元3，該基板供給單元3設置在殼體20的一個側表面21附近；以及基板處理單元4，該基板處理單元4設置在殼體20的另一個側表面22附近。在圖1中，附圖標記“100”表示底面，基板處理設備1 安裝在該底面上。

在殼體20上設置有用於淨化氣體的過濾器2。殼體20是能夠通過使由過濾器2淨化的向下流動的清潔氣體與外部隔離而保持其內部空間清潔的所謂的EFEM(設備前端模組)。在用作殼體20的底壁部的安裝框架23的下表面上設置有支腿24，所述支腿24用於將殼體20支撐在該殼體20與底面100間隔開規定距離D(例如100mm)的狀態下。

搬運機器人10包括設置有手部11的臂單元12，該手部11能夠保持被搬運物體，例如諸如半導體晶片或液晶面板之類的基板5。臂單元12以可垂直移動且可水平旋轉的方式支撐在基座單元13上，該基座單元13安裝在用作殼體20的底壁部的安裝框架23上。稍後將更詳細地描述搬運機器人10。

基板供給單元3包括：箱形盒30，該箱形盒30用於沿著高度方向以多段的方式收容多個基板5；以及盒開啟件(未示出)，該盒開啟件用於打開所述盒30的蓋子，從而能夠將基板5取出到殼體20內。成套的盒30和盒開啟件被安置在具有規定高度的工作臺31上，並且與殼體20的一個表面21以間隔開的關係佈置。

另一方面，基板處理單元4被設計成對基板5執行規定處理，例如化學氣相沉積、蝕刻或曝光。根據本實施方式的基板處理設備1的基板處理單元4包括必要處理裝置40，該必要處理裝置40以與基板供給單元3對置的關係佈置在殼體20的另一個表面22附近。

這樣，基板供給單元3和基板處理單元4隔著搬運機器人10以相互對置的關係佈置。

在殼體20內設置有對準裝置6。該對準裝置6定位成比基板供給單元3的盒30和基板處理單元4的處理裝置40高。

通過該構造，基板處理設備1的搬運機器人10能夠通過將臂單元12從基座單元13向上移動或使臂單元12旋轉而將放置在手部11上的基板5搬運到期望位置。

更具體地說，根據本實施方式的搬運機器人10從盒30取出基板5，並將基板5搬運到對準裝置6。基板5由對準裝置6對準。之後，將由此對準的基板5搬運到處理裝置40。在處理裝置40中被處理的基板5再次被收容在盒30內。

(搬運機器人)

現在將參照圖2和圖3更詳細地描述根據當前實施方式的搬運機器人10。圖2是根據一個實施方式的搬運機器人10的示意性說明圖。圖3是根據比較例的搬運機器人50的示意性說明圖。

圖3中所示的比較例的搬運機器人50與當前實施方式的搬運機器人10的區別在於基座單元53的高度以及固定凸緣8的附裝位置方面。然而，比較例的搬運機器人50在功能上與當前實施方式的搬運機器人10相同。在圖 3中，與當前實施方式的搬運機器人10的部件相同的部件(除了基座單元13之外)由與圖2中使用的附圖標記相同的附圖標記表示。對比較例的搬運機器人50不再進行詳細描述。

如圖2所示，搬運機器人10如上所述包括臂單元12，該臂單元12設置有能夠保持基板5的手部11。臂單元12包括：第一臂121，該第一臂121的基端部連接至連接本體120；第二臂122，該第二臂122的基端部連接至第一臂121的末端部；以及手部11，該手部11的基端部連接至第二臂122的末端部。

在圖2所示的當前實施方式的搬運機器人10中，手部11具有能夠將基板5支撐在可搬運狀態下的結構。儘管在圖中沒有示出，但手部11可以具有能夠保持被搬運物體的其他結構，例如能夠吸附基板5的結構或能夠抓握或夾持基板5的結構。

第一臂121借助圖2中沒有示出的旋轉軸以可水平旋轉的方式連接至連接本體120的上端。連接本體120能夠借助稍後描述的升降機構7而向上和向下運動。第二臂122借助在垂直方向延伸的第一旋轉軸123以可旋轉的方式連接至第一臂121的末端部。手部11借助在垂直方向延伸的第二旋轉軸124以可旋轉的方式連接至第二臂122的末端部。

搬運機器人10還包括基座單元13和佈置在該基座單元13內的升降機構7，所述基座單元13構造成以可水平旋轉的方式支撐臂單元12，並安裝在作為殼體20的底壁部的安裝框架23上。稍後將詳細描述升降機構7。

基座單元13由底壁131、頂壁132和側壁133形成為箱形。在當前實施方式中，基座單元13的外部形狀在平面圖中看時是矩形的。然而，基座單元13的外部形狀不必限於矩形形狀，而可以是多邊形或圓形的。

佈置在基座單元13中的升降機構7包括用作驅動動力源的馬達70和用作垂直地安裝在基座單元13內的垂直軸的螺桿71。如圖2所示，馬達70和螺桿71借助附裝至馬達軸700的第一帶輪701、附裝至螺桿71的下端的第二帶輪702和圍繞第一帶輪701和第二帶輪702纏繞的動力傳輸帶703而彼此以操作的方式連接。

升降機構7還包括：升降構件72，該升降構件72聯接至臂單元12的連接本體120並螺紋聯接至螺桿71；以及一對線性引導件73，該一對線性引導件73用於引導所述升降構件72的上下運動。所述線性引導件73以相互對置的關係沿著側壁133從基座單元13的底壁131垂直地延伸到頂壁132。

通過如上所述構造的升降機構7，如果螺桿71借助馬達70旋轉，則升降構件72沿著螺桿71在規定的上下運動範圍內向上和向下線性地移動。因而，臂單元12在限定於基座單元13上方的臂單元上下運動範圍α內向上和向下運動。在這方面，升降構件72在基座單元13內的上下運動範圍設定為實質上等於在基座單元13上方限定的臂單元上下運動範圍α。鑒於在安裝過程中產生的高度偏差以及為了輸送基板5，要求搬運機器人10能夠在垂直方向上留有公差的情況下接近基板5。因此，在實際中，將升降構件72的在基座單元13內的上下運動範圍設定為略微大於臂單元上下運動範圍α。

螺桿71的下端借助下軸承74以可旋轉的方式支撐在基座單元13的底壁131上，螺桿71的上端借助上軸承74以可旋轉的方式支撐在基座單元13的頂壁132上。然而，螺桿71的支撐位置不限於底壁131和頂壁132。

在螺桿71上在如下範圍內形成螺紋部，即：使得升降構件72能夠在規定的上下運動範圍內向上和向下運動。螺桿71可以通過使用支架等佈置在底壁131和頂部132之間。

例如，在當前實施方式中，可以優選地使用滾珠螺桿作為螺桿71。可以在升降構件72中設置滾珠螺桿螺母。

在以上描述的構造中，如圖2所示，基座單元13設置有作為基座附裝部的固定凸緣8。固定凸緣8在基座單元13的側壁133上佈置在與底壁131間隔開規定高度h的位置。

在殼體20的安裝框架23中形成有基座接納凹部25。在基座單元13的從底壁131延伸到固定凸緣8的下端的部分嵌入在基座接納凹部25中的狀態下，基座單元13固定至安裝框架23。儘管在圖2中沒有示出，但在固定凸緣8中形成有螺栓插入孔。固定凸緣8和安裝框架23 借助插入穿過所述螺栓插入孔的螺栓而彼此連接並固定。

在基板處理設備1中，預先規定基座單元高度H0，使得佈置在殼體20內的搬運機器人10的手部11能夠接近收容在盒30內的最下段中的基板5。在這方面，基座單元高度H0表示從安裝框架23的上表面到基座單元13的頂壁132的高度。

為了使得手部11能夠到達對準裝置6，臂單元上下運動範圍α需要大於由位於盒30的最下段中的基板51與位於盒30的最上段中的基板52之間的間隙限定的第一上下運動範圍X1。換言之，臂單元上下運動範圍α需要設置成比第一上下運動範圍X1大的規定長度。

在這方面，所述規定長度表示從最上面基板52到規定升程的尺寸。換言之，該規定長度是指與限定在最上面基板52與佈置在最上面基板52上方的對準裝置6之間的第二上下運動範圍X2對應的間隙。

因此，在當前實施方式的搬運機器人10中，基座單元13的長度H1增加了與第二上下運動範圍X2對應的長度，使得第二上下運動範圍X2能夠包含在所述臂單元上下運動範圍α內。

通過將基座單元13的高度增加一與第二上下運動範圍X2對應的長度，可以將升降構件72在基座單元13內的上下運動範圍擴大一與基座單元13的高度的增加對應的量。

將這樣擴大的與第二上下運動範圍X2對應的長度設定為等於固定凸緣8的安裝高度，由此由該安裝框架23的厚度“t”吸收基座單元13的高度的增加。

在當前實施方式中，如圖2所示，距離底壁131的規定高度“h”，即固定凸緣8的附裝高度設定為等於安裝框架23的厚度“t”。因此，基座單元13的底壁131的背面與安裝框架23的背面實質上齊平。

這樣，根據當前實施方式的搬運機器人10的基座單元13的長度H1被設定為大於基座單元高度H0(從安裝框架23的上表面到基座單元13的頂壁132的高度)。然而，臂單元12的手部11能夠順暢地接近收容在盒30內的最下段中的基板5，而不會與基座單元13的頂壁132發生干涉。

由於第二上下運動範圍X2包含在臂單元上下運動範圍α內，因此臂單元12的手部11沒有任何問題地到達對準裝置6。

接下來，將比較根據當前實施方式的搬運機器人10的基座單元13的構造與圖3中所示的搬運機器人50的構造。如圖3中所示，根據比較例的搬運機器人10的基座單元53包括佈置在側壁133的最下端處的固定凸緣8。換言之，基座單元53安置在殼體20的安裝框架23上，並且在該狀態下連接並固定到安裝框架23。安裝框架23的上表面與基座單元53的底壁131的背面接觸。

在根據比較例的搬運機器人50中，基座單元53的長度H2必須被設定為等於基座單元高度H0(從安裝框架 23的上表面到基座單元53的頂壁132的高度)。

由於採用上述升降機構7(參見圖2和圖3)，在比較例的搬運機器人50中難以將臂單元上下運動角度α設定為大於第一上下運動範圍X1。在比較例的搬運機器人50中，如圖3所示，第一上下運動範圍X1變成臂單元上下運動範圍α。

然而，在根據當前實施方式的搬運機器人10中，在基座單元13從底壁131延伸到固定凸緣8的規定高度h的部分嵌入在安裝框架23的基座接納凹部25中的狀態下，基座單元13固定至安裝框架23。

因此，手部11能夠達到位於盒30上方的對準裝置6，並且能夠接近位於盒30的最下段中的基板51，而不會發生第一臂121與基座單元13的頂壁132干涉的情況。

由於基座單元13以被嵌入的狀態固定至安裝框架23，因此與如在比較例的搬運機器人50中那樣將基座單元53安置在安裝框架23上並固定至安裝框架23的情況相比，可以提高固定強度。

另外，臂單元上下運動範圍α被設定為包括第一上下運動範圍X1和第二上下運動範圍X2，所述第一上下運動範圍X1由位於盒30的最下段中的基板51和位於盒30的最上段中的基板52之間的間隙限定，所述第二上下運動範圍X2由位於盒30的最上段中的基板52和從基板52向上間隔開規定距離的位置之間的間隙限定。

從底壁131到固定凸緣8的規定高度“h”被設定為與第二上下運動範圍X2一致。而且，所述規定高度“h”被設定為落入與安裝框架23的厚度“t”對應的尺寸內。這消除了基座單元13的底壁131向下突出超過安裝框架23的可能。

因此，當殼體20由鏟車等運輸時，即使將鏟車的叉齒插入安裝框架23的下面，叉齒也不會與基座單元13的底壁131碰撞。

在根據當前實施方式的搬運機器人10中，如圖2所示，作為螺桿71的滾珠螺桿的螺紋部的下端位於安裝框架23的厚度“t”的範圍內。同樣，升降構件72的上下運動範圍的下端位於安裝框架23的厚度“t”的範圍內。

因而，在限制基座單元高度H0(即從安裝框架23的上表面到基座單元13的頂壁132的高度)的情況下，升降構件72在基座單元13內的上下運動範圍能夠有效地設定成與臂單元上下運動範圍α一致。

本領域技術人員能夠容易地推導出上述實施方式的其他新穎效果和其他修改示例。為此，本發明的寬廣方面並不限於上面已經示出和描述的具體公開內容和代表性實施方式。因而，在不脫離由所附權利要求及其均等物限定的總體發明構思的精神和範圍的情況下可以以許多不同形式修改本發明。

例如，儘管在上述實施方式中，固定凸緣8的附裝高度，即距離底壁131的規定高度“h”設定為等於安裝框架23的厚度“t”，但該規定高度“h”不需要必需設定為等於安裝框架23的厚度“t”。而只需要將該規定高度“h”設定為落入安裝框架23的厚度“t”內即可。換言之，優選的是基座單元13的底壁131不向下突出超過安裝框架23。

關於升降機構7的結構，只要聯接至臂單元12的升降構件72能夠沿著垂直地安裝在基座單元13內的垂直軸上下運動，則該垂直軸不需要一定是諸如上述滾珠螺桿之類的螺桿71。至於馬達70的佈局以及用於將動力傳輸至螺桿71的結構，不必總是使用帶輪/帶組合(例如，第一帶輪701、第二帶輪702、和動力傳輸帶703)。

1‧‧‧基板處理設備

2‧‧‧過濾器

3‧‧‧基板供給單元

4‧‧‧基板處理單元

5‧‧‧基板

6‧‧‧對準裝置

7‧‧‧升降機構

8‧‧‧固定凸緣(附裝構件)

10‧‧‧搬運機器人

11‧‧‧手部

12‧‧‧臂單元

13‧‧‧基座單元

20‧‧‧殼體

21‧‧‧側表面

22‧‧‧側表面

23‧‧‧安裝框架

24‧‧‧支腿

25‧‧‧接納凹部

30‧‧‧盒

31‧‧‧工作臺

40‧‧‧必要處理裝置

51‧‧‧基板

52‧‧‧基板

70‧‧‧馬達

70‧‧‧第一帶輪

71‧‧‧螺桿

72‧‧‧升降構件

73‧‧‧線性引導件

74‧‧‧軸承

100‧‧‧底面

120‧‧‧本體

121‧‧‧第一臂

122‧‧‧第二臂

123‧‧‧第一旋轉軸

124‧‧‧第二旋轉軸

131‧‧‧底壁

132‧‧‧頂壁

133‧‧‧側壁

700‧‧‧軸

701‧‧‧第一帶輪

702‧‧‧第二帶輪

703‧‧‧動力傳輸帶

D‧‧‧規定距離

H0‧‧‧基座單元高度

h‧‧‧規定高度

H1‧‧‧基座單元長度

H2‧‧‧基座單元長度

t‧‧‧厚度

X1‧‧‧第一上下運動範圍

X2‧‧‧第二上下運動範圍

α‧‧‧上下運動範圍

從如下結合附圖給出的實施方式的描述將清楚當前公開內容的目的和特徵，其中：圖1是示出了設置有根據一個實施方式的搬運機器人的基板處理設備的示意性說明圖；圖2是根據一個實施方式的搬運機器人的示意性說明圖；以及圖3是根據比較例的搬運機器人的示意圖。