(57)【要約】      （修正有）【課題】多段同芯モータを駆動源に有する基板搬送ロボットにおいて、モータの検出部が小型であって、アームの高い制御性能を確保でき、また検出部の交換が容易な基板搬送ロボットを提供する。【解決手段】ロボットアームを駆動する第１回転モータ１３と第２回転モータ１４を軸方向に多段に配置した駆動部を有する基板搬送用ロボットにおいて、第１回転モータ１３の回転位置検出部が、第１インクリメンタルエンコーダヘッド２１と、それよりも回転位置検出精度の粗い絶対値位置検出器である回転角度センサ２５ａ，ｂとから成り、第２回転モータ１４の回転位置検出部が、第２インクリメンタルエンコーダヘッド２２と、それよりも回転位置検出精度の粗い絶対値位置検出器である回転角度センサ２６ａ，ｂとから成るよう構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームを駆動する少なくとも２つ以上の回転型モータを軸方向に多段に配置した駆動部を有する基板搬送用ロボットにおいて、
前記回転型モータのそれぞれの回転位置検出部が、
インクリメンタル位置検出器と、前記インクリメンタル位置検出器よりも回転位置検出精度の粗い絶対値位置検出器と、からなることを特徴とする基板搬送用ロボット。
【請求項２】
前記絶対値位置検出器は、
前記回転型モータの出力軸とともに回転する回転円板に固定され、前記出力軸の径方向に着磁されたリング形磁石と、
前記リング形磁石を検出し、正弦波２相信号が得られる回転角度センサと、
からなることを特徴とする請求項１記載の基板搬送用ロボット。
【請求項３】
前記回転角度センサは、前記駆動部の外部フレームから挿抜可能なセンサホルダに固定されたことを特徴とする請求項２記載の基板搬送用ロボット。
【請求項４】
前記センサホルダは、前記駆動部の外部フレームの気密を保持するためのシール材を介して前記外部フレームに固定されることを特徴とする請求項３記載の基板搬送用ロボット。
【請求項５】
前記回転角度センサが、前記出力軸に対して前記リング形磁石を挟んで１８０°対向するように２つ配置されたことを特徴とする請求項２乃至４いずれかに記載の基板搬送用ロボット。
【請求項６】
前記インクリメンタル位置検出器は、
前記回転型モータの出力軸とともに回転する回転円板に貼付されたインクリメンタルエンコーダスケールと、
前記インクリメンタルエンコーダスケールを検出するインクリメンタルエンコーダヘッドと、
からなることを特徴とする請求項１記載の基板搬送用ロボット。
【請求項７】
前記インクリメンタルエンコーダヘッドは、前記駆動部の外部フレームから挿抜可能なセンサホルダに固定されたことを特徴とする請求項６記載の基板搬送用ロボット。
【請求項８】
前記センサホルダは、前記駆動部の外部フレームの気密を保持するためのシール材を介して前記外部フレームに固定されることを特徴とする請求項７記載の基板搬送用ロボット。
【請求項９】
前記絶対値位置検出器は、
前記回転型モータの出力軸とともに回転する主動磁気ギアと、
前記主動磁気ギアに対してｎ倍の径を有する従動ギアと、
前記従動ギアとともに回転し、回転の径方向に着磁された磁石と、
前記磁石を検出し、正弦波２相信号が得られる回転角度センサと、
からなることを特徴とする請求項１記載の基板搬送用ロボット。
【請求項１０】
請求項１記載の基板搬送用ロボットを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１１】
請求項１記載の基板搬送用ロボットを備えたことを特徴とする液晶製造装置。
【請求項１２】
請求項１記載の基板搬送用ロボットを備えたことを特徴とする半導体検査装置。
【請求項１３】
請求項１記載の基板搬送用ロボットを備えたことを特徴とする液晶検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの基板を搬送する基板搬送ロボットに関し、特にそのアームが、多段に構成されたモータによって駆動されるものに関する。  
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶の製造装置や検査装置において、半導体ウェハ、マスク、液晶ガラスといった基板を所定の位置へ搬送するため、従来から基板搬送ロボットが使用されている。半導体や液晶の製造工程の一部は真空チェンバ内の減圧された空間で行なわれることが多く、基板搬送ロボットは真空チェンバ内で稼動することが求められる。基板搬送ロボットは通常、水平方向に連結された複数のアームを有し、これらを互いに回転駆動することによって、アームの先端に設置したエンドエフェクタを所望の位置に動作させる。エンドエフェクタは基板が保持できるように構成されている。真空チェンバ内で稼動する基板搬送ロボットの駆動源には、いわゆる胴体部において複数のアームをそれぞれ直接駆動するモータがそれぞれ同芯軸上に多段に設けられることが多い。これは各アームを直接駆動することによって、高精度な制御が得られることと、磁性流体シールなどシール部材を使用しなくて済むことにより真空チェンバの高真空度が得やすいこと、などが主な理由である。このような多段の同芯モータを使用した基板搬送ロボットは、例えば特許文献１などに開示されている。
【０００３】
真空チェンバは大気圧よりも減圧されるため、その差圧による圧力に耐えるため強固に製作されており、真空チェンバ内部を監視するためのビューポートなどは必要最小限しか設置されないことが多く、こういった真空チェンバ内など目視で確認できない装置内に組み込まれる基板搬送ロボットは、不測の事態で制御不能になり停止した場合でも、アームを周囲の障害物に接触させることなく動作させ、正常な姿勢に復旧させることができなければならない。このためには、アームを駆動制御するモータの位置検出器にはインクリメンタル式ではなく、絶対値式のエンコーダを組み込む必要がある。
そこで、多段の同芯モータをアームの駆動源に有する基板搬送ロボットには、真空環境内にあってもそれに耐えうるよう製作された絶対値回転位置検出器を、多段の同芯モータのそれぞれの近傍に組み込んでいる。例えば特許文献１の図１などには、絶対値回転位置検出器がモータの台数分だけ設置されていることが開示されている。通常、真空基板搬送ロボットの各アームは、真空チェンバ内で３６０度以内の動作によってその必要な作業を済ませることができる場合が多いため、特許文献１の絶対値回転位置検出器はモータの１回転以内を検出するものとなっている。従って、もし各アームを３６０度以上回転させる場合には、モータの多回転をカウントしておく必要があり、そのためのカウンタや電源が遮断された際にその情報を維持するための補助電源を有する回路基板などが設置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２５４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらのように専用設計された真空仕様の絶対値回転位置検出器を基板搬送ロボットの多段同芯モータの一部に単純に組み込むことは理想ではない。このことは基板搬送ロボットの駆動部を大きくすることにつながり、駆動部が大きくなることは、真空チェンバの容量を増大させることにつながるからである。真空チェンバの容量が大きくなると、所望する真空度の維持や達成が困難になる。従って、多段同芯モータの検出部はできるだけ小型化しなくてはならない。
また、アームの高い制御性能を得るためには、エンコーダはより高い分解能を持つことが必要であるが、絶対値式の検出器はインクリメンタル式のものに比べて分解能が低く、高い制御性能を得ることが難しい。
また、特許文献１の検出器の配置や構成では、検出部が故障した場合の検出器交換が容易ではなく、基板搬送ロボットの駆動部を分解しなければ交換ができないという課題がある。つまり、基板搬送ロボットの検出器の交換が容易でなければならない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、多段同芯モータを駆動源に有する基板搬送ロボットであっても、モータの検出部が小型であって、アームの高い制御性能を確保でき、また検出部の交換が容易な基板搬送ロボットを提供することを目的とする。
また、モータが多回転してもその検出が可能であるにも関わらず、補助電源が不要な基板搬送ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ロボットアームを駆動する少なくとも２つ以上の回転型モータを軸方向に多段に配置した駆動部を有する基板搬送用ロボットにおいて、前記回転型モータのそれぞれの回転位置検出部が、インクリメンタル位置検出器と、前記インクリメンタル位置検出器よりも回転位置検出精度の粗い絶対値位置検出器と、からなることを特徴とする基板搬送用ロボットとするものである。
請求項２に記載の発明は、前記絶対値位置検出器は、前記回転型モータの出力軸とともに回転する回転円板に固定され、前記出力軸の径方向に着磁されたリング形磁石と、前記リング形磁石を検出し、正弦波２相信号が得られる回転角度センサと、からなることを特徴とする請求項１記載の基板搬送用ロボットとするものである。
請求項３に記載の発明は、前記回転角度センサは、前記駆動部の外部フレームから挿抜可能なセンサホルダに固定されたことを特徴とする請求項２記載の基板搬送用ロボットとするものである。
請求項４に記載の発明は、前記センサホルダは、前記駆動部の外部フレームの気密を保持するためのシール材を介して前記外部フレームに固定されることを特徴とする請求項３記載の基板搬送用ロボットとするものである。
請求項５に記載の発明は、前記回転角度センサが、前記出力軸に対して前記リング形磁石を挟んで１８０°対向するように２つ配置されたことを特徴とする請求項２乃至４いずれかに記載の基板搬送用ロボットとするものである。
請求項６に記載の発明は、前記インクリメンタル位置検出器は、前記回転型モータの出力軸とともに回転する回転円板に貼付されたインクリメンタルエンコーダスケールと、前記インクリメンタルエンコーダスケールを検出するインクリメンタルエンコーダヘッドと、からなることを特徴とする請求項１記載の基板搬送用ロボットとするものである。
請求項７に記載の発明は、前記インクリメンタルエンコーダヘッドは、前記駆動部の外部フレームから挿抜可能なセンサホルダに固定されたことを特徴とする請求項６記載の基板搬送用ロボットとするものである。
請求項８に記載の発明は、前記センサホルダは、前記駆動部の外部フレームの気密を保持するためのシール材を介して前記外部フレームに固定されることを特徴とする請求項７記載の基板搬送用ロボットとするものである。
請求項９に記載の発明は、前記絶対値位置検出器は、前記回転型モータの出力軸とともに回転する主動磁気ギアと、前記主動磁気ギアに対してｎ倍の径を有する従動ギアと、前記従動ギアとともに回転し、回転の径方向に着磁された磁石と、前記磁石を検出し、正弦波２相信号が得られる回転角度センサと、からなることを特徴とする請求項１記載の基板搬送用ロボットとするものである。
請求項１０乃至１３に記載の発明は、請求項１記載の基板搬送用ロボットを備えたことを特徴とする半導体や液晶の製造、検査装置とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
以上、本発明によると、同芯で出力軸が２つ以上のロボットに省スペースで比較的粗い絶対値位置検出と高分解能インクリメンタルエンコーダを組み込むことができ、軸方向に短いロボット本体を構成できる。また、不測の事態でロボットが停止した場合でも、絶対値の位置検出機能を用いて、ロボット姿勢を認識して、周囲の干渉物と接触させることなく、ロボットアームを正常な状態に復帰することができ、装置復旧までの時間が短く、生産性の低下を最小にすることができる。また、中空軸側を多回転で制御するロボットにおいて補助電源不要で多回転絶対値位置検出を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施例を示す基板搬送用ロボットの内部構成図
【図２】第１実施例の第１回転モータ側の位置検出器を示す説明図
【図３】第１実施例の第２回転モータ側の位置検出器を示す説明図
【図４】１回転内の絶対値回転角を検出する信号処理ブロック図
【図５】第２実施例のｎ回転内のモータ回転角を計測する位置検出器を示す説明図
【図６】ｎ回転内の絶対値回転角を検出する信号処理ブロック図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明が適用される同芯２軸のモータを駆動源に有する基板搬送ロボット１の内部構造の側断面を示したものである。基板搬送用ロボット１は真空チェンバ４０の底面などにロボット取り付けフランジ３９などを介して設置される。ロボット本体２は、バケツ状になっており、ロボット本体２の内部は真空チェンバ４０内に連通している。つまり、ロボット本体２の内部は真空チェンバ４０とともに減圧された状態にすることができる。ロボット本体２は、後述する各アームの駆動源となる複数の回転モータを収容しており、本実施例の場合、第１回転モータ１３と第２回転モータ１４とが収容されていて、第２回転モータ１４の第２モータ出力軸１６が第１回転モータ１３の第１モータ中空出力軸１５の中空内部を通る多段構成となっている。
基板搬送ロボット１のアーム部は、本実施例の場合、第１アーム３と、第２アーム４と、エンドエフェクタ５とから構成されている。第１アーム３の先端に第２アーム４が回転可能に支持され、第２アーム４の先端にエンドエフェクタ５が回転可能に支持されている。エンドエフェクタ５に基板が載置される。
第１アーム３の基端は中空出力軸１５と直結されており、第１回転モータ１３によって直接回転駆動される。第２回転モータ１４の出力軸１６は、第１アーム３の基端側内部に設けた第１プーリ６に連結されてこれを回転駆動する。そしてその回転は、第１プーリ６に巻装された第１ベルト１１を介して、同じく第１アーム３の先端側内部に設けた第２プーリ７に伝えられ、第２プーリ７と基端側が連結された第２アーム４を回転駆動する。さらに、第１アーム３の先端側内部に固定された軸１０を介して第２アーム４の基端側内部に固定した第３プーリ８の比と、第２アーム４の先端側内部で回転可能に固定された第４プーリ９の比と、これらに巻装された第２ベルト１２と、によって、エンドエフェクタ５が所望の一定の方向を向くようにエンドエフェクタ５を相対的に回転駆動する。
【００１１】
次に、上記第１回転モータ１３と第２回転モータ１４の回転位置検出部について説明する。図２に示すように、第１回転モータ１３と第２回転モータ１４のそれぞれの回転位置検出部は、本実施例の場合、各モータの下部に装着されている。
まず、第１回転モータ１３については、第１モータ中空出力軸１５の下端に薄板リング形状の第１回転円板１７が固定されている。第１回転円板１７は、第１回転モータ１３と第２回転モータ１４との上下の間に位置する。そして、第１回転円板１７には、リング形であって、その径方向に着磁された第１リング形磁石２３が固定されている。一方、ロボット本体２の外部フレームから、その中心に向かってスティック状の第１センサホルダ３１が固定されている。第１センサホルダ３１は本実施例の場合、ロボット本体２において２つ装着されている。第１センサホルダ３１のそれぞれの先端には回転角度センサ２５が固定されている。回転角度センサ２５はその検知部が、第１リング形磁石２３の外周面と対向するように第１センサホルダ３１に固定されている。回転角度検出センサは、ＭＲ素子やホール素子等の磁気抵抗素子４個をブリッジ接続したものを磁石の着磁方向に対して機械的に９０°の角度差を設けて２組配置した一般的なセンサが使用できる。また、２つの回転角度センサ２５ａ、２５ｂが、第１リング形磁石２３を挟んで１８０°対向するよう第１センサホルダ３１によってそれぞれ固定されている。第１センサホルダ３１は、ロボット本体２の外側から挿抜が可能であって、かつロボット本体２の気密性を維持できるように、図示しないシール部材を介して固定される。
つまり、第２図に示すように第１回転モータ１３の１回転内絶対値回転角度検出は、第１モータ中空出力軸１５の下端に装着されたリング形の径方向に着磁された第１リング形磁石２３と、この磁石２３の外周に１８０°対向して配置された回転角度センサ２５ａ、２５ｂによって、位相差９０°の正弦波２相信号検出を得て、第１モータ中空出力軸１５の絶対的な回転角を求める。回転角度センサ２５を２つ配置しているのは、回転する磁石の偏心補正用で回転角度検出の精度を高めることが目的で、２つ以上配置する方が好ましいが１つでもよい。
【００１２】
次に、第２回転モータ１４について説明するが、回転位置検出部の基本的な構成については、第１回転モータ１３とほぼ同一である。第２回転モータ１４については、第２モータ出力軸１６の下端に薄板形状の第２回転円板１８が固定されている。第２回転円板１８は、第２回転モータ１４の下部に位置する。そして、第２回転円板１８には、リング形であって、その径方向に着磁された第２リング形磁石２４が固定されている。一方、ロボット本体２の外部フレームの底面から、第２センサホルダ３２が固定されている。第２センサホルダ３２は、第１センサホルダ３１のようにロボット本体２の外部フレーム側面から支持されていてもよい。第２センサホルダ３２は本実施例の場合、ロボット本体２において２つ装着されている。第２センサホルダ３２のそれぞれには回転角度センサ２６が固定されている。回転角度センサ２６はその検知部が、第２リング形磁石２４の外周面と対向するように第２センサホルダ３２に固定されている。回転角度検出センサは、ＭＲ素子やホール素子等の磁気抵抗素子４個をブリッジ接続したものを磁石の着磁方向に対して機械的に９０°の角度差を設けて２組配置した一般的なセンサが使用できる。また、２つの回転角度センサ２６ａ、２６ｂが、第２リング形磁石２４を挟んで１８０°対向するよう第２センサホルダ３２によってそれぞれ固定されている。第２センサホルダ３２は、ロボット本体２の底面外側から挿抜が可能であって、かつロボット本体２の気密性を維持できるように、図示しないシール部材を介して固定される。
つまり、第３図に示すように第２回転モータ１４の１回転内絶対値回転角度検出は、第２モータ出力軸１６に装着された径方向に着磁された磁石２４（形状はリング形、円形のどちらでもよい）と、この磁石２４の外周に１８０°対向して対向した配置した回転角度センサ２６ａ、２６ｂによって、位相差９０°の正弦波２相信号検出を得て、絶対的な回転角を求める。上述した理由から、回転角度センサを２つ配置しているが１つでもよい。
【００１３】
さらに、上述したそれぞれの回転円板１７，１８の外周には、回転形インクリメンタルエンコーダの第１、第２エンコーダスケール１９、２０がそれぞれ装着される。また、それぞれのスケールを読み取り可能なように、インクリメンタルエンコーダヘッド２１、２２が固定される。インクリメンタルエンコーダヘッド２１、２２のそれぞれは、インクリメンタルエンコーダセンサホルダ３３に固定されている。インクリメンタルエンコーダセンサホルダ３３はロボット本体２の外部から挿抜可能であって、かつロボット本体２の気密性を維持できるように、図示しないシール部材を介して固定される。なお、これらのインクリメンタルエンコーダは、各アームが所望の制御性を得られる程度に高分解能のものを使用する。
【００１４】
第４図は、以上のように構成された回転位置検出部において、１回転内の絶対値回転角を検出する信号処理ブロック図である。３６０°までの回転角が検出できる回転角度センサ２５ａ（２６ａ）と２５ｂ（２６ｂ）からの信号と高分解能のインクリメンタルエンコーダヘッドからの信号２１（２２）は、１回転内絶対値回転角度演算器３５ａ（３６ｂ）に入力され、モータ１回転内の粗い精度の回転角度信号と分解能の高い角度信号を得るようになっている。
真空基板搬送ロボットの初期立ち上げ時や不測の事態で基板搬送ロボットが停止した場合には、まず、絶対値検出の精度の粗い回転角度センサ２５ａ（２６ａ）と２５ｂ（２６ｂ）からの信号を用い、モータの各出力軸、すなわちアームの姿勢を検知して、アームの初期状態に戻す。アームの初期状態とは、予め記憶しておく原点姿勢のことである。初期状態に戻ったあと、高分解能のインクリメンタルエンコーダヘッド２１（２２）からの信号に制御を切り替えて、このインクリメンタルエンコーダの原点信号で一旦リセットした後、この高精度なインクリメンタルエンコーダの信号で通常のアーム姿勢制御を行うようにすれば、通常はインクリメンタルエンコーダの信号によって高精度なアームの姿勢制御が行なえ、初期立ち上げ時や不測の事態で基板搬送ロボットが停止した場合には、回転角度センサ２５ａ（２６ａ）と２５ｂ（２６ｂ）からの信号を用いてアームを初期状態に安全に戻すことができる。また、回転位置検出部において、各センサに故障などが生じても、ロボット本体２の外部からこれらが挿抜できて交換できる。
このように本実施例では、モータを多段に配置して構成する同芯２軸以上のモータに絶対値式の角度検出器を省スペースで組み込め、またモータ本体の出力軸方向の寸法を短くし、また、角度検出器の着脱を容易にしている。これにより、基板搬送ロボット本体を小型化でき、また、検出器の交換も基板搬送ロボット本体を分解することなく行えるようになっている。
【実施例２】
【００１５】
次に、各モータの出力軸、すなわち各アームが多回転したときでも回転位置検出を可能にする構成について、実施例２として説明する。
例えば、第２回転モータ１４を２倍の回転数で駆動するようにすれば、実質２倍の回転角度で指令を出せるようになるので、アーム位置制御を更に向上させることができる。この場合の２回転内絶対値位置検出は、図５に示すように第２回転モータ１４の第２モータ出力軸１６あるいは第２回転円板１８に磁気ギア２７を設け、主動磁気ギア２７の径に対して２倍の径を有す従動磁気ギア２８に非接触で回転を伝え、例えば従動磁気ギア２８とともに回転する円形磁石２９で、第２回転モータ１４の２回転間の回転角を検出するようにする。従動磁気ギア２８は、この場合、ロボット本体２のフレームの内側に回転可能に支持されている。円形磁石２９は径方向に着磁されており、この磁石２９の外周に１８０°対向して対向した配置した回転角度センサ３０ａ、３０ｂによって、位相差９０°の正弦波２相信号検出を得て、回転角を求める。回転角度センサを２つ配置しているが１つでもよい。図６は、ｎ回転内の絶対値回転角度検出の信号処理ブロックである。この実施例の場合も、回転角度センサ３０は、ロボット本体２の外部から脱着可能になっている。
なお、第２回転円板１８の外周部には、実施例１と同様なインクリメンタルエンコーダ２２とそのスケール２０が設けられている。
【００１６】
このように本実施例では、１回転以上の回転角度検出に、検出するモータ出力軸とともに回転する主動ギヤの径に対してｎ倍の径を有す従動ギヤを非接触で回転させ、モータ出力軸の回転数のｎ回転までの回転角を回転角度センサによって絶対値で検出可能にしている。しかも、モータの多回転量を保持しておく補助電源を不要にできる。
【符号の説明】
【００１７】
１  基板搬送用ロボット
２  ロボット本体
３  第１アーム
４  第２アーム
５  エンドエフェクタ
６  第１プーリ
７  第２プーリ
８  第３プーリ
９  第４プーリ
１０  軸
１１  第１ベルト
１２  第２ベルト
１３  第１回転モータ
１４  第２回転モータ
１５  第１モータ中空出力軸
１６  第２モータ出力軸
１７  第１回転円板
１８  第２回転円板
１９  第１エンコーダスケール
２０  第２エンコーダスケール
２１  第１インクリメンタルエンコーダヘッド
２２  第２インクリメンタルエンコーダヘッド
２３  第１リング形磁石
２４  第２リング形磁石
２５ａ、２５ｂ  回転角度センサ
２６ａ、２６ｂ  回転角度センサ
２７  主動磁気ギア
２８  従動磁気ギア
２９  円形磁石
３０ａ、３０ｂ  回転角度センサ
３１  第１センサホルダ
３２  第２センサホルダ
３３  インクリメンタルエンコーダセンサホルダ
３５  １回転絶対値角度演算器
３６  ｎ回転絶対値角度演算器
３９  ロボット取り付けフランジ
４０  真空チェンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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