(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等の略平板状ワークをロボットハンドを用いて搬送する基板搬送装置であって、
前記ロボットハンドが、ベースに回転自在に支持された第１アーム、この第１アームの先端部に回転自在に支持された第２アーム、この第２アームの先端部に回転自在に支持された第３アーム、及びこの第３アームの先端部に回転自在に支持され、前記略平板状ワークを載置するエンドエフェクタを含むリンクにより形成され、第１アームの回転速度と第２アームの回転速度と第３アームの回転速度とエンドエフェクタの回転速度の比がそれぞれ各軸回りに１：２：２：１で同期して回転制御されることにより、エンドエフェクタに載置した略平板状ワークが該ワークを面内に含む水平面と第１アーム回転軸との交点を含む水平面上の直線に沿って移動するように伸縮駆動され、
前記ロボットハンドが縮長位置で第１アームの回転軸を中心軸として旋回駆動する際に、略平板状ワークを面内に含む水平面上に投影されるロボットハンドの旋回軌跡円の直径が、ワークの平面形状が略円形の場合は、その半径とエンドエフェクタの長さと第３アームの１／２幅の各長さを和算した値に等しくなるように構成され、かつ、前記第１アームの先端縁、前記第２アーム先端縁、前記第３アーム先端縁、及び前記エンドエフェクタに載置されたワークの先端縁が、前記第１アームの回転軸を中心とする同一の円に内接するように配され、前記第１アームの長さと前記第３アームの長さの和が、前記第２アームの長さに等しく、前記第１アームの長さが前記第３アームの長さよりも大きくなるように各アームが形成されていることを特徴とする基板搬送装置。
【請求項２】
シリコンウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等の略平板状ワークをロボットハンドを用いて搬送する基板搬送装置であって、
前記ロボットハンドが、ベースに回転自在に支持された第１アーム、この第１アームの先端部に回転自在に支持された第２アーム、この第２アームの先端部に回転自在に支持された第３アーム、及びこの第３アームの先端部に回転自在に支持され、前記略平板状ワークを載置するエンドエフェクタを含むリンクにより形成され、第１アームの回転速度と第２アームの回転速度と第３アームの回転速度とエンドエフェクタの回転速度の比がそれぞれ各軸回りに１：２：２：１で同期して回転制御されることにより、エンドエフェクタに載置した略平板状ワークが該ワークを面内に含む水平面と第１アーム回転軸との交点を含む水平面上の直線に沿って移動するように伸縮駆動され、
前記ロボットハンドが縮長位置で第１アームの回転軸を中心軸として旋回駆動する際に、略平板状ワークを面内に含む水平面上に投影されるロボットハンドの旋回軌跡円の直径が、ワークの平面形状が略円形の場合は、その半径とエンドエフェクタの長さと第３アームの１／２幅の各長さを和算した値に等しくなるように構成され、かつ、前記第１アームの先端縁、前記第２アームの先端縁、第３アームの先端縁、及び前記エンドエフェクタに載置されたワークの先端縁が、前記第１アームの回転軸を中心とする同一の円に内接するように、各アームの長さ比が設定され、
前記各アームの長さ比が、近似的に、１：（√５＋１）／２：（√５−１）／２（≒１：１．６１８：０．６１８）を成していることを特徴とする基板搬送装置。
【請求項３】
シリコンウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等の略平板状ワークをロボットハンドを用いて搬送する基板搬送装置であって、
前記ロボットハンドが、ベースに回転自在に支持された第１アーム、この第１アームの先端部に回転自在に支持された第２アーム、この第２アームの先端部に回転自在に支持された第３アーム、及びこの第３アームの先端部に回転自在に支持され、前記略平板状ワークを載置するエンドエフェクタを含むリンクにより形成され、第１アームの回転速度と第２アームの回転速度と第３アームの回転速度とエンドエフェクタの回転速度の比がそれぞれ各軸回りに１：２：２：１で同期して回転制御されることにより、エンドエフェクタに載置した略平板状ワークが該ワークを面内に含む水平面と第１アーム回転軸との交点を含む水平面上の直線に沿って移動するように伸縮駆動され、
前記ロボットハンドが縮長位置で第１アームの回転軸を中心軸として旋回駆動する際に、略平板状ワークを面内に含む水平面上に投影されるロボットハンドの旋回軌跡円の直径が、ワークの平面形状が略円形の場合は、その半径とエンドエフェクタの長さと第３アームの１／２幅の各長さを和算した値に等しくなるように構成され、かつ、前記第１アームの先端縁、前記第２アームの先端縁、第３アームの先端縁、及び前記エンドエフェクタに載置されたワークの先端縁が、前記第１アームの回転軸を中心とする同一の円に内接するように、各アームの長さ比が設定され、
前記各アームの長さ比が、近似的に、第２アームの長さを黄金分割した長さのうちの、長い方を第１アームの長さとし、短い方を第３アームの長さとしたことを特徴とする基板搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン（Si）ウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等のワークを搬送する基板搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のワークを搬送する従来のロボットハンドを用いた基板搬送装置を図６に示す。この基板搬送装置は、駆動源を内蔵するベース部１と、このベース部１上に設けられたロボットハンド２を備え、ロボットハンド２は、第１アーム３、第２アーム４、第３アーム５、及びワークＷを載置するためのエンドエフェクタ（End-effector）６を含む３−リンクによって構成される。このような基板搬送装置は、米国特許 No.5064340号明細書に示されるように、各アームの長さ比が一意的に1:2:1とされている（ａ＝ｃ，ｂ＝２ａ）。
【０００３】
そして、図７に示すように、ワークＷを含むエンドエフェクタ部７が直線運動を呈する際、第２アームを長手方向に均等に２分割する中点14が、エンドエフェクタの回転軸15と第１アームの回転軸13とを結ぶ直線に常に一致するように動作する。また、ワークＷを含むエンドエフェクタ部７が直線運動を呈するように、各アーム及びエンドエフェクタの回転速度比は、1:2:2:1になるように制御される。なお、回転軸13を中心とする旋回軌道及びアームの直線状態の二点鎖線で示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、生産性向上のため、基板搬送装置が搭載される基板処理装置は、設置面積の縮小化（省スペース化）が強く求められるようになってきた。このため、基板処理装置を構成する当該基板搬送装置も処理装置内に占める面積に制約を受ける。すなわち、基板搬送装置において、必要な機能を必要最小限の占有面積で達成することが一つの大きな課題となってきた。
【０００５】
ところで、上記のようにロボットハンドが３−リンクによって構成される基板搬送装置の占有面積は、アーム旋回時に要する最小回転半径により決定される。従来の基板搬送装置は、図７に示すように、第１アーム３、第２アーム４、第３アーム５の長さ比が一意的に1:2:1とされているため、アーム旋回時に要する最小回転半径は、ロボットハンド伸縮時の第１アームの回転角θ（θは第１アームと基板搬送方向とのなす角度）に対して以下に示す計算式によって理論的に算定することができる。
【０００６】
ここで、ワークを含むエンドエフェクタ部が直線運動を呈するように各アーム及びエンドエフェクタの回転速度比は、1:2:2:1に制御され、よって第１アーム３と第３アーム５は、第１アーム３の回転角θに依らず、互いに常に平行であることを前提とした。まず、旋回半径は、ロボットハンドが縮んだ時の第１アーム回転角θの範囲により、第１アームの回転軸を中心とした第２アーム先端部側面の旋回軌道円半径Ｒ1、同軸を中心とした第３アーム先端部側面の旋回軌道円半径Ｒ2、及び、同軸を中心としたワーク先端側面の旋回軌道円半径Ｒ3に領域区分される。各旋回軌道円半径（以下、旋回半径という）は、図７に基づき以下の計算式で表される。
【０００７】
【数１】
0003639764.tif 000002
【０００８】
ここに、第１アームの長さ：ａ
第２アームの長さ：ｂ＝２ａ
第３アームの長さ：ｃ＝ａ
エンドエフェクタの長さ：ｅ（const.）
アームの幅：ｗ（const.）
円形薄型ワークの直径：ｄ（const.）
とした。
【０００９】
なお、上記第１式は、図７の一部を詳細に示した図８において、斜線を付した三角形に注目して、その一辺ＯＡの線分長をｘとし、次のようにして求められる。
【００１０】
【数２】
0003639764.tif 000003
【００１１】
上式を使って算定される半径Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3のうち、最も値の大きいものが、ロボットハンド縮み時の第１アーム回転角時の旋回半径Ｒとなり、次式によって示される。
Ｒ＝ＭＡＸ（Ｒ１（θ），Ｒ２（θ），Ｒ３（θ））
上式の最小値Ｒminが最終的に求むべき最小回転半径となる。
【００１２】
例えば、図９（図７と同等、寸法を記入）に示した従来技術の一例では、各θにおける旋回半径Ｒは、図１０（横軸：第１回転アームの回転角度、縦軸：旋回半径）に示すグラフのようになる。このとき、曲線Ｒの最小値Ｒmin=249.696mm（θ=72.946deg）が、図９に示す従来技術の一例における最小回転半径となる。
【００１３】
上述のように第１アーム、第２アーム、第３アームの長さ比を1:2:1とした従来技術では、旋回半径が理論的に上記の最小値Ｒminよりさらに小さい値を得ることは不可能であった。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、各アームの長さ比の最適化を図ることにより、アームの旋回半径が従来よりもさらに小さい値となり、また、同等の設置面積であれば従来よりも長い搬送距離を実現し、もって基板処理装置の設置面積の縮小化に寄与することのできる基板搬送装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び効果】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、シリコンウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等の略平板状ワークをロボットハンドを用いて搬送する基板搬送装置であって、前記ロボットハンドが、ベースに回転自在に支持された第１アーム、この第１アームの先端部に回転自在に支持された第２アーム、この第２アームの先端部に回転自在に支持された第３アーム、及びこの第３アームの先端部に回転自在に支持され、前記略平板状ワークを載置するエンドエフェクタを含むリンクにより形成され、第１アームの回転速度と第２アームの回転速度と第３アームの回転速度とエンドエフェクタの回転速度の比がそれぞれ各軸回りに１：２：２：１で同期して回転制御されることにより、エンドエフェクタに載置した略平板状ワークが該ワークを面内に含む水平面と第１アーム回転軸との交点を含む水平面上の直線に沿って移動するように伸縮駆動され、
前記ロボットハンドが縮長位置で第１アームの回転軸を中心軸として旋回駆動する際に、略平板状ワークを面内に含む水平面上に投影されるロボットハンドの旋回軌跡円の直径が、ワークの平面形状が略円形の場合は、その半径とエンドエフェクタの長さと第３アームの１／２幅の各長さを和算した値に等しくなるように構成され、かつ、前記第１アームの先端縁、前記第２アーム先端縁、前記第３アーム先端縁、及び前記エンドエフェクタに載置されたワークの先端縁が、前記第１アームの回転軸を中心とする同一の円に内接するように配され、前記第１アームの長さと前記第３アームの長さの和が、前記第２アームの長さに等しく、前記第１アームの長さが前記第３アームの長さよりも大きくなるように各アームが形成されているものである。
【００１６】
上記構成によれば、同一搬送距離の従来装置よりもさらに小さい最小回転半径が可能となり、また、同等の設置面積であれば従来よりも長い搬送距離を実現することが可能となり、もって基板処理装置の設置面積の縮小化に寄与することができる。
【００１７】
請求項２の発明は、シリコンウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等の略平板状ワークをロボットハンドを用いて搬送する基板搬送装置であって、前記ロボットハンドが、ベースに回転自在に支持された第１アーム、この第１アームの先端部に回転自在に支持された第２アーム、この第２アームの先端部に回転自在に支持された第３アーム、及びこの第３アームの先端部に回転自在に支持され、前記略平板状ワークを載置するエンドエフェクタを含むリンクにより形成され、第１アームの回転速度と第２アームの回転速度と第３アームの回転速度とエンドエフェクタの回転速度の比がそれぞれ各軸回りに１：２：２：１で同期して回転制御されることにより、エンドエフェクタに載置した略平板状ワークが該ワークを面内に含む水平面と第１アーム回転軸との交点を含む水平面上の直線に沿って移動するように伸縮駆動され、前記ロボットハンドが縮長位置で第１アームの回転軸を中心軸として旋回駆動する際に、略平板状ワークを面内に含む水平面上に投影されるロボットハンドの旋回軌跡円の直径が、ワークの平面形状が略円形の場合は、その半径とエンドエフェクタの長さと第３アームの１／２幅の各長さを和算した値に等しくなるように構成され、かつ、前記第１アームの先端縁、前記第２アームの先端縁、第３アームの先端縁、及び前記エンドエフェクタに載置されたワークの先端縁が、前記第１アームの回転軸を中心とする同一の円に内接するように、各アームの長さ比が設定され、前記各アームの長さ比が、近似的に、１：（√５＋１）／２：（√５−１）／２（≒１：１．６１８：０．６１８）を成しているものである。
【００１８】
上記構成においては、最小回転半径の理論的最小値を提供することが可能となる。特に、第１アームの長さと第３アームの長さの和が第２アームの長さに等しく、第１アームの長さが第３アームの長さよりも大きくなるように各アームを形成されている基板搬送装置における最小回転半径の理論的最小値を提供することが可能となる。
【００１９】
請求項３の発明は、シリコンウェーハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板等の略平板状ワークをロボットハンドを用いて搬送する基板搬送装置であって、前記ロボットハンドが、ベースに回転自在に支持された第１アーム、この第１アームの先端部に回転自在に支持された第２アーム、この第２アームの先端部に回転自在に支持された第３アーム、及びこの第３アームの先端部に回転自在に支持され、前記略平板状ワークを載置するエンドエフェクタを含むリンクにより形成され、第１アームの回転速度と第２アームの回転速度と第３アームの回転速度とエンドエフェクタの回転速度の比がそれぞれ各軸回りに１：２：２：１で同期して回転制御されることにより、エンドエフェクタに載置した略平板状ワークが該ワークを面内に含む水平面と第１アーム回転軸との交点を含む水平面上の直線に沿って移動するように伸縮駆動され、前記ロボットハンドが縮長位置で第１アームの回転軸を中心軸として旋回駆動する際に、略平板状ワークを面内に含む水平面上に投影されるロボットハンドの旋回軌跡円の直径が、ワークの平面形状が略円形の場合は、その半径とエンドエフェクタの長さと第３アームの１／２幅の各長さを和算した値に等しくなるように構成され、かつ、前記第１アームの先端縁、前記第２アームの先端縁、第３アームの先端縁、及び前記エンドエフェクタに載置されたワークの先端縁が、前記第１アームの回転軸を中心とする同一の円に内接するように、各アームの長さ比が設定され、前記各アームの長さ比が、近似的に、第２アームの長さを黄金分割した長さのうちの、長い方を第１アームの長さとし、短い方を第３アームの長さとしたものである。
【００２０】
上記構成においては、請求項２と同等の作用、効果が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による基板搬送装置について図面を参照して説明する。図１において、基板搬送装置は、駆動源を内蔵するベース部１と、このベース部１上に設けられたロボットハンド２を備え、ロボットハンド２は、第１アーム３、第２アーム４、第３アーム５、及びワークＷを載置するためのエンドエフェクタ６を含む３−リンクによって構成される。第１アーム３、第２アーム４、及び第３アーム５の各長さの関係が従来のものとは相違し、アーム伸縮時の回転半径が最小となり得るように、第１アーム３の長さと第３アーム５の長さの和が第２アーム４の長さに等しく、第１アーム３の長さが第３アーム５の長さよりも大きく形成されている。これにより、以下に説明するように、ロボットハンドのアームが所定角度に縮んだ状態で回転半径が最小となり得る。
【００２２】
図２は、当該基板搬送装置における最小回転半径時のロボットハンドの状態（実線）及び回転軸13を中心とする旋回軌道（二点鎖線）及びアームの直線状態（二点鎖線）を示している。この基板搬送装置は、第１アーム３の先端部側面８と、第２アーム４の先端部側面９と、第３アームの先端部側面10と、ワークの先端部側面11とが、第１アーム３の回転軸13を中心とする同一の軌道円12に内接するように、各アームの長さ比が算定されている。その軌道円12の半径が当該基板搬送装置における最小回転半径となる。
【００２３】
以下に、この基板搬送装置において得られる最小回転半径Ｒminと、これを実現する各アームの長さ比と、第１アーム３の回転角θの計算方法を述べる。なお、ワークを含むエンドエフェクタ部が直線運動を呈するよう各アーム及びエンドエフェクタの回転速度比は1:2:2:1に制御され、よって第１アーム３と第３アーム５は回転角θに依らず互いに、常に平行であることを前提とした。
【００２４】
いま、第１アームの長さ：Ａ
第２アームの長さ：Ｂ
第３アームの長さ：Ｃ
エンドエフェクタの長さ：Ｄ（const.）
アームの幅：ｗ（const.）
円形薄型ワークの直径：ｄ（const.）
とする。
【００２５】
まず、第２アーム４の長さは、第１アーム３の長さと第３アーム５の長さの和に等しいから、
Ｂ＝Ａ＋Ｃ        …（１式）
次に、最小回転半径Ｒminは、第１アームの先端8と第１アームの回転軸13を結ぶ線分の長さに等しいことから、
Ｒmin＝Ａ＋w／２  …（２式）
また、最小回転半径Ｒminは上記とは別法にて、第３アームの先端10と第１アームの回転軸13を結ぶ線分の長さに等しいことから、
Ｒmin＝Ａ・cosθ＋Ｂ・cosθ＋Ｃ・cosθ＋ｗ／２ …（３式）
さらに、最小回転半径Ｒminは、ワークの先端11と第１アームの回転軸13を結ぶ線分の長さに等しいことから、
Ｒmin＝Ｄ＋ｄ／２−（Ａ・cosθ＋Ｂ・cosθ＋Ｃ・cosθ） …（４式）
また、図２の一部を詳細に示した図３において、斜線を付した三角形に注目すると、この三角形は角ＥＯＦを頂角とする二等辺三角形であり、その等辺ＯＥ又はＯＦの線分長はＡであることから、幾何学的に
Ａ・cosθ＝Ｃ／２   …（５式）
となる。
【００２６】
上記の第１アームの長さＡと第２アームの長さＢと第３アームの長さＣと最小回転半径Ｒminと第１アームの回転角θをそれぞれ変数とした５つの連立方程式を解くと（ここに、第１アームの長さを「１」とする）、各アームの長さ比は、Ａ：Ｂ：Ｃ＝１：（√５＋１）／２：（√５−１）／２（≒１：１．６１８：０．６１８）となり、
第１アームの回転角θは、
θ＝７２°
となる。
【００２７】
なお、上記アームの長さ比については、特に、
Ａ：Ｃ＝Ｂ：Ａ
Ａ：Ｃ＝（Ａ＋Ｃ）：Ａ
が成立する。これは広く一般に知られる「黄金分割」による分割比に等しい。従って、第２アームに対する第１アームと第３アームの長さ比は、第２アームの長さを「黄金分割」した長さの内の、長い方を第１アームの長さとし、短い方を第３アームの長さとしたものとすればよい。
【００２８】
また、最小回転半径Ｒminは、エンドエフェクタの長さＤとアームの幅ｗと円形薄型ワークの直径ｄによって決まり、
Ｒmin＝（２Ｄ＋ｗ＋ｄ）／４
となる。
【００２９】
次に、本発明が従来技術よりも最小回転半径において有効であることを述べるため、搬送距離とエンドエフェクタの長さを、図９に示した従来技術の一例と等しくした場合で、各アームの長さ比に本発明を適用した一例を図４に示す。この例では、最小回転半径Ｒminは240mmとなり、図９に示した従来技術と比較して約10mmの縮小化が図れる。
【００３０】
さらに、図５に、最小回転半径が同じ場合で、搬送距離を従来技術（ａ）と本発明適用例（ｂ）とを比較して示す。同図から分かるように、本発明では、従来技術よりも約56mm搬送距離が伸長可能となる。
【００３１】
本発明は上記実施形態の構成に限られず、その要旨を逸脱しない限り、種々変更可能である。例えば、アームの長さ比は、前記の値に近似した値を含み、第１アームと第２アームと第３アームの長さ比を、1:1.6:0.6もしくは1:1.5:0.5等としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による基板搬送装置の斜視図。
【図２】  上記基板搬送装置の平面図。
【図３】  上記の一部を詳細に示した図。
【図４】  上記基板搬送装置に寸法を記入した平面図。
【図５】  （ａ）は従来技術による基板搬送装置を示す図、（ｂ）は本発明による基板搬送装置の優位性を説明するための図。
【図６】  従来技術による基板搬送装置の斜視図。
【図７】  従来の基板搬送装置の平面図。
【図８】  上記の一部を詳細に示した図。
【図９】  従来の基板搬送装置に寸法を記入した平面図。
【図１０】  同基板搬送装置において第１アームの回転角に対する旋回半径の変化を示したグラフ。
【符号の説明】
２    ロボットハンド
３    第１アーム
４    第２アーム
５    第３アーム
６    エンドエフェクタ
Ｗ    ワーク
【図１】
0003639764.tif 000004
【図２】
0003639764.tif 000005
【図３】
0003639764.tif 000006
【図４】
0003639764.tif 000007
【図５】
0003639764.tif 000008
【図６】
0003639764.tif 000009
【図７】
0003639764.tif 000010
【図８】
0003639764.tif 000011
【図９】
0003639764.tif 000012
【図１０】
0003639764.tif 000013