(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品をピックアップするための装置を位置決めし得るよう、全方向に傾斜可能に調整可能なエレベータ構造（１０）であって、
全体的に平面状とされた上面（１６）を有するベース（１４）と；上端部（２０）を有するとともに前記上面から全体的に前記上面に対して直交して前記上端部までにわたって上方へと延在する堅固な構造（１８）と；該構造の前記上端部に対して取り付けられているとともに前記上面に対して全体的に平行とされたフランジ（２２）と；を備える堅固なフレーム（１２）と、
上プレート（２６）と；該上プレートに対して全体的に平行な状態で離間配置された下プレート（２８）と；各々が上方端部と下方端部とを有しかつ各々が前記上プレートと前記下プレートとの間にわたって延在しさらに前記フランジの貫通孔（２５）を通って延在した、互いに同一平面上には位置せず全体的に互いに平行とされた、少なくとも３つの直線延在部材（３０）と；前記上プレートに支持されているとともに、前記直線延在部材の数と同数とされ、かつ、各々が、対応している前記直線延在部材の前記上方端部を前記上プレートに対して全方向的に揺動可能に取り付けるよう設けられた、複数の上部全方向性ジョイント（３６）と；前記下プレートに支持されているとともに、前記直線延在部材の数と同数とされ、かつ、各々が、対応している前記直線延在部材の前記下方端部を前記下プレートに対して全方向的に揺動可能に取り付けるよう設けられた、複数の下部全方向性ジョイント（３８）と；を備えるとともに、前記直線延在部材が前記フランジの前記貫通孔を通って上下移動するものとされた、昇降構造（２４）と、
前記ベースに対して支持されているとともに、前記少なくとも３つの直線延在部材を選択的にかつ互いに独立に前記ベース（１４）に対して上下方向に駆動し、これにより、前記上プレートおよび前記下プレートの、前記ベース（１４）に対する上下移動および前記ベース（１４）に対する傾斜移動を引き起こすためのモータ手段（４０）と、
を具備することを特徴とするエレベータ構造。
【請求項２】
前記モータ手段が、前記ベースによって支持されるとともに前記直線延在部材の数と同数とされかつ各々が対応している１つの前記直線延在部材を選択的に上下方向に駆動し得るよう該直線延在部材に対して連結されている複数の個別のモータ（４２）を備えていることを特徴とする請求項１記載のエレベータ構造。
【請求項３】
対応している１つの前記直線延在部材を駆動し得るような各モータの前記直線延在部材に対しての連結には、前記ベースと前記フランジとの間に支持されているとともにこれらベースおよびフランジに対して回転可能とされかつ前記直線延在部材の数と同数とされさらに各々が対応している１つの前記直線延在部材に対して隣接して平行に配置されなおかつ対応している１つのモータによって回転駆動され得るようにして連結された複数のボールネジ（４６）と；前記直線延在部材の数と同数とされているとともに各々が対応している１つの前記直線延在部材に対して取り付けられかつ各々が対応している１つの前記直線延在部材からその先端部にまで張り出すアーム（５４）を有しさらに前記ボールネジの回転により前記直線延在部材の上下方向直線移動をもたらすようにして前記ボールネジに対して係合するネジ対応構造（５７）を有した貫通孔（５６）を前記アームの前記各先端部に有しているような複数のブラケット（５２）と；前記モータの数と同数とされるとともに各々が対応している１つの前記モータによって駆動されかつ各々が対応している１つの前記ボールネジを回転駆動し得るように該ボールネジに対して係合している複数のベルト手段（４４）と；が使用されていることを特徴とする請求項２記載のエレベータ構造。
【請求項４】
昇降と物品の位置決めとの双方を行う装置であって、
全体的に平面状とされた上面（１６）を有するベース（１４）と；前記上面から全体的に前記上面に対して直交して上端部（２０）までにわたって上方へと延在する堅固な構造（１８）と；全体的に中央に配置された貫通孔（２５）を有しているとともに前記構造の前記上端部に対して取り付けられかつ前記上面に対して全体的に平行とされたフランジ（２２）と；を備える堅固なフレーム（１２）と、
上プレート（２６）と；該上プレートに対して全体的に平行な状態で離間配置された下プレート（２８）と；各々が上方端部と下方端部とを有しかつ各々が前記上プレートと前記下プレートとの間にわたって延在しさらに前記フランジの前記貫通孔を通って延在した、互いに同一平面上には位置せず全体的に互いに平行とされた、少なくとも３つの直線延在部材（３０）と；前記上プレートに支持されているとともに、前記直線延在部材の数と同数とされ、かつ、各々が、対応している前記直線延在部材の前記上方端部を前記上プレートに対して全方向的に揺動可能に取り付けるよう設けられた、複数の上部全方向性ジョイント（３６）と；前記下プレートに支持されているとともに、前記直線延在部材の数と同数とされ、かつ、各々が、対応している前記直線延在部材の前記下方端部を前記下プレートに対して全方向的に揺動可能に取り付けるよう設けられた、複数の下部全方向性ジョイント（３８）と；を備えるとともに、前記直線延在部材が前記フランジの前記貫通孔を通って上下移動するものとされた、昇降構造（２４）と、
前記ベースに対して支持されているとともに、前記少なくとも３つの直線延在部材を選択的にかつ互いに独立に前記ベース（１４）に対して上下方向に駆動し、これにより、前記上プレートおよび前記下プレートの、前記ベース（１４）に対する上下移動および前記ベース（１４）に対する傾斜移動を引き起こすためのモータ手段（４０）と、
前記昇降構造に支持されるとともに前記フランジの全体的に中央に配置された前記貫通孔を通して前記上プレートよりも上方へと上方に延在している物品の位置決め装置（６０）と、
を具備することを特徴とする装置。
【請求項５】
前記昇降構造は、さらに、前記移動可能な昇降構造のうちの、前記下プレートの近傍の底部の強度を増強するために、前記移動可能な昇降構造の前記下プレートに対して取り付けられた強度増強手段を備え、
前記強度増強手段が、前記移動可能な昇降構造の前記底部を付勢するための付勢手段を備え、
前記付勢手段が、前記下プレートの下方において該下プレートに対して離間配置された付勢力伝達構造と、
下部が該付勢力伝達構造に対して連結されているとともにそこから上側へと延在し、かつ、非接触状態で前記付勢力伝達機構が前記下部を挿通しており、さらに、前記移動可能とされた昇降構造の前記底部に対して上部が取り付けられている取付手段と、
前記移動可能とされた昇降構造の前記底部に対して、前記下プレートから上側へと力を作用させるための力作用手段と、
を備え、
前記力作用手段が、空気圧式シリンダ（８６）を備えていることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記モータ手段が、前記ベースに対して支持されているとともに前記直線延在部材の数と同数とされかつ各々が対応している１つの前記直線延在部材を上下方向に駆動し得るよう該直線延在部材に対して連結されている複数の個別のモータ（４２）を備えていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
対応している１つの前記直線延在部材を駆動し得るような各モータの前記直線延在部材に対しての連結には、前記下プレートと前記上プレートとの間に支持されているとともにこれら上下プレートに対して全方向的に回転可能とされかつ前記直線延在部材の数と同数とされさらに各々が対応している１つの前記直線延在部材に対して隣接して平行に配置されなおかつ対応している１つのモータによって回転駆動され得るようにして連結された複数のボールネジ（４６）と；前記直線延在部材の数と同数とされているとともに各々が対応している１つの前記直線延在部材に対して取り付けられかつ各々が対応している１つの前記直線延在部材からその先端部にまで張り出すアーム（５４）を有しさらに前記ボールネジの回転により前記直線延在部材の上下方向直線移動をもたらすようにして前記ボールネジに対して係合するネジ対応構造（５７）を有した貫通孔（５６）を前記アームの前記各先端部に有しているような複数のブラケット（５２）と；前記モータの数と同数とされるとともに各々が対応している１つの前記モータによって駆動されかつ各々が対応している１つの前記ボールネジを回転駆動し得るように該ボールネジに対して係合している複数のベルト手段（４４）と；が使用されていることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記モータ手段が、前記下プレートに対して支持されているとともに前記直線延在部材の数と同数とされかつ各々が対応している１つの前記直線延在部材を上下方向に駆動し得るよう該直線延在部材に対して連結されている複数の個別のモータ（４２）を備えていることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項９】
対応している１つの前記直線延在部材を駆動し得るような各モータの前記直線延在部材に対しての連結には、前記下プレートと前記上プレートとの間に支持されているとともにこれら上下プレートに対して全方向的に回転可能とされかつ前記直線延在部材の数と同数とされさらに各々が対応している１つの前記直線延在部材に対して隣接して平行に配置されなおかつ対応している１つのモータによって回転駆動され得るようにして連結された複数のボールネジ（４６）と；前記直線延在部材の数と同数とされているとともに各々が対応している１つの前記直線延在部材に対して取り付けられかつ各々が対応している１つの前記直線延在部材からその先端部にまで張り出すアーム（５４）を有しさらに前記ボールネジの回転により前記直線延在部材の上下方向直線移動をもたらすようにして前記ボールネジに対して係合する貫通孔（５６）を前記アームの前記各先端部に有しているような複数のブラケット（５２）と；前記モータの数と同数とされるとともに各々が対応している１つの前記モータによって駆動されかつ各々が対応している１つの前記ボールネジを回転駆動し得るように該ボールネジに対して係合している複数のベルト手段（４４）と；が使用されていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
互いに離間して積層方向に並べられた複数のワークピースのうちの１つのワークピースであって水平方向から位置ズレを起こしている全体的に平面状のワークピースをピックアップするための方法であって、
全体的に平面状とされた上面（１６）を有するベース（１４）と；前記上面から全体的に前記上面に対して直交して上端部（２０）までにわたって上方へと延在する堅固な構造（１８）と；全体的に中央に配置された貫通孔（２５）を有しているとともに前記構造の前記上端部に対して取り付けられかつ前記上面に対して全体的に平行とされたフランジ（２２）と；を備える堅固なフレーム（１２）と、
上プレート（２６）と；該上プレートに対して全体的に平行な状態で離間配置された下プレート（２８）と；各々が上方端部と下方端部とを有しかつ各々が前記上プレートと前記下プレートとの間にわたって延在しさらに前記フランジの前記貫通孔を通って延在した、互いに同一平面上には位置せず全体的に互いに平行とされた、少なくとも３つの直線延在部材（３０）と；前記上プレートに支持されているとともに、前記直線延在部材の数と同数とされ、かつ、各々が、対応している前記直線延在部材の前記上方端部を前記上プレートに対して全方向的に揺動可能に取り付けるよう設けられた、複数の上部全方向性ジョイント（３６）と；前記下プレートに支持されているとともに、前記直線延在部材の数と同数とされ、かつ、各々が、対応している前記直線延在部材の前記下方端部を前記下プレートに対して全方向的に揺動可能に取り付けるよう設けられた、複数の下部全方向性ジョイント（３８）と；を備えるとともに、前記直線延在部材が前記フランジの前記貫通孔を通って上下移動するものとされた、昇降構造（２４）と、
前記ベースに対して支持されているとともに、前記少なくとも３つの直線延在部材を選択的にかつ互いに独立に前記ベース（１４）に対して上下方向に駆動し、これにより、前記上プレートおよび前記下プレートの、前記ベース（１４）に対する上下移動および前記ベース（１４）に対する傾斜移動を引き起こすためのモータ手段（４０）と、
前記昇降構造に支持されるとともに、前記フランジの全体的に中央に配置された前記貫通孔を通して前記上プレートよりも上方へと上方に延在し、かつ、ワークピースをピックアップし得るよう設けられた端部部材であって各ワークピースの配置を決定するためのセンサ（７０）を有した端部部材（６２）を備え、さらに、自身の動作および前記モータ手段の動作を制御するためのコンピュータ制御手段（９６）であって前記センサと情報のやりとりを行うコンピュータ制御手段を備えている物品の位置決め装置（６０）と、
を具備してなる昇降と物品の位置決めとの双方を行う装置を準備し、
前記端部部材をワークピースの近傍に移動させ、
ワークピースのピックアップに先立って、前記センサを使用して各ワークピースの配置状況を測定し、
位置ズレを起こしているワークピースがある場合には、位置ズレの程度を前記コンピュータ制御手段に伝送し、
前記コンピュータ制御手段を使用して、前記位置ズレを起こしたワークピースをピックアップし得るように前記端部部材の位置合わせを行うよう、前記モータ手段および前記物品位置決め装置を制御することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は、ロボットアーム機構を上下に移動させるのに有効であるとともにロボットアーム機構を傾斜させ得るようなエレベータに関するものである。
発明の背景
対象物を位置決めしたり配置したりするためにロボットアームを使用することは、周知である。一般に、アームは、従来からの円筒座標系において、Ｚ方向移動、Ｒ方向移動、および、θ方向移動を行う。直線移動を行い得ることは、半導体ウェハの処理に際しては非常に重要である。直線移動が可能であることにより、処理ステージが行われる作業ステーションへと、半導体ウェハを正確に配置することが可能とされる。アームの先端における端部部材（端部エフェクタ、end effector）すなわち機械ハンドを、Ｒ方向移動させることすなわち直線移動させることは、様々な方式で行われてきた。
一例として、この目的のために、伸縮式アームが使用されている。そのような構造においては、ある１つのスライド可能な部材が、他の部材に適合的に組み合わされており、それによって、アームの直線状延出が可能とされている。
より標準的には、互いに等しい長さのリンクを有した２つのリンクアームが、この目的のために使用されている。これらリンクは、第１リンクの先端が第２リンクの基端に対して回転可能に取り付けられているようにして、互いに連結されている。両リンクは、ベルト駆動機構を使用している。ベルト駆動機構は、第１リンクに対しての第２リンクの回転比ｉ2,1が２／１となるために、また、端部材と、ロボットアームの先端側リンクと、の間の回転比ｉ3,2が１／２となるために設けられている。ｉ2,1が２／１でありかつｉ3,2が１／２である場合には、第１リンクに対しての端部部材の回転比ｉ3,1は、結果的に、２／１ × １／２すなわち１となり、直線移動が得られる。３リンクアームの場合には、米国特許明細書第５，０６４，３４０号に開示されているように、第３リンクと第２リンクとの間の回転比が１／１であって、他の比は上記と同様である。この状況においては、ｉ2,1は２／１であり、ｉ3,2は１／１であり、ｉ4,3は１／２である。これにより、ｉ4,1が１であることが保証され、直線移動が得られる。
１９８８年２月１０日付で公開された英国特許出願公開明細書第２１９３４８２号には、一方のリンクの先端が他方のリンクの基端に対して回転可能に取り付けられているような長さの異なる２つのリンクを備えたウェハ取扱アームが開示されている。この場合、ハンドは、先端側リンクの先端に一体的に組み付けられており、先端側リンクは、カムに対して固定されたベルト駆動機構を使用しており、これにより、ほぼ直線的な移動が得られている。
同じ長さの２つのリンクが設けられている二等辺三角形のタイプのリンク機構であって先端側リンクの先端に対して機械ハンドが回転するようなものも、また、公知である。２つのリンクどうしの間の角度が、他端の回転中心どうしを結ぶ線に対して各リンクがなす角度の２倍の速さで変化するようにして、プーリとベルトとが設けられている。この連結によって、モータシャフトから、基端側リンクの基端部への、直接的な駆動が得られる。モータシャフトに対して同軸とされた固定プーリ回りにおいて、ベルトは、２つのリンクの回転中心を次々とプーリ回りに通過する。プーリとベルトとの他の構成においては、第２リンクが機械ハンドに対して回転可能に連結されている他のプーリの回転がもたらされる。
他の装置においては、二等辺三角形タイプのリンク機構は、互いに対向しており、機械ハンドは、双方の先端側リンクの両先端に対して回転可能に取り付けられている。両基端リンクの両基端は、通常は適切なギヤ機構を介して、単一のモータ回転シャフトによって、反対の回転方向に回転される。結果的に、蛙の脚のようなタイプの動きが得られる。この場合、二等辺三角形のタイプのリンク結合は、二等辺三角形の各リンク間の角度が他端の回転中心どうしの連結線に対して各リンクがなす角度の２倍の速さで変化するように、他のリンクを制御するための手段として機能する。
特別の作業のためのより良好な配置を可能とするために、ロボットアーム機構を全体的に傾斜できた方が望ましいというような状況は、多く見られる。想定されるある１つの特別の状況は、カセットからの半導体ウェハの取出（アンローディング）である。典型的な半導体ウェハ用カセットは、互いに離間しつつ上下方向に並べた状態で複数の半導体ウェハを搭載している。各ウェハは、通常、周縁部において細い係止棚によって保持されており、ウェハ表面のうちの大部分は、非接触状態とされていて、コンタミネーションや他の問題が避けられるようになっている。通常、複数のウェハが、カセット内に機械的に導入される。場合によっては、カセット内において、１つまたは複数のウェハが、整列配置からずれてしまう可能性がある。すなわち、斜めとなってしまう可能性がある。その場合には、周縁部の一部が径方向反対側部分よりも、高い位置の棚に乗り上げてしまうこととなる。そのような場合、現在半導体産業において使用されているロボットアームでは、修正することができず、斜めとなったウェハを、処理のために持ち上げたり搬送したりすることができない。この結果、生産性が損なわれることとなる。また、複数のウェハがカセット内に適正に導入されたにしても、カセットが使用されている場合には、つまり、ロボットアームによる採取位置へと次なる半導体ウェハを移動させるために例えばカセットを上方移動させた場合には、このような上方移動によるはずみで、１つまたは複数の半導体ウェハがある係止棚から外れてしまう可能性があり、その場合には、半導体ウェハは、一方のエッジにおいてはもとの係止棚上に保持されているものの他方のエッジが下方位置の係止棚に乗ってしまい別の半導体ウェハの表面上に接触した状態となってしまう。従来技術においては、この種の問題点に関する適切な解決手段が、得られていない。
発明の開示
本発明は、上記のような問題点の１つまたは複数を克服するためになされたものである。
本発明のある実施形態においては、端部部材（端部エフェクタ、end effector）をＲ方向移動・θ方向移動・Ｚ方向移動させるロボットアーム機構を備えたワークピース取扱システムにおける改良が開示されている。ロボットアーム機構は、エレベータの移動軸に沿った直線移動が可能であるように、エレベータ上に取り付けられている。これは、アーム機構の全体的なＺ方向移動をもたらす。改良点として、移動軸に対してのすべての方向に関してエレベータを全体的に傾斜させるための全方向性傾斜手段を具備している。
本発明の他の実施形態においては、傾斜可能なエレベータが開示されている。堅固なフレームは、ベースと、このベースから上方へと延在する構造的に堅固な構造と、この構造の上端部に対して取り付けられたフランジと、を備えている。フランジは、全体的に、ベースに対して平行である。移動可能とされた昇降構造が、堅固なフレームに対して、伸縮可能に取り付けられている。昇降構造は、互いに離間して全体的に平行に配置された上下プレートを備えている。上下プレート間にわたって延在しこれら上下プレートに対して全方向性ジョイントを介して連結された、全体的に互いに平行とされた、３つのロッドが設けられている。固定的に配置されたモータシステムは、ベースによって堅固に支持されている。各ロッドは、上下プレートに対して互いに独立に移動可能である。本発明のさらに他の実施形態においては、Ｒ方向移動・θ方向移動・Ｚ方向移動を行うロボットアームが、エレベータに対して取り付けられる。
本発明のまた別の実施形態においては、カセットや類似物から、位置ズレを起こしているワークピースをピックアップする（採取する）ための方法が開示される。この方法においては、上記のようなエレベータに加えて、位置ズレを検出するセンサであるとともに、端部部材の動きやエレベータの傾斜を制御するためのコンピュータコントローラに対して情報を伝送し得るセンサが端部部材上に付設されたエレベータに対して取り付けられたロボットアームを使用する。これにより、位置ズレを起こしたワークピースを、適切にピックアップすることができる。
本発明は、位置ズレを起こしたすなわち傾いた半導体ウェハあるいは他のワークピースを、処理のために、ロボットアーム機構によってピックアップして搬送し得るような装置および方法を提供する。ロボットアーム機構の従来的なコンピュータ制御の使用は、端部部材からのセンサ入力と組み合わせることができる。これによって、ロボットアーム機構のＲ方向移動・θ方向移動・Ｚ方向移動、および、Ｚ軸に対してのエレベータの傾斜が可能とされ、ピックアップが達成される。この結果、駆動時間が短縮され、半導体処理や他の操作に関するスループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面を参照することによって、より明瞭に理解されるであろう。図面においては、同様の部材が同じ符号で示されている。
図１は、本発明の実施形態によるエレベータ構造を示す側断面図であって、外方に突出したモードが二点鎖線で示されている。
図２は、図１に示す装置の一部を拡大して示す側断面図であって、エレベータを傾斜させるために使用されているモータのうちの１つが示されている。
図３は、センサを有したロボットアーム機構が取り付けられた状態における、図１に示すエレベータの、収縮状態と拡張状態との双方を概略的に示す図である。
図４は、本発明の実施形態において有効なエレベータ構造の下部構造を詳細に示す、部分的に拡大した側断面図である。
図５は、図４と同様の図であるが、図４に示された各部材を詳細に図示するために、個々の部材が個別的に側面図や平面図で示されている。
発明の詳細な記述
本発明は、少なくとも本発明の概念は、様々な状況において有効であるけれども、本発明は、特に半導体ウェハといった格別のワークピースをその処理に際して配置するために使用するためのロボットアーム機構に関して使用することを念頭において構成されている。したがって、以下の説明においては、ウェハや端部部材等といったその産業分野において標準的な用語を使用する。しかしながら、本発明は、それに限定されるものではないこと、また、半導体ウェハ以外の他のワークピースを本発明によって採取したり配置したりできること、さらに、ロボットアーム機構以外の装置を本発明のエレベータに対して取り付け得ること、に注意されたい。
本発明のより明瞭な理解のために、「ベルト」、「ベルト手段」、「プーリ」、および、「プーリ手段」は、時には、ギヤとして参照されることに注意されたい。また、「ベルト」および「ベルト手段」は、歯付きのものや歯の付いていないもの、チェイン、織物ベルト、編込ベルト、等のように、幅広い意味で使用されていることを理解されたい。ベルトおよびベルト手段は、天然材料や合成材料、有機材料、無機材料、ポリマー、複合体、あるいは、金属といったように、任意の適切な材料から構成することができる。同様に、「プーリ」および「プーリ手段」は、歯付きのものや歯の付いていないもの、また、ベルトに対して明確に係合するものや摩擦によってのみ係合するものといったように、幅広い意味で使用されていることを理解されたい。プーリおよびプーリ手段についても、天然材料や合成材料、有機材料、無機材料、ポリマー、複合体、あるいは、金属といったように、任意の適切な材料から構成することができる。これらを考慮した上で、本発明の以下の詳細な説明が与えられている。「ロッド」という用語が、管状部材を包含していることについても注意されたい。
図１は、本発明による、全方向的に傾斜可能な調節可能エレベータ構造１０を、全体的に示している。このエレベータは、収縮した状態（実線）と拡張した状態（二点鎖線）との双方が示されている。
エレベータ構造１０は、２つの主要部から構成されている。とりわけ、その一方は、堅固なフレーム１２である。このフレーム１２は、全体的に平面状の上面１６を有したベース１４と、構造の上端部２０を有するとともに平面１６から上端部２０に向けて全体的に直交的に上方伸張した堅固な鉛直構造１８と、構造の上端部２０に対して取り付けられていて平面１６に対して全体的に平行であるフランジ２２と、を備えている。
エレベータ１０の他の要素は、可動昇降構造２４であり、これは、堅固なフレーム１２に対して、突出自在に取り付けられている。可動昇降構造２４は、フランジ２２の孔２５を通って、上下移動する。可動昇降構造２４は、上プレート２６と、上プレート２６に対して全体的に平行とされかつ離間配置された下プレート２８と、同一平面上には位置しておらず直線的でありかつ全体的に平行とされた少なくとも３つの部材３０と、を備えている。各部材３０は、それぞれ、上方端部３２および下方端部３４を有している。各部材３０は、上プレート２６から下プレート２８までにわたって延在している。部材３０の各々は、両プレート２６，２８に対して、全体的に直交している（厳密に言えば、傾斜時には直交しない）。一般に、同一平面上に位置していないこれら部材は、上プレート２６および下プレート２８回りにおいて、実質的に等間隔で配置されている。
複数の上部全方向性ジョイント３６が、上プレート２６に支持されている。上部全方向性ジョイント３６の数は、直線延在部材３０の数に等しい。上部全方向性ジョイント３６の各々は、直線延在部材３０のうちの対応する１つのものの上方端部３２を、上プレート２６に対して、全方向的に揺動可能に取り付けるために、設けられている。同様に、下プレート２８には、複数の下部全方向性ジョイント３８が支持されている。下部全方向性ジョイント３８の数は、直線延在部材３０の数に等しい。下部全方向性ジョイント３８の各々は、直線延在部材３０のうちの対応する１つのものの下方端部３４を、下プレート２８に対して、全方向的に揺動可能に取り付けるために、設けられている。
図２に示すように、一般に、ベース１４には、モータ手段４０が、支持されている。モータ手段４０は、各直線延在部材３０を、ベース１４に対して接近離間する方向に、他の直線延在部材３０とは独立に駆動するために機能する。好ましいモータ手段は、３つの個別のモータを備えている。そのうちの１つが、図２において、符号４２で示されている。各モータは、それぞれに設けられたベルト・プーリ構成４４を介して動作するものであって、ベース１４およびフランジ２２に対して回転可能に取り付けられているボールネジ４６を回転させる。ブラケット５２が、直線延在部材３０に対して取り付けられていて、このブラケット５２は、張出アーム５４を備えている。張出アーム５４には、ネジ対応構造５７（あるいは、ネジ追従構造、ネジフォロワ構造、thread follower structure）付きの孔５６が形成されている。ネジ対応構造５７は、例えば、ボールネジ４６に対して係合するような、ボールネジベアリングであったり（好ましい）、あるいは、係合ネジ山であったりする。これにより、モータ４２の起動力に基づくボールネジ４６の回転によって、ブラケット５２が、モータ４２の回転方向によって決まる方向に移動することとなる。この移動により、直線延在部材３０の直線移動が引き起こされる（これによって、すべてのモータが同時に動作しない場合には、上プレート２６および下プレート２８の傾斜が引き起こされる）。より複雑なプーリ／ベルト構成、および、適切なギヤ、および／または、クラッチ機構を備えた単一モータを、上記構成に代えて使用することもできる。
本発明によるエレベータ構造１０は、一般に、図３に示すように、物品位置決め装置６０と組み合わせて使用することが有効である。物品位置決め装置６０は、昇降構造２４に対して、一般には、上プレート２６に対してあるいは下プレート２８に対して、適切に取り付けることができる。図示の例においては、装置６０は、上プレート２６に対して取り付けられている。典型的には、物品位置決め装置６０は、ロボットアーム装置の特性を有したものである。図示例示された特別の装置は、前アーム６４に対して回転可能に連結された端部部材６２を備えている。前アーム６４は、基端アーム６６に対して回転可能に連結されており、基端アーム６６は、支柱６８に対して、軸６９回りに回転可能に連結されている。支柱６８は、Ｚ軸移動をもたらし得るよう、従来技術によって、鉛直駆動可能とすることができる。軸６９回りにおいて、Ｒ方向移動（直線移動）とθ方向移動（回転移動）との双方をもたらすような、適切な従来型駆動手段を設けることもできる。端部部材６２は、従来と同様に、半導体ウェハや類似物のピックアップに有効な真空式採取手段を備えている。すべての部材は、一般にはコンピュータ回路（図示せず）のような制御手段によって、従来と同様に制御される。
適切な位置測定センサシステム７０は、ａ）ワークピースに対して平行な端部部材６２の先端から長さ方向に前方側へと第１信号（例えば、光信号、あるいは、音信号）を伝送するための信号伝送手段と、ｂ）衝突する入射信号を代理する信号をもたらすための信号検出手段（例えば、光信号検出器、あるいは、音信号検出器）と、ｃ）ワークピースからの第１信号の反射によって引き起こされるエネルギーを収集しかつ信号検出手段に対してそのようなエネルギーを伝送するためのエネルギー収集伝送手段と、を備えることができる。あるワークピースからの第１信号の反射エネルギーの有無を検知するための制御手段に対して、信号を伝送するために、現状信号伝送手段が設けられている。
位置検出センサシステム７０は、ピックアップすべきウェハが適正に配置されているかどうかを検出するために、あるいは、配置ズレを起こしていないかどうかまたいくらか傾斜していないかどうかを検出するために、端部部材６２上に設けることができる。後者の例においては、エレベータ構造１０は、端部部材６２上の真空ピックアップを、ウェハの適正なピックアップを行い得るように位置合わせするために、物品位置決め装置６０の全体を傾斜させるよう、使用することができる。その後、エレベータ構造１０の傾斜は、モータ手段４０を使用して、予備位置合わせのためのチャックに対しての搬送のために、および／または、半導体処理操作においてウェハ処理ステーションに対しての搬送のために、ウェハを適正配置とし得るよう、調整することができる。図３においては、物品位置決め装置６０は、２つの位置で示されている。１つの位置は、ロッド６８とエレベータ１０との双方が完全に引き込まれた状態に対応するものであり、他の位置はエレベータ１０と物品位置決め装置６０とが少なくとも部分的に伸張された状態に対応するものである。
位置決め装置６０は、図示実施形態において上プレート２６によって支持されている、底部６２を有している。物品位置決め装置６０は、フランジ２２に形成された全体的には中央に位置している孔２５を通して、上プレート２６の上方へと、上側に延出している。図４および図５に示す特別の実施形態においては、この例においては円形とされているフランジ２２回りにおいて等間隔に配置された、ボールネジ／ブラケット／直線延在部材からなる３つの組合せ体のうちの、１つが示されている。構造に対しての堅固さは、堅固な鉛直構造１８によってもたらされている。鉛直構造１８は、図示の実施形態においては、堅固でありかつベース１４・フランジ２２間に取り付けられた３つのチューブを備えている。
図４に示すように、第１メンブラン８４に対しては、空気圧式シリンダ８６が取り付けられている。第２メンブラン８２に対しては、ボルト７９によって、フランジ９２が堅固に取り付けられている。圧力シリンダ８６が駆動されたときには、シリンダロッド８９は、フランジ９２に対して、圧力を印加する。フランジ９２は、この力を、第２メンブラン８２に対して伝達する。その結果、ボルト７９によってエレベータ１０の底部に対して堅固に取り付けられている第２メンブラン８２が、上方にたわむ。同時に、第１メンブラン８４は、下方にたわむ傾向がある。
メンブラン８２，８４の変形を制御するために、他の機構が設けられている。フランジ８５は、第１メンブラン８４の下方において第１メンブラン８４から離間配置されている。構造８８が、フランジ９２に対して、構造８８の上端部９３において取り付けられている。構造８８は、第１メンブラン８４を非接触状態で挿通しているとともに、底部が、フランジ８５に対して取り付けられている。調整機構８７は、位置決めされるべきフランジ８５を、第１メンブラン８４に対して、接近または離間させることができる。したがって、フランジ８５と第１メンブラン８４との間のギャップ８１は、シリンダロッド８９の移動を決定し、これにより、第１および第２メンブラン８４，８２の変形度合いが決定される。
より一般的に、本発明が、ワークピース取扱システムに関連していること、すなわち、ワークピースのピックアップおよび搬送のために設けられた端部部材６２のＲ方向移動、θ方向移動、および、Ｚ方向移動をもたらすロボットアーム機構を備えた昇降と位置決めの組合せ装置に関連していることは、理解されるであろう。ロボットアーム機構は、ロボットアーム機構を全体的にＺ方向移動させるよう、エレベータ構造１０の移動軸に沿った直線移動を可能とするために、エレベータ構造１０上に取り付けられている。本発明の改良例においては、移動軸６９に対して、可動昇降構造２４の床および天井を全方向的に傾斜させるための、全方向性の傾斜手段を備えている。
本発明においては、上記のような装置を使用することで、離間して積層方向に並べられた複数のワークピースのうち、水平方向から位置ズレを起こしている全体的に平面状のワークピースをピックアップするための方法を、提供する。基本的に、端部部材は、ワークピースの近傍に移動する。端部部材６２上のセンサ７０が、ピックアップに先立って、各ワークピースの整列具合を測定する。ワークピースが１つでも位置ズレを起こしている場合には、位置ズレの程度が測定され、図２および図３に示すコンピュータ制御手段９６に対して伝送される。コンピュータ制御手段９６は、位置ズレを起こしているワークピースをピックアップし得るように端部部材６２を位置合わせするために、モータ手段４０および物品位置決め装置を制御するために使用されている。この場合、モータ手段４０は、ワークピースを所望の水平配向に位置決めするように再度制御される。
産業的な応用可能性
本発明は、昇降可能なロボットアーム構造６０とともに使用するためのものであって、多数の対象に対して有効な、とりわけ半導体ウェハ処理に対して有効な、傾斜可能なエレベータ構造１０を提供する。
本発明を本発明の特別の実施形態について説明してきたけれども、さらなる変形が可能であること、および、この出願が、本発明の原理に従うようなすべての変形例、使用、および、適用をも包含することまた本願の属する技術分野における当業者がこの開示から想到するような事柄や本質的な特徴点に適用可能な事柄さらには本発明の請求範囲内のものであって本発明の範疇に属する事柄をも包含することを意図していること、は理解されるであろう。
【図１】
0004034353.tif 000002
【図２】
0004034353.tif 000003
【図３】
0004034353.tif 000004
【図４】
0004034353.tif 000005
【図５】
0004034353.tif 000006