피작업물 반송 장치 document_id A220623067142

액정용 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 기판 등을 가공 처리하는 반도체 제조 시스템에 있어서는, 처리 공정마다 처리부를 배치하고, 이들 처리부에 대해서 차례차례 기판을 반송함으로써 기판에 일련의 처치를 실시하도록 하고 있다. 도 7에 피작업물 반송 장치의 구성을 나타낸다. 여기에서는 일련의 처리 공정을 끝낸 복수의 기판을 일시적으로 보관하는 기판 수용 카세트(cassette)(100)에 복수 축으로 구성된 로봇(102)이 유리 기판(107)을 삽입하는 모습을 나타낸다. 로봇(102)은 제어 장치(104)로부터 케이블(103)을 통해 모터의 구동 전력이 공급되어 동작을 행한다. 제어 장치(104)는 케이블(cable)(105)을 통해 교시 수단(instruction means)(106)에 접속되어 있다. 교시 수단(106)은 복수의 버튼(button)을 가지고, 각 버튼을 아래로 누름으로써 케이블(105)을 통해 제어 장치(104)로 지시를 출력한다. 제어 장치(104)는 상기 지시에 따라 케이블(103)을 통해 로봇(102)으로 모터의 구동 전력을 출력한다. 교시 수단(106)은 예를 들면 범용 컴퓨터(general purpose computer)나 개인용 컴퓨터(PC ; Personal Computer)의 경우도 있다. 기판 수용 카세트(100)는 유리 기판(107)을 보관 또는 지지하기 위한 지지 핀(pin)(101)을 구비하고 있다. 도 8은 로봇(102)의 구성을 나타낸다. 제1 암 링크(arm link)(108)는 제1 암축(114)을 통해 선회부(129)에 지지된다. 제1 암 링크(108)의 내부에는 암축 모터(115)를 구비하고 암축 감속기(116)와 연결되어 있다. 암축 모터(115)가 회전함으로써 암축 감속기(116)에 연결된 제1 암축(114)을 회전시키려고 하지만, 선회부(129)에 지지되어 있으므로 제1 암 링크(108)가 제1 암축(114)을 중심으로 선회한다. 제1 암 링크(108)의 내부에는 제1 링크 벨트(117)를 구비하고 있어 암축 감속기(116)로부터 제2 암축(118)에 연결된 제2 암축 감속기(119)에 동력이 전달된다. 제2 암축 감속기(119)는 암축 감속기(116)와 역방향으로 회전하는 특성을 가진다. 즉, 암축 모터(115)가 회전함으로써 제1 링크 벨트(117)가 구동되고, 제2 암축 감속기(119)가 회전하고, 연결된 제2 암축(118)이 회전하고, 제2 암 링크(109)는 제2 암축(118)을 중심으로 제1 암축(114)과 역방향으로 선회한다. 제2 암 링크(109)의 내부에는 제2 링크 벨트(120)를 구비하고 있어 제2 암축 감속기(119)로부터 플랜지 감속기(121)에 동력이 전달된다. 플랜지 감속기(121)는 제2 암축 감속기(119)와 역방향으로 회전하는 특성을 가진다. 또, 각 감속기(암축 감속기(116), 제2 암축 감속기(119), 플랜지 감속기(121))의 감속비는 제1 암축(114)의 회전 각도와 플랜지(flange)(122)의 회전 각도가 동일해지도록 설치되어 있다. 또 제1 암축(114)의 선회 중심으로부터 제2 암축(118)의 선회 중심까지의 거리와 제2 암축(118)의 선회 중심으로부터 플랜지(122)의 선회 중심까지의 거리는 동일해지도록 설치되어 있다. 이상의 기구로부터 암축 모터(115)가 회전함으로써 암축 감속기(116)와 연결된 제1 암축(114)이 회전함과 동시에 암축 감속기(116)로부터 제1 링크 벨트(117)를 통해 동력이 전달되어 제2 암축 감속기(119)가 회전한다. 제2 암축 감속기(119)가 회전함으로써 연결된 제2 암축(118)이 제1 암축(114)과 역방향으로 회전함과 동시에 제2 암축 감속기(119)로부터 제2 링크 벨트(120)를 통해 동력이 전달되어 플랜지 감속기(121)가 회전한다. 플랜지 감속기(121)가 회전함으로써 연결된 플랜지(122)는 제2 암축(118)과 역방향, 즉 제1 암축(114)과 같은 방향으로 선회한다. 또 제1 암축(114)의 회전 각도와 플랜지(122)의 회전 각도는 동일하고, 제1 암축(114)의 회전 중심으로부터 제2 암축(118)의 회전 중심까지의 거리와, 제2 암축(118)의 회전 중심으로부터 플랜지(122)의 회전 중심까지의 거리는 동일하기 때문에, 피작업물 파지 장치(110), 피작업물 파지 장치(110)로 파지 또는 재치된 유리 기판(107) 및 제어 장치(104)가 로봇(102)을 동작하는데 있어서, 동작 제어 대상으로 하는 가상점인 제어점(123)은 X축 방향으로 직선 동작하도록 되어 있다. 로봇(102)의 암(제1 암 링크와 제2 암 링크)이 신축한 상태를 도 9 및 도 10에 나타낸다. 도 9 및 도 10은 도 8에 기재의 로봇을 Z축 정방향으로부터 본 도면이다. 도면 중에서 (a)는 제1 암축(114)의 선회 중심으로부터 제2 암축(118)의 선회 중심까지의 거리를 나타낸다. (a)는 제2 암축(118)의 선회 중심으로부터 플랜지(122)의 선회 중심까지의 거리와 동일하기 때문에, 제1 암축(114)의 선회 중심과 제2 암축(118)의 선회 중심과 플랜지(122)의 선회 중심을 연결하는 선분이 이루는 삼각형은 도면 중에 나타내는 이등변 삼각형으로 된다. 상기 이등변 삼각형의 저변 r1, r2는 제1 암축(114)의 선회 중심으로부터 플랜지(122)의 선회 중심까지의 거리(암의 신축 길이)이다. 예를 들면 제1 암축(114)이 α1 회전했을 때, 제1 암축(114)으로부터 제2 암축(118)을 연결하는 선분과 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)를 연결하는 선분이 이루는 각도는 β1으로 되지만, 플랜지(122)는 이미 기술한 기구로부터 제2 암축(118)과 역방향으로 제1 암축과 동일 각도만큼 선회하기 때문에, 피작업물 파지 장치(110)의 방향은 제2 암축(118)으로부터 플랜지(122)로의 연장선 상으로부터 반시계 회전 방향(counterclockwise)으로 각도 β1을 이루는 방향으로 된다(도 9 참조). 또 예를 들면 제1 암축(114)이 α2 선회했을 때에는 이 각도는 β2로 된다(도 10 참조). 따라서, 암의 신축 동작을 행할 때 피작업물 파지 장치(110)의 방향을 일정하게 유지할 수가 있다. 암의 신축 길이 r은 식(1)에 의해 구해진다. r = 2asin(α) 　(1) 도 8에서 승강축 모터(124)는 도시하지 않은 감속기와 연결되어 있고, 하부 승강 링크(112)의 내부에 구비된 도시하지 않은 벨트에 의해 승강 설치부(125)와 연결된 도시하지 않은 감속기에 구동 전달되고 있다. 또한 승강축 모터(124)에 연결된 도시하지 않은 감속기와 승강 지지부(126)에 연결된 도시하지 않은 감속기는 상부 승강 링크(111)의 내부에 구비된 도시하지 않은 벨트에 의해 구동 전달되고 있다. 승강 설치부(125)에 연결된 도시하지 않은 감속기와 승강 지지부(126)에 연결된 도시하지 않은 감속기는 승강축 모터(124)에 연결된 감속기와 역방향으로 회전하는 특성을 가진다. 또 승강 설치부(125)의 선회 중심으로부터 승강축 모터(124)에 연결된 도시하지 않은 감속기의 선회 중심까지의 거리와 승강축 모터(124)의 선회 중심으로부터 승강 지지부(126)에 연결된 도시하지 않은 감속기의 선회 중심까지의 거리는 동일해지도록 설치되어 있다. 이상의 구성으로부터 승강축 모터(124)가 회전함으로써 승강축 모터(124)와 연결된 도시하지 않은 감속기가 회전하고, 하부 승강 링크(112)의 내부와 상부 승강 링크(111)의 내부에 각각 구비된 도시하지 않은 벨트가 구동하고, 승강 설치부(125)에 연결된 도시하지 않은 감속기와 승강 지지부(126)에 연결된 감속기가 승강축 모터(124)에 연결된 감속기와 역방향으로 회전하고, 승강 지지부(126)의 동작에 따라 피작업물 파지 장치(110), 파지된 유리 기판(107) 및 제어점(123)은 Z축 직선 방향으로 동작한다. 로봇(102)의 승강에 대해서 도 11에 더 상세하게 나타낸다. 도면 중의 (b)는 승강축 모터(124)의 회전 중심으로부터 승강 지지부(126)에 연결된 도시하지 않은 감속기의 회전 중심까지의 거리를 나타낸다. (b)는 승강 설치부(125)의 회전 중심으로부터 승강축 모터(124)에 연결된 도시하지 않은 감속기의 회전 중심까지의 거리와 동일하기 때문에, 승강 지지부(126)의 회전 중심과 승강축 모터(124)의 회전 중심과 승강 설치부(125)의 회전 중심을 연결하는 선분이 이루는 삼각형은 이등변 삼각형으로 된다. 상기 이등변 삼각형의 저변 z는 승강 설치부(125)의 회전 중심으로부터 승강 지지부(126)의 회전 중심까지의 거리이다. 예를 들면 승강축 모터(124)가 2γ 회전했을 때, 하부 승강 링크(112)와 Z축 제로(zero) 기준(127)이 이루는 각도와, Z축으로부터 상부 승강 링크(111)의 연장선 상이 이루는 각도는 γ로 되고, 본체 암 지지부(113)의 Z축에 대한 방향을 유지한다. 승강량 z는 식(2)에 의해 구해진다. z = 2bsin(γ) (2) 도 8에 기재의 로봇(102)을 Z축 정방향으로부터 본 모습을 도 12에 나타낸다. 선회축(130)은 도시하지 않은 감속기와 연결되어 있다. 이 감속기는 도 8에 기재의 선회축 모터(128)와 연결되어 있다. 선회축(130)은 선회부(129)와 연결되어 있고, 선회부(129)는 본체 암 지지부(113)와 연결되어 있다. 선회축 모터(128)가 회전함으로써 연결된 도시하지 않은 감속기가 회전하고 선회축(130)이 회전한다. 선회축(130)이 회전함으로써 연결된 선회부(129)는 선회 정방향(131) 또는 선회 역방향(132)으로 선회한다. 이상의 로봇(102)을 이용한 기판 반송의 일련의 흐름을 도 13 및 도 14를 이용하여 설명한다. 도 13은 기판 수용 카세트에 피작업물 파지 장치를 삽입하는 로봇을 Z축 정방향으로부터 본 모습을 나타낸다. 기판 수용 카세트(100)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입할 때 제1 암축(114)을 회전시켜 기판 수용 카세트(100)에 암을 X축 정방향으로 동작시킨다. 일반적으로 지지 핀(101)은 미리 피작업물 파지 장치(110)의 빗 형상(comb shape)의 선단부가 통과하는데 충분한 간격으로 구비되어 있으므로, 피작업물 파지 장치(110)를 지지 핀(101)의 사이에 삽입할 수가 있다. 지지 핀(101)과 마찬가지의 지지 핀(134)을 복수 구비한 기판 수용 카세트(133)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입하는 경우, 기판 수용 카세트(133)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입 가능한 상태로 동작해야 한다. 기판 수용 카세트(100)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입한 상태로 선회부(130)를 선회시키면, 기판 수용 카세트(100)와 피작업물 파지 장치(110)가 간섭하기 때문에, 우선 제1 암축(114)을 회전시켜 기판 수용 카세트(100)와 피작업물 파지 장치(110)가 간섭하지 않는 상태까지 암을 X축 역방향으로 동작시킨다. 다음에, 선회축 모터(128)를 회전시킴으로써 선회축(130)을 회전시켜 선회부(129)를 선회시킨다. 제1 암축(114)은 선회부(129)에 지지되어 있으므로, 제1 암축(114)으로부터 피작업물 파지 장치(110)에 걸쳐서 연결된 각 부와 아울러 선회한다. 도 14는 상술의 조작으로 암을 오므리고 선회부(129)를 선회시켜 피작업물 파지 장치(110)를 기판 수용 카세트(133)의 방향으로 한 도면이다. 여기서 제1 암축(114)을 회전시켜 피작업물 파지 장치(110)를 선회 역방향(132)으로 선회시키고, 기판 수용 카세트(133)에 암을 Y축 역방향으로 동작시키면, 기판 수용 카세트(133)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입할 수가 있다. 도 15 내지 도 16은 로봇(102)이 복수 중첩된 기판 수용 카세트(100)의 임의의 기판 수용 카세트(100)에 유리 기판(107)을 반송하고 삽입할 때의 모습을 나타낸다. 많은 경우, 한정된 면적 안에 보다 많은 유리 기판(107)을 수용하기 위해 기판 수용 카세트(100)는 복수 중첩되어 있다. 중첩된 기판 수용 카세트(100)를 하부로부터 1단, 2단···n단···으로 센다고 하면, n단째 기판 수용 카세트(135)보다 상부에 기판 수용 카세트를 예를 들면 2단째의 기판 수용 카세트는 n＋2단째 기판 수용 카세트(136)로 된다. 도 15에서는 로봇(102)은 암을 펼치는 동작을 행함으로써 n단째 기판 수용 카세트(135)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입할 수가 있는 상태에 있다. 이에 의해 n＋2단째 기판 수용 카세트(136)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입하는 경우, 승강축 모터(124)를 회전하고, 승강 설치부(125)와 승강 지지부(126)를 회전시켜 n＋2단째 기판 수용 카세트(136)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입 가능한 Z축 방향 위치까지 동작한다(도 16 참조). Z축 정방향 동작 후, 제1 암축(114)을 회전시켜 암을 펼쳐 피작업물 파지 장치(110)를 n＋2단째 기판 수용 카세트(136)에 삽입한다. 도 16은 도 15의 상태로부터 로봇이 복수 중첩된 기판 수용 카세트에 대해서 N＋2단째의 기판 수용 카세트에 유리 기판을 반송하고 삽입한 후의 모습을 나타낸다. 상술한 바와 같은 구성의 로봇(102)에서는, 본체 암 지지부(113)에 대해서 암(제1 암 링크(108), 제2 암 링크(109))이 캔틸레버(cantilever) 지지방식으로 지지되어 있으므로, 암의 자체 중량 및 피작업물 파지 장치(110) 및 유리 기판(107)의 중량의 영향으로 암이 중력 방향으로 휘어 버린다. 근년의 유리 기판의 대형화에 따라 유리 기판의 중량 및 이에 대응하는 피작업물 파지 장치 및 암의 대형화 때문에 이 휨은 증대하고 있고, 기판 수용 카세트에 납입된 유리 기판의 사이에 로봇의 피작업물 파지 장치를 정확하게 또 빨리 삽입하는 것 및 피작업물 파지 장치에 파지된 유리 기판을 다른 간섭 없이 암을 신축하기 위해서, 암의 신축량(수평 이동량)에 대응지어서 휨과 반대의 연직 방향으로 보정을 행하는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조). 이와 같이, 종래의 피작업물 반송 장치는 유리 기판 및 암 및 피작업물 파지 장치의 중력에 의한 휨을 보정하는 것이다. 특허 문헌 1 : 일본국 특허공개공보 2000－183128호