工业用机器人的制作方法

本发明涉及一种构成EFEM(Equipment Front End Module，设备前端模块)的一部分并在FOUP(Front Open Unified Pod，前开式晶圆盒)与半导体晶圆处理装置之间搬运半导体晶圆的工业用机器人。

背景技术：

以往，公知有一种构成EFEM的一部分并在FOUP与半导体晶圆处理装置之间搬运半导体晶圆的工业用机器人(例如参照专利文献1)。专利文献1记载的工业用机器人具有：手，该手装载半导体晶圆；臂，手能够转动地与该臂的顶端侧连接；以及主体部，臂的基端侧能够转动地与该主体部连接。臂由基端侧能够转动地与主体部连接的第一臂部、基端侧能够转动地与第一臂部的顶端侧连接的第二臂部以及基端侧能够转动地与第二臂部的顶端侧连接并且手能够转动地与顶端侧连接的第三臂部这三个臂部构成。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-230256号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在使用专利文献1记载的工业用机器人等的半导体制造系统中，近年来，想要扩大相对于工业用机器人的设置面积的工业用机器人的动作范围的需求不断提高。为了扩大相对于工业用机器人的设置面积的工业用机器人的动作范围，如图4所示，只要延长构成臂116的第一臂部118、第二臂部119以及第三臂部120这各个臂部的长度，并且使臂116相对于主体部117的转动中心C101靠近FOUP108侧(或者半导体晶圆处理装置107侧)即可。

然而，本申请的发明人通过研究得知：若延长各臂部118～120的长度并且使转动中心C101靠近FOUP108侧(或者半导体晶圆处理装置107侧)，则例如像图4的E部所示，连接有手115的第三臂部120的顶端侧与收容有工业用机器人101的EFEM的框体110的壁面110a干涉，会发生不能够适当地搬运半导体晶圆102的情况。

因此，本发明的课题是提供一种工业用机器人，其即使延长构成臂的各臂部的长度并且使臂相对于主体部的转动中心靠近FOUP侧或者半导体晶圆处理装置侧，也能够适当地搬运半导体晶圆。

为了解决上述课题，本发明的工业用机器人在FOUP和半导体晶圆处理装置之间搬运半导体晶圆并且构成EFEM的一部分，在该工业用机器人中，具有：手，所述手装载半导体晶圆；臂，手能够转动地与所述臂的顶端侧连接；以及主体部，臂的基端侧能够转动地与所述主体部连接，臂具有：顶端侧臂部，手能够转动地与所述顶端侧臂部的顶端侧连接；以及第二顶端侧臂部，顶端侧臂部的基端侧能够转动地与所述第二顶端侧臂部的顶端侧连接，顶端侧臂部的至少顶端侧是从上下方向观察时随着朝向顶端侧臂部的顶端宽度逐渐变窄的宽度减小部，顶端侧臂部的顶端以从上下方向观察时的形状是大致半圆弧状的方式形成，FOUP与半导体晶圆处理装置以在夹着EFEM的状态下在与上下方向正交的第一方向上相向的方式配置，在将从上下方向观察时的顶端侧臂部的顶端的曲率半径作为半径R，将从上下方向观察时的宽度减小部的角度作为角度θ，将收容有工业用机器人的EFEM的框体的构成第一方向的一侧的内侧面的FOUP侧的平面状的壁面作为第一壁面，将EFEM的框体的构成第一方向的另一侧的内侧面并且与第一壁面平行的半导体晶圆处理装置侧的平面状的壁面作为第二壁面，将从上下方向观察时的手相对于顶端侧臂部的转动中心作为第一转动中心，将从上下方向观察时的顶端侧臂部相对于第二顶端侧臂部的转动中心作为第二转动中心，将从上下方向观察时的连接第一转动中心与第二转动中心的线作为臂部中心线，将从上下方向观察时的臂部中心线的长度作为长度L，将工业用机器人将半导体晶圆搬入FOUP后的从上下方向观察时的臂部中心线相对于第一壁面的角度作为第一角度θ1，将工业用机器人将半导体晶圆搬入半导体晶圆处理装置后的从上下方向观察时的臂部中心线相对于第二壁面的角度作为第二角度θ2，将工业用机器人将半导体晶圆搬入FOUP后的第一方向上的第二转动中心与第一壁面的距离作为距离d1，将工业用机器人将半导体晶圆搬入半导体晶圆处理装置后的第一方向上的第二转动中心与第二壁面的距离作为距离d2时，L×sinθ1＜d1-R以及L×sinθ2＜d2-R的关系成立，并且，在第一角度θ1比第二角度θ2小时，θ≤2×θ1的关系成立，在第二角度θ2比第一角度θ1小时，θ≤2×θ2的关系成立。

在本发明的工业用机器人中，在L×sinθ1＜d1-R以及L×sinθ2＜d2-R的关系成立，并且第一角度θ1比第二角度θ2小时，θ≤2×θ1的关系成立，在第二角度θ2比第一角度θ1小时，θ≤2×θ2的关系成立。因此，在本发明中，即使延长构成臂的各臂部的长度并且使臂相对于主体部的转动中心靠近FOUP侧或者半导体晶圆处理装置侧，也能够防止第一壁面以及第二壁面与顶端侧臂部干涉，其结果是，能够适当地搬运半导体晶圆。

在本发明中，例如作为顶端侧臂部与手的连接部的第一关节部具有：第一轴承，所述第一轴承以手能够相对于顶端侧臂部转动的方式支承手；以及带轮或者齿轮，所述带轮或者齿轮用于传递使手相对于顶端侧臂部转动的动力，在第一关节部具有带轮的情况下，从上下方向观察时，带轮的中心以及第一轴承的中心与第一转动中心一致，在第一关节部具有齿轮的情况下，从上下方向观察时，齿轮的中心以及第一轴承的中心与第一转动中心一致，作为第二顶端侧臂部与顶端侧臂部的连接部的第二关节部具有第二轴承，所述第二轴承以顶端侧臂部能够相对于第二顶端侧臂部转动的方式支承顶端侧臂部，从上下方向观察时，第二轴承的中心与第二转动中心一致，在将第一轴承的外径作为外径D1，将带轮的外径作为外径D2，将齿轮的外径作为外径D3时，第二轴承的外径比外径D1、外径D2以及外径D3大，在第一关节部具有带轮且外径D1比外径D2大的情况下，或者在第一关节部具有齿轮且外径D1比外径D3大的情况下，从上下方向观察时，角度θ为与第一轴承的外周面和第二轴承的外周面接触的两根外公切线所成的角度以上，在第一关节部具有带轮且外径D2比外径D1大的情况下，从上下方向观察时，角度θ为与带轮的外周面和第二轴承的外周面接触的两根外公切线所成的角度以上，在第一关节部具有齿轮且外径D3比外径D1大的情况下，从上下方向观察时，角度θ为与齿轮的外周面和第二轴承的外周面接触的两根外公切线所成的角度以上。

在本发明中，臂例如由顶端侧臂部、第二顶端侧臂部以及基端侧臂部这三个臂部构成，第二顶端侧臂部的基端侧能够转动地与基端侧臂部的顶端侧连接。

发明效果

如上所述，在本发明的工业用机器人中，即使延长构成臂的各臂部的长度并且使臂相对于主体部的转动中心靠近FOUP侧或者半导体晶圆处理装置侧，也能够适当地搬运半导体晶圆。

附图说明

图1是使用本发明的实施方式所涉及的工业用机器人的半导体制造系统的概略平面图。

图2是图1的F部的放大图。

图3是使用本发明的其他实施方式所涉及的工业用机器人的半导体制造系统的概略平面图。

图4是使用现有技术所涉及的工业用机器人的半导体制造系统的概略平面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(半导体制造系统以及工业用机器人的概略结构)

图1是使用本发明的实施方式所涉及的工业用机器人1的半导体制造系统3的概略平面图。图2是图1的F部的放大图。

本实施方式的工业用机器人1是用于搬运半导体晶圆2的水平多关节机器人，组装到半导体制造系统3而使用。在以下的说明中，将工业用机器人1作为“机器人1”，将半导体晶圆2作为“晶圆2”。并且，在以下的说明中，将与上下方向正交的图1的X方向作为“左右方向”，将与上下方向以及左右方向正交的图1的Y方向作为“前后方向”，同时将Y1方向侧作为“前”侧，将Y2方向侧作为“后”侧。

如图1所示，半导体制造系统3具有EFEM6和对晶圆2进行规定的处理的半导体晶圆处理装置7。EFEM6配置于半导体晶圆处理装置7的前侧。机器人1构成EFEM6的一部分。并且，EFEM6具有对FOUP8进行开闭的装载端口(省略图示)和收容有机器人1的框体10。框体10形成为在左右方向上细长的长方体的箱状。构成框体10的前表面侧部分的前壁部10a以及构成框体10的后表面侧部分的后壁部10b形成为与前后方向正交的平板状。框体10的内部是清洁空间。

FOUP8基于SEMI(Semiconductor Equipment and Materials Institute：国际半导体设备与材料协会)规格而制造，在FOUP8能够收容25张或者13张的晶圆2。对FOUP8进行开闭的装载端口配置于框体10的前侧，半导体晶圆处理装置7与FOUP8以在夹着EFEM6的状态下在前后方向上相向的方式配置。在本实施方式中，两个装载端口以在左右方向上隔着规定的间隔的状态配置。机器人1在FOUP8与半导体晶圆处理装置7之间搬运晶圆2。

本实施方式的前后方向(Y方向)是第一方向。并且，在本实施方式中，前壁部10a的后表面10c是构成前后方向上的框体10的一侧的内侧面的FOUP8侧的平面状的壁面，后表面10c是第一壁面。并且，在本实施方式中，后壁部10b的前表面10d是构成前后方向上的框体10的另一侧的内侧面并且与作为第一壁面的后表面10c平行的半导体晶圆处理装置7侧的平面状的壁面，前表面10d是第二壁面。

机器人1具有装载晶圆2的手15、手15能够转动地与其顶端侧连接的臂16以及臂16的基端侧能够转动地与其连接的主体部17。臂16由三个臂部18～20构成，其中，臂部18的基端侧能够转动地与主体部17连接，臂部19的基端侧能够转动地与臂部18的顶端侧连接，臂部20的基端侧能够转动地与臂部19的顶端侧连接。手15的基端侧能够转动地与臂部20的顶端侧连接。本实施方式的臂部18是基端侧臂部，臂部19是第二顶端侧臂部，臂部20是顶端侧臂部。另外，与臂16的顶端侧连接的手15的数量既可以是一个，也可以是两个。

手15以从上下方向观察时的形状是大致Y形状的方式形成，并且在为两叉状的手15的顶端部装载晶圆2。臂部18～20形成为中空状。并且，在本实施方式中，臂部18的长度、臂部19的长度以及臂部20的长度相等。主体部17、臂部18、臂部19、臂部20以及手15在上下方向上从下侧按照该顺序配置。在主体部17的内部收容有用于使手15以及臂16升降的臂升降机构(省略图示)。从上下方向观察时，臂部18相对于主体部17的转动中心(即，臂16相对于主体部17的转动中心)C1配置于比前后方向上的框体10的中心位置靠前侧的位置。

并且，机器人1具有：臂部驱动机构，该臂部驱动机构使臂部18以及臂部19一起转动并且使由臂部18和臂部19构成的臂16的一部分伸缩；臂驱动机构，该臂驱动机构使臂部20转动；以及手驱动机构，该手驱动机构使手15转动。

作为手15与臂部20的连接部的关节部23具有：轴承24，该轴承24以手15能够相对于臂部20转动的方式支承手15；以及带轮25，该带轮25用于传递使手15相对于臂部20转动的动力(参照图2)。带轮25构成手驱动机构的一部分。若将从上下方向观察时的手15相对于臂部20的转动中心作为转动中心C2，则轴承24与带轮25从上下方向观察时以轴承24的中心以及带轮25的中心与转动中心C2一致的方式配置在同轴上。本实施方式的关节部23是第一关节部，轴承24是第一轴承。并且，本实施方式的转动中心C2是第一转动中心。

作为臂部19与臂部20的连接部的关节部27具有轴承28，该轴承28以臂部20能够相对于臂部19转动的方式支承臂部20。若将从上下方向观察时的臂部20相对于臂部19的转动中心作为转动中心C3，则轴承28以从上下方向观察时轴承28的中心与转动中心C3一致的方式配置。轴承28的外径比轴承24的外径以及带轮25的外径大。本实施方式的关节部27是第二关节部，轴承28是第二轴承。并且，本实施方式的转动中心C3是第二转动中心。

另外，在本实施方式中，以从上下方向观察时的转动中心C3的轨迹为与左右方向平行的直线的方式，臂部驱动机构使臂部18以及臂部19一起转动。具体地说，以从上下方向观察时的转动中心C3的轨迹为与左右方向平行的直线且为通过转动中心C1的直线的方式，臂部驱动机构使臂部18以及臂部19一起转动。

(顶端侧臂部的结构)

臂部20由从上下方向观察时随着朝向臂部20的顶端宽度逐渐变窄的宽度减小部20a和宽度恒定的等宽度部20b构成。具体地说，若将从上下方向观察时的连接转动中心C2与转动中心C3的线作为臂部中心线CL，则臂部20由从上下方向观察时随着朝向臂部20的顶端而与臂部中心线CL正交的方向(即，与从臂部20的基端朝向顶端的方向正交的方向)上的宽度逐渐变窄的宽度减小部20a和与臂部中心线CL正交的方向的宽度恒定的等宽度部20b构成。另外，如上所述，臂部20形成为中空状，在臂部20的内部配置有构成手驱动机构的马达、用于将该马达的动力传递至带轮25的传动带以及用于调整该传动带的张力的张力带轮等。

宽度减小部20a构成臂部20的顶端侧部分，等宽度部20b构成臂部20的基端侧部分。臂部20的基端以及顶端以从上下方向观察时的形状是大致半圆弧状的方式形成。并且，臂部20以从上下方向观察时的形状是以臂部中心线CL为对称轴的线对称的形状的方式形成。即，如图2所示，若将从上下方向观察时的宽度减小部20a的角度(具体地说，与臂部中心线CL正交的方向上的一端面20c与另一端面20d所成的角度)作为角度θ，则从上下方向观察时，臂部中心线CL与一端面20c所成的角度是θ/2，臂部中心线CL与另一端面20d所成的角度是θ/2。并且，在等宽度部20b中，从上下方向观察时，与臂部中心线CL正交的方向上的一端面20e与臂部中心线CL在该方向上的距离和与臂部中心线CL正交的方向上的另一端面20f与臂部中心线CL在该方向上的距离相等。

在此，将从上下方向观察时的臂部20的顶端的曲率半径作为半径R，将从上下方向观察时的臂部中心线CL的长度作为长度L，将机器人1将晶圆2搬入FOUP8后(用图1的实线表示的状态)的从上下方向观察时的臂部中心线CL相对于后表面10c的角度作为第一角度θ1，将机器人1将晶圆2搬入半导体晶圆处理装置7后(用图1的双点划线表示的状态)的从上下方向观察时的臂部中心线CL相对于前表面10d的角度作为第二角度θ2，将机器人1将晶圆2搬入FOUP8后的前后方向上的转动中心C3与后表面10c的距离作为距离d1，将机器人1将晶圆2搬入半导体晶圆处理装置7后的前后方向上的转动中心C3与前表面10d的距离作为距离d2。

在本实施方式中，L×sinθ1＜d1-R以及L×sinθ2＜d2-R的关系成立。并且，在本实施方式中，第一角度θ1比第二角度θ2小，机器人1将晶圆2搬入FOUP8后的臂部20的宽度减小部20a的一端面20c(或者另一端面20d)与后表面10c的距离比机器人1将晶圆2搬入半导体晶圆处理装置7后的一端面20c(或者另一端面20d)与前表面10d的距离近。然而，在本实施方式中，θ＝2×θ1的关系成立，在机器人1将晶圆2搬入FOUP8后，从上下方向观察时，一端面20c(或者另一端面20d)与后表面10c平行，并且在一端面20c(或者另一端面20d)与后表面10c之间形成有间隙。

(本实施方式的主要效果)

如以上说明，在本实施方式中，L×sinθ1＜d1-R以及L×sinθ2＜d2-R的关系成立，并且θ＝2×θ1，在机器人1将晶圆2搬入FOUP8后，从上下方向观察时，一端面20c(或者另一端面20d)与后表面10c平行，并且在一端面20c(或者另一端面20d)与后表面10c之间形成有间隙。因此，在本实施方式中，即使延长臂部18～20的长度并且使转动中心C1靠近FOUP8侧，也能够防止框体10的后表面10c以及前表面10d与臂部20干涉。其结果是，在本实施方式中，能够适当地搬运晶圆2。

(其他实施方式)

上述实施方式是本发明优选的实施方式的一个例子，但是不限定于此，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形。

在上述实施方式中，臂16由三个臂部18～20构成。除此之外例如，如图3所示，臂16也可以由手15能够转动地与其顶端侧连接的臂部20和臂部20的基端侧能够转动地与其顶端侧连接的臂部19这两个臂部19、20构成。在这种情况下，臂部19的基端侧能够转动地与主体部17连接。并且，在这种情况下，例如，臂部19相对于主体部17的转动中心(即，臂16相对于主体部17的转动中心)C1配置于比前后方向上的框体10的中心位置靠后侧的位置。另外，在图3中，对于与上述实施方式相同的结构标记相同的符号。并且，在图3所示的变形例中，臂部19也是第二顶端侧臂部，臂部20也是顶端侧臂部。

在图3所示的变形例中，L×sinθ1＜d1-R以及L×sinθ2＜d2-R的关系也成立。并且，第一角度θ1比第二角度θ2小，并且θ＝2×θ1。因此，在该变形例中，也能够获得与上述实施方式相同的效果。

在上述实施方式中，θ＝2×θ1，但是θ＜2×θ1的成立也可以成立。即使在这种情况下，由于能够防止框体10的后表面10c以及前表面10d与臂部20干涉，因此也能够适当地搬运晶圆2。在此，如图2所示，在将轴承24的外径作为外径D1，将带轮25的外径作为外径D2时，在θ＜2×θ1的关系成立并且外径D1比外径D2大的情况下，从上下方向观察时，角度θ为与轴承24的外周面和轴承28的外周面接触的两根外公切线TL所成的角度θ3以上。即，在这种情况下，θ≥θ3的关系成立。并且，在θ＝θ3的情况下，例如，臂部20整体为随着朝向臂部20的顶端而宽度逐渐变窄的宽度减小部，臂部20不具有等宽度部20b。并且，在θ＜2×θ1的关系成立且外径D2比外径D1大的情况下，从上下方向观察时，角度θ为与带轮25的外周面和轴承28的外周面接触的两根外公切线所成的角度以上。

在上述实施方式中，关节部23具有用于传递使手15相对于臂部20转动的动力的带轮25，但是关节部23也可以代替带轮25而具有正齿轮等齿轮。在此，在将该齿轮的外径作为外径D3时，在θ＜2×θ1的关系成立且外径D1比外径D3大的情况下，从上下方向观察时，角度θ为角度θ3以上。并且，在θ＜2×θ1的关系成立且外径D3比外径D1大的情况下，从上下方向观察时，角度θ为与齿轮的外周面和轴承28的外周面接触的两根外公切线所成的角度以上。另外，轴承28的外径比齿轮的外径大。

在上述实施方式中，第一角度θ1比第二角度θ2小，但是因框体10中的机器人1的配置、机器人1的结构或者机器人1的控制方法等，还存在第二角度θ2比第一角度θ1小的情况。例如，在比前后方向上的框体10的中心位置靠前侧的位置配置有转动中心C1，并且机器人1以从图1所示的状态以上下方向作为转动的轴向旋转90°的状态配置的情况下，第二角度θ2比第一角度θ1小。在这种情况下，θ≤2×θ2的关系成立。因此，即使在这种情况下，也能够获得与上述实施方式相同的效果。

在上述实施方式中，臂部驱动机构使臂部18以及臂部19一起转动。除此之外例如，机器人1也可以分开地具有使臂部18转动的驱动机构和使臂部19转动的驱动机构。

符号说明

1 机器人(工业用机器人)

2 晶圆(半导体晶圆)

6 EFEM

7 半导体晶圆处理装置

8 FOUP

10 框体

10c 后表面(第一壁面)

10d 前表面(第二壁面)

15 手

16 臂

17 主体部

18 臂部(基端侧臂部)

19 臂部(第二顶端侧臂部)

20 臂部(顶端侧臂部)

20a 宽度减小部

23 关节部(第一关节部)

24 轴承(第一轴承)

25 带轮

27 关节部(第二关节部)

28 轴承(第二轴承)

C2 转动中心(第一转动中心)

C3 转动中心(第二转动中心)

CL 臂部中心线

TL 外公切线

Y 第一方向。