本发明涉及一种用来搬送半导体晶片或液晶玻璃衬底等衬底的衬底搬送机器人及其运转方法。
背景技术：
以往，作为用来搬送半导体晶片或液晶玻璃衬底等衬底(板状部件)的机构，使用衬底搬送机器人。衬底搬送机器人例如具备多关节的机器臂及设置在该机器臂的前端的末端执行器(手)。末端执行器具备用来在其上保持衬底的衬底保持机构。
通常，在半导体晶片的情况下，在foup(frontopeningunifiedpod：前开式晶片盒)等衬底收纳容器中收纳有多个晶片，衬底搬送机器人从衬底收纳容器的内部取出搬送对象的晶片，并搬送到用来处理晶片的处理装置侧。或者，将已处理过的晶片从处理装置侧的晶片保持器取出，并收纳到衬底收纳容器的内部。
在使用衬底搬送机器人从衬底收纳容器或晶片保持器取出晶片时，以机器人控制器控制机器臂的动作，在晶片彼此的上下方向的间隙插入末端执行器。使末端执行器从该状态上升而将搬送对象的晶片载在末端执行器上，并通过衬底保持机构在末端执行器上固定晶片。
衬底搬送机器人将晶片从搬送起点搬送到搬送终点的时间会对晶片处理的产能造成影响，所以为了提高产能，必须使机器人的动作高速化而缩短搬送时间。这里，如果想要使机器人动作高速化而缩短搬送时间，那么在动作开始时或动作停止时对晶片施加的加速度(正加速度、负加速度)变大。
因此，为了即使在对晶片施加较大的加速度的情况下，晶片也不会从末端执行器上的特定位置偏移、或从末端执行器脱出坠落，而设置有用来将晶片固定在末端执行器的衬底保持机构。
作为这种衬底保持机构，例如有通过真空力吸附载置在末端执行器的晶片的背面的方式(吸附方式)。另外，作为另一衬底保持机构，有使固定侧的卡合部与活动侧的卡合部卡合于载置在末端执行器的晶片缘部，而以这两个卡合部夹持并固定晶片的方式(边缘夹持方式)。
然而，因各种理由，而有不能充分地利用衬底保持机构将晶片固定在末端执行器的情况，如果不能充分地固定晶片，那么有在搬送中途晶片从末端执行器上的特定位置偏移、或晶片从末端执行器脱出坠落的危险。
作为应对该问题的方法，提出有一种技术，检测晶片从末端执行器上的特定位置的位置偏移量，在该位置偏移量超过特定阈值的情况下，抑制机器臂动作的加速度而使搬送动作继续(专利文献1)。
背景技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-049357号公报
技术实现要素：
[发明所要解决的问题]
所述以往提出的应对方法是基于末端执行器上的晶片的位置偏移量而抑制机器臂动作的加速度，所以只要晶片未从末端执行器上的特定位置偏移，那么判断为晶片被正常地固定，而使机器臂进行通常的搬送动作。
然而，实际上，有尽管晶片位于末端执行器上的特定位置，衬底保持机构的保持力仍不充分的情况，所述以往提出的应对方法无法应对这种情况。
例如，在因作为半导体制造工艺的热处理而使晶片翘曲的情况下，如果是利用真空力的吸附方式的衬底保持机构，那么会在末端执行器侧的晶片吸附面(晶片载置面)与晶片背面之间产生间隙，而无法在吸附部充分地进行抽真空，从而无法达成所需的保持力。
即使在因晶片翘曲而未达成所需的保持力的情况下，只要在末端执行器上的特定位置存在晶片，那么以所述以往提出的应对方法无法检测异常，而判断为晶片被正常地固定而使机器臂进行通常的搬送动作。因此，有因例如在搬送开始时对晶片作用的加速度而导致晶片从末端执行器上的特定位置偏移、或晶片从末端执行器脱出坠落的担忧。
另外，在晶片的背面(吸附侧)在半导体制造工艺的中途被污损的情况下，也无法充分地进行末端执行器的晶片吸附部的抽真空，而有无法达成所需的保持力的情况。在该情况下，所述以往提出的应对方法也有可能无法适当地应对。
另外，即使在晶片无翘曲或污损的情况下，也可能有因衬底保持机构侧的原因而使保持力下降的情况。例如，有可能因边缘夹持方式的衬底保持机构所使用的柱塞的压力下降、或吸附方式的衬底保持机构的真空源的能力下降，而使晶片的保持力下降。这种情况下，如果是以往提出的应对方法，只要不产生晶片的位置偏移也无法检测出异常，所以有因在搬送时对晶片作用的加速度而使晶片从末端执行器上的特定位置偏移、或晶片从末端执行器脱出坠落的担忧。
本发明是鉴于所述以往的技术问题而完成的，其目的在于提供一种即使在末端执行器的衬底的保持力下降的情况下，无论有无衬底的位置偏移，均可一边继续衬底搬送动作，一边确实地防止衬底的位置偏移或坠落的衬底搬送机器人及其运转方法。
[解决问题的技术手段]
为解决所述问题，本发明的第1形态的衬底搬送机器人的特征在于具备：机器臂；末端执行器，设置在所述机器臂，且具有用来保持衬底的衬底保持机构；臂驱动机构，用来驱动所述机器臂；机器人控制机构，用来控制所述臂驱动机构；以及保持力检测机构，用来检测所述衬底保持机构的衬底保持力；且所述机器人控制机构构成为，基于根据由所述保持力检测机构检测出的所述衬底保持力而决定的所述末端执行器的加速度及速度的至少一者的上限值，而控制所述臂驱动机构。
本发明的第2形态是在第1形态中，其特征在于：所述机器人控制机构构成为，基于所述末端执行器的加速度及速度两者的上限值而控制所述臂驱动机构。
本发明的第3形态是在第1或第2形态中，其特征在于：所述衬底保持机构具有用来产生所述衬底保持力的保持力产生机构，所述机器人控制机构构成为，在所述衬底保持力降至低于正常值的情况下，使所述保持力产生机构的功率增大。
本发明的第4形态是在第1至第3中的任一形态中，其特征在于：所述衬底保持机构构成为真空吸附所述衬底；
所述保持力检测机构构成为检测所述衬底保持机构的真空度。
本发明的第5形态是在第1至第3中的任一形态中，其特征在于：所述衬底保持机构具有可释放地卡合在所述衬底的缘部的活动卡合部、及用来驱动所述活动卡合部的柱塞，且所述保持力检测机构构成为检测所述柱塞的压力。
本发明的第6形态是在第1至第5中的任一形态中，其特征在于：所述机器人控制机构构成为，根据由所述保持力检测机构检测出的所述衬底保持力而连续地变更所述上限值。
本发明的第7形态是在第1至第5中的任一形态中，其特征在于：所述机器人控制机构构成为，根据由所述保持力检测机构检测出的所述衬底保持力而阶梯状地变更所述上限值。
为解决所述问题，本发明的第8形态是一种衬底搬送机器人的运转方法，其特征在于：该衬底搬送机器人具备机器臂，该机器臂设置有包含用来保持衬底的衬底保持机构的末端执行器；且该衬底搬送机器人的运转方法具备：保持力检测步骤，检测所述衬底保持机构的衬底保持力；上限值决定步骤，根据所述衬底保持力而决定所述末端执行器的加速度及速度的至少一者的上限值；以及臂驱动步骤，基于所述末端执行器的所述上限值而驱动所述机器臂。
本发明的第9形态是在第8形态中，其特征在于：所述臂驱动步骤是基于所述末端执行器的加速度及速度两者的上限值而驱动所述机器臂。
本发明的第10形态是在第8或第9形态中，其特征在于：所述衬底保持机构具有用来产生所述衬底保持力的保持力产生机构，在所述衬底保持力降至低于正常值的情况下，使所述保持力产生机构的功率增大。
本发明的第11形态是在第8至第10中的任一形态中，其特征在于：根据所述衬底保持力而连续地变更所述上限值。
本发明的第12形态是在第8至第10中的任一形态中，其特征在于：根据所述衬底保持力而阶梯状地变更所述上限值。
此外，在本说明书中，所谓“衬底保持力”除通过力传感器等直接测定的实际的保持力以外，还包含与实际的保持力存在关联的值。此处，作为与实际的保持力存在关联的值，可列举例如吸附式的末端执行器的真空度、或边缘夹持式的末端执行器的柱塞压力等。
[发明的效果]
根据本发明，能够提供一种即使在末端执行器的衬底的保持力下降的情况下，无论衬底有无位置偏移，均可一边继续进行衬底搬送动作，一边确实地防止衬底的位置偏移或坠落的衬底搬送机器人及其运转方法。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一实施方式的衬底搬送机器人的立体图。
图2是将图1所示的衬底搬送机器人的主要部分放大而示意性表示的图。
图3是用来说明图1所示的衬底搬送机器人的衬底搬送过程的示意性俯视图。
图4是用来说明图1所示的衬底搬送机器人的衬底搬送过程的示意性侧视图。
图5是表示图1所示的衬底搬送机器人的衬底保持力与加速度上限值的关系的图。
图6是表示图1所示的衬底搬送机器人的衬底保持力与速度上限值的关系的图。
图7是表示图1所示的衬底搬送机器人的衬底保持力与吸引力的关系的图。
图8是示意性地表示本发明的另一实施方式的衬底搬送机器人的立体图。
图9是将图8所示的衬底搬送机器人的主要部分放大而示意性表示的侧视图。
图10是将图8所示的衬底搬送机器人的主要部分放大而示意性表示的俯视图。
图11是表示图1所示的衬底搬送机器人的一变化例的衬底保持力与加速度上限值的关系的图。
图12是表示图1所示的衬底搬送机器人的一变化例的衬底保持力与速度上限值的关系的图。
图13是表示图1所示的衬底搬送机器人的一变化例的衬底保持力与吸引力的关系的图。
图14是用来说明本发明的所述各实施方式及变化例的衬底搬送机器人的控制方法的一例的图。
图15是用来说明本发明的所述各实施方式及变化例的衬底搬送机器人的控制方法的另一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式的衬底搬送机器人进行说明。此外，本实施方式的衬底搬送机器人尤其适合于搬送半导体制造用晶片。但，成为本发明的衬底搬送机器人的搬送对象的衬底并不限于半导体制造用晶片，也包含液晶面板制造用玻璃衬底等各种衬底(板状部件)。
如图1所示，本实施方式的衬底搬送机器人1具有基座2。在基座2，设有能够沿第1旋转轴线l1升降的回转主轴3。
在回转主轴3的上端连接有机器臂4的基端。机器臂4具有：第1连杆部件5，在基端具有第1旋转轴线l1且在末端具有第2旋转轴线l2；以及第2连杆部件6，在基端具有第2旋转轴线l2且在末端具有第3旋转轴线l3。在第2连杆部件6的末端，设有能够绕第3旋转轴线l3旋转的末端执行器(手)7。
回转主轴3的升降动作及旋转动作是分别通过设置在基座2内部的驱动源8、9进行。通过旋转主轴3绕第1旋转轴线l1旋转，使第1连杆部件5与回转主轴3一体地绕第1旋转轴线l1旋转。
第2连杆部件6相对于第1连杆部件5的旋转动作是通过设置在第1连杆部件5内部的驱动源10进行。末端执行器7相对于第2连杆部件6的旋转动作是通过设置在第2连杆部件6内部的驱动源11进行。
所述驱动源8、9、10、11构成本发明的臂驱动机构。驱动源8、9、10、11能够由例如伺服马达构成。
各驱动源8、9、10、11是由机器人控制器12控制，由此，控制具有末端执行器7的机器臂4的升降动作及旋转(伸缩)动作。
另外，本发明的衬底搬送机器人的机器臂及其驱动机构的构成并不限于图1所示的所述构成，只要为能够相对于搬送对象的衬底而定位末端执行器的构成即可。
进而，如图1及图2所示，本实施方式的衬底搬送机器人1具有用来将衬底s通过真空吸附保持在末端执行器7上的衬底保持机构13。衬底保持机构13具有形成在末端执行器7的衬底载置面的衬底保持开口30、以与该衬底保持开口30连通的方式形成的抽真空流道31、以及与该抽真空流道31连通的真空源(保持力产生机构)32。
在抽真空流道31的中途，连接有用来将衬底保持机构13的真空度检测为模拟输出的真空传感器33。这里，衬底保持机构13的真空度对应于末端执行器7的衬底保持力。另外，真空传感器33对应于保持力检测机构。真空传感器(保持力检测机构)33的输出信号被传送至机器人控制器12。
在通过衬底搬送机器人1的末端执行器7保持衬底s时，以使衬底保持机构13的抽真空停止的状态，如图3及图4所示那样，使末端执行器7进入至载置在衬底收纳容器21的衬底支持部22的搬送对象的衬底s的背面侧，并使末端执行器7上升，而在该末端执行器7的衬底载置面上载置衬底s。以该状态，开始利用衬底保持机构13进行抽真空，而在末端执行器7的载置面上真空吸附衬底s。
这时，在因半导体制造工艺的热处理等使得衬底s翘曲、或衬底s的背面污损的情况下，无法进行适当的抽真空，而有可能无法达成所需的衬底保持力。
本实施方式的衬底搬送机器人1也能够应对像这样无法达成所需的衬底保持力的状态，以下针对这点进行说明。
在通过末端执行器7保持衬底s时、或搬送所保持的衬底s时，由真空传感器(保持力检测机构)33检测出的真空度(衬底保持力)低于正常值的情况下，机器人控制器12基于根据衬底保持力而决定的末端执行器7的加速度的上限值而控制臂驱动机构。
更具体来说，如图5所示，在衬底保持力为低于正常值f0的允许异常值fn的情况下，机器人控制器12根据衬底保持力的下降量而使末端执行器7的加速度的上限值下降。
此处，所谓衬底保持力的允许异常值fn是指虽然低于正常值f0，但判断为通过应用本实施方式的控制方法而能够继续进行机器臂4的搬送动作的值，这种值例如能够通过实验或力学计算而求出。
并且，机器人控制器12如果基于允许异常值fn而决定末端执行器7的加速度的上限值，那么一边使末端执行器7的加速度不超过该上限值，一边继续进行机器臂4的搬送动作。
另外，在衬底保持力进一步下降而达到极限异常值f1的情况下，机器人控制器12停止机器臂4的搬送动作。
此外，作为对搬送中的衬底施加力的重要原因，有在直进动作中与加速度成比例产生的惯性力，基于加速度的上限值的所述控制方法是主要考虑了该直进动作的惯性力。
另一方面，对搬送中的衬底施加力的重要原因并非仅限于所述直进动作的惯性力。例如，在旋转动作中，对衬底作用与旋转速度的平方成比例的离心力。另外，在如升降动作那样衬底受到风压的动作中，对衬底作用与动作速度的平方成比例的风压。进而，如果紧急停止时的动作停止之前的时间固定，那么对衬底作用与紧急停止时的动作速度成比例的惯性力。
因此，理想的是，除了基于加速度的上限值的控制以外，还要进行基于所述各种速度(直进、旋转)的任一个速度的上限值、或任意两个以上的速度的组合的上限值的控制。
因此，在本实施方式的衬底搬送机器人中，如图6所示，在衬底保持力为低于正常值f0的允许异常值fn的情况下，机器人控制器12根据衬底保持力的下降量而使末端执行器7的速度的上限值下降。然后，一边使末端执行器7的速度不超过该上限值，一边实施机器臂4的搬送动作。
也就是说，本实施方式的衬底搬送机器人1的机器人控制器12在由真空传感器(保持力检测机构)33检测出的真空度(衬底保持力)为低于正常值f0的允许异常值fn的情况下，根据该下降量而使机器臂4的加速度及速度的上限值下降，并基于变更后的各上限值而实施机器臂4的搬送动作。
所述基于加速度的上限值及速度的上限值的控制也可以根据衬底搬送动作的模式而区分使用所要限制的参数。也就是说，在直进动作中，设定加速度的上限值，在旋转动作中，设定旋转速度的上限值，在如升降动作那样衬底受到风压的动作中，设定该动作的速度的上限值，在紧急停止时，设定紧急停止动作的速度的上限值。
此外，在图5及图6中，示出了衬底保持力与上限值处于线性关系的例子，但关于旋转动作的速度的上限值及升降动作等的速度的上限值，衬底保持力与上限值处于成平方比例的关系。
进而，在本实施方式的衬底搬送机器人1中，如图7所示，在衬底保持力为低于正常值f0的允许异常值fn的情况下，机器人控制器12根据衬底保持力的下降量而使真空源(保持力产生机构)32的功率增大。此处，真空源(保持力产生机构)32的功率相当于进行抽真空时的吸引速度或吸引量。
由所述说明可知，本实施方式的衬底搬送机器人1的运转方法具备以下步骤。
也就是说，该运转方法具备：保持力检测步骤，检测衬底保持机构13的衬底保持力；上限值决定步骤，在衬底保持力降至低于正常值f0的情况下，根据衬底保持力而决定末端执行器7的加速度及速度的各上限值；以及臂驱动步骤，基于末端执行器7的加速度及速度的上限值而驱动机器臂4。
进而，该运转方法具备如下步骤：在衬底保持力降至低于正常值f0的情况下，使保持力产生机构(真空源32)的功率增大。
如上所述，在本实施方式的衬底搬送机器人1中，通过真空传感器(保持力检测机构)33检测衬底保持机构13的衬底保持力，根据该检测结果而决定末端执行器7的加速度及速度的各上限值，所以即使在末端执行器7的衬底保持力降至低于正常值f0的情况下，无论衬底s的位置有无偏移，仍可一边继续进行衬底搬送动作，一边确实地防止衬底s的位置偏移或坠落。
尤其是，即使在因半导体制造工艺的热处理等使得晶片s翘曲、或晶片s的背面污损，而在衬底保持机构13中无法进行适当的抽真空，从而衬底保持力降至低于正常值f0的情况下，也能够检测出这种异常状态并适当地应对。
另外，在本实施方式的衬底搬送机器人1中，在衬底保持力为低于正常值f0的允许异常值fn的情况下，机器人控制器12根据其下降量而使真空源(保持力产生机构)32的功率增大，所以可使下降的衬底保持力增大。
以下，参照附图对本发明的另一实施方式的衬底搬送机器人进行说明。此外，以下，对与图1所示的所述的实施方式不同的部分进行说明，对共通的部分省略说明。
如图8至图10所示，本实施方式的衬底搬送机器人1中，用来保持衬底s的衬底保持机构13具有卡合在衬底s的前侧缘部的固定卡合部14、可释放地卡合在衬底s的后侧缘部的活动卡合部15、以及用来驱动活动卡合部15使之进退的柱塞16。
固定卡合部14设置在分叉状的末端执行器7的各末端部。活动卡合部15设置在末端执行器7的基端侧的在与末端执行器7的长边轴线正交的方向上延伸的细长部件17的两端部的每一个端部。在固定卡合部14形成有阶部18，在该阶部18载置衬底s。
在本实施方式的衬底搬送机器人1中，通过利用机器人控制器12驱动柱塞16使之进退，而可切换在末端执行器7上保持衬底s的状态与在末端执行器7上未保持衬底s的状态。
如图9及图10所示，与柱塞16相邻设置有用来检测柱塞16的位置的位置传感器19。通过位置传感器19，可判定在末端执行器7上是否保持有衬底s。
进而，本实施方式的衬底搬送机器人1具备用来检测柱塞16的压力的压力传感器20。压力传感器20构成用来检测末端执行器7的衬底保持力的保持力检测机构。也就是说，由压力传感器(保持力检测机构)20检测的柱塞16的压力对应于末端执行器7的衬底保持力。压力传感器20的输出信号被传送至机器人控制器12。
在本实施方式中，也与图1所示的所述实施方式同样地，机器人控制器12基于由保持力检测机构(压力传感器20)检测出的衬底保持力(柱塞16的压力)而决定末端执行器7的加速度及速度的上限值。
另外，机器人控制器12根据衬底保持力的下降而使柱塞16的功率增大。此处，柱塞16的功率相当于被供给至柱塞16的加压流体(压缩空气等)的压力。
图8所示的本实施方式的衬底搬送机器人也可获得与图1所示的所述实施方式的衬底搬送机器人相同的优异效果。
此外，在所述各实施方式中，根据由保持力检测机构检测出的衬底保持力而决定末端执行器7的加速度及速度的两者的上限值，但也可省略速度的上限值的决定，而根据衬底保持力仅决定末端执行器7的加速度的上限值。
另外，在所述各实施方式中，在由保持力检测机构检测出的衬底保持力降至低于正常值的情况下，使保持力产生机构的功率增大，但也可省略该步骤。
另外，在所述各实施方式中，如图5至图7所示，根据衬底保持力的变化而连续地变更加速度上限值、速度上限值及吸引力(压力)，但也可取而代之，如图11至图13所示那样，阶梯状而非连续地变更。
另外，在所述各实施方式中，也可实时地或在机器人动作中实施保持力检测机构对衬底保持力的检测、及/或根据所检测出的衬底保持力决定末端执行器的加速度等的上限值。通过这样实时地或在机器人动作中进行处理，而即使在衬底搬送中末端执行器对衬底的保持状态发生变化的情况下，也可适时应对而确实地防止衬底的偏移或坠落。
图14是用来说明所述各实施方式及变化例的衬底搬送机器人的控制方法的一例的图。如图14所示，设定衬底搬送的动作模式的加速度(或速度)的上限值，且对在当初的设定(上图)中超过该上限值的部分，在上限值设定后依照该上限值进行设定(下图)。
图15表示所述各实施方式及变化例的衬底搬送机器人的控制方法的另一例，如该图所示，通过使衬底搬送的动作模式的加速度(或速度)整体下降，也可将峰值的加速度(或速度)设为上限值以下。
[符号的说明]
1衬底搬送机器人
2基座
3回转主轴
4机器臂
5第1连杆部件
6第2连杆部件
7末端执行器(手)
8回转主轴的升降动作的驱动源
9回转主轴及第1连杆部件的旋转动作的驱动源(臂驱动机构)
10第2连杆部件的旋转动作的驱动源(臂驱动机构)
11第2连杆部件的旋转动作的驱动源(臂驱动机构)
12机器人控制器(机器人控制机构)
13衬底保持机构
14固定卡合部(衬底保持机构)
15活动卡合部(衬底保持机构)
16柱塞(衬底保持机构)
17细长部件(衬底保持机构)
18固定卡合部的阶部
19位置传感器
20压力传感器(保持力检测机构)
21衬底收纳容器
22衬底收纳容器的衬底支持部
30衬底保持开口(衬底保持机构)
31抽真空流道(衬底保持机构)
32真空源(衬底保持机构)
33真空传感器(保持力检测机构)
l1第1旋转轴线
l2第2旋转轴线
l3第3旋转轴线
s衬底