JP6035063B2 - 基板搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板搬送装置の制御技術に関する。

基板搬送装置は、半導体製造工程又は液晶ディスプレイ製造工程等の各種製造工程において、真空チャンバ間で基板を搬送する装置である。基板搬送装置は、アームを伸縮又は旋回させることによって、基板を載置したハンドを移動させ、基板を搬送するものである。

基板搬送装置は、基板からの熱、或いは、真空チャンバ内の熱源からの熱等の影響を受け熱膨張によりアームが変形し、ハンドが傾く場合がある。このような場合の対策として、例えば特許文献１には、真空中においてアームが受ける熱による伸び量を検出し、アームの駆動量を補正する基板搬送装置が開示されている。

特許文献１に開示される基板搬送装置では、予め適正位置でマークをコントローラに登録し、その位置からずれた場合に、１パルスずつロボットを動作させ適正位置へ戻す方法が開示されている。また、予めずれた位置でのマークもカメラコントローラに登録し、その時の移動量も記憶しておき、同じ位置にずれた場合には、記憶していた移動量分だけロボットを動作させ、適正位置へ戻す方法が開示されている。

しかし、特許文献１に開示される基板搬送装置では、ハンドの側面からマークを撮像しており、そのマークを正規の位置に合わせるようにハンドを伸縮させている。そのため、搬送方向のズレ量しか補正できず、水平面にて搬送方向と垂直な方向のズレ、或いは、水平面でのハンドの傾きは補正できない。また、特許文献１に開示される基板搬送装置のように予めずれた位置でのマークをコントローラに登録しておく補正では、処理装置によって熱によるアームの伸び方は異なるので、全ての基板搬送装置に適用することができない。

特開２００２−１７８２７９号公報

本発明の解決しようとする課題は、ハンドの傾きも含めた位置ズレを補正できる基板搬送装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ハンドを一端側の支軸にて回動自在に軸支する第一アームと、前記ハンドを一端側の支軸にて回動自在に軸支し、前記第一アームと平面視にて平行かつ略同一長さの第二アームと、一端側の支軸が前記第一アームの他端側の支軸と同期して回転する第三アームと、一端側の支軸が前記第二アームの他端側の支軸と同期して回転し、前記第三アームと平面視にて平行かつ略同一長さの第四アームと、を備え、前記ハンドが教示位置に移動するように、前記第三アーム及び前記第四アームを旋回させ、或いは、前記第一アームと前記第三アームとの角度並びに前記第二アームと前記第四アームとの角度を変化させる制御装置を備える基板搬送装置であって、前記制御装置は、前記ハンドの現在位置と教示位置との搬送方向、水平方向において搬送方向に垂直な方向及び水平方向の傾きの差を認識し、まず、前記傾きの差が基準範囲内になければ、該傾きの差が０となるように、前記第三アームの他端側の支軸、或いは、前記第四アームの他端側の支軸を所定方向に移動させ、次に、前記搬送方向に垂直な方向の差が基準範囲外であれば、該搬送方向に垂直な方向の差及び前記傾きが０となるように、前記第一アーム、前記第二アーム、前記第三アーム及び前記第四アームから構成されるアーム全体の伸縮又は旋回量を調整し、次に、前記搬送方向の差が基準範囲外であれば、該搬送方向の差が０となるように、前記第一アーム、前記第二アーム、前記第三アーム及び前記第四アームから構成されるアーム全体の伸縮又は旋回量を調整する、ものである。

本発明の基板搬送ロボットによれば、ハンドの傾きも含めた位置ズレを補正できる。

基板搬送装置の全体的な構成を示した模式図。 移動機構の構成を示した模式図。 基板搬送装置の作用を示した模式図。 基板搬送制御の流れを示したフロー図。 基板搬送制御の作用を示した模式図。

図１を用いて、基板搬送装置１００の構成について説明する。
なお、図１では、基板搬送装置１００の構成を平面視にて模式的に表している。また、図１では、電気信号線を破線で表している。さらに、以下では、図１及び図２に表されるＸ方向、Ｙ方向又はＺ方向に従って説明するものとする。

基板搬送装置１００は、アーム２０を伸縮又は旋回させることによって、ワークＷ（図示略）を載置したハンド１０を移動させ、ワークＷを搬送するものである。なお、本実施形態のワークＷは、液晶ディスプレイに用いられる基板としている。

基板搬送装置１００は、真空環境下のトランスポートチャンバ（図示略）に配置されている。基板搬送装置１００は、Ｘ方向の＋側に配置される同じく真空環境下のプロセスチャンバ（図示略）又はロードロックチャンバ（図示略）にワークＷを搬送するものとする。なお、Ｘ方向とは、トランスポートチャンバから例えばプロセスチャンバに向かう方向とし、プロセスチャンバに向かう側を＋側とする。

基板搬送装置１００は、大きくは、ハンド１０と、アーム２０と、ベース３０と、コントローラ５０と、を具備している。

ハンド１０は、ワークＷを載置するものである。ハンド１０は、本体１１と、ツメ１２・１２と、を具備している。

本体１１の略中央部には、後述する支軸２１Ａ及び支軸２２Ａにて、主上部リンクアーム２１と副上部リンクアーム２２とが回動自在に軸支されている。本体１１の所定位置には、マークＭが印されている。マークＭは、後述するＣＣＤカメラ８０によって認識できるものとする。ツメ１２・１２は、長尺状に形成され、それぞれが本体１１から平行に延設されている。

アーム２０は、伸縮又は旋回させることによって、ハンド１０を移動させるものである。アーム２０は、平行リンク機構によって構成されている。アーム２０は、第一アームとしての主上部リンクアーム２１と、第二アームとしての副上部リンクアーム２２と、第三アームとしての主下部リンクアーム２３と、第四アームとしての副下部リンクアーム２４と、を具備している。

主上部リンクアーム２１は、棒状に形成され、それぞれの端側に第一先端側支軸としての支軸２１Ａと、第一基端側支軸としての支軸２１Ｂと、を具備している。副上部リンクアーム２２は、棒状に形成され、それぞれの端側に第二先端側支軸としての支軸２２Ａと、第二基端側支軸としての支軸２２Ｂと、を具備している。主上部リンクアーム２１及び副上部リンクアーム２２は、略同一長さに構成され、平面視にて平行に配置されている。

支軸２１Ｂは、ギアケース２５に収納され、後述する支軸２３Ｃと同期して回転するように構成されている。支軸２２Ｂは、同様にギアケース２５に収納され、後述する支軸２４Ｃと同期して回転するように構成されている。

主下部リンクアーム２３は、棒状に形成され、それぞれの端側に第三先端側支軸としての支軸２３Ｃと、第三基端側支軸としての支軸２３Ｄと、を具備している。副下部リンクアーム２４は、棒状に形成され、それぞれの端側に第四先端側支軸としての支軸２４Ｃと、第四基端側支軸としての支軸２４Ｄと、を具備している。主下部リンクアーム２３及び副下部リンクアーム２４は、略同一長さに構成され、平面視にて平行に配置されている。

支軸２３Ｃは、ギアケース２５に収納され、支軸２１Ｂと同期して回転するように構成されている。支軸２４Ｃは、同様にギアケース２５に収納され、支軸２２Ｂと同期して回転するように構成されている。

ギアケース２５は、箱体として構成され、支軸２１Ｂと支軸２３Ｃとが同期して回転するように、支軸２１Ｂと支軸２３Ｃとがギアによって歯合されている。同様に、支軸２２Ｂと支軸２４Ｃとが同期して回転するように、支軸２２Ｂと支軸２４Ｃとがギアによって歯合されている。

支軸２３Ｄ及び支軸２４Ｄは、アーム２０の旋回中心の支軸である。支軸２３Ｄは、回転駆動機構７０によって回転駆動される。支軸２４Ｄは、移動機構６０によって搬送方向に移動可能に構成されている。

なお、本実施形態では、回転駆動機構７０について、詳細な説明は省略する。また、移動機構６０について、詳細な説明は後述する。

ベース３０は、略円柱形状に構成され、ベース３０の上面には、アーム２０が載置されている。ベース３０には図示しない旋回駆動機構が設けられ、ベース３０の上面及びアーム２０がＺ軸方向軸心周りに旋回する。アーム２０の旋回中心となるものである。ベース３０の略中央部には、支軸２３Ｄ及び支軸２４Ｄにて、主下部リンクアーム２３と副下部リンクアーム２４とが回動自在に軸支されている。また、ベース３０の中央部には、移動機構６０及び回転駆動機構７０が設けられている。

コントローラ５０は、移動機構６０と、回転駆動機構７０と、ＣＣＤカメラ８０と、に接続されている。コントローラ５０は、ハンド１０が教示位置Ｐに移動するようにアーム２０の伸縮又は旋回量を制御するものである。なお、教示位置Ｐとは、コントローラ５０が予め認識している、或いは、コントローラ５０が外部から与えられる、ハンド１０の移動目標位置である。

ＣＣＤカメラ８０は、ハンド１０に印されたマークＭを認識するものである。ＣＣＤカメラ８０は、ハンド１０の移動範囲において所定位置に設けられている。ＣＣＤカメラ８０は、コントローラ５０と接続されている。

図２を用いて、移動機構６０の構成について説明する。
なお、図２では、移動機構６０の構成を側面視にて模式的に表している。また、図２では、電気信号線を破線で表している。

移動機構６０は、副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＸ方向に移動させるものである。移動機構６０は、大気環境下となるケース６１の内部と、真空環境下となるスライドテーブル６８の周囲と、に大別される。

ケース６１の内部には、電動機６２と、減速機６３と、ボールネジ６４と、スライドブロック６５と、ベローズ６６と、が収納されている。

電動機６２は、コントローラ５０に接続されている。減速機６３は、電動機６２に接続され、電動機６２の回転駆動を減速するものである。ボールネジ６４は、Ｘ方向と平行に配置され、減速機６３に接続されている。スライドブロック６５は、略支軸芯部において、ボールネジ６４と螺合している。べローズ６６は、ケース６１の開口部とスライドブロック６５との間に設けられ、ケース６１内の大気環境下とケース６１外の真空環境下とを遮断している。

スライドテーブル６８の周囲には、連結シャフト６９と、リンクアーム支柱７１と、が配置されている。

スライドテーブル６８は、Ｘ方向に沿って配置されるレールに係合するガイド６８Ａを具備し、Ｘ方向にスライドするものである。連結シャフト６９は、Ｘ方向と平行に配置され、−側でスライドブロック６５と固設され、＋側でスライドテーブル６８と固設されている。リンクアーム支柱７１は、Ｚ方向と平行に配置され、Ｚ方向の＋側でスライドテーブル６８と固設され、Ｚ方向の−側で副下部リンクアーム２４の支軸２４Ｄと固設されている。

このような構成とすることで、移動機構６０では、電動機６２の回転駆動が減速機６３を介してボールネジ６４に伝達される。ボールネジ６４が回転することによってスライドブロック６５がＸ方向に移動される。スライドブロック６５が搬送方向に移動することによって、連結シャフト６９を介してスライドテーブル６８がＸ方向に移動される。スライドテーブル６８がＸ方向に移動することによって、リンクアーム支柱７１を介して副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤがＸ方向に移動される。リンクアーム２４の支軸２４ＤがＸ方向に移動することにより、リンクアーム２３の支軸２３Ｃとリンクアーム２４の支軸２４Ｄとの間の距離を変化させることができる。

図３を用いて、基板搬送装置１００の作用について説明する。
なお、図３では、基板搬送装置１００の作用を平面視にて模式的に表している。

図３（Ａ）に示すように、まず、ハンド１０が傾きのない正常な状態について考える。このとき、例えば、移動機構６０によって、副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＸ方向の−側に移動させるとする。

副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＸ方向の−側に移動させることによって、副下部リンクアーム２４及びギアケース２５は、略Ｌ字形状を構成していた副下部リンクアーム２４とギアケース２５との間の内側の角度が広がるように動作する。

このとき、ギアケース２５の姿勢は、Ｘ方向に平行であった状態から、Ｘ方向の＋側端部がＹ方向の−側に傾くように変化する。ギアケース２５がＹ方向の−側に傾くように動作することに伴い、ハンド１０も同様にＹ方向の−側に傾くように動作する。基板搬送装置１００においては、このようにして、副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＸ方向の−側に移動させると、ハンド１０がＹ方向の−側に傾くように動作する。

図３（Ｂ）に示すように、主上部リンクアーム２１が熱膨張し、ハンド１０がＹ方向の＋側に傾いている場合について考える。この場合には、ハンド１０がＹ方向の＋側に傾くことになる。このとき、移動機構６０によって、副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＸ方向の−側に移動させる。

副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＸ方向の−側に移動させることによって、副下部リンクアーム２４及びギアケース２５は、略Ｌ字形状を構成していた副下部リンクアーム２４とギアケース２５との間の内側の角度がさらに広がるように変化する。

このとき、ギアケース２５の姿勢は、Ｘ方向に平行な状態から、Ｘ方向の＋側端部がＹ方向の−側に傾くように動作する。ギアケース２５がＹ方向の−側に傾くように動作することに伴い、ハンド１０も同様にＹ方向の−側に傾くように動作し、ハンド１０はＹ方向の＋側に傾きが補正される。

基板搬送装置１００の効果について説明する。
基板搬送装置１００によれば、ハンド１０の傾きを補正できる。すなわち、副下部リンクアーム２４の支軸２４Ｄを移動機構６０によってＸ方向に移動させ、ハンド１０の傾きを補正できる。

本実施形態の基板搬送装置１００では、移動機構６０が副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＸ方向に移動させる構成としたが、これに限定されない。例えば、移動機構６０が副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＹ方向に移動させる構成としても、同様の作用効果が得られる。

本実施形態の基板搬送装置１００では、副下部リンクアーム２４の支軸２４Ｄが移動機構６０によってＸ方向に移動される構成としたが、これに限定されない。例えば、主下部リンクアーム２３の支軸２３Ｄが移動機構６０によってＸ方向に移動される構成としても、同様の作用効果が得られる。

本実施形態の基板搬送装置１００では、副下部リンクアーム２４の支軸２４Ｄが移動機構６０によってＸ方向に移動される構成としたが、これに限定されない。例えば、第一アーム２１、第二アーム２２、第三アーム２３、又は第四アーム２４のいずれかの長手方向長さを伸縮させる構成であっても同様の作用効果が得られる。あるいは、支軸２４Ｄから偏倚した偏芯軸心を中心に、支軸２４Ｄが回転移動される構成としても同様の作用効果が得られる。

図４を用いて、基板搬送制御Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図４では、基板搬送制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。

基板搬送制御Ｓ１００は、基板搬送装置１００のハンド１０の傾きも含めた位置ズレを補正する制御である。ハンド１０の位置ズレは、ＣＣＤカメラ８０によって計測可能な教示位置Ｐにおける位置ズレ（ＸＹ平面の傾き（θ）、Ｘ方向の位置ズレ（Ｘｄ）、Ｙ方向の位置ズレ（Ｙｄ））によって決定される。

ステップＳ１１０において、コントローラ５０は、教示位置Ｐにハンド１０を移動させて、ＣＣＤカメラ８０によってマークＭを認識させ、現在位置Ｐ´の位置情報を取得する。なお、教示位置Ｐの位置情報は、予めコントローラ５０に記憶されているものとする。

ステップＳ１２０において、コントローラ５０は、現在位置Ｐ´と教示位置Ｐとの差を、ＸＹ平面上での傾き（θ）、Ｘ方向の位置ズレ（Ｘｄ）、Ｙ方向の位置ズレ（Ｙｄ）として算出する。なお、θについては、２以上のマークＭを認識することによって算出する。このとき、１つのマークＭを例えば四角形とし、四角形の４つの頂点のうちいずれか２つの頂点をθ算出用の２点として座標認識させることによって、算出しても良い。

ステップＳ１３０において、コントローラ５０は、ステップＳ１２０において算出した位置ズレ（θ、Ｘｄ、Ｙｄ）が全て基準範囲内であるかどうかを確認する。ここで、基準範囲とは、補正を必要としない位置ズレ（θ、Ｘｄ、Ｙｄ）の範囲である。

ステップＳ１３０において、位置ズレ（θ、Ｘｄ、Ｙｄ）が全て基準範囲内であれば、基板搬送制御Ｓ１００を終了する。一方、位置ズレ（θ、Ｘｄ、Ｙｄ）のうち、一つでも基準範囲内でなければ、ステップＳ１４０へ移行する。

ステップＳ１４０において、コントローラ５０は、まず、θが基準範囲内であるかどうかを確認する。θが基準範囲内であれば、ステップＳ１６０に移行する。一方、θが基準範囲内でなければ、ステップＳ１５０に移行する。

ステップＳ１５０において、コントローラ５０は、移動機構６０によって副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＹ方向に移動させ、ハンド１０に回転を作用させ、ハンド１０の傾きθが０になるように補正する。より具体的には、ハンド１０の位置ズレθが許容範囲内に収束するように補正する。なお、許容範囲とは、０を中心とした基準範囲よりも小さい範囲である。

ステップＳ１６０において、コントローラ５０は、次に、Ｙｄが基準範囲内であるかどうかを確認する。Ｙｄが基準範囲内であれば、ステップＳ１８０に移行する。一方、Ｙｄが基準範囲内でなければ、ステップＳ１７０に移行する。

ステップＳ１７０において、コントローラ５０は、ベース３０の旋回移動によって、アーム２０を回転させ、ハンド１０の位置ズレＹｄが０になるように補正する。より具体的には、ハンド１０の位置ズレＹｄが許容範囲内に収束するように補正する。なお、許容範囲とは、０を中心とした基準範囲よりも小さい範囲である。

ステップＳ１８０において、コントローラ５０は、改めて、θ、Ｙｄが共に基準範囲内であるかどうかを確認する。θ、Ｙｄが基準範囲内であれば、ステップＳ１４０に移行する。一方、θ、Ｙｄが共に基準範囲内でなければ、ステップＳ１９０に移行する。

ステップＳ１９０において、コントローラ５０は、最後に、Ｘｄが基準範囲内であるかどうかを確認する。Ｘｄが基準範囲内であれば、基板搬送制御Ｓ１００を終了する。一方、Ｘｄが基準範囲内でなければ、ステップＳ２００に移行する。

ステップＳ２００において、コントローラ５０は、回転駆動機構７０によってアーム２０を回転させ、ハンド１０の位置ズレＸｄが０になるように補正する。より具体的には、ハンド１０の位置ズレＸｄが許容範囲内に収束するように補正する。なお、許容範囲とは、０を中心とした基準範囲よりも小さい範囲である。

図５を用いて、基板搬送制御Ｓ１００の作用について説明する。
なお、図５では、基板搬送制御Ｓ１００の作用を平面視にて模式的に表している。

図５（Ａ）に示すように、例えば熱膨張等によって、ハンド１０の現在位置Ｐ´が教示位置Ｐ（破線）に対してずれているものとする。ステップＳ１１０では、コントローラ５０によって、現在位置Ｐ´が算出される。ステップＳ１２０では、コントローラ５０によって、現在位置Ｐ´と教示位置Ｐとの差を位置ズレ（θ、Ｘｄ、Ｙｄ）が算出される。

ステップＳ１３０では、コントローラ５０によって、位置ズレ（θ、Ｘｄ、Ｙｄ）のうち、一つでも基準範囲内でないと判定され、ステップＳ１４０に移行される。ステップＳ１４０では、コントローラ５０によって、θが基準範囲内でないと判定され、ステップＳ１５０に移行される。

ステップＳ１５０では、移動機構６０によって、副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＸ方向の−側に移動させ、ハンド１０をＹ方向の−側に傾きが与えられ、ハンド１０の傾きθが０となるように補正される。

ステップＳ１６０では、コントローラ５０によって、Ｙｄが基準範囲内でないと判定され、ステップＳ１７０に移行される。

図５（Ｂ）に示すように、ステップＳ１７０では、ベース３０の旋回移動によって、アーム２０を回転させ、ハンド１０の位置ズレＹｄが０になるように補正される。このとき、Ｙｄを０にしようとしたため、再度、ハンド１０には、Ｙ方向の＋側の傾きが発生する。

ステップＳ１８０では、コントローラ５０によって、θ、Ｙｄが共に基準範囲内でないと判定され、再びステップＳ１４０に移行される。ステップＳ１４０では、コントローラ５０によって、θが基準範囲内でないと判定され、ステップＳ１５０に移行される。

図５（Ｃ）に示すように、ステップＳ１５０では、再度、移動機構６０によって、副下部リンクアーム２４の支軸２４ＤをＹ方向の＋側に移動させ、ハンド１０をＹ方向の−側に傾きが与えられ、ハンド１０の傾きθが０となるように補正される。

ステップＳ１６０では、コントローラ５０によって、Ｙｄが基準範囲内でないと判断され、ステップＳ１８０に移行される。ステップＳ１８０では、コントローラ５０によって、θ、Ｙｄが共に基準範囲内であると判定され、ステップＳ１９０に移行される。ステップＳ１９０では、コントローラ５０によって、Ｘｄが基準範囲内でないと判定され、ステップＳ２００に移行される。

図５（Ｄ）に示すように、ステップＳ２００では、回転駆動機構７０によって、アーム２０を伸縮させ、ハンド１０の位置ズレＸｄが０になるように補正される。

本実施形態の基板搬送制御Ｓ１００は、平行リンク機構から構成される基板搬送装置１００としたが、これに限定されることはない。第一アーム及び第二アームが単なる一本のアームからなるスカラーロボットに基板搬送制御Ｓ１００を適用することも可能である。

基板搬送制御Ｓ１００の効果について説明する。
基板搬送制御Ｓ１００によれば、基板搬送装置１００のハンド１０の傾きも含めた位置ズレを補正できる。

１０ ハンド
２０ アーム
２４ 副下部リンクアーム
２４Ｄ 支軸
２５ ギアケース
３０ ベース
５０ コントローラ
６０ 移動機構
７０ 回転駆動機構
８０ ＣＣＤカメラ
１００ 基板搬送装置
Ｓ１００ 基板搬送制御

Claims (1)

1. ハンドを一端側の支軸にて回動自在に軸支する第一アームと、前記ハンドを一端側の支軸にて回動自在に軸支し、前記第一アームと平面視にて平行かつ略同一長さの第二アームと、一端側の支軸が前記第一アームの他端側の支軸と同期して回転する第三アームと、一端側の支軸が前記第二アームの他端側の支軸と同期して回転し、前記第三アームと平面視にて平行かつ略同一長さの第四アームと、を備え、前記ハンドが教示位置に移動するように、前記第三アーム及び前記第四アームを旋回させ、或いは、前記第一アームと前記第三アームとの角度並びに前記第二アームと前記第四アームとの角度を変化させる制御装置を備える基板搬送装置であって、
   前記制御装置は、
   前記ハンドの現在位置と教示位置との搬送方向、水平方向において搬送方向に垂直な方向及び水平方向の傾きの差を認識し、
   まず、前記傾きの差が基準範囲内になければ、該傾きの差が０となるように、前記第三アームの他端側の支軸、或いは、前記第四アームの他端側の支軸を所定方向に移動させ、
   次に、前記搬送方向に垂直な方向の差が基準範囲外であれば、該搬送方向に垂直な方向の差及び前記傾きが０となるように、前記第一アーム、前記第二アーム、前記第三アーム及び前記第四アームから構成されるアーム全体の伸縮又は旋回量を調整し、
   次に、前記搬送方向の差が基準範囲外であれば、該搬送方向の差が０となるように、前記第一アーム、前記第二アーム、前記第三アーム及び前記第四アームから構成されるアーム全体の伸縮又は旋回量を調整する、
   基板搬送装置。

Images