CN107534009B - 衬底搬送机器人及衬底检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的衬底搬送机器人具备：机器臂，能够升降；衬底保持装置(7)，安装在机器臂上；以及衬底检测器件(23)，用来检测由衬底保持装置(7)保持的衬底。衬底检测器件(23)具有：衬底传感器，用来检测衬底；以及传感器升降器件(16、17)，用来不使机器臂升降而使衬底传感器升降，以扫描包含衬底的配置位置的区域。本发明可一边防止机器人与装置碰撞一边无障碍地检测具备具有小尺寸的开口部的装置内的衬底。

Description

衬底搬送机器人及衬底检测方法
技术领域
本发明涉及一种在机器臂上安装有衬底保持装置的衬底搬送机器人及用于检测由所述衬底搬送机器人搬送的衬底的衬底搬送方法。
背景技术
先前，利用机器人来搬送半导体制造用晶片等的衬底的技术已经得到广泛应用。此处，在制造半导体的时候，会实施晶片的洗净处理、成膜处理、加热处理、蚀刻处理等的各种处理步骤。由于各处理步骤是利用各自不同的处理装置进行实施，因此有必要在多个处理装置之间搬送晶片。
用于晶片等衬底的搬送的衬底搬送机器人，例如将机器臂的基端部安装在沿Z轴可升降的回旋主轴的上端部，且将作为衬底保持装置的手部安装在机器臂之前端部而构成。手部具有叶片部件，在所述叶片部件上载置并保持有衬底。
这样，在从收容多片衬底的衬底收容容器的内部将衬底取出时，利用机器人控制器将回旋主轴及机器臂进行驱动，而使手部的叶片部件进入容器内所收容的各片衬底之间，并将叶片部件定位在搬送对象的衬底的下方。使回旋主轴从所述状态上升而将搬送对象的衬底载置在叶片部件之上，利用设置在手部的衬底固定机构(边缘夹持机构或真空吸附机构等)将衬底固定在叶片部件上。
然后，利用机器人控制器将机器臂及回旋主轴进行驱动，将叶片部件与衬底一起从容器内抽出，并将衬底搬送到特定的搬送地点。
在如上述那样利用衬底搬送机器人从容器内将衬底搬出时，在所述搬出作业之前，存在进行下述作业(测位)的情形：利用衬底检测传感器对容器内所收容的多片衬底的收容状态(衬底的有无等)进行确认。
所述测位作业有利用有别于衬底搬送机器人而另外设置的测位机构来进行的情形(专利文献1)，或利用安装在衬底搬送机器人的衬底检测传感器来进行的情形(专利文献2)。
在为后者的情形下，是例如将光传感器安装在机器人手部的叶片部件的前端部，基于光传感器的检测信号来确定衬底的有无。换句话说，使安装有机器臂的基端部的回旋主轴上升或下降，而使机器人手部的叶片部件的前端部沿着在上下方向上所配置的多片衬底的缘部进行扫描。
这样，由于根据衬底在衬底收容容器的各槽内存在的情形与不存在的情形，光传感器的输出信号会发生变化，因此基于所述输出信号来检测各槽内的衬底的有无。
另外，在下述情形下，即：不是在衬底收容容器内而是在用于处理衬底的处理装置内检测衬底是否存在的情形下，也会驱动回旋主轴及机器臂而将机器人手部插入处理装置内，使回旋主轴上升或下降而使叶片部件的前端部沿着衬底的缘部进行扫描。
这一情形下也同样如此，由于根据衬底在处理装置内存在的情形与不存在的情形，光传感器的输出信号会发生变化，因此可基于所述输出信号来检测处理装置内的衬底的有无。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2008-147583号公报
[专利文献2]日本特开2000-124289号公报
发明内容
[发明所欲解决的问题]
然而，供机器人手部插入的处理装置侧的开口部有其尺寸为小的情形。这样，在将机器人手部经由如此小的开口部插入处理装置内之后，如果试图使回旋主轴升降来进行衬底检测动作，那么存在有机器人与处理装置碰撞的可能性。
因此，在处理装置的开口部的尺寸为小的情形下，存在因与测位动作相同的动作，也就是因伴随着机器臂的升降的动作而导致无法进行衬底检测的情形。
本发明是鉴于上述现有技术的问题点而完成者，其目的在于提供一种可防止机器人与装置的碰撞而无障碍地检测具备小尺寸开口部的装置内的衬底的衬底搬送机器人及衬底检测方法。
[解决课题的技术手段]
为了解决上述课题，本发明的第1形态的特征在于：其是一种用于保持并搬送衬底的衬底搬送机器人，所述机器人具备：机器臂，其可升降；衬底保持装置，其安装在所述机器臂；及衬底检测器件，其用于检测由所述衬底保持装置保持的所述衬底；且所述衬底检测器件具有：衬底传感器，其用于检测所述衬底；及传感器升降器件，其用于在不使所述机器臂升降的情形下使所述衬底传感器升降，以扫描包含所述衬底的配置位置的区域。
本发明的第2形态的特征在于：在第1形态中，所述衬底传感器设置在所述衬底保持装置。
本发明的第3形态的特征在于：在第2形态中，所述衬底保持装置具有：手腕部，其安装在所述机器臂；及叶片部件，其设置在所述手腕部，且供载置所述衬底；并且所述衬底传感器设置在所述叶片部件，所述传感器升降器件是以使所述叶片部件相对于所述手腕部升降的方式而构成。
本发明的第4形态是在第2形态中，特征在于：所述衬底保持装置具有安装在所述机器臂的手腕部、以及设置在所述手腕部且分别供载置所述衬底的上侧叶片部件及下侧叶片部件，且所述衬底传感器设置在所述上侧叶片部件及所述下侧叶片部件中的至少一个叶片部件，所述传感器升降器件构成为使所述至少一个叶片部件相对于所述手腕部升降。
本发明的第5形态是在第2形态中，特征在于：所述衬底保持装置具有能够彼此独立驱动的上侧衬底保持装置及下侧衬底保持装置，且所述衬底检测器件设置在所述上侧衬底保持装置及所述下侧衬底保持装置中的至少一个保持装置。
本发明的第6形态是一种衬底检测方法，特征在于：用于检测由衬底搬送机器人保持的衬底，具备：准备步骤，驱动所述衬底搬送机器人的机器臂，而使安装在所述机器臂的衬底保持装置靠近所述衬底的配置位置；以及检测步骤，不使所述机器臂升降而使设置在所述衬底保持装置的衬底传感器升降，扫描包含所述衬底的配置位置的区域，由此检测所述衬底。
本发明的第7形态是在第6形态中，特征在于：所述衬底保持装置具有安装在所述机器臂的手腕部、以及设置在所述手腕部且供载置所述衬底的叶片部件，且所述衬底传感器设置在所述叶片部件，在所述检测步骤中，使所述叶片部件相对于所述手腕部升降。
本发明的第8形态是在第6形态中，特征在于：所述衬底保持装置具有安装在所述机器臂的手腕部、以及设置在所述手腕部且分别供载置所述衬底的上侧叶片部件及下侧叶片部件，且所述衬底传感器设置在所述上侧叶片部件及所述下侧叶片部件中的至少一个叶片部件，在所述检测步骤中，使所述至少一个叶片部件相对于所述手腕部升降。
本发明的第9形态的特征在于：在第6形态中，所述衬底保持装置具有可彼此独立被驱动的上侧衬底保持装置及下侧衬底保持装置，且所述衬底检测器件设置在所述上侧衬底保持装置及所述下侧衬底保持装置中的至少一者，在所述检测步骤中，使设置在所述至少一者的衬底保持装置的所述衬底传感器升降。
[发明的效果]
根据本发明，能够提供一种可防止机器人与装置的碰撞而无障碍地检测具备小尺寸开口部的装置内的衬底的衬底搬送机器人及衬底检测方法。
附图说明
图1是示意地显示本发明的一个实施方式的衬底搬送机器人的立体图。
图2是用于说明图1所示的衬底搬送机器人手部的内部构造的示意性剖视图。
图3是示意地显示图1所示的衬底搬送机器人手部的平面图。
图4是用于说明将衬底保持在图1所示的衬底搬送机器人手部的叶片部件上的状态的模式平面图。
图5A是用于说明利用图1所示的衬底搬送机器人对处理装置内的衬底进行检测的衬底检测动作的图。
图5B是用于说明利用图1所示的衬底搬送机器人对处理装置内的衬底进行检测的衬底检测动作的另外一图。
图6是用于说明图1所示的衬底搬送机器人的一个变化例的手部的内部构造的示意性剖视图。
图7A是用于说明利用具备图6所示的手部的衬底搬送机器人对处理装置内的衬底进行检测的衬底检测动作的图。
图7B是用于说明利用具备图6所示的手部的衬底搬送机器人对处理装置内的衬底进行检测的衬底检测动作的另外一图。
图8是用于说明图1所示的衬底搬送机器人的另外一个变化例的上侧手部及下侧手部的内部构造的示意性剖视图。
图9A是示意地显示在图8所示的衬底搬送机器人的变化例中，上侧手部朝向进入方向的状态的图。
图9B是示意地显示在图8所示的衬底搬送机器人的变化例中，下侧手部朝向进入方向的状态的图。
图10A是用于说明利用具备图8所示的上侧手部及下侧手部的衬底搬送机器人对处理装置内的衬底进行检测的衬底检测动作的图。
图10B是用于说明利用具备图8所示的上侧手部及下侧手部的衬底搬送机器人对处理装置内的衬底进行检测的衬底检测动作的另外一图。
图11是用于说明图1所示的衬底搬送机器人的另外一个变化例的上侧手部及下侧手部的内部构造的示意性剖视图。
图12是示意地显示在图11所示的衬底搬送机器人的变化例中，上侧手部朝向进入方向的状态的图。
图13A是用于说明利用具备图11所示的上侧手部及下侧手部的衬底搬送机器人对多片衬底进行检测的测位动作的图。
图13B是用于说明利用具备图11所示的上侧手部及下侧手部的衬底搬送机器人对多片衬底进行检测的测位动作的另外一图。
图14是用于说明图1所示的衬底搬送机器人的另外一个变化例的上侧手部及下侧手部的内部构造的示意性剖视图。
具体实施方式
以下，针对本发明的一个实施方式的衬底搬送机器人，参照图式进行说明。另外，本实施方式的衬底搬送机器人是特别适用于半导体制造用晶片(圆形衬底)的搬送者。
如图1所示，本实施方式的衬底搬送机器人1具有基台2。在基台2处，沿第1旋转轴线L1可升降地设置有回旋主轴3。
在回旋主轴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，其在基端具有第1旋转轴线L1且于前端具有第2旋转轴线L2；及第2连杆部件6，其在基端具有第2旋转轴线L2且于前端具有第3旋转轴线L3。在第2连杆部件6的前端，绕着第3旋转轴线L3可旋转地设置有手部(衬底保持装置)7。
回旋主轴3的升降动作及旋转动作分别利用设置在基台2内部的Z轴升降驱动源8及回旋驱动源9而进行。通过旋转主轴3绕着第1旋转轴线L1旋转，第1连杆部件5与回旋主轴3将一体地绕着第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的旋转动作是利用设置在第1连杆部件5内部的驱动源10而进行。手部7相对于第2连杆部件6的旋转动作是利用设置在第2连杆部件6内部的驱动源11而进行。
可通过利用Z轴升降驱动源8使机器臂4升降，而使手部7升降。驱动源8、9、10、11可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，借此，来控制具有手部7的机器臂4的升降动作及旋转动作。
另外，本发明的衬底搬送机器人的机器臂及其驱动器件的构成并非限定于图1所示的上述构成，只要是相对于搬送对象的衬底能够定位衬底保持装置的构成就可以。
如图2所示，安装在机器臂4的前端的手部7具有：手腕轴13，其沿第3旋转轴线L3延伸；及手腕轴驱动源14，其将所述手腕轴13绕着第3旋转轴线L3进行旋转驱动。手腕轴驱动源14可由伺服马达构成。
手部7具有与手腕轴13的上端连接且由中空部件构成的手部基部(手腕部)15。在手部基部15的内部设置有升降气缸16，该升降气缸16的活塞16A朝下。升降气缸16能够由机器人控制器12驱动。另外，在本实施方式中是将升降气缸16的活塞16A设置为朝下，但也可以将该升降气缸16的活塞16A配置为朝上。
在升降气缸16的活塞16A的前端，连接有升降部件17。在升降部件17，连接有保持衬底的叶片部件18的基端部。升降气缸16及升降部件17构成了叶片升降器件。
如图2及3所示，在叶片部件18的末端部的上表面，设置有与衬底的缘部抵接的一对固定夹持部19。在叶片部件18的基端部的上表面，设置有支撑衬底的底面的一对底面支撑部20。
如图2所示，在升降部件17的上表面设置有按压气缸21，该按压气缸21的活塞21A朝前。在按压气缸21的活塞21A的前端，设置有用来按压衬底而与固定夹持部19一起夹持衬底的活动夹持部22。按压气缸21能够由机器人控制器12驱动。
按压气缸21设置在升降部件17，且叶片部件18也设置在升降部件17，因此与叶片部件18的升降动作相连动，活动夹持部22与按压气缸21一体地升降。
如图4所示，通过驱动按压气缸21使活塞21A进出，而由活动夹持部22与固定夹持部19夹持衬底S，并将衬底S保持在叶片部件18上。
如图2及3所示，在衬底搬送机器人1的手部7，设置有用来检测由手部7保持的衬底的衬底检测器件23。衬底检测器件23具有设置在叶片部件18的末端部的衬底传感器24以及连接于所述衬底传感器24的传感器放大器25。传感器放大器25设置在升降部件17的上表面。衬底传感器24是以非接触方式检测衬底S的传感器，可由例如透射型光传感器或反射型光传感器构成。
如上述那样，因衬底传感器24是设置在叶片部件18，而叶片部件18设置在升降部件17，因此可通过驱动升降气缸16使升降部件17升降，而使衬底传感器24与叶片部件18一体地相对于手部基部(手腕部)15升降。也就是说，可在不使回旋主轴3升降而致手部7整体与机器臂4一起升降的情形下，使衬底传感器24升降。
升降气缸16及升降部件17构成了本发明的传感器升降器件，而传感器升降器件构成了衬底检测器件的一部分。传感器升降器件是用于在不使机器臂4升降的情形下使衬底传感器24升降，而利用衬底传感器24来扫描包含作为保持对象的衬底的配置位置的区域者。
其次，针对利用上述衬底搬送机器人1来检测保持对象的衬底S的衬底检测方法，参照图5A及5B进行说明。
首先，在手部7尚未保持衬底S的状态下，利用机器人控制器12对回旋主轴3及机器臂4进行驱动，而将手部7经由处理装置50的开口部51插入处理装置50的内部，并使手部7靠近至衬底S的配置位置(准备步骤)。此时，升降气缸16的活塞16A位于缩回位置，而手部7的叶片部件18位于上方位置。
利用上述准备步骤，如图5A所示，手部7的叶片部件18的前端部被配置于在衬底S的前侧缘部的附近处较衬底S略高的位置。
从图5A所示的状态起，驱动升降气缸16而使活塞16A进出，从而使叶片部件18从上方位置朝下方位置降下(检测步骤)。此时，因机器臂4不进行升降动作，因此机器臂4及手部7的高度不发生变化。
利用上述检测步骤，如图5B所示，手部7的叶片部件18的前端部被配置于在衬底S的前侧缘部附近处较衬底S略低的位置。换句话说，在检测步骤中，在不使机器臂4下降的情形下使设置在手部7的叶片部件18的前端部的衬底传感器24下降，利用衬底传感器24扫描包含衬底S的配置位置的区域。
这样，由于根据衬底S存在的情形与不存在的情形，衬底传感器24的输出信号会发生变化，因此可基于所述输出信号，在非接触下检测衬底S的有无。
根据如上述本实施方式的衬底搬送机器人1及利用所述机器人1进行的衬底检测方法，由于在不使机器臂4升降的情形下，可对处理装置50内的衬底S进行检测，因此即便在供机器臂4的手部7所插入的处理装置50的开口部51的尺寸为小的情形下，在衬底检测动作的时候，机器臂4及手部7也不会与处理装置50碰撞。
其次，针对上述衬底搬送机器人1的一个变化例，参照图6到图7B进行说明。
如图6所示，在本例中，升降气缸16以其活塞16A朝上而配置于手部基部(手腕部)15内。在升降气缸16的活塞16A上端，与上述实施方式同样地安装有升降部件17，且在升降部件17，同样地安装有上述叶片部件18及衬底检测器件23等。
而且，在本例中，在具有衬底检测器件23的可升降的叶片部件(上侧叶片部件)18下方，设置有追加的叶片部件(下侧叶片部件)18，其相对于手部基部15而固定。追加的叶片部件(下侧叶片部件)18经由固定部件26安装在升降气缸16的本体部。
在本例手部7处，通过利用上下叶片部件18同时地搬送二片衬底S，而可缩短衬底搬送的节拍时间。另外，通过将一个叶片部件18用于清洁的衬底S的搬送，将另一个叶片部件18用于已受到污染的衬底S的搬送，而可防止交叉污染。
在本例中也同样如此，如图7A及图7B所示，在不使机器臂4升降的情形下，通过利用升降气缸16使上侧的叶片部件18从上方位置移动至下方位置，而可与上述实施方式的情形相同地，避免机器人1与处理装置50的碰撞而无障碍地检测处理装置50内的衬底S。
其次，针对上述衬底搬送机器人1的另外一个变化例，参照图8到图10B进行说明。
在本例中，如图8所示，除了上述实施方式的手部7(图2)以外，还设置有追加的手部(下侧手部)7。在下侧手部7处，在手部基部15经由固定部件26固定地设置有叶片部件18。在下侧手部7不设置衬底检测器件。
上侧手部7的手腕轴13与下侧手部7的手腕轴13是被同心地配置，利用各自的手腕轴驱动源14，可使其绕着第3旋转轴线L3彼此独立地旋转。
在本例中，如图9A及图9B所示，可在将上侧手部7朝向衬底收容容器及处理装置的进入方向的状态，与将下侧手部7朝向衬底收容容器及处理装置的进入方向的状态之间进行切换。
在本例中也同样如此，如图10A及图10B所示，在不使机器臂4升降的情形下，通过利用升降气缸16使上侧手部7的叶片部件18从上方位置移动至下方位置，而可与上述实施方式的情形相同地，避免机器人1与处理装置50的碰撞而无障碍地检测处理装置50内的衬底S。
其次，针对上述衬底搬送机器人1的另外一个变化例，参照图11到图13B进行说明。
在本例中，在下侧手部7也设置有衬底传感器24(图12)及传感器放大器25(图11)。设置在下侧手部7的衬底传感器24及传感器放大器25，例如，如图13A及图13B所示，可用于收容在衬底收容容器内的多片衬底S的测位。
在所述测位动作中，通过使回旋主轴3下降或上升而使机器臂4下降或上升，而使设置在下侧手部7的叶片部件18的前端的衬底传感器24沿多片衬底S的缘部在上下方向上扫描。
其次，针对上述衬底搬送机器人1的另外一个变化例，参照图14进行说明。
在本例中，下侧手部7的叶片部件18也相对于手部基部15可升降地被设置。借此，利用上侧手部7及下侧手部7的任一者均可进行上述处理装置50内的衬底检测动作。
另外，在上述实施方式及各变化例中，在检测步骤中使叶片部件18扫描的方向，既可为下降方向也可为上升方向。
此外，在上述实施方式及各变化例中，也可利用设置在相对于手部基部15可升降的叶片部件18上的衬底传感器24，进行多片衬底S的测位动作。换句话说，将相对于手部基部15可升降的叶片部件18设为相对于手部基部15为固定的状态，可通过使回旋主轴3下降或上升，而利用所述叶片部件18的衬底传感器24进行多片衬底S的测位动作。
[符号的说明]
1 衬底搬送机器人
2 基台
3 回旋主轴
4 机器臂
5 第1连杆部件
6 第2连杆部件
7 手部(衬底保持装置)
8 Z轴升降驱动源
9 回旋驱动源
10 第2连杆部件的旋转动作的驱动源
11 衬底保持装置的旋转动作的驱动源
12 机器人控制器
13 手腕轴
14 手腕轴驱动源
15 手部基部(手腕部)
16 升降气缸
16A升降气缸的活塞
17 升降部件
18 叶片部件
19 固定夹持部
20 底面支持部
21 按压气缸
21A按压气缸的活塞
22 活动夹持部
23 衬底检测器件
24 衬底传感器
25 传感器放大器
26 固定部件
L1 第1旋转轴线
L2 第2旋转轴线
L3 第3旋转轴线
S 衬底(晶片)

Claims (8)

1.一种衬底搬送机器人，用来保持并搬送衬底，具备：
机器臂，能够升降；
衬底保持装置，安装在所述机器臂上；以及
衬底检测器件，用来检测由所述衬底保持装置保持的所述衬底；且
所述衬底检测器件具有：衬底传感器，用来检测所述衬底；以及传感器升降器件，用来不使所述机器臂升降而使所述衬底传感器升降，以扫描包含所述衬底的配置位置的区域；
所述衬底传感器设置在所述衬底保持装置。
2.根据权利要求1所述的衬底搬送机器人，其中所述衬底保持装置具有安装在所述机器臂的手腕部、以及设置在所述手腕部且供载置所述衬底的叶片部件；且
所述衬底传感器设置在所述叶片部件；
所述传感器升降器件构成为使所述叶片部件相对于所述手腕部升降。
3.根据权利要求1所述的衬底搬送机器人，其中所述衬底保持装置具有安装在所述机器臂的手腕部、以及设置在所述手腕部且分别供载置所述衬底的上侧叶片部件及下侧叶片部件；且
所述衬底传感器设置在所述上侧叶片部件及所述下侧叶片部件中的至少一个叶片部件；
所述传感器升降器件构成为使所述至少一个叶片部件相对于所述手腕部升降。
4.根据权利要求1所述的衬底搬送机器人，其中所述衬底保持装置具有能够彼此独立驱动的上侧衬底保持装置及下侧衬底保持装置，且
所述衬底检测器件设置在所述上侧衬底保持装置及所述下侧衬底保持装置中的至少一个保持装置。
5.一种衬底检测方法，用来检测由衬底搬送机器人保持的衬底，具备：
准备步骤，驱动所述衬底搬送机器人的机器臂，而使安装在所述机器臂的衬底保持装置靠近所述衬底的配置位置；以及
检测步骤，不使所述机器臂升降而使设置在所述衬底保持装置的衬底传感器升降，以扫描包含所述衬底的配置位置的区域，由此检测所述衬底。
6.根据权利要求5所述的衬底检测方法，其中所述衬底保持装置具有安装在所述机器臂的手腕部、以及设置在所述手腕部且供载置所述衬底的叶片部件；且
所述衬底传感器设置在所述叶片部件；
在所述检测步骤中，使所述叶片部件相对于所述手腕部升降。
7.根据权利要求5所述的衬底检测方法，其中所述衬底保持装置具有安装在所述机器臂的手腕部、以及设置在所述手腕部且分别供载置所述衬底的上侧叶片部件及下侧叶片部件；且
所述衬底传感器设置在所述上侧叶片部件及所述下侧叶片部件中的至少一个叶片部件；
在所述检测步骤中，使所述至少一个叶片部件相对于所述手腕部升降。
8.根据权利要求5所述的衬底检测方法，其中所述衬底保持装置具有能够彼此独立驱动的上侧衬底保持装置及下侧衬底保持装置，且
所述衬底传感器设置在所述上侧衬底保持装置及所述下侧衬底保持装置中的至少一个衬底保持装置，
在所述检测步骤中，使设置在所述至少一个衬底保持装置的所述衬底传感器升降。
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