CN116918054A - 机器人系统以及滑动判定方法 - Google Patents

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Kawasaki Jukogyo KK
Kawasaki Robotics USA Inc
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Abstract

一种机器人系统，其具备机器人以及控制部。所述机器人具有通过电动马达驱动的一个以上的关节，且能够通过保持部保持晶圆。所述控制部对所述机器人发出指令进行控制。在所述机器人通过所述保持部保持所述晶圆进行运送的情况下，所述控制部根据与所述电动马达相关的信息，进行是否在所述保持部与所述晶圆之间产生滑动的判定、以及对所述晶圆相对于所述保持部的滑动量的估计中的至少一个。

Description

机器人系统以及滑动判定方法
技术领域
本公开涉及一种在通过机器人运送晶圆的情况下用于检测晶圆与机器人的保持部之间产生的滑动的技术。
背景技术
过往，已知一种能够在通过机器人运送半导体晶圆的过程中检测半导体晶圆的位置的构成。专利文献1公开有这种系统。
专利文献1公开有用于处理基体(晶圆)的系统。系统具备用于运送基体的运送单元。在通过运送单元运送的基体(晶圆)的运送位置与运送目的地位置之间的位置设置有位置检测传感器。在运送基体的情况下，通过位置检测传感器检测运送过程中的位置。根据检测的基体的位置，对基体的运送开始时设定的运送目的地位置进行校正。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利第5600703号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，专利文献1的构成需要特别设置位置检测传感器，造成结构复杂化以及成本增加的原因。另外，专利文献1的构成，虽然能够在晶圆通过位置检测传感器时检测晶圆的偏移，但却不能立即检测晶圆的偏移(滑动)的产生。
有鉴于此，本公开的目的在于提供一种机器人系统，其不需要另外设置的检测装置，即能够立即判定晶圆与机器人的保持部之间的滑动的产生。
解决问题所使用的技术方案
本公开所欲解决的问题诚如上面的说明，下面说明用于解决该问题的手段及其功效。
根据本公开的第一方面，提供以下结构的机器人系统。也就是说，该机器人系统具备机器人以及控制部。所述机器人具有通过电动马达驱动的一个以上的关节，且能够通过保持部保持晶圆。所述控制部对所述机器人发出指令进行控制。在所述机器人通过所述保持部保持所述晶圆进行运送的情况下，所述控制部根据与所述电动马达相关的信息，进行是否在所述保持部与所述晶圆之间产生滑动的判定、以及对所述晶圆的相对于所述保持部的滑动量的估计中的至少一个。
由此，既不需要特殊的检测装置，也不需要机器人的特殊的动作，能够立即判定机器人的保持部与保持的晶圆之间的滑动的产生、以及/或能够即时估计滑动量。
根据本公开的第二方面，提供以下结构的机器人系统。也就是说，该机器人具备控制部以及位置偏移检测装置。所述机器人具有通过电动马达驱动的一个以上的关节，且能够通过保持部保持晶圆。所述控制部对所述机器人发出指令进行控制。所述位置偏移检测装置能够检测所述晶圆的位置偏移。所述控制部能够在所述晶圆的运送期间，根据是否在所述晶圆与所述保持部之间产生滑动的判定结果、或者根据滑动量，在不经由所述位置偏移检测装置的第一路径、与经由所述位置偏移检测装置的第二路径之间切换所述晶圆的运送路径。
由此，能够根据晶圆的运送状态，以能够有效地运送晶圆的方式合理地规划运送路径。
根据本公开的第三方面，提供以下的滑动判定方法。也就是说，该滑动判定方法，用于在机器人系统中判定所述晶圆与所述保持部之间的滑动的产生，该机器人系统具备机器人以及控制部。所述机器人具有通过电动马达驱动的一个以上的关节，且能够通过保持部保持晶圆。所述控制部对所述机器人发出指令进行控制。该滑动判定方法包括第一工序以及第二工序。在所述第一工序中，在通过所述保持部保持晶圆进行运送的情况下，取得与所述电动马达相关的信息。在所述第二工序中，根据所述信息判断是否有产生所述滑动。
由此，既不需要特殊的检测装置，也不需要机器人的特殊的动作，能够即时在机器人的保持部与保持的晶圆之间判定滑动的产生。
发明的功效
根据本公开，不需要另外设置的检测装置，即能够即时判定晶圆与机器人的保持部之间的滑动的产生。
附图说明
图1是显示本公开的一实施方式的机器人系统的构成的立体图；
图2是详细显示机器人的构成的立体图；
图3是显示机器人系统的一部分构成的框图；
图4是显示驱动机器人的每个部分的电动马达的各个电流值的曲线图；和
图5是驱动机器人的每个部分的电动马达的各个位置偏移的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本公开的实施方式。图1是显示本公开的一实施方式的机器人系统100的构成的立体图。图2是详细显示机器人1的构成的立体图。图3是显示机器人系统100的一部分构成的框图。图4是显示驱动机器人1的每个部分的电动马达的各个电流值的曲线图。图5为驱动机器人1的每个部分的电动马达的各个位置偏移的曲线图。
图1所示的机器人系统100是使机器人1在无尘室等工作空间内进行工作的系统。
机器人系统100应用于省略图示的半导体处理系统。在半导体处理系统中，对作为处理对象的基板的晶圆2实施预先设定的各种处理。机器人系统100用于在半导体处理系统具备的各种装置等之间运送晶圆2。
机器人系统100具备机器人1、控制装置(控制部)5以及位置偏移检测装置8。
机器人1作为用于运送保管在保管装置6的晶圆2的晶圆移载机器人发挥作用。在本实施方式中，机器人1由SCARA(平面关节型机械手臂)型水平多关节机器人实现。SCARA是Selective Compliance Assembly Robot Arm(选择顺应性关节机械手臂)的缩写。
如图2所示，机器人1具备手部(保持部)10、机械手臂11以及姿势检测单元12。
手部10是末端效应器的一种，通常在俯视时形成为V字形或U字形。手部10被支撑在机械手臂11(具体为后述的第二连杆16)的前端。手部10以上下方向延伸的第四轴c4为中心相对于第二连杆16旋转。
机械手臂11主要具有基座13、升降轴14、以及多个连杆(在此，第一连杆15以及第二连杆16)。
基座13固定于地面(例如，无尘室的地板)。基座13具有作为支撑升降轴14的基座构件的功能。
升降轴14沿上下方向相对于基座13移动。通过其升降能够变更第一连杆15、第二连杆16以及手部10的高度。升降轴14以上下方向延伸的第一轴c1为中心相对于基座13旋转。由此，能够在水平平面内变更通过升降轴14支撑的第一连杆15(乃至第二连杆以及手部10)的姿势。
第一连杆15被支撑在升降轴14的上部。第一连杆15以上下方向延伸的第二轴c2为中心相对于升降轴14旋转。由此，能够在水平平面内变更第一连杆15的姿势。
第二连杆16被支撑在第一连杆15的前端。第二连杆16以上下方向延伸的第三轴c3为中心相对于第一连杆15旋转。由此，能够在水平平面内变更第二连杆16的姿势。
本实施方式的机器人1具备致动器，该致动器使机器人1具备的各个部分(升降轴14、第一连杆15、第二连杆16以及手部10)以各自的轴为中心分别进行旋转。该致动器由图3所示的电动马达3构成。
各电动马达3经由省略图示的驱动器等驱动装置与控制装置5电连接。控制装置5对驱动器输出控制指令(指令旋转位置)等，以控制电动马达3的旋转。
姿势检测部12具备多个旋转传感器12a。旋转传感器12a例如由编码器构成。每个旋转传感器12a检测驱动手部10、升降轴14、第一连杆15以及第二连杆16的驱动马达3的每个旋转位置。各旋转传感器12a与控制装置5电连接，且将检测的旋转位置传送至控制装置5。
控制装置5由公知的电脑构成，该电脑具备CPU、ROM、RAM、辅助存储装置等。辅助存储装置例如由HDD、SSD等构成。辅助存储装置存储有用于控制机器人1的机器人控制程序等。该机器人控制程序内包括用于实现本公开的滑动判定方法的各个工序的滑动判定程序。
控制装置5根据预先设定的动作程序或由用户输入的移动指令等，对驱动所述机器人1的各部分的各个电动马达3输出指令旋转位置等的控制指令进行控制，使手部10移动至预先设定的指令位置。
位置偏移检测装置8例如由预对准器(晶圆对准器)构成。如图1所示，位置偏移检测装置8具备旋转台81以及线型传感器82。
旋转台81能够通过省略图示的电动马达等使晶圆2旋转。旋转台81在台上放置晶圆2的状态下旋转。旋转台81例如形成为圆柱状。
线型传感器82例如由具有投光部以及受光部的透过型传感器构成。投光部与受光部相互对置，且在上下方向隔开既定的间隔配置。线型传感器42经由排列在旋转台81的径向的投光部投射检测光，且经由设在投光部下方的受光部接收检测光。作为检测光例如可为激光。若晶圆2载置在旋转台81上，则其外缘部位于投光部与受光部之间。
线型传感器82例如与控制装置5电连接。线型传感器82将受光部的检测结果传送至控制装置5。使旋转台81旋转时的受光部的检测结果的变化与晶圆2的外缘的形状对应。根据该外缘的形状，能够检测出晶圆2的中心距旋转台81的旋转中心的位置偏移。由此，在位置偏移检测装置8中，位置偏移的检测基准位置是旋转台81的旋转中心。控制装置5根据受光部的检测结果，取得晶圆2的实际位置偏移量。
接着，将容易产生晶圆2的滑动的取出晶圆时的判定作为示例，说明本实施方式的机器人系统100的滑动产生的判定。
再者，本实施方式的对机器人系统100的滑动产生的判定，能够在机器人1利用手部10运送晶圆2的过程的任何时间进行。也就是说，可以认为机器人1的对晶圆2的运送是自利用手部10取出一个位置的晶圆2至将晶圆2放在另一个位置的一系列动作。有无产生滑动，也能够在自一系列的动作开始至结束为止的任意时间进行判定。
根据对晶圆2进行的处理，晶圆2表面有时可能具有粘接性。例如，当机器人1自保管装置6中取出晶圆2时，晶圆2可能表现出像是被粘贴在保管装置6上那样欲停留在原地的举动。其结果，在通过手部10取出晶圆2的过程中，会在晶圆2与手部10之间产生滑动，造成晶圆2相对于手部10的位置偏移。
本实施方式的机器人系统100，在机器人1的动作期间使用控制装置5，监视与驱动机器人1的每个部分的各电动马达3中流动的电流、电动马达3的位置、位置偏移、电动马达3的速度以及加速度、速度偏移、加速度偏移等相关的信息。在下面的说明中，关于电动马达3若无特别说明，则其位置、速度以及加速度是指旋转位置、旋转速度以及旋转加速度。
各电动马达3的电流值，例如，通过设在省略图示的马达驱动电路的电流传感器量测。电动马达3的位置，例如能够根据旋转传感器12a的测定值而获得。例如，能够通过对旋转传感器12a的测定值进行时间微分，获得电动马达3的速度以及加速度。位置偏移、速度偏移以及加速度偏移，能够通过计算所述的位置、速度以及加速度与目标位置、目标速度以及目标加速度的差而获得。
在本实施方式的机器人系统100中，当机器人1自保管装置6中取出晶圆2时，控制装置5根据电动马达3的电流值等判定晶圆2是否产生滑动。
下面，将图4所示的电流值以及图5所示的位置偏移作为示例，详细地说明控制装置5中的滑动判定。在图4以及图5中，显示有将各值设为纵轴、将时间设为横轴的曲线图。图4以及图5显示取出晶圆2时的既定时间(例如，2、3秒间)的数据。图4以及图5的曲线图仅为一例，能够根据状况考虑各种的波形。
图4的上侧是显示未产生滑动时的电动马达3的电流值的曲线图。图4的下侧是显示产生滑动时的电动马达3的电流值的曲线图。
比较图4的上侧与下侧，可知根据有无产生滑动，驱动机器人1的各部分的多个电动马达3中的至少一部分电动马达3的电流值产生变化。例如，在流经驱动第二轴c2的关节的电动马达3的电流波形中，无论滑动产生与否，皆产生有多个正向或负向的尖峰部分，但在产生滑动的情况下，数个尖峰部分的峰值明显增大。
控制装置5经由所述电流传感器取得流动于电动马达3的电流且进行监视(第一工序)。在如图4(b)所示瞬间变大的电流值过大的情况下，控制装置5判定为在晶圆2的取出时产生有滑动(第二工序)。
电流值是否过大的判定，能够简单地通过与既定的电流阈值的比较而进行。或者，也能够通过波形的比较判定滑动。具体而言，预先适宜地存储未产生滑动时的基准波形，且将获得的电流波形与基准波形进行比较。控制装置5计算曲线形状的乖离度，若该乖离度超过阈值则判定为产生有滑动。作为基准波形，例如能够採用图4上侧的曲线图的波形。
流动于电动马达3的电流通过电动马达3的操作的目标值与动作的量测值而确定。因此，只要能够通过电流检测滑动的产生，则同样地也能够通过电动马达3的位置偏移、速度偏移以及加速度偏移的举动检测滑动的产生。
图5显示旋转位置的偏移的例子。图5的上侧是显示未产生滑动的情况下的旋转位置的偏移的曲线图。图5的下侧是显示产生滑动的情况下的旋转位置的偏移的曲线图。
如图5的下侧所示，在产生有滑动的情况下，即使在电动马达3的位置偏移的推移中，也会出现负向的较大尖峰的产生等特征性的举动。通过利用适宜的方法检测该位置偏移的特征，能够判断为产生了滑动。
尽管省略显示波形的探讨，但同样地可以认为能够根据电动马达3的速度偏移以及加速度偏移判定滑动的产生。
电流值等的波形显示出与通常不同的举动的原因，除了晶圆2的滑动的外还能够考虑各种各样的因素。关于这点，本实施方式的控制装置5，自电流值等的波形中提取容易产生晶圆2的滑动的晶圆取出时的有限时间判定有无滑动。由此，能够抑制关于滑动的误判。
在本实施方式中，控制装置5根据由电动马达3的电流值等以软件判定晶圆2的滑动。由此，由于不需要传感器等的特殊装置，因此能够简化配置。另外，由于不需要改造硬件，因此容易应用于既有的机器人系统。
在本实施方式的机器人系统100中，控制装置5如上述判定有无产生滑动。在判定为未产生滑动的情况下，控制装置5以将晶圆2自保管装置6直接运送至省略图示的处理装置的方式使机器人1动作(第一路径R1)。在判定为产生有滑动的情况下，控制装置5以将晶圆2自保管装置6暂时运送至位置偏移检测装置8，并将晶圆2自位置偏移检测装置8运送至省略图示的处理装置的方式使机器人1动作(第二路径R2)。图1中以箭头示意显示第一路径R1以及第二路径R2。
在晶圆2上产生有滑动的情况下，晶圆2的位置相对于手部10产生偏移。当机器人1根据第二路径R2将晶圆2运送至位置偏移检测装置8时，放置的晶圆2的中心与旋转台81的旋转中心之间会随着所述偏移而产生偏移。该偏移的大小以及方向通过位置偏移检测装置8所检测。机器人1在能够抵消取得的位移的位置，利用手部10取出旋转台81上的晶圆2，且将其运送至运送目的地的处理装置。由此，能够纠正晶圆2的滑动，在无位置偏移的状态下正确地朝处理装置运送。
在本实施方式中，由于通过监视电动马达3的电流值等检测晶圆2的滑动，因此能够几乎实时地检测滑动。因此，在自保管装置6取出晶圆不久(例如，图1的状态)时，控制装置5已经成为完成了是否产生有滑动的判断的状态。在判定为产生有滑动的情况下，控制装置5可以运送至位置偏移检测装置8的方式在现场切换晶圆2的运送路径。
假定在所有晶圆2皆经由位置偏移检测单元8运送的情况下，则运送节拍时间大幅增加。然而，在本实施方式中，由于仅在检测出晶圆2的滑动的情况下才採用第二路径R2，因此能够防止在无偏移的情况下作为偏移检测的情况。由于不需要特别使机器人1动作用于检测滑动，因此在第一路径R1的情况下，运送节拍时间的增加实质为零。如此，本实施方式的机器人系统100，能够一面对应于不规则地产生的滑动一面有效地运送晶圆2。
如以上说明，本实施方式的机器人系统100具备机器人1以及控制装置5。机器人1具有通过电动马达3驱动的一个以上的关节，且能够通过手部10保持晶圆2。控制装置5对机器人1发出指令进行控制。在机器人1通过手部10保持晶圆2进行运送的情况下，控制装置5根据电动马达3的电流值等，判定是否在手部10与晶圆2之间产生滑动。
由此，既不需要特殊的检测装置，也不需要机器人1的特殊的动作，即可立即判定是否在机器人1的手部10与保持的晶圆2之间产生滑动。
另外，在本实施方式的机器人系统100中，控制装置5根据在手部10取出晶圆2时的既定期间取得的电动马达3的电流值等判定滑动的产生。
由此，由于仅根据容易产生滑动的期间的信息判定滑动的产生，因此能够防止误判。
另外，在本实施方式的机器人系统100中，用于判定有无滑动的信息包括电动马达3的电流值、位置偏移、速度偏移以及加速度偏移中的至少一个。
由此，能够适宜判定是否产生滑动。
另外，本实施方式的机器人系统100，具备能够检测晶圆2的位置偏移的位置偏移检测装置8。在判定为未产生滑动的情况下，控制装置5以在不经由位置偏移检测装置8的第一路径R1运送晶圆2的方式控制机器人1。当判定为产生有滑动的情况下，控制装置5以在经由位置偏移检测装置8的第二路径R2运送晶圆2的方式控制机器人1。
由此，能够一面根据滑动的产生校正晶圆2的位置一面有效地运送晶圆2。
其次，说明本公开的变形例。另外，在本变形例的说明中，在图式中对与所述实施方式相同或类似的构件赋予相同的符号，并省略说明。
在本变形例的机器人系统100中，控制装置5在所述晶圆的运送期间，如上述判定是否有产生滑动。在判定为未产生滑动的情况下，则将晶圆2的运送路径设为第一路径R1。在判断为产生滑动的情况下，将晶圆2的运送路径设为第二路径R2。
是否产生滑动的判定，如在所述实施方式所述，能够根据电动马达3的电流值进行。但是，不限于此。例如，也能够根据对通过省略图示的照相机拍摄运送过程中的晶圆2而得的图像进行分析的结果计算滑动。图像的分析既能够通过控制装置5进行，也能够通过与控制装置5不同的电脑进行。
晶圆2的运送路径的切换，也能够根据滑动量进行以代替是否产生滑动的判定。滑动量能够通过分析所述照相机拍摄的图像而获得。控制装置5通过将计算的滑动量与预先设定的阈值进行比较，判断是否需要切换晶圆2的运送路径。
在滑动量为阈值以下的情况下，由于晶圆2的相对于手部10的位置偏移在能够接受的范围内，因此，晶圆2按最初的预定以第一路径R1运送。在滑动量超过阈值的情况下，则将晶圆2的运送路径变更为第一路径R2。
为了检测晶圆2的滑动，能够使用例如设在装置侧的省略图示的光学传感器以代替照相机。光学传感器配置在晶圆2的运送路径中的适宜位置。在晶圆2产生滑动的情况下，光学传感器在与通常不同的时间检测运送的晶圆2。由此，能够判定是否有产生滑动。
作为光学传感器也可使用能够检测运送过程中的晶圆2的外缘的线型传感器。在此情况下，能够取得晶圆2的滑动量。
上面，对本公开的优选实施方式以及变形例进行了说明，但所述构成例如可以如下方式变更。
另外，不限于机器人1自运送目的地取出晶圆2时的滑动，也能够检测将晶圆2置于运送目的地时的滑动。在将晶圆2放置在运送目的地时检测出滑动的情况下，优选控制装置5以再次取出放置在运送目的地的晶圆2并朝位置偏移检测装置8运送，且在校正了偏移的后将其再次置于运送目的地的方式进行控制。
控制装置5也能够不仅自电动马达3的电流值、位置偏移等中的一个，而是自多个组合判定滑动的有无。当通过手部10运送晶圆2时，在大多数情况下，多个关节的每一个分别通过电动马达3所驱动。由此，能够通过多个电动马达3中的电流值等的信息的组合，判定有无滑动。
在所述实施方式中，控制装置5判定有无滑动的产生。然而，完全可以想像，在晶圆2的滑动例如为1mm的情况以及10mm的情况下，电流值等的波形是不同波形。因此，尚有通过电流值等的监视定量地求出滑动的大小的余地。也能够通过机器学习电流值等的波形与产生的滑动的大小之间的关系，使学习模型自波形估计滑动的大小。
在所述实施方式中，控制装置5根据关于电动马达的信息，判定是否产生滑动。除此以外，或者也能够代替此，控制装置5能够根据关于电动马达的信息，估计晶圆2的相对于手部10的滑动量。滑动量例如能够根据与电流值等信息相关的值连续变得过大的期间以及该期间内的机器人1的动作量进行计算。在估计完滑动量的后，控制装置5能够根据将获得的滑动量与既定阈值进行比较的结果，判定有无产生滑动。
在不需要自动校正位置偏移的情况下，也能够省略位置偏移检测装置8。
本说明书中公开的元件的功能，能够使用包括以执行公开的功能的方式构成或编程的通用处理器、专用处理器、集成电路、ASIC(特殊应用集成电路)、常规电路以及/或其组合的电路或处理电路执行。由于包括晶体管或其他电路，因此处理器能够被视作为处理电路或电路。在本公开中，电路、单元或手段执行所列举的功能的硬件、或者也能够为以执行列举的功能的方式被编程的硬件。硬件能够为本说明书中公开的硬件，或者也能够为以执行列举的功能的方式被编程或构成的其他已知硬件。在硬件被认为电路的一种的处理器的情况下，电路、手段或单元是硬件与软件的组合，且软件被使用在硬件以及/或处理器的构成。

Claims (6)

1.一种机器人系统，其特征在于包括：
机器人，其具有由通过电动马达驱动的一个以上的关节，且能够通过保持部保持晶圆；以及
控制部，其对该机器人发出指令进行控制，
在所述机器人通过用所述保持部保持所述晶圆进行运送的情况下，所述控制部根据与所述电动马达相关的信息，进行是否在所述保持部与所述晶圆之间产生滑动的判定、以及对所述晶圆的相对于所述保持部的滑动量的估计中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述控制部根据在所述保持部取出所述晶圆时的规定期间取得的与所述电动马达相关的信息，判定所述滑动的产生。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，该信息包括所述电动马达的电流值、位置偏差、速度偏差以及加速度偏差中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，具备能够检测所述晶圆的位置偏移的位置偏移检测装置，
在判定为未产生滑动的情况下，所述控制部以在不经由所述位置偏移检测装置的第一路径运送所述晶圆的方式控制所述机器人，在判断为产生了滑动的情况下，以在经由所述位置偏移检测装置的第二路径运送所述晶圆的方式控制所述机器人。
5.一种机器人系统，其特征在于包括：
机器人，其具有由通过电动马达驱动的一个以上的关节，且能够通过保持部保持晶圆；
控制部，其对该机器人发出指令进行控制；以及
位置偏移检测装置，其能够检测所述晶圆的位置偏移，
所述控制部能够在所述晶圆的运送期间，根据是否在所述晶圆与所述保持部之间产生滑动的判定结果、或者根据滑动量，在不经由所述位置偏移检测装置的第一路径、与经由所述位置偏移检测装置的第二路径之间切换所述晶圆的运送路径。
6.一种滑动判定方法，用于在机器人系统中判定所述晶圆与所述保持部之间是否产生滑动，该机器人系统具备机器人以及控制部，所述机器人具有通过电动马达驱动的一个以上的关节，且能够通过保持部保持晶圆，所述控制部对所述机器人发出指令进行控制，该滑动判定方法的特征在于包括以下的工序：
第一工序，在所述第一工序中，在通过所述保持部保持晶圆进行运送的情况下，取得与所述电动马达相关的信息；以及
第二工序，在所述第二工序中，根据所述信息判断是否有产生所述滑动。
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