JP2008300608A - 昇降位置確認手段を有する基板搬送装置及びそれを備えた半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造装置で基板を搬送する基板搬送装置において、昇降する可動子が目的の位置に到達したことを確実に確認できる構成を提供し、それにより基板の破損を防止できるようにする。
【解決手段】アームとハンドを搭載した可動子５を上下に昇降させる昇降部において、装置の起動時に、搬送装置の制御装置で、インクリメンタル式のリニアスケール８のフィードバック値ＬnrＦb₀を、絶対値式エンコーダ１６から得られるフィードバック値ＭtrＦb₀のリニアスケール換算値ＭtrＦb₀'と同じになるよう記憶しなおし、所定のときにフィードバック値ＭtrＦbのリニアスケール換算値ＭtrＦb'とフィードバック値ＬnrＦbとを比較する基板搬送装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ、液晶ガラス、レチクルなどの基板を搬送する基板搬送装置に関し、特に基板搬送装置が昇降動作において目標の位置に到達したかを確実に確認できる手段を有するものに関する。

半導体製造装置において、半導体ウェハ、液晶ガラス、レチクルといった薄板状の基板を搬送するため、基板搬送装置（ロボット）が使用されている。その基板搬送装置の外観側面を示す図が図４である。
図４において、４１はアームやハンドの機体を示している。機体４１の上部には水平面で伸縮（Ｒ方向）及び回転（θ方向）するアーム４２が搭載されている。アーム４２の先端には基板を搭載するハンド４３が設けられている。機体４１は、可動子５に搭載、固定されていて、可動子５は後述する昇降部４０の機構によって図中矢印Ｚ方向に上下可能である。図４で示す基板搬送装置は、特に基板のストッカ（棚）に対して、そのストッカに収納されるレチクルを搬送するロボットである。つまり昇降部４０によって目的のストッカまで到達した後、アームを駆動してハンドで基板を取り出したり、載置したりする。

そして、昇降部４０の従来の機構のみを模式的に表した図が図２である。（ａ）が昇降部の上面図、（ｂ）がその正面図を示している。
図２において、１は昇降軸駆動モータであり、昇降軸ベース板１１に固定されている。昇降軸ベース板１１は、上下（天地）方向に立設される支柱状の形態である。昇降軸駆動モータ１は回転型のモータである。昇降軸駆動モータ１の出力軸には駆動プーリ１３が固定されている。駆動プーリ１３にはタイミングベルト３が巻装され、駆動プーリ１３の回転を従動プーリ１４に伝達する。従動プーリ１４の回転はボールネジ軸２を回転させる。ボールネジ軸２にはボールネジナット６が回転自在に嵌入されている。一方、昇降軸ベース１１にはリニアガイド４が天地（上下）の方向に設置されていて、リニアガイド４に上下に精密に案内される複数の可動ブロック１２がさらに可動子５に固定されている。これにより可動子５は上下方向に精密に案内されて移動可能である。また、可動子５はボールネジナット６にも接続固定されている。従って、アームやハンドを搭載した可動子５は、昇降軸駆動モータ１の回転動作により、リニアガイド４に案内されながら、ボールネジ軸２及びボールネジナット６の作用により上下方向に精密に動作が可能である。

以上のような構成により、基板搬送装置は、昇降部４０の昇降軸駆動モータ１の回転によって上下方向に動作し、その位置が決定されると、アーム４２を伸縮させ、ハンド４３に搭載した基板を目的の位置に載置又はピックアップして基板の搬送を行う。このとき、昇降部４０の位置は、通常、昇降軸駆動モータ１に設けられている回転型検出器（エンコーダ）１５の情報によって決定される。つまり、図示しない基板搬送装置の制御装置（コントローラ）に昇降軸駆動モータ１の回転型検出器の情報がフィードバックされながら、可動子５が目的の位置となるよう制御装置から昇降軸駆動モータ１に回転指令が送出されて位置決めが行われる。
ところが、上述した昇降部では、モータの出力軸にはプーリ１３、１４とタイミングベルト３によるバックラッシが必ず存在し、また、ボールネジ２、６にも同様にバックラッシが存在する。また、タイミングベルト３が切れると可動子５が落下する恐れもある。一方、上記のように昇降部の位置決めを回転型検出器１５の情報のみで行うセミクローズド制御のみの位置制御構成だと、可動子５のような負荷側の実際の位置を直接監視できないので、ボールネジ２、６やタイミングベルト３などに問題があって可動子５が目的の位置に到達していないのに、回転型検出器１５の情報によって制御装置側が可動子５は目的の位置に到達したと判断する恐れがある。このように、確実な位置決めが確認できていない状態で、特に高価なレチクルをロボットが搬送しようとすると、レチクルを落下させたり、他の障害物に干渉させて損傷させる恐れがある。

そこで、昇降部において、上記のような機械的問題の影響に左右されずに可動子５の実際の位置を直接計測するセンサ等を用いて、フルクローズ制御することが考えられる。つまり、可動子の位置を直接計測するセンサの出力を制御装置にフィードバックさせて、位置指令との偏差が無くなる様に制御する構成である。しかし、基板搬送ロボットにおいては、基板を載置する位置や、ピックアップする位置に正しく到達しているかを確認できればよく、こういった場合にフルクローズド制御の制御構成とする必要は無い。また、制御系の構成も複雑になってしまい、コストも高価なものとなってしまう。

そこで、昇降部において、フルクローズ制御することなく、可動子５即ち基板搬送ロボットが目的の位置に確実に到達したことを監視するために従来は図３のような構成がとられていた。図３の主要な構成は図２と同一なので同番号を付した箇所の説明は省略する。図３では、可動子５が確実に位置決めされることが必要な箇所（目的の位置）のそれぞれに、透過センサ９が設けてある。透過センサ９は、昇降軸ベース１１に固定されているセンサで、投光側から受光側へと発光する光軸を有し、これら投光側と受光側とが一体に形成された透過式のものである。この光軸が遮られたときセンサの出力を変化させる。一方、可動子５には遮光板１０が設けられていて、可動子５が上下に移動して目的の位置に到達したときに、ちょうど透過センサ９の光軸を遮るように固定されている。このセンサを、基板搬送ロボットが確実に位置決めされることが必要な箇所のそれぞれに設け、制御装置から位置指令を送出し、可動子５の位置決めが完了したときに、このセンサ９の出力を制御装置で確認し、センサ９の出力が正しく得られていれば、可動子が目的の位置に到達していると判断し、アームの動作を開始するようになっている。
しかしこの場合、通常、目的の位置は多数存在するのに、目的の位置ごとに透過センサを設けることになってしまう。また、目的の位置で透過センサ９の光軸が遮光板１０によって遮光されるよう透過センサ９の設置位置ごとにセンサ位置の微調整が必要となり、組み立て時の作業が煩雑となる。
また、図２の構成ではタイミングベルトが切断されて可動子が落下を始めても制御装置側ではそのことが判断できず、図３の構成であったとしても、少なくとも遮光板１０が透過センサ９の光軸を遮光しなくなるまで可動子が落下しないと、そのことが制御装置側で判断できない。

以上のように、従来の基板搬送装置は、昇降部の位置確認を、駆動モータに搭載した回転型検出器で行っているが、バックラッシや、ベルトの切断など機械的問題を含んだ実際の負荷側（可動子）の位置を監視することができないので、可動子が目的の位置まで実際に到達しているか不明であり、万一、目的の位置まで正しく到達していない状態で基板搬送ロボットのアームを動作させると、ハンドや基板を周辺機器と衝突させて破損させるという問題があった。
また、負荷側（可動子）の実際の位置を常に監視できるようリニアスケールなど外部センサを設けてフルクローズ制御しようとすると、上記のような基板搬送ロボットにとっては過剰な制御構成となってしまうという問題があった。
また、昇降軸ベース側に目的の位置ごとに透過センサを配置し、可動子側の遮光板でその光軸を遮光するよう構成した場合は、目的の位置の箇所数だけ透過センサを設置しなくてはならないので、センサの配線も増えて、作業が煩雑化し、信頼性も下がるうえ、装置の小型化を阻害するという問題があった。
また、昇降部にタイミングベルトなどが存在する場合、これが切断して可動子が落下を始めても制御装置側がこれをすぐに検知できず、その間に基板を損傷させる恐れがあった。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、基板を搭載するアームと、前記アームを搭載する可動子と、絶対値式エンコーダを備えた回転型モータによって前記可動子を上下に昇降させる昇降部と、前記可動子の昇降位置を検出するインクリメンタル式のリニアスケールと、前記リニアスケールの出力が入力されるとともに、前記昇降部と前記アームとを制御する制御装置と、を備えた基板搬送装置において、前記制御装置は、前記基板搬送装置の起動時に、前記リニアスケールのフィードバック値ＬnrＦb₀を、前記絶対値式エンコーダから得られるフィードバック値ＭtrＦb₀のリニアスケール換算値ＭtrＦb₀'と同じになるよう記憶しなおし、その後、前記回転型モータに前記可動子が目的の位置まで到達するよう指令を送出し、その位置決めが完了したときに、その時の前記フィードバック値ＭtrＦbのリニアスケール換算値ＭtrＦb'と前記フィードバック値ＬnrＦbとを比較し、所定時間以内にこれらの値の差が予め与えられた範囲内にならなかった場合、前記可動子が前記目的の位置に到達しなかったと判断することを特徴とする基板搬送装置とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記制御装置は、前記可動子が前記目的の位置に到達していないと判断した場合、前記昇降部と前記アームの動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記制御装置は、前記基板搬送装置が組み込まれている半導体製造装置の制御装置にさらにアラームを送出することを特徴とする請求項２記載の基板搬送装置とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記昇降部は、前記回転型モータの出力軸に設けられた駆動プーリと、前記駆動プーリに巻装されるタイミングベルトと、前記タイミングベルトによって前記駆動プーリの回転を伝達する従動プーリと、前記従動プーリによって回転するボールネジ軸と、前記ボールネジ軸に回転自在に嵌入されるとともに前記可動子に固定されるボールネジナットと、前記ボールネジ軸の端部を保持可能なブレーキ機構と、を備え、前記制御装置は、前記可動子の位置決めが完了した後、前記可動子を前記目的の位置で停止させる場合にも所定の周期ごとに前記比較を実行し、前記差が予め与えられた範囲外となったとき、前記ブレーキ機構を動作させて前記可動子の動きを停止させることを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の基板搬送装置を備えて前記基板を搬送することを特徴とする半導体製造装置とするものである。

請求項１に記載の発明によると、可動子が目的の位置まで到達したかを確認するのに、従来では目的の位置ごとに設置されたセンサでしか確認できなかったが、リニアスケールによって随所で確実に検出することができる。これにより従来のように目的の位置ごとに透過センサを設置する必要がなく、搬送装置の少なくとも昇降部の外形が大きくなることを防止することができる。また、目的の位置が変更になっても、センサを再調整したり増減させたりする必要がなくなる。また、従来のようにセンサが多数にならないので、センサ線などの配線作業が無くなり、組み立て時の作業が煩雑にならず、センサ線断線の確率が少なくなるので装置の信頼性も向上する。また、装置の起動時にリニアスケールのフィードバック値を制御装置で記憶しなおし、一方、可動子の位置指令は絶対値式エンコーダを備えた回転型モータで行ったうえで、絶対値式エンコーダの出力とリニアスケールの出力とを比較するので、リニアスケールは一般的なインクリメンタル式のものを使用することができ、制御もフルクローズ制御する必要も無い。
請求項２、３に記載の発明によると、例えば基板が高価なレチクルであったら確実に基板の保護ができる搬送装置とすることができる。
請求項４に記載の発明によると、昇降部の機構が、回転型モータからベルト伝達で回転されるボールネジを備える場合、可動子にその位置を保持させてもベルトの切断などによって可動子が落下する恐れがあるが、可動子を目的の位置に保持させるときでもＭtrＦb'とＬnrＦbとを所定の周期ごとに比較して監視することによって、その落下が監視でき、さらに落下が確認できるとブレーキ機構を動作させることによって可動子にその位置を保持させることができるので、基板を損傷させることが無い。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の基板搬送装置の昇降部の簡易構造図である。図１の主要な構成は図２と同一なので同番号を付した箇所の説明は省略する。図１において、１６は昇降軸駆動モータ１に搭載されている、絶対値式の回転型検出器である。
また本発明では、インクリメンタル式のリニアスケール８が設けられている。昇降軸ベース１１にはリニアスケール８のスケール８ａが貼付されていて、可動子５にはリニアスケール８のヘッド８ｂが固定されている。ヘッド８ｂは微小の間隔をおいてスケール８ａを検知し、その信号を図示しない制御装置にフィードバックする。リニアスケール８は、その出力信号によってフルクローズ制御を行うためのものではなく、昇降軸駆動モータ１による可動子５の位置決めが完了したとき、可動子５が目的の位置に正しく到達しているかどうかを客観的に判定するために設けるものである。
そして、本発明は、このリニアスケール８の出力信号と昇降軸駆動モータ１に搭載された絶対値式検出器１６の出力信号とを比較し、両信号間に決められた閾値以上の差がある場合は、可動子５が目的の位置に到達しておらず、昇降軸駆動モータ１とボールネジ２の連結部等、機械的に不良があると判断してアラームを出力しロボットの動作を停止するものである。

本発明の具体的な動作について説明する。
まず、本発明では起動時など昇降軸駆動モータ１がＯｎされたとき、リニアスケール８のフィードバック値（ＬnrＦb₀）を設定する。すなわち、起動時の絶対値式回転型検出器１６によるそのときのフィードバック値（ＭtrＦb₀）が認識されると、そのときのリニアスケール８のフィードバック値を、
ＭtrＦb₀×Ｇear比 ・・・ＭtrＦb₀のリニアスケール換算値
であるとして制御装置に記憶しなおす。Ｇear比は本発明の場合ボールネジや昇降軸駆動モータ１に接続されているプーリなどの減速機の比である。
その後、予め定めたときに、制御装置にてリニアスケール８のフィードバック値（ＬnrＦb）と昇降軸駆動モータ１に搭載された絶対値検出器のフィードバック値（ＭtrＦb）との比較を行う。具体的には本発明では、制御装置によって昇降軸駆動モータ１に可動子５が目的に位置に到達するよう指令を送出した後、その位置決めが完了したことを確認したとき、下記の要領でこれらの比較を行う。
つまり、制御装置で検出したモータの絶対値式回転型検出器１６のそのときのフィードバック値（ＭtrＦb）について、
ＭtrＦb' ＝ＭtrＦb × Ｇear比 ・・・・ＭtrＦbのリニアスケール換算値
を算出し、そしてこの値と、そのときのリニアスケール８のフィードバック値（ＬnrＦb）について、
| ＬnrＦb | ≦ |ＭtrＦb '| ＋ Ｎ
であることを比較する。Ｎは予め与えられた値である。
そして、この式が所定時間以上満たされないとき、可動子５が目的の位置に到達していないと判断する。
また、このとき、基板を保護するために昇降部とアームの動きを停止させ、さらに制御装置から例えば基板搬送装置が組み込まれている半導体製造装置の制御装置（上位のホスト）にアラームを出すように構成する。

また、本発明ではボールネジ軸２の端部にブレーキ機構１７が設けられている。ブレーキ機構１７はボールネジ軸２の回転を停止させることができるようになっている。
そして、上記のように可動子５が目的の位置に到達したとき以外にも、可動子５が昇降部において停止しているときに、所定の時間（例えば２ｍｓｅｃなど短い周期）ごとに上記比較を実施し、ＬnrＦb とＭtrＦb 'の差が予め与えられた範囲外となったとき、可動子５が目的の位置を保持せず、例えばベルトの切断などによって落下を開始したと判断し、ブレーキ機構１７を動作させて可動子５を停止させるよう構成されている。これにより、例えば可動子５の落下することを監視できるので、基板をより安全に搬送・保持できる。

以上の構成によれば、従来のように、可動子が目的の位置に確実に到達したことを監視するために、目的の位置ごとに設置していた透過センサなどのセンサを設ける必要が無くなる。また、装置の完成後に目的の位置が増減しても、センサを増減させる必要も無い。
また、装置の起動時に、リニアスケールのフィードバック値を絶対値式回転型検出器のフィードバック値から算出された値として制御装置で記憶するので、インクレメンタル式のリニアスケールでも使用でき、簡単に目的の位置への未到達が確認できる構成を構築できる。

本発明の実施例を示す昇降軸の簡易構造図（ａ：上面図、ｂ：正面図） 従来の基板搬送ロボットの昇降軸の簡易構造図（ａ：上面図、ｂ：正面図） 従来のその他の基板搬送ロボットの昇降軸の簡易構造図（ａ：上面図、ｂ：正面図） 基板搬送ロボットの概略図

符号の説明

１ 昇降軸駆動モータ
２ ボールネジ軸
３ タイミングベルト
４ リニアガイド
５ 可動子
６ ボールネジナット
７ ヘッド
８ リニアスケール
８ａ スケール
８ｂ ヘッド
９ 透過センサ
１０ 遮光板
１１ 昇降軸ベース板
１２ 可動ブロック
１３ 駆動プーリ
１４ 従動プーリ
１５ 回転型検出器（エンコーダ）
１６ 絶対値式回転型検出器（絶対値エンコーダ）
１７ ブレーキ機構
４０ 昇降部
４１ 機体
４２ アーム
４３ ハンド

Claims (5)

1. 基板を搭載するアームと、前記アームを搭載する可動子と、絶対値式エンコーダを備えた回転型モータによって前記可動子を上下に昇降させる昇降部と、前記可動子の昇降位置を検出するインクリメンタル式のリニアスケールと、前記リニアスケールの出力が入力されるとともに、前記昇降部と前記アームとを制御する制御装置と、を備えた基板搬送装置において、
   前記制御装置は、前記基板搬送装置の起動時に、前記リニアスケールのフィードバック値ＬnrＦb₀を、前記絶対値式エンコーダから得られるフィードバック値ＭtrＦb₀のリニアスケール換算値ＭtrＦb₀'と同じになるよう記憶しなおし、その後、前記回転型モータに前記可動子が目的の位置まで到達するよう指令を送出し、その位置決めが完了したときに、その時の前記フィードバック値ＭtrＦbのリニアスケール換算値ＭtrＦb'と前記フィードバック値ＬnrＦbとを比較し、所定時間以内にこれらの値の差が予め与えられた範囲内にならなかった場合、前記可動子が前記目的の位置に到達しなかったと判断することを特徴とする基板搬送装置。
2. 前記制御装置は、前記可動子が前記目的の位置に到達していないと判断した場合、前記昇降部と前記アームの動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置。
3. 前記制御装置は、前記基板搬送装置が組み込まれている半導体製造装置の制御装置にさらにアラームを送出することを特徴とする請求項２記載の基板搬送装置。
4. 前記昇降部は、前記回転型モータの出力軸に設けられた駆動プーリと、前記駆動プーリに巻装されるタイミングベルトと、前記タイミングベルトによって前記駆動プーリの回転を伝達する従動プーリと、前記従動プーリによって回転するボールネジ軸と、前記ボールネジ軸に回転自在に嵌入されるとともに前記可動子に固定されるボールネジナットと、前記ボールネジ軸の端部を保持可能なブレーキ機構と、を備え、
   前記制御装置は、前記可動子の位置決めが完了した後、前記可動子を前記目的の位置で停止させる場合にも所定の周期ごとに前記比較を実行し、前記差が予め与えられた範囲外となったとき、前記ブレーキ機構を動作させて前記可動子の動きを停止させることを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置。
5. 請求項１記載の基板搬送装置を備えて前記基板を搬送することを特徴とする半導体製造装置。

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