JP2013198965A

JP2013198965A - 基板搬送装置及び基板搬送方法

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Publication number: JP2013198965A
Application number: JP2012069901A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nagano; 高士長野
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: JP6035035B2

Abstract

【課題】ＣＣＤカメラ６０によって認識されるカメラ座標系Ｓｃを搬送ロボット１０のロボット座標系Ｓｒに対応させ、ロボットハンド１０の位置を正確に補正できる基板搬送装置１００を提供する。
【解決手段】ロボットハンド２０に設けられるターゲットＴと、ロードロックチャンバ４１に設けられ、ターゲットＴを認識するＣＣＤカメラ６０と、ロボットアーム３０の旋回量又は収縮量を制御するコントローラ５０と、を具備し、コントローラ５０は、ロボットアーム３０を所定量だけ旋回又は伸縮させるための指令値を、ロボットアーム３０に与え、ロボットアーム３０に与えた前記指令値と、ＣＣＤカメラ６０によって認識されるターゲットＴの移動量との関係に基づいて、ＣＣＤカメラ６０のカメラ座標系Ｓｃをロボットハンド２０のロボット座標系Ｓｒに対応するように決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板搬送装置及び基板搬送方法の技術に関する。

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、ロボットアームを伸縮又は旋回させることによって、基板を載置したロボットハンドを移動させ、基板を搬送するものである。基板搬送装置のロボットアームは、基板からの熱、或いは、プロセス室内の熱源からの熱等の影響を受け熱膨張により変形することがある。

例えば特許文献１には、真空中において、ロボット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方法が開示されている。特許文献１に開示される基板搬送方法では、ＣＣＤカメラ（画像認識手段）によってロボットアームに取り付けられたマークを撮像し、ロボットアームの伸びによる撮像したマークのズレを検出し、ロボットアームの駆動量を補正している。

しかし、特許文献１に開示される基板搬送方法では、ＣＣＤカメラによって認識されるマークの移動基準については、開示されていない。ＣＣＤカメラを使用してズレ量を測定すると、ロボットアームの駆動量の補正を行うための制御単位は［ｐｉｘｅｌ］になる。この補正を行うには、ロボットが認識出来る制御単位である［ｍｍ］でズレ量を認識する必要がある。そのため、［ｐｉｘｅｌ］を［ｍｍ］に変換する等の処理が必要となる。

また、ＣＣＤカメラが認識するＣＣＤカメラ座標とロボット座標とは必ずしも直交しない。そのため、ＣＣＤカメラに対して、ロボット座標を認識させる必要がある。どのように［ｐｉｘｅｌ］から［ｍｍ］へ変換するのか、どのようにロボット座標を認識させるのかといった所謂キャリブレーション手段は、特許文献１の基板搬送方法には、開示されていない。

特開２００２−１７８２７９号公報

本発明の解決しようとする課題は、画像認識手段によって認識される画像の座標系を搬送ロボットの座標系に対応させ、ロボットハンドの位置を正確に補正できる基板搬送装置及び基板搬送方法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、ロボットアームを伸縮又は旋回させることによって、基板を載置したロボットハンドを移動させ、複数の真空チャンバ間で前記基板を搬送する基板搬送装置であって、前記ロボットハンドに設けられる標的と、前記複数のチャンバのうちの少なくとも一つに設けられ、前記標的を認識する画像認識手段と、前記ロボットアームの旋回量又は収縮量を制御する制御装置と、を具備し、前記制御装置は、前記ロボットアームを所定量だけ旋回又は伸縮させるための指令値を、前記ロボットアームに与え、前記ロボットアームに与えた前記指令値と、前記画像認識手段によって認識される前記標的の移動量との関係に基づいて、前記画像認識手段の座標系をロボットハンドの座標系に対応するように決定するものである。

請求項２においては、請求項１記載の基板搬送装置であって、前記制御装置は、前記画像認識手段によって認識される前記標的についての前記決定された前記ロボットハンドの座標系に対応する位置に基づいて、前記ロボットハンドの位置を補正するものである。

請求項３においては、ロボットアームを伸縮又は旋回させることによって、基板を載置したロボットハンドを移動させ、複数の真空チャンバ間で前記基板を搬送する基板搬送装置の基板搬送方法であって、前記ロボットハンドに標的を設け、前記複数のチャンバのうちの少なくとも一つに、前記標的を認識する画像認識手段を設け、前記ロボットアームを所定量だけ旋回又は伸縮させるための指令値を、前記ロボットアームに与え、前記ロボットアームに与えた前記指令値と、前記画像認識手段によって認識される前記標的の移動量との関係に基づいて、前記画像認識手段の座標系をロボットハンドの座標系に対応するように決定するものである。

請求項４においては、請求項３記載の基板搬送方法であって、前記認識手段によって認識される前記標的についての前記決定された前記ロボットハンドの座標系に対応する位置に基づいて、前記ロボットハンドの位置を補正するものである。

本発明の基板搬送装置及び基板搬送方法によれば、画像認識手段によって認識される画像の座標系を搬送ロボットの座標系に対応させ、ロボットハンドの位置を正確に補正できる。

基板搬送措置の全体的な構成を示した構成図。基板搬送制御の流れを示すフロー図。キャリブレーション制御の流れを示すフロー図。同じく模式図。ロボットハンド位置補正制御の流れを示すフロー図。同じく模式図。

図１を用いて、基板搬送装置１００について説明する。
基板搬送装置１００は、本発明の基板搬送装置に係る実施形態である。基板搬送装置１００は、搬送ロボット１０によって、複数の真空チャンバ４０・・・・・４６の間で基板Ｗ（図示略）を搬送するものである。

基板搬送装置１００の構成について説明する。
基板搬送装置１００は、プロセス装置１０００に配置されている。プロセス装置１０００は、基板搬送装置１００と、複数の真空チャンバ４０・・・・・４６と、を具備している。

複数の真空チャンバ４０・・・・・４６は、１つのトランスポートチャンバ４０と、２つのロードロックチャンバ４１・４２と、４つのプロセスチャンバ４３・・４６と、から構成されている。トランスポートチャンバ４０は、搬送ロボット１０が配置されるチャンバである。ロードロックチャンバ４１・４２は、外部からプロセス装置１０００に基板Ｗを搬入する、或いは、プロセス装置１０００から外部へ基板Ｗを搬出するチャンバである。ロードロックチャンバ４１・４２の一側は、大気中に解放されている。プロセスチャンバ４３・・４６は、基板Ｗに各プロセス処理を行うチャンバである。

基板搬送装置１００は、搬送ロボット１０と、制御装置としてのコントローラ５０と、画像認識手段としてのＣＣＤカメラ６０と、を具備している。

搬送ロボット１０は、トランスポートチャンバ４０に配置されている。搬送ロボット１０は、ロボットハンド２０と、ロボットアーム３０と、を具備している。

ロボットハンド２０は、基板Ｗを載置するものである。ロボットハンド２０の先端側には標的としてのターゲットＴが設けられている。ターゲットＴは、形状を認識できるものであれば何でも良い。本実施形態のターゲットＴは、例えば、円形状のマークとしている。ロボットハンド２０上にシール等の部材を取り付けてターゲットＴとしても良い。

ロボットアーム３０は、伸縮又は旋回することによって、ロボットハンド２０を移動させるものである。ロボットアーム３０は、コントローラ５０に接続されている。

ＣＣＤカメラ６０は、ロードロックチャンバ４１に設けられ、コントローラ５０に接続されている。ＣＣＤカメラ６０は、ロードロックチャンバ４１の所定領域内において、ロボットハンド２０のターゲットＴを認識するものである。ここで、ＣＣＤカメラ６０が認識する平面は、カメラ座標系Ｓｃ（単位は［ｐｉｘｅｌ］）として認識されている。

コントローラ５０は、ロボットアーム３０の旋回量又は収縮量を制御する機能を有している。ここで、コントローラ５０がロボットアーム３０に指令する際に用いる、実際のロボットハンド２０が位置する平面は、ロボット座標系Ｓｒ（単位は［ｍｍ］）として認識されている

また、コントローラ５０は、ＣＣＤカメラ６０のカメラ座標系Ｓｃをロボットハンド２０のロボット座標系Ｓｒに対応するように決定する、後述するキャリブレーション制御Ｓ１００を行う機能を有している。また、コントローラ５０は、カメラ座標系ＳｃでのターゲットＴのズレ量ΔＲに基づいて、ロボットハンド２０の位置を補正するロボットハンド位置補正制御Ｓ３００を行う機能を有している。

図２を用いて、基板搬送制御Ｓ１０００について説明する。
なお、図２は、基板搬送制御Ｓ１０００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Ｓ１０００は、本発明の基板搬送装置及び基板搬送方法に係る実施形態である。基板搬送制御Ｓ１０００は、ロボットアーム３０を伸縮又は旋回させることによって、基板Ｗを載置したロボットハンド２０を移動させ、真空チャンバ４０・・・・・４６間で基板Ｗを搬送する制御である。基板搬送制御Ｓ１０００は、キャリブレーション制御Ｓ１００と、プロセス搬送制御Ｓ２００と、ロボットハンド位置補正制御Ｓ３００と、を具備している。

図３及び図４を用いて、キャリブレーション制御Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図３は、キャリブレーション制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。図４は、キャリブレーション制御Ｓ１００の流れを模式的に表している。また、図４（Ａ）は、ロボット座標系ＳｒにおけるターゲットＴの動きを表している。一方、図４（Ｂ）は、カメラ座標系ＳｃにおけるターゲットＴの動きを表している。

キャリブレーション制御Ｓ１００は、ＣＣＤカメラ６０のカメラ座標系Ｓｃをロボットハンド２０のロボット座標系Ｓｒに対応するように決定する制御である。

ステップＳ１０１において、コントローラ５０は、ロボットハンド２０をＣＣＤカメラ６０が設けられているロードロックチャンバ４１内に移動させる。
ステップＳ１０２において、コントローラ５０は、ターゲットＴがＣＣＤカメラの画像領域の略中心位置に位置するように、ロボットハンド２０を移動させる。このとき、略中心位置に移動したターゲットＴの位置を基準位置Ｒ０とする。

ステップＳ１０３において、コントローラ５０は、ＣＣＤカメラ６０によって基準位置Ｒ０に位置するターゲットＴを画像撮影する。このとき、コントローラ５０は、基準位置Ｒ０を記憶するものとする。

ステップＳ１１１において、コントローラ５０は、ロボットハンド２０を５ｍｍだけ前進させるようにロボットアーム３０に指令値を与える、即ち、ロボットハンド２０を５ｍｍだけ前進させる。このとき、ターゲットＴも同様に５ｍｍだけ前進する（図４（Ａ）におけるＲ１）。

ステップＳ１１２において、ＣＣＤカメラ６０は、コントローラ５０の制御により、５ｍｍだけ前進したターゲットＴを画像撮影する。
ステップＳ１１３において、コントローラ５０は、ＣＣＤカメラ６０の画像内で移動したターゲットＴの移動量（Ｒ０〜Ｒ１、単位は［ｐｉｘｅｌ］）を伸縮方向の［+５ｍｍ］と決定する。

ステップＳ１２１において、コントローラ５０は、ロボットハンド２０を１０ｍｍだけ後退させるようにロボットアーム３０に指令値を与える、即ち、ロボットハンド２０を１０ｍｍだけ後退させる。このとき、ターゲットＴも同様に１０ｍｍだけ後退する（図４（Ａ）におけるＲ２）。なお、ターゲットＴが１０ｍｍだけ後退する際には、基準位置Ｒ０を通過している。

ステップＳ１２２において、ＣＣＤカメラ６０は、コントローラ５０の制御により、１０ｍｍだけ後退したターゲットＴを画像撮影する。
ステップＳ１２３において、コントローラ５０は、ＣＣＤカメラ６０の画像内で移動したターゲットＴの移動量（Ｒ１〜Ｒ２、単位は［ｐｉｘｅｌ］）を伸縮方向の［−１０ｍｍ］と決定する。
ステップＳ１２４において、コントローラ５０は、ターゲットＴが基準位置Ｒ０に戻すように、ロボットアーム３０を移動させる。

ステップＳ１３１において、コントローラ５０は、ロボットハンド２０を基準位置Ｒ０から５ｍｍだけ左に旋回させるようにロボットアーム３０に指令値を与える、即ち、ロボットハンド２０を５ｍｍだけ左に旋回させる。このとき、ターゲットＴも同様に５ｍｍだけ左に旋回する（図４（Ａ）におけるＲ３）。

なお、１０ｍｍだけ左に旋回させるとは、現在地点からロボットアーム３０の始点位置までを半径とした仮想円において、始点位置から左側に向かって円周の長さが５ｍｍとなるように、ロボットハンド２０を移動させることである。

ステップＳ１３２において、ＣＣＤカメラ６０は、コントローラ５０の制御により、５ｍｍだけ左に旋回したターゲットＴを画像撮影する。
ステップＳ１３３において、コントローラ５０は、ＣＣＤカメラ６０の画像内で移動したターゲットＴの移動量（Ｒ２〜Ｒ３、単位は［ｐｉｘｅｌ］）を旋回方向の［＋５ｍｍ］と決定する。

ステップＳ１４１において、コントローラ５０は、ロボットハンド２０を１０ｍｍだけ右に旋回させるようにロボットアーム３０に指令値を与える、即ち、ロボットハンド２０を１０ｍｍだけ右に旋回させる。このとき、ターゲットＴも同様に１０ｍｍだけ右に旋回する（図４（Ａ）におけるＲ４）。なお、ターゲットＴが１０ｍｍだけ右に旋回する際には、基準位置Ｒ０を通過している。

ステップＳ１４２において、ＣＣＤカメラ６０は、コントローラ５０の制御により、１０ｍｍだけ右に旋回したターゲットＴを画像撮影する。
ステップＳ１４３において、コントローラ５０は、ＣＣＤカメラ６０の画像内で移動したターゲットＴの移動量（Ｒ３〜Ｒ４、単位は［ｐｉｘｅｌ］）を旋回方向の［−１０ｍｍ］と決定する。

ステップＳ１５０において、コントローラ５０は、これらの４つの実際の移動量から決定されたＣＣＤカメラ６０の画像内でのターゲットＴの移動量に基づいて、ＣＣＤカメラ６０のカメラ座標系Ｓｃをロボットハンド２０のロボット座標系Ｓｒに対応するように変更する、即ち決定する。

プロセス搬送制御Ｓ２００の流れについて説明する。
プロセス搬送制御Ｓ２００では、ロードロックチャンバ４１・４２に搬入された基板Ｗを、エッチング等の処理を行うために、それぞれのプロセスチャンバ４３・・４６に搬送する制御である。本実施形態では、プロセス搬送制御Ｓ２００の詳細については説明を省略する。

図５及び図６を用いて、ロボットハンド位置補正制御Ｓ３００について説明する。
なお、図５は、ロボットハンド位置補正制御Ｓ３００の流れをフローチャートによって表している。図６は、ロボットハンド位置補正制御Ｓ３００の流れを模式的に表している。また、図６（Ａ）は、ロボット座標系ＳｒにおけるターゲットＴの動きを表している。一方、図６（Ｂ）は、カメラ座標系ＳｃにおけるターゲットＴの動きを表している。

ロボットハンド位置補正制御Ｓ３００は、コントローラ５０は、ＣＣＤカメラ６０によって認識されるターゲットＴについてのカメラ座標系Ｓｃにおける位置に基づいて、ロボットアーム３０の熱膨張によりズレが生じたロボットハンド２０の位置を補正する制御である。

ステップＳ３１０において、コントローラ５０は、ロボットハンド２０をＣＣＤカメラ６０が設けられているロードロックチャンバ４１内に移動させる。
ステップＳ３２０において、コントローラ５０は、ターゲットＴを直近のキャリブレーション制御Ｓ１００によって設定した基準位置Ｒ０へ移動させる。

ステップＳ３３０において、ＣＣＤカメラ６０によってターゲットＴを画像撮影する。
ステップＳ３４０において、現在の基準位置Ｒ０´と、直近のキャリブレーション制御Ｓ１００によって設定した基準位置Ｒ０とのズレ量ΔＲを検出する。
ステップＳ３５０において、コントローラ５０は、ズレ量ΔＲだけロボットハンド２０の位置を補正する。

基板搬送制御Ｓ１０００の効果について説明する。
基板搬送制御Ｓ１０００（キャリブレーション制御Ｓ１００）によれば、ＣＣＤカメラ６０によって認識されるカメラ座標系Ｓｃを搬送ロボット１０のロボット座標系Ｓｒに対応させることができる。そのため、ロードロックチャンバ４１・４２にＣＣＤカメラ６０を設置する際に、設置位置を微調整する必要はない。

基板搬送制御Ｓ１０００（ロボットハンド位置補正制御Ｓ３００）によれば、搬送ロボット１０のロボット座標系Ｓｒに対応したカメラ座標系Ｓｃに基づいて、ロボットアーム３０の熱膨張によりズレが生じたロボットハンド２０の位置を補正するため、正確にロボットハンド２０の位置を補正することができる。

また、基板搬送制御Ｓ１０００（キャリブレーション制御Ｓ１００）によれば、キャリブレーション制御Ｓ１００の際に設定する基準位置Ｒ０のみがズレの基準となるので、ロボットアーム３０の熱膨張のみならず、例えばロードロックチャンバ４１が熱膨張によって変形した場合であっても、ロードロックチャンバ４１の変形を加味し、ロボットハンド２０のズレ量を補正できる。

本実施形態では、カメラ座標系Ｓｃ及びロボット座標系Ｓｒを２次元座標（平面座標）としたが、これに限定されない。カメラ座標系Ｓｃ及びロボット座標系Ｓｒを３次元座標（立体座標）とする構成としても、同様の効果が得られる。

１０搬送ロボット
２０ロボットハンド
３０ロボットアーム
４１ロードロックチャンバ
５０コントローラ（制御装置）
Ｒ０基準位置
Ｔターゲット（標的）

Claims

ロボットアームを伸縮又は旋回させることによって、基板を載置したロボットハンドを移動させ、複数の真空チャンバ間で前記基板を搬送する基板搬送装置であって、
前記ロボットハンドに設けられる標的と、
前記複数のチャンバのうちの少なくとも一つに設けられ、前記標的を認識する画像認識手段と、
前記ロボットアームの旋回量又は収縮量を制御する制御装置と、
を具備し、
前記制御装置は、前記ロボットアームを所定量だけ旋回又は伸縮させるための指令値を、前記ロボットアームに与え、前記ロボットアームに与えた前記指令値と、前記画像認識手段によって認識される前記標的の移動量との関係に基づいて、前記画像認識手段の座標系をロボットハンドの座標系に対応するように決定する、
基板搬送装置。
請求項１記載の基板搬送装置であって、
前記制御装置は、前記画像認識手段によって認識される前記標的についての前記決定された前記ロボットハンドの座標系に対応する位置に基づいて、前記ロボットハンドの位置を補正する、
基板搬送装置。
ロボットアームを伸縮又は旋回させることによって、基板を載置したロボットハンドを移動させ、複数の真空チャンバ間で前記基板を搬送する基板搬送装置の基板搬送方法であって、
前記ロボットハンドに標的を設け、
前記複数のチャンバのうちの少なくとも一つに、前記標的を認識する画像認識手段を設け、
前記ロボットアームを所定量だけ旋回又は伸縮させるための指令値を、前記ロボットアームに与え、
前記ロボットアームに与えた前記指令値と、前記画像認識手段によって認識される前記標的の移動量との関係に基づいて、前記画像認識手段の座標系をロボットハンドの座標系に対応するように決定する、
基板搬送方法。
請求項３記載の基板搬送方法であって、
前記認識手段によって認識される前記標的についての前記決定された前記ロボットハンドの座標系に対応する位置に基づいて、前記ロボットハンドの位置を補正する、
基板搬送方法。