JP5597536B2 - 搬送ロボットのティーチング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、既存の処理装置に設置されている基板位置検知用のセンサを利用した低コストの搬送ロボットのティーチング方法に関する。
従来、基板に成膜処理やエッチング処理などの各種の処理を施す装置として、図１に示すように、搬送ロボット１を配置した中央の搬送室Ａを囲うようにして、基板Ｓのロードロック室Ｂと複数の処理室Ｃとを配置し、搬送ロボット１によりロードロック室Ｂに投入した基板Ｓを各処理室Ｃにまたは各処理室Ｃの相互間で基板Ｓを搬送するように構成した処理装置（所謂、クラスタツール装置）が知られている。
搬送ロボット１は、ロボットアーム１１と、このロボットアーム１１を同一平面上で旋回及び伸縮自在に駆動する駆動手段とを備え、ロボットアーム１１の先端には、ギアボックスＧを介して基板Ｓを載置した状態で支持するロボットハンド１２が連結されている。これらロボットアーム１１及びロボットハンド１２が搬送ロボットの作動部分を構成する。
上記搬送ロボット１では、ロボットハンド１２により所定の位置に存する基板Ｓを適正に保持しかつこの基板Ｓを目的とする位置（例えば、各処理室Ｃの基板ステージＣｓ）まで搬送し、適正な位置に受け渡す必要がある。このため、搬送室Ａの各処理室Ｃ１乃至Ｃ３との境界領域でその天井部や底部に、光学センサなどの検知手段２が設けられている（図１（ｂ）参照）。
ここで、搬送ロボットにて基板Ｓを所定位置から目的位置まで搬送する場合、検知手段２によって、ロボットハンド１２に基板Ｓが精度よく支持されているか否かを確認すると共に、次の目的位置へのロボットアーム１１の作動や各処理室の相互間を仕切るゲートバルブの開閉等を行うようにしている。一方、基板Ｓの位置ずれが判明した場合には、その位置ずれ量を相殺するようにロボットアーム１１の動作を調節しているようにしている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、上記搬送ロボットでは全ての搬送動作が予めプログラムにより決められ、このプログラムに搬送ロボットの搬送動作の起点と順序（搬送動作）とを教示するためにティーチングが行われる。そして、教示した搬送動作を再生して搬送ロボットが作動するようになっている。このため、搬送ロボットを処理装置に設置するときやロボットアームまたはロボットハンドをメンテナンスのために交換したときには、基板の受け渡しを行う位置等で人的にティーチングが行われていた。
搬送ロボットのティーチング方法としては、ロボットアームやロボットハンドを直接持って基板の受渡位置等を教示する方法（所謂ダイレクトティーチング）やティーチングボックスにてロボットを操作して搬送動作の起点なる位置を順次に指定していく方法（所謂リモートティーチング）が一般に知られている。
然し、従来のティーチングでは、作業者が搬送ロボットの動きを目視で確認しながら教示作業を行っていたため、作業者間でその精度にばらつきが生じ易く、搬送動作の教示に対する信頼性に欠けるという問題がある。
特開２００７−２７３７８号公報
本発明は、以上の点に鑑み、高い信頼性を持って迅速にティーチングができるようにした低コストの搬送ロボットのティーチング方法を提供することをその課題とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の搬送ロボットのティーチング方法は、複数の処理室間で処理すべき基板を支持した状態で同一平面内を旋回及び伸縮動作させて前記基板を所定の位置に搬送する搬送ロボットに対しその搬送動作を教示する搬送ロボットのティーチング方法において、前記処理室間で基板を搬送する際に基板を検知するように配置された少なくとも１個の検知手段を用い、前記搬送ロボットを搬送動作させ、予め前記搬送ロボットの作動部分に設けた少なくとも１つの指標部を前記検知手段にて検出し、この検知位置を基準に、前記旋回及び伸縮動作の少なくとも一方の起点となる基準位置を教示するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、各種の処理を施すために搬送室の周囲に複数の処理室を備えた処理装置においては、搬送室内の搬送ロボットにより基板を搬送する場合、基板位置を検知するために設けられた検知手段を搬送ロボットの作動部分が横切ったりして検知されることに鑑み、この検知手段を利用して搬送ロボットの搬送動作を教示（ティーチング）するようにした。即ち、例えば、搬送ロボットの設計寸法や作動部分の動作領域に基づいて、作動部分のうち、搬送ロボットを伸縮または旋回動作の際に起点となり得る位置であって検知手段で検知され得る位置に予め指標部を設けておく。そして、搬送動作を教示する際、手動または自動で搬送ロボットの作動部分を旋回または伸縮させて指標部を検知手段にて検知させる。そして、この検知位置から、前記旋回及び伸縮動作の少なくとも一方の起点となる基準位置を教示する。
このように本発明によれば、処理装置に設置されている既存の検知手段を利用して、作動部分を検知しながら搬送ロボットの搬送動作を教示するため、作業者間でその精度にばらつきが生じ難くなり、簡単かつ迅速にその作業を行うことができる。その上、部品点数の増加を招くことなく低コストが図れる。また、検知手段を用いて搬送動作の教示を行うため、処理室が真空雰囲気下であってティーチングすることができる。さらに、搬送ロボットの起動時にイニシャライズ動作させるときに、検知手段により搬送ロボットの指標部が順次検知されるかを判断すれば、搬送ロボットの健常性をも判断し得る。
本発明においては、前記検知手段が前記平面に対し垂直に投光するように配置した光学センサである場合、前記指示部を作動部分に形成した少なくとも１個の貫通孔から構成しておけば、簡単な構成で指標部を実現できてよい。
この場合、前記貫通孔の周辺において搬送ロボットを走査移動させるようにすれば、貫通孔の中心を正確に特定でき、より高精度なティーチングが可能になる。
ところで、例えば、メンテナンス時にロボットハンドを交換すると、ロボットハンドがギアボックスに対して旋回方向に傾いた状態で組み付けられる場合がある。このような状態では、上記方法にて搬送ロボットの基準位置をティーチングしても、目的位置でロボットハンドの位置ずれを生じる虞がある。そこで、前記起点の教示に先立って、少なくとも２個の指標部を前記検知手段にて検知し、搬送ロボットの作動部分を組み付けたときの伸縮方向または旋回方向のずれを所定の比較値に基づき補正することが好ましい。なお、比較値は、搬送ロボットの設計寸法や前回ティーチングしたときのデータから算出して作成できる。
また、本発明においては、処理装置に配置されている検知手段の位置に応じて、前記搬送ロボットにて基板を支持し、前記作動部分に代えてまたは前記作動部分に加えて前記基板に指標部を形成する構成を採用してもよい。
（ａ)及び（ｂ）は、搬送ロボットを具備する処理装置を示す模式的に示す平面図及び断面図。 本発明の実施の形態のロボットハンドを示す平面図。 （ａ）は、搬送ロボットのティーチングを説明する模式的平面図。（ｂ）は、指標部たる貫通孔の検知を説明する図。 搬送ロボットのティーチングを説明する他の模式的平面図。
以下、図１に示す処理装置で本発明を適用した実施形態について説明する。即ち、搬送室Ａには、公知の構造を有する搬送ロボット１が設けられていると共に、ロードロック室Ｂ及び各処理室Ｃ１乃至Ｃ３との連結箇所の近傍において検知手段２が設けられている。
検知手段２としては、例えば、レーザーセンサやＬＥＤファイバーセンサなど公知構造を有する光学センサやＣＣＤカメラなどの視覚センサが用いられる。本実施の形態では、検知手段２が、同一平面（水平面）上で旋回及び伸縮自在に駆動される搬送ロボット１に対し垂直に投光し、かつ、搬送ロボット１の後述するモータの回転中心とロードロック室Ｂ及び各処理室Ｃ１乃至Ｃ３の基板ステージＣｓの中心Ｃａとを結ぶ線Ｌ１上に位置するように配置され、投光器２１と受光器２２とからなる透過式のものを用いた場合を例に説明する。なお、光学センサとしては反射式のものを用いることもできる。
図２を参照して説明すれば、搬送ロボット１は、図示省略した駆動手段たる２個のモータと、モータの作動を制御する制御手段（図示せず）とを有する。各モータの回転軸１０ａ、１０ｂは同心に配置され、各回転軸１０ａ、１０ｂにはロボットアーム１１がリンク機構をなして連結され、その先端にロボットハンド１２がギアボックスＧを介して取り付けられている。これにより、各モータの回転軸１０ａ、１０ｂの回転角及び回転方向を適宜制御することで、ロボットアーム１１が伸縮及び／または旋回自在となり、これらロボットアーム１１及びロボットハンド１２が本発明の作動部分を構成する。
ロボットアーム１１及びロボットハンド１２は、基板Ｓが処理室Ｃで高温に加熱される場合があることから耐熱性を有する材料、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ０２やＳｉＣ等の板材で形成されている。また、ロボットハンド１２は、ロボットアーム１１に連結される基端部１３から二股状に分岐して先方に延びる一対のフィンガー部１４を備えている。基端部１３と両フィンガー部１４の先端部とには、基板Ｓの下面外周部がその周方向３箇所で位置決めされて着座可能な座面１５が設けられ、基板Ｓがその外周部以外の下面がロボットハンド１２から浮くようにして支持される。
ロボットハンド１２にて基板Ｓを支持した後、ロボットアーム１１を伸縮させたり、旋回させたりして、ロードロック室Ｂに投入した基板Ｓをいずれかの処理室Ｃ１乃至Ｃ３にまたは各処理室Ｃ１乃至Ｃ３の相互間で基板Ｓが搬送される。基板Ｓを所定位置から目的位置まで搬送する際、いずれかの検知手段２により、ロボットハンド１２で基板Ｓが精度よく支持されているか否かが確認される。
ここで、搬送ロボット１により第１の処理室Ｃ１から第２の処理室Ｃ２に基板Ｓを搬送させる場合を例に説明すると、ロボットアーム１１が縮んだ状態であってフィンガー部１４の先端が第１の処理室Ｃ１を指向した状態の待機位置（旋回可能の所定位置）から、ロボットアーム１１を第１の処理室Ｃ１内の基板ステージ（目的位置）Ｃｓまで伸ばして基板Ｓを受け取り、ロボットアーム１１を縮めて待機位置に戻す。次に、ロボットアーム１１は、フィンガー部１５の先端が第２の処理室Ｃ２を指向する位置まで旋回される。そして、ロボットアーム１１を再度伸ばして第２の処理室Ｃ２の基板ステージＣｓに基板Ｓ（次の目的位置となる）を受け渡し、待機位置に戻る。
上記搬送動作を教示するために、搬送ロボット１を処理装置に組み付けるときやロボットアーム１１またはロボットハンド１２をメンテナンスのために取外したりまたは交換したとき、搬送ロボット１のティーチングが行われる。そして、その搬送動作１が、搬送ロボット１の作動を制御する図示省略の制御手段に記憶される。なお、制御手段は、検知手段２の作動や処理装置に設けられたゲートバルブ等の部品の作動をも統括制御するようにしてもよい。
処理装置を用い、各処理室Ｃ１乃至Ｃ３相互間で基板Ｓを順次搬送して所定プロセスを実施する場合、制御手段に記憶された搬送動作とに即して上記搬送動作が再生され、搬送ロボット１が作動する。このとき、ロボットアーム１１やロボットハンド１２には、各検知手段２の検知位置２ａ、２ｂをそれぞれ横切る部分が生じるようになる。
そこで、本実施形態では、上記横切る部分に対応させてロボットハンド１２に少なくとも１つの指標部を予め形成し、この指標部を検知手段２で検知しながら、作業者の視認に頼らず搬送ロボット１のティーチングを行うようにした。以下、本実施形態の搬送ロボット１のティーチング方法を具体的に説明する。
指標部は、例えば次のように形成することができる。即ち、ロボットハンド１２で基板Ｓを適切に支持したとき、この基板Ｓの中心Ｓａとモータの回転軸１０ａ、１０ｂの回転中心Ｃｒを通る中心線Ｌ２上に位置させて、ロボットハンド１２の基端部１３の所定位置に、検知手段２のレーザービーム径より大きな径で平面視円形の貫通孔１６が形成され、この貫通孔１６を指標部とする（図２参照）。
なお、貫通孔１６は、処理装置における検知手段２の位置、搬送ロボット１の設計寸法や作動部分の動作領域を基に特定し、ロボットハンド１２の製作の際に併せて加工すればよい。また、貫通孔１６の孔径や形状は、上記に限定されるものではなく、投光器２１からの光を安定して受光器２２にて受光して検知できる光量が得られるものであれば特に問わない。さらに、反射型の検知手段を用いる場合には、光を反射する部材を上記貫通孔の面積と同等の範囲で所定位置に設けておけばよく、また、視覚センサの場合には、マークを付しておけばよい。
上記指標部を備えたロボットハンド１２を有する搬送ロボットを用い、第１の処理室Ｃ１から第２の処理室Ｃ２に基板Ｓを搬送動作させる場合のティーチングを例に説明すると、先ず、処理室Ｃ１に対する伸縮動作の起点を特定する。この場合、フィンガー部１４の先端が第１の処理室Ｃ１を指向する搬送ロボット１の待機位置から（図１（ａ）参照）、回転軸１０ａ、１０ｂを回転させてロボットアーム１１を伸ばし、貫通孔１６が検知手段２により検知される位置を検索する。
このとき、ロボットアーム１１を伸ばした当初には、投光器２１からの光がロボットハンド１２で遮蔽されることがないため、検知手段２の信号がＯＮ状態である。ロボットアーム１１をさらに伸ばし、投光器２１からの光がロボットハンド１２の基端部１３で遮蔽されると、検知手段２の信号がＯＦＦ状態になる。この状態で回転軸１０ａ、１０ｂを回転させてロボットハンド１２を旋回及び／または伸縮させ、検知手段２の信号がＯＮ状態になる位置を探す（図３(ａ)参照）。
検知手段２の信号がＯＮ状態になることで貫通孔１６が検知されると、ロボットアーム１１をＸ−Ｙ方向にそれぞれ走査移動させる（図３（ｂ）参照）。このとき、検知手段２の信号がＯＮ、ＯＦＦに切り替わり、その切り替わりの周期から貫通孔１６の中心座標を特定する（図４参照）。このように検知手段２にて貫通孔１６の中心座標が特定された場合、中心線Ｌ２が、モータの回転軸１０ａ、１０ｂの回転中心Ｃｒとロードロック室Ｂ及び各処理室Ｃ１乃至Ｃ３の基板ステージＣｓの中心Ｃａとを結ぶ線Ｌ１（図１参照）上に位置することなり、処理室Ｃ１に対してロボットハンド１２が正確に位置決めされる。この状態からロボットアーム１１を同一線上に沿って縮ませて待機位置に戻し、この位置を旋回または伸縮動作の起点となる第１の基準位置として制御手段に教示させる。なお、ティーチング時のロボットアーム１１やロボットハンド１２の旋回または伸縮動作は手動で行うこともできる。
そして、モータ１０ａ、１０ｂの回転中心Ｃｒと処理室Ｃ１の基板ステージＣｓの中心Ｃａとの間の距離から、ロボットアーム１１の伸ばす長さを算出し、基板ステージＣｓ上で基板Ｓの受け渡しのための位置を教示する。これにより、処理室Ｃ１に対する搬送ロボット１のティーチングが終了し、基板Ｓの中心Ｓａを基板ステージＣｓの中心Ｃａと一致させて当該基板ステージＣｓに受け渡しすることが可能になる。
待機位置に戻した後、フィンガー部１４の先端が第１の処理室Ｃ１を指向した位置からフィンガー部１４の先端が第２の処理室Ｃ２を指向する位置まで旋回させる（図４参照）。そして、上記と同様の手順により、搬送ロボット１の作動の起点となる第２の位置を特定する。上記手順を繰り返し、ロードロック室Ｂ及び全ての処理室Ｃ１乃至Ｃ３について旋回または伸縮動作の起点となる基準位置を教示する。
上記実施形態によれば、処理装置に設置されている既存の検知手段２を利用して、搬送ロボット１の搬送動作を教示するため、作業者間でその精度にばらつきが生じ難くなり、簡単かつ迅速にその作業を行うことが可能になり、その上、部品点数の増加を招くことなく低コストが図れる。
また、検知手段２を用いて搬送動作の教示を行うため、各処理室Ｃ１乃至Ｃ３が真空雰囲気下であってティーチングが可能となる場合がある。さらに、搬送ロボット１の起動時にイニシャライズ動作させるときに、検知手段２により指標部１６が検知されるかを判断すれば、搬送ロボット１の健常性をも判断し得る。
ところで、上記処理装置では、搬送室Ａの周囲に９０度ずつ角度をずらしてロードロック室Ｂ及び搬送室Ｃ１乃至Ｃ３を配置した構成であるため、上記のようにいずれかのロードロック室Ｂ及び搬送室Ｃ１乃至Ｃ３で教示させた搬送ロボット１の起点となる位置での座標を用いて、他のロードロック室Ｂ及び搬送室Ｃ１乃至Ｃ３の設計値を基にこれらに対する搬送ロボット１のティーチングを行うこともできる。これにより、迅速に貫通孔１６の中心を検索でき、ティーチング作業が簡素化できてよい。また、同様の構成を有する他の装置に搬送ロボッ１を組み付けてティーチングするときにも、上記座標を用いて搬送ロボット１のティーチングを行うようにしてもよい。
尚、上記実施形態では、一般の処理装置で検知手段が取付けられていることが多い位置を例に説明したが、これに限定されるものはなく、検知手段の取付け位置に応じて指標部の位置を適宜変えれば、本発明のティーチング方法が適用できる。また、搬送動作の教示に際して、搬送ロボット１に基板Ｓを支持させ、ロボットアーム１１やロボットハンド１２に代えてまたはこれらに加えて基板Ｓに貫通孔や基板外周縁部に切欠きを形成して指標部としてもよい。
また、本実施の形態では、基端部１３に一つの貫通孔１６を形成し、この貫通孔１６を検知して搬送動作を教示するものを例に説明したが、指標部は複数設けてもよい。即ち、ロボットアーム１１の待機位置から旋回させた場合、フィンガー部１４の一部が検知手段２を横切るようになる（図４参照）。このような場合には、処理装置の設計値等からフィンガー部１４の検知手段２を横切る部分に、検知手段２のレーザービーム径より大きな径で平面視円形の貫通孔（他の指標部）１７を形成しておく。そして、上記のように基準位置を教示させた後、旋回させたときに他の指標部１７が検出されるかを判断する。
これによれば、ロボットハンド１２をメンテナンスのために取外したりまたは交換したときにはロボットハンド１２がずれて中心線Ｌ１から傾くことがあるが、２か所の指標部１６、１７を特定でティーチングを行えば、傾きを補正して搬送動作を教示でき、高精度のティーチングが可能になる。他方、ロボットハンド１２の傾きを補正するときには、他の指標部たる貫通孔１７が検知される座標データを比較値として予め制御手段に記憶させ、メンテナンス終了後、ティーチングに先立って、検知手段２にて両貫通孔１７が検知されたときの座標データを取得し、この座標データと比較値とを比較して、ロボットハンド１２の傾きを補正することができる。
さらに、ロボットハンド１２が、基端部１３から二股状に分岐して先方に延びる一対のフィンガー部１４を備えているような場合には、ロボットアーム１１を旋回させて、検知手段２にて両フィンガー部をそれぞれ検出し、中心線Ｌ２を特定することもできる。即ち、ロボットアーム１１を旋回させて、旋回方向前側のフィンガー部１４が検知手段２を横切る。このとき、検知手段２の信号がＯＦＦからＯＮに切り替わり、所定時間後にＯＦＦに切り替わる。そして、旋回方向後側のフィンガー部１４が検知手段２を横切ると、検知手段２の信号が再びＯＦＦからＯＮに切り替わり、所定時間後にＯＦＦに切り替わる。これらの信号の切り替わりから、ロボットハンド１２の中心線Ｌ２が特定でき、これに基づき上記のように基準位置を特定して搬送動作を教示できる。この場合、フィンガー部１４が指標部を構成する。
上記実施形態では、同心に配置したモータの回転軸１０ａ、１０ｂの回転角及び回転方向を適宜制御することでロボットアーム１１が伸縮及び／または旋回自在となるものを用いた場合を例に説明したが、他の多関節式のロボットにも本発明は適用できる。この場合、ロボットハンドを伸縮方向に対して直交する方向に水平移動できるような場合には、搬送室Ａに配置される駆動源の回転中心とロードロック室Ｂ及び各処理室Ｃ１乃至Ｃ３の基板ステージＣｓの中心Ｃａとを結ぶ線と直行する方向両側で等間隔に２個の指標部を形成しておき、ティーチングするようにしてもよい。
１１ ロボットアーム
１２ ロボットハンド
１６、１７ 貫通孔（指標部）
２ 検知手段
２ａ、２ｂ 検知位置
Ｓ 基板
Ａ ロードロック室
Ｂ 搬送室
Ｃ 処理室
Ｃｓ 基板ステージ

Claims (3)

  1. 複数の処理室間で処理すべき基板をハンドに支持した状態で同一平面内を旋回及び伸縮動作させて前記基板を所定の位置に搬送する搬送ロボットに対しその搬送動作を教示する搬送ロボットのティーチング方法において、
    前記処理室間で基板を搬送する際に基板を検知するように配置された少なくとも１個の検知手段を用い、
    前記搬送ロボットを搬送動作させ、予め前記搬送ロボットの作動部分である前記ハンドに設けた指標部の少なくとも１つを前記検知手段にて検出し、この検知位置から、前記旋回及び伸縮動作の少なくとも一方の起点となる基準位置を教示するようにし、
    前記起点の教示に先立って、前記ハンドに設けた指標部の少なくとも２個を前記検知手段にて夫々検知し、搬送ロボットの作動部分を組み付けたときの伸縮方向または旋回方向のずれと、伸縮方向に対する前記ハンドの傾きとを所定の比較値に基づき補正する、とともに、
    前記検知手段が前記平面に対し垂直に投光するように配置した光学センサであり、前記指標部のそれぞれを前記ハンドに形成した１個の貫通孔から構成したこと、
    を特徴とする搬送ロボットのティーチング方法。
  2. 前記貫通孔の周辺において搬送ロボットを走査移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の搬送ロボットのティーチング方法。
  3. 前記搬送ロボットにて基板を支持し、前記作動部分に代えてまたは前記作動部分に加えて前記基板に指標部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の搬送ロボットのティーチング方法。
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