KR102107287B1 - 반송 시스템, 반송 로봇, 및 그 교시 방법 - Google Patents

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가와사끼 쥬고교 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 시스템은, 수납 용기에서의 원판형상 반송물의 취출 위치 및 회전 테이블의 기준 위치로서 미리 잠정적으로 설정된 위치에 의거하여 회전 테이블 상에 재치된 반송물에 대해서, 센서부에 의해 취득한 회전 테이블 상에 재치된 반송물의 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보에 의거하여, 수납 용기에서의 반송물의 취출 위치 및 회전 테이블의 기준 위치의 정보를 취득하고, 취득한 위치 정보에 의거하여 로봇에 의한 수납 용기로부터 회전 테이블로의 반송물의 반송 동작을 교시한다. 전용 지그 등을 필요로 하지 않고 로봇 좌표계와 외부 좌표계의 관계를 구하여, 반송 동작을 간이하게 교시할 수 있는 반송 시스템을 제공할 수 있다.

Description

반송 시스템, 반송 로봇, 및 그 교시 방법
본 발명은, 원판형상 반송물을 반송하기 위한 반송 시스템 및 그 반송 로봇, 및 그 반송 로봇의 반송 동작을 교시(敎示)하는 방법에 관한 것이다.
조립 로봇이나 반송 로봇의 동작 제어는, 로봇의 기구 등에 의거하는 로봇 좌표계에 의거하여 대상물(워크)의 위치와 자세가 파악·특정되어 프로그래밍되며, 실행된다.
한편, 로봇에 파지되어 있지 않은 상태에서의 조립이나 반송의 워크의 위치나 자세, 및 장애물 등의 위치 등의 정보는, 로봇 좌표계와는 다른 정지 공간에서의 외부 좌표계, 예를 들면 월드 좌표계나 오브젝트 좌표계에 의거하여 특정되어 있다.
따라서, 로봇을 사용한 조립이나 반송을 행하는 경우에는, 로봇 좌표계와 외부 좌표계의 관계를 미리 파악 내지 특정해 둘 필요가 있다. 또한, 로봇 좌표계와 외부 좌표계의 관계는, 수학적으로는, 로봇 좌표계와 외부 좌표계의 좌표 변환 매트릭스(행렬)에 의해 표시된다.
로봇 좌표계와 외부 좌표계의 관계를 특정하는 방법으로서는, 종래, 로봇 핸드에 전용 지그나 터치 센서 등을 부착하여 파악하는 방법, 그 외에는 시각 센서를 사용하는 방법 등이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).
그러나, 전용 지그 등을 사용하는 방법은, 교시 작업이 수동으로 행해져, 숙련을 필요로 하여, 시간이 걸린다. 또, 시각 센서 등을 사용하는 방법은, 계측 정밀도가 환경의 광에 영향을 받기 쉬운 것이나 핸드가 무거워지는 것 등의 문제가 있다.
또한, 특히 반도체 기판을 취급하는 로봇에 적용하는 경우에는, 깨끗한 환경 내에서 사용하기 때문에, 전용 지그나 터치 센서를 사용하는 방법은, 워크 등의 접촉에 의해 더스트나 파티클의 발생 원인이 될 수 있다.
일본국 특허공개 2010-151766
본 발명은, 상술한 종래의 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 조립이나 반송 로봇, 특히 깨끗한 환경 하에서 사용되는 반도체 기판의 반송 로봇에 있어서, 전용 지그 등을 필요로 하지 않고, 또 장치의 일부나 지그에 핸드를 접촉시키는 것 같은 통상과 상이한 특별한 동작을 필요로 하지 않고 로봇 좌표계와 외부 좌표계의 관계를 구하여, 반송에 관련된 동작을 간이하게 교시할 수 있는 반송 시스템 및 그 반송 로봇, 및 그 반송 로봇의 교시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 양태에 의한 반송 시스템은, 수평면 내에서 회전하는 회전 테이블, 및 상기 회전 테이블에 재치(載置)된 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보를 취득하는 센서부를 가지는 반송물 재치 장치와, 상기 원판형상 반송물을 반송물 수납 용기로부터 취출하고, 상기 회전 테이블 상에 반송하여 재치하는 로봇을 구비하고, 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치로서 미리 잠정적으로 설정된 위치에 의거하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물에 대해서, 상기 센서부에 의해 취득한 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보에 의거하여, 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치의 정보를 취득하고, 그들 취득한 위치 정보에 의거하여, 상기 로봇에 의한 상기 반송물 수납 용기로부터 상기 회전 테이블로의 상기 원판형상 반송물의 반송 동작을 교시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 양태는, 제1 양태에 있어서, 상기 센서부에 의해 취득한 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보가, 상기 회전 테이블의 기준 위치로서 미리 잠정적으로 설정된 위치에 의거하여 상기 원판형상 반송물이 상기 회전 테이블 상에 재치된 제1 재치 위치의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남과, 상기 원판형상 반송물을 상기 제1 재치 위치로부터 상기 로봇에 의해 미리 설정된 거리를 수평 직선 이동하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 제2 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남과, 상기 원판형상 반송물을, 상기 로봇에 의해 상기 제1 재치 위치로부터 미리 설정된 각도의 수평 선회 이동을 행하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 제3 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남의 3개인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 양태는, 제1 또는 제2 양태에 있어서, 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치가 상기 회전 테이블의 회전 중심이며, 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남이, 상기 원판형상 반송물의 중심의 상기 회전 테이블의 회전 중심으로부터의 거리와 방향인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 양태에 의한 반송 시스템에서의 로봇의 교시 방법은, 수평면 내에서 회전하는 회전 테이블, 및 상기 회전 테이블 상에 재치된 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보를 취득하는 센서부를 가지는 반송물 재치 장치와, 상기 원판형상 반송물을 반송물 수납 용기로부터 취출하고, 상기 회전 테이블 상에 반송하여 재치하는 로봇을 구비하는 반송 시스템에서의 상기 로봇의 반송 동작의 교시 방법으로서, 상기 원판형상 반송물의 제1 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남을 취득하는 제1 어긋남 취득 공정과, 상기 원판형상 반송물을 상기 제1 재치 위치로부터 로봇에 의해 수평면 내에서 미리 설정한 거리를 직선 이동하여 상기 회전 테이블 상에 재치한 제2 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남을 취득하는 제2 어긋남 취득 공정과, 상기 로봇에 의해, 상기 원판형상 반송물을 상기 제1 재치 위치로부터 미리 설정된 각도의 수평 선회 이동을 행하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 제3 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남을 취득하는 제３ 어긋남 취득 공정과, 상기 제1 어긋남 취득 공정에서 취득한 어긋남과 상기 제３ 어긋남 취득 공정에 의해 취득한 어긋남에 의거하여, 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치의 정보를 취득하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 양태는, 제4 양태에 있어서, 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치가 상기 회전 테이블의 회전 중심이며, 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남이, 상기 원판형상 반송물의 중심의 상기 회전 테이블의 회전 중심으로부터의 거리와 방향인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 양태는, 원판형상 반송물을 반송물 수납 용기로부터 취출하고, 수평면 내에서 회전하는 회전 테이블 및 상기 회전 테이블에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보를 취득하는 센서부를 가지는 반송물 재치 장치의 상기 회전 테이블 상에 반송하여 재치하는 반송 로봇으로서, 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치로서 미리 잠정적으로 설정한 위치에 의거하여 상기 센서부에 의해 취득한 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보에 의거하여, 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물을 취출해야 할 위치 및 상기 회전 테이블로 재치해야 할 위치의 정보를 취득하고, 그들 취득한 위치 정보에 의거하여, 상기 로봇에 의한 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치의 정보를 취득하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 양태는, 제6 양태에 있어서, 상기 센서부에 의해 취득한 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보가, 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블에서의 제1 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남과, 상기 원판형상 반송물을 상기 제1 재치 위치로부터 상기 로봇에 의해 미리 설정한 거리를 수평 직선 이동하여 상기 회전 테이블 상에 재치한 제2 재치 위치에서의 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남과, 상기 원판형상 반송물을 상기 로봇에 의해 상기 제1 재치 위치로부터 미리 설정된 각도의 수평 선회 이동을 행하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 제3 재치 위치에서의 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남의 3개인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 양태는, 제6 또는 제7 양태에 있어서, 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치가 상기 회전 테이블의 회전 중심이며, 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남이, 상기 원판형상 반송물의 중심의 상기 회전 테이블의 회전 중심으로부터의 거리와 방향인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전용 지그 등이 불필요하며, 또 핸드를 장치 등에 접촉시킬 필요가 없기 때문에, 오퍼레이터가 개재하지 않고 자동 교시가 가능하며, 오퍼레이터의 기량에 의존하지 않고 안정된 고정밀의 교시가 가능해진다. 또, 본 발명에 의하면, 핸드의 접촉에 의한 파티클의 발생이 없기 때문에, 특히 반도체 로봇과 같이 깨끗한 환경 내에서 사용되는 경우에 매우 유효하다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 반송 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 실시 형태에서의 기판 위치 결정 장치의 개략 구성도이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 실시 형태에서의 로봇의 개요도이다.
도 4는, 도 1에 나타낸 실시 형태에서의 기판 위치 결정 장치의 회전 테이블의 중심에 대한 반도체 기판의 중심의 위치의 어긋남량을 검출하는 설명도이다.
도 5는, 도 1에 나타낸 실시 형태에서의 얼라이너 좌표계와 로봇 좌표계의 관계를 나타내는 도이다.
도 6은, 도 1에 나타낸 실시 형태에서의 얼라이너에서의 로봇이나 기판의 중심 위치 등의 교시점이나 동작점을 나타내는 도이다.
도 7은, 도 1에 나타낸 실시 형태에서의 로봇의 교시 순서의 단계 7에 있어서, 얼라이너 좌표계와 로봇 좌표계의 상대 각도의 산출을 설명하는 도이다.
이하에서는, 반도체 기판(웨이퍼)을 반송하는 반송 시스템을 사례로서 설명한다. 단, 본 발명은, 반송 대상물이, 반도체 기판에 한정되지 않고, 원판형상 반송물 일반적으로 적용 가능하다. 또, 로봇이나 그 외의 장치 등에 대해서도, 동일한 기능 등을 실현할 수 있는 것이면, 이하의 형태나 구성에 한정되는 것은 아니다.
본 실시 형태에 관련된 반송 시스템(1)에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 로봇(10)과 그 로봇 제어 장치(11), 얼라이너 등의 기판 위치 결정 장치(20), FOUP 등의 기판 수납 용기(30)를 구비하고 있다.
우선, 본 실시 형태에 관련된 반송 시스템의 반송 대상(피반송물)인 반도체 기판(이하, 주로 간단히 「기판」이라고 한다.)에 대해서 설명한다.
기판(2)은, 단결정 구조의 박판 원판형상이며, 기판(2)을 처리실(40)에 있어서 처리하기 위해서는, 처리실(4)의 처리 장치 내에 기판(2)의 그 위치와 결정 구조의 방향을 정확하게 위치 맞춤하여 재치할 필요가 있다. 위치 맞춤의 방법으로서는, 일반적으로는, 다음의 방법이 채용되어 있다. 위치에 관해서는, 기판의 중심을 처리 장치 상의 기준점에 맞추는 (센터링)이 사용된다. 결정축의 방향에 관해서는, 결정축의 방향에 대응한 반경 방향의 원주 상의 단부에 설치한 절결(노치)을 처리 장치 등의 소정의 위치 또는 방향에 일치시킴으로써 행해지고 있다.
로봇(10)은, 로봇 제어 장치(11)로부터의 지시에 따라, 기판(2)을, 기판 수납 용기(30)로부터 기판 위치 결정 장치(이하 「얼라이너」라고 한다.)(20)로의 이송, 얼라이너(20)로부터 처리실(40)로의 이송, 그 외의 이송이나 핸들링을 행한다.
기판 수납 용기(30)는, 기판(2)을 1개 또는 복수 수납할 수 있는 상자형의 용기이며, 구체적으로는 SEMI 규격에 규정되어 있는 FOUP(Front-Opening Unified Pod)로 불리는 용기이며, 이하 「후프」라고 한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 얼라이너(20)는, 회전축 중심 둘레로 회전하는 회전 테이블(21)을 가지며, 회전 테이블(21) 상에 재치된 기판(2)의 중심의 위치와 당해 중심 위치의 얼라이너(20)에 대한 방향(각도)을, 센서부(23)를 이용하여 검출하고, 및/또는 얼라이너(20) 또는 로봇(10)에 대해, 기판(2)의 중심에 대한 소정의 위치 결정을 행한다.
또, 기판(2)의 외주부의 노치 위치를 검출하는 것, 및 얼라이너(20) 및/또는 로봇(10)에 대해, 기판(2)의 노치를 소정의 위치 결정을 행하기도 한다.
＜로봇＞
본 실시 형태에서의 로봇(10)의 개요를, 도 3을 이용하여 설명한다.
본 실시 형태에서의 로봇(10)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 기대(12)와 아암부(13)를 구비하고, 아암부(13)는, 연직축을 중심으로 수평 선회하는 2개의 아암(기대측의 제1 아암(14) 및 제1 아암(14)에 접속하는 제2 아암(15))을 구비하고 있는 수평(선회) 다관절형 로봇이다. 또, 아암부(13)의 제2 아암(15)에는, 피반송물인 기판(2)을 파지하는 핸드(16)가 구비되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서의 로봇의 축 구성에 대해서는, 수평 선회형에 한정되지 않고, 수평면 내에서의 이동, 위치 결정이 가능한 로봇이면 충분하다.
핸드(16)에는, 진공 흡인식 등인 것이 사용된다.
기대(12)는, 아암부(13)를 승강시키기 위한 승강 기구를 가지고 있다.
다음에, 로봇(10)의 기구와 동작을 구체적으로 설명한다.
제1 아암(14)은, 그 근원부가 기대(12)의 상부에 제1 회전축(17)에 의해 회전 가능하게 연결되며, 제2 아암(15)은, 그 근원부가 제1 아암(14)의 선단부에 제2 회전축(18)에 의해 회전 가능하게 연결되며, 핸드(16)는, 그 근원부가 제2 아암(15)의 선단부에 제3 회전축(19)에 의해 회전 가능하게 연결되어 있다.
이들 회전축은, 서로 독립적으로, 위치 결정이나 속도의 동작 제어가 가능하고, 모터나 감속기 등의 구동 장치를 통하여 제어 구동된다.
로봇(10)은, 이상과 같은 기구에 의해, 핸드(16)를, 수평면 내에서의 이동 및 자세(핸드가 향하는 방향(각도)) 및 연직 상하 방향의 이동에 대해서 제어 가능하다. 따라서, 로봇(10)을 사용하여, 후프(30)로부터 기판(2)을 취출하여 얼라이너(20)에 반송하거나, 얼라이너(20) 상에 재치된 기판(2)을 처리실(40)로 반송하거나, 그 외의 반송을 행할 수 있다.
또한, 상기에서 설명한 기판(2)의 반송에 대해서는, 모두 동일한 1개의 로봇(10)을 사용하여 실시해도 되고, 복수의 로봇(10)을 사용하여 실시해도 된다. 예를 들면, 후프(30)로부터 얼라이너(20)로의 반송을 위해서는 제1 로봇(10), 얼라이너(20)로부터 처리실(40)로의 반송은 제2 로봇(10)과 같이, 상이한 로봇을 사용해도 된다.
＜얼라이너＞
기판(2)은, 상기한 대로, 소정의 결정 구조를 가지고 있기 때문에, 기판(2)을 처리실(40)에 있어서 처리하기 위해서는, 처리실(40)의 처리 장치 내에 기판(2)의 중심 위치와 결정축 방향을 확보하여 반송·재치할 필요가 있다.
그러나, 후프(30)에 수납된 기판(2)은, 그 중심의 위치나 결정축 방향에 대응한 노치의 방향이 정확하게 위치 결정되어 있지 않고, 로봇(10)이 반송을 위해 핸드(16)로 파지한 기판(2)의 핸드(16)에 대한 중심 위치와 노치 방향을 파악할 수 없다.
이 때문에, 기판(2)을 소정의 중심 위치와 노치 방향을 확보하여 처리실(4)에 반송하여 재치할 수 없다.
따라서, 정확한 위치와 방향을 파악할 수 없는 후프(30) 내의 기판(2)을, 얼라이너(20)에 반송하여, 핸드(16)에 대해 소정의 중심 위치와 노치 방향을 검출·특정하고, 및/또는 소정의 위치와 방향으로 위치 결정하기 위해, 얼라이너(20)가 사용된다.
따라서, 얼라이너(20)는, 회전 테이블(21) 상에 재치된 기판(2)에 대해서, 회전 테이블(21)의 회전 중심(이하 「얼라이너 기준점」이라고 한다.)에 대한 기판(2)의 중심의 어긋남(이하 「토탈 오프셋」이라고 한다.)의 크기 및/또는 방향을 검출 내지 특정하는 기능을 가진다. 또한, 얼라이너(20)를 사용하여, 기판(2)을, 그 중심이 얼라이너 기준점과 일치시키는 것, 및/또는, 기판(2)의 노치를 소정의 방향으로 위치 맞춤하는 것을 행하기도 한다.
얼라이너(20)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 그 위에 재치된 기판(2)을 회전시켜, 소정의 각도로 위치 결정할 수 있는 회전 테이블(21), 노치(3)의 위치를 검출하기 위한 센서부(23)를 구비하고 있다.
먼저, 노치의 위치의 검출에 대해서 설명한다.
센서부(23)는, 회전 테이블(21)에 재치된 기판(2)의 외주부에 있어서, 기판(2)을 사이에 끼우고 그 상방(또는 하방)에 투광부(도시하지 않음), 하방(또는 상방)에 수광부(도시하지 않음)를 배치하고, 투광부로부터의 조사광을 수광부에서 수광한다.
투광부로부터의 조사광은, 기판(2)에 의해 차단되어 있지만, 노치의 부분에서는, 차광이 적어져, 수광부에 의해 수광되는 광량이 증대된다. 그래서, 회전 테이블(21)에 의해 회전되는 기판(2)의 광량의 변화에 의거하여, 노치의 위치를 검출한다.
다음에, 회전 테이블(21)의 회전 중심에 대한 기판(2)의 위치 어긋남(토탈 오프셋)의 크기 및 각도의 검출 방법에 대해서 설명한다.
회전 테이블(21)의 회전 중심(얼라이너 기준점)을 기준으로 하여, 회전 테이블(21) 상에 재치된 기판(2)의 외주부 단면까지의 거리 L은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(21)의 중심과 기판(2)의 중심을 잇는 직선 상이며, 회전 테이블(21)의 중심으로부터 기판(2)의 중심을 향하는 방향인 것이 최장(구체적인 최장 거리 Lmax는, 기판(2)의 반경+어긋남량이다.), 그 반대의 방향인 것이 최단(구체적인 최단 거리 Lmin은, 기판(2)의 반경-어긋남량이다.)이며, 최장점과 최단점 사이에서는, 회전 테이블(21)의 회전에 따라 연속적으로 변화하고 있다. 또한, Lmax-Lmin=2x어긋남량이다.
따라서, 회전 테이블(21)의 회전에 따른 센서부(23)부에서의 수광부의 수광량의 변화에 의거하여, 그 광량의 극대 및/또는 극소가 되는 회전 테이블(21)의 회전 각도에 의해 회전 테이블(21)의 중심에 대한 기판(2)의 중심 방향의 방향(각도), 즉 토탈 오프셋의 방향을 검출할 수 있다.
또, 상기 최장 거리 Lmax 또는 상기 최단 거리 Lmin은, 상기한 대로, 기판(2)의 중심의 회전 테이블(21)의 중심에 대한 위치 어긋남의 크기의 증가에 대응하여, 각각 증가 또는 감소하기 때문에, 상기 최장점 및/또는 최단점에서의 센서부(23)의 수광부의 수광량의 절대치의 크기에 의거하여 위치 어긋남량, 즉 토탈 오프셋의 크기를 검출한다.
또한, 위치 어긋남을 보다 정확하게 검출하기 위해서는, 수광량의 변화를 보다 정밀 내지 정확하게 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 이 때문에는, 마주보는 투광부 및 수광부에 복수의 발광 소자 및 수광 소자를 직선형상으로 배치하는 리니어 어레이 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 설명에서는, 노치 위치의 검출과 위치 어긋남량의 측정을 동일한 센서부(23)를 사용하는 것으로 하고 있지만, 각각 다른 센서부(23a)와 센서부(23b)를 구비해도 된다.
＜로봇 좌표계와 얼라이너 좌표계의 관계＞
로봇 좌표계와 얼라이너 좌표계의 관계에 대해서, 도 5를 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태에 관련된 로봇(10)은, 수평 선회 다관절형이며, 또, 얼라이너(20)도 수평면 내에서 회전하는 기구이기 때문에, 로봇(10) 및 얼라이너의 위치 결정 등의 동작은, 기본적으로 수평면 내에서 검토하면 충분하다. 따라서, 로봇 좌표계 및 얼라이너 좌표계 모두, 양자의 xy좌표계에서의 관계에 대해서 검토한다. 그래서, 이하에서는, 특별히 언급하지 않는 한, 로봇 좌표계, 얼라이너 좌표계는, 각각 로봇 좌표계의 xy좌표계 및 얼라이너 좌표계의 xy좌표계를 의미하는 것으로 한다.
로봇 좌표계와 얼라이너 좌표계란, 일반적으로는, 원점의 위치의 어긋남(이하 「원점 오프셋」이라고 한다.)과 양 좌표축 사이에는 상대 각도(θ)가 존재하므로, 얼라이너 좌표계에서의 좌표(XA, YA)T를 로봇 좌표계에서의 좌표(XR, YR)T로 표시하면 다음식이 된다.
Figure 112017120797211-pct00001
여기서, Oo는, 원점 오프셋 벡터이며, 구체적으로는, 로봇 좌표계 원점을 시점, 얼라이너 좌표계 원점을 종점으로 하는 벡터, 구체적으로는, 얼라이너 좌표계 원점 Oa(XC, YC)T의 로봇 좌표계로 표시한 좌표(XC, YC)R T이다.
또한, 다음식으로 표시되는 행렬(H)을, 로봇 좌표계와 얼라이너 좌표계의 좌표 변환 행렬이라고 한다.
Figure 112017120797211-pct00002
원점 오프셋(벡터) Oo 및 변환 행렬(H)이 정해지면, 얼라이너 좌표계에서의 위치가 로봇 좌표계에서의 위치로서, 또는 그 반대를 특정할 수 있다. 따라서, 핸들링이나 반송 등의 로봇의 교시 작업에 있어서는, 원점 오프셋이나 좌표 변환 행렬을 구하는 작업이 필요하며, 이러한 작업을 캘리브레이션이라고 하는 경우가 있다.
한편, 종래는, 이 작업을 지그 등을 사용하여 행하고 있으며, 상기한 대로 작업에 숙련을 필요로 하는 등의 과제가 있었다.
그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 이하에 설명하는 방법에 의해, 이 작업의 효율화, 간략화 등을 실현한 것이다.
이상을 근거로 하여, 다음에 로봇 교시의 순서를 설명한다.
＜로봇 교시의 순서＞
로봇(10), 얼라이너(20), 기판(2) 및 후프(30)를 사용한 교시의 순서에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다. 또한, 도 6은, 얼라이너(20)에서의 로봇(10)이나 기판(2)의 중심 위치 등의 교시점이나 동작점을 나타내고 있다.
단계 1
후프(30) 내에, 기판(2)의 중심이 정확해지도록 배치하여 수납한다.
단계 2
후프(30) 내의 취출 위치로서 미리 잠정적으로 설정한 후프 위치 P0(이하 「가설정된 후프 위치」라고 한다.)에 의거하여, 로봇(10)에 의해 기판(2)을, 후프(30)로부터 취출한다. 여기서, P0는, 기판(2)을 취출하기 위한 가설정된 후프 위치이기 때문에, 로봇(10)에 의해 기판(2)의 중심 위치의 파악은 이루어져 있지 않다.
또한, 가설정된 후프 위치는, 로봇 좌표계로 특정되어 있다.
단계 3
회전 테이블(21)의 기준 위치(회전 테이블의 회전 중심)로서 미리 잠정적으로 설정한 얼라이너 위치 Oac(이하, 「가설정된 얼라이너 위치」라고 한다.)에 의거하여, 로봇(10)에 의해 기판(2)을, 얼라이너(20)의 회전 테이블(21)에 반송하여 재치한다. 이하, 가설정된 얼라이너 위치에 의거하여 회전 테이블(21) 상에 재치된 기판(2)의 중심 위치를 「제1 기판 재치 위치」로 하여, A1로 하고, 로봇 좌표계에서의 좌표를 (X1, Y1)T로 표시한다.
제1 기판 재치 위치 A1은, 가설정된 후프 위치 P0 및 가설정된 얼라이너 위치 Oac를 사용하여 얼라이너 상에 재치되어 있기 때문에, 얼라이너 좌표계 원점 Oa로부터 어긋나 있다. 제1 기판 재치 위치 A1의 얼라이너 좌표계 원점 Oa로부터의 어긋남(이하 「토탈 오프셋 1」이라고 한다.)(벡터) Ot1은, 후프(30)에 있어서 기판(2)을 취출해야 할 실제의 후프 위치(이하 「실제의 후프 위치」라고 한다.) P에 대한 가설정된 후프 위치 P0의 어긋남(이하 「후프 오프셋 1」이라고 한다.)(벡터)과, 가설정된 얼라이너 위치 Oac의 얼라이너 좌표계 원점 Oa에 대한 어긋남(이하 「얼라이너 오프셋」라고 한다.)(벡터)의 (벡터)합이다.
또한, 가설정된 얼라이너 위치 Oac는, 로봇 좌표계에 의해 특정되어 있다.
또, 로봇 좌표계에 있어서는, 실제의 후프 위치 P와 얼라이너 기준점(얼라이너 좌표계 원점) Oa는 불분명하기 때문에, 이 시점에서는, 후프 오프셋 1(Of1), 얼라이너 오프셋(Oa) 및 토탈 오프셋 1(Ot1)도 불분명하다.
단계 4
상기 ＜얼라이너＞에 있어서 설명한 방법에 의해, 즉 회전 테이블(21)을 회전시켜 센서부(23)에 의해 최장 거리 Lmax 및/또는 최단 거리 Lmin에 의거하여, 제1 기판 재치 위치 A1에서의 토탈 오프셋 1(Ot1)의 크기 및 그 방향(각도)을 측정한다.
또한, 토탈 오프셋 1(Ot1)의 측정치는, 얼라이너 좌표계에 있어서 측정되어 있기 때문에, 그 좌표는 얼라이너 좌표계로서 특정되어 있다.
단계 5
회전 테이블(21)을 회전시켜 기판(2)의 중심 위치를 제1 기판 재치 위치 A1로 되돌린다.
단계 6
회전 테이블(21) 상의 기판(2)을 로봇 핸드(16)로 파지하고, 로봇(10)을 사용하여, 로봇 좌표계에 있어서, x축과 평행한 방향으로 미리 설정한 거리 d를 이동하여 회전 테이블(21) 상에 재치한다. 이 이동 후의 기판(2)의 중심 위치를 제2 기판 재치 위치 A2로 하고, 로봇 좌표계에서의 좌표를 (X2, Y2)T로 표시한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 로봇(10)에 의한 기판(2)의 이동 방향을 x축과 평행한 방향으로 한 것은, 이하의 식의 변형이나 유도를 간략화하기 위해서이며, 원리적 내지 수학적으로는, 미리 설정하는 거리 d를 특정할 수 있으면, 이동 방향은 임의의 방향이어도 상관없다.
단계 7
상기 ＜얼라이너＞에 있어서 설명한 방법에 의해, 즉 회전 테이블(21)을 회전시켜 센서부(23)에 의해 최장 거리 Lmax 및/또는 최단 거리 Lmin에 의거하여, 제2 기판 재치 위치 A2에서의 얼라이너 좌표계 원점에 대한 기판(2)의 중심의 위치 어긋남(벡터)(이하 「토탈 오프셋 2」라고 한다.) Ot2의 크기 및 방향을 측정한다.
또한, 토탈 오프셋 2(Ot2)의 측정치는, 얼라이너 좌표계에 있어서 측정되어 있기 때문에, 그 좌표는 얼라이너 좌표계로서 특정되어 있다.
다음에, 기판(2)의 제1 기판 재치 위치 A1로부터 제2 기판 재치 위치 A2로의 이동 벡터에 대해서, 도 7을 참조하면서 얼라이너 좌표계와 로봇 좌표계로 특정하고, 관계를 검토한다.
토탈 오프셋 1(Ot1)은, 제1 기판 재치 위치 A1에서의 기판 중심의 위치 어긋남(토탈 오프셋 1) 벡터이다.
Ba는, 제1 기판 재치 위치 A1로부터 제2 기판 재치 위치 A2로의 기판(2)의 이동에 대한 얼라이너 좌표계에서의 이동 벡터, Br은, 당해 이동에 대한 로봇 좌표계에서의 이동 벡터이다. 또한, 이들 2개의 이동 벡터는, 물리적으로는 동일하지만, 로봇 좌표계에서의 이동 벡터(Br)는 이미 알고 있지만, 얼라이너 좌표계에서의 이동 벡터(Ba)는 이미 알고 있는 것은 아니다.
여기서, 토탈 오프셋 1(Ot1)은 단계 4에 의해, 또 토탈 오프셋 2(Ot2)는 본 단계에서의 상기 측정에 의해 특정되며, 모두 이미 알고 있기 때문에, Ba=Ot2-Ot1(도 7 왼쪽의 얼라이너 좌표계)로부터, 얼라이너 좌표계에서의 이동 벡터 Ba를 구할 수 있다.
또, 상기한 대로, Br과 Ba란, 물리적으로는 동일하지만, Br과 Ba의 관계는, 얼라이너 좌표계와 로봇 좌표계의 좌표 변환 행렬(H)을 이용하여, 다음식으로 표현할 수 있다.
Figure 112017120797211-pct00003
여기서, Ba=(Xa1, Ya1)T로 두면, Br=(d, 0)T이기 때문에, 식 3으로부터 유도한 다음식에 의해, 얼라이너 좌표계와 로봇 좌표계의 상대 각도 θ를 구할 수 있다.
tanθ=Ya1/Xa1 (4)
따라서, 식 4에 의해 산출된 θ를 식 2에 대입함으로써, 얼라이너 좌표계와 로봇 좌표계의 좌표 변환 행렬(H)이 구해진다.
단계 8
기판(2)을 로봇(10)의 핸드(16)로 파지하여 제1 기판 재치 위치 A1로 되돌린다. 따라서, 이 때의 기판(2)의 중심 위치는 A1이다.
단계 9
가설정된 얼라이너 위치(Oac)를 지나 z선에 평행한 직선의 둘레로 핸드(16)를 미리 설정한 각도 α만큼 회전시킨다.
단계 10
각도 α의 회전이 종료되면, 기판(2)을 회전 테이블(21) 상에 재치한다. 이 때의 기판(2)의 중심 위치를 제３ 기판 재치 위치 A3으로 하고, 로봇 좌표계에서의 좌표를 (X3, Y3)T로 한다.
단계 11
상기 ＜얼라이너＞에 있어서 설명한 방법에 의해, 즉 회전 테이블(21)을 회전시켜 센서부(23)에 의해 최장 거리 Lmax 및/또는 최단 거리 Lmin에 의거하여, 제３ 기판 재치 위치 A3의 위치에서의 기판 중심 위치 어긋남(토탈 오프셋 3) Ot3의 크기 및 방향을 측정한다.
얼라이너 좌표계에서의 토탈 오프셋 1(Ot1) 및 토탈 오프셋 3(Ot3)은, 얼라이너에 의한 측정(단계 4 및 단계 7)에 의해 이미 알고 있다.
한편, 로봇 좌표계에서의 얼라이너 오프셋(Oa), 후프 오프셋 1(Of1) 및 후프 오프셋 3(Of3)은 아직 모른다. 여기서, 얼라이너 오프셋이란, 얼라이너 좌표계 원점(회전 테이블(21)의 중심)에 대한 가설정된 얼라이너 위치 Oac의 어긋남이며, 얼라이너 좌표계 원점 Oa를 시점, 가교시된 얼라이너 위치 Oac를 종점으로 하는 벡터를 말한다.
이상에 있어서, 미지수가 3이기 때문에, 이들 미지수를 구하기 위해서는, 3개의 방정식이 필요하다.
토탈 오프셋 1(Ot1) 및 토탈 오프셋 3(Ot3)은, 각각, 후프 오프셋 1(Of1) 및 후프 오프셋 3(Of3)과, 얼라이너 오프셋(Oa)의 벡터합이기 때문에, 이하의 관계가 되어 있다.
Figure 112017120797211-pct00004
Figure 112017120797211-pct00005
또, 제３ 기판 재치 위치 A3은, 가설정된 얼라이너 위치 Oac를 중심으로 하며, 로봇(10)의 핸드(16)를 회전시켜 생성된 것이기 때문에, Of1과 Of3의 크기(절대치)는 동일하다.
그래서, ｜Of1｜=｜Of3｜=Of로 둔다.
따라서, 점 Oac, 점 A1 및 점 A3으로부터 형성되는 삼각형이, 점 Oac를 정점으로 하는 이등변 삼각형이기 때문에, 이하의 관계식이 도출된다.
(X3-X1)2+(Y3-Y1)2=b2 (7)
Figure 112017120797211-pct00006
Figure 112017120797211-pct00007
여기서, φ는, 점 A1로부터 점 A3을 향하는 벡터가 로봇 좌표계의 x축(정)방향이 이루는 각도, b는, 제1 기판 재치 위치 A1과 제３ 기판 재치 위치 A3의 거리이다.
식 7 내지 식 9에 의해, 각각 b, Of1의 크기(Of) 및 φ을 구할 수 있다.
따라서, 그들 값으로부터, 다음식을 이용하여 가설정된 얼라이너 위치 Oac의 좌표(Xa, Ya)T의 값을 구할 수 있다.
Figure 112017120797211-pct00008
Figure 112017120797211-pct00009
이들 좌표치를 사용하여, 다음식에 의해, 후프 오프셋 1(Of1)을 구할 수 있다.
Figure 112017120797211-pct00010
따라서, 가설정된 후프 위치 P0에 식 12로 구해진 Of1을 더함으로써, 실제의 후프 위치 P를 구할 수 있다.
또, 얼라이너(20)에 있어서 기판을 실제로 재치해야 할 위치(이하 「실제의 얼라이너 재치 위치」라고 한다.) A인 얼라이너 좌표계 원점 Oa, 즉 회전 테이블(21)의 중심 위치의 좌표(Xc, Yc)T를 다음식에 의해 구할 수 있다.
Figure 112017120797211-pct00011
이상의 결과, 실제의 후프 위치 P 및 실제의 얼라이너 재치 위치 A를 교시 정보로서 구할 수 있으므로, 이들 교시 위치를 사용하여 로봇에 의한 정확한 반송 동작을 실행(재생)할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 다음의 효과를 실현할 수 있다.
-교시용 지그 등을 필요로 하지 않고, 교시 작업이 가능해지기 때문에, 시스템을 간소화할 수 있음과 함께, 제어 시에 핸드 등의 정보가 불필요해져, 제어가 용이해진다.
-교시용 지그 등을 장치와 접촉할 필요가 없어, 특히 깨끗한 환경 하에서 사용되는 로봇에서는, 접촉에 의한 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
-오퍼레이터가 개재하지 않고 자동 교시가 가능하며, 오퍼레이터의 기량에 의존하지 않고 안정된 고정밀의 교시가 가능해진다.
1 반송 시스템 2 반도체 기판(웨이퍼)
3 노치 10 로봇
11 로봇 제어 장치 12 기대
13 아암부 14 제1 아암
15 제2 아암 16 핸드
17 제1 회전축 18 제2 회전축
19 제3 회전축 20 기판 위치 결정 장치(얼라이너)
21 회전 테이블 22 회전 테이블의 회전 중심
23 센서부 24 제1 기판 재치 위치
25 가설정된 얼라이너 위치 30 기판 수납 용기(후프)
40 처리실

Claims (8)

  1. 수평면 내에서 회전하는 회전 테이블, 및 상기 회전 테이블에 재치(載置)된 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보를 취득하는 센서부를 가지는 반송물 재치 장치와,
    상기 원판형상 반송물을 반송물 수납 용기로부터 취출하고, 상기 회전 테이블 상에 반송하여 재치하는 로봇을 구비하고,
    상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치로서 미리 잠정적으로 설정된 위치에 의거하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물에 대해서, 상기 센서부에 의해 취득한 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보에 의거하여, 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치의 정보를 취득하고, 그들 취득한 위치 정보에 의거하여, 상기 로봇에 의한 상기 반송물 수납 용기로부터 상기 회전 테이블로의 상기 원판형상 반송물의 반송 동작을 교시(敎示)하며,
    상기 센서부에 의해 취득한 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보가,
    상기 회전 테이블의 기준 위치로서 미리 잠정적으로 설정된 위치에 의거하여 상기 원판형상 반송물이 상기 회전 테이블 상에 재치된 제1 재치 위치의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남과,
    상기 원판형상 반송물을 상기 제1 재치 위치로부터 상기 로봇에 의해 미리 설정된 거리를 수평 직선 이동하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 제2 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남과,
    상기 원판형상 반송물을, 상기 로봇에 의해 상기 제1 재치 위치로부터 미리 설정된 각도의 수평 선회 이동을 행하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 제3 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남의 3개인 것을 특징으로 하는 반송 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전 테이블의 상기 기준 위치가 상기 회전 테이블의 회전 중심이며, 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남이, 상기 원판형상 반송물의 중심의 상기 회전 테이블의 회전 중심으로부터의 거리와 방향인 것을 특징으로 하는 반송 시스템.
  4. 수평면 내에서 회전하는 회전 테이블, 및 상기 회전 테이블 상에 재치된 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보를 취득하는 센서부를 가지는 반송물 재치 장치와,
    상기 원판형상 반송물을 반송물 수납 용기로부터 취출하고, 상기 회전 테이블 상에 반송하여 재치하는 로봇을 구비하는 반송 시스템에서의 상기 로봇의 반송 동작의 교시 방법으로서,
    상기 원판형상 반송물의 제1 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남을 취득하는 제1 어긋남 취득 공정과,
    상기 원판형상 반송물을 상기 제1 재치 위치로부터 로봇에 의해 수평면 내에서 미리 설정한 거리를 직선 이동하여 상기 회전 테이블 상에 재치한 제2 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남을 취득하는 제2 어긋남 취득 공정과,
    상기 로봇에 의해, 상기 원판형상 반송물을 상기 제1 재치 위치로부터 미리 설정된 각도의 수평 선회 이동을 행하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 제3 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남을 취득하는 제３ 어긋남 취득 공정과,
    상기 제1 어긋남 취득 공정에서 취득한 어긋남과 상기 제３ 어긋남 취득 공정에 의해 취득한 어긋남에 의거하여, 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치의 정보를 취득하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반송 시스템에서의 로봇의 교시 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 회전 테이블의 상기 기준 위치가 상기 회전 테이블의 회전 중심이며, 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남이, 상기 원판형상 반송물의 중심의 상기 회전 테이블의 회전 중심으로부터의 거리와 방향인 것을 특징으로 하는 반송 시스템에서의 로봇의 교시 방법.
  6. 원판형상 반송물을 반송물 수납 용기로부터 취출하고, 수평면 내에서 회전하는 회전 테이블 및 상기 회전 테이블에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보를 취득하는 센서부를 가지는 반송물 재치 장치의 상기 회전 테이블 상에 반송하여 재치하는 반송 로봇으로서,
    상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치로서 미리 잠정적으로 설정한 위치에 의거하여 상기 센서부에 의해 취득한 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보에 의거하여, 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물을 취출해야 할 위치 및 상기 회전 테이블로 재치해야 할 위치의 정보를 취득하고, 그들 취득한 위치 정보에 의거하여, 상기 로봇에 의한 상기 반송물 수납 용기에서의 상기 원판형상 반송물의 취출 위치 및 상기 회전 테이블의 기준 위치의 정보를 취득하며,
    상기 센서부에 의해 취득한 상기 회전 테이블 상에 재치된 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 기준 위치에 대한 어긋남 정보가,
    상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블에서의 제1 재치 위치에 있어서 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남과,
    상기 원판형상 반송물을 상기 제1 재치 위치로부터 상기 로봇에 의해 미리 설정한 거리를 수평 직선 이동하여 상기 회전 테이블 상에 재치한 제2 재치 위치에서의 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남과,
    상기 원판형상 반송물을 상기 로봇에 의해 상기 제1 재치 위치로부터 미리 설정된 각도의 수평 선회 이동을 행하여 상기 회전 테이블 상에 재치된 제3 재치 위치에서의 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남의 3개인 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 회전 테이블의 상기 기준 위치가 상기 회전 테이블의 회전 중심이며, 상기 원판형상 반송물의 상기 회전 테이블의 상기 기준 위치에 대한 어긋남이, 상기 원판형상 반송물의 중심의 상기 회전 테이블의 회전 중심으로부터의 거리와 방향인 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
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