KR20140063419A - 기판 반송 로봇 및 기판 반송 방법 - Google Patents

기판 반송 로봇 및 기판 반송 방법 Download PDF

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KR20140063419A
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Abstract

실시 형태에 따른 기판 반송 로봇은, 신축 아암부와, 로봇 핸드와, 센서부를 구비한다. 신축 아암부는, 수평 방향으로 신축한다. 로봇 핸드는, 기판 유지용의 포크가 마련됨과 함께, 기단부가 상기 신축 아암부의 선단부에 대하여 회전 가능하게 연결된다. 센서부는, 로봇 핸드의 회전력의 전달을 받아서 회전 가능하게 마련되고, 상기 회전에 의해 평면에서 볼 때 상기 포크에 유지된 기판의 측단부와 교차하는 것에 의해, 상기 기판의 측단 위치를 검출한다.

Description

기판 반송 로봇 및 기판 반송 방법{SUBSTRATE TRANSFER ROBOT AND SUBSTRATE TRANSFER METHOD}
개시된 실시 형태는, 기판 반송 로봇 및 기판 반송 방법에 관한 것이다.
종래, 유리 기판이나 반도체 웨이퍼와 같은 박판 형상의 기판을 수납처인 카세트로부터 취출하고, 소정의 반송 장소에 반송하는 기판 반송 로봇이 알려져 있다. 상기 기판 반송 로봇은, 소위 수평 다관절 로봇으로서 구성되는 것이 많다.
수평 다관절 로봇은, 예를 들면, 2개의 아암이 관절을 거쳐서 연결된 신축 아암부를 구비하는 로봇이며, 각 아암을 회전 동작시키는 것에 의해 신축 아암부의 선단부에 마련된 로봇 핸드(이하, 간단히 「핸드」로 기재한다)를 직선적으로 이동시킨다.
또한, 기판 반송 로봇에서는, 핸드에 포크 등의 기판 유지용의 부재가 구비되어 있고, 기판 반송 로봇은, 상기 부재를 전술한 직선적인 이동에 의해 카세트에 진입시키고, 예를 들면, 기판을 하방으로부터 들어올리는 등으로 유지하고, 신축 아암부를 수축시키는 것에 의해 기판을 카세트로부터 동일하게 직선적으로 취출한다.
그런데, 기판은, 카세트내에 있어서, 정규의 위치로부터 어긋나게 수용되어 있는 경우가 있다. 이 때문에, 기판 반송 로봇에는, 상기 어긋남을 보정하면서 정확한 위치에 기판을 반송해야 한다고 하는 요청이 있다. 여기서, 상기 요청에 응하기 위한 각종 제안이 이루어지고 있다.
그 하나로서, 예를 들면, 포크에 마련된 제 1 센서로 기판의 후단 가장자리를, 포크의 좌측에 돌출한 돌출부에 마련된 제 2 센서로 기판의 좌측 가장자리를 각각 검출해서 기판의 위치 어긋남을 보정하는 핸드의 위치 정렬 방법 및 그 장치가 제안되어 있다.
그러나, 상기 제안에 의한 경우, 전술의 돌출부도 반드시 카세트 내에 진입하기 때문에, 포크가 카세트에 간섭할 가능성이 높아진다. 또한, 상기 돌출부는 고정 위치에 형성되어 있기 때문에, 기판이 어긋나 있는 모양에 따라서는 상기 돌출부에 마련된 제 2 센서로 기판의 측 가장자리를 검출하기 어려운 경우도 생각할 수 있다.
따라서, 본원 출원인은, 센서를 구비한 아암을 핸드의 프레임에 마련하고, 상기 아암을 카세트 밖에서 선회시키는 것에 의해 기판의 위치를 검출하는 기판 반송용 로봇을, 예를 들면, 특허 문헌 1에서 제안했다.
이에 따라, 카세트로의 간섭을 방지할 수 있다. 또한, 센서에 의한 회전 검출을 행하므로, 위치 검출의 확실성을 향상시킬 수 있다. 또한, 특허 문헌 1에 개시의 기판 반송용 로봇에서는, 전술의 센서를 구비한 아암은, 독립의 구동원에 의해 선회 구동되고 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공보 제 4766233 호
상술한 종래 기술에는, 저비용화를 도모함에 있어서 개선의 여지가 더 있다. 구체적으로는, 상술한 종래 기술에서는, 센서를 구비한 아암을 독립의 구동원에 의해 구동하기 때문에, 상기 구동원이나 감속기 등이 필요하여, 비용이 증가하기 쉽다.
또한, 그 구동원이나 감속기 등에 의해, 핸드의 중량화(重量化)를 초래하기 쉬웠다. 이 점에서, 최근, 대형의 기판을 반송하는 기회가 증가하는 경향 등에 비추어, 횡요(橫搖) 등에 의해 기판의 위치 검출의 정확성을 유지하기 어려운 경우도 생각할 수 있다.
실시 형태의 일형태는, 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 저비용화와 기판의 위치 검출의 정확성의 확보를 양립시킬 수 있는 기판 반송 로봇 및 기판 반송 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 형태의 일형태에 따른 기판 반송 로봇은, 신축 아암부와, 로봇 핸드와, 센서부를 구비한다. 상기 신축 아암부는, 수평 방향으로 신축한다. 상기 로봇 핸드에는, 기판 유지용의 포크가 마련됨과 함께, 기단부가 상기 신축 아암부의 선단부에 대하여 회전 가능하게 연결된다. 상기 센서부는, 상기 로봇 핸드의 회전력의 전달을 받아서 회전 가능하게 마련되고, 해당 회전에 의해 평면에서 볼 때 상기 포크에 유지된 상기 기판의 측단부와 교차하는 것에 의해, 해당 기판의 측단 위치를 검출한다.
실시 형태의 일형태에 의하면, 저비용화와 기판의 위치 검출의 정확성의 확보를 양립시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 로봇의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2a는 로봇이 신축 아암부를 가장 수축시킨 상태를 도시하는 모식 평면도이다.
도 2b는 로봇이 신축 아암부를 신장시킨 상태를 도시하는 모식 평면도이다.
도 3a는 센서부의 회전 구조를 도시하는 모식 평면도이다.
도 3b는 센서부의 회전 구조를 도시하는 모식 정면도다.
도 3c는 센서부의 회전 구조를 도시하는 모식 측면도다.
도 4a는 워크(work)의 반송 방법을 도시하는 모식도이다.
도 4b는 워크의 반송 방법을 도시하는 모식도이다.
도 4c는 워크의 반송 방법을 도시하는 모식도이다.
도 4d는 워크의 반송 방법을 도시하는 모식도이다.
도 5는 워크의 어긋남량의 산출 방법의 설명도이다.
도 6a는 제 1 변형예에 따른 핸드의 구성을 도시하는 모식 평면도이다.
도 6b는 제 1 변형예에 따른 핸드의 구성을 도시하는 모식 평면도이다.
도 7a는 제 2 변형예에 따른 핸드의 구성을 도시하는 모식 평면도이다.
도 7b는 제 2 변형예에 따른 핸드의 구성을 도시하는 모식 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본원이 개시하는 기판 반송 로봇 및 기판 반송 방법의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하에서는, 피반송물로서 유리 기판을 반송하는 기판 반송 로봇을 예로 들어서 설명을 행한다. 또한, 기판 반송 로봇에 대해서는, 단지 「로봇」이라고 기재한다. 또한, 엔드 이펙터인 「로봇 핸드」에 대해서는, 「핸드」라고 기재한다. 또한, 유리 기판에 대해서는 「워크」라고 기재한다.
먼저, 실시 형태에 따른 로봇(10)의 구성에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 따른 로봇(10)의 개략적인 구성을 도시하는 모식도이다.
또한, 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 도 1에는, 연직 상방향을 정방향으로 하고, 연직 하방향을 부방향으로 하는 Z축을 포함하는 3차원의 직교 좌표계를 도시하고 있다. 따라서, XY 평면에 평행한 방향은 「수평 방향」을 가리킨다. 상기 직교 좌표계는, 이하의 설명에 이용하는 다른 도면에 있어서도 도시하는 경우가 있다. 또한, 이하에서는, X축의 정방향을 「전방」으로, Y축의 정방향을 「좌방」으로 각각 규정한다.
또한, 이하에서는, 복수개로 구성되는 구성 요소에 대해서는, 복수개 중 일부에만 부호를 부여하고, 다른 것에 대해서는 부호의 부여를 생략하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 부호를 부여한 일부와 다른 것은 동일한 구성인 것으로 한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 로봇(10)은, X축 방향을 「신축 방향」으로서 신축하는 신축 아암부(11)를 한 쌍 구비하는 쌍 아암의 수평 다관절 로봇이다. 구체적으로는, 로봇(10)은 한 쌍의 신축 아암부(11)와 한 쌍의 핸드(12)와 아암 베이스(13)와 승강대부(昇降臺部)(14)와 주행대부(走行臺部)(15)를 구비한다.
또한, 신축 아암부(11)는 제 1 아암(11a)과 제 2 아암(11b)을 구비한다. 또한, 승강대부(14)는 제 1 승강 아암(14a)과 제 2 승강 아암(14b)과, 기대부(14c)를 구비한다.
핸드(12)는 신축 아암부(11)의 선단부에 마련되는 엔드 이펙터(end effector)이다. 아암 베이스(13)는 신축 아암부(11)를 수평 회전 가능하게 지지하는 신축 아암부(11)의 베이스부이다.
이들 신축 아암부(11), 핸드(12) 및 아암 베이스(13)의 상세한 설명에 대해서는, 도 2a 이후에 후술한다.
또한, 아암 베이스(13)는 승강대부(14)에 대하여, 연직 방향에 평행한 선회축(S) 주위에 선회 가능하게 마련된다. 이하에서는, 상기 선회축(S) 주위의 선회 동작을, 로봇(10)의 「선회축 동작」으로 기재하는 경우가 있다.
승강대부(14)는, 선단부에 있어서 아암 베이스(13)를 선회 가능하게 지지함과 함께, 상기 아암 베이스(13)를 연직 방향에 평행한 「승강 방향」에 따라서 승강시키는 유닛이다.
제 1 승강 아암(14a)은, 그 선단부에 있어서, 선회축(S)주위에 선회 가능하고, 또한 축(U1)주위에 회전 가능하게, 아암 베이스(13)를 지지한다. 또한, 제 2 승강 아암(14b)은, 그 선단부에 있어서, 제 1 승강 아암(14a)의 기단부(基端部)를 축(U2) 주위에 회전 가능하게 지지한다.
기대부(基臺部)(14c)는, 주행대부(15)에 설치되고, 제 2 승강 아암(14b)의 기단부를 축(L)주위에 회전 가능하게 지지한다. 주행대부(15)는, 주행대차(走行臺車) 등으로서 구성되는 주행 기구로서, 예를 들면, 도면 중의 Y축에 평행한 주행축(SL)에 따라 주행한다. 또한, 주행축(SL)은, 직선 형상에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에서는, 상기 주행축(SL)을 따르는 주행 동작을, 로봇(10)의 「주행축 동작」으로 기재하는 경우가 있다.
그리고, 로봇(10)은, 아암 베이스(13)를 축(U1)주위에, 제 1 승강 아암(14a)을 축(U2)주위에, 제 2 승강 아암(14b)을 축(L)주위에 각각 회전시키는 것에 의해, 승강 동작을 행한다.
또한, 로봇(10)에는, 제어 장치(20)가 로봇(10)과 상호 통신 가능하게 접속되어 있고, 로봇(10)에 대하여, 상기 승강 동작이나 전술의 선회축 동작, 주행축 동작 및 후술하는 신축 아암부(11)의 신축 동작 등 각종 동작을 행하게 하는 동작 제어를 행한다. 그리고, 적어도 상기 제어 장치(20)와 상기 로봇(10)을 포함하여, 기판 반송 시스템(1)이 구성된다.
다음에, 도 2a 및 도 2b를 이용하여 로봇(10)을 평면에서 본 경우를 예시하면서, 주로 아암 베이스(13)에서 상부의 구성에 대해서 설명한다. 도 2a는 로봇(10)이 신축 아암부(11)를 가장 수축시킨 상태를 도시하는 모식 평면도이며, 도 2b는 로봇(10)이 신축 아암부(11)를 신장시킨 상태를 도시하는 모식 평면도이다.
또한, 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 이후의 설명에서는, 한 쌍으로 쌍 아암으로 마련된 신축 아암부(11) 중, 오른쪽 아암에 해당하는 한 쪽만을 도시하여 설명을 행한다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 제 1 아암(11a)은 그 기단부가 아암 베이스(13)에 대하여 축(P1) 주위에 회전 가능하게 연결된다. 또한, 제 2 아암(11b)은 그 기단부가 제 1 아암(11a)의 선단부에 대하여 축(P2) 주위에 회전 가능하게 연결된다.
또한, 제 2 아암(11b)의 선단부에는, 핸드(12)의 기단부가 축(P3) 주위에 회전 가능하게 연결된다. 상기 핸드(12)는 프레임(12a)과 복수개의 포크(12b)와 센서부(12c)와 회전 어긋남 센서(12d)를 구비하고 있고, 전술의 제 2 아암(11b)과는 프레임(12a)이 연결된다.
프레임(12a)은 베이스 프레임(12aa)과 센서 지지 프레임(12ab)으로 이루어진다. 베이스 프레임(12aa)은 포크(12b)를 병렬로 지지한다. 센서 지지 프레임(12ab)은 센서부(12c)의 기단부를 회전 가능하게 지지한다.
또한, 프레임(12a)은 속이 빈 구조이며, 그 내부에는 후술하는 풀리나 벨트 등 각종 부재가 마련된다. 이에 대한 상세한 설명은, 도 3a ~ 도 3c를 이용하여 후술한다.
또한, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 포크(12b)는 워크(W) 유지용의 부재이며, 예를 들면, 주면에 워크(W)를 탑재하는 것에 의해 워크(W)를 유지한다. 또한, 유지 방법은 상기 탑재에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 워크(W)를 상방으로부터 흡착해도 좋다. 본 실시형태에서는, 워크(W)는 포크(12b)에 탑재되는 것으로 한다.
센서부(12c)는 포크(12b)에 유지된 워크(W)의 측단 위치를 검출하는 검출 유닛이다. 센서부(12c)는, 예를 들면, 수발광부(受發光部)(12cb)(후술)를 가지는 광학식의 빔 센서 유닛으로서 구성된다. 또한, 광학식에 한하지 않고, 자기식이나 정전식, 초음파식 등이어도 좋다. 본 실시형태에서는, 광학식인 것으로 한다.
그리고, 센서부(12c)는 그 기단부가 센서 지지 프레임(12ab)(즉, 프레임(12a))에 대하여 회전 가능하게 연결되고, 그 선단부에는 전술의 수발광부(12cb)가 하방, 즉, 워크(W)의 상면을 향해서 광축을 형성하도록 마련된다.
그리고, 센서부(12c)는 그 기단부가 프레임(12a)에 대하여 회전하는 것에 의해, 선단부의 수발광부(12cb)가 평면에서 볼 때 워크(W)의 측단부와 교차하는 것으로 워크(W)의 측단 위치를 검출한다.
상기 센서부(12c)의 회전은, 핸드(12)가 축(P3)주위에 회전하는 회전력의 전달을 받아서 종동(縱動)하는 것에 의해 행해진다. 따라서, 센서부(12c)는, 센서부(12c) 자체를 회전 구동하는 독립한 구동원을 필요로 하지 않는다.
또한, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 센서부(12c)는 신축 아암부(11)를 수축시킨 상태에 있어서는, 그 선단부가 워크(W)쪽을 향하도록 회전한다. 이러한 점을 포함한 센서부(12c)의 회전 구조의 상세한 설명에 대해서는, 도 3a ~ 도 3c를 이용하여 후술한다.
또한, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 회전 어긋남 센서(12d)는 워크(W)의 회전 어긋남을 검출하는 검출 유닛이며, 예를 들면, 양단의 포크(12b)의 기단부의 근방에 각각 마련된다. 또한, 본 실시형태에서는, 워크(W)의 「회전 어긋남」이라고 말하는 경우, X축에 따르는 전후 방향의 워크(W)의 어긋남을 포함하는 것으로 한다.
회전 어긋남 센서(12d)의 역할에 대해서는, 도 4a ~ 도 4d를 이용한 설명에서 후술한다. 또한, 본 실시형태에서는, 회전 어긋남 센서(12d)도, 센서부(12c)와 같이 광학식이며, 상방, 즉, 워크(W)의 하면을 향해서 광축(光軸)을 형성하도록 마련되어 있는 것으로 한다.
또한, 도 1의 설명에서 이미 기술했지만, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 로봇(10)은 선회축(S)주위에 선회하는 선회축 동작(도면 중의 양방향 화살표(201) 참조) 및 주행축(SL)을 따라서 주행하는 주행축 동작(도면 중의 양방향 화살표(202) 참조)을 행할 수 있다.
또한, 도 2a에 도시하는 원(minR)은, 신축 아암부(11)를 가장 수축시킨 상태에서 선회축 동작을 행한 경우에, 프레임(12a)의 기단부가 그리는 궤적, 즉 「최소 선회 직경」이다.
또한, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 로봇(10)은 신축 아암부(11)를 신장시키는 경우(도면 중의 화살표(203) 참조), 핸드(12)의 이동 방향 및 향함을 소정의 방향 및 향함(도면 중에서는 X축의 정방향)으로 규제하면서 신축 아암부(11)를 신장시키는 동작을 행한다.
구체적으로는, 로봇(10)은 신축 아암부(11)를 신장시키는 경우, 제 1 아암(11a)을 축(P1)주위에 반시계 방향으로 회전량θ 회전시킨다(도면 중의 화살표(204) 참조). 또한, 이 때 제 2 아암(11b)에 대해서는, 제 1 아암(11a)에 대하여, 축(P2)주위에 시계 방향으로 2배의 회전량 2θ로 회전시킨다(도면 중의 화살표(205) 참조).
또한, 핸드(12)에 대해서는, 제 2 아암(11b)에 대하여, 축(P3)주위에 반시계 방향으로 회전량θ로 회전시킨다(도면 중의 화살표(206) 참조). 이에 따라, 핸드(12)의 이동 방향을 X축에 따라 직선적으로, 또한, 핸드(12)의 방향(즉, 포크(12b)의 선단부의 방향)을 전방으로 유지한 채, 신축 아암부(11)를 신장시킬 수 있다.
또한, 이 때 센서부(12c)는 핸드(12)의 프레임(12a)에 대하여, 축(P5)주위에 시계 방향으로 회전하고(도면 중의 화살표(207) 참조), 그 선단부를 후방(즉, 핸드(12)의 기단부측)으로 향하게 한다. 이에 따라, 워크(W)를 취출하기 위해서 핸드(12)를 카세트에 진입시킬 때에, 그 카세트에 센서부(12c)가 간섭하는 것을 막을 수 있다.
또한, 신축 아암부(11)를 수축시키는 경우에는, 축(P1, P2, P3 및 P5) 주위의 회전 방향이, 신장시키는 경우와 각각 반대가 된다. 따라서, 센서부(12c)는, 이 신축 아암부(11)를 수축시키는 과정에 있어서 평면에서 볼 때 워크(W)의 측단부와 교차하고, 워크(W)의 측단 위치를 검출하는 것이 된다.
즉, 제 1 아암(11a)의 회전량θ에 대하여 제 2 아암(11b)이 제 1 아암(11a)의 회전 방향의 역방향으로 회전량θ의 2배의 회전량 2θ로 회전함과 함께, 로봇 핸드(12)가 제 2 아암(11b)의 회전 방향의 역방향으로 회전량θ로 회전하는 것에 의해, 로봇 핸드(12)의 방향을 소정의 방향으로 유지한 채 신축하며, 센서부(12c)는, 신축 아암부(11)가 신장한 신장 상태에 있어서는, 그 선단부를 핸드(12)의 기단부측에 회피시키고, 신축 아암부(11)가 수축한 수축 상태에 있어서는, 그 선단부를 워크(W)의 측단부와 교차시키도록, 원호 형상으로 회전한다.
다음에, 도 3a ~ 도 3c를 이용하여, 센서부(12c)의 회전 구조에 대해서 설명한다. 도 3a는 센서부(12c)의 회전 구조를 나타내는 모식 평면도이며, 도 3b는 센서부(12c)의 회전 구조를 나타내는 모식 정면도이며, 도 3c는 센서부(12c)의 회전 구조를 나타내는 모식 측면도이다. 또한, 도 3a ~ 도 3c 에서는 설명에 필요한 부재에 대해서만 도시하고 있다. 또한, 도 3c는 도 3a 및 도 3b보다 약간 확대되어 있다.
도 3a에 도시하는 바와 같이 프레임(12a)의 내부에는, 축(P3) 주위에 회전하는 풀리(12ac)와(도면 중의 양방향 화살표(301) 참조), 축(P4)주위에 회전하는 중간 풀리(12ad)가 마련된다.
또한, 상술한 바와 같이, 센서부(12c)는 그 기단부가 프레임(12a)에 대하여, 축(P5) 주위에 회전 가능하게 연결된다(도면 중의 양방향 화살표(302) 참조). 또한, 그 센서부(12c)의 기단부에는 종동 풀리(12ca)가 마련된다. 또한, 센서부(12c)는 그 선단부에 수발광부(12cb)를 가진다.
그리고, 풀리(12ac)와 중간 풀리(12ad)는 벨트(12ae)로 서로 연결된다. 여기에서, 도 3b에 도시하는 바와 같이 풀리(12ac)는 제 2 아암(11b)의 내부로부터 세워서 설치되고, 프레임(12a)에 관통 삽입된 지주(11ba)의 선단부에 마련된다. 따라서, 제 2 아암(11b)에 대하여 핸드(12)가 회전할 때, 상기 풀리(12ac)는 핸드(12)의 회전에 대하여 상대적 회전하는 것이 된다.
그리고, 상기 풀리(12ac)의 상대적 회전에 의한 회전력은 벨트(12ae)를 거쳐서 중간 풀리(12ad)에 전달된다. 또한, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 중간 풀리(12ad)와 종동 풀리(12ca)는 벨트(12af)로 서로 연결된다.
따라서, 중간 풀리(12ad)에 전달된 회전력은, 벨트(12af)를 거쳐서 종동 풀리(12ca)를 회전시키고, 센서부(12c)를 축(P5) 주위에 회전시키는 것이 된다. 즉, 센서부(12c)는 핸드(12)의 회전에 종동 회전한다.
다시 말해서, 센서부(12c)는 벨트(12ae, 12af)를 거쳐서 전달되는 회전력을 종동 풀리(12ca)에서 받는 것에 의해, 로봇 핸드(12)가 신축 아암부(11)에 대하여 회전했을 때에 로봇 핸드(12)의 회전에 종동 회전한다.
이에 따라, 센서부(12c)는, 독립한 구동원을 필요로 하지 않으면서 회전할 수 있고, 수발광부(12cb)에 있어서 워크(W)의 측단부에 의한 광축(303)의 차광을 검지하는 것에 의해, 워크(W)의 측단 위치를 검출할 수 있다. 즉, 저비용화와 워크(W)의 위치 검출 정확성의 확보를 양립시킬 수 있다.
또한, 구동원을 필요로 하지 않음에 따라, 핸드(12)의 경량화를 도모할 수 있다. 따라서, 중량화에 의한 가로 흔들림 등의 요인을 저감할 수 있으므로, 역시 워크(W)의 위치 검출 정확성의 확보에 이바지할 수 있다.
또한, 풀리(12ac), 중간 풀리(12ad) 및 종동 풀리(12ca)는, 소정의 풀리비를 가지고 구성된다. 상기 소정의 풀리비는, 센서부(12c)의 회전량을 규제한다. 즉, 소정의 풀리비는 신축 아암부(11)를 수축시키는 동작의 과정에서 센서부(12c)가 회전에 의해 확실하게 워크(W)의 측단부와 교차하고, 또한, 센서부(12c)가 다른 부재와 간섭하지 않도록 미리 결정된다.
또한, 상기 풀리비에 관련하여, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 센서부(12c)는 최소 선회 직경인 원(minR)보다도 내측에서 회전하도록 그 길이 등이 결정되고, 마련되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 역시 다른 부재로의 불필요한 간섭을 방지할 수 있으므로, 워크(W)의 위치 검출의 정확성을 확보할 수 있다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 워크(W)의 반송 방법에 대해서 도 4a ~ 도 4d를 이용하여 설명한다. 도 4a ~ 도 4d는 워크(W)의 반송 방법을 도시하는 모식도이다. 또한, 도 4a ~ 도 4d 에서는 각 유닛이나 부재를 극히 모식적으로 도시하고 있다.
먼저, 카세트(30)로부터 워크(W)를 취출하는 것으로 한다. 이와 같은 경우, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 로봇(10)은 X 축 방향에 평행하게 핸드(12)를 카세트(30)에 진입시키고(도면 중의 화살표(401) 참조), 반송 대상인 워크(W)의 하방에 포크(12b)를 위치시킨다.
또한, 이 때 센서부(12c)는 축(P5)주위를 회전하고(도면 중의 화살표(402) 참조), 그 선단부를 후방에 향하게 한다. 그리고, 로봇(10)은, 회전 어긋남 센서(12d)에 의해 워크(W)의 카세트(30)내에 있어서의 회전 어긋남을 검출한다.
회전 어긋남 센서(12d)는, 핸드(12)의 좌우 2군데에 마련되는, 예를 들면, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 양단의 포크(12b)에 마련된 광학식의 센서로서, 상방을 향해서 광축을 형성한다. 그리고, 핸드(12)가 카세트(30)내의 워크(W)의 하방으로 진입할 때에, 워크(W)의 측단부를 순서대로 검지하는 것에 의해, 워크(W)의 회전 어긋남, 즉, 워크(W)가 핸드(12)에 대하여 θ방향으로 얼마나 어긋나 있는지를 검출한다.
여기에서, 회전 어긋남 센서(12d)에 의해 워크(W)의 회전 어긋남이 검출된 것으로 한다. 이와 같은 경우, 도 4b에 도시하는 바와 같이 로봇(10)은, 회전 어긋남에 따라 선회축(S)주위의 선회축 동작(도면 중의 화살표(403) 참조) 및 주행축(SL)을 따르는 주행축 동작(도면 중의 화살표(404) 참조)을 행하는 것에 의해, 워크(W)에 대한 포크(12b)의 위치를 보정한다.
그리고, 승강대부(14)의 동작에 의해 핸드(12)를 상승시켜서 포크(12b)로 워크(W)를 들어 올리고, 포크(12b)에 워크(W)를 탑재해서 유지한다.
계속하여, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 로봇(10)은, 유지한 워크(W)의 측단부가 카세트(30)의 측벽과 평행해지도록, 주행축 동작(도면 중의 화살표(405) 참조) 및 선회축 동작(도면 중의 화살표(406) 참조)을 행한다.
그리고, 도 4d에 도시하는 바와 같이, 로봇(10)은, 신축 아암부(11)를 수축시키는 동작을 행하는 것에 의해, 워크(W)를 카세트(30)로부터 인출한다(도면 중의 화살표(407) 참조). 그리고, 상기 워크(W)를 인출할 때의 축(P3) 주위의 핸드(12)의 회전에 종동 회전하는 것에 의해, 센서부(12c)는 그 선단부를 전방에 향하게 하고, 워크(W)의 측단부와 교차하여 상기 워크(W)의 측단 위치를 검출한다(도면 중의 화살표(408) 참조).
그리고, 로봇(10)은, 센서부(12c)에 의해 워크(W)의 측단 위치가 검출되고 나서 워크(W)가 반송되어 반송처에 도달할 때까지의 사이에, 검출한 측단 위치에 근거하여 워크(W)의 어긋남량을 산출한다. 또한, 상기 산출은, 제어 장치(20)에 의해 행해져도 좋다.
여기에서, 도 5를 이용하여, 상기 워크(W)의 어긋남량의 산출 방법에 대해서 설명한다. 도 5는 워크(W)의 어긋남량의 산출 방법의 설명도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 워크(W)의 X 축 방향의 길이를 「Gx」, Y 축 방향의 길이를 「Gy」로 한다. 또한, 워크(W)의 정규의 위치를 「Gy/2」로 나타낸다.
또한, 풀리(12ac)의 중심으로부터 종동 풀리(12ca)의 중심까지의 Y 축 방향에 따른 거리를 「Yay」로 한다. 또한, 풀리(12ac)의 톱니수를 「Z1」, 종동 풀리(12ca)의 톱니수를 「Z2」, 센서부(12c)의 길이를 「R」로 한다.
또한, 축(P1)주위의 회전량θ에 관한 센서부(12c)의 회전량을 「β」로 한다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이 회전량 θ = 0deg 인 때의 각도를 「γ」로하고, -γ를「β。」로 정의한다.
그리고, 전술의 Yay의 보정값을 「ΔY」, R의 보정값을 「ΔR」, 검출 지연 보정값을 「ΔФ」로 한다.
이와 같은 경우, 워크(W)의 측단위치의 Y축 방향의 어긋남량은, 다음 식(1)에 의해 산출할 수 있다.
워크(W)의 어긋남량 = Gy/2 - (Yay+ΔY) + (R+ΔR)×cos(β。+ (Z1/Z2)θ+ΔФ) ㆍㆍㆍ(1)
또한, 워크(W)의 어긋남량 > 0 인 경우에는, 도 5에 도시된 A측에 어긋남이 발생하고 있다. 또한, 워크(W)의 어긋남량 < 0 인 경우에는, 도 5에 도시된 B측에 어긋남이 발생하고 있다.
그리고, 로봇(10)은 산출한 워크(W)의 어긋남량을 이용하여 보정하면서, 반송처의 목표 위치에 있어서, 예를 들면 워크(W)를 놓는 것에 의해 워크(W)의 유지를 해제하는 것이 된다.
그런데, 지금까지는, 센서부(12c)가 주로 일방향(Y축 방향)의 어긋남을 검출하는 경우를 예로 들어서 설명했지만, 센서부(12c)가 XY 방향의 쌍방의 어긋남을 검출해도 좋다.
이러한 경우를 제 1 변형예로 하여, 도 6a 및 도 6b을 이용하여 설명한다. 도 6a 및 도 6b는 제 1 변형예에 따른 핸드(12’)의 구성을 도시하는 모식 평면도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제 1 변형예에 따른 핸드(12’)는 소정의 각도로 벌어진 두 갈래로 된 L자 형상으로 형성되고, 핸드(12’)의 회전에 종동 회전해서 축(P5)주위에 회전 가능하게 마련된 센서부(12c’)를 한 쌍 구비한다. 또한, 두 갈래의 선단부의 한쪽에는 제 1 센서(12d’)가, 다른 쪽에는 제 2 센서(12cb’)가 마련된다.
그리고, 도 6a의 화살표(601)에 도시하는 바와 같이, 핸드(12’)가 카세트(30)에 삽입되고, 반송 대상인 워크(W)의 하방에 위치 부여된 경우에는, 상술한 회전 어긋남 센서(12d)와 동일하게, 제 1 센서(12d’)에 의해 워크(W)의 회전 어긋남을 검출하고, 회전 어긋남을 보정한다.
또한, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 워크(W)가 카세트(30)로부터 인출되는 경우에는(도면 중의 화살표(602) 참조), 핸드(12’)의 회전에 종동 회전하는 것에 의해(도면 중의 화살표(603) 참조), 제 2 센서(12cb’)가 워크(W)의 측단부와 교차하고, 워크(W)의 측단 위치를 검출한다.
그리고, 검출된 측단 위치에 근거하여 어긋남량이 산출되고, 상기 어긋남량을 이용하여 보정되면서, 워크(W)는 반송처의 목표 위치에 있어서 유지를 해제하는 것이 된다.
따라서, 제 1 변형예에 의해서도, 저비용화와 워크(W)의 위치 검출 정확성의 확보를 양립시킬 수 있다.
또한, 도 6b에 도시하는 바와 같이 워크(W)가 인출되는 경우, 제 2 센서(12cb’)에 의해 워크(W)의 Y 축 방향에 대한 측단 위치를 검출할 뿐만아니라, 아울러 제 1 센서(12d’)에 의해 다시 워크(W)의 X 축 방향에 대한 측단 위치를 검출해도 좋다.
이와 같은 경우, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 적어도 4점에서 측단 위치를 검출할 수 있으므로, 워크(W)의 위치 검출의 정확성을 보다 높게 할 수 있다.
또한, 도 6a 및 도 6b에서는, 센서부(12c’)의 형상이 평면에서 볼 때 대략 L자 형상인 경우를 예로 들었지만, 어디까지나 일례이며, 실제로는 카세트(30)나 타부재로의 간섭을 막을 수 있도록 두갈래 사이가 벌어진 각도나 길이 등이 결정된 최적의 형상이면 좋다.
또한, 지금까지는, 회전 어긋남 검출용의 센서가 적어도 2개 마련되는 경우를 예로 들어서 설명했지만, 이를 하나로 하고, 센서부(12c)가, 회전 어긋남 검출용을 겸하는 것으로 해도 좋다.
이러한 경우를 제 2 변형예로 하여, 도 7a 및 도 7b를 이용하여 설명한다. 도 7a 및 도 7b는, 제 2 변형예에 따른 핸드(12'')의 구성을 도시하는 모식 평면도이다.
도 7a 및 도 7b에 도시하는 바와 같이, 제 2 변형예에 따른 핸드(12'')는, 좌단의 포크(12b)에 회전 어긋남 센서(12d)를 1개 구비한다.
그리고, 도 7a의 화살표(701)로 도시하는 바와 같이, 핸드(12'')가 카세트(30)의 워크(W)의 하방으로 삽입되는 경우, 센서부(12c)는, 평면에서 볼 때 시계 방향으로 핸드(12'')의 기단부측을 돌아서 회전하고, 수발광부(12cb)를 워크(W)의 전방의 측단부와 교차시켜서, 먼저 워크(W)의 전방의 측단 위치를 검출한다(도면 중의 화살표(702) 참조).
그리고, 상기 센서부(12c)의 검출 결과와, 포크(12b)에 마련된 회전 어긋남 센서(12d)의 검출 결과에 근거하여 워크(W)의 회전 어긋남이 검출되고, 회전 어긋남이 보정된다.
그리고, 도 7b의 화살표(703)로 도시하는 바와 같이, 워크(W)가 카세트(30)로부터 인출되는 경우, 센서부(12c)는, 평면에서 볼 때 반시계 방향으로 핸드(12'')의 기단부측을 돌아서 회전하고, 수발광부(12cb)를 워크(W)의 우측의 측단부와 교차시켜서, 이번에는 워크(W)의 측단 위치를 검출한다(도면 중의 화살표(704) 참조).
그리고, 검출된 측단 위치에 근거하여 워크(W)의 Y 축 방향에 대한 어긋남량이 산출되고, 상기 어긋남량을 이용하여 보정되면서, 워크(W)는 반송처의 목표 위치에 있어서 유지를 해제하는 것이 된다.
또한, 이러한 센서부(12c)의 회전 동작은, 상술한 소정의 풀리비에 해당하는 풀리(12ac)의 톱니수 「Z1」나 종동 풀리(12ca)의 톱니수 「Z2」 등을 변경하는 것에 의해 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 회전 어긋남 센서(12d)가 1개로 충분하기 때문에, 저비용화에도 이바지할 수 있다.
따라서, 제 2 변형예에 의해서도, 저비용화와 워크(W)의 위치 검출 정확성의 확보를 양립시킬 수 있다.
또한, 도 7a 및 도 7b에서는 회전 어긋남 센서(12d)를 좌단의 포크(12b)에, 센서부(12c)를 우단의 포크(12b)의 근방에, 각각 마련한 경우를 예시했지만, 이들의 배치 위치는 반대라도 좋다. 다시 말해서, 센서부(12c)는, 신축 아암부(11)가 신장한 신장 상태에 있어서는, 센서부(12c)의 선단부를 기판(W)의 전방의 측단부와 교차시키고, 신축 아암부(11)가 수축한 수축 상태에 있어서는, 센서부(12c)의 선단부를 상기 기판(W)의 우측 또는 좌측의 측단부와 교차시키도록, 원호 형상으로 회전하는 것으로 구성할 수 있다. 또한, 상술한 회전 어긋남 센서(12d)가 적어도 2개 마련되는 경우에 있어서도, 센서부(12c)는, 좌단의 포크(12b)의 근방에 배치되어도 좋다.
상술한 바와 같이, 실시 형태에 따른 로봇(기판 반송 로봇)은, 신축 아암부와, 핸드(로봇 핸드)과, 센서부를 구비한다. 신축 아암부는, 수평 방향으로 신축한다. 핸드는, 워크(기판) 유지용의 포크가 마련됨과 함께, 기단부가 상기 신축 아암부의 선단부에 대하여 회전 가능하게 연결된다. 센서부는, 핸드의 회전력의 전달을 받아서 회전 가능하게 마련되고, 상기 회전에 의해 평면에서 볼 때 상기 포크에 유지된 워크의 측단부와 교차하는 것에 의해, 상기 워크의 측단 위치를 검출한다.
따라서, 실시 형태에 따른 로봇에 의하면, 저비용화와 기판의 위치 검출의 정확성의 확보를 양립시킬 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 양팔 로봇을 예로 들어서 설명했지만, 로봇의 팔의 수를 한정하는 것은 아니고, 한팔 로봇, 또는, 세팔 이상의 로봇에 적용하는 것으로 해도 좋다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 로봇이, 주행대차에 설치되어서 주행축 동작을 행하는 것으로 했지만, 결정된 궤도에 따라 이동 가능하다면, 주행 기구의 종류를 한정하지 않는다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 피반송물이 유리 기판인 경우를 예로 들어서 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 반도체 웨이퍼나 소위 박판 형상의 기판이라면 좋다.
또한, 각부재의 세부의 형상에 대해서는, 본원의 각도에 표시된 형상과, 상이해도 좋다.
또한, 상기의 실시 형태나 변형 예에 등장한 각요소를, 모순이 발생하지 않는 범위에서, 적시에 조합해도 좋다.
다른 효과나 변형예는, 당업자에 의해 용이하게 도출될 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 보다 광범위한 형태는, 이상과 같이 나타내고, 또한 기술한 특정한 상세한 설명 및 대표적인 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 첨부의 특허 청구의 범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 총괄적인 발명의 개념의 정신 또는 범위로부터 일탈하지 않고, 여러 가지 변경이 가능하다.

Claims (13)

  1. 수평 방향으로 신축하는 신축 아암부와,
    기판의 유지용의 포크가 마련됨과 함께, 기단부가 상기 신축 아암부의 선단부에 대하여 회전 가능하게 연결되는 로봇 핸드와,
    상기 로봇 핸드의 회전력의 전달을 받아서 회전 가능하게 마련되고, 해당 회전에 의해 평면에서 볼 때 상기 포크에 유지된 상기 기판의 측단부와 교차하는 것에 의해, 해당 기판의 측단 위치를 검출하는 센서부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 로봇 핸드의 프레임에 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 로봇 핸드의 회전력은 해당 로봇 핸드의 회전축에 연결된 회전력 전달 기구를 거쳐서 상기 센서부에 전달되는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전력 전달 기구는 상기 프레임에 내장되는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전력 전달 기구는 상기 로봇 핸드의 회전축에 연결된 풀리 및 벨트로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서부는 기단부가 상기 프레임에 대하여 회전 가능하게 연결되고,
    상기 센서부의 회전축에는 상기 로봇 핸드의 회전축에 연결된 상기 풀리에 대하여 소정의 풀리비를 가지는 종동 풀리가 마련되어 있고,
    상기 센서부는 상기 벨트을 거쳐서 전달되는 회전력을 상기 종동 풀리에서 받는 것에 의해, 상기 로봇 핸드가 상기 신축 아암부에 대하여 회전했을 때에 상기 로봇 핸드의 회전에 종동 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.

  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 신축 아암부가 신장 위치로 신장할 때에는, 해당 센서부의 선단부를 상기 로봇 핸드의 기단부측에 회피시키고, 상기 신축 아암부가 수축 위치로 수축할 때에는, 해당 센서부의 선단부를 상기 기판의 측단부와 교차시키도록, 원호 형상으로 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 신축 아암부가 신장 위치로 신장할 때에는, 해당 센서부의 선단부를 상기 기판의 전방의 측단부와 교차시키고, 상기 신축 아암부가 수축 위치로 수축할 때에는, 해당 센서부의 선단부를 상기 기판의 우측 또는 좌측의 측단부와 교차시키도록, 원호 형상으로 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서부의 회전량은,
    상기 소정의 풀리비에 의해 규제되는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신축 아암부는,
    기단부가 아암 베이스에 대하여 회전 가능하게 연결되는 제 1 아암과,
    기단부가 상기 제 1 아암의 선단부에 대하여 회전 가능하게 연결되고, 선단부에 있어서는 상기 로봇 핸드가 회전 가능하게 연결되는 제 2 아암을 구비하고,
    상기 제 1 아암의 회전량θ에 대하여 상기 제 2 아암이 상기 제 1 아암의 회전 방향의 역방향으로 상기 회전량θ의 2배의 회전량 2θ로 회전함과 함께, 상기 로봇 핸드가 상기 제 2 아암의 회전 방향의 역방향으로 상기 회전량θ로 회전하는 것에 의해, 상기 로봇 핸드의 방향을 소정의 방향으로 유지한 채 신축하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 신축 아암부가 수축하는 동작에 수반하는 상기 로봇 핸드의 회전에 종동 회전하는 것에 의해, 해당 센서부의 선단부가 평면에서 볼 때 상기 기판의 측단부와 교차하는 것으로 해당 기판의 측단 위치를 검출하고,
    상기 기판의 어긋남량은,
    상기 센서부에 의해 상기 측단 위치가 검출되고 나서 상기 기판이 반송되어 반송처에 도달할 때까지의 사이에 상기 측단 위치에 근거하여 산출되는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판이 수용된 카세트에 상기 포크를 진입시켰을 때에 상기 기판의 상기 카세트내에 있어서의 회전 어긋남을 검출하는 회전 어긋남 센서를 더 구비하고,
    상기 회전 어긋남 센서에 의해 검출된 상기 회전 어긋남에 따라 선회축 동작 및 주행축 동작을 행하는 것에 의해 상기 기판에 대한 상기 포크의 위치를 보정해서 상기 포크에 상기 기판을 유지시키고, 상기 센서부에 의해 검출된 상기 측단 위치에 근거하여 산출된 상기 기판의 어긋남량을 이용하여 보정하면서 반송처의 목표 위치에 있어서 상기 기판의 유지를 해제하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 로봇.
  13. 기판이 수용된 카세트에 포크를 진입시켰을 때에 상기 기판의 상기 카세트내에 있어서의 회전 어긋남을 검출하는 제 1 검출 공정과,
    상기 제 1 검출 공정에 의해 검출된 상기 회전 어긋남에 따라 선회축 동작 및 주행축 동작을 행하는 것에 의해 상기 기판에 대한 상기 포크의 위치를 보정해서 상기 포크에 상기 기판을 유지시키는 제 1 보정 공정과,
    상기 카세트로부터 상기 기판을 유지시킨 채 상기 포크를 인출할 때에 해당 포크를 포함하는 로봇 핸드의 회전에 종동 회전하는 것에 의해 평면에서 볼 때 상기 기판의 측단부와 교차하는 것으로 해당 기판의 측단 위치를 검출하는 제 2 검출 공정과,
    상기 제 2 검출 공정에 의해 검출된 상기 측단 위치에 근거하여 산출된 상기 기판의 어긋남량을 이용하여 보정하면서 반송처의 목표 위치에 있어서 상기 기판의 유지를 해제하는 제 2 보정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 방법.
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