KR20230031953A - 로봇 및 기판 자세 검사 방법 - Google Patents

로봇 및 기판 자세 검사 방법 Download PDF

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KR20230031953A
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잇페이 시미즈
히로유키 오카다
다이스케 야마나카
타카히로 아베
준이치 사토
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카와사키 주코교 카부시키가이샤
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판을 반송하기 위한 로봇은 핸드부와, 암부와, 기판 검출부와, 기판 자세 검사부를 구비한다. 상기 핸드부는, 상기 기판을 유지하고 반송한다. 상기 암부는, 상기 핸드부에 연결되어 상기 핸드부를 이동시킨다. 상기 기판 검출부는, 상기 기판 유무를 비접촉으로 검출한다. 상기 기판 자세 검사부는, 상기 핸드부에 의해 유지되어 있지 않은 상태의 상기 기판이 상기 기판 검출부에 의해 검출된 높이에 기초하여 상기 기판의 자세를 검사한다.

Description

로봇 및 기판 자세 검사 방법
본 개시는, 주로 반도체 웨이퍼나 프린트 기판 등의 기판을 반송(搬送)하기 위한 로봇에 관한 것이다. 상세하게는, 반송 대상 기판의 자세를, 당해 기판을 유지하기 전에 검지하는 구성에 관한 것이다.
종래부터, 기판의 보관 장치, 기판 처리 장치 등으로부터 기판을 취출하여 반송하는 기판 반송용 로봇이 알려져 있다. 특허문헌 1은, 이러한 종류의 로봇인 웨이퍼 반송 장치를 개시한다.
특허문헌 1의 웨이퍼 반송 장치는, 핸드의 자세를 검출하는 자세 검지부와, 액추에이터를 구비한다. 이 웨이퍼 반송 장치는, 자세 검지부에서 검출되는 핸드의 자세 정보에 기초하여 액추에이터의 신축도를 제어함으로써 핸드의 자세를 조정하는 구성으로 되어 있다.
일본 특허 공개 제2004-128021호 공보
상기 특허문헌 1에서, 자세 검지부는 어디까지나 핸드의 자세를 검지하는 것으로, 핸드에 유지되기 전의 기판 자세를 검지할 수는 없다. 기판의 자세가 적정하지 않을 경우, 로봇이 당해 기판을 유지하는 동작의 과정에서 기판을 손상시킬 우려가 있다.
본 개시는 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 반송 대상 기판의 자세를, 로봇에 의해 기판을 취출하여 유지하기 전에 정확하게 검지하는 것이다.
본 개시의 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음에 이 과제의 해결 수단과 그 효과를 설명한다.
본 개시의 제1 관점에 의하면, 이하의 구성의 로봇이 제공된다. 즉, 기판을 반송하기 위한 로봇은 암부와, 핸드부와, 기판 검출부와, 기판 자세 검사부를 구비한다. 상기 핸드부는, 상기 암부에 마련되고, 상기 기판을 유지하고 반송한다. 상기 기판 검출부는, 상기 기판의 유무를 비접촉으로 검출한다. 상기 기판 자세 검사부는, 상기 핸드부에 의해 유지되고 있지 않은 상태의 상기 기판이 상기 기판 검출부에 의해 검출된 높이 정보에 기초하여 상기 기판의 자세를 검사한다.
본 개시의 제2 관점에 의하면, 이하의 기판 자세 검사 방법이 제공된다. 즉, 이 기판 자세 검사 방법은, 상기 기판을 반송하는 로봇에 의해 당해 기판의 자세를 검사한다. 상기 로봇은 암부와, 핸드부와, 기판 검출부를 구비한다. 상기 핸드부는, 상기 암부에 마련되고, 상기 기판을 유지하고 반송한다. 상기 기판 검출부는, 상기 기판의 유무를 비접촉으로 검출한다. 상기 기판 검출부가 검출한, 상기 핸드부에 의해 유지되어 있지 않은 상태의 상기 기판의 높이 정보에 기초하여 상기 기판의 자세를 검사한다.
이에 따라, 기판을 기판 보관 장치 등으로부터 취출하기 전에, 기판의 자세를 검사하는 것이 가능해진다. 따라서, 핸드부의 이동 시에 있어서, 기판의 적정하지 않은 자세에 의한, 핸드부와 기판과의 의도하지 않는 접촉을 회피할 수 있다. 이 결과, 기판의 손상 등을 방지할 수 있다.
본 개시에 의하면, 반송 대상 기판의 자세를, 로봇에 의해 기판을 취출하여 유지하기 전에 정확하게 검지할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 로봇의 전체적인 구성을 도시하는 사시도.
도 2는 틸트 기구의 일례를 도시하는 사시도.
도 3은 틸트 기구의 일례를 도시하는 단면도.
도 4는 로봇이 기판의 자세를 검사하는 모습을 도시하는 도면.
도 5는 로봇 핸드가 기판에 대하여 상하 이동하는 모습을 나타내는 확대도.
도 6은 기판의 경사에 의한 검출 두께의 변화를 도시하는 설명도.
도 7은 제1 변형예에서의 기판의 경사 검사를 설명하는 평면도.
도 8은 제2 변형예에서의 기판의 경사 검사를 설명하는 평면도.
도 9는 제3 변형예에서의 기판의 경사를 검출하기 위하여 매핑 센서의 검출 축의 방향을 다르게 하는 모습을 개념적으로 설명하는 도면.
이어서, 도면을 참조하여 개시되는 실시 형태를 설명한다. 도 1은, 본 개시의 일 실시 형태에 따른 로봇(100)의 전체적인 구성을 도시하는 사시도이다.
도 1에 나타내는 로봇(100)은, 예를 들어 반도체 웨이퍼, 프린트 기판 등의 기판 W의 제조 공장, 창고 등에 설치된다. 로봇(100)은 기판 처리 장치와 후술하는 기판 보관 장치(7) 사이에서 기판 W를 반송하기 위하여 사용된다. 단, 로봇(100)은, 예를 들어 기판 W를 처리하는 복수의 기판 처리 장치 사이에서 기판 W를 반송하기 위하여 사용되어도 좋다. 기판 W는, 기판의 원료, 가공 중인 반제품, 가공이 완료된 완제품 중 어느 것이어도 된다. 기판 W의 형상은, 본 실시 형태에서는 원판상이지만, 이것으로 한정되지 않는다.
이 로봇(100)은 주로, 기대(1)와, 로봇 암(암부)(2)과, 로봇 핸드(핸드부)(3)와, 로봇 제어부(기판 자세 검사부)(9)를 구비한다.
기대(1)는 공장의 바닥면 등에 고정된다. 그러나, 이것으로 한정되지 않고, 기대(1)는, 예를 들어 상술한 기판 처리 장치를 구비하는 기판 처리 설비의 케이싱에 고정되어도 좋다. 또한, 기대(1)는 기판 처리 장치(또는 설비)와 기판 보관 장치(7) 사이에서 주행하는 도시를 생략한 주행대차 등에 고정되어도 좋다.
로봇 암(2)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 상하 방향으로 이동 가능한 승강 축(11)을 개재하여 기대(1)에 설치되어 있다. 로봇 암(2)은 승강 축(11)에 대하여 회전 가능하다.
로봇 암(2)은 수평 다관절형의 로봇 암으로 구성된다. 로봇 암(2)은 제1 암(21)과, 제2 암(22)을 구비한다.
제1 암(21)은 수평한 직선상으로 연장되는 가늘고 긴(細長) 부재로서 구성된다. 제1 암(21)의 길이 방향 일단부가, 승강 축(11)의 상단부에 설치되어 있다. 제1 암(21)은 승강 축(11)의 축선(연직축)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 제1 암(21)의 길이 방향 타단부에는 제2 암(22)이 설치되어 있다.
제2 암(22)은 수평한 직선상으로 연장되는 가늘고 긴 부재로서 구성된다. 제2 암(22)의 길이 방향 일단부가, 제1 암(21)의 선단에 설치되어 있다. 제2 암(22)은 승강 축(11)과 평행한 축선(연직축)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 제2 암(22)의 길이 방향 타단부에는, 로봇 핸드(3)가 설치되어 있다.
승강 축(11), 제1 암(21) 및 제2 암(22) 각각은, 도시하지 않은 적절한 액추에이터에 의해 구동된다. 액추에이터는, 예를 들어 전동 모터로 할 수 있다.
승강 축(11)과 제1 암(21) 사이, 제1 암(21)과 제2 암(22) 사이 및 제2 암(22)과 로봇 핸드(3) 사이에 위치하는 암 관절부에는, 제1 암(21), 제2 암(22) 및 로봇 핸드(3)의 각각의 회전 위치를 검출하는 도시를 생략한 인코더가 설치되어 있다. 또한, 로봇(100)의 적당한 위치에는, 높이 방향에서의 제1 암(21)의 위치 변화(즉 승강 축(11)의 승강량)를 검출하는 인코더도 마련되어 있다.
로봇 제어부(9)는 각 인코더에 의해 검출된 제1 암(21), 제2 암(22), 또는 로봇 핸드(3)의 회전 위치 또는 높이 위치를 포함하는 위치 정보에 기초하여 승강 축(11), 제1 암(21), 제2 암(22) 및 로봇 핸드(3) 각각을 구동하는 전동 모터의 동작을 제어한다. 또한, 이하의 설명에서는, 인코더에 의해 검출된 "위치 정보"라고 하는 경우, 로봇(100)의 자세를 나타내는, 각각의 인코더에 의해 검출된 위치 정보의 조합을 의미한다.
로봇 핸드(3)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 손목부(31)과, 핸드 본체부(32)를 구비한다.
손목부(31)는 틸트 기구(4)를 개재하여, 제2 암(22)의 선단에 설치되어 있다. 손목부(31)는 승강 축(11)과 평행한 축선(연직축)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 단, 틸트 기구(4)에 의해, 손목부(31)의 회전축을, 승강 축(11)과 평행한 직선에 대하여 기울일 수 있다. 틸트 기구(4)의 상세한 구성은 후술한다. 손목부(31)는 도시하지 않은 적절한 액추에이터에 의해 회전 구동된다. 이 액추에이터는, 예를 들어 전동 모터로 할 수 있다. 손목부(31)에는, 핸드 본체부(32)가 연결되어 있다. 손목부(31) 및 핸드 본체부(32)는 일체적으로 형성되어도 좋다.
핸드 본체부(32)는 기판 W를 유지하기 위하여 작용하는 부분이다. 핸드 본체부(32)는 Y자상(또는 U자상)으로 형성된 판상의 부재로 구성된다. 핸드 본체부(32)는 손목부(31)에 연결되는 측과 반대측(바꿔 말하면, 선단측)이 두 갈래로 갈라진 형상으로 되어 있다. 이하의 설명에서는, 분기된 각각의 부분을 제1 손가락부(32a) 및 제2 손가락부(32b)라고 칭하는 경우가 있다.
제1 손가락부(32a) 및 제2 손가락부(32b)는 서로 대칭이 되도록 형성되어 있다. 도 4 및 도 5 등에 나타내는 바와 같이, 제1 손가락부(32a) 및 제2 손가락부(32b)의 선단 부분 사이에 적절한 간격이 형성되어 있다. 이에 따라, 로봇 핸드(3)를 기판 W와 접촉시키지 않고, 기판 W의 테두리부를, 제1 손가락부(32a) 및 제2 손가락부(32b)의 각각의 선단 부분 사이에 위치시킬 수 있다.
본 실시 형태의 핸드 본체부(32)의 선단측 및 기단측 각각에, 기판 W를 유지하기 위한 가이드부(33)가 복수개 마련되어 있다. 각각의 가이드부(33)는 예를 들어 고무 등으로 구성된다. 가이드부(33)는 판상의 핸드 본체부(32)로부터 상측으로 돌출되도록 설치되어 있다. 가이드부(33)는, 예를 들어 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 손가락부(32a) 및 제2 손가락부(32b)의 각각에 1개씩 마련되고, 핸드 본체부(32)의 기단측에 2개 마련된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 가이드부(33)는 로봇 핸드(3)에 적재된 기판 W의 주연 근방에서의 하면에 접촉하여 기판 W를 유지한다. 가이드부(33)는 기판 W의 테두리에 직경 방향 외측으로부터 접촉함으로써, 로봇 핸드(3)에 적재된 기판 W가 수평 방향으로 어긋나지 않도록 규제할 수 있다.
로봇 핸드(3)가 기판 W를 유지하는 구성은, 상술한 구성으로 한정되지 않는다. 로봇 핸드(3)는, 예를 들어 기판 W의 상면 또는 하면을 부압으로 흡착하는 구조 등에 의해 기판 W를 유지해도 좋다. 예를 들어 공지된 베르누이 척을 로봇 핸드(3)에 구비함으로써 비접촉식으로 기판 W를 유지해도 좋다.
틸트 기구(4)는 제2 암(22)의 선단측(제1 암(21)에 연결되는 측과 반대측)에 설치되어 있다.
틸트 기구(4)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 하부 판부(41)와, 상부 판부(42)를 구비한다. 하부 판부(41)는 제2 암(22)의 상면에 고정되어 있다. 상부 판부(42)에는, 로봇 핸드(3)의 손목부(31)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 하부 판부(41)와 상부 판부(42) 사이에는, 높이 조정 기구(5)가 배치되어 있다. 틸트 기구(4)는 이 높이 조정 기구(5)를 사용하여, 상부 판부(42)의 하부 판부(41)에 대한 경사 각도 및 경사 방향을 조정한다.
이 높이 조정 기구(4)는, 예를 들어 도 2에 나타내는 바와 같이, 하부 판부(41) 및 상부 판부(42) 사이의 다른 위치에 마련된 3개의 지지부(51,52,53)를 구비한다. 지지부(51,52,53)는, 설명의 편의상, 도 3에서는 직선적으로 배열하여 그려져 있지만, 실제는 도 2에 나타내는 바와 같이, 평면으로 보아 3각형을 이루도록 배치되어 있다.
3개 중 2개의 지지부(51,52)는 수나사(56)와, 암나사(57)와, 구면 베어링 (58)을 구비한다. 수나사(56)의 나사 축은, 하부 판부(41)에, 축선을 상하 방향을 향하여 회전 가능하도록 지지되어 있다. 이 나사 축은, 도시를 생략한 액추에이터(예를 들어, 전동 모터)에 의해, 2개의 지지부(51,52)로 독립적으로 회전시킬 수 있다. 암나사(57)는 수나사(56)의 나사 축에 나사 결합되어 있다. 나사 축을 회전시키면, 암나사(57)가 상하 방향으로 이동한다. 이 나사 보냄에 의해, 지지부(51,52)가 상부 판부(42)를 지지하는 높이를 변경할 수 있다. 암나사(57)와 상부 판부(42) 사이에는, 구면 베어링(58)이 배치되어 있다.
나머지 지지부(53)에는, 구면 베어링(58)이 배치되어 있다. 이 지지부(53)는 나사 보냄에 의한 지지 높이 변경 기능을 가지고 있지 않다.
전동 모터를 구동하고, 하부 판부(41)에 대한 상부 판부(42)의 높이를 복수개의 지지부(51,52)로 독립적으로 변경함으로써, 상부 판부(42)의 하부 판부(41)에 대한 경사 각도 및 경사 방향을 변경할 수 있다. 이 결과, 로봇 핸드(3)의 제2 암(22)에 대한 자세(경사 각도 및 경사 방향)를 조정할 수 있다. 또한, 높이 조정 기구(5)(나아가서는 틸트 기구(4))는 이 구성으로 한정되지 않는다.
로봇 제어부(9)는 로봇 핸드(3)의 자세에 대응하는 인코더의 검출 결과를 로봇 핸드(3)의 자세 정보로서 기억한다. 이에 따라, 로봇 제어부(9)는 로봇 핸드(3)의 자세를 검출하는 인코더의 검출 결과가, 기억하고 있는 자세 정보와 일치가 되도록, 로봇(100)의 각 부(승강 축(11), 제1 암(21), 제2 암(22), 로봇 핸드(3) 등)를 구동하는 전동 모터를 제어함으로써, 로봇 핸드(3)의 자세를 재현할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 핸드 본체부(32)의 선단측에는, 매핑 센서(기판 검출부)(6)가 마련되어 있다. 매핑 센서(6)에 의해, 기판 W 유무의 확인(매핑)을 비접촉으로 행할 수 있다. 본 실시 형태에서, 매핑 센서(6)는, 예를 들어 투광부(61)와 수광부(62)를 갖는 투과형 센서로 구성된다. 또한, 이것으로 한정되지 않고, 매핑 센서(6)는 예를 들어 반사형 센서 등으로 구성되어도 좋다.
도 1 및 도 4 등에 나타내는 바와 같이, 투광부(61)는 제1 손가락부(32a)의 선단측에 마련되어 있다. 수광부(62)는 제2 손가락부(32b)의 선단측에 마련되어 있다. 투광부(61)는 수광부(62)를 향하여 검출광을 조사한다. 검출광으로서는, 예를 들어 적외광으로 할 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다.
수광부(62)는 무선 또는 유선으로 로봇 제어부(9)와 접속되어 있다. 수광부(62)는 검출광의 수광 유무를 나타내는 전기 신호를 로봇 제어부(9)로 출력한다. 투광부(61)와 수광부(62) 사이에 물체(예를 들어, 기판 W)가 없는 경우, 투광부(61)로부터의 검출광이 수광부(62)에 도달하기 때문에 수광부(62)는 수광 있음의 전기 신호를 출력한다. 투광부(61)와 수광부(62) 사이에 물체가 있는 경우, 투광부(61)로부터의 검출광이 기판 W에 의해 차단되기 때문에, 수광부(62)는 수광 없음의 전기 신호를 출력한다.
기판 보관 장치(7)에서 기판 W의 배치 장소가 적당한 간격을 두고 상하 방향으로 복수개 배열하여 배치되어 있는 경우, 로봇 제어부(9)는 당해 배치 장소의 근방에 로봇 핸드(3)의 선단부를 가까이 한 상태에서, 복수의 배치 장소에 걸쳐서 당해 로봇 핸드(3)를 상하 방향으로 이동시킨다(매핑 동작). 이 때, 평면에서 본 로봇 핸드(3)의 위치는, 전술한 배치 장소에 가령 기판 W가 있었을 경우에, 당해 기판 W에 로봇 핸드(3)가 접촉하지 않으며, 또한 당해 기판 W를 매핑 센서 (6)에 의해 검출되는 위치로 되어 있다. 로봇 핸드(3)를 상하 방향으로 이동시켰을 때의 매핑 센서(6)의 출력 시계열 데이터에 기초하여 각 배치 장소에서의 기판 W의 유무를 얻을 수 있다.
그러나, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 로봇 핸드(3)를 상하 방향으로 이동시켰을 때, 로봇 핸드(3)의 각 위치에서의 매핑 센서(6)의 출력에 기초하여, 인코더에 의해 검출된 각 위치 정보에서의 기판 W의 유무를 얻을 수도 있다. 즉, 매핑 센서(6)의 출력에 의해 얻어진 기판 W의 유무 정보와, 인코더에 의해 검출된 위치 정보가 관련지어진다.
투광부(61)의 광을 수광부(62)가 검출할 수 있는 한, 로봇 핸드(3)에서 투광부(61) 및 수광부(62)가 배치되는 장소는 임의이다. 예를 들어, 투광부(61)가 제1 손가락부(32a)에 내장되고, 수광부(62)가 제2 손가락부(32b)에 내장되어도 좋다.
로봇 제어부(9)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 기대(1)와는 별도로 마련되어 있다. 단, 로봇 제어부(9)는 기대(1)의 내부에 배치되어도 좋다. 로봇 제어부(9)는 공지된 컴퓨터로서 구성되어 있고, 마이크로컨트롤러, CPU, MPU, PLC, DSP, ASIC 또는 FPGA 등의 연산 처리부와, ROM, RAM, HDD 등의 기억부와, 외부 장치와 통신 가능한 통신부를 구비한다. 기억부에는, 연산 처리부가 실행하는 프로그램, 각종 설정 역치, 반송 대상의 기판 W의 두께, 사이즈 등의 형상 데이터 등이 기억되어 있다. 통신부는, 각종 센서(예를 들어, 매핑 센서(6), 인코더 등)의 검출 결과를 외부 장치에 송신 가능하도록 그리고 외부 장치로부터 기판 W에 관한 정보 등을 수신 가능하도록 구성되어 있다.
계속해서, 본 실시 형태의 로봇(100)에 의한 기판 W의 자세 검사에 대하여, 도 4에서 도 6까지 등을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서는, 기판 보관 장치(7)에 보관되는 기판 W의 자세를 검출하는 예로 설명한다. 또한, 각 부의 구성을 이해하기 쉽게 나타내기 위해서, 도면에서 일부의 구성을 생략하는 경우가 있다.
도 4에 나타내는 기판 보관 장치(7)는 기판 W를 보관하기 위하여 사용된다. 기판 보관 장치(7)에는, 복수매(예를 들어 100장 이상)의 기판이, 상하 방향(기판 보관 장치(7)의 높이 방향)에서 등간격으로 배열된 상태로 보관되어 있다.
기판 보관 장치(7)에서, 통상 기판 W는 수평한 자세로 보관된다. 그러나, 선반의 변형, 이물의 존재 등의 어떠한 이유로, 기판 W가 수평하지 않은 자세로 기판 보관 장치(7)에 보관되는 경우가 있다. 본 실시 형태의 로봇(100)은 기판 보관 장치(7)로부터 기판 W를 취출하여 반송하기 전에, 기판 W의 자세(수평면 또는 로봇 핸드(3)에 대한 경사)를 검사할 수 있다.
기판 W의 경사는 3차원적으로 발생할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 기판 보관 장치(7)에 대하여 로봇 핸드(3)를 삽입하는 방향(이하, 핸드 삽입 방향이라고 한다.)에 따라서 기판 W를 수평하게 보았을 때에, 기판 W의 수평으로부터의 기울기를 검사할 수 있다. 바꿔 말하면, 검사의 대상은, 핸드 삽입 방향을 기준으로 했을 때의, 기판 W의 롤 방향의 경사다.
구체적으로 설명하면 로봇 제어부(9)는 로봇 핸드(3)의 핸드 본체부(32)를 수평하게 유지한 상태에서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 검사 대상인 기판 W의 일부가 제1 손가락부(32a) 및 제2 손가락부(32b) 사이에 위치하도록 이동시킨다. 이때, 매핑 센서(6)의 검출광은, 기판 W의 적정한 자세와 평행해지도록 향해진다.
그리고, 로봇 제어부(9)는 승강 축(11)을 상하 방향으로 이동시킴으로써, 로봇 핸드(3)를 수평한 자세를 유지하면서 상하 방향으로 이동시킨다. 이 결과, 매핑 센서(6)에 의한 상하 방향의 주사가 이루어진다. 로봇 핸드(3)는 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 검사 대상인 기판 W의 하방에서 상방으로 또는 상방에서 하방으로 이동한다. 이때의 로봇 핸드(3)의 이동 속도를 일정하게 하면, 후술하는 검출 두께 TH1을 용이하게 계산할 수 있는 점에서 바람직하다.
기판 W의 일부가 로봇 핸드(3)의 제1 손가락부(32a) 및 제2 손가락부(32b) 사이를 상대적으로 통과하면, 투광부(61)로부터 조사되는 광선이 기판 W에 의해 차단된다. 이 결과, 수광부(62)의 출력 신호는, 예를 들어 도 5의 그래프에 나타내는 바와 같이 변화한다.
로봇 제어부(9)는 수광부(62)로부터의 출력에 기초하는 시계열 데이터를 분석함으로써, 로봇 핸드(3)가 상하로 이동한 사이에, 투광부(61)로부터의 광선이 검사 대상인 기판 W에 의해 차단된 차단 시간 t0을 구한다. 이 차단 시간 t0은, 매핑 센서(6)에 의해 기판 W가 검출된 검출 시간으로 바꿔 말할 수도 있다. 로봇 제어부(9)는 구해진 차단 시간 t0에서 로봇 핸드(3)가 상하 방향으로 이동한 거리를 검사 대상인 기판 W의 검출 두께 TH1로서 산출한다. 이 검출 두께 TH1은, 기판 W 가 검출된 높이(높이 정보)의 최댓값과 최솟값과의 차이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 기판 W가 로봇 핸드(3)에 대하여 수평하게 배치되어 있을 때, 투광부(61)로부터의 광선을 가로막는 거리는, 기판 W의 실제 두께 TH뿐이다. 한편, 기판 W가 로봇 핸드(3)에 대하여 경사져 있을 때, 투광부(61)로부터의 광선을 가로막는 거리는, 기판 W의 실제 두께 TH보다도 커진다.
이것을 이용하여, 로봇 제어부(9)는 상기와 같이 산출한 기판 W의 검출 두께 TH1과, 기억부에 의해 기억된 기판 W의 실제 두께 TH를 비교함으로써, 검사 대상인 기판 W가 경사져 있는지 여부를 판정한다.
판정의 방법은 다양한데, 예를 들어 검사 대상인 기판 W의 검출 두께 TH1과 실제 두께 TH와의 차분과, 소정의 허용 역치를 비교하는 것을 생각할 수 있다. 로봇 제어부(9)는 차분이 허용 역치를 상회했을 경우에, 검사 대상인 기판 W가 경사져 있다고 판정한다.
기판 W의 실제 두께 TH는, 사전에, 기판 W의 설계 데이터 및 제조 데이터 등에 기초하여 산출되어도 좋고, 복수개의 기판 W의 두께를 측정함으로써 구해진 평균 두께를 사용해도 좋다. 로봇 제어부(9)는 사전에, 통신부를 개재하여 상기와 같이 얻어진 실제 두께 TH를 외부 장치로부터 수신하여 기억부에 기억한다.
기판 W가 경사져 있다고 판정된 경우, 로봇 제어부(9)는 적당한 제어를 행한다. 제어의 예로서는, 반송의 대상으로부터 당해 기판 W를 제외하거나, 동작을 정지하거나 하는 것을 생각할 수 있다. 이에 따라, 적정하지 않은 자세의 기판 W에 대하여 로봇 핸드(3)가 진입하지 않게 되므로, 기판 W와 로봇 핸드(3)와의 접촉에 의한 기판 W의 손상 등을 방지할 수 있다.
복수의 기판 W가 상하 방향으로 배열해서 배치되어 있는 경우에, 복수개의 기판 W의 자세를, 로봇 핸드(3)의 1회의 상하 방향의 이동으로 검사해도 된다. 기판 W 유무의 확인과, 기판 W 자세의 검사에 이용하기 위한 매핑 센서(6)의 시계열 데이터를, 로봇 핸드(3)의 1회의 상하 방향의 이동으로 취득하면, 사이클 타임을 단축할 수 있는 점에서 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시 형태의 로봇(100)은 기판 W를 반송하기 위하여 사용된다. 로봇(100)은 로봇 암(2)과, 로봇 핸드(3)와, 매핑 센서(6)와, 로봇 제어부(9)를 구비한다. 로봇 핸드(3)는 로봇 암(2)에 마련되고, 기판 W를 유지하여 반송한다. 매핑 센서(6)는 기판 W의 유무를 비접촉으로 검출한다. 로봇 제어부(9)는 로봇 핸드(3)에 의해 유지되어 있지 않은 상태의 기판 W가 매핑 센서(6)에 의해 검출된 높이에 기초하여 기판 W의 자세를 검사한다.
이에 따라, 기판 W를 기판 보관 장치(7) 등으로부터 취출하기 전에, 기판 W의 자세를 검사하는 것이 가능해진다. 따라서, 로봇 핸드(3)의 이동 시에, 기판 W의 적정하지 않은 자세에 의한, 로봇 핸드(3)와 기판 W와의 의도하지 않는 접촉을 회피할 수 있다. 이 결과, 기판 W의 손상 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 로봇(100)에서, 매핑 센서(6)는 로봇 핸드(3)에 마련되어 있다. 로봇 제어부(9)는 로봇 핸드(3)를 상하 방향으로 이동시켰을 때의 매핑 센서(6)로부터의 출력에 기초하여 기판 W가 검출된 높이의 최댓값과 최솟값을 구한다. 로봇 제어부(9)는 상한값과 하한값의 차이인 검출 두께 TH1과, 기판 W의 실제의 두께인 실제 두께 TH에 기초하여 기판 W의 자세를 검사한다.
이에 따라, 간단한 구성으로, 기판 W의 자세를 용이하고 또한 정확하게 검사할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 로봇(100)은 로봇 핸드(3)의 자세를 임의의 방향으로 기울이는 것이 가능한 틸트 기구(4)를 구비한다.
이에 따라, 기판 W의 자세 검사의 기준이 되는 매핑 센서(6)의 방향을, 높은 자유도로 조정할 수 있다.
이어서, 상기 실시 형태의 제1 변형예를 설명한다. 도 7은, 제1 변형예에서의 기판 W의 경사 검사를 설명하는 평면도이다. 또한, 본 변형예의 설명에서는, 전술한 실시 형태와 동일 또는 유사한 부재에는 도면에 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 변형예의 로봇(100)은 매핑 센서(6)에 더하여 거리계(6x)를 구비한다. 이 거리계(6x)는 매핑 센서(6)와 함께 기판 검출부를 구성한다. 거리계(6x)는 상술한 핸드 삽입 방향과 수직인 방향에서 기판 W를 수평하게 보았을 때에, 기판 W의 수평으로부터의 기울기를 검출할 수 있다. 바꿔 말하면, 거리계(6x)에 의한 검사의 대상은, 핸드 삽입 방향을 기준으로 했을 때의, 기판 W의 피치 방향의 경사다. 본 실시 형태에서, 이 거리계(6x)의 검출 결과는 높이 정보에 상당한다.
거리계(6x)는, 예를 들어 레이저 변위계, 초음파 거리 센서 등으로 구성된다. 거리계(6x)는 예를 들어 도 7에 나타내는 바와 같이, 핸드 본체부(32)의 제2 손가락부(32b)의 상면에 마련되어 있다. 거리계(6x)는 당해 거리계(6x)로부터 기판 W의 하면까지의 상하 방향의 거리를 비접촉으로 검출한다. 거리계(6x)는 무선 또는 유선으로 로봇 제어부(9)와 접속되어 있고, 측정 위치에서 측정된 기판 W까지의 거리를 로봇 제어부(9)에 송신한다.
로봇 제어부(9)는 기판 보관 장치(7)에 의해 지지되어 있는 기판 W의 하방으로 로봇 핸드(3)를 삽입한다. 이에 따라, 거리계(6x)에 대하여 기판 W가 상하 방향으로 대향하는 상태가 된다. 단, 이 상태에서는, 가이드부(33)에 의해 기판 W는 유지되지 않는다. 로봇 제어부(9)는 이 상태에서 로봇 핸드(3)를 핸드 삽입 방향에 따라 수평 방향으로 이동시킴으로써, 적어도 2군데에서, 거리계(6x)로부터 검사 대상인 기판 W까지의 거리를 측정한다.
로봇 제어부(9)는 기판 W의 2개소에서 거리계(6x)에 의해 측정한 당해 기판 W의 높이 차이에 기초하여, 기판 W가 수평 방향에 대하여 경사져 있는지 여부를 판정한다.
가령 기판 W가 존재하지 않는 경우, 거리계(6x)는, 통상은 계측할 수 없는 값을 계측한다. 따라서, 거리계(6x)는 기판 W의 유무를 실질적으로 검출 가능한 센서라고 할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 매핑 센서(6)에 의해, 핸드 삽입 방향에 따라 보았을 때의 기판 W의 롤 방향의 경사를 검사할 수 있다. 본 변형예에서는, 상기에 더하여, 거리계(6x)에 의해 피치 방향의 경사를 검사할 수 있다. 따라서, 본 변형예에서는, 기판 W의 경사를 3차원적으로 검사할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 변형예의 로봇(100)에서, 거리계(6x)는 상하 방향에서의 기판 W와의 거리를 측정하기 위하여 핸드 본체부(32)에 마련된다. 로봇 제어부(9)는 기판 W의 복수개 개소에서 거리계(6x)에 의해 측정된 거리 각각에 기초하여 기판 W의 자세를 검사한다.
이에 따라, 간단한 구성으로, 기판 W의 자세를 용이하고 또한 정확하게 검사할 수 있다.
이어서, 상기 실시 형태의 제2 변형예를 설명한다. 도 8은, 제2 변형예에서의 기판 W의 경사 검사를 개념적으로 도시하는 평면도이다. 또한, 본 변형예의 설명에서는, 전술한 실시 형태와 동일 또는 유사한 부재에는 도면에 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 변형예의 로봇(100)은 기판 검출부로서 매핑 센서(6)만을 구비한다. 바꿔 말하면, 로봇(100)은 거리계(6x)를 구비하고 있지 않다.
본 변형예의 로봇(100)은 도 8의 실선으로 나타내는 바와 같이, 평면으로 보아 매핑 센서(6)의 검출광 방향을 다르게 하면서, 상술한 실시 형태와 동일한 측정을 각각 행하여 검출 두께 TH1을 취득한다. 경사의 판정은, 상술한 것과 마찬가지로, 검출 두께 TH1을 실제 두께 TH와 비교함으로써 행할 수 있다. 검출광의 방향은, 도 8에 나타내는 예로 한정되지 않고 다양하게 변경할 수 있다.
본 변형예에서는, 2개의 검출 두께 TH1을 사용하여, 기판 W의 경사를 3차원적으로 검사할 수 있다.
이어서, 상기 실시 형태의 제3 변형예를 설명한다. 도 9는, 제3 변형예에서의 기판 W의 경사를 검출하기 위하여 매핑 센서(6)의 검출 축의 방향을 다르게 하는 모습을 개념적으로 설명하는 도면이다. 또한, 본 변형예의 설명에서는, 전술한 실시 형태와 동일 또는 유사한 부재에는 도면에 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 변형예에서는, 로봇 제어부(9)는 도 9에 나타내는 바와 같이, 매핑 센서(6)의 검출광 방향 및 크기를 적절히 다르게 하여, 검출 두께 TH1 을 복수회 구한다. 구체적으로는, 로봇 제어부(9)는 로봇 핸드(3)를 수평으로부터 적절히 경사지게 함으로써, 매핑 센서(6)의 검출광 방향을 롤 방향으로 기울인다. 그 후, 로봇 제어부(9)는 로봇 핸드(3)를 상하 방향으로 이동시켜 로봇 핸드(3)가 경사진 상태에서의 검출 두께 TH1을 구한다.
이와 같이 검출 두께 TH1을 복수개 구하면, 로봇 제어부(9)는 검출 두께 TH1과 실제 두께 TH와의 차이가 가장 작아질 때의, 검출광의 경사 각도를 구한다. 이 경사 각도가, 기판 W의 롤 방향에서의 경사 각도 θ을 의미하고 있다. 이 경사 각도 θ은, 기판 W가 바른 자세에서 어느 정도 괴리되어 있는지를 나타내는 지표로서 이용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 변형예의 로봇(100)에서, 로봇 제어부(9)는 틸트 기구(4)를 사용하여 로봇 핸드(3)의 자세를 변경하면서 검사를 행함으로써, 기판 W의 경사 크기를 나타내는 경사 각도 θ을 취득한다.
이에 따라, 기판 W의 자세를 구체적으로 검출할 수 있다.
이상으로 본 개시의 적합한 실시 형태 및 변형예를 설명했지만, 상기의 구성은 예를 들어 이하와 같이 변경할 수 있다.
검출 두께 TH1은, 매핑 센서(6)가 수광 없음을 출력하고 있는 동안에 로봇 핸드(3)가 상하 방향으로 이동한 거리에 기초하여 구하는 대신, 매핑 센서(6)가 수광 없음의 출력을 개시하는 시점 및 수광 없음의 출력을 종료하는 시점에서의 인코더 검출 결과(인코더에 의해 검출된 위치 정보)에 기초하여 구하여도 좋다. 이 경우, 인코더에 의해 검출된 위치 정보는 높이 정보에 상당한다. 또한, 로봇 핸드(3)의 자세를 일정하게 하면서 당해 로봇 핸드(3)가 상하 방향으로 이동하여 기판 W의 유무를 검출하는 경우, 검출 두께 TH1의 산출에는, 높이 방향에서의 제1 암(21)의 위치 변화(승강 축(11)의 승강량)을 검출하는 인코더의 검출 결과만을 사용할 수 있다.
로봇(100)은 기판 W를 직접 유지하여 반송하는 대신, 기판 W를 수용하는 트레이 등을 유지하여 기판 W를 간접적으로 반송해도 된다.
로봇 핸드(3)의 핸드 본체부(32)는 틸트 기구(4)의 상부 판부(42)과 일체적으로 형성되어도 좋다.
틸트 기구(4)는 기대(1)와 승강 축(11) 사이에 배치되어도 좋고, 승강 축(11)과 제1 암(21) 사이에 배치되어도 좋고, 제1 암(21)과 제2 암(22) 사이에 배치되어도 좋다.
도 5 및 도 6에 나타내는 실시 형태에서, 평면으로 보아 기판 W에 대하여 매핑 센서(6)의 투광부(61) 및 수광부(62)가 어느 위치에 있는지를 어떠한 형태로 특정함으로써, 기판 W의 경사 각도 θ을 산출하는 것도 가능하다. 이 계산은, 검출 두께 TH1에 기초하여 기하학적인 계산을 행함으로써 용이하게 행할 수 있다. 도 7 및 도 8에 나타내는 변형예에서도 동일하다.
도 7에 나타내는 제1 변형예에서, 매핑 센서(6)를 생략할 수 있다. 이 경우에도, 거리계(6x)를 핸드 삽입 방향에 따라 수평하게 주사함으로써 기판 W의 피치 방향의 경사를 검사할 수 있다. 또한, 로봇 핸드(3)를 수평면 내에서 적절히 이동시키면서 기판 W에서 평면으로 보아 3각형을 이루는 3군데의 높이를 거리계(6x)로 측정해도 된다. 이 경우, 거리계(6x)만으로, 기판 W의 경사를 3차원적으로 검사할 수 있다.
제1 변형예의 로봇 핸드(3)에서, 복수의 거리계(6x)가 서로 다른 장소에 배치되어도 좋다.
상술한 기판 W의 경사 검사는, 로봇 제어부(9) 대신에 별도로 마련된 검사 장치에 의해 이루어져도 좋다.
본 명세서에서 개시하는 요소의 기능은, 개시된 기능을 실행하도록 구성 또는 프로그램된 범용 프로세서, 전용 프로세서, 집적 회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuits), 종래의 회로, 및/또는, 그것들의 조합을 포함하는 회로 또는 처리 회로를 사용하여 실행할 수 있다. 프로세서는, 트랜지스터나 그 밖의 회로를 포함하기 때문에 처리 회로 또는 회로로 간주된다. 본 개시에서, 회로, 유닛, 또는 수단은, 열거된 기능을 실행하는 하드웨어 또는 열거된 기능을 실행하도록 프로그램된 하드웨어다. 하드웨어는, 본 명세서에 개시되어 있는 하드웨어이어도 되고, 또는, 열거된 기능을 실행하도록 프로그램 또는 구성되어 있는 그 밖의 공지된 하드웨어이어도 된다. 하드웨어가 회로의 일종이라고 생각되는 프로세서인 경우, 회로, 수단, 또는 유닛은 하드웨어와 소프트웨어의 조합이며, 소프트웨어는 하드웨어 및/또는 프로세서의 구성에 사용된다.

Claims (6)

  1. 기판을 반송하기 위한 로봇으로서,
    암부와,
    상기 암부에 마련되고, 상기 기판을 유지하고 반송하는 핸드부와,
    상기 기판의 유무를 비접촉으로 검출하는 기판 검출부와,
    상기 핸드부에 의해 유지되어 있지 않은 상태의 상기 기판이 상기 기판 검출부에 의해 검출된 높이 정보에 기초하여, 상기 기판의 자세를 검사하는 기판 자세 검사부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 검출부는, 상기 핸드부에 마련된 매핑 센서를 구비하고,
    상기 기판 자세 검사부는,
    상기 핸드부를 상하 방향으로 이동시켰을 때의 상기 매핑 센서로부터의 출력에 기초하여, 상기 기판이 검출된 높이의 최댓값과 최솟값을 구하고,
    상기 최댓값과 상기 최솟값의 차이인 검출 두께와, 상기 기판의 실제의 두께인 실제 두께에 기초하여, 상기 기판의 자세를 검사하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 검출부는, 상하 방향에서의 상기 기판과의 거리를 측정하기 위하여 상기 핸드부에 마련된 거리계를 구비하고,
    상기 기판 자세 검사부는, 상기 기판의 복수 개소에서 상기 거리계에 의해 측정된 상기 거리의 각각에 기초하여, 상기 기판의 자세를 검사하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핸드부의 자세를 임의의 방향으로 기울이는 것이 가능한 틸트 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판 자세 검사부는, 상기 틸트 기구를 사용하여 상기 핸드부의 자세를 변경하면서 검사를 행함으로써, 상기 기판의 경사의 크기를 취득하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  6. 암부와,
    상기 암부에 마련되고, 기판을 유지하고 반송하는 핸드부와,
    상기 기판의 유무를 비접촉으로 검출하는 기판 검출부
    를 구비하고, 상기 기판을 반송하는 로봇에 의해, 당해 기판의 자세를 검사하는 기판 자세 검사 방법으로서,
    상기 기판 검출부가 검출한, 상기 핸드부에 의해 유지되어 있지 않은 상태의 상기 기판의 높이 정보에 기초하여, 상기 기판의 자세를 검사하는 것을 특징으로 하는 기판 자세 검사 방법.
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