TWI693134B - 基板搬送機器人 - Google Patents

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日商川崎重工業股份有限公司
美商川崎機器人（美國）有限公司
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Abstract

本發明係一種基板搬送機器人，其係對於加載埠之第1側與該加載埠之開口部結合之基板之載體，自隔著加載埠與第1側相反之第2側通過開口部進行基板之傳接者，且具備：手，其保持基板；機器人臂，其與手連結且使該手位移；拍攝裝置，其安裝於手或機器人臂；及控制器，其控制機器人臂及拍攝裝置之動作。控制器係藉由獲取利用拍攝裝置自第2側拍攝之包含開口部之周緣及與該開口部結合之載體之拍攝影像，並對拍攝影像進行影像處理，而檢測載體之結合位置自既定之基準結合位置之偏差。

Description

基板搬送機器人
本發明係關於一種對與加載埠結合之基板之載體進行基板之傳接之基板搬送機器人。
以往，已知有進行基板之載體之夾持、載體之對接（docking）及脫離（undocking）、以及載體之門之開閉等之加載埠。此種加載埠例如設置於載體與基板處理裝置之介面亦即EFEM（Equipment Front End Module）。
於專利文獻1中，揭示有向設備之匣盒載台自動搬送匣盒（載體）之自動搬送系統。該自動搬送系統具備：自動搬送車，其具備相機及手；影像識別手段，其藉由利用相機獲得載台之影像進行處理而檢測載台上有無匣盒；及控制手段，其在無匣盒及其他障礙物時使手將匣盒向載台移載。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2000-195924號公報
[發明所欲解決之課題]
如上述專利文獻1所記載，若將載體向加載埠之載台自動搬送，則有於載台上之既定之載置基準位置與實際之載體之載置位置產生差異之情況。若於此種狀態下載體與加載埠開口部對接，則有於既定之基準結合位置與實際之載體之結合位置產生差異之情況。與載體之基板之傳接係由基板搬送機器人進行。基板搬送機器人為了正確地對載體傳接基板，必須預先識別載體之結合位置之偏移。
本發明係鑒於以上之情況而完成者，其目的在於提供一種利用基板搬送機器人檢測與加載埠結合之載體之結合位置之偏移之技術。 [解決課題之技術手段]
本發明之一態樣之基板搬送機器人之特徵在於： 其係對於加載埠之第1側與該加載埠之開口部結合之基板之載體，自隔著上述加載埠與上述第1側相反之第2側通過上述開口部進行上述基板之傳接基板搬送機器人，且具備： 手，其保持上述基板； 機器人臂，其與上述手連結且使該手位移； 拍攝裝置，其安裝於上述手或上述機器人臂；及 控制器，其控制上述機器人臂及上述拍攝裝置之動作；且 上述控制器係藉由獲取利用上述拍攝裝置自上述第2側拍攝之包含上述開口部之周緣及與該開口部結合之上述載體之拍攝影像，並對上述拍攝影像進行影像處理，而檢測上述載體之結合位置自既定之基準結合位置之偏差。
根據上述基板搬送機器人，可基於利用搭載於機器人本身之拍攝裝置拍攝之影像，而檢測相對加載埠之載體之結合位置之偏移。該檢測結果可反映於基板搬送機器人之對載體之傳接基板之動作。又，可利用1台基板搬送機器人對複數個加載埠同樣地檢測載體之結合位置之偏移。進而，無論加載埠或載體之規格如何，均可同樣地檢測相對加載埠之載體之結合位置之偏移。 [發明之效果]
根據本發明，可利用基板搬送機器人檢測與加載埠結合之載體之結合位置之偏移。
[基板處理設備100之概略構成] 以下，參照圖式詳細地說明本發明之實施形態。圖1係表示包含本發明之一實施形態之基板搬送機器人7之基板處理設備100之概略構成之圖，圖2係表示圖1所示之加載埠2之概略構成之圖。圖1所示之基板處理設備100具備加載埠2、基板移載裝置3、及基板處理裝置4。
基板移載裝置3係基板之載體16與基板處理裝置4之介面。載體16具備內部裝有基板6之箱狀之容器15、及密閉容器15之開口部之蓋17。於載體16之內部壁面，用以載置基板6之架板18於鉛直方向上隔開既定之間隔而設置有複數個。
基板移載裝置3具有於內部形成有移載室30之殼體31、及設置於殼體31之頂部之風扇過濾單元5。自風扇過濾單元5供給至移載室30之內部之潔淨之空氣於移載室30內朝下方流動，自移載室30之地板面排出至裝置外部。藉由供給此種潔淨空氣，移載室30內維持為較外部大氣更高壓，保持為高潔淨大氣。
於基板移載裝置3之殼體31內，設置有基板搬送機器人7，其自載體16接收基板6並送至基板處理裝置4，又，自基板處理裝置4接收基板6並送至載體16。隨後對基板搬送機器人7進行詳細說明。
於基板移載裝置3之殼體31之側面，連接有基板處理裝置4。基板處理裝置4可為對基板實施熱處理、雜質導入處理、薄膜形成處理、微影處理、洗淨處理、及平坦化處理之至少1種以上之製程處理之裝置。基板處理裝置4例如具有：將基板6向真空空間導入之真空預備室(load lock chamber)41、對基板6進行處理之處理室43、及於真空預備室41與處理室43之間接收基板6而進行搬入、搬出之傳送室42之複數個真空室。基板移載裝置3對真空預備室41進行基板之傳接。但是，基板處理裝置4之構成並不限定於上述。
於基板移載裝置3之殼體31之與連接有基板處理裝置4之側面為相反側之側面，設置有至少1個加載埠2。加載埠2形成殼體31之側面之一部分。
如圖1及圖2所示，加載埠2具備：載置載體16之載台21、設置有基板6之傳接口亦即埠開口部22之板23、將埠開口部22開閉之門24、使載台21相對於埠開口部22前進、後退移動之載台驅動裝置29、及使門24升降動作之門驅動裝置28。
於載台21設置有將載體16定位於既定之載置基準位置之定位銷211。藉由將該定位銷211嵌入設置於載體16之底部之定位孔，而將載體16定位於載台21。但是，定位孔為長孔，有於載體16相對於載台21產生少許之位置偏移之情況。
載台21藉由載台驅動裝置29而往復移動。載台驅動裝置29例如具備：馬達291、及由馬達291驅動之進給螺桿292。藉由進給螺桿292正轉、逆轉，載台21相對於埠開口部22前進、後退移動。伴隨著載台21之前進移動，載體16朝向埠開口部22（門24）前進移動後，載體16之蓋17與門24抵接。藉此，形成於載體16之開口緣之凸緣19、與設置於埠開口部22之周圍之凸緣面板27抵接，載體16與板23結合（對接）。
門24具有用以對蓋17進行利用吸附力之一體化及定位之對準銷241、及閂鍵(latch-key)242。藉由使閂鍵242與蓋17所具備之閂鍵孔（省略圖示）嵌合並沿鎖定解除方向旋轉，而將蓋17切換為鎖定解除狀態，並且將蓋17與門24一體化。又，藉由使閂鍵242與蓋17所具備之閂鍵孔（省略圖示）嵌合並沿鎖定方向旋轉，而將蓋17切換為鎖定狀態，並且將蓋17與門24之一體化解除。
門24與蓋17一體化後，門24向相對於載體16離開之方向移動，藉此蓋17自載體16分離。門24係透過托架285而安裝於門驅動裝置28。門驅動裝置28例如具備：升降用馬達281、由升降用馬達281驅動之進給螺桿282、平移用馬達283、及由平移用馬達283驅動之平移用進給螺桿284。升降用進給螺桿282螺入托架285，藉由升降用進給螺桿282之正轉、逆轉，而門24升降、下降。平移用進給螺桿284螺入保持有升降用馬達281之托架286，藉由平移用進給螺桿284之正轉、逆轉，而門24相對於埠開口部22前進、後退。上述門驅動裝置28中，與蓋17一體化之門24自埠開口部22後退後下降，藉此蓋17及門24自埠開口部22退避，載體16內與移載室30通過埠開口部22而連通。
[基板搬送機器人7之構成] 其次，對基板搬送機器人7之構成詳細地進行說明。圖3係表示圖1所示之基板搬送機器人7之控制系統之構成之圖。
如圖1及圖3所示，基板搬送機器人7具備：機器人臂（以下，簡稱為「臂71」）、連結於臂71之手腕部之基板保持手（以下，簡稱為「手72」）、支持臂71之基台73、搭載於臂71或手72之拍攝裝置9、及機器人控制器8。本實施形態之臂71係水平多關節型機器人臂，但臂71並不限定於此。
臂71具備：由基台73支持之升降軸70、及至少1根連桿75、76。本實施形態之臂71中，第1連桿75之基端透過第1關節J1連結於升降軸70之上端，第2連桿76之基端透過第2關節J2連結於第1連桿75之前端。手72之基端透過第1手腕關節J3及第2手腕關節J4連結於第2連桿76之前端。第1關節J1、第2關節J2、及第1手腕關節J3係將2個要素可繞垂直之軸線旋動地連接之關節。又，第2手腕關節J4係將2個要素可繞水平之軸線旋動地連接之關節。
手72具備：與臂71之前端連結之手基部51、及與手基部51結合之片體52。於片體52，設置有用以保持基板6之保持裝置（省略圖示）。該保持裝置可為將載置於片體52之基板6嵌合、吸附、夾持，或於其他態樣中使基板6不自片體52脫離者。
於基台73內，設置有升降驅動升降軸70之升降驅動裝置60。升降驅動裝置60例如包含：依據自控制器8提供之訊號而進行角位移之伺服馬達、包含減速裝置且將伺服馬達之動力轉換為直進力向升降軸70傳遞之動力傳遞機構、及檢測伺服馬達之角位移之位置檢測器（均省略圖示）。於第1連桿75內，設置有驅動第1關節J1之第1關節驅動裝置61、及驅動第2關節J2之第2關節驅動裝置62。於第2連桿76內設置有驅動第1手腕關節J3之第1手腕關節驅動裝置63。於手基部51內設置有驅動第2手腕關節J4之第2手腕關節驅動裝置64。各關節J1～J4之驅動裝置61～64包含：依據自控制器8提供之訊號進行角位移之伺服馬達、包含減速裝置且將伺服馬達之動力傳遞至連桿體之動力傳遞機構、及檢測伺服馬達之角位移之位置檢測器（均省略圖示）。
拍攝裝置9包含相機91、及對相機91之拍攝範圍照射光之照射裝置92。本實施形態中，於手基部51安裝有拍攝裝置9，但拍攝裝置9亦可安裝於臂71。相機91與手72一體地藉由臂71而移動。
控制器8控制基板搬送機器人7之動作。控制器8包含機器人控制部81、及載體位置調整部82。控制器8即所謂之電腦，例如具有微型控制器、CPU、MPU、PLC、DSP、ASIC或FPGA等處理器8a、及ROM、RAM等記憶體8b。於記憶體8b記憶有包含載體位置調整程式之處理器8a執行之程式。又，於記憶體8b儲存有處理器8a進行之處理所使用之資料等。控制器8中，處理器8a讀出記憶體8b所記憶之程式並執行，藉此進行用以作為機器人控制部81、載體位置調整部82發揮功能之處理。此外，控制器8可藉由利用單一電腦之集中控制執行各處理，亦可藉由利用複數個電腦之協動之分散控制執行各處理。
控制器8之機器人控制部81控制基板搬送機器人7之動作。更詳細而言，機器人控制部81與升降驅動裝置60、第1關節驅動裝置61、第2關節驅動裝置62、第1手腕關節驅動裝置63、及第2手腕關節驅動裝置64電性連接。機器人控制部81自該等驅動裝置中所包含之位置檢測器獲取伺服馬達之旋轉位置，基於與其等之旋轉位置對應之手72之姿態（位置及姿勢）及所記憶之教示點資料，運算目標姿態。進而，機器人控制部81係以手72成為目標姿態之方式向伺服放大器輸出控制指令。伺服放大器係藉由基於控制指令對各伺服馬達供給驅動電力，而手72向目標姿態移動。
控制器8之載體位置調整部82檢測與加載埠2結合之載體16之位置偏移，使其反映於基板搬送機器人7之動作。以下，對藉由基板搬送機器人7進行之載體位置調整處理進行說明。
載體位置調整處理係於加載埠2結合載體16且載體16與移載室30通過埠開口部22連通之狀態下進行。但是，不論載體16內基板6之有無。
首先，控制器8係使臂71動作，以埠開口部22之周緣及與埠開口部22結合之載體16進入拍攝範圍之方式，使相機91移動。
其次，控制器8使相機91拍攝埠開口部22之周緣及與該埠開口部22結合之載體16，獲取其拍攝影像。此外，相機91係自加載埠2之結合有載體16之第1側（基板移載裝置3之外側）及隔著該加載埠2相反之第2側（基板移載裝置3之內側），拍攝埠開口部22及載體16。
繼而，控制器8係藉由對所獲取之拍攝影像進行影像處理，求出載體16之實際之結合位置自加載埠2中規定之既定之基準結合位置之偏差。所謂基準結合位置，係指載體16無傾斜或偏移地結合於埠開口部22時之載體16之位置。
具體而言，控制器8係於拍攝影像中抽出埠開口部22之周緣、以及埠開口部22之內側所映出之載體16之內壁、架板18（或者基板6）之輪廓。例如，如圖4所示，控制器8可根據拍攝影像中之埠開口部22之上緣及下緣之輪廓，特定出拍攝影像中之埠開口部22之水平基準線HD。又，控制器8可根據載體16之內壁、架板18（或者基板6）之輪廓，特定出拍攝影像中之載體16之水平線H。與加載埠2結合之載體16位於基準結合位置時，基準水平線與水平線成為平行。控制器8檢測拍攝影像中之載體16之水平線自埠開口部22之基準水平線之傾斜，將其設為結合位置之偏差（傾斜之偏差）。
又，例如，如圖5所示，控制器8可根據埠開口部22之水平方向之兩端之輪廓，特定出拍攝影像中之埠開口部22之左緣EDL及右緣EDR。控制器8可根據載體16之內壁、架板18（或者基板6）之輪廓，特定出拍攝影像中之載體16之左緣EL及右緣ER。控制器8求出拍攝影像中之載體16之左緣EL自埠開口部22之左緣EDL之距離（左緣之差距）、及拍攝影像中之載體16之右緣ER自埠開口部22之右緣EDR之距離（右緣之差距）之至少一者，將其設為結合位置之偏差（左右位置之偏差）。與加載埠2結合之載體16位於基準結合位置時，左右位置之偏差成為預先記憶之既定值。
又，控制器8亦可預先記憶與加載埠2結合之載體16位於基準結合位置時之影像作為基準影像，將該基準影像與拍攝影像進行比較，藉此檢測載體16之結合位置自基準結合位置之偏差（傾斜之偏差及左右位置之偏差）。
如上所述，於控制器8檢測傾斜之偏差及左右位置之偏差中至少一偏差，且偏差大於預先記憶之閾值之情形時，考慮其偏差而調整對載體16傳接基板6時之臂71之動作。詳細而言，載體位置調整部82將偏差作為調整資訊向機器人控制部81輸出，或者將偏差作為調整資訊而記憶，機器人控制部81考慮該調整資訊而控制臂71之動作。其結果為，手72之目標位置成為相對於所記憶（所教示）之目標位置於上下或左右移動之位置，或者片體52之主面呈傾斜。如此，藉由調整臂71之動作，用手72對載體16傳接基板6時，手72可更準確地到達目標之基板6或架板18，可避免手72與基板6干擾之情況。
此外，本實施形態之基板搬送機器人7中，臂71除第1手腕關節J3（回轉軸）以外具有第2手腕關節J4（旋轉軸），因此可藉由使片體52之主面自水平傾斜而對載體16之傾斜之偏差進行調整。於臂71之手腕軸不具有旋轉軸之情形時，難以使片體52之主面傾斜，因此控制器8亦可以於傾斜之偏差大於預先記憶之閾值之情形時，通知使載體16對加載埠2進行再結合之方式構成。
如以上所說明，本實施形態之基板搬送機器人7係對於加載埠2之第1側與該加載埠2之開口部22結合之基板6之載體16，自隔著加載埠2與第1側相反之第2側通過開口部22進行基板6之傳接基板搬送機器人7，且具備：手72，其保持基板6；機器人臂71，其與手72連結且使該手72位移；拍攝裝置9，其安裝於手72或機器人臂71；及控制器8，其控制機器人臂71及拍攝裝置9之動作。並且，其特徵在於：控制器8藉由獲取利用拍攝裝置9自第2側拍攝之包含開口部22之周緣及與該開口部22結合之載體16之拍攝影像，並對拍攝影像進行影像處理，而檢測載體16之結合位置自既定之基準結合位置之偏差。
根據上述基板搬送機器人7，可基於利用搭載於機器人本身之拍攝裝置9拍攝之影像，檢測載體16對加載埠2之結合位置之偏移。該檢測結果可反映於基板搬送機器人7對載體16傳接基板6之動作。又，可利用1台基板搬送機器人7對複數個加載埠2同樣地檢測載體16之結合位置之偏移。進而，無論加載埠2或載體16之規格如何，均可同樣地檢測載體16對加載埠2之結合位置之偏移。
上述基板搬送機器人7中，如本實施形態所示，上述控制器8可構成為於機器人臂71對載體16傳接基板時考慮偏差而調整機器人臂71之動作。
藉此，考慮所檢測之偏差而機器人臂71動作，因此手72可更正確地到達目標之基板6。因此，利用手72之基板6之傳接動作穩定，可避免手72與基板6干擾之情況。
又，上述基板搬送機器人7中，如本實施形態所示，偏差可包含載體16之水平線自於開口部22規定之基準水平線之傾斜。
藉此，控制器8可知道與加載埠2結合之載體16是否自基準結合位置傾斜。
又，上述基板搬送機器人7中，如本實施形態所示，偏差可包含載體16之水平方向之端部自開口部22之水平方向之端部之距離。
藉此，控制器8可知道與加載埠2結合之載體16是否自基準結合位置於水平方向（左右方向）上位置偏移。
以上，對本發明之較佳之實施形態進行了說明，但在不脫離本發明之思想之範圍內變更上述實施形態之具體構造及/或功能之細節所得者亦可包含於本發明。
2：加載埠 3：基板移載裝置 4：基板處理裝置 5：風扇過濾單元 6：基板 7：基板搬送機器人 8：機器人控制器 8a：處理器 8b：記憶體 9：拍攝裝置 15：容器 16：載體 17：蓋 18：架板 19：凸緣 21：載台 22：埠開口部 23：板 24：門 27：凸緣面板 28：門驅動裝置 29：載台驅動裝置 30：移載室 31：殼體 41：真空預備室 42：傳送室 43：處理室 51：手基部 52：片體 60～64：驅動裝置 70：升降軸 71：機器人臂 72：手 73：基台 75、76：連桿 81：機器人控制部 82：載體位置調整部 91：相機 92：照射裝置 100：基板處理設備 211：定位銷 241：對準銷 242：閂鍵 281：升降用馬達 282：進給螺桿 283：平移用馬達 284：平移用進給螺桿 285、286：托架 291：馬達 292：進給螺桿 EDL：埠開口部之左緣 EDR：埠開口部之右緣 EL：載體之左緣 ER：載體之右緣 H：水平線 HD：水平基準線 J1～J4：關節
圖1係表示包含本發明之一實施形態之基板搬送機器人之基板處理設備之概略構成之圖。 圖2係表示圖1所示之加載埠之概略構成之圖。 圖3係表示圖1所示之基板搬送機器人之控制系統之構成之圖。 圖4係表示拍攝影像之例1之圖。 圖5係表示拍攝影像之例2之圖。
2：加載埠 3：基板移載裝置 4：基板處理裝置 5：風扇過濾單元 7：基板搬送機器人 9：拍攝裝置 16：載體 22：埠開口部 23：板 30：移載室 31：殼體 41：真空預備室 42：傳送室 43：處理室 51：手基部 52：片體 70：升降軸 71：機器人臂 72：手 73：基台 75、76：連桿 100：基板處理設備 J1～J4：關節

Claims (5)

  1. 一種基板搬送機器人，其係對於加載埠之第1側與該加載埠之開口部結合之基板之載體，自隔著上述加載埠與上述第1側相反之第2側通過上述開口部進行上述基板之傳接者，且具備：手，其保持上述基板；機器人臂，其與上述手連結且使該手位移；拍攝裝置，其安裝於上述手或上述機器人臂；及控制器，其控制上述機器人臂及上述拍攝裝置之動作；且上述控制器藉由獲取利用上述拍攝裝置自上述第2側拍攝之包含上述開口部之周緣及與該開口部結合之上述載體之拍攝影像，並對上述拍攝影像進行影像處理，而檢測上述載體之結合位置自既定之基準結合位置之偏差。
  2. 如請求項1所述之基板搬送機器人，其中上述控制器係於上述機器人臂對上述載體傳接上述基板時考慮上述偏差而調整上述機器人臂之動作。
  3. 如請求項1或2所述之基板搬送機器人，其中上述偏差包含上述載體之水平線自於上述開口部規定之基準水平線之傾斜。
  4. 如請求項1或2所述之基板搬送機器人，其中上述偏差包含上述載體之水平方向之端部自上述開口部之水平方向之端部之距離。
  5. 如請求項3所述之基板搬送機器人，其中上述偏差包含上述載體之水平方向之端部自上述開口部之水平方向之端部之距離。
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