WO2017104648A1 - 基板搬送ロボットおよびその運転方法 - Google Patents

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end effector
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雅也 吉田
隆生 山口
佑治 田中
一 中原
アショック バルワニ アビッシュ
ツェン ミン
クエン チェン フイ
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川崎重工業株式会社
カワサキロボティクス（ユーエスエー）インコーポレイテッド
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate transfer robot for transferring a substrate such as a semiconductor wafer or a liquid crystal glass substrate, and an operation method thereof.
  • a substrate transfer robot has been used as a means for transferring a substrate (plate member) such as a semiconductor wafer or a liquid crystal glass substrate.
  • the substrate transfer robot includes, for example, an articulated robot arm and an end effector (hand) provided at the tip of the robot arm.
  • the end effector includes substrate holding means for holding the substrate thereon.
  • a substrate container such as a FOUP (wafer cassette)
  • the substrate transfer robot takes out the wafer to be transferred from the substrate container and processes the wafers. It is conveyed to the processing device side.
  • the processed wafer is taken out from the wafer holder on the processing apparatus side and stored in the substrate storage container.
  • the robot controller controls the operation of the robot arm and inserts an end effector into the gap between the wafers in the vertical direction. From this state, the end effector is raised, the wafer to be transferred is placed on the end effector, and the wafer is fixed on the end effector by the substrate holding means.
  • the wafer transfer time from the transfer source to the transfer destination by the substrate transfer robot affects the throughput of wafer processing, it is necessary to speed up the robot operation and shorten the transfer time in order to increase the throughput.
  • the acceleration positive acceleration, negative acceleration
  • a substrate holding means for example, there is a method (adsorption method) of adsorbing the back surface of a wafer placed on an end effector by a vacuum force. Further, as another substrate holding means, the fixed side engaging portion and the movable side engaging portion are engaged with the edge portion of the wafer placed on the end effector, and the wafer is held by these engaging portions. There is a type of fixing (edge grip type).
  • the wafer may be insufficiently fixed to the end effector by the substrate holding means. If the wafer is insufficiently fixed, the wafer may be displaced from a predetermined position on the end effector during the transfer. There is a risk that the wafer may come off from the end effector and fall.
  • Patent Document 1 A technique for continuing the operation has been proposed.
  • a suction-type substrate holding means using a vacuum force is used, and a wafer suction surface (wafer mounting surface) on the end effector side and a wafer back surface A gap is formed between the two and the vacuum suction cannot be sufficiently performed at the suction portion, and a desired holding force cannot be achieved.
  • the above-mentioned conventional countermeasures cannot detect the abnormality, and the wafer is not It is determined that the robot arm is fixed, and a normal transfer operation is performed by the robot arm. For this reason, for example, the wafer may be displaced from a predetermined position on the end effector or may be detached from the end effector and dropped due to acceleration applied to the wafer at the start of conveyance.
  • the holding force may be reduced due to the cause on the substrate holding means side.
  • the pressure of the plunger used in the edge grip type substrate holding means may decrease, or the capacity of the vacuum source of the adsorption type substrate holding means may decrease, and the holding power of the wafer may decrease.
  • the conventional countermeasures cannot detect an abnormality unless the wafer is misaligned. Therefore, the wafer is displaced from a predetermined position on the end effector due to the acceleration acting on the wafer during transfer, or The wafer may come off the end effector and fall.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and even when the holding force of the substrate in the end effector is reduced, the substrate transfer operation is continued regardless of whether or not the substrate is misaligned.
  • a substrate transfer robot includes a robot arm, an end effector provided on the robot arm and having substrate holding means for holding a substrate, and the robot arm.
  • Arm control means for driving the robot, robot control means for controlling the arm drive means, and holding force detection means for detecting the substrate holding force by the substrate holding means, the robot control means Is configured to control the arm driving unit based on an upper limit value of at least one of acceleration and speed of the end effector determined according to the substrate holding force detected by the holding force detection unit. It is characterized by that.
  • the robot control unit is configured to control the arm driving unit based on upper limit values of both acceleration and speed of the end effector. It is characterized by that.
  • the substrate holding means has a holding force generating means for generating the substrate holding force
  • the robot control means is the substrate holding It is configured to increase the power of the holding force generating means when the force is lower than a normal value.
  • the substrate holding means is configured to vacuum-suck the substrate
  • the holding force detection means is the substrate holding means. It is comprised so that the vacuum degree of may be detected.
  • the substrate holding means is removably engaged with an edge portion of the substrate, and the movable engagement portion.
  • the holding force detecting means is configured to detect the pressure of the plunger.
  • the robot control unit continuously sets the upper limit value according to the substrate holding force detected by the holding force detection unit. It is comprised so that it may change.
  • the robot control unit steps the upper limit value according to the substrate holding force detected by the holding force detection unit. It is comprised so that it may change.
  • an eighth aspect of the present invention is an operation method of a substrate transfer robot including a robot arm provided with an end effector including a substrate holding means for holding a substrate, A holding force detection step of detecting a substrate holding force by the substrate holding means, an upper limit determination step of determining an upper limit value of at least one of acceleration and speed of the end effector according to the substrate holding force, and the end effector An arm driving step of driving the robot arm based on an upper limit value.
  • the ninth aspect of the present invention is characterized in that, in the eighth aspect, the arm driving step drives the robot arm based on upper limit values of both acceleration and speed of the end effector.
  • the substrate holding means has holding force generation means for generating the substrate holding force, and the substrate holding force is lower than a normal value. When it decreases, the power of the holding force generating means is increased.
  • the eleventh aspect of the present invention is characterized in that, in any of the eighth to tenth aspects, the upper limit value is continuously changed according to the substrate holding force.
  • a twelfth aspect of the present invention is characterized in that, in any of the eighth to tenth aspects, the upper limit value is changed in a step shape according to the substrate holding force.
  • the “substrate holding force” includes not only the actual holding force directly measured by a force sensor but also a value correlated with the actual holding force.
  • examples of the value having a correlation with the actual holding force include the degree of vacuum in the adsorption type end effector and the plunger pressure in the edge grip type end effector.
  • the present invention even when the holding force of the substrate in the end effector is reduced, it is possible to reliably prevent the substrate from being displaced or dropped while continuing the substrate transfer operation regardless of whether or not the substrate is displaced. It is possible to provide a substrate transfer robot that can be used and a method for operating the robot.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a substrate transfer robot according to an embodiment of the present invention.
  • substrate conveyance robot shown in FIG. The figure which showed the relationship between the board
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing an enlarged main part of the substrate transfer robot shown in FIG. 8.
  • substrate conveyance robot shown in FIG. The figure which showed the relationship between the board
  • the substrate transfer robot according to the present embodiment is particularly suitable for transferring a wafer for manufacturing a semiconductor.
  • the substrate to be transferred by the substrate transfer robot according to the present invention is not limited to a wafer for manufacturing a semiconductor, but includes various substrates (plate-like members) such as a glass substrate for manufacturing a liquid crystal panel.
  • the substrate transfer robot 1 has a base 2.
  • the base 2 is provided with a turning main shaft 3 so as to be movable up and down along the first rotation axis L1.
  • the base end of the robot arm 4 is connected to the upper end of the turning spindle 3.
  • the robot arm 4 has a first link member 5 having a first rotation axis L1 at the proximal end and a second rotation axis L2 at the distal end, a second rotation axis L2 at the proximal end, and a third rotation axis L3 at the distal end.
  • a second link member 6 having An end effector (hand) 7 is provided at the tip of the second link member 6 so as to be rotatable around the third rotation axis L3.
  • the raising / lowering operation and the rotating operation of the turning main shaft 3 are performed by drive sources 8 and 9 provided inside the base 2, respectively.
  • the rotation main shaft 3 rotates around the first rotation axis L ⁇ b> 1
  • the first link member 5 rotates around the first rotation axis L ⁇ b> 1 integrally with the turning main shaft 3.
  • the rotation operation of the second link member 6 with respect to the first link member 5 is performed by a drive source 10 provided inside the first link member 5.
  • the rotation operation of the end effector 7 with respect to the second link member 6 is performed by a drive source 11 provided inside the second link member 6.
  • the drive sources 8, 9, 10, and 11 described above constitute arm drive means in the present invention.
  • the drive sources 8, 9, 10, and 11 can be constituted by servo motors, for example.
  • the drive sources 8, 9, 10, and 11 are controlled by the robot controller 12, thereby controlling the raising / lowering operation and the rotation (extension / contraction) operation of the robot arm 4 having the end effector 7.
  • the configuration of the robot arm and the driving means of the substrate transfer robot according to the present invention is not limited to the above-described configuration shown in FIG. 1, and any configuration that can position the end effector with respect to the substrate to be transferred. good.
  • the substrate transfer robot 1 has the substrate holding means 13 for holding the substrate S on the end effector 7 by vacuum suction.
  • the substrate holding means 13 includes a substrate holding opening 30 formed on the substrate mounting surface of the end effector 7, a vacuum drawing channel 31 formed so as to communicate with the substrate holding opening 30, and the vacuum drawing channel 31. And a vacuum source (holding force generating means) 32 communicating with.
  • a vacuum sensor 33 for detecting the degree of vacuum of the substrate holding means 13 as an analog output is connected in the middle of the evacuation channel 31.
  • the degree of vacuum of the substrate holding means 13 corresponds to the substrate holding force in the end effector 7.
  • the vacuum sensor 33 corresponds to a holding force detection unit.
  • the output signal of the vacuum sensor (holding force detection means) 33 is transmitted to the robot controller 12.
  • the substrate support of the substrate container 21 is supported as shown in FIGS.
  • the end effector 7 is caused to enter the back surface side of the substrate S to be transported placed on the unit 22, the end effector 7 is raised, and the substrate S is placed on the substrate placement surface.
  • evacuation by the substrate holding means 13 is started, and the substrate S is vacuum-sucked on the mounting surface of the end effector 7.
  • the substrate transfer robot 1 can cope with such a state where a desired substrate holding force cannot be achieved, and this point will be described below.
  • the degree of vacuum (substrate holding force) detected by the vacuum sensor (holding force detecting means) 33 is lower than the normal value.
  • the robot controller 12 controls the arm driving means based on the upper limit value of the acceleration of the end effector 7 determined according to the substrate holding force.
  • the robot controller 12 determines the end effector 7 according to the amount of decrease in the substrate holding force. Reduce the upper limit of acceleration.
  • the allowable abnormal value Fn of the substrate holding force is lower than the normal value F0, but it is determined that the transfer operation of the robot arm 4 can be continued by applying the control method according to the present embodiment.
  • a value can be obtained by, for example, experiments or dynamic calculations.
  • the robot controller 12 determines the upper limit value of the acceleration of the end effector 7 based on the allowable abnormal value Fn, the robot controller 4 continues the transfer operation of the robot arm 4 while preventing the acceleration of the end effector 7 from exceeding the upper limit value. And do it.
  • the robot controller 12 stops the transfer operation of the robot arm 4.
  • the factor that exerts a force on the substrate being transported is not only the inertial force in the straight-ahead operation described above.
  • a centrifugal force proportional to the square of the rotation speed acts on the substrate.
  • a wind pressure proportional to the square of the operation speed acts on the substrate.
  • control in addition to the control based on the upper limit value of acceleration, it is based on the upper limit value of any one of the various speeds (straight forward / rotation) described above, or the upper limit value of a combination of any two or more speeds. It is desirable to control.
  • the robot controller 12 sets the amount of decrease in the substrate holding force. Accordingly, the upper limit value of the speed of the end effector 7 is decreased. Then, the transport operation of the robot arm 4 is performed while preventing the speed of the end effector 7 from exceeding the upper limit.
  • the robot controller 12 of the substrate transfer robot 1 has the allowable abnormality value Fn whose vacuum degree (substrate holding force) detected by the vacuum sensor (holding force detection means) 33 is lower than the normal value F0.
  • the upper limit values of the acceleration and speed of the robot arm 4 are reduced according to the reduction amount, and the transfer operation of the robot arm 4 is performed based on the changed upper limit values.
  • the control based on the upper limit value of acceleration and the upper limit value of speed described above may be performed using different parameters depending on the pattern of the substrate transfer operation. That is, the upper limit value of acceleration is set in the straight operation, the upper limit value of the rotation speed is set in the rotation operation, and the upper limit value of the speed of the operation in the operation where the substrate receives the wind pressure like the lifting operation. And set the upper limit of the speed of emergency stop operation at emergency stop.
  • 5 and 6 show an example in which the substrate holding force and the upper limit value have a linear relationship.
  • the holding force and the upper limit value are proportional to the square.
  • the robot controller 12 reduces the amount of decrease in the substrate holding force. Accordingly, the power of the vacuum source (holding force generating means) 32 is increased.
  • the power of the vacuum source (holding force generating means) 32 corresponds to a suction speed and a suction amount when evacuating.
  • the operation method of the substrate transfer robot 1 according to the present embodiment includes the following steps.
  • the operation method includes a step of increasing the power of the holding force generating means (vacuum source 32) when the substrate holding force is lower than the normal value F0.
  • the substrate holding force by the substrate holding unit 13 is detected by the vacuum sensor (holding force detecting unit) 33, and the acceleration of the end effector 7 is detected according to the detection result. And the upper limit values of the speeds are determined, so that even when the substrate holding force in the end effector 7 is lower than the normal value F0, the substrate transfer operation is continued regardless of whether or not the substrate S is misaligned. In addition, it is possible to reliably prevent the positional deviation and dropping of the substrate S.
  • the wafer S is warped by heat treatment or the like in the semiconductor manufacturing process, or the back surface of the wafer S is soiled, and the substrate holding means 13 cannot perform appropriate vacuuming, and the substrate holding force is lower than the normal value F0. Even in such a case, such an abnormal state can be detected and appropriately dealt with.
  • the robot controller 12 determines whether the vacuum source (holding force generating means) corresponds to the decrease amount. ) Since the power of 32 is increased, the lowered substrate holding power can be increased.
  • the substrate holding means 13 for holding the substrate S engages with the front edge of the substrate S. And a movable engagement portion 15 releasably engaged with the rear edge of the substrate S, and a plunger 16 for driving the movable engagement portion 15 forward and backward.
  • the fixed engagement portion 14 is provided at each of the end portions of the bifurcated end effector 7.
  • the movable engagement portion 15 is provided at each of both end portions of the elongated member 17 extending in the direction orthogonal to the longitudinal axis of the end effector 7 on the proximal end side of the end effector 7.
  • a step portion 18 is formed in the fixed engagement portion 14, and the substrate S is placed on the step portion 18.
  • the holding state and the non-holding state of the substrate S on the end effector 7 can be switched by driving the plunger 16 forward and backward by the robot controller 12.
  • a position sensor 19 for detecting the position of the plunger 16 is provided adjacent to the plunger 16.
  • the position sensor 19 can determine whether or not the substrate S is held on the end effector 7.
  • the substrate transfer robot 1 includes a pressure sensor 20 for detecting the pressure of the plunger 16.
  • the pressure sensor 20 constitutes a holding force detection means for detecting the substrate holding force in the end effector 7. That is, the pressure of the plunger 16 detected by the pressure sensor (holding force detection means) 20 corresponds to the substrate holding force in the end effector 7.
  • An output signal of the pressure sensor 20 is transmitted to the robot controller 12.
  • the robot controller 12 is based on the substrate holding force (pressure of the plunger 16) detected by the holding force detection means (pressure sensor 20).
  • the upper limit values of the acceleration and speed of the end effector 7 are determined.
  • the robot controller 12 increases the power of the plunger 16 according to the decrease in the substrate holding force.
  • the power of the plunger 16 corresponds to the pressure of a pressurized fluid (such as compressed air) supplied to the plunger 16.
  • the upper limit values of both acceleration and speed of the end effector 7 are determined according to the substrate holding force detected by the holding force detecting means. May be omitted, and only the upper limit value of the acceleration of the end effector 7 may be determined according to the substrate holding force.
  • the detection of the substrate holding force by the holding force detection means and / or the determination of the upper limit value such as the acceleration of the end effector by the detected substrate holding force is performed in real time or You may make it implement during a robot operation
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an example of a control method in the substrate transfer robot according to the above-described embodiments and modifications.
  • the upper limit value of the acceleration (or speed) of the operation pattern of the substrate transfer is set, and the portion exceeding the upper limit value in the initial setting (upper figure) is set after the upper limit value is set.
  • FIG. 15 shows another example of the control method in the substrate transfer robot according to each of the above-described embodiments and modifications.
  • the acceleration (or speed) of the operation pattern of the substrate transfer is shown as a whole.
  • the peak acceleration (or speed) can also be made lower than the upper limit value by lowering to.

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Abstract

基板搬送ロボット(1)は、ロボットアーム(4)に設けられ、基板(S)を保持する基板保持手段(13)を有するエンドエフェクタ(7)と、ロボットアーム(4)を駆動するアーム駆動手段(9,10,11)と、アーム駆動手段を制御するロボット制御手段(12)と、基板保持手段による基板保持力を検出する保持力検出手段(33)と、を備える。ロボット制御手段(12)は、保持力検出手段(33)により検出された基板保持力に応じて決定されるエンドエフェクタ(7)の加速度および速度の少なくとも一方の上限値に基づいてアーム駆動手段(9,10,11)を制御する。エンドエフェクタにおける基板の保持力が低下した場合でも、基板の位置ずれの有無にかかわらず、基板搬送動作を継続しつつ、基板の位置ずれや落下を確実に防止できる。

Description

基板搬送ロボットおよびその運転方法
　本発明は、半導体ウェハや液晶ガラス基板などの基板を搬送するための基板搬送ロボットおよびその運転方法に関する。
　従来、半導体ウェハや液晶ガラス基板などの基板（板状部材）を搬送するための手段として、基板搬送ロボットが使用されている。基板搬送ロボットは、例えば、多関節のロボットアームと、このロボットアームの先端に設けられたエンドエフェクタ（ハンド）を備えている。エンドエフェクタは、その上に基板を保持するための基板保持手段を備えている。
　通常、半導体ウェハの場合、ＦＯＵＰ（ウェハカセット）などの基板収容容器の中に複数のウェハが収容されており、基板搬送ロボットは、基板収容容器の内部から搬送対象のウェハを取り出し、ウェハを処理するための処理装置側に搬送する。或いは、処理済のウェハを処理装置側のウェハホルダーから取り出し、基板収容容器の内部に収容する。
　基板搬送ロボットを用いて基板収容容器やウェハホルダーからウェハを取り出す際には、ロボットコントローラでロボットアームの動作を制御して、上下方向におけるウェハ同士の間隙にエンドエフェクタを挿入する。この状態からエンドエフェクタを上昇させて搬送対象のウェハをエンドエフェクタ上に載せ、基板保持手段によってエンドエフェクタ上でウェハを固定する。
　基板搬送ロボットによる搬送元から搬送先へのウェハの搬送時間は、ウェハ処理のスループットに影響を与えるので、スループットを高めるために、ロボットの動作を高速化して搬送時間を短縮する必要がある。ここで、ロボット動作を高速化して搬送時間を短縮しようとすると、動作開始時や動作停止時においてウェハに加えられる加速度（正の加速度、負の加速度）が大きくなる。
　そこで、大きな加速度がウェハに加えられた場合でも、ウェハがエンドエフェクタ上の所定の位置からずれたり、或いはエンドエフェクタから外れて落下しないように、ウェハをエンドエフェクタに固定するための基板保持手段が設けられている。
　そのような基板保持手段としては、例えば、エンドエフェクタに載置されたウェハの裏面を真空力によって吸着する方式（吸着方式）のものがある。また、他の基板保持手段としては、エンドエフェクタに載置されたウェハの縁部に固定側の係合部と可動側の係合部とを係合させ、これらの係合部でウェハを挟持して固定する方式（エッジグリップ方式）のものがある。
　ところが、様々な理由により、基板保持手段によるエンドエフェクタへのウェハの固定が不十分となる場合があり、ウェハの固定が不十分になると、搬送途中でエンドエフェクタ上の所定の位置からウェハがずれたり、或いはエンドエフェクタからウェハが外れて落下する危険性があった。
　この問題への対処方法として、エンドエフェクタ上の所定の位置からのウェハの位置ずれ量を検出し、その位置ずれ量が所定の閾値を超えた場合、ロボットアームの動作の加速度を抑制して搬送動作を継続させる技術が提案されている（特許文献１）。
特開２０１２－０４９３５７号公報
　上述した従来提案の対処方法は、エンドエフェクタ上のウェハの位置ずれ量に基づいてロボットアームの動作の加速度を抑制するものであるため、ウェハがエンドエフェクタ上の所定の位置からずれない限り、ウェハは正常に固定されていると判断し、ロボットアームに通常の搬送動作を行わせる。
　しかしながら、実際には、ウェハがエンドエフェクタ上の所定の位置にあるにも関わらず、基板保持手段による保持力が不十分な場合があり、上述した従来提案の対処方法では、このような場合には対応できなかった。
　例えば、半導体製造プロセスとしての熱処理によりウェハが反ってしまったような場合には、真空力を利用した吸着方式の基板保持手段では、エンドエフェクタ側のウェハ吸着面（ウェハ載置面）とウェハ裏面との間に隙間ができてしまい、吸着部において真空引きを十分に行うことができず、所望の保持力を達成できない。
　ウェハの反りにより所望の保持力が達成されていない場合でも、エンドエフェクタ上の所定の位置にウェハがある限り、上述した従来提案の対処方法では異常を検出することができず、ウェハは正常に固定されていると判断して通常の搬送動作をロボットアームに行わせる。このため、例えば搬送開始時にウェハに作用した加速度によって、エンドエフェクタ上の所定の位置からウェハがずれたり、或いはエンドエフェクタからウェハが外れて落下する恐れがある。
　また、ウェハの裏面（吸着側）が、半導体製造プロセスの途中で汚損された場合も、エンドエフェクタのウェハ吸着部における真空引きを十分に行うことができず、所望の保持力を達成することができないことがある。この場合も、上述の従来提案の対処方法では適切に対応できない可能性がある。
　また、ウェハに反りや汚損がない場合でも、基板保持手段側の原因により保持力が低下する場合もあり得る。例えば、エッジグリップ方式の基板保持手段で使用しているプランジャの圧力が低下したり、或いは吸着方式の基板保持手段の真空源の能力が低下したりして、ウェハの保持力が低下する可能性がある。このような場合も、従来提案の対処方法では、ウェハの位置ずれが生じない限り異常を検出できないので、搬送時にウェハに作用する加速度によって、エンドエフェクタ上の所定の位置からウェハがずれたり、或いはエンドエフェクタからウェハが外れて落下する恐れがある。
　本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、エンドエフェクタにおける基板の保持力が低下した場合でも、基板の位置ずれの有無にかかわらず、基板搬送動作を継続しつつ、基板の位置ずれや落下を確実に防止することができる基板搬送ロボットおよびその運転方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による基板搬送ロボットは、ロボットアームと、前記ロボットアームに設けられ、基板を保持するための基板保持手段を有するエンドエフェクタと、前記ロボットアームを駆動するためのアーム駆動手段と、前記アーム駆動手段を制御するためのロボット制御手段と、前記基板保持手段による基板保持力を検出するための保持力検出手段と、を備え、前記ロボット制御手段は、前記保持力検出手段により検出された前記基板保持力に応じて決定される前記エンドエフェクタの加速度および速度の少なくとも一方の上限値に基づいて前記アーム駆動手段を制御するように構成されている、ことを特徴とする。
　本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ロボット制御手段は、前記エンドエフェクタの加速度および速度の両方の上限値に基づいて前記アーム駆動手段を制御するように構成されている、ことを特徴とする。
　本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記基板保持手段は、前記基板保持力を生成するための保持力発生手段を有し、前記ロボット制御手段は、前記基板保持力が正常値よりも低下した場合、前記保持力発生手段のパワーを増大させるように構成されている、ことを特徴とする。
　本発明の第４の態様は、第１乃至だい３のいずれかの態様において、前記基板保持手段は、前記基板を真空吸着するように構成されており
　前記保持力検出手段は、前記基板保持手段の真空度を検出するように構成されている、ことを特徴とする。
　本発明の第５の態様は、第１乃至第３のいずれかの態様において、前記基板保持手段は、前記基板の縁部に解放可能に係合する可動係合部と、前記可動係合部を駆動するためのプランジャと、を有し、前記保持力検出手段は、前記プランジャの圧力を検出するように構成されている、ことを特徴とする。
　本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記ロボット制御手段は、前記保持力検出手段により検出された前記基板保持力に応じて前記上限値を連続的に変更するように構成されている、ことを特徴とする。
　本発明の第７の態様は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記ロボット制御手段は、前記保持力検出手段により検出された前記基板保持力に応じて前記上限値をステップ状に変更するように構成されている、ことを特徴とする。
　上記課題を解決するために、本発明の第８の態様は、基板を保持するための基板保持手段を含むエンドエフェクタが設けられたロボットアームを備えた基板搬送ロボットの運転方法であって、前記基板保持手段による基板保持力を検出する保持力検出工程と、前記基板保持力に応じて前記エンドエフェクタの加速度および速度の少なくとも一方の上限値を決定する上限値決定工程と、前記エンドエフェクタの前記上限値に基づいて前記ロボットアームを駆動するアーム駆動工程と、を備えたことを特徴とする。
　本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記アーム駆動工程は、前記エンドエフェクタの加速度および速度の両方の上限値に基づいて前記ロボットアームを駆動する、ことを特徴とする。
　本発明の第１０の態様は、第８または第９の態様において、前記基板保持手段は、前記基板保持力を生成するための保持力発生手段を有し、前記基板保持力が正常値よりも低下した場合、前記保持力発生手段のパワーを増大させる、ことを特徴とする。
　本発明の第１１の態様は、第８乃至第１０のいずれかの態様において、前記基板保持力に応じて前記上限値を連続的に変更する、ことを特徴とする。
　本発明の第１２の態様は、第８乃至第１０のいずれかの態様において、前記基板保持力に応じて前記上限値をステップ状に変更する、ことを特徴とする。
　なお、本明細書において「基板保持力」とは、力センサなどによって直接的に測定される実際の保持力に加えて、実際の保持力と相関のある値も含むものである。ここで、実際の保持力と相関のある値としては、例えば、吸着式のエンドエフェクタにおける真空度や、エッジグリップ式のエンドエフェクタにおけるプランジャ圧などがあげられる。
　本発明によれば、エンドエフェクタにおける基板の保持力が低下した場合でも、基板の位置ずれの有無にかかわらず、基板搬送動作を継続しつつ、基板の位置ずれや落下を確実に防止することができる基板搬送ロボットおよびその運転方法を提供することができる。
本発明の一実施形態による基板搬送ロボットを模式的に示した斜視図。 図１に示した基板搬送ロボットの主要部を拡大して模式的に示した図。 図１に示した基板搬送ロボットによる基板搬送過程を説明するための模式的な平面図。 図１に示した基板搬送ロボットによる基板搬送過程を説明するための模式的な側面図。 図１に示した基板搬送ロボットにおける基板保持力と加速度上限値との関係を示した図。 図１に示した基板搬送ロボットにおける基板保持力と速度上限値との関係を示した図。 図１に示した基板搬送ロボットにおける基板保持力と吸引力との関係を示した図。 本発明の他の実施形態による基板搬送ロボットを模式的に示した斜視図。 図８に示した基板搬送ロボットの主要部を拡大して模式的に示した側面図。 図８に示した基板搬送ロボットの主要部を拡大して模式的に示した平面図。 図１に示した基板搬送ロボットの一変形例における基板保持力と加速度上限値との関係を示した図。 図１に示した基板搬送ロボットの一変形例における基板保持力と速度上限値との関係を示した図。 図１に示した基板搬送ロボットの一変形例における基板保持力と吸引力との関係を示した図。 本発明の上記各実施形態および変形例による基板搬送ロボットにおける制御方法の一例を説明するための図。 本発明の上記各実施形態および変形例による基板搬送ロボットにおける制御方法の他の例を説明するための図。
　以下、本発明の一実施形態による基板搬送ロボットについて、図面を参照して説明する。なお、本実施形態による基板搬送ロボットは、特に半導体製造用のウェハの搬送に適したものである。ただし、本発明による基板搬送ロボットの搬送対象とされる基板は、半導体製造用のウェハに限られるものではなく、液晶パネル製造用のガラス基板など、各種の基板（板状部材）を含むものである。
　図１に示したように、本実施形態による基板搬送ロボット１は、基台２を有する。基台２には、旋回主軸３が第１回転軸線Ｌ１に沿って昇降可能に設けられている。
　旋回主軸３の上端にはロボットアーム４の基端が接続されている。ロボットアーム４は、基端に第１回転軸線Ｌ１を有すると共に先端に第２回転軸線Ｌ２を有する第１リンク部材５と、基端に第２回転軸線Ｌ２を有すると共に先端に第３回転軸線Ｌ３を有する第２リンク部材６と、を有する。第２リンク部材６の先端には、第３回転軸線Ｌ３周りに回転可能にエンドエフェクタ（ハンド）７が設けられている。
　旋回主軸３の昇降動作および回転動作は、それぞれ、基台２の内部に設けられた駆動源８、９により行われる。回転主軸３が第１回転軸線Ｌ１周りに回転することにより、第１リンク部材５が旋回主軸３と一体に第１回転軸線Ｌ１周りに回転する。
　第１リンク部材５に対する第２リンク部材６の回転動作は、第１リンク部材５の内部に設けられた駆動源１０により行われる。第２リンク部材６に対するエンドエフェクタ７の回転動作は、第２リンク部材６の内部に設けられた駆動源１１により行われる。
　上述の駆動源８、９、１０、１１は、本発明におけるアーム駆動手段を構成している。駆動源８、９、１０、１１は、例えばサーボモータで構成することができる。
　各駆動源８、９、１０、１１は、ロボットコントローラ１２によって制御され、これにより、エンドエフェクタ７を有するロボットアーム４の昇降動作および回転（伸縮）動作が制御される。
　なお、本発明による基板搬送ロボットのロボットアームおよびその駆動手段の構成は、図１に示した上述の構成に限られるものではなく、搬送対象の基板に対してエンドエフェクタを位置決めできる構成であれば良い。
　さらに、本実施形態による基板搬送ロボット１は、図１および図２に示したように、基板Ｓを真空吸着によりエンドエフェクタ７上に保持するための基板保持手段１３を有する。基板保持手段１３は、エンドエフェクタ７の基板載置面に形成された基板保持開口３０と、この基板保持開口３０に連通するように形成された真空引き流路３１と、この真空引き流路３１に連通する真空源（保持力発生手段）３２とを有する。
　真空引き流路３１の途中には、基板保持手段１３の真空度をアナログ出力として検出するための真空センサ３３が接続されている。ここで、基板保持手段１３の真空度は、エンドエフェクタ７における基板保持力に対応している。また、真空センサ３３は、保持力検出手段に対応している。真空センサ（保持力検出手段）３３の出力信号は、ロボットコントローラ１２に伝送される。
　基板搬送ロボット１のエンドエフェクタ７によって基板Ｓを保持する際には、基板保持手段１３における真空引きを停止させた状態で、図３および図４に示したように、基板収容容器２１の基板支持部２２に載置されている搬送対象の基板Ｓの裏面側にエンドエフェクタ７を進入させ、エンドエフェクタ７を上昇させて、その基板載置面上に基板Ｓを載置する。この状態で、基板保持手段１３による真空引きを開始して、エンドエフェクタ７の載置面上に基板Ｓを真空吸着する。
　このとき、半導体製造プロセスにおける熱処理等によって基板Ｓが反っていたり、或いは基板Ｓの裏面が汚損している場合には、適切な真空引きを行うことができず、所望の基板保持力を達成できない可能性がある。
　本実施形態による基板搬送ロボット１は、このように所望の基板保持力を達成できない状態にも対応できるものであり、以下、この点について説明する。
　エンドエフェクタ７によって基板Ｓを保持する際に、或いは保持した基板Ｓを搬送する際に、真空センサ（保持力検出手段）３３により検出された真空度（基板保持力）が正常値よりも低い場合、ロボットコントローラ１２は、基板保持力に応じて決定されたエンドエフェクタ７の加速度の上限値に基づいてアーム駆動手段を制御する。
　より具体的には、図５に示したように、基板保持力が正常値Ｆ０よりも低い許容異常値Ｆｎである場合、ロボットコントローラ１２は、基板保持力の低下量に応じて、エンドエフェクタ７の加速度の上限値を低下させる。
　ここで、基板保持力の許容異常値Ｆｎとは、正常値Ｆ０よりも低いが、本実施形態による制御方法を適用することにより、ロボットアーム４の搬送動作が継続可能であると判断される値をいい、そのような値は例えば実験や力学計算によって求めることができる。
　そして、ロボットコントローラ１２は、許容異常値Ｆｎに基づいてエンドエフェクタ７の加速度の上限値を決定したら、エンドエフェクタ７の加速度が当該上限値を超えないようにしながら、ロボットアーム４の搬送動作を継続して行う。
　なお、基板保持力がさらに低下して、限界異常値Ｆ１に到達した場合には、ロボットコントローラ１２は、ロボットアーム４の搬送動作を停止する。
　ところで、搬送中の基板に力が掛かる要因としては、直進動作において加速度に比例して発生する慣性力があり、加速度の上限値に基づく上述の制御方法は、主としてこの直進動作における慣性力を考慮したものである。
　一方、搬送中の基板に力が掛かる要因は、上述した直進動作における慣性力のみではない。例えば、回転動作においては、回転速度の二乗に比例した遠心力が基板に対して働く。また、昇降動作のように基板が風圧を受ける動作においては、動作速度の二乗に比例した風圧が基板に働く。さらに、非常停止時の動作停止までの時間が一定とすると、非常停止時の動作速度に比例した慣性力が基板に働く。
　このため、加速度の上限値に基づく制御に加えて、上述した各種の速度（直進・回転）のいずれか一つの速度の上限値、或いは、いずれか２つ以上の速度の組み合わせの上限値に基づく制御を行うことが望ましい。
　そこで、本実施形態による基板搬送ロボットにおいては、図６に示したように、基板保持力が正常値Ｆ０よりも低い許容異常値Ｆｎである場合、ロボットコントローラ１２は、基板保持力の低下量に応じて、エンドエフェクタ７の速度の上限値を低下させる。そして、エンドエフェクタ７の速度が当該上限値を超えないようにしながら、ロボットアーム４の搬送動作を実施する。
　すなわち、本実施形態による基板搬送ロボット１のロボットコントローラ１２は、真空センサ（保持力検出手段）３３によって検出された真空度（基板保持力）が正常値Ｆ０よりも低い許容異常値Ｆｎである場合、その低下量に応じて、ロボットアーム４の加速度および速度の上限値を低下させ、変更後の各上限値に基づいてロボットアーム４の搬送動作を実施する。
　上述した加速度の上限値および速度の上限値による制御は、基板搬送動作のパターンに応じて、制限するパラメータを使い分けるようにしても良い。すなわち、直進動作においては、加速度の上限値を設定し、回転動作においては、回転速度の上限値を設定し、昇降動作のように基板が風圧を受ける動作においては、当該動作の速度の上限値を設定し、非常停止時においては、非常停止動作の速度の上限値を設定する。
　なお、図５および図６には、基板保持力と上限値とがリニアな関係にある例を示しているが、回転動作の速度の上限値および昇降動作等の速度の上限値については、基板保持力と上限値とが二乗に比例する関係になる。
　さらに、本実施形態による基板搬送ロボット１においては、図７に示したように、基板保持力が正常値Ｆ０よりも低い許容異常値Ｆｎである場合、ロボットコントローラ１２は、基板保持力の低下量に応じて、真空源（保持力発生手段）３２のパワーを増大させる。ここで、真空源（保持力発生手段）３２のパワーとは、真空引きを行う際の吸引速度や吸引量に相当する。
　上述の説明からも分かるように、本実施形態による基板搬送ロボット１の運転方法は、以下の工程を備えている。
　すなわち、同運転方法は、基板保持手段１３による基板保持力を検出する保持力検出工程と、基板保持力が正常値Ｆ０よりも低下した場合、基板保持力に応じてエンドエフェクタ７の加速度および速度の各上限値を決定する上限値決定工程と、エンドエフェクタ７の加速度および速度の上限値に基づいてロボットアーム４を駆動するアーム駆動工程と、を備えている。
　さらに、同運転方法は、基板保持力が正常値Ｆ０よりも低下した場合、保持力発生手段（真空源３２）のパワーを増大させる工程を備えている。
　以上述べたように、本実施形態による基板搬送ロボット１においては、基板保持手段１３による基板保持力を真空センサ（保持力検出手段）３３によって検出し、その検出結果に応じてエンドエフェクタ７の加速度および速度の各上限値を決定するようにしたので、エンドエフェクタ７における基板保持力が正常値Ｆ０よりも低下した場合でも、基板Ｓの位置ずれの有無にかかわらず、基板搬送動作を継続しつつ、基板Ｓの位置ずれや落下を確実に防止することができる。
　特に、半導体製造プロセスの熱処理等によってウェハＳが反っていたり、或いはウェハＳの裏面が汚損されていて、基板保持手段１３において適切な真空引きができず、基板保持力が正常値Ｆ０よりも低下している場合でも、そのような異常状態を検出して適切に対応することができる。
　また、本実施形態による基板搬送ロボット１においては、基板保持力が正常値Ｆ０よりも低い許容異常値Ｆｎである場合、ロボットコントローラ１２が、その低下量に応じて、真空源（保持力発生手段）３２のパワーを増大させるようにしたので、低下した基板保持力を増大させることができる。
　次に、本発明の他の実施形態による基板搬送ロボットについて、図面を参照して説明する。なお、以下では、図１に示した上述の実施形態と異なる部分について説明し、共通する部分については説明を省略する。
　図８乃至図１０に示したように、本実施形態による基板搬送ロボット１は、基板Ｓを保持するための基板保持手段１３が、基板Ｓの前側の縁部に係合する固定係合部１４と、基板Ｓの後側の縁部に解放可能に係合する可動係合部１５と、可動係合部１５を進退駆動するためのプランジャ１６と、を有している。
　固定係合部１４は、二股状のエンドエフェクタ７の先端部のそれぞれに設けられている。可動係合部１５は、エンドエフェクタ７の基端側においてエンドエフェクタ７の長手軸線に直交する方向に延在する細長部材１７の両端部のそれぞれに設けられている。固定係合部１４には段部１８が形成されており、この段部１８に基板Ｓが載置される。
　本実施形態による基板搬送ロボット１においては、ロボットコントローラ１２によってプランジャ１６を進退駆動することにより、エンドエフェクタ７上での基板Ｓの保持状態と非保持状態とを切り換えることができる。
　図９および図１０に示したように、プランジャ１６の位置を検出するための位置センサ１９がプランジャ１６に隣接して設けられている。位置センサ１９によって、エンドエフェクタ７上に基板Ｓが保持されているか否かを判定することができる。
　さらに、本実施形態による基板搬送ロボット１は、プランジャ１６の圧力を検出するための圧力センサ２０を備えている。圧力センサ２０は、エンドエフェクタ７における基板保持力を検出するための保持力検出手段を構成している。すなわち、圧力センサ（保持力検出手段）２０により検出されるプランジャ１６の圧力が、エンドエフェクタ７における基板保持力に対応する。圧力センサ２０の出力信号は、ロボットコントローラ１２に伝送される。
　本実施形態においても、図１に示した上述の実施形態と同様に、ロボットコントローラ１２は、保持力検出手段（圧力センサ２０）により検出された基板保持力（プランジャ１６の圧力）に基づいて、エンドエフェクタ７の加速度および速度の上限値を決定する。
　また、ロボットコントローラ１２は、プランジャ１６のパワーを、基板保持力の低下に応じて増大させる。ここで、プランジャ１６のパワーは、プランジャ１６に供給される加圧流体（圧縮空気など）の圧力に相当する。
　図８に示した本実施形態による基板搬送ロボットにおいても、図１に示した上述の実施形態による基板搬送ロボットと同様の優れた効果を得ることができる。
　なお、上述した各実施形態においては、保持力検出手段で検出した基板保持力に応じて、エンドエフェクタ７の加速度および速度の両方の上限値を決定するようにしたが、速度の上限値の決定は省略して、エンドエフェクタ７の加速度の上限値のみを基板保持力に応じて決定するようにしても良い。
　また、上述した各実施形態においては、保持力検出手段で検出した基板保持力が正常値よりも低下した場合に、保持力発生手段のパワーを増大させるようにしたが、この工程を省略することもできる。
　また、上述した各実施形態においては、図５乃至図７に示したように、基板保持力の変化に応じて、加速度上限値、速度上限値、および吸引力（圧力）を連続的に変更するようにしているが、これに代えて、図１１乃至図１３に示したように、連続的ではなく、ステップ状に変更するようにしても良い。
　また、上述した各実施形態においては、保持力検出手段による基板保持力の検出、および／または、検出された基板保持力によるエンドエフェクタの加速度等の上限値の決定を、実時間で、または、ロボット動作中に実施するようにしても良い。このように実時間で、または、ロボット動作中に処理を行うことで、基板搬送中にエンドエフェクタによる基板保持状態が変化した場合でも、適時に対応して基板のずれや落下を確実に防止することができる。
　図１４は、上述した各実施形態および変形例による基板搬送ロボットにおける制御方法の一例を説明するための図である。図１４に示したように、基板搬送の動作パターンの加速度（または速度）の上限値を設定し、当初の設定（上の図）において該上限値を超える部分については、上限値設定後は該上限値に合わせて設定される（下の図）
　図１５は、上述した各実施形態および変形例による基板搬送ロボットにおける制御方法の他の例を示しており、同図に示したように、基板搬送の動作パターンの加速度（または速度）を全体的に下げることにより、ピークの加速度（または速度）を上限値以下とすることもできる。
　１　基板搬送ロボット
　２　基台
　３　旋回主軸
　４　ロボットアーム
　５　第１リンク部材
　６　第２リンク部材
　７　エンドエフェクタ（ハンド）
　８　旋回主軸の昇降動作の駆動源
　９　旋回主軸および第１リンク部材の回転動作の駆動源（アーム駆動手段）
　１０　第２リンク部材の回転動作の駆動源（アーム駆動手段）
　１１　エンドエフェクタの回転動作の駆動源（アーム駆動手段）
　１２　ロボットコントローラ（ロボット制御手段）
　１３　基板保持手段
　１４　固定係合部（基板保持手段）
　１５　可動係合部（基板保持手段）
　１６　プランジャ（基板保持手段）
　１７　細長部材（基板保持手段）
　１８　固定係合部の段部
　１９　位置センサ
　２０　圧力センサ（保持力検出手段）
　２１　基板収容容器
　２２　基板収容容器の基板支持部
　３０　基板保持開口（基板保持手段）
　３１　真空引き流路（基板保持手段）
　３２　真空源（基板保持手段）
　３３　真空センサ（保持力検出手段）
　Ｌ１　第１回転軸線
　Ｌ２　第２回転軸線
　Ｌ３　第３回転軸線
　Ｓ　基板
 

Claims (12)

  1. 　ロボットアームと、
    　前記ロボットアームに設けられ、基板を保持するための基板保持手段を有するエンドエフェクタと、
    　前記ロボットアームを駆動するためのアーム駆動手段と、
    　前記アーム駆動手段を制御するためのロボット制御手段と、
    　前記基板保持手段による基板保持力を検出するための保持力検出手段と、を備え、
    　前記ロボット制御手段は、前記保持力検出手段により検出された前記基板保持力に応じて決定される前記エンドエフェクタの加速度および速度の少なくとも一方の上限値に基づいて前記アーム駆動手段を制御するように構成されている、基板搬送ロボット。
  2. 　前記ロボット制御手段は、前記エンドエフェクタの加速度および速度の両方の上限値に基づいて前記アーム駆動手段を制御するように構成されている、請求項１記載の基板搬送ロボット。
  3. 　前記基板保持手段は、前記基板保持力を生成するための保持力発生手段を有し、
    　前記ロボット制御手段は、前記基板保持力が正常値よりも低下した場合、前記保持力発生手段のパワーを増大させるように構成されている、請求項１または２に記載の基板搬送ロボット。
  4. 　前記基板保持手段は、前記基板を真空吸着するように構成されており
    　前記保持力検出手段は、前記基板保持手段の真空度を検出するように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  5. 　前記基板保持手段は、前記基板の縁部に解放可能に係合する可動係合部と、前記可動係合部を駆動するためのプランジャと、を有し、
    　前記保持力検出手段は、前記プランジャの圧力を検出するように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  6. 　前記ロボット制御手段は、前記保持力検出手段により検出された前記基板保持力に応じて前記上限値を連続的に変更するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  7. 　前記ロボット制御手段は、前記保持力検出手段により検出された前記基板保持力に応じて前記上限値をステップ状に変更するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板搬送ロボット。
  8. 　基板を保持するための基板保持手段を含むエンドエフェクタが設けられたロボットアームを備えた基板搬送ロボットの運転方法であって、
    　前記基板保持手段による基板保持力を検出する保持力検出工程と、
    　前記基板保持力に応じて前記エンドエフェクタの加速度および速度の少なくとも一方の上限値を決定する上限値決定工程と、
    　前記エンドエフェクタの前記上限値に基づいて前記ロボットアームを駆動するアーム駆動工程と、を備えた基板搬送ロボットの運転方法。
  9. 　前記アーム駆動工程は、前記エンドエフェクタの加速度および速度の両方の上限値に基づいて前記ロボットアームを駆動する、請求項８記載の基板搬送ロボットの運転方法。
  10. 　前記基板保持手段は、前記基板保持力を生成するための保持力発生手段を有し、
    　前記基板保持力が正常値よりも低下した場合、前記保持力発生手段のパワーを増大させる、請求項８または９に記載の基板搬送ロボットの運転方法。
  11. 　前記基板保持力に応じて前記上限値を連続的に変更する、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の基板搬送ロボットの運転方法。
  12. 　前記基板保持力に応じて前記上限値をステップ状に変更する、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の基板搬送ロボットの運転方法。
     
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