WO2022113445A1 - ロボットシステム及びスリップ判定方法 - Google Patents

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WO2022113445A1
WO2022113445A1 PCT/JP2021/030882 JP2021030882W WO2022113445A1 WO 2022113445 A1 WO2022113445 A1 WO 2022113445A1 JP 2021030882 W JP2021030882 W JP 2021030882W WO 2022113445 A1 WO2022113445 A1 WO 2022113445A1
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WO
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wafer
robot
slip
electric motor
robot system
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PCT/JP2021/030882
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English (en)
French (fr)
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雅也 吉田
アビッシュ アショック バロアニー
サイモン ジェイパラン
Original Assignee
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），インク．
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Publication date
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    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41136—Compensation of position for slip of ac motor

Definitions

  • the present disclosure relates to the detection of slips that occur between the wafer and the holding portion of the robot when the wafer is conveyed by the robot.
  • Patent Document 1 discloses this type of system.
  • Patent Document 1 discloses a system for processing a substrate (wafer).
  • the system comprises a transport unit for transporting the substrate.
  • a position detection sensor is provided at a position between the transfer source position and the transfer destination position of the substrate (wafer) by the transfer unit.
  • the position during transport is detected by the position detection sensor. Based on the detected position of the substrate, the transfer destination position set at the start of transfer of the substrate is corrected.
  • Patent Document 1 requires a special position detection sensor, which causes the configuration to be complicated and the cost to increase. Further, in the configuration of Patent Document 1, although the displacement of the wafer can be detected at the time when the wafer passes through the position detection sensor, the occurrence of the displacement (slip) of the wafer cannot be detected immediately.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and the purpose is to immediately determine the occurrence of slip between the wafer and the holding portion of the robot without the need for a separately provided detection device.
  • the purpose is to provide a robot system that can be used.
  • a robot system having the following configuration. That is, this robot system includes a robot and a control unit.
  • the robot has one or more joints driven by an electric motor and can hold the wafer by a holding portion.
  • the control unit gives a command to the robot to control it.
  • the control unit determines whether or not a slip has occurred between the holding unit and the wafer based on the information related to the electric motor. At least one of the determination and the estimation of the slip amount of the wafer with respect to the holding portion is performed.
  • a robot system having the following configuration. That is, this robot includes a control unit and a position deviation detecting device.
  • the robot has one or more joints driven by an electric motor and can hold the wafer by a holding portion.
  • the control unit gives a command to the robot to control it.
  • the misalignment detecting device can detect the misalignment of the wafer.
  • the control unit sets a transfer route for the wafer based on a determination result of whether or not a slip has occurred between the wafer and the holding unit during the transfer of the wafer, or based on the amount of slip. The first route that does not pass through the misalignment detection device and the second route that passes through the misalignment detection device are switched.
  • this slip determination method determines the occurrence of slip between the wafer and the holding unit in a robot system including a robot and a control unit.
  • the robot has one or more joints driven by an electric motor and can hold the wafer by a holding portion.
  • the control unit gives a command to the robot to control it.
  • This slip determination method includes a first step and a second step. In the first step, when the wafer is held and conveyed by the holding portion, information about the electric motor is acquired. In the second step, it is determined whether or not the slip has occurred based on the information.
  • the perspective view which shows the structure of the robot system which concerns on one Embodiment of this disclosure.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a robot system 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the robot 1 in detail.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a partial configuration of the robot system 100.
  • FIG. 4 is a graph showing the current values of the electric motors that drive each part of the robot 1.
  • FIG. 5 is a graph showing the position deviations of the electric motors that drive each part of the robot 1.
  • the robot system 100 shown in FIG. 1 is a system that allows the robot 1 to perform work in a work space such as a clean room.
  • the robot system 100 is applied to the semiconductor processing system (not shown). In the semiconductor processing system, various predetermined processes are applied to the wafer 2 to be the substrate to be processed. The robot system 100 is used to transfer the wafer 2 between various devices and the like included in the semiconductor processing system.
  • the robot system 100 includes a robot 1, a control device (control unit) 5, and a position deviation detection device 8.
  • the robot 1 functions as a wafer transfer robot that conveys the wafer 2 stored in the storage device 6.
  • the robot 1 is realized by a SCARA type horizontal articulated robot.
  • SCARA is an abbreviation for Selective Company Associate Robot Arm.
  • the robot 1 includes a hand (holding unit) 10, a manipulator 11, and a posture detecting unit 12.
  • the hand 10 is a kind of end effector, and is generally formed in a V shape or a U shape in a plan view.
  • the hand 10 is supported by the tip of the manipulator 11 (specifically, the second link 16 described later).
  • the hand 10 rotates about the fourth axis c4 extending in the vertical direction with respect to the second link 16.
  • the manipulator 11 mainly includes a base 13, an elevating shaft 14, and a plurality of links (here, first link 15 and second link 16).
  • the base 13 is fixed to the ground (for example, the floor of a clean room).
  • the base 13 functions as a base member that supports the elevating shaft 14.
  • the elevating shaft 14 moves in the vertical direction with respect to the base 13. By this raising and lowering, the heights of the first link 15, the second link 16, and the hand 10 can be changed.
  • the elevating shaft 14 rotates about the first shaft c1 extending in the vertical direction with respect to the base 13. Thereby, the posture of the first link 15 (or the second link and the hand 10) supported by the elevating shaft 14 can be changed in the horizontal plane.
  • the first link 15 is supported on the upper part of the elevating shaft 14.
  • the first link 15 rotates about the second axis c2 extending in the vertical direction with respect to the elevating shaft 14. As a result, the posture of the first link 15 can be changed in the horizontal plane.
  • the second link 16 is supported by the tip of the first link 15.
  • the second link 16 rotates about the third axis c3 extending in the vertical direction with respect to the first link 15. As a result, the posture of the second link 16 can be changed in the horizontal plane.
  • the robot 1 of the present embodiment is provided with an actuator that individually rotates each part (elevating shaft 14, first link 15, second link 16, and hand 10) provided around each shaft.
  • This actuator is configured as the electric motor 3 shown in FIG.
  • Each electric motor 3 is electrically connected to the control device 5 via a drive device such as a driver (not shown).
  • the control device 5 outputs a control command (command rotation position) or the like to the driver to control the rotation of the electric motor 3.
  • the posture detection unit 12 includes a plurality of rotation sensors 12a.
  • the rotation sensor 12a is composed of, for example, an encoder. Each rotation sensor 12a detects the rotation position of the electric motor 3 that drives the hand 10, the elevating shaft 14, the first link 15, and the second link 16. Each rotation sensor 12a is electrically connected to the control device 5, and transmits the detected rotation position to the control device 5.
  • the control device 5 is configured as a known computer equipped with a CPU, ROM, RAM, an auxiliary storage device, and the like.
  • the auxiliary storage device is configured as, for example, an HDD, an SSD, or the like.
  • the auxiliary storage device stores a robot control program or the like for controlling the robot 1.
  • This robot control program includes a slip determination program for realizing each step of the slip determination method of the present disclosure.
  • the control device 5 outputs a control command such as a command rotation position to each electric motor 3 for driving each part of the robot 1 and controls the robot 1 in accordance with a predetermined operation program or a movement command input from the user. Move the hand 10 to a predetermined command position.
  • the position deviation detecting device 8 is composed of, for example, a pre-aligner (wafer aligner). As shown in FIG. 1, the position deviation detection device 8 includes a rotary table 81 and a line sensor 82.
  • the rotary table 81 can rotate the wafer 2 by an electric motor or the like (not shown).
  • the rotary table 81 rotates with the wafer 2 placed on it.
  • the rotary table 81 is formed, for example, in a columnar shape.
  • the line sensor 82 is composed of, for example, a transmissive sensor having a light emitting part and a light receiving part.
  • the light projecting unit and the light receiving unit are arranged so as to face each other and at a predetermined interval in the vertical direction.
  • the line sensor 82 projects the detection light through the light projecting units arranged in the radial direction of the rotary table 81, and receives the detection light through the light receiving unit provided below the light projecting unit.
  • the detection light may be, for example, a laser beam.
  • the line sensor 82 is electrically connected to, for example, the control device 5.
  • the line sensor 82 transmits the detection result of the light receiving unit to the control device 5.
  • the change in the detection result of the light receiving portion when the rotary table 81 is rotated corresponds to the shape of the outer edge of the wafer 2. From the shape of the outer edge, it is possible to detect the positional deviation of the center of the wafer 2 from the rotation center of the rotary table 81. Therefore, in the position shift detection device 8, the position shift detection reference position is the rotation center of the rotary table 81.
  • the control device 5 acquires the actual position deviation amount of the wafer 2 based on the detection result of the light receiving unit.
  • the determination of slip occurrence by the robot system 100 of the present embodiment can be performed at an arbitrary timing in the process in which the robot 1 conveys the wafer 2 by the hand 10. That is, the transfer of the wafer 2 by the robot 1 can be considered as a series of operations from taking out the wafer 2 at a certain place with the hand 10 to placing the wafer 2 at another place. The presence or absence of slip can be determined at any timing from the start to the end of a series of operations.
  • the surface of the wafer 2 may have adhesiveness.
  • the wafer 2 may show a behavior of trying to stay in place as if it were attached to the storage device 6.
  • slip occurs between the wafer 2 and the hand 10, and the position of the wafer 2 with respect to the hand 10 shifts.
  • the current flowing through each of the electric motors 3 for driving each part of the robot 1, the position of the electric motor 3, the position deviation, and the electric motor are used in the operation of the robot 1.
  • Information on the speed and acceleration, speed deviation, acceleration deviation, etc. of No. 3 is monitored.
  • the position, speed and acceleration with respect to the electric motor 3 mean the rotational position, rotational speed and rotational acceleration unless otherwise specified.
  • the current value of each electric motor 3 is measured by, for example, a current sensor provided in the motor drive circuit shown in the figure.
  • the position of the electric motor 3 can be obtained, for example, based on the measured value of the rotation sensor 12a described above.
  • the speed and acceleration of the electric motor 3 can be obtained, for example, by time-differentiating the measured values of the rotation sensor 12a.
  • the position deviation, velocity deviation, and acceleration deviation can be obtained by calculating the difference between the above-mentioned position, velocity, and acceleration and the target position, target speed, and target acceleration.
  • the control device 5 determines whether or not the wafer 2 is slipped based on the current value of the electric motor 3 and the like. judge.
  • FIGS. 4 and 5 graphs are shown in which each value is on the vertical axis and the time is on the horizontal axis. 4 and 5 show data for a predetermined period (for example, a few seconds) when the wafer 2 is taken out.
  • the graphs of FIGS. 4 and 5 are examples, and various waveforms can be considered depending on the situation.
  • the upper side of FIG. 4 is a graph showing the current value of the electric motor 3 when slip does not occur.
  • the lower side of FIG. 4 is a graph showing the current value of the electric motor 3 when slip occurs.
  • the current values of at least some of the electric motors 3 for driving each part of the robot 1 change depending on the presence or absence of slip. You can see that. For example, in the current waveform flowing through the electric motor 3 that drives the joint of the second axis c2, a plurality of positive or negative spike portions are generated regardless of the presence or absence of slip, but when slip occurs, The peaks of some spikes are clearly larger.
  • the control device 5 acquires and monitors the current flowing through the electric motor 3 via the above-mentioned current sensor (first step). When the current value that increases momentarily is excessive as shown in FIG. 4B, the control device 5 determines that slip has occurred in the removal of the wafer 2 (second step).
  • Whether or not the current value is excessive can be determined simply by comparing with a predetermined current threshold value.
  • the slip can be determined by comparing the waveforms. Specifically, the reference waveform when slip does not occur is appropriately stored, and the obtained current waveform is compared with the reference waveform. The control device 5 calculates the degree of deviation of the graph shape, and if the degree of deviation exceeds the threshold value, it is determined that slip has occurred.
  • the reference waveform for example, the waveform in the upper graph of FIG. 4 can be adopted.
  • the current flowing through the electric motor 3 is determined by the target value of the operation of the electric motor 3 and the measured value of the operation. Therefore, if the occurrence of slip can be detected by the current, it is considered that the occurrence of slip can be similarly detected by the behavior of the position deviation, the speed deviation, and the acceleration deviation of the electric motor 3.
  • FIG. 5 shows an example of the deviation of the rotation position.
  • the upper side of FIG. 5 is a graph showing the deviation of the rotation position when slip does not occur.
  • the lower side of FIG. 5 is a graph showing the deviation of the rotation position when slip occurs.
  • control device 5 of the present embodiment extracts only a limited period of time when the wafer 2 is likely to slip from the waveforms such as the current value at the time of taking out the wafer, and determines the presence or absence of slip. Therefore, it is possible to suppress erroneous determination regarding slip.
  • control device 5 determines the slip of the wafer 2 by software based on the current value of the electric motor 3 and the like. Therefore, since a special device such as a sensor is not required, the configuration can be simplified. Moreover, since it is not necessary to modify the hardware, it is easy to apply it to an existing robot system.
  • the control device 5 determines whether or not slip occurs as described above. When it is determined that slip has not occurred, the control device 5 operates the robot 1 so as to directly convey the wafer 2 from the storage device 6 to the processing device (not shown) (first route R1). When it is determined that slip has occurred, the control device 5 once conveys the wafer 2 from the storage device 6 to the position deviation detection device 8, and the robot transfers the wafer 2 from the position deviation detection device 8 to the processing device (not shown). 1 is operated (second route R2). In FIG. 1, the first route R1 and the second route R2 are conceptually shown by arrows.
  • the position of the wafer 2 will shift with respect to the hand 10.
  • the robot 1 conveys the wafer 2 to the position misalignment detection device 8 according to the second route R2
  • a misalignment occurs between the center of the placed wafer 2 and the rotation center of the rotary table 81 according to the above misalignment. ..
  • the magnitude and direction of this deviation are detected by the positional deviation detecting device 8.
  • the robot 1 takes out the wafer 2 of the rotary table 81 by the hand 10 at a position where the acquired deviation can be offset, and transfers the wafer 2 to the processing device at the transfer destination.
  • the slip of the wafer 2 can be corrected and the wafer 2 can be correctly conveyed to the processing apparatus without any misalignment.
  • the control device 5 since the slip of the wafer 2 is detected by monitoring the current value of the electric motor 3, the slip can be detected in almost real time. Therefore, immediately after the wafer 2 is taken out from the storage device 6 (for example, the state shown in FIG. 1), the control device 5 is in a state of completing the determination of whether or not slip has occurred. When the control device 5 determines that slip has occurred, the control device 5 can switch the transfer route of the wafer 2 on the spot so as to transfer the wafer to the misalignment detecting device 8.
  • the transport tact time will be significantly increased.
  • the second route R2 is adopted only when the slip of the wafer 2 is detected, it is possible to prevent waste of detecting the deviation even though there is no deviation.
  • the increase in the transport tact time is substantially zero in the case of the first route R1. As described above, the robot system 100 of the present embodiment can efficiently convey the wafer 2 while dealing with the slips that occur irregularly.
  • the robot system 100 of the present embodiment includes a robot 1 and a control device 5.
  • the robot 1 has one or more joints driven by an electric motor 3 and can hold the wafer 2 by the hand 10.
  • the control device 5 gives a command to the robot 1 to control it.
  • the control device 5 determines whether or not a slip has occurred between the hand 10 and the wafer 2 based on the current value of the electric motor 3 and the like. To judge.
  • control device 5 determines the occurrence of slip based on the current value of the electric motor 3 acquired in a predetermined period when the hand 10 takes out the wafer 2.
  • the occurrence of slip is determined based only on the information during the period when slip is likely to occur, so that it is possible to prevent erroneous determination.
  • the information for determining the presence or absence of slip includes at least one of the current value, the position deviation, the speed deviation, and the acceleration deviation of the electric motor 3.
  • the robot system 100 of the present embodiment includes a positional deviation detecting device 8 capable of detecting the positional deviation of the wafer 2.
  • the control device 5 determines that slip has not occurred, controls the robot 1 so as to transport the wafer 2 on the first route R1 that does not pass through the positional deviation detecting device 8.
  • the control device 5 determines that slip has occurred, controls the robot 1 so as to convey the wafer 2 by the second route R2 via the positional deviation detecting device 8.
  • the wafer 2 can be efficiently conveyed while correcting the position of the wafer 2 in response to the occurrence of slip.
  • control device 5 determines whether or not slip has occurred during the transfer of the wafer as described above. If it is determined that no slip has occurred, the transfer route of the wafer 2 is set to the first route R1. If it is determined that slip has occurred, the transfer route of the wafer 2 is set to the second route R2.
  • the determination as to whether or not slip has occurred can be performed based on the current value of the electric motor 3.
  • the slip may be calculated based on the result of analyzing the image of the wafer 2 in the middle of transportation taken by the camera shown in the figure.
  • the image analysis can be performed by the control device 5 or by a computer other than the control device 5.
  • the switching of the transfer route of the wafer 2 may be performed based on the slip amount instead of determining whether or not slip has occurred.
  • the slip amount can be obtained by analyzing the image taken by the camera.
  • the control device 5 determines whether or not the transfer route of the wafer 2 needs to be switched by comparing the calculated slip amount with a preset threshold value.
  • the slip amount is equal to or less than the threshold value
  • the positional deviation of the wafer 2 with respect to the hand 10 is within the allowable range, so that the wafer 2 is conveyed by the first route R1 as originally planned.
  • the transfer route of the wafer 2 is changed to the second route R2.
  • an optical sensor (not shown) provided on the device side can be used instead of the camera.
  • This optical sensor is arranged at an appropriate position in the transfer path of the wafer 2.
  • the optical sensor detects the conveyed wafer 2 at a timing different from the usual timing. This makes it possible to determine whether or not slip has occurred.
  • a line sensor capable of detecting the outer edge of the wafer 2 being conveyed can also be used. In this case, the slip amount of the wafer 2 can be acquired.
  • the robot 1 is not limited to the slip when the wafer 2 is taken out from the transfer source, and the slip when the wafer 2 is placed on the transfer destination can be detected. If slip is detected when the wafer 2 is placed at the destination, the control device 5 takes out the wafer 2 placed at the destination again, transports the wafer 2 to the misalignment detecting device 8, corrects the misalignment, and then transports the wafer 2 again. It is preferable to control it so that it is placed first.
  • the control device 5 may determine the presence or absence of slip from not only one of the current value, position deviation, etc. of the electric motor 3, but also a plurality of combinations.
  • the wafer 2 is conveyed by the hand 10, in most cases, each of the plurality of joints is driven by the electric motor 3. Therefore, it is conceivable to determine the presence or absence of slip by combining information such as current values in the plurality of electric motors 3.
  • the control device 5 determines whether or not slip has occurred.
  • the waveforms such as the current value will differ depending on whether the slip of the wafer 2 is, for example, 1 mm or 10 mm. Therefore, there is room for quantitatively determining the slip size by monitoring the current value and the like. It is also possible to have the learning model estimate the slip size from the waveform by machine learning the relationship between the waveform such as the current value and the size of the slip that has occurred.
  • the control device 5 determines whether or not slip has occurred based on the information regarding the electric motor.
  • the control device 5 may estimate the slip amount of the wafer 2 with respect to the hand 10 based on the information about the electric motor.
  • the slip amount can be calculated based on, for example, a period in which the value related to information such as the current value is continuously excessive, and the operation amount of the robot 1 in the period.
  • the control device 5 may determine the presence or absence of slip occurrence based on the result of comparing the obtained slip amount with a predetermined threshold value.
  • the misalignment detection device 8 can be omitted.
  • the functions of the elements disclosed herein include general purpose processors, dedicated processors, integrated circuits, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), conventional circuits, and / or, which are configured or programmed to perform the disclosed functions. It can be performed using a circuit or processing circuit that includes a combination thereof.
  • a processor is considered a processing circuit or circuit because it includes transistors and other circuits.
  • a circuit, unit, or means is hardware that performs the listed functions, or hardware that is programmed to perform the listed functions.
  • the hardware may be the hardware disclosed herein, or it may be other known hardware that is programmed or configured to perform the listed functions. If the hardware is a processor considered to be a type of circuit, the circuit, means, or unit is a combination of hardware and software, and the software is used to configure the hardware and / or processor.

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Abstract

ロボットシステムは、ロボットと、制御部と、を備える。前記ロボットは、電動モータによって駆動される１以上の関節を有し、保持部によってウエハを保持可能である。前記制御部は、前記ロボットに指令を与えて制御する。前記ロボットが前記ウエハを前記保持部で保持して搬送する場合に、前記制御部は、前記電動モータに関する情報に基づいて、前記保持部と前記ウエハとの間にスリップが発生したか否かの判定、及び、前記保持部に対する前記ウエハのスリップ量の推定のうち、少なくとも何れかを行う。

Description

ロボットシステム及びスリップ判定方法
　本開示は、ウエハをロボットで搬送する場合に、ウエハとロボットの保持部との間で生じるスリップの検知に関する。
　従来から、半導体ウエハがロボットによって搬送される途中において、半導体ウエハの位置ズレを検出可能な構成が知られている。特許文献１は、この種のシステムを開示する。
　特許文献１には、基体（ウエハ）を処理するためのシステムが開示されている。システムは、基体を搬送するための搬送ユニットを備える。搬送ユニットによる基体（ウエハ）の搬送元位置と搬送先位置との間の位置に、位置検出センサが設けられている。基体を搬送する場合に、搬送途中における位置が位置検出センサによって検出される。検出された基体の位置に基づいて、基体の搬送開始時に設定されていた搬送先位置が補正される。
特許第５６００７０３号公報
　特許文献１の構成は、位置検出センサを特別に設ける必要があって、構成の複雑化及びコスト増加の原因となる。また、特許文献１の構成は、ウエハが位置検出センサを通過する時点でウエハのズレを検知できるものの、ウエハのズレ（スリップ）の発生を即時に検出することができない。
　本開示は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、別途に設けられた検出装置を必要とせずに、ウエハとロボットの保持部との間でのスリップの発生を即時に判定できるロボットシステムを提供することにある。
課題を解決するための手段及び効果
　本開示の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
　本開示の第１の観点によれば、以下の構成のロボットシステムが提供される。即ち、このロボットシステムは、ロボットと、制御部と、を備える。前記ロボットは、電動モータによって駆動される１以上の関節を有し、保持部によってウエハを保持可能である。前記制御部は、前記ロボットに指令を与えて制御する。前記ロボットが前記ウエハを前記保持部で保持して搬送する場合に、前記制御部は、前記電動モータに関連する情報に基づいて、前記保持部と前記ウエハとの間にスリップが発生したか否かの判定、及び、前記保持部に対する前記ウエハのスリップ量の推定のうち、少なくとも何れかを行う。
　これにより、特別な検出装置を必要とせずに、かつ、ロボットの特別な動作を必要とせずに、ロボットの保持部と保持されたウエハとの間のスリップの発生を即時に判定することができ、及び／又はスリップ量を即時に推定することができる。
　本開示の第２の観点によれば、以下の構成のロボットシステムが提供される。即ち、このロボットは、制御部と、位置ズレ検出装置と、を備える。前記ロボットは、電動モータによって駆動される１以上の関節を有し、保持部によってウエハを保持可能である。前記制御部は、前記ロボットに指令を与えて制御する。前記位置ズレ検出装置は、前記ウエハの位置ズレを検出可能である。前記制御部は、前記ウエハの搬送中に、前記ウエハと前記保持部との間にスリップが発生したか否かの判定結果に基づいて、又はスリップ量に基づいて、前記ウエハの搬送ルートを、前記位置ズレ検出装置を経由しない第１ルートと、前記位置ズレ検出装置を経由する第２ルートと、の間で切り換える。
　これにより、ウエハの搬送状態に応じて、効率的にウエハを搬送できるように、搬送ルートを合理的に計画することができる。
　本開示の第３の観点によれば、以下のスリップ判定方法が提供される。即ち、このスリップ判定方法は、ロボットと、制御部と、を備えるロボットシステムにおける、前記ウエハと前記保持部との間におけるスリップの発生を判定する。前記ロボットは、電動モータによって駆動される１以上の関節を有し、保持部によってウエハを保持可能である。前記制御部は、前記ロボットに指令を与えて制御する。このスリップ判定方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。前記第１工程では、前記保持部でウエハを保持して搬送する場合に、前記電動モータに関する情報を取得する。前記第２工程では、前記情報に基づいて、前記スリップが発生しているか否かを判定する。
　これにより、特別な検出装置を必要とせずに、かつ、ロボットの特別な動作を必要とせずに、ロボットの保持部と保持されたウエハとの間においてスリップの発生を即時に判定することができる。
　本開示によれば、別途に設けられた検出装置を必要とせずに、ウエハとロボットの保持部との間でのスリップの発生を即時に判定することができる。
本開示の一実施形態に係るロボットシステムの構成を示す斜視図。 ロボットの構成を詳細に示す斜視図。 ロボットシステムの一部の構成を示すブロック図。 ロボットの各部を駆動する電動モータのそれぞれの電流値を示すグラフ。 ロボットの各部を駆動する電動モータのそれぞれの位置偏差を示すグラフ。
　次に、図面を参照して、開示される実施の形態を説明する。図１は、本開示の一実施形態に係るロボットシステム１００の構成を示す斜視図である。図２は、ロボット１の構成を詳細に示す斜視図である。図３は、ロボットシステム１００の一部の構成を示すブロック図である。図４は、ロボット１の各部を駆動する電動モータのそれぞれの電流値を示すグラフである。図５は、ロボット１の各部を駆動する電動モータのそれぞれの位置偏差を示すグラフである。
　図１に示すロボットシステム１００は、クリーンルーム等の作業空間内でロボット１に作業を行わせるシステムである。
　ロボットシステム１００は、図略の半導体処理システムに適用される。半導体処理システムでは、処理対象の基板となるウエハ２に対して、予め定められた様々な処理が施される。ロボットシステム１００は、半導体処理システムが備える各種の装置等の間でウエハ２を搬送するために用いられる。
　ロボットシステム１００は、ロボット１と、制御装置（制御部）５と、位置ズレ検出装置８と、を備える。
　ロボット１は、保管装置６に保管されるウエハ２を搬送するウエハ移載ロボットとして機能する。本実施形態では、ロボット１は、ＳＣＡＲＡ（スカラ）型の水平多関節ロボットによって実現される。ＳＣＡＲＡは、Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　Ｒｏｂｏｔ　Ａｒｍの略称である。
　ロボット１は、図２に示すように、ハンド（保持部）１０と、マニピュレータ１１と、姿勢検出部１２と、を備える。
　ハンド１０は、エンドエフェクタの一種であって、概ね、平面視でＶ字状又はＵ字状に形成されている。ハンド１０は、マニピュレータ１１（具体的には、後述の第２リンク１６）の先端に支持されている。ハンド１０は、第２リンク１６に対して、上下方向に延びる第４軸ｃ４を中心として回転する。
　マニピュレータ１１は、主として、基台１３と、昇降軸１４、複数のリンク（ここでは、第１リンク１５及び第２リンク１６）と、を備える。
　基台１３は、地面（例えば、クリーンルームの床面）に固定される。基台１３は、昇降軸１４を支持するベース部材として機能する。
　昇降軸１４は、基台１３に対して上下方向に移動する。この昇降により、第１リンク１５、第２リンク１６、及びハンド１０の高さを変更することができる。昇降軸１４は、基台１３に対して、上下方向に延びる第１軸ｃ１を中心として回転する。これにより、昇降軸１４により支持される第１リンク１５（乃至第２リンク及びハンド１０）の姿勢を水平面内で変更することができる。
　第１リンク１５は、昇降軸１４の上部に支持されている。第１リンク１５は、昇降軸１４に対して、上下方向に延びる第２軸ｃ２を中心として回転する。これにより、第１リンク１５の姿勢を水平面内で変更することができる。
　第２リンク１６は、第１リンク１５の先端に支持されている。第２リンク１６は、第１リンク１５に対して、上下方向に延びる第３軸ｃ３を中心として回転する。これにより、第２リンク１６の姿勢を水平面内で変更することができる。
　本実施形態のロボット１は、備える各部（昇降軸１４、第１リンク１５、第２リンク１６、及びハンド１０）を、それぞれの軸を中心として個別に回転させるアクチュエータを備えている。このアクチュエータは、図３に示す電動モータ３として構成される。
　各電動モータ３は、図略のドライバ等の駆動装置を介して、制御装置５と電気的に接続されている。制御装置５は、ドライバに制御指令（指令回転位置）等を出力して、電動モータ３の回転を制御する。
　姿勢検出部１２は、複数の回転センサ１２ａを備える。回転センサ１２ａは、例えば、エンコーダから構成される。それぞれの回転センサ１２ａは、ハンド１０、昇降軸１４、第１リンク１５、第２リンク１６を駆動する電動モータ３のそれぞれの回転位置を検出する。各回転センサ１２ａは、制御装置５と電気的に接続されており、検出された回転位置を制御装置５に送信する。
　制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、補助記憶装置等を備える公知のコンピュータとして構成されている。補助記憶装置は、例えばＨＤＤ、ＳＳＤ等として構成される。補助記憶装置には、ロボット１を制御するためのロボット制御プログラム等が記憶されている。このロボット制御プログラムには、本開示のスリップ判定方法の各工程を実現するためのスリップ判定プログラムが含まれている。
　制御装置５は、予め定められる動作プログラム又はユーザから入力される移動指令等に従って、上述のロボット１の各部を駆動するそれぞれの電動モータ３に指令回転位置等の制御指令を出力して制御し、予め定められる指令位置にハンド１０を移動させる。
　位置ズレ検出装置８は、例えば、プリアライナ（ウエハアライナ）から構成される。位置ズレ検出装置８は、図１に示すように、回転台８１と、ラインセンサ８２と、を備える。
　回転台８１は、図略の電動モータ等により、ウエハ２を回転させることができる。回転台８１は、その上にウエハ２が置かれた状態で回転する。回転台８１は、例えば、円柱状に形成される。
　ラインセンサ８２は、例えば投光部と受光部とを有する透過型センサから構成される。投光部と受光部は、互いに対向し、かつ上下方向に所定の間隔をあけて配置される。ラインセンサ８２は、回転台８１の径方向に並べられた投光部を介して検出光を投光し、投光部の下方に設けられた受光部を介して検出光を受光する。検出光としては、例えばレーザ光とすることができる。回転台８１にウエハ２が載置されると、その外縁部が投光部と受光部との間に位置する。
　ラインセンサ８２は、例えば制御装置５に電気的に接続されている。ラインセンサ８２は、受光部の検出結果を制御装置５に送信する。回転台８１を回転させたときの受光部の検出結果の変化は、ウエハ２の外縁の形状に対応する。この外縁の形状から、ウエハ２の中心の、回転台８１の回転中心からの位置ズレを検出することができる。従って、位置ズレ検出装置８において、位置ズレの検出基準位置は、回転台８１の回転中心である。制御装置５は、受光部の検出結果に基づいて、ウエハ２の実際の位置ズレ量を取得する。
　次に、本実施形態のロボットシステム１００によるスリップ発生の判定について、ウエハ２のスリップが生じ易いウエハ取出し時での判定を例として、詳細に説明する。
　なお、本実施形態のロボットシステム１００によるスリップ発生の判定は、ロボット１がウエハ２をハンド１０で搬送する過程の任意のタイミングにおいて行うことができる。即ち、ロボット１によるウエハ２の搬送は、ある場所のウエハ２をハンド１０で取り出してからウエハ２を別の場所に置くまでの一連の動作であると考えることができる。スリップの発生の有無は、一連の動作の開始から終了までの何れのタイミングにおいても判定することができる。
　ウエハ２に対して行われるプロセスによっては、ウエハ２の表面が粘着性を有する場合がある。例えば保管装置６からウエハ２をロボット１により取り出すとき、ウエハ２が、保管装置６に貼り付けられたように、その場に留まろうとする挙動を示すことがある。この結果、ウエハ２がハンド１０により取り出される過程で、ウエハ２とハンド１０との間でスリップが発生し、ウエハ２のハンド１０に対する位置がズレる。
　本実施形態のロボットシステム１００は、ロボット１の動作中において、制御装置５を用いて、ロボット１の各部を駆動する電動モータ３のそれぞれに流れる電流、電動モータ３の位置、位置偏差、電動モータ３の速度及び加速度、速度偏差、加速度偏差等に関する情報を監視している。以下の説明で、電動モータ３に関して位置、速度及び加速度とは、特に説明がない限り、回転位置、回転速度及び回転加速度を意味する。
　各電動モータ３の電流値は、例えば、図略のモータ駆動回路に設けられた電流センサによって計測される。電動モータ３の位置は、例えば、上述の回転センサ１２ａの測定値に基づいて得ることができる。電動モータ３の速度及び加速度は、例えば、回転センサ１２ａの測定値を時間微分することにより得ることができる。位置偏差、速度偏差、及び加速度偏差は、上述の位置、速度及び加速度と目標位置、目標速度、目標加速度との差を計算することにより得ることができる。
　本実施形態のロボットシステム１００において、ロボット１がウエハ２を保管装置６から取り出すとき、制御装置５は、電動モータ３の電流値等に基づいて、ウエハ２にスリップが発生しているか否かを判定する。
　以下、図４に示す電流値及び図５に示す位置偏差を例として、制御装置５におけるスリップの判定について詳細に説明する。図４及び図５では、各値を縦軸にとり、時刻を横軸にとったグラフが示されている。図４及び図５は、ウエハ２を取り出す時の所定期間（例えば２、３秒間）のデータを示している。図４及び図５のグラフは一例であり、状況に応じて様々な波形が考えられる。
　図４の上側は、スリップが発生しなかった場合における電動モータ３の電流値を示すグラフである。図４の下側は、スリップが発生した場合における電動モータ３の電流値を示すグラフである。
　図４の上側と下側を比較すると、スリップの発生の有無に応じて、ロボット１の各部を駆動する複数の電動モータ３のうち、少なくとも一部の電動モータ３の電流値が変化していることが分かる。例えば、第２軸ｃ２の関節を駆動する電動モータ３に流れる電流波形には、スリップの発生の有無に関係なくプラス方向又はマイナス方向のスパイク部分が複数生じているが、スリップが発生する場合、幾つかのスパイク部分のピークが明らかに大きくなっている。
　制御装置５は、電動モータ３に流れる電流を、前述の電流センサを介して取得し、監視する（第１工程）。制御装置５は、瞬間的に大きくなる電流値が図４（ｂ）のように過大であった場合、ウエハ２の取出しにスリップが発生したと判定する（第２工程）。
　電流値が過大であるか否かの判定は、単純に、所定の電流閾値との比較により行うことができる。あるいは、波形の比較によりスリップを判定することもできる。具体的には、スリップが発生していない時における基準波形を適宜記憶しておき、得られた電流波形を基準波形と比較する。制御装置５はグラフ形状の乖離度を計算し、この乖離度が閾値を上回ればスリップが生じたと判定する。基準波形としては、例えば図４の上側のグラフの波形を採用することができる。
　電動モータ３に流れる電流は、電動モータ３の動作の目標値と、動作の計測値と、によって決定される。従って、スリップの発生を電流によって検出できるならば、スリップの発生を、電動モータ３の位置偏差、速度偏差、加速度偏差の挙動によっても同様に検出できると考えられる。
　図５には、回転位置の偏差における例が示されている。図５の上側は、スリップが発生しなかった場合における回転位置の偏差を示すグラフである。図５の下側は、スリップが発生した場合における回転位置の偏差を示すグラフである。
　図５の下側に示すように、スリップが発生した場合、電動モータ３の位置偏差の推移においても、マイナス方向の大きなスパイクの発生等、特徴的な挙動が現れる。この位置偏差の特徴を適宜の方法で検出することで、スリップが発生したと判定できると考えられる。
　波形を示した検討は省略するが、同様に、電動モータ３の速度偏差及び加速度偏差からもスリップの発生を判定できると考えられる。
　電流値等の波形が通常とは異なる挙動を示す原因としては、ウエハ２のスリップ以外にも様々に考えられる。この点、本実施形態の制御装置５は、電流値等の波形のうち、ウエハ２のスリップが生じ易いウエハ取出し時の限定的な期間だけを取り出して、スリップの有無を判定している。従って、スリップに関する誤判定を抑制することができる。
　本実施形態では、制御装置５が、電動モータ３の電流値等によってウエハ２のスリップをソフトウェア的に判定している。従って、センサ等の特別な装置が不要であるので、構成を簡素とすることができる。また、ハードウェアを改造する必要がないことから、既存のロボットシステムに適用することが容易である。
　本実施形態のロボットシステム１００においては、制御装置５が、上記のようにスリップの発生の有無を判断する。スリップが生じなかったと判定した場合、制御装置５は、保管装置６から図略の処理装置へウエハ２を直接搬送するようにロボット１を動作させる（第１ルートＲ１）。スリップが生じたと判定した場合、制御装置５は、保管装置６から位置ズレ検出装置８へウエハ２をいったん搬送し、位置ズレ検出装置８からウエハ２を図略の処理装置へ搬送するようにロボット１を動作させる（第２ルートＲ２）。図１には、第１ルートＲ１及び第２ルートＲ２を矢印で概念的に示している。
　ウエハ２にスリップが生じた場合、ハンド１０に対してウエハ２の位置がズレることになる。ロボット１が第２ルートＲ２に従ってウエハ２を位置ズレ検出装置８に搬送すると、上記のズレに応じて、置かれたウエハ２の中心と、回転台８１の回転中心と、の間にズレが生じる。このズレの大きさ及び方向が、位置ズレ検出装置８によって検出される。ロボット１は、取得されたズレを相殺できる位置で、回転台８１のウエハ２をハンド１０により取り出して搬送先の処理装置へ搬送する。これにより、ウエハ２のスリップを是正し、位置ズレがない状態で処理装置へ正しく搬送することができる。
　本実施形態では、ウエハ２のスリップを電動モータ３の電流値等の監視によって検出するため、ほぼリアルタイムでスリップを検知できる。従って、ウエハ２を保管装置６から取り出した直後（例えば図１の状態）の時点で、制御装置５はスリップが発生したか否かの判断を完了した状態となっている。制御装置５は、スリップが発生したと判定した場合、位置ズレ検出装置８に搬送するように、ウエハ２の搬送ルートをその場で切り換えることができる。
　仮に全てのウエハ２について位置ズレ検出装置８を経由して搬送する場合、搬送タクトタイムが大幅に増加してしまう。しかし、本実施形態では、ウエハ２のスリップを検知した場合にだけ第２ルートＲ２が採用されるので、ズレがないのにズレを検知する無駄を防止することができる。また、スリップの検知のためにロボット１を特別に動作させる必要がないので、第１ルートＲ１の場合、搬送タクトタイムの増加は実質的にゼロである。このように、本実施形態のロボットシステム１００は、不規則的に発生するスリップに対応しながら、ウエハ２を効率的に搬送することができる。
　以上に説明したように、本実施形態のロボットシステム１００は、ロボット１と、制御装置５と、を備える。ロボット１は、電動モータ３によって駆動される１以上の関節を有し、ハンド１０によってウエハ２を保持可能である。制御装置５は、ロボット１に指令を与えて制御する。ロボット１がウエハ２をハンド１０で保持して搬送する場合に、制御装置５は、電動モータ３の電流値等に基づいて、ハンド１０とウエハ２との間にスリップが発生しているか否かを判定する。
　これにより、特別な検出装置を必要とせずに、かつ、ロボット１の特別な動作を必要とせずに、ロボット１のハンド１０と保持されたウエハ２との間にスリップが発生したか否かを即時に判定できる。
　また、本実施形態のロボットシステム１００において、制御装置５は、ハンド１０がウエハ２を取り出すときにおける所定期間に取得された電動モータ３の電流値等に基づいて、スリップの発生を判定する。
　これにより、スリップが生じ易い期間での情報だけに基づいてスリップの発生を判定するので、誤判定を防止できる。
　また、本実施形態のロボットシステム１００において、スリップの有無を判定するための情報は、電動モータ３の電流値、位置偏差、速度偏差、及び加速度偏差のうち少なくとも何れか１つを含む。
　これにより、スリップの発生の有無を適切に判定することができる。
　また、本実施形態のロボットシステム１００は、ウエハ２の位置ズレを検出可能な位置ズレ検出装置８を備える。制御装置５は、スリップが生じなかったと判定した場合は、ウエハ２を、位置ズレ検出装置８を経由しない第１ルートＲ１で搬送するようにロボット１を制御する。制御装置５は、スリップが生じたと判定した場合は、ウエハ２を、位置ズレ検出装置８を経由する第２ルートＲ２で搬送するようにロボット１を制御する。
　これにより、スリップの発生に応じてウエハ２の位置を是正しながら、ウエハ２を効率的に搬送することができる。
　次に、本開示の変形例を説明する。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
　本変形例のロボットシステム１００において、制御装置５は、前記ウエハの搬送中に、上述のようにスリップが生じたか否かを判定する。スリップが生じなかったと判定した場合は、ウエハ２の搬送ルートを第１ルートＲ１とする。スリップが生じたと判定した場合は、ウエハ２の搬送ルートを第２ルートＲ２とする。
　スリップが生じたか否かの判定は、前述の実施形態で述べたように、電動モータ３の電流値に基づいて行うことができる。しかし、これに限定されない。例えば、搬送途中のウエハ２を図略のカメラによって撮影した画像を分析した結果に基づいて、スリップを算出しても良い。画像の分析は、制御装置５が行うこともできるし、制御装置５とは別のコンピュータが行うこともできる。
　ウエハ２の搬送ルートの切換は、スリップが生じたか否かの判定に代えて、スリップ量に基づいて行われても良い。スリップ量は、前記カメラが撮影した画像を分析することで得ることができる。制御装置５は、算出されたスリップ量を、予め設定された閾値と比較することによって、ウエハ２の搬送ルートの切換の要否を判断する。
　スリップ量が閾値以下である場合、ハンド１０に対するウエハ２の位置ズレが許容範囲内であるので、ウエハ２は、当初の予定どおり第１ルートＲ１で搬送される。スリップ量が閾値を上回る場合、ウエハ２の搬送ルートが第２ルートＲ２に変更される。
　ウエハ２のスリップの検知のために、カメラの代わりに、例えば、装置側に設けられた図略の光学センサを用いることもできる。この光学センサは、ウエハ２の搬送経路における適宜の位置に配置される。ウエハ２にスリップが生じている場合、通常とは異なるタイミングで、搬送されているウエハ２を光学センサが検知する。これにより、スリップが生じたか否かを判定することができる。
　光学センサとして、搬送される途中のウエハ２の外縁を検知可能なラインセンサを用いることもできる。この場合、ウエハ２のスリップ量を取得することができる。
　以上に本開示の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
　ロボット１がウエハ２を搬送元から取り出すときのスリップに限定されず、ウエハ２を搬送先へ置くときのスリップを検出することもできる。搬送先へウエハ２を置くときにスリップが検出された場合、制御装置５は、搬送先に置かれたウエハ２を再び取り出して位置ズレ検出装置８へ搬送し、ズレを是正した後、再び搬送先へ置くように制御することが好ましい。
　制御装置５は、スリップの有無を、電動モータ３の電流値、位置偏差等のうち１つだけでなく複数の組合せから判定しても良い。ハンド１０によってウエハ２を搬送するときは、殆どの場合、複数の関節のそれぞれが電動モータ３によって駆動される。従って、複数の電動モータ３における電流値等の情報の組合せによってスリップの有無を判定することも考えられる。
　上述の実施形態では、制御装置５はスリップの発生の有無を判定している。しかし、ウエハ２のスリップが例えば１ミリメートルの場合と１０ミリメートルの場合とで、電流値等の波形が異なることは十分に考えられる。従って、電流値等の監視によって、スリップの大きさを定量的に求める余地もある。電流値等の波形と、生じたスリップの大きさと、の関係を機械学習させることで、波形からスリップの大きさを学習モデルに推定させることも可能である。
　上記の実施形態で、制御装置５は、電動モータに関する情報に基づいて、スリップが発生したか否かを判定している。この代わりに、又はこれに加えて、制御装置５が、電動モータに関する情報に基づいて、ハンド１０に対するウエハ２のスリップ量を推定しても良い。スリップ量は、例えば、電流値等の情報に関する値が連続的に過大となっている期間と、当該期間におけるロボット１の動作量と、に基づいて算出することができる。制御装置５は、スリップ量を推定した後、得られたスリップ量と所定閾値とを比較した結果に基づいて、スリップの発生の有無を判定しても良い。
　位置ズレの自動的な修正が不要である場合、位置ズレ検出装置８を省略することもできる。
　本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するように構成又はプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、従来の回路、及び／又は、それらの組合せ、を含む回路又は処理回路を使用して実行することができる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、又は手段は、列挙された機能を実行するハードウェア、又は、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであっても良いし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラム又は構成されているその他の既知のハードウェアであっても良い。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、又はユニットはハードウェアとソフトウェアの組合せであり、ソフトウェアはハードウェア及び／又はプロセッサの構成に使用される。

Claims (6)

  1. 　電動モータによって駆動される１以上の関節を有し、保持部によってウエハを保持可能なロボットと、
    　前記ロボットに指令を与えて制御する制御部と、
    を備え、
    　前記ロボットが前記ウエハを前記保持部で保持して搬送する場合に、前記制御部は、前記電動モータに関する情報に基づいて、前記保持部と前記ウエハとの間にスリップが発生したか否かの判定、及び、前記保持部に対する前記ウエハのスリップ量の推定のうち、少なくとも何れかを行うことを特徴とするロボットシステム。
  2. 　請求項１に記載のロボットシステムであって、
    　前記制御部は、前記保持部が前記ウエハを取り出すときにおける所定期間に取得された前記電動モータに関連する情報に基づいて、前記スリップの発生を判定することを特徴とするロボットシステム。
  3. 　請求項１に記載のロボットシステムであって、
    　前記情報は、前記電動モータの電流値、位置偏差、速度偏差、及び加速度偏差のうち少なくとも何れか１つを含むことを特徴とするロボットシステム。
  4. 　請求項１に記載のロボットシステムであって、
    　前記ウエハの位置ズレを検出可能な位置ズレ検出装置を備え、
    　前記制御部は、
    　前記スリップが生じなかったと判定した場合は、前記ウエハを、前記位置ズレ検出装置を経由しない第１ルートで搬送するように前記ロボットを制御し、
    　前記スリップが生じたと判定した場合は、前記ウエハを、前記位置ズレ検出装置を経由する第２ルートで搬送するように前記ロボットを制御することを特徴とするロボットシステム。
  5. 　電動モータによって駆動される１以上の関節を有し、保持部によってウエハを保持可能なロボットと、
    　前記ロボットに指令を与えて制御する制御部と、
    　前記ウエハの位置ズレを検出可能な位置ズレ検出装置と、
    を備え、
    　前記制御部は、前記ウエハの搬送中に、前記保持部と前記ウエハとの間にスリップが発生したか否かの判定結果に基づいて、又はスリップ量に基づいて、前記ウエハの搬送ルートを、前記位置ズレ検出装置を経由しない第１ルートと、前記位置ズレ検出装置を経由する第２ルートと、の間で切り換えることを特徴とするロボットシステム。
  6. 　電動モータによって駆動される１以上の関節を有し、保持部によってウエハを保持可能なロボットと、
    　前記ロボットに指令を与えて制御する制御部と、
    を備えるロボットシステムにおける、前記ウエハと前記保持部との間にスリップが発生したか否かを判定するスリップ判定方法であって、
    　前記保持部でウエハを保持して搬送する場合に、前記電動モータに関する情報を取得する第１工程と、
    　前記情報に基づいて、前記スリップが発生しているか否かを判定する第２工程と、
    を含むことを特徴とするスリップ判定方法。
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