CN116918055A - 晶片治具、机器人系统、通信方法及机器人教示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶片治具。该晶片治具用于机器人，该机器人包括手和状态检测部。所述手能够搬送晶片。所述状态检测部对所述手保持晶片的部件的状态或者所述手吸附晶片的负压的状态进行检测。所述晶片治具包括信息输出部，所述信息输出部用于向所述手侧输出信息。所述信息输出部通过使所述状态检测部的检测结果发生变化，来经由该状态检测部向所述手侧输出信息。

Description

晶片治具、机器人系统、通信方法及机器人教示方法

技术领域

本发明涉及操作晶片的机器人中的治具的使用。

背景技术

至今为止，已知一种机器人系统，该机器人系统配置于制造半导体晶片(半导体基板)的无尘室内，且对搬送半导体晶片的机器人自动教示半导体晶片的搬送位置。专利文献1公开了此种基板搬送用机械手。

专利文献1的基板搬送用机械手包括可保持教示治具的手和支撑手的臂部。在该机械手中，从教示治具导出的教示治具用信号传输电缆通过设于手基端部的连接器连接部连接，且被导入臂的内部而与控制器连接。在专利文献1的结构中，教示治具用信号传输电缆在教示动作中被保持为恒定姿势。专利文献1可由此避免电缆被周边装置绊住而损坏治具或装置的问题。

专利文献1：日本特开2010-137300号公报

发明内容

在专利文献1的结构中，为了传输电信号，需要连接治具与机器人控制器之间的电缆。因此，治具的小型化等方面存在困难。此外，需要电缆的结构有时可能不适合于操作例如厌恶产生灰尘的半导体的用途。

鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种与机器人之间不需要通信电缆的晶片治具以及使用该晶片治具的机器人系统。

本发明所要解决的问题如上所述，以下，对用以解决该问题的手段及其效果进行说明。

根据本发明的第一观点，提供以下结构的晶片治具。即，该晶片治具用于机器人，该机器人包括手和状态检测部。所述手能够搬送晶片。所述状态检测部对所述手保持晶片的部件的状态或者所述手吸附晶片的负压的状态进行检测。所述晶片治具包括信息输出部，所述信息输出部用于向所述手侧输出信息。所述信息输出部通过使所述状态检测部的检测结果发生变化，来经由该状态检测部向所述手侧输出信息。

根据本发明的第二观点，提供以下的通信方法。即，在该通信方法中，所述晶片治具在机器人与晶片治具之间向所述手侧发送信息。所述机器人包括状态检测部，该状态检测部能够对可搬送晶片的手保持晶片的部件的状态或者所述手吸附晶片的负压的状态进行检测。所述晶片治具能够由所述手保持。通信方法包括第一步骤和第二步骤。在所述第一步骤中，使处于所述晶片治具由所述手保持的状态。在所述第二步骤中，所述晶片治具所包括的信息输出部根据所述信息使所述状态检测部的检测结果发生变化。

因此，晶片治具可利用机器人所包括的结构的一部分(状态检测部)与机器人(进而，控制机器人的控制部)进行通信。由于不需要通信电缆，因此可实现晶片治具的小型化、简洁化及轻量化，并且可适宜地维持机器人的移动自由度。

(发明效果)

根据本发明，可提供一种与机器人之间不需要通信电缆的晶片治具以及使用该晶片治具的机器人系统。

附图说明

图1是示出了本发明的机器人系统的结构的立体图。

图2是示出了机器人系统的一部分的结构的方块图。

图3是示出了第一实施方式的晶片治具的结构的俯视图。

图4是示出了电动气缸从图3的状态强制地使按压部件退避的样子的俯视图。

图5是示出了使用第一实施方式的晶片治具来检测对象物的样子的局部立体图。

图6是示出了第二实施方式的晶片治具的结构的俯视图。

图7是示出了第二实施方式的晶片治具的结构的局部剖面示意图。

具体实施方式

其次，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出了本发明的机器人系统100的结构的立体图。图2是示出了机器人系统100的一部分的结构的方块图。图3是示出了第一实施方式的晶片治具2的结构的俯视图。图4是示出了电动气缸从图3的状态强制地使按压部件70退避的样子的俯视图。图5是示出了使用第一实施方式的晶片治具2检测对象物9的样子的局部立体图。

图1所示的机器人系统100是在无尘室等作业空间内使机器人1进行作业的系统。该机器人系统100可进行自动教示，该自动教示例如可有效且正确地教示机器人1(具体为后述的手10)的位置。

机器人系统100包括机器人1、晶片治具(通信治具)2以及控制器(控制部)5。

机器人1例如作为晶片移载机器人发挥作用，该晶片移载机器人用于搬送保管在省略图示的保管容器中的晶片(工件)。在本实施方式中，机器人1通过SCARA型水平多关节机器人实现。SCARA是Selective Compliance Assembly Robot Arm(选择顺应性关节机械手臂)的简称。

如图1所示，机器人1包括手(末端执行器)10、机械手臂11以及姿势检测部12。

手10是末端执行器的一种，通常形成为在俯视时V字形或U字形。手10被机械手臂11(具体为后述的第二连杆16)的前端支撑着。手10以沿上下方向延伸的第三轴c3作为中心相对于第二连杆16旋转。

手10作为边缘抓握型手构成。在手10的前端侧以及根侧的每一个设置有多个用于保持晶片的边缘引导部6。边缘引导部6能够接触到圆板状晶片的外周面。

在手10设置有按压机构7。按压机构7被配置在手10的根侧。按压机构7接触到放置在手10上的晶片的外周面，将晶片推向手10的前端侧。其结果是，按压机构7能够在与手10的前端侧的边缘引导部6之间夹住晶片来保持晶片。

如图3所示，按压机构7包括按压部件70、传输部件71、气压缸72、滑动部件73和位置传感器74。

按压部件70是能够接触到晶片的外周面的部件。按压部件70沿着手10的对称轴A1可移动地设置着。

在按压部件70连接有传输部件71。传输部件71沿着手10的对称轴A1细长地形成着。传输部件71被配置在形成在手10的孔或槽的内部。传输部件71连接按压部件70与气压缸72。

气压缸72经由传输部件71驱动按压部件70。气压缸是流体压力缸的一种。也可以使用其它线性致动器来代替气压缸72。

气压缸72包括杆72a和气缸部件72b。

杆72a沿着对称轴A1配置着。气缸部件72b形成为中空状，在其内部配置有活塞72c。杆72a的一部分被插入气缸部件72b，其端部连接在活塞72c。与活塞72c相反一侧的杆72a的端部连接在传输部件71。气缸部件72b经由配置在机械手11的内部的配管等连接在省略图示的压缩空气源。当将压缩空气提供给形成在气缸部件72b的内部的气缸室时，驱动杆72a从气缸部件72b前进。其结果是，能够使按压部件70朝向手10的前端位移。

滑动部件73被安装在杆72a或传输部件71中的适当位置。在手10设置有省略图示的引导部件(例如，轨道)。该引导部件引导滑动部件73的移动方向。滑动部件73能够与杆72a、传输部件71以及按压部件70的移动连动，沿着对称轴A1移动。

位置传感器74能够检测滑动部件73的位置。位置传感器74与控制器5电连接，将检测出的按压部件70的位置信息输出给控制器5。位置传感器74能够构成为例如以位于滑动部件73的可移动行程的中途的规定位置为边界，如果滑动部件73比规定位置更向手10的前端侧前进，则成为ON，如果滑动部件73从手10的前端侧退避，则成为OFF。

按压部件70的位置根据按压部件70在前进状态与退避状态之间切换而发生变化。因此，可以说位置传感器74是检测按压部件70的状态的状态检测部。

机械手11主要包括基座13、升降轴14和多个连杆(这里是第一连杆15以及第二连杆16)。

基座13被固定在地面(例如，无尘室的地面)。基座13作为支撑升降轴14的基本部件发挥作用。

升降轴14相对于基座13在上下方向移动。能够通过该升降改变第一连杆15、第二连杆16以及手10的高度。

第一连杆15被升降轴14的上部支撑着。第一连杆15以上下方向延伸的第一轴c1为中心相对于升降轴14旋转。因此，能够在水平面内改变第一连杆15的姿势。

第二连杆16被第一连杆15的前端支撑着。第二连杆16以上下方向延伸的第二轴c2为中心相对于第一连杆15旋转。因此，能够在水平面内改变第二连杆16的姿势。

姿势检测部12包括多个旋转传感器12a。旋转传感器12a例如由编码器构成。每个旋转传感器12a对驱动手10、第一连杆15、第二连杆16的省略图示的驱动马达的每一个的旋转位置进行检测。每个旋转传感器12a与控制器5电连接，将检测出的旋转位置发送给控制器5。

晶片治具2是模拟晶片的治具，整体上形成为大致圆板状。如图3所示，晶片治具2包括本体21、对象物检测传感器22和信息输出部23。

本体21形成为圆形的平板状。本体21的直径与机器人1的搬送对象的晶片的直径相同。本体21的形状只要实质上模拟晶片即可，本体21的材料不需要与晶片相同。

对象物检测传感器22用于检测对象物9。对象物检测传感器22例如作为包括发光部和受光部的反射型传感器构成。对象物检测传感器22的发光部以及受光部被设置在本体21的下部且圆形的本体21的中心部。对象物检测传感器22所照射的光的光轴位于本体21的中心轴上。

如图5所示，对象物9例如形成为细长的截锥形状。对象物9朝着上下配置在手10的可移动范围内的适当位置。对象物9的上端的面形成为能够反射光。也可以将反射片等贴在对象物9的上表面上。

信息输出部23用于经由设置在手10的按压机构7，向手10侧(即，控制器5)输出信息。

在本实施方式中，信息输出部23包括作为线性致动器的一种的电动气缸28。电动气缸28能够使用例如滚珠螺丝机构和驱动螺丝轴的电动马达构成。不过，信息输出部23的结构并不限于此，例如，也可以通过螺线管构成信息输出部23。

电动气缸28包括输出杆(强制退避部件)28a和气缸部件28b。

输出杆28a作为细长部件构成。当将晶片治具2保持在手10时，输出杆28a沿着对称轴A1配置着。此时，输出杆28a的前端面与手10所包括的所述按压部件70对着。

在气缸部件28b配置有省略图示的电动马达。电动马达以来自后述的电池26的电力动作。通过电动马达的旋转，驱动输出杆28a从气缸部件28b前进。输出杆28a的移动方向被规定为在将晶片治具2保持在手10时沿着手10的对称轴A1。

如图3所示，本实施方式的晶片治具2还包括放大器25和电池26。

放大器25用于放大对象物检测传感器22的检测信号。放大器25被设置在本体21之上。放大器25电连接在对象物检测传感器22以及电池26。放大器25以来自电池26的电力动作，对从对象物检测传感器22接收的检测信号进行放大。被放大的检测信号的电压与规定的电压由省略图示的比较器进行比较。比较器将比较结果作为动作信号输出给信息输出部23。

电池26将电力提供给对象物检测传感器22、放大器25以及信息输出部23等。

电动气缸28的电动马达根据来自比较器的信号发生变化而被驱动，在输出杆28a的前进与退避之间进行切换。

在输出杆28a退避的图3的状态中，手10的按压部件70接触到晶片治具2的本体21的外周面进行保持。因此，手10的位置传感器74处于ON状态。

在输出杆28a前进的图4的状态中，输出杆28a抵抗气压缸72的按压力而强制地使按压部件70退避。因此，手10的位置传感器74处于OFF状态。

因此，比较器实质上作为信息输出控制部发挥作用，该信息输出控制部用于控制信息输出部23(电动气缸28)的电动马达，实现本发明的通信方法。

如上述构成的晶片治具2能够经由设置在手10的按压机构7的位置传感器74与控制器5进行通信。后面将详细说明。

控制器5作为包括CPU、ROM、RAM、辅助存储装置等的已知的电脑构成。辅助存储装置作为例如HDD、SSD等构成。在辅助存储装置存储有用于控制机器人1的机器人控制程序等。

控制器5按照预先规定的动作程序或从用户输入的移动指令等，将指令值输出给驱动所述机器人1的各部分的每一个驱动马达来进行控制，使手10移动到预先规定的指令位置。

其次，详细说明一种机器人教示方法，该机器人教示方法是在本实施方式的机器人系统100中，利用本发明的通信方法，根据从晶片治具2的检测结果得到的手10的检测位置，来修正向机器人1的指令位置。

晶片治具2在没有使用时被保管在适当的保管位置。机器人1根据来自控制器5的控制指令，来保持位于保管位置的晶片治具2(第一步骤)。图3示出了该状态。

晶片治具2在由手10保持之前，在晶片治具2的信息输出部23中，电动气缸28的输出杆28a成为退避状态。输出杆28a的前端面与本体21的外边缘相比更位于内侧。按压机构7的按压部件70向手10的前端侧前进，接触到晶片治具2的本体21进行按压。在晶片治具2由手10保持着的状态下，由于按压部件70向前进侧移动，因此位置传感器74处于ON状态。

机器人1向规定的位置搬送所保持的晶片治具2。在搬送后，晶片治具2的对象物检测传感器22位于对象物9的附近。

然后，机器人1在俯视时的适当的范围内使手10与晶片治具2一起在各个方向移动的同时，由对象物检测传感器22扫描对象物9。在本实施方式中，对象物9的上表面的形状成为圆形。因此，如果能够用对象物检测传感器22检测出该圆的至少3点的位置，则能够确定圆的中心。在本实施方式中，俯视时，对象物9的上表面的圆的中心成为用于后述的位置修正的基准位置。

在该扫描过程中，当在晶片治具2中，由对象物检测传感器22检测到对象物9时，电动气缸28的电动马达动作，如图4所示，输出杆28a向手10的根侧前进(第二步骤)。通过从本体21x的外边缘突出的输出杆28a，按压部件70如用图5的粗箭头所示那样被推入退避侧。其结果是，位置传感器74从ON状态切换到OFF状态。因此，控制器5能够通过位置传感器74来识别是否用对象物检测传感器22检测到对象物9。

有时因机器人1的公差等使得指令给机器人1的手10的位置与手10的实际位置之间产生偏差。使用本实施方式，能够由晶片治具2根据扫描对象物9的结果确定上述偏差，修正向机器人1的指令位置。

以下，简单地进行说明。控制器5预先存储有向机器人1的指令位置，该指令位置相当于用对象物检测传感器22检测到对象物9的3点的每一个。控制器5用已知的方法计算相当于通过3点的指令位置的圆的中心的指令位置。当在这样计算出的指令位置与为了使手10的中心和对象物9的中心一致而在以前使用的指令位置之间产生偏差时，控制器5用计算取得该偏差量。该偏差量能够例如用平面矢量表示。控制器5通过从原来的指令位置中减去偏差量的矢量，来修正指令位置的偏移。通过控制器5将修正后的指令位置赋予机器人1，能够提高机器人1的动作精度。

由于晶片治具2成为模仿了晶片的形状，因此手10能够与通常的晶片一样操作晶片治具2。因此，能够很容易地自动进行上述的扫描以及位置修正的一连串动作。

晶片治具2经由按压机构7的位置传感器74，将由对象物检测传感器22检测到对象物9的情况通知给控制器5。如这样，由于电动气缸28的输出杆28a通过推入按压机构7的按压部件70使其退避来进行信息的传输，因此能够不需要连接晶片治具2和手10的电缆。因此，能够实现结构的简洁化、轻量化。并且，由于不需要电缆，因此能够抑制灰尘的产生。此外，由于是使用机器人至今为止包括较多的按压机构7的结构，因此也容易适用于已知的机器人。

如上所述，本实施方式的晶片治具2被用于机器人1，该机器人1包括手10和位置传感器74。手10能够搬送晶片。位置传感器74在手10中检测保持晶片的按压部件70的状态。晶片治具2包括信息输出部23，该信息输出部23用于向手10侧输出信息。信息输出部23通过使位置传感器74的检测结果变化，来经由位置传感器74向手10侧输出信息。

因此，晶片治具2能够利用机器人1所包括的结构的一部分(按压机构7)来与机器人1通信。由于不需要通信电缆，因此能够实现晶片治具2的小型化、简洁化、轻量化，且能够适当维持机器人1的移动自由度。

并且，本实施方式的晶片治具2包括对象物检测传感器22，该对象物检测传感器22检测对象物9。信息输出部23将对象物检测传感器22是否检测到对象物9作为信息输出。

因此，能够在机器人1侧识别是否在晶片治具2侧检测到对象物9。

并且，在本实施方式中，对象物检测传感器22被设置在该晶片治具2的中心。

因此，由于成为从对应于晶片治具2的中心的位置检测对象物9，因此能够准确掌握检测到对象物9的晶片治具2的位置。

并且，在本实施方式中，在晶片治具2由手10保持着的状态下，对象物检测传感器22位于手10的中心。

因此，能够获得被作为位置控制的基准使用较多的手10的中心位置中的检测结果。所以，例如，能够通过将检测结果用于位置控制，来提高机器人1的动作精度。

并且，在本实施方式的晶片治具2中，手10包括按压部件70，该按压部件70按压晶片。位置传感器74检测按压部件70的位置。

因此，能够用简单的结构从晶片治具2侧发送信息。

并且，在本实施方式的晶片治具2中，信息输出部23通过电动气缸的动作输出信息。

因此，例如，即使不将来自压缩空气源的配管连接在晶片治具2，也能够用从电池26提供的电能进行与控制器5的通信。因此，晶片治具2的操作变得容易。

其次，说明第二实施方式。图6是示出了第二实施方式的晶片治具2x的结构的俯视图。图7是示出了第二实施方式的晶片治具2x的结构的局部剖面示意图。需要说明的是，在本实施方式的说明中，在附图中，对与上述实施方式一样或者类似的部件标注了相同的符号，有时会省略说明。

本实施方式的机器人包括吸附夹型手10x。如图6所示，在手10x形成有多个(在本实施方式中是3个)吸入口17，该吸入口17用于吸附保持晶片。每一个吸入口17经由负压流路(通路)80与负压源连接。负压传感器81连接在负压流路80的途中。

负压传感器81作为负压用的压力传感器构成。负压传感器81与控制器5电连接，将检测到的压力发送给控制器5。负压传感器81是对手10x吸附晶片的负压的状态进行检测的状态检测部的一种。

晶片治具2x包括本体21x。在本体21x形成有通孔21a。

该通孔21a被设置在与3个吸入口17中的一个吸入口17对应的位置。具体而言，通孔21a对应于靠近手10x的手腕部的一侧的吸入口17形成。如图7所示，在晶片治具2x由手10x保持着的状态下，吸入口17的内部空间与通孔21a的内部空间被连接在一起。

晶片治具2x包括信息输出部23x。信息输出部23x包括空气气缸27和电动气缸(致动器)29。

如图7所示，空气气缸27包括中空状的气缸部件27a。在气缸部件27a的内部，活塞27b可在轴方向移动地配置着。气缸部件27a的内部空间由活塞27b划分为两部分。作为被划分后的一侧的空间的连接室27c连接在所述通孔21a。

电动气缸29能够使用例如滚珠螺丝机构以及电动马达构成。电动气缸29的杆29a的前端被插入空气气缸27的气缸部件27a的内部，被固定在活塞27b。

在该结构中，当手10x保持晶片治具2x时，吸入口17经由通孔21a与连接室27c连接。

机器人1在俯视时的适当的范围内使手10x与晶片治具2x一起在各个方向移动的同时，由对象物检测传感器22扫描对象物9。在对象物检测传感器22检测到对象物9时，电动气缸29被驱动，使空气气缸27中的活塞27b以适当的行程往复运动。其结果是，由于连接室27c的容积发生变化，因此负压流路80的负压变强或变弱。负压传感器81检测该压力变化。这样，控制器5能够通过负压传感器81来识别是否用对象物检测传感器22检测到对象物9。

如上所述，在本实施方式中，在手10x形成可吸附晶片的吸入口17。机器人1包括负压传感器81，该负压传感器81对连接吸入口17和负压源8的负压流路80的负压进行检测。晶片治具2x包括连接室27c，该连接室27c在由手10x吸附时连接在吸入口17。晶片治具2x的信息输出部23x包括电动气缸29，该电动气缸29改变连接室27c的容积。

因此，能够利用吸附晶片的负压，将信息从晶片治具2x传输到控制器5。

以上，说明了本发明的优选实施方式，所述结构能够例如如下述内容那样改变。

对象物检测传感器22既可以是非接触型传感器，也可以是接触型传感器。

晶片治具2、2x也可以在检测对象物9之外的目的(换言之，机器人1的位置修正之外的目的)中使用。

电池26既可以作为一次电池构成，也可以作为2次电池构成。在电池26作为2次电池构成时，优选将用于对电池26进行充电的充电装置配置在晶片治具2的保管位置或其它位置。因此，能够实现自动充电。

在本说明书中公开的要素的功能能够使用包含为执行所公开的功能而构成或程序化的通用处理器、专用处理器、集成电路、ASIC(Application Specific IntegratedCircuits)、常规电路以及/或者它们的组合的电路或处理电路执行。处理器由于包含晶体管和其它电路，因此被看作处理电路或电路。在本发明中，电路、单元或手段是执行所列举的功能的硬件或者为了执行所列举的功能而被程序化的硬件。硬件既可以是在本说明书中所公开的硬件，或者，也可以是为了执行所列举的功能而被程序化或构成的其它已知的硬件。当硬件是被认为是电路的一种的处理器时，电路、装置或单元是硬件与软件的组合，软件被用于硬件以及/或者处理器的结构。

Claims (10)

1.一种晶片治具，该晶片治具用于机器人，该机器人包括手和状态检测部，所述手能够搬送晶片，所述状态检测部对所述手保持晶片的部件的状态或者所述手吸附晶片的负压的状态进行检测，其特征在于：

所述晶片治具包括信息输出部，所述信息输出部用于向所述手侧输出信息，

所述信息输出部通过使所述状态检测部的检测结果发生变化，来经由该状态检测部向所述手侧输出信息。

2.根据权利要求1所述的晶片治具，其特征在于：

所述晶片治具包括对象物检测传感器，该对象物检测传感器检测对象物，

所述信息输出部将所述对象物检测传感器是否检测到所述对象物作为所述信息输出。

3.根据权利要求2所述的晶片治具，其特征在于：

所述对象物检测传感器被设置在该晶片治具的中心。

4.根据权利要求3所述的晶片治具，其特征在于：

在由所述手保持有所述晶片治具的状态下，所述对象物检测传感器位于所述手的中心。

5.根据权利要求1所述的晶片治具，其特征在于：

所述手包括按压部件，该按压部件按压所述晶片，

所述状态检测部是检测所述按压部件的位置的位置传感器，

所述信息输出部包括致动器，该致动器使所述按压部件抵抗按压而退避。

6.根据权利要求1所述的晶片治具，其特征在于：

在所述手形成有吸入口，该吸入口能够吸附晶片，

所述状态检测部是负压传感器，该负压传感器对连接所述吸入口和负压源的路径的负压进行检测，

所述晶片治具包括连接室，该连接室在通过所述手被吸附时连接在所述吸入口，

所述信息输出部包括致动器，该致动器改变所述连接室的容积。

7.根据权利要求1所述的晶片治具，其特征在于：

所述信息输出部通过电动致动器的动作输出信息。

8.一种机器人系统，其特征在于：

所述机器人系统包括权利要求1所述的晶片治具、机器人和控制部，该机器人能够由所述手保持所述晶片治具，该控制部将指令赋予所述机器人进行控制，

所述控制部经由所述状态检测部，从所述晶片治具侧接收信息。

9.一种通信方法，是在机器人与晶片治具之间，所述晶片治具向所述手侧发送信息的通信方法，所述机器人包括状态检测部，该状态检测部能够对可搬送晶片的手保持晶片的部件的状态或者所述手吸附晶片的负压的状态进行检测，所述晶片治具能够由所述手保持，其特征在于：

所述通信方法包括第一步骤和第二步骤，在所述第一步骤中，使处于所述晶片治具由所述手保持的状态，在所述第二步骤中，所述晶片治具所包括的信息输出部根据所述信息使所述状态检测部的检测结果发生变化。

10.一种机器人教示方法，其特征在于：

利用权利要求9所述的通信方法，根据从所述晶片治具得到的所述信息，来修正向所述机器人的指令位置。