CN113165169B - 基板搬运机器人及基板搬运方法 - Google Patents

Abstract

基板搬运机器人(10)具备：基台(31)；手(12)，具有载置基板(W)的基板载置部(12a)；多关节构造的机器人臂(11)，基端部与基台连结，前端部与手连结，包括多个关节(61、62、63)；机器人臂驱动机构(20)，包括驱动源(22)、和将驱动源的驱动力传递至机器人臂的关节来使关节位移的驱动力传递部(23)；机器人控制部(41)，控制驱动源的动作以使手在目标位置采取目标姿势，机器人控制部使手从手拾起基板的位置即第1目标位置(L3)的下方的第1下方位置(L1)上升到第1目标位置的上方的第1上方位置(L4)，并在从第1下方位置到第1下方位置与第1目标位置之间的第1中间位置(L2)的第1区间(A1)使多个关节的至少1个单向地位移。

Description

基板搬运机器人及基板搬运方法

技术领域

本发明涉及基板搬运机器人及基板搬运方法。

背景技术

以往以来公知有移送晶片的机器人。专利文献1的机器人将收容于FOUP等晶片载体的晶片取出后，使晶片向定位器移动。然后，机器人使在定位器中粗略对准后的晶片移动至工作台。然后，在工作台精密地进行对准，进行晶片的试验等处理。

专利文献1：日本特表2010-527515号公报

但是，专利文献1的机器人在从定位器搬运至工作台时有可能打乱晶片的对准，因此存在需要在工作台进行精密的对位的问题。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的一个形态所涉及的基板搬运机器人具备：基台；手，具有载置基板的基板载置部；多关节构造的机器人臂，其基端部与前述基台连结，前端部与前述手连结，并且包括多个关节；机器人臂驱动机构，包括驱动源、和将前述驱动源的驱动力传递至前述机器人臂的前述关节来使该关节位移的驱动力传递部；以及机器人控制部，控制前述驱动源的动作以使前述手在目标位置采取目标姿势，前述机器人控制部使前述手从前述手拾起前述基板的位置亦即第1目标位置的下方的第1下方位置上升到前述第1目标位置的上方的第1上方位置，并在从前述第1下方位置到该第1下方位置与前述第1目标位置之间的第1中间位置的第1区间使多个前述关节中的至少1个前述关节单向地位移。

根据该结构，能够使手的定位精度提高。

本发明起到能够使手的定位精度提高的效果。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的基板处理系统的结构例的俯视图。

图2是表示图1的基板处理系统的基板移载设备的结构例的立体图。

图3是表示图1的基板处理系统的基板搬运机器人的驱动机构的结构例的剖视图。

图4是表示图1的基板处理系统的基板搬运机器人从定位器的保持部拾起晶片的动作例的图。

图5是表示图1的基板处理系统的基板搬运机器人将晶片放置于工作台的动作例的图。

图6是表示图1的基板处理系统的基板搬运机器人的定位误差的测量结果的图。

具体实施方式

一个形态所涉及的基板搬运机器人具备：基台；手，具有载置基板的基板载置部；多关节构造的机器人臂，其基端部与前述基台连结，前端部与前述手连结，并且包括多个关节；机器人臂驱动机构，包括驱动源、和将前述驱动源的驱动力传递至前述机器人臂的前述关节来使该关节位移的驱动力传递部；以及机器人控制部，控制前述驱动源的动作以使前述手在目标位置采取目标姿势，前述机器人控制部使前述手从前述手拾起前述基板的位置亦即第1目标位置的下方的第1下方位置上升到前述第1目标位置的上方的第1上方位置，并在从前述第1下方位置到该第1下方位置与前述第1目标位置之间的第1中间位置的第1区间，使多个前述关节中的至少1个前述关节单向地位移。

根据该结构，能够使手的定位精度提高。

也可以构成为，前述机器人控制部在前述第1区间使各前述关节单向地位移。

根据该结构，能够使手的定位精度进一步提高。

也可以构成为，前述基板搬运机器人将保持于定位器的前述基板移送至工作台，前述第1目标位置是将保持于前述定位器的前述基板拾起的位置。

根据该结构，能够抑制在定位器进行了对位的基板的位置在从定位器拾起基板时错乱。

另一形态所涉及的基板搬运机器人具备：基台；手，具有载置基板的基板载置部；多关节构造的机器人臂，其基端部与前述基台连结，前端部与前述手连结，并包括多个关节；机器人臂驱动机构，包括驱动源、和将前述驱动源的驱动力传递至前述机器人臂的前述关节来使该关节位移的驱动力传递部；以及机器人控制部，控制前述驱动源的动作以使前述手在目标位置采取目标姿势，前述机器人控制部使前述手从前述手将前述基板放置于工作台的位置亦即第2目标位置的上方的第2上方位置下降到前述第2目标位置的下方的第2下方位置，并在从前述第2上方位置到该第2上方位置与前述第2目标位置之间的第2中间位置的第2区间使多个前述关节中的至少1个前述关节单向地位移。

根据该结构，能够使手的定位精度提高，并能够使基板处理设备的生产率提高。另外，能够抑制在定位器进行了对位的基板的位置在将基板放置于工作台时错乱。

也可以构成为，前述机器人控制部在前述第2区间使各前述关节单向地位移。

根据该结构，能够使手的定位精度进一步提高。

也可以构成为，前述驱动力传递部包括将前述驱动力传递至前述关节的齿轮、齿形带以及链中的至少任一个。

根据该结构，能够抑制由齿隙引起的手的定位精度的下降。

以下，参照附图对实施方式进行说明。此外，并不通过本实施方式限定本发明。另外，以下，在全部附图中，对相同或者相当的要素标注相同的附图标记，省略其重复的说明。

图1是表示实施方式所涉及的基板处理系统100的结构例的俯视图。

如图1所示，基板处理系统100具备基板处理设备1和基板移载设备2，将以多个收容于被称为FOUP(Front Opening Unified Pod)的载体110的状态被搬运至基板处理系统100的晶片W，通过基板移载设备2从载体110取出，移送至基板处理设备1的工作台3。此时，基板移载设备2调整晶片W的朝向，载置于工作台3。然后，在基板处理设备1中对晶片W实施预先决定的处理。在本实施方式中，在基板处理设备1，对生成了多个芯片的硅晶片W实施评价各芯片的电路的特性的试验。然后，在对晶片W实施预先决定的处理后，基板移载设备2将晶片W从工作台3移送至载体110，再次收容于载体110。为了防止这些过程中的颗粒向晶片W的附着等，基板处理系统100包括用于较高地保持基板处理设备1的处理空间1a和基板移载设备2的准备空间2a的清洁度的未图示的装置。此外，基板处理系统100处理的基板并不限于晶片，也可以是玻璃基板。

图2是表示基板移载设备2的结构例的立体图。图3是表示基板搬运机器人10的机器人臂驱动机构20的结构例的剖视图。

基板移载设备2是在载体110与工作台3之间移送晶片W的设备，包括基板搬运机器人10。另外，基板移载设备2包括在从载体110朝向工作台3移送晶片W的过程中调整晶片W的朝向的定位器50。

基板搬运机器人10是配置于基板移载设备2的准备空间2a的机器人，例如是SCARA型水平多关节机器人。如图2所示，基板搬运机器人10包括机器人臂11、手12、机器人臂驱动机构20(参照图3)、基台31、机器人控制部41。

基台31固定于基板移载设备2的准备空间2a。

手(叶片)12是在其上载置晶片W的被动手，具有形成为在水平方向上延伸的薄板状并在上表面载置晶片W的基板载置部12a。在基板载置部12a，形成宽度方向中央部的前端部朝向手12的基端侧被较大地切口的切口12b，从而在为了将晶片W载置于工作台3、后述的定位器50的保持部51或将晶片W从上述部件拾起而使手12升降时，手12不干扰工作台3、保持部51。此外，取而代之，手12也可以是将晶片W吸引保持的伯努利手等吸引保持工件的吸附手、把持晶片W的边缘的边缘夹持手。

机器人臂11是包括多个关节的多关节构造，基端部与基台31连结，前端部与手12连结。机器人臂11具备在从基端部朝向前端部的方向上经由关节而依次连结的多个连杆(第1连杆11a、第2连杆11b、第3连杆11c)。各连杆形成为在水平方向上延伸的中空的厚板状。

第1连杆11a的基端部相对于后述的上下驱动机构26的可动部27的上端部，经由第1关节61而连结为能够绕转动轴线R1转动。另外，第2连杆11b的基端部经由第2关节62而能够绕转动轴线R2转动地连结于第1连杆11a的前端部。并且，第3连杆11c的基端部经由第3关节63而能够绕转动轴线R3转动地连结于第2连杆11b的前端部。而且，在第3连杆11c的前端部固定有手12。第1关节61、第2关节62、第3关节63均是转动关节。而且，转动轴线R1、R2、R3相互平行地在上下方向上延伸，通过这些关节61、62、63的转动，手12在水平方向上移动。对于关节61、62、63，例如在通过关节连结的一对连杆(包括上下驱动机构26的可动部27)中的一个连杆固定转动轴15，另一个连杆经由轴承将该转动轴15支承为能够转动。

机器人臂驱动机构20是使手12在水平方向上移动，并使机器人臂11整体在上下方向上移动的机构。机器人臂驱动机构20包括水平驱动机构21和上下驱动机构26。

如图3所示，水平驱动机构21是驱动机器人臂11的各关节的机构，例如具有与各关节对应设置的马达(驱动源)22和驱动力传递部23。在图3中，对与第1关节61对应的转动轴、马达以及驱动力传递部，在附图标记的末尾标注“a”，对与第2关节62对应的转动轴、马达以及驱动力传递部，在附图标记的末尾标注“b”，对与第3关节63对应的转动轴、马达以及驱动力传递部，在附图标记的末尾标注“c”来表示。

马达22是伺服马达，将生成的驱动力作为输出轴的旋转力而输出。马达22a、22b配设于第1连杆11a的内部空间，马达22c配设于第2连杆11b的内部空间。驱动力传递部23将马达22的驱动力传递至机器人臂11对应的关节来使关节的角度位置位移。驱动力传递部23例如是夹在马达22的输出轴与转动轴15之间的多个齿轮。驱动力传递部23例如包括：与马达22的输出轴同轴地固定的齿轮；与转动轴15同轴地固定的齿轮；以及夹在这些齿轮之间的1个以上的齿轮。由此，驱动力传递部23能够将马达22的旋转角传递至关节，能够进行关节的定位。这样，在本实施方式中，驱动力传递部23经由齿轮传递驱动力，但并不限于此，例如也可以经由齿形带传动机构、链传动机构来传递驱动力。

上下驱动机构26是支承机器人臂11，使机器人臂11整体升降的机构。上下驱动机构26包括：未图示的固定部，固定于基台31；和可动部27，相对于固定部连结为在转动轴线R1延伸的方向、即上下方向上能够升降。即，机器人臂11经由可动部27和固定部而连结于基台31。在可动部27如上述那样能够转动地连结有第1连杆11a。另外，上下驱动机构26包括：未图示的伺服马达；和未图示的驱动力传递部，将马达的驱动力变换为可动部27相对于固定部的前进力，传递至可动部27，使可动部27升降。驱动力传递部例如包括滚珠丝杠机构。

机器人控制部41根据规定的动作程序或者从用户输入的移动指令，控制水平驱动机构21的马达22和上下驱动机构26的马达的动作，以使手12在目标位置采取目标姿势。

如图2所示，定位器50是检测形成于晶片W的凹口的位置，并基于该检测结果进行晶片W的对位，以使晶片W的旋转位置(角度位置)和水平方向的位置中的至少任一个位置位于预先决定的位置的装置。此外，定位器50也可以基于形成于晶片W的定向平面的位置进行对位。定位器50配置在基板移载设备2的准备空间2a的基板搬运机器人10的动作范围内。在本实施方式中，定位器50包括：保持部51，吸附并保持晶片W；驱动机构52；位置检测部53；真空源54(参照图1)；以及定位器控制部55。

保持部51形成为圆板状，在其上面形成有同轴地配置的圆形和圆环状的真空槽51a。而且，在保持部51以晶片W的中心轴和保持部51的中心轴一致的方式载置晶片W，保持部51支承该被载置的晶片W。此外，在保持部51的上表面形成有多个在圆周方向上排列的微小的突起，减小晶片W与保持部51的接触面积。此外，手12的切口12b形成为能够使保持部51位于其内侧的形状。

真空源54配置于基板处理设备1和基板移载设备2的外部空间。用于传递在真空源54中产生的负压的流路从真空源54朝向真空槽51a延伸，其前端连通于保持部51的真空槽51a(朝向真空槽51a开口)。另外，在流路的中间部设置有进行流路的开放和关闭的未图示的开闭阀。而且，通过使真空源54工作，开放开闭阀，能够吸附并保持载置于保持部51的晶片W。另外，通过关闭开闭阀，能够释放已吸附的晶片W。

驱动机构52使保持部51绕旋转轴旋转，并且使保持部51在水平方向上移动。该旋转轴配置为从保持部51的中心穿过。

位置检测部53是检测晶片W的凹口所位于的角度位置的传感器，在载置于保持部51的晶片W的径向上，配置于凹口所位于的位置。位置检测部53例如向旋转的晶片W的外周附近照射激光，接收其反射光或者透过光，基于其变化，检测凹口的位置。

定位器控制部55接收位置检测部53的凹口的检测信号，控制真空源54的流路的开闭阀和驱动机构52。具体而言，若在保持部51载置晶片W则定位器控制部55开放开闭阀，使晶片W吸附于保持部51。然后，定位器控制部55控制驱动机构52使保持部51旋转，使晶片W旋转。然后，通过位置检测部53检测晶片W的凹口的位置。然后，控制驱动机构52，在晶片W的预先决定凹口的位置，使以朝向预先决定的方向的方式旋转的保持部51停止，由此进行晶片W的定位。然后，基板搬运机器人10在从保持部51拾起晶片W时关闭开闭阀，释放晶片W。

机器人控制部41和定位器控制部55例如分别具备：控制部，具有CPU等运算器；和存储部，具有ROM和RAM等存储器。控制部可以由进行集中控制的单独控制器构成，也可以由相互配合进行分散控制的多个控制器构成。另外，机器人控制部41和定位器控制部55能够通信，向对方通报晶片W向定位器50的移送完成、晶片W的对位完成等。

[动作例]

接下来，对基板处理系统100的基板搬运机器人10的动作例进行说明。

图4是表示在将通过定位器50进行了对位的晶片W移送至工作台3时从保持部51拾起晶片W的动作例的图。另外，图5是表示将晶片W放置于工作台3的动作例的图。此外，在图4和图5中，省略第1连杆11a、第2连杆11b的图示，另外，夸张地显示手12的动作。

首先，机器人控制部41使基板载置部12a位于收容于载体110的移送对象的晶片W的紧下方，使手12上升，拾起晶片W。由此，晶片W载置于基板载置部12a。

接下来，机器人控制部41沿着预先设定的路径使手12移动，定位手12以使基板载置部12a位于定位器50的保持部51上方。然后，机器人控制部41控制上下驱动机构26，使手12下降。由此，载置于基板载置部12a的晶片W被载置于定位器50的保持部51，从基板搬运机器人10移送至定位器50。并且，机器人控制部41在使手12下降后，使手12退避至规定的起始位置。然后，定位器50进行晶片W的对位。

接下来，若机器人控制部41从定位器控制部55被通知基于定位器50的晶片W的对位完成了，则如图4所示，使手12位于第1下方位置L1。第1下方位置L1是手12在保持部51放置晶片W的位置亦即第1目标位置L3的下方的位置，例如设定在第1目标位置L3的下方3mm。

接下来，机器人控制部41控制上下驱动机构26，使手12从第1下方位置L1上升到第1上方位置L4。第1上方位置L4设定在手12拾起晶片W的位置亦即第1目标位置L3的上方，例如设定在第1目标位置L3的上方3mm。由此，能够拾起保持于定位器50的保持部51的晶片W。

然后，与该上升动作并行地，机器人控制部41控制水平驱动机构21，在从第1下方位置L1到第1中间位置L2的第1区间A1，使多个关节中的至少1个关节单向地转动规定角度。第1中间位置L2设定在第1下方位置L1与第1目标位置L3之间，例如，设定在第1目标位置L3的下方1mm。在本实施方式中，使机器人臂11的关节61、62、63分别单向地转动规定角度。此时，关节61、62、63的转动方向也可以不一致。由此，能够消除或者降低驱动力传递部23的齿隙。关节61、62、63的转动角优选为消除驱动力传递部23的齿隙所需要的角度以上，另外，优选为不产生与环境的干扰的角度以下。具体而言，实施拾起晶片W的作业时的优选转动角例如为0.5°以上、5°以下。另外，实施放置晶片W的作业时的优选转动角例如为0.1°以上、5°以下。由此，能够避免与环境的干扰并且使手12的定位精度适宜地提高。

接下来，机器人控制部41沿着预先设定的路径使手12移动，如图5所示，使其位于手12将晶片W放置于工作台3的位置亦即第2目标位置L8的上方的第2上方位置L6。第2上方位置L6例如设置在第2目标位置L8的上方3mm。

接下来，机器人控制部41控制上下驱动机构26，使手12从第2上方位置L6下降到第2下方位置L9。第2下方位置L9设定在第2目标位置L8的下方，例如设定在第2目标位置L8的下方3mm。由此，能够在工作台3载置晶片W。

而且，与该下降动作并行地，机器人控制部41控制水平驱动机构21，在从第2上方位置L6到第2中间位置L7的第2区间A2，使多个关节中的至少1个关节单向地转动规定角度。第2中间位置L7设定在第2上方位置L6与第2目标位置L8之间，例如设定在第2目标位置L8的上方1mm。在本实施方式中，使机器人臂11的关节61、62、63分别单向地转动规定角度。由此，与从保持部51拾起晶片W的情形相同地，在将晶片W载置于工作台3的情形中也能够消除或者降低驱动力传递部23的齿隙，能够抑制在定位器50进行了对位的晶片W的位置错乱。由此，能够将基板处理设备1中的晶片W的对位作业省略或者变得容易。

图6是表示在进行了从保持部51拾起晶片W的动作时的手12的定位误差的测量结果的图，示出了进行机器人臂11的关节的转动动作来进行从保持部51拾起晶片W的规定的动作(动作B)时的重复精度、相对于不进行机器人臂11的关节的转动动作而进行从保持部51拾起晶片W的规定的动作(动作A)时的重复精度(向正方向的位置偏移的最大值和向负方向的位置偏移的最大值的幅度)的提高率((1-动作B的重复精度/动作A的重复精度)×100)。动作A、B分别以机器人臂11的最大动作速度的1％、5％、15％进行，对它们分别测量重复精度。如该测量结果所示，可知在任一动作速度中，进行关节的转动动作来拾起晶片W的情况与不进行关节的转动动作而拾起晶片W的情况比较，重复精度显著提高。

如以上说明的那样，在手12拾起或者放置晶片W时，基板处理系统100使机器人臂11的关节61、62、63单向地转动，因此能够使手12的定位精度提高。特别是，针对在保持晶片W时不实施晶片W相对于手12的水平方向的定位的被动手、吸附手等手来说，除了使旋转方向的定位精度提高之外，还能够使水平方向的定位精度提高。另外，即使不使用高价的齿隙较小的驱动力传递部(工作精度较高的特殊的齿轮等)，使用比较廉价的齿隙较大的驱动力传递部(按一般的工作精度制造的齿轮等)也能够使定位精度提高，因此能够降低制造成本。由此，基板搬运机器人10能够将已对位的晶片W精确地移送至工作台3，因此能够将基板处理设备1中的晶片W的对位作业省略或者变得容易，能够顺利地进行基板处理设备1中的晶片W的处理。其结果，能够实现基板处理系统100的生产率的提高。

＜变形例＞

在上述实施方式中，定位器50使晶片W移动以使晶片W位于预先决定的位置，但并不限于此。取而代之，也可以位置检测部53检测形成于晶片W的凹口的位置、定向平面的位置，将该检测结果通知至机器人控制部41。而且，也可以机器人控制部41基于检测结果而调整拾起保持部51上的晶片W时的手12的方向、和水平方向的位置，以使在基板载置部12a上晶片W载置在规定的旋转位置和水平方向的位置，然后拾起晶片W。

根据上述说明，对于本领域技术人员而言，可清楚知道本发明的较多的改进、其他实施方式。因此，上述说明仅作为例示而进行解释，将执行本发明的最好的方式以向本领域技术人员提示的目的而提供。能够不脱离本发明的精神地，实质上变更其构造和/或功能的详情。

附图标记说明

A1…第1区间；L1…第1下方位置；L2…第1中间位置；L3…基板拾起位置；L4…第1上方位置；10…基板搬运机器人；11…机器人臂；12…手；12a…基板载置部；20…机器人臂驱动机构；22…马达；23…驱动力传递部；31…基台；41…机器人控制部。

Claims (4)

1.一种基板搬运机器人，其特征在于，具备：

基台；

手，具有载置基板的基板载置部；

多关节构造的机器人臂，其基端部与所述基台连结，前端部与所述手连结，并且包括多个关节，

机器人臂驱动机构，包括驱动源、和将所述驱动源的驱动力传递至所述机器人臂的所述关节来使该关节位移的驱动力传递部；以及

机器人控制部，控制所述驱动源的动作以使所述手在目标位置采取目标姿势，

所述机器人控制部使所述手从所述手拾起所述基板的位置亦即第1目标位置的下方的第1下方位置上升到所述第1目标位置的上方的第1上方位置，并且在从所述第1下方位置到该第1下方位置与所述第1目标位置之间的第1中间位置的第1区间，使多个所述关节中的各个所述关节分别单向地转动规定角度，以消除或者降低所述驱动力传递部的齿隙，

所述机器人控制部使所述手从所述手将所述基板放置于工作台的位置亦即第2目标位置的上方的第2上方位置下降到所述第2目标位置的下方的第2下方位置，并且在从所述第2上方位置到该第2上方位置与所述第2目标位置之间的第2中间位置的第2区间，使多个所述关节中的各个所述关节分别单向地转动规定角度，以消除或者降低所述驱动力传递部的齿隙。

2.根据权利要求1所述的基板搬运机器人，其特征在于，

所述基板搬运机器人将保持于定位器的所述基板移送至工作台，

所述第1目标位置是将保持于所述定位器的所述基板拾起的位置。

3.根据权利要求1所述的基板搬运机器人，其特征在于，

所述驱动力传递部包括将所述驱动力传递至所述关节的齿轮、齿形带以及链中的至少任一个。

4.一种基板搬运方法，是基板搬运机器人的基板搬运方法，该基板搬运机器人具备：

基台；

手，具有载置基板的基板载置部；

多关节构造的机器人臂，其基端部与所述基台连结，前端部与所述手连结，并且包括多个关节；以及

机器人臂驱动机构，包括驱动源、和将所述驱动源的驱动力传递至所述机器人臂的各所述关节来使该关节位移的驱动力传递部，

所述基板搬运方法的特征在于，

使所述手位于所述手拾起所述基板的位置亦即第1目标位置的下方的第1下方位置，

使所述手朝向所述第1目标位置的上方的第1上方位置上升，并且在从所述第1下方位置到该第1下方位置与所述第1目标位置之间的第1中间位置的第1区间，使多个所述关节中的各个所述关节分别单向地转动规定角度，以消除或者降低所述驱动力传递部的齿隙，

使所述手位于将所述基板放置于工作台的位置亦即第2目标位置的上方的第2上方位置，

使所述手朝向所述第2目标位置的下方的第2下方位置下降，并且在从所述第2上方位置到该第2上方位置与所述第2目标位置之间的第2中间位置的第2区间，使多个所述关节中的各个所述关节分别单向地转动规定角度，以消除或者降低所述驱动力传递部的齿隙。