特許 7607395 基板搬送ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】基板搬送ロボット

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20241220BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20241220BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 A

B25J15/08 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020203948

(22)【出願日】2020-12-09

(65)【公開番号】P2022091240

(43)【公開日】2022-06-21

【審査請求日】2023-11-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】藤森 一夫

(72)【発明者】

【氏名】丹 治彦

(72)【発明者】

【氏名】北野 真也

(72)【発明者】

【氏名】住友 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】今西 泰希

【審査官】内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２７３１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２８８１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２９３５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０１２６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２０７８７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０２６４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１０７５０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３７１８８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－００９３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１６１５２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｂ２５Ｊ １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を搬送する基板搬送ロボットであって、
ハンド部を備え、
前記ハンド部は、
ハンド本体と、
感知面が前記ハンド本体よりも上方に配置された触覚センサと、
を備え、
前記ハンド部は、前記基板の下面を３箇所以上で下から支持し、そのうちの少なくとも１箇所に前記触覚センサが配置されており、
前記触覚センサは、外部から加えられた力を３軸方向で検知可能であることを特徴とする基板搬送ロボット。

【請求項2】

請求項１に記載の基板搬送ロボットであって、
前記ハンド部は、パッシブグリップ型のハンドであることを特徴とする基板搬送ロボット。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の基板搬送ロボットであって、
前記触覚センサは、前記基板の下面を支持する全ての箇所に配置されていることを特徴とする基板搬送ロボット。

【請求項4】

請求項１から３までの何れか一項に記載の基板搬送ロボットであって、
前記ハンド部は先端が分岐しており、分岐部分のそれぞれに前記触覚センサが配置されていることを特徴とする基板搬送ロボット。

【請求項5】

請求項１から４までの何れか一項に記載の基板搬送ロボットであって、
前記ハンド部の先端側と根元側のそれぞれに、１つ以上の前記触覚センサが配置されていることを特徴とする基板搬送ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板を搬送するロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体基板等を搬送するためにロボットが用いられている。特許文献１は、この種の基板搬送用ロボットを開示する。

【0003】

特許文献１の基板搬送用ロボットにおいては、エンドエフェクタの先端に吸着ヘッドが形成されている。この吸着ヘッドは、エンドエフェクタ内のサクション配管に連通されている。従って、エンドエフェクタの先端位置で基板を吸着保持することができる。吸着ヘッドの近傍には、基板保持状態を検知する接触センサが内蔵されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－１７０３８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のようにサクションで基板を吸着する構成は、例えば真空環境に適用することができない等の制限がある。従って、基板をハンドで搬送するための別の構成が求められていた。

【0006】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、基板搬送ロボットにおいて、基板を保持して搬送できる有用な構成を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明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。

【0008】

本発明の１つの観点によれば、以下の構成の基板搬送ロボットが提供される。即ち、この基板搬送ロボットは、基板を搬送する。前記基板搬送ロボットは、ハンド部を備える。前記ハンド部は、ハンド本体と、触覚センサと、を備える。前記触覚センサの感知面は、前記ハンド本体よりも上方に配置される。前記ハンド部は、前記基板の下面を３箇所以上で下から支持し、そのうちの少なくとも１箇所に前記触覚センサが配置されている。前記触覚センサは、外部から加えられた力を３軸方向で検知可能である。

【0009】

これにより、ハンド部の上に載っている基板に関する様々な情報を、簡素な構成で取得することができる。基板に生じている状況を３次元的に把握することが容易になる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、基板搬送ロボットにおいて、基板を保持して搬送できる有用な構成を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るロボットの全体的な構成を示す斜視図。

【図2】ハンド部に配置された触覚センサを詳細に示す拡大斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロボット１００の全体的な構成を示す斜視図である。

【0013】

図１に示すロボット１００は、例えば、半導体ウエハ等の基板Ｗの製造工場等に設置される。ロボット１００は、複数の位置の間で基板Ｗを搬送するために用いられる。基板Ｗは、基板の原料、加工中の半完成品、加工済の完成品のうち何れであっても良い。基板Ｗの形状は、本実施形態では円板状であるが、これに限定されない。

【0014】

ロボット１００は、基板搬送ロボットとして構成される。具体的に説明すると、ロボット１００は、外部環境に対して密閉された空間において用いられる真空用ロボットである。空間の内部には、所定の気体が充填されている。この気体は、例えば窒素ガス等とすることができる。気体の充填量は相当に少ないため、空間の内部は実質的な真空状態となっている。

【0015】

このロボット１００は、主として、基台１と、ロボットアーム（アーム部）２と、ロボットハンド（ハンド部）３と、コントローラ９と、を備える。

【0016】

基台１は、真空チャンバの床面等に固定される。しかし、これに限定されず、基台１は、例えば、適宜の処理設備に固定されても良い。

【0017】

ロボットアーム２は、図１に示すように、上下方向に移動可能な昇降軸１１を介して基台１に取り付けられている。ロボットアーム２は、昇降軸１１に対して回転可能である。

【0018】

ロボットアーム２は、水平多関節型のロボットアームである。ロボットアーム２は、第１アーム２１と、第２アーム２２と、を備える。

【0019】

第１アーム２１は、水平な直線状に延びる細長い部材として構成される。第１アーム２１の長手方向の一端が、昇降軸１１の上端部に取り付けられている。第１アーム２１は、昇降軸１１の軸線（鉛直軸）を中心として回転可能に支持されている。第１アーム２１の長手方向の他端には、第２アーム２２が取り付けられている。

【0020】

第２アーム２２は、水平な直線状に延びる細長い部材として構成される。第２アーム２２の長手方向の一端が、第１アーム２１の先端に取り付けられている。第２アーム２２は、昇降軸１１と平行な軸線（鉛直軸）を中心として回転可能に支持されている。第２アーム２２の長手方向の他端には、ロボットハンド３が取り付けられている。

【0021】

昇降軸１１、第１アーム２１及び第２アーム２２のそれぞれは、図示しない適宜のアクチュエータにより駆動される。このアクチュエータは、例えば電動モータとすることができる。

【0022】

昇降軸１１と第１アーム２１との間、第１アーム２１と第２アーム２２との間、及び第２アーム２２とロボットハンド３との間に位置するアーム関節部には、第１アーム２１、第２アーム２２、及びロボットハンド３のそれぞれの回転位置を検出する図略のエンコーダが取り付けられている。また、ロボット１００の適宜の位置には、高さ方向における第１アーム２１の位置変化（即ち昇降軸１１の昇降量）を検出するエンコーダも設けられている。

【0023】

コントローラ９は、昇降軸１１、第１アーム２１、第２アーム２２、及びロボットハンド３のそれぞれを駆動する電動モータの動作を制御する。これらの電動モータの制御は、各エンコーダにより検出された第１アーム２１、第２アーム２２、又はロボットハンド３の回転位置又は高さ位置を含む位置情報に基づいて行われる。

【0024】

ロボットハンド３は、いわゆるパッシブグリップ型に構成されている。ロボットハンド３は、図１に示すように、手首部３１と、ハンド本体部３２と、を備える。

【0025】

手首部３１は、第２アーム２２の先端に取り付けられている。手首部３１は、昇降軸１１と平行な軸線（鉛直軸）を中心として回転可能に支持されている。手首部３１は、図示しない適宜のアクチュエータにより回転駆動される。このアクチュエータは、例えば電動モータとすることができる。手首部３１には、ハンド本体部３２が連結されている。手首部３１及びハンド本体部３２は一体的に形成されても良い。

【0026】

ハンド本体部３２は、基板Ｗを載せる部分である。ハンド本体部３２は、Ｙ字状（又はＵ字状）に形成された板状の部材から構成される。ハンド本体部３２は、手首部３１に連結される側と反対側（言い換えれば、先端側）が２股に分かれた形状となっている。

【0027】

ハンド本体部３２には、基板Ｗの下面に接触して支持するための複数（３つ）の触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃが設けられている。ハンド本体部３２の先端側には、２つの触覚センサ６ａ，６ｂが配置されている。ハンド本体部３２は先端側が２つに分岐するように形成されている。一方の分岐部分に触覚センサ６ａが設けられ、他方の分岐部分に触覚センサ６ｂが設けられる。ハンド本体部３２の基端側には、１つの触覚センサ６ｃが設けられる。

【0028】

３つの触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、ロボットハンド３に載置された基板Ｗの周縁近傍における下面に接触して、基板Ｗを保持する。触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、基板Ｗの下面に接触して、基板Ｗを下から支える。基板Ｗは、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃと接触している部分に生じる静止摩擦力によって、ロボットハンド３と平行な向きでズレないように保持される。

【0029】

３つの触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは何れも同一の構成であるので、以下、代表して触覚センサ６ａの構成を説明する。

【0030】

触覚センサ６ａは、センサ素子６１と、センサ基板６２と、信号ケーブル６３と、を備える。

【0031】

センサ素子６１は、基板Ｗの下面に直接接触可能な感知面を備える。感知面は、センサ素子６１の上端に配置されている。センサ素子６１は、基板Ｗから加えられた力を３軸方向（後述のＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向）で検知することができる。センサ素子６１は、ハンド本体部３２に対して上方に凸となるように設けられている。センサ素子６１の構成は任意であるが、例えば、上記の３軸方向にピエゾ抵抗をそれぞれ配置した構成とすることができる。

【0032】

センサ基板６２は、小さな板状に形成され、センサ素子６１の下部に配置されている。センサ基板６２には導電パターンが形成されており、この導電パターンが、センサ素子６１が備える端子に電気的に接続される。

【0033】

信号ケーブル６３は、例えばフレキシブルフラットケーブルとして構成される。信号ケーブル６３の一端はセンサ基板６２に電気的に接続される。信号ケーブル６３の他端は、コントローラ９に接続される。これにより、コントローラ９は、センサ基板６２と適宜の方法で通信し、触覚センサ６ａの検出値を取得することができる。通信方法は、例えば公知のシリアル通信を用いることができるが、これに限定されない。信号ケーブル６３は、ハンド本体部３２内を通過するように配置される。

【0034】

触覚センサ６ａは、３軸タイプの触覚センサとして構成されている。触覚センサ６ａは、外部から加えられた力の大きさを、ハンドの幅方向であるＸ軸方向、ハンドの中心軸方向であるＹ軸方向、及び、ハンドの厚み方向であるＺ軸方向でそれぞれ検出することができる。

【0035】

上記の触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、以下で例示するように様々な用途を有する。

【0036】

（１）基板Ｗが触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃの上に載れば、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃはＺ軸方向の力を検出する。従って、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃの出力に基づいて、基板Ｗがロボットハンド３に載ったか否かを検知することができる。この構成は、例えば、基板ＷのＺ軸方向での搬送位置をロボット１００に対して自動教示する場合に好適である。

【0037】

（２）それぞれの触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃのＺ軸方向が完全に鉛直であれば、基板Ｗが載ったとき、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃの検出値が変化するのはＺ軸方向だけである。しかし、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃのＺ軸方向が鉛直に対して傾いている場合は、基板Ｗが載ったとき、Ｚ軸方向の角度ズレの度合いに応じて、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の検出値も変化することになる。従って、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃの出力に基づいて、ハンド本体部３２の傾斜を取得することができる。同様に、ロボットハンド３が経年変化によって先端が垂れるように変形する現象も、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃの出力に基づいて検出することができる。

【0038】

（３）基板Ｗがロボットハンド３に載っているが、基板Ｗの中心がハンド本体部３２の中心に対して位置ズレを有している場合、基板Ｗの重心位置が通常とは異なるので、各触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃに加わるＺ軸方向の力の大きさが異なる。半導体ウエハを触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃで３点支持した状態において、ウエハの位置がズレることにより、各触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃの検出値の変化方向や変化量、３点の検出値のバランスを用いることで、位置のズレ方向や大きさを検出することができる。

【0039】

（４）基板Ｗに対して行われるプロセスによっては、基板Ｗの表面が粘着性を有する場合がある。所定の位置にある基板Ｗをロボットハンド３によって取り出す場合に、基板Ｗが、当該位置に貼り付けられたように、その場に留まろうとすることがある。この結果、基板Ｗがロボットハンド３により取り出される過程で、基板Ｗとロボットハンド３との間でスリップが発生し、基板Ｗのロボットハンド３に対する位置がズレる。また、基板Ｗの表面に粘着性が無くても、慣性力の作用等によって、基板Ｗのロボットハンド３に対する位置がズレる場合がある。基板Ｗにおいて位置ズレが起きている瞬間だけでなく、位置ズレが生じる直前にも、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃの検出値は何らかの特別な挙動を示すと考えられる。コントローラ９が触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃの検出値をリアルタイムで監視し、上記の挙動を検出した場合に直ちに減速等の制御を行うことで、基板Ｗの位置ズレを未然に防止することができる。

【0040】

本実施形態では、２つの触覚センサ６ａ，６ｂがハンド本体部３２の先端部に配置され、１つの触覚センサ６ｃがハンド本体部３２の根元部に配置されている。従って、ハンドの先端側と根元側とで振動の発生の仕方が異なるのに適切に対応しながら、位置ズレの発生に繋がる状況を事前に検出することができる。

【0041】

（５）基板Ｗをロボットハンド３に載せた状態では、基板Ｗの加速度に応じた力が触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃに加わる。従って、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、加速度を計測するために用いることもできる。

【0042】

（６）基板Ｗをロボットハンド３に載せた状態で、基板Ｗ又はロボットハンド３が外部環境に衝突した場合、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは大きな力を検出する。従って、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、衝突検知のために用いることもできる。

【0043】

以上に説明したように、本実施形態のロボット１００は、基板Ｗを搬送する。ロボット１００は、ロボットハンド３を備える。ロボットハンド３は、ハンド本体部３２と、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃと、を備える。ロボットハンド３は、基板Ｗの下面を３箇所で下から支持し、その全ての箇所に触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃが配置されている。

【0044】

これにより、ロボットハンド３に載っている基板Ｗに関する様々な情報を、簡素な構成で取得することができる。

【0045】

また、本実施形態の基板搬送ロボットにおいて、ロボットハンド３は、パッシブグリップ型のハンドである。

【0046】

パッシブグリップ型の場合、ロボットハンド３に対してウエハの位置ズレが発生し易い。上記の構成によれば、ロボットハンド３に対するウエハの挙動に関する情報を、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃによって適切に取得することができる。

【0047】

また、本実施形態のロボット１００において、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、基板Ｗの下面を支持する全ての箇所に配置されている。

【0048】

これにより、基板Ｗに生じている状況を高精度で検出することができる。

【0049】

また、本実施形態のロボット１００において、ロボットハンド３は先端が分岐しており、分岐部分のそれぞれに触覚センサ６ａ，６ｂが配置されている。

【0050】

これにより、触覚センサ６ａ，６ｂによって基板Ｗを安定して支持しながら、基板Ｗに関する情報をそれぞれの触覚センサ６ａ，６ｂによって得ることができる。

【0051】

また、本実施形態のロボット１００において、ロボットハンド３の先端側に２つの触覚センサ６ａ，６ｂが配置され、ロボットハンド３の根元側に１つの触覚センサ６ｃが配置されている。

【0052】

これにより、ロボットハンド３の先端側と根元側とで異なる振動状況等に関する情報を、適切に取得することができる。

【0053】

また、本実施形態のロボット１００において、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、外部から加えられた力を３軸方向で検知可能である。

【0054】

これにより、基板Ｗに生じている状況を３次元的に把握することが容易になる。

【0055】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、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。

【0056】

基板Ｗが半導体ウエハである場合、基板Ｗと接触する触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃについては、ロボットアーム２に電気的に導通させることが好ましい。この導通は、例えば信号ケーブル６３を用いて行うことができる。基板Ｗと接触する触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃをロボットアーム２に導通させることで、基板Ｗに発生する静電気を、触覚センサ６ａ，６ｂ，６ｃ及びロボットアーム２を通じてアースに逃がすことができる。従って、静電気による半導体デバイスの破壊、及び、浮遊微粒子のウエハへの付着を防止することができる。

【0057】

ロボットハンド３が基板Ｗを、３点でなく、４点以上で支持するように構成することもできる。

【0058】

触覚センサは、ロボットハンド３が基板Ｗを支持する複数箇所のうち１箇所以上に配置されていれば良い。静電気を回避するために、触覚センサが配置されない支持箇所は、適宜の導電材料によって構成し、ロボットアーム２に電気的に導通させることが好ましい。

【0059】

触覚センサとして、３軸に加えてモーメントの３軸、計６軸の力を検知可能なものを使用することもできる。

【0060】

ロボットハンド３は、パッシブグリップ型以外の構成に変更することもできる。

【0061】

ロボット１００は、負圧による基板Ｗの吸着グリップが不可能な真空環境において用いることが好適である。ただし、ロボット１００は、真空環境以外の環境において用いることもできる。

【符号の説明】

【0062】

３ ロボットハンド（ハンド部）
６ａ，６ｂ，６ｃ 触覚センサ
１００ ロボット（基板搬送ロボット）
Ｗ 基板

【図1】

【図2】