(57)【要約】【課題】  基板保護、装置保護のための基板有無検出、および衝突検出を小型、低コストな１つのセンサにて精度よく検出し、基板の大型化に対する鉛直方向の振動についても同時に低減できる基板搬送用装置を提供する。【解決手段】  エンドエフェクタに取り付けたひずみセンサと、ひずみセンサ出力から基板有無を検出する基板有無検出部と、衝突有無を検出する衝突有無検出部と、鉛直方向の振動を低減する振動低減部を備える。  【選択図】図１
2011152621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタに設けられたひずみセンサと、前記エンドエフェクタを水平方向および鉛直方向に移動させるアーム部と、前記アーム部を制御するコントローラと、を備えた基板搬送用装置において、
前記コントローラが、前記ひずみセンサからの信号によって、前記エンドエフェクタ上の前記基板の有無判断と、前記エンドエフェクタの衝突判断と、前記エンドエフェクタの移動時の鉛直方向の振動の低減制御と、の３つの機能を行なうことを特徴とする基板搬送用装置。
【請求項２】
前記コントローラが、
ローパスフィルタを備えて前記ローパスフィルタから得られた信号を予め設定しておいた閾値と比較することによって前記基板の有無判断を行なう基板有無判断部と、
ハイパスフィルタを備えて前記ハイパスフィルタから得られた信号を予め設定しておいた閾値と比較することによって前記エンドエフェクタの衝突判断を行なう衝突判断部と、
特定帯域を抽出するバンドパスフィルタを備えて前記バンドパスフィルタから得られた信号を、前記エンドエフェクタを鉛直方向に移動させる鉛直方向駆動機構の制御部の制御出力へ加算する振動低減部と、
を備えたことを特徴とする基板搬送用装置。
【請求項３】
前記基板有無判断部は、前記アーム部が動作中である場合か、あるいは前記動作中でなくても前記エンドエフェクタ部に前記基板の重量が影響しない姿勢である場合には、前記基板の有無判断を行わないことを特徴とする請求項１記載の基板搬送用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハや液晶等の基板を搬送する基板搬送用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハなどの基板搬送用装置は、半導体製造装置内の、または装置間の基板の受渡しに用いられており、基板保護の観点から、基板搬送用装置上での基板有無確認を行ってほしいというような要望があった。この一般的な技術課題を解決するために、従来の基板搬送用装置は、専用のセンサ（たとえば、歪センサ等）が基板搬送用装置に取り付けられていた（たとえば特許文献１参照）。もしくは、基板搬送用装置が設置される半導体製造装置等に取り付けられたカメラやその他の光学的手段により基板有無確認が行われる場合もあった。
また、基板搬送用装置自身や半導体製造装置などの装置の保護の観点から、基板搬送用装置と外界との衝突を検出し、基板搬送用装置の動作を停止してほしいというような要望があった。このような技術課題を解決するために、衝突を検出するための専用のセンサが取り付けられ、これによって衝突を検出するような構成が取られていた（たとえば特許文献２参照）。
このように、従来の基板搬送用装置は、基板の有無、衝突の検出の目的別に専用のセンサを配置して機能を達成するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７３１９１号公報
【特許文献２】特開平６−３４９９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、基板搬送用装置に要求されるスペース制約は厳しい。特に基板搬送用装置おけるエンドエフェクタ部においてのスペース制約は厳しく、スペースの制約のみならず、動作特性上への影響を小さくするために軽量化も求められる。さらには、エンドエフェクタ部へ至るまでの配線、配管等の最小化も求められている。これに対して、従来の基板搬送用装置では、基板有無センサと、衝突検出のためのセンサは別々となっており、小型化、軽量化、配線スペース減少、コスト低減などの課題を残していた。これに対して、衝突検出については他の代替手段により衝突を推定するという方法もあるものの、センサによる直接的な検出と比較して検出精度が悪いという問題があった。
また、基板搬送用装置に要求されるスペース制約が厳しいことと同様に、エンドエフェクタが動作中の軌跡逸脱量についても制約は厳しい。しかしながら、昨今の基板の大型化、これに伴うエンドエフェクタ部の大型化により、エンドエフェクタ部の鉛直方向の揺れが問題となってきた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、省スペース、低コストにて基板有無の確認と、衝突を検出する２つの機能を１つのセンサにて実現する手段を提供する。かつ、同一センサにて動作中のエンドエフェクタ部の鉛直方向の揺れを検出し、これを抑制する手段を提供する。
これらによって、低コスト、省スペースでありながら基板有無検出と、高精度な外界との衝突検出、および基板搬送時の鉛直方向の揺れ低減を実現する基板搬送用装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明は、基板を載置するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタに設けられたひずみセンサと、前記エンドエフェクタを水平方向および鉛直方向に移動させるアーム部と、前記アーム部を制御するコントローラと、を備えた基板搬送用装置において、前記コントローラが、前記ひずみセンサからの信号によって、前記エンドエフェクタ上の前記基板の有無判断と、前記エンドエフェクタの衝突判断と、前記エンドエフェクタの移動時の鉛直方向の振動の低減制御と、の３つの機能を行なうことを特徴とする基板搬送用装置とするものである。
また、前記コントローラが、ローパスフィルタを備えて前記ローパスフィルタから得られた信号を予め設定しておいた閾値と比較することによって前記基板の有無判断を行なう基板有無判断部と、ハイパスフィルタを備えて前記ハイパスフィルタから得られた信号を予め設定しておいた閾値と比較することによって前記エンドエフェクタの衝突判断を行なう衝突判断部と、特定帯域を抽出するバンドパスフィルタを備えて前記バンドパスフィルタから得られた信号を、前記エンドエフェクタを鉛直方向に移動させる鉛直方向駆動機構の制御部の制御出力へ加算する振動低減部と、を備える構成とするとよい。
また、前記基板有無判断部は、前記アーム部が動作中である場合か、あるいは前記動作中でなくても前記エンドエフェクタ部に前記基板の重量が影響しない姿勢である場合には、前記基板の有無判断を行わない構成にするとよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、１つのセンサにて、基板有無の検出と衝突の検出が精度よく行うことができ、省スペース、低コストにて基板保護と装置保護という機能を実現することができる。
また、本発明によると、基板有無の誤検出を防止することができる。
また、本発明によると、基板、エンドエフェクタの大型化により問題がより顕著になってきている鉛直方向の振動を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例を示す基板搬送用装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施例での基板有無検出部の動作を示す図
【図３】本発明の第１の実施例での衝突有無検出部の動作を示す図
【図４】本発明の第２の実施例での振動抑制部の振動検出を示す図
【図５】本発明の第２の実施例での振動抑制部の動作を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明を適用した基板搬送用装置の概略構成図である。図において、基板搬送用装置１はベース１０に設置されたフレーム１１上に第１アーム１２、第１アーム１２上に第２アーム１３、第２アーム１３上に第３アーム１４が設置され、フレーム１１に対して第１アーム１２が水平面内を動作可能であり、同様に第２アーム１３は第１アーム１２に対して、第３アーム１４は第２アーム１３に対して水平面内を動作可能である。なお、これらアーム部のアームの数は任意で問題ない。また、図５に記載のように、フレーム１１内に設置された鉛直方向駆動機構４５によって、第１アーム１２より上の部位は鉛直方向に動作可能となっている。エンドエフェクタ１５には基板３が搭載され、この基板３を搬送するように、図示しない上位コントローラからコントローラ４に命令がシリアル通信などによって伝達され、これに従って基板搬送用装置１が動作することによって基板３が搬送される。
本発明では、エンドエフェクタ３に基板３が搭載される、エンドエフェクタ１５が障害物６と衝突する、など、エンドエフェクタ１５が撓みの変形を生じることによってひずみセンサ２が反応し、出力された信号がコントローラ４にアナログ信号などの形で伝送される。
【００１０】
ひずみセンサ２は、基板搬送用装置１のエンドエフェクタ３に設置する。これにより、エンドエフェクタ３に荷重がかかり、エンドエフェクタ３に撓みが発生した場合に、ひずみセンサ２による検出が可能となる。また、エンドエフェクタ２が障害物と衝突をした場合にも、エンドエフェクタ２には確実に荷重がかかるため検出が可能となる。ひずみセンサは、特許文献１に記載されたようなセンサでも、一般にひずみゲージとして販売されているようなものでもよく、センサの伸縮、屈曲を検出するものであればよい。
【００１１】
コントローラ４には、ひずみセンサ２の信号を同時に受信する、基板有無検出部４０、衝突有無検出部４１、振動抑制部４２の３つが備えられている。以下、各部の動作と機能について説明する。
基板有無検出部４０についての動作は、図２に示すとおりである。基板３を基板搬送用装置１のエンドエフェクタ１５に搭載する。このとき、基板３の重量によって、エンドエフェクタ取り付け部を支点として、エンドエフェクタ１５には撓みが発生する。この撓みをひずみセンサ２にて検出し、図示しないアンプによって信号が増幅され、基板搬送用装置１のコントローラ４に伝送される。
基板搭載時のひずみセンサ出力信号は、基板有り時ひずみセンサ出力信号４０１のように出力され、基板３搭載時にエンドエフェクタ１５に撓みが発生するため大きく変化し、基板３搭載後はエンドエフェクタ１５は一定の撓み量となる。ひずみセンサ出力信号は、基板３搭載前と比較してＤＣ成分が変化する。この信号にローパスフィルタ４００をかけることによって、ひずみセンサ出力信号４０１はフィルタ通過後、基板有り時フィルタ通過信号４０２のように変化するのである。
このフィルタ通過後信号４０２に対して、あらかじめ設定しておいた基板有無判定閾値４０３と比較を行い、閾値４０３よりも信号４０２が大きくなった場合には基板有りと判定する。この閾値４０３、およびローパスフィルタ４００のカットオフ周波数は予め実験において求めても、設計時に求めておいてもよいことはもちろんのことである。
【００１２】
次に、衝突検出部４１についての動作は、図３に示すとおりである。基板搬送用装置１のエンドエフェクタ１５が障害物６と衝突する。このとき、エンドエフェクタ１５は第３アーム１４に固定されているため、撓みが発生する。このときの撓みをひずみセンサ２にて検出し、前記基板有無検出時と同様に、信号がコントローラ４に伝送される。
衝突時のひずみセンサ出力信号は、衝突有り時ひずみセンサ出力信号４１１のように出力され、衝突時にエンドエフェクタ１５に撓みが発生するため大きく変化し、その後も障害物６に接触し続けた場合には、エンドエフェクタ１５は一定の撓み量となるため、ひずみセンサ出力信号は、衝突前と比較してＤＣ成分が変化する。また、何らかの要因により、障害物６との接触がなくなった場合には、エンドエフェクタ１５の撓みはなくなるため、衝突前のＤＣ成分と同等となる。この信号にハイパスフィルタ４１０をかけることによって、ひずみセンサ出力信号４１１はフィルタ通過後信号４１２のように変化するのである。
このフィルタ通過後信号４１２に対して、あらかじめ設定しておいた衝突有無判定閾値４１３と比較を行い、閾値４１３よりも信号４１２が大きくなった場合には衝突有りと判定する。この閾値４１３、およびハイパスフィルタ４１０のカットオフ周波数は予め実験において求めても、設計時に求めておいてもよいことはもちろんのことである。
また、図２に示すとおり、基板有無検出については、ひずみセンサ２の出力信号がＤＣ成分として変化するが、衝突時にはひずみセンサ２出力は、パルス状に大きなＡＣ成分を持って変化する。
この違いを利用し、衝突および基板有無検出を実現するフローは以下の通りである。
１．ひずみセンサ２の出力信号に対して、ハイパスフィルタ４１０を適用し、ＤＣ成分を除去する。
２．ＤＣ成分を除去された信号４１２に対して、信号の最大値を求める。
３．予め設定された衝突検出閾値４１３と信号の最大値の比較を行い、信号の最大値のほうが大きければ衝突と判断し、検出処理を終了する。
４．現在、基板搬送用装置１が動作中であるか、動作中でなくてもエンドエフェクタ１５に基板３重量が影響しない姿勢である場合には、基板有無検出を無効として検出処理を終了する。これは本発明におけるひずみセンサ２はエンドエフェクタに配置し、エンドエフェクタの上下方向の撓みを検出していることに大きく影響している。特に基板有無検出に関しては、ＤＣ成分を検出するため重力による影響が大きい。このため、鉛直方向への荷重変動を伴うような動作、たとえばエンドエフェクタ１５の鉛直方向への動作、エンドエフェクタ１５に基板重量が影響しないような姿勢においては、ＤＣ成分は大きく変化する可能性があり、基板３有無を誤検出する可能性があるためである。
５．前記ステップ３にて衝突と判断されず、かつステップ４にて基板有無検出が無効でなければ、ひずみセンサ２出力に対してローパスフィルタ４００を適用し、ＡＣ成分を除去する。
６．ＡＣ成分を除去された信号４０２に対して、さらに予め設定された時間にて移動平均値を求める。
７．ステップ５にて求められた移動平均値と、予め設定された基板有無検出閾値４０３を比較し、移動平均値のほうが大きければ基板有り、小さければ基板なしと判断する。
以上のように、ひずみセンサ２をエンドエフェクタ１５に設置することによって、基板３有無の検出と、基板搬送用装置１の障害物６との衝突を検出できるのである。
【００１３】
次に、ひずみセンサ２を用いて、基板３搬送時の鉛直方向のゆれを低減する方法について説明する。図５はひずみセンサ２出力を用いて鉛直方向のゆれを低減する制御方式のブロック図である。
衝突および、基板３の搭載／離脱等の接触を含まない動作における基板３搬送時の鉛直方向のゆれは、エンドエフェクタ１５の固有振動数付近の周波数であるなど、およその周波数範囲が限定される。これを利用し、鉛直方向振動を低減する。
１．ひずみセンサ２出力に対して、特定帯域のみを抽出するバンドパスフィルタ４２０を適用し、特定周波数帯域の振動を検出する。
２．バンドパスフィルタ４２０出力を、振動低減部４２へ入力する。
３．振動低減部４２では、入力に対して予め設定されたゲインを乗じるなどして、出力を行う。
４．振動低減部４２の出力を鉛直方向の駆動制御部４３出力に加える。
５．振動低減部４２の出力と、図示しない上位コントローラからの指令による駆動力を演算した駆動制御部４３の出力を加えた駆動指令が鉛直方向駆動機構４５に伝達される。
６．鉛直方向駆動機構４５が指令どおりに動作することによって、鉛直方向振動が低減される。
このようにすることによって、基板３搬送時の鉛直方向の振動は低減されるのである。
【００１４】
また、基板３搬送時の鉛直方向の振動を前記ステップ４のように常時フィードバックするのではなく、下記の方法によっても同様の効果が得られるのはもちろんのことである。
１．鉛直方向の振動観測用に、基板３の搬送を試験的に実施する。
２．ひずみセンサ２出力を観測し、鉛直方向の振動における周波数／振幅を記録する。
３．ひずみセンサ２出力を観測し、鉛直方向の振動の発生する搬送位置、姿勢を記録する。
４．基板３搬送時に鉛直方向の振動が観測された搬送位置、姿勢であることをコントローラ４にて判断し、このときに、上記２にて求められた周波数／振幅の制御出力を駆動制御部４３の出力に加える。
【符号の説明】
【００１５】
１      基板搬送用装置
１０    ベース
１１    フレーム
１２    第１アーム
１３    第２アーム
１４    第３アーム
１５    エンドエフェクタ
２      ひずみセンサ
２１    応力インピーダンス素子
２２    弾性体
２３    電極
２４    回路基板
３      基板
４      コントローラ
４０    基板有無検出部
４１    衝突有無検出部
４２    振動抑制部
４３    駆動制御部
４４    動作指令
４００  基板有無検出用ローパスフィルタ
４０１  基板有り時ひずみセンサ出力信号
４０２  基板有り時フィルタ通過信号
４０３  基板有無判定閾値
４１０  衝突有無検出用ハイパスフィルタ
４１１  衝突有り時ひずみセンサ出力信号
４１２  衝突有り時フィルタ通過信号
４１３  衝突有無判定閾値
４２０  鉛直方向振動検出用バンドパスフィルタ
４２１  鉛直方向振動ひずみセンサ出力信号
４２２  鉛直方向振動フィルタ通過信号
４５    鉛直方向駆動機構
５      衝突検出装置
５０    受信器
５１    検知回路
５２    無線発信器
５３    弾性体
５４    リミットスイッチ
５５    バッテリ
６      障害物
【図１】
2011152621.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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