(57)【要約】【課題】本発明は、可動部の故障の予兆を検知することができる予防保守システム及び予防保守方法を提供することを目的とする。【解決手段】本願の発明に係る予防保守システムは、可動部に取り付けられたセンサと、該センサで検知した該可動部の稼動データを蓄積し、該稼動データと該可動部の故障モードとの相関関係から該可動部の故障の予兆を検知し、該可動部の故障の予兆が見出されたときに作業者に通知する、又は該故障の予兆の原因となっている部品を発注する予防保守装置と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部に取り付けられたセンサと、
前記センサで検知した前記可動部の稼動データを蓄積し、前記稼動データと前記可動部の故障モードとの相関関係から前記可動部の故障の予兆を検知し、前記可動部の故障の予兆が見出されたときに作業者に通知する、又は前記故障の予兆の原因となっている部品を発注する予防保守装置と、を備えたことを特徴とする予防保守システム。
【請求項２】
前記センサは、ジャイロセンサ、温度センサ、加速度センサ又は歪ゲージの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載の予防保守システム。
【請求項３】
前記予防保守装置は、常時前記稼動データを蓄積し、前記相関関係を定期的に更新することを特徴とする請求項１又は２に記載の予防保守システム。
【請求項４】
前記可動部に取り付けられた信号送信部と、
前記予防保守装置に接続された信号受信部と、を備え、
前記信号送信部は、前記センサで検知した前記可動部の前記稼動データを前記信号受信部に無線送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の予防保守システム。
【請求項５】
前記可動部に取り付けられ、ワイヤレスで充電され、前記センサと前記信号送信部に電源供給する電源供給部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の予防保守システム。
【請求項６】
前記電源供給部は太陽電池であることを特徴とする請求項５に記載の予防保守システム。
【請求項７】
前記電源供給部は、前記可動部の振動から発電する振動電池と、前記振動電池で発電した電力を蓄電する蓄電池と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の予防保守システム。
【請求項８】
前記電源供給部は無接点充電器であることを特徴とする請求項５に記載の予防保守システム。
【請求項９】
前記可動部は、成膜装置の中で基板を搬送するロボットアームであり、
前記予防保守装置は、正常に成膜されたときの前記稼動データを正常な稼動データとし、成膜に異常があったときの前記稼動データを異常な稼動データとし、前記異常な稼動データが現れたときには、作業者に通知することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の予防保守システム。
【請求項１０】
前記稼動データに基づき前記可動部の位置制御を行う位置制御部を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の予防保守システム。
【請求項１１】
可動部に取り付けられたセンサで検知した前記可動部の稼動データを蓄積し、前記稼動データと前記可動部の故障モードとの相関関係を見出す工程と、
前記稼動データを監視し、前記相関関係から前記可動部の故障の予兆を検知する工程と、
前記可動部の故障の予兆が見出されたときは、作業者に通知する、又は前記故障の予兆の原因となっている部品を発注する工程と、を備えたことを特徴とする予防保守方法。
【請求項１２】
前記相関関係を定期的に更新することを特徴とする請求項１１に記載の予防保守方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部の故障の予兆を検知する予防保守システムとそれを用いた予防保守方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、モータ駆動式のロボットアームが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１８４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば半導体製造装置では基板の搬送にロボットアームが用いられる。このロボットアームが故障すると、被搬送物がダメージを受けたり、生産性が低下したりする。そこで、ロボットアームの故障の予兆を検知して、実際にロボットアームが故障する前にロボットアームを修理することが好ましい。ロボットアーム以外の可動部についても故障の予兆を検知し、故障前に修理することが好ましい。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、可動部の故障の予兆を検知することができる予防保守システム及び予防保守方法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】
【０００６】
本願の発明に係る予防保守システムは、可動部に取り付けられたセンサと、該センサで検知した該可動部の稼動データを蓄積し、該稼動データと該可動部の故障モードとの相関関係から該可動部の故障の予兆を検知し、該可動部の故障の予兆が見出されたときに作業者に通知する、又は該故障の予兆の原因となっている部品を発注する予防保守装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本願の発明に係る予防保守方法は、可動部に取り付けられたセンサで検知した該可動部の稼動データを蓄積し、該稼動データと該可動部の故障モードとの相関関係を見出す工程と、該稼動データを監視し、該相関関係から該可動部の故障の予兆を検知する工程と、該可動部の故障の予兆が見出されたときは、作業者に通知する、又は該故障の予兆の原因となっている部品を発注する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、通常とは異なる可動部の動作等を手がかりに可動部の故障の予兆を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】成膜装置を示す図である。
【図２】予防保守装置を示す図である。
【図３】アームの平面図である。
【図４】アームの側面図である。
【図５】相関関係の更新を説明する図である。
【図６】太陽電池を示す図である。
【図７】振動電池を示す図である。
【図８】無接点充電器を示す図である。
【図９】ＱＣＭと予防保守装置を接続したことを示す図である。
【図１０】位置制御部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る予防保守システムと予防保守方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る予防保守システムを含む基板処理装置の平面図である。基板処理装置は搬送チャンバ１０を備えている。搬送チャンバ１０の内部はほぼ大気圧に保たれている。搬送チャンバ１０はEquipment Front End Module(EFEM)と呼ばれている。搬送チャンバ１０の中にはロボットアーム１２が設けられている。ロボットアーム１２は、例えば上部アームと下部アームを備えることで２枚の基板を別々に搬送することができる。
【００１２】
搬送チャンバ１０の側面にはロードポート１４が取り付けられている。ロードポート１４は基板を収容するケース１６を乗せる台である。ロボットアーム１２が、ケース１６から基板を抜き出したり、ケース１６に基板を入れたりする。搬送チャンバ１０の側面にロードロックチャンバ２０が取り付けられている。ロードロックチャンバ２０には真空チャンバ２２が取り付けられている。真空チャンバ２２はウエハハンドリングチャンバ（ＷＨＣ）と呼ばれている。真空チャンバ２２の中にはロボットアーム２４がある。
【００１３】
真空チャンバ２２の４つの側面には、ＱＣＭ（Quad Chamber Module)３０、３２、３４、３６が接続されている。ＱＣＭとは４つの反応室（ＲＣ（Reactor Chamber）１〜ＲＣ４）を備えたモジュールである。各反応室の内部で基板に対しプラズマ成膜処理などの処理が施される。
【００１４】
ロボットアーム２４は、ＲＣ１、ＲＣ２に基板を供給したり、ＲＣ１、ＲＣ２から基板を引き出したりする。ＱＣＭ３０の中には、ローテーションアームと呼ばれる基板搬送用のアームが設けられている。ローテーションアームによりＱＣＭ３０の中の任意のＲＣに基板を移動させることができる。ＱＣＭ３２、３４、３６については、ＱＣＭ３０と同様の構成である。
【００１５】
搬送チャンバ１０には、予防保守装置７４が接続されている。予防保守装置７４はロボットアーム１２の故障の予兆を捉える装置である。
【００１６】
図２は、搬送チャンバ１０と予防保守装置７４の内部を示す図である。搬送チャンバ１０の中にはロボットアーム１２が設けられている。ロボットアーム１２は基板を搬送するアーム１２ａと別の基板を搬送するアーム１２ｂを有している。アーム１２ａ、１２ｂはエンコーダ５２に接続されたモータ５０、及びエンコーダ５６に接続されたモータ５４によって駆動されるものである。アーム１２ａ、１２ｂはエンドエフェクタとして機能する。角度センサ及びロボット制御装置などを駆使して、アーム１２ａ、１２ｂの位置が制御される。アーム１２ａ、１２ｂの位置制御についてついては周知のあらゆる方法を採用することができる。例えば特開２０１４−１８４５２５号公報に記載される位置制御方法を採用することができる。
【００１７】
図３は、アーム１２ａの平面図である。アーム１２ａの根元部分にはジャイロセンサＳ１と信号送信部６０が取り付けられている。アーム１２ａの中間位置には温度センサＳ２、Ｓ４が取り付けられている。アーム１２ａの先端位置には加速度センサＳ３、Ｓ５が取り付けられている。各センサで取得したデータである稼動データは、信号送信部６０に伝送される。伝送手段は有線でも無線でもよい。破線は基板の吸着位置を示している。なお、アーム１２ｂにもアーム１２ａと同様のセンサが取り付けられている。
【００１８】
図４は、基板をのせたアーム１２ａの側面図である。アーム１２ａには基板Ｗが乗せられている。基板Ｗは例えばシリコンウエハである。アーム１２ａは軸１２ｃを中心に回転する。ジャイロセンサＳ１は軸１２ｃの近くにあるので、アーム１２ａの角速度等を検知できる。温度センサＳ２、Ｓ４は基板Ｗの下にあるので基板Ｗの温度を検知できる。温度センサＳ２、Ｓ４は非接触型の温度センサである。アーム１２ａは軸１２ｃを中心に回転するので、アーム１２ａの先端位置に設けられた加速度センサＳ３、Ｓ５によってアーム１２ａの加速度を検知できる。加速度センサＳ３、Ｓ５は主として基板を処理するときのアーム１２ａの先端の揺れを検知する。なお、すべてのセンサをＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）とすることで、センサを安価、小型、かつ低消費電力とすることが好ましい。
【００１９】
図２の説明に戻る。搬送チャンバ１０の中には、配線７２で予防保守装置７４に接続された信号受信部７０が設けられている。信号送信部６０は、各センサで検知したアーム１２ａ、１２ｂの稼動データを信号受信部７０に無線送信する。予防保守装置７４は、信号受信部７０から稼動データを受ける。予防保守装置７４は、処理回路８０、ストレージ８３及びディスプレイ８４を備えている。
【００２０】
処理回路８０は、プロセッサ８１とメモリ８２を備えている。処理回路８０において、メモリ８２に格納されたプログラムがプロセッサ８１によって実行される。プロセッサ８１は、例えば中央処理装置、処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ又はＤＳＰなどのＣＰＵ(Central Processing Unit)である。
【００２１】
ストレージ８３は、上述の各センサで検知した稼動データを保存する部分である。ディスプレイ８４は、処理回路８０の出力を表示する部分である。アーム１２ａ、１２ｂに取り付けられた各センサ、信号送信部６０、信号受信部７０及び予防保守装置７４が予防保守システムを構成している。次に、この予防保守システムを用いた予防保守方法を説明する。
【００２２】
まず、各センサで検知したアームの稼動データを、信号送信部６０から信号受信部７０に無線送信し、ストレージ８３に蓄積する。次に、蓄積された稼動データと、ロボットアーム１２の故障の実績とを照らし合わせ、稼動データとロボットアーム１２の故障モードとの相関関係を見出す。相関関係は、例えば、稼動データであるアームの角速度が正常値から逸脱した場合はモータ５０，５４の故障が予想されるというものである。別の相関関係は、例えば、稼動データである加速度が正常値から逸脱した場合はアーム１２ａ、１２ｂの破損が予想されるというものである。
【００２３】
そのため、稼動データとしてできるだけ多くの情報を得ることが重要である。例えば、モータなどの駆動系の故障により値が変動する稼動データ、アームの設置位置があらかじめ定められた位置からずれた場合に値が変動する稼動データ、基板がアームに対し傾くことでキズとパーティクルが生じた場合に値が変動する稼動データなどを取得することが好ましい。
【００２４】
このように、稼動データとロボットアームの故障モードの相関関係を構築した後、新たに取得される稼動データを監視し、前述の相関関係からロボットアーム１２の故障の予兆を検知する。例えば稼動データＸが正常値から大きく逸脱するとモータ故障が予想されるところ、現状では稼動データＸが正常値から若干逸脱していれば、「モータ故障の予兆」を検知することになる。得られた稼動データＸ１と正常な稼動データＸ２のずれをみてもよいし、得られた稼動データＸ１が故障時の稼動データＸ３に近づいたことを検知してもよい。要するに、ロボットアーム１２の故障の予兆は、得られた稼動データが正常な稼動データからわずかに乖離していることなどを手がかりに見出す。なお、故障の予兆であるか否かについて、初期段階ではエンジニアの判断が必要である。
【００２５】
別の故障の予兆としては、搬送の所要時間に関する稼動データＹについて、得られた稼動データＹ１が、正常な稼動データＹ２より大きい値となっていることで、通常よりも搬送に時間がかかっていることが挙げられる。この場合は、例えばアームの回転機構などの故障の予兆を検知する。ロボットアーム１２の故障の予兆は処理回路８０において検知する。
【００２６】
こうして、ロボットアーム１２の故障の予兆が見出されたとき、処理回路８０は、その旨をディスプレイ８４に表示したり、アラームを発報したりすることで、作業者に通知する。作業者への通知に代えて、予防保守装置７４が故障の予兆の原因となっている部品を自動的に発注してもよい。実際に故障が起こる前段階である故障の予兆の段階で、交換部品を発注し、次の装置メンテナンス時に部品を交換する。これにより、ロボットアーム１２の故障が原因で被移動物がダメージを受けたり、装置が止まって生産性が低下したりすることを防止できる。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態１に係る予防保守方法を示す図である。まず、ある程度稼動データが蓄積した段階（時刻ｔ１）で、稼動データとロボットアームの故障モードとの相関関係Ｃ１を見出す。相関関係Ｃ１はコンピュータで生成してもよいし、エンジニアが生成してもよい。相関関係Ｃ１を構築した後、新たに得られた稼動データについて、ロボットアーム１２の故障の予兆を監視する。
【００２８】
相関関係Ｃ１を構築した後においても稼動データの蓄積を継続する。そうするとストレージ８３により多くの稼動データを蓄積することができる。定期的に相関関係を再構築することで、相関関係の精度を高めることができる。図５には、時刻ｔ２において相関関係Ｃ２が構築され、時刻ｔ３において相関関係Ｃ３が構築され、時刻ｔ４において相関関係Ｃ４が構築されることが示されている。このように、予防保守装置７４は、常時稼動データを蓄積し、相関関係を定期的に更新することが好ましい。そうすることで相関関係の精度を向上させ続けることができる。
【００２９】
上記のように、本発明の実施の形態１に係る予防保守システムを用いることで、ロボットアーム１２の故障の予兆を検知することができる。稼動データは常時取得し、ロボットアーム１２が正常に動作しているときのデータを十分に蓄積することが好ましい。蓄積した稼動データは、巨大で複雑なデータ集合であるビッグデータとなる。
【００３０】
稼働データを１日中取得するためには、アーム１２ａ、１２ｂの動きを邪魔せずに稼動データを取得する必要がある。そこで、本発明の実施の形態１では、信号送信部６０から無線で稼動データを送るので、稼動データの取得によりアーム１２ａ、１２ｂの動きが制限されることはない。
【００３１】
本発明の実施の形態１に係る予防保守システムとそれを用いた予防保守方法の特徴は、センサで検知した可動部の稼動データを蓄積し、稼動データと可動部の故障モードとの相関関係から可動部の故障の予兆を検知し、可動部の故障の予兆が見出されたときに作業者に通知する、又は故障の予兆の原因となっている部品を発注することである。その特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、ロボットアーム１２に限らず様々な可動部に対し、本発明の予防保守を適用することができる。可動部は、ＱＣＭ３０、３２、３４、３６の中のローテーションアームでもよいし、ＱＣＭ３０、３２、３４、３６の中のサセプタでもよいし、真空空間の中に設けられたロボットアーム２４でもよい。当然ながら、成膜装置以外の可動部についても、本発明が有効に機能する。
【００３２】
センサとしては、ジャイロセンサ、温度センサ、加速度センサ又は歪ゲージの少なくとも１つを有することが好ましいが、別の種類のセンサを用いてもよい。またセンサの設置位置は特に限定されないが、有効な稼動データを取得できる最適な位置に設置することが好ましい。これらの変形は、以下の実施の形態に係る予防保守システムと予防保守方法にも適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る予防保守システムと予防保守方法は、実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００３３】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る予防保守システムを説明する図である。ロボットアーム１２に太陽電池１００が取り付けられている。太陽電池１００はロボットアーム１２のどこに設けてもよいが、基板の吸着面以外の面に設けることが好ましい。太陽電池１００の直上に照明１０２が設けられている。太陽電池１００は照明１０２の光により発電する。この太陽電池１００から、アーム１２ａ、１２ｂに取り付けられたセンサと信号送信部６０に電源供給する。
【００３４】
ロボットアーム１２の外部からセンサと信号送信部６０に電源供給線を接続し電源供給すると、当該電源供給線がからまるおそれがある。ロボットアーム１２に太陽電池１００を取り付け、その太陽電池１００からセンサと信号送信部６０に電源供給することでこの問題を解消できる。なお、照明１０２は搬送チャンバ１０の底面に設けてもよいし、照明１０２を省略してクリーンルームから搬送チャンバ１０の中へ差し込む光を利用してもよい。
【００３５】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る予防保守システムを説明する図である。センサと信号送信部６０に電源供給する電源供給部として、ロボットアーム１２の振動から発電する振動電池１１０と、振動電池１１０で発電した電力を蓄電する蓄電池１１２と、を設けた。蓄電池１１２はセンサと信号送信部６０に接続する。振動電池１１０と蓄電池１１２をロボットアーム１２に接して設けることで、配線の絡まりを防止しつつ、センサと信号送信部６０に電源供給することができる。
【００３６】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る予防保守システムを説明する図である。センサと信号送信部６０に電源供給する電源供給部として、無接点充電器１２０とホームポイント１２２を設けた。無接点充電器１２０はロボットアーム１２に取り付けられ、ホームポイント１２２は搬送チャンバ１０の内壁に取り付けられている。無接点充電器１２０は蓄電池を備えている。ホームポイント１２２から無接点充電器１２０の中に設けられた蓄電池をワイヤレスで充電する。無接点充電器１２０を、センサと信号送信部６０に接して設けることで、配線の絡まりを防止しつつ、これらに電源供給できる。
【００３７】
実施の形態２−４では、ロボットアーム１２に取り付ける電源供給部として、太陽電池、振動電池及び無接点充電器を採用した。しかし、電源供給部として別のものを設けてもよい。例えば、装置のメンテナンス周期よりも長期間にわたって電源供給できる電池をロボットアーム１２に取り付けてもよい。
【００３８】
実施の形態５．
図９は、実施の形態５に係る予防保守システムを含む成膜装置を示す図である。予防保守装置７４は、配線１３０によって、ＱＣＭ３０、３２、３４、３６に接続され、ＱＣＭ３０、３２、３４、３６から成膜に関するデータを取得する。そして、予防保守装置７４は、正常に成膜されたときのロボットアーム１２の稼動データを正常な稼動データとし、成膜に異常があったときのロボットアーム１２の稼動データを異常な稼動データとして分類する。例えばあらかじめ定められた範囲の、気圧、温度、成膜時間又はプラズマ密度が実現できた成膜を正常な成膜とし、そうでなければ異常な成膜とする。
【００３９】
例えば、期間Ａにおいて正常な成膜が行われたのであれば、期間Ａに得られたロボットアーム１２の稼動データは正常な稼動データとする。また、期間Ｂにおいて異常な成膜が行われたのであれば、期間Ｂに得られたロボットアーム１２の稼動データは異常な稼動データとする。その後、予防保守装置７４は、異常な稼動データが現れたときにはその旨を「ロボットアーム１２の故障の予兆」として作業者に通知する。
【００４０】
このように、成膜品質と「ロボットアーム１２の故障の予兆」を関連づけることで、より包括的な故障の予兆検知が可能となる。なお、成膜装置の外部の機器から取得した情報によって、成膜が正常か異常か分類してもよい。
【００４１】
実施の形態６．
図１０は、実施の形態６に係る予防保守システムを含む成膜装置を示す図である。実施の形態６に係る予防保守システムでは、取得したロボットアーム１２の稼動データを前述の「故障の予兆」に用いるとともに、「アーム１２ａ、１２ｂの位置制御」に用いる。
【００４２】
アーム１２ａ、１２ｂの位置制御は、アーム１２ａ、１２ｂを駆動するモータの動きによって推測することが多い。このような推測に基づいたアーム１２ａ、１２ｂの位置制御では正確性に欠けることがある。そこで、本発明の実施の形態６では、稼動データに基づきアーム１２ａ、１２ｂの位置制御を行う位置制御部１４０を設けた。位置制御部１４０は、信号受信部７０を経由してロボットアーム１２の稼動データを取得し、その稼動データに基づきアーム１２ａ、１２ｂを位置を制御する。よって、正確にアーム１２ａ、１２ｂを制御できる。なお。上記の各実施の形態に係る予防保守システムと予防保守方法の特徴を適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０  搬送チャンバ、  １２  ロボットアーム、  １２ａ，１２ｂ  アーム、  ２４  ロボットアーム、  ６０  信号送信部、  ７４  予防保守装置、  Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５  センサ  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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