JP5266964B2 - 基板搬送システム、半導体製造装置および基板位置算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体・液晶製造装置や基板検査装置に関するもので、特にウエハ、液晶ガラス、レチクルなどの基板を位置決めする基板搬送装置に関するものである。

従来、半導体や液晶の製造装置や検査装置（以下まとめて半導体製造装置と呼ぶ）においては、基板を搬送し、位置決めするために搬送ロボットが用いられている。
従来の基板搬送システムの構成を図１を用いて説明する。図において、基板５はフォーク３４の上に保持され、搬送アーム３１によって搬送される。フォーク３４の位置はロボットコントローラ２によって位置制御されており、搬送アーム３１及びフォーク３４を駆動するモータのモータエンコーダ３３の情報からフォーク３４の位置が算出、制御される。
しかし、基板５がフォーク３４上に搬送毎に必ずしも同じ位置に正確に保持されるとは限らないので、基板５がフォーク３４にずれて保持されている場合、フォーク３４を所望の位置に位置決めしても、基板５は所望の位置からずれてしまう。
そこで従来は、このような場合であっても基板５を正確に位置決めするために、フォーク３４上の基板５の相対位置を検出し、その相対位置分だけフォーク３４を位置補正して位置決めすることによって基板５を搬送している（例えば、特許文献１参照）。
このため、特許文献１では、基板が搬送される経路の途中に、基板５を挟むように、基板５の表裏面側に位置する発光部、受光部よりなる基板検出センサ４を配置し、基板５の搬送時に基板検出センサ４が検出したセンサ信号をロボットコントローラ２のセンサ処理回路２１で処理し、そのセンサ検出信号とその時のエンコーダ処理回路２２との情報によって、演算部２３がフォーク３４上の基板５の相対位置を演算していた。
特許第３３３５４４４号

しかしながら、基板検出センサ４での基板検出をソフトウエア処理周期で認識したあとに、エンコーダ信号を処理する場合、ソフトウエア処理周期内でのタイミング誤差や処理遅れによるセンサ信号の取りこぼしが発生し、より正確に基板位置を把握することが困難であった。
例えば、図４のように、１つの基板検出センサ４に対して基板５をフォーク３４で保持した搬送ロボットで横切らせる場合、基板検出センサ４の信号は、同図のセンサ信号４１で示されるように左から右へ時間的に変化する。しかし、基板５の周囲のエッジ部分Ａ及びＢにおいて、基板検出センサ４のチャタリングなどで変化点が多数発生する場合がある。
一方、このセンサ信号４１を取得する演算部２３のソフトウエアの処理周期を示すのが、同図のソフトウエア処理周期４３である。演算部２３は、ソフトウエア処理周期４３の縦線が示すタイミングにて、センサ信号４１とエンコーダの信号を示しているエンコーダ信号４２とを取得する。
ここで、ソフトウエア処理周期４３のタイミングが、Ｂ位置でのセンサ信号４１を取得するとき（図中[２]〜[５]）のように、センサ信号４１の全ての変化を認識できれば問題ないが、Ａ位置での状態のように、[１]のタイミングで１回しかセンサ信号４１の変化を認識できず、演算部２３が結果的に取得できるセンサ信号が演算部取得信号４５のようになり、センサ信号の取りこぼしが発生するという問題があった。
また、ソフトウエア処理周期４３が長い場合は、基板５が実際に基板検出センサ４を横切った時点のエンコーダ信号を演算部２３が正確に取り込めないという問題があった。
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、センサ信号の取りこぼしを防いで、基板搬送システムの基板搬送精度を高精度にすることを目的とする。

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、フォークに保持された基板を検出し、前記フォークに対する前記基板の位置を算出可能な基板搬送システムにおいて、前記フォークを動作させる搬送アームと、前記搬送アームを駆動するアーム駆動モータと、前記アーム駆動モータの回転角度を検出するモータエンコーダと、前記基板の搬送径路に設けられ、前記基板を検出可能な基板検出センサと、前記基板検出センサからのセンサ信号を受信し、前記センサ信号が変化すると同時に前記モータエンコーダからのエンコーダ値を保持するラッチ回路と、前記センサ信号の変化の順番と、そのときの前記エンコーダ値とを各々セットにして順次記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたデータをもとに前記基板の位置を演算する演算部と、を備えることを特徴とする基板搬送システムとするものである。
また、本発明は、前記演算部が、前記データのうち隣り合う前記順番のデータのエンコーダ値どうしから前記モータの回転位置の差分を検出幅として算出し、前記検出幅が予め設定された閾値よりも大きいデータを使って前記基板の位置を演算することを特徴とする基板搬送システムとするものである。
また、本発明は、前記演算部が、前記検出幅が前記閾値よりも小さいデータを破棄することを特徴とする基板搬送システムとするものである。
また、本発明は、前記ラッチ回路が、前記センサ信号の受信をマスク可能なマスク回路を備えることを特徴とする基板搬送システムとするものである。
また、本発明は、上記した基板搬送システムを備えることを特徴とする半導体製造装置とするものである。
また、本発明は、基板保持手段に保持された基板を検出し、前記基板保持手段に対する前記基板の位置を算出可能な基板搬送システムにおいて、前記基板保持手段を動作させる駆動手段と、前記駆動手段を駆動するモータと、前記モータのエンコーダと、前記基板の搬送径路に設けられ、前記基板を検出可能な基板検出センサと、前記基板検出センサからのセンサ信号を受信し、前記センサ信号が変化すると同時に前記エンコーダからのエンコーダ値を保持する保持手段と、前記センサ信号の変化の順番と、そのときの前記エンコーダ値とを各々セットにして順次記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたデータをもとに前記基板の位置を演算する演算手段と、を備えることを特徴とする基板搬送システムとするものである。
また、本発明は、前記演算手段が、前記データのうち隣り合う前記順番のデータのエンコーダ値どうしから前記モータの位置の差分を検出幅として算出し、前記検出幅が予め設定された閾値よりも大きいデータを使って前記基板の位置を演算することを特徴とする基板搬送システムとするものである。
また、本発明は、前記保持手段が、前記センサ信号の受信をマスク可能なマスク手段を備えることを特徴とする基板搬送システムとするものである。
また、本発明は、上記した基板搬送システムを備えることを特徴とする半導体製造装置とするものである。
また、本発明は、基板を搬送する基板搬送システムにおいて、基板保持手段に保持された前記基板を検出し、前記基板保持手段に対する前記基板の位置を算出する方法であって、前記基板保持手段を動作させ、動作中の前記基板を基板検出センサによって検出し、前記基板検出センサのセンサ信号が変化したときの順番と、そのときの前記基板保持手段の位置の情報とをセットにして順次記憶し、前記記憶されたデータのうち隣り合う前記順番のデータの前記基板保持手段の位置の情報から差分を算出し、前記差分が予め設定された閾値よりも大きいデータを使って前記基板の位置を算出することを特徴とする基板搬送システムの基板位置算出方法とするものである。

本発明によれば、センサ信号の取りこぼしを防ぐことができるので、基板位置算出の誤差を減少させることができ、より正確に基板搬送を行うことができるようになる。
また、本発明によれば、無駄な計算を削減できるので、演算部や演算手段の演算が早くなり、高速な基板搬送を行うことができる。
また、本発明によれば、チャタリングだと判断できるデータを破棄することになるので、メモリなど記憶手段の容量を削減することができる。
また、本発明によれば、搬送径路上に基板検出センサが複数設置された場合であっても、現在の基板位置算出に関係が無い基板検出センサからの信号をマスクすることができるので、演算部や演算手段の演算が早くなり、また、メモリなど記憶手段の容量を削減することができる。
また、本発明によれば、より正確に基板を搬送できる半導体製造装置を構成できる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図２は、本発明の構成と方法を実施する基板搬送システムの構成を示すブロック図である。図３は図２の基板搬送システムにおいて、基板が検出センサを横切っている時のタイムチャートを示す図である。
図２において、基板搬送システム１は、少なくとも、基板５を搬送する搬送ロボット３と、それを制御するロボットコントローラ２と、搬送ロボット３によって搬送されている基板５を検出可能な基板検出センサ４とから構成されている。
搬送ロボット３は、概ね、搬送アーム３１、アーム駆動モータ３２、モータエンコーダ３３、フォーク３４から構成されている。フォーク３４は基板５を水平状態で保持可能である。フォーク３４は、基板５の周囲の一部を把持したり、基板５の裏面を吸着したりして基板５を保持する。フォーク３４を駆動する搬送アーム３１は、本実施例では水平アームが複数連結された水平多関節形であるが、アームの形態は問わない。少なくとも、各アームを駆動する図示しないアーム駆動モータ３２を備え、後述する基板検出センサ４に対してフォーク３４上の基板５を横切らせることができるものであればよい。そして、図示しないアーム駆動モータ３２のモータエンコーダ３３を備え、モータの回転角度からフォーク３４の位置を演算でき、これを所望の位置へ制御できるものであればよい。
基板検出センサ４は、フォーク３４に保持された基板５の搬送径路の途中に設置される。本実施例では、基板検出センサ４は、基板５を上下で挟むように基板５の表裏面側に位置する発光部、受光部よりなる透過型のセンサであるが、基板５の有無が検知できるものであれば、反射型のセンサなどであっても構わない。また、基板検出センサ４は、必要に応じて複数個設置される。
ロボットコントローラ２は、上記アーム駆動モータ３２の駆動回路などのほか、エンコーダ処理回路２２、ラッチ回路２４、ＦＩＦＯメモリ２５、演算部２３を有している。エンコーダ処理回路２２は、アーム駆動モータ３２のモータエンコーダ３３からのエンコーダ信号４２を受け取ってアーム駆動モータ３２の回転角度であるエンコーダ値を算出する。エンコーダ信号とは、Ａ／Ｂ相パルス信号やシリアル通信信号のことであり、エンコーダ値とは、上記エンコーダ信号を処理・算出した値、つまり、モータ回転角度である。搬送アーム３１が複数のアーム駆動モータ３２によって駆動されている場合もあるので、モータエンコーダ３３の数に応じてエンコーダ処理回路２２は設けられている。ラッチ回路２４は、エンコーダ処理回路２２からのエンコーダ値と、基板検出センサ４のセンサ信号４１とが入力され、後述するラッチデータを生成してＦＩＦＯメモリ２５に送出する。演算部２３は、ＦＩＦＯメモリ２５に記憶されたラッチデータを所定のソフトウエア処理周期で読み込み、センサ信号４１とそのときのエンコーダ値とから、基板５の位置を演算し、フォーク３４に対する基板５の相対的な位置を算出する。そして、ロボットコントローラ２は、算出された基板５のフォーク３４に対する位置ずれを補正するようにアーム駆動モータ３２を制御し、図示しない目的の搬送位置に対してフォーク３４を位置決めする。

以上のように構成された本発明は次のように実行される。
まず、搬送ロボット３のフォーク３４上に保持した基板５を、基板検出センサ４を通過するように搬送させる。このとき、基板５は基板検出センサ４の発光部、受光部の間を通過し、センサ光を遮光する。基板５が基板検出センサ４の発光部、受光部の間を通過することで、基板検出センサ４のセンサ信号４１はＯＮ／ＯＦＦ又はＨｉｇｈ／Ｌｏｗと変化する。本実施例では基板５によってセンサ光が遮光されると、センサ信号４１はＯＮからＯＦＦ又はＨｉｇｈからＬｏｗへ変化する。センサ信号４１はラッチ回路２４へ入力される。
ラッチ回路２４では、センサ信号４１のＯＮからＯＦＦへの変化点やＯＦＦからＯＮへの変化点、又はＨｉｇｈからＬｏｗへの変化点やＬｏｗからＨｉｇｈへの変化点を検出し、検出したと同時にエンコーダ処理回路２２から出力されるエンコーダ値を必要な軸数分（複数のモータエンコーダ３３分）保持すると共に、センサ信号４１の変化点毎に順番を生成してこれを付加し、ラッチデータとする。
保持されたエンコーダ値と順番のラッチデータはセットにされて、ＦＩＦＯメモリ２５に入力され記憶される。
ＦＩＦＯメモリに記憶されたエンコーダ値と順番のラッチデータは、演算部２３のソフトウエア処理周期で演算部２３へ読み込まれる。

本発明の作用効果について、図３によって説明する。
図３は、上記のように基板５が基板検出センサ４を遮光するように通過させたときの、基板検出センサ４のセンサ信号４１と、そのときのモータエンコーダ３３からのエンコーダ信号４２と、ラッチ回路２４が保持するラッチデータ４４のタイムチャートを示している。
基板５が基板検出センサ４を遮光し始めるときを示すＡ時点において、基板検出センサ４のセンサ信号４１が、チャタリングなどで変化点が多数発生している。また、基板５が基板検出センサ４を通過し終わるときを示すＢ時点においても、同様に変化点が多数発生している。
この変化点において、本発明では、センサ信号４１のＨｉｇｈからＬｏｗへの変化をラッチ回路２４で検出し、変化を検出したと同時にエンコーダ処理改路２２からのエンコーダ値を保持し、１、２、３・・・という順番を付加し、これをラッチデータ４４としてＦＩＦＯメモリ２５に順次入力する。
そして、複数個のラッチデータ４４が記憶されたＦＩＦＯメモリ２５に対し、演算部２３が所定のソフトウエア処理周期でラッチデータ４４を上記順番に従って読み出すことによって、センサ信号４１の変化点を取りこぼすことなく認識でき、これを基板位置の演算に使用することができる。本発明において演算部２３が結果的に取得できるセンサ信号のイメージを表したものが演算部取得信号４５である。
従って本発明では、従来のようにソフトウエア処理周期内でのタイミング誤差や処理遅れによるセンサ信号の取りこぼしが発生することなく、より正確に基板位置を把握することができ、基板位置決めの誤差を減少させ、基板搬送精度を高精度することができる。

なお、基板搬送径路中に基板検出センサ４が複数個配置された場合は、複数個配置された各基板検出センサ４にあらかじめ番号を決めておき、ラッチ回路２４に基板位置検出センサ４からのセンサ信号４１の受信をマスク可能なマスク回路を設けておくこともできる。このマスク回路によって、現在の基板搬送経路における基板検出に関係が無い基板検出センサ４のセンサ信号４１をラッチ回路２４に対してマスク処理することで、本来検出すべきではないもの、例えば搬送アーム３１の一部によって基板位置検出センサ４が反応して変化することによるラッチデータ４４の生成を防ぐことができ、不要なラッチデータをなくし、ＦＩＦＯメモリ２５の容量を少なくすることができる。また、演算部２３の不要なソフトウエア処理も減ることで、高性能演算回路も不要となりコストダウンが可能となる。

次に、演算部２３が、ＦＩＦＯメモリ２５に蓄えられたラッチデータ４４を用いて基板５の位置演算を開始するときの手順について説明する。
図５は、演算部２３にて実行される不要なラッチデータ４４を検出・排除処理する手順を示すフローチャートである。
まずステップ１において、演算部２３は、ＦＩＦＯメモリ２５に格納されているラッチデータ４４を上記順番に従って読み出し、データを取得する。
次にステップ２で、隣り合う番号におけるラッチデータ４４に含まれているエンコーダ値同士から、モータ回転位置の差分を検出幅として算出する。
次にステップ３で、この検出幅と、予め設定されて記憶している閾値とを比較し、閾値以下であれば、この閾値以下で隣り合うラッチデータ４４は、チャタリングデータであると判断してステップ４に進み、これらのラッチデータ４４は放置、あるいは破棄する。
同じくステップ３で、この検出幅と、予め設定されて記憶している閾値とを比較し、閾値以上であれば、この閾値以上で隣り合うラッチデータ４４は、チャタリングデータなどではない、正常なラッチデータ４４であるとしてステップ５に進み、この正常なラッチデータ４４に含まれているエンコーダ値のモータ回転位置を図示しないメモリに保存する。
ステップ６では、ラッチデータ４４の再取得が必要な場合はステップ１に戻り、不要な場合は終了し、図５では図示しないが、正常なラッチデータ４４のモータ回転位置から、基板５の位置演算を開始する。
上記手順により、正確に抜けがなく取得したラッチデータ４４に混在してしまっているチャタリングデータを検出し、排除することができ、演算部２３での不要な演算をなくし、メモリ容量も少なくできる。

従来の基板搬送システムを示すブロック図 本発明の基板搬送システムを示すブロック図 本発明の基板搬送システムのタイムチャート 従来の基板搬送システムのタイムチャート 本発明における処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１ 基板搬送システム
２ ロボットコントローラ
２１ センサ処理回路
２２ エンコーダ処理回路
２３ 演算部（ＣＰＵ）
２４ ラッチ回路
２５ ＦＩＦＯメモリ
３ 搬送ロボット
３１ 搬送アーム
３２ アーム駆動モータ
３３ モータエンコーダ
３４ フォーク
４ 基板検出センサ
５ 基板
４１ センサ信号
４２ エンコーダ信号
４３ ソフトウエア処理周期
４４ ラッチデータ

Claims (8)

1. フォークに保持された基板を検出し、前記フォークに対する前記基板の位置を算出可能な基板搬送システムにおいて、
   前記フォークを動作させる搬送アームと、
   前記搬送アームを駆動するアーム駆動モータと、
   前記アーム駆動モータの回転角度を検出するモータエンコーダと、
   前記基板の搬送径路に設けられ、前記基板を検出可能な基板検出センサと、
   前記基板検出センサからのセンサ信号を受信し、前記センサ信号が変化すると同時に前記モータエンコーダからのエンコーダ値を保持するラッチ回路と、
   前記センサ信号の変化の順番と、そのときの前記エンコーダ値とを各々セットにしたデータを順次記憶する記憶手段と、
   前記データのうち隣り合う前記順番の前記データにおける前記エンコーダ値どうしから前記モータの回転位置の差分を検出幅として算出し、前記検出幅が予め設定された閾値よりも大きい前記データを選択し、選択した前記データにおける前記エンコーダ値に基づいて前記基板の位置を演算する演算部と、
   を備えることを特徴とする基板搬送システム。
2. 前記演算部が、前記検出幅が前記閾値よりも小さいデータを破棄することを特徴とする請求項１記載の基板搬送システム。
3. 前記ラッチ回路が、前記センサ信号の受信をマスク可能なマスク回路を備えることを特徴とする請求項１乃至２いずれかに記載の基板搬送システム。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載の基板搬送システムを備えることを特徴とする半導体製造装置。
5. 基板保持手段に保持された基板を検出し、前記基板保持手段に対する前記基板の位置を算出可能な基板搬送システムにおいて、
   前記基板保持手段を動作させる駆動手段と、
   前記駆動手段を駆動するモータと、
   前記モータのエンコーダと、
   前記基板の搬送径路に設けられ、前記基板を検出可能な基板検出センサと、
   前記基板検出センサからのセンサ信号を受信し、前記センサ信号が変化すると同時に前記エンコーダからのエンコーダ値を保持する保持手段と、
   前記センサ信号の変化の順番と、そのときの前記エンコーダ値とを各々セットにしたデータを順次記憶する記憶手段と、
   前記データのうち隣り合う前記順番の前記データにおける前記エンコーダ値どうしから前記モータの回転位置の差分を検出幅として算出し、前記検出幅が予め設定された閾値よりも大きい前記データを選択し、選択した前記データにおける前記エンコーダ値に基づいて前記基板の位置を演算する演算手段と、
   を備えることを特徴とする基板搬送システム。
6. 前記保持手段が、前記センサ信号の受信をマスク可能なマスク手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の基板搬送システム。
7. 請求項５乃至６いずれかに記載の基板搬送システムを備えることを特徴とする半導体製造装置。
8. 基板を搬送する基板搬送システムにおいて、基板保持手段に保持された前記基板を検出し、前記基板保持手段に対する前記基板の位置を算出する方法であって、
   前記基板保持手段をモータによって動作させ、
   動作中の前記基板を基板検出センサによって検出し、
   前記基板検出センサのセンサ信号が変化したときの順番と、そのときの前記基板保持手段の位置の情報である、前記モータの回転角度を検出するモータエンコーダのエンコーダ値とをセットにしたデータを順次記憶し、
   前記データのうち隣り合う前記順番の前記データにおける前記エンコーダ値どうしから前記モータの回転位置の差分を検出幅として算出し、
   前記検出幅が予め設定された閾値よりも大きい前記データを選択し、
   選択した前記データにおける前記エンコーダ値に基づいて前記基板の位置を演算することを特徴とする基板搬送システムの基板位置算出方法。

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