DE3822597A1 - Adjusting device and method for adjusting a robot arm for use in automated production areas, in particular in semiconductor technology - Google Patents

Adjusting device and method for adjusting a robot arm for use in automated production areas, in particular in semiconductor technology

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DE3822597A1 DE19883822597 DE3822597A DE3822597A1 DE 3822597 A1 DE3822597 A1 DE 3822597A1 DE 19883822597 DE19883822597 DE 19883822597 DE 3822597 A DE3822597 A DE 3822597A DE 3822597 A1 DE3822597 A1 DE 3822597A1
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Abstract

The adjusting device and the adjusting method are provided in order to be able to carry out a metrologically determinable, reliably reproducible adjustment of the displacement of a robot arm. The adjusting device has a plurality of dial gauges (33) for measuring height differences and can be fixed to the robot arm (1). For adjustment, following zero point adjustment of the dial gauges (33), the robot arm (1) together with the adjusting device fixed thereto is positioned on that part of the apparatus arrangement relative to which it is to be adjusted. At the same time, the distance and inclination of the robot arm (1) are set such that the dial gauges (33) display preset values. The adjusting device and the method can be employed in particular for adjusting a robot arm (1) which is used to move semiconductor wafers (3) in a plasma etching installation. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Justiervorrichtung und ein Verfahren zum Justieren der Auslenkung eines Roboterarms durch Einstellen des Abstandes und der Neigung des Roboterarms zu einem Teil einer Geräteanordnung.The invention relates to an adjusting device and a method to adjust the deflection of a robot arm by adjusting the distance and inclination of the robot arm to a part of one Device arrangement.

In automatisierten Produktionsbereichen finden sich oft Roboter­ systeme, deren Funktion ein präzises Zugreifen auf zu bearbeiten­ de oder zu transportierende Objekte vorsieht. Z. B. werden in der Halbleiterfertigung zum Bewegen von Halbleiterscheiben in Plasma­ ätzanlagen Robotersysteme eingesetzt, die Roboterarme mit Greif­ vorrichtungen zum Greifen der Halbleiterscheiben aufweisen.Robots are often found in automated production areas systems whose function is a precise access to edit en or provides objects to be transported. For example, in the Semiconductor manufacturing for moving semiconductor wafers in plasma etching systems Robot systems used, the robotic arms with a gripper have devices for gripping the semiconductor wafers.

Ein Roboterarm, an dem eine Greif- oder Bearbeitungsvorrichtung angebracht ist, erfordert eine Justierung sowohl des Abstands als auch der Neigung des Roboterarms zum Objekt. Um eine zuverlässi­ ge Funktion eines solchen Robotersystems zu gewährleisten, ist eine optimale Justierung notwendig, die in Abhängigkeit vom be­ trachteten Robotersystem in regelmäßigen Zeitabständen überprüft werden muß.A robot arm on which a gripping or processing device attached, requires an adjustment of both the distance also the inclination of the robot arm towards the object. To be reliable Ensure the function of such a robot system an optimal adjustment necessary depending on the be sought robotic system checked at regular intervals must become.

Zur Justierung sind Näherungs-Einstellverfahren mit Augenmaßbeur­ teilung zeitaufwendig, zu ungenau und vom Geschick des jeweiligen Monteurs abhängig. Dabei stellen mechanische Fertigungstoleranzen von Teilen des Robotersystems eine zusätzliche Erschwernis dar. Justierfehler werden oft erst beim Betrieb der Anlage ersichtlich und können zu Produktionsfehlern und Anlagenausfällen führen.Proximity adjustment procedures with a sense of proportion are required for adjustment division time consuming, too imprecise and depending on the skill of each Fitter dependent. Mechanical manufacturing tolerances of parts of the robot system is an additional difficulty. Adjustment errors often only become apparent when the system is in operation and can lead to production errors and system failures.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Justiervorrichtung und ein Verfahren zum Justieren der Auslenkung eines Roboterarms an­ zugeben, mit deren Anwendung eine reproduzierbar genaue, meßtech­ nisch überprüfbare Justierung ermöglicht wird.The object of the invention is therefore an adjusting device and a method for adjusting the deflection of a robot arm admit, with their application a reproducibly accurate, measuring tech  nically verifiable adjustment is made possible.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Justiervorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durchTo solve the problem, an adjustment device is the beginning proposed type, which is characterized by

  • a) mindestens vier Meßuhren mit je einem Meßstift zum Messen von Höhendifferenzen, die mittels eines gemeinsamen Halters mit glei­ cher Orientierung der Meßstifte in einer Ebene angeordnet sind,a) at least four dial gauges, each with a measuring pin for measuring Differences in height using a common holder with the same cher orientation of the measuring pins are arranged in one plane,
  • b) mindestens einen Zentrierstift, der mit gleicher Orientierung zwischen den Meßstiften am Halter befestigt istb) at least one centering pin with the same orientation is attached to the holder between the measuring pins
  • c) mindestens zwei zwischen den Meßstiften mit gleicher Orien­ tierung am Halter angebrachte Abstandsstifte undc) at least two between the measuring pins with the same orien spacer pins and
  • d) einer am Halter angebrachten Befestigungsvorrichtung zum Be­ festigen der Justiervorrichtung am Roboterarm.d) a fastening device attached to the holder for loading fix the adjustment device on the robot arm.

Zur Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daßTo solve the problem is also a method of the beginning Proposed type, which is characterized in that

  • a) vor dem Justieren der Auslenkung des Roboterarms ein Null­ punktsabgleich der Meßuhren durchgeführt wird,a) a zero before adjusting the deflection of the robot arm the points of the dial gauges are carried out,
  • b) der Roboterarm mit der daran befestigten Justiervorrichtung auf das Geräteteil geführt wird, so daß der Zentrierstift an ei­ ner bestimmten Stelle des Geräteteils positioniert ist undb) the robot arm with the adjustment device attached to it is guided on the device part, so that the centering pin on egg is positioned at a specific point on the device part and
  • c) der Abstand und die Neigung des Roboterarms zu dem Geräteteil so eingestellt wird, daß eine vorgegebene Anzeige der Meßuhren erreicht ist.c) the distance and the inclination of the robot arm to the device part is set so that a predetermined display of the dial gauges is reached.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen sowie der anhand eines Ausführungsbei­ spiels gegebenen Beschreibung hervor.Further refinements and developments of the invention go from the subclaims and based on an execution example game given description.

Zu dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel werden 5 Figuren betrachtet, die als schematische Darstellung ausgeführt sind.In the exemplary embodiment described below, 5  Figures considered, executed as a schematic representation are.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Robotersystems zum Halbleiterschei­ bentransfer als dreidimensionale Darstellung. Fig. 1 shows a part of a robot system for semiconductor wafer transfer as a three-dimensional representation.

Fig. 2 zeigt die Greifvorrichtung des Robotersystems aus Fig. 1 in einer Vergrößerung. FIG. 2 shows the gripping device of the robot system from FIG. 1 in an enlargement.

Fig. 3 zeigt eine am Roboterarm angebrachte erfindungsgemäße Jus­ tiervorrichtung als Seitenansicht. Fig. 3 shows a Jus animal device according to the invention attached to the robot arm as a side view.

Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Justiervorrichtung als Drauf­ sicht. Fig. 4 shows the adjustment device according to the invention as a top view.

Fig. 5 zeigt die am Roboterarm angebrachte erfindungsgemäße Jus­ tiervorrichtung mit einer Justierplatte. Fig. 5 shows the Jus animal device according to the invention attached to the robot arm with an adjusting plate.

Fig. 1 Fig. 1

In der Halbleiterfertigung finden unter anderem Plasmaätzanlagen der Bauart AME 8300 der Firma Applied Materials GmbH, München Anwendung. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Anlagen ist das Robotersystem, das Halbleiterscheiben aus einer Ladekassette in die Plasmaätzkammer und nach dem Plasmaätzen in eine Entladekasset­ te transportiert. Dazu ist ein Roboterarm 1 mit einer an ausfahr­ baren Führungsstangen 4 befestigten Greifvorrichtung 2 für eine Halbleiterscheibe 3 vorgesehen. Um einen exakten, planparallelen Zugriff der Greifvorrichtung 2 auf die Halbleiterscheibe 3 zu gewährleisten, muß die Auslenkung der Greifvorrichtung 2 des Ro­ boterarms durch Einstellen des Abstandes und der Neigung der Füh­ rungsstangen 4 an der Stelleinheit 5 genau justiert werden.In the semiconductor production, plasma etching systems of the AME 8300 type from Applied Materials GmbH, Munich, among others, are used. An essential component of these systems is the robot system, which transports semiconductor wafers from a loading cassette into the plasma etching chamber and, after plasma etching, into an unloading cassette. For this purpose, a robot arm 1 is provided with a gripping device 2 fastened to extendable guide rods 4 for a semiconductor wafer 3 . In order to ensure an exact, plane-parallel access of the gripping device 2 to the semiconductor wafer 3 , the deflection of the gripping device 2 of the ro robot arm must be precisely adjusted by adjusting the distance and the inclination of the guide rods 4 on the actuating unit 5 .

Näherung-Einstellverfahren mit Augenmaßbeurteilung liefern hier­ bei unbefriedigende Justierergebnisse bei einem Zeitaufwand von bis zu zwei Arbeitstagen.Proximity setting procedures with a sense of proportion provide here unsatisfactory adjustment results with a time expenditure of up to two working days.

Fig. 2 Fig. 2

Die Aufnahme der Halbleiterscheibe 3 durch den Roboterarm 1 mit­ tels der Greifvorrichtung 2 erfolgt auf einer Halbleiterscheiben­ transportplatte 25, mit dem die Halbleiterscheibe 3 aus einer Halbleiterscheibenkassette (nicht in der Figur dargestellt) entnommen wird. Die Greifvorrichtung 2 ist mittels einer Befestigungsvor­ richtung 24 an den in Richtung des Roboterarms 1 beweglichen Führungsstangen 4 befestigt. Sie weist drei Greiffinger 21, die vom Greifermotor 22 mit elektrischer Versorgungsleitung 23 ange­ trieben, die Halbleiterscheibe 3 umfassen.The pickup of the semiconductor wafer 3 by the robot arm 1 by means of the gripping device 2 takes place on a semiconductor wafer transport plate 25 , with which the semiconductor wafer 3 is removed from a semiconductor wafer cassette (not shown in the figure). The gripping device 2 is fastened by means of a fastening device 24 to the guide rods 4 movable in the direction of the robot arm 1 . It has three gripper fingers 21 , which are driven by the gripper motor 22 with an electrical supply line 23 , comprise the semiconductor wafer 3 .

Fig. 3 Fig. 3

Eine erfindungsgemäße Justiervorrichtung weist eine ebene Platte 32 in Leichtbauweise auf, auf deren Oberseite vier Meßuhren 33 zum Messen von Höhendifferenzen so angebracht sind, daß deren Meßstifte 34 durch Ausnehmungen der Platte gesteckt sind. Auf der Unterseite der Platte ist mittig zwischen den Meßstiften 34 ein Zentrierstift 35 angebracht. Auf der Oberseite der Platte ist gegenüberliegend dem Zentrierstift 35 eine Befestigungsvor­ richtung 31 zum Befestigen der Justiervorrichtung an dem zu jus­ tierenden Roboterarm 1 angebracht. Die Justiervorrichtung kann an dem Roboterarm 1 durch Anschrauben der an den Führungsstangen 4 befindlichen Klemme 24 an der Befestigungsvorrichtung 31 am Roboterarm 1 angebracht sein. Als Distanzhalter zum Einstellen des Nullpunkts der Meßuhren sind vier Abstandsstifte 36 vorgese­ hen, die kürzer sind als die maximale Länge der Meßstifte und auf der Unterseite der Platte mit gleicher Orientierung zwi­ schen den Meßstiften 34 angebracht sind. Einer der Abstandsstifte 36 ist kürzer als die drei gleichlangen anderen (nicht in der Fi­ gur dargestellt). Die Abstandsstifte 36 bilden eine Dreipunktauf­ lage, wobei der vierte, kürzere Abstandsstift das seitliche Ab­ kippen der Vorrichtung, z. B. beim Ablegen der Vorrichtung nach durchgeführter Messung, verhindert.An adjusting device according to the invention has a flat plate 32 of lightweight construction, on the top of which four dial gauges 33 for measuring height differences are mounted so that their measuring pins 34 are inserted through recesses in the plate. On the underside of the plate, a centering pin 35 is attached centrally between the measuring pins 34 . On the top of the plate opposite the centering pin 35, a fastening device 31 is attached for fastening the adjusting device to the robot arm 1 to be adjusted. The adjusting device can be attached to the robot arm 1 by screwing the clamp 24 located on the guide rods 4 to the fastening device 31 on the robot arm 1 . As a spacer for setting the zero of the dial gauges four spacer pins 36 are hen vorgese, which are shorter than the maximum length of the measuring pins and on the underside of the plate with the same orientation between the measuring pins 34 are attached. One of the spacer pins 36 is shorter than the three others of equal length (not shown in the figure). The spacer pins 36 form a three-point position, the fourth, shorter spacer the lateral tilting of the device, z. B. when placing the device after the measurement is prevented.

Fig. 4 Fig. 4

Zur optimalen Nutzung der Meßuhren 33 sind diese so auf der Platte 32 angebracht, daß sie die vier Ecken eines Quadrats bilden. Da­ bei ist die Befestigungsvorrichtung 31 für den Roboterarm mittig zwischen den Meßuhren angeordnet. Auch die Abstandsstifte sind auf gleiche Weise symmetrisch angeordnet.For optimal use of dial gauges 33 , they are mounted on plate 32 in such a way that they form the four corners of a square. Since the fastening device 31 for the robot arm is arranged centrally between the dial gauges. The spacer pins are also arranged symmetrically in the same way.

Fig. 5 Fig. 5

Zum Festlegen des Nullpunkts der auf der Platte 32 befestigten Meßuhren 33 wird die Justiervorrichtung so auf einer ebenen Jus­ tierplatte 51 angeordnet, daß der Zentrierstift 35 in eine Zen­ trierkerbe 52 der Justierplatte 51 ragt, während die drei gleich­ langen Abstandsstifte 36 gleichzeitig auf der ebenen Justierplat­ te 51 aufsitzen.To set the zero point of the dial gauges 33 attached to the plate 32 , the adjusting device is arranged on a flat Jus tierplatte 51 that the centering pin 35 protrudes into a Zen trier notch 52 of the adjusting plate 51 , while the three equally long spacer pins 36 simultaneously on the flat adjusting plate te 51 sit on.

Nach dem Nullpunktsabgleich der Meßuhren 33 der Justiervorrich­ tung wird die Justiervorrichtung durch Anschrauben der Klemme 24 auf der Befestigungsvorrichtung 31 an den Führungsstangen 4 des Roboterarms 1 angebracht. Die Justierung des Roboterarms 1 er­ folgt nach Ausrichten des Roboterarms mit der daran befestigten Justiervorrichtung zu dem Teil einer Geräteanordnung, der als Bezugspunkt vorgegeben ist. Dabei wird der Zentrierstift 35 in eine Justierkerbe des Geräteteils geführt und über die mechani­ schen und schrittmotorischen Stellmöglichkeiten 5 des Robotersys­ tems, der Abstand und die Neigung des Roboterarms so eingestellt, daß eine vorgegebene Anzeige der Meßuhren 33 erreicht ist.After the zero point adjustment of the dial gauges 33 of the Justiervorrich device, the adjusting device is attached by screwing the clamp 24 on the fastening device 31 to the guide rods 4 of the robot arm 1 . The adjustment of the robot arm 1 is carried out after aligning the robot arm with the adjustment device attached to the part of a device arrangement that is specified as a reference point. The centering pin 35 is guided into an adjustment notch of the device part and adjusted via the mechanical and stepping motor adjustment options 5 of the robot system, the distance and the inclination of the robot arm so that a predetermined display of the dial indicators 33 is reached.

Mit einer Meßgenauigkeit von 0,01 mm der verwendeten Meßuhren 33 kann eine genaue, meßtechnisch überprüfbare Justierung in weniger als einer Stunde erfolgen.With a measuring accuracy of 0.01 mm of the dial gauges 33 used , an accurate, metrologically verifiable adjustment can be made in less than an hour.

Die Erfindung beinhaltet neben der Verwendung der Justiervorrich­ tung zum Justieren eines Roboterarms für die Bewegung von Halb­ leiterscheiben in einer Plasmaätzanlage auch deren Einsatz in an­ deren automatisierten Produktionsbereichen, bei denen Roboter­ systeme zum präzisen Handhaben von Teilen eingesetzt werden.In addition to the use of the adjusting device, the invention also includes device for adjusting a robot arm for the movement of half conductor disks in a plasma etching system also in use their automated production areas, in which robots systems for the precise handling of parts are used.

Claims (5)

1. Justiervorrichtung zum Justieren der Auslenkung eines Roboter­ arms durch Einstellen des Abstandes und der Neigung des Roboter­ arms zu einem Teil einer Geräteanordnung, gekennzeichnet durch
  • a) mindestens vier Meßuhren (33) mit je einem Meßstift (34) zum Messen von Höhendifferenzen, die mittels eines gemeinsamen Hal­ ters (32) mit gleicher Orientierung der Meßstifte (34) in einer Ebene angeordnet sind,
  • b) mindestens einen Zentrierstift (35), der mit gleicher Orien­ tierung zwischen den Meßstiften (34) am Halter (32) befestigt ist
  • c) mindestens zwei zwischen den Meßstiften (34) mit gleicher Orientierung am Halter (32) angebrachte Abstandsstifte (36) und
  • d) einer am Halter (32) angebrachten Befestigungsvorrichtung (31) zum Befestigen der Justiervorrichtung am Roboterarm (1).
1. Adjusting device for adjusting the deflection of a robot arm by adjusting the distance and the inclination of the robot arm to a part of a device arrangement, characterized by
  • a) at least four dial gauges ( 33 ), each with a measuring pin ( 34 ) for measuring height differences, which are arranged by means of a common holder ( 32 ) with the same orientation of the measuring pins ( 34 ) in one plane,
  • b) at least one centering pin ( 35 ) which is fixed with the same orientation between the measuring pins ( 34 ) on the holder ( 32 )
  • c) at least two spacer pins ( 36 ) attached between the measuring pins ( 34 ) with the same orientation on the holder ( 32 ) and
  • d) a fastening device ( 31 ) attached to the holder ( 32 ) for fastening the adjusting device to the robot arm ( 1 ).
2. Justiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) der Halter (33) eine ebene Platte (32) ist auf deren Oberseite vier Meßuhren (33) so angebracht sind, daß deren Meßstifte (34) durch Ausnehmungen der Platte (32) gesteckt sind und dabei die vier Ecken eines Quadrats bilden,
  • b) der Zentrierstift (35) mittig zwischen den Meßstiften (34) auf der Unterseite der Platte (32) angebracht ist und
  • c) die Befestigungsvorrichtung (31) für den Roboterarm (1) dem Zentrierstift (35) gegenüberliegend auf der Oberseite der Platte (32) zwischen den Meßuhren (33) angebracht ist.
2. Adjusting device according to claim 1, characterized in that
  • a) the holder ( 33 ) is a flat plate ( 32 ) on the top of four dial gauges ( 33 ) are mounted so that their measuring pins ( 34 ) are inserted through recesses in the plate ( 32 ) and thereby form the four corners of a square,
  • b) the centering pin ( 35 ) is attached centrally between the measuring pins ( 34 ) on the underside of the plate ( 32 ) and
  • c) the fastening device ( 31 ) for the robot arm ( 1 ) opposite the centering pin ( 35 ) on the top of the plate ( 32 ) between the dial gauges ( 33 ).
3. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine abnehm­ bare Justierplatte (51) vorgesehen ist, die zur Durchführung eines Nullpunktsabgleiches der Meßuhren (33) dient und so ange­ ordnet ist, daß der Zentrierstift (35) auf einen Zentrierpunkt (52) der Justierplatte (51) zeigt während die Meßstife (34) die Oberfläche der Justierplatte (51) berühren.3. Adjusting device according to one of claims 1 or 2, characterized in that a removable bare adjusting plate ( 51 ) is provided which serves to carry out a zero point adjustment of the dial gauges ( 33 ) and is arranged so that the centering pin ( 35 ) on one Centering point ( 52 ) of the adjusting plate ( 51 ) shows while the measuring pin ( 34 ) touches the surface of the adjusting plate ( 51 ). 4. Verfahren zum Justieren der Auslenkung eines Roboterarms durch Einstellen des Abstandes und der Neigung des Roboterarms zu ei­ nem Teil einer Geräteanordnung mit Hilfe einer Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) vor dem Justieren der Auslenkung des Roboterarms (1) ein Null­ punktsabgleich der Meßuhren (33) durchgeführt wird,
  • b) der Roboterarm (1) mit der Justiervorrichtung auf das Geräte­ teil geführt wird, so daß der Zentrierstift (35) an einer bestimm­ ten Stelle des Geräteteils positioniert ist und
  • c) der Abstand und die Neigung des Roboterarms (1) zu dem Geräte­ teil so eingestellt wird, daß eine vorgegebene Anzeige der Meß­ uhren (33) erreicht ist.
4. A method for adjusting the deflection of a robot arm by adjusting the distance and the inclination of the robot arm to egg NEM part of a device arrangement with the aid of an adjusting device according to one of claims 1 to 4, characterized in that
  • a) before adjusting the deflection of the robot arm ( 1 ) a zero point adjustment of the dial gauges ( 33 ) is carried out,
  • b) the robot arm ( 1 ) is guided with the adjusting device on the device, so that the centering pin ( 35 ) is positioned at a specific point on the device part and
  • c) the distance and the inclination of the robot arm ( 1 ) to the device part is set so that a predetermined display of the measuring clocks ( 33 ) is reached.
5. Verwendung der Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und des Verfahrens nach Anspruch 5 zum Justieren der Aus­ lenkung eines Roboterarms (1) für die Bewegung von Halbleiterschei­ ben in einer Plasmaätzanlage.5. Use of the adjusting device according to one of claims 1 to 4 and the method according to claim 5 for adjusting the steering from a robot arm ( 1 ) for the movement of semiconductor wafers ben in a plasma etching system.
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