JP2005142225A

JP2005142225A - ウェハ位置教示方法およびウェハ搬送ロボット

Info

Publication number: JP2005142225A
Application number: JP2003374669A
Authority: JP
Inventors: Masaru Adachi; 勝足立; Mitsunori Kawabe; 満徳川辺
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-04
Also published as: JP4285204B2

Abstract

【課題】
キャリブレーションが不要なウェハ位置教示方法を提供する。また、前記ウェハ位置教示方法を実施するプログラムを備えたウェハ搬送ロボットを提供する。
【解決手段】
正位置に載置された教示治具１１の推定位置Ａを求める第１の段階と、ウェハ搬送ロボット１に位置指令Ｂを与えて教示治具１１を載置する第２の段階と、載置された教示治具１１をセンサ６でセンシングして推定位置Ｃを求める第３の段階と、位置指令Ｂに推定位置Ａと推定位置Ｃの差を加えて修正した位置指令Ｂを前記ウェハ搬送ロボットに与えて前記教示治具を移動する第４の段階を備え、推定位置Ａと推定位置Ｃが一致するまで前記第３及び第４の段階を繰り返す。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウェハ搬送用ロボットに半導体ウェハの位置を教示する方法に関するものである。

収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうウェハ搬送ロボットに搬送対象の半導体ウェハの位置を教示するために、収納容器あるいは処理装置の半導体ウェハを載置する位置に教示治具を載置して、前記ウェハ搬送ロボットのハンドに備えた透過式センサで検出して、その時の前記ハンドの位置を基準に前記教示治具の位置を求めて、前記半導体ウェハを載置する位置を教示する、いわゆる、オートティーチングが知られている。例えば、本願の発明者は特許文献１において、ウェハ搬送ロボットのハンドに取り付けた、１個の透過式センサを使って、Ｚ値すなわちロボットの上下方向の教示値を推定する第１のセンシングの段階と、Ｒ値およびθ値すなわちロボットアームの伸縮方向の教示値およびロボットの回転方向の教示値を推定する第２のセンシングの段階からなるオートティーチング方法を提案している。
国際公開番号ＷＯ０３／０２２５３４

ところが、従来のオートティーチング方法では、ハンド上のセンサを使って教示治具をセンシングしてウェハ位置を求めるので、その前提条件として、センサの光軸のキャリブレーションやロボット自身のキャリブレーションが正確になされている必要があり、このキャリブレーションを正確に行うことは高度な技術を必要とし、またコストも時間もかかるといった問題があった。
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、キャリブレーションが不要なウェハ位置教示方法を提供することを目的とするものである。また、前記ウェハ位置教示方法を実施するプログラムを備えたウェハ搬送ロボットを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、搬送元あるいは搬送先の半導体ウェハを載置する場所に教示治具を載置し、ウェハ搬送ロボットのハンドに設けたセンサで前記教示治具を検出することによって、前記ウェハ搬送ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示する方法において、正位置に載置された前記教示治具を前記センサでセンシングしてウェハ位置を推定しこの値を推定位置Ａとして記憶する第１の段階と、前記ウェハ搬送ロボット自身で前記教示治具を把持し、推定位置Ａを前記ウェハ搬送ロボットへの位置指令Ｂとして記憶し、前記位置指令Ｂを前記ウェハ搬送ロボットに指令して、前記教示治具を載置する第２の段階と、載置された前記教示治具を前記センサで再度センシングして推定位置Ｃを求める第３の段階と、位置指令Ｂに推定位置Ａと推定位置Ｃの差を加えて修正した位置指令Ｂを前記ウェハ搬送ロボットに与えて前記教示治具を移動する第４の段階を備え、推定位置Ａと推定位置Ｃが一致するまで前記第３及び第４の段階を繰り返し、推定位置Ａと推定位置Ｃが一致したときの位置指令Ｂを前記半導体ウェハの教示位置とするものである。また、前記ウェハ位置教示方法を実施するプログラムをウェハ搬送ロボットに搭載するものである。

以上述べたように、本発明によれば、センサの光軸のキャリブレーションやロボット自身のキャリブレーションなしにオートティーチングが行えるといった効果がある。また、本発明はオートティーチングのためにロボットにセンサを追加する必要がないためコストを抑える効果もある。さらに、本方式は教示治具を設置できるステーションであれば実行できるので、装置側への制約事項も少なく、多くの装置に適用できるといった効果がある。

以下、本発明の具体的実施態様について、図に基づいて説明する。

図１、図２および図３は本発明の実施に用いるロボットの説明図であり、図１および図２は平面図であり、図３は側面図である。図において、1は半導体ウェハ搬送用の水平多関節型ロボットであり、Ｗはロボット１の搬送対象の半導体ウェハである。ロボット1は、昇降自在な円柱状の支柱部２のロボット旋回中心軸７回りに水平面内で旋回する第1アーム３と、第１アーム３の先端に水平面内で旋回自在に取り付けられた第２アーム４と、第２アーム４の先端に水平面内で旋回自在に取り付けられたウェハ把持部５を備えている。ウェハ把持部５は半導体ウェハＷを載置するＹ字形のハンドであって、Ｙ字形の先端に１組の第１の透過式センサ６を備えている。

図１ないし図３に示すように、ロボット１は第１アーム３、第２アーム４およびウェハ把持部５の相対的な角度を保ったまま、第１アーム３を支柱部２の中心軸７回りに旋回させるθ軸動作（旋回）、第１アーム３、第２アーム４およびウェハ把持部５を一定の速度比を保って旋回させることにより、ウェハ把持部５を支柱部２の半径方向に伸縮させるＲ軸動作(伸縮)、および支柱部２を昇降させるＺ軸動作(昇降)の３自由度を有している。なお、ここで、θ軸は反時計回りをプラス方向とし（図１参照）、Ｒ軸は、ウェハ把持部５を支柱部２から遠ざける方向、つまりアームを伸ばす方向をプラスとし（図２参照）、Ｚ軸は、支柱部２を上昇させる方向をプラス（図３参照）とする。

図４は本発明の実施に用いる透過式センサの説明図である。図において、８はＹ字形のウェハ把持部５の一方の端に取り付けられた発光部であり、９は他方の端に発光部８に対向するように取り付けられた受光部である。発光部８と受光部９で第１の透過光式センサ６を構成している。１０は発光部８から受光部９に向かう光軸であり、第１の透過光式センサ６は光軸１０を遮る物体を検出することができる。

図５は本発明の実施に用いる教示治具の説明図である。図において、教示冶具１１は大円板部１２に小円板部１３を同心に組み合わせた物であり、大円板部１２の直径は実物ウェハと同径である。また、大円板部１２には、軽量化穴１４を開けて軽量化してあるのでロボット自身がウェハを把持するのと同じ要領で本治具を把持し、ステーションへ置載することができる。なお、大円板部１２の厚さは約２ｍｍであり、実物の半導体ウェハの厚さ０．７ｍｍより大きいが、これは強度上の制約から決められたものであり、実物の半導体ウェハの厚さと同一にしたほうが望ましいことは言うまでもない。

図６は本発明の実施例を示す教示方法の説明図である。図において、１４はウェハを搬送したいターゲット位置へ教示治具１１を正しく載置した位置である。１５，１６は教示治具１１をロボットで持ち直して再載置した位置である。本実施例を一言で言えば、教示治具１１をロボット自身で探索的に置きなおす操作を繰り返し、教示治具の正位置１４をセンサでセンシングして推定した値とロボットによって置きなおした位置をセンサでセンシングして推定した値とが一致したときに、ロボットが保持している教示位置を解とする手法である。

図７は本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法のフローチャートである。また、図８ないし図１０はウェハ位置教示中のウェハ把持部と教示治具の位置関係を示す説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。以下、このフローチャートをステップを追って説明する。

（ステップ１）作業者の操作により、教示治具１１を収納容器等の半導体ウェハを載置する場所に正しく載置する。教示治具１１の大円板部１２は実物の半導体ウェハと全く同一の外径を有するから、収納容器等の位置決めガイド等により、教示治具１１は正しく位置決めされる。

（ステップ２）装置図面などの情報からウェハ教示位置は既知であり、ロボットの機構も既知であるので、教示治具１１の大円板部１２の位置を逆算して求めることが可能であり、図８に示すように、ウェハ把持部５を大円板部１２の下へ自動で移動させる。

（ステップ３）ｉ＝１とし、ステップ５へジャンプする。

（ステップ４）ロボットがウェハを載置した教示位置（θsi、Ｒsi）は既知であるので、ウェハ把持部５を大円板部１２の下へ自動で移動させる。

（ステップ５）ウェハ把持部５を上昇させ（つまり、図８の状態から図９の状態に移動させ）、大円板部１２の下面を透過式センサ６で検出し、その時のロボットのＺ軸の座標値Ｚ１を記録する。さらにウェハ把持部５を上昇させ、大円板部１２の上面を透過式センサ６で検出し、その時のロボットのＺ軸の座標値Ｚ２を記録する。

（ステップ６）ウェハ把持部５を大円板部１２の上に移動させる。つまり、ウェハ把持部５を前進（ここで前進とはＲ軸の＋方向をいう）させたときに、透過式センサ６が小円板部１３を検出できる高さへ設定する。

（ステップ７）透過式センサ６が小円板部１３を検出しない位置までウェハ把持部５を後退させる。

（ステップ８）θ軸を動作させて、ウェハ把持部５の向きを変え（図１０を参照）、次にＲ軸を動作させて、ウェハ把持部５を前進させて、小円板部１３にゆっくり接近させ、透過式センサ６が小円板部１３を最初に検出した（つまり光軸１０が小円板部１３の円周に接する）時のθ軸とＲ軸の座標を記録する。

（ステップ９）ステップ７とステップ８を繰り返して、ウェハ把持部５を異なる方向から小円板部１３に接近させて、光軸１０が小円板部１３の円周に接する時のθ軸とＲ軸の座標を複数求め、これらの値から最小２乗法を解くことにより、小円板部１３すなわち教示治具１１の中心の位置（θei、Ｒei）を求めて記録する。なお、最小自乗法を解くアルゴリズムは特許文献１において、本願の発明者が詳述しているので、ここでの説明は省略する。

（ステップ１０）ｉ＝１の場合は、ステップ１３へジャンプする。

（ステップ１１）ステップ１でステーションに正載置した教示治具をステップ９でセンシングして求めた（θe1、Ｒe1）と今回（ｉ回目）で求めた（θei、Ｒei）との差（Δθi、ΔＲi）を下記の式１で求める。

Δθi ＝θe1−θei、 ΔＲi ＝Ｒe1−Ｒei （式１）

（ステップ１２）Δθi、ΔＲiが下記の（式２）を満たした場合、ステップ１７へジャンプする。θthとＲthは、繰り返し操作によって推定値が十分に収束したことを判断するためのしきい値である。本値は、自動教示機能に求められる精度やロボットの繰り返し精度などから総合的に判断して決める値であるが、本実施例では、およそθth＝０．０１°、Ｒth＝０．１ｍｍの値を用いた。

｜Δθi｜＜θth かつ｜ΔＲi｜＜=Ｒth （式２）

（ステップ１３）ステーションの教示治具１１をロボットで把持する。ロボットは教示治具１１を載置した教示位置（θsi、Ｒsi）を記憶しているので、把持することが可能である。ただし、i =1の場合は、ロボットは教示治具を載置した教示位置（θs1、Ｒs1）は記憶していないのでステップ９で推定した（θe1、Ｒe1）を基に教示治具を把持し、基本姿勢へアームをたたむ。

（ステップ１４）（θsi+1、Ｒsi+1）＝（θsi、Ｒsi）＋（Δθi、ΔＲi）とする。
ただしｉ=1の場合、（θs2、Ｒs2）＝（θe1、Ｒe1）となる。

（ステップ１５）i= i + 1とする。

（ステップ１６）教示位置（θsi、Ｒsi）にロボット自身で教示治具を載置して、ステップ４にジャンプする

（ステップ１７）ウェハの推定位置は、ステップ５で記憶したＺ１、Ｚ２より（Ｚ１＋Ｚ２）／２をＺ軸の推定値とし、ステップ１４で最後に更新した（θsi、Ｒsi）をθ軸、Ｒ軸の推定値とする。これらの値を該当ステーションの教示位置としてコントローラに保存する。

（ステップ１８）教示ステーションが複数ある場合は、ステップ１〜１７を繰り返す。また教示治具１１をステーションの数だけ用意し、ステップ１であらかじめ全ステーションに教示治具１１を設置しておけば、ステップ２〜１７を繰り返すだけでよい。

（ステップ１９）ステップ１７において各ステーションの教示位置が求まっているので、ロボットはそれらの情報を基に通常ウェハを搬送するのと同じ要領で、自動で全ての教示治具を回収する。回収とは、例えば処理装置の蓋を開けて直接手で教示治具を取り出すのではなく、収納容器ステーションの異なるスロットへ教示治具同士が干渉しないように搬送して、収納容器に溜めた教示治具をまとめて取り出すことである。

また、ステップ２からステップ１９までの操作を予め、プログラムして搬送用ロボットの制御装置にインストールしておけば、半導体ウェハの位置の教示を、作業者の操作に拠らず、自動的に行なうことができる。

本発明は、半導体ウェハ搬送用ロボットに半導体ウェハの位置を教示する方法として有用である。

本発明の実施に用いるロボットの平面図である。本発明の実施に用いるロボットの平面図である。本発明の実施に用いるロボットの側面図である。本発明の実施に用いる透過式センサの説明図である。本発明の実施に用いる教示治具の説明図である。本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法のフローチャートである。ウェハ位置教示中のウェハ把持部と教示治具の位置関係を示す説明図である。ウェハ位置教示中のウェハ把持部と教示治具の位置関係を示す説明図である。ウェハ位置教示中のウェハ把持部と教示治具の位置関係を示す説明図である。

符号の説明

１.ロボット、2.支柱部、3.第1アーム、4.第2アーム、5.ウェハ把持部、6.透過式センサ、7.ロボット旋回中心、8.発光部、9.受光部、10.光軸、11.教示治具、12.大円板部、13. 小円板部、14. 教示治具の正位置、15.n回目の教示治具置載位置、16. n+1回目の教示治具置載位置、17.軽量化穴

Claims

搬送元あるいは搬送先の半導体ウェハを載置する場所に教示治具を載置し、ウェハ搬送ロボットのハンドに設けたセンサで前記教示治具を検出することによって、前記ウェハ搬送ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示する方法において、
正位置に載置された前記教示治具を前記センサでセンシングしてウェハ位置を推定しこの値を推定位置Ａとして記憶する第１の段階と、前記ウェハ搬送ロボット自身で前記教示治具を把持し、推定位置Ａを前記ウェハ搬送ロボットへの位置指令Ｂとして記憶し、前記位置指令Ｂを前記ウェハ搬送ロボットに指令して、前記教示治具を載置する第２の段階と、載置された前記教示治具を前記センサで再度センシングして推定位置Ｃを求める第３の段階と、位置指令Ｂに推定位置Ａと推定位置Ｃの差を加えて修正した位置指令Ｂを前記ウェハ搬送ロボットに与えて前記教示治具を移動する第４の段階を備え、推定位置Ａと推定位置Ｃが一致するまで前記第３及び第４の段階を繰り返し、推定位置Ａと推定位置Ｃが一致したときの位置指令Ｂを前記半導体ウェハの教示位置とすることを特徴とするウェハ位置教示方法。
請求項１に記載のウェハ位置教示方法を実施するプログラムを搭載した事を特徴とするウェハ搬送ロボット。