JP2008114348A - Teaching device and calibration method, and handling system using these - Google Patents
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Abstract
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ために、ロボ
ットハンドに備えたセンサの光軸をキャリブレーションする教示装置およびキャリブレーション方法、これらを用いたハンドリングシステムに関するものである。
The present invention relates to a teaching apparatus and calibration method for calibrating the optical axis of a sensor provided in a robot hand in order to teach the position of a semiconductor wafer to a semiconductor wafer transfer robot, and a handling system using them. .
従来、ロボットのハンド上に設けたセンサの光軸は、ロボットの製作時に精度よく組みつけられた後、専用の計測装置で光軸のずれを計測し、補正値をコントローラへ記憶させるといった方法がとられていた。また、半導体ウェハ搬送用ロボットの教示作業は、一般の産業用ロボットと同様に、作業者が、搬送対象のウェハを目視して、その位置を確認してロボットをウェハに誘導していた。しかしながら、処理装置等の内部にあるウェハを外部から目視することは、困難あるいは不可能な場合がある。そこで、実物のウェハと同一寸法の教示用治具をウェハの代わりに処理装置等に載置して、その教示用治具の位置をロボットのエンドエフェクタに設けたセンサで検出して、ロボットに位置を教示するいわゆるオートティーチングの方法や装置が提案されている。 Conventionally, the optical axis of the sensor provided on the robot hand is assembled with high accuracy when the robot is manufactured, then the optical axis deviation is measured by a dedicated measuring device, and the correction value is stored in the controller. It was taken. Also, in the teaching work of the semiconductor wafer transfer robot, the worker visually guides the wafer to be transferred, confirms its position, and guides the robot to the wafer, as in the case of general industrial robots. However, it may be difficult or impossible to visually observe the wafer inside the processing apparatus or the like from the outside. Therefore, a teaching jig having the same dimensions as the actual wafer is placed on a processing apparatus or the like instead of the wafer, and the position of the teaching jig is detected by a sensor provided on the end effector of the robot, A so-called auto teaching method and apparatus for teaching a position has been proposed.
また、本発明の発明者は、２つの透過式センサを備えたハンドを使って教示冶具のセンシングを行う方法を提案している（特許文献１および特許文献２参照）。この方法では、教示冶具に設けられた小円板に、異なる方向からハンドを接近させて、その結果に最小２乗法を適用してロボットの教示位置すなわち、円筒座標系（Ｒ-θ-Ｚ のＲ値、θ値、Ｚ値を求めている。ここで、Ｒ値はロボットアームの伸縮方向の教示値を、θ値はロボットの回転方向の教示値を、Ｚ値はロボットの上下方向の教示値を意味する。
従来のキャリブレーション方法では、ロボットがアームの伸縮量の異なる２つ以上の姿勢でアクセスできることができるステーションを必要とするので、キャリブレーションの目的のためだけに特別なステーションを装置内に設置するため、余分なコストがかかるといった問題があった。また、ロボットはトラック軸を備えているため、自分の位置を変えることにより同一のキャリブレーション用ステーションに対して異なる２つ以上のアーム伸縮量でアクセスすることが可能であるので、キャリブレーション用ステーションは１つで済んだ。しかし、ロボットがトラック軸を有していないシステムの場合は、キャリブレーション用ステーションは２つ以上必要となり更なるコスト高となる。
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、教示装置は収納容器設置場所に収納容器と同じ固定方法で設置可能とし、１つの教示装置上に異なるアーム伸縮量でアクセスすることが可能な２つ以上のステーションを備えた教示装置を提供することを目的とする。
The conventional calibration method requires a station that can be accessed by the robot in two or more postures with different arm expansion / contraction amounts, so that a special station is installed in the apparatus only for the purpose of calibration. There was a problem that it took extra cost. Since the robot has a track axis, it is possible to access the same calibration station with two or more different arm expansion / contraction amounts by changing its own position. Was one. However, when the robot does not have a track axis, two or more calibration stations are required, which further increases the cost.
The present invention has been made in view of such problems, and the teaching device can be installed at the storage container installation location by the same fixing method as the storage container, and access to one teaching device with different arm expansion / contraction amounts. It is an object of the present invention to provide a teaching apparatus having two or more stations capable of performing the above.
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションする教示装置において、前記教示装置が、高さの異なる少なくとも２つのキャリブレーション用ステーションから構成されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記教示冶具が、前記ロボットの進行方向に関して同軸上に配置された前記キャリブレーション用ステーションに載置されるものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記キャリブレーション用ステーションの高さ間隔が、前記ロボットのアーム厚さよりも大きく形成されたものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記キャリブレーション用ステーションの固定面が、前記収納容器あるいは前記半導体ウェハを設置するステーションと同じ取り付け構造で形成されたものである。
また、請求項５に記載の発明は、収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションするハンドリングシステムにおいて、キャリブレーション用ステーションの固定面が、前記収納容器あるいは前記半導体ウェハを設置する少なくとも２つのステーションと同じ取り付け構造で形成され、何れの前記ステーションに設置できるものである。
また、請求項６に記載の発明は、収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションする教示装置のキャリブレーション方法において、前記ロボットが、異なる高さで少なくとも２つ配置されたキャリブレーション用ステーションについて伸縮量の異なる姿勢で教示されるものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記ロボットの前記ハンドの伸長時の高さ方向のセンシングデータが、加算処理されるものである。
In order to solve the above problem, the present invention is as follows.
According to the first aspect of the present invention, the teaching jig placed at the placement position of the semiconductor wafer in the storage container, the transfer device or the calibration station is detected by a sensor provided on the hand of the robot. In order to teach the robot the position of the semiconductor wafer, the robot places the teaching jig at a predetermined position, detects the teaching jig by the sensor, estimates the position of the teaching jig, In a teaching apparatus that calibrates the optical axis of the sensor by obtaining a difference between a teaching position on which a teaching jig is placed and the estimated value, the teaching apparatus includes at least two calibration stations having different heights. It is composed.
According to a second aspect of the present invention, the teaching jig is placed on the calibration station arranged coaxially with respect to the traveling direction of the robot.
According to a third aspect of the present invention, the height interval of the calibration station is formed larger than the arm thickness of the robot.
According to a fourth aspect of the present invention, the fixed surface of the calibration station is formed with the same mounting structure as the station for installing the storage container or the semiconductor wafer.
According to a fifth aspect of the present invention, a teaching jig placed at a placement position of a semiconductor wafer in a storage container, a transfer device or a calibration station is detected by a sensor provided on a robot hand. In order to teach the robot the position of the semiconductor wafer, the robot places the teaching jig at a predetermined position, and the teaching jig is detected by the sensor to estimate the position of the teaching jig. In the handling system for calibrating the optical axis of the sensor by obtaining the difference between the teaching position where the teaching jig is placed and the estimated value, the fixed surface of the calibration station is the storage container or the semiconductor It is formed with the same mounting structure as at least two stations on which the wafer is placed. It is those that can be location.
According to a sixth aspect of the present invention, a teaching jig placed at a placement position of a semiconductor wafer in a storage container, a transfer device or a calibration station is detected by a sensor provided on a robot hand. In order to teach the robot the position of the semiconductor wafer, the robot places the teaching jig at a predetermined position, and the teaching jig is detected by the sensor to estimate the position of the teaching jig. In the calibration method of the teaching apparatus for calibrating the optical axis of the sensor by obtaining a difference between the teaching position where the teaching jig is placed and the estimated value, the robot has at least two at different heights. The arranged calibration stations are taught in postures with different amounts of expansion and contraction.
According to a seventh aspect of the present invention, the sensing data in the height direction when the hand of the robot is extended is added.
請求項１から７記載の発明によれば、以下のような効果がある。
教示装置は収納容器の設置場所とし、ロボットがアームの伸縮量の異なる２つの姿勢でアクセスできるステーションを備えているので、トラック軸を有しないロボットであっても、教示装置の設置は１箇所で済むといった効果がある。
また、本教示装置は収納容器設置場所に収納容器と同じ固定方法で設置可能であるので、１つの教示装置を再利用でき、システムのコストダウンが計れるといった効果がある。
さらに、汎用ウェハ搬送システムなどのハンドリングシステムにおいては、ウェハの収納容器は装置の外部から人手もしくは移動式ロボットなどによって設置可能なしくみとなっており、教示装置のハンドリングシステムへの脱着が容易であるといった効果もある。
According to the first to seventh aspects of the invention, the following effects can be obtained.
The teaching device is a place where the storage container is installed, and the robot has a station that can be accessed in two postures with different arm expansion / contraction amounts. Therefore, even if the robot does not have a track axis, the teaching device can be installed at one location. It has the effect of being finished.
Further, since the present teaching apparatus can be installed at the storage container installation location by the same fixing method as the storage container, one teaching apparatus can be reused, and the cost of the system can be reduced.
Furthermore, in a handling system such as a general-purpose wafer transfer system, the wafer storage container can be installed manually or by a mobile robot from the outside of the apparatus, and the teaching apparatus can be easily attached to and detached from the handling system. There is also an effect.
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。 Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１、図２、図３および図４は本発明の実施に用いるロボットの説明図であり、図１、
図２および図３は平面図であり、図４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組の透過式センサ６を備えている。また、２１は走行軸ユニットであり、
２２は走行軸ユニット２１の可動架台であり、ロボット１は可動架台２２に固定されて、
走行する。
1, 2, 3, and 4 are explanatory views of a robot used in the practice of the present invention.
2 and 3 are plan views, and FIG. 4 is a side view. In the figure, 1 is a horizontal articulated robot for transporting a semiconductor wafer, and W is a semiconductor wafer to be transported by the robot 1.
The robot 1 includes a first arm 3 that pivots in a horizontal plane around a robot pivot center axis 7 of a columnar column 2 that can be moved up and down, and a second arm that is pivotally attached to the tip of the first arm 3 in a horizontal plane.
An arm 4 and a wafer gripping part 5 attached to the tip of the second arm 4 so as to be rotatable in a horizontal plane.
It has. The wafer gripping part 5 is a Y-shaped hand on which the semiconductor wafer W is placed,
A pair of transmission sensors 6 is provided at the tip of the letter shape. Reference numeral 21 denotes a travel axis unit.
Reference numeral 22 denotes a movable frame of the traveling axis unit 21, and the robot 1 is fixed to the movable frame 22,
Run.
図１ないし図４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)、支柱部２を昇降させるＺ軸動作(昇降)、および走行軸ユニット２１の直線
動作によりロボット1自身が走行運動するＴ軸動作（走行）の４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２参照）、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３参照）、Ｚ
軸は、支柱部２を上昇させる方向をプラス（図４参照）とし、Ｔ軸は、ロボットを図面上
方へ走行させる方向をプラス（図１参照）とする。
As shown in FIGS. 1 to 4, the robot 1 moves the first arm 3 around the central axis 7 of the column 2 while maintaining the relative angles of the first arm 3, the second arm 4, and the wafer gripper 5. Motion (turning), and the first arm 3, the second arm 4 and the wafer gripper 5 are swung while maintaining a constant speed ratio, thereby expanding and contracting the wafer gripper 5 in the radial direction of the support column 2. R to make
The robot has four degrees of freedom: axial movement (extension / contraction), Z-axis movement (lifting / lowering) for moving up and down the column 2 and T-axis movement (running) in which the robot 1 itself travels by linear movement of the traveling shaft unit 21. . Here, the θ-axis is a counterclockwise plus direction (see FIG. 2), and the R-axis is the wafer gripping portion 5.
The direction away from the column 2, that is, the direction of extending the arm is positive (see FIG. 3), Z
The axis indicates that the direction in which the support column 2 is raised is positive (see FIG. 4), and the T axis indicates that the direction in which the robot travels upward in the drawing is positive (see FIG. 1).
図５は透過式センサ６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で透過式センサ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、透過式センサ６は光軸１０を遮る物体を検出できる。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the transmissive sensor 6. In the figure, 8 is a light emitting part attached to one end of the Y-shaped wafer gripping part 5, and 9 is a light receiving part attached to the other end so as to face the light emitting part 8. The light emitting unit 8 and the light receiving unit 9 constitute a transmissive sensor 6. Reference numeral 10 denotes an optical axis from the light emitting unit 8 toward the light receiving unit 9, and the transmission sensor 6 can detect an object that blocks the optical axis 10.
図６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。
FIG. 6 is an explanatory view of a teaching jig used for carrying out the present invention. In the figure, the teaching jig 11 is a thing which combined the small disc part 13 concentrically with the large disc part 12, and the diameter of the large disc part 12 is the same diameter as a real wafer. Further, the large disk portion 12 is lightened by making a weight reduction hole 14, so that the jig can be gripped and placed on the station in the same manner as the robot itself grips the wafer. The thickness of the large disk portion 12 is about 2 mm, which is larger than the thickness of the actual semiconductor wafer 0.7 mm, but this is determined due to strength restrictions and the thickness of the actual semiconductor wafer. Needless to say, it is desirable to make it the same.
図７は、センサの光軸のずれの説明図であり、第１アーム３、第３アーム４およびウェ
ハ把持部５の平面図である。光軸のずれにはＲ軸方向のずれであるΔＲ（図７（ａ）参照
）と回転方向のずれΔθ（図７（ｂ））の２つがある。センサの光軸の位置は、第３アー
ムの回転中心２０から光軸までの距離Ｌの位置に取り付けるよう設計されているが、組み
立て時に前後へのずれが生じ、それがΔＲである。Δθは２つの要因からなる。１つは図
７（ｃ）に示した理想光軸１６（Ｒ軸に直角の線）と実光軸１５のずれ角αである。これ
はロボット旋回中心７に対して定数である。もう１つは図７（ｄ）に示した第３アームの
ずれ角βである。これはロボット旋回中心７に対して定数ではなく、アームの姿勢すなわ
ちＲ軸の伸縮量に比例して変化する。ロボット旋回中心７から第３アーム回転中心２０ま
での距離をＲ、第３アーム回転中心２０から理想光軸１６までの距離をＬとするとセンシ
ング時の影響角β’は式１で表される。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the deviation of the optical axis of the sensor, and is a plan view of the first arm 3, the third arm 4, and the wafer gripping portion 5. There are two optical axis deviations, ΔR (see FIG. 7A), which is a deviation in the R-axis direction, and a deviation Δθ in the rotational direction (FIG. 7B). The position of the optical axis of the sensor is designed to be attached at a position of a distance L from the rotation center 20 of the third arm to the optical axis. However, a deviation occurs in the front-rear direction during assembly, which is ΔR. Δθ consists of two factors. One is a deviation angle α between the ideal optical axis 16 (line perpendicular to the R axis) and the actual optical axis 15 shown in FIG. This is a constant with respect to the robot turning center 7. The other is the shift angle β of the third arm shown in FIG. This is not a constant with respect to the robot turning center 7 but changes in proportion to the posture of the arm, that is, the amount of expansion / contraction of the R axis. When the distance from the robot turning center 7 to the third arm rotation center 20 is R, and the distance from the third arm rotation center 20 to the ideal optical axis 16 is L, the influence angle β ′ at the time of sensing is expressed by Equation 1.
従って補正量Δθは式２で表され、その係数αとβを求めれば、センサのキャリブレーシ
ョンを実施できる。
Therefore, the correction amount Δθ is expressed by Equation 2, and the sensors can be calibrated by obtaining the coefficients α and β.
図８は本発明の実施に用いるウェハ搬送装置の平面図である。図において、２４は教示装置であり、３１は収納容器設置場所であり、ステーション２７およびステーション２８はロードロックであり、図示しないロボットによって各ステーション間を半導体ウェハが搬送される。教示装置２４は、収納容器設置場所３１に収納容器と同じ固定方法で設置可能であるので、収納容器設置場所３１のいずれにも設置可能である。また教示装置２４は、２つのステーション２３ａ、２３ｂを有するので、ロボットはそのＴ軸（走行軸）位置を変えることなく、アームの伸縮量の異なる２つの姿勢でアクセスすることができる。２３ａと２３ｂ間の距離は既知の値Roftである。 FIG. 8 is a plan view of a wafer transfer apparatus used for carrying out the present invention. In the figure, 24 is a teaching device, 31 is a storage container installation location, stations 27 and 28 are load locks, and a semiconductor wafer is transferred between the stations by a robot (not shown). Since the teaching device 24 can be installed in the storage container installation location 31 by the same fixing method as the storage container, it can be installed in any of the storage container installation locations 31. In addition, since the teaching device 24 includes the two stations 23a and 23b, the robot can access the robot in two postures with different arm expansion / contraction amounts without changing the position of the T-axis (traveling axis). The distance between 23a and 23b is a known value Roft.
図９は本発明の教示装置２４の説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。２つのキャリブレーション用ステーション２３は円柱形状をなし、ロボットのＲ軸方向に距離Roftオフセットし、搬送面２９は距離Zoftオフセットさせている。これは、ロボットは図面左側から教示装置にアクセスするので、２３ｂへアクセスする際にロボットと教示装置との干渉を回避するためである。キャリブレーション用ステーション２３の搬送面２９はゴム質の材料を使用し教示治具１１との摩擦を高めロボットによる載置時に位置ずれないようにしている。また図９（ａ）に示すように、ウェハ把持部５の中央部の切り欠きとキャリブレーション用ステーション２３の円柱部とはクリアランス３０を確保している。これはロボットによる載置位置が前後左右に所定の距離ずれても載置可能とするためである。
更に収納容器固定面３２は、ＳＥＭＩ規格Ｅ５７に準拠しているので、多くのウェハ搬送システムに適用可能であり、また教示装置の設置精度も確保できる。
FIG. 9 is an explanatory view of the teaching device 24 of the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a side view. The two calibration stations 23 have a cylindrical shape, are offset by a distance Roft in the R-axis direction of the robot, and the conveyance surface 29 is offset by a distance Zoft. This is to avoid interference between the robot and the teaching device when accessing the robot 23b because the robot accesses the teaching device from the left side of the drawing. The conveyance surface 29 of the calibration station 23 is made of a rubber-like material to increase the friction with the teaching jig 11 so as not to be displaced when placed by the robot. Further, as shown in FIG. 9A, a clearance 30 is secured between the notch in the center of the wafer gripping portion 5 and the cylindrical portion of the calibration station 23. This is because the robot can be placed even if the placement position by the robot is shifted by a predetermined distance from front to back and from side to side.
Furthermore, since the storage container fixing surface 32 complies with the SEMI standard E57, it can be applied to many wafer transfer systems, and the installation accuracy of the teaching device can be ensured.
図１０は本発明の実施例を示すキャリブレーション方法のフローチャートである。また、
図１１ないし図１３は、キャリブレーション操作中のウェハ把持部５と教示冶具１１の位
置関係を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。以下、このキャリ
ブレーション方法についてステップを追って説明する。
（ステップ１）教示治具１１をロボットのウェハ把持部５にセットする。
（ステップ２）装置図面や教示装置24の図面などの情報からキャリブレーション用ステーション２３の位置は既知であるので、ロボットがウェハを置載することができる教示位置を（θs1、Ｒs1、Ｚs1、Ｔs1）にセットする。
（ステップ３）i=1とする。
（ステップ４）教示位置（θsi、Ｒsi、Ｚsi、Ｔsi）すなわちキャリブレーション用ステーション２３へロボット自身で教示治具１１を置載する。
（ステップ５）ロボットがウェハを載置した教示位置（θsi、Ｒsi、Ｚsi、Ｔsi）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６）ウェハ把持部５を上昇させ（図１１および図１２参照）、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７）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８）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９）θ軸を動作させて、ウェハ把持部５の向きを変え（図１３参照）、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１０）ステップ８とステップ９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
教示治具の中心の位置（θei、Ｒei）を求めて記録する。なお、最小２乗法を用いて中心
の位置を求めるアルゴリズムは特許文献２に詳述しているので、参照されたい。
（ステップ１１）ステップ４でキャリブレーション用ステーション２３に載置した教示治具１１をステップ１０でセンシングして求めた（θei、Ｒei）と教示治具１１を載置した教示位置（θsi、Ｒsi）との差ΔθiとΔＲiを計算し記憶する。またＲsiも記憶する。
FIG. 10 is a flowchart of the calibration method showing the embodiment of the present invention. Also,
11 to 13 are explanatory views showing the positional relationship between the wafer gripping part 5 and the teaching jig 11 during the calibration operation, wherein (a) is a plan view and (b) is a side view. Hereinafter, this calibration method will be described step by step.
(Step 1) The teaching jig 11 is set on the wafer gripping part 5 of the robot.
(Step 2) Since the position of the calibration station 23 is known from information such as the apparatus drawing and the drawing of the teaching apparatus 24, the teaching position (θs1, Rs1, Zs1, Ts1) where the robot can place the wafer is determined. ).
(Step 3) i = 1.
(Step 4) The teaching jig 11 is placed on the teaching position (θsi, Rsi, Zsi, Tsi), that is, the calibration station 23 by the robot itself.
(Step 5) Since the teaching position (θsi, Rsi, Zsi, Tsi) on which the robot places the wafer is known, the wafer gripping part 5 is automatically moved below the large disk part 12.
(Step 6) The wafer holding part 5 is raised (see FIGS. 11 and 12), and the large disk part 12
The lower surface of the detecting a transmission type sensor 6 records the coordinate values Z 1 of the Z-axis at that time of the robot. Further raising the wafer gripping portion 5, the upper surface of the large disc portion 12 is detected by the transmission type sensor 6 records the coordinate values Z 2 Z-axis at that time of the robot.
(Step 7) The wafer gripping part 5 is moved onto the large disk part 12. That is, the height is set such that the transmission sensor 6 can detect the small disk portion 13 when the wafer gripping portion 5 is moved forward (here, the forward direction refers to the + direction of the R axis).
(Step 8) The wafer holding part 5 is moved backward to a position where the transmission sensor 6 does not detect the small disk part 13.
(Step 9) Operate the θ axis to change the orientation of the wafer gripping part 5 (see FIG. 13), and then operate the R axis to advance the wafer gripping part 5 and slowly move it to the small disk part 13 When the transmission sensor 6 detects the small disk portion 13 for the first time (that is, when the optical axis 10 is in contact with the circumference of the small disk portion 13), the coordinates of the θ axis and the R axis are recorded.
(Step 10) Steps 8 and 9 are repeated to bring the wafer gripping part 5 closer to the small disk part 13 from different directions, and the θ axis when the optical axis 10 contacts the circumference of the small disk part 13 By obtaining a plurality of coordinates of the R axis and solving the least squares method from these values, the position (θei, Rei) of the center of the small disk portion 13, that is, the teaching jig is obtained and recorded. Note that an algorithm for obtaining the center position using the least square method is described in detail in Patent Document 2, so please refer to it.
(Step 11) The teaching jig 11 placed on the calibration station 23 in Step 4 is sensed in Step 10 (θei, Rei) and the teaching position (θsi, Rsi) where the teaching jig 11 is placed. The difference Δθi and ΔRi are calculated and stored. Rsi is also stored.
Δθi = θsi − θei、 ΔＲi = Ｒsi − Ｒei （式３） Δθi = θsi−θei, ΔRi = Rsi−Rei (Formula 3)
（ステップ１２）キャリブレーション用ステーション２３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を載置した教示位置（θsi、Ｒsi、Ｔsi）を記憶しているので、把持することが可能である。
（ステップ１３）i=２の場合、ステップ１６へジャンプする。
（ステップ１４）次回（i+1）の教示治具の載置位置を（式４）とする。
(Step 12) The teaching jig 11 of the calibration station 23 is gripped by a robot. Since the robot stores the teaching position (θsi, Rsi, Tsi) where the teaching jig is placed, it can be gripped.
(Step 13) If i = 2, jump to Step 16.
(Step 14) The placement position of the next (i + 1) teaching jig is represented by (Expression 4).
（θsi+1、Ｒsi+1、Ｚsi+1、Ｔsi+1）＝（θsi、Ｒsi＋Ｒoft、Ｚsi+Ｚoft、Ｔsi ） （式４） (Θsi + 1, Rsi + 1, Zsi + 1, Tsi + 1) = (θsi, Rsi + Roft, Zsi + Zoft, Tsi) (Formula 4)
これは、ロボットアームの伸縮量の異なった姿勢で教示治具をセンシングしてデータを計
測するためであり、同じ教示装置24上のキャリブレーション用ステーション２３ｂを使うため式４となる。本実施例では、キャリブレーション用ステーション２３ｂはキャリブレーション用ステーション２３ａに対して、Ｒ軸はＲoft、Ｚ軸はＺoftプラス方向に位置するため、式４のようにＲ軸にＲoftを加算し、Ｚ軸にＺoftを加算する。
（ステップ１５）i= i + 1として、ステップ４にジャンプする。
（ステップ１６）ステップ１１で記憶したΔθi、ΔＲi、Ｒsiを使って、キャリブレー
ション値ΔθとΔＲを求める。本実施例ではサンプル数は２であるので、式５，６を解く
ことによってα、βが求まり式２によりΔθが求まる。ΔＲは（ΔＲ１＋ΔＲ２）／２と
する。求めたα、β、ΔＲをコントローラに保存する。
This is to sense the teaching jig with different postures of the robot arm to expand and contract and measure the data. Since the calibration station 23b on the same teaching device 24 is used, Equation 4 is used. In this embodiment, the calibration station 23b is positioned relative to the calibration station 23a in the Roft and the Z-axis in the Zoft plus direction, so that Roft is added to the R-axis as shown in Equation 4, and Z Add Zoft to the axis.
(Step 15) As i = i + 1, jump to Step 4.
(Step 16) Using Δθi, ΔRi, and Rsi stored in Step 11, calibration values Δθ and ΔR are obtained. In this embodiment, since the number of samples is 2, α and β are obtained by solving Equations 5 and 6, and Δθ is obtained by Equation 2. ΔR is (ΔR 1 + ΔR 2 ) / 2. The obtained α, β, ΔR are stored in the controller.
またサンプル数がＮの場合は、ステップ１３のＲoftをＲoft／（Ｎ−１）に置き換え、ＺoftをＺoft／（Ｎ−１）に置き換え、ステップ１４のi=２をi=Ｎに変更することでセンシングデータを得ることができる。キャリブレーション値の求め方は、Δθについては最小２乗法をΔＲについては平均値を適用すればよい。
（ステップ１７）ロボットのウェハ把持部５上の教示治具１１を回収する。
また、ステップ２からステップ１６までの操作を予め、プログラムしておけば、自動ティ
ーチングのためのセンサキャリブレーションを、作業者の操作に拠らず、自動的に行なう
ことができる。
If the number of samples is N, replace Roft in step 13 with Roft / (N-1), replace Zoft with Zoft / (N-1), and change i = 2 in step 14 to i = N. Sensing data can be obtained. The calibration value may be obtained by applying the least square method for Δθ and the average value for ΔR.
(Step 17) The teaching jig 11 on the wafer gripping part 5 of the robot is collected.
Further, if the operations from step 2 to step 16 are programmed in advance, sensor calibration for automatic teaching can be automatically performed regardless of the operator's operation.
以上により、センサ光軸のキャリブレーションが完了したので、補正値Δθ、ΔＲを用いて精度の高い自動ティーチングが可能となる。自動ティーチングの手順については、特許文献１に詳述しているので、参照されたい。 As described above, since the calibration of the sensor optical axis is completed, it is possible to perform automatic teaching with high accuracy using the correction values Δθ and ΔR. The automatic teaching procedure is described in detail in Patent Document 1, so please refer to it.
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センサのキャ
リブレーションを行うための教示装置として有用である。
The present invention is useful as a teaching device for calibrating a sensor that teaches the position of a semiconductor wafer to a semiconductor wafer transfer robot.
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 軽量化穴、１５ 実光軸、１６ 理想光
軸、１７ 光軸ずれ角α、１８ 光軸ずれ角β´、１９ 第３アームずれ角β、２０ 第
３アーム旋回中心、２１ 走行軸ユニット、２２ 可動架台、２３ キャリブレーション用ステーション、２４ 教示装置、２５〜２８ ステーション、２９ 搬送面、３０ クリアランス、３１ 収納容器設置場所、３２ 収納容器固定面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot, 2 support | pillar part, 3 1st arm, 4 2nd arm, 5 Wafer holding part, 6 Transmission type sensor, 7 Robot turning center, 8 Light emitting part, 9 Light receiving part, 10 Optical axis, 11 Teaching jig, 12 Large disc part, 13 Small disc part, 14 Lightening hole, 15 Real optical axis, 16 Ideal optical axis, 17 Optical axis deviation angle α, 18 Optical axis deviation angle β ′, 19 Third arm deviation angle β, 20 3rd arm turning center, 21 traveling axis unit, 22 movable base, 23 calibration station, 24 teaching device, 25-28 station, 29 transport surface, 30 clearance, 31 storage container installation location, 32 storage container fixed surface
Claims (7)
前記教示装置は、高さの異なる少なくとも２つのキャリブレーション用ステーションから構成されることを特徴とする教示装置。 The robot teaches the position of the semiconductor wafer by detecting a teaching jig placed on the placement position of the semiconductor wafer in the storage container, transfer device or calibration station with a sensor provided on the robot hand. In order to do so, the teaching jig is placed at a predetermined position by the robot, the teaching jig is detected by the sensor, the position of the teaching jig is estimated, and the teaching position at which the teaching jig is placed And a teaching device for calibrating the optical axis of the sensor by obtaining a difference between the estimated value and the estimated value,
The teaching apparatus comprises at least two calibration stations having different heights.
キャリブレーション用ステーションの固定面は、前記収納容器あるいは前記半導体ウェハを設置する少なくとも２つのステーションと同じ取り付け構造で形成され、何れの前記ステーションに設置できることを特徴とするハンドリングシステム。 The robot teaches the position of the semiconductor wafer by detecting a teaching jig placed on the placement position of the semiconductor wafer in the storage container, transfer device or calibration station with a sensor provided on the robot hand. In order to do so, the teaching jig is placed at a predetermined position by the robot, the teaching jig is detected by the sensor, the position of the teaching jig is estimated, and the teaching position at which the teaching jig is placed And a handling system that calibrates the optical axis of the sensor by determining the difference between the estimated value and
A handling system, wherein a fixed surface of a calibration station is formed with the same mounting structure as at least two stations where the storage container or the semiconductor wafer is installed, and can be installed at any of the stations.
前記ロボットは、異なる高さで少なくとも２つ配置されたキャリブレーション用ステーションについて伸縮量の異なる姿勢で教示されることを特徴とする教示装置のキャリブレーション方法。 The robot teaches the position of the semiconductor wafer by detecting a teaching jig placed on the placement position of the semiconductor wafer in the storage container, transfer device or calibration station with a sensor provided on the robot hand. In order to do so, the teaching jig is placed at a predetermined position by the robot, the teaching jig is detected by the sensor, the position of the teaching jig is estimated, and the teaching position at which the teaching jig is placed In the calibration method of the teaching device for calibrating the optical axis of the sensor by obtaining the difference between the estimated value and the estimated value,
A teaching apparatus calibration method, wherein at least two calibration stations arranged at different heights are taught in postures with different amounts of expansion and contraction.
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