JP2009054933A

JP2009054933A - ウエハ搬送システム

Info

Publication number: JP2009054933A
Application number: JP2007222492A
Authority: JP
Inventors: Koichi Miyake; 幸一三宅
Original assignee: Ryusyo Industrial Co Ltd
Current assignee: Ryusyo Industrial Co Ltd
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】ウエハを正確に位置決めできるウエハ搬送システムを提供する。
【解決手段】ウエハ搬送ロボット３のロボットアーム１２の先端に設けたウエハ４を保持するハンド１６を、所定の撮影位置に配置し、ビジュアルセンサ２２で、ハンド１６に保持されているウエハ４の画像を撮影して、ウエハ４の水平位置と向きとを検出し、ウエハ４の計算上の水平位置に対する偏芯量と所定方向に対する角度差とを算出し、ハンド１６からウエハ４を受け取ったアライメントユニット５で、偏芯量および角度差を相殺するように、ウエハ４を移動してから、ハンド１６に受け渡すウエハ搬送システム１において、ウエハ４を把持していないハンド１６を撮影位置に配置し、ビジュアルセンサ２２によってハンド１６の実際の位置を検出し、ハンド１６の計算上の位置に対する位置決め誤差を算出し、位置決め誤差に基づいてロボットアーム１２の動作を補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエハ搬送システムに関する。

例えば、特許文献１に記載されているように、アライメントユニットでロボットが把持するウエハの姿勢を微調整してから、半導体製造装置などにウエハを供給するシステムが公知である。

例えば、図７に示すように、従来のウエハ搬送システムでは、ウエハ搬送ロボット３１が、ロボットアーム３２の先端に設けたハンド３３をウエハ収納容器３４に差し入れ、ウエハ３５をハンド３３で保持して取り出して、アライメントユニット３６にウエハ３５を搬送する。アライメントユニット３６は、ハンド３３からウエハ３５を受け取り、ウエハ３５の偏芯量と結晶方位とを検出する。そして、アライメントユニット３６は、ウエハ３５の結晶方位を所定の方向に合わせ、ハンド３３の保持中心に正確に位置決めしてから、ウエハ３５を再度ハンド３３に受け渡す。ウエハ搬送ロボット３１は、こうして、ハンド３３の中心に正確に位置決めされたウエハ３５を、半導体製造装置３７に供給する。
特開２００３−１８８２２８号公報

従来のウエハ搬送システムのアライメントユニット３６は、図８に示すように、ウエハ３５を吸着パッド３８上に吸着して回転することで、そのエッジの移動をセンサ３９によって確認することで、ウエハ３５の偏芯量と、その結晶方位を示すノッチの位置とを検出する。

通常、ウエハ搬送ロボット３１は、図８に実線で示すように、ロボットアーム３２を最も縮めた状態を原点とし、原点位置をセンサ（不図示）で確認する。ロボットアーム３２の動作によるハンド３３の移動量は、ロボットアーム３２の各リンクの回転角度をエンコーダ（不図示）によりカウントして算出される。よって、ロボットアーム３２の位置決め精度が低下すると、アライメントユニット３６上に、ハンド３３を正確に位置決めできない。特に、ロボットアーム３２の複数のリンクが、チェインによって連動し、１つのアクチュエータで駆動される場合、チェインの伸びなどにより、ロボットアーム３２の位置決め誤差が生じることがある。

アライメントユニット３６は、ハンド３３が吸着パッド３８の上に正確に位置決めされていることを前提にして動作するので、ロボットアーム３２の位置決め精度が低下すると、ハンド３３に対して正確にウエハ３５を位置決めすることができない。また、ウエハ搬送ロボット３１は、図６に示すように、ロボットアーム３２を伸ばした状態で、ウエハ３５を半導体製造装置３７などに供給する場合が多いので、半導体製造装置３７でのウエハ３５の供給位置の誤差が大きくなる。

前記問題点に鑑みて、本発明は、ウエハを正確に位置決めできるウエハ搬送システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明によるウエハ搬送システムは、ロボットアームの先端に設けたハンドでウエハを保持して前記ウエハを搬送するウエハ搬送ロボットと、所定の撮影位置で前記ハンドに保持されている前記ウエハの画像を撮影し、前記ウエハの水平位置と向きとを検出し、検出した前記水平位置の計算上の前記ウエハの水平位置に対する偏芯量と、検出した前記ウエハの向きの所定方向に対する角度差とを算出するビジュアルセンサと、前記ハンドから前記ウエハを受け取り、前記偏芯量および前記角度差を相殺するように前記ウエハを移動してから、前記ウエハを前記ハンドに受け渡すことができるアライメントユニットとを有し、前記ウエハを把持していない前記ハンドを前記撮影位置に配置し、前記ビジュアルセンサによって前記ハンドの輪郭を検出して、前記ハンドの実際の位置を算出し、前記ハンドの計算上の位置に対する位置決め誤差を算出し、前記位置決め誤差に基づいて前記ロボットアームの動作を補正するものとする。

この構成によれば、ビジュアルセンサによって、ハンドが正確にアライメントユニット上に位置決めされるように、ロボットアームの動作を補正するので、ウエハ搬送ロボットは、ウエハを正確にハンドの保持中心に合わせて保持することができる。

また、本発明のウエハ搬送システムにおいて、前記撮影位置は、前記アライメントユニットの真上であってもよい。

この構成によれば、アライメントユニットの真上で偏芯量および角度差を検出するので、アライメントユニットによるウエハの調整が正確になる。

また、本発明のウエハ搬送システムにおいて、前記ビジュアルセンサは、前記ビジュアルセンサは、前記ウエハの計算上の中心位置の周りに６０°毎に設定した６つの測定領域における前記ウエハの画像を基に、前記ウエハの水平位置を検出してもよい。

この構成によれば、演算量を小さくしながら、ウエハの偏芯量を正確に算出できる。

また、本発明のウエハ搬送システムにおいて、前記ロボットアームは、収縮位置を原点とし、前記ウエハ搬送ロボットは、前記ロボットアームを伸ばして、前記ハンドを前記撮影位置に配置してもよい。

この構成によれば、ハンドの位置決め誤差が略最大となる状態で位置決め誤差を検出してロボットアームの動作を補正するので、より高い位置決め精度が確保できる。

本発明によれば、アライメントユニットにビジュアルセンサを用いることで、ロボットアームの位置決め誤差の補正をも可能にし、ウエハをハンド上に正確に位置決めし、半導体製造装置などに精度よく供給できる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の１つの実施形態であるウエハ搬送システム１を示す。ウエハ搬送システム１は、ウエハ収納容器２からウエハ搬送ロボット３によりウエハ４を取り出し、アライメントユニット５で、ウエハ４の位置と向きとを調整してから、半導体製造装置６の加工前室７に供給する。さらに、ウエハ搬送ロボット３は、加工後に半導体製造装置６の加工後室８に排出されるウエハ４を取り出して、別のウエハ収納容器９に収納する。

さらに、図２に示すように、ウエハ搬送ロボット３は、水平方向に移動可能な可動ベース１０上に設けられた水平回転可能な本体１１と、本体１１上に設けられたロボットアーム１２とからなる。ロボットアーム１２は、第１リンク１３、第２リンク１４および第３リンク１５がそれぞれ水平方向に揺動可能に連接されてなり、第３リンク１５の先端に、ウエハ４を保持できるハンド１６が取り付けられている。

第１リンク１３、第２リンク１４および第３リンク１５は、本体１１に内蔵された１つのモータ（不図示）によって駆動され、第２リンク１４は、第１リンク１３と同じ長さを有し、第１リンク１３の揺動角度の２倍だけ逆方向に揺動するようになっている。第３リンク１５は第１リンク１３と同じ方向に同じ角度だけ揺動するようになっている。これにより、ロボットアーム１２は、ハンド１６を直線的に突出または後退させることができる。

ロボットアーム１２は、第１リンク１３の揺動角度を計測するエンコーダを備え、エンコーダで検出した第１リンク１３の揺動角度を基に、ハンド１６の本体１１に対する相対位置を算出するようになっている。また、ロボットアーム１２は、図２に示すように、ハンド１６を本体１１上に配置するように、収縮した位置を原点としており、第１リンク１３がこの角度位置にあることを検出する不図示のセンサを備えている。ウエハ搬送ロボット３は、必要に応じて、原点を探索するようにロボットアーム１２を駆動し、原点位置でエンコーダのカウントをリセットするようになっている。

アライメントユニット５は、不図示の真空ポンプの吸引力によりウエハ４を吸着可能な吸着パッド１７と、吸着パッド１７を垂直軸周りに回転させられる回転駆動部１８と、回転駆動部１８を水平なＸ方向にねじ送り可能に保持するＸ駆動部１９と、Ｘ駆動部１９をＸ方向に直角な水平方向であるＹ方向にねじ送り可能に保持するＹ駆動部２０と、Ｙ駆動部２０を垂直なＺ軸方向にねじ送り可能に保持するＺ駆動部２１とを有する。

また、ウエハ搬送システム１は、アライメントユニット５の上部に吸着パッド１７が保持したウエハ４の全体を撮像することができる例えばＣＣＤカメラからなるビジュアルセンサ２２を有する。

図３に示すように、アライメントユニット５は、吸着パッド１７の直上（撮影位置）に、ハンド１６のウエハ４の設計上の保持中心を位置決めした状態で、吸着パッド１７を上昇させることで、ハンド１６から吸着パッド１７にウエハ４を受け取る。

この状態で、ビジュアルセンサ２２は、ウエハ４の全体像を撮影し、画像をコンピュータ処理して、ウエハ４の輪郭を抽出し、ウエハ４の正確な位置（中心座標）と、ウエハ４に形成されたノッチ（切欠き）の位置とを算出し、計算上のウエハ４の中心座標との偏芯量、および、予め定められたウエハ４の向きに対する角度差とを算出する。

ここで、ウエハ４の偏芯量の算出においては、図４に示すように、アライメントユニット５の吸着パッド１７の中心、つまり、計算上のウエハ４の中心位置の周りに６０°毎に設定した６つの測定領域Ａ内の画像だけを処理するようにして、演算負荷を低減してもよい。

図５に、図４の測定領域Ａ近傍の画像を例示する。図中の破線は、ビジュアルセンサの画素を示し、画素毎にウエハ４が存在するか否かが決定される。検出可能なウエハ４の偏芯量ｄの最小値を０．１ｍｍ以下にするためには、ビジュアルセンサ２２の画素ピッチを、０．１２ｍｍ以下にすればよい。ウエハ４の外形を３００ｍｍとすると、ビジュアルセンサ２２は、７２０万画素以上の解像度を有すればよい。

ウエハ搬送システム１は、ウエハ４の偏芯量と角度差を算出したなら、アライメントユニット５の回転駆動部１８を駆動してウエハ４の角度差を相殺し、Ｘ駆動部１９およびＹ駆動部２０を駆動してウエハ４の偏芯量を相殺する。こうして、ウエハ４を所定の水平位置と向きとに移動させてから、Ｚ駆動部２１により吸着パッド１７を下降させて、ウエハ４をハンド１６に受け渡す。

このようにして、ハンド１６上に正確にウエハ４を位置決めして保持したウエハ搬送ロボット３は、半導体製造装置６の加工前室７に正対し、ロボットアーム１２を伸ばして、ウエハ４を所定の位置に正確に供給する。

また、ウエハ搬送システム１において、所定時間毎、または、所定の動作回数毎に、図６に示すように、ウエハ搬送ロボット３は、ロボットアーム１２を略最大に伸ばした状態で、原点にあるアライメントユニット５の真上（撮影位置）に、ウエハ４を保持せずにハンド１６を配置する。

この状態で、ビジュアルセンサ２２は、ハンド１６の画像を撮影して、ハンド１６の輪郭を検出し、ハンド１６の保持中心と、アライメントユニット５の吸着パッド１７の中心との水平方向のずれ（位置決め誤差）を算出する。ウエハ搬送ロボット３は、ビジュアルセンサ２２で算出したハンド１６の位置決め誤差に基づいて、ハンド１６の保持中心がアライメントユニット５の真上に配置されるように、ロボットアーム１２の動作に係る内部パラメータを補正する。

この補正により、ロボットアーム１２を伸ばしたときの、計算上のハンド１６の位置と、実際のハンド１６の位置との位置とを一致させることができ、センサによって位置が補償されるロボットアーム１２の原点以外においても、ハンド１６の位置決め誤差をなくすことができる。

ウエハ搬送ロボット３は、半導体製造装置６へも、ロボットアーム１２を伸ばしてウエハ４を供給する。このため、ビジュアルセンサ２２によりロボットアーム１２の位置決め誤差を補正したことにより、ウエハ搬送ロボット３による半導体製造装置６へのウエハ４の供給の正確性も保証される。

また、本実施形態のウエハ搬送システム１は、ビジュアルセンサ２２を使用してウエハ４の位置と向きとを検出するので、ウエハ４位置調整に要する時間が短く、ウエハ４の供給能力が高い。

また、ウエハ４の外周部は、通常、べべリング加工（Ｒ取り）がなされているので、ウエハ４の輪郭を明確にするため、アライメントユニット５の天面に、例えば、ＬＥＤアレイ、冷陰極管などの照明装置を設けて、透過照明としてもよい。

また、ビジュアルセンサ２２の画素ピッチを小さくするため、或いは、総画素数の小さいカメラを用いて構成するために、例えば、ウエハ４の半分だけを撮影してから、吸着パッド１７を１８０°回転し、再度撮影をすることで、ウエハ４の全体像を取得し、その輪郭を検出するようにしてもよい。

また、ビジュアルセンサ２２は、複数のＣＣＤで同時に分割画像を撮影して全体画像を合成するものであってもよい。

また、ビジュアルセンサ２２は、何処に設けてもよいが、アライメントユニット５の真上に設けることで、他の誤差が生じる余地を少なくし、ウエハ４をハンド１６に対して正確に位置決めできる。

本発明の１つの実施形態のウエハ搬送システムの平面図。図１のウエハ搬送ロボットとアライメントユニットの部分切除斜視図。図１のウエハ搬送ロボットとアライメントユニットによるウエハ位置決め時の様子を示す斜視図。ウエハの輪郭検出のための測定領域を示す図。測定領域周囲の画像を例示する図。図１のウエハ搬送ロボットとアライメントユニットによるロボットアーム補正時の様子を示す斜視図。従来のウエハ搬送システムの平面図。従来のウエハ搬送ロボットとアライメントユニットの斜視図。

符号の説明

１ウエハ搬送システム
３ウエハ搬送ロボット
４ウエハ
５アライメントユニット
１１本体
１２ロボットアーム
１３第１リンク
１４第２リンク
１５第３リンク
１６ハンド
１７吸着パッド
１８回転駆動部
１９Ｘ駆動部
２０Ｙ駆動部
２１Ｚ駆動部
２２ビジュアルセンサ

Claims

ロボットアームの先端に設けたハンドでウエハを保持して前記ウエハを搬送するウエハ搬送ロボットと、
所定の撮影位置で前記ハンドに保持されている前記ウエハの画像を撮影し、前記ウエハの水平位置と向きとを検出し、検出した前記水平位置の計算上の前記ウエハの水平位置に対する偏芯量と、検出した前記ウエハの向きの所定方向に対する角度差とを算出するビジュアルセンサと、
前記ハンドから前記ウエハを受け取り、前記偏芯量および前記角度差を相殺するように前記ウエハを移動してから、前記ウエハを前記ハンドに受け渡すことができるアライメントユニットとを有し、
前記ウエハを把持していない前記ハンドを前記撮影位置に配置し、
前記ビジュアルセンサによって前記ハンドの実際の位置を検出し、前記ハンドの計算上の位置に対する位置決め誤差を算出し、
前記位置決め誤差に基づいて前記ロボットアームの動作を補正することを特徴とするウエハ搬送システム。
前記撮影位置は、前記アライメントユニットの真上であることを特徴とする請求項１に記載のウエハ搬送システム。
前記ビジュアルセンサは、前記ウエハの計算上の中心位置の周りに６０°毎に設定した６つの測定領域における前記ウエハの画像を基に、前記ウエハの水平位置を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のウエハ搬送システム。
前記ロボットアームは、収縮位置を原点とし、
前記ウエハ搬送ロボットは、前記ロボットアームを伸ばして、前記ハンドを前記撮影位置に配置することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のウエハ搬送システム。