JP2856816B2 - 要素搬送アライメント装置及び方法 - Google Patents

要素搬送アライメント装置及び方法

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JP2856816B2
JP2856816B2 JP4084390A JP4084390A JP2856816B2 JP 2856816 B2 JP2856816 B2 JP 2856816B2 JP 4084390 A JP4084390 A JP 4084390A JP 4084390 A JP4084390 A JP 4084390A JP 2856816 B2 JP2856816 B2 JP 2856816B2
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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed

Description

【発明の詳細な説明】 ＜要約＞ ロボットアーム上の半導体ウエハ等の要素のためのア
ライメントステーションは、回転支持台とエッジ検出器
を使用している。この組み合わされた回転支持台とエッ
ジ検出器は、回転支持台にウエハを置き、ウエハアライ
メントの検出を行い、ウエハを動かして回転支持台自身
の上或は離れたステーション上の両方においてウエハの
アライメントを行う。
＜発明の背景と分野＞ この発明は、ロボットアーム上の対象物を予め決めら
れた位置にアライメントする手段と、要素のロボットア
ームマニュピレータとに関する。
ロボットアームは対象物をある場所から他の場所に移
動させるのにますます利用されてきている。米国特許出
願07/051,090号（1987年５月15日出願）によって示され
たように、半導体製造工程におけるロボットの使用例に
おいて、ロボットアームは半径方向、円周方向、昇降方
向の動きをそれぞれ独立に制御することにより、半導体
ウエハをある場所から他の場所へ運搬するのに有用であ
る。しかしながら、多くの目的においては、ロボットに
より運ばれるウエハがその中心と基準点について予め決
められたアライメントに置かれることが重要である。
＜発明の概要＞ 本発明において、ロボットアームはアライメントステ
ーションと共に稼働し、ロボットアーム上のウエハ又は
他の要素の方向を、ロボットアームによりウエハを所望
の方向の隣接ステーションに位置させるために使用する
予め決められたアライメントに調整する。
特定の実施例においては、ロボットアームは独立的に
制御され、半径方向、回転方向、昇降方向（r,θ,z）の
分離された運動が可能なマニュピレータを備えている。
回転支持台はロボットアームにより運ばれる半導体ウエ
ハの配置領域内に設けられており、回転支持台上で回転
されるウエハの位置を検出するエッジ検出器を備えてい
る。ロボットアームは初期位置からその作動端またはハ
ンドの上にウエハを乗せるためのr,θ,z方向の独立した
命令を実行する。次いでロボットアームは回転支持台上
にウエハを置く。ここで、ウエハはエッジ検出器上を回
転する。エッジ位置は、回転支持台上のウエハのアライ
メントを作り出すために及び／又は予め決められた位置
にウエハの基準点を置くために、中心の移動量を決定す
る電子装置により検出される。
そして、第一のケースではアライメントが予め決めら
れた位置への設定された基準点に固定されるまで、ロボ
ットアームは操作されて回転支持台上でウエハを動か
す。ウエハはロボットアームにより再び拾い上げられ、
予めアライメントされた次のステーションに運ばれる。
２番目のケースではロボットアームは既知のミスアライ
メントを伴ったウエハを拾い上げ、そして次のステーシ
ョンにウエハを運ぶ時に、そのミスアライメントを補正
するように作動する。
この発明についてのこれらの、そしてまた他の特徴は
典型的で詳細な説明と、添付図面により更に完全に示さ
れている。
＜実施例＞ この発明は予め決められた位置に予め決められたアラ
イメントにより移送されるためにアライメント調整さ
れ、アームにより操作されて運ばれる半導体ウエハ等の
部品のアライメントを許容するロボットアームのための
アライメント装置を目的とするものである。
第１図に示されているタイプのロボットアームが米国
特許出願07/051,090号（1987年５月15日出願）に示され
ている。
第１図に示すようにアームロボットは台座12と、ここ
から突出し第１アーム14と第２アーム16と作動端18とを
有したカンチレバー型多関節ロボットを有する。
半導体取扱用の実施例における作動端18は、多様な機
器の上にウエハを置くことができるようにその中央部24
がくり抜かれた形状をしている一方で、半導体ウエハ22
を保持するための指20を有したＹ字状の末端を有してい
る。
レッグ14はピボットハウジング30により台座12につな
がれている。レッグ14とレッグ16はピボットハウジング
32によって旋回する。レッグ16とハンド18はピボットハ
ウジング34によりつながれている。ハウジング32内のレ
ッグ16に取り付けられたプーリは１正規化単位の径を有
している。ベルト36はそのプーリに掛けられ、ハウジン
グ30内の２つの正規化単位径のプーリに延出している。
ハウジング32内の１正規化単位径のプーリはレッグ14に
取り付けられており、その周囲にはベルト38が巻掛けら
れている。このベルト38は、他方においてハンド18に取
り付けられている２正規化単位径のプーリに巻掛けられ
ている。
台座12はr,θ,z電子制御装置40によりそれぞれ独立的
に制御される３動作システムを備えている。電子制御装
置40は42の位置の軸に沿う独立のr,θ,z運動を創生する
台座12の内の独立運動システムを制御する。
ｒ方向の動作がウエハ22の中心とハウジング34、30の
回転軸又は中心を通る直線に沿った厳密な直線であるこ
とが理解されるだろう。このようなｒ方向動作はハウジ
ング30内の２正規化単位径のプーリの固定を維持したま
ま、ハウジング30の軸の回りをレッグ14が回転すること
によりなされる。θ方向の動作はピボットハウジング30
とレッグ14を一体化させて回転することによりなされ
る。一方、ｚ方向運動はピボットハウジング30とアーム
14とを一体化して持ち上げるか或は、支持台の上方へ台
座12を持ち上げることによりなされる。
結合されたプーリの比とその配置は、正確なｒ方向、
又はθ、ｚ方向の運動とは独立したハンド18の半径方向
の運動を生み出す。θ方向とｚ方向の運動も台座12内の
モータシステムによって、他の２軸とは独立した運動と
して生じさせられる。
台50はウエハ22をその上に支持可能な吸引チャック52
を回転可能に支持している。吸引チャック52はウエハ22
をハンド18の指20の間の領域24において保持する。ロボ
ットアームの合成されたr,θ,z運動は吸引チャック上に
ウエハ22を置くことができる。一方アームはその時ハン
ド18から吸引チャック52へウエハの支持を移すために下
げられる。
吸引チャック52の上で回転させられる半導体ウエハ22
のエッジの位置を検出するために、容量型又は他のタイ
プのエッジ検出器54が設けられている。
位置情報はオフセット検出及び制御回路56に供給され
る。制御回路56は米国特許4,457,664号に示されている
ように、吸引チャック52上のウエハ22のミスアライメン
ト、即ち当初にハンドから吸引チャック52に移された時
のハンド18上においてウエハがミスアライメントされて
いた程度の角度と大きさとを判断する。
ある場合この情報は、吸引チャック52上のウエハ22を
アラインし、予め決められたアライメント状態でウエハ
22をハンド18に返すための第２図に示す工程を満すため
に使用される。特に、第２図に示すように、スタート状
態60からロボットアームはステップ62において吸引チャ
ック52の上にウエハを置くために台座12内の駆動システ
ムに制御されている。次のステップ64において吸引チャ
ック52はモータ支持台50により回転させられる。ステッ
プ66においてエッジの位置は検出器54により検出され制
御回路56により処理されて、吸引チャック52の回転中心
に関してウエハの中心位置を一致させる。次のステップ
68において、吸引チャックの中心を通りピボットハウジ
ング30の中心に至る軸70に沿ってオフセットを置くよう
に、吸引チャック52はウエハの位置を定める。ロボット
アームはステップ72において作動されて、吸引チャック
52上にウエハを再び置くため、ウエハはハンド18により
持ち上げられて軸70に沿って、ｒ方向に厳密に直線的に
動かされる。その結果、そのウエハの中心は回転軸と一
致するように置かれる。ステップ64から68は誤差を小さ
くする目的のため、又確認のために１回又はそれ以上繰
り返しても良い。
その後、ステップ74においてウエハ22の平らな部分或
は基準点等の加工品の位置が予め決められた位置に置か
れる。そして次のステップ76でロボットアームが作動さ
れ、ウエハは既知の予め決められたアライメントでハン
ド18に移される。台座12内の駆動システムにより生じさ
せられるr,θ,z方向の独立的に制御される量を決定され
た所定のステップ数により、ウエハ22は予め決められた
アライメントで、ステーション80等の次の予め決められ
た位置へ再配置される。
これにかえて２番目のケースとして、ステップ66また
は68の後、ステップ82へと動作が分岐しても良い。この
ステップにおいては吸引チャック52の上で再アライメン
トする前に、ハンド18へウエハ22を運ぶ。この場合、ミ
スアライメントの程度は既知である。ウエハ22は台座12
内の駆動システムによる制御の下で、ロボットアームに
より運ばれ、ウエハ28はr,θ,z方向にミスアライメント
のオフセットを伴って移動ステップに算出した所定のス
テップ数動かされる。そして該ウエハは予め決められた
同一のアライメントで、ステーション80に配置される。
第１図に示したロボットアームは僅かな緩みと遊びが
あるため、ステップ72、76、82での動きは特定の順序で
行われるのが望ましい。一般的に、ロボットアームはア
ライメントされたウエハまたは、既知のミスアライメン
トを伴ったウエハを持ち上げる前にr,θ方向のどちら
か、または両方向についてr,θ運動方向と同方向に予備
動作を行う。この動作方向はアームが元の台へ又は所望
の位置へウエハをアライメントされた姿勢で搬送して、
その動作を完了するr,θ方向動作と同じ方向である。も
し、アームに緩みがあるならば、そのような予備動作は
アライメントされたウエハを伴う臨界的動作の両端にお
ける緩みの最大値において、アームが動きの緩みの大部
分を打ち消すことを保証することになる。
第１図に示したロボットアームのような３軸の独立制
御、特に独立に制御可能なr,θ,z方向運動によりウエハ
を配置することが可能なフレキシブル配置装置の使用
は、要素の搬送、特に半導体ウエハの処理と検査に、大
きな柔軟性を与える。それに加えて、ロボットアームの
多軸搬送機構は搬送機構自身によりウエハの幾つか或は
全てのミスアライメントを補正することを許容する。
第３図と第４図にはセンサ54と予備アライナ支持装置
52との他の構成を示す。図示したように支持装置52は端
部92にスロット94を有したプラットフォーム90により囲
まれている。止め96はスロット94の向かい合った側面部
に沿って設けられている。エッジ検出器98はスロット94
内に水平方向に設けられている。そして図には示してい
ないが、水平方向に正確に進むようにガイドにより抑え
られている。検出器98は幾つかの既知の位置のうちの対
応する一つに検知器を維持するために水平に移動する
時、ボールとソケット部材等のように、各止め96にはま
るスプリングに押された突起を有している。該各位置は
検出器98のエッジ検出電極100が予め決められたサイズ
のウエハが支持装置52のほぼ中央に置かれた時、そのエ
ッジをスパンするように設定されるように調整されてい
る。止め96は異なるサイズのウエハに対応した位置にエ
ッジ検出電極100の位置を設定する。電極102は前記特許
に記載されているとおり、高さ補償を提供する。
アーム104は作動端18に面したプラットフォーム90の
側をセンサ装置98からフック106まで延びている。溝108
はフック106の上向き突起部分を受け入れるため指20の
底面に設けられている。
電子制御装置40は次のウエハの大きさを識別する信号
を受け取る。これは手動入力とたとえば作動端18により
カセットから選択されるウエハ列の直径を識別する他の
ウエハプロセス全体のコントローラの両方から受け取
る。
センサ装置をウエハ直径に対して前記止めにセットす
るために、検出装置98位置のメモリ識別を用いる電子制
御装置40は作動端18にr,θ,z連続動作を行わせ、フック
106を溝108に保持して装置98を再配置する。
これにかえて初期化した後、電子制御装置40は指20を
予め決められた高さにまで移動し、その位置にかかわら
ずフック106を押して、装置98を最も外側の止めまで動
かし、そして、溝108の中へフック106を入れ、所望の装
置108の再配置を実行する。
上記した実施例以外の他の機構でもこの発明の成果を
得ることは可能である。従って他の実施例についても上
記の特許請求の範囲内のものである限り、本発明に包含
される。
【図面の簡単な説明】
第１図はロボットアームと、本発明に関するアライメン
ト装置を示す斜視図、第２図は第１図の装置の動作説明
図、第３図は異なったウエハに対応する位置選択可能な
エッジセンサを有する予備アライナ装置の平面図であ
る。第４図は第３図の装置の断面図である。 12:台座、14:第１アーム、16:第２アーム、18:ハンド、
20:指、22:半導体ウエハ、24:中央部、30:ピボットハウ
ジング、32:ピボットハウジング、34:ピボットハウジン
グ、36:ベルト、38:ベルト、40:電子制御器、50:予備ア
ライナ支持台、52:吸引チャック、54:エッジ検出器、5
6:電子制御器、90:プラットフォーム、92:端部、94:切
り欠き部、96:留め穴、98:エッジ検出器、100:エッジ検
出電極、104:アーム、106:鈎、108:凹部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−184841（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−108740（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−281744（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/68

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】台上の要素の基準点の予め決められた位置
    からのミスアライメントの方向及び大きさを特徴化する
    特徴化手段と； 前記ミスアライメントの方向が予め決められた直線方向
    に沿うように要素を配置する手段と； 関節状２レッグアーム上に要素ホルダを有し、且つ前記
    直線方向に沿った前記ホルダの第１運動方向と、軸の周
    りの第２運動方向と、昇降方向の第３運動方向を創出す
    るためにアームのレッグを曲げるための手段を有するリ
    ニアマニュピレータと； 前記マニュピレータを駆動して、前記ホルダに保持した
    前記要素を、前記ミスアライメントの大きさに応じて前
    記直線方向に沿って移動させるアライメント手段と； を備えたことを特徴とする要素搬送アライメント装置。
  2. 【請求項２】台上の要素の基準点の予め決められた位置
    からのミスアライメントの方向及び大きさを特徴化する
    特徴化手段と； 前記ミスアライメントの方向が予め決められた直線方向
    に沿うように要素を配置する手段と； 関節状２レッグアーム上に要素ホルダを有し、且つ前記
    直線方向に沿った前記ホルダの第１運動方向と、軸の周
    りの第２運動方向と、昇降方向の第３運動方向を創出す
    るためにアームのレッグを曲げるための手段を有するリ
    ニアマニュピレータと； 前記マニュピレータを駆動して、前記ホルダに保持した
    前記要素を、前記ミスアライメントの大きさに応じて前
    記直線方向に沿った第１運動方向にオフセットした作業
    ステーションへの第１、第２、第３の運動方向の正常な
    経路に沿って、作業ステーションへと動かす手段と； を備えたことを特徴とする要素搬送アライメント装置。
  3. 【請求項３】前記特徴化手段が、前記要素を回転させ且
    つ回転中該要素のエッジ位置を検出するための手段を備
    えた請求項１又は２に記載の要素搬送アライメント装
    置。
  4. 【請求項４】前記マニュピレータが、第１運動方向への
    ホルダの移動中ホルダの角度を保つための手段を備えた
    請求項１又は２に記載の要素搬送アライメント装置。
  5. 【請求項５】前記マニュピレータのレッグが、第１運動
    方向への動作中に両レッグのホルダーに関する角度率の
    ２倍の角度率で互いに動かされる請求項４に記載の要素
    搬送アライメント装置。
  6. 【請求項６】前記アライメント手段が、前記ミスアライ
    メントの大きさに応じて前記直線方向に沿って移動させ
    た前記要素を、前記台上に再配置する請求項１に記載の
    要素搬送アライメント装置。
  7. 【請求項７】前記要素が半導体ウエハである請求項６に
    記載の要素搬送アライメント装置。
  8. 【請求項８】前記要素が半導体ウエハであり、前記アラ
    イメント手段が、前記直線方向に関して予め決められた
    位置に前記ウエハの基準点を位置決めする手段を備えた
    請求項１に記載の要素搬送アライメント装置。
  9. 【請求項９】前記マニュピレータが、前記ホルダ上の前
    記要素を作業ステーションまで運ぶものである請求項１
    に記載の要素搬送アライメント装置。
  10. 【請求項１０】前記特徴化手段と組み合わされ、前記特
    徴化手段を、大きさの異なる要素に応じて調整して選択
    的に設定可能にするための制御装置と； 予め決められた要素の大きさに合わせて調整されるよう
    に前記特徴化手段を設定するために、前記マニュピレー
    タに前記制御装置を操作させるための手段と； を更に備えた請求項１又は２に記載の要素搬送アライメ
    ント装置。
  11. 【請求項１１】台上の要素の基準点の予め決められた位
    置からのミスアライメントの方向及び大きさを特徴化す
    る工程と； 前記ミスアライメントの方向が予め決められた直線方向
    に沿うように要素を配置する工程と、 関節状２レッグアーム上に要素ホルダを有し、且つ前記
    直線方向に沿った前記ホルダの第１運動方向と、軸の周
    りの第２運動方向と、昇降方向の第３運動方向を創出す
    るためにアームのレッグを曲げるための手段を有するリ
    ニアマニュピレータを用いて、前記ホルダに保持した前
    記要素を、前記ミスアライメントの大きさに応じて前記
    直線方向に沿って移動させるアライニング工程と； を備えたことを特徴とする要素搬送アライメント方法。
  12. 【請求項１２】台上の要素の基準点の予め決められた位
    置からのミスアライメントの方向及び大きさを特徴化す
    る工程と； 前記ミスアライメントの方向が予め決められた直線方向
    に沿うように要素を配置する工程と、 関節状２レッグアーム上に要素ホルダを有し、且つ前記
    直線方向に沿った前記ホルダの第１運動方向と、軸の周
    りの第２運動方向と、昇降方向の第３運動方向を創出す
    るためにアームのレッグを曲げるための手段を有するリ
    ニアマニュピレータを用いて、前記ホルダに保持した前
    記要素を、前記ミスアライメントの大きさに応じて前記
    直線方向に沿った第１運動方向にオフセットした作業ス
    テーションへの第１、第２、第３の運動方向の正常な経
    路に沿って、作業ステーションへと動かす工程と； を備えたことを特徴とする要素搬送アライメント方法。
  13. 【請求項１３】前記特徴化する工程において、前記要素
    を回転させ、回転させている間前記要素のエッジ位置を
    検出する請求項11又は12に記載の要素搬送アライメント
    方法。
  14. 【請求項１４】第１運動方向へのホルダの運動中、ホル
    ダの角度位置を維持する請求項11又は12に記載の要素搬
    送アライメント方法。
  15. 【請求項１５】第１運動方向への動作中に前記マニュピ
    レータのレッグが両レッグのホルダーに関する角度比率
    の２倍の角度比率で互いに動かされる請求項11又は12に
    記載の要素搬送アライメント方法。
  16. 【請求項１６】前記アライニング工程において、前記マ
    ニュピレータが前記台上の要素を再配置するように動作
    を行う請求項11に記載の要素搬送アライメント方法。
  17. 【請求項１７】前記要素が半導体ウエハである請求項16
    に記載の要素搬送アライメント方法。
  18. 【請求項１８】前記要素が半導体ウエハであり、前記ア
    ライニング工程において、前記直線方向に関して予め決
    められた位置に前記ウエハの基準点を位置させる請求項
    11に記載の要素搬送アライメント方法。
  19. 【請求項１９】前記ホルダ上の前記要素を作業ステーシ
    ョンに運ぶ工程を含む請求項11に記載の要素搬送アライ
    メント方法。
  20. 【請求項２０】前記特徴化する工程において用いられる
    特徴化手段が、制御装置により大きさの異なる要素に応
    じて調整して選択的に設定可能であり、予め決められた
    要素の大きさに合わせて調整されるように前記特徴化手
    段を設定するために、前記マニュピレータに前記制御装
    置を操作させる工程を更に含む請求項11又は12に記載の
    要素搬送アライメント方法。
  21. 【請求項２１】前記マニュピレータに、前記要素を動か
    す前に第１運動方向と第２運動方向の少なくとも一方向
    と同じ方向に予備動作を行わせた後、前記要素を動かす
    結果的動作を行わせるための手段を有し； 前記予備動作が結果的動作と同じ方向である； 請求項１又は２に記載の要素搬送アライメント装置。
  22. 【請求項２２】前記マニュピレータに、前記要素を動か
    す前に第１運動方向と第２運動方向の少なくとも一方向
    と同じ方向に予備動作を行わせた後、前記要素を動かす
    結果的動作を行わせるための手段を有し； 前記予備動作が結果的動作と同じ方向である； 請求項11又は12に記載の要素搬送アライメント方法。
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