JP3243956U - ロボットアーム自動補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本考案は、迅速且つ正確に補正を行うことのできるロボットアーム自動補正装置を提供する。【解決手段】ロボットアーム自動補正装置は、ロボットアーム１と、ロボットアームに設けられる光学カメラ機構３と、ロボットアームの一側に設けられるウェハ収納機構２と、ウェハ収納機構上に設けられる画像情報コード２１と、光学カメラ機構情報に接続される光学識別モジュール４と、光学識別モジュール内に設けられる情報コード解析ユニットと、物理的距離解析ユニットと、ウェハ中心解析ユニットからなる。使用者は、光学カメラ機構により画像情報コードを撮影することでロボットアームの１回目の位置補正を行い、さらに、光学カメラ機構によりウェハを撮影するとともに焦点を合わせ、物理的距離解析ユニットとウェハ中心解析ユニットを組み合わせてロボットアームとウェハ中心点との距離を算出することで、２回目補正効果が達成される。【選択図】図１

Description

本考案はロボットアーム自動補正装置に関し、特に、迅速且つ正確に補正を行うことのできるロボットアーム自動補正装置に関する。

半導体ウェハの構造と製造工程は非常に精密であるため、その保存及び輸送に求められる基準も比較的高い。ウェハを収納する際には、様々な保存環境に合わせて、真空保存または不活性ガスを導入した保存方法といった、専用の収納・運搬器具を使用して保存する必要がある。輸送する際には、運搬器具を直接輸送する以外にも、収納器具を開けるとともにウェハを取り出すこともできるが、内部のウェハを取り出す際には、ほとんどの場合、ロボットアームを使用して出し入れを行うことで、輸送時にウェハが割れたり損傷したりするのを防止することができる。

しかしながら、ロボットアームは、出し入れを行う前に、ロボットアームとウェハ運搬器具の間の距離を完全に位置決めして初めて正確に出し入れを行うことができる。位置決め動作は自動式または手動式に分けられ、続いて出し入れが行われる。手動式の場合、目測または機械計測により、関連する距離情報が提供され使用者がロボットアームを位置決めするのを助ける。自動化されたロボットアームが出し入れをする場合、複数のセンサーにより各種の計測を組み合わせることで、ロボットアームにより正確な位置決めを行うことができる。

位置決め動作が十分に正確でないと、ロボットアームが出し入れする際に様々なトラブルが生じ、不良品を生産する確率が高くなる。しかしながら、位置決め動作を正確にするためには、複数のセンサーを相互に組み合わせる必要があり、使用上のコストが増加してしまう。

本考案は、光学カメラ機構を利用することで簡易且つ正確に補正することのできるロボットアーム自動補正装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本考案の主な構造は、ロボットアームと、ロボットアームの一側に設けられるウェハ収納機構と、ウェハ収納機構に設けられる画像情報コードと、ロボットアームに設けられる光学カメラ機構と、光学カメラ機構に情報が接続された光学識別モジュールと、光学識別モジュール内に設けられる情報コード解析ユニットと、光学識別モジュール内に設けられる物理的距離解析ユニットと、光学識別モジュール内に設けられるウェハ中心解析ユニットとからなる。

上述の構造により、使用者がロボットアームを使用してウェハを取り出す際に、ロボットアームは自動で補正することができる。まず、光学カメラ機構によって画像情報コードを撮影するとともに、情報コード解析ユニットによってその画像情報コードを解析することで関連する位置情報を取得し、それにより、ロボットアームは１回目の補正動作を行うことができる。

１回目の補正動作を行う際に、ウェハ収納機構の大まかな位置を知ることができ、この時、さらに、光学カメラ機構によりウェハ収納機構のうちの１つのウェハを撮影し焦点を当てることで、物理的距離解析ユニットは、光学カメラ機構内のレンズの焦点距離と、レンズと光学カメラ機構内における感光・現象位置の間の距離を利用して、光学カメラ機構とウェハとの間のウェハ距離を算出することができる。ウェハ距離が算出されると、ウェハ中心解析ユニットがロボットアームと光学カメラ機構の間の距離、ウェハ距離、及び、ウェハの幅によってロボットアームとウェハの中心点との距離を算出する。これにより、２回目の補正動作が達成され、完全な補正效果を伴ったウェハの出し入れを行うことができる。

従って、上述の方式により、ロボットアームは迅速且つ正確に補正動作を行うことができるとともに、撮影動作のみでそれを達成できるため、比較的低いコストで確実且つ迅速な補正動作を実現することができる。

上述の技術により、従来の補正方法におけるコストが高いまたは正確性に欠けるといった問題点を解決し、上述の長所における実用進歩性が達成される。

本考案の好ましい実施例における斜視透視図である。 本考案の好ましい実施例における構造ブロック図である。 本考案の好ましい実施例における撮影を示した図である。 本考案の好ましい実施例における焦点距離を示した図である。 本考案の好ましい実施例における中心の計算を示した図である。 本考案の別の好ましい実施例における斜視透視図である。 本考案の別の好ましい実施例における反り測定を示した図である。 本考案のさらに別の好ましい実施例における斜視透視図である。 本考案のさらに別の好ましい実施例における距離測定を示した図である。 本考案のさらに別の好ましい実施例における斜視透視図である。

図１から図５を参照する。図１から図５は、本考案の好ましい実施例における斜視透視図から中心の計算を示した図である。図を見て分かる通り、本考案は、ロボットアーム１と、ウェハ収納機構２と、画像情報コード２１と、光学カメラ機構３と、光学識別モジュール４と、情報コード解析ユニット４１と、物理的距離解析ユニット４２と、ウェハ中心解析ユニット４３とからなる。

ロボットアーム１は、例として、コンピュータによって制御されるとともにウェハを出し入れ及び移動させることができるものとする。

ロボットアーム１の一側に設けられるウェハ収納機構２は、ウェハを収納するための保存設備を例とする。

ウェハ収納機構２に設けられる画像情報コード２１は、ＱＲ ＣＯＤＥを例とする。

本実施例におけるロボットアーム１に設けられる光学カメラ機構３は、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）を使用したカメラを例とする。

光学識別モジュール４は、例として、光学カメラ機構３及びロボットアーム１の情報と接続され、且つ光学カメラ機構３に接続されるとともに画像を撮影するプロセッサに接続されるものとする。

情報コード解析ユニット４１は、光学識別モジュール４内に設けられる。

物理的距離解析ユニット４２は、光学識別モジュール４内に設けられる。

ウェハ中心解析ユニット４３は、光学識別モジュール４内に設けられる。本実施例の情報コード解析ユニット４１、物理的距離解析ユニット４２、及び、ウェハ中心解析ユニット４３はいずれも、例として、光学識別モジュール４内のソフトウェアであるものとする。

上述の説明により本技術の構造について理解することができる。この構造を対応させて組み合わせることで、比較的低いコストで迅速且つ正確な補正動作を達成することができる。詳細は以下に説明する。

使用者は、まず、画像情報コード２１をウェハ収納機構２に設けるとともに、ロボットアーム１を使用してウェハをつかむ場合、収納機構２内のウェハを正確につかむため、先に補正動作を行う必要がある。

このように、まず、光学カメラ機構３によって画像情報コード２１を撮影するとともに光学識別モジュール４内の情報コード解析ユニット４１によって前記画像情報コード２１を解析することで、関連する位置情報（例えば、ウェハ収納機構２のロボットアーム１に対する相対方向）を取得することができ、これにより１回目の補正動作を行うことができる。

１回目の補正動作が実行されると、ウェハ収納機構２までの大まかな位置が確定される。この際、さらに、光学カメラ機構３によってウェハ収納機構２内のウェハを撮影するとともに、取り出したいウェハに焦点を当てる。この時、物理的距離解析ユニット４２は、薄レンズの結像公式（１／ｏ＋１／ｉ＝１／ｆ）によって計算解析を行うが、この公式は、既存の数式である。

その計算方式は図４に示す通りである。光学カメラ機構３内のレンズと合焦物（ウェハ）との距離をｏ、光学カメラ機構３内のレンズと光学カメラ機構３内の感光・現象位置との間の距離をｉ、光学カメラ機構３のレンズの焦点距離をｆとする。そのうち、光学カメラ機構３のレンズの焦点距離（ｆ）は、レンズ取り付け時またはレンズ購入時に既知のデータであり、光学カメラ機構３内のレンズと光学カメラ機構３内の感光・現象位置との間の距離（ｉ）は、合焦後に分かる距離である。このように、光学カメラ機構３内のレンズと合焦物（ウェハ）との距離ｏは、上述の公式によって算出されるとともに、レンズは、光学カメラ機構３の最前端部にあるため、光学カメラ機構３とウェハとの間の距離とすることができ、本考案ではウェハ距離ｏと定義する。

図５に示す通り、上述のウェハ距離を算出すると、光学カメラ機構３は、ロボットアーム１の上側部に直接設置されているため、光学カメラ機構３とロボットアーム１との間の垂直距離ｘを直接取得することができる。このように、上述のウェハ距離ｏと垂直距離ｘによって、ウェハ中心解析ユニット４３は、三角関数の計算方式（ｘ^２＋ｙ^２＝ｏ^２）により、ロボットアーム１からウェハ辺縁部（つまり、光学カメラ機構３の合焦位置）までの距離ｙを算出することができる。また、ウェハの半径（ｄ）は、つかむ前の既知のデータであるが、制限されないため、上述の光学カメラ機構３により画像情報コード２１を撮影して関連する位置情報を取得すると同時に、ウェハの半径（ｄ）を読み取って取得し、ウェハ中心解析ユニット４３に送信することができる。このように、上述のロボットアーム１からウェハ辺縁部までの距離ｙは、ウェハの半径（ｄ）に加算されることで、ロボットアーム１とウェハの中心点との距離を取得することができ、これにより２回目の補正效果が達成される。

上述の２回の補正後、ロボットアーム１は、算出されたロボットアーム１とウェハの中心点との距離に基づいて、つかむ動作を自動的に実行することができる。補正過程全体はいずれも、光学カメラ機構３と画像情報コード２１により可能であり、さらに、光学識別モジュール４により計算することで完了する。このように、簡単な構造によりコスト削減の效果を達成することができるとともに、操作全体は、撮影と関連する計算により完了するため、補正にかかる時間及びその效率を大幅に改善することができる。

図６及び図７を併せて参照する。図６及び図７は、本考案の別の好ましい実施例における斜視透視図及び反り測定を示した図である。図を見て分かる通り、本実施例と上述の実施例はほぼ同じであるが、本実施例では、ロボットアーム１に歪みセンサー１１が設けられており、本実施例の歪みセンサー１１は、レーザーセンサーを例とする。

上述の実施例から分かる通り、ロボットアーム１からウェハ中心までの距離はすでに算出されているため、この距離に前回のウェハＷの半径の長さを加算するだけで、ロボットアーム１からウェハ収納機構２底部までのだいたいの距離を推測することができる。歪みセンサー１１が発するレーザーの跳ね返りによって測定された長さが、上述の距離より小さい場合、ウェハＷに反りが生じているため歪みセンサー１１のレーザー経路が阻害されていると判断することができる。これにより、ウェハＷをつかむ際に、反り部に触れることで割れてしまう可能性を低減することができる。

図８及び図９を併せて参照する。図８及び図９は、本考案のさらに別の好ましい実施例における斜視透視図及び距離測定を示した図である。図を見て分かる通り、本実施例と上述の実施例はほぼ同じであるが、本実施例ではロボットアーム１に距離センサー１２が設けられており、本実施例の距離センサー１２は、薄型の距離センサーを例とする。

ロボットアーム１がウェハ収納機構２内に進入してつかむ動作を実行する際、距離センサー１２によって上下にあるウェハＷとの距離を検出できるため、距離が近すぎることで衝突するのを防ぐことができる。

図１０を併せて参照する。図１０は、本考案の別の好ましい実施例における斜視透視図である。図を見て分かる通り、本実施例と上述の実施例はほぼ同じであるが、本実施例ではロボットアーム１に距離センサー１２と歪みセンサー１１が同時に設けられている。

このように、本考案のロボットアーム１は、反り測定と距離測定の效果を同時に備えることができることで、歪みセンサー１１と距離センサー１２を同時に設けることができ、本考案を使用する際の安全性を高めることができる。

１ ロボットアーム
１１ 歪みセンサー
１２ 距離センサー
２ ウェハ収納機構
２１ 画像情報コード
３ 光学カメラ機構
４ 光学識別モジュール
４１ 情報コード解析ユニット
４２ 物理的距離解析ユニット
４３ ウェハ中心解析ユニット
Ｗ ウェハ
ｘ 垂直距離
ｙ 距離
ｏ ウェハ距離

Claims (5)

1. ロボットアームと、ウェハ収納機構と、画像情報コードと、光学カメラ機構と、光学識別モジュールと、情報コード解析ユニットと、物理的距離解析ユニットと、ウェハ中心解析ユニットとからなるロボットアーム自動補正装置であって、
   前記ウェハ収納機構は、前記ロボットアームの一側に設けられ、
   前記画像情報コードは、前記ウェハ収納機構上に設けられ、
   前記光学カメラ機構は、前記ロボットアーム上に設けられ、
   前記光学識別モジュールは、前記光学カメラ機構及び前記ロボットアームの情報に接続され、
   前記情報コード解析ユニットは、前記光学識別モジュール内に設けられ、前記画像情報コードを解析することで、関連する位置情報を取得し、
   前記物理的距離解析ユニットは、前記光学識別モジュール内に設けられるとともに、情報コード解析ユニットの情報に接続され、さらに、前記物理的距離解析ユニットは、前記光学カメラ機構内のレンズの焦点距離、及び、前記レンズと前記光学カメラ機構内の感光・現象位置との間の距離により、前記光学カメラ機構と前記ウェハ収納機構内のウェハとの間のウェハ距離を算出し、
   前記ウェハ中心解析ユニットは、前記光学識別モジュール内に設けられるとともに、情報コード解析ユニットの情報に接続されることで、前記ロボットアームと前記光学カメラ機構との間の距離、前記ウェハ距離、及び、前記ウェハの幅により、前記ロボットアームと前記ウェハの中心点との距離を算出することを特徴とする、ロボットアーム自動補正装置。
2. 前記ロボットアームには歪みセンサーが設けられることを特徴とする、請求項１に記載のロボットアーム自動補正装置。
3. 前記ロボットアームには距離センサーが設けられることを特徴とする、請求項１に記載のロボットアーム自動補正装置。
4. 前記物理的距離解析ユニットは、薄レンズ結像公式によって計算解析を行なうことを特徴とする、請求項１に記載のロボットアーム自動補正装置。
5. 前記ウェハ中心解析ユニットは、三角関数の計算方式により前記ロボットアームと前記ウェハの中心点との距離を算出することを特徴とする、請求項１に記載のロボットアーム自動補正装置。

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