JP4930853B2 - ウェハ搬送装置 - Google Patents

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し、特に外部教示治具に関するものである。

従来、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。
本願発明者等は、先に２つの透過光式センサを備えたハンドを使って教示治具のセンシングを行う方法を提案している（例えば、特許文献１参照）。従来のウェハ教示方法において、教示治具をロボットのウェハ把持部のセンサでセンシングするためにウェハ把持部を教示治具近傍へ自動で移動させる動作は、事前に装置図面から算出した教示位置（以後、事前教示位置と呼ぶ）に基づいて行っていた。また、本願発明者等はウェハ把持部を教示治具近傍へ移動させる動作を手動で行う方法も提案している（例えば、特許文献２参照）が、自動化率を上げ教示操作の時間を短縮するためにも、ウェハ把持部の移動は自動が望ましい。
国際公開公報 ＷＯ０３／２２５３４ 特開２００５−１２３２６１

ところが、従来の方法では、ロボットに対する処理装置の設置精度がよくないと装置入り口の開口部（以後、間口と呼ぶ）が狭い装置では、ウェハ把持部を教示治具へアプローチさせる際に、ウェハ把持部を装置にぶつけてしまうといった問題があった。
そこで、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、装置前面の外壁に設置した外部教示治具をセンシングし事前に教示位置を修正することにより、ウェハ把持部と装置との干渉させることなく、間口の狭い装置においても半導体ウェハの位置を自動的に精度良く教示できる方法を提供することを目的とする。更には、前記外部教示治具の設置により通常のウェハ搬送時におけるロボットの可動範囲を狭めることのない外部教示治具およびその設置方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、次のようにしたものである。
請求項１に記載の発明は、半導体ウェハを載置したハンドが処理装置の間口を通過して 所定位置へ搬送するウェハ搬送装置において、前記ウェハ搬送装置は、前記ハンドを旋回 中心θ軸回りに水平面内で旋回させる旋回機構と、前記ハンドを前記旋回中心θ軸の旋回 半径方向のＲ軸に沿って伸縮させる伸縮機構と、前記ハンドを前記間口の幅方向と平行な Ｔ軸に沿って走行させる走行機構と、前記ハンドに設けられた検出センサと、を備え、 前記間口の外壁には、前記所定位置からの相対位置Ｒｏｆｓｔが予め定められ、水平方向 にＬｐｉｎだけ離間させた少なくとも２つの外部教示治具を備え、前記ウェハ搬送装置は 、前記検出センサによって前記２つの外部教示治具を検出して前記２つの外部教示治具の それぞれの位置（θｓ１，Ｒｓ１）と（θｓ２，Ｒｓ２）を算出し、前記Ｒｓ１と前記Ｒ ｓ２と前記Ｌｐｉｎとから、前記Ｔ軸に対する前記間口の傾きΔθを求め、前記Δθと前 記（θｓ１，Ｒｓ１）と前記（θｓ２，Ｒｓ２）と前記Ｒｏｆｓｔとから、前記所定位置 を算出すること、を特徴とするウェハ搬送装置としたものである。
請求項２に記載の発明は、前記ウェハ搬送装置は、前記外部教示治具を検出して算出し た前記所定位置へ向かって前記ハンドを動作させ、前記所定位置に予め設置された教示治 具を前記検出センサによってさらに検出し、前記教示治具を検出して算出した位置を教示 位置として記憶すること、を特徴とする請求項１記載のウェハ搬送装置としたものである。
請求項３に記載の発明は、前記２つの外部教示治具は、前記所定位置の中心に対して前 記Ｌｐｉｎの半分（Ｌｐｉｎ／２）ずつオフセットした位置に設置されたこと、を特徴と する請求項１または２記載のウェハ搬送装置としたものである。
請求項４に記載の発明は、前記外部教示治具は、前記前面外壁に対して取り外し可能な 構造であること、を特徴とする請求項１または２または３記載のウェハ搬送装置としたも のである。
請求項５に記載の発明は、前記ウェハ搬送装置は、予め記憶していた前記所定位置Ｐｏ ｓ１と、前記外部教示治具を検出して算出した前記所定位置Ｐｏｓ２と、を比較し、これ らの位置の差が予め設けたしきい値を超えていれば、前記間口に前記ハンドを通過させる 動作を中止すること、を特徴とする請求項１または２または３または４記載のウェハ搬送 装置としたものである。

本発明によれば、水平方向にオフセットした２つ以上の外部教示治具をセンシングすることにより、処理装置のロボットに対する傾きを検出することが可能となり、半導体ウェハの位置を精度よく推定できるといった効果がある。
また、装置前面外壁に設けた外部教示治具をセンシングすることにより教示治具の位置を推定し、コントローラが保持している装置図面から算出した事前教示位置を前記推定位置で置き換え、ロボットはこの修正された事前教示位置を基にして教示治具へアプローチすることによりウェハ把持部を装置と干渉することなく教示治具へ導くことができる。一旦、ウェハ把持部が教示治具へアプローチすることができれば、間口の狭い装置においてもその半導体ウェハの位置を自動的に教示することができるという効果がある。

本発明を用いたロボットの走行運動を示す平面図 本発明を用いたロボットの旋回動作を示す平面図 本発明を用いたロボットの伸縮動作を示す平面図 本発明を用いたロボットの昇降動作を示す側面図 図１における透過式センサを示す斜視図 本発明のウェハ搬送装置を示す平面図 本発明の外部教示治具の取付状態を示す説明図 本発明の動作を示すフローチャート図 図８のフローチャートのつづき 本発明の教示位置推定方法を示す説明図

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、１２、１３ 収納容器
１４、１５ 処理装置
１６ 教示治具
１７、２３ 外部教示治具
１８ 最小旋回姿勢による可動範囲
１９ 処理装置の前面外壁
２０ 処理装置の間口
２１ 走行軸ユニット
２２ 可動架台
２４ 推定教示位置
２５ ウェハ搬送面
２６ 固定ピン

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。

図１は本発明の実施例を示すロボットの平面図、図４はその側面図である。
図において、１は半導体ウェハ搬送用の水平多関節型のロボットであり、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。なお、２１は走行軸ユニット、２２は走行軸ロボット架台である。ロボット１は走行軸ロボット架台２２に固定されている。
ロボット１はつぎのように４自由度を有している。すなわち、図２の平面図に示すように、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）と、図３の平面図に示すように、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） と、図４のように、支柱部２を昇降させるＺ軸動作（昇降）と、図１のように、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）である。
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）、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。

図５はウェハ把持部５の詳細を示す斜視図である。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を遮る物体を検出することができる。

図６は本発明のウェハ搬送装置の全体配置を示す平面図である。
図において、１４、１５は処理装置、１１、１２、１３は収納容器、１６は教示治具、１７は外部教示治具、１８は最小旋回姿勢によるロボット１の可動範囲である。外部教示治具１７は処理装置１４、１５にそれぞれ２個配置している。また、外部教示治具１７はロボット１の最小旋回姿勢による可動範囲１８を外して設置する。こうすることによって、外部教示治具１７を設置したままでも、ロボット１は最小旋回姿勢で外部教示治具１７と干渉することなく従来どおり走行軸による移動を行うことができる。更に外部教示治具１７を取り外し可能な構造としておけば、従来どおりのロボット１の可動範囲を確保できることはいうまでもない。また、本実施例では、収納容器の前面外壁には外部教示治具１７を設置していない。これは収納容器の間口は十分に広いからである。

図７は処理装置１４に外部教示治具１７を２個取り付けた装置の側面図、及び立面図である。図において、２５はウェハ搬送面、１９は処理装置の前面外壁、２０は処理装置１４の間口、Ｚｏｆｓｔは、ウェハ搬送面２５と外部教示治具１７の上面との距離を示し、Ｒｏｆｓｔは、図面上の教示位置の中心から外部教示治具１７の中心までの距離を示す。
外部教示治具１７は、処理装置の前面外壁１９に２個配置されており、その円周の中心が処理装置１４内部の教示治具１６の中心の正面から水平方向に距離Ｌｐｉｎ／２オフセットした位置に取り付ける。すなわち２つの外部教示治具１７の距離はＬｐｉｎとなる。Ｌｐｉｎ は、ＺｏｆｓｔやＲｏｆｓｔと同様に外部教示治具１７の取り付け位置を設計した時点で既知であるので、事前にコントローラへセットされる値である。こうして２つの外部教示治具１７の教示治具１６に対する相対位置は決まるので、２つの外部教示治具１７の位置が求まれば、教示治具１６の位置を推定することも可能である。

図８、図９は本発明による２つの外部教示治具１７の位置検出方法を示すフローチャートである。以下、この位置検出方法についてステップを追って説明する。
（ステップ１）２個の外部教示治具１７を処理装置の前面外壁１９に設置する。
（ステップ２）装置図面などの情報から外部教示治具１７の取り付け位置は既知なので、１本目の外部教示治具１７のセンシング開始位置へ自動でウェハ把持部５を移動させることができる。ステップ３をスキップしてステップ４へ遷移する。また変数ｉ＝１とする。
（ステップ３）ロボットのＲ軸を透過式センサ６がｉ番目の外部教示治具１７を検出しない位置まで後退させる。
（ステップ４）θ軸を動作させて、ウェハ把持部５の向きを変え、次にＲ軸を動作させて、ウェハ把持部５を前進させて、ｉ番目の外部教示治具１７にゆっくり接近させ、透過式センサ６がｉ番目の外部教示治具１７を最初に検出した（つまり光軸１０が外部教示治具１７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５）ステップ３とステップ４をＮ回繰り返したら、ステップ６へ遷移する。そうでなければステップ３へ戻る。Ｎは３以上の任意の値である。
（ステップ６）ステップ３とステップ４をＮ回繰り返して、ウェハ把持部５を異なる方向からｉ番目の外部教示治具１７に接近させて、光軸１０がｉ番目の外部教示治具１７の円周に接する時のθ軸とＲ軸の座標を複数求める。これらの値から最小２乗法を解くことにより、ｉ番目の外部教示治具１７の中心の位置（θ_Ｓｉ、Ｒ_Ｓｉ）を求めて記録する。この解法は特許文献１にて詳細に述べている。
（ステップ７）θ軸を動作させ、ウェハ把持部５が処理装置１４へ対して直角となるよう移動させる。更にＲ軸を１０ｍｍ程度前進させ、Ｚ軸を動作させても透過式センサ６がｉ番目の外部教示治具１７を確実に検出する状態にする。
（ステップ８）Ｚ軸を動作させ、ウェハ把持部５をゆっくり上昇させながら、透過式センサ６がｉ番目の外部教示治具１７の上面を検出しなくなる（つまり光軸１０が外部教示治具１７の上面を超えた）時のＺ軸の値をＺ_Ｓｉとして記録する。
（ステップ８−１）ｉ＝１ならステップ８−２へ、そうでなければステップ９へ遷移する。
（ステップ８−２）ｉ＝２としてステップ３へ遷移する。
（ステップ９）ステップ６とステップ８とで記録した値と事前にコントローラにセットしておいたＲｏｆｓｔ、Ｚｏｆｓｔ、Ｌｐｉｎを使って処理装置１４内部のウェハ教示位置を求める。この値の求め方は、次節で詳述する。推定したウェハ教示位置は、コントローラが事前に保持している事前教示位置とは別で記憶する。事前にコントローラへセットしている教示位置をＰｏｓ１（θ_１、Ｒ_１、Ｚ_１、Ｔ_１）、本センシングで求めた推定教示位置２４をＰｏｓ２（θ_２、Ｒ_２、Ｚ_２、Ｔ_２）とする。
（ステップ１０）Ｐｏｓ１とＰｏｓ２を各軸ごとに比較し、各軸ごとに設けたしきい値Ｔｈｏｌｄ（θ_ｔ、Ｒ_ｔ、Ｚ_ｔ、Ｔ_ｔ）を１軸でも超えているものがあれば、自動教示を中止としステップ１１へ遷移する。これは、図面上の処理装置１４の設置位置と実際に設置された位置が大きくずれていることを示しており、自動教示を行う以前に装置の設置状態を確認することが必要だからである。
（ステップ１１）ステップ９で求めたＰｏｓ１をコントローラの事前教示位置として上書きし、従来の自動教示動作を行う。従来の自動教示が正常終了すると、処理装置１４の教示位置が正しく求まる。
（ステップ１２）ロボット１のアームを最小旋回姿勢に畳んで、自動教示終了とする。

図１０は本発明のウェハ位置推定方法を説明する図である。本図に従ってステップ９で述べた２つの外部教示治具１７の推定位置から処理装置内部の教示治具１６の位置を推定する方法を説明する。図においてＲ_Ｘｉは、ステップ６で求めた（θ_Ｓｉ、Ｒ_Ｓｉ）から計算可能であり、トラック軸からｉ番目の外部教示治具１７の中心までの距離である。またＲ_Ｘ１とＲ_Ｘ２の平均値をＲ_ａｖｇとする（式１）。Ｔ_Ｘｉはステップ６で求めた（θ_Ｓｉ、Ｒ_Ｓｉ）から計算可能であり、ｉ番目の外部教示治具１７の正面に相当するトラック軸の値である。またＴ_Ｘ１とＴ_Ｘ２の平均値をＴ_ａｖｇとする（式３）。Δθはトラック軸に対する処理装置１４の傾きであり、式（４）で求まる。またステップ８で求めたＺ_Ｓｉの平均値をＺ_ａｖｇとする（式２）。これらの値からウェハ位置Ｐｏｓ２（θ_２、Ｒ_２、Ｚ_２、Ｔ_２）は、式（５）〜（８）により求めることができる。

このように、Ｐｏｓ２で事前教示位置が補正されるので、従来のウェハ教示方法において、ウェハ把持部５が処理装置１４内に設置された教示治具１６へアプローチする際の経路も補正され、ウェハ把持部５が処理装置の間口２０を通過する際にウェハ把持部５を装置に干渉することを回避できる。

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。

Claims (5)

1. 半導体ウェハを載置したハンドが処理装置の間口を通過して所定位置へ搬送するウェハ搬送装置において、
   前記ウェハ搬送装置は、前記ハンドを旋回中心θ軸回りに水平面内で旋回させる旋回機構と、前記ハンドを前記旋回中心θ軸の旋回半径方向のＲ軸に沿って伸縮させる伸縮機構と、前記ハンドを前記間口の幅方向と平行なＴ軸に沿って走行させる走行機構と、前記ハンドに設けられた検出センサと、を備え、
   前記間口の外壁には、前記所定位置からの相対位置Ｒｏｆｓｔが予め定められ、水平方向にＬｐｉｎだけ離間させた少なくとも２つの外部教示治具を備え、
   前記ウェハ搬送装置は、前記検出センサによって前記２つの外部教示治具を検出して前記２つの外部教示治具のそれぞれの位置（θｓ１，Ｒｓ１）と（θｓ２，Ｒｓ２）を算出し、
   前記Ｒｓ１と前記Ｒｓ２と前記Ｌｐｉｎとから、前記Ｔ軸に対する前記間口の傾きΔθを求め、
   前記Δθと前記（θｓ１，Ｒｓ１）と前記（θｓ２，Ｒｓ２）と前記Ｒｏｆｓｔとから、前記所定位置を算出すること、
   を特徴とするウェハ搬送装置。
2. 前記ウェハ搬送装置は、
   前記外部教示治具を検出して算出した前記所定位置へ向かって前記ハンドを動作させ、
   前記所定位置に予め設置された教示治具を前記検出センサによってさらに検出し、
   前記教示治具を検出して算出した位置を教示位置として記憶すること、
   を特徴とする請求項１記載のウェハ搬送装置。
3. 前記２つの外部教示治具は、前記所定位置の中心に対して前記Ｌｐｉｎの半分（Ｌｐｉｎ／２）ずつオフセットした位置に設置されたこと、
   を特徴とする請求項１または２記載のウェハ搬送装置。
4. 前記外部教示治具は、前記前面外壁に対して取り外し可能な構造であること、
   を特徴とする請求項１または２または３記載のウェハ搬送装置。
5. 前記ウェハ搬送装置は、予め記憶していた前記所定位置Ｐｏｓ１と、前記外部教示治具を検出して算出した前記所定位置Ｐｏｓ２と、を比較し、これらの位置の差が予め設けたしきい値を超えていれば、前記間口に前記ハンドを通過させる動作を中止すること、
   を特徴とする請求項１または２または３または４記載のウェハ搬送装置。