KR100787704B1 - 반송용 로봇 티칭 장치 및 반송용 로봇의 티칭 방법 - Google Patents

Abstract

작업자가 웨이퍼 반송의 티칭 위치에 접근할 수 없는 경우라도 티칭이 가능해지는 반송용 로봇 시스템 및 반송용 로봇의 제어 방법을 제공한다.

박형 형상을 나타내는 물체를 재치하는 재치부를 갖고 물체를 반송하는 로봇(1)과 로봇(1)을 제어하는 로봇 컨트롤러(9)를 구비하는 반송용 로봇 시스템에 있어서, 로봇의 재치부에 탑재되어 촬상 수단(4)을 갖는 지그(3)와, 촬상 수단(4)에 의해 촬상된 화상을 처리하는 화상 처리부(8)와, 로봇 컨트롤러(9) 및 화상 처리부(8)를 상위로부터 제어하는 상위 제어부(10)를 구비한다.

Description

반송용 로봇 티칭 장치 및 반송용 로봇의 티칭 방법{CARRIAGE ROBOT TEACHING DEVICE AND ITS TEACHING METHOD}

본 발명은, 소정의 재치(載置) 위치에 재치된 두께가 얇은 형상, 즉 박형(薄形) 형상을 가지는 웨이퍼 등을 반출하거나, 또는 소정의 위치에 박형 형상을 나타내는 웨이퍼 등을 반입하는 반송용 로봇에 관한 것이며, 특히 반송용 로봇 시스템 및 반송용 로봇의 제어 방법에 관한 것이다.

웨이퍼 반송 장치에 있어서는 웨이퍼의 낙하나 처리를 바르게 행할 수 없는 등의 문제를 방지하기 위해 로봇이 웨이퍼를 처리 유닛 내의 소정의 위치로 정확히 반송할 필요가 있다. 그러나, 장치를 구성하는 부품의 치수 오차, 장치의 조립 오차 등의 여러가지 원인에 의해, 실제로는 반송용 로봇을 설계값의 위치로 이동시켜도, 소정의 위치로 정확히 웨이퍼를 반송할 수 없다. 따라서 반송 장치의 가동에 앞서 반송용 로봇의 티칭 작업(teaching operation)이 필요하다.

종래의 반송용 로봇의 티칭 방법에 있어서는, 작업자의 고도의 숙련을 필요로 하지 않고, 항상 일정한 정밀도를 갖고 신속하게 티칭 작업을 행하는 것을 목적으로 하여 특개평 9-102527 공보에서 반도체 제조 장치의 이재기(移載機)의 티칭 방법이 기재되어 있다. 이하, 간단히 도면을 사용하여 설명한다.

도 8에 있어서 14는 웨이퍼와 동일한 형상·크기의 원판과 그 중심 위치에 세워서 설치된 원기둥형상의 핀으로 구성되는 지그이다. 도 9에 있어서 검출 수단(16)은 웨이퍼를 반송하는 이재기(15)의 전면부에 설치되어, 지그(14)의 위치를 광학적으로 검지하는 검출 수단이다. 이상의 구성에 있어서 이재기(15)를 그 홈 포지션에 설치한 상태로 작업자가 보트(17)에 삽입한 지그(14)의 원판부나 핀을 검출 수단(16)에 의해 검출하여, 이재기(15)를 기준으로 한 지그(14)의 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향의 위치를 취득한다.

상기와 같은 반도체 제조 장치의 이재기의 티칭 방법에 있어서, 보트(17)에 웨이퍼를 삽입하기 위한 이재기(15)의 포지션 데이터를 얻을 수 있다.

그러나, 최근의 반도체 제조 장치에서는 고밀도화가 진행됨에 따라 이재기의 동작공간이 좁아져, 이재기의 정확한 티칭을 행하는 것이 곤란해지고 있으며, 교시할 때 교시용의 지그조차 이용할 수 없는 상황이 되고 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 작업자가 웨이퍼 반송의 티칭 위치에 접근할 수 없는 경우라도 티칭이 가능해지는 반송용 로봇 티칭 장치 및 반송용 로봇의 티칭 방법을 제공하는 것이다.

이상의 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재된 반송용 로봇 티칭 장치는, 두께가 얇은 형상을 가지는 물체를 재치(載置)하는 재치부를 갖고 상기 물체를 반송하는 로봇과 상기 로봇을 제어하는 로봇 컨트롤러를 구비하는 반송용 로봇 티칭 장치에 있어서, 상기 로봇의 재치부에 소정의 방향으로 위치결정하여 탑재되어 촬상 수단을 갖는 티칭용 지그와, 상기 촬상 수단에 의해 촬상된 화상을 처리하는 화상 처리부와, 상기 로봇 컨트롤러 및 상기 화상 처리부에 지령을 출력하는 티칭용 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 1에 기재된 반송용 로봇 티칭 장치에 의하면, 작업자가 웨이퍼 등의 반송의 티칭 위치에 접근할 수 없는 경우라도 티칭이 가능해진다.

청구항 2에 기재된 반송용 로봇의 티칭 방법은, 소정의 재치 위치에 재치된 두께가 얇은 형상을 가지는 물체를 반송하는 반송용 로봇의 티칭 방법에 있어서, 미리 촬상 수단을 갖는 티칭용 지그를 상기 로봇의 아암 선단의 재치부에 소정의 방향으로 위치결정하여 재치해 두고, 상기 촬상 수단이 상기 소정의 재치 위치 부근에 존재하는 위치결정 마크를 검출할 수 있는 위치로 상기 로봇을 이동하여, 상기 촬상 수단에 의해 상기 위치결정 마크가 포함되는 화상을 촬상하고, 상기 촬상된 화상을 기초로 상기 촬상 수단의 좌표계에서의 상기 위치결정 마크의 위치를 구하고, 상기 촬상 수단의 좌표계 상의 위치를 상기 로봇의 좌표계 상의 위치로 변환하여, 상기 재치 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 2에 기재된 반송 로봇의 티칭 방법에 의하면, 작업자가 웨이퍼 등의 반송의 티칭 위치에 접근할 수 없는 경우라도 티칭을 행할 수 있어, 티칭 작업의 대폭적인 시간 단축이나 힘의 절약을 실현할 수 있다.

청구항 3에 기재된 반송 로봇의 티칭 방법은, 미리 상기 촬상 수단의 좌표계 상의 위치를 상기 로봇의 좌표계 상의 위치로 변환하는 변환 행렬을 구해 두고, 상기 촬상 수단의 좌표계에서의 상기 위치결정 마크의 위치를 상기 변환 행렬에 의해 상기 로봇의 좌표계에서의 위치로 변환하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 3에 기재된 반송 로봇의 티칭 방법에 의하면, 상기 촬상 수단에 의해 상기 위치결정 마크의 위치를 검출함으로써 반송용 로봇의 티칭 위치를 얻을 수 있다.

청구항 4에 기재된 반송 로봇의 티칭 방법은, 상기 티칭용 지그는, 상기 두께가 얇은 형상을 가지는 물체의 반송시에는 재치부로부터 떼어냄 가능한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 4에 기재된 반송 로봇의 티칭 방법에 의하면, 다수의 반송 로봇으로 티칭용 지그를 공용할 수 있어, 메인터넌스 비용을 저감할 수 있다.

청구항 5 및 청구항 6에 기재된 반송 로봇의 티칭 방법은, 상기 재치 위치 부근에는 구멍, 핀, 마크, 문자 패턴 중 어느 하나인 위치결정 마크를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 5 및 청구항 6에 기재된 반송 로봇의 티칭 방법에 의하면, 재치 위치 부근의 여러가지 대상을 위치결정 마크로서 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 나타낸 웨이퍼 반송 장치의 사시도,

도 2는 본 발명의 실시예를 나타낸 핸드부 및 처리 유닛 내부의 사시도,

도 3은 본 발명의 실시예의 전체 구성을 나타낸 구성도,

도 4는 본 발명의 실시예의 전체 구성을 나타낸 블록도,

도 5는 본 발명의 실시예의 처리 순서를 나타낸 흐름도,

도 6은 카메라로부터 본 위치결정 마크의 영상을 나타낸 도면,

도 7은 카메라로부터 본 위치결정 마크의 영상을 나타낸 도면,

도 8은 종래예에 따른 지그를 나타낸 사시도,

도 9는 종래예에 따른 반도체 제조 장치의 구성도,

도 10은 본 발명의 제2 실시형태의 좌표계 개요도이다.

이하에, 본 발명의 제1 실시형태의 반송 로봇의 제어 방법에 관해 도면에 기초하여 설명한다.

종래부터 실시되고 있는, 도시 생략한 핸드 선단에 설치된 비접촉 센서를 사용하여 웨이퍼 등의 박형 형상을 나타내는 물체를 재치하는 높이를 검출하고, 높이 방향의 티칭 위치는 이미 정해져 있는 예로서 웨이퍼 등의 재치 위치 검출에 관한 처리를 이하에 기재한다.

도 1은 본 발명의 실시예를 나타낸 웨이퍼 반송 장치의 도면이다. 도 1에 있어서, 1은 웨이퍼 반송용 로봇이고, 그 선단에는 웨이퍼를 재치하는 핸드(2)가 장착되어 있다. 웨이퍼 반송용 로봇(1)은 핸드(2)를 연직축 둘레로 회전시키는 축, 전후 방향으로 진퇴시키는 축, 및 상하 방향으로 승강시키는 축의 합계 3 자유도의 아암을 갖고 있고, 통상은 웨이퍼 반출/반입의 대상이 되는 처리 유닛(5) 내에 핸드(2)를 삽입하여, 웨이퍼 반출/반입 동작을 행한다. 3은 웨이퍼 대신에 핸드(2)에 재치된 티칭용 지그이다. 티칭용 지그(3)는 티칭시에만 핸드(2)에 재치되고, 통상의 웨이퍼 반송시에는 핸드(2)로부터 떼어낸다. 또 티칭용 지그(3)는 핸드(2)에 재치되었을 때, 웨이퍼와 동일하게 배치되도록 웨이퍼와 동일한 직경의 원호를 갖고 있다. 또한, 도시 생략하나 티칭용 지그(3)는 핸드(2)에 재치될 때 항상 일정한 방향이 되도록 위치결정 기구를 갖고 있어 다시 핸드(2)에 재치되는 경우에도 그 위치는 일정한 공차 범위 내에 들어가도록 되어 있다. 4는 촬상 수단으로서 설치된 카메라이고, 티칭용 지그(3)의 하측을 촬영하도록 설치되어 있다. 카메라(4)는 가능한한 소형·경량인 것이 바람직하다. 카메라(4)는, 티칭용 지그(3)의 중심에 설치되어 있다.

도 2는 처리 유닛(5) 내에 삽입된 핸드(2)의 도면이다. 처리 유닛 내의 웨이퍼 재치 개소는 여러가지 형상을 갖고 있는데, 예의 하나로서 웨이퍼를 재치하는 부분에 구멍과 3개의 핀이 존재하는 예로서 설명한다.

3개의 핀(6)은 상하 이동하여, 웨이퍼를 재치할 때는 핀이 올라간 상태가 되지만 티칭 작업시에는 내려간 상태로 되어 있다. 7은 구멍이고 티칭 작업시의 특징적인 개소가 되는 위치결정 마크이다.

본 실시예에서는 이 위치결정 마크(7)는 3개의 핀(6) 각각으로부터 등간격의 위치에 존재하고 있는 구멍이지만, 십자 마크나 원형 마크, 문자 패턴 등과 같은, 주변 부분과 명확하게 구별할 수 있는 기하학적인 형상 또는 모양이 존재하고 있으면, 본 발명은 실시 가능하다.

핸드(2)에 대한 티칭용 지그(3)의 위치결정 기구 및, 카메라(4)를 티칭용 지그(3)의 중심으로 하는 배치에 의해, 카메라(4)의 좌표계와 핸드(2)의 중심의 사용자 좌표계의 원점과 방향을 일치시킬 수 있다.

여기서 사용자 좌표계란 로봇 좌표 상의 임의의 적어도 3점(원점 O, X방향 정의점 XX, Y방향 정의점 XY)을 기초로 정의된 좌표를 의미한다.

따라서, 티칭용 지그(3)를 실은 핸드(2)를 바르게 소정의 재치 위치에 위치 결정한 경우에는 위치 결정 마크(7)는 카메라(4)의 시계(視界)의 중앙에 비춰진다.

이렇게 카메라의 좌표계와 반송용 로봇의 좌표계의 관계를 이미 알고 있으므로 카메라(4)로부터 본 특징적인 개소의 위치를 기초로 목표 위치와 반송용 로봇의 현재 위치의 관계를 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예의 전체 구성을 나타낸 모식도이고, 도 4는 전체 구성을 나타낸 블록도이다. 도 3 및 도 4에 있어서 8은 카메라(4)로부터의 화상을 처리하는 화상 처리부, 9는 웨이퍼 반송용 로봇(1)을 동작시키는 로봇 컨트롤러, 10은 화상 처리부(8) 및 로봇 컨트롤러(9)에 지령을 출력하는 티칭용 제어부이고, 11은 모니터이다. 그 외에, 이미 설명한 웨이퍼 반송용 로봇(1), 핸드(2), 티칭용 지그(3), 티칭용 지그(3)의 중심에 설치된 카메라(4)로 구성된다.

카메라(4)는 화상 처리부(8)에 접속되어 있다. 화상 처리부(8)는, 티칭용 제어부(10)로부터의 지령을 수취하면 미리 그 내부에 저장된 프로그램에 의해 핸드(2) 상에 위치결정된 티칭용 지그(3) 상에 탑재된 카메라(4)의 영상으로부터 처리 유닛(5) 내의 위치결정 마크(7)를 추출할 수 있어, 카메라(4)가 위치결정 마크(7)의 바로 위에 위치하기 위한 현재 위치로부터의 이동량을 산출하여 티칭용 제어부(10)에 그 정보를 출력한다.

티칭용 제어부(10)는 그 정보를 기초로 웨이퍼 반송용 로봇(1)의 각 축의 위치 데이터를 계산하여, 로봇 컨트롤러(9)에 지령을 출력하여, 웨이퍼 반송용 로봇 (1)을 움직인다. 여기서는, 티칭용 제어부(10)는, 로봇 컨트롤러(9)와는 별체로 했으나, 로봇 컨트롤러(9)의 장치 내에 있어도 된다.

본 실시예에서는 높이방향의 티칭이 이미 완료되어 있으므로, 카메라와 위치결정 마크 사이의 높이방향의 거리는 이미 알고 있다. 따라서 카메라 화상의 1 화소가, 위치결정 마크가 존재하는 면에서 어느 만큼의 길이에 대응하는지의 비도 미리 알 수 있다. 또한, 위치결정 마크(7)의 위치 검출에 의해 직접 웨이퍼 반송용 로봇(1)의 위치를 구해도 되지만, 여기서는 최초로 교시된 위치를 기초로 보정량을 계산하여, 로봇 컨트롤러(9)에 지령을 출력하는 예에 관해 도 5에 나타낸 흐름도에 따라서 설명한다.

도 5중, 점선으로 둘러싼 부분은 본 실시예의 이전에 완료되어 있는 높이방향의 티칭에 관한 것이다.

도 2처럼 핸드(2)를 처리 유닛(5) 내에 삽입했을 때 도 6처럼 카메라(4)로부터 봐서 위치결정 마크(7)가 화면의 좌측 아래에 비춰져 있는 경우, 화상 처리부(8)는 티칭용 제어부(10)로부터의 지령에 의해 화상 처리를 행하고, 먼저 위치결정 마크(7)의 중심과 화면 중심의 가로방향의 어긋남 dx(도 6의 12) 및 세로방향의 어긋남 dy(도 6의 13)의 화소수를 검출한다.

여기서, 이미 설명한 바와 같이 반송용 로봇(1)의 좌표계와 카메라(4)의 좌표계는 그 원점과 방향이 일치하고 있고, 또한 카메라 화상의 1 화소가, 위치결정 마크가 존재하는 면에서 어느 만큼의 길이에 대응하는지의 비도 알고 있으므로 이 2개의 좌표계는 캘리브레이션된 상태이며 dx, dy에 화소수와 길이의 비를 곱함으로 써 가로방향, 세로방향의 각각의 이동량을 구할 수 있다.

즉 가로방향의 비를 a, 세로방향의 비를 b로 하면 각각의 이동량 X, Y는 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

X = a×dx

Y = b×dy

또한 a 및 b는 미리 화상 처리부(8) 내부에 유지되어 있다. 화상 처리부(8)는 이들 X, Y의 값을 티칭용 제어부(10)에 회신한다.

티칭용 제어부(10)는 이 값을 기초로 웨이퍼 반송용 로봇(1)의 각 축의 움직임으로 변환하여 로봇 컨트롤러(9)에 대해 신축축(伸縮軸)을 줄이고, 선회축(旋回軸)을 반시계 회전 방향으로 선회하도록 지령을 출력하여 도 7처럼 위치결정 마크(7)가 화면 중앙에 비춰지도록 한다.

또한, 본 실시예에서는 카메라(4)가 촬영한 영상은 모니터(11)에 출력되어 있고, 오퍼레이터는 일련의 티칭 작업의 과정을 모니터(11)에 의해 확인할 수 있다.

본 발명의 제2 실시형태에 관해, 도 10에 기초하여 설명한다.

캘리브레이션에 관해서는, 반송용 로봇(1)의 사용자 좌표계(32)와 카메라(4)의 좌표계는, 그 원점과 방향이 일치했으나, 이러한 위치 관계가 아닌 경우가 있다. 카메라(4)의 좌표계(31)는, 카메라 자체에 고유한 좌표계이다. 카메라(4)의 좌표계(31)와 동일한 원점, 좌표축의 방향을 갖는 사용자 좌표계(32)를 정의한다. 좌표계(31)는, 화소 단위이지만, 좌표계(32)는, 반송용 로봇(1)의 좌표계(30)와 동 일한 단위, 예를 들면 0.001mm로 한다. 좌표계(32)는, 로봇 컨트롤러(9) 내에 정의해 둔다. 즉, 이 좌표계(32)와 좌표계(30)의 관계는,

F₃₀ = F₃₂·M

F₃₀ : 반송용 로봇의 좌표계

F₃₂ : 사용자 좌표계

가 되고, 변환 행렬 M을 미리 구해 두면, 카메라(4)에서 촬상된 화상의 검출 위치로 변환 행렬 M을 사용하여 변환함으로써, 반송용 로봇(1)의 좌표계(30)를 간단한 연산에 의해 산출하는 것이 가능해진다.

이상의 과정에 의해 웨이퍼 반송용 로봇(1)은 수평 방향에 대해 적정한 티칭 위치에 위치결정된다. 또 화상 처리부(8)나 티칭용 제어부(10)를 사용하지 않고 오퍼레이터가 모니터(11)의 영상을 확인하면서 수동으로 웨이퍼 반송용 로봇(1)의 위치를 조정하여 티칭 작업을 행하는 것도 가능하다.

티칭 작업 종료 후에는 티칭용 지그(3)를 핸드(2)로부터 제거한다. 이러한 구성으로 인해, 티칭용 지그(3)는 다른 웨이퍼 반송 장치에서도 사용할 수 있다.

이상, 설명한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.

청구항 1에 기재된 반송용 로봇 시스템에 의하면, 작업자가 웨이퍼 등의 반송의 티칭 위치에 접근할 수 없는 경우라도 티칭이 가능해진다.

청구항 2에 기재된 반송용 로봇의 제어 방법에 의하면, 작업자가 웨이퍼 등의 반송의 티칭 위치에 접근할 수 없는 경우라도 티칭을 행할 수 있어, 티칭 작업 의 대폭적인 시간 단축이나 힘의 절약을 실현할 수 있다.

청구항 3에 기재된 반송용 로봇의 제어 방법에 의하면, 상기 촬상 수단에 의해서 상기 특징적인 개소의 위치를 검출함으로써 반송용 로봇의 티칭 위치를 얻을 수 있다.

청구항 4에 기재된 반송용 로봇의 제어 방법에 의하면, 다수의 반송 로봇으로 지그를 공용할 수 있어, 메인터넌스 비용을 저감할 수 있다.

청구항 5에 기재된 반송용 로봇의 제어 방법에 의하면, 여러가지 대상을 특징적인 개소로서 이용할 수 있다.

본 발명은, 소정의 재치 위치에 재치된 박형 형상을 나타내는 웨이퍼 등을 반출, 또는 소정의 위치에 박형 형상을 나타내는 웨이퍼 등을 반입하는 반송용 로봇에 관한 것이며, 특히 반송용 로봇 시스템 및 반송용 로봇의 제어 방법으로서 유용하다.

Claims (6)

1. 두께가 얇은 형상을 가지는 물체를 재치(載置)하는 재치부(2)를 갖고 상기 물체를 반송하는 로봇과 상기 로봇을 제어하는 로봇 컨트롤러(9)를 구비하는 반송용 로봇 티칭 장치에 있어서,

   상기 로봇의 재치부(2)에 소정의 방향으로 위치결정하여 탑재되어 촬상 수단(4)을 갖는 티칭용 지그(3)와,

   상기 촬상 수단(4)에 의해 촬상된 화상을 처리하는 화상 처리부(8)와,

   상기 로봇 컨트롤러(9) 및 상기 화상 처리부(8)에 지령을 출력하는 티칭용 제어부(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 반송용 로봇 티칭 장치.
2. 소정의 재치 위치에 재치된 두께가 얇은 형상을 가지는 물체를 반송하는 반송용 로봇의 티칭 방법에 있어서,

   미리 촬상 수단(4)을 갖는 티칭용 지그(3)를 상기 로봇의 아암 선단의 재치부(2)에 소정의 방향으로 위치결정하여 재치해 두고,

   상기 촬상 수단(4)이 상기 소정의 재치 위치 부근에 존재하는 위치결정 마크(7)를 검출할 수 있는 위치로 상기 로봇을 이동하여,

   상기 촬상 수단(4)에 의해 상기 위치결정 마크(7)가 포함되는 화상을 촬상하고,

   상기 촬상된 화상을 기초로 상기 촬상 수단(4)의 좌표계(31)에서의 상기 위치결정 마크(7)의 위치를 구하고,

   상기 촬상 수단(4)의 좌표계(31) 상의 위치를 상기 로봇의 좌표계(30) 상의 위치로 변환하여, 상기 재치 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 반송용 로봇의 티칭 방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   미리 상기 촬상 수단(4)의 좌표계(31) 상의 위치를 상기 로봇의 좌표계(30) 상의 위치로 변환하는 변환 행렬(M)을 구해 두고,

   상기 촬상 수단(4)의 좌표계(31)에서의 상기 위치결정 마크(7)의 위치를 상기 변환 행렬(M)에 의해 상기 로봇의 좌표계(30)에서의 위치로 변환하는 것을 특징으로 하는 반송용 로봇의 티칭 방법.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 티칭용 지그(3)는, 상기 두께가 얇은 형상을 가지는 물체의 반송시에는 재치부(2)로부터 떼어냄 가능한 것을 특징으로 하는 반송용 로봇의 티칭 방법.
5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 재치 위치 부근에는 구멍, 핀, 마크, 문자 패턴 중 어느 하나인 위치결정 마크(7)를 갖는 것을 특징으로 하는 반송용 로봇의 티칭 방법.
6. 청구항 4 있어서,

   상기 재치 위치 부근에는 구멍, 핀, 마크, 문자 패턴 중 어느 하나인 위치결정 마크(7)를 갖는 것을 특징으로 하는 반송용 로봇의 티칭 방법.

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