KR20080009745A - 웨이퍼 위치 교시 방법 및 교시 치구 장치 - Google Patents

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마사루 아다치
미츠노리 카와베
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

처리 장치의 간구(間口)가 좁은 경우에서도, 간섭시키는 일 없이 웨이퍼 위치를 정밀도 좋게 자동적으로 교시하는 방법 및 그 외부교시 치구를 제공한다.
본 발명의 웨이퍼 반송 장치의 웨이퍼 위치 교시 방법은, 수납 용기와 처리 장치의 사이 혹은 처리 장치 상호의 사이에 반도체 웨이퍼의 반송을 행하는 로봇에, 수납 용기 혹은 처리 장치의 반도체 웨이퍼를 설치하는 위치에 교시 치구(16)를 설치하고, 로봇의 웨이퍼 파지부에 설치한 센서로 교시 치구를 검출함으로써, 로봇에 반도체 웨이퍼의 위치를 교시하는 것으로, 교시 치구(16)를 센서로 감지하기 전에, 처리 장치의 전면 외벽에 설치한 외부 교시 치구(17)를 센서로 감지에 의해 감지를 행하고 교시 치구의 위치를 개략적으로(roughly) 추정하고, 그 추정 위치에 기초하여 센서로 교시 치구에 접근하고, 감지하여 반도체 웨이퍼의 위치를 구하는 것이다.
웨이퍼, 반송 장치, 교시, 치구, 센서

Description

웨이퍼 위치 교시 방법 및 교시 치구 장치{WAFER POSITION TEACHING METHOD AND TEACHING TOOL}
본 발명은 반도체 웨이퍼 반송용 로봇에 반도체 웨이퍼의 위치를 교시하는 방법에 관한 것으로 특히 외부 교시 치구에 관한 것이다.
종래, 반도체 웨이퍼 반송용 로봇의 교시 작업은 일반의 산업용 로봇과 마찬가지로 작업자가 반송 대상의 웨이퍼를 눈으로 살펴보아 그 위치를 확인하여 로봇을 웨이퍼에 유도하고 있었다. 그렇지만, 처리 장치 등의 내부에 있는 웨이퍼를 외부로부터 보는 것은 곤란하거나 혹은 불가능한 경우가 있다. 그래서, 실물의 웨이퍼와 동일 치수의 교시 치구를 웨이퍼 대신에 처리 장치 등에 재치하고, 그 교시 치구의 위치를 로봇의 엔드이펙터(end-effector)에 설치한 센서(sensor)로 검출하여 로봇에 위치를 교시하는 이른바 오토티칭(auto-teaching)의 방법이나 장치가 제안되어 있다.
본 발명자 등은 먼저 2개의 투과광식 센서를 구비한 핸드를 사용하여 교시 치구의 감지(sensing)를 하는 방법을 제안하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 참조). 종래의 웨이퍼 교시 방법에 있어서, 교시 치구를 로봇의 웨이퍼 파지부의 센서로 감지하기 위해서 웨이퍼 파지부를 교시 치구 근방에 자동으로 이동시키는 동 작은 사전에 장치 도면으로부터 산출한 교시 위치(이후, 사전 교시 위치라고 부른다)에 기초하여 이루어지고 있었다. 또, 본 발명자 등은 웨이퍼 파지부를 교시 치구 근방에 이동시키는 동작을 수동으로 하는 방법도 제안하고 있지만(예를 들면, 특허 문헌 2, 참조) 자동화율을 올려 교시 조작의 시간을 단축하기 위해서도 웨이퍼 파지부의 이동은 자동이 바람직하다.
　　<특허 문헌 1> 국제특허 공개공보 WO03/22534
<특허 문헌 2> 일본국 특허공개 2005-123261
<발명이 해결하고자 하는 과제>　
그런데, 종래의 방법에서는 로봇에 대한 처리 장치의 설치 정밀도가 좋지 않으면 장치 입구의 개구부(이후, 간구(間口)라고 부른다)가 좁은 장치에서는 웨이퍼 파지부를 교시 치구에 접근시킬 때에 웨이퍼 파지부가 장치에 부딪쳐 버린다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 장치 전면의 외벽에 설치한 외부 교시 치구를 감지하고 사전에 교시 위치를 수정함으로써 웨이퍼 파지부와 장치가 간섭시키는 일 없이 간구(間口)가 좁은 장치에 있어서도 반도체 웨이퍼의 위치를 자동적으로 정밀도 좋게 교시할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 외부 교시 치구의 설치에 의해 통상의 웨이퍼 반송시에 있어서의 로봇의 가동 범위를 좁히는 일이 없는 외부 교시 치구 및 그 설치 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>　
상기의 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 다음과 같이 한 것이다.
청구항 1에 기재의 발명은, 수납 용기와 처리 장치의 사이 혹은 처리 장치 상호의 사이에 반도체 웨이퍼의 반송을 행하는 로봇에, 상기 수납 용기 혹은 상기 처리 장치의 반도체 웨이퍼를 설치하는 위치에 교시 치구를 설치하고, 상기 로봇의 웨이퍼 파지부에 설치한 센서로 상기 교시 치구를 검출하고, 상기 교시 치구를 상기 센서로 감지하기 전에, 상기 처리 장치의 전면 외벽에 설치한 외부 교시 치구를 상기 센서로 감지에 의해 감지를 행하고 상기 교시 치구의 위치를 개략적으로(roughly) 추정하고, 그 추정 위치에 기초하여 상기 센서로 상기 교시 치구에 접근하고, 감지하여 상기 반도체 웨이퍼의 위치를 구함으로써, 상기 로봇에 상기 반도체 웨이퍼의 위치를 교시하는 웨이퍼 위치 교시 방법에 있어서, 상기 외부 교시 치구의 개수를 적어도 2개로 하고, 그 설치 위치를 상기 처리 장치의 전면 외벽에 있어서 수평 방향으로 오프셋(offset)시킨 위치에 설치한 것이다.
청구항 2에 기재의 발명은, 수납 용기와 처리 장치의 사이 혹은 처리 장치 상호의 사이에 반도체 웨이퍼의 반송을 행하는 로봇에 상기 반도체 웨이퍼의 위치를 교시하기 위해서 설치한 예비적으로 감지를 하는 외부 교시 치구와, 상기 처리 장치의 내부에 설치한 교시 치구를 가지는 교시 치구 장치에 있어서, 상기 외부 교시 치구의 개수를 적어도 2개로 하고, 그 설치 위치를 상기 처리 장치의 전면 외벽에 있어서 수평 방향으로 오프셋시킨 위치에 설치한 것이다.
<발명의 효과>
청구항 1 및 청구항 2에 기재의 발명에 의하면, 수평 방향으로 오프셋 한 2개 이상의 외부 교시 치구를 감지함으로써, 처리 장치의 로봇에 대한 기울기를 검출하는 것이 가능하게 되고, 반도체 웨이퍼의 위치를 정밀도 좋게 추정할 수 있다고 하는 효과가 있다.
또, 장치 전면 외벽에 설치한 외부 교시 치구를 감지함으로써 교시 치구의 위치를 추정하고, 콘트롤러가 보유하고 있는 장치 도면으로부터 산출한 사전 교시 위치를 상기 추정 위치로 치환하고, 로봇은 이 수정된 사전 교시 위치를 기초로 하여 교시 치구에 접근함으로써 웨이퍼 파지부를 장치와 간섭하는 일 없이 교시 치구에 인도할 수가 있다. 일단, 웨이퍼 파지부가 교시 치구에 접근할 수가 있으면, 간구(間口)가 좁은 장치에 있어서도 그 반도체 웨이퍼의 위치를 자동적으로 교시할 수가 있다고 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명을 이용한 로봇의 주행 운동을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명을 이용한 로봇의 선회 동작을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명을 이용한 로봇의 신축 동작을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명을 이용한 로봇의 승강 동작을 나타내는 측면도이다.
도 5는 도 1에 있어서의 투과식 센서를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 웨이퍼 반송 장치를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 외부 교시 치구의 장착 상태를 나타내는 설명도이다.
도 8은 본 발명의 동작을 나타내는 플로차트도이다.
도 9는 도 8의 플로차트의 연속이다.
도 10은 본 발명의 교시 위치 추정 방법을 나타내는 설명도이다.
<부호의 설명>
1　로봇
2　지주부(支柱部)
3　제1 암(arm)
4　제2 암(arm)
5　웨이퍼 파지부
6　투과식 센서
7　로봇 선회 중심
8　발광부
9　수광부
10　광축
11, 12, 13　수납 용기
14, 15　처리 장치
16　교시 치구(治具)
17, 23　외부 교시 치구
18　최소 선회 자세에 따른 가동 범위
19　처리 장치의 전면(前面) 외벽
20　처리 장치의 간구(間口)
21　주행축 유닛(unit)
22　가동 가대(架臺)
24　추정 교시 위치
25　웨이퍼(wafer) 반송면
26　고정 핀(pin)
이하, 본 발명의 방법의 구체적 실시예에 대해서 도에 기초하여 설명한다.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 로봇의 평면도이고, 도 4는 그 측면도이다.
도에 있어서 1은 반도체 웨이퍼 반송용의 수평 다관절형의 로봇이고, W는 로봇(1)의 반송 대상의 반도체 웨이퍼이다. 로봇(1)은 승강 가능하게 원주 형상의 지주부(2)의 로봇 선회 중심축(7) 둘레를 수평면 내에서 선회하는 제1 암(3)과, 제1 암(3)의 선단에 수평면 내에서 선회 가능하게 장착된 제2 암(4)과, 제2 암(4)의 선단에 수평면 내에서 선회 가능하게 장착된 웨이퍼 파지부(5)를 구비하고 있다. 웨이퍼 파지부(5)는 반도체 웨이퍼(W)를 재치하는 Y자형의 핸드(hand)로서, Y자형의 선단에 1조의 투과식 센서(6)를 구비하고 있다. 또, 21은 주행축 유닛, 22는 주행축 로봇 가대(架臺)이다. 로봇(1)은 주행축 로봇 가대(22)에 고정되어 있다.
로봇(1)은 다음과 같이 4자유도를 가지고 있다. 즉, 도 2의 평면도에 나타내듯이 제1 암(3), 제2 암(4) 및 웨이퍼 파지부(5)의 상대적인 각도를 유지한 채로 제1 암(3)을 지주부(2)의 중심축(7) 둘레를 선회시키는 θ축 동작(선회)과, 도 3의 평면도에 나타내듯이 제1 암(3), 제2 암(4) 및 웨이퍼 파지부(5)를 일정한 속도비를 유지하여 선회시킴으로써 웨이퍼 파지부(5)를 지주부(2)의 반경 방향으로 신축시키는 R축 동작(신축)과, 도 4와 같이 지주부(2)를 승강시키는 Z축 동작(승강)과, 도 1과 같이 주행축 유닛(21)의 직선 동작에 의해 로봇(1) 자신이 주행 운동하는 T축 동작(주행)이다.
여기서, θ축은 반시계 회전을 플러스 방향으로 하고(도 2, 참조), R축은 웨이퍼 파지부(5)를 지주부(2)로부터 멀리하는 방향, 즉 암을 신장하는 방향을 플러스로 하고(도 3, 참조), Z축은 지주부(2)를 상승시키는 방향을 플러스로 하고(도 4, 참조), T축은 로봇을 도면상방으로 주행시키는 방향을 플러스(도 1, 참조)로 한다.
도 5는 웨이퍼 파지부(5)의 상세를 나타내는 사시도이다. 도에 있어서, 8은 Y자형의 웨이퍼 파지부(5)의 일방의 단에 장착된 발광부이고, 9는 일방의 단에 발광부(8)에 대향하도록 장착된 수광부이다. 발광부(8)와 수광부(9)에 투과식 센서(6)를 구성하고 있다. 10은 발광부(8)로부터 수광부(9)로 향하는 광축이고, 투과식 센서(6)는 광축(10)을 차단하는 물체를 검출할 수가 있다.
도 6은 본 발명의 웨이퍼 반송 장치의 전체 배치를 나타내는 평면도이다.
도에 있어서, 14, 15는 처리 장치, 11, 12, 13은 수납 용기, 16은 교시 치구, 17은 외부 교시 치구, 18은 최소 선회 자세에 의한 로봇(1)의 가동 범위이다. 외부 교시 치구(17)는 처리 장치(14, 15)에 각각 2개 배치하고 있다. 또, 외부 교 시 치구(17)는 로봇(1)의 최소 선회 자세에 따른 가동 범위(18)를 떼어내어 설치한다. 이렇게 함으로써 외부 교시 치구(17)를 설치한 채로도 로봇(1)은 최소 선회 자세로 외부 교시 치구(17)와 간섭하는 일 없이 종래 대로 주행 축에 의한 이동을 할 수가 있다. 또한, 외부 교시 치구(17)을 떼어내는 것이 가능한 구조로 해두면, 종래 대로의 로봇(1)의 가동 범위를 확보 가능한 것은 말할 필요도 없다. 또, 본 실시예에서는 수납 용기의 전면 외벽에는 외부 교시 치구(17)를 설치하고 있지 않다. 이것은 수납 용기의 간구(間口)가 충분히 넓기 때문이다.
도 7은 처리 장치(14)에 외부 교시 치구(17)를 2개 장착한 장치의 측면도 및 입면도이다. 도에 있어서, 25는 웨이퍼 반송면, 19는 처리 장치의 전면 외벽, 20은 처리 장치(14)의 간구(間口), Zofst는 웨이퍼 반송면(25)과 외부 교시 치구(17)의 상면과의 거리를 나타내고, Rofst는 도면상의 교시 위치의 중심에서 외부 교시 치구(17)의 중심까지의 거리를 나타낸다.
외부 교시 치구(17)는 처리 장치의 전면 외벽(19)에 2개 배치되어 있고, 그 원주의 중심이 처리 장치(14) 내부의 교시 치구(16)의 중심의 정면에서 수평 방향으로 거리 Lpin/2 오프셋(offset) 한 위치에 장착한다. 즉, 2개의 외부 교시 치구(17)의 거리는 Lpin으로 된다. Lpin은 Zofst나 Rofst와 같게 외부 교시 치구(17)의 설치 위치를 설계한 시점으로 미리 아는 것이므로 사전에 콘트롤러에 세트(set)되는 값이다. 이렇게 해서 2개의 외부 교시 치구(17)의 교시 치구(16)에 대한 상대 위치는 정해지므로 2개의 외부 교시 치구(17)의 위치가 구해지면 교시 치구(16)의 위치를 추정하는 것도 가능하다.　
도 8, 도 9는 본 발명에 의한 2개의 외부 교시 치구(17)의 위치 검출 방법을 나타내는 플로차트이다. 이하, 위치 검출 방법에 대해서 스텝에 따라 설명한다.
(스텝 1) 2개의 외부 교시 치구(17)을 처리 장치의 전면 외벽(19)에 설치한다.
(스텝 2) 장치 도면 등의 정보로부터 외부 교시 치구(17)의 설치 위치는 미리 아는 것이므로, 1번째 외부 교시 치구(17)의 감지 개시 위치에 자동으로 웨이퍼 파지부(5)를 이동시킬 수가 있다. 스텝 3을 스킵(skip)하여 스텝 4로 천이한다. 또, 변수 i=1로 한다.
(스텝 3) 로봇의 R축을 투과식 센서(6)가 i번째의 외부 교시 치구(17)를 검출하지 않는 위치까지 후퇴시킨다.
(스텝 4) θ축을 동작시켜서 웨이퍼 파지부(5)의 방향을 바꾸고, 다음에 R축을 동작시켜서 웨이퍼 파지부(5)를 전진시키고, i번째의 외부 교시 치구(17)에 천천히 접근시켜서, 투과식 센서(6)가 i번째의 외부 교시 치구(17)를 최초로 검출한(즉, 광축(10)이 외부 교시 치구(17)의 원주에 접한다) 때의 θ축과 R축의 좌표를 기록한다.
(스텝 5) 스텝 3과 스텝 4를 N회 반복하면, 스텝 6으로 천이한다. 그렇지 않으면 스텝 3으로 되돌아온다. N은 3이상의 임의의 값이다.
(스텝 6) 스텝 3과 스텝 4를 N회 반복하여 웨이퍼 파지부(5)를 다른 방향으로부터 i번째의 외부 교시 치구(17)에 접근시켜, 광축(10)이 i번째의 외부 교시 치구(17)의 원주에 접할 때의 θ축과 R축의 좌표를 복수 구한다. 이러한 값으로부 터 최소 2승법 풀기를 함으로써 i번째의 외부 교시 치구(17)의 중심의 위치(θSi, RSi)를 구하여 기록한다. 이 해법은 특허 문헌 1에서 상세하게 기술하고 있다.
(스텝 7) θ축을 동작시켜서 웨이퍼 파지부(5)가 처리 장치(14)에 대해 직각이 되도록 이동시킨다. 또한, R축을 10mm 정도 전진시켜서 Z축을 동작시켜도 투과식 센서(6)가 i번째의 외부 교시 치구(17)를 확실히 검출하는 상태로 한다.
(스텝 8) Z축을 동작시켜서 웨이퍼 파지부(5)를 천천히 상승시키면서 투과식 센서(6)가 i번째의 외부 교시 치구(17)의 상면을 검출하지 않게 되는(즉, 광축(10)이 외부 교시 치구(17)의 상면을 넘은) 때의 Z축의 값을 ZSi로서 기록한다.
(스텝 8-1) i=1이면 스텝 8-2로 그렇지 않으면 스텝 9로 천이한다.
(스텝 8-2) i=2로 하여서 스텝 3으로 천이한다.
(스텝 9) 스텝 6과 스텝 8에 기록한 값과 사전에 콘트롤러에 세트해 둔 Rofst, Zofst, Lpin을 사용하여 처리 장치(14) 내부의 웨이퍼 교시 위치를 구한다. 이 값의 구하는 방법은 다음 절에서 상술한다. 추정한 웨이퍼 교시 위치는 콘트롤러가 사전에 유지하고 있는 사전 교시 위치와는 별개로 기억한다. 사전에 콘트롤러에 세트하고 있는 교시 위치를 Pos1(θ1, R1, Z1, T1), 본 감지에서 구한 추정 교시 위치(24)를 Pos2(θ2, R2, Z2, T2)로 한다.
(스텝 10) Pos1과 Pos2를 각 축마다 비교하고, 각 축마다 설치한 임계치 Thold(θt, Rt, Zt, Tt)를 1축에서도 넘고 있는 것이 있으면 자동 교시를 중지로 하 여 스텝 11로 천이한다. 이것은 도면상의 처리 장치(14)의 설치 위치와 실제로 설치된 위치가 크게 어긋나고 있는 것을 나타내고 있고, 자동 교시를 하기 이전에 장치의 설치 상태를 확인하는 것이 필요하기 때문이다.
(스텝 11) 스텝 9에서 구한 Pos1을 콘트롤러의 사전 교시 위치로서 덧쓰기 하고 종래의 자동 교시 동작을 한다. 종래의 자동 교시가 정상 종료하면 처리 장치(14)의 교시 위치가 올바르게 구해진다.
(스텝 12) 로봇(1)의 암을 최소 선회 자세로 접고 자동 교시 종료로 한다.
도 10은 본 발명의 웨이퍼 위치 추정 방법을 설명하는 도이다. 본 도면에 따라 스텝 9에서 기술한 2개의 외부 교시 치구(17)의 추정 위치로부터 처리 장치 내부의 교시 치구(16)의 위치를 추정하는 방법을 설명한다. 도에 있어서 RXi는 스텝 6에서 구한 (θSi, RSi)로부터 계산 가능하고, 트랙(track) 축으로부터 i번째의 외부 교시 치구(17)의 중심까지의 거리이다. 또 RX1과 RX2의 평균치를 Ravg로 한다(식 1). TX1은 스텝 6에서 구한 (θSi, RSi)로부터 계산 가능하고, i번째의 외부 교시 치구(17)의 정면에 상당하는 트랙 축의 값이다. 또 TX1과 TX2의 평균치를 Tavg로 한다(식 3). Δθ는 트랙 축에 대한 처리 장치(14)의 기울기로 식 4로 구해진다. 또 스텝 8에서 구한 ZSi의 평균치를 Zavg로 한다(식 2). 이러한 값으로부터 웨이퍼 위치 Pos2(θ2, R2, Z2, T2)는 식 5∼식 8에 의해 구할 수가 있다.　
Figure 112007088422645-PCT00001
이와 같이 Pos2로 사전 교시 위치가 보정되므로 종래의 웨이퍼 교시 방법에 있어서 웨이퍼 파지부(5)가 처리 장치(14) 내에 설치된 교시 치구(16)에 접근할 때의 경로도 보정되어 웨이퍼 파지부(5)가 처리 장치의 간구(間口)(20)를 통과할 때에 웨이퍼 파지부(5)를 장치에 간섭하는 것을 회피 할 수 있다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 반송용 로봇에 반도체 웨이퍼의 위치를 교시하는 방법으로서 유용하다.

Claims (2)

  1. 수납 용기와 처리 장치의 사이 혹은 처리 장치 상호의 사이에 반도체 웨이퍼의 반송을 행하는 로봇에, 상기 수납 용기 혹은 상기 처리 장치의 반도체 웨이퍼를 설치하는 위치에 교시 치구를 설치하고, 상기 로봇의 웨이퍼 파지부에 설치한 센서로 상기 교시 치구를 검출하고, 상기 교시 치구를 상기 센서로 감지하기 전에, 상기 처리 장치의 전면 외벽에 설치한 외부 교시 치구를 상기 센서로 감지에 의해 감지를 행하고 상기 교시 치구의 위치를 개략적으로(roughly) 추정하고, 그 추정 위치에 기초하여 상기 센서로 상기 교시 치구에 접근하고, 감지하여 상기 반도체 웨이퍼의 위치를 구함으로써, 상기 로봇에 상기 반도체 웨이퍼의 위치를 교시하는 웨이퍼 위치 교시 방법에 있어서,
    상기 외부 교시 치구의 개수를 적어도 2개로 하고, 그 설치 위치를 상기 처리 장치의 전면 외벽에 있어서 수평 방향으로 오프셋시킨 위치에 설치하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 위치 교시 방법.
  2. 수납 용기와 처리 장치의 사이 혹은 처리 장치 상호의 사이에 반도체 웨이퍼의 반송을 행하는 로봇에 상기 반도체 웨이퍼의 위치를 교시하기 위해서 설치한 예비적으로 감지를 하는 외부 교시 치구와, 상기 처리 장치의 내부에 설치한 교시 치구를 가지는 교시 치구 장치에 있어서,
    상기 외부 교시 치구의 개수를 적어도 2개로 하고, 그 설치 위치를 상기 처 리 장치의 전면 외벽에 있어서 수평 방향으로 오프셋시킨 위치에 설치한 것을 특징으로 하는 교시 치구 장치.
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