WO2003022534A1 - Apprentissage de la position d'une plaquette et montage d'apprentissage - Google Patents

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WO2003022534A1
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wafer
semiconductor wafer
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Masaru Adachi
Mitsunori Kawabe
Masaru Shigesada
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
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    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68707—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a robot blade, or gripped by a gripper for conveyance

Definitions

  • the present invention relates to a method for teaching a position of a semiconductor wafer to a semiconductor wafer transfer port.
  • the present invention also relates to a teaching jig used in the method.
  • teaching-reproducing robots are often used to transport semiconductor wafers between storage containers and processing equipment, or between processing equipments.
  • the operator manually taught the position of the semiconductor wafer to the pot by operating the teaching pendant while visually recognizing the semiconductor wafer placed inside the storage container or the like. .
  • a method of directly inputting the position of a semiconductor wafer from a system drawing of a semiconductor manufacturing facility (a drawing showing the positional relationship between a robot and a storage container, etc.) and a method of teaching while conducting simulation on a personal computer, so-called off-line teaching, etc.
  • a system drawing of a semiconductor manufacturing facility a drawing showing the positional relationship between a robot and a storage container, etc.
  • teaching while conducting simulation on a personal computer so-called off-line teaching, etc.
  • the position of the wafer is estimated based on information detected by a one-way distance sensor, so that the distance of the wafer to the robot can be determined relatively accurately. There was a case where the accuracy of the direction was not satisfactory.
  • the conventional teaching jig has a large disk portion and a small disk portion, and has a problem that the thickness of the jig itself is large and the installation space in the height direction is restricted in some cases.
  • an object of the present invention is to provide a method for automatically and accurately teaching the position of a semiconductor wafer without relying on the visual sense of an operator. It is another object of the present invention to provide a teaching jig used in the method.
  • the invention of claim 1 is directed to a robot for transporting a semiconductor wafer between a storage container and a processing apparatus or between processing apparatuses.
  • a teaching jig is installed at a position where the semiconductor container of the storage container or the processing apparatus is installed, and the teaching sensor is provided by a transmission type sensor provided at a tip of the robot hand. This is for detecting a jig.
  • the pedestal on which the semiconductor wafer of the processing apparatus is installed is detected by the transmission sensor.
  • the position of the semiconductor wafer is obtained by repeating the detection of the teaching jig or the pedestal three times or more, and applying a least square method to the result of the detection.
  • the invention according to claim 4 is that the teaching jig is constituted by a large disk portion having the same outer diameter as the semiconductor wafer and a small disk portion having the same central axis as the large disk portion. is there.
  • the invention according to claim 5 is characterized in that a pin is provided at a substantially central axis on the teaching jig, a second transmission sensor is provided on the hand, and the first transmission sensor is A first step of detecting an outer peripheral portion of the teaching jig to determine a position in a height direction of the teaching jig; and detecting the pin by the first transmission sensor to determine a position of the pin. A second step of obtaining, and, based on the position of the pin obtained in the second step, the second transmission type sensor is brought closer to the pin, and the pin is detected by the second transmission type sensor. And a third step of determining the position of the pin.
  • the invention according to claim 6 is that the second transmission type sensor is mounted on a sensor jig and is detachably attached to the hand.
  • the second transmission type sensor is disposed substantially at the center of the semiconductor wafer mounting portion of the hand.
  • the second transmission type sensor is arranged such that its optical axis is substantially orthogonal to the optical axis of the first transmission type sensor.
  • the sensor jig is provided with a notch to avoid interference with an optical axis of the first transmission sensor.
  • FIG. 1 is a plan view of a robot used for carrying out the present invention
  • FIG. 2 is another plan view of the robot
  • FIG. 3 is a side view of the robot.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a transmission sensor according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 5, 6, and 7 are explanatory diagrams of a wafer position teaching method of the present invention.
  • FIG. 8 and 9 are plan views of a sensor jig showing a second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a wafer position teaching method showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart of a processing procedure of a wafer position teaching method according to a second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12 and 13 are wafer position teaching methods according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a method.
  • FIG. 1 and 2 are plan views of a robot showing an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a side view.
  • 1 is a horizontal articulated robot for transporting semiconductor wafers
  • W is the semiconductor wafer to be transported by the robot 1.
  • the robot 1 is a column-shaped column 2
  • the first arm 3 pivots in a horizontal plane about the central axis 7 of the first arm 3, the second arm 4 attached to the tip of the first arm 3 so as to be pivotable in the horizontal plane, and the tip of the second arm 4 pivots in the horizontal plane
  • It is provided with a wafer gripper 5 that is freely rotatable.
  • the gripper 5 is a Y-shaped hand on which the semiconductor wafer W is placed, and has a set of first transmission sensors 6 at the tip of the Y-shape.
  • the mouth pot 1 rotates the first arm 3 around the central axis 7 of the column 2 while maintaining the relative angles of the first arm 3, the second arm 4, and the wafer gripper 5.
  • the 0 axis has a positive direction in the counterclockwise direction (see FIG. 1)
  • the R axis has a positive direction in which the wafer gripper 5 is moved away from the column 2, that is, the direction in which the arm is extended (see FIG. 2).
  • the direction in which the column 2 is raised is plus (see Fig. 3).
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a transmission sensor showing an embodiment of the present invention.
  • reference numeral 8 denotes a light emitting unit attached to one end of the Y-shaped wafer holding unit 5
  • 9 denotes a light receiving unit attached to the other end so as to face the light emitting unit 8.
  • the light emitting section 8 and the light receiving section 9 constitute a first first transmission type sensor 6.
  • Reference numeral 10 denotes an optical axis from the light emitting unit 8 to the light receiving unit 9, and the first first transmission type sensor 6 can detect an object blocking the optical axis 10.
  • FIGS. 5 and 6 are explanatory views of a wafer position teaching method showing an embodiment of the present invention.
  • reference numeral 11 denotes a teaching jig in which the centers of the large disk portion 12 and the small disk portion 13 are aligned with each other and are vertically overlapped.
  • the diameter of the large disc portion 12 is equal to the diameter of a real semiconductor wafer, and the large disc portion 12 can be placed at a place where the semiconductor wafer is placed, such as a storage container.
  • the relative positions of the large disk portion 12 and the small disk portion 13 are measured in advance, if the position of the small disk portion 13 is known, the position of the large disk portion 12 can be known. Can be.
  • the thickness of the large disc portion 12 is about 2 mm, which is larger than the thickness of the actual semiconductor wafer, 0.7 mm. Needless to say, it is desirable to make the thickness equal to the thickness of the ⁇ 8.
  • Step 1 The teaching jig 11 is placed on a place such as a storage container where a semiconductor wafer is placed. Since the large disc portion 12 has the exact same outer diameter as the actual semiconductor wafer, the teaching jig 11 is correctly positioned by a positioning guide of a storage container or the like.
  • Step 2 As shown in FIG. 6, the wafer gripper 5 is moved onto the small disk part 13 by the operation of the operator.
  • Step 3 The wafer gripper 5 is lowered, the upper surface of the small disk 13 is detected by the first transmission sensor 6, and the coordinate value Z1 of the Z axis of the robot 1 at that time is recorded. Further, the wafer gripper 5 is lowered, and the lower surface of the small disk portion 13 is detected by the first transmission sensor 6, and at that time, Record the Z-axis coordinate value Z2 of robot 1 of.
  • Step 4 Set the Z axis coordinate value of Robot 1 to (Zl + 22) Z2.
  • the height of the wafer holding portion 5 is set between the upper surface and the lower surface of the small disk portion 13.
  • Step 5 Activate the R-axis to retract the arm to a position where the first transmission sensor 6 does not detect the small disk portion 13.
  • Step 6 Operate the 0-axis to change the direction of the wafer gripper 5, and then operate the R-axis to slowly move the wafer gripper 5 closer to the small disk 13 and the first transmission type Record the coordinates of the 0 axis and the R axis when the sensor 6 first detects the small circle portion 13 (that is, when the optical axis 10 contacts the circumference of the small disk portion 13).
  • Step 7 Repeat steps 5 and 6 to bring the wafer gripper 5 closer to the small disk 13 from a different direction, and set the 0 axis when the optical axis 10 contacts the circumference of the small disk 13. And a plurality of sets of coordinates of the R axis are obtained, and from these values, the position of the center of the small disk portion 13 is obtained and recorded.
  • the position of the small disk portion 13 is obtained. Since the relative positional relationship between the small disk portion 13 and the large disk portion 12 is measured in advance, if the position is shifted by this positional relationship, the position of the large disk portion 12, that is, the storage container Thus, the position of the semiconductor wafer placed on the device is determined.
  • the position of the semiconductor wafer can be automatically taught without depending on the operation of the operator.
  • the processing device to be taught is a device such as a bria liner that places a semiconductor wafer on a disk-shaped pedestal, instead of the small disk portion 13 of the teaching jig 11, The operations of Step 1 to Step 7 can be performed on the pedestal to teach the position of the semiconductor wafer.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state where the optical axis 10 is in contact with the circumference of the small disk portion 13 in step 6.
  • 0i and Ri are the coordinates of the 0 axis and the R axis of the robot 1 when the optical axis 10 of the first transmission sensor 6 comes into contact with the circumference of the small disk 13.
  • Rm is the distance between the contact point between the optical axis 10 and the circumference of the small disk 13 and the center of rotation of the first arm 3, and if r is the radius of the small disk portion 13, the following equation is established.
  • R i -tr A * cos 0 i + B * s ⁇ ⁇ ⁇ i (Equation 4)
  • Step 7 change the direction of the wafer gripper 5 and repeat the measurement, Obtain three or more pairs of values of ⁇ ⁇ and Ri, and determine the coefficients A and B using the least squares method.
  • FIG. 8 is a plan view of the sensor jig 14 used in the embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 15 denotes a sensor mount plate.
  • the sensor mount plate 15 is a flat plate obtained by cutting a part of a circular plate into a V-shape, and has four positioning holes 16.
  • the positioning hole 16 is a guide hole for correctly positioning the positioning pin of the wafer gripping portion described later and the sensor jig 14 in the wafer gripping portion.
  • the above-mentioned V-shaped notch is a notch 17 for sensing, and when the sensor jig 14 is attached to the wafer gripper, the optical axis of the first transmission type sensor of the wafer gripper and the sensor mounting plate 1 This is a notch for avoiding interference of 5 and for avoiding interference between a pin of a teaching jig described later and the sensor mount plate 15.
  • Reference numeral 18 denotes a second transmission sensor, which is fixed to the center of the sensor mounting plate 15.
  • Reference numeral 19 denotes an optical axis of the second transmission type sensor 18.
  • the second transmission sensor has a substantially U shape, and the width of the opening, that is, the length of the optical axis 19 is about 13 mm.
  • the second transmission type sensor 18 is fixed to the center of the sensor mount plate 15, when the sensor jig 14 is mounted on the robot hand, the second transmission sensor 18 is substantially at the center of the semiconductor wafer mounting portion of the robot hand.
  • the second transmission sensor is located at Reference numeral 20 denotes a sensor cable for transmitting a signal of the second transmission sensor to a robot controller (not shown).
  • FIG. 9 is a plan view showing another example of the sensor jig 14.
  • the sensor jig 14 is characterized in that the sensing notch 17 of the sensor mount plate 15 is made the minimum necessary size and shape and a part of the outer edge of the sensor mount plate 15 is cut.
  • Other configurations and functions are the same as those of the sensor jig 14 shown in FIG.
  • Fig. 10 is an explanatory view of a wafer position teaching method showing a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 shows a state in which a sensing jig 14 is attached to a robot wafer gripper 5 and is brought close to a teaching jig 21. I have.
  • the robot wafer gripper 5 is the same as that described in the first embodiment, but differs in that a positioning pin 22 and a sensor cable connector 23 are provided.
  • the positioning pin 22 is a guide bin that fits into a positioning hole (not shown in the figure) of the sensor mounting plate 15 to correctly position the sensor jig 14 on the robot wafer gripper 5.
  • the sensor cable connector 23 is a connector for connecting the sensor cable 20.
  • the optical axis 10 of the first first transmission type sensor 6 fixed to the robot wafer gripper 5 is orthogonal to the length axis of the robot wafer gripper 5, but is fixed to the sensing jig 14.
  • the optical axis 19 of the second transmission sensor 18 is mounted parallel to the length axis.
  • the teaching jig 21 has a small circular pin 24 erected at the center of a large disk portion 12 having the same diameter as the actual semiconductor wafer, and is used for placing a semiconductor wafer such as a storage container.
  • the large disc portion 12 can be placed on the main body.
  • the diameter of the small circular pin 24 is about 3 mm. The size of this diameter is determined so as to have a sufficient margin for the width of the opening of the second transmission type sensor 18 of 13 mm. Since the relative positions of the large circular plate portion 12 and the small circular pin 24 are measured in advance, the position of the large circular plate portion 12 can be known by knowing the position of the small circular pin 24.
  • the thickness of the large disc portion 12 is about 2 mm, which is larger than the thickness of the actual semiconductor wafer, 0.7 mm. Needless to say, it is desirable to have the same thickness as the wafer.
  • FIG. 11 shows a processing procedure of the wafer position teaching method according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, this processing procedure will be described step by step.
  • Step 1 Mount the sensor jig 14 on the wafer gripper 5 of the mouth pot. At this time, use the positioning pin holes 16 and the positioning pins 22 to accurately mount both positions B. Connect the sensor cable 20 to the connector 23.
  • Step 2 The teaching jig 21 is placed on a place where a semiconductor wafer is placed, such as a storage container. Since the large disc portion 12 of the teaching jig 21 has exactly the same outer diameter as the actual semiconductor wafer, the teaching jig 21 is correctly positioned by a positioning guide of a storage container or the like.
  • Step 3 As shown in FIG. 12, the wafer gripper 5 is moved below the large disk 12 by the operation of the operator.
  • Step 4 The wafer gripper 5 is raised, and the lower surface of the large disk part 12 is detected by the first transparent sensor 6, and the coordinate value Z of the Z axis of the robot at that time is recorded. Moreover ⁇ E c gripper 5 is raised to detect the upper surface of the large disc portion 1 2 in the first of the first transmission type sensor 6 records the coordinate values Z 2 Z-axis of the mouth pot at that time.
  • Step 5 The wafer gripper 5 is moved onto the large disc 12.
  • the forward direction refers to the positive direction of the R axis
  • the first transmission type sensor 6 is set to a height at which the small circular pin 24 can be detected. I do.
  • Step 6 The wafer gripper 5 is retracted to a position where the first first transmission sensor 6 does not detect the small circular pin 24.
  • Step 7 Operate the 0-axis to change the direction of the wafer gripper 5, and then operate the R-axis to advance the wafer gripper 5 and slowly approach the small circular pin 24.
  • the first transmission sensor 6 first detects the small circular pin 24 (that is, when the optical axis 10 is in contact with the circumference of the small circular pin 24), the coordinates of the 0 axis and the R axis are recorded.
  • Step 8 Repeat Step 6 and Step 7 so that the wafer gripper 5 is Approach the small circular pin 24 from the direction, find the multiple coordinates of the 0 axis and the R axis when the optical axis 10 contacts the circumference of the small circular pin 24, and solve the least squares method from these values. Then, the center position (0 S , R s) of the small circle pin 24 is obtained and recorded.
  • Step 9 Based on the position of the small circular pin 24 obtained in Step 8, the 0 axis and the R axis are operated to move the wafer gripper 5 to the position shown in FIG. Since the dimensions of the sensor mount plate 15, its notch for sensing 17 and the second transmission sensor 18 are measured in advance, avoid interference with the small circular pin 24 as shown in Fig. 13. The wafer gripper 5 can be moved to the position.
  • Step 10 Operate the 0-axis to make the optical axis 19 of the second transmission sensor 18 loosely approach the small pin 24, and the second transmission sensor 18 is moved to the small pin. Record the 0 coordinate value of the 0 axis when 24 is detected first (that is, when the optical axis 19 is in contact with the right side of the small circular pin 24). Next, when the second transmission sensor 18 stops detecting the small circular pin 24 (that is, when the optical axis 19 is separated from the left side of the small circular pin 24), the coordinate value 0 2 of the 0 axis is calculated. Record.
  • the estimated position of the small circle pin 24 is calculated from Z 2 which is stored in step 4 (Z i + Z / 2 is the estimated value of the Z axis, R s obtained in step 8 is the estimated value of the R axis, step 1 0 0 stored in 1, from 0 2 to ( ⁇ i + S a) Z 2 is stored as the estimated value of axis 0.
  • the position of the small circle pin 24 is obtained. Since the relative positional relationship between the small circular pin 24 and the large disk portion 12 is measured in advance, if the position is shifted by this positional relationship, the large disk portion 12, that is, the storage container Thus, the position of the semiconductor wafer placed on the device is determined.
  • step 3 to step 10 If the operations from step 3 to step 10 are programmed in advance, the position of the semiconductor wafer can be automatically taught without depending on the operation of the operator.
  • the derivation of (0 S , R s) by the method of least squares in step 8 has been described in the first embodiment, and will not be described.
  • the positioning pin holes 16 and the positioning pins 22 are used to position the sensor jig 14 on the robot gripper 5 of the robot. If the diameter is the same as that of the semiconductor wafer, the wafer can be automatically positioned by the operation of the gripping mechanism of the wafer gripper 5 itself, and thus such a mode may be selected. In addition, any other means may be selected as long as it is a means for correctly positioning the sensor jig 14 on the wafer gripping portion 5 of the robot.
  • the position of the semiconductor wafer can be automatically taught by detecting the teaching jig with the transmission type sensor attached to the gripper. This has the effect that accurate information can be provided even if the device is placed in a place where it cannot be seen directly by workers. In addition, there is an effect that a teaching result of a certain quality can be obtained regardless of the skill of the worker.
  • the invention of claim 2 detects the position of the pedestal on which the semiconductor wafer is mounted and teaches the position of the semiconductor wafer 8, so that there is no need for a special jig, and the invention can be implemented at low cost. is there.
  • the measurement is repeated a plurality of times, and the position of the semiconductor wafer is determined using the least squares method.
  • the teaching jig according to the fourth aspect of the present invention has a large disk portion having the same outer diameter as the actual semiconductor wafer, the teaching jig can be correctly placed on the storage container and has an effect of improving the accuracy of the position teaching. is there.
  • the small transmission pin is directly sensed by the second transmission sensor, there is an effect that the accuracy of the 0-axis position teaching can be improved.
  • the second transmission type sensor is disposed substantially at the center of the semiconductor wafer mounting portion on the robot hand, so that the second transmission type sensor is positioned at a position close to the position at which the wafer is actually mounted.
  • the optical axis of the second transmission sensor can be arranged so as to be substantially orthogonal to the optical axis of the first transmission sensor, the accuracy of the 0-axis position teaching can be improved. There is an effect that can be improved.
  • the sensor jig and the small circular pin do not collide in the horizontal plane, only the R axis and the 0 axis are operated, and the second transmission type sensor is connected to the small circular pin. Can be approached. Therefore, there is an effect that the automatic teaching of the position 8 can be executed even in a narrow space where the margin in the vertical direction (Z-axis direction) is scarce.
  • the present invention is useful as a method for teaching a position of a semiconductor wafer to a semiconductor wafer transport robot. It is also useful as a teaching jig used in the above method.

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Description

明 細 書
ゥェ八位置教示方法および教示用治具
[技術分野]
本発明は、 半導体ウェハ搬送用ロポッ卜に半導体ウェハの位置を教示する方法に関 するものである。 また前記方法に用いる教示用治具に関するものである。
[背景技術]
半導体製造設備において、 収納容器と処理装置の間、 あるいは処理装置相互間の半 導体ウェハの搬送に、 教示再生型のロボットが多用されている。 この口ポットの教示 作業は、 作業者が収納容器等の内部に載置された半導体ウェハを視認しながら、 ティ 一チングペンダントを操作してロポッ卜に半導体ウェハの位置を手動で教示してい た。
半導体製造設備のシステム図面 （ロボットと収納容器等の位置関係を示す図面） か ら、 半導体ウェハの位置を直接入力する方法や、 パソコン上でシミュレーションしな がら教示する、 いわゆるオフラインティーチングなどの方法もあるが、 これらの方法 を実行したとしても、 ロボット自身のキャリブレーション誤差、 装置の加工精度、 組 み付け誤差などを補正するために、 個別の装置毎に直接、 手動で教示する必要があつ た。
また、 ロボットのハンドに距離センサを取り付けて、 前記距離センサで搬送対象物 を検出して、 自動的にロボットの位置決めを行なう、 いわゆるオートティーチングも 各種提案されている（例えば、特許第 2 8 9 8 5 8 7号、特開平 1 0 _ 6 2 6 2号）。 ところが、 従来の方法では、 収納容器や処理装置に作業者が接近するのが困難な場 合が多いので、 作業者が半導体ウェハを直接視認するのが、 困難あるいは不可能な場 合があり、 トライアンドエラーの繰り返しが必要であつた。
また、 作業者の個人差による教示作業の品質の差が生じるので、 同じシステムであ つてもロボットの動作にバラツキが生じるという問題があつた。
また、 従来提案されているオートティーチングの方法では、 1方向の距離センサで 検出した情報をもとにウェハの位置を推定するので、 ロボットに対するウェハの距離 は比較的に精度良く求められるが、 ウェハの方向の精度に関して満足できないという ケースがあり問題であった。
また、従来の教示用治具は大円板部と小円板部からなり、治具自体の厚みが大きく、 高さ方向の設置空間が制約されるケースがあるという問題があつた。
[発明の開示]
そこで本発明は、 作業者の視覚に拠らないで半導体ウェハの位置を精度良く、 自動 的に教示する方法を提供することを目的とするものである。 また、 その方法に使用す る教示用治具を提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するために、 請求項 1の発明は、 収納容器と処理装置の間あるい は処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロポッ卜に前記半導体ウェハの 位置を教示する方法において、前記収納容器あるいは前記処理装置の半導体ゥェ八を 設置する位置に教示用治具を設置し、前記ロボッ卜のハンドの先端に設けた透過式セ ンサで前記教示用治具を検出するものである。 また請求項 2の発明は、 前記透過式セ ンサで前記処理装置の前記半導体ウェハを設置する台座を検出するものである。 また 請求項 3の発明は、 前記教示用治具または前記台座の検出を 3回以上繰り返し、 前記 検出の結果に最小 2乗法を適用して、 前記半導体ウェハの位置を求めるものである。 また請求項 4の発明は、 前記半導体ウェハと同一の外径を有する大円板部と、 前記大 円板部と中心軸を共通にする小円板部で教示用治具を構成するものである。 また、 請 求項 5の発明は、 前記教示用治具上の略中心軸部にピンを備えるとともに、 前記ハン ド上に第 2の透過式センサセンサを備え、前記第 1の透過式センサで前記教示用治具 の外周部を検出して前記教示用治具の高さ方向の位置を求める第 1の段階と、 前記第 1の透過式センサで前記ピンを検出して前記ピンの位置を求める第 2の段階と、 前記 第 2の段階で求めた前記ピンの位置に基づいて前記第 2の透過式センサを前記ピン に接近させて、 前記第 2の透過式センサで前記ピンを検出して前記ピンの位置を求め る第 3の段階を含むものである。 また、 請求項 6の発明は、 前記第 2の透過式センサ を、 センサ用治具上に搭載して、 前記ハンドに着脱自在としたものである。 また、 請 求項 7の発明は、 前記第 2の透過式センサを、 前記ハンドの前記半導体ウェハ載置部 の略中心に配置するものである。 また、 請求項 8の発明は、 前記第 2の透過式センサ を、 前記第 1の透過式センサの光軸と略直交となるように光軸を配置するもので ある。 また、 請求項 9の発明は、 前記センサ用治具に、 前記第 1の透過式センサの 光軸との千渉を避けるため切欠き部を設けるものである。
[図面の簡単な説明]
図 1は本発明の実施に使用するロボッ卜の平面図であり、図 2は該ロボッ卜の別の 平面図であり、 図 3は該ロボットの側面図である。
図 4は本発明の第 1の実施例を示す透過式センサの説明図であり、 図 5、 図 6およ び図 7は本発明のウェハ位置教示方法の説明図である。
図 8および図 9は本発明の第 2の実施例を示すセンサ用治具の平面図であり、 図 1 0は本発明の第 2の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図であり、 図 1 1は本発 明の第 2の実施例を示すウェハ位置教示方法の処理手順のフローチヤ一卜であり、 図 1 2および図 1 3は本発明の第 2の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図であ る。
[発明を実施するための最良の形態]
以下、 本発明の実施例を図に基づいて説明する。 図 1および図 2は本発明の実施例 を示すロボットの平面図であり、 図 3は側面図である。
図において、 1は半導体ウェハ搬送用の水平多関節型ロボットであり， Wはロポッ ト 1の搬送対象の半導体ウェハである。 ロポッ卜 1は、 昇降自在な円柱状の支柱部 2 の中心軸 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。 ゥヱハ把持部 5は半導体ゥェ ハ Wを載置しる Y字形のハンドであって、 Y字形の先端に 1組の第 1の透過式センサ 6を備えている。
図に示すように、 口ポット 1は第 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 0軸動作 （旋回）、 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)、 および支柱部 2を昇降させる Z軸動作 (昇降)の 3自由度を有して いる。
ここで、 0軸は反時計回りをプラス方向とし （図 1参照）、 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 2参照）、 Z軸は、 支柱部 2を上昇させる方向をプラス （図 3参照） とする。
図 4は本発明の実施例を示す透過式センサの説明図である。 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で第 1の第 1の透過式センサ 6を構成している。 1 0は発光部 8から受光部 9に向かう光軸であ り、 第 1の第 1の透過式センサ 6は光軸 1 0を遮る物体を検出することができる。 図.5および図 6は本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。
図において、 1 1は大円板部 1 2と小円板部 1 3の中心を一致させて上下に重ねて 結合した教示用治具である。 大円板部 1 2の直径は実物の半導体ウェハに等しく、 収 納容器等の半導体ウェハを載置する場所に大円板部 1 2を載置することができる。 ま た大円板部 1 2と小円板部 1 3の相対位置は、 事前に測定されているので、 小円板部 1 3の位置を知れば大円板部 1 2の位置を知ることができる。
なお、 大円板部 1 2の厚さは約 2 mmであり、 実物の半導体ウェハの厚さ 0 . 7 m mより大きいが、 これは強度上の制約から決められたものであり、 実物の半導体ゥェ 八の厚さと同一にしたほうが望ましいことは言うまでもない。
次に、 ウェハ位置教示方法の手順を説明する。
(ステップ 1 ) 教示治具 1 1を収納容器等の半導体ウェハを載置する場所に載置す る。 大円板部 1 2は実物の半導体ウェハと全く同一の外径を有するから、 収納容器等 の位置決めガイド等により、 教示用治具 1 1は正しく位置決めさせる。
(ステップ 2 ) 作業者の操作により、 図 6に示すように、 ウェハ把持部 5を小円板 部 1 3の上に移動させる。
(ステップ 3 ) ウェハ把持部 5を下降させ、 小円板部 1 3の上面を第 1の透過式セ ンサ 6で検出し、 その時のロボット 1の Z軸の座標値 Z1を記録する。 さらにウェハ 把持部 5を下降させ、 小円板部 1 3の下面を第 1の透過式センサ 6で検出し、 その時 のロボット 1の Z軸の座標値 Z2を記録する。
(ステップ 4) ロボット 1の Z軸の座標値を （Zl + 22) Z2にする。 つまり、 ゥ ェハ把持部 5の高さを小円板部 1 3の上面と下面の中間に設定する。
(ステップ 5) R軸を動作させて、 第 1の透過式センサ 6が小円板部 13を検出し ない位置までアームを縮める。
(ステップ 6) 0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を小円板部 1 3にゆっくり接近させ、 第 1の透過式センサ 6 が小円部 1 3を最初に検出した （つまり光軸 10が小円板部 13の円周に接した） 時 の、 0軸と R軸の座標を記録する。
(ステップ 7) ステップ 5とステップ 6を繰り返して、 ウェハ把持部 5を異なる方 向から小円板部 13に接近させて、光軸 10が小円板部 13の円周に接する時の 0軸 と R軸の座標を複数組求め、 これらの値から、 小円板部 13の中心の位置を求めて記 録する。
以上のようにして、 小円板部 1 3の位置が求まる。 小円板部 13と大円板部 12の 相対的な位置関係は事前に測定されているから、 この位置関係分だけ前記位置をシフ トすれば、 大円板部 12の位置すなわち、 収納容器等に載置された半導体ウェハの位 置が求まるわけである。
また、 ステップ 2からステップ 7までの操作を予め、 プログラムしておけば、 半導 体ウェハの位置の教示を、 作業者の操作に拠らず、 自動的に行なうことができる。 また、 教示対象の処理装置がブリアライナのような、 円板状の台座の上に半導体ゥ ェハを載置する装置であれば、 教示用治具 1 1の小円板部 13に代えて、 前記台座に 対して、 ステップ 1からステップ 7の操作を行なって、 半導体ウェハの位置を教示で きる。
次に、 ステップ 2ないしステップ 7において、 小円板部 13の中心座標 （Θ s, R s) を求める計算の手順の詳細を説明する。 図 7はステップ 6において、 光軸 10が 小円板部 1 3の円周に接した状態を示す説明図である。 0i、 Riは第 1の透過式セン サ 6の光軸 10が小円板 1 3の円周に接した時のロボット 1の 0軸および R軸の座 標である。 Rmは光軸 10と小円板 13の円周の接点と第 1アーム 3の旋回中心の距 離であり、 rは小円板部 13の半径であるとすると、 下記の式が成り立つ。
R i + r = (Rm+ r) * c o s Θ s ) (式 1 ) ここで、 Rs=Rm+ rだから、
R i + r=R s * c o s (θί- Θ s ) (式 2) 変形すると、
R i + r= R s * c o s 0 s * c o s 0 i +R s * s i n Θ s * s i n Θ i
(式 3) ここで、 A = R s * c o s Θ s , B = R s * s i n Θ sとおくと、 下記の式が得られ る。 R i -t-r=A* c o s 0 i +B* s Ί η θ i (式 4) ここで、 ステップ 7で説明したように、 ウェハ把持部 5の向きを変えて、 計測を繰 り返して、 θί、 Riの値を 3組以上求めて、 最小 2乗法を用いて係数 A, Bを決定す る。
係数 A， Bが決定すると 0 sは下記の式で得られる。
Θ s = t a n-1 (B/A) (式 5 )
また、 c o s 0 s =A ~ (A2+B2) だから、 R sは下記の式で得られる。
R s = ~ (A2+B2) (式 6)
次に、 本発明の第 2の具体的実施例について説明する。
図 8は本発明の実施に用いるセンサ用治具 14の平面図である。 1 5はセンサマウ. ント板である。センサマウント板 15は、円板の一部を V字形に切欠いた平板であり、 位置決め穴 16を 4個設けている。位置決め穴 16は後述するウェハ把持部の位置決 めピンとセンサ用治具 14を前記ウェハ把持部に正しく位置決めするガイド穴であ る。 前述の V字形切り欠きはセンシング用切欠き 17であり、 センサ用治具 14を口 ゥェハ把持部に取り付けたときに、 前記ゥェハ把持部の第 1の透過式センサの光軸と センサマウント板 1 5が干渉するのを避けるとともに、後述する教示用治具のピンと センサマウント板 1 5の干渉を避けるための切り欠きである。 18は第 2の透過式セ ンサであり、 センサマウント板 1 5の中心に固定されている。 19は第 2の透過式セ ンサ 18の光軸である。 第 2の透過式センサは略コ字型をなし、 その開口の幅、 つま り、 光軸 19の長さは約 13 mmである。 第 2の透過式センサ 18は、 センサマウン ト板 1 5の中心に固定されているので、 センサ用治具 14をロボットハンドに取り付 けたときに、 前記ロボットハンドの半導体ウェハ載置部の略中心に第 2の透過式セン サが位置する。 20は第 2の透過式センサの信号を図示しないロボット制御装置に送 るためのセンサケーブルである。
図 9はセンサ用治具 14の別の例を示す平面図である。 このセンサ用治具 14は、 センサマウント板 1 5のセンシング用切り欠き 17を必要最小限度の大きさと形状 にするとともに、センサマウント板 1 5の外縁の一部をカツトしたことを特徵とする ものであり、 その他の構成と機能は図 8に示したセンサ用治具 14と同じである。 次に、 これらのセンシング用治具を用いたウェハ位置教示方法を説明する。 図 10 は本発明の第 2の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図であり . センシング用治 具 14をロポットウェハ把持部 5に取り付けて教示治具 2 1に接近させた状態を示 している。 ロポットウェハ把持部 5は第 1の実施例で説明したものと同一であるが、 位置決めピン 22とセンサケーブル接続コネクタ 23を備えた点で異なる。位置決め ピン 22はセンサマウント板 1 5の位置決め穴 （本図では、 図示していない） と嵌合 して、 センサ用治具 14をロボットウェハ把持部 5に正しく位還決めするガイドビン である。センサケーブル接続コネクタ 23はセンサケーブル 20を接続するコネクタ である。 ロボットウェハ把持部 5に固定された第 1の第 1の透過式センサ 6の光軸 1 0は ロポットウェハ把持部 5の長さ軸に直交しているが、 センシング用治具 1 4に固定さ れた第 2の透過式センサ 1 8の光軸 1 9は前記長さ軸に平行に取り付けられている。 つまり、 光軸 1 0と光軸 1 9は直交している。 教示治具 2 1は、 実物の半導体ウェハ と等しい直径を有する大円板部 1 2の中心に小円ピン 2 4を立設したものであり、収 納容器等の半導体ウェハを載置する場所に大円板部 1 2を載置することができる。小 円ピン 2 4の直径は約 3 mmである。 この直径の大きさは第 2の透過式センサ 1 8の 開口の幅 1 3 mmに対して十分余裕があるように決められたものである。大円板部 1 2と小円ピン 2 4の相対位置は、 事前に測定されているので、 小円ピン 2 4の位置を 知れば大円板部 1 2の位置を知ることができる。
なお、 大円板部 1 2の厚さは約 2 mmであり、 実物の半導体ウェハの厚さ 0 . 7 m mより大きいが、 これは強度上の制約から決められたものであり、 実物の半導体ゥェ ハの厚さと同一にしたほうが望ましいことは言うまでもない。
本発明の第 2の実施例のウェハ位置教示方法の処理手順を図 1 1に示す。 以下、 こ の処理手順をステップを追って説明する。
(ステップ 1 ) センサ用治具 1 4を口ポットのウェハ把持部 5にマウントする。 こ のとき位置決めピン穴 1 6と位置決めピン 2 2を使って両者の位 Bを正確にマウン 卜する。 またセンサケーブル 2 0をコネクタ 2 3へ接続する。
(ステップ 2 )教示治具 2 1を収納容器等の半導体ウェハを載置する場所に載置す る。教示用治具 2 1の大円板部 1 2は実物の半導体ウェハと全く同一の外径を有する から、収納容器等の位置決めガイド等により、教示治具 2 1は正しく位置決めされる。
(ステップ 3 ) 作業者の操作により、 図 1 2に示すように、 ウェハ把持部 5を大円 板部 1 2の下へ移動させる。
(ステップ 4 ) ウェハ把持部 5を上昇させ、 大円板部 1 2の下面を第 1の第 1の透 過式センサ 6で検出し、 その時のロボットの Z軸の座標値 Z を記録する。 さらにゥ ェハ把持部 5を上昇させ、大円板部 1 2の上面を第 1の第 1の透過式センサ 6で検出 し、 その時の口ポットの Z軸の座標値 Z 2を記録する。
(ステップ 5 ) ウェハ把持部 5を大円板部 1 2の上に移動させる。 つまり、 ウェハ 把持部 5を前進 （ここで前進とは R軸の +方向をいう） させたときに、 第 1の第 1の 透過式センサ 6が小円ピン 2 4を検出できる高さへ設定する。
(ステップ 6 )第 1の第 1の透過式センサ 6が小円ピン 2 4を検出しない位置まで ウェハ把持部 5を後退させる。
(ステップ 7 ) 0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、 小円ピン 2 4にゆっくり接近させ、 第 1の第 1の透過式センサ 6が小円ピン 2 4を最初に検出した（つまり光軸 1 0が小円ピン 2 4の円周に接する） 時の 0軸と R軸の座標を記録する。
(ステップ 8 ) ステップ 6とステップ 7を繰り返して、 ウェハ把持部 5を異なる方 向から小円ピン 2 4に接近させて、光軸 1 0が小円ピン 2 4の円周に接する時の 0軸 と R軸の座標を複数求め、 これらの値から最小 2乗法を解くことにより、 小円ピン 2 4の中心の位置 （0 S、 R s ) を求めて記録する。
(ステップ 9 ) ステップ 8で求めた小円ピン 2 4の位置に基づいて、 0軸と R軸を 動作させて、 ウェハ把持部 5を図 1 3に示す位置へ移動させる。 センサマウント板 1 5とそのセンシング用切り欠き 1 7と第 2の透過式センサ 1 8の寸法は事前に測定 されているので、 小円ピン 2 4との干渉を回避して図 1 3に示す位置へウェハ把持部 5を移動させることができる。
(ステップ 1 0 ) 0軸を動作させて、 第 2の透過式センサ 1 8の光軸 1 9を小円ピ ン 2 4にゆつくり接近させ、第 2の透過式センサ 1 8が小円ピン 2 4を最初に検出し た （つまり光軸 1 9が小円ピン 2 4の右側面に接する） 時の 0軸の座標値 0 を記録 する。 次に第 2の透過式センサ 1 8が小円ピン 2 4を検出しなくなった （つまり光軸 1 9が小円ピン 2 4の左側面から離れた） 時の 0軸の座標値 0 2を記録する。
小円ピン 2 4の推定位置は、 ステップ 4で記憶した Zい Z 2より （Z i + Z / 2を Z軸の推定値とし、 ステップ 8で求めた R sを R軸の推定値とし、 ステップ 1 0で 記憶した 0 1、 0 2より （^ i+ S a) Z 2を 0軸の推定値として保存する。
以上のようにして、 小円ピン 2 4の位置が求まる。 小円ピン 2 4と大円板部 1 2の 相対的な位置関係は事前に測定されているから、 この位置関係分だけ前記位置をシフ 卜すれば、 大円板部 1 2すなわち、 収納容器等に載置された半導体ウェハの位置が求 まるわけである。
また、 ステップ 3からステップ 1 0までの操作を予め、 プログラムしておけば、 半 導体ウェハの位置の教示を、 作業者の操作に拠らず、 自動的に行なうことができる。 ステップ 8での最小 2乗法による （0 S、 R s ) の導出は、 前記第 1の実施例で説明済み であるので省略する。
なお、 本実施例では、 センサ用治具 1 4をロボットのウェハ把持部 5に位置決めす るのに、 位置決めピン穴 1 6と位置決めピン 2 2を利用したが、 センサマウント板 1 5を搬送対象の半導体ウェハと同一の径にすれば、 ウェハ把持部 5自体の把持機構の 作用で自動的に位置決めできるので、 このような態様を選択してもよい。 また、 セン サ用治具 1 4をロボットのウェハ把持部 5に正しく位置決めする手段であれば、その 他の手段を選んでもよい。
以上述べたように、 請求項 1の発明によれば， 教示用治具をゥヱハ把持部に取り付 けた透過式センサで検出することにより、 半導体ウェハの位置を自動的に教示できる ので、 半導体ウェハが作業者から直接視認できない場所に置かれていても、 正確な教 示ができるという効果がある。 また、 作業者のスキルの巧拙に関わらず、 一定の品質 の教示結果が得られるという効果がある。
また請求項 2の発明は半導体ウェハを載置する台座の位置を検出して、 半導体ゥェ 八の位置を教示するので、 特別な治具を必要とせず、 安価に実施できると言う効果が ある。
また、 請求項 3の発明によれば、 計測を複数回繰り返して、 半導体ウェハの位置を 最小 2乗法を用いて決定するので、 半導体ウェハの位置をさらに精度良く教示できる と言う効果がある。
請求項 4の発明の教示用治具は、実際の半導体ウェハと同一の外径の大円板部を備 えているので、 収納容器当に正しく載置でき、 位置教示の精度を向上できる効果があ る。
請求項 5の発明によれば、 第 2の透過式センサで、 小円ピンを直接センシングする ので、 0軸の位置教示の精度を向上できる効果がある。
請求項 6、 7の発明によれば、 第 2の透過式センサをロボットハンド上の半導体ゥ ェハ載置部の略中心に配置するので、実際にウェハを載置する姿勢に近い姿勢で位置 教示ができる。 そのため、 口ポットの相対移動精度がよくない場合でも、 0軸の位置 教示の精度を向上できる効果がある。
請求項 8の発明によれば、第 2の透過式センサの光軸を第 1の透過式センサの光軸 と略直交となるように配置することができので、 0軸の位置教示の精度を向上できる 効果がある。
請求項 9の発明によれば、水平面内におけるセンサ用治具と小円ピンの千渉がなレ ので、 R軸と 0軸のみを操作して、 第 2の透過式センサを小円ピンに接近させること ができる。 したがって上下方向 （Z軸方向） の余裕に乏しい狭い空間においてもゥェ 八位置の自動教示を実行できる効果がある。
[産業上の利用可能性]
本発明は、 半導体ウェハ搬送用ロボッ卜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。 また前記方法に用いる教示用治具として有用である。

Claims

請求の範囲
1 . 収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行な うロボッ卜に前記半導体ウェハの位置を教示する方法において、
前記収納容器あるいは前記処理装置の半導体ウェハを設置する位置に教示用治具 を設置し、 前記ロボッ卜のハンドの先端に設けた第 1の透過式センサで前記教示用治 具を検出することを特徵とするゥェハ位置教示方法。
2 . 収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行な うロボッ卜に前記半導体ウェハの位置を教示する方法において、
前記ロボットのハンドの先端に設けた第 1の透過式センサで前記処理装置の前記 半導体ウェハを設置する台座を検出することを特徵とするウェハ位置教示方法。
3 . 前記教示用治具または前記台座の検出を 3回以上繰り返し、 前記検出の結果に最 小 2乗法を適用して、 前記半導体ウェハの位置を求めることを特徴とする請求項 1ま たは請求項 2に記載のゥ工八位置教示方法。
4 . 収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行な うロポッ卜に前記半導体ウェハの位置を教示する教示用治具において、 前記半導体ゥ ェハと同一の外径を有する大円板部と、 前記大円板部と中心軸を共通にする小円板部 を有することを特徴とする教示用治具。
5 . 前記教示用治具の略中心軸部にピンを備えるとともに、 前記ハンド上に第 2の透 過式センサを備え、 前記第 1の透過式センサで前記教示用治具の外周部を検出して前 記教示用治具の高さ方向の位置を求める第 1の段階と、 前記第 1の透過式センサで前 記ピンを検出して前記ピンの位置を求める第 2の段階と、 前記第 2の段階で求めた前 記ピンの位置に基づいて前記第 2の透過式センサを前記ピンに接近させて、 前記第 2 の透過式センサで前記ピンを検出して前記ピンの位置を求める第 3の段階を含むこ とを特徴とする請求項 1に記載のウェハ位置教示方法。
6 . 前記第 2の透過式センサを、 センサ用治具上に搭載して、 前記ハンドに着脱自在 としたことを特徴とする請求項 5記載のウェハ位置教示方法。
7 . 前記第 2の透過式センサを、 前記ハンドの前記半導体ウェハ載置部の略中心に配 置することを特徴とする請求項 5記載のウェハ位置教示方法。
8 . 前記第 2の透過式センサを、 前記第 1の透過式センサの光軸と略直交となるよう に光軸を配置することを特徴とする請求項 5記載のウェハ位置教示方法。
9 . 前記センサ用治具に、 前記第 1の透過式センサの光軸との干渉を避けるため切欠 き部を設けたことを特徴とする請求項 6記載のウェハ位置教示方法。
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