(57)【要約】位置決め装置と搬送ロボットとを具える半導体製造装置における設備立ち上げの際の各ポートでの基準位置教示および定常生産工程での位置決めを自動化して生産性を高めるべく、本発明では、ウエハ等の円盤状物４７の円周と検出手段の軌跡４３とが交わる２点Ｗ１，Ｗ２を検出し、この２点とこれらを結ぶ線分の垂直二等分線４２上の特定点Ｏと円盤状物の半径ｒとを用いて円盤状物の中心位置Ａを算出する。これにより搬送ロボットに位置決め作業をさせることができ、その結果を用いて搬送経路の修正ばかりでなく設備立ち上げの際の基準位置教示も自動化することができた。切り欠き部がある場合は、円盤状物の円周を検出手段の２本の軌跡で検出し、正しい中心位置を見いだす。また半径未知の円盤状物の円周を検出手段の３本の軌跡で検出して半径を求めることで、直径の異なるウエハを用いる混合生産も可能となった。
2003101677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状物の取扱装置にその取扱装置の位置を含む基準座標系での前記円盤状物の位置の基準となる基準位置を自動教示する方法において、
基準位置とする所定場所に置かれた半径既知の円盤状物の、前記基準座標系での中心位置を求める工程と、
前記中心位置に基づいて演算で求めた前記基準座標系での前記所定場所の位置を基準位置として前記取扱装置に記憶させる工程と、
を含み、
前記円盤状物の中心位置を求める工程は、
前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の円周に対し前記検出手段の１本の軌跡を交叉させる工程と、
前記交叉による２個の交点の、前記基準座標系での位置を求める工程と、
前記２個の交点を結ぶ線分の垂直二等分線上の特定点と前記２個の交点と前記円盤状物の半径とを用いて前記中心位置を算出する工程と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の基準位置自動教示方法。
【請求項２】
前記検出手段の軌跡は円弧であることを特徴とする、請求項１記載の円盤状物の基準位置自動教示方法。
【請求項３】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、半径既知の前記円盤状物の自動位置決めを行う方法において、
前記基準座標系での前記円盤状物の中心位置を求める工程と、
前記基準座標系での予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する工程と、
を含み、
前記円盤状物の中心位置を求める工程は、
前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の円周に対し前記検出手段の１本の軌跡を交叉させる工程と、
前記交叉による２個の交点の、前記基準座標系での位置を求める工程と、
前記２個の交点を結ぶ線分の垂直二等分線上の特定点と前記２個の交点と前記円盤状物の半径とを用いて前記中心位置を算出する工程と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項４】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、周縁の一部に１個の凹部又は１個の凸部を有する半径既知の円盤状物の自動位置決めを行う方法において、
前記基準座標系での、前記凹部又は凸部を有する円盤状物の中心位置を求める工程と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する工程と、
を含み、
前記凹部又は凸部を有する円盤状物の中心位置を求める工程は、
前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の周縁に対し前記検出手段の２本の軌跡を交叉させる工程と、
前記円盤状物の周縁と前記２本の軌跡との交叉による各組２点からなる２組の交点の、前記基準座標系での位置を求める工程と、
前記２組についてそれぞれ、前記２個の交点を結ぶ線分の垂直二等分線上の特定点と前記２個の交点と前記円盤状物の半径とを用いてそれらの交点が前記凹部又は凸部を除いた前記周縁を含む円周上にあるとした場合の円の中心位置を算出する工程と、
前記算出した２個の中心位置を対比して前記交点が前記凹部又は凸部に位置する場合の中心点の位置ずれ方向に基づき前記円盤状物の中心位置を選択する工程と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項５】
前記検出手段の軌跡は円弧であることを特徴とする、請求項３または請求項４記載の円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項６】
請求項３から請求項５までの何れか記載の円盤状物の自動位置決め方法を行う工程と、
前記位置決め方法で算出した偏移量に基づいて、前記取扱装置としての搬送装置の保持部の予め教示された搬送軌道を修正する工程と、
前記修正した搬送軌道に沿って前記搬送装置の前記保持部で前記円盤状物を所定の搬送位置に搬送する工程と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の自動搬送方法。
【請求項７】
円盤状物の取扱装置にその取扱装置の位置を含む基準座標系での前記円盤状物の位置の基準となる基準位置を自動教示する装置において、
基準位置とする所定場所に置かれた半径既知の円盤状物の、前記基準座標系での中心位置を求める手段と、
前記中心位置に基づいて演算で求めた前記基準座標系での前記所定場所の位置を基準位置として前記取扱装置に記憶させる手段と、
を具え、
前記円盤状物の中心位置を求める手段は、
前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の円周に対し前記検出手段の１本の軌跡を交叉させる手段と、
前記交叉による２個の交点の、前記基準座標系での位置を求める手段と、
前記２個の交点を結ぶ線分の垂直二等分線上の特定点と前記２個の交点と前記円盤状物の半径とを用いて前記中心位置を算出する手段と、
を有することを特徴とする、円盤状物の基準位置自動教示装置。
【請求項８】
前記検出手段の軌跡は円弧であることを特徴とする、請求項７記載の円盤状物の基準位置自動教示装置。
【請求項９】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、半径既知の前記円盤状物の自動位置決めを行う装置において、
前記基準座標系での前記円盤状物の中心位置を求める手段と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する手段と、
を具え、
前記円盤状物の中心位置を求める手段は、
前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の円周に対し前記検出手段の１本の軌跡を交叉させる手段と、
前記交叉による２個の交点の、前記基準座標系での位置を求める手段と、
前記２個の交点を結ぶ線分の垂直二等分線上の特定点と前記２個の交点と前記円盤状物の半径とを用いて前記中心位置を算出する手段と、
を有することを特徴とする、円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項１０】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、周縁の一部に１個の凹部又は１個の凸部を有する半径既知の円盤状物の自動位置決めを行う装置において、
前記基準座標系での、前記凹部又は凸部を有する円盤状物の中心位置を求める手段と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する手段と、
を具え、
前記凹部又は凸部を有する円盤状物の中心位置を求める手段は、
前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の周縁に対し前記検出手段の２本の軌跡を交叉させる手段と、
前記円盤状物の周縁と前記２本の軌跡との交叉による各組２点からなる２組の交点の、前記基準座標系での位置を求める手段と、
前記２組についてそれぞれ、前記２個の交点を結ぶ線分の垂直二等分線上の特定点と前記２個の交点と前記円盤状物の半径とを用いてそれらの交点が前記凹部又は凸部を除いた前記周縁を含む円周上にあるとした場合の円の中心位置を算出する手段と、
前記算出した２個の中心位置を対比して前記交点が前記凹部又は凸部に位置する場合の中心点の位置ずれ方向に基づき前記円盤状物の中心位置を選択する手段と、
を有することを特徴とする、円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項１１】
前記検出手段の軌跡は円弧であることを特徴とする、請求項９または請求項１０記載の円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１までの何れか記載の円盤状物の自動位置決め装置と、
前記円盤状物の位置決め装置が算出した偏移量に基づいて搬送装置の保持部の予め教示された搬送軌道を修正する手段と、
前記搬送装置の前記保持部の作動を制御して、前記修正した搬送軌道に沿って前記保持部で前記円盤状物を所定の搬送位置に搬送する手段と、
を具えることを特徴とする、円盤状物の自動搬送装置。
【請求項１３】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、周縁の一部に１個の凹部又は１個の凸部を有する半径未知の円盤状物の自動位置決めを行う方法において、
前記基準座標系での、前記凹部又は凸部を有する円盤状物の中心位置を求める工程と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する工程と、
を含み、
前記凹部又は凸部を有する円盤状物の中心位置を求める工程は、
前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の周縁に対し前記検出手段の軌跡を３本交叉させて１組２点からなる３組の交点の、前記基準座標系での位置を求める工程と、
前記３組の交点のそれぞれについての３本の垂直二等分線のうち共通する垂直二等分線を選択する工程と、
前記共通する垂直二等分線上の特定点とその共通する垂直二等分線についての２組の交点とから前記円盤状物の半径および中心位置を算出する工程と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項１４】
前記検出手段の軌跡は円弧であることを特徴とする、請求項１３記載の円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項１５】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、周縁の一部に１個の凹部又は１個の凸部を有する半径未知の円盤状物の自動位置決めを行う装置において、
前記基準座標系での、前記凹部又は凸部を有する円盤状物の中心位置を求める手段と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する手段と、
を具え、
前記凹部又は凸部を有する円盤状物の中心位置を求める手段は、
前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の周縁に対し前記検出手段の軌跡を３本交叉させて１組２点からなる３組の交点の、前記基準座標系での位置を求める手段と、
前記３組の交点のそれぞれについての３本の垂直二等分線のうち共通する垂直二等分線を選択する手段と、
前記共通する垂直二等分線上の特定点とその共通する垂直二等分線についての２組の交点とから前記円盤状物の半径および中心位置を算出する手段と、
を有することを特徴とする、円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項１６】
前記検出手段の軌跡は円弧であることを特徴とする、請求項１５記載の円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項１７】
周縁の一部に１個の凹部又は１個の凸部を有する半径未知の円盤状物の自動搬送装置において、
請求項１５または請求項１６記載の円盤状物の自動位置決め装置と、
前記位置決め装置が算出した偏移量に基づいて搬送装置の保持部の予め教示された搬送軌道を修正する修正手段と、
前記搬送装置の前記保持部の作動を制御して、前記修正した搬送軌道に沿って前記保持部で前記円盤状物を所定の搬送位置に搬送する手段と、
を具えることを特徴とする、円盤状物の自動搬送装置。
【請求項１８】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での前記円盤状物の位置の基準となる基準位置を自動教示する方法において、
基準位置とする所定場所に半径未知の円盤状物を置く工程と、
前記基準座標系での前記円盤状物の中心位置を求める工程と、
前記中心位置に基づいて演算で求めた前記基準座標系での前記所定場所の位置を基準位置として前記取扱装置に記憶させる工程と、
を含み、
前記円盤状物の中心位置を求める工程は、
１個の１点検出型検出手段が前記円盤状物に対する相対移動によりその円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する工程と、
前記検出した少なくとも３点の座標位置と円周の公式とを用いて中心位置を求める工程と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の自動教示方法。
【請求項１９】
前記１個の１点検出型検出手段が前記円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する工程に代えて、
前記円盤状物の周縁上の前記少なくとも３点が、３個以上の１点検出型検出手段によって検出され、前記３個以上の検出手段が、前記円盤状物の周縁に対し相対的にそれぞれ１回交叉して前記少なくとも３点を検出する工程を含むことを特徴とする、請求項１８記載の円盤状物の自動教示方法。
【請求項２０】
前記少なくとも３点を検出する工程は、
前記検出手段が前記円盤状物に対し相対的にＯ字型、Ｖ字型、Ｕ字型、Ｌ字型またはＣ字型の軌跡を描いて前記円盤状物の周縁と交叉する工程を含むことを特徴とする、請求項１８または請求項１９記載の円盤状物の自動教示方法。
【請求項２１】
前記円盤状物は、周縁に凸部または凹部がある半径未知のものであり、
前記円盤状物の周縁上の検出される少なくとも３点が、４点以上であって、
前記４点以上のうち３点が構成する全ての組合せについて円周の公式から求めた半径または中心位置が全て一致する場合にその値を選択し、不一致の場合は一致するまで前記４点以上の検出を繰り返すことを特徴とする、請求項１８から請求項２０までの何れか記載の円盤状物の自動教示方法。
【請求項２２】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、半径未知の前記円盤状物の自動位置決め方法において、
前記基準座標系での前記円盤状物の中心位置を求める工程と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する工程と、
を含み、
前記円盤状物の中心位置を求める工程は、
１個の１点検出型検出手段が前記円盤状物に対する相対移動によりその円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する工程と、
前記検出した少なくとも３点の座標位置と円周の公式とを用いて中心位置を求める工程と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項２３】
前記１個の１点検出型検出手段が前記円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する工程に代えて、
前記円盤状物の周縁上の前記少なくとも３点が、３個以上の１点検出型検出手段によって検出され、前記３個以上の検出手段が、前記円盤状物の周縁に対し相対的にそれぞれ１回交叉して前記少なくとも３点を検出する工程を含むことを特徴とする、請求項２２記載の円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項２４】
前記少なくとも３点を検出する工程は、
前記検出手段が前記円盤状物に対し相対的にＯ字型、Ｖ字型、Ｕ字型、Ｌ字型またはＣ字型の軌跡を描いて前記円盤状物の周縁と交叉する工程を含むことを特徴とする、請求項２２または請求項２３記載の円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項２５】
前記円盤状物は、周縁に凸部または凹部がある半径未知のものであり、
前記円盤状物の周縁上の検出される少なくとも３点が、４点以上であって、
前記４点以上のうち３点が構成する全ての組合せについて円周の公式から求めた半径または中心位置が全て一致する場合にその値を選択し、不一致の場合は一致するまで前記４点以上の検出を繰り返すことを特徴とする、請求項２２から請求項２４までのいずれか記載の円盤状物の自動位置決め方法。
【請求項２６】
請求項２２から請求項２５までの何れか記載の円盤状物の自動位置決め方法を用いた円盤状物の自動搬送方法において、
前記位置決め方法で算出した偏移量に基づいて、前記取扱装置としての搬送装置の保持部の予め教示された搬送軌道を修正する工程と、
前記修正した搬送経路に沿って前記搬送装置の前記保持部で前記円盤状物を所定の搬送位置に搬送する工程と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の自動搬送方法。
【請求項２７】
円盤状物の取扱装置にその取扱装置の位置を含む基準座標系での前記円盤状物の位置の基準となる基準位置を自動教示する装置において、
基準位置とする所定場所に置かれた半径未知の円盤状物の、前記基準座標系での中心位置を求める手段と、
前記中心位置に基づいて演算で求めた前記基準座標系での前記所定場所の位置を基準位置として前記取扱装置に記憶させる手段と、
を具え、
前記円盤状物の中心位置を求める手段は、
１個の１点検出型検出手段の、前記円盤状物に対する相対移動により前記円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する手段と、
前記検出した少なくとも３点の座標位置と円周の公式とを用いて中心位置を求める手段と、
を具えることを特徴とする、円盤状物の自動教示装置。
【請求項２８】
前記１個の１点検出型検出手段で前記円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する手段に代えて、
前記円盤状物の周縁上の前記少なくとも３点を、３個以上の１点検出型検出手段によって検出する手段であって、前記３個以上の検出手段を前記円盤状物の周縁に対し相対的にそれぞれ１回交叉させて前記少なくとも３点を検出する手段を含むことを特徴とする、請求項２８記載の円盤状物の自動教示装置。
【請求項２９】
前記少なくとも３点を検出する手段では、
前記検出手段が前記円盤状物に対し相対的にＯ字型、Ｖ字型、Ｕ字型、Ｌ字型またはＣ字型の軌跡を描いて前記円盤状物の周縁と交叉することを特徴とする、請求項２７または請求項２８記載の円盤状物の自動教示装置。
【請求項３０】
前記円盤状物は、周縁に凸部または凹部がある半径未知のものであり、
前記少なくとも３点を検出する手段では、検出される前記円盤状物の周縁上の前記少なくとも３点が、４点以上であって、
前記４点以上のうち３点が構成する全ての組合せについて円周の公式から求めた半径または中心位置が全て一致する場合にその値を選択し、不一致の場合は一致するまで前記４点以上の検出を繰り返すことを特徴とする、請求項２７から請求項２９までの何れか記載の円盤状物の自動教示装置。
【請求項３１】
円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、半径未知の前記円盤状物の自動位置決めを行う装置において、
前記基準座標系での前記円盤状物の中心位置を求める手段と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する手段と、
を具え、
前記円盤状物の中心位置を求める手段は、
１個の１点検出型検出手段の、前記円盤状物に対する相対移動によりその円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する手段と、
前記検出した少なくとも３点の座標位置と円周の公式とを用いて前記円盤状物の中心位置を求める手段と、
を含むことを特徴とする、円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項３２】
前記１個の１点検出型検出手段で前記円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する手段に代えて、
前記円盤状物の周縁上の前記少なくとも３点を、３個以上の１点検出型検出手段によって検出する手段であって、前記３個以上の検出手段を前記円盤状物の周縁に対し相対的にそれぞれ１回交叉させて前記少なくとも３点を検出する手段を含むことを特徴とする、請求項３１記載の円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項３３】
前記少なくとも３点を検出する手段では、
前記検出手段が前記円盤状物に対し相対的にＯ字型、Ｖ字型、Ｕ字型、Ｌ字型またはＣ字型の軌跡を描いて前記円盤状物の周縁と交叉することを特徴とする、請求項３１または請求項３２記載の円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項３４】
前記円盤状物は、周縁に凸部または凹部がある半径未知のものであり、
前記少なくとも３点を検出する手段では、検出される前記円盤状物の周縁上の前記少なくとも３点が、４点以上であって、
前記４点以上のうち３点が構成する全ての組合せについて円周の公式から求めた半径または中心位置が全て一致する場合にその値を選択し、不一致の場合は一致するまで前記４点以上の検出を繰り返すことを特徴とする、請求項３１から請求項３３までの何れか記載の円盤状物の自動位置決め装置。
【請求項３５】
請求項３１から請求項３４までの何れか記載の円盤状物の自動位置決め装置を用いる円盤状物の自動搬送装置において、
前記位置決め手段が算出した偏移量に基づいて、前記取扱装置としての搬送装置の保持部の予め教示された搬送軌道を修正する手段と、
前記搬送装置の前記保持部の作動を制御して、前記修正した搬送経路に沿って前記保持部で前記円盤状物を所定の搬送位置に搬送する手段と、
を具えることを特徴とする、円盤状物の自動搬送装置。
【請求項３６】
請求項７、請求項８、請求項２７から請求項３０までの何れか記載の円盤状物の基準位置教示装置と、
請求項９から請求項１１まで、請求項１５、請求項１６、請求項３１から請求項３４までの何れか記載の円盤状物の位置決め装置と、
請求項１２、請求項１７または請求項３５記載の円盤状物の搬送装置と、
の少なくとも一つを具えることを特徴とする、半導体自動製造設備。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は、半導体ウエハ等の円盤状物を複数場所間で移送する等取り扱う際に必ず行う必要がある、その取扱装置の位置を含む基準座標系における円盤状物の位置の基準となる基準位置の自動教示のための方法および装置に関するとともに、その教示における中心位置の求め方を用いた自動位置決め方法および装置と、その位置決めを利用して搬送軌道を自動修正する搬送方法および装置とに関し、さらに、それらの装置を利用する半導体自動製造設備にも関するものである。
従来の技術
図１および図２に示すように、一般に半導体製造設備１は、半導体ウエハ等が棚段上に収納されているカセット６から各種多様な処理チャンバ７の搬送口であるロードロック室８へ、またそのロードロック室８から処理チャンバ７へとウエハを搬送ロボット４で搬送する又は搬送装置２を有している。この搬送ロボット４は、図３に示すように、ウエハ等を載置又は固定する保持部１４を持つとともに屈伸、旋回および昇降動作することができる搬送アーム１２を備えており、搬送ロボット４の各軸の動作は制御部１１により制御されている。制御部１１は、搬送ロボット４の位置座標を含む基準座標系における搬送の手順、経路および搬送位置の座標情報を記憶し、それを基に搬送ロボット４の各軸へと動作命令を出す。これにより、搬送ロボット４はウエハ１３等の円盤状物を所定の搬送位置へと自動的に搬送することができ、そのためには制御部１１は、上記基準座標系での前記各種機器やウエハの位置座標をそれぞれ認識しておく必要がある。
図２６は、半導体製造設備１の立ち上げ時に原点座標を定めるための、図２５に示す従来の搬送装置２における教示（ティーチング）工程のフローチャートの一部を示す。ここにおける「教示」とは、搬送ロボット４と、カセット６、ロードロック室８との間、必要ならば別途設ける位置決め装置１０等との間でウエハ１３等を受け渡しするための基準位置を決定するための作業である。
例えば、カセット６に収納されているウエハ１３等の円盤状物をロードロック室８へ搬送する工程に関して教示を行う場合、先ずステップＳ１で設計上の搬送ロボット４の仮位置情報（初期値）を制御部１１に入力し、次いでステップＳ２により、基準位置としての、設計図面に基づいたカセット６との受け渡し位置へと、搬送ロボット４の保持部１４を少しずつ手動操作（マニュアル）で移動させる。ただし、円盤状物はカセット６内の棚段の正常位置に載置されたままで、保持部１４に固定されていない状態である。
次いでステップＳ３で、図３に示すように、保持部１４上に案内治具２０を取り付け、円盤状物の載置位置と設計図上の保持位置とが完全に一致しているか否かを目視により確認する。ずれている場合はステップＳ４で、搬送ロボットを少しずつ手動操作で旋回、屈伸、昇降動作させて、保持部１４の位置を適正な位置に修正し、続くステップＳ５で、ステップＳ４で得た位置情報を制御部１１に伝達して初期位置情報を更新する。
ステップＳ３での確認でずれが無い場合は、ステップＳ６で、保持した円盤状物をロードロック室８との受け渡し位置へ搬送し、次いでステップＳ７で、円盤状物の搬送位置が設計図面通りであるかを目視で確認する。実際の搬送位置にずれがある場合はステップＳ４へ戻ってステップＳ５へと進む。ずれがない場合、一連の教示は終了する。
以下、搬送ロボット４に関しては位置決め装置１０や他のカセット６、各ロードロック室８との間、また真空ロボット３１に関しては各ロードロック室８や各処理チャンバ７等の他のポートとの間について、同様にステップＳ１からステップＳ７の手順に従って一つ一つ基準位置の教示作業を行っている。
また、従来の生産工程中における、その都度の円盤状物の位置決めは、図２５に示す如き位置決め装置（専用機）１０を用いて行っている。図２５に示す搬送装置２においては、搬送中のウエハ１３の軌道がカセット６や各出入口の縁と干渉するのを防止するために、搬送ロボット４とは別途の円盤回転式位置決め装置１０にウエハ１３を一旦引き渡して正常位置に位置決めした後、再び搬送ロボット４がウエハ１３を受け取って目的場所へ搬送するのが通常である。
特公平７−２７９５３号公報では、上記受け渡し工程を省略して生産性向上を図るために、ウエハを保持したまま搬送ロボットの搬送アームを動作させ、図２７に示すような、各々発光部９ａと受光部９ｂとを持ち光束９ｃでウエハ１３を検出する３個のセンサ９が取り付けられた門型位置決め装置を通過させて、ウエハの中心位置を算出する方法を提案している。この方法では、ウエハの基準保持位置は予め教示してあり、教示位置と前記の門型位置決め装置で検出したウエハ中心位置との偏移量から保持部１４の軌道を修正し、他の機器と干渉することなく目的場所に搬送する。これによって位置決め装置１０に対する引き渡しと受け取りに要する時間が短縮され、上記方法は生産性の向上に寄与した。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、先に述べた従来の教示作業は、図２６のフローチャートに示すように、搬送ロボット４が関与する全ての機器との間で、案内治具２０を用いて黙視で確認しながら試行錯誤を繰り返し基準位置を設定するという、全手動方式のもので、非常に労力を要する方法である。これは熟練した技術者による緊張した作業の連続であるため、図２５に示す搬送装置のみで、丸一日或いはそれ以上の時間が必要であった。
また、生産中における円盤状物の位置決め用として、前述のように図２７に示す特公平７−２７５９５３号公報記載の門型位置決め装置が提案されているが、ここでも初期の教示は前記従来の方法を用いるため、設備立ち上げに要する労力には何ら変わりはない。しかも、門を通過させる装置であるため各ロードロック室や各処理チャンバの入り口ごとに１台設置しなければならないという問題があり、またこの装置はウエハ等円盤状被検物の直径以上に大きな装置であるため投資額が大きくなるという問題があった。さらに、円盤状物を前記門型位置決め装置に挿入する前には位置決め工程がないため、円盤状物がこの装置に衝突しないように予め前述のような手間が掛かる手動による位置決めをしておく必要があった。そして万一衝突した場合は、ごみの発生は必定で、さらにウエハ等被検物の破損に繋がりかねないという問題もあった。
さらに、上記特公平７−２７９５３号公報記載の位置決め方法では、切り欠き部の判別の仕方は幾何学的には図示されているが、代数学的に判別する方法が見いだされていない。従って、近似式法である最少自乗法によって円盤中心を算出する方法をとるため、検出手段であるセンサ９を少なくとも３個必要とし、円盤の周縁上の少なくとも６点と円盤保持部の中心１点、合計少なくとも７点を測定しなければならない。しかも周縁上６点の中に、切り欠き部縁上にあって円周上にない点が必ず含まれ、厳密には正しい位置が算出されず精度が良くなかった。また、切り欠き部を含まない周縁上４点から、公知のピタゴラスの定理に基づいて円盤の半径を求める計算式を提示しているが、切り欠き部上の点を除外出来ないため、実際には正確な円盤半径を求めることはできなかった。
課題を解決するための手段
本発明は、これらの問題点を解決するため鋭意検討した結果、新規、且つ、厳密な計算方法を開発してウエハ等円盤状物の中心位置の偏移量を測定、算出し、半導体設備の迅速な立ち上げを実現する新規な自動教示（オートティーチング）方法および自動位置決め方法を提案するものである。また、この理論に基づく自動教示装置、自動位置決め装置、算出した偏移量に基づいて搬送軌道の修正を行う自動搬送方法、自動搬送装置、さらにはこれらを利用した円盤状物の自動製造設備をも提案するものである。ちなみに本発明でいう「教示」とは、円盤状物の搬送その他の取扱いを行う取扱装置の保持部等の動作の基準となる、円盤状物を置く場所の、その取扱装置の位置を含む基準座標系での位置座標である基準位置を、その取扱装置に入力して記憶させることをいい、また本発明における「位置決め」とは、保持部上等の任意の位置に載置された円盤状物やそれを保持する保持部等の位置が、先に入力された基準位置からどれだけずれているかを求めることをいう。
先ず始めに、本発明の原理を説明する。図４は、円盤の円周と１個のセンサの円弧状の軌跡とが交差する場合を示す。測定すべき円盤４７は、既知半径ｒの上記円周とセンサの既知半径Ｒの円弧状の検出軌跡４３との交点をＷ１，Ｗ２、それらの交点間の上記円周の円弧の頂点をＷ３とすると、円弧Ｗ１Ｗ３Ｗ２を形成する。この円弧の両端が為す線分Ｗ１Ｗ２の垂直二等分線４２は、測定円盤４７の中心Ａおよびセンサの円弧軌跡の中心Ｏの双方を通る。この垂直二等分線４２と、予め教示した方向４１との偏移角度αは、測定により求めることができる。また、垂直二等分線４２と円弧の一端Ｗ１との為す角度θも測定により求めることができる。
次に測定円盤４７の中心位置として、未知長さである線分ＡＯ（＝Ｌ１）を求める。Ｗ１から垂直二等分線４２の線分Ｗ３Ｏに垂線を下ろしその交点をＢとすると、
△Ｗ１ＢＯより、ＢＯ＝Ｒｃｏｓθ，Ｗ１Ｂ＝Ｒｓｉｎθ      ・・・（式１）
△Ｗ１ＢＡより、ＢＯ＝ｒｃｏｓφ＋Ｌ１，Ｗ１Ｂ＝ｒｓｉｎφ    ・（式２）
即ち、Ｒｃｏｓθ＝ｒｃｏｓφ＋Ｌ１            ・・・・・・・・（式３）
Ｒｓｉｎθ＝ｒｓｉｎφ                  ・・・・・・・・（式４）
移項して整理すると、ｒｃｏｓφ＝Ｒｃｏｓθ−Ｌ１    ・・・・・（式５）
ｒｓｉｎφ＝Ｒｓｉｎθ    ・・・・・・・・（式６）
（式５）と（式６）を２乗し、左右両辺をそれぞれ加えると、
ｃｏｓ２φ＋ｓｉｎ２φ＝１だから、
ｒ２＝（Ｒｃｏｓθ−Ｌ１）２＋Ｒ２ｓｉｎ２θ      ・・・・・（式７）
従って、Ｌ１＝Ｒｃｏｓθ±（ｒ２−Ｒ２ｓｉｎ２θ）１／２・・・・（式８）
ここで、図４の様にセンサの検出軌跡４３に対し測定すべき円盤の中心Ａがその検出軌跡の乗る円の内側にある場合は、
Ｌ１＝Ｒｃｏｓθ−（ｒ２−Ｒ２ｓｉｎ２θ）１／２    ・・・・（式９）
外側にある場合は、
Ｌ１＝Ｒｃｏｓθ＋（ｒ２−Ｒ２ｓｉｎ２θ）１／２  ・・・・（式１０）
となる。
ここでは、予め教示した円盤４６の中心位置Ｃは既知であるから、線分ＣＯをＬＯとすると、
直径方向の偏移長さΔＨ＝Ｌ１−Ｌ０              ・・・・・・（式１１）
よって、前記偏移角度αと、（式１１）による直径方向の偏移長さΔＨとを用いて、円盤の位置決めをすることができる。
次に図５において、基準となる円盤状物４６の円周を、１個のセンサの直線状の検出軌道４３が円弧状に切る場合について説明する。予め教示した位置にある円盤４６の円弧の両端が為す線分ＥＦと、その垂直二等分線との交点をＤとすると、中心Ｃとの距離ＣＤ（＝Ｘ０）は予め教示してあるため判明している。
同じく図５で、中心が未知の位置Ａにある、既知半径ｒの測定すべき円盤状物４７の円周を、センサの直線状検出軌道４３によって円弧状に切る場合について述べる。前記円弧の両端点をＷ１，Ｗ２とすると、線分Ｗ１Ｗ２の長さは測定により既知となる。線分Ｗ１Ｗ２の垂直二等分線とこの線分Ｗ１Ｗ２との交点をＢとし、未知の距離ＡＢ＝Ｘ１とすると、
△ＡＢＷ２は直角三角形であるから、
Ｘ１２＋（ＢＷ２）２＝ｒ２                  ・・・・・・・（式１２）
ここでＢＷ２＝Ｗ１Ｗ２／２であるから、
Ｘ１＝±｛ｒ２−（Ｗ１Ｗ２／２）２｝１／２        ・・・・（式１３）
従って、Ｘ方向の偏移量は
ΔＸ＝Ｘ０−Ｘ１                            ・・・・・・・（式１４）
として算出される。
ここで検知軌道４３上のＤ点は教示位置であるから既知であり、Ｂ点は線分測定点Ｗ１Ｗ２の中点であるから測定により求まる。
従って、Ｙ方向の偏移量
ΔＹ＝ＢＤ                                  ・・・・・・・（式１５）
も測定により求まる。
よって偏移量（ΔＸ，ΔＹ）が算出される。
請求項１および請求項２記載の発明は、前記原理を用いて基準位置を教示する方法に関する。即ち本発明は、円盤状物の取扱装置にその取扱装置の位置を含む基準座標系での前記円盤状物の位置の基準となる基準位置を教示する方法において、基準位置とする所定場所に置かれた半径既知の円盤状物の、前記基準座標系での中心位置を求める工程と、前記中心位置に基づいて演算で求めた前記基準座標系での前記所定場所の位置を基準位置として前記取扱装置に記憶させる工程と、を含み、前記円盤状物の中心位置を求める工程が、前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の円周に対し前記検出手段の１本の軌跡を交叉させる工程と、前記交叉による２個の交点の、前記基準座標系での位置を求める工程と、前記２個の交点を結ぶ線分の垂直二等分線上の特定点と前記２個の交点と前記円盤状物の半径とを用いて前記中心位置を算出する工程と、を含むことを特徴とする円盤状物の基準位置教示方法を提案している。請求項７は、この方法を実現するための装置に関するものである。
ここでの特定点とは、既知又は測定により定まる点と定義する。即ち、検出手段の軌跡が円である場合はこの円の旋回中心であり、これは既知である。また検出手段の軌跡が直線である場合は前記円周との２つの交点を結ぶ線分の中点で、測定により直ちに求まる。本教示方法においては、基準位置とする所定場所に円盤状物を置く時に、好ましくは手動で行い、その際、その円盤状物として市販のウエハを用いる場合には、好ましくはノッチやオリエンテーションフラットなどの凹部を検出軌道からさけて置くようにする。またウエハ以外の、凹部や凸部がない円盤状物を用いてもよい。なお、画像処理等で凸部や凹部の位置を自動的に認識して、自動的に凸部や凹部を検出軌道からさけて置くようにしてもよい。
同様に前述の原理により、円盤状物に凹部や凸部がない場合、或いはこれらが上記のようにして避けられる場合について、１個の検出手段を用いて請求項３記載の円盤状物の位置決め方法および請求項９記載の位置決め装置を提案する。前述の教示装置および位置決め装置には、具体的形態として、公知のロボット、搬送装置、位置決め専用装置など、本発明の方法が機能として実現できる全ての装置が含まれる。
本発明では、円盤状物を検出するためのセンサが固定され、円盤状物が運動してもよいし、或いは、円盤状物が固定され、センサが運動してもよい。また、この運動は直線運動でもよいし、円運動でもよい。
また、請求項３〜請求項５記載の方法においては、円盤状物の中心位置を予め教示する必要があるが、その際、請求項１または請求項２記載の方法を用いてもよいし、従来公知の方法を用いてもよい。
〔切り欠き部をよける方法１〕
請求項４および請求項１０記載の発明は、半導体ウエハのようにノッチやオリエンテーションフラット等の周縁上の基準場所としての切り欠き部（凹部）や、円盤に付けられた取手のような凸部がある場合について、その位置決め方法および位置決め装置を提案するものである。
即ちここでは、円盤状物の中心位置を算出するに際し、図６に示すように、例えば２つの検出手段９を用いて異なる検出軌道４３，４４を設ける。検出軌道４３が凹部である切り欠き部５１を通った場合、そこに切り欠き部が無かった場合に比べて円盤の外周との２つの交点がなす線分は短くなり、前記計算法で算出すると円盤中心は旋回中心Ｏ寄りにあると算出される。
さらに詳しく説明すると、検知軌道４３，４４が共に切り欠き部を通らなかった場合は、図６において、垂直二等分線４２の左側２つの三角形から（式１６）のように、円盤の中心Ａと旋回中心Ｏとの距離は共にＡＯであると算出する。
ＡＯ＝Ｒ１ｃｏｓθ１−（ｒ２−Ｒ１２ｓｉｎ２θ１）１／２
＝Ｒ２ｃｏｓθ１１−（ｒ２−Ｒ２２ｓｉｎ２θ１１）１／２
・・・・（式１６）
一方、検出軌道４３が切り欠き部５１を通った場合は、旋回中心と円盤中心との距離ＣＯは、切り欠き部５１がなかった場合に比べてΔＬ１だけ短くなり、円盤４９であると誤認する。即ち、
ＣＯ＝Ｒ１ｃｏｓθ１−（ｒ２−Ｒ１２ｓｉｎ２θ１）１／２
＝ＡＯ−ΔＬ１                                ・・・・（式１７）
と算出する。従って、（式１６）と（式１７）の計算結果を比べて大きい方を選べばよい。
図７において、検出軌道４４に切り欠き部がある場合も、同様にして大きい方の距離ＡＯを選べばよい。
即ち、切り欠き部上を検出軌道が通れば、算出された円盤中心は必ず旋回中心Ｏ寄りにあって小さいと算出される。共には切り欠き部が入らないように２つの検出軌道を離間しておき、円盤の円周を２つの円弧状に切ってそれぞれの両端を測定し、旋回中心から見て外側にある円盤中心、即ち距離ＡＯの値が大きい方を選べばよい。
ちなみに、２つの検出軌道４３，４４上にともに切り欠き部がない場合は、同じ場所に中心位置を見出すため、どちらを採用してもよい。
〔切り欠き部をよける方法２、１つのセンサで２回通過する方法〕
請求項４では、次に図８，図９に示すように、１個のセンサと２回の旋回動作で２つの異なる円弧を形成させてもよい。即ち、円盤状物の中心を算出するに際し、旋回中心Ｏから検出軌道４３までの距離Ｒはそのままに、２回目は円盤状物の中心位置を距離ｍだけずらして旋回する。ただし距離ｍは、２回の旋回動作で共には切り欠き部に掛らない程度に広げ、円盤の直径より狭い間隔とする必要がある。
先ず、図８で検出軌道４３が切り欠き部５１を通らなかった場合と、通った場合とについて検出手順を説明する。先ず、検出軌道４３が切り欠き部５１に通らなかった場合は、垂直二等分線４２の左側にある旋回角度θ１の三角形から計算式（式１８）により、円盤４７を認識してその中心はＡと算出する。
ＡＯ＝Ｒｃｏｓθ１−（ｒ２−Ｒ２ｓｉｎ２θ１）１／２・・・・（式１８）
一方、検出軌道４３が切り欠き部５１を通った場合は、垂直二等分線４２の右側にある旋回角度θ２の三角形から、円弧の両端間距離が短いと誤認して円盤４９を認識し、円盤中心はＣであると誤認する。
ＣＯ＝Ｒｃｏｓθ２−（ｒ２−Ｒ２ｓｉｎ２θ２）１／２・・・・（式１９）
ＡＯ−ＣＯ＝ΔＬ１                            ・・・・・・・（式２０）
即ち、切り欠き部に掛ると中心ＣはΔＬ１だけ旋回中心Ｏ側に寄っていると算出している。
次に、図９に示すように、距離ｍだけずらして２回目の旋回動作させた場合について述べる。１回目の旋回で円盤４７の切り欠き部５１を検出軌道４３が通った場合、円弧が小さくなったと誤認して、式１９と同様な計算により本来の中心Ａ’からΔＬ１だけ旋回中心Ｏ側に寄ったＣ’に円盤中心があると算出する。次いで距離ｍだけ旋回半径が大きくなる方向にずらし、検出軌道４３が円盤５０の切り欠き部５１を通らないようにすると、式９から円盤中心はＡ”であると認識する。
従って、ＣＯ（＝Ａ’Ｏ−ΔＬ１）とＡ”Ｏ−ｍとを比較して大きい方（Ａ”Ｏ−ｍ）を採用すればよい。
同様にして、１回目の旋回動作で切り欠き部を発見せず、２回目の旋回動作で発見しても、円盤の正しい中心と旋回中心との距離として、大きい方を選べばよい。
次に、円盤の円周上に図示しない凸部がある場合は、これが無かった場合に比べて２つの交点がなす線分に比べて必ず大きくなる。従って、円盤の円周上に凸部がある場合は、これが無かった場合に比べて円盤中心が必ず旋回中心から遠い方にあると算出する。即ち、２つの線分から式９で計算される距離のうち、円盤中心と旋回中心との正しい距離として凸部がある場合は常に小さい方を選べばよい。従って、凹部や凸部に掛からない検出軌道による円盤中心を選ぶことができる。
凹部や凸部が２つの検出軌道上になかった場合は、前記同様同じ場所に中心位置を見出すため、どちらを採用してもよい。
また、請求項４および請求項１０において、２本の検出軌道４３，４４が直線の場合も同様のことがいえ、これらを図１０、図１１に示す。切り欠き部上を検出軌道が通れば、通らなかった場合に比べて、算出された円盤中心は検出軌道から必ず外寄りにあると算出される。２つの検出軌道４３，４４を切り欠き部が共には入らないように平行間距離ｍだけ離しておき、円盤の円周を２つの円弧に切ってそれぞれの両端を測定し、検出軌道から見て内側にある円盤中心を選べばよい。
さらに詳しく説明すると、図１０において、検出軌道４３，４４がともに切り欠き部がなければ、それぞれからの算出は、円盤状物の中心位置はＡであるとなり、ＸＡＰ＝ＸＡＢ＋ｍとなる。
しかし、検出軌道４４が切り欠き部に掛かった場合は、本発明の計算方法では円弧は小さく円は４９と誤認し、その中心はＡ’であると算出する。
従って、ＸＡＰ＜ＸＡ’Ｑとなるから、ＸＡＢ＋ｍ＜ＸＡ’Ｑとなる。
即ち、検出軌道４３と検出軌道４４とでの検出結果による中心位置情報を比較し、小さい方の距離ＸＡＢ＋ｍを正しい値として選択すればよい。
同様に、検出軌道４３が切り欠き部に掛かった場合について、図１１に示す。検出軌道４３上に共に切り欠き部がない場合の算出結果は、ＸＡＢ＝ＸＡＰ−ｍとなる。
検出軌道４３上に切り欠き部がある場合は円４９と認識し、ＸＡＢ＜ＸＡ’Ｂ’即ち、ＸＡＰ−ｍ＜ＸＡ’Ｂ’となる。
従って、検出軌道４３と検出軌道４４との検出結果での中心位置情報を比較して切り欠き部がない方の小さい距離ＸＡＰ−ｍを正しい値として選択すればよい。即ち、検出軌道から見て近い方にある円盤中心を常に選べばよいことになる。
さらに請求項４および請求項１０は、１個のセンサと２回の直線動作で２つの異なる円弧を形成させる場合も含む。即ち、図１０、図１１において検出手段９の軌跡が、１回目動作で検出軌道４３、２回目動作で検出軌道４４を描くか、或いはその逆の順に軌跡を描くとすれば、前記説明がそのまま当てはまる。
次に請求項６および請求項１２では、搬送機能を有する装置に本発明の原理を応用し、求めた中心位置の偏移量から、ウエハなど円盤状物を目的場所に搬送するに際し、衝突や干渉が起きないように搬送軌道を予め定めた軌道から修正する方法およびそのための搬送装置を提案している。
〔３本の検出軌道でウエハ半径ｒを求める方法〕
円盤状物のうち半導体ウエハは、国際半導体製造装置材料協会によるＳＥＭＩ規格によって、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、８インチ、３００ｍｍの６種類が定められ、それらの半径も規格化されており、且つ、サイズ毎に専用カセットに収納されている。従って、カセットが置かれた時点でウエハの半径ｒは分るため、前述の計算課程においては既知の値として扱ってきた。しかし、搬送工程中どのウエハサイズか確認する場合、また細かくは、ウエハ直径のメーカーによる差、ロット間のバラツキなどのための半径を測定したい場合がある。
本発明では、そのような要求に応え、円盤状物の半径ｒも測定算出することができる。
請求項１３から請求項１６では、半径未知の円盤状物を測定しその半径および中心位置を算出し、その算出結果に基づいて円盤状物を位置決めする方法および装置について述べ、さらに請求項１７では、その算出結果に基づき搬送経路を修正する搬送装置について述べている。
ここで円盤の半径を求める原理を、図１２を用いて、円盤円周と３つのセンサの旋回軌道とを交叉させた場合について説明する。旋回基線４０は、予め定めたものである。３本の検出軌道４３，４４，４５のうち４３が切り欠き部を通ったとすると、他の検出軌道４４および検出軌道４５のウエハ外周縁との交点２つずつのそれぞれの間の線分の垂直二等分線４２は共通で、旋回基線４０とのなす角度はα１であるが、検出軌道４３の場合の垂直二等分線４８と旋回基線４０とのなす角度はα２で、先のα１と異なっている。従って、一つだけ垂直二等分線の角度が異なる検出軌道４３を除外する。
検出軌道４４および検出軌道４５のウエハ外周縁との交点２つずつのそれぞれと旋回中心Ｏとからなる三角形はともに二等辺三角形で、線４２は直角三角形を４つ作っている。旋回角度θ１、θ２はともに測定角、旋回半径Ｒ１、Ｒ２はともに設定距離、Ｌは未知数である。
ｒ２＝（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｌ）２＋Ｒ１２ｓｉｎ２θ１  ・・・（式２１）
ｒ２＝（Ｒ２ｃｏｓθ２−Ｌ）２＋Ｒ２２ｓｉｎ２θ２  ・・・（式２２）
旋回中心からみて検出軌道４４と４５が円盤中心より遠い距離にある場合、
Ｌ＝Ｒ１ｃｏｓθ１−（ｒ２−Ｒ１２ｓｉｎ２θ１）１／２  ・・・（式２３）
Ｌ＝Ｒ２ｃｏｓθ２−（ｒ２−Ｒ２２ｓｉｎ２θ２）１／２  ・・・（式２４）
式２１に式２４を代入すると、
ｒ２＝｛Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２＋（ｒ２−Ｒ２２ｓｉｎ２θ２）１／２｝２＋Ｒ１２ｓｉｎ２θ１）                    ・・・・・（式２５）
ここで、
Ｓ＝（ｒ２−Ｒ２２ｓｉｎ２θ２）１／２              ・・・（式２６）
とおき、式２５に式２６を代入すると、
Ｓ２＝｛Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２＋Ｓ｝２
＋Ｒ１２ｓｉｎ２θ１−Ｒ２２ｓｉｎ２θ２        ・・・（式２７）
Ｓ２＝（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２＋２（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）Ｓ＋Ｓ２＋Ｒ１２ｓｉｎ２θ１−Ｒ２２ｓｉｎ２θ２・・・・・（式２８）
Ｓについて解くと
Ｓ＝｛Ｒ２２ｓｉｎ２θ２−Ｒ１２ｓｉｎ２θ１−（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２｝／２（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）・・・・・（式２９）
（ｒ２−Ｒ２２ｓｉｎ２θ２）１／２＝｛Ｒ２２ｓｉｎ２θ２−Ｒ１２ｓｉｎ  ２θ１−（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２｝／２（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）・・・（式３０）
両辺二乗して
ｒ２＝｛Ｒ２２ｓｉｎ２θ２−Ｒ１２ｓｉｎ２θ１−（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２｝２／４（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２＋Ｒ２２ｓｉｎ２θ２・・・（式３１）
式２４に式３１を代入すると、
Ｌ＝Ｒ２ｃｏｓθ２−［｛Ｒ２２ｓｉｎ２θ２−Ｒ１２ｓｉｎ２θ１−（Ｒ２ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２｝２／４（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２−Ｒ２２ｓｉｎ２θ２＋Ｒ２２ｓｉｎ２θ２］１／２
＝Ｒ２ｃｏｓθ２−｛（Ｒ２２ｓｉｎ２θ２−Ｒ１２ｓｉｎ２θ１）
／（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２−１）／２    ・・・（式３２）
ここで、旋回角度θ１、θ２はともに測定値であるからＬが求まり、円盤状物４７の中心Ａは、共通垂直二等分線４２上の、旋回中心Ｏから距離Ｌのところに求まる。
ちなみに、半径未知の円盤状物の半径ｒは、正の数だから、（式３３）で求められる。
ｒ＝［｛Ｒ２２ｓｉｎ２θ２−Ｒ１２ｓｉｎ２θ１−（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２｝２／４（Ｒ１ｃｏｓθ１−Ｒ２ｃｏｓθ２）２＋Ｒ２２ｓｉｎ２θ２］１／２
・・・・・（式３３）
ここでは、検出手段の３本の検出軌跡が円弧の場合を説明したが、これら検出軌跡が３本の平行線であってもよい。その場合は、旋回基線４０に代えて、３本の平行線上の１点、または他の任意の１点を基点とすれば、同様にして半径未知の円盤状物の半径と、中心位置とを求めることができる。
周縁上の少なくとも３点を検出する本発明の第２の方法によっても、半径未知の円盤状物について中心位置を特定することができる。この第２の方法では、円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出するために、検出手段を固定して円盤状物を移動させるか、逆に円盤状物を固定して検出手段を移動させることによって、相対的に円盤状物に対する検出手段の軌跡を描く。
１個の１点検出型検出手段を用いる場合は、円盤状物の周縁の円と３点以上で交叉させればよい。例えば、検出手段の軌跡としての三角関数曲線と円盤状物の周縁の円を交叉させる方法や、２次以上の多次曲線（例えば図２８および図２９は２次曲線に沿って１点検出型検出手段としてのセンサを円盤状物に対し相対移動させている）に沿って円盤状物の周縁の円に対し検出手段を横切らせて交叉させる方法、検出手段の軌跡としての直線で周縁を２点で横切りＶ字型に折り返して更に２点を検出する方法、直線で周縁を２点で横切りＵ字型に折り返して更に２点を検出する方法等の、一筆書きで少なくとも３点を検出する方法が好ましい。さらに、１個の検出手段の軌跡を長径が前記円盤の直径より大きい楕円状や長円状、即ちＯ字型とすることにより、周縁の円に対する４点の交点を得る方法を用いてもよい。要するに、検出手段を円盤状物に対し相対移動させて周縁上の３点以上を検出すればよい。
２個以上の検出手段を用いる場合の軌跡は、円盤状物の周縁を１回以上交叉させる。Ｖ字状、Ｌ字状などの鍵型は２つの直線の組み合わせで求まり、また、鋭角移動を排除するために、円や前記各種曲線と直線の組み合わせであるＵ字型やＣ字型、あるいはＯ字型（楕円や長円）としてもよい。３個ないし４個以上の１点検出型検出手段を用いる場合は、全検出手段が円盤状物の周縁と１回交叉するだけでよい。
本発明では、円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出すれば、円弧の両端を結ぶ線分およびその二等分線を算出することなく、円周の公式によりその円盤状物の半径を算出することができる。周縁が真円である場合は３点が決まれば円は決定されるが、半導体ウエハのように切り欠き部がある場合は、少なくとも４点が必要である。
半径が未知である円盤状物の周縁の３点から中心点（中心位置）を求める方法を、図３０を用いて説明する。但しここで、円盤状物の周縁の３点は、切り欠き部にかかっていない真円上の点であるとする。１点検出型検出手段としてのセンサ（例えば発光部と受光部との対を１対だけ持つ光学式センサ等）の１つの旋回軌道４３と、旋回中心からの中心位置までの距離が互いに異なる円盤状物４７，５０の周縁とを交差させることで、旋回基準線から交点までの旋回角度を測定する。ここでは便宜上、基準座標の０点は旋回軌道の中心とし、旋回基線は水平面に平行で、円盤状物４７が移動する平面のＸ軸と一致する。また、センサの旋回動作前、センサは旋回基線（Ｘ軸）上にあり、ここではそのセンサが旋回軌道４３上を移動するものとする。
切り欠き部のない真円状の円盤状物の周縁についての、旋回軌道４３との交点の座標は、測定された旋回角度から次のように算出される。移動前の円盤状物４７の周縁と旋回軌道４３との交点をＷ４，Ｗ５とし、その円盤状物４７の位置から旋回原点の方向にｍだけ移動した円盤状物５０の周縁と旋回軌道４３との交点をＷ６，Ｗ７とし、旋回基線（Ｘ軸）から交点Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７までの旋回角度をθ４，θ５，θ６，θ７とする。また、旋回中心からセンサまでの距離をＲとする。
Ｗｎの座標（ｘｎ  ｙｎ）は次のように求められる。ただし、ｎ＝４，５，６，７である。
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次に、円盤状物４７の位置から円盤状物５０の位置への円盤状物の移動に伴い、Ｗ８，Ｗ９は円盤状物５０の周縁上の点Ｗ６，Ｗ７に移動したことから、Ｗ８，Ｗ９の座標は以下のように表される。
なお、（θ６＋θ７）／２は、円盤状物４７の中心点と旋回中心点を通る直線と旋回基準線とがなす角度である。
2003101677.tif 000004
上記の交点座標により、円盤状物の中心位置の座標（ｘ０  ｙ０）を求める式は次のようになる。
基準座標系上の円盤状物の円周は、円周の公式より、
ｒ２＝（ｘ−ｘ０）２＋（ｙ−ｙ０）２
と表され、円盤状物５０上の点Ｗ４，Ｗ５，Ｗ７，Ｗ８の座標を代入すると、
ｒ２＝（ｘ４−ｘ０）２＋（ｙ４−ｙ０）２…（式４１）
ｒ２＝（ｘ５−ｘ０）２＋（ｙ５−ｙ０）２…（式４２）
ｒ２＝（ｘ８−ｘ０）２＋（ｙ８−ｙ０）２…（式４３）
ｒ２＝（ｘ９−ｘ０）２＋（ｙ９−ｙ０）２…（式４４）
となる。
上記の式４１〜式４４の内の３つの式より、円盤状物の半径ｒおよび中心座標（ｘ０  ｙ０）が求まり、ここでは、式４１〜式４３を用いて、以下のように表される。
交点Ｗ４，Ｗ５とＷ８は、同周縁上にあるので、半径は等しいので、
（ｘ４−ｘ０）２＋（ｙ４−ｙ０）２＝（ｘ５−ｘ０）２＋（ｙ５−ｙ０）２
…（式４５）
（ｘ５−ｘ０）２＋（ｙ５−ｙ０）２＝（ｘ８−ｘ０）２＋（ｙ８−ｙ０）２
…（式４６）
式４５より、ｘ０について解くと、
ｘ０＝｛（２ｙ０−ｙ４−ｙ５）（ｙ４−ｙ５）｝／２（ｘ４−ｘ５）
＋（ｘ４＋ｘ５）／２…（式４７）
式４７を式４６に代入してｙ０を求めると、
｛（２ｙ０−ｙ４−ｙ５）（ｙ４−ｙ５）｝／２（ｘ４−ｘ５）＋（ｘ４＋ｘ５）／２＝｛（２ｙ０−ｙ５−ｙ８）（ｙ５−ｙ８）｝／２（ｘ５−ｘ８）＋（ｘ５＋ｘ８）／２…（式４８）
これを整理すると、
ｙ０＝｛（ｙ４＋ｙ５）（ｙ４−ｙ５）（ｘ５−ｘ８）＋（ｙ５＋ｙ８）（ｙ５−ｙ８）（ｘ４−ｘ５）＋（ｘ４−ｘ５）（ｘ５−ｘ８）（ｘ８−ｘ４）｝／２｛（ｙ４−ｙ５）（ｘ５−ｘ６）＋（ｙ５−ｙ６）（ｘ４−ｘ５）｝…（式４９）ｘ０は、式４９を式４７に代入して、
ｘ０＝｛（ｙ４−ｙ５）（ｘ５−ｘ８）（ｘ５＋ｘ８）＋（ｙ５−ｙ８）（ｘ４−ｘ５）（ｘ４＋ｘ５）＋（ｙ４−ｙ５）（ｙ５−ｙ８）（ｙ８−ｙ４）｝／２｛（ｙ４−ｙ５）（ｘ５−ｘ８）＋（ｙ５−ｙ８）（ｘ４−ｘ５）｝…（式５０）
かくして式５０が得られる。
式４１から４３のいずれかに代えて、ｗ９点を用いる式４４を用いても、ｗ４、ｗ５、ｗ８、ｗ９とも真円上にあるから同じ（ｘ０，ｙ０）が得られる。
次に、いずれか１つの交点が切り欠き部にかかる場合、４つの交点を測定する。この４点のうち、１組３点からなる組合せは４通りあり、切り欠き部を含まない組合せは１通りのみである。従って、前述のようにして求めた（ｘ０，ｙ０）と式４１〜式４４とから半径ｒを求めると、切り欠き部がない１通りの場合のｒは、切り欠き部がある３通りの場合のｒとは異なった値となる。しかしこの切り欠き部がない１通りを選別する方法がないので、４通りの組合せでのｒの値の全てが合致しない場合は、円盤状物に対する軌跡の位置を変えて再び４点を測定し再計算するという処理を、４通りの組合せでのｒの値の全てが合致するまで繰り返し、正しい値の半径ｒを求める。
また、半径ｒを求めることなく、式４１から式４４の内の３つの式の組合せから求めた円盤状物の中心点を直接比較して、一致した場合は正しい値の中心点として採用し、一致しない場合は再測定することとしてもよい。
請求項１８，２２，２６，２７，３１および３５は、前述の原理を応用した自動教示方法、自動位置決め方法、自動教示装置および自動位置決め装置のうち、１点検出型センサを１個用いる新規な方法および装置に係るものである。
請求項２，５，１４および請求項８，１１，１６は、前述の原理を応用した自動教示方法、自動位置決め方法、自動教示装置および自動位置決め装置のうち、センサ軌跡が円軌道である新規な方法および装置に係るものである。この円軌道上をセンサが運動してもよいし、円盤状物が旋回運動してもよい。
さらに、本発明は請求項３６において、前記のような自動教示装置、自動位置決め装置および自動搬送装置のいずれか１つ又は複数を用いることによって、半導体等の改善された自動製造設備を提供する。
本発明は、位置決め専用装置においても、搬送装置においても実現できる。また、ここで言う自動搬送装置は、旋回運動機構および／又は直線運動機構をもつ搬送装置、例えば、スカラ型ロボット、多関節ロボット、ＸＹ軸移動テーブル等公知の装置を含む。
前記円盤状物の外周上の２点を検知するセンサの種類としては、非接触型のセンサを用いることが好ましい。電子部品である半導体ウエハを取り扱うことが多いため、電磁気的センサや機械的センサではなく、透過型または反射型の光センサーが好ましく、その中で、画像処理手段を伴うＣＣＤ等の二次元センサであっても、光量が定量化されるラインセンサであっても、ＯＮ、ＯＦＦが分る点センサであってもよい。この光センサは本発明を実現するためには、最小限１点検出型センサ１個で充分であるが、前述の如くノッチやオリエンテーションフラットを検出させるために２個のセンサを用いてもよい。偏移角を測定するセンサとしては、エンコーダなど公知の角度センサを用いてもよいが、サーボモータやステッピングモータ等のパルスモータにより角度としてのパルス値を採用してもよい。
本発明において記述した上記各計算式は、通常のコンピュータプログラムにより、搬送装置の搬送ロボットの制御用等のコンピュータで構成する算出手段で容易にその計算を実行でき、その計算結果は、搬送装置のロボット等の制御用のコンピュータで構成する制御手段に用いれば、容易に搬送装置の各部の運動軌道に反映することができる。
また、本発明における基準座標系は、直角座標系だけでなく極座標系であってもよく、またその座標系での位置を座標値で直接的に表されるものだけでなく搬送ロボットの各軸の作動量等で間接的に表されるものでもよい。
発明の実施の形態
以下に、本発明に係る半導体製造設備について、円盤状物を位置決めする方法の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示す半導体製造設備１は、円盤状物であるウエハ１３をカセット６からロードロック室８等へ搬送する搬送装置２と、ロードロック室８に接続してウエハ１３に対し成膜、拡散、エッチング等の各種処理を行う処理装置３とを具えてなる。そのうちの搬送装置２は、ウエハが棚段状に収納されるカセット６を載置できる１個又は複数個のステージ１９と、搬送アーム１２を有するスカラ型の搬送ロボット４と、その搬送ロボット４を並んでいる複数個のステージの前でその列に平行に動かす移動手段１７と、検出手段としてのセンサ９と、それら搬送ロボット４と移動手段１７とセンサ９との作動を制御する、通常のコンピュータを有する制御部１１とを具えて構成されている。なお、円盤状物の正確な位置補正を行なったり、ウエハ縁部のノッチ等切り欠き部を検出するために、図２５に示す如き従来の位置決め装置１０を搬送装置２の構成に含めることもできる。
同じく図１に示す処理装置３は、レジスト塗布、露光、エッチング等各種処理を行う１個ないし複数個のチャンバ７と、前記チャンバ７同士をつなぐ移載室１６と、移載室１６内に備えられ円盤状物を搬送する真空ロボット３１と、検出手段であるセンサ９と、搬送装置２のスカラ型搬送ロボット４により搬送された円盤状物の受け渡しを行うロードロック室８と、それらチャンバ７と真空ロボット３１とセンサ９とロードロック室８の後述するドアとの作動を制御する、搬送装置２と共用の制御部１１とを具えて構成されている。
なお、ロードロック室８には、複数枚の円盤状物を棚段上に載置するための図示しないポケットを設けてある。また、ロードロック室８内を真空状態とするため、搬入出口にはロードロックドア３２が配設されている。
〔基準位置教示方法（１）〕
各カセット、各ロードロック室、各処理チャンバなど各ポートでの教示を行う前にまず保持部と円盤状物との位置関係を示す原点座標を教示する。
図２の半導体製造設備１内でウエハ１３を自動搬送させるには、事前に、搬送装置２と処理装置３との制御部１１に、搬送ロボット４および真空ロボット３１の少なくとも一方の位置を含む基準座標系上で原点座標とする基準位置を教示した後に、搬送軌道を教示する必要がある。教示前の位置は通常余裕を含めて設計されているので、詳細は現場合わせが必要である。本発明の基準位置教示方法の一実施例を、一つのロードロック室８を用いる場合について、図１３のフローチャートに示す。
先ずステップＳ１１で、教示前の設計上の、上記基準座標系での第１ロードロック室８の仮位置情報（初期値）を制御部１１に入力する。次いでステップＳ１２で、搬送ロボット４の保持部１４をロードロックドア３２経由で導入して、その保持部１４で、第１ロードロック室８内の、基準位置とする所定場所に手作業で置いたウエハまたはそれと同一直径の他の板からなる円盤状物（ここではウエハと同一符号で示す）１３を保持し搬出する。
次いでステップＳ１３で、搬送ロボット４が、保持した円盤状物１３を検知手段としてのセンサ９のところに搬送し、ロボット４の胴体軸を中心に旋回して、センサ９の光で円盤状物１３の外周縁部を円弧に切ってその円盤状物１３の外周縁とセンサ光との交点の２点の、保持部１４に対する位置ひいては上記基準座標系での位置を検出する。そしてステップＳ１４で、得られた外周縁上の２点の位置情報から先に述べた計算式で求めた、上記所定場所での円盤状物１３の中心位置を、基準位置として、制御部１１の持つ搬送ロボット作動制御プログラムへ伝達し、ステップＳ１１で入力した仮位置情報を書きかえ、原点座標教示作業を終了する。
ちなみに、これらステップＳ１１〜Ｓ１４は、制御部１１に予め与えられたプログラムにより、制御部１１自身が実行する。
同様にして、真空ロボット３１を用いて他のロードロック室８など各ポートについてそれぞれ教示する。即ち、本発明では、各ポートに関し最初に手動で基準位置とする所定場所にウエハなど基準円盤を置く以外は、すべて自動教示（オートティーチング）することができる。その際、保持部１４が円盤状物１３を保持する時に保持部１４の保持中心と円盤状物１３の中心とが従来の教示方法のように完全一致する必要はなく、搬送ロボット４のアームがロードロックドア３２や他の機器に干渉しない程度なら多少ずれていてもよい。
〔基準位置教示方法（２）〕
本発明の基準位置の教示方法の他の実施例においては、従来の案内治具を使用してもよい。保持部１４を人が作業し易い適当な位置に移動させて、図３に示す如き案内治具２０を保持部１４に設置し、円盤状物を保持部１４上に載置してその案内治具２０に手で押し当て、その時の円盤状物の中心位置を基準位置とする方法である。この案内治具２０は、ウエハと合致する曲面と、保持部１４からなる平面の基準面を以って、物理的にウエハの位置を固定するものである。図１４は、図３の装置においてオートティーチング（自動教示）を実施するときの処理手順のフローチャートを示しており、この処理では、各カセット、各ロードロック室など各ポートでの教示を行う前に、先ず保持部と円盤状物との位置関係を基準位置として教示する。
先ずステップＴ１で、保持部１４に対する円盤状物の仮位置情報（初期値）を制御部１１に入力する。次いでステップＴ２で、保持部１４上に案内治具２０と円盤状物１３とを手作業で載置し、円盤状物の中心位置が適正な位置に来るように手作業で調整する。
次いでステップＴ３で、検知手段としてのセンサ９のところで円盤状物１３を旋回運動させて、円盤状物１３の外周縁とセンサ光との交点の２点の、保持部１４に対する位置ひいては上記基準座標系での位置を検出する。そしてステップＴ４で、得られた位置情報から先に述べた計算式で求めた保持部１４上での円盤状物１３の中心位置を、保持部１４上の基準位置として、制御部１１の持つ搬送ロボット作動制御プログラムへ伝達し、制御部１１に記憶させる。
ちなみに、これらステップＴ１〜Ｔ４は、ステップＴ２を除き、制御部１１に予め与えられたプログラムにより、制御部１１自身が実行する。
〔その他のポートの教示方法〕
前述のように定めた基準位置を基に、オートティーチングにより円盤状物をカセットから搬出する場合の教示（位置決めおよび軌道修正を含む）の手順について、図１５のフローチャートに示す。
先ずステップＵ１で、搬送仮位置情報（初期値）および基準位置情報を制御部１１に入力する。次いでステップＵ２で、カセット６および円盤状物１３を手作業で設計上の位置へ載置する。
次いでステップＵ３で、搬送ロボット４がカセット６内の受け渡し場所から円盤状物１３を受け取る。そしてステップＵ４で、搬送ロボット４が円盤状物１３をセンサ９のところに移動させて旋回させ、上記と同様に外周縁の２点を検出する。
次いでステップＵ５で、ステップＴ４で得られた情報（測定値）を偏移量算出手段へ伝達する。次いでステップＴ６で、偏移量算出手段により測定値と基準位置を比較し偏移量を算出する。次いでステップＵ７で、ずれている場合、偏移量を制御部１１の持つ搬送ロボット作動制御プログラムへ伝達する。
ちなみに、これらステップＵ１〜Ｕ７は、ステップＵ２を除き、制御部１１に予め与えられたプログラムにより、制御部１１自身が偏移量算出手段等となって実行する。
そしてステップＵ８で、制御部１１は、上記偏移量を考慮して搬送ロボット４の軌道を修正する。つまりは設計図面上の搬送位置である初期値を更新する。ずれていなければ一連の教示は終了する。
同様に、他のカセット６、各ロードロック室８など各ポートとの受け渡し場所についても、それぞれ図１５のステップＵ１からステップＵ８までの手順に沿って行われる。本発明に基づく教示方法によって、ステップＵ２における円盤状物を手作業で設計図面上の位置へ載置する工程以外は、全て自動的に行うことができるようになった。
また、メンテナンス時にカセット６等の位置を移動させた場合、従来は図２６の手間の掛かるステップＳ１からＳ７まで工程を全て手動で再度行っていたが、本発明に基づくオートティーチングでは、図１５のステップＵ２のみ手動で行えば、後は自動的に進む。また、保持部１４を取り替えた場合は、基準位置の教示をステップＵ１から再び行い、新旧の情報を比べ、偏移量をそれぞれの測定値に反映させればよい。これにより、ロードロック室８への搬送位置は常に一定となり、各処理チャンバ７付近での干渉がなくなり、ごみも軽減される。
図１６は、本発明の円盤状物の位置決め装置の一実施例としての、搬送ロボット４と、検出手段である光学式点センサ９とを備えた搬送装置２を示す。この搬送ロボット４の搬送アーム１２を動作させる駆動手段は、あらかじめ設定された基準点を持ち、偏移量は光学センサ９の出力信号と上記駆動手段のステッピングモータのパルスとを計測し演算して求める。搬送アーム１２が始動する際、搬送ロボット４の全軸が基準点にあることを制御部１１により確認し、制御部１１からの命令により、搬送ロボット４の各軸を屈伸、昇降動作させ、センサ９のところで旋回させ、ウエハ１３の位置決めを実施する。
図１６はまた、ウエハ１３の基準位置が予め教示されている本発明の位置決め方法の一実施例を説明したものである。ウエハ１３をカセット６から搬送アーム１２の保持部１４上に載置して搬出した搬送ロボット４は、その胴体の回転軸を中心に旋回して、検出手段としての固定された光学センサ９のコの字状枠の間にウエハ１３を通過させ、ウエハ１３の外周縁部をセンサ光で円弧に切る。これによってウエハ１３の中心位置が計測算出され、偏移量とウエハ外周縁の位置座標とが上記偏移量算出手段により算出されて、搬送アーム１２の保持部１４上におけるウエハ位置が決まる。
算出された偏移量は、搬送アーム１２の動作を制御している制御部１１に送られ、予め教示された搬送位置の情報に、偏移量を考慮した補正値を加えることにより、搬送位置および搬送軌道が修正される。また、図１６中の検知手段としてのセンサ９は、ウエハ１３を保持した搬送アーム１２が旋回動作するとき、搬送ロボット４に対し定められた位置で、且つ、円盤状物１３を検知することができる位置に設置される。
図１６の右側の処理装置３内の真空ロボット３１も、同様にして検出手段としてのセンサを用いて、各ロードロック室８、各処理チャンバ７における基準位置の教示、ウエハ１３を受け取った後の位置補正のための位置決めを実施するものである。
〔位置決め装置（アライナ）に採用した場合１〕
図１７は、本発明の位置決め方法を位置決め装置に用いた一実施例について示すものである。この位置決め装置１０はウエハ１３を真空吸着できる保持台１９を備え、保持台１９の下方には回転手段と１軸ないしは２軸方向へ移動可能にするＸ軸移動手段、Ｙ軸移動手段と、昇降手段２１を備えている。ここでは、搬送ロボット４等により載置されたウエハ１３が静置された状態で、ステージ上に設けられた検出アーム２４が旋回して検出軌跡４３を描き、検出アーム２４の先端部に設けられた検出手段としての光学式センサ９によりウエハ１３の外周縁上の２点が検出される。この２点の位置を用い、前述した本発明の計算方法を適用してウエハ中心を算出し、Ｘ，Ｙ軸方向の修正を行い、持ち替えて正常位置におかれたウエハを回転させ、別のセンサがそのウエハ１３の縁部にある切り欠き部を検出し回転を停止する。
〔位置決め装置（アライナ）に採用した場合２〕
図１８は、検出アーム２４がウエハ半径より短い場合についての位置決め装置１０を示し、動作方法および位置決め方法は図１７と同様である。
〔位置決め装置（アライナ）に採用した場合３〕
図１９は、従来の位置決め装置で本発明の位置検出方法を実施する場合について示したものである。この位置決め装置１０は、回転しうる保持台１９とＸ軸移動手段およびＹ軸移動手段と昇降手段と検知手段としての点センサ９とを備えている。回転するウエハ１３が偏芯している場合は、回転によりウエハ１３と同じ半径の検出軌道４３で、ウエハ縁部が切られ２点を検出する。それ以降の位置決め方法は図１７の装置と同様である。
従来、搬送ロボット等により載置台に搬送された円盤状物は、光学式のラインセンサを用いる特開平６−２２４２８５で示される検出方法等で円盤状物の中心位置情報が得られる。この方法では載置部を回転駆動させ、１周分の縁部の位置情報を検知する必要があり、図２０に示すように縁部の一部がラインセンサの検出範囲外にある場合については、Ｘ軸、Ｙ軸の移動手段を駆動させ検出範囲内に入るように円盤状物を持ち替えることを前提に位置決め動作を行っている。そこで、本発明の位置決め方法を用いると、縁部の一部が検出範囲外に出ていても、ウエハの回転により必ず他の部分がセンサに入るので、ラインセンサ上の１点を検出点として定めておけば、図１９と同様、本発明の中心位置算出方法により円盤状物の中心位置情報が算出される。即ち、持ち替えは全く不要でウエハの中心を算出することができる。
なお、ウエハの中心位置が分れば、位置決め装置のＸ，Ｙ駆動部は不要で、図２１に示すように、搬送ロボット４を動作させることにより、載置前に保持部１４を正常位置に移動させて円盤状物１３の位置決めをすることができる。
〔保持部にセンサ〕
図２２に示すように、搬送ロボット４の保持部１４の先端ないし側部にセンサ９を設けて、搬送ロボット４の旋回や屈伸動作により、載置された円盤状物１３の外周縁の２点を検出し、円盤状物１３の中心位置を算出することができる。なお、検出軌道上に切り欠き部等が重なるか否かの判別をする場合、図１０、図１１に示した方法により、保持部１４に２つの検出手段を配設するか、１つの検出手段で円盤状物１３を２回走査させればよい。
〔ポートドアにセンサ〕
図２３は、搬送装置２のカセット用ドアにセンサ９を２個を取り付け（図では片方のみ示す）、搬送ロボット４の搬送アーム１２を駆動して直線運動させ、ウエハ１３を取り出す際、その中心を算出して位置決めし、搬送すべき他のポートへの正しい軌道に修正する。計算方法は図１０、図１１に示した通りである。
〔直線運動〕
図２４は、請求項９記載の本発明の位置決め装置の一実施例である。搬送ロボット４に付属させてセンサ１個からなる検出手段９を設け、搬送ロボット４の搬送アーム１２を駆動してウエハ１３を直線運動させ、ウエハ１３の外周縁上の２点を検出する。これらによって中心を算出して位置決めし、搬送すべき他のポートへの正しい軌道に修正する。計算方法は先に（式１２）から（式１５）に示した通りである。
次に、１つの検出手段（センサ）により半径未知の円盤状物の周縁上の少なくとも３点を検出する本発明の第２の方法および装置に従う実施例について、図３１のように円盤状物を所定場所に載置して検出手段を移動させる場合と、図３２Ａ，３２Ｂのように検出手段を固定して円盤状物を移動させる場合とに分けて説明する。
［実施例Ａ］
図３１に示す装置では、１点検出型検出手段としてのセンサ９は、搬送装置の保持部の先端に具えられている。このセンサ９としては光学式反射型センサであることが好ましいが、円盤状物の周縁が検出できるセンサであるなら公知のものでかまわない。ここでは、搬送装置としての搬送ロボットと円盤状物４７とは基準座標系上に配置されており、便宜上原点位置を搬送ロボットの搬送アーム１２の旋回中心点上にあるものとし、円盤状物４７は既知の載置台６０上に載置されており移動しない。この基準座標系上でセンサ９が二次曲線の軌跡４３に沿って移動することで、円盤状物４７の周縁の３点もしくは４点の座標を検出する。
［実施例Ｂ］
図３２の基準座標系上には、何れも位置が既知である搬送装置としての搬送ロボットとセンサ９とが固定されている。搬送ロボットの搬送アーム１２の保持部１４上には円盤状物４７が吸着固定されており、この保持部１４上の特定点が二次曲線の軌跡４３に沿って移動する事で、センサ９が円盤状物４７の周縁の３点を検知する。図３２Ａに示すように、センサ９が円盤状物４７へに隠されようとする時点では、円盤状物４７の位置から円盤状物４６への写像（移動）により、保持部１４上の特定点Ｋ１の像は原点Ｋ０となり、センサ９で検出された周縁の点Ｊ２の像は、原点への移動直線に平行に移動して点Ｊ１に写像される。
２点目である点Ｊ４は、図３２Ｂに示すように、センサ９が円盤状物４７から離れようとする時点で検出され、その時の保持部１４上の特定点Ｋ２のＫ０への写像に伴って点Ｊ３に写像される（保持部１４の角度変化分の円盤状物４６の角度変化は補償される）。
周縁上の残りの２点については、Ｊ１、Ｊ３の対称位置に検出されるが、これら４点のうち３点を使用して円盤状物４７の中心位置及び半径を検出する。３点検出したところで保持部の動作を停止してもよい。
これらの測定値を基に交点座標さらに円盤状物の中心座標が算出され、前述した基準位置教示方法や自動教示方法等に用いられる。
なお、本発明の自動教示方法や自動位置決め方法や自動搬送方法を実施するための位置計算等は、上記実施例では搬送装置２の制御部１１が行うものとしているが、本発明はこれに限られず、上記制御部１１に接続した別途のコンピュータ等が行ってもよい。
また、図１３のステップＳ１１と、図１４のステップＴ１と、図１５のステップＵ１とでの初期値の入力は、上記実施例ではプログラムの実行により自動的に行っているが、キーボード操作等で人手で行ってもよい。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の円盤状物の基準位置自動教示方法および自動位置決め方法によれば、位置決め専用機を特に必要しないので、省スペース化が図れ、装置コストも押さえることができる。また、検出手段であるセンサも１個又は２個の安価な点センサで充分であり、コスト低下に貢献できた。
ちなみに、センサが１個の場合は、センサの座標が決まっているため光軸が多少ずれてもよいので、コストダウンを図ることができる。
一方、一回の動作と複数のセンサを用いる場合は、スループット（生産性）を向上させることができ、またメンテナンス後のティーチングを容易に行うことができる。
さらに、本発明に基づく自動教示方法および装置によれば、図１の半導体製造設備の場合、作業工数が大幅に短縮でき、作業時間も従来の約１０分の１の１〜２時間程度に短縮することができた。さらに、搬送位置の目視確認等の人為的な誤差がなくなったので、メンテナンスを行っても作業前の状態に容易に回復できる。また円盤状物の搬送中に偏移量を算出することができるため、位置決め装置へ搬送する往復時間が省かれ、生産性も向上した。そして検出手段を常時作動させておき必要に応じて検出手段９を通過させれば、位置ずれ検出が行われるため、搬送が正常に行われているかを管理し、常に正常運転させることができる。
加えて、未知の円盤状物の半径も測定、判別することができるため、枚葉毎に本発明の装置で半径を確認すれば、サイズが異なるウエハを同時に半導体処理装置に供給して処理することができ、ライン稼働率と生産性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明を実施するための半導体製造設備の一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図２は上記実施例の半導体製造設備を示す平面図である。
図３は上記実施例の半導体製造設備における搬送ロボットを示す一部切り欠き斜視図である。
図４は本発明の方法の原理を示す平面図である。
図５は本発明の方法の原理を示す他の平面図である。
図６は本発明の方法の２個の検出手段による切り欠き部検出原理を示す平面図である。
図７は本発明の方法の２個の検出手段による切り欠き部検出原理を示す他の平面図である。
図８は本発明の方法の１個の検出手段による切り欠き部検出原理を示す平面図である。
図９は本発明の方法の１個の検出手段による切り欠き部検出原理を示す他の平面図である。
図１０は本発明の方法の２個の検出手段による切り欠き部検出と位置決めの原理を示す平面図である。
図１１は本発明の方法の２個の検出手段による切り欠き部検出と位置決めの原理を示す他の平面図である。
図１２は本発明の方法に基づく円盤半径の算出原理を示す平面図である。
図１３は本発明の教示方法の一実施例を用いた搬送装置への教示手順を示すフローチャートである。
図１４は本発明の教示方法の一実施例を用いた搬送装置への教示手順を示すフローチャートである。
図１５は本発明の位置決め方法の一実施例を用いた搬送装置へのその他のポートの教示手順を示すフローチャートである。
図１６は本発明を実施するための搬送装置の一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図１７は本発明を実施するための位置決め装置の一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図１８は本発明を実施するための位置決め装置の他の一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図１９は本発明を実施するための位置決め装置の他の一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図２０は本発明を実施するための位置決め装置の他の一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図２１は本発明を実施するための位置決め装置の他の一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図２２は本発明の１個の検出手段による切り欠き部検出と位置決めの一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図２３は本発明の２個の検出手段による切り欠き部検出と位置決めの一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図２４は本発明を実施するための搬送装置の一実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
図２５は従来の搬送装置を示す一部切り欠き斜視図である。
図２６は従来の搬送装置における教示手順を示すフローチャートである。
図２７は従来の位置決め装置の例を示す斜視図である。
図２８は本発明の方法および装置の１個のセンサによる円盤状物の周縁検出方法の一例を示す平面図である。
図２９は本発明の方法および装置の１個のセンサによる円盤状物の周縁検出方法の他の一例を示す平面図である。
図３０は本発明の方法および装置で円盤状物の周縁上の少なくとも３点から中心点を求める方法を示す平面図である。
図３１は本発明に基づき円盤状物の周縁上の４点から中心点を求める方法および装置の一実施例を示す平面図である。
図３２Ａおよび図３２Ｂは本発明に基づき円盤状物の周縁上の４点から中心点を求める方法および装置の他の一実施例を示す平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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