(57)【要約】      （修正有）【課題】ハンドに対するセンサの光軸のずれを求めるキャリブレーション操作を行うための教示装置を提供する。【解決手段】収納容器あるいは搬送装置の半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具１１を、ロボット１のハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボット１に前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボット１で前記教示治具１１を所定の位置に載置させ、前記教示治具１１を前記センサで検出して前記教示冶具１１の位置を推定し、前記教示治１１具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションする教示装置２４において、前記教示装置２４は、高さの異なる少なくとも２つのキャリブレーション用ステーション２３から構成されるものである。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションする教示装置において、
前記教示装置は、高さの異なる少なくとも２つのキャリブレーション用ステーションから構成されることを特徴とする教示装置。
【請求項２】
前記教示冶具は、前記ロボットの進行方向に関して同軸上に配置された前記キャリブレーション用ステーションに載置されることを特徴とする請求項１記載の教示装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション用ステーションの高さ間隔が、前記ロボットのアーム厚さよりも大きく形成されたことを特徴とする請求項１記載の教示装置。
【請求項４】
前記キャリブレーション用ステーションの固定面は、前記収納容器あるいは前記半導体ウェハを設置するステーションと同じ取り付け構造で形成されたことを特徴とする請求項１記載の教示装置。
【請求項５】
収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションするハンドリングシステムにおいて、
キャリブレーション用ステーションの固定面は、前記収納容器あるいは前記半導体ウェハを設置する少なくとも２つのステーションと同じ取り付け構造で形成され、何れの前記ステーションに設置できることを特徴とするハンドリングシステム。
【請求項６】
収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションする教示装置のキャリブレーション方法において、
前記ロボットは、異なる高さで少なくとも２つ配置されたキャリブレーション用ステーションについて伸縮量の異なる姿勢で教示されることを特徴とする教示装置のキャリブレーション方法。
【請求項７】
前記ロボットの前記ハンドの伸長時の高さ方向のセンシングデータは、加算処理されることを特徴とする請求項６記載の教示装置のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ搬送用ロボットに半導体ウェハの位置を教示するために、ロボ
ットハンドに備えたセンサの光軸をキャリブレーションする教示装置およびキャリブレーション方法、これらを用いたハンドリングシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットのハンド上に設けたセンサの光軸は、ロボットの製作時に精度よく組みつけられた後、専用の計測装置で光軸のずれを計測し、補正値をコントローラへ記憶させるといった方法がとられていた。また、半導体ウェハ搬送用ロボットの教示作業は、一般の産業用ロボットと同様に、作業者が、搬送対象のウェハを目視して、その位置を確認してロボットをウェハに誘導していた。しかしながら、処理装置等の内部にあるウェハを外部から目視することは、困難あるいは不可能な場合がある。そこで、実物のウェハと同一寸法の教示用治具をウェハの代わりに処理装置等に載置して、その教示用治具の位置をロボットのエンドエフェクタに設けたセンサで検出して、ロボットに位置を教示するいわゆるオートティーチングの方法や装置が提案されている。
【０００３】
また、本発明の発明者は、２つの透過式センサを備えたハンドを使って教示冶具のセンシングを行う方法を提案している（特許文献１および特許文献２参照）。この方法では、教示冶具に設けられた小円板に、異なる方向からハンドを接近させて、その結果に最小２乗法を適用してロボットの教示位置すなわち、円筒座標系（Ｒ-θ-Ｚ のＲ値、θ値、Ｚ値を求めている。ここで、Ｒ値はロボットアームの伸縮方向の教示値を、θ値はロボットの回転方向の教示値を、Ｚ値はロボットの上下方向の教示値を意味する。
【特許文献１】特開２００５−１１８９５１
【特許文献２】国際公開番号  ＷＯ０３／０２２５３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のキャリブレーション方法では、ロボットがアームの伸縮量の異なる２つ以上の姿勢でアクセスできることができるステーションを必要とするので、キャリブレーションの目的のためだけに特別なステーションを装置内に設置するため、余分なコストがかかるといった問題があった。また、ロボットはトラック軸を備えているため、自分の位置を変えることにより同一のキャリブレーション用ステーションに対して異なる２つ以上のアーム伸縮量でアクセスすることが可能であるので、キャリブレーション用ステーションは１つで済んだ。しかし、ロボットがトラック軸を有していないシステムの場合は、キャリブレーション用ステーションは２つ以上必要となり更なるコスト高となる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、教示装置は収納容器設置場所に収納容器と同じ固定方法で設置可能とし、１つの教示装置上に異なるアーム伸縮量でアクセスすることが可能な２つ以上のステーションを備えた教示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションする教示装置において、前記教示装置が、高さの異なる少なくとも２つのキャリブレーション用ステーションから構成されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記教示冶具が、前記ロボットの進行方向に関して同軸上に配置された前記キャリブレーション用ステーションに載置されるものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記キャリブレーション用ステーションの高さ間隔が、前記ロボットのアーム厚さよりも大きく形成されたものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記キャリブレーション用ステーションの固定面が、前記収納容器あるいは前記半導体ウェハを設置するステーションと同じ取り付け構造で形成されたものである。
また、請求項５に記載の発明は、収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションするハンドリングシステムにおいて、キャリブレーション用ステーションの固定面が、前記収納容器あるいは前記半導体ウェハを設置する少なくとも２つのステーションと同じ取り付け構造で形成され、何れの前記ステーションに設置できるものである。
また、請求項６に記載の発明は、収納容器、搬送装置あるいはキャリブレーション用ステーションの半導体ウェハの載置位置に載置した教示治具を、ロボットのハンド上に設けたセンサで検出することによって、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するために、前記ロボットで前記教示治具を所定の位置に載置させ、前記教示治具を前記センサで検出して前記教示冶具の位置を推定し、前記教示治具を載置した教示位置と前記推定値との差を求めることによって前記センサの光軸をキャリブレーションする教示装置のキャリブレーション方法において、前記ロボットが、異なる高さで少なくとも２つ配置されたキャリブレーション用ステーションについて伸縮量の異なる姿勢で教示されるものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記ロボットの前記ハンドの伸長時の高さ方向のセンシングデータが、加算処理されるものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１から７記載の発明によれば、以下のような効果がある。
教示装置は収納容器の設置場所とし、ロボットがアームの伸縮量の異なる２つの姿勢でアクセスできるステーションを備えているので、トラック軸を有しないロボットであっても、教示装置の設置は１箇所で済むといった効果がある。
また、本教示装置は収納容器設置場所に収納容器と同じ固定方法で設置可能であるので、１つの教示装置を再利用でき、システムのコストダウンが計れるといった効果がある。
さらに、汎用ウェハ搬送システムなどのハンドリングシステムにおいては、ウェハの収納容器は装置の外部から人手もしくは移動式ロボットなどによって設置可能なしくみとなっており、教示装置のハンドリングシステムへの脱着が容易であるといった効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例】
【０００８】
図１、図２、図３および図４は本発明の実施に用いるロボットの説明図であり、図１、
図２および図３は平面図であり、図４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はロボット１の搬送対象の半導体ウェハである。
ロボット１は、昇降自在な円柱状の支柱部２のロボット旋回中心軸７回りに水平面内で旋
回する第１アーム３と、第１アーム３の先端に水平面内で旋回自在に取り付けられた第２
アーム４と、第２アーム４の先端に水平面内で旋回自在に取り付けられたウェハ把持部５
を備えている。ウェハ把持部５は半導体ウェハＷを載置するＹ字形のハンドであって、Ｙ
字形の先端に１組の透過式センサ６を備えている。また、２１は走行軸ユニットであり、
２２は走行軸ユニット２１の可動架台であり、ロボット１は可動架台２２に固定されて、
走行する。
【０００９】
図１ないし図４に示すように、ロボット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θ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)、支柱部２を昇降させるＺ軸動作(昇降)、および走行軸ユニット２１の直線
動作によりロボット1自身が走行運動するＴ軸動作（走行）の４自由度を有している。な
お、ここで、θ軸は反時計回りをプラス方向とし（図２参照）、Ｒ軸は、ウェハ把持部５
を支柱部２から遠ざける方向、つまりアームを伸ばす方向をプラスとし（図３参照）、Ｚ
軸は、支柱部２を上昇させる方向をプラス（図４参照）とし、Ｔ軸は、ロボットを図面上
方へ走行させる方向をプラス（図１参照）とする。
【００１０】
図５は透過式センサ６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で透過式センサ６を構成している。１０は発
光部８から受光部９に向かう光軸であり、透過式センサ６は光軸１０を遮る物体を検出できる。
【００１１】
図６は本発明の実施に用いる教示治具の説明図である。図において、教示冶具１１は大
円板部１２に小円板部１３を同心に組み合わせた物であり、大円板部１２の直径は実物ウ
ェハと同径である。また、大円板部１２には、軽量化穴１４を開けて軽量化してあるので
ロボット自身がウェハを把持するのと同じ要領で本治具を把持し、ステーションへ置載できる。なお、大円板部１２の厚さは約２ｍｍであり、実物の半導体ウェハの厚さ０．７ｍｍ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、実物の半導体ウ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。
【００１２】
図７は、センサの光軸のずれの説明図であり、第１アーム３、第３アーム４およびウェ
ハ把持部５の平面図である。光軸のずれにはＲ軸方向のずれであるΔＲ（図７（ａ）参照
）と回転方向のずれΔθ（図７（ｂ））の２つがある。センサの光軸の位置は、第３アー
ムの回転中心２０から光軸までの距離Ｌの位置に取り付けるよう設計されているが、組み
立て時に前後へのずれが生じ、それがΔＲである。Δθは２つの要因からなる。１つは図
７（ｃ）に示した理想光軸１６（Ｒ軸に直角の線）と実光軸１５のずれ角αである。これ
はロボット旋回中心７に対して定数である。もう１つは図７（ｄ）に示した第３アームの
ずれ角βである。これはロボット旋回中心７に対して定数ではなく、アームの姿勢すなわ
ちＲ軸の伸縮量に比例して変化する。ロボット旋回中心７から第３アーム回転中心２０ま
での距離をＲ、第３アーム回転中心２０から理想光軸１６までの距離をＬとするとセンシ
ング時の影響角β’は式１で表される。
【００１３】
【数１】
2008114348.tif 000003
【００１４】
従って補正量Δθは式２で表され、その係数αとβを求めれば、センサのキャリブレーシ
ョンを実施できる。
【００１５】
【数２】
2008114348.tif 000004
【００１６】
図８は本発明の実施に用いるウェハ搬送装置の平面図である。図において、２４は教示装置であり、３１は収納容器設置場所であり、ステーション２７およびステーション２８はロードロックであり、図示しないロボットによって各ステーション間を半導体ウェハが搬送される。教示装置２４は、収納容器設置場所３１に収納容器と同じ固定方法で設置可能であるので、収納容器設置場所３１のいずれにも設置可能である。また教示装置２４は、２つのステーション２３ａ、２３ｂを有するので、ロボットはそのＴ軸（走行軸）位置を変えることなく、アームの伸縮量の異なる２つの姿勢でアクセスすることができる。２３ａと２３ｂ間の距離は既知の値Roftである。
【００１７】
図９は本発明の教示装置２４の説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。２つのキャリブレーション用ステーション２３は円柱形状をなし、ロボットのＲ軸方向に距離Roftオフセットし、搬送面２９は距離Zoftオフセットさせている。これは、ロボットは図面左側から教示装置にアクセスするので、２３ｂへアクセスする際にロボットと教示装置との干渉を回避するためである。キャリブレーション用ステーション２３の搬送面２９はゴム質の材料を使用し教示治具１１との摩擦を高めロボットによる載置時に位置ずれないようにしている。また図９（ａ）に示すように、ウェハ把持部５の中央部の切り欠きとキャリブレーション用ステーション２３の円柱部とはクリアランス３０を確保している。これはロボットによる載置位置が前後左右に所定の距離ずれても載置可能とするためである。
更に収納容器固定面３２は、ＳＥＭＩ規格Ｅ５７に準拠しているので、多くのウェハ搬送システムに適用可能であり、また教示装置の設置精度も確保できる。
【００１８】
図１０は本発明の実施例を示すキャリブレーション方法のフローチャートである。また、
図１１ないし図１３は、キャリブレーション操作中のウェハ把持部５と教示冶具１１の位
置関係を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。以下、このキャリ
ブレーション方法についてステップを追って説明する。
（ステップ１）教示治具１１をロボットのウェハ把持部５にセットする。
（ステップ２）装置図面や教示装置24の図面などの情報からキャリブレーション用ステーション２３の位置は既知であるので、ロボットがウェハを置載することができる教示位置を（θs1、Ｒs1、Ｚs1、Ｔs1）にセットする。
（ステップ３）i=1とする。
（ステップ４）教示位置（θsi、Ｒsi、Ｚsi、Ｔsi）すなわちキャリブレーション用ステーション２３へロボット自身で教示治具１１を置載する。
（ステップ５）ロボットがウェハを載置した教示位置（θsi、Ｒsi、Ｚsi、Ｔsi）は既
知であるので、ウェハ把持部５を大円板部１２の下へ自動で移動させる。
（ステップ６）ウェハ把持部５を上昇させ（図１１および図１２参照）、大円板部１２
の下面を透過式センサ６で検出し、その時のロボットのＺ軸の座標値Ｚ１を記録する。さ
らにウェハ把持部５を上昇させ、大円板部１２の上面を透過式センサ６で検出し、その時
のロボットのＺ軸の座標値Ｚ２を記録する。
（ステップ７）ウェハ把持部５を大円板部１２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、透過式センサ６が小円
板部１３を検出できる高さへ設定する。
（ステップ８）透過式センサ６が小円板部１３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９）θ軸を動作させて、ウェハ把持部５の向きを変え（図１３参照）、次に
Ｒ軸を動作させて、ウェハ把持部５を前進させて、小円板部１３にゆっくり接近させ、透
過式センサ６が小円板部１３を最初に検出した（つまり光軸１０が小円板部１３の円周に
接する）時のθ軸とＲ軸の座標を記録する。
（ステップ１０）ステップ８とステップ９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θ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、小円板部１３すなわち
教示治具の中心の位置（θei、Ｒei）を求めて記録する。なお、最小２乗法を用いて中心
の位置を求めるアルゴリズムは特許文献２に詳述しているので、参照されたい。
（ステップ１１）ステップ４でキャリブレーション用ステーション２３に載置した教示治具１１をステップ１０でセンシングして求めた（θei、Ｒei）と教示治具１１を載置した教示位置（θsi、Ｒsi）との差ΔθiとΔＲiを計算し記憶する。またＲsiも記憶する。
【００１９】
Δθi  =  θsi  −  θei、  ΔＲi  =  Ｒsi  −  Ｒei              （式３）
【００２０】
（ステップ１２）キャリブレーション用ステーション２３の教示治具１１をロボットで把持する。ロボットは教示治具を載置した教示位置（θsi、Ｒsi、Ｔsi）を記憶しているので、把持することが可能である。
（ステップ１３）i=２の場合、ステップ１６へジャンプする。
（ステップ１４）次回（i+1）の教示治具の載置位置を（式４）とする。
【００２１】
（θsi+1、Ｒsi+1、Ｚsi+1、Ｔsi+1）＝（θsi、Ｒsi＋Ｒoft、Ｚsi+Ｚoft、Ｔsi ）                                                                       （式４）
【００２２】
これは、ロボットアームの伸縮量の異なった姿勢で教示治具をセンシングしてデータを計
測するためであり、同じ教示装置24上のキャリブレーション用ステーション２３ｂを使うため式４となる。本実施例では、キャリブレーション用ステーション２３ｂはキャリブレーション用ステーション２３ａに対して、Ｒ軸はＲoft、Ｚ軸はＺoftプラス方向に位置するため、式４のようにＲ軸にＲoftを加算し、Ｚ軸にＺoftを加算する。
（ステップ１５）i= i + 1として、ステップ４にジャンプする。
（ステップ１６）ステップ１１で記憶したΔθi、ΔＲi、Ｒsiを使って、キャリブレー
ション値ΔθとΔＲを求める。本実施例ではサンプル数は２であるので、式５，６を解く
ことによってα、βが求まり式２によりΔθが求まる。ΔＲは（ΔＲ１＋ΔＲ２）／２と
する。求めたα、β、ΔＲをコントローラに保存する。
【００２３】
【数３】
2008114348.tif 000005
【００２４】
【数４】
2008114348.tif 000006
【００２５】
またサンプル数がＮの場合は、ステップ１３のＲoftをＲoft／（Ｎ−１）に置き換え、ＺoftをＺoft／（Ｎ−１）に置き換え、ステップ１４のi=２をi=Ｎに変更することでセンシングデータを得ることができる。キャリブレーション値の求め方は、Δθについては最小２乗法をΔＲについては平均値を適用すればよい。
（ステップ１７）ロボットのウェハ把持部５上の教示治具１１を回収する。
また、ステップ２からステップ１６までの操作を予め、プログラムしておけば、自動ティ
ーチングのためのセンサキャリブレーションを、作業者の操作に拠らず、自動的に行なう
ことができる。
【００２６】
以上により、センサ光軸のキャリブレーションが完了したので、補正値Δθ、ΔＲを用いて精度の高い自動ティーチングが可能となる。自動ティーチングの手順については、特許文献１に詳述しているので、参照されたい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、半導体ウェハ搬送用ロボットに半導体ウェハの位置を教示するセンサのキャ
リブレーションを行うための教示装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施に用いるロボットの平面図である。
【図２】本発明の実施に用いるロボットの平面図である。
【図３】本発明の実施に用いるロボットの平面図である。
【図４】本発明の実施に用いるロボットの側面図である。
【図５】本発明の実施に用いる透過式センサの説明図である。
【図６】本発明の実施に用いる教示冶具の説明図である。
【図７】センサの光軸のずれの説明図である。
【図８】本発明の実施例を示す搬送装置の説明図である。
【図９】本発明の実施例を示す教示装置の説明図である。
【図１０】本発明によるキャリブレーション方法を示すフローチャートである。
【図１１】キャリブレーション操作中のウェハ把持部と教示冶具の位置関係を示す説明図である。
【図１２】キャリブレーション操作中のウェハ把持部と教示冶具の位置関係を示す説明図である。
【図１３】キャリブレーション操作中のウェハ把持部と教示冶具の位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ロボット、２  支柱部、３  第1アーム、４  第2アーム、５  ウェハ把持部、６  透
過式センサ、７  ロボット旋回中心、８  発光部、９  受光部、１０  光軸、１１  教示
治具、１２  大円板部、１３  小円板部、１４  軽量化穴、１５  実光軸、１６  理想光
軸、１７  光軸ずれ角α、１８  光軸ずれ角β´、１９  第３アームずれ角β、２０  第
３アーム旋回中心、２１  走行軸ユニット、２２  可動架台、２３  キャリブレーション用ステーション、２４  教示装置、２５〜２８  ステーション、２９  搬送面、３０  クリアランス、３１  収納容器設置場所、３２  収納容器固定面
【図１】
2008114348.tif 000007
【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】
2008114348.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2008114348.tif 000019