(57)【要約】【課題】ロボットのサーチ動作が不要で、さらに教示位置でのロボットの姿勢や方向に関する教示も可能となる搬送用ロボットおよび搬送用ロボットの教示方法を提供する。【解決手段】薄板状のワークを載置部２１に載置して搬送する搬送用ロボット２０の教示方法において、撮像手段２と投光手段３を有する教示用治具１を載置部２１に載置し、投光手段３によってパターン光を検出対象１０に投光し、検出対象１０の画像を撮像手段２で撮像し、画像中のパターン光の位置に基づいて載置部２１と検出対象１０の距離を求めて、載置部２１を検出対象１０に対して位置決めする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状のワークを載置部に載置して搬送する搬送用ロボットにおいて、
前記載置部に載置する教示用治具であって、撮像手段と投光手段を有する教示用治具を備え、
前記投光手段はパターン光を検出対象に投光し、前記撮像手段は前記検出対象の画像を撮像し、前記画像に基づいて前記載置部と前記検出対象の距離を求めることを特徴とする搬送用ロボット。
【請求項２】
薄板状のワークを載置部に載置して搬送する搬送用ロボットの教示方法において、
撮像手段と投光手段を有する教示用治具を載置部に載置し、
前記投光手段によってパターン光を検出対象に投光し、
前記検出対象の画像を前記撮像手段で撮像し、
前記画像中の前記パターン光の位置に基づいて前記載置部と前記検出対象の距離を求めて、前記載置部を前記検出対象に対して位置決めすることを特徴とする搬送用ロボットの教示方法。
【請求項３】
薄板状のワークを載置部に載置して搬送する搬送用ロボットの教示方法において、
撮像手段と投光手段を有する教示用治具を載置部に載置し、
前記投光手段によってパターン光を検出対象に投光し、
前記検出対象の画像を前記撮像手段で撮像し、
前記画像中の前記パターン光の位置と形状に基づいて、前記検出対象に対する前記載置部の相対的な位置と姿勢を求めて、前記載置部の位置と姿勢を決定することを特徴とする搬送用ロボットの教示方法。
【請求項４】
薄板状のワークを載置部に載置して搬送する搬送用ロボットの教示方法において、
撮像手段を有する教示用治具を載置部に載置し、
検出対象の特徴部分の画像を前記撮像手段で撮像し、
前記画像中の前記特徴部分の位置と形状に基づいて、前記検出対象に対する前記載置部の相対的な位置と姿勢を求めて、前記載置部の位置と姿勢を決定することを特徴とする搬送用ロボットの教示方法。
【請求項５】
前記パターン光はスポット光であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の搬送用ロボットの教示方法。
【請求項６】
前記パターン光は十字パターン光であることを特徴とする請求項２または請求項３に搬送用ロボットの教示方法。
【請求項７】
前記特徴部分は十字マークであることを特徴とする請求項４に記載の搬送用ロボットの教示方法。
【請求項８】
前記特徴部分は文字パターンであることを特徴とする請求項４に記載の搬送用ロボットの教示方法。
【請求項９】
前記検出対象はダミーウェハであることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の搬送用ロボットの教示方法。
【請求項１０】
前記検出対象はマーク付きのダミーウェハであることを特徴とする請求項４に記載の搬送用ロボットの教示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウェハのような薄板状ワークを搬送する搬送用ロボットに関するものである。また搬送用ロボットの教示方法、特にオートティーチングの方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置内でのウェハ搬送用ロボットの教示（ティーチング）は、装置の寸法や配置に関する設計数値を用いて、コンピュータ上の仮想空間で教示を行う、いわゆるオフラインティーチングが多用される。しかし、装置を構成する部品の寸法誤差、装置の組立誤差等の様々な要因により、実際には搬送用ロボットを設計値の位置へと移動させても、所定の位置とのずれにより正確にウェハを位置決めすることは難しい。そこで半導体製造装置の稼働に先立ち、実機を使用した搬送用ロボットの教示（ティーチング）作業が必要となる。
一方、近年は半導体製造工程の微細化に伴い、半導体製造装置の構造が複雑となり、教示のための作業空間が高所になり、あるいは狭くなり作業者が教示点に近づくことが困難となりつつある。これらを解決するためのいわゆるオートティーチングに関する発明が特許文献１に開示されている。
図１０は特許文献１に開示されたセンタリング治具の斜視図である。また、図１１はセンシング治具の斜視図である。図に示すように、図に示すようにセンタリング治具８０の中央には突起形状８１が設けられている。また、センシング治具９０は中央に穴のあいたドーナツ型の形状をしており穴を挟んで２組の光学式センサ９１，９２と９４，９５が、それぞれのビーム光９３，９６が９０度に交わるように配置されている。このセンシング治具９０をロボットのハンドに搭載し、センタリング治具８０の突起形状８１がセンシング治具９０の穴に入るように移動する。そしてセンシング治具９０を上下、左右、前後に動かし、突起形状８１がビーム光９３，９６をオン・オフする位置を検出し、それによりロボットの教示位置を求めている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１６３０９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術では、突起形状１８を検出するために、上述したようにロボットを上下、左右、前後に動かすサーチ動作が必要となり、近年の半導体製造装置においては装置内が高密度化しており、ロボットと装置内の機器との干渉が発生するという問題があった。また突起形状１８がビーム光９３，９６をオン・オフする位置からは教示位置が得られるのみであり、教示位置でのロボットの姿勢や方向までは得ることができないという問題もあった。
そこで、本発明は、ロボットのサーチ動作が不要で、さらに教示位置でのロボットの姿勢や方向に関する教示も可能となる搬送用ロボットおよび搬送用ロボットの教示方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は薄板状のワークを載置部に載置して搬送する搬送用ロボットにおいて、前記載置部に載置する教示用治具であって、撮像手段と投光手段を有する教示用治具を備え、前記投光手段はパターン光を検出対象に投光し、前記撮像手段は前記検出対象の画像を撮像し、前記画像に基づいて前記載置部と前記検出対象の距離を求めるものである。
また、薄板状のワークを載置部に載置して搬送する搬送用ロボットの教示方法において、撮像手段と投光手段を有する教示用治具を載置部に載置し、前記投光手段によってパターン光を検出対象に投光し、前記検出対象の画像を前記撮像手段で撮像し、前記画像中の前記パターン光の位置に基づいて前記載置部と前記検出対象の距離を求めて、前記載置部を前記検出対象に対して位置決めするものである。また、撮像手段と投光手段を有する教示用治具を載置部に載置し、前記投光手段によってパターン光を検出対象に投光し、前記検出対象の画像を前記撮像手段で撮像し、前記画像中の前記パターン光の位置と形状に基づいて、前記検出対象に対する前記載置部の相対的な位置と姿勢を求めて、前記載置部の位置と姿勢を決定するものである。撮像手段を有する教示用治具を載置部に載置し、検出対象の特徴部分の画像を前記撮像手段で撮像し、前記画像中の前記特徴部分の位置と形状に基づいて、前記検出対象に対する前記載置部の相対的な位置と姿勢を求めて、前記載置部の位置と姿勢を決定するものである。
また、前記パターン光をスポット光あるいは十字パターン光とするものである。また、前記特徴部分を十字マークあるいは文字パターンとするものである。また、前記検出対象をダミーウェハあるいはマーク付きのダミーウェハとするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示すウェハ搬送装置の構成図である。図において、２０はウェハ搬送用ロボットであり、その先端にはウェハを載置するハンド２１が装着されている。ウェハ搬送用ロボット２０は、回転軸、伸縮軸、上下軸の３軸構成であり、処理ユニット内のウェハ載置用ステージ１０にウェハの搬入／搬出動作を行う。この例では、ウェハは載置ステージ１０上の３本のピン１１の上に置かれる。
教示作業に際しては、ウェハの代わりにハンド２１に教示用治具１を載置する。
また教示用治具１はハンド２１に載置可能なようにウェハと同一径を有するの円板状をなしている。さらに、図示しないが教示用治具１はハンド２１に載置される際に常に一定の向きになるよう位置決め機構を有していて、ハンド２１に対する教示冶具１の位置は一定の公差範囲内に収まるようになっている。教示用治具１上には撮像手段のカメラ２と投光手段のレーザ投光器３が設けられている。カメラ２は教示用治具１の中心に下側を撮影するように設置されており、できるだけ小型・軽量であることが望ましい。また、レーザ投光器３は、スポット形や十字形状などのパターン光を照射する。
教示作業では上位制御装置３０が、ロボットコントローラ３２にロボット２０の動作指令や、レーザ投光器３のオン・オフ指令を出す。そしてカメラ２の映像を画像処理装置３１で処理し、その結果が上位制御装置３０に送られ、ここでロボットの教示位置や姿勢が計算される。なお、ここでは上位制御装置３０，画像処理装置３１，ロボットコントローラ３２を個別に示したが、これらの機能を１体の制御装置に集約してもよい。
【０００７】
図２は教示用治具１が載置ステージ１０上にあるときの教示冶具１の中心付近の斜視図である。レーザ投光器３の光軸４は矢印で表しており、ここではスポット光５を投光している。
図３は、教示用治具１と載置ステージ１０の位置関係を説明する側面図である。図において１０Ａ，１０Ｂおよび１０Ｃは載置ステージ１０の上面を表す線であり、教示冶示具１と載置ステージ間の距離（つまり、載置ステージ１０に対する教示冶具１の相対高さ）が変化する状態を示している。
教示冶具１と載置ステージ１０間の距離が変わり、点線で示した１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにあるとき、スポット光５はそれぞれ５Ａ，５Ｂ，５Ｃに位置することが分かる。これらの位置は垂直方向だけでなく水平方向にも移動するため、これをカメラ２で撮像しその画面上の位置から載置ステージ１０までの距離が計算できるため、ロボットハンド２１の載置ステージ１０までの距離方向の教示位置を求めることができる。
【０００８】
図４に本発明の第２の実施例を示す教示用治具１の中心付近の斜視図である。ここではレーザ投光器３が十字パターン光６を載置ステージ１０に投光している。十字パターン光６の中心６０はレーザ投光器３の光軸４上にあり、それぞれのラインの端点を６１，６２，６３，６４とする。また端点６１，６２の光の軌跡を直線４１，４２で表している。いま、教示用治具１に対して載置ステージ１０が、十字パターン光６の端点６１，６２方向に傾いたとする。この様子を図５に示す。載置ステージ１０の傾きが変わり、点線で示した１０ａ，１０ｂ，１０ｃにある。十字パターン光６の中心６０の位置は、図２，図３の説明と同様に載置ステージ１０までの距離を求めることができる。さらに、その形状、具体的には中心６０から端点６１，６２までの長さをカメラ２の画像から計測することにより、幾何学的に載置ステージ１０の傾きを計算できる。これによって載置ステージ１０までの距離だけでなく、その面と平行になるようロボット２０のハンド２１の姿勢を教示することができる。
【０００９】
図６は本発明の第３の実施例を示す斜視図である。ここではロボット２０は走行軸２２に搭載され矢印２６方向に移動が可能となっている。ここではレーザ投光器１０が投光するパターン光の代わりに、載置ステージ１０の面上に位置決め用の十字マーク７が刻印されている。教示作業においてはこの十字マーク７を教示用治具１上のカメラ２で撮像する。図７はカメラ２で撮像した十字マーク７の画像である。ここで、７０は十字マーク７の中心を示し、７１，７２，７３，７４は各端点である。画像中の中心７０の位置が分かれば、載置ステージ１０に対する水平方向の位置決めが可能である。さらに、十字マーク７が図８のように画像中で回転していたとすると、端点７１，７２の方向、あるいは端点７３，７４の方向を求めると、載置ステージ１０に対する教示冶具１の（つまり、ハンド２１）の角度が分かるから、ハンド２１の挿入方向（図６の矢印２５）も計算できる。この値からロボットの回転軸と走行軸２６を補正することにより挿入方向の教示が可能となる。さらに十字マークの形状、具体的には中心７０から各端点７１，７２，７３，７４までの距離を計測することにより、前記第２の実施例と同様に載置ステージ１０の傾きが推定できるため、載置ステージ１０の面と平行になるようロボット２０のハンド２１の姿勢を教示することができる。なお、この実施例は、載置ステージ１０と水平方向の教示手法であり、実際にはこれに先立って先の実施例で述べた手法により載置ステージ１０との距離を調整しておくことが望ましい。
【００１０】
これまでの実施例では、ウェハを置く載置ステージが存在したが、ウェハのエッジを把持して固定する装置、あるいはウェハを縦に置く装置などもあり教示作業はさらに難しくなる。そこで第４の実施例ではこのような場合の教示作業を想定し、ウェハと同形状の薄型治具（ダミーウェハ）を使用する。
図９は本発明の第４の実施例を示す斜視図である。ここでは、縦置きウェハの例でウェハを置くためのウェハスタンド１２が設けられている。ロボット２０はウェハを立てるための回転軸２３が手首にあり、ハンド２１を矢印２７方向に回転できる。ここでは薄型治具８には中心に十字マーク１０がつけられており、あらかじめウェハが載置される状況と同様にウェハスタンド１２に置かれている。一方ロボット２０のハンド２１には教示用治具１を把持している。教示作業ではまず、図２，３で説明したようにレーザ投光器３によりパターン光を薄型治具８に投光し、カメラ２の画像中の位置より薄型治具８との距離を求め、所定の位置にロボットを移動する。さらにこれに薄型治具８上の十字マーク１０をカメラ２の画像から計測し、薄型治具８の面に対し中心が合うような教示位置と、さらにハンド２１の面が平行となるように回転軸２３の教示位置を求める。
【００１１】
なお、以上の実施例では、レーザ投光器３からのパターン光の形状や、載置ステージ１０および薄型治具８のマークを十字型で説明したが、特に十字型に限定するものではなく、傾きが検出できる形状であればよい。あるいは文字型のパターンであってもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上、説明したような本発明は次のような効果を奏する。
請求項１記載の搬送用ロボットによれば、撮像手段を利用することによりロボットのサーチ動作が不要となり、さらに作業者が近づけない箇所の教示が可能となる効果がある。
請求項２記載の搬送用ロボットの制御方法によれば、作業者がウェハ等の搬送の教示位置に接近することが出来ない箇所でも、載置位置とロボットのハンドとの距離を所定の値にできる効果がある。
請求項３ないし請求項８記載の搬送用ロボットの制御方法によれば、載置位置までの距離だけでなく、載置位置の面に対してロボットのハンドの面を平行にする姿勢も教示できる効果がある。
請求項９および請求項１０記載の搬送用ロボットの制御方法によれば、薄型治具を用いることにより、ウェハの載置方法がエッジグリップや縦置きの場合でも、教示できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示すの教示用治具の中心付近の斜視図である。
【図３】教示用治具と載置ステージの位置関係を説明する側面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す教示用治具の中心付近の斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す説明図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施例を示す位置決めマークの画像の例である。
【図８】本発明の第３の実施例を示す位置決めマークの別の画像の例である。
【図９】本発明の第４の実施例を示す斜視図である。
【図１０】従来技術の例を示すセンタリング治具の斜視図である。
【図１１】従来技術の例を示すセンシング治具の斜視図である。
【符号の説明】
１：教示用治具  ２：カメラ  ３：レーザ投光器  ４：レーザ投光器の光軸
５：スポット光  ６：十字パターン光  ７：載置ステージ上の位置決めマーク
８：薄型治具  ９：薄型治具上の位置決めマーク  １０：載置ステージ
１１：３本ピン  １２：縦置きウェハ用のスタンド  ２０：搬送用ロボット
２１：ハンド  ２２：走行軸  ２３：ハンド用回転軸
２５：ロボットのウェハ挿入方向  ２６：ロボットの走行方向
２７：ハンド用回転軸の回転方向  ３０：上位制御器  ３１：画像処理装置
３２：ロボットコントローラ  ８０：センタリング治具  ９０：センシング治具
【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】
2004276151.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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