(57)【要約】【課題】作業者がウェハ搬送のティーチング位置に接近することが出来ない場合でもティーチングが可能となる搬送用ロボットシステムおよび搬送用ロボットの制御方法を提供する。【解決手段】薄型形状を呈する物体を載置する載置部を有して物体を搬送するロボット１とロボット１を制御するロボットコントローラ９とを備える搬送用ロボットシステムにおいて、ロボットの載置部に搭載され撮像手段４を有する治具３と、撮像手段４により撮像された画像を処理する画像処理部８と、ロボットコントローラ９および画像処理部８を上位から制御する上位制御部１０とを備える。【選択図】図３
2004050306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄型形状を呈する物体を載置する載置部を有して前記物体を搬送するロボットと前記ロボットを制御するロボットコントローラとを備える搬送用ロボットシステムにおいて、
前記ロボットの載置部に搭載され撮像手段を有する治具と、
前記撮像手段により撮像された画像を処理する画像処理部と、
前記ロボットコントローラおよび前記画像処理部を上位から制御する上位制御部と、
を備えることを特徴とする搬送用ロボットシステム。
【請求項２】
所定の載置位置に載置された薄型形状を呈する物体を搬送する搬送用ロボットの制御方法において、
予め撮像手段を有する治具を前記ロボットのアーム先端の載置部に載置しておき、
前記撮像手段が前記所定の載置位置付近に存在する特徴的な箇所を検出できる位置に前記ロボットを移動し、
前記撮像手段によって前記特徴的な箇所が含まれる画像を撮像し、
前記撮像された画像をもとに前記撮像手段の座標系における前記特徴的な箇所の位置を求め、
前記撮像手段の座標系上の位置を前記ロボットの座標系上の位置に変換し、前記載置位置を求めることを特徴とする搬送用ロボットの制御方法。
【請求項３】
予め前記撮像手段の座標系と前記ロボットの座標系の関係を並進と回転で変換する変換行列を求めておき、
前記撮像手段の座標系における前記特徴的な箇所の位置を前記変換行列により前記ロボットの座標系における位置に変換することを特徴とする請求項２記載の搬送用ロボットの制御方法。
【請求項４】
前記治具は、前記薄型形状を呈する物体の搬送時には載置部から取り外し可能なことを特徴とする請求項２乃至３記載の搬送用ロボットの制御方法。
【請求項５】
前記載置位置付近には穴、ピン、マーク、文字パターン等の特徴的な箇所を有することを特徴とする請求項２乃至４記載の搬送用ロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定の載置位置に載置された薄型形状を呈するウェハ等を搬出、あるいは所定の位置に薄型形状を呈するウェハ等を搬入する搬送用ロボットに関し、特に搬送用ロボットシステムおよび搬送用ロボットの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハ搬送装置においてはウェハの落下や処理が正しく行えない等の不具合を防止するためロボットがウェハを処理ユニット内の所定の位置へと正確に搬送する必要がある。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原因により、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、所定の位置へと正確にウェハを搬送することができない。よって搬送装置の稼働に先立ち搬送用ロボットのティーチング作業が必要となる。
従来の搬送用ロボットのティーチング方法においては、作業者の高度な熟練を必要とせず、常に一定の精度をもって迅速にティーチング作業を行うことを目的として特開平９−１０２５２７公報で半導体製造装置の移載機のティーチング方法が記載されている。以下、簡単に図面を用いて説明する。
【０００３】
図８において１４はウェハと同一の形状・大きさの円板とその中心位置に立設された円柱状のピンとから構成される治具である。図９において検出手段１６はウェハを搬送する移載機１５の前面部に設けられ、治具１４の位置を光学的に検知する検出手段である。以上の構成において移載機１５をそのホームポジションに設置した状態で作業者がボート１７に挿填した治具１４の円板部やピンを検出手段１６により検出し、移載機１５を基準とした治具１４のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置を取得する。
上記のような半導体製造装置の移載機のティーチング方法において、ボート１７にウェハを挿填するための移載機１５のポジションデータを得ることが出来るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の半導体製造装置では高密度化が進み移載機の動作空間が狭くなり、移載機の正確なティーチングを行うことが困難となってきており、教示の際に教示用の治具すら利用できない状況となっている。
したがってこの発明の目的は、作業者がウェハ搬送のティーチング位置に接近することが出来ない場合でもティーチングが可能となる搬送用ロボットシステムおよび搬送用ロボットの制御方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の搬送用ロボットシステムは、薄型形状を呈する物体を載置する載置部を有して前記物体を搬送するロボットと前記ロボットを制御するロボットコントローラとを備える搬送用ロボットシステムにおいて、前記ロボットの載置部に搭載され撮像手段を有する治具と、前記撮像手段により撮像された画像を処理する画像処理部と、前記ロボットコントローラおよび前記画像処理部を上位から制御する上位制御部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項１記載の搬送用ロボットシステムによれば、作業者がウェハ等の搬送のティーチング位置に接近することが出来ない場合でもティーチングが可能となる。
【０００７】
請求項２記載の搬送用ロボットの制御方法は、所定の載置位置に載置された薄型形状を呈する物体を搬送する搬送用ロボットの制御方法において、予め撮像手段を有する治具を前記ロボットのアーム先端の載置部に載置しておき、前記撮像手段が前記所定の載置位置付近に存在する特徴的な箇所を検出できる位置に前記ロボットを移動し、前記撮像手段によって前記特徴的な箇所が含まれる画像を撮像し、前記撮像された画像をもとに前記撮像手段の座標系における前記特徴的な箇所の位置を求め、前記撮像手段の座標系上の位置を前記ロボットの座標系上の位置に変換し、前記載置位置を求めることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の搬送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ティーチング位置に接近することが出来ない場合でもティーチングを行え、ティーチング作業の大幅な時間短縮や省力化を実現することができる。
【０００９】
請求項３記載の搬送ロボットの制御方法は、予め前記撮像手段の座標系と前記ロボットの座標系の関係を並進と回転で変換する変換行列を求めておき、前記撮像手段の座標系における前記特徴的な箇所の位置を前記変換行列により前記ロボットの座標系における位置に変換することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載の搬送ロボットの制御方法によれば、前記撮像手段によって前記特徴的な箇所の位置を検出することで搬送用ロボットのティーチング位置を得ることができる。
【００１１】
請求項４記載の搬送ロボットの制御方法は、前記治具は、前記薄型形状を呈する物体の搬送時には載置部から取り外し可能なことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４記載の搬送ロボットの制御方法によれば、複数の搬送ロボットで治具を共用でき、メンテナンス費用を低減することができる。
【００１３】
請求項５記載の搬送ロボットの制御方法は、前記載置位置付近には穴、ピン、マーク、文字パターン等の特徴的な箇所を有することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５記載の搬送ロボットの制御方法によれば、載置位置付近の様々な対象を特徴的な箇所として利用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態の搬送ロボットの制御方法について図に基づいて説明する。
従来から実施されている、図示しないハンド先端に設けられた非接触センサを用いてウェハ等の薄型形状を呈する物体を載置する高さを検出して、高さ方向のティーチング位置は既に定まっている例としてウェハ等の載置位置検出に関する処理を以下に記す。
図１は本発明の実施例を示すウェハ搬送装置の図である。図１において、１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２が装着されている。ウェハ搬送用ロボット１はハンド２を鉛直軸回りに回転させる軸、前後方向に進退させる軸、および上下方向に昇降させる軸の合計３自由度のアームを有しており、通常はウェハ搬出／搬入の対象となる処理ユニット５内にハンド２を挿入し、ウェハ搬出／搬入動作を行う。３はウェハの代わりにハンド２に載置されたティーチング用治具である。ティーチング用治具３はティーチング時のみハンド２に載置され、通常のウェハ搬送時はハンド２から取り外す。またティーチング用治具３はハンド２に載置された際、ウェハと同様に配置されるようウェハと同一の径の円弧を有している。さらに、図示しないがティーチング用治具３はハンド２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再度ハンド２に載置される場合もその位置は一定の公差範囲内に収まるようになっている。４は撮像手段として設けられたカメラであり、ティーチング用治具３の下側を撮影するように設置されている。カメラ４はできるだけ小型・軽量であることが望ましい。カメラ４は、ティーチング用治具３の中心に設置されている。
【００１６】
図２は処理ユニット５内に挿入されたハンド２の図である。処理ユニット内のウェハ載置箇所は様々な形状を有しているが、例の１つとしてウェハを載置するところに穴と３本のピンが存在する例として説明を行う。
３本のピン６は上下動し、ウェハを載置する際はピンが上がった状態になるがティーチング作業時は下がった状態となっている。７は穴でありティーチング作業時の特徴的な箇所となる位置決めマークである。
今回の実施例ではこの位置決めマーク７は３本のピン６それぞれから等間隔の位置に存在している穴であるが、十字マークや円形マーク、文字パターン等のような、周辺部分と明らかに区別できるような幾何学的な形状または模様が存在していれば、本発明は実施可能である。
【００１７】
ハンド２に対するティーチング用治具３の位置決め機構および、カメラ４をティーチング用治具３の中心にするという配置により、カメラ４の座標系とハンド２の中心のユーザ座標系の原点と向きを一致させることができる。
ここでユーザ座標系とはロボット座標上の任意の少なくとも３点（原点Ｏ、Ｘ方向定義点ＸＸ、Ｙ方向定義点ＸＹ）を基に定義された座標を意味する。
よって、ティーチング用治具３を載せたハンド２を正しく所定の載置位置へと位置決めした場合には位置決めマーク７はカメラ４の視界の中央に映る。
このようにカメラの座標系と搬送用ロボットの座標系の関係が既知であることによりカメラ４から見た特徴的な箇所の位置をもとに目標位置と搬送用ロボットの現在位置との関係を知ることができる。
【００１８】
図３は本発明の実施例の全体構成を示す模式図であり、図４は全体構成を示すブロック図である。図３および図４において８はカメラ４からの画像を処理する画像処理部、９はウェハ搬送用ロボット１を動作させるロボットコントローラ、１０は画像処理部８およびロボットコントローラ９に指令を出力するティーチング用制御部であり、１１はモニタである。他に、既に述べたウェハ搬送用ロボット１、ハンド２、ティーチング用治具３、ティーチング用治具３の中心に設置されたカメラ４から構成される。
カメラ４は画像処理部８に接続されている。画像処理部８は、ティーチング用制御部１０からの指令を受け取ると予めその内部に格納されたプログラムによりハンド２上に位置決めされたティーチング用治具３上に搭載されたカメラ４の映像から処理ユニット５内の位置決めマーク７を抽出することができ、カメラ４が位置決めマーク７の直上に位置するための現在位置からの移動量を算出しティーチング用制御部１０へその情報を出力する。
ティーチング用制御部１０はその情報を元にウェハ搬送用ロボット１の各軸の位置データを計算し、ロボットコントローラ９へ指令を出力し、ウェハ搬送用ロボット１を動かす。ここでは、ティーチング用制御部１０は、ロボットコントローラ９とは別体としたが、ロボットコンローラ９の装置内にあってもよい。
【００１９】
本実施例では高さ方向のティーチングが既に完了しているため、カメラと位置決めマークの間の高さ方向の距離は既知である。よってカメラ画像の１画素が、位置決めマークの存在する面においてどれだけの長さに対応するかの比も予め知ることができる。なお、位置決めマーク７の位置検出によって直接ウェハ搬送用ロボット１の位置を求めても良いが、ここでは最初に教示された位置をもとに補正量を計算して、ロボットコントローラ９へ指令を出力する例について図５に示すフローチャートに従って説明する。
図５のうち、点線で囲んだ部分は本実施例の以前に完了している高さ方向のティーチングに関するものである。
図２のようにハンド２を処理ユニット５内に挿入した際に図６のようにカメラ４から見て位置決めマーク７が画面の左下に映っている場合、画像処理部８はティーチング用制御部１０からの指令により画像処理を行い、まず位置決めマーク７の中心と画面中心との横方向のずれｄｘ（図６の１２）および縦方向のずれｄｙ（図６の１３）の画素数を検出する。
【００２０】
ここで、既述のように搬送用ロボット１の座標系とカメラ４の座標系とはその原点と向きが一致しており、さらにカメラ画像の１画素が、位置決めマークの存在する面においてどれだけの長さに対応するかの比も分かっているのでこの２つの座標系はキャリブレーションされた状態でありｄｘ、ｄｙに画素数と長さの比を乗ずることで横方向、縦方向のそれぞれの移動量を求めることができる。
すなわち横方向の比をａ、縦方向の比をｂとするとそれぞれの移動量Ｘ、Ｙは以下のようにして求められる。
Ｘ＝ａ×ｄｘ
Ｙ＝ｂ×ｄｙ
なおａおよびｂは予め画像処理部８内部に保持されている。画像処理部８はこれらＸ，Ｙの値をティーチング用制御部１０へと返信する。
ティーチング用制御部１０はこの値をもとにウェハ搬送用ロボット１の各軸の動きへと変換しロボットコントローラ９に対し伸縮軸を縮め、旋回軸を反時計回りの方向に旋回するよう指令を出力し図７のように位置決めマーク７が画面中央に映るようにする。
なお、本実施例ではカメラ４が撮影した映像はモニタ１１に出力されており、オペレータは一連のティーチング作業の過程をモニタ１１により確認することができる。
【００２１】
本発明の第２の実施の形態について、図１０に基づいて説明する。
キャリブレーションについては、搬送用ロボット１のユーザ座標系３２とカメラ４の座標系とは、その原点と向きが一致していたが、このような位置関係でない場合がある。カメラ４の座標系３１は、カメラ自体に固有な座標系である。カメラ４の座標系３１と同じ原点、座標軸の向きを持つユーザ座標系３２を定義する。座標系３１は、画素単位であるが、座標系３２は、搬送用ロボット１の座標系３０と同一の単位、例えば０．００１ｍｍとする。座標系３２は、ロボットコントローラ９内に定義しておく。すなわち、この座標系３２と座標系３０の関係は、
Ｆ３２＝Ｆ３０・Ｍ
Ｆ３０：搬送用ロボットの座標系
Ｆ３２：ユーザ座標系
となり、変換行列Ｍを予め求めておけば、カメラ４にて撮像された画像の検出位置に変換行列Ｍを用いて変換することで、搬送用ロボット１の座標系３０を簡単な演算により算出することが可能となる。
【００２２】
以上の過程によりウェハ搬送用ロボット１は水平方向について適正なティーチング位置へと位置決めされる。また画像処理部８やティーチング用制御部１０を使用せずオペレータがモニタ１１の映像を確認しながら手動でウェハ搬送用ロボット１の位置を調整してティーチング作業を行うことも可能である。
ティーチング作業終了後はティーチング用治具３をハンド２から取り除く。この構成のため、ティーチング用治具３は他のウェハ搬送装置でも使用できる。
【００２３】
【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システムによれば、作業者がウェハ等の搬送のティーチング位置に接近することが出来ない場合でもティーチングが可能となる。
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ティーチング位置に接近することが出来ない場合でもティーチングを行え、ティーチング作業の大幅な時間短縮や省力化を実現することができる。
請求項３記載の搬送用ロボットの制御方法によれば、前記撮像手段によって前記特徴的な箇所の位置を検出することで搬送用ロボットのティーチング位置を得ることができる。
請求項４記載の搬送用ロボットの制御方法によれば、複数の搬送ロボットで治具を共用でき、メンテナンス費用を低減することができる。
請求項５記載の搬送用ロボットの制御方法によれば、様々な対象を特徴的な箇所として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すウェハ搬送装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示すハンド部および処理ユニット内部の斜視図である。
【図３】本発明の実施例の全体構成を示す構成図である。
【図４】本発明の実施例の全体構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】カメラから見た位置決めマークの映像を示す図である。
【図７】カメラから見た位置決めマークの映像を示す図である。
【図８】従来例に係る治具を示す斜視図である。
【図９】従来例に係る半導体製造装置の構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の座標系概要図
【符号の説明】
１：ウェハ搬送用ロボット
２：ハンド
３：ティーチング用治具
４：カメラ
５：処理ユニット
６：３本ピン
７：位置決めマーク
８：画像処理部
９：ロボットコントローラ
１０：ティーチング用制御部
１１：モニタ
１２：位置決めマークの横方向のずれ
１３：位置決めマークの縦方向のずれ
１４：治具
１５：移載機
１６：検出手段
１７：ボート
１８：ウェハ
１９：カセット
２０：ツィーザ
２１：コントローラ
２２：Ａ／Ｄ変換器
２３：外部端末
２４：通信制御手段
２５：メモリ
３０：搬送用ロボットの座標系
３１：カメラ座標系
３２：ユーザ座標系
【図１】
2004050306.tif 000003
【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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