(57)【要約】【課題】基準となる位置を３次元で高精度に教示できるロボット自動教示装置及び方法を提供する。【解決手段】ロボットアームによって基板を半導体製造装置に搬送するロボットの自動教示装置において、搬送対象の基板と概同形状であり、Ｘ方向およびＹ方向の２次元に分離したスリット２１，２２を所定の位置に設けたダミー基板２０と、ダミー基板２０上のＸ方向スリット２１とＹ方向スリット２２のそれぞれに対応した位置信号を出力するＸ方向検出センサ１１とＹ方向検出センサ１２、およびＸ，Ｙ方向の２次元に対して垂直方向であるＺ方向の位置信号を出力するＺ方向検出センサ１３を設けたセンサボード１０と、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の各検出センサの検出信号からアブソリュート位置信号を出力する信号処理装置３０とを具備したロボットの自動教示装置。【選択図】          図２
2004241730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームによって基板を半導体製造装置に搬送するロボットの自動教示装置において、
前記搬送対象の基板と概同形状であり、Ｘ方向およびＹ方向の２次元に分離したスリットを所定の位置に設けたダミー基板と、
前記ダミー基板上のＸ方向スリットとＹ方向スリットのそれぞれに対応した位置信号を出力するＸ方向検出センサとＹ方向検出センサ、およびＸ，Ｙ方向の２次元に対して垂直方向であるＺ方向の位置信号を出力するＺ方向検出センサを設けたセンサボードと、
前記Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の各検出センサの検出信号からアブソリュート位置信号を出力する信号処理装置と
を具備したことを特徴とするロボットの自動教示装置。
【請求項２】
ロボットアームによって基板を半導体製造装置に搬送するロボットの自動教示方法において、
前記搬送対象の基板と概同形状であり、Ｘ方向およびＹ方向の２次元に分離したスリットを所定の位置に設けたダミー基板と、
前記ダミー基板上のＸ方向スリットとＹ方向スリットのそれぞれに対応した位置信号を出力するＸ方向検出センサとＹ方向検出センサ、およびＸ、Ｙ方向の２次元に対して垂直方向であるＺ方向の位置信号を出力するＺ方向検出センサを設けたセンサボードと、
前記Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各検出センサの検出信号からアブソリュート位置信号を出力する信号処理装置とを備え、
前記センサボードをある基準位置に配置し、前記ダミー基板を前記ロボットアームのハンド上に搭載し、前記センサボードと対向して３次元位置が検出できる位置に前記ダミー基板を移動させ、３次元位置信号のある１点を基準位置としてロボットアームを教示し、
さらに再教示の際に、この前記ダミー基板をロボットアームのハンド上に搭載し、前記センサボードと対向して３次元位置が検出できる位置に前記ダミー基板を移動させ、前記教示された１点の基準位置を自動的に検出することを特徴とするロボットの自動教示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハなどの基板をロボットにより搬送する際の自動教示装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アームロボットの修理後における再教示作業の簡略化を目的とした従来例として特許文献１（特開平１１‐２５４３５９号公報）が開示されている。図６は従来例のカセットモジュールチャンバに内蔵したセンサおよびロボットアームが到達しようとしている状態の斜視図である。
図６において、カセットモジュールチャンバ１００の上下面および両側面にそれぞれ一対で構成される光センサ２００ａ，２００ｂおよび２０１ａ，２０１ｂが設置されて、それらの光軸がチャンバ内部の基準点２０２で直交する。ロボットアーム１０２の部材把持部１０１は、光センサ２０１ａ，２０１ｂの光軸径とほぼ同じ厚さの平板で形成され、略中央位置に基準位置計測穴２０３が上下に穿孔され、その穴の中央点がアーム基準点２０４となる。このアーム基準点２０４が前記チャンバ基準点２０２と一致した時点で不図示の演算制御装置が接続している両光センサ２００，２０１の検知状態を読み取り、両基準点２０２，２０４の一致を認識する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１‐２５４３５９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例では、光センサ２００，２０１の取り付け精度を出すことが困難であり、光センサ２００，２０１の検出精度が悪いという問題がある。また、カセットモジュールチャンバ１００やロボットアーム１０２に加工をする必要があり、それらの設計に制約があるという問題がある。
そこで、本発明の第１の目的は、基準となる位置を３次元で高精度に教示できるロボット自動教示装置を提供することにある。
また第２の目的は、ロボットアーム再教示の際に、ある１点の基準位置を自動的に検出することにより、再教示を非常に簡略化したロボット自動教示方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するための本願の第１の発明は、ロボットアームによって基板を半導体製造装置に搬送するロボットの自動教示装置において、前記搬送対象の基板と概同形状であり、Ｘ方向およびＹ方向の２次元に分離したスリットを所定の位置に設けたダミー基板と、前記ダミー基板上のＸ方向スリットとＹ方向スリットのそれぞれに対応した位置信号を出力するＸ方向検出センサとＹ方向検出センサ、およびＸ，Ｙ方向の２次元に対して垂直方向であるＺ方向の位置信号を出力するＺ方向検出センサを設けたセンサボードと、前記Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の各検出センサの検出信号からアブソリュート位置信号を出力する信号処理装置とを具備したことを特徴とするロボットの自動教示装置である。
この第１の発明においては、センサボードを基準位置に配置し、ダミー基板を把持したロボットアームをセンサボード上の所定の位置に持っていくだけで、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の基準位置を精度よく検出できる。
【０００６】
前記第２の目的を達成するための本願の第２の発明は、ロボットアームによって基板を半導体製造装置に搬送するロボットの自動教示方法において、前記搬送対象の基板と概同形状であり、Ｘ方向およびＹ方向の２次元に分離したスリットを所定の位置に設けたダミー基板と、前記ダミー基板上のＸ方向スリットとＹ方向スリットのそれぞれに対応した位置信号を出力するＸ方向検出センサとＹ方向検出センサ、およびＸ、Ｙ方向の２次元に対して垂直方向であるＺ方向の位置信号を出力するＺ方向検出センサを設けたセンサボードと、前記Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各検出センサの検出信号からアブソリュート位置信号を出力する信号処理装置とを備え、前記センサボードをある基準位置に配置し、前記ダミー基板を前記ロボットアームのハンド上に搭載し、前記センサボードと対向して３次元位置が検出できる位置に前記ダミー基板を移動させ、３次元位置信号のある１点を基準位置としてロボットアームを教示し、さらに再教示の際に、この前記ダミー基板をロボットアームのハンド上に搭載し、前記センサボードと対向して３次元位置が検出できる位置に前記ダミー基板を移動させ、前記教示された１点の基準位置を自動的に検出することを特徴とするロボットの自動教示方法である。
この第２の発明においては、基準位置となる１点を教示しておくことで、再教示の際の基準位置を自動的に検出することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態を示す構成図である。図１において、１０はＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の位置検出信号を出力する各センサを設けたセンサボード、２０はＸ方向，Ｙ方向検出スリットをそれぞれ設けたダミー基板、３０はＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向それぞれの各センサからの出力信号を入力し３次元の絶対位置信号を検出するセンサ信号処理装置、４０はウエハ等の基板を搬送する搬送ロボット、４１はロボットアーム、４２はウエハ等の基板を搭載するフォーク、４３はウエハ等の基板を収納するカセット、４４はウエハ等の基板重心，ノッチ，オリフラ位置を検出するプリアライメント装置、５０はロボット制御装置、５１はシステム動作を管理する上位ＣＰＵ、５２はロボット動作を手動で入力するためのオペレーティング装置である。
【０００８】
図２（ａ）はセンサボード１０を詳細に説明した図である。図２（ａ）において、１１はＸ方向検出センサ、１２はＹ方向検出センサ、１３はＺ方向検出センサである。Ｘ方向検出センサ１１およびＹ方向検出センサ１２は、９０°位相の異なるＡ相，Ｂ相のアナログ出力信号であれば良く、検出方式は光学式でも磁気式でも良い。Ｚ方向検出センサ１３は、アナログ出力でもデジタル出力でも良いが、本実施の形態では光反射式のアナログ出力センサを用いている。
図２（ｂ）はダミー基板２０を詳細に説明した図である。図２（ｂ）において、２１はＸ方向検出スリット、２２はＹ方向検出スリットである。Ｘ方向検出スリット２１，Ｙ方向検出スリット２２は光学式の場合、アルミ蒸着等反射率が高いものを蒸着して形成する。また、磁気式の場合、磁石をスリット形状に着磁したものや磁性鋼板などを機械加工やエッチング等で形成したスリットでも良い。また、Ｘ方向、Ｙ方向検出スリット２１，２２は概１周期分を形成することにより、２次元の絶対位置を検出することができる。ダミー基板２０の外形サイズは、搬送する基板と同じサイズとすることにより搬送する基板の中心軸とダミー基板２０の中心軸とを一致させることが容易となる。
【０００９】
センサボード１０に設けたＸ方向，Ｙ方向検出センサ１１，１２の位置と、ダミー基板２０に設けたＸ方向，Ｙ方向検出スリット２１，２２との位置関係は、フォーク４２上に基板を搭載した場合の基板中心軸６０に対してセンサボード１０の基準位置Ｏ１からＸ方向検出センサ位置Ａ１（Ｘ１，Ｙ１）、Ｙ方向検出センサ位置Ａ２（Ｘ２，Ｙ２）、およびダミー基板２０の基準位置Ｏ２からそれぞれＸ方向検出スリット位置Ａ１’（Ｘ１’，Ｙ１’）、Ｙ方向検出スリット位置Ａ２’（Ｘ２’，Ｙ２’）との関係をＡ１＝Ａ１’、Ａ２＝Ａ２’となるように位置を設定する。Ｚ方向検出センサ位置についてはＸ、Ｙ方向についての規定はなく、Ｚ方向については、Ｘ方向、Ｙ方向検出センサ１１，１２のあらかじめ決められたスリットとの距離がＺ方向検出センサの検出範囲となるようにする。
【００１０】
図３は、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向検出センサからの出力信号をセンサ信号処理装置３０の信号処理について説明した図である。図３において、Ｘ方向検出センサ１１からのＡ、Ｂ相出力信号はアンプ３１ａ，３１ｂによって増幅されＡ／Ｄ変換器３２ａによってデジタル信号に変換され、絶対値信号生成処理器３３によって絶対値化される。同様にＹ方向検出センサ１２からのＡ、Ｂ相出力信号はアンプ３１ｃ，３１ｄによって増幅されＡ／Ｄ変換器３２ｂによってデジタル信号に変換され、絶対値信号生成処理器３３によって絶対値化される。Ｚ方向検出センサ１３からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器３２ｃによってデジタル信号に変換され、絶対値信号生成処理器３３によって絶対値化される。
【００１１】
Ｘ方向、Ｙ方向検出センサ１１，１２からのセンサ出力により絶対位置を生成する原理について図４を用いて説明する。Ｘ方向，Ｙ方向については同じ原理であるのでＸ方向についてのみ説明する。Ｘ方向検出センサ１１からの出力信号は略正弦波信号であるＡ相と９０°位相が異なる略正弦波信号であるＢ相信号が１周期のみ出力される構成としている。このＡ相、Ｂ相センサ出力電圧Ｖａ、Ｖｂと位置Ｘとの関係は、以下の式で表される。
Ｖａ＝ｓｉｎＸ
Ｖｂ＝ｃｏｓＸ
これらの出力信号から、以下の式を用いて位置Ｘを求めることができる。
Ｘ＝ｔａｎ−１（Ｖａ／Ｖｂ）
【００１２】
各検出センサはスリット１周期分の信号しか出力しないので、スリットの１周期内の絶対位置が出力されることになる。また、スリットを数周期分配置し、このスリット数周期分のうち何番目のスリットを検出しているのかを検知できるセンサを外部に配置して、前記スリット１周期内の絶対位置と何番目のスリットを検出しているのかを検知した信号を組み合わせることにより、スリット数周期分の絶対位置を検出しても良い。絶対位置の分解能はＡ／Ｄ変換器３２の分割数によって決まるので、Ａ／Ｄ変換器３２の分割数を上げることにより高分解能な絶対位置信号を得ることができる。
つぎにセンサボード１０，ダミー基板２０を用いてロボットアームを教示する方法について説明する。図５は、教示方法についてのフローチャートを示している。
【００１３】
以下にまず最初の教示方法を説明する。
ステップＳ１００：センサボード１０を所定の位置に配置する。
ステップＳ１１０：ダミー基板２０の中心位置をプリアライメント装置４４で測定する。フォーク４２上に基板を搭載する際に基板の中心位置が常に決まっている場合、この動作は不要である。
ステップＳ１２０：フォーク４２上にダミー基板２０を搭載する。この際ダミー基板２０と通常搬送する基板との中心位置が同じとなるように搭載する。
ステップＳ１３０：ダミー基板２０とセンサボード１０が対向するようにフォーク４２をオペレーティング装置５２を用いて移動し、３次元位置が検出できる範囲まで移動させる。
ステップＳ１４０：Ｚ方向検出センサ１３よりあらかじめ決められたダミー基板２０とセンサボード１０間の距離となるようにＺ方向を移動する。
ステップＳ１５０：ＸＹ方向絶対位置を検出する。
ステップＳ１６０：再教示かどうかを判定する。ここでは、最初であるのでステップＳ１７０に進む。
ステップＳ１７０：検出した３次元位置のある点を教示基準ポイントとし、この基準ポイントを上位ＣＰＵ５１に記憶。
ステップＳ１８０：基準ポイントを基準位置としてオペレーティング装置５２を用いてロボットアームを教示する。
ステップＳ１９０：教示ポイントを上位ＣＰＵに記憶させる。
ステップＳ２００：最初の教示終了。
【００１４】
さらに再教示方法について説明する。
ステップＳ１００〜Ｓ１５０は、最初の教示方法と同じであるが、ステップＳ１６０の判定において再教示であるのでステップＳ２１０に進む。
ステップＳ２１０：あらかじめ上位ＣＰＵ５１に記憶しておいた基準ポイントと現在の位置との差を求める。
ステップＳ２２０：再教示終了。
この求めた差から基準ポイントとのずれが把握できるので、最初に教示したポイントはすべてわかり、これにより再教示は終了する。
上記構成および手段により、ロボットアーム教示の際、基準ポイントを３次元位置で決めることができるので再教示を簡略化することができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、センサボードを基準位置に配置し、ダミー基板を把持したロボットアームをセンサボード上の所定の位置に持っていくだけで、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の基準位置を精度よく検出できる。これにより、ロボットアームに加工の必要性がなくロボットアームの設計に制約がないという効果がある。
また、最初の教示の際に基準位置となる１点を教示しておくことで、ロボットの交換等による再教示の際に、最初の教示基準位置を含む３次元位置検出範囲内にダミー基板を搭載したロボットアームを移動させるだけで良いので、再教示時間の大幅な短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の形態を示す構成図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態のセンサボードの詳細図、（ｂ）は本発明の実施の形態のダミー基板の詳細図である。
【図３】本発明の実施の形態のセンサ信号処理装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態のセンサ出力信号波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態のロボットアーム教示方法のフローチャートである。
【図６】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
１０  センサボード
１１  Ｘ方向検出センサ
１２  Ｙ方向検出センサ
１３  Ｚ方向検出センサ
２０  ダミー基板
２１  Ｘ方向検出スリット
２２  Ｙ方向検出スリット
３０  センサ信号処理装置
４０  搬送ロボット
４１  ロボットアーム
４２  フォーク
４４  プリアライメント装置
５０  ロボット制御装置
５１  上位ＣＰＵ
５２  オペレーティング装置
【図１】
2004241730.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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