(57)【要約】【課題】Ｚ（高さ）方向のエッジを検出することなく、教示用冶具のＺ（高さ）方向を検出する方法を提供する。【解決手段】収納容器あるいは処理装置の半導体ウェハを設置する位置に教示用治具を設置し、教示用治具上の中心軸部に円錐または円錐の特徴を有する形状部を設け、ロボットのハンドの先端に設けた透過式センサ１３で円錐部２０を検出し、円錐部の断面径に基づき、教示用冶具のＺ（高さ）方向を検出する。また、収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示する教示用治具１８において、半導体ウェハと同一の外径を有する大円板部１９と、大円板部１９と中心軸を共通にする円錐または円錐の特徴を有する形状部２０とを備える。【選択図】  図５
2004193333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するウェハ位置教示方法において、
前記収納容器あるいは前記処理装置の半導体ウェハを設置する位置に教示用治具を設置し、
前記教示用治具上の中心軸部に円錐または円錐の特徴を有する形状部を設け、
前記ロボットのハンドの先端に設けた透過式センサで前記円錐部を検出し、
前記円錐部の断面径に基づき、前記教示用冶具のＺ（高さ）方向を検出することを特徴とするウェハ位置教示方法。
【請求項２】
収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するウェハ位置教示方法において、
前記収納容器あるいは前記処理装置の半導体ウェハを設置する位置との関係が明らかになっている位置に、円錐または円錐の特徴を有する形状部を設け、
前記ロボットのハンドの先端に設けた透過式センサで前記円錐部を検出し、
前記円錐部の断面径に基づき、半導体ウェハを設置する位置のＺ（高さ）方向を検出する
ことを特徴とするウェハ位置教示方法。
【請求項３】
収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示する教示用治具において、
前記半導体ウェハと同一の外径を有する大円板部と、
前記大円板部と中心軸を共通にする円錐または円錐の特徴を有する形状部と
を備えたことを特徴とする教示用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ搬送用ロボットに半導体ウェハの位置を教示する方法に関するものである。また前記方法に用いる教示用治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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従来の方法は、次のような手順で行なわれている。すなわち、円盤部とその円盤部の中心もしくは中心よりずれた位置に立設されたピンを持つ教示用冶具を収納容器あるいは処理装置の半導体ウェハを設置する位置に設置し、教示用冶具の円盤部のエッジを検知手段を用いて検出し、また前記教示用冶具のピンの位置を検知手段を用いて検出しその検出位置に基づいて前記教示用冶具の中心位置を検知してポジションデータを取得し記憶する。この方法では、図９に示すように検知手段１がピン２からの反射光に基づきピン２のＸ（前後）方向の位置３を検出する。また図１０に示すように検知手段１からレーザ光Ｒを旋回照射して、反射光の有無からピン２の左右両端を検知し、その２等分位置をＹ（旋回）方向の位置４として検出する。また図１１に示すように検知手段１からレーザ光ＲをＺ（上下）方向へ上下動照射して反射光の有無から円盤部５のエッジを検知し、その位置を教示用冶具６のＺ（高さ）方向の位置７として検出するという手順がとられていた（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１０２５２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、収納容器及び処理装置の形状によってはＺ（高さ）方向にロボットを動作させることが困難なことがある。例えば、教示位置周辺に障害物があり検出手段によるセンシングが行えない場合や、また検出手段がウェハ把持部に取り付けられている場合は収納容器及び処理装置の間口が狭いことでＺ方向の動作が制限される為、エッジを検出することができない可能性がある。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、ステーションに置載した教示用冶具の特徴部（センシング対象）を円錐または円錐の特徴を有する形状にすることにより、その円錐断面の径を検出することで  Ｚ（高さ）方向のエッジを検出することなく、教示用冶具のＺ（高さ）方向を検出する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、請求項１の発明は、収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するウェハ位置教示方法において、前記収納容器あるいは前記処理装置の半導体ウェハを設置する位置に教示用治具を設置し、前記教示用治具上の中心軸部に円錐または円錐の特徴を有する形状部を設け、前記ロボットのハンドの先端に設けた透過式センサで前記円錐部を検出し、前記円錐部の断面径に基づき、前記教示用冶具のＺ（高さ）方向を検出することを特徴とする。
また請求項２の発明は、収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するウェハ位置教示方法において、前記収納容器あるいは前記処理装置の半導体ウェハを設置する位置との関係が明らかになっている位置に、円錐または円錐の特徴を有する形状部を設け、前記ロボットのハンドの先端に設けた透過式センサで前記円錐部を検出し、前記円錐部の断面径に基づき、半導体ウェハを設置する位置のＺ（高さ）方向を検出することを特徴とする。
また請求項３の発明は、収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示する教示用治具において、前記半導体ウェハと同一の外径を有する大円板部と、前記大円板部と中心軸を共通にする円錐または円錐の特徴を有する形状部を持つことを特徴とする。
このようになっているため、ロボットの動作範囲（Ｚ方向）に制限がある場合でも、位置の教示ができ、半導体ウェハの設置位置の教示ができ、教示用治具を設置する際の回転方向の向きは所定の角度ずれても問題がなく、教示用治具の設置が容易になるのである
【０００６】
【発明の実施の形態】
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。
図１および図２は本発明の実施例を示すロボットの平面図であり、図３は側面図である。図において、８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８の搬送対象の半導体ウェハである。ロボット８は、昇降自在な円柱状の支柱部９の中心軸１４回りに水平面内で旋回する第１アーム１０と、第１アーム１０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１１と、第２アーム１１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１２を備えている。ウェハ把持部１２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１３を備えている。
【０００７】
図に示すように、ロボット８は第１アーム１０、第２アーム１１およびウェハ把持部１２の相対的な角度を保ったまま、第１アーム１０を支柱部９の中心軸１４回りに旋回させるθ軸動作（旋回）、第１アーム１０、第２アーム１１およびウェハ把持部１２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１２を支柱部９の半径方向に伸縮させるＲ軸動作（伸縮）、および支柱部９を昇降させるＺ軸動作（昇降）の３自由度を有している。
ここで、θ軸は反時計回りをプラス方向とし（図１参照）、Ｒ軸は、ウェハ把持部１２を支柱部９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２参照）、Ｚ軸は、支柱部９を上昇させる方向をプラス（図３参照）とする。
【０００８】
図４は本発明の実施例を示す透過式センサの説明図である。図において、１５はＹ字形のウェハ把持部１２の一方の端に取り付けられた発光部であり、１６は他方の端に発光部１５に対向するように取り付けられた受光部である。発光部１５と受光部１６で１組の透過式センサ１３を構成している。１７は発光部１５から受光部１６に向かう光軸であり、透過式センサ１３は光軸１７を遮る物体を検出することができる。
【０００９】
図５および図６は本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。図において、１８は大円板部１９と円錐部２０の中心を一致させて上下に重ねて結合した教示用治具である。大円板部１９の直径は実物の半導体ウェハに等しく、収納容器等の半導体ウェハを載置する場所に大円板部１９を載置することができる。また円錐部２０の形状は、事前に測定されているので、円錐部２０の断面径を知ればその断面の位置から大円盤部１９までの高さ方向の距離を知ることができる。また大円板部１９と円錐部２０の相対位置は、事前に測定されているので、円錐部２０の位置を知れば大円板部１９の位置を知ることができる。
なお、大円板部１９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。
【００１０】
次に、ウェハ位置教示方法の手順を説明する。
（ステップ１）教示治具１８を収納容器等の半導体ウェハを載置する場所に載置する。大円板部１９は実物の半導体ウェハと全く同一の外径を有するから、収納容器等の位置決めガイド等により、教示冶具１８は正しく位置決めさせる。
（ステップ２）作業者の操作により、図６に示すように、ウェハ把持部１２を光軸１７が円錐部２０を遮る高さに移動させる。
（ステップ３）ウェハ把持部１２を移動させ、円錐部２０の手前を透過式センサ１３で検出し、その時のＲ軸の座標Ｒ１を記録する。さらにウェハ把持部１２を移動させ円錐部２０の奥を透過式センサ１３で検出し、その時のＲ軸の座標Ｒ２を記録する。
（ステップ４）円錐部２０の断面径を（Ｒ２−Ｒ１）にする。すでに円錐部の形状は測定されているので円錐部２０の断面径より大円盤部から円錐部の断面までの高さを知ることができる。つまり、教示冶具１８のＺ（高さ）方向の位置を円錐部断面の高さ方向の位置より算出し設定する。
（ステップ５）Ｒ軸を動作させて、透過式センサ１３が円錐部２０を検出しない位置までアームを縮める。
（ステップ６）θ軸を動作させて、ウェハ把持部１２の向きを変え、次にＲ軸を動作させて、ウェハ把持部１２を円錐部２０にゆっくり接近させる。そして透過式センサ１３が円錐部２０を最初に検出した時、すなわち光軸１７が円錐部２０の円周に接した時、のθ軸とＲ軸の座標を記録する。
（ステップ７）ステップ５とステップ６を繰り返して、ウェハ把持部１２を異なる方向から円錐部２０に接近させ、光軸１７が円錐部２０の円周に接する時のθ軸とＲ軸の座標を複数組求める。そして、これらの値から、円錐部２０の中心の位置を求めて記録する。
【００１１】
以上のようにして、円錐部２０の位置が求まる。円錐部２０と大円板部１９の相対的な位置関係は事前に測定されているから、この位置関係分だけ前記位置をシフトすれば、大円板部１９の位置すなわち、収納容器等に載置された半導体ウェハの位置が求まるわけである。
また、ステップ２からステップ７までの操作を予め、プログラムしておけば、半導体ウェハの位置の教示を、作業者の操作に拠らず、自動的に行なうことができる。
【００１２】
次に、ステップ３ないしステップ７において、円錐部２０のセンシングを行った高さを求める計算手順と、円錐部２０の中心座標（θｓ，Ｒｓ）を求める計算の手順の詳細を説明する。図７はステップ３において、光軸１７が円錐２０を横切る状態を示す説明図である。Ｈ、Ｌは教示用冶具１８上の円錐２０の高さと底面の直径をあらわす。Ｒ１とＲ２は光軸１７が円錐２０を横切った時の伸縮方向の座標である。光軸１７が円錐を横切った断面の直径をＬ１とすると、下記の式が成り立つ。
【００１３】
Ｌ１＝Ｒ２−Ｒ１                                                                                            （１）
ここで、円錐２０の形状は既に測定されており、高さＨ、底面の直径Ｌより
Ｈ：Ｌ＝Ｈ１：Ｌ１                                                                                                    （２）
これより、Ｈ２は
Ｈ１＝（Ｒ２−Ｒ１）・Ｈ／Ｌ                                                                        （３）
Ｈ２＝Ｈ−Ｈ１                                                                                              （４）
となる。
【００１４】
図８はステップ６において、光軸１７が円錐部２０の円周に接した状態を示す説明図である。θｉ、Ｒｉは透過式センサ６の光軸１７が円錐部２０の円周に接した時のロボット１のθ軸およびＲ軸の座標である。Ｒｍは光軸１７と円錐部２０の円周の接点と第１アーム１０の旋回中心の距離であり、ｒは円錐部２０を光軸１７をもってセンシングし検出した半径であるとすると、下記の式が成り立つ。
【００１５】
Ｒｉ＋ｒ＝（Ｒｍ＋ｒ）・ｃｏｓ（θｉ−θｓ）                                                                      （５）
ここで、Ｒｓ＝Ｒｍ＋ｒだから、
Ｒｉ＋ｒ＝Ｒｓ・ｃｏｓ（θｉ−θｓ）                                                  （６）
変形すると、
Ｒｉ＋ｒ＝Ｒｓ・ｃｏｓθｓ・ｃｏｓθｉ＋Ｒｓ・ｓｉｎθｓ・ｓｉｎθｉ                                                            （７）
ここで、Ａ＝Ｒｓ・ｃｏｓθｓ，Ｂ＝Ｒｓ・ｓｉｎθｓとおくと、下記の式が得られる。
Ｒｉ＋ｒ＝Ａ・ｃｏｓθｉ＋Ｂ・ｓｉｎθｉ                                                                            （８）
【００１６】
ここで、ステップ７で説明したように、ウェハ把持部１２の向きを変えて、計測を繰り返して、θｉ、Ｒｉの値を３組以上求めて、最小２乗法を用いて係数Ａ，Ｂを決定する。
係数Ａ，Ｂが決定するとθｓは下記の式で得られる。
θｓ＝ｔａｎ−１（Ｂ／Ａ）                                                                              （９）
また、ｃｏｓθｓ＝Ａ／（Ａ２＋Ｂ２）０．５だから、Ｒｓは下記の式で得られる。
Ｒｓ＝（Ａ２＋Ｂ２）  ０．５                                                                                              （１０）
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１、３の発明によれば、教示用治具の円錐部の断面径をハンド上のセンサで検出することにより、教示用冶具のＺ（高さ）方向を検出できるので、ロボットの動作範囲（Ｚ方向）に制限がある場合でも、位置の教示ができるという効果がある。また請求項２の発明によれば、半導体ウェハを設置する位置との関係が明らかな円錐部の断面径をハンド上のセンサで検出することにより、半導体ウェハ設置位置の教示ができるという効果がある。また請求項３の発明によれば、教示用治具の形状は中心軸を共通とする形状物から構成しているので、教示用治具を設置する際の回転方向の向きは所定の角度ずれても問題ないので、教示用治具の設置が容易であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すロボットの平面図である。
【図２】本発明の実施例を示すロボットの別の平面図である。
【図３】本発明の実施例を示すロボットの側面図である。
【図４】本発明の実施例を示す透過式センサの説明図である。
【図５】本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。
【図６】本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。
【図７】本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。
【図８】本発明の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。
【図９】従来の技術の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。
【図１０】従来の技術の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。
【図１１】従来の技術の実施例を示すウェハ位置教示方法の説明図である。
【符号の説明】
１．検知手段、２．ピン、３．Ｘ（前後）方向の位置、４．Ｙ（旋回）方向の位置、５．円盤部、６．教示用冶具、７．Ｚ（高さ）方向の位置、８．ロボット、９．支柱部、１０．第１アーム、１１．第２アーム、１２．ウェハ把持部、１３．透過式センサ、１４．ロボット旋回中心、１５．発光部、１６．受光部、１７．光軸、１８．教示治具、１９．大円板部、２０．円錐部、
【図１】
2004193333.tif 000003
【図２】
2004193333.tif 000004
【図３】
2004193333.tif 000005
【図４】
2004193333.tif 000006
【図５】
2004193333.tif 000007
【図６】
2004193333.tif 000008
【図７】
2004193333.tif 000009
【図８】
2004193333.tif 000010
【図９】
2004193333.tif 000011
【図１０】
2004193333.tif 000012
【図１１】
2004193333.tif 000013