(57)【要約】【課題】作業環境内で正確に仕事を行うために、ロボットを教育および／または較正するために有益な方法および装置を提供する。【解決手段】本発明は、ロボット12に連結して作動し、ロボット12の作業環境内の１つ以上の所望位置に位置付けられる１つ以上の触覚センサデバイス38を備える。本発明の１つの構成によれば、作業環境内にタッチ感応面（タッチ感応ゾーン）を設け、このタッチ感応面を対象物に接触させ、前記タッチ感応面に対する接触位置を示す信号を発生させ、発生した前記信号を含む情報を用いて、前記作業環境内の接触位置をロボット12に教える、各工程を含むことを特徴とする。
2006503721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業環境内の位置をロボットに教える方法であって、
前記ロボットの作業環境内にタッチ感応面を設け、
このタッチ感応面を前記ロボットの作業環境内の対象物に接触させ、
前記タッチ感応面に対する接触位置を示す信号を発生させ、
発生した前記信号を含む情報を用いて、前記ロボットの作業環境内の接触位置をロボットに教える、各工程を含むことを特徴とするロボット教育方法。
【請求項２】
作業環境内の位置をロボットに教える方法であって、
基準座標を有して作業環境内に配置される前記ロボットの移動可能な構成要素上で、基準フレームを有する触覚センサデバイスを設け、
前記触覚センサデバイスが、教育されるべき位置を示す作業環境の少なくとも一部に接触するように、前記ロボットの移動可能な構成要素を移動することによって、前記触覚センサデバイスの基準フレーム内の位置情報を決定し、
前記ロボットの基準座標内の位置情報を決定するために触覚センサデバイスの基準フレーム内の位置情報を用いる、各工程を含むことを特徴とするロボット教育方法。
【請求項３】
ロボットの移動可能な構成要素上に配置された触覚センサデバイスを較正する方法であって、
基準座標を有する前記ロボットの移動可能な構成要素上に基準フレームを有する前記触覚センサデバイスを設け、
基準構造を有する前記触覚センサデバイス上の複数の位置に接触することによって前記触覚センサの基準フレーム内の位置情報を決定し、
前記触覚センサデバイスの基準のフレーム内の決定された位置情報を用いて、前記触覚センサデバイスの基準フレームに前記ロボットの基準座標を較正する、各工程を含むことを特徴とする較正方法。
【請求項４】
ロボットの作業環境内にあるロボットの移動可能な構成要素についての位置情報を与えるための触覚センサシステムであって、
タッチ感応ゾーンと構造体との間の対象物の接触についてのタッチ感応ゾーンの基準フレーム内の位置情報、即ち、接触が起こったことを示すデータと、接触が起こったタッチ感応ゾーンの基準フレーム内の位置を示すデータを含んでいる位置情報を与えることができる、少なくとも１つのタッチ感応ゾーンを含む触覚センサデバイスと、
前記ロボットの作業環境内の前記ロボットの移動可能な構成要素の位置を決定するために、前記触覚センサデバイスからの情報を含む情報を用いる制御システムとを含むことを特徴とする触覚センサシステム。
【請求項５】
ロボットの作業環境内に制御可能に移動可能な少なくとも１つの構成要素と、
前記ロボットの移動可能な構成要素上で少なくとも部分的に配置され、前記作業環境の少なくとも一部分と接触するとき、接触を示す信号を出力する触覚センサデバイスと、を含むことを特徴とするタッチ感応式のロボット。
【請求項６】
基板と、
この基板上に配置され、ロボットの作業環境内に配置され、対応する数の基準構造体に同時に係合するように構成された１つ以上のタッチ感応ゾーンと、を含むことを特徴とする触覚センサデバイス。
【請求項７】
作業環境と、
この作業環境内に少なくとも部分的に配置され、かつ前記作業環境と相互に作用するための少なくとも１つの移動可能な構成要素を有するロボットと、
前記作業環境内に少なくとも部分的に配置され、かつ前記作業環境内の前記ロボットの移動可能な構成要素の少なくとも一部分の位置を示す情報を与えることができる触角センサデバイスと、を含むことを特徴とするロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンドリングシステムに関する。特に、本発明は、位置的関係を較正するために触覚センサーを用いて、作業環境内の種々の位置間で対称物を移動するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にマイクロエレクトロニクスデバイスを製造するために、ある対象物が、ロボットハンドリングシステムによって作業環境内の種々の位置間でよく移動される。これらの対象物は、マイクロエレクトロニクスデバイスを形成するための基板またはウエハを含んでいる。これらは、部分的にまたは完成されたマイクロエレクトロニクスデバイスを含む基板、カセット、または他のキャリア、あるいは異なる位置間で移動するために必要となる他の対象物とすることができる。ロボットは、カセットまたは他のキャリア、処理ステーション、別のロボット、または入口／出口ステーション等の特定の位置から対象物を取り上げて、それらを所望の位置に移動することができなければならない。
【０００３】
通常、これらのロボットは、このような対象物の移動を容易にするために、ロボットアームの端部に取り付けたエンドエフェクタを有している。望ましくは、これらの移動が、ロボットを破壊または対象物を損傷することなく行われ、さらに、生産能力を最大化するように迅速に行われることが望ましい。言い換えれば、急速でかつ正確に移動できるロボットが望ましい。これらの移動を実行するために、ロボットは、一般的に、取り上げ位置と目的位置の空間的座標に関して、エンドエフェクタおよび／または他の構成要素の少なくともある部分の空間的座標を正確に知る必要がある。
【０００４】
一般的に、ロボット本体は、ベース支持体に固定され、そして、関節ロボットアームがこの本体から片持ち形式で支えられている。このロボットアームは、第１アーム部分を含み、第１アーム部分には第２アーム部分が旋回可能に取り付けられる。ワンド(wand)またはエンドエフェクタの外側端部が、一般的にＹ字形状で、第２アーム部分に旋回可能に取り付けられて間隔を置いて配置されたフィンガーを備えている。真空ポート(図示略)、またはエッジグリップ機構が、通常エンドエフェクタ上に設けられ、エンドエフェクタがカセットからのウエハを取り上げそして移動させるためにウエハを保持することができ、逆にカセットから処理ステーションにウエハを運ぶことができる。他の例では、ロボットベースが、固定されていなくて、軌道または同等物に沿って移動可能になっている。
【０００５】
ロボット機構は、1つまたは複数の自由度を有することができる。ロボットの自由度は、このロボット機構の全ての部品を位置付けるのに特定される、独立した位置変数の数に対応する。例えば、ロボットシステムは、これらの相対的単純化に基づいて用いられてきた３つの自由度を有する。このような３軸ロボットの１つは、サグエス他に付与された特許文献１に記載されている。このサガス他のロボットは、３つの移動軸を有し、ラジアル方向（Ｒ），角度方向（θ）及び垂直方向（ｚ）にロボットを移動することができる。
【０００６】
より複雑なロボットシステムは、６またはそれ以上の自由度を有し、同様に用いられている。多くのロボットでは、ロボットのリンクが、オープン型の連鎖を形成し、各ジョイント位置が単一の変数を定め、ジョイントの数が自由度の数に対応する。このように、６またはそれ以上の自由度を有するロボットは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、鉛直軸回りのヨー(yaw)軸、前後の傾きのピッチ(pitch)軸、左右の傾きのロール(roll)軸に移動することができる。
【０００７】
一般的なシステムでは、ロボット及び種々の処理ステーションのの形状が知られている。即ち、ロボットと注目の各位置との寸法関係が、許容誤差内でデザイン仕様または物理的測定から知られる。しかし、一般的に、このような情報は、十分に正確ではないので、ロボットは、システム構成要素または取り扱われる対象物を損傷することなく、適切に作動できることを確かめることができない。対象物の移動中、必要とする正確さに対して要求される許容範囲を保証するために、作業環境内に配置されたロボットは、作業環境のどの位置にあるかを教えられる。この教育は、手動、半自動、または完全に自動化することができる。
【０００８】
ロボットの教育またはロボットの較正は、自動化される場合には、自動教育または自動較正と言うことができる。さらに、システムが提供され、或いは、機械部品の磨耗、低下、あるいは故障及び必要な交換、更新、または点検等が必要なときはいつでも、ロボットは、このような変動に自動的に適合することができないので、修正した較正部品に対して再教育のポジションに置かれる。ロボットが決められた許容範囲内で適切に再教育されない場合、ロボットに対する重大な損傷またはウエハまたは対象物等の高価な対象物の損失を生じる。
【０００９】
手動の教育は、ロボット上のセンサおよび／またはロボット環境の回りに配置されたセンサの助けなしに、行われる。多くの時間を費やした後、手動の教育手順は、主観的となるので、誤差の可能性が高まる。これは、再び、再現性の問題を作り出す。
【００１０】
こうして、自動化された手順が多くの利用においてより好ましいものとなる。ウエハ移送ロボットを教育するための自動化されたアプローチの一例は、サグエス他に付与された特許文献２に見られる。この特許文献は、ウエハハンドリングロボットを自動的に較正する他のシステムを意図的に記載しており、このロボットは、その移動範囲内の位置に正確にウエハを移動することができる。このシステムは、メモリとロジック部を有するコントローラを含み、ロジック部は、３方向に移動可能な関節アームを有するロボットに接続されている。ロボットワンドおよびその包囲体の寸法的特性は、コントローラのメモリ内に蓄えられている。
【００１１】
特許文献２のロボットは、薄いビームレーザーセンサ、連続ビームセンサ、および反射ＬＥＤセンサを用いる。これらのセンサは、各包囲体および／またはロボットワンドに設けられ、これらは、作動されて、ワンド位置に関係するコントローラに信号を供給する。ロボットは、センサの応答信号と適当な寸法的特性の組み合わせによって制御される各包囲体位置で一連の前進的移動を実行するようにプログラムされている。プログラムされた運動の最後に、ロボットワンドは、処理ステーションまたはカセット内に位置決められて、正確な所定位置で対象物を取外しまたは解放するために係合することができる。
【００１２】
ウエハ移送ロボットを教育するための別の自動化されたアプローチが、サグエス他に付与された特許文献２に見ることができる。この特許文献において、目標構造体に対するウエハハンドリングロボットの正確な位置決めを自動的に較正する方法及び装置が記載されている。この装置は、３方向に移動可能なエンドエフェクタを有するロボットに接続された機械式コントローラを含む。このコントローラは、記憶された概算距離と、目標構造体の構造的特徴の位置を定める幾何学的データを有するメモリを備えている。このロボットは、一連のシーケンス移動における目標構造体に向けて移動するようにプログラムされており、目標構造体の予め選択された外形上の特徴部分に触れるロボットエンドエフェクタを用いて、各移動を完了させる。エンドエフェクタの各タッチングは、モータトルクの変動を用いることによって感知される。これは、目標構造体の正確な位置を計算するコントローラのためのデータを与える。このデータは、ロボットエンドエフェクタによって一連のタッチングステップ中に累積され、そして、ロボットの今後の作動に対する正確に較正された制御プログラムを与えるためにコントローラによってこのデータが利用される。
【００１３】
サグエス他の特許文献１,２に記載されている光ビームセンサ及びトルク感知アプローチは、いくつかの制限を受けている。特に、これら特許のアプローチは、より多くの自由度及び複雑な感知動作を伴うような３方向以上の動きを有するロボットに用いる場合には難しくなる。この感知アプローチの付加される複雑化は、高価なものとなり、また、較正および正確な感知が可能でないところでの教育における困難性を導くことになる。
【００１４】
さらに、モータトルク感知は、カセットのスロットへの教育のための平面的な動き等の単一の軸方向移動に制限される。こうして、この種の感知動作は、あるカセットまたは同等物に対する多数の入射角を受け入れるために必要とされるので、非平面の動きを取り扱うことができない。
【００１５】
タッチ感応デバイスは、「触覚センサ素子」、「タッチスクリーン」、「タッチパッド」または「タッチパネル」と呼ぶことができ、これらは、コンピュータインターフェース、パーソナルデータアシステント、携帯電話、および同等物を含む多くの適用例において広く用いられる。タッチ感応デバイスは、このデバイスの表面に触れることによって使用者が機械とのインターフェースを可能にする。これらのデバイスは、いくつかの技術を用いて、表面上のタッチ部分の位置を決定する。有利なことに、これらのデバイスは、タッチしたことを検出するのみならず、タッチした位置も同様に検出する。用いられる共通の技術としては、電極、抵抗ネットワーク、表面音響波、及び他のタイプの技術を含む。触覚感知、またはタッチ感知デバイスは、タッチ位置をコンピュータまたは他のデバイスによって処理される入力信号に変換する。例えば、タッチパネル等のタッチ感応デバイスは、導電性フェイスプレートを含む。この導電性フェイスプレート上のいずれかをタッチすることにより、フェイスプレートの導電被膜上のインピーダンスが変化する。測定時のこれらのインピーダンスは、タッチが生じた場合のみならず、タッチ感応面上のタッチした位置を示すために用いることができる。
【特許文献１】米国特許第６，２４２，８７９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０７５，３３４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、作業環境内で正確に仕事を行うために、ロボットを教育および／または較正するために有益な方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
特に、本発明は、１つ以上の触覚センサデバイスを設けており、この触覚センサデバイスは、エンドエフェクタ等の上に設けてロボットと結合して作動すること、および／または作業環境内で１つ以上の所望の位置に位置決めることができる。実際の効果において、本発明は、広い意味において、ロボットの較正および／または教育のためのタッチセンサとして触覚センサデバイスを用いる。
【００１８】
ロボットの教育及び較正手順のためにタッチ感応面または同等物を含む１つの触覚センサデバイスを用いて、これらの手順の多くの段階を単純化することができる。例えば、タッチ感応面は、高い解像能力をゆえに、X-Y座標系等の座標系内の正確な位置情報を示す信号を出力することができる。また、あるタッチ感応面は、タッチ力に関する情報を与え、感知の正確さ及び繰返し精度を高めるために用いることができる。
【００１９】
こうして、タッチ感応面またはタッチスクリーン等の触覚センサデバイスは、ロボットの利益のために高い精度の位置情報を与えることができる。
ロボットが作業環境と相互に作用する応用装置は、本発明の概念から利益を得ることができると考えられる。その結果として、ロボットと作業環境の選択は、特に限定されない。
【００２０】
本発明は、多軸ロボットが定められた環境内で作動し、さらに環境内の種々の位置、モジュール、またはステーションに移動し或いはこれらと相互に作用するロボットの応用装置のために特に適している。本発明の概念は、基板またはウエハまたはこのような基板のためのキャリア等の代替可能な有効積載量を取り扱うために考えられるロボットとともに利用されるとき、特に有利であることが明らかになる。このような対象物を取り扱うためのロボットは、一般的に、半導体処理手順の応用に用いることが見られる。
【００２１】
本発明の１つの形態によれば、ロボットの作業環境内でロボットの位置を教育するための方法が提供される。この方法は、作業環境におけるタッチ感応面を設け、タッチ感応面を対象物に接触させ、タッチ感応面に対する接触位置を示す信号を発生させ、発生した信号を含む情報を用いて、作業環境に接触する位置をロボットに教える各工程を含んでいる。
【００２２】
本発明の別の構成によれば、ロボットの移動可能な構成要素上に位置決められる触覚センサデバイスを較正する方法が提供される。この方法は、ロボットの移動可能な構成要素上に触覚センサデバイスを設け、この触覚センサデバイス上の複数の位置に接触することによって位置情報を決定し、さらに、ロボットを構成するために、所定の位置情報を用いる，各工程を含んでいる。
【００２３】
本発明の別の構成によれば、ロボットの移動可能な構成要素に関する位置情報を与えるための触覚センサシステムが提供される。このシステムは、触覚センサデバイス及び制御システムを含む。触覚センサデバイスは、少なくとも１つのタッチ感応ゾーンを含み、このタッチ感応ゾーンは、タッチ感応ゾーンと構造体との間の対象物の接触点についてのタッチ感応ゾーンに関連するフレーム内の位置情報を与えることができる。好ましくは、位置情報は、接触が生じたことを示すデータと、この接触が起きたタッチ感応ゾーンに関連するフレーム内の位置を示すデータを含んでいる。制御システムは、好ましくは、触覚センサデバイスからの情報を含む情報を用いて、ロボットの作業環境におけるロボットの移動可能な構成要素の位置を決定する。
【００２４】
本明細書に包含され、かつその一部を構成する図面は、本発明のいくつかの構成を例示するとともに、好ましい実施形態を示し、本発明の原理を説明するのに役立つものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に記載の本発明の実施形態は、全部を示すことを意味するものではなく、また次の詳細な説明に開示された特定の実施形態に本発明を制限するものではない。むしろ、これらの実施形態は、他人、特に当業者が、本発明の原理及びプラクティスを理解できるようにするためのである。
【００２６】
ここで用いられる触覚センサデバイス、タッチスクリーン、タッチパッド、またはタッチパネルの用語は、一般的に、現実の構造体、対象物、構成要素、または同等物との接触を検出することができるタッチ感応面を有するデバイスということができる。特に、タッチ感応面は、その感応面がタッチされることのみならず、関連するフレーム、即ち、座標系に関する情報等の感応面が接触される回りの位置情報を与えることができる。このような位置情報は、ロボットに関連するリファレンスの１つ以上のフレーム内のロボットの位置を決定するのに有効に用いられる。このようなデバイスは、単一のタッチ感応面または複数の感応面または領域を有することができ、この表面は、平面が好ましいが、非平面、即ち曲面であってもよい。これらのデバイスは、タッチスクリーン、タッチパット、タッチ感応入力デバイス等を包含するものとすることができる。
【００２７】
一般的に、タッチスクリーン等の触覚センサデバイスは、Ｘ−Ｙ座標フレームまたは極フレーム等の関連フレームに出力を与えることができる。例えば、4096×4096のピクセル配列、すなわち、Ｘ1、Ｘ2、・・・、Ｘ4096のピクセル列とＹ1、Ｙ2、・・・、Ｙ4096のピクセル行を有するピクセル配列を含むタッチスクリーンが提供される。タッチスクリーンに接触すると、タッチスクリーンは、正確にピクセル配列のどのピクセルまたは領域に接触したかを正確に識別することができる。このように、この例におけるタッチデータは、タッチスクリーンに関連する座標フレームにおける（Ｘ、Ｙ）データの形式である。言い換えれば、タッチ感応面は、正確にタッチを検出することができ、タッチ感応面上に起こるタッチを正確に決定する。対照的に、ロボットは、Ｘ，Ｙ．Ｚ，Ｒ，Θ等の異なる基準フレームを有する。これは、一般的に、タッチスクリーンの大部分が平坦面（曲面であってもよいが）であり、基準の２次元または平面フレームにタッチ情報を与えるからである。しかし、ロボットに対する基準フレームは、３次元空間に関係している。その結果、ロボットの基準座標を有するタッチスクリーンの座標フレームを基準とすることが望ましい。その結果、タッチが発生したとき、ロボットは、ロボットの基準座標内に接触点があることを知る。
【００２８】
ある利用において、触覚センサデバイスは、作業環境（時々、作業セルまたは作業エンベロープと呼ばれる）の特徴（以下で記載する基準構造等の）を正確に検出するものであり、この検出は、このような特徴部分に接触し、かつ触覚センサデバイスの基準フレーム（別の基準座標）内の前記特徴部分に回りの位置情報を報告することによって与えられる。この情報は、適当なフォーマット及びやり方で、直接的にまたは間接的ないずれでもよく、ロボットの基準座標内にロボットの回りの位置情報を決定するのに用いられる。好ましくは、例えば、触覚センサに作業環境の特徴部分を接触させ、触覚センサデバイス及びロボットの基準フレームの座標付けを行うことにより、ロボットは、作業環境の所望の配列位置を正確に学習することができる。
【００２９】
図１は、ミネソタ州のチャスカ及びテキサス州のアレンにある  エフエスアイ  インターナショナル社(FSI International,Inc)から入手可能のＰＯＬＡＲＩＳ（登録商標）2500またはＰＯＬＡＲＩＳ（登録商標）3500シリーズのクラスターツール等の代表的なツールクラスター１０を概略示している。このクラスター１０は、前部１４、側部１５、及び後部１７を含む。ツールクラスター１０の前部１４は、１つ以上のインターフェース２０を好ましくは備えており、このインターフェース２０を介して、基板またはウエハのバッチが、ポッド（FOUP's)１８で統一された工業規格の前部開口等の適当なホルダー内に支えられ、ツールクラスター内に運ばれ、そして、そこから取り出される。説明のために、ツールクラスター１０は、このようなポッド１８を４つ備えている。ツールクラスター１０は、また積層された機能ユニットを含むモジュール１９含むことが望ましい。このモジュール１９は、処理ステーション、制御装置、配管、供給源、及び同等物を収納するために用いることができる積層された機能ユニットからなる。このようなモジュール１９は、また、例えば、入口／出口ステーション、スピン被膜等の処理ステーション、現像ステーション、熱処理ステーション、ステッパーステーション、ウエハ貯蔵またはステージングステーション、及び同等物を含むことができる。
【００３０】
ツールクラスター１０は、本発明の原理を具現化する自動較正および教育システムとして利用する少なくとも１つのロボットを含む。図示するように、ロボット１２は、ツールクラスター１０内に配置され、エンドエフェクタ１３がFOUP's１８及びモジュール１９に到達でき、ロボット１２がFOUP's１８またはモジュール１９の中にまたはそこから外にウエハを移動できるようにする。こうして、ロボット１２は、１つ以上のウエハを把持し、ウエハをある場所から他の場所に移送し、ウエハを特定の場所に解放し、垂直方向、水平方向にあるいはウエハキャリア内に保持されたウエハのバッチをマッピングし、ロボットを自動教育または自動較正、及び同等の作業を行う。ツールクラスター１０は、付加的なロボットを含んで互いに相互作用させることができ、１つのロボットから他のロボットにウエハを移送し、ウエハを種々の位置間で移動することができる。
【００３１】
図２により詳細に図示するように、例示のロボット１２は、固定のベース支持体２６に回転可能に取り付けられた第１本体部分２４を有する。このロボット１２は、さらに、第２本体部分３０に旋回可能に取り付けられた第１リンク２８を含む。また、第２リンク３２が第２本体部分３０に回転可能に取り付けられる。第２リンク３２の先端部には、リンケージ３４が配置され、このリンケージ３４は、第１端部が第２リンク３２に旋回可能に取り付けられ、さらに、第２端部がエンドエフェクタ３６に回転可能に取り付けられている。また、以下で詳細に説明する触覚センサデバイス３８がエンドエフェクタ３６上に配置されている。ロボット１２は、市販されている形式のものであるが、本発明の範囲内に用いることができる作業環境内でエンドエフェクタを制御可能に移動できる種々の装置を有する他の形式のロボットを用いることもできる。
【００３２】
図示するように、好ましいエンドエフェクタ３６の外側端部は、一般的にＹ字形状に離間したフィンガー４０,４２を有する。エンドエフェクタ３６は、一般的に、ピックアップするためにウエハに解放可能に把持し、それを移動して下ろすための適当な機構(図示略)を備えている。このような解放可能な係合装置を与える適当な機構を用いることができる。例としては、エッジグリップ機構、真空係合機構、ベルヌーイ効果を介して全体的または部分的に作動する機構、これらの組み合わせ、及び同等物を含んでいる。エッジグリップ機構は、ウエハの移動方向の広い範囲または望ましい範囲においてウエハを係合する良好な制御装置を与える。
【００３３】
例示のロボット１２は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、鉛直軸回りのヨー(yaw)軸、前後の傾きのピッチ(pitch)軸、左右の傾きのロール(roll)軸の６つの方向に自由度を有する。好ましくは、ロボット１２は、ロボットの上記６つの方向における動きを独立に制御することができる１つ以上のモータ(図示略)を含む。ロボット１２のモータは、好ましくは1つ以上の機械コントローラ(図示略)に電気接続されており、ロボットの動きを方向付ける。ツール制御点が、好ましくは、全ての方向転換及び回転の指令が与えられる点に対して、ロボットコントローラにおいて、数値的に定められる。これらのモータ及びコントローラの詳細は、商業的に良く知られている。
【００３４】
上述したように、触覚センサデバイス３８は、基準構造体等の特徴、即ち、このような特徴に接触することによってロボットの作業包絡線を正確に検出するのに用いることができる。接触が起こると、感応面に接触した位置を示す信号が発生する。これと同時にシステムは、ロボットの対応する位置を知らせる。ロボットおよびセンサの基準座標を特定することによって、ロボットは、タッチした正確な位置を教えられる。
【００３５】
例示の基準構造体７０は、図３に示されている。この基準構造体７０は、ロボット１２によってウエハまたは基板の配送を要求する、基板またはウエハの処理ステーションを実際に、またはシミュレーションすることができるプラテン７２を含んでいる。基準構造体７０は、また、好ましくはピン７４,７６及び７８を含み、これらのピンは、較正および／または教育のために用いることができ、以下で説明する触覚センサ３８に接触する。基準構造体７０は、ロボット１２によって学習すべき所望の位置に配置される。例えば、基準構造体７０は、基板ホルダー、カセット、ＦＯＵＰ、処理ステーション、貯蔵位置、軌道、または同等物の取り付けられ、組み立てられる。代わりに、基準構造体７０は、ロボットの作業環境内に配置された触覚センサデバイスとともに用いられるロボット１２内に取り付けられ、または組み立てることができる。
【００３６】
図４及び図５において、ロボット１２は、触覚センサデバイス３８を有するエンドエフェクタ３６とともに図示されている。エンドエフェクタに配置された触覚センサデバイス３８は、開口４６を通って処理ステーション４４に到着する。図示するように、処理ステーション４４は、処理プラテン４８を含む。好ましくは、処理プラテン４８は、処理ステーションに対して移動可能なリフトピン５０,５１,５２を含む。リフトピン５０,５１,５２は、これらのリフトピンまたはプラテン４８を移動することによって、上昇位置に移動させることができる。
【００３７】
リフトピン５０,５１,５２は、これらのピン上に配置されたウエハを処理プラテン４８に対して所望の位置に支持する機能を有する。例えば、エンドエフェクタ３６によって担持されたウエハ(図示略)は、リフトピン５０,５１,５２が処理プラテン４８に対して上昇しながら、リフトピン５０,５１,５２上に配置される。上昇したリフトピンは、エンドエフェクタ３６を下げることを可能にして、リフトピン５０,５１,５２上にウエハを配置させることができる。こうして、作業環境内にあるリフトピン５０,５１,５２の位置は、本発明の原理を利用することにより、望ましい位置となり、この位置をロボット１２に教えることができる。即ち、リフトピン自体は、この特定位置にある基準構造体として役立つことができ、この例では、図３に示すように別個の基準構造体７０を用いる必要がない。
【００３８】
図６及び図７は、好ましい触覚センサデバイス３８をより詳細に示す。好ましくは、触覚センサデバイス３８は、図示するように、１つ以上の、好ましくは複数のタッチ感応ゾーンを有するように形成される。このタッチセンサゾーンは、リフトピン５０,５１,５２のように、感知されるべき所望の特徴の数に対応する数のゾーンを基板５４上に形成する。
【００３９】
従って、好ましい触覚センサデバイス３８は、第１、第２、第３の各タッチ感応ゾーン（タッチ感応面）５６,５８,６０を含み、これらのゾーンは、図３のリフトピン５０,５１,５２等の構造体または他の基準構造体と順次または同時に接触して感知するのに用いることができる。図示するように、タッチ感応ゾーンは、一般的に矩形状であり、互いに対してある角度をもって配置されている。タッチ感応ゾーンは、正方形、円形等の他の形状とすることもできる。
【００４０】
触覚センサデバイス３８は、単一のタッチ感応ゾーンまたは多数のタッチ感応ゾーンを含むことができる。多数のタッチ感応ゾーンを用いる場合、環状、直交する方向、径方向等の所望の方法で配置することができる。好ましくは、タッチ感応ゾーン５６,５８,６０は、１つのサイズ及び形状を有し、互いに対して配置されている。この配置は、リフトピンまたは同等物等の感知されるべき基準構造体の配置と異なっているが、同一のセンサデバイスで同時に感知することができる。代わりに、触覚センサデバイス３８は、色々な形状でいくつかの数のタッチ感応ゾーンを有するように形成することもでき、作業環境内に１つ以上の所望の特徴を感知するために所望の位置に配置することができる。
【００４１】
基板５４は、調質されたガラス、プラスチック、セラミック、チタンまたはステンレスまたはそれらの組み合わせた金属および／または金属合金等の１つ以上の適当な材料とすることができる。好ましくは、タッチ感応ゾーンの各解像度は、特定の応用のための所望の精度および／または正確さ等の要因を考慮することによって決定される。例えば、商業的に利用可能な、触覚センサデバイス３８のためのタッチ感応ゾーンは、解像度が4096×4096ピクセルである。好ましくは、構造体５５は、信号ベースコネクター５７を含み、この信号は、タッチ感応ゾーン５６,５８,６０に入力または出力することができ、有線または無線の技術または同等物のいずれかによって伝達することができる。このようなタッチ感応構造体は、本質的に商業的に良く知られている。
【００４２】
また、図６において、触覚センサデバイス３８は、選択的な真空グリップ領域６２,６３,６４を含んでいる。これらの領域６２,６３,６４は、良く知られまた発展した固定具または同等物等のロボット２２のエンドエフェクタに触覚センサデバイス３８を取り付けるために用いられる。代わりに、エンドエフェクタ３６は、この端部に触覚センサデバイス３８を保持するために適当な手段を含む。触覚センサデバイス３８は、教育を達成するための本発明の機能面が達成されるような適当な手段によって永久的に、または解放可能に、エンドエフェクタ３６に取付けることができる。
【００４３】
エンドエフェクタ３６に取り付けられる触覚センサデバイス３８は、オペレータまたは技術者によって必要とされるとき、ロボットそれ自体または他のロボットによって自動方法で取り付けることができる。代わりに、触覚センサデバイス３８は、ロボットに永久的に取り付けられるが、受動位置及び能動位置（教育位置または較正位置）の間で少なくとも移動可能である。
【００４４】
好ましくは、ロボット１２の教育は、ロボット１２が第１に触覚センサデバイス３８とともにエンドエフェクタを伸ばすことによって達成することができ、触角センサデバイス３８は、学習すべき所望の構造的特徴に接近するように配置される。例えば、ロボット１２は、触覚センサデバイス３８が図９に示すようにリフトピン５０,５１,５２の上方に配置される。ロボット１２は、例えば、ティーチペンダント(teach pendant)によって手動的にガイドされ、また自動的にあるいはプラグラムで移動することができる。次に、ロボット１２は、タッチ感応面またはタッチパッドの少なくとも１つ及び基準構造体との間で接触がなされるまで移動する。
【００４５】
上述したように、ツール制御点は、ロボットコントローラにおいて、数値的に定められ、この制御点で、全ての方向転換及び回転の指令が与えられる。ロボット１２は、ツール制御点を接触したタッチパッドのフレーム定義を用いて方向付けされ、接触が第２タッチパッド及び第２基準構造体との間でなされるまでピッチ軸、ロール軸、ヨー軸の座標フレームが定まる。２つの接触点を結ぶライン上にツールＸ軸を定めることにより、ツール制御点は、２つの接触点の間の中央位置に移動する。第３タッチパッドと第３基準構造体との間で接触がなされるまで、エンドエフェクタ３６が、前後の傾きのピッチ(pitch)軸、左右の傾きのロール(roll)軸、鉛直軸回りのヨー(yaw)軸上を移動する。
エンドエフェクタ３６が、小さなステップにおいてピン上で上昇及び下降するとき、所定のΔＺの許容値内で３つのタッチパッドおよびピンの全てが接触したことを確かめるために、小さな移動を生じさせることができる。マシン位置は、以下で示すように計算される。
【００４６】
３つのタッチパッド全てがリフトピン５０,５１,５２上に軽く載っている位置をロボットが見つけると、ロボットは、AP50, BP51, CP52を有し、iPjの各々は、基準フレームiにおけるリフトピンｊのＸ，Ｙ座標ベクトルを表わす。言い換えれば、これらは、それぞれのタッチパッド上の３つのリフトピンの各々のＸ，Ｙ接触位置を表わす。基準フレームＡ、Ｂ、Ｃタッチパッド５６,５８,６０のそれぞれに対応する。マシン位置を計算するために、リフトピンのチップのＸ，Ｙ座標は、世界座標すなわち｛Ｗ｝と呼ぶロボット基準フレームの世界座標に変換しなければならない。次の関係が用いられる。
WP50＝ WtＴ・tAＴ・ AP50
WP51＝ WtＴ・tBＴ・ BP51
WP52＝ WtＴ・tCＴ・ CP52
ここで、WP50は、ロボットの世界フレームにおけるリフトピン５０のＸ，Ｙ座標を表わし、tAＴは、タッチパッドＡからロボットツールフレームへの変換を表わす（この変換は、以下で説明する較正局面中で計算される。また、WtＴは、ロボットのツール制御点とロボットの世界基準フレームとの間の変換を表わす。
【００４７】
リフトピンの位置が世界フレームで知られると、マシン位置は、ピン形状についての公知のデータから決定される。図８は、処理プラテン４８の形状を示し、図９は、ロボット２２のエンドエフェクタ３６上に配置される触覚センサデバイス３８の上面図であって、典型的なツール制御点９０を示している。図８に示すように、WPDは、好ましくは、WP52とWP51の間の中間点として定められる。（ピン５１と５２の間の参照番号８０としてラベル付けされている。）新しいフレームは、WPDにオリジナルを有して、図８に示されたように方向付けされる｛ＰＩＮＦＲＡＭＥ｝として定めることができ、さらに、正のＸ軸８２、正のＹ軸８４、正のＺ軸８６を有する。この例では、ウエハの中心は、｛ＰＩＮＦＲＡＭＥ｝内のＸ＝17.72ｍｍに置かれることが望ましい。
｛Ｗ｝フレームにおける点Ｅを見つけるために、
【００４８】
【数１】
2006503721.tif 000003
ここで、WPEは、ロボットメモリ内に蓄えるためのマシン位置である。（参照番号８８としてラベル付けされている。）
【００４９】
このように、ロボットに対して配置された触覚センサデバイスを用いることによってタッチ感応面における本来固有の不正確さによる上記した手順における誤差の原因となる。このように、所望であれば、存在するいくつかの誤差を最小化することができる。第１に、ロボットの精度誤差がある。例えば、計算された点まで移動する能力は、その精度の尺度である。この誤差は、WPEがロボットのツール位置と同じ位置ではないとき、より大きくなる。ロボットは、ロボットが今いる位置からWPEの位置に移動するためにロボットの精度によらなければならない。この誤差を最小にするために、WPEは、いくつかの繰り返しを介して決定され、各時間は、前のWPEの位置でのロボットのツール制御点から始まる。
【００５０】
また、タッチセンサフレームとツール制御点との間にマッピングによる誤差がある。即ち、tAＴは、触覚センサデバイスを作るのに用いられる製造プロセスの制度と、触覚センサが、ロボットのエンドエフェクタ上にどのような精度で置かれたかの２つの精度による。この誤差源は、以下で説明する較正手順で測定され補償することができる。
【００５１】
付加的な誤差は、あるタッチ感応面に存在する非線形性により生じる。即ち、タッチパッドは、一般的に導体被膜されたプラスチックで作られている。これらは、製造処理中に延びる傾向がある。この広がりは、非線形応答により生じる。例えば、ピクセルＸ1000とＸ2000との間の物理的距離が10ｍｍであり、一方、ピクセルＸ2000とＸ3000との間の物理的距離が１２ｍｍである。この非線形応答に対して補償するために、バイリニア補間法(bylinear interpolation)がタッチパッドの表面をマッピングするのに使うことができる。
【００５２】
tAＴの較正は、図１０に示すように各タッチパッド上のいくつかの点に触れることによって実行される。図８に示された３つのピンを有するリフトピンの配列を思い出してみると、ポイントＮ等の点が、同時に３つのタッチパッド全てに登録される。点Ｎ、Ｓ、Ｍは、（＋／−）Ｘｔ軸に沿ってエンドエフェクタ３６を移動し、さらに、接触がなされるまで触覚センサデバイス３８をリフトピン上に落とすように降下させながら到達することができる。
点Ｅ及びＷは、（＋／−）Ｙｔ軸に沿って触覚センサデバイスを移動することによって同一の方法で作ることができる。点＋Ｒと−Ｒは、Ｚｔ軸の回りの僅かな回転を介して、触覚センサを移動することによって得ることができる。
【００５３】
較正局面の到達点は、tBＴマトリックスの要素を定めることであり、タッチパットを変換するためのスケール値をミリメータでカウントすることである。３つのタッチパッドの全てに対する較正データは、同様に決定される。このように、タッチパッドＢに対する好ましい計算は、以下に記載されており、さらにタッチパッドＡ、Ｃに対して繰り返すことができる。
【００５４】
変換は、Ｚ軸上の回転及びＸ，Ｙの並行移動からなる。
【００５５】
【数２】
2006503721.tif 000004
ここで、θは、タッチパッドの＋Ｘ軸とロボットツールフレームの＋Ｘ軸との間の角度を表わす。また、Ｘcorは、タッチパッドの＋Ｘ軸に沿って測定されるときに、タッチパッドの元の位置からロボットのツールフレームの回転中心までの距離を表わす。また、Ｙcorは、タッチパッドの＋Ｙ軸に沿って測定されるときに、タッチパッドの元の位置からロボットのツールフレームの回転中心までの距離を表わす。タッチパッド上の各軸に対するスカラー値は、ＢsxおよびＢsyとして表わされる。これらの値は、これらをミリメータに変換するために、タッチパッドＡ／Ｄ値を乗算する。
【００５６】
ツールフレームに対するタッチパッドの角度を計算するために、ポイントＮ，Ｓ，Ｅ，Ｗは、ポイントＭに比較される。ＢsxおよびＢsyがまだ計算されていなので、初期値が用いられる。ツールフレームに対するタッチパッドの角度は、次のように測定される。
θN＝atan[ΔＸ（ｍｍ）／ΔＹ（ｍｍ）]
θS＝atan[ΔＸ（ｍｍ）／ΔＹ（ｍｍ）]
θE＝atan[ΔＹ（ｍｍ）／ΔＸ（ｍｍ）]
θW＝atan[ΔＹ（ｍｍ）／ΔＸ（ｍｍ）]
ここで、ΔＸは、ＭのＸ値から、ミリメータにおけるＮのＸ値を引いた差、ΔＹは、ＭのＹ値から、ミリメータにおけるＮのＹ値を引いた差である。
【００５７】
最終θ値を得るために、全て４つの比較の結果が平均される。
ＢsxおよびＢsyの値をリファインするために、ロボットのツール制御点が、上記見出した角度によって回転され、そして、５つの接触点（N,S,E,W,M)が繰り返される。この時、Ｎ点及びＳ点は、Ｍ点から１０ｍｍにあり、かつタッチパッドのＹ軸に整合するであろう。Ｅ点及びＷ点もまた、Ｍ点から１０ｍｍにあり、かつタッチパッドのＸ軸に整合するであろう。
Ｂsx＝（１０mm／（Ｗｘ−Ｍｘ）ピクセル＋１０mm／（Ｍｘ−Ｅｘ）ピクセル）／２
Ｂsy＝（１０mm／（Ｎｙ−Ｍｙ）ピクセル＋１０mm／（Ｍｙ−Ｓｙ）ピクセル）／２
角度を見出し、さらにスケール要素を見出す工程は、変化が小さくなるまで数回の反復を繰り返す。前に述べたように、バイリニア補間方法でタッチスクリーンを較正するために、全グリッド点が集められる。
【００５８】
ロボットツールの中心は、以下のように決定される。Ｍ、Ｒ＋、およびＲ−の各点から円が定められる。これの３点の間の差のみが、ツールＺ軸の回りの回転であるので、円の中心がツールの元の位置にあることが知られる。円の中心を計算することによって、少なくともスクエアを回る適合円を用いることによって、Ｘcor及びＹcorを定めて、較正を完了する。
【００５９】
このように、本発明は、多軸ロボットマシンが作業包絡線内に物理的で固定された目的物を自動的にかつ正確に配置できるようにした、タッチ較正方法を提供する。この方法は、特に、ロボット利用に適しており、多軸ロボットが、定められた環境内で作動し、種々の処理ステーション位置に移動し、また相互に作用し合う。本発明は、各ステーション上に既知の及び明瞭な特徴にタッチすることによって高い精度で、ロボットを自動的にこれらのステーションに位置させるロボットとすることができる。
【００６０】
本発明の代表的な実施形態の多くの特徴および利点が、上述した記載によって説明されている。しかし、本発明の特定の形式または実施形態を説明したが、形状、部品の配置、及び同等物に対する修正を含む種々の変更は、本発明の範囲及び本発明の技術的思想から逸脱しないで作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、説明のために本発明と組み合わせて用いられ、自由度が６であるロボット、およびいくつかの処理ステーションを有する、マイクロエレクトロニクスデバイスを製造するためのツールクラスターに係る上面図である。
【図２】図２は、特に、ロボットのエンドエフェクタ上に配置される本発明の触覚センサデバイスを示している、図１のロボットの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の例示的に参照する構造体の斜視図である。
【図４】図４は、処理ステーションの処理プラテン上方に配置される触覚センサデバイスとともに示す図２のロボットの斜視図である。
【図５】図５は、図４のロボット、触覚センサ、及び処理ステーションの付加的な斜視図である。
【図６】図６は、図２に図示された本発明の触覚センサデバイスの上面図である。
【図７】図７は、線７−７に沿って見た図６の触覚センサデバイスの断面図である。
【図８】図８は、特定のリフトピンを示す図４の処理プラテンの斜視図である。
【図９】図９は、図２に図示され、かつロボットのエンドエフェクタ上に配置された本発明の触覚センサデバイスの上面図である。
【図１０】図１０は、図９の触覚センサの本発明の３つのタッチ感応ゾーンを示す概略図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  ツールクラスター
１２  ロボット
１９  モジュール
２０
３６  エンドエフェクタ
３８  触覚センサデバイス
４０  フィンガー
５０，５１，５２  リフトピン
５４  基板
５５  構造体
５６．５８  タッチ感応ゾーン
６２，６３，６４  真空グリップ領域
７０  基準構造体
７２  プラテン
７４,７６，７８  ピン
【図１】
2006503721.tif 000005
【図２】
2006503721.tif 000006
【図３】
2006503721.tif 000007
【図４】
2006503721.tif 000008
【図５】
2006503721.tif 000009
【図６】
2006503721.tif 000010
【図７】
2006503721.tif 000011
【図８】
2006503721.tif 000012
【図９】
2006503721.tif 000013
【図１０】
2006503721.tif 000014
【国際調査報告】
2006503721.tif 000015
2006503721.tif 000016