(57)【要約】【解決手段】ワークピースハンドリングロボットをステーションに対して較正するためのロボット較正装置である。ワークピースハンドリングロボットは、エンドエフェクタに取付けられてなるセンサを含む。ロボット較正装置は目標物を含み、これがセンサと協働して、制御装置は目標物の中心を決定することができる。目標物は円板形状のウエハである。ワークピースの少なくとも片側、好ましくは目標物の底側には、パターンが設けられる。パターンは、黒と白との交互の領域から構成されている。ワークピースハンドリングロボットは、カセットを搭載されているステーションの前方に配置される。カセットは、目標物を支持する支持面を有する。エンドエフェクタをカセットの最も下の支持面に近接させるようにエンドエフェクタのＺ軸高さが確立したならば、エンドエフェクタを検索パターンにて前進させて動かして、黒から白の領域への移行点のパターンを検索する。制御装置は、これらの移行点を格納し、アルゴリズムの方程式に移行点を使用して、目標物の中心を決定する。目標物の中心が確認されたならば、制御装置はロボットとステーションとの間の空間的な関係、特にステーションのワークピースの位置を知ることになる。その後に、ステーションにはワークピースがロードされて処理される。【選択図】図１
2004536443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットとステーションとの相対的な位置を決定する装置であって、前記ステーションはワークピース支持面を含み、前記ロボットはエンドエフェクタと前記エンドエフェクタに取付けられたセンサとを有し、前記エンドエフェクタは前記ワークピース支持面に近接させて前記センサを操作して、前記装置が、
前記ワークピース支持面に支持されてなる目標物と、
前記目標物の片側に配置されてなるパターンと、
前記パターン上の複数の移行点であって、前記センサによって検出可能であるような前記複数の移行点と、
（１）前記センサを前記パターンに近接させて動かし、前記センサは前記目標物の周辺部分の検索パターンにて動かされて、（２）前記センサが前記複数の移行点のそれぞれの移行点の位置を検出したときに、前記センサから情報を受取って、（３）それぞれの移行点の前記位置を使用して、前記目標物の位置を決定し、前記位置を格納する、ための制御手段と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
ロボットとツールの基準点との相対的な位置を決定するための装置であって、ロボットはエンドエフェクタと前記エンドエフェクタに取付けられたセンサとを有し、前記エンドエフェクタは前記基準点に近接させて前記センサを操作して、前記装置が、
基準点に配置されたパターンと、
前記パターン上の複数の移行点であって、前記センサによって検出可能であるような前記複数の移行点と、
（１）前記センサを前記パターンに近接させて動かし、前記センサは前記目標物の周辺部分の検索パターンにて動かされて、（２）前記センサが前記複数の移行点のそれぞれの移行点の位置を検出したときに、前記センサから情報を受取って、（３）それぞれの移行点の前記位置を使用して、ロボットに対する基準点の位置を決定し、前記位置を格納する、ための制御装置と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項３】
前記目標物は円板形状であることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項４】
前記パターンは複数の第１の領域と複数の第２の領域とを備え、前記複数の第１の領域は前記複数の第２の領域に比べて高い反射率を有していることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項５】
前記ワークピース支持面は、前記カセットの最も下にある支持面であることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項６】
前記目標物は第１の目標物を備え、ワークピース支持面は第１のワークピース支持面を備え、ロボット較正装置がさらに、前記第１のワークピース支持面の上方にある第２のワークピース支持面に支持されてなる第２の目標物を含んでいることを特徴とする請求項５に記載のロボット較正装置。
【請求項７】
前記パターンは前記目標物の底側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項８】
前記複数の黒い領域と前記複数の白い領域とは、４つの四分円の形態を構成して、２つの対向する黒い領域と２つの対向する白い領域とが備えられていることを特徴とする請求項３に記載のロボット較正装置。
【請求項９】
前記制御手段は、第１の線を形成して検出される第１の移行点と第３の移行点を使用すると共に、第２の線を形成して検出される第２の移行点と第４の移行点を使用して、目標物の前記位置を決定し、その後に、前記第１の線を表わす第１の方程式を前記第２の線を表わす第２の方程式と等しく設定して、前記第１の線と前記第２の線とが等しくなる座標を決定することを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項１０】
前記センサは前記エンドエフェクタに着脱可能に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項１１】
前記センサは前記エンドエフェクタの一体的な部分となっていることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項１２】
前記センサが第１の反射率である第１の領域から第２の反射率である第２の領域へと移行したときに、これを表わすためのインジケータを前記ロボットにさらに含み、前記第１の反射率は前記第２の反射率とは異なっていることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項１３】
前記エンドエフェクタが前記支持面に対して平行になったことを検出するための３つの近接センサをさらに含み、前記３つの近接センサは前記エンドエフェクタに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項１４】
前記近接センサからのフィードバックに基づいて、エンドエフェクタと支持面との平行を調整するためのアクチュータをさらに含んでいることを特徴とする請求項１３に記載のロボット較正装置。
【請求項１５】
前記目標物は正方形の形状であって、前記複数の移行点は少なくとも６つの領域のパターンを形成していることを特徴とする請求項１に記載のロボット較正装置。
【請求項１６】
複数のステーションに対するロボットの位置を決定するための較正装置であって、前記ロボットはエンドエフェクタを含み、前記複数のステーションのそれぞれは少なくともひとつの支持面を有していて、前記エンドエフェクタは前記少なくともひとつの支持面に隣接し近接して位置決めされ、前記ロボットの前記位置を前記複数のステーションのそれぞれに連続的に決定し、前記較正装置が、
前記複数のステーションの前記少なくともひとつの支持面のそれぞれに支持されてなる目標物であって、前記目標物は、
前記目標物のそれぞれの片側にあるパターンと、
前記パターンにある複数の移行点と、を含み、
前記ロボットの前記エンドエフェクタに配置されてなるセンサであって、前記パターンの前記複数の移行点を検出するための前記センサと、
前記複数のステーションのそれぞれについて連続的に以下の機能、すなわち、（１）前記センサが前記パターンの移行点を検出するように、前記目標物の周辺部分にて前記エンドエフェクタを動かし、（２）前記センサが前記複数の移行点のそれぞれの移行点の位置を検出したときに、前記センサから情報を受取って、（３）前記移行点を使用して前記目標物の位置を決定し、（４）前記位置を格納する、各機能を実行するための制御装置と、
を備えていることを特徴とする較正装置。
【請求項１７】
前記制御手段は、第１の線を形成して検出される第１の移行点と第３の移行点を使用すると共に、第２の線を形成して検出される第２の移行点と第４の移行点を使用して、前記目標物の前記中心を決定し、その後に、前記第１の線を表わす第１の方程式を前記第２の線を表わす第２の方程式と等しく設定して、前記第１の線と前記第２の線とが等しくなる座標を決定することを特徴とする請求項１６に記載のロボット較正装置。
【請求項１８】
ロボットとステーションとの相対的な位置を決定するための方法であって、この方法が、
（ａ）前記ステーションに支持されている目標物へ向けて、ロボットの少なくともひとつのセンサを動かす段階と、
（ｂ）移行点を検出すべく、検索パターンにて前記目標物の下側に近接させて前記少なくともひとつのセンサを動かす段階と、
（ｃ）段階（ｂ）で検出された前記移行点を使用して前記目標物の中心を決定する段階と、
（ｄ）前記目標物の前記位置を格納する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記ロボットを較正するための方法であって、前記目標物の前記中心を決定する前記段階（ｃ）が、第１の線を形成して検出される第１の移行点と第３の移行点を使用すると共に、第２の線を形成して検出される第２の移行点と第４の移行点を使用して、目標物の前記位置を決定し、その後に、前記第１の線を表わす第１の方程式を前記第２の線を表わす第２の方程式と等しく設定して、前記第１の線と前記第２の線とが等しくなる座標を決定することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
支持面を有するステーションを含んでなる装置において、前記装置は、エンドエフェクタと前記エンドエフェクタに取付けられてなるセンサとを有するロボットを含み、前記ロボットは前記センサを３次元空間中にて操作することができ、前記ロボットと前記ステーションとの相対的な位置を決定する方法が、
（ａ）前記支持面の上に目標物を支持する段階であって、前記目標物はパターンを有し、前記パターンは複数の移行点を含んでいるような上記段階と、
（ｂ）前記エンドエフェクタの前記センサを、前記目標物の前記パターンに近接させた検索パターンにて操作する段階と、
（ｃ）前記パターンの前記複数の移行点を検出する段階と、
（ｄ）前記ステーションに対する前記ロボットの位置を決定すべく、前記複数の移行点を使用して、前記目標物の位置を決定する段階と、
（ｅ）前記目標物の前記位置を格納する段階と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２１】
前記ロボットを較正するための方法であって、前記目標物の位置を決定する前記段階（ｄ）が、第１の線を形成して検出される第１の移行点と第３の移行点を使用すると共に、第２の線を形成して検出される第２の移行点と第４の移行点を使用して、目標物の前記中心を決定し、その後に、前記第１の線を表わす第１の方程式を前記第２の線を表わす第２の方程式と等しく設定して、前記第１の線と前記第２の線とが等しくなる座標を決定することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ワークピースを搬送する機構とワークピース搬送機構の動作範囲内にある基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置であって、この装置が、
ワークピース搬送機構に取付けられてなるセンサと、
基準点にあるパターンであって、前記パターンは複数の移行線によって形成されてなる複数の領域を含んでいるような上記パターンと、を備え、
装置は、ワークピース搬送機構を動作させて、前記複数の前記移行線のうちの複数の移行線を横切るように前記センサを動かして、前記センサが前記複数の移行線のうちの移行線を横切ったことを検出できることによって、ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定することができる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２３】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、ワークピースツールにあるワークピースを支持するためのステーションに基準点があることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、基準点は、ワークピースツールにあるワークピースを支持するためのステーションにはないことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、ワークピースツールは、半導体処理ツールと測定ツールとソーターとのうちのいずれかひとつであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、ワークピースは、半導体とレチクルとフラットパネルディスプレイとのうちのいずれかひとつであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２７】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、前記ステーションは、ロードポートと整列器と保管棚とのうちのいずれかひとつであることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、前記パターンは前記ステーションに付与されていることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、さらに目標物を備え、前記パターンは前記目標物に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３０】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、前記目標物は実質的にワークピースと同じ形状であることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、前記センサは移行線を横切ったことを検出することができて、前記移行線の片側の領域は前記移行線の他の領域とは異なった反射率を有していることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３２】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、前記センサは移行線を横切ったことを検出することができて、前記移行線の片側の領域は前記移行線の他の領域とは異なった導電率を有していることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３３】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、前記センサは移行線を横切ったことを検出することができて、前記移行線の片側の領域は前記移行線の他の領域とは異なった保磁力を有していることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３４】
ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を決定するためのワークピースツールに関連した装置において、前記センサは移行線を横切ったことを検出することができて、前記移行線の片側の領域は前記移行線の他の領域とは異なった高さを有していることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３５】
第１の時間的瞬間の後の第２の時間的瞬間における、ワークピースを搬送する機構とワークピース搬送機構の動作範囲内にある基準点との相対的な位置を自動的に決定するための方法であって、第１の時間的瞬間においてのワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置は既知であり、ワークピース搬送機構はセンサを含み、基準点は複数の移行線によって形成されてなる複数の領域を含んでいるパターンに配置されていて、この方法が、
（ａ）第１の時間的瞬間における既知のワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を表わすデータを第２の時間的瞬間についてのワークピース搬送機構へと変換して、ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を少なくとも粗く決定する段階と、
（ｂ）ワークピース搬送機構を動作させて、複数の前記移行線のうちの複数の移行線を横切らせるようにセンサを動かす段階と、
（ｃ）前記複数の移行線のうちの移行線をセンサがいつ横切ったのかを検出して、ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を精密に決定する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項３６】
ワークピースを搬送する機構とワークピースツールにおけるワークピース搬送機構の動作範囲内にある基準点との相対的な位置を自動的に決定するための方法であって、ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置の概略は既知であり、ワークピース搬送機構はセンサを含み、基準点は複数の移行線によって形成されてなる複数の領域を含んでいるパターンに配置されていて、この方法が、
（ａ）ワークピース搬送機構と基準点との概略既知である相対的な位置を表わすデータを変換して、ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を少なくとも粗く決定する段階と、
（ｂ）ワークピース搬送機構を動作させて、複数の前記移行線のうちの複数の移行線を横切らせるようにセンサを動かす段階と、
（ｃ）前記複数の移行線のうちの移行線をセンサがいつ横切ったのかを検出して、ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を精密に決定する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項３７】
ワークピースを搬送する機構とワークピースツールにおけるワークピース搬送機構の動作範囲内にある少なくともひとつの基準点との相対的な位置を決定するための方法であって、ワークピース搬送機構はセンサを含み、少なくともひとつの基準点は複数の移行線によって形成されてなる複数の領域を含むパターンの少なくともひとつに配置されていて、この方法が、
（ａ）ワークピース搬送機構の少なくともひとつのパターンに近接させてセンサを位置決めする段階と、
（ｂ）ワークピース搬送機構を動作させて、複数の前記移行線のうちの複数の移行線を横切らせるようにセンサを動かす段階と、
（ｃ）前記複数の移行線のうちの移行線をセンサがいつ横切ったのかを検出して、ワークピース搬送機構と基準点との相対的な位置を精密に決定する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項３８】
ワークピースを搬送する機構とワークピースツールにおけるワークピース搬送機構の動作範囲内にある少なくともひとつの基準点との相対的な位置を決定するための方法であって、さらに（ｄ）ワークピース搬送機構と少なくともひとつの基準点との相対的な位置を、先に検出されたワークピース搬送機構と少なくともひとつの基準点との相対的な位置と比較する段階、を備えていることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
ワークピースを搬送する機構とワークピースツールにおけるワークピース搬送機構の動作範囲内にある少なくともひとつの基準点との相対的な位置を決定するための方法であって、前記少なくともひとつの基準点はワークピースのキャリアに含まれる第１及び第２の基準点を備え、前記段階（ｄ）では、キャリアが適切に配列されたか否かを決定することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハをハンドリング及び処理する機器に関し、特に、ウエハハンドリングロボットを半導体ワークピースツールのステーションに対して較正するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークピースハンドリングロボットを半導体ウエハの製造に導入することは、プロセスツール及び／又はワークピース保管装置などのワークピースツールの様々なステーションとハンドリング位置との間にてウエハを移動させるための、手作業若しくは初期型の搬送機器に比べて、著しい自動化の進歩を提供する。在来のワークピースハンドリングロボットにおける重要な特徴は、第１の位置にあるワークピースに迅速かつ正確にアクセスし、デカルト座標系の異なったＸＹＺ座標を有するような新たな位置へと届けて、ワークピースを損傷させる危険を伴なわずにワークピースを置くことである。
【０００３】
このことを達成するために、代表的なロボットは、ベースに取付けられたシャフトを含んでいて、垂直軸線に沿って並進運動をさせている。第１のアームないしリンクは、シャフトの上端に回転可能に取付けられて、第２のアームないしリンクは第１のアームの反対側の端部に取付けられる。ワークピースハンドリングロボットはさらに、第２のアームにピボット式に取付けられてなるエンドエフェクタを含んでいて、これがワークピースを支持する。さらに、様々なモータが在来的にはベースの内部に取付けられていて、シャフトを並進させたり、エンドエフェクタが３次元空間中において制御操作されるように、第１及び第２のアームを回転させる。
【０００４】
ワークピースハンドリングロボットのエンドエフェクタが、ワークピースのハンドリング中に正確に配置されることを確保するために、ロボットがワークピースを出し入れ搬送するためのワークステーションに対してロボットを較正することが必要である。例えば、ワークステーションを交換したり修理したりするときなど、ワークステーションが動かされる毎に、較正処理を実行して、ロボットをワークステーションに適切に位置決めする必要がある。しばしば、単一のロボットが、ワークピースツールにおける複数のワークステーションと共に動作する。この例においては、ロボットは、それぞれのステーションと協働するように較正する必要があるのみならず、ステーションのひとつが動かされたならば、いつでも、後述する理由のために、移動したステーションと協働するようにロボットを再較正することが必要であり、さらにロボットがサービスを提供する各ワークステーションと協働するように再較正することが必要になるのが通例である。
【０００５】
ロボットを較正ないし“ティーチング”することによって、ロボットは、ロボットに対するステーションの位置を格納された記憶にゆだねることができる。ロボットを特定のステーションに対して較正（又は再較正）するために、オペレータによって、ロボットとステーションとの間の正しい配置の粗い近似が確立される。その後に、エンドエフェクタは、オペレータが適切なエンドエフェクタの位置であると見積った、ワークステーションの位置へと動かされて、ワークピースをステーションに引渡したり取得したりする。代表的には、オペレータは目視によって、エンドエフェクタを、ステーションのカセットの支持されてなるワークピースの中央位置へと整列させる。オペレータは遠隔制御式の“ティーチングペンダント”を使用してエンドエフェクタを位置決めするか、または、手作業にて、オペレータが適切な位置であると見積った位置へとエンドエフェクタを引きずって動かす。それからロボットとステーションとの相対的な位置は、メモリに格納される。
【０００６】
従来の較正手順は多くの不都合を有している。目視によってエンドエフェクタをワークピースの中心に整列させることは、個別のオペレータの正確さに依存するために、不正確で主観的であることが判明している。さらに、カセットの構造のために、その中にあるワークピースの中心を決定するための視覚的な検査を大いに妨げる。多くの場合に、オペレータは、ワークピースが搬送される通路となるカセットの前部を通してだけの視覚的なアクセスを有する。さらに、オペレータが手作業でロボットのアームを引きずるような場合には、ロボットに追加的な力が働いて、これによって、その後にロボットが機能するのに困難を生じさせることがある。
【０００７】
さらに、ワークピースハンドリングロボットをステーションに対して較正するための標準的な手順というのは存在しないので、較正手順には再現性がない。ひとつの問題点は、ひとりのオペレータが使用したワークピースハンドリングロボットのステーションに対する較正手順は、２人目のオペレータが同一のロボットについて同一のステーションに対して使用した較正手順とは異なることがある点である。例えば、第１のオペレータはロボットの第１の箇所をワークピースの中心に整列させる一方で、第２のオペレータは第２のの異なった箇所を使用することだろう。この結果、たとえロボットが適切に新たな変更されたステーションに対して較正されたとしても、既存のステーションへのワークピースの搬送に欠陥が生じることがある。従って、前述の如く、単一のロボットによってサービスを受ける複数のステーションのうちのひとつのステーションが追加されたり動かされたりすると、特定のステーションについての較正が必要になるだけでなく、多くの場合、他の各ステーションもまた、再較正して、ロボットのサービスを受けるそれぞれのステーションが同じく較正されて、同一の基準点から離れることになる。
【０００８】
さらに別の問題点は、ひとつのステーションについてオペレータが使用した較正手順は、同一のオペレータが第２のステーションについて使用した較正手順とは異なっていることがある点である。こうした一貫性の欠如の結果、ひとつのステーションが他のステーションからかなり逸脱して機能したり、ワークピースの損傷を生じさせたりする。再現性のある一貫した較正手順が存在しないために、特定のステーションのパフォーマンスやワークピースに生じた損傷の原因を決定することはできない。
【０００９】
さらに、ひとりのオペレータが使用した較正手順の品質と、第２のオペレータが使用した較正手順の品質とを比較する手法が存在しないことから、較正手順は定量化されていない。同様に、ひとつのワークステーションに使用された較正手順の品質を第２のワークステーションに使用された較正手順の品質と比較するための手法も存在しない。
【００１０】
かかる問題点を解決するために、公知の較正方法では、ワークピースツールのすべてのステーションに据付けられたセンサを含んでいる。センサは、その位置がステーションの処理動作に干渉しない限り、エンドエフェクタが届く範囲のステーションのあらゆる位置に取付けられる。ワークピースの位置を確認すべくロボットがセンサを探すことによって、較正手順は完了する。この方法は、オペレータの不正確に起因する誤差を解消できるという利点を有している。しかしながら、複数のステーションが存在するとしたならば、それぞれのセンサをロボットに対して取付けて較正する必要がある。例えば、１２台のステーションがあるとするならば、１２個のセンサを取付けてウエハハンドリングロボットに対して較正しなければならないか、あるいは、ひとつのセンサを手作業でそれぞれの１２台のステーションの周囲に動かすことが必要である。従って、より多くのセンサを設けることは、較正装置が高価になって、時間を要するということを意味する。
【００１１】
ひとつの公知の装置においては、センサを含む支持構造が、ワークステーションに直接的に、ワークステーションに対する既知の位置に取付けられている。ロボットはステーションに大ざっぱに整列されて、まわりを動くことで、センサがロボットの１又は複数の外側の周縁を確認できるようになっている。ロボットの外側の周縁が確認されたならば、ロボットのセンサとステーションとに対する位置を決定して格納することができる。このタイプの装置の不都合は、ロボットをツールの各ステーションに対して整列するためには、センサの構造がそれぞれのステーションに取付けられているか、または、単一のセンサ構造をそれぞれのステーション間において動かす必要があることである。さらに、センサと制御装置は、単一の公知の形態のエンドエフェクタの周縁を確認するように構成される。しかしながら、単一かつ一定の形状のエンドエフェクタというのは存在せず、従ってセンサの構造の使用は制限されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の利点は、ワークピースツールのワークステーションに対するワークピースハンドリングロボットの位置と向きとを決定できるような、ロボットの較正装置を提供することである。
本発明の他の利点は、ステーションに対してワークピースハンドリングロボットを短時間にかつ容易に較正できるような、ロボットの較正装置を提供することである。
本発明のさらに別の利点は、単一の較正セッションにおいて、複数のステーションに対するワークピースハンドリングロボットの較正を行なうことができるような、ロボットの較正装置を提供することである。
【００１３】
本発明の別の利点は、安価であって、水平面におけるステーションとロボットとの相対的な位置を検出するためにひとつだけしかセンサを必要としないような、ロボットの較正装置を提供することである。
本発明のさらに他の利点は、正確な位置的な精度と再現性とが可能になるような、ロボットの較正装置を提供することである。
本発明のさらに別の利点は、オペレータにとってアクセスと視認性とが容易である構成要素を含んでいるような、ロボットの較正装置を提供することである。
【００１４】
本発明のさらに他の利点は、較正手順中におけるオペレータの介入を最小にできるような効率的な、ロボットの較正装置を提供することである。
本発明のさらに別の利点は、干渉せずにあらゆるステーションへ収容できるような目標物を利用しているような、ロボットの較正装置を提供することである。
本発明の他の利点は、ワークピースハンドリングロボットに容易にかつ迅速に取付け及び取外し可能であるようなセンサを含み、または、エンドエフェクタに一体的に組込まれたセンサを含んでいるような、ロボットの較正装置を提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の利点は、ロボットを利用した物質のハンドリング作業の大部分に普遍的に適用可能であるような、ロボットの較正装置を提供することである。
本発明のさらに他の利点は、簡易なデザインで少ない部品数で容易に構成できるような、ロボットの較正装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によって提供されるこれらの及びその他の利点は、好ましい実施形態においては、ワークピースツールにおけるワークステーションに対してワークピースハンドリングロボットの位置を正確に決定するためのロボット較正装置に関する。好ましい実施形態においては、ワークピースハンドリングロボットは、好ましくは逆反射光学センサであるセンサを、ロボットのエンドエフェクタの端部付近に配設されて含んでいる。センサは、Ｕ字形のウエハ支持プラットホームを形成しているエンドエフェクタの２つの指部と基部部分との間に着脱可能に取付けられる。センサの感度は、反射光のわずかな変化を検出できるように設定される。
【００１７】
ロボット較正装置はさらに、表面に反射率のパターンを含んでなる目標物を含んでいて、この目標物はオペレータによってステーションに配置される。目標物は、ステーションにロードされる代表的なワークピースと同一のサイズであるか、または、わずかに大きいサイズであって、ロボットによってステーションへ搬送され、また、搬出されるワークピースと同一の位置にてステーションに配置される。目標物は、ステーションの固定位置に配置されるのであれば、ステーションで使用される代表的なワークピースとは異なった形状及びサイズでも良い。目標物の周辺部分でエンドエフェクタを動かすことによって、ロボットの制御装置と組合わされたセンサは目標物の中心を特定することができる。ステーションにある目標物の中心が確認されたならば、制御装置はロボットとステーション、特にステーションにあるワークピースの位置との空間的な関係を知ることになる。ロボットに対して目標物の中心位置が確認されると、これは制御装置のメモリに格納される。その後、制御装置はエンドエフェクタをかかる位置へと復帰させて、ステーションからウエハを取得したりステーションへウエハを戻したりする。
【００１８】
目標物の反射率パターンは、目標物の少なくとも片側に、好ましくは目標物の底側にある。様々な反射率パターンを想定することができるけれども、好ましい目標物の反射率パターンは、黒い領域と白い領域とを交互にして形成された４つの四分円から構成される。４つの四分円は、垂直に交差する２本の線によって区画される。２本の線の交差点は目標物の中心を表わす。
【００１９】
目標物は、炭素繊維などの任意の様々な耐久性のある材料から形成することができる。炭素繊維を使用した場合には、黒い繊維に白い反射率パターンを塗布する。変形例としては、目標物を光沢のある材料から形成して、黒いパターンを表面に塗布しても良い。さらに別の変形例においては、白と黒とのパターンの双方を目標物に塗布しても良い。どのように反射率パターンを付着させるかにかかわらず、逆反射センサは、目標物の上にある黒い領域から白い領域への移行を検出することができる。
【００２０】
動作に際して、ステーションとロボットとの間にてワークピースを搬送すべくロボットをステーションに対して位置決めするには、目標物を支持してなるステーションに対してワークピースハンドリングロボットを近似的に配置する。目標物は、ワークピースカセットの最も下にあるスロットに配置して、このカセットは支持面上に配置される。変形例としては、支持面は、支持面上にあるワークピースカセットの最も下のスロットに入れられるワークピースと同様であるＸＹＺ座標に目標物が支持されるような構造を含んでも良い。
【００２１】
ロボットを最初に最も下のＺ軸位置として、ロボットのアームをＺ軸線に沿って垂直方向にシャフトで上昇させて、エンドエフェクタとセンサとを目標物の下側に配置させる。エンドエフェクタはさらに真空センサを含む。エンドエフェクタが目標物に到達すると、真空センサはワークピースとセンサとが近接したことを検知する。この位置は、カセットの中の最も下のワークピースの下側にエンドエフェクタが配置されたときのロボットのＺ軸高さに対応している。最も下のワークピースの垂直位置は、制御装置に格納される。
【００２２】
それから、エンドエフェクタはわずかに目標物から垂直に下降して、エンドエフェクタと目標物との間に小さい間隔が生じるようにする。エンドエフェクタは、ロボットの中心軸線に対する半径方向（"ｒ"）と回転方向（"θ"）との動きの検索パターンにて動いて、目標物の反射率パターンが黒い領域から白い領域へと移行するのを、またその逆に移行するのを、目標物の底面において検索する。エンドエフェクタは、例えば丸いパターンや正方形のパターンなどの別のパターンにて目標物の下側を動いても良いことを理解されたい。検索パターンを決定するパラメータは制御装置の内部に格納されていて、制御装置は、オペレータの介入を必要とせずに、自動的に検索パターンに従ってエンドエフェクタの操作を制御する。例えばＬＥＤライトなどのインジケータをロボットのアームに備えて、黒い領域から白い領域へ、また、この逆へ移行したことを表示する。ひとつの実施形態においては、センサは、黒い領域の下側に位置しているときには照明されて、白い領域の下側に位置しているときには照明されない。
【００２３】
エンドエフェクタは目標物の下側のひとつの全体的な経路をとって、完全な検索パターンが形成されて、四分円の移行点が決定される。４つの移行点の位置を使用して、制御装置は、２本の線の位置と、２本の線が交差する座標とを決定する。アルゴリズムの方程式を使用して、制御装置は、極座標系にて定められる移行点の位置（ｒ，θ）を、デカルト座標系の座標（ｘ，ｙ）へと変換する。２つの点は線を定めるので、制御装置は、検索パターン中に検出された第１と第３との移行点を使用して第１の線の配置を定め、第２と第４との移行点を使用して第２の線の配置を定める。次に、制御装置は、双方の線の上にある座標の組を見つけだすことによって、２本の線が交差する点のデカルト座標値を決定する。２本の線の交差点は、目標物の中心を形成している。この点を制御装置のメモリに格納して、エンドエフェクタは再現的にかかる点に移動して、ワークピースをワークステーションに戻したり、ワークステーションから取得したりする。以下、添付図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１〜図１２を参照して本発明について説明すると、これは、ワークピースツールにおける複数のステーションに対してワークピースハンドリングロボットを較正するためのロボットの較正装置であって、制御装置は、ワークピースハンドリングロボットとステーション、特にステーションにあるワークピースの位置との間の空間的な関係を特定することができる。本願において、ワークピースツール又はツールの用語は、ウエハ製造における任意の様々なツールを意味していて、それらは例えば、シリコンやシリコン化合物及び金属の層をウエハの上にパターン形成して個別のＩＣデバイスを形成すべく使用されるプロセスツールや、ウエハに様々な試験を行なってウエハが仕様を満たして製造されていることを確認するための測定ツール、及び、ウエハソーターに配置された様々なキャリア間にてウエハを搬送し、キャリアカセットの内部のウエハの位置をマッピングし、ウエハを識別するなどの様々な機能を実行するソーターなどである。本願において、ワークステーション又はステーションの用語は、ワークピースツールにおける任意の位置であって、ワークピースハンドリングロボットからワークピースが解放されたり取得されたりするようなあらゆる位置を意味する。
【００２５】
本発明について円板状の半導体ウエハに関連して説明するけれども、本発明は、丸形やＵ字形、正方形、その他の形状である既知の寸法の様々なワークピースのあらゆるものについて、中心を位置決めするために使用できることを理解されたい。半導体ウエハに加えて、そうしたワークピースにはレチクルやフラットパネルディスプレイが含まれる。また、本発明は様々なサイズのワークピースに使用でき、以下に述べる寸法はそれに応じて変更される。
【００２６】
以下、本発明の第１の実施形態について、単一のステーションに対して較正されるワークピースハンドリングロボットを参照して説明する。利用されるワークステーションのタイプは本発明においては重要ではなくて、他の実施形態においては著しく変更されることを理解されたい。例えば、図１においては、ワークステーションは、在来の割送り装置などのロードポートを備え、これがカセット支持ポッドやむき出しのカセットを製造設備の別の位置から受取って、カセットをワークピースハンドリングロボットへ引渡す。図１に示したワークステーションはカセットを支持しているけれども、ワークステーションは個別のワークピースを支持できる支持面を含んでいても良いことを理解されたい。本発明による較正手順は、ワークステーションが追加されたり、その他にワークピースハンドリングロボットに対して再配置されたりしたときには、いつでも行なわれる。変形例としては、較正手順はウエハハンドリングロボットを交換したり、その他に１又は複数のワークステーションに対して再配置されたときにはいつでも行なうことができる。
【００２７】
図１に示した本発明の第１の実施形態を参照すると、小型環境２０は、床２２と、床２２の下方にあって後述する制御装置と機械装置とを収容する制御領域２４とを含んでいる。小型環境は、ワークステーション１５からの半導体ウエハなどのワークピースにアクセスするためのワークピースハンドリングロボット２６を含んでいる。図示の実施形態におけるワークステーションは、例えば在来の割送り装置を備えていて、これが、ポッドシェル２１とカセット３２が支持されるポッドドア（図示せず）とを有するようなカセット支持ポッドを受入れる。割送り装置は、むき出しのカセット３２を受入れるようにしても良い。カセットは複数の棚３０を含んでいて、その上には各ワークピースが平行に間隔を隔てて支持される。カセットとポッドドアとは支持面に支持されていて、これはワークステーションが割送り装置を構成している実施形態においては、ポートドアである。昇降機３３は、ポッドドアとカセットとを載せた支持面を、ロボット２６が棚３０のワークピースにアクセスできる高さにまで下降させる。さらに、図示のロボット２６とワークステーション１５とは、図１の小型環境２０の内部に配置されているけれども、他の実施形態では小型環境を省略することもできることを理解されたい。
【００２８】
本発明は、図１に示したように単一のワークステーションに対してロボット２６を較正するために使用することができるけれども、本発明による装置は、例えば図２の平面図に示したソーター１６などの複数のワークステーションに対してロボット２６を較正するためにも使用することができることを理解されたい。ソーター１６は、例えばロードポート１７や整列器１８などの様々なワークステーションを含んでいる。ロボット２６が複数のワークステーションと共に動作する場合には、最初の較正手順は順番に各ワークステーションについて実行される。その後に、ワークステーションが追加されたり、ロボットのサービスを受けるひとつのワークステーションが交換又は再配置されたりした場合には、新たな又は交換されたワークステーションだけをロボットに対して較正すれば良い。既存のワークステーションに対するロボットの再較正はまったく必要ない。
【００２９】
図１〜図３を参照すると、ワークピースハンドリングロボット２６は、ワークピースのハンドリング領域２０の床２２ないし基台に取付けられてなるシャフト３４を含んでいる。シャフト３４は制御領域２４の内部にあるベアリングに支持されていて、かかるベアリングは、シャフトの回転軸線と同軸であるＺ軸線に沿って並進運動できるように支持されている。その結果、シャフト３４はＺ軸線を中心とする回転と、Ｚ軸線に沿った並進運動とを行なうことができる。シャフト３４は好ましくは、耐久性を備えた金属であって低いガス発生特性を有しているような、例えばアルミニウムに陽極処理の表面仕上げを施したものから形成されている。
【００３０】
ワークピースハンドリングロボット２６はさらに、シャフトの上端に固定されてなる第１のアーム３６と、第１のアームの取付箇所にピボット式に取付けられてなる第２のアーム３８とを含んでいる。第１のアーム３６は、シャフト３４のＺ軸線に対して垂直である第１のＸＹ平面にて回転することができる。第２のアーム３８は、第１のＸＹ平面に対して平行である第２のＸＹ平面にて、第１のアーム３６に取付けられた取付箇所を中心としてピボットすることができる。第２のアーム３８は、インジケータ４０（図１参照）を含んでいて、後述するように、目標物４６（図６参照）の黒い領域４２から白い領域４４へ移行したことを表示する。第１のアーム３６と第２のアーム３８とは好ましくは、軽量で耐久性を備えた金属であって低いガス発生特性を有するような、例えばアルミニウムに陽極処理の表面仕上げを施したものから形成されている。この用途に適しているワークピースハンドリングロボットの一例は、在来のＡＸＹＳ−４０７シリーズのロボットであって、これはカリフォルニア州のフレモントの、Asyst Technologies 社から入手可能である。ワークピースハンドリングロボット２６の動作は、制御装置５８（図１参照）によって制御され、この制御装置は、ロボットの基部の内部に配置され、または、ロボットから遠隔して配置されて電気リード線を介して結合されている。本発明による装置は、ワークピースを搬送するための他の公知のロボット搬送装置にも使用することができることを理解されたい。そうしたロボット装置には、デュアルアームロボット、線形摺動ロボット、いわゆる“フロッグレッグ"frog leg"”リンクタイプのロボットと、６軸の産業ロボットとが含まれる。こうしたロボット装置のそれぞれは当業者に知られている。
【００３１】
ワークピースハンドリングロボット２６は、エンドエフェクタ４８（図１、図３、及び、図４）などのワークピース支持ツールを、第２のアーム３８における第１のアーム３６とは反対の側にピボット式に取付けられている。エンドエフェクタ４８は、第２のアーム３８への取付箇所を中心として、第１及び第２の平面に対して平行である第３の平面において、ピボットすることができる。好ましい実施形態においては、エンドエフェクタ４８は、カセット３２の支持面３０に対して平行で水平であると想定されている。しかしながら、気泡水準器などのツールを使用して、ロボット及び／又はワークステーションの支持面を調節して、ワークステーションのカセットをエンドエフェクタに対して平行にしても良い。
【００３２】
ひとつの実施形態においては、第１のアーム３６と第２のアーム３８とエンドエフェクタ４８とのピボット位置は、制御装置５８と機械的リンク機構との組合わせによって、互いに制御されて、エンドエフェクタはシャフト３４の回転のＺ軸線から半径方向に放射するような経路に沿って動くように束縛されている。他の実施形態では、ロボットアームとエンドエフェクタとは、いわゆる公知の“経路計画アルゴリズム"path planning algorithm"”に従って動かしても良い。他の実施形態では別のロボットの動作も想定されることを理解されたい。制御装置５８は、ロボット較正装置におけるロボット２６の動きを制御して、目標物の中心を後述の如く決定する。
【００３３】
エンドエフェクタ４８は、エンドエフェクタの遠位端（つまりエンドエフェクタ４８における第２のアーム３８とは反対の側）において、ワークピース支持プラットホーム５２（図１、図３、及び、図４参照）を含んでいる。支持プラットホーム５２は、指部５２ａ及び５２ｂと基部部分５２ｃとを含んでいて、これらがＵ字形の形態を提供して、ワークピースの支持プラットホームになっている。ワークピースを搬送するために、支持プラットホームはカセット３２の棚３０の隣接するワークピースの間に嵌入する。エンドエフェクタ４８は、いったんワークピースの下側に配置されたならば、（シャフト３４がＺ軸線に沿って上昇する結果）、上方へと動いて、ワークピースをステーション３２の内部の載置位置から持上げて、ワークピース支持プラットホーム５２の上に支持してから、ワークピースをステーションのカセットから引き出す。
【００３４】
当業者に知られているように、ワークピースハンドリング領域の制御領域２４に真空源（図示せず）を備えて、負圧を生じさせて、これを可撓性の真空管を介してワークピースハンドリングロボットに通して、エンドエフェクタのワークピース支持プラットホーム５２へと連通させる。真空源が動作すると、支持プラットホームの表面に形成された負圧によって、ワークピースはその上にしっかりと保持される。ロボットと関連する真空系統には、公知の構成の真空センサ（図示せず）を提供して、いつ、ワークピースがエンドエフェクタと係合したのかを検出して、真空管を通した吸引空気を制限しても良い。本発明は例示したエンドエフェクタに制限されるものではなく、エンドエフェクタが平坦なワークピースを持上げたり解放したりする能力を有する限り、様々なエンドエフェクタのデザインを使用することができることを理解されたい。
【００３５】
特定の実施形態によるワークピースハンドリングロボット２６について上述したけれども、本発明の実施形態は、ワークステーションのカセットからワークピースを引出したり、ワークピースを所望の位置に再配置したりできるような、様々な装置と共に動作することができることを理解されたい。また、ワークピースハンドリングロボットは、カセットを支持したり、他のワークピース支持容器を支持したりすめの、様々なタイプのワークステーションと共に動作することができることを理解されたい。
【００３６】
本発明によれば、エンドエフェクタ４８の遠位端はさらに、後述の如く、目標物４６の反射率パターンの変化を検出するためのセンサ５０（図４）を含んでいる。センサ５０は好ましくは逆反射ファイバー光学センサであって、表面に向けて光線を放射する発光器と、表面から反射して戻った光線の部分を受ける受光器とを含んでいる。センサ５０の感度は、表面からの反射光の量のわずかな変化を検出できるように設定される。この用途に好適なセンサの一例は、ＦＸ−７シリーズのセンサであって、Sunx/Ramco Electric Co.社（所在地は 1207 Maple, West Des Moines, LA 50265）によって製造されている。
【００３７】
好ましい実施形態においては、センサ５０は、指部５２ａ及び５２ｂの間にてエンドエフェクタに着脱可能に取付けられている。他の実施形態においては、センサは、エンドエフェクタ４８の長手方向の中心線上に配置せずとも良いことを理解されたい。しかしながら、もしもセンサがエンドエフェクタの中心に配置されていないとするならば、それに応じた所定のオフセットパラメータにて目標物の中心を計算することになる。
【００３８】
センサ５０は好ましくはクリップ装着式にて取付けられて、較正手順中に一時的にセンサを取付けると共に、その後には迅速かつ容易にエンドエフェクタ４８から取外せるようにすると良い。変形例としては、図５に示すように、センサ５０はエンドエフェクタ４８に埋設して、センサはエンドエフェクタの一体的な部分として、また永久的な固定物として構成しても良い。エンドエフェクタ４８の下側には通路５４（図５参照）が切込まれていて、そこにセンサ５０が挿入される。エンドエフェクタ４８の上側にある開口５６は、センサ５０から放射され受けられる信号が通るように含まれている。エンドエフェクタの永久的な部分としてのセンサ５０は、ワークピースの存在を検出するための冗長なセンサとして機能する（真空センサに比べて冗長である。）。センサは、ロボットを通る電気リード線を介して制御装置へ信号を伝達する。
【００３９】
クリップ式の又は永久的に取付けられたセンサは、可撓性に取付けられた連結ケーブル（図示せず）とロボットの外側に通されるリード線とを介して、制御装置に電気的に結合される。変形例としては、無線方式の通信プロトコルを使用して、センサ５０との信号のやりとりを行なっても良い。無線方式の実施形態においては、センサは電池などのオンボードの電源を含むことが好ましい。
【００４０】
次に、ロボット較正装置に関して、本発明はさらに、図６に示すような目標物４６を含んでいる。目標物は好ましくは、ロボット２６とワークステーションとによってハンドリングされるワークピースと同一であるサイズと形状とになっている。使用時には、ワークピースと同じようにしてカセットの内部に載置され、カセットはワークステーションに載置される。その後に、本発明による装置は詳しくは後述するように、ワークピースの中心を決定する。いったんワークピースの中心が決定されたならば、制御装置は、ワークピースをワークステーションに対してやりとりするための、適切なエンドエフェクタの配置を確認する。この位置は制御装置のメモリに格納されて、後に使用される。
【００４１】
目標物４６は好ましくは円板形状であるウエハであるけれども、目標物は、ワークピースの形状が嵌入して、較正すべきステーションに対して相補的である限り、正方形やＵ字形、又は、任意の様々な形状で良い。ワークピースの少なくとも片側、好ましくは底側には反射率パターン６０が備えられていて、好ましい実施形態では４つの等しいサイズの四分円に分割されている。図６に示すように、目標物４６の２つの半径方向に対向している四分円４２は、黒い又はなにかその他の非反射性の表面を含んでいる。他方の２つの半径方向に対向している四分円４４は、白い又は他の反射性の表面を含んでいる。反射率パターン６０は、目標物４６の一部分だけに形成しても良いことを理解されたい。
【００４２】
目標物は、炭素繊維などの任意の様々な耐久性を備えた材料から形成することができる。炭素繊維を使用する場合には、黒い繊維に白い反射率パターンを塗布する。変形例として、目標物は、シリコンその他の材料であって、反射性の光沢のある材料から作っても良く、表面には黒いパターンを塗布する。さらに別の変形例においては、目標物に白と黒との双方のパターンを塗布しても良い。反射率パターンをどのように付着させるかには関係なく、逆反射センサは、ひとつの領域から次の領域への反射率の変化によって、目標物の黒い領域と白い領域との間の移行を検出することができる。
【００４３】
反射率パターンは、ワークピースにシルクスクリーン処理によってパターンを塗布して形成しても良い。反射率パターンは、レーザー印刷パターンと、パターンのワークピースへの固着とによって形成することもできる。さらに、反射率パターンは、ワークピースにエッチングして形成しても良い。反射率パターンが十分に永久的で正確である限り、反射率パターンは様々な方法によってワークピースに形成ないし取付けることができることを理解されたい。反射率パターンの交互の反射率に十分なコントラストがある限り、白と黒との配置以外の、例えば灰色の色合などの輝度変化を使用しても良いことを理解されたい。さらに別の実施形態においては、交互の領域は目標物に形成されてなる孔によって形成しても良いことを理解されたい。
【００４４】
四分円を分離して形成している線６２は、目標物の中心において垂直に交差している。反射率パターン６０は、他の実施形態においては、３つの領域や、５以上の領域に分割しても良いことを理解されたい。さらに、別の実施形態においては、目標物４６の中心においては明瞭な領域が交差している必要がないことを理解されたい。また、センサがエンドエフェクタの底側にあったり、ロボット自体が逆さまになっているような環境においては、反射率パターンは追加的に又は交換して、ワークピースの上側に位置させても良いことを理解されたい。
【００４５】
目標物の白い領域は入射した光線の大部分を反射し、目標物の黒い領域は入射した光線のごくわずかだけを反射するので、センサ５０は、目標物の表面の下側を動きまわることによって、黒い領域４２から白い領域４４への変化と、この逆の変化とを検出することができる。センサの感度は、黒と白と以外の色彩の領域の変化を検出するように設定しても良いことを理解されたい。
【００４６】
本発明によるロボット較正装置の動作について、図１〜図３を参照して説明する。ロボットとステーションのカセットとの間にてワークピースを搬送すべく、ワークピースハンドリングロボットをステーションに対して位置決めするときには、ワークピースハンドリングロボット２６は、所望のステーションにあるカセット３２の前面に配置される。好ましい実施形態では、目標物４６は、処理されるワークピースと同じようにして、カセットの内部の最も下の棚３０に配置される。
【００４７】
ステーションのカセットに対してのロボット２６の近似的な適正位置は、オペレータの視認によって見積られ、又は、予めプログラムされた制御装置によって行なわれる。ロボット２６を最初にはＺ軸線の最も下の位置として、シャフト３４によってロボットのアームをＺ軸線に沿って垂直に上昇させて、エンドエフェクタ４８とセンサ５０とを目標物４６の直下に配置させる。エンドエフェクタ４８が目標物４６に到達すると、前述した真空センサが、目標物と真空センサとが近接したことを検出して、制御装置５８へと信号を送信する。ロボット２６のＺ軸高さに対応するこの位置において、エンドエフェクタ４８はカセット３２の最も下にあるワークピースの下側に整列される。このパラメータは、制御装置に格納される。さらに、カセットの内部のそれぞれの棚の間隔は既知であるために、ワークピースがカセットの内部に載置されているそれぞれの高さもまた知ることができる。
【００４８】
次に、エンドエフェクタ４８は目標物４６を解放して、目標物４６からわずかに垂直下方に動き、エンドエフェクタ４８と目標物４６との間にごくわずかの隙間ができるようにする（図３参照）。ロボット較正装置の動作中のＺ軸高さは、ここで決定されて、パラメータは制御装置５８に格納される。較正手順を行なうときには、エンドエフェクタ４８は、目標物やカセット３２に接触することなく、目標物４６に接近して配置すべきであって、センサ５０の検出範囲内において、黒い領域から白い領域への、またその逆への変化の検出を信頼できるようにする。ステーションの最も下の支持面のＺ軸高さを定めるべく、エンドエフェクタと目標物の底部とが接触し又は近接したことを検出するためには、他の公知のセンサを使用しても良いことを理解されたい。例えば、レーザーウエハマッピングセンサや（近接センサとして）反射率センサを使用しても良い。そうした装置は、例えば１９９８年１０月１５日に出願された米国特許出願第０９／１７３，７１０号（発明の名称"Wafer Mapping System"）に開示されていて、同出願は本発明の所有者に譲渡されているので、同出願を参照してここに全文引用する。
【００４９】
いったん目標物の底面に近接して配置したならば、エンドエフェクタ４８は目標物の底のまわりの検索パターンに従って動く。検索パターンを追従するエンドエフェクタの経路は、他の実施形態では変更されるけれども、経路は少なくともそれぞれの四分円４２及び４４の境界を少なくとも１回は時計まわりに又は反時計まわりに横切るようになっている。エンドエフェクタが検索パターンを追従するとき、センサ５０は、目標物４６の黒い領域と白い領域との移行を検出することができる。ロボット２６の第２のアーム３８にはＬＥＤライトなどのインジケータ４０が備えられ、隣接する境界間の移行を表示する。センサ５０が黒い領域４２の下側に位置しているときには、インジケータ４０は点灯しない。センサ５０が白い領域４４の下側に位置しているときには、インジケータ４０は点灯する。もしも目標物の整列に不良があって、検索パターン中にエンドエフェクタが４つの四分円４２及び４４のそれぞれを通って移行しない場合には、センサ５０によってエラーが検出されて、エラー信号が発生して制御装置５８へ送られる。
【００５０】
エンドエフェクタ４８は様々な検索パターンに従って動くことができる。検索パターンのパラメータは制御装置５８に格納されていて、制御装置５８はオペレータの援助無しに自動的に、検索パターンに従った操作を制御することができる。例えば、エンドエフェクタ４８は、図７に示す如く、丸い検索パターンに従って、目標物４６の下側を動くことができる。丸い検索パターンは、エンドエフェクタの動きが滑らかであるために、アームの振動が最小であるという利点を有する。また、丸いパターンは正確で迅速な動きを行なえる利点を有する。しかしながら、丸いパターンでは、そうした動きの結果のデータを格納するために、制御装置の多くのメモリを使用しなければならない。エンドエフェクタ４８は、図８に示す如く、正方形の検索パターン６８に従って目標物４６の下側に操作させることもできる。
【００５１】
ロボットの中心軸線から半径方向に沿って進退するようにエンドエフェクタを動かす実施形態においては、図９に示すように、極座標系の検索パターンを使用して、エンドエフェクタ４８を操作する。この実施形態では、エンドエフェクタはウエハハンドリングロボット２６の自然な動きに追従して、極座標系における矩形のパターンは制御装置のメモリに格納するのが容易である。この実施形態では、エンドエフェクタは最初には半径方向外方へ第１の四分円から第２の四分円へと動き、第２の四分円から第３の四分円へと回転し、第３の四分円から第４の四分円へと半径方向に動き、最後に、第４の四分円から第１の四分円へと回転して戻る。検索パターンは上述したものに限定されるわけではなく、様々な検索パターンに従って動かすことができることを理解されたい。
【００５２】
エンドエフェクタの経路にかかわらず、目標物が許容可能な公差の範囲にて適切にカセット中に載置されている限り、本発明による較正装置が動作するためには、目標物４６をカセットの内部にて特定の角度方向に配置したり、かかる角度方向が既知であるような必要は無い。
【００５３】
エンドエフェクタ４８は、目標物４６の下側のひとつの全体的な経路をとって、完全な検索パターンが形成されて、移行点６４は決定される（図７〜図９参照）。移行点は、エンドエフェクタ４８のセンサ５０が、黒い領域４２と白い領域４４との境界線６２を横切る箇所の点である。４つの四分円の反射率パターン６０によって、４つの移行点６４は制御装置において極座標系にて特定される（すなわち、ロボットの角度θ、ロボットの回転軸線からのエンドエフェクタの半径ｒ）。制御装置は、アルゴリズムを使用して、極座標をデカルト座標（ｘ，ｙ）へと変換する。第１と第３の点は四分円の境界線６２のうちの一方の上にあって、かかる境界線は第１と第３の点を通るデカルト平面における方程式として表現される。同様に、第２と第４との点は四分円の他方の境界線６２の上にあって、かかる境界線は第２と第４との点を通るデカルト平面における第２の方程式として表現される。ひとつの座標の組が双方の境界線上にあることから、かかる座標は線の公差点、つまり目標物４６の中心を示す。方程式は、制御装置によって解かれて、目標物の中心の座標を確認する。確認された目標物の中心位置は、その後に制御装置のメモリに格納される。
【００５４】
ステーションの目標物の中心が確認されたならば、制御装置は、ワークピースハンドリングロボットとステーション、特にステーションのカセットとの空間的な関係を知ることになる。その後に、制御装置はエンドエフェクタをかかる位置へ復帰させて、必要に応じて、ステーションからワークピースを取得したりステーションへワークピースを引渡したりする。
【００５５】
他の実施形態では、エンドエフェクタ４８は目標物のまわりの複数の経路をとる。複数の経路をとることで、コンピュータの制御装置５８はより多くの（移行点の）データを取得することができ、目標物の中心の位置はさらに精密に決定することができる。さらに、エンドエフェクタ４８を時計まわりの検索パターンに動かして、次に反時計まわりの検索パターンに動かし、または、この逆を行なっても良い。時計まわりの検索パターンに動かしてから、同一の検索パターンを反時計まわりに繰返すことで、エンドエフェクタの整列と位置決めを不正確にするおそれのある、ロボットアームのヒステリシスを解消できる利点がある。目標物の中心を決定できるだけの十分に満足できるデータを収集できる限り、様々な数の境界領域や様々な検索パターンを使用することができることを理解されたい。さらに、制御装置は、様々な別のアルゴリズムを使用して、様々な移行点から中心点を決定することもできることを理解されたい。
【００５６】
次に、図１０〜図１３を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。図１０〜図１３に示した実施形態において、前記実施形態と同一の機能及び動作を有する部品又は要素には、同一の参照符号を付している。
【００５７】
図１０に示した第２の実施形態においては、ワークピースハンドリングロボット７２は、サーボ式の手首状のタイプのロボットから構成されていて、エンドエフェクタ７４は基部７４ａとワークピース支持部分７４ｂとを有している。この実施形態では、ワークピース支持部分７４ｂは、基部７４ａに対して、ピッチ運動（上下傾斜）と、ロール運動（基部を通る軸線を中心とした回転）とを行なうことができる。この実施形態においては、エンドエフェクタは、カセット３２の内部のワークピースに対して自動的に平行にはなってはいないことを想定している。従って、支持部分のピッチとロールとを変更することで平行に調整することができる。エンドエフェクタ７４のワークピース支持部分７４ｂのロール運動については、ロール運動を調整するために、サーボフリッパ７６が使用される。サーボフリッパは、後述の如く、部分７４ａに取付けられていて、部分７４ｂが取付けられてなる回転出力シャフト（図示せず）を含んでいる。現在のウエハハンドリングロボットにおいて、サーボフリッパはロボット２６に既に組込まれていて、ワークピースを反転させるのに使用され、ワークピース支持部分７４ｂは基部部分７４ａに対して任意の角度に回転調整可能になっている。そうして、サーボフリッパ７６は、ワークピース支持部分７４ｂのロール運動を調整するためにも使用される。
【００５８】
ピッチ運動に関しては、サーボフリッパ７６は、ネジ孔７７に螺入されたジャッキネジ（図示せず）によって部分７４ａに取付けられていて、これにより、サーボフリッパ７６の（故にワークピース支持プラットホーム７４ｂの）ピッチを基部部分７４ａに対して調整する。ジャッキネジに置換えて、小型のリニアアクチュータ７８を使用して、較正手順中に自動的にワークピース支持部分７４ｂのピッチを調整させても良い。サーボフリッパにジャッキネジを取付ける以外の機構を使用して、例えば圧電駆動素子や、リードネジ、カム装置、その他の公知の精密位置決め機構を使用して、ワークピース支持部分７４ｂのピッチを調整しても良いことを理解されたい。また、サーボフリッパ７６を使用せずに、一対の線形アクチュータによってピッチとロールとを調整しても良い。
【００５９】
図１０に示した実施形態において、エンドエフェクタ７４のワークピース支持部分７４ｂは、３つの薄い容量センサ８０（模式的に示している）を含んでいて、カセット３２の目標物に対するワークピース支持部分７４ｂの平面方向を検出させても良い。変形例としては、３つの容量センサは、エンドエフェクタのワークピース支持部分７４ｂに取付け可能であるような着脱可能なティーチングツールに組込んでも良い。動作に際しては、第１の実施形態と同様に、エンドエフェクタ７４を上昇させて、カセットの最も下の棚にある目標物の下側に整列させる。目標物に近接したならば、センサ８０を使用して、ワークピース支持部分が目標物に対して平行であるか否かを検出する。平行でない場合には、ピッチとロールとを調節して、３つのセンサ８０が目標物４６から等しい距離になるようにして、ワークピース支持部分７４ｂと目標物４６とを平行にする。
【００６０】
ワークピース支持部分７４ｂが平行に調整された後には、前述の如く、カセットの内部の最も下のワークピースの垂直位置は格納される。図１０の実施形態のエンドエフェクタ７４はさらに、逆反射の光ファイバーセンサ５０を含んでいて、これを使用して、前述したような検索パターンによって、目標物４６の中心を決定する。
【００６１】
図１１及び図１２に示した第３の実施形態では、ロボット較正装置は、目標物８４の上にある２つの点８２を使用して、ワークピースハンドリングロボット２６をステーションに対して較正する。第１の実施形態と同様に、ステーションはその上にカセット８５を支持している。ウエハハンドリングロボット２６は、本発明の第１の実施形態で使用したのと同一であるウエハハンドリングロボットである。しかしながら、カセットはロボットに対して放射方向には配置されていない。カセットは、図１１に示す如く、他の方向に面していたりして、ロボットの前面に直接配置されてはいない。前述の実施形態では、目標物は丸形であって、ひとつの位置（目標物の中心）だけが必要とされて、ロボットとステーションとの位置関係を定めていた。ワークピースにアクセスする方向は、ロボットにとって直線状の放射状のアプローチであると推定されていた。この実施形態では、２つの目標物の点８２が必要であって、ロボットとステーションとの相対的な位置を定めると共に、ステーションの向きとステーションのカセットへのアクセス方向とを定める。
【００６２】
図１２に示した本実施形態の目標物８４は、正方形の形状であって、前述した２つの目標点を含んでいる。目標点８２は、２本の平行である線８６が垂直な線８８と交差することによって形成されている。正方形の目標物８４の反射率パターンは、図１２に示す如く、交互の黒い領域４２と白い領域４４とになっている。正方形の目標物８４の２つの点８２は上述したのと同様に決定されて、エンドエフェクタ４８は正方形の目標物の下側を検索パターンにて動いて、移行点を検索して、制御装置はアルゴリズムの方程式を使用して、２つの点の位置を決定する。その他の形状も、形状が特定の区別される向きを有する限り、使用することができることを理解されたい。
【００６３】
ステーションに対してロボットを較正するときには、他のタイプのセンサや目標物をワークピースハンドリングロボットと共に使用することもできることを理解されたい。例えば、前述した真空センサ（図示せず）を使用して目標物の中心を位置決めしても良い。真空センサは、エンドエフェクタに取付けられて、目標物の中心に開口を有しているような目標物と組合わせて使用される。本実施形態における真空センサは、ワークピースの中心にある開口を検索しながら、目標物の下側を動きまわる。真空センサが目標物を吸引できないとき、開口の位置が定められる。この方法は、現在の既存のワークピースハンドリングロボットに使用されているハードウェアを使用するために、コスト効率に優れている。変形例としては、エンドエフェクタに圧力センサを取付けて、真空センサに代えて使用することもできる。真空センサを使用した実施形態と同様に、圧力センサは、中心に開口を有してなる目標物と組合わせて使用される。エンドエフェクタは目標物に接触せずに目標物の下側を移動して、圧力センサは目標物の表面付近の圧力変化を検出する。センサが開口に位置したときには、圧力が低下するために、ワークピースの中心を決定することができる。本発明においては、容量センサや導電センサ、音響センサ、電荷結合表示カメラ、又は、その他のセンサを使用しても良いことを理解されたい。
【００６４】
さらに別の実施形態においては、センサは、目標物の異なった電気導電性を有する検出領域を検出すべく、容量センサや誘導センサを備えても良い。さらに別の変形例においては、センサは機械的な触針であって、目標物のパターン化された表面へと延在していて、目標物は、ウエハ上の異なった高さである、様々なエッチングまたはレリーフされたパターンを含んでいる。
【００６５】
ウエハハンドリングロボットの較正は、修理作業が完了した後、及び／又は、ワークピースツールの変更が必要になったときの後、装置の最初のセットアップにて完了する。ロボット較正装置において、複数のステーションに対するロボットの較正は、数分の１回の較正手順にて完了して、再現可能な正確な結果が得られる。さらに、新たに加えられたステーションが据付けられたならば、既に据付けられて較正されたステーションに対するロボットの相対的な位置に影響を与えることなくして、ロボットは新たなステーションに対して較正される。さらに、エンドエフェクタの同一の点を常に使用して較正を行なうので、ステーションを追加又は変更したときにも、既存のステーションを再較正する必要はない。
【００６６】
ロボット較正装置は、エンドエフェクタに（又は第４の実施形態で説明した目標物に）ひとつだけのセンサを必要とすることから、また、ワークピースツールにおけるすべてのステーションにはセンサが必要ないことから、安価である。また、目標物は単純なデザインであって、少ない数の部品だけを必要とするので、ワークピースツールの構成を容易にすることができる。このために、ロボット較正装置は、ロボットを利用した基板ハンドリング作業のすべてに普遍的に適用可能であるが、それは目標物は、ワークピースが支持されるあらゆるステーションに嵌入できるためである。
【００６７】
さらに、ロボット較正装置は効率的であって、ステーションに対してロボットを容易に較正することができる。ロボット較正装置は制御装置によって制御されるので、ワークピースハンドリングロボットをステーションの付近に最初に配置して、すべてのステーションの支持面に目標物を配置した後には、較正処理が行なわれている間に、オペレータは自由に他の領域を監視して、ウエハ製造の処理を行なうことができる。
【００６８】
前述の如く、ひとつの動作モードにおいては、ロボットは技術者によって大まかにステーションに対して整列されてから、ロボットは目標物のまわりを動いて、ロボットと目標物とステーションとの間の精密な関係を決定する。他の動作モードにおいては、技術者は必要なく、ロボットの１又は複数のワークステーションに対する位置を自動的に決定することができる。そうした実施形態においては、例えばロボットが交換されたとき、古いロボットが各ステーションにエンドエフェクタを配置すべく使用していた各ステーションの位置座標を、新たなロボットにダウンロードする。従って、新たなロボットは、エンドエフェクタを様々なワークステーションに適切に位置決めしていた古いロボットの動きを知ることができる。
【００６９】
しかしながら、新たなロボットは古いロボットと精密に同一箇所に配置されるとは限らないし、新たなロボットの様々な構成要素は古いロボットと同様には動作しないこともある。そのため、ダウンロードした情報は、新たなロボットに各ステーションの大まかな配置だけを提供することになる。従って、新たなロボットに前述したセンサを含めて、前述した目標物を各ステーションに設けることによって、新たなロボットの各ステーションに対する精密な整列を自動的に決定することができる。
【００７０】
古いロボットから位置情報をダウンロードする代わりに、既知である装置の近似的なレイアウトから、大まかなロボットの位置を得ることもできる。すなわち、古いロボットから大まかな位置情報を受取らなくとも、かかる情報は、ツール内部の構成要素の概略的なレイアウトと配置との知識に基づいて、制御装置に知られている。こうした概略的なレイアウトと配置との情報を新たなロボットにダウンロードして、その後に新たなロボットの前述したセンサと各ステーションの前述した目標物とを使用して、新たなロボットと各ステーションとの精密な整列を自動的に決定することができる。
【００７１】
こうした自動的な位置決定モードは、ロボットを交換したときや、１又は複数のステーションを修理又は交換したときにも、前述したのと同様に、実行することができる。古い位置情報を大まかな整列のために使用することによって、本発明による装置は精密な整列を提供することができる。
【００７２】
さらに、かかる自動的な位置決定モードは、構成要素を変更したり修理したりすることがなくとも、定期的に実行させることができて、無人的な診断ツールとして、長期にわたり、ツールの様々なステーションに対してロボットを正しく配置することを確保できる。このモードは、ツールに衝撃が与えられた後や、位置決めエラーが検出された場合などに、ツールの起動時に実行させることもできる。自動的な位置決定モードの一層の利点は、これを遠隔地から自動的に起動できることである。
【００７３】
自動的な位置決定モードと、技術者が大まかにロボットを整列させるモードとのいずれにおいても、本発明による目標物は、ツールに使用されるカセットの所定のスロットの内部に永久的に収容される。また、カセットには２以上の永久的な目標物を収容しても良く、カセット内の一方又は双方の目標物を使用することによって、整列を行なうことができる。
【００７４】
これまで、本発明は、単一の目標物をカセットやポッドその他のワークピース容器の内部に含んでいるものとして説明してきた。カセットやポッド又はワークピース容器の異なった高さに複数の目標物を提供しても良いことを理解されたい。そうした実施形態においては、本発明のセンサによって確認された下側の目標物の中心を、センサで確認された上側の目標物の中心と比較する。中心が互いにずれる場合には、キャリアが変形しているか欠陥を有していることを意味する。
【００７５】
さらに別の実施形態では、前述の反射率パターンはステーションに直接に固定しても良い。そうした実施形態においては、ステーションにカセットが存在しない場合であっても、ロボットの精密な整列を実行することができる。
【００７６】
これまで、反射率パターンはひとつのステーションだけにあるものとして説明してきた。しかしながら、前述した反射率その他のパターンを有する目標物は、ロボットの三次元空間内のどこに配置することもできて、ロボットを整列させたりツールの内部の診断を行なったりすることもできることを理解されたい。例えば、既知のＸＹＺ座標を有する任意の基準点に目標物を提供することによって、ロボットを変更したとき、新たなロボットは、本発明の原理に従って、基準点の目標物に整列させることができる。いったん整列されたならば、ロボットツールの内部にて配置されて、ツール内のステーションに精密にアクセスすることができる。前述の如く、基準点には目標物をもたないパターンを提供して、ツール内のステーションに対してロボットを精密に整列させても良い。
【００７７】
本発明について詳細に説明したけれども、本発明は開示された実施形態に限定されるわけではないことを理解されたい。当業者は、様々な変更、置換、変形を行なうことができるが、それらは特許請求の範囲に定められた発明の精神及び範囲を逸脱するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明による装置を示した斜視図であって、ワークステーションに対してワークピースハンドリングロボットの較正を行なうためのロボット較正装置を含んでいる。
【図２】図２は、本発明によるロボット較正装置が複数のワークステーションと共に動作するような、変形例による設置例を示した平面図である。
【図３】図３は、本発明による装置を示した側面図であって、ステーションに対してワークピースハンドリングロボットの較正を行なうためのロボット較正装置を含み、エンドエフェクタが目標物の下方に示されている。
【図４】図４は、本発明によるエンドエフェクタを示した斜視図であって、ロボット較正装置において使用するためのセンサが含まれている。
【図５】図５は、本発明によるエンドエフェクタを示した側面図であって、ロボット較正装置において使用するためのエンドエフェクタの一体的な一部分としてのセンサを示している。
【図６】図６は、本発明による目標物を示した平面図であって、ロボット較正装置において使用するための目標物の上にある反射率パターンを示している。
【図７】図７は、本発明による目標物を示した平面図であって、ロボット較正装置において使用されるエンドエフェクタが行なう丸い検索パターンを示している。
【図８】図８は、本発明による目標物を示した平面図であって、ロボット較正装置において使用されるエンドエフェクタが行なう正方形の検索パターンを示している。
【図９】図９は、本発明による目標物を示した平面図であって、ロボット較正装置において使用されるエンドエフェクタが行なう矩形の検索パターンを示している。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態による調整可能なエンドエフェクタを示した斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施形態による装置を示した斜視図であって、正方形である目標物を利用したステーションに対して、ワークピースハンドリングロボットの較正を行なうためのロボット較正装置を含んでいる。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施形態による正方形である目標物を示した平面図であって、ロボット較正装置において使用するための好ましい反射率パターンを示している。
【国際公開パンフレット】
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2004536443.tif 000004
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004536443.tif 000059
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