JP2007129063A

JP2007129063A - ウェハ搬送装置の教示装置

Info

Publication number: JP2007129063A
Application number: JP2005320429A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Shiraishi; 一成白石
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】
ウェハ搬送装置の特に高さ方向の教示作業において、オペレータの負荷を軽減し、教示作業に要する時間を短縮し、オペレータによらない高い教示精度を得られる教示用装置を提供する。
【解決手段】
モジュール内の載置ピンに載置可能な内板１と、内板１を上下方向に昇降自在に支持する外板２と、内板１に取り付けられた遮光板６と、遮光板６によって光路を遮断されるように外板２に取り付けられた透過センサ３とを備え、モジュール内の載置ピンに内板１を載置し、内板１に対し相対的に外板２を上下させるときに透過センサ３の状態が変化するように配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ搬送装置内のロボットの教示において使用する装置に関し、特に高さ方向の位置の教示を行う教示装置に関する。

ロボットを用いたウェハ搬送装置においては、ウェハが落下したり、処理が正しく行えないなどの不具合を防止するため、ロボットがウェハをモジュール内の所定の位置へと正確に搬送する必要がある。しかし、実際にはウェハ搬送装置を構成する部品の寸法誤差、装置の組み立て誤差などの様々な原因により、ロボットを設計値通りの位置へ動かしても、ウェハを所定の位置へ正確に搬送することができない。したがって、ウェハ搬送装置の稼動に先立ちロボットの教示作業が必要となる。

従来のロボット教示作業は、主にロボットを目標位置付近で微動させながら、最終的にはオペレータの目視によって行っていた。高さ方向に関しては、例えばモジュール内の載置ピンの先端を基準に位置決めする場合などは、載置ピンとロボットのウェハ搬送部間の間隙をゲージ等で測定して教示位置の確認を行っていた。しかし、半導体製造装置の高密度化・高層化に伴い装置内のロボットやモジュール数が増加し、教示作業は複雑になり多くの時間を要するようになった。更に目視による教示位置の確認が困難になったり、高い位置に設置されているモジュールに対する教示作業では不安定な姿勢での作業を要求されオペレータへの負担が増大し、しかもオペレータによる教示精度のばらつきが生じるという問題もあった。

このような問題を解消するために、たとえば特許文献１には、図９に示すような基板搬送装置の自動教示治具が記載されている。この治具２００は、ウェハ搬送装置のアーム３１ｂで保持可能な本体部２１０を有しており、本体部２１０には任意のウェハ処理ユニットの搬送位置に設けられた被検出部１２２を遊挿させるために孔２７０が形成されており、孔２７０の周囲には被検出部１２２のエッジ部分を検出するための光センサヘッド２３１、２３２、２４１、２４２が設けられている。光センサヘッド２３１、２３２はＹ軸方向に被検出部１２２を検出するための投光部と受光部からなる一組の光センサヘッドであり、また光センサヘッド２４１、２４２はＸ軸方向に被検出部１２２を検出するための投光部と受光部からなる一組の光センサヘッドである。これらの光センサヘッドからは、光コネクタ２５１〜２５４に光信号を授受するための光ファイバＦ１が接続されている。この教示治具２００をアーム３１ｂにセットし、本体部２１０の孔２７０内に所定の搬送位置に設けられた被検出部１２２が入り込むようにアーム３１ｂを移動させ、アーム３１ｂをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させてそれぞれの軸の中心位置を求めることにより、各軸の基準位置を求めて、基板搬送位置の位置ずれを解消するようにしたものである。なお、図９中、３５はアーム３１ａ、３１ｂを支持するアーム支持台、３８は保持部材、３９は光コネクタ２５６〜２６３を保持する保持台である。

また、特許文献２には図１０に示すようなウェハ搬送装置の教示用装置が記載されている。この教示用装置３２０はウェハの形状を模した内板３０１と内板３０１を上下方向に昇降自在に支持する外板３０２からなり、外板３０２には投光器３０３、受光器３０４、ミラー３０５−１、３０５−２とを備えている。処理ユニット内の載置ピンに内板３０１を載置した状態で外板３０２を相対的に上下させることにより投光器３０３から受光器３０４に至る光３０６の経路を内板３０１が遮断することによって、内板３０１の高さ方向の位置を計測しその位置を教示させるものである。
特開２００１−１５６１５３号公報（１２頁、図７）特開２００４−１４６６８６号公報（９頁、図１）

特許文献１に記載の教示治具を使用する際には、予め基準となる円筒状の被検出部が必要である。通常モジュール内にウェハを載置する際にはウェハとの接地面積を少なくするために３本の載置ピンの上に載置することが多く、このような被検出部を設置する方法では実際にウェハを載置するための載置ピンの高さ情報を得ることができず、教示には適用できない。また、被検出部を設置する方法は、半導体装置の高密度化のためモジュール内が狭く、被検出部の設置が困難であり、さらに教示動作の際に載置ピンと干渉する危険も存在する。

また、特許文献２に記載の教示装置は、投光器３０３から受光器３０４までの間の光路をミラー３０５−１、３０５−２で反射させているため光路が非常に長くなることで、光の拡がり角が高さ方向の計測精度に与える影響を無視できなくなり、その結果、高精度に位置を教示することが出来なくなるという問題が生じた。また光路が複雑に反射していることで装置自体の光軸の調整が難しいという問題も生じていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高さ方向の教示精度を向上させるとともに、教示作業におけるオペレータの負担軽減、教示作業に要する時間の短縮、オペレータによる教示精度のばらつきを解消することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項１に記載の発明は、ウェハ搭載部に載置したウェハを、教示された搬送位置に移送するロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、からなるウェハ搬送装置に、前記搬送位置における高さ方向の位置を教示する教示装置であって、前記ウェハ搭載部に載置される薄板形状の外板と、上方向に脱離可能に前記外板に支持され、前記搬送位置に搭載可能な薄板形状の内板と、前記外板または前記内板のいずれかに搭載され、発光部と受光部とからなる透過センサと、前記透過センサが搭載されていない前記外板または前記内板に搭載され、前記透過センサの発光部と受光部とを遮断する遮光板と、を備えた搬送装置の教示装置とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、ウェハ搭載部に載置したウェハを教示された搬送位置に移送するロボットと、前記ロボットを制御する制御装置とからなるウェハ搬送装置に、前記搬送位置における高さ方向の位置を教示する教示装置であって、前記ウェハ搭載部に載置される薄板形状の外板と、上方向に脱離可能に前記外板に支持され、前記搬送位置に搭載可能な薄板形状の内板と、前記外板または前記内板のいずれかに搭載され、発光部と受光部とからなる少なくとも３つの透過センサと、前記透過センサが搭載されていない前記外板または前記内板に搭載され、前記透過センサの発光部と受光部とを遮断する、前記透過センサと同数の遮光板と、前記内板が前記搬送位置に搭載されたときの、前記透過センサの各々の出力から前記搬送位置の搬送面の面方程式を算出する載置面方程式算出部と、前記搬送面方程式で示される前記載置面と、前記ウェハ搭載部のウェハ載置面との相対的な角度を算出する載置面角度検出部と、を備えた搬送装置の教示装置とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記外板は中空部を有した環状円盤であって、前記内板が前記外板の中空部に略一致する円盤であることを特徴とした請求項１または２記載の搬送装置の教示装置とするものである。

以上、請求項１によると、ウェハ搬送装置用のロボットのウェハ搭載部に取り付けた後、目的の搬送位置においてロボットを上下動させれば、透過センサの信号が検出され、搬送位置の載置面の高さを高精度に計測できるので、高さ方向の教示精度が向上する。
また、載置位置がモジュール内のときに、ウェハを載置する作業における高さ方向の教示をモジュールの外から行うことができるので、オペレータの負荷を軽減でき、教示作業に要する時間も短縮できる。さらに高さ方向の計測を目視に頼らないことからオペレータによる教示精度のばらつきが発生しないという効果がある。

また、請求項２によれば、モジュール内の載置面の高さを計測するとともに、ウェハ搬送装置用ロボットのウェハ搭載部と搬送位置の載置面との相対的な傾きをも計測できることから、載置ピンの取り付け不良を判定することができ、更に教示作業の信頼性を高めるという効果がある。

また、請求項３によれば、内板、外板をウェハに模した形状にすることで、様々なロボットや載置位置に本発明を適用でき、汎用性をもたせた教示装置とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態におけるウェハ搬送装置の教示用装置の例を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態のウェハ搬送装置の教示用装置は、モジュール内の載置ピンに載置可能な大きさの内板１と、ロボットのウェハ搭載部に搭載可能な外板２からなり、通常は内板１は外板２により支持される構造となっている。内板１には遮光板６が取り付けられ、外板２には発光部４と受光部５とが正対して取り付けられている透過センサ３が搭載されている。通常外板２に内板１が支持されている状態では透過センサ３の光路は遮光板６によって遮断されている。
図２に教示用装置１０を用いた制御機構のブロック図を示す。教示用装置１０に搭載された透過センサ３の出力状態はＩ／Ｆ部１１を介しＣＰＵ１６に取り込まれ、同時にロボット１２のウェハ搭載部の高さ方向の位置情報はロボット１２のモータに接続されたエンコーダ１３によって取得することができ、サーボアンプ１４、Ｉ／Ｆ部１５を介し、ＣＰＵ１６に取り込むことが出来る。透過センサ３の状態とウェハ搭載面高さ方向の位置情報はＣＰＵ１６内の載置面高さ検出部１７に送られ載置面の高さを検出し、載置面の高さ情報から教示位置生成部１８によりロボットの教示位置２０を算出する。算出された教示位置２０は記憶され、記憶された教示位置２０を基に指令部１９によりモジュール内にウェハを載置する作業が実行される。

本実施例によるウェハ搬送装置の教示用装置を用いた教示作業の手順を示す。図３はロボットのウェハ搭載部に教示用装置を搭載し、モジュール内に挿入した状態の透過センサ付近の側面図である。図３の状態では内板１は外板２に支持された状態であり、透過センサ３の光路８は遮光板６によって遮られている。図３の状態からロボットのウェハ搭載部を下方向に移動させると、図４のように教示用装置の内板１がモジュール内のウェハを載置するための載置ピン７に接する。図４の状態においても未だ、透過センサ３の光路８は遮光板６によって遮られたままである。図４の状態からさらにロボットのウェハ搭載部を下方向に移動させると、内板１はモジュール内の載置ピン７に載置され内板１は外板２に対し相対的に持ち上がった状態となる。さらにロボットのウェハ搭載部を下方向に移動させると、図５のように透過センサ３の光路８が遮光板６から外れ発光部４からの光が受光部５に達することで、透過センサ３の出力に変化が生じる。この状態におけるロボットウェハ搭載部の高さ方向の位置を取得し記録する。さらに下方にロボットのウェハ搭載部を移動しても図６のように透過センサ３は受光状態のままとなる。

モジュール内から教示用装置を搭載したロボットのウェハ搭載部を取り出す際には、図６の状態からウェハ搭載部を上方向に移動させ、上記とは逆の手順で図３の状態に戻すことで取り出しが可能となる。

以上の操作により透過センサ３が変化したときのロボットウェハ搭載部の高さ方向の位置が得られる。ここで、図３の内板１が外板２に支持されている状態における遮光板６の端から光路８までの距離をａ、外板２の底面から内板１の底面までの距離をｂとする。このとき、ロボットが実際にウェハ搭載部にウェハを搭載し、載置ピンに載置する際にウェハ底面と載置ピン７とが接する位置は、透過センサ３が変化したときに記録したロボットウェハ搭載部の高さ方向の位置から（ａ＋ｂ）だけ上方に位置する。前記ａ、ｂの値は教示用装置の設計値から算出することができ、透過センサ３が変化したときに記録したロボットウェハ搭載部の高さ方向の位置から（ａ＋ｂ）上方の位置をウェハ載置位置として制御装置へ教示することで教示作業が完了する。

なお、図３から図６に至る下方向への移動による教示手順において透過センサ３の変化するときのロボットウェハ搭載部の高さ方向の位置を記録したが、図６から図３に至る上方向への移動による教示手順において透過センサ３の変化するときのロボットウェハ搭載部の高さ方向の位置を記録することでも同様の効果を得る。また、下方向、上方向の両方で透過センサ３の変化するときの位置を記録し、その平均値をとることでヒステリシスによる影響を低減でき、より精度の良い値を得ることができる。

また、透過センサ３の方向及び遮光板６の形状は、例えば図７のような配置や形状でも何ら問題はなく同様の効果を得る。

図８は本発明の第２の実施形態に係わる制御機構のブロック図である。第２実施形態による教示用装置には発光部４と受光部５とを有する透過センサ３が外板２に３個以上設置され、内板１には各々の透過センサの光路８を遮断する位置に遮光板６が透過センサ３と同数設置されている。第１の実施例と同様の手順で各々の透過センサ３の出力状態をＩ／Ｆ部１１を介しＣＰＵ１６に取り込む。また各々の透過センサ３の出力状態が変化したときのロボットのウェハ搭載部の高さ方向の位置情報はロボット１２のモータに接続されたエンコーダ１３によって取得することができ、サーボアンプ１４、Ｉ／Ｆ部１５を介し、ＣＰＵ１６に取り込むことが出来る。これにより透過センサ３の出力状態が変化するウェハ搭載部の位置を３点以上計測することができるため、載置面方程式算出部２１によって３本の載置ピンによって形成される載置面の面方程式を算出することが可能となる。載置面の面方程式から、載置面高さ検出部１７により載置ピンによる載置面の高さが算出されウェハ載置作業のための高さ方向の教示が可能となる。また、載置面の面方程式からは載置面角度検出部２２によって載置面の傾きが算出され、載置ピンの傾き或いは載置ピンの設置ミスによって生じる載置面の傾きの有無を判別することができ、教示作業の信頼性を高めることができる。

本発明の第１実施例を示す教示用装置の斜視図本発明の第１実施例の教示作業を行うための制御機構のブロック図本発明の第１実施例のモジュール内に教示用装置を挿入したときの状態を示す側面図本発明の第１実施例の教示用装置の内板が載置ピンに接触したときの状態を示す側面図本発明の第１実施例の教示用装置の内板が載置ピンに載置され、透過センサの出力に変化が生じた状態を示す側面図本発明の第１実施例の教示用装置の内板が載置ピンに載置され、透過センサが完全に受光した状態を示す側面図本発明の第１実施例の透過センサと遮光板の別の例を示す教示用装置の斜視図本発明の第２実施例の教示作業を行うための制御機構のブロック図従来の教示用装置の例を示す斜視図従来の教示用装置の例を示す斜視図

符号の説明

１内板
２外板
３透過センサ
４発光部
５受光部
６遮光板
７載置ピン
８光路
１０教示用装置
１１Ｉ／Ｆ部
１２ロボット
１３ａ〜ｂモータ・エンコーダ
１４制御部
１５Ｉ／Ｆ部
１６ＣＰＵ
１７載置面高さ検出部
１８教示位置生成部
１９指令部
２０教示位置
２１載置面方程式算出部
２２載置面角度検出部

Claims

ウェハ搭載部に載置したウェハを、教示された搬送位置に移送するロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、からなるウェハ搬送装置に、前記搬送位置における高さ方向の位置を教示する教示装置であって、
前記ウェハ搭載部に載置される薄板形状の外板と、
上方向に脱離可能に前記外板に支持され、前記搬送位置に搭載可能な薄板形状の内板と、
前記外板または前記内板のいずれかに搭載され、発光部と受光部とからなる透過センサと、
前記透過センサが搭載されていない前記外板または前記内板に搭載され、前記透過センサの発光部と受光部とを遮断する遮光板と、を備えた搬送装置の教示装置。
ウェハ搭載部に載置したウェハを教示された搬送位置に移送するロボットと、前記ロボットを制御する制御装置とからなるウェハ搬送装置に、前記搬送位置における高さ方向の位置を教示する教示装置であって、
前記ウェハ搭載部に載置される薄板形状の外板と、
上方向に脱離可能に前記外板に支持され、前記搬送位置に搭載可能な薄板形状の内板と、
前記外板または前記内板のいずれかに搭載され、発光部と受光部とからなる少なくとも３つの透過センサと、
前記透過センサが搭載されていない前記外板または前記内板に搭載され、前記透過センサの発光部と受光部とを遮断する、前記透過センサと同数の遮光板と、
前記内板が前記搬送位置に搭載されたときの、前記透過センサの各々の出力から前記搬送位置の搬送面の面方程式を算出する載置面方程式算出部と、
前記搬送面方程式で示される前記搬送面と、前記ウェハ搭載部のウェハ載置面との相対的な角度を算出する載置面角度検出部と、を備えた搬送装置の教示装置。
前記外板は中空部を有した環状円盤であって、前記内板が前記外板の中空部に略一致する円盤であることを特徴とした請求項１または２記載の搬送装置の教示装置。