JP3694808B2

JP3694808B2 - ウェハ搬送用ロボットの教示方法および教示用プレート

Info

Publication number: JP3694808B2
Application number: JP2001115453A
Authority: JP
Inventors: 伸一石川; 仁脇迫
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: KR20030096318A; TW531479B; US20040202362A1; JP2002307348A; WO2002083372A1; KR100639980B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウェハ搬送用ロボット、特にウェハカセットに収容されたウェハを前記ウェハカセットから搬出するウェハ搬送用ロボットの教示方法およびそれに用いる教示用プレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造の過程においては、ウェハを常にクリーン度の高い環境に置く必要があるので、ウェハをFOUP(Front Opening Unified Pod)やＳＭＩＦポッド（Standard Mechanical Interface Pod）と呼ばれる密封されたウェハカセットに格納して各処理装置間を搬送する。また、ウェハカセットから処理装置へのウェハの受け渡しは、外部に比べクリーン度の高いフロントエンドと呼ばれる区画の中で行われる。
図１０は、フロントエンドの構成を示す概念図である。図において、１はフロントエンド２０内に配置されたウェハ搬送用ロボットである。フロントエンド２０は処理装置２１に付属する一種のエアロックであり、外部と処理装置２１の間を連絡する区画である。ウェハ２２はウェハカセット４に格納されて、フロントエンド２０の外側まで運ばれる。ウェハカセット４とフロントエンド２０の間には図示しないゲートがあり、このゲートを開いて、ウェハカセット４の内部のウェハ２２をウェハ搬送用ロボット１が取り出して処理装置２１に搬入する。
ところで、ティーチングプレイバック型のロボットの教示作業では、オペレータがロボットの近くでその動きを目視しながら行なうのが一般的である。しかし、フロントエンド装置においては、装置の幅が狭くてオペレータが出入りしにくく、さらにフロントエンド内のクリーン度を維持するために可能な限り人の出入りを避ける必要があるため、オペレータがロボットに近づけず、従来の方式によるロボットの教示作業は困難である。
この問題を解決するために、ロボットのハンド部に距離センサとカメラを取り付け、作業ステージ側にマークを設けて、距離センサの距離情報とカメラ撮像内のマークを見ながらロボットの位置の教示を行なう方法が特開平８−７１９７３号公報で提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平８−７１９７３号公報で提案された方法では、垂直方向には距離センサ、水平方向にはカメラと２種類の機器が必要となり、コストがかかるという問題がある。
また、これらの機器はロボットの先端に取り付けられているのでロボットと共に機器が移動することになり、信号線の引き回しなどによるトラブルも発生しやすいという問題もある。
また、教示時以外はこれらの機器は必要ないため、着脱する必要があるが、着脱の際に発生する磨耗紛などでフロントエンド内のクリーン度を落としてしまうという問題もある。
そこで本発明は、単純かつ安価な装置を用いるウェハ搬送用ロボットの教示方法であって、フロントエンド内のクリーン度を維持でき、しかも教示作業を省力化する教示方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、所定の場所に載置されたウェハを搬出、あるいは所定の場所にウェハを搬入するウェハ搬送用ロボットの教示方法において、ウェハ搬送用ロボットのハンドに位置決め用マークを設け、前記位置決め用マークを撮像するカメラを備えた教示用プレートを前記場所の所定の場所に配置し、前記位置決め用マークを前記カメラで撮影し、前記位置決め用マークが前記カメラの画像内の所定の位置を占めるように前記ハンドの位置をオペレータの操作によって修正して、前記ハンドを水平面内で位置決めするものである。
また、前記カメラで撮影された前記位置決め用マークの画像のピントが合うように、前記ハンドの高さ方向の位置をオペレータの操作によって調整し、ピントの合った高さを基準に前記ハンドの垂直方向の位置決めを行なうものである。
また、前記カメラで撮影した前記位置決め用マークの画像における前記位置決め用マークの位置と前記ハンドを正規の位置に位置決めしたときに得られる前記画像における前記位置決めマークの位置の差異を計測して、前記差異で前記ハンドの位置を自動的に補正して、前記ハンドを水平面内で位置決めするものである。
また、前記ハンドを垂直方向に動かしながら、前記カメラで撮影された前記位置決め用マークの画像の画素の濃淡の微分値を求め、前記微分値が所定のしきい値を越える画素の数が最大となる位置で前記ハンドを停止し、その時の高さを基準に前記ハンドの垂直方向の位置決めを行なうものである。
また、前記カメラで撮影された前記位置決め用マークの画像の大きさを求め、前記画像の大きさを所定の大きさと比較し、前記画像の大きさが前記所定の大きさに等しくなるように前記ハンドを上下に移動させて、前記ハンドの垂直方向の位置決めを行なうものである。
また、前記カメラの画像信号を無線で送信する送信機を備えた前記教示用プレートを用いてウェハ搬送用ロボットを教示するものである。
また、教示用プレートに実際のウェハと同様に位置決めできる形状および寸法と、ウェハ搬送用ロボットのハンドの位置決め用のマークを撮像するカメラを備えるものである。
また、前記カメラの画像信号を無線で送信する送信機を前記教示用プレートに備えるものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示すウェハ搬送装置の構成図である。図において、１はウェハ搬送用ロボットであり、その先端にはウェハを載せて保持するハンド２が装着され、ハンド２には位置決め用マーク３が付けられている。４はウェハを収容するウェハカセットである。５は実際のウェハの代わりにウェハカセットに挿入された教示用プレートである。６は教示用プレート５の下側を撮影するように設置されたカメラである。
ウェハ搬送用ロボット１はコントローラ７によって制御され、オペレータはコントローラ７に接続された操作ボックス８を用いて、ハンド２を鉛直軸回りに回転させる動作、ウェハカセット４に対し進退させる動作、および上下方向に昇降させる動作を教示することができる。また、カメラ６が撮影した映像はＴＶモニタ９に出力され、オペレータはＴＶモニタ９の画像を確認しながらウェハ搬送用ロボット１を動かして教示を行なえる。
【０００６】
図２は本発明の実施例を示すハンドの平面図である。ハンド２はウェハを載置して保持する平板であり、その上面に位置決め用のマーク３が付けられている。本実施例では十字マークであるが、ハンド２の位置と方向が特定できる形状であればどのようなマークでもかまわない。また、使用状況によっては上面だけでなくハンド２の両面に付けてもよい。
【０００７】
図３は本発明の実施例を示す教示用プレートの平面図である。教示用プレート５はウェハ搬送用ロボット１の教示の際に、実際のウェハの代わりにウェハカセット４に挿入したときに実際のウェハと同様に位置決めされるよう、実際のウェハと同一の径を有する半円部を有している。なお、点線は実際のウェハの形状を示している。６は教示用プレート５に取り付けられたカメラである。カメラ６はできるだけ小型であることが望ましい。カメラ６は、教示用プレート５に対してハンド２を正しく位置決めした場合に位置決め用マーク３がＴＶモニタ９の中央に写るように配置されている。
【０００８】
図４は本発明の実施例を示すフローチャートである。
教示用プレート５はこのフローを実行する前にウェハカセット５内に正しく位置決めされる。ウェハカセット４は２５枚のウェハを搬送するため２５段のスロットが等ピッチで上下に並んでいるが、何段目に挿入するかは予め決めておく。ステップ１０１では、まずロボット１を水平方向に動かしハンド２をウェハカセット４内の教示用プレート５の下に挿入する。この水平位置は予めオフラインシミュレータ等で計算した位置を用いる。
ステップ１０２では、操作ボックス８を使ってロボット１を上下方向に動かし、ハンド２を教示用プレート５に近づけていく。このときオペレータはカメラ６により撮影された画像をＴＶモニタ９で監視しており、位置決め用マーク３にピントが合った時点でロボット１の上下動作を停止する。
図５に示すように、焦点距離ｆのレンズ１１を用いて撮像素子（図示せず）上に被写体１２の像１３を結ぶとき、レンズ１１から被写体１２までの距離ａとレンズ１１から像１３までの距離ｂの間には次のような関係がある。
1/f = 1/a + 1/b （式１）
つまり、式１が成り立つ状態がピントが合った状態である。本実施例では、カメラ６のレンズ１１の焦点距離ｆは固定であり、またレンズ１１から撮像素子までの距離ｂも固定であるため、ピントが合った時のレンズ１１から被写体１２までの距離ａは一意に決まる。したがって、ステップ１０２の操作において、教示用プレート５に対するハンド２の垂直方向の位置を常に一定に同定することができる。
次にステップ１０３では水平方向の位置を調整する。図６はステップ１０２が終了した時点で、カメラ６により撮影された位置決めマーク３の画像の例であり、位置決めマーク３の位置が予め決められた位置とはずれた状態である。オペレータはＴＶモニタ９の画面を見ながらロボット１の鉛直軸回りの回転動作、ウェハカセット４に対する進退動作により図７のように位置決めマーク３の位置が画面中央になるよう、ハンド２の水平方向の位置と方向を操作ボックス８を用いて調整する。
ここまでの操作で、ウェハカセット４のある段に位置決めされた教示用プレート５に対するハンド２の位置と方向は一意に決まる。そこでステップ１０４では、この位置をもとにウェハカセット４の他の各段（教示用プレート５が配置されていない段）にウェハが置かれた場合のロボット１の各教示点を計算によって求める。つまり、ある段について教示した位置データを高さ方向にシフトして他の各段の位置データを作成する。
以上のようにして、ウェハを出し入れするときのロボット１の教示点を定めることができる。
【０００９】
図８は本発明の別の実施例を示す構成図である。基本的には図１に示された構成と同一であるが、カメラ６により撮影された画像を画像処理装置１０によって解析し、その結果をコントローラ７に出力する点が異なる。
図９はこの別の実施例に示すフローチャートである。
ステップ２０１では、まずロボット１を水平方向に動かしハンド２をウェハカセット４に挿入する。この水平位置は予めオフラインシミュレータ等で計算した位置を用いる。
ステップ２０２では、画像処理装置１０により画像のボケ具合を計測し、その情報を元に上下方向の動作指令をロボットコントローラ７に出力する。画像のボケ具合は、画面全体の微分値を計算し、その値の大きさで知ることができる。
ここで言う微分値とは、画像の明るさ（濃淡値）の空間的な変化の割合を指し、さらに具体的に言えば、隣り合う画素の濃淡値の差分を指す。
画像に対して微分処理を行うと、その輪郭部が抽出される。ピントが合っている画像では、輪郭部がはっきりするためその微分値は大きくなる。よってあらかじめ決めたしきい値より微分値が大きい画素の数が最大になったときにピントが合っていると言える。そこでこの時点でロボット１の上下動作を停止する。
ステップ２０３では、画像処理装置１０によりマーク３の位置と予め決められた位置とのずれを求め、その情報を元にロボット１の回転動作、進退動作の指令をロボットコントローラ７に出力する。カメラ６により撮影された画像からマーク３を抽出しその位置と方向を求める手法は、適切なしきい値による画像の二値化、重心の計算などの公知の画像処理方法の中から選択すればよい。
最終的に図７のように位置決めマーク３の位置が画面中央になったときにロボット１の動作を停止する。
ステップ２０４は、ある段のスロットについて教示した位置データを高さ方向にシフトして他の各段の位置データを作成するステップである。
【００１０】
ハンド２の高さ方向の位置決めは、前述のピント合わせを利用する方法に代えて、カメラ６で撮影した位置決めマーク３の画像の大きさが所定の大きさになるように、ハンド２の高さを自動調整する方法を用いてもよい。
具体的には次の（１）から（３）の手順を用いればよい。
（１）ハンド２がウェハに対して正確に位置決めした時のカメラ６で撮影した位置決めマーク３の画像の大きさ（例えば、位置決めマーク３を構成する線の幅方向の画素の数など）を事前に計算あるいは実験で求めておく。
（２）つぎに、実際のティーチングの際に、位置決めマーク３の大きさを画像処理装置１０で求め、あらかじめ求めておいた値と比較する。
（３）位置決めマーク３の画像が大きければ、ハンド２を下げる（教示用プレート５から遠ざける）指令を画像処理装置１０からコントローラ７に出力する。位置決めマーク３の画像が小さければ、ハンド２を上げる指令を出力する。
【００１１】
図１および図８では、カメラ６とＴＶモニタ９あるいは画像処理装置１０を有線で繋いだ例を示したが、カメラ６の画像信号を電波信号で送信する無線送信機を教示用プレート５に取り付けて、カメラ６とＴＶモニタ９あるいは画像処理装置１０を無線で繋いでもよい。
なお、以上の実施例では、ウェハカセット４内のウェハを搬送するための教示方法について述べたが、本発明の方法の対象はウェハカセット４からのウェハの搬出の教示には限られない。処理装置２１内のステージ上にウェハの代わりに教示用プレート５を置けば、処理装置２１からのウェハの搬出の教示に適用できることは言うまでもない。
【００１２】
【発明の効果】
以上、説明したような本発明は次のような効果を奏する。
オペレータがカメラにより撮影された画像を見ながらロボットの位置を教示できるため、フロントエンド内に入る必要がない。また、カメラを教示用プレートに取り付けるため、ロボット側にはマークを施すだけでよく、ロボットの先端に機器を搭載する必要がなくなり、トラブルの要因を排除できる。さらにロボットへの機器脱着の工程が発生しないため、フロントエンド内のクリーン度を維持することができる。
また、教示点の垂直方向の調整にはカメラのピント合わせ、あるいは位置決めマークの画像の大きさを利用しているため、距離センサが不要となりコストを押さえることができる。
さらに画像処理技術を用いることで、前記の効果に加え、ロボットの水平方向および垂直方向の位置調整を自動的に行い教示作業の大幅な省力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すウェハ搬送装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示すハンドの平面図である。
【図３】本発明の実施例を示す教示用プレートの平面図である。
【図４】本発明の実施例を示すフローチャートである。
【図５】被写体とレンズと像の関係を説明する説明図である。
【図６】位置決め前の位置決めマークの画像を示す図である。
【図７】位置決め後の位置決めマークの画像を示す図である。
【図８】本発明の別の実施例を示すウェハ搬送装置の構成図である。
【図９】本発明の別の実施例を示すフローチャートである。
【図１０】フロントエンドの構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１ウェハ搬送用ロボット２ハンド３位置決めマーク
４ウェハカセット５教示用プレート６カメラ
７コントローラ８操作ボックス９ＴＶモニタ
１０画像処理装置１１レンズ１２被写体
１３像
２０フロントエンド２１処理装置２２ウェハ

Claims

外部に比べクリーン度の高い区画の所定の場所に載置されたウェハを搬出、あるいは所定の場所にウェハを搬入するウェハ搬送用ロボットの教示方法において、
カメラを備えた教示用プレートが前記所定の場所に配置され、
前記カメラが前記ウェハ搬送用ロボットのハンドに設けられた位置決め用マークを撮像し、
前記撮像された位置決め用マークの画像が画像処理装置に送信され、
前記画像処理装置が前記位置決め用マークの画像の画素の濃淡の微分値が所定のしきい値を越える画素の数を求め、
前記画素の数が最大となるように前記ハンドが垂直方向に位置決めされた後、
前記画像処理装置が前記位置決め用マークの画像から求められた前記位置決め用マークの位置と前記ハンドを正規の位置に位置決めしたときに得られる画像から求められた前記位置決めマークの位置との差異を計測し、
前記差異に基づいて前記ハンドが水平方向に位置決めされる
ことを特徴とするウェハ搬送用ロボットの教示方法。
前記教示用プレートは、前記カメラが撮像した位置決め用マークの画像を無線で前記画像処理装置に送信する送信機を備えたことを特徴とする請求項１記載のウェハ搬送用ロボットの教示方法。
外部に比べクリーン度の高い区画の所定の場所に載置されたウェハを搬出、あるいは所定の場所にウェハを搬入するウェハ搬送用ロボットの教示装置において、
前記ウェハ搬送用ロボットのハンドに設けられた位置決め用マークと、
教示用プレートと、
前記教示用プレートに設けられたカメラと、を備え、
前記カメラが前記位置決め用マークを撮像し、
前記撮像された位置決め用マークの画像が画像処理装置に送信され、
前記画像処理装置が前記位置決め用マークの画像の画素の濃淡の微分値が所定のしきい値を越える画素の数を求め、
前記画素の数が最大となるように前記ハンドが垂直方向に位置決めされた後、
前記画像処理装置が前記位置決め用マークの画像から求められた前記位置決め用マークの位置と前記ハンドを正規の位置に位置決めしたときに得られる画像から求められた前記位置決めマークの位置との差異を計測し、
前記差異に基づいて前記ハンドが水平方向に位置決めされることを特徴とするウェハ搬送用ロボットの教示装置。
前記教示用プレートは、前記カメラが撮像した位置決め用マークの画像を無線で前記画像処理装置に送信する送信機を備えたことを特徴とする請求項３記載のウェハ搬送用ロボットの教示装置。
請求項３記載のウェハ搬送用ロボットの教示装置において、
実際のウェハと同様に位置決めできる形状および寸法を有し、
ウェハ搬送用ロボットのハンドに設けられた位置決め用のマークを撮像するカメラと、
前記カメラの画像信号を無線で送信する送信機と、を備えたことを特徴とする教示用プレート。