JP4357744B2 - ロボットアライメントシステムおよびそのシステムを利用したアライメント方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体搬送分野および半導体処理分野においてアライメントを実施する装置および方法に関するものである。より詳しくは、本発明は搬送された回路基板あるいはロボットアームのエンドエフェクタを、回路基板カセット、処理ステーションあるいは他の回路基板ワークステーションと位置合わせするための装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハおよびフラットパネルディスプレイの処理分野において、ロボットアームは半導体ウェハ、フラットパネル、レチクルなどを含む回路基板を、さまざまな処理工程が行われる複数のカセットおよびワークステーションに、あるいはこれら複数のカセットおよびワークステーションから移動させるのに使用されている。回路基板が保持されているロボットエンドエフェクタおよびワークステーションあるいはカセットは、回路基板が損傷を受けることなく搬送されるとともに適切に位置決めされ得るよう、互いに適切に位置決めされなければならない。
【０００３】
ロボットリンク機構の種々の異なるタイプのものが従来公知である。これらリンク機構には、テレスコピック式アーム、回転可能なリンクアーム、および二等辺三角形型リンク機構などが採用されている。複数のプーリ、ベルト、およびモータは、互いについてロボットアームのリンクを動かすとともに、回路基板を把持しかつ搬送するのに使用されるアームの端部に設けられたロボットエンドエフェクタあるいはハンドを動かすのに一般に利用されている。使用中、ロボットアームは通常吸引によってエンドエフェクタでカセット内あるいはワークステーションに位置する回路基板を取り上げるために伸張される。つぎにアームは収縮されるとともに、別のカセットあるいはワークステーションの位置に回転される。そして、回路基板を運ぶロボットアームは、回路基板が収容される別のカセットあるいはワークステーションに進められる。
【０００４】
プリアライニングとは、ロボットのエンドエフェクタ上の回路基板を位置決めするとともにセンタリングすることによって回路基板の角度および線形ミスアライメントの問題を処理する工程のことである。この問題はフラットパネルディスプレイを処理するとき特に問題となっている。というのは、フラットパネルはしばしば、ある角度および線形ミスアライメントを有するカセットに存在しているからである。プリアライメント中、回路基板の平らな部分あるいは切欠きなどのマークが予め定められた角度にセットされるとともに回路基板の中心がエンドエフェクタ上の所定位置に位置決めされるよう、回路基板は方向決めされるとともにその中心位置が位置合わせされる。プリアライニングは、処理中、連続して処理される回路基板がすべて同じ方向にマークを使って方向決めされるとともに中心位置が位置決めされることを確実なものとするものである。プリアライニングは一般に、CCDセンサのような光センサを有するチャック上に回路基板を置くとともに、ミスアライメントを検出するために回路基板を回転させるチャックを使用することによって達成される。そしてチャックは、ロボットエンドエフェクタ上の回路基板を心出しするとともに位置合わせするのに使用することができる。また、ロボットエンドエフェクタのみをチャック上の回路基板を心出しするのに使用することもできるし、ロボットとチャックとを組み合わせたものを使用することもできる。
【０００５】
半導体ウェハおよびフラットパネルを含む回路基板の操作中に起こる別の問題は、ロボットアームエンドエフェクタのＺ軸を回路基板が配置されているカセットあるいはワークステーションの軸線と完全に平行とすることができないということである。ロボットエンドエフェクタとカセットあるいはワークステーションとの相対的な傾斜は、ほんの数度とすることができる。しかしながらこのミスアライメントは、エンドエフェクタが回路基板に適切に接近するとともに回路基板を取り上げ、かつカセットあるいはワークステーションにその回路基板を適切に置くことから妨げている。
【０００６】
ロボットアームのＺ軸の調整はまた、回路基板の重量によりロボットアームをわずかに下側に撓ませてしまうおそれのある大きな回路基板を搬送するときにも有用である。調整可能なＺ軸プラットフォームは、回路基板をワークステーションあるいはカセットと位置合わせするために回路基板の重量を受けるロボットアームの撓みを補償するのに使用することができる。
【０００７】
このミスアライメントに順応する、一般的に傾斜可能なＺ軸を有するロボットアームは、米国特許第 08/661,292 号明細書（1996年6月13日出願）、米国特許第 08/788,898 号明細書（1997年1月23日出願）、米国特許第 08/889,907 号明細書（1997年7月10日出願）、および米国特許第 号明細書（代理人明細書番号 010063-025 ；1998年5月5日出願）に開示されている。これら各明細書がその全体について参考として本明細書に組み込まれている。一般的に傾斜可能なＺ軸ロボットは、ロボットがアライメントを達成することができるように傾斜可能とされているが、必要とされる傾斜の角度は最初に決められなければならない。
【０００８】
回路基板を処理する従来のロボットアームを使って、カセットおよびワークステーションの長手方向軸線は、手動計測によってロボットエンドエフェクタと位置合わせされている。ロボットが何らかの理由で取り替えられたりあるいは動かされたりするたびに、ロボットをワークステーションおよびカセットと手動で位置合わせする工程にはかなりの時間が費やされる。しかしながら、もしワークステーションおよびカセットの検出された方向に対応するロボットアームのＺ軸を自動的に変化させることができるとすれば、設置時間は大幅に削減することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に傾斜可能なＺ軸ロボットを使ってロボットアームを個々のワークステーションあるいはカセットと位置合わせすることはできるが、アライメントを達成するのに要求されるＺ軸の傾斜量を決定する便利な方法がない。したがって、ロボットアームエンドエフェクタのＺ軸とワークステーションあるいはカセットとの間のアライメントを自動的に達成できるようにすることが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも一つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせするロボットアライメント装置およびアライメントステーションに関するものである。このアライメントステーションは、回路基板がロボットのエンドエフェクタによって保持されている平面を決定するためのセンサを備えている。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせさせるためのロボットアライメント装置は、回路基板を搬送するためのエンドエフェクタを有するロボットと、自身に対する前記エンドエフェクタあるいは前記エンドエフェクタ上に保持された回路基板の近接についての情報を感知する近接感知装置を有するアライメントステーションとを備えている。前記エンドエフェクタは、前記回路基板がエンドエフェクタ上に取り付けられたときに前記回路基板の平面と直交するＺ軸を有している。前記近接感知装置によって与えられた前記情報に従って前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する手段ための手段が前記ロボットエンドエフェクタと前記少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションとの間のアライメントを達成するために設けられている。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、回路基板あるいはロボットアームエンドエフェクタを前記回路基板が収容されるカセットあるいはワークステーションと位置合わせするための調整を決定するアライメントステーションは、各センサと前記回路基板あるいは前記エンドエフェクタ上の最も近い点との間の距離を示す信号を出力するとともに、公知の面に配置された複数の近接センサを備えている。手段は、前記回路基板あるいは前記エンドエフェクタを前記カセットあるいは前記ワークステーションと位置合わせするために必要とされた修正動作の平面情報指示を決定するために設けられている。前記平面情報は、前記複数の近接センサによる信号出力から決定されるとともに、ロボットがロボットエンドエフェクタのＺ軸のアライメントに対してである。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせする方法は、回路基板をロボットのエンドエフェクタを有する平面教示ステーションに搬送する段階と、前記平面教示ステーションの近接感知装置で前記回路基板の平面を感知する段階と、前記少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと適切に位置合わせされている前記回路基板の予め定められた平面を達成するために前記回路基板の感知された平面に従って前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する段階とを備えている。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態によれば、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせさせるためのアライメント装置は、移動可能なロボットアームと、回路基板を搬送するために前記ロボットアームの端部に設けら、前記回路基板が自身に取り付けられているとき前記回路基板の平面に直交するＺ軸を有するエンドエフェクタと、アライメント面に対して前記エンドエフェクタの近接を感知するために前記エンドエフェクタに設けられた近接感知装置と、前記ロボットエンドエフェクタと前記少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションとの間のアライメントを達成するため前記近接感知装置によって与えられた前記情報に基づいて前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する手段とを備えている。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態によれば、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせする方法は、ロボットのエンドエフェクタあるいはエンドエフェクタに支持された回路基板をアライメント面の方に移動させる段階と、１つあるいは２つ以上の近接センサによって、前記エンドエフェクタあるいは前記回路基板と前記アライメント面との間の平面における相違を感知する手段と、前記エンドエフェクタあるいは前記回路基板を少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせするために前記平面における感知された相違に従って前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する段階とを備えている。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態によれば、ロボットアーム機構のエンドエフェクタ上の回路基板をプリアライニングする方法は、少なくとも２つの近接センサを有するエンドエフェクタを準備する段階と、前記回路基板の表面に実質的に平行な方向に位置する回路基板の方に前記エンドエフェクタを移動させる段階と、複数の近接センサのそれぞれに対して前記回路基板が感知距離内に達すると前記近接センサのそれぞれが作動する段階と、前記近接センサによって与えられた情報に基づいて前記回路基板の位置を算定する段階と、前記回路基板の前記算定された位置に基づいて前記エンドエフェクタ上の前記回路基板をプリアライニングする段階とを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を添付した図面に図示した好ましい実施形態に基づいてより詳細に説明する。
【００１８】
本発明による回路基板処理装置は、１つあるいは２つ以上のカセット１０と、１つあるいは２つ以上の回路基板処理ワークステーション１２と、平面教示ステーション１４と、プリアライナステーション１６と、これらステーションとカセットとの間で回路基板を移送するロボット２０とを備えている。図１に示すロボット２０は２つのエンドエフェクタ２２を備えている。これらエンドエフェクタはそれぞれロボットアーム２４の両端部に配置され、かつ回路基板を把持したり移動させたりすることができるものである。図２および図３に最もわかりやすく示しているように、ロボットアーム２４は３本のリンク３０，３２，３４から構成されている。ロボットアーム２４の最も先端に位置するリンク３４は、これらエンドエフェクタ２２を支持するものである。このロボットアーム２４は、米国特許第 5,064,340 号明細書（本明細書中に参考として組み込まれている）に開示されたような、ベルトとプーリーとの組み合わせあるいはその他公知の駆動機構によって駆動可能とされている。
【００１９】
回路基板をカセット１０に正確に置いたりカセット１０から正確に取り出したり、あるいは回路基板を回路基板処理ワークステーション１２の１つに正確に置いたり回路基板処理ワークステーション１２の１つから正確に取り出したりするために、ロボットエンドエフェクタ２２のＺ軸はこれらカセットあるいはワークステーションの軸線と一直線に合わせられなければならない。回路基板がエンドエフェクタ上に位置決めされている場合、ロボットエンドエフェクタのＺ軸は回路基板の平面に対して垂直となっている。エンドエフェクタ２２のＺ軸は通常、ロボットアーム２４がロボットのベース３６上で回転するロボット全体のＺ軸に垂直である。しかしながら、エンドエフェクタ２２もまたロボット全体のＺ軸に対してある角度を取ることができる。回路基板がワークステーションあるいはカセット内の好ましい位置にあるとき、これらワークステーション１２あるいはカセット１０のいずれか１つの軸線は、回路基板が置かれている平面に垂直な線として決められている。
【００２０】
エンドエフェクタのＺ軸とカセット１０・ワークステーション１２の軸線とのアライメントは、回路基板に損傷を与えないために必要である。もし回路基板を移送するロボットエンドエフェクタにミスアライメントが生じている場合には、回路基板がカセットあるいはワークステーションの壁といった障害物と接触するおそれがある。さらに、エンドエフェクタが位置合わせされていない場合、エンドエフェクタが回路基板をつかもうとするときに回路基板のエッジにあたり、回路基板がエンドエフェクタ２２によって傷つけられてしまうおそれがある。
【００２１】
ロボットエンドエフェクタのＺ軸とカセット１０・ワークステーション１２の軸線とのミスアライメントによるこれら問題点を解決するため、本発明は平面教示ステーション１４を備えている。この平面教示ステーションは、エンドエフェクタ２２上に回路基板の平面を見出すとともに、ロボットのＺ軸の調整に使用する回路基板およびエンドエフェクタの平面についての情報をロボット制御器に伝えるためのものである。ロボット２０は一般に、ロボットのＺ軸を平面教示ステーションからの情報に従ってロボット制御器により調整することができる傾斜可能なプラットフォームあるいはベース３６に取り付けられている。ロボットのＺ軸の調整は、エンドエフェクタのＺ軸がカセット１０の軸線およびワークステーション１２の軸線と一致するようになされる。一般に傾斜可能なＺ軸線プラットフォーム３６は、公知の方法により少なくとも２方向にロボット２０のＺ軸線を傾けることができるものである。
【００２２】
平面教示ステーション１４は、カセット１０およびワークステーション１２の設置基準面とロボット２０の設置基準面とにできるだけ平行に、またカセットおよびワークステーションと予め定められた角度で配置されているベース４０を備えている。ワークステーション１２、カセット１０、および／またはロボット２０に対する平面教示ステーション１４のベース４０のアライメントは、教示ステーション、ロボット、ワークステーション、およびカセットをすべて同一平面のテーブル上あるいは他の基準平面に固定することによって達成可能である。
【００２３】
本発明の一実施形態による平面教示ステーション１４には３つの近接センサ４２が設けられている。これら近接センサはベース４０上に互いに離間して配置されている。簡素化するため、これらセンサ４２は好適に正三角形配置で設けられていることが望ましい。各近接センサ４２は光源と光検出器とを備えている。この実施形態において近接センサからの光は、反射面が近接センサからある所定距離内に位置する場合に表面で反射されるとともに光検出器によって検出されている。近接センサは、物体がセンサに対して予め定められた距離内に接近した場合に、反射された光を検出することによって決定することができるオンオフ装置である。教示ステーション１４はエンドエフェクタに配置された回路基板の教示平面として説明しているが、教示ステーションはまた、回路基板をピックアップする前にエンドエフェクタのみの平面を決定することもできるものでもある。
【００２４】
平面教示ステーションのこの実施形態における動作において、回路基板Ｓはロボットエンドエフェクタによって取り上げられたりあるいは把持されるとともに、平面教示ステーション１４の上方位置に移動させられる。回路基板Ｓがロボットによって位置決めされて、この回路基板の部分が各近接センサの上に位置するようになる。つぎに回路基板Ｓはロボットによって教示ステーション１４の方向に下降される。回路基板Ｓは通常、エンドエフェクタのＺ軸線に平行な方向にロボットによって下げられる。回路基板が通常下方に位置する教示ステーションのベース４０に接近すると、回路基板Ｓの下面に平面教示ステーション１４の３つの近接センサ４２の光が反射する。回路基板Ｓが平面教示ステーション１４に接近していくと、各センサ４２は回路基板の隣接する部分がセンサに対してある近接に達していることを認識する。各センサ４２はセンサに対する回路基板の隣接部分の近接の信号標本をロボット制御器に送る。ロボット２０は、近接センサ４２の３つすべてが回路基板の隣接部分の近接を記録あるいは検出するまで、回路基板ＳをエンドエフェクタのＺ軸線に実質的に平行な方向下側に移動し続ける。３つのセンサから受け取った信号は、回路基板Ｓが配置されている平面の決定を可能とするものである。回路基板Ｓを最初に検出するセンサ４２が回路基板に最も近い位置にあると認識され、また回路基板Ｓの近接を最後に検出するセンサが回路基板から最も遠い位置にあると認識されるのである。
【００２５】
回路基板Ｓが位置決めされている平面の決定は、平面教示ステーション１４自身あるいはこの平面教示ステーションに連結された別のロボット制御器によって行うことができる。平面教示ステーション１４の動作は回路基板Ｓ上の３点の近接を感知するものであるとして説明してきたが、ロボットのアライメントは同様に、エンドエフェクタ２２あるいはロボットアーム２４上の３点の近接を感知することによっても行うことができる。さらに、４つ以上の近接センサ４２を使用することもできる。本発明に使用した光近接センサの一例としては、Minneapolis，MNにあるHoneywell，Inc．が販売している光近接センサがある。
【００２６】
上述した３つの近接センサ４２の場所に他の種類および他の形状のセンサを使用することもできる。たとえば、平面CCDセンサを光源と組み合わせて使用することができる。光源からの光は回路基板あるいはエンドエフェクタで反射されるとともに、その反射された光がCCDセンサによって検出される。これら回路基板あるいはエンドエフェクタの傾斜はCCDセンサで検出された反射光の位置によって決定される。たとえば、もし平面CCDセンサに位置決めされた光源からの光が光源に直接反射されるなら、回路基板あるいはエンドエフェクタの面はCCDセンサの面と実質的に平行であると決定することができる。
【００２７】
平面教示ステーション１４に使用する光センサの他の例としては、２つの直線（linear）CCDセンサ、１つの直線CCDセンサと１つあるいは２つ以上の近接センサとを組み合わせたもの、あるいは１つの回転式近接センサを備えるものが挙げられる。また、機械式接触近接センサ、レーザ近接センサ、あるいは誘導式近接センサを使用することもできる。
【００２８】
ベース４０に近接センサ４２を取り付けるとともに平面を決定するために回路基板あるいはエンドエフェクタをベースの方向に移動させる代わりに、センサをロボットのエンドエフェクタ２２に取り付けることができる。図６はエンドエフェクタの上面あるいは下面に取り付けられた３つの近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを有するエンドエフェクタ７０を備えた平面教示装置の他の実施形態を示している。図６のエンドエフェクタ７０は、アライメント面７４と協動し平面教示ステーションとして作動するものである。作動中、近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを有するエンドエフェクタ７０の上面あるいは下面が単純な平面形状を有するアライメント面７４の方（Ｚ軸方向）に移動させられ、エンドエフェクタの面が教示ステーションの平面形状を有したアライメント面７４に対してある近接範囲内に入ると、これら近接センサはそれぞれ独立して表示する。エンドエフェクタ７０の平面は、近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃによって与えられた情報に基づいて修正され得る。もし、これら近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃがエンドエフェクタ７０の下面に取り付けられているとすれば、エンドエフェクタの平面はエンドエフェクタを平面７４の方に下げることによって測定することができる。平面はエンドエフェクタ７０上に支持された回路基板Ｓのあるなしにかかわらず決定することができる。この実施形態によるエンドエフェクタ７０上の近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃは、平面あるいは直線光センサ、CCDセンサ、あるいは接触センサなどのような異なる形態のものとすることができる。
【００２９】
また、上面に近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを有するエンドエフェクタ７０は、エンドエフェクタ上の回路基板の位置合わせを行うプリアライナ型として使用することもできる。特に、エンドエフェクタ７０は回路基盤の表面に実質的に平行な方向（Ｘ方向）から接近するので、回路基板が各センサに対して感知距離に達したときに、各近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃは異なった時点で作動させられる。エンドエフェクタ７０が回路基板の下方に移動すると、近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃが順次作動させられ、その結果はロボットの制御器で回路基板の位置をある許容誤差内で算定するのに使用される。つづいてこの動的位置の決定はエンドエフェクタ上の回路基板のプリアライニングに使用される。
【００３０】
本発明の別の実施形態によれば、エンドエフェクタ７０はエンドエフェクタの両面に近接センサを設けることができる。たとえば、３つのセンサを各面に設けて、合計６つのセンサを設けることができる。この実施形態は、アライメント面あるいは基準面の設置によって決まるエンドエフェクタの両面とのアライメントを可能にするという有利な点を有している。さらに、回路基板に対するエンドエフェクタの接近をエンドエフェクタの上方でも下方でも感知することによってエンドエフェクタがワークステーションあるいはカセットのスロット内側に位置決めされている場合、エンドエフェクタの両面に配置されたセンサは回路基板を保護するのに使用できる。
【００３１】
回路基板Ｓの平面が平面教示ステーション１４、あるいは平面教示ステーションと制御器とを組み合わせたものによって一旦決定されると、回路基板の平面はワークステーション１２あるいはカセット１０に対して回路基板の送り出しのために予め決められた平面を形成するよう調整される。回路基板およびエンドエフェクタの方向決めの調整は、一般に傾斜可能なＺ軸プラットフォーム、ユニバーサルリスト、さらなる自由度を有するロボットアーム、あるいはこれらの装置を組み合わせたものの使用を含む種々の異なる方法で達成することができる。たとえば調整は、ワークステーション１２およびカセット１０の軸線とエンドエフェクタのＺ軸とを位置合わせするため、ロボットベース３６のＺ軸の方向を変えることによって一般に傾斜可能なプラットフォームで達成することができる。回路基板Ｓおよびエンドエフェクタ２２のアライメントは、単一ステップでもＺ軸アライメントのより正確な精度を達成するため近接感知動作を繰り返し行う多重ステップでも達成することができる。
【００３２】
平面教示ステーション１４の使用に代わるものとして、プリアライナステーション１６が回路基板ＳのプリアライニングおよびロボットのＺ軸のアライメントに対する回路基板あるいはエンドエフェクタ２２の平面を決定するのに使用することができる。図３はロボット２０によるプリアライナステーション１６での回路基板Ｓの位置決めの状態を示している。プリアライナ１６は、ロボットエンドエフェクタ２２上で回路基板Ｓの回転位置および直線位置を調整することができるとともに、回路基板あるいはエンドエフェクタのＺ軸のアライメントに対する回路基板の平面を決定することができる。図１ないし図３はプリアライナ１６および平面教示ステーション１４の両方を備える回路基板処理装置を示しているが、プリアライナが平面教示ステーションとして作動するときには、平面教示ステーションは省略することができる。
【００３３】
プリアライニングとは回路基板の位置決め工程およびセンタリング工程のことであり、これらにより回路基板のマークＭが所定角度でセットされるとともに回路基板の中心ＣWが所定の位置にセットされる。図４に示すように、プリアライナ１６は、本体５０と、回転可能なチャック５２と、ライトハウス５４とを備えている。プリアライナ１６はまた、再アライメントのためにチャック５２から回路基板を持ち上げるリフティングピンを備えることもできる。さらに、ロボットのエンドエフェクタ２２は、再アライメント中のピンの代わりにチャック５２から回路基板を持ち上げるのにも使用できる。
【００３４】
ライトハウス５４は、回路基板Ｓの一側に位置決めされた光源５６と、回路基板の他側に位置決めされた直線CCDセンサなどの光センサ５８とが設けられているものである。回路基板Ｓはロボット２０によってチャック５２上に載置されるとともに、チャックは回路基板を回転させる。光源５６と光センサ５８との間に配置された回路基板Ｓの部位は影を作る。チャック５２による回路基板Ｓの回転運動中、光センサ５８は回路基板が作る影の長さに比例する信号を作り出す。制御器は光センサ５８からのデータを一定間隔で修正するとともに、この情報に基づいて移動長さＤ、移動角度θ、およびフラット角度αを決定するものである。移動長さＤはウェハの幾何学的中心ＣWとチャック中心ＣCとの間の距離である。移動角度θは、ウェハの幾何学的中心ＣWとチャック中心ＣCとを結ぶ線と、エンドエフェクタ２２の長手方向軸線との間の角度である。フラット角度αは、エンドエフェクタ２２の長手方向軸線と、回路基板のマークＭあるいはフラット面とチャック中心ＣCとを結ぶ線との間の角度である。プリアライナ１６は、単一ステップ方式あるいは多重ステップ方式でエンドエフェクタ２２上の回路基板のセンタリングができるとともに位置合わせを行うことができるものである。
【００３５】
本発明によるプリアライナステーション１６には、プリアライナが平面教示ステーションとしても機能することができるよう３つの近接センサ６２が設けられている。これら近接センサ６２は、図２に示す平面教示ステーション１４の近接センサ４２と同じように配置されているとともに作動するものである。動作中、回路基板Ｓはロボットのエンドエフェクタ２２によって取り上げられるか把持され、かつプリアライナ１６に移される。プリアライナ１６では、回路基板のエッジが光源５６と光センサ５８との間に位置決めされている。つぎに回路基板Ｓはエンドエフェクタ２２によってベース５０上に配置された近接センサ６２に向かって下側方向に移動される。回路基板Ｓの接近する部位がセンサの予め決められた近接範囲内に来ると、近接センサ６２は信号を発する。これら近接センサ６２からの情報は、回路基板Ｓの平面を決定するのに利用されるとともに、ロボットのＺ軸を傾けることによって所望の回路基板平面に回路基板平面を調整するのに利用される。
【００３６】
プリアライナステーション１６は、回路基板およびエンドエフェクタの平面がロボットエンドエフェクタのＺ軸の調整によって調整される前後で、回路基板のプリアライメント実施することができる。本発明の平面教示工程はプリアライナと結びつけて図示しているが、平面教示ステーションはまた、カセットあるいはワークステーションなどの回路基板処理装置の他のステーションとも結びつけることができることにも留意しなければならない。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、カセット１０およびワークステーション１２はすべて互いに大まかに位置合わせされるとともに、平面教示ステーションはワークステーションおよびカセットの軸線とロボットエンドエフェクタのＺ軸との位置合わせのために使用されている。たとえば定期整備などでロボットが取り替えられたりあるいは移動させられたりする毎に、ロボットエンドエフェクタのＺ軸は平面教示ステーションを使ってプリアライメントされる。さらに、もしロボットアームが回路基板の重量によって撓んでしまうようなときには、回路基板がエンドエフェクタによって取り上げられた後に、エンドエフェクタの平面が平面教示ステーションによって決定されるようにしなければならない。
【００３８】
本発明ではダブルエンドエフェクタ２２を有する３つのリンクによるロボットアーム２４を採用しているが、その他数多くのロボットおよびエンドエフェクタ形状のものを本発明から逸脱することなく採用することができる。たとえば、ロボットアーム２４は異なる本数のリンクを備えることもできるし、平行四辺形のリンク機構のようなすべてが互いに異なる構成を有するようにすることもできる。さらに、ロボット２０はシングルエンドエフェクタ２２あるいは多重エンドエフェクタを有するようにすることができるとともに、多重エンドエフェクタは互いについて静止させることもできるし移動させることもできるものである。
【００３９】
作動中、平面教示ステーション１４あるいはプリアライナ１６は、近接感知装置を使って回路基板またはエンドエフェクタの平面を決定している。この近接感知装置は、３つあるいは４つ以上の近接センサ４２，６２、複数の直線あるいは平面CCDセンサ、または複数の他の近接センサを備えることができるものである。つぎに回路基板あるいはエンドエフェクタの平面は、一般に傾斜可能なＺ軸プラットフォーム３６でロボット２０のＺ軸を変えることによって、あるいはプリアライナで集められたデータに基づく他の方法によって自動的に調整される。アライメントを与えるのに必要とされた修正値が平面教示ステーションによって与えられた情報から算定可能である限りは、回路基板あるいはエンドエフェクタの平面を算定する独自のステップは必要とされない。
【００４０】
回路基板平面あるいはエンドエフェクタ平面の調整は、回路基板に損傷を与えることなく、回路基板が回路基板処理装置の多数のカセット１０およびワークステーション１２から取り出されたり多数のカセット１０およびワークステーション１２に搬送したりすることを可能にしている。本発明は、特に半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ、およびレティクルの運搬および処理に適用することができるだけでなく、回路基板のその他の種類のものにも使用することができる。
【００４１】
以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて詳細に説明してきたが、種々の変形実施および変更実施が本発明から逸脱することなし得るとともに同等のものが採用され得ることは当業者には明らかなことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 収縮位置に位置するロボットを有する回路基板処理装置の概略平面図である。
【図２】 平面教示ステーションでロボットによって位置決めされた回路基板を有する回路基板処理装置の概略平面図である。
【図３】 プリアライメントステーションで回路基板を位置決めしているロボットを有する回路基板処理装置の概略平面図である。
【図４】 プリアライナとチャック上に支持された回路基板を有する平面教示ステーションとの組み合わせの側面図である。
【図５】 ミスアラインされた回路基板とプリアライナステーションに位置決めされたロボットのエンドエフェクタとの平面図である。
【図６】 平面教示装置の他の実施形態の平面図である。
【符号の説明】
１０ カセット
１２ ワークステーション
１４ 平面教示ステーション
１６ プリアライナステーション
２０ ロボット
２２ エンドエフェクタ
２４ ロボットアーム
３０ リンク
３２ リンク
３４ リンク
３６ ベース
４０ ベース
４２ 近接センサ
５０ 本体
５２ チャック
５４ ライトハウス
５６ 光源
５８ 光センサ
６２ 近接センサ
７０ エンドエフェクタ
７２ａ 近接センサ
７２ｂ 近接センサ
７２ｃ 近接センサ
７４ 平面
ＣC チャック中心
ＣW ウェハの幾何学的中心
Ｄ 移動長さ
Ｍ マーク
Ｓ 回路基板
α フラット角度
θ 移動角度
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体搬送分野および半導体処理分野においてアライメントを実施する装置および方法に関するものである。より詳しくは、本発明は搬送された回路基板あるいはロボットアームのエンドエフェクタを、回路基板カセット、処理ステーションあるいは他の回路基板ワークステーションと位置合わせするための装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハおよびフラットパネルディスプレイの処理分野において、ロボットアームは半導体ウェハ、フラットパネル、レチクルなどを含む回路基板を、さまざまな処理工程が行われる複数のカセットおよびワークステーションに、あるいはこれら複数のカセットおよびワークステーションから移動させるのに使用されている。回路基板が保持されているロボットエンドエフェクタおよびワークステーションあるいはカセットは、回路基板が損傷を受けることなく搬送されるとともに適切に位置決めされ得るよう、互いに適切に位置決めされなければならない。
【０００３】
ロボットリンク機構の種々の異なるタイプのものが従来公知である。これらリンク機構には、テレスコピック式アーム、回転可能なリンクアーム、および二等辺三角形型リンク機構などが採用されている。複数のプーリ、ベルト、およびモータは、互いについてロボットアームのリンクを動かすとともに、回路基板を把持しかつ搬送するのに使用されるアームの端部に設けられたロボットエンドエフェクタあるいはハンドを動かすのに一般に利用されている。使用中、ロボットアームは通常吸引によってエンドエフェクタでカセット内あるいはワークステーションに位置する回路基板を取り上げるために伸張される。つぎにアームは収縮されるとともに、別のカセットあるいはワークステーションの位置に回転される。そして、回路基板を運ぶロボットアームは、回路基板が収容される別のカセットあるいはワークステーションに進められる。
【０００４】
プリアライニングとは、ロボットのエンドエフェクタ上の回路基板を位置決めするとともにセンタリングすることによって回路基板の角度および線形ミスアライメントの問題を処理する工程のことである。この問題はフラットパネルディスプレイを処理するとき特に問題となっている。というのは、フラットパネルはしばしば、ある角度および線形ミスアライメントを有するカセットに存在しているからである。プリアライメント中、回路基板の平らな部分あるいは切欠きなどのマークが予め定められた角度にセットされるとともに回路基板の中心がエンドエフェクタ上の所定位置に位置決めされるよう、回路基板は方向決めされるとともにその中心位置が位置合わせされる。プリアライニングは、処理中、連続して処理される回路基板がすべて同じ方向にマークを使って方向決めされるとともに中心位置が位置決めされることを確実なものとするものである。プリアライニングは一般に、CCDセンサのような光センサを有するチャック上に回路基板を置くとともに、ミスアライメントを検出するために回路基板を回転させるチャックを使用することによって達成される。そしてチャックは、ロボットエンドエフェクタ上の回路基板を心出しするとともに位置合わせするのに使用することができる。また、ロボットエンドエフェクタのみをチャック上の回路基板を心出しするのに使用することもできるし、ロボットとチャックとを組み合わせたものを使用することもできる。
【０００５】
半導体ウェハおよびフラットパネルを含む回路基板の操作中に起こる別の問題は、ロボットアームエンドエフェクタのＺ軸を回路基板が配置されているカセットあるいはワークステーションの軸線と完全に平行とすることができないということである。ロボットエンドエフェクタとカセットあるいはワークステーションとの相対的な傾斜は、ほんの数度とすることができる。しかしながらこのミスアライメントは、エンドエフェクタが回路基板に適切に接近するとともに回路基板を取り上げ、かつカセットあるいはワークステーションにその回路基板を適切に置くことから妨げている。
【０００６】
ロボットアームのＺ軸の調整はまた、回路基板の重量によりロボットアームをわずかに下側に撓ませてしまうおそれのある大きな回路基板を搬送するときにも有用である。調整可能なＺ軸プラットフォームは、回路基板をワークステーションあるいはカセットと位置合わせするために回路基板の重量を受けるロボットアームの撓みを補償するのに使用することができる。
【０００７】
このミスアライメントに順応する、一般的に傾斜可能なＺ軸を有するロボットアームは、米国特許第 08/661,292 号明細書（1996年6月13日出願）、米国特許第 08/788,898 号明細書（1997年1月23日出願）、米国特許第 08/889,907 号明細書（1997年7月10日出願）、および米国特許第 号明細書（代理人明細書番号 010063-025 ；1998年5月5日出願）に開示されている。これら各明細書がその全体について参考として本明細書に組み込まれている。一般的に傾斜可能なＺ軸ロボットは、ロボットがアライメントを達成することができるように傾斜可能とされているが、必要とされる傾斜の角度は最初に決められなければならない。
【０００８】
回路基板を処理する従来のロボットアームを使って、カセットおよびワークステーションの長手方向軸線は、手動計測によってロボットエンドエフェクタと位置合わせされている。ロボットが何らかの理由で取り替えられたりあるいは動かされたりするたびに、ロボットをワークステーションおよびカセットと手動で位置合わせする工程にはかなりの時間が費やされる。しかしながら、もしワークステーションおよびカセットの検出された方向に対応するロボットアームのＺ軸を自動的に変化させることができるとすれば、設置時間は大幅に削減することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に傾斜可能なＺ軸ロボットを使ってロボットアームを個々のワークステーションあるいはカセットと位置合わせすることはできるが、アライメントを達成するのに要求されるＺ軸の傾斜量を決定する便利な方法がない。したがって、ロボットアームエンドエフェクタのＺ軸とワークステーションあるいはカセットとの間のアライメントを自動的に達成できるようにすることが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも一つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせするロボットアライメント装置およびアライメントステーションに関するものである。このアライメントステーションは、回路基板がロボットのエンドエフェクタによって保持されている平面を決定するためのセンサを備えている。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせさせるためのロボットアライメント装置は、回路基板を搬送するためのエンドエフェクタを有するロボットと、自身に対する前記エンドエフェクタあるいは前記エンドエフェクタ上に保持された回路基板の近接についての情報を感知する近接感知装置を有するアライメントステーションとを備えている。前記エンドエフェクタは、前記回路基板がエンドエフェクタ上に取り付けられたときに前記回路基板の平面と直交するＺ軸を有している。前記近接感知装置によって与えられた前記情報に従って前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する手段ための手段が前記ロボットエンドエフェクタと前記少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションとの間のアライメントを達成するために設けられている。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、回路基板あるいはロボットアームエンドエフェクタを前記回路基板が収容されるカセットあるいはワークステーションと位置合わせするための調整を決定するアライメントステーションは、各センサと前記回路基板あるいは前記エンドエフェクタ上の最も近い点との間の距離を示す信号を出力するとともに、公知の面に配置された複数の近接センサを備えている。手段は、前記回路基板あるいは前記エンドエフェクタを前記カセットあるいは前記ワークステーションと位置合わせするために必要とされた修正動作の平面情報指示を決定するために設けられている。前記平面情報は、前記複数の近接センサによる信号出力から決定されるとともに、ロボットがロボットエンドエフェクタのＺ軸のアライメントに対してである。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせする方法は、回路基板をロボットのエンドエフェクタを有する平面教示ステーションに搬送する段階と、前記平面教示ステーションの近接感知装置で前記回路基板の平面を感知する段階と、前記少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと適切に位置合わせされている前記回路基板の予め定められた平面を達成するために前記回路基板の感知された平面に従って前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する段階とを備えている。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態によれば、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせさせるためのアライメント装置は、移動可能なロボットアームと、回路基板を搬送するために前記ロボットアームの端部に設けら、前記回路基板が自身に取り付けられているとき前記回路基板の平面に直交するＺ軸を有するエンドエフェクタと、アライメント面に対して前記エンドエフェクタの近接を感知するために前記エンドエフェクタに設けられた近接感知装置と、前記ロボットエンドエフェクタと前記少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションとの間のアライメントを達成するため前記近接感知装置によって与えられた前記情報に基づいて前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する手段とを備えている。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態によれば、回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせする方法は、ロボットのエンドエフェクタあるいはエンドエフェクタに支持された回路基板をアライメント面の方に移動させる段階と、１つあるいは２つ以上の近接センサによって、前記エンドエフェクタあるいは前記回路基板と前記アライメント面との間の平面における相違を感知する手段と、前記エンドエフェクタあるいは前記回路基板を少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせするために前記平面における感知された相違に従って前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する段階とを備えている。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態によれば、ロボットアーム機構のエンドエフェクタ上の回路基板をプリアライニングする方法は、少なくとも２つの近接センサを有するエンドエフェクタを準備する段階と、前記回路基板の表面に実質的に平行な方向に位置する回路基板の方に前記エンドエフェクタを移動させる段階と、複数の近接センサのそれぞれに対して前記回路基板が感知距離内に達すると前記近接センサのそれぞれが作動する段階と、前記近接センサによって与えられた情報に基づいて前記回路基板の位置を算定する段階と、前記回路基板の前記算定された位置に基づいて前記エンドエフェクタ上の前記回路基板をプリアライニングする段階とを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を添付した図面に図示した好ましい実施形態に基づいてより詳細に説明する。
【００１８】
本発明による回路基板処理装置は、１つあるいは２つ以上のカセット１０と、１つあるいは２つ以上の回路基板処理ワークステーション１２と、平面教示ステーション１４と、プリアライナステーション１６と、これらステーションとカセットとの間で回路基板を移送するロボット２０とを備えている。図１に示すロボット２０は２つのエンドエフェクタ２２を備えている。これらエンドエフェクタはそれぞれロボットアーム２４の両端部に配置され、かつ回路基板を把持したり移動させたりすることができるものである。図２および図３に最もわかりやすく示しているように、ロボットアーム２４は３本のリンク３０，３２，３４から構成されている。ロボットアーム２４の最も先端に位置するリンク３４は、これらエンドエフェクタ２２を支持するものである。このロボットアーム２４は、米国特許第 5,064,340 号明細書（本明細書中に参考として組み込まれている）に開示されたような、ベルトとプーリーとの組み合わせあるいはその他公知の駆動機構によって駆動可能とされている。
【００１９】
回路基板をカセット１０に正確に置いたりカセット１０から正確に取り出したり、あるいは回路基板を回路基板処理ワークステーション１２の１つに正確に置いたり回路基板処理ワークステーション１２の１つから正確に取り出したりするために、ロボットエンドエフェクタ２２のＺ軸はこれらカセットあるいはワークステーションの軸線と一直線に合わせられなければならない。回路基板がエンドエフェクタ上に位置決めされている場合、ロボットエンドエフェクタのＺ軸は回路基板の平面に対して垂直となっている。エンドエフェクタ２２のＺ軸は通常、ロボットアーム２４がロボットのベース３６上で回転するロボット全体のＺ軸に垂直である。しかしながら、エンドエフェクタ２２もまたロボット全体のＺ軸に対してある角度を取ることができる。回路基板がワークステーションあるいはカセット内の好ましい位置にあるとき、これらワークステーション１２あるいはカセット１０のいずれか１つの軸線は、回路基板が置かれている平面に垂直な線として決められている。
【００２０】
エンドエフェクタのＺ軸とカセット１０・ワークステーション１２の軸線とのアライメントは、回路基板に損傷を与えないために必要である。もし回路基板を移送するロボットエンドエフェクタにミスアライメントが生じている場合には、回路基板がカセットあるいはワークステーションの壁といった障害物と接触するおそれがある。さらに、エンドエフェクタが位置合わせされていない場合、エンドエフェクタが回路基板をつかもうとするときに回路基板のエッジにあたり、回路基板がエンドエフェクタ２２によって傷つけられてしまうおそれがある。
【００２１】
ロボットエンドエフェクタのＺ軸とカセット１０・ワークステーション１２の軸線とのミスアライメントによるこれら問題点を解決するため、本発明は平面教示ステーション１４を備えている。この平面教示ステーションは、エンドエフェクタ２２上に回路基板の平面を見出すとともに、ロボットのＺ軸の調整に使用する回路基板およびエンドエフェクタの平面についての情報をロボット制御器に伝えるためのものである。ロボット２０は一般に、ロボットのＺ軸を平面教示ステーションからの情報に従ってロボット制御器により調整することができる傾斜可能なプラットフォームあるいはベース３６に取り付けられている。ロボットのＺ軸の調整は、エンドエフェクタのＺ軸がカセット１０の軸線およびワークステーション１２の軸線と一致するようになされる。一般に傾斜可能なＺ軸線プラットフォーム３６は、公知の方法により少なくとも２方向にロボット２０のＺ軸線を傾けることができるものである。
【００２２】
平面教示ステーション１４は、カセット１０およびワークステーション１２の設置基準面とロボット２０の設置基準面とにできるだけ平行に、またカセットおよびワークステーションと予め定められた角度で配置されているベース４０を備えている。ワークステーション１２、カセット１０、および／またはロボット２０に対する平面教示ステーション１４のベース４０のアライメントは、教示ステーション、ロボット、ワークステーション、およびカセットをすべて同一平面のテーブル上あるいは他の基準平面に固定することによって達成可能である。
【００２３】
本発明の一実施形態による平面教示ステーション１４には３つの近接センサ４２が設けられている。これら近接センサはベース４０上に互いに離間して配置されている。簡素化するため、これらセンサ４２は好適に正三角形配置で設けられていることが望ましい。各近接センサ４２は光源と光検出器とを備えている。この実施形態において近接センサからの光は、反射面が近接センサからある所定距離内に位置する場合に表面で反射されるとともに光検出器によって検出されている。近接センサは、物体がセンサに対して予め定められた距離内に接近した場合に、反射された光を検出することによって決定することができるオンオフ装置である。教示ステーション１４はエンドエフェクタに配置された回路基板の教示平面として説明しているが、教示ステーションはまた、回路基板をピックアップする前にエンドエフェクタのみの平面を決定することもできるものでもある。
【００２４】
平面教示ステーションのこの実施形態における動作において、回路基板Ｓはロボットエンドエフェクタによって取り上げられたりあるいは把持されるとともに、平面教示ステーション１４の上方位置に移動させられる。回路基板Ｓがロボットによって位置決めされて、この回路基板の部分が各近接センサの上に位置するようになる。つぎに回路基板Ｓはロボットによって教示ステーション１４の方向に下降される。回路基板Ｓは通常、エンドエフェクタのＺ軸線に平行な方向にロボットによって下げられる。回路基板が通常下方に位置する教示ステーションのベース４０に接近すると、回路基板Ｓの下面に平面教示ステーション１４の３つの近接センサ４２の光が反射する。回路基板Ｓが平面教示ステーション１４に接近していくと、各センサ４２は回路基板の隣接する部分がセンサに対してある近接に達していることを認識する。各センサ４２はセンサに対する回路基板の隣接部分の近接の信号標本をロボット制御器に送る。ロボット２０は、近接センサ４２の３つすべてが回路基板の隣接部分の近接を記録あるいは検出するまで、回路基板ＳをエンドエフェクタのＺ軸線に実質的に平行な方向下側に移動し続ける。３つのセンサから受け取った信号は、回路基板Ｓが配置されている平面の決定を可能とするものである。回路基板Ｓを最初に検出するセンサ４２が回路基板に最も近い位置にあると認識され、また回路基板Ｓの近接を最後に検出するセンサが回路基板から最も遠い位置にあると認識されるのである。
【００２５】
回路基板Ｓが位置決めされている平面の決定は、平面教示ステーション１４自身あるいはこの平面教示ステーションに連結された別のロボット制御器によって行うことができる。平面教示ステーション１４の動作は回路基板Ｓ上の３点の近接を感知するものであるとして説明してきたが、ロボットのアライメントは同様に、エンドエフェクタ２２あるいはロボットアーム２４上の３点の近接を感知することによっても行うことができる。さらに、４つ以上の近接センサ４２を使用することもできる。本発明に使用した光近接センサの一例としては、Minneapolis，MNにあるHoneywell，Inc．が販売している光近接センサがある。
【００２６】
上述した３つの近接センサ４２の場所に他の種類および他の形状のセンサを使用することもできる。たとえば、平面CCDセンサを光源と組み合わせて使用することができる。光源からの光は回路基板あるいはエンドエフェクタで反射されるとともに、その反射された光がCCDセンサによって検出される。これら回路基板あるいはエンドエフェクタの傾斜はCCDセンサで検出された反射光の位置によって決定される。たとえば、もし平面CCDセンサに位置決めされた光源からの光が光源に直接反射されるなら、回路基板あるいはエンドエフェクタの面はCCDセンサの面と実質的に平行であると決定することができる。
【００２７】
平面教示ステーション１４に使用する光センサの他の例としては、２つの直線（linear）CCDセンサ、１つの直線CCDセンサと１つあるいは２つ以上の近接センサとを組み合わせたもの、あるいは１つの回転式近接センサを備えるものが挙げられる。また、機械式接触近接センサ、レーザ近接センサ、あるいは誘導式近接センサを使用することもできる。
【００２８】
ベース４０に近接センサ４２を取り付けるとともに平面を決定するために回路基板あるいはエンドエフェクタをベースの方向に移動させる代わりに、センサをロボットのエンドエフェクタ２２に取り付けることができる。図６はエンドエフェクタの上面あるいは下面に取り付けられた３つの近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを有するエンドエフェクタ７０を備えた平面教示装置の他の実施形態を示している。図６のエンドエフェクタ７０は、アライメント面７４と協動し平面教示ステーションとして作動するものである。作動中、近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを有するエンドエフェクタ７０の上面あるいは下面が単純な平面形状を有するアライメント面７４の方（Ｚ軸方向）に移動させられ、エンドエフェクタの面が教示ステーションの平面形状を有したアライメント面７４に対してある近接範囲内に入ると、これら近接センサはそれぞれ独立して表示する。エンドエフェクタ７０の平面は、近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃによって与えられた情報に基づいて修正され得る。もし、これら近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃがエンドエフェクタ７０の下面に取り付けられているとすれば、エンドエフェクタの平面はエンドエフェクタを平面７４の方に下げることによって測定することができる。平面はエンドエフェクタ７０上に支持された回路基板Ｓのあるなしにかかわらず決定することができる。この実施形態によるエンドエフェクタ７０上の近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃは、平面あるいは直線光センサ、CCDセンサ、あるいは接触センサなどのような異なる形態のものとすることができる。
【００２９】
また、上面に近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを有するエンドエフェクタ７０は、エンドエフェクタ上の回路基板の位置合わせを行うプリアライナ型として使用することもできる。特に、エンドエフェクタ７０は回路基盤の表面に実質的に平行な方向（Ｘ方向）から接近するので、回路基板が各センサに対して感知距離に達したときに、各近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃは異なった時点で作動させられる。エンドエフェクタ７０が回路基板の下方に移動すると、近接センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃが順次作動させられ、その結果はロボットの制御器で回路基板の位置をある許容誤差内で算定するのに使用される。つづいてこの動的位置の決定はエンドエフェクタ上の回路基板のプリアライニングに使用される。
【００３０】
本発明の別の実施形態によれば、エンドエフェクタ７０はエンドエフェクタの両面に近接センサを設けることができる。たとえば、３つのセンサを各面に設けて、合計６つのセンサを設けることができる。この実施形態は、アライメント面あるいは基準面の設置によって決まるエンドエフェクタの両面とのアライメントを可能にするという有利な点を有している。さらに、回路基板に対するエンドエフェクタの接近をエンドエフェクタの上方でも下方でも感知することによってエンドエフェクタがワークステーションあるいはカセットのスロット内側に位置決めされている場合、エンドエフェクタの両面に配置されたセンサは回路基板を保護するのに使用できる。
【００３１】
回路基板Ｓの平面が平面教示ステーション１４、あるいは平面教示ステーションと制御器とを組み合わせたものによって一旦決定されると、回路基板の平面はワークステーション１２あるいはカセット１０に対して回路基板の送り出しのために予め決められた平面を形成するよう調整される。回路基板およびエンドエフェクタの方向決めの調整は、一般に傾斜可能なＺ軸プラットフォーム、ユニバーサルリスト、さらなる自由度を有するロボットアーム、あるいはこれらの装置を組み合わせたものの使用を含む種々の異なる方法で達成することができる。たとえば調整は、ワークステーション１２およびカセット１０の軸線とエンドエフェクタのＺ軸とを位置合わせするため、ロボットベース３６のＺ軸の方向を変えることによって一般に傾斜可能なプラットフォームで達成することができる。回路基板Ｓおよびエンドエフェクタ２２のアライメントは、単一ステップでもＺ軸アライメントのより正確な精度を達成するため近接感知動作を繰り返し行う多重ステップでも達成することができる。
【００３２】
平面教示ステーション１４の使用に代わるものとして、プリアライナステーション１６が回路基板ＳのプリアライニングおよびロボットのＺ軸のアライメントに対する回路基板あるいはエンドエフェクタ２２の平面を決定するのに使用することができる。図３はロボット２０によるプリアライナステーション１６での回路基板Ｓの位置決めの状態を示している。プリアライナ１６は、ロボットエンドエフェクタ２２上で回路基板Ｓの回転位置および直線位置を調整することができるとともに、回路基板あるいはエンドエフェクタのＺ軸のアライメントに対する回路基板の平面を決定することができる。図１ないし図３はプリアライナ１６および平面教示ステーション１４の両方を備える回路基板処理装置を示しているが、プリアライナが平面教示ステーションとして作動するときには、平面教示ステーションは省略することができる。
【００３３】
プリアライニングとは回路基板の位置決め工程およびセンタリング工程のことであり、これらにより回路基板のマークＭが所定角度でセットされるとともに回路基板の中心ＣWが所定の位置にセットされる。図４に示すように、プリアライナ１６は、本体５０と、回転可能なチャック５２と、ライトハウス５４とを備えている。プリアライナ１６はまた、再アライメントのためにチャック５２から回路基板を持ち上げるリフティングピンを備えることもできる。さらに、ロボットのエンドエフェクタ２２は、再アライメント中のピンの代わりにチャック５２から回路基板を持ち上げるのにも使用できる。
【００３４】
ライトハウス５４は、回路基板Ｓの一側に位置決めされた光源５６と、回路基板の他側に位置決めされた直線CCDセンサなどの光センサ５８とが設けられているものである。回路基板Ｓはロボット２０によってチャック５２上に載置されるとともに、チャックは回路基板を回転させる。光源５６と光センサ５８との間に配置された回路基板Ｓの部位は影を作る。チャック５２による回路基板Ｓの回転運動中、光センサ５８は回路基板が作る影の長さに比例する信号を作り出す。制御器は光センサ５８からのデータを一定間隔で修正するとともに、この情報に基づいて移動長さＤ、移動角度θ、およびフラット角度αを決定するものである。移動長さＤはウェハの幾何学的中心ＣWとチャック中心ＣCとの間の距離である。移動角度θは、ウェハの幾何学的中心ＣWとチャック中心ＣCとを結ぶ線と、エンドエフェクタ２２の長手方向軸線との間の角度である。フラット角度αは、エンドエフェクタ２２の長手方向軸線と、回路基板のマークＭあるいはフラット面とチャック中心ＣCとを結ぶ線との間の角度である。プリアライナ１６は、単一ステップ方式あるいは多重ステップ方式でエンドエフェクタ２２上の回路基板のセンタリングができるとともに位置合わせを行うことができるものである。
【００３５】
本発明によるプリアライナステーション１６には、プリアライナが平面教示ステーションとしても機能することができるよう３つの近接センサ６２が設けられている。これら近接センサ６２は、図２に示す平面教示ステーション１４の近接センサ４２と同じように配置されているとともに作動するものである。動作中、回路基板Ｓはロボットのエンドエフェクタ２２によって取り上げられるか把持され、かつプリアライナ１６に移される。プリアライナ１６では、回路基板のエッジが光源５６と光センサ５８との間に位置決めされている。つぎに回路基板Ｓはエンドエフェクタ２２によってベース５０上に配置された近接センサ６２に向かって下側方向に移動される。回路基板Ｓの接近する部位がセンサの予め決められた近接範囲内に来ると、近接センサ６２は信号を発する。これら近接センサ６２からの情報は、回路基板Ｓの平面を決定するのに利用されるとともに、ロボットのＺ軸を傾けることによって所望の回路基板平面に回路基板平面を調整するのに利用される。
【００３６】
プリアライナステーション１６は、回路基板およびエンドエフェクタの平面がロボットエンドエフェクタのＺ軸の調整によって調整される前後で、回路基板のプリアライメント実施することができる。本発明の平面教示工程はプリアライナと結びつけて図示しているが、平面教示ステーションはまた、カセットあるいはワークステーションなどの回路基板処理装置の他のステーションとも結びつけることができることにも留意しなければならない。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、カセット１０およびワークステーション１２はすべて互いに大まかに位置合わせされるとともに、平面教示ステーションはワークステーションおよびカセットの軸線とロボットエンドエフェクタのＺ軸との位置合わせのために使用されている。たとえば定期整備などでロボットが取り替えられたりあるいは移動させられたりする毎に、ロボットエンドエフェクタのＺ軸は平面教示ステーションを使ってプリアライメントされる。さらに、もしロボットアームが回路基板の重量によって撓んでしまうようなときには、回路基板がエンドエフェクタによって取り上げられた後に、エンドエフェクタの平面が平面教示ステーションによって決定されるようにしなければならない。
【００３８】
本発明ではダブルエンドエフェクタ２２を有する３つのリンクによるロボットアーム２４を採用しているが、その他数多くのロボットおよびエンドエフェクタ形状のものを本発明から逸脱することなく採用することができる。たとえば、ロボットアーム２４は異なる本数のリンクを備えることもできるし、平行四辺形のリンク機構のようなすべてが互いに異なる構成を有するようにすることもできる。さらに、ロボット２０はシングルエンドエフェクタ２２あるいは多重エンドエフェクタを有するようにすることができるとともに、多重エンドエフェクタは互いについて静止させることもできるし移動させることもできるものである。
【００３９】
作動中、平面教示ステーション１４あるいはプリアライナ１６は、近接感知装置を使って回路基板またはエンドエフェクタの平面を決定している。この近接感知装置は、３つあるいは４つ以上の近接センサ４２，６２、複数の直線あるいは平面CCDセンサ、または複数の他の近接センサを備えることができるものである。つぎに回路基板あるいはエンドエフェクタの平面は、一般に傾斜可能なＺ軸プラットフォーム３６でロボット２０のＺ軸を変えることによって、あるいはプリアライナで集められたデータに基づく他の方法によって自動的に調整される。アライメントを与えるのに必要とされた修正値が平面教示ステーションによって与えられた情報から算定可能である限りは、回路基板あるいはエンドエフェクタの平面を算定する独自のステップは必要とされない。
【００４０】
回路基板平面あるいはエンドエフェクタ平面の調整は、回路基板に損傷を与えることなく、回路基板が回路基板処理装置の多数のカセット１０およびワークステーション１２から取り出されたり多数のカセット１０およびワークステーション１２に搬送したりすることを可能にしている。本発明は、特に半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ、およびレティクルの運搬および処理に適用することができるだけでなく、回路基板のその他の種類のものにも使用することができる。
【００４１】
以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて詳細に説明してきたが、種々の変形実施および変更実施が本発明から逸脱することなし得るとともに同等のものが採用され得ることは当業者には明らかなことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 収縮位置に位置するロボットを有する回路基板処理装置の概略平面図である。
【図２】 平面教示ステーションでロボットによって位置決めされた回路基板を有する回路基板処理装置の概略平面図である。
【図３】 プリアライメントステーションで回路基板を位置決めしているロボットを有する回路基板処理装置の概略平面図である。
【図４】 プリアライナとチャック上に支持された回路基板を有する平面教示ステーションとの組み合わせの側面図である。
【図５】 ミスアラインされた回路基板とプリアライナステーションに位置決めされたロボットのエンドエフェクタとの平面図である。
【図６】 平面教示装置の他の実施形態の平面図である。
【符号の説明】
１０ カセット
１２ ワークステーション
１４ 平面教示ステーション
１６ プリアライナステーション
２０ ロボット
２２ エンドエフェクタ
２４ ロボットアーム
３０ リンク
３２ リンク
３４ リンク
３６ ベース
４０ ベース
４２ 近接センサ
５０ 本体
５２ チャック
５４ ライトハウス
５６ 光源
５８ 光センサ
６２ 近接センサ
７０ エンドエフェクタ
７２ａ 近接センサ
７２ｂ 近接センサ
７２ｃ 近接センサ
７４ 平面
ＣC チャック中心
ＣW ウェハの幾何学的中心
Ｄ 移動長さ
Ｍ マーク
Ｓ 回路基板
α フラット角度
θ 移動角度
Claims (19)
- 回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせさせるためのロボットアライメント装置であって、
回路基板を搬送するとともに、前記回路基板が自身の上に取り付けられたときに前記回路基板の平面と直交するＺ軸を有するエンドエフェクタと、
自身に対する前記エンドエフェクタあるいは前記エンドエフェクタ上に保持された回路基板の近接についての情報を感知する近接感知装置を有するアライメントステーションと、
前記ロボットエンドエフェクタと前記少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションとの間のアライメントを達成するため前記近接感知装置によって与えられた前記情報に従って前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する手段と、を備え、
前記近接感知装置は、前記アライメントステーションに三角形形態で配置された３つの近接センサを備えることを特徴とするロボットアライメント装置。 - 前記近接センサは、前記回路基板が前記ロボットエンドエフェクタによって保持されている平面下に位置した平面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットアライメント装置。
- 前記アライメントステーションは、前記ロボットエンドエフェクタ上の回路基板の位置を調整することによって前記回路基板のプリアライメントを行うことを特徴とする請求項１に記載のロボットアライメント装置。
- 前記アライメントステーションは、前記エンドエフェクタ上の前記回路基板を位置合わせするためのプリアライナ装置の一部であることを特徴とする請求項１に記載のロボットアライメント装置。
- 前記プリアライナ装置は、回路基板エッジ検出装置と回転可能なチャックとを備えることを特徴とする請求項４に記載のロボットアライメント装置。
- 前記回路基板は、ウェハ、フラットパネルディスプレイ、あるいはレチクルであることを特徴とする請求項１に記載のロボットアライメント装置。
- 前記近接感知装置は、複数の発光体と複数の光学センサとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のロボットアライメント装置。
- 回路基板あるいはロボットアームエンドエフェクタを前記回路基板が収容されるカセットあるいはワークステーションと位置合わせするための調整を決定するアライメントステーションであって、
各センサと前記回路基板あるいは前記エンドエフェクタ上の最も近い点との間の距離を示す信号を出力するとともに、公知の面に配置された複数の近接センサと、
前記回路基板あるいは前記エンドエフェクタを前記カセットあるいは前記ワークステーションと位置合わせするために必要とされた修正動作を示すとともに、前記複数の近接センサによる信号出力から決定された平面情報を決定する手段と、
前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸のアライメントのために前記平面情報をロボットに出力する手段と、を備えることを特徴とするアライメントステーション。 - 前記平面情報は、前記回路基板を前記近接センサの方に移動させることによって決定されることを特徴とする請求項８に記載のアライメントステーション。
- 前記アライメントステーションは、前記エンドエフェクタ上の前記回路基板を位置合わせするためのプリアライナの一部であることを特徴とする請求項８に記載のアライメントステーション。
- 回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせさせるためのアライメント装置であって、
移動可能なロボットアームと、
回路基板を搬送するために前記ロボットアームの端部に設けられ、前記回路基板が自身に取り付けられているとき前記回路基板の平面に直交するＺ軸を有するエンドエフェクタと、
アライメント面に対して前記エンドエフェクタの近接を感知するために前記エンドエフェクタに設けられた近接感知装置と、
前記ロボットエンドエフェクタと前記少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションとの間のアライメントを達成するため前記近接感知装置によって与えられた前記情報に基づいて前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する手段と、を備え、
前記近接感知装置は、前記エンドエフェクタの表面に配置された３つの光学近接センサを備えていることを特徴とするアライメント装置。 - 前記アライメント面は、複数のカセットあるいは複数のワークステーションの１つに設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のアライメント装置。
- 請求項１１に記載のアライメント装置において、さらに前記エンドエフェクタ上の前記回路基板をプリアライニングするための手段を備えていることを特徴とするアライメント装置。
- 回路基板搬送ロボットのエンドエフェクタを少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせする方法であって、
ロボットのエンドエフェクタあるいはエンドエフェクタに支持された回路基板をアライメント面の方に移動させる段階と、
１つあるいは２つ以上の近接センサによって、前記エンドエフェクタあるいは前記回路基板と前記アライメント面との間の平面における相違を感知する手段と、
前記エンドエフェクタあるいは前記回路基板を少なくとも１つのカセットあるいはワークステーションと位置合わせするために前記平面における感知された相違に従って前記ロボットエンドエフェクタのＺ軸の向きを調整する段階と、を備えていることを特徴とする方法。 - 前記平面における相違は、前記３つの光学近接センサによって感知されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
- 前記３つの光学近接センサは、前記エンドエフェクタの表面に設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 前記３つの光学近接センサは、前記アライメント面に設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- ロボットアーム機構のエンドエフェクタ上の回路基板をプリアライニングする方法であって、
少なくとも２つの近接センサを有するエンドエフェクタを準備する段階と、
前記回路基板の表面に平行な方向において前記回路基板の方に前記エンドエフェクタを移動させる段階と、
複数の近接センサのそれぞれに対して前記回路基板が感知距離内に達すると前記近接センサのそれぞれが作動する段階と、
前記近接センサによって与えられた情報に基づいて前記回路基板の位置を算定する段階と、
前記回路基板の前記算定された位置に基づいて前記エンドエフェクタ上の前記回路基板をプリアライニングする段階と、を備え、
前記プリアライニングする段階は、前記エンドエフェクタの中心において前記回路基板の中心で前記エンドエフェクタとともに前記回路基板を持ち上げる段階を備えることを特徴とする方法。 - ロボットアーム機構のエンドエフェクタ上の回路基板をプリアライニングする方法であって、
少なくとも２つの近接センサを有するエンドエフェクタを準備する段階と、
前記回路基板の表面に平行な方向において前記回路基板の方に前記エンドエフェクタを移動させる段階と、
複数の近接センサのそれぞれに対して前記回路基板が感知距離内に達すると前記近接センサのそれぞれが作動する段階と、
前記近接センサによって与えられた情報に基づいて前記回路基板の位置を算定する段階と、
前記回路基板の前記算定された位置に基づいて前記エンドエフェクタ上の前記回路基板をプリアライニングする段階と、を備え、
前記プリアライニングする段階は、前記回路基板の中心と前記エンドエフェクタの中心との間の公知の変位で前記エンドエフェクタを使って前記回路基板を持ち上げる段階を備えることを特徴とする方法。
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