JP4607994B2 - 円盤状物の位置決め方法並びに、その方法を使用する円盤状物の位置決め装置、搬送装置および半導体製造設備 - Google Patents
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Description
△W1 BOより、BO=Rcos θ,W1 B=Rsin θ ・・・(式1)
△W1 BAより、BO=rcos φ+ L1 ,W1 B=rsin φ・(式2)
即ち、Rcos θ=rcos φ+L1 ・・・・・・・・(式3)
Rsin θ=rsin φ ・・・・・・・・(式4)
移項して整理すると、rcos φ=Rcos θ−L1 ・・・・・(式5)
rsin φ=Rsin θ ・・・・・・・・(式6)
(式5)と(式6)を2乗し、左右両辺をそれぞれ加えると、
cos2φ+sin2φ=1だから、
r2 =(Rcos θ−L1)2 +R2sin2 θ ・・・・・(式7)
従って、L1 =Rcos θ±(r2 −R2sin2 θ)1/2 ・・・・(式8)
L1 =Rcos θ−(r2 −R2sin2 θ)1/2 ・・・・(式9)
外側にある場合は、
L1 =Rcos θ+(r2 −R2sin2 θ)1/2 ・・・(式10)
となる。
ここでは、予め教示した円盤46の中心位置Cは既知であるから、線分COをL0 とすると、
直径方向の偏移長さΔH=L1 −L0 ・・・・・・・(式11)
よって、前期偏移角度αと、(式11)による直径方向の偏移長さΔHとを用いて、円盤の位置決めをすることができる。
△ABW2 は直角三角形であるから、
X1 2+(BW2)2 =r2 ・・・・・・・(式12)
ここでBW2 =W1 W2 /2であるから、
X1 =±{r2 −(W1 W2 /2)2}1/2 ・・・・・(式13)
従って、X方向の偏移量は
ΔX=X0 −X1 ・・・・・・・(式14)
として算出される。
従って、Y方向の偏移量
ΔY=BD ・・・・・・・(式15)
も測定により求まる。
よって偏移量(ΔX,ΔY)が算出される。
本発明では、円盤状物を検出するためのセンサが固定され、円盤状物が運動してもよいし、或いは、円盤状物が固定され、センサが運動してもよい。また、この運動は直線運動でもよいし、円運動でもよい。
また、請求項3〜請求項5の方法においては、円盤状物の中心位置を予め教示する必要があるが、その際、請求項1または請求項2記載の方法を用いてもよいし、従来公知の方法を用いてもよい。
請求項4および請求項10記載の発明は、半導体ウエハのようにノッチやオリエンテーションフラット等の周縁上の基準場所としての切り欠き部(凹部)や、円盤に付けられた取手のような凸部がある場合について、その位置決め方法および位置決め装置を提案したものである。即ちここでは、円盤状物の中心位置を算出するに際し、図6に示すように、例えば2つの検出手段9を用いて異なる検出軌道43,44を設ける。検出軌道43が凹部である切り欠き部51を通った場合、そこに切り欠き部が無かった場合に比べて円盤の外周との2つの交点がなす線分は短くなり、前記計算法で算出すると円盤中心は旋回中心O寄りにあると算出される。
即ち、切り欠き部上を検出軌道が通れば、算出された円盤中心は必ず旋回中心O寄りにあって小さいと算出される。共には切り欠き部が入らないように2つの検出軌道を離間しておき、円盤の円周を2つの円弧状に切ってそれぞれの両端を測定し、旋回中心から見て外側にある円盤中心、即ち距離AOの値が大きい方を選べばよい。
ちなみに、2つの検出軌道43,44上にともに切り欠き部がない場合は、同じ場所に中心位置を見出すため、どちらを採用してもよい。
請求項4では、次に図8,図9に示すように、1個のセンサと2回の旋回動作で2つの異なる円弧を形成させてもよい。即ち、円盤状物の中心を算出するに際し、旋回中心Oから検出軌道43までの距離Rはそのままに、2回目は円盤状物の中心位置を距離mだけずらして旋回する。ただし距離mは、2回の旋回動作で共には切り欠き部に掛らない程度に広げ、円盤の直径より狭い間隔とする必要がある。
AO=Rcos θ1 −(r2 −R2sin2 θ1)1/2 ・・・・・(式18)
一方、検出軌道43が切り欠き部51を通った場合は、垂直二等分線42の右側にある旋回角度θ2 の三角形から、円弧の両端間距離が短いと誤認して円盤49を認識し、円盤中心はCであると誤認する。
CO=Rcos θ2 −(r2 −R2sin2 θ2)1/2 ・・・・(式19)
AO−CO=ΔL1 ・・・・・・・(式20)
即ち、切り欠き部に掛ると中心CはΔL1 だけ旋回中心O側に寄っていると算出している。
従って、CO(=A' O−ΔL1 )とA" O−mとを比較して大きい方(A"O−m)を採用すればよい。
同様にして、1回目の旋回動作で切り欠き部を発見せず、2回目の旋回動作で発見しても、円盤の正しい中心と旋回中心との距離として、大きい方を選べばよい。
凹部や凸部が2つの検出軌道上になかった場合は、前記同様同じ場所に中心位置を見出すため、どちらを採用してもよい。
しかし、検出軌道44が切り欠き部に掛かった場合は、本発明の計算方法では円弧は小さく円は49と誤認し、その中心はA' であると算出する。
従って、XAP<XA'Q となるから、XAB+m<XA'Q となる。
即ち、検出軌道43と検出軌道44とでの検出結果による中心位置情報を比較し、小さい方の距離XAB+mを正しい値として選択すればよい。
検出軌道43上に切り欠き部がある場合は円49と認識し、XAB<XA'B` 即ち、XAP− m<XA'B` となる。
従って、検出軌道43と検出軌道44との検出結果での中心位置情報を比較して切り欠き部がない方の小さい距離XAP−mを正しい値として選択すればよい。即ち、検出軌道から見て近い方にある円盤中心を常に選べばよいことになる。
次に請求項6および請求項12では、搬送機能を有する装置に本発明の原理を応用し、求めた中心位置の偏移量から、ウエハなど円盤状物を目的場所に搬送するに際し、衝突や干渉が起きないように搬送軌道を予め定めた軌道から修正する方法およびそのための搬送装置を提案している。
円盤状物のうち半導体ウエハは、国際半導体製造装置材料協会によるSEMI規格によって、3インチ、4インチ、5インチ、6インチ、8インチ、300mmの6種類が定められ、それらの半径も規格化されており、且つ、サイズ毎に専用カセットに収納されている。従って、カセットが置かれた時点でウエハの半径rは分るため、前述の計算課程においては既知の値として扱ってきた。しかし、搬送工程中どのウエハサイズか確認する場合、また細かくは、ウエハ直径のメーカーによる差、ロット間のバラツキなどのための半径を測定したい場合がある。
本発明では、そのような要求に応え、円盤状物の半径rも測定算出することができる。
検出軌道44および検出軌道45のウエハ外周縁との交点2つずつのそれぞれと旋回中心Oとからなる三角形はともに二等辺三角形で、線42は直角三角形を4つ作っている。旋回角度θ1 、θ2 はともに測定角、旋回半径R1 、R2 はともに設定距離、Lは未知数である。
r2 =(R1cosθ1 −L)2+R1 2sin2θ1 ・・・(式21)
r2 =(R2cosθ2 −L)2+R2 2sin2θ2 ・・・(式22)
旋回中心からみて検出軌道44と45が円盤中心より遠い距離にある場合、
L=R1cosθ1 −(r2 −R1 2sin2θ1)1/2 ・・・(式23)
L=R2cosθ2 −(r2 −R2 2sin2θ2)1/2 ・・・(式24)
式21に式24を代入すると、
S=(r2 −R2 2sin2θ2)1/2 ・・・(式26)
とおき、式25に式26を代入すると、
ちなみに、半径未知の円盤状物の半径rは、正の数だから、(式33)で求められる。
さらに、本発明は請求項18において、前記のような教示装置、位置決め装置および搬送装置のいずれか1つ又は複数を用いることによって、改善された半導体製造設備を提供する。
本発明は、位置決め専用装置においても、搬送装置においても実現できる。また、ここで言う搬送装置は、旋回運動機構および/又は直線運動機構をもつ搬送装置、例えば、スカラ型ロボット、多関節ロボット、XY軸移動テーブル等公知の装置を含む。
本発明において記述した上記各計算式は、通常のコンピュータプログラムにより、搬送装置の搬送ロボットの制御用等のコンピュータで構成する算出手段で容易にその計算を実行でき、その計算結果は、搬送装置のロボット等の制御用のコンピュータで構成する制御手段に用いれば、容易に搬送装置の各部の運動軌道に反映することができる。
また、本発明における基準座標系は、直角座標系だけでなく極座標系であってもよく、またその座標系での位置を座標値で直接的に表されるものだけでなく搬送ロボットの各軸の作動量等で間接的に表されるものでもよい。
図1に示す半導体製造設備1は、円盤状物であるウエハ13をカセット6からロードロック室8等へ搬送する搬送装置2と、ロードロック室8に接続してウエハ13に対し成膜、拡散、エッチング等の各種処理を行う処理装置3とを具えてなる。そのうちの搬送装置2は、ウエハが棚段状に収納されるカセット6を載置できる1個又は複数個のステージ19と、搬送アーム12を有するスカラ型の搬送ロボット4と、その搬送ロボット4を並んでいる複数個のステージの前でその列に平行に動かす移動手段17と、検出手段としてのセンサ9と、それら搬送ロボット4と移動手段17とセンサ9との作動を制御する、通常のコンピュータを有する制御部11とを具えて構成されている。なお、円盤状物の正確な位置補正を行なったり、ウエハ縁部のノッチ等切り欠き部を検出するために、図25に示す如き従来の位置決め装置10を搬送装置2の構成に含めることもできる。
なお、ロードロック室8には、複数枚の円盤状物を棚段上に載置するための図示しないポケットを設けてある。また、ロードロック室8内を真空状態とするため、搬入出口にはロードロックドア32が配設されている。
各カセット、各ロードロック室、各処理チャンバなど各ポートでの教示を行う前にまず保持部と円盤状物との位置関係を示す原点座標を教示する。
図2の半導体製造設備1内でウエハ13を自動搬送させるには、事前に、搬送装置2と処理装置3との制御部11に、搬送ロボット4および真空ロボット31の少なくとも一方の位置を含む基準座標系上で原点座標とする基準位置を教示した後に、搬送軌道を教示する必要がある。教示前の位置は通常余裕を含めて設計されているので、詳細は現場合わせが必要である。本発明の基準位置教示方法の一実施例を、一つのロードロック室8を用いる場合について、図13のフローチャートに示す。
次いでステップS13で、搬送ロボット4が、保持した円盤状物13を検知手段としてのセンサ9のところに搬送し、ロボット4の胴体軸を中心に旋回して、センサ9の光で円盤状物13の外周縁部を円弧に切ってその円盤状物13の外周縁とセンサ光との交点の2点の、保持部14に対する位置ひいては上記基準座標系での位置を検出する。そしてステップS14で、得られた外周縁上の2点の位置情報から先に述べた計算式で求めた、上記所定場所での円盤状物13の中心位置を、基準位置として、制御部11の持つ搬送ロボット作動制御プログラムへ伝達し、ステップS11で入力した仮位置情報を書きかえ、原点座標教示作業を終了する。
ちなみに、これらステップS11〜S14は、制御部11に予め与えられたプログラムにより、制御部11自身が実行する。
本発明の基準位置の教示方法の他の実施例においては、従来の案内治具を使用してもよい。保持部14を人が作業し易い適当な位置に移動させて、図3に示す如き案内治具20を保持部14に設置し、円盤状物を保持部14上に載置してその案内治具20に手で押し当て、その時の円盤状物の中心位置を基準位置とする方法である。この案内治具20は、ウエハと合致する曲面と、保持部14からなる平面の基準面を以って、物理的にウエハの位置を固定するものである。図14は、図3の装置においてオートティーチング(自動教示)を実施するときの処理手順のフローチャートを示しており、この処理では、各カセット、各ロードロック室など各ポートでの教示を行う前に、先ず保持部と円盤状物との位置関係を基準位置として教示する。
次いでステップT3で、検知手段としてのセンサ9のところで円盤状物13を旋回運動させて、円盤状物13の外周縁とセンサ光との交点の2点の、保持部14に対する位置ひいては上記基準座標系での位置を検出する。そしてステップT4で、得られた位置情報から先に述べた計算式で求めた保持部14上での円盤状物13の中心位置を、保持部14上の基準位置として、制御部11の持つ搬送ロボット作動制御プログラムへ伝達し、制御部11に記憶させる。
ちなみに、これらステップT1〜T4は、ステップT2を除き、制御部11に予め与えられたプログラムにより、制御部11自身が実行する。
前述のように定めた基準位置を基に、オートティーチングにより円盤状物をカセットから搬出する場合の教示(位置決めおよび軌道修正を含む)の手順について、図15のフローチャートに示す。
次いでステップU3で、搬送ロボット4がカセット6内の受け渡し場所から円盤状物13を受け取る。そしてステップU4で、搬送ロボット4が円盤状物13をセンサ9のところに移動させて旋回させ、上記と同様に外周縁の2点を検出する。
次いでステップU5で、ステップT4で得られた情報(測定値)を偏移量算出手段へ伝達する。次いでステップT6で、偏移量算出手段により測定値と基準位置を比較し偏移量を算出する。次いでステップU7で、ずれている場合、偏移量を制御部11の持つ搬送ロボット作動制御プログラムへ伝達する。
ちなみに、これらステップU1〜U7は、ステップU2を除き、制御部11に予め与えられたプログラムにより、制御部11自身が偏移量算出手段等となって実行する。
そしてステップU8で、制御部11は、上記偏移量を考慮して搬送ロボット4の軌道を修正する。つまりは設計図面上の搬送位置である初期値を更新する。ずれていなければ一連の教示は終了する。
図16の右側の処理装置3内の真空ロボット31も、同様にして検出手段としてのセンサを用いて、各ロードロック室8、各処理チャンバ7における基準位置の教示、ウエハ13を受け取った後の位置補正のための位置決めを実施するものである。
図17は、本発明の位置決め方法を位置決め装置に用いた一実施例について示すものである。この位置決め装置10はウエハ13を真空吸着できる保持台19を備え、保持台19の下方には回転手段と1軸ないしは2軸方向へ移動可能にするX軸移動手段、Y軸移動手段と、昇降手段21を備えている。ここでは、搬送ロボット4等により載置されたウエハ13が静置された状態で、ステージ上に設けられた検出アーム24が旋回して検出軌跡43を描き、検出アーム24の先端部に設けられた検出手段としての光学式センサ9によりウエハ13の外周縁上の2点が検出される。この2点の位置を用い、前述した本発明の計算方法を適用してウエハ中心を算出し、X,Y軸方向の修正を行い、持ち替えて正常位置におかれたウエハを回転させ、別のセンサがそのウエハ13の縁部にある切り欠き部を検出し回転を停止する。
図18は、検出アーム24がウエハ半径より短い場合についての位置決め装置10を示し、動作方法および位置決め方法は図17と同様である。
図19は、従来の位置決め装置で本発明の位置検出方法を実施する場合について示したものである。この位置決め装置10は、回転しうる保持台19とX軸移動手段およびY軸移動手段と昇降手段と検知手段としての点センサ9とを備えている。回転するウエハ13が偏芯している場合は、回転によりウエハ13と同じ半径の検出軌道43で、ウエハ縁部が切られ2点を検出する。それ以降の位置決め方法は図17の装置と同様である。
なお、ウエハの中心位置が分れば、位置決め装置のX,Y駆動部は不要で、図21に示すように、搬送ロボット4を動作させることにより、載置前に保持部14を正常位置に移動させて円盤状物13の位置決めをすることができる。
図22に示すように、搬送ロボット4の保持部14の先端ないし側部にセンサ9を設けて、搬送ロボット4の旋回や屈伸動作により、載置された円盤状物13の外周縁の2点を検出し、円盤状物13の中心位置を算出することができる。なお、検出軌道上に切り欠き部等が重なるか否かの判別をする場合、図10、図11に示した方法により、保持部14に2つの検出手段を配設するか、1つの検出手段で円盤状物13を2回走査させればよい。
図23は、搬送装置2のカセット用ドアにセンサ9を2個を取り付け(図では片方のみ示す)、搬送ロボット4の搬送アーム12を駆動して直線運動させ、ウエハ13を取り出す際、その中心を算出して位置決めし、搬送すべき他のポートへの正しい軌道に修正する。計算方法は図10、図11に示した通りである。
図24は、請求項9記載の本発明の位置決め装置の一実施例である。搬送ロボット4に付属させてセンサ1個からなる検出手段9を設け、搬送ロボット4の搬送アーム12を駆動してウエハ13を直線運動させ、ウエハ13の外周縁上の2点を検出する。これらによって中心を算出して位置決めし、搬送すべき他のポートへの正しい軌道に修正する。計算方法は先に(式12)から(式15)に示した通りである。
なお、本発明の教示方法や位置決め方法や搬送方法を実施するための位置計算等は、上記実施例では搬送装置2の制御部11が行ったが、本発明はこれに限られず、上記制御部11に接続した別途のコンピュータ等が行ってもよい。
また、図13のステップS11と、図14のステップT1と、図15のステップU1とでの初期値の入力は、上記実施例ではプログラムの実行により自動的に行っているが、キーボード操作等で人手で行ってもよい。
2 搬送装置
3 処理装置
4 搬送ロボット
5 ロードポート
6 カセット
7 処理チャンバ
8 ロードロック室
9 検出手段(センサ)
10 位置決め装置
11 制御部
12 搬送アーム
13 円盤状物(ウエハ)
14 保持部
15 カセット載置台
16 移載室
17 直線移動手段
18 ネジ軸
19 保持台
20 案内治具
21 昇降手段
22 ネジ軸
23 モータ
24 検出アーム
25 プーリ
26 タイミングベルト
27 ウエハ載置台
31 真空ロボット
32 ロードロックドア
40 旋回基線
41 旋回中心から基準円盤状物の中心へ向かう直線
42 旋回中心から円盤状物の中心へ向かう直線
43 検出軌道
44 43と異なる検出軌道
45 44と異なる検出軌道
46 基準となる円盤状物
47 測定しようとする円盤状物
48 凹部を検出した際の垂直二等分線
49 仮想の円盤状物
50 47と異なる旋回半径上にある円盤状物
51 切り欠き部(ノッチ)
Claims (4)
- 円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、周縁の一部に1個のノッチを有する半径未知の円盤状物の位置決めを行う方法において、
前記基準座標系での、前記ノッチを有する円盤状物の中心位置を求める工程と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する工程と、を含み、
前記ノッチを有する円盤状物の中心位置を求める工程は、
2本が共に前記ノッチに掛からない距離だけ互いに離間した円弧状の3本の検出軌跡を有する検出手段を、前記円盤状物に対し検出手段を相対的に移動させて前記円盤状物の周縁に対し、前記検出手段の前記3本の検出軌跡を交叉させて1組2点からなる3組の交点の、前記基準座標系での位置を求める工程と、
前記3組の交点のそれぞれについての3本の垂直二等分線のうち、定められた旋回基線に対する角度が共通する垂直二等分線を選択する工程と、
前記検出手段の旋回中心とその共通する垂直二等分線についての2組の交点とから前記円盤状物の半径および中心位置を算出する工程と、を含むことを特徴とする、円盤状物の位置決め方法。 - 円盤状物の取扱装置の位置を含む基準座標系での、周縁の一部に1個のノッチを有する半径未知の円盤状物の位置決めを行う装置において、
前記基準座標系での、前記ノッチを有する円盤状物の中心位置を求める手段と、
前記基準座標系での、予め教示された中心位置から前記求められた中心位置への偏移量を算出する手段と、を具え、
前記ノッチを有する円盤状物の中心位置を求める手段は、
2本が共に前記ノッチに掛からない距離だけ互いに離間した円弧状の3本の検出軌跡を有する検出手段を、前記円盤状物に対し相対的に移動させて前記円盤状物の周縁に対し、前記検出手段の前記3本の検出軌跡を交叉させて1組2点からなる3組の交点の、前記基準座標系での位置を求める手段と、
前記3組の交点のそれぞれについての3本の垂直二等分線のうち、定められた旋回基線に対する角度が共通する垂直二等分線を選択する手段と、
前記検出手段の旋回中心とその共通する垂直二等分線についての2組の交点とから前記円盤状物の半径および中心位置を算出する手段と、を有することを特徴とする、円盤状物の位置決め装置。 - 周縁の一部に1個のノッチを有する半径未知の円盤状物の搬送装置において、
請求項2記載の円盤状物の位置決め装置と、
前記位置決め装置が算出した偏移量に基づいて搬送装置の保持部の予め教示された搬送軌道を修正する修正手段と、
前記搬送装置の前記保持部の作動を制御して、前記修正した搬送軌道に沿って前記保持部で前記円盤状物を所定の搬送位置に搬送する手段と、を具えることを特徴とする、円盤状物の搬送装置。 - 請求項2記載の円盤状物の位置決め装置と、
請求項3記載の円盤状物の搬送装置と、の何れか一方を具えることを特徴とする、半導体製造設備。
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