特許 6734266 搬送システム、搬送ロボット、およびその教示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6734266

(24)【登録日】2020年7月13日

(45)【発行日】2020年8月5日

(54)【発明の名称】搬送システム、搬送ロボット、およびその教示方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/68 20060101AFI20200728BHJP

   H01L 21/677 20060101ALI20200728BHJP

   B25J 9/22 20060101ALI20200728BHJP

   G01B 21/00 20060101ALI20200728BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 G

   H01L21/68 A

   B25J9/22 A

   G01B21/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-516613(P2017-516613)

(86)(22)【出願日】2016年4月30日

(86)【国際出願番号】JP2016063521

(87)【国際公開番号】WO2016178420

(87)【国際公開日】20161110

【審査請求日】2019年4月7日

(31)【優先権主張番号】14/704,536

(32)【優先日】2015年5月5日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】517384154

【氏名又は名称】カワサキロボティクス（ユーエスエー）インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｋａｗａｓａｋｉ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ （ＵＳＡ），Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105795

【弁理士】

【氏名又は名称】名塚 聡

(72)【発明者】

【氏名】吉 田 浩 之

(72)【発明者】

【氏名】吉 田 雅 也

(72)【発明者】

【氏名】山 口 隆 生

(72)【発明者】

【氏名】ヒュイ クェン チャン

【審査官】 宮久保 博幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１２７０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２０７６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１８１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２５２０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７３７４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

Ｂ２５Ｊ ９／２２

Ｇ０１Ｂ ２１／００

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平面内で回転する回転テーブル、および前記回転テーブルに載置された円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報を取得するセンサ部を有する搬送物載置装置と、
前記円板状搬送物を搬送物収納容器から取り出し、前記回転テーブル上に搬送して載置するロボットと、を備え、
前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置として予め暫定的に設定された位置に基づき前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物について、前記センサ部により取得した前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報に基づいて、前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置の情報を取得して、それら取得した位置情報に基づいて、前記ロボットによる前記搬送物収納容器から前記回転テーブルへの前記円板状搬送物の搬送動作を教示し、
前記センサ部により取得した前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報が、
前記回転テーブルの基準位置として予め暫定的に設定された位置に基づき前記円板状搬送物が前記回転テーブル上に載置された第一載置位置の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれと、
前記円板状搬送物を前記第一載置位置から前記ロボットにより予め設定された距離を水平直線移動して前記回転テーブル上に載置された第二載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれと、
前記円板状搬送物を、前記ロボットにより前記第一載置位置から予め設定された角度の水平旋回移動を行って前記回転テーブル上に載置された第三載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれとの３つである、ことを特徴とする搬送システム。

【請求項2】

前記回転テーブルの前記基準位置が前記回転テーブルの回転中心であり、前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれが、前記円板状搬送物の中心の前記回転テーブルの回転中心からの距離と方向である、ことを特徴とする請求項１に記載の搬送システム。

【請求項3】

水平面内で回転する回転テーブル、および前記回転テーブル上に載置された円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報を取得するセンサ部を有する搬送物載置装置と、
前記円板状搬送物を搬送物収納容器から取り出し、前記回転テーブル上に搬送して載置するロボットと、を備える搬送システムにおける前記ロボットの搬送動作の教示方法であって、
前記円板状搬送物の第一載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれを取得する第一のずれ取得工程と、
前記円板状搬送物を前記第一載置位置からロボットにより水平面内で予め設定した距離を直線移動して前記回転テーブル上に載置した第二載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれを取得する第二のずれ取得工程と、
前記ロボットにより、前記円板状搬送物を前記第一載置位置から予め設定された角度の水平旋回移動を行って前記回転テーブル上に載置された第三載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれを取得する第三のずれ取得工程と、
前記第一のずれ取得工程で取得したずれと前記第三のずれ取得工程により取得したずれとに基づいて、前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置の情報を取得する工程と、を有することを特徴とする搬送システムにおけるロボットの教示方法。

【請求項4】

前記回転テーブルの前記基準位置が前記回転テーブルの回転中心であり、前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれが、前記円板状搬送物の中心の前記回転テーブルの回転中心からの距離と方向である、ことを特徴とする請求項３に記載の搬送システムにおけるロボットの教示方法。

【請求項5】

円板状搬送物を搬送物収納容器から取り出し、水平面内で回転する回転テーブルおよび前記回転テーブルに載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報を取得するセンサ部を有する搬送物載置装置の前記回転テーブル上に搬送して載置する搬送ロボットであって、
前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置として予め暫定的に設定した位置に基づき前記センサ部により取得した前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報に基づいて、前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物を取り出すべき位置及び前記回転テーブルへの載置すべき位置の情報を取得して、それら取得した位置情報に基づいて、前記ロボットによる前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置の情報を取得し、
前記センサ部により取得した前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報が、
前記円板状搬送物の前記回転テーブルにおける第一載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれと、
前記円板状搬送物を前記第一載置位置から前記ロボットにより予め設定した距離を水平直線移動して前記回転テーブル上に載置した第二載置位置における前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれと、
前記円板状搬送物を前記ロボットにより前記第一載置位置から予め設定された角度の水平旋回移動を行って前記回転テーブル上に載置された第三載置位置における前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれとの３つである、ことを特徴とする搬送ロボット。

【請求項6】

前記回転テーブルの前記基準位置が前記回転テーブルの回転中心であり、前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれが、前記円板状搬送物の中心の前記回転テーブルの回転中心からの距離と方向である、ことを特徴とする請求項５に記載の搬送ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円板状搬送物を搬送するための搬送システムおよびその搬送ロボット、並びに同搬送ロボットの搬送動作を教示する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

組立ロボットや搬送ロボットの動作制御は、ロボットの機構等に基づくロボット座標系に基づいて対象物（ワーク）の位置と姿勢が把握・特定されてプログラミングされ、実行される。

【0003】

一方、ロボットに把持されていない状態における組立や搬送のワークの位置や姿勢、および障害物等の位置等の情報は、ロボット座標系とは別の静止空間における外部座標系、例えばワールド座標系やオブジェクト座標系に基づいて特定されている。

【0004】

したがって、ロボットを使用した組立や搬送を行う場合には、ロボット座標系と外部座標系との関係を予め把握ないし特定しておく必要がある。なお、ロボット座標系と外部座標系との関係は、数学的には、ロボット座標系と外部座標系との座標変換マトリックス（行列）により表される。

【0005】

ロボット座標系と外部座標系との関係を特定する方法としては、従来、ロボットハンドに専用治具やタッチセンサ等を取り付けて把握する方法、その他は視覚センサを使用する方法などが知られている（例えば、特許文献１）。

【0006】

しかし、専用治具等を使用する方法は、教示作業が手動で行われ、熟練を要し、時間がかかる。また、視覚センサ等を使用する方法は、計測精度が環境の光に影響を受けやすいことやハンドが重くなるなどの問題がある。

【0007】

さらに、特に半導体基板を取り扱うロボットに適用する場合には、クリーンな環境内で使用するため、専用治具やタッチセンサを使用する方法は、ワーク等の接触によりダストやパーティクルの発生原因となりうる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１０−１５１７６６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、組立や搬送ロボット、特にクリーンな環境下で使用される半導体基板の搬送ロボットにおいて、専用治具等を必要とせず、また装置の一部や治具にハンドを接触させるといった通常と異なる特別の動作を必要とせずにロボット座標系と外部座標系との関係を求め、搬送に係る動作を簡易に教示することができる搬送システム及びその搬送ロボット、および同搬送ロボットの教示方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による搬送システムは、水平面内で回転する回転テーブル、および前記回転テーブルに載置された円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報を取得するセンサ部を有する搬送物載置装置と、前記円板状搬送物を搬送物収納容器から取り出し、前記回転テーブル上に搬送して載置するロボットと、を備え、前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置として予め暫定的に設定された位置に基づき前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物について、前記センサ部により取得した前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報に基づいて、前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置の情報を取得して、それら取得した位置情報に基づいて、前記ロボットによる前記搬送物収納容器から前記回転テーブルへの前記円板状搬送物の搬送動作を教示する、ことを特徴とする。

【0011】

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記センサ部により取得した前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報が、前記回転テーブルの基準位置として予め暫定的に設定された位置に基づき前記円板状搬送物が前記回転テーブル上に載置された第一載置位置の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれと、前記円板状搬送物を前記第一載置位置から前記ロボットにより予め設定された距離を水平直線移動して前記回転テーブル上に載置された第二載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれと、前記円板状搬送物を、前記ロボットにより前記第一載置位置から予め設定された角度の水平旋回移動を行って前記回転テーブル上に載置された第三載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれとの３つである、ことを特徴とする。

【0012】

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記回転テーブルの前記基準位置が前記回転テーブルの回転中心であり、前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれが、前記円板状搬送物の中心の前記回転テーブルの回転中心からの距離と方向である、ことを特徴とする。

【0013】

本発明の第４の態様による搬送システムにおけるロボットの教示方法は、水平面内で回転する回転テーブル、および前記回転テーブル上に載置された円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報を取得するセンサ部を有する搬送物載置装置と、前記円板状搬送物を搬送物収納容器から取り出し、前記回転テーブル上に搬送して載置するロボットと、を備える搬送システムにおける前記ロボットの搬送動作の教示方法であって、前記円板状搬送物の第一載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれを取得する第一のずれ取得工程と、前記円板状搬送物を前記第一載置位置からロボットにより水平面内で予め設定した距離を直線移動して前記回転テーブル上に載置した第二載置位置において前円板状記搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれを取得する第二のずれ取得工程と、前記ロボットにより、前記円板状搬送物を前記第一載置位置から予め設定された角度の水平旋回移動を行って前記回転テーブル上に載置された第三載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれを取得する第三のずれ取得工程と、前記第一のずれ取得工程で取得したずれと前記第三のずれ取得工程により取得したずれとに基づいて、前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置の情報を取得する工程と、を有することを特徴とする。

【0014】

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記回転テーブルの前記基準位置が前記回転テーブルの回転中心であり、前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれが、前記円板状搬送物の中心の前記回転テーブルの回転中心からの距離と方向である、ことを特徴とする。

【0015】

本発明の第６の態様は、円板状搬送物を搬送物収納容器から取り出し、水平面内で回転する回転テーブルおよび前記回転テーブルに載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報を取得するセンサ部を有する搬送物載置装置の前記回転テーブル上に搬送して載置する搬送ロボットであって、前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置として予め暫定的に設定した位置に基づき前記センサ部により取得した前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報に基づいて、前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物を取り出すべき位置及び前記回転テーブルへの載置すべき位置の情報を取得して、それら取得した位置情報に基づいて、前記ロボットによる前記搬送物収納容器における前記円板状搬送物の取出し位置及び前記回転テーブルの基準位置の情報を取得する、ことを特徴とする。

【0016】

本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記センサ部により取得した前記回転テーブル上に載置された前記円板状搬送物の前記回転テーブルの基準位置に対するずれの情報が、前記円板状搬送物の前記回転テーブルにおける第一載置位置において前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれと、前記円板状搬送物を前記第一載置位置から前記ロボットにより予め設定した距離を水平直線移動して前記回転テーブル上に載置した第二載置位置における前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれと、前記円板状搬送物を前記ロボットにより前記第一載置位置から予め設定された角度の水平旋回移動を行って前記回転テーブル上に載置された第三載置位置における前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれとの３つである、ことを特徴とする。

【0017】

本発明の第８の態様は、第６または第７の態様において、前記回転テーブルの前記基準位置が前記回転テーブルの回転中心であり、前記円板状搬送物の前記回転テーブルの前記基準位置に対するずれが、前記円板状搬送物の中心の前記回転テーブルの回転中心からの距離と方向である、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、専用治具等が不要であり、またハンドを装置等に接触させる必要がないため、オペレータが介在せずに自動教示が可能であり、オペレータの技量に依存せずに安定した高精度な教示が可能となる。また、本発明によれば、ハンドの接触によるパーティクルの発生がないため、特に半導体ロボットのようにクリーンな環境内で使用される場合に非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る搬送システムの概略構成図である。

【図2】図２は、図１に示した実施形態における基板位置決め装置の概略構成図である。

【図3】図３は、図１に示した実施形態におけるロボットの概要図である。

【図4】図４は、図１に示した実施形態における基板位置決め装置の回転テーブルの中心に対する半導体基板の中心の位置のずれ量を検出する説明図である。

【図5】図５は、図１に示した実施形態におけるアライナ座標系とロボット座標系との関係を示す図である。

【図6】図６は、図１に示した実施形態におけるアライナにおけるロボットや基板の中心位置等の教示点や動作点を示す図である。

【図7】図７は、図１に示した実施形態におけるロボットの教示手順のステップ７において、アライナ座標系とロボット座標系の相対角度の算出を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下では、半導体基板（ウエハ）を搬送する搬送システムを事例として説明する。ただし、本発明は、搬送対象物が、半導体基板に限定されず、円板状搬送物一般に適用可能である。また、ロボットやその他の装置等についても、同様な機能等を実現できるものであれば、以下の形態や構成に限定されるものではない。

【0021】

本実施形態に係る搬送システム１では、図１に示すように、ロボット１０とそのロボット制御装置１１、アライナ等の基板位置決め装置２０、ＦＯＵＰ等の基板収納容器３０を備えている。

【0022】

まず、本実施形態に係る搬送システムの搬送対象（被搬送物）である半導体基板（以下、主として単に「基板」という。）について、説明する。

【0023】

基板２は、単結晶構造の薄板円板形状であり、基板２を処理室４０において処理するためには、処理室４の処理装置内に基板２のその位置と結晶構造の方向を正確に位置合わせして載置する必要がある。位置合わせの方法としては、一般的には、次の方法が採用されている。位置に関しては、基板の中心を処理装置上の基準点に合わせる（芯だし）が使用される。結晶軸の方向に関しては、結晶軸の方向に対応した半径方向の円周上の端部に設けた切り欠き（ノッチ）を処理装置等の所定の位置又は方向に一致させることにより行われている。

【0024】

ロボット１０は、ロボット制御装置１１からの指示に従い、基板２を、基板収納容器３０から基板位置決め装置（以下「アライナ」という。）２０への移送、アライナ２０から処理室４０への移送、その他の移送やハンドリングを行う。

【0025】

基板収納容器３０は、基板２を１つ又は複数収納できる箱状の容器であり、具体的にはSEMI規格に規定されているFOUP（Front-Opening Unified Pod）と呼ばれる容器であり、以下「フープ」という。

【0026】

図２に示したように、アライナ２０は、回転軸中心まわりに回転する回転テーブル２１を有し、回転テーブル２１の上に載置された基板２の中心の位置と当該中心位置のアライナ２０に対する方向（角度）を、センサ部２３を用いて検出し、および／又はアライナ２０又はロボット１０に対して、基板２の中心についての所定の位置決めを行う。

【0027】

また、基板２の外周部のノッチ位置を検出すること、およびアライナ２０及び／又はロボット１０に対して、基板２のノッチを所定の位置決めを行うこともある。

【0028】

＜ロボット＞
本実施形態におけるロボット１０の概要を、図３を用いて説明する。

【0029】

本実施形態におけるロボット１０は、図３に示すように、基台１２とアーム部１３を備え、アーム部１３は、鉛直軸を中心に水平旋回する２つのアーム（基台側の第一アーム１４及び第一アーム１４に接続する第二アーム１５）を備えている水平（旋回）多関節型ロボットである。また、アーム部１３の第二アーム１５には、被搬送物である基板２を把持するハンド１６が備えられている。なお、本実施形態におけるロボットの軸構成については、水平旋回型に限定されず、水平面内での移動、位置決めができるロボットであれば足りる。

【0030】

ハンド１６には、真空吸引式などのものが使用される。

【0031】

基台１２は、アーム部１３を昇降させるための昇降機構を有している。

【0032】

次に、ロボット１０の機構と動作を具体的に説明する。

【0033】

第一アーム１４は、その根元部が基台１２の上部に第一回転軸１７により回転可能に連結され、第二アーム１５は、その根元部が第一アーム１４の先端部に第二回転軸１８により回転可能に連結され、ハンド１６は、その根元部が第二アーム１５の先端部に第三回転軸１９により回転可能に連結されている。

【0034】

これらの回転軸は、お互いに独立して、位置決めや速度の動作制御が可能であり、モータや減速機等の駆動装置を介して制御駆動される。

【0035】

ロボット１０は、以上のような機構により、ハンド１６を、水平面内における移動及び姿勢（ハンドの向く方向（角度））並びに鉛直上下方向の移動について制御可能である。したがって、ロボット１０を使用して、フープ３０から基板２を取り出してアライナ２０へ搬送したり、アライナ２０上に載置された基板２を処理室４０へ搬送したり、その他の搬送を行うことができる。

【0036】

なお、前記で説明した基板２の搬送については、すべて同一の１つのロボット１０を使用して実施してもよく、複数のロボット１０を使用して実施しても良い。例えば、フープ３０からアライナ２０への搬送のためには第１のロボット１０、アライナ２０から処理室４０への搬送は第２のロボット１０のように、異なるロボットを使用してもよい。

【0037】

＜アライナ＞
基板２は、前記のとおり、所定の結晶構造を有しているため、基板２を処理室４０において処理するためには、処理室４０の処理装置内に基板２の中心位置と結晶軸方向を確保して搬送・載置する必要がある。

【0038】

しかしながら、フープ３０に収納された基板２は、その中心の位置や結晶軸方向に対応したノッチの方向が正確に位置決めされておらず、ロボット１０が搬送のためにハンド１６で把持した基板２のハンド１６に対する中心位置とノッチ方向を把握できない。

【0039】

このため、基板２を所定の中心位置とノッチ方向を確保して処理室４に搬送して載置することができない。

【0040】

したがって、正確な位置と方向が把握できないフープ３０内の基板２を、アライナ２０に搬送し、ハンド１６に対して所定の中心位置とノッチ方向を検出・特定し、及び／又は所定の位置と方向に位置決めするために、アライナ２０が使用される。

【0041】

したがって、アライナ２０は、回転テーブル２１上に載置された基板２について、回転テーブル２１の回転中心（以下「アライナ基準点」という。）に対する基板２の中心のずれ（以下「トータルオフセット」という。）の大きさ及び／又は方向を検出ないし特定する機能を有する。さらに、アライナ２０を使用して、基板２を、その中心がアライナ基準点と一致させること、及び／又は、基板２のノッチを所定の方向に位置合わせすることを行うこともある。

【0042】

アライナ２０は、図２に示されるように、その上に載置された基板２を回転し、所定の角度で位置決めすることのできる回転テーブル２１、ノッチ３の位置を検出するためのセンサ部２３を備えている。

【0043】

先ず、ノッチの位置の検出について説明する。

【0044】

センサ部２３は、回転テーブル２１に載置された基板２の外周部において、基板２を挟んでその上方（又は下方）に投光部（図示せず）、下方（又は上方）に受光部（図示せず）を配置し、投光部からの照射光を受光部で受光する。

【0045】

投光部からの照射光は、基板２により遮られているが、ノッチの部分では、遮光が少なくなり、受光部により受光される光量が増大する。そこで、回転テーブル２１により回転される基板２の光量の変化に基づいて、ノッチの位置を検出する。

【0046】

次に、回転テーブル２１の回転中心に対する基板２の位置ずれ（トータルオフセット）の大きさおよび角度の検出方法について説明する。

【0047】

回転テーブル２１の回転中心（アライナ基準点）を基準として、回転テーブル２１上に載置された基板２の外周部端面までの距離Lは、図４に示されるように、回転テーブル２１の中心と基板２の中心とを結ぶ直線上であって、回転テーブル２１の中心から基板２の中心に向かう方向のものが最長（具体的な最長距離L_maxは、基板２の半径＋ずれ量、である。）、その逆の方向のものが最短（具体的な最短距離L_minは、基板２の半径−ずれ量、である。）であり、最長点と最短点との間では、回転テーブル２１の回転に応じて連続的に変化している。なお、L_max−L_min＝２xずれ量、である。

【0048】

したがって、回転テーブル２１の回転に応じたセンサ部２３部における受光部の受光量の変化に基づいて、その光量の極大及び／又は極小となる回転テーブル２１の回転角度により回転テーブル２１の中心に対する基板２の中心方向の方向（角度）、すなわちトータルオフセットの方向が検出できる。

【0049】

また、前記最長距離L_max又は前記最短距離L_minは、前記のとおり、基板２の中心の回転テーブル２１の中心に対する位置ずれの大きさの増加に対応して、それぞれ増加又は減少するため、前記最長点及び／又は最短点におけるセンサ部２３の受光部の受光量の絶対値の大きさに基づいて位置ずれ量、すなわちトータルオフセットの大きさを検出する。

【0050】

なお、位置ずれをより正確に検出するためには、受光量の変化をより精密ないし正確に検出できることが望ましい。このためには、相対する投光部および受光部に複数の発光素子及び受光素子を直線状に配置するリニアアレイセンサを使用することが望ましい。

【0051】

なお、前記説明では、ノッチ位置の検出と位置ずれ量の測定を同一のセンサ部２３を使用することしているが、それぞれ別のセンサ部２３ａとセンサ部２３ｂを備えてもよい。

【0052】

＜ロボット座標系とアライナ座標系との関係＞
ロボット座標系とアライナ座標系との関係について、図５を参照しつつ説明する。

【0053】

本実施形態に係るロボット１０は、水平旋回多関節型であり、また、アライナ２０も水平面内で回転する機構であるため、ロボット１０およびアライナの位置決め等の動作は、基本的に水平面内で検討すれば足りる。したがって、ロボット座標系およびアライナ座標系とも、両者のxy座標系における関係について検討する。そこで、以下では、特に断らない限り、ロボット座標系、アライナ座標系は、それぞれロボット座標系のxy座標系及びアライナ座標系のxy座標系を意味するものとする。

【0054】

ロボット座標系とアライナ座標系とは、一般には、原点の位置のずれ（以下「原点オフセット」という。）と両座標軸の間には相対角度（θ）が存在するので、アライナ座標系における座標（X_A, Y_A）^Tをロボット座標系における座標（X_R, Y_R）^Tで表すと次式となる。

【0055】

【数1】

【0056】

ここで、O_oは、原点オフセットベクトルであり、具体的には、ロボット座標系原点を始点、アライナ座標系原点を終点とするベクトル、具体的には、アライナ座標系原点Ｏ_a（X_C,
Y_C）^Tのロボット座標系で表した座標（X_C, Y_C）_R^Tである。

【0057】

なお、次式で表される行列Hを、ロボット座標系とアライナ座標系との座標変換行列という。

【0058】

【数2】

【0059】

原点オフセット（ベクトル）O_oおよび変換行列Hが定まれば、アライナ座標系における位置がロボット座標系における位置として、またはその逆が特定できる。したがって、ハンドリングや搬送等のロボットの教示作業においては、原点オフセットや座標変換行列を求める作業が必要となり、このような作業をキャリブレーションということがある。

【0060】

一方、従来は、この作業を治具等を使用して行っており、前記のとおり作業に熟練を要する等の課題があった。

【0061】

そこで、本実施形態においては、以下に説明する方法により、この作業の効率化、簡略化等を実現したものである。

【0062】

以上を踏まえて、次にロボット教示の手順を説明する。
＜ロボット教示の手順＞
ロボット１０、アライナ２０、基板２及びフープ３０を使用した教示の手順について、図６を参照しつつ説明する。なお、図６は、アライナ２０におけるロボット１０や基板２の中心位置等の教示点や動作点を示している。

【0063】

ステップ１
フープ３０内に、基板２の中心が正確になるように配置して収納する。

【0064】

ステップ２
フープ３０内の取出し位置として予め暫定的に設定したフープ位置P₀（以下「仮設定されたフープ位置」という。）に基づき、ロボット１０により基板２を、フープ３０から取り出す。ここで、Ｐ₀は、基板２を取り出すための仮設定されたフープ位置であるため、ロボット１０により基板２の中心位置の把握はなされていない。

【0065】

なお、仮設定されたフープ位置は、ロボット座標系で特定されている。

【0066】

ステップ３
回転テーブル２１の基準位置（回転テーブルの回転中心）として予め暫定的に設定したアライナ位置O_ac（以下、「仮設定されたアライナ位置」という。）に基づき、ロボット１０により基板２を、アライナ２０の回転テーブル２１に搬送し載置する。以下、仮設定されたアライナ位置に基づき回転テーブル２１の上に載置された基板２の中心位置を「第一の基板載置位置」といい、Ａ₁とし、ロボット座標系における座標を（X₁, Y₁）^Tであらわす。

【0067】

第一の基板載置位置Ａ_１は、仮設定されたフープ位置P₀および仮設定されたアライナ位置O_acを使用してアライナ上に載置されているため、アライナ座標系原点O_aからずれている。第一の基板載置位置Ａ_１のアライナ座標系原点O_aからのずれ（以下「トータルオフセット１」という。）（ベクトル）O_t1は、フープ３０において基板２を取り出すべき真のフープ位置（以下「真のフープ位置」という。）Pに対する仮設定されたフープ位置P₀のずれ（以下「フープオフセット１」という。）（ベクトル）と、仮設定されたアライナ位置O_acのアライナ座標系原点O_aに対するずれ（以下「アライナオフセット」という。）（ベクトル）との（ベクトル）和である。

【0068】

なお、仮設定されたアライナ位置O_acは、ロボット座標系により特定されている。

【0069】

また、ロボット座標系においては、真のフープ位置Pとアライナ基準点（アライナ座標系原点）O_aは不明であるため、この時点では、フープオフセット１（O_f１）、アライナオフセット（O_a）およびトータルオフセット１（O_t1）も不明である。

【0070】

ステップ４
前記＜アライナ＞において説明した方法により、すなわち回転テーブル２１を回転させてセンサ部２３により最長距離L_max及び／又は最短距離L_minに基づいて、第一の基板載置位置Ａ_１におけるトータルオフセット１（O_t1）の大きさ及びその方向（角度）を測定する。

【0071】

なお、トータルオフセット１（O_t1）の測定値は、アライナ座標系において測定されているため、その座標はアライナ座標系として特定されている。

【0072】

ステップ５
回転テーブル２１を回転させて基板２の中心位置を第一の基板載置位置Ａ_１に戻す。

【0073】

ステップ６
回転テーブル２１上の基板２をロボットハンド１６で把持して、ロボット１０を使用して、ロボット座標系において、x軸と平行な方向に予め設定した距離d移動して回転テーブル２１上に載置する。この移動後の基板２の中心位置を第二の基板載置位置Ａ_２とし、ロボット座標系における座標を（X₂, Y₂）^Tであらわす。なお、本実施形態では、前記ロボット１０による基板２の移動方向をx軸と平行な方向としたのは、以下の式の変形や誘導を簡略化するためであって、原理的ないし数学的には、予め設定する距離dが特定できれば、移動方向は任意の方向であって構わない。

【0074】

ステップ７
前記＜アライナ＞において説明した方法により、すなわち回転テーブル２１を回転させてセンサ部２３により最長距離L_max及び／又は最短距離L_minに基づいて、第二の基板載置位置Ａ_２におけるアライナ座標系原点に対する基板２の中心の位置ずれ（ベクトル）（以下「トータルオフセット２」という。）O_t2の大きさ及び方向を測定する。

【0075】

なお、トータルオフセット２（O_t2）の測定値は、アライナ座標系において測定されているため、その座標はアライナ座標系として特定されている。

【0076】

次に、基板２の第一の基板載置位置Ａ_１から第二の基板載置位置Ａ_２への移動ベクトルについて、図７を参照しつつアライナ座標系とロボット座標系で特定し、関係を検討する。

【0077】

トータルオフセット１（O_t1）は、第一の基板載置位置Ａ_１における基板中心の位置ずれ（トータルオフセット１）ベクトルである。

【0078】

B_aは、第一の基板載置位置Ａ_１から第二の基板載置位置Ａ_２への基板２の移動についてのアライナ座標系における移動ベクトル、B_rは、当該移動についてのロボット座標系における移動ベクトルである。なお、これら２つの移動ベクトルは、物理的には同一であるが、ロボット座標系における移動ベクトル（B_r）は既知であるが、アライナ座標系における移動ベクトル（B_a）は既知ではない。

【0079】

ここで、トータルオフセット１（O_t1）はステップ４により、またトータルオフセット２（O_t２）は本ステップにおける前記測定により特定され、いずれも既知であるため、B_a=O_t２−O_t1（図７左のアライナ座標系）より、アライナ座標系における移動ベクトルB_aを求めることができる。

【0080】

また、前記のとおり、B_rとB_aとは、物理的には同一であるから、B_rとB_aとの関係は、アライナ座標系とロボット座標系との座標変換行列Hを用いて、次式で表現することができる。

【0081】

【数3】

【0082】

ここで、B_a=（X_a1, Y_a1）^Tとおくと、B_r＝（d, 0）^Tであるから、式３から誘導した次式により、アライナ座標系とロボット座標系との相対角度θを求めることができる。

【0083】

tanθ＝Y_a1/X_a1 （４）

【0084】

したがって、式４により算出されたθを式２に代入することにより、アライナ座標系とロボット座標系との座標変換行列Hが求まる。

【0085】

ステップ８
基板２をロボット１０のハンド１６で把持して第一の基板載置位置Ａ_１に戻す。したがって、このときの基板２の中心位置はＡ_１である。

【0086】

ステップ９
仮設定されたアライナ位置（Ｏ_ac）を通りｚ線に平行な直線のまわりにハンド１６を予め設定した角度αだけ回転する。

【0087】

ステップ１０
角度αの回転が終了したら、基板２を回転テーブル２１の上に載置する。このときの基板２の中心位置を第三の基板載置位置Ａ３とし、ロボット座標系における座標を（X_３, Y_３）^Tとする。

【0088】

ステップ１１
前記＜アライナ＞において説明した方法により、すなわち回転テーブル２１を回転させてセンサ部２３により最長距離L_max及び／又は最短距離L_minに基づいて、第三の基板載置位置Ａ_３の位置における基板中心位置ずれ（トータルオフセット３）O_t３の大きさ及び方向を測定する。

【0089】

アライナ座標系におけるトータルオフセット１（O_t1）及びトータルオフセット３（O_t３）は、アライナによる測定（ステップ４及びステップ７）により既知である。

【0090】

一方、ロボット座標系におけるアライナオフセット（O_a）、フープオフセット１（O_f1）及びフープオフセット３（O_f３）は、未知である。ここで、アライナオフセットとは、アライナ座標系原点（回転テーブル２１の中心）に対する仮設定されたアライナ位置O_acのずれであり、アライナ座標系原点O_aを始点、仮教示されたアライナ位置O_acを終点とするベクトルをいう。

【0091】

以上において、未知数が３であるから、これらの未知数を求めるためには、３つの方程式が必要となる。

【0092】

トータルオフセット１（O_t1）及びトータルオフセット３（O_t３）は、それぞれ、フープオフセット１（O_f1）及びフープオフセット３（O_f３）と、アライナオフセット（O_a）とのベクトル和であるから、以下の関係となっている。

【0093】

【数4】

【0094】

【数5】

【0095】

また、第三の基板載置位置Ａ_３は、仮設定されたアライナ位置O_acを中心として、ロボット１０のハンド１６を回転して生成されたものであるため、O_f1とO_f３の大きさ（絶対値）は等しい。

【0096】

そこで、｜O_f1｜＝｜O_f３｜＝O_fとおく。

【0097】

したがって、点O_ac、点Ａ_１及び点Ａ_３から形成される三角形が、点O_acを頂点とする二等辺三角形であることから、以下の関係式が導かれる。

【0098】

（X_３−X_１）^２＋（Y_３−Y_１）^２＝b^２ （７）

【0099】

【数6】

【0100】

【数7】

【0101】

ここで、φは、点A_１から点A_３へ向かうベクトルがロボット座標系のx軸（正）方向となす角度、bは、第一の基板載置位置A₁と第三の基板載置位置A₃との距離である。

【0102】

式７ないし式９により、それぞれb、O_f１の大きさ（O_f）及びφを求めることができる。

【0103】

したがって、それらの値から、次式を用いて仮設定されたアライナ位置O_acの座標（X_a, Y_a）^Tの値を求めることができる。

【0104】

【数8】

【0105】

【数9】

【0106】

これらの座標値を使用して、次式により、フープオフセット１（O_f1）を求めることができる。

【0107】

【数10】

【0108】

したがって、仮設定されたフープ位置P_０に式１２で求められたO_f1を加えることにより、真のフープ位置Pを求めることができる。

【0109】

また、アライナ２０において基板を真に載置すべき位置（以下「真のアライナ載置位置」という。）Ａであるアライナ座標系原点O_a、すなわち回転テーブル２１の中心位置の座標（X_c, Y_c）^Tが次式により求めることができる。

【0110】

【数11】

【0111】

以上の結果、真のフープ位置Pおよび真のアライナ載置位置Ａを教示情報として求めることができるので、これらの教示位置を使用してロボットによる正確な搬送動作を実行（再生）することができる。

【0112】

本実施形態によれば、次の効果が実現できる。
− 教示用治具等を必要とせずに、教示作業が可能となるため、システムが簡素化できるとともに、制御に際してハンド等の情報が不要となり、制御が容易となる。

【0113】

− 教示用治具等を装置と接触する必要がなく、特にクリーン環境下で使用されるロボットでは、接触によるパーティクルの発生が防止できる。

【0114】

− オペレータが介在せずに自動教示が可能であり、オペレータの技量に依存せずに安定した高精度な教示が可能となる。

【符号の説明】

【0115】

１ 搬送システム
２ 半導体基板（ウエハ）
３ ノッチ
１０ ロボット
１１ ロボット制御装置
１２ 基台
１３ アーム部
１４ 第一アーム
１５ 第二アーム
１６ ハンド
１７ 第一回転軸
１８ 第二回転軸
１９ 第三回転軸
２０ 基板位置決め装置（アライナ）
２１ 回転テーブル
２２ 回転テーブルの回転中心
２３ センサ部
２４ 第一の基板載置位置
２５ 仮設定されたアライナ位置
３０ 基板収納容器（フープ）
４０ 処理室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】