晶片位置教示方法和教示用夹具 【技术领域】
本发明涉及一种向半导体晶片搬送用机器人教示半导体晶片的位置的方法。并且，本发明涉及一种供上述方法使用的教示用夹具。
背景技术
在半导体制造设备中，在收纳容器和处理装置之间，或者在处理装置相互之间的半导体晶片的搬送方面，大多使用教示再生型机器人。对于这种机器人的教示作业，作业者一面目视放置在收纳容器等的内部的半导体晶片，一面操作教示用悬垂物并手动向机器人教示半导体晶片的位置。
还具有以下方法：根据半导体制造设备的系统图(示出机器人和收纳容器等的位置关系的图)，直接输入半导体晶片的位置的方法，以及在个人计算机上一面模拟一面教示的所谓脱机教示等的方法，然而即使执行了这些方法，由于对机器人自身的校准误差、装置的加工精度、组装误差等进行校正，因而有必要按照每个装置直接、手动进行教示。
并且，针对用于在机器人的手上安装距离传感器，使用上述距离传感器来检测搬送对象物，并自动执行机器人定位的所谓自动教示，也作了各种提案(例如，专利第2898587号，特开平10-6262号)。
然而，在现有方法中，由于作业者接近收纳容器和处理装置在多数情况下是困难的，因而有时作业者直接目视半导体晶片是困难或不可能地，有必要重复试错(try and error)。
并且，由于因作业者的个人差别而产生教示作业的品质差别，因而存在的问题是，即使是相同系统，在机器人的动作方面也发生偏差。
并且，在以往提出的自动教示方法中，由于根据单方向的距离传感器检测的信息来推测晶片位置，因而可较高精度求出晶片对机器人的距离，然而存在不能满足晶片方向精度的问题。
并且，以往的教示用夹具由大圆板部和小圆板部组成，存在的问题是，夹具自身的厚度大，高度方向的设置空间受到制约。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种不依靠作业者的视觉就能高精度自动教示半导体晶片位置的方法。并且，本发明的目的是提供一种供该方法使用的教示用夹具。
为了解决上述课题，权利要求1的发明，是一种晶片位置教示方法，该方法用于向在收纳容器和处理装置之间或者在处理装置相互之间进行半导体晶片搬送的机器人教示上述半导体晶片的位置；把教示用夹具设置在上述收纳容器或者上述处理装置的设置半导体晶片的位置，使用设置在上述机器人手的前端的第1透过式传感器来检测上述教示用夹具。并且，权利要求2的发明，使用上述透过式传感器来检测上述处理装置的设置上述半导体晶片的台座。并且，权利要求3的发明，重复检测上述教示用夹具或者上述台座3次以上，把最小二乘法应用于上述检测结果，求出上述半导体晶片的位置。并且，权利要求4的发明，用具有与半导体晶片相同外径的大圆板部和与上述大圆板部共用中心轴的小圆板部来构成教示用夹具。并且，权利要求5的发明，在上述教示用夹具的大致中心轴部装有销钉，同时在上述手上装有第2透过式传感器，并且包含：第1步骤，使用上述第1透过式传感器来检测上述教示用夹具的外周部，求出上述教示用夹具的高度方向的位置；第2步骤，使用上述第1透过式传感器来检测上述销钉，求出上述销钉的位置；以及第3步骤，根据在上述第2步骤求出的上述销钉的位置来使上述第2透过式传感器接近上述销钉，使用上述第2透过式传感器来检测上述销钉，求出上述销钉的位置。并且，权利要求6的发明，把上述第2透过式传感器装载在传感器用夹具上，并使该第2透过式传感器与上述手之间拆装自如。并且，权利要求7的发明，把上述第2透过式传感器配置在上述手的上述半导体晶片放置部的大致中心。并且，权利要求8的发明，把上述第2透过式传感器的光轴配置成与上述第1透过式传感器的光轴大致正交。并且，权利要求9的发明，在上述传感器用夹具上设置切口部，以避免对上述第1透过式传感器的光轴的干扰。
【附图说明】
图1是供本发明的实施使用的机器人的平面图，图2是该机器人的另一平面图，图3是该机器人的侧面图。
图4是示出本发明的第1实施例的透过式传感器的说明图，图5、图6和图7是本发明的晶片位置教示方法的说明图。
图8和图9是示出本发明的第2实施例的传感器用夹具的平面图；图10是示出本发明的第2实施例的晶片位置教示方法的说明图；图11是示出本发明的第2实施例的晶片位置教示方法的处理过程的流程图；图12和图13是示出本发明的第2实施例的晶片位置教示方法的说明图。
【具体实施方式】
以下，根据附图对本发明的实施例进行说明。图1和图2是示出本发明的实施例的机器人的平面图。图3是侧面图。
图中，1是半导体晶片搬送用的水平多关节型机器人，W是作为机器人1的搬送对象的半导体晶片。机器人1具有：第1臂3，其围绕升降自如的圆柱状的支柱部2的中心轴7在水平面内旋转；第2臂4，其安装在第1臂3的前端并在水平面内旋转自如；以及晶片夹持部5，其安装在第2臂4的前端并在水平面内旋转自如。晶片夹持部5是用于放置半导体晶片W的Y字形手，在Y字形的前端装有1组第1透过式传感器6。
如图所示，机器人1具有3个自由度：在保持第1臂3、第2臂4和晶片夹持部5的相对角度的状态下，使第1臂3围绕支柱部2的中心轴7旋转的θ轴动作(旋转)；通过使第1臂3、第2臂4和晶片夹持部5保持恒定速度比旋转，使晶片夹持部5在支柱部2的半径方向伸缩的R轴动作(伸缩)；以及使支柱部2升降的Z轴动作(升降)。
此处，θ轴把逆时针转动作为正方向(参照图1)，R轴把使晶片夹持部5远离支柱部2的方向，也就是说，使臂延伸的方向作为正方向(参照图2)，Z轴把使支柱部2上升的方向作为正方向(参照图3)。
图4是示出本发明的实施例的透过式传感器的说明图。图中，8是安装在Y字形的晶片夹持部5的一端的发光部，9是安装在另一端并安装成与发光部8对置的受光部。用发光部8和受光部9来构成第1个第1透过式传感器6。10是从发光部8面向受光部9的光轴，第1个第1透过式传感器6可检测遮挡光轴10的物体。
图5和图6是示出本发明的实施例的晶片位置教示方法的说明图。
图中，11是使大圆板部12和小圆板部13的中心一致并上下重叠结合的教示用夹具。大圆板部12的直径等于实物半导体晶片，可在收纳容器等的放置半导体晶片的场所放置大圆板部12。并且，由于大圆板部12和小圆板部13的相对位置事先被测定，因而如果知道小圆板部13的位置，则可知道大圆板部12的位置。
另外，大圆板部12的厚度约2mm，比实物半导体晶片的厚度0.7mm大，然而这由强度上的制约来决定，当然最好是与实物半导体晶片的厚度相同。
以下，对晶片位置教示方法的过程进行说明。
(步骤1)把教示用夹具11放置在收纳容器等的放置半导体晶片的场所。由于大圆板部12具有与实物半导体晶片完全相同的外径，因而使用收纳容器等的定位引导部件等，使教示用夹具11正确定位。
(步骤2)通过作业者的操作，如图6所示，使晶片夹持部5移动到小圆板部13的上面。
(步骤3)使晶片夹持部5下降，使用第1透过式传感器6来检测小圆板部13的上面，记录此时的机器人1的Z轴的坐标值Z1。而且，使晶片夹持部5下降，使用第1透过式传感器6来检测小圆板部13的下面，记录此时的机器人1的Z轴的坐标值Z2。
(步骤4)把机器人1的Z轴的坐标值设为(Z1+Z2)/2。也就是说，把晶片夹持部5的高度设定在小圆板部13的上面和下面的中间。
(步骤5)使R轴动作，使臂缩回到第1透过式传感器6检测不出小圆板部13的位置。
(步骤6)使θ轴动作，改变晶片夹持部5的方向，然后使R轴动作，使晶片夹持部5慢慢接近小圆板部13，记录第1透过式传感器6最初检测出小圆板部13(也就是说，光轴10接近小圆板部13的圆周)时的θ轴和R轴的坐标。
(步骤7)重复步骤5和步骤6，使晶片夹持部5从不同的方向接近小圆板部13，求出光轴10接近小圆板部13的圆周时的θ轴和R轴的多组坐标，根据这些值，求出并记录小圆板部13的中心位置。
以上所述，求出小圆板部13的位置。由于小圆板部13和大圆板部12的相对位置关系事先被测定，因而如果仅按照该位置关系来移动上述位置，则可以求出大圆板部12的位置，即放置在收纳容器等内的半导体晶片的位置。
并且，如果预先把步骤2至步骤7的操作进行编程，则不依靠作业者的操作就能自动执行半导体晶片的位置教示。
并且，如果教示对象的处理装置是预对准器那样的把半导体晶片放置在圆板状的台座上的装置，则代替教示用夹具11的小圆板部13，可对上述台座进行步骤1至步骤7的操作，并可教示半导体晶片的位置。
然后，在步骤2至步骤7，对求出小圆板部13的中心坐标(θs，Rs)的计算过程进行详细说明。图7是示出在步骤6，光轴10接近小圆板部13的圆周的状态的说明图。θi、Ri是第1透过式传感器6的光轴10接近小圆板部13的圆周时的机器人1的θ轴和R轴的坐标。假设Rm是光轴10和小圆板部13的圆周的接点与第1臂3的旋转中心的距离，r是小圆板部13的半径，则下式成立。
Ri+r＝(Rm+r)*cos(θi-θs) (式1)
式中，由于Rs＝Rm+r，因而如果变换为
Ri+r＝Rs*cos(θi-θs) (式2)
则
Ri+r＝Rs*cosθs*cosθi+Rs*sinθs*sinθi (式3)
式中，假设A＝Rs*cosθs，B＝Rs*sinθs，则得出下式。
Ri+r＝A*cosθi+B*sinθi (式4)
此处，如在步骤7说明的那样，改变晶片夹持部5的方向，重复计测，求出3组以上θi、Ri的值，使用最小二乘法来决定系数A、B。
如果决定了系数A、B，则得出下式。
θs＝tan-1(B/A) (式5)
并且，由于cosθs=A/(A2+B2),]]>因而Rs可用下式得出。Rs=(A2+B2)]]>(式6)
以下，对本发明的第2具体实施例进行说明。
图8是供本发明的实施使用的传感器用夹具14的平面图。15是传感器安装板。传感器安装板15是把圆板的一部分做成V字形切口的平板，设有4个定位孔16。定位孔16是用于把下述晶片夹持部的定位销钉和传感器用夹具14正确定位在上述晶片夹持部上的引导孔。上述V字形切口是传感用切口17，是用于当把传感器用夹具14安装在机器人的晶片夹持部上时，避免传感器安装板15对上述晶片夹持部的第1透过式传感器的光轴的干扰，同时避免下述教示用夹具的销钉和传感器安装板15的干扰的切口。18是第2透过式传感器，被固定在传感器安装板15的中心。19是第2透过式传感器18的光轴。第2透过式传感器做成大致コ字型，其开口宽度，也就是说，光轴19的长度约13mm。由于第2透过式传感器18被固定在传感器安装板15的中心，因而当把传感器用夹具14安装在机器人手上时，第2透过式传感器位于上述机器人手的半导体晶片放置部的大致中心。20是用于把第2透过式传感器的信号传送到未作图示的机器人控制装置的传感器电缆。
图9是示出传感器用夹具14的另一例的平面图。该传感器用夹具14的特征在于，把传感器安装板15的传感用切口17做成必要最小限度的大小和形状，同时切割传感器安装板15的外缘的一部分，其他构成和功能与图8所示的传感器用夹具14相同。
以下，对使用这些传感器用夹具的晶片位置教示方法进行说明。图10是示出本发明的第2实施例的晶片位置教示方法的说明图，该图示出了把传感器用夹具14安装在机器人的晶片夹持部5上并使其与教示用夹具21接近的状态。尽管机器人的晶片夹持部5与在第1实施例说明的相同，然而不同点在于，装有定位销钉22和传感器电缆连接用连接器23。定位销钉22是与传感器安装板15的定位孔(本图未作图示)配合，并用于把传感器用夹具14正确定位在机器人的晶片夹持部5上的引导销钉。传感器电缆连接用连接器23是连接传感器电缆20的连接器。
固定在机器人的晶片夹持部5上的第1个第1透过式传感器6的光轴10与机器人的晶片夹持部5的长轴正交，而固定在传感器用夹具14上的第2透过式传感器18的光轴19与上述长轴平行安装。也就是说，光轴10和光轴19正交。教示用夹具21把小圆销钉24设置在具有与实物半导体晶片相等直径的大圆板部12的中心，并可把大圆板部12放置在收纳容器等的放置半导体晶片的场所。小圆销钉24的直径约3mm。该直径的大小被决定成对于第2透过式传感器18的开口宽度13mm有足够余量。由于大圆板部12和小圆销钉24的相对位置事先被测定，因而如果知道小圆销钉24的位置，则可知道大圆板部12的位置。
另外，大圆板部12的厚度约2mm，比实物半导体晶片的厚度0.7mm大，然而这由强度上的制约来决定，当然最好是与实物半导体晶片的厚度相同。
本发明的第2实施例的晶片位置教示方法的处理过程如图11所示。以下，按照步骤对该处理过程进行说明。
(步骤1)把传感器用夹具14安装在机器人的晶片夹持部5上。此时使用定位销钉孔16和定位销钉22来正确安装两者位置。并且，将传感器电缆20与连接器23连接。
(步骤2)把教示用夹具21放置在收纳容器等的放置半导体晶片的场所。由于教示用夹具21的大圆板部12具有与实物的半导体晶片完全相同的外径，因而使用收纳容器等的定位引导部件等，使教示用夹具21正确定位。
(步骤3)通过作业者的操作，如图12所示，使晶片夹持部5移动到大圆板部12的下面。
(步骤4)使晶片夹持部5上升，使用第1个第1透过式传感器6来检测大圆板部12的下面，记录此时的机器人的Z轴的坐标值Z1。而且，使晶片夹持部5上升，使用第1个第1透过式传感器6来检测大圆板部12的上面，记录此时的机器人的Z轴的坐标值Z2。
(步骤5)使晶片夹持部5移动到大圆板部12的上面。也就是说，当使晶片夹持部5前进(此处把前进称为R轴的+方向)时，设定到第1个第1透过式传感器6可检测出小圆销钉24的高度。
(步骤6)使晶片夹持部5后退到第1个第1透过式传感器6检测不出小圆销钉24的位置。
(步骤7)使θ轴动作，改变晶片夹持部5的方向，然后使R轴动作，使晶片夹持部5前进，并慢慢接近小圆销钉24，记录第1个第1透过式传感器6最初检测出小圆销钉24(也就是说，光轴10接近小圆销钉24的圆周)时的θ轴和R轴的坐标。
(步骤8)重复步骤6和步骤7，使晶片夹持部5从不同的方向接近小圆销钉24，求出光轴10接近小圆销钉24的圆周时的θ轴和R轴的多个坐标，根据这些值来解最小二乘法，求出并记录小圆销钉24的中心位置(θs，Rs)。
(步骤9)根据在步骤8求出的小圆销钉24的位置，使θ轴和R轴动作，使晶片夹持部5移动到图13所示的位置。由于传感器安装板15及其传感用切口17和第2透过式传感器18的尺寸事先被测定，因而可避免对小圆销钉24的干扰来使晶片夹持部5移动到图13所示的位置。
(步骤10)使θ轴动作，使第2透过式传感器18的光轴19慢慢接近小圆销钉24，记录第2透过式传感器18最初检测出小圆销钉24(也就是说，光轴19接近小圆销钉24的右侧面)时的θ轴的坐标值θ1。然后，记录第2透过式传感器18检测不出小圆销钉24(也就是说，光轴19远离小圆销钉24的左侧面)时的θ轴的坐标值θ2。
小圆销钉24的推测位置，使用在步骤4存储的Z1、Z2把(Z1+Z2)/2作为Z轴的推测值，把在步骤8求出的Rs作为R轴的推测值，使用在步骤10存储的θ1、θ2把(θ1+θ2)/2作为θ轴的推测值进行保存。
以上所述，求出小圆销钉24的位置。由于小圆销钉24和大圆板部12的相对位置关系事先被测定，因而如果仅按照该位置关系来移动上述位置，则可以求出大圆板部12的位置，即放置在收纳容器等内的半导体晶片的位置。
并且，如果预先把步骤3至步骤10的操作进行编程，则不依靠作业者的操作就能自动执行半导体晶片的位置教示。
在步骤8利用最小二乘法进行的(θs，Rs)的导出，由于在上述第1实施例作了说明，因而省略。
另外，在本实施例中，为了把传感器用夹具14定位在机器人的晶片夹持部5上，利用了定位销钉孔16和定位销钉22，然而如果把传感器安装板15做成与搬送对象半导体晶片相同的直径，则可依靠晶片夹持部5自身的夹持机构的作用自动定位，因而可以选择这种状态。并且，如果是把传感器用夹具14正确定位在机器人的晶片夹持部5上的方法，则也可以选择其他方法。
如以上所述，根据权利要求1的发明，通过使用安装在晶片夹持部上的透过式传感器来检测教示用夹具，可自动教示半导体晶片的位置，因而即使半导体晶片设置在从作业者不能直接目视的场所，也具有能正确教示的效果。并且，具有的效果是，与作业者技能的高低无关，可获得恒定品质的教示结果。
并且，权利要求2的发明检测用于放置半导体晶片的台座的位置，并教示半导体晶片的位置，因而具有的效果是，无需特别夹具，并可廉价实施。
并且，根据权利要求3的发明，重复计测多次，并使用最小二乘法来决定半导体晶片的位置，因而具有的效果是，进一步高精度教示半导体晶片的位置。
权利要求4的发明的教示用夹具由于具有与实际的半导体晶片相同外径的大圆板部，因而具有的效果是，恰好放置在收纳容器等内，并可提高位置教示精度。
根据权利要求5的发明，由于使用第2透过式传感器来直接检测小圆销钉，因而具有的效果是，可提高θ轴的位置教示精度。
根据权利要求6、7的发明，由于把第2透过式传感器配置在机器人手上的半导体晶片放置部的大致中心，因而可按照接近实际放置晶片的姿势进行位置教示。因此，具有的效果是，即使当机器人的相对移动精度不良时，也能提高θ轴的位置教示精度。
根据权利要求8的发明，由于可把第2透过式传感器的光轴配置成与第1透过式传感器的光轴大致正交，因而具有的效果是，可提高θ轴的位置教示精度。
根据权利要求9的发明，由于在水平面内的传感器用夹具和小圆销钉没有干扰，因而仅操作R轴和θ轴，就能使第2透过式传感器接近小圆销钉。因此，具有的效果是，即使在上下方向(Z轴方向)的裕度缺乏的狭窄空间内，也能执行晶片位置的自动教示。
本发明适用于向半导体晶片搬送用机器人教示半导体晶片的位置的方法。并且，本发明适用于供上述方法使用的教示用夹具。