晶片位置教示方法和教示用夾具的製作方法
2023-04-24 11:43:46 3
專利名稱：晶片位置教示方法和教示用夾具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種向半導體晶片搬送用機器人教示半導體晶片的位置的方法。並且，本發明涉及一種供上述方法使用的教示用夾具。
背景技術：
在半導體製造設備中，在收納容器和處理裝置之間，或者在處理裝置相互之間的半導體晶片的搬送方面，大多使用教示再生型機器人。對於這種機器人的教示作業，作業者一面目視放置在收納容器等的內部的半導體晶片，一面操作教示用懸垂物並手動向機器人教示半導體晶片的位置。
還具有以下方法根據半導體製造設備的系統圖(示出機器人和收納容器等的位置關係的圖)，直接輸入半導體晶片的位置的方法，以及在個人計算機上一面模擬一面教示的所謂脫機教示等的方法，然而即使執行了這些方法，由於對機器人自身的校準誤差、裝置的加工精度、組裝誤差等進行校正，因而有必要按照每個裝置直接、手動進行教示。
並且，針對用於在機器人的手上安裝距離傳感器，使用上述距離傳感器來檢測搬送對象物，並自動執行機器人定位的所謂自動教示，也作了各種提案(例如，專利第2898587號，特開平10-6262號)。
然而，在現有方法中，由於作業者接近收納容器和處理裝置在多數情況下是困難的，因而有時作業者直接目視半導體晶片是困難或不可能的，有必要重複試錯(try and error)。
並且，由於因作業者的個人差別而產生教示作業的品質差別，因而存在的問題是，即使是相同系統，在機器人的動作方面也發生偏差。
並且，在以往提出的自動教示方法中，由於根據單方向的距離傳感器檢測的信息來推測晶片位置，因而可較高精度求出晶片對機器人的距離，然而存在不能滿足晶片方向精度的問題。
並且，以往的教示用夾具由大圓板部和小圓板部組成，存在的問題是，夾具自身的厚度大，高度方向的設置空間受到制約。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種不依靠作業者的視覺就能高精度自動教示半導體晶片位置的方法。並且，本發明的目的是提供一種供該方法使用的教示用夾具。
為了解決上述課題，權利要求1的發明，是一種晶片位置教示方法，該方法用於向在收納容器和處理裝置之間或者在處理裝置相互之間進行半導體晶片搬送的機器人教示上述半導體晶片的位置；把教示用夾具設置在上述收納容器或者上述處理裝置的設置半導體晶片的位置，使用設置在上述機器人手的前端的第1透過式傳感器來檢測上述教示用夾具。並且，權利要求2的發明，使用上述透過式傳感器來檢測上述處理裝置的設置上述半導體晶片的臺座。並且，權利要求3的發明，重複檢測上述教示用夾具或者上述臺座3次以上，把最小二乘法應用於上述檢測結果，求出上述半導體晶片的位置。並且，權利要求4的發明，用具有與半導體晶片相同外徑的大圓板部和與上述大圓板部共用中心軸的小圓板部來構成教示用夾具。並且，權利要求5的發明，在上述教示用夾具的大致中心軸部裝有銷釘，同時在上述手上裝有第2透過式傳感器，並且包含第1步驟，使用上述第1透過式傳感器來檢測上述教示用夾具的外周部，求出上述教示用夾具的高度方向的位置；第2步驟，使用上述第1透過式傳感器來檢測上述銷釘，求出上述銷釘的位置；以及第3步驟，根據在上述第2步驟求出的上述銷釘的位置來使上述第2透過式傳感器接近上述銷釘，使用上述第2透過式傳感器來檢測上述銷釘，求出上述銷釘的位置。並且，權利要求6的發明，把上述第2透過式傳感器裝載在傳感器用夾具上，並使該第2透過式傳感器與上述手之間拆裝自如。並且，權利要求7的發明，把上述第2透過式傳感器配置在上述手的上述半導體晶片放置部的大致中心。並且，權利要求8的發明，把上述第2透過式傳感器的光軸配置成與上述第1透過式傳感器的光軸大致正交。並且，權利要求9的發明，在上述傳感器用夾具上設置切口部，以避免對上述第1透過式傳感器的光軸的幹擾。
圖1是供本發明的實施使用的機器人的平面圖，圖2是該機器人的另一平面圖，圖3是該機器人的側面圖。
圖4是示出本發明的第1實施例的透過式傳感器的說明圖，圖5、圖6和圖7是本發明的晶片位置教示方法的說明圖。
圖8和圖9是示出本發明的第2實施例的傳感器用夾具的平面圖；圖10是示出本發明的第2實施例的晶片位置教示方法的說明圖；圖11是示出本發明的第2實施例的晶片位置教示方法的處理過程的流程圖；圖12和圖13是示出本發明的第2實施例的晶片位置教示方法的說明圖。
具體實施例方式
以下，根據附圖對本發明的實施例進行說明。圖1和圖2是示出本發明的實施例的機器人的平面圖。圖3是側面圖。
圖中，1是半導體晶片搬送用的水平多關節型機器人，W是作為機器人1的搬送對象的半導體晶片。機器人1具有第1臂3，其圍繞升降自如的圓柱狀的支柱部2的中心軸7在水平面內旋轉；第2臂4，其安裝在第1臂3的前端並在水平面內旋轉自如；以及晶片夾持部5，其安裝在第2臂4的前端並在水平面內旋轉自如。晶片夾持部5是用於放置半導體晶片W的Y字形手，在Y字形的前端裝有1組第1透過式傳感器6。
如圖所示，機器人1具有3個自由度在保持第1臂3、第2臂4和晶片夾持部5的相對角度的狀態下，使第1臂3圍繞支柱部2的中心軸7旋轉的θ軸動作(旋轉)；通過使第1臂3、第2臂4和晶片夾持部5保持恆定速度比旋轉，使晶片夾持部5在支柱部2的半徑方向伸縮的R軸動作(伸縮)；以及使支柱部2升降的Z軸動作(升降)。
此處，θ軸把逆時針轉動作為正方向(參照圖1)，R軸把使晶片夾持部5遠離支柱部2的方向，也就是說，使臂延伸的方向作為正方向(參照圖2)，Z軸把使支柱部2上升的方向作為正方向(參照圖3)。
圖4是示出本發明的實施例的透過式傳感器的說明圖。圖中，8是安裝在Y字形的晶片夾持部5的一端的發光部，9是安裝在另一端並安裝成與發光部8對置的受光部。用發光部8和受光部9來構成第1個第1透過式傳感器6。10是從發光部8面向受光部9的光軸，第1個第1透過式傳感器6可檢測遮擋光軸10的物體。
圖5和圖6是示出本發明的實施例的晶片位置教示方法的說明圖。
圖中，11是使大圓板部12和小圓板部13的中心一致並上下重疊結合的教示用夾具。大圓板部12的直徑等於實物半導體晶片，可在收納容器等的放置半導體晶片的場所放置大圓板部12。並且，由於大圓板部12和小圓板部13的相對位置事先被測定，因而如果知道小圓板部13的位置，則可知道大圓板部12的位置。
另外，大圓板部12的厚度約2mm，比實物半導體晶片的厚度0.7mm大，然而這由強度上的制約來決定，當然最好是與實物半導體晶片的厚度相同。
以下，對晶片位置教示方法的過程進行說明。
(步驟1)把教示用夾具11放置在收納容器等的放置半導體晶片的場所。由於大圓板部12具有與實物半導體晶片完全相同的外徑，因而使用收納容器等的定位引導部件等，使教示用夾具11正確定位。
(步驟2)通過作業者的操作，如圖6所示，使晶片夾持部5移動到小圓板部13的上面。
(步驟3)使晶片夾持部5下降，使用第1透過式傳感器6來檢測小圓板部13的上面，記錄此時的機器人1的Z軸的坐標值Z1。而且，使晶片夾持部5下降，使用第1透過式傳感器6來檢測小圓板部13的下面，記錄此時的機器人1的Z軸的坐標值Z2。
(步驟4)把機器人1的Z軸的坐標值設為(Z1+Z2)/2。也就是說，把晶片夾持部5的高度設定在小圓板部13的上面和下面的中間。
(步驟5)使R軸動作，使臂縮回到第1透過式傳感器6檢測不出小圓板部13的位置。
(步驟6)使θ軸動作，改變晶片夾持部5的方向，然後使R軸動作，使晶片夾持部5慢慢接近小圓板部13，記錄第1透過式傳感器6最初檢測出小圓板部13(也就是說，光軸10接近小圓板部13的圓周)時的θ軸和R軸的坐標。
(步驟7)重複步驟5和步驟6，使晶片夾持部5從不同的方向接近小圓板部13，求出光軸10接近小圓板部13的圓周時的θ軸和R軸的多組坐標，根據這些值，求出並記錄小圓板部13的中心位置。
以上所述，求出小圓板部13的位置。由於小圓板部13和大圓板部12的相對位置關係事先被測定，因而如果僅按照該位置關係來移動上述位置，則可以求出大圓板部12的位置，即放置在收納容器等內的半導體晶片的位置。
並且，如果預先把步驟2至步驟7的操作進行編程，則不依靠作業者的操作就能自動執行半導體晶片的位置教示。
並且，如果教示對象的處理裝置是預對準器那樣的把半導體晶片放置在圓板狀的臺座上的裝置，則代替教示用夾具11的小圓板部13，可對上述臺座進行步驟1至步驟7的操作，並可教示半導體晶片的位置。
然後，在步驟2至步驟7，對求出小圓板部13的中心坐標(θs，Rs)的計算過程進行詳細說明。圖7是示出在步驟6，光軸10接近小圓板部13的圓周的狀態的說明圖。θi、Ri是第1透過式傳感器6的光軸10接近小圓板部13的圓周時的機器人1的θ軸和R軸的坐標。假設Rm是光軸10和小圓板部13的圓周的接點與第1臂3的旋轉中心的距離，r是小圓板部13的半徑，則下式成立。
Ri+r＝(Rm+r)*cos(θi-θs)(式1)式中，由於Rs＝Rm+r，因而如果變換為Ri+r＝Rs*cos(θi-θs)(式2)則Ri+r＝Rs*cosθs*cosθi+Rs*sinθs*sinθi (式3)式中，假設A＝Rs*cosθs，B＝Rs*sinθs，則得出下式。
Ri+r＝A*cosθi+B*sinθi(式4)此處，如在步驟7說明的那樣，改變晶片夾持部5的方向，重複計測，求出3組以上θi、Ri的值，使用最小二乘法來決定係數A、B。
如果決定了係數A、B，則得出下式。
θs＝tan-1(B/A)(式5)並且，由於coss=A/(A2+B2),]]>因而Rs可用下式得出。Rs=(A2+B2)]]>(式6)以下，對本發明的第2具體實施例進行說明。
圖8是供本發明的實施使用的傳感器用夾具14的平面圖。15是傳感器安裝板。傳感器安裝板15是把圓板的一部分做成V字形切口的平板，設有4個定位孔16。定位孔16是用於把下述晶片夾持部的定位銷釘和傳感器用夾具14正確定位在上述晶片夾持部上的引導孔。上述V字形切口是傳感用切口17，是用於當把傳感器用夾具14安裝在機器人的晶片夾持部上時，避免傳感器安裝板15對上述晶片夾持部的第1透過式傳感器的光軸的幹擾，同時避免下述教示用夾具的銷釘和傳感器安裝板15的幹擾的切口。18是第2透過式傳感器，被固定在傳感器安裝板15的中心。19是第2透過式傳感器18的光軸。第2透過式傳感器做成大致コ字型，其開口寬度，也就是說，光軸19的長度約13mm。由於第2透過式傳感器18被固定在傳感器安裝板15的中心，因而當把傳感器用夾具14安裝在機器人手上時，第2透過式傳感器位於上述機器人手的半導體晶片放置部的大致中心。20是用於把第2透過式傳感器的信號傳送到未作圖示的機器人控制裝置的傳感器電纜。
圖9是示出傳感器用夾具14的另一例的平面圖。該傳感器用夾具14的特徵在於，把傳感器安裝板15的傳感用切口17做成必要最小限度的大小和形狀，同時切割傳感器安裝板15的外緣的一部分，其他構成和功能與圖8所示的傳感器用夾具14相同。
以下，對使用這些傳感器用夾具的晶片位置教示方法進行說明。圖10是示出本發明的第2實施例的晶片位置教示方法的說明圖，該圖示出了把傳感器用夾具14安裝在機器人的晶片夾持部5上並使其與教示用夾具21接近的狀態。儘管機器人的晶片夾持部5與在第1實施例說明的相同，然而不同點在於，裝有定位銷釘22和傳感器電纜連接用連接器23。定位銷釘22是與傳感器安裝板15的定位孔(本圖未作圖示)配合，並用於把傳感器用夾具14正確定位在機器人的晶片夾持部5上的引導銷釘。傳感器電纜連接用連接器23是連接傳感器電纜20的連接器。
固定在機器人的晶片夾持部5上的第1個第1透過式傳感器6的光軸10與機器人的晶片夾持部5的長軸正交，而固定在傳感器用夾具14上的第2透過式傳感器18的光軸19與上述長軸平行安裝。也就是說，光軸10和光軸19正交。教示用夾具21把小圓銷釘24設置在具有與實物半導體晶片相等直徑的大圓板部12的中心，並可把大圓板部12放置在收納容器等的放置半導體晶片的場所。小圓銷釘24的直徑約3mm。該直徑的大小被決定成對於第2透過式傳感器18的開口寬度13mm有足夠餘量。由於大圓板部12和小圓銷釘24的相對位置事先被測定，因而如果知道小圓銷釘24的位置，則可知道大圓板部12的位置。
另外，大圓板部12的厚度約2mm，比實物半導體晶片的厚度0.7mm大，然而這由強度上的制約來決定，當然最好是與實物半導體晶片的厚度相同。
本發明的第2實施例的晶片位置教示方法的處理過程如圖11所示。以下，按照步驟對該處理過程進行說明。
(步驟1)把傳感器用夾具14安裝在機器人的晶片夾持部5上。此時使用定位銷釘孔16和定位銷釘22來正確安裝兩者位置。並且，將傳感器電纜20與連接器23連接。
(步驟2)把教示用夾具21放置在收納容器等的放置半導體晶片的場所。由於教示用夾具21的大圓板部12具有與實物的半導體晶片完全相同的外徑，因而使用收納容器等的定位引導部件等，使教示用夾具21正確定位。
(步驟3)通過作業者的操作，如圖12所示，使晶片夾持部5移動到大圓板部12的下面。
(步驟4)使晶片夾持部5上升，使用第1個第1透過式傳感器6來檢測大圓板部12的下面，記錄此時的機器人的Z軸的坐標值Z1。而且，使晶片夾持部5上升，使用第1個第1透過式傳感器6來檢測大圓板部12的上面，記錄此時的機器人的Z軸的坐標值Z2。
(步驟5)使晶片夾持部5移動到大圓板部12的上面。也就是說，當使晶片夾持部5前進(此處把前進稱為R軸的+方向)時，設定到第1個第1透過式傳感器6可檢測出小圓銷釘24的高度。
(步驟6)使晶片夾持部5後退到第1個第1透過式傳感器6檢測不出小圓銷釘24的位置。
(步驟7)使θ軸動作，改變晶片夾持部5的方向，然後使R軸動作，使晶片夾持部5前進，並慢慢接近小圓銷釘24，記錄第1個第1透過式傳感器6最初檢測出小圓銷釘24(也就是說，光軸10接近小圓銷釘24的圓周)時的θ軸和R軸的坐標。
(步驟8)重複步驟6和步驟7，使晶片夾持部5從不同的方向接近小圓銷釘24，求出光軸10接近小圓銷釘24的圓周時的θ軸和R軸的多個坐標，根據這些值來解最小二乘法，求出並記錄小圓銷釘24的中心位置(θs，Rs)。
(步驟9)根據在步驟8求出的小圓銷釘24的位置，使θ軸和R軸動作，使晶片夾持部5移動到圖13所示的位置。由於傳感器安裝板15及其傳感用切口17和第2透過式傳感器18的尺寸事先被測定，因而可避免對小圓銷釘24的幹擾來使晶片夾持部5移動到圖13所示的位置。
(步驟10)使θ軸動作，使第2透過式傳感器18的光軸19慢慢接近小圓銷釘24，記錄第2透過式傳感器18最初檢測出小圓銷釘24(也就是說，光軸19接近小圓銷釘24的右側面)時的θ軸的坐標值θ1。然後，記錄第2透過式傳感器18檢測不出小圓銷釘24(也就是說，光軸19遠離小圓銷釘24的左側面)時的θ軸的坐標值θ2。
小圓銷釘24的推測位置，使用在步驟4存儲的Z1、Z2把(Z1+Z2)/2作為Z軸的推測值，把在步驟8求出的Rs作為R軸的推測值，使用在步驟10存儲的θ1、θ2把(θ1+θ2)/2作為θ軸的推測值進行保存。
以上所述，求出小圓銷釘24的位置。由於小圓銷釘24和大圓板部12的相對位置關係事先被測定，因而如果僅按照該位置關係來移動上述位置，則可以求出大圓板部12的位置，即放置在收納容器等內的半導體晶片的位置。
並且，如果預先把步驟3至步驟10的操作進行編程，則不依靠作業者的操作就能自動執行半導體晶片的位置教示。
在步驟8利用最小二乘法進行的(θs，Rs)的導出，由於在上述第1實施例作了說明，因而省略。
另外，在本實施例中，為了把傳感器用夾具14定位在機器人的晶片夾持部5上，利用了定位銷釘孔16和定位銷釘22，然而如果把傳感器安裝板15做成與搬送對象半導體晶片相同的直徑，則可依靠晶片夾持部5自身的夾持機構的作用自動定位，因而可以選擇這種狀態。並且，如果是把傳感器用夾具14正確定位在機器人的晶片夾持部5上的方法，則也可以選擇其他方法。
如以上所述，根據權利要求1的發明，通過使用安裝在晶片夾持部上的透過式傳感器來檢測教示用夾具，可自動教示半導體晶片的位置，因而即使半導體晶片設置在從作業者不能直接目視的場所，也具有能正確教示的效果。並且，具有的效果是，與作業者技能的高低無關，可獲得恆定品質的教示結果。
並且，權利要求2的發明檢測用於放置半導體晶片的臺座的位置，並教示半導體晶片的位置，因而具有的效果是，無需特別夾具，並可廉價實施。
並且，根據權利要求3的發明，重複計測多次，並使用最小二乘法來決定半導體晶片的位置，因而具有的效果是，進一步高精度教示半導體晶片的位置。
權利要求4的發明的教示用夾具由於具有與實際的半導體晶片相同外徑的大圓板部，因而具有的效果是，恰好放置在收納容器等內，並可提高位置教示精度。
根據權利要求5的發明，由於使用第2透過式傳感器來直接檢測小圓銷釘，因而具有的效果是，可提高θ軸的位置教示精度。
根據權利要求6、7的發明，由於把第2透過式傳感器配置在機器人手上的半導體晶片放置部的大致中心，因而可按照接近實際放置晶片的姿勢進行位置教示。因此，具有的效果是，即使當機器人的相對移動精度不良時，也能提高θ軸的位置教示精度。
根據權利要求8的發明，由於可把第2透過式傳感器的光軸配置成與第1透過式傳感器的光軸大致正交，因而具有的效果是，可提高θ軸的位置教示精度。
根據權利要求9的發明，由於在水平面內的傳感器用夾具和小圓銷釘沒有幹擾，因而僅操作R軸和θ軸，就能使第2透過式傳感器接近小圓銷釘。因此，具有的效果是，即使在上下方向(Z軸方向)的裕度缺乏的狹窄空間內，也能執行晶片位置的自動教示。
本發明適用於向半導體晶片搬送用機器人教示半導體晶片的位置的方法。並且，本發明適用於供上述方法使用的教示用夾具。
權利要求
1.一種晶片位置教示方法，該方法用於向在收納容器和處理裝置之間或者在處理裝置相互之間進行半導體晶片搬送的機器人教示所述半導體晶片的位置，其特徵在於，把教示用夾具設置在所述收納容器或者所述處理裝置的設置半導體晶片的位置，使用設置在所述機器人手的前端的第1透過式傳感器來檢測所述教示用夾具。
2.一種晶片位置教示方法，該方法用於向在收納容器和處理裝置之間或者在處理裝置相互之間進行半導體晶片搬送的機器人教示所述半導體晶片的位置，其特徵在於，使用設置在所述機器人手的前端的第1透過式傳感器來檢測所述處理裝置的設置所述半導體晶片的臺座。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的晶片位置教示方法，其特徵在於，重複所述教示用夾具或者所述臺座的檢測3次以上，把最小二乘法應用於所述檢測結果，求出所述半導體晶片的位置。
4.一種教示用夾具，該教示用夾具用於向在收納容器和處理裝置之間或者在處理裝置相互之間進行半導體晶片搬送的機器人教示所述半導體晶片的位置，其特徵在於，具有大圓板部，其具有與所述半導體晶片相同的外徑；以及小圓板部，其與所述大圓板部共用中心軸。
5.根據權利要求1所述的晶片位置教示方法，其特徵在於，在所述教示用夾具的大致中心軸部裝有銷釘，同時在所述手上裝有第2透過式傳感器，並且包含第1步驟，使用所述第1透過式傳感器來檢測所述教示用夾具的外周部，求出所述教示用夾具的高度方向的位置；第2步驟，使用所述第1透過式傳感器來檢測所述銷釘，求出所述銷釘的位置；以及第3步驟，根據在所述第2步驟求出的所述銷釘的位置來使所述第2透過式傳感器接近所述銷釘，使用所述第2透過式傳感器來檢測所述銷釘，求出所述銷釘的位置。
6.根據權利要求5所述的晶片位置教示方法，其特徵在於，把所述第2透過式傳感器裝載在傳感器用夾具上，並使該第2透過式傳感器與所述手之間拆裝自如。
7.根據權利要求5所述的晶片位置教示方法，其特徵在於，把所述第2透過式傳感器配置在所述手的所述半導體晶片放置部的大致中心。
8.根據權利要求5所述的晶片位置教示方法，其特徵在於，把所述第2透過式傳感器的光軸配置成與所述第1透過式傳感器的光軸大致正交。
9.根據權利要求6所述的晶片位置教示方法，其特徵在於，在所述傳感器用夾具上設置切口部，用於避免對所述第1透過式傳感器的光軸的幹擾。
全文摘要
本發明的目的是提供一種不依靠作業者的視覺就能高精度自動教示半導體晶片位置的方法，以及一種供該方法使用的教示用夾具。為此，本發明使用設置在機器人的晶片夾持部5的前端的第1個第1透過式傳感器(6)來檢測教示用夾具(11)。並且，教示用夾具(11)由具有與半導體晶片相同外徑的大圓板部(12)和與大圓板部(12)共用中心軸的小圓板部(13)構成。並且，在晶片夾持部(5)上裝有第2透過式傳感器(18)以檢測教示用夾具(21)。並且，把第2透過式傳感器(18)裝載在傳感器用夾具(15)上，並使該第2透過式傳感器與晶片夾持部(5)之間拆裝自如。
文檔編號H01L21/00GK1553844SQ0281755
公開日2004年12月8日 申請日期2002年9月6日 優先權日2001年9月7日
發明者足立勝, 川邊滿德, 繁定賢, 德 申請人:株式會社安川電機