CN101190525A - 自动校正机械手臂 - Google Patents

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CN101190525A CNA2006101569871A CN200610156987A CN101190525A CN 101190525 A CN101190525 A CN 101190525A CN A2006101569871 A CNA2006101569871 A CN A2006101569871A CN 200610156987 A CN200610156987 A CN 200610156987A CN 101190525 A CN101190525 A CN 101190525A
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Foxsemicon Integrated Technology Inc
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Foxsemicon Integrated Technology Shanghai Inc
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Abstract

本发明涉及一种自动校正机械手臂。该自动校正机械手臂，其包括一主体，一用以承载晶圆的晶圆承载夹持机构以及至少一个连接该主体与晶圆承载夹持机构的连接臂，其中，该自动校正机械手臂还包括设置在晶圆承载夹持机构上的多个光学感测器和多个位移感测器，该多个光学感测器包括至少一对第一光学感测器和至少一个第二光学感测器，该对第一光学感测器设置在该晶圆承载夹持机构远离该连接臂的一端处，该第二光学感测器与该对第一光学感测器位于至少两条直线上，该多个光学感测器用以确定晶圆的圆心；该多个位移感测器分别设置在晶圆承载夹持机构上，且该多个位移感测器位于至少两条直线上以感测确定晶圆的相对水平度。

Description

自动校正机械手臂
技术领域
本发明涉及一种自动校正机械手臂，尤其涉及一种在晶圆的传送过程中感测晶圆是否偏移的自动校正机械手臂。
背景技术
在半导体制造过程中，晶圆一般是利用传输系统将其从一个工作站传送至另一工作站或从卡匣等收容器中传送至各种工作站或从工作站传送到卡匣收集保存。传输系统在传送晶圆的过程中，若晶圆的圆心或相对水平度发生偏移，就会造成破片，拖片等不良现象，损坏晶圆。
通常工业上会利用一可自动校正的机械手臂，来感测晶圆圆心在各种工作站或卡匣时的实际位置，来确定晶圆是否发生偏移。但是，由于晶圆一般都具有一角度定位开口，因此普通的机械手臂在确定晶圆圆心时，经常会受到晶圆上该角度定位开口的影响，从而在确定晶圆圆心的实际位置上出现较大的偏差，其不能准确的判断出晶圆的偏移。且，普通的机械手臂不会测量晶圆的相对水平度，晶圆在传送过程中处于倾斜状态时，其会与卡匣槽或定位器等设备发生碰撞，造成破片，拖片等不良现象，损坏晶圆。
有鉴于此，提供一种可精确判断晶圆圆心及相对水平度以避免破片，拖片等不良现象的机械手臂实为必要。
发明内容
以下将以实施例说明一种自动校正机械手臂。
一种自动校正机械手臂，其包括一主体，一用以承载晶圆的晶圆承载夹持机构以及至少一个连接该主体与晶圆承载夹持机构的连接臂，其中，该自动校正机械手臂还包括设置在晶圆承载夹持机构上的多个光学感测器和多个位移感测器，该多个光学感测器包括至少一对第一光学感测器和至少一个第二光学感测器，该对第一光学感测器设置在该晶圆承载夹持机构远离该连接臂的一端处，该第二光学感测器与该对第一光学感测器位于至少两条直线上，该多个光学感测器用以确定晶圆的圆心；该多个位移感测器分别设置在晶圆承载夹持机构上，且该多个位移感测器位于至少两条直线上以感测确定晶圆的相对水平度。
一种自动校正机械手臂，其包括一用来承载晶圆的承载臂，其特征在于，该自动校正机械手臂还包括设置在承载臂上的用以确定晶圆圆心的多个光学感测器和用以确定晶圆相对水平度的多个位移感测器，该多个光学感测器位于至少两条直线上，该多个位移感测器位于至少两条直线上。
和现有技术相比，所述的自动校正机械手臂，利用位于至少两条直线上的多个光学感测器精确的计算出晶圆在实际状态下的圆心位置，其有效地避免了光学感测器遭遇晶圆开口部及其他原因造成的圆心偏差；且利用位于至少两条直线上的多个位移感测器准确地计算出晶圆的相对水平度以判断晶圆是否处于倾斜状态，有效地避免了晶圆在传送过程中发生破片，拖片等现象，降低晶圆传送过程中的风险。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的具有自动校正功能的机械手臂的示意图。
图2是图1所示的机械手臂的晶圆承载夹持机构的示意图。
图3是机械手臂在定位器上设定第一遮断点的示意图。
图4是机械手臂在定位器上设定第二遮断点的示意图。
图5是机械手臂在定位器上利用第一光学感测器感测晶圆的示意图。
图6是机械手臂计算晶圆实际状态下的圆心位置的示意图。
图7是机械手臂在定位器上利用第二光学感测器感测晶圆的示意图。
图8是机械手臂在定位器上感测晶圆的示意图。
图9是机械手臂在卡匣上设定第一遮断点的示意图。
图10是机械手臂在卡匣上设定第二遮断点的示意图。
图11是机械手臂感测卡匣内任一晶圆的示意图。
图12是工作站或缓冲站的示意图。
图13是机械手臂在工作站或缓冲站上设定第一遮断点的示意图。
图14是机械手臂在工作站或缓冲站上设定第二遮断点的示意图。
图15是机械手臂在工作站或缓冲站上感测晶圆的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。
请参阅图1及图2，本发明实施例提供的一种具有自动校正功能的机械手臂100。该机械手臂100包括一主体110，至少一个连接臂120，一用以承载晶圆的晶圆承载夹持机构130，设置在该晶圆承载夹持机构130上的位于至少两条直线上的多个光学感测器133，以及设置在该晶圆承载夹持机构130上的位于至少两条直线上的多个位移感测器134，即该多个光学感测器133不位于同一直线上且该多个位移感测器134也不位于同一直线上。该连接臂120用以驱动该晶圆承载夹持机构130沿三维方向运动。
该主体110包括一微处理器(图未示)及驱动器(图未示)。在该具有自动校正功能的机械手臂100的工作过程中，该微处理器可以接受该多个光学感测器133和多个位移感测器134反馈来的信号，并根据该反馈来的信号输出一控制信号至该驱动器。该驱动器接受该控制信号的控制，驱动该连接臂120运动以将该晶圆承载夹持机构130移动到一目标位置。
请一并参阅图2及图3，本实施例中，该晶圆承载夹持机构130包括一与该多个连接臂120相连接的基部131和一从该基部131一端延伸出来的承载部132。该承载部132可为一U形结构，其包括两个相互平行的指状结构1321及1322。
该多个光学感测器133包括至少一对第一光学感测器1331，1332及至少一个第二光学感测器1333。该第一光学感测器1331，1332分别设置在承载部132的两个相互平行的指状结构1321和1322的远离基部131的端部，且该对第一光学感测器1331，1332的中心连线垂直于该指状结构1321和1322的延伸方向。该第二光学感测器1333与该第一光学感测器1331，1332不位于同一直线上。该第二光学感测器1333位于承载部132的邻近基部131的位置处。优选地，该对第一光学感测器1331，1332与该第二光学感测器1333呈等腰三角形排布。
该多个光学感测器133可为外界自然光遮断式或自然发光反射式光学感测器，即该光学感测器133可接受外界自然光或自发光。当其感测到外界自然光被遮断或自己发出的光线被反射时，即以该遮断点或反射点为感测点，并将该感测点的位置信息反馈至主体110进行处理以获取该晶圆承载夹持机构130的一目标位置。
该多个位移感测器134包括至少三个位于承载部132且位于至少两条直线上的位移感测器1341，1342及1343。其中，位移感测器1341，1342分别靠近第一光学感测器1331，1332设置，位移感测器1343靠近第二光学感测器1333设置。优选地，该三个位移感测器1341，1342与1343呈等腰三角形排布。
该位移感测器134可为非接触式感测器，其可通过发射光或声波等方式来测量感测点的垂直高度。
该承载部132也可以是上述U形结构的变形，如V形结构，该光学感测器133和位移感测器134设置的位置与其在上述具有U形结构的承载部132上的设置位置大致相同。
下面以具体的实施例来介绍该机械手臂100在各种环境下感测晶圆是否偏移的过程。
实施例1
请参阅图3至图8，其为晶圆300放置在定位器(aligner)200的情形下利用机械手臂100感测晶圆是否偏移的各个过程示意图。
请参阅图3，为晶圆300放置在正确位置处时，确定其圆心的步骤。该步骤首先以机械手臂100初始位置处为原点建立坐标系。利用机械手臂130的承载部132上的一对第一光学感测器1331，1332感测该定位器200边缘处上的两感测点211，212，将该两感测点设为第一遮断点，采集该第一遮断点211，212的数据，微处理器根据反馈回来的数据及已知的定位器200的规格及其尺寸，可计算出定位器200的中心位置，该中心位置即为晶圆放置在正确位置时的圆心位置。
请参阅图4，为晶圆300放置在正确位置处时确定其垂直高度的步骤。该步骤利用至少一个位置感测器1341感测定位器200下表面的任意一感测点221，将该感测点设为第二遮断点，采集该第二遮断点221于Z轴方向上的垂直高度数据，微处理器根据反馈回来的第二遮断点221于Z轴方向上的垂直高度数据，并根据定位器200的规格，可计算出晶圆300在正确位置下其相应的Z轴方向上的垂直高度。
请参阅图5，为晶圆300处于实际位置处时，确定其圆心的步骤。当一晶圆300放置在定位器200上时，利用晶圆承载夹持机构130上的一对第一光学感测器1331，1332首先感测晶圆300边缘处上的两感测点311，312，采集该两感测点311，312的数据，微处理器根据反馈回来的两感测点311，312的数据，可判断光学感测器1331，1332感测的该两感测点311，312是否是位于晶圆上的角度定位开口处。
由于该对第一光学感测器1331，1332的中心连线垂直于指状结构1321，1322的延伸方向(如图2所示)，即该对第一光学感测器1331，1332设置在同一X轴位置上。因此，当感测采集的该两感测点311，312的数据若X轴上的数据一致时，则代表该第一光学感测器感测到的两感测点311，312均不位于晶圆上的角度定位开口处；若X轴上的数据不一致时，则代表该第一光学感测器中有一个感测到的点是位于晶圆上的角度定位开口处。通常该晶圆上只会有一个角度定位开口，所以不会产生两个第一光学感测器均感测到该角度定位开口。
请参阅图6，如该对光学感测器1331，1332感测的两感测点311，312均不在晶圆上的角度定位开口处，则微处理器利用这两感测点311，312的数据，分别以该两感测点为圆心，以已知的晶圆半径为半径画圆，两圆相交于两点411，412，选取该两点411，412中距离晶圆正确位置时的圆心位置较近的一点，如点412，为该晶圆300实际状态下的圆心位置。
请参阅图7，当该对第一光学感测器1331，1332感测的两点311，312中有一个点处于晶圆上的角度定位开口处时，则将该机械手臂继续沿着X轴方向移动，使其第二光学感测器1333感测该晶圆边缘处的另一感测点313，采集该感测点313的数据。将该对第一光学感测器1331，1332感测的两点311，312的数据进行比较，由于将机械手臂100的初始位置定义为坐标原点，且角度定位开口是向晶圆的方向凹陷地，因此该对第一光学感测器1331，1332感测的两点311，312中，感测到晶圆300上的角度定位开口处的那个点，如311，其采集的数据应距离坐标圆点的距离较近，因此选择未感测到晶圆300上的角度定位开口的那个点312与第二光学感测器1333感测到的点313分别为为圆心，以已知的晶圆300的半径为半径画圆，从而计算出晶圆300在实际状态下的圆心位置。
在机械手臂沿X轴方向移动时，利用三个不在同一直线上的位置感测器1341，1342，1343分别感测晶圆300上的任意三点的Z轴方向上的垂直高度，该三点相应的不在同一直线上。利用感测到得这三点的Z轴方向上的垂直高度以及不在同一直线上的三点确定一平面的原理，可计算出该晶圆300在定位器200上的相对水平度。
请参阅图8，利用推算出的晶圆300实际状态下的圆心位置及其相对水平度，与已知的晶圆300处于正确位置时的圆心位置及其在Z轴方向上的垂直高度相比较，从而可以判断出晶圆300是否发生偏移，如发生偏移，则机械手臂100会发出报。该机械手臂100可有效地避免晶圆300与定位器200间产生摩，以致发生破片，拖片等现象，降低晶圆传送过程中的风险。
实施例2
请参阅图9至图11，其为晶圆放置在卡匣(cassette)中的情形下利用机械手臂100对晶圆进行感测的各个过程示意图。
本实施例对晶圆的感测过程与实施例1所述的对晶圆的感测过程基本相同，具体步可为：请参阅图9，卡匣500中依次放有晶圆1至晶圆25，将机械手臂100初始位置定义为原点，建立坐标系。利用该晶圆承载夹持机构130上的一对第一光学感测器1331，1332感测卡匣500顶部边缘处的两感测点511，512，将该两感测点511，512设为第一遮断点，采集该第一遮断点511，512的数据，并根据已知的卡匣500的规格及其尺寸，推算出各个晶圆处于正确位置时的圆心位置及卡匣500的中心位置。
请参阅图10，同时利用至少一个位置感测器1341感测卡匣500顶部的内表面上的一感测点521，将该感测点521设为第二遮断点，并根据卡匣500的规格及其标准间隙差，推算出各个晶圆处于正确位置时的Z轴垂直高度。
请参阅图11，如需要感测卡匣500中的晶圆24时，根据第一及第二遮断点，分别计算出晶圆24处于正确位置时的圆心位置及其Z轴垂直高度。
根据计算出的晶圆24处于正确位置时的圆心位置及其Z轴垂直高度，将晶圆承载夹持机构130调整至晶圆24的下方，并在移动过程中，按照上述的方法，利用三个光学感测器感测计算出晶圆24实际状态下的圆心位置，利用三个位置感测器感测推算出晶圆24实际状态下的相对水平度，并将其与晶圆24处于正确位置时的圆心位置及Z轴垂直高度相比较，从而判断晶圆24是否发生偏移。
利用上述过程计算出的晶圆在实际状态下的圆心位置及相对水平度，准确地判断出晶圆是否发生偏移，有效地避免晶圆与卡匣中放置晶圆的槽之间产生摩，以致发生破片，拖片等现象，降低晶圆传送过程中的风险。
实施例3
请参阅图12至图15，其为晶圆放置在工作站(process station)或缓冲站(buffer station)的情形下利用机械手臂100对晶圆进行感测的各个过程示意图。
请参阅图12，当晶圆放置在工作站600时，该工作站600包括一门装置610以供晶圆承载夹持机构130进入该工作站600，和两个放置晶圆的凸块620，630。
请参阅图12，利用晶圆承载夹持机构130前端的一对第一光学感测器1331，1332感测该门装置610边缘处两感测点611，612，将该感测点611，612设为第一遮断点，计算出晶圆700处于正确位置时的圆心位置。
请参阅图13，利用晶圆承载夹持机构130前端的至少一个位置感测器1341感测该门装置610下表面上的一个感测点613，将感测点613设为第二遮断点，采集第二遮断点613的Z轴垂直高度，可推算出晶圆700处于正确位置时的Z轴垂直高度。
由于，晶圆放置在工作站或缓冲站时其一般不会产生偏移，因此将计算出晶圆700的处于正确位置时的圆心位置及Z轴垂直高度作为实际状态下晶圆700的圆心位置及Z轴垂直高度即可。
当然，该机械手臂130也可进一步精确地确定晶圆在实际状态下的圆心位置及其相对水平度，即如图15所示采用如前所述的方法利用机械手臂上的三个光学感测器精确的计算出晶圆700的实际状态下的圆心位置，利用机械手臂上的三个位移感测器计算出晶圆700实际状态下的相对水平度。
本发明实施例所提供的自动校正机械手臂将所用的光学感测器133及位移感测器134均直接设置于机械手臂上，在制造时可经标准流程调校，无装置其他特性变因。且可以设计所有元件的信号，可以通过微处理器或搭配另一主控电脑直接作即时控制运算及复杂的高等演算。且本发明实施例所提供的机械手臂利用至少三个位于至少两条直线上的光学感测器133计算出晶圆实际状态下的圆心位置，其有效地避免了光学感测器133遇晶圆角度定位开口及其他原因造成的圆心偏差；且利用至少三个位于至少两条直线上的位移感测器134准确地计算出晶圆的相对水平度，有效地避免了晶圆在传送过程中发生破片，拖片等现象，降低晶圆传送过程中的风险。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种自动校正机械手臂，其包括一主体，一用以承载晶圆的晶圆承载夹持机构以及至少一个连接该主体与晶圆承载夹持机构的连接臂，其特征在于，该自动校正机械手臂还包括设置在晶圆承载夹持机构上的多个光学感测器和多个位移感测器，该多个光学感测器包括至少一对第一光学感测器和至少一个第二光学感测器，该对第一光学感测器设置在该晶圆承载夹持机构远离该连接臂的一端处，该第二光学感测器与该对第一光学感测器位于至少两条直线上，该多个光学感测器用以确定晶圆的圆心；该多个位移感测器分别设置在晶圆承载夹持机构上，且该多个位移感测器位于至少两条直线上以感测确定晶圆的相对水平度。
2.如权利要求1所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该晶圆承载夹持机构包括一与连接臂相连接的基部和一从该基部一端延伸出来的承载部，该第一及第二光学感测器分别设置在该承载部上，该多个位移感测器分别设置在该承载部上。
3.如权利要求2所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该承载部包括一U形结构，其具有两个相互平行的指状结构，该对第一光学感测器分别位于该两个指状结构上，且该对第一光学感测器的中心连线垂直于该指状结构的延伸方向。
4.如权利要求3所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该第二光学感测器位于该承载部的邻近该基部的位置处。
5.如权利要求4所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该第一及第二光学感测器呈等腰三角形分布。
6.如权利要求1所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该光学感测器为外界自然光遮断式光学感测器或自然光反射式光学感测器。
7.如权利要求1所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该多个位移感测器包括三个分别靠近于第一及第二光学感测器设置的位移感测器，该三个位移感测器位于至少两条直线上。
8.一种自动校正机械手臂，其包括一用来承载晶圆的承载臂，其特征在于，该自动校正机械手臂还包括设置在承载臂上的用以确定晶圆圆心的多个光学感测器和用以确定晶圆相对水平度的多个位移感测器，该多个光学感测器位于至少两条直线上，该多个位移感测器位于至少两条直线上。
9.如权利要求8所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该多个光学感测器为三个位于至少两条直线上的光学感测器，该多个位移感测器为三个位于至少两条直线上的位移感测器。
10.如权利要求8所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该多个位移感测器分别靠近于该多个光学感测器设置。
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