CN111199903A - 一种半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备及定位方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备及定位方法，悬挂式搬运设备包括天车、夹取装置、影像撷取装置及控制系统。天车可活动的安装于天车轨道，并能够悬停于基准平台或装卸口上方。夹取装置可活动的安装于天车，并能够夹持晶圆盒以及相对于天车升降。影像撷取装置对正的安装于夹取装置，影像撷取装置具有标准图像，当天车悬停于基准平台上方时，影像撷取装置撷取包括基准平台的影像，作为基准影像；当天车悬停于装卸口上方时，影像撷取装置撷取包括装卸口的影像，作为装卸口的影像。控制系统，能够获得补偿值，并能够基于补偿值校正夹取装置，使得夹取装置与装卸口对正，其中，补偿值为标准图像与装卸口的影像之间的偏移量。

Description

一种半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备及定位方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及半导体集成电路制造所使用的自动搬运系统。
背景技术
在半导体制程中，需要在不同工序之间转移晶圆，为避免晶圆被污染或损坏，通常是将晶圆放入晶圆盒中，以晶圆盒承载晶圆，实现晶圆的转移。
通常，在现代自动化半导体制造工厂中一般通过悬挂式搬运设备即天车传输(OHT)(overhead hoist transfer)机构实现晶圆盒在不同装卸口之间的转移。在一些实施例中，天车传输机构包括天车轨道、天车及夹取装置，天车沿着轨道移动，夹取装置与天车连接，当天车移动至某一装卸口上方时，夹取装置将其夹取的晶圆盒下方至装卸口。
然而，由于半导体厂内悬挂于天花板下的天车在长时间运作会产生震动等原因造成的轨道偏移，又或因例如机台移位等原因造成装卸口偏移，都会造成晶圆盒无法正确放置于装卸口。晶圆盒不能放置正确的位置会影响后续的制程，对半导体制造的产能带来不利影响。因此，如何有效的提升晶圆盒与装卸口之间的对位精度，以提高半导体制造的产能，实为半导体制造领域亟待解决的问题。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备及定位方法，其能够在高架提升传输过程中，有效提升晶圆盒与装卸口之间的对位精度。
为达成上述目的，本发明提供一种半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，用于将承载有半导体的晶圆盒输送至装卸口，半导体的悬挂式搬运设备包括天车、夹取装置、影像撷取装置及控制系统。
天车可活动的安装于天车轨道，并能够悬停于基准平台或装卸口上方。夹取装置可活动的安装于天车，并能够夹持晶圆盒以及相对于天车升降。影像撷取装置对正的安装于夹取装置，影像撷取装置具有标准图像，当天车悬停于基准平台上方时，影像撷取装置撷取包括基准平台的影像，作为基准影像；当天车悬停于装卸口上方时，影像撷取装置撷取包括装卸口的影像，作为装卸口的影像。控制系统，能够获得补偿值，并能够基于补偿值校正夹取装置，使得夹取装置与装卸口对正，其中，补偿值为标准图像与装卸口的影像之间的偏移量。
根据一实施例，补偿值包括第一方向补偿值、第二方向补偿值及角度补偿值，第一方向补偿值为标准图像的中心与装卸口的影像的中心在第一方向的偏移量，第二方向补偿值为标准图像的中心与装卸口的影像的中心在第二方向的偏移量，角度补偿值为标准图像的中心线与装卸口的影像的中心线的夹角。
根据一实施例，标准图像包括相互垂直的第一坐标轴和第二坐标轴及第一坐标轴和第二坐标轴的交点形成的坐标中心；装卸口的顶面设有第一定位部；坐标中心为标准图像的中心，第一定位部的中心为装卸口的影像的中心。
根据一实施例，第一定位部包括多个凸柱，多个凸柱的中心为装卸口的影像的中心，其中一凸柱与多个凸柱的中心的连线为装卸口的影像的中心线。
根据一实施例，在天车悬停于装卸口上方前，控制系统能够将夹取装置调整至标准图像与基准影像对正，并获得基础值，其中，基础值为标准图像与基准影像之间的偏移量。
根据一实施例，基础值包括第一方向基础值、第二方向基础值及角度基础值，第一方向基础值为标准图像的中心与基准影像的中心在第一方向的偏移量，第二方向基础值为标准图像的中心与基准影像的中心在第二方向的偏移量，角度基础值为标准图像的中心线与基准影像的中心线的夹角。
根据一实施例，基准平台的顶面设有第二定位部；第二定位部与第一定位部形状相同，第二定位部的多个凸柱的中心为基准影像的中心，第二定位部的其中一凸柱与第二定位部的多个凸柱的中心的连线为装卸口的影像的中心线。
根据一实施例，在天车悬停于装卸口上方后，控制系统能够获得量测值，其中，量测值为与基准影像对正的标准图像与装卸口的影像之间的偏移量。
根据一实施例，量测值包括第一方向量测值、第二方向量测值及角度量测值，第一方向量测值为与基准影像对正的标准图像的中心与装卸口的影像的中心在第一方向的偏移量，第二方向量测值为与基准影像对正的标准图像的中心与装卸口的影像的中心在第二方向的偏移量，角度量测值为与基准影像对正的标准图像的中心线与装卸口的影像的中心线的夹角。
根据一实施例，补偿值为基础值与量测值的矢量值之和。
本发明还提供一种定位方法，应用上述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备进行与装卸口的定位，该定位方法包括：
步骤1：天车连同夹取装置悬停于装卸口上方，通过影像撷取装置撷取包括装卸口的影像，作为装卸口的影像；
步骤2：通过控制系统能够获得补偿值，并能够基于补偿值校正夹取装置，使得夹取装置与装卸口对正，其中，补偿值为标准图像与装卸口的影像之间的偏移量。
根据一实施例，步骤1还包括：
步骤1.1：悬停于装卸口上方之前，天车连同夹取装置悬停于基准平台上方，影像撷取装置撷取包括基准平台的影像，作为基准影像；
步骤1.2：控制系统将夹取装置调整至标准图像与基准影像对正，并获得基础值，其中，基础值为标准图像与基准影像之间的偏移量。
根据一实施例，步骤2还包括：
步骤2.1：控制系统获得量测值，其中，量测值为与基准影像对正的标准图像与装卸口的影像之间的偏移量；
步骤2.2：控制系统获得补偿值，补偿值为基础值与量测值的矢量值之和。
根据一实施例，还包括步骤3：
将补偿值发送给各个悬挂式搬运设备，各个悬挂式搬运设备与所述装卸口进行定位时，控制系统基于补偿值调整夹取装置，使得夹取装置与装卸口对正。
本发明相较于现有技术的有益效果在于：本案将机械视觉创新应用于悬挂式搬运设备与制造设备装卸口间对于晶圆盒的精准定位。可大幅缩短定位时间，提高生产效率，减少对产线影响。
附图说明
图1为本公开一实施例的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备的示意图。
图2为标准图像与基准影像的位置图，其中，二者存在偏差。
图3为标准图像与基准影像的位置图，其中，二者对正。
图4为与基准影像对正后的标准图像与装卸口的影像的位置图，其中，二者存在偏差。
图5为本公开一实施例的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备进行与装卸口的定位方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
相关技术中，悬挂式搬运设备与制造设备的装卸口间对于晶圆盒的定位方式如下：
夹取装置夹取晶圆盒下放至装卸口的定位柱上方悬停(不碰触)，通过手动调整天车各轴向，使得晶圆盒底座对准定位柱后，即可得出各轴向偏移量。
或者，夹取装置夹取一模拟晶圆盒的装置，该装置的底部有触控屏，将模拟晶圆盒的装置下放至装卸口时，定位柱触控屏幕后，从而计算各轴向偏移量。
接着，针对上述计算出的偏移量，发送至所有已与基准校正台进行水平与机械误差调整完毕的天车。
如长期运作后产生动作误差，则按照以上做法进行重新校正。
由前述相关技术得知，当长期运行后，天车与制造设备装卸口间对于晶圆盒的定位存在误差造成放货异常时，都需重新进行定位工作，此部份存在以下问题：
1.天车与夹取装置通过皮带连接，由于皮带非硬质，为避免摇晃，晶圆盒的下放速度需调低，如此单一装卸口的定位工作往往需时5分钟以上；
2.当定位柱碰触到模拟晶圆盒的装置底部的触控屏时，触控屏如有摇晃，则定位精准度变差；未避免此状况，往往重复多次进行晶圆盒的下放/升起的循环，以取得平均值减少误差，如此单一装卸口的定位工作需时10分钟以上。
本发明提供一种半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，用于将承载有半导体的晶圆盒200输送至装卸口100，半导体的悬挂式搬运设备包括天车10、夹取装置20、影像撷取装置30及控制系统(未示出)。
天车10可活动的安装于天车轨道，并能够悬停于基准平台300或装卸口100上方。夹取装置20可活动的安装于天车10，并能够夹持晶圆盒200以及相对于天车10升降。影像撷取装置30对正的安装于夹取装置20，影像撷取装置30具有标准图像，当天车10悬停于基准平台300上方时，影像撷取装置30撷取包括基准平台300的影像，作为基准影像；当天车10悬停于装卸口100上方时，影像撷取装置30撷取包括装卸口的影像，作为装卸口的影像。控制系统，能够获得补偿值，并能够基于补偿值校正夹取装置20，使得夹取装置20与装卸口100对正，其中，补偿值为标准图像与装卸口的影像之间的偏移量。
本发明还提供一种定位方法，应用上述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备进行与装卸口100的定位，该定位方法包括：
步骤1：天车10连同夹取装置20悬停于装卸口100上方，通过影像撷取装置30撷取包括装卸口的影像，作为装卸口的影像；及
步骤2：通过控制系统能够获得补偿值，并能够基于补偿值校正夹取装置20，使得夹取装置20与装卸口100对正，其中，补偿值为标准图像与装卸口的影像之间的偏移量。
也就是说，本发明利用影像撷取装置30对设备装卸口100进行图像撷取后，将装卸口的影像与影像撷取装置30的标准图像进行比对，计算出二者偏移量作为补偿值，由此对夹取装置20进行校正。并且，能够储存并将此补偿值发送至其他各个悬挂式搬运设备的控制机构，从而，在本设备进行下一次晶圆盒下方，或是其他设备进行晶圆盒下方前，能够直接根据补偿值完成校正，使得夹取装置20与装卸口100对正。
因此，本案将机械视觉(Machine Vision)创新应用于悬挂式搬运设备与制造设备装卸口100间对于晶圆盒的精准定位。可将设备装卸口100的定位工作每装卸口100从5～10分钟，大幅降至10秒以内。
因应半导体厂内悬挂于天花板下的悬挂式搬运在长时间运作产生的震动，又或因地震造成轨道偏移，都会造成晶圆盒无法正确放置于设备装卸口100。应用本发明后，定位所需时间短，可减少对产线影响。
并且，对于同一生产线上来说，其上的各个悬挂式搬运设备的定位相同，因此，可参照同一补偿值进行校正，由此，可大幅缩短调校时间。
本实施例中，如图1、2、4所示，补偿值包括第一方向补偿值、第二方向补偿值及角度补偿值，第一方向补偿值为标准图像的中心与装卸口的影像的中心在第一方向的偏移量，第二方向补偿值为标准图像的中心与装卸口的影像的中心在第二方向的偏移量，角度补偿值为标准图像的中心线与装卸口的影像的中心线的夹角。
其中，标准图像包括相互垂直的第一坐标轴和第二坐标轴及第一坐标轴和第二坐标轴的交点形成的坐标中心；装卸口100的顶面设有第一定位部110；坐标中心为标准图像的中心，第一定位部110的中心为装卸口的影像的中心。
其中，第一定位部110包括多个凸柱，多个凸柱的中心为装卸口的影像的中心，其中一凸柱与多个凸柱的中心的连线为装卸口的影像的中心线。
即，如图2所示，此图中虚线示出的X轴和Y轴为第一坐标轴和第二坐标轴，此时，夹取装置20处于初始位置。
如图4所示，三个凸柱构成第一定位部110，三个凸柱的中心为装卸口的影像的中心。图2中标准图像与图4中装卸口的影像之间的偏移量为补偿值。即，将夹取装置20调整为：图2中标准图像与图4中装卸口的影像对正，则完成夹取装置20的对正。
本实施例中，上述定位方法中，步骤1还包括：
步骤1.1：悬停于装卸口100上方之前，天车10连同夹取装置20悬停于基准平台300上方，影像撷取装置30撷取包括基准平台300的影像，作为基准影像；
步骤1.2：控制系统将夹取装置20调整至标准图像与基准影像对正，并获得基础值，其中，基础值为标准图像与基准影像之间的偏移量。
其中，基础值包括第一方向基础值、第二方向基础值及角度基础值，第一方向基础值为标准图像的中心与基准影像的中心在第一方向的偏移量，第二方向基础值为标准图像的中心与基准影像的中心在第二方向的偏移量，角度基础值为标准图像的中心线与基准影像的中心线的夹角。
基准平台300的顶面设有第二定位部310；第二定位部310与第一定位部110形状相同，第二定位部310的多个凸柱的中心为基准影像的中心，第二定位部310的其中一凸柱与第二定位部310的多个凸柱的中心的连线为装卸口的影像的中心线。
即，如图2所示，此图中虚线示出的X轴和Y轴为第一坐标轴和第二坐标轴，此时，夹取装置20处于初始位置。
如图2所示，三个凸柱构成第二定位部310，三个凸柱的中心为基准影像的中心。图2中标准图像与基准影像之间的偏移量为基础值。基础值的计算方法例如：
首先，确定基准影像的中心(X0’，Y0’)与标准图像的坐标中心的偏移量；
接着，基于其中一凸柱，例如最上方的凸柱(X1’，Y1’)，确定该凸柱与多个凸柱的中心的连线(即，基准影像的中心线)与Y轴的夹角θ0’。其中，夹角θ0’，即，角度基础值，可通过三角函数计算出。对正后，标准图像的坐标中心定义为(X0，Y0)。
本实施例中，步骤2还包括：
步骤2.1：控制系统获得量测值，其中，量测值为与基准影像对正的标准图像与装卸口的影像之间的偏移量；
步骤2.2：控制系统获得补偿值，补偿值为基础值与量测值的矢量值之和。
其中，量测值包括第一方向量测值、第二方向量测值及角度量测值，第一方向量测值为与基准影像对正的标准图像的中心与装卸口的影像的中心在第一方向的偏移量，第二方向量测值为与基准影像对正的标准图像的中心与装卸口的影像的中心在第二方向的偏移量，角度量测值为与基准影像对正的标准图像的中心线与装卸口的影像的中心线的夹角。
即，如图4所示，此图中虚线示出的X轴和Y轴为与基准影像对正后的标准图像的第一坐标轴和第二坐标轴。
如图4所示的三个凸柱为装卸口100的第一定位部110，三个凸柱的中心为装卸口100的中心(X0”，Y0”)。图4中标准图像与装卸口的影像之间的偏移量为量测值。量测值的计算方法例如：
首先，确定装卸口100的中心(X0”，Y0”)与标准图像的坐标中心的偏移量；
接着，基于其中一凸柱，例如最上方的凸柱(X1”，Y1”)，确定该凸柱与多个凸柱的中心的连线(即，装卸口100的的中心线)与Y轴的夹角θ0”，即，角度量测值，可通过三角函数计算出。
基础值与量测值的矢量值之和即为补偿值。
其中，还包括步骤3：
将补偿值发送给各个悬挂式搬运设备，各个悬挂式搬运设备与所述装卸口100进行定位时，控制系统基于补偿值调整夹取装置20，使得夹取装置20与装卸口100对正。
因此，在本设备进行下一次晶圆盒下方，或是其他设备进行晶圆盒下方前，能够直接根据补偿值完成校正，使得夹取装置20与装卸口100对正。
综上所述，本发明的悬挂式搬运设备将机械视觉创新应用于悬挂式搬运设备与制造设备装卸口间对于晶圆盒的精准定位，基于影像比对获得的偏移补偿值对天车的下次放货的误差进行修正，使得天车在进行下一次晶圆盒下放动作时，可预先进行偏移量校准，从而能够获得快速、精准的定位。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，用于将承载有半导体的晶圆盒输送至装卸口，所述悬挂式搬运设备包括：
天车，可活动的安装于天车轨道，并能够悬停于基准平台或装卸口上方；
夹取装置，可活动的安装于所述天车，并能够夹持晶圆盒以及相对于所述天车升降；
影像撷取装置，对正的安装于所述夹取装置，所述影像撷取装置具有标准图像，当所述天车悬停于所述基准平台上方时，所述影像撷取装置撷取包括所述基准平台的影像，作为基准影像；当所述天车悬停于所述装卸口上方时，所述影像撷取装置撷取包括所述装卸口的影像，作为装卸口影像；及
控制系统，能够获得补偿值，并能够基于所述补偿值校正所述夹取装置，使得所述夹取装置与所述装卸口对正，其中，所述补偿值为所述标准图像与所述装卸口影像之间的偏移量。
2.如权利要求1所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，所述补偿值包括第一方向补偿值、第二方向补偿值及角度补偿值，所述第一方向补偿值为所述标准图像的中心与所述装卸口影像的中心在第一方向的偏移量，所述第二方向补偿值为所述标准图像的中心与所述装卸口影像的中心在第二方向的偏移量，所述角度补偿值为所述标准图像的中心线与所述装卸口影像的中心线的夹角。
3.如权利要求2所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，所述标准图像包括相互垂直的第一坐标轴和第二坐标轴及所述第一坐标轴和所述第二坐标轴的交点形成的坐标中心；所述装卸口的顶面设有第一定位部；所述坐标中心为所述标准图像的中心，所述第一定位部的中心为所述装卸口影像的中心。
4.如权利要求3所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，第一定位部包括多个凸柱，多个所述凸柱的中心为所述装卸口影像的中心，其中一所述凸柱与多个所述凸柱的中心的连线为所述装卸口影像的中心线。
5.如权利要求4所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，在所述天车悬停于所述装卸口上方前，所述控制系统能够将所述夹取装置调整至所述标准图像与所述基准影像对正，并获得基础值，其中，所述基础值为所述标准图像与所述基准影像之间的偏移量。
6.如权利要求5所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，所述基础值包括第一方向基础值、第二方向基础值及角度基础值，所述第一方向基础值为所述标准图像的中心与所述基准影像的中心在所述第一方向的偏移量，所述第二方向基础值为所述标准图像的中心与所述基准影像的中心在所述第二方向的偏移量，所述角度基础值为所述标准图像的中心线与所述基准影像的中心线的夹角。
7.如权利要求6所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，所述基准平台的顶面设有第二定位部；所述第二定位部与所述第一定位部的形状相同，所述第二定位部的多个凸柱的中心为所述基准影像的中心，所述第二定位部的其中一凸柱与所述第二定位部的多个凸柱的中心的连线为所述装卸口影像的中心线。
8.如权利要求7所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，在所述天车悬停于所述装卸口上方后，所述控制系统能够获得量测值，其中，所述量测值为与基准影像对正的标准图像与装卸口影像之间的偏移量。
9.如权利要求8所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，所述量测值包括第一方向量测值、第二方向量测值及角度量测值，所述第一方向量测值为与所述基准影像对正的所述标准图像的中心与所述装卸口影像的中心在所述第一方向的偏移量，所述第二方向量测值为与所述基准影像对正的所述标准图像的中心与所述装卸口影像的中心在所述第二方向的偏移量，所述角度量测值为与所述基准影像对正的所述标准图像的中心线与所述装卸口影像的中心线的夹角。
10.如权利要求9所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备，其中，所述补偿值为所述基础值与所述量测值的矢量值之和。
11.一种定位方法，应用如权利要求1至10中任一项所述的半导体的晶圆盒的悬挂式搬运设备进行与装卸口的定位，该定位方法包括：
步骤1：天车连同夹取装置悬停于装卸口上方，通过影像撷取装置撷取包括装卸口的影像，作为装卸口影像；
步骤2：通过控制系统能够获得补偿值，并能够基于所述补偿值校正所述夹取装置，使得所述夹取装置与所述装卸口对正，其中，所述补偿值为标准图像与所述装卸口影像之间的偏移量。
12.如权利要求11所述的定位方法，其中，步骤1还包括：
步骤1.1：在所述天车悬停于所述装卸口上方之前，所述天车连同所述夹取装置悬停于基准平台上方，影像撷取装置撷取包括基准平台的影像，作为基准影像；
步骤1.2：所述控制系统将所述夹取装置调整至所述标准图像与所述基准影像对正，并获得基础值，其中，所述基础值为所述标准图像与所述基准影像之间的偏移量。
13.如权利要求12所述的定位方法，其中，步骤2还包括：
步骤2.1：所述控制系统获得量测值，其中，所述量测值为与所述基准影像对正的所述标准图像与所述装卸口影像之间的偏移量；
步骤2.2：所述控制系统获得补偿值，所述补偿值为所述基础值与所述量测值的矢量值之和。
14.如权利要求13所述的定位方法，其中，还包括步骤3：
将所述补偿值发送给各个所述悬挂式搬运设备，各个所述悬挂式搬运设备与所述装卸口进行定位时，所述控制系统基于所述补偿值调整所述夹取装置，使得所述夹取装置与所述装卸口对正。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111977290A (zh) * 2020-08-24 2020-11-24 台州市老林装饰有限公司 一种光刻设备的晶圆储存盒输送小车
CN114743892A (zh) * 2022-04-01 2022-07-12 弥费实业(上海)有限公司 晶圆盒纠正方法以及高空缓存器的运输设备
CN116190294A (zh) * 2023-04-24 2023-05-30 上海果纳半导体技术有限公司 一种天车示教装置和示教方法

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