CN114730728A - 具有重力场传感器的晶片搬运机械手 - Google Patents

具有重力场传感器的晶片搬运机械手 Download PDF

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理查德·M·布兰克
马尔科·皮奇加洛
埃里克·陈
阿鲁尔塞尔瓦姆·西蒙·杰亚帕兰
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Abstract

公开了用于自动地确定及校正晶片搬运机械手末端执行器的水平度的技术和系统。所述系统可使用可针对该晶片搬运机械手进行校正的倾斜传感器或重力场传感器。来自该倾斜传感器的输出可被用于确定或估计该晶片搬运机械手的末端执行器的倾斜，并且用于执行修正定位以减少或去除该倾斜，以自动地教导具有已减少的倾斜的特定位置，以执行对该机械手的健康检查，将反馈提供至使用者，等等。

Description

具有重力场传感器的晶片搬运机械手
通过引用并入
PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。
背景技术
半导体处理工具通常具有晶片搬运机械手，该晶片搬运机械手用于从前开式晶片传送盒(FOUP)或晶片站拾取晶片、将晶片在该处理工具内传送、以及将晶片放置于FOUP或晶片站之中。典型的晶片搬运机械手包含控制器、中央基座或主体、以及机械手臂连杆，这些机械手臂连杆以串联方式可转动地连接，并且以近端连杆可转动地连接至该基座并且远端连杆是用于承载晶片的刀形末端执行器。该机械手臂连杆由包含马达、传动带、以及滑轮的驱动系统所驱动，该驱动系统能够将该机器手臂连杆转动、延伸、以及收缩。编码器可用于将位置反馈信息提供至该控制器，该控制器可接着使用该信息以确定该晶片搬运机械手的位置，并且控制该马达的移动以将该晶片搬运机械手放置于其他配置中。
发明内容
本说明书中描述的主题的一个或多个实施方案的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征、方面和优点将根据所述描述、附图和权利要求中变得显而易见。
在一些实现方案中，可以提供一种设备，其包含第一机械手臂，第一机械手臂具有：基座、一或多个第一机械手臂连杆、一或多个马达、倾斜传感器以及机构。所述一或多个第一机械手臂连杆中的一或多者可以是末端执行器，末端执行器可以被配置为支撑半导体晶片，并且所述一或多个第一机械手臂连杆中的一或多者可以具有能转动地连接至所述基座的末端。所述倾斜传感器可以是被配置成检测相对于地球重力场的方位的重力场传感器，并且可以固定地安装到所述一或多个第一机械手臂连杆中的一者或所述基座上。所述机构可以支撑所述第一机械手臂，以及所述机构可以被配置成响应于一或多个输入而将所述第一机械手臂围绕水平俯仰轴而枢转。
在所述设备的一些实施方案中，所述机构可以包含万向接头，所述万向接头被配置成支撑所述第一机械手臂的所述基座。
在所述设备的一些实施方案中，所述机构可以是第二机械手臂。所述第二机械手臂可以具有：一或多个第二机械手臂连杆，以及一或多个第二机械手臂转动接头。所述一或多个第二机械手臂转动接头各自可以具有水平转动轴，每一第二机械手臂连杆可以通过所述一或多个第二机械手臂转动接头中的一者而与其他第二机械手臂连杆中的至少一者能转动地连接，并且所述第二机械手臂可以被配置成支撑所述第一机械手臂的所述基座。
在所述设备的一些实施方案中，所述倾斜传感器可以是加速计。
在所述设备的一些实施方案中，所述倾斜传感器可以是倾斜仪。
在所述设备的一些实施方案中，所述倾斜传感器可以相对于所述基座固定地安装。
在所述设备的一些实施方案中，所述倾斜传感器可以相对于所述一或多个第一机械手臂连杆的仪表化的(instrumented)第一机械手臂连杆而固定地安装。
在所述设备的一些实施方案中，可以具有两个或更多个第一机械手臂连杆，并且所述仪表化的第一机械手臂连杆可以是直接或间接地支撑其他一或多个第一机械手臂连杆中的每一者的所述第一机械手臂连杆。
在所述设备的一些实施方案中，所述仪表化的第一机械手臂连杆可以是所述一或多个末端执行器中的一者。
在所述设备的一些实施方案中，可以具有三个或更多个第一机械手臂连杆，所述三个或更多个第一机械手臂连杆可以包含近端第一机械手臂连杆、远端第一机械手臂连杆、以及所述仪表化的第一机械手臂连杆，并且所述仪表化的第一机械手臂连杆可以通过在第一末端处的近端第一机械手臂转动接头而与所述近端第一机械手臂连杆能转动地连接，并且通过在与所述第一末端相反的第二末端处的远端第一机械手臂转动接头而与所述远端第一机械手臂连杆能转动地连接。
在一些实施方案中，所述设备可以包含控制器，其包含一或多个处理器以及一或多个存储器装置。所述一或多个处理器和所述一或多个存储器装置可以能操作性地连接，所述一或多个处理器与所述倾斜传感器可以通信地连接，并且所述一或多个存储器装置可以储存计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在通过所述一或多个处理器执行时，可以使所述一或多个处理器：在所述仪表化的第一机械手臂连杆是在相对于所述基座的第一角位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的第一传感器数据，致使所述仪表化的第一机械手臂连杆相对于所述基座转动至第二角位置，在所述仪表化的第一机械手臂连杆是在所述第二角位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的第二传感器数据，以及基于所述第一传感器数据和所述第二传感器数据，确定针对所述倾斜传感器的校正数据。
在所述设备的一些实施方案中，所述第二角位置可以是离所述第一角位置180°处。
在所述设备的一些实施方案中，所述一或多个存储器装置还可以储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，可以使所述一或多个处理器：致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器移动至关联于晶片站的位置；在所述至少一个末端执行器是在相关于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；基于所述至少一个末端执行器在相关于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的俯仰角；将所述倾斜传感器的所述俯仰角与俯仰角阈值范围进行比较；在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围外的情况下，致使所述机构围绕水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述俯仰角是在所述俯仰角阈值范围内；并且在所述一或多个存储器装置中的至少一个存储器装置中，储存关联于所述晶片站的所述机构以及所述第一机械手臂的教导位置，其中所述教导位置指示：当所述至少一个末端执行器在相关于所述晶片站的所述位置处并且所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围内时，所述机构和所述第一机械手臂的定位。
在所述设备的一些实施方案中，所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，可以致使所述一或多个处理器在使所述第一机械手臂将晶片放置在所述晶片站时使所述机构和所述第一机械手臂移动至所述教导位置。
在所述设备的一些实施方案中，所述一或多个存储器装置还可以储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，可以使所述一或多个处理器：致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器被移动至相关于晶片站的位置；在所述至少一个末端执行器是在相关于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；基于所述至少一个末端执行器是在相关于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的俯仰角和所述倾斜传感器的滚动角；将所述倾斜传感器的所述俯仰角与俯仰角阈值范围进行比较；在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围外的情况下，致使所述机构围绕水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述俯仰角是在所述俯仰角阈值范围内；将所述倾斜传感器的所述滚动角与滚动角阈值范围进行比较；在所述倾斜传感器的所述滚动角是在所述滚动角阈值范围外的情况下，致使所述机构围绕水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述滚动角在所述滚动角阈值范围内；以及在所述一或多个存储器装置中的至少一个存储器装置中，储存关联于所述晶片站的所述机构以及所述第一机械手臂的教导位置，其中所述教导位置指示：当所述至少一个末端执行器在相关于所述晶片站的所述位置处、所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围内并且所述倾斜传感器的所述滚动角在所述滚动角阈值范围内时，所述机构和所述第一机械手臂的定位。
在所述设备的一些实施方案中，所述一或多个存储器装置可以储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，可以使所述一或多个处理器：致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器移动至关联于晶片站的位置；在所述至少一个末端执行器是在相关于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；基于所述至少一个末端执行器在相关于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的滚动角；并且致使所述倾斜传感器的所述滚动角的指示被呈现。
在所述设备的一些实施方案中，所述一或多个存储器装置可以储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，可以使所述一或多个处理器：致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器拾回并且支撑晶片；致使所述至少一个末端执行器以及其所支撑的所述晶片被移动至相关于晶片站的位置；在所述至少一个末端执行器以及其所支撑的所述晶片是在相关于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；基于所述至少一个末端执行器是在相关于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的俯仰角；将所述倾斜传感器的所述俯仰角与俯仰角阈值范围进行比较；在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围外的情况下，致使所述机构将所述第一机械手臂围绕水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述俯仰角是在所述俯仰角阈值范围内；并且在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围内之后，致使所述第一机械手臂将所述至少一个末端执行器移动以将所述晶片放置于所述晶片站中。
在所述设备的一些实施方案中，所述一或多个存储器装置可以储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，可以使所述一或多个处理器：致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器拾回并且支撑晶片；致使所述至少一个末端执行器以及其所支撑的所述晶片被移动至相关于晶片站的位置；在所述至少一个末端执行器以及其所支撑的所述晶片是在相关于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；基于所述至少一个末端执行器是在相关于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的俯仰角和所述倾斜传感器的滚动角；将所述倾斜传感器的所述俯仰角与俯仰角阈值范围进行比较；在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围外的情况下，致使所述机构将所述第一机械手臂围绕水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述俯仰角是在所述俯仰角阈值范围内；将所述倾斜传感器的所述滚动角与滚动角阈值范围进行比较；在所述倾斜传感器的所述滚动角是在所述滚动角阈值范围外的情况下，致使所述机构将所述第一机械手臂围绕水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述滚动角是在所述滚动角阈值范围内；以及在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围内之后，致使所述第一机械手臂将所述至少一个末端执行器移动以将所述晶片放置于所述晶片站中。
所公开实施方案的这些及其他特征将在下文参考附图详细描述。
附图说明
本文所公开的各种实现方案是以示例而并非以限制的方式在附图的图中进行说明，其中相似的附图标记指类似元件。
图1描绘了具有俯仰能力的晶片搬运机械手的实施方案。
图2-1到2-3描绘了晶片搬运机械手臂的各种不同视图。
图3-1及3-2描绘了下机械手臂的两个视图。
图4描绘了具有万向接头机构的晶片搬运机械手。
图5-1及5-2描绘了在两个不同位置的晶片搬运机械手的侧视图。
图6描绘了用于教导具有倾斜传感器的晶片搬运机械手的技术的流程图。
图7描绘了用于校正晶片搬运机械手的倾斜传感器的技术的流程图。
图8-1到8-3描绘了校正过程的不同阶段期间的晶片搬运机械手臂的各种不同视图。
图9描绘了用于装备倾斜传感器的晶片搬运机械手的校正技术的流程图。
图10-1和10-2描绘了在校正过程期间的晶片搬运机械手的视图。
这些图仅描绘了在此讨论的构思的示例，并且将容易理解的是，本文讨论的构思可以大量的替代实现方案来实现，所有的这些实现方案都被认为在本公开的范围内。
具体实施方式
在以下的描述中，阐述了许多特定细节以提供对所呈现的实施方案的完整理解。在此所公开的实施方案可在不具备这些特定细节中的一些或全部的情况下实施。在其他示例中，众所周知的处理操作未详细叙述，以免不必要地模糊所公开的实施方案。进一步，尽管所公开的实施方案将与特定实施方案结合进行叙述，但应理解到该特定实施方案不旨在限制所公开的实施方案。
在半导体制造处理期间，晶片搬运机械手被用于传送晶片。晶片搬运机械手必须精确地移动以将晶片从一个处理步骤传送至下一个，并且时常具有控制系统，该控制系统利用运动模型结合传感器测量值及马达控制系统，以提供如此精确的放置。当确定让该晶片搬运机械手到达理想位置的下一移动时，该控制器可利用来自一或多个编码器的反馈。该运动模型可允许该控制器使用编码器反馈以确定任何给定机械手臂连杆的位置和方位，例如末端执行器的位置和方位。基于给定机械手臂连杆的目前位置和方位以及所期望的位置，该运动模型可被用于确定该马达需要提供多少转动输入，以将该给定晶片搬运机械手臂连杆从原始位置和方位移动至新的位置和方位。该控制器可使该马达以确定的转动输入转动，并且驱动该给定晶片搬运机械手臂连杆至所期望的位置。在如此的移动期间，该编码器可持续给予反馈至该控制器，从而提供允许该控制器持续地修改该马达的操作以达到所期望的放置的封闭回路系统。举例而言，如果该晶片搬运机械手臂连杆未在该所期望的位置，则该控制器可使用该运动模型以确定该马达需要的额外的转动输入，以驱动该给定晶片搬运机械手臂连杆至该所期望的位置，并且可接着使该马达按照该额外的转动输入移动以驱动该晶片搬运机械手臂连杆至该所期望的位置。在该马达驱动该机械手臂连杆之后，该控制器可接着检查该编码器，以确定该晶片搬运机械手臂连杆的位置。如果该机械手臂连杆未在该所期望的位置，则可重复该处理，直到该给定机械手臂连杆被移动至该所期望的位置。
晶片搬运机械手臂通常设计为利用实施所需要的动作的必要的最小数量的晶片搬运机械手臂连杆。将晶片搬运机械手臂连杆的数量最小化将简化设计、减少问题、并且减少成本。当有着较少的晶片搬运机械手臂连杆时，晶片搬运机械手的设计变得更为简单，因为晶片搬运机械手所需要的零件较少并且有较多的空间容纳仍需要的零件。与简化设计同等重要，对该晶片搬运机械手而言，晶片搬运机械手臂连杆的减少也减少公差的问题，例如机械堆叠以及挠曲问题。晶片搬运机械手可具有机械堆叠公差预算，并且被加入的各个晶片搬运机械手臂连杆中的每一者可减少其他零件(包含其他晶片搬运机械手臂连杆)的可用公差。晶片搬运机械手臂连杆越多，则各个晶片搬运机械手臂连杆中的每一者必须更精确以符合特定的整体目标公差。如果晶片搬运机械手臂连杆的该机械堆叠超过该公差预算，则出现问题的可能性较高。这些问题可能包含部件磨削的较高可能性、部件的较多和/较快磨损、和/或部件上的力增加以及部件的额外挠曲、以及其他的问题。具有大量晶片搬运机械手臂连杆的晶片搬运机械手臂的另一个问题是该晶片搬运机械手臂的潜在挠曲。当晶片搬运机械手臂在完全展开的位置时，该晶片搬运机械手臂连杆可作为悬臂，并且，加入该晶片搬运机械手的每一额外连杆因为通过每一晶片搬运机械手臂连杆所增加的力和/或该晶片搬运机械手臂连杆组装到该晶片搬运机械手时的倾斜而会增加挠曲。在使用的同时，该挠曲可能使末端执行器处于非预期的高度或角度，从而可能导致该末端执行器或晶片破损，即与装备的另一部分相撞。为了避免或减轻这些问题，当使用较大量的机械手臂连杆时，每一机械手臂连杆可被设计为较严格的公差，但这导致各个机械手臂连杆中的每一者的成本增加。与具有较少量机械手臂连杆的相似机械手相比，各个机械手臂连杆中的每一者增加的成本加上购买大量连杆的成本，可能使得具有较大量机械手臂连杆的晶片搬运机械手的成本大幅增加。所以，因为这样的额外转动接头和机械手臂连杆中的每一者可增加在该晶片搬运机械手臂中的复杂度、潜在问题以及成本，因此晶片搬运机械手倾向于被设计为具有减少数量的机械手臂连杆和转动接头。
图1描绘了晶片搬运机械手100的实施方案，不同于标准晶片搬运机械手，其通常具有减少数量的连杆，并且将机械手部件的转动运动限制为围绕竖直轴的转动(因此将该末端执行器及机械手臂连杆维持为大致水平的，并且将可能导致这样的晶片搬运机械手的精度下降的转动接头的数量减少或最小化)。该晶片搬运机械手100可以具有本文有时被称为上机械手的晶片搬运机械手臂102、以及与控制器106通信连接的机构104；该晶片搬运机械手臂可安装于该机构104，使得当该机构104被致动时，该机构104可至少将围绕一或多个水平轴的转动量传送至该晶片搬运机械手臂。在该示例中，如稍后将在下文中讨论的，该机构自身是另一机械手臂，尽管在其他实现方案中，该机构可采取其他形式，例如万向安装架。
如在图1中可见的，该晶片搬运机械手臂102具有可连接至该机构104、并且以该机构104支撑的基座108。如图1中所描绘的，该晶片搬运机械手臂102具有两个晶片搬运机械手臂连杆110a和110b。第一晶片搬运机械手臂连杆110a是由允许第一晶片搬运机械手臂连杆110a可绕轴118a转动的转动接头111a而可转动地连接至基座108。第二晶片搬运机械手臂连杆110b由第二转动接头111b可转动地连接至该第一晶片搬运机械手臂连杆110a，使得其可绕轴118b转动。如图1中所描绘的，第二晶片搬运机械手臂连杆110b可以是可被用于传送晶片138的末端执行器112。应理解，晶片搬运机械手臂102可包含数量与所示的不同的机械手臂连杆，例如包含连接至转动接头的多个机械手臂连杆，其被配置为围绕共同轴(例如，可能有两个第二晶片搬运机械手臂连杆110b，两者都由相对应的转动接头111b可转动地连接至晶片搬运机械手臂连杆110a，以例如提供双末端执行器112)转动；所提供的示例仅用于说明的目的。
晶片搬运机械手臂102具有至少一个晶片搬运机械手臂连杆110。在一些实现方案中，可能具有用作末端执行器的单晶片搬运机械手臂连杆。在其他实现方案中，如图2-1中所显示的，可以具有多个晶片搬运机械手臂连杆，例如110a及110b。在这样的实现方案中，该晶片搬运机械手臂连杆中的至少一者是末端执行器112。
图2-1描绘了晶片搬运机械手臂102的顶视图；图2-2和2-3分别描绘了相同的晶片搬运机械手臂102的侧视图和等角视图。晶片搬运机械手臂102具有马达214，马达214可被控制以驱动该晶片搬运机械手臂的运动。在一些实施方案中，可具有多于一个的马达。在图2中，马达214相对于基座108固定地安装。该马达可相对于基座108固定地安装于晶片搬运机械手臂连杆110中、转动接头111中、或者在该晶片搬运机械手臂内的其他位置(具体而言，在具有多个马达的较复杂机械手臂中，可以具有相对于该机械手臂连杆中的一者固定地安装的一或多个马达)。
晶片搬运机械手臂102可以具有编码器217。在图2中，编码器217位于第一晶片搬运机械手臂连杆110a中靠近转动接头111处。例如编码器217之类的转动编码器通常包含传感器头以及编码器盘或者相似的编码器基准，其每一者安装于可转动地彼此连接的两部分中的不同的一者。在一些实现方案中，该编码器可位于马达外壳内。在一些实现方案中，该传感器头或编码器盘中的一者可相对于该基座固定地安装，而另一者可相对于第一晶片搬运机械手臂连杆110a固定地安装。在一些实现方案中，可具有用于晶片搬运机械手臂102的单个编码器。然而在其他实现方案中，可具有在晶片搬运机械手臂102中使用的多个编码器，例如用于至少各个转动输入源(例如，马达)的一者。编码器可用于向控制器提供关于晶片搬运机械手臂102、多个晶片搬运机械手臂连杆110或单个晶片搬运机械手臂连杆的位置的反馈。
相比于常规的晶片搬运机械手，晶片搬运机械手臂102还包含倾斜传感器216。在一些实现方案中，如图2-2中所显示的，倾斜传感器216可相对于连接至基座108的晶片搬运机械手臂连杆110固定地安装。然而，在一些其他实现方案中，该倾斜传感器可相对于该基座108固定地安装。在一些实现方案中，该倾斜传感器可相对于末端执行器112固定地安装。当晶片搬运机械手具有多于两个的连杆时(未显示)，该倾斜传感器可相对于该基座或该连杆中的任何一者固定地安装，包含连接至该基座的该连杆、该末端执行器连杆、或者介于连接至该基座的连杆与该末端执行器连杆之间的连杆(可固定地安装有该倾斜传感器的该手臂连杆在本文可被称为“仪表化的连杆(instrumented link)”或“仪表化的手臂连杆”)。倾斜传感器216也可以替代地布置于基座108内或上；通常而言，至少在大多实现方案中，在晶片由该晶片搬运机械手的末端执行器沿水平方位支撑的同时(即该晶片的主要平面是水平的情况下)，该倾斜传感器可相对于该手臂系统的不配置为能够绕相对于相邻部件的水平轴转动的任何部件固定地安装。
图1显示了连接至晶片搬运机械手臂102的机构104。在图1中显示的机构104是下机械手臂120。然而在其他实现方案中，机构104可以由具有万向安装架或其他可倾斜安装架的机构所取代，例如在图4中所描绘的(稍后讨论)。回到图1，晶片搬运机械手臂102可附接于下机械手臂120，并且由下机械手臂120支撑。在所显示的该实现方案中，晶片搬运机械手臂102的基座108附接于下机械手腕安装架126。这样的配置可允许该下机械手臂将该晶片搬运机械手臂移动至沿线性轴的大量可能位置，从而允许该晶片搬运机械手臂被用于将晶片移动进入和离开定位于沿伸长晶片传送室的位置处的半导体处理室。
图3-1和3-2描绘了未附接于该晶片搬运机械手臂的下机械手臂120。如图3-1和3-2中所显示的，下机械手臂120具有底板322。转动接头327a可将底板322与第一下机械手臂连杆124a连接。转动接头327a允许第一下机械手连杆124a绕水平轴130a转动。在一些实现方案中，第二转动接头327b可将第一下机械手臂连杆124a与第二下机械手臂连杆124b连接。在这样的实现方案中，第二下机械手臂连杆124b能够绕水平轴130b转动。在一些实现方案中，腕转动接头327c可将第二下机械手臂连杆124b与腕安装架126连接。在这样的实现方案中，下机械手腕安装架126能够围绕水平轴130c转动。通过将各种不同的下机械手臂连杆124转动，可使腕安装架126在YZ平面中的不同位置之间移动，以使得该下机械手臂在Y和Z方向中延伸或缩回；腕安装架126的转动可以与这样的移动结合来执行，以在这样的移动期间将腕安装架126保持水平。
在下机械手臂120的一些实现方案中，两个或多个马达328可用于控制下机械手臂120的动作。图3-1描绘了具有多个马达328的该下机械手臂。马达328可定位于转动接头327、下机械手臂连杆124、腕安装架126、或该下机械手臂内的其他位置中(可能具有相对于下机械手臂连杆或转动接头中的一者固定地安装的一或多个马达，或者使用可允许一或多个马达相对于底板322固定地安装的皮带轮驱动系统，由这样的马达所提供的转动输入通过该皮带轮系统传送至被驱动的下手臂连杆)，并且可用于驱动该下机械手的动作。在一些实现方案中，两个或更多个编码器329可被用于确定各种不同的下机械手臂连杆的相对转动定位。图3-1描绘了具有多个编码器329的下机械手臂120。举例而言，编码器329(例如329a和329b)可以位于使该机械手臂连杆中的两个部件可配置为相对于彼此而转动并且可用于将这些部件的相对转动方位信息提供至该控制器以允许该下机械手臂的运动模型被更新的每一位置。
在各种不同配置中的下机械手臂120可具有不同数量的连杆、转动接头、马达、和/或编码器；应理解下机械手臂的这样的不同配置也在本公开的范围内。一些替代的实现方案可以具有下机械手臂，其中该手臂连杆替代地或额外地配置为相对于彼此围绕竖直定向的转动轴而转动(相似于该晶片搬运机械手中的手臂连杆)；在这样的实现方案中，腕部接头可包含机构以允许该腕安装架相对于最靠近的相邻手臂连杆围绕竖直方位转动轴和水平转动轴两者的转动。
尽管以上讨论专注于一实现方案，其中晶片搬运机械手系由于利用腕安装架安装在下机械手臂上而被提供俯仰能力，但其他实现方案可以使用例如支撑晶片搬运机械手基座的万向安装架而对晶片搬运机械手提供俯仰能力。如先前所述，图4显示了包含万向安装架的晶片搬运机械手400的示例。该晶片搬运机械手臂102附接于机构404。在所显示的实现方案中，机构404是万向接头432。万向接头432可附接于晶片搬运机械手臂102的基座108，并且可使得晶片搬运机械手臂102能围绕至少X轴和/或Y轴转动。一般而言，晶片搬运机械手100可包含控制器106(参见图1)，其可包含一或多个处理器134以及一或多个存储器装置136。一或多个处理器134、一或多个存储器装置136以及各种不同马达和编码器或该晶片搬运机械手的其他传感器可以可操作地彼此连接，例如，以便该一或多处理器可致使该晶片搬运机械手的各种马达可控制地致动，并且使得该一或多处理器可接收来自例如该倾斜传感器、该编码器、以及(可选择地)该晶片搬运机械手的其他传感器的传感器数据。一或多个存储器装置136可储存计算机可执行指令，其用于控制一或多处理器134以使用如本文所述的晶片搬运机械手执行各种不同功能或操作。该计算机可执行指令可包含例如用于一或多个处理器134的指令，以校正该倾斜传感器、读取来自该倾斜传感器的数据、以及/或者致使该晶片搬运机械手移动，例如如本文中关于可以使用装配有倾斜传感器的晶片搬运机械手实现的各种不同技术的讨论中阐明的。
由晶片搬运机械手传送的晶片通常被维持为水平的。对于具有刀形末端执行器的晶片搬运机械手而言，该末端执行器通常维持在一定方位，在该方位，晶片搬运机械手的末端执行器所接触的晶片的表面(接触平面)是大致水平的(level)或水平的(horizontal)，即该晶片的表面垂直于该位置的地球重力场的方向。这可减少该晶片可能从末端执行器滑落的可能性，并且还减小为允许该晶片通过各种不同孔隙(例如进入处理室的负载端口)而需要的竖直净空包络。图5-1描绘了晶片搬运机械手100，其中接触平面560是水平的。图5-2描绘了晶片搬运机械手100，其中接触平面560具有俯仰角546。俯仰角546是在晶片搬运机械手臂102的所选择表面(例如，平行于接触平面560的表面)以及滚动轴548之间的角度，该滚动轴548是在一水平平面上并且垂直于该腕安装架的转动轴。典型的晶片搬运机械手依赖于利用运动模型的控制系统以及编码器，以确定该晶片搬运机械手的位置及控制其移动，如上文所讨论的，以确保接触平面560是水平的。然而，该运动模型以及编码器可能无法将例如制造公差问题、公差叠加、转动斜率、以及挠曲等可能影响给定机械手臂连杆的实际放置的潜在问题纳入考虑。这可能导致该晶片搬运机械手移动，使得该控制系统基于该运动模型确定该接触平面560是水平的，如图5-1所描绘的，而在现实中，如图5-2所所描绘的，该末端执行器是处于接触平面560具有俯仰角546的方位。俯仰角546可能大到足以使该晶片会从末端执行器滑落，但较可能的结果是该晶片可能未符合该晶片通过在该处理工具中的一或多孔隙所需要的该竖直净空包络。在典型的晶片搬运机械手中，没有向该控制器警告真实的俯仰角546的内建反馈机构。
回到图2-2，倾斜传感器216可以用于感测晶片搬运机械手臂102的真实俯仰角，即参照晶片搬运机械手臂102的一些部件固定的参考平面相对于地球重力场的俯仰角。无论该机构中的任何未对准，倾斜传感器216可允许晶片搬运机械手100校正水平度，以确定水平度作为对该编码器基础控制系统的第二次检查，并且避免仅依赖于可能容易受到公差叠加问题、转动斜率、零件挠曲等等影响的运动模型和编码器数据。倾斜传感器216是重力场传感器。重力场传感器是传感器，其使用来自地球重力的加速度以确定该传感器相对于地球重力场的方位(并且因此确定该倾斜传感器相对于其固定地安装的部件相对于地球重力场的方位)。重力场传感器的若干示例是加速度计或倾斜仪。
图6显示了教导如本文所讨论的晶片搬运机械手的流程图，基于来自该水平传感器的数据，选择各种不同的机械手臂位置，以使由该晶片搬运机械手所支撑的晶片在可接受的水平度限度内。在方框602中，该控制器可以使该晶片搬运机械手(可能先前已使晶片装载至其末端执行器)的末端执行器移动至感兴趣的特定位置，例如半导体处理工具的晶片站附近(可选择性地省略该晶片，但就重复晶片搬运机械手的正常使用而言，该晶片搬运机械手的最精确负载可能也包含该晶片的重量)。在方框604中，该控制器可接收传感器数据，其来自该晶片搬运机械手的倾斜传感器，例如以上所讨论的倾斜传感器。在方框606中，该控制器可基于来自该倾斜传感器的传感器数据，确定固定地安装有倾斜传感器的部件的且相对于由地球重力场所限定的参考坐标的俯仰角(在一些实现方案中，这样的数据可以被调整以考虑校正设置，该校正设置可校正在该倾斜传感器的参考坐标和固定地安装有该倾斜传感器的该晶片搬运机械手的该部件的参考坐标之间的任何未对准)。俯仰角的示例描绘于图5-2中，其描绘了晶片搬运机械手臂102以俯仰角546向上倾斜。俯仰角546是在晶片搬运机械手臂102的所选择平面(例如，在该示例中，是平行于接触平面560的平面)与滚动轴548之间的角度。
回到图6，在方框608中，该控制器可比较从倾斜传感器获得的俯仰角与俯仰角阈值(其可能是俯仰角阈值范围，例如与水平面相差±0.1°、与水平面相差±0.05°、与水平面相差±0.025°、与水平面相差±0.015°、与水平面相差±0.010°、与水平面相差±0.005°、或者在这些值之间的任何值)。俯仰角阈值被认为对晶片搬运(例如，将晶片放入晶片站、从晶片站拾取晶片、或者在站或其他位置之间传送晶片)而言是可接受的所选择平面与水平面之间的最大倾斜角度。如果倾斜角超过该俯仰角阈值，则该技术可进展至方框610。在方框610中，该控制器可以使该机构枢转，使得俯仰角被减少。在使该机构枢转之后，该控制器可回到方框604以进一步接收来自该倾斜传感器的传感器数据。只要该俯仰角超过该俯仰角阈值，该控制器可持续迭代方框604至610。如果俯仰角在俯仰角阈值内，则该控制器可由方框608进展至612。
在方框612中，当俯仰角在俯仰角阈值内时，该控制器可以将晶片搬运机械手的末端执行器移动至靠近感兴趣的位置附近的晶片站，在该位置，晶片搬运机械手将被教导精确位置，其用于使晶片搬运机械手针对特定站而拾取和放置晶片。该晶片搬运机械手可被引导至该精确位置，该精确位置可被称为该晶片搬运机械手的“教导位置”。可以具有各种不同的方法以引导该晶片搬运机械手至该教导位置的X、Y和Z坐标。这些方法可以包含在该晶片站内的末端执行器的手动移动。举例而言，通过利用可以与用作参考点的晶片搬运机械手的末端执行器的特征部对接并与相对于晶片站固定的另一特征部对接的一或多个夹具，操作员可以手动地将该晶片搬运机械手移动至教导位置。另一方法可以是自动化方法，其中该晶片搬运机械手可使用例如主动晶片定心(AWC)系统、校正晶片、或其组合之类的工具。举例而言，在典型的AWC配置中，多个光学AWC传感器和光束发射器被定位于靠近晶片站的固定位置中，使得半导体晶片在传递进入该晶片站时，行进穿过由该光束发射器发射的两个或多个光束。该AWC传感器可以检测到每一光束何时与半导体晶片的边缘交接，从而使得该系统能在该晶片搬运机械手的末端执行器上确定参考点(例如标称地位于半导体晶片的中心上的点(这可能仅仅是估计或理想的中心位置，因为在该末端执行器上的半导体晶片的确切放置可能是未知的))。当半导体晶片通过所发射的该两个或多个光束时，该AWC可确定相对于该晶片站的参考位置，并且可以使用该信息以使末端执行器移动至该教导位置的X和Y坐标。
应理解，被调整以实现所期望的水平度的晶片搬运机械手的部分可能在针对该晶片搬运机械手臂(例如晶片搬运机械手臂102)手动或自动化教导站期间保持静止。因此，包含该机构(如下机械手臂120)及晶片搬运机械手臂102的晶片搬运机械手可以在水平化之前，首先被移动至感兴趣的位置。在一些实现方案中，该感兴趣的位置可以是一位置，晶片搬运机械手臂102会能够从该位置在不需要该机构的进一步移动的情况下从与感兴趣的位置相关的晶片站放置或拾取晶片。通过调整机构104，该晶片搬运机械手臂102可接着经受水平化。在这样的水平化实现之后，机构104可以在晶片搬运机械手臂102被致动或者以其他方式被移动至理想的教导位置(例如，当放置晶片到与感兴趣的位置相关的晶片站或从该晶片站拾取晶片时，晶片搬运机械手臂102的所在位置)的同时维持静止。一旦晶片搬运机械手臂102在该教导位置中，晶片搬运机械手臂102和机构104的定位可储存作为对该晶片站的晶片搬运机械手的“教导位置”。该教导位置的储存可以在晶片搬运机械手臂102放置于最终教导位置之后、或在不同阶段中完成，例如一旦使用该机构实现理想的水平度，相关于该机构位置的教导位置的数据可被储存，并且相关于晶片搬运机械手臂102位置的进一步数据可以在该晶片搬运机械手臂102一旦在最终教导位置中之后储存。
该处理可以针对晶片站以及感兴趣的位置重复，与必须被“教导”至该晶片搬运机械手的晶片站的数量相匹配。
在方框614中，该控制器可能在例如该控制器的一或多个存储器装置中的一者的存储器装置中，将各种不同晶片搬运机械手的部件的目前位置储存作为该晶片搬运机械手的“教导位置”。该教导位置可以是在该晶片搬运机械手的编码器中的数值，其关联于该晶片搬运机械手的感兴趣的特定位置，例如在该示例中，该教导位置代表该晶片搬运机械手的配置，在其中由该晶片搬运机械手传送的晶片将被认为是可接受地水平的。当该晶片搬运机械手可移动至感兴趣的特定位置时，该控制器可致使该晶片搬运机械手移动，使得由该编码器提供的数值被收敛至与感兴趣的特定位置相关的所储存的数值。这样的教导可相关于各种晶片搬运机械手位置执行。举例而言，如果具有在晶片放置操作期间下机械手臂120可能在其中的四个普通位置，则对每个这样的位置(以及可能的额外位置，例如如果晶片搬运机械手臂102在每个这样的位置处以不同的量和/或方向延伸)执行这样的晶片水平度教导可能是理想的。因此，取决于该晶片搬运机械手将被移动至的位置，合适的教导位置可被用于控制该机械手。
在一些实现方案中，如图6中所图示的，教导所选择的各种不同机械手臂位置以使由晶片搬运机械手支撑的晶片在可接受的水平度限度内的技术，可实时地使用于在通常的晶片搬运操作期间将由晶片搬运机械手支撑的该晶片主动地水平化。举例而言，该控制器可致使晶片搬运机械手：将末端执行器移动至感兴趣的位置、从该倾斜传感器接收传感器数据、基于该传感器数据确定晶片俯仰角、以及将该俯仰角与俯仰角阈值进行比较。如果该俯仰角是在该俯仰角阈值外，则该控制器可以使该机构枢转，使得该俯仰角减少。如果该俯仰角是在该俯仰角阈值内，则该控制器可以致使该晶片搬运机械手持续执行其操作，例如将晶片放置在晶片站。该技术可以用于在该晶片搬运机械手整个运动期间持续地将其主动地水平化，或者可用于将感兴趣的位置处的该晶片搬运机械手主动地水平化。在该方法和该“教导”方法之间的关键差异在于：在该“教导”方法中，该倾斜传感器可以用于确定哪些编码器数值代表合适地“水平”的配置，并且在通常的晶片传送操作期间，该水平度将通过常见的基于编码器的、运动模型驱动的方式实现。在后者的情况下，该编码器仍然可用于将该手臂大致地放置于理想的配置中，但该倾斜传感器输出可接着用于将该晶片搬运机械手位置微调，从而确保所传送的该晶片是可接受地水平的。
在一些实现方案中，如以上关于图6所讨论的，教导所选择的各种不同机械手臂位置以使由该晶片搬运机械手支撑的晶片在可接受的水平度限度内的技术，可周期性地使用于验证和/或修正先前的教导位置，以例如将潜在的偏移或者在该晶片搬运机械手中的其他改变纳入考虑。举例而言，可配置控制器以在用户选择的半导体处理工具的操作期间以各种不同间隔使用教导各种不同机械手臂位置的技术(例如以时间为基础的计划、以晶片或放置为基础的计划(例如每250个晶片放置一次或每200个晶片被处理一次))。在一些实现方案中，该控制器可被编程，以在各种不同的指定周期时间，使用该教导技术检查教导位置。如果在周期检查时，俯仰角最初是在俯仰角阈值外，则该控制器可使该机构进入教导模式以枢转，使得俯仰角减小。该控制器可以使晶片搬运机械手持续该教导处理，直到俯仰角是在俯仰角阈值内。一旦俯仰角是在俯仰角阈值内，则该控制器可将关联于该位置的编码器的数值储存在存储器内，作为更新的教导位置。如果在检查时，俯仰角最初是在俯仰角阈值内，则该控制器可以使晶片搬运机械手持续其操作，例如使用旧的教导位置将晶片放置于晶片站。用户可选择指定的周期。指定的周期可能是特定事件的函数，所述特定事件例如每一次该晶片搬运机械手启动时、在该晶片搬运机械手遭遇错误之后、在该晶片搬运机械手拾取/放置指定的次数之后等等。该指定周期可以是时间的函数，例如一天一次、一周一次、一月一次等等。
该传感器还可以用于将晶片搬运机械手的滚动角水平化。该滚动角是在晶片搬运机械手臂102的所选择平面与俯仰轴之间的角度。该俯仰轴是在水平平面上并且垂直于上文讨论的滚动轴的轴。图7描绘了用于将晶片搬运机械手的滚动角水平化为在可接受的水平度极限内的流程图。在方框702中，该控制器可以使末端执行器移动至校正位置，该校正位置将使得与该位置相关的晶片搬运机械手的滚动角被确定。在方框704中，该控制器可接收来自倾斜传感器(例如如以上讨论的那些倾斜传感器之类的倾斜传感器)的传感器数据。在方框706中，该控制器可由来自倾斜传感器的传感器数据确定滚动角(在一些实现方案中，这样的数据可以被调整以将校正设置纳入考虑，该校正设置可校正在倾斜传感器的参考坐标与固定地安装倾斜传感器的晶片搬运机械手的部件的参考坐标之间的任何未对准)。在方框708中，可采取校正动作以将滚动角带至可接受的限度内，例如与先前关于可接受俯仰角极限所记载者相似的角限度内。举例而言，在图1中描绘的实施方案中，下方机构104是不具有围绕滚动轴枢转的任何主动能力的下机械手臂120。然而，可能仍具有手动调整的特征，例如固定螺丝或其他可微调的机构，其可由操作员使用于消除或减轻这样的滚动行为，使得滚动角是在可接受的限度内。在这样的实施方案中，该控制器会能够持续地将滚动角反馈至操作员，以允许手动调整的执行。该手动调整可包含：调整固定螺丝、配合零件之间的垫补、拧紧或松开螺丝、或者其组合。在其他实现方案中，可以配置致动器以提供该晶片搬运机械手(或其一部分)围绕滚动轴的转动调整，并且该控制器可控制这样的致动器以使晶片搬运机械手(或至少其包含倾斜传感器的部分)围绕滚动轴转动，以将该滚动角带至可接受的限度内。
在一些实现方案中，倾斜传感器216可被校正以相对于其固定地安装到的晶片搬运机械手臂的元件确定倾斜传感器的方位。在倾斜传感器是在基座108中的实现方案中，倾斜传感器的方位可选择性地被校正以将其相对于基座的方位被纳入考虑。倾斜传感器可相对于基座固定地安装，使得倾斜传感器的俯仰角的改变匹配基座的俯仰角的改变，并且倾斜传感器的滚动角的改变匹配基座的滚动角的改变。尽管可实现这样的改变，以便使用或多或少预对准配置将倾斜传感器安装于基座中，例如将倾斜传感器定位成使得倾斜传感器的参考坐标系统的竖直轴平行于晶片搬运机械手臂转动接头中的一者的转动轴，但可能仍存在一些未对准。在其他实现方案中，没有这样的预对准可被执行，并且倾斜传感器可以任何角度定位和定向在基座内。无论倾斜传感器如何安装至基座，在倾斜传感器安装之后可将其校正以确定将倾斜传感器和基座的特定参考坐标(例如，具有与将该手臂连杆接至该基座的该转动接头的该转动轴对准的一轴的参考坐标)之间的任何未对准纳入考虑的针对倾斜传感器的校正设置。这样的校正可通过将基座定位于夹具中执行，该夹具被布置成相对于地球重力场的特定理想方位而定位该基座的参考坐标(或者允许基座的定位和方位被调整以实现这样的方位)，并且接着获得该倾斜传感器报告的测量值作为该基座在这样定位时的基座的方位。可包含一或多个角度测量值的这些测量值可接着用于调整使用该倾斜传感器的后续测量值，以便将这些测量值转变为代表该基座的绝对方位(相对于地球重力场)的数值。
在一些实现方案中，例如在图2-2显示的实现方案中，倾斜传感器216可放置于晶片搬运机械手臂连杆110中。在倾斜传感器216固定地安装于晶片搬运机械手臂连杆的情况下，倾斜传感器的方位可能需要被校正以匹配晶片搬运机械手臂连杆的方位。倾斜传感器可相对于晶片搬运机械手臂连杆固定地安装，使得倾斜传感器的俯仰角的改变匹配晶片搬运机械手臂连杆的俯仰角的改变，并且倾斜传感器的滚动角的改变匹配晶片搬运机械手臂连杆的滚动角的改变。尽管如此的改变可被实现以便将倾斜传感器以或多或少的预对准的配置安装于晶片搬运机械手臂中，例如将倾斜传感器定位成使得倾斜传感器的参考坐标系统的竖直轴平行于晶片搬运机械手臂接头中的一者的转动轴，但仍可能存在一些未对准。在其他实现方案中，可以不执行预对准，并且倾斜传感器可以与晶片搬运机械手臂以任何角度定位和定向。无论倾斜传感器如何安装至晶片搬运机械手臂，在倾斜传感器安装之后可将其校正以确定将倾斜传感器和晶片搬运机械手臂的特定参考坐标(例如，具有与将手臂连杆连接至基座的转动接头的转动轴对准的轴的参考坐标)之间的任何未对准纳入考虑的针对倾斜传感器的校正设置。这样的校正技术将在下文讨论。
图8-1至8-3描绘了在晶片搬运机械手臂连杆110a中的倾斜传感器216的示例。当倾斜传感器216放置于晶片搬运机械手臂连杆110a中时，对放置于基座中的倾斜传感器而言相似的问题可能会存在，例如，倾斜传感器的参考坐标可能未与晶片搬运机械手臂连杆110a的参考坐标对准。为了修正这样的可能未对准，可能执行校正例程以找到相对于晶片搬运机械手臂连杆方位的传感器方位。图900描绘了这样的校正例程的流程图。在方框901中，控制器可以使晶片搬运机械手臂连杆(传感器相对于该晶片搬运机械手臂连杆固定地安装)围绕支撑它的转动接头的转动轴转动至第一位置。在方框902中，该控制器可以从倾斜传感器接收数据。来自倾斜传感器的数据可以是在固定地安装有倾斜传感器的晶片搬运机械手臂连杆在该第一位置时所需要的俯仰角和滚动角。在方框904中，该控制器可使晶片搬运机械手臂连杆(倾斜传感器相对于该晶片搬运机械手臂连杆固定地安装)围绕支撑它的转动接头的转动轴转动至第二位置；该晶片搬运机械手的其他方面可维持静止(或者晶片搬运机械手的至少在该晶片搬运机械手臂连杆和基座108之间的这些部分)，使得该倾斜传感器遭遇的转动仅是围绕转动轴的转动。举例而言，在图8-1中，倾斜传感器216相对于晶片搬运机械手臂连杆110a固定地安装，并且该控制器可令晶片搬运机械手臂连杆110a围绕轴118a转动。在图8-1中，该机械手臂连杆是在第一位置中。图8-2显示了在已相对于基座108并且围绕轴118a转动至第二位置之后的晶片搬运机械手臂连杆110a。在一实施方案中，如图8-1和8-2所描绘的，该机械手臂连杆可以相对于基座绕轴118a转动180°而从第一或初始位置至第二位置。回到图9中该校正例程的流程图，在方框906中，该控制器可接收来自倾斜传感器的进一步的数据。来自倾斜传感器的数据可以是在晶片搬运机械手臂连杆在第二位置时所获得的俯仰角和滚动角。在方框908中，该控制器可校正倾斜传感器。该校正例程可用于将倾斜传感器的俯仰和滚动测量值转变为晶片搬运机械手臂连杆的坐标系(从该传感器的参考坐标至该机械手臂连杆的参考坐标)。为了进行该步骤，该控制器可使用来自在初始位置的倾斜传感器的俯仰角和滚动角两者以及来自在第二位置的倾斜传感器的俯仰角和滚动角两者，以确定倾斜传感器对晶片搬运机械手臂连杆的相对俯仰角和滚动角。
图10-1和10-2描绘了具有不同参考坐标并且在第一位置或第二位置中的晶片搬运机械手100的示例；该不同参考坐标包含传感器参考坐标1054、晶片搬运机械手臂连杆参考坐标1052(“手臂”参考坐标)、以及固定参考坐标150(“世界”参考坐标)。该校正例程可用于确定相对于晶片搬运机械手臂连杆参考坐标1052的传感器参考坐标1054。传感器参考坐标1054和晶片搬运机械手臂连杆参考坐标1052两者都可以具有在校正前未知道的相对于固定参考坐标150的方位；例如，固定参考坐标150可以其竖直轴(z)与相对于地球重力场的竖直轴对准的方式定位。倾斜传感器216能够确定传感器相对于固定参考坐标150的俯仰和滚动。
在方框908中由控制器进行的校正使用在初始位置的倾斜传感器的俯仰角
Figure BDA0003627664130000211
和滚动角
Figure BDA0003627664130000212
以及在第二位置的倾斜传感器的俯仰角
Figure BDA0003627664130000213
和滚动角
Figure BDA0003627664130000214
结合在手臂连杆从初始位置至第二位置的转移期间由倾斜传感器遭遇的围绕转动轴的转动量。在该示例中，第二位置是从初始位置围绕连杆转动轴1018的180°角转动。该连杆转动轴平行于晶片搬运机械手臂连杆参考坐标1052的Z方向。晶片搬运机械手臂连杆参考坐标1052和连杆转动轴1018两者的方位可能是未知的。连杆转动轴1018方位可表示为
Figure BDA0003627664130000215
其可以是由n1、n2、和n3表示的单位向量，其分别是x、y、及z分量。在倾斜传感器围绕轴1018转动之前以及之后，从倾斜传感器接收的四个值
Figure BDA0003627664130000216
是参考固定参考坐标150的倾斜传感器的绝对方位。传感器参考坐标1054可通过使用在初始位置和第二位置的倾斜传感器的俯仰角和滚动角确定。传感器参考坐标1054的绝对方位可通过将转动矩阵相乘来确定。举例而言，在晶片搬运机械手臂连杆110在初始位置时，传感器参考坐标1054相对于固定参考坐标150的绝对方位可根据以下式来确定：
Figure BDA0003627664130000217
其中[Ry]是传感器围绕固定参考坐标150的Y轴的转动，并且[Rx]是传感器围绕固定参考坐标150的X轴的转动。在晶片搬运机械手臂连杆110在第二位置时倾斜传感器参考坐标1054相对于固定参考坐标150的绝对方位可以根据以下式来确定：
Figure BDA0003627664130000221
第二位置是从初始位置围绕连杆转动轴1018的180°转动，并且可以以下式表示：
Figure BDA0003627664130000222
其中[Rn]是传感器绕连杆转动轴
Figure BDA0003627664130000223
的转动。转动轴
Figure BDA0003627664130000224
的方位可由以上的方程式计算，其可重写成：
Figure BDA0003627664130000225
该控制器可将该方程式左侧的矩阵相乘并且将其相等于右侧的分量。举例而言，该控制器可将分量[3,1]、[3,2]相等，并且将
Figure BDA0003627664130000226
作为单位向量纳入考虑，以获得以下的方程式。
Figure BDA0003627664130000227
Figure BDA0003627664130000228
Figure BDA0003627664130000229
具有三个方程式和三个未知数的控制器可根据
Figure BDA00036276641300002210
和
Figure BDA00036276641300002211
而解出单位向量
Figure BDA00036276641300002212
n1、n2和n3。
根据以下的关系式，针对连杆参考坐标1052相对于固定参考坐标150的俯仰角
Figure BDA00036276641300002213
和滚动角
Figure BDA00036276641300002214
连杆参考坐标1052的俯仰及滚动角可被解出：
Figure BDA00036276641300002215
Figure BDA00036276641300002216
相对于连杆的倾斜传感器的俯仰偏移角
Figure BDA00036276641300002217
和滚动偏移角
Figure BDA00036276641300002218
可以使用相对于固定参考坐标150的初始的俯仰角
Figure BDA00036276641300002219
和滚动角
Figure BDA00036276641300002220
以及连杆参考坐标1052相对于固定参考坐标150的俯仰角
Figure BDA0003627664130000231
及滚动角
Figure BDA0003627664130000232
找到并且解出：
Figure BDA0003627664130000233
其中，
Figure BDA0003627664130000234
是连杆转动轴1018相对于固定参考坐标150的绝对转动矩阵，
Figure BDA0003627664130000235
是倾斜传感器216相对于固定参考坐标150的绝对转动矩阵，并且
Figure BDA0003627664130000236
是倾斜传感器216相对于连杆参考坐标1052的相对转动矩阵。
鉴于以上讨论，该控制器可使用于下关系式求解相对于晶片搬运机械手臂连杆参考坐标1052的倾斜传感器俯仰偏移角
Figure BDA0003627664130000237
以及滚动偏移角
Figure BDA0003627664130000238
Figure BDA0003627664130000239
Figure BDA00036276641300002310
一旦这些俯仰角偏移角和滚动偏移角被确定，则这些数值可被应用于使用倾斜传感器获得的任何的俯仰及滚动的测量值，进而获得修正在倾斜传感器和手臂连杆的坐标系统之间的任何潜在未对准的相对于固定参考坐标150而固定有倾斜传感器的机械手臂连杆的俯仰数值和滚动数值。
在一些实现方案中，用于晶片搬运机械手的控制器可以是整合了以上所描述的示例的系统的部分。这样的系统可以包含半导体处理装备，其包含一或多个处理工具、一或多个室、用于处理的一或多个平台、以及/或者特定的处理部件(晶片搬运机械手、晶片底座、气体流动系统、等等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何处理，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远端访问。计算机可以实现对系统的远端访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远端计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远端计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远端计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远端(例如在平台级或作为远端计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。
示例性系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。
应当理解的是，短语“对于一或更多＜项目＞中的每一＜项目＞”、“一或更多＜项目＞中的每一＜项目＞)”等等(如果用于本文中)为包括单个项目组和多个项目组两者，即，使用短语“对...每一者(for…each)”的含义是，在程序语言中使用其来指称所指全部项目群中的每一项目。例如，如果所指的项目群是单个项目，则“每一”将仅指该单个项目(尽管事实上“每一”的字典定义经常是定义为指“两个或更多事物中的每一者”)，并不意味必须有这些项目中的至少两者。
应当理解，上述公开虽然集中于一个或多个特定的示例性实现方案，但不仅限于所讨论的示例，还可以适用于类似的变体和机制，以及这样的类似变体和机制也被认为在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种设备，其包含：
第一机械手臂，其具有：
基座，
一或多个第一机械手臂连杆，
倾斜传感器，以及
机构，其中：
所述一或多个第一机械手臂连杆中的一或多者是末端执行器，所述一或多个第一机械手臂连杆中的一或多者具有能转动地连接至所述基座的末端，
所述一或多个末端执行器中的至少一者被配置成支撑半导体晶片，
所述倾斜传感器是被配置成检测相对于地球重力场的方位的重力场传感器，
所述倾斜传感器是相对于选自由以下项目组成的群组中的项目而固定地安装：所述一或多个第一机械手臂连杆中的一者和所述基座，
所述机构支撑所述第一机械手臂，以及
所述机构被配置成响应于一或多个输入而将所述第一机械手臂围绕水平俯仰轴而枢转。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述机构包含万向接头，所述万向接头被配置成支撑所述第一机械手臂的所述基座。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述机构是第二机械手臂，所述第二机械手臂具有：
一或多个第二机械手臂连杆，以及
一或多个第二机械手臂转动接头，其中：
所述一或多个第二机械手臂转动接头中的至少一者具有水平转动轴，
每一第二机械手臂连杆通过所述一或多个第二机械手臂转动接头中的一者而与其他第二机械手臂连杆中的至少一者能转动地连接，并且
所述第二机械手臂被配置成支撑所述第一机械手臂的所述基座。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的设备，其中所述倾斜传感器是加速计。
5.根据权利要求1至3中的任何一项所述的设备，其中所述倾斜传感器是倾斜仪。
6.根据权利要求1至3中的任何一项所述的设备，其中所述倾斜传感器相对于所述基座固定地安装。
7.根据权利要求1至3中的任何一项所述的设备，其中所述倾斜传感器相对于所述一或多个第一机械手臂连杆的仪表化的第一机械手臂连杆而固定地安装。
8.根据权利要求7所述的设备，其中：
具有两个或更多个第一机械手臂连杆，并且
所述仪表化的第一机械手臂连杆是直接或间接地支撑其他的所述一或多个第一机械手臂连杆中的每一者的所述第一机械手臂连杆。
9.根据权利要求7所述的设备，其中所述仪表化的第一机械手臂连杆是所述一或多个末端执行器中的一者。
10.根据权利要求7所述的设备，其中：
具有三个或更多个第一机械手臂连杆，
所述三个或更多个第一机械手臂连杆包含近端第一机械手臂连杆、远端第一机械手臂连杆、以及所述仪表化的第一机械手臂连杆，并且
所述仪表化的第一机械手臂连杆是通过在第一末端处的近端第一机械手臂转动接头而与所述近端第一机械手臂连杆能转动地连接，并且通过在与所述第一末端相反的第二末端处的远端第一机械手臂转动接头而与所述远端第一机械手臂连杆能转动地连接。
11.根据权利要求7所述的设备，其还包含：
控制器，其包含一或多个处理器以及一或多个存储器装置，其中：
所述一或多个处理器和所述一或多个存储器装置能操作地连接，
所述一或多个处理器与所述倾斜传感器能通信地连接，并且
所述一或多个存储器装置储存计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在通过所述一或多个处理器执行时，使所述一或多个处理器：
在所述仪表化的第一机械手臂连杆是在相对于所述基座的第一角位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的第一传感器数据，
致使所述仪表化的第一机械手臂连杆相对于所述基座转动至第二角位置，
在所述仪表化的第一机械手臂连杆是在所述第二角位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的第二传感器数据，以及
基于所述第一传感器数据和所述第二传感器数据，确定针对所述倾斜传感器的校正数据。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述第二角位置是离所述第一角位置180°处。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，使所述一或多个处理器：
致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器移动至关联于晶片站的位置；
在所述至少一个末端执行器是在相关于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；
基于所述至少一个末端执行器在关联于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的俯仰角；
将所述倾斜传感器的所述俯仰角与俯仰角阈值范围进行比较；
在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围外的情况下，致使所述机构围绕水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述俯仰角是在所述俯仰角阈值范围内；并且
在所述一或多个存储器装置中的至少一个存储器装置中，储存关联于所述晶片站的所述机构以及所述第一机械手臂的教导位置，其中所述教导位置指示：当所述至少一个末端执行器在关联于所述晶片站的所述位置处并且所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围内时，所述机构和所述第一机械手臂的定位。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，使所述一或多个处理器在确定所述俯仰角时，考虑针对所述倾斜传感器的校正数据。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，致使所述一或多个处理器在使所述第一机械手臂将晶片放置在所述晶片站时使所述机构和所述第一机械手臂移动至所述教导位置。
16.根据权利要求11所述的设备，其中所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，使所述一或多个处理器：
致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器拾回并且支撑晶片；
致使所述至少一个末端执行器以及其所支撑的所述晶片被移动至关联于晶片站的位置；
在所述至少一个末端执行器以及其所支撑的所述晶片是在关联于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；
基于所述至少一个末端执行器是在相关于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的俯仰角；
将所述倾斜传感器的所述俯仰角与俯仰角阈值范围进行比较；
在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围外的情况下，致使所述机构将所述第一机械手臂围绕水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述俯仰角是在所述俯仰角阈值范围内；并且
在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围内之后，致使所述第一机械手臂将所述至少一个末端执行器移动以将所述晶片放置于所述晶片站中。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，使所述一或多个处理器在确定所述俯仰角时，考虑针对所述倾斜传感器的校正数据。
18.根据权利要求11所述的设备，其中所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，使所述一或多个处理器：
致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器移动至关联于晶片站的位置；
在所述至少一个末端执行器是在关联于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；
基于所述至少一个末端执行器在关联于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的俯仰角和所述倾斜传感器的滚动角；
将所述倾斜传感器的所述俯仰角与俯仰角阈值范围进行比较；
在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围外的情况下，致使所述机构围绕第一水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述俯仰角是在所述俯仰角阈值范围内；
将所述倾斜传感器的所述滚动角与滚动角阈值范围进行比较；
在所述倾斜传感器的所述滚动角是在所述滚动角阈值范围外的情况下，致使所述机构围绕第二水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述滚动角在所述滚动角阈值范围内，其中所述第一和第二水平枢轴两者都位于水平平面中并且彼此正交；以及
在所述一或多个存储器装置中的至少一个存储器装置中，储存关联于所述晶片站的所述机构以及所述第一机械手臂的教导位置，其中所述教导位置指示：当所述至少一个末端执行器在关联于所述晶片站的所述位置处、所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围内并且所述倾斜传感器的所述滚动角在所述滚动角阈值范围内时，所述机构和所述第一机械手臂的定位。
19.根据权利要求11所述的设备，其中所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，使所述一或多个处理器：
致使所述一或多个末端执行器中的至少一个末端执行器拾回并且支撑晶片；
致使所述至少一个末端执行器以及其所支撑的所述晶片被移动至关联于晶片站的位置；
在所述至少一个末端执行器以及其所支撑的所述晶片是在关联于所述晶片站的所述位置处的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；
基于所述至少一个末端执行器是在关联于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的俯仰角和所述倾斜传感器的滚动角；
将所述倾斜传感器的所述俯仰角与俯仰角阈值范围进行比较；
在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围外的情况下，致使所述机构将所述第一机械手臂围绕第一水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述俯仰角是在所述俯仰角阈值范围内；
将所述倾斜传感器的所述滚动角与滚动角阈值范围进行比较；
在所述倾斜传感器的所述滚动角是在所述滚动角阈值范围外的情况下，致使所述机构将所述第一机械手臂围绕第二水平枢轴枢转，使得所述倾斜传感器的所述滚动角是在所述滚动角阈值范围内，其中所述第一和第二水平枢轴两者都在水平平面中并且彼此正交；以及
在所述倾斜传感器的所述俯仰角在所述俯仰角阈值范围内并且所述倾斜传感器的所述滚动角在所述滚动角阈值范围内之后，致使所述第一机械手臂将所述至少一个末端执行器移动以将所述晶片放置于所述晶片站中。
20.根据权利要求11所述的设备，其中所述一或多个存储器装置还储存额外的指令，所述额外的指令当被执行时，使所述一或多个处理器：
致使所述一或多个末端执行器的至少一个末端执行器移动至关联于晶片站的位置；
在所述至少一个末端执行器位于关联于所述晶片站的所述位置的同时接收由所述倾斜传感器产生的传感器数据；
基于在所述至少一个末端执行器位于关联于所述晶片站的所述位置的同时由所述倾斜传感器产生的所述传感器数据，确定所述倾斜传感器的滚动角；以及
致使所述倾斜传感器的所述滚动角的指示被呈现。
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