CN114914185A - 用于晶圆载体装卸的校准设备和校准方法 - Google Patents

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CN114914185A CN202210396002.1A CN202210396002A CN114914185A CN 114914185 A CN114914185 A CN 114914185A CN 202210396002 A CN202210396002 A CN 202210396002A CN 114914185 A CN114914185 A CN 114914185A
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Abstract

本公开提供一种用于校准机器人晶圆舱装卸设备的校准舱，所述校准舱包含：舱体，配置成用于通过机器人舱装卸设备来处理；至少一个激光，设置在舱体的底部上；以及电源模块，设置在舱体上或舱体中，且可操作地连接以对至少一个激光供电。在制造方法中，舱体包括用于携载半导体晶圆盒的晶圆载体，所述晶圆载体具有带有多个孔的底部，以用于在半导体元件制造设备的装载端口中对准放置晶圆载体。此处的至少一个激光包含对应于晶圆载体的底部中的多个孔的多个激光，且每一激光安装在晶圆载体的底部的相应孔中。

Description

用于晶圆载体装卸的校准设备和校准方法
技术领域
本公开的实施例是有关于一种用于校准晶圆载体装卸的设备和校准方法。
背景技术
下文涉及属于在半导体元件制造设备中使用的类型的晶圆装卸系统；晶圆载体(也称为舱)，半导体晶圆在所述晶圆载体内在此晶圆装卸系统中移动；自动化晶圆装卸方法；用于晶圆装载和/或卸载的机器人装置的校准(例如对准)；以及相关技术。
发明内容
本公开的实施例提供一种用于校准机器人晶圆舱装卸设备的校准舱。校准舱包含：舱体，配置成用于通过机器人舱装卸设备来处理；至少一个激光，设置在舱体的底部上；以及电源模块，设置在舱体上或舱体中，且可操作地连接以对至少一个激光供电。
本公开的实施例提供一种机器人晶圆装卸设备。所述设备包含半导体元件制造设备的装载端口、配置成将相关联的晶圆载体装载于装载端口中的机器人，以及校准舱。装载端口具有带有横向图案的多个对准引脚。相关联的晶圆载体配置成携载半导体晶圆盒，且具有带有多个孔的底部，所述多个孔具有与装载端口的对准引脚相同的横向图案。校准舱配置成用于通过机器人来处理，且包含具有底部的舱体和多个激光，所述多个激光设置在舱体的底部上，且从校准舱发射激光束。
本公开的实施例提供一种校准机器人的方法。所述机器人配置成将晶圆载体装载于半导体元件制造设备的装载端口中。在所述方法中，操作机器人以在装载端口上方移动校准舱，以使得校准舱的多个激光将激光束从校准舱朝下输出到装载端口上。通过操作机器人以调整校准舱的横向位置以使激光束与装载端口的对应特征对准来确定机器人相对于装载端口的横向对准。将所确定横向对准存储在机器人配置存储器中。
附图说明
结合附图阅读以下详细描述会最好地理解本公开的各方面。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，出于论述清楚起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
图1以图解方式示出机器人晶圆装卸系统或其部分。
图2以图解方式示出(a)图1的晶圆载体或晶圆舱的透视图和(b)其底部。
图3绘示用于使用图1和图2的晶圆载体或晶圆舱校准图1的机器人晶圆装卸系统的流程图。
图4以图解方式示出布置成用于使用校准舱校准机器人的机器人晶圆装卸系统或其部分。
图5以图解方式示出(a)以图解侧视图绘示的图4的校准舱，和(b)其沿在部分(a)中所指示的视图V-V查看的底部。
图6以图解方式示出图4和图5的校准舱的透视图。
图7绘示用于制造图4到图6的校准舱的流程图。
图8绘示用于使用图4到图6的校准舱校准图4的机器人晶圆装卸系统的流程图。
图9示出图1和图4的插图A的包含光学检测器的变型。
附图标号说明
1：转移工具；
2：实验台工具；
3：机器人；
4：晶圆载体；
5：装载端口；
10：半导体晶圆盒；
12、42、44：舱体；
14、44：底部；
20：孔；
22：对准引脚；
30：机器人控制器；
32：机器人配置存储器；
34：手持式控制器；
40：校准舱；
50：激光；
52：激光束；
52S：激光束样点；
54：电源模块；
60：专用对准特征；
Av：纵轴；
D：直径；
L：横向移动；
M1、M2、M3、M4、M5、S1、S2、S3、S4、S6、S10、S13、S14、S16：操作；
S5：决定；
V：竖直移动；
V-V：视图。
具体实施方式
以下公开内容提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件和布置的特定实例以简化本公开。当然，这些特定实例仅仅是实例且并不意图是限制性的。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或第二特征上形成可包含第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，且还可包含可在第一特征与第二特征之间形成额外特征以使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本公开可在各种实例中重复附图标记和/或字母。此重复是出于简单和清楚的目的，且本身并不规定所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
此外，为易于描述，本文中可使用如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”以及类似术语的空间相对术语来描述如图中所示出的一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系。除图中所描绘的定向以外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词可同样相应地进行解译。
参考图1，用于半导体元件制造设备中的非限制说明性机器人晶圆装卸系统或其部分包含转移工具1，所述转移工具1用于将半导体晶圆转移到实验台工具2。举例来说，实验台工具可包括湿式实验台、刻蚀台、沉积台(例如真空蒸镀系统等等)，或更一般来说用于半导体元件制造设备中的任何类型的实验台工具。转移工具1包含机器人3，所述机器人3用于将晶圆载体或晶圆舱4转移到实验台工具2的装载端口5。
继续参考图1且进一步参考图2(a)和图2(b)，晶圆载体或晶圆舱4设计成(例如大小及外型设计成)经由舱体12中的合适的门(图2(a)中未示出)来接收半导体晶圆盒10。晶圆载体或或晶圆舱4具有包含底部14的舱体12。舱体12大小设定成接收晶圆盒10。应注意，图2(a)以虚线示出舱体12以显露设置在晶圆载体4内部的晶圆盒10。情况可能是这样(即舱体12可包括透明或半透明材料，如透明或半透明塑料材料)，或可替代地，舱体12可由不透明材料(如金属)制成。此外，虽然说明性晶圆载体或晶圆舱4具有立方体或长方体的几何形状，但晶圆载体或晶圆舱可具有其它几何形状，例如圆柱体形状，其中所述形状被选择成适合于装载端口5。图2(b)以平面视图示出舱体12的底部14。如所见，底部14包含孔20(即在说明性实施例中为三个孔20)，但孔的数量可以是一、二、三、四或大于四。如将描述，孔20用于将晶圆载体或晶圆舱4横向对准(即在底部14的平面中对准)于装载端口5中；为此目的，具有至少三个孔20可有益于提供相对于以下中的每一个的横向对准：正交平移方向(例如x方向和y方向)和晶圆载体或晶圆舱4的旋转。如图2(b)中所见，每一孔具有直径D，且孔20以横向图案布置在舱体12的底部14上。虽然绘示具有直径D的圆形孔20，但考虑孔具有其它横截面，例如正方形孔、六边形孔等等。此外，虽然说明性孔20是穿孔，但其可替代地是盲孔。
返回参考图1，装载端口5包含对准引脚22(如图1的绘示装载端口5的简图的插图A中所绘示)，所述对准引脚22以与所述晶圆载体或晶圆舱4的舱体12的底部14中的孔20相同的横向图案来布置，且存在对应于每一孔的对准引脚。对准引脚22大小设定成适合于孔20。如果底部14中的孔是盲孔，那么对准引脚22的高度适当地小于盲孔的深度。对准引脚22因此配置成匹配到舱体12的底部的孔20中，以将晶圆载体或晶圆舱4精确地横向定位于装载端口5中，从而确保晶圆载体或晶圆舱4在装载端口5中的恰当横向定位，以用于使用实验台工具2的晶圆装卸硬件(例如机器人晶圆装卸硬件，一种从晶圆盒10手动检索晶圆的孔口等等，未示出)来存取晶圆盒10的半导体晶圆。
一些半导体元件制造设备布局提供用于在设备的各种实验台工具之间传送晶圆载体的高架无人搬运(overhead hoist transport；OHT)系统。在此布置中，图1中所绘示的转移工具1可以是总OHT系统的一个部分，且机器人3可经由OHT在实验台工具之间横向移动，以使半导体晶圆盒在执行元件制造过程的各种装卸步骤的各种实验台工具之间移动。在每一实验台工具2处，转移工具1提供机器人3和所携载晶圆载体或晶圆舱4的横向移动L，以使晶圆载体或晶圆舱4与装载端口5横向对准(或更精确地，以使舱体12的底部14中的孔20与装载端口5的对准引脚22横向对准)。横向移动L以图解方式在图1中指示，且可包含晶圆载体或晶圆舱4例如在正交x方向和y方向上的平移，且可选地还包含晶圆载体或晶圆舱4的旋转。转移工具1还提供机器人3和所携载晶圆载体或晶圆舱4的竖直移动V，以使横向对准的晶圆载体或晶圆舱4降低到装载端口5中；且随后使晶圆载体或晶圆舱4从装载端口5向外升高以用于经由OHT传送到制程的下一实验台工具。尽管未描述或示出，但机器人3可具有其它自由度和/或功能性，如具有夹持装置，所述夹持装置可激活以夹持且拾取晶圆载体或晶圆舱4以用于传送到装载端口5，且可去激活以释放晶圆载体或晶圆舱4，例如一旦所述夹持装置定位于装载端口5中。
为使操作自动化，机器人3通常包含控制机器人的操作的机器人控制器30，例如以在适当时间执行晶圆载体或晶圆舱拾取和释放操作，以在装载端口5正上方移动晶圆载体或晶圆舱4，且接着使晶圆载体或晶圆舱4降低到装载端口5中等等。机器人控制器30可例如包括被编程为控制机器人3的微处理器或微控制器。机器人控制器30可例如集成到转移工具1中。值得注意地，执行校准过程以确定机器人3与装载端口5的正确横向对准，以在装载端口5正上方将晶圆载体或晶圆舱4精确地放置成与装载端口5横向对准(或更精确地，以将舱体12的底部14中的孔20与装载端口5的对准引脚22对准)。横向对准可例如由提供此直接高架定位的横向移动L的坐标值来指定，例如坐标值可包含x坐标值、y坐标值，且可选地，如果机器人3可使晶圆载体或晶圆舱4绕图1中所指示的纵轴AV旋转，那么坐标值还包含旋转角值。横向对准通过视觉观测和对横向移动L的调整来适当确定，且接着存储在机器人配置存储器32中。机器人配置存储器32可例如为CMOS存储器、闪速(FLASH)存储器等，且可选地可与机器人控制器30集成，例如作为机器人控制器30的存储器。
继续参考图1和图2且进一步参考图3，用于执行校准以确定机器人3与装载端口5的横向对准的方法以图解方式绘示在图3中。在初始操作(未示出)中，机器人3拾取晶圆载体或晶圆舱4。对于校准，这可以使用或不使用装载晶圆盒10来进行。在操作S1中，机器人3由控制器30操作以在装载端口5上方使用其横向移动L移动晶圆载体或晶圆舱4。将了解，晶圆载体或晶圆舱4在此操作S1中的横向位置与尚未校准的横向对准近似。操作S1可以是自动化的，或可由人类操作员使用与机器人控制器30连接的手持式控制器34半手动地执行。举例来说，在一个非限制实例中，手持式控制器可具有按钮，可按压所述按钮以在+x方向上或在-x方向上或在正交+y方向上或在-y方向上或其各种组合移动机器人3。在操作S2中，操作机器人以使晶圆载体朝下降低到极为接近于装载端口5。这同样可以是自动化操作，或可由人类操作员使用手持式控制器34例如通过按压按钮以朝下移动机器人而半手动地进行。
操作S2应使晶圆载体或晶圆舱4降低到足够接近于装载端口5的位置，以供人类操作员执行操作S3，其中操作员在视觉上观测舱体12的底部14中的孔20与装载端口5的对准引脚22的横向对准(或在此阶段处，更有可能未横向对准)。然而，将了解，此视觉观测S3可具有挑战性，且可涉及关于操作S2将舱体12的底部14放置成与装载端口5接近的程度的权衡。由于孔20与对准引脚22之间具有较大的距离，如果舱体12的底部14离装载端口5太远，那么操作员将难以在视觉上评估横向未对准的情况。另一方面，如果舱体12的底部14太接近于装载端口5，那么晶圆载体或晶圆舱4可能部分或完全阻挡观测者的视野，以使得孔20和/或对准引脚22可能不可观测。因此，尽管图3中未示出，但操作员也可将操作S2和操作S3重复多次以获得舱体12的底部14与装载端口5的良好相对定位，以在操作S3中最好地执行未对准的视觉观测。然而，将了解，在操作S3中对横向(未)对准的视觉评估较困难，且易于出现一定人为误差。
在操作S4中(且假设在操作S3中观测到横向未对准的状况)，操作员使用手持式控制器34来操作机器人3以减小舱体12的底部14中的孔20与装载端口5的对准引脚22之间的横向未对准情况。这基于在操作S3中对未对准的视觉观测来进行。在决定S5中，操作员所采取的决定在于操作S4中进行调整之后的横向对准情况是否令人满意。如果不满意，那么返回到操作S3的流程，其中操作员在调整之后重新评估未对准情况，且再次使用手持式控制器34操作机器人3以按照操作S4减小所观测的横向未对准情况，且再次关于横向对准情况现在是否令人满意作出决定S5。操作S3、S4以及S5可在人类操作员在操作决定S5处满意之前重复多次。另外，在此半手动过程中的某一时刻处，操作员可选择回到操作S2以调整舱体12的底部14与装载端口5之间的分隔距离以提高横向未对准状况的可见度。此外，为辅助关于横向对准情况是否令人满意作出决定S5，人类操作员可操作手持式控制器34以使晶圆载体或晶圆舱4一直向下降低到装载端口5中，以通过在视觉上观测晶圆载体或晶圆舱4恰当地安放到装载端口5中来确认是否正确地横向对准。
当操作员在横向对准情况是否令人满意的决定S5处选择为满意时，在操作S6中，将横向对准情况存储在机器人配置存储器32中。这可以按不同方式来进行，如由操作员按压手持式控制器34上的按钮以将机器人3的当前横向位置存储为机器人与装载端口的横向对准目标。
将了解，上文所阐述的非限制说明性校准过程的细节可变化。举例来说，手持式控制器34可由转移工具1的壳体上的按钮替换，或可由运行手动机器人控制器应用程序(“app”)的手机替换等等。不管这类细节，校准过程是包含操作S3的手动程序，其中人类操作员在视觉上评估横向未对准，且接着以重复方式基于此所观测的未对准来调整位置。这易于出现人为误差，这是因为人类操作员必须在脑力上处理舱体12的底部14中的孔20与装载端口5的对准引脚22之间的竖直空间分隔距离。此分隔距离不能通过操作S2减小太多，因为在某一时刻，舱体12的底部14开始进入装载端口5中，且从视野上变为由装载端口5遮挡。因此，图3的校准过程或其使用不同手持式控制器装置的变化形式等等较繁重且困难。
此外，图3的校准过程用于单一装载端口5。如先前所指出，转移工具1可仅仅是总高架无人搬运(OHT)系统的一个部分，所述总高架无人搬运系统可包含许多这类转移工具，一个转移工具用于在半导体元件制造过程中使用的每一实验台工具。针对OHT系统上的每一装载端口重复图3的校准过程，且在移动或另外以需要重新校准的方式修改实验台工具的任何时间重复所述校准过程。在这点上，应注意，可存在可供用于通过半导体元件制造制程生产线来传送晶圆盒10的晶圆载体或晶圆舱4的多个实例，以最大化产出量。举例来说，如果以有序序列的实验台工具1号、实验台工具2号、实验台工具3号、实验台工具4号、实验台工具5号...执行制程生产线，那么一个晶圆载体或晶圆舱4可将晶圆盒携载到实验台工具1号，而另一晶圆载体或晶圆舱4可将晶圆盒从实验台工具3号携载到实验台工具4号等等，其中各种晶圆盒的半导体晶圆在制程生产线的不同阶段处。晶圆载体或晶圆舱4的多个实例预期是可替代的，即舱体12和其各种实例的底部14的尺寸应相同或充分类似，以使得图3的使用晶圆载体或晶圆舱4的一个实例所执行的横向对准校准还将用以横向对准晶圆载体或晶圆舱4的任何其它实例。
作为另一困难，由于校准是由人类操作员在视觉上评估，因此所存储的横向对准易于出现人为误差。如果误差足够大，那么有可能产生如晶圆载体或晶圆舱在装载端口中卡住，或在装载端口中以可导致半导体晶圆盒或从晶圆盒检索的个别半导体晶圆损坏的方式错位的问题。
前述困难中的一些有可能通过使校准过程自动化，例如通过使用集成到装载端口中的机器视觉系统以在晶圆载体或晶圆舱通过机器人降低到装载端口中时自动对准晶圆载体或晶圆舱来补救。然而，这类修改将是昂贵的。另外，一些半导体元件制造设备可包含从不同供应商购买或租用的实验台工具，仅一些供应商可提供校准过程的这类自动化。
参考图4、图5以及图6，如本文中所公开，前述困难借助于提供辅助校准机器人3的校准舱40以及用于使用校准舱40来进行横向对准校准的方法来补救，如下文中参考图8所描述。图4绘示在如已参考图1所描述的用于将半导体晶圆转移到实验台工具2的转移工具1的情形下的校准舱40，其中转移工具1同样包含机器人3，且实验台工具2同样包含装载端口5，如已参考图1所描述。校准舱40在图5(a)中以图解侧视图绘示，其中图5(b)以图解方式绘示图5(a)中所指示的部分V-V。图6以图解方式绘示校准舱40的透视图。
校准舱40包含具有底部44的舱体42。在一些实施例中，舱体42与用于传送半导体晶圆盒10的晶圆载体或晶圆舱4的舱体12相同。实际上，在一些实施例中，如下文中参考图7所描述，通过修改晶圆载体或晶圆舱4的实例来制造校准舱40。如果校准舱40的舱体42不与晶圆载体或晶圆舱4的舱体12相同，那么校准舱40的舱体44应具有与晶圆载体或晶圆舱4的舱体12充足的类似性，以使得所述舱体44可被拾起且由机器人3以与晶圆载体或晶圆舱4相同的方式进行处理。
校准舱40更包含设置在舱体42的底部44上的至少一个激光50，且在说明性实施例中三个激光50。如图4中最佳可见，激光50定位成从校准舱40发射激光束52。在一些实施例中，激光50发射可见光，例如发射具有在400纳米与700纳米之间的波长的激光束52。借助于非限制说明，发射可见光的激光50可以是发射红光的氦-氖(helium-neon；HeNe)激光或红外线(infrared；IR)二极管激光模块，所述红外线二极管激光模块输出处于绿色或蓝色或其它波长范围内的IR泵浦倍频可见光。这类激光有时用作激光指针或激光笔。在一些实施例中，激光50是半导体二极管激光，所述半导体二极管激光可选地具有用于塑形窄光束宽度激光束的光学件。这些仅仅是说明性实例。
对于图4中所绘示的顶装式装载端口5，当校准舱40由机器人3携载在装载端口5上方的位置中时，激光50将激光束52从校准舱40朝下发射到装载端口5上。为使得校准舱40能够自行操作，将电源模块54适当地设置在校准舱40中或校准舱40上。在说明性实施例中，电源模块54设置在舱体42内部，且安装到舱体42的底部44，所述舱体42为输出大量电功率的电源模块54提供壳体。如图5中所绘示，电源模块54的尺寸x-y应足够小以使其适配由激光50所环绕的底部44上的空间。然而，这仅仅是说明性实例，且更一般来说，电源模块54可安装在舱体42内部的任何位置，或可安装在舱体42的外部上，只要其具有不干扰机器人3拾取和装卸校准舱40的能力即可。电源模块54可包含密封电池，或可包含用于容纳可更换电池的电池座以提供用于驱动激光50的电功率。电源模块54可另外包含功率调节电子装置，所述功率调节电子装置用于调节来自电池的电功率以驱动激光50，且在存在两个或大于两个激光50(例如在说明性实例中三个激光50)的实施例中用于将所调节电功率分配到激光50。另外，电线(未示出)以可操作的方式连接激光50以从电源模块54接收所调节功率。在变化型实施例中，功率调节电路系统中的一些或全部可并入激光50中-在此变型实施例中，每一激光50是包含一体式功率调节电子装置的激光封装。将了解，图5(a)中针对激光50和电源模块54所指示的最大高度h应足够小以供这些组件可装进舱体42内部。
激光50以与装载端口5的对准引脚22相同的横向图案布置在校准舱40的底部44上(参见以图解方式绘示图4的装载端口5的视图的插图A，所述插图A与图1的插图A相同)。如果通过修改晶圆载体或晶圆舱4的实例来制造校准舱40，那么这易于通过将激光50安装到晶圆载体或晶圆舱4的由此修改的实例的舱体12的底部14的孔20中来实现-由于晶圆载体或晶圆舱4的舱体12的底部14的孔20具有与装载端口5的对准引脚相同的横向对准，因此安装在那些孔20中的激光50也将具有与装载端口5的对准引脚22相同的横向对准。此外，在一些实施例中，激光50定向成朝下笔直地发射激光束52。在这种情况下，当激光束52照射在装载端口5的相应对准引脚22上时，由机器人3所携载的校准舱40与装载端口5横向对准。
参考图7，描述适用于修改晶圆载体或晶圆舱4的实例以制造校准舱40的方法。在操作M1中，从晶圆载体或晶圆舱4卸载晶圆盒10。(如果已卸载晶圆载体或晶圆舱4的实例，那么适当省略操作M1)。在操作M2中，将激光50安装在晶圆载体或晶圆舱4的底部14的孔20中。这可以使用适用于特定激光50和孔20的直径以及底部14的结构性质的任何安装硬件来进行(例如底部14是否是金属、塑料等等)。在操作M3中，将电源模块54安装在晶圆载体或晶圆舱4中或晶圆载体或晶圆舱4上。这可以使用适用于紧固电源模块54的壳体且适合于底部14的结构性质的安装硬件来进行(例如底部14是否是金属、塑料等等)。在操作M4中，激光50与电源模块54电性连接以从电源模块54接收电功率。取决于不同的设计情况，操作M4可例如包含焊接连接线，或使用并入电缆中的连接件来附接功率电缆等等。当存在待连接的多个激光50(例如说明性三个激光50)时，操作M4还可包含提供功率分配器以将功率从电源模块54分配到激光50(例如对于说明性三个激光50，可适当使用三路功率分配器)。
最终，在可选操作M5中，执行激光50的光学对准。在一些实施例中，可省略操作M5-举例来说，如果晶圆载体或晶圆舱4的舱体设计成使得当晶圆载体或晶圆舱4由机器人3携载时，其底部14的平面精确地平行于底面，且用于将激光50安装在底部14的孔20中的安装硬件将具有光束52的激光定向成与底部14的平面正交，且激光50自身是商用预对准单元，那么可省略操作M5。然而，如果不满足这些条件中之一或多个，那么可使用对准螺钉或建置到大多数商用激光中的其它对准特征以光学方式来对准激光50。当晶圆载体或晶圆舱4由机器人3携载时，执行对准M5以确保激光束52的指向笔直朝下(即与重力矢量平行，或在底面是水平的情况下垂直于底面的平面)。此对准可使用各种方法。在一种方法中，如果机器人3能够使晶圆载体或晶圆舱4绕其轴AV(参见图1)旋转，那么当激光束由于机器人使晶圆载体或晶圆舱4绕轴AV旋转而未在底面或其它水平表面上显示圆形的轨迹时，可适当地以光学方式来对准激光。可使用其它方法来进行光学对准操作M5，如使用简单的铅垂线以定义“笔直向下”。图7的制造过程的结果是校准舱40准备好用于校准机器人3相对于装载端口5的横向对准。
参考图8，描述使用校准舱40的横向对准校准方法。将此横向校准方法与图3的使用不具有图7的修改的晶圆载体或晶圆舱4的横向校准方法进行有效比较，以示出图8的采用校准舱40的横向校准方法的益处。除在图8的方法的操作S10中拾起且在装载端口5上方移动校准舱40(而非如图3的方法中的晶圆载体或晶圆舱4)之外，图8的方法的操作S10对应于技术方案3的方法的操作S1。图8的方法不包含对应于图3的方法的操作S2的操作，其中机器人使晶圆载体朝下降低到与装载端口接近。这是因为激光50提供指向朝正下方的对准激光束52，从而消除对人类操作员试图在视觉上评估晶圆载体处的特征(即孔20)与装载端口5的对准引脚22的对准的需要。在变型的方法中，图8的方法可包含类似于操作S2的操作(未示出)，但所述操作仅使校准舱40部分地降低但并不降低到接近于装载端口5。在任一情况下，由于校准舱40不接近于装载端口5，因此人类操作员具有不受校准舱40阻挡的装载端口5的良好视野。
在操作S13中，操作员在视觉上观测通过使激光束52照射到装载端口5上而产生于装载端口5上的激光束样点52S(参见图4)。此操作略微类似于图3的方法的操作S3。然而，在操作S13中，由于激光束样点52S在装载端口5以及靶向对准引脚22上，因此人类操作员更容易观测到机器人3与装载端口5的横向未对准情况。因为激光束52指向正下方，且激光源50设置在待与装载端口5的对准引脚22对准的相同开口20中，因此如果机器人3与装载端口5正确地横向对准，那么激光束样点52S将在对准引脚22上产生。因此，激光束样点52S与装载端口5的对准引脚22之间的任何偏移归因于横向未对准的情况。举例来说，图4绘示激光束样点52S轻微偏移到对准引脚22的左侧，这表示轻微的横向未对准情况。
此外，因为在图8的方法中，校准舱40可定位于比图3的方法中的晶圆载体4更高的海拔处以便不遮挡装载端口5的视野-相比之下，在图3的方法中，晶圆载体4极为接近于装载端口5以使得能够对孔20与对准引脚22的横向位置进行视觉比较，且因此可能遮挡装载端口5的视野，所以使人类操作员辅助执行操作S13的横向未对准观测。
继续参考图8，在操作S14中，人类操作员使用手持式控制器34来操作机器人3以横向移动校准舱40，直到激光束样点52S与装载端口5的对准引脚22重合。此操作略微类似于图3的方法的操作S4。然而，在图8的使用校准舱40的方法中，人类操作员可通过注视装载端口5而同时看见对准引脚22和激光束样点52S两者。因为这一点，不需要重复调整图3的对准方法。实际上，人类操作员可通过注视装载端口5而直接在视觉上实时观测激光束样点52S相对于对准引脚22的移动，且可易于将激光束样点52S定位到对准引脚22上。对于图4的实例，这将需要人类操作员将机器人3轻微横向移动到右侧以将激光束样点52S引到对准引脚22上。(这假定在图4中在“向页面中或向页面外”的正交横向方向上没有未对准-如果在此正交横向方向上存在未对准，那么人类操作员便可易于将其观测为激光束样点52S相对于对准引脚22在那一正交方向上的偏移，且可类似地校正在正交横向方向上的横向未对准)。当激光束样点52S与对准引脚22重合时，机器人3与装载端口5横向对准，且在操作S16中，以与图3的方法的操作S6类似的方式将机器人3与装载端口5的此横向对准存储在机器人配置存储器32中。
在具有用于多个实验台工具的多个转移工具的高架无人搬运(OHT)系统的情况下，图8的横向对准校准方法具有其它优点。在这种情况下，不修改装载端口中的任一个，且机器人3可经由OHT从一个装载端口传送到另一个，且用于校正机器人3针对OHT系统上的每一装载端口的横向对准。由于可使用单一校准舱40来进行多个装载端口的横向对准校准，因而这使多个装载端口的横向对准校准较快，且额外成本较低。
在前述实例中，激光50发射可见光，例如激光50发射具有在400纳米与700纳米之间的波长的激光束52。在这种情况下，人类操作员可在视觉上看见装载端口5上的激光束样点52S，且图8的横向对准方法例如通过手动操作手持式控制器34而半手动地执行以移动激光束样点52S。此外，在前述实例中，激光50安装在相同孔20中，当晶圆载体4由机器人3装载至装载端口5中时，对准引脚22接合到所述孔20中。在此布置中，机器人3与装载端口5之间的适当地横向对准可在激光束样点52S与对准引脚22对准时实现。因此，对准引脚22作为装载端口的与激光束52欲对准时的特征。
在一些情况下，可能并不需要使用对准引脚22作为装载端口5的与激光束52对准的特征来确定是否已适当地横向对准。在一些可能的情况下，如果对准引脚22较尖和/或由高度反射金属制成，那么当所述激光束样点52S在对准引脚22正上方时，由于来自高度反射的尖引脚22所产生的光散射，人类操作员可能难以看见激光束样点52S。如果激光束52较亮，那么这甚至可能使人类操作员在视觉上感觉不适。(优选地，激光50具有足以不产生眼部损害的低光学输出功率。举例来说，激光50可以是1类激光，或发射低于1毫瓦的可见光的2类激光)。
参考图9，在变化型实施例中，专用对准特征60设置在装载端口5上。图9绘示装载端口5的视图(类似于图1和图4的插图A)。图9以其横向图案描绘对准引脚22以及专用对准特征60。专用对准特征60具有与对准引脚22相同的横向图案，但相对于如图9中的Δx所指示的对准引脚具有横向偏移。对准特征60可以是例如贴纸、装载端口5的平坦表面中的雕刻或所述平坦表面上的凸起部，或一些其它类型的视觉可感知标记。在此变化型实施例中，除了两个变化之外，如已描述来执行图8的方法。首先，在操作S14中，指示人类操作员操作机器人3以移动校准舱40，以将激光束样点52S定位到专用对准特征60上而非对准引脚22上。其次，在操作S16中，针对专用对准特征60与对准引脚22之间的偏移Δx来校正所存储的横向对准。在图9的说明性实例中，由于对准特征60以偏移距离Δx在对准引脚22的右侧，因此供存储的机器人3与装载端口5的正确横向对准是通过当激光束样点52S与特征60重合时由机器人3的x坐标减去偏移距离Δx而获得。应注意，所述偏移可具有在x坐标方向和y坐标方向两者上的分量，在此情况下，针对y坐标执行类似校正。
继续参考图9，在另一所考虑实施例中，专用对准特征60可以是具有与多个激光50的横向图案相同的横向图案的光学检测器60。此处，当多个光学检测器中的相应光学检测器60检测到多个激光50的激光束52时，机器人3与装载端口5横向对准。在此情况下，机器人3与装载端口5的横向对准情况可通过以下操作来确定：操作机器人以延行横向光栅图案直到光学检测器60检测到激光束，从而确定是否横向对准。再次，针对偏移Δx来适当校正所存储的横向对准。有利地，与图8的方法相比，此对准可以更自动化的方式来进行，如用机器人3的自动化横向光栅化(即二维横向扫描)替换图8的方法的手动操作S14。对于自动化，将光学检测器60的输出适当馈送到机器人控制器30中，因此机器人控制器30可检测何时检测到激光束样点52S。由于在此实施例中，光学检测器60检测激光束52，而非在视觉上检测激光束，因而经审慎考虑，针对此实施例使用发射超出可见范围的光的激光，例如激光束52可在低于400纳米或高于700纳米的波长下。
在前述实施例中的任一个中，且返回参考图1，在校准机器人3之后，机器人3可接着用于通过以下操作将晶圆载体或晶圆舱4装载到装载端口5中：使用机器人3拾取晶圆载体或晶圆舱4，从机器人配置存储器32检索是否已横向对准，且将机器人3移动到从机器人配置存储器32检索的横向对准目标。在晶圆载体或晶圆舱4已横向对准的情况下，机器人3可接着朝下以竖直运动V移动以将晶圆载体或晶圆舱4定位到装载端口5中，其中晶圆载体或晶圆舱4横向对准，以使得装载端口5的对准引脚22匹配到晶圆载体或晶圆舱4的舱体12的底部14的孔20中。晶圆盒10中的半导体晶圆可接着转移到实验台工具2。
在下文中，描述一些其它实施例。
在非限制说明性实施例中，公开一种用于校准机器人晶圆舱装卸设备的校准舱。校准舱包含：舱体，配置成用于通过机器人舱装卸设备来处理；至少一个激光，设置在舱体的底部上；以及电源模块，设置在舱体上或舱体中，且可操作地连接以对至少一个激光供电。在一些实施例中，所述舱体包括配置成携载半导体晶圆盒的晶圆载体，所述晶圆载体具有带有多个孔的底部，以用于在半导体元件制造设备的装载端口中对准放置所述晶圆载体，且所述至少一个激光包括对应于所述晶圆载体的所述底部中的所述多个孔的多个激光，且每一激光安装在所述晶圆载体的所述底部的相应孔中。在一些实施例中，所述多个激光中的所述激光定向成在所述校准舱在所述装载端口上方时从所述舱体的所述底部朝向所述装载端口输出光。在一些实施例中，所述电源模块设置在所述舱体的所述底部上。在一些实施例中，所述多个激光中的所述激光发射可见光。在一些实施例中，所述至少一个激光包括发射可见光的多个激光，且通过修改晶圆载体来制造所述校准舱，所述晶圆载体配置成携载半导体晶圆盒且配置成用于通过所述机器人舱装卸设备来处理，所述修改包含：将所述激光安装在所述晶圆载体的底部中的孔中；将所述电源模块安装在所述晶圆载体的所述底部上；以及将所述激光连接到所述电源模块。
在非限制说明性实施例中，公开一种用于校准机器人晶圆舱装卸设备的校准舱。校准舱包含：舱体，配置成用于通过机器人舱装卸设备来处理；至少一个激光，设置在舱体的底部上；以及电源模块，设置在舱体上或舱体中，且可操作地连接以对至少一个激光供电。舱体包括配置成携载半导体晶圆盒的晶圆载体，所述晶圆载体具有带有多个孔的底部，以用于在半导体元件制造设备的装载端口中对准放置晶圆载体，且至少一个激光包括对应于晶圆载体的底部中的多个孔的多个激光，且每一激光安装在晶圆载体的底部的相应孔中。
在非限制说明性实施例中，机器人晶圆装卸设备包含半导体元件制造设备的装载端口、配置成将相关联的晶圆载体装载于装载端口中的机器人，以及校准舱。装载端口具有带有横向图案的多个对准引脚。相关联的晶圆载体配置成携载半导体晶圆盒，且具有带有多个孔的底部，所述多个孔具有与装载端口的对准引脚相同的横向图案。校准舱配置成用于通过机器人来处理，且包含具有底部的舱体和多个激光，所述多个激光设置在舱体的底部上，且从校准舱发射激光束。
在非限制说明性实施例中，机器人晶圆装卸设备包含半导体元件制造设备的装载端口、配置成将相关联的晶圆载体装载于装载端口中的机器人，以及校准舱。装载端口具有带有横向图案的多个对准引脚。相关联的晶圆载体配置成携载半导体晶圆盒，且具有带有多个孔的底部，所述多个孔具有与装载端口的对准引脚相同的横向图案。校准舱配置成用于通过机器人来处理，且包含具有底部的舱体和多个激光，所述多个激光设置在舱体的底部上，且从校准舱发射激光束。激光以与装载端口的对准引脚相同的横向图案设置在舱体的底部上。当激光束与装载端口的对准引脚对准时，机器人与装载端口横向对准。机器人晶圆装卸设备更包含机器人配置存储器以用于存储机器人与装载端口的横向对准。在一些实施例中，所述激光以与所述装载端口的所述对准引脚相同的横向图案设置在所述舱体的所述底部上，当所述激光束与所述装载端口的所述对准引脚对准时，所述机器人与所述装载端口横向对准，且所述机器人晶圆装卸设备更包含机器人配置存储器以用于存储所述机器人与所述装载端口的所述横向对准。在一些实施例中，所述校准舱包括所述相关联的晶圆载体的实例，所述实例通过将所述多个激光中的所述激光安装在所述相关联的晶圆载体的所述实例的所述底部中的所述多个孔中的相应孔中来进行修改。在一些实施例中，所述相关联的晶圆载体的所述实例进一步通过以下操作来修改：将电源模块设置在所述相关联的晶圆载体的所述实例上或所述实例中，以及连接所述电源模块以对所述多个激光中的所述激光供电。在一些实施例中，所述校准舱的外型及大小设计成与所述相关联的晶圆载体相同。在一些实施例中，所述多个激光中的所述激光发射具有在400纳米与700纳米之间的波长的激光束。在一些实施例中，所述多个激光中的所述激光以横向图案设置在所述舱体的所述底部上；所述装载端口包含多个光学检测器，所述多个光学检测器具有与所述多个激光的所述横向图案相同的横向图案；且当所述多个激光的所述激光束由所述多个光学检测器中的相应光学检测器检测到时，所述机器人与所述装载端口横向对准；且所述机器人晶圆装卸设备更包含机器人配置存储器以用于存储所述机器人与所述装载端口的所述横向对准。
在非限制说明性实施例中，公开一种校准机器人的方法，所述机器人配置成将晶圆载体装载于半导体元件制造设备的装载端口中。在所述方法中，操作机器人以在装载端口上方移动校准舱，以使得校准舱的多个激光将激光束从校准舱朝下输出到装载端口上。通过操作机器人以调整校准舱的横向位置以使激光束与装载端口的对应特征对准来确定机器人相对于装载端口的横向对准。将所确定横向对准存储在机器人配置存储器中。在一些实施例中，所述装载端口的与所述激光束对准的所述特征包括所述装载端口的晶圆载体对准引脚。在一些实施例中，所述激光束具有在400纳米与700纳米之间的波长。在一些实施例中，所述方法更包括：由晶圆载体建构所述校准舱，所述晶圆载体配置成由所述机器人装载于所述装载端口中，所述建构包含将所述多个激光中的所述激光插入到所述晶圆载体的底部中的孔中。在一些实施例中，所述建构更包含将电源模块安装在所述晶圆载体中或所述晶圆载体上，以及连接所述电源模块以对所述多个激光中的所述激光供电。在一些实施例中，所述装载端口的与所述激光束对准的所述特征包括所述装载端口的光学检测器，且所述机器人的所述横向对准的所述确定包含：操作所述机器人以延行横向光栅图案直到所述光学检测器检测到所述激光束，从而确定所述横向对准。在一些实施例中，所述方法更包括：在校准所述机器人之后，使用所述机器人将所述晶圆载体装载到所述装载端口中包含使用所述机器人拾取所述晶圆载体，从所述机器人配置存储器检索所述横向对准，以及将所述机器人移动到从所述机器人配置存储器检索到的所述横向对准。
在非限制说明性实施例中，公开一种校准机器人的方法，所述机器人配置成将晶圆载体装载于半导体元件制造设备的装载端口中。在所述方法中，操作机器人以在装载端口上方移动校准舱，以使得校准舱的多个激光将激光束从校准舱朝下输出到装载端口上。通过操作机器人以调整校准舱的横向位置以使具有在400纳米与700纳米之间的波长的激光束与装载端口的对应特征对准来确定机器人相对于装载端口的横向对准。将所确定横向对准存储在机器人配置存储器中。在一些实施例中，装载端口的与激光束对准的对应特征包括装载端口的晶圆载体对准引脚。
在非限制说明性实施例中，公开一种将晶圆载体装载到半导体元件制造设备的装载端口中的方法。通过执行一种方法相对于装载端口来校准机器人，所述方法包含：操作机器人以在装载端口上方移动校准舱，以使得校准舱的多个激光将激光束从校准舱朝下输出到装载端口上；通过操作机器人以调整校准舱的横向位置以使激光束与装载端口的对应特征对准来确定机器人相对于装载端口的横向对准目标；以及将所确定的横向对准目标存储在机器人配置存储器中。在校准机器人之后，使用机器人将晶圆载体装载到装载端口中包含使用机器人拾取晶圆载体，从机器人配置存储器检索横向对准目标，以及将机器人移动到从机器人配置存储器检索到的横向对准目标。
前文概述若干实施例的特征以使得所属领域的技术人员可以更好地理解本公开的各方面。所属领域的技术人员应了解，其可易于使用本公开作为设计或修改用于实施本文中所引入实施例的相同目的和/或实现相同优点的其它过程和结构的基础。所属领域的技术人员还应认识到，这类等效构造不脱离本公开的精神和范围，且所属领域的技术人员可在不脱离本公开的精神和范围的情况下在本文中作出各种改变、替代以及更改。

Claims (10)

1.一种用于校准机器人晶圆载体装卸设备的校准舱，所述校准舱包括：
舱体，配置成用于通过所述机器人晶圆舱装卸设备来处理；
至少一个激光，设置在所述舱体的底部上；以及
电源模块，设置在所述舱体上或所述舱体中，且可操作地连接以对所述至少一个激光供电。
2.根据权利要求1所述的用于校准机器人晶圆载体装卸设备的校准舱，其中：
所述舱体包括配置成携载半导体晶圆盒的晶圆载体，所述晶圆载体具有带有多个孔的底部，以用于在半导体元件制造设备的装载端口中对准放置所述晶圆载体，且
所述至少一个激光包括对应于所述晶圆载体的所述底部中的所述多个孔的多个激光，且每一激光安装在所述晶圆载体的所述底部的相应孔中。
3.根据权利要求2所述的用于校准机器人晶圆载体装卸设备的校准舱，其中所述多个激光中的所述激光定向成在所述校准舱在所述装载端口上方时从所述舱体的所述底部朝向所述装载端口输出光。
4.根据权利要求2所述的用于校准机器人晶圆载体装卸设备的校准舱，其中所述多个激光中的所述激光发射可见光。
5.根据权利要求1所述的用于校准机器人晶圆载体装卸设备的校准舱，其中所述至少一个激光包括发射可见光的多个激光，且通过修改晶圆载体来制造所述校准舱，所述晶圆载体配置成携载半导体晶圆盒且配置成用于通过所述机器人舱装卸设备来处理，所述修改包含：
将所述激光安装在所述晶圆载体的底部中的孔中；
将所述电源模块安装在所述晶圆载体的所述底部上；以及
将所述激光连接到所述电源模块。
6.一种机器人晶圆载体装卸设备，包括：
半导体元件制造设备的装载端口，所述装载端口具有带有横向图案的多个对准引脚；
机器人，配置成将相关联的晶圆载体装载于所述装载端口中，所述相关联的晶圆载体配置成携载半导体晶圆盒，且具有带有多个孔的底部，所述多个孔具有与所述装载端口的所述对准引脚相同的横向图案；以及
校准舱，配置成用于通过所述机器人来处理，且包含具有底部的舱体和多个激光，所述多个激光设置在所述舱体的所述底部上，且从所述校准舱发射激光束。
7.根据权利要求6所述的机器人晶圆载体装卸设备，其中：
所述激光以与所述装载端口的所述对准引脚相同的横向图案设置在所述舱体的所述底部上，
当所述激光束与所述装载端口的所述对准引脚对准时，所述机器人与所述装载端口横向对准，且
所述机器人晶圆装卸设备更包含机器人配置存储器以用于存储所述机器人与所述装载端口的所述横向对准。
8.根据权利要求6所述的机器人晶圆载体装卸设备，其中：
所述多个激光中的所述激光以横向图案设置在所述舱体的所述底部上；
所述装载端口包含多个光学检测器，所述多个光学检测器具有与所述多个激光的所述横向图案相同的横向图案；且
当所述多个激光的所述激光束由所述多个光学检测器中的相应光学检测器检测到时，所述机器人与所述装载端口横向对准；且
所述机器人晶圆装卸设备更包含机器人配置存储器以用于存储所述机器人与所述装载端口的所述横向对准。
9.一种校准用于晶圆载体装卸的机器人的方法，所述机器人配置成于半导体元件制造设备的装载端口中装载晶圆载体，所述方法包括：
操作所述机器人以在所述装载端口上方移动校准舱，以使得所述校准舱的多个激光将激光束从所述校准舱朝下输出到所述装载端口上；
通过操作所述机器人以调整所述校准舱的横向位置以使所述激光束与所述装载端口的对应特征对准来确定所述机器人相对于所述装载端口的横向对准；以及
将所确定横向对准存储在机器人配置存储器中。
10.根据权利要求9所述的校准机器人的方法，更包括：
在校准所述机器人之后，使用所述机器人将所述晶圆载体装载到所述装载端口中包含使用所述机器人拾取所述晶圆载体，从所述机器人配置存储器检索所述横向对准，以及将所述机器人移动到从所述机器人配置存储器检索到的所述横向对准。
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