CN118263169A - 基板传送系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基板传送系统，所述基板传送系统能够精密调节基板的移动方向和位置，从而可以在为传送晶圆等基板而通过基板传送机器人将基板收纳到搬运容器或从搬运容器取出的过程中防止基板表面损伤。
Description
技术领域
本发明涉及一种基板传送系统，更具体地，涉及能够精密地测量和控制基板与基板传送机器人的手之间的间距、移动方向及位置的技术，即，通过提供能够精密地测量和数据化基板传送机器人的基板传送状态以稳定地传送半导体晶圆等基板的高精度定位技术，能够在为传送晶圆等基板而使用基板传送机器人将基板收纳到搬运容器(FOUP等)或从搬运容器中取出的过程中防止基板表面受损。
背景技术
在半导体产品的生产工艺中，要经过无数道工序才能制造出成品，并且，在执行半导体制造工艺的过程中，会产生数十万次的物流移动。
尤其，晶圆等基板采用将多个基板收纳到前开式晶圆传送盒(FOUP，frontopening unified pod)或前开式晶圆出货盒(FOSB，front opening shipping box)等搬运容器并通过空中走行式无人搬运车(OHT，Overhead Hoist Transfer)将搬运容器从任意端口(port)传送到目的端口(port)的物流传送系统。
通过基板传送机器人将特定端口的基板收纳到搬运容器或者从搬运容器中取出基板时，会导致基板表面损伤。
例如，当基板传送机器人的末端执行器(End Effector)上的基板放置位置、末端执行器的运动、搬运容器的基板放置槽上的基板放置位置等各种因素未被精密地调整时，可能会引起基板表面损伤。
对于通过超精细工艺来生产的半导体器件来说，这种基板表面的微细的损伤会直接导致产品缺陷，因此会造成整个半导体制造工艺良率下降的间题。
因此，需要进行更精密的测量和控制，以防止在晶圆等基板的传送过程中损伤基板表面。
为了解决这些问题，现有技术提出了使用专用夹具检测晶圆等基板是否放置在搬运容器内部的准确位置并由此校正传送机器人的操作(Manipulation)位置以测量准确位置的方法。然而，夹具环境与实际工艺环境可能存在差异，因此在检测出基板传送机器人的末端执行器在传送晶圆等基板过程中可能出现的误差原因方面存在局限性。即，应能够在尽可能接近实际工艺的环境中操作，然而，在动态运动过程中也需要观察误差时，现有技术存在局限性。
发明内容
技术问题
本发明为了解决如上所述的现有技术的问题而提出，目的在于提供一种在通过基板传送机器人从搬运容器中取出晶圆等基板或将晶圆等基板收纳到搬运容器的过程中检测基板或末端执行器的运动，并通过对其进行精密测量和控制来防止在传送基板时引起基板表面损伤的技术。
尤其，本发明的目的在于，解决在通过基板传送机器人将基板收纳到搬运容器或从搬运容器中取出基板时由于基板传送机器人的末端执行器上的基板放置位置、末端执行器的运动、搬运容器的基板放置槽上的基板放置位置等各种因素未被精密调节而导致基板表面损伤的问题。
进一步地，本发明的目的在于，解决由于通过超精细工艺来生产的半导体器件的基板表面的微小损伤而导致产品缺陷且造成整个半导体制造工艺良率下降的问题。
本发明的目的不限于上述内容，本发明的未提及的其他目的和优点可以通过下面的描述来理解。
技术方案
根据本发明的基板传送系统的一个实施例，所述基板传送系统可以包括：搬运容器，具有用于储存基板的内部空间；基板传送机器人，包括用于放置基板的末端执行器(EndEffector)，用于将基板收纳到所述搬运容器或从所述搬运容器中取出基板；测量单元，设置在所述搬运容器的内部空间的上侧或下侧，用于测量基板和所述末端执行器的运动；以及控制单元，基于所述测量单元的测量值控制所述基板传送机器人。
优选地，所述测量单元可以包括：至少两个摄像头，彼此隔开设置，用于拍摄基板或所述末端执行器的运动；以及测距传感器，用于测量与基板或所述末端执行器的距离。
作为示例，所述测量单元可以包括：第一摄像头，用于跟踪所述末端执行器的末端的运动；第二摄像头，用于跟踪基板的运动；以及激光测距传感器，用于测量在所述搬运容器的内部空间中的与基板或所述末端执行器隔开的距离和变化量。
进一步地，所述控制单元可以使用所述测量单元来测量通过所述基板传送机器人将与待传送基板对应的基准基板收纳到所述搬运容器的内部空间或从所述搬运容器中取出的运动，并且，获取关于所述末端执行器的位置和方向以及所述基准基板的位置和方向的三维传送坐标数据，并基于所述三维传送坐标数据来获取用于基板传送的示教数据。
作为示例，所述基准基板的表面设置有具有识别标识的多个标记，所述第一摄像头在所述基准基板即将被放置前获取所述末端执行器的末端的第一拍摄图像，所述第二摄像头获取设置在所述基准基板上的至少一个标记的第二拍摄图像，所述激光测距传感器在所述搬运容器的内部空间测量基板或所述末端执行器的高度和高度变化量，所述控制单元从所述第一拍摄图像中提取基于所述末端执行器的末端的ROI(感兴趣区域)，从所述第二拍摄图像中提取基于所述基准基板的标记的ROI，从而获取X轴和Y轴的传送坐标数据，并基于所述高度和高度变化量来获取Z轴的传送坐标数据，并且基于获取的传送坐标数据来收集用于基板传送的三维传送坐标数据。
作为示例，所述控制单元可以基于所收集的三维传送坐标数据计算出模型超平面(Hyper-plane)，并通过估计所述基准基板在模型超平面上的位置和方向来获取示教数据。
作为示例，所述控制单元可以从所述第一拍摄图像中提取特征点，并通过特征点之间的匹配来估计变换矩阵，通过对矩阵的坐标变换来确定所述基准基板与所述基准基板之间的几何关系，并基于所述几何关系获取示教数据。
有益效果
根据如上所述的本发明，能够在通过基板传送机器人从搬运容器中取出晶圆等基板或将晶圆等基板收纳到搬运容器的过程中检测并精密控制基板和末端执行器的运动，从而可以防止在传送基板时引起基板表面受损。
尤其，在通过基板传送机器人将基板收纳到搬运容器中或从搬运容器中取出基板时，通过精密测量和控制基板传送机器人的末端执行器上的基板放置位置、末端执行器的运动、搬运容器的基板放置槽上的基板放置位置等各种因素，能够稳定地传送基板而不损伤基板表面。
进一步地，通过解决经过超精细工艺来生产的半导体器件的基板表面由于微小损伤而产出大量次品的问题，能够提高整体工艺良率。
本发明的效果不限于上述效果，未提及的其他效果将通过以下记载而被本发明所属技术领域的普通技术人员清楚地理解。
附图说明
图1示出了本发明的基板传送系统的一个实施例的示意性结构图。
图2示出了本发明的设置在搬运容器中的测量单元的一个实施例。
图3示出了在本发明中通过基板传送机器人传送基板时利用测量单元测量基板和末端执行器的位置和方向的示例。
图4示出了本发明中为了获取示教数据而使用的基准基板和拍摄图像的ROI的示例。
图5和图6示出了在本发明的基板传送系统中通过估计基准基板的位置和方向来获取示教数据的示例。
图7和图8示出了在本发明的基板传送系统中通过估计末端执行器的位置和方向来获取示教数据的示例。
附图标记说明：
100：搬运容器； 111：内部空间；
113：插槽； 150：测量单元；
153：摄像头； 155：测距传感器；
200：基板传送机器人； 210：末端执行器；
400：基准基板；
401、401a、401b、401c、401d：标记。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的优选实施例，然而本发明不限于这些实施例。
为了描述本发明及本发明的操作上的优点和通过本发明的实施例所实现的目的，在下文中，将示出本发明的优选实施例并结合优选实施例来考察本发明。
首先，本申请中所使用的术语仅用于描述具体实施例，而非限制本发明，除非上下文另有明确规定，否则单数表述可以包括复数表述。此外，应当理解，在本申请中，诸如“包含”或“具有”等术语意在表示具有说明书中记载的特征、数字、步骤、操作、组件、配件或其组合，而不排除具有或添加至少一个其他特征、数字、步骤、操作、组件、配件或其组合的可能性。
在描述本发明时，如果对于相关的已知结构或功能的具体描述被认为是偏离本发明的主旨，则会省略其详细描述。
本发明提供一种能够精密测量和控制基板的移动方向和位置，从而可以在为传送晶圆等基板而通过基板传送机器人将基板收纳到搬运容器(FOUP等)或从搬运容器中取出的过程中防止基板表面受损的技术。
尤其，在本发明中，通过估计基准基板和末端执行器的位置和方向来获取三维传送坐标数据，并且基于所述三维传送坐标数据执行用于实际基板传送的示教，从而能够精密控制传送基板时的传送位置和方向。
图1示出了本发明的基板传送系统的一个实施例的示意性结构图。
基板传送系统可以包括搬运容器100、测量单元150、基板传送机器人200和控制单元300等。
搬运容器100可以储存晶圆等待传送基板，基板传送机器人200可以被驱动以将待传送基板收纳到搬运容器100或从搬运容器100中取出。此时，测量单元150可以测量基板W和基板传送机器人200的运动。
基板传送机器人200可以包括能够进行多级操作的臂220以及设置在臂220的端部用于放置基板W的末端执行器210。
基板传送机器人200可以通过臂220的操作将放置在末端执行器210上的基板W收纳到搬运容器100中，或者在将储存在搬运容器100中的基板W放置在末端执行器210的状态下取出。
控制单元300可以基于测量单元150的测量值来控制基板传送机器人200的动作。
尤其，控制单元300可以使用基准基板获取用于基板传送机器人200的操作的三维传送坐标数据，并且可以基于三维传送坐标数据执行用于基板传送的示教。
关于搬运容器100和测量单元150，图2示出了本发明的设置在搬运容器中的测量单元的一个实施例。
在本实施例中，通过例举前开式晶圆传送盒(FOUP)来描述搬运容器100，然而本发明不限于此，并且可以应用于传送各种搬运容器。
半导体制造工艺中使用的晶圆等具有由国际半导体产业协会(SEMI，Semiconductor Equipment and Materials International)规定的标准化尺寸，因此，诸如前开式晶圆传送盒(FOUP，front opening unified pod)和前开式晶圆出货盒(FOSB，front opening shipping box)等的搬运容器100的尺寸也可以根据要传送的晶圆尺寸相应地进行标准化。本发明理所当然地还可以应用于非标准化的搬运容器的搬运。
搬运容器100包括容器主体110和容器门(未图示)，容器主体110内设置有内部空间111，用于储存晶圆等搬运物。作为示例，可以在用于储存晶圆的搬运容器100的内部空间111的侧壁上设置多个插槽113，多个晶圆能够被依次插入并堆叠在所述多个插槽113中。容器主体110的前部可以通过容器门(未图示)打开或关闭。
这种搬运容器100可以通过空中走行式无人搬运车(OHT，Overhead HoistTransfer)等传送。
搬运容器100可以包括测量单元150，测量单元150可以设置在搬运容器100的内部空间111的下侧。根据情况，测量单元150也可以设置在搬运容器100的内部空间111的上侧或侧面。
测量单元150的主体151可以包括两个或更多个摄像头153和测距传感器155等。
摄像头153可以包括聚焦模块，所述聚焦模块包括拍摄镜头和用于调节聚焦的电机和控制器。
作为示例，第一摄像头153a可以设置为与基板传送机器人200的末端执行器的末端对应，并且通过拍摄末端执行器的末端来提供跟踪末端执行器的末端的运动的第一拍摄图像。
并且，第二摄像头153b可以设置为与基板的未被末端执行器遮盖的部分对应，并且通过拍摄基板来提供跟踪基板的运动的第二拍摄图像。
另外，测距传感器155可以测量与基板或末端执行器的距离，例如，通过应用激光测距传感器来测量在搬运容器100的内部空间111的与基板或末端执行器之间的隔开距离或变化量。
设置在测量单元150的摄像头153的数量和布置位置可以根据需要改变，测距传感器155的数量和布置位置也可以根据需要改变。
图3示出了在本发明中通过基板传送机器人传送基板时利用测量单元来测量基板和末端执行器的位置和方向的示例。
测量单元150的第一摄像头153a可以获取基板W即将被放置在末端执行器210之前的状态下的末端执行器210的端部211a和211b的第一拍摄图像。在本实施例中，测量单元150上设置有一个第一摄像头153a，用于获取末端执行器210的一个末端211a的第一拍摄图像，然而，可以设置两个第一摄像头以分别获取末端执行器210的两个末端211a和211b的第一拍摄图像。
另外，测量单元150的第二摄像头153b可以拍摄基板W即将被放置在末端执行器210的状态下未被末端执行器210遮盖的基板W部分，以获取基板W的第二拍摄图像。
并且，测量单元150的测距传感器155能够测量在搬运容器100的内部空间111的基板W放置在末端执行器210之前或在移动状态下的与基板或末端执行器隔开的距离和变化量。
在本发明中，可以通过这种测量装置150的配置来测量基板和末端执行器的运动以进行精密控制，即，可以通过在传送实际的待传送基板之前使用基准基板来获取用于基板传送的三维传送坐标数据并基于三维传送坐标数据进行示教。
图4示出了本发明中为了获取示教数据而使用的基准基板和拍摄图像的ROI的示例。
基准基板400具有与待传送基板相同的规格，并且可以被制造为具有低反射特性，以便恰当地执行光学测量。
可以在基准基板400的表面设置用于辨识的多个标记401。
多个标记401中的每一个在基准基板400上有确定的位置，因此可以通过标记401的识别标记来判断相应标记401在基准基板400上的位置。
基板传送机器人可以在传送基准基板400时通过第一摄像头获取末端执行器的末端的第一拍摄图像，并从第一拍摄图像提取基于末端执行器的末端的ROI420。
并且，可以通过测量单元的第二摄像头获取基准基板400的第二拍摄图像，并且从第二拍摄图像中提取包括多个标记401的ROI420。优选地，可以将ROI420调整为能够检测出至少三个标记401，以便准确地判断基准基板的位置。可以通过识别ROI420上的标记401的识别标识来判断该标记410处于基准基板400上的位置，通过识别三个以上的标记410可以准确地判断基准基板400的方向和位置。
在本发明中，控制单元可以利用以上描述的基准基板获取三维传送坐标数据，并基于该三维传送坐标数据执行基板传送的示教，下面将结合本发明的基板传送系统的实施例了解获取示教数据的过程。
以下描述的实施例以通过测量单元来测量通过基板传送机器人将与待传送基板对应的基准基板收纳到搬运容器的内部空间或从所述搬运容器中取出的运动作为前提。
图5和图6示出了在根据本发明的基板传送系统中通过估计基准基板的位置和方向来获取示教数据的示例。
测量单元150可以在基板传送机器人200即将传送基准基板400前获取基准基板400的第二拍摄图像。另外，控制单元300可以从第二拍摄图像中提取包括多个标记401的ROI，并且在ROI上检测出至少三个标记401(S110)。
控制单元300可以识别检测到的标记401的识别标识，并通过预设的标记轮廓来识别基准基板的特定基准位置的X坐标和Y坐标的位置(S120)。
并且，由于标记401的尺寸是预设的，因此控制单元300可以在ROI上根据标记401的相对尺寸来判断高度距离Z坐标，进一步地，可以基于测量单元150的测距传感器所测量的测量值来判断高度距离z坐标(S130)。
控制单元300可以收集关于各个标记401的X坐标值、Y坐标值和Z坐标值的数据(S140)，并且基于收集的数据计算出模型超平面(Hyper-plane)(S150)。
例如，可以收集三个以上的标记的三维数据，并且将每个标记的位置表示为三维空间的一个点。并且，可以通过任意二维平面的法向量大小最小的平面计算出每个点的超平面。
进一步地，由于超平面是二维平面，因此可以应用普通最小二乘法(OLS，OrdinaryLeastSquare)等各种线性回归(LinearRegression)方法。
可以假设基准基板在超平面上移动，并且可以推测基准基板在超平面上的实际位置和方向(S160)。其中，可以根据投影(Projection)在超平面的X-Y平面上的点来推测基准基板的位置和方向。
基准基板的每个标记在基准基板的相应位置上的参考坐标已被预先确定，因此可以通过在超平面上基于标记的位置分析标记的移动和旋转关系来获取有关基板传送的坐标数据。此时，可以通过两组点的重心之间的距离来确定标记的移动，并且可以通过用三角函数(arctan)计算中心点之间的角度或通过应用诸如Kabsch算法的基于最小二乘法(LeastSquareMethod)获得最优旋转矩阵的算法等来计算标记的旋转。
例如，如图6所示，可以在超平面确定包括在ROI中的四个标记ID0至ID3(401a、401b、401c、401d)的移动和旋转关系，并由此确定对于虚拟基准基板450的估计的基准基板460位置和方向。
通过这些过程，可以确认基准基板所具有的各个标记的基准坐标和测量坐标之间的移动和旋转，并且由此估计基准基板的位置和方向。
另外，控制单元300将基准基板的估计的坐标应用为示教数据(S170)。
图7和图8示出了在根据本发明的基板传送系统中通过估计末端执行器的位置和方向来获取示教数据的示例。
测量单元150可以在基板传送机器人200传送基准基板400时获取关于末端执行器210的第一拍摄图像。另外，控制单元300可以从第一拍摄图像中提取包括末端执行器210的末端的ROI。
控制单元300对提取的ROI进行图像预处理(S210)，作为示例，可以基于摄像头参数校正图像的失真并检测末端执行器的轮廓。
另外，控制单元300可以从预处理图像中提取用于识别末端执行器的特征点(S220)，并且对预设的末端执行器的轮廓数据(S230)与提取的特征点进行匹配(S240)。
其中，进行特征点的匹配时，可以通过特征点之间的匹配(pair-wise)来推测变换矩阵，但是由于作为比较对象的图像的特征点不一定彼此1：1地匹配，因此也可以通过应用诸如ORB、SURF、SIFT或BRISK等的区域特征点提取方法来进行匹配。此外，也可以通过应用蛮力匹配器(BF，Brute-Force Matcher)或快速最近邻逼近搜索函数库(FLANN，FastLibrary for Approximate Nearest Neighbors Matching)等各种算法来进行特征点匹配。
此外，控制单元300可以对提取的特征点执行坐标变换(S250)以确定几何关系。
在确定特征点的坐标时，由于末端执行器没有参考坐标，因此可以使用通过基准基板预估的坐标。
例如，如图8所示，测量单元150的中心点、第一摄像头153a和第二摄像头153b的位置固定，因此可以知道其坐标信息C0、C1、C2，并且可以通过上述估计基准基板的位置和方向的步骤来获知基准基板的预估坐标C4。
控制单元300可以通过预先确定的坐标信息C0、C1、C2和C4和有关末端执行器的相对位置的几何关系来确定末端执行器的坐标信息C3。
控制单元300可以基于所确定的末端执行器的坐标信息来估计末端执行器的位置和方向(S260)。
另外，控制单元300可以将估计的末端执行器的坐标应用为示教数据(S270)。
根据本发明的基板传送系统可以通过以上描述的技术配置来获取基板传送机器人将晶圆等基板收纳到搬运容器中或从搬运容器中取出晶圆等基板时所需的示教数据，并且基于示教数据来执行示教。
尤其，本发明能够在通过基板传送机器人从搬运容器中取出晶圆等基板或将晶圆等基板收纳到搬运容器的过程中，检测并精密控制基板和末端执行器的运动，从而可以防止在传送基板时引起基板表面受损。
进一步地，通过解决经过超精细工艺来生产的半导体器件的基板表面由于微小损伤而产出大量次品的问题，能够提高整体工艺的收率。
以上的描述仅为本发明技术思想的示例性描述，对于本发明所属领域技术人员来说，在不脱离本发明的本质特征的情况下，可以做出各种修改和改变。因此，本发明中记载的实施例仅用于描述本发明，而非旨在限制本发明的技术精神，并且本发明的技术精神不受这些实施例的限制。本发明的保护范围应以所附权利要求书为准，凡在等同范围内的所有技术思想均应视为包括在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种基板传送系统，其中，包括：
搬运容器，具有用于储存基板的内部空间；
基板传送机器人，包括用于放置基板的末端执行器，用于将基板收纳到所述搬运容器或从所述搬运容器中取出基板；
测量单元，设置在所述搬运容器的内部空间的上侧或下侧，用于测量基板和所述末端执行器的运动；以及
控制单元，基于所述测量单元的测量值来控制所述基板传送机器人。
2.根据权利要求1所述的基板传送系统，其中，所述测量单元包括：
至少两个摄像头，彼此隔开设置，用于拍摄基板或所述末端执行器的运动；以及
测距传感器，用于测量与基板或所述末端执行器的距离。
3.根据权利要求1所述的基板传送系统，其中，所述测量单元包括：
第一摄像头，用于跟踪所述末端执行器的末端的运动；
第二摄像头，用于跟踪基板的运动；以及
激光测距传感器，用于测量在所述搬运容器的内部空间中的与基板或所述末端执行器隔开的距离和变化量。
4.根据权利要求3所述的基板传送系统，其中，
所述控制单元使用所述测量单元测量通过所述基板传送机器人将与待传送基板对应的基准基板收纳到所述搬运容器的内部空间或从所述搬运容器中取出的运动，并且，获取关于所述末端执行器的位置和方向以及所述基准基板的位置和方向的三维传送坐标数据，并基于所述三维传送坐标数据来获取用于基板传送的示教数据。
5.根据权利要求4所述的基板传送系统，其中，
所述基准基板的表面设置有具有识别标识的多个标记，
所述第一摄像头获取所述基准基板即将被放置前的所述末端执行器的末端的第一拍摄图像，
所述第二摄像头获取设置在所述基准基板上的至少一个标记的第二拍摄图像，
所述激光测距传感器测量在所述搬运容器的内部空间中的基板或所述末端执行器的高度和高度变化量；
所述控制单元从所述第一拍摄图像中提取基于所述末端执行器的末端的ROI，从所述第二拍摄图像中提取基于所述基准基板的标记的ROI，从而获取X轴和Y轴的传送坐标数据，并基于所述高度和高度变化量来获取k轴的传送坐标数据，并且基于所获取的传送坐标数据来收集用于基板传送的三维传送坐标数据。
6.根据权利要求5所述的基板传送系统，其中，
所述控制单元基于所收集的三维传送坐标数据计算出模型超平面，并通过估计所述基准基板在模型超平面上的位置和方向来获取示教数据。
7.根据权利要求5所述的基板传送系统，其中，
所述控制单元从所述第一拍摄图像中提取特征点，并通过特征点之间的匹配来估计变换矩阵，并且通过对所述矩阵的坐标变换来确定所述基准基板与所述基准基板之间的几何关系，并基于所述几何关系获取示教数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211705218.8A CN118263169A (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 基板传送系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211705218.8A CN118263169A (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 基板传送系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118263169A true CN118263169A (zh) | 2024-06-28 |
Family
ID=91601249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202211705218.8A Pending CN118263169A (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 基板传送系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118263169A (zh) |
-
2022
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