TWI271289B - Robot-guidance assembly for providing a precision motion of an object - Google Patents

Description

1271289 九、發明說明： 【發明所屬^_技術領域】 發明領域 本發明係有關-種提供一碟狀物件，尤其是晶圓，之 赤月確私動之包含機器人的裝置，以及一種用於檢查碟狀物 件表面之方法。 【月vi】 發明背景 機器人包含至少-機器手臂，其可於至少-移動平面 1〇 動且擁有-自由端及附於自由端上之末端作用器，這 二已廣知於许多文獻，如歐洲專利第^⑷㈣八〕、第丄糊 …及美國專利第5 135 349、第5 288 199。 、半導版日日圓係於潔淨室環境藉複雜的多重步驟製程製 衣乂複雜的電子晶片需要多達150個步驟。於次 U米祀圍之技*極為精製，經常於多個階段 能出 錯或產生功能里赍 ^ ^ ^ "，而要儘可能快速發現該等錯誤或功能 位二：半導體處㈣程，使用精準移動系統 二用於晶圓之度量工具例如用於顯微鏡。 統，㈣辦’㈣使用—種於該度量王具㈣之χ-y移動系 盤，該f2卡& ’來自晶圓處理系統之晶圓移轉至該卡 或檢查機器人來將晶圓由-個製造階段 如此導致下述工作流程： 20 1271289

Lx_y移動系統移動至載荷位置，於該位置，晶圓被 2^機器人移轉至x_y#動系統之卡盤，_晶圓_ 至度置工具，以及 5 10 15 3·進行度量處理或檢查處理，隨後 4·移動系統將晶圓移回载荷位ΐ，於該處，晶圓被 5·移轉至處理系統或機器人。 由系統觀點來觀察本工作流程，了解有二冗餘移動孕 處理系統以及度量工具之”移動系統。於此種處 理糸統中，產出量係與度量工具等候材料由機器人處理哭 移交的時間有強力關聯。此外需注意於業界系統現況，; 要兩個分開的移動系統來進行處理過程及度量過程。 此等及其 它缺點結果導致本發明之目的特別係簡化已知 統，增加製造過程及/或檢查過程的產出量。 糸

t ;务明内容;J 發明概要 成達道係經由中請專利範圍之獨立項之總 成達成。進-步修倚以及更優異之發展則構成 圍個別附屬項之一部分。 月寻和摩巳 如此，概略言之本發明為一總成 ^㈣之=移動，特·於提供碟狀物件例如 臂具有-自由端以及-固定端，其中該：手::::手 端能於至少-㈣夹待^由 20 1271289 物件之末端作用器係附於該機器手臂之該自由端。更甚 者，該導引裝置適合用於提供至少於該移動平面精確導引 該手臂之自由端。 5 10 15 2〇 藉此方式本發明首次提出使用機器人存在於每個機器 人處理系統之可能，也作為度量工具之移動系統，可免除 度量工具之額外移動系統的需求。由此可降低總成之製造 成本，同時也可縮短晶圓量測的週期時間，原因在於晶圓 热需由處理系統移動至度量移動系統，時間節省故可縮短 晶圓之週期時間。此外，須注意對本發明而言，可應用各 種類型之處理機器人，例如SCARA機器人或線性機器人。 佤艨機态人之移動糸統而定，亦即依據機器人是否有 極性座標系，而該座標系有線性_半徑移動軸或r移動轴、以 及旋轉平台移動軸或Θ移動軸(r-e)，或該機器人是否具有 χ-y移動之笛卡爾座標系而定，規定導引裝置較佳包含一戈 二或甚至二以上的精確移動軸或導引轴。如此保證附著^ 機器手臂末端用來接納與夾持碟狀物件於此末端之末端作 用器被迫正確沿著個別軸移動，否則末端作用器之移動將 無法達賴如__崎描的精度要求。以一座標 :’通常有—移動軸即^。當使用x_y移動系時，設置二堆 憂線性轴。此等軸之移動方向偏_度，結果獲得 座標系。 _ 移動系統的選擇也影響適當末端作用器的選用。因此 例如根據本發明若使时μ移㈣統復偏機器人 規定末端作用器較佳係可以碟狀物件之轉軸為中心來旋轉 1271289 碟狀構件。此種末端作用器為WO 02/02282 A1所揭示，該 案以引用方式併入此處。 如此使用高度優異的末端作用器來提供分開移動平台 的移動，否則若無末端作用器則需要有分開的移動平台。 5 此外，如此允許腕關節角度方向性之相依性，因而相當容 易即可抵消SCARA機器人末端作用器的相依性。所述相依 性係來自於機器人之末端作用器經常性相對於Θ軸係於徑 向方向取向。 本發明之另一項發展係有關設置一安裝機構用來可移 10 動的安裝機器手臂末端或末端作用器至可移動之導引裝 置。較佳的是，該安裝機構包括一氣力鎖，該氣力鎖需設 置於一平台一邊或平台上方，而平台之另一邊則包含移動 導引裝置。移動導引裝置包括任何已知種類之軸承，例如 交叉輥輪軸承、有循環球載具之側繪導件、或甚至空氣軸 15 承。此等移動導引裝置與設置於安裝構件上的軌道協力合 作，來精確導引平台，如此精確導引機器手臂末端或末端 作用器。 更進一步若有所需，本發明之安裝機構涵蓋一旋轉自 由度，該旋轉自由度允許末端作用器旋轉至鎖定位置，也 20 開啟抵消腕關節之角度取向之相依性，如此抵消前述與末 端作用器之相依性。 根據本發明之較佳具體例，本發明導引裝置被動導引 機器手臂之自由端。如此表示唯有機器人提供驅動力來移 動機器手臂被導引的自由端或末端作用器的移動。如此包 1271289 括單純使用馬達或使用機器人之位置回授元件來用於移動 過程。 為了更進一步精製本發明總成之移動系統，導引裝置 包含二次定位回授系統用之額外編碼器。如此經由使用平 5 台位置之封閉迴路控制，平台的位置不會有遺失機會。就 此方面而言，精確移動系統表示該平台係以每100毫米2至3 微米之公差帶範圍以内導引。 當然也可能導引裝置的本身包括内部驅動裝置。此種 情況下，例如機器人可用作為移動控制器，機器人使用其 10 内部回授系統來關閉位置控制迴路。較佳如此無需額外介 面來用於製程控制器。此外，由於機器人及度量移動系統 使用相同的控制語言，因而可簡化控制程式規劃。 此外，根據本發明之又另一發展，導引裝置包括一自 容式移動系統，由顯微鏡之XYZ平台為已知，其中設置裝 15 置，該裝置特別允許末端作用器與機器手臂完全以機器方 式解除耦合。須注意，本具體例中，機器人也扮演重要角 色。就此方面而言，例如機器人仍然供給碟狀物件或晶圓 於適當末端作用器（參見上文）及控制電子裝置的旋轉移 動，如此可降低成本且簡化系統的設計。但其能量係透過 20 安裝機構供給。 本發明之另一目的係提供一種檢查方法，該方法用來 檢查一物件表面，特別用來檢查一碟狀物件例如一晶圓表 面，該檢查工具包含一檢查裝置來檢查該物件，以及一前 述總成來定位以及校準該物件於該檢查裝置内部。 1271289 此外，本發明之範圍延伸至一種方法，特別於本發明 之檢查工具進行之方法，其中於特定位置夾持有一碟狀物 件如晶圓之一機器人之末端作用器，附著至一導引裝置， 該導引裝置包含移動轴，該移動軸於該導引裝置之傳動移 5 動下導致該末端作用器移動至檢查工具内側，因此可對該 碟狀物件進行表面檢查掃描，於檢查後，該末端作用器移 動返回該特定位置。於該位置，末端作用器由導引裝置卸 下，藉此於脫離後，機器人連同其末端作用器可移動至製 造過程或檢查過程之下個站台。 10 圖式簡早說明 本發明及其它特色及優點由後文說明將最為明瞭。 附圖者： 第1圖顯示本發明之總成之主要零組件之鳥瞰圖。 第2圖為本發明之末端作用器安裝機構之一具體例之 I5 剖面圖A-A(參考第4圖）。 第3圖為根據第2圖之安裝機構使用位置固定元件之剖 面圖。 第4圖為第2圖及第5圖之安裝機構之頂視圖。 第5圖為第2圖本發明之安裝機構具體例之沿B - B之剖 20 面圖（參考第4圖），第5A圖顯示該機構於鎖定位置，以及第 5B圖顯示該機構於非鎖定位置。 第6圖顯示本發明總成内建於機架。 L實方包方式]1 較佳實施例之詳細說明 10 Ϊ271289 緊 顯 10 15 第1圖顯示本發明之總成1之一具體例之範例。該總成 包含二主要組成元件，亦即—機器人2以及導引裝置3。所 示機器人2為SCARA型機器人。機器人包括一本體4、一機 器手臂5、以及一末端作用器6其夾持—晶圓7。機器人2包 括馬達驅動裝置來驅動機器手臂5及末端作用器6以及包括 -機器人控制器’皆未顯示於幻圖。末端作用器6用來爽 固定晶圓7;機器手臂5包括多種馬達及機械機構(圖中未 示）’可於檢查過程或製造過程將末端作用器6以及末端 作用器所夾持的晶圓7由-個站台移動至另一個站台。 為了於半導體製程處理單-晶圓，機器人2典型有三定 位軸。-軸使用其機器手臂將晶圓7垂直上下移動’稱作為 z軸，以及至Μ二轴於檢查或製造過程將晶圓由—站台水 平移動至另一站台，典型如轴及R軸。此等類型之機器人 為業界豕所周知於後文不再詳加說明。 根據第圖之4例，末端作用器6透過安裝機構$而附 著於導引裝置3。用於此項目的之導引裝置為線性導件，盆 構成度量工具之—部分(未顯示於第丨圖）。其包含-平台9、， 於平台9之頂部附著安裝機構8之匹配部分。於平台之下 方’ 月件ig。此等滑件lG作為移動滑動部分，此 等滑件蘭—對平行軌12協力合作，該對平躲係設置於 _上。滑件U)可屬於業界已知之任—種滑件，包括交叉 幸昆輪軸承、有循環球載架之側繪導件、或甚至空氣轴承。 由功能觀點，弟1圖所示線性導件3屬於被動導件，立迫信 於-直線上的末端作用器6提供機器人2驅動末端作用器 20 1271289 於度量工具例如顯微鏡（圖中未顯示）内部之精確直線移 動，因而保證晶圓7表面於移動期間仍然維持於該空間之預 定方向。 為了獲得完整掃描，換言之為了達成於晶圓表面每一 5 點相對於固定外側之觀點，於該度量工具之内側單一線性 移動並不足。根據本發明，就第1圖所示具體例，此項問題 可使用末端作用器6解決，末端作用器6可以晶圓對稱軸為 中心旋轉晶圓7，包括相對於表面旋轉90度角。此種末端作 用器6例如揭示於WO 02/02282 A1，該案以引用方式併入此 10 處。此種末端作用器6之應用之進一步優點為由於末端作用 器6可前置校準晶圓，同時將晶圓由一站台移至另一站台， 故不再需要使用單獨的前置校準器。 本發明總成或導引裝置3之另一主要部分為已於前文 所述之安裝機構8。根據本發明之具體例之進一步細節可參 15 照第2圖。安裝機構8係動態安裝成為氣力鎖形式，該氣力 鎖可移動組合帶有末端作用器6之平台9，經由以負壓改變 氣力鎖來互鎖平台9之末端作用器6。負壓鎖用於潔淨室環 境特別有利。 安裝機構8包括三個主要部分，亦即一平台板13其係固 20 定於平台9，一鎖定構件14其構成安裝機構8的主要部分， 容後詳述。鎖定構件14附著於末端作用器板16，該板16係 嵌在末端作用器殼體15的底側（第1圖），藉此提示其匹配面 為精確平坦。末端作用器板16係經由螺絲而固定至鎖定構 件14,螺絲插入螺絲孔17,該孔延伸貫穿末端作用器板16， 12 1271289 而其^係位於鎖定構件14之π袋孔内。 过機構8連同末端作用器板16形成中空構件18。中空 構件18错膜19而被平分為上腔體及下腔體^，、1『。膜^ f二腔體彼此氣密封。於鎖定構件之中心設置_中空導件 5中空導件2(3構成鎖定構件的-部分，中空導件20包含 、，、L20貝牙孔可活動式容納錐形鎖定銷21。於鎖定 銷21的底端，銷21穿過膜19，且包含板24,及24”，其形成 硬，貝中心24來夾住膜19。就此方面而言，板24”係位於腔體 18内側，而板24’係位於腔體18，内側。 1〇 於錐形鎖定銷21之下部，包括-盲孔23，其中彈簧22 上部被帶入盲孔内。彈簀22附著於盲孔23底部，且由末端 作用器板16所支持。當安裝機構8未以負壓改變時，彈簧22 將錐形鎖定銷21夾持於平衡位置；如第2圖所示。 於鎖定構件14上端之中空導件2〇係由鎖定環25所包 15圍，鎖定環嵌入溝槽内，該溝槽延伸至鎖定構件14頂面。 鎖定環25之厚度係與鎖定構件14之上表面齊平，但於鎖定 環25之内側設置一環鼻或環緣26，環緣％延伸出表面之 外。環緣26之外徑係等於平台板孔27之内徑。如此環緣％ 將平台板13取中於安裝機構8之鎖定位置。平台板孔27連同 20中空導件20之籠構件29,形成鎖定球28之蘢。本具體例中， 共有三個鎖定球28，個別距離120度。 此外，設置一位置固定機構31。其包含三個位置固定 元件31。這些固定元件31設置於鎖定構件（參考第4圖）外環 上表面’如此被夾置於鎖定構件14上表面與平台板13間 13 1271289 ，其中銷32插入盲孔内。盲孔係由

位置口疋機構31之目的係提供鎖定構件工4與平台板η間固 疋取向於本發明之安裝機構8之組裝態。 位置固定元件包括盲孔，其 鎖疋構件14上表面之鍵槽凹 (參考第4圖），藉此槽口之 有關本么明之安裝機構S之功能，現在參照第5八圖及第 5B圖。第5A圖顯示安裝機構8於其鎖定位置。本例中腔體 1〇 18被加壓。如此達成錐形鎖定銷21的向上移動。錐形鎖定 鎖21於其上方位置，其錐接觸籠構件29旁側。如此轉而向 下壓追鎖定球28至鎖定環25之邊緣26。藉此方式，平台板 13被鎖定於鎖定構件14。 其匕方式顯不於第5B圖。其中可知腔體18,以負壓加 C而非腔體18’’以負壓加壓，如此錐形鎖定銷21被向下 本&明之女裝機構有利地允許安裝末端作用器6於可

之表面經常性係平行於線性導件方向。當然如前文說明， 本發明非僅限於氣力鎖，本發明也可應用機電鎖或磁鎖。 〆主思甚至使用重力即足。 第6圖頒不本發明之總成建立於機架34内部。機架34 於則方包含F〇UP，s(亦即前方開口統一艙)35之載荷埠口， 而機架34之背侧包含本發明之導引裝置3，供精4導引機器 1271289 手臂5末端及末端作用器6。如此本發明之導引裝置3可替代 習知XY平台，通常機器人2須將晶圓7放置於XY平台上來 達成任一種目的。當然也可將機架34整體或至少將本發明 之導引裝置3設置成震動隔離。 5 【圖式簡單說明】 第1圖顯示本發明之總成之主要零組件之鳥瞰圖。 第2圖為本發明之末端作用器安裝機構之一具體例之 剖面圖A-A(參考第4圖）。 第3圖為根據第2圖之安裝機構使用位置固定元件之剖 10 面圖。 第4圖為第2圖及第5圖之安裝機構之頂視圖。 第5圖為第2圖本發明之安裝機構具體例之沿B - B之剖 面圖（參考第4圖），第5A圖顯示該機構於鎖定位置，以及第 5B圖顯示該機構於非鎖定位置。 15 第6圖顯示本發明總成内建於機架。 【主要元件符號說明】 1...總成 8...安裝機構 2...機器人 9…平台 3...導引裝置 10...滑件 4...本體 11…板 5...機器手臂 12…軌 6...末端作用器 13...平台板 7…晶圓 14...鎖定構件 15 1271289

15...末端作用器殼體 24’、24”…板 16...末端作用器板 25...鎖定環 17…螺絲孔 26...環緣 18...中空構件 27…平台板孔 18’，18”...上下腔體 28...鎖定球 19…構件 29...籠構件 20…中空導件 31...位置固定機構 20’...貫穿孔 32…銷 21...錐形鎖定銷 33…鍵槽凹口 22…彈簧 34...機架 23…盲孔 35...FOUP，前方開口統一艙 24···中心

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Claims (1)

1271289 十、申請專利範圍： 1. 一種含有用於提供一碟狀物件精確位置之機器人的總 成，特別係用於提供晶圓之精確移動，該總成包含： 至少一機器手臂，其涵蓋一自由端以及一固定端， 5 其中該手臂之該自由端能於至少於一移動平面上移 動，且其中用於夾持該碟狀物件之末端作用器係附於該 機器手臂之該自由端，其特徵在於該總成進一步包含精 確導引裝置，其適合導引且供精確導引該末端作用器於 該至少一移動平面上，該精確導引裝置包含： 10 固定導引裝置，其為生產及檢查裝置之一部份並且 平行定位於該至少一移動平面去精確導引該碟狀物 件，及 移動導引裝置，其與該固定導引裝置一起動作且沿 著該固定導引裝置移動，精確導引裝置更包含： 15 一安裝機構，其用於移動安裝該機器手臂之自由 端，或移動安裝該末端作用器於該移動導引裝置。 2. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該固定導引裝置包 含至少一導引軸。 20 3.如申請專利範圍第2項之總成，其中該導引軸藉由平行 進行之執道來定界限。 4.如申請專利範圍第1項之總成，其中該精確導引裝置包 含具有兩側邊之平台，因此該安裝機構附於該兩側邊之 一，其中該平台之另一側邊包含該移動安裝機構。 17 1271289 5·如申請專利範圍第】 含電碼美斑壯取、之總成，其中該精確導引裝置包 丰推土衣置去_該機器手臂之該自由端位置戍 去偵測相對於該固叫位置或 6.如申請專利範圍第 &置之料端作用器的位置。 員之總成，其中該精確導引裝置被 配置去被料”機 < 罝饭 7·如申請專利範圍第^ 之自由端或該末端作用器。 含-自含動作“總成，其中該精確導引農置包 或該末端作用器。 勒減⑽Η之该自由端 10 15 20 8·如申請專利範圍 動的安裝於該 Q 澤之β亥自由端。 9·如申請專利範圍第* 構包含-接附於、任—項總成’其中該安裝機 ^ 、忒末立而作用器本體之鎖定構件、 從該移動導引事置=、、、°或去連結該末端作用器至或 定構件和該平# 可驅動去上鎖及解開該鎖 10.如申請專利範 ^ 圍弟項之總成，其中該鎖定構侔勺人 隔膜驅動該鎖定銷。 件匕3— 種用於&查—碟狀物件表面之方法 是晶圓，使用一目士 士山 系狀物件特別 用、 〃有一末"而作用器之機器人，該末端作 用裔用以關於獅旋轉該碟狀物件， 而： 、申4利巾任—項之精確導引裝置，方 驟： 以下步 18 1271289 藉由該末端作用器在相對於該末端作用器之第一 預定位置夾持該碟狀物件； 鎖定該末端作用器至該精確導引裝置，且沿著導 引軸移動該末端作用器，該導引軸引導通過一度量衡工 5 具； 檢查該碟狀物件之表面； 在第二預定位置旋轉該碟狀物件，且沿著導引軸 移動該碟狀物件； 檢查該碟狀物件表面的另一部份； 10 繼續旋轉及移動該碟狀物件直到該碟狀物件被檢 查完畢； 從該精確導引裝置解開該末端作用器，及運送該 碟狀物件至下一站。 19 1271289 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 1.. .機器人導引總成 2.. .機人本體 3.. .導引裝置 4.. .本體 5.. .機器手臂 6.. .末端作用器 7…晶圓 8.. .安裝機構 9…平台 10.. .滑件 11…板