TWI520258B - 起吊裝置及自動化搬運系統 - Google Patents

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    • B66C19/00—Cranes comprising trolleys or crabs running on fixed or movable bridges or gantries
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Description

起吊裝置及自動化搬運系統
本發明涉及一種起吊裝置，特別是指一種應用於半導體晶圓廠內的晶圓承載裝置之起吊裝置及其自動化搬運系統。
隨著晶圓製程的不斷改進以及考量經濟規模與成本效益，晶圓的面積已從300mm增加至450mm，且未來勢必會往更大尺寸發展，使作業員無法直接搬運而必須仰賴自動搬運裝置或系統。據此，搬運裝置/系統的運作績效將直接影響到半導體廠的產能績效，換言之，搬運裝置/系統必須維持高穩定度及高績效才能符合生產需求。
目前半導體晶圓廠內多仰賴起吊裝置(Suspension type hoist device)及無人搬運車(Overhead hoist transfer,OHT)來進行晶圓搬運作業。所述之起吊裝置可藉由懸吊元件(如同步皮帶)將晶圓盒(FOUP)從一製程機台之載入埠(Loadport)垂直吊起，而無人搬運車可沿著設置在天花板上的軌道將此晶圓盒傳送至另一製程機台之載入埠。
然而，在一般自動化搬運系統中，當起吊裝置之用於抓取晶圓盒的部件非處於水平狀態或懸吊元件發生晃動時，往往會造成無人搬運車發生異常。原因在於，抓取部件與晶圓盒之間存在對準的問題，而懸吊元件之搖擺通常會造成位置偏差；另外，懸吊元件若選用同步皮帶，其使用過久後可能因彈性疲乏致使此抓取部件非處於水平狀態，從而無法順利抓取晶圓盒。
承上，此時無人搬運車只能停留在原地等待異常排除，且同 時會導致後方搬運車無法行進而拉長了整體搬運時間；儘管可透過定期維修保養起吊裝置來減少異常事件發生的頻率，但這些狀況仍然會影響到半導體晶圓廠之產能效率。
因此，本發明人有鑑於傳統的晶圓搬運裝置/系統實在有其改良之必要性，遂以其多年從事相關領域的創作設計及專業製造經驗，積極地針對晶圓搬運裝置之構造進行改良研究，在各方條件的審慎考慮下，終於開發出本發明。
本發明針對現有技術存在之缺失，目的在於提供一種起吊裝置及自動化搬運系統，所述之起吊裝置具有自動水平及自動定位功能，可防止搖晃及對準不當而造成無人搬運車(OHT)發生異常之問題，進而可改善自動化搬運系統之整體效率。
為達成上述目的及功效，本發明採用以下技術方案：一種起吊裝置，用於傳送一晶圓盒至一高架傳輸系統，其中該高架傳輸系統包含一懸吊式軌道及至少一位於該懸吊式軌道上的自動搬運車，該起吊裝置包括一升降基座、複數個懸吊組件及複數個第一驅動組件。該升降基座具有一水平感測器，用以感測該升降基座係處於一水平狀態或一非水平狀態；該些懸吊組件設置於該自動搬運車上，並以垂吊方式連結該升降基座；該些第一驅動組件分別連接該些懸吊組件，並根據該水平感測器所偵測之水平狀態同步驅動該些懸吊組件，根據該非水平狀態分別驅動該些懸吊組件，以使該升降基座處於該水平狀態。
基於上述起吊裝置，本發明另提供一種自動化搬運系統，包括一懸吊式軌道、至少一自動搬運車及至少一起吊裝置。該自動搬運車係可移動地設置於該懸吊式軌道，用以在複數個晶圓載入埠之間傳送一晶圓盒；該起吊裝置設置於該自動搬運車上且包括一升降基座、複數個懸吊組件及複數個第一驅動組件，該升降基座具有一水平感測器，用以感測該升降基座係處於一水平狀態或 一非水平狀態，該些懸吊組件設置於該自動搬運車上，並以垂吊方式連結該升降基座，該些第一驅動組件分別連接該些懸吊組件，並根據該水平感測器所偵測之水平狀態同步驅動該些懸吊組件，根據該非水平狀態分別驅動該些懸吊組件，以使該升降基座處於該水平狀態。
綜上所述，本發明的起吊裝置通過一第一驅動組件致動一懸吊組件之結構設計並搭配使用水平感測器，因此具有自動水平調整的功能，可確保升降基座在抓取晶圓盒時維持水平狀態，進而可減少自動搬運車因為起吊裝置水平歪斜所造成的故障。
以上關於本發明內容的說明以及以下實施方式的說明係用以舉例並解釋本創作的原理，並且提供本發明之專利申請範圍進一步的解釋。
1‧‧‧自動化搬運系統
10‧‧‧懸吊式軌道
20、20’‧‧‧自動搬運車
21‧‧‧滑軌
22‧‧‧第二驅動組件
221‧‧‧驅動元件
222‧‧‧線性軸承
23‧‧‧滑動架
231‧‧‧連接結構
30‧‧‧起吊裝置
31、31’‧‧‧升降基座
311‧‧‧第一端
312‧‧‧第二端
313‧‧‧角落
314‧‧‧運動感測器
315‧‧‧視覺感知裝置
32‧‧‧懸吊組件
321‧‧‧導引元件
322‧‧‧懸吊元件
33‧‧‧第一驅動組件
331‧‧‧驅動元件
332‧‧‧連動元件
34a‧‧‧第一定位桿
34b‧‧‧第二定位桿
F‧‧‧晶圓盒
A‧‧‧檢視區域
M‧‧‧定位標誌
圖1為本發明之第一實施例之自動化搬運系統之立體視圖。
圖2為本發明之第一實施例之起吊裝置之立體視圖。
圖3為本發明之第一實施例之起吊裝置之運作示意圖(一)。
圖4為本發明之第一實施例之起吊裝置之運作示意圖(二)。
圖5為本發明之第一實施例之起吊裝置之運作示意圖(三)。
圖6為本發明之第二實施例之起吊裝置之立體視圖。
圖7為本發明第二實施例之升降基座與晶圓盒進行對位之示意圖(一)。
圖8為本發明第二實施例之升降基座與晶圓盒進行對位之示意圖(二)。
本揭露書主要是針對半導體製造工廠(FAB)提出一種起吊裝置及應用此起吊裝置的自動化搬運系統，本揭露書所提出之起吊裝置具有自動水平調整及自動定位之功能，從而可減少自動搬運車因為起吊裝置水平歪斜或晃動所發生的故障頻率；根據實測結 果，平均減少一次故障可增加約33%以上的晶圓搬運數量，並且每台自動搬運車可減少約240分鐘的調整時間，因此半導體製造工廠內一天的搬運量可增加約25%。下文特舉複數個實施例並配合所附圖式對起吊裝置之細部構造作進一步的闡述。
〔第一實施例〕
請參閱圖1，為本發明第一實施例之自動化搬運系統之立體視圖。本實施例之自動化搬運系統1包括一懸吊式軌道10、至少一自動搬運車20及至少一起吊裝置30。其中懸吊式軌道10係吊置在半導體製造工廠內的天花板(未繪示)上，自動搬運車20係可移動地裝配在懸吊式軌道10上，而起吊裝置30係吊置在自動搬運車20上。據此，自動搬運車20可沿著懸吊式軌道10運行，並將裝載有複數片晶圓的一晶圓盒(FOUP)F自一機台上之一載入埠(Load port)傳送到另一載入埠(未繪示)，或是在同一機台上完成預定製程後將此晶圓盒F傳送至另一機台(未繪示)。
請配合參閱圖2，為本發明第一實施例之起吊裝置之立體視圖。本實施例之起吊裝置30包括一升降基座31、複數個懸吊組件32及複數個第一驅動組件33。所述之升降基座31係位於自動搬運車20下方且具有第一端311及第二端312，其中第一端311係可呈但不限於爪狀以抓取晶圓盒，第二端312係與懸吊組件32相連結，使升降基座31可利用垂吊方式被自動搬運車20所帶動。
該些懸吊組件32係一端連接於自動搬運車20且另一端連接於升降基座31。在本具體實施例中，自動搬運車20具有一對可與懸吊式軌道10相配合的滑軌21，升降基座31係呈矩狀且具有四個角落313，該些懸吊組件32係以兩兩一組方式裝設於第一定位桿34a二端及第二定位桿34b二端，並藉由互呈平行的第一定位桿34a及第二定位桿34b分別與該對滑軌21相連結；另外，該些懸吊組件32末端係分別連接於升降基座31的四個角落313，以確保升降基座31之穩定性。
更詳細地說，每一個懸吊組件32包括一導引元件321及一懸吊元件322。其中導引元件321係以兩兩相對方式軸設於第一定位桿34a二端及第二定位桿34b二端，而懸吊元件322係分別抵接該些導引元件321，且能被該些導引元件321所致動，進而帶動升降基座31垂直上升或下降。補充提及的是，本實施例之導引元件321可為但不限於齒輪、皮帶輪等，而懸吊元件322可為但不限於鏈條(chain)、同步皮帶(timing belt)等。
該些第一驅動組件33係分別連接該些懸吊組件32，以驅使導引元件321轉動以帶動懸吊元件322，使懸吊元件322與升降基座31能夠將晶圓盒連續傳送。具體地說，每一個第一驅動組件33包括相配合的一驅動元件331及一連動元件332，所述之驅動元件331係經由連動元件332驅動相對應的導引元件321，意即連動元件332一端係與驅動元件331相連接且另一端係與導引元件321相連接，致使該導引元件321與相對應的懸吊元件322同步作動。補充提及的是，本實施例之驅動元件331可為但不限於伺服馬達、步進馬達等，連動元件332可為但不限於傳動軸。
請一併參閱圖3至5，值得說明的是，所述之升降基座31內部設有一運動感測器314(motion snesor)，因此本發明之起吊裝置30於運作時，運動感測器314可用以感測升降基座31在上升/下降過程中之X軸與Y軸方向(如圖3所示)，進一步言之，係感測升降基座31處於一水平狀態或一非水平狀態。在一具體實施例中，運動感測器314可為電子陀螺儀(gyroscope)、加速度感測器(g-snesor)等水平感測器。
於實際應用中，自動化搬運系統1之控制器(未繪示)可根據運動感測器314所偵測之水平狀態發送一同步控制命令給該些驅動元件331，令其執行一同步驅動模式以同步驅動該些懸吊組件32(如圖4所示)；或者，所述之控制器也可根據該運動感測器314所偵測之水平狀態發送一補償控制命令給該些驅動元件331，令其 執行一非同步驅動模式以分別驅動該些懸吊組件32(如圖5所示)，以使升降基座31回復到水平狀態，進而能夠與晶圓盒(未繪示)準確對位。在一變化實施例中，所述之控制器也可以設置在升降基座31內部。
補充提及的是，同步驅動模式指的是該些第一驅動組件33係以相同轉速驅使導引元件321轉動，如此該些懸吊元件322與升降基座31的所有連接點的上升/下降速度均相同；另外，非同步驅動模式指的是該些第一驅動組件33係以不同轉速驅使導引元件321轉動，如此該些懸吊元件322與升降基座31的各連接點的上升/下降速度則有所不同。
進一步以圖5說明在非同步驅動模式下之補償動作，當升降基座31朝右下方傾斜時，該些第一驅動組件33係提供兩種不同轉速，以驅使右側的兩個連接點的上升速度較左側的兩個連接點的上升速度為快，讓升降基座31重新處於水平狀態。據此，可有效防止因起吊裝置30之升降基座31水平歪斜而造成自動搬運車發生異常。
〔第二實施例〕
請參閱圖6，為本發明之第二實施例之起吊裝置之立體視圖。如圖所示，本實施例之不同之處在於，自動搬運車20’還具有一第二驅動組件22，其滑軌21下方還設有一滑動架23，且升降基座31’內部進一步設有一視覺檢知裝置315。因此除了自動搬運車20’和升降基座31’外，其餘元件標號均與第一實施例相同。
請配合參閱圖7及8，為本發明第二實施例之升降基座與晶圓盒進行對位之示意圖。在本具體實施例中，晶圓盒F頂端設有一與升降基座31’相對的辨識標誌M，供視覺檢知裝置315作辨識之用。為達到上述目的，滑動架23的係可移動地與自動搬運車20的滑軌21相連接，且滑動架23底端還藉由複數個連接結構231分別與第一定位桿34a及第二定位桿34b固定連接；第二驅動組 件22包括相配合的一驅動元件221及一線性軸承222，其中線性軸承222二端係與滑動架23固定連接，使驅動元件221可帶動起吊裝置30相對晶圓盒F進行單一軸向之往復移動。
於實際應用中，晶圓盒F因為根據不同製程而可能被放置在不同機台之載入埠(未繪示)上，致使起吊裝置30與晶圓盒F之間可能存在位置偏差。此時自動化搬運系統1之控制器(未繪示)可根據視覺檢知裝置315所定義之檢視區域A是否與晶圓盒F上之定位標誌M一致，若是，則發出一搬送命令使起吊裝置30抓取晶圓盒F；若否，則發出一調整命令使第二驅動組件22驅動滑動架23沿著單一軸向進行滑移對位，讓定位標誌M重新對準於檢視區域A。
是以，相較於習知半導體晶圓廠的起吊裝置及自動化搬運系統，本發明至少具有下列優點：
1.本發明的起吊裝置通過一第一驅動組件致動一懸吊組件之結構設計並搭配使用水平感測器，因此具有自動水平調整的功能，可確保升降基座在抓取晶圓盒時維持水平狀態，進而可減少自動搬運車因為起吊裝置水平歪斜所造成的故障。
2.再者，本發明的起吊裝置可進一步結合一水平調整機構(包括滑動架及第二驅動組件)並搭配使用視覺感知裝致，因此具有自動定位的功能，無需對機台做校正動作，進而可減少停機及校正時間，間接增加了整體搬送效率。
3.承上，通過起吊裝置的自動水平及自動定位設計，可減低發生當一自動搬運車發生故障時，需等待異常排除而造成其餘搬運車阻塞之情事，因此可改善自動搬運系統之搬運效率。
綜上所述，本發明實已符合發明專利之要件，依法提出申請。惟以上所揭露者，僅為本發明較佳實施例而已，自不能以此限定本案的權利範圍，因此依本案申請範圍所做的均等變化或修飾，仍屬本案所涵蓋的範圍。
30‧‧‧起吊裝置
31‧‧‧升降基座
311‧‧‧第一端
312‧‧‧第二端
313‧‧‧角落
314‧‧‧運動感測器
32‧‧‧懸吊組件
321‧‧‧導引元件
322‧‧‧懸吊元件
33‧‧‧第一驅動組件
331‧‧‧驅動元件
332‧‧‧連動元件
34a‧‧‧第一定位桿
34b‧‧‧第二定位桿

Claims (10)

  1. 一種起吊裝置，用於傳送一晶圓盒至一自動化搬運系統，其中該晶圓盒還具有一定位標誌，該自動化搬運系統包含一懸吊式軌道及至少一位於該懸吊式軌道上的自動搬運車，該起吊裝置包括：一升降基座，具有一水平感測器，用以感測該升降基座係處於一水平狀態或一非水平狀態，其中該升降基座還具有一視覺檢知裝置，用以檢視該晶圓盒上的定位標誌之影像；複數個懸吊組件，係設置於該自動搬運車上，並以垂吊方式連結該升降基座；及複數個第一驅動組件，分別連接該些懸吊組件，並根據該水平感測器所偵測之水平狀態同步驅動該些懸吊組件，根據該非水平狀態分別驅動該些懸吊組件，以使該升降基座處於該水平狀態。
  2. 如請求項1所述的起吊裝置，更包括設置於該自動搬運車的下方且互呈平行的一第一定位桿及一第二定位桿，該些懸吊組件係以兩兩相對方式設置於該第一定位桿的二端及該第二定位桿的二端，該些第一驅動組件分別連接該些懸吊組件。
  3. 如請求項2所述的起吊裝置，其中該些懸吊組件各包括一導引元件及一懸吊元件，該些導引元件係以兩兩相對方式軸設於該第一定位桿的二端及該第二定位桿的二端，該些懸吊元件分別抵接該些導引元件，且能被該些導引元件所帶動。
  4. 如請求項3所述的起吊裝置，其中該些第一驅動組件各包括相配合的一驅動元件及一連動元件，該驅動元件藉由該連動元件驅動相對應的該導引元件，並經由相對應的該懸吊元件帶動該升降基座。
  5. 一種自動化搬運系統，包括：一懸吊式軌道及至少一自動搬運車，該自動搬運車係可移動地 設置於該懸吊式軌道，用以在複數個製程機台之間傳送一晶圓盒，其中該晶圓盒還具有一定位標誌；至少一起吊裝置，係設置於該自動搬運車上，各起吊裝置包括：一升降基座，具有一水平感測器，用以感測該升降基座係處於一水平狀態或一非水平狀態，其中該升降基座還具有一視覺檢知裝置，用以檢視該晶圓盒上的定位標誌之影像；複數個懸吊組件，係設置於該自動搬運車上，並以垂吊方式連結該升降基座；及複數個第一驅動組件，分別連接該些懸吊組件，並根據該水平感測器所偵測之水平狀態同步驅動該些懸吊組件，或根據該非水平狀態分別驅動該些懸吊組件以使該升降基座處於該水平狀態。
  6. 如請求項5所述的自動化搬運系統，其中該起吊裝置更包括設置於該自動搬運車的下方且互呈平行的一第一定位桿及一第二定位桿，該些懸吊組件係以兩兩相對方式設置於該第一定位桿的二端及該第二定位桿的二端，該些第一驅動組件分別連接該些懸吊組件。
  7. 如請求項6所述的自動化搬運系統，其中該些懸吊組件各包括一導引元件及一懸吊元件，該些導引元件係以兩兩相對方式軸設於該第一定位桿的二端及該第二定位桿的二端，該些懸吊元件分別抵接該些導引元件，且能被該些導引元件所帶動。
  8. 如請求項7所述的自動化搬運系統，其中該些第一驅動組件各包括相配合的一驅動元件及一連動元件，該驅動元件藉由該連動元件驅動相對應的該導引元件，並經由相對應的該懸吊元件帶動該升降基座。
  9. 如請求項5所述的自動化搬運系統，該自動搬運車更包括一對滑軌、設置於該對滑軌下方的一滑動架及連接該滑動架的一第二驅動組件，該滑動架係與該第一定位桿及該第二定位桿相連 結，用以帶動該起吊裝置相對該晶圓盒進行單一軸向之往復移動。
  10. 如請求項9所述的自動化搬運系統，其中該第二驅動組件包括相配合的一驅動元件及一線性軸承，該線性軸承的二端與該滑動架固定連接。
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