TWI537110B - 機械手臂點位校正之方法 - Google Patents

Description

機械手臂點位校正之方法

本發明係有關於一種機械手臂點位校正之方法，尤其是指一種調教一機械手臂與一收容器結構之平面呈相對垂直之機械手臂校正方法，機械手臂係藉由自動化之點位校正垂直伸入收容器結構內取出或置放液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種待取物件，而不至於造成待取物件之刮傷者。

按，目前在半導體廠或液晶面板廠皆是使用收容器結構做為搭載晶圓(wafer)運輸的載具，而用以乘載晶圓或面板的收容器結構就是所謂的晶圓傳送盒或晶舟盒(front-opening unified pods，簡稱FOUP)，尤其是在半導體廠繁雜的生產過程中，晶圓常會因為製程上的需求，例如前段元件製程、中段鈷、鎳製程，以及後段鋁、銅製程的切換等，都必須做晶舟盒的置換，以防止半導體元件的污染而導致的效能不彰等問題，而晶舟盒置換的過程在目前半導體製程的生產架構下，往往需要耗費冗長的時間等待機台的置換與系統的執行，因而耽誤了不少的生產週期，在本導體廠講求生產效率與降低生產週期的要求下，進一步改善晶舟置換的時間與方式，以快速縮短晶片製造週期，有效騰出更多置換機台的產能供其他產品使用，是目前半導體廠責無旁貸的任務。

目前半導體廠的晶舟置換皆是使用電荷耦合元件(Charge Coupled Device，簡稱CCD)等照相裝置進行掃描定位，首先係於 遵循半導體晶圓傳送盒規格的置換機台內，使用電荷耦合元件以上下掃描方式確認晶圓傳送盒的載入位置，再由電腦運算將欲置入晶圓傳送盒的晶圓依需要的位置以機械手臂置入；然而，電荷耦合元件掃描的動作常耗費許多時間，此外，由於電荷耦合元件的掃描只針對晶圓傳送盒內置入位置的垂直掃描，水平位置是否準確並無法得知，且機械手臂係安裝於晶圓傳送盒之置換機台上，因此必須力求置換機台水平安置，否則稍有不慎，將會使機械手臂夾持的晶圓撞擊晶圓傳送盒而造成晶圓破碎的情事發生；再者，收容器結構之點位校正一開始皆是由線上人員在機台上一步一步操作並讓機台記憶的「教導(teaching)」方式完成程式之設定，後續相同的產品或是收容器結構就使用同一支程式運作，若有新的產品或新的收容器結構，線上人員就必須再進行一次「教導」以建立一新程式給新產品使用，而一次的「教導」時間常需要經歷兩、三個小時才能完成，在講求效益與縮短生產週期的面板廠或晶圓廠，此時間的耗費不容小覷；因此，為了有效達到全方位的收容器結構定位，使機械手臂傳送晶圓或面板時不會因為收容器結構偏移而撞碎或刮傷晶圓與面板，並且能有效達到減少收容器結構校正的時間以縮短日益複雜的生產週期，仍是半導體或液晶面板設備業者需持續努力克服與解決之課題。

今，發明人即是鑑於上述之機械手臂點位校正方法因存在人工教導校正之時間過長而延誤產品之生產週期等諸多缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種機械手臂點位校正之方法，尤其是指一種調教一機械手臂與一收容器結構之平面呈相對垂直之機 械手臂校正方法，機械手臂係藉由自動化之點位校正垂直伸入收容器結構內取出或置放液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種待取物件，而不至於造成待取物件之刮傷。

為了達到上述實施目的，本發明人提出一種機械手臂點位校正之方法，係至少包括下列步驟：首先，使用設置於一機械手臂上之校準模組掃描至少三個幾何塊狀物，其中等幾何塊狀物係設置於相對應垂直一收容器結構之表面上；最後，藉由至少三個幾何塊狀物確定表面之水平狀態，機械手臂係接收水平狀態，調整機械手臂以垂直之方位角進入收容器結構將一待取物件置入或取出。

如上所述的機械手臂點位校正之方法，其中校準模組係發射一雷射光束，並以左右來回方式掃描每一幾何塊狀物，以確定幾何塊狀物之中心點位置。

如上所述的機械手臂點位校正之方法，其中幾何塊狀物係具有一凸出部突出於表面。

如上所述的機械手臂點位校正之方法，其中凸出部以表面為切割面，係呈方形、圓形、三角形或多邊形等其中之一種形狀。

如上所述的機械手臂點位校正之方法，其中幾何塊狀物係具有一凹入部凹陷於表面。

如上所述的機械手臂點位校正之方法，其中凹入部以表面為切割面，係呈方形、圓形、三角形或多邊形等其中之一種形狀。

如上所述的機械手臂點位校正之方法，其中待取物係為液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種。

藉此，本發明之機械手臂點位校正之方法係藉由將一可調教式之機械手臂與一收容器結構之平面呈相對垂直之機械手臂校正方法，使機械手臂可藉由自動化之點位校正垂直伸入收容器結構內取出或置放液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種待取物 件，而不至於造成待取物件之刮傷之優勢者；此外，本發明之機械手臂點位校正之方法係以校準模組發射之雷射光線聚焦在至少三個幾何塊狀物上，藉由雷射光線在幾何塊狀物上左右掃描之動作，以計算出每一個幾何塊狀物之中心點位置，再以至少三個幾何塊狀物形成一平面之方式計算出幾何塊狀物所位平面的平面方程式，亦即決定幾何塊狀物所位平面之平面座標系後，即可決定此平面座標系之法向量，機械手臂即是以平面座標系之法向量所呈現之方向將液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種物件置入或取出收容器結構，具有不使液晶面板之基板或半導體之晶圓等待取物件撞擊到收容器結構而造成刮傷或破碎的情事發生等優點；最後，本發明之機械手臂點位校正之方法係可取代傳統位於液晶面板廠或半導體晶圓廠內以人工教育機台執行由收容器結構取出或置放待取物件之方式，具有減少機台之學習時間、加速產品之生產週期、減低人為失誤之機率，以及減少線上人員之工作負擔等優勢。

(1)‧‧‧機械手臂

(11)‧‧‧校準模組

(111)‧‧‧雷射光束

(2)‧‧‧幾何塊狀物

(21)‧‧‧凸出部

(3)‧‧‧收容器結構

(31)‧‧‧容置槽

(4)‧‧‧表面

(5)‧‧‧待取物件

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

第一圖：本發明機械手臂點位校正之方法之步驟流程圖

第二圖：本發明機械手臂點位校正之方法其一較佳實施例之點位校正示意圖

第三圖：本發明機械手臂點位校正之方法其二較佳實施例之點位校正示意圖

本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，請參閱第一~三圖所示，為本發明機械手臂點位校正之方法之步驟流程圖、其一較佳實施例之點位校正示意圖，以及其 二較佳實施例之點位校正示意圖，其中本發明之機械手臂點位校正之方法主要係包括有如下步驟： 步驟一(S1)：使用設置於一機械手臂(1)上之校準模組(11)掃描至少三個幾何塊狀物(2)，其中幾何塊狀物(2)係設置於相對應垂直一收容器結構(3)之表面(4)上；如第二圖所示，在本發明其一較佳實施例中，垂直於收容器結構(3)之表面(4)上係設置有四個幾何塊狀物(2)之結構；此外，如第三圖所示，在本發明其二較佳實施例中，係為另一種收容器結構(3)，於垂直收容器結構(3)之表面(4)上設置有八個幾何塊狀物(2)之結構；以及 步驟二(S2)：藉由至少三個幾何塊狀物(2)確定表面(4)之水平狀態，機械手臂(1)係接收水平狀態，調整機械手臂(1)以垂直之方位角進入收容器結構(3)將一待取物件(5)置入或取出；在本發明其一較佳實施例中，收容器結構(3)係由複數個容置槽(31)所組成，而每一容置槽係用以放置一待取物件(5)，其中待取物件(5)係為液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種物件，當使用本發明之機械手臂點位校正之方法所製備的收容器結構(3)應用於液晶面板廠或半導體晶圓廠時，可有效以機械手臂(1)夾持液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種物件，並以垂直於收容器結構(3)之方式精準置入或取出收容器結構(3)，而具有不會造成液晶面板之基板或半導體之晶圓等待取物件(5)之抓傷的優勢。

此外，校準模組(11)係發射一雷射光束(111)，並以左右來回方式掃描每一幾何塊狀物(2)，以確定幾何塊狀物(2)之中心點位置；再者，幾何塊狀物(2)係具有一凸出部(21)突出於表面(4)，而凸出部(21)以表面(4)為切割面，係呈方形、圓形、三角形或多邊形等其中之一種形狀；在本發明其一較佳實施例中，幾何塊狀物(2)係為一直徑為20公厘(mm)的圓形凸出部(21)結構，而校準模組(11) 係發射一雷射光束(111)聚焦在幾何塊狀物(2)上；首先，當雷射光束(111)聚集在一幾何塊狀物(2)上之任一點後，係先往右方移動，待雷射光束(111)偵測到幾何塊狀物(2)之邊界時，再對應往幾何塊狀物(2)的另一邊移動，雷射光束(111)係偵測到幾何塊狀物(2)另一邊之邊界即停止掃描，以計算出掃描之距離；再者，當掃描之距離與幾何塊狀物(2)之直徑20mm長度不符時，則校準模組(11)會往四周圍之任一點移動，再依上述之掃描程序左右掃描幾何塊狀物(2)，直到找到掃描的距離等於幾何塊狀物(2)之直徑長度才停止；再者，校準模組(11)依掃描到的幾何塊狀物(2)直徑長度，移動雷射光束(111)找到幾何塊狀物(2)的中心點位置並記錄；之後，校準模組(11)持續依上述程序掃描另外兩個幾何塊狀物(2)結構，掃描三個幾何塊狀物(2)後可決定設置幾何塊狀物(2)之表面(4)的平面座標系，以確定表面(4)之水平狀態；最後，機械手臂(1)會接收表面(4)之水平狀態，並調整機械手臂(1)以與表面(4)呈垂直之方位角進入收容器結構(3)將一待取物件(5)置入或取出，亦即決定表面(4)之平面座標系後，亦可決定此平面座標系之法向量，機械手臂(1)即是以法向量所呈現之方向將液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種物件置入或取出收容器結構(3)；然而必須注意的是，上述校準模組(11)發射之雷射光束(111)向右開始掃描幾何塊狀物(2)之方向是為說明方便起見，而非以本發明所舉為限，且熟此技藝者當知道校準模組(11)發射之雷射光束(111)只要向左或向右完全掃描幾何塊狀物(2)，而得到幾何塊狀物(2)之左右掃描距離，並不會影響本發明的實際實施。

再者，幾何塊狀物(2)亦可為具有一凹入部(圖式無標示)凹陷於表面(4)之態樣，凹入部以表面(4)為切割面，係呈方形、圓形、三角形或多邊形等其中之一種形狀，其中校準模組(11)發射之雷射 光束(111)亦聚焦在具有一凹入部之幾何塊狀物(2)上，再藉由上述之校正程序達到表面(4)之水平狀態之確定，有效使機械手臂(1)以垂直之方位角進入收容器結構(3)將一液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中一種待取物件(5)置入或取出。

由上述之實施說明可知，本發明機械手臂點位校正之方法與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1.本發明之機械手臂點位校正之方法係藉由將一可調教式之機械手臂與一收容器結構之平面呈相對垂直之機械手臂校正方法，使機械手臂可藉由自動化之點位校正垂直伸入收容器結構內取出或置放液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種待取物件，而不至於造成待取物件之刮傷之優勢者。

2.本發明之機械手臂點位校正之方法係以校準模組發射之雷射光線聚焦在至少三個幾何塊狀物上，藉由雷射光線在幾何塊狀物上左右掃描之動作，以計算出每一個幾何塊狀物之中心點位置，再以至少三個幾何塊狀物形成一平面之方式計算出幾何塊狀物所位平面的平面方程式，亦即決定幾何塊狀物所位平面之平面座標系後，即可決定此平面座標系之法向量，機械手臂即是以平面座標系之法向量所呈現之方向將液晶面板之基板或半導體之晶圓等其中之一種物件置入或取出收容器結構，具有不使液晶面板之基板或半導體之晶圓等待取物件撞擊到收容器結構而造成刮傷或破碎的情事發生等優點。

3.本發明之機械手臂點位校正之方法係可取代傳統位於液晶面板廠或半導體晶圓廠內以人工教育機台執行由收容器結構取出或置放待取物件之方式，具有減少機台之學習時間、加速產品之生產週期、減低人為失誤之機率，以及減少線上人員之工作負擔等優勢。

綜上所述，本發明機械手臂點位校正之方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

Claims (7)

1. 一種機械手臂點位校正之方法，其步驟包括有：步驟一：使用設置於一機械手臂上之校準模組掃描至少三個幾何塊狀物，以計算出每一個幾何塊狀物之中心點位置，其中該等幾何塊狀物係設置於相對應垂直一收容器結構之表面上；以及步驟二：藉由該至少三個幾何塊狀物形成一平面之方式，計算出幾何塊狀物所位平面的平面方程式，於決定幾何塊狀物所位平面之平面座標系後，確定該表面之水平狀態，該機械手臂係接收該水平狀態，繼決定此平面座標系之法向量，調整該機械手臂以該平面座標系之法向量所呈現垂直之方位角進入該收容器結構將一待取物件置入或取出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂點位校正之方法，其中該校準模組係發射一雷射光束，並以左右來回方式掃描每一幾何塊狀物，以確定該幾何塊狀物之中心點位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂點位校正之方法，其中該幾何塊狀物係具有一凸出部突出於該表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之機械手臂點位校正之方法，其中該凸出部以該表面為切割面，係呈方形、圓形、三角形或多邊形其中之一。
5. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂點位校正之方法，其中該幾何塊狀物係具有一凹入部凹陷於該表面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之機械手臂點位校正之方法，其中該凹入部以該表面為切割面，係呈方形、圓形、三角形或多邊形其中之一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之機械手臂點位校正之方法，其中該待取物係為液晶面板之基板或半導體之晶圓其中之一。