TWI818212B - 自動教導外殼系統 - Google Patents

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Abstract

自動教導外殼系統包括複數個表面，其至少部分地包圍自動教導外殼系統的內部容積。自動教導外殼系統進一步包括至少部分地設置在內部容積內的自動教導銷。自動教導銷是可被掃描的特徵，在自動教導外殼系統內具有固定位置。自動教導外殼系統進一步包括耦接到複數個表面的一個或多個表面的前介面，以使自動教導外殼系統與晶圓處理系統的裝載埠的基本垂直的部分介面連接。自動教導銷使晶圓處理系統的機械臂的自動教導操作成為可能。自動教導操作是將自動教導外殼系統內的固定位置自動教導給晶圓處理系統的機械臂的操作。

Description

自動教導外殼系統
本揭露書的實施例關於外殼系統（諸如在晶圓處理系統中使用的那些外殼系統），並且特別地關於配置為實現自動教導操作的外殼系統。
在半導體處理和其他電子處理中，經常使用平台，平台使用機械臂以在處理腔室之間從儲存區域（如，前開式晶圓傳送匣（FOUP））向處理腔室、從處理腔室向儲存區域等等運輸物體（諸如晶圓）。處理系統（諸如晶圓處理系統）具有用於處理晶圓的一個或多個處理腔室。氣體可用以在處理腔室中蝕刻晶圓（如，可在將晶圓靜電夾持在蝕刻腔室中的位置中的同時蝕刻晶圓）。機械臂從特定位置拾取物體並將物體運輸到特定位置。
以下是本揭露書的簡化的概述，以便提供對本揭露書的某些態樣的基本理解。這個概述不是本揭露書的廣泛概述。它既不旨在標識本揭露書的關鍵或重要元素，也不旨在描繪本揭露書的特定實現的任何範圍或申請專利範圍的任何範圍。其唯一目的是以簡化的形式呈現本揭露書的一些概念，作為稍後呈現的更詳細描述的前序。
在本揭露書的一態樣中，一種自動教導外殼系統包括：複數個表面，其至少部分地包圍自動教導外殼系統的內部容積。自動教導外殼系統進一步包括至少部分地設置在內部容積內的自動教導銷。自動教導銷是可被掃描的特徵，在自動教導外殼系統內具有固定位置。自動教導外殼系統進一步包括耦接到複數個表面的一個或多個表面的前介面，以使自動教導外殼系統與晶圓處理系統的裝載埠的基本垂直的部分介面連接。自動教導銷實現晶圓處理系統的機械臂的自動教導操作。自動教導操作是將自動教導外殼系統內的固定位置自動教導給晶圓處理系統的機械臂的操作。
在本揭露書的另一態樣中，一種方法包括以下步驟：將自動教導外殼系統的前介面與晶圓處理系統的工廠介面的裝載埠的基本垂直的部分介面連接，以建立包括自動教導外殼系統的內部容積和工廠介面的內部的密封環境。方法進一步包括以下步驟：藉由工廠介面的機械臂掃描設置在自動教導外殼系統的內部容積內的自動教導銷，同時保持密封環境。方法進一步包括以下步驟：基於掃描的結果來決定與自動教導外殼系統相關聯的固定位置。內容物將由機械臂基於固定位置而傳送。
在本揭露書的另一態樣中，一種外殼系統包括複數個表面，其至少部分地包圍外殼系統的內部容積。外殼系統進一步包括設置在內部容積中的複數個支撐結構。外殼系統進一步包括設置在內部容積中的複數個支撐結構上的校準基板。校準基板包括校準銷。外殼系統進一步包括耦接到複數個表面的一個或多個的前介面。前介面配置為使外殼系統與晶圓處理系統的裝載埠的基本垂直的部分介面連接。校準基板使晶圓處理系統的機械臂的校準操作能夠自動決定機械臂的機械臂誤差。
於此描述的實施例關於自動教導外殼系統。機械臂（如，大氣機器人、工廠介面機器人等的機械臂）設置在晶圓處理系統的工廠介面內側，並在晶圓處理系統內移動晶圓。外殼系統（如，FOUP或其他基板外殼系統）用以運輸諸如晶圓的物體。外殼系統在運輸期間提供了密封的環境。外殼系統與晶圓處理系統介面連接（如，對接到、密封到等），從而形成密封環境，密封環境包括外殼系統的內部容積和工廠介面的內部容積。在操作期間，機械臂從外殼系統移除物體及/或將物體插入外殼系統中，並且一旦外殼系統的晶圓已完成處理，外殼系統便會從晶圓處理系統關閉並移除（如，用門密封並取消對接）。機械臂將從外殼系統的特定位置拾取晶圓，並將晶圓放置在外殼系統中的特定位置。
具有誤差的機械臂會損壞晶圓、外殼系統及/或機械臂。機械臂誤差與教導、校準及/或部件診斷有關。教導是指向機械臂教導外殼系統的位置（如，參考點）。例如，參考點可為外殼系統的中心。校準是指決定機械臂的移動中的誤差（如，關節運動學誤差、關節滯後和關節反衝），並調整機械臂的設置以補償所決定的誤差。診斷是指決定機械臂的部件是否發生故障。例如，機械臂的端效器具有平坦的上表面，從平坦的上表面向上延伸的突起（如，牙尖）和設置在平坦的上表面上方的柱塞。端效器配置成藉由致動柱塞以將基板固定在致動的柱塞與遠端上的突起之間而抓取設置在平坦的上表面上的基板。可執行診斷以決定機械臂的柱塞發生故障（如，柱塞沒有伸出足夠遠的距離來固定基板，柱塞沒有足夠快地致動等等）。
若尚未教導機械臂外殼系統的位置（如，外殼系統的中心位置），則機械臂將嘗試從錯誤的位置拾取晶圓及/或將晶圓放置到錯誤的位置上。從錯誤的位置拾取晶圓及/或將晶圓放置在錯誤的位置會損壞晶圓、外殼系統及/或機械臂。另外，即使指示機械臂在正確的位置拾取和放置晶圓，若機械臂沒有經過校準，那麼它通常實際上不會在這些正確的位置實現拾取和放置。若未校準機械臂，則由於未校準而導致機械臂的移動誤差，會導致機械臂從錯誤的位置拾取晶圓及/或將晶圓放置到錯誤的位置上，從而損壞晶圓、外殼系統及/或機械臂。另外，即使已教導機械臂外殼系統的中心位置或零位置，並且已經對其進行了校準，其也可能會發生故障，從而損壞晶圓、外殼系統及/或機械臂。因此，在一些實施例中，執行診斷以決定機械臂是否發生故障及/或決定機械臂如何發生故障。由於未教導機械臂外殼系統的正確位置、未校準機械臂的移動及/或未正確診斷機械臂的故障部件而導致的誤差可能進一步導致晶圓處理不當。
常規地，教導機械臂位置、校準機械臂的移動及診斷機械臂的故障部件(如，決定機械臂的誤差、機械臂的速度下降到閾值速度以下等)是手動處理。對於手動處理而言，技術人員打開晶圓處理系統(導致將晶圓處理系統的工廠介面內的密封環境曝露在大氣中)，手動操作機械臂(可能將污染物引入機械臂)，並手動執行教導、校準和診斷。在打開之後，晶圓處理系統將經歷漫長的重新認證處理，在此處理期間，晶圓處理系統無法用以處理晶圓。重新認證處理會影響生產線的產量、調度、品質、使用者時間、所用的能量等。
於此揭露的裝置、系統和方法提供了自動教導外殼系統(如，FOUP)，以實現自動教導操作、校準操作或診斷操作的一種或多種。在一個實施例中，自動教導外殼系統包括至少部分地包圍自動教導外殼系統的內部容積的表面(如，頂表面、側表面、底表面、後表面等)。自動教導銷至少部分地設置在內部容積內。自動教導銷是在自動教導外殼系統內具有固定位置的可被掃描的特徵(如，可由機械臂掃描的圓柱形特徵)。耦接到表面(如， 側表面、頂表面、底表面等)的一個或多個的前介面(如，門框)使自動教導外殼系統與晶圓處理系統的裝載埠的基本上垂直的部分介面連接(如，密封)。自動教導外殼系統包括固定至自動教導外殼系統的表面(如，壁)的底表面(如，底壁)的底座板。自動教導銷固定在底座板上，並穿過底表面延伸到內部容積中。底座板使自動教導外殼系統與裝載埠的大致水平部分介面連接。基本上水平的部分包括運動裝置(如，運動銷、運動凸緣等)，以將自動教導外殼系統定位在正確位置(如，每次自動教導外殼系統與裝載埠介面連接時的相同位置中)。機械臂掃描自動教導銷以執行自動教導操作。自動教導操作是用於自動決定自動教導外殼系統、裝載埠的基本上水平的部分、運動裝置或類似者(如，基於自動教導銷的位置)的一個或多個的固定位置(如，中心)的操作。機械臂使用決定的固定位置從與裝載埠介面連接的其他外殼系統中移除物體及/或將物體插入其他外殼系統中。
在一些實施例中，將校準基板設置在自動教導外殼系統的內部容積中的支撐結構上。校準基板基本上是水平的，並且包括固定到校準基板的上表面的校準銷。機械臂使用校準基板來執行校準操作。機械臂掃描校準銷，以決定校準基板(如，校準銷)的第一位置；機械臂從支撐結構移除校準基板(如，從自動教導外殼系統移除校準基板)；機械臂被指示將校準基板放置在支撐結構上的第一位置處；機械臂掃描校準銷以決定校準基板的第二位置； 及機械臂基於在第一位置和第二位置之間的差來決定機械臂誤差。
在一個實施例中，機械臂藉由校準基板來執行診斷操作而使用。校準基板在第一定向上具有第一寬度，且在第二定向上具有第二寬度。在一些示例中，校準基板的周邊包括凹口。移動機械臂以使其在第一定向上設置在校準基板下方，致動機械臂的柱塞以將校準基板固定在第一定向上，並決定在將校準基板固定在第一定向上是否發生第一誤差。在第二定向上重複相同的處理，以決定在將校準基板固定在第二定向上是否發生第二誤差。在一些實施例中，第一或第二誤差包括柱塞的一個或多個花費多於時間的閾值量來固定抵住校準基板，柱塞延伸的距離不等於在機械臂與校準基板之間的距離，或類似者。
於此揭露的裝置、系統和方法具有優於常規解決方案的優點。自動教導外殼系統與晶圓處理系統的裝載埠介面連接，並且在不打開晶圓處理系統(如，不打開晶圓處理系統的工廠介面)及沒有隨後的晶圓處理系統的重新認證處理(如，在保持密封環境的同時實現操作的執行)的情況下，進行自動的自動教導操作、自動的校準操作及/或自動的部件診斷操作的一種或多種。裝載埠配置為接受不同類型的外殼系統，諸如前開口晶圓傳送匣(FOUP)。裝載埠密封至自動教導外殼系統的前介面，以防止晶圓處理系統(工廠介面)中的污染，防止有害氣體離開晶圓處理系統(工廠介面)及/或在工廠介面內保持惰性環境。自動教導外殼系統包括自動教導銷，以實現自動教導操作。在一些實施例中，自動教導外殼系統包括校準基板，以實現校準操作或診斷操作的一種或多種。自動教導外殼系統用以學習相對於裝載埠的固定位置、機械臂誤差及/或機械臂的問題，以使機械臂受到控制以從正確的位置移除晶圓並將晶圓放置在正確的位置上。如此一來，自動教導外殼系統減少了晶圓中的誤差，並減少了對機械臂、外殼系統及/或晶圓處理系統的損壞。與傳統解決方案相比，使用自動教導外殼系統對產線的產量、調度、品質、使用者時間、所用能源等的影響較小。
用於自動教導操作的自動教導外殼系統是出於說明的目的，而不是限制。在一些實施例中，自動教導外殼系統用於校準操作、診斷操作或自動教導操作的一種或多種。在一些實施例中，自動教導外殼系統不用於自動教導操作（如，用於沒有自動教導操作的校準及/或診斷操作）。
第1圖顯示了根據某些實施例的處理系統100（如，晶圓處理系統）。處理系統100包括工廠介面101和裝載埠128（如，裝載埠128A-D）。在一些實施例中，裝載埠128A-D直接安裝到（如，密封抵住）工廠介面101。外殼系統130（如，匣、FOUP、處理套件外殼系統、自動教導外殼系統或類似者）配置為可移動地耦接（如，對接）到裝載埠128A-D。參考第1圖，外殼系統130A耦接到裝載埠128A，外殼系統130B耦接到裝載埠128B，外殼系統130C耦接到裝載埠128C，且外殼系統130D耦接到裝載埠128D。在一些實施例中，一個或多個外殼系統130耦接到裝載埠128，用於將晶圓及/或其他基板傳送到處理系統100中以及從處理系統100中傳送出。每個外殼系統130可密封抵住相應的裝載埠128。在一些實施例中，第一外殼系統130A對接至裝載埠128A（如，用於教導、校準及/或診斷工廠介面101的機械臂）。一旦執行了這樣的一個或多個操作後，將第一外殼系統130A接著從裝載埠128A上卸下，並接著將第二外殼系統130（如，含有晶圓的FOUP）對接到相同的裝載埠128A。在一些實施例中，外殼系統130（如，外殼系統130A）是用於執行自動教導操作、校準操作或診斷操作的一種或多種的自動教導外殼系統。在一些實施例中，外殼系統130（如，外殼系統130B）是處理套件外殼系統，用於將內容物110（諸如處理套件環）傳送到處理系統100中或從處理系統100傳送出。
在一些實施例中，裝載埠128包括形成垂直開口（或基本垂直開口）的前介面。裝載埠128另外包括用於支撐外殼系統130（如，匣、自動教導外殼系統）的水平表面。每個外殼系統130（如，晶圓的FOUP、自動教導外殼系統、處理套件外殼系統）具有形成垂直開口的前介面。外殼系統130的前介面經調整尺寸以與裝載埠128的前介面介面連接（如，密封到前介面）（如，外殼系統130的垂直開口的尺寸與裝載埠128的垂直開口的尺寸大致相同）。外殼系統130放置在裝載埠128的水平表面上，並且外殼系統130的垂直開口與裝載埠128的垂直開口對準。外殼系統130的前介面與裝載埠128的前介面互連(如，夾緊到、固定到、密封到裝載埠128的前介面)。外殼系統130的底板(如，底座板)具有與裝載埠128的水平表面嚙合的特徵(如，與裝載埠運動銷特徵嚙合的裝載特徵(諸如，凹陷或接合器)、用於銷間隙的裝載埠特徵及/或外殼系統對接托盤閂鎖夾緊特徵)。相同的裝載埠128用於不同類型的外殼系統130(如，自動教導外殼系統、處理套件外殼系統、含有晶圓的匣等)。
在一些實施例中，外殼系統130(如，自動教導外殼系統)包括用於執行自動教導操作的自動教導銷。在一些實施例中，外殼系統130包括用於執行校準操作或診斷操作的一種或多種的校準基板(如，包括校準銷)。因此，外殼系統130可包括自動教導銷和校準基板兩者。
在一些實施例中，外殼系統130B(如，處理套件外殼系統)包括一個或多個內容物110(如，處理套件環、空的處理套件環載體、設置在處理套件環載體上的處理套件環、放置驗證晶圓等的一個或多個)。在一些示例中，外殼系統130B耦接到工廠介面101(如，經由裝載埠128)，使得能夠將處理套件環載體上的處理套件環自動傳送到處理系統100中，以替換用過的處理套件環。
在一些實施例中，處理系統100還包括將工廠介面101耦接到相應的脫氣腔室104a、104b的第一真空埠103a、103b。第二真空埠105a、105b耦接至相應的脫氣腔室104a、104b，並且設置在脫氣腔室104a、104b與傳送腔室106之間，以促進將晶圓和內容物110（如，處理套件環）傳送到傳送腔室106中。在一些實施例中，處理系統100包括及/或使用一個或多個脫氣腔室104和相應數量的真空埠103、105（如，處理系統100包括單個脫氣腔室104、單個第一真空埠103、和單個第二真空埠105）。傳送腔室106包括設置在其周圍並與其耦接的複數個處理腔室107（如，四個處理腔室107、六個處理腔室107等）。處理腔室107通過相應埠108（諸如狹縫閥或類似者）耦接至傳送腔室106。在一些實施例中，工廠介面101處於較高的壓力（如，大氣壓），而傳送腔室106處於較低的壓力（如，真空）。每個脫氣腔室104（如，裝載閘、壓力腔室）具有用以將脫氣腔室104與工廠介面101密封的第一門（如，第一真空埠103）和用以密封脫氣腔室104與傳送腔室106的第二門（如，第二真空埠105）。當打開第一門並關閉第二門時，將內容物從工廠介面101傳送到脫氣腔室104中，將第一門關閉，將脫氣腔室104中的壓力減小以匹配傳送腔室106，將第二門打開，並將內容物從脫氣腔室104中傳送出去。將使用局部中心尋找（LCF）裝置將內容物對齊在傳送腔室106中（如，在進入處理腔室107之前，在離開處理腔室107之後）。
在一些實施例中，處理腔室107包括蝕刻腔室、沉積腔室（包括原子層沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積或其電漿增強型）、退火腔室或類似者的一個或多個。
工廠介面101包括工廠介面機器人111。工廠介面機器人111包括機械臂，諸如選擇性依從性組裝機械臂（SCARA）機器人。SCARA機械人的示例包括2連桿SCARA機器人、3連桿SCARA機器人、4連桿SCARA機器人等。工廠介面機器人111在機械臂的一端包括端效器。端效器配置為拾取和處理特定物體，諸如晶圓。替代地或附加地，端效器配置為處理物體（諸如校準基板和處理套件環（邊緣環））。端效器還配置為掃描物體（如，自動教導銷、校準銷等），這將在下面更詳細地描述（如，第4A-C圖）。機械臂具有一個或多個連桿或構件（如，腕構件、上臂構件、前臂構件等），連桿或構件配置為移動，以將端效器沿不同的定向移動到不同的位置。
工廠介面機器人111配置為在外殼系統130（如，匣、FOUP）和脫氣腔室104a、104b（或裝載埠）之間傳送物體。儘管常規系統與由操作者打開（如，拆卸、破壞密封、污染）處理系統100（如，工廠介面101），以教導、校準及/或診斷機械臂（如，工廠介面機器人的機械臂）的故障相關聯，處理系統100配置為便於自動教導、校準及/或診斷，而無需操作者打開（如，拆卸、破壞密封、污染）處理系統100。因此，在實施例中，可在自動教導、校準及/或診斷操作期間維持包括外殼系統130的內部容積和工廠介面101的內部容積的密封環境。
在實施例中，使用外殼系統130（如，自動教導外殼系統的自動教導銷）來教導工廠介面機器人111相對於裝載埠128的固定位置。在一個實施例中，固定位置對應於放置在特定裝載埠128處的外殼系統130A(如，自動教導外殼系統)的中心位置，在實施例中，其也對應於放置在特定裝載埠128處的外殼系統130B(如，基板的匣)的中心位置。替代地，固定位置可對應於外殼系統130內的其他固定位置，諸如外殼系統130的正面或背面。在一些實施例中，使用外殼系統130(如，自動教導外殼系統的自動教導銷及/或校準基板)來校準工廠介面機器人111。在一些實施例中，使用外殼系統130(如，自動教導外殼系統的校準基板)來診斷工廠介面機器人111。
傳送腔室106包括傳送腔室機器人112。傳送腔室機器人112包括機械臂，在該機械臂的一端處具有端效器。端效器配置為處理特定物體，諸如晶圓。在一些實施例中，傳送腔室機器人112是SCARA機器人，但是在一些實施例中，傳送腔室機器人112可具有比工廠介面機器人111更少的連桿及/或更少的自由度。
控制器109控制處理系統100的各個態樣。控制器109是及/或包括計算裝置，諸如個人電腦、伺服器電腦、可程式化邏輯控制器(PLC)、微控制器等等。控制器109包括一個或多個處理裝置，在一些實施例中，它們是通用處理裝置(諸如微處理器、中央處理單元或類似者)。更具體地，在一些實施例中，處理裝置是複雜指令集計算(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、超長指令字(VLIW)微處理器或實現其他指令集的處理器或實現指令集的組合的處理器。在一些實施例中，處理裝置是一個或多個專用處理裝置，諸如專用積體電路（ASIC）、現場可程式化閘陣列（FPGA）、數位信號處理器（DSP）、網路處理器或類似者。在一些實施例中，控制器109包括數據儲存裝置（如，一個或多個磁碟驅動器及/或固態驅動器）、主記憶體、靜態記憶體、網路介面及/或其他部件。在一些實施例中，控制器109執行指令以執行於此描述的方法或處理的任一個或多個。指令儲存在電腦可讀儲存媒體上，電腦可讀儲存媒體包括主記憶體、靜態記憶體、輔助記憶體及/或處理裝置的一個或多個（在執行指令期間）。在一些實施例中，控制器109從工廠介面機器人111和晶圓傳送腔室機器人112接收信號並向其發送控制。
第1圖示意性地顯示了內容物110（如，耦接至處理套件環載體的處理套件環）到處理腔室107中的傳送。根據本揭露書的一個態樣，內容物110經由位於工廠介面101中的工廠介面機器人111從處理套件外殼系統130B移除。工廠介面機器人111將內容物110通過第一真空埠103a、103b的一個傳送到相應的脫氣腔室104a、104b中。位於傳送腔室106中的傳送腔室機器人112通過第二真空埠105a或105b從脫氣腔室104a、104b之一個移除內容物110。傳送腔室機器人112將內容物110移動到傳送腔室106中，在這裡，內容物110通過相應的埠108傳送至處理腔室107。雖然為了清晰之目的而未顯示於第1圖中，內容物110的傳送包括處理套件環載體上的處理套件環的傳送、空的處理套件環載體的傳送、放置驗證晶圓的傳送等。
第1圖顯示了內容物110的傳送的一個示例，然而，也可想到其他示例。在一些示例中，可想到，處理套件外殼系統130B耦接至傳送腔室106（如，經由安裝至傳送腔室106的裝載埠）。內容物110藉由傳送腔室機器人112從傳送腔室106裝載到處理腔室107中。另外，在一些實施例中，內容物110裝載在基板支撐基座（SSP）中。在一些實施例中，附加的SSP定位成與工廠介面101連通，與所示的SSP相對。以與於此所述的任何方式相反的方式，將處理過的內容物110（如，用過的處理套件環）從處理系統100移除。當利用多個外殼系統130B或外殼系統130B和SSP的組合時，在一些實施例中，一個SSP或外殼系統130B將用於未處理的內容物110（如，新的處理套件環），而另一個SSP或外殼系統130B接收器110將用於接收處理後的內容物110（如，用過的處理套件環）。在經由機械臂傳送內容物110之前，外殼系統130A用以執行機械臂（如，工廠介面機器人111、傳送腔室機器人112等）的自動教導操作、校準操作或診斷操作的一種或多種。自動教導、校準或診斷操作的一種或多種可使機械臂能夠正確地從外殼系統130B的特定位置移除物體，並將物體正確地放置在外殼系統130B中的特定位置中（如，一旦將外殼系統130B對接到與外殼系統130A對接的同一裝載埠128後）。
處理系統100包括腔室，諸如工廠介面101（如，配備前端模組（EFEM））和與工廠介面101相鄰的腔室（如，裝載埠128、外殼系統130、SSP、脫氣腔室104，諸如裝載閘或類似者）。腔室的一個或多個被密封（如，腔室的每一個被密封）。相鄰的腔室被密封到工廠介面101。在一些實施例中，將惰性氣體（如，氮氣、氬氣、氖氣、氦氣、氪氣或氙氣的一種或多種）提供到腔室（如，工廠介面101及/或相鄰的腔室）的一個或多個中，以提供一個或多個惰性環境。在一些示例中，工廠介面101是惰性EFEM，其維持工廠介面101內的惰性環境（如，惰性EFEM小型環境），使得使用者不需要進入工廠介面101（如，處理系統100配置成在工廠介面101內無法手動存取）。
在一些實施例中，將氣流（如，惰性氣體、氮氣）提供到處理系統100的一個或多個腔室（如，工廠介面101）中。在一些實施例中，氣流大於通過一個或多個腔室的洩漏，以在一個或多個腔室內維持正壓。在一些實施例中，工廠介面101內的惰性氣體被再循環。在一些實施例中，惰性氣體的一部分被排出。在一些實施例中，進入工廠介面101的非再循環氣體的氣體流量大於排出的氣流和氣體洩漏，以維持工廠介面101內的惰性氣體的正壓。在一些實施例中，工廠介面101耦接到一個或多個閥及/或泵，以提供進入離開工廠介面101的氣流。處理裝置（如，控制器109的處理裝置）控制進入和離開工廠介面101的氣流。在實施例中，處理裝置從一個或多個感測器（如，氧氣感測器、濕度感測器、運動感測器、門致動感測器、溫度感測器、壓力感測器等）接收感測器數據，並基於感測器數據決定流入及/或流出工廠介面101的惰性氣體的流率。
外殼系統130允許在不打開工廠介面101和相鄰腔室內的密封環境的情況下教導、校準及/或診斷機械臂（如，工廠介面機器人的機械臂）。機械臂的教導、校準和診斷將在下面詳細討論。外殼系統130響應於對接在裝載埠128上而密封到裝載埠128。外殼系統130提供淨化埠通路，使得可在打開外殼系統130之前淨化外殼系統130的內部以最小化工廠介面101內惰性環境的干擾。
第2A圖顯示了根據某些實施例的自動教導外殼系統200（如，第1圖的外殼系統130）的前視圖。自動教導外殼系統200配置為能夠進行自動教導操作、校準操作或診斷操作的一種或多種。
自動教導外殼系統200包括至少部分地包圍內部容積202（如，形成腔或腔室）的表面（如，壁、側壁、基本平面的結構等）。在一些實施例中，內部容積202是小型環境（如，密封環境）。在一些實施例中，內部容積202保持基本無顆粒（如，基本未污染）。在一些實施例中，自動教導外殼系統200包括抑制內部容積202中的任何顆粒的風扇（如，在頂表面處）。在一些實施例中，內部容積基本上沒有（或完全沒有）濕氣、氧氣、顆粒（如灰塵）或類似者的一個或多個。
表面包括側壁表面210A-B（如，側壁）、底表面212（如，底壁）、頂表面214（如，頂壁）和後表面216（如，後壁）。在一些實施例中，表面形成可夾持的盆（tub）。表面（如，側壁表面210A-B、底表面212、頂表面214等）的一個或多個形成前介面。前介面配置成與用於運輸自動教導外殼系統200的門介面連接（如，密封）。前介面配置成與晶圓處理系統的裝載埠的基本垂直的部分介面連接（如，密封）。響應於將前介面密封到門或裝載埠，自動教導外殼系統200創建了密封的環境（如，氣體及/或顆粒不會從晶圓處理系統外側的周圍環境離開或進入自動教導外殼系統200）。
在一些實施例中，自動教導外殼系統200包括耦接至底表面212的底座板220（如，配接器板）。底座板220配置為與裝載埠的水平部分介面連接。底座板220具有用於容納裝載埠的水平部分的運動裝置（如，運動銷、精確定位的銷）的特徵（如，凹陷、容器、運動介面）。在一些實施例中，在將自動教導外殼系統200與裝載埠介面連接之前，將底座板220固定到底表面212。在一些實施例中，底座板220固定到裝載埠，且接著將底表面212固定到底座板220。在一些實施例中，自動教導外殼系統200具有用於密封底表面212中的開口的密封件（如，可壓碎（crushable）的密封件、墊圈），自動教導銷230延伸穿過該開口。
在一些實施例中，高架運輸凸緣222或至少一個手柄224的一個或多個耦接到自動教導外殼系統200的一個或多個表面，以用於自動教導外殼系統200的運輸（如，自動運輸、手動運輸等）。在一些實施例中，OHT凸緣222耦接到頂表面214。在一些實施例中，第一手柄224A設置在第一側壁表面210A上，且第二手柄224B設置在第二側壁表面210B上。
在一些實施例中，自動教導銷230至少部分地設置在內部容積202內。在一些實施例中，自動教導銷230耦接至底座板220，且自動教導銷的至少一部分延伸穿過底表面212中的開口進入內部容積202中。自動教導銷230實現自動教導操作（如，參見第5C圖的方法540）。在一些實施例中，自動教導銷230位於底座板220的中心。
在一些實施例中，校準基板240設置在內部容積202中。校準基板240是端效器可抓持和移動的平坦物體（如，晶圓）。校準基板240是半固定的（如，浮動的半固定校準基板240），用於執行感測器校準（如，校準操作）。
在一些實施例中，校準銷242設置在（如，固定至）校準基板240的上表面上。在一些實施例中，校準基板240設置在內部容積202中的一個或多個支撐結構244上（如，在三到四個支撐結構上）。在一些實施例中，校準基板240設置在第一支撐結構244A和第二支撐結構244B，第一支撐結構244A和第二支撐結構244B設置在後表面216附近。在一些實施例中，校準基板240設置在鄰近前介面的支撐結構244C-D上（如，除了支撐結構244A-B之外）。在一些實施例中，套環246設置在自動教導銷230上，且校準基板240設置在套環246上（如，除了支撐結構244A-B之外）。在一些實施例中，支撐結構244設置在底表面212上（如，從底表面212延伸到校準基板240）。在一些實施例中，支撐結構244設置在側壁表面210A、側壁表面210B或後表面216的一個或多個上。校準基板240實現校準操作（如，參見第5B圖的方法520）或診斷操作（如，參見第5D圖的方法560）的一個或多個。
在一些實施例中，自動教導外殼系統200包括單個自動教導銷230（如，自動教導外殼系統200包括或不包括校準銷242）。替代地，自動教導系統200包括多個自動教導銷230。在一些實施例中，自動教導外殼系統200包括單個校準銷242（例如，自動教導外殼系統200包括或不包括自動教導銷230）。在一些實施例中，自動教導外殼系統200包括自動教導銷230和校準銷242。在一些實施例中，自動教導銷230和校準銷242是單個銷（如，單個銷可用於自動教導和用於校準）。
在一些實施例中，自動教導外殼系統200包括銷（如，自動教導銷230及/或校準銷242），其中銷的至少一部分的形狀（如，梯形）配置為提供校準和角度偵測。在一些示例中，銷的梯形部分提供校準和角度偵測兩者，並且易於加工成車削零件。在一些實施例中，梯形部分的角落經由壓配銷而定位（如，四個角落可為壓配銷而不是單個機械加工特徵）以提高精度。
在一些實施例中，為了提供校準，銷的至少一部分具有圍繞中心銷（如，銷的圓柱形部分）具有偏斜或不對稱的形狀（如，梯形）。將銷的第一部分（如，銷的圓柱形部分）的對稱性與銷的第二部分（如，銷的梯形部分）的非對稱性進行比較，以進行校準。機械臂在z方向上執行移動（如，向上或向下移動），以掃描銷的第一部分（如，圓柱形）和第二部分（如，梯形）以進行比較。機械臂圍繞單個關節執行旋轉運動，以從第一角度和第二角度測量第二部分（如，梯形）以進行比較。執行移動的機械臂允許比較相同近似區域的關節角度，而無需讓機器人完全改變關節姿勢來掃描另一個物體。在一些實施例中，對於角度偵測而言，使用了將由於掃描的角度而增加或減小間隔的一組偏移特徵（如，梯形部分的側面或邊緣）。
在一些實施例中，自動教導外殼系統200具有兩個或更多個自動教導銷230及/或兩個或更多個校準銷242。在一些實施例中，自動教導外殼系統200包括兩個或更多個銷，其中每個銷可用於自動教導及/或校準的一個或多個。在一些實施例中，一個或多個銷從底表面212延伸。在一些實施例中，一個或多個銷從自動教導外殼系統200的表面（如，側壁表面210A、側壁表面210B、頂表面214、後表面216或類似者）延伸到自動教導外殼系統200的內部容積中。在一些實施例中，一個或多個銷從自動教導外殼系統200的內部容積內的結構（如，校準結構240）延伸。在一些實施例中，第一銷從自動教導外殼系統200內的第一結構（如，第一校準結構240A，可藉由機械臂移動的結構）延伸，且第二銷從自動教導外殼系統200內的第二結構（如，第二校準結構240B，可藉由機械臂移動的結構）延伸。
第2B圖顯示了根據某些實施例的自動教導外殼系統200的分解透視圖。
自動教導外殼系統200的表面（如，壁、側壁）包括側壁表面210A-B、底表面212、頂表面214和後表面216。自動教導外殼系統200包括底座板220，且在一些實施例中，自動教導銷230設置在底座板220上。底表面212形成一個或多個開口。底座板220固定到底表面212，且自動教導銷230穿過底表面212中的開口延伸到自動教導外殼系統200的內部容積202中。自動教導銷230在底表面212中的開口處提供密封（如，提供密封的環境）。
在一些實施例中，一個或多個淨化配接器250配置為插入到形成在底表面212中的開口中。淨化配接器250用以向進行以下動作的一種或多種：用氣體（如，氮氣（N2 ））填充自動教導外殼系統200，從自動教導外殼系統移除氣體，使氣體通過自動教導外殼系統200或類似者。淨化配接器250的每一個在底表面212中的相應開口處提供密封（如，以提供密封的環境）。在一些實施例中，自動教導外殼系統200響應於對接至裝載埠而密封到裝載埠。自動教導外殼系統200的內部容積配置為在打開自動教導外殼系統200之前經由一個或多個淨化配接器250淨化。
自動教導外殼系統200的表面的一個或多個提供前介面。自動教導外殼系統200包括門252。門252密封到自動教導外殼系統200的前介面，以提供密封的環境。門252與校準基板（如，參見第2B圖）介面連接（如，將校準基板夾緊在適當的位置，壓縮抵靠校準基板），以防止在運輸期間校準基板的移動。
在一些實施例中，自動教導外殼系統200包括用於運輸自動教導外殼系統200的手柄224A-B及/或OHT凸緣222。
第2C圖顯示了根據某些實施例的自動教導外殼系統200的透視圖。
在一些實施例中，底座板220固定到底表面212，且自動教導銷230延伸穿過底表面212進入自動教導外殼系統的內部容積202。淨化配接器250設置在底表面212中並且延伸穿過底座板220，以與氣體或真空管線的一個或多個流體耦接（如，用於淨化自動教導外殼系統200，用於在自動教導外殼系統200中產生真空，用於用氣體填充自動教導外殼系統200等）。在一些實施例中，手柄224和OHT凸緣222固定到自動教導外殼系統200的對應表面。在一些實施例中，校準基板240設置在自動教導外殼系統200的內部容積202中的一個或多個支撐結構244上。校準基板240包括固定到校準基板240的上表面的校準銷242。校準基板240包括在第一定向上的第一寬度和在第二定向上的第二寬度。在一些實施例中，校準基板240具有凹口或凹陷。校準基板240的第一寬度是從校準基板240的周邊處的第一位置到校準基板240的周邊處的第二位置（如，第一位置或第二位置均不包括凹口或凹陷），且校準基板240的第二寬度是從在凹口或凹陷處的周邊處的第三位置到在周邊處的第四位置。響應於第三位置是凹陷或向內凹口，第二寬度短於第一寬度。第一寬度和第二寬度用以在機械臂上執行診斷操作（如，決定端效器是否可在第一寬度和第二寬度的時間的閾值量之內抓持校準基板240等）。校準基板240和支撐結構244經調整尺寸成使得校準基板240能夠被機械臂從第一位置升起（如，被機械臂的端效器的牙尖和柱塞抓住）並且放置在與第一位置不同的支撐結構244上的第二位置（如，用於決定機械臂誤差）中。校準銷242經調整尺寸和位置以使得機械臂（如，端效器）能夠掃描校準銷242以決定校準銷242的位置（如，用於決定機械臂誤差）。自動教導銷230經調整大小和位置以使得機械臂（如，端效器）能夠掃描自動教導銷230以決定自動教導銷230的位置（如，用於教導自動教導外殼系統200及/或裝載埠的中心位置）。
第3A-B圖顯示了根據某些實施例的自動教導外殼系統（如，第1圖的自動教導外殼系統130及/或第2A-C圖的自動教導外殼系統200）的自動教導銷300（如，第2A-C圖的自動教導銷230）。第3A圖顯示自動教導銷300的前視圖，而第3B圖顯示自動教導銷300的頂視圖。在一些實施例中，校準銷的一個或多個部分(如，第2A-B圖的校準銷242)類似於自動教導銷300的相應部分。在一些示例中，校準銷具有圓柱形部分和梯形部分。
自動教導銷300包括圓柱形部分302(如，具有圓柱形側壁的第一部分)。機械臂使用圓柱形部分302執行自動教導操作，以定位自動教導外殼系統及/或裝載埠的固定位置(如，x-y位置)。
自動教導銷300包括梯形部分304(如，包括平坦側壁的第二部分)。機械臂使用梯形部分304以能夠校準機械臂誤差。在一些實施例中，梯形部分304具有為橢圓形或多邊形(如，梯形、正方形、矩形、三角形等)的周邊，以使機械臂能夠從不同角度掃描梯形部分，以測量不同的長度(如，深度)以校準機械臂。
在一些實施例中，自動教導銷300包括底座306，底座306固定至底座板320(如，第2A-C圖的底座板220)的突出部分324。一個或多個底座緊固件332(如，螺栓、螺釘等)將底座306耦接到底座板320的突出部分324。
自動教導外殼系統的底表面包括用於自動教導銷的開口(如，圓柱形部分302、梯形部分304和底座306)及用於夾具緊固件330的開口。底座板320包括底座凸緣322和突出部分324。密封件326設置在底座凸緣322上，且底座306固定到突出部分324。底座板320固定到自動教 導外殼系統的底表面，使得自動教導銷300的至少一部分通過底表面中的開口延伸到自動教導外殼系統的內部容積中。在一些示例中，圓柱形部分302、梯形部分304和底座306的至少一部分延伸到內部容積中。在一些實施例中，底座凸緣322匹配自動教導外殼系統的底表面的斜率(如，非水平斜率)。底表面設置於密封件326上，密封件326設置於底座凸緣322上。夾具308設置於底座306周圍的底表面上。夾具緊固件330藉由延伸穿過夾具308、底表面和密封件326而將夾具308固定到底座凸緣，以與與底座凸緣322嚙合。底座凸緣322、密封件326、底表面和夾具308基本上彼此平行，且夾具緊固件330基本上垂直於底座凸緣322、密封件326、底表面和夾具308。
圓柱形部分302的頂表面表示第一晶圓傳送平面。梯形部分304的頂表面表示替代的晶圓傳送平面。圓柱形部分302的靠近圓柱形部分302的頂表面的遠端配置成支撐用於支撐校準基板的套環。
圓柱形部分302具有圓形的周長，並具有供機械臂掃描的精確受控表面。圓柱形部分302的直徑作為可程式化參數而變化。圓柱形部分302指示相對於裝載埠(如，裝載埠的基本水平部分)的運動裝置(如，運動銷)的x-y中心(如，裝載埠的中心)。圓柱形部分302用於自動教導操作。
梯形部分304能夠進行反衝和兩個附加機械臂線性位置(如，+10度和-10度)的校準，以提供總共六個可 掃描位置。梯形部分304用於對機械臂上的特定關節進行反衝校準。若從不同角度接近，梯形部分304提供不同的掃描深度。梯形部分允許隔離各個接頭中的反衝(如，接頭中的一般誤差)。
第4A圖顯示了根據某些實施例的機械臂400的頂視圖。機械臂400配置為使用自動教導外殼系統執行自動教導操作、校準操作或診斷操作的一種或多種。機械臂400包括端效器408、腕構件436、光束感測器450、光源452和光接收器454。光傳輸纖維456A穿過腕構件436和端效器408而佈線並終止在端效器408的第一端458A處。光接收纖維456B穿過腕構件436和端效器408而佈線並終止在端效器408的第二端458B處。端效器408的第一端458A和第二端458B在間隙460上間隔開，間隙460形成用於某些類型的處理的釋放區域，包括偵測基板的外圍邊緣、自動教導銷、校準銷或類似者。
光傳輸纖維456A在靠近第一端458A的第一光路開口462A處終止。類似地，光接收光纖456B在靠近第二端458B的第二光路開口462B處終止。第一光路開口462A和第二光路開口462B彼此面對並且形成用於偵測物體(如，自動教導銷、校準銷、基板等)的外圍邊緣的存在或不存在的光傳輸路徑464(如，光束)。光傳輸路徑464在第一端458A和第二端458B之間(如，在兩個點之間)延伸，這使得能夠偵測間隙460中的物體。
光束感測器450還包括光傳輸/接收模組466，其偵測在光傳輸纖維456A和光接收纖維456B之間的光傳輸程度。響應於物體阻擋光傳輸路徑464，光傳輸/接收模組466感測位於第一光路開口462A和第二光路開口462B之間的物體的外圍邊緣。由光傳輸/接收模組466產生的輸出信號經由穿過機械臂400的導體提供給控制器。
在機械臂400的操作期間，控制器(如，第1圖的控制器109)將信號傳輸到機械臂400，信號使端效器408移動到某些位置。在一些示例中，控制器生成使機械臂的一個或多個部分(如，上臂、前臂、腕構件436)移動到特定位置的信號，諸如晶圓處理系統的工廠介面或傳送腔室內的位置。控制器基於相對於機械臂400的固定位置產生信號以移動端效器408。例如，機械臂400執行自動教導操作(如，在機械臂400決定固定位置的坐標的情況下)、校準操作(如，在機械臂400決定機械臂400的機械臂誤差的情況下)及/或診斷操作(如，在機械臂400決定機械臂400中的誤差或故障的情況下)。控制器接著生成信號以移動機械臂400的一個或多個部分(如，上臂、前臂、腕構件436)，以將端效器408移動到相對於固定位置的特定位置(如，鑑於機械臂誤差等)。
在一些實施例中，機械臂400的機械中的一個或多個誤差引起端效器408的定位誤差。例如，一個或多個關節(如，在上臂、前臂、腕構件436之間)有誤差或移動(play)，這會導致位置誤差。這些位置誤差降低了由 機械臂400執行的自動教導操作的準確性。一個或多個關節中的誤差包括關節運動誤差、關節滯後和關節反衝。關節運動誤差(如，關節誤差)是關節未按指示旋轉的結果。例如，指示關節旋轉到特定角度，但是關節旋轉到不同角度。當關節順時針或逆時針旋轉並且位置發生可重複的差異時，就會發生關節反衝。關節滯後與在關節的順時針和逆時針旋轉中觀察到的滯後有關。被分析的其他誤差包括機械臂的一個或多個部分(如，上臂、前臂、腕構件436)的實際長度與儲存在控制器中的它們的長度相比。
藉由使用不同的機器人姿勢將端效器408反覆定向到固定位置，可提高自動教導的準確性。機器人姿勢是指機械臂的一個或多個部分(如，上臂、前臂、腕構件436)的位置。機械臂400決定固定位置的不同坐標，其由於機械臂誤差(如，關節誤差和其他誤差)而變化。
第4B圖顯示了根據某些實施例的機械臂400的頂視圖。機械臂400配置為使用自動教導外殼系統執行自動教導操作、校準操作或診斷操作的一種或多種。機械臂400包括端效器408、腕構件436、耦接至光源452的第一光路開口462A(如，光纖發射器)及耦接至光接收器454的第二光路開口462B(如，光纖接收器)。光傳輸路徑464(如，光束、光束觸發路徑)設置在第一光路開口462A和第二光路開口462B之間。
機械臂400具有對應於實際晶圓中心412的機械腕中心410。機械臂400的特徵誤差414(如，機械臂誤差) 是中心線與誤差線之間的距離或角度。中心線在機器人腕中心410和實際晶圓中心412之間。誤差線與光傳輸路徑464垂直(如，成90度角度416)。在一些實施例中，機械臂400經由校準操作決定特徵誤差414。
第4C圖顯示了根據某些實施例的使用自動教導外殼系統來執行校準操作的方法470。儘管以特定的序列或順序顯示，但是除非另有說明，否則可修改處理的順序。因此，顯示的實施例應當僅被理解為示例，並且顯示的處理可以不同的順序執行，且一些處理可並行地執行。另外，在各個實施例中可省略一個或多個處理。因此，並非在每個實施例中都需要所有處理。
參照第4C圖的方法470，在方塊472處，機械臂400將包括校準銷的校準基板(如，被釘扎的晶圓)放置在自動教導外殼系統中的支撐結構上的第一位置(如，Tx0，Ty0)上(如，響應於自動教導外殼系統對接並密封到裝載埠)。在一些實施例中，在對接自動教導外殼系統之前，將校準基板放置在第一位置處。
在方塊474處，機械臂400對自動教導外殼系統中的校準銷執行第一掃描(如，自動教導掃描)。機械臂400決定校準銷在第一位置處。為了執行掃描，機械臂400繞著腕中心410向左和向右旋轉。
在方塊476處，機械臂400升起校準基板，並被指示將校準基板移動到自動教導外殼系統中支撐結構上的第二位置(如，Tx1，Ty1)。在一些實施例中，第二位 置與第一位置相同。在一些實施例中，第二位置不同於第一位置。
在方塊478處，機械臂400執行第二掃描(如，自動教導掃描)以決定，在方塊480處，校準銷在自動教導外殼系統中的第三位置(如，Tx2，Ty2)。為了執行掃描，機械臂400繞著腕中心410向左和向右旋轉。
機械臂400基於第一位置、第二位置或第三位置的兩個或更多個來決定機械臂誤差。在一示例中，機械臂誤差是在第三位置(如，實際位置)與第二位置(如，定向位置)之間的差。因此，機械臂使用機械臂誤差來決定物體的實際位置。
在一些實施例中，機械臂為機械臂的每個構件(如，腕構件、上臂、前臂)執行方法470，以決定機械臂的每個構件的機械臂誤差。在一些示例中，機械臂藉由旋轉前臂的前臂中心同時保持其他構件靜止以決定特定於前臂的機械臂誤差來執行方法470。
第5A-D圖顯示了根據某些實施例的使用自動教導外殼系統來執行自動教導操作、校準操作或診斷操作(如，同時保持密封環境)的一種或多種的方法。響應於使用者輸入(如，按下工廠介面上的按鈕)，自動執行自動教導操作、校準操作或診斷操作的一種或多種。儘管以特定的序列或順序顯示，但是除非另有說明，否則可修改處理的順序。因此，顯示的實施例應當僅被理解為示例，並且顯示的處理可以不同的順序執行，並且一些處理可並 行地執行。另外，在各個實施例中可省略一個或多個處理。因此，並非在每個實施例中都需要所有處理。
參照第5A圖的方法500，在方塊502處，自動教導外殼系統的前介面與晶圓處理系統的裝載埠的基本垂直的部分介面連接。前介面密封到裝載埠的基本垂直的部分。在一些示例中，前介面被夾持到裝載埠的基本垂直的部分，且密封構件(如，墊圈)設置在前介面和裝載埠的基本垂直的部分之間。
在方塊504處，自動教導外殼的底座板與裝載埠的基本水平的部分介面連接。底座板包括與裝載埠的基本水平部分的運動裝置(如，運動銷)介面連接的特徵(如，凹陷或接合器)。底座板的特徵(如，圓錐體)與裝載埠的運動特徵(如，運動銷)相交接，以將自動教導外殼系統相對於裝載埠設置在特定位置。裝載埠的運動特徵與其他外殼系統的特徵(如，處理套件環外殼系統)介面連接，以將其他外殼系統相對於裝載埠放置在與自動教導外殼系統相同的特定位置中。
在方塊506處，機械臂用以執行自動教導操作(如，參見第5C圖的方法540)、校準操作(如，參見第5B圖的方法520)或診斷操作(如，參見第5D圖的方法560)的一種或多種。
在一些實施例中，自動教導操作用以教導機械臂固定位置(如，外殼系統的中心或xy平面中的裝載埠的中心)，使得在拾取操作期間，機械臂可定位在每個晶圓的 中心下方，以及在放置(如，下放)操作中將每個晶圓傳送到正確的位置。
在一些實施例中，校準操作用以決定機械臂的移動誤差並補償那個誤差。例如，響應於決定機械臂的腕旋轉了小於指示的角度量的第一角度量，控制器將指示腕旋轉第一角度量和指示的角度量之和(如，以補償旋轉誤差)。
在一些實施例中，診斷操作用以決定機械臂的部件是否正常運作(如，適當的速度、適當的測量、適當的晶圓固定等)。
自動教導操作、校準操作和診斷操作的每一種都將在不打開工廠介面的情況下利用自動教導外殼系統執行。
第5B圖顯示了根據某些實施例的使用自動教導外殼系統來執行校準操作(如，同時保持密封環境)的方法520。在一些實施例中，在工廠處，在更換機械臂的一個或多個部分(如，控制器、構件、關節等)之後，在操縱機器人的一個或多個部分之後，在損壞了機械臂之後，一旦失去了先前的機械臂誤差數據(如，從工廠獲得的數據)或類似者的一種或多種，執行校準操作。校準操作提供了機械臂的機器人關節誤差，機械臂並未特定於任何特定站(如，適用於晶圓製造系統的任何裝載埠處的機械臂)。
參照第5B圖的方法520，在方塊522處，將校準基板設置在自動教導外殼系統的內部容積中的支撐結構上的自動教導銷上方。
在方塊524處，機械臂掃描校準基板的校準銷，以決定校準基板的第一位置。機械臂藉由繞機械臂的構件(如，圍繞腕中心)的中心左右移動左右移動來掃描校準銷。機械臂藉由僅移動機械臂的一個構件(如，腕構件)並使機械臂的其他構件保持靜止來掃描校準銷。機械臂儲存第一位置。
在方塊526處，機械臂從支撐結構移除校準基板。機械臂使機械臂的端效器設置在校準基板的下方。機械臂致動端效器的柱塞(如，氣動柱塞)，以將校準基板抓持在柱塞和端效器的遠端處的墊(如，牙尖)之間。在一些實施例中，機械臂僅使用機械臂的一個構件來升起校準基板並移動校準基板，同時保持機械臂的其他構件靜止。在一些實施例中，機械臂從自動教導外殼系統移除校準基板。
在方塊528處，指示機械臂將校準基板放置在第一位置處。機械臂從記憶體檢索第一位置，並嘗試將校準放置在第一位置處。機械臂使用機械臂的相同構件(如，腕構件)，該構件用以從支撐結構移除校準基板(如，將決定的機械臂誤差隔離到一個構件)。
在方塊530處，機械臂再次掃描校準基板的校準銷，以決定校準基板的第二位置。
在方塊532處，基於在第一位置和第二位置之間的差來決定機械臂誤差。機械臂誤差用於外殼系統的任何操作(如，自動教導操作、機械臂的其他構件的校準操作、診斷操作等)及/或之後將對接在與自動教導外殼系統相同的裝載埠處的其他外殼系統的操作(如，晶圓、載體、處理套件環、放置驗證晶圓等的傳送)。
第5C圖顯示了根據某些實施例的使用自動教導外殼系統來執行自動教導操作(如，同時保持密封環境)的方法540。在一些實施例中，在以下的情況之一時，執行自動教導操作：在啟動時(如，晶圓製造系統的工具的啟動時)，週期性地(如，每年一次)，一旦從機械臂接收到的值發生漂移時，當手臂老化時，在更換機械臂的一部分之後等。自動教導操作提供了自動教導外殼系統及/或裝載埠的特定位置。機械臂使用特定位置來決定物體在安裝在同一裝載埠上的任何外殼系統中的位置。
參照第5C圖的方法540，在方塊542處，機械臂掃描設置在自動教導外殼系統的內部容積內的自動教導銷。在一些實施例中，機械臂藉由僅移動機械臂的一個構件(如，腕構件)並使機械臂的其他構件保持靜止來掃描自動教導銷。在一些實施例中，機械臂使用在校準操作中使用的相同構件。
在方塊544處，基於方塊542的掃描結果，決定與自動教導外殼系統及/或裝載埠相關聯的固定位置(如， 中心位置)。在一些實施例中，基於機械臂誤差而進一步決定固定位置。
在方塊546處，使機械臂基於固定位置來傳送內容物。在一些實施例中，機械臂基於機器人誤差來傳送內容物。機械臂將固定位置用於外殼系統的任何操作(如，機械臂的其他構件的校準操作、診斷操作等)及/或之後將對接在與自動教導外殼系統相同的裝載埠處的其他外殼系統的操作(如，晶圓、載體、處理套件環、放置驗證晶圓等的傳送)。
第5D圖顯示了根據某些實施例的使用自動教導外殼系統來執行診斷操作(如，同時保持密封環境)的方法560。在一些實施例中，在以下的情況之一時，執行診斷操作：週期性地(如，每天、每週、每月)，當機械臂老化時，隨著偵測到機械臂及/或由機械臂處理的晶圓的問題時，以執行在機械臂上進行跟踪的統計處理控制(SPC)，以預先知道機械臂是否會變差以計劃停機時間或類似者。可執行診斷操作以決定機械臂的任何部件是否發生故障。
參照第5D圖的方法560，在方塊562處，機械臂在對應於校準基板的第一寬度的第一定向上被定位在校準基板下方。在一些實施例中，機械臂的端效器位於校準基板下方。端效器具有平坦的上表面和與機械臂的腕相對的一個或多個遠端。一個或多個遠端均具有從平坦表面向上延伸的對應突出部(例如，牙尖)。端效器具有設置在平 坦上表面上方的柱塞。上平坦平面配置為支撐基板。柱塞配置成被致動以推抵基板的一側，而突起(如，牙尖)推抵基板的另一側，使得基板被抓持(如，固定)在柱塞和突起之間。在經由端效器固定基板的同時，機械臂可運輸基板。
在方塊564處，指示機械臂的柱塞致動以將校準基板固定在第一定向上。為了固定校準基板，將校準基板固定在端效器的遠端處的墊(如，牙尖)和柱塞之間。
在方塊566處，決定在將校準基板固定在第一定向中的第一誤差的發生。機械臂可致動柱塞，直到時間的閾值量或決定基板固定在柱塞和墊之間(如，感測器決定對柱塞致動的阻力的閾值量)的更早者為止。響應於決定柱塞的遠端與墊之間的距離。例如，在柱塞和墊之間的距離可對應於柱塞的致動的每個位置。
在一些實施例中，第一誤差的決定響應於決定在柱塞致動的時間的閾值量內沒有將基板固定在柱塞和墊之間(如，在時間的閾值量內未偵測到阻力的閾值量)。這可能表明柱塞由於未致動或低於閾值速度致動而發生故障。
在一些實施例中，第一誤差的決定響應於決定柱塞已經致動了超過閾值距離以固定校準基板(如，導致測量的寬度小於實際寬度)。這可能表明，柱塞由於致動的距離小於其被指示的距離而發生故障。
在一些實施例中，對第一誤差的決定響應於決定第一定向上的校準基板的測量寬度不同於第一定向上的校準基板的實際寬度。這可能表明，柱塞由於未按指示致動的那麼多，或者未正確固定校準基板而發生故障。
在一些實施例中，第一誤差響應於校準基板沒有正確地安置在機械臂上(如，一個或多個部分彈出在端效器的牙尖上)、端效器的磨損或類似者。
在方塊568處，機械臂在對應於校準基板的不同於第一寬度的第二寬度的第二定向上被定位在校準基板下方。第一定向或第二定向的一個對應於校準基板的周邊中的特徵(如，凹口、凹陷)。
在方塊570處，機械臂的柱塞被致動以將校準基板固定在第二定向上。在一些實施例中，方塊570類似於方塊564。
在方塊572處，決定在將校準基板固定在第二定向上時發生第二誤差。在一些實施例中，方塊572類似於方塊566。在一些實施例中，針對第一定向或第二定向中的一個來決定誤差的發生(如，第一定向或第二定向的另一個不具有誤差)。
第6圖是顯示根據某些實施例的電腦系統600的方塊圖。在一些實施例中，電腦系統600是控制器109(如，參見第1圖)。電腦系統600(如，處理裝置602)用以使機械臂執行自動教導操作、校準操作及/或診斷操作。
在一些實施例中，電腦系統600連接(如，經由諸如局域網(LAN)、內聯網、外聯網或網際網路之類的網路)到其他電腦系統。電腦系統600在客戶端-伺服器環境中以伺服器或客戶端電腦的能力操作，或者在對等或分佈式網路環境中作為對等電腦操作。電腦系統600由個人電腦(PC)、平板電腦、機上盒(STB)、個人數位助理(PDA)、蜂巢式電話、網路應用、伺服器、網路路由器、交換器或橋接器，或能夠執行指令集(順序指令或其他指令)的任何裝置而提供，指令集指定了裝置要執行的操作。此外，術語「電腦」應包括單獨或共同執行(一或多組)指令集以執行於此所述的方法的任一個或多個的電腦的任何集合。
在進一步的態樣中，電腦系統600包括處理裝置602、揮發性記憶體604(如，隨機存取記憶體(RAM))、非揮發性記憶體606(如，唯讀記憶體(ROM)或可電擦除的可程式化ROM(EEPROM))和數據儲存裝置618，它們經由匯流排608相互通信。
處理裝置602由諸如通用處理器(諸如，例如，複雜指令集計算(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、超長指令字(VLIW)微處理器、實現其他類型的指令集的微處理器，或實現指令集的類型的組合的處理器)或專用處理器(如，專用積體電路(ASIC)、現場可程式化控制器閘陣列(FPGA)、數位信號處理器(DSP)或網路處理器)的一或多個處理器提供。
電腦系統600進一步包括網路介面裝置622(如，經由網路674通信)。電腦系統600還包括視訊顯示單元610(如，LCD)、字母數字輸入裝置612(如，鍵盤)、游標控制裝置614(如，滑鼠)和信號生成裝置620。
在一些實現中，數據儲存裝置616包括非暫時性電腦可讀儲存媒體624，其上儲存了指令626，指令對於此所述的方法或功能的任一個或多個進行編碼，包括用於實現於此所述的方法的指令(如，使機械臂執行自動教導操作、使機械臂執行校準操作、使機械臂執行診斷操作及/或執行第4C圖的方法470)。
在電腦系統600執行指令626的同時，指令626也全部或部分駐留在揮發性記憶體604及/或處理裝置602內，因此，在一些實施例中，揮發性記憶體604和處理裝置602也構成了機器可讀儲存媒體。
儘管在顯示性示例中將電腦可讀儲存媒體624顯示為單個媒體，但是術語「非暫時性電腦可讀儲存媒體」應包括單個媒體或多個媒體(如，集中式或分佈式數據庫，及/或關聯的快取和伺服器)來儲存一或多個可執行指令集。術語「非暫時性電腦可讀儲存媒體」還應包括能夠儲存或編碼指令集以供電腦執行的有形媒體，指令集可使電腦執行於此所述的方法的任一種或多種。術語「非暫時性電腦可讀儲存媒體」應包括(但不限於)固態記憶體、光學媒體和磁性媒體。
在一些實施例中，於此所述的方法、部件和特徵是由分立的硬體部件實現的，或者被整合在諸如ASICS、FPGA、DSP或類似裝置的其他硬體部件的功能中。在一些實施例中，方法、部件和特徵由硬體裝置內的韌體模組或功能電路實現。此外，在一些實施例中，方法、部件和特徵是在硬體裝置和電腦程式部件的任何組合中或在電腦程式中實現的。
除非另有明確說明，否則諸如「掃描」、「移動」、「引起」、「執行」、「移除」、「放置」、「指示」、「決定」、「設置」、「致動」、「定位」或類似者的術語是指由電腦系統執行或實現的操作和處理，電腦系統將表示為電腦系統寄存器或記憶體中的物理(電子)量的數據操縱或轉換為類似地表示為電腦系統記憶體或寄存器或其他此類資訊儲存器、傳輸或顯示裝置中的物理量的其他數據。同樣，於此所使用的術語「第一」、「第二」、「第三」、「第四」等是指用於區分不同元件的標籤，並且可能不具有根據其數字指定的序數含義。
於此描述的示例還關於用於執行於此描述的方法的設備。在一些實施例中，這種設備被特別構造用於執行於此描述的方法，或者它包括由儲存在電腦系統中的電腦程式選擇性地程式化的通用電腦系統。在一些實施例中，這樣的電腦程式被儲存在電腦可讀有形儲存媒體中。
於此描述的方法和說明性示例與任何特定電腦或其他設備沒有固有的關聯。可根據於此描述的教示來使用 各種通用系統，或者可構造更專門的設備來執行於此描述的方法及/或它們各自的功能、例程、子例程或操作的每一個。在上面的描述中闡述了各種這些系統的結構示例。
前面的描述闡述了許多特定細節，諸如特定系統、部件、方法等的示例，以便提供對本揭露書的若干實施例的良好理解。然而，對於熟悉本領域者將顯而易見的是，可在沒有這些具體細節的情況下實施本揭露書的至少一些實施例。在其他情況下，公知的部件或方法未詳細描述或以簡單的方塊圖形式呈現，以避免不必要地混淆本揭露書。因此，闡述的具體細節僅是示例性的。特定實現可與這些示例性細節不同，並且仍然可預期在本揭露書的範圍內。
在整個說明書中對「一個實施例」或「一實施例」的引用意味著結合該實施例描述的特定特徵、結構或特性包括在至少一個實施例中。因此，在整個說明書中各處出現的短語「在一個實施例中」或「在一實施例中」不一定都指的是同一實施例。另外，術語「或」旨在表示包括性「或」而不是排他性「或」。當於此使用術語「約」或「大約」時，其意圖是表示所呈現的標稱值精確在±10%以內。
儘管以特定順序顯示和描述了於此的方法的操作，但是可改變每種方法的操作順序，使得以相反的順序執行某些操作，使得至少部分地與其他操作同時執行某些操作。在另一個實施例中，不同操作的指令或子操作為間歇及/或交替的方式。
應當理解，以上描述旨在說明而不是限制。一旦閱讀和理解以上描述後，許多其他實施例對於熟悉本領域者將是顯而易見的。因此，本揭露書的範圍應參考附隨的申請專利範圍以及這些申請專利範圍所賦予的等效元件的全部範圍來決定。
100:處理系統
101:工廠介面
103a:真空埠
103b:真空埠
104a:脫氣腔室
104b:脫氣腔室
105a:真空埠
105b:真空埠
106:傳送腔室
107:處理腔室
108:埠
109:控制器
110:內容物
111:工廠介面機器人
112:傳送腔室機器人
128A:裝載埠
128B:裝載埠
128C:裝載埠
128D:裝載埠
130A:外殼系統
130B:外殼系統
130C:外殼系統
130D:外殼系統
200:自動教導外殼系統
202:內部容積
210A:側壁表面
210B:側壁表面
212:底表面
214:頂表面
216:後表面
220:底座板
222:高架運輸凸緣/OHT凸緣
224a:手柄
224b:手柄
230:自動教導銷
240:校準基板/校準結構
242:校準銷
244A:支撐結構
244B:支撐結構
246:套環
250:淨化配接器
252:門
300:自動教導銷
302:圓柱形部分
304:梯形部分
306:底座
308:夾具
320:底座板
322:底座凸緣
324:突出部分
326:密封件
330:夾具緊固件
332:底座緊固件
400:機械臂
408:端效器
410:腕中心
412:實際晶圓中心
414:特徵誤差
416:角度
436:腕構件
450:光束感測器
452:光源
454:光接收器
456A:光傳輸纖維
456B:光接收纖維
458A:第一端
458B:第二端
460:間隙
462A:第一光路開口
462B:第二光路開口
464:光傳輸路徑
466:光傳輸/接收模組
472:方塊
474:方塊
476:方塊
478:方塊
480:方塊
500:方法
502:方塊
504:方塊
506:方塊
520:方法
522:方塊
524:方塊
526:方塊
528:方塊
530:方塊
532:方塊
540:方法
542:方塊
544:方塊
546:方塊
560:方法
562:方塊
564:方塊
566:方塊
568:方塊
570:方塊
572:方塊
600:電腦系統
602:處理裝置
604:揮發性記憶體
606:非揮發性記憶體
608:匯流排
610:視訊顯示單元
612:字母數字輸入裝置
614:游標控制裝置
618:數據儲存裝置
620:信號生成裝置
622:網路介面裝置
624:電腦可讀儲存媒體
626:指令
674:網路
本揭露書藉由在附隨的圖式的各圖中的示例而非限制的方式顯示了本揭露書，在附隨的圖式中，相同的元件符號指示相似的元件。應當注意，在本揭露書中對「一個（an）」或「一個（one）」實施例的不同引用不一定是同一實施例，並且這樣的引用意味著至少一個。
第1圖顯示了根據某些實施例的處理系統。
第2A圖顯示了根據某些實施例的自動教導外殼系統的前視圖。
第2B圖顯示了根據某些實施例的自動教導外殼系統的分解透視圖。
第2C圖顯示了根據某些實施例的設置在自動教導外殼系統中的校準基板的透視圖。
第3A圖顯示了根據某些實施例的自動教導外殼系統的自動教導銷的前視圖。
第3B圖顯示了根據某些實施例的自動教導外殼系統的自動教導銷的頂視圖。
第4A圖顯示了根據某些實施例的機械臂的頂視圖。
第4B圖顯示了根據某些實施例的機械臂的頂視圖。
第4C圖顯示了根據某些實施例的使用自動教導外殼系統來執行校準操作的方法。
第5A-D圖顯示了根據某些實施例的使用自動教導外殼系統來執行自動教導操作、校準操作或診斷操作的一種或多種的方法。
第6圖是顯示根據某些實施例的電腦系統的方塊圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
200:自動教導外殼系統
202:內部容積
210A:側壁表面
210B:側壁表面
212:底表面
214:頂表面
216:後表面
220:底座板
222:高架運輸凸緣/OHT凸緣
224a:手柄
224b:手柄
230:自動教導銷
240:校準基板/校準結構
242:校準銷
244A:支撐結構
244B:支撐結構
246:套環

Claims (7)

  1. 一種一晶圓處理系統的自動教導外殼系統，該自動教導外殼系統包含：複數個表面，至少部分地包圍該自動教導外殼系統的一內部容積；一自動教導銷，至少部分地設置在該內部容積內，其中該自動教導銷是一可被掃描的特徵，該可被掃描的特徵在該自動教導外殼系統內具有一固定位置；及一前介面，耦接到該複數個表面的一個或多個表面，以使該自動教導外殼系統與該晶圓處理系統的一裝載埠的一基本垂直的部分介面連接，其中該晶圓處理系統的該裝載埠的該基本垂直的部分相對於用於支撐該自動教導外殼系統的該裝載埠的一基本水平的部分而垂直，其中該自動教導銷實現該晶圓處理系統的一機械臂的一自動教導操作，其中該自動教導操作是將該自動教導外殼系統內的該固定位置自動教導給該晶圓處理系統的該機械臂的一操作；及一底座板，耦接到該複數個表面的一底表面，其中該底座板與該裝載埠的該基本水平的部分介面連接，其中該自動教導銷固定到該底座板，並且穿過該底表面延伸到該內部容積中。
  2. 如請求項1所述之自動教導外殼系統，其中該底座板包含複數個接合器，以與該裝載埠的該基本水平的部分的多個運動銷嚙合，且其中該自動教導銷的該 固定位置是相對於該複數個接合器。
  3. 如請求項1所述之自動教導外殼系統，其中該自動教導銷包含：一夾具，將該自動教導銷固定到該底座板；及一密封件，固定在該夾具和該底座板之間。
  4. 如請求項1所述之自動教導外殼系統，其中該自動教導銷進一步包含：一第一部分，包含一圓柱形側壁，其中該機械臂將使用該第一部分以在該自動教導外殼系統內定位該固定位置。
  5. 如請求項4所述之自動教導外殼系統，其中該自動教導銷進一步包含：一第二部分，包含多個平坦的側壁並且設置在該第一部分和該底座板之間，其中該第二部分配置為使該機械臂能夠從不同角度掃描該第二部分，以測量不同的長度以校準該機械臂。
  6. 如請求項1所述之自動教導外殼系統，其中該自動教導外殼系統包含：多個手柄的至少一個或一高架運輸(OHT)凸緣，耦接到該複數個表面的至少一個，該複數個表面配置成能夠進行該自動教導外殼系統的運輸；及一個或多個淨化配接器，耦接到該複數個表面的至少一個，其中該前介面響應於對接至該裝載埠而密封到該裝載埠，其中該自動教導外殼系統的該內部容積配置為 在打開該自動教導外殼系統之前，經由該一個或多個淨化配接器而淨化。
  7. 如請求項1所述之自動教導外殼系統，其中該機械臂的一端效器將進入該內部容積以掃描該自動教導銷以執行該機械臂的該自動教導操作。
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