自动校正机械手臂的制作方法

专利名称：自动校正机械手臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种自动校正机械手臂，尤其涉及 一 种在晶圆 的传送过程中感测晶圓是否偏移的自动校正机械手臂。
背景技术：
在半导体制造过程中，晶圓 一 般是利用传输系统将其从一 个工作站传送至另一工作站或从卡度等收容器中传送至各种工 作站或从工作站传送到卡匣收集保存。传输系统在传送晶圓的 过程中，若晶圓的圓心或相对水平度发生偏移，就会造成破片， 拖片等不良现象，损坏晶圓。
通常工业上会利用 一 可自动校正的机械手臂，来感测晶圓 圓心在各种工作站或卡匣时的实际位置，来确定晶圓是否发生 偏移。但是，由于晶圓 一 般都具有 一 角度定位开口 ，因此普通 的机械手臂在确定晶圓圓心时，经常会受到晶圆上该角度定位 开口的影响，从而在确定晶圓圓心的实际位置上出现较大的偏 差，其不能准确的判断出晶圓的偏移。且，普通的机械手臂不 会测量晶圓的相对水平度，晶圓在传送过程中处于倾斜状态时， 其会与卡匣槽或定位器等设备发生碰撞，造成破片，拖片等不 良现象，损坏晶圓。
有鉴于此，提供 一 种可精确判断晶圓圆心及相对水平度以 避免破片，拖片等不良现象的机械手臂实为必要。

发明内容
以下将以实施例说明 一 种自动校正机械手臂。
一种自动校正机械手臂，其包括 一 主体， 一 用以承载晶圆 的晶圓承载夹持机构以及至少 一 个连接该主体与晶圆承载夹持 机构的连接臂，其中，该自动校正机械手臂还包括设置在晶圆
承载夹持机构上的多个光学感测器和多个位移感测器，该多个
光学感测器包括至少 一 对第 一 光学感测器和至少 一 个第二光学
感测器，该对第 一 光学感测器设置在该晶圓承载夹持机构远离
该连接臂的 一 端处，该第二光学感测器与该对第 一 光学感测器
位于至少两条直线上，该多个光学感测器用以确定晶圓的圆心； 该多个位移感测器分别设置在晶圓承载夹持机构上，且该多个 位移感测器位于至少两条直线上以感测确定晶圓的相对水平度。
一种自动校正机械手臂，其包括 一 用来承载晶圓的承载臂， 其特征在于，该自动校正机械手臂还包括设置在承载臂上的用 以确定晶圓圓心的多个光学感测器和用以确定晶圆相对水平度 的多个位移感测器，该多个光学感测器位于至少两条直线上， 该多个位移感测器位于至少两条直线上。
和现有技术相比，所述的自动校正机械手臂，利用位于至 少两条直线上的多个光学感测器精确的计算出晶圆在实际状态 下的圆心位置，其有效地避免了光学感测器遭遇晶圆开口部及 其他原因造成的圆心偏差；且利用位于至少两条直线上的多个 位移感测器准确地计算出晶圓的相对水平度以判断晶圆是否处 于倾斜状态，有效地避免了晶圆在传送过程中发生破片，拖片 等现象，降低晶圆传送过程中的风险。


图1是本发明实施例所提供的具有自动校正功能的机械手 臂的示意图。
图2是图1所示的机械手臂的晶圆承载夹持机构的示意图。 图3是机械手臂在定位器上设定第 一 遮断点的示意图。 图4是机械手臂在定位器上设定第二遮断点的示意图。 图5是机械手臂在定位器上利用第 一 光学感测器感测晶圆 的示意图。
图6是机械手臂计算晶圓实际状态下的圓心位置的示意图。
5 图7是机械手臂在定位器上利用第二光学感测器感测晶圓 的示意图。
图8是机械手臂在定位器上感测晶圓的示意图。
图9是机械手臂在卡匣上设定第一遮断点的示意图。 图1 0是机械手臂在卡匣上设定第二遮断点的示意图。 图11是机械手臂感测卡匣内任 一 晶圆的示意图。 图12是工作站或緩冲站的示意图。
图1 3是机械手臂在工作站或緩冲站上设定第 一 遮断点的示意图。
图14是机械手臂在工作站或緩冲站上设定第二遮断点的示意图。
图1 5是机械手臂在工作站或緩冲站上感测晶圆的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施例作进 一 步地详细说明。 请参阅图1及图2 ,本发明实施例提供的 一 种具有自动校正 功能的机械手臂100。该机械手臂100包括一主体110，至少一 个连接臂120， 一用以承载晶圓的晶圆承载夹持机构130，设置 在该晶圆承载夹持机构130上的位于至少两条直线上的多个光 学感测器133,以及设置在该晶圓承载夹持机构130上的位于至 少两条直线上的多个位移感测器134,即该多个光学感测器133 不位于同 一 直线上且该多个位移感测器134也不位于同 一 直线 上。该连接臂120用以驱动该晶圓承载夹持机构130沿三维方 向运动。
该主体110包括一微处理器(图未示)及驱动器(图未示)。 在该具有自动校正功能的机械手臂100的工作过程中，该微处 理器可以接受该多个光学感测器133和多个位移感测器134反 馈来的信号，并根据该反馈来的信号输出 一 控制信号至该驱动 器。该驱动器接受该控制信号的控制，驱动该连接臂120运动 以将该晶圓承载夹持机构1 30移动到 一 目标位置。 请 一 并参阅图2及图3 ，本实施例中，该晶圓承载夹持机构 1 30包括 一 与该多个连4妻臂1 20相连才姿的基部1 3 1和一 乂人该基部 1 3 1 —端延伸出来的承载部1 32 。该承载部1 32可为一 U形结构， 其包括两个相互平行的指状结构1 32 1及1322。
该多个光学感测器1 33包括至少 一 对第 一 光学感测器1331, 13 32及至少 一 个第二光学感测器1 333 。该第 一 光学感测器133 1 , 13 32分别设置在承载部132的两个相互平行的指状结构1321和 1322的远离基部131的端部，且该对第 一 光学感测器1 33 1 , 1 332 的中心连线垂直于该指状结构13 21和13 22的延伸方向。该第 二光学感测器1333与该第一光学感测器133 1, 1332不位于同 一直线上。该第二光学感测器1 333位于承载部1 32的邻近基部 131的位置处。优选地，该对第 一光学感测器1331， 1332与该 第二光学感测器1333呈等腰三角形排布。
该多个光学感测器133可为外界自然光遮断式或自然发光 反射式光学感测器，即该光学感测器133可接受外界自然光或 自发光。当其感测到外界自然光被遮断或自己发出的光线被反 射时，即以该遮断点或反射点为感测点，并将该感测点的位置 信息反馈至主体110进行处理以获取该晶圆承载夹持机构130 的 一 目标位置。
该多个位移感测器134包括至少三个位于承栽部1 32且位 于至少两条直线上的位移感测器1341 ， 1342及1343 。其中，位 移感测器1341， 1342分别靠近第 一光学感测器133 1, 1332设 置，位移感测器1343靠近第二光学感测器1 333设置。优选地， 该三个位移感测器1341 ， 1342与1343呈等腰三角形排布。
该位移感测器134可为非接触式感测器，其可通过发射光 或声波等方式来测量感测点的垂直高度。
该承载部1 32也可以是上述U形结构的变形，如V形结构， 该光学感测器1 33和位移感测器1 34设置的位置与其在上述具 有U形结构的承载部1 32上的设置位置大致相同。
下面以具体的实施例来介绍该*机械手臂100在各种环境下感测晶圆是否偏移的过程。 实施例1
请参阅图3至图8,其为晶圆300放置在定位器(aligner)200 的情形下利用机械手臂100感测晶圓是否偏移的各个过程示意图。
请参阅图3 ，为晶圓300放置在正确位置处时，确定其圓心 的步骤。该步骤首先以机械手臂100初始位置处为原点建立坐 标系。利用机械手臂1 30的承载部1 32上的 一 对第 一 光学感测 器13 3 1， 1 332感测该定位器200边缘处上的两感测点211,212， 将该两感测点设为第 一 遮断点，采集该第 一 遮断点2 11 ， 2 12的 数据，微处理器根据反馈回来的数据及已知的定位器200的规 格及其尺寸，可计算出定位器200的中心位置，该中心位置即 为晶圓放置在正确位置时的圆心位置。
请参阅图4 ,为晶圓300放置在正确位置处时确定其垂直高 度的步骤。该步骤利用至少 一 个位置感测器1 34 1感测定位器200 下表面的任意 一 感测点221,将该感测点设为第二遮断点，采集 该第二遮断点221于Z轴方向上的垂直高度数据，微处理器根 据反馈回来的第二遮断点221于Z轴方向上的垂直高度数据， 并根据定位器200的规格，可计算出晶圓300在正确位置下其 相应的Z轴方向上的垂直高度。
请参阅图5 ，为晶圓300处于实际位置处时，确定其圓心的 步骤。当 一 晶圓300放置在定位器200上时，利用晶圆承载夹 持机构1 3 0上的 一 对第 一 光学感测器1 3 3 1, 1 3 3 2首先感测晶圓 300边缘处上的两感测点3 11， 3 12， 采集该两感测点311， 312 的数据，微处理器根据反馈回来的两感测点311, 3 1 2的数据， 可判断光学感测器13 31， 13 3 2感测的该两感测点3 11, 3 12是 否是位于晶圆上的角度定位开口处。
由于该对第 一光学感测器133 1 , 1332的中心连线垂直于指 状结构132 1 , 1 322的延伸方向(如图2所示)，即该对第 一 光学 感测器1331， 1332设置在同一 X轴位置上。因此，当感测采集
的该两感测点3 11 ， 3 12的数据若X轴上的数据 一 致时，则代表 该第 一 光学感测器感测到的两感测点3 11 ， 3 12均不位于晶圆上 的角度定位开口处；若X轴上的数据不 一 致时，则代表该第一 光学感测器中有 一 个感测到的点是位于晶圓上的角度定位开口 处。通常该晶圓上只会有 一 个角度定位开口 ，所以不会产生两 个第 一 光学感测器均感测到该角度定位开口 。
请参阅图6 , 如该对光学感测器13 3 1， 1 3 3 2感测的两感测 点3 11 ， 3 1 2均不在晶圓上的角度定位开口处，则微处理器利用 这两感测点3 11 , 3 12的数据，分别以该两感测点为圓心，以已 知的晶圆半径为半径画圓，两圓相交于两点411, 412， 选取该 两点4 11 , 4 12中距离晶圓正确位置时的圓心位置较近的 一 点， 如点4 1 2 ,为该晶圓3 00实际状态下的圓心位置。
请参阅图7，当该对第一光学感测器1331， 1332感测的两 点3 11 ， 3 12中有 一 个点处于晶圓上的角度定位开口处时，则将 该机械手臂继续沿着X轴方向移动，使其第二光学感测器13 3 3 感测该晶圆边缘处的另 一 感测点3 1 3 ,采集该感测点3 13的数据。 将该对第 一 光学感测器1 3 3 1, 1 3 3 2感测的两点311， 3 1 2的数 据进行比较，由于将机械手臂1 00的初始位置定义为坐标原点， 且角度定位开口是向晶圓的方向凹陷地，因此该对第 一 光学感 测器1 33 1 ， 1 332感测的两点3 1 1 ， 3 1 2中，感测到晶圓300上 的角度定位开口处的那个点，如3 11 ,其采集的数据应距离坐标 圆点的距离较近，因此选择未感测到晶圓300上的角度定位开 口的那个点3 12与第二光学感测器1333感测到的点3 13分别为 为圆心，以已知的晶圆 300的半径为半径画圆，从而计算出晶 圓300在实际状态下的圆心位置。
在机械手臂沿X轴方向移动时，利用三个不在同 一 直线上 的位置感测器1341, 1342， 1343分别感测晶圆300上的任意三 点的Z轴方向上的垂直高度，该三点相应的不在同 一 直线上。 利用感测到得这三点的Z轴方向上的垂直高度以及不在同 一 直 线上的三点确定 一 平面的原理，可计算出该晶圓300在定位器
200上的相对水平度。
请参阅图8 ，利用推算出的晶圓300实际状态下的圓心位置 及其相对水平度，与已知的晶圓300处于正确位置时的圓心位 置及其在Z轴方向上的垂直高度相比较，从而可以判断出晶圓 300是否发生偏移，如发生偏移，则机械手臂100会发出 报。 该机械手臂100可有效地避免晶圓300与定位器200间产生摩 ，以致发生破片，拖片等现象，降低晶圓传送过程中的风险。 实施例2
请参阅图9至图11,其为晶圓放置在卡匣(cassette)中的情 形下利用机械手臂100对晶圓进行感测的各个过程示意图。
本实施例对晶圆的感测过程与实施例1所述的对晶圓的感 测过程基本相同，具体步 可为请参阅图9 ，卡匣500中依次 放有晶圆1至晶圆25 ,将机械手臂1 00初始位置定义为原点， 建立坐标系。利用该晶圓承载夹持机构130上的一对第一光学 感测器13 31， 1 3 32感测卡匣5 00顶部边缘处的两感测点5 11， 512,将该两感测点511， 512设为第 一 遮断点，釆集该第 一 遮 断点511 , 5 12的数据，并根据已知的卡麼5 00的规格及其尺寸， 推算出各个晶圆处于正确位置时的圓心位置及卡匣500的中心 位置。
请参阅图10,同时利用至少 一 个位置感测器1 34 1感测卡匣 500顶部的内表面上的 一 感测点521,将该感测点52 1 i殳为第二 遮断点，并根据卡匣500的规格及其标准间隙差，推算出各个 晶圆处于正确位置时的Z轴垂直高度。
请参阅图11，如需要感测卡匣500中的晶圓24时，根据第 一及第二遮断点，分别计算出晶圓24处于正确位置时的圓心位 置及其Z轴垂直高度。
根据计算出的晶圓24处于正确位置时的圆心位置及其Z轴 垂直高度，将晶圆承载夹持机构1 30调整至晶圓24的下方，并 在移动过程中，按照上述的方法，利用三个光学感测器感测计 算出晶圓24实际状态下的圆心位置，利用三个位置感测器感测
推算出晶圆24实际状态下的相对水平度，并将其与晶圆24处 于正确位置时的圓心位置及Z轴垂直高度相比较，从而判断晶 圓24是否发生偏移。
利用上述过程计算出的晶圓在实际状态下的圓心位置及相 对水平度，准确地判断出晶圓是否发生偏移，有效地避免晶圆 与卡匣中放置晶圓的槽之间产生摩，以致发生破片，拖片等 现象，降低晶圆传送过程中的风险。 实施例3
请参阅图12至图15 ，其为晶圆放置在工作站(process station) 或緩冲站(buffer station)的情形下利用机械手臂100对晶圓进行 感测的各个过程示意图。
请参阅图12,当晶圓放置在工作站600时，该工作站600 包括一门装置610以供晶圓承载夹持机构 130进入该工作站 600, 和两个放置晶圆的凸块620， 630。
请参阅图12,利用晶圓承载夹持机构130前端的一对第一 光学感测器13 3 1, 1 3 3 2感测该门装置6 1 0边缘处两感测点611， 612，将该感测点611， 612设为第一遮断点，计算出晶圓 700 处于正确位置时的圓心位置。
请参阅图13,利用晶圓承载夹持机构130前端的至少一个 位置感测器1 34 1感测该门装置6 1 0下表面上的 一 个感测点613, 将感测点6 1 3设为第二遮断点，采集第二遮断点613的Z轴垂 直高度，可推算出晶圓700处于正确位置时的Z轴垂直高度。
由于，晶圓放置在工作站或緩冲站时其 一 般不会产生偏移， 因此将计算出晶圓700的处于正确位置时的圓心位置及Z轴垂 直高度作为实际状态下晶圓700的圆心位置及Z轴垂直高度即 可。
当然，该机械手臂130也可进 一 步精确地确定晶圆在实际 状态下的圓心位置及其相对水平度，即如图1 5所示采用如前所 述的方法利用机械手臂上的三个光学感测器精确的计算出晶圓 700的实际状态下的圓心位置，利用才儿械手臂上的三个位移感测
器计算出晶圓700实际状态下的相对水平度。
本发明实施例所提供的自动校正机械手臂将所用的光学感
测器133及位移感测器134均直接设置于机械手臂上，在制造 时可经标准流程调校，无装置其他特性变因。且可以设计所有 元件的信号，可以通过微处理器或搭配另 一 主控电脑直接作即 时控制运算及复杂的高等演算。且本发明实施例所提供的机械 手臂利用至少三个位于至少两条直线上的光学感测器133计算 出晶圓实际状态下的圓心位置，其有效地避免了光学感测器1 33 遇晶圆角度定位开口及其他原因造成的圆心偏差；且利用至 少三个位于至少两条直线上的位移感测器134准确地计算出晶 圓的相对水平度，有效地避免了晶圓在传送过程中发生破片， 拖片等现象，降低晶圓传送过程中的风险。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。 这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保 护的范围之内。
权利要求
1.一种自动校正机械手臂，其包括一主体，一用以承载晶圆的晶圆承载夹持机构以及至少一个连接该主体与晶圆承载夹持机构的连接臂，其特征在于，该自动校正机械手臂还包括设置在晶圆承载夹持机构上的多个光学感测器和多个位移感测器，该多个光学感测器包括至少一对第一光学感测器和至少一个第二光学感测器，该对第一光学感测器设置在该晶圆承载夹持机构远离该连接臂的一端处，该第二光学感测器与该对第一光学感测器位于至少两条直线上，该多个光学感测器用以确定晶圆的圆心；该多个位移感测器分别设置在晶圆承载夹持机构上，且该多个位移感测器位于至少两条直线上以感测确定晶圆的相对水平度。
2. 如权利要求1所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该晶 圓承载夹持机构包括 一 与连接臂相连接的基部和 一 从该基 部 一 端延伸出来的承载部，该第 一 及第二光学感测器分别设 置在该承载部上，该多个位移感测器分别设置在该承载部 上。
3. 如权利要求2所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该承 载部包括一U形结构，其具有两个相互平行的指状结构，该 对第 一 光学感测器分别位于该两个指状结构上 ，且该对第一 光学感测器的中心连线垂直于该指状结构的延伸方向。
4. 如权利要求3所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该第 二光学感测器位于该承载部的邻近该基部的位置处。
5. 如权利要求4所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该第 一及第二光学感测器呈等腰三角形分布。
6. 如权利要求1所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该光 学感测器为外界自然光遮断式光学感测器或自然光反射式 光学感测器。
7. 如权利要求1所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该多 个位移感测器包括三个分别靠近于第 一 及第二光学感测器 设置的位移感测器，该三个位移感测器位于至少两条直线上。
8. —种自动校正机械手臂，其包括一用来承载晶圓的承载臂， 其特征在于，该自动校正机械手臂还包括设置在承载臂上的 用以确定晶圓圓心的多个光学感测器和用以确定晶圓相对 水平度的多个位移感测器，该多个光学感测器位于至少两条 直线上，该多个位移感测器位于至少两条直线上。
9. 如权利要求8所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该多 个光学感测器为三个位于至少两条直线上的光学感测器，该 多个位移感测器为三个位于至少两条直线上的位移感测器。
10. 如权利要求8所述的自动校正机械手臂，其特征在于，该 多个位移感测器分别靠近于该多个光学感测器设置。
全文摘要
本发明涉及一种自动校正机械手臂。该自动校正机械手臂，其包括一主体，一用以承载晶圆的晶圆承载夹持机构以及至少一个连接该主体与晶圆承载夹持机构的连接臂，其中，该自动校正机械手臂还包括设置在晶圆承载夹持机构上的多个光学感测器和多个位移感测器，该多个光学感测器包括至少一对第一光学感测器和至少一个第二光学感测器，该对第一光学感测器设置在该晶圆承载夹持机构远离该连接臂的一端处，该第二光学感测器与该对第一光学感测器位于至少两条直线上，该多个光学感测器用以确定晶圆的圆心；该多个位移感测器分别设置在晶圆承载夹持机构上，且该多个位移感测器位于至少两条直线上以感测确定晶圆的相对水平度。
文档编号B25J9/00GK101190525SQ20061015698
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者郑凯仁, 黄泓凯 申请人:富士迈半导体精密工业(上海)有限公司;沛鑫半导体工业股份有限公司