用于机器人系统的自动示教装置及其方法与流程

1.示例性实施例一般涉及半导体处理装置，并且更具体讲，涉及半导体处理装置的自动示教。2.相关发展的简要描述基板处理装置通常能够在基板上执行多个操作。基板处理装置通常包括运送腔室及耦合到运送腔室的一个或多个处理模块。运送腔室内的基板运送机器人在处理模块之间移动基板，在所述处理模块中执行不同的操作，例如溅射、蚀刻、涂覆、浸泡等。例如，半导体器件制造商和材料生产商所使用的生产工艺通常需要基板在基板处理装置中的精确定位。通常通过将基板保持位置的位置示教给基板运送机器人来提供基板的精确位置。通常，基板处理装置内的运送机器人坐标系中的基板保持位置的示教是手动或自动执行的。传统上，在一些方面，基板保持位置的示教是通过机器人末端执行器的手动控制同时直接或远程(例如通过实时相机馈送)地观察末端执行器相对于基板保持台的位置来执行的。在其他方面，末端执行器的移动可以是自动的。用于示教基板保持位置的传统方法包括使末端执行器与基板保持台特征物理地接触并测量运送机器人电机的扭矩以检测接触，以及通过由末端执行器运载的直通波束传感器检测基板保持台特征。通常，基板运送机器人的示教包括利用添加到基板处理装置的专用示教传感器检测机器人和/或由机器人运载的基板的位置，利用由基板运送机器人运载的仪器化基板(例如，包括机载、传感器或相机)，利用放置在基板处理装置的处理模块或其他基板保持台内的可移动固定装置，利用位于处理模块内或在处理模块处外部可访问的晶片居中传感器，利用设置在处理模块外部的传感器(例如，相机)，或通过使处理模块内的目标与基板运送机器人或由基板运送机器人运载的物体接触。示教基板处理装置内的位置的这些方法可能需要传感器被放置在真空中，可能需要改变客户处理装置和/或工具，可能不适合在真空环境中或高温下使用，可能需要将镜子或固定装置放置在处理装置内，和/或可能会破坏基板处理装置的真空环境。

背景技术：

技术实现思路

技术特征：

1.一种用于基板处理装置的自动示教系统，所述自动示教系统包括：

2.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述框架具有与所述装载台分开的用于在其上保持工件的另一工件保持台，所述另一工件保持台具有预定保持台参考位置。

3.根据权利要求1所述的自动示教系统，还包括控制器，所述控制器可通信地连接到所述驱动部分以移动所述可移动运送臂并且可通信地连接到所述至少一个固定成像传感器，所述控制器被配置成将所述可移动运送臂相对于所述装载夹具移动到至少一个示教位置并且利用所述至少一个固定成像传感器在所述可移动运送臂处于所述至少一个示教位置的情况下对所述至少一个臂目标进行成像，以便基于所述至少一个臂目标的图像来解析所述预定末端执行器参考位置与所述预定装载台参考位置之间的偏移以及所述预定末端执行器参考位置与所述可移动成像传感器的基座的对齐特征之间的偏移。

4.根据权利要求3所述的自动示教系统，其中，所述装载夹具被配置为仿真基板载体，其中，所述仿真基板载体的前壁中的开口被布置用于末端执行器通过所述前壁进入所述仿真基板载体中，并且所述至少一个固定成像传感器的视场面对所述装载夹具的所述前壁中的所述开口。

5.根据权利要求4所述的自动示教系统，其中，所述至少一个臂目标被设置为在所述可移动运送臂沿着延伸通过所述开口到所述工件装载台并进入所述仿真基板载体中的运动路径的接近时，面对所述前壁和所述开口。

6.根据权利要求4所述的自动示教系统，其中，所述装载夹具的所述开口被取向在垂直平面中。

7.根据权利要求4所述的自动示教系统，其中，所述至少一个固定成像传感器被定位成在延伸通过所述装载夹具的所述开口的方向上对所述至少一个臂目标进行成像，使得所解析的偏移释放末端执行器通过所述开口到所述装载夹具的内部中的延伸。

8.根据权利要求4所述的自动示教系统，其中，所述至少一个固定成像传感器被定位成在延伸通过所述装载夹具的所述开口的方向上对所述至少一个臂目标进行成像，使得所述控制器基于所解析的偏移来确认所述末端执行器到所述装载夹具的内部中的无阻挡臂延伸。

9.根据权利要求4所述的自动示教系统，其中，所述至少一个固定成像传感器被定位成在交叉方向上对所述至少一个臂目标进行成像，所述交叉方向与所述末端执行器延伸通过所述开口进入所述装载夹具的内部中的延伸路径成交叉角延伸。

10.根据权利要求4所述的自动示教系统，其中，基于所述至少一个臂目标图像在延伸通过所述开口的方向上的图像所解析的偏移操作以将所述至少一个臂目标对准到另一渐进示教位置，使得基于所述至少一个臂目标在所述交叉方向上的图像的偏移解析渐进地解析所解析的偏移。

11.根据权利要求3所述的自动示教系统，其中，所述至少一个固定成像传感器被定位成对设置在所述末端执行器上的至少一个末端执行器目标进行成像，其在由所述末端执行器限定的晶片平面上并且相对于所述预定末端执行器参考位置在预定位置中。

12.根据权利要求11所述的自动示教系统，其中，所述控制器基于来自对末端执行器目标图像进行成像的所述至少一个固定成像传感器的末端执行器目标图像来验证或渐进地解析所解析的偏移，其中所述末端执行器将所述晶片平面定位在至少一个仿真工件保持槽中的每一个内。

13.根据权利要求3所述的自动示教系统，其中，所述控制器被配置成移动所述可移动运送臂并将所述基座与所述至少一个可移动成像传感器一起相对于所述另一工件保持台运送到台示教位置，并且利用所述末端执行器上的所述至少一个可移动成像传感器对相对于所述预定保持台参考位置具有预定姿态的至少一个台目标进行成像，以便基于利用所述至少一个可移动成像传感器成像的所述至少一个台目标来解析所述预定末端执行器参考位置与所述预定保持台参考位置之间的台偏移。

14.根据权利要求13所述的自动示教系统，其中，所述至少一个示教位置包括一系列示教位置，每个示教位置沿着所述至少一个台目标的运动路径彼此隔开预定距离，所述运动路径由在至少一个自由度上的可移动运送臂运动来限定。

15.根据权利要求14所述的自动示教系统，其中，所述预定距离是基于所述预定末端执行器参考位置与所述预定保持台参考位置之间的所解析的偏移来确定的。

16.根据权利要求14所述的自动示教系统，其中，所述至少一个台目标在所述一系列示教位置中的每个示教位置处被成像，其中，所述至少一个台目标的图像包括所述至少一个台目标沿着所述运动路径的一系列图像，并且其中，所述偏移解析是基于所述一系列图像的。

17.根据权利要求13所述的自动示教系统，其中，所述至少一个台目标具有体现预定特性的预定标记，其描述至少目标平面，由所述至少一个可移动成像传感器成像，使得所述偏移基于所述至少一个台目标的图像在所述另一工件保持台的参考平面中部分地解析。

18.根据权利要求13所述的自动示教系统，其中，所述另一工件保持台具有多于一个台目标，其被设置成使得由所述至少一个可移动成像传感器成像的每个台目标表征不同的偏移方面，所述不同的偏移方面中的每一个对应于实现所述可移动运送臂的至少一个自由度运动的所述驱动部分的不同的相应驱动轴对，所述不同的相应驱动轴对对应于所述另一工件保持台的不同的相应参考平面，使得每个不同的偏移方面是通过相应台目标的单独图像解析的，并且偏移解析通过所解析的不同偏移方面的组合整体地实现。

19.根据权利要求18所述的自动示教系统，其中，对应于所述至少一个台目标中的第一个的不同的相应驱动轴对中的第一个与对应于所述至少一个台目标中的第二个的不同的相应驱动轴对中的第二个共享驱动轴，其中，所述不同的偏移方面中的第二个的解析确认或用于相对于保持台参考轴改进第一偏移方面的部分，其对应于共享的驱动轴并且用所述至少一个台目标中的第一个来解析。

20.根据权利要求13所述的自动示教系统，其中，所述另一工件保持台具有所述至少一个台目标中的多于一个，其被设置成使得由所述至少一个可移动成像传感器成像的每一个台目标单独地表征不同的偏移方面，使得所述至少一个台目标中的第一个表征第一偏移方面且所述至少一个台目标中的第二个表征不同于所述第一偏移方面的第二偏移方面，并且其中，由所述至少一个台目标中的第一个和所述至少一个台目标中的第二个分别限定的不同表征被布置成使得所述第二偏移方面的解析确认或用于相对于保持台参考轴改进所述第一偏移方面的部分，所述第一偏移方面利用所述至少一个台目标中的第一个单独地解析。

21.根据权利要求13所述的自动示教系统，其中，所述另一工件保持台具有所述至少一个台目标中的多于一个，其被设置成使得由所述至少一个可移动成像传感器成像的每个台目标表征不同的偏移方面，每个偏移方面对应于实现所述可移动运送臂的至少一个自由度运动的不同的相应至少一个驱动轴，其对应于所述另一工件保持台的不同的相应参考轴，使得每个不同的偏移方面是通过相应台目标的单独图像解析的，并且偏移解析通过单独解析的不同偏移方面的组合整体地实现。

22.根据权利要求13所述的自动示教系统，其中，所述至少一个可移动成像传感器包括多于一个可移动成像传感器，每个可移动成像传感器具有不同的预定姿态，使得每个相应的可移动成像传感器的图像传感器平面对应于不同的相应保持台参考平面，并且所述至少一个台目标具有对应于每个相应的可移动成像传感器的取向，使得每个可移动成像传感器与相应的台目标形成不同的对，其对应于并且包括相应的固定图像传感器和相应的台目标。

23.根据权利要求13所述的自动示教系统，其中，所述另一工件保持台具有在所述另一工件保持台的前壁中的开口，所述开口被布置用于末端执行器通过所述前壁进入所述另一工件保持台中，并且所述至少一个可移动成像传感器的视场面对所述另一工件保持台的所述前壁中的所述开口。

24.根据权利要求23所述的自动示教系统，其中，所述至少一个台目标被设置为在所述可移动运送臂沿着延伸通过所述开口到所述另一工件保持台的运动路径的接近时，面对所述前壁和所述开口。

25.根据权利要求23所述的自动示教系统，其中，所述至少一个可移动成像传感器被定位成在延伸通过所述另一工件保持台的开口的方向上对所述至少一个台目标进行成像，使得所解析的偏移释放末端执行器通过所述开口进入另一工件保持台的内部中的延伸。

26.根据权利要求23所述的自动示教系统，其中，所述至少一个可移动成像传感器被定位成在延伸通过所述另一工件保持台的开口的方向上对所述至少一个台目标进行成像，使得所述控制器基于所解析的偏移来确认所述末端执行器到所述另一工件保持台的内部中的无阻挡臂延伸。

27.根据权利要求23所述的自动示教系统，其中，所述至少一个可移动成像传感器被定位成在交叉方向上对所述至少一个台目标进行成像，所述交叉方向与所述末端执行器延伸通过所述开口进入所述另一工件保持台的内部中的延伸路径成交叉角延伸。

28.根据权利要求23所述的自动示教系统，其中，基于所述至少一个台目标图像在延伸通过所述开口的方向上的图像所解析的偏移操作以将所述至少一个台目标对准到另一渐进示教位置，使得基于所述至少一个台目标在所述交叉方向上的图像的偏移解析渐进地解析所解析的偏移。

29.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述至少一个示教位置包括一系列示教位置，每个示教位置沿着所述至少一个臂目标的运动路径彼此隔开预定距离，所述运动路径由在至少一个自由度上的可移动运送臂运动来限定。

30.根据权利要求29所述的自动示教系统，其中，所述预定距离是基于所述预定末端执行器参考位置与所述预定装载台参考位置之间的所解析的偏移来确定的。

31.根据权利要求29所述的自动示教系统，其中，所述至少一个臂目标在所述一系列示教位置中的每个示教位置处被成像，其中，所述至少一个臂目标的图像包括所述至少一个臂目标沿着所述运动路径的一系列图像，并且其中，所述偏移解析是基于所述一系列图像的。

32.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述至少一个臂目标具有体现预定特性的预定标记，其描述至少一个目标平面，由所述至少一个固定成像传感器成像，使得所述偏移基于所述至少一个臂目标的图像在所述工件装载台的参考平面中部分地解析。

33.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述可移动运送臂具有多于一个臂目标，其被布置成使得由所述至少一个固定成像传感器成像的每个臂目标表征不同的偏移方面，所述不同的偏移方面中的每一个对应于实现所述可移动运送臂的至少一个自由度运动的所述驱动部分的不同的相应驱动轴对，所述不同的相应驱动轴对对应于所述工件装载台的不同的相应参考平面，使得每个不同的偏移方面是通过相应臂目标的单独图像解析的，并且偏移解析通过所解析的不同偏移方面的组合整体地实现。

34.根据权利要求33所述的自动示教系统，其中，对应于所述至少一个臂目标中的第一个的不同的相应驱动轴对中的第一个与对应于所述至少一个臂目标中的第二个的不同的相应驱动轴对中的第二个共享驱动轴，其中，所述不同的偏移方面中的第二个的解析确认或用于相对于装载台参考轴改进第一偏移方面的部分，其对应于共享的驱动轴且用所述至少一个臂目标中的第一个来解析。

35.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述可移动运送臂具有所述至少一个臂目标中的多于一个，其被设置成使得由所述至少一个固定成像传感器成像的每个臂目标单独地表征不同的偏移方面，使得所述至少一个臂目标中的第一个表征第一偏移方面并且所述至少一个臂目标中的第二个表征不同于所述第一偏移方面的第二偏移方面，并且其中，由所述至少一个臂目标中的第一个和所述至少一个臂目标中的第二个分别限定的不同表征被布置成使得所述第二偏移方面的解析确认或用于相对于装载台参考轴改进所述第一偏移方面的部分，所述第一偏移方面用所述至少一个臂目标中的第一个单独地解析。

36.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述可移动运送臂具有所述至少一个臂目标中的多于一个，其被设置成使得由所述至少一个固定成像传感器成像的每个臂目标表征不同的偏移方面，每个偏移方面对应于实现所述可移动运送臂的至少一个自由度运动的不同的相应至少一个驱动轴，所述不同的相应至少一个驱动轴对应于所述工件装载台的不同的相应参考轴，使得每个不同的偏移方面是通过相应臂目标的单独图像解析的，并且偏移解析通过单独解析的不同偏移方面的组合整体地实现。

37.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述至少一个固定成像传感器包括多于一个固定成像传感器，每个固定成像传感器具有不同的预定姿态，使得每个相应的固定成像传感器的图像传感器平面对应于不同的相应装载台参考平面，并且所述至少一个臂目标具有对应于每个相应固定成像传感器的取向，使得每个固定成像传感器与相应的臂目标一起形成不同的对，其对应于并且包括相应的固定图像传感器和相应的臂目标。

38.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，至少一个固定图像传感器被定位成在多于一个交叉方向上对所述至少一个臂目标进行成像，每个交叉方向与所述末端执行器的延伸路径以及与彼此成交叉角延伸，每个用于沿着相应轴渐进地解析所解析的偏移，所述相应轴对应于由所述驱动部分实现的臂运动的至少一个自由度中的每个自由度。

39.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述基座的对齐特征具有接合特征，所述接合特征接合所述末端执行器并且将所述至少一个可移动成像传感器相对于所述预定末端执行器参考位置对齐在预定姿态。

40.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述装载夹具具有至少一个仿真工件保持槽，每个仿真工件保持槽对应于且表示所述工件装载台处的工件载体的不同工件保持槽，并且限定所述预定装载台参考位置的不同一个。

41.根据权利要求1所述的自动示教系统，其中，所述至少一个可移动成像传感器的基座被保持在所述装载夹具中，并且被布置用于与所述末端执行器一起向和从所述装载夹具和所述框架的每个保持台运载和运送，并且所述至少一个可移动成像传感器具有至少一个可移动成像传感器，其被安装到所述基座，以便在所述基座由所述末端执行器运载的情况下被设置在所述末端执行器上，相对于所述预定末端执行器参考位置在预定位置。

42.根据权利要求1所述的自动示教系统，还包括安装在所述基座上的至少一个距离测量传感器，以便由保持所述基座的所述末端执行器运载和运送，其中，所述至少一个距离测量传感器在与所述至少一个可移动成像传感器的视场基本上对准的距离感测方向上感测距离，使得所述视场和距离感测方向相对于彼此基本上准直。

43.根据权利要求42所述的自动示教系统，其中，所述视场和距离感测方向在所述末端执行器之前的垂直平面中观察和感测相对于彼此基本上是准直的。

44.根据权利要求42所述的自动示教系统，其中，所述视场和距离感测方向在与臂运动路径相切的方向上观察和感测相对于彼此基本上是准直的，所述臂运动路径沿着从所述装载台朝向所述另一工件保持台的工件运送路径延伸所述可移动运送臂。

45.根据权利要求42所述的自动示教系统，还包括控制器，其中，所述控制器可通信地连接到所述至少一个距离测量传感器，并且被配置成经由来自所述至少一个距离测量传感器的距离测量，在所述运送臂处于运动的情况下，检测所述另一工件保持台的开口或所述末端执行器的运动路径中的阻挡物，所述另一工件保持台的开口使得控制器能够将所述末端执行器相对于所述开口移动到所述台示教位置。

46.根据权利要求42所述的自动示教系统，其中，所述距离测量传感器是超声传感器、红外传感器、飞行时间传感器和lidar传感器中的至少一个。

技术总结
一种用于基板处理装置的自动示教系统，所述自动示教系统包括：框架，所述框架具有带有预定装载台参考位置的工件装载台；机器人运送装置，所述机器人运送装置安装到所述框架，并且具有带有末端执行器的可移动运送臂以及驱动部分，所述末端执行器具有预定末端执行器参考位置，所述驱动部分在相对于所述框架的至少一个自由度运动中驱动所述可移动运送臂；机器视觉系统，所述机器视觉系统包括至少一个固定成像传感器和至少一个可移动成像传感器两者，其可拆卸地连接到所述框架并且被配置成对所述机器视觉系统的至少一个目标进行成像；装载夹具，所述装载夹具被设置用于与所述工件装载台可拆卸地接合，其中，所述至少一个固定成像传感器和所述至少一个可移动成像传感器两者安装到所述装载夹具，所述固定成像传感器。

技术研发人员：J·格拉西亚诺,H·黄,E·帕斯托
受保护的技术使用者：博鲁可斯自动化美国有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12