CN104626147A - 一种机械手自动示教***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用机械手对晶圆等产品进行传输的半导体生产制造领域，具体是一种机械手自动示教***及方法，机械手无线通信模块连接机械手控制器，接收机械手控制器发出的控制信号，与机械手控制器进行通信；机械手连接机械手无线通信模块，接收机械手无线通信模块的控制信号，移动到目标位置；无线通信晶圆工具连接机械手，接收控制信号后进行图像识别。本发明能够实现承担输送晶圆的机械手中心与输送单元中心的自动对准，并自动保存输送单元中心位置信息的功能，达到提高定位精度，节省作业时间及防止人为失误造成设备损坏的目的。

Description

一种机械手自动示教***及方法

技术领域

本发明涉及使用机械手对晶圆等产品进行传输的半导体生产制造领域，具体为一种机械手自动示教***及方法。

背景技术

在半导体前道工艺晶圆的生产过程中，因为过程复杂成本高昂，对晶圆的产能和合格率要求非常严格，所以尽可能的去避免因调试或器件损坏造成设备停机。

在TRACK入厂调试或者进行单元更换时，需要对相关单元进行位置示教以保证机械手能准确无误地把晶圆高精度地传输到指定位置。因为生产停机会对生产方带来较大的经济损失，所以要求示教工作尽可能在短时间内准确完成。

在现有模式下，机械手输送单元中心位置示教都是通过操作人员目测或者通过半自动辅助设备进行，存在着耗时同时精度低的问题，很容易因为示教位置不当造成晶圆无法传输到指定位置或者机械手碰撞的现象。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体制造领域的机械手自动示教***，是一种能够实现机械手输送单元中心位置自动示教功能的***，解决现有耗时及定位精度易受影响的问题，同时可以降低因人为失误造成设备损坏的风险。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种机械手自动示教***，机械手无线通信模块连接机械手控制器，接收机械手控制器发出的控制信号，与机械手控制器进行通信；

机械手连接机械手无线通信模块，接收机械手无线通信模块的控制信号，移动到目标位置；

无线通信晶圆工具连接机械手，接收控制信号后进行图像识别。

所述无线通信晶圆工具包括晶圆工具无线通信模块、CPU模块、FPGA模块和摄像头；

所述晶圆工具无线通信模块一端连接机械手，另一端连接CPU模块，用于与机械手和CPU模块通信；

所述CPU模块连接FPGA模块，将信号发送到FPGA模块，得到位置信息；

所述摄像头连接所述FPGA模块，用于图像采样。

所述摄像头包括第一摄像头、第二摄像头、第三摄像头和第四摄像头。

所述第一摄像头置于无线通信晶圆工具的边缘，对应示教对象中心位置，用于对示教对象的水平边进行图像采样；

所述第二摄像头和第三摄像头置于无线通信晶圆工具的边缘，且分别置于第一摄像头两侧，用于对示教对象的垂直侧边进行图像采样；

所述第四摄像头置于无线通信晶圆工具的中心，用于对示教对象的平面图形进行采样。

还包括充电电池内置于无线通信晶圆工具，用于给无线通信晶圆工具提供电源。

一种机械手自动示教方法，机械手控制器发出的信号通过机械手无线通信模块发送给机械手，将无线通信晶圆工具调整到机械手的指定位置；

机械手控制器发出的指令通过机械手无线通信模块发送给机械手，驱动机械手移动到指定位置；

无线通信晶圆工具接收机械手控制器发出的控制指令，进行模型识别，得出识别结果后反馈到机械手控制器；

机械手控制器对识别结果进行判断，并对识别结果进行保存。

无线通信晶圆工具的识别过程包括：

晶圆工具无线通信模块接收机械手控制器的信号，通过摄像头进行图像采样；

CPU模块接收图像信号，将采集到的图像信号实时处理后发送到FPGA模块进行模型识别，并计算得出识别结果；

晶圆工具无线通信模块接收识别结果，并把识别结果反馈给机械手控制器。

机械手控制器对识别结果的判断过程包括：

如果能够正确识别，则将识别结果信息中的位置信息进行保存；

如果不能够正确识别，则继续发送控制指令，重复控制过程。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明具有结构简单，实现方便，自动便捷等特点。

2.本发明全自动方式有效地提高了精度，节约位置示教时间，大幅提高产能节省经费。

3.本发明采用自动方式，可有效防止人为失误，降低机器损坏的风险。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的正视图；

图3是本发明的轴视图；

图4是本发明的无线通信晶圆工具的结构示意图；

图5是本发明的无线通信晶圆工具内部连接图；

其中1.充电孔 2.电池盒 3.第四摄像头 4.第三摄像头 5.第一摄像头 6.第二摄像头、7机械手控制器、8机械手无线通信模块、9机械手、10无线通信晶圆工具。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本***可以由机械手控制器通过无线通信方式下达指令，驱动机械手手臂上搭载的晶圆工具移动到指定位置；使用晶圆工具的内置摄像头对指定位置进行识别定位，保证机械手的手臂中心与输送位置中心一致；识别定位后所获得的输送单元中心位置信息通过无线方式传输给机械手控制器，作为示教位置自动保存用于半导体生产。本发明全自动方式有效地提高了精度，节约位置示教时间，大幅提高产能节省经费。

具有可以实现承担输送晶圆的机械手中心与输送单元中心的自动对准，并自动保存输送单元中心位置信息的功能。可以简单地实现在机械手上的拆装。可以通过在机械手上搭载自动示教用无线通信晶圆工具，控制机械手移动到预估的示教位置，利用自动示教用无线通信晶圆工具内部的摄像头对目标物体（圆孔或突起物或边框）进行图像识别，自动正确地找到机械手的手臂中心与输送位置中心一致位置。

***中的自动示教用无线通信晶圆工具内部搭载***头4具，分别对应XYZ方向，对圆孔、突起物或边框进行图像识别。

可以通过***内部的无线通信设备，根据自动示教用无线通信晶圆工具所识别的结果进行自动位置修正，并对最终认识的正确结果进行记忆保存。

本***采用遵照SEMI标准的无线通信方式实现***内部单元间的数据通信(摄像头实时采样图片及位置坐标)。

如图1～3所示为本发明的俯视图、正视图和轴视图。

机械手无线通信模块连接机械手控制器，接收机械手控制器发出的控制信号，与机械手控制器进行通信；

机械手连接机械手无线通信模块，接收机械手无线通信模块的控制信号，移动到目标位置；

无线通信晶圆工具连接机械手，接收控制信号后进行图像识别。

如图4为本发明的无线通信晶圆工具的结构示意图。

无线通信晶圆工具直径为2种规格，分别为200mm和300mm，晶圆工具厚度为6mm。在晶圆内置的摄像头的中心位置设置在晶圆下部2mm处。

无线通信晶圆工具上部设置小型充电电池，包括充电孔1和电池盒2，可通过专门充电装置使用民用220V进行充电。

如图5所示为本发明的无线通信晶圆工具内部连接图。

晶圆工具内置CPU和FPGA（Field Programmable Gate Array）单元，可以对摄像头采集来的图像进行实时处理和模型识别。

内置摄像头4具；可以对圆孔、突起物或边框进行清晰成像。

晶圆工具内置无线通信模块（RF），可以遵照SEMI标准接收和发送无线信息(摄像头实时采样图片及位置坐标)。

晶圆工具内置充电电池，并可通过专门装置进行充电。

无线通信模块一端连接机械手控制器，另一端连接CPU模块，用于与主机和CPU模块通信；CPU模块连接FPGA模块，将信号发送到FPGA模块，得到位置信息；摄像头连接FPGA模块，用于图像采样。

示教晶圆工具通过RF与机械手控制器通信，利用摄像头进行图像采样，然后通过CPU和FPGA进行处理算出位置信息，最后通过RF与机械手控制器交互。

摄像头功能包括：

晶圆工具内部搭载***头4具，可以对圆孔、突起物或边框进行清晰成像。

第一摄像头置于无线通信晶圆工具的边缘，对应示教对象中心位置，用于对示教对象的水平边进行图像采样。

第二摄像头和第三摄像头置于无线通信晶圆工具的边缘，且分别置于第一摄像头两侧，用于对示教对象的垂直侧边进行图像采样。

第四摄像头置于无线通信晶圆工具的中心，用于对示教对象的平面图形进行采样。

本发明的无线通信晶圆工具工作过程如下：

1.Cassette对象示教

⑴晶圆工具无线通信模块接收机械手控制器信号，明确示教对象类型及所在坐标；

⑵使用第二摄像头和第三摄像头对示教对象的2垂直侧边进行图像采样；

⑶使用第一摄像头对示教对象的水平边进行图像采样；

⑷内置CPU和FPGA（Field Programmable Gate Array）模块对采集来的图像进行实时处理和模型识别，并计算出结果的坐标。

⑸通过晶圆工具无线通信模块把识别结果（图像结果及坐标）反馈给机械手控制器。

2.Plate单元示教

⑴晶圆工具无线通信单元接受机械手控制器信号，明确示教对象类型及所在坐标；

⑵使用第四摄像头对示教对象的平面图形进行图像采样；

⑶使用第一摄像头对示教对象的水平边进行图像采样；

⑷内置CPU和FPGA（Field Programmable Gate Array）单元对采集来的图像进行实时处理和模型识别，并计算出结果的坐标。

⑸通过晶圆工具无线通信单元把识别结果（图像结果及坐标）反馈给机械手控制器。

当接到机械手控制器指令后，利用内置在类似于晶圆的工具内部的摄像头对目标物体（圆孔或突起物或边框）进行图像识别进行定位，之后通过无线通信方式将定位信息传输给机械手控制器，进而实现机械手自动位置定位。

本发明可以达到有效提高作业精度，节约作业时间，降低人为因素造成设备破损风险的目的。

本发明的实现方法过程包括：

1.将自动示教用无线通信晶圆工具放在指定位置。

2.机械手控制器发出指令给机械手，将自动示教用无线通信晶圆工具搭载在机械手手臂上。

3.机械手控制器发出指令给机械手，驱动机械手移动到指定位置。

4.机械手控制器通过无线通信单元发出示教指令给自动示教用无线通信晶圆工具。

5.自动示教用无线通信晶圆工具通过内置摄像头对目标对象进行图像采样，利用内置图像处理单元进行实时处理和模型识别，处理结果（图像结果及坐标）通过无线通信反馈给机械手控制器。

6.机械手控制器对结果进行判断。如果结果满足示教条件，则对结果信息中所包含的位置信息作为机械手输送单元中心位置进行保存；如果结果不满足示教条件，则重复执行3-5直到条件满足。

Claims (8)

1.一种机械手自动示教***，其特征在于：

机械手无线通信模块连接机械手控制器，接收机械手控制器发出的控制信号，与机械手控制器进行通信；

机械手连接机械手无线通信模块，接收机械手无线通信模块的控制信号，移动到目标位置；

无线通信晶圆工具连接机械手，接收控制信号后进行图像识别。

2.根据权利要求1所述的一种机械手自动示教***，其特征在于：

所述无线通信晶圆工具包括晶圆工具无线通信模块、CPU模块、FPGA模块和摄像头；

所述晶圆工具无线通信模块一端连接机械手，另一端连接CPU模块，用于与机械手和CPU模块通信；

所述CPU模块连接FPGA模块，将信号发送到FPGA模块，得到位置信息；

所述摄像头连接所述FPGA模块，用于图像采样。

3.根据权利要求2所述的一种机械手自动示教***，其特征在于：所述摄像头包括第一摄像头、第二摄像头、第三摄像头和第四摄像头。

4.根据权利要求3所述的一种机械手自动示教***，其特征在于：

所述第一摄像头置于无线通信晶圆工具的边缘，对应示教对象中心位置，用于对示教对象的水平边进行图像采样；

所述第二摄像头和第三摄像头置于无线通信晶圆工具的边缘，且分别置于第一摄像头两侧，用于对示教对象的垂直侧边进行图像采样；

所述第四摄像头置于无线通信晶圆工具的中心，用于对示教对象的平面图形进行采样。

5.根据权利要求2所述的一种机械手自动示教***，其特征在于：还包括充电电池内置于无线通信晶圆工具，用于给无线通信晶圆工具提供电源。

6.一种机械手自动示教方法，其特征在于：

机械手控制器发出的信号通过机械手无线通信模块发送给机械手，将无线通信晶圆工具调整到机械手的指定位置；

机械手控制器发出的指令通过机械手无线通信模块发送给机械手，驱动机械手移动到指定位置；

无线通信晶圆工具接收机械手控制器发出的控制指令，进行模型识别，得出识别结果后反馈到机械手控制器；

机械手控制器对识别结果进行判断，并对识别结果进行保存。

7.根据权利要求6所述的一种机械手自动示教方法，其特征在于：无线通信晶圆工具的识别过程包括：

晶圆工具无线通信模块接收机械手控制器的信号，通过摄像头进行图像采样；

CPU模块接收图像信号，将采集到的图像信号实时处理后发送到FPGA模块进行模型识别，并计算得出识别结果；

晶圆工具无线通信模块接收识别结果，并把识别结果反馈给机械手控制器。

8.根据权利要求6所述的一种机械手自动示教方法，其特征在于：机械手控制器对识别结果的判断过程包括：

如果能够正确识别，则将识别结果信息中的位置信息进行保存；

如果不能够正确识别，则继续发送控制指令，重复控制过程。