CN104842368A - 一种自动学习垂直高度的机械手臂及其自动学习方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动学习垂直高度的机械手臂及其自动学习方法，该手臂包括二极管发射端、光线接收端以及垂直步进马达，所述机械手臂还包括垂直高度位置记录存储控制模块，所述垂直高度位置记录存储控制模块与所述光线接收端相接，所述垂直步进马达接一路信号至所述垂直高度位置记录存储控制模块，当所述机械手臂末端的光线信号被遮断时，由所述垂直高度位置记录存储控制模块记录信号遮断时的位置,通过本发明，可以避免手臂刮伤或撞击到晶圆或刮伤晶圆。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设备制造领域，特别是涉及一种自动学习垂直高度的机械手臂及其自动学习方法。
背景技术
目前在12寸半导体的前端接口FI(Front interface)的大气传送手臂的传送位置，都是通过一次性目测人为手动校准机器人手臂(robot)初始位置并记录在机器人手臂(robot)控制器里面。图1为现有技术的机器人手臂的结构示意图，如图1所示，根据图1，在检测晶圆数量(mapping wafer)和抓取片时，经过如下步骤：
1.获取第1次robot运动的位置；
2.将robot的位置传送给步进马达驱动手臂去mapping；
3.手臂运动mapping，或者抓取片。
可见，在现有技术中，手臂的校准位置是通过一次校准，并将位置存储在电脑的存储器里面，当进行传送时，从存储器里面直接读取固定位置。
由于现有技术是通过一次性目测人为手动校准机器人手臂(robot)初始位置并记录在机器人手臂(robot)控制器里面，这样意味着后续机器人手臂运动时，只要有一个参照物发生位移，则机器人手臂需要重新校准。例如，手臂相对于前端开口整合盒FOUP(Front open unified pod)的位置；当FOUP承载装置loadport的高度发生变化时，则需要重新校准手臂的相对高度。又或由于晶圆wafer表面的翘曲度有变化时，机器人手臂位置也会同样维持不变，而人为校准机器人手臂的抓取位置始终是固定的，无法检测晶圆wafer本身的形变，从而极易对晶圆wafer造成损害。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种自动学习垂直高度的机械手臂及其自动学习方法，通过在机器人手臂(robot)检测晶圆(wafer)数量时，同时也记录晶圆(wafer)的实际位置，通过存储的wafer位置，使手臂也可以适当的调整抓取位置，从而可以避免手臂刮伤或撞击到晶圆(wafer)或刮伤晶圆(wafer)。
为达上述及其它目的，本发明提出一种自动学习垂直高度的机械手臂，包括二极管发射端、光线接收端以及垂直步进马达，所述机械手臂还包括垂直高度位置记录存储控制模块，所述垂直高度位置记录存储控制模块与所述光线接收端相接，所述垂直步进马达接一路信号至所述垂直高度位置记录存储控制模块，当所述机械手臂末端的光线信号被遮断时，由所述垂直高度位置记录存储控制模块记录信号遮断时的位置。
进一步地，当机械手臂沿着晶圆边缘自上而下运动时，所述垂直高度位置记录存储控制模块通过光线被遮断的位置记录所有晶圆相对应的步进马达的位置，并通过获得步进马达步数从而获得该片晶圆的中间值外以及得到中间位置到两片晶圆之间的偏差值。
进一步地，第2至第25片晶圆的抓取位置取两片晶圆的中间位置。
进一步地，第1片晶圆的抓取位置取平均偏差值。
进一步地，当前抓取晶圆的中间值的平均值为(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)，其中，A，B，C，D，….分别为第1片，第2片，第3片，第4片…晶圆对应到所述垂直高度位置记录存储控制模块取到光线被遮断时步进马达的位置，N为晶圆的数量。
进一步地，第1片晶圆的抓取位置为A-[(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)]。
为达到上述目的，本发明还提供一种自动学习垂直高度的机械手臂的自动学习方法，包括如下步骤：
步骤一，当所述机械手臂沿着晶圆边缘自上而下运动时，垂直高度位置记录存储控制模块同时记录每次光线被遮断时的垂直步进马达的计步器的步数；
步骤二，通过计算，获得两片晶圆的中间位置及中间位置到两片wafer之间的偏差值。
进一步地，于步骤二，当连续扫描两片晶圆位置时，垂直步进马达的计步器记录两次光线被遮断的位置，抓取晶圆的位置取两次计步器记录的中间值或中间位置到两片晶圆之间的偏差值。
进一步地，第2至第25片晶圆的抓取位置取两片晶圆的中间位置，第1片晶圆的抓取位置取平均偏差值。
进一步地，当前抓取晶圆的中间值的平均值为(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)，第1片晶圆的抓取位置为A-[(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)]，其中，A，B，C，D，….分别为第1片，第2片，第3片，第4片…晶圆对应到所述垂直高度位置记录存储控制模块取到光线被遮断时步进马达的位置，N为晶圆的数量。
与现有技术相比，本发明一种自动学习垂直高度的机械手臂及其自动学习方法利用光线遮断时的信号，同时记录步进马达的位置，则可以通过计算得到每片晶圆(wafer)的实际位置，同时通过的晶圆(wafer)位置，使机械手臂也可以适当的调整抓取位置，从而可以避免手臂刮伤或撞击到晶圆(wafer)上，或刮伤晶圆(wafer)。
附图说明
图1为现有技术的机械手臂的结构框图；
图2为目前机械手臂的检测晶圆数量的工作原理示意图；
图3为本发明一种自动学习垂直高度的机械手臂的结构示意图；
图4为本发明一具体实施例的实施框图；
图5为本发明一种自动学习垂直高度的机械手臂的自动学习方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
在说明本发明之前，先介绍一下机械手臂的工作原理：如图2所示，目前的机械手臂通常都有一个二极管发射端和一个光线接收端(二极管发射端与光线接收端共同组成mapping sensor)，用来计算检测晶圆的数量，其原理是利用机械手臂在自上而下的运动过程中，二极管发射的光线被遮断的次数，从而计算晶圆(wafer)在FOUP(Front Open Unified Pod)里的数量。通常，新的FOUP到达FI时，手臂使用较慢的速度靠近晶圆(wafer)，手臂会在wafer的前端进行3次扫描，第1次是进行手臂到晶圆(wafer)之间的距离确认，以检测晶圆(wafer)是否有滑出的现象，第2次是检测晶圆(wafer)的实际距离，并开始检测晶圆(wafer)的数量，第3次检测时检测晶圆(wafer)是否有叠片，或者晶圆(wafer)斜插的现象。
图3为本发明一种自动学习垂直高度的机械手臂的结构示意图。如图3所示，本发明一种自动学习垂直高度的机械手臂30，包括二极管发射端31、光线接收端32、垂直步进马达33以及垂直高度位置记录存储控制模块34。
在手臂的光线接收端32上接一路信号，接到垂直高度位置记录存储控制模块33，垂直步进马达33也同时接一路信号线接到垂直高度位置记录存储控制模块34，当机械手臂末端的光线信号被遮断时，则由垂直高度位置记录存储控制模块33记录信号遮断时的位置；当机械手臂沿着晶圆(wafer)边缘自上而下运动时，通过光线被遮断的位置则可以达到记录所有晶圆wafer相对应的步进马达的位置，通过获得步进马达步数从而可以获得该片晶圆(wafer)的中间值外也可以得到中间位置到两片晶圆wafer之间的偏差值，以此类推，从2～25片的抓取位置都可以取两片晶圆wafer的中间位置，而第1片只需要取平均偏差值即可，从而达到所有晶圆wafer都有一个安全抓片位置。
可见，本发明的原理是利用光线遮断时的信号，同时获取并存储步进马达计步器的位置，则可以通过计算得到每片晶圆wafer的实际位置。具体地说，本发明的光线接收端32在检测晶圆(wafer)的同时，垂直高度位置记录存储控制模块33同时记录每次光线被遮断时的垂直步进马达33计步器的步数，再通过简单的计算，可以得出两片晶圆(wafer)的中间位置。即当连续扫描两片位置时，垂直方向的马达计步器则会记录两次光线被遮断的位置，而抓取晶圆(wafer)的位置则可以取两次计步器记录的中间值，除了获得该片晶圆wafer的中间值外也可以得到中间位置到两片晶圆(wafer)之间的偏差值。以此类推，从2～25片的抓取位置都可以取两片晶圆(wafer)的中间位置，而第1片只需要取平均偏差值即可，从而达到所有晶圆(wafer)都有一个安全抓片位置。
图4为本发明一具体实施例的实施框图。以下将通过一具体实施例来进一步说明本发明：在本发明中，存储器不再是只记录一次性的固定位置。在检测晶圆(wafer)数量时，存储器记录每次光线被遮断时候步进马达计步器读取的数值。本发明检测晶圆数量和抓取片过程如下：
(1)Mapping运动时
1.robot控制器获取上一次robot(机器人)运动的位置；
2.将robot的位置传送给步进马达驱动手臂去mapping(检测wafer数量)；
3.手臂运动mapping；
4.将光线遮断的信号反馈给存储器，存储器根据遮断信号获取步进马达此时的运动位置；
5.UI电脑根据反馈回的数据，计算新的wafer实际位置，并将新的位置发送给存储器。
(2)抓取片
6.获取mapping robot运动的位置.
7.将robot的位置传送给步进马达驱动手臂去mapping
8.手臂运动抓取片。
例如：检测晶圆(wafer)数量时，该FOUP里面有若干片晶圆(wafer)。晶圆(wafer)第1片，第2片，第3片，第4片…对应到存储器取到光线被遮断时步进马达的位置为，A，B，C，D。。。
则第2片的抓取位置则应该为：(B-A)/2+A。
第3片的抓取位置则应该为：(C-B)/2+B
第4片的抓取位置则应该为：(D-C)/2+C
依次类推，则可以得到当前抓取晶圆(wafer)的中间值的平均值为：(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)(N为wafer的数量)
因此第1片的抓取位置就为A-[(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)]。
图5为本发明一种自动学习垂直高度的机械手臂的自动学习方法的步骤流程图。如图5所示，本发明一种自动学习垂直高度的机械手臂的自动学习方法，包括如下步骤：
步骤501，当所述机械手臂沿着晶圆边缘自上而下运动时，垂直高度位置记录存储控制模块同时记录每次光线被遮断时的垂直步进马达的计步器的步数；
步骤502，通过计算，获得两片晶圆的中间位置及中间位置到两片晶圆(wafer)之间的偏差值。
于步骤502中，即当连续扫描两片晶圆位置时，垂直步进马达的计步器记录两次光线被遮断的位置，抓取晶圆的位置取两次计步器记录的中间值或中间位置到两片晶圆之间的偏差值。
在本发明较佳实施例中，从2～25片晶圆的抓取位置都可以取两片晶圆(wafer)的中间位置，而第1片只需要取平均偏差值即可，从而达到所有晶圆wafer都有一个安全抓片位置。
例如：检测晶圆数量时，该FOUP里面有若干片晶圆(wafer)。晶圆(wafer)第1片，第2片，第3片，第4片…对应到存储器取到光线被遮断时步进马达的位置为，A，B，C，D。。。
则第2片的抓取位置则应该为：(B-A)/2+A。
第3片的抓取位置则应该为：(C-B)/2+B
第4片的抓取位置则应该为：(D-C)/2+C
依次类推，则可以得到当前抓取晶圆(wafer)的中间值的平均值为：(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)(N为wafer的数量)
因此第1片的抓取位置就为A-[(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)]。
综上所述，本发明一种自动学习垂直高度的机械手臂及其自动学习方法利用光线遮断时的信号，同时记录步进马达的位置，则可以通过计算得到每片晶圆(wafer)的实际位置，同时通过的晶圆(wafer)位置，使机械手臂也可以适当的调整抓取位置，从而可以避免手臂刮伤或撞击到晶圆(wafer)上，或刮伤晶圆(wafer)。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种自动学习垂直高度的机械手臂，包括二极管发射端、光线接收端以及垂直步进马达，其特征在于：所述机械手臂还包括垂直高度位置记录存储控制模块，所述垂直高度位置记录存储控制模块与所述光线接收端相接，所述垂直步进马达接一路信号至所述垂直高度位置记录存储控制模块，当所述机械手臂末端的光线信号被遮断时，由所述垂直高度位置记录存储控制模块记录信号遮断时的位置。
2.如权利要求1所述的一种自动学习垂直高度的机械手臂，其特征在于：当机械手臂沿着晶圆边缘自上而下运动时，所述垂直高度位置记录存储控制模块通过光线被遮断的位置记录所有晶圆相对应的步进马达的位置，并通过获得步进马达步数从而获得该片晶圆的中间值外以及得到中间位置到两片晶圆之间的偏差值。
3.如权利要求2所述的一种自动学习垂直高度的机械手臂，其特征在于：第2至第25片晶圆的抓取位置取两片晶圆的中间位置。
4.如权利要求3所述的一种自动学***均偏差值。
5.如权利要求4所述的一种自动学***均值为(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)，其中，A，B，C，D，….分别为第1片，第2片，第3片，第4片…晶圆对应到所述垂直高度位置记录存储控制模块取到光线被遮断时步进马达的位置，N为晶圆的数量。
6.如权利要求5所述的一种自动学习垂直高度的机械手臂，其特征在于：第1片晶圆的抓取位置为A-[(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)]。
7.一种自动学习垂直高度的机械手臂的自动学习方法，包括如下步骤：
步骤一，当所述机械手臂沿着晶圆边缘自上而下运动时，垂直高度位置记录存储控制模块同时记录每次光线被遮断时的垂直步进马达的计步器的步数；
步骤二，通过计算，获得两片晶圆的中间位置及中间位置到两片wafer之间的偏差值。
8.如权利要求7所述的一种自动学习垂直高度的机械手臂的自动学习方法，其特征在于：于步骤二，当连续扫描两片晶圆位置时，垂直步进马达的计步器记录两次光线被遮断的位置，抓取晶圆的位置取两次计步器记录的中间值或中间位置到两片晶圆之间的偏差值。
9.如权利要求8所述的一种自动学***均偏差值。
10.如权利要求9所述的一种自动学***均值为(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)，第1片晶圆的抓取位置为A-[(B-A)+(C-B)+(D-C)…/2(N-1)]，其中，A，B，C，D，….分别为第1片，第2片，第3片，第4片…晶圆对应到所述垂直高度位置记录存储控制模块取到光线被遮断时步进马达的位置，N为晶圆的数量。
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