TWI541112B - 機械手臂的檢測裝置與檢測方法 - Google Patents

Description

機械手臂的檢測裝置與檢測方法

本發明是有關於一種檢測裝置與方法，且特別是有關於一種機械手臂(robot blade)的檢測裝置與檢測方法。

於半導體元件的生產製程中，為了將生產用的晶圓(wafer)移動至特定位置，常需利用機械手臂來抓取存放在晶圓匣(wafer cassette)中的矽晶圓。一般來說，在晶圓匣內的晶圓與晶圓間的距離可能僅約10mm，一般機械手臂的厚度則可達約5mm，因此，在將機械手臂輸送至晶圓匣中時，機械手臂的厚度已佔據了晶圓之間的大部分空間，僅剩下一點間隙可進行操作。在抓取晶圓的過程中，若未先確認機械手臂的位置、角度等，可能會發生因機械手臂的水平度或高度等的異常而撞擊到晶圓的情況，這會導致晶圓的正面或背面刮傷，進而造成晶圓的異常。

現行的確認機械手臂的位置之方法主要為以人工方式目測來判斷機械手臂的位置是否正常，然而，以目測方式判斷難以建立穩定的標準，且若沒有相關距離數據可供判斷，也難以得知 機械手臂的位置是否正確無誤，從而容易造成如上所述於生產時晶圓碰撞而損傷的情況。

有鑒於上述問題，需要設計新的檢測裝置與方式來取代先前以人工目測來判斷的方式，以有效地減少因機械手臂的位置不精確等造成晶圓損傷的問題。

本發明提供一種機械手臂的檢測裝置，可藉由實際模擬晶圓匣的配置形態來對機械手臂的水平度、高度等參數進行分析，以確認機械手臂的位置，避免因機械手臂的位置不正確造成晶圓損傷的問題。

本發明另提供一種機械手臂的檢測方法，其應用上述檢測裝置來檢測機械手臂的水平度、高度等參數進行分析，而能夠精準地確認機械手臂的位置，並可適時地對檢測裝置及機械手臂進行調整，避免因機械手臂的位置不正確造成晶圓損傷的問題。

本發明的機械手臂的檢測裝置包括：底座部；支架部，配置在上述底座部上；承載部，包括上承載板以及下承載板，且上述上承載板以及上述下承載板以彼此間隔一距離的方式配置在上述支架部上；以及至少一感測器，配置在上述承載部上，用以對待檢測的機械手臂進行距離資料的收集。

在本發明的一實施例中，上述底座部能藉由至少一固定構件而與上述待檢測的機械手臂的設備機台連接。

在本發明的一實施例中，上述支架部包括多個支撐柱，且上述支撐柱上具有一或多個支撐構件，用以放置上述承載部。

在本發明的一實施例中，上述至少一感測器配置在上述上承載板的上表面及/或上述下承載板的下表面。

在本發明的一實施例中，上述檢測裝置具有多個感測器，且上述多個感測器是相對於上述承載部而以兩個為一組的方式對稱地配置，其中一個配置在上述上承載板的上表面，另一個配置在上述下承載板的下表面。

本發明的機械手臂的檢測方法包括：提供如上上述的機械手臂的檢測裝置；對上述檢測裝置進行驗證；將待檢測的機械手臂輸送至上述檢測裝置中；以上述檢測裝置中的一或多個感測器收集距離資料；以及對所收集的距離資料進行分析。

在本發明的一實施例中，在對上述檢測裝置進行驗證之前，將上述檢測裝置與上述待檢測的機械手臂的設備機台連接。

在本發明的一實施例中，對上述檢測裝置進行驗證包括利用水平治具來確認上述上承載板與上述下承載板間的距離。

在本發明的一實施例中，上述距離資料包括上述機械手臂的上表面至上述上承載板的距離，以及上述機械手臂的下表面至上述下承載板的距離。

在本發明的一實施例中，在對上述距離資料進行分析之後，依據所獲得的分析結果調整或更換上述機械手臂。

基於上述，本發明所提供的機械手臂的檢測裝置及檢測 方法能夠藉由實際模擬晶圓匣的配置形態來對機械手臂的水平度、高度等參數進行分析，以確認機械手臂的位置，從而精準地確認機械手臂的位置，並可適時地對檢測裝置及機械手臂進行調整，避免因機械手臂的位置不正確造成晶圓損傷的問題。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧檢測裝置

100‧‧‧底座部

102‧‧‧支架部

102a‧‧‧支撐柱

102b‧‧‧支撐構件

104‧‧‧承載部

104a‧‧‧上承載板

104b‧‧‧下承載板

106、106a、106b、106c、106d‧‧‧感測器

200‧‧‧機械手臂

202a、202b‧‧‧前端檔板

202c、202d‧‧‧後端檔板

300‧‧‧設備機台

301‧‧‧腔室

302‧‧‧固定式作業平台

303‧‧‧可移動式作業平台

304‧‧‧固定構件

306‧‧‧水平治具

306a‧‧‧桿部

306b‧‧‧量規

400‧‧‧第一層支撐架

402‧‧‧第二層支撐架

A、B、C、D‧‧‧位置

E‧‧‧範圍

d、H‧‧‧距離

T、T’‧‧‧厚度

S01、S02、S02-1、S03、S04、S05、S05-1、S06‧‧‧步驟

圖1(A)是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測裝置的結構示意圖。

圖1(B)是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測裝置中感測器所在位置的示意圖。

圖2是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測方法的流程示意圖。

圖3是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測方法，在對檢測裝置進行驗證時的裝置剖面示意圖以及局部放大圖。

圖4(A)是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測方法，在將待檢測的機械手臂輸送至檢測裝置中進行檢測時的裝置剖面示意圖。

圖4(B)是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測方法，在將待檢測的機械手臂輸送至檢測裝置中進行檢測時的裝置的上視 圖。

以下將參照所附圖式，對本發明的檢測裝置與檢測方法實施方式進行更詳細的說明。

圖1(A)是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測裝置的結構示意圖；圖1(B)是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測裝置中感測器所在位置的示意圖。

請先參照圖1(A)，本發明的機械手臂的檢測裝置10包括底座部100、支架部102、承載部104以及至少一感測器106。

底座部100例如是具有中空殼狀結構，其材質例如是鋁合金，但不限於此，亦可為其他結構或材質。底座部100例如是作為檢測裝置的載入埠(load port)，而能藉由至少一固定構件(未繪示)而與待檢測的機械手臂的設備機台(未繪示)連接。此外，底座部100還可具有電源供應功能，但本發明並不限於此，亦可視實際空間配置的需求而在檢測裝置10的其他位置(例如檢測裝置10中支架部102的上部)另設置電源供應部。

支架部102配置在底座部100上。在本實施例中，支架部102包括多個支撐柱102a，且支撐柱上102a具有多個支撐構件102b。如圖1(A)所示，在多個支撐構件102b之間可形成用以放置承載部104的空間，類似於晶圓匣中的插槽式結構。支撐柱102a例如是中空或實心的柱狀物，其材質例如是鋁合金，但不限 於此。支撐構件102b例如是呈片狀的長方體構件，其材質可使用與支撐柱102a相同的材質，例如是鋁合金，但並不限於此。

承載部104包括上承載板104a以及下承載板104b，且上承載板104a以及下承載板104b是以大致相互平行且彼此間隔一距離d的方式配置在支架部102上。距離d例如是8mm~12mm，但不限於此，使用者可依照實際需求決定。上承載板104a以及下承載板104b的材質例如是鋁合金，但並不限於此。

上承載板104a以及下承載板104b可作為虛擬晶圓(dummy wafer)使用。更具體來說，可藉由將上承載板104a以及下承載板104b間的距離d設為待檢測的機械手臂實際所應用的晶圓匣中晶圓間的距離，而在檢測裝置中實際模擬機械手臂運作時的空間關係，以利於確認機械手臂的位置是否正確無誤。

應注意的是，圖1(A)的實施例中僅繪示安裝兩個承載板(即，上承載板104a以及下承載板104b)的結構，但實際上並不限於此，本發明的檢測裝置中亦可具有三個以上的承載板。舉例來說，可藉由在支架部102的多個支撐柱102a上分別設置更多支撐構件102b，以形成更多插槽式結構，從而可承載三個以上的承載板。

感測器106配置在承載部104上，用以對待檢測的機械手臂進行距離資料的收集。具體來說，感測器106可配置在上承載板104a的上表面及/或下承載板104b的下表面。在本實施例中，多個感測器106是相對於承載部104而以兩個為一組的方式對稱 地配置，其中一個配置在上承載板104a的上表面，另一個配置在下承載板104b的下表面。詳細而言，如圖1(A)所示，承載部104上配置有成組的感測器106a、感測器106b、感測器106c以及感測器106b，總計有8個感測器，且各組感測器中的兩個感測器分別配置在承載部104的兩側(即，在上承載板104a的上表面與下承載板104b的下表面分別配置有一個感應器)上相互對稱的位置。

具體來說，感測器106的配置可依照待檢測的機械手臂的形狀與尺寸來決定。請參照圖1(B)的上視圖，其中以虛線框起的範圍E表示承載部104的上承載板104a或下承載板104b的面積大小，當欲對機械手臂200進行檢測時，例如是將多個感測器106分別配置在承載板上與機械手臂200前端與後端兩側的檔板相對應的位置，即，圖1(B)中以虛線框起的位置A、位置B、位置C及位置D。藉由將感測器配置在對應於機械手臂的端部，更有利於機械手臂位置的確認。

感測器106例如是用於收集距離資料的感測器。作為感測器106的實例，可列舉：雷射測距器(laser distance meter)、電容感測測距器等，但並不以此為限。其中，就實用性與精確性的觀點來考慮，較佳為使用雷射測距器。此外，感測器106的個數並無特別限定，只要足以完成所需資料的收集，亦可僅使用一個。就能夠快速而準確地收集距離資料的觀點來看，較佳為使用4~8個感測器。

此外，檢測裝置10整體的高度例如是25cm~35cm，寬度例如是20cm~30cm，長度例如是25cm~35cm；然而，本領域中具通常知識者應理解檢測裝置10整體及其構件的尺寸或形狀可依照實際需求來決定，並無特別限制，較佳為設定為能夠直接整合至待檢測的機械手臂的設備機台中的尺寸或形狀。

圖2是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測方法的流程示意圖。圖2所示的檢測方法例如是藉由圖1的實施例所述檢測裝置10來執行，但並不限於此。以下，將參照圖1(A)的實施例所繪示的檢測裝置10，並搭配圖2、圖3及圖4(A)、圖4(B)以更詳細說明本發明的機械手臂的檢測方法。

首先，提供機械手臂的檢測裝置10(步驟S01)，由於檢測裝置10的結構與材質等已於先前段落中進行了詳盡的說明，故於此不再贅述。

之後，為了便於進行機械手臂的檢測，可將檢測裝置10與待檢測的機械手臂的設備機台連接。具體來說，如圖3所示，在待檢測的機械手臂的設備機台300具有固定式作業平台302以及可移動式作業平台303的情況下，可藉由多個固定構件304而將檢測裝置10中的底座部100固定至可移動式作業平台303，藉此，檢測裝置10即可整合至待檢測的機械手臂200的設備機台。

固定構件304例如是配置於可移動式作業平台303上的導腳或固定器，但並不限於此。例如，在可移動式作業平台303上還可具有一或多個壓力感應器作為固定構件，藉此，當將檢測 裝置10安裝至可移動式作業平台303時，可藉由壓力感應器是否感測到檢測裝置10的重量造成的壓力來確認檢測裝置10與可移動式作業平台303間的連接是否已完成。

接下來，對檢測裝置10進行驗證(步驟S02)。具體來說，進行驗證的主要目的在於確認檢測裝置10中構件間的空間關係是否與實際上待檢測的機械手臂欲應用的對象相同(例如，上承載板104a與下承載板104b間的距離d是否與實際上待檢測的機械手臂欲應用的晶圓匣中晶圓之間的距離相等)。

圖3是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測方法，在對檢測裝置進行驗證時的裝置剖面示意圖以及局部放大圖。

如圖3所示，可利用包括桿部306a以及量規(gauge)306b的水平治具306來進行檢測裝置10的驗證。例如，先將水平治具306架設在下承載板104b上，並利用量規306b測量出水平治具306到固定式作業平台302的表面的距離H。將距離H減去桿部306a的厚度T，即可得到下承載板104b的上表面至固定式作業平台302的表面的距離。亦即，可獲得置放在由支撐構件102b所形成的第一層支撐架400上的下承載板104b的上表面的高度。此外，利用位於水平治具306的桿部306a兩側的量規306b來進行上述距離量測的順序並無特別限定，亦即，可同時或先後分別利用兩側的量規306b來對檢測裝置10進行驗證。

可以相同的方式對實際上待檢測的機械手臂欲應用的晶圓匣中的第一層支撐架上的晶圓表面之高度進行測量，並將所得 的結果與下承載板104b的上表面的高度進行比對，確認所得的結果是否與下承載板104b的上表面的高度相等。

接下來，可再以相同的方式確認在檢測裝置10的第二層支撐架402上的上承載板104a的上表面的高度(即，上承載板104a的上表面至固定式作業平台302的表面的距離)，並與實際上待檢測的機械手臂欲應用的晶圓匣中的第二層支撐架上的晶圓表面之高度進行比對，確認兩者是否相等。

藉由上述以水平治具進行驗證的方式，可確認上承載板104a與下承載板104b間的距離d是否與實際上待檢測的機械手臂欲應用的晶圓匣中晶圓之間的距離相等，亦可確認支撐構件102b的厚度T’是否等同於欲應用的晶圓匣中對應結構之厚度。

當比對的結果發現下承載板104b的上表面的高度、上承載板104a的上表面的高度、距離d或厚度T’有不相等的情況(例如是誤差大於0.15mm~0.25mm)時，則需進一步調整檢測裝置10(步驟S02-1)，例如：調整上承載板104a及下承載板104b的厚度等，以在檢測裝置10中實際模擬機械手臂運作時的空間關係，而更有利於後續檢測。

接下來，在經過驗證步驟之後，將待檢測的機械手臂200輸送至檢測裝置10中(步驟S03)。具體來說，可藉由開啟設備機台內機械手臂200所在的腔室(chamber)301的閘門，進而將待檢測的機械手臂輸送至檢測裝置10中上承載板104a及下承載板104b間所形成的空間內。

之後，以檢測裝置10中的一或多個感測器106收集距離資料(步驟S04)。上述距離資料例如是機械手臂200的上表面至上承載板104a的距離，以及機械手臂200的下表面至下承載板104b的距離等數據。

圖4(A)是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測方法，在將待檢測的機械手臂輸送至檢測裝置中進行檢測時的裝置剖面示意圖；圖4(B)是依照本發明一實施例的機械手臂的檢測方法，在將待檢測的機械手臂輸送至檢測裝置中進行檢測時的裝置的上視圖。

具體來說，請參照圖4(A)以及圖4(B)，例如是利用上承載板104a上的感測器106c及感測器106d對機械手臂200的前端部份進行檢測，而分別取得機械手臂200的前端檔板202b及前端檔板202a的表面至上承載板104a的距離數據，並利用下承載板104b上的感測器106c及感測器106d對機械手臂200的前端下表面的部份進行檢測，而分別取得機械手臂200下表面的與前端檔板202b及前端檔板202a對應的位置至下承載板104b的距離數據。

同理，可利用上承載板104a上的感測器106a及感測器106b對機械手臂200的後端部份進行檢測，而分別取得機械手臂200的後端檔板202d及後端檔板202c的表面至上承載板104a的距離數據，並利用下承載板104b上的感測器106a及感測器106b對機械手臂200後端下表面的部份進行檢測，而分別取得機械手 臂200下表面的與後端檔板202d及後端檔板202c對應的位置至下承載板104b的距離數據。

最後，對所收集的距離資料進行分析(步驟S05)。具體來說，例如是利用人工或電腦軟體的運算來整合並分析上述由各個感測器所獲得的距離數據，從而確認機械手臂200的前後左右之端部高度及水平度是否正常。

在對上述距離資料進行分析之後，若發現有數據異常的情況，則可依據所獲得的分析結果調整或更換機械手臂(步驟S05-1)。上述數據異常的情況例如是各感測器所取得的距離數據超過可容許的上限高度(例如，超過上承載板104a及下承載板104b間距離的50%)或者低於可容許的下限高度。在調整或更換機械手臂之後，再重複上述步驟S03至步驟S05，確認機械手臂的位置是否已正常。

進而，在確認到機械手臂200的位置已正常而完成檢測(步驟S06)之後，例如是透過機械手臂200的設備機台300之控制系統發出訊號，以將機械手臂200收回至腔室301內，並且將檢測裝置10自可移動式作業平台303上卸下，而結束檢測。

綜上所述，本發明所提供的機械手臂的檢測裝置及檢測方法能夠藉由實際模擬晶圓匣的配置形態來對機械手臂的水平度、高度等參數進行分析，以確認機械手臂的位置，從而精準而快速地確認機械手臂的位置與狀態，並可適時地對檢測裝置及機械手臂進行調整，避免因機械手臂的位置不正確造成晶圓損傷的 問題。此外，本發明的機械手臂的檢測裝置可藉由構件的設計而容易整合至現有的設備機台，而有利於應用在現行的半導體製程等中。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧檢測裝置

100‧‧‧底座部

102‧‧‧支架部

102a‧‧‧支撐柱

102b‧‧‧支撐構件

104‧‧‧承載部

104a‧‧‧上承載板

104b‧‧‧下承載板

106、106a、106b、106c、106d‧‧‧感測器

d‧‧‧距離

Claims (10)

1. 一種機械手臂的檢測裝置，包括：底座部；支架部，配置在所述底座部上；承載部，包括上承載板以及下承載板，且所述上承載板以及所述下承載板以彼此間隔一距離的方式配置在所述支架部上；以及至少一感測器，配置在所述承載部上，用以對待檢測的機械手臂進行距離資料的收集。
2. 如申請專利範圍第1項所述的機械手臂的檢測裝置，其中所述底座部能藉由至少一固定構件而與所述待檢測的機械手臂的設備機台連接。
3. 如申請專利範圍第1項所述的機械手臂的檢測裝置，其中所述支架部包括多個支撐柱，且所述支撐柱上具有一或多個支撐構件，用以放置所述承載部。
4. 如申請專利範圍第1項所述的機械手臂的檢測裝置，其中所述至少一感測器配置在所述上承載板的上表面及/或所述下承載板的下表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的機械手臂的檢測裝置，其具有多個感測器，且所述多個感測器是相對於所述承載部而以兩個為一組的方式對稱地配置，其中一個配置在所述上承載板的上表面，另一個配置在所述下承載板的下表面。
6. 一種機械手臂的檢測方法，包括：提供如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的機械手臂的檢測裝置；對所述檢測裝置進行驗證；將待檢測的機械手臂輸送至所述檢測裝置中；以所述檢測裝置中的一或多個感測器收集距離資料；以及對所收集的距離資料進行分析。
7. 如申請專利範圍第6項所述的機械手臂的檢測方法，其中，在對所述檢測裝置進行驗證之前，將所述檢測裝置與所述待檢測的機械手臂的設備機台連接。
8. 如申請專利範圍第6項所述的機械手臂的檢測方法，其中對所述檢測裝置進行驗證包括利用水平治具來確認所述上承載板與所述下承載板間的距離。
9. 如申請專利範圍第6項所述的機械手臂的檢測方法，其中所述距離資料包括所述機械手臂的上表面至所述上承載板的距離，以及所述機械手臂的下表面至所述下承載板的距離。
10. 如申請專利範圍第6項所述的機械手臂的檢測方法，其中在對所述距離資料進行分析之後，依據所獲得的分析結果調整或更換所述機械手臂。