專利名稱：改進(jìn)的襯底操作機(jī)械手校準(zhǔn)的制作方法
改進(jìn)的襯底操作機(jī)械手校準(zhǔn)
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體加工產(chǎn)業(yè)的前沿目前發(fā)展到制作65納米和45納米節(jié)點(diǎn)。此 外，目前正在開發(fā)32納米和22納米節(jié)點(diǎn)。相應(yīng)地，越來越關(guān)鍵的是， 將半導(dǎo)體加工工具以及加工自身控制在之前從未要求過的容限和條件 下。晶片廢棄以及停機(jī)檢修時間的成本繼續(xù)使得對控制工藝和設(shè)備的 需求達(dá)到更嚴(yán)格的水平，隨著對于100納米以上的工藝而言微不足道的
其他問題的出現(xiàn)，工藝和設(shè)備工程師尋求新的且創(chuàng)新的方式來更好地 控制半導(dǎo)體加工。
半導(dǎo)體加工系統(tǒng)一般使用機(jī)械手在加工系統(tǒng)內(nèi)精確地來回移動 晶片。從而這種機(jī)械手的運(yùn)動和校準(zhǔn)是關(guān)鍵的。例如，如果機(jī)械手要 存放或放置晶片的位置錯誤校準(zhǔn)達(dá)不到l毫米，則脆弱易碎的半導(dǎo)體晶 片可能撞到加工設(shè)備，從而破壞晶片和/或設(shè)備自身。如果要存放晶片 的位置(稱作"移交(handoff)點(diǎn)，，)的校準(zhǔn)在另一方向上偏離不到l 毫米，則晶片可能無法在半導(dǎo)體加工設(shè)備上適當(dāng)?shù)匕仓茫瑥臋C(jī)械手末 端操縱裝置(effector)向加工設(shè)備的移交或轉(zhuǎn)移操作可能失敗。
將移交坐標(biāo)傳授給半導(dǎo)體晶片操作機(jī)械手是一項(xiàng)冗長且易出錯 的過程。存在用于這種傳授的方法，然而這些方法一般是不受歡迎的。 一種方法包括，利用機(jī)械手末端操縱裝置抓取測試晶片，然后使用教 學(xué)下垂物(teaching pendant)移動機(jī)械手，直到技術(shù)員觀察到晶片與 配合的晶片支架成預(yù)期的關(guān)系為止。然后，記錄機(jī)械手關(guān)節(jié)坐標(biāo)以供 將來參考。這種方法的一個缺點(diǎn)是，技術(shù)員可能偶然地導(dǎo)致機(jī)械手使 晶片和/或末端操縱裝置撞到諸如FOUP擱架之類的障礙物。碰撞可能 導(dǎo)致不期望的污染，并可能破壞晶片或末端操縱裝置或障礙物。該方 法的另一缺點(diǎn)是，不同的技術(shù)員傾向于做出不同的判斷。另外的缺點(diǎn) 是，不容易使該方法自動化。
在美國專利6，934,606 Bl中提出了晶片操作機(jī)械手的自動校準(zhǔn)。盡管所述參考文獻(xiàn)提出了晶片操縱機(jī)械手教學(xué)的自動化，但該系統(tǒng)一 般要求機(jī)械手末端操縱裝置和/或加工設(shè)備在某種程度上適于容易自 動化。
提供不需要改變機(jī)械手末端操縱裝置或加工設(shè)備自身的自動半 導(dǎo)體晶片操作機(jī)械手教學(xué)系統(tǒng)將在半導(dǎo)體晶片操作機(jī)械手領(lǐng)域呈現(xiàn)顯 著的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種對加工系統(tǒng)中的機(jī)械手進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。該方法包 括將距離傳感器可拆除地耦合到機(jī)械手的末端操縱裝置，以及使距 離傳感器測量從該傳感器到襯底支架的距離。然后，確定該距離是否 滿足所選擇的閾值或在所選擇的閾值之內(nèi)D當(dāng)該距離滿足所選擇的閾 值或在所選擇的閾值之內(nèi)時，記錄機(jī)械手關(guān)節(jié)位置。


圖l是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在對半導(dǎo)體晶片操作機(jī)械手進(jìn)行自動 教學(xué)中使用的無線距離傳感器的圖示。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于半導(dǎo)體加工機(jī)械手的無線自動教
學(xué)傳感器的框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于加工系統(tǒng)的教學(xué)傳感器的底部平面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接近前端開口整合盒(front叩ening unified pod) (FOUP)的教學(xué)傳感器的正視圖，在所述前端開口整合 盒(FOUP)中存在教學(xué)夾具(fi血e)。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例對半導(dǎo)體加工機(jī)械手進(jìn)行校準(zhǔn)的方法 的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖l是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在對半導(dǎo)體晶片操作機(jī)械手進(jìn)行自動 教學(xué)中使用的距離傳感器。將傳感器100布置在半導(dǎo)體晶片操作機(jī)械手(未示出)的末端操縱裝置102上。末端操縱裝置102包括一對分叉指 狀物104、 106。將傳感器100的尺寸設(shè)置為小于加工系統(tǒng)的襯底，優(yōu)選 地，將傳感器100的形狀設(shè)置為使得傳感器100本質(zhì)上非常穩(wěn)固地位于 末端操縱裝置102上。如圖1所示，傳感器100的形狀可以與末端操縱裝 置和分叉指狀物的形狀近似。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以使用 能夠避免對FOUP擱架和機(jī)械手工作空間(workolume)中的其他障礙 物造成干擾的任何合適的形狀都是可以使用的。
傳感器100可以感測從傳感器100到在108處圖示的配合的晶片支 架的距離。如以下將更詳細(xì)闡述的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于以l 到6個自由度確定距離的任何合適的距離測量技術(shù)都是可以使用的。優(yōu) 選的是，傳感器100包括非襯底式形狀，意味著不將傳感器100形狀或 尺寸設(shè)置為與系統(tǒng)所加工的襯底相類似。此外，盡管將針對半導(dǎo)體晶 片操作機(jī)械手來描述很大一部分公開內(nèi)容，但使用類似的技術(shù)來處理 LCD平面板以及中間掩模(reticle)。相應(yīng)地，在加工系統(tǒng)是半導(dǎo)體晶 片加工系統(tǒng)的實(shí)施例中，僅需要傳感器100比半導(dǎo)體晶片小并且形狀設(shè)
置為不同于半導(dǎo)體晶片。
可以將傳感器100所測量的與配合的晶片支架108的距離本地顯
示給技術(shù)員，經(jīng)由合適的無線通信技術(shù)來無線傳送、或兩者皆可。此 外，當(dāng)跨越預(yù)先設(shè)置的距離閾值時，傳感器100可以簡單地提供合適的 指示，如，指示燈或音響報警。當(dāng)測量或檢測到預(yù)先設(shè)置的距離時， 手動地或自動地記錄加工機(jī)械手的關(guān)節(jié)坐標(biāo)，以供將來參考。該操作 是可以通過指導(dǎo)技術(shù)員手動地或自動地記錄關(guān)節(jié)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)的。還可 以通過以下方式來實(shí)現(xiàn)該操作與機(jī)械手控制器通信，以提供如下指 示已滿足距離閾值，并且應(yīng)該由機(jī)械手控制器記錄機(jī)械手的當(dāng)前關(guān) 節(jié)坐標(biāo)以供將來參考。
傳感器100的非襯底式形狀有助于減小和消除對FOUP擱架和機(jī) 械手工作空間中其他障礙物的干擾。此外，非襯底式形狀有助于減小 傳感器的重量，從而減小了機(jī)械臂/末端操縱裝置下垂測量假象(dro叩 measurement artifact)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體加工機(jī)械手的無線自動教學(xué)傳感器的框圖。傳感器200包括電子外殼202。位于電子外殼202中的是電 源204、功率管理模塊206、以及控制器208。此外，存儲器210也位于 外殼202內(nèi)，并且耦合到控制器208。另外，射頻模塊212位于外殼202 內(nèi)，并且耦合到控制器208。
盡管在圖2中將距離傳感器214示為位于外殼202內(nèi)，然而距離傳 感器214可以構(gòu)成外殼202的一部分，或可以接近外殼202但位于外殼 202外部。
如圖2所示，優(yōu)選地，電源204是位于外殼202內(nèi)并經(jīng)由功率管理 模塊206耦合到控制器208的電池。然而，電源可以包括能夠提供足量 電能的任何設(shè)備。示例設(shè)備可以包括諸如電池、電容等已知的儲能 設(shè)備，以及已知的能量采集(energy harvest)設(shè)備，以及它們的任何 組合。
優(yōu)選地，功率管理模塊206是可從線性技術(shù)股份公司(Linear Technology Corporation)以商標(biāo)(trade designation) LTC3443獲得的 功率管理集成電路。優(yōu)先地，控制器208是可從德州儀器(Texas Instruments)以商標(biāo)MSC1211 Y5獲得的微處理器。控制器208耦合到 存儲器210，存儲器210可以采用任何類型存儲器的形式，包括控制器 208內(nèi)部的存儲器以及控制器208外部的存儲器。優(yōu)選的控制器包括內(nèi) 部SRAM、閃速RAM、以及啟動ROM。存儲模塊210還優(yōu)選地包括大 小為64Kx8的閃存。閃存用于根據(jù)需要來存儲諸如程序、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、 和/或非變化數(shù)據(jù)之類的非易失性數(shù)據(jù)。內(nèi)部隨機(jī)存取存儲器用于存儲 與程序操作有關(guān)的易失性數(shù)據(jù)。
控制器208經(jīng)由諸如串行端口之類的合適端口耦合到射頻通信模 塊212，以與外部設(shè)備通信。在一個實(shí)施例中，射頻模塊212根據(jù)公知 藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，從藍(lán)牙SIG (www.bluetooth.com)可獲得的藍(lán)牙 核心規(guī)范版本l.l (2001年2月22日)。模塊212的一個示例可從Mitsumi 以商標(biāo)WMLC40獲得。此外，可以除了模塊212之外還使用其他形式 的無線通信，或使用其他形式的無線通信來代替模塊212。這樣的無線 通信的合適示例包括任何形式的射頻通信、聲通信、紅外通信、采用 磁感應(yīng)的通信、或它們的組合。
7控制器208耦合到距離傳感器214，距離傳感器214用于感測到配 合的晶片支架108 (圖l所示)的距離。所測量的距離可以具有1到6個 自由度。6個自由度包括x、 y、 z坐標(biāo)以及滾動、俯仰、以及側(cè)轉(zhuǎn)(yaw rotational)分量。
傳感器200優(yōu)選地包括顯示器218，顯示器218用于提供相對于距 離或者是絕對距離量度的指示，或距離是否在所選閾值內(nèi)或所選閾值 處的指示。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不僅包括移動機(jī)械手末端操縱裝置 直到所測量的距離在特定閾值內(nèi)為止，還包括簡單地測量距離并相應(yīng) 地在記錄機(jī)械手關(guān)節(jié)位置之前產(chǎn)生特定的末端操縱裝置位移。
距離檢測器214可以包括任何類型的合適距離感測技術(shù)。距離感
測技術(shù)的合適示例包括光學(xué)感測技術(shù)220;電容距離感測技術(shù)222;
基于電感的距離感測技術(shù)224;基于反射測量的距離感測技術(shù)226;基 于干涉測量的距離感測技術(shù)228;以及激光三角測量距離感測技術(shù)230。 這些不同的技術(shù)可以充當(dāng)備選，或距離傳感器214可以使用這些技術(shù)的 任何合適的組合。例如， 一種類型的技術(shù)可以對絕對距離感測非常有 用，然而該技術(shù)可能不具備另一技術(shù)所具備的良好精度。例如，距離 檢測器214可以使用激光三角測量230與基于電容的距離感測222的組 合。在該實(shí)施例中，最初利用激光三角測量技術(shù)230來感測距離，隨著 越來越接近所選的閾值，可以將距離測量切換到單獨(dú)采用基于電容的
基于光學(xué)的距離測量220的示例包括在距離檢測器214內(nèi)提供相 機(jī)、或圖像傳感器，所述距離檢測器214觀測在機(jī)械手工作空間中人為 地或自然地出現(xiàn)的特征(feature)。然后可以與特征的圖像相結(jié)合使用
特征的先驗(yàn)知識來辨別距離信息。
基于電容的距離感測的示例包括提供一對導(dǎo)電板接近邊沿222 (關(guān)于圖1所示)，使得金屬性物體接近邊沿222產(chǎn)生相對于距離而變化
的電容。然后可以將電容用作距離的指示。
基于電感的技術(shù)224是在某種程度上與上述基于電容的感測222
相類似的感測方式。在這一點(diǎn)上，可以鄰近傳感器的合適邊沿提供一 個或更多個基于電感的發(fā)射器，然后電感傳感器對感應(yīng)場發(fā)生器所產(chǎn)生的電磁場中金屬性的、磁性的物體的存在加以感測。
基于反射測量的距離感測226包括使用來自配合的襯底支架108
的反射束或圖像來提供對距離的指示的任何技術(shù)。相應(yīng)地，如果將激
光束以小角度導(dǎo)向襯底支架108，則反射角將等于入射角，反射束在傳 感器200上的側(cè)向位置將是距離的指示。
干涉測量技術(shù)228包括使照明通過狹縫或其他結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生干涉 測量圖案。那么在襯底支架108上圖案中明區(qū)與暗區(qū)之間的距離提供了 對傳感器與襯底支架108之間的距離的指示。
最后，激光三角測量230是一種相對簡單的技術(shù)，其中將激光以 小角度導(dǎo)向物體108，使得從傳感器200的角度來觀察，激光束觸及襯 底支架108的位置將依賴于傳感器與物體108之間的距離。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加工系統(tǒng)的教學(xué)傳感器的底部平面 圖。如可以意識到的，將通過傳感器對準(zhǔn)的距離用作對從末端操縱裝 置到配合的晶片支架108的距離的指示。相應(yīng)地，被可拆除地固定在末 端操縱裝置上的傳感器100的位置的任何變化都將會向整個校準(zhǔn)系統(tǒng) 引入誤差。相應(yīng)地，本發(fā)明的實(shí)施例優(yōu)選地包括結(jié)構(gòu)特征或人工產(chǎn)物
(artifact),所述結(jié)構(gòu)特征或人工產(chǎn)物確保了每當(dāng)末端操縱裝置耦合到 傳感器時將傳感器100固定在末端操縱裝置上相同的精確位置?？梢酝?過采用邊沿抓取末端操縱裝置使得便于這樣的精確對準(zhǔn)。然而，本發(fā) 明的實(shí)施例還包括對傳感器100的底側(cè)的調(diào)整。圖3是傳感器100的底部 平面圖，示出了由恰好三個插腳300、 302和304構(gòu)成的運(yùn)動固定架
(kinematic mount),三個插腳300、 302和304協(xié)同配合以接合末端操 縱裝置102。此外，或備選地，傳感器100的底面可以包括其他特征， 如將傳感器對準(zhǔn)到末端操縱裝置102的臺肩。此外，可以采用與末端操 縱裝置之間真空來接合傳感器100，使得更高效地將傳感器附著到末端 操縱裝置102。
圖4是與前端開口整合盒(FOUP)接近的教學(xué)傳感器的正視圖， 在所述前端開口整合盒(FOUP)中存在教學(xué)夾具。FOUP 400包括多 個槽或擱架402,這些槽或擱架402通常固定或維持諸如半導(dǎo)體晶片之 類的加工襯底。如圖4所示，傳感器100的寬度明顯比擱架之間的距離窄。此外，圖4示出了傳感器100與FOUP400以及夾具之間的大間隙。 由FOUP400擱架來支持和對準(zhǔn)教學(xué)夾具。在夾具406上存在諸如孔404
之類的標(biāo)記或其他特征，可以利用相機(jī)型距離測量傳感器來識別和檢 測所述標(biāo)記或其他特征。夾具406提供特征404,特征404與支持夾具406 的FOUP狹縫的中心有已知的幾何關(guān)系。典型地，教授兩個狹縫位置。 本發(fā)明的實(shí)施例包括采用任何合適數(shù)目的夾具，包括一個，以教授狹 縫位置。當(dāng)教授了兩個狹縫坐標(biāo)時，則襯底操縱機(jī)械手可以測量狹縫 俯仰以及FOUP的取向(例如向左/右的前/后傾斜)以及FOUP 400 在機(jī)械手的坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的對半導(dǎo)體加工機(jī)械手迸行校準(zhǔn)的方法 的流程圖。方法500在方塊502開始，其中半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的操作機(jī)械 手接合到或耦合到自動教學(xué)傳感器。 一旦傳感器與機(jī)械手的末端操縱 裝置接合，就執(zhí)行方塊504并且使末端操縱裝置接近襯底支架，如圖l 所示的襯底支架108。 一旦實(shí)現(xiàn)了必需的粗略接近，就執(zhí)行方塊506， 其中感測與支撐的距離。然后在方塊508，確定所感測的距離是否滿足 所選擇的閾值或在所選擇的閾值之內(nèi)。如果距離不滿足所選擇的閾值， 則控制沿著線510傳遞到方塊512，方塊512將末端操縱裝置移動到更接
近襯底支架的地方，再次感測距離。重復(fù)該過程，直到距離滿足所選 擇的閾值或在所選擇的閾值之內(nèi)為止，這時控制沿著線514傳遞到方塊 516，在方塊516記錄操作機(jī)械手的關(guān)節(jié)位置。針對加工系統(tǒng)內(nèi)的每個 相關(guān)襯底支架來重復(fù)該整個方法。
盡管參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識 到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上 的改變。
權(quán)利要求
1、一種對加工系統(tǒng)中的機(jī)械手進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，該方法包括將距離傳感器可拆除地耦合到機(jī)械手的末端操縱裝置；使距離傳感器測量從該傳感器到襯底支架的距離；確定所述距離是否滿足所選擇的閾值或在所選擇的閾值之內(nèi)；以及在所述距離滿足所選擇的閾值或在所選擇的閾值之內(nèi)時，記錄機(jī)械手關(guān)節(jié)位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述距離傳感器經(jīng)由無線 射頻通信來通知所測量的距離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述傳感器包括距離檢測 器，所述距離檢測器采用從由基于光學(xué)的距離測量、基于電容的距離 測量、基于電感的距離測量、基于反射測量的距離測量、基于干涉測 量的距離測量、以及激光三角測量組成的組當(dāng)中選擇的至少一種距離
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述加工系統(tǒng)被配置成加 工襯底，所述傳感器比襯底小。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，將末端操縱裝置可拆除地 耦合到傳感器包括將末端操縱裝置與傳感器上的配合特征接合。
6、 一種對加工系統(tǒng)中的機(jī)械手進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，該方法包括將距離傳感器可拆除地耦合到機(jī)械手的末端操縱裝置； 使距離傳感器測量從該傳感器到襯底支架的距離； 根據(jù)距離傳感器所測量的距離相應(yīng)地移動末端操縱裝置；以及 當(dāng)所述距離滿足所選擇的閾值或在所選擇的閾值之內(nèi)時，記錄機(jī) 械手關(guān)節(jié)位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述距離傳感器經(jīng)由無線 射頻通信來通知所測量的距離。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述傳感器包括距離檢測 器，所述距離檢測器采用從由基于光學(xué)的距離測量、基于電容的距離測量、基于電感的距離測量、基于反射測量的距離測量、基于干涉測 量的距離測量、以及激光三角測量組成的組當(dāng)中選擇的至少一種距離 測量技術(shù)。
9、 一種傳感器，用于感測在襯底加工系統(tǒng)中從機(jī)械手末端操縱 裝置到襯底支架的距離，所述傳感器包括外殼，將外殼尺寸設(shè)置為比襯底加工系統(tǒng)的典型襯底?。?電源，位于外殼內(nèi)； 控制器，耦合到電源；以及距離檢測器，可操作地耦合至lj控制器，用于測量到襯底支架的距離。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器，還包括可操作地耦合到控制 器的無線通信模塊。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述距離檢測器采用從 由基于光學(xué)的距離測量、基于電容的距離測量、基于電感的距離測量、 基于反射測量的距離測量、基于干涉測量的距離測量、以及激光三角 測量組成的組當(dāng)中選擇的至少一種距離測量技術(shù)。
全文摘要
提供了一種對加工系統(tǒng)中的機(jī)械手進(jìn)行校準(zhǔn)的方法(500)。該方法包括將距離傳感器(214)可拆除地耦合(502)到機(jī)械手的末端操縱裝置(102)，以及使距離傳感器測量(506)從傳感器(214)到襯底支架(108)的距離。然后，確定該距離是否滿足所選擇的閾值或在所選擇的閾值之內(nèi)。當(dāng)該距離滿足所選擇的閾值或在所選擇的閾值之內(nèi)時，記錄機(jī)械手關(guān)節(jié)位置。
文檔編號H01L21/00GK101529555SQ200780039157
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月23日
發(fā)明者克雷格·C·拉姆齊, 費(fèi)利克斯·J·舒達(dá) 申請人:賽博光學(xué)半導(dǎo)體公司