TWI848391B

TWI848391B - 機械手臂自動補正裝置及其方法

Info

Publication number: TWI848391B
Application number: TW111137854A
Authority: TW
Inventors: 呂忠憲; 張任瑋; 林柏彣; 呂軍毅; 劉育鑫; 呂呈祥; 佐佐木大輔
Original assignee: 浚輔科技股份有限公司
Priority date: 2022-10-05
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2024-07-11
Also published as: TW202416432A

Abstract

本發明為有關一種機械手臂自動補正裝置及其方法，主要結構包括一機械手臂，機械手臂上設有一光學攝影機構，而機械手臂之一側設有一晶圓存放機構，晶圓存放機構上則設有一圖像資訊碼，光學攝影機構資訊連接有一光學辨識模組，而光學辨識模組內具有一資訊碼解析單元、一物距解析單元、及一晶圓中心解析單元。藉此，使用者能先經由光學攝影機構拍攝圖像資訊碼，來進行機械手臂第一次的位置補正動作，再讓光學攝影機構拍攝晶圓並進行對焦動作，以經由物距解析單元配合晶圓中心解析單元，計算出機械手臂與晶圓中心點的距離，以達到第二次補正的效果。藉此經由此種方式達到快速準確的補正動作。

Description

機械手臂自動補正裝置及其方法

本發明為提供一種具有快速且準確之補正動作的機械手臂自動補正裝置及其方法。

按，由於半導體晶圓的結構與製作相當精密，因此對於保存及運送的要求也會較高。而晶圓在存放時，都會用專門的存放載具來進行置放保存的動作，以配合各種類型的保存環境，例如真空保存或是導入惰性氣體保存。在運送時，除了直接搬運載具之外，也可開啟並取出晶圓，但要取出內部的晶圓時，大多會運用機械手臂來進行取放動作，以防止在搬運的時候造成破片或是損傷的狀況。

但由於機械手臂在取放前，需先完整定位機械手臂與晶圓載具之間的距離，才能正確的進行取放動作，而定位的動作可分為自動式或人工式的方式來進行取放動作，若為人工時，則可經由目測或是機械量測的方式，給予相關的距離資訊來輔助使用者進行機械手臂的定位動作。若是自動化的機械手臂在取放時，則是利用多個感測器配合各種類型的量測，才能正確的讓機械手臂進行定位的動作。

若是定位的動作不夠準確，則有可能讓機械手臂取放時產生各種狀況，提高了不良品產生的機率。但是若要正確的進行定位動作，則需要多個感測器來相互配合，反而會增加了使用上的成本。

是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之申請人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

故，本發明之創作人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種利用簡易的機構達到完整之補正動作的機械手臂自動補正裝置及其方法的發明專利者。

本發明之主要目的在於：利用光學攝影機構達成簡易並準確的補正效果。

為達成上述目的，本發明之主要結構包括：一機械手臂、一設於機械手臂之一側處的晶圓存放機構、一設於晶圓存放機構上的圖像資訊碼、一設於機械手臂上的光學攝影機構、一資訊連接光學攝影機構的光學辨識模組、一設於光學辨識模組內的資訊碼解析單元、一設於光學辨識模組內的物距解析單元、及一設於光學辨識模組內的晶圓中心解析單元。

藉由上述之結構，當使用者要利用機械手臂取出晶圓時，能讓機械手臂自動進行補正動作。首先經由光學攝影機構拍攝圖像資訊碼，並經由資訊碼解析單元解析此圖像資訊碼，以取得相關的位置資訊，讓機械手臂能進行第一次的補正動作。

當進行第一次的補正動作時，就能得知晶圓存放機構的大約位置，此時再將光學攝影機構拍攝對焦於晶圓存放機構的其中一晶圓上，就能利用物距解析單元，透過光學攝影機構內透鏡之焦距、及透鏡與光學攝影機構內的感光成像位置之間的距離，計算出光學攝影機構與晶圓之晶圓距離。當晶圓距離計算出來後，再利用晶圓中心解析單元透過機械手臂與光學攝影機構之間的距離、晶圓距離、及晶圓之寬度，來計算出機械手臂與晶圓之中心點的距離，藉此來達到第二次的補正動作，以具有完整的補正效果，即可進行晶圓的取放動作。

如此就能經由上述的方式，讓機械手臂能快速準確的完成補正動作，並且僅是利用拍攝的動作即可達到，如此就能以較低的成本達成完整快速的補正動作。

藉由上述技術，可針對習用的補正方式成本較高或準確度較差的問題點加以突破，達到上述優點之實用進步性。

1:機械手臂

11:翹曲感測器

12:間距感測器

2:晶圓存放機構

21:圖像資訊碼

3:光學攝影機構

4:光學辨識模組

41:資訊碼解析單元

42:物距解析單元

43:晶圓中心解析單元

W:晶圓

x:垂直距離

y:距離

o:晶圓距離

第一圖係為本發明較佳實施例之立體透視圖。

第二圖係為本發明較佳實施例之結構方塊示意圖。

第三圖係為本發明較佳實施例之步驟流程圖。

第四圖係為本發明較佳實施例之拍攝示意圖。

第五圖係為本發明較佳實施例之焦距示意圖。

第六圖係為本發明較佳實施例之中心計算示意圖。

第七圖係為本發明再一較佳實施例之立體透視圖。

第八圖係為本發明再一較佳實施例之步驟流程圖。

第九圖係為本發明再一較佳實施例之翹曲檢測示意圖。

第十圖係為本發明又一較佳實施例之立體透視圖。

第十一圖係為本發明又一較佳實施例之步驟流程圖。

第十二圖係為本發明又一較佳實施例之間距檢測示意圖。

第十三圖係為本發明另一較佳實施例之立體透視圖。

第十四圖係為本發明另一較佳實施例之步驟流程圖。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。

請參閱第一圖至第六圖所示，係為本發明較佳實施例之立體透視圖至中心計算示意圖，由圖中可清楚看出本發明係包括：

一機械手臂1，以可經由電腦控制且供取放及帶動晶圓之機械手臂1作為舉例；

一設於機械手臂1之一側處的晶圓存放機構2，並以供存放晶圓的儲存設備作為舉例；

一設於晶圓存放機構2上的圖像資訊碼21，並以QR CODE作為舉例；

一設於機械手臂1上的光學攝影機構3，本實施例之光學攝影機構3係為使用電荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)的攝影機；

一與光學攝影機構3及機械手臂1資訊連接之光學辨識模組4，且以連接光學攝影機構3並接收拍攝畫面的處理器作為舉例；

一設於光學辨識模組4內的資訊碼解析單元41；

一設於光學辨識模組4內的物距解析單元42；及

一設於光學辨識模組4內的晶圓中心解析單元43，本實施例之資訊碼解析單元41、物距解析單元42、及晶圓中心解析單元43皆以光學辨識模組4內之軟體作為舉例。

藉由上述之說明，已可了解本技術之結構，而依據這個結構之對應配合，即可具有以較低的成本達到快速準確的補正動作之優勢，而詳細之解說將於下述說明。

本發明之機械手臂自動補正方法，其步驟包括：

(a)圖像拍攝：利用一機械手臂1上之一光學攝影機構3拍攝一晶圓存放機構2上之一圖像資訊碼21；

(b)第一次補正動作：經由一光學辨識模組4內之一資訊碼解析單元41解析該圖像資訊碼21，以取得相關位置資訊，使該機械手臂1進行第一次之補正動作；

(c)對焦晶圓：利用該光學攝影機構3拍攝並對焦於該晶圓存放機構2內之其中一晶圓上；

(d)晶圓距離計算：使用該光學辨識模組4內之一物距解析單元42，透過該光學攝影機構3內透鏡之焦距、及該透鏡與該光學攝影機構3內的感光成像位置之間的距離，計算出該光學攝影機構3與該晶圓之晶圓距離；

(e)第二次補正動作：計算出該晶圓距離後，再利用一晶圓中心解析單元43透過該機械手臂1與該光學攝影機構3之間的距離、該晶圓距離、及該晶圓之寬度，計算出該機械手臂1與該晶圓之中心點的距離，來達到第二次的補正動作；及

(f)晶圓夾取：經由該機械手臂1與該晶圓之中心點的距離，控制該機械手臂1進行該晶圓的夾取動作。

由上述步驟可得知，使用者能先於晶圓存放機構2上設置有圖像資訊碼21，並當要利用機械手臂1夾取晶圓時，則需要先進行補正的動作，才能準確的夾取晶圓存放機構2內的晶圓。

如此即可先利用光學攝影機構3拍攝圖像資訊碼21，並經由光學辨識模組4內的資訊碼解析單元41解析該圖像資訊碼21，以取得相關位置資訊(例如晶圓存放機構2對於機械手臂1的相對方向)，藉此進行第一次的補正動作。

當進行第一次補正動作後，就能確定到晶圓存放機構2的大約位置，如此即可再利用光學攝影機構3拍攝晶圓存放機構2內的晶圓，並對焦於將要取出的晶圓上。此時物距解析單元42就能透過薄透鏡成像公式(l/o+l/i=l/f)進行計算解析之動作，而此公式乃目前已具有之數學公式。

其計算方式可配合第五圖所示，光學攝影機構3內透鏡與對焦的物品(晶圓)之距離為o、光學攝影機構3內透鏡與光學攝影機構3內的感光成像位置之間的距離為i、光學攝影機構3的透鏡之焦距為f，其中光學攝影機構3的透鏡之焦距(f)為安裝或購買透鏡時即已知的數據，而光學攝影機構3內透鏡與光學攝影機構3內的感光成像位置之間的距離(i)則為對焦後會得知的距離，如此即可經由上述的公式計算出光學攝影機構3內透鏡與對焦的物品(晶圓)之距離o，且因透鏡則在光學攝影機構3的最前端，因此可直接作為光學攝影機構3與晶圓之間的距離，並於本案中定義為晶圓距離o。

當計算出上述之晶圓距離後，可配合第六圖所示，由於安裝光學攝影機構3乃直接設置於機械手臂1的上側處，因此能直接得知光學攝影機構3與機械手臂1之間的垂直距離x，如此就能由上述之晶圓距離o與垂直距離x讓晶圓中心解析單元43先透過畢氏定理之計算方式(x²+y²=o²)，計算出機械手臂1至晶圓邊緣處(即光學攝影機構3對焦的位置點)之距離y，並由於晶圓的半徑(d)為抓取前已知的數據，但其並不設限，亦可於上述之光學攝影機構3拍攝圖像資訊碼21以得知相關位置資訊時，再同時讀取並得知晶圓的半徑(d)，以傳送至晶圓中心解析單元43中。如此將上述之機械手臂1至晶圓邊緣處之距離y加上晶圓的半徑(d)，即可得知機械手臂1與晶圓之中心點的距離，藉此達到第二次的補正效果。

經由上述之兩次補正後，即可讓機械手臂1自動計算出之機械手臂1與晶圓中心點的距離，來進行夾取的動作，而整體之補正過程，皆只需經由一光學攝影機構3配合一圖像資訊碼21，再透過光學辨識模組4計算即可完成。如此就能透過簡易的結構來達到節省成本的效果，並且整體之動作只需透過拍攝動作與進行相關計算即可完成，還能大幅提高補正的時間與效率。

再請同時配合參閱第七圖至第九圖所示，係為本發明再一較佳實施例之立體透視圖至翹曲檢測示意圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅於機械手臂1上設有一翹曲感測器11，而本實施例之翹曲感測器11以雷射感測器作為舉例。

而本實施例之步驟包括：(a)圖像拍攝：利用一機械手臂1上之一光學攝影機構拍攝一晶圓存放機構2上之一圖像資訊碼；(b)第一次補正動作：經由一光學辨識模組內之一資訊碼解析單元解析該圖像資訊碼，以取得相關位置資訊，使該機械手臂1進行第一次之補正動作；(c)對焦晶圓：利用該光學攝影機構拍攝並對焦於該晶圓存放機構2內之其中一晶圓上；(d)晶圓距離計算：使用該光學辨識模組內之一物距解析單元，透過該光學攝影機構內透鏡之焦距、及該透鏡與該光學攝影機構內的感光成像位置之間的距離，計算出該光學攝影機構與該晶圓之晶圓距離；(e)第二次補正動作：計算出該晶圓距離後，再利用一晶圓中心解析單元透過該機械手臂1與該光學攝影機構之間的距離、該晶圓距離、及該晶圓之寬度，計算出該機械手臂1與該晶圓之中心點的距離，來達到第二次的補正動作；(f)晶圓夾取：經由該機械手臂1與該晶圓之中心點的距離，控制該機械手臂1進行該晶圓的夾取動作；及(g)翹曲檢測；經由該機械手臂1上之一翹曲感測器11，檢測該晶圓之翹曲狀況。

如上述實施例中可得知，已計算出機械手臂1至晶圓中心的距離，以此距離只需再增加上一次晶圓W的半徑的長度，即可大約推測出機械手臂1至晶圓存放機構2底部的距離，而若翹曲感測器11所發出的雷射回彈後測得的長度，小於上述之距離時，則可判斷出晶圓W因產生翹曲狀況而阻擋住了翹曲感測器11的雷射路徑，藉此降低夾取晶圓W時，因碰觸到翹曲部位而產生破片的可能性。

再請同時配合參閱第十圖至第十二圖所示，係為本發明又一較佳實施例之立體透視圖至間距檢測示意圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅於機械手臂1上設有一間距感測器12，而本實施例之間距感測器12以薄型的距離感測器作為舉例。

而本實施例之步驟包括：

(a)圖像拍攝：利用一機械手臂1上之一光學攝影機構拍攝一晶圓存放機構上之一圖像資訊碼；

(b)第一次補正動作：經由一光學辨識模組內之一資訊碼解析單元解析該圖像資訊碼，以取得相關位置資訊，使該機械手臂進行第一次之補正動作；

(c)對焦晶圓：利用該光學攝影機構拍攝並對焦於該晶圓存放機構2內之其中一晶圓上；

(d)晶圓距離計算：使用該光學辨識模組內之一物距解析單元，透過該光學攝影機構內透鏡之焦距、及該透鏡與該光學攝影機構內的感光成像位置之間的距離，計算出該光學攝影機構與該晶圓之晶圓距離；

(e)第二次補正動作：計算出該晶圓距離後，再利用一晶圓中心解析單元透過該機械手臂與該光學攝影機構之間的距離、該晶圓距離、及該晶圓之寬度，計算出該機械手臂1與該晶圓之中心點的距離，來達到第二次的補正動作；

(f)晶圓夾取；經由該機械手臂1與該晶圓之中心點的距離，控制該機械手臂1進行該晶圓的夾取動作；及

(g)間距檢測：經由該機械手臂1上之一間距感測器12，以檢測該晶圓與機械手臂1之間距。

當機械手臂1伸入晶圓存放機構2內進行夾取動作時，能經由間距感測器12感測與上下晶圓W的距離，以防止因為間距過小而產生撞擊的狀況。

再請同時配合參閱第十三圖及第十四圖所示，係為本發明另一較佳實施例之立體透視圖及步驟流程圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅於機械手臂1上同時設有一間距感測器12及一翹曲感測器11。

而本實施例之步驟包括：

(b)第一次補正動作：經由一光學辨識模組內之一資訊碼解析單元解析該圖像資訊碼，以取得相關位置資訊，使該機械手臂1進行第一次之補正動作；

(c)對焦晶圓：利用該光學攝影機構拍攝並對焦於該晶圓存放機構內之其中一晶圓上；

(e)第二次補正動作：計算出該晶圓距離後，再利用一晶圓中心解析單元透過該機械手臂1與該光學攝影機構之間的距離、該晶圓距離、及該晶圓之寬度，計算出該機械手臂1與該晶圓之中心點的距離，來達到第二次的補正動作；

(f)晶圓夾取：經由該機械手臂1與該晶圓之中心點的距離，控制該機械手臂1進行該晶圓的夾取動作；及

(g)翹曲間距檢測：經由該機械手臂1上之一翹曲感測器11，檢測該晶圓之翹曲狀況，及經由該機械手臂1上之一間距感測器12，以檢測該晶圓與機械手臂1之間距。

藉此讓本案之機械手臂1能再同時具有翹曲檢測與間距檢測的效果，以表示翹曲感測器11及間距感測器12能同時設置，以提高本案於使用時的安全性。

惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明之機械手臂自動補正裝置及其方法於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼審委早日賜准本發明，以保障創作人之辛苦創作，倘若鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，創作人定當竭力配合，實感德便。

1:機械手臂

2:晶圓存放機構

21:圖像資訊碼

3:光學攝影機構

4:光學辨識模組

Claims

一種機械手臂自動補正裝置，其主要包含：一機械手臂；一晶圓存放機構，該晶圓存放機構設於該機械手臂之一側處；一圖像資訊碼，該圖像資訊碼設於該晶圓存放機構上；一光學攝影機構，該光學攝影機構設於該機械手臂上；一光學辨識模組，該光學辨識模組係資訊連接該光學攝影機構及該機械手臂；一資訊碼解析單元，該資訊碼解析單元設於該光學辨識模組內，係供解析該圖像資訊碼，以取得相關位置資訊；一物距解析單元，該物距解析單元設於該光學辨識模組內並與資訊碼解析單元資訊連接，且該物距解析單元係經由該光學攝影機構內透鏡之焦距、及該透鏡與該光學攝影機構內的感光成像位置之間的距離，計算出該光學攝影機構與該晶圓存放機構內的晶圓之晶圓距離；及一晶圓中心解析單元，該晶圓中心解析單元設於該光學辨識模組內並與資訊碼解析單元資訊連接，以透過該機械手臂與該光學攝影機構之間的距離、該晶圓距離、及該晶圓之寬度，計算出該機械手臂與該晶圓之中心點的距離。
如申請專利範圍第1項所述之機械手臂自動補正裝置，其中該機械手臂上設有一翹曲感測器。
如申請專利範圍第1項所述之機械手臂自動補正裝置，其中該機械手臂上設有一間距感測器。
如申請專利範圍第1項所述之機械手臂自動補正裝置，其中該物距解析單元係經由薄透鏡成像公式進行計算解析之動作。
如申請專利範圍第1項所述之機械手臂自動補正裝置，其中該晶圓中心解析單元係經由畢氏定理之計算方式，計算出該機械手臂與該晶圓之中心點的距離。
一種機械手臂自動補正方法，其步驟包括：(a)利用一機械手臂上之一光學攝影機構拍攝一晶圓存放機構上之一圖像資訊碼；(b)經由一光學辨識模組內之一資訊碼解析單元解析該圖像資訊碼，以取得相關位置資訊，使該機械手臂進行第一次之補正動作；(c)利用該光學攝影機構拍攝並對焦於該晶圓存放機構內之其中一晶圓上；(d)使用該光學辨識模組內之一物距解析單元，透過該光學攝影機構內透鏡之焦距、及該透鏡與該光學攝影機構內的感光成像位置之間的距離，計算出該光學攝影機構與該晶圓之晶圓距離；(e)計算出該晶圓距離後，再利用一晶圓中心解析單元透過該機械手臂與該光學攝影機構之間的距離、該晶圓距離、及該晶圓之寬度，計算出該機械手臂與該晶圓之中心點的距離，來達到第二次的補正動作；及(f)經由該機械手臂與該晶圓之中心點的距離，控制該機械手臂進行該晶圓的夾取動作。
如申請專利範圍第6項所述之機械手臂自動補正方法，其中於該步驟(f)後係進行步驟(g)，經由該機械手臂上之一翹曲感測器，檢測該晶圓之翹曲狀況。
如申請專利範圍第6項所述之機械手臂自動補正方法，其中於該步驟(f)後係進行步驟(g)，經由該機械手臂上之一間距感測器，以檢測該晶圓與機械手臂之間距。
如申請專利範圍第6項所述之機械手臂自動補正方法，其中該物距解析單元係經由薄透鏡成像公式進行計算解析之動作。
如申請專利範圍第6項所述之機械手臂自動補正方法，其中該晶圓中心解析單元係經由畢氏定理之計算方式，計算出該機械手臂與該晶圓之中心點的距離。