一種硅片的安全運輸方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體加工設備技術領域，具體涉及一種硅片的安全運輸方法。
【背景技術】
[0002] 硅片的安全存取和運輸是集成電路大生產(chǎn)線一個非常重要的技術指標;在生產(chǎn)過 程中通常要求運輸設備自身導致的硅片破片率應小于十萬分之一。作為批量式硅片熱處理 系統(tǒng)，相對于單片式工藝系統(tǒng)，每個生產(chǎn)工藝所需的硅片傳輸、硅片放置和取片次數(shù)更多， 因而對硅片傳輸、硅片放置和取片的安全性和可靠性要求更高。
[0003] 目前，機械手被廣泛應用于半導體集成電路制造技術領域中，機械手是硅片傳輸 系統(tǒng)中的重要設備，用于存取和運輸工藝處理前和工藝處理后的硅片，其能夠接受指令，精 確地定位到三維或二維空間上的某一點進行取放硅片，既可對單枚硅片進行取放作業(yè)，也 可對多枚硅片進行取放作業(yè)。
[0004] 目前，批量式硅片熱處理系統(tǒng)的硅片傳取環(huán)節(jié)的位置參數(shù)一般采用離線示教的方 式獲取并存儲在控制器中，同時按周期進行檢測和校準。機械手根據(jù)存儲的離線示教的數(shù) 據(jù)對承載機構上放置的硅片進行取放操作。當機械手在對硅片進行取放作業(yè)時，硅片承載 機構由于環(huán)境溫度變化、負載變化以及機械結構變形等因素的影響，機械手按離線存儲的 位置坐標取放承載機構上的硅片時，存在產(chǎn)生碰撞導致硅片或設備受損的風險，造成不可 彌補的損失。同時，由于硅片在熱處理過程中產(chǎn)生的受熱變形等情況也會使硅片的實際分 布狀態(tài)與離線示教位置參數(shù)有不同，使得機械手取放硅片的運動處于非安全狀態(tài)，
[0005] 請參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術中機械手在硅片傳輸、硅片放置和取片時的位置結構 示意圖。如圖所示，當硅片2在支撐部件3上處于傾斜等異常狀態(tài)時，機械手1在自動存取硅 片2的運動處于非安全工作狀態(tài)，非常容易造成硅片2及設備(包括機械手1)的損傷。在機械 手1完成硅片放置后或準備取片前，需對支撐部件3上硅片組中的硅片2分布狀態(tài)進行準確 的位姿識別，同時對識別出的各種異常狀態(tài)提供準確應對措施，以實現(xiàn)安全取放片。
[0006] 由于硅片承載裝置的位姿會隨著硅片負載的變化和溫度的變化而產(chǎn)生變化，導致 取放片過程中摩擦或刮痕等損傷產(chǎn)品的問題，因此，在取放片過程中對硅片位姿進行修正 是十分重要的。

【發(fā)明內容】

[0007] 為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種硅片的安全運輸方法，在進行取片或放 片的過程中負載和環(huán)境溫度變化時對硅片位置的示教數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和修正，確保安全 取放片。
[0008] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供了硅片安全運輸?shù)姆椒ǎ霭雽w設備包括用 于放置多個硅片的所述硅片承載裝置和用于拾取和運輸硅片的機械手，所述硅片承載裝置 具有支撐部件，所述硅片水平放置于支撐部件上，多個所述硅片在豎直方向上排列，所述機 械手具有片叉，所述片叉上下表面固定有不在同一條直線上的三個或以上的傳感器組，所 述傳感器組用于定義一個或多個基準面;所述機械手按照示教數(shù)據(jù)進行移動，硅片安全運 輸方法包括：
[0009] 步驟01:將所述硅片承載裝置從上到下依次分為多個區(qū)域，對每個區(qū)域在空載或 滿載時，使所述機械手離線運行取片或放片過程，從而獲得對空載或滿載時所述硅片承載 裝置的每個區(qū)域中的硅片進行取片或放片操作的離線示教數(shù)據(jù);其中，離線示教數(shù)據(jù)包括 機械手運行中的指定位置以及所述指定位置的離線參數(shù)數(shù)據(jù);在離線取片過程中，所述離 線示教數(shù)據(jù)包括硅片的厚度、相鄰硅片的間距、預向上取片位置上的機械手的片叉底部到 所述片叉下方硅片上表面的距離、預退出取片位置上的機械手的片叉頂部到所述待取硅片 上方的相鄰的支撐部件的距離、以及所述預向上取片位置到預退出取片位置之間的距離； 或者在離線放片過程中，所述離線示教數(shù)據(jù)包括硅片的厚度、相鄰硅片的間距、預退出放片 位置上的機械手的片叉底部到片叉下方硅片上表面的距離、預向下放片位置上的機械手的 片叉頂部到片叉上方相鄰的支撐部件的距離、以及預向下放片位置到預退出放片位置之間 的距離；
[0010] 步驟02:執(zhí)行取片或放片操作指令，按照所述離線示教數(shù)據(jù)使所述機械手開始進 行在線取片或放片過程；
[0011] 步驟03:當對所述硅片承載裝置的一個區(qū)域進行取片或放片運行過程中，通過機 械手片叉的每個傳感器探測機械手運行中的指定位置的實際參數(shù)數(shù)據(jù)；
[0012] 步驟04:根據(jù)所述指定位置的實際參數(shù)數(shù)據(jù)與所述指定位置的離線參數(shù)數(shù)據(jù)，計 算出對所述實際參數(shù)數(shù)據(jù)進行補償?shù)男拚担鶕?jù)所述修正值來補償所述實際參數(shù)數(shù)據(jù)； 從而使所述機械手完成對所述硅片承載裝置的一個區(qū)域的取片或放片操作；
[0013] 步驟05:重復執(zhí)行所述步驟03和所述步驟04,以進行對所述硅片承載裝置的其它 區(qū)域的取片或放片操作，從而完成對整個所述硅片承載裝置的取片或放片操作。
[0014] 優(yōu)選地，所述取片過程中，預向上取片位置上片叉底部到待取硅片下方相鄰硅片 的距離的安全極限值為下安全取片裕量，預退出取片位置上片叉上的硅片表面到所述片叉 上方的相鄰支撐部件底部的安全極限值為上安全取片裕量，所述步驟04中，包括:在所述預 向上取片位置時，根據(jù)所述下安全取片裕量和所述預向上取片位置的離線參數(shù)數(shù)據(jù)來調整 所述預向上取片位置的實際參數(shù)數(shù)據(jù)，使得所述片叉底部到待取硅片下方相鄰硅片頂部的 距離等于或大于所述下安全取片裕量;在所述預退出取片位置時，根據(jù)所述上安全取片裕 量和所述預退出取片位置的離線參數(shù)數(shù)據(jù)來調整所述預退出取片位置的實際參數(shù)數(shù)據(jù)，使 得所述片叉上的硅片表面到所述片叉上方相鄰支撐部件底部的距離等于或大于所述上安 全取片裕量。
[0015] 優(yōu)選地，所述預退出取片位置的實際參數(shù)數(shù)據(jù)的獲取方法包括:在預退出取片位 置上，所述片叉下表面的傳感器檢測所述傳感器到所述片叉下方的支撐部件頂部的距離， 然后，利用相鄰硅片的間距-硅片的厚度-支撐部件的厚度-檢測的所述傳感器到所述片叉 下方的支撐部件頂部的距離，從而得到所述片叉上硅片表面到所述片叉上方相鄰支撐部件 底部的實際距離。
[0016] 優(yōu)選地，所述放片過程中，預退出放片位置上的片叉底部到該位置上的片叉下方 相鄰硅片頂部的距離的安全極限值為下安全放片裕量，預向下放片位置上的片叉上硅片表 面到所述片叉上方相鄰支撐部件底部的距離的安全極限值為上安全放片裕量;所述步驟04 中，還包括:在所述預向下放片位置時，根據(jù)所述上安全放片裕量和所述預向下放片位置的 離線參數(shù)數(shù)據(jù)來調整所述預向下放片位置的實際參數(shù)數(shù)據(jù)，使得所述片叉上硅片表面到所 述片叉上方相鄰支撐部件底部的距離等于或大于所述上安全放片裕量;在所述預退出放片 位置時，根據(jù)所述下安全放片裕量和所述預退出放片位置的離線參數(shù)數(shù)據(jù)來調整所述預退 出放片位置的實際參數(shù)數(shù)據(jù)，使得預退出放片位置上的片叉底部到該位置上的片叉下方相 鄰硅片的距離等于或大于所述上安全放片裕量。
[0017] 優(yōu)選地，所述預向下取片位置的實際參數(shù)數(shù)據(jù)的獲取方法包括:在預向下放片位 置上，所述片叉下表面的傳感器檢測所述傳感器到所述片叉下方的支撐部件頂部的距離， 然后，利用相鄰硅片的間距-硅片的厚度-支撐部件的厚度-檢測的所述傳感器到所述片叉 下方的支撐部件頂部的距離，從而得到所述片叉上硅片表面到所述片叉上方相鄰支撐部件 底部的實際距離。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟03中，還包括:設定基準面，并且設定位于所述基準面上的探測 點，所述探測點作為原點；所述離線示教數(shù)據(jù)還包括機械手片叉的下表面相對于所述基準 面的傾角閾值范圍、以及機械手運行中的指定位置的離線坐標；當對所述硅片承載裝置的 一個區(qū)域進行取片或放片運行過程中，所述機械手片叉上的每個傳感器探測所述每個傳感 器與所述探測點的實際坐標，根據(jù)所述坐標計算所述機械手片叉的傾角;所述步驟04中還 包括:比較所述實際坐標與所述離線坐標的差值，并且根據(jù)差值來補償所述實際坐標，從而 得到修正后的坐標，按照所述修正后的坐標對所述機械手片叉位置進行修正;并且，根據(jù)所 述實際坐標來計算所述機械手片叉的傾角;判斷所述機械手片叉的傾角是否在所述傾角閾 值范圍內，如果是，則繼續(xù)所述取片或放片操作；如果不是，則對所述機械手片叉的傾角進 行自動修正，使所述機械手片叉的傾角在所述閾值范圍內之后繼續(xù)所述取片或放片操作； 如果無法進行自動修正，則機械手停止運行并報警等待處理。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟04中，包括距離調整和傾角調整，其中，
[0020] 所述距離調整過程包括：
[0021] 步驟041:所述片叉下表面的每個傳感器連續(xù)兩次探測與所述探測點的坐標值，得 到所述片叉下表面的每個傳感器的第一次坐標值和第二次坐標值；
[0022] 步驟042:求取第一次坐標值的Z值的第一平均值和第二次坐標值的Z值的第二平 均值；
[0023] 步驟043:計算所述Z值的第一平均值和所述Z值的第二平均值的差值，作為沿Z軸 的距離補償值；
[0024] 步驟044:將所述離線示教數(shù)據(jù)中的每個指定位置在沿Z軸方向上均加上所述距離 補償值。
[0025] 所述傾角調整過程包括：
[0026] 步驟045:根據(jù)所述片叉下表面的平面方程和所述基準面的平面方程，計算所述片 叉下表面的法線矢量與所述基準面的法線矢量；
[0027] 步驟046:根據(jù)所述片叉下表面的法線矢量的坐標值與所述基準面的法線矢量之 間的坐標值以及所述步驟03中得到的傾角，在直角坐標系中計算所述片叉下表面的法線矢 量沿X軸方向所旋轉的角度以及沿Y軸方向所旋轉的角度；
[0028] 步驟047:以所述片叉下表面的法線矢量沿X軸方向所旋轉的角度使片叉沿X軸旋 轉，以所述片叉下表面的法線矢量沿Y軸方向所旋轉的角度使片叉沿Y軸旋轉，從而使所述 片叉下表面相對于所述基準面的傾角在所述傾角閾值范圍內；
[0029] 步驟048:計算調整后的所述片叉下表面的每個傳感器探測與所述探測點的新的 坐標值，判斷新的沿Z軸的距離值是否在沿Z軸的所述距離閾值范圍內；如果是，則所述機械 手繼續(xù)執(zhí)行所述取放片操作；如果不是，則按照所述距離調整過程對所述片叉的所述離線 示教數(shù)據(jù)中的每個指定位置進行沿Z