一種硅片安全運輸方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及半導體加工設備技術領域，具體涉及一種硅片安全運輸方法。
【背景技術】
[0002] 硅片的安全存取和運輸是集成電路大生產線一個非常重要的技術指標;在生產過 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，相對于單片式工藝系統，每個生產工藝所需的硅片傳輸、硅片放置和取片次數更多， 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，也 可對多枚硅片進行取放作業。
[0004] 目前，批量式硅片熱處理系統的硅片傳取環節的位置參數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。機械手根據存儲的離線示教的數 據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時，硅片承載 機構由于環境溫度變化、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生的受熱變形等情況也會使硅片的實際分 布狀態與離線示教位置參數有不同，使得機械手取放硅片的運動處于非安全狀態，
[0005] 請參閱圖1，圖1為現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，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分布狀態進行準確 的位姿識別，同時對識別出的各種異常狀態提供準確應對措施，以實現安全取放片。
[0006]在對硅片的位姿進行識別之前，對承載硅片的片叉的位姿識別是至關重要的，片 叉傾斜或距離不準確與否將影響對硅片位姿識別的準確度。

【發明內容】

[0007] 為了克服以上問題，本發明旨在對硅片的位姿進行識別之前，對承載硅片的片叉 的位姿進行識別并作出相應調整，確保片叉處于水平狀態、與基準面在合適的距離之內以 及在理論示教數據的安全閾值范圍內。
[0008] 為了達到上述目的，本發明提供了硅片安全運輸方法，包括機械手對硅片的拾取 和放置，機械手安裝于基座上，機械手具有片叉，片叉用于承載硅片，片叉是可翻轉的，硅片 放置于硅片承載裝置中的支撐部件上，在片叉上表面和下表面分別具有不在同一個直線上 的三個或以上的傳感器，在對硅片的位姿進行識別之前，進行片叉位姿的識別和調整，所述 片叉位姿的識別和調整包括：
[0009] 步驟SOI:在基座上設定基準面，并且設定位于所述基準面上的探測點，設定理論 示教數據，機械手執行取放片操作指令;所述理論示教數據包括機械手運行的指定位置、機 械手片叉的下表面相對于所述基準面的傾角閾值范圍、以及機械手片叉的下表面相對于所 述探測點的沿Z軸的距離閾值范圍;選取基座上的水平面作為基準面；
[0010] 步驟S02:機械手運行至所述理論示教數據中的指定位置后，所述片叉下表面的每 個傳感器探測相對于所述探測點的三維坐標值；
[0011] 步驟S03:根據所述片叉下表面的每個傳感器的所述坐標值求取所述片叉下表面 的平面方程；
[0012] 步驟S04:通過所述平面方程計算所述片叉下表面相對于所述基準面的傾角；
[0013] 步驟S05:判斷所述片叉下表面的每個傳感器與所述探測點的沿Z軸的距離值是否 在沿Z軸的所述距離閾值范圍內以及判斷所述片叉下表面相對于所述基準面的傾角是否在 所述傾角閾值范圍內；
[0014] 步驟S06:當所述片叉下表面的每個傳感器與所述探測點的沿Z軸的距離值不在沿 Z軸的所述距離閾值范圍內或者所述片叉下表面相對于所述基準面的傾角不在所述傾角閾 值范圍內，則對所述理論示教數據中的設定位置進行自動位置調整，同時更新所述理論示 教數據；
[0015] 當所述片叉下表面的每個傳感器與所述探測點的沿Z軸的距離值在沿Z軸的所述 距離閾值范圍內并且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，則 所述機械手繼續執行所述取放片操作；
[0016] 當所述片叉下表面的每個傳感器與所述探測點的沿Z軸的距離不在沿Z軸的所述 距離閾值范圍內并且所述片叉下表面相對于所述基準面的傾角不在所述傾角閾值范圍內， 則報警并等待處理。
[0017] 優選地，所述步驟S06中，所述位置調整包括距離調整和傾角調整，其中，
[0018] 所述距離調整過程包括：
[0019]步驟S601:所述片叉下表面的每個傳感器連續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；
[0020] 步驟S602: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；
[0021] 步驟S603: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；
[0022]步驟S604:將所述理論示教數據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。
[0023]所述傾角調整過程包括：
[0024] 步驟S611:根據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；
[0025] 步驟S612:根據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S04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；
[0026] 步驟S613: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；
[0027] 步驟S614: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Ζ軸的距離值是否在沿Ζ軸的所述距離閾值范圍內；如果是，則所述機械 手繼續執行所述取放片操作；如果不是，則按照所述距離調整過程對所述片叉的所述理論 示教數據中的每個指定位置進行沿Ζ軸的距離調整。
[0028] 優選地，所述步驟S612中，包括:求取所述片叉下表面相對于所述基準面的旋轉矩 陣;然后，根據旋轉矩陣乘以所述基準面的法線矢量得到所述片叉下表面的法線矢量，計算 出所述片叉下表面的法線矢量相對于所述基準面的法線矢量沿X軸方向的旋轉角度以及沿 Υ軸方向的旋轉角度，所述片叉下表面的法線矢量相對于所述基準面的法線矢量沿X軸方向 的旋轉角度為所述片叉下表面相對于所述基準面沿X軸方向的旋轉角度，所述片叉下表面 的法線矢量相對于所述基準面的法線矢量沿X軸方向的旋轉角度為所述片叉下表面相對于 所述基準面沿Υ軸方向的旋轉角度;其中，所述旋轉矩陣為
[0029] 〇'
[0030] 優選地，所述傳感器為光電傳感器。
[0031] 優選地，所述傾角閾值范圍為傾角閾值的絕對值的正負值。
[0032] 優選地，所述距離閾值包括第一級距離閾值和第二級距離閾值;所述第一級距離 閾值為所述機械手重復定位的精度指標，所述第二級距離閾值為所述機械手實際的安全取 放片裕量小于正常的安全取放片裕量的1/2時的距離值;所述安全取放片裕量包括:所述機 械手片叉到其上方的支撐部件底部的距離的上安全取放片裕量，所述機械手片叉到其下方 的硅片的距離的下安全取放片裕量。
[0033] 優選地，所述步驟S06中，包括：
[0034]當所述片叉下表面的每個傳感器與所述探測點的沿Ζ軸的距離小于所述第一級距 離閾值時，并且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，則所述 機械手繼續執行所述取放片操作；
[0035]當所述片叉下表面的每個傳感器與所述探測點的沿Ζ軸的距離大于所述第一級距 離閾值且小于所述第二級距離閾值，或者所述片叉下表面相對于所述基準面的傾角不在所 述傾角閾值范圍內時，則對所述理論示教數據中的設定位置進行自動位置調整，同時更新 所述理論示教數據；
[0036]當所述片叉下表面的每個傳感器與所述探測點的沿Ζ軸的距離大于所述第二級距 離閾值，且所述片叉下表面相對于所述基準面的傾角不在所述傾角閾值范圍內時，則報警 并等待處理。
[0037]優選地，所述理論示教數據的指定位置中包括所述機械手預向下放片或預退出取 片的第一位置、以及所述機械手預向上取片或預退出放片的第二位置，所述硅片安全運輸 方法還包括:在所述第一位置時，通過所述機械手的片叉下表面的每個傳感器檢測所述片 叉下表面與所述片叉下方相鄰支撐部件的距離，然后根據所述支撐部件之間的距離來推算 所述片叉上表面距離所述片叉上方相鄰硅片底部的實際距離，再比較所述實際距離與所述 理論示教數據中的所述片叉上表面距離所述片叉上方相鄰硅片底部的理論距離，得出第一 差值，利用該第一差值來調整所述機械手片叉的第一位置