多指机械手片叉的校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体加工设备技术领域，具体涉及一种多指机械手片叉的校准方 法。
【背景技术】
[0002] 硅片的安全存取和运输是集成电路大生产线一个非常重要的技术指标;在生产过 程中通常要求运输设备自身导致的硅片破片率应小于十万分之一。作为批量式硅片热处理 系统，相对于单片式工艺系统，每个生产工艺所需的硅片传输、硅片放置和取片次数更多， 因而对硅片传输、硅片放置和取片的安全性和可靠性要求更高。
[0003] 目前，机械手被广泛应用于半导体集成电路制造技术领域中，机械手是硅片传输 系统中的重要设备，用于存取和运输工艺处理前和工艺处理后的硅片，其能够接受指令，精 确地定位到三维或二维空间上的某一点进行取放硅片，既可对单枚硅片进行取放作业，也 可对多枚硅片进行取放作业。
[0004] 目前，批量式硅片热处理系统的硅片传取环节的位置参数一般采用离线示教的方 式获取并存储在控制器中，同时按周期进行检测和校准。机械手根据存储的离线示教的数 据对承载机构上放置的硅片进行取放操作。当机械手在对硅片进行取放作业时，硅片承载 机构由于环境温度变化、负载变化以及机械结构变形等因素的影响，机械手按离线存储的 位置坐标取放承载机构上的硅片时，存在产生碰撞导致硅片或设备受损的风险，造成不可 弥补的损失。同时，由于硅片在热处理过程中产生的受热变形等情况也会使硅片的实际分 布状态与离线示教位置参数有不同，使得机械手取放硅片的运动处于非安全状态，
[0005] 请参阅图1，图1为现有技术中机械手在硅片传输、硅片放置和取片时的位置结构 示意图。如图所示，当硅片2在支撑部件3上处于倾斜等异常状态时，机械手1在自动存取硅 片2的运动处于非安全工作状态，非常容易造成硅片2及设备(包括机械手1)的损伤。在机械 手1完成硅片放置后或准备取片前，需对支撑部件3上硅片组中的硅片2分布状态进行准确 的位姿识别，同时对识别出的各种异常状态提供准确应对措施，以实现安全取放片。
[0006] 因此，在取放片之前，对机械手片叉进行校准是十分重要的，避免在取放片过程中 发生碰撞导致硅片或设备受损。
【发明内容】
[0007] 为了克服以上问题，本发明旨在提供一种对多指机械手片叉进行校准的方法，通 过片叉上的传感器来获取片叉的每个手指与基准点的距离和水平度，从而实现对机械手片 叉的每个手指的校准。
[0008] 为了达到上述目的，本发明提供了一种多指机械手片叉的校准方法，所述机械手 连接于基座上，片叉用于承载晶圆，所述机械手具有三个或以上的片叉，所述片叉是可翻转 的，硅片放置于支撑部件上，在片叉的上表面和下表面分别具有不在同一个直线上的三个 或以上的传感器;在对硅片的位姿进行识别之前，进行每个片叉的校准，包括当每个所述片 叉的下表面的传感器均能直接进行探测时的校准，以及当部分所述片叉的下表面被遮挡而 不能进行探测时的校准;其中，
[0009] 当每个所述片叉的下表面的传感器均能直接进行探测时的校准包括对每个所述 片叉进行单独量测并校准，具体包括：
[0010] 步骤101:在基座上设定基准面，设定位于所述基准面上的探测点，并且设定片叉 的下表面与所述基准面之间的距离阈值范围和倾角阈值范围；
[0011] 步骤102:所述片叉的下表面的传感器探测相对于所述探测点的坐标值；
[0012] 步骤103:根据所述片叉的下表面的每个传感器的坐标值求取所述片叉的下表面 到所述基准面的距离，并且求取所述片叉的下表面的平面方程；
[0013] 步骤104:通过所述平面方程计算所述片叉的下表面相对于所述基准面的倾角；
[0014] 步骤105:判断所述片叉的下表面的每个传感器与所述探测点的沿Z轴的距离值是 否在所述距离阈值范围内以及判断所述片叉的下表面相对于所述基准面的倾角是否在所 述倾角阈值范围内；若两者至少有一个为否，则执行所述步骤106;若两者均为是，则执行所 述步骤107;
[0015] 步骤106:对所述片叉的位置或倾角进行调整校准；
[0016] 步骤107:重复循环所述步骤102至所述步骤106,完成所述机械手上的所有片叉的 调整校准；
[0017] 当部分所述片叉的下表面被遮挡而不能进行探测时的校准包括首先对未被遮挡 的所述片叉进行校准调整再以该调整校准过的未被遮挡的一个片叉为基准对其余的片叉 进行调整校准，具体包括：
[0018] 步骤201:重复所述步骤101至所述步骤106,完成对未被遮挡的所述片叉的校准调 整;未被遮挡的所述片叉为第一片叉，与所述第一片叉相邻的另一个片叉为第二片叉；
[0019] 步骤202:以所述第一片叉为基准，获取第二片叉上的每个传感器与所述第一片叉 上表面的相应位置的坐标值；
[0020] 步骤203:根据所述第二片叉下表面的每个传感器的坐标值求取所述第二片叉下 表面到所述第一片叉上表面的距离，并且求取所述第二片叉下表面的平面方程；
[0021] 步骤204:通过所述第二片叉下表面的平面方程计算所述第二片叉下表面相对于 所述第一片叉上表面的倾角；
[0022]步骤205:判断所述第二片叉下表面的每个传感器与所述第一片叉上表面沿Z轴的 距离值是否在所述距离阈值范围内以及判断所述第二片叉下表面相对于所述第一片叉上 表面的倾角是否在所述倾角阈值范围内；若两者至少有一个为否，则执行所述步骤206;若 两者均为是，则执行所述步骤207;
[0023]步骤206:对所述第二片叉的位置和/或倾角进行调整校准；
[0024] 步骤207:按照所述步骤202至206,完成所有所述片叉的调整校准。
[0025]优选地，每个片叉上表面分别具有假硅片，假硅片上表面和下表面分别具有具有 不在同一个直线上的三个或以上的传感器，假硅片下表面的每个传感器不被所述片叉所遮 挡。
[0026]优选地，所述机械手执行取片或放片操作时，设定理论示教数据，理论示教数据包 括取片过程或放片过程中的指定停止位置，在每个指定停止位置，执行所述步骤101-至所 述步骤107,或执行所述步骤201至步骤207。
[0027]优选地，所述取片过程的指定停止位置包括:预取片安全位置、预向上取片位置、 拾取硅片位置、预退出取片位置以及取片退出安全位置;所述放片过程的指定停止位置包 括:预放片安全位置、预向下放片位置、放置硅片位置、预退出放片位置以及放片退出安全 位置。
[0028] 优选地，所述机械手还具有夹持部件，在机械手从所述预退出取片位置向外退出 所述硅片承载装置至退出安全位置的过程中，机械手的夹持部件执行对硅片的夹持动作。
[0029] 优选地，所述步骤106中，所述位置的调整校准为所述片叉下表面到所述基准面的 距离调整校准;所述倾角的调整校准为所述片叉下表面与所述基准面之间的倾角调整校 准，其中，
[0030] 所述位置的调整校准过程包括：
[0031] 步骤1601:所述片叉下表面的每个传感器连续两次探测与所述探测点的坐标值， 得到所述片叉下表面的每个传感器的第一次坐标值和第二次坐标值；
[0032]步骤1602:求取第一次坐标值的Z值的第一平均值和第二次坐标值的Z值的第二平 均值；
[0033]步骤1603:计算所述Z值的第一平均值和所述Z值的第二平均值的差值，作为沿Z轴 的距离补偿值；
[0034]步骤1604:将所述片叉在沿Z轴方向上加上所述距离补偿值。
[0035]所述倾角的调整过程包括：
[0036] 步骤1605:根据所述片叉下表面的平面方程和所述基准面的平面方程，计算所述 片叉下表面的法线矢量与所述基准面的法线矢量；
[0037] 步骤1606:根据所述片叉下表面的法线矢量的坐标值与所述基准面的法线矢量之 间的坐标值以及所述步骤104中得到的倾角，在直角坐标系中计算所述片叉下表面的法线 矢量沿X轴方向所旋转的角度以及沿Y轴方向所旋转的角度；
[0038] 步骤1607:以所述片叉下表面的法线矢量沿X轴方向所旋转的角度使片叉沿X轴旋 转，以所述片叉下表面的法线矢量沿Y轴方向所旋转的角度使片叉沿Y轴旋转，从而使所述 片叉下表面相对于所述基准面的倾角在所述倾角阈值范围内；
[0039] 步骤1608:计算调整后的所述片叉下表面的每个传感器探测与所述探测点的新的 坐标值，判断新的沿Z轴的距离值是否在沿Z轴的所述距离阈值范围内；如果是，则所述机械 手继续执行所述步骤107;如果不是，则按照所述位置的调整过程对所述片叉进行沿Z轴的 距离调整；
[0040] 所述步骤206中，所述位置的调整校准为所述第二片叉下表面到所述第一片叉上 表面的距离调整校准;所述倾角的调整校准为所述第二片叉下表面与所述第一片叉上表面 之间的倾角调整校准，其中，
[0041 ]所述位置的调整校准过程包括：
[0042]步骤2601:所述第二片叉下表面的每个传感器连续两次探测与所述探测点的坐标 值，得到所述第二片叉下表面的每个传感器的第一次坐标值和第二次坐标值；
[0043]步骤2602:求取第一次坐标值的Z值的第一平均值和第二次坐标值的Z值的第二平 均值；
[0044]步骤2603:计算所述Z值的第一平均值和所述Z值的第二平均值的差值，作为沿Z轴 的距离补偿值；
[0045]步骤2604:将所述第二片叉在沿Z轴方向上加上所述距离补偿值。
[0046]所述倾角的调整过程包括：
[0047]步骤2605:根据所述第二片叉下表面的平面方程和所述第一片叉上表面的平面方 程，计算所述第二片叉下表面的法线矢量与所述第一片叉上表面的法线矢量；
[0048]步骤2606:根据所述第二片叉下表面的法线矢量的坐标值与所述第一片叉上表面 的法线矢量之间的坐标值以及所述步骤204中得到的倾角，在直角坐标系中计算所述第二 片叉下表面的法线矢量沿X轴方向所旋转的角度以及沿Y轴方向所旋转的角度；
[0049]步骤2607:以所述第二片叉下表面的法线矢量沿X轴方向所旋转的角度使片叉沿X 轴旋转，以所述第二片叉下表面的法线矢量沿Y轴方向所旋转的角度使片叉沿Y轴旋转，从 而使所述第二片叉下表面相对于所述第一片叉上表面的倾角在所述倾角阈值范围内；
[0050] 步骤2608:计算调整后的所述第二片叉下表面的每个传感器探测与所述第一片叉 上表面的新的坐标值，判断新的沿Z轴的距离值是否在沿Z轴的所述距离阈值范围内；如果 是，则所述机械手继续执行所述步骤207;如果不是，则按照所述位置的调整过程中的所述 步骤2601至所述步骤2604对所述第二片叉进行沿Z轴的距离调整。
[0051] 优选地，所述步骤1606中，包括:求取所述片叉下表面相对于所述基准面的旋转矩 阵;然后，根据旋转矩阵乘以所述基准面的法线矢量得到所述片叉下表面的法线矢量，计算 出所述片叉下表面的法线矢量相对于