一种硅片的安全运输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体加工设备技术领域，具体涉及一种硅片的安全运输方法。
【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] 由于硅片承载装置的位姿会随着硅片负载的变化和温度的变化而产生变化，导致 取放片过程中摩擦或刮痕等损伤产品的问题，因此，在取放片过程中对硅片位姿进行修正 是十分重要的。
【发明内容】
[0007] 为了克服以上问题，本发明旨在提供一种硅片的安全运输方法，在进行取片或放 片的过程中负载和环境温度变化时对硅片位置的示教数据进行实时监测和修正，确保安全 取放片。
[0008] 为了达到上述目的，本发明提供了硅片安全运输的方法，所述半导体设备包括用 于放置多个硅片的所述硅片承载装置和用于拾取和运输硅片的机械手，所述硅片承载装置 具有支撑部件，所述硅片水平放置于支撑部件上，多个所述硅片在竖直方向上排列，所述机 械手具有片叉，所述片叉上下表面固定有不在同一条直线上的三个或以上的传感器组，所 述传感器组用于定义一个或多个基准面;所述机械手按照示教数据进行移动，硅片安全运 输方法包括：
[0009] 步骤01:将所述硅片承载装置从上到下依次分为多个区域，对每个区域在空载或 满载时，使所述机械手离线运行取片或放片过程，从而获得对空载或满载时所述硅片承载 装置的每个区域中的硅片进行取片或放片操作的离线示教数据;其中，离线示教数据包括 机械手运行中的指定位置以及所述指定位置的离线参数数据;在离线取片过程中，所述离 线示教数据包括硅片的厚度、相邻硅片的间距、预向上取片位置上的机械手的片叉底部到 所述片叉下方硅片上表面的距离、预退出取片位置上的机械手的片叉顶部到所述待取硅片 上方的相邻的支撑部件的距离、以及所述预向上取片位置到预退出取片位置之间的距离； 或者在离线放片过程中，所述离线示教数据包括硅片的厚度、相邻硅片的间距、预退出放片 位置上的机械手的片叉底部到片叉下方硅片上表面的距离、预向下放片位置上的机械手的 片叉顶部到片叉上方相邻的支撑部件的距离、以及预向下放片位置到预退出放片位置之间 的距离；
[0010] 步骤02:执行取片或放片操作指令，按照所述离线示教数据使所述机械手开始进 行在线取片或放片过程；
[0011] 步骤03:当对所述硅片承载装置的一个区域进行取片或放片运行过程中，通过机 械手片叉的每个传感器探测机械手运行中的指定位置的实际参数数据；
[0012] 步骤04:根据所述指定位置的实际参数数据与所述指定位置的离线参数数据，计 算出对所述实际参数数据进行补偿的修正值，根据所述修正值来补偿所述实际参数数据； 从而使所述机械手完成对所述硅片承载装置的一个区域的取片或放片操作；
[0013] 步骤05:重复执行所述步骤03和所述步骤04,以进行对所述硅片承载装置的其它 区域的取片或放片操作，从而完成对整个所述硅片承载装置的取片或放片操作。
[0014] 优选地，所述取片过程中，预向上取片位置上片叉底部到待取硅片下方相邻硅片 的距离的安全极限值为下安全取片裕量，预退出取片位置上片叉上的硅片表面到所述片叉 上方的相邻支撑部件底部的安全极限值为上安全取片裕量，所述步骤04中，包括:在所述预 向上取片位置时，根据所述下安全取片裕量和所述预向上取片位置的离线参数数据来调整 所述预向上取片位置的实际参数数据，使得所述片叉底部到待取硅片下方相邻硅片顶部的 距离等于或大于所述下安全取片裕量;在所述预退出取片位置时，根据所述上安全取片裕 量和所述预退出取片位置的离线参数数据来调整所述预退出取片位置的实际参数数据，使 得所述片叉上的硅片表面到所述片叉上方相邻支撑部件底部的距离等于或大于所述上安 全取片裕量。
[0015] 优选地，所述预退出取片位置的实际参数数据的获取方法包括:在预退出取片位 置上，所述片叉下表面的传感器检测所述传感器到所述片叉下方的支撑部件顶部的距离， 然后，利用相邻硅片的间距-硅片的厚度-支撑部件的厚度-检测的所述传感器到所述片叉 下方的支撑部件顶部的距离，从而得到所述片叉上硅片表面到所述片叉上方相邻支撑部件 底部的实际距离。
[0016] 优选地，所述放片过程中，预退出放片位置上的片叉底部到该位置上的片叉下方 相邻硅片顶部的距离的安全极限值为下安全放片裕量，预向下放片位置上的片叉上硅片表 面到所述片叉上方相邻支撑部件底部的距离的安全极限值为上安全放片裕量;所述步骤04 中，还包括:在所述预向下放片位置时，根据所述上安全放片裕量和所述预向下放片位置的 离线参数数据来调整所述预向下放片位置的实际参数数据，使得所述片叉上硅片表面到所 述片叉上方相邻支撑部件底部的距离等于或大于所述上安全放片裕量;在所述预退出放片 位置时，根据所述下安全放片裕量和所述预退出放片位置的离线参数数据来调整所述预退 出放片位置的实际参数数据，使得预退出放片位置上的片叉底部到该位置上的片叉下方相 邻硅片的距离等于或大于所述上安全放片裕量。
[0017] 优选地，所述预向下取片位置的实际参数数据的获取方法包括:在预向下放片位 置上，所述片叉下表面的传感器检测所述传感器到所述片叉下方的支撑部件顶部的距离， 然后，利用相邻硅片的间距-硅片的厚度-支撑部件的厚度-检测的所述传感器到所述片叉 下方的支撑部件顶部的距离，从而得到所述片叉上硅片表面到所述片叉上方相邻支撑部件 底部的实际距离。
[0018] 优选地，所述步骤03中，还包括:设定基准面，并且设定位于所述基准面上的探测 点，所述探测点作为原点；所述离线示教数据还包括机械手片叉的下表面相对于所述基准 面的倾角阈值范围、以及机械手运行中的指定位置的离线坐标；当对所述硅片承载装置的 一个区域进行取片或放片运行过程中，所述机械手片叉上的每个传感器探测所述每个传感 器与所述探测点的实际坐标，根据所述坐标计算所述机械手片叉的倾角;所述步骤04中还 包括:比较所述实际坐标与所述离线坐标的差值，并且根据差值来补偿所述实际坐标，从而 得到修正后的坐标，按照所述修正后的坐标对所述机械手片叉位置进行修正;并且，根据所 述实际坐标来计算所述机械手片叉的倾角;判断所述机械手片叉的倾角是否在所述倾角阈 值范围内，如果是，则继续所述取片或放片操作；如果不是，则对所述机械手片叉的倾角进 行自动修正，使所述机械手片叉的倾角在所述阈值范围内之后继续所述取片或放片操作； 如果无法进行自动修正，则机械手停止运行并报警等待处理。
[0019] 优选地，所述步骤04中，包括距离调整和倾角调整，其中，
[0020] 所述距离调整过程包括：
[0021] 步骤041: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；
[0022] 步骤042: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；
[0023] 步骤043: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；
[0024] 步骤044:将所述离线示教数据中的每个指定位置在沿Z轴方向上均加上所述距离 补偿值。
[0025] 所述倾角调整过程包括：
[0026] 步骤045: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；
[0027] 步骤046: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03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；
[0028] 步骤047: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；
[0029] 步骤048: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 手继续执行所述取放片操作；如果不是，则按照所述距离调整过程对所述片叉的所述离线 示教数据中的每个指定位置进行沿Z