一种提高机械手示教效率的方法与流程

本发明涉及机械手应用领域，尤其涉及一种提高机械手示教效率的方法。

背景技术：

目前，在很多制造业中多采用机械手实现生产制造的自动化。半导体制造业也不例外，其中的很多制造环节都需要机械手自动完成硅片的传输工作。在硅片的曝光过程中就需要机械手从不同的片库中取片和放片完成传输工作。这些不同的片库包括废片库、收片库、供片库。

不同片库中都包含数个可存片的槽，片库的安装方式有发散状和非发散状两种。对片库的示教方式根据片库的安装方式也分为发散状和非发散状。传统的示教方法都是在安装机械手后进行一次校准，确定一主坐标系。整个示教过程中主坐标位置保持不变。在发散状安装片库的情况下，当片库的安装位置出现误差时，示教过程中需要以片库中心为轴水平旋转片库，以重定位其安装位置；在非发散状安装片库的情况下，当片库的安装位置出现误差时，传统示教过程无法直接解决水平向、垂向与纵向的旋转误差，唯一的办法只有调整片库或机械手的安装位置，由于调整的是多个片库和机械手的相对位置因而使得测量和安装步骤异常的繁琐。

综上所述，传统的示教方法都无法简单快速解决片库安装误差对机械手传输的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高机械手示教效率的方法，通过示教过程，就可简单而快速解决片库安装误差对机械手传输的影响。

为了达到上述目的，本发明的提高机械手示教效率的方法，所述机械手需在片库中进行取片和放片操作，所述片库包含有数个按顺序编号地可存片的槽，它包括以下步骤：步骤1：定义自定义坐标系，将机械手示教的片库的物理坐标系存入自定义坐标系的数据结构；步骤2：分别示教机械手在自定义坐标系下位于片库中最低槽和最高槽的取片或放片位置；步骤3：通过最低槽或最高槽的取片或放片位置可计算出机械手在片库中间槽的每个槽的取片或放片动作的相关位置。

在步骤1中，所述自定义坐标系需机械手示教片库的物理坐标系中三个位置以确定自定义参考坐标系的数据结构。所述机械手示教的三个位置分别为片库容器口，最低槽位置，最高槽位置。在步骤3中，所述机械手在片库中间槽的每个槽的取片或放片动作的相关位置由三个位置点描述。

在步骤3中，所述机械手在片库中间槽的每个槽的取片或放片动作的相关位置是通过以下公式计算出的：

P1＝{(i-1)·Δx+x₁，(i-1)·Δy+d+y₁，(i-1)·Δz+z₁，(i-1)·Δrx+rx₁，(i-1)·Δry+ry₁，(i-1)·Δrz+rz₁}

P2＝{(i-1)·Δx+x₁，(i-1)·Δy+y₁，(i-1)·Δz+z₁，(i-1)·Δrx+rx₁，(i-1)·Δry-ry₁，(i-1)·Δrz+rz₁}

P3＝{(i-1)·Δx+x₁，(i-1)·Δy-d+y₁，(i-1)·Δz+z₁，(i-1)·Δrx+rx₁，(i-1)·Δry+ry₁，(i-1)·Δrz+rz₁}

其中i为片库中槽的编号，P1，P2，P3为机械手在片库的槽i中取片或放片动作时的位置1、位置2、位置3，d为位置2相对位置1或位置3相对位置2在y方向上变化的距离，x₁，y₁，z₁，rx₁，ry₁，rz₁为片库中最低槽六个自由度示教位置，Δx，Δy，Δz，Δrx，Δry，Δrz为片库中槽与槽之间分别在六个自由度上的相对变量。所述片库中槽与槽之间分别在六个自由度上的相对变量可由以下公式求得：

Δx＝(x_n-x₁)/n-1，Δy＝(y_n-y₁)/n-1，Δz＝(z_n-z₁)/n-1

Δrx＝(rx_n-rx₁)/n-1，Δry＝(ry_n-ry₁)/n-1，Δrz＝(rz_n-rz₁)/n-1

其中x_n，y_n，z_n，rx_n，ry_n，rz_n为片库中最高槽六个自由度示教位置值，n为片库中的总槽数。

所述机械手为六轴机械手，配有真空装置，依靠真空进行抓片。

本发明的提高机械手示教效率的方法，机械手示教定义的自定义坐标系与片库的安装位置基本一致，这样机械手以自定义坐标系为参考坐标系定位可快速准确定位到片库指定槽取放片的相关位置，可有效提高机械手的示教效率，降低了对片库安装精度的要求；进一步地，因所述机械手为六轴机械手，机械手可以在x，y，z，rx，ry，rz方向自由运动，可灵活运动到六自由度变量确定的取片或放片位置，在rx，ry，rz方向大行程补偿片库的安装误差。

附图说明

通过以下实施例并结合其附图，可以进一步理解其发明的具体特征和优点。其中，附图为：

图1是机械手片库示教示意图。

图2是机械手最高槽和最低槽示教示意图。

图3是机械手取片或放片动作示意图。

图4是机械手示教流程示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的提高机械手示教效率的方法作进一步的详细描述。

本发明的提高机械手示教效率的方法，所述机械手需在片库中进行取片和放片操作，假设所述片库中包含了25个存片槽。所述机械手为六轴机械手，此六轴机械手配有真空装置，依靠真空抓片。

定义自定义坐标系，自定义坐标系与传统示教中的主坐标系之间存在偏移量。将机械手示教的片库的物理坐标系存入自定义坐标系的数据结构。机械手示教的片库的物理坐标系需机械手示教三个位置以确定自定义参考坐标的数据结构。这三个示教位置，一个是用于确定自定义坐标系的原点，一个是用于确定自定义坐标系正向X轴，一个是用于确定自定义坐标系正向Y轴。

如图1所示7为片库容器口，设置片库容器口7为自定义参考坐标原点，将机械手手臂水平移入片库最低片槽，并使机械手臂前端片叉刚好接触最下面的硅片到达最低槽位置8，这样可确定自定义参考坐标X轴，第三个点需将机械手手臂移入片库最高的片槽，使机械手上片叉刚好接触最上面的硅片到达最高槽位置9，这样可确定自定义参考坐标Y轴。Z轴垂直于X轴和Y轴所在的平面。这样即确定了片库的自定义坐标系。

然后机械手分别示教在自定义坐标系下位于片库中最低槽和最高槽的取片或放片位置。如图2所示最低槽示教位置10和最高槽示教位置11。以机械手取片为例，最低槽示教的曲片位置为机械手片叉刚接触到第一槽硅片下表面时准备取硅片的位置。最高槽取片位置为即机械手刚好接触到第25槽硅片下表面准备取硅片的位置。假设第一槽和第二十五槽的示教位置分别为：

{x₁，y₁，z₁，rx₁，ry₁，rz₁}＝{105，70，300，76，230，150}

{x₂₅，y₂₅，z₂₅，rx₂₅，ry₂₅，rz₂₅}＝{100，320，297，73，236，151}

x，y，z的单位均为毫米，rx，ry，rz的单位均为度。

进一步地，通过最低槽或最高槽的取片或放片位置计算出机械手在片库中间槽位取片或放片的相关位置值。如图3所示机械手取片或放片动作，4为机械手顶端的片叉，5为硅片，机械手在取片过程中会由位置1运动到位置2，在位置2时打开真空，吸附硅片，吸附着硅片的机械手片叉运动到位置3。放片的过程是个相反的过程，机械手的片叉首先会在如2所示位置3上，然后到达位置2，此时关闭真空，放下硅片，最后到达位置1上。机械手在片库中间槽的每个槽的取片或放片动作的相关位置由上述三个位置点描述。这三个位置分别由六个自由度变量描述，可通过以下公式进行计算：

P1＝{(i-1)·Δx+x₁，(i-1)·Δy+d+y₁，(i-1)·Δz+z₁，(i-1)·Δrx+rx₁，(i-1)·Δry+ry₁，(i-1)·Δrz+rz₁}

P2＝{(i-1)·Δx+x₁，(i-1)·Δy+y₁，(i-1)·Δz+z₁，(i-1)·Δrx+rx₁，(i-1)·Δry+ry₁，(i-1)·Δrz+rz₁}

P3＝{(i-1)·Δx+x₁，(i-1)·Δy-d+y₁，(i-1)·Δz+z₁，(i-1)·Δrx+rx₁，(i-1)·Δry+ry₁，(i-1)·Δrz+rz₁}

其中i为片库中槽的编号，P1，P2，P3为机械手在片库的槽i中取片或放片动作时的位置1、位置2、位置3，d为位置2相对位置1或位置3相对位置2在y方向上变化的距离，x₁，y₁，z₁，rx₁，ry₁，rz₁为片库中最低槽六个自由度示教位置，Δx，Δy，Δz，Δrx，Δry，Δrz为片库中槽与槽之间分别在六个自由度上的相对变量。六个自由度上的相对变量可由以下公式求得：

Δx＝(x_n-x₁)/n-1，Δy＝(y_n-y₁)/n-1，Δz＝(z_n-z₁)/n-1

Δrx＝(rx_n-rx₁)/n-1，Δry＝(ry_n-ry₁)/n-1，Δrz＝(rz_n-rz₁)/n-1

假设机械手在片库中间槽中的第11槽的取片或放片，由第1槽和第25槽的示教位置和上述六自由度上的相对变量计算公式得六个相对变量的具体数值为：

Δx＝(x₂₅-x₁)/25-1＝(100-105)/24＝-0.2083

Δy＝(y₂₅-y₁)/25-1＝(320-70)/24＝10.4166

Δz＝(z₂₅-z₁)/25-1＝(297-300)/24＝-0.125

Δrx＝(rx₂₅-rx₁)/25-1＝(73-76)/24＝-0.125

Δry＝(ry₂₅-ry₁)/25-1＝(236-230)/24＝0.25

Δrz＝(rz₂₅-rz₁)/25-1＝(151-150)/24＝0.0416

那么将上述计算的六个相对变量值和最低槽示教位置值代入取片或放片相关位置的计算公式，d的经验数值为2，单位为毫米，得片库中11槽取片或放片的位置1坐标

P₁₁1＝(11-1)·Δx+x₁，(11-1)·Δy+d+y₁，(11-1)·Δz+z₁，(11-1)·Δrx+rx₁，(11-1)·Δry+ry₁，(11-1)·Δrz+rz₁}

求得：

P₁₁1＝{102.917，176.166，298.75，74.75，232.5，150.416}

同理由公式

P₁₁2＝{(11-1)·Δx+x₁，(11-1)·Δy+y₁，(11-1)·Δz+z₁，(11-1)·Δrx+rx₁，(11-1)·Δry+ry₁，(11-1)·Δrz+rz₁}

P₁₁3＝{(11-1)·Δx+x₁，(11-1)·Δy-d+y₁，(11-1)·Δz+z₁，(11-1)·Δrx+rx₁，(11-1)·Δry+ry₁，(11-1)·Δrz+rz₁}

求得：

P₁₁2＝{102.917，174.166，298.75，74.75，232.5，150.416}

P₁₁3＝{102.917，172.166，298.75，74.75，232.5，150.416}

通过该方法机械手就可快速准确完成片库中第11片槽取片或放片操作。

上述实施例适用所有片库，对曝光制程中片库来说，机械手在片库中的操作是单一的，例如在供片库中机械手只需进行取片操作，在收片库和废片库中机械手只需完成放片操作。所以在供片库中计算机械手的操作位置是取片位置，在收片库和废片库中计算的机械手操作位置是放片位置。最高槽和最低槽对应的示教，在供片库自定义坐标系下示教最高槽取片位置和最低槽取片位置，在收片库和废片库中示教最高槽放片位置和最低槽放片位置。所有片库的示教过程可由图4表示。

采用本发明可有效提高机械手示教效率，采用自定义坐标系和相关计算方法降低了对片库安装精度要求，实现机械手快速准确的定位；同时，机械手为六轴机械手可进一步在rx，ry，rz方向上大行程补偿片库安装误差。