安全传输硅片的机械手及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体加工设备技术领域，具体涉及一种用于安全传输硅片的机械手 及安全传输娃片的方法。
【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，在取放片过程中对硅片的位姿进行识别是十分重要的。
【发明内容】
[0007] 为了克服以上问题，本发明旨在提供了一种具有图像传感器的机械手片叉，利用 图像传感器来使片叉对硅片准确定位。
[0008]为了达到上述目的，本发明提供了安全传输硅片的机械手，安装于半导体设备中， 半导体设备还包括用于放置多层硅片的所述硅片承载装置和控制所述机械手进行各种动 作的控制装置，所述硅片承载装置具有用于承载硅片的支撑部件，所述机械手用于取放片 将所述硅片承载装置的硅片或将硅片放置于所述硅片承载装置中；所述机械手具有用于承 载硅片的片叉，所述控制装置具有判断器，所述片叉上具有图像传感器；
[0009]所述片叉在接触硅片时，所述图像传感器位于所述片叉上且与所述硅片边缘所接 触的位置，用于识别并获取所述硅片边缘的位置数据;并且把所识别的所述硅片边缘位置 数据发送给所述判断器；
[0010] 所述判断器根据所述硅片边缘位置数据计算出硅片的识别中心位置，并且设定硅 片的理论中心位置的安全范围，根据所述硅片的识别中心位置与所设定的硅片的理论中心 位置计算出所述硅片的识别中心位置超出所述硅片的理论中心位置的超出范围，然后判断 该超出范围是否在所述安全范围之内；若为否，所述判断器发出警报。
[0011] 优选地，还包括:所述图像传感器识别并获取支撑部件的位置数据;并且把所识别 的所述支撑部件的位置数据发送给所述判断器;所述判断器根据所述支撑部件的位置数据 计算出所述支撑部件的识别中心位置，并且设定所述硅片的理论中心位置的安全范围，根 据所述支撑部件的识别中心位置与所设定的硅片的理论中心位置计算出所述支撑部件的 识别中心位置超出所述硅片的理论中心位置的超出范围，然后判断该超出范围是否在所述 安全范围之内；若为否，则所述判断器报警根据该超出范围来调整所述片叉的位置，使所述 硅片的中心和所述支撑部件的目标中心对准。
[0012] 优选地，所述片叉上的图像传感器获取硅片的图像，并将获取的硅片的图像传送 给所述判断器，所述判断器从所述硅片的图像中获取硅片的边缘位置数据;所述片叉上的 图像传感器对支撑部件进行图像识别，并将获取的所述支撑部件的图像传送给所述判断 器，所述判断器从所述支撑部件的图像中获取支撑部件的位置数据。
[0013] 优选地，所述片叉上的图像传感器为多个且不在同一条直线上。
[0014] 优选地，所述图像传感器通过所述硅片边缘的缺口来识别所述硅片边缘的位置。
[0015] 优选地，所述片叉上设置有凹槽或凸起，用于对所述片叉上表面的硅片进行定位。
[0016] 为了实现上述目的，本发明还提供了一种根据上述的安全传输硅片的机械手的安 全传输硅片的方法，包括：
[0017] 步骤01:在所述片叉到达待取硅片下方并且与之接触时，所述片叉上的所述图像 传感器识别并获取所述待取硅片边缘的位置数据；
[0018] 步骤02:所述图像传感器把所识别的所述待取硅片边缘位置数据发送给所述判断 器；
[0019] 步骤03:所述判断器根据所述硅片边缘位置数据计算出硅片的识别中心位置； [0020]步骤04:根据所述硅片的识别中心位置与所设定的硅片的理论中心位置计算出所 述硅片的识别中心位置超出所述硅片的理论中心位置的超出范围；
[0021] 步骤05:所述判断器判断该超出范围是否在所述硅片的理论中心位置的安全范围 之内；若为否，所述判断器发出警报，并且执行所述步骤06;若为是，则执行所述步骤07;
[0022] 步骤06:根据所述超出范围来调整所述片叉的位置，使所述硅片的识别中心和硅 片的理论中心对准；
[0023]步骤07:所述片叉继续拾取所述待取硅片。
[0024] 优选地，所述安全传输硅片的方法还包括：
[0025] 步骤11:所述片叉携带着待放置硅片到达支撑部件上方时，所述传感器识别并获 取支撑部件的位置数据；
[0026] 步骤12:所述传感器把所识别的所述支撑部件的位置数据发送给所述判断器；
[0027] 步骤13:所述判断器根据所述支撑部件的位置数据计算出所述支撑部件的识别中 心位置；
[0028]步骤14:根据所述支撑部件的识别中心位置与所设定的硅片的理论中心位置计算 出所述支撑部件的识别中心位置超出所述硅片的理论中心位置的超出范围；
[0029]步骤15:所述判断器判断该超出范围是否在所述硅片的理论中心位置的安全范围 之内；若为否，所述判断器发出警报，并且执行所述步骤16;若为是，则执行所述步骤17;
[0030] 步骤16:根据所述超出范围来调整所述片叉的位置，使所述待放置硅片的中心和 所述支撑部件的中心对准；
[0031] 步骤17:所述片叉继续放置所述待放置硅片。
[0032]优选地，所述步骤01中，所述片叉上的传感器获取硅片的图像，并将获取的硅片的 图像传送给所述判断器，所述判断器从所述硅片的图像中获取硅片的边缘位置数据;所述 步骤11中，所述片叉上的传感器对支撑部件进行图像识别，并将获取的所述支撑部件的图 像传送给所述判断器，所述判断器从所述支撑部件的图像中获取支撑部件的位置数据。
[0033] 优选地，所述片叉上设置有凹槽或凸起，所述步骤01中，在所述片叉到达待取硅片 下方并且与之接触之后，且在所述片叉上的所述传感器识别并获取所述待取硅片边缘的位 置数据之前，包括:采用所述片叉上的凹槽卡住所述待取硅片边缘以对所述待取硅片进行 定位;或者采用所述片叉上的凸起与所述待取娃片边缘接触以对所述待取娃片进行定位。
[0034] 本发明的用于安全传输硅片的机械手及方法，通过在机械手片叉上设置传感器， 利用传感器获取硅片边缘位置数据，再通过判断器计算出硅片的识别中心位置，然后计算 出识别中心位置超出片叉中心的超出范围，并且判断该超出范围是否在片叉中心的安全范 围之内，若为否，则报警，并且根据该超出范围调整片叉位置，使片叉中心和硅片中心精确 对准;进一步地，还可以获取支撑部件的位置数据，按照上述相同原理，来判断支撑部件的 识别中心和硅片理论中心的超出范围，并且判断该超出范围是否在硅片理论中心的安全范 围之内，若为否，则报警，并且调整片叉位置，使支撑部件中心和硅片中心精确对准，确保硅 片传输过程中的安全性，避免在娃片传输过程中产生碰撞而损坏娃片或设备。
【附图说明】
[0035] 图1为现有技术中机械手在硅片传输、硅片放置和放片时的位置示意图
[0036] 图2为本发明的一个较佳实施例的半导体设备的硅片承载装置的结构示意图
[0037] 图3为本发明的一个较佳实施例的硅片传输、取片或放片过程中机械手的片叉和 硅片的相对位置关系透视示意图
[0038] 图4为本发明的一个较佳实施例的机械手的片叉、硅片和支撑部件的相对位置关 系俯视不意图
[0039] 图5为本发明的一个较佳实