硅片承载装置中硅片的安全拾取方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体加工设备技术领域，具体设及一种半导体设备的娃片承载装置 中娃片的安全拾取方法及娃片分布状态识别系统。
【背景技术】
[0002] 娃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娃片破片率应小于十万分之一。作为批量式娃片热处理 系统，相对于单片式工艺系统，每个生产工艺所需的娃片传输、娃片放置和取片次数更多， 因而对娃片传输、娃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，机械手是娃片传输 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娃片，其能够接受指令，精 确地定位到=维或二维空间上的某一点进行取放娃片，既可对单枚娃片进行取放作业，也 可对多枚娃片进行取放作业。
[0004] 目前，批量式娃片热处理系统的娃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娃片进行取放操作。当机械手在对娃片进行取放作业时，娃片承载 机构由于环境溫度变化、负载变化W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娃片时，存在产生碰撞导致娃片或设备受损的风险，造成不可 弥补的损失。同时，由于娃片在热处理过程中产生的受热变形等情况也会使娃片的实际分 布状态与离线示教位置参数有不同，使得机械手取放娃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娃片传输、娃片放置和取片时的位置结构 示意图。如图所示，当娃片2在支撑部件3上处于倾斜等异常状态时，机械手1在自动存取娃 片2的运动处于非安全工作状态，非常容易造成娃片2及设备(包括机械手1)的损伤。
[0006] 因此，在机械手1完成娃片放置后或准备取片前，需对支撑部件3上娃片组中的娃 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，W实 现安全取放片。
【发明内容】
[0007] 为了克服W上问题，本发明旨在通过对娃片承载装置上相对于机械手片叉上下位 置的娃片的分布安全状态位姿的识别来进行娃片传输，W及提供一种娃片分布状态识别系 统，从而快速准确的测量娃片在娃片承载装置中的状态，诊断相对水平度分布结果，确保娃 片的安全拾取。
[000引为了达到上述目的，本发明提供了一种半导体设备娃片承载装置中娃片的安全拾 取方法，所述半导体设备包括用于放置多个娃片的所述娃片承载装置和用于拾取和运输娃 片的机械手，所述娃片承载装置具有支撑部件，所述娃片水平放置于支撑部件上，多个所述 娃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=个或W上的传感器组，所述传感器组用于定义一个或多个基准面;所述识别方法包 括取片过程和放片过程;所述取片过程包括：
[0009] 步骤SOl:设置取片理论示教数据，执行取片操作指令；
[0010] 步骤S02:所述机械手运动至预取片安全位置，预取片安全位置上的机械手还未伸 入娃片承载装置区域；
[0011] 步骤S03:所述机械手向娃片承载装置内的待取娃片放置区域下方的预向上取片 位置运动，在此运动过程中，周期性连续采集所述传感器组中每个传感器与所述待取娃片 底部的距离和与所述待取娃片下方相邻娃片的距离的测量值，并且根据所述测量值判断所 述机械手是否能够安全运行至所述待取娃片放置区域下方的预向上取片位置;所述预向上 取片位置上的机械手触碰不到所述待取娃片底部W及该底部的支撑部件且触碰不到所述 待取娃片下方相邻娃片上表面;如果是，则执行步骤S05;如果不是，则执行步骤S04;
[0012] 步骤S04:机械手停止运行，并且报警等待处理；
[0013] 步骤S05:所述机械手运行至所述待取娃片放置区域下方的预向上取片位置后，根 据最新的所述传感器组中每个传感器与所述待取娃片的距离的测量值，计算所述待取娃片 所在平面与所述机械手的片叉所在平面的倾斜角；
[0014] 步骤S06:根据所述倾斜角来判断在所述片叉接触所述待取娃片时，所述待取娃片 是否会产生滑动;如果是，则执行步骤S07;如果不是，则执行步骤S08;
[0015] 步骤S07:机械手停止运行，并且报警等待处理；
[0016] 步骤S08:根据所述最新的所述传感器组中每个传感器与所述待取娃片的距离的 测量值，计算所述待取娃片与所述机械手的片叉所在平面的最大距离和最小距离；
[0017] 步骤S09:根据所述最大距离和所述最小距离结合所述取片理论示教数据来判断 所述机械手的片叉是否能够安全取片;如果是，则执行步骤Sll;如果不是，则执行步骤S10; 其中，所述取片理论示教数据包括娃片的厚度、相邻娃片的间距、所述预向上取片位置上的 机械手的片叉底部到所述片叉下方娃片上表面的距离、预退出取片位置上的机械手的片叉 顶部到所述待取娃片上方的相邻的支撑部件的距离、W及所述预向上取片位置到预退出取 片位置之间的距离；
[0018] 步骤Sio:机械手停止运行，报警并等待处理；
[0019] 步骤Sll:所述机械手的片叉按照所述示教数据接触并且拾取所述待取娃片，然后 所述机械手升至所述待取娃片上方的预退出取片位置；
[0020] 步骤S12:所述机械手由所述预退出取片位置机向外退出所述娃片承载装置区域 至退出安全位置，并且判断所述娃片承载装置内的全部所述娃片是否拾取完毕;如果是，贝U 执行步骤S13;如果不是，则执行步骤S02;
[0021] 步骤S13:停止取片过程的操作；
[0022] 优选地，预向上取片位置上片叉底部到待取娃片下方相邻娃片的距离的安全极限 值为下安全取片裕量，当待取娃片相邻下方娃片呈水平放置时，且预向上取片位置上片叉 底部到待取娃片下方相邻娃片的距离大于下安全取片裕量时，本步骤S03中的机械手包括 片叉不会触碰到待取娃片相邻下方的娃片。
[0023] 优选地，所述步骤S03中，所述待取娃片底部与所述机械手的片叉所在平面的最小 距离极限值=相邻娃片的间距-娃片的厚度-所述预向上取片位置的片叉底部到所述待取 娃片下方相邻娃片的距离-设备允许的位置变化量，所述步骤03具体包括:所述机械手向娃 片承载装置内的待取娃片放置区域下方的预向上取片位置运动，在此运动过程中，周期性 连续采集所述传感器组中每个传感器到所述待取娃片底部的距离和到所述待取娃片下方 相邻娃片的距离的测量值，并且求取运些测量值的最小值，将该最小值与所述最小距离极 限值相比较，当该最小值小于所述最小距离极限值时，执行所述步骤S04;否则执行所述步 骤 SO 5。
[0024] 优选地，所述步骤S05具体包括：
[0025] 步骤S051:所述机械手运行至所述待取娃片放置区域下方的预向上取片位置后， 获取最新的所述传感器组中每个传感器与所述待取娃片的距离的测量值；
[0026] 步骤S052: W所述机械手的片叉所在平面为取片过程的XOY平面，设定理论娃片的 外圆周分布方程为圆柱面方程，计算所述圆柱面方程，根据最新的所述测量值计算所述待 取娃片下表面的平面方程；
[0027] 步骤S053:计算所述待取娃片下表面的平面方程与所述圆柱面方程的截交线方 程；
[0028] 步骤S054:根据所述截交线方程计算截交线与所述取片过程中的所述片叉所在 XOY平面的夹角，即所述取片过程中位于所述待取娃片的倾斜角；
[0029] 所述步骤S06具体包括:设定娃片不会产生滑动的理论安全倾斜角阔值，将所述倾 斜角与所述理论安全倾斜角阔值进行比较;当所述倾斜角小于或等于所述理论安全倾斜角 阔值时，执行所述步骤S08;否则，执行所述步骤S07。
[0030] 优选地，所述理论安全倾斜角阔值等于娃片的摩擦系数的反正