优化硅片承载装置维护周期的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工设备技术领域，具体涉及一种优化硅片承载装置维护周期 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监控、以及对承载硅片的片盒和支撑机 构状态进行监控，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优化硅片承载装置维护周期的方法，以 片叉为基准对硅片承载装置中的硅片的位置和倾角进行检测，从而推算出硅片承载装置的 变形状态。
[0008] 为了达到上述目的，本发明提供了一种优化硅片承载装置维护周期的方法，采用 具有片叉的机械手向硅片承载装置中取放硅片，所述硅片承载装置中具有支撑部件用于支 撑硅片，在硅片承载装置中多个硅片在竖直方向上排列，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构成的传感器组，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，优化硅片承载装置维护周期的方法包括：
[0009] 步骤01:设置取片或放片理论示教数据，执行取片或放片操作指令;其中，取片理 论示教数据或放片理论示教数据包括在片叉位于硅片下方时，所述片叉下表面到所述片叉 下方相邻硅片上表面的距离的安全距离阈值以及所述硅片与所述片叉下方相邻硅片上表 面之间的倾角的安全倾角阈值；
[0010] 步骤02:所述机械手运动至硅片下方，以所述片叉下表面为基准面，获取所述片叉 下表面的每个所述传感器到所述片叉下方相邻硅片上表面的相应位置的坐标；
[0011] 步骤03:根据所述坐标获取并且记录下来所述片叉下表面到所述片叉下方相邻硅 片上表面之间的距离以及所述片叉下表面与所述片叉下方相邻硅片之间的倾角；
[0012] 步骤04:判断所述距离是否在所述安全距离范围内，以及所述倾角是否在所述安 全倾角范围内；如果两者至少有一个为否，则执行步骤05:如果两者均为是，则执行步骤06:
[0013] 步骤05:所述机械手停止运行，并且报警等待对所述硅片承载装置的机械结构进 行调整；
[0014] 步骤06:所述片叉继续取片操作或放片操作；
[0015] 步骤07:对于所述硅片承载装置中的其它硅片进行取片或放片的过程，重复所述 步骤01至所述步骤06,并且，对每一次取片操作或放片操作中的片叉下表面到片叉下方相 邻硅片上表面之间的距离以及片叉下表面与片叉下方相邻硅片上表面之间的倾角都记录 下来，从而形成片叉下表面到片叉下方相邻硅片上表面之间的距离积累数据和倾角积累数 据；
[0016] 步骤08:根据所述步骤07中的所述距离积累数据和所述倾角积累数据获取所述硅 片承载装置的变形状态，根据所述硅片承载装置的变形状态来设计所述硅片承载装置的维 护周期。
[0017] 优选地，所述步骤03具体包括：
[0018] 步骤031:求取所述坐标的Z值的平均值为所述片叉下表面到所述片叉下方相邻硅 片上表面之间的距离；
[0019] 步骤032:以所述机械手的片叉下表面所在平面为XOY平面，设定理论硅片的外圆 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片叉下 方相邻硅片上表面的平面方程；
[0020] 步骤033:计算所述片叉下方相邻硅片上表面的平面方程与所述圆柱面方程的截 交线方程；
[0021] 步骤034:根据所述截交线方程计算截交线与所述片叉下表面所在XOY平面的夹 角，即为所述片叉下表面与所述片叉下方相邻硅片上表面之间的倾角。
[0022] 优选地，所述距离积累数据和所述倾角积累数据得到的所述硅片承载装置的变形 状态包括距离曲线图和倾角曲线图。
[0023] 优选地，在所述步骤02中，在所述机械手运动至硅片下方之后，且在以所述片叉下 表面为基准面，获取所述片叉下表面的每个所述传感器到所述片叉下方相邻硅片上表面的 相应位置的坐标之前，还包括对所述片叉的位姿的识别和调整过程，具体包括：
[0024] 步骤201:在基座上设定基准面，并且设定位于所述基准面上的探测点；其中，所述 理论示教数据中包括取片理论示教数据，所述取片理论示教数据包括:机械手片叉的下表 面相对于所述基准面的倾角阈值范围、以及机械手片叉的下表面相对于所述探测点的沿Z 轴的距离阈值范围、以及选取基座上的水平面作为基准面；
[0025] 步骤202:所述片叉下表面的每个传感器探测相对于所述探测点的三维坐标值；
[0026] 步骤203:根据所述片叉下表面的每个传感器的所述坐标值求取所述片叉下表面 的平面方程；
[0027] 步骤204:通过所述平面方程计算所述片叉下表面相对于所述基准面的倾角；
[0028]步骤205:判断所述片叉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 在沿Z轴的所述距离阈值范围内以及判断所述片叉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；
[0029]步骤206:当所述片叉下表面的每个传感器与所述探测点的沿Z轴的距离值不在沿 Z轴的所述距离阈值范围内或者所述片叉下表面相对于所述基准面的倾角不在所述倾角阈 值范围内，则对所述理论示教数据中的设定位置进行自动位置调整，同时更新所述理论示 教数据；
[0030] 当所述片叉下表面的每个传感器与所述探测点的沿Z轴的距离值在沿Z轴的所述 距离阈值范围内并且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，则 所述机械手继续执行取片操作或放片操作；
[0031] 当所述片叉下表面的每个传感器与所述探测点的沿Z轴的距离不在沿Z轴的所述 距离阈值范围内并且所述片叉下表面相对于所述基准面的倾角不在所述倾角阈值范围内， 则报警并等待处理。
[0032]优选地，所述步骤206中，所述位置调整包括距离调整和倾角调整，其中，
[0033] 所述距离调整过程包括：
[0034]步骤601: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；
[0035]步骤602: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；
[0036]步骤S03: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；
[0037]步骤604:将所述理论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。
[0038]所述倾角调整过程包括：
[0039] 步骤611: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；
[0040] 步骤612: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204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；
[0041] 步骤613: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；
[0042] 步骤614: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 手继续执行所述取片操作或放片操作；如果不是，则按照所述距离调整过程对所述片叉的 所述理论示教数据中的每个指定位置进行沿Z轴的距离调整。
[0043]优选地，所述步骤612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所述基准面的法线矢量沿X轴方向的旋转角度以及沿 Y轴方向的旋转角度，所述片叉下表面的法线矢量相对于所述基准面的法线矢量沿X轴方向 的旋转角度为所述片叉下表面相对于所述基准面沿X轴方向的旋转角度，所述片叉下表面 的法线矢量相对于所述基准面的法线矢量沿X轴方向的旋转角度为所述片叉下表面相对于 所述基准面沿Y轴方向的旋转角度;其中，所述旋转矩阵为
[0045] 优选地，所述步骤01之后且在所述步骤02之前，还包括：
[0046] 步骤101: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 入硅片承载装置中；
[0047] 步骤102:所述机械手向硅片承载装置内的待取硅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硅片 底部的距离和与所述待取硅片下方相邻硅片的距离的测量值，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硅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硅