CN105514011B - 安全传输硅片的机械手及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种安全传输硅片的机械手及方法，通过在机械手片叉上设置图像传感器，利用图像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。

Description

安全传输硅片的机械手及方法
技术领域
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硅片的方法。
背景技术
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。
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。
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，
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。
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
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。
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；
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；
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
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；
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；
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；
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；
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；
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；
步骤07：所述片叉继续拾取所述待取硅片。
优选地，所述安全传输硅片的方法还包括：
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；
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；
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；
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；
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；
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；
步骤17：所述片叉继续放置所述待放置硅片。
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。
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硅片边缘接触以对所述待取硅片进行定位。
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，避免在硅片传输过程中产生碰撞而损坏硅片或设备。
附图说明
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；
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；
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；
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示意图；
图5为本发明的一个较佳实施例的片叉的中心位置的安全范围的结构示意图；
图6为本发明的一个较佳实施例的硅片、支撑部件和片叉的位置关系以及取片路线示意图；
图7为本发明的一个较佳实施例的硅片、支撑部件和片叉的位置关系以及放片路线示意图；
图8为本发明的一个较佳实施例的安全传输硅片的方法的流程示意图；
图9为本发明的另一个较佳实施例的安全传输硅片的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
本发明的用于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硅片承载装置和控制机械手进行各种动作的控制装置，硅片承载装置具有用于承载硅片的支撑部件，机械手用于取放片将硅片承载装置的硅片或将硅片放置于硅片承载装置中；机械手具有用于承载硅片的片叉，控制装置具有判断器，片叉上具有传感器；片叉在接触硅片时，传感器位于片叉上且与硅片边缘所接触的位置，用于识别并获取硅片边缘的位置数据；并且把所识别的硅片边缘位置数据发送给判断器；判断器根据硅片边缘位置数据计算出硅片的识别中心位置，并且设定片叉的中心位置的安全范围，根据硅片的识别中心位置与所设定的片叉的中心位置计算出所述硅片的识别中心位置超出所述片叉的中心位置的超出范围，然后判断该超出范围是否在安全范围之内；若为否，判断器发出警报。
本发明中，硅片承载装置可以为支撑机构，也可以为片盒。如图2所示，本发明的一个较佳实施例的半导体设备中的硅片承载装置，包括：黑线框内为内部装载有硅片的片盒B和装载硅片进入反应腔室C的硅片硅片承载装置A；半导体设备还具有承载片盒B的片盒硅片承载装置F，片盒硅片承载装置F连接于底座G上；机械手E用于从片盒B中拾取硅片并且放置于硅片硅片承载装置A上，当反应腔室C底部的炉门D打开时，硅片硅片承载装置A携带着硅片进入反应腔室C中，或者当反应结束后，反应腔室C底部的炉门D打开，硅片硅片承载装置A携带着处理后的硅片从反应腔室C底部退出，机械手E从硅片硅片承载装置A上拾取硅片并且放置于片盒B中；图2中的箭头表示各个部件的可移动方向。因此，本发明的取片过程可以但不限于包括从片盒中拾取硅片的过程，也可以包括从硅片硅片承载装置中拾取硅片的过程；同理，本发明的放片过程可以但不限于包括将硅片放置于片盒中，也可以包括将硅片放置于硅片硅片承载装置上。
在本发明的一个实施例中，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，传感器用于定义一个或多个基准面；片叉上表面的三个传感器用于定义上基准面，片叉下表面的三个传感器用于定义下基准面，上基准面和下基准面可以为同一平面也可以为具有一定间距的平面；本发明的片叉可以在水平面内或竖直面内进行翻转，从而导致片叉可能产生倾斜情况；在半导体领域中，机械手一般具有单只机械爪或多只机械爪，以适应批量化生产的需要。在一些本发明的实施例中，机械手可以具有多只机械爪，在任意一个或多个机械爪的片叉的上表面和下表面三个或多个传感器，下面的实施例仅以一个机械手的一个片叉上表面和下表面分别具有三个传感器为例，其它的实施例原理相同，在此不再赘述。本发明中，传感器包括感光式图像传感器或者接触式传感器。
以下结合附图3-9和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
在本实施例中，机械手片叉上同时设置有距离探测传感器和图像传感器。
请参阅图3和图4，支撑部件102上承载有硅片W，支撑部件102均匀分布于一半的硅片W的边缘，机械手100的片叉101为对称V型，机械手100还具有夹持部件；片叉101的对称轴与硅片W的直径重合，片叉101的两个倾斜侧壁最外侧之间的宽度小于硅片W的直径；
距离探测传感器(黑实心圆)，设置于机械手100的硅片W的上下表面，用于检测片叉101到一个硅片底部的距离测量值以及片叉101到该一个硅片下方相邻硅片的距离测量值；在片叉101的上表面设置有三个距离探测传感器S1、S2、S3，其中两个距离探测传感器S1和S2分别位于V型片叉101的对称的两个斜壁上且对应于置于片叉101上的硅片W的直径上，所剩的一个距离探测传感器S3位于V型片叉101的对称两个斜壁内侧相交的位置上，在该片叉101所在平面建立原点，设置为XOY基准面，距离探测传感器S1、S2的连线的中点与的距离探测传感器S3的连线垂直且平分距离探测传感器S1、S2的连线；因此，将V型片叉斜壁上的两个距离探测传感器S1、S2的连线设为X轴，将距离探测传感器S1、S2的连线的中点与距离探测传感器S3的连线设为Y轴，距离探测传感器S1、S2的连线的中点为坐标原点O，以此构成片叉所在XOY平面，这里需要说明的是，在涉及距离探测传感器的相对位置关系时，将距离探测传感器视为一个点。本实施例中，以片叉101上表面的距离探测传感器S1、S2、S3所反馈的测量值来判断硅片W的位姿和取片过程是否能够安全取片，用于计算圆柱面方程、截交线方程、硅片所在平面与片叉所在平面的夹角、截交线与片叉所在平面的最小距离和最大距离；本实施例中，距离探测传感器通过光电信号探测距离来实现的，也就是距离探测传感器为光电距离探测传感器。本实施例中的图像传感器设置于片叉的任意位置，只要不与距离探测传感器重合即可。
图像传感器(虚线框住的区域)，在片叉上放置硅片时，片叉与硅片边缘接触的位置设置有图像传感器，本实施例中，三个不在同一直线上的图像传感器确定一个基准面，片叉的两个支叉端部以及片叉两个支叉根部分别设置有图像传感器，用于识别并获取硅片边缘的位置数据；并且把所识别的硅片边缘位置数据发送给判断器；判断器根据硅片边缘位置数据计算出硅片的识别中心位置，并且设定片叉的中心位置的安全范围，根据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硅片的识别中心位置超出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该安全范围之内；若为否，判断器发出警报；本实施例中，图像传感器还用于识别硅片承载机构中支撑部件的中心位置用于使支撑部件中心和待放置硅片中心对准；具体的包括：图像传感器识别并获取支撑部件的位置数据；并且把所识别的支撑部件的位置数据发送给判断器；判断器根据支撑部件的位置数据计算出支撑部件的识别中心位置，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支撑部件的识别中心位置超出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该安全范围之内；若为否，则判断器报警根据该超出范围来调整片叉的位置，使硅片的中心和支撑部件的目标中心对准。本实施例中，采用感光式图像传感器，可以获取硅片的图像或支撑部件的图像；其中，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判断器，判断器从硅片的图像中获取硅片的边缘位置数据；片叉上的图像传感器对支撑部件进行图像识别，并将获取的支撑部件的图像传送给判断器，判断器从支撑部件的图像中获取支撑部件的位置数据。这里，请参阅图5，为本发明的一个较佳实施例的片叉的中心位置的安全范围的结构示意图；可以以硅片的理论中心位置为基准，即为原点(0,0)，当然也可以设置其它位置为原点，设硅片的理论中心位置的坐标为(xa,ya)，设硅片的半径为ra，由于硅片放置误差及硅片自身变形等因素导致硅片的中心发生偏移，在硅片的中心发生偏移但是硅片可以安全拾取的硅片放置区域的半径为rb，因此，硅片的理论中心位置的安全范围为rb-ra，硅片边缘的位置数据为硅片边缘与图像传感器对应位置的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，这三个坐标不在同一条直线上，由这三个坐标构成的圆的圆心的计算可以采用常规数学计算方式求解，设这三个坐标构成的圆的圆心为(xc,yc)，则可以联立方程求出xc,yc，所联立的方程为(x1-xc)2+(y1-yc)2＝(x2-xc)2+(y2-yc)2＝(x3-xc)2+(y3-yc)2；所计算出的三个坐标构成的圆的圆心(xc,yc)就是硅片的识别中心位置坐标，然后再计算出硅片的识别中心位置超出硅片的理论中心位置的超出范围比较该超出范围与上述安全范围，判断该超出范围是否在上述安全范围之内；同理，图像传感器探测到的支撑部件边缘的位置数据为支撑部件边缘与图像传感器对应位置的坐标(x21,y21)，(x22,y22)，(x23,y23)，根据这三个不在同一条直线上的坐标计算出这三个坐标构成的圆的圆心(xd,yd)，即为支撑部件的识别中心位置，然后再计算出支撑部件的识别中心位置超出硅片的理论中心位置的超出范围
比较该超出范围与硅片的理论中心位置的安全范围，判断该超出范围是否在硅片的理论中心位置的安全范围内。这里，设置片叉所在平面上的XOY坐标系，使XOY坐标系中的原点为硅片的理论中心位置；XOY坐标系的原点为片叉的中心位置。因此，片叉的中心位置和硅片的理论中心位置重合，调整片叉的中心位置和硅片的识别中心位置或支撑部件的识别中心位置对准即可实现硅片的理论中心位置与硅片的识别中心位置或支撑部件的识别中心位置的对准。需要说明的是，本发明中，对于待放置硅片的定位，可以通过图像传感器获得硅片承载机构中的特征位置的数据，特征位置可以为支撑部件，也可以为承载结构的侧壁；由于支撑部件是直接承载硅片的结构，因此，选择获取支撑部件的位置数据；为了使硅片平稳防止，支撑部件可以设置在平分圆周的三个点的位置，也可以为一个连续的圆环，对于前者，三个图像传感器在片叉上的设置要使得每个图像传感器与同一层上的每个支撑部件的位置相对应；对于后者，图像传感器的设置可以对应于硅片边缘位置。
此外，在本发明的其它实施例中，硅片边缘具有缺口(notch)图像传感器还可以通过硅片边缘的缺口来识别硅片边缘的位置，并且片叉上设置有凹槽或凸起，通过片叉上的凹槽或凸起来初步实现对硅片的定位。然后再采用图像传感器进行精确定位。
请参阅图6，为本发明的一个较佳实施例的硅片、支撑部件和片叉的位置关系以及取片路线示意图；硅片W位于支撑部件102上，带箭头的粗虚线表示本实施例的取片过程的路线，细虚线框表示运动中的硅片W’，P1位置为预取片安全位置，P2位置为预向上取片位置，P3为取片过程中机械手的片叉接触到硅片的位置，P4为预退出取片位置，P5为取片过程中机械手的夹持部件夹持晶圆的位置，P6为取片后的退出安全位置；本实施例中，取片过程的路线和放片过程的路线相同，两者的运动方向相反；取片过程的理论示教数据的各个参数值与放片过程的理论示教数据的各个参数值可以相同也可以不相同。图6中显示出理论示教数据各个参数，包括硅片W的厚度d、支撑部件厚度t、相邻硅片W的间距s、预向上取片位置P2上的机械手的片叉底部到片叉下方硅片上表面的距离s2、预退出取片位置P4上的片叉上的硅片顶部到片叉上方相邻的支撑部件底部的距离s1、以及预向上取片位置P2到预退出取片位置P4之间的距离s3；请参阅图7，为本发明的一个较佳实施例的硅片、支撑部件和片叉的位置关系以及放片路线示意图；硅片W位于支撑部件102上，带箭头的粗虚线表示本实施例的取片过程或放片过程的路线，细虚线框表示运动中的硅片W’，P’1位置为放片后的退出安全位置，P’2位置为预退出放片位置，P’3为放片过程中机械手的片叉将硅片放置于支撑部件时的位置，P’4为预向下放片位置，P’5为放片过程中机械手的夹持部件取消夹持的位置，P’6为预放片安全位置；图7中显示出理论示教数据各个参数，包括硅片W的厚度d、支撑部件厚度t、相邻硅片W的间距s、退出放片位置P’2上的机械手的片叉底部到片叉下方硅片上表面的距离s2、预向下放片位置P’4上的片叉上的硅片顶部到片叉上方相邻的支撑部件底部的距离s1、以及预向下放片位置P’4到预退出放片位置P’2的距离s3；需要说明的是，本发明中，放片过程的理论示教数据的各个参数值和取片过程的理论示教数据的各个参数值可以相同也可以不同。这里需要说明的是，相邻硅片W的间距s由支撑部件之间的距离来决定，相邻硅片W的间距s等于相邻支撑部件底部的距离。
请参阅图8，为本发明的一个较佳实施例的安全传输硅片的方法的流程示意图；本实施例中，采用上述安全传输硅片的机械手，具体包括：
步骤01：在片叉到达待取硅片下方并且与之接触时，片叉上的图像传感器识别并获取待取硅片边缘的位置数据；
具体的，机械手片叉可以按照上述图6中的取片路径来到待取硅片下方，在片叉到达待取硅片下方并且与之接触之后，且在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：采用片叉上的凹槽卡住待取硅片边缘以对待取硅片进行定位；或者采用片叉上的凸起与待取硅片边缘接触以对待取硅片进行定位；然后，可以采用感光式图像传感器，片叉上的感光式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，判断器从硅片的图像中获取硅片的边缘位置数据；硅片边缘的位置数据为硅片边缘与图像传感器对应位置的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，这三个坐标不在同一条直线上；也可以采用触感式图像传感器来感触到硅片边缘从而求取硅片边缘位置的坐标；
步骤02：图像传感器把所识别的待取硅片边缘位置数据发送给判断器；
具体的，图像传感器把上述硅片边缘的位置的三个坐标(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)发送给判断器。
步骤03：判断器根据硅片边缘位置数据计算出硅片的识别中心位置；
具体的，可以以硅片的理论中心位置为基准，即为原点(0,0)，当然也可以设置其它位置为原点，设硅片的理论中心位置的坐标为(xa,ya)，设硅片的半径为ra，由于硅片放置误差及硅片自身变形等因素导致硅片的中心发生偏移，在硅片的中心发生偏移但是硅片可以安全拾取的硅片放置区域的半径为rb，因此，硅片的理论中心位置的安全范围为rb-ra，硅片边缘的位置数据为硅片边缘与图像传感器对应位置的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，这三个坐标不在同一条直线上，由这三个坐标构成的圆的圆心的计算可以采用常规数学计算方式求解，设这三个坐标构成的圆的圆心为(xc,yc)，则可以联立方程求出xc,yc，所联立的方程为(x1-xc)2+(y1-yc)2＝(x2-xc)2+(y2-yc)2＝(x3-xc)2+(y3-yc)2；所计算出的三个坐标构成的圆的圆心(xc,yc)就是硅片的识别中心位置坐标；
步骤04：根据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硅片的识别中心位置超出硅片的理论中心位置的超出范围；
具体的，计算出硅片的识别中心位置超出硅片的理论中心位置的超出范围
步骤05：判断器判断该超出范围是否在硅片的理论中心位置的安全范围之内；若为否，判断器发出警报，并且执行步骤06；若为是，则执行步骤07；
具体的，判断器判断上述的超出范围的值与硅片的理论中心位置的安全范围(rb-ra)进行比较，如果 则表示片叉可以安全取片；否则，说明硅片产生较大的偏移，如果片叉拾取该硅片，会导致硅片滑落；此时，判断器发出报警，机械手停止运行并且等待处理；
步骤06：根据超出范围来调整片叉的位置，使硅片的识别中心和硅片的理论中心对准；
具体的，可以人工来调整片叉的XOY坐标系中的原点与硅片的识别中心位置对准；
步骤07：片叉继续拾取待取硅片。
具体的，若片叉可以安全取片，则片叉继续拾取硅片即可；经步骤06调整后，片叉也可以安全取片了，则继续拾取硅片即可。上述步骤01-07中所采用的图像传感器可以为感光式图像传感器也可以为触感式图像传感器。
在本实施例中，片叉拾取硅片之后还将硅片放置于硅片硅片承载装置中，因此，也需要硅片的理论中心与硅片硅片承载装置中待放置硅片区域的中心对准，这里，支撑部件用于承载硅片，因此，需要调整片叉，使得硅片的理论中心位置与支撑部件的识别中心位置对准；请参阅图9，具体可以包括以下步骤：
步骤11：片叉携带着待放置硅片到达支撑部件上方时，传感器识别并获取支撑部件的位置数据；
具体的，机械手片叉可以按照上述图7中的放片路径来到待取硅片下方，可以采用感光式图像传感器，对支撑部件进行图像识别，并将获取的支撑部件的图像传送给判断器；这里，获得的为支撑部件的边缘的位置数据，得到的支撑部件边缘的位置数据为支撑部件边缘与图像传感器对应位置的坐标(x21,y21)，(x22,y22)，(x23,y23)，这三个坐标不在同一条直线上；请再次参阅图4，图4中三个支撑部件102的内边缘为探测位置，将三个支撑部件102与硅片理论放置位置的边缘相交的点两两相连，得到图4中虚线所示的三角形，由于该实施例中，支撑部件呈等腰三角形分布，硅片理论放置位置的理论中心位置为黑点所示，该黑点也同时为虚线所示三角形的底边的中心；需要说明的是，本发明中，对于待放置硅片的定位，可以通过图像传感器获得硅片承载机构中的特征位置的数据，特征位置可以为支撑部件，也可以为承载结构的侧壁；由于支撑部件是直接承载硅片的结构，因此，选择获取支撑部件的位置数据；为了使硅片平稳防止，支撑部件可以设置在平分圆周的三个点的位置，也可以为一个连续的圆环，对于前者，三个图像传感器在片叉上的设置要使得每个图像传感器与同一层上的每个支撑部件的位置相对应；对于后者，图像传感器的设置可以对应于硅片边缘位置。
步骤12：传感器把所识别的支撑部件的位置数据发送给判断器；
具体的，图像传感器把上述支撑部件边缘的位置的三个坐标(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)发送给判断器。
步骤13：判断器根据支撑部件的位置数据计算出支撑部件的识别中心位置；
具体的，根据这三个不在同一条直线上的坐标计算出这三个坐标构成的圆的圆心(xd,yd)，即为支撑部件的识别中心位置；支撑部件的识别中心应当与硅片理论放置位置的理论中心位置对准。
步骤14：根据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支撑部件的识别中心位置超出硅片的理论中心位置的超出范围；
具体的，可以以硅片的理论中心位置为基准，即为原点(0,0)，当然也可以设置其它位置为原点，设硅片的理论中心位置的坐标为(xa,ya)，设硅片的半径为ra，由于硅片放置误差及硅片自身变形等因素导致硅片的中心发生偏移，在硅片的中心发生偏移但是硅片可以安全放置的硅片放置区域的半径为rb，因此，硅片的理论中心位置的安全范围为rb-ra；，然后再计算出支撑部件的识别中心位置超出硅片的理论中心位置的超出范围
步骤15：判断器判断该超出范围是否在硅片的理论中心位置的安全范围之内；若为否，判断器发出警报，并且执行步骤16；若为是，则执行步骤17；
具体的，判断器判断上述的超出范围的值与硅片的理论中心位置的安全范围(rb-ra)进行比较，如果 则表示硅片可以安全放置于支撑部件上；否则，说明硅片产生较大的偏移，如果片叉放置该硅片于支撑部件上，会导致硅片滑落；此时，判断器发出报警，机械手停止运行并且等待处理；
步骤16：根据超出范围来调整片叉的位置，使待放置硅片的中心和支撑部件的中心对准；
具体的，可以人工来调整片叉的XOY坐标系中的原点与支撑部件的识别中心位置对准；
步骤17：片叉继续放置待放置硅片。
具体的，若片叉可以安全放片，则片叉继续放置硅片即可；经步骤16调整后，片叉也可以安全放片了，则继续放置硅片即可。上述步骤11-17中所采用的图像传感器可以为感光式图像传感器，由于片叉不能与硅片承载结构的任何位置接触，因此，触感式图像传感器不适用于对支撑部件中心的定位。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (8)

1.一种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，其特征在于，所述控制装置具有判断器，所述片叉上具有图像传感器；
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；
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；
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。
2.根据权利要求1所述的安全传输硅片的机械手，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的安全传输硅片的机械手，其特征在于，所述片叉上的图像传感器为多个且不在同一条直线上。
4.根据权利要求1所述的安全传输硅片的机械手，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的安全传输硅片的机械手，其特征在于，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。
6.一种根据权利要求1所述的安全传输硅片的机械手的安全传输硅片的方法，其特征在于，包括：
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；
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；
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；
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；
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，并且执行步骤06；若为是，则执行步骤07；
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；
步骤07：所述片叉继续拾取所述待取硅片；
所述安全传输硅片的方法还包括：
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；
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；
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；
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；
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，并且执行步骤16；若为是，则执行步骤17；
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；
步骤17：所述片叉继续放置所述待放置硅片。
7.根据权利要求6所述的安全传输硅片的方法，其特征在于，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。
8.根据权利要求6所述的安全传输硅片的方法，其特征在于，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硅片边缘接触以对所述待取硅片进行定位。
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