CN110788852B - 机械手的校准方法、校准装置和半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手的校准方法、装置和半导体处理设备。包括控制机械手进入粗略取片位以取测试晶片，并记录机械手在粗略取片位时的粗略伸缩半径和粗略旋转角度；控制机械手将测试晶片放置到直线性校准器上以进行校准，获得测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量；根据粗略伸缩半径、粗略旋转角度、圆心偏移量和旋转角度偏移量，确定机械手的精确取片位。能够实现自动快速找到粗略取片位，并能够自动快速的确定机械手在各个工艺位的精确取片位，从而可以避免由于人为因素导致的工艺位误差，也便于后期设备维护。

Description

机械手的校准方法、校准装置和半导体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种机械手的校准方法、一种机械手的校准装置和一种半导体处理设备。

背景技术

在半导体处理设备中，一般采用机械手来传送晶片。在设备装配完成后或设备定期检修维护时，工程师需要对机械手进行检修及传输工位的校准，以保证晶片能够精确落到工艺腔静电卡盘的正上方。如果晶片中心相对于静电卡盘中心位置发生偏移时，晶片将不会被静电吸附进行后续工艺，并且晶片与机械手在晶片传输过程中容易发生相互碰撞摩擦，以致出现大量颗粒物质污染晶片及腔室，甚至造成晶背划伤，导致晶片良率下降。

相关技术中，机械手定位一般采用机械手控制手柄手动操作并和肉眼目测相结合的方式检查机械手是否到位。但由于工艺腔室内部空间狭小、光线暗，不同操作人员的观察角度及方法不同，导致机械手定位需要重复操作多次，且校准精度低、无法校准机械手伸进方向，存在故障隐患。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种机械手的校准方法、一种机械手的校准装置和一种半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种机械手的校准方法，包括：

步骤S110、控制机械手进入粗略取片位以取测试晶片，并记录所述机械手在所述粗略取片位时的粗略伸缩半径和粗略旋转角度；

步骤S120、控制机械手将所述测试晶片放置到直线性校准器上，以对所述测试晶片进行校准，并获得所述测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量；

步骤S130、根据所述粗略伸缩半径、所述粗略旋转角度、所述圆心偏移量和所述旋转角度偏移量，确定所述机械手的精确取片位。

可选地，步骤S110具体包括：

控制机械手进入到预设取片区域，其中，所述预设取片区域内设置有到位信号发生器；

判断所述到位信号发生器是否发出到位信号，若是，则判定所述机械手处于所述粗略取片位。

可选地，所述到位信号发生器包括信号发射端和信号反射端，所述信号发射端和所述信号反射端的一者设置在所述预设取片区域内，另一者设置在所述机械手上。

可选地，所述到位信号发生器为对射式光电传感器。

可选地，所述信号反射端呈条状。

可选地，在步骤S130中，所述粗略取片位和所述精确取片位之间满足下述关系式：

R’＝R+△R；

T’＝T+△T；

其中，R’为所述机械手的精确伸缩半径，R为所述机械手的粗略伸缩半径，△R为所述圆心偏移量，T’为所述机械手的精确旋转角度，T为所述机械手的粗略旋转角度，△T为所述旋转角度偏移量。

本发明的第二方面，提供了一种机械手的校准装置，包括直线性校准器、控制模块和计算模块；

所述控制模块，用于控制机械手进入粗略取片位以取测试晶片，并记录所述机械手在所述粗略取片位时的粗略伸缩半径和粗略旋转角度；以及，

所述控制模块，还用于控制所述机械手将所述测试晶片放置到直线性校准器上；

所述直线性校准器，用于对所述测试晶片进行校准，并获得所述测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量；

所述计算模块，用于根据所述粗略伸缩半径、所述粗略旋转角度、所述圆心偏移量和所述旋转角度偏移量，确定所述机械手的精确取片位。

可选地，所述控制模块，还用于：

控制机械手进入到预设取片区域，其中，所述预设取片区域内设置有到位信号发生器；

判断所述到位信号发生器是否发出到位信号，若是，则判定所述机械手处于所述粗略取片位。

可选地，所述到位信号发生器包括信号发射端和信号反射端，所述信号发射端和所述信号反射端的一者设置在所述预设取片区域，另一者设置在所述机械手上。

可选地，所述到位信号发生器为对射式光电传感器。

可选地，所述信号反射端呈条状。

可选地，所述粗略取片位和所述精确取片位之间满足下述关系式：

R’＝R+△R；

T’＝T+△T；

其中，R’为所述机械手的精确伸缩半径，R为所述机械手的粗略伸缩半径，△R为所述圆心偏移量，T’为所述机械手的精确旋转角度，T为所述机械手的粗略旋转角度，△T为所述旋转角度偏移量。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，包括工艺腔室和机械手，还包括前文记载的所述的机械手的校准装置。

本发明的机械手的校准方法、校准装置和半导体处理设备。首先控制机械手进入粗略取片位取测试晶片，并记录此时机械手的粗略伸缩半径和粗略旋转角度，之后，通过直线性校准器进行校准，获得测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量，也即获得补偿值，最后，根据粗略伸缩半径、粗略旋转角度和相应地补偿值，可以最终确定机械手的精确取片位。因此，通过自动快速找到粗略取片位，并获得相应地补偿值，从而可以自动快速的确定机械手在各个工艺位的精确取片位，进而可以避免由于人为因素导致的工艺位误差，此外，也便于后期设备维护。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明第一实施例中机械手的校准方法的流程图；

图2为本发明第二实施例中机械手的校准装置的结构示意图；

图3为本发明第三实施例中半导体处理设备的机台布置图；

图4为本发明第四实施例中半导体处理设备的结构示意图；

图5为本发明第五实施例中半导体处理设备中的工艺腔室的局部俯视图；

图6为本发明第六实施例中信号反射端的反射区域示意图。

附图标记说明

100：校准装置；

110：直线性校准器；

120：控制模块；

130：计算模块；

140：到位信号发生器；

141：信号发射端；

142：信号反射端；

200：半导体处理设备；

210：工艺腔室；

211：腔室本体；

212：射频线圈；

220：机械手；

300：测试晶片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种机械手的校准方法S100，该方法包括：

S110、控制机械手进入粗略取片位以取测试晶片，并记录机械手在粗略取片位时的粗略伸缩半径和粗略旋转角度。

具体地，本领域人员所知晓的是，机械手一般包括机械手指和驱动机械手指作往复运动的驱动机构。因此，在本步骤中，可以利用驱动机构驱动机械手运动至粗略取片位以取测试晶片。当然，还可以通过其他驱动机构驱动机械手运动至粗略取片位等。

此外，如图4所示，驱动机构首先驱动机械手找到UP位，所谓的机械手的UP位是指：机械手距离腔室底部的距离符合要求，例如，该距离值可以满足取片要求等等。假设机械手指的厚度为h，四针顶部与腔室底部的距离为x，机械手指上端与四针顶部的距离为y，则机械手的UP位为x+y-h。机械手到达UP位时，驱动机构再驱动机械手进入到粗略取片位处，该粗略取片位应当确保机械手能够完整的取到测试晶片，并且，还应当确保机械手自动校准工位时不会碰到四针或者腔室壁而造成机械手的损坏，此外，还应当确保粗略取片位与下文中的精确取片位之间的误差满足直线性校准器的校准范围。

S120、控制机械手将测试晶片放置到直线性校准器上，以对测试晶片进行校准，并获得测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量。

具体地，在本步骤中，机械手在粗略取片位处将测试晶片取出，并将其放置到直线性校准器上。直线性校准器可以采用通常的校准方法，直线性校准器可以对测试晶片与机械手的中心点的误差值进行读取，从而可以确定测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量，也就是说，可以确定机械手的伸缩半径的补偿值和旋转角度的补偿值。

S130、根据粗略伸缩半径、粗略旋转角度、圆心偏移量和旋转角度偏移量，确定机械手的精确取片位。

具体地，在本步骤中，根据粗略伸缩半径和圆心偏移量(也即伸缩半径补偿量)，可以确定机械手的精确伸缩半径。根据粗略旋转角度和旋转角度偏移量(也即旋转角度补偿量)，可以确定机械手的精确旋转角度。从而可以根据精确伸缩半径和精确旋转角度确定机械手的精确取片位。

需要说明的是，上文提及的伸缩半径是指：机械手的伸缩位置相对于旋转圆心的数值。旋转角度是指：机械手相对于旋转基准位置的旋转角度，一般地，基准位置的角度设定为零。具体地，如图3所示，其中的R表示机械手的伸缩半径，T表示机械手的旋转角度。

本实施例中的机械手的校准方法S100，首先控制机械手进入粗略取片位取测试晶片，并记录此时机械手的粗略伸缩半径和粗略旋转角度，之后，通过直线性校准器进行校准，获得测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量，也即获得补偿值，最后，根据粗略伸缩半径、粗略旋转角度和相应地补偿值，可以最终确定机械手的精确取片位。因此，通过自动快速找到粗略取片位，并获得相应地补偿值，从而可以自动快速的确定机械手在各个工艺位的精确取片位，进而可以避免由于人为因素导致的工艺位误差，此外，也便于后期设备维护。

可选地，步骤S110具体包括：

控制机械手进入到预设取片区域，其中，该预设取片区域内设置有到位信号发生器；

判断到位信号发生器是否发出到位信号，若是，则判定机械手处于粗略取片位，若否，则调整机械手在预设取片区域内的位置。

具体地，可以通过驱动机构驱动机械手在预设取片区域内移动，当到位信号发生器发出到位信号时，表征机械手处于粗略取片位，而在该粗略取片位处，机械手能够将测试晶片取出。此时，可以记录处于粗略取片位时的机械手的相关参数，例如，粗略伸缩半径和粗略旋转角度等。

需要说明的是，对于到位信号发生器的具体结构并没有作出限定，其只要能够满足机械手在进入到预设取片区域内时，能够发出到位信号即可。

进一步需要说明的是，在本步骤中，对于预设取片区域并没有作出具体限定，例如，该预设取片区域可以是工艺腔室内的一个预定的取片区域，或者可以是传输腔室等内的一个预定的取片区域等。

可选地，到位信号发生器包括信号发射端和信号反射端，信号发射端和信号反射端的一者设置在预设取片区域内，另一者设置在机械手上。

具体地，例如，信号发射端可以设置在预设取片区域，信号反射端可以设置在机械手上。当然，也可以是信号发射端设置在机械手上，信号反射端可以设置在预设取片区域等。这样，信号发射端可以不停地发出检测信号，在机械手进入到预设取片区域时，信号发射端可以接收检测信号，并可以将该检测信号反射，根据所反射的信号可以确定机械手处于粗略取片位。

本实施例中的机械手的校准方法S100，可以利用信号发射端和信号反射端的相互作用，能够快速确定机械手的粗略取片位，从而可以提高机械手的校准效率。

需要说明的是，上述信号反射端可以使用具有较高反射率的玻璃材质制成。上述信号发射端可以设置在机械手的中心位置处。

具体地，上述到位信号发生器可以包括对射式光电传感器。这样，在机械手进入到预设取片区域后，当对射式光电传感器的发射端接收到反射端反射回来的光线时，则可以确定机械手此时的位置处于粗略取片位。

本实施例中的机械手的校准方法S100，采用对射式光电传感器来检测机械手是否处于粗略取片位，对射式光电传感器的结构简单，并且，通过判断对射式光电传感器的发射端是否接收到反射端的光线，可以准确判定机械手是否处于粗略取片位，能够有效提高机械手的粗略取片位的精度。

可选地，如图5和图6所示，信号反射端呈条状。呈条状的信号反射端可以形成具有预设大小的反射区域，从而可以避免使用单点定位，因为，如果信号反射端112使用单点定位的话有两个不足点：

(1)机械手自动寻找反射端单点定位坐标的难度较大；

(2)腔室机械尺寸存在误差，信号发射端安装位置有相应误差存在，这样，如图3所示，在对多个工艺腔室210进行工位校准时，机械手无法根据前一个工艺腔室210的反射端单点坐标找到下一个工艺腔室210的反射端单点坐标。

在本实施例中，如图5和图6所示，信号反射端112呈长条状，也就是说，信号反射端112采用的是区域定位。这样，信号反射端112所在的区域可以包括各工艺腔室的误差数值叠加，信号反射端的四个顶点所对应的伸缩半径R和旋转角度T值可以组成坐标区域(Ra、Ta)，(Rb、Tb)，(Rc、Tc)，(Rd、Td)，通过坐标区域可以方便机械手自动校准工位时在其余工艺腔室内快速找到相应的粗略取片位。

可选地，粗略取片位和精确取片位之间满足下述关系式：

R’＝R+△R；

T’＝T+△T；

其中，R’为机械手的精确伸缩半径，R为机械手的粗略伸缩半径，△R为圆心偏移量，T’为机械手的精确旋转角度，T为机械手的粗略旋转角度，△T为旋转角度偏移量。

本发明的第二方面，如图2、图3和图4所示，提供了一种机械手的校准装置100，该校准装置100可以适用于前文记载的校准方法，下文未提及的相关内容可以参考前文记载。该校准装置100包括直线性校准器110、控制模块120和计算模块130。其中，控制模块120用于控制机械手220进入粗略取片位以取测试晶片300，并记录机械手220在粗略取片位时的粗略伸缩半径和粗略旋转角度。并且，该控制模块120还用于控制机械手220将测试晶片300放置到直线性校准器110上。

上述直线性校准器110，用于对测试晶片300进行校准，并获得测试晶片300的圆心偏移量和旋转角度偏移量。

上述计算模块130，用于根据粗略伸缩半径、粗略旋转角度、圆心偏移量和旋转角度偏移量，确定机械手220的精确取片位。

本实施例中的机械手的校准装置，首先控制机械手220进入粗略取片位取测试晶片，并记录此时机械手220的粗略伸缩半径和粗略旋转角度，之后，通过直线性校准器110进行校准，获得测试晶片300的圆心偏移量和旋转角度偏移量，也即获得补偿值，最后，根据粗略伸缩半径、粗略旋转角度和相应地补偿值，可以最终确定机械手220的精确取片位。因此，通过自动快速找到粗略取片位，并获得相应地补偿值，从而可以自动快速的确定机械手220在各个工艺位的精确取片位，进而可以避免由于人为因素导致的工艺位误差，此外，也便于后期设备维护。

可选地，控制模块120，还用于：

控制机械手220进入到预设取片区域，其中，预设取片区域内设置有到位信号发生器140；

判断到位信号发生器140是否发出到位信号，若是，则判定机械手220处于粗略取片位。

具体地，如图4所示，到位信号发生器140包括信号发射端141和信号反射端142。其中，信号发射端141和信号反射端142的一者设置在预设取片区域，另一者设置在机械手220上。具体地，可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

可选地，到位信号发生器140为对射式光电传感器。具体地，可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

可选地，如图5所示，信号反射端142呈条状，以形成具有预设大小的反射区域。具体地，可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

可选地，粗略取片位和精确取片位之间满足下述关系式：

R’＝R+△R；

T’＝T+△T；

其中，R’为机械手的精确伸缩半径，R为机械手的粗略伸缩半径，△R为圆心偏移量，T’为机械手的精确旋转角度，T为机械手的粗略旋转角度，△T为旋转角度偏移量。

本发明的第三方面，如图3和图4所示，提供了一种半导体处理设备200，包括工艺腔室210和机械手220，还包括前文记载的机械手的校准装置100。

本实施例中的半导体处理设备200，具有前文记载的机械手的校准装置100，其首先控制机械手220进入粗略取片位取测试晶片，并记录此时机械手的粗略伸缩半径和粗略旋转角度，之后，通过直线性校准器110进行校准，获得测试晶片300的圆心偏移量和旋转角度偏移量，也即获得补偿值，最后，根据粗略伸缩半径、粗略旋转角度和相应地补偿值，可以最终确定机械手220的精确取片位。因此，通过自动快速找到粗略取片位，并获得相应地补偿值，从而可以自动快速的确定机械手220在各个工艺位的精确取片位，进而可以避免由于人为因素导致的工艺位误差，此外，也便于后期设备维护。

可选地，如图4所示，上述工艺腔室210包括腔室本体211以及设置在腔室本体上的射频线圈212，对射式光电传感器的发射端设置在射频线圈212的一侧。这样，发射端可以不会影响腔室本体211上方的射频线圈212的正常使用。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种机械手的校准方法，其特征在于，包括：

步骤S110、控制机械手进入粗略取片位以取测试晶片，并记录所述机械手在所述粗略取片位时的粗略伸缩半径和粗略旋转角度，所述机械手在所述粗略取片位能够完整的取到所述测试晶片；

步骤S120、控制机械手在所述粗略取片位处将所述测试晶片取出，并放置到直线性校准器上，以对所述测试晶片进行校准，并获得所述测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量；

步骤S130、根据所述粗略伸缩半径、所述粗略旋转角度、所述圆心偏移量和所述旋转角度偏移量，确定所述机械手的精确取片位。

2.根据权利要求1所述的机械手的校准方法，其特征在于，步骤S110具体包括：

控制机械手进入到预设取片区域，其中，所述预设取片区域内设置有到位信号发生器；

判断所述到位信号发生器是否发出到位信号，若是，则判定所述机械手处于所述粗略取片位。

3.根据权利要求2所述的机械手的校准方法，其特征在于，所述到位信号发生器包括信号发射端和信号反射端，所述信号发射端和所述信号反射端的一者设置在所述预设取片区域内，另一者设置在所述机械手上。

4.根据权利要求3所述的机械手的校准方法，其特征在于，所述到位信号发生器为对射式光电传感器。

5.根据权利要求3所述的机械手的校准方法，其特征在于，所述信号反射端呈条状。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的机械手的校准方法，其特征在于，在步骤S130中，所述粗略取片位和所述精确取片位之间满足下述关系式：

R’＝R+△R；

T’＝T+△T；

其中，R’为所述机械手的精确伸缩半径，R为所述机械手的粗略伸缩半径，△R为所述圆心偏移量，T’为所述机械手的精确旋转角度，T为所述机械手的粗略旋转角度，△T为所述旋转角度偏移量。

7.一种机械手的校准装置，其特征在于，包括直线性校准器、控制模块和计算模块；

所述控制模块，用于控制机械手进入粗略取片位以粗测试晶片，并记录所述机械手在所述粗略取片位时的粗略伸缩半径和粗略旋转角度，所述机械手在所述粗略取片位能够完整的取到所述测试晶片；以及，

所述控制模块，还用于控制机械手在所述粗略取片位处将所述测试晶片取出，并放置到直线性校准器上；

所述直线性校准器，用于对所述测试晶片进行校准，并获得所述测试晶片的圆心偏移量和旋转角度偏移量；

所述计算模块，用于根据所述粗略伸缩半径、所述粗略旋转角度、所述圆心偏移量和所述旋转角度偏移量，确定所述机械手的精确取片位。

8.根据权利要求7所述的机械手的校准装置，其特征在于，所述控制模块，还用于：

控制机械手进入到预设取片区域，其中，所述预设取片区域内设置有到位信号发生器；

判断所述到位信号发生器是否发出到位信号，若是，则判定所述机械手处于所述粗略取片位。

9.根据权利要求8所述的机械手的校准装置，其特征在于，所述到位信号发生器包括信号发射端和信号反射端，所述信号发射端和所述信号反射端的一者设置在所述预设取片区域，另一者设置在所述机械手上。

10.根据权利要求9所述的机械手的校准装置，其特征在于，所述到位信号发生器为对射式光电传感器。

11.根据权利要求9所述的机械手的校准装置，其特征在于，所述信号反射端呈条状。

12.根据权利要求7至11中任意一项所述的机械手的校准装置，其特征在于，所述粗略取片位和所述精确取片位之间满足下述关系式：

R’＝R+△R；

T’＝T+△T；

其中，R’为所述机械手的精确伸缩半径，R为所述机械手的粗略伸缩半径，△R为所述圆心偏移量，T’为所述机械手的精确旋转角度，T为所述机械手的粗略旋转角度，△T为所述旋转角度偏移量。

13.一种半导体处理设备，包括工艺腔室和机械手，其特征在于，还包括权利要求7至12中任意一项所述的机械手的校准装置。

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