CN111446181B - 一种机械手调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机械手调度方法，包括第一调度过程，所述第一调度过程包括以下步骤：S1：获取半导体设备的晶片状态信息，所述晶片状态信息包括：晶片在各个工艺模块的分布状态以及工艺状态；S2：基于所述晶片状态信息，获取机械手的所有调度路径；S3：计算各个调度路径的使用率，以使用率最高的路径作为当前调度路径；S4：按当前调度路径对所述机械手进行调度。通过本发明，提高了机械手的使用效率。

Description

一种机械手调度方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种机械手调度方法。
背景技术
半导体设备中，清洗设备用来处理影响芯片良率的残留物，为下一步工序准备好最佳的表面条件。清洗设备主要模块如下：
片盒1:装载硅片的容器，通常有25个槽位，每个槽位可以放置一片硅片，片盒放置在加载口上。
脏缓冲区3:用于暂存即将准备做清洗工艺的硅片。
净缓冲区4:用于暂存已经做完清洗工艺的硅片。
工艺腔室6:用于执行硅片的清洗工艺，图1中,该清洗设备包括8个工艺腔室6。
大气机械手2：是负责大气端不同工位间硅片传送的关键自动化设备，如图1所示，大气机械手主要负责将硅片在片盒1，脏缓冲区3及净缓冲区4之间的传送。
真空机械手5：是负责真空端不同工位间硅片传送的关键自动化设备，如图1所示，真空机械手负责硅片在工艺腔室6、脏缓冲区3及净缓冲区4之间的传送。
清洗设备工作流程如下：(1)大气机械手2从片盒1取待清洗硅片放到脏缓冲区3；(2)真空机械手5从脏缓冲区3取待清洗硅片放到工艺腔室6；(3)工艺腔室6把待清洗硅片进行清洗工艺；(4)为了避免已完成清洗工艺的硅片受到污染，真空机械手5从工艺腔室6取清洗后的硅片放到净缓冲区4；(5)大气机械手2从净缓冲区4抓取经过清洗工艺后的硅片，放到片盒1的指定槽位。
半导体清洗传输装置的片盒1最多可以装载25片硅片，每个工艺腔室可下发的工艺配方文件不一定相同，可下发相同工艺配方的工艺腔室可以看作是并行的，即当某一工艺腔室被占用，硅片可以放至任何一个并行工艺腔室中执行清洗工艺。除去片盒1最多可以装载25片硅片，其余各个模块的最大容量均为1，即最多可装载1片硅片。大气机械手与真空机械手的取片时间为1秒，放片时间为1秒，工艺腔室的工艺时间由工艺配方决定。
针对图1的清洗设备的结构特征，如何提高机械手的使用效率，使设备的产能达到最大化是亟待解决的技术难题。
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，提出了一种机械手调度方法。
为实现本发明的目的而提供一种机械手调度方法，包括第一调度过程，所述第一调度过程包括以下步骤：
S1：获取半导体设备的晶片状态信息，所述晶片状态信息包括：晶片在各个工艺模块的分布状态以及工艺状态；
S2：基于所述晶片状态信息，获取机械手的所有调度路径；
S3：计算各个调度路径的使用率，以使用率最高的路径作为当前调度路径；
S4：按当前调度路径对所述机械手进行调度。
优选地，所述步骤S4进一步包括以下步骤：
S41：检测当前调度路径中所述机械手是否满足调度条件；若是，则执行步骤S42；若否，则执行步骤S43；
S42：对所述机械手进行调度；
S43：控制所述机械手预移动至等待位置，并返回所述步骤S41。
优选地，所述使用率为：所述机械手的使用时间与总时间的比值；
所述总时间为所述机械手的空闲时间与所述使用时间的总和；
所述使用时间为所述机械手处于使用状态的时间。
优选地，所述使用率为：1-所述机械手的空闲时间与总时间的比值；
所述总时间为所述机械手的所述空闲时间与使用时间的总和；
所述空闲时间为所述机械手处于非使用状态的时间。
优选地，所述第一调度过程应用于真空机械手和/或大气机械手的调度。
优选地，所述第一调度过程应用于真空机械手的调度；
还包括第二调度过程，所述第二调度过程应用于大气机械手的调度；所述第二调度过程包括以下步骤：
S101：判断缓冲腔中的脏缓冲区是否空置；若是，执行步骤S102；若否，执行步骤S103；
S102：控制所述大气机械手从片盒中取出晶片，并向所述脏缓冲区放片；
S103：判断所述缓冲腔中的净缓冲区是否有加工完成的晶片；若是，执行步骤S104；
S104：控制所述大气机械手从所述净缓冲区中取出晶片，并向所述片盒中放片。
优选地，在所述步骤S104之后，所述第二调度过程还包括以下步骤：
S105：检测返回所述片盒中晶片是否为最后一片晶片；若是，结束所述第二调度过程。否则，返回所述步骤S101。
优选地，所述第二调度过程在执行所述步骤S101之前，还包括以下步骤：
S100，判断工艺腔是否有空置；若是，则执行所述步骤S101。
优选地，所述第一调度过程应用于大气机械手的调度；
还包括第三调度过程，所述第三调度过程应用于真空机械手；所述第三调度过程包括以下步骤：
S201：根据所述晶片在各个工艺腔的分布状态，判断是否有空置的工艺腔；若是，执行步骤S202；若否，执行步骤S204；
S202：根据所述晶片在缓冲腔的分布状态，判断所述缓冲腔中的脏缓冲区是否有晶片；若是，执行步骤S203；
S203：控制所述真空机械手从所述脏缓冲区取所述晶片，并将所述晶片放置到所述空置的工艺腔；
S204：根据所述晶片在各个工艺腔的加工状态，判断是否有加工完成的晶片；若是，执行步骤S205；
S205：根据所述晶片在缓冲腔的分布状态，判断所述缓冲腔中净缓冲区是否有晶片；若否，执行步骤S206；
S206：控制所述真空机械手将所述加工完成的晶片放置到所述净缓冲区。
优选地，在所述步骤S206之后，所述第三调度过程还包括以下步骤：
S207：根据所述工艺腔的晶片状态信息，判断放置到所述净缓冲区的晶片是否为所述工艺腔中的最后一个晶片；若是，结束所述第三调度过程；若否，返回执行步骤S201。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的机械手调度方法，获取半导体设备的晶片状态信息，晶片状态信息包括：晶片在各个工艺模块的分布状态以及工艺状态；基于晶片状态信息，获取机械手的所有调度路径；计算各个调度路径的使用率，以使用率最高的路径作为当前调度路径，按当前调度路径对机械手进行调度。本发明提供的机械手调度方法，为了满足不同工艺需求，基于各个腔室晶片状态信息获取机械手的所有调度路径，并始终以利用率最高的路径调度机械手，从而提高了机械手使用效率，进一步还可以提升半导体设备的产能。
附图说明
图1为现有技术中清洗设备的一种结构示意图；
图2为本发明实施例中第一调度过程的流程图；
图3为本发明实施例中第二调度过程的一种流程图；
图4为本发明实施例中第二调度过程的另一种流程图；
图5为本发明实施例中第三调度过程的一种流程图；
图6为本发明实施例中第三调度过程的另一种流程图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的机械手调度方法进行详细描述。
为了满足不同工艺需求，提升产能，设备的外部结构也在不断的发生变化，这对半导体清洗设备的硅片调度提出了更高的要求。随着工艺腔室的增加，对机械手的调度显得尤其重要。
实施例一
本发明提供了一种机械手调度方法，该调度方法包括第一调度过程，如图2所示，具体地，第一调度过程包括以下步骤：
步骤S1：获取半导体设备的晶片状态信息，晶片状态信息包括：晶片在各个工艺模块的分布状态以及工艺状态。
具体地，工艺模块包括半导体设备的所有工艺腔室、晶片盒以及缓冲区域，该缓冲区域包括：脏缓冲区以及净缓冲区，脏缓冲区用于缓存未进行工艺处理的晶片，净缓冲区用于缓存已工艺处理完成的晶片。工艺状态可以包括：未进行工艺处理、已完成工艺处理以及工艺处理过程中三种状态。
步骤S2：基于晶片状态信息，获取机械手的所有调度路径。
步骤S3：计算各个调度路径的使用率，以使用率最高的路径作为当前调度路径。
步骤S4：按当前调度路径对机械手进行调度。
本发明实施例提供的机械手调度方法，获取半导体设备的晶片状态信息，晶片状态信息包括：晶片在各个工艺模块的分布状态以及工艺状态；基于晶片状态信息，获取机械手的所有调度路径；计算各个调度路径的使用率，以使用率最高的路径作为当前调度路径，按当前调度路径对机械手进行调度。本发明提供的机械手调度方法，为了满足不同工艺需求，基于各个腔室晶片状态信息获取机械手的所有调度路径，并始终以利用率最高的路径调度机械手，从而提高了机械手使用效率，进一步还可以提升半导体设备的产能。
具体地，第一调度过程应用于真空机械手和/或大气机械手的调度。当第一调度过程应用于真空机械手的调度时，可以提高真空机械手的使用效率；当第一调度过程应用于大气机械手的调度时，可以提高大气机械手的使用效率；当然，由于大气机械手与真空机械手的工作互不干涉的，因此，第一调度过程可以同时应用于大气机械手与真空机械手的调度。
具体地，上述步骤S4进一步还包括步骤S41至步骤S43以下步骤：
步骤S41：检测当前调度路径中机械手是否满足调度条件；若是，则执行步骤S42；若否，则执行步骤S43。
需要说明的是，调度条件是指机械手执行当前路径时是否满足调度要求，比如，当前路径中，晶片需要首先在工艺腔进行工艺处理，真空机械手无法操作，即此时真空机械手不满足调度要求，需要等待。而等待的时间即为当前真空机械手的空闲时间，具体地等待时间由晶片工艺处理的类型与时间决定。
步骤S42：对机械手进行调度。
步骤S43：控制机械手预移动至等待位置，并返回步骤S41。
进一步，使用率为：机械手的使用时间与总时间的比值；总时间为机械手的空闲时间与使用时间的总和；使用时间为机械手处于使用状态的时间。具体地，总时间等同于机械手上一步骤执行完的时间点开始计算到下一步骤执行完成的时间点之间的这段时间，而机械手处于使用状态的时间是指机械手在一个总时间中抓取、放置以及移动的时间总和。本实施例中，机械手的使用时间与总时间的比值用来评价机械手的使用效率，机械手的使用时间与总时间的比值越大代表机械手的使用效率越高。
本发明的另一个实施例中，使用率还可以为：1-机械手的空闲时间与总时间的比值；总时间为机械手的空闲时间与使用时间的总和；空闲时间为机械手处于非使用状态的的时间。具体地，机械手处于非使用状态的时间是指机械手在一个总时间中抓取、放置以及移动之外的时间。本实施例中，机械手的空闲时间与总时间的比值用来评价机械手的使用效率，机械手的空闲时间与总时间的比值越小代表机械手的使用效率越高。
本发明的另一个实施例中，机械手的状态可分为运动(取片，放片，传片)与空闲两种状态；相应的，在第一调度过程执行期间，可将机械手的时间划分为运动时间与空闲时间。在某一时刻，机械手的状态可以用下面的函数表示：
Figure BDA0001947018190000071
P(t)为机械手的状态函数，P(t)为0代表机械手处在空闲状态；P(t)为1代表机械手处在运动状态。在本发明中，机械手将硅片从源模块移动到目标模块为一步，当机械手为真空机械手时，即真空机械手将晶片从缓冲腔的脏缓冲区取出并放置到工艺腔中或将晶片从工艺腔中取出并放置到缓冲腔的经缓冲区中为一步。
进一步，从晶片k完成上一步传送时间节点算起，到晶片k完成下一步所用的时间为tk，采用机械手的运动时间与tk的比值来评价机械手使用效率，函数表达式如下：
Figure BDA0001947018190000072
Fk代表机械使用率，0＜Fk(t)≤1，Fk的值越大代表机械手的使用效率越高，反之则越低。
真空机械手从缓冲腔的脏缓冲区上取晶片，放置到工艺腔室中，当晶片在该工艺腔完成指定工艺后，真空机械手从工艺腔室中将硅片取出，放置到缓冲区的净缓冲区中。因此第一调度过程是根据硅片在脏缓冲区、净缓冲区、工艺腔室中的分布状态及工艺状态对真空机械手进行调度。为了将机械手最大化利用，在本实施例也就是计算使公式(2)获得最大值的传送路径。
实施例二
本发明实施例提供的机械手调度方法中第一调度过程应用于真空机械手的调度；该方法还包括第二调度过程，第二调度过程应用于大气机械手的调度。需要说明的，第一调度过程与第二调度过程为互不干涉的干涉过程，第一调度过程与第二调度过程可以并行进行，也可以按先后顺序进行。
如图3所示为本发明实施例中第二调度过程的一种流程图，包括以下步骤：
步骤S100：开始。
步骤S101：判断缓冲腔中的脏缓冲区是否空置；若是，执行步骤S102；若否，执行步骤S103；
步骤S102：控制大气机械手从片盒中取出晶片，并向脏缓冲区放片；
步骤S103：判断缓冲腔中的净缓冲区是否有加工完成的晶片；若是，执行步骤S104；若否，执行步骤S105。
步骤S104：控制大气机械手从净缓冲区中取出晶片，并向片盒中放片。
步骤S105：结束。
本发明实施例提供的机械手调度方法，第一调度过程应用于真空机械手的调度，还包括第二调度过程，第二调度过程应用于大气机械手的调度，由于缓冲腔的脏缓冲区为向工艺腔供片的区域，而第二调度过程以缓冲腔中脏缓冲区是否空置为优先判断原则，在脏缓冲区无晶片时优先控制大气机械手从片盒中取出晶片，并向脏缓冲区放片，从而最大限度的满足了工艺腔的晶片需求，保障了工艺腔的晶片供给。
进一步，本发明的另一个实施例中，为了保障工艺腔室硅片的及时供给，大气机械手采用缓冲腔中空置的脏缓冲区优先原则进行调度，即当有工艺腔室闲置且脏缓冲区上无硅片时，大气机械手优先执行从片盒中取片并放置到脏缓冲区的操作；在完成该操作后，才会执行其它操作。如图4所示为本发明实施例中第二调度过程的另一种流程图，开始第二调度过程后，包括以下步骤：
步骤T100，判断工艺腔是否有空置；若是，则执行步骤T101；若否，返回执行步骤T100。
具体地，通过判断工艺腔是否空置，可以确定真空机械手是处于工作状态，进一步，在工艺腔空置的基础上，检测缓冲腔中脏缓冲区的空置状态可以保障真空机械手对工艺腔中晶片操作的工作效率。
步骤T101：判断缓冲腔中的脏缓冲区是否空置；若是，执行步骤T102；若否，执行步骤T103；
步骤T102：控制大气机械手从片盒中取出晶片，并向脏缓冲区放片；
步骤T103：判断缓冲腔中的净缓冲区是否有加工完成的晶片；若是，执行步骤T104；若否，则结束第二调度过程。
步骤T104：控制大气机械手从净缓冲区中取出晶片，并向片盒中放片。
步骤T105：检测返回片盒的晶片是否为最后一片晶片；若是，结束第二调度过程。否则，返回步骤T100。
具体地，本实施例中，当检测到返回到片盒中的晶片是当前工艺流程中最后一片晶片，结束第二调度过程，可以确保第二调度过程有效的终止，进一步，提高了大气机械手的工作效率。
需要说明的是，在另一个实施例中，当如步骤100判断过程时，如果检测到返回片盒的晶片不是最后一片晶片则返回继续判断缓冲腔中的脏缓冲区是否空置。
本发明实施例提供的机械手调度方法，大气机械手负责从片盒的指定槽位取片，将未清洗的硅片放置到脏缓冲区中，将完成清洗工艺的硅片放回片盒的指定槽位。当脏缓冲区无硅片且存在着空置工艺腔室两个条件同时满足时，即便净缓冲区中已经存在清洗完毕的硅片时，大气机械手也会优先执行从片盒取片并放置到脏缓冲区的操作。这种方式最大限度的保障了工艺腔室硅片供给。进一步，控制大气机械手从净缓冲区取出晶片后，并向片盒中放片，通过检测返回片盒的晶片是否为最后一片晶片，可以有效结束第二调度过程。
实施例三
本发明实施例提供的机械手调度方法中第一调度过程应用于大气机械手的调度，提高了大气机械手的使用率；进一步，该方法还包括第三调度过程，该第三调度过程应用于真空机械手的调度。需要说明的，第一调度过程与第三调度过程为互不干涉的干涉过程，第一调度过程与第三调度过程可以并行进行，也可以按先后顺序进行。
如图5所示为本发明实施例中第三调度过程的一种流程图，包括以下步骤：
步骤S200：开始。
步骤S201：根据晶片在各个工艺腔的分布状态，判断是否有空置的工艺腔；若是，执行步骤S202；若否，执行步骤S204；
步骤S202：根据晶片在缓冲腔的分布状态，判断缓冲腔中的脏缓冲区是否有晶片；若是，执行步骤S203；若否，执行步骤S207。
步骤S203：控制真空机械手从脏缓冲区取晶片，并将晶片放置到空置的工艺腔；
步骤S204：根据晶片在各个工艺腔的加工状态，判断是否有加工完成的晶片；若是，执行步骤S205；若否，执行步骤S207。
步骤S205：根据晶片在缓冲腔的分布状态，判断缓冲腔中净缓冲区是否有晶片；若否，执行步骤S206；若是，执行步骤S207。
步骤S206：控制真空机械手将加工完成的晶片放置到净缓冲区。
本发明实施例提供的机械手调度方法，第一调度过程应用于大气机械手的调度，还包括第三调度过程，第三调度过程应用于真空机械手的调度，第三调度过程以工艺腔室是否空置为优先判断原则，挺高了工艺腔的使用率；进一步，大气机械手采用第一调度过程中进行调度，保障了大气机械手的高使用率。
进一步，为了保证第三调度过程可以有效终止，本发明的另一个实施例中，如图6所示为本发明实施例中第三调度过程的另一个流程图，开始第三调度过程后，包括以下步骤：
步骤T201：根据晶片在各个工艺腔的分布状态，判断是否有空置的工艺腔；若是，执行步骤T202；若否，执行步骤T204；
步骤T202：根据晶片在缓冲腔的分布状态，判断缓冲腔中的脏缓冲区是否有晶片；若是，执行步骤T203；
步骤T203：控制真空机械手从脏缓冲区取晶片，并将晶片放置到空置的工艺腔；
步骤T204：根据晶片在各个工艺腔的加工状态，判断是否有加工完成的晶片；若是，执行步骤T205；
步骤T205：根据晶片在缓冲腔的分布状态，判断缓冲腔中净缓冲区是否有晶片；若否，执行步骤T206；
步骤T206：控制真空机械手将加工完成的晶片放置到净缓冲区。
步骤T207：根据工艺腔的晶片状态信息，判断放置到净缓冲区的晶片是否为工艺腔中的最后一个晶片；若是，结束第三调度过程；若否，返回执行步骤T201。
本发明实施例提供的机械手调度方法，控制真空机械手将加工完成的晶片放置到净缓冲区后，根据工艺腔的晶片状态信息，检测到净缓冲区的晶片为工艺腔中的最后一个晶片，则结束第三调度过程，从而可以确保第三调度过程有效的终止，提高了真空机械手的工作效率。
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 (8)

1.一种机械手调度方法，其特征在于，包括第一调度过程，所述第一调度过程包括以下步骤：
S1：获取半导体设备的晶片状态信息，所述晶片状态信息包括：晶片在各个工艺模块的分布状态以及工艺状态，所述工艺状态包括未进行工艺处理、已完成工艺处理以及工艺处理过程中三种状态；
S2：基于所述晶片状态信息，获取机械手的所有调度路径；
S3：计算各个调度路径的使用率，以使用率最高的路径作为当前调度路径，所述使用率为：所述机械手的使用时间与总时间的比值，或所述使用率为：1-所述机械手的空闲时间与总时间的比值，所述总时间为所述机械手的空闲时间与所述使用时间的总和，所述使用时间为所述机械手处于使用状态的时间，所述空闲时间为所述机械手处于非使用状态的时间；
S4：按当前调度路径对所述机械手进行调度。
2.根据权利要求1所述的机械手调度方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括以下步骤：
S41：检测当前调度路径中所述机械手是否满足调度条件；若是，则执行步骤S42；若否，则执行步骤S43；
S42：对所述机械手进行调度；
S43：控制所述机械手预移动至等待位置，并返回所述步骤S41。
3.根据权利要求1或2所述的机械手调度方法，其特征在于，所述第一调度过程应用于真空机械手和/或大气机械手的调度。
4.根据权利要求1或2所述的机械手调度方法，其特征在于，所述第一调度过程应用于真空机械手的调度；
还包括第二调度过程，所述第二调度过程应用于大气机械手的调度；所述第二调度过程包括以下步骤：
S101：判断缓冲腔中的脏缓冲区是否空置；若是，执行步骤S102；若否，执行步骤S103；
S102：控制所述大气机械手从片盒中取出晶片，并向所述脏缓冲区放片；
S103：判断所述缓冲腔中的净缓冲区是否有加工完成的晶片；若是，执行步骤S104；
S104：控制所述大气机械手从所述净缓冲区中取出晶片，并向所述片盒中放片。
5.根据权利要求4所述的机械手调度方法，其特征在于，在所述步骤S104之后，所述第二调度过程还包括以下步骤：
S105：检测返回所述片盒的晶片是否为最后一片晶片；若是，结束所述第二调度过程，否则，返回所述步骤S101。
6.根据权利要求5所述的机械手调度方法，其特征在于，所述第二调度过程在执行所述步骤S101之前，还包括以下步骤：
S100，判断工艺腔是否有空置；若是，则执行所述步骤S101。
7.根据权利要求1所述的机械手调度方法，其特征在于，所述第一调度过程应用于大气机械手的调度；
还包括第三调度过程，所述第三调度过程应用于真空机械手；所述第三调度过程包括以下步骤：
S201：根据所述晶片在各个工艺腔的分布状态，判断是否有空置的工艺腔；若是，执行步骤S202；若否，执行步骤S204；
S202：根据所述晶片在缓冲腔的分布状态，判断所述缓冲腔中的脏缓冲区是否有晶片；若是，执行步骤S203；
S203：控制所述真空机械手从所述脏缓冲区取所述晶片，并将所述晶片放置到所述空置的工艺腔；
S204：根据所述晶片在各个工艺腔的加工状态，判断是否有加工完成的晶片；若是，执行步骤S205；
S205：根据所述晶片在缓冲腔的分布状态，判断所述缓冲腔中净缓冲区是否有晶片；若否，执行步骤S206；
S206：控制所述真空机械手将所述加工完成的晶片放置到所述净缓冲区。
8.根据权利要求7所述的机械手调度方法，其特征在于，在所述步骤S206之后，所述第三调度过程还包括以下步骤：
S207：根据所述工艺腔的晶片状态信息，判断放置到所述净缓冲区的晶片是否为所述工艺腔中的最后一个晶片；若是，结束所述第三调度过程；若否，返回执行步骤S201。
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