CN114923416B - 机械手测试方法及测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械手测试方法及测试装置，其中，测试方法包括检测机械手在释放晶圆时的抖动情况，所述抖动情况包括XY向抖动情况、Z向抖动情况；测试装置包括承接台面，承接台面上分别设有支撑机构、视觉检测机构、抖动检测机构；支撑机构固接在所述承接台面上，用以承接经机械手释放的晶圆；视觉检测机构架设在所述支撑机构的上方，用以检测经机械手释放到所述支撑机构上的晶圆的位置信息；抖动检测机构设置在所述支撑机构上，用以根据测试方法检测晶圆在释放过程中的抖动信息。本发明的测试方法及装置能对机械手的抖动情况进行有效检测。

Description

机械手测试方法及测试装置
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种机械手测试方法及测试装置。
背景技术
半导体设备中使用的机械手需要高速、长时间的进行重复的晶圆传输动作，为了保证晶圆在工艺腔中的位置精度，需要机械手具有稳定的传输精度。因此，需要对晶圆传输设备中选用的机械手进行稳定性测试。现有的测试装置多是采用视觉定位系统对机械手释放的晶圆位置进行捕捉，以此来判断机械手的传输精度，但这种检测方式过于单一，在机械手释放晶圆时，机械手的抖动也会影响晶圆的位置精度，因此，检测时有必要对机械手传输过程中的抖动进行针对性测试。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种机械手测试方法及测试装置，能对机械手的抖动情况进行有效检测。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之一是：一种机械手测试方法，包括检测机械手在释放晶圆时的抖动情况，抖动情况包括XY向抖动情况、Z向抖动情况；其中，Z向抖动情况的检测包括：
S1、在机械手释放晶圆的一个周期内，实时采集多个压力传感器的值，并获取晶圆接触到支撑机构瞬间的有效压力值，其中，多个压力传感器均安装在支撑机构上；
S2、在机械手重复释放晶圆的多个周期内，将每个周期的有效压力值按升序排列后，获得有效压力值序列；对有效压力值序列中的所有有效压力值进行分组判断，并分别获得稳定压力值序列、抖动压力值序列；
分组判断包括：预先设定压力差阈值△0；对有效压力值序列中的所有有效压力值按从小到大的顺序，依次计算相邻两个有效压力值之间的压力差值，并将计算的压力差值与设定的压力差阈值△0依次进行比较；直至计算出的压力差值大于压力差阈值△0，即可将该压力差值作为临近差值△c；分别获取作为临近差值△c被减数、减数的两个有效压力值，并将作为减数的有效压力值及在有效压力值序列中位于该减数的有效压力值前面的所有有效压力值归入稳定压力值序列；将作为被减数的有效压力值及在有效压力值序列中位于该被减数的有效压力值后面的所有有效压力值归入抖动压力值序列。
S3、将稳定压力值序列中的所有有效压力值进行均值计算，即可获得稳定压力均值；将抖动压力值序列中的所有有效压力值与稳定压力均值进行标准差计算，即可获得机械手在Z轴的抖动幅度。
本发明的测试方法的有益效果在于：
当机械手释放晶圆的瞬间，机械手可能是处于向上抖动的状态、可能是处于向下抖动的状态，也可能处于非抖动的状态，在一个周期的不同时刻释放晶圆，都会导致晶圆对支撑机构的冲击力不同，而在抖动状态下，无论机械手处于向上抖动或向下抖动，晶圆对支撑机构的瞬时压力均应大于在非抖动状态下晶圆对支撑机构的瞬时压力。
因此，在检测Z向抖动情况时，首先通过步骤S1检测出一个周期内晶圆接触到支撑机构瞬间的有效压力值；然后通过步骤S2对多个周期的有效压力值进行检测（其中，多个周期内的一些周期是在非抖动状态下释放晶圆的，其余周期是在向上抖动或向下抖动的状态下释放晶圆的），并根据分组判断获得在非抖动状态下的稳定压力值序列和在抖动状态下的抖动压力值序列；然后通过步骤S3获得稳定压力均值以作为非抖动状态下的压力值基准，并通过抖动压力值序列中的有效压力值与稳定压力均值进行标准差计算即可获得机械手在抖动状态下的Z轴抖动幅度。
在步骤S2中，当机械手在非抖动状态下释放晶圆时，晶圆对支撑机构的瞬时压力也会有一些波动，因此，在分组判断时，通过压力差阈值△0的设定，能够允许一定的瞬时压力波动误差。且当有效压力值序列中的所有有效压力值按升序排列时，可以认为非抖动状态下检测到的有效压力值排在前面，抖动状态下检测到的有效压力值排在后面，因此，将相邻两个有效压力值的压力差值与压力差阈值△0依次进行比较，即可找出在有效压力值序列中邻近的非抖动状态下的有效压力值（减数）和抖动状态下的有效压力值（被减数）。
进一步来说，步骤S1包括：在机械手释放晶圆的一个周期内，实时采集多个压力传感器的值，并分别获得多个实时压力值序列；分别获取多个实时压力值序列中的压力最大值；对多个压力最大值进行均值计算，并将计算出的均值作为有效压力值。
在晶圆落在支撑机构的过程中，根据动量定理可知，晶圆在接触到支撑机构的瞬间，支撑机构处的压力传感器采集到的压力值是最大的，随后压力值会趋近平稳。因此，通过在一个周期内，对压力传感器的值进行实时采集，实时压力值序列中的压力最大值即可认为是晶圆接触到支撑机构瞬间的压力值；而通过对放置在不同位置的多个压力传感器的压力最大值进行均值计算能有效降低采样误差的影响。
进一步来说，步骤S1中，多个压力传感器不位于同一直线上，且压力传感器的数量不少于三个。
本发明采用的技术方案之二是：一种机械手测试装置，包括设置在机械手工作区域内的承接台面，承接台面上分别设有支撑机构、视觉检测机构、抖动检测机构；支撑机构固接在承接台面上，用以承接经机械手释放的晶圆；视觉检测机构架设在支撑机构的上方，用以检测经机械手释放到支撑机构上的晶圆的位置信息；抖动检测机构设置在支撑机构上，用以检测晶圆在释放过程中的抖动信息。
使用时，机械手将晶圆传输至指定的位置后释放晶圆，机械手随即退出，晶圆自由下落并落到支撑机构上，视觉检测机构拍下晶圆在支撑机构上的位置，同时，在晶圆自由下落至支撑机构的过程中，抖动检测机构同步对晶圆的抖动信息进行检测；然后机械手取走放置在支撑机构上的晶圆并将晶圆传输至指定的位置，然后再释放晶圆，依次循环，视觉检测机构获取每次晶圆落下的实际位置，转化为一系列的数据，并通过数据分析得出每次晶圆的偏差值，最后通过软件算法得到机械手的传输精度信息；于此同时，抖动检测机构得到晶圆由抖动产生的压力信号变化，变化的信号转化为一系列压力数据，通过数据分析和软件算法来判断机械手的抖动情况。
本发明的测试装置的有益效果在于：在机械手释放晶圆的过程中，通过视觉检测机构及抖动检测机构的设置，既能对机械手的传输精度进行检测，也能对机械手的抖动情况进行检测，实现对机械手传输性能的多维检测。
进一步来说，抖动检测机构包括XY向检测组件，XY向检测组件包括至少三个非共线设置的XY向检测部，每个XY向检测部均包括对射传感器，且对射传感器的发射端、接收端沿竖直方向布设；所有对射传感器呈圆周阵列分布，且所有对射传感器共同形成的虚拟圆的圆心与处于基准位置的晶圆圆心位于同一竖直直线上；虚拟圆的直径不小于晶圆的直径。
在机械手释放晶圆前，晶圆始终在机械手的夹持下，并能随机械手产生X、Y向的抖动，当机械手夹取的的晶圆圆心与处于基准位置的晶圆圆心位于同一竖直直线上时，因虚拟圆的直径不小于晶圆的直径，当机械手未发生XY向抖动或在允许的抖动误差范围内时，机械手夹取的晶圆不会遮挡到任一对对射传感器；若机械手XY向抖动超出抖动允许的误差范围时，晶圆则会遮挡到对射传感器，此时，即可判断出机械手在XY向的抖动情况。
而将对射传感器的发射端、接收端沿竖直方向布设保证了发射端与接收端的XY向位置一致，进而能避免因对射传感器的发射端、接收端之间的XY向偏移导致的其对晶圆XY向偏移量检测不准确的问题。
进一步来说，XY向检测部还包括用以调节对射传感器位置的调节组件，调节组件包括在驱动部作用下能沿水平方向伸缩的剪叉部，剪叉部的一端与固接在支撑机构上的驱动部连接，另一端设有用以安装对射传感器的安装架。
在不同的工况下，对机械手的抖动忍受程度不同，在检测时可根据不同的工况对机械手在XY向的抖动幅度设定不同的误差允许范围。因此，通过调节组件能对对射传感器的XY向位置进行调节，进而能使虚拟圆的直径发生变化，以适用于不同抖动幅度误差允许范围的机械手检测。
进一步来说，驱动部包括驱动电机、传动轴、升降滑块、驱动立板，驱动电机用以驱动传动轴转动，升降滑块的一端螺纹套装在传动轴上，另一端能沿驱动立板上下滑动。
进一步来说，安装架包括沿竖直方向布设的安装立板，安装立板的两端分别折弯设置有与之形成“U”型结构的上安装板、下安装板，上安装板、下安装板上分别安装有对射传感器的发射端、接收端。
进一步来说，剪叉部包括对称设置在驱动立板两侧的连杆结构，两个连杆结构之间分别通过平行设置的一号销轴、中心销轴、二号销轴连接；一号销轴穿设在升降滑块上并能随升降滑块同步移动，且一号销轴的两端分别与两个连杆结构枢接；中心销轴位于驱动立板与安装立板之间，其两端分别与两个连杆结构枢接；二号销轴滑动设置在安装立板上，其两端分别与两个连杆结构枢接。
进一步来说，连杆结构包括呈交叉设置的一号剪叉臂、二号剪叉臂，且一号剪叉臂、二号剪叉臂的中部共同枢接在中心销轴上；一号剪叉臂的一端与一号销轴枢接，另一端与二号销轴枢接；二号剪叉臂的一端与驱动立板枢接，另一端与安装立板枢接。
假设初始状态时，升降滑块位于移动的最高点，二号销轴位于移动的最低点，此时，连杆结构处于收紧的状态，当驱动电机带动传动轴转动时，升降滑块及一号销轴同步下移，因一号剪叉臂的一端与一号销轴的枢接，二号剪叉臂的一端枢接在驱动立板上，而一号剪叉臂、二号剪叉臂的中部又共同枢接在中心销轴上，因此，当一号剪叉臂的一端随一号销轴下移时，一号剪叉臂及二号剪叉臂随之向安装立板方向舒张，并带动中心销轴向安装立板方向移动；此时，由于一号剪叉臂的另一端与二号销轴枢接，二号剪叉臂的另一端与安装立板枢接，在一号剪叉臂、二号剪叉臂舒张时，能带动安装立板向远离驱动立板的方向移动，进而实现上安装板、下安装板的移动，对射传感器的位置随之移动。因一号剪叉臂与二号剪叉臂的两端分别限位在驱动立板、安装立板上，且驱动立板是沿竖直方向固定的，因而在连杆结构舒张的过程中，安装立板也能始终保持竖直方向，进而保证对射传感器的发射端、接收端始终处于同一竖直平面上，以保证检测精度。
进一步来说，抖动检测机构还包括Z向检测组件，Z向检测组件包括布设在支撑机构上的至少三个非共线设置的压力传感器，当支撑机构承接住晶圆时，压力传感器能检测出晶圆对支撑机构的压力。
进一步来说，支撑机构包括固接在承接台面上的支撑底座，支撑底座上设有用以承接住晶圆的支撑部；支撑部包括至少三个非共线设置的支撑托板，支撑托板沿水平方向布设，且其一端均固接在支撑底座上，另一端能共同承接住晶圆。
进一步来说，还包括用以调节承接台面高度的升降机构，升降机构包括配合使用的内框架、外框架，外框架上固接有L型角钢，内框架上布设有多个上下分布的螺孔，任一螺孔能通过螺钉与L型角钢固定连接。通过升降机构来调节承接台面的高度，能使承接台面的高度能适配于不同型号及高度的机械手，提升测试装置的适用范围。
进一步来说，还包括用以调节承接台面高度的升降机构，升降机构包括配合使用的内框架、外框架，外框架上安装有联动升降机；联动升降机包括多台丝杆升降机及驱动多台丝杆升降机同步升降的联动机构；每个丝杆升降机的丝杆上均安装有用以连接内框架的外联法兰。通过联动升降机驱动内框架升降能减轻劳动强度，提高工作效率。通过多台丝杆升降机及联动机构的配合能提高内框架升降的稳定性。
进一步来说，联动升降机包括三台呈三角形布设的丝杆升降机，联动机构包括一个联动伞齿换向器及一一对应安装在三台丝杆升降机上的主伞齿换向器；联动伞齿换向器和主伞齿换向器均固接在外框架上。
进一步来说，还包括用以调节承接台面高度的升降机构，升降机构包括外框架及安装在外框架上的联动升降机；联动升降机包括多台丝杆升降机及驱动多台丝杆升降机同步升降的联动机构；每个丝杆升降机的丝杆上均安装有用以连接承接台面上的外联法兰。
附图说明
图1为本发明实施例一至四中的测试装置的正视图；
图2为本发明实施例一至四中的承接台面的俯视图；
图3为图2中A部位的局部放大图；
图4为本发明实施例一至四中的XY向检测部的正视图；
图5为本发明实施例一至四中的XY向检测部的立体视图；
图6为本发明实施例一至四中的视觉检测机构的正视图；
图7为本发明实施例一至四中的视觉检测机构的俯视图；
图8为本发明实施例二中的承接台面安装到升降机构上的正视图；
图9为本发明实施例二中的升降机构的立体视图；
图10为本发明实施例三中的承接台面安装到升降机构上的正视图；
图11为本发明实施例三中的联动升降机的立体视图；
图12为本发明实施例四中的承接台面安装到升降机构上的正视图；
图13为本发明实施例四中的联动升降机的俯视图。
图中：
1-承接台面；
2-支撑机构；21-支撑底座；22-支撑托板；
3-视觉检测机构；31-机架；32-CCD相机；33-L型连接板；34-相机立板；
4-抖动检测机构；41-对射传感器；42-驱动部；421-驱动电机；422-传动轴；423-升降滑块；424-驱动立板；4241-一号滑槽；43-剪叉部；431-一号销轴；432-中心销轴；433-二号销轴；434-一号剪叉臂；435-二号剪叉臂；44-安装架；441-安装立板；4411-二号滑槽；442-上安装板；443-下安装板；45-压力传感器；
5-升降机构；51-内框架；52-外框架；521-脚杯；522-万向脚轮；53-L型角钢；
61-丝杆升降机；62-外联法兰；63-联动伞齿换向器；64-主伞齿换向器；65-手轮；66-一号螺杆；67-二号螺杆；68-三号螺杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
参见附图1所示，本发明的一种机械手测试装置，包括设置在机械手工作区域内的承接台面1，承接台面1上分别设有支撑机构2、视觉检测机构3、抖动检测机构4。支撑机构2固接在承接台面1上，用以承接经机械手释放的晶圆；视觉检测机构3架设在支撑机构2的上方，用以检测经机械手释放到支撑机构2上的晶圆的位置信息；抖动检测机构4设置在支撑机构2上，用以检测晶圆在释放过程中的抖动信息。
具体的，参见附图2所示，支撑机构2包括固接在承接台面1上的支撑底座21，支撑底座21上设有用以承接住晶圆的支撑部。在一示例中，支撑部包括至少三个非共线设置的支撑托板22，支撑托板22沿水平方向布设，且其一端均固接在支撑底座21上，另一端能共同承接住晶圆。如图2示出了三个支撑托板22的结构，通过非共线设置的支撑托板22能提高承接的稳定性。
抖动检测机构4包括XY向检测组件、Z向检测组件。其中，参见附图2-5所示，XY向检测组件包括至少三个非共线设置的XY向检测部，每个XY向检测部均包括对射传感器41，且对射传感器41的发射端、接收端沿竖直方向布设并分别位于支撑部的上方、下方。将对射传感器41的发射端、接收端沿竖直方向布设保证了发射端与接收端的XY向位置一致，进而能避免因对射传感器41的发射端、接收端之间的XY向偏移导致的其对晶圆XY向偏移量检测不准确的问题。
所有对射传感器41呈圆周阵列分布，且所有对射传感器41共同形成的虚拟圆的圆心与处于基准位置的晶圆圆心位于同一竖直直线上，且虚拟圆的直径不小于晶圆的直径。需要注意的是，默认处于基准位置的晶圆的XY向偏移量为0（该基准位置为预先设定好的机械手释放晶圆的位置），且至少两个对射传感器41与虚拟圆的圆心所形成的圆心角为钝角，以避免所有的对射传感器41均位于1/4个虚拟圆内导致的检测范围受限的问题。
在机械手释放晶圆前，晶圆始终在机械手的夹持下，并能随机械手产生X、Y向的抖动，当机械手夹取的的晶圆圆心与处于基准位置的晶圆圆心位于同一竖直直线上时，因虚拟圆的直径不小于晶圆的直径，当机械手未发生XY向抖动或在允许的抖动误差范围内时，机械手夹取的晶圆不会遮挡到任一对对射传感器41；若机械手XY向抖动超出抖动允许的误差范围时，晶圆则会遮挡到对射传感器41，此时，即可判断出机械手在XY向的抖动情况。
在实际检测时，XY向抖动允许的误差范围可通过调节对射传感器41的水平位移来实现。具体的，可以预先设定虚拟圆直径与晶圆直径的直径差阈值，操作时，以晶圆的直径和直径差阈值的和来作为虚拟圆的直径，然后根据虚拟圆的直径及圆心要求来调整对射传感器41的位置即可。
为了便于调整对射传感器41的XY向位置，在一示例中，XY向检测部还包括用以调节对射传感器41位置的调节组件，参见附图4-5所示，调节组件包括在驱动部42作用下能沿水平方向伸缩的剪叉部43，剪叉部43的一端与固接在支撑底座21上的驱动部42连接，另一端设有用以安装对射传感器41的安装架44。
具体的，驱动部包括驱动电机421、传动轴422、升降滑块423、驱动立板424，驱动电机421沿竖直方向固接在支撑底座21上，其输出轴通过联轴器与传动轴422连接，且传动轴422的侧壁上布设有外螺纹结构。驱动立板424沿竖直方向固接在驱动电机421上，其上开设有供升降滑块423滑动的一号滑槽4241。升降滑块423的一端设有能螺纹套装在传动轴422上的螺孔，另一端限位在一号滑槽4241内。启动驱动电机421，驱动电机421的输出轴转动，并带动传动轴422同步转动，此时，因升降滑块423的一端与传动轴422螺纹连接，另一端限位在一号滑槽4241内，升降滑块423只能进行上下移动。进一步地，为了提高传动轴422的运动稳定性，传动轴422靠近驱动电机421的一侧还套装有限位套，该限位套与驱动立板424固接。通过限位套的设置使得传动轴422仅能在限位套内转动，进而限定了传动轴422的转动范围。
安装架44包括沿竖直方向布设的安装立板441，安装立板441的两端分别折弯设置有与之形成“U”型结构的上安装板442、下安装板443，上安装板442、下安装板443上分别安装有对射传感器41的发射端、接收端。当晶圆进入到对射传感器41的发射端与接收端之间时，对射传感器41能检测到晶圆。在安装立板441上还开设有沿竖直方向布设的二号滑槽4411。
剪叉部43包括对称设置在驱动立板424两侧的连杆结构，两个连杆结构之间分别通过平行设置的一号销轴431、中心销轴432、二号销轴433连接。其中，一号销轴431穿设在升降滑块423上并能随升降滑块423同步移动，且一号销轴431的两端分别与两个连杆结构枢接。中心销轴432位于驱动立板424与安装立板441之间，其两端分别与两个连杆结构枢接。二号销轴433滑动设置在二号滑槽4411内，其两端分别与两个连杆结构枢接。当升降滑块423及一号销轴431处于移动的最高点时，二号销轴433处于移动的最低点，此时，连杆结构处于收紧状态。当升降滑块423及一号销轴431向下移动时，连杆结构开始舒张，并带动二号销轴433沿二号滑槽4411上移，此时，因连杆结构的舒张，能带动安装立板441向远离驱动立板424的方向移动。
具体的，每个连杆结构均包括呈交叉设置的一号剪叉臂434、二号剪叉臂435，且一号剪叉臂434、二号剪叉臂435的中部共同枢接在中心销轴432上，一号剪叉臂434的一端与一号销轴431枢接，另一端与二号销轴433枢接。二号剪叉臂435的一端与驱动立板424枢接，另一端与安装立板441枢接。
假设初始状态时，升降滑块423位于一号滑槽4241的最高点，二号销轴433位于二号滑槽4411的最低点，此时，连杆结构处于收紧的状态，当驱动电机421带动传动轴422转动时，升降滑块423及一号销轴431同步在一号滑槽4241内下移，因一号剪叉臂434的一端与一号销轴431的枢接，二号剪叉臂435的一端枢接在驱动立板424上，而一号剪叉臂434、二号剪叉臂435的中部又共同枢接在中心销轴432上，因此，当一号剪叉臂434的一端随一号销轴431下移时，一号剪叉臂434及二号剪叉臂435随之向安装立板441方向舒张，并带动中心销轴432向安装立板441方向移动；此时，由于一号剪叉臂434的另一端与位于二号滑槽4411内的二号销轴433枢接，二号剪叉臂435的另一端与安装立板441枢接，在一号剪叉臂434、二号剪叉臂435舒张时，能带动安装立板441向远离驱动立板424的方向移动，进而实现上安装板442、下安装板443的移动，对射传感器41的位置随之移动。因一号剪叉臂434与二号剪叉臂435的两端分别限位在驱动立板424、安装立板441上，且驱动立板424是沿竖直方向固定的，因而在连杆结构舒张的过程中，安装立板441也能始终保持竖直方向，进而保证对射传感器41的发射端、接收端始终处于同一竖直平面上，以保证检测精度。
在一示例中，参见附图2所示，Z向检测组件包括布设在支撑机构2上的至少三个非共线设置的压力传感器45，当支撑机构2承接住晶圆时，压力传感器45能检测出晶圆对支撑机构2的压力。在一示例中，可将压力传感器45与支撑托板22一一对应设置，并将压力传感器45安装在对应的支撑托板22远离支撑底座21的一端。
当机械手在抖动状态下释放晶圆时，在释放晶圆的瞬间，机械手可能是处于向上抖动的状态，也可能是处于向下抖动的状态，在一个抖动周期的不同时刻释放晶圆，都会导致晶圆对支撑机构2的冲击力不同，因此，通过多个压力传感器45检测晶圆对支撑机构2不同位置的冲击力，能有效检测出机械手在Z轴的抖动幅度。
在一示例中，机械手在Z轴的抖动幅度判断方法如下：
S1、在机械手释放晶圆的一个周期内，实时采集多个压力传感器的值，并获取晶圆接触到支撑机构瞬间的有效压力值；
具体的，根据动量定理可知，晶圆在接触到支撑机构的瞬间，支撑机构处的压力传感器采集到的压力值是最大的，随后压力值会趋近平稳。因此，步骤S1包括：在机械手释放晶圆的一个周期内（一个周期指自机械手进入到支撑机构至机械手释放完晶圆后退出支撑机构），利用单片机实时采集多个压力传感器的值，并分别获得多个实时压力值序列；分别获取多个实时压力值序列中的压力最大值，并对多个压力最大值进行均值计算，并将均值作为晶圆接触到支撑机构瞬间的有效压力值。
S2、在机械手释放晶圆的多个周期内，将每个周期的有效压力值按升序排列后，获得有效压力值序列；对有效压力值序列中的所有有效压力值进行分组判断，并分别获得稳定压力值序列、抖动压力值序列；
其中，分组判断包括：预先设定压力差阈值△0；对有效压力值序列中的所有有效压力值按从小到大的顺序，依次计算相邻两个有效压力值之间的压力差值，并将计算的压力差值与设定的压力差阈值△0依次进行比较，直至计算出的压力差值大于压力差阈值△0，即可将该压力差值作为临近差值△c；分别获取作为临近差值△c被减数、减数的两个有效压力值，并将作为减数的有效压力值及在有效压力值序列中位于该减数的有效压力值前面的所有有效压力值（即小于等于该减数的所有有效压力值）归入稳定压力值序列；将作为被减数的有效压力值及在有效压力值序列中位于该被减数的有效压力值后面的所有有效压力值（即大于等于该被减数的所有有效压力值）归入抖动压力值序列。
在步骤S2机械手释放晶圆的多个周期内，可以认为在一些周期中，机械手是在非抖动状态下释放晶圆的；在其余周期中，机械手是在抖动状态下释放晶圆的，而在抖动状态下，无论机械手处于向上的抖动还是向下的抖动，晶圆对支撑机构的瞬时压力均应大于机械手在非抖动状态下释放晶圆时的晶圆对支撑机构的瞬时压力。因此，需要通过分组判断能将非抖动状态下、抖动状态下检测出的有效压力值进行区分。
当机械手在非抖动状态下释放晶圆时，晶圆对支撑机构的瞬时压力也会有一些波动，因此，在分组判断时，通过压力差阈值△0的设定，能够允许一定的瞬时压力波动误差。且当有效压力值序列中的所有有效压力值按升序排列时，可以认为非抖动状态下检测到的有效压力值排在前面，抖动状态下检测到的有效压力值排在后面，因此，将相邻两个有效压力值的压力差值与压力差阈值△0进行比较，即可找出在有效压力值序列中邻近的非抖动状态下的有效压力值和抖动状态下的有效压力值。
S3、将稳定压力值序列中的所有有效压力值进行均值计算，即可获得稳定压力均值；将抖动压力值序列中的所有有效压力值与稳定压力均值进行标准差计算，即可获得机械手在Z轴的抖动幅度。
在步骤S3中，通过对稳定压力值序列中的有效压力值进行均值计算，以获得非抖动状态下的稳定压力均值，作为抖动的判断基准，而通过均值计算能有效降低因瞬时压力波动导致的采样误差。而抖动压力值序列的有效压力值均是在抖动状态下采集的压力值，因此，通过标准差计算即可反映出机械手在Z轴的抖动幅度。
示例性地，以安装三个压力传感器为例，机械手在Z轴的抖动幅度判断过程如下：
S1、在一个周期内，利用单片机实时采集三个压力传感器的值，并分别获得三个实时压力值序列,分别记为（F11,F12,...,F1n）、（F21,F22,...,F2n）、（F31,F32,...,F3n），其中，n为一个周期内的采集次数；
分别获取三个实时压力值序列中的压力最大值F1max、F2max、F3max；
Figure 581670DEST_PATH_IMAGE001
并对三个压力最大值进行均值计算，并将均值作为有效压力值F；
Figure 602978DEST_PATH_IMAGE002
S2、在m个周期内的有效压力值按升序排列后，获得有效压力值序列为：（F1,F2,...,Fk,Fk+1,...,Fm-k-1,Fm-k,...Fm-1,Fm）；对有效压力值序列中的所有有效压力值进行分组判断：
假设k为m个周期内非抖动状态下检测到的有效压力值数量，在进行分组判断时，首先计算F2与F1的差值，并判断出F2-F1≤△0；再计算F3与F2的差值，并判断出F3-F2≤△0；以此类推，依次进行...直至计算Fk+1与Fk的差值时，判断出Fk+1-Fk＞△0，即可分别获得稳定压力值序列（F1,F2,...,Fk）、抖动压力值序列（Fk+1,...,Fm-k-1,Fm-k,...Fm-1,Fm）；
S3、对稳定压力值序列中的所有有效压力值进行均值计算，即可获得稳定压力均值；将抖动压力值序列中的所有有效压力值与稳定压力均值进行标准差计算，即可获得机械手在Z轴的抖动幅度。其中，稳定压力均值的计算公式为：
Figure 355033DEST_PATH_IMAGE003
Z轴抖动幅度的计算公式为：
Figure 364447DEST_PATH_IMAGE004
其中，s就反映了机械手在Z轴方向上的抖动情况，由于无论机械手在释放晶圆时是向上抖动或是向下抖动，晶圆在接触支撑托板的瞬间，压力传感器采集到的压力都应当大于机械手平稳释放晶圆时采集到的压力，因此，在m次释放过程中，预设k次为平稳释放（非抖动状态下）时采集到的压力，m-k次为抖动状态下释放晶圆采集到的压力，为了减少误差，将平稳释放时采集到的k次压力求均值后作为稳定压力均值，最终标准差s就能反映出机械手的抖动幅度。
在本实施例中，参见附图6-7所示，视觉检测机构3包括固接在承接台面1上的机架31，机架31上通过微调组件安装有多个位于支撑机构2上方的CCD相机32。其中，微调组件包括L型连接板33，L型连接板33上开设有沿CCD相机32调节方向上布设的腰型孔，腰型孔内穿设有能与机架31螺纹连接的调节螺钉。L型连接板33的一侧还固接有用以安装CCD相机32的相机立板34。通过微调组件的设置能对CCD相机32的水平位置进行微调，进而保证CCD相机32拍摄位置的精度。需要注意的是，通过CCD相机32对产品进行视觉检测为现有技术，本实施例不再赘述其具体结构及工作原理。
本实施例的测试装置的工作原理及过程如下：
机械手将晶圆传输至指定的位置后释放晶圆，机械手随即退出，晶圆自由下落并落到支撑部上，视觉检测机构3拍下晶圆在支撑部上的位置，同时，在晶圆自由下落至支撑部的过程中，抖动检测机构4同步对晶圆的抖动信息进行检测；然后机械手取走放置在支撑部上的晶圆并将晶圆传输至指定的位置，然后再释放晶圆，依次循环，视觉检测机构3获取每次晶圆落下的实际位置，转化为一系列的数据，并通过数据分析得出每次晶圆的偏差值，最后通过软件算法得到机械手的传输精度信息；于此同时，抖动检测机构4得到晶圆由抖动产生的压力信号变化，变化的信号转化为一系列压力数据，通过数据分析和软件算法来判断机械手的抖动情况。
抖动检测机构4单次的检测过程及原理如下：夹持有晶圆的机械手平向伸入到机架31内，并向下运动至指定的位置后，释放晶圆，晶圆自由下落，落在支撑部上，压力传感器45探测到晶圆对支撑部的冲击力；机械手在释放晶圆的同时，继续下移，当移动至远离支撑部时，机械手后退并离开测试装置；在机械手一边抖动、一边释放晶圆时，有可能是处于向上抖动的状态，也可能是处于向下抖动的状态，在一个抖动周期的不同时刻释放晶圆时，都将导致晶圆对安装在支撑部上的压力传感器的冲击力不同，因此，通过Z向检测组件探测晶圆对支撑部的冲击力，即可检测出机械手在Z轴的抖动幅度是否在允许的误差范围内；而在机械手进入到机架31内的指定位置到释放晶圆前，晶圆始终在机械手的夹持下，并能随机械手产生X、Y向的抖动，此时，通过XY检测组件即可探测出晶圆对三对对射传感器的遮挡程度变化，从而便可判断出机械手在X、Y方向上的抖动幅度，从而得出机械手完整的抖动测试结果。
实施例二
在晶圆传输设备中，会使用到不同高度的机械手，因此，为了提高机械手测试装置的适用范围，可采用升降机构5来调节承接台面1的高度，以使承接台面1的高度能适配于不同型号及高度的机械手。
具体的，参见附图8-9所示，升降机构5包括配合使用的内框架51、外框架52，外框架52通过脚杯521放置在地面上。为了便于移动，外框架52的底部还安装有万向脚轮522。内框架51内设在外框架52内，且能通过L型角钢53与外框架52固定。装配时，将承接台面1安装在内框架51的上端即可。为了实现承载台面1的升降，在内框架51的侧壁上布设有多个上下分布的螺孔，任一螺孔均能通过螺钉与L型角钢53连接。当需要调节内框架51的高度时，首先将L型角钢53与内框架51连接的螺钉拆除（L型角钢53与外框架52的连接保持不动），此时，内框架51与外框架52处于解锁状态，然后移动内框架51至指定的高度后，再通过螺钉将L型角钢53与内框架51上相应的螺孔固定即可。
装配时，首先将外框架52通过其底部的脚杯521固定在地面上，然后将内框架51搬运至外框架52内，通过人工将内框架51抬至需要的高度，再通过L型角钢53和螺钉将内框架51固定在外框架52上；接着将承载台面1安装到内框架51的上端，并调整承接台面1的水平度；然后，再将支撑机构2、视觉检测机构3、抖动检测机构4依次安装在承载台面1上；最后通过电子水平仪调节各机构的水平度，以使其满足检测要求。
实施例三
在使用实施例二中的升降机构5在调节内框架51的高度时，需要手动拆装L型角钢53，不仅费时费力，而且拆装过程中，因内框架51与外框架52处于解锁状态，调节内框架51高度时需要靠人力支撑住内框架51，劳动强度极大。本实施例在实施例二的基础上，可采用联动升降机来驱动内框架51的升降。
具体的，参见附图10-11所示，联动升降机包括多台丝杆升降机61及驱动多台丝杆升降机同步升降的联动机构，每个丝杆升降机61的丝杆上均安装有用以连接内框架51的外联法兰62。
在一示例中，联动升降机采用三台呈三角形布设的丝杆升降机61，其对应的联动机构包括一个联动伞齿换向器63及一一对应安装在三台丝杆升降机61上的主伞齿换向器64，联动伞齿换向器63及主伞齿换向器64均固接在外框架52上。
主伞齿换向器64能带动对应的丝杆升降机61的丝杆上下移动，且一个主伞齿换向器64的两个输出端上分别连接有手轮65、一号螺杆66，当手轮65转动时，一号螺杆66能同步转动。其余两个主伞齿换向器64的一个输出端上均连接有二号螺杆67，且两个二号螺杆67分别通过联轴器与联动伞齿换向器63的两个输出端连接。联动伞齿换向器63的一个输入端通过联轴器与一号螺杆66连接。
使用时，转动手轮65，与手轮65连接的主伞齿换向器64工作，并使得与之对应的丝杆升降机61的丝杆开始升降，此时，一号螺杆66同步转动，并带动联动伞齿换向器63工作，进而带动两个二号螺杆67同步转动，与二号螺杆67连接的两个主伞齿换向器64同步工作，进而带动对应的两个丝杆升降机61的丝杆开始升降。此时，内框架51在三台丝杆升降机61的共同作用下进行升降移动。通过联动升降机的设置能提高内框架移动的稳定性。
主伞齿换向器64与联动伞齿换向器63的工作原理基本相同，其均包括中心伞齿轮及能与中心伞齿轮啮合传动的一号伞齿轮、二号伞齿轮，且一号伞齿轮、二号伞齿轮平行设置。当一号伞齿轮转动时，中心伞齿轮随之转动，并带动二号伞齿轮同步转动。在主伞齿换向器的中心伞齿的轴心处开设能套装在对应的丝杆上的螺孔，当中心伞齿转动时，丝杆能进行升降移动。
需要注意的是，丝杆升降机及伞齿换向器均为现有技术，本实施例不再赘述其具体结构及工作原理。
实施例四
本实施例与实施例三的区别在于，省略内框架，直接通过联动升降机来驱动承接台面1进行升降移动。即本实施例的升降机构包括外框架52及安装在外框架52上的联动升降机。
其中，外框架52可采用实施例二中的外框架，联动升降机可采用实施例三中的联动升降机，只需在装配时，将丝杆上的外联法兰62直接与承载台面1固定即可。
在一示例中，参见附图12-13所示，联动升降机也可采用呈方形布设的四台丝杆升降机61及驱动四台丝杆升降机同步升降的联动机构。呈方形布设的四台丝杆升降机61能分别与承接台面1的四个角进行固定安装，进一步提高安装的稳定性，而且便于调节承接台面1的四个角的水平度。
具体的，当采用呈方形布设的四台丝杆升降机61时，联动机构包括两个联动伞齿换向器63及一一对应安装在四台丝杆升降机61上的主伞齿换向器64，联动伞齿换向器63及主伞齿换向器64均固接在外框架52上。主伞齿换向器64的一个输入端均与对应的丝杆升降机61的丝杆传动连接，且其中两个主伞齿换向器64的一个输出端上均连接有一号螺杆66，其余两个主伞齿换向器64的一个输出端均连接有二号螺杆67。
其中一个联动伞齿换向器63的两个输出端通过联轴器与二号螺杆67连接，且其输入端连接有三号螺杆68。另一个联动伞齿换向器63具有三个输出端、一个输入端，且输入端连接有手轮65，三个输出端通过联轴器分别与两个一号螺杆66、一个三号螺杆68连接。联动机构的工作过程及原理可参照实施例三，本实施例中不再赘述。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种机械手测试方法，其特征在于，包括检测机械手在释放晶圆时的抖动情况，所述抖动情况包括XY向抖动情况、Z向抖动情况；其中，Z向抖动情况的检测包括：
S1、在机械手释放晶圆的一个周期内，实时采集多个压力传感器的值，并分别获得多个实时压力值序列；分别获取多个实时压力值序列中的压力最大值；对多个压力最大值进行均值计算，并将计算出的均值作为有效压力值；其中，多个压力传感器均安装在支撑机构上，一个周期指自机械手进入到支撑机构至机械手释放完晶圆后退出支撑机构；
S2、在机械手重复释放晶圆的多个周期内，将每个周期的有效压力值按升序排列后，获得有效压力值序列；对有效压力值序列中的所有有效压力值进行分组判断，并分别获得稳定压力值序列、抖动压力值序列；
所述分组判断包括：预先设定压力差阈值；对有效压力值序列中的所有有效压力值按从小到大的顺序，依次计算相邻两个有效压力值之间的压力差值，并将计算的压力差值与设定的压力差阈值依次进行比较；直至计算出的压力差值大于压力差阈值，即可将该压力差值作为临近差值；分别获取作为临近差值被减数、减数的两个有效压力值，并将作为减数的有效压力值及在有效压力值序列中位于该减数的有效压力值前面的所有有效压力值归入稳定压力值序列；将作为被减数的有效压力值及在有效压力值序列中位于该被减数的有效压力值后面的所有有效压力值归入抖动压力值序列；
S3、将稳定压力值序列中的所有有效压力值进行均值计算，即可获得稳定压力均值；将抖动压力值序列中的所有有效压力值与稳定压力均值进行标准差计算，即可获得机械手在Z轴的抖动幅度。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤S1中，多个所述压力传感器不位于同一直线上，且所述压力传感器的数量不少于三个。
3.一种机械手测试装置，其特征在于，包括设置在机械手工作区域内的承接台面，所述承接台面上分别设有支撑机构、视觉检测机构、抖动检测机构；所述支撑机构固接在所述承接台面上，用以承接经机械手释放的晶圆；所述视觉检测机构架设在所述支撑机构的上方，用以检测经机械手释放到所述支撑机构上的晶圆的位置信息；所述抖动检测机构设置在所述支撑机构上，用以检测晶圆在释放过程中的抖动信息；
所述抖动检测机构包括XY向检测组件，所述XY向检测组件包括至少三个非共线设置的XY向检测部，每个所述XY向检测部均包括对射传感器，且所述对射传感器的发射端、接收端沿竖直方向布设；所有所述对射传感器呈圆周阵列分布，且所有所述对射传感器共同形成的虚拟圆的圆心与处于基准位置的晶圆圆心位于同一竖直直线上；所述虚拟圆的直径不小于晶圆的直径；其中，基准位置指预先设定好的机械手释放晶圆的位置；
所述抖动检测机构还包括Z向检测组件，所述Z向检测组件包括布设在所述支撑机构上的至少三个非共线设置的压力传感器，当所述支撑机构承接住晶圆时，所述压力传感器能检测出晶圆对支撑机构的压力。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述XY向检测部还包括用以调节所述对射传感器位置的调节组件，所述调节组件包括在驱动部作用下能沿水平方向伸缩的剪叉部，剪叉部的一端与固接在所述支撑机构上的驱动部连接，另一端设有用以安装所述对射传感器的安装架。
5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述驱动部包括驱动电机、传动轴、升降滑块、驱动立板，所述驱动电机用以驱动所述传动轴转动，所述升降滑块的一端螺纹套装在所述传动轴上，另一端能沿所述驱动立板上下滑动。
6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述安装架包括沿竖直方向布设的安装立板，所述安装立板的两端分别折弯设置有与之形成“U”型结构的上安装板、下安装板，所述上安装板、下安装板上分别安装有对射传感器的发射端、接收端。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述剪叉部包括对称设置在所述驱动立板两侧的连杆结构，两个所述连杆结构之间分别通过平行设置的一号销轴、中心销轴、二号销轴连接；所述一号销轴穿设在所述升降滑块上并能随所述升降滑块同步移动，且所述一号销轴的两端分别与两个所述连杆结构枢接；所述中心销轴位于所述驱动立板与所述安装立板之间，其两端分别与两个所述连杆结构枢接；所述二号销轴滑动设置在所述安装立板上，其两端分别与两个所述连杆结构枢接。
8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述连杆结构包括呈交叉设置的一号剪叉臂、二号剪叉臂，且所述一号剪叉臂、二号剪叉臂的中部共同枢接在所述中心销轴上；所述一号剪叉臂的一端与所述一号销轴枢接，另一端与所述二号销轴枢接；所述二号剪叉臂的一端与所述驱动立板枢接，另一端与所述安装立板枢接。
9.根据权利要求3-8任一所述的测试装置，其特征在于，所述支撑机构包括固接在所述承接台面上的支撑底座，所述支撑底座上设有用以承接住晶圆的支撑部；所述支撑部包括至少三个非共线设置的支撑托板，所述支撑托板沿水平方向布设，且其一端均固接在所述支撑底座上，另一端能共同承接住晶圆。
10.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，还包括用以调节所述承接台面高度的升降机构，所述升降机构包括配合使用的内框架、外框架，所述外框架上固接有L型角钢，所述内框架上布设有多个上下分布的螺孔，任一所述螺孔能通过螺钉与所述L型角钢固定连接。
11.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，还包括用以调节所述承接台面高度的升降机构，所述升降机构包括配合使用的内框架、外框架，所述外框架上安装有联动升降机；所述联动升降机包括多台丝杆升降机及驱动多台所述丝杆升降机同步升降的联动机构；每个所述丝杆升降机的丝杆上均安装有用以连接所述内框架的外联法兰。
12.根据权利要求11所述的测试装置，其特征在于，所述联动升降机包括三台呈三角形布设的丝杆升降机，所述联动机构包括一个联动伞齿换向器及一一对应安装在三台丝杆升降机上的主伞齿换向器；所述联动伞齿换向器和主伞齿换向器均固接在所述外框架上。
13.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，还包括用以调节所述承接台面高度的升降机构，所述升降机构包括外框架及安装在所述外框架上的联动升降机；所述联动升降机包括多台丝杆升降机及驱动多台所述丝杆升降机同步升降的联动机构；每个所述丝杆升降机的丝杆上均安装有用以连接所述承接台面上的外联法兰。
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