一种晶圆自动纠偏方法
阅读说明：本技术 一种晶圆自动纠偏方法 (Automatic deviation rectifying method for wafer ) 是由 徐方 凌霄 杨奇峰 谭学科 朱洪彪 姚东东 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明属于真空机器手运输晶圆过程中自动校正手指上晶圆位置的控制技术,具体涉及一种晶圆自动纠偏(AWC)方法,主要包含AWC方法的实现方式以及AWC算法。本发明包括以下步骤：AWC数据采集：采集晶圆通过激光传感器时,激光传感器所记录的坐标；AWC标定：通过机器手手指中心坐标以及晶圆半径,计算得到激光传感器在机器手基坐标下的坐标,用于以此坐标为基准进行自动纠偏功能；AWC偏差计算：通过激光传感器在机器手基坐标下的坐标、手指中心在机器手基坐标下的坐标、晶圆中心的坐标以及触发点相对于机器手基坐标原点的夹角,计算得到偏差值。本发明实现了机器手在传输晶圆过程中的自纠偏功能,保证了机器手传输晶圆的精度。(The invention belongs to a control technology for automatically correcting the position of a wafer on a finger in the process of transporting the wafer by a vacuum robot, and particularly relates to an automatic wafer deviation correcting (AWC) method which mainly comprises an implementation mode of the AWC method and an AWC algorithm. The invention comprises the following steps: AWC data acquisition: collecting coordinates recorded by a laser sensor when a wafer passes through the laser sensor; AWC calibration: calculating to obtain the coordinate of the laser sensor under the robot hand base coordinate through the robot hand finger center coordinate and the wafer radius, and performing an automatic deviation rectifying function by taking the coordinate as a reference; AWC deviation calculation: and calculating to obtain a deviation value through the coordinate of the laser sensor under the robot base coordinate, the coordinate of the finger center under the robot base coordinate, the coordinate of the wafer center and an included angle of the trigger point relative to the original point of the robot base coordinate. The wafer self-correcting device realizes the self-correcting function of the robot in the wafer transmission process, and ensures the precision of the robot in wafer transmission.)
技术领域
本发明属于真空机器手运输晶圆过程中自动校正手指上晶圆位置的控制技术，主要包含AWC方法的实现方式以及AWC算法。
背景技术
国内机器手在传输晶圆的过程中没有自动调整晶圆在机器手手指上位置的功能，但实际应用中经过多次传输，晶圆会偏离机器手手指中心位置造成掉片或撞片现象，为保证机器人在传输晶圆的过程中，晶圆始终保持在手指中心的允许误差范围内，机器手需要开发一种自动校正手指上晶圆位置的功能。
发明内容
本发明实现了机器手在传送晶圆的过程中自动校正手指上晶圆位置的方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种晶圆自动纠偏方法，包括以下步骤：
1)AWC数据采集：采集晶圆通过激光传感器时激光传感器所记录的机器手手指中心坐标；
2)AWC标定：通过机器手手指中心坐标以及晶圆半径，计算得到激光传感器在机器手基坐标下的坐标，用于以此坐标为基准进行自动纠偏功能；
3)再次采集AWC数据：采集晶圆通过激光传感器时激光传感器所记录的机器手手指中心坐标；
4)AWC偏差计算：通过激光传感器在机器手基坐标下的坐标、手指中心在机器手基坐标下的坐标、晶圆中心的坐标以及触发点相对于机器手基坐标原点的夹角，得到偏差值，用于实现机器手的自动纠偏功能。
步骤1)具体如下：机器手传输晶圆过程中晶圆遮挡激光传感器A、B以及离开激光传感器A、B时所产生的4次触发时刻t1～t4的机器手手指中心的4组坐标。
所述激光传感器A与B的位置不能相对机器手运动轨迹对称。
步骤2)具体如下：通过步骤1)中得到的坐标以及晶圆半径R，计算得到激光传感器A或B在机器手基坐标下的坐标，计算公式如下：
(x2-a)^2+(y2-b)^2＝R^2 (1)
(x3-a)^2+(y3-b)^2＝R^2 (2)
整理得：
(C2^2+1)*b^2+(2*x2*C2-2*C1*C2-2*y2)*b+x2^2-2*x2*C1+C1^2+y2^2-R^2＝0
C1＝(x3^2-x2^2+y3^2-y2^2)/(2*(x3-x2))
C2＝(y3-y2)/(x3-x2)
通过求解公式(1)(2)可以求出b的值，带入公式可以求出a的值；
其中，(x2，y2)、(x3，y3)分别为机器手手指中心O2、O3在机器手基坐标下的坐标，(a，b)为激光传感器A或B在机器手基坐标下的坐标，C1、C2为步骤1)中采集的坐标所转化的常量。
步骤4)具体如下：通过步骤2)中得到的激光传感器A、B在机器手基坐标下的坐标、步骤3)中的得到的4组机器手手指中心的坐标、t1～t4时刻晶圆中心的坐标以及t1～t4时刻触发点相对于机器手基坐标原点的夹角，计算得到偏差值，计算公式如下：
X1＝x1+d*cos(θ1+ψ-π/2)
Y1＝y1+d*sin(θ1+ψ-π/2)；
X2＝x2+d*cos(θ2+ψ-π/2)
Y2＝y2+d*sin(θ2+ψ-π/2)
X3＝x3+d*cos(θ3+ψ-π/2)
Y3＝y3+d*sin(θ3+ψ-π/2)
X4＝x4+d*cos(θ4+ψ-π/2)
Y4＝y4+d*sin(θ4+ψ-π/2)
(X1-Xa)^2+(Y1-Ya)^2＝R^2 ①
(X2-Xb)^2+(Y2-Yb)^2＝R^2 ②
(X3-Xb)^2+(Y3-Yb)^2＝R^2 ③
(X4-Xa)^2+(Y4-Ya)^2＝R^2 ④
其中，(Xa,Ya)、(Xb,Yb)分别作为激光传感器A、B在机器手基坐标下的坐标(a，b)，R为晶圆半径，(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)分别为t1～t4时刻机器手手指中心的坐标，(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)分别为t1～t4时刻晶圆中心的坐标，θ1、θ2、θ3、θ4分别为t1～t4时刻触发点相对于机器手基坐标原点的夹角，d为晶圆中心与手指中心的偏差距离，ψ为晶圆中心与手指中心相对于手指坐标系的偏差角度；
根据①～④方程中的任意三组解得一组偏差值d与ψ，共可得到4组，分别使用4组偏差值与对应触发点算出触发时刻晶圆中心(X1,Y1)到传感器A(Xa,Ya)的距离相当于晶圆半径的计算值，选取计算出的晶圆半径与实际晶圆半径最接近的一组偏差值作为纠偏偏差，再将偏差转换为关节偏差值进行纠偏。
本发明具有以下有益效果及优点：
本发明实现了机器手在传输晶圆过程中的自纠偏功能，保证了机器手传输晶圆的精度。
附图说明
图1是本发明的方案流程图；
图2是AWC数据采集示意图；
图3是AWC标定原理示意图；
图4是晶圆偏差示意图。
具体实施方式
本发明的技术关键点为：
1、在工位上安装两个传感器。
2、机器手在伸缩过程中触发传感器。
3、通过触发时刻记录的码盘值计算标定位置。
4、通过触发时刻记录的码盘值计算晶圆与手指中心的偏差值。
5、机器手利用偏差值自动校正晶圆位置。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，AWC(active wafer centering晶圆自动定心)功能总体方案包括：AWC数据采集、AWC标定、AWC偏差计算。
如图2所示，AWC数据采集通过两个激光传感器，机器手在传输晶圆的过程中会依次遮挡激光传感器A、B，产生触发信号的同时由驱动器记录此时刻机器手各轴的码盘值，同理晶圆离开传感器时也会产生触发信号并记录各轴码盘值。机器手在通过两个激光传感器的过程中一共会记录四次码盘值。
机器手在实现AWC纠偏功能前需要进行AWC标定，AWC标定的目的是记录晶圆在机器手手指上的标准位置，以此位置为基准进行自动纠偏功能。在AWC标定过程中，机器手会记录四次触发时刻的各轴码盘值，再通过总线将数据传输给机器手控制器。机器手通过标定算法计算出此时传感器相对于机器手基坐标的坐标值。
标定完成后，机器手再次携带晶圆传输到指定工位时，机器手再次记录四次触发的各轴码盘值，再通过总线将数据传输给机器人控制器。机器手利用4次触发时刻的各轴码盘值计算出晶圆与机器手手指中心的偏差值，再将偏差转换为各轴的关节偏差值，实现机器手的自动纠偏功能。
AWC标定原理：
如图3所示，黑色实心方框为传感器A、B的位置，要求传感器位置不能相对机器手运动轨迹对称，保证两次触发有时间间隔。
标定的目的是通过记录两次手指中心的码盘值以及晶圆半径R计算出传感器在机器人基坐标下的坐标值。原理：已知圆上两点与半径求圆心如虚线圆所示。晶圆第一次触发传感器B时记录的机器手手指中心的码盘值为O2，此时O2到传感器B的距离为晶圆半径R，晶圆离开传感器B时记录的机器手手指中心的码盘值为O3，此时O3到传感器B的距离为晶圆半径R，O2和O3可以看作以传感器B为圆心，R为半径的圆(即虚线的圆)上两点。已知圆上两点坐标和半径就可以求出传感器B的坐标(a,b)。同理可以求出传感器A的坐标。
设O2、O3在机器手基坐标下的坐标值为(x2，y2)、(x3，y3)、晶圆半径为R、设虚线的圆心(即传感器B的坐标)为(a，b)。
利用以下公式可以求出a、b的坐标值：
(x2-a)^2+(y2-b)^2＝R^2
(x3-a)^2+(y3-b)^2＝R^2
整理得：
(C2^2+1)*b^2+(2*x2*C2-2*C1*C2-2*y2)*b+x2^2-2*x2*C1+C1^2+y2^2-R^2＝0
C1＝(x3^2-x2^2+y3^2-y2^2)/(2*(x3-x2))
C2＝(y3-y2)/(x3-x2)
求解一元二次方程可以求出b的值，带入公式可以求出a的值，同理可以求出传感器A的坐标值。
偏差计算原理
通过标定可以确定A、B两个传感器在基坐标下的坐标值，纠偏时晶圆4次触发传感器，由于晶圆在手指上有偏差，此时记录的手指中心坐标值并非标定时刻手指中心的坐标值，假设晶圆中心与手指中心的偏差距离为d，角度为ψ(晶圆中心到手指中心的线段与手指坐标系x轴正方向的夹角)。如图4所示。通过触发时记录的4个坐标值可以计算出晶圆中心的坐标值，设两个传感器的坐标为A(Xa,Ya)和B(Xb,Yb)；半径为R；4次触发传感器手指中心的坐标值为a(x1,y1)、b(x2,y2)、c(x3,y3)、d(x4,y4)，对应时刻晶圆中心的坐标值为A(X1,Y1)、B(X2,Y2)、C(X3,Y3)、D(X4,Y4)。θ1、θ2、θ3、θ4为4次触发点a、b、c、d相对于机器手基坐标的夹角(夹角为触发点相对于机器手基坐标原点，与机器手基坐标x轴正方向的夹角)，根据物理意义可知，A、D两点圆心到传感器A距离为晶圆半径R，B、C两点圆心到传感器B的距离为晶圆半径R。可以列出4个圆的标准方程。公式如下：
X1＝x1+d*cos(θ1+ψ-π/2)
Y1＝y1+d*sin(θ1+ψ-π/2)；
X2＝x2+d*cos(θ2+ψ-π/2)
Y2＝y2+d*sin(θ2+ψ-π/2)
X3＝x3+d*cos(θ3+ψ-π/2)
Y3＝y3+d*sin(θ3+ψ-π/2)
X4＝x4+d*cos(θ4+ψ-π/2)
Y4＝y4+d*sin(θ4+ψ-π/2)
(X1-Xa)^2+(Y1-Ya)^2＝R^2 ①
(X2-Xb)^2+(Y2-Yb)^2＝R^2 ②
(X3-Xb)^2+(Y3-Yb)^2＝R^2 ③
(X4-Xa)^2+(Y4-Ya)^2＝R^2 ④
根据①、②、③方程可以解得一组偏差值d与ψ，①、②、④方程可以解得一组偏差值d与ψ，②、③、④方程可以解得一组偏差值d与ψ，①、③、④方程可以解得一组偏差值d与ψ，分别使用4组偏差值与对应触发点算出触发时刻半径的计算值，选取计算出半径与晶圆半径最接近的一组偏差值作为纠偏偏差，再将偏差转换为关节偏差值进行纠偏。
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