基于姿态感知与误差补偿的晶圆自适应搬运方法及系统与流程

本发明涉及半导体制造设备及晶圆搬运机器人控制，尤其涉及基于姿态感知与误差补偿的晶圆自适应搬运方法及系统。

背景技术：

1、在半导体制造设备中，晶圆通常由晶圆搬运机器人在晶圆盒、工艺腔室、对准装置及晶圆载台之间进行搬运。现有晶圆搬运机器人通常包括机械手臂和设置于机械手臂末端的末端执行器，末端执行器采用叉齿、支撑板或吸附结构承载晶圆；机器人控制器依据预先标定的工位位置、运动轨迹和末端运行状态，依次执行伸入、抬片、转运、放片和退出动作。部分方案还通过视觉传感器、距离传感器或姿态传感器获取晶圆位置及姿态信息，或者通过高度检测和负载压力检测对末端执行器的位置、姿态及支承力进行调整。

2、晶圆具有厚度小、径向尺寸大和局部形变敏感的结构特点，晶圆底面与晶圆承载末端的多个支承区域之间可能存在接触先后不同、局部悬空或支承载荷不一致的情况。在此状态下，部分检测位置虽然输出相对位移数据，但对应位置尚未与晶圆形成实际支承关系；仅依据相对位移数据进行姿态计算时，难以区分晶圆相对于晶圆承载末端的整体倾斜和局部翘曲。仅依据接触压力数据进行支承状态识别时，又难以反映晶圆底面与晶圆承载末端之间的几何位置关系。由此，现有方案中的姿态检测结果、局部形变状态和支承载荷状态之间容易出现对应关系不连续，抬片阶段和转运阶段的补偿控制缺少一致的状态依据。

3、在放片过程中，晶圆与目标承载面发生接触后，晶圆所受支承载荷由晶圆承载末端逐步转移至目标承载面，期间可能伴随接触压力释放、相对位移方向变化、接触振荡或局部粘连。现有方案多依据机械手臂到达目标高度、下降动作完成或预设保持时间判定放片完成，难以连续反映晶圆在晶圆承载末端与目标承载面之间的实际载荷变化；放片状态与晶圆承载末端退出动作之间缺少基于接触状态的连续衔接，容易出现晶圆尚存在残余接触时执行退出，或者晶圆已经由目标承载面承载但退出状态未被及时生成。因此，需要解决在晶圆搬运过程中，如何对多个检测位置的接触压力和相对位移状态进行联合识别，区分晶圆整体姿态、局部形变及支承载荷，并根据放片过程中的实际载荷变化控制晶圆承载末端退出的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了基于姿态感知与误差补偿的晶圆自适应搬运方法，包括：

2、s100、获取晶圆承载末端多个检测位置的空间坐标、接触压力数据、相对位移数据和传感状态数据；按照所述检测位置关联所述接触压力数据、所述相对位移数据和所述传感状态数据，并依据接触压力条件、位移有效条件和传感状态条件筛选，生成有效接触位置集合；

3、s200、基于所述有效接触位置集合拟合晶圆参考平面；根据所述晶圆参考平面生成整体倾斜状态和局部翘曲残差，根据所述局部翘曲残差生成局部翘曲状态，根据所述接触压力数据生成载荷分布状态，关联生成晶圆承载状态；

4、s300、基于所述晶圆承载状态、当前搬运阶段和末端执行约束生成补偿控制参数；根据所述补偿控制参数控制所述晶圆承载末端，生成阶段执行结果；

5、s400、基于所述阶段执行结果，在放片阶段根据所述接触压力数据的释放比例和所述相对位移数据的反向变化生成载荷转移状态；当所述载荷转移状态达到载荷转移比例阈值且残余接触压力低于残余接触压力阈值时生成退出许可，并根据所述退出许可控制所述晶圆承载末端退出。

6、进一步地，所述多个检测位置分别设置于所述晶圆承载末端的不同支承区域，并分别具有检测位置标识和空间坐标；所述接触压力数据、所述相对位移数据和所述传感状态数据按照所述检测位置标识和采样时间关联。

7、进一步地，所述接触压力数据达到接触压力阈值、所述相对位移数据位于位移有效区间且所述传感状态数据为有效状态，并在连续预设数量的采样周期内保持时，将对应检测位置写入所述有效接触位置集合；所述传感状态数据为饱和状态、漂移状态或失联状态时，将对应检测位置从所述有效接触位置集合中剔除。

8、进一步地，所述生成晶圆承载状态，包括：基于多个所述有效接触位置的空间坐标和相对位移数据拟合所述晶圆参考平面；根据所述晶圆参考平面的平面参数生成所述整体倾斜状态；计算多个所述有效接触位置的相对位移数据与所述晶圆参考平面在对应检测位置的位移之间的差值，生成多个所述局部翘曲残差；根据多个所述局部翘曲残差的最大值、最小值和分布方向生成所述局部翘曲状态。

9、进一步地，所述载荷分布状态包括总支承力、分区载荷、载荷中心、单点最大接触压力和压力离散程度；根据所述整体倾斜状态生成姿态修正量；根据所述局部翘曲状态和所述载荷分布状态生成位置修正量、速度修正量和支承力修正量；将所述姿态修正量、所述位置修正量、所述速度修正量和所述支承力修正量写入所述补偿控制参数。

10、进一步地，所述当前搬运阶段包括抬片阶段、转运阶段和放片阶段；在所述抬片阶段，根据所述有效接触位置数量、所述总支承力和所述单点最大接触压力配置所述补偿控制参数；在所述转运阶段，根据所述载荷中心、所述压力离散程度和所述局部翘曲状态配置所述补偿控制参数；在所述放片阶段，根据所述目标承载面基准数据和所述载荷分布状态配置所述补偿控制参数。

11、进一步地，在所述转运阶段，计算当前载荷中心相对于抬片完成时载荷中心的载荷中心偏移；所述载荷中心偏移超过载荷中心偏移阈值时，调整所述速度修正量和所述姿态修正量；所述压力离散程度超过允许接触压力范围时，限制所述晶圆承载末端的加速度并生成错误状态。

12、进一步地，在所述放片阶段，当所述晶圆承载末端进入所述目标承载面的接近区域时，调整所述速度修正量；根据所述接触压力数据的下降趋势和所述相对位移数据的反向变化识别初始接触状态；根据初始接触后的接触压力数据和相对位移数据的振荡变化生成回弹状态；根据所述回弹状态调整所述补偿控制参数中的速度修正量、位置修正量、支承力修正量和阻尼参数。

13、进一步地，所述载荷转移状态达到所述载荷转移比例阈值、所述残余接触压力低于所述残余接触压力阈值、所述回弹状态满足回弹幅值阈值且未识别到静电粘连状态时，生成放片完成状态和所述退出许可；未生成所述退出许可时，保持所述晶圆承载末端的位置，调整所述补偿控制参数，执行微量下降或微幅释放动作，并生成异常记录。

14、进一步地，一种基于姿态感知与误差补偿的晶圆自适应搬运系统，包括：数据获取模块、接触位置确定模块、晶圆承载状态生成模块、补偿控制模块、载荷转移及退出控制模块；所述系统用于实现上述任一项所述的方法。

15、本发明的关键创新点包括：

16、（1）将晶圆承载末端多个检测位置的接触压力数据、相对位移数据和传感状态数据按照检测位置进行关联，并依据接触压力条件、位移有效条件和传感状态条件筛选参与晶圆姿态计算的检测位置，形成有效接触位置集合。

17、（2）基于所述有效接触位置集合的空间坐标和相对位移数据拟合晶圆参考平面，以所述晶圆参考平面生成整体倾斜状态，并以各检测位置相对于所述晶圆参考平面的局部翘曲残差生成局部翘曲状态；结合接触压力数据形成载荷分布状态，将所述整体倾斜状态、所述局部翘曲状态和所述载荷分布状态关联生成晶圆承载状态。

18、（3）根据所述晶圆承载状态、当前搬运阶段和末端执行约束生成补偿控制参数，并在放片阶段根据接触压力数据的释放比例和相对位移数据的反向变化形成载荷转移状态；在所述载荷转移状态和残余接触压力满足对应条件时生成退出许可，并根据所述退出许可控制晶圆承载末端退出。

19、以下为其主要的有益效果：

20、（1）针对不同检测位置与晶圆的实际接触状态不一致、未接触位置仍可能输出相对位移数据的问题，通过接触压力条件、位移有效条件和传感状态条件对检测位置进行联合筛选，使未形成有效接触或传感状态异常的检测位置不参与后续晶圆参考平面拟合，形成与晶圆实际支承关系对应的姿态计算输入。

21、（2）针对整体倾斜、局部翘曲和支承载荷相互叠加而难以分别表征的问题，通过晶圆参考平面描述晶圆整体姿态，通过局部翘曲残差描述晶圆相对于所述晶圆参考平面的局部形变，并将两者与载荷分布状态关联形成晶圆承载状态，使几何位置关系和支承载荷关系形成统一的补偿控制依据。

22、（3）针对现有放片过程多依据目标高度、动作完成状态或保持时间控制晶圆承载末端退出的问题，通过接触压力数据的释放比例和相对位移数据的反向变化表征晶圆载荷向目标承载面转移的过程，并将载荷转移状态和残余接触压力用于退出许可生成，使晶圆承载末端的退出动作与晶圆实际载荷释放状态相对应。