一种真空机器人工位自动示教方法及系统、存储介质与流程

本发明涉及半导体真空机器人，尤其涉及一种基于集成测量装置的真空机器人工位自动示教方法及系统、存储介质。

背景技术：

1、在半导体制造领域，真空机器人承担着晶圆在各工艺腔室与传输腔之间的精密搬运任务。机器人需准确知道每个工位的坐标参数（包括r/t方向位置及z轴高度），以确保晶圆取放的精度和安全性。因此工位坐标的示教（即标定）精度直接影响晶圆传输的可靠性和芯片良率。

2、目前，工位坐标的示教主要依赖人工完成，在z轴高度和x/y方向两个维度上均存在问题。

3、在z轴高度示教方面：主流的示教方式是人工操作。例如机器人手指带晶圆进入工位后，晶圆下表面与工位接触面之间需保持约3mm的安全距离：距离太小，运动过程中晶圆震动易导致与接触面刮擦；距离太大，则影响放片时间效率。现场操作人员需在机器人伸入工位后，用塞尺反复测量安全距离是否达标，若不达标则用示教器控制机器人上下运动调整，再重复测量，直至满足要求。同理，晶圆被放下后，晶圆下表面与手指上表面之间也需保持约3mm安全距离，同样需要塞尺测量和反复调整。整个过程耗时长、效率低、依赖人工经验，精度受人为因素影响大。

4、在x/y方向示教方面：传统方法主要是人工肉眼观察对准，或制作专用工装使手指中心与工位中心重合。但肉眼分辨精度仅约±0.5mm，远低于半导体工艺微米级的精度要求；而工装示教方式存在一个根本性缺陷：在上一个工艺取片时，晶圆中心和手指中心不一定重合（取决于晶圆在手指上的实际放置位置），这会导致晶圆和工位中心不重合，即工装只能保证手指和工位对中，无法保证晶圆和工位对中。

5、针对示教自动化，现有技术也提出了一些方案。例如，专利cn113228246公开了一种基板搬运机器人和自动示教方法，其在机器人机械手上安装两个光学传感器，通过检测光的交叉点扫描工位上放置的靶标来获取示教位置。但该方案的传感器安装在机械手上，需要在机械手上布置光纤和放大器等器件，无疑增加了机械手的复杂度和重量，且传感器处于运动状态，受振动影响大；此外，该方案仅解决x/y平面内的示教，z轴方向需要通过额外的上下运动检测靶标上端来实现，精度有限。

6、另一方面，专利cn120422205公开了一种晶圆搬运机器人自动示教系统及方法，在目标工位正上方固定安装传感器，机器人夹取晶圆后通过旋转轴运动使晶圆边缘经过传感器光轴，利用信号突变检测边缘切点，再通过最小二乘法拟合圆心位置。该方案依赖传感器检测晶圆边缘经过时的信号突变（阶跃信号），而检测边沿信号存在传感器本身的响应延时和系统数据采集延时，当机器人在不同运动速度下，该延时导致的位移误差不同，速度越快误差越大；速度递减策略虽然逐步降低误差，但仍无法完全消除延时对精度的影响。

7、由此可见，现有技术不但无法检测晶圆放置到工位后的实际位置，难以消除放片交接过程中产生的微小位移误差，同时也缺少自动完成高精度三轴示教的集成化手段，因此亟待本领域技术人员提出新的解决方案。

技术实现思路

1、为此，本发明的主要目的在于提供一种真空机器人工位自动示教方法及系统、存储介质，以解决现有真空机器人工位示教依赖人工操作，无法自动检测和修正晶圆放置后产生的交接片误差，导致三轴示教效率低、精度不足的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种真空机器人工位自动示教方法，基于集成测量装置，其步骤包括：

3、将集成测量装置放置于待示教工位，使两者中心重合；所述集成测量装置集成有位移传感器和至少两条测量线相交且通过装置中心的线性ccd传感器；

4、令机器人手指带晶圆伸入所述集成测量装置并下降，利用所述位移传感器实时测距，基于距离变化率特征判定接触工位时，记录接触时刻的机器人z轴坐标，并据此确定带片伸入高度和离开高度；在下降过程中同步记录z轴位置与各线性ccd传感器读数，拟合获得高度校正系数；

5、在所述带片伸入高度，基于各线性ccd传感器读数、当前位移传感器测量的高度及所述高度校正系数进行高度耦合校正，得到晶圆的第一偏移量，并据此调整机器人水平位置至满足精度要求；

6、放下晶圆后，再次读取各线性ccd传感器读数，并依据当前高度再次进行高度耦合校正，获得放下后晶圆的第二偏移量；基于放下前后偏移量的关系更新目标工位坐标，并控制机器人重新取片迭代，直至放下前后的偏移量均满足精度要求。

7、在可能的优选实施方式中，所述基于距离变化率特征判定接触工位的步骤包括：计算相邻步的位移传感器读数变化率，当所述变化率在自由下降阶段稳定在第一预设范围内，而随后连续若干步的变化率均低于第二预设阈值时，判定晶圆已接触工位。

8、在可能的优选实施方式中，所述的方法，其中，步骤还包括：若在下降过程中出现变化率短暂低于第二预设阈值但随即恢复的情况，则判定为虚假接触，继续控制机器人手指下降。

9、在可能的优选实施方式中，所述拟合获得高度校正系数的步骤包括：在所述真空机器人下降过程中，同步记录z轴位置与各所述线性ccd传感器的读数，建立数据队列；基于所述数据队列中各下降高度对应的读数，利用线性拟合方法，分别获得每个所述线性ccd传感器因单位高度变化引起的高度校正系数。

10、在可能的优选实施方式中，所述第一偏移量的计算步骤包括：获取所述位移传感器测量的晶圆当前高度，计算所述当前高度与标定基准高度之间的高度差；根据所述高度差和所述高度校正系数，对根据各所述线性ccd传感器的读数确定的原始偏移量进行高度耦合校正，得到所述第一偏移量。

11、在可能的优选实施方式中，所述线性ccd传感器包括测量线分别沿x方向和y方向设置的，第一线性ccd传感器和第二线性ccd传感器，所述高度耦合校正按照以下公式进行：

12、

13、

14、其中，、分别为所述第一线性ccd传感器和所述第二线性ccd传感器的当前读数，k为ccd像素当量，和为出厂标定基准读数，为位移传感器实时测量的当前高度，为出厂标定基准高度，和分别为对应x和y方向的所述高度校正系数。

15、在可能的优选实施方式中，所述基于放下前后偏移量的关系更新目标工位坐标，并控制机器人重新取片迭代的步骤包括：比较所述第一偏移量与所述第二偏移量的差值是否大于预设阈值；若大于，则将所述差值累加至当前工位坐标偏移量中以更新工位坐标；以更新后的工位坐标作为目标位置，控制机器人重新拾取晶圆，重复执行上述水平位置调整及放下后偏移量检测的步骤，直至所述差值不大于预设阈值。

16、在可能的优选实施方式中，所述的方法步骤还包括：重复执行令机器人手指带晶圆下降至判定接触工位、并据此确定带片伸入高度和离开高度的步骤至少两次，取各次获得的带片伸入高度和离开高度的平均值作为最终使用的z轴示教参数。

17、在可能的优选实施方式中，当所述线性ccd传感器的数量为三个及以上时，利用所有所述线性ccd传感器的读数，通过最小二乘法拟合晶圆圆心位置，得到晶圆圆心相对所述集成测量装置中心的偏移量。

18、为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种真空机器人工位自动示教系统，其包括：

19、集成测量装置，被配置为可放置于待示教工位，其包括：装置本体，底部设有定位结构，用于与工位上的定位件配合以使装置中心与工位中心重合；位移传感器，安装于所述装置本体的顶部中央，测量方向竖直向下，用于测量位于其上方的晶圆表面与所述位移传感器之间的距离；至少两个线性ccd传感器，安装于所述装置本体内部，各所述线性ccd传感器的测量线相互交叉且均经过所述装置中心；真空机器人，用于带动晶圆运动；控制单元，分别与所述真空机器人和所述集成测量装置通信连接，并被配置为执行如上中任一项所述的方法。

20、在可能的优选实施方式中，所述控制单元包括：通讯模块，用于实时接收所述位移传感器和各线性ccd传感器的测量数据；参数模块，用于读写工位示教参数；运动模块，用于控制真空机器人末端执行器的运动；示教计算模块，用于执行接触判定、高度耦合校正及工位坐标修正计算。

21、为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时，实现如上任一项所述的真空机器人工位自动示教方法。

22、通过本发明一种真空机器人工位自动示教方法及系统、存储介质，设计将位移传感器与线性ccd传感器集成于一个可精确放置于工位上的装置中，机器人按常规取放流程携带晶圆伸入、下降、放置、离开，即可在单一装置上同时自动完成工位x/y方向坐标和z轴高度参数的示教，实现了全自动化闭环校准。此外由于示教检测时晶圆所处高度与传感器出厂标定高度存在差异，光源发散角、晶圆厚度与倒角、边缘半影效应等因素，会使线性ccd传感器的检测结果产生随高度变化的系统性偏差，而现有技术对此并未认识和处理。因此本发明通过在下降过程中同步记录并拟合高度校正系数，对检测偏移量进行高度耦合校正，借此可消除上述高度差异引入的系统性偏差，并通过在晶圆放置后再次检测、基于放下前后偏移量的关系更新工位坐标并闭环迭代，以此消除放片交接过程中产生的微小位移误差，从而可进一步提高工位示教的精度。