[0001] 本申请涉及物料制造技术领域，特别是涉及一种物料装配方法、装配建模方法、物料装配装置以及计算机存储介质。

[0002] 在半导体晶圆传输设备领域，晶圆在进行外延工艺前，需要先装配到载片环或载片基座内。现有技术方案主要是人工将晶圆放到载片环上，再对晶圆的位置和姿态进行微
调，使晶圆恰好落入载片环内。

[0003] 现有技术存在人为干扰因素大，不利于大批量规模化生产。本发明旨在通过不同的传感器获取装配前的晶圆、载片环位姿，再通过机械手将晶圆放入载片环内，整个装配过
程由设备自动完成，无需外部人工干预。

[0057] 下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公
开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本公开保护的范围。

[0058] 下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。

[0059] 本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理
解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以
除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任
何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、
产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于
这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0060] 本申请针对一般物料装配关系，其中，一般物料装配关系具体请参阅图1，图1是本申请提供的一般物料装配关系一实施例的结构示意图。通过执行器确保待装配的两个物料
在XY平面的位姿一致即可，不考虑物料在Z轴方向上的差异带来的影响，Z轴方向的配合与
分离可通过机械手和其它执行部件进行升降运动完成。

[0061] 需要说明的是，本申请针对的装配物料的种类和类型不做具体限定，在后续的物料装配方法以及装配建模方法中以晶圆以及载片环为例进行具体说明即可。

[0062] 本申请所要实现的物料装配关系，采用的技术方案主要包含两个部分：晶圆与载片环间装配关系的建模，以及晶圆与载片环间的装配工艺。其中，本申请提供的建模流程以
及装配流程具体请参阅图2，图2和图3，图2是本申请提供的物料装配关系建模的整体流程
图，图3是本申请提供的物料装配的整体流程图。

[0063] 首次进行物料装配前需先进行装配关系建模，因此，下面先结合图2对本申请的装配建模过程进行描述结合。具体请参阅图2和图4，图4是本申请提供的装配建模方法一实施
例的流程示意图。

[0064] 本申请的装配建模方法应用于物料装配装置，其中，本申请的物料装配装置可以为服务器，也可以为终端设备，还可以为由服务器和终端设备相互配合的系统。相应地，物
料装配装置包括的各个部分，例如各个单元、子单元、模块、子模块可以全部设置于服务器
中，也可以全部设置于终端设备中，还可以分别设置于服务器和终端设备中。

[0065] 进一步地，上述服务器可以是硬件，也可以是软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可
以实现成多个软件或软件模块，例如用来提供分布式服务器的软件或软件模块，也可以实
现成单个软件或软件模块，在此不做具体限定。

[0066] 具体请参阅图5，图5是本申请提供的物料装配设备一实施例的结构示意图。

[0067] 如图5所示，本申请提供的物料装配设备主要包括以含自由度X、Y和XY平面内旋转的晶圆机械手、相机、晶圆校准器。其中，物料装配件，如载片环放置在基台上。晶圆机械手、
基台以及晶圆校准器均设置在相机视野内。其中，晶圆校准器能够将处于校准器芯轴上的
晶圆的圆心移至某一固定点位处，并使晶圆平边或缺口朝向某一指定方向。下面对物料装
配设备的结构参数进行定义：

[0068] 已知相机像素当量px，其中，相机像素当量是指相机传感器上每个像素代表的实际物理尺寸。图5中各个设备结构的坐标系含义分别为：坐标系{1}为倒装相机坐标系，坐标
系{2}为机械手基坐标系，坐标系{3}为机械手末端法兰坐标系，坐标系{4}校准器坐标系。
B B B B
其中坐标系{1}、{2}、{4}为固定坐标系。以RC、R、RE、RA分别表示坐标系{1}、{2}、{3}、{4}
在XY平面内的姿态，则有：

[0069]

[0070] 以Te表示机械手末端法兰在基坐标系下的位姿：

[0071]

[0072] 其中，θe为机械手末端法兰姿态角，Pe为机械手末端法兰位置坐标。

[0073] 如图4所示，其具体步骤如下：

[0074] 步骤S11：将装配好的物料以及物料装配件放置于传感器检测区域内。

[0075] 在本申请实施例中，物料装配装置将装配好的晶圆‑载片环放置于倒装相机视野范围内的基台上。

[0076] 需要说明的是，本申请检测所采用的传感器包括但不限于：相机，位置传感器、距离传感器等，下面以相机为例子进行实施例说明。

[0077] 步骤S12：控制机械手将物料移动至校准器处。

[0078] 在本申请实施例中，物料装配装置控制机械手以任意选定的位姿在相机视野下从载片环上取走晶圆，并将晶圆放置到图3所示的校准器处。具体请参阅图6，图6是本申请提
供的机械手取放晶圆的基准位姿示意图。

[0079] 如图6所示，Te1为机械手在相机视野下的晶圆取料位姿，Te2为机械手在校准器处C A
的晶圆放料位姿。Tringbase为载片环在相机坐标系下的装配基准位姿，Twaferbase为晶圆被校
C A
准前的装配基准位姿。参数Te1、Te2可任意选定，参数Tringbase、Twaferbase待标定。

[0080] 其中，参数Te1、Te2可表示为：

[0081]

[0082] (3)

[0083] 相应地，有相机坐标系相对于末端法兰Te1位姿下的姿态e1RC，以及校准器坐标系相e2
对于末端法兰Te2位姿下的姿态 RA：

[0084] e1RC＝(Re1)T BRC,e2RA＝(Re2)T BRA   (4)

[0085] 物料装配装置通过相机对载片环进行定位，可得到载片环在相机坐标系下的装配C
基准位姿Tringbase：

[0086]

[0087] 其中，装配基准姿态角θringbase，以及装配基准位置CPringbase，均可以通过相机像素坐标以及相机像素当量计算得到。

[0088] 物料装配装置通过校准器对晶圆进行校准，即校准器芯轴吸附晶圆进行移动和旋A A A
转。校准前的校准器芯轴位姿为Tspindlebase，校准后有芯轴位姿Tspindle和晶圆位姿 Twafer，其表达形式如下：

[0089]

[0090] 联合上述式子(6)、(7)、(8)，可以求得晶圆被校准前的装配基准位姿ATwaferbase：

[0091] θwaferbase＝θwafer+θspindlebase‑θspindle   (9)

[0092] APwaferbase＝APwafer+APspindlebase‑APspindle   (10)

[0093]

[0094] 需要说明的是，在图6所述的机械手取放晶圆的过程中，末端工具与晶圆的相对位姿不发生变化。

[0095] 从步骤S12的整个过程，物料装配装置可以完成参数 的标定任务。

[0096] 步骤S13：获取物料装配件的偏转角度。

[0097] 步骤S14：控制校准器按照偏转角度，对物料进行偏转校准，获取物料被校准前的第一物料基准姿态角以及物料校准后的第二物料基准姿态角。

[0098] 在本申请实施例中，物料装配装置构建载片环和晶圆装配基准姿态角映射关系。具体过程如下：

[0099] 当相机视野下的载片环姿态绕环中心相对于装配基准姿态偏转Δθc时，校准器处的晶圆姿态要相应地偏转Δθc。由于校准器坐标系正转方向与倒装相机坐标系正转方向相
反，因此，有载片环姿态角与晶圆姿态角的线性变化关系：

[0100] θwafer＝θwaferbase‑Δθc  Δθc＝θring‑θringbase   (12)

[0101] 其中，θring为相机视野下载片环的姿态角，即第二物料基准位姿的姿态角；θwafer是校准器处与载片环姿态对应的目标晶圆姿态角，即第二物料基准姿态角。

[0102] 进一步地，θwaferbase为校准器处晶圆被校准前的晶圆姿态角，即第一物料基准姿态角。第一物料基准姿态角的计算过程如下：如上述式子(9)所示，物料装配装置获取校准前
校准器的第一芯轴位姿θspindlebase，以及校准后所述校准器的第二芯轴位姿θspindle；物料装
配装置获取所述第二物料校准后的第二物料基准位姿θwafer；最后，物料装配装置利用式子
(9)计算得到第一物料基准姿态角θwaferbase。

[0103] 步骤S15：利用第一物料基准姿态角、第二物料基准姿态角，以及偏转角度对装配基准姿态角映射关系进行建模。

[0104] 在本申请实施例中，物料装配装置将载片环姿态角与晶圆姿态角的线性变化关系即上述式子(12)进行建模，得到数学模型θwafer＝f(θring)，作为预先建模的装配基准姿态角
映射关系。

[0105] 进一步地，如图2所示，本申请的物料装配装置还可以对装配基准位置映射关系进行建模。具体请继续参阅图7，图7是本申请提供的装配建模方法另一实施例的流程示意图。

[0106] 如图7所示，其具体步骤如下：

[0107] 步骤S21：获取第二物料装配件的偏转位置，以及第二物料的偏转位置。

[0108] 在本申请实施例中，物料装配装置构建载片环和晶圆装配基准位置映射关系，首先获取载片环在相机视野内对于基准 的位置偏移：

[0109] ΔcPring＝cPring‑cPringbase    (13)

[0110] 物料装配装置还需要获取晶圆在校准器坐标系下对于基准 的位置偏移：

[0111] ΔaPwafer＝aPwafer‑aPwaferbase    (15)

[0112] 步骤S22：基于第二物料装配件的偏转位置，获取机械手末端法兰坐标系的第一偏转位置。

[0113] 在本申请实施例中，物料装配装置将载片环在相机视野内相对于基准CTringbase的位置偏移转换为末端法兰坐标系下的偏移：

[0114] Δe1Pring＝e1Rc(ΔcPring)*px     (14)

[0115] 步骤S23：基于第二物料的偏转位置，获取机械手末端法兰坐标系的第二偏转位置。

[0116] 在本申请实施例中，物料装配装置将晶圆在校准器坐标系下相对于基准的位置偏移转换为末端法兰坐标系下的偏移：

[0117] Δe2Pwafer＝e2Ra(ΔaPwafer)*px    (16)

[0118] 步骤S24：利用第一偏转位置和第二偏转位置对装配基准位置映射关系进行建模。

[0119] 在本申请实施例中，由于搬运过程中晶圆与末端工具的相对位姿不发生变化，物料装配装置可以对晶圆在相机视野下与载片环间的装配位置进行补偿：

[0120] P'e1＝Pe1+Re1(Δe1Pwafer)Δe1Pwafer＝‑Δe1Pring‑Δe2Pwafer(17)

[0121] 物料装配装置将晶圆在相机视野下与载片环间的装配位置补偿关系即上述式子(17)进行建模，作为预先建模的装配基准位置映射关系。

[0122] 基于上述装配建模方法实施例中关于装配基准姿态角映射关系和装配基准位置映射关系的建模结果，物料装配装置可以进一步执行如图3所示的物料装配过程。具体请参
阅图8，图8是本申请提供的物料装配方法一实施例的流程示意图。

[0123] 如图8所示，其具体步骤如下：

[0124] 步骤S31：获取第一传感器检测区域中的第一物料装配件的第一位姿，其中，位姿包括姿态角和位置。

[0125] 在本申请实施例中，物料装配装置将载片环任意摆放在相机视野内的基台上，由c
倒装相机对载片环的位姿进行定位，物料装配装置即可获取载片环的当前位姿Tring：

[0126]

[0127] 需要说明的是，本申请实施例的用于装配的物料与用于建模的物料可以为相同类型的物料，本申请实施例的用于装配的物料装配件与用于建模的物料装配件可以为相同类
型的物料装配件。

[0128] 步骤S32：按照预先建模的装配基准姿态角映射关系以及第一位姿中的姿态角，获取第一物料的期望姿态角。

[0129] 步骤S33：获取第二传感器检测区域中的第一物料的第二位姿。

[0130] 步骤S34：基于第一位姿将第一物料按照期望姿态角进行旋转，得到第一物料的第三位姿。

[0131] 在本申请实施例中，物料装配装置根据图4建模的载片环和晶圆装配基准姿态角映射关系计算出晶圆在校准器处的期望姿态角θwafer。由校准器进行晶圆姿态补偿，将晶圆
旋转至目标姿态θwafer。

[0132] 步骤S35：利用第三位姿控制机械手取出第一物料，以及利用第一位姿控制机械手将第一物料放置在第一物料装配件上。

[0133] 进一步地，物料装配装置根据图7建模的装配基准位置映射关系计算晶圆的装配基准位置。具体请参阅图9，图9是图8所示物料装配方法步骤S35的具体流程示意图。

[0134] 如图9所示，其具体步骤如下：

[0135] 步骤S351：利用第一位姿，获取第一放置物料位置和第一放置物料姿态角。

[0136] 步骤S352：按照预先建模的装配基准位置映射关系以及第一放置物料位置、第一放置物料姿态角，获取第一放置物料补偿位置。

[0137] 在本申请实施例中，物料装配装置获取校准器坐标系下的晶圆圆心坐标，即第一放置物料位置Pe1，以及第一放置物料姿态角Re1。将第一放置物料位置Pe1，以及第一放置物
料姿态角Re1代入上述式子(17)，计算得到第一放置物料补偿位置P'e1，即晶圆在相机视野
下与载片环的装配位置补偿点。

[0138] 步骤S353：利用第一放置物料补偿位置以及第一放置物料姿态角，获取第一放置物料位姿。

[0139] 在本申请实施例中，物料装配装置整合上述计算结果，得到晶圆装配姿态T'e1：

[0140]

[0141] 步骤S354：按照第一放置物料位姿控制机械手将第一物料放置在所述第一物料装配件。

[0142] 在本申请实施例中，物料装配装置控制机械手以基准位姿Te2从校准器处取出晶圆，以位姿T'e1将晶圆放到相机视野下，以完成物料装配。

[0143] 在本申请实施例中，物料装配装置获取第一相机视野中的第一物料装配件的第一位姿，其中，位姿包括姿态角和位置；按照预先建模的装配基准姿态角映射关系以及所述第
一位姿中的姿态角，获取所述第一物料的期望姿态角；获取第二相机视野中的第一物料的
第二位姿；基于所述第一位姿将所述第一物料按照所述期望姿态角进行旋转，得到所述第
一物料的第三位姿；利用所述第三位姿控制机械手取出所述第一物料，以及利用所述第一
位姿控制所述机械手将所述第一物料放置在所述第一物料装配件上。通过上述物料装配方
法，利用预先建模的数学模型进行位姿计算，结合多传感器与执行器共同完成物料装配过
程，对各传感器安装要求较低，且物料装配精确度高。

[0144] 本申请的装配建模方法以一组装配好的物料作为模板，对物料装配关系进行逆向建模；建模过程如下：先将装配好的物料分离开来，再将物料分别放至目标传感器检测区域
内，各传感器对物料位姿进行定位，从而获得物料装配基准位姿；将待装配物料位姿相对于
装配基准位姿的偏差映射到执行器坐标系下，从而得到目标物料装配数学模型。

[0145] 本申请的物料装配方法结合多传感器与执行器共同完成晶圆、载片环装配过程；对各传感器安装要求较低，确保XY坐标系处于同一平面即可；对具体的传感器设备型号无
要求，能够获取物料特征点位姿即可。

[0146] 本申请的技术方案可满足高装配精度要求；本申请仅需首次使用时对物料关系建模，建模过程可自动化完成，后续新物料的装配由设备自动化完成，排除人工装配带来的不
确定因素，适用于大批量生产；能够兼容不同晶圆尺寸、晶圆类型以及载片环外形的装配要
求。

[0147] 本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的具体执行顺序应当以其功
能和可能的内在逻辑确定。

[0148] 为实现上述物料装配方法，和/或装配建模方法，本申请还提出了一种物料装配装置，具体请参阅图10，图10是本申请提供的物料装配装置一实施例的结构示意图。

[0149] 本实施例的物料装配装置400包括处理器41、存储器42、输入输出设备43以及总线44。

[0150] 该处理器41、存储器42、输入输出设备43分别与总线44相连，该存储器42中存储有程序数据，处理器41用于执行程序数据以实现上述实施例所述的物料装配方法，和/或装配
建模方法。

[0151] 在本申请实施例中，处理器41还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器41可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器41还可以是通
用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Process)、专用集成电路(ASIC，
Application Specific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，Field 
Programmable GateArray)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬
件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器41也可以是任何常规的处理器等。

[0152] 本申请还提供一种计算机存储介质，请继续参阅图11，图11是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图，该计算机存储介质600中存储有计算机程序61，该计算
机程序61在被处理器执行时，用以实现上述实施例的物料装配方法，和/或装配建模方法。

[0153] 本申请的实施例以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者
说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现
出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备
(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施
方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器
(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘
等各种可以存储程序代码的介质。

[0154] 在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可
以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通
过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，
除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明
中的具体含义。

[0155] 根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于
阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有
所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能
被理解或解释为对本发明方案的限制。

[0156] 另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数
量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说
明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体
的限定。

[0157] 虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明
思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过
程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定
本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

[0158] 以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。