(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911084727.1
(22)申请日 2019.11.08
(71)申请人 沈阳新松机器人自动化股份有限公
司
地址 110168 辽宁省沈阳市浑南新区金辉
街16号
(72)发明人 朱洪彪 杨奇峰 徐方 谭学科
姚东东 凌霄
(74)专利代理机构 沈阳科苑专利商标代理有限
公司 21002
代理人 王倩
(51)Int.Cl.
B25J 9/16(2006.01)
B25J 11/00(2006.01)
(54)发明名称一种机械手AWC纠偏系统实现方法(57)摘要本发明涉及到真空机械手的一种动态纠偏技术，具体说是一种机械手AWC纠偏系统实现方法。本发明包括：系统主控制器，用于读取机械手驱动器存储的码盘值，通过计算得到机械手上的晶圆位置，并通过CAN总线与系统IO板卡相连；系统IO板卡，用于处理激光传感器输出的电平信号，并将处理后的电平信号输出给机械手驱动器；机械手驱动器，用于存储晶圆通过激光传感器是产生的码盘值；激光传感器，用于当晶圆通过激光传感器时产生电平信号，并输出给系统IO 板卡。本发明实现了真空机械手在搬运晶圆的过程中，动态纠正晶圆的实时位置，使晶圆在达到工位位置时， 处在绝对准确的位置。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 112775956 A 2021.05.11
C N 112775956
A
1.一种机械手AWC纠偏系统实现装置，其特征在于，包括：
系统主控制器(1)，用于读取机械手驱动器(3)存储的码盘值，通过计算得到机械手上的晶圆位置，并通过CAN总线与系统IO板卡(2)相连；
系统IO板卡(2)，用于处理激光传感器输出的电平信号，并将处理后的电平信号输出给机械手驱动器(3)；
机械手驱动器(3)，用于存储晶圆通过激光传感器时产生的码盘值；
激光传感器，用于当晶圆通过激光传感器时产生电平信号，并输出给系统IO板卡(2)。
2.根据权利要求1所述的一种机械手AWC纠偏系统实现装置，其特征在于，所述激光传感器为两个且位置相对于机器手运动轨迹不对称。
3.根据权利要求1所述的一种机械手AWC纠偏系统实现装置，其特征在于，所述系统主控制器(1)读取机械手驱动器(3)存储的码盘值为4组，每组码盘值对应唯一的机械手空间坐标值，通过其中任意三组机械手空间坐标值可以唯一确定机械手上的晶圆位置，与开始设定的标准位置进行比较可以计算出此次晶圆的偏差。
4.一种机械手AWC纠偏系统实现方法，其特征在于，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。
权 利 要 求 书1/1页CN 112775956 A
一种机械手AWC纠偏系统实现方法
技术领域
[0001]本发明涉及到真空机械手的一种动态纠偏技术，具体说是一种机械手AWC纠偏系统实现方法。
背景技术
[0002]真空直驱机械手是半导体设备的关键零部件，负责晶圆在不同工艺位置之间的传输。由于在真空环境下，所以机械手与晶圆之间一般采用摩擦的方式。因此，在机械手搬运晶圆的过程中不可不免的就会出现晶圆的位置偏移的现象。这样对于后续工艺的生产就会产生影响。而且，随着半导体工艺的不断升级改进，晶圆的传输效率不断在提高，机械手的运行速度在不断加快，出现位置偏移的概率就会大大增加，目前国内真正研发真空系列的机械手厂商几乎没有，相关的技术都被国外的厂家所垄断。在行业中比较成熟的方案就是在机械手的搬运的过程中进行纠偏。这样可以保证晶圆在进行后续生产之前就处于绝对准确的位置。
[0003]真空直驱机械手的动态纠偏技术要求的技术难度也比较大，这也是限制国内真空机械手研发的一个重要因素。因此，在晶圆运行过程中的动态纠偏功能(AWC,Active Wafer Centering)就显得十分重要。它的研发成功对于后续机械手的发展同样起到促进作用。
发明内容
[0004]本发明可以使机械手在传送晶圆的过程中，纠正由于摩擦等原因引起的偏差，使晶圆到达工位位置可以处于绝对准确的位置。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0006]一种机械手AWC纠偏系统实现装置，包括：
[0007]系统主控制器，用于读取机械手驱动器存储的码盘值，通过计算得到机械手上的晶圆位置，并通过CAN总线与系统IO板卡相连；
[0008]系统IO板卡，用于处理激光传感器输出的电平信号，并将处理后的电平信号输出给机械手驱动器；
[0009]机械手驱动器，用于存储晶圆通过激光传感器时产生的码盘值；
[0010]激光传感器，用于当晶圆通过激光传感器时产生电平信号，并输出给系统IO板卡。[0011]所述激光传感器为两个且位置相对于机器手运动轨迹不对称。
[0012]所述系统主控制器读取机械手驱动器存储的码盘值为4组，每组码盘值对应唯一的机械手空间坐标值，通过其中任意三组机械手空间坐标值可以唯一确定机械手上的晶圆位置，与开始设定的标准位置进行比较可以计算出此次晶圆的偏差。
[0013]一种机械手AWC纠偏系统实现方法，包括以下步骤：
[0014]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；
[0015]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；
[0016]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；
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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：
[0021](x2-a)^2+(y2-b)^2＝R^2 (1)
[0022](x3-a)^2+(y3-b)^2＝R^2 (2)
[0023]整理得：
[0024](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 [0025]C1＝(x3^2-x2^2+y3^2-y2^2)/(2*(x3-x2))
[0026]C2＝(y3-y2)/(x3-x2)
[0027]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；
[0028]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。
[0029]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：
[0030]X1＝x1+d*cos(θ1+ψ-π/2)
[0031]Y1＝y1+d*sin(θ1+ψ-π/2)；
[0032]X2＝x2+d*cos(θ2+ψ-π/2)
[0033]Y2＝y2+d*sin(θ2+ψ-π/2)
[0034]X3＝x3+d*cos(θ3+ψ-π/2)
[0035]Y3＝y3+d*sin(θ3+ψ-π/2)
[0036]X4＝x4+d*cos(θ4+ψ-π/2)
[0037]Y4＝y4+d*sin(θ4+ψ-π/2)
[0038](X1-Xa)^2+(Y1-Ya)^2＝R^2①
[0039](X2-Xb)^2+(Y2-Yb)^2＝R^2②
[0040](X3-Xb)^2+(Y3-Yb)^2＝R^2③
[0041](X4-Xa)^2+(Y4-Ya)^2＝R^2④
[0042]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；
[0043]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。
[0044]本发明具有以下有益效果及优点：
[0045] 1.本发明实现了真空机械手在搬运晶圆的过程中，动态纠正晶圆的实时位置，使晶圆在达到工位位置时，处在绝对准确的位置。
[0046] 2.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
[0047]图1为本发明的结构示意图；
[0048]其中，1为系统主控制器，2为系统IO板卡，3为机械手驱动器，4为高精度激光传感器，5为高精度激光传感器；
[0049]图2是本发明的方案流程图；
[0050]图3是AWC数据采集示意图；
[0051]图4是AWC标定原理示意图；
[0052]图5是晶圆偏差示意图。
具体实施方式
[0053]本发明的技术关键点为：
[0054]1、在工位上安装两个传感器。
[0055]2、机器手在伸缩过程中触发传感器。
[0056]3、通过触发时刻记录的码盘值计算标定位置。
[0057]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。
[0058]5、机器手利用偏差值自动校正晶圆位置。
[0059]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0060]如图1所示，真空机械手托着晶圆运行时，每次都会触发两个相对晶圆中心位置不同的高精度的激光传感器，如图1中的4和图1中的5，传感器激光信号被遮挡后，会高速输出电平信号给系统IO板卡进行处理，如图1中的2。系统IO板卡在收到高速数字信号输入后，在每次传感器信号发生变化时产生300us宽度的低脉冲信号输出给机械手驱动器模块，如图1中的3。机械手驱动器在任何低脉冲信号的下降沿可以立即锁存当前的码盘值，待晶圆整体通过传感器后，合计会产生四组码盘值。系统主控制器(如图1中的1)通过系统内部的通讯总线—CAN总线—读取驱动器模块锁存的四组码盘值，每组码盘值通过空间坐标转换关系等式对应唯一的机械手空间坐标值，通过其中三组机械手空间坐标值可以唯一确定机械手上的晶圆位置，与开始示教的标准位置进行比较可以计算出此次晶圆的偏差。在机械手达到工位之后，将计算的偏差值补偿到机械手位置上，实现了机械手的动态纠偏功能。
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