[发明专利]一种化学机械抛光传输机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，特别涉及一种化学机械抛光传输机器人系统。

背景技术

半导体制造装备中，其内部专用的自动物料处理设备是晶圆传输机器人。传输机器人需满足传输速度与粗、精加工速度同步，抓取装置不损伤晶片，不带来新的污染，传输中无冲击和震动等要求。

由抛光机的要求，研发一种专用的传输机器人是必要的。国外公司和研究机构在传输机器人及其关键技术的研究与开发，取得了丰硕的成果，并形成了完整的产品体系。但国内传输机器人的研究和开发相比于国外较落后，在精密自动传输人系统方面的研究也很少。目前，应用在国内IC生产线上的自动传输人系统几乎全部是从国外进口，而且国内的传输机器人在稳定性、可靠性和自动化程度上与国际水平有一定差距。

掌握核心技术，相关研究成果在实际生产制造中得以应用，实现传输机器人产品的自主化，以替代维护不便且价格贵的进口产品。相关技术还可移植到其他IC装备中及设备间的晶圆传输上，具有一定扩展性。IC设备中对机器人的控制精度要求非常高，由于传输机器人系统是高度非线性动态系统，加之摩擦、载荷变化及其他不确定干扰存在，使传输机器人系统的精确控制是一个难点。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出一种化学机械抛光传输机器人系统，该系统可以有效降低对负载控制算法的计算负担，满足机器人实现多项任务研究的要求，且具有较高的通用性高。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种化学机械抛光传输机器人系统，包括执行机构，所述执行机构包括机器人本体和支撑装置，其中所述机器人本体包括：手爪，所述手爪用于取放晶圆；手爪翻转机构，所述手爪翻转机构与所述手抓相连用于驱动所述手爪翻转；小臂体，所述小臂体与所述手爪相连用于带动所述手爪旋转；大臂体，所述大臂体与所述小臂体相连用于带动所述小臂体旋转；和套筒，所述套筒用于支撑所述大臂体且驱动大臂体旋转；其中所述支撑装置包括：直线导轨滑台，所述直线导轨滑台用于支撑所述机器人本体；和导轨丝杠，所述导轨丝杠设在所述直线导轨滑台上且与所述套筒相连，用于驱动所述机器人本体沿所述导轨丝杠前后移动；检测器，所述检测器设在所述执行机构上，用于检测所述执行机构的工作状态参数以生成检测信息；控制装置，所述控制装置分别与所述执行机构和所述检测器相连，用于控制所述手爪的运动位移和运动角度，所述控制装置包括：上位控制器、主控制器、运动控制器、多个伺服驱动器、多个电机和多个编码器，其中，所述上位机控制器用于接收用户输入的操作指令；多个所述编码器分别与所述运动控制器、多个所述伺服驱动器和多个所述电机相连，每个所述编码器用于检测相应的所述电机的状态信息，并将相应的状态信息反馈给对应的伺服驱动器以及所述运动控制器；所述主控制器分别与所述上位机控制器和所述运动控制器相连，用于根据所述操作指令和所述检测信息生成所述执行机构的运动指令，并将所述运动指令发送给所述运动控制器，所述运动控制器分别与所述检测器、所述主控制器和多个所述编码器相连，用于按照预设控制算法计算电机控制量；多个所述伺服驱动器与所述运动控制器相连，其中，每个所述伺服驱动器用于根据相应的所述电机控制量计算相应电机的控制转矩；多个电机分别与所述多个伺服驱动器和所述执行机构相连，其中，每个所述电机用于在相应的控制转矩的控制下驱动所述执行机构运动。

根据本发明实施例的化学机械抛光传输机器人系统具有以下优点：

第一，本发明实施例的化学机械抛光传输机器人系统兼有传输机器人的离散时间动作决策问题和连续时间的运动控制问题，可用于对机器人学、机械学以及控制科学领域交叉的综合研究。

第二，本发明实施例的化学机械抛光传输机器人系统在保留现有传输机器人的原有优点基础上，具有新的应用价值。具体地，本发明实施例的化学机械抛光传输机器人系统是一种与工程实际问题联系紧密，实用价值较高的研究、生产设备。该系统中电器结构及控制方法可广泛应用在IC设备的传输系统中，也可用在其他IC设备上。

第三，本发明实施例的化学机械抛光传输机器人系统中的电气系统采用层式结构，各级控制器各司其职，使得机器人的处理性能更加强劲，能够有效降低应对复杂控制算法时的计算负担，能满足机器人实现多用任务研究的要求。此外，分层结构使得硬件系统具有良好的扩展能力。