一种单碟式真空传输系统及其循环作业控制方法与流程

本发明涉及真空传输控制，具体为一种单碟式真空传输系统及其循环作业控制方法。

背景技术：

1、在半导体晶圆制造过程中，单碟式真空传输系统在真空腔室内实现晶圆从取件位置到放件位置的转移，机械手放件位置处承片台的高度和水平角度受安装状态、腔室温度变化等因素影响。现有循环作业控制方法通常采用离线示教或预设轨迹，在固定速度上限和加速度上限条件下控制机械手运动，真空腔室内的真空度波动和钢带张力变化被忽略或仅作为报警量处理。真空度变化会改变运动副阻尼和密封件摩擦特性，钢带张力变化会影响驱动力从主动轮到末端执行器的传递关系，固定运动参数约束难以保证各轨迹点瞬时速度和瞬时加速度始终处于当前循环允许范围内，局部超限会造成伺服饱和、钢带打滑或末端抖动。放件过程中，预先规划的路径末端姿态无法根据承片台实际高度和水平偏角进行修正，放件位置偏差和姿态偏差容易被引入晶圆与承片台的接触过程。

2、现有方法对放件到位偏差的处理多用于当次检测或报警，部分方案仅补偿当次位置误差，未将相邻循环之间的偏差变化量反馈至下一循环的运动约束边界，导致同类偏差在连续循环作业中重复出现。针对上述问题，需要解决在真空度和钢带张力动态变化条件下生成与当前循环周期相匹配的运动参数约束条件并据此拟合晶圆传输基准路径的问题，以及需要解决利用相邻循环放件到位偏差变化量对运动约束边界进行自适应调整的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种单碟式真空传输系统，其包括机械手，还包括密封的机械手腔室，所述机械手腔室上方设置有自动开闭的舱门，所述机械手腔室的一侧设置有控制腔室开闭的阀门，所述机械手的前端能够横向穿过所述阀门，所述机械手的后端固定于钢带上，所述钢带的两端分别连接于钢带主动轮和钢带从动轮的外缘上，所述钢带通过第一连接块固定连接于同步带传动机构的输出带上，所述同步带传动机构的输入端与驱动机构连接，通过驱动机构带动转动。

2、一种单碟式真空传输系统及其循环作业控制方法，应用于前述的单碟式真空传输系统中机械手的循环作业过程，目的在于根据当前循环周期的初始真空度序列和初始钢带张力值序列生成运动参数约束矩阵，在动态约束条件下拟合晶圆传输基准路径，减少真空环境波动和钢带张力变化对路径执行的不利影响；利用当前循环周期与上一循环周期的放件到位偏差向量之间的偏差变化量调整下一循环周期的运动参数约束矩阵约束边界值，使连续循环作业中的运动约束随实际放件偏差自适应修正，改善放件一致性和循环作业稳定性。

3、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种单碟式真空传输系统循环作业控制方法，包括：响应于初始化完成信号，获取当前循环周期的初始真空度序列和初始钢带张力值序列，根据所述初始真空度序列和初始钢带张力值序列生成当前循环周期的运动参数约束矩阵；在所述运动参数约束矩阵的各维度方向上，以等距采样方式提取多个运动轨迹参考点，根据所述多个运动轨迹参考点拟合获得当前循环周期的晶圆传输基准路径；采集当前循环周期内放件位置处的承片台高度值和水平偏角值，根据所述承片台高度值和水平偏角值对所述晶圆传输基准路径进行末端姿态补偿，获得目标放件接近路径；根据所述目标放件接近路径控制机械手执行当前循环周期的放件动作，采集放件动作过程中钢带主动轮的角位移序列和角速度序列，根据所述角位移序列和角速度序列计算当前循环周期的放件到位偏差向量；获取上一循环周期的历史放件到位偏差向量，根据所述当前循环周期的放件到位偏差向量和所述历史放件到位偏差向量之间的偏差变化量，调整下一循环周期的运动参数约束矩阵的约束边界值。该方法将真空度与钢带张力纳入运动参数约束，并根据实际放件误差进行跨周期迭代修正，使晶圆放件过程在真空环境和钢带传动状态下保持一致。

4、作为本发明的一个技术方案，生成当前循环周期的运动参数约束矩阵的过程包括：在机械手完成回原点操作且各轴就绪后，接收所述初始化完成信号，触发真空传感器组按预设采样频率连续采集机械手腔室内的多个真空度瞬时值，形成所述初始真空度序列；同时触发张力传感器组连续采集钢带主动轮侧和钢带从动轮侧的多个张力瞬时值，形成所述初始钢带张力值序列；分别从所述初始真空度序列中提取真空度最大值和真空度最小值，以及从所述初始钢带张力值序列中提取张力最大值和张力最小值，构成运动参数边界数组；根据所述运动参数边界数组，构建以钢带线速度上限值和加速度上限值为变量的运动参数约束矩阵，所述运动参数约束矩阵包含各运动轴的加速度约束区间和速度约束区间。由此，运动参数约束矩阵能够反映当前真空环境和钢带张力状态，使路径规划参数处于设备可承受的运动范围内。

5、优选的，所述运动参数约束矩阵的行向量维度对应机械手关节空间中的升降轴、旋转轴和伸缩轴，列向量维度对应各轴在加速阶段和减速阶段的速度约束区间，从而可直接为不同关节运动阶段提供约束，降低路径搜索过程中的参数越界风险。

6、作为本发明的一个技术方案，拟合获得晶圆传输基准路径的过程包括：将晶圆从取件位置到放件位置的运动空间划分为多个插值段，在每段插值段的起始时间和终止时间内，以相等的时间间隔提取多个路径点，获得各插值段的多个运动轨迹参考点；读取所述运动参数约束矩阵中与当前插值段对应的速度和加速度约束区间，判断各运动轨迹参考点的瞬时速度和瞬时加速度是否均落入所述速度和加速度约束区间内，若是，则保留该运动轨迹参考点，否则剔除该运动轨迹参考点；对保留的所有运动轨迹参考点采用三次样条插值方法进行拟合，获得连续平滑的晶圆传输基准路径，所述晶圆传输基准路径以时间参数化形式表示。该路径在满足真空度和钢带张力约束的同时减少运动突变，有利于降低传输过程中的振动和晶圆位移风险。

7、优选的，在每段插值段的起始时间和终止时间内，所述相等的时间间隔根据钢带主动轮的响应带宽自适应确定，且各插值段内提取的运动轨迹参考点数量与当前循环周期的总插值段数成正比。

8、作为本发明的一个技术方案，获得目标放件接近路径的过程包括：在机械手末端到达放件位置附近的预设减速区域时，触发安装在承片台基座上的激光位移传感器，测量承片台上表面相对于机械手末端执行器基准平面的高度差，作为所述承片台高度值；同时触发安装在承片台侧方的角度传感器，测量承片台中心轴线与机械手末端执行器进给方向之间的夹角，作为所述水平偏角值；根据所述承片台高度值，计算末端执行器在竖直方向上的高度补偿量，根据所述水平偏角值，计算末端执行器在水平面内的旋转补偿量；将所述高度补偿量和旋转补偿量叠加至所述晶圆传输基准路径的末端位姿参数上，生成所述目标放件接近路径。通过末端姿态补偿，可修正承片台高度和水平角度偏差对放件位置的影响，提高放件位置准确度。

9、优选的，所述承片台高度值的测量基准为机械手末端执行器处于水平姿态时的下表面平面，所述水平偏角值的测量基准为末端执行器在水平面内的理论进给方向向量。

10、作为本发明的一个技术方案，计算放件到位偏差向量的过程包括：按照所述目标放件接近路径的时间参数序列，向伺服驱动器逐次输出各插值点的位置指令和速度指令，使钢带主动轮按照指令旋转，带动末端执行器沿所述目标放件接近路径移动；在放件动作执行期间，以固定采样周期持续采集钢带主动轮上的旋转编码器脉冲数，将各采样时刻的脉冲数转换为角位移瞬时值，形成所述角位移序列，同时采集钢带主动轮的瞬时旋转速度，形成所述角速度序列；根据所述角位移序列中终止时刻的角位移值与理论放件位置所对应的期望角位移值之间的差值，获得放件位置偏差；根据所述角速度序列中各采样时刻的角速度值与对应时刻指令速度值之间的差值，获得速度跟踪偏差，将所述放件位置偏差和速度跟踪偏差组合为所述放件到位偏差向量。由此可量化当前循环周期的放件执行误差，为下一周期的约束边界调整提供依据。

11、作为本发明的一个技术方案，调整下一循环周期约束边界值的过程包括：从系统存储区读取上一循环周期结束时所记录的历史放件到位偏差向量，计算所述当前循环周期的放件到位偏差向量与所述历史放件到位偏差向量之间的差值向量，作为所述偏差变化量；从所述偏差变化量中提取位置偏差变化分量和速度偏差变化分量，若所述位置偏差变化分量大于零，则在当前运动参数约束矩阵的速度约束上限值上减去第一调整步长，若所述位置偏差变化分量小于零，则在当前运动参数约束矩阵的速度约束上限值上增加第一调整步长；若所述速度偏差变化分量大于零，则在当前运动参数约束矩阵的加速度约束上限值上减去第二调整步长，若所述速度偏差变化分量小于零，则在当前运动参数约束矩阵的加速度约束上限值上增加第二调整步长，获得下一循环周期的运动参数约束矩阵的约束边界值。该调整过程根据相邻周期之间的偏差变化趋势动态改变约束边界，使下一循环周期的运动参数更贴近当前设备状态，从而逐步减小放件到位偏差。

12、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

13、根据初始真空度序列中的真空度最大值和最小值以及初始钢带张力值序列中的张力最大值和最小值构成运动参数边界数组，生成以钢带线速度上限值和加速度上限值为变量的运动参数约束矩阵，且约束矩阵行向量对应各运动轴的加速度约束区间，列向量对应各运动轴的速度约束区间。在运动参数约束矩阵的各维度方向上以等距采样方式提取多个运动轨迹参考点，将每个参考点的瞬时速度和瞬时加速度与对应速度和加速度约束区间进行比较，剔除超出约束区间的参考点，保留的参考点通过三次样条插值拟合为时间参数化的晶圆传输基准路径。区别于固定速度上限和加速度上限的常规路径规划方式，当前循环周期内真空度和钢带张力的实际测得值被引入约束边界生成过程，使运动参数约束随真空环境和张力状态变化而改变，避免部分轨迹点因当前循环边界偏移而出现速度或加速度超限，减少由此引起的伺服饱和、钢带打滑和末端抖动；约束筛选后的参考点经三次样条插值后路径平滑连续，更适应单碟式真空传输系统在变工况条件下的循环传输需求。

14、放件动作执行期间采集钢带主动轮的角位移序列和角速度序列，由终止时刻角位移与理论放件位置对应的期望角位移之差得到放件位置偏差，由各采样时刻角速度与指令速度之差得到速度跟踪偏差，形成当前循环周期的放件到位偏差向量。读取上一循环周期记录的历史放件到位偏差向量，计算当前偏差向量与历史偏差向量之间的偏差变化量，从偏差变化量中提取位置偏差变化分量和速度偏差变化分量。当位置偏差变化分量大于零时，在当前运动参数约束矩阵的速度约束上限值上减去第一调整步长，使下一循环速度约束边界收紧；当位置偏差变化分量小于零时，在速度约束上限值上增加第一调整步长，使下一循环速度约束边界适度放开。速度偏差变化分量以相同方式作用于加速度约束上限值。区别于仅对当次放件偏差进行检测或补偿的常规方式，相邻循环之间的偏差变化量被作为反馈量用于调整下一循环的运动约束边界，约束边界随实际放件偏差变化方向进行加减调整，能够抑制连续循环作业中重复性放件偏差的累积，减少后续循环出现同类位置偏差和速度跟踪偏差的概率，改善多循环运行状态下放件到位的一致性。