面向IC制造的凈化機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、集成電路(IC)是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心，是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化發(fā)展的高新技術(shù)之一。應(yīng)用于IC的制造裝備是IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展支柱，而更高性能的IC制造裝備的研制又在整個(gè)IC產(chǎn)業(yè)中扮演著技術(shù)先導(dǎo)的角色。凈化機(jī)器人是IC制造裝備中關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)半導(dǎo)體硅片在各個(gè)工序之間的傳輸與定位工作，它的工作性能直接影響著硅片的生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量。因此對(duì)凈化機(jī)器人的研制和關(guān)鍵技術(shù)的探討具有積極的意義。 本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外凈化機(jī)器人的研究和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹

2、，指出了其研究特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。然后針對(duì)IC制造的環(huán)境潔凈度與硅片傳輸任務(wù)的要求，提出凈化機(jī)器人的構(gòu)型原則。并對(duì)凈化機(jī)器人的兩種主要構(gòu)型進(jìn)行了比較分析，最后確定了R-θ型(圓柱坐標(biāo)型)結(jié)構(gòu)作為本課題研制凈化機(jī)器人的構(gòu)型。 基于上述構(gòu)型，進(jìn)行了凈化機(jī)器人機(jī)械本體的設(shè)計(jì)。首先對(duì)其末端執(zhí)行器的徑向直線伸縮運(yùn)動(dòng)展開(kāi)分析，得出了實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)的必要條件，并采用兩組行星輪系與連桿機(jī)構(gòu)的組合形式來(lái)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)，此外還對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)

3、力學(xué)分析，為電機(jī)的選擇以及控制凈化機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)特性提供理論基礎(chǔ)。其次，為了滿足硅片制造環(huán)境潔凈度的要求，將易產(chǎn)生塵埃粒子的污染源置于硅片制造環(huán)境之外，以帶傳動(dòng)的方式將動(dòng)力從低潔凈環(huán)境傳輸?shù)礁邼崈舡h(huán)境，帶動(dòng)各節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)。最終的實(shí)際結(jié)構(gòu)是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速裝置等置于機(jī)座內(nèi)部，操作手臂置于工作環(huán)境之中，工作環(huán)境與機(jī)座之間采用密封裝置進(jìn)行隔離，這種結(jié)構(gòu)布置方式是本課題的新穎之處。 控制系統(tǒng)是基于PC機(jī)與MPC02運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行了

4、搭建，伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用安川(YASKAWA)交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。其中PC機(jī)用于完成上層管理功能，負(fù)責(zé)人機(jī)界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方面的工作。MPC02運(yùn)動(dòng)控制卡作為下層運(yùn)動(dòng)控制器，用于完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)，如脈沖和方向的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢查等。由于凈化機(jī)器人執(zhí)行的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的搬運(yùn)操作，故交流伺服電機(jī)選用位置控制模式。同時(shí)，又以Windows2000操作系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)和運(yùn)行平臺(tái)，采用功能強(qiáng)大