Промышленные роботы микроэлектроники

Робот — автономно функционирующая машина-автомат, предназна­ченная для воспроизведения двигательных функций человека во время про-

изводственных операций без его участия и наделенная для этого способно­стями человека (силой, памятью и т. д.), а также способностью к обучению для работы в комплексе с другим оборудованием и приспособлением к про­изводственной среде.

Для выполнения своих функций ПР имеет:

манипулятор с набором исполнительных механизмов (захват, свароч­ная головка, зонд и т. д.), позволяющий в автоматическом цикле выполнять требуемые функции;

систему управления, обеспечивающую выдачу команд на исполнитель­ные механизмы манипуляторов в зависимости от положения рабочих орга­нов и от состояния внешней среды (ориентация детали, ее размер, масса, температура и т. п.).

Классификация ПР представлена на рис. 1.20. По степени универсаль­ности ПР делятся на специальные, специализированные и универсальные.

Специальные ПР предназначены для выполнения какой-либо одной операции, обслуживания одного типа оборудования (автооператор). Мани­пулятор таких роботов прост по конструкции, обладает несколькими степе­нями подвижности, система управления (СУ) имеет узкий диапазон перена­ладок и работает по жесткой программе. Специальные ПР используются для загрузки, перемещения и манипуляций полупроводниковыми пластинами в элионных установках: установках полного легирования, ионноплазменного и плазмохимического травления, нанесения тонких пленок и др. Ввиду ста­бильности формы объекта манипулирования (меняется лишь диаметр пла­стины в пределах 60—450 мкс) и траекторий движения манипулятора не требуется корректировки системой управления.

Универсальный ПР обладает манипулятором, который имеет не менее семи степеней свободы: три линейных, три угловых и одно для удержания объекта манипулирования. Универсальные ПР обслуживают оборудование различного технологического назначения, выполняют различные операции с широкой но­менклатурой полуфабрикатов, их легко можно перепрограммировать и пере­ключить на другую работу в пределах технических возможностей робота.

Специализированные ПР служат для выполнения операций одного вида или обслуживания оборудования одного назначения. К ним предъявляют ряд особых требований, которые и обусловливают специализацию роботов (например, требования к массе объектов манипулирования, точности мани­пулирования, к среде, в которой робот работает, и к возмущениям, которые он вносит в эту среду).

По массе и размерам объектов манипулирования различают ПР боль­шой — (более 60 кг), средней (5—60 кг) и малой (менее 5 кг) грузоподъем­ности. В отдельную группу выделяют ПР для манипулирования миниатюр­ными изделиями с массой менее килограмма (40%). По требованию к точ­ности манипулирования различают роботы нормальной точности с погреш­ностью позиционирования в зависимости от грузоподъемности 0,1—5 мм, прецизионные роботы с погрешностью 5 мкм и ультрапрецизионные робо­ты с погрешностью до 0,03 мкм.

Роботы нормальной точности применяют для манипулирования транспортными или технологическими кассетами, перекладки полупровод­никовых пластин из кассеты в кассету, на химических операциях. Прецизи­онные роботы манипулируют пластинами или кристаллами на операциях посадки кристалла, разводки выводов, герметизации корпусов, а также ин­тегральными схемами на операциях контроля и разбраковки. Ультрапреци­зионные роботы с погрешностью 0,03—1 мкм манипулируют пластинами на операции литографии.

По требованиям к окружающей среде различают роботы, которые могут работать в масляном и безмасляном вакууме, существенно не изменяя его па­раметров, чистые роботы, которые не ухудшают атмосферу чистых комнат соответствующих классов, и обычные роботы, к которым не предъявляют ни­каких специфических требований по герметичности, газо- и пылевыделениям.

Для работы в чистых комнатах разрабатывается поколение роботов, цель применения которых — устранить контакт человека с обрабатываемы­ми изделиями. Именно человек является основным источником загрязнений поверхности полупроводниковых структур. Для таких роботов необходим специальный привод с минимальным числом пар внешнего трения, мини­мальным выделением продуктов износа, паров масел, отсутствием зон, спо­собствующих накоплению пыли, препятствующих общему ламинарному потоку воздуха в помещении. Так, робот ALPHA одет в одежду из специ­альной ткани, что сделало его пригодным для работы в помещениях первой категории. Робот PUMA фирмы Vnimation оснащен встроенным в руку вен-

тилятором, создающим в зоне захвата ламинарный всасывающий поток воз­духа, способствующий дополнительной локальной очистке воздушной сре­ды в зоне манипулирования.

Роботы первого поколения работают по жесткой программе. Эти робо­ты не способны воспринимать внешнюю информацию об ориентации дета­ли, ее размерах, массе, усилиях зажима. Они не способны адаптироваться к изменяющейся внешней среде. Такие роботы используются на простых опе­рациях (транспортно-перегрузочные, окраска, гальванопокрытие, сушка). Управление этими роботами осуществляется от механических или пневма­тических командоаппаратов, специализированных и универсальных кон­троллеров, построенных на микропроцессорной основе. Программирование цикла технологических операций осуществляется перенастройкой командо­аппаратов, перекоммутацией штекерной панели, составлением и записью в ОЗУ алгоритма управления или обучением.

При обучении робот управляется вручную, система управления следит и запоминает порядок движений рабочих органов и таким образом форми­рует в ОЗУ алгоритм управления.

Роботы второго поколения (адаптивные) работают по гибкой про­грамме, их реакция определяется не только состоянием робота, но и состоя­нием внешней среды, для чего они снабжены датчиками внешней информа­ции: искусственными зрением, слухом, осязанием и другими устройствами, позволяющими выделять необходимую информацию об ориентации детали, ее размерах и других свойствах. Система управления такими роботами строится на базе микроЭВМ, для перепрограммирования в ней используют­ся специальные диалоговые языки, близкие к естественному и не требую­щие от пользователя никакой подготовки по программированию. Иногда программирование осуществляется обучением. Некоторые операции при производстве интегральных схем (фотолитография, посадка кристаллов, сварка выводов) невозможно провести, если при управлении технологиче­скими процессами не учитывать состояние внешней по отношению к обо­рудованию информации о параметрах полуфабрикатов и внешней среды: размерных погрешностях, температуре влажности и т. п. Управление таки­ми операциями должно быть адаптивным и выполняться адаптивными ПР.

Роботы третьего поколения или интеллектуальные только разрабатыва­ются и не вышли из стен лабораторий. Особенностью этих ПР является высокая приспособляемость к внешним условиям. Они могут выбирать нужные детали из навала, ориентировать их для выполнения последующих операций, оптими­зировать результаты своей работы, самообучаться. Столь высокая адаптация приведет к повышенной автономности робота. При своей работе он будет тре­бовать минимальное число команд от системы управления высшего уровня.

Система искусственного интеллекта обеспечит минимальную трудоем­кость программирования робота, ему будет сообщаться лишь цель его работы, что нужно сделать и какие обеспечить параметры. А как это сделать, т. е. како-

вы должны быть последовательность и параметры каждой из операций, робот решит сам.

При этом он постоянно будет самообучаться, т. е. совершенствовать алгоритм своего управления так, чтобы активизировать результат работы. Интеллектуальные ПР — универсальны, их работа в составе ГАП (РТК) автоматически обеспечит гибкость технологических систем, так как робот сам сможет подбирать оптимальные технологические процессы. В этом ро­боту будет помогать централизованная система управления комплексом.

Основная тенденция развития роботостроения — стремление к универ­сальности, автономности и адаптации к внешней среде.