本发明涉及半导体加工设备技术领域，尤其涉及一种可配置的机械手晶圆定心装置。
背景技术：
在半导体行业中，各腔室之间或工位之间通常使用机械手完成晶圆的传送。在晶圆传输系统中，为避免取片时偏位或晶圆破损等客观因素的发生，提高晶圆取放的准确度，需要设计并使用AWC(Active Wafer Centering)功能来进行检测与校正。AWC功能晶圆自动定心功能，针对机械手传输晶圆过程中实际中心与示教中心的偏位情况，在机械手的运动过程中进行自动纠正，确保晶圆被正常运送到指定位置。
AWC功能使用一组包含两个传感器，放置于需要检测的工位方向，如运动的径向直线和晶圆边缘之间，并尽量保证两个传感器连线与工位径向垂直，机械手在执行GOTO指令的过程中，当传感器检测到有晶圆出入时，会立刻采集伺服轴位置数据并保存，根据采集到的4次数据计算出晶圆圆心与机械手手指中心的偏差。在机械手伸展到位的同时，R轴和T轴会自动对该偏差矢量进行补偿处理，实现自动纠偏，直到偏差消除后GOTO指令结束，保证晶圆被准确的传送到目标工位。
目前，半导体行业中应用的机械手都是通过运动控制卡或伺服驱动器本身具有的高速输入采集电路来完成AWC传感器信号的高速采集功能。该功能需要使用运动控制卡或伺服驱动器的高速输入信号采集电路，当传感器扫到晶圆的边沿时通过高速输入电路来锁存当前机器人伺服轴的位置值。机械手在到达工位并完成晶圆定心操作后，还需与半导体工艺设备进行IO(Input/Output，输入/输出)互锁操作，以保证传输晶圆安全。
由于半导体生产工艺的复杂多样性，不同半导体生产商对机械手AWC功能及IO互锁功能的需求是不同的，即使是同一家半导体生产商出于设备升级或提高产率等方面考虑对AWC功能及IO互锁功能的需求也可能会产生变化。这就要 求机械手的AWC功能接口及IO互锁接口应具有高度的灵活可配置性。
半导体生产商对AWC功能支持的工位数需求从1工位到8工位甚至更多。而AWC应用每个工位需要2路高速输入信号，为满足全部半导体生产商的需求，机械手的AWC信号采集电路至少要满足8工位需求，即16路高速输入采集电路。因此为满足应用需求，目前最好的方法是将AWC采集电路及IO互锁电路分开处理。即设计一个至少满足8工位AWC应用，具有16路高速输入采集电路的专用晶圆定心控制装置，将AWC信号接入到FPGA中，通过配置FPGA来配置AWC采集电路的使能及相关逻辑操作，而另外通过常规的IO采集卡实现机械手的IO互锁功能。
在实际应用中，大部分的半导体生厂商用不到8工位AWC功能，这就会造成机械手硬件资源的浪费，且使机械手的成本增加。当生产工艺发生改变时，如果AWC功能及IO互锁功能需要调整，就需要更改机械手与半导体工艺设备间的互联电缆，且需要大量的时间来对设计更改进行调试，造成人力物力上的浪费。
技术实现要素：
基于此，本发明的目的在于提供一种可配置的机械手晶圆定心装置。
为了实现本发明的目的，提供一种可配置的机械手晶圆定心装置，包括嵌入式CPU模块、FPGA模块、IO输出电路、高速输入采集电路、用户IO接口；所述嵌入式CPU模块与所述FPGA模块连接，所述嵌入式CPU模块从所述FPGA模块读取AWC工位及IO互锁的配置信息；所述高速输入采集电路与所述FPGA模块连接，采集AWC传感器信号及IO互锁功能中的输入信号并传送至所述FPGA模块；所述IO输出电路与所述FPGA模块连接，接收所述FPGA模块控制信号输出IO互锁信号；所述用户IO接口与所述高速输入采集电路和IO输出电路连接，用于与外部设备连接实现AWC功能和IO互锁功能。
优选地，所述装置还包括EEPROM模块，所述EEPROM模块与所述嵌入式CPU模块连接，所述EEPROM模块用于存储AWC工位及IO互锁的配置信息。
优选地，所述EEPROM模块通过串行总线与所述嵌入式CPU模块连接。
优选地，所述装置还包括驱动器接口电路，所述驱动器接口电路与所述FPGA 模块连接，所述驱动器接口电路用于连接外部驱动器。
优选地，所述驱动器接口电路接收外部驱动器的编码器信号和发送所述FPGA模块的位置指令、速度指令或转矩指令至外部驱动器。
优选地，所述装置还包括总线通讯电路，所述总线通讯电路与所述嵌入式CPU模块连接，所述总线通讯电路用于连接外部上位机。
优选地，所述总线通讯电路接收外部上位机的AWC工位及IO互锁的配置信息。
优选地，所述外部设备包括AWC传感器和工艺设备。
优选地，所述嵌入式CPU模块通过地址数据线与所述FPGA模块连接。
区别于现有技术，上述可配置的机械手晶圆定心装置，将用于AWC功能的高速输入信号与IO互锁信号全部接入本装置，省略IO采集卡；将IO互锁信号中的输入部分采集电路全部通过与AWC高速输入电路一样的电路实现，并将二者的采集电路全部接入FPGA，不明确区分AWC电路及IO输入电路，默认全部为高速输入电路。
【附图说明】
图1为本发明一个实施例中可配置的机械手晶圆定心装置的结构示意图。
附图标记说明：
1、嵌入式CPU模块；
2、FPGA模块；
3、总线通讯电路；
4、EEPROM模块；
5、驱动器接口电路；
6、IO输出电路；
7、高速输入采集电路；
8、用户IO接口；
9、上位机；
10、AWC传感器；
11、工艺设备。
【具体实施方式】
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。
本发明提供一种可配置的机械手晶圆定心装置，包括嵌入式CPU模块、FPGA模块、IO输出电路、高速输入采集电路和用户IO接口。
所述嵌入式CPU模块与所述FPGA模块连接，所述嵌入式CPU模块从所述FPGA模块读取AWC工位及IO互锁的配置信息。
所述高速输入采集电路与所述FPGA模块连接，采集AWC传感器信号及IO互锁功能中的输入信号并传送至所述FPGA模块；所述IO输出电路与所述FPGA模块连接，接收所述FPGA模块控制信号输出IO互锁信号；所述用户IO接口与所述高速输入采集电路和IO输出电路连接，用于与外部设备连接实现AWC功能和IO互锁功能。
具体地，如图1所示，在本发明一实施例中，一种可配置的机械手晶圆定心装置，包括嵌入式CPU模块1、FPGA模块2、IO输出电路6、高速输入采集电路7和用户IO接口8。
该嵌入式CPU模块1为核心控制器，采集高速输入信号并锁存伺服轴位置值，以及控制IO互锁功能实现。嵌入式CPU模块1与FPGA模块2连接，嵌入式CPU模块1从FPGA模块2读取AWC工位及IO互锁的配置信息。
该高速输入采集电路7与FPGA模块2连接，采集AWC传感器10信号及IO互锁功能中的输入信号并传送至FPGA模块2。
该IO输出电路6与FPGA模块2连接，接收FPGA模块2控制信号输出IO互锁信号。
该用户IO接口8为专用的机械手对外IO接口，用户IO接口8分别与高速输入采集电路7和IO输出电路6连接，用于与外部设备连接实现AWC功能和IO互锁功能。
所述装置还包括EEPROM模块4，EEPROM模块4与嵌入式CPU模块1连接， EEPROM模块4用于存储AWC工位及IO互锁的配置信息。每次上电后嵌入式CPU模块1从EEPROM模块4中读取AWC工位及IO互锁的配置信息，并写入FPGA模块2。FPGA模块22根据上述配置信息对高速输入采集电路7进行配置。
可优选的，EEPROM模块4通过串行总线与嵌入式CPU模块1连接。
如图1所示，在本发明另一实施例中，一种可配置的机械手晶圆定心装置，包括嵌入式CPU模块1、FPGA模块2、IO输出电路6、高速输入采集电路7和用户IO接口8。
该嵌入式CPU模块1为核心控制器，采集高速输入信号并锁存伺服轴位置值，以及控制IO互锁功能实现。嵌入式CPU模块1与FPGA模块2连接，嵌入式CPU模块1从FPGA模块2读取AWC工位及IO互锁的配置信息。可优选的，所述嵌入式CPU模块1通过地址数据线与所述FPGA模块2连接。
该高速输入采集电路7与FPGA模块2连接，采集AWC传感器10信号及IO互锁功能中的输入信号并传送至FPGA模块2。
该IO输出电路6与FPGA模块2连接，接收FPGA模块2控制信号输出IO互锁信号。
该用户IO接口8为专用的机械手对外IO接口，用户IO接口8分别与高速输入采集电路7和IO输出电路6连接，用于与外部设备连接实现AWC功能和IO互锁功能。
所述装置还包括驱动器接口电路5，驱动器接口电路5与FPGA模块2连接，驱动器接口电路5用于连接外部驱动器。
可优选的，驱动器接口电路5接收外部驱动器的编码器信号和发送所述FPGA模块2的位置指令、速度指令或转矩指令至外部驱动器。将被FPGA模块2内部IO配置寄存器配置为AWC功能的高速输入信号“线与”成串行中断信号，输出给嵌入式CPU模块1，使嵌入式CPU模块1响应中断后锁存当前伺服轴位置值。
如图1所示，在本发明另一优选实施例中，一种可配置的机械手晶圆定心装置，包括嵌入式CPU模块1、FPGA模块2、IO输出电路6、高速输入采集电路7和用户IO接口8、总线通讯电路3。
该总线通讯电路3与嵌入式CPU模块1连接，总线通讯电路3用于连接外 部上位机9，该总线通讯电路3使用的总线具有开放式架构，如Canopen或EhterCAT等。
总线通讯电路3接收外部上位机9的AWC工位及IO互锁的配置信息。具体地，通过总线通讯电路3(控制总线)与上位机9通讯并将AWC工位及IO互锁的配置信息写入EEPROM模块4及读写FPGA模块2。
该嵌入式CPU模块1为核心控制器，采集高速输入信号并锁存伺服轴位置值，以及控制IO互锁功能实现。嵌入式CPU模块1与FPGA模块2连接，嵌入式CPU模块1从FPGA模块2读取AWC工位及IO互锁的配置信息。可优选的，所述嵌入式CPU模块1通过地址数据线与所述FPGA模块2连接。
该高速输入采集电路7与FPGA模块2连接，采集AWC传感器10信号及IO互锁功能中的输入信号并传送至FPGA模块2。
该IO输出电路6与FPGA模块2连接，接收FPGA模块2控制信号输出IO互锁信号。
该用户IO接口8为专用的机械手对外IO接口，用户IO接口8分别与高速输入采集电路7和IO输出电路6连接，用于与外部设备连接实现AWC功能和IO互锁功能。
每次系统上电后嵌入式CPU模块1先读取EEPROM模块4中存储的配置信息，对FPGA模块2中的IO配置寄存器进行配置。嵌入式CPU模块1还通过通讯总线读取上位机9下发的配置文件，并将配置文件写入EEPROM模块4。
可优选的，所述外部设备包括AWC传感器10和工艺设备11，其中，AWC传感器10AWC功能用检测传感器；工艺设备11为半导体生产设备，与机械手通过IO互锁保证晶圆传送安全。
本发明实施例的可配置的机械手晶圆定心装置，将用于AWC功能的高速输入信号与IO互锁信号全部接入本装置，省略IO采集卡。将IO互锁信号中的输入部分采集电路全部通过与AWC高速输入电路一样的电路实现，并将二者的采集电路全部接入FPGA，不明确区分AWC电路及IO输入电路，默认全部为高速输入电路。
用户通过上位机将需要的AWC工位应用信息及IO互锁信息生成配置文件， 并通过通讯总线下发给本装置。本装置中的嵌入式CPU模块读取配置文件并存储在非易失性存储器中。系统上电后，本装置会自动进行初始化操作，在这个操作过程中嵌入式CPU模块会将存储在非易失性存储器中配置文件读出，并根据配置文件对FPGA内部的管理输入及输出信号的寄存器进行配置，配置后寄存器可灵活的将所有高速输入信号配置成AWC功能或IO互锁功能。
如有工艺升级或设备升级等需要改动AWC功能或IO互锁功能的情况时，只需重新通过上位机生成配置文件并下发给本装置即可完成AWC及IO互锁功能的再配置，极大的节省人力物力。统一了机械手对用户的IO接口功能，包含AWC功能及IO互锁功能，通用性更强，且使机械手该部分的硬件生产维护成本大大降低。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上上述仅为本发明型的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。