KR102669497B1 - Control device and method of robot manipulator for wafer measurement point inspection - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 측정 포인트 검사를 위한 로봇 매니퓰레이터의 제어장치 및 방법이 개시된다. 제어장치는 로봇 매니퓰레이터에 로딩(loading)된 웨이퍼 중 적어도 하나의 측정 포인트가 선정되면 측정 포인트를 극좌표계로 변환하는 좌표계 변환부, 극좌표계로 변환된 측정 포인트 및 웨이퍼의 두께를 DH(Denavit-Hartenberg) 파라미터에 반영하여 보정 파라미터를 생성하는 파라미터 보정부 및 보정 파라미터를 이용하여 로봇 매니퓰레이터의 기구학 연산을 수행하는 기구학 연산부를 포함한다.A control device and method for a robot manipulator for wafer measurement point inspection are disclosed. When at least one measurement point among the wafers loaded on the robot manipulator is selected, the control device includes a coordinate system conversion unit that converts the measurement point into polar coordinates, and a DH (Denavit-Hartenberg) parameter for measuring points converted to polar coordinates and the thickness of the wafer. It includes a parameter correction unit that generates correction parameters by reflecting them, and a kinematics calculation section that performs a kinematics calculation of the robot manipulator using the correction parameters.

Description

웨이퍼 측정 포인트 검사를 위한 로봇 매니퓰레이터의 제어장치 및 방법{Control device and method of robot manipulator for wafer measurement point inspection}{Control device and method of robot manipulator for wafer measurement point inspection}

본 발명은 로봇 매니퓰레이터의 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼 중 임의의 측정 포인트에 대한 박막 조성 및 두께를 측정할 수 있도록 로봇 매니퓰레이터를 제어하는 웨이퍼 측정 포인트 검사를 위한 로봇 매니퓰레이터의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control device for a robot manipulator, and more specifically, a control device for a robot manipulator for inspecting wafer measurement points that controls the robot manipulator to measure the thin film composition and thickness for any measurement point on the wafer, and It's about method.

사용자가 웨이퍼 상에 있는 임의의 지점을 측정 포인트로 선택하여 작업공간에서 로봇 매니퓰레이터를 제어할 경우, 선택 지점의 위치가 변경될 때마다 로봇 기준 좌표계를 기준으로 측정 포인트의 위치를 산출(정기구학)하거나, 해당 측정 위치에 대응하는 로봇의 관절각도를 직접 산출(역기구학)해야 하며, 이러한 과정은 상당히 어려운 과정이다.When a user selects a random point on a wafer as a measurement point and controls the robot manipulator in the workspace, the position of the measurement point is calculated based on the robot reference coordinate system whenever the position of the selected point changes (normal kinematics). Alternatively, the joint angles of the robot corresponding to the measurement position must be directly calculated (inverse kinematics), and this process is quite difficult.

즉 사용자의 입장에서는 측정해야 할 위치의 좌표를 직접 고려하여 정기구학 및 역기구학 연산을 통한 로봇 매니퓰레이터를 운용해야 하기 때문에 굉장히 부담을 가질 수 있는 문제점이 야기되고 있다.In other words, from the user's point of view, a problem that can be extremely burdensome arises because the robot manipulator must be operated through forward kinematics and inverse kinematics calculations by directly considering the coordinates of the position to be measured.

한국공개특허공보 제10-2022-0030398호(2022.03.11.)Korea Patent Publication No. 10-2022-0030398 (2022.03.11.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼의 박막 조성 및 두께 측정을 위한 적어도 하나의 측정 포인트가 선정되면, 이온 산란 분광기의 이온 빔이 해당 측정 포인트에 조사되도록 로봇 매니퓰레이터의 구동을 제어하는 웨이퍼 측정 포인트 검사를 위한 로봇 매니퓰레이터의 제어장치 및 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is a wafer measurement point that controls the operation of the robot manipulator so that the ion beam of the ion scattering spectrometer is irradiated to the measurement point when at least one measurement point for measuring the thin film composition and thickness of the wafer is selected. To provide a control device and method for a robot manipulator for inspection.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제어장치는 로봇 매니퓰레이터에 로딩(loading)된 웨이퍼 중 적어도 하나의 측정 포인트가 선정되면 상기 측정 포인트를 극좌표계로 변환하는 좌표계 변환부, 상기 극좌표계로 변환된 측정 포인트 및 상기 웨이퍼의 두께를 DH(Denavit-Hartenberg) 파라미터에 반영하여 보정 파라미터를 생성하는 파라미터 보정부 및 상기 보정 파라미터를 이용하여 상기 로봇 매니퓰레이터의 기구학 연산을 수행하는 기구학 연산부를 포함한다.In order to solve the above problem, the control device of the present invention includes a coordinate system conversion unit that converts the measurement point into a polar coordinate system when at least one measurement point is selected among the wafers loaded on the robot manipulator, a measurement point converted to the polar coordinate system, and It includes a parameter correction unit that generates correction parameters by reflecting the thickness of the wafer in DH (Denavit-Hartenberg) parameters, and a kinematics calculation section that performs a kinematics calculation of the robot manipulator using the correction parameters.

또한 상기 기구학 연산으로부터 산출된 관절각도에 따라 상기 로봇 매니퓰레이터의 위치와 방향을 조정하는 구동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Additionally, it may further include a drive control unit that adjusts the position and direction of the robot manipulator according to the joint angle calculated from the kinematic calculation.

또한 상기 좌표계 변환부는, 상기 로봇 매니퓰레이터의 가장 마지막에 위치한 회전관절을 기준으로 하는 웨이퍼 좌표계를 설정하고, 상기 설정된 웨이퍼 좌표계 상에 상기 측정 포인트가 선정되면 상기 측정 포인트를 상기 극좌표계로 변환하는 것을 특징으로 한다.In addition, the coordinate system conversion unit sets a wafer coordinate system based on the last rotating joint of the robot manipulator, and when the measurement point is selected on the set wafer coordinate system, it converts the measurement point into the polar coordinate system. do.

또한 상기 로봇 매니퓰레이터가 5자유도 로봇인 경우, 상기 파라미터 보정부는, 상기 로봇 매니퓰레이터의 말단효과장치(End-effector)에 해당하는 링크의 DH 파라미터에 상기 극좌표계의 측정 포인트 및 상기 웨이퍼의 두께를 반영하여 보정 파라미터를 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the robot manipulator is a 5-degree-of-freedom robot, the parameter correction unit reflects the measurement point of the polar coordinate system and the thickness of the wafer in the DH parameter of the link corresponding to the end-effector of the robot manipulator. This is characterized in that a correction parameter is generated.

또한 상기 기구학 연산부는, 상기 로봇 매니퓰레이터의 정기구학에 대한 연산을 수행하는 경우, 상기 보정 파라미터를 하기 수학식에 적용하여 각 관절과 관련된 위치와 방향을 나타내는 변환행렬을 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, when performing calculations on the forward kinematics of the robot manipulator, the kinematics calculation unit is characterized in that it applies the correction parameters to the following equation to calculate a transformation matrix representing the position and direction related to each joint.

[수학식][Equation]

여기서 T는 변환행렬을 의미하고, i는 좌표계를 의미하며, θi는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 zi-1를 기준으로 하는 xi-1과 xi 사이의 각도를 의미하고, αi는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 xi를 기준으로 하는 zi-1과 zi의 각도를 의미하며, ai는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 관절i와 관절i+1 사이의 최단거리를 의미하고, di는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 zi-1을 따르는 xi-1와 xi’사이의 거리를 의미한다.Here, T means the transformation matrix, i means the coordinate system, θ i means the angle between x i -1 and x i based on z i -1 at the joints of the robot manipulator, and α i means the angle between It means the angle of z i -1 and z i based on x i in the joint of the manipulator, a i means the shortest distance between joint i and joint i+1 in the joint of the robot manipulator, and d i is the robot It refers to the distance between x i -1 and x i 'along z i -1 at the joint of the manipulator.

또한 상기 기구학 연산부는, 상기 산출된 각 관절별 변환행렬을 하기 수학식에 적용하여 상기 측정 포인트에 해당하는 변환행렬을 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the kinematics calculation unit is characterized in that it calculates a transformation matrix corresponding to the measurement point by applying the calculated transformation matrix for each joint to the following equation.

[수학식][Equation]

또한 상기 기구학 연산부는, 상기 산출된 측정 포인트의 변환행렬을 이용하여 상기 로봇 매니퓰레이터의 베이스 프레임(base frame)을 기준으로 하는 기준 좌표계에 대한 측정 포인트의 위치 및 방향을 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the kinematics calculation unit is characterized in that it calculates the position and direction of the measurement point with respect to a reference coordinate system based on the base frame of the robot manipulator using the calculated transformation matrix of the measurement point.

또한 상기 기구학 연산부는, 상기 로봇 매니퓰레이터의 역기구학에 대한 연산을 수행하는 경우, 상기 산출된 각 관절의 변환행렬과 측정 포인트의 변환행렬 및 상기 로봇 매니퓰레이터의 기하학적 구조를 이용하여 상기 측정 포인트를 측정하기 위한 상기 로봇 매니퓰레이터의 관절각도를 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, when performing an operation on the inverse kinematics of the robot manipulator, the kinematics calculation unit measures the measurement point using the calculated transformation matrix of each joint, the transformation matrix of the measurement point, and the geometric structure of the robot manipulator. It is characterized in that the joint angle of the robot manipulator is calculated for.

또한 상기 기하학 연산부는, 상기 로봇 매니퓰레이터의 각 링크 길이 및 각 관절별 조절 가능한 관절각도를 이용한 삼각함수를 기반으로 상기 기하학적 구조를 반영하는 것을 특징으로 한다.In addition, the geometry calculation unit is characterized by reflecting the geometric structure based on a trigonometric function using the length of each link of the robot manipulator and the adjustable joint angle for each joint.

본 발명의 제어방법은 로봇 매니퓰레이터에 로딩된 웨이퍼 중 적어도 하나의 측정 포인트가 선정되면 상기 로봇 매니퓰레이터의 구동을 제어하는 제어장치가 상기 측정 포인트를 극좌표계로 변환하는 단계, 상기 제어장치가 상기 극좌표계로 변환된 측정 포인트 및 상기 웨이퍼의 두께를 DH 파라미터에 반영하여 보정 파라미터를 생성하는 단계 및 상기 제어장치가 상기 보정 파라미터를 이용하여 상기 로봇 매니퓰레이터의 기구학 연산을 수행하는 단계를 포함한다.The control method of the present invention includes the steps of converting the measurement point into a polar coordinate system by a control device controlling the operation of the robot manipulator when at least one measurement point is selected among the wafers loaded on the robot manipulator, and converting the measurement point into a polar coordinate system by the control device. generating a correction parameter by reflecting the measured measurement point and the thickness of the wafer in the DH parameter, and performing a kinematic calculation of the robot manipulator by the control device using the correction parameter.

본 발명의 실시예에 따르면, 웨이퍼의 박막 조성 및 두께 측정을 위한 적어도 하나의 측정 포인트가 선정되면, 해당 측정 포인트를 웨이퍼 좌표계에서 극좌표계로 변환하고, 변환된 측정 포인트 및 웨이퍼를 두께를 기반으로 DH 파라미터를 보정한 후, 로봇 매니퓰레이터의 기구학 연산을 수행하여 로봇 매니퓰레이터의 구동을 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when at least one measurement point for measuring the thin film composition and thickness of the wafer is selected, the measurement point is converted from the wafer coordinate system to the polar coordinate system, and the converted measurement point and the wafer are DH based on the thickness. After correcting the parameters, the operation of the robot manipulator can be controlled by performing kinematic calculations of the robot manipulator.

이를 통해 사용자는 자신이 원하는 측정 포인트에 대한 박막 조성 및 두께 측정을 기존의 복잡한 과정을 거치지 않고 손쉽게 수행할 수 있다. Through this, users can easily measure thin film composition and thickness for their desired measurement point without going through existing complicated processes.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 제어시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 각 관절의 좌표계 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 관절에 대한 좌표계 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 말단효과장치 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼의 특정 측정 포인터를 측정하기 위한 로봇 매니퓰레이터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제어장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 극좌표계를 이용한 측정 포인트를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
1 is a schematic diagram illustrating a control system of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram for explaining the coordinate system relationship of each joint according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the coordinate system relationship for the joints of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining the coordinate system of the end effect device of the robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the operation of a robot manipulator for measuring a specific measurement point of a wafer according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a block diagram for explaining a control device according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram for explaining a measurement point using a polar coordinate system according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a flowchart for explaining a control method of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a block diagram for explaining a computing device according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

본 명세서 및 도면(이하 '본 명세서')에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.In this specification and drawings (hereinafter referred to as “this specification”), duplicate descriptions of the same components are omitted.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.Also, in this specification, when a component is mentioned as being 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but may be connected to the other component in the middle. It should be understood that may exist. On the other hand, in this specification, when it is mentioned that a component is 'directly connected' or 'directly connected' to another component, it should be understood that there are no other components in between.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다. Additionally, the terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. Also, in this specification, singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.In addition, in this specification, terms such as 'include' or 'have' are only intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and one or more It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.Also, in this specification, the term 'and/or' includes a combination of a plurality of listed items or any of the plurality of listed items. In this specification, 'A or B' may include 'A', 'B', or 'both A and B'.

또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.Additionally, in this specification, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 제어시스템을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 각 관절의 좌표계 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 관절에 대한 좌표계 관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 말단효과장치 좌표계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼의 특정 측정 포인터를 측정하기 위한 로봇 매니퓰레이터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a control system of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a robot manipulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a control system of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention. Figure 4 is a diagram for explaining the coordinate system relationship of each joint according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a diagram for explaining the coordinate system relationship for the joints of the robot manipulator according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a diagram for explaining the coordinate system relationship of the robot manipulator according to an embodiment of the present invention. is a diagram for explaining the coordinate system of the end effect device, and Figure 6 is a diagram for explaining the operation of a robot manipulator for measuring a specific measurement point of a wafer according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제어시스템(700)은 웨이퍼(300)의 박막 조성 및 두께 측정을 위한 임의의 측정 포인트(350)가 선정되면 이온 산란 분광기(400)의 이온 빔(450)이 해당 측정 포인트(350)에 조사되도록 로봇 매니퓰레이터(200)를 구동시킨다. 제어시스템(700)은 제어장치(100), 로봇 매니퓰레이터(200), 이온 산란 분광기(400) 및 사용자 단말(600)을 포함한다. 1 to 3, the control system 700 controls the ion beam 450 of the ion scattering spectrometer 400 when an arbitrary measurement point 350 is selected for measuring the thin film composition and thickness of the wafer 300. The robot manipulator 200 is driven to irradiate the corresponding measurement point 350. The control system 700 includes a control device 100, a robot manipulator 200, an ion scattering spectrometer 400, and a user terminal 600.

제어장치(100)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 구동을 제어한다. 제어장치(100)는 사용자 입력에 의해 웨이퍼(300) 중 적어도 하나의 측정 포인트(350)가 선정되면 선정된 측정 포인트에 해당하는 박막 조성 및 두께를 측정할 수 있도록 로봇 매니퓰레이터(200)의 구동을 제어한다. 이때 제어장치(100)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 기구학 연산을 자동으로 수행하여 빠르면서도 정확한 웨이퍼(300)의 위치 이동이 이루어질 수 있도록 제어한다. 상세한 내용은 도 7 및 도 8을 통해 설명하기로 한다. The control device 100 controls the operation of the robot manipulator 200. When at least one measurement point 350 of the wafer 300 is selected by user input, the control device 100 drives the robot manipulator 200 to measure the thin film composition and thickness corresponding to the selected measurement point. Control. At this time, the control device 100 automatically performs the kinematic calculation of the robot manipulator 200 to control the wafer 300 to move quickly and accurately. Details will be explained with reference to FIGS. 7 and 8.

로봇 매니퓰레이터(200)는 웨이퍼(300)를 로딩(loading)하고, 로딩된 웨이퍼(300)를 기 설정된 위치로 이송시킨다. 이를 위해 로봇 매니퓰레이터(200)는 다자유도 로봇일 수 있으며, 바람직하게는 5자유도 로봇일 수 있다. The robot manipulator 200 loads the wafer 300 and transfers the loaded wafer 300 to a preset position. To this end, the robot manipulator 200 may be a multi-degree-of-freedom robot, and preferably a 5-degree-of-freedom robot.

이하 로봇 매니퓰레이터(200)가 5자유도 로봇인 경우에 발생되는 각 관절의 좌표계 관계를 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 관절의 좌표계는 DH(Denavit-Hartenberg) 표기(notation)를 사용하기 위해 4가지 변수 ai, di, αi, θi로 나타낼 수 있다. ai는 좌표계 Oi와 Oi’사이의 거리로써, 관절(joint)i와 관절i+1 사이의 최단거리를 의미한다(xi축 기준). di는 zi-1을 따르는 xi-1와 xi’사이의 거리로써, Oi’의 위치를 나타낸다. αi는 xi를 기준으로 하는 zi-1과 zi의 각도(비틀림각)로써, 반시계방향 회전 시 양(positive) 값을 가진다. θi는 zi-1를 기준으로 하는 xi-1과 xi 사이의 각도로써, 반시계방향으로 회전 시 양의 값을 가진다. 즉 DH 표기를 이용하는 경우, 회전관절(revolute joint) 또는 선운동관절(prismatic joint)의 타입을 가진 로봇 매니퓰레이터(200)에 대한 DH 파라미터 ai, di, αi, θi를 각 관절i마다 산출할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 좌표계를 복수개({0}, {1}, {2}, {3}, {4}, {5})로 할당하면 각 관절마다 DH 파라미터를 얻을 수 있다.Hereinafter, the coordinate system relationship of each joint that occurs when the robot manipulator 200 is a 5-degree-of-freedom robot will be described. As shown in Figure 3, the coordinate system of each joint can be expressed as four variables a i , d i , α i , and θ i to use DH (Denavit-Hartenberg) notation. a i is the distance between the coordinate systems O i and O i ', meaning the shortest distance between joint i and joint i+1 (based on the x i axis). d i is the distance between x i -1 and x i 'along z i -1, indicating the position of O i '. α i is the angle (torsion angle) between z i -1 and z i based on x i , and has a positive value when rotating counterclockwise. θ i is the angle between x i -1 and x i based on z i -1, and has a positive value when rotating counterclockwise. That is, when using the DH notation, the DH parameters a i , d i , α i , and θ i for the robot manipulator 200 having a type of revolute joint or prismatic joint are set for each joint i. It can be calculated. As shown in Figure 4, by assigning a plurality of coordinate systems ({0}, {1}, {2}, {3}, {4}, {5}), DH parameters can be obtained for each joint.

이때 로봇 매니퓰레이터(200)의 말단효과장치 좌표계({5})는 3개의 위치와 2개의 방향으로 나타낼 수 있으며, 작업공간(task space)에서 말단효과장치의 위치와 방향은 로 정의된다. x, y, z는 기준 좌표계({0})를 기준으로 나타낸 위치값이고, 는 관절3, 관절4 및 관절5가 만들어낸 방위각이며, 는 관절2가 만들어낸 방향을 의미한다. 관절공간에서의 각도는 로 나타낼 수 있다. 즉 변환행렬에 의한 정기구학은 로 표현할 수 있다(도 5).At this time, the end-effector coordinate system {5} of the robot manipulator 200 can be expressed in three positions and two directions, and the position and direction of the end-effector in the task space are It is defined as x, y, z are position values expressed based on the reference coordinate system ({0}), is the azimuth created by joint 3, joint 4, and joint 5, means the direction created by joint 2. The angle in the joint space is It can be expressed as In other words, regular kinematics using the transformation matrix is It can be expressed as (Figure 5).

한편 로봇 매니퓰레이터(200)는 챔버(500) 내부에 위치한다. 챔버(500)는 진공 상태를 유지할 수 있고, 이온 산란 분광기(400)와 연결되어 내부로 이온 빔(450)이 조사되도록 형성될 수 있다. 로봇 매니퓰레이터(200)는 베이스 프레임(base frame)을 기준으로 하는 기준 좌표계({0}) 및 로봇 매니퓰레이터(200)의 가장 마지막에 위치한 회전관절을 기준으로 하는 웨이퍼 좌표계({4})로 구분하여 웨이퍼(300)의 위치를 조정한다. 예를 들어 로봇 매니퓰레이터(200)는 기준 좌표계({0}) 및 웨이퍼 좌표계({4})를 기준으로 복수의 관절을 이송하고, 최종적으로 웨이퍼(300)가 로딩되는 말단효과장치의 방위각(azimuth)을 조정한다. 이를 통해 로봇 매니퓰레이터(200)는 이온 빔(450)이 측정 포인트(350)에 직각으로 조사되도록 한다. 즉 도 6의 (a), (b), (c), (d)와 같이 측정 포인트(350)가 사용자 입력에 따라 달라질 수 있으나, 로봇 매니퓰레이터(200)는 측정 포인트(350)를 항상 동일한 위치(이온 빔(450)이 직각으로 조사되는 위치)로 이송한다.Meanwhile, the robot manipulator 200 is located inside the chamber 500. The chamber 500 may be maintained in a vacuum state and may be connected to the ion scattering spectrometer 400 so that the ion beam 450 is irradiated therein. The robot manipulator 200 is divided into a reference coordinate system ({0}) based on a base frame and a wafer coordinate system ({4}) based on the last rotary joint of the robot manipulator 200. Adjust the position of the wafer 300. For example, the robot manipulator 200 transfers a plurality of joints based on the reference coordinate system ({0}) and the wafer coordinate system ({4}), and finally determines the azimuth of the end effect device where the wafer 300 is loaded. ) to adjust. Through this, the robot manipulator 200 causes the ion beam 450 to be irradiated at a right angle to the measurement point 350. That is, the measurement point 350 may vary depending on user input as shown in (a), (b), (c), and (d) of Figure 6, but the robot manipulator 200 always keeps the measurement point 350 at the same location. It is transferred to (a position where the ion beam 450 is irradiated at a right angle).

이온 산란 분광기(400)는 이온 빔(450)을 조사한다. 이온 산란 분광기(400)는 이온 빔(450)을 조사하고, 조사된 이온 빔(450)의 반사된 산란 빔을 수신한다. 이온 산란 분광기(400)는 수신된 산란 빔을 이용하여 웨이퍼(300)의 박막 조성 및 두께를 측정한다. The ion scattering spectrometer 400 irradiates the ion beam 450. The ion scattering spectrometer 400 irradiates the ion beam 450 and receives a reflected scattered beam of the irradiated ion beam 450. The ion scattering spectrometer 400 measures the thin film composition and thickness of the wafer 300 using the received scattered beam.

사용자 단말(600)은 제어장치(100)와 유무선 통신을 한다. 사용자 단말(600)은 제어장치(100)로부터 로봇 매니퓰레이터(200)의 상태정보를 수신할 수 있다. 사용자 단말(600)은 수신된 상태정보를 출력하여 사용자가 로봇 매니퓰레이터(200)의 동작 상태를 직관적으로 인지할 수 있도록 도와준다. 즉 사용자 단말(600)은 로봇 매니퓰레이터(200)가 챔버(500)의 내부에서 동작함에 따라 사용자가 정확한 동작 상태를 파악하기 힘든 점을 해결해줄 수 있다. 또한 사용자 단말(600)은 측정 포인트(350)와 관련된 사용자 입력을 제어장치(100)로 전송하여 사용자 입력을 원격으로 입력할 수 있다. The user terminal 600 communicates wired and wireless with the control device 100. The user terminal 600 may receive status information of the robot manipulator 200 from the control device 100. The user terminal 600 outputs the received status information to help the user intuitively recognize the operating status of the robot manipulator 200. In other words, the user terminal 600 can solve the problem that it is difficult for the user to determine the exact operating state of the robot manipulator 200 as it operates inside the chamber 500. Additionally, the user terminal 600 may remotely input the user input by transmitting the user input related to the measurement point 350 to the control device 100.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제어장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 극좌표계를 이용한 측정 포인트를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a block diagram for explaining a control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram for explaining a measurement point using a polar coordinate system according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 제어장치(100)는 통신부(10), 입력부(30), 제어부(50) 및 저장부(70)를 포함한다.1 to 8, the control device 100 includes a communication unit 10, an input unit 30, a control unit 50, and a storage unit 70.

통신부(10)는 로봇 매니퓰레이터(200) 및 사용자 단말(600)과 통신을 수행한다. 통신부(10)는 로봇 매니퓰레이터(200)를 구동하기 위한 제어신호를 로봇 매니퓰레이터(200)로 전송한다. 통신부(10)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 상태정보를 사용자 단말(600)로 전송한다. 또한 통신부(10)는 사용자 단말(600)로부터 측정 포인트(350)과 관련된 사용자 입력을 수신한다. 여기서 사용자 입력은 측정 포인트(350)에 대한 좌표 정보를 포함하고, 해당 좌표 정보는 웨이퍼 좌표계({4})에서의 좌표(x, y)일 수 있다. The communication unit 10 communicates with the robot manipulator 200 and the user terminal 600. The communication unit 10 transmits a control signal for driving the robot manipulator 200 to the robot manipulator 200. The communication unit 10 transmits status information of the robot manipulator 200 to the user terminal 600. Additionally, the communication unit 10 receives user input related to the measurement point 350 from the user terminal 600. Here, the user input includes coordinate information about the measurement point 350, and the coordinate information may be coordinates (x, y) in the wafer coordinate system ({4}).

입력부(30)는 웨이퍼(300)에서의 측정 포인트(350)와 관련된 사용자 입력을 입력받는다. 여기서 사용자 입력은 측정 포인트(350)에 대한 좌표 정보를 포함하고, 해당 좌표 정보는 웨이퍼 좌표계({4})에서의 좌표일 수 있다.The input unit 30 receives user input related to the measurement point 350 on the wafer 300. Here, the user input includes coordinate information about the measurement point 350, and the coordinate information may be coordinates in the wafer coordinate system {4}.

제어부(50)는 제어장치(100)의 전반적인 제어를 수행한다. 제어부(50)는 좌표계 변환부(51), 파라미터 보정부(52) 및 기구학 연산부(53)를 포함하고, 구동 제어부(54)를 더 포함할 수 있다.The control unit 50 performs overall control of the control device 100. The control unit 50 includes a coordinate system conversion unit 51, a parameter correction unit 52, and a kinematics calculation unit 53, and may further include a drive control unit 54.

좌표계 변환부(51)는 사용자 입력에 의해 측정 포인트가 선정되면 측정 포인트를 웨이퍼 좌표계({4})의 좌표(x, y)에서 극좌표계의 좌표(r, φ)로 변환한다. 즉 좌표 변환부(51)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 가장 마지막에 위치한 회전관절을 기준으로 하는 웨이퍼 좌표계({4})를 설정하고, 설정된 웨이퍼 좌표계({4}) 상에 측정 포인트가 선정되면 측정 포인트를 극좌표계로 변환한다. When a measurement point is selected by user input, the coordinate system conversion unit 51 converts the measurement point from coordinates (x, y) in the wafer coordinate system ({4}) to coordinates (r, ϕ) in the polar coordinate system. That is, the coordinate conversion unit 51 sets the wafer coordinate system {4} based on the last rotating joint of the robot manipulator 200, and when a measurement point is selected on the set wafer coordinate system {4}, Convert the measurement point to polar coordinates.

측정 포인트는 로봇 매니퓰레이터(100)에 로딩된 웨이퍼(300) 중 적어도 하나의 포인트(지점)일 수 있다. 좌표계 변환부(51)는 [수학식 1]을 이용하여 측정 포인트를 극좌표계로 변환한다. The measurement point may be at least one point among the wafers 300 loaded on the robot manipulator 100. The coordinate system conversion unit 51 converts the measurement point into a polar coordinate system using [Equation 1].

파라미터 보정부(52)는 극좌표계로 변환된 측정 포인트(r, φ) 및 웨이퍼(300)의 두께를 로봇 매니퓰레이터(200)의 기구학 연산을 위한 DH 파라미터에 반영하여 보정 파라미터를 생성한다. 여기서 로봇 매니퓰레이터(200)가 5자유도 로봇인 경우, 파라미터 보정부(52)는 보정 파라미터를 [표 1]과 같이 얻을 수 있다. The parameter correction unit 52 generates correction parameters by reflecting the measurement point (r, ϕ) converted to polar coordinates and the thickness of the wafer 300 to the DH parameter for kinematic calculation of the robot manipulator 200. Here, when the robot manipulator 200 is a 5-degree-of-freedom robot, the parameter correction unit 52 can obtain correction parameters as shown in [Table 1].

링크link ai a i αi α i di d i θi θ i 1One 00 - π/2- π/2 d1 d 1 00 22 00 π/2π/2 d2 d 2 θ2 θ 2 33 a3 a 3 00 d3 d 3 θ3+ π/2θ 3 + π/2 44 a4 a 4 00 d4 d 4 θ4 θ 4 55 rr 00 dt
(웨이퍼 두께)
d t
(wafer thickness)
θ5θ 5 + ϕ

즉 파라미터 보정부(52)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 말단효과장치에 해당하는 링크인 링크5의 DH 파라미터에 극좌표계의 측정 포인트 및 웨이퍼(300)의 두께를 반영하여 보정 파라미터를 생성한다. 기구학 연산부(53)는 보정 파라미터를 이용하여 로봇 매니퓰레이터(200)의 기구학 연산을 수행한다. 이때 기구학 연산부(53)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 정기구학 및 역기구학에 대한 연산을 수행할 수 있다. 기구학 연산부(53)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 정기구학에 대한 연산을 수행하는 경우, [표 1]의 보정 파라미터를 [수학식 2]에 적용하여 좌표계{i-1}을 기준으로 하는 좌표계{i}의 위치와 방향을 나타내는 변환행렬(T)를 산출한다. 즉 기구학 연산부(53)는 보정 파라미터를 기반으로 각 관절과 관련된 위치와 방향을 나타내는 변환행렬을 산출할 수 있다.That is, the parameter correction unit 52 generates correction parameters by reflecting the polar coordinate measurement point and the thickness of the wafer 300 in the DH parameter of link 5, which is the link corresponding to the end effect device of the robot manipulator 200. The kinematics calculation unit 53 performs a kinematics calculation of the robot manipulator 200 using correction parameters. At this time, the kinematics calculation unit 53 may perform calculations on the forward kinematics and inverse kinematics of the robot manipulator 200. When performing calculations on the forward kinematics of the robot manipulator 200, the kinematics calculation unit 53 applies the correction parameters of [Table 1] to [Equation 2] to obtain a coordinate system {i-1} based on the coordinate system {i-1}. Calculate the transformation matrix (T) representing the position and direction of i}. That is, the kinematics calculation unit 53 can calculate a transformation matrix representing the position and direction related to each joint based on the correction parameter.

여기서 T는 변환행렬을 의미하고, i는 좌표계를 의미한다. θi는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 zi-1를 기준으로 하는 xi-1과 xi 사이의 각도를 의미하고, αi는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 xi를 기준으로 하는 zi-1과 zi의 각도를 의미한다. ai는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 관절i와 관절i+1 사이의 최단거리를 의미하고, di는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 zi-1을 따르는 xi-1와 xi’사이의 거리를 의미한다. 이때 변환행렬은 1행1열(), 1행2열(), 1행3열(), 2행1열(), 2행2열(), 2행3열(), 3행1열(0), 3행2열(), 3행3열()의 변환행렬은 좌표계{i}의 방향을 나타내고, 1행4열(), 2행4열(), 3행4열()의 변환행렬은 좌표계{i}의 위치를 나타낸다.Here, T means the transformation matrix, and i means the coordinate system. θ i means the angle between x i -1 and x i based on z i -1 at the joints of the robot manipulator, and α i means the angle between z i -1 and z based on x i at the joints of the robot manipulator. It means the angle of i . a i means the shortest distance between joint i and joint i+1 in the joint of the robot manipulator, and d i means the distance between x i -1 and x i ' along z i -1 in the joint of the robot manipulator. do. At this time, the transformation matrix is 1 row and 1 column ( ), 1 row 2 columns ( ), 1 row 3 columns ( ), 2 rows 1 column ( ), 2 rows 2 columns ( ), 2 rows and 3 columns ( ), 3 rows 1 column (0), 3 rows 2 columns ( ), 3 rows and 3 columns ( )'s transformation matrix represents the direction of the coordinate system {i}, and has 1 row and 4 columns ( ), 2 rows and 4 columns ( ), 3 rows and 4 columns ( )'s transformation matrix represents the position of the coordinate system {i}.

기구학 연산부(53)는 산출된 각 관절별 변환행렬을 [수학식 3]에 적용하여 측정 포인트(350)에 해당하는 변환행렬을 산출한다. 이를 통해 기구학 연산부(53)은 산출된 측정 포인트(350)의 변환행렬을 이용하여 로봇 매니퓰레이터(200)의 베이스 프레임을 기준으로 하는 기준 좌표계{0}에 대한 측정 포인트(350)의 위치와 방향을 산출할 수 있다.The kinematics calculation unit 53 calculates a transformation matrix corresponding to the measurement point 350 by applying the calculated transformation matrix for each joint to [Equation 3]. Through this, the kinematics calculation unit 53 uses the calculated transformation matrix of the measurement point 350 to determine the position and direction of the measurement point 350 with respect to the reference coordinate system {0} based on the base frame of the robot manipulator 200. It can be calculated.

기구학 연산부(53)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 역기구학에 대한 연산을 수행하는 경우, 산출된 각 관절의 변환행렬과 측정 포인트의 변환행렬 및 로봇 매니퓰레이터(200)의 기하학적 구조를 이용하여 로봇 매니퓰레이터(200)의 해석적 해를 산출한다. 즉 기구학 연산부(53)는 역기구학에 대한 연산을 통해 측정 포인트(350)를 측정하기 위한 로봇 매니퓰레이터(200)의 관절각도를 산출한다. 이때 기구학 연산부(53)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 각 링크 길이 및 각 관절별 조절 가능한 관절각도를 이용한 삼각함수를 기반으로 기하학적 구조를 반영할 수 있다. When performing an operation on the inverse kinematics of the robot manipulator 200, the kinematics calculation unit 53 uses the calculated transformation matrix of each joint, the transformation matrix of the measurement point, and the geometric structure of the robot manipulator 200 to determine the robot manipulator (200). 200), the analytical solution is calculated. That is, the kinematics calculation unit 53 calculates the joint angle of the robot manipulator 200 for measuring the measurement point 350 through calculation on inverse kinematics. At this time, the kinematics calculation unit 53 may reflect the geometric structure based on a trigonometric function using the length of each link of the robot manipulator 200 and the adjustable joint angle for each joint.

구동 제어부(54)는 기구학 연산으로부터 산출된 관절각도에 따라 로봇 매니퓰레이터(200)의 위치와 방향을 조정한다. 이를 위해 구동 제어부(54)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 위치와 방향에 대한 제어신호를 생성한다. 구동 제어부(54)는 생성된 제어신호를 로봇 매니퓰레이터(200)로 전송시켜 구동을 제어할 수 있다.The drive control unit 54 adjusts the position and direction of the robot manipulator 200 according to the joint angle calculated from kinematic calculation. To this end, the drive control unit 54 generates control signals for the position and direction of the robot manipulator 200. The drive control unit 54 may control the drive by transmitting the generated control signal to the robot manipulator 200.

저장부(70)는 제어장치(100)를 구동하기 위한 프로그램 또는 알고리즘이 저장된다. 저장부(70)는 박막 조성 및 두께의 측정에 대한 스펙(spec) 정보가 저장된다. 예를 들어 저장부(70)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 링크별 길이, 관절별 조절 가능한 관절각도, 웨이퍼(300)의 두께 등이 저장된다. 저장부(70)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다. The storage unit 70 stores a program or algorithm for driving the control device 100. The storage unit 70 stores specification information regarding thin film composition and thickness measurement. For example, the storage unit 70 stores the length of each link of the robot manipulator 200, the adjustable joint angle of each joint, the thickness of the wafer 300, etc. The storage unit 70 includes a flash memory type, hard disk type, multimedia card micro type, card type memory (for example, SD or XD memory, etc.), Random Access Memory (RAM), Static Random Access Memory (SRAM), Read-Only Memory (ROM), Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), Programmable Read-Only Memory (PROM), magnetic memory, It may include at least one storage medium of a magnetic disk and an optical disk.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 9 is a flowchart for explaining a control method of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 9를 참조하면, 로봇 매니퓰레이터(200)의 제어방법은 웨이퍼(300)의 박막 조성 및 두께 측정을 위한 적어도 하나의 측정 포인트가 선정되면, 해당 측정 포인트를 웨이퍼 좌표계에서 극좌표계로 변환하고, 변환된 측정 포인트 및 웨이퍼를 두께를 기반으로 DH 파라미터를 보정한 후, 로봇 매니퓰레이터의 기구학 연산을 수행하여 로봇 매니퓰레이터의 구동을 제어한다. 이를 통해 제어방법은 사용자가 자신이 원하는 측정 포인트에 대한 박막 조성 및 두께 측정을 기존의 복잡한 과정을 거치지 않고 손쉽게 수행할 수 있도록 도와준다. Referring to FIGS. 1 and 9 , the control method of the robot manipulator 200 includes, when at least one measurement point for measuring the thin film composition and thickness of the wafer 300 is selected, converting the measurement point from the wafer coordinate system to the polar coordinate system, and , After correcting the DH parameters based on the converted measurement point and wafer thickness, the kinematic calculation of the robot manipulator is performed to control the operation of the robot manipulator. Through this, the control method helps users easily measure thin film composition and thickness for their desired measurement point without going through existing complex processes.

S110 단계에서, 제어장치(100)는 웨이퍼(300)의 박막 조성 및 두께 측정을 위해 선정된 측정 포인트에 대한 정보를 입력받는다. 측정 포인트는 사용자 입력에 의해 결정될 수 있으며, 적어도 하나의 포인트가 선정될 수 있다. In step S110, the control device 100 receives information about the selected measurement point for measuring the thin film composition and thickness of the wafer 300. The measurement point may be determined by user input, and at least one point may be selected.

S120 단계에서, 제어장치(100)는 측정 포인트를 웨이퍼 좌표계에서 극좌표계로 변환한다. 즉 제어장치(100)는 측정 포인트를 웨이퍼 좌표계의 좌표(x, y)에서 극좌표계의 좌표(r, φ)로 변환한다. 이때 제어장치(100)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 가장 마지막에 위치한 회전관절을 기준으로 하는 웨이퍼 좌표계를 설정하고, 설정된 웨이퍼 좌표계 상에 측정 포인트가 선정되면 측정 포인트를 극좌표계로 변환한다.In step S120, the control device 100 converts the measurement point from the wafer coordinate system to the polar coordinate system. That is, the control device 100 converts the measurement point from coordinates (x, y) in the wafer coordinate system to coordinates (r, ϕ) in the polar coordinate system. At this time, the control device 100 sets a wafer coordinate system based on the last rotating joint of the robot manipulator 200, and when a measurement point is selected on the set wafer coordinate system, it converts the measurement point into a polar coordinate system.

S130 단계에서, 제어장치(100)는 보정 파라미터를 생성한다. 제어장치(100)는 극좌표계로 변환된 측정 포인트(r, φ) 및 웨이퍼(300)의 두께를 로봇 매니퓰레이터(200)의 기구학 연산을 위한 DH 파라미터에 반영하여 보정 파라미터를 생성한다. 이때 제어장치(100)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 말단효과장치에 해당하는 링크의 DH 파라미터에 극좌표계의 측정 포인트 및 웨이퍼(300)의 두께를 반영하여 보정 파라미터를 생성할 수 있다. In step S130, the control device 100 generates correction parameters. The control device 100 generates correction parameters by reflecting the measurement point (r, ϕ) converted to polar coordinates and the thickness of the wafer 300 to the DH parameter for kinematic calculation of the robot manipulator 200. At this time, the control device 100 may generate correction parameters by reflecting the polar coordinate measurement point and the thickness of the wafer 300 in the DH parameter of the link corresponding to the end effect device of the robot manipulator 200.

S140 단계에서, 제어장치(100)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 기구학 연산을 수행한다. 제어장치(100)는 보정 파라미터를 이용하여 로봇 매니퓰레이터(200)의 정기구학 및 역기구학에 대한 연산을 수행할 수 있다. 이를 통해 제어장치(100)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 해석적 해인 측정 포인트(350)를 측정하기 위한 로봇 매니퓰레이터(200)의 관절각도를 산출한다.In step S140, the control device 100 performs a kinematic calculation of the robot manipulator 200. The control device 100 may perform calculations on the forward kinematics and inverse kinematics of the robot manipulator 200 using the correction parameters. Through this, the control device 100 calculates the joint angle of the robot manipulator 200 to measure the measurement point 350, which is the analytical solution of the robot manipulator 200.

S150 단계에서, 제어장치(100)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 구동을 제어한다. 제어장치(100)는 기구학 연산으로부터 산출된 관절각도에 따라 로봇 매니퓰레이터(200)의 위치와 방향을 조정한다. 이를 위해 제어장치(100)는 로봇 매니퓰레이터(200)의 위치와 방향에 대한 제어신호를 생성한다. 제어장치(100)는 생성된 제어신호를 로봇 매니퓰레이터(200)로 전송시켜 구동을 제어한다.In step S150, the control device 100 controls the operation of the robot manipulator 200. The control device 100 adjusts the position and direction of the robot manipulator 200 according to the joint angle calculated from kinematic calculation. To this end, the control device 100 generates control signals for the position and direction of the robot manipulator 200. The control device 100 transmits the generated control signal to the robot manipulator 200 to control its operation.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 블록도이다.Figure 10 is a block diagram for explaining a computing device according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예를 들면 제어장치, 사용자 단말 등) 일 수 있다. Referring to FIG. 10, the computing device TN100 may be a device (eg, a control device, a user terminal, etc.) described herein.

컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.The computing device TN100 may include at least one processor TN110, a transceiver device TN120, and a memory TN130. Additionally, the computing device TN100 may further include a storage device TN140, an input interface device TN150, an output interface device TN160, etc. Components included in the computing device TN100 may be connected by a bus TN170 and communicate with each other.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.The processor TN110 may execute a program command stored in at least one of the memory TN130 and the storage device TN140. The processor TN110 may refer to a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed. Processor TN110 may be configured to implement procedures, functions, and methods described in connection with embodiments of the present invention. The processor TN110 may control each component of the computing device TN100.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. Each of the memory TN130 and the storage device TN140 can store various information related to the operation of the processor TN110. Each of the memory TN130 and the storage device TN140 may be comprised of at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium. For example, the memory TN130 may be comprised of at least one of read only memory (ROM) and random access memory (RAM).

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다. The transceiving device TN120 can transmit or receive wired signals or wireless signals. The transmitting and receiving device (TN120) can be connected to a network and perform communication.

한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. Meanwhile, the embodiments of the present invention are not only implemented through the apparatus and/or method described so far, but may also be implemented through a program that realizes the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. This implementation can be easily implemented by anyone skilled in the art from the description of the above-described embodiments.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. It falls within the scope of invention rights.

10: 통신부
30: 입력부
50: 제어부
51: 좌표계 변환부
52: 파라미터 보정부
53: 기구학 연산부
54: 구동 제어부
70: 저장부
100: 제어장치
200: 로봇 매니퓰레이터
300: 웨이퍼
350: 측정 포인트
400: 이온 산란 분광기
450: 이온 빔
500: 챔버
600: 사용자 단말
700: 제어시스템
10: Department of Communications
30: input unit
50: control unit
51: Coordinate system conversion unit
52: Parameter correction unit
53: Kinematics calculation unit
54: drive control unit
70: storage unit
100: Control device
200: Robot manipulator
300: wafer
350: Measurement point
400: Ion scattering spectrometer
450: Ion beam
500: Chamber
600: User terminal
700: Control system

Claims (10)

로봇 매니퓰레이터에 로딩(loading)된 웨이퍼 중 적어도 하나의 측정 포인트가 선정되면 상기 측정 포인트를 극좌표계로 변환하는 좌표계 변환부;
상기 극좌표계로 변환된 측정 포인트 및 상기 웨이퍼의 두께를 DH(Denavit-Hartenberg) 파라미터에 반영하여 보정 파라미터를 생성하는 파라미터 보정부; 및
상기 보정 파라미터를 이용하여 상기 로봇 매니퓰레이터의 기구학 연산을 수행하는 기구학 연산부;
를 포함하는 제어장치.
When at least one measurement point is selected among wafers loaded on the robot manipulator, a coordinate system conversion unit converts the measurement point into a polar coordinate system;
a parameter correction unit that generates correction parameters by reflecting the measurement point converted to polar coordinates and the thickness of the wafer into DH (Denavit-Hartenberg) parameters; and
a kinematics calculation unit that performs a kinematics calculation of the robot manipulator using the correction parameters;
A control device containing a.
제 1항에 있어서,
상기 기구학 연산으로부터 산출된 관절각도에 따라 상기 로봇 매니퓰레이터의 위치와 방향을 조정하는 구동 제어부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
According to clause 1,
a drive control unit that adjusts the position and direction of the robot manipulator according to the joint angle calculated from the kinematic calculation;
A control device further comprising:
제 1항에 있어서,
상기 좌표계 변환부는,
상기 로봇 매니퓰레이터의 가장 마지막에 위치한 회전관절을 기준으로 하는 웨이퍼 좌표계를 설정하고, 상기 설정된 웨이퍼 좌표계 상에 상기 측정 포인트가 선정되면 상기 측정 포인트를 상기 극좌표계로 변환하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
According to clause 1,
The coordinate system conversion unit,
A control device that sets a wafer coordinate system based on the last rotating joint of the robot manipulator, and converts the measurement point into the polar coordinate system when the measurement point is selected on the set wafer coordinate system.
제 1항에 있어서,
상기 로봇 매니퓰레이터가 5자유도 로봇인 경우,
상기 파라미터 보정부는,
상기 로봇 매니퓰레이터의 말단효과장치(End-effector)에 해당하는 링크의 DH 파라미터에 상기 극좌표계의 측정 포인트 및 상기 웨이퍼의 두께를 반영하여 보정 파라미터를 생성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
According to clause 1,
If the robot manipulator is a 5-degree-of-freedom robot,
The parameter correction unit,
A control device characterized in that it generates a correction parameter by reflecting the measurement point in the polar coordinate system and the thickness of the wafer in the DH parameter of the link corresponding to the end-effector of the robot manipulator.
제 4항에 있어서,
상기 기구학 연산부는,
상기 로봇 매니퓰레이터의 정기구학에 대한 연산을 수행하는 경우,
상기 보정 파라미터를 하기 수학식에 적용하여 각 관절과 관련된 위치와 방향을 나타내는 변환행렬을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
[수학식]

(여기서 T는 변환행렬을 의미하고, i는 좌표계를 의미하며, θi는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 zi-1를 기준으로 하는 xi-1과 xi 사이의 각도를 의미하고, αi는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 xi를 기준으로 하는 zi-1과 zi의 각도를 의미하며, ai는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 관절i와 관절i+1 사이의 최단거리를 의미하고, di는 로봇 매니퓰레이터의 관절에서 zi-1을 따르는 xi-1와 xi’사이의 거리를 의미함)
According to clause 4,
The kinematics calculation unit,
When performing calculations on the forward kinematics of the robot manipulator,
A control device characterized in that the correction parameter is applied to the following equation to calculate a transformation matrix representing the position and direction related to each joint.
[Equation]

(Here, T means the transformation matrix, i means the coordinate system, θ i means the angle between x i -1 and x i based on z i -1 at the joints of the robot manipulator, and α i is In the joint of the robot manipulator, it means the angle between z i -1 and z i based on x i , a i means the shortest distance between joint i and joint i+1 in the joint of the robot manipulator, and d i is refers to the distance between x i -1 and x i 'along z i -1 at the joints of the robot manipulator)
제 5항에 있어서,
상기 기구학 연산부는,
상기 산출된 각 관절별 변환행렬을 하기 수학식에 적용하여 상기 측정 포인트에 해당하는 변환행렬을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
[수학식]
According to clause 5,
The kinematics calculation unit,
A control device characterized in that the transformation matrix corresponding to the measurement point is calculated by applying the calculated transformation matrix for each joint to the following equation.
[Equation]
제 6항에 있어서,
상기 기구학 연산부는,
상기 산출된 측정 포인트의 변환행렬을 이용하여 상기 로봇 매니퓰레이터의 베이스 프레임(base frame)을 기준으로 하는 기준 좌표계에 대한 측정 포인트의 위치 및 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
According to clause 6,
The kinematics calculation unit,
A control device that calculates the position and direction of the measurement point with respect to a reference coordinate system based on the base frame of the robot manipulator using the calculated transformation matrix of the measurement point.
제 6항에 있어서,
상기 기구학 연산부는,
상기 로봇 매니퓰레이터의 역기구학에 대한 연산을 수행하는 경우,
상기 산출된 각 관절의 변환행렬과 측정 포인트의 변환행렬 및 상기 로봇 매니퓰레이터의 기하학적 구조를 이용하여 상기 측정 포인트를 측정하기 위한 상기 로봇 매니퓰레이터의 관절각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
According to clause 6,
The kinematics calculation unit,
When performing calculations on the inverse kinematics of the robot manipulator,
A control device that calculates a joint angle of the robot manipulator for measuring the measurement point using the calculated transformation matrix of each joint, the transformation matrix of the measurement point, and the geometric structure of the robot manipulator.
제 8항에 있어서,
상기 기구학 연산부는,
상기 로봇 매니퓰레이터의 각 링크 길이 및 각 관절별 조절 가능한 관절각도를 이용한 삼각함수를 기반으로 상기 기하학적 구조를 반영하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
According to clause 8,
The kinematics calculation unit,
A control device characterized in that it reflects the geometric structure based on a trigonometric function using the length of each link of the robot manipulator and the adjustable joint angle for each joint.
로봇 매니퓰레이터에 로딩된 웨이퍼 중 적어도 하나의 측정 포인트가 선정되면
상기 로봇 매니퓰레이터의 구동을 제어하는 제어장치가 상기 측정 포인트를 극좌표계로 변환하는 단계;
상기 제어장치가 상기 극좌표계로 변환된 측정 포인트 및 상기 웨이퍼의 두께를 DH 파라미터에 반영하여 보정 파라미터를 생성하는 단계; 및
상기 제어장치가 상기 보정 파라미터를 이용하여 상기 로봇 매니퓰레이터의 기구학 연산을 수행하는 단계;
를 포함하는 제어방법.
When at least one measurement point is selected among the wafers loaded on the robot manipulator
A control device controlling the operation of the robot manipulator converts the measurement point into a polar coordinate system;
generating correction parameters by the control device reflecting the measurement point converted to polar coordinates and the thickness of the wafer into DH parameters; and
performing, by the control device, a kinematic calculation of the robot manipulator using the correction parameters;
A control method including.
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