CN104749891B - 一种抓手自锁的硅片边缘保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种抓手自锁的硅片边缘保护装置，包括伺服电机、减速机构、垂向运动机构以及抓手装置，其特征在于：所述抓手装置包括一向下的锥面凸轮以及紧贴锥面凸轮的推杆，所述抓手装置在垂向运动的过程中，所述锥面凸轮的锥面通过推杆推动杠杆带动抓爪打开、合拢。本发明提出的抓手自锁的硅片边缘保护装置，结构简单，工艺性好，加工制造容易，自定心性好，适应性强，且具有自锁功能，并能防止保护环夹紧变形。

Description

一种抓手自锁的硅片边缘保护装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造装备技术领域，特别地，涉及一种用于光刻机的抓手自锁的硅片边缘保护装置。

背景技术

硅片边缘保护装置是集成电路制造技术领域中，为提高硅片生产效率，对负胶工艺硅片曝光加工制造的同时对硅片边缘进行保护的一种装置，是实现硅片曝光及边缘保护同步进行的必备装置，装于曝光设备（光刻机）内部。需具有快速、准确地抓取边缘保护环的功能，并完成放置边缘保护环于硅片上部、抓取边缘保护环离开硅片的一系列自动化工作。

因边缘保护环较薄，与硅片的各向间隙很小,放置、抓取硅片边缘保护环的位置的准确性、抓爪运动的同步性、定心性是实现边缘保护的关键，其运动精度、工作效率及其可靠性直接影响着硅片制造的质量、生产率及硅片的报废率。还间接影响着光刻机整机的性能及安全。因此，如何提高效率、提高可靠性成为边缘保护装置亟待解决的问题。

中国专利200910055394.X公开的一种硅片边缘保护方法与装置及中国专利201010102423.6公开的硅片边缘保护装置及其应用方法，所提及的边缘保护装置，存在下列缺点：

1. 两专利中提及的三偏心联动凸轮机构，是实现保护环抓取功能机构，其结构复杂，特别是不连续的偏心圆弧的槽工艺性差，制造误差大，装调繁琐，使得抓爪的自定心性差。易造成保护环与硅片不同心，进而造成硅片报废。

2. 三偏心联动凸轮机构的凸轮端面定位于滚子上，摩擦小，如遇突然断气，由于结构自身重力的偏置，凸轮有产生自转的可能，造成抓爪松开保护环脱落，有损坏硅片和光刻机工件台的潜在风险。

3. 抓爪只能抓取一种规格的保护环，适应性差，且抓爪为刚性夹紧，容易造成保护环变形，降低硅片质量。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提出一种抓手自锁的硅片边缘保护装置，包括伺服电机、减速机构、垂向运动机构以及抓手装置，其特征在于：所述抓手装置包括一向下的锥面凸轮以及紧贴锥面凸轮的推杆，所述抓手装置在垂向运动的过程中，所述锥面凸轮的锥面通过推杆推动杠杆带动抓爪打开、合拢。

优选地，所述推杆还包括连接并作用于所述推杆的压簧及拉簧，通过调节所述压簧和拉簧的压力来调节抓手装置的夹紧力。

优选地，所述推杆为均布在圆周上的三个推杆。

优选地，所述抓手装置还包括与锥面凸轮联为一体的活塞杆，当压缩空气驱动活塞杆向上运动，带动锥面凸轮向上运动，推杆随着锥面向内运动，推动杠杆带动抓爪外旋；当压缩空气驱动活塞杆向下运动，带动锥面凸轮向下运动，推杆随着锥面向外运动，推动杠杆带动抓爪内旋。

优选地，当所述抓手装置处于夹持边缘保护环的状态时，如遇突然断气，锥面凸轮在推杆推力及重力的作用下处于平衡，保持原位不动，使杠杆仍然处于当前位置保持不动。

本发明提出的抓手自锁的硅片边缘保护装置，与现有技术相比具有如下优点：

1. 采用锥面凸轮传动抓爪动作，结构简单，工艺性好，加工制造容易，自定心性好。

2. 抓手装置结构为重力自封闭型，具有自锁功能，克服了由于突然断气有可能抓爪松开，造成损坏硅片的潜在危险因素。

3.抓爪可替换，适应性强。同时抓爪采用弹性阻尼夹紧保护环，消除了保护环夹紧变形。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为本发明硅片边缘保护装置保护环交接结构示意图；

图2为本发明硅片边缘保护装置中抓手装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

如图1所示，本发明抓手自锁的硅片边缘保护装置，由伺服电机1、减速机构2、垂向运动机构3及抓手装置4组成。伺服电机1由控制***控制，通过减速机构2，带动垂向运动机构3，将电机的旋转运动变为直线运动，从而携带抓手装置4运动到预定的交接位置，进行放置边缘保护环于硅片上部、抓取边缘保护环离开硅片的一系列自动化工作。

本发明抓手自锁的硅片边缘保护装置的抓手装置4如图2所示，主要由缸体401、活塞杆402、缸盖403、锥面凸轮404、推杆405、压簧406、拉簧407、体壳408、杠杆409、抓爪410、销轴411及压盖412等组成。

伺服电机1定位安装于减速机构2上，减速机构2刚性地安装于垂向运动机构3之上，伺服电机1的旋转运动，通过减速机构2传递至垂向运动机构3。垂向运动机构3将伺服电机1的旋转运动变为直线运动，带动抓手装置4做垂向的上、下运动，运动至交接位置，由安装在垂向运动机构3下端的抓手装置4，实现对边缘保护环的抓取、放置功能，从而实现硅片曝光前将边缘保护环放置在硅片上部，保护硅片边缘不被曝光，硅片曝光后抓取边缘保护环脱离硅片，以提供传输硅片的空间。抓手装置4的进入交接位置、移出交接位置的动作由垂向运动机构3完成。抓手装置4通过螺钉（图中未画）与垂向运动机构3刚性地联结在一起，由垂向运动机构实现抓手装置4精确定位于硅片上部的边缘保护环交接位置。

工作时，启动伺服电机1，通过减速机构2将伺服电机1的旋转运动传至垂向运动机构3，由垂向运动机构3将电机的旋转运动变为向下的直线运动，从而带动抓手装置4(已夹着边缘保护环)由初始位置，向下运动至硅片上部的交接位置。此时，压缩空气由缸体401下部进气，驱动活塞杆402向上运动，带动与活塞杆402联为一体的锥面凸轮404向上运动。与此同时，安装在体壳408内的三个径向均布的的推杆405在拉簧407、压簧406的作用下，始终紧贴着锥面凸轮404的锥面，随着锥面同步地沿体壳408导向槽向内运动，同时杠杆409在拉簧407的作用下，绕着销轴411旋转，带动三个抓爪410外旋，直至活塞杆402的上端面到达与缸体401缸底接触的上极限位置，运动停止。此时，三个抓爪410外旋到极限位置，抓爪410松开硅片边缘保护环、并将边缘保护环放置在硅片的上部，完成放置动作。之后抓手装置4由垂向运动机构3在伺服电机1的驱动下，返回到初始位置。

此时开始对硅片曝光，边缘保护环保护了硅片边缘不被曝光。

硅片曝光完成后，抓手装置4再次由初始位置运动至硅片上部边缘保护环的交接位置，此时，压缩空气由缸体401的上部进气，驱动活塞杆402向下运动，带动与活塞杆402通过垫圈、螺母联为一体的锥面凸轮404向下运动，通过锥面凸轮404的锥面，推动三个径向均布的推杆405，同步沿着体壳408均布的导向槽向外运动，使铰接在体壳408的杠杆409绕着销轴411旋转，带动三个抓爪410内旋，在拉簧407的阻尼作用下，柔性地抓取、夹紧边缘保护环，完成抓取动作。之后抓手装置4携带着边缘保护环返回到初始位置，至此，装置完成一个放置—保护曝光---抓取的循环工作。

可通过调节拉簧407的拉力及压簧406的压力调节对边缘保护环夹紧力的大小。避免夹紧力过大，造成边缘保护环受损。

当抓手装置4处于夹持边缘保护环的状态时，如遇突然断气，由于锥面凸轮404是椎体向下设置的，活塞杆402及其下部安装的锥面凸轮404保持在当前位置，由于自重有向下运动的趋势，无外力的作用，是无法使其向上运动，达到向上运动时自锁。锥面凸轮404在三个推杆405推力及重力的作用下处于平衡，保持原位不动，使杠杆409在弹簧407及推杆405的作用下，仍然处于当前位置保持不动，从而对边缘保护环保持夹紧状态，解决了突然断气保护环不会脱落的安全隐患问题。另外，一旦断气时间过长，活塞杆402靠自重只能从夹紧位置运动到下端面与缸盖403贴合的下极限位置，由于两个位置之间的距离很小，≤1.5mm，通过锥面凸轮404斜面及杠杆409的传递，夹紧力增加更小，也不会造成边缘保护环变形的危险。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种抓手自锁的硅片边缘保护装置，包括伺服电机、减速机构、垂向运动机构以及抓手装置，其特征在于：所述抓手装置包括一向下的锥面凸轮以及紧贴锥面凸轮的推杆，所述抓手装置在垂向运动的过程中，所述锥面凸轮的锥面通过推杆推动杠杆带动抓爪打开、合拢；所述抓手自锁的硅片边缘保护装置还包括连接并作用于所述推杆的压簧及拉簧，通过调节所述压簧和拉簧的压力来调节抓手装置的夹紧力。

2.如权利要求1所述的抓手自锁的硅片边缘保护装置，其特征在于：所述推杆为均布在圆周上的三个推杆。

3.如权利要求1所述的抓手自锁的硅片边缘保护装置，其特征在于：所述抓手装置还包括与锥面凸轮联为一体的活塞杆，当压缩空气驱动活塞杆向上运动，带动锥面凸轮向上运动，推杆随着锥面向内运动，推动杠杆带动抓爪外旋；当压缩空气驱动活塞杆向下运动，带动锥面凸轮向下运动，推杆随着锥面向外运动，推动杠杆带动抓爪内旋。

4.如权利要求1所述的抓手自锁的硅片边缘保护装置，其特征在于：当所述抓手装置处于夹持边缘保护环的状态时，如遇突然断气，锥面凸轮在推杆推力及重力的作用下处于平衡，保持原位不动，使杠杆仍然处于当前位置保持不动。