专利名称：应用于半导体刻蚀清洗设备的全塑料高速机械手的制作方法
技术领域：
本发明为应用于半导体刻蚀清洗设备的全塑料高速机械手，是达到了高速运 转、平稳传送、无金属离子污染、无颗粒污染、防酸碱腐蚀等优越性和谐统一 的机械手，属于机械技术领域。
背景技术：
槽式酸刻蚀(如BHF刻蚀、B0E刻蚀、DHF刻蚀等)及^威刻蚀(KOH等)清洗 设备是目前半导体IC制造及硅片制造的常用设备。此类设备的槽式方案通常是 一个纯水清洗槽对应一个药液(HF、 KOH等)清洗槽。设^使用的药液非常危险， 如果操作人员直接接触，非常容易对人体造成伤害。芯片及硅片的加工制造环 境要求也非常严格，在生产过程中必须尽量避免金属离子及颗粒的影响。由于 目前硅片越来越薄，已经发展到13(^m左右，传送不稳极易发生碎片。另硅片 从酸/碱槽取出传送到下一水槽时，会暴露在空气中，如果带酸碱的硅片暴露在 空气中时间过长，则会大大影响清洗及刻蚀的效果。
目前国内在用的此类刻蚀清洗设备配置水平参差不齐，手动、半自动、全自 动皆有，但不论哪种形式都没有能够将上述问题在一套方案内给与解决。
综上所述，研发高速运转、平稳传送、无金属 子污染、无颗粒污染、防腐 蚀等性能合一的机械手就成为了此类刻蚀清洗设备应用的迫切需要。
发明内容
为了适应半导体行业对刻蚀清洗设备要求的不断提高，本发明提供了 一种应用于半导体刻蚀清洗设备的全塑料高速机械手，自动化程度高、避免金属离子 及颗粒的影响、高速槽间传送以、高传送稳定性、防腐蚀。 一种应用于半导体刻蚀清洗设备的全塑料高速机械手，
机械手移载物4在前排水洗槽6与后排刻蚀槽5之间进行传递。
机械手固定支板ll为设备整体外壳l的一部分，是机械手整体3的支点，并将 机械手的动力源2部分隔离在设备的外部，
机械手动力源2位于设备的外部，通过同步带将动力传给机械手动力源连接 同步轮7。
两个机械手臂连接同 一动力源2 。
整个机械手围绕机械手动力源连接同步轮7所在转轴旋转。
机械臂上外罩17与下外罩31将机械臂自身用于保持机械手挂钩2 3传递方向
的机构密封在其内部。
机械手动力源连接同步轮7安装在机械臂连接轴9上，采用动力锁连接方式。
机械臂连接轴固定螺钉8将机械臂连接轴9固定在机械臂l 6上。
端面垫圈13连接在主轴轴套12与机械臂主轴同步轮15之间。
端面垫圈10连接在机械手固定支板11的圆筒与机械臂连接轴9之间。
机械臂主轴同步轮固定螺钉l 4将机械臂主轴同步轮l 5固定在机械臂16上，同
时螺钉顶部不高于同步轮端面。
机械臂主轴同步轮l 5与机械臂随动同步轮26之间通过同步带2 7连接。
同步带张紧机构为张紧轴锁紧螺母19与张紧轴28自身凸台将机构锁紧在机
械臂16上，张紧轴轴套锁紧螺母30将张紧轴轴套29锁紧在张紧轴28上，同步带
27压紧在张紧轴轴套29上。
机械手挂钩23与机械臂随动同步轮26之间采用方形子口定位方式连接。端面垫圈22连接在穿过机械臂16机械手挂钩旋转轴套2 4与机械手挂钩2 3之间。
端面垫圈25连接在穿过机械臂16机械手挂钩旋转轴套24的另 一端与机械臂 随动同步轮26之间。
机械手挂钩锁紧螺母2l锁紧在机械臂随动同步轮26上，使整个挂钩机构固定 在机械臂16上。
机械臂主轴同步轮l 5随机械臂16—起旋转。
为了避免机设备外部的械手传动机构给设备内部带来颗粒污染，位于设备内 部与外部交接的机械手旋转轴采用能够自润滑的PTFE (聚四氟乙烯)轴套的形 式，使得机械手能够达到免润滑和全密闭的需求。
为了解决金属离子和金属颗粒带来污染的问题，并且使机械手能够具备较好 的耐腐蚀性能，本发明将机械手在设备内部的部分采用了全塑料设计。传动轴 采用PP(聚丙烯)材质，提篮挂钩采用PP(聚丙烯)材质，同步带轮采用PVC(聚 氯乙烯)材质，同步带采用PE (聚乙烯)材质，全部垫圈采用PTFE材质，机械 手外罩采用PVC材质。
为了提高传递速度，本发明机械手只采用了一台伺服电机传动，此种单轴模 式相对多轴模式而言能够充分减少传递时间。机械手围绕旋转轴向上旋转半圈 即完成从一个槽传递到另一槽的动作，反向旋转-故传递物返回到初始位置。
为了确保传递稳定性，本发明机械手采用了特殊传递机构。机械手传送过程 中被传送件始终能够保持水平，因此无论速度设定多少都能平稳的在两槽之间 进行传递。此传递才几构通过同步带及同步轮定位。为了防止同步带松弛而定位 失效，机构中配备了专用的同步带张紧机构。
由此本发明机械手对此类半导体刻蚀清洗设备以往存在的诸多问题给予了
6一套完备的解决方案。由于本发明机械手采用的单轴传递方式机构较少，故相 对以往双轴或多轴传递方式具备非常明显的成本优势以及较低的电力消耗。由 于本机械手全部采用耐腐蚀塑料材质且转动部分使用自润滑材料，故相对以往 金属类机械手能够大大减少机械手本身带来的污染物、提高机械手使用寿命、
降低其维护成本。本发明机械手可以应用于高端的半导体130nm IC主流生产线。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图l是本发明机械手所处设备整体轴测图。
图2是本发明机械手搬运物品方式细节示意图。
图3是本发明积4成手整体外形图。
图4是本发明机械手内部构造图。
图中各个编号及各个部分材料构成
1. 设备整体外壳，PP (聚丙烯)材质；
2. 本发明机械手动力源，PE (聚乙烯)材质同步带(内部衬钢丝)；
3. 本发明机械手整体，各类防腐塑料；
4. 机械手移载物，PVDF (聚偏二氟乙烯)；
5. 后排刻蚀槽，PVDF (聚偏二氟乙烯)；
6. 前排水洗槽，PVDF (聚偏二氟乙烯)；
7. 本发明机械手动力源连接同步轮，SUS304 (表面镀Teflon);
8. 机械臂连接轴固定螺钉，SUS304 (表面镀Teflon);
9. 机械臂连接轴，SUS304 (表面镀Teflon);
10. 端面垫圈，PTFE(聚四氟乙烯)；
11. 机械手固定支板，PP(聚丙烯)；12j几械臂主轴轴套，PTFE(聚四氟乙烯)；
13. 端面垫圈，PTFE(聚四氟乙烯)；
14. 机械臂主轴同步轮固定螺钉，SUS304 (表面镀Teflon);
15. 机械臂主轴同步轮，PVC(聚氯乙烯)；
16. 机械臂，PP (聚丙烯)；
17. 机械臂上外罩，PVC(聚氯乙烯);
18. 同步带张紧机构上固定螺钉，PVC(聚氯乙烯)；
19. 张紧轴锁紧螺母，PVC(聚氯乙烯)；
20. 同步带张紧机构下固定螺钉，PVC(聚氯乙烯)；
21. 机械手挂钩锁紧螺母，PVC(聚氯乙烯)；
22. 端面垫圈，PTFE(聚四氟乙烯)；
23. 机械手挂钩，PP (聚丙烯)；
24. 机械手挂钩旋转轴套，PTFE(聚四氟乙烯)；
25. 端面垫圈，PTFE(聚四氟乙烯)；
26. 机械臂随动同步轮，PVC(聚氯乙烯)；
27. 同步带(未绘制齿形)，PE (聚乙烯)材质同步带(内部衬钢丝)；
28. 张紧轴，PVC (聚氯乙烯);
29. 张紧轴轴套，PTFE(聚四氟乙烯)；
30. 张紧轴轴套锁紧螺母，PVC(聚氯乙烯)；
31. 机械臂下外罩，PVC(聚氯乙烯)。
具体实施例方式
在图1中，所示设备为一台半导体硅片刻蚀清洗设备，本发明机械手的工作 是将机械手移载物4快速、平稳、无污染的在前排水洗槽6与后排刻蚀槽5之间进行传递。机械手固定支板ll为设备整体外壳l的一部分，是机械手整体3的支点， 并将机械手的动力源2部分隔离在设备的外部，达到了动力源与执行机构分区设 置的目的。机械手动力源2位于设备的外部，通过同步带将动力传给机械手动力 源连接同步轮7。位于设备内部的部件机械手整体3、机械手移载物4、后排刻蚀 槽5、前排水洗槽6等全部采用防腐(耐酸碱)塑料材料制造，并与外部空间进 行了有效地隔离，避免了外部的金属离子、颗粒的影响。
在图2中，为了使机械手移载物4能够平稳的在前排水洗槽6与后排刻蚀槽5之 间进行传递，使用了同步的双机械手3形式。两个机械手臂使用同一动力源2， 通过设备背后的传动轴进行动力分配。机械手3完成半圈旋转过程即完成一次移 载物的移送过程，反向半圏旋转则可完成反向移载。此单轴模式大大提高了传 递的效率。
在图3中，显示了机械手的整体装配关系。整个机械手围绕械手动力源连接 同步轮7所在转轴旋转。机械臂上外罩17与下外罩31将机械臂自身用于保持机械 手挂钩23传递方向的机构密封在其内部。
在图4中，显示了机械手所有零部件的装配关系。机械手动力源连接同步轮7 安装在机械臂连接轴9上，采用动力锁(图中未绘出)连接方式。机械臂连接轴 固定螺钉8将机械臂连接轴9固定在机械臂16上。端面垫圏IO、 13、主轴轴套12 起到降低机械臂16与机械手固定支板11之间摩擦的作用。机械臂主轴同步轮固 定螺钉l4将机械臂主轴同步轮l 5固定在机械臂l6上，同时螺钉顶部不高于同步 轮端面。机械臂主轴同步轮l 5与机械臂随动同步轮26之间通过同步带27连接， 同步轮大小一致，是构成移载物水平保持机构的基本零件。
同步带张紧机构上固定螺钉18、张紧轴锁紧螺母19、同步带张紧机构下固定 螺钉20、张紧轴28、张紧轴轴套29、张紧轴轴套锁紧螺母30组成同步带张紧机构，张紧轴锁紧螺母19与张紧轴28自身凸台将机构锁紧在机械臂16上，张紧轴 轴套锁紧螺母30将张紧轴轴套29锁紧在张紧轴28上，同步带27压紧在张紧轴轴 套29上。同步带张紧机构上、下固定螺钉18、 20用来调整整个张紧机构的位置。 机械手挂钩23与机械臂随动同步轮26之间采用方形子口定位方式，确保两个部 件旋转动作一致。端面垫圈22、 25、机械手挂钩旋转轴套24起到降低机械手挂 钩机构旋转摩擦的作用。机械手挂钩锁紧螺母21锁紧在机械臂随动同步轮26上， 使整个挂钩机构固定在机械臂l 6上。由于机械臂主轴同步轮l 5随机械臂l 6—起 旋转时，机械臂16相对主轴基准点旋转多大的角度，机械臂随动同步轮26就会 相对于其旋转轴基准点旋转相同的角度，这确保了挂钩2 3相对于水平面的方向 保持不变，即解决了被移载物平稳传递的问题。由于全部旋转构件均采用塑料 自润滑材料构成，无需另加外部润滑，故最大限度的避免了设备内部机构产生 颗粒和金属污染的可能性。
权利要求
1、一种应用于半导体刻蚀清洗设备的全塑料高速机械手，其特征是机械手移载物(4)在前排水洗槽(6)与后排刻蚀槽(5)之间进行传递；机械手固定支板(11)为设备整体外壳(1)的一部分，是机械手整体(3)的支点，并将机械手的动力源(2)部分隔离在设备的外部，机械手动力源(2)位于设备的外部，通过同步带将动力传给机械手动力源连接同步轮(7)；两个机械手臂连接同一动力源(2)；整个机械手围绕机械手动力源连接同步轮(7)所在转轴旋转；机械臂上外罩(17)与下外罩(31)将机械臂自身用于保持机械手挂钩(23)传递方向的机构密封在其内部；机械手动力源连接同步轮(7)安装在机械臂连接轴(9)上，采用动力锁连接方式；机械臂连接轴固定螺钉(8)将机械臂连接轴(9)固定在机械臂(16)上；端面垫圈(13)连接在主轴轴套(12)与机械臂主轴同步轮(15)之间；端面垫圈(10)连接在机械手固定支板(11)的圆筒与机械臂连接轴(9)之间；机械臂主轴同步轮固定螺钉(14)将机械臂主轴同步轮(15)固定在机械臂(16)上，同时螺钉顶部不高于同步轮端面；机械臂主轴同步轮(15)与机械臂随动同步轮(26)之间通过同步带(27)连接；同步带张紧机构为张紧轴锁紧螺母(19)与张紧轴(28)自身凸台将机构锁紧在机械臂(16)上，张紧轴轴套锁紧螺母(30)将张紧轴轴套(29)锁紧在张紧轴(28)上，同步带(27)压紧在张紧轴轴套(29)上；机械手挂钩(23)与机械臂随动同步轮(26)之间采用方形子口定位方式连接；端面垫圈(22)连接在穿过机械臂(16)机械手挂钩旋转轴套(24)与机械手挂钩(23)之间；端面垫圈(25)连接在穿过机械臂(16)机械手挂钩旋转轴套(24)的另一端与机械臂随动同步轮(26)之间；机械手挂钩锁紧螺母(21)锁紧在机械臂随动同步轮(26)上，使整个挂钩机构固定在机械臂(16)上；机械臂主轴同步轮(15)随机械臂(16)一起旋转。
全文摘要
应用于半导体刻蚀清洗设备的全塑料高速机械手，属于机械技术领域。采用全自动单轴模式、具备专用移载物水平保持机构、全防腐塑料机构设计方案、动力源与执行机构分区设置，是达到了高速运转、平稳传送、无金属离子污染、无颗粒污染、防腐蚀等优越性和谐统一的机械手。
文档编号H01L21/677GK101656221SQ20091009222
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月7日 优先权日2009年9月7日
发明者孙良欣, 岳树民 申请人:北京中联科伟达技术股份有限公司