李學(xué)威，何書龍，趙治國

(沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，沈陽 110168)

300mm硅片高精度真空傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

李學(xué)威，何書龍，趙治國

(沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，沈陽 110168)

文章設(shè)計(jì)一種300mm硅片真空傳輸系統(tǒng)，滿足市場對(duì)硅片傳輸過程高精度，高潔凈度，高效率的需求。其中硅片傳輸腔室采用真空設(shè)計(jì)，并優(yōu)化了真空腔室的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)300mm硅片傳輸，真空度可達(dá)2×10-7Torr。真空機(jī)械手采用對(duì)稱連桿直驅(qū)機(jī)械手，大氣機(jī)械手采用R-θ型機(jī)械手，其重復(fù)精度均為±0.1mm。設(shè)計(jì)了AWC糾偏檢測系統(tǒng)，利用光電對(duì)射傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片的實(shí)時(shí)檢測及位置糾正。通過驗(yàn)證性試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到整個(gè)系統(tǒng)的整體精度、潔凈度、真空度和真空變化值滿足工作要求，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。

硅片傳輸；真空腔室；機(jī)械手；糾偏檢測系統(tǒng)

0 引言

硅片傳輸是硅片制造的核心環(huán)節(jié)，開發(fā)硅片傳輸系統(tǒng)意義重大[1-4]。隨著信息產(chǎn)業(yè)對(duì)硅片儲(chǔ)存信息能力要求的提高，世界的硅片的主流成產(chǎn)線由直徑150mm、200mm向300mm轉(zhuǎn)變，對(duì)硅片傳輸系統(tǒng)的要求也越來越大。為保證硅片的成片率并提高生產(chǎn)效率，高速、高精度和高潔凈度成為研究硅片傳輸系統(tǒng)的難點(diǎn)[5]。為此，目前研制的硅片傳輸系統(tǒng)集合了機(jī)械，電子，軟件，傳感等多種學(xué)科，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)了硅片傳輸系統(tǒng)的高度自動(dòng)化。在保證精度和潔凈度的前提下，正逐漸提高生產(chǎn)效率，增大產(chǎn)量，來滿足市場對(duì)硅片的需求。

目前，ABC等國外企業(yè)的300mm的硅片生產(chǎn)線已經(jīng)投入市場，并積極研發(fā)450mm的硅片，并且硅片傳輸系統(tǒng)的自動(dòng)化，可靠性，潔凈度及精度等方面的水平都很高，已經(jīng)逐漸進(jìn)入國內(nèi)市場[4]。而中國的300硅片傳輸平臺(tái)的技術(shù)水平還處于研發(fā)試驗(yàn)階段，國產(chǎn)的全自動(dòng)的硅片傳輸系統(tǒng)各個(gè)方面并不成熟，效率低，可靠性差，自動(dòng)化程度低制約著我國硅片市場的發(fā)展[6-7]。為此，我國必須實(shí)現(xiàn)硅片傳輸平臺(tái)自主研發(fā)，本文設(shè)計(jì)了一款300mm全自動(dòng)高精度真空硅片傳輸系統(tǒng)，突破了機(jī)械手和真空腔設(shè)計(jì)難題，不僅能夠提高搬運(yùn)平臺(tái)系統(tǒng)和工藝設(shè)備的研發(fā)和技術(shù)水平，而且提升我國的裝備制造能力和水平。

1 硅片真空傳輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的硅片真空傳輸系統(tǒng)主要用于300mm硅片生產(chǎn)，主要分為半導(dǎo)體前端模塊(EFEM)、大氣機(jī)械手，預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置，真空傳輸腔室和真空機(jī)械手五個(gè)部分。為了保證提高300mm硅片的成片率，要求高潔凈的傳輸環(huán)境和高精度的傳輸過程。因此對(duì)整個(gè)硅片傳輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)布局如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)處于封閉空間，并應(yīng)用真空傳輸腔室保證潔凈度，利用R-θ型大氣機(jī)械手、對(duì)稱連桿真空機(jī)械手傳輸硅片和預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置保證傳輸?shù)木取?/p>

1.半導(dǎo)體前端模塊(EFEM) 2.大氣機(jī)械手 3.預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置 4.硅片裝載裝置 5.硅片加工工位 6.真空機(jī)械手 7.真空傳輸腔室
圖1 硅片傳輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)布局圖

系統(tǒng)的工作流程如下：大氣機(jī)械手尾部傳感器掃描硅片裝載裝置(待加工硅片)中硅片數(shù)量，然后從中取出硅片，放置在預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置上，預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)對(duì)準(zhǔn)后，大氣機(jī)械手將硅片傳輸?shù)秸婵諅鬏斍皇?，再利用真空機(jī)械手將硅片輸送到加工工位，硅片加工后取回，經(jīng)真空機(jī)械手，真空傳輸腔室，大氣機(jī)械手，再次裝載回另一個(gè)硅片裝載裝置(加工完成硅片)中。

如圖2所示的三維建模，是根據(jù)硅片傳輸?shù)墓ぷ餍枰?，設(shè)計(jì)的300mm硅片真空傳輸平臺(tái)，以此滿足高精度、高潔凈度的硅片傳輸工作需要。

圖2 300mm硅片傳輸平臺(tái)三維建模

技術(shù)參數(shù)：

(1)真空傳輸腔室潔凈等級(jí)：Class1；

(2)真空傳輸腔室真空度：常溫2.0×10-7Torr；

(3)平臺(tái)整體重復(fù)定位精度：±0.2mm；

(4)真空機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍：垂直方向，35mm；旋轉(zhuǎn)方向：無限制，伸展方向：730mm；

(5)大氣機(jī)械手運(yùn)動(dòng)范圍：旋轉(zhuǎn)方向：無限制，伸縮方向：1010mm。

2 真空傳輸腔室設(shè)計(jì)

真空傳輸腔室是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要部分，是實(shí)現(xiàn)高潔凈度的傳輸環(huán)境的基礎(chǔ)。如圖3所示，本文所設(shè)計(jì)的真空傳輸腔室系統(tǒng)主要包括以下幾部分：傳輸腔室；傳輸腔室蓋板及其舉升裝置；設(shè)備支撐框架；真空系統(tǒng)；充氣系統(tǒng)；AWC傳感器；加熱和冷卻系統(tǒng)。該真空傳輸腔室采用模塊化設(shè)計(jì)，主要用于300mm硅片的傳輸，同時(shí)兼容200mm硅片的傳輸，可實(shí)現(xiàn)緩存腔室和工作腔室快速且獨(dú)立的加熱及冷卻。

1.真空系統(tǒng)2.充氣系統(tǒng)3.冷卻盤4.傳輸腔室 5.傳輸腔室蓋板舉升裝置6.傳輸腔室蓋板 7.AWC 傳感器 8.設(shè)備支撐框架
圖3 真空傳輸腔室組成示意圖

2.1 真空傳輸腔室本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了滿足工作要求，真空傳輸腔室分為三個(gè)腔室，左緩存腔室、右緩存腔室和工作腔室。由于真空對(duì)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求很大，因此真空傳輸腔室為一整塊鋁合金材料加工而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，并且易于實(shí)現(xiàn)較高的真空能力。

真空傳輸腔室具有高度集成一體化的特點(diǎn)。傳輸腔室上有真空機(jī)械手安裝孔、EFEM接口、真空系統(tǒng)接口、充氣系統(tǒng)接口、腔室冷卻系統(tǒng)接口、工藝腔室接口和AWC傳感器，傳輸腔室示意圖如圖4所示。真空傳輸腔室外形設(shè)計(jì)有兩個(gè)緩存密封接口，與EFEM相連接；設(shè)計(jì)有四個(gè)側(cè)面，并提供安裝工藝腔室的密封接口，可與工藝腔室連接。四個(gè)側(cè)面的幾何中心安裝真空機(jī)械手，以此保證半導(dǎo)體晶圓在傳輸加工過程中均在高真空密封腔室中，保證精度與潔凈度。這種外形設(shè)計(jì)利用較小的占用面積提供了較多的工藝腔室。在緩存腔和工作腔設(shè)計(jì)有透明觀察窗口，在不影響密封性條件下，可觀察腔室工作狀況，也利于發(fā)現(xiàn)問題。

圖4 傳輸腔室示意圖

真空傳輸腔室蓋舉升裝置由減速比為80的蝸輪蝸桿減速機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)懸臂旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)真空傳輸腔室蓋運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)真空傳輸腔室蓋的打開和關(guān)閉。如圖5所示，真空傳輸腔室蓋打開極限位置為90°左右，滿足真空機(jī)械手通過腔室蓋裝入到真空傳輸腔室中。

圖5 腔室密封蓋的舉升機(jī)構(gòu)

為了驗(yàn)證真空腔室的強(qiáng)度能否滿足設(shè)計(jì)需求，本文利用Solidworks中的仿真模塊，對(duì)腔室本體進(jìn)行了有限元分析。設(shè)定真空腔室的夾具和所受外力。將腔室底部固定，上部施加一個(gè)大氣壓1.01×106MPa的壓力，使上表面均勻受力，再添加一個(gè)重力，G=9.8N/kg。計(jì)算得到腔室有限元分析后的應(yīng)力模型如圖6所示。真空腔室本體的最大應(yīng)力為5.22×107N/m2，遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力2.75×108N/m2，其位移最大值為0.38mm，對(duì)真空腔室本體的影響很小，模型的強(qiáng)度和變形量在允許范圍之內(nèi)，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性和合理性。

圖6 腔室仿真應(yīng)力模型

2.2 真空系統(tǒng)

如圖7所示，傳輸腔室的真空系統(tǒng)包括真空管路、門閥、角閥、加熱裝置等，是實(shí)現(xiàn)腔室真空的最重要的部分。通過低溫泵的連續(xù)抽取，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部真空度達(dá)2×10-7torr。

圖7 真空系統(tǒng)組成示意圖

真空管路安裝在真空傳輸腔室底部，分別與兩個(gè)緩存腔室和工作腔室連接，真空管路通過前級(jí)泵接口與前級(jí)泵連接，真空管路通過檢漏儀接口與檢漏儀連接。真空管路示意圖如圖8所示。

圖8 真空管路示意圖

系統(tǒng)要求真空度達(dá)到2×10-7Torr，這個(gè)真空度主泵需要選用低溫泵。為了滿足真空傳輸腔室的真空能力，提高泵抽去真空的速度，必須加速腔室內(nèi)分子的運(yùn)動(dòng)速度，使之活躍起來，而最行之有效的方法是對(duì)真空傳輸腔室進(jìn)行加熱。因此本文設(shè)計(jì)將八個(gè)加熱棒，分別安裝在傳輸腔室底部的周圍，溫控器通過一個(gè)熱電偶傳感器來顯示腔室的溫度，通過一個(gè)熱電偶開關(guān)來保護(hù)腔室的過溫保護(hù)。傳輸腔室加熱3h內(nèi)使腔室溫度從20℃上升至120℃，為腔室真空的快速實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)條件。

3 機(jī)械手機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 真空機(jī)械手機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)在真空腔室的硅片傳輸功能，本文采用直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的對(duì)稱連桿直驅(qū)機(jī)械手，減少潤滑和摩擦產(chǎn)生的污染物，滿足真空傳輸?shù)囊骩6]。該機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)垂直升降，旋轉(zhuǎn)和屈伸運(yùn)動(dòng)，如圖9a所示，對(duì)稱連桿直驅(qū)機(jī)械手分為連桿手臂，機(jī)架，旋轉(zhuǎn)雙電機(jī)，垂直升降電機(jī)四部分，垂直升降電機(jī)可以將整個(gè)機(jī)械手整體垂直升降，用于取放硅片；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)選取雙電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)連桿手旋轉(zhuǎn)和屈伸。如圖9b所示，連桿手臂由上下大臂，上下小臂和模擬手組成，硅片傳輸過程中，機(jī)械手調(diào)整到合適的位置，通過旋轉(zhuǎn)雙電機(jī)的一個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使模擬手對(duì)準(zhǔn)硅片位置，同時(shí)另個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)大臂小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)使模擬手屈伸完成硅片的傳輸過程。連桿手的上下兩小臂之間的旋轉(zhuǎn)通過兩個(gè)鋼帶連接，使連桿轉(zhuǎn)動(dòng)精度更高，模擬手的屈伸更平穩(wěn)，減少振動(dòng)，提高硅片傳輸?shù)某晒β省?/p>

此機(jī)械手可在真空度1.33×10-10Pa環(huán)境下正常工作，并不影響傳輸系統(tǒng)的潔凈程度，并且通過直驅(qū)和連桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的垂直升降高度為35mm，無限制回轉(zhuǎn)，最大的屈伸距離為411mm，預(yù)期定位精度為±0.1mm，完全滿足符合300mm硅片的傳輸要求。

(a) 真空機(jī)械手主視圖 (b) 真空機(jī)械手俯視圖

3.2 大氣機(jī)械手機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的大氣機(jī)械手采用傳統(tǒng)的R-θ機(jī)械手(徑向極坐標(biāo)型)[5]，如圖10所示，主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)，大臂，小臂和模擬手構(gòu)成，動(dòng)力由路斯特電機(jī)提供，大小機(jī)械臂內(nèi)有兩組同步帶組，大臂同步帶組的傳動(dòng)比為2:1，小臂同步帶組的傳動(dòng)比為1:2，電機(jī)驅(qū)動(dòng)大臂構(gòu)件相對(duì)大同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過大臂同步帶組的傳遞，驅(qū)動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，小臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)小臂構(gòu)件相對(duì)小同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)模擬手的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過兩組同步帶組傳動(dòng)比的傳遞，使模擬手中心始終指向機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)中心，實(shí)現(xiàn)大氣機(jī)械手的屈伸傳輸動(dòng)作，設(shè)計(jì)的機(jī)械手最大的伸展范圍可達(dá)到1010mm，設(shè)計(jì)的定位精度為±0.1mm。

1.驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2.大臂旋轉(zhuǎn)軸 3.大臂構(gòu)件 4.大臂同步帶組 5.小臂旋轉(zhuǎn)軸 6.小臂構(gòu)件 7.小臂同步帶組 8.模擬手旋轉(zhuǎn)軸 9.模擬手
圖10 大氣機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 AWC糾偏檢測系統(tǒng)

如圖11所示，本文設(shè)計(jì)的傳輸系統(tǒng)中，采用8對(duì)SICK光電對(duì)射傳感器(AWC)，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的實(shí)時(shí)檢測及位置糾正，提高機(jī)械手的安全性，解決了晶圓傳輸過程中發(fā)生的偏位、破損、掉片等異常情況。

圖11 AWC糾偏檢測系統(tǒng)

AWC傳感器為晶圓自動(dòng)調(diào)整對(duì)心傳感器，既可以檢測晶圓是否在傳輸腔室往工藝腔室進(jìn)行傳輸；又可以通過傳感器對(duì)晶圓的檢測，發(fā)給真空機(jī)械手命令，使其調(diào)整中心，使晶圓準(zhǔn)確對(duì)心放置在工藝腔室中。AWC傳感器安裝在工藝腔室安裝面(傳輸腔室與工藝腔室連接位置)的傳輸腔室上下兩端，真空傳輸腔室一共有4個(gè)工藝腔室安裝面，每一面上安裝有2個(gè)AWC傳感器，共8個(gè)AWC傳感器。該系統(tǒng)中，采用AWC雙傳感器放置于需要檢測的工位方向(運(yùn)動(dòng)的徑向直線和晶圓邊緣之間)，并盡量保證兩傳感器連線與工位徑向垂直，檢測方法如圖12所示。

圖12 AWC檢測原理示意圖

4 試驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證真空傳輸平臺(tái)能否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)本文設(shè)計(jì)的真空傳輸平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，測試內(nèi)容主要有真空機(jī)械手運(yùn)動(dòng)范圍和定位精度，大氣機(jī)械手定位精度，真空傳輸平臺(tái)的本底真空和漏率。根據(jù)得到的測試結(jié)果與目標(biāo)值的對(duì)比，驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的實(shí)用性和合理性。試驗(yàn)工具有真空傳輸平臺(tái)樣機(jī)、卷尺，非接觸重復(fù)定位測試平臺(tái)、千分表、真空規(guī)、檢漏儀。

4.1 真空機(jī)械手運(yùn)動(dòng)范圍與精度試驗(yàn)

4.1.1 真空機(jī)械手運(yùn)動(dòng)范圍試驗(yàn)

試驗(yàn)方法如下：

(1)將真空腔室內(nèi)氣壓恢復(fù)到大氣壓標(biāo)準(zhǔn)，確認(rèn)腔室內(nèi)空氣與外界大氣相通，真空機(jī)械手上電，通過人工控制機(jī)械手回到初始位置，再控制旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)的范圍；

(2)通過人工控制機(jī)械手的模擬手伸出腔室，并伸至最大極限位置，用卷尺測量模擬手運(yùn)動(dòng)的范圍；

(3)通過人工將機(jī)械手設(shè)置到回縮狀態(tài)，控制升降軸運(yùn)動(dòng)至最高及最低極限位置，用卷尺分別記錄位置，驗(yàn)證升降軸運(yùn)動(dòng)范圍。

重復(fù)做30組得到試驗(yàn)結(jié)果平均值如表所示，根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可以看出，真空機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍完全滿足目標(biāo)要求。

4.1.2 真空機(jī)械手定位精度測試

利用非接觸重復(fù)定位平臺(tái)測試平臺(tái)對(duì)真空機(jī)械手進(jìn)行測試，試驗(yàn)方法如下：

(1)對(duì)伸縮及旋轉(zhuǎn)精度進(jìn)行測試時(shí):控制機(jī)械手伸縮至測試位置，在手指末端貼上相機(jī)識(shí)別標(biāo)簽，相機(jī)通電，打開Detective軟件，調(diào)整相機(jī)及機(jī)械手的位置，使Detective軟件的原始圖像中在最大范圍內(nèi)僅顯示兩條縱向標(biāo)線，切換到二值圖像，調(diào)節(jié)相機(jī)焦距、亮度，當(dāng)畫面中的標(biāo)線清晰、邊緣光滑時(shí)，用示教盒記錄下工位位置，并進(jìn)行像素標(biāo)定，旋轉(zhuǎn)軸需單獨(dú)記錄標(biāo)簽到旋轉(zhuǎn)軸的距離；

(2)對(duì)升降軸進(jìn)行測試時(shí)：保持機(jī)械手位置不動(dòng)，將千分表豎直置于機(jī)械手臂下方，撥動(dòng)磁性座旋鈕固定好，清零，示教機(jī)械手下降至壓下千分表表針示數(shù)2～3mm，用示教盒記錄下工位1位置，千分表清零，示教機(jī)械手上升至離開千分表表針處，用示教盒記錄下工位2位置，打開MarComProf軟件；

(3)整體綜合重復(fù)定位精度：按照(1)、(2)的方法，在同一工位處，完成像素相機(jī)、及千分表的設(shè)置，示教機(jī)器人從初始位置同時(shí)經(jīng)過升降、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再依次伸出、下降，達(dá)到示教好的工位位置；

(4)在測試作業(yè)中加入觸發(fā)指令，指令前后分別延遲4s，1.5s，然后使機(jī)械手自動(dòng)運(yùn)行。重復(fù)30次，得到試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，將得到的試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比，如表3所示，真空機(jī)器手的重復(fù)定位精度和整體重復(fù)精度均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

表2 真空機(jī)械手定位精度試驗(yàn)結(jié)果

表3 真空機(jī)械試驗(yàn)結(jié)果與指標(biāo)對(duì)比

4.2 大氣機(jī)械手精度試驗(yàn)

利用非接觸重復(fù)定位平臺(tái)測試平臺(tái)對(duì)大氣機(jī)械手進(jìn)行測試，試驗(yàn)方法及過程與4.1.2中真空機(jī)械手的精度試驗(yàn)方法相同，經(jīng)過試驗(yàn)得到結(jié)果如表4、表5所示。

表4 大氣機(jī)械手定位精度試驗(yàn)結(jié)果

表5大氣機(jī)械試驗(yàn)結(jié)果與指標(biāo)對(duì)比

4.3 真空傳輸腔室本底真空測試

為了驗(yàn)證真空傳輸腔室本底真空能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在真空腔室內(nèi)對(duì)真空度進(jìn)行測試，對(duì)傳輸腔室進(jìn)行抽氣，待真空規(guī)達(dá)到指標(biāo)且讀數(shù)穩(wěn)定后，觀測24h，記錄壓力計(jì)值，以最終穩(wěn)定的壓力作為本底真空。經(jīng)過低溫泵11天連續(xù)抽取真空，傳輸腔真空度達(dá)到2×10-7Torr，期間真空傳輸腔室的真空度變化如圖13所示(單位Torr)。傳輸腔達(dá)到本底真空2×10-7Torr，關(guān)閉腔室閥門后，每隔1min記錄一次真空壓力值，連續(xù)記錄10min，如圖14所示(單位Torr)，計(jì)算得到真空度變化平均值為3×10-5Torr/min。

圖13 抽取真空時(shí)腔室真空度變化曲線

圖14 未抽取時(shí)腔室真空度變化曲線

4.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過以上試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行與設(shè)計(jì)指標(biāo)的對(duì)比分析，可以得到本文設(shè)計(jì)的真空傳輸平臺(tái)：

(1)真空機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍完全能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，整體重復(fù)精度達(dá)到±0.011mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)指標(biāo)±0.1mm的要求；

(2)大氣機(jī)械手的整體重復(fù)精度為0.080mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)指標(biāo)±0.1mm的要求；

(3)真空腔室的真空度可以達(dá)到2×10-7Torr，計(jì)算得到真空腔室的真空度變化平均值為3×10-5Torr/min，小于對(duì)真空腔室真空度變化設(shè)計(jì)指標(biāo)值5×10-5Torr/min，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)滿足硅片真空傳輸對(duì)真空腔室的要求。

通過試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的真空傳輸平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，整個(gè)傳輸平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍、傳輸精度和真空度情況能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了300mm硅片傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了真空傳輸腔室，大氣機(jī)械手和真空機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了AWC自動(dòng)糾錯(cuò)調(diào)整系統(tǒng)，使硅片傳輸平臺(tái)的整體的重復(fù)定位精度達(dá)到±0.1mm，真空傳輸腔室的潔凈等級(jí)達(dá)到class1，使整個(gè)硅片傳輸過程高精度、高潔凈度、高效率，能完成硅片在高度潔凈環(huán)境中的全自動(dòng)傳輸。

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(編輯 李秀敏)

Design of 300mm Silicon High-accuracy Wafer Transmission System

LI Xue-wei, HE Shu-long, ZHAO Zhi-guo

(Shenyang Siasun Robot and Automation Co., Ltd., Shenyang 110168, China)

This paper designs a 300 mm silicon wafer handling system, to meeting requirements of the market for silicon wafer transmission process with high precision, high cleanliness and high efficiency. In this paper, silicon wafer transfer chamber was designed with vacuum. The structure of the vacuum chamber was optimized to adapt to 300 mm silicon wafer transmission. Its vacuum degree can be up to 2×10-7Torr.The vacuum manipulator used symmetric connecting rod and direct drive, and the atmospheric manipulator used R-θ type manipulator, The repeat accuracy of manipulators is ±0.1 mm. AWC deviation detection system is designed. The photoelectric correlation sensors are used to achieve real-time detection and correct position of silicon wafer. Through analyzing confirmatory test data, we got the precision,cleanliness,vacuum and value of vacuum changed for the whole system of silicon wafer automatic transmission. It can meet requirements of silicon wafer transmission. The tests verify the rationality of the design.

silicon wafers transmission; vacuum chamber; manipulator; deviation detection system

1001-2265(2017)08-0080-05

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.08.020

2017-04-05；

2017-05-10

國家科技重大專項(xiàng)02專項(xiàng)(2014ZX02103005)

李學(xué)威(1975—)，男，遼寧北票人，沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)，(E-mail)lixuewei@siasun.com。

TH166;TG659

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