硅片边缘保护装置.pdf

本发明公开了一种硅片边缘保护装置，包括基座、轴承、气缸、偏心凸轮盘、至少三个凸轮随动器、至少三个保护爪、至少三个线轨、至少三个挡块以及至少三个导向螺杆。轴承具有可相对运动的外环与内环，内环与基座保持相对静止。气缸具有固定端与活动端，固定端固定于基座。偏心凸轮盘与外环保持相对静止，且可转动地设置于基座上且连接于活动端，偏心凸轮盘具有至少三个均匀分布的偏心槽，且偏心槽包括偏心圆弧，其圆心与偏心凸轮盘的圆心不一致。凸轮随动器可活动地与偏心槽对应设置。保护爪与凸轮随动器对应连接设置。本发明将直线位移转化为多个等分径向位移，以实现通过一个动力源完成多个径向同步力，结构简单，摩擦力小，精度高，同步性高。

权利要求书
1.   一种硅片边缘保护装置，其特征在于，包括：
基座；
轴承，具有可相对运动的外环与内环，所述内环与所述基座保持相对静止；
气缸，具有固定端与活动端，所述固定端固定于所述基座；
偏心凸轮盘，与所述轴承的外环保持相对静止，所述偏心凸轮盘可转动地设置于所述基座上且连接于所述活动端，所述偏心凸轮盘具有至少三个均匀分布的偏心槽，且每一个所述偏心槽包括偏心圆弧，所述偏心圆弧的圆心与所述偏心凸轮盘的圆心不一致；
至少三个凸轮随动器，可活动地分别与所述三个偏心槽对应设置；
至少三个保护爪，分别与所述三个凸轮随动器对应连接设置；
至少三个线轨，分别对应设置于所述三个保护爪上；
至少三个挡块，均固定于所述基座；以及
至少三个导向螺杆，分别对应穿设于所述三个挡块内；
其中当所述气缸的所述活动端作伸缩摆动时，带动所述偏心凸轮盘以所述轴承的外圆柱面为滑动轴作圆周运动，所述三个偏心槽分别作同步偏心运动，使得所述三个凸轮随动器分别带动所述三个保护爪沿所述三个导向螺杆作同步径向运动，所述三个线轨随所述三个保护爪同步运动。

2.   根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述轴承的内环固定于所述基座，所述轴承的外环固定于所述偏心凸轮盘。

3.   根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，每一个所述偏心槽还包括两个同心圆弧，分别连接于所述偏心圆弧的两端，所述两个同心圆弧的圆心与所述偏心凸轮盘的圆心重合。

4.   根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，每一个所述保护爪成C型，且其一端设置通孔，另一端为斜面或直面。

5.   根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述硅片边缘保护装置还包括吹气机构，设置于所述基座。

6.   根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述硅片边缘保护装置还包括至少三个弹簧，分别对应套设于所述三个导向螺杆上，且分别抵持于所述三个保护爪。

7.   根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述硅片边缘保护装置还包括至少三个定心机构，分别对应设置于所述三个保护爪，并随所述三个保护爪同步运动。

8.   根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述硅片边缘保护装置还包括传感器，设置于所述基座。

9.   根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述硅片边缘保护装置还包括防尘盖与钢珠，所述防尘盖固定于所述基座且压合于所述偏心凸轮盘的上方，所述钢珠设置于所述防尘盖内。

10.   根据权利要求9所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述硅片边缘保护装置还包括压盖，压合于所述钢珠。

说明书硅片边缘保护装置
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种硅片边缘保护装置。
背景技术
光刻装置主要用于集成电路IC或其他微型器件的制造。通过光刻装置，可将掩膜图形成像于涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体或LCD板。光刻装置通过投影物镜曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上，而作为光刻装置的核心元件，硅片边缘保护对实现负胶工艺曝光过程硅片边缘保护装置功能有重要的影响。
为了获得成像效果，将光刻胶涂敷于硅片上，曝光后能产生腐蚀图形的一种光敏材料，也称光致抗蚀剂(简称抗蚀剂)或光敏胶，也有称光阻或光阻剂。其可分为正光刻胶(正胶)和负光刻胶(负胶)两类，曝光部分被显影剂溶解的光刻胶称为正光刻胶，非曝光部分被显影液溶解的光刻胶称为负光刻胶。硅片边缘保护装置就是为负胶光刻工艺而产生的一种装置。
已知的负胶光刻方法是在光刻生产线上的单独一套产品，而不是集成到光刻装置上。这样做就会增加产品的生产制造时间，同时导致设备的采购成本及制造厂费用的增加。单独的边缘保护机器会使硅片边缘保护装置的精度大大降低，这样会产生很高的废片率，效率比较低下。
硅片边缘保护装置系统主要完成负胶曝光工艺，对于硅片边缘保护装置的核心部件就是硅片边缘保护装置。关于此点，本申请人在2009年9月4日在中国申请的申请号为200910195190.6的文件中已有过简要说明，故在此不再赘述。本申请主要是在前述基础上的优化及创新。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅片边缘保护装置，以改善现有技术的缺失。
为解决上述技术问题，本发明提供的硅片边缘保护装置包括基座、轴承、气缸、偏心凸轮盘、至少三个凸轮随动器、至少三个保护爪、至少三个线轨、至少三个挡块以及至少三个导向螺杆。轴承具有可相对运动的外环与内环，内环与基座保持相对静止。气缸具有固定端与活动端，固定端固定于基座。偏心凸轮盘与轴承的外环保持相对静止，且偏心凸轮盘可转动地设置于基座上且连接于活动端。偏心凸轮盘具有至少三个均匀分布的偏心槽，且每一个偏心槽包括偏心圆弧，偏心圆弧的圆心与偏心凸轮盘的圆心不一致。三个凸轮随动器可活动地分别与三个偏心槽对应设置。三个保护爪分别与三个凸轮随动器对应连接设置。至少三个线轨分别对应设置于三个保护爪上。至少三个挡块均固定于基座。至少三个导向螺杆分别对应穿设于三个挡块内。当气缸的活动端作伸缩摆动时，带动偏心凸轮盘以轴承的外圆柱面为滑动轴作圆周运动，三个偏心槽分别作同步偏心运动，使得三个凸轮随动器分别带动三个保护爪沿三个导向螺杆作同步径向运动，三个线轨随三个保护爪同步运动。
在本发明的一实施例中，轴承的内环固定于基座，轴承的外环固定于偏心凸轮盘。
在本发明的一实施例中，每一个偏心槽还包括两个同心圆弧，分别连接于偏心圆弧的两端，两个同心圆弧的圆心与偏心凸轮盘的圆心重合。
在本发明的一实施例中，每一个保护爪成C型，且其一端设置通孔，另一端为斜面或直面。
在本发明的一实施例中，硅片边缘保护装置还包括吹气机构，设置于基座。
在本发明的一实施例中，硅片边缘保护装置还包括至少三个弹簧，分别对应套设于三个导向螺杆上，且分别抵持于三个保护爪。
在本发明的一实施例中，硅片边缘保护装置还包括至少三个定心机构，分别对应设置于三个保护爪，并随三个保护爪同步运动。
在本发明的一实施例中，硅片边缘保护装置还包括传感器，设置于基座。
在本发明的一实施例中，硅片边缘保护装置还包括防尘盖与钢珠，防尘盖固定于基座且压合于偏心凸轮盘的上方，钢珠设置于防尘盖内。
在本发明的一实施例中，硅片边缘保护装置还包括压盖，压合于钢珠。
综上所述，在本发明的硅片边缘保护装置中，气缸的伸缩摆动会带动偏心凸轮盘做圆周运动，此时矢量由直线摆动转化为轴向运动。同时，偏心凸轮盘的圆周运动会使得其上的三个偏心槽作同步偏心运动，从而使得三个凸轮随动器分别带动三个保护爪作同步径向运动，此时矢量由轴向运动转化为径向运动。因此，本发明可将一种直线位移转化为多个等分径向位移，以实现通过一个动力源来完成多个径向同步力。本发明提供的硅片边缘保护装置结构简单，摩擦力小，精度高，可靠性好，且同步性高。
附图说明
图1是硅片边缘保护装置的主视示意图；
图2是硅片边缘保护装置的俯视示意图；
图3是硅片边缘保护装置的右视示意图；
图4是硅片边缘保护装置的直线摆动转化为圆周运动的矢量转化示意图；
图5是硅片边缘保护装置的一个圆周运动转化为多个同步偏心运动示意图；
图6是硅片边缘保护装置的多个同步偏心运动转化为同步径向运动示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是硅片边缘保护装置的主视示意图。图2是硅片边缘保护装置的俯视示意图。图3是硅片边缘保护装置的右视示意图。请参考图1～图3。本实施例提供的硅片边缘保护装置30可用于操作保护环24，以在负胶工艺曝光过程中实现硅片边缘保护。在此，硅片边缘保护装置30可包括气缸1、内六角圆柱头螺钉2、调整压块3、吹气机构4、传感器5、短头螺钉6、防尘盖7、基座8、偏心凸轮盘9、钢球10、轴承11、调节底座12、轴承盖板13、小短头螺钉14、凸轮轴随动器15、四方螺母16、定心机构17、保护爪18、弹簧19、挡块20、线轨21、盖板22、导向螺杆23、轴承压板25、压盖螺钉26、调整垫圈27、钢珠28以及压盖29。然而，本发明对此不作任何限制。在其它实施例中，当硅片边缘保护装置30应用于其它不同场合取放不同物件时，其也可仅包括基座8、气缸1、偏心凸轮盘9、凸轮随动器15以及保护爪18。
在本实施例中，内六角圆柱头螺钉2、调整压块3以及调节底座12可实现硅片边缘保护装置30在水平面内沿上下方向上的位置调节。具体而言，调整压块3可固定于调节底座12，且调整压块3可具有沿水平面内上下方向延伸的长形贯孔。内六角圆柱头螺钉2可滑动地设置于此长形贯孔内，并固定于基座8，以带动其沿长形贯孔滑动，实现硅片边缘保护装置30在水平面内沿上下方向上的位置调节。然而，本发明对此不作任何限制。
在本实施例中，吹气机构4可设置于基座8。在此，吹气机构4可包括管路附件与气管。管路附件设置于基座8，基座8的下方有几个均匀分布的U型槽。气管在接收气体后会将其分配到基座8的U型槽中。在此，保护环24可设置于基座8的正下方。因此，保护环24的上方即会受到吹气机构4的气体力，使得保护环24易于与硅片边缘保护装置30分离。然而，本发明对此不作任何限制。
在本实施例中，传感器5设置于基座8。当保护爪18完成取放动作时，传感器5可检测保护环24是否到位。在保护环24到位后，硅片边缘保护装置30才可进行下一步动作。然而，本发明对此不作任何限制。
在本实施例中，气缸1具有固定端与活动端，固定端固定于基座8，活动端可作伸缩摆动。
在本实施例中，偏心凸轮盘9可为圆环形，圆环中具有至少三个均匀分布的偏心槽。偏心槽可为通槽或非通槽。在此，以具有三个为通槽形式的偏心槽为例进行说明，相邻偏心槽之间间隔120度。然而，本发明对此不作任何限制。在其它实施例中，为确保取放保护环24的可靠性，也可具有更多个的偏心槽。在此，每一个偏心槽还包括两个同心圆弧与一个偏心圆弧，两个同心圆弧分别连接于偏心圆弧的两端。两个同心圆弧的圆心与偏心凸轮盘9的圆心重合，而偏心圆弧的圆心与偏心凸轮盘9的圆心不一致，即与偏心凸轮盘9的圆心有一定的偏置量。然而，本发明对同心圆弧与偏心圆弧的数量不作任何限制。在其它实施例中，每一个偏心槽可仅具有一个偏心圆弧。
在本实施例中，偏心凸轮盘9可连接于气缸1的活动端，并可通过轴承11可转动地设置于基座8上，以起到减震和减小摩擦的作用。具体而言，偏心凸轮盘9的内圈可具有一个圆环型凹台面，用以安装轴承11。轴承盖板13与轴承压板25可设置于轴承11的上方。轴承11具有可相对运动的外环与内环。其中，轴承11的外环可与偏心凸轮盘9保持相对静止。在此，偏心凸轮盘9的上端面可设置多个螺纹孔，固定螺钉可依序穿过轴承压板25与轴承11的外环而固定于偏心凸轮盘9的螺纹孔内，以将轴承11的外环固定于偏心凸轮盘9。然而，本发明对此不作任何限制。在其它实施例中，可通过设置轴套或其它方式来使轴承11的外环与偏心凸轮盘9保持相对静止。另外，在本实施例中，轴承11的内环可与基座8保持相对静止。例如，可将轴承11的内环固定于基座8。然而，本发明对此也不作任何限制。在其它实施例中，也可通过设置轴套或其它方式来使轴承11的内环与基座8保持相对静止。此外，小短头螺钉14可用于将轴承盖板13固定于基座8，且与偏心凸轮盘9维持一定的距离，以使偏心凸轮盘9可相对于基座8在一定范围内浮起，以减小偏心凸轮盘9的摩擦力，确保运转的高效性。然而，本发明对此不作任何限制。另外，在本实施例中，偏心凸轮盘9的下端面内可设置钢球10。
在本实施例中，凸轮随动器15的数目可为三个，可活动地分别与偏心凸轮盘9的三个偏心槽对应设置。然而，本发明对此不作任何限制，其可根据偏心凸轮盘9的偏心槽数目作对应调整。在此，当气缸1的活动端作伸缩摆动时，带动偏心凸轮盘9以轴承11的外圆柱面为滑动轴作圆周运动时，三个凸轮随动器15会作同步的径向运动。
在本实施例中，保护爪18的数目也可对应为三个，其分别与三个凸轮随动器15对应连接设置。每一个保护爪18可成C型，且其一端设置通孔，另一端为斜面或直面。然而，本发明对此不作任何限制，其可根据凸轮随动器15的数目作对应调整。在此，当三个凸轮随动器15作同步的径向运动时，会分别带动三个保护爪18作同步径向运动，从而实现保护环24的取放。
在本实施例中，弹簧19、挡块20以及导向螺杆23的数目也可分别对应为三个。然而，本发明对此不作任何限制，其可根据保护爪18的数目作对应调整。在此，三个挡块20均固定于基座8，三个导向螺杆23分别对应穿设于三个挡块20内，三个弹簧19分别对应套设于三个导向螺杆23上，且分别抵持于三个保护爪18。三个保护爪18可分别沿三个导向螺杆23作同步径向运动，弹簧19则会对保护爪18起缓冲和过载保护作用。然而，本发明对此不作任何限制。
在本实施例中，线轨21的数目也可对应为三个，其分别对应设置于三个保护爪18上，并随三个保护爪18同步运动，以减小保护爪18的摩擦力。然而，本发明对此不作任何限制，线轨21的数目可根据保护爪18的数目作对应调整。具体而言，在本实施例中，线轨21的上端可通过螺钉固定于盖板22，即线轨21的上端相对于盖板22保持静止，而线轨21的下端则可固定至保护爪18，以和保护爪18保持相对静止。然而，本发明对此不作任何限制。
在本实施例中，定心机构17的数目也可对应为三个，其分别对应设置于三个保护爪18，并随三个保护爪18同步运动。然而，本发明对此不作任何限制，定心机构17可根据保护爪18的数目作对应调整。定心机构17可对保护环24起定心作用。随着三个定心机构17同时向保护环24中心移动使得原本偏心的保护环24可回归至中心位置。在此，定心机构17可为球头螺钉，其可通过四方螺母16固定至保护爪18一端的通孔内。然而，本发明对此不作任何限制。
在本实施例中，防尘盖7与调整垫圈27对齐后，压盖螺钉26可穿过防尘盖7与调整垫圈27而固定于基座8，以将防尘盖7固定于基座8并压合于偏心凸轮盘9的上方。在此，钢珠28设置于防尘盖7内，并通过短头螺钉6将压盖29固定于防尘盖7上方，并使压盖29压合钢珠28，以防止偏心凸轮盘9在水平方向倾斜，确保整个边缘保护装置30平稳运行。
以下将结合图4～图6对本发明较佳实施例提供的硅片边缘保护装置30的工作原理作详细说明。
图4是硅片边缘保护装置的直线摆动转化为圆周运动的矢量转化示意图。图5是硅片边缘保护装置的一个圆周运动转化为多个同步偏心运动示意图。图6是硅片边缘保护装置的多个同步偏心运动转化为同步径向运动示意图。请参考图4～图6。
在本实施例中，硅片边缘保护装置30的动作流程为：气缸1伸缩摆动——>偏心凸轮盘9动作——>凸轮随动器15动作——>保护爪18动作——>保护环24被抓起或放下。由此，可通过矢量转换形式完成将一种直线运动转化为多个等分同步径向运动的过程。具体而言，可包含如下三个步骤。
第一步：直线摆动转化为圆周运动的矢量转化。
如图4所示，硅片边缘保护装置30由气缸1绕C轴作小角度旋转并伸长或缩短运动。气缸1伸缩后长度由L1改变为L2。气缸1会带着偏心凸轮盘9作圆周运动，运动轨迹为B1到B2。偏心凸轮盘9带动轴承11的内圈作圆周运动。运动轨迹为B1到B2形成气缸1初始位置角Φ1，气缸1终止位置角Φ2，气缸1工作摆角d为AC长度，r为AB的长度，L1为气缸1的原长，L2为气缸1伸出后的长度。就是直线摆动转化为圆周运动后气缸1在圆心A处的摆角，因气缸1在圆心A处的摆角与偏心凸轮盘9在圆心A处的摆角相同。因此，气缸1会带动偏心凸轮盘9作圆周运动，摆角为
第二步：一个圆周运动转化为多个同步偏心运动。
如图5与图6所示，偏心凸轮盘9的三个偏心槽圆心相对于直角坐标原点的坐标分别为o1(a1，b1)，o2(a2，b2)，o3(a3，b3)。在此，每个偏心槽有三段圆弧组成。当气缸1带着偏心凸轮盘9作圆周运动，摆角为时，三个偏心槽也会绕着圆心做圆周运动。
因为三个偏心槽的D2<‑>D3圆弧槽是以o1，o2，o3为圆心的，相对于圆心是偏心的。当偏心凸轮盘9转动时，D2<‑>D3圆弧运动轨迹相对于圆心o就是渐开的曲线，其轨迹方程为
而D1<‑>D2圆弧槽是以o为圆心，半径为r1的圆弧槽，当偏心凸轮盘9转动时，D1<‑>D2圆弧槽是以o为圆心运动的圆弧轨迹曲线，其轨迹方程为ρ＝r1，(117°≤θ≤122°)。
而D3<‑>D4圆弧槽是以o为圆心，半径为r1的圆弧槽。当偏心凸轮盘9转动时，D3<‑>D4圆弧槽是以o为圆心运动的圆弧轨迹曲线，其轨迹方程为ρ＝r2，(149°≤θ≤154°)。
D1<‑>D4整个圆弧槽运动的轨迹就是以o为圆心的圆弧——>渐开——>圆弧的复合曲线。在此，因偏心凸轮盘9上有三个圆弧槽，当偏心凸轮盘9运动时，就会有三个圆弧槽运动轨迹。

因此，通过偏心凸轮盘9的三个或多个偏心槽可以使一个圆周运动转化为多个同步偏心运动。
第三步：多个同步偏心运动转化为同步径向运动。
如图5所示，气缸1会带着偏心凸轮盘9作圆周运动，气缸1的运动轨迹为B1到B2，偏心凸轮盘9的偏心槽从D1位置运动到D4位置。并且，偏心凸轮盘9分别带动三个凸轮随动器15作径向运动，三个凸轮随动器15随之分别带动三个保护爪18作径向运动。因气缸1工作摆角转动多少，相应的偏心凸轮盘9就会转动多少，即气缸1工作摆角与偏心凸轮盘9是同步的。即气缸1工作摆角就是偏心凸轮盘9的旋转角度。由此可知偏心槽的任意点轨迹方程，也就是可知每一个偏心槽的轨迹，即可知气缸1工作摆角转动多少时，凸轮随动器15到圆心o的距离为ρ的变化值，同时可知三个凸轮随动器15任意时刻的坐标(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，其中x1＝ρcos(θ1)，y1＝ρsin(θ1)，x2＝ρcos(θ1+120)，y2＝ρsin(θ1+120)，x3＝ρcos(θ1+240)，y3＝ρsin(θ1+240)，过已知三点圆的直角坐标方程为