專利名稱：通過相互作用機構(gòu)夾持物品的機器人臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械臂。更具體地說，本發(fā)明涉及一種隨自身的伸展和收攏而夾持和釋放工件的機器人臂。
在大規(guī)模集成電路(LSI)的制造過程中，附著在半導體晶片、液晶顯示片(LCD)、太陽能電池板等表面的微顆?；螂s質(zhì)大大降低最終產(chǎn)品的生產(chǎn)率。因而在制造過程中需要在一個清潔的環(huán)境中將半導體晶片傳送和保持。通常將多個半導體晶片裝入一個盒子中傳輸于各個加工系統(tǒng)之間。在一個加工系統(tǒng)中，通過機器人臂將半導體晶片送到預定的位置。為了加工系統(tǒng)中的輸送過程中固定住半導體晶片，使用了真空吸盤或靜電吸盤。如果使用這樣的吸盤，為了在通過機器人臂進行輸送的過程中可靠地夾持住半導體晶片，機器人臂的結(jié)構(gòu)將變得很復雜。
例如，清洗晶片表面以及不能因清洗而破壞環(huán)境是很重要的。使用氬氣在低壓環(huán)境下完成晶片的表面清洗是一種已知的方法。在這種方法中，氬氣或含有氬氣的混合氣體被冷卻至很低的溫度并將之噴到工件的表面上。當此氣體從噴嘴中噴出進入低壓環(huán)境時，它迅速地絕熱膨脹并降低其自身的溫度。低溫產(chǎn)生固態(tài)氬。微小的固態(tài)氬粒沖擊工件的表面。
業(yè)已提出了一種將氬氣變?yōu)楣虘B(tài)氬粒的方法。在這種方法中，在某一壓力下的含有氬氣的氣體被冷卻至略高于其在此壓力下的液化點溫度，然后從噴嘴中噴出進入低壓環(huán)境。
在低壓環(huán)境中使用的一加工系統(tǒng)通常裝有一個總是保持在低壓環(huán)境下的作業(yè)室，以及一個在低壓環(huán)境和大氣壓環(huán)境之間交替變換的壓力鎖定室。需要有一個機器人在作業(yè)室和壓力鎖定室之間傳送工件。
對半導體制造加工來說，需要一個結(jié)構(gòu)簡單，尤其是很少產(chǎn)生雜質(zhì)顆粒的機器人(臂)。
本發(fā)明的目的是提供一種不需要用來夾持工件的復雜驅(qū)動機構(gòu)的機器人臂。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種機器人臂，它包括一個轉(zhuǎn)軸；
一個固定在轉(zhuǎn)軸上并具有伸展/收縮折疊機構(gòu)的臂件；一個以轉(zhuǎn)動方式支承在臂件末端并與轉(zhuǎn)軸具有恒定相互關(guān)系的支承件；以及一個由固定在支承件上的支承軸所支承的、用于與支承件配合共同支承工件的輔助支承件，該輔助支承件隨著臂件的伸展/收縮折疊運動而擺動。
當臂件伸展或或收縮時，輔助支承件隨著臂件的伸展或收縮而擺動。在輔助支承件擺動時，一個工件被夾持或釋放。因此，工件可隨著臂件的伸展或收縮而被夾持或釋放。
根據(jù)本發(fā)明，可通過簡單的機構(gòu)夾持住工件，而無需使用夾持工件的復雜驅(qū)動機構(gòu)。


圖1是本發(fā)明實施例的清洗系統(tǒng)方框圖。
圖2是氬的相圖。
圖3是本發(fā)明實施例清洗系統(tǒng)的剖視圖。
圖4是圖3所示清洗系統(tǒng)之清洗室的截面圖。
圖5A和5B是圖3所示清洗系統(tǒng)之流率控制裝置的截面視圖。
圖6是實驗所用的流率控制裝置的截面視圖。
圖7A是圖3所示清洗系統(tǒng)的緩沖室的平面圖，而圖7B是沿圖7A中點劃線B7-B7的緩沖室的截面視圖。
圖8A～圖8I示意性表示了在緩沖室中更換各晶片位置的方法。
圖9是圖3所示清洗系統(tǒng)之晶片夾持器的平面圖。
圖10是圖3所示清洗系統(tǒng)之機器人臂的臂頭平面圖。
圖11A是圖10的所示機器人臂的局部平面圖，圖11B是它的局部截面視圖。
圖12A是圖3所示清洗系統(tǒng)之隔板的平面圖，圖12B是噴頭、隔板以及晶片的截面視圖。
首先，結(jié)合圖1和圖2來描述根據(jù)本發(fā)明實施例之使用機器人臂的表面清洗系統(tǒng)和方法的概況。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例之表面清洗系統(tǒng)的方框圖，氬氣(Ar)瓶1和氮氣(N2)瓶2由管線經(jīng)過壓力控制閥3和4連接到交匯點20，在那里氬氣和氮氣相互混合。混合后的氬氮氣經(jīng)管供入過濾器5，由過濾器去除掉混合氣中的雜質(zhì)顆粒。
去除掉雜質(zhì)顆粒后的混合氣體經(jīng)管22供入到冷卻器6(即熱交換器)，在那里將氣體冷卻并從噴嘴組件10中噴入真空室11，從冷卻器6中噴出的混合氣的壓力和溫度是由壓力表8和溫度表7來測定的，并將測定結(jié)果以電信號的形式提供給溫度控制器9。
溫度控制器9控制著冷卻器6，從而使冷卻器6冷卻后的溫度等于或低于測定壓力時的氬氣液化溫度。
圖2是表示氬氣液化溫度和固化溫度的曲線。在圖2中，橫座標表示熵，以焦耳/克分子·絕對溫度[joule/(mol·k)]為單位?？v座標表示絕對溫度K，區(qū)域G表示氣相，區(qū)域L表示液/氣相。區(qū)域S表示固/氣相。曲線a表示液化溫度(即氣態(tài)和液態(tài)的界面)。虛線表示固化溫度(即液態(tài)和固態(tài)的界面)。以及P點表示氬的三態(tài)點。
圖1所示的溫度控制器9根據(jù)輸入的壓力和溫度信號控制著冷卻器6，因而使冷卻器6出口處的氣體溫度等于或低于測定壓力下的氬氣液化溫度，滿足圖2所示的關(guān)系。
混合氣中的部分或全部氬氣被冷卻和液化，形成微小的液滴。
混合氣體中的氮氣份額最好設(shè)定為2～70克分子百分比(mol％)。由于氮氣的比熱比氬氣的比熱大，因此，如果氮氣的份額設(shè)置得大，那么冷卻氣體所需要的熱量就大。這就是把氮氣的份額設(shè)定得較小的原因。此外，由于氮氣的液化溫度比氬氣的液化溫度低，假若混合氣體中仍然有一些氣態(tài)氮氣(盡管氮氣的數(shù)量很少)，那么即便混合氣體已經(jīng)極度冷卻，也仍然存在著一些作為載體的氣體。
當混合氣體從噴嘴組件10噴入真空室11時，其壓力迅速降低，并且絕熱膨脹。因此，混合氣體的溫度迅速降低，微小的氬滴至少其表面被固化而變成微小的氬粒。
按照上述方式，含有許多微小氬粒的流體被噴向工件12的表面，從而可以有效地清洗工件的表面。
真空室11經(jīng)過一個流速控制閥13連接至一個未示出的柚真空裝置。壓力表14連接到真空室11上，與壓力表14測定的壓力值相應的信號被送至壓力控制器15。
壓力控制器15根據(jù)測出的壓力來控制流速控制閥13。包括流速控制閥13、壓力表14和壓力控制器15在內(nèi)的這個柚真空裝置將真空室11內(nèi)的壓力保持為一個降低的壓力值。
壓力控制閥13最好將真空室11中的壓力控制在高于或等于0.2大氣壓至低于或等于0.7大氣壓之間(絕對壓力)。最好將壓力控制為低于或等于氬的三態(tài)點(0.68大氣壓)。噴嘴組件10中的適當壓力取決于真空室11中的壓力，最好將它設(shè)定為3～7個大氣壓(絕對壓力)。
如果噴嘴組件10和真空室11之間的壓力差很小，就不能獲得很好的清洗效果。隨著壓力差的增加，清洗效果逐漸改善。如果壓力差設(shè)得過大，從噴嘴組件10中噴出的微小的氬粒在真空室中彌散并懸浮在真空室中，那么清洗效果又會降低。
其原因可解釋如下如果壓力差很小，混合氣體的絕熱膨脹量就很小，因而可以認為，微小的氬滴尚未固化就撞擊清洗表面。這種情況下的清洗效果很差。如果壓力差過大，混合氣體的絕熱膨脹量很大并且其溫度降得很低，因而可以認為微小的氬滴幾乎固化到其芯部，因而撞擊清洗表面的固態(tài)顆粒被彈性地彈回。這種情況下的清洗效果也很差。
如果壓力差適當，就可以假定，微小的氬滴只有其表面被固化，其內(nèi)部仍為液態(tài)。如果微小的氬粒只在其表面形成有固態(tài)的殼體，那么當它撞擊清洗表面時，外殼就會破碎，就不會彈回。因此可以認為這就改善了清洗效果。
如果真空室11中的壓力低于或等于氬的三態(tài)點，那么就不存在液態(tài)的氬，從而至少使微小氬滴的表面被固化。通過將真空室11中的壓力設(shè)定為等于或低于氬的三態(tài)點，就很容易控制微小的氬滴使之轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄袒鈿さ奈⑿辶！?br> 在將氣體引入系統(tǒng)之前，最好通過與管21相連的閥17排空清洗系統(tǒng)中的空氣，以免混入雜質(zhì)氣體。在系統(tǒng)運行停止以后，最好也通過打開閥17將排出混合氣體。
由于噴嘴組件10上游的壓力通常是保持恒定的，所以壓力表8也可以設(shè)置在冷卻器6的上游。
在上面的描述中，使用了氬氣和氮氣的混合氣。氬氣被液化，微小的氬滴在氮氣或混合氣中流動。除了混合氣以外，也可以只使用氬氣。
在這種情況下，當氬氣經(jīng)過冷卻器6以后，一部分氬氣變成微小的氬滴并懸浮在其余的氬氣中。因此，一定百分比直至全部(100％)的氬氣可作為清洗氣體。在噴嘴組件的末段中可以貯存著氬液而不是氬滴，當這些液體隨同氣體一同從噴嘴組件中噴出時，這些液就轉(zhuǎn)變?yōu)橐旱巍?br> 真空室11中的工件12可以被加熱。當含有微小氬滴的氣體從噴嘴組件10中噴出時，至少微小氬滴的表面被固化，并且這些氬滴撞擊到工件12上。如果工件的溫度升至一定程度，那么附著在工件表面上的這些氬?；驓宓伪阊杆倨?。
在上述方式中，顆粒的噴砂效應和汽化都有助于清洗。通過調(diào)整氬氣的比例、壓力、制冷壓力、冷卻溫度等就可以控制微小氬粒的直徑。
在圖1所示的示例中使用了一個冷卻器，也可以使用兩個或多個冷卻器，可在第一冷卻器中液化和去除雜質(zhì)氣體，在第二冷卻器中液化氬氣。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的晶片清洗系統(tǒng)之截面視圖。晶片清洗系統(tǒng)的構(gòu)成包括清洗室30、緩沖室40、機器人操作室50、晶片裝載室60、和晶片卸載室70。清洗室30與緩沖室40由閘閥81隔工。緩沖室40與機器人操作室50由閘閥82隔開。機器人操作室50與晶片裝載室60由閘閥83隔開。機器人操作室50與晶片卸載室70由閘閥84隔開。每一腔室的內(nèi)部通過一個閥與一個未示出的真空泵相連，并且可被單獨抽真空。
由純鋁制成的直管式噴頭安裝在清洗室30的內(nèi)部。噴頭3l的側(cè)壁上設(shè)有許多沿軸向方向的噴孔32，噴孔32是在噴頭31側(cè)壁上成形的通孔，一個由鋁或藍寶石制成的小管可插入每個通孔中以構(gòu)成各個噴孔32。含有微小氬滴的氣體如圖1所述那樣供入到噴頭31中。供入噴頭31的氣體從噴孔32中噴出，噴到清洗室30中，與此同時，氣體作絕熱膨脹，從而被冷卻形成微小的氬粒。
流速控制裝置33安裝在清洗室30的端壁上，通過抽真空可控制清洗室30的內(nèi)部，使之具有所要求的壓力。
晶片裝載室和卸載室60、70上裝有門61和71。把門61和71打開，就可以對夾持晶片的晶片載體進行裝載和卸載。要被清洗的晶片62由晶片載體63夾持并移入晶片裝載室60。清洗后的晶片接下來被送給晶片卸載室70中的晶片載體73。
用來輸送晶片的機器人臂51設(shè)置在機器人操作室50中。機器人臂51的構(gòu)成包括裝在帶有升降機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸52上的第一臂51A、裝在第一臂51A遠端上的第二臂51B，以及裝在第二臂51遠端上的臂頭51C。機器人臂51通過各臂之間連接點的彎曲，可以使臂頭51C在轉(zhuǎn)軸52上方運動。通過各臂連接點圍繞轉(zhuǎn)軸52的伸展和收縮，臂頭51C可移至緩沖室40、晶片裝載室60、或晶片卸載室70中。
機器人臂51可沿著垂直于附圖紙面的方向上下直線移動。通過將臂頭51C移至晶片裝載室60或緩沖室40中的晶片的下方，然后升起臂頭51C，就可以將晶片放置在臂頭51C上。與此相反，通過將晶片放置在臂頭51C上，然后將臂51C移過晶片在卸載室60或緩沖室40中所處的位置，再降下臂頭51C，就可以將晶片放置在另外的預定位置。
晶片夾持器41和過渡板42設(shè)置在緩沖室40中，晶片夾持器41通過支承軸45支承在緩沖室40中。支承軸45通過緩沖室40的下部連接到驅(qū)動軸48上。驅(qū)動軸48接受來自滾珠絲桿機構(gòu)49的驅(qū)動力，并且可以沿著圖3所示的橫向方向直線移動。當驅(qū)動軸48沿橫向直線移動時，支承軸45以及晶片夾持器41也可以沿橫向移動。驅(qū)動軸48通過波紋管與緩沖室氣密連接。圖3表示晶片夾持器41處在緩沖室40中的原始位置。
晶片夾持器41載著晶片，在圖3中朝右移動，進入清洗室30，到達噴頭31的右方位置。晶片被送入清洗室30之后，晶片夾持器41就逐漸向左移動，同時在圖3所示中上下往復運動。此時，從噴頭31的多個噴孔32中同的含有微小氬粒的氣體噴到晶片的表面上，以此清洗晶片。在清洗過程中晶片保持器41上下往復運動的幅度設(shè)定為大于噴孔32的間距，并且適當?shù)卦O(shè)定好其向左運動的速度。以便清洗整個晶片表面。晶片夾持器41的晶片夾持機構(gòu)將結(jié)合圖9在下文中詳述。
過渡板42是在晶片從臂頭51C移向晶片保持器41，或從晶片保持器41移向臂頭51C時，用來暫時地夾持晶片。過渡板42有兩層，用于同時保持兩個晶片。在緩沖室40中轉(zhuǎn)移晶片的方法將在下文中結(jié)合圖8A～8I予以詳述。
下面用圖3的清洗系統(tǒng)描述清洗晶片的方法。
首先，所有的閘閥81～84都關(guān)閉，并將緩沖室40和機器人操作室50抽至100毫乇或更高的真空度。含有微小氬粒的氣體從噴頭31中噴出，噴入清洗室30時，清洗室30被抽至0.3～0.7大氣壓的真空。一個裝有許多尚未清洗的晶片62的晶片載體63被移置于晶片裝載室60中。一個空的晶片載體73移置至晶體卸載室70中。晶片裝載室和卸載室60、70被抽至100毫乇(mtorr)或更高的真空度。
打開閘閥83，使臂頭51C移入晶片裝載室60，尚未清洗的晶片62被移至臂頭51C上。通過機器人臂51的收縮，晶片從裝載室60移至機器人操作室50。然后將閘閥83關(guān)閉。
打開閘閥82，使臂頭51C移入緩沖室40，并將由臂頭51C夾持的晶片通過過渡板42轉(zhuǎn)移到晶片夾持器41上。如果過濾板42裝有清洗過的晶片，就將它轉(zhuǎn)移到臂頭51C上，這樣就把清洗過的晶片從緩沖室40移至機器人操作室50。然后將閘閥82關(guān)閉。
將氮氣引入緩沖室40，緩沖室40中的壓力設(shè)置為大致等于清洗室30中的壓力。當緩沖室40和清洗室30中的壓力大致相等時，將閘閥81打開。由于緩沖室40和清洗室30中的壓力大致相等，即使打開了閘閥81，也不會發(fā)生氣體的擾動。因此，就可以防止附著在腔室內(nèi)壁上的氬粒發(fā)生脹破而附著在晶片上。
晶片夾持器41如圖3所示向右移動，將晶片送入清洗室30。然后晶片夾持器逐漸向左移動，同時如圖3所示上下往復運動。此時，含有微小氬粒的氣體從噴孔32中噴出，噴向晶片表面，以便清洗它。清洗之后，晶片夾持器41回到緩沖室40中，閘閥81關(guān)閉。緩沖室40被抽至100毫乇或更高的真空度。清洗過的晶片從晶片保持器41移至過渡板42。
在清洗晶片的同時，機器從臂51將清洗過的晶片送到晶片卸載室70中的晶片載體73上。機器臂51從晶片裝載室60中檢取另一片待清洗的晶片并把它送到機器人操作室50中。
當閘室82打開之后，由機器人臂51夾持的待清洗晶片被送到晶體夾持器41上。由過渡板42夾持的清洗過的晶片被移至臂頭51C上并送入機器人操作室50中。
上述過程重復進行，以便順序連續(xù)清洗許多晶片。
在上述過程中，氮氣被引入緩沖室40，以便使緩沖室40和清洗室30中的壓力相等。除了引入氮氣以外，還可以采用另一種方法，即平穩(wěn)地提高清洗室30中的真空度，使之等于緩沖室的真空度。為了提高清洗室30的真空度，就需要停止供給其即將從噴頭31中噴出的含有微小氬粒的氣體。當停止供氣時，噴頭31中的壓力突然降低，并且噴頭31中的氣體絕熱膨脹。這種絕熱膨脹使溫度迅速降低并使噴頭31中的氬固化。
在噴頭31中生成的固態(tài)氬難以消除。固態(tài)氬可能會堵塞噴孔32。因而，噴頭31中有關(guān)下一次清洗時的溫度、壓力等條件參數(shù)將變得難以調(diào)定。因此，采用提高清洗室30的真空度來消除緩沖室40和清洗室30之間壓力差的方法，是不值得推薦的。
如圖3所示，清洗室30不是直接與機器人操作室50相連，而是通過緩沖室40間接地相連。這樣就可以將晶片在清洗室30和機器人操作室50之間傳送，而無需將清洗室30抽至很高的真空度。
在圖3所述的過程中，表面清洗是通過將含有微小氬粒的流體噴入清洗室30來完成的。緩沖室40的作用并不僅僅局限于表面清洗，而在設(shè)置清洗室30的減壓環(huán)境方面也起作用。尤其是當機器人操作室50中的壓力與清洗室30中的壓力不同時，緩沖室50尤為有用。機器人操作室50用一個通常的真空泵將它抽至100毫乇或更高的真空度。因此，最好是將機器人操作室50設(shè)置為一個減壓的環(huán)境，其壓力值范圍是高于或等于100毫乇至低于或等于一個大氣壓。
下面參照圖4描述清洗到的結(jié)構(gòu)。
圖4是沿圖3中點劃線A-A的截面視圖。清洗室30主要由主室34、副室35和熱屏蔽室36構(gòu)成。外壁100限定了主室34和熱屏蔽室36。主室34和熱屏蔽室36由隔熱板101隔開。盡管隔熱板101可以圍繞著整個主室34的周邊設(shè)置，但在圖4中，它僅設(shè)置在主室34的側(cè)部和底部。因此，主室34的上部僅通過外壁100與大氣環(huán)境隔開。
在緩沖室40一側(cè)的外壁100和隔熱板側(cè)壁上，設(shè)有一個槽狀的通孔102。在緩沖室40的隔熱板側(cè)壁上也設(shè)有相似的通孔48。緩沖室40和主室34借助這兩個孔102和48相互連通。一個閘閥81設(shè)置在外壁100和緩沖室40的側(cè)壁之間。當閘閥阻斷通孔48時，主室34與緩沖室40就可以隔開。
副室35設(shè)置在面對緩沖室40的位置，主室34則處在兩者之間。副室35是由盒狀的到副室壁103限定出的一個空腔，只在主室34一側(cè)有一個開口。為了進行清洗，晶片從緩沖室40經(jīng)過通孔48和102，再經(jīng)過主室34而裝入副室35。
噴頭31裝在主室34中，其位置略高于通孔102。含有微小氬粒的氣體從噴頭31的噴孔32中噴出，從通也102的一側(cè)傾斜向下噴向副室35的一側(cè)。在噴頭31和晶片通道之間裝在隔板107和108，以便隔擋住從噴孔32中噴出的氣流的外周部分，只有未受隔板107、108遮擋的氣流中心部分才撞擊到晶片表面。當晶片未送入清洗室30時，從噴孔32噴出的氣流沖擊到隔板板101。隔板107和108的結(jié)構(gòu)和作用將在下文中結(jié)合附圖12A和12B予以描述。
外壁106以氣密方式安裝在外壁100上，并圍繞著副室壁103的周邊。在外壁106和副室壁103之間的空腔中，設(shè)有氣流通道隔板104。在氣流隔板104和副室壁103之間便確定出一個氣流通道37。在氣流隔板104和外壁106之間也確定出一個氣流通道39。
氣流通道隔板104位于主室34一側(cè)的端部緊密地與隔熱板101相接觸。通過隔熱板101與副室壁103之間的間隙109，氣流通道37與主室34相通。而氣流通道39則是通過外壁100與副室壁103之間的空隙110與熱屏蔽室36相通。
氣流通道隔板104的位于主室34另一側(cè)的端部裝有一個圓柱形的氣流通道隔套105。隔套105的端部插入氣流控制裝置33中。通過氣流通道37以及氣流隔套105的內(nèi)腔，主室34與氣流控制裝置33相通。而熱屏蔽室36則是通過氣流通道39以及氣流隔套105的外腔與氣流控制裝置33相通。
氣流控制裝置33是由外管120、針芯121、排氣管122以及針芯驅(qū)動機構(gòu)123構(gòu)成。外管120的一端氣密地裝在外壁106上，所以氣流通道隔套105的端部就可以插入外管120中。通過氣流通道隔套105的內(nèi)腔和外腔，氣流通道37和39分別與外管120的內(nèi)腔相通。
插入外管120內(nèi)腔中的針芯121有一個小直徑桿段、一中等直徑的桿段和一大直徑的桿段。針芯121的變徑段和小直徑桿段的端部都制成錐形。針芯驅(qū)動機構(gòu)123沿軸向驅(qū)動針芯121并控制它插入外管120中的深度。排氣管122的一端連接在外管120的側(cè)壁上，外管120的內(nèi)部通過排乞管122排氣。通過改變針芯121的插入深度，就可以改變氣流通道的流通率以及控制排氣的流率。氣流控制裝置33將結(jié)合圖5A～圖6予以描述。
下面結(jié)合清洗室30描述晶片的清洗方法。
含有微小氬粒的氣體從噴頭31中噴出，以冷卻主室34的內(nèi)部并使主室34的溫度處于穩(wěn)定的狀態(tài)。從噴頭31噴出的氣體和微小氬粒經(jīng)過間隙109和氣流通道37排出外面。
由于微小的氬粒沖擊著隔熱板101，該板被冷卻至氬的液化點溫度附近。由于隔熱板101被冷卻到很低的溫度，這就難以通過使用O形圈等措施在隔熱板101和外壁100之間建立起氣密的連接面。在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，隔熱板101和外壁100具有直接相互接觸，沒有使用O形圈之類的元件。因此，一部分氣體從主室34透過連接面滲入到熱屏蔽室36中。滲入到熱屏蔽室36中的氣體通過空隙110和氣流通道39排出外面。
流率控制裝置33將主室34和熱屏蔽室36中的壓力分別控制在0.3～0.7大氣壓和0.2～0.6大氣壓。將熱屏蔽室36中的壓力設(shè)置為低于主室34中的壓力之原因是為了防止熱屏蔽室36中的氣體流回到主室34中去。
晶片由圖3所述的晶片夾持器41夾持著，并從緩沖室40經(jīng)過通孔48和102送入副室35。送入副室35的晶片在主室34的隔板107、108下方移動并返回到緩沖室40中。隨著晶片在隔板107、108下方移動，含有微小氬粒的氣流沖擊晶片表面而將之清洗。
為了縮短將主室34內(nèi)部冷卻至穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間，最好使隔熱板101的熱容量盡可能地小。在本實施例中，使用5mm厚的鋁板作為隔熱板101。
為了增強熱屏蔽室36的隔熱效果，最好使熱屏蔽室36的內(nèi)部具有盡可能高的真空度。為了保障主室34和熱屏蔽室36之間具有的大壓力差，就要求隔熱板101具備很高的機械強度。但是不推薦通過增加隔熱板101的厚度來增強其強度，因為這樣會加大其熱容量。因此在本實施例中，主室34和熱屏蔽室36之間的壓力差設(shè)置為0.1大氣壓左右。
隨著外壁100外表面溫度的降低，水會冷凝在該表面上，隨著溫度的進一步降低，霜會附著在該表面上。為了避免水的冷凝，最好增加外壁100的厚度，并且使外壁100的內(nèi)外表面之間具有較大的溫差。在本實施例中，外壁100的厚度設(shè)為20mm。
在圖4的描述中，含有微小氬粒的流體噴入主室34中。隔熱板10l的作用并不局限于噴射微小氬粒，隔熱板的作用也可適用于噴射其它低溫流體。
下面結(jié)合圖5A和5B描述流率控制裝置33的結(jié)構(gòu)和工作。
圖5A和5B是流率控制裝置33的截面圖。流率控制裝置33由圓柱形外管120、針芯121和排氣管122構(gòu)成。
外管120的一端以氣密方式裝在清洗室的外壁106上，外管的內(nèi)腔則與清洗室的內(nèi)部相通。氣流隔套105從外管120的一端插入其內(nèi)腔中。如圖4所述那樣，氣流通道隔套105中的氣流通道37A通過氣流通道37與主室34相通。在氣流隔套105的外周與外管120的內(nèi)周之間形成的圓柱形的氣流通道39A則通過氣流通道39與熱屏蔽室36相通。
排氣管122的一端裝在外管120的側(cè)壁上，其另一端與一個未示出的真空泵相連。外管120的內(nèi)腔可通過排氣管122被抽真空。
在外管120的內(nèi)壁上設(shè)有一段小直徑部分124，其位置處于氣流隔套105的端部與外管120/排氣管122的連接部之間。
針芯121是由小直徑桿段121A、中直徑桿段121B、大直徑桿段121C以及各段之間的錐形連接段構(gòu)成。小直徑桿段121A的外徑略小于氣流通道隔套105的內(nèi)徑。中直徑桿段121B的外徑略小于(外管120中)小直徑部分124的內(nèi)徑。大直徑桿段121C的外徑略小于外管121的內(nèi)徑。
如圖5A和5B所示，針芯121從小直徑桿段121A的端部開始插入外套120中。如圖4所示的針芯驅(qū)動機構(gòu)123控制著針芯121的插入深度。圖5A表示針芯121淺淺地插在外管120中，圖5B表示針芯121深深地插在外管120中。如圖5B所示，當針芯121深插入外管120中時，小直徑桿段121A插在氣流通道隔套105的氣流通道37A中，而中直徑桿段121B其端側(cè)的一部分則插在小直徑部分124中。
如圖5A所示，當針芯121的插入深度很淺，小直徑桿段121A未插入氣流通道隔套105時，氣流通道37A和39A通過針芯121與外管120內(nèi)表面之間的間隙都與排氣管122相通。這，就在氣流通道37A和排氣管122之間以及氣流通道39A和排氣管122之間形成了非常通暢的氣流通道，并且通過這些通暢的氣流通道使氣流通道37A和39A排氣。
如圖5B所示，如果大部分的小直徑桿段121A插入氣流通道37A中，那么連接氣流通道37A、39A與排氣管122的氣流通道就變狹窄。具體地說，氣流通道37A與排氣管122的相通要經(jīng)過小直徑桿段121A的外表面與氣流通道隔套105的內(nèi)表面之間的狹小間隙，以及中直徑桿段121B的外表面與小直徑部分124的內(nèi)表面之間的狹小間隙；氣流通道39A與排氣管122的相通要經(jīng)過中直徑桿段121B的外表面與小直徑部分124的內(nèi)表面之間的狹小間隙。這些狹小間隙構(gòu)成了流通阻力。
這種流通阻力降低氣流通道37A、39A與排氣管122之間的氣流通道的流通率，因而也就降低了氣流通道37A、39A中的排氣能力。由小直徑桿段121A和中直徑桿段121B形成的流通阻力串聯(lián)作用于氣流通道37A與排氣管122之間的氣流通道。與此相反，氣流通道39A與排氣管122之間的氣流通道上只作用著由中直徑桿段121B形成的流通阻力。因此，氣流通道37A的抽空能力大大低于氣流通道39A的抽空能力。
通過調(diào)整小直徑桿段121A的外徑與氣流通道隔套105的內(nèi)徑之間的差值、中直徑桿段121B的外徑與小直徑部分124的內(nèi)徑之間的差值、以及調(diào)整小直徑桿段121A流通阻力區(qū)的長度相對于中直徑桿段121B流通阻力區(qū)長度的比值等參量，就可以將氣流通道37A、39A抽空能力之間的差值設(shè)定到一個所要求的數(shù)值上。
下面結(jié)合圖6描述采用圖5A、5B中的流率控制裝置對真空室進行壓力控制的實驗結(jié)果。
圖6是本實驗所用流率控制裝置的截面圖。實驗所用流率控制裝置的針芯，除了其錐端以外，具有相同的直徑。這個針芯可以看作只具有小直徑桿段121A或中直徑桿段121B的圖5A、5B中所示的那種針芯121。
針芯131插在外管130中。如圖6所示，帶有通孔的針芯支承環(huán)133安裝在外管130的左端，這個支承環(huán)133通過一個固定環(huán)134固定在外管130上，該支承環(huán)的通孔直徑大約等于針芯131的直徑。針芯131插在支承環(huán)133的通孔中并且在徑向方向獲得支承。外管130的內(nèi)徑是10.2mm，針芯131的外徑是9.53mm。排氣管132的一端連接在外管130的側(cè)壁上，其另一端與一個未示出的真空泵相連。真空泵的抽空能力大約是500升/分。
如圖6所見，外管130的右端接至真空室(未示出)。在這些條件下，真空室中的壓力受到控制。以4立升/分(slm)的氮氣流速以及40立升/分(slm)的氬氣流速，將氮氣和氬氣引入真空室。在這些條件下，真空室中的壓力在0.2～0.5大氣壓的范圍內(nèi)變化，并且可以穩(wěn)定地加以控制。在0.2～0.5的氣壓值范圍內(nèi)，對應于針芯131沿軸向約0.5mm的移動量，氣壓值將大約變化0.01大氣壓。
就傳統(tǒng)的針閥來說，針芯的錐端插入圓形孔中以改變孔面積，也就是改變氣流通道的截面積，以此來控制速率。為了獲得很高的真空度，甚至采用傳統(tǒng)的方法也可以平穩(wěn)地控制壓力。然而，傳統(tǒng)的閥難以在0.2～0.7大氣壓的范圍中以0.01大氣壓的精度平穩(wěn)地改變壓力。而在圖6所示中，不僅僅通過改變氣流通道的橫截面面積，而且通過使用流率控制裝置來改變流通阻力區(qū)的長度，由此調(diào)整流通率，因而0.2～0.7大氣壓范圍中的壓力就可以平穩(wěn)地加以控制。
傳統(tǒng)針閥的端部如果深深地插入孔中，就有可能使錐面與孔的內(nèi)緣相接觸。如果錐面接觸到孔的內(nèi)緣，那么接觸面有可能受損，或者產(chǎn)生出諸如磨屑之類的顆粒。從而采用圖5A～圖6所示的流率控制裝置，即使針芯被深深地插入，針芯也不會與外管接觸，這樣就可以避免因接觸而產(chǎn)生的受損或顆粒。
下面結(jié)合圖7A和7B描述緩沖室的結(jié)構(gòu)。
圖7A是圖3所示緩沖室40內(nèi)部的示意性俯視圖。晶片夾持器41和過渡板42設(shè)置在緩沖室40中。過渡板42由主桿43支承。當裝卸晶片時，閘閥82被打開，機器人臂的臂頭51C伸進緩沖室40中。
過渡板42有一個固定在主桿43上的支承件44，以及固定在支承件44上的兩個平板。
圖7B是沿圖7A中點劃線B7-B7的橫截面圖。以相等距離平行設(shè)置的上下平板42a和42b固定在支承件44上。在俯視圖中，上下平板42a、42b具有相同的形狀。
如圖7A所示，上下平板各有一個臂部42A，其一端固定在支承件44上，而且如圖7A所示它沿著閘閥81朝著下方延展。上下平板還各有一個晶片夾持部分42B，它們位于臂部42A的另一端附近并朝著緩沖室40的中心延伸。晶片夾持部分42B將晶片夾持在其上表面上。為了在靠近晶片外周的位置處穩(wěn)定地把持住晶片，晶片夾持部分42B設(shè)有三個從中心區(qū)域向外周延伸的伸出部分42Ba。在伸出部分42Ba的上表面上設(shè)有凸起物，晶片就放置在這些凸起物上。
主桿43可在垂直于附圖紙面的方向中上下直線移動。緩沖板42隨著主桿43一起上下移動。
晶片夾持器41有一個平板形狀，在其原始位置時，該平板在三個方向上圍繞著過渡板的晶片夾持部分42B，只有與臂部42A的連接部分那一方向除外。晶片夾持器41的內(nèi)周有一圓弧，其直徑略小于晶片的直徑。夾持器41的外周為矩形。在晶片夾持器41的內(nèi)周上，在與過渡板的伸出部分42Ba相應的位置處設(shè)有凹口，這樣，晶片夾持器41和過渡反42就不會在水平面中重疊。通過將晶片底面的外周區(qū)域放置在晶片夾持器41上表面的內(nèi)周區(qū)域上，就可以放置好一個晶片。晶片夾持器41的結(jié)構(gòu)將在下文中結(jié)合圖9予以描述。
臂頭51C也有一個平板形狀，當它進入到緩沖室40時，該平板在水平面中從三個方向上圍繞住過渡板的晶片夾持部分42B，只有與臂部42A的連接部分那一個方向除外。臂頭51C也具有相應的平板形狀，這樣臂頭51C和過渡板42就不會在水平面中重疊。臂頭51C將晶片保持在其上表面上，并將晶片送到處于原始位置上的晶片夾持器41的晶片獲取位置。臂頭51C的結(jié)構(gòu)將在下文中結(jié)合圖10予以描述。
過渡板42可以上下自由移動，這是因為晶片保持器41和臂頭51C并不與它在水平面中重疊。當過渡板42升起時，由晶片夾持器41或臂頭51C夾持的那個晶片就轉(zhuǎn)移到過渡板42上。相反；當過渡板42下降時，由過濾板42夾持的晶片便轉(zhuǎn)移到晶片夾持器41或臂頭51C上。
下面結(jié)合圖8A～8I描述緩沖室40中的晶片轉(zhuǎn)移方法。
圖8A～8I是一個示意圖，表示出過渡板的上下平板42a和42b、晶片夾持器41以及臂頭51C三者之間在高度方向上的相互位置關(guān)系。
如圖8A所示，夾持有一個未清洗晶片62A的臂頭51C插在上下平板42a和42b之間。如圖8B所示，過渡板42上升，以將臂頭51C上的晶片62A轉(zhuǎn)移到下平板42b上。
如圖8C所示，臂頭51C從緩沖室40中退出，過渡板42下降，使晶片夾持器41位于上下平板42a、42b之間。因而晶片62A便轉(zhuǎn)移到晶片夾持器41上。然后將晶片夾持器41移至清洗室，以便清洗晶片62A。如圖8D所示，當晶片夾持器41伸入到清洗室30中時，過渡板42下降。當晶片夾持器41回到其原始位置時，上平板42a位于晶片夾持器41的下方。如圖8E所示，過渡板42上升，使下平板42b高于晶片夾持器41。清洗過的晶片62A便轉(zhuǎn)移到上平板42a上。
如圖8F所示，持有一片未清洗晶片62B的臂頭51C插在上下平板42a、42b之間。如圖8G所示，過渡板42上升，使下平板42b高于臂頭51C。晶片62B便轉(zhuǎn)移到了下平板42b上。
如圖8H所示，臂頭51C暫時地退出緩沖室40，然后重新插在上下平板42a、42b之間。如圖8I所示，過渡板42下降，使上平板位于臂頭51C和晶片夾持器41之間，然后使下平板42b低于晶片夾持器。晶片62A便轉(zhuǎn)移到臂頭51C上，而晶片62B便轉(zhuǎn)移到晶片夾持器41上。然后，臂頭51C退出緩沖室。通過重復圖8A～圖8I所示的過程，就可以順序連續(xù)地清洗許多晶片。
如上所述，過渡板設(shè)有用以夾持晶片的兩個平板42a和42b。因而就可以在短時間內(nèi)完成未清洗的晶片從臂頭51C向晶片夾持器41的轉(zhuǎn)移，以及將清洗后的晶片從晶片保持器41向臂頭51C的轉(zhuǎn)移。
在圖8A～8I的描述中，只有過渡板42是上下移動的。然而，也可以代之以臂頭51C或晶片夾持器41的上下移動。由于機器人臂具有上下移動的功能，因而臂頭51C可以上下移動而無需附加機構(gòu)。例如，在圖8F所示的步驟中，可以是使臂頭51C下降，以代替過渡板42的上升。
下面結(jié)合圖9描述晶片夾持器4l的結(jié)構(gòu)和工作。圖9是晶片夾持器41的平面圖。晶片夾持器41是由晶片保持部分41a和臂部41b構(gòu)成。晶片夾持部分41a具有平板形狀，它是在一個矩形的、其大致中央的部位切去一個圓形部分，如圖9所示，切去的圓形部分在矩形的右側(cè)開口。如圖9所示，臂部41b自晶片夾持部分41a向左側(cè)延伸。在圖9中所見的上下部分是由不同的平板41A和41B構(gòu)成的，這兩個平板在左端處由支承軸45連接在一起并且可以張開和閉合。在上下方向中(即垂直于附圖紙面的方向中)，平板41A和41B在支承軸45附近相互重疊，而臂部41b的右側(cè)部分和晶片夾持部分41a則位于同一水平面中。
晶片夾持部分41a中的切去的圓部分之直徑略小于晶片的直徑。這樣，通過將晶片底面的周邊部分放置在晶片夾持部分的切去向圓附近的周邊部位上，就可以夾持住晶片。
一個彈性件設(shè)置在平板41A和41B之間，并且沿著使兩者閉合的方向施加彈性壓力。另外還固定地設(shè)置一個輥子46，其位置是當晶片夾持器41位于圖3所示的緩沖室40中的原始位置時，輥子46在臂部41b的重疊區(qū)域處只與平板41B的臂部相接觸。當支承軸45如圖9中所見稍微向上移動時，只有平板41B貼靠在輥子46上，兩個平板便稍微張開。當支承軸45將至其原始位置時，兩個平板通過彈性件的恢復力而閉合。
在晶片保持部分41a的上表面上，沿著將要保持的晶片的外周邊，設(shè)置了許多凸起物47。在兩個平板41A和41B略微張開的狀態(tài)下將晶片放到晶片夾持部分41a上以后，兩平板41A和41B閉合，以便使各個凸起物47向內(nèi)椎晶片的外周。因此，與晶片被簡單地放置在晶片保持部分41a上表面上的情形相比，本發(fā)明可以更加穩(wěn)定和可靠地保持住晶片。
下面結(jié)合圖10～11B描述機器人臂的結(jié)構(gòu)和工作。
圖10是機器人臂的平面圖。機器人臂的的構(gòu)成主要包括第一臂51A、第二臂51B和臂頭51C。第一臂51A連接在轉(zhuǎn)軸52上，該軸沿垂直方向如圖3所示從機器人操作室50的底面向上突伸。第二臂51B連接在第一臂51A的末端，而臂頭51C連接在第二臂51B的末端。第一臂51A。第二臂51B以及臂頭51C的長度是相等的。
第一臂51A裝在轉(zhuǎn)軸52上，可相對于機器人操作室50的底面轉(zhuǎn)動。第二臂51B以轉(zhuǎn)動方式安裝在固定于第一臂51A的轉(zhuǎn)軸53B上。轉(zhuǎn)軸53A固定在第二臂51B上并與轉(zhuǎn)軸53B同心。轉(zhuǎn)軸52和53A在其外周壁上設(shè)有齒，這些齒與同步帶160A嚙合。轉(zhuǎn)軸52與53A的齒數(shù)比為2∶1。
臂頭51C以可轉(zhuǎn)動方式安裝在固定于第二臂51B的轉(zhuǎn)軸54上。轉(zhuǎn)軸56固定在臂頭51C上并與轉(zhuǎn)軸54同心。轉(zhuǎn)軸53B和56在其外周壁上設(shè)有齒，這些齒與同步帶160B嚙合。轉(zhuǎn)軸53B與56的齒數(shù)比為1∶2。
第一臂51A和第二臂51B構(gòu)成了可以合攏的臂，并且臂頭51C的軸向方向總是指向轉(zhuǎn)軸52。為了實現(xiàn)這種合攏功能，每一轉(zhuǎn)軸都由上述的雙機構(gòu)doublemechanism構(gòu)成。
圍繞著轉(zhuǎn)軸54設(shè)有從第二臂51B的上表面凸出來的凸體156A和156B(在圖10中由陰影線來表示)。凸體156A和156B對稱于轉(zhuǎn)軸54的中心軸線。凸體156A和156B在它們的側(cè)壁上分別確定出了凸輪表面157A、158A和凸輪表面157B、158B。凸輪表面158A和158B都是圓柱表面的一部分，并且以轉(zhuǎn)軸中心軸線54為其中心。從凸輪表面157A、157B到轉(zhuǎn)軸54中心軸線的距離不是恒定值，而是逐漸地和單調(diào)地變化的。因此，當凸輪表面轉(zhuǎn)動時，與凸輪表面157A、157B相接觸的凸輪隨動件的表面便被沿轉(zhuǎn)軸54的徑向方向被傳動。
臂頭51C的構(gòu)造主要包括安裝在第二臂51B上的支承件151，和安裝在支承件151上的輔助支承件152A、152B。
支承件151設(shè)有用以水平地(即垂直于轉(zhuǎn)軸54)夾持住晶片62的晶片夾持面151a、151b。晶片夾持面151a夾持著晶片62上靠近轉(zhuǎn)軸54一側(cè)的外周部分，而晶片夾持面151b則夾持著晶片62上遠離轉(zhuǎn)軸54一側(cè)的外周部分。晶片夾持面151b通過連接部分151a連接至轉(zhuǎn)軸部分56。
在晶片夾持面151b上沿著晶片62的外周邊形成有許多止擋凸起151C。放置在晶片夾持面151b上的晶片62的外周側(cè)壁與這些凸起151C的側(cè)壁接觸。因此，晶片62在夾持面的平面中沿某一方向被支承(或者說被擋住)。
輔助支承件152A和152B分別裝在支承軸153A和153B上，這兩個支承軸設(shè)在支承件151的底面(即附圖紙頁的背面)上。輔助支承件可以在支承面的平面中擺動。輔助支承件152A、152B對稱于一個假想平面，該平面包含了轉(zhuǎn)軸54的中心軸線并穿過晶片夾持面151b的中心。
輥子154A和154B分別裝在輔助支承件152A和152B的一端。輥子154A和154B的外表面分別與凸輪面157A，158A和凸輪面157B、158B接觸。隨著臂頭51C圍繞轉(zhuǎn)軸54轉(zhuǎn)動，輥子154A和154B沿著齒輪面運動。
在輔助支承件152A和152B的另一端上設(shè)有凸起155A和155B，它們與晶片62的外周側(cè)壁相接觸，并且將晶片推向凸起151C方向。輔助支承件152A和152B分別受到彈性件159A和159B的彈性作用，從而使輔助支承件位于凸起155A、155B一側(cè)的端部作相互靠攏運動。當凸起155A和155B一側(cè)的支承件端部作相互分離的擺動時，凸起155A和155B移到支承件151的下方。在支承件151的底面(即附圖紙頁的背面)上對應于凸起155A和155B的軌變區(qū)域設(shè)有凹部，因而凸起155A和155B不會與支承件151相接觸。
圖11B是凸輪機構(gòu)的截面圖。第二臂51B是平板形狀，它具有一個內(nèi)腔，并且形成有一個從內(nèi)底面突伸進入內(nèi)腔中央的轉(zhuǎn)軸54。在臂頭51C的下表面上形成有配合部分55。配合部分55的凹部與轉(zhuǎn)軸54相配合，這樣就可以將臂頭51C以轉(zhuǎn)動方式安裝在第二臂51B上。
凸體156A和156B制作在第二臂51B的上表面上。凸體156A和156B的凸輪面分別與輥子154A和154B的外周側(cè)壁相接觸。
下面描述機器人臂的操作。
為了收攏機器人臂，第一臂51A要逆時針轉(zhuǎn)動。例如，在轉(zhuǎn)軸52固定的情況下繞轉(zhuǎn)軸52轉(zhuǎn)過一個角度θ。這一轉(zhuǎn)動等效于轉(zhuǎn)軸52沿順時針方向相對于第一臂51A轉(zhuǎn)過同樣角度θ。通過同步帶160A與轉(zhuǎn)軸52相結(jié)合的轉(zhuǎn)軸53A便相對于第一臂51A轉(zhuǎn)過2θ角度。由于轉(zhuǎn)軸53A固定在第二臂51B上，所以第二臂51B也沿順時針方向相對于第一臂51A轉(zhuǎn)過1θ角度。現(xiàn)在來看以轉(zhuǎn)軸52、53A和54的中心軸線為頂點的等腰三角形。當機器人臂收攏時，這個等腰三角形的頂角減小了2θ角度，因而它的底角便增大B-θ角度。當?shù)谝槐?1A沿逆時針方向轉(zhuǎn)過θ角度時，等腰三角形的底角增大一θ角度，因此，連接兩個轉(zhuǎn)軸52和54中心軸線的直線的方向沒有發(fā)生改變。也就是說機械臂的方向沒有改變，僅僅是它的長度縮短了。
由于第二臂51B沿順時針方向相對于第一臂51A轉(zhuǎn)過2θ角度，固定在第一臂51A上的轉(zhuǎn)軸53B就沿逆時針方向相對于第二臂51B轉(zhuǎn)過2θ角度。通過同步帶160B與轉(zhuǎn)軸53B相結(jié)合的轉(zhuǎn)軸56便沿逆時針方向相對于第二臂51B轉(zhuǎn)過θ角度。固定在轉(zhuǎn)軸56上的臂頭51C也沿逆時針方向相對于第二51B轉(zhuǎn)過θ角度。由于第二臂51B沿順時針方向相對于第一臂51A轉(zhuǎn)過2θ角度，因此，臂頭51C相對于第一臂51A是沿順時針方向轉(zhuǎn)過1θ角度。
當?shù)谝槐?1A沿逆時針方向轉(zhuǎn)過θ角度時，臂頭51C就沿順時針方向相對于第一臂51A轉(zhuǎn)過θ角度，因而臂頭51C的方向沒有發(fā)生改變。也就是說，臂頭51C完成了靠向轉(zhuǎn)軸52的輸送運動。
當臂頭51C沿逆時針方向圍繞轉(zhuǎn)軸54相對于第二臂51B轉(zhuǎn)動時，如圖10所示，輥子154A就從凸輪面158A運動到凸輪面157A上。輔助支承件152A受彈性件159A的恢復力作用，以支承軸153A為樞軸沿逆時針方向擺動。同樣，輔助支承件152B以支承軸153B為樞軸，沿順時針方向擺動。凸起155A和155B將晶片62推向凸起151C的方向，并且將晶片62夾持在晶片保持面上151a、151b的預定位置處。
圖11劃機器人臂伸展時凸輪機構(gòu)的俯視圖。參照圖10，當轉(zhuǎn)軸52固定時，隨著第一臂51A沿順時針方向轉(zhuǎn)動，臂頭51C就完成遠離轉(zhuǎn)輛52的輸送運動。臂頭51C沿順時針方向圍繞著轉(zhuǎn)軸54相對于第二臂51B轉(zhuǎn)動。輥子154A從凸輪面157A運動到凸輪面158A上。輔助支承件152A以支承軸153A為樞軸，沿順時針方向擺動。同樣，輔助支承件152B以支承軸153B為樞軸，沿逆時針方向擺動。
參照圖10，凸起155A和155B運動到支承件151的下面，并解除對晶片62的支承。如上所述，當機器人臂收攏時，它自動地夾持住晶片，而當其伸展時，就自動地解除對晶片的夾持。
由于凸輪機構(gòu)采用了設(shè)置在第二臂51B上的凸輪面，以及在臂頭51C上的隨動凸輪面，因而就不再需要有另外的驅(qū)使輔助支承件152A和152B擺動的驅(qū)動機構(gòu)來夾持住晶片。
在對圖10的描述中，采用了一對輔助支承件。然而不一定要用一對支承件。單個輔助支承件也可以將晶片夾持在支承平面中。同樣，在對圖10的論述中，盡管是描述了對晶片的夾持，但夾持對象并非只限于晶片。除了晶片以外，其它的物品也可以被夾持，只要凸起物151C、155A和155B的形狀予以正確地選擇即可。如果只通過凸起物151C、155A和155B就可以把物品夾持住，那么晶片夾持面151a和151b就可不要。
也是在對圖10的描述中，盡管那里的凸輪面是面對轉(zhuǎn)軸設(shè)置的，然而凸輪面也可以背對轉(zhuǎn)軸設(shè)置。輥子154A或154B也可以在夾在兩個相對的凸輪面之間?？梢允褂昧硪粋€凸輪機構(gòu)，或者是采用一個協(xié)調(diào)運動機構(gòu)而不是凸輪機構(gòu)。
下面結(jié)合圖12A和12B描述圖4中所示的隔板107的結(jié)構(gòu)和工作。
圖12A是隔板107和平面圖。矩形不銹鋼板的隔板107在其一側(cè)有許多半圓形的切口140。切口140的間距相等于圖3所示噴頭31上噴孔32的間距。切口140所在那側(cè)的端面被制成具有60°斜角的斜面。
圖12B是噴頭31、隔板107和108、以及清洗中的晶片62的截面視圖。其中，從噴孔32噴出的氣流的中心線141以45°相交于晶片表面。隔板107這樣設(shè)置使得每一半圓切口140的中心對準從噴孔32噴出的氣流的中心線141。
隔板107設(shè)置在晶片62表面上方5mm的位置處。噴頭31設(shè)在這樣的位置沿著氣流中心線141量取的從晶片62表面到噴孔32的距離為20mm。在上述這些條件下清洗晶片。與不設(shè)隔板107的清洗作業(yè)相比，采用帶有3或4mm半徑切口140的隔板107能夠提供更好的清洗效果。與不設(shè)隔板107的清洗作業(yè)相比，采用帶有5mm半徑切口140的隔板107作用幾乎不存在。
為什么帶有3或4mm半徑切口140的隔板107能夠提供更好的清洗效果，其原因可以解釋如下從噴孔32噴出的氣流隨著它的擴散變得越來越粗?？梢哉J為靠近氣流外周區(qū)域的氣流中包含了那些從每一噴孔32的內(nèi)表面附近流過的氣流，因而含有一些從每一噴孔32的內(nèi)表面上噴出來的雜質(zhì)。氣流外周附近的氣流流速低于中心區(qū)域的流速，因而清洗效果不好。
因此可以認為氣流外周附近的氣流具有很強的沉淀雜質(zhì)的作用，而不是清洗晶片表面的作用。中心線141下方的氣流沿著晶片清洗的移動方向沖擊已被中心氣流清洗過的晶片表面。在圖12B所示的實例中，中心線141下方的氣流142沿著晶片清洗的移動方向(即圖12B中箭頭64所示的方向)沖擊已被清洗過的晶片表面。因而，被氣流142污染過的晶片表面此后不再得到清洗。因此可以認為，用隔板107遮擋住氣流142就可以獲得很好的清洗效果。
被氣流中心線141上方的氣流143污染過的晶片表面位于圖12B中的左側(cè)，這部分表面隨后由中心部的氣流清洗。因此可以認為氣流143污染的影響很小。為了消除氣流143的污染，在氣流中心線141上方面對著隔板107，可以使用另一塊隔板108。
在上面的實驗中，隔板距離晶片表面的高度是5mm。這一高度也可以改變。在2～5mm的高度范圍內(nèi)可以獲得大體類似的清洗效果。噴頭31所在的位置可以是從晶片表面62至噴頭31沿氣流中心線141測量的距離為5～20mm。
在圖12A所示中，隔板在其縱向外周邊上設(shè)有半圓形切口。然而并非一定要求切口是半圓形的。例如，可以采用中心角小于180°的圓弧切口。甚至可以采用沒有切口只有直線形狀邊緣的隔板。
在上述實施例中，水平放置晶片使清洗表面的方向朝上。晶片表面的方向并非僅限于此。例如，清洗表面可以方向朝下，或者垂直地放置晶片。
現(xiàn)已結(jié)合實施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并非只限于上述實施例。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯然可以在不超出所附權(quán)利要求書范圍的前提下，進行各種修改、完善和組合。
權(quán)利要求
1.一種機器人臂，其特征在于，它包括一個轉(zhuǎn)軸；一個固定在轉(zhuǎn)軸上并具有伸展/收縮折疊機構(gòu)的臂件；一個以轉(zhuǎn)動方式支承在臂件末端并與轉(zhuǎn)軸具有恒定相互關(guān)系的支承件；以及一個由固定在支承件上的支承軸所支承的、用于與支承件配合共同支承工件的輔助支承件，輔助支承件隨著臂件的伸展/收縮折疊運動而擺動。
2.如權(quán)利要求1所述的機器人臂，其特征在于，所述輔助支承件通過設(shè)置在支承件和臂件的轉(zhuǎn)動部分上的凸輪機構(gòu)而擺動。
3.如權(quán)利要求2所述的機器人臂，其特征在于，所述凸輪機構(gòu)包括設(shè)置并固定在臂件上的、圍繞所述轉(zhuǎn)動部分之轉(zhuǎn)動中心軸線的凸輪表面；設(shè)置在輔助支承件上、用以與凸輪表面接觸的凸輪隨動件表面；以及所述機器人臂還包括用以向輔助支承件提供擺動力、以及將凸輪隨動件表面推向凸輪表面的彈性件。
4.如權(quán)利要求2所述的機器人臂，其特征在于，所述支承件包括用以沿一個方向支承工件的支承面；以及所述輔助支承件還包括面向前述支承面的、用以與前述支承面一起夾持住工件的輔助支承面。
5.如權(quán)利要求3所述的機器人臂，其特征在于，所述支承件包括用以沿一個方向支承工件的支承面；以及所述輔助支承件包括面向前述支承面的、用以與前述支承面一起夾持住工件的輔助支承面。
6.如權(quán)利要求4所述的機器人臂，其特征在于，所述的支承件具有用以夾持工件的夾持面，所述的支承面和輔助支承面與由該夾持面所夾持的工件的側(cè)壁接觸，以此約束工件的位置。
7.如權(quán)利要求5所述的機器人臂，其特征在于，所述的支承件具有用以夾持工件的夾持面，所述的支承面和輔助支承面與由該夾持面所夾持的工件的側(cè)壁接觸，以此約束工件的位置。
8.如權(quán)利要求2所述的機器人臂，其特征在于，還包括安裝在支承件上的第二個輔助支承件，這第二個輔助支承件能夠擺動，并且相對于一個假想平面與前述第一個輔助支承件相互對稱，假想平面包含著前述轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動中心軸線并穿過所述支承面的中心；所述凸輪機構(gòu)還包括用以驅(qū)動第二個輔助支承件的第二個凸輪表面，第二個凸輪表面相對于轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動中心軸線與前述的第一個凸輪表面相互對稱。
9.如權(quán)利要求3所述的機器人臂，其特征在于，還包括安裝在承件上的第二個輔助支承件，第二個輔助支承件能夠擺動，并且相對于一個設(shè)定平面與前述的第一個輔助支承件相互對稱，設(shè)定平面包含前述轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動中心軸線并穿過所述支承面的中心；所述凸輪機構(gòu)還包括用以驅(qū)動第二個輔助支承件的第二凸輪表面，所述的第二個凸輪表面相對于轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動中心軸線與前述的第一個凸輪表面相互對稱。
全文摘要
帶有伸展/收縮折疊機構(gòu)的臂件固定在轉(zhuǎn)軸上。支承件以轉(zhuǎn)動方式安裝在臂的末端。該支承件與轉(zhuǎn)軸保持恒定的相互關(guān)系。輔助支承件安裝在固定于支承件的支承軸上，輔助支承件可以擺動。在支承件和輔助支承件的轉(zhuǎn)動部分上設(shè)有凸輪機構(gòu)。輔助支承件通過該凸輪機構(gòu)隨著臂元件的伸展/收縮折疊運動而擺動。
文檔編號B25J9/06GK1151344SQ9611320
公開日1997年6月11日 申請日期1996年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月31日
發(fā)明者玉井忠素, 山本敏隆 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社