CN116100266B - 一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法 - Google Patents
一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法，包括开手指底板精料，制作第一预设外形尺寸的手指底板毛坯；将制成的手指底板毛坯进行中温时效处理；将第一预设外形尺寸的手指底板毛坏粗磨到第二预设外形尺寸，并在手指底板的上表面上磨出多个间隔的工艺站脚；在上表面粗铣出日字型槽，下表面粗铣出安装槽、真空气道槽和抽气槽，并铣出吸附孔；回火；精磨精铣，将手指底板精磨到第三预设外形尺寸，研磨去除工艺站脚，精铣日字型槽、安装槽、真空气道槽和抽气槽到位，并研磨手指底板到成品外形尺寸；激光切割手指盖板，利用胶水粘贴手指底板和手指盖板，以制作为成品半导体晶圆传送手指；对成品半导体晶圆传送手指进行清洗。
Description
技术领域
本申请涉及晶圆传送手指加工技术领域，尤其涉及一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法。
背景技术
半导体在电子产品、5G通讯、航空航天、医疗仪器、人工智能、新能源等领域都有着广泛的应用。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、智能手机或是平板电脑当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。
晶圆传送手指是一种高精度半导体设备用的核心部件，用于抓取搬运半导体晶圆，因其厚度较薄，并且有台阶，所以很难保证其相对两面的平面度及平行度，容易变形，并且成品对其表面粗糙度的要求较高，该类薄带台阶类金属零件的精密加工一直是机械加工领域的难题，随着新材料的发现和加工工艺的不断实践完善，使薄壁带台阶等金属零件的精密切削及研磨加工思路越来越清晰。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法，具有加工更精密的优点。
本发明提供了一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法，所述传送手指包括手指底板和手指盖板，所述手指底板具有相对设置的上表面和下表面，所述下表面包括安装槽和真空气道槽，所述真空气道槽开设于所述安装槽的底面，所述真空气道槽的一端设置有贯穿所述真空气道槽的吸附孔，所述真空气道槽的另一端设置有抽气槽；所述手指盖板的尺寸与所述安装槽的尺寸相适配，所述手指盖板通过胶粘接于所述安装槽上，将所述真空气道槽盖住，以形成真空气道，所述上表面包括日字型槽；
所述半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法包括：
开手指底板精料，将大尺寸板材制作为第一预设外形尺寸的手指底板毛坯；
将制成的手指底板毛坯进行中温时效处理，以消除材料内应力；
粗磨，将第一预设外形尺寸的手指底板毛坏粗磨到第二预设外形尺寸，并在手指底板的上表面上磨出多个间隔的工艺站脚；
粗铣，在上表面粗铣出日字型槽，下表面粗铣出安装槽、真空气道槽和抽气槽，并铣出吸附孔；
回火，以消除前序步骤中产生的材料应力；
精磨精铣，将手指底板精磨到第三预设外形尺寸，研磨去除工艺站脚，精铣日字型槽、安装槽、真空气道槽和抽气槽到位，并研磨手指底板到成品外形尺寸；
激光切割手指盖板，利用胶水粘贴手指底板和手指盖板，以制作为成品半导体晶圆传送手指；
对成品半导体晶圆传送手指进行清洗。
优选地，在所述对成品半导体晶圆传送手指进行清洗完成后，还包括测量真空气道的真空气密性。
优选地，所述测量真空气道的真空气密性包括：
抽真空至抽真空至27mbar以下，27mbar以下保压0.5h，升压不超过9mbar为合格。
优选地，所述将制成的手指底板毛坯进行中温时效处理，以消除材料内应力中的中温时效处理包括加热至550℃，保温6H。
优选地，所述回火，以消除前序步骤中产生的材料应力中，回火的条件为530℃条件下保温6H。
优选地，所述精磨精铣，将手指底板精磨到第三预设外形尺寸，研磨去除工艺站脚，精铣日字型槽、安装槽、真空气道槽和抽气槽到位，并研磨手指底板到成品外形尺寸中，采用白刚玉砂轮，在研磨过程中上研磨油，精密研磨，控制变形，以保证相对平行度精度的要求。
优选地，所述精磨精铣，将手指底板精磨到第三预设外形尺寸，研磨去除工艺站脚，精铣日字型槽、安装槽、真空气道槽和抽气槽到位，并研磨手指底板到成品外形尺寸后采用羊毛轮轻轻去毛刺，以保证零件表面粗糙度要求。
优选地，所述手指底板材料选用SUS430。
与现有技术相比，本发明有有益效果如下：
针对薄壁带台阶类金属零件的普通铣削研磨加工工艺无法保证其平面度要求，需要在指定温度回火一次，消除材料内应力，然后再粗磨粗铣，然后再回火一次去除材料内应力防止变形，且由于粗磨台阶面时需要保留站脚支撑，然后经过精磨，精铣，到最后的研磨去除台阶面站脚，研磨采用白刚玉砂轮，研磨过程中上研磨油，精密研磨，控制变形，以保证其相对面平面度精度要求，并且在最后研磨相对面并去除其台阶面站脚后，用羊毛轮轻轻去毛刺，以保证零件的表面粗糙度要求，针对该类真空吸盘类零件，需要严格保证其真空气密性，因此需要将胶水均匀涂抹，零件粘贴好后需要测量其真空气密性以保证零件的质量要求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请的实施例提供的一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法的示意流程图；
图2是本申请的实施例提供的半导体晶圆传送手指一视角的结构示意图；
图3是本申请的实施例提供的半导体晶圆传送手指另一视角的结构示意图；
图4是本申请的实施例提供的半导体晶圆传送手指的爆炸图；
图5是本申请的实施例提供的加工方法S3的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本发明的实施例提供了一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法，其中，请参照图2-图4所示，传送手指包括手指底板10和手指盖板20，手指盖板粘贴于手指底板上。手指底板10具有相对设置的上表面11和下表面12，下表面包括安装槽121和真空气道槽122，真空气道槽开设于安装槽的底面，真空气道槽的一端设置有贯穿真空气道槽的吸附孔123，真空气道槽的另一端设置有抽气槽124，手指盖板的尺寸与安装槽的尺寸相适配，手指盖板通过胶粘接于安装槽上，将真空气道槽盖住，以形成真空气道。上表面设置有日字型槽111。
请参照图1所示，本申请的半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法包括步骤S1-S8。
S1、开手指底板精料，将大尺寸板材制作为第一预设外形尺寸的手指底板毛坯。其中，手指底板精料先用SUS430材质，第一预设外形尺寸为184.4mm*40.6mm*4mm。
S2、将制成的手指底板毛坯进行中温时效处理，以消除材料内应力。
具体地，中温时效处理包括加热至550℃，保温6H，以保持硬度不变。
S3、粗磨，将第一预设外形尺寸的手指底板毛坏打磨到第二预设外形尺寸，并在手指底板的上表面上磨出多个间隔的工艺站脚。
具体地，磨六方留余量到第二预设外形尺寸183.7mm*40.2mm*3.4mm，在手指底板的上表面粗磨出一个108.5*0.5mm的台阶a，单边留0.2mm的余量；在台阶a边缘开始间隔25mm均布留宽度为2mm的工艺站脚b（如图5所示），以分散磨削应力，控制变形0.05mm以内。其中，工艺站脚的厚度面平齐。
S4、粗铣，在上表面粗铣出日字型槽，下表面粗铣出安装槽、真空气道槽和抽气槽，并铣出吸附孔。
具体地，进行粗铣操作，将手指底板远离工艺站脚的一端的宽度进行铣销操作，以将右端的宽度铣到30-0.1/-0.2到位，并铣出6个R5圆角到位，铣出四个Φ3.5mm安装孔到位，铣出Φ2.5mm吸附孔到位。在手指底板上表面的左端粗铣出日字型槽，日字型槽位于台阶上，加工单边留0.2mm余量。在手指底板的下表面粗铣出8mm安装槽，4mm真空气道槽，及Φ6mm的抽气槽，粗加工单边留0.2mm余量。
S5、回火，以消除前序步骤中产生的材料应力。
其中，回火的条件为530℃条件下保温6H，保持硬度不变。
S6、精磨精铣，将手指底板精磨到第三预设外形尺寸，研磨去除工艺站脚，精铣日字型槽、安装槽、真空气道槽和抽气槽到位，并研磨手指底板到成品外形尺寸。
具体地，先磨六方到第三预设外形尺寸183.5mm*40mm*3.1mm，控制平面度0.02mm以内，108.5*0.5台阶a单边留0.1mm余量，先保留工艺站脚。
精铣上表面日字型槽到位，采用Φ1.5mm钨钢刀加工，每次切削深度0.05mm，进给速度F=1500，切削液充分冷却。精铣下表面的8+0.1/+0.2安装槽、4mm真空气道槽和Φ6抽气槽到位，控制变形0.02mm以内，选用Φ3mm钨钢刀，转速10000，每次切削深度0.07mm，进给速度F=1500，切削液充分冷却。
随后研磨手指底板到成品外形尺寸183.5mm*40mm*3mm，即研磨手指底板厚度3mm到位，磨108.5*0.5台阶a到位，保证下表面平面度0.05，厚度和台阶a平面度0.02以内，粗糙度Ra1.6和Ra0.8。磨去工艺站脚。研磨采用白刚玉砂轮，研磨过程中上研磨油，通过研磨油能够对金属表面氧化膜进行软化作用，便于对氧化膜的去除，从而提高研磨效率，并且能够对工件起到润滑作用，也能够去除工件表面油污，进行精密研磨，控制变形。研磨完成后用羊毛轮轻轻去毛刺，注意流道不能倒角。
S7、激光切割手指盖板，利用胶水粘贴手指底板和手指盖板，以制作为成品半导体晶圆传送手指；
具体地，通过激光切割手指盖板外形尺寸到位。利用胶水粘贴手指底板和手指盖板，涂胶需均匀，多余胶水用酒精和无尘布擦拭干净，采用酒精对多余胶水进行去除，不易对工件表面产生损害，采用无尘布进行擦拭是为了防止灰尘沾染，影响工件外观，同时也为了防止灰尘进入胶层影响手指底板和盖板的连接性。
S8、对成品半导体晶圆传送手指进行清洗。
本发明针对薄壁带台阶类金属零件的普通铣削研磨加工工艺无法保证其平面度要求，需要在指定温度回火一次，消除材料内应力，然后再粗磨粗铣，然后再回火一次去除材料内应力防止变形，且由于粗磨台阶面时需要保留站脚支撑，然后经过精磨，精铣，到最后的研磨去除台阶面站脚，研磨采用白刚玉砂轮，研磨过程中上研磨油，精密研磨，控制变形，以保证其相对面平面度精度要求，并且在最后研磨相对面并去除其台阶面站脚后，用羊毛轮轻轻去毛刺，以保证零件的表面粗糙度要求。
在一个可选的实施例中，在对成品半导体晶圆传送手指进行清洗完成后，还包括测量真空气道的真空气密性，在气密性检测合格后进行包装。
具体地，测量真空气道的真空气密性包括：抽真空至抽真空至27mbar以下，27mbar以下保压0.5h，升压不超过9mbar为合格。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法，其特征在于，所述传送手指包括手指底板和手指盖板，所述手指底板具有相对设置的上表面和下表面，所述下表面包括安装槽和真空气道槽，所述真空气道槽开设于所述安装槽的底面，所述真空气道槽的一端设置有贯穿所述真空气道槽的吸附孔，所述真空气道槽的另一端设置有抽气槽；所述手指盖板的尺寸与所述安装槽的尺寸相适配，所述手指盖板通过胶粘接于所述安装槽上，将所述真空气道槽盖住，以形成真空气道，所述上表面包括日字型槽；
所述半导体晶圆机器人传送手指的精密加工方法包括：
开手指底板精料，将大尺寸板材制作为第一预设外形尺寸的手指底板毛坯；
将制成的手指底板毛坯进行中温时效处理，以消除材料内应力；
粗磨，将第一预设外形尺寸的手指底板毛坏粗磨到第二预设外形尺寸，并在手指底板的上表面上磨出多个间隔的工艺站脚；
粗铣，在上表面粗铣出日字型槽，下表面粗铣出安装槽、真空气道槽和抽气槽，并铣出吸附孔；
回火，以消除前序步骤中产生的材料应力；
精磨精铣，将手指底板精磨到第三预设外形尺寸，研磨去除工艺站脚，精铣日字型槽、安装槽、真空气道槽和抽气槽到位，并研磨手指底板到成品外形尺寸；
激光切割手指盖板，利用胶水粘贴手指底板和手指盖板，以制作为成品半导体晶圆传送手指；
对成品半导体晶圆传送手指进行清洗；
其中，所述手指底板材料选用SUS430。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述对成品半导体晶圆传送手指进行清洗完成后，还包括测量真空气道的真空气密性。
3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述测量真空气道的真空气密性包括：
抽真空至27mbar以下，27mbar以下保压0.5h，升压不超过9mbar为合格。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述将制成的手指底板毛坯进行中温时效处理，以消除材料内应力中的中温时效处理包括加热至550℃，保温6H。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述回火，以消除前序步骤中产生的材料应力中，回火的条件为530℃条件下保温6H。
6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述精磨精铣，将手指底板精磨到第三预设外形尺寸，研磨去除工艺站脚，精铣日字型槽、安装槽、真空气道槽和抽气槽到位，并研磨手指底板到成品外形尺寸中，采用白刚玉砂轮，在研磨过程中上研磨油，精密研磨，控制变形，以保证相对平行度精度的要求。
7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述精磨精铣，将手指底板精磨到第三预设外形尺寸，研磨去除工艺站脚，精铣日字型槽、安装槽、真空气道槽和抽气槽到位，并研磨手指底板到成品外形尺寸后采用羊毛轮轻轻去毛刺，以保证零件表面粗糙度要求。
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