CN101391732B - 一种举升装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在半导体加工/处理过程中携带被加工器件运动的举升装置，其包括：向压力缸提供动力的动力源；控制动力源和压力缸之间的动力传递的控制模块；向运动模块输出运动机械能的压力缸；以及运动模块，其根据来自压力缸的机械能而动作，以便携带晶片等被加工器件运动。控制模块包括电动比例调节元件，其根据输入的电信号来控制动力源和压力缸之间的动力传递速度，从而调节运动模块携带被加工器件运动的运动速度。本发明提供的举升装置能够在携带晶片等半导体器件运动过程中平稳运行，并能够使该半导体器件在最高位及最低位时保持中心轴位置不变，从而避免该半导体器件遭受机械损伤，以及因其失位而导致的加工达不到预期结果等问题。

Description

一种举升装置

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及在半导体加工处理工艺中用于取放晶片等半导体器件的举升装置。

背景技术

随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工能力。目前，在半导体器件的制造加工过程中常常需要用到刻蚀机等半导体处理设备，以对晶片等半导体器件进行刻蚀等加工/处理。在这些加工/处理工艺过程中，特别是等离子刻蚀、物理气相沉积、化学气相沉积等工艺过程中，为了固定、支撑及传送晶片等被加工器件，避免被加工器件出现移动或错位现象，往往使用举升装置。例如，在刻蚀之前，借助于举升装置将被刻蚀晶片放置于静电卡盘上；或者，在刻蚀工艺完成后，借助于举升装置将被刻蚀晶片从静电卡盘上取下。

如图1所示，晶片举升装置通常包括传动件1、导杆2、气缸3及顶针4。气缸3中的“T”形结构为气动活塞，其中纵向杆为活塞杆。当气缸3的活塞杆朝下放置时，活塞杆相对于气缸3伸出或缩入，以相应地带动顶针4下降或上升，进而可以带动顶针4上的晶片6下降或上升。

在实际工艺过程中，该晶片举升装置的工作原理及工作过程为：首先，晶片6通过机械手放到顶针4上；然后，操纵顶针4下降，将晶片6置于静电卡盘5上，并通过静电作用将晶片6牢固夹持住，此时晶片6处于最低位，然后开始刻蚀工艺。待刻蚀工艺完成后，先消除静电卡盘5与晶片6之间的静电，然后操纵顶针4升起，使晶片6到达最高位并由机械手取走。

从上述描述可知，放置/取走晶片6的动作较为简单。然而，在实际工艺过程中，对晶片6的位置要求却较高，即，要求晶片6在最高位及最低位时，其中心轴的位置保持不变，并且要求晶片6在上升及下降过程中保持水平，不得抖动，更不能出现滑移。这是因为，一旦晶片6失位(即，偏离预定位置)，将会使其遭受机械损伤或者致使加工达不到预期结果。因此，在实际工艺过程中，要求晶片举升装置必须运行稳定。

为保证晶片举升装置平稳运行，现有技术中常采用控制阀来控制气缸活塞杆伸出或缩入，进而控制顶针带动晶片运动。例如，图2就示出了这样一种晶片举升装置，该装置为现有刻蚀机中常采用的晶片举升装置。

如图2所示，该晶片举升装置除包括图1所示的传动件1、导杆2、气缸3及顶针4之外，还包括气源7、方向控制阀8、排气节流阀9。传动件1、导杆2、气缸3及顶针4的结构和工作原理与前面结合图1所作的描述类似，在此不再赘述。

气缸3中的活塞将气缸3分为含有活塞杆的腔室(以下简称为有杆腔)以及不含活塞杆的腔室(以下简称为无杆腔)。有杆腔和无杆腔分别通过排气节流阀9连接方向控制阀8，方向控制阀8连接气源7。

其中，气源7为该晶片举升装置的动力源，用于提供动能。

方向控制阀8设置在气源7和气缸3之间，用于控制气缸3的有杆腔和无杆腔之间的进/排气转换，换言之，用于控制气缸3的活塞的运动方向，进而控制顶针4的运动方向，即，是伸出还是缩入。

排气节流阀9通过调节其开合度来调节气缸3的活塞运动速度，进而调节顶针4的运动速度，即，是伸出或缩入速度。

在实际工艺过程中，在气缸3的有杆腔和无杆腔进/排气转换完成后，活塞运行较稳定，低速平稳性较好。但是，在上述两个腔进/排气转换时刻，即在气缸3的活塞杆伸出或缩入的瞬间，活塞会突然加速。在活塞杆缩入的瞬间，由于此时顶针4位于静电卡盘5的上表面之下，并且能够在运行平稳后才触及晶片6，故不会出现问题。而在无杆腔开始充气的瞬间，也就是活塞杆伸出的瞬间，因为空气的可压缩性，有杆腔内的空气突然被压缩，活塞杆会出现急速伸出的现象，之后才过渡为平稳运行。因此，在活塞杆急速伸出的瞬间，会造成晶片6因与顶针4瞬间脱离而失位，从而导致机械损伤或者致使加工达不到预期结果等不良后果。

此外，在现有的晶片举升装置中，尽管气缸3的运行速度可以通过调节两个排气节流阀9的开合度而得以控制，但是这两个排气节流阀9不能自动调节，而必须依靠手动调节，这样不仅操作麻烦费时，而且在调节完成后排气节流阀9的开合度被限定为某个固定的值，进而使得气缸3的运行速度也被限定为一个固定值，而不能够根据实际工艺灵活调节。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种举升装置，其能够在携带晶片等半导体器件运动过程中平稳运行，并能够使晶片等半导体器件在最高位及最低位时保持中心轴位置不变，从而避免晶片等半导体器件遭受机械损伤，或者避免因其失位而导致的加工达不到预期结果等问题。

为此，本发明提供一种举升装置，用于在半导体加工/处理过程中携带半导体器件运动，其包括顺次相连的压力源、控制模块、压力缸和用于举升半导体器件的运动模块，其中，所述压力源用于在所述控制模块的控制下向压力缸提供压力；所述控制模块用于控制压力源和压力缸之间的压力传递；所述压力缸依据来自所述压力源的压力而向运动模块输出相应的运动机械能；所述运动模块借助来自所述压力缸的运动机械能而动作，以便携带半导体器件上升或下降。所述控制模块包括电动比例调节元件，所述电动比例调节元件根据输入的电信号来控制压力源和压力缸之间的压力传递速度，从而间接调节所述运动模块携带半导体器件运动的运动速度。

其中，所述电动比例调节元件可以采用下述控制方式之一：1)开环控制模式，即，将预定的电信号由现场或远程输入到电动比例调 节元件的输入端，所述电动比例调节元件根据所述预定的电信号来控制压力源和压力缸之间的压力传递速度，进而间接调节所述运动模块的运动速度；2)闭环控制模式，即，实时采集能够反映活塞位置的数据，并对其进行相应变换后而作为反馈信号输入到电动比例调节元件的输入端，所述电动比例调节元件根据所述反馈信号来控制压力源和压力缸之间的压力传递速度，进而间接调节所述运动模块的运动速度。

优选地，所述控制模块还包括方向控制阀，用以控制所述压力源和所述压力缸之间的压力传递方向。

优选地，所述方向控制阀连接在所述压力缸和所述压力源之间。

优选地，所述压力缸包括有杆腔和无杆腔。所述电动比例调节元件设置在所述压力缸的无杆腔和所述方向控制阀之间，在所述压力缸的有杆腔和所述方向控制阀之间设置排气节流阀。将两个所述电动比例调节元件分别设置在所述压力缸的无杆腔和所述方向控制阀之间以及所述压力缸的有杆腔和所述方向控制阀之间。

其中，所述压力源包括气源，相应地，所述压力缸包括气压缸。当然，所述压力源也可以包括液体源，相应地，所述压力缸包括液动压力缸。

本发明提供的举升装置包括顺次相连的压力源、控制模块、压力缸和运动模块，并且控制模块包括电动比例调节元件。该电动比例调节元件根据输入的电信号而输出与之具有一定比例关系的电信号，以控制压力源和压力缸之间的压力传递速度，进而调节运动模块携带晶片等半导体器件运动的运动速度。这样就可以根据需要获得稳定的运动速度，从而使得该举升装置所携带或者欲携带的晶片等被加工器件不会因为运行速度的不稳定而失位，并且能够使晶片等半导体器件在最高位及最低位时保持中心轴位置不变，这样可以使其避免遭受机械损伤，或者避免因失位而导致的加工达不到预期结果等问题。

另外，本发明提供的举升装置可以采用开环控制模式，也可以采用闭环控制模式，而且也可以通过程序控制、现场控制或者远程控制 来调节压力源和压力缸之间的压力传递速度，进而调节压力缸活塞的运行速度，从而调节运动模块携带晶片等半导体器件运动的运动速度。

因此，本发明提供的举升装置调节灵活方便，并且能够避免现有技术中的举升装置运行速度不稳定的现象，进而避免晶片等被加工器件出现失位现象。

附图说明

图1是现有技术一的举升装置的结构原理示意图；

图2是现有技术二的举升装置的结构原理示意图；

图3是本发明提供的举升装置的结构原理示意图。

具体实施方式

本发明的技术核心为：提供一种用于在半导体加工/处理过程中携带半导体器件运的动举升装置。该举升装置包括顺次相连的压力源、控制模块、压力缸和用于举升半导体器件的运动模块。其中，所述压力源用于在所述控制模块的控制下向压力缸提供压力；所述控制模块用于控制压力源和压力缸之间的压力力传递；所述压力缸依据来自所述压力源的压力而向运动模块输出相应的运动机械能；所述运动模块借助来自所述压力缸的运动机械能而动作，以便携带半导体器件上升或下降。所述控制模块包括电动比例调节元件，所述电动比例调节元件根据输入的电信号来控制压力源和压力缸之间的压力传递速度，从而间接调节所述运动模块携带半导体器件运动的运动速度。

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的举升装置进行详细描述。

请参阅图3，在本发明的一个具体实施例中，举升装置包括传动件1、导杆2、气缸3、顶针4、气源7、方向控制阀8、排气节流阀9以及电动比例调节元件10。

其中，气源7即为本实施例中所采用的动力源，用于向气缸3提供动力。

气缸3即为本实施例中所采用的压力缸，用于根据来自气源7的动力而向运动模块输出相应的运动机械能。

传动件1、导杆2和顶针4构成了本实施例中的运动模块，其可以根据来自气缸3的机械能而动作，以便携带晶片被加工器件运动。例如，将晶片放置于静电卡盘5上，或者使其脱离静电卡盘5。当然，本发明中所说的携带晶片等被加工器件运动并不局限于带动晶片等半导体器件作升降运动，而是可以包括任何能够采用本装置并实现平稳运行的运动。

至于传动件1、导杆2、气缸3、顶针4和气源7的结构和工作原理，与前面结合图1和图2所作的描述类似，在此不再赘述。

方向控制阀8设置在气源7和气缸3之间，用于控制气缸3的有杆腔和无杆腔之间的进/排气转换，换言之，用于控制气缸3的活塞的运动方向，进而控制顶针4的运动方向，即伸出还是缩入。

排气节流阀9设置在气缸3的有杆腔和方向控制阀8之间，用于通过调节其开合度来调节有杆腔的进/排气速度。

电动比例调节元件10设置在气缸3的无杆腔和方向控制阀8之间，用于根据输入的电信号来调节无杆腔的进气速度。实际上，电动比例调节元件10通过调节向无杆腔供气的流量或压力来调节无杆腔的进气速度。

下面详细说明电动比例调节元件10的工作原理和工作过程。

当晶片位于最高位并需要下降时，方向控制阀8控制气缸3进行进/排气转换，即，在本实施例中，使气缸3的无杆腔进气、有杆腔排气。首先，将连接有杆腔的排气节流阀9调节到合适流量并保持不变(即，使有杆腔的排气速度保持不变)；而后，向电动比例调节元件10输入电信号，以便控制最初以较小的流量向无杆腔输入气体，此时，气缸3的活塞运动速度也相应地较小，从而可以避免出现前述的活塞杆急速伸出的现象；然后，再调整电动比例调节元件10的输入信号，以适当地调大无杆腔的进气流量，此时活塞杆已平稳伸出，并可以将晶片6放落至静电卡盘5的合适位置上。

所谓电动比例调节元件10，指的是输入量为电信号、且输出量和输入量之间存在一定的比例关系的元件，例如，可以是电动比例调节阀等。

由上述描述可以看出，本发明提供的举升装置引入了电动比例调节元件10，通过输入电信号，该电动比例调节元件10可以输出与该输入信号成比例关系的输出信号，以调节向上述无杆腔输送气体的流量或压力，这样，就可以根据需要，调节举升装置的运行速度，从而使举升装置所携带或者欲携带的晶片不会因为运行速度的不稳定而失位。而且，该电动比例调节元件10响应时间较短，不会影响举升装置的运行时间，因而能够满足刻蚀等半导体加工/处理工艺对举升装置的要求。

可以理解，借助于电动比例调节元件10来调节气体进入气缸的速度时，可以采用开环控制模式，也可以采用闭环控制模式。采用开环控制模式时，可以根据经验向电动比例调节元件10提供输入信号。采用闭环控制模式时，可以通过传感器测定气缸活塞运行位置，并将其作为反馈信号，从而使电动比例调节元件10根据该反馈信号输出相应的信号，来调节气体进入气缸的速度。当然，也可以远程为电动比例调节元件10提供输入信号，以实现远程控制。另外，本发明提供的举升装置还可以进行多级连续调节。

需要指出的是，本发明提供的举升装置可以通过程序控制、现场控制或者远程控制来调节气缸活塞的运行速度，进而调节该装置的举升速度。因此，本发明提供的举升装置调节灵活方便，能够避免气缸运行过程中速度不稳定的现象，进而避免晶片出现失位现象。

进一步需要指出的是，尽管在前述实施例中，气缸活塞杆是向下放置的，但是本发明并不局限于此，根据本发明可简单推理出与之相似并起到相同效果的气动控制方法。例如，在实际应用中也可以使气缸活塞杆向上放置，并改变相应气路，这同样也可以实现前述发明目的。当然，也可以在气缸的两个供气气路中都使用电动比例调节元件10，也就是说，将图3中连接气缸有杆腔的排气节流阀9替换为电动比例调节元件10。

另外，前述实施例中采用气源作为动力源，并且采用气缸及其活塞作为运动机构。但是，本发明并不局限于此，而是也可以采用液体源作为动力源，同时采用液压缸及其活塞作为运动机构，等等。

当然，本发明提供的举升装置并不局限于仅应用在刻蚀设备中，而是也可以应用于其他半导体加工/处理设备。另外，被加工器件也不仅仅局限于晶片，而是也可以为其他能够由上述半导体加工/处理设备进行加工/处理的器件。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种举升装置，用于在半导体加工/处理过程中携带半导体器件运动，该举升装置包括顺次相连的压力源、控制模块、压力缸和用于举升半导体器件的运动模块，其中

所述压力源用于在所述控制模块的控制下向压力缸提供压力；

所述控制模块用于控制压力源和压力缸之间的压力传递；

所述压力缸依据来自所述压力源的压力而向运动模块输出相应的运动机械能；

所述运动模块借助来自所述压力缸的运动机械能而动作，以便携带半导体器件上升或下降，

其特征在于，所述控制模块包括电动比例调节元件，所述电动比例调节元件根据输入的电信号来控制压力源和压力缸之间的压力传递速度，从而间接调节所述运动模块携带半导体器件运动的运动速度。

2.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，所述电动比例调节元件可以采用下述控制方式之一：

1)开环控制模式，即，将预定的电信号由现场或远程输入到电动比例调节元件的输入端，所述电动比例调节元件根据所述预定的电信号来控制压力源和压力缸之间的压力传递速度，进而间接调节所述运动模块的运动速度；

2)闭环控制模式，即，实时采集能够反映活塞位置的数据，并对其进行相应变换后而作为反馈信号输入到电动比例调节元件的输入端，所述电动比例调节元件根据所述反馈信号来控制压力源和压力缸之间的压力传递速度，进而间接调节所述运动模块的运动速度。

3.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，所述电动比例调节元件包括电动比例调节阀。

4.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，所述控制模块还包括方向控制阀，用以控制所述压力源和所述压力缸之间的压力传递方向。

5.根据权利要求4所述的举升装置，其特征在于，所述方向控制阀连接在所述压力缸和所述压力源之间。

6.根据权利要求5所述的举升装置，其特征在于，所述压力缸包括有杆腔和无杆腔。

7.根据权利要求6所述的举升装置，其特征在于，所述电动比例调节元件设置在所述压力缸的无杆腔和所述方向控制阀之间，在所述压力缸的有杆腔和所述方向控制阀之间设置排气节流阀。

8.根据权利要求6所述的举升装置，其特征在于，将两个所述电动比例调节元件分别设置在所述压力缸的无杆腔和所述方向控制阀之间以及所述压力缸的有杆腔和所述方向控制阀之间。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的举升装置，其特征在于，所述压力源包括气源，相应地，所述压力缸包括气压缸。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的举升装置，其特征在于，所述压力源包括液体源，相应地，所述压力缸包括液动压力缸。

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