CN101510521B - 旋涡式非接触硅片夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋涡式非接触硅片夹持装置。包括吸盘主体和稳流网两部分。吸盘主体顶部切向布置进气口，底部有帽檐结构，其上开有分流孔及对准槽；稳流网为扁圆柱结构，其上布有多个稳流孔，周围设有环形壁，壁上开有分流孔，与吸盘主体结构上的分流孔一一对应。压缩气体经过进气口沿切向方向进入吸盘，在壁面束缚作用下形成旋涡流，旋涡流的中心区域由于离心力作用产生真空；同时，旋涡流向下运动，一部分在吸盘底部呈射线状排出，另一部分通过分流孔排出。硅片在旋涡中心的负压、空气溢出的正压和自身重力三者之间的动态平衡下实现非接触夹持。本发明在较小耗气量情况下，可以实现对硅片的稳定夹持，结构简单、工艺性好等优点。

Description

旋涡式非接触硅片夹持装置

技术领域

本发明涉及硅片夹持装置，尤其涉及一种旋涡式非接触硅片夹持装置。

背景技术

硅片的夹持与输送是半导体生产工艺中的一个重要环节，较大程度的影响着硅片曝光前后的可靠性。现有技术中，主要采用接触式真空吸盘，通过真空吸附将硅片下表面紧贴在传送机械手上，确保了硅片传送过程的稳定性。然而，与吸盘的直接接触易导致硅片受力不均，从而造成硅片翘曲变形等缺陷。按照美国半导体工业协会(SIA)的微电子技术发展构图，2009年将开始使用直径为450mm的硅片，硅片尺寸的进一步增大，降低了硅片的刚度，由此导致硅片更易弯曲，从而增加了采用接触式夹持与输送的难度。同时，采用接触式夹持方式，将不可避免的造成硅片下表面的表面污染与划伤，对于硅片双面刻蚀生产要求而言，将严重的影响硅片表面质量，从而降低其生产效率及硅片利用率，这对于具有纳米级精度的芯片制造而言，将意味着废品率的进一步增加。

目前非接触夹持大多利用空气动力学中的伯努利原理(例如美国专利US5067762及US2006/0290151)，等高流动时，流速大，压力就小。但由于其用气量过大而导致管道内较大的功率损耗，且噪声较大，而限制了其应用。  为了克服上述缺点，有人提出旋涡式非接触夹持原理(例如美国专利US6099056)，与伯努利原理装置相比，采用该方案，在等流量气体情况下可获得更大的吸附力，因而效率更高。然而，旋涡流的引入却导致了硅片上表面剪切力的产生，在该力的牵引下，被夹持硅片被迫发生旋转运动，并由此导致硅片处于不稳定状态，甚至于在垂直方向发生振动，与其它设备发生冲击，从而严重的影响了该方案的有效实施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋涡式非接触硅片夹持装置，利用空气动力学原理，在半封闭的流道中诱发旋涡流，借助于旋涡中心的负压力、空气溢出的正压力和工件自重三者之间的动态平衡，实现硅片的非接触夹持与输送，在获得有效吸附的同时，避免硅片的旋转。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明包括吸盘主体和稳流网；其中：

1)吸盘主体上半部分吸盘壁外部为长方体，内部为圆柱腔体，圆柱腔体顶部同一圆周上开有两个均布的进气口，进气口与圆柱腔体相切；吸盘主体下半部分为帽檐结构，帽檐结构孔内侧开有一个对准槽及固定环道，固定环道同一圆周上开有多个均布的分流孔；

2)稳流网为扁圆柱结构，底面开有网状稳流孔；周围设有环形壁面，环形壁面同一圆周上开有多个均布的分流孔及一个对准块；

吸盘主体与稳流网之间通过一个对准槽和一个对准块配合对准，固定环道与稳流网的环形壁面之间为粘接固定，吸盘主体的帽檐结构的底面和稳流网的底面齐平。

本发明具有的有益的效果是：

(1)通过分流孔和稳流网的综合作用，在获得旋涡流吸附力的同时，由于对吸盘底部旋涡的破坏，抑制了剪切力的产生的，从而避免了硅片的旋转运动，为获得稳定可靠的非接触夹持创造了条件。

(2)通过优化匹配形成吸附力的气体注入量与形成剪切力的气体释放量，从而在获得较大的吸附力的同时，避免气体的过量损耗，并由此抑制了噪声污染。

(3)本发明结构简单、工艺性好。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图。

图2是本发明的立体结构及拆分装配示意图。

图3是吸盘主体结构的横截面图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5是图4的B-B剖视图。

图6是本发明的一种稳流网的俯视图。

图7是本发明的另一种稳流网的俯视图。

图中：1、吸盘主体，1A、吸盘壁，1B、进气口，1C、帽檐结构，1D、对准槽，1E、分流孔，1F、固定环道，2.稳流网，2A、环形壁面，2B、分流孔，2C、对准块，2D、稳流孔，2D′、稳流孔，3、硅片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明包括吸盘主体1和稳流网2；其中：

1)吸盘主体1上半部分吸盘壁1A外部为长方体，内部为圆柱腔体，圆柱腔体顶部同一圆周上开有二个均布的进气口1B，进气口1B与圆柱腔体相切；吸盘主体1下半部分为帽檐结构1C，帽檐结构1C孔内侧开有一个对准槽1D及固定环道1F，固定环道1F同一圆周上开有多个均布的分流孔1E；

2)稳流网2为扁圆柱结构，底面开有网状稳流孔；周围设有环形壁面2A，环形壁面2A同一圆周上开有多个均布的分流孔2B及一个对准块2C；

吸盘主体1与稳流网2之间通过一个对准槽1D和一个对准块2C配合对准，固定环道1F与稳流网2的环形壁面2A之间为粘接固定，吸盘主体1的帽檐结构1C的底面和稳流网2的底面齐平。

所述的固定环道1F上的分流孔1E和环形壁面2A上的分流孔2B孔径和孔数相等，孔数为2～6个。

如图6所示，所述的网状稳流孔为圆形孔2D，直径在0.5～2mm之间。如图7所示，所述的网状稳流孔为方形孔2D′，长度在0.5～2mm之间。

如图1所示为本发明的工作原理。在夹持过程中，压缩气体通过进气口沿切向方向进入圆柱腔体，在壁面的束缚下形成旋涡流，由于空气动力学原理中的离心力作用，旋涡流在向下运动过程中，在中心区域产生负压区，硅片3在负压产生的吸引力、排除气体正压产生的排斥力以及自身重力的作用下达到动态平衡的吸附状态。

如图2所示为本发明的两结构之间的上拆分装配示意图。吸盘主体1与稳流网2为同轴配合，其中稳流网2的对准块2C卡在吸盘主体1的对准槽1D内，使得稳流网2上的分流孔2B与吸盘主体1上的稳流网1E可以精确对准，以便一部分旋转气流可以通过分流孔顺利排出；吸盘主体1与稳流网2为粘接固定。

吸盘主体1包括吸盘壁1A、进气口1B、帽檐结构1C、一个对准槽1D、分流孔1E以及固定环道1F。其中吸盘壁1A的外部为长方体，易于加工和固定，内部为圆柱腔体以便于形成旋涡流；进气口1B在圆柱腔体顶部均匀、切向布置，使压缩气体更易形成旋涡流；帽檐结构1C为直径较大的圆环体，气体在排出过程中经过较长的底面距离可使得夹持过程更加稳定；帽檐结构1C上开有一个对准块1D，是为了和稳流网2精确配合；帽檐结构1C的同一在圆周上开有多个分流孔1E，是为了减少从吸盘底部排出的气体，以降低排除气体对硅片3表面产生的正压力，从而实现相同耗气量产生较大吸附力的效果；固定环道1F的孔径略大于吸盘主体1的圆柱腔体孔径，目的是使得稳流网2更加方便容易的与吸盘主体1配合。

图6、图7所示为稳流网2的俯视图，它包括环形壁面2A、同一圆周上的均布的多个分流孔2B、一个对准块2C以及网状稳流孔。环形壁面2A与吸盘主体1上的固定环道1F配合；分流孔2B与吸盘主体1上的分流孔1E直径相等且一一对应；对准块2C卡在吸盘主体1的对准槽1D内；稳流孔的主要作用就是破坏排除气体的旋转运动，削弱引入旋涡流后对硅片3的剪切力，同时保留旋涡流中心区域的负压区对硅片3的吸附力作用，从而实现吸盘对硅片3的稳定夹持。稳流孔的孔隙率大小对稳流网2的性能影响较大，优化空隙率在50％～90％之间，否则将严重削弱负压对硅片3的吸附力大小或是没有稳流作用；稳流网2的厚度在0.1～1mm，厚度太小，则旋涡的削弱作用不明显，厚度太大，则会由于气阻的增加而导致硅片3受到排斥力大于吸附力，无法实现夹持过程。

Claims (5)

1.一种旋涡式非接触硅片夹持装置，其特征在于：包括吸盘主体(1)和稳流网(2)；其中：

1)吸盘主体(1)上半部分吸盘壁(1A)外部为长方体，内部为圆柱腔体，圆柱腔体顶部同一圆周上开有两个均布的进气口(1B)，进气口(1B)与圆柱腔体相切；吸盘主体(1)下半部分为帽檐结构(1C)，帽檐结构(1C)孔内侧开有一个对准槽(1D)及固定环道(1F)，固定环道(1F)的同一圆周上开有多个均布的分流孔(1E)；

2)稳流网(2)为扁圆柱结构，底面开有网状稳流孔；周围设有环形壁面(2A)，环形壁面(2A)同一圆周上开有多个均布的分流孔(2B)及一个对准块(2C)；

吸盘主体(1)与稳流网(2)之间通过一个对准槽(1D)和一个对准块(2C)配合对准，固定环道(1F)与稳流网(2)的环形壁面(2A)之间为粘接固定，吸盘主体(1)的帽檐结构(1C)的底面和稳流网(2)的底面齐平。

2.根据权利要求1所述的一种旋涡式非接触硅片夹持装置，其特征在于：所述的固定环道(1F)上的分流孔(1E)和环形壁面(2A)上的分流孔(2B)孔径和孔数相等，孔数为2～6个。

3.根据权利要求1所述的一种旋涡式非接触硅片夹持装置，其特征在于：所述的网状稳流孔为圆形孔(2D)，直径在0.5～2mm之间。

4.根据权利要求1所述的一种旋涡式非接触硅片夹持装置，其特征在于：所述的网状稳流孔为方形孔(2D′)，长度在0.5～2mm之间。

5.根据权利要求1所述的一种旋涡式非接触硅片夹持装置，其特征在于：所述的网状稳流孔的孔隙率为50％～90％，其厚度为0.1～1mm。

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