CN101740449B - 一种漩涡流硅片夹持器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漩涡流硅片夹持器。在∏型喷气腔上部开有沿圆周切向布置的两个进气口，圆形隔板中心与连接柱的一端为螺纹连接，连接柱的另一端与∏型喷气腔内端面中心为螺纹连接，圆形隔板上开有吸气孔，圆形隔板圆周上有多个等分分布的凸缘，凸缘与∏型喷气腔内圆柱面为滑动配合，∏型喷气腔内圆柱面与圆形隔板圆周之间的空隙被多个凸缘分割成多个喷出气流的流出通道。喷气腔内漩涡气流的中心为真空区，通过圆形隔板上的吸气孔抽吸气体，在硅片表面形成负压力，漩涡气流通过凸缘间的流出通道喷射到硅片表面，在硅片表面形成正压力，夹持器通过这两个力的平衡实现对硅片的非接触式夹持，同时通过调节圆形隔板的位置，能够实现夹持力的调节。

Description

一种漩涡流硅片夹持器

技术领域

本发明涉及一种硅片夹持装置，尤其是涉及一种漩涡流硅片夹持器。

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，目前采用的主要方式为接触式真空吸盘夹持，该方式由于吸盘与硅片的直接接触，不可避免地使硅片表面产生污染、划伤和翘曲变形等缺陷，因此对于具有纳米级制造精度的芯片来说会造成废品率增加以及生产率低下等问题。随着半导体行业的发展，硅片的尺寸也发生了很大变化，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，硅片尺寸的不断增大也使硅片的夹持与输送遇到了很大的挑战。

近年来各国的科研人员非常重视硅片的非接触式夹持与输送技术的研究，从现有的文献来看，非接触夹持可以通过电磁学、光学、声悬浮以及空气动力学等原理实现。其中利用空气动力学原理实现的非接触夹持，由于对硅片的材料、形状限制低，对工作环境没有污染，同时利用该原理开发的装置还可以推广应用到食品包装、印刷、微电子、电讯、医药等诸多领域，因而被各研究机构看好，并认为是现有生产环境下最有前景的方式之一。

目前利用气动原理开发的伯努利悬浮非接触夹持装置已实际应用在工业中，但由于用气量过大导致管道内有较大的功率损耗以及随之而来的噪声，限制了其优势。为克服这些缺点，有人提出漩涡流非接触夹持原理(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受到旋转剪切力，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，与其它设备发生冲撞，影响了该方案的有效实施，同时该方案的夹持力也无法根据被夹持物体做相应的调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种漩涡流硅片夹持器，利用喷气腔产生的漩涡流中心的真空效应，在吸气孔下方的硅片表面形成负压力，同时从流出通道喷出的气体在流出通道下方的硅片表面形成正压力，硅片在两者合力的作用下达到平衡；采用圆形隔板的设计，使漩涡流无法直接作用于硅片表面，避免了硅片的受迫旋转；采用圆形隔板与连接柱螺纹配合的设计，通过改变圆形隔板在喷气腔内的相对位置，实现了夹持力大小的调节；最终实现了硅片的非接触式稳定夹持。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

包括截面为∏型喷气腔，∏型喷气腔上部开有沿圆周切向布置的两个进气口，圆形隔板中心与连接柱的一端为螺纹连接，连接柱的另一端与∏型喷气腔内端面中心为螺纹连接，圆形隔板上开有吸气孔，圆形隔板圆周上有多个等分分布的凸缘，凸缘与∏型喷气腔内圆柱面为滑动配合，∏型喷气腔内圆柱面与圆形隔板圆周之间的空隙被多个凸缘分割成多个喷出气流的流出通道。

所述的圆形隔板上的吸气孔为周向均匀分布，吸气孔直径与∏型喷气腔内圆柱面直径之比为1/20～1/10。

所述的流出通道径向宽度与∏型喷气腔内圆柱面半径之比为1/10～1/5。

本发明通过研究夹持稳定性发现，采用圆形隔板将旋转气流与硅片隔开，能够有效的抑制旋转气流对硅片的剪切作用，使硅片仅受到抽吸气流的吸力和喷出气流的排斥力，吸气孔直径与喷气腔内壁面直径比值大小直接决定着漩涡流的隔断效果，比值太大，漩涡流仍然会对硅片表面存在到旋转剪切力的作用，比值太小，抽吸时的流阻大，真空效率不高。

通过研究漩涡流中心压力分布发现，距漩涡中心距离小于4/5半径的区域压力处于负压状态，超过4/5半径的区域，压力开始变为正压状态。

通过研究作用于硅片的夹持力发现，改变圆形隔板在喷气腔内的相对位置，能够改变硅片表面负压力和正压力的大小，达到改变夹持力的效果。

本发明具有的有益的效果是：

沿圆周切向布置的进气口，使进入喷气腔的高压气体产生漩涡运动，圆形隔板隔断了漩涡流对硅片的旋转剪切作用，漩涡流中心区域的抽吸作用在吸气孔下方的硅片表面形成负压力，吸气孔呈周向对称分布，保证了硅片所受负压力的均匀分布，经流出通道喷出的气体在硅片表面产生正压力，流出通道在周向均匀分布，保证了硅片所受正压力的均匀分布，改变圆形隔板在喷气腔内的相对位置，可以调节夹持力的大小，硅片在正压力和负压力的作用下形成稳定可调的悬浮，本发明具有结构简单、工艺性好、操作简单等优点，能够实现硅片的非接触式夹持。

附图说明

图1是本发明的外形结构的正视图。

图2是本发明的外形结构的俯视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是图3的C-C剖视图。

图5是图3的B向视图。

图6是圆形隔板与连接柱相配合的外形结构图。

图7是硅片受力分析图。

图中：1.喷气腔，2.圆形隔板，3.进气口，4.凸缘，5.流出通道，6.吸气孔，7.硅片，8.喷出气流，9.抽吸气流，10.连接柱，11.圆形隔板圆周。

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、图6、图7所示，本发明包括截面为∏型喷气腔1，∏型喷气腔1上部开有沿圆周切向布置的两个进气口3，圆形隔板2中心与连接柱10的一端为螺纹连接，连接柱10的另一端与∏型喷气腔1内端面中心为螺纹连接，圆形隔板2上开有吸气孔6，圆形隔板圆周11上有多个等分分布的凸缘4，凸缘4与∏型喷气腔1内圆柱面为滑动配合，∏型喷气腔1内圆柱面与圆形隔板圆周11之间的空隙被多个凸缘4分割成多个喷出气流的流出通道5。

所述的圆形隔板2上的吸气孔6为周向均匀分布，吸气孔6直径与∏型喷气腔1内圆柱面直径之比为1/20～1/10。

所述的流出通道5径向宽度与∏型喷气腔1内圆柱面半径之比为1/10～1/5。

如图4所示，高压气体从沿圆周切向布置的进气口3进入喷气腔1后，在喷气腔1内部产生漩涡流。

如图3、图5、图7所示，当喷气腔1内的漩涡流，被圆形隔板阻隔后，会形成抽吸气流9、喷出气流8，抽吸气流9在硅片7表面形成负压力，喷出气流8在硅片表面形成正压力，吸气孔6和流出通道5沿周向均匀分布，硅片受力均匀，硅片7在正压力和负压力的共同作用下能够被稳定的夹持。

如图3、图7所示，圆形隔板2与连接柱10底部采用螺纹配合，连接柱10顶部与喷气腔1顶部采用螺纹连接，通过调节圆形隔板在喷气腔内的位置，能够改变喷出气流8对硅片7的正压力和抽吸气流9对硅片7的负吸力的大小，达到调节夹持力的目的。

通过本发明，可以实现硅片7的稳定悬浮，确保硅片7与喷气腔不接触，满足硅片7非接触式夹持的要求。

上述漩涡流硅片夹持器的工作过程如下：

高压气体由进气口3进入喷气腔1，在喷气腔1内部形成漩涡流，漩涡流被圆形隔板2阻隔，不直接作用在硅片7上，抑制了漩涡流对硅片7的旋转扰动；漩涡流的中心区域会出现真空，硅片表面的气体在真空力的作用下，形成通过吸气孔6的抽吸气流9，吸气孔6下方的硅片7表面受到的负压力的作用，吸气孔6周向均匀分布确保了硅片所受负压力的均匀性；漩涡流最终沿流出通道5形成喷出气流8，喷射到硅片7表面，在硅片7表面产生正压力的作用，圆形隔板2上的凸缘4，对漩涡流进行消旋，凸缘4周向均匀分布确保硅片所受正压力的均匀性；硅片7在正压力和负压力的合力作用下，实现稳定的悬浮；调节螺纹配合改变圆形隔板2与喷气腔1的相对位置，能够改变喷出气流8作用于硅片7的正压力和抽吸气流9作用于硅片7的负压力的大小，起到调节夹持力大小的作用。由于硅片7能够在漩涡流产生的均匀的正压力和负压力的合力作用下实现稳定的悬浮，故对硅片7的夹持能够安全可靠的进行。

Claims (2)

1.一种漩涡流硅片夹持器，包括截面为∏型喷气腔(1)，∏型喷气腔(1)上部开有沿圆周切向布置的两个进气口(3)，其特征在于：圆形隔板(2)中心与连接柱(10)的一端为螺纹连接，连接柱(10)的另一端与∏型喷气腔(1)内端面中心为螺纹连接，圆形隔板(2)上开有吸气孔(6)，圆形隔板圆周(111)上有多个等分分布的凸缘(4)，凸缘(4)与∏型喷气腔(1)内圆柱面为滑动配合，∏型喷气腔(1)内圆柱面与圆形隔板圆周(11)之间的空隙被多个凸缘(4)分割成多个喷出气流的流出通道(5)；所述的圆形隔板(2)上的吸气孔(6)为周向均匀分布，吸气孔(6)直径与∏型喷气腔(1)内圆柱面直径之比为1/20～1/10。

2.根据权利要求1所述的一种漩涡流硅片夹持器，其特征在于：所述的流出通道(5)径向宽度与∏型喷气腔(1)内圆柱面半径之比为1/10～1/5。

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