CN102709223B - 一种利用线绳弹簧拉伸的推杆式晶圆夹持装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用线绳弹簧拉伸的推杆式晶圆夹持装置，该装置包括托盘、四个底面支撑组件、两个侧面支撑组件和一个线绳伸缩夹持组件。线绳伸缩夹持组件包括电机、线绳、一个推杆、两个移动夹子、两个限位装置和两个弹簧元件。在电机与弹簧元件的作用下，线绳拉动推杆沿X轴方向运动，使得晶圆夹在两个侧面支撑组件与两个移动夹子之间，弹簧的压缩变形作用对晶圆边缘产生压力，可固定晶圆。通过改变凸起支撑件的位置并通过调整限位装置，可以实现对不同直径尺寸晶圆的夹持，解决了现有传输结构中可传输晶圆尺寸单一的问题。利用弹簧元件使夹持晶圆时具有柔性，起到夹持缓冲的作用，避免了夹持晶圆过程中由于夹持力的冲击引起的晶圆损坏。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造过程中晶圆夹持装置。
背景技术
在半导体制造过程中，如晶圆的清洗、抛光等，在片盒-片盒、片盒-腔室之间存在对晶圆进行的大量传输，因此设计出一种安全有效的晶圆传输装置是半导体行业研究的热点之一。
专利US2006/0192400A1的晶圆传输装置如图13所示。托盘124上固定有四个凸起支撑126，晶圆底面与126上表面接触，由126支撑，可移动夹子138通过连杆136与气缸130连接。通过执行外部控制单元指令，气缸推动杆136进行前后直线移动。夹子138在推杆136的作用下同步前后直线移动。当气缸推动杆136向前移动时，晶圆W被夹在托盘前端凸起件128与移动夹子前端凸起件140之间，使晶圆固定。
专利US7,186,297B2的晶圆传输装置如图14所示。托盘1上固定有四个凸起件10，传输过程中晶圆W底面与10的上表面接触，由四个凸起支撑件10支撑，通过执行外部控制单元指令时，气缸推动杆2前后直线移动，杆2与夹子8连接，杆2的移动带动夹子8同步移动。当杆2向前移动时，夹子8的前端8a与晶圆W的边缘接触，将晶圆W被夹在8a与凸起件6之间，使晶圆固定。
以上方法可以应用在半导体制造中晶圆的传输，但存在一些不足。
①夹子128、凸起件140、凸起件6为圆柱状，在固定晶圆时，只限制了晶圆水平方向自由度，没有限制垂直方向自由度，因此只能在水平面内传输晶圆；
②夹子138、推杆2为刚性件，在夹持晶圆过程中，推杆移动距离的偏差将引起晶圆的破损；
③凸起支撑件126与10在托盘上的位置固定，因此只能传输一定尺寸范围的晶圆，受到晶圆直径尺寸的限制。
针对以上的不足，有必要设计出能够应用在半导体制造中可以在任意方向安全传输且不受晶圆直径尺寸限制的晶圆传输装置。
发明内容
本发明设计了一个晶圆夹持装置，目的在于提供能够不受晶圆直径尺寸限制的晶圆夹持装置。
本发明技术方案如下：
一种利用线绳弹簧拉伸的推杆式晶圆夹持装置，该晶圆夹持装置包括固定夹持装置和线绳伸缩夹持装置；固定夹持装置包括托盘、两个侧面支撑元件、四个凸起支撑件和八个圆孔；托盘的形状为Y形；侧面支撑元件对称布置在托盘的末端位置；凸起支撑件为圆柱状，且圆柱上部分倒圆角；晶圆底面与凸起支撑件上表面接触，由四个凸起支撑件支撑晶圆；八个圆孔对称布置在托盘两侧；凸起支撑件固定在圆孔内；侧面支撑元件为圆柱形，其外表面与晶圆的外表面接触；
线绳伸缩夹持装置包括电机、线绳、限位装置、弹簧元件、推杆组件和移动夹子；推杆组件包括推杆和推杆梁，两个移动夹子对称布置在推杆梁两侧；移动夹子为圆柱形，圆柱底部倒圆角，其外表面与晶圆外边缘接触；
限位装置固定在托盘上，包括一个横梁、四个调节螺钉、两个挡板；横梁固定在托盘上，且开有四个螺纹孔、两个第一圆孔和一个第二圆孔；四个螺纹孔两个第一圆孔沿Y轴方向对称布置在横梁两侧，四个调节螺钉分别安装在四个螺纹孔中，两个挡板分别安装在两个第一圆孔中；推杆穿过第二圆孔；
电机固定在基座上，线绳与推杆固定连接；两个弹簧元件的一端固定在推杆梁上，另一端分别与两个挡板连接；电机带动线绳沿X轴负方向运动，线绳带动推杆组件沿X轴负方向运动；当晶圆放在托盘上后，此时电机停止工作，推杆组件在弹簧元件的作用下沿X轴正方向运动，推杆组件前端的两个移动夹子与晶圆的边缘接触，弹簧元件此时仍处于压缩状态，在弹簧力作用下移动夹子对晶圆具有压力作用，使得晶圆能够被固定在移动夹子和侧面支撑元件中间。
八个圆孔相对于X轴对称布置于托盘两侧，八个圆孔中的四个圆孔分布于一个圆周上，其余四个圆孔分布于另一个圆周上。
本发明装置中通过调整四个螺钉可以调整挡板与推杆梁之间的距离，进而可以调整夹持晶圆时弹簧元件的压缩量，因此可以根据工况要求改变夹持晶圆时的推力。通过改变限位装置在托盘上的固定位置，进而可以使本发明晶圆夹持装置适合不同直径尺寸的晶圆。利用弹簧元件使夹持晶圆时具有柔性，起到夹持缓冲的作用，避免了夹持晶圆过程中由于夹持力的冲击引起的晶圆损坏。
附图说明
图1是本发明晶圆传输装置的俯视图。
图2是本发明装置托盘结构主视图。
图3是本发明装置凸起支撑主视图。
图4是本发明装置传输大直径尺寸晶圆示意图。
图5是本发明装置传输小直径尺寸晶圆示意图。
图6是本发明装置线绳伸缩装置俯视图。
图7是本发明装置线绳伸缩装置主视图。
图8是本发明装置连接横梁侧视图。
图9是本发明装置螺钉位置调整示意图。
图10是本发明装置螺钉位置调整示意图。
图11是本发明装置线绳伸缩装置位置调整示意图。
图12是本发明装置线绳伸缩装置位置调整示意图。
图13现有晶圆传输装置。
图14现有晶圆传输装置。
图中：
100-晶圆夹持装置；101-托盘；102-支撑元件；103-凸起支撑件；104-圆孔；
200-线绳伸缩夹持装置；201-电机；202-线绳；203-限位装置；204-弹簧元件；205-推杆组件；206-移动夹子；
2031-横梁；2032-调节螺钉；2033-挡板；
2031a-螺纹孔；2031b-第一圆孔；2031c-第二圆孔；
205a-推杆；205b-推杆梁；
900-晶圆；
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。
图1是本发明中晶圆夹持装置100的俯视图。晶圆夹持装置包括固定夹持装置100和线绳伸缩夹持装置200。图2、图3为固定夹持装置100主视图。
固定夹持装置100包括托盘101、两个侧面支撑元件102、四个凸起支撑件103、8个圆孔104。托盘101的形状为Y形，四个凸起支撑件103固定在圆孔104内，且对称分布在托盘101两侧。侧面支撑元件102对称布置在托盘101的末端位置。
如图3所示，凸起支撑件103为圆柱状，且圆柱上部分倒圆角，避免与晶圆900接触时划伤晶圆900。四个凸起支撑件上表面103a在同一平面，当取晶圆时，晶圆底面900a与凸起支撑件上表面103a接触，由四个凸起支撑件103支撑晶圆900。
八个圆孔104对称布置在托盘101两侧，每侧四个圆孔104。凸起支撑件103固定在圆孔104内，采用螺纹连接或粘接的固定方式。凸起支撑件103布置在不同圆孔104内时，凸起支撑件103之间的距离发生变化，因此可以实现对不同直径尺寸晶圆900的拾取。图4为拾取较大直径尺寸晶圆900示意图，图5为拾取较小直径尺寸晶圆900示意图。
如图2所示，侧面支撑元件102为圆柱形。当夹持晶圆900时，侧面支撑元件102的外表面与晶圆900的外表面接触，起到夹持晶圆900的目的。
图6为线绳伸缩夹持装置200结构示意图。该装置包括电机201、线绳202、限位装置203、弹簧元件204、推杆205、移动夹子206。
图7为推杆205侧视图。推杆205包括杆205a、推杆梁205b、两个移动夹子206，两个移动夹子206对称布置在推杆两侧，这样利用两点与晶圆900边缘接触，可以起到夹持力通过晶圆900中心位置的作用，移动夹子206为圆柱形，圆柱底部倒圆角，避免划伤晶圆900。移动夹子205的圆柱外表面与晶圆900外边缘接触，起到固定晶圆900的目的。
限位装置203固定在托盘101上，限位装置203包括一个横梁2031四个螺钉2032、两个挡板2033。图8为横梁2031侧视图，横梁2031固定在托盘101上，且开有四个螺纹孔2031a、两个第一圆孔2031b、一个第二圆孔2031c。四个螺纹孔2031a、两个第一圆孔2031b沿Y轴方向对称布置在横梁2031两侧，四个螺钉2032分别安装在四个螺纹孔2031a中，两个挡板2033分别安装在两个第一圆孔2031b中，且挡板2033可沿X轴方向运动。推杆205穿过第二圆孔2031b，推杆205可沿X轴运动。
电机201固定在基座001上，线绳202与推杆205固定连接。两个弹簧元件204的一端固定在推杆205上，另一端分别与两个挡板2033连接。抓取晶圆900时，电机201带动线绳202沿X轴负方向运动，进而线绳202带动推杆205沿X轴负方向运动，由于四个螺钉2032与挡板2033接触，限制了挡板2033沿X负方向的运动，因此此时弹簧元件204为压缩状态。当晶圆900放在托盘101上后，由四个凸起支撑件103支撑，此时电机201停止工作，推杆205在弹簧元件204的作用下沿X轴正方向运动，推杆205前端的两个移动夹子205b与晶圆900的边缘接触，弹簧元件204此时仍处于压缩状态，在弹簧力作用下移动夹子205b对晶圆900具有压力作用，使得晶圆900能够被固定在移动夹子205b和侧面支撑元件102中间。
如图9所示，当限位装置203位置固定后，通过调整四个螺钉2032可以调整挡板2033与推杆梁205b之间的距离，进而可以调整夹持晶圆900时弹簧元件204的压缩量，因此可以根据工况要求改变夹持晶圆900时的推力。
由图9与图10的对比可以看出，可以改变限位装置203在托盘101上的固定位置，进而可以使本发明晶圆夹持装置适合不同直径尺寸的晶圆900。图11为夹持较小直径尺寸晶圆900时限位装置203位置示意图，图12为夹持较大直径尺寸晶圆900时限位装置203位置示意图。
Claims (2)
1.一种利用线绳弹簧拉伸的推杆式晶圆夹持装置，其特征在于：该晶圆夹持装置(100)包括固定夹持装置和线绳伸缩夹持装置(200)；固定夹持装置包括托盘(101)、两个侧面支撑元件(102)、四个凸起支撑件(103)和八个圆孔(104)；托盘(101)的形状为Y形；侧面支撑元件(102)对称布置在托盘(101)的末端位置；凸起支撑件(103)为圆柱状，且圆柱上部分倒圆角；晶圆底面与凸起支撑件上表面接触，由四个凸起支撑件(103)支撑晶圆；八个圆孔(104)对称布置在托盘两侧；凸起支撑件(103)固定在圆孔(104)内；侧面支撑元件(102)为圆柱形，其外表面与晶圆的外表面接触；
线绳伸缩夹持装置(200)包括电机(201)、线绳(202)、限位装置(203)、弹簧元件(204)、推杆组件(205)和移动夹子(206)；推杆组件(205)包括推杆(205a)和推杆梁(205b)，两个移动夹子(206)对称布置在推杆梁(205b)两侧；移动夹子(206)为圆柱形，圆柱底部倒圆角，其外表面与晶圆外边缘接触；
电机(201)安装位置中心到晶圆(900)中心位置为X轴正方向，Y轴方向与X轴方向垂直；限位装置固定在托盘(101)上，包括一个横梁(2031)、四个调节螺钉(2032)、两个挡板(2033)；横梁(2031)固定在托盘(101)上，且开有四个螺纹孔(2031a)、两个第一圆孔(2031b)和一个第二圆孔(2031c)；四个螺纹孔(2031a)和两个第一圆孔(2031b)沿Y轴方向对称布置在横梁(2031)两侧，四个调节螺钉(2032)分别安装在四个螺纹孔(2031a)中，两个挡板(2033)分别安装在两个第一圆孔(2031b)中；推杆(205a)穿过第二圆孔；
电机(201)固定在基座上，线绳(202)与推杆(205a)固定连接；两个弹簧元件(204)的一端固定在推杆梁(205b)上，另一端分别与两个挡板(2033)连接；电机(201)带动线绳沿X轴负方向运动，线绳(202)带动推杆组件(205)沿X轴负方向运动。
2.如权利要求1所述的一种利用线绳弹簧拉伸的推杆式晶圆夹持装置，其特征在于：所述的八个圆孔(104)相对于X轴对称布置于托盘(101)两侧，八个圆孔(104)中的四个圆孔分布于一个圆周上，其余四个圆孔分布于另一个圆周上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |