CN115394706B - 一种晶圆装载装置和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆装载装置包括底盘和依次连接的步进电机、电机丝杆、丝杆螺母、丝杆螺母转接件、转换滑块、转换导轨、连接件、承载台组件；所述步进电机设置在所述底盘上；所述转换导轨与所述电机丝杆非平行设置；所述步进电机驱动所述电机丝杆转动使得与其螺纹连接的所述丝杆螺母沿所述电机丝杆移动，从而带动所述丝杆螺母转接件上的所述转换滑块沿所述转换导轨移动，进而使得所述承载台组件发生位移。本发明能够实现内部承载台的精确上下运动，防止晶圆在装载过程中受损或破裂。

Description

一种晶圆装载装置和使用方法
技术领域
本发明涉及一种装载装置和使用方法，尤其涉及一种晶圆装载装置和使用方法。
背景技术
装载晶圆是半导体生产、检测工艺中放置与取出晶圆的步骤，现有的晶圆装载装置采取的是直上直下的运动方式，电机轴直接驱动承载台(chuck)运动，并且其中的内部承载台(inner chuck)采用的三根顶针式的结构。这样的装载装置无法精确控制运动的精度，有可能由于速度过快导致损坏晶圆或其它临近的机械结构。另外，内部承载台在装载晶圆的过程中晶圆有可能会移动，导致装载失败。此外，承载台也可能存在台面不水平容易导致晶圆滑动等问题。
发明内容
为了解决上文所述的现有技术存在的直上直下无法精确控制运动精度的问题，本发明提供一种晶圆装载装置和使用方法。
第一方面，本发明提供一种晶圆装载装置，包括底盘和依次连接的步进电机、电机丝杆、丝杆螺母、丝杆螺母转接件、转换滑块、转换导轨、连接件、承载台组件；所述步进电机设置在所述底盘上；所述转换导轨与所述电机丝杆非平行设置；
所述步进电机驱动所述电机丝杆转动使得与其螺纹连接的所述丝杆螺母沿所述电机丝杆移动，从而带动所述丝杆螺母转接件上的所述转换滑块沿所述转换导轨移动，进而使得所述承载台组件发生位移。
在一些实施方案中，所述转换滑块包括第一转换滑块和第二转换滑块；所述转换导轨包括彼此平行的第一转换导轨和第二转换导轨；所述第一转换滑块设置在所述第一转换导轨上，所述第二转换滑块设置在所述第二转换导轨上；所述第一转换滑块和所述第二转换滑块均与所述丝杆螺母转接件连接；所述第一转换导轨和所述第二转换导轨均通过所述连接件与所述承载台组件连接。
在一些实施方案中，还包括第一底盘导轨、第一底盘滑块、第二底盘导轨和第二底盘滑块；所述第一底盘导轨和所述第二底盘导轨均设置在所述底盘上；所述第一底盘导轨和所述第二底盘导轨均与所述电机丝杆平行；所述第一底盘滑块既设置在所述第一底盘导轨上，又设置在所述丝杆螺母转接件上，使得在所述丝杆螺母转接件带动下沿所述第一底盘导轨移动；所述第二底盘滑块设置在所述第二底盘导轨上，并与所述丝杆螺母连接，使得在所述丝杆螺母带动下沿所述第二底盘导轨移动。
在一些实施方案中，所述第一底盘导轨设置在所述转换导轨和所述丝杆螺母转接件垂直投影于所述底盘的区域；所述第二底盘导轨设置在所述电机丝杆垂直投影于所述底盘的区域。这样有利于确保转换导轨与转换滑块，以及电机丝杆与丝杆螺母运动的稳定性。
在一些实施方案中，还包括辅助导轨和辅助滑块；所述辅助导轨设置在所述底盘上，其上设置有所述辅助滑块；所述辅助滑块与所述连接件连接，使得所述辅助滑块随所述连接件沿所述辅助导轨移动。
在一些实施方案中，所述辅助导轨和所述辅助滑块的数量均为m个，m＞0；当m＞1时，所述辅助导轨和所述辅助滑块为一一对应设置，即1个所述辅助导轨对应1个所述辅助滑块。在一些实施例中m＝3。
在一些实施方案中，还包括托臂；所述承载台组件包括承载台(chuck)和设置在所述承载台的镂空处的内部承载台(inner chuck)；所述托臂的第一端部与所述底盘连接，所述托臂的第二端部与所述承载台连接；所述内部承载台通过所述连接件与所述转换导轨连接，进而随所述转换导轨的位置变动而发生位移。在一些实施例中，所述托臂的数量为2-10个，优选3个。
在一些实施方案中，还包括负压组件；所述负压组件包括负压产生装置和负压管路；所述负压管路包括第一负压管路和第二负压管路；所述第一负压管路设置在所述承载台上，并通过设置在所述承载台上的第一负压源接口连接所述负压产生装置；所述第二负压管路设置在所述内部承载台上，并通过设置在所述内部承载台上的第二负压源接口连接所述负压产生装置；所述第一负压管路和所述第二负压管路上均设置有负压气口。在一些实施例中，所述内部承载台为三根顶针式结构。
在一些实施方案中，所述承载台与晶圆接触的那一面上设置有同心凹槽；所述第一负压管路上的负压气口设置在所述同心凹槽处。
在一些实施方案中，还包括调平组件；所述调平组件包括托臂转接件、调平滑块、精密螺丝和调平滑块托臂；所述托臂转接件与所述托臂的第二端部连接；所述调平滑块托臂的第一端部设置在所述底盘上，所述调平滑块托臂的第二端部上设置有所述调平滑块和螺帽凹槽；
所述精密螺丝的螺帽设置在所述螺帽凹槽内，所述精密螺丝的螺杆插入所述调平滑块中；所述调平滑块的顶面与底面不平行且分别紧贴所述托臂转接件的底面和所述调平滑块托臂的第二端部，使得转动所述精密螺丝带动与其螺纹连接的所述调平滑块沿所述精密螺丝移动，微调所述托臂转接件的水平位置，从而改变所述托臂的第二端部的水平位置调平其上的所述承载台。
在一些实施方案中，所述精密螺丝的螺帽部分设置在所述螺帽凹槽内，其露出所述螺帽凹槽的部分用于转动所述精密螺丝。
在一些实施方案中，所述调平滑块的顶面倾斜，所述托臂转接件的底面倾斜，两者倾斜方向相反但角度大小相同。
在一些实施方案中，所述调平组件的数量为n个，所述托臂的数量也为n个，两者一一匹配；n＞0，优选为2～6，或3。
在一些实施方案中，所述调平滑块的底面倾斜，所述调平滑块托臂的第二端部的顶面倾斜，两者倾斜方向相反但角度大小相同。
在一些实施方案中，所述步进电机为闭环步进电机。
第二方面，本发明还提供一种如上所述的晶圆装载装置的使用方法，包括以下步骤：
启动所述步进电机驱动所述电机丝杆转动使得与其螺纹连接的所述丝杆螺母沿所述电机丝杆移动，从而带动所述丝杆螺母转接件上的所述转换滑块沿所述转换导轨斜向下移动，进而使得所述内部承载台向上移动不断贴近由机械臂带来的晶圆直至所述晶圆与所述内部承载台相接触，启动所述第二负压管路的负压气口提供负压吸住所述晶圆，所述机械臂脱离所述晶圆；
启动所述步进电机反方向驱动所述电机丝杆转动使得与其螺纹连接的所述丝杆螺母沿所述电机丝杆反方向移动，从而带动所述丝杆螺母转接件上的所述转换滑块沿所述转换导轨斜向上移动，进而使得所述内部承载台向下移动不断贴近所述承载台直至所述晶圆被放置在所述承载台上，关闭所述第二负压管路的负压气口的负压，启动所述第一负压管路的负压气口提供负压吸住所述晶圆。
在一些实施方案中，还包括以下步骤：转动所述精密螺丝带动与其螺纹连接的所述调平滑块沿所述精密螺丝移动，根据所述调平滑块的顶面与底面不平行且分别紧贴所述托臂转接件的底面和所述调平滑块托臂的第二端部，达到微调所述托臂转接件的水平位置，从而调平所述承载台的作用。
本发明的有益效果：
1、转换滑块、转换导轨与其他组件的配合，尤其是转换导轨与电机丝杆非平行设置，使得将丝杆螺母的水平运动转换为内部承载台的竖直运动。根据转换导轨相对于电机丝杆的斜率，可以调节水平运动转换为竖直运动的比例，调试以达到符合晶圆承载过程对内部承载台位移精确可控的要求。加之闭环步进电机具有速度与加速度可控的特性，使得对内部承载台的位移控制也具有速度与加速度可控。
2、第一转换滑块和第一转换导轨，第二转换滑块和第二转换导轨，这两套转换滑块导轨系统能够加强水平位移转换为竖直位移的稳定性。同样地，第一底盘滑块和第一底盘导轨，以及第二底盘滑块和第二底盘导轨的加入进一步加强了水平位移转换为竖直位移的稳定性，使相关部件更牢固地与底盘结合，提高位移精度。此外，辅助滑块和辅助导轨的加入也进一步加强了水平位移转换为竖直位移的稳定性，避免了连接件在上下移动过程中出现晃动，进一步提高了位移精度及晶圆装载装置稳定性。
3、负压组件有利于吸附晶圆避免晶圆相对于承载台和/或内部承载台位移。当晶圆放置到承载台上后，开启承载台的负压而关闭内部承载台的负压，有利于保护晶圆，避免因出现内部承载台与承载台处于不同平面时两组负压导致晶圆变形影响测量结果。
4、同心凹槽内设置负压气口有利于避免晶圆直接与气口接触引起晶圆变形，同时同心凹槽相对于光滑平面更有利于避免晶圆滑动。
5、调平组件有利于将承载台调节到水平位置从而更好地承接晶圆，避免晶圆滑动。调平组件中的螺帽凹槽用于放置精密螺丝的螺帽，使得精密螺丝的螺帽转动时不会脱离螺帽凹槽，而只是与精密螺丝螺纹连接的调平滑块沿精密螺丝运动。
本发明能够实现内部承载台的精确上下运动，速度控制和加速度控制，防止晶圆在装载过程中受损或破裂，同时防止晶圆在装载过程中位移。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个实施例的晶圆装载装置的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例的晶圆装载装置部分部件的爆炸图；
图3-5为本发明的一个实施例的晶圆装载装置部分部件的运动状态图；
图6为本发明的一个实施例的晶圆装载装置部分部件的俯视图；
图7为本发明的一个实施例的承载台的俯视图；
图8为本发明的一个实施例的承载台的仰视图；
图9为本发明的一个实施例的调平组件的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
图1-9示出了本实施例的晶圆装载装置及局部结构。在本实施例中，晶圆装载装置包括底盘4、第一底盘导轨18、第一底盘滑块17、第二底盘导轨20、第二底盘滑块19、辅助导轨25、辅助滑块24、托臂8、负压组件、调平组件和依次连接的步进电机2、电机丝杆6、丝杆螺母3、丝杆螺母转接件16、转换滑块、转换导轨、连接件、承载台组件。
本实施例中步进电机2为闭环步进电机，设置在底盘4上。转换滑块包括第一转换滑块15和第二转换滑块22。转换导轨包括第一转换导轨14和第二转换导轨21。第一转换导轨14和第二转换导轨21平行，但不与电机丝杆6平行。电机丝杆6平行于底盘4平面。连接件包括第一连接件23和第二连接件26。
第一转换滑块15设置在第一转换导轨14上，第二转换滑块22设置在第二转换导轨21上；第一转换滑块15和第二转换滑块22均与丝杆螺母转接件16连接。
承载台组件包括承载台1和设置在承载台1镂空103处的内部承载台13。托臂8的第一端部与底盘4连接，托臂8的第二端部与承载台1连接。内部承载台13通过第二连接件26与第一连接件23连接，再与第一转换导轨14和第二转换导轨21连接，进而随第一转换导轨14和第二转换导轨21的位置变动而发生位移。在本实施例中托臂8的数量为3个，但本发明的托臂数量不限于本实施例。
第一底盘导轨18和第二底盘导轨20均设置在底盘4上。第一底盘导轨18和第二底盘导轨20均与电机丝杆6平行。第一底盘滑块17既设置在第一底盘导轨18上，又设置在丝杆螺母转接件16上，使得在丝杆螺母转接件16带动下沿第一底盘导轨18移动。第二底盘滑块19设置在第二底盘导轨20上，并与丝杆螺母3连接，使得在丝杆螺母3带动下沿第二底盘导轨20移动。第一底盘导轨18设置在转换导轨和丝杆螺母转接件16垂直投影于底盘4的区域；第二底盘导轨20设置在电机丝杆6垂直投影于底盘4的区域。
辅助导轨25设置在底盘4上，其上设置有辅助滑块24；辅助滑块24与第一连接件23连接，使得辅助滑块24随第一连接件23沿辅助导轨25移动。
在本实施例中辅助导轨25和辅助滑块24的数量均为3个且一一对应，即1个辅助导轨25对应1个辅助滑块24。本发明的辅助导轨和辅助滑块数量不限于本实施例。
负压组件包括负压产生装置和负压管路。负压管路包括第一负压管路104(图8)和第二负压管路。第一负压管路104设置在承载台1上，并通过设置在承载台1上的第一负压源接口105连接负压产生装置。第二负压管路设置在内部承载台13上，并通过设置在内部承载台13上的第二负压源接口连接负压产生装置。第一负压管路104和第二负压管路上均设置有负压气口102(图7)。内部承载台13为三根顶针式结构。承载台1与晶圆接触的那一面上设置有同心凹槽101。第一负压管路104上的负压气口102设置在同心凹槽101处。
调平组件(图9)包括托臂转接件12、调平滑块9、精密螺丝11和调平滑块托臂7。托臂转接件12与托臂8的第二端部连接。调平滑块托臂的第一端部5设置在底盘4上，调平滑块托臂的第二端部10上设置有调平滑块9和螺帽凹槽。
精密螺丝11的螺帽设置在螺帽凹槽内，精密螺丝11的螺杆插入调平滑块9中。调平滑块9的顶面与底面不平行且分别紧贴托臂转接件12的底面和调平滑块托臂的第二端部10，使得转动精密螺丝11带动与其螺纹连接的调平滑块9沿精密螺丝11移动，微调托臂转接件12的水平位置，进而改变托臂的第二端部10的水平位置，从而调平托臂的第二端部10上的承载台1。
精密螺丝11的螺帽部分设置在螺帽凹槽内，其露出螺帽凹槽的部分用于转动精密螺丝11。调平滑块9的顶面倾斜，托臂转接件12的底面倾斜，两者倾斜方向相反但角度大小相同。本实施例中，调平组件的数量为3个，托臂的数量也为3个，两者一一匹配。但本发明的调平组件和托臂的数量不限于本实施例。
步进电机2驱动电机丝杆6转动使得与其螺纹连接的丝杆螺母3沿电机丝杆6移动，从而带动丝杆螺母转接件16上的第一转换滑块15沿第一转换导轨14移动以及第二转换滑块22沿第二转换导轨21移动，进而推动第一连接件23和第二连接件26发生竖直运动，使得承载台组件中的内部承载台13发生竖直运动(图2)。同时运动的还有辅助滑块24沿辅助导轨25移动，第一底盘滑块17沿第一底盘导轨18移动，第二底盘滑块19沿第二底盘导轨20移动。
实施例2
在本实施例中，调平滑块的底面倾斜，调平滑块托臂的第二端部的顶面倾斜，两者倾斜方向相反但角度大小相同，其他与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种实施例1或2所述的晶圆装载装置的使用方法，包括以下步骤：
启动步进电机驱动电机丝杆转动使得与其螺纹连接的丝杆螺母沿电机丝杆移动，从而带动丝杆螺母转接件上的转换滑块沿转换导轨斜向下移动，进而使得内部承载台向上移动不断贴近由机械臂带来的晶圆直至晶圆与内部承载台相接触，启动第二负压管路的负压气口提供负压吸住晶圆，机械臂脱离晶圆；
启动步进电机反方向驱动电机丝杆转动使得与其螺纹连接的丝杆螺母沿电机丝杆反方向移动，从而带动丝杆螺母转接件上的转换滑块沿转换导轨斜向上移动，进而使得内部承载台向下移动不断贴近承载台直至晶圆被放置在承载台上，关闭第二负压管路的负压气口的负压，启动第一负压管路的负压气口提供负压吸住晶圆。
转动精密螺丝带动与其螺纹连接的调平滑块沿精密螺丝移动，根据调平滑块的顶面与底面不平行且分别紧贴托臂转接件的底面和调平滑块托臂的第二端部，达到微调托臂转接件的水平位置，从而调平承载台的作用。
以上内容仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员在本发明所公开的技术范围内可以进行变化或替换，这些变化或替换都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种晶圆装载装置，其特征在于，包括底盘和依次连接的步进电机、电机丝杆、丝杆螺母、丝杆螺母转接件、转换滑块、转换导轨、连接件、承载台组件；所述步进电机设置在所述底盘上；所述转换导轨与所述电机丝杆非平行设置；
所述步进电机驱动所述电机丝杆转动使得与其螺纹连接的所述丝杆螺母沿所述电机丝杆移动，从而带动所述丝杆螺母转接件上的所述转换滑块沿所述转换导轨移动，进而使得所述承载台组件发生位移；
所述转换滑块包括第一转换滑块和第二转换滑块；所述转换导轨包括在垂直于所述底盘平面上彼此平行的第一转换导轨和第二转换导轨；所述第一转换滑块设置在所述第一转换导轨上，所述第二转换滑块设置在所述第二转换导轨上；所述第一转换滑块和所述第二转换滑块均与所述丝杆螺母转接件连接；所述第一转换导轨和所述第二转换导轨均通过所述连接件与所述承载台组件连接；还包括第一底盘导轨、第一底盘滑块、第二底盘导轨和第二底盘滑块；所述第一底盘导轨和所述第二底盘导轨均设置在所述底盘上；所述第一底盘导轨和所述第二底盘导轨均与所述电机丝杆平行；所述第一底盘滑块既设置在所述第一底盘导轨上，又设置在所述丝杆螺母转接件上，使得在所述丝杆螺母转接件带动下沿所述第一底盘导轨移动；所述第二底盘滑块设置在所述第二底盘导轨上，并与所述丝杆螺母连接，使得在所述丝杆螺母带动下沿所述第二底盘导轨移动；还包括辅助导轨和辅助滑块；所述辅助导轨设置在所述底盘上，其上设置有所述辅助滑块；所述辅助滑块与所述连接件连接，使得所述辅助滑块随所述连接件沿所述辅助导轨移动；所述承载台组件包括内部承载台；所述内部承载台通过所述连接件与所述转换导轨连接，进而随所述转换导轨的位置变动而发生位移；所述步进电机、所述电机丝杆和所述丝杆螺母均设置在所述丝杆螺母转接件的一侧，俯视图情形下不与所述内部承载台重叠。
2.如权利要求1所述的晶圆装载装置，其特征在于，还包括托臂；所述承载台组件还包括承载台；所述内部承载台设置在所述承载台的镂空处；所述托臂的第一端部与所述底盘连接，所述托臂的第二端部与所述承载台连接。
3.如权利要求2所述的晶圆装载装置，其特征在于，还包括负压组件；所述负压组件包括负压产生装置和负压管路；所述负压管路包括第一负压管路和第二负压管路；所述第一负压管路设置在所述承载台上，并通过设置在所述承载台上的第一负压源接口连接所述负压产生装置；所述第二负压管路设置在所述内部承载台上，并通过设置在所述内部承载台上的第二负压源接口连接所述负压产生装置；所述第一负压管路和所述第二负压管路上均设置有负压气口。
4.如权利要求3所述的晶圆装载装置，其特征在于，所述承载台与晶圆接触的那一面上设置有同心凹槽；所述第一负压管路上的负压气口设置在所述同心凹槽处。
5.如权利要求3所述的晶圆装载装置，其特征在于，还包括调平组件；所述调平组件包括托臂转接件、调平滑块、精密螺丝和调平滑块托臂；所述托臂转接件与所述托臂的第二端部连接；所述调平滑块托臂的第一端部设置在所述底盘上，所述调平滑块托臂的第二端部上设置有所述调平滑块和螺帽凹槽；
所述精密螺丝的螺帽设置在所述螺帽凹槽内，所述精密螺丝的螺杆插入所述调平滑块中；所述调平滑块的顶面与底面不平行且分别紧贴所述托臂转接件的底面和所述调平滑块托臂的第二端部，使得转动所述精密螺丝带动与其螺纹连接的所述调平滑块沿所述精密螺丝移动，微调所述托臂转接件的水平位置，从而改变所述托臂的第二端部的水平位置调平其上的所述承载台。
6.如权利要求5所述的晶圆装载装置，其特征在于，所述调平滑块的顶面倾斜，所述托臂转接件的底面倾斜，两者倾斜方向相反但角度大小相同。
7.一种如权利要求3所述的晶圆装载装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
启动所述步进电机驱动所述电机丝杆转动使得与其螺纹连接的所述丝杆螺母沿所述电机丝杆移动，从而带动所述丝杆螺母转接件上的所述转换滑块沿所述转换导轨斜向下移动，进而使得所述内部承载台向上移动不断贴近由机械臂带来的晶圆直至所述晶圆与所述内部承载台相接触，启动所述第二负压管路的负压气口提供负压吸住所述晶圆，所述机械臂脱离所述晶圆；
启动所述步进电机反方向驱动所述电机丝杆转动使得与其螺纹连接的所述丝杆螺母沿所述电机丝杆反方向移动，从而带动所述丝杆螺母转接件上的所述转换滑块沿所述转换导轨斜向上移动，进而使得所述内部承载台向下移动不断贴近所述承载台直至所述晶圆被放置在所述承载台上，关闭所述第二负压管路的负压气口的负压，启动所述第一负压管路的负压气口提供负压吸住所述晶圆。
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