CN117476538A - 一种晶圆载台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆载台，包括θ轴主体结构和Z轴主体结构；θ轴主体结构内部中空；Z轴主体结构设置于θ轴主体结构腔内；θ轴主体结构用于实现Z轴主体结构在θ轴圆周方向上运动；Z轴主体结构用于承放晶圆和使晶圆在Z轴作上下运动。本发明实现晶圆载台的Z轴与θ轴在Z轴方向的交叠，从而实现Z轴方向的高度减少，解决了晶圆检测过程中晶圆载台Z轴方向高度过高而带来的抖动问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体生产和加工领域，尤其涉及一种晶圆载台。
背景技术
晶圆在进入半导体设备接受工艺处理时，不能被简单放置，而是需要有专门的装置对其进行定位和固持，以保证工艺效果。这样的装置，在行业中有多种名称，通常可以被称之为晶圆载台。
在半导体的制程中，会有多次检查来检测晶圆上的缺陷，以提高半导体制程中的良率且因此获得更高的利润。然而，随着半导体制造技术进步，制程精度提高，一个极小的缺陷也可能导致晶圆不良，因此检查对于半导体制造十分重要。
在检测过程中，极小的晃动也可能导致视觉检查结果不准确，而设备中最易发生晃动的部分就是晶圆载台，因此制造出更加稳固的晶圆载台对于半导体检测设备的研发和制造意义重大。
现有技术中，不仅需要X轴与Y轴的联动，还需要Z轴进行实时进行对焦，以及θ轴的微调，这就带来了一个问题，由于Z轴方向上功能性装置的不断集成，Z轴方向高度等于各功能性装置高度的和，导致载台的Z轴方向高度随之增高，设备在高速检测晶圆时，相对较低高度的载台，Z轴容易产生更大的弯矩，晶圆载台就产生了更大的晃动，导致对晶圆的视觉检查结果不准确、制作过程精度不高。
专利CN113488428A是晶圆载台垂直和水平位置的调节装置，提供了一种晶圆载台垂直和水平位置的调节装置及其调节方法，包括：晶圆载台、螺丝旋钮、伺服电机、晶圆载台固定组件和晶圆载台调节可动组件；其中，晶圆载台与晶圆载台固定组件相连，螺丝旋钮穿过晶圆载台调节可动组件与晶圆载台固定组件相接触，螺丝旋钮旋转使晶圆载台固定组件上升或下降。但该专利添加其功能性装置后，Z方向高度更高，带来的抖动更大，却无有效的防止抖动措施。
专利CN217361537U是晶圆载台用定位装置，包括承载单元、负压单元和旋转单元，负压单元与外部真空设备相连；承载单元包括基座和安装在基座上的带真空吸盘的载台，真空吸盘与负压单元相连用于吸附晶圆；载台与基座内部的转盘轴承相连，旋转单元驱动载台旋转，承载单元还包括安装在载台下方、转盘轴承中部的顶升机构，载台上形成有顶升通道，顶升通道供顶升机构升降通过。该专利虽然可以将吸附功能、顶升托举功能和旋转定位矫正功能等所需的多类功能集成在一起，但是也正因为过多的集成，使得Z轴方向的高度变得更高，随之而来的在工作过程中抖动就会更大，同样无有效的防止抖动措施。
如何解决增加载台Z轴方向的高度后带来的抖动问题，成为半导体检测设备制造商急需解决的问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种Z轴与θ轴在Z轴方向交叠的晶圆载台，从而实现Z轴方向的高度减少，以解决Z轴方向高度过高而带来的抖动问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种晶圆载台，包括θ轴主体结构和Z轴主体结构；θ轴主体结构内部中空；Z轴主体结构设置于θ轴主体结构腔内；θ轴主体结构用于实现Z轴主体结构在θ轴圆周方向上运动；Z轴主体结构用于承放晶圆和使晶圆在Z轴作上下运动。
作为优选，θ轴主体结构包括θ轴弧形电机、弧形电机固定座和交叉滚子轴承；θ轴弧形电机的线圈部设置在弧形电机固定座上，使得θ轴弧形电机工作时其线圈部保持不动而其磁铁部运动；交叉滚子轴承的外圈与θ轴弧形电机的线圈部连接，交叉滚子轴承的内圈与Z轴主体结构连接，且θ轴弧形电机的磁铁部与Z轴主体结构连接，使得交叉滚子轴承对Z轴主体结构提供θ轴圆周方向的导向。
作为优选，θ轴主体结构还包括轴承外圈上盖板和轴承外圈下盖板；轴承外圈上盖板、弧形电机固定座和轴承外圈下盖板依次连接；交叉滚子轴承的外圈设置在轴承外圈上盖板和轴承外圈下盖板之间；Z轴主体结构包括轴承内圈上盖板、轴承内圈下盖板和Z轴转接板；轴承内圈上盖板和轴承内圈下盖板通过螺栓连接，且交叉滚子轴承的内圈设置在轴承内圈上盖板与轴承内圈下盖板之间可随轴承内圈上盖板和轴承内圈下盖板在θ轴圆周方向上运动；Z轴转接板通过轴承内圈下盖板与交叉滚子轴承的内圈连接。
作为优选，θ轴弧形电机设置于交叉滚子轴承的下方，且交叉滚子轴承的外圈通过θ轴弧形电机的线圈部与轴承外圈下盖板连接，从而使得交叉滚子轴承的外圈设置在轴承外圈上盖板与轴承外圈下盖板之间；Z轴转接板与θ轴弧形电机的磁铁部连接。
作为优选，θ轴弧形电机设置于弧形电机固定座外侧，且θ轴弧形电机的线圈部通过弧形电机固定座与交叉滚子轴承的外圈连接；θ轴主体结构上方设有θ轴弧形电机线圈端转接板；θ轴弧形电机的磁铁部通过θ轴弧形电机线圈端转接板与轴承内圈上盖板连接。
作为优选，Z轴主体结构还包括均设置于Z轴转接板上端面的Z轴导轨组件和音圈电机，以及与音圈电机的动子部分连接的晶圆吸盘转接板；晶圆吸盘转接板与Z轴导轨组件连接，由Z轴导轨组件提供晶圆吸盘转接板Z轴方向的导向。
作为优选，Z轴导轨组件包括导轨和设置在该导轨上可沿该导轨滑动的滑块；晶圆吸盘转接板与导轨或滑块连接；Z轴导轨组件的上端面与音圈电机的上端面均与晶圆吸盘转接板的下端面连接，且可同步在Z轴方向上下移动。
作为优选，音圈电机的数量与Z轴导轨组件的数量相等，均为1-6个。
作为优选，弧形电机固定座上设置有多个θ轴弧形电机，优选为2-8个。
作为优选，弧形电机固定座上对称设置有2个θ轴弧形电机。
作为优选，弧形电机固定座上均匀设置有3-8个θ轴弧形电机。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明采用内部中空的θ轴主体结构，使Z轴主体结构固定于θ轴主体结构腔内，从而达到Z轴方向高度大幅度减少，θ轴方向运动过程中弯矩减少，晶圆检测时频繁启停引起的抖动大幅度削弱，晶圆检测的准确度大幅度提高。
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
图1是本发明第一实施例的一种晶圆载台结构示意图。
图2是本发明第一实施例的一种晶圆载台θ轴主体结构示意图。
图3是本发明第一实施例的一种晶圆载台Z轴主体结构示意图。
图4是本发明第一实施例的θ轴弧形电机磁铁部位于右极限的状态图。
图5是本发明第一实施例的θ轴弧形电机磁铁部位于左极限的状态图。
图6是本发明第二实施例的一种晶圆载台结构示意图。
图7是本发明第二实施例的一种晶圆载台仰视图。
其中：2.1-轴承外圈上盖板，2.2-弧形电机固定座，2.4-θ轴弧形电机，2.4.1-θ轴弧形电机的线圈部，2.4.2-θ轴弧形电机的磁铁部，2.5-交叉滚子轴承，2.6-θ轴弧形电机线圈端转接板，3.1-轴承内圈上盖板，3.2-轴承内圈下盖板，3.3-Z轴转接板，3.4-Z轴导轨组件，3.5-音圈电机，3.6-晶圆吸盘转接板。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，现结合具体图示，进一步阐述本发明。但本发明不仅限于以下实施的案例。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
实施例一：
如图1所示，一种晶圆载台，包括θ轴主体结构和Z轴主体结构；θ轴主体结构内部中空；Z轴主体结构设置于θ轴主体结构腔内；θ轴主体结构用于实现Z轴主体结构在θ轴圆周方向上运动；Z轴主体结构用于承放晶圆和使晶圆在Z轴作上下运动。通过将Z轴主体结构固定于θ轴主体结构腔内，实现Z轴与θ轴在Z轴方向的交叠，即θ轴所在平面与Z轴相交产生交点，且该交点在Z轴上，这样晶圆载台在Z轴上的整体高度小于各主体结构高度相加的总和，从而降低晶圆载台Z轴方向的高度。
进一步地，如图2所示，θ轴主体结构包括θ轴弧形电机2.4、弧形电机固定座2.2和交叉滚子轴承2.5；弧形电机包括线圈部和磁铁部(弧形电机的结构和使用方法为公知技术，此处不再详述)；θ轴弧形电机2.4的线圈部2.4.1(以下简称“线圈部2.4.1”)设置在弧形电机固定座2.2上，使得θ轴弧形电机2.4工作时其线圈部2.4.1保持不动而θ轴弧形电机2.4的磁铁部2.4.2(以下简称“磁铁部2.4.2”)运动；交叉滚子轴承2.5的外圈与线圈部2.4.1连接，交叉滚子轴承2.5的内圈与Z轴主体结构连接，且磁铁部2.4.2与Z轴主体结构连接，使得交叉滚子轴承2.5对Z轴主体结构提供θ轴圆周方向的导向。如图4-5所示，θ轴弧形电机2.4通电时，线圈部2.4.1、弧形电机固定座2.2和交叉滚子轴承2.5外圈不发生位移，磁铁部2.4.2发生位移带动Z轴主体结构在交叉滚子轴承2.5提供的θ轴圆周方向导向上转动。
本发明选择线圈部2.4.1保持不动作为固定端、磁铁部2.4.2运动的原因是：θ轴弧形电机2.4与晶圆载台其他部件之间空间狭小，线圈部2.4.1不发生位移，可以避免线圈部2.4.1电缆绝缘层在狭小空间内与其他部件多次摩擦造成磨损，从而延长θ轴弧形电机2.4的使用寿命。
进一步地，θ轴主体结构包括轴承外圈上盖板2.1和轴承外圈下盖板；轴承外圈上盖板2.1、弧形电机固定座2.2和轴承外圈下盖板依次连接；交叉滚子轴承2.5的外圈设置在轴承外圈上盖板2.1和轴承外圈下盖板之间；如图3所示，Z轴主体结构还包括轴承内圈上盖板3.1、轴承内圈下盖板3.2和Z轴转接板3.3；轴承内圈上盖板3.1和轴承内圈下盖板3.2通过螺栓连接，且交叉滚子轴承2.5的内圈设置在轴承内圈上盖板3.1与轴承内圈下盖板3.2之间；Z轴转接板3.3通过轴承内圈下盖板3.2与交叉滚子轴承2.5的内圈连接。上述技术方案实现了交叉滚子轴承2.5的外圈嵌入轴承外圈盖板之间，交叉滚子轴承2.5的内圈嵌入轴承内圈盖板之间并与Z轴主体结构连接，使得晶圆载台的体积更小。
进一步地，θ轴弧形电机2.4设置于交叉滚子轴承2.5的下方；交叉滚子轴承2.5的外圈设置在轴承外圈上盖板2.1与线圈部2.4.1之间；Z轴转接板3.3与磁铁部2.4.2连接。使用时，通过Z轴转接板3.3与磁铁部2.4.2连接，实现θ轴弧形电机2.4通电做功带动Z轴主体结构转动。
进一步地，如图3所示，Z轴主体结构还包括均设置于Z轴转接板3.3上端面的Z轴导轨组件3.4和音圈电机3.5，以及与音圈电机3.5的动子部分连接的晶圆吸盘转接板3.6；晶圆吸盘转接板3.6与Z轴导轨组件3.4连接，由Z轴导轨组件3.4提供晶圆吸盘转接板3.6Z轴方向的导向。使用时，音圈电机3.5通电做功，其动子部分带动晶圆吸盘转接板3.6在Z轴导轨3.4提供的Z轴方向上做上下运动；晶圆吸盘转接板3.6上可固定连接晶圆吸盘，用于承放晶圆，该部件及功能为现有技术。
更进一步地，Z轴导轨组件3.4包括导轨和滑块；晶圆吸盘转接板3.6与导轨或滑块连接；Z轴导轨组件3.4的上端面与音圈电机3.5的上端面均与晶圆吸盘转接板3.6的下端面连接，且同步在Z轴方向上下移动。Z轴导轨组件3.4的上端面与音圈电机3.5的上端面在同一平面上使连接的晶圆吸盘转接板3.6可以水平放置晶圆吸盘。
进一步地，音圈电机3.5的数量为1-6个，优选为3个；Z轴导轨组件3.4的数量为1-6个，优选为3个。音圈电机3.5与Z轴导轨组件3.4的数量为3个可以形成稳定的三角结构，加强晶圆载台整体的稳定性。
进一步地，弧形电机固定座2.2上对称设置有2个θ轴弧形电机2.4。可以保证整个晶圆载台重量分布均匀，且Z轴主体结构受力均匀，从而提高整个晶圆载台的稳定性，使晶圆检测更加精密。
使用时，将待检测的晶圆放置于晶圆吸盘转接板3.6上的晶圆吸盘上，连接电源，使θ轴弧形电机2.4和音圈电机3.5通电，通过操作控制部件(控制部件为现有技术)控制θ轴弧形电机2.4做功，控制Z轴主体结构在θ轴上运动，以此控制晶圆吸盘上的晶圆在θ轴上的位置，实现在θ轴上的微调；控制音圈电机3.5做功，控制晶圆吸盘转接板3.6在Z轴上运动，以此控制晶圆吸盘上的晶圆在Z轴上的位置，由此可实现晶圆的高精密检测。
实施例二：
本实施例只在θ轴弧形电机2.4设置位置和实施例一有所不同，其他特征均相同。
如图6-7所示，θ轴弧形电机2.4设置于弧形电机固定座2.2外侧，且θ轴弧形电机的线圈部2.4.1通过弧形电机固定座2.2与交叉滚子轴承2.5的外圈连接；θ轴主体结构上方设有θ轴弧形电机线圈端转接板2.6；θ轴弧形电机的磁铁部2.4.2通过θ轴弧形电机线圈端转接板2.6与轴承内圈上盖板3.1连接。
使用时，θ轴弧形电机2.4通电做功，线圈部2.4.1、弧形电机固定座2.2和交叉滚子轴承2.5的外圈不发生位移，轴承内圈上盖板3.1因与θ轴弧形电机线圈端转接板2.6连接，可随磁铁部2.4.2运动，进而使Z轴主体在θ轴圆周方向上运动。
相对于实施例一，实施例二在晶圆载台整体高度上更为优化。实施例一中，将θ轴弧形电机2.4设于交叉滚子轴承2.5下方，弧形电机固定座2.2制作时在长度上需要容纳交叉滚子轴承2.5外圈和线圈部2.4.1；而实施例二中，将θ轴弧形电机2.4设于弧形电机固定座2.2外侧，弧形电机固定座2.2在长度上只需要容纳交叉滚子轴承2.5外圈，故实施例二中的晶圆载台高度更低，整个载台的稳定性更佳，但相对于实施例一增加了水平方向上的尺寸，因此现实使用中，可根据具体的需求来选取两款晶圆载台。
需要说明的是，晶圆载台结构的大小取决于所承载晶圆的尺寸，本发明适配8寸和12寸的晶圆。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种晶圆载台，其特征在于，包括θ轴主体结构和Z轴主体结构；所述θ轴主体结构内部中空；所述Z轴主体结构设置于所述θ轴主体结构腔内；所述θ轴主体结构用于实现所述Z轴主体结构在θ轴圆周方向上运动；所述Z轴主体结构用于承放晶圆和使晶圆在Z轴作上下运动。
2.根据权利要求1所述的晶圆载台，其特征在于，所述θ轴主体结构包括θ轴弧形电机(2.4)、弧形电机固定座(2.2)和交叉滚子轴承(2.5)；所述θ轴弧形电机(2.4)的线圈部(2.4.1)设置在所述弧形电机固定座(2.2)上，使得所述θ轴弧形电机(2.4)工作时其线圈部(2.4.1)保持不动而其磁铁部(2.4.2)运动；所述交叉滚子轴承(2.5)的外圈与所述θ轴弧形电机(2.4)的线圈部(2.4.1)连接，所述交叉滚子轴承(2.5)的内圈与所述Z轴主体结构连接，且所述θ轴弧形电机(2.4)的磁铁部(2.4.2)与所述Z轴主体结构连接，使得所述交叉滚子轴承(2.5)对所述Z轴主体结构提供θ轴圆周方向的导向。
3.根据权利要求2所述的晶圆载台，其特征在于，所述θ轴主体结构还包括轴承外圈上盖板(2.1)和轴承外圈下盖板；所述轴承外圈上盖板(2.1)、所述弧形电机固定座(2.2)和所述轴承外圈下盖板依次连接；所述交叉滚子轴承(2.5)的外圈设置在所述轴承外圈上盖板(2.1)和所述轴承外圈下盖板之间；所述Z轴主体结构包括轴承内圈上盖板(3.1)、轴承内圈下盖板(3.2)和Z轴转接板(3.3)；所述轴承内圈上盖板(3.1)和所述轴承内圈下盖板(3.2)通过螺栓连接，且所述交叉滚子轴承(2.5)的内圈设置在所述轴承内圈上盖板(3.1)与所述轴承内圈下盖板(3.2)之间可随所述轴承内圈上盖板(3.1)和所述轴承内圈下盖板(3.2)在θ轴圆周方向上运动；所述Z轴转接板(3.3)通过所述轴承内圈下盖板(3.2)与所述交叉滚子轴承(2.5)的内圈连接。
4.根据权利要求3所述的晶圆载台，其特征在于，所述θ轴弧形电机(2.4)设置于所述交叉滚子轴承(2.5)的下方，且所述交叉滚子轴承(2.5)的外圈通过所述θ轴弧形电机(2.4)的线圈部(2.4.1)与所述轴承外圈下盖板连接，从而使得所述交叉滚子轴承(2.5)的外圈设置在所述轴承外圈上盖板(2.1)与所述轴承外圈下盖板之间；所述Z轴转接板(3.3)与所述θ轴弧形电机(2.4)的磁铁部(2.4.2)连接。
5.根据权利要求3所述的晶圆载台，其特征在于，所述θ轴弧形电机(2.4)设置于所述弧形电机固定座(2.2)外侧，且所述θ轴弧形电机的线圈部(2.4.1)通过所述弧形电机固定座(2.2)与所述交叉滚子轴承(2.5)的外圈连接；所述θ轴主体结构上方设有θ轴弧形电机线圈端转接板(2.6)；所述θ轴弧形电机的磁铁部(2.4.2)通过所述θ轴弧形电机线圈端转接板(2.6)与所述轴承内圈上盖板(3.1)连接。
6.根据权利要求3所述的晶圆载台，其特征在于，所述Z轴主体结构还包括均设置于所述Z轴转接板(3.3)上端面的Z轴导轨组件(3.4)和音圈电机(3.5)，以及与所述音圈电机(3.5)的动子部分连接的晶圆吸盘转接板(3.6)；所述晶圆吸盘转接板(3.6)与所述Z轴导轨组件(3.4)连接，由所述Z轴导轨组件(3.4)提供所述晶圆吸盘转接板(3.6)Z轴方向的导向。
7.根据权利要求6所述的晶圆载台，其特征在于，所述Z轴导轨组件(3.4)包括导轨和设置在所述导轨上可沿所述导轨滑动的滑块；所述晶圆吸盘转接板(3.6)与所述导轨或所述滑块连接；所述Z轴导轨组件(3.4)的上端面与所述音圈电机(3.5)的上端面均与所述晶圆吸盘转接板(3.6)的下端面连接，且可同步在Z轴方向上下移动。
8.根据权利要求6所述的晶圆载台，其特征在于，所述音圈电机(3.5)的数量与所述Z轴导轨组件(3.4)的数量相等，均为1-6个。
9.根据权利要求2所述的晶圆载台，其特征在于，所述弧形电机固定座(2.2)上设置有多个所述θ轴弧形电机(2.4)。
10.根据权利要求9所述的晶圆载台，其特征在于，所述弧形电机固定座(2.2)上对称设置有2个所述θ轴弧形电机(2.4)。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311262528.1A Pending CN117476538A (zh) | 2023-09-27 | 2023-09-27 | 一种晶圆载台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117476538A (zh) |
-
2023
- 2023-09-27 CN CN202311262528.1A patent/CN117476538A/zh active Pending
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