CN202678300U - 一种利用弹簧夹子的晶圆夹持装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用弹簧夹子的晶圆夹持装置，该装置包括薄片V型托盘、晶圆夹子和凸起支撑。晶圆夹子包括支架、连杆、弹簧及滑块。当抓取晶圆时，晶圆边缘与滑块的斜面部分接触，其重力分力使滑块沿连杆向支架方向移动，并使弹簧压缩，晶圆夹在晶圆夹子中间。晶圆底面与四个凸起件的上表面接触，由凸起件支撑。晶圆边缘与滑块侧面接触，弹簧的变形对晶圆边缘产生一定的压力，夹紧晶圆使晶圆固定。通过改变托盘末端晶圆夹子的位置，可以实现不同直径尺寸晶圆的传输。利用弹簧增加了系统的柔性，避免了传输过程中托盘与晶圆边缘刚性接触所引起的晶圆破损。在抓取晶圆时，使晶圆落在滑块的倾斜部分范围内即可满足要求，因此允许末端执行器存在一定的定位误差。
Description
技术领域
本实用新型涉及晶圆夹持装置，主要应用于半导体晶圆加工设备中，属于超精密加工领域。
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夹持装置是半导体行业研究的热点之一。
专利US2006/0182561A1的晶圆传输装置如图10(a)、图10(b)所示。晶圆托盘20具有圆槽24，21a、22a、24a、24b为圆形台阶。当托盘抓取并传输晶圆时，晶圆底面与台阶24a、24b的表面接触，24a、24b对晶圆起到支撑的作用。晶圆的边缘与台阶21a、台阶22a的侧面接触，限制了晶圆水平方向的移动。该装置可以用于半导体行业中晶圆的传输，但这种结构存在一定的不足：①用于固定晶圆的圆槽24、台阶21a、22a、24a、24b的尺寸已经固定，因此该装置受到晶圆直径尺寸的限制，只能传输尺寸固定的晶圆。②高速传输过程中，台阶21a、22a的侧面与晶圆边缘刚性接触发生碰撞，容易使晶圆破损。③在抓取晶圆时，如果机械手末端执行器存在定位误差，晶圆不能落在台阶24a、24b上，在传输过程中将使晶圆脱落。
专利US6276731B1晶圆传输装置如图11所示。晶圆承载区为2，在承载区2处加工出具有台阶的圆槽，分别为台阶3、台阶4。台阶3的内径比晶圆稍大，高度与晶圆厚度相等，台阶4内径比晶圆直径大，高度与晶圆厚度相等。利用台阶的侧面与晶圆的外边缘接触限制其水平运动，达到固定的目的。与专利US2006/0182561A1不同的是，在该结构中，晶圆外边缘是与圆槽下方的台阶3的侧面接触，这样设计的好处是，即使抓取晶圆时没有对准(如图11b)，也可以利用台阶4的侧面限制其运动，保证了在传输时晶圆不会滑落。但该结构存在一些不足：①是在高速传输过程中，晶圆侧面与台阶侧面刚性接触发生碰撞，容易使晶圆破损；②台阶3、台阶4的尺寸已经固定，因此该装置受到晶圆直径尺寸的限制，只能传输尺寸固定的晶圆。
实用新型内容
本实用新型设计了一种利用弹簧夹子的晶圆夹持装置，目的在于允许末端执行器在抓取晶圆时存在一定的定位误差，并且在传输过程中减小对晶圆边缘的碰撞程度，避免了由于托盘对晶圆边缘的碰撞引起的晶圆破损，同时该装置不受晶圆直径尺寸的限制。
本实用新型的技术方案如下：
一种利用弹簧夹子的晶圆夹持装置，其特征在于：所述装置含有一个薄片V型托盘，托盘左端和右端各安装有两个晶圆夹子和两个凸起支撑块；四个晶圆夹子平均布置于一个与晶圆同心的圆周上；四个凸起支撑快平均布置于一个与晶圆同心的圆周上；托盘右端两侧各有两个螺纹孔，托盘右端的两个晶圆夹子位置根据晶圆直径尺寸的不同安装在不同螺纹孔中进行调整；凸起支撑块上表面为平面，用以支撑晶圆；每个晶圆夹子包括支架、连杆、弹簧以及滑块；支架为圆柱形，与薄片V型托盘为螺纹连接；滑块开有通孔，沿连杆作直线移动，滑块侧面由倾斜部分与垂直部分组成；连杆一端与支架固定连接，另一端支撑滑块；弹簧套在连杆上，一端与支架固定连接，另一端与滑块固定连接。
本实用新型具有以下优点及突出性效果：当晶圆托起被时，只要使晶圆落在滑块的倾斜部分范围内即可，因此在抓取晶圆时，允许末端执行器存在一定的定位误差。采用弹性元件增加了装置的柔性，避免了传输过程中对晶圆边缘的碰撞引起的破损。托盘末端的晶圆夹子的位置可以调整，因此该装置不受传输晶圆直径尺寸的限制。
附图说明
图1是本实用新型晶圆夹持装置的俯视图。
图2是图1所示的晶圆夹持装置的侧视图。
图3(a)是晶圆夹子局部放大俯视图。
图3(b)是晶圆夹子局部放大主视图。
图4是抓取晶圆时与晶圆边缘瞬时接触状态图。
图5是传输过程中晶圆固定状态图。
图6(a)是晶圆夹子尺寸与晶圆直径尺寸关系图。
图6(b)是晶圆夹子尺寸与晶圆直径尺寸关系图。
图7是晶圆夹子可以旋转一定角度图。
图8是晶圆夹子轴线通过晶圆中心图。
图9是滑块高度尺寸要求图。
图10a、10b是专利US2006/0182561A1的晶圆传输装置结构图。
图11a、11b、11c是专利US6276731B1的晶圆传输装置结构图。图中：
101-薄片V型托盘；102-支架；103-滑块；103a-倾斜部分；103b-垂直部分；104连杆；
105-弹簧；106-凸起支撑块；107-螺纹孔；108-晶圆夹子；109-晶圆；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施方式作进一步详细描述。
图1、图2是本实用新型提供的晶圆夹持装置的结果原理示意图（俯视图和侧视图），该夹持装置含有一个薄片V型托盘101，托盘顶端和末端各安装有两个晶圆夹子108和两个凸起支撑块106，薄片V型托盘101末端两侧分别有2-3个螺纹孔107，根据晶圆109尺寸的不同，薄片V型托盘101末端的两个晶圆夹子108位置可以根据晶圆直径尺寸的不同安装在不同螺纹孔中进行调整。凸起支撑块106上表面为平面，用以支撑晶圆。晶圆夹子108由支架102、连杆104、弹簧105以及滑块103组成，支架102为圆柱形，与薄片V型托盘101为螺纹连接，并且可以旋转一定的角度。滑块103开有通孔103c，使滑块103能够沿连杆104作直线运动，侧面有倾斜部分103a与垂直部分103b，晶圆沿倾斜部分下落，最终其边缘与垂直部分接触，使晶圆109架在四个滑块之间固定。连杆104一端与支架固定连接，另一端支撑滑块。弹簧105套在连杆104上，一端与支架102固定，另一端与滑块103固定，当滑块103移动时，弹簧105产生变形，通过滑块103对晶圆109边缘产生一定压力，使晶圆109固定。
托盘顶端两侧各有一个凸起支撑件106，其位置靠近晶圆夹子，并且相对晶圆夹子靠近托盘的内侧；在托盘末端两侧各有一个凸起106，为圆柱状，顶面106a为平面且圆周进行倒角，与托盘为螺纹连接也可以为粘接。当支撑晶圆109时，顶面106a与晶圆109底面接触以支撑晶圆。
首先当晶圆109被托盘托起时，如图4所示，晶圆109首先与四个晶圆夹子中的滑块的倾斜部分接触。在重力作用下晶圆109将向下运动，由于103a处为倾斜状，因此晶圆109重力的分力使滑块103沿连杆104向支架方向直线移动，同时压缩弹簧105。
如图5所示，当晶圆109继续向下运动时，滑块103沿连杆104移动了一定距离，晶圆109落在四个滑块之间，此时滑块面103b与晶圆109边缘接触，限制了晶圆109的水平运动，晶圆底面与四个凸起支撑106的顶面106a接触，由四个凸起件106支撑。在这样的结构中，晶圆109被夹在四个晶圆夹子中间，由于弹簧105的变形对晶圆109产生一定的夹持力，可以使晶圆109固定。
在传输晶圆109之前，应根据晶圆109的直径尺寸对连杆104长度、弹簧105长度以及末端晶圆夹子的位置进行调整，使得在抓取晶圆109时，晶圆109能够落在滑块103的倾斜部分103a范围内。如图6(a)、图6(b)所示，假设晶圆109直径为D，应使D1<D<D2。若D<D1，则晶圆边缘不能受到压力作用，进而不能限制晶圆109的水平运动。若D>D2，则晶圆109不能落在四个夹子之间，在传输过程中将使晶圆109脱落。
如图7所示，调整支架102可以使晶圆夹子旋转一定角度β。为使晶圆109受力均匀，每个夹子中弹簧105的变形量应相等，即滑块103的移动量应相等，所以应调整支架102的角度，使每个夹子的轴线通过晶圆109的中心。如图8所示。
当晶圆109下落到凸起支撑件106表面时，其底面与106a接触，由四个凸起件106支撑。若限制其水平面内的运动，应使103a与其边缘接触。如图9所示，设倾斜部分103a底部与托盘上表面的距离为L1，垂直部分103b的底部与托盘上表面距离为L2，当晶圆109被凸起106支撑时，晶圆109的上表面与托盘上表面的距离为H1，晶圆109的下表面与托盘上表面的距离为H2，各尺寸之间应满足以下关系，即L1>H1，L2<H2。
滑块103与弹簧105为固定连接，因此可以通过改变弹簧105长度或弹簧105的刚度系数来改变晶圆夹子固定晶圆109的推力，避免压力过大使晶圆破损。
本实用新型由于采用了以上的技术方案，当托起晶圆109时，只要使晶圆109落在滑块103的倾斜部分103a范围内即可，因此在抓取晶圆109时，允许末端执行器存在一定的定位误差。采用弹性元件增加了装置的柔性，避免了传输过程中托盘对晶圆109边缘的碰撞引起的晶圆的破损。末端的两个晶圆夹子位置可以调整，因此该装置不受传输晶圆直径尺寸的限制。
Claims (1)
1.一种利用弹簧夹子的晶圆夹持装置，其特征在于：所述装置含有一个薄片V型托盘（101），托盘左端和右端各安装有两个晶圆夹子（108）和两个凸起支撑块（106）；四个晶圆夹子(108)平均布置于一个与晶圆同心的圆周上；四个凸起支撑快（106）平均布置于一个与晶圆同心的圆周上；托盘右端两侧各有两个螺纹孔，托盘右端的两个晶圆夹子（108）位置根据晶圆直径尺寸的不同安装在不同螺纹孔中进行调整；凸起支撑块（106）上表面为平面，用以支撑晶圆；每个晶圆夹子（108）包括支架（102）、连杆（104）、弹簧（105）以及滑块（103）；支架（102）为圆柱形，与薄片V型托盘（101）为螺纹连接；滑块（103）开有通孔，沿连杆（104）作直线移动，滑块(103)侧面由倾斜部分与垂直部分组成；连杆（104）一端与支架固定连接，另一端支撑滑块；弹簧（105）套在连杆（104）上，一端与支架（102）固定连接，另一端与滑块（103）固定连接。
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