TWI556342B

TWI556342B - Substrate clamping device

Info

Publication number: TWI556342B
Application number: TW103136478A
Authority: TW
Inventors: Chih Ming Teng
Original assignee: Els System Technology Co Ltd
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-11-01
Also published as: TW201616588A

Description

基板夾持裝置

本發明是有關於一種基板夾持裝置，特別是指一種在製程中用以夾持例如半導體晶圓之基板夾持裝置。

在半導體製程中，晶圓欲進行蝕刻或清洗的濕式製程時，移載機構會將晶圓移載至前述蝕刻或清洗裝置的夾持裝置上。由於移載機構將晶圓放置於夾持裝置的過程中，易因移載機構與夾持裝置之間的相對位置誤差或者是其他因素的影響而造成晶圓偏移或歪斜，使得晶圓無法精準地放置於夾持裝置的待夾持空間內，進而導致夾持裝置無法確實地夾持住晶圓的情形產生。

因此，本發明之主要目的，即在提供一種基板夾持裝置，在夾持過程中能導正基板的位置，藉此，能確實而穩固地夾持住基板。

於是本發明的基板夾持裝置，適於夾持一基板，該基板夾持裝置包含一承載板，及兩個側夾持臂。

承載板包括一用以承載該基板的頂側，及至少一設置於該頂側的固定夾持部，該固定夾持部用以夾持於該基板的一外周緣，兩個側夾持臂疊置於該承載板的該頂側且左右相間隔，該兩側夾持臂可分別朝相反方向相對於該承載板運動而相互靠近，以頂推該外周緣並導正該基板位置，使該兩側夾持臂與該固定夾持部共同夾持該基板的該外周緣。

該兩側夾持臂可在一與該基板的該外周緣分離的張開位置，及一與該固定夾持部共同夾持該基板的該外周緣的夾持位置之間運動。

各該側夾持臂呈長形並包括一長內側邊、一自由短邊，及一與該自由短邊相連接並且凸伸出該長內側邊的擋止凸部，該擋止凸部與該固定夾持部相間隔並且用以擋止該外周緣。

各該側夾持臂更包括一形成於該擋止凸部與該長內側邊之間的弧形夾持部，該弧形夾持部用以頂推並夾持該外周緣。

各該側夾持臂更包括一凸設於該長內側邊並與該弧形夾持部相間隔的頂推凸塊，該頂推凸塊用以頂推該外周緣。

該頂推凸塊包含一弧形頂推面，該長內側邊包含一連接於該弧形頂推面與該弧形夾持部之間的側頂推面，該弧形頂推面及該側頂推面用以頂推該外周緣。

該承載板包括兩個彼此相間隔的承載臂，及兩個固定夾持部，各該承載臂包含一上頂面，及一高度低於該上頂面高度的下頂面，該上頂面及該下頂面共同界定出該頂側，各該固定夾持部呈弧形且連接於對應的該承載臂的該上頂面與該下頂面之間，各該側夾持臂呈長形並包括一上臂體，及一下臂體，該上臂體包括一抵接於該上頂面的底面，及該長內側邊，該下臂體凸設於該底面並可抵接於該下頂面，該下臂體與該上臂體共同界定出該自由短邊、該擋止凸部及該弧形夾持部。

各該固定夾持部包含一與該上頂面相連接並朝該下頂面方向傾斜的導引斜面，及一連接於該導引斜面與該下頂面之間的夾持面，該導引斜面可供該外周緣接觸以導引該外周緣滑動，該夾持面用以夾持於該外周緣。

該弧形夾持部包括一由該上臂體所界定出的上弧形面，及一由該下臂體所界定出並且連接於該上弧形面下方的下弧形面，該上弧形面及該下弧形面用以頂推該外周緣，該下弧形面用以夾持於該外周緣。

各該承載臂更包含一連接於該下頂面末端的傾斜端面。

該承載板更包括一板體，該兩承載臂由該板體一側朝同一方向延伸而出，該上臂體更包括一相反於該自由短邊的連接端部，該基板夾持裝置更包含一固定地連接於各該側夾持臂的該連接端部的致動機構，該致動機構可帶動該兩側夾持臂在該張開位置與該夾持位置之間平行移動。

基板夾持裝置更包含一支架，該致動機構及該承載板設置於該支架上，該致動機構包括一氣缸組件、一第一拉桿，及一第二拉桿，該氣缸組件包含一第一滑塊及一第二滑塊，該第一拉桿一端連接固定於該第一滑塊而另一端連接固定於對應的該側夾持臂的該連接端部，該第二拉桿一端連接固定於該第二滑塊而另一端連接固定於對應的該側夾持臂的該連接端部，該第一、第二滑塊可分別透過該第一、第二拉桿帶動該兩側夾持臂的該連接端部相互靠近及相互遠離。

該板體與該兩承載臂共同界定出一開口。

各該側夾持臂更包括一相反於該自由短邊的連接端部，該基板夾持裝置更包含一支架，及一設置於該支架的致動機構，該承載板設置於該支架上，該致動機構固定地連接於各該側夾持臂的該連接端部，該致動機構可帶動該兩側夾持臂在該張開位置與該夾持位置之間平行移動。

本發明之功效在於：藉由兩側夾持臂由張開位置移動至夾持位置的過程中能頂推基板的外周緣並導正基板的位置，藉此，使得兩承載臂的固定夾持部及兩側夾持臂的弧形夾持部能確實且穩固地夾持住基板，以防止基板夾持裝置帶動基板運動過程中，基板產生晃動或掉落的情形。

1‧‧‧基板

10‧‧‧圓心

11‧‧‧外周緣

12‧‧‧背面

200‧‧‧基板夾持裝置

2‧‧‧支架

21‧‧‧前端

22‧‧‧後端

23‧‧‧穿槽

231‧‧‧前開口

232‧‧‧後開口

3‧‧‧承載板

30‧‧‧頂側

31‧‧‧板體

311‧‧‧頂板面

32‧‧‧承載臂

321‧‧‧上頂面

322‧‧‧下頂面

323‧‧‧固定夾持部

324‧‧‧導引斜面

325‧‧‧夾持面

327‧‧‧傾斜端面

33‧‧‧開口

34‧‧‧待夾持空間

4‧‧‧側夾持臂

411‧‧‧上臂體

412‧‧‧下臂體

413‧‧‧底面

414‧‧‧長內側邊

415‧‧‧連接端部

416‧‧‧第一樞接孔

417‧‧‧第二樞接孔

418‧‧‧自由短邊

419‧‧‧擋止凸部

420‧‧‧弧形夾持部

421‧‧‧上弧形面

422‧‧‧下弧形面

423‧‧‧頂推凸塊

424‧‧‧弧形頂推面

425‧‧‧側頂推面

5‧‧‧致動機構

51‧‧‧氣缸組件

511‧‧‧座體

512‧‧‧第一滑塊

513‧‧‧第二滑塊

52‧‧‧第一拉桿

521‧‧‧螺絲

522‧‧‧螺絲

53‧‧‧第二拉桿

531‧‧‧螺絲

532‧‧‧螺絲

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

P1、P2‧‧‧頂推力

R‧‧‧旋轉方向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明基板夾持裝置之一實施例的立體圖，說明基板夾持裝置在水平位置；圖2是本發明基板夾持裝置之一實施例的俯視圖，說明支架、承載板、側夾持臂及致動機構之間的連接關係；圖3是本發明基板夾持裝置之一實施例的局部放大圖，說明承載臂及側夾持臂的細部結構；圖4是圖3的側視圖，說明側夾持臂的上臂體及下臂體分別抵接於承載臂的上頂面及下頂面；圖5是本發明基板夾持裝置之一實施例的俯視圖，說明兩側夾持臂在張開位置，且基板放置於兩承載臂的下頂面；圖6是圖5的局部側視圖，說明基板的背面抵接於承載臂的下頂面；圖7是本發明基板夾持裝置之一實施例的俯視圖，說明第一、第二滑塊分別透過第一、第二拉桿帶動兩側夾持臂平行移動，兩側夾持臂會頂推基板的外周緣以導正基板位置並且帶動基板移動；圖8是本發明基板夾持裝置之一實施例的俯視圖，說明兩側夾持臂移動至夾持位置，兩側夾持臂的弧形夾持部與兩承載臂的固定夾持部共同夾持基板的外周緣；圖9是本發明基板夾持裝置之一實施例的俯視圖，說明兩側夾持臂在張開位置，且基板放置於兩承載臂的上頂面；圖10是圖9的局部側視圖，說明基板的背面抵接於承載臂的上頂面；圖11是本發明基板夾持裝置之一實施例的俯視圖，說明第一、第二滑塊分別透過第一、第二拉桿帶動兩側夾持臂平行移動，兩側夾持臂會頂推基板的外周緣以導正基板位置並且帶動基板移動；圖12是類似圖10的局部側視圖，說明基板呈傾斜狀態，且基板的外周緣抵接於承載臂的導引斜面；圖13是類似圖10的局部側視圖，說明基板呈水平狀態，且基板的背面抵接於承載臂的下頂面；及圖14是本發明基板夾持裝置之一實施例的立體圖，說明基板夾持裝置轉動至直立位置。

參閱圖1，是本發明基板夾持裝置之一實施例，基板夾持裝置200是以應用在半導體晶圓的濕式製程中，基板夾持裝置200適於夾持一基板1，並可帶動基板1運動使其浸泡於藥劑槽內或清洗槽內。在本實施例中，基板1是以一呈圓形的晶圓為例作說明。

參閱圖1及圖2，基板夾持裝置200包含一支架2、一承載板3、兩個側夾持臂4，及一致動機構5。承載板3設置於支架2上並包括一頂側30，及至少一設置於頂側30的固定夾持部323，承載板3的頂側30用以承載由移載機構(圖未示)所放置的基板1，固定夾持部323用以夾持於基板1的一外周緣11。兩個側夾持臂4疊置於承載板3的頂側30且左右相間隔，兩側夾持臂4可由一張開位置(如圖2所示)分別朝相反方向相對於承載板3運動而相互靠近，以頂推基板1的外周緣11並導正基板1位置，使基板1移動至一待夾持空間34內。當兩側夾持臂4運動到一夾持位置(如圖8所示)時，兩側夾持臂4與固定夾持部323共同夾持基板1的外周緣11，藉此，便能確實且穩固地夾持住基板1，以防止基板夾持裝置200帶動基板1運動過程中，基板1產生晃動或掉落的情形。

致動機構5與兩側夾持臂4相連接，用以帶動兩側夾持臂4在張開位置與夾持位置之間運動，藉此，使得兩側夾持臂4能方便且迅速地進行基板1的夾取及放置作業。

以下將針對基板夾持裝置200的具體構造及其作動方式進行詳細說明：參閱圖1、圖2、圖3及圖4，支架2呈長形並包括一前端21及一後端22，支架2形成一貫穿前端21與後端22的穿槽23，穿槽23具有一位於前端21的前開口231，及兩個位於後端22的後開口232。承載板3包括一板體31，及兩個由板體31前側朝前延伸且彼此相間隔的承載臂32，板體31經由前開口231穿伸至穿槽23內，板體31可透過例如螺絲鎖固的方式鎖固於支架2上。兩承載臂32用以承載基板1，板體31與兩承載臂32共同界定出一開口33，藉由開口33的設置，使得清洗液可經由開口33清洗基板1面向開口33的一背面12。

板體31包含一頂板面311，各承載臂32包含一與頂板面311相連接的上頂面321、一下頂面322，及一固定夾持部323。上頂面321與頂板面311位於同一水平高度，下頂面322高度低於上頂面321高度，上頂面321與下頂面322共同界定出承載板3的頂側30。固定夾持部323呈弧形且連接於上頂面321與下頂面322之間，固定夾持部323的弧形開口面向開口33。固定夾持部323包括一與上頂面321相連接的導引斜面324，及一連接於導引斜面324與下頂面322之間的夾持面325，兩承載臂32的下頂面322及夾持面325共同界定出一用以供基板1容置的待夾持空間34，夾持面325用以夾持位在待夾持空間34內的基板1的外周緣11。導引斜面324是由上頂面321朝下頂面322方向傾斜延伸，導引斜面324可供基板1的外周緣11接觸並導引外周緣11朝下頂面322方向滑動。

各側夾持臂4呈長形並包括一上臂體411，及一下臂體412，上臂體411包括一底面413、一長內側邊414，及一連接端部415。上臂體411的底面413用以抵接於板體31的頂板面311及對應承載臂32的上頂面321，使得各側夾持臂4疊置於承載板3的板體31及承載臂32上。各側夾持臂4的上臂體411穿設於支架2的穿槽23內，且上臂體411的連接端部415經由對應的後開口232凸伸出支架2的後端22。

下臂體412一體地凸設於上臂體411的底面413，下臂體412與上臂體411共同界定出一相反於連接端部415的自由短邊418、一與自由短邊418相連接並且凸伸出長內側邊414的擋止凸部419，及一形成於擋止凸部419 與長內側邊414之間的弧形夾持部420。弧形夾持部420包括一由上臂體411所界定出的上弧形面421，及一由下臂體412所界定出並且連接於上弧形面421下方的下弧形面422，上弧形面421及下弧形面422可頂推基板1的外周緣11以導正基板1位置，並可將基板1頂推至待夾持空間34內。下弧形面422除了可頂推基板1的外周緣11之外，還可用以夾持位在待夾持空間34內的基板1的外周緣11。擋止凸部419用以擋止基板1的外周緣11，以防止基板1脫離弧形夾持部420的下弧形面422。

更具體地，各側夾持臂4更包括一凸設於上臂體411的長內側邊414的頂推凸塊423，頂推凸塊423與弧形夾持部420相間隔並包括一弧形頂推面424，弧形頂推面424用以頂推基板1的外周緣11以導正基板1位置。此外，側夾持臂4之上臂體411的長內側邊414具有一側頂推面425，側頂推面425連接於弧形夾持部420的上弧形面421與頂推凸塊423的弧形頂推面424之間，側頂推面425可頂推基板1的外周緣11以導正基板1位置。

參閱圖1及圖2，致動機構5包括一氣缸組件51、一第一拉桿52，及一第二拉桿53。氣缸組件51包含一固定於支架2頂端的座體511、一可滑動地連接於座體511的第一滑塊512，及一可滑動地連接於座體511的第二滑塊513。第一拉桿52一端連接固定於第一滑塊512上而另一端連接固定於對應的一側夾持臂4的連接端部415，本實施例的第一拉桿52一端是透過例如複數個螺絲521鎖固於第一滑塊512，第一拉桿52另一端是透過例如複數個螺絲522鎖固於連接端部415。第二拉桿53的長度大於第一拉桿52的長度，第二拉桿53一端連接固定於第二滑塊513上而另一端連接固定於對應另一側夾持臂4的連接端部415，本實施例的第二拉桿53一端是透過例如複數個螺絲531鎖固於第二滑塊513，第二拉桿53另一端是透過例如複數個螺絲532鎖固於連接端部415。第一滑塊512與第二滑塊513可在一相互靠近的第一位置(如圖2所示)，及一相互遠離的第二位置(如圖8所示)之間滑動，第一、第二滑塊512、513可分別透過第一、第二拉桿52、53帶動兩側夾持臂4的連接端部415相互靠近或相互遠離，使得兩側夾持臂4可在張開位置及夾持位置之間平行移動。當第一、第二滑塊512、513在第一位置時，兩側夾持臂4在張開位置，當第一、第二滑塊512、513在第二位置時，兩側夾持臂4在夾持位置。

參閱圖5及圖6，當移載機構放置基板1的過程中因其與基板夾持裝置200之間的相對位置誤差或者是其他因素影響，會造成基板1無法準確地放置於待夾持空間34內並且與待夾持空間34的位置有所誤差。若移載機構將基板1放置在例如圖5所示的位置時，基板1的背面12會抵接在兩承載臂32的下頂面322上，且基板1的一圓心10位置是位在兩個側夾持臂4的擋止凸部419與頂推凸塊423之間。

參閱圖6、圖7及圖8，隨後，氣缸組件51的第一、第二滑塊512、513會由第一位置分別沿一第一方向D1，及一相反於第一方向D1的第二方向D2滑動而相互遠離，第一、第二滑塊512、513滑動過程中會分別透過第一、第二拉桿52、53帶動兩側夾持臂4的連接端部415相互靠近，使兩側夾持臂4分別沿第一方向D1及第二方向D2方向平行移動。兩側夾持臂4旋轉的過程中，兩側夾持臂4的擋止凸部419以及弧形夾持部420的下弧形面422會依序頂推基板1的外周緣11以導正基板1的位置，同時，擋止凸部419以及弧形夾持部420的下弧形面422施予基板1的外周緣11的一頂推力P1會促使基板1朝向兩承載臂32的固定夾持部323方向移動。

當基板1鄰近後端處的外周緣11抵接於固定夾持部323的夾持面325時，基板1受夾持面325的阻擋而無法再繼續向後移動，並且定位在待夾持空間34內。同時，第一、第二滑塊512、513會移動至第二位置，兩側夾持臂4則移動至夾持位置，使得兩側夾持臂4的弧形夾持部420的下弧形面422夾持基板1鄰近前端處的外周緣11。透過兩固定夾持部323的夾持面325及兩弧形夾持部420的下弧形面422同時夾持於基板1的外周緣11，藉此，能確實且穩固地夾持住基板1。

參閱圖9及圖10，若移載機構將基板1放置在例如圖9所示的位置時，基板1的背面12一部分會抵接在兩承載臂32的上頂面321，而背面12另一部分則會間隔位於下頂面322上方一段距離，且基板1的圓心10位置是位在兩個側夾持臂4的擋止凸部419與頂推凸塊423之間。

參閱圖11、圖12及圖13，隨後，氣缸組件51的第一、第二滑塊512、513會由第一位置分別沿第一方向D1及第二方向D2滑動而相互遠離，第一、第二滑塊512、513滑動過程中會分別透過第一、第二拉桿52、53帶動兩側夾持臂4的連接端部415相互靠近，使兩側夾持臂4分別沿第一方向D1及第二方向D2方向平行移動。兩側夾持臂4旋轉的過程中，首先，兩側夾持臂4的頂推凸塊423會頂推基板1的外周緣11以導正基板1的位置，同時，頂推凸塊423施予外周緣11的一頂推力P2會促使基板1朝前移動。隨後，兩側夾持臂4的弧形頂推面424、側頂推面425及弧形夾持部420的上弧形面421會依序頂推基板1的外周緣11並施予外周緣11頂推力P2，使基板1持續朝前移動。基板1朝前移動至一位置時，會因重心位置變化關係而使得基板1前端朝下頂面322方向傾斜並抵靠於下頂面322上，使基板1呈一傾斜狀態。當基板1繼續朝前移動至外周緣11接觸兩承載臂32的導引斜面324的位置時，藉由導引斜面324的導引，基板1鄰近後端處的外周緣11能和緩地朝下頂面322方向下滑，使基板1的背面12能逐漸地抵接在下頂面322上而變換至一水平狀態。藉此，能防止基板1因上頂面321與下頂面322之間的高度差而導致基板1由傾斜狀態迅速地變換至水平狀態，進而導致基板1的背面12撞擊下頂面322的情形產生。

參閱圖8及圖13，當基板1變換至水平狀態時，兩側夾持臂4的弧形夾持部420的下弧形面422會頂推基板1的外周緣11並施予頂推力P1於外周緣11上，使基板1鄰近後端處的外周緣11抵接於固定夾持部323的夾持面325。同時，兩側夾持臂4會移動到夾持位置，使得兩側夾持臂4的弧形夾持部420的下弧形面422夾持基板1鄰近前端處的外周緣11。

特別說明的是，藉由各側夾持臂4的擋止凸部419、弧形夾持部420、側頂推面425及頂推凸塊423的設計，放置在兩承載臂32上的基板1只要是其圓心10位在擋止凸部419及頂推凸塊423之間的任一位置，都可藉由兩側夾持臂4在平行移動的過程中頂推基板1的外周緣11而導正其位置。圖5及圖9所繪製的基板1位置只是舉例說明，並不以此為限。

參閱圖1及圖14，當基板夾持裝置200穩固地夾持住基板1後，驅動裝置(圖未示)會帶動基板夾持裝置200移動至對應於藥劑槽或清洗槽上方的位置，隨後，驅動裝置會驅動基板夾持裝置200的支架2沿一旋轉方向R方向旋轉，使基板夾持裝置200由一水平位置(如圖1所示)轉動至一直立位置(如圖14所示)。接著，驅動裝置會帶動基板夾持裝置200向下移動至藥劑槽或清洗槽內的一放料位置，兩側夾持臂4會移動至張開位置，以將基板1放置於藥劑槽或清洗槽內。基板1放置完成後，驅動裝置會帶動基板夾持裝置200移離藥劑槽或清洗槽。

基板1經過一段浸泡或清洗時間後，驅動裝置會再次帶動基板夾持裝置200向下移動至放料位置以夾取基板1，並將基板1由藥劑槽或清洗槽內取出。在本實施例中，各承載臂32更包含一連接於下端面322末端的傾斜端面327，藉由傾斜端面327的設計，使得基板夾持裝置200向下移動至放料位置的過程中，傾斜端面327能供基板1的外周緣11抵接，使各承載臂32的下頂面322能順利地移動至基板1的背面12。藉此，當基板夾持裝置200移動至放料位置時，基板1便能位於待夾持空間34內以供兩側夾持臂4夾持。

之後，驅動裝置會驅動基板夾持裝置200的支架2沿旋轉方向R的反向旋轉，使基板夾持裝置200回復至水平位置，基板夾持裝置200會帶動基板1移動至預定位置，使另一組移載機構能夾取基板1以進行後續的製程。

綜上所述，本實施例的基板夾持裝置200，藉由兩側夾持臂4由張開位置移動至夾持位置的過程中能頂推基板1的外周緣11並導正基板1的位置，藉此，使得兩承載臂32的固定夾持部323及兩側夾持臂4的弧形夾持部420能確實且穩固地夾持住基板1，以防止基板夾持裝置200帶動基板1運動過程中，基板1產生晃動或掉落的情形，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。