專利名稱：一種利用氣缸伸縮的推桿式晶圓夾持裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種晶圓夾持裝置，主要應用于半導體晶圓加工設備中。
背景技術：
在半導體制造過程中，如晶圓的清洗、拋光等，在片盒-片盒、片盒-腔室之間存在對晶圓進行的大量傳輸，因此設計出一種安全有效的晶圓夾持裝置是半導體行業研究的熱點之一 O
實用新型內容本實用新型提出一種利用氣缸伸縮的推桿式晶圓夾持裝置，目的在于提供一種能夠沿任意方向安全傳輸且不受晶圓直徑尺寸限制的晶圓夾持裝置。本實用新型技術方案如下一種利用氣缸伸縮的推桿式晶圓夾持裝置，其特征在于該夾持裝置含有一個薄片V型托盤，V型托盤前端的兩側分別設有一個固定元件，該固定元件呈上下粗中間細的鼓形，其母線由傾斜的直線段和圓弧段光滑過渡而成；在薄片V型托盤上設有四個凸起支撐元件，該四個凸起支撐元件位于與晶圓同心的圓周上，且對角的兩個凸起支撐元件的連線通過晶圓圓心；薄片V型托盤末端安裝有一個氣動裝置，該氣動裝置包括氣缸、推桿和限位塊；氣缸固定在薄片V型托盤上，限位塊固定在氣缸上，用于限定推桿的移動距離；推桿一端與彈性元件連接，另一端與氣動裝置連接，使推桿帶動彈性元件沿水平直線移動；彈性元件兩側對稱布置有固定件；每個固定件上設有一個與固定元件形狀相同的可移動夾子。本實用新型由于限制了晶圓在水平方向和垂直方向的自由度，可以沿任意方向安全傳輸；采用彈性元件增加了裝置的柔性，不會使晶圓受到損壞，凸起支撐件位置可以進行調整，不受晶圓尺寸的限制，解決了可傳輸晶圓尺寸單一的問題。
圖I是晶圓夾持裝置的俯視圖。圖2是圖I所示的晶圓夾持裝置的側視圖。圖3是可移動裝置及氣缸部分放大圖。圖4是可移動裝置的側視圖。圖5是固定元件在釋放狀態下與晶圓之間關系的放大圖。圖6是固定元件在固定狀態下與晶圓之間關系的放大圖。圖7是可移動夾子在釋放狀態下與晶圓之間關系放大圖。圖8是可移動夾子在固定狀態下與晶圓之間關系放大圖。圖9是晶圓釋放狀態下的可移動裝置放大圖。圖10是晶圓固定狀態下彈性元件發生變形時的放大圖。圖11是固定元件、移動夾子、凸起支撐三者間的高度關系圖。[0018]圖12是固定元件尺寸關系圖。圖中100-晶圓夾持裝置；101-薄片V型托盤；102-固定元件；102a_傾斜直線段；102b-圓弧段；103_凸起支撐件；104_螺紋孔；105_可移動夾子；106_固定支撐件；107_滑塊;108-彈性元件；109-晶圓;200_氣動裝置;201_推桿;202_氣缸。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型實施方式作進一步詳細描述。圖I是本實用新型中晶圓夾持裝置100的俯視圖。圖2是圖I中晶圓夾持裝置100的側視圖。該夾持裝置含有一個薄片V型托盤101，V型托盤前端的兩側分別設有一個固定元件102，該固定元件呈上下粗中間細的鼓形，其母線由傾斜直線段102a和圓弧段102b光·滑過渡而成；在薄片V型托盤上設有四個凸起支撐元件103，該四個凸起支撐元件103位于與晶圓同心的圓周上，且對角的兩個凸起支撐元件103的連線通過晶圓圓心；薄片V型托盤101末端安裝有一個氣動裝置200，該氣動裝置包括氣缸202、推桿201和限位塊203 ;氣缸202固定在薄片V型托盤101上，限位塊203固定在氣缸202上，用于限定推桿的移動距離；推桿一端與彈性元件108連接，另一端與氣動裝置連接，使推桿帶動彈性元件沿水平直線移動；彈性元件108兩側對稱布置有固定件106 ;每個固定件上設有一個與固定元件的形狀相同的可移動夾子105。薄片V型托盤的末端位置，兩側分別有螺紋孔104，每側螺紋孔104的數量可以為2-3個。凸起支撐件103與托盤101是螺紋連接。103上表面103a為平面，當托盤101托起晶圓109時，面103a與晶圓109底面接觸，此時由四個凸起103實現對晶圓109的支撐。如圖3、圖4所示，可移動裝置包括可移動夾子105、支撐件106、滑塊107、彈性元件108。可移動夾子固定在支撐件106的下方，可移動夾子為兩端較粗中間較細的鼓狀。彈性元件108 —端與支撐件106連接，另一端與滑塊107連接。可移動裝置應具有兩個可移動夾子105及支撐件106，并使其相對滑塊107對稱布置。這樣利用兩點與晶圓109邊緣接觸，可以起到調整晶圓109中心位置的作用。如圖3所示，200為氣動裝置，氣動裝置固定在托盤101末端。氣動裝置與外部執行單元連接，通過外部指令對其進行操作。滑塊107與推桿201固定連接。推桿201在氣缸的作用下可前后移動，進而帶動105、106、107及108 —起前后移動。首先，當托起晶圓109時，晶圓109底面與凸起支撐103上表面103a接觸，晶圓109僅僅由4個凸起103支撐。氣缸200執行控制單元的指令進行操作。當氣缸200作用時，推桿201向前移動，同時帶動滑塊107向前移動。通過彈性元件108及支撐件106，滑塊107帶動可移動夾子105向前移動。當可移動夾子的傾斜邊105b與晶圓109邊緣接觸時，在105b的約束下，晶圓109被推動一起向前移動。如圖6、圖8所示，當晶圓109被繼續向前推動時，其邊緣與前端的固定元件102的傾斜直線段102a接觸，使晶圓沿著固定元件102和可移動夾子105的傾斜邊邊緣向上移動，晶圓109底面與凸起支撐103上表面103a分離，最終晶圓109邊緣與102b、105a接觸，被固定在固定元件102與可移動夾子105之間。此時氣缸推動滑塊107繼續向前移動一段距離，如圖10所示，使彈性元件108發生彈性變形，使夾子105對晶圓109產生一定大小的作用力，使晶圓109被固定在固定元件102與可移動夾子105之間，同時限制了晶圓109的水平與垂直方向的自由度。如圖3所示，在氣缸202中增加了限位塊203，限位塊通過螺紋連接固定在氣缸上，通過螺紋調整限位塊203的，通過調整距離L，可以使推桿201移動不同的距離，因此可以實現不同直徑尺寸晶圓109的傳輸。如圖11所示，假設固定元件102的圓弧邊緣102b中心與托盤101上表面的距離為H1，為了使晶圓109在傳輸過程中保持水平狀態，可移動夾子105的圓弧邊緣105a中心與托盤101上表面的距離也應該為H1，同時102a的坡度與105b的坡度也應該相等。。當晶圓109被傳輸到指定位置時，氣缸200執行外部指令，使推桿201向后移動。推桿201帶動滑塊107向后移動，滑塊107帶動可移動夾子105向后移動，晶圓109邊緣與 102b、105a分離，由于重力的作用，晶圓109將沿著斜坡102a、105b向下滑落，使晶圓109底面重新與103上表面103a接觸，由凸起103支撐。如圖12所示，當晶圓重新被103支撐時,其邊緣與固定元件102邊緣接觸。設晶圓109與固定元件102邊緣剛接觸時晶圓109的邊緣與固定元件102中心的距離為L2，為使晶圓109可以被自由卸載，應使L2>L1。該實用新型中的晶圓傳輸機械手裝置，晶圓109由兩個固定元件102和可移動夾子105固定，同時限制了晶圓109的水平與垂直方向的運動，因此晶圓109可以在任意方向傳輸。在托盤101末端兩側各有2-3個螺紋孔，通過調整凸起支撐103的位置及滑塊107的移動距離，可以傳輸不同直徑尺寸的晶圓109，使晶圓109傳輸裝置不受晶圓109尺寸的限制。滑塊107與可移動夾子105通過彈性元件連接，增加了系統的柔性，避免了由于滑塊107移動距離的偏差造成的晶圓109的損壞，同時彈性元件108降低了可移動夾子105與晶圓109邊緣的碰撞程度。通過改變滑塊107的移動距離或彈性元件108的剛度系數可以改變作用在晶圓109上的力。
權利要求1.一種利用氣缸伸縮的推桿式晶圓夾持裝置，其特征在于該夾持裝置含有一個薄片V型托盤(101 )，V型托盤前端的兩側分別設有一個固定元件(102)，該固定元件呈上下粗中間細的鼓形，其母線由傾斜的直線段(102a)和圓弧段(102b)光滑過渡而成；在薄片V型托盤上設有四個凸起支撐元件(103)，該四個凸起支撐元件(103)位于與晶圓同心的圓周上，且對角的兩個凸起支撐元件(103)的連線通過晶圓圓心；薄片V型托盤(101)末端安裝有一個氣動裝置(200)，該氣動裝置包括氣缸(202)、推桿(201)和限位塊(203);氣缸(202)固定在薄片V型托盤(101)上，限位塊(203)固定在氣缸(202)上，用于限定推桿的移動距離；推桿(201) —端與彈性元件(108)連接，另一端與氣動裝置連接，使推桿(201)帶動彈性元件(108)沿水平直線移動；彈性元件(108)兩側對稱布置有固定件(106);每個固定件(106)上設有一個與固定元件(102)形狀相同的可移動夾子(105)。
專利摘要一種利用氣缸伸縮的推桿式晶圓夾持裝置，主要用于半導體晶圓加工設備中。該裝置含有薄片V型托盤，托盤前端兩側分別設有一個固定元件，托盤上設有四個凸起支撐元件，四個凸起支撐元件位于與晶圓同心的圓周上，且對角的兩個凸起支撐元件的連線通過晶圓圓心；托盤末端安裝一個氣動裝置，該氣動裝置與推桿的一端連接，推桿的另一端與彈性元件連接，彈性元件兩側對稱布置有固定件，每個固定件上設有一個可移動夾子。該裝置使晶圓夾在固定元件與移動夾子之間，限制了晶圓水平與垂直方向的自由度。本實用新型可實現不同直徑晶圓的傳輸，解決了傳輸晶圓尺寸單一的問題，提高了裝置的柔性，避免了晶圓傳輸過程中由于移動距離的偏差引起對晶圓的破壞。
文檔編號H01L21/677GK202712152SQ20122030895
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者朱煜, 楊開明, 李鑫, 汪勁松, 胡金春, 張鳴, 徐登峰, 穆海華, 尹文生, 余東東, 崔樂卿 申請人:清華大學