技术领域

本发明涉及一种利用气缸伸縮的推杆式晶圆夹 持装置， 主要应用于半导体晶圆加工设备 中。

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，因此设计出一种安说全有 效的晶圆传输装置是半导体行业研究的热点之 一。

专利 US2006/0192400A1的晶圆传输装置如图 13所示。 托盘 124上固定有四个凸起支撑 126， 晶圆底面与 126上表面接触， 由 126支撑， 可移动夹子 138通过连杆 136与气缸 130连 接。 通过执行外部控制单元指令， 气缸推动杆 136进行前后直线移动。 夹子 138在推杆 136 的作用下同步前后直线移动。 当气缸推动杆 136向前书移动时， 晶圆 109被夹在托盘前端凸起 件 128与移动夹子前端凸起件 140之间， 使晶圆固定。

专利 US7, 186， 297B2的晶圆传输装置如图 14所示。托盘 1上固定有四个凸起件 10， 传输 过程中晶圆 109底面与 10的上表面接触， 由四个凸起支撑件 10支撑， 通过执行外部控制单 元指令时， 气缸推动杆 2前后直线移动， 杆 2与夹子 8连接， 杆 2的移动带动夹子 8同步移 动。 当杆 2向前移动时， 夹子 8的前端 8a与晶圆 109的边缘接触， 将晶圆 109被夹在 8a与 凸起件 6之间， 使晶圆固定。

以上方法可以应用在半导体制造中晶圆的传输 ， 但存在一些不足： ① 夹子 128、 凸起件 140、 凸起件 6为圆柱状， 在固定晶圆时， 只限制了晶圆水平方向自由度， 没有限制垂直方向 自由度， 因此只能在水平面内传输晶圆； ② 夹子 138、推杆 2为刚性件， 在夹持晶圆过程中， 推杆移动距离的偏差将引起晶圆的破损； ③ 凸起支撑件 126与 10在托盘上的位置固定， 因 此只能传输一定尺寸范围的晶圆， 受到晶圆直径尺寸的限制。

发明内容

本发明设计了一种利用气缸伸縮的推杆式晶圆 夹持装置， 目的在于提供能够沿任意方向 安全传输且不受晶圆直径尺寸限制的晶圆夹持 装置。

本发明技术方案如下：

一种利用气缸伸縮的推杆式晶圆夹持装置， 其特征在于： 含有一个薄片 V型托盘 101， 托盘顶端和末端各有两个凸起支撑件 103， 凸起支撑件上表面为平面， 并通过螺纹与薄片 V 型托盘 101连接， 托盘末端两侧各有两个螺纹孔 104， 凸起支撑件 103可以根据晶圆 109直 径尺寸的不同安装在不同的螺纹孔中进行调整 。 托盘 101顶端安装有两个固定夹子 102， 固 定夹子形状为两端粗中间细的鼓形， 中间段为过渡圆弧， 下端为倾斜状。 薄片 V型托盘 101 末端安装有一个气缸 200， 气缸 200通过气缸基座 202固定在薄片 V型托盘 101末端。 气缸 200通过推杆 201与滑块 107连接。 滑块 107与弹性元件 108连接， 并与推杆 201连接。 弹 性元件 108—端与滑块连接， 一端与两个固定件 106连接， 固定件 106对称分布在弹性元件 108两侧。两个可移动夹子 105安装在固定件 106上， 可移动夹子 105的形状与固定夹子 102 类似， 为两端粗中间细的鼓形。

本发明由于采用了以上的技术方案， 限制了晶圆的水平与垂直方向自由度， 可以沿任意 方向传输， 采用弹性元件增加了装置的柔性， 不会使晶圆受到损坏， 凸起支撑件位置可以进 行调整， 不受晶圆尺寸的限制。

附图说明

图 1是该专利晶圆传输装置的俯视图；

图 2是图 1所示的晶圆传输装置的侧视图；

图 3是可移动装置及气缸部分放大图；

图 4是可移动装置的侧视图；

图 5是固定夹子和释放状态下的晶圆之间关系的� �大图；

图 6是固定夹子和固定状态下的晶圆之间关系的� �大图；

图 7是可移动夹子和释放状态下的晶圆之间关系� �大图；

图 8是可移动夹子和固定状态下的晶圆之间关系� �大图；

图 9是晶圆释放状态下的可移动装置放大图；

图 10是晶圆固定状态下弹性元件发生变形时的放� ��图；

图 11是固定夹子、 移动夹子、 凸起支撑间的高度关系图；

图 12是固定夹子尺寸关系图；

图 13是一般晶圆传输装置俯视图；

图 14是一般晶圆传输装置俯视图；

图中：

100-晶圆传输装置； 101-薄片 V型托盘； 102-固定夹子； 103-凸起支撑件； 104-螺纹孔； 105-可移动夹子； 106-固定支撑件； 107-滑块； 108-弹性元件； 109-晶圆； 200-气缸； 201-推杆； 202-基座；

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细 描述。

图 1是该发明中晶圆传输装置 100的俯视图。图 2是图 1中晶圆传输装置 100的侧视图。 晶圆传输装置 100包括薄片托盘 101。 101为近似的 V形， 也可以为 Y形或 U形。 托盘 101顶端部位两侧分别布置一个固定夹子 102， 102 为两端较粗中间较细的鼓形， 102b处为 圆弧， 102a具有一定的倾斜角度。 托盘 101顶端两侧各有一个凸起支撑件 103， 103位置靠 近 102， 并且相对 102靠近托盘 101的内侧。 在托盘 101的末端， 两侧分别布置一个凸起支 撑件 103。托盘 101末端位置，两侧分别有螺纹孔 104，每侧螺纹孔 104的数量可以为 2_3个， 相近两孔之间的距离可以为 50

凸起支撑件 103与托盘 101是螺纹连接。 103上表面 103a为平面， 当托盘 101托起晶圆 109时， 面 103a与晶圆 109底面接触， 此时由四个凸起 103实现对晶圆 109的支撑。

如图 3、 图 4所示， 可移动装置包括夹子 105， 支撑件 106， 滑块 107， 弹性元件 108 夹子 105固定在支撑件 106的下方。 105为两端较粗中间较细的鼓状， 105a处为圆弧， 105b 处为倾斜状。 弹性元件 108—端与支撑件 106连接， 另一端与滑块 107连接。

可移动装置应具有两个夹子 105及支撑件 106， 并使其相对滑块 107对称布置。 这样利 用两点与晶圆 109边缘接触， 可以起到调整晶圆 109中心位置的作用。

如图 3所示， 200为气缸， 气缸 200固定在托盘 101末端。 气缸 200与外部执行单元连 接， 通过外部指令对其进行操作。 滑块 107与连杆 201固定连接。 连杆 201在气缸的作用下 可前后移动， 进而带动 105 106 107及 108—起前后移动。

首先， 当托起晶圆 109时， 晶圆 109底面与凸起支撑 103上表面 103a接触， 晶圆 109仅 仅由 4个凸起 103支撑。 气缸 200执行控制单元的指令进行操作。 当气缸 200作用时， 连杆 201向前移动， 同时带动滑块 107向前移动。 通过弹性元件 108及支撑件 106， 滑块 107带动 夹子 105向前移动。 当夹子 105倾斜处 105b与晶圆 109边缘接触时， 在 105b的约束下， 晶 圆 109被推动一起向前移动。

如图 6、 图 8所示， 当晶圆 109被继续向前推动时， 其边缘与前端的固定夹子 102的倾斜 边缘 102a接触， 使晶圆沿着倾斜边缘 102a与倾斜边缘 105b向上移动， 晶圆 109底面与凸起 支撑 103上表面 103a分离，最终晶圆 109边缘与 102b 104a接触，被固定在夹子 102与 105 之间。此时气缸推动滑块 107继续向前移动一段距离， 如图 10所示， 使弹性元件 108发生弹 性变形， 使夹子 105对晶圆 109产生一定大小的作用力， 使晶圆 109被固定在 102与 105之 间， 同时限制了晶圆 109的水平与垂直方向的自由度。

如图 3所示，在气缸基座 202中增加了位置控制器 203，通过调整高度 L，可以使推杆 201 移动不同的距离， 因此可以实现不同直径尺寸晶圆 109的传输。

如图 11所示， 假设夹子 102的圆弧边缘 102b中心与托盘 101上表面的距离为 Hl， 为了 使晶圆 109在传输过程中保持水平状态，夹子 105的圆弧边缘 105a中心与托盘 101上表面的 距离也应该为 HI， 同时 102a的坡度与 105b的坡度也应该相等。。

当晶圆 109被传输到指定位置时， 气缸 200执行外部指令， 使连杆 201向后移动。 连杆 201带动滑块 107向后移动， 滑块 107带动夹子 105向后移动， 晶圆 109边缘与 102b 105a 分离， 由于重力的作用， 晶圆 109将沿着斜坡 102a 105b向下滑落， 使晶圆 109底面重新与 103上表面 103a接触， 由凸起 103支撑。 如图 12所示， 当晶圆重新被 103支撑时， 其边缘与夹子 102边缘接触。 设晶圆 109与夹 子 102边缘刚接触时晶圆 109的边缘与 102中心的距离为 L2，为使晶圆 109可以被自由卸载， 应使 L2〉L1。

该发明中的晶圆传输机械手装置，晶圆 109由两个固定夹子 102和可移动夹子 105固定， 同时限制了晶圆 109的水平与垂直方向的运动， 因此晶圆 109可以在任意方向传输。 在托盘 101末端两侧各有 2-3个螺纹孔， 通过调整凸起支撑 103的位置及滑块 107的移动距离， 可 以传输不同直径尺寸的晶圆 109， 使晶圆 109传输装置不受晶圆 109尺寸的限制。

滑块 107与可移动夹子 105通过弹性元件连接，增加了系统的柔性，避 免了由于滑块 107 移动距离的偏差造成的晶圆 109的损坏， 同时弹性元件 108降低了夹子 105与晶圆 109边缘 的碰撞程度。 通过改变滑块 107的移动距离或弹性元件 108的刚度系数可以改变作用在晶圆 109上的力。