技术领域

本发明涉及晶圆夹持装置， 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 US2006/0182561A1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。 该装置可以用书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� �圆时没有对准 (如图 l ib)， 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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案如下：

一种利用弹簧夹子的晶圆夹持装置， 其特征在于： 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， 托盘末端两侧各有两个螺纹孔， 托盘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， 可沿连杆 104作直线移动， 侧面有倾斜部分与垂直部 分， 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—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。

本发明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， 避免了传输过程中对晶圆 109边缘的碰撞引起的破损。 末端 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 (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 10是专利 US2006/0182561A1的晶圆传输装置结构图。

图 11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； 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

下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细 描述。

图 1是该发明中晶圆夹持装置 100的俯视图。图 2是图 1中晶圆夹持装置 100的侧视图。 晶圆夹持装置 100中的薄片托盘 101为近似的 V形， 也可以为 Y形或 U形。 托盘 101前 端处两侧、 末端处两侧各有一个用于夹持晶圆 109的夹子， 晶圆夹子由支架 102、 滑快 103、 连杆 104、 弹簧 105组成。 晶圆夹子局部放大图如图 3a、 3b所示。 支架 102为圆柱状， 与托 盘 101为螺纹连接， 托盘 101前端的晶圆夹子位置固定， 托盘 101末端两侧分别有 2-3个螺 纹孔 107， 根据传输晶圆 109尺寸的不同， 托盘 101末端的两个晶圆夹子可以安放在不同的 螺纹孔 107中以调整位置。 滑块 103的 103a处为斜坡状， 底部 103b处为垂直平面， 用于与 晶圆 109边缘接触， 103c为通孔， 使滑块 103能够沿连杆 104作直线运动。 连杆 104为圆柱 状， 其一端与支架 102固定连接， 另一端支撑滑块 103使其作直线运动。 弹簧 105套在连杆 104上， 一端与支架固定连接， 另一端与滑块 103固定连接。

托盘 101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 101的内侧； 在托盘 101末端两侧各有一个凸起 106。 106为圆柱状， 顶面 106a为 平面且圆周进行倒角， 与托盘 101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 101托起时， 如图 4所示， 晶圆 109首先与四个晶圆夹子中的滑 块 103a处接触。 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， 同时压縮弹簧 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， 晶圆夹子的支架 102可以旋转一定角度。 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， 设斜坡 103a底部与托盘 101上表面的距离为 Ll， 面 103b的底部与托盘 101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 101上表面的距离为 Hl， 晶圆 109的下表面与托盘 101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 o

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。

本发明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。