CN102738056A - 一种利用气缸伸缩的推杆式晶圆夹持装置 - Google Patents

Abstract

一种利用气缸伸缩的推杆式晶圆夹持装置，主要用于半导体晶圆加工设备中。该装置含有一个薄片V型托盘，托盘前端的两侧分别设有一个固定元件，托盘上设有四个凸起支撑元件，四个凸起支撑元件位于与晶圆同心的圆周上，且对角的两个凸起支撑元件的连线通过晶圆圆心；托盘末端安装一个气动装置，该气动装置与推杆的一端连接，推杆的另一端与弹性元件连接，弹性元件两侧对称布置有固定件，每个固定件上设有一个可移动夹子。该装置使晶圆夹在固定元件与移动夹子之间，限制了晶圆水平与垂直方向的自由度。本发明可实现不同直径晶圆的传输，解决了传输晶圆尺寸单一的问题，提高了装置的柔性，避免了晶圆传输过程中由于移动距离的偏差引起对晶圆的破坏。

Description

一种利用气缸伸缩的推杆式晶圆夹持装置

技术领域

本发明涉及一种晶圆夹持装置，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，因此设计出一种安全有效的晶圆夹持装置是半导体行业研究的热点之一。

发明内容

本发明提出一种利用气缸伸缩的推杆式晶圆夹持装置，目的在于提供一种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：

一种利用气缸伸缩的推杆式晶圆夹持装置，其特征在于：该夹持装置含有一个薄片V型托盘，V型托盘前端的两侧分别设有一个固定元件，该固定元件呈上下粗中间细的鼓形，其母线由倾斜的直线段和圆弧段光滑过渡而成；在薄片V型托盘上设有四个凸起支撑元件，该四个凸起支撑元件位于与晶圆同心的圆周上，且对角的两个凸起支撑元件的连线通过晶圆圆心；薄片V型托盘末端安装有一个气动装置，该气动装置包括气缸、推杆和限位块；气缸固定在薄片V型托盘上，限位块固定在气缸上，用于限定推杆的移动距离；推杆一端与弹性元件连接，另一端与气动装置连接，使推杆带动弹性元件沿水平直线移动；弹性元件两侧对称布置有固定件；每个固定件上设有一个与固定元件形状相同的可移动夹子。

本发明由于限制了晶圆在水平方向和垂直方向的自由度，可以沿任意方向安全传输；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，解决了可传输晶圆尺寸单一的问题。

附图说明

图1是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是固定元件在释放状态下与晶圆之间关系的放大图。

图6是固定元件在固定状态下与晶圆之间关系的放大图。

图7是可移动夹子在释放状态下与晶圆之间关系放大图。

图8是可移动夹子在固定状态下与晶圆之间关系放大图。

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大图。

图11是固定元件、移动夹子、凸起支撑三者间的高度关系图。

图12是固定元件尺寸关系图。

图中：

100-晶圆夹持装置；101-薄片V型托盘；102-固定元件；102a-倾斜直线段；102b-圆弧段；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-气动装置；201-推杆；202-气缸。

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是本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。

该夹持装置含有一个薄片V型托盘101，V型托盘前端的两侧分别设有一个固定元件102，该固定元件呈上下粗中间细的鼓形，其母线由倾斜直线段102a和圆弧段102b光滑过渡而成；在薄片V型托盘上设有四个凸起支撑元件103，该四个凸起支撑元件103位于与晶圆同心的圆周上，且对角的两个凸起支撑元件103的连线通过晶圆圆心；薄片V型托盘101末端安装有一个气动装置200，该气动装置包括气缸202、推杆201和限位块203；气缸202固定在薄片V型托盘101上，限位块203固定在气缸202上，用于限定推杆的移动距离；推杆一端与弹性元件108连接，另一端与气动装置连接，使推杆带动弹性元件沿水平直线移动；弹性元件108两侧对称布置有固定件106；每个固定件上设有一个与固定元件的形状相同的可移动夹子105。薄片V型托盘的末端位置，两侧分别有螺纹孔104，每侧螺纹孔104的数量可以为2-3个。

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，可移动装置包括可移动夹子105、支撑件106、滑块107、弹性元件108。可移动夹子固定在支撑件106的下方，可移动夹子为两端较粗中间较细的鼓状。弹性元件108一端与支撑件106连接，另一端与滑块107连接。

可移动装置应具有两个可移动夹子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为气动装置，气动装置固定在托盘101末端。气动装置与外部执行单元连接，通过外部指令对其进行操作。滑块107与推杆201固定连接。推杆201在气缸的作用下可前后移动，进而带动105、106、107及108一起前后移动。

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，推杆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带动可移动夹子105向前移动。当可移动夹子的倾斜边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元件102的倾斜直线段102a接触，使晶圆沿着固定元件102和可移动夹子105的倾斜边边缘向上移动，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、105a接触，被固定在固定元件102与可移动夹子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被固定在固定元件102与可移动夹子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202中增加了限位块203，限位块通过螺纹连接固定在气缸上，通过螺纹调整限位块203的，通过调整距离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，假设固定元件102的圆弧边缘102b中心与托盘101上表面的距离为H1，为了使晶圆109在传输过程中保持水平状态，可移动夹子105的圆弧边缘105a中心与托盘101上表面的距离也应该为H1，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，使推杆201向后移动。推杆201带动滑块107向后移动，滑块107带动可移动夹子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，其边缘与固定元件102边缘接触。设晶圆109与固定元件102边缘刚接触时晶圆109的边缘与固定元件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由两个固定元件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降低了可移动夹子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。

Claims (1)

1.一种利用气缸伸缩的推杆式晶圆夹持装置，其特征在于：该夹持装置含有一个薄片V型托盘（101），V型托盘前端的两侧分别设有一个固定元件（102），该固定元件呈上下粗中间细的鼓形，其母线由倾斜的直线段(102a)和圆弧段(102b)光滑过渡而成；在薄片V型托盘上设有四个凸起支撑元件(103)，该四个凸起支撑元件(103)位于与晶圆同心的圆周上，且对角的两个凸起支撑元件(103)的连线通过晶圆圆心；薄片V型托盘（101）末端安装有一个气动装置（200），该气动装置包括气缸(202)、推杆(201)和限位块(203)；气缸（202）固定在薄片V型托盘（101）上，限位块(203)固定在气缸(202)上，用于限定推杆的移动距离；推杆(201)一端与弹性元件(108)连接，另一端与气动装置连接，使推杆(201)带动弹性元件(108)沿水平直线移动；弹性元件（108）两侧对称布置有固定件（106）；每个固定件(106)上设有一个与固定元件(102)形状相同的可移动夹子（105）。

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