专利名称：一种利用线绳弹簧拉伸的晶圆夹持装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种利用线绳弹簧拉伸的晶圆夹持装置，主要应用于半导体硅片传输技术领域。
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，因此设计出ー种安全有效的晶圆传输装置是半导体行业研究的热点之一 O专利US2006/0192400A1的晶圆传输装置如图14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向前移动时，晶圆W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15所示。托盘I上固定有四个凸起件10，传输过程中晶圆W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W的边缘接触，将晶圆W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，但存在ー些不足。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。针对以上的不足，有必要设计出能够应用在半导体制造中可以在任意方向安全传输且不受晶圆直径尺寸限制的晶圆传输装置。
发明内容
本发明设计了ー种利用线绳弹簧拉伸的晶圆夹持装置，目的在于提供能够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ー种利用线绳弹簧拉伸的晶圆夹持装置，该装置包括固定夹持装置和线绳伸缩夹持装置；固定夹持装置包括托盘、两个侧面支撑元件、四个凸起支撑件和八个圆孔；托盘的形状为Y形，侧面支撑元件对称布置在托盘的末端位置；凸起支撑件为圆柱状；八个圆孔对称布置在托盘两侧；四个凸起支撑件安装在其中的四个圆孔内，并对称布置；晶圆底面与凸起支撑件上表面接触；侧面支撑元件为圆柱形。线绳伸缩夹持装置包括电机、线绳、移动夹子、两个弹簧元件和两个挡板元件；移动夹子包括夹子臂、夹子固定螺钉、夹子连接件；两个夹子臂对称布置在托盘两侧；移动夹子与晶圆接触处为圆柱形。两个挡板组件对称固定在托盘上，每个挡板组件包括ー个横梁、两个调节螺钉和一个挡板；横梁开有两个螺纹孔和ー个第一圆孔，横梁固定安装在托盘上；螺纹孔沿Y轴方向对称布置在横梁两端；两个调节螺 钉分别安装在两个螺纹孔中；挡板上固定有挡板杆，挡板杆穿过第一圆孔。电机固定在基座上，移动夹子固定在托盘上；线绳与移动夹子上的夹子连接件固定连接；两个弹簧元件的一端与夹子连接件固定连接，另一端分别与两个挡板连接；挡板位置固定后，通过调整四个调节螺钉调整弹簧元件的伸长长度。八个圆孔相对于X轴对称布置于托盘两侧，八个圆孔中的四个圆孔分布于一个圆周上；其余四个圆孔分布于另ー个圆周上。本发明装置挡板位置固定后，通过调整四个调节螺钉可以调整弹簧元件的伸长长度，因此可以根据エ况要求改变夹持晶圆时的夹持力。可以改变移动夹子与挡板元件在托盘上的固定位置，进而可以使本发明晶圆夹持装置适合不同直径尺寸的晶圆。利用弹簧元件使夹持晶圆时具有柔性，起到夹持缓冲的作用，避免了夹持晶圆过程中由于夹持カ的冲击引起的晶圆损坏。
图I是该专利晶圆夹持装置的俯视图。图2是本发明装置托盘结构主视图。图3是本发明装置凸起支撑主视图。图4是本发明装置传输大直径尺寸晶圆示意图。图5是本发明装置传输小直径尺寸晶圆示意图。图6是本发明装置线绳伸縮装置俯视图。图7是本发明装置线绳伸縮装置放大俯视图。图8是本发明装置线绳伸縮装置主视图。图9是本发明装置连接横梁侧视图。图10是本发明装置拾取晶圆前状态俯视图。图11是本发明装置调节螺钉位置调整示意图。图12是本发明装置调节螺钉位置调整示意图。图13是本发明装置线绳伸縮装置位置调整示意图。图14现有晶圆传输装置。图15现有晶圆传输装置。图中001-基座；100-固定夹持装置；200_线绳伸缩夹持装置；101-托盘；102-侧面支撑元件；103-凸起支撑件；104_圆孔；
201-电机；202-线绳；203_移动夹子；204_弹簧元件；203a-夹子臂；203b_夹子固定螺钉；203c夹子连接件；2051-横梁；2052_调节螺钉；2053_挡板；2051a-螺纹孔；205Ib-第一圆孔；2053a-挡板杆；900-晶圆。
具体实施例方式下面结合附图对本发明实施方式作进ー步详细描述。
图I是本发明晶圆夹持装置的俯视图。晶圆夹持装置包括固定夹持装置100和线绳伸缩夹持装置200。图2、图3为固定夹持装置100主视图。固定夹持装置100包括托盘101、两个侧面支撑元件102、四个凸起支撑件103和八个圆孔104。托盘101的形状为Y形，四个凸起支撑件103固定在圆孔104内，且对称分布在托盘101两侧。晶圆900底面与凸起支撑件103上表面接触；侧面支撑元件102对称布置在托盘101的末端位置。如图3所示，凸起支撑件103为圆柱状，且圆柱上部分倒圆角，避免与晶圆900接触时划伤晶圆900。四个凸起支撑件103上表面在同一平面，当取晶圆吋，晶圆900底面与凸起支撑件103上表面接触，由四个凸起支撑件103支撑晶圆900。八个圆孔104对称布置在托盘101两侧，每侧四个圆孔104。凸起支撑件103固定在圆孔104内，采用螺纹连接或粘接的固定方式。凸起支撑件103布置在不同圆孔104内吋，凸起支撑件103之间的距离发生变化，因此可以实现对不同直径尺寸晶圆900的支承。图4为拾取较大直径尺寸晶圆900示意图，图5为拾取较小直径尺寸晶圆900示意图。如图2所示，侧面支撑元件102为圆柱形。当夹持晶圆900时，侧面支撑元件102的外表面与晶圆900的外表面接触，起到夹持晶圆900的目的。图6为线绳伸缩夹持装置200结构示意图。该装置包括电机201、线绳202、移动夹子203、弹簧元件204、挡板元件205。图7为移动夹子203俯视图，图8为移动夹子203主视图。移动夹子203包括夹子臂203a、夹子固定螺钉203b、夹子连接件203c。夹子臂203a对称布置在托盘101两侧，这样利用两点与晶圆900边缘接触，可以起到夹持カ通过晶圆900中心位置的作用。移动夹子203与晶圆900接触处为圆柱形，圆柱底部倒圆角，避免划伤晶圆900。移动夹子203的圆柱外表面与晶圆900外边缘接触，起到固定晶圆900的目的。两个挡板元件205对称固定在托盘101上，每个挡板元件205包括一个横梁2051、两个调节螺钉2052和一个挡板2053。图9为横梁2051侧视图，横梁2051开有两个螺纹孔2051a和ー个第一圆孔2051b，且安装在托盘101上；螺纹孔2051a沿Y轴方向对称布置在横梁2051两侧；两个调节螺钉2052分别安装在两个螺纹孔2051a中，挡板2053上固定有挡板杆2053a，挡板杆穿过第一圆孔2051b，使挡板2053可沿X轴方向运动；电机201固定在基座001上，移动夹子203固定在托盘101上。线绳202与移动夹子203上的夹子连接件203c固定连接。两个弹簧元件204的一端与夹子203的夹子连接件203c固定连接，另一端分别与两个挡板2053连接。抓取晶圆900吋，电机201带动线绳202沿X轴负方向运动，进而线绳202带动移动夹子203处于张开状态，由于四个调节螺钉2052与挡板2053接触，限制了挡板2053沿X负方向的运动，因此此时弹簧元件204为拉伸状态。当晶圆900放在托盘101上后，由四个凸起支撑件103支撑，此时电机201停止工作，移动夹子203在弹簧元件204的拉力作用下由张开状态变成合起状态，移动夹子203的端部圆柱外表面与晶圆900的边缘接触，弹簧元件204此时仍处于拉伸状态，在弹簧力作用下移动夹子203对晶圆900具有压カ作用，使得晶圆900能够被固定在移动夹子203和侧面支撑元件102中间。图9为夹持晶圆900前移动夹子张开状态图，图10为移动夹子夹持晶圆900时移动夹子闭合状态图。如图11、图12所示，当挡板205位置固定后，通过调整四个调节螺钉2052可以调整弹簧元件204的伸长长度，因此可以根据エ况要求改变夹持晶圆900时的夹持力。由图13与图I的对比可以看出，可以改变移动夹子203与挡板元件205在托盘101上的固定位置，进而可以使本发明晶圆夹持装置适合不同直径尺寸的晶圆900。其中图 13为夹持较小直径尺寸晶圆900时移动夹子203与挡板元件205位置示意图，图I为夹持较大直径尺寸晶圆900时移动夹子203与挡板元件205位置示意图。
权利要求
1.一种利用线绳弹簧拉伸的晶圆夹持装置，其特征在于该装置包括固定夹持装置(100)和线绳伸缩夹持装置(200)； 固定夹持装置包括托盘(101)、两个侧面支撑元件(102)、四个凸起支撑件(103)和八个圆孔(104);托盘(101)的形状为Y形，侧面支撑元件(102)对称布置在托盘(101)的末端位置；凸起支撑件(103)为圆柱状；八个圆孔(104)对称布置在托盘(101)两侧，四个凸起支撑件(103)安装在其中的四个圆孔(104)内，并对称布置；晶圆(900)底面与凸起支撑件(103)上表面接触；侧面支撑元件(102)为圆柱形； 线绳伸缩夹持装置(200)包括电机(201)、线绳(202)、移动夹子(203)、两个弹簧元件(204)和两个挡板元件(205);移动夹子包括夹子臂(203a)、夹子固定螺钉(203b)和夹子连接件(203c);两个夹子臂(203a)对称布置在托盘(101)两侧；移动夹子(203)与晶圆接触处为圆柱形； 两个挡板组件(205)对称固定在托盘(101)上，每个挡板组件(205)包括一个横梁(2051)、两个调节螺钉(2052)和一个挡板(2053);横梁(2051)开有两个螺纹孔(2051a)和一个第一圆孔(2051b)，横梁(2051)固定安装在托盘(101)上；螺纹孔(2051a)沿Y轴方向对称布置在横梁(2051)两端；两个调节螺钉(2052)分别安装在两个螺纹孔(2051a)中；挡板(2053)上固定有挡板杆(2053a)，挡板杆(2053a)穿过第一圆孔(205Ib)； 电机(201)固定在基座(001)上，移动夹子(203)固定在托盘(101)上；线绳(202)与移动夹子(203)上的夹子连接件(203c)固定连接；两个弹簧元件(204)的一端与夹子连接件(203 )固定连接，另一端分别与两个挡板(2053 )连接。
2.如权利要求I所述的一种利用线绳弹簧拉伸的晶圆夹持装置，其特征在于所述的八个圆孔(104)相对于X轴对称布置于托盘(101)两侧,八个圆孔(104)中的四个圆孔分布于一个圆周上；其余四个圆孔分布于另一个圆周上。
全文摘要
一种利用线绳弹簧拉伸的晶圆夹持装置，该装置包括托盘、四个底面支撑组件、两个侧面支撑组件和一个线绳伸缩夹持组件。线绳伸缩夹持组件包括电机、线绳、两个移动夹子、两个挡板装置和两个弹簧元件。在电机与弹簧元件的作用下，线绳和弹簧元件拉动移动夹子张合运动，弹簧的拉伸变形作用对晶圆边缘产生压力，使得晶圆固定在两个侧面支撑组件与两个移动夹子之间。通过改变凸起支撑件的位置并通过调整限位装置，可以实现对不同直径尺寸晶圆的传输，解决了现有传输结构中可传输晶圆尺寸单一的问题。通过调整挡板装置可以改变弹簧元件的拉力，利用弹簧元件的柔性，起到夹持缓冲的作用，避免了夹持晶圆过程中由于夹持力的冲击引起的晶圆损坏。
文档编号H01L21/687GK102709222SQ20121019204
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月11日 优先权日2011年6月28日
发明者余东东, 尹文生, 崔乐卿, 张鸣, 徐登峰, 朱煜, 李鑫, 杨开明, 汪劲松, 穆海华, 胡金春 申请人:清华大学