[發明專利]自定心定位卡盤及半導體晶圓的定心定位方法

有效

• 申請號: 201310538604.7
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103594406A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 胡曉霞
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十五研究所
• 主分類號: H01L21/68
• 分類號: H01L21/68;H01L21/687
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所 11004
• 代理人: 李聚

1.一種自定心定位卡盤，包括托盤（7）、卡盤定位組件、中央吸附組件和卡盤外殼，所述卡盤外殼包括底座（23）和中間座套（53），其特征在于：

所述托盤（7）為中心有通孔（58）的圓盤，所述圓盤的下端面上有兩個同心的內圓環（62.1）和外圓環（62.2），所述內圓環（62.1）和外圓環（62.2）的環壁上分別開有徑向的、均勻分布的內通孔（60.1）和外通孔（60.2），所述內通孔（60.1）和外通孔（60.2）的直徑相同且內外一一對應；

所述卡盤定位組件包括能軸向自由伸縮的伸縮桿（5）和卡塊（3），所述伸縮桿（5）穿過內通孔（60.1）和外通孔（60.2），其靠近托盤中心的一端與錐面軸（3）的斜面（61）相適應，另一端緊固有夾持晶圓的卡塊（9），所述伸縮桿（5）的中段套有起推動作用的彈簧（6）；所述彈簧（6）的兩端分別為伸縮桿（5）的軸肩和外圓環（62.2）內壁面上的卡板（11）；所述錐面軸（3）套在中央吸附組件的外面，其上段為錐面，錐面與軸面的連接部分為水平方向的下端面（55）；

所述托盤（7）上還開有軸向的氣孔（56），所述氣孔（56）通過氣管（35）與外部的氣源相連通；

所述卡盤驅動組件為與外界氣源相連通的針形氣缸（50）和與錐面軸平行安裝的壓簧（14）。

2.根據權利要求1所述的自定心定位卡盤，其特征在于：所述托盤（7）的上端面上有多個環形槽（59），所述環形槽（59）與氣孔（56）相連通，所述環形槽（59）之間通過多個以托盤中心為中心作放射式排布的直線槽（63）相連通。

3.根據權利要求1所述的自定心定位卡盤，其特征在于：所述外圓環（62.2）的內壁面上開有與外通孔（60.2）同心的方形槽，所述方形槽的槽底有凸起的平臺，所述平臺上安裝有對伸縮桿有固定和導向作用的卡板（11），所述卡板（11）兩側有凹槽。

4.根據權利要求1所述的自定心定位卡盤，其特征在于：所述伸縮桿（5）與內通孔（60.1）和外通孔（60.2）之間設有自潤滑軸承（4）。

5.根據權利要求1所述的自定心定位卡盤，其特征在于：所述中央吸附組件包括能作旋轉運動或上下運動的吸盤（2）和芯軸（1），所述吸盤位于托盤（7）中心的通孔（58）內，其底部與芯軸（1）的頂端連接；所述芯軸（1）底部由兩個直線軸承（12）支承；所述吸盤（2）和芯軸（1）中心均開有通孔，所述通孔相連組成氣道（57），所述氣道（57）通過旋轉接頭（29）與外部的氣源連通。

6.根據權利要求5所述的自定心定位卡盤，其特征在于：所述中央吸附組件的驅動設備包括旋轉驅動設備和上下驅動設備，所述旋轉驅動設備為微型電機（21），所述微型電機（21）上固定安裝有動力齒輪（20），所述動力齒輪（20）與安裝在芯軸上的齒輪（44）相嚙合，所述齒輪（44）與芯軸（1）之間有平鍵（43）連接；所述上下驅動設備包括通過作用于推力軸承（37）起作用的微型氣缸（32）和助力彈簧（39），所述微型氣缸（32）通過氣管連接到外部氣源。

7.根據權利要求5或6所述的自定心定位卡盤，其特征在于：所述中央吸附組件上的吸盤（2）上與晶圓接觸的端面有多個環形槽（59），所述環形槽（59）之間有以吸盤中心為圓心呈放射狀的直線槽（63）連通，所述直線槽（63）與吸盤中心的氣孔（56）連通。

8.一種利用權利要求1~7任意一項所述自定心定位卡盤進行半導體晶圓的定心定位方法，其特征在于：應用權利要求1~7任意一項所述自定心定位卡盤，其方法步驟為：

針形氣缸（50）連通氣源，推動錐面軸（3），錐面軸（3）推動伸縮桿（5），伸縮桿（5）伸出；

機械手從料盒中拾取晶圓，將晶圓放置于托盤（7）上；

針形氣缸（50）斷開氣源，錐面軸（3）在壓簧（14）的作用下返回，伸縮桿（5）在彈簧（6）的作用下收縮夾持晶圓定心；

氣道（57）接通氣源，吸盤（2）吸住晶圓；

針形氣缸（50）連通氣源，推動錐面軸（3）移動，錐面軸（3）推動伸縮桿（5）放開晶圓；

微型氣缸（32）連通外部氣源，向上推動芯軸（1），此時晶圓離開托盤（7）；

微型電機（21）得電轉動，芯軸（1）在齒輪（44）和動力齒輪（20）的作用下轉動，帶動吸盤（2）和被吸盤（2）吸住的晶圓轉動；

外部的傳感器對晶圓外緣的定位槽進行檢測，當檢測到定位槽后電機停止轉動；

微型氣缸（32）斷開氣源，缸桿收縮，芯軸（1）在助力彈簧（39）的作用下歸位，晶圓落到圓盤（7）上；

氣道（57）與外部氣源斷開，吸盤（2）停止吸附晶圓；

針形氣缸（50）斷開氣源，錐面軸（3）在壓簧（14）的作用下返回，伸縮桿（5）在彈簧（6）的推動下再次夾持晶圓定心；

托盤（7）上的氣孔（56）連通氣源，使托盤（7）吸附晶圓，這樣使晶圓定心定位。