真空夹具的制作方法
【专利摘要】本发明揭露了一种真空夹具，包括：承载集成、密封单元、夹具连接头及至少一个真空管。承载集成具有凹槽，凹槽内设有至少一个第一真空孔。密封单元包括密封圈，密封圈凸起形成真空槽，密封圈开设有至少一个第二真空孔，密封圈固定设置在承载集成的凹槽内，密封圈的第二真空孔与承载集成的第一真空孔相连通。夹具连接头具有至少一个抽气口及与抽气口相连通的至少一个抽气孔，夹具连接头与承载集成固定连接。真空管将承载集成的第一真空孔与夹具连接头的抽气孔连通。本发明真空夹具通过设置密封圈，使得真空夹具具有良好的气密性，从而使晶圆能够稳固夹持于真空夹具上。
【专利说明】
真空夹具
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及夹持晶圆的夹具，尤其涉及一种真空夹具。
【背景技术】
[0002]在半导体器件制造过程中，用于制造半导体器件的晶圆需要经历若干道工艺后被制作成所需的半导体器件。晶圆通常由夹具夹持以完成相应工艺，如电镀、电化学抛光工艺等。
[0003]随着半导体技术的快速发展，用于制造半导体器件的装置也在不断改进以满足各种工艺所需，其中包括用于夹持晶圆的夹具。夹具一般分为两种，一种是接触型夹具，另一种是非接触型夹具。以真空产生的负压将晶圆定位和夹紧的真空夹具是一种典型的接触型夹具。如美国专利号US6032997揭露的一种真空夹具，该真空夹具具有基部，基部具有顶表面，若干同心平面分布在基部的顶表面用于支撑晶圆。每两个相邻的同心平面之间形成有一同心沟槽，若干个通孔穿过基部并与相对应的同心沟槽连通。每个通孔分别与一真空管道相连接，真空管道与真空源相连接。晶圆接触同心平面时，同心沟槽内的空气通过通孔和真空管道排出，从而产生真空负压而将晶圆固定在真空夹具上。
[0004]又如美国专利号US6164633公开的一种真空夹具，该真空夹具具有大致呈方形的夹具主体，夹具主体具有第一表面及与第一表面相对的第二表面。第一表面设置有第一圆形平台及第二圆形平台分别用于支撑两种不同直径的晶圆。第二表面设置有第三圆形平台用于支撑具有又一直径的晶圆。第一真空槽和第二真空槽分别形成于第一圆形平台及第二圆形平台，第三真空槽形成于第三圆形平台。三个真空通道从夹具主体的内部延伸至夹具主体的外部并与位于夹具主体一侧的三个真空口相连通。每个真空通道连接一个真空槽及真空源。真空槽内的空气通过真空通道及真空口排出，从而产生真空负压而将晶圆固定在真空夹具的圆形平台上。
[0005]然而，上述两种真空夹具虽然结构较为简单，但真空夹具的气密性较差，夹持其上的晶圆容易脱落，从而导致晶圆被损坏。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种结构简单、气密性较佳的真空夹具，该真空夹具能够稳固夹持晶圆。
[0007]为实现上述目的，本发明提供的真空夹具，包括:承载集成、密封单元、夹具连接头及至少一个真空管。承载集成具有凹槽，凹槽内设有至少一个第一真空孔。密封单元包括密封圈，密封圈凸起形成真空槽，密封圈开设有至少一个第二真空孔，密封圈固定设置在承载集成的凹槽内，密封圈的第二真空孔与承载集成的第一真空孔相连通。夹具连接头具有至少一个抽气口及与抽气口相连通的至少一个抽气孔，夹具连接头与承载集成固定连接。真空管将承载集成的第一真空孔与夹具连接头的抽气孔连通。
[0008]在一个实施例中，密封单元进一步包括固定环，固定环开设有至少一个第二真空孔，固定环放置于密封圈的真空槽内，固定环的第二真空孔与密封圈的第二真空孔连通，固定环及密封圈固定设置在承载集成的凹槽内。固定环为金属环。密封圈为橡胶密封圈。
[0009]在一个实施例中，承载集成包括承载体及底座，承载体具有基部及沿基部向下延伸的侧墙，基部及侧墙围成一收容空间以容纳底座，基部开设有装配孔以安装夹具连接头，基部还开设有至少一个定位孔及容纳槽，容纳槽的一端与定位孔连通，容纳槽的另一端与装配孔连通，凹槽及第一真空孔设置于底座上，第一真空孔与定位孔连通，真空管收容于容纳槽内。
[0010]在一个实施例中，进一步包括中空的连接管，连接管的一端固定安装在底座的第一真空孔中，连接管的另一端穿过承载体的定位孔后插入真空管。连接管呈L型，固定安装在底座的第一真空孔中的连接管的一端具有螺纹，穿过承载体的定位孔后插入真空管的连接管的另一端呈锥型。
[0011]在一个实施例中，底座开设有若干相互连通的空气槽，空气槽被底座的凹槽包围。至少一个压力释放孔设置于空气槽内。
[0012]为实现上述目的，本发明提供的又一种真空夹具，包括:承载集成、第一密封单元、第二密封单元、夹具连接头、及至少一个真空管。承载集成具有第一凹槽及第二凹槽，第一凹槽内设有至少一个第一真空孔，第二凹槽包围的承载集成内设置有真空通道。第一密封单元包括第一密封圈，第一密封圈凸起形成真空槽，第一密封圈开设有至少一个第二真空孔，第一密封圈固定设置在承载集成的第一凹槽内，第一密封圈的第二真空孔与承载集成的第一真空孔相连通。第二密封单元包括第二密封圈，第二密封圈固定设置在承载集成的第二凹槽内。夹具连接头具有至少一个抽气口、与抽气口相连通的至少一个抽气孔及与承载集成的真空通道相连通的第三真空通道，夹具连接头与承载集成固定连接。真空管将承载集成的第一真空孔与夹具连接头的抽气孔连通。
[0013]在一个实施例中，第一凹槽及第二凹槽为同心圆环，第一凹槽与承载集成的中心之间的距离大于第二凹槽与承载集成的中心之间的距离。
[0014]在一个实施例中，第一密封单元进一步包括第一固定环，第一固定环开设有至少一个第二真空孔，第一固定环放置于第一密封圈的真空槽内，第一固定环的第二真空孔与第一密封圈的第二真空孔连通，第一固定环及第一密封圈固定设置在承载集成的第一凹槽内。第二密封单元进一步包括第二固定环，第二固定环布设于第二密封圈的内边缘上方，第二固定环及第二密封圈固定设置在承载集成的第二凹槽内。第一固定环及第二固定环均为金属环。第一密封圈及第二密封圈均为橡胶密封圈。
[0015]在一个实施例中，承载集成包括承载体及底座，承载体具有基部及沿基部向下延伸的侧墙，基部及侧墙围成一收容空间以容纳底座，基部开设有装配孔以安装夹具连接头，基部还开设有至少一个定位孔及容纳槽，容纳槽的一端与定位孔连通，容纳槽的另一端与装配孔连通，第一凹槽及第二凹槽设置于底座上，第一真空孔与定位孔连通，真空管收容于容纳槽内。
[0016]在一个实施例中，进一步包括中空的连接管，连接管的一端固定安装在底座的第一真空孔中，连接管的另一端穿过承载体的定位孔后插入真空管。连接管呈L型，固定安装在底座的第一真空孔中的连接管的一端具有螺纹，穿过承载体的定位孔后插入真空管的连接管的另一端呈锥型。
[0017]在一个实施例中，第一凹槽与第二凹槽之间的底座底表面开设有数个相互连通的空气槽。至少一个压力释放孔设置于空气槽内。
[0018]在一个实施例中，第二凹槽所包围的底座底表面开设有数个空气槽，该数个空气槽分别与承载集成的真空通道相连通。
[0019]在一个实施例中，承载集成进一步包括中间板，中间板设置于承载体与底座之间并与夹具连接头固定连接，中间板开设有第一真空通道，底座开设有第二真空通道，第一真空通道、第二真空通道及夹具连接头的第三真空通道相连通。
[0020]在一个实施例中，中间板具有上表面及与上表面相对的下表面，中间板的上表面及下表面分别开设有环形槽，环形槽环绕着第一真空通道，两个密封件分别配置在中间板的上表面及下表面的环形槽内。
[0021]在一个实施例中，中间板、底座及夹具连接头的中心分别开设有校准孔，第一真空通道、第二真空通道及第三真空通道分别与校准孔相邻布置。
[0022]在一个实施例中，中间板、底座及夹具连接头分别开设有数个固定孔，数个固定孔环绕校准孔及真空通道布置。
[0023]在一个实施例中，中间板、底座及夹具连接头分别开设有数个轴孔，数个轴孔环绕校准孔及真空通道布置。
[0024]综上所述，本发明真空夹具通过设置密封圈，使得真空夹具具有良好的气密性，从而使晶圆能够稳固夹持于真空夹具上。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1揭露了根据本发明真空夹具的顶视图。
[0026]图2揭露了根据本发明真空夹具的底视图。
[0027]图3揭露了根据本发明真空夹具的承载体的顶视图。
[0028]图4揭露了根据本发明真空夹具的承载体的底视图。
[0029]图5揭露了根据本发明真空夹具的中间板的顶视图。
[0030]图6揭露了根据本发明真空夹具的中间板的底视图。
[0031]图7揭露了根据本发明真空夹具的底座的顶视图。
[0032]图8揭露了根据本发明真空夹具的底座的底视图。
[0033]图9揭露了根据本发明真空夹具的承载集成及夹具连接头组装后的剖视图。
[0034]图10揭露了根据本发明真空夹具的剖视图。
[0035]图11揭露了根据本发明真空夹具的又一剖视图。
[0036]图12揭露了根据本发明真空夹具的第一密封单元及第二密封单元的爆炸图。
[0037]图13揭露了根据本发明真空夹具的连接管的立体示意图。
[0038]图14揭露了根据本发明真空夹具的夹具连接头的立体示意图。
[0039]图15揭露了根据本发明真空夹具的夹具连接头的剖视图。
【具体实施方式】
[0040]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
[0041]参阅图1至图11，本发明揭露的真空夹具100大致呈圆形，真空夹具100包括承载集成10及与承载集成10固定连接的夹具连接头20。承载集成10包括承载体11、中间板12及底座13，其中，中间板12设置在承载体11与底座13之间。承载体11、中间板12及底座13通过螺丝固定在一起，显然，除了使用螺丝固定承载体11、中间板12及底座13外，还可以通过其他方式将承载体11、中间板12及底座13固定在一起。
[0042]如图3和图4所示，承载体11具有基部111及沿基部111边缘向下延伸的侧墙112。基部111及侧墙112围成一收容空间113以容纳中间板12及底座13。基部111的中心开设有圆形的装配孔114以安装夹具连接头20。基部111还开设有四个定位孔115。基部111的顶表面开设有四个容纳槽116，每个容纳槽116的一端与一定位孔115相连通，该容纳槽116的另一端与装配孔114相连通。四个定位孔115及四个容纳槽116对称分布在基部111上。
[0043]如图5和图6所示，中间板12为一圆形板，中间板12开设有第一校准孔121及第一真空通道122，其中，第一校准孔121位于中间板12的中心，第一真空通道122与第一校准孔121相邻布置。中间板12还开设有数个第一轴孔123及第一固定孔124，在本实施例中，第一轴孔123及第一固定孔124的数量分别为三个，第一轴孔123及第一固定孔124环绕第一校准孔121及第一真空通道122交替布置。中间板12具有上表面及与上表面相对的下表面，中间板12的上表面及下表面分别开设有环形槽125，环形槽125环绕着第一校准孔121、第一真空通道122、第一轴孔123及第一固定孔124。如图10所示，两个密封件30分别配置在中间板12的上表面及下表面的环形槽125内，目的是密封中间板12与夹具连接头20之间的接合处，以及中间板12与底座13之间的接合处，阻止空气进入真空夹具100内。
[0044]如图7和图8所示，底座13具有顶表面及与顶表面相对的底表面，晶圆固定夹持在底座13的底表面上。底座13的顶表面的中部向底座13的底表面方向凹陷形成一圆形凹部130以收容中间板12。底座13的底表面开设有第一凹槽131及第二凹槽132，第一凹槽131及第二凹槽132为同心圆环，第一凹槽131与底座13的底表面的中心之间的距离大于第二凹槽132与底座13的底表面的中心之间的距离，第一凹槽131位于靠近底座13的底表面的边缘处，第二凹槽132位于靠近底座13的底表面的中心处。第一凹槽131及第二凹槽132内均设置有若干螺孔133。第一凹槽131内还设置有数个，例如四个第一真空孔134，第一真空孔134对称分布在第一凹槽131内且贯穿底座13的顶表面及底表面。第一凹槽131与第二凹槽132之间的底表面开设有数个相互连通的空气槽135。三个压力释放孔140对称设置于第一凹槽131与第二凹槽132之间的空气槽135内以释放第一凹槽131与第二凹槽132之间的真空负压，从而使晶圆脱离真空夹具100。底座13的中心开设有第二校准孔136。第二真空通道137贯穿底座13并与第二校准孔136相邻设置。底座13还开设有第二轴孔138及第二固定孔139，第二轴孔138及第二固定孔139的数量分别为三个，第二轴孔138及第二固定孔139交替分布在底座13上且环绕第二校准孔136及第二真空通道137。第二校准孔136、第二真空通道137、第二轴孔138及第二固定孔139均被第二凹槽132包围。第二凹槽132所包围的底表面开设有数个空气槽135，该数个空气槽135分别与第二真空通道137相连通。
[0045]参阅图12同时结合图9至图11，第一密封单元40包括至少一片第一金属环41及第一密封圈42。第一密封圈42的中部凸起形成真空槽421。一片第一金属环41放置于真空槽421内。第一金属环41及第一密封圈42通过螺丝装配在底座13的第一凹槽131内，螺丝插设于底座13的螺孔133中，从而将第一金属环41、第一密封圈42及底座13固定在一起。第一金属环41及第一密封圈42分别开设有四个第二真空孔43，四个第二真空孔43分别与底座13的四个第一真空孔134相连通。在本实施例中，第一金属环41为两片第一金属环41，两片第一金属环41夹持第一密封圈42。第二密封单元50包括至少一片第二金属环51及第二密封圈52。第二金属环51布设于第二密封圈52的内边缘上方。第二金属环51及第二密封圈52通过螺丝装配在底座13的第二凹槽132内，螺丝插设于底座13的螺孔133中，从而将第二金属环51、第二密封圈52及底座13固定在一起。在本实施例中，第二金属环51为两片第二金属环51，两片第二金属环51夹持第二密封圈52的内边缘。根据不同的工艺需求，第一密封圈42及第二密封圈52的材料可以选用如橡胶材料。
[0046]参阅图13同时结合图9至图10，连接管60为中空的连接管60，连接管60大致呈L型。连接管60的一端具有螺纹并固定安装在底座13的第一真空孔134中，连接管60的另一端大致呈锥型，连接管60的另一端穿过承载体11的定位孔115后插入真空管70，真空管70收容于承载体11的容纳槽116。与承载体11的定位孔115及容纳槽116的数量相对应，连接管60及真空管70的数量均为四个。
[0047]参阅图14及图15同时结合图1及图9至图11，夹具连接头20的顶表面设置有两个相互平行的细长条状的抽气口 21。夹具连接头20的侧壁开设有四个抽气孔22，抽气孔22分别与抽气口 21相连通，真空管70与抽气孔22相连通。夹具连接头20的底表面开设有第三校准孔23及第三真空通道24，其中，第三校准孔23位于夹具连接头20的底表面的中心，第三真空通道24与第三校准孔23相邻布置并贯穿夹具连接头20。夹具连接头20的底表面还开设有数个第三轴孔25及第三固定孔26，在本实施例中，第三轴孔25及第三固定孔26的数量分别为三个，第三轴孔25及第三固定孔26环绕第三校准孔23及第三真空通道24交替布置。两个细长条状的环型的密封套80设置在抽气口 21处以防止气体从抽气口 21处泄露。夹具连接头20固定安装在承载体11的装配孔114处，并通过将螺丝插入第一固定孔124、第二固定孔139及第三固定孔26，从而将夹具连接头20与中间板12及底座13固定在一起。三个主轴(图中未示)分别插设于第一轴孔123、第二轴孔138及第三轴孔25。校准装置(图中未示)设置在第一校准孔121、第二校准孔136及第三校准孔23处以检测晶圆是否位于真空夹具100的中心位置。
[0048]使用真空夹具100夹持晶圆时，底座13的底表面作为吸附面与晶圆接触。第一密封圈42与晶圆的外边缘部接触，真空槽421内的气体依次通过第二真空孔43、第一真空孔134、连接管60、真空管70、抽气孔22及抽气口 21排出。第二密封圈52与晶圆的靠近中心的中部接触，第二密封圈52与晶圆围成的空间内的气体依次通过第二凹槽132所包围的底座13的底表面上的空气槽135、第二真空通道137、第一真空通道122及第三真空通道24排出。本发明真空夹具100通过设置第一密封圈42及第二密封圈52，使得真空夹具100具有良好的气密性，从而使晶圆能够稳固夹持于真空夹具100上。
[0049]综上所述，本发明通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。
【权利要求】
1.一种真空夹具，其特征在于，包括: 承载集成，所述承载集成具有凹槽，凹槽内设有至少一个第一真空孔； 密封单元，所述密封单元包括密封圈，密封圈凸起形成真空槽，密封圈开设有至少一个第二真空孔，密封圈固定设置在承载集成的凹槽内，密封圈的第二真空孔与承载集成的第一真空孔相连通； 夹具连接头，所述夹具连接头具有至少一个抽气口及与抽气口相连通的至少一个抽气孔，夹具连接头与承载集成固定连接；及 至少一个真空管，所述真空管将承载集成的第一真空孔与夹具连接头的抽气孔连通。
2.根据权利要求1所述的真空夹具，其特征在于，所述密封单元进一步包括固定环，固定环开设有至少一个第二真空孔，固定环放置于密封圈的真空槽内，固定环的第二真空孔与密封圈的第二真空孔连通，固定环及密封圈固定设置在承载集成的凹槽内。
3.根据权利要求2所述的真空夹具，其特征在于，所述固定环为金属环。
4.根据权利要求1所述的真空夹具，其特征在于，所述密封圈为橡胶密封圈。
5.根据权利要求1所述的真空夹具，其特征在于，所述承载集成包括承载体及底座，承载体具有基部及沿基部向下延伸的侧墙，基部及侧墙围成一收容空间以容纳底座，基部开设有装配孔以安装夹具连接头，基部还开设有至少一个定位孔及容纳槽，容纳槽的一端与定位孔连通，容纳槽的另一端与装配孔连通，凹槽及第一真空孔设置于底座上，第一真空孔与定位孔连通，真空管收容于容纳槽内。
6.根据权利要求5所述的真空夹具，其特征在于，进一步包括中空的连接管，连接管的一端固定安装在底座的第一真空孔中，连接管的另一端穿过承载体的定位孔后插入真空管。
7.根据权利要求6所述的真空夹具，其特征在于，所述连接管呈L型，固定安装在底座的第一真空孔中的连接管的一端具有螺纹，穿过承载体的定位孔后插入真空管的连接管的另一端呈锥型。
8.根据权利要求5所述的真空夹具，其特征在于，所述底座开设有若干相互连通的空气槽，空气槽被底座的凹槽包围。
9.根据权利要求8所述的真空夹具，其特征在于，至少一个压力释放孔设置于空气槽内。
10.一种真空夹具，其特征在于，包括: 承载集成，所述承载集成具有第一凹槽及第二凹槽，第一凹槽内设有至少一个第一真空孔，第二凹槽包围的承载集成内设置有真空通道； 第一密封单元，所述第一密封单元包括第一密封圈，第一密封圈凸起形成真空槽，第一密封圈开设有至少一个第二真空孔，第一密封圈固定设置在承载集成的第一凹槽内，第一密封圈的第二真空孔与承载集成的第一真空孔相连通； 第二密封单元，所述第二密封单元包括第二密封圈，第二密封圈固定设置在承载集成的第二凹槽内； 夹具连接头，所述夹具连接头具有至少一个抽气口、与抽气口相连通的至少一个抽气孔及与承载集成的真空通道相连通的第三真空通道，夹具连接头与承载集成固定连接；及 至少一个真空管，所述真空管将承载集成的第一真空孔与夹具连接头的抽气孔连通。
11.根据权利要求10所述的真空夹具，其特征在于，所述第一凹槽及第二凹槽为同心圆环，第一凹槽与承载集成的中心之间的距离大于第二凹槽与承载集成的中心之间的距离。
12.根据权利要求10所述的真空夹具，其特征在于，所述第一密封圈及第二密封圈均为橡胶密封圈。
13.根据权利要求10所述的真空夹具，其特征在于，所述第一密封单元进一步包括第一固定环，第一固定环开设有至少一个第二真空孔，第一固定环放置于第一密封圈的真空槽内，第一固定环的第二真空孔与第一密封圈的第二真空孔连通，第一固定环及第一密封圈固定设置在承载集成的第一凹槽内。
14.根据权利要求10所述的真空夹具，其特征在于，所述第二密封单元进一步包括第二固定环，第二固定环布设于第二密封圈的内边缘上方，第二固定环及第二密封圈固定设置在承载集成的第二凹槽内。
15.根据权利要求13或14所述的真空夹具，其特征在于，所述第一固定环及第二固定环均为金属环。
16.根据权利要求10所述的真空夹具，其特征在于，所述承载集成包括承载体及底座，承载体具有基部及沿基部向下延伸的侧墙，基部及侧墙围成一收容空间以容纳底座，基部开设有装配孔以安装夹具连接头，基部还开设有至少一个定位孔及容纳槽，容纳槽的一端与定位孔连通，容纳槽的另一端与装配孔连通，第一凹槽及第二凹槽设置于底座上，第一真空孔与定位孔连通，真空管收容于容纳槽内。
17.根据权利要求16所述的真空夹具，其特征在于，进一步包括中空的连接管，连接管的一端固定安装在底座的第一真空孔中，连接管的另一端穿过承载体的定位孔后插入真空管。
18.根据权利要求17所述的真空夹具，其特征在于，所述连接管呈L型，固定安装在底座的第一真空孔中的连接管的一端具有螺纹，穿过承载体的定位孔后插入真空管的连接管的另一端呈锥型。
19.根据权利要求16所述的真空夹具，其特征在于，所述第一凹槽与第二凹槽之间的底座底表面开设有数个相互连通的空气槽。
20.根据权利要求19所述的真空夹具，其特征在于，至少一个压力释放孔设置于空气槽内。
21.根据权利要求16所述的真空夹具，其特征在于，所述第二凹槽所包围的底座底表面开设有数个空气槽，该数个空气槽分别与承载集成的真空通道相连通。
22.根据权利要求16所述的真空夹具，其特征在于，所述承载集成进一步包括中间板，中间板设置于承载体与底座之间并与夹具连接头固定连接，中间板开设有第一真空通道，底座开设有第二真空通道，第一真空通道、第二真空通道及夹具连接头的第三真空通道相连通。
23.根据权利要求22所述的真空夹具，其特征在于，所述中间板具有上表面及与上表面相对的下表面，中间板的上表面及下表面分别开设有环形槽，环形槽环绕着第一真空通道，两个密封件分别配置在中间板的上表面及下表面的环形槽内。
24.根据权利要求23所述的真空夹具，其特征在于，所述中间板、底座及夹具连接头的中心分别开设有校准孔，第一真空通道、第二真空通道及第三真空通道分别与校准孔相邻布置。
25.根据权利要求24所述的真空夹具，其特征在于，所述中间板、底座及夹具连接头分别开设有数个固定孔，数个固定孔环绕校准孔及真空通道布置。
26.根据权利要求24所述的真空夹具，其特征在于，所述中间板、底座及夹具连接头分别开设有数个轴孔，数个轴孔环绕校准孔及真空通道布置。
【文档编号】B25B11/00GK104471700SQ201280071561
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2012年3月28日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】王坚, 金一诺, 邵勇, 王晖 申请人:盛美半导体设备（上海）有限公司