一种晶圆卸载和压紧装置的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种晶圆卸载和压紧装置。

背景技术：

在半导体器件制造过程中，为了获得较好的机械性能、电性能，以及后续掩膜和刻蚀的需要，晶圆的摆放位置不应有任何的移动。在进行这些加工工艺之前，通常需要将晶圆从圆片支架上装载到工艺腔室内。机械手上包括承载晶圆用的承载臂，以及分布在机械手上的若干气孔，这个机械手内部就有气路系统，连接在一气阀上，通孔气阀的抽气可以在气孔上形成负压。取片时，将机械手移动到晶圆下方开动抽气装置，将晶圆吸附在承载臂上。然后移动机械手，将晶圆装载到如图1所示的工艺腔室中。该工艺腔室包括腔室1，设置在腔室1内的下电极2。机械手将晶圆放置在下电极2上，此时需要一种卸载装置将晶圆卸载并压紧同时保证机械手顺利的抽出。目前现有设备所采用的卸载压紧装置多采用压环3的自重下降以压住晶圆，另一种方式则采用气缸推动压环3压住晶圆。气缸的推力由弹簧限制以防止压坏晶圆。

这两种方式均存在问题，第一：压环的自重无法控制，且容易出现卡顿导致晶圆无法顺利卸载或压不紧的问题出现。第二：气缸推力及弹簧推力控制均无法达到准确，这样可能造成气缸无法克服弹簧弹力使压环无法到达指定位置成功压紧晶圆。第三：直接刚性接触和弹簧在真空室内均会产生很多颗粒，这些颗粒在半导体生产中影响非常巨大。这些问题均会增加晶圆无法正确到达指定位置，出现移动现象甚至损坏的几率。随着半导体制造技术的迅速发展，半导体工艺的准确度就显得格外重要，因为一旦在工艺中发生细微错误，即可能造成工艺的失败，导致晶圆的损坏和报废，因而耗费大量成本。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明公开一种晶圆卸载压紧装置，该装置能够避免晶圆在卸载和压紧的过程中产生的损坏，从而提高半导体加工工艺的品质。

一种晶圆卸载和压紧装置，包括：驱动机构，推板，连接杆，压环和顶针，所述驱动机构包括气缸及其上行气路和下行气路，压环通过连接杆与推板连接，顶针与推板相连，气缸推动推板带动压环和顶针上下运动。

本发明的晶圆卸载和压紧装置中，优选为，所述气缸为两个。

本发明的晶圆卸载和压紧装置中，优选为，所述气缸的上行和下行由第一换向阀控制，所述气缸与所述上行气路间设置了第一调速阀，所述气缸与下行气路间设置了第二调速阀、第三单向阀、调压阀以及第二换向阀，所述第二换向阀与所述第三单向阀和调压阀并联设置，其中，第一调速阀包括第一单向阀和第一可调溢流阀，所述第二调速阀包括第二单向阀和第二可调溢流阀。

本发明的晶圆卸载和压紧装置中，优选为，当需装载晶圆时，气缸需上行到达指定位置，所述第一换向阀处于右位，上行气路接通，所述第二换向阀处于左位直通状态，第一调速阀中的第一单向阀开启，第二调速阀中的第二单向阀闭合，第二可调溢流阀起作用，第三单向阀闭合，气缸带动压环和顶针上行到达指定位置。

本发明的晶圆卸载和压紧装置中，优选为，装载晶圆后，切换所述第一换向阀至左位，下行气路接通，第二换向阀处于右位断开状态，此时第三单向阀开启，调压阀起作用，第二调速阀中的第二单向阀开启，第一调速阀中第一单向阀关闭，第一可调溢流阀起到限速作用，气缸带动压环、顶针和晶圆下行，晶圆到达指定位置后，顶针与晶圆分离，压环继续缓慢下降，直到压环压紧晶圆。

本发明的晶圆卸载和压紧装置中，优选为，卸载晶圆时，切换第一换向阀至右位，上行气路接通，第二换向阀位于左位直通状态，气缸上行，第一调速阀中的第一单向阀开启，第二调速阀中的第二单向阀闭合，第二可调溢流阀起作用，第三单向阀闭合，气缸带动压环和顶针上行到达指定位置。

本发明的晶圆卸载和压紧装置中，优选为，当压环在无晶圆的情况下下行，切换所述第一换向阀至左位，下行气路接通，所述第二换向阀处于左位直通状态，从而使所述下行气路绕过所述调压阀，所述压环可以较快下降到指定位置。

本发明的晶圆卸载和压紧装置中，优选为，所述连接杆为三根，且均匀分布。

本发明的晶圆卸载和压紧装置中，优选为，所述顶针为三根，且均匀分布。

本发明的晶圆卸载压紧装置结构简洁，节省了大量的真空腔室体积。新型的气路结构设计，保证了晶圆位置的准确性，而且几乎没有刚性的惯性接触，极大程度的减少了晶圆损坏和颗粒产生的可能性，从而保证了真空腔室的清洁度和半导体加工工艺的品质，节约了成本。

附图说明

图1是一种常用的工艺腔室结构示意图。

图2是本发明的晶圆卸载和压紧装置的主视图。

图3是本发明的晶圆卸载和压紧装置沿a-a剖开的剖视图。

图4是本发明的晶圆卸载和压紧装置中压环和顶针上行达到指定位置的示意图。

图5是本发明的晶圆卸载和压紧装置的控制气路原理图。

图中：

1～腔室；2～下电极；3～压环；6～气缸；7～连接杆；8～推板；9～下行气路；10～上行气路；12～顶针；11～晶圆；12～顶针；13～第一换向阀；14～第二换向阀；15～调压阀；16～第一调速阀；161～第一单向阀；162～第一可调溢流阀；17～第二调速阀；171～第二单向阀；172～第二可调溢流阀；18～第三单向阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。

图2是本发明的晶圆卸载和压紧装置的主视图。图3是本发明的晶圆卸载和压紧装置沿a-a剖开的剖视图。如图2和图3所示，本发明的晶圆卸载和压紧装置包括：驱动机构，推板8，连接杆7，压环3和顶针12。其中，驱动机构包括气缸6及其上行气路10和下行气路9。压环3通过连接杆7与推板8连接，顶针12与推板8相连，气缸6推动推板8带动压环3和顶针12上下运动。优选地，气缸6为两个。连接杆7为三根，且均匀分布。顶针12为三根，且均匀分布。

压环3和顶针12的运动方式完全由气缸6的运动方式及运动距离所决定，气缸6安装磁性开关，可以准确的知晓其所处位置，也就是说压环3和顶针12的位置可以被准确的测量并反馈，提高了运动控制的准确率，从而避免造成晶圆损坏。压环3和顶针12的运动方式的控制气路原理图如图5所示。如图5所示，气缸6的上行和下行由第一换向阀13控制，两只气缸动作完全同步，气缸6与上行气路10间设置了第一调速阀16，气缸6与下行气路9间设置了第二调速阀17、第三单向阀18、调压阀15以及第二换向阀14，第二换向阀14与第三单向阀18和调压阀15并联设置，其中，第一调速阀16包括第一单向阀161和第一可调溢流阀162，第二调速阀17包括第二单向阀171和第二可调溢流阀172。

当需装载晶圆时，气缸6需上行到达指定位置，第一换向阀13处于右位，上行气路10接通，第二换向阀14处于左位直通状态，第一调速阀16中的第一单向阀161开启，第二调速阀17中的第二单向阀171闭合，第二可调溢流阀172起作用，第三单向阀18闭合，气缸6带动压环3和顶针12上行到达指定位置，如图4所示。此过程由于第二调速阀17中第二可调溢流阀172起到限流作用，所以气缸6携带压环3和顶针12上行较慢，不会有太大的冲击惯性。随后机械手携带晶圆到达压环3和顶针12的间的空隙处，并将晶圆置于顶针12上，机械手回位。

装载晶圆后，切换第一换向阀13至左位，下行气路9接通，第二换向阀14处于右位断开状态，此时第三单向阀18开启，调压阀15起作用，第二调速阀17中的第二单向阀171开启，第一调速阀16中第一单向阀161关闭，第一可调溢流阀162起到限速作用，气缸6带动压环3、顶针12和晶圆11下行。由于调压阀15和第一调速阀16中的第一可调溢流阀162均起到溢流作用，使得气缸6下行速度缓慢，从而保证晶圆11开始下行瞬间几乎没有惯量。因此，晶圆11几乎没有相对于顶针12的位移，从而保证晶圆11准确的进入下电极2上表面的凹槽限位内，且不存在导致晶圆11损坏的大的惯性碰撞。晶圆到达指定位置后，顶针12与晶圆11分离，压环3继续缓慢下降，直到压环3压紧晶圆11。该压紧接触晶圆的过程几乎没有刚性的惯性接触，极大程度的减少了晶圆的损坏的可能性，同时避免颗粒的产生，保证了真空腔室的清洁度和半导体加工工艺的品质。

卸载晶圆时，切换第一换向阀13至右位，上行气路10接通，第二换向阀14位于左位直通状态，气缸6上行，第一调速阀16中的第一单向阀161开启，第二调速阀17中的第二单向阀171闭合，第二可调溢流阀172起作用，第三单向阀18闭合，气缸6带动压环3和顶针12上行到达指定位置。此过程由于第二调速阀17中的第二可调溢流阀172起到限流作用，所以气缸6携带晶圆11上行较慢，晶圆11上行瞬间和停止瞬间均不会有太大的冲击惯性，从而保证了晶圆11位置的准确度，为接下来机械手进入并顺利带走晶圆11提供了保证。

当压环在无晶圆的情况下下行时，切换所述第一换向阀13至左位，下行气路9接通，第二换向阀14处于左位直通状态，从而使下行气路9绕过所述调压阀15，压环3可以较快下降到指定位置，节约工艺时间。

本发明的晶圆卸载压紧装置结构简洁，节省了大量的真空腔室体积。新型的气路结构设计，保证了晶圆位置的准确性，而且几乎没有刚性的惯性接触，极大程度的减少了晶圆损坏和颗粒产生的可能性，从而保证了真空腔室的清洁度和半导体加工工艺的品质，节约了成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。