面向多规格晶圆的V字定心自适应装夹机构及其应用方法

面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构及其应用方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构及其应用方法。


背景技术：

2.在半导体制造过程中，现有的晶圆夹持装置都不具备自动调节的功能，导致加工不同规格的晶圆时，需要不断地更换晶圆夹具，导致加工效率较低，且比较耗费人力，从而导致生产成本提高。
3.现有的晶圆夹持装置存在以下问题：(1)由于夹持装置的滚轮位置固定，不能适应多规格的晶圆装夹；(2)安装在装夹机构上的滚轮无法自动旋转，晶圆处在静止的状态，不便于后处理工艺的开展。这些问题的存在制约着晶圆的后处理工艺的效率，不能满足企业对晶圆高效率生产的要求。
4.2019年，沈凌寒发明了一种晶圆清洗干燥装置，(授权公告号：cn111092036b)。该专利的优点是在于对晶圆进行清洗的箱体，箱体的顶部设有用于供晶圆进、出所述箱体的开口；设于箱体内且用于承接晶圆的支撑机构，支撑机构可升降；设于开口处且用于对清洗后的晶圆表面喷洒干燥气体的喷淋管。该晶圆清洗干燥装置通过在箱体的开口处设置喷淋管，利用喷淋管对清洗后的晶圆喷洒干燥气体，来干燥晶圆表面。可以理解的是，该方式利用了马兰戈尼效应，也即，利用表面张力梯度差，将附着在晶圆表面的水去除。缺点是此装置也只能进行清洗这一道工序，无法再次进行干燥处理，功能单一。且在清洗的时候，固定晶圆的定位装置也不能够适应多尺寸的晶圆规格。
5.2021年，王剑发明了一种晶圆清洗方法和晶圆清洗装置(授权公告号：cn112233971b)。该专利的优点在于根据对中操作确定的两个滚刷工装与晶圆工装同时接触的基准位置安装清洗刷并控制所述清洗刷移动至相应的清洗位置；控制清洗刷在所述清洗位置对晶圆的正反两面进行滚动刷洗。缺点是此装置只能进行清洗工艺，且在清洗的时，固定晶圆的定位装置不能够适应多尺寸的晶圆规格，如果需要清洗其他尺寸晶圆，需要更换晶圆夹持装置。
6.综上所述，现有方法虽然也能够进行晶圆清洗干燥，但是所用的晶圆夹持装置只能适应同一种规格的晶圆，如果处理另一种规格的晶圆，需准备多个规格的晶圆夹持装置，增加了成本，且经常拆换也导致效率不能够提高。


技术实现要素：

7.本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构及其应用方法，解决现有晶圆夹具不具备适应多尺寸晶圆的装夹的问题，提高了晶圆清洗干燥的效率。
8.本发明的目的一方面是这样实现的：一种面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构，包括支撑架、集水箱、v字型晶圆尺寸调节机构和滚轮刷传动机构；所述集水箱放置在
支撑架上，所述v字型晶圆尺寸调节机构安装在集水箱内，所述滚轮刷传动机构固定在支撑架上，所述滚轮刷传动机构上设置有滚轮刷和氮气喷管；所述v字型晶圆尺寸调节机构夹持晶圆片，通过所述滚轮刷传动机构将滚轮刷运送至晶圆片两侧对晶圆进行清洗和干燥。
9.为了根据所需要处理的晶圆片的尺寸，调节滚轮位置，便于适应所加工晶圆尺寸，所述v字型晶圆尺寸调节机构包括架板、两根连杆和三个滚轮，所述架板左右两侧开设有u型槽，所述u型槽内设置有左滚轮和右滚轮，所述两个连杆上部通过转动销分别与左滚轮和右滚轮相连接，所述两根连杆尾部安装在同一滑块上，所述滑块通过丝杠的转动沿着导轨上下移动，从而使两个连杆带动左滚轮和右滚轮沿着u型槽内移动，将左滚轮和右滚轮拖动至准确的位置。
10.为了使左右滚轮可停至不同规格晶圆所需大小的位置，起到定位的作用，所述滑块上安装有挡板，所述导轨一侧安装有传感器。
11.为了带动晶圆片旋转，便于清洗和干燥，所述架板上设置有电机，所述电机通过带轮装置与底部滚轮相连接，所述底部滚轮固定在架板上通过带轮带动进行转动。
12.为了根据左右滚轮在u型槽移动距离，算出滑块在导轨上的直线移动距离，并在对应的间距位置设置传感器；所述左滚轮、右滚轮和底部滚轮成等腰三角形设置在架板上。
13.为了便于适应多尺寸晶圆的精确洗刷，所述滚轮刷传动机构包括横向滑移机构、纵向滑移机构和滚轮刷固定架；所述横向滑移机构安装在支撑架上，所述纵向滑移机构通过滑块安装在横向调节机构上，所述纵向滑移机构安装有可滑动连接板，所述连接板与盖板相连接，所述盖板上设置有一对滑块和电机，所述滚轮刷固定架通过螺栓固定在滑块上；所述滚轮刷固定架上安装有滚轮刷，滚轮刷固定架通过电机控制进行位置移动。
14.本发明的目的另一方面是这样实现的：一种面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.步骤1)确定v字型晶圆尺寸调节机构导轨一侧传感器的位置，用于定位滑块位置，适应多规格晶圆片的装夹；
16.步骤2)v字型晶圆尺寸调节机构的丝杠旋转，带动滑块移动，左滚轮和右滚轮沿着u槽内移动至相应规格晶圆处；晶圆放置在三个滚轮之间，滑块上的挡片与传感器配合，起到定位的作用，通过带轮装置带动底部滚轮转动，从而使得晶圆转动；
17.步骤3)滚轮刷传动机构将两个滚轮刷运送至晶圆片两侧，对晶圆进行洗刷清洗；
18.步骤4)洗刷完，热氮气通过氮气喷管的管道喷射在晶圆表面，对晶圆进行干燥。
19.进一步的，步骤1)中所述的确定导轨一侧传感器的位置具体包括以下流程：根据不同规格的晶圆尺寸绘制二维坐标轴，根据底部滚轮位置固定的特点，将坐标原点设置在底部滚轮的中心处，绘制不同晶圆直径，根据连杆的长度不变性，一端沿着u型槽的方向，一端沿着丝杠方向，也就是y轴的方向；根据绘制不同圆，根据勾股定理理论计算，最后得到y轴负半轴的各点，为传感器安置位置。
20.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，有益效果为：1)采用v字型晶圆尺寸调节机构，架板上开有两个u型槽，使两个连杆带动左滚轮和右滚轮沿着u型槽内移动，以适应多尺寸的晶圆片，解决了目前用于晶圆清洗、干燥的夹持装置不可调节的问题。该装置可适应12英寸、8英寸和6英寸的晶圆，具有调节快捷、方便，且定位准确的优点；2)将晶圆清洗和干燥两道工序集成在一个容器内，使得在晶圆在清洗过后能够不需要进行搬运，使其还在
原来的容器内，继续完成干燥。避免了在搬运过程中，晶圆的磨损、划伤和落灰。
附图说明
21.图1为本发明的总体结构的立体图。
22.图2为本发明的v字型晶圆尺寸调节机构的立体图。
23.图3为本发明的晶圆尺寸调节机构的左视图。
24.图4为本发明的滚轮刷传动机构的立体图。
25.图5为本发明的v字型晶圆尺寸调节板的坐标建立图。
26.其中，1支撑架，2集水箱，3v字型晶圆尺寸调节机构、31架板、310、311、312传感器；32丝杠、33导轨、34滑块、341挡板、35连杆、36转动销、37电机、38带轮装置、39底部滚轮；4滚轮刷传动机构、41横向滑移机构、42纵向滑移机构、43连接板、44盖板、45滑块、46滚轮刷固定架；5氮气喷管，6晶圆片，7滚轮刷。
具体实施方式
27.如图1所示的基于v字定心夹具适应多尺寸晶圆清洗干燥一体化装置，包括支撑架1、集水箱2、v字型晶圆尺寸调节机构3和滚轮刷传动机构4；集水箱2放置在支撑架1上，集水箱2用来收集洗刷晶圆片6的废水，v字型晶圆尺寸调节机构3安装在集水箱2内，滚轮刷传动机构4固定在支撑架1上，滚轮刷传动机构4上设置有滚轮刷7和氮气喷管5；通过v字型晶圆尺寸调节机构3夹持晶圆片6，通过滚轮刷传动机构4将滚轮刷7运送至晶圆片6两侧对晶圆进行清洗和干燥。
28.如图2所示，v字型晶圆尺寸调节机构3包括架板31、两根连杆35和三个滚轮，架板31左右两侧开设有u型槽，u型槽内设置有左滚轮和右滚轮，两个连杆35上部通过转动销36分别与左滚轮和右滚轮相连接，两根连杆35尾部安装在同一滑块34上，滑块34通过丝杠32的转动沿着导轨33上下移动，从而使两个连杆35带动左滚轮和右滚轮沿着u型槽内移动，将左滚轮和右滚轮拖动至准确的位置，以实现调节尺寸的功能。滑块34上安装有挡板341，导轨33一侧安装有传感器。
29.如图3所示，由于具体组成部分在上一部分已经阐述，此处就不在赘述，此处就作为上述部分的补充描述。架板31上设置有电机37，电机37通过带轮装置38与底部滚轮39相连接，底部滚轮39固定在架板31上通过带轮装置38带动进行转动；带轮装置38主要作用就是带动底部滚轮39转动，转动的作用就是带动晶圆片6转动，方便晶圆片6的清洗和干燥。
30.左滚轮、右滚轮和底部滚轮39成等腰三角形设置在架板上，现设定左右滚轮相隔间距为400mm，正好是为12寸晶圆片直径。底部滚轮39位置固定，在左右滚轮极限位置沿着u型槽移动，总能找到左右滚轮间距为203.2mm和152.4mm，这两个数值分别为8英寸晶圆片和6英寸晶圆片的直径，所以根据滚轮在u型槽移动距离，可以算出滑块34在导轨33上的直线移动距离，并在对应的间距位置设置一个传感器。
31.如图4所示，滚轮刷传动机构4包括横向滑移机构41、纵向滑移机构42和滚轮刷固定架46；横向滑移机构41安装在支撑架1上，对于整个滚轮刷传动机构4来说，起到整体横向移动的作用；纵向滑移机构42通过滑块安装在横向调节机构上，对于整个滚轮刷传动机构4来说，起到整体纵向移动的作用；便于适应多尺寸晶圆的精确洗刷；纵向滑移机构4安装有
可滑动连接板43，连接板43与盖板44相连接，盖板44上设置有一对滑块45和电机，滚轮刷固定架46通过螺栓固定在滑块45上；滚轮刷固定架46上安装有滚轮刷7，滚轮刷固定架46通过电机控制，可以实现两个滚轮刷固定架46的位置移动，使其实现对中；盖板44上安装有滚刷位置调节器，来确定滚轮刷7是否已经触碰到晶圆片6，避免对中不准确而导致晶圆片6的碎裂；氮气喷管5通过保持架安装在滚轮刷固定架46上；当晶圆片6完成洗刷之后开始喷射热氮气，用于晶圆片6表面的干燥；可实现清洗和干燥一体化的效果。
32.一种面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构的应用方法，包括以下步骤：
33.步骤1)确定v字型晶圆尺寸调节机构3的导轨33一侧传感器的位置，用于定位滑块34位置，适应多规格晶圆片的装夹；根据不同规格的晶圆尺寸绘制二维坐标轴，根据底部滚轮39位置固定的特点，将坐标原点设置在底部滚轮39的中心处，绘制不同晶圆直径，根据连杆的长度不变性，一端沿着u型槽的方向，一端沿着丝杠方向，也就是y轴的方向；根据绘制不同圆，根据勾股定理理论计算，最后得到y轴负半轴的各点，为传感器安置位置。
34.如图5所示，架板31上开有两个u型槽，u型槽上下两个极限位置分别对应12寸晶圆和6寸晶圆夹持滚轮的位置，现确定夹持8英寸晶圆时，对应底部滑块34运动的距离，从而在其位置放置传感器311，以底部滚轮圆心为原点建立坐标系，原点为o，已知条件：当左滚轮用于放置12英寸的晶圆时，圆心a坐标为(-210，210)，当左滚轮用于放置8英寸的晶圆时，圆心b坐标为(-111.6，111.6)，连杆长度一直保持不变，由勾股定理可得：设滑块中心移动到b1点时，左右滚轮正好可以夹持在8英寸晶圆，同样有勾股定理可得：所以可得到b1点坐标(0，162.5)，所以传感器311的位置就可以确定。同理可得可得到c1点坐标(0，198.5)，所以当左右滚轮用于放置6英寸的晶圆时，传感器312的位置就可以确定。当左右滚轮用于放置12英寸的晶圆时，原点为o即为传感器310的位置。
35.步骤2)v字型晶圆尺寸调节机构3的丝杠32旋转，带动滑块34移动，左滚轮和右滚轮沿着u型槽内移动至相应规格晶圆处；晶圆放置在三个滚轮之间，滑块上的挡片341与传感器配合，起到定位的作用，因此左右滚轮可停至不同规格晶圆所需大小的位置；通过带轮装置38带动底部滚轮39转动，从而使得晶圆6转动，便于晶圆的清洗干燥。
36.步骤3)滚轮刷传动机构将两个滚轮刷运送至晶圆片两侧，纵向滑移机构42和横向滑移机构41开始运动，将两个滚轮刷7运送至晶圆片6两侧，再通过盖板44上的电机装置进行微调，使得滚轮刷移动到正确的位置，对晶圆进行洗刷清洗；
37.步骤4)洗刷完，热氮气通过氮气喷管5的管道喷射在晶圆表面，达到晶圆干燥的目的，从而实现晶圆清洗和干燥两道工序的集成；之后通过纵向滑移机构42和横向滑移机构41将滚轮刷7转移位置，便于后期取出晶圆片6。
38.本发明清洗、干燥这两道工序集成化，解决现有晶圆清洗工序和干燥工序分开进行的问题，设计的面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构，具有很大的市场前景和推广价值。
39.本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技
术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构，其特征在于，包括支撑架、集水箱、v字型晶圆尺寸调节机构和滚轮刷传动机构；所述集水箱放置在支撑架上，所述v字型晶圆尺寸调节机构安装在集水箱内，所述滚轮刷传动机构固定在支撑架上，所述滚轮刷传动机构上设置有滚轮刷和氮气喷管；所述v字型晶圆尺寸调节机构夹持晶圆片，通过所述滚轮刷传动机构将滚轮刷运送至晶圆片两侧对晶圆进行清洗和干燥。2.根据权利要求1所述的面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构，其特征在于，所述v字型晶圆尺寸调节机构包括架板、两根连杆和三个滚轮，所述架板左右两侧开设有u型槽，所述u型槽内设置有左滚轮和右滚轮，所述两个连杆上部通过转动销分别与左滚轮和右滚轮相连接，所述两根连杆尾部安装在同一滑块上，所述滑块通过丝杠的转动沿着导轨上下移动，从而使两个连杆带动左滚轮和右滚轮沿着u型槽内移动，将左滚轮和右滚轮拖动至准确的位置。3.根据权利要求2所述的面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构，其特征在于，所述滑块上安装有挡板，所述导轨一侧安装有传感器。4.根据权利要求2所述的面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构，其特征在于，所述架板上设置有电机，所述电机通过带轮装置与底部滚轮相连接，所述底部滚轮固定在架板上通过带轮装置带动进行转动。5.根据权利要求4所述的面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构，其特征在于，所述左滚轮、右滚轮和底部滚轮成等腰三角形设置在架板上。6.根据权利要求1所述的面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构，其特征在于，所述滚轮刷传动机构包括横向滑移机构、纵向滑移机构和滚轮刷固定架；所述横向滑移机构安装在支撑架上，所述纵向滑移机构通过滑块安装在横向调节机构上，所述纵向滑移机构安装有可滑动连接板，所述连接板与盖板相连接，所述盖板上设置有一对滑块和电机，所述滚轮刷固定架通过螺栓固定在滑块上；所述滚轮刷固定架上安装有滚轮刷，滚轮刷固定架通过电机控制进行位置移动。7.一种面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）确定v字型晶圆尺寸调节机构的导轨一侧传感器的位置，用于定位滑块位置，适应多规格晶圆片的装夹；步骤2）v字型晶圆尺寸调节机构的丝杠旋转，带动滑块移动，左滚轮和右滚轮沿着u型槽内移动至相应规格晶圆处；晶圆放置在三个滚轮之间，滑块上的挡片与传感器配合，起到定位的作用，通过带轮装置带动底部滚轮转动，从而使得晶圆转动；步骤3）滚轮刷传动机构将两个滚轮刷运送至晶圆片两侧，对晶圆进行洗刷清洗；步骤4）洗刷完，热氮气通过氮气喷管的管道喷射在晶圆表面，对晶圆进行干燥。8.根据权利要求7所述的面向多规格晶圆的v字定心自适应装夹机构的应用方法，其特征在于，步骤1）中所述的确定导轨一侧传感器的位置具体包括以下流程：根据不同规格的晶圆尺寸绘制二维坐标轴，根据底部滚轮位置固定的特点，将坐标原点设置在底部滚轮的中心处，绘制不同晶圆直径，根据连杆的长度不变性，一端沿着u型槽的方向，一端沿着丝杠方向，也就是y轴的方向；根据绘制不同圆，根据勾股定理理论计算，最后得到y轴负半轴的各点，为传感器安置位置。

技术总结
本发明公开了面向多规格晶圆的V字定心自适应装夹机构及其应用方法，架板上开有两个U型槽，形成V字型分布。采用滚轮在槽内滑动的方式，可实现调节装夹机构的开合尺寸，适应多尺寸晶圆片装夹；底部滚轮采用自转的方式，带动晶圆旋转，避免晶圆和滚轮接触地方存在死角，无法彻底进行清洗干燥。本发明相较于传统的三爪定位装置，体现了其可装夹不同规格的晶圆的优点，避免了因加工不同尺寸晶圆片需要频繁更换夹具导致效率不高，同时也解决了晶圆清洗干燥不充分的问题。燥不充分的问题。燥不充分的问题。


技术研发人员：孙进 梁立 雷震霆 马昊天
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2022/5/25