[发明专利]自定心定位卡盘及半导体晶圆的定心定位方法

权利要求书

1.一种自定心定位卡盘，包括托盘（7）、卡盘定位组件、中央吸附组件和卡盘外壳，所述卡盘外壳包括底座（23）和中间座套（53），其特征在于：

所述托盘（7）为中心有通孔（58）的圆盘，所述圆盘的下端面上有两个同心的内圆环（62.1）和外圆环（62.2），所述内圆环（62.1）和外圆环（62.2）的环壁上分别开有径向的、均匀分布的内通孔（60.1）和外通孔（60.2），所述内通孔（60.1）和外通孔（60.2）的直径相同且内外一一对应；

所述卡盘定位组件包括能轴向自由伸缩的伸缩杆（5）和卡块（3），所述伸缩杆（5）穿过内通孔（60.1）和外通孔（60.2），其靠近托盘中心的一端与锥面轴（3）的斜面（61）相适应，另一端紧固有夹持晶圆的卡块（9），所述伸缩杆（5）的中段套有起推动作用的弹簧（6）；所述弹簧（6）的两端分别为伸缩杆（5）的轴肩和外圆环（62.2）内壁面上的卡板（11）；所述锥面轴（3）套在中央吸附组件的外面，其上段为锥面，锥面与轴面的连接部分为水平方向的下端面（55）；

所述托盘（7）上还开有轴向的气孔（56），所述气孔（56）通过气管（35）与外部的气源相连通；

所述卡盘驱动组件为与外界气源相连通的针形气缸（50）和与锥面轴平行安装的压簧（14）。

2.根据权利要求1所述的自定心定位卡盘，其特征在于：所述托盘（7）的上端面上有多个环形槽（59），所述环形槽（59）与气孔（56）相连通，所述环形槽（59）之间通过多个以托盘中心为中心作放射式排布的直线槽（63）相连通。

3.根据权利要求1所述的自定心定位卡盘，其特征在于：所述外圆环（62.2）的内壁面上开有与外通孔（60.2）同心的方形槽，所述方形槽的槽底有凸起的平台，所述平台上安装有对伸缩杆有固定和导向作用的卡板（11），所述卡板（11）两侧有凹槽。

4.根据权利要求1所述的自定心定位卡盘，其特征在于：所述伸缩杆（5）与内通孔（60.1）和外通孔（60.2）之间设有自润滑轴承（4）。

5.根据权利要求1所述的自定心定位卡盘，其特征在于：所述中央吸附组件包括能作旋转运动或上下运动的吸盘（2）和芯轴（1），所述吸盘位于托盘（7）中心的通孔（58）内，其底部与芯轴（1）的顶端连接；所述芯轴（1）底部由两个直线轴承（12）支承；所述吸盘（2）和芯轴（1）中心均开有通孔，所述通孔相连组成气道（57），所述气道（57）通过旋转接头（29）与外部的气源连通。

6.根据权利要求5所述的自定心定位卡盘，其特征在于：所述中央吸附组件的驱动设备包括旋转驱动设备和上下驱动设备，所述旋转驱动设备为微型电机（21），所述微型电机（21）上固定安装有动力齿轮（20），所述动力齿轮（20）与安装在芯轴上的齿轮（44）相啮合，所述齿轮（44）与芯轴（1）之间有平键（43）连接；所述上下驱动设备包括通过作用于推力轴承（37）起作用的微型气缸（32）和助力弹簧（39），所述微型气缸（32）通过气管连接到外部气源。

7.根据权利要求5或6所述的自定心定位卡盘，其特征在于：所述中央吸附组件上的吸盘（2）上与晶圆接触的端面有多个环形槽（59），所述环形槽（59）之间有以吸盘中心为圆心呈放射状的直线槽（63）连通，所述直线槽（63）与吸盘中心的气孔（56）连通。

8.一种利用权利要求1~7任意一项所述自定心定位卡盘进行半导体晶圆的定心定位方法，其特征在于：应用权利要求1~7任意一项所述自定心定位卡盘，其方法步骤为：

针形气缸（50）连通气源，推动锥面轴（3），锥面轴（3）推动伸缩杆（5），伸缩杆（5）伸出；

机械手从料盒中拾取晶圆，将晶圆放置于托盘（7）上；

针形气缸（50）断开气源，锥面轴（3）在压簧（14）的作用下返回，伸缩杆（5）在弹簧（6）的作用下收缩夹持晶圆定心；

气道（57）接通气源，吸盘（2）吸住晶圆；

针形气缸（50）连通气源，推动锥面轴（3）移动，锥面轴（3）推动伸缩杆（5）放开晶圆；

微型气缸（32）连通外部气源，向上推动芯轴（1），此时晶圆离开托盘（7）；

微型电机（21）得电转动，芯轴（1）在齿轮（44）和动力齿轮（20）的作用下转动，带动吸盘（2）和被吸盘（2）吸住的晶圆转动；

外部的传感器对晶圆外缘的定位槽进行检测，当检测到定位槽后电机停止转动；

微型气缸（32）断开气源，缸杆收缩，芯轴（1）在助力弹簧（39）的作用下归位，晶圆落到圆盘（7）上；

气道（57）与外部气源断开，吸盘（2）停止吸附晶圆；

针形气缸（50）断开气源，锥面轴（3）在压簧（14）的作用下返回，伸缩杆（5）在弹簧（6）的推动下再次夹持晶圆定心；

托盘（7）上的气孔（56）连通气源，使托盘（7）吸附晶圆，这样使晶圆定心定位。