CN102049730B - 一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，属于化学机械抛光设备技术领域，包括一举升架，举升架上部通过中空腔体与举升架下部贯通连接，举升架下部上安装有控制举升架升降的第一气缸和直线轴承，导向轴穿过直线轴承，举升架上部通过弹簧连接盆状的对位环，对位环上安装有控制晶圆托架升降的第二气缸，第二气缸的气缸杆穿过对位环连接到晶圆托架的底部，晶圆托架、第二气缸和对位环轴线重合并且与直线轴承的轴线平行，在抛光过程中，本发明既能与外围机械手配合，完成晶圆送出及取入，又能与抛光头配合，完成晶圆的装载与卸载，在整个装、卸、取、送晶圆的过程中，能够完成晶圆的精确定位，并保证晶圆不被损坏。

Description

一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置
技术领域
本发明涉及化学机械抛光(CMP)设备技术领域，尤其是一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置。
背景技术
化学机械抛光(CMP)是半导体制造领域的关键技术之一，是目前唯一能够在整个硅晶圆上全面平坦化的工艺技术，被认为是能兼顾晶圆表面粗糙度和表面平整化要求，获得无损伤表面的最佳方法。目前，300mm晶圆已经逐渐成为半导体制造业的主流选择，更高的集成度，更细的线宽，都对传统的CMP技术提出了新的要求。
晶圆交换装置是CMP设备上的重要组成部分之一，它主要负责与外围设备交换晶圆以及晶圆的装卸工作，是外围设备与CMP核心部分之间的桥梁，对整个系统有着至关重要的作用。
现有的晶圆装载装置，根据系统的需求不同其结构也有所区别，但在完成工作过程中都需要对晶圆进行必要的位置转移及定位，由于机械误差的存在，晶圆在各个工位的实际位置与理论位置总会存在一定的偏差，现有技术往往忽略这一点，使得晶圆交换尤其是装载失败，甚至发生晶圆破碎的情形，严重影响后续作业。所以在晶圆交换的过程中，精确的定位是必要的。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，在抛光过程中，既能与外围机械手配合，完成晶圆送出及取入，又能与抛光头配合，完成晶圆的装载与卸载，在整个装、卸、取、送晶圆的过程，能够完成晶圆的精确定位，并保证晶圆不被损坏。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，包括一举升架100，举升架上部102通过中空腔体118与举升架下部111贯通连接，举升架下部111上安装有控制举升架100升降的第一气缸114和直线轴承112，导向轴110穿过直线轴承112，举升架上部102通过弹簧106连接盆状的对位环103，对位环103上安装有控制晶圆托架107升降的第二气缸113，第二气缸113的气缸杆108穿过对位环103连接到晶圆托架107的底部，所述的晶圆托架107、第二气缸113和对位环103轴线重合并且与直线轴承112的轴线平行，举升架100沿由导向轴110和直线轴承112组成的导向装置作升降运动。
上述的整个装置通过导向轴110和第一气缸114的气缸杆117固定在机座101上。
所述的举升架上部102上有与其垂直的侧壁119，所述侧壁119在盆状对位环103侧壁的外侧，以控制对位环103的水平移动不至于过大。
所述的对位环103的顶部边沿具有与抛光头201外轮廓相吻合的锥形曲面109，在对位过程中，起定位作用。
所述的举升架上部102上开有螺丝孔，对位环103上开有通孔，螺钉105穿过通孔和弹簧106固定在螺丝孔中，螺钉105的杆部直径小于通孔直径1～3mm，螺钉105尾端有密封盖104将对位环103上的通孔密封，所述的螺钉105、密封盖104和弹簧106有三组或三组以上，呈等间隔圆周分布，这样对位环103就被螺钉105和弹簧106压在举升架上部102上面，当对位环103受到外力作用时，一方面，它能够在一定范围内水平移动，另一方面，它能进一步压缩弹簧并沿竖直方向移动，当各弹簧压缩量不同时，它还能够实现小范围的偏转。
所述举升架100上安装有液压缓冲器115，安装在举升架下部111上，并以螺母116锁紧，在举升架上升过程中，距行程末端3～5mm时，液压缓冲器115端部与机座101接触，并受到反作用力，使举升架上升速度下降，可以防止对位环103与抛光头201之间产生撞击，保证对接顺利进行。此处，液压缓冲器115也可以有若干个并呈圆周分布，以使整体受力平衡。
第一气缸114有可以有任意多个，当第一气缸114的数量大于一个时，在举升架下部111上呈等间隔圆周分布。
直线轴承112和导向轴110有两组或两组以上，在举升架下部111上呈等间隔圆周分布，使得升降架100的上下运动方向受控。
通过以上技术特征，本发明能够实现以下有益效果：它能够有效克服设备在加工、安装过程的误差，保证装置在工作过程中实现与抛光头的精确对位，使得晶圆托架在装卸晶圆时处在正确的位置上，进而顺利完成晶圆的装、卸、取、送作业。
附图说明
图1为本发明沿中心面的剖视图。
图2为本发明沿中心面的剖视图，显示的是举升架升起，对位环与抛光头对位完成之后的状态。
图3为本发明沿中心面的剖视图，显示的是晶圆托架将晶圆顶出的状态。
在附图中：
100-举升架，    101-机座，    102-举升架上部，
103-对位环，    104-密封盖，  105-螺钉，
106-弹簧，      107-晶圆托架，108-第二气缸的气缸杆，
109-锥形曲面，  110-导向轴，  111-举升架下部，
112-直线轴承，  113-第二气缸，114-第一气缸，
115-液压缓冲器，116-螺母，    117-第一气缸的气缸杆，
118-中空腔体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明为一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，包括一举升架100，圆形盆状的举升架上部102通过中空腔体118与圆形板状的举升架下部111贯通连接构成举升架100，举升架上部102上有与其垂直的侧壁119，所述侧壁119在盆状对位环103侧壁的外侧，举升架下部111上安装有控制举升架100升降的第一气缸114和直线轴承112，导向轴110穿过直线轴承112与机座101相固结，第一气缸114的气缸杆117也固定在机座101上，举升架上部102通过弹簧106连接盆状的对位环103，对位环103上安装有控制晶圆托架107升降的第二气缸113，第二气缸113的气缸杆108穿过对位环103连接到晶圆托架107的底部，第二气缸113的主体部分可以置放在中空腔体118内以节省空间，所述的晶圆托架107、第二气缸113和对位环103轴线重合并且与直线轴承112的轴线平行，举升架100沿由导向轴110和直线轴承112组成的导向装置作升降运动。
第一气缸114可以有任意多个，当第一气缸114的数量大于一个时，在举升架下部111上呈等间隔圆周分布。直线轴承112和导向轴110有两组或两组以上，在举升架下部111上呈等间隔圆周分布，以避免偏载，使动力平衡。
对位环103的顶部边沿具有与抛光头201外轮廓相吻合的锥形曲面109，在对位过程中起定位作用。
对位环103与举升架上部102的联接方式如下：举升架上部102上开有螺丝孔，对位环103上开有通孔，通孔轴线与对位环103轴线互相平行，螺钉105穿过通孔和弹簧106固定在螺丝孔中，螺钉105的杆部直径小于通孔直径1～3mm，螺钉105尾端有密封盖104将对位环103上的通孔密封，防止异物进入通孔中，所述的螺钉105、密封盖104和弹簧106有三组或三组以上，在举升架上部(102)上呈等间隔圆周分布。这样对位环103就被螺钉105和弹簧106压在举升架上部102上面，当对位环103受到外力作用时，一方面，它能够在一定范围内水平移动，另一方面，它能进一步压缩弹簧并沿竖直方向移动，当各弹簧压缩量不同时，它还能够实现小范围的偏转。
对位环103与举升架上部102也可以以其它的柔性方式连接。
晶圆托架107与第二气缸113的气缸杆108末端连接，并以第二气缸113驱动其升降来完成晶圆的装、卸、取、送作业。其中第二气缸113固定在对位环103上，晶圆托架107、气缸113、对位环103三者轴线重合，晶圆托架107在升降过程中始终与对位环103处于同心的位置。
液压缓冲器115通过其外部的螺纹安装在举升架下部111上，并以螺母116锁紧，在举升架上升过程中，距行程末端3～5mm时，液压缓冲器115端部与机座101接触，并受到反作用力，使举升架上升速度下降，可以防止对位环103与抛光头201之间产生撞击，保证对接顺利进行。此处，液压缓冲器115也可以有若干个并呈等间隔圆周分布，以使整体受力平衡。
参考附图1、2、3，下面对装置的工作过程进行说明，图1显示的是该装置的初始状态，此时，装置的各部分均在低位。当抛光头201移至装置上方后，为了实现晶圆交换，装置中举升架100、对位环103以及晶圆托架107升起，图2显示了携带晶圆202的抛光头201与装置对接之后的状态，装置中举升架100、对位环103以及晶圆托架107在气缸114驱动下升至高位，对位环103上的圆锥面109与抛光头201的外轮廓圆锥面重合，在几何因素的作用下，使得对位环103与抛光头201同心，如此实现对接之后，抛光头201释放晶圆202，使晶圆202在重力的作用下落到晶圆托架107上，装置中举升架100、对位环103以及晶圆托架107回复低位，晶圆202即被卸下，随后第二气缸113的气缸杆108全部伸出将晶圆托架107及晶圆202顶出，如图3所示，然后外部设备中的机械手将晶圆202取出。送入及装载晶圆的作业与上述过程相反。
以上介绍的仅仅是基于本发明的较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，包括一举升架(100)，其特征在于，举升架上部(102)通过中空腔体(118)与举升架下部(111)贯通连接，举升架下部(111)上安装有控制举升架(100)升降的第一气缸(114)和直线轴承(112)，导向轴(110)穿过直线轴承(112)与机座(101)相固结，第一气缸(114)的气缸杆(117)也固定在机座(101)上，举升架上部(102)通过弹簧(106)连接对位环(103)，对位环(103)上安装有控制晶圆托架(107)升降的第二气缸(113)，第二气缸(113)的气缸杆(108)穿过对位环(103)连接到晶圆托架(107)的底部，所述的晶圆托架(107)、第二气缸(113)和对位环(103)轴线重合并且与直线轴承(112)的轴线平行。
2.根据权利要求1所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，所述的举升架上部(102)上有与其垂直的侧壁(119)，所述侧壁(119)在盆状对位环(103)侧壁的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，所述的对位环(103)的顶部边沿具有与抛光头(201)外轮廓相吻合的锥形曲面(109)。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，所述的举升架上部(102)上开有螺丝孔，对位环(103)上开有通孔，螺钉(105)穿过通孔和弹簧(106)固定在螺丝孔中。
5.根据权利要求4所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，所述的螺钉(105)的杆部直径小于通孔直径1～3mm。
6.根据权利要求4所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，所述的螺钉(105)尾端有将对位环(103)上的通孔密封的密封盖(104)。
7.根据权利要求6所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，所述的螺钉(105)、密封盖(104)和弹簧(106)有三组或三组以上，在举升架上部(102)上呈等间隔圆周分布。
8.根据权利要求1所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，所述的举升架下部(111)上安装有任意数量的液压缓冲器(115)，当液压缓冲器(115)的数量大于一个时，在举升架下部(111)上呈等间隔圆周分布。
9.根据权利要求1所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，所述的第一气缸(114)的数量为任意多个，当第一气缸(114)的数量大于一个时，在举升架下部(111)上呈等间隔圆周分布。
10.根据权利要求1所述的一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置，其特征在于，直线轴承(112)和导向轴(110)有两组或两组以上，在举升架下部(111)上呈等间隔圆周分布。
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