CN102437079B - 盘状物夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘状物夹持装置，涉及半导体晶片工艺技术领域，该装置包括：卡盘主体、凸轮、转轴、至少三个夹持部件，所述转轴安装在所述卡盘主体上，且与所述卡盘主体共轴线，用于带动所述卡盘主体旋转，所述凸轮可旋转地安装在所述卡盘主体上，且与所述卡盘主体共轴线，所述夹持部件安装在所述卡盘主体上，其非夹持端通过限位挡块顶在所述凸轮的活动面上，所述限位挡块用于在所述凸轮随卡盘主体转动时，沿所述卡盘主体径向固定所述夹持部件，所述活动面用于在所述凸轮相对卡盘主体转动时，使所述夹持部件沿所述卡盘主体径向向外移动。本发明实现了在不损坏被夹持物的情况下对盘状物的夹持；且不限定机械手的夹持位置。

Description

盘状物夹持装置

技术领域

本发明涉及半导体晶片工艺技术领域，特别涉及一种盘状物夹持装置。 

背景技术

晶片卡盘应用最多的是销夹盘、伯努利吸盘等。在申请号为US5513668和US4903717的美国专利中公开了一种利用伯努利原理将晶片固定的卡盘，利用伯努利原理在卡盘和晶片之间形成一层气垫，利用气垫来保持晶片，通过分布在晶片圆周的夹持元件来实现径向定位。这种结构很好的减少了晶片与卡盘的接触，从而减少了对晶片的损坏。但是决定了机械手只能通过晶片上表面夹持晶片，而目前应用较多的机械手是从晶片下表面夹持晶片的，从而具有一定的局限性。 

在专利US6167893中公开了一种利用作用在夹持元件上的离心力来将晶片卡紧，这种结构比较简单，但是夹持元件容易在晶片上产生弯矩从而容易造成对晶片的破坏；当晶片的速度较低时，作用在夹持元件上的离心力较低，这样就容易产生晶片和夹持元件的相对滑动，从而很容易对晶片造成破坏。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本发明要解决的技术问题是：如何在不损坏被夹持物的情况下实现平面盘状物的夹持；且不限定机械手的夹持位置。 

(二)技术方案 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种盘状物夹持装置，其特征在于，包括：卡盘主体、凸轮、转轴、至少三个夹持部件，所述转轴安装在所述卡盘主体上，且与所述卡盘主体共轴线，用于带动所述卡盘主体旋转，所述凸轮可旋转地安装在所述卡盘主体上，且与所述卡盘主体共轴线，所述夹持部件安装在所述卡盘主体上，其非夹持端通过限位挡块顶在所述凸轮的活动面上，所述限位挡块用于在所述凸轮随卡盘主体转动时，沿所述卡盘主体径向固定所述夹持部件，所述活动面用于在所述凸轮相对卡盘主体转动时，使所述夹持部件沿所述卡盘主体径向向外移动。 

其中，所述活动面由在所述夹持部件和所述凸轮的连接处所述凸轮的侧面沿径向向里凹进的曲面形成。 

其中，所述凸轮通过轴承安装在所述卡盘主体上。 

其中，所述凸轮上设置有第一挡块，所述卡盘主体上设置有与所述第一挡块相配合的第二挡块，使得所述卡盘主体驱动所述凸轮旋转。 

其中，所述卡盘主体和凸轮之间连接有至少一个第一弹性部件。 

其中，所述凸轮上至少设有一个弧形孔，所述第一弹性部件的一端固定在所述凸轮上，另一端连接通过弧形孔固定在所述卡盘主体上。 

其中，所述凸轮上设置有至少一个驱动孔，用于在驱动杆插入的作用下使所述凸轮与所述卡盘主体相对转动。 

其中，所述夹持部件上设置有使其顶在所述活动面上且与所述限位挡块连接的凸台。 

其中，所述凸台上设置有啮合面和避开面，所述啮合面用于在所述夹持部件随卡盘主体转动时与所述限位挡块啮合，所述避开面用于在所述凸轮相对所述卡盘主体转动时避开所述限位挡块。 

其中，所述凸台上还设有与所述活动面接触的滑动装置。 

 其中，在所述夹持部件上沿所述卡盘主体径向方向上设置有第二弹性部件，且所述第二弹性部件的一端顶在所述卡盘主体上，另一端顶在所述凸台上。 

其中，所述夹持部件的盘状物夹持点到所述卡盘主体中心的距离小于盘状物的半径。 

其中，所述卡盘主体上至少有三个盘状形支撑架。 

(三)有益效果 

本发明具有如下有益效果： 

1、卡盘主体的结构决定了机械手可以从盘状物的下面或者上面取放盘状物。 

2、通过凸轮和卡盘主体的相对转动来放松或夹紧盘状物，结构简单容易实现。 

3、通过分布在夹持元件上的凸台和限位挡块的接触来防止夹持元件在旋转时打开盘状物。 

4、由于限位挡块可以防止夹持元件在旋转时打开，压缩弹簧可以选择比较弹性系数较小的，这样可以避免凸轮在打开夹持元件时由于弹簧压缩力太大而无法打开。 

5、夹持元件每次都能以相同的力夹持盘状物，避免了夹紧力过小造成盘状物夹持不紧，或者夹紧力过大造成对盘状物的破坏，稳定性较高。 

附图说明

图1是本发明实施例的一种盘状物夹持装置夹紧晶片时的仰视图； 

图2是图1沿I-I向的剖面结构示意图； 

图3为图1中盘状物夹持装置打开晶片时的仰视图； 

图4为图1中盘状物夹持装置中卡盘主体结构示意图； 

图5为图1中盘状物夹持装置中凸轮结构示意图； 

图6为图1中盘状物夹持装置中限位挡块的结构示意图； 

图7为图1中盘状物夹持装置中夹持部件的凸台的结构示意图。 

1：卡盘主体，2：转轴，3：凸轮，4：轴承，5：夹持部件，6：压缩弹簧，7：支撑架，8：拉伸弹簧，9：驱动杆，11：限位挡块，12：凸台，13：第一挡块，14：第二挡块，15：孔，31：驱动孔，32：弧形孔，W：晶片，A-A：转轴2的旋转中心，B-B：夹持部件5的旋转中心，S1：第二挡块14的接触面，S2：卡盘主体1限制夹持部件5旋转的面，S3：第一挡块13的接触面；S4、曲面(凸轮3与夹持部件5的接触面)，S5和S6：限位挡块11与夹持部件5旋转时各自的啮合面，S7：夹持部件5爬坡过程中避开S5的避开面，α：卡盘主体1相对凸轮3旋转角度，ω：晶片工艺旋转时的方向 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

本文中所述盘状物代表如半导体晶片、光盘或是平板显示器等物体。 

如图1～7所示，本发明的盘状物夹持装置包括：卡盘主体1、转轴2、凸轮3、三个夹持部件5。 

转轴2安装在卡盘主体1上，且与卡盘主体1共轴线，用于在驱动装置的作用下带动卡盘主体1旋转。 

凸轮3通过轴承4可旋转地安装在卡盘主体1上，且与卡盘主体1共轴线。凸轮3上设置有第一挡块13，卡盘主体1上设置有与第一挡块13相配合的第二挡块14，使得凸轮3可随卡盘主体1旋转。进一步地，卡盘主体1和凸轮3之间连接有至少一个第一弹性部件，如图2和3所示，本实施例中，卡盘主体1和凸轮3之间连接有三个拉伸弹簧8。拉伸弹簧8的一端固定在凸轮3上，另一端穿过凸轮3上的弧形孔32固定在卡盘主体1上。拉伸弹簧8保证第二挡块的S1面与第一挡块的S3面始终接触，使得卡盘主体1驱动凸轮3旋转。凸轮3还上设置有至少一个驱动孔31，本实施例中，驱动孔31为长圆形，用于在驱动杆9插入的 作用下使凸轮3不随卡盘主体1转动，从而实现卡盘主体1和凸轮3相对转动。 

夹持部件5安装在卡盘主体1上，具体通过卡盘主体1侧面的孔15，沿卡盘主体1的径向安装在卡盘主体1上，且使得夹持元件5绕其旋转中心B-B的旋转被S2面限制。夹持部件5通过限位挡块11连接在凸轮3上，限位挡块11的一端固定在凸轮3上，另一端和夹持部件5活动连接。具体地，夹持部件5上设置有凸台12，在夹持部件5随卡盘主体1转动时，限位挡块11的面S5和凸台12的啮合面S6齿合，限制夹持部件5在旋转状态尤其是高速状态下相对于卡盘主体1沿径向的相对滑动，从而夹紧盘状物。 

在夹持部件5和凸轮3的连接处，凸轮3的侧面为沿径向向里凹进的曲面S4，夹持部件5的凸台12与曲面S4接触，曲面S4用于在凸轮3相对卡盘主体1转动时，将夹持部件5向外顶，从而使夹持部件1沿卡盘主体1径向向外移动，松开盘状物。优选地，在本实施例中，凸台12上设置有滑动装置，如：滑轮或轴承，滑轮或轴承与曲面S4接触，曲面S4将夹持部件5向外顶时，使夹持部件5和曲面S4之间的滑动摩擦变为滚动摩擦。且当卡盘主体1相对凸轮3转动时，凸台12上的避开面S7能够避开S5，使夹持部件5和限位挡块11互不干扰。 

进一步地，在夹持部件5上沿卡盘主体1的径向方向上设置有压缩弹簧6，且压缩弹簧6的一端顶在卡盘主体1上，另一端顶在凸台12上。压缩弹簧6能够克服在低速状态下夹持部件5产生的离心力，防止盘状物相对盘状物夹持装置的相对转动。为了夹紧盘状物，夹持部件5的盘状物夹持端到卡盘主体1中心的距离小于盘状物的半径，且卡盘主体1上至少有三个盘状形支撑架7，用于支撑盘状物。夹持部件5夹持盘状物端的结构可以设置为有凹槽和无凹槽两种结构。 

以夹持晶片为例，上述盘状物夹持装置的工作原理如下： 

夹持部件5在压缩弹簧6的作用下收缩，驱动装置(图中未表示出) 的驱动杆9从下方插入凸轮3的长圆形的驱动孔31中，按与ω相反的方向驱动转轴2旋转一角度α，转轴2带动卡盘主体1同步旋转，由于凸轮3被驱动杆9限制，不能跟随卡盘主体1旋转。这样卡盘主体1带动夹持部件5旋转一角度α，如图3所示，凸轮3将夹持部件5向外顶出，将晶W片打开。将这一过程称为夹持部件5相对于卡盘主体1的爬坡过程，爬坡过程实现了将夹持部件5打开的功能。当夹持部件5打开以后，机械手可以取出工艺完的晶片W，放上未进行工艺的晶片W。在爬坡过程中，夹持部件5跟随卡盘主体1一起相对凸轮3转动。限位挡块11固定在凸轮3上，当卡盘主体1相对凸轮3转动时，夹持部件5上的避开面S7能够避开S5，使两者不会干涉。 

当机械手操作完成之后，与ω相同的方向驱动旋转轴2带动卡盘主体1旋转α角度。夹持部件5在压缩弹簧6的作用下沿卡盘主体1回缩。而拉伸弹簧8可以使夹持部件5克服自身与卡盘主体1之间的摩擦力回到图2所示的位置。将这一过程称为夹持部件5相对于卡盘主体1的下坡过程，通过下坡过程，夹持部件5卡紧晶片，如图2所示。完成这一过程之后，驱动杆9下降出驱动孔31，保证盘状物夹持装置连续旋转时不与驱动杆9干扰，为连续旋转的盘状物夹持装置沿ω的方向进行工艺提供了可能。在低速旋转过程中，压缩弹簧6能够克服在低速状态下夹持部件5产生的离心力，防止晶片W相对盘状物夹持装置的相对转动，从而在晶片W表面产生划痕。在高速旋转过程中，S5和啮合面S6保持接触，这样限位挡块11通过面S5和S6的接触来产生的力来平衡由于夹持部件5在高速旋转过程中产生的离心力。从而使盘状物夹持装置在高速状态下也能卡紧晶片W。这样，就可以减小压缩弹簧6的刚度，避免出现由于压缩弹簧6刚度过大而产生的再爬坡过程中需要太大的扭矩。 

盘状物夹持装置工艺时沿ω的方向旋转。拉伸弹簧8保证卡盘主体1上的第二挡块14的S1面与凸轮3的第一挡块13的S3面始终接触，从 而保证夹持部件5在工艺过程中始终处于卡紧的状态。在加速阶段，S1面与S3面接触，通过S1面驱动凸轮3旋转。在减速阶段，转轴2制动，从而带动卡盘主体1制动。此时凸轮3在拉伸弹簧8的作用下跟随卡盘主体1一起制动，从而很好的避免了在制动过程中出现爬坡过程，提高了该装置的稳定性。 

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 

Claims (11)

1.一种盘状物夹持装置，其特征在于，包括：卡盘主体、凸轮、转轴、至少三个夹持部件，所述转轴安装在所述卡盘主体上，且与所述卡盘主体共轴线，用于带动所述卡盘主体旋转，所述凸轮可旋转地安装在所述卡盘主体上，且与所述卡盘主体共轴线，所述夹持部件安装在所述卡盘主体上，其非夹持端通过限位挡块顶在所述凸轮的活动面上，所述限位挡块用于在所述凸轮随卡盘主体转动时，沿所述卡盘主体径向固定所述夹持部件，所述活动面用于在所述凸轮相对卡盘主体转动时，使所述夹持部件沿所述卡盘主体径向向外移动，所述夹持部件上设置有使其顶在所述活动面上且与所述限位挡块连接的凸台，所述凸台上设置有啮合面和避开面，所述啮合面用于在所述夹持部件随卡盘主体转动时与所述限位挡块啮合，所述避开面用于在所述凸轮相对所述卡盘主体转动时避开所述限位挡块。

2.如权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述活动面由在所述夹持部件和所述凸轮的连接处所述凸轮的侧面沿径向向里凹进的曲面形成。

3.如权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述凸轮通过轴承安装在所述卡盘主体上。

4.如权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述凸轮上设置有第一挡块，所述卡盘主体上设置有与所述第一挡块相配合的第二挡块，使得所述卡盘主体驱动所述凸轮旋转。

5.如权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述卡盘主体和凸轮之间连接有至少一个第一弹性部件。

6.如权利要求5所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述凸轮上至少设有一个弧形孔，所述第一弹性部件的一端固定在所述凸轮上，另一端连接通过弧形孔固定在所述卡盘主体上。

7.如权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述凸轮上设置有至少一个驱动孔，用于在驱动杆插入的作用下使所述凸轮与所述卡盘主体相对转动。

8.如权利要求1～7中任一项所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述凸台上还设有与所述活动面接触的滑动装置。

9.如权利要求8所述的盘状物夹持装置，其特征在于，在所述夹持部件上沿所述卡盘主体径向方向上设置有第二弹性部件，且所述第二弹性部件的一端顶在所述卡盘主体上，另一端顶在所述凸台上。

10.如权利要求8所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述夹持部件的盘状物夹持点到所述卡盘主体中心的距离小于盘状物的半径。

11.如权利要求8所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述卡盘主体上至少有三个盘状形支撑架。

Images