CN102945820B - 盘状物夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体晶片工艺技术领域，公开了一种盘状物夹持装置。本发明所提供的盘状物夹持装置通过设置两组夹持元件组，每组夹持元件组分别包括若干个夹持元件，且每个夹持元件均可以其与卡盘主体的连接点为旋转中心在竖直平面旋转，并在每个夹持元件相对的位置设置驱动组件，用于推动或吸引夹持元件以其旋转中心旋转，实现夹持或打开晶片，通过控制驱动组件，使得在晶片清洗过程中两组夹持元件组交替夹持、打开晶片，实现对夹持元件与晶片接触地方的清洗，大大提高了晶片的整体清洗质量。

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，特别是涉及一种盘状物夹持装置。

背景技术

晶片工艺中的清洗工艺是通过卡盘夹持并旋转待清洗晶片来实现对晶片表面的清洗的，现有技术中用于夹持晶片的卡盘应用最多的是销夹盘、伯努利吸盘等。

在公开号为ZL200910087488.5的专利中公开了一种利用弹簧的弹力将晶片卡紧，并利用磁铁的吸引力来打开晶片。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固定晶片的卡盘利用伯努利原理在卡盘和晶片之间形成一层气垫。利用气垫来轴向定位晶片，通过分布在晶片圆周的夹持元件来实现径向定位。

但是这些专利都有一个无法克服的缺点：无法对夹持元件与晶片接触的地方进行清洗，从而影响晶片整体清洗质量。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明提供一种盘状物夹持装置，用以解决晶片清洗过程中无法清洗夹持元件与晶片接触的地方，从而影响晶片清洗质量的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种盘状物夹持装置，包括用于固定盘状物的卡盘主体及用于旋转所述卡盘主体的旋转轴，所述卡盘主体的边缘设置有第一夹持元件组和第二夹持元件组，且所述第一夹持元件组和第二夹持元件组分别包括至少三个第一夹持元件和第二夹持元件，所述第一夹持元件和第二夹持元件均可以其与所述卡盘主体的连接点为旋转中心在竖直平面旋转；

所述卡盘主体下与每个所述第一夹持元件相对的位置均设置有第一驱动组件，用于推动或吸引所述第一夹持元件以其旋转中心旋转；所述卡盘主体下与每个所述第二夹持元件相对的位置均设置有第二驱动组件，用于推动或吸引所述第二夹持元件以其旋转中心旋转；

所述卡盘主体侧壁上与每个所述第一夹持元件和第二夹持元件旋转中心上方相对的位置均设置有弹性体，用于径向弹开所述第一夹持元件和第二夹持元件。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述第一夹持元件的重心位于其旋转中心的上方，所述第二夹持元件的重心位于其旋转中心的下方；

所述第一驱动组件位于所述卡盘主体下与每个所述第一夹持元件旋转中心下方相对的位置；所述第二驱动组件位于所述卡盘主体下与每个所述第二夹持元件旋转中心下方相对的位置。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述第一驱动组件包括位于所述卡盘主体第一径向槽内的第一顶杆和位于所述卡盘主体第一轴向槽内的第一滑动导向块，且所述第一径向槽和第一轴向槽相通，所述第一滑动导向块可在所述第一轴向槽内上下移动，用于顶出所述第一顶杆；所述第二驱动组件包括位于所述卡盘主体第二径向槽内的第二顶杆和位于所述卡盘主体第二轴向槽内的第二滑动导向块，且所述第二径向槽和第二轴向槽相通，所述第二滑动导向块可在所述第二轴向槽内上下移动，用于顶出所述第二顶杆；

所述第一驱动组件和第二驱动组件还分别包括用于驱动所述第一滑动导向块和第二滑动导向块上下移动的驱动源。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述第一轴向槽和第二轴向槽沿圆周方向连通，且所述第一滑动导向块和第二滑动导向块为一体结构。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述第一滑动导向块和第二滑动导向块的顶端为具有分别凸向所述第一顶杆和第二顶杆设定弧度的圆弧面。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述驱动源为气缸。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述驱动源为电磁铁。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述第一滑动导向块和第二滑动导向块底端分别镶嵌一磁铁；或

所述第一滑动导向块和第二滑动导向块均为铁磁性材质。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述卡盘主体上具有至少三个盘状物支撑，用于轴向定位所述盘状物。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述卡盘主体为以所述旋转轴与所述卡盘主体固定点为中心，两组，每组由至少三个沿径向分布的辐条构成的辐条状支撑体；或

以所述固定点为中心的圆盘。

如上所述的盘状物夹持装置，优选的是，所述弹性体包括挡块，所述挡块通过一弹簧可压缩固定在所述卡盘主体侧壁上的第三径向槽中。

（三）有益效果

本发明所提供的盘状物夹持装置通过设置两组夹持元件组，每组夹持元件组分别包括若干个夹持元件，且每个夹持元件均可以其与卡盘主体的连接点为旋转中心在竖直平面旋转，并在每个夹持元件相对的位置设置驱动组件，用于推动或吸引夹持元件以其旋转中心旋转，实现夹持或打开晶片，通过控制驱动组件，使得在晶片清洗过程中两组夹持元件组交替夹持、打开晶片，实现对夹持元件与晶片接触地方的清洗，大大提高了晶片的整体清洗质量。同时为了实现晶片的连续生产，在卡盘主体侧壁上与每个夹持元件旋转中心上方相对的位置设置弹性体，当清洗工艺结束后，在弹性体的弹力作用下，夹持元件打开晶片，方便机械手取放晶片。

附图说明

图1为本发明实施例中卡盘主体旋转处于状态1时盘状物夹持装置的结构示意图；

图2为辐条状卡盘主体的结构示意图；

图3为圆盘状卡盘主体的结构示意图；

图4为第一滑动导向块和第二滑动导向块为一体结构时沿图1A-A方向的局部剖视图；

图5为本发明实施例中卡盘主体旋转处于过渡状态0时盘状物夹持装置的结构示意图；

图6为本发明实施例中卡盘主体旋转处于状态2时盘状物夹持装置的结构示意图；

图7为本发明实施例中卡盘主体不旋转时盘状物夹持装置的结构示意图；

其中，a：第一夹持元件组；b：第二夹持元件组；1：第一夹持元件；1’：第二夹持元件；2：盘状物支撑；3：挡块；4：弹簧；5：卡盘主体；6：第一滑动导向块；7：第二滑动导向块；8：第一顶杆；9：第二顶杆；10：化学药液喷洒单元；11：第一驱动组件；12：第二驱动组件；13：驱动源；14：旋转轴；15：弹性体；16：第一径向槽；17：第二径向槽；18：第一轴向槽；19：第二轴向槽；S1：滑动导向块圆弧面；C：夹持元件旋转中心；W：晶片；G：第一夹持元件重心；G’：第二夹持元件重心；。

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。

下面以晶片盘状物为例来具体说明本发明盘状物夹持装置的工作原理及过程，但本发明适用的盘状物并不局限于晶片。

如图1所示，本发明实施例中的盘状物夹持装置包括用于固定晶片W的卡盘主体5及用于旋转卡盘主体5的旋转轴14，且卡盘主体5上具有至少三个盘状物支撑2，用于轴向定位晶片W。卡盘主体5可以为如图2所示的以旋转轴14与卡盘主体5固定点为中心，两组，每组由至少三个（本实施例中为3个）沿径向分布的辐条构成的辐条状支撑体，也可以为如图3所示的以上述固定点为中心的圆盘。

卡盘主体5的边缘设置有第一夹持元件组a和第二夹持元件组b，且第一夹持元件组a和第二夹持元件组b分别包括至少三个（本实施例中为3个）第一夹持元件1和第二夹持元件1’，用于径向定位晶片W，第一夹持元件1和第二夹持元件1’均可以其与卡盘主体5的连接点为旋转中心C在竖直平面旋转，从而能够实现在卡盘主体5旋转过程中交替卡紧或打开晶片W。

当然，本领域所属技术人员很容易推出也可以设置多个第一夹持元件组a和第二夹持元件组b，但从方便控制和易实现角度，本发明的盘状物夹持装置只分别设置一个第一夹持元件组a和第二夹持元件组b。

卡盘主体5下与每个第一夹持元件1相对的位置均设置有第一驱动组件11，用于推动或吸引第一夹持元件1以其旋转中心C旋转。

同样，卡盘主体5下与每个第二夹持元件1’相对的位置均设置有第二驱动组件12，用于推动或吸引第二夹持元件1’以其旋转中心C旋转。

并在卡盘主体5侧壁上与每个第一夹持元件1和第二夹持元件1’旋转中心C上方相对的位置均设置有弹性体15，在晶片W清洗过程中，第一夹持元件1和第二夹持元件1’交替压紧对应的弹性体15，来卡紧晶片W；在晶片W清洗完成后，弹性体15的弹力用于径向弹开第一夹持元件1和第二夹持元件1’打开晶片W，方便机械手夹取已清洗的晶片W进入后续工艺。

本实施例中弹性体15可以包括挡块3，且挡块3通过一弹簧4可压缩固定在卡盘主体5侧壁上的第三径向槽20中。

其中，本实施例中优选第一夹持元件1的重心G位于其旋转中心C的上方，第二夹持元件1’的重心G’位于其旋转中心C的下方，可以有效利用离心力来卡紧或打开晶片W，同时还可以简化第一驱动组件11和第二驱动组件12的结构。

相应地，本实施例中的第一驱动组件11位于卡盘主体5下与每个第一夹持元件1旋转中心C下方相对的位置，用于推开第一夹持元件1卡紧晶片W；第二驱动组件12位于卡盘主体5下与每个第二夹持元件1’旋转中心C下方相对的位置，用于推开第二夹持元件1’打开晶片W。

因此，本实施例中的第一驱动组件11和第二驱动组件12只需实现能够推开第一夹持元件1和第二夹持元件1’即可，简化了第一驱动组件11和第二驱动组件12的结构。

如图1所示，第一驱动组件11可以包括位于卡盘主体5第一径向槽16内的第一顶杆8和位于卡盘主体5第一轴向槽18内的第一滑动导向块6，且第一径向槽16和第一轴向槽18相通，第一滑动导向块6可在第一轴向槽18内上下移动，用于顶出第一顶杆8，推开第一夹持元件1；第二驱动组件12可以包括位于卡盘主体5第二径向槽17内的第二顶杆9和位于卡盘主体5第二轴向槽19内的第二滑动导向块7，且第二径向槽17和第二轴向槽19相通，第二滑动导向块7可在第二轴向槽19内上下移动，用于顶出所述第二顶杆，推开第二夹持元件1’。

本实施例中优选第一滑动导向块6和第二滑动导向块7的顶端为具有分别凸向第一顶杆8和第二顶杆9设定弧度的圆弧面S1，使得夹持元件可以缓慢卡紧或打开晶片W，防止对晶片W造成损坏。

为了简化设备的结构，第一滑动导向块6和第二滑动导向块7可以为一体结构，如图4所示，且第一轴向槽18和第二轴向槽19沿圆周方向连通。

第一驱动组件11和第二驱动组件12还包括驱动源13，用于驱动第一滑动导向块6和第二滑动导向块7上下移动，该驱动源13可以为气缸或电磁铁。

当驱动源13为电磁铁时，第一滑动导向块6和第二滑动导向块7底端分别镶嵌一磁铁，或第一滑动导向块6和第二滑动导向块7均为铁磁性材质。

本发明实施例中盘状物夹持装置的具体工作过程为：

如图1所示，状态1时，对电磁铁驱动源13正向通电，使电磁铁排斥第一滑动导向块6和第二滑动导向块7处于最上端位置，旋转轴14带动卡盘主体5旋转。由于第一夹持元件1的重心G在其旋转中心C之上，第一夹持元件1在离心力作用下有沿旋转中心C逆时针方向旋转的趋势，而此时第一顶杆8会阻止其旋转，这样能够保证在状态1下，第一夹持元件1保持卡紧晶片W。而第二夹持元件1’的重心G’在其旋转中心C之下，第二夹持元件1’在离心力作用下有沿旋转中心C逆时针旋转的趋势，而此时第二顶杆9会阻止其旋转，使第二夹持元件1’保持打开状态。这样，在状态1中，第一夹持元件1卡紧晶片W，第二夹持元件1’打开晶片W，在化学药液喷洒单元10喷洒化学药液时，能够很好的清洗除与第二夹持元件1接触的晶片W表面。

状态1工艺完成后，旋转轴14继续旋转，同时对电磁铁驱动源13反向通电，使电磁铁吸引第一滑动导向块6和第二滑动导向块7向下运动到达图6所示的状态2，并经过图5所示的过渡状态0。

如图5所示，在过渡状态0时，由于第二滑动导向块7下滑，与第二顶杆9脱离，第二夹持元件1’在离心力作用下克服弹簧4的弹力和第二顶杆9及挡块3的离心力，沿旋转中心C逆时针方向旋转，卡紧晶片W。同时，由于第一滑动导向块6与第一顶杆8接触，使得第一顶杆8继续推开第一夹持元件1，所以第一夹持元件1保持卡紧晶片W状态。这样，在过渡状态0时，第一夹持元件1和第二夹持元件1’同时卡紧晶片W，确保两组夹持元件交替卡紧晶片W时夹持牢靠，防止晶片W飞出。

在图6所示的状态2时，第一顶杆8与第一滑动导向块6脱离，第一夹持元件1在离心力作用下沿旋转中心C逆时针旋转，打开晶片W，而第二夹持元件1’在离心力作用下继续保持卡紧晶片W。此时化学药液喷洒单元10喷洒化学药液，继续对晶片W进行清洗，这样能够对晶片W与第一夹持元件1接触的区域进行清洗。

通过在状态1和状态2时对晶片W表面进行的清洗，交替清洗了晶片W与两组夹持元件接触的区域，提高了晶片W表面的清洗质量。

晶片W清洗完后，如果直接从状态2制动，则晶片W在低速的情况下，由于作用在第二夹持元件1’上的离心力不够大，导致晶片W相对卡盘主体5旋转，则会破坏晶片W背面。

因此，本实施例中晶片W清洗完后，对电磁铁正向通电，使电磁铁排斥第一滑动导向块6和第二滑动导向块7向上运动到达图1所示的状态1，然后制动旋转轴14使卡盘主体5停止旋转，两组夹持元件在弹簧4的弹力作用下打开晶片W，如图7所示，方便机械手取放晶片W。

本发明所提供的盘状物夹持装置通过设置两组夹持元件组，每组夹持元件组分别包括若干个夹持元件，且每个夹持元件均可以其与卡盘主体的连接点为旋转中心在竖直平面旋转，并在每个夹持元件相对的位置设置驱动组件，用于推动或吸引夹持元件以其旋转中心旋转，实现夹持或打开晶片，通过控制驱动组件，使得在晶片清洗过程中两组夹持元件组交替夹持、打开晶片，实现对夹持元件与晶片接触地方的清洗，大大提高了晶片的整体清洗质量。同时为了实现晶片的连续生产，在卡盘主体侧壁上与每个夹持元件旋转中心上方相对的位置设置弹性体，当清洗工艺结束后，在弹性体的弹力作用下，夹持元件打开晶片，方便机械手取放晶片。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种盘状物夹持装置，包括用于固定盘状物的卡盘主体及用于旋转所述卡盘主体的旋转轴，其特征在于，所述卡盘主体的边缘设置有第一夹持元件组和第二夹持元件组，且所述第一夹持元件组和第二夹持元件组分别包括至少三个第一夹持元件和第二夹持元件，所述第一夹持元件和第二夹持元件均可以其与所述卡盘主体的连接点为旋转中心在竖直平面旋转； 

所述卡盘主体下与每个所述第一夹持元件相对的位置均设置有第一驱动组件，用于推动或吸引所述第一夹持元件以其旋转中心旋转；所述卡盘主体下与每个所述第二夹持元件相对的位置均设置有第二驱动组件，用于推动或吸引所述第二夹持元件以其旋转中心旋转； 

所述卡盘主体侧壁上与每个所述第一夹持元件和第二夹持元件旋转中心上方相对的位置均设置有弹性体，用于径向弹开所述第一夹持元件和第二夹持元件； 

所述第一夹持元件的重心位于其旋转中心的上方，所述第二夹持元件的重心位于其旋转中心的下方； 

所述第一驱动组件位于所述卡盘主体下与每个所述第一夹持元件旋转中心下方相对的位置；所述第二驱动组件位于所述卡盘主体下与每个所述第二夹持元件旋转中心下方相对的位置； 

所述第一驱动组件包括位于所述卡盘主体第一径向槽内的第一顶杆和位于所述卡盘主体第一轴向槽内的第一滑动导向块，且所述第一径向槽和第一轴向槽相通，所述第一滑动导向块可在所述第一轴向槽内上下移动，用于顶出所述第一顶杆；所述第二驱动组件包括位于所述卡盘主体第二径向槽内的第二顶杆和位于所述卡盘主体第二轴向槽内的第二滑动导向块，且所述第二径向槽和第二轴向槽相通，所述第二滑动导向块可在所述第二轴向槽内上下移动，用于顶出所述第二顶杆； 

所述第一驱动组件和第二驱动组件还分别包括用于驱动所述第一滑动导向块和第二滑动导向块上下移动的驱动源； 

所述第一轴向槽和第二轴向槽沿圆周方向连通，且所述第一滑动导向块和第二滑动导向块为一体结构。 

2.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述第一滑动导向块和第二滑动导向块的顶端为具有分别凸向所述第一顶杆和第二顶杆设定弧度的圆弧面。 

3.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述驱动源为气缸。 

4.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述驱动源为电磁铁。

5.根据权利要求4所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述第一滑动导向块和第二滑动导向块底端分别镶嵌一磁铁；或 

所述第一滑动导向块和第二滑动导向块均为铁磁性材质。 

6.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述卡盘主体上具有至少三个盘状物支撑，用于轴向定位所述盘状物。 

7.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述卡盘主体为以所述旋转轴与所述卡盘主体固定点为中心，两组，每组由至少三个沿径向分布的辐条构成的辐条状支撑体；或 

以所述固定点为中心的圆盘。 

8.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述弹性体包括挡块，所述挡块通过一弹簧可压缩固定在所述卡盘主体侧壁上的第三径向槽中。