CN103426804A - 等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体加工设备，包括承载装置和传输装置，承载装置包括卡盘，其用于在实施工艺时承载被加工工件；传输装置用于传输被加工工件，其包括机械手，被加工工件托放在机械手的上表面，机械手和卡盘在竖直方向上作相对运动，以将被加工工件放置在卡盘的上表面或将被加工工件自卡盘的上表面移开；并且，机械手包括本体，本体的两端设有延伸部，延伸部与本体形成一端开口的凹形空间，卡盘相对于机械手在竖直方向上作相对运动时能够穿过凹形空间。上述等离子体加工设备不仅不会影响承载装置对被加工工件的固定和加热，而且加工简单、制造成本低；并且其装载被加工工件的过程简单，加工效率高。

Description

等离子体加工设备

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种等离子体加工设备。

背景技术

等离子体加工设备是加工半导体器件的常用设备，其主要用于实施刻蚀、溅射和沉积等工艺。

图1为现有的等离子体加工设备的结构示意图。如图1所示，等离子体加工设备包括工艺腔室11和机械手(图中未示出)。在工艺腔室11内的底部设置有静电卡盘12，用于承载晶片14。并且，静电卡盘12采用由金属(如铝)、钨电极、陶瓷和电阻丝等不同材料叠置而成的多层结构，用以实现对晶片14的固定、加热等功能。在静电卡盘12的下方设置有顶针装置13，顶针装置13包括顶针131以及用于驱动顶针131运动的顶针驱动电机(图中未示出)，在静电卡盘12上与顶针131相对应的位置处设置有贯穿其厚度的通孔，顶针131通过该通孔可以使其顶端高出或低于静电卡盘12的上表面。

在使用过程中，设置在静电卡盘12上的通孔会带来以下问题：

其一，由于静电卡盘12是借助静电引力固定晶片14，通孔会减小静电卡盘12与晶片14之间的接触面积，导致作用在晶片14上的静电引力减弱，对于尺寸较小的静电卡盘更加明显，这将影响晶片14的稳定性，进而影响工艺的稳定性。

其二，由于在设置通孔的区域无法设置用于加热晶片14的电阻丝，导致晶片14受热不均，从而降低工艺的均匀性。

其三，由于静电卡盘12为由不同材料叠置而成的多层结构，因而在加工通孔时需要针对不同的材料采用不同的加工手段，这增加了加工静电卡盘12的难度以及制造成本。

其四，为了避免顶针131与静电卡盘12发生电连接，还需要在通孔内设置绝缘部件，因而增加了静电卡盘12的制造成本。

除此之外，上述等离子体加工设备装载晶片的过程为：电机驱动顶针131上升并使其顶端高出静电卡盘12的上表面；机械手将晶片14放置在顶针131的顶端；顶针驱动电机驱动载有晶片14的顶针131下降直至其顶端低于静电卡盘12的上表面，从而使晶片14放置在静电卡盘12的上表面，从而完成晶片14的装载。

由上可知，现有的等离子体加工设备需要借助顶针131和顶针驱动电机才能将晶片放置在静电卡盘12上表面，其装载过程复杂，从而降低了等离子体加工设备的加工效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种等离子体加工设备，其不仅不会影响承载装置对被加工工件的固定和加热，而且加工简单、制造成本低；并且其装载被加工工件的过程简单，加工效率高。

为实现本发明的目的而提供一种等离子体加工设备，包括承载装置和传输装置，所述承载装置包括卡盘，其用于在实施工艺时承载被加工工件，所述传输装置用于传输被加工工件，其包括机械手，所述被加工工件托放在所述机械手的上表面，其中，所述机械手和所述卡盘在竖直方向上作相对运动，以将所述被加工工件放置在所述卡盘的上表面或将所述被加工工件自所述卡盘的上表面移开；并且，所述机械手包括本体，所述本体的两端设有延伸部，所述延伸部与所述本体形成一端开口的凹形空间，所述卡盘相对于所述机械手在竖直方向上作相对运动时能够穿过所述凹形空间。

其中，所述凹形空间的内径大于所述卡盘的外径，并且在所述机械手的凹形空间的边缘处设有朝向所述凹形空间的中心位置凸出的凸部；在所述卡盘的周缘设有与所述凸部相配合的第一凹槽，所述第一凹槽沿所述卡盘的轴向设置，所述卡盘与所述机械手在竖直方向上作相对运动时，所述凸部沿所述第一凹槽移动。

其中，在所述卡盘的周缘还设有与所述凸部相配合的第二凹槽，所述第二凹槽沿水平方向设置，所述机械手在水平方向移动时，所述凸部沿所述第二凹槽移动。

其中，所述卡盘的外径由下至上逐渐增大，或者在所述卡盘的轴向方向上，所述卡盘的外径由两端向中间逐渐减小；所述机械手在水平方向移动时，所述凸部在其内径大于所述卡盘的外径的位置处水平移动。

其中，在所述凹形空间的边缘设有多个凸部，所述凸部绕所述凹形空间的边缘均匀地分布；在所述卡盘的周缘设有与所述凸部数量相等的第一凹槽，而且，所述第一凹槽的设置位置与所述凸部的设置位置对应。

其中，所述卡盘为圆柱形，对应地，所述凹形空间的边缘为弧形。

其中，所述承载装置还包括驱动所述卡盘运动的卡盘驱动部件，在所述卡盘驱动部件的驱动下，所述卡盘在竖直方向上运动，并使所述卡盘的上表面高出或低于所述机械手的上表面。

其中，所述卡盘驱动部件为电机或气缸。

其中，所述传输装置包括用于驱动所述机械手在竖直方向上移动的竖直驱动部件，在所述竖直驱动部件的驱动下，所述机械手的上表面可高于或低于所述卡盘的上表面。

其中，所述卡盘为静电卡盘。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的等离子体加工设备，其通过卡盘和机械手在竖直方向上的相对运动，将被加工工件放置在卡盘的上表面或将被加工工件自卡盘的上表面移开，从而无需设置顶针和顶针驱动电机就可以完成被加工工件的装卸载过程，进而简化了等离子体加工设备的装卸过程，提高了等离子体加工设备的加工效率。并且，由于上述等离子体加工设备省去了顶针和顶针驱动电机，因而无需在卡盘上设置可供顶针通过的通孔，这不仅降低了卡盘的加工难度以及制造成本，而且避免了通孔对卡盘静电引力加热均匀性的不利影响，从而提高了工艺的稳定性和均匀性。

附图说明

图1为现有的等离子体加工设备的结构示意图；

图2a为本发明第一实施例提供的等离子体加工设备的卡盘的立体示意图；

图2b为本发明第一实施例提供的等离子体加工设备的机械手的俯视图；

图2c为图2b所示机械手将被加工工件传输至图2a所示卡盘上方时的俯视图；

图3a为本发明第二实施例提供的等离子体加工设备的卡盘的立体示意图；

图3b为本发明第二实施例提供的等离子体加工设备的机械手的俯视图；

图3c为图3b所示机械手将被加工工件传输至图3a所示的卡盘上方的俯视图；

图4a为本发明第二实施例的一个变型实施例提供的等离子体加工设备的卡盘的立体示意图；以及

图4b为本发明第二实施例的另一个变型实施例提供的等离子体加工设备的卡盘的立体示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的等离子体加工设备进行详细描述。

图2a为本发明第一实施例提供的等离子体加工设备的卡盘的立体示意图。图2b为本发明第一实施例提供的等离子体加工设备的机械手的俯视图。图2c为图2b所示机械手将被加工工件传输至图2a所示卡盘上方时的俯视图。请一并参阅图2a，图2b和图2c，等离子体加工设备包括承载装置和传输装置。其中，承载装置包括卡盘20，其用于在实施工艺时承载被加工工件40。在本实施例中，卡盘20为圆柱形，并且卡盘20的外径D1小于被加工工件40的外径D2。

传输装置包括机械手30，用以传输被加工工件40。在本实施例中，机械手包括本体，而且在本体的两端设有延伸部32，延伸部32与本体形成一端开口的凹形空间31。凹形空间31的边缘为弧形，并且凹形空间31的内径D3小于被加工工件40的外径D2。使用时，被加工工件40由本体靠近凹形空间31的边缘处承载。而且，凹形空间31的内径D3大于卡盘20的外径D1，以使卡盘20与机械手30在竖直方向(即在垂直于本体所在平面的方向)上作相对运动时，卡盘20可以穿过凹形空间31。

在装载被加工工件40的过程中，托放有被加工工件40的机械手30水平移动至卡盘20的上方，此时机械手30的上表面高于卡盘20的上表面；卡盘20与机械手30向相对的方向移动，当卡盘20穿过凹形空间31并使其上表面高出机械手30的上表面时，卡盘20与机械手30停止相对移动，此时被加工工件40脱离机械手30并被卡盘20的上表面托起；空载的机械手30朝远离卡盘20的方向水平移动，从而完成被加工工件40的装载过程。

在卸载被加工工件40的过程中，首先使空载的机械手30的上表面低于卡盘20的上表面，以及使凹形空间31的开口正对卡盘20，然后，使空载的机械手30朝向卡盘20的方向水平移动，当卡盘20移入凹形空间31时，机械手30停止水平移动；卡盘20相对于机械手30下降，当卡盘20的上表面低于机械手30的上表面时，卡盘20停止运动，此时被加工工件40由机械手30的上表面支撑，从而完成被加工工件40的卸载。

由上可知，通过卡盘20和机械手30在竖直方向上的相对运动，可以实现将被加工工件40放置在卡盘20的上表面或将被加工工件40自卡盘20的上表面移开，从而无需设置顶针和顶针驱动电机即可以完成被加工工件40的装卸，进而简化了等离子体加工设备的装载过程，提高了等离子体加工设备的加工效率。

并且，本实施例省去了顶针和顶针驱动电机，因而无需在卡盘20上设置可供顶针通过的通孔，这不仅降低了卡盘20的加工难度以及制造成本，而且避免了通孔对卡盘20静电引力和加热均匀性的不利影响，从而提高了工艺的稳定性和均匀性。

在实际应用中，卡盘20和机械手30在竖直方向的相对运动可以通过以下方式实现：可以设置用于驱动卡盘20在竖直方向上运动的卡盘驱动部件，卡盘驱动部件为电机或气缸。在卡盘驱动部件的驱动下，卡盘20的上表面可高出或低于机械手30的上表面，也就是说，当设置卡盘驱动部件时，在卡盘20和机械手30在竖直方向上作相对运动的过程中，机械手30静止不动，而卡盘20在竖直方向上作升降运动。或者，还可以设置用于驱动机械手30在竖直方向上移动的竖直驱动部件，在竖直驱动部件的驱动下，机械手30的上表面可高于或低于卡盘20的上表面，也就是说，当设置竖直驱动部件时，在卡盘20和机械手30在竖直方向上作相对运动的过程中，卡盘20静止不动，而机械手30在竖直方向上作升降运动。

图3a为本发明第二实施例提供的等离子体加工设备的卡盘的立体示意图。图3b为本发明第二实施例提供的等离子体加工设备的机械手的俯视图。图3c为图3b所示机械手将被加工工件传输至图3a所示的卡盘上方的俯视图。请一并参阅图3a，图3b和图3c，本实施例的等离子体加工设备包括承载装置和传输装置。其中，承载装置包括卡盘20’，其用于在实施工艺时承载被加工工件40’。在本实施例中，卡盘20’为圆柱形，并且卡盘20’的外径D1’小于被加工工件40’的外径D2’。

传输装置包括机械手30’，用以传输被加工工件40’。在本实施例中，机械手30’包括本体，而且在本体的两端设有延伸部32’，延伸部32’与本体形成一端开口的凹形空间31’，凹形空间31’的内周缘为弧形，并且凹形空间31’的内径D3’大于卡盘20’的外径D1’，使用时，卡盘20’与机械手30’在竖直方向(即在垂直于本体所在平面的方向)上作相对运动时，卡盘20’可以穿过凹形空间31’。

在本实施例中，在机械手30’的凹形空间31’的边缘处设置有朝向凹形空间31’中心位置凸出的三个凸部33，且在凹形空间31’的边缘均匀地分布，并且由三个凸部33所形成的最小内径D4小于被加工工件40’的外径D2’。当被加工工件40’的外径D2’等于或小于凹形空间31’的内径D3’时，被加工工件40’由三个凸部33承载；当被加工工件40’的外径D2’略大于凹形空间31’的内径D3’时，增设三个凸部33可以增大机械手30’承载被加工工件40’的面积，从而避免了因机械手30’承载被加工工件40’的面积较小而导致被加工工件40’脱落的问题，进而使机械手30’更平稳地承载被加工工件40’。

在本实施例中，为了配合机械手30’的结构，在卡盘20’的周缘且沿卡盘20’的轴向设置有与凸部33相配合的第一凹槽21，第一凹槽21的数量与凸部33的数量相等，并且其设置位置与凸部33的设置位置对应。当卡盘20’与机械手30’在竖直方向(即在垂直于本体所在平面的方向)上作相对运动时，凸部33沿第一凹槽21移动。在实际应用中，由于三个凸部33所形成的最小内径D4小于卡盘20’的外径D1’，因而卡盘20’无法在竖直方向上穿过凹形空间31’。在这种情况下，就需要借助第一凹槽21与相应的凸部33相互配合，以使卡盘20’与机械手30’在竖直方向上作相对运动时，凸部33沿第一凹槽21移动，从而使卡盘20’穿过凹形空间31’。

在本实施例中，在卡盘20’的周缘且沿水平方向还设置有与凸部33相配合的两个第二凹槽22，且分别设置在卡盘20’周缘的两侧。当机械手30’在水平方向移动时，凸部33沿相应的第二凹槽22移动。在实际应用中，由于三个凸部33所形成的最小内径D4小于卡盘20’的外径D 1’，因而卡盘20’无法在水平方向上穿过凹形空间31’。在这种情况下，就需要借助第二凹槽22与凸部33相互配合，以使机械手30’在水平方向上移动时，凸部33可以沿相应的第二凹槽22移动，从而使卡盘20’可以自凹形空间31’的开口水平移入或移出凹形空间31’。

在装载被加工工件40’的过程中，首先使托放有被加工工件40’的机械手30’的上表面高于卡盘20’的上表面，并使凹形空间31’的开口正对卡盘20’；然后，机械手30’朝向卡盘20’的方向水平移动，当机械手30’移动至卡盘20’的上方且三个凸部33分别与与之对应的第一凹槽21的位置相对时停止水平移动；卡盘20’与机械手30’在垂直于卡盘20’上表面的方向(或竖直方向)上相向移动，在此过程中，三个凸部33分别沿与之对应的第一凹槽21移动；当凸部33移动到第二凹槽22的高度时，卡盘20’与机械手30’停止相向移动，此时被加工工件40’脱离机械手30’并被卡盘20’的上表面托起；空载的机械手30’朝远离卡盘20’的方向水平移动，在此过程中，凸部33分别沿与之对应的第二凹槽22移动，从而完成被加工工件40’的装载。

在卸载被加工工件40’的过程中，首先使空载的机械手30’的凹形空间31’的开口正对卡盘20’，并使凸部33与第二凹槽22的高度相同，然后，空载的机械手30’朝向卡盘20’的方向水平移动，在此过程中，位于本体两侧的凸部33分别沿与之对应的第二凹槽22移动，当三个凸部33分别与与之对应的第一凹槽21的位置相对时，机械手30’停止水平移动；卡盘20’与机械手30’在垂直于卡盘20’上表面的方向上反向移动，在此过程中，三个凸部33分别沿与之对应的第一凹槽21移动；当卡盘20’的上表面低于机械手30’的下表面时，卡盘20’停止运动，此时被加工工件40’由机械手30’的上表面支撑，从而完成被加工工件40’的卸载。

需要说明的是，在本实施例中，卡盘20为圆柱体，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，卡盘20也可以为四棱柱、五棱柱等其他任意柱状，与之对应，机械手30凹形空间的内周缘的形状与卡盘20的外周缘形状相对，以确保卡盘20能够穿过机械手30的凹形空间。

还需要说明的是，虽然本实施例的凸部33的数量为三个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，凸部33的数量也可以为一个、两个或者其它任意数量，并且，在卡盘20外周缘设置的第一凹槽21的数量与之对应。

此外，本实施例在托盘20的外周缘设置两个第二凹槽22，但是本发明并不局限于此。在实际应用中，第二凹槽22的数量可以根据凸部33的数量而增加，也可以将第二凹槽22设置成环绕整个托盘20外周缘的闭合的凹槽。

作为本实施例的一个变型实施例，如图4a所示，为本发明第二实施例的一个变型实施例提供的等离子体加工设备的卡盘的立体示意图。卡盘20”呈上端粗、下端细的圆锥体结构，即，卡盘20”的外径由上至下逐渐减小。借助上述卡盘20”的结构，可以无需在卡盘20”的周缘且沿水平方向设置第二凹槽22，当机械手30’在水平方向移动时，凸部33在其形成的最小内径D4大于卡盘20”的外径的位置处水平移动，从而使卡盘20”可以自凹形空间31’的开口水平移入或移出凹形空间31’。由于采用上述卡盘20”的等离子体加工设备，其机械手30’的结构以及装、卸载被加工工件40的过程与第二实施例的上述技术方案相类似，在此不再重复描述。

作为本实施例的另一个变型实施例，如图4b所示，为本发明第二实施例的另一个变型实施例提供的等离子体加工设备的卡盘的立体示意图。卡盘20”’的结构呈两端粗、中间细的类似“沙漏’’的结构，即，在卡盘20”’的轴向方向上，卡盘20”’的外径由两端向中间逐渐减小。与上述卡盘20”相类似，借助于卡盘20”’可以无需在卡盘20”’的周缘且沿水平方向设置第二凹槽22，当机械手30’在水平方向移动时，凸部33在靠近卡盘20”’中间的位置处，即在其内径大于卡盘20”的外径的位置处水平移动，从而使卡盘20”可以自凹形空间31’的开口水平移入或移出凹形空间31’。由于采用上述卡盘20”’的等离子体加工设备，其机械手30’的结构以及装、卸载被加工工件40的过程与第二实施例的上述技术方案相类似，在此不再重复描述。

综上所述，本实施例提供的等离子体加工设备，其通过卡盘和机械手在竖直方向上的相对运动，将被加工工件放置在卡盘的上表面或将被加工工件自卡盘的上表面移开，从而无需设置顶针和顶针驱动电机就可以完成被加工工件的装卸载过程，进而简化了等离子体加工设备的装载过程，提高了等离子体加工设备的加工效率。并且，由于本实施例提供的等离子体加工设备省去了顶针和顶针驱动电机，因而无需在卡盘上设置可供顶针通过的通孔，这不仅降低了卡盘的加工难度以及制造成本，而且避免了通孔对卡盘静电引力和加热均匀性的不利影响，从而提高了工艺的稳定性和均匀性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种等离子体加工设备，包括承载装置和传输装置，所述承载装置包括卡盘，其用于在实施工艺时承载被加工工件，所述传输装置用于传输被加工工件，其包括机械手，所述被加工工件托放在所述机械手的上表面，其特征在于，

所述机械手和所述卡盘在竖直方向上作相对运动，以将所述被加工工件放置在所述卡盘的上表面或将所述被加工工件自所述卡盘的上表面移开；并且，

所述机械手包括本体，所述本体的两端设有延伸部，所述延伸部与所述本体形成一端开口的凹形空间，所述卡盘相对于所述机械手在竖直方向上作相对运动时能够穿过所述凹形空间。

2.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述凹形空间的内径大于所述卡盘的外径，并且

在所述机械手的凹形空间的边缘处设有朝向所述凹形空间的中心位置凸出的凸部；

在所述卡盘的周缘设有与所述凸部相配合的第一凹槽，所述第一凹槽沿所述卡盘的轴向设置，所述卡盘与所述机械手在竖直方向上作相对运动时，所述凸部沿所述第一凹槽移动。

3.根据权利要求2所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述卡盘的周缘还设有与所述凸部相配合的第二凹槽，所述第二凹槽沿水平方向设置，所述机械手在水平方向移动时，所述凸部沿所述第二凹槽移动。

4.根据权利要求2所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述卡盘的外径由下至上逐渐增大，或者在所述卡盘的轴向方向上，所述卡盘的外径由两端向中间逐渐减小；所述机械手在水平方向移动时，所述凸部在其内径大于所述卡盘的外径的位置处水平移动。

5.根据权利要求2所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述凹形空间的边缘设有多个凸部，所述凸部绕所述凹形空间的边缘均匀地分布；

在所述卡盘的周缘设有与所述凸部数量相等的第一凹槽，而且，所述第一凹槽的设置位置与所述凸部的设置位置对应。

6.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述卡盘为圆柱形，对应地，所述凹形空间的边缘为弧形。

7.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述承载装置还包括驱动所述卡盘运动的卡盘驱动部件，在所述卡盘驱动部件的驱动下，所述卡盘在竖直方向上运动，并使所述卡盘的上表面高出或低于所述机械手的上表面。

8.根据权利要求7所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述卡盘驱动部件为电机或气缸。

9.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述传输装置包括用于驱动所述机械手在竖直方向上移动的竖直驱动部件，在所述竖直驱动部件的驱动下，所述机械手的上表面可高于或低于所述卡盘的上表面。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述卡盘为静电卡盘。

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