CN103745950B - 一种具有限位结构的盘状物夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘状物夹持装置，包括放置盘状物的旋转卡盘；带动旋转卡盘旋转的旋转轴；以及驱动旋转轴旋转的驱动机构。旋转卡盘包括基体，设于基体周缘的夹持元件，环形体以及限位结构。夹持元件包括主体部及夹持部，主体部自旋转而使夹持部在打开位置和夹持位置之间移动。环形体与夹持元件的主体部形成啮合面，所述啮合面用于当基体与环形体发生相对转动时，使主体部与环形体啮合而自转动。限位结构包括设于基体和环形体的第一和第二限位件，当基体相对于环形体发生第一方向的相对转动以使夹持部从打开位置移动至夹持位置时，第一限位件与第二限位件接触以约束该第一方向的相对转动，进而调节夹持部作用于硅片侧边的力。

Description

一种具有限位结构的盘状物夹持装置

技术领域

本发明涉及硅片加工技术领域，特别涉及一种具有限位结构的盘状物夹持装置。

背景技术

在集成电路的生产工艺中，盘状物例如半导体晶片或硅片要经受如刻蚀、清洗、抛光、薄膜沉积等多种表面处理工序步骤。而在这些过程中，都需要通过夹持装置来支撑并夹持盘状物。例如美国专利US4903717A揭露了一种夹持装置，其包括夹持元件和卡盘，夹持元件包括轴线相互偏离的主体部和夹持部，因此主体部旋转时夹持部的径向位置随之变化。当夹持部向外径向移动至打开位置时可取放硅片，当夹持部向内径向移动至夹持位置时接触硅片的外围边缘，从而可防止硅片的横向位移。主体部下端设有轮齿，该轮齿与公用齿环的齿相啮合，而该公用齿环与卡盘的旋转轴同轴设置。该齿环相对于卡盘的旋转导致主体部的自旋转以及夹持部的径向移动，以实现硅片的取放和夹紧动作。然而，当夹持部移动至夹持位置时往往会对硅片边缘造成冲击，且过大的夹持力会造成硅片变形及碎裂，过小的夹持力又会使硅片相对于夹持装置容易滑动。

发明内容

本发明的主要目的旨在提供一种结构优化的盘状物夹持装置，避免在夹持硅片时对硅片边缘产生较大冲击。

为达成上述目的，本发明提供一种盘状物夹持装置，包含旋转卡盘，其上放置盘状物；旋转轴，带动所述旋转卡盘旋转；以及驱动机构，驱动所述旋转轴旋转，其中所述旋转卡盘包括：基体，由所述旋转轴带动旋转；多个夹持元件，设于所述基体的周缘；所述夹持元件包括主体部及从所述主体部突出且彼此轴线相偏移的夹持部，所述主体部自旋转而使所述夹持部在径向向外的与所述盘状物外围边缘非接触的打开位置和径向向内的与所述盘状物外围边缘接触的夹持位置之间移动；环形体，与所述基体同轴线设置且与所述夹持元件的主体部形成啮合面，所述啮合面用于当所述基体与所述环形体发生相对转动时，使所述夹持元件的主体部与所述环形体啮合而自转动；限位结构，其包括分别设于所述基体和所述环形体且彼此可形成接触面的第一限位件和第二限位件，当所述基体相对于所述环形体发生第一方向的相对转动以使所述夹持部从所述打开位置移动至所述夹持位置时，所述第一限位件与所述第二限位件接触以约束所述第一方向的相对转动。

优选地，所述第一限位件和所述第二限位件的接触面的位置可调。

优选地，所述环形体为环形齿轮，所述夹持元件的主体部的下端形成与所述环形齿轮啮合的齿。

优选地，所述第一限位件为固定于所述基体的挡块；所述第二限位件为固定于所述环形体的螺钉；所述挡块具有与所述螺钉相对的侧面。

优选地，所述环形齿轮内部为空腔，所述空腔中设有辐条，所述螺钉为穿过所述辐条且拧入长度可调的可调螺钉；所述挡块从所述空腔伸出且侧面与所述可调螺钉相对。

优选地，所述旋转卡盘还包括弹性件，其一端连接所述基体，另一端连接所述环形体，用于当所述基体相对于所述环形体发生与所述第一方向相反的第二方向的相对转动时，约束所述第二方向的相对转动。

优选地，所述盘状物夹持装置还包括顶杆，通过所述顶杆限制所述环形体转动且所述驱动机构驱动所述旋转轴转动，使所述基体与所述环形体发生所述相对转动。

优选地，当所述夹持元件从所述夹持位置移动至所述打开位置，或从所述打开位置移动至所述夹持位置时，所述驱动机构控制所述旋转轴带动所述基体旋转的角度为3°至8°。

优选地，所述基体沿所述第一方向转动至所述第一限位件与所述第二限位件接触的过程中，所述驱动机构以S曲线加减速控制所述旋转轴旋转。

优选地，所述第一限位件与所述第二限位件接触时，所述驱动机构控制所述旋转轴旋转的加速度和速度均为0。

本发明所提出的盘状物夹持装置，可通过限位结构调节夹持装置作用于硅片侧边的力，更通过夹持部从打开位置至夹持位置过程中驱动机构的控制避免加速度的突变，减小夹持装置对硅片的冲击。

附图说明

图1为本发明一实施例盘状物夹持装置的立体示意图；

图2为本发明一实施例的盘状物夹持装置的夹持元件的结构示意图；

图3为本发明一实施例的盘状物夹持装置的夹持元件位于打开状态时的仰视图；

图4为本发明一实施例的盘状物夹持装置的夹持元件位于夹持状态时的仰视图。

【主要组件符号说明】

1旋转卡盘；2驱动机构；11夹持元件；11a夹持部；11b主体部；12基体；13环形体；14a第一限位件；14b第二限位件；15弹性件。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请结合参考图1～4，盘状物夹持装置包括旋转卡盘1，旋转卡盘上放置盘状物，带动旋转卡盘1旋转的旋转轴（图中未视），以及驱动旋转轴旋转的驱动单元2。在本实施例中，盘状物为硅片W，驱动单元2为驱动电机。其中，旋转卡盘包括基体12，多个夹持元件11以及环形体13。其中，基体12由旋转轴带动绕旋转轴轴线旋转，多个夹持元件11安装在基体12的周缘，具体来说，例如是穿设于位于基体周缘的通孔中，当基体12由旋转轴带动转动时，这些夹持元件11也随着一起转动。夹持元件的具体结构如图2所示，夹持元件包括主体部11b及从主体部11b突出的夹持部11a，主体部11b和夹持部11a的轴线相偏移，因此当主体部11b绕其轴线自旋转时，夹持部11a在径向向外、与硅片W外围边缘非接触的打开位置和径向向内、与硅片W外围边缘接触的夹持位置之间移动。环形体13与基体12同轴设置，可通过轴承安装在基体12上。环形体13可相对于基体12转动，具体来说，盘状物夹持装置可包括一顶杆，通过该顶杆限制环形体转动，而旋转轴则仍由驱动机构驱动带动着基体12旋转，则该基体12与环形体13就发生了相对转动。另一方面，环形体13与夹持元件11的主体部11b形成啮合面。通过该啮合面，当夹持元件11随着基体12与环形体13发生相对转动时，夹持元件的主体部11b与环形体13相啮合而发生自转动。如此一来，夹持部11a在打开位置和夹持位置之间移动，可进行硅片W的取放或夹持操作。在本实施例中，环形体13和夹持元件的主体部11b通过齿轮啮合，环形体13为环形齿轮，该环形齿轮内部为空腔，空腔中设置了多个辐条，如图所示为6条。夹持元件的主体部11b下端具有和环形齿轮13相啮合的齿11c。

如图3所示，旋转卡盘中还设有限位结构，其包括一对分别设于基体12和环形体13的限位件14a和14b。限位件14a和14b之间可形成接触面。当基体12相对于环形体13发生相对转动使得夹持部11a从打开位置移动至夹持位置时，第一限位件14a与第二限位件14b接触，从而约束基体12和环形体13在该方向的相对转动。在本实施例中，第一限位件14a为固定在基体12的挡块，该挡块14a从基体12下表面向下延伸并伸出环形体的空腔。第二限位件14b为穿过辐条的螺钉，其末端从辐条中穿出，与挡块14a的侧面相对。当基体12相对于环形体13转动至第一限位件14a和第二限位件14b接触时，基体12和环形体13之间停止相对转动，夹持元件11的夹持部11a停止径向移动。因此，通过设置限位结构，可以约束基体12与环形体13在使夹持部从打开位置至夹持位置的方向上的相对转动，从而调节夹持元件的夹持部的径向移动和夹持位置，控制夹持部作用于硅片边缘的力。

较佳的，限位结构的接触面位置可调，因此可实现基体12和环形体13之间不同的相对位置，从而得到夹持元件不同的夹持位置。例如，将本实施例的螺钉设为拧入的长度可调，则不同的拧入长度就能够产生不同的和挡块接触的接触面位置。

在其他实施例中，也可以在环形体的辐条上设置挡块，而在基体底部设置螺钉，本发明并不对此加以限定。

此外，旋转卡盘还可设有弹性件，如螺旋弹簧15，其一端连接到环形体13的辐条，其相反的端连接到基体12上。该螺旋弹簧15与限位结构的作用相反，用于约束能够使得夹持元件从夹持位置移动到打开位置的基体12相对于环形体13的转动。

接下来将详细说明本发明的盘状物夹持装置的工作原理。

请参考图3，夹持装置由夹持状态到打开状态的过程为：首先，通过一外部机构（如上述的顶杆）插入环形体13，限制环形体13转动（图中为逆时针方向），而驱动电机控制旋转轴转动（图中为逆时针方向），旋转轴带动基体12同步旋转，由于环形体13被顶杆限制，不能跟随基体12旋转。这样，基体12克服弹性件15的弹力，相对于环形体13转动，夹持元件11与环形体13啮合，主体部11b绕其自身轴线转动一定角度，夹持部11a与硅片边缘脱离接触。此时，位于基体12底部的第一限位件14a与环形体13上的第二限位件14b之间存在一定距离。

夹持装置由打开状态到夹持状态的过程为：电机控制旋转轴反方向旋转（图4中为顺时针方向），旋转轴带动基体12同步旋转，然而当基体12相对于环形体13转动至第一限位件14a和第二限位件14b接触时，基体12和环形体13之间停止相对转动，夹持元件11的夹持部移动至夹持硅片的位置。此时撤去顶杆，夹持装置可进行连续旋转。其中，当夹持元件的夹持部从夹持位置移动至打开位置，或从打开位置移动至夹持位置，驱动电机控制旋转轴带动基体12旋转的角度可为3°至8°

在本发明的一较佳实施例中，当夹持元件的夹持部由打开位置到夹持位置时，驱动电机以S曲线加减速控制驱动旋转轴旋转，S曲线可为抛物线型或三角函数型。整个加减速控制过程可包括加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段的组合，且满足加速度随时间连续变化，从而使得加速度不会出现突变，如此可使得基体12的旋转速度更为平稳。较佳的，当第一限位件14a与第二限位件14b接触时，加速度、速度均为0，或均接近0，从而减小第一限位件14a与第二限位件14b接触时的相对冲击力，提高运动的平稳性，最终减小夹持元件对硅片边缘的冲击。

综上所述，本发明的盘状物夹持装置，通过限位结构可调节夹持元件的径向移动以及夹持位置，从而调节夹持元件作用于硅片侧边的力。此外，本发明更通过夹持部从打开位置至夹持位置过程中驱动机构的控制避免基体旋转的加速度的突变，以减小夹持装置对硅片的冲击。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (7)

1.一种盘状物夹持装置，包括旋转卡盘，其上放置盘状物；旋转轴，带动所述旋转卡盘旋转；以及驱动机构，驱动所述旋转轴旋转，其中所述旋转卡盘包括：

基体，由所述旋转轴带动旋转；

多个夹持元件，设于所述基体的周缘；所述夹持元件包括主体部及从所述主体部突出且彼此轴线相偏移的夹持部，所述主体部自旋转而使所述夹持部在径向向外的与所述盘状物外围边缘非接触的打开位置和径向向内的与所述盘状物外围边缘接触的夹持位置之间移动；

环形体，与所述基体同轴线设置且与所述夹持元件的主体部形成啮合面，所述啮合面用于当所述基体与所述环形体发生相对转动时，使所述夹持元件的主体部与所述环形体啮合而自转动；

限位结构，其包括分别设于所述基体和所述环形体且彼此可形成接触面的第一限位件和第二限位件，当所述基体相对于所述环形体发生使所述夹持部从所述打开位置移动至所述夹持位置的第一方向的相对转动且转动至所述第一限位件与所述第二限位件从未接触状态转变为接触状态时，所述限位结构约束所述第一方向的相对转动；所述第一限位件和所述第二限位件的接触面的位置可调；

其中，所述基体沿所述第一方向转动至所述第一限位件与所述第二限位件接触的过程中，所述驱动机构以S曲线加减速控制所述旋转轴旋转；所述第一限位件与所述第二限位件接触时，所述驱动机构控制所述旋转轴旋转的加速度和速度均为0。

2.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述环形体为环形齿轮，所述夹持元件的主体部的下端形成与所述环形齿轮啮合的齿。

3.根据权利要求2所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述第一限位件为固定于所述基体的挡块；所述第二限位件为固定于所述环形体的螺钉；所述挡块具有与所述螺钉相对的侧面。

4.根据权利要求3所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述环形齿轮内部为空腔，所述空腔中设有辐条，所述螺钉为穿过所述辐条且拧入长度可调的可调螺钉；所述挡块从所述空腔伸出且侧面与所述可调螺钉相对。

5.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述旋转卡盘还包括弹性件，其一端连接所述基体，另一端连接所述环形体，用于当所述基体相对于所述环形体发生与所述第一方向相反的第二方向的相对转动时，约束所述第二方向的相对转动。

6.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述盘状物夹持装置还包括顶杆，通过所述顶杆限制所述环形体转动且所述驱动机构驱动所述旋转轴转动，使所述基体与所述环形体发生所述相对转动。

7.根据权利要求6所述的盘状物夹持装置，其特征在于，当所述夹持元件从所述夹持位置移动至所述打开位置，或从所述打开位置移动至所述夹持位置时，所述驱动机构控制所述旋转轴带动所述基体旋转的角度为3°至8°。