CN104701233A - 一种盘状物夹持装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盘状物夹持旋转装置，在基体的周缘设置多个支撑销，支撑销由行程变换机构驱动做升降运动，通过卡爪和支撑销相互配合，在取放盘状物时，支撑销做上升运动，远离卡盘，保证机械手末端执行器的取放片动作，在盘状物处于工艺状态时，支撑销做下降运动，贴合卡盘，避免硅片的背面受到污染，本发明合理的控制盘状物与卡盘之间的距离，具有结构简单、动作控制方式便捷可靠、可与各类工艺处理腔体相兼容的优点。

Description

一种盘状物夹持装置
技术领域
本发明涉及半导体制造设备技术领域，更具体地，涉及一种盘状物夹持装置。
背景技术
在集成电路的生产加工工艺过程中，半导体硅片或晶片等具有圆形形状的盘状物，通常都会经过诸如薄膜沉积、刻蚀、清洗、抛光等多道工艺制程。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，其包括卡爪和卡盘，卡爪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，上述传统的盘状物夹持装置存在以下问题：机械手末端的执行器在取放硅片时，硅片距卡盘上表面的距离与硅片工艺时，硅片距卡盘上表面的距离相等；即硅片在取放状态时与工艺状态时，硅片与卡盘上表面的距离是恒定不动的。然而，为实现机械手末端执行器的取放片，需保证硅片距离卡盘上表面保持一定距离(通常为10mm左右)，但是，如果在工艺时，硅片距卡盘上表面较大的距离容易使得硅片上表面的处理药液污染其背面，即使是采用背面喷气方法也无法完全避免硅片背面被污染的现象。如为了避免污染，减小硅片距卡盘表面的距离，则不便于机械手末端执行器进行取放片。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型盘状物旋转装置，使硅片在取放状态和工艺状态时可处于不同高度，不仅有利于机械手末端执行器的取放片动作，同时避免硅片的背面受到污染，具有结构简单、动作控制方式便捷可靠的优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
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；
多个卡爪，设于所述基体的周缘；所述卡爪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；
齿圈，与所述基体同轴线设置且与所述卡爪的主体部形成啮合面，所述啮合面用于当所述基体与所述齿圈发生相对转动时，使所述卡爪的主体部与所述齿圈啮合而自转动；
多个支撑销，设于所述基体的周缘，用于承载盘状物，所述支撑销由行程变换机构驱动做升降运动；其中，当所述卡爪的主体部向外转动时，所述卡爪的夹持部松开盘状物，同时所述支撑销承载盘状物向上运动；当所述卡爪的主体部向内转动时，所述支撑销向下运动，同时所述卡爪的夹持部夹紧盘状物。
优选的，所述盘状物夹持装置还包括顶杆，通过所述顶杆限制所述齿圈转动且所述驱动机构驱动所述旋转轴转动，使所述基体与所述齿圈产生所述相对转动。
优选的，所述行程变换机构包括摆动件、滑槽以及滑轮，所述摆动件的内侧端与所述基体轴连接，所述摆动件的外侧端设有向上伸出的前端，所述前端用于推动所述支撑销做升降运动，所述摆动件的下方设有滑槽以及滑轮，所述滑轮安装在所述齿圈的内侧面的推杆上，所述推杆的轴向方向垂直于所述滑槽的方向。
优选的，所述基体上设有限位面，所述限位面用于限制所述摆动件摆动的角度。
优选的，所述摆动件的前端设有用于推动所述支撑销的转动件。
优选的，所述支撑销安装在柱形槽内，所述支撑销包括支撑销主体以及限位挡板，所述支撑销主体穿过所述基体做升降运动。
优选的，所述支撑销的限位挡板与所述柱形槽之间设有弹性压簧。
优选的，所述卡盘上设有的吹气组件，所述吹气组件与所述旋转轴连通，用于向盘状物背面持续吹气。
优选的，所述齿圈的边缘设有环形齿轮，所述卡爪的主体部的下端形成与所述环形齿轮啮合的齿。
优选的，所述齿圈内部为空腔，所述空腔中设有多个辐条。
从上述技术方案可以看出，本发明提出的盘状物夹持装置，可通过卡爪和支撑销相互配合，在取放盘状物时，支撑销做上升运动，远离卡盘，保证机械手末端执行器的取放片动作，在盘状物处于工艺状态时，支撑销做下降运动，贴合卡盘，避免硅片的背面受到污染，本发明合理的控制盘状物与卡盘之间的距离，具有结构简单、动作控制方式便捷可靠、可与各类工艺处理腔体相兼容的优点。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种盘状物夹持旋转装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例的一种盘状物夹持旋转装置在取放状态时的结构立体示意图；
图3是本发明一实施例的一种盘状物夹持旋转装置在工艺状态时的结构示意图；
图4是本发明一实施例的一种盘状物夹持旋转装置中卡爪的结构示意图；
图5是本发明一实施例的一种盘状物夹持旋转装置中卡盘的结构示意图；
图6是本发明一实施例的一种盘状物夹持旋转装置中行程变换机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
请结合参考图1-图5，盘状物夹持装置包括旋转卡盘10，旋转卡盘上10放置盘状物20，带动旋转卡盘10旋转的旋转轴30，以及驱动旋转轴30旋转的驱动机构40。在本实施例中，盘状物20为硅片，驱动单元40为驱动电机。其中，旋转卡盘10包括基体60，多个卡爪70以及齿圈80。其中，基体10由旋转轴30带动绕旋转轴轴线旋转，多个卡爪70安装在基体60的周缘，具体来说，例如是穿设于位于基体60周缘的通孔中，当基体60由旋转轴30带动转动时，这些卡爪70也随着一起转动。
卡爪70的具体结构如图4所示，卡爪70包括主体部71及从主体部突出的夹持部72，主体部71和夹持部72的轴线相偏移，因此当主体部71绕其轴线自旋转时，夹持部72在径向向外、与硅片外围边缘非接触的打开位置和径向向内、与硅片外围边缘接触的夹持位置之间移动。
如图5所示，齿圈80与基体60同轴设置，可通过轴承安装在基体60上。齿圈80可相对于基体60转动，具体来说，盘状物夹持装置可包括一顶杆110，通过该顶杆110限制齿圈80转动，而旋转轴30则仍由驱动机构40驱动带动着基体60旋转，则该基体60与齿圈80就发生了相对转动。另一方面，齿圈80与卡爪70的主体部形成啮合面。通过该啮合面，当卡爪70随着基体60与齿圈80发生相对转动时，卡爪70与齿圈80相啮合而发生自转动。如此一来，夹持部72在打开位置和夹持位置之间移动，可进行硅片的取放或夹持操作。在本实施例中，齿圈80和卡爪的主体部71通过齿轮啮合，齿圈80的边缘设有环形齿轮81，齿圈80内部为空腔，空腔中设置了多个辐条84，卡爪70的主体部下端具有和环形齿轮81相啮合的齿。
为了使硅片在取放状态和工艺状态时可处于不同高度，不仅有利于机械手末端执行器的取放片动作，同时避免硅片的背面受到污染，在基体的边缘设有多个用于承载盘状物的支撑销，支撑销由行程变换机构驱动做升降运动。请参考图2，图2是硅片在取放状态时的结构示意图，当卡爪的主体部71向外转动时，卡爪70的夹持部72松开盘状物20，同时支撑销90承载盘状物20向上运动；此时，盘状物20远离卡盘10，保证机械手末端执行器的取放片动作。请参考图3，图3为硅片在工艺状态时的结构示意图；当卡爪的主体部71向内转动时，支撑销90向下运动，同时卡爪的夹持部72夹紧盘状物20。
具体请参考图6，图6为本发明中行程变换机构的结构示意图。行程变换机构100包括摆动件101、滑槽102以及滑轮103，摆动件101的内侧端与基体60轴连接，摆动件101的外侧端设有向上伸出的前端108，前端108用于推动支撑销90做升降运动，前端108设有用于推动支撑销90的转动件104；摆动件101的下方设有滑槽102以及滑轮103，滑轮103安装在齿圈80的内侧面的推杆82上，推杆82的轴向方向垂直于滑槽102的方向。为了限制摆动件101摆动的角度，基体60上还可设有限位面107。本领域技术人员可以根据实际需要设定轴连接处与摆动件前端108的距离，以及滑轮103的安装位置，以满足不同行程变换的要求。
本实施例中，支撑销90安装在柱形槽105内，支撑销90包括支撑销主体91以及限位挡板92，支撑销主体91穿过基体60做升降运动，支撑销的限位挡板92与柱形槽105之间设有弹性压簧106，弹性压簧106用于使支撑销90顺利下降至低位。较佳的，支撑销90的顶部为球面体，以减少其与硅片之间的接触面积。
为进一步防止硅片的背面受到污染，卡盘10上可设有的吹气组件120，吹气组件120与旋转轴30连通，用于向盘状物20背面持续吹气，防止硅片表面的药液污染其背面。
本发明的盘状物夹持装置的工作原理为：在机械手末端执行器50的取放硅片时，基体60的转动使得基体60与齿圈80之间形成一相对转角，该相对转动角度使行程变换机构100中的滑轮103沿滑槽102移动，摆动件101相对基体60转动，摆动件101的前端108向上运动，摆动件的转动件104推动支撑销90上升，多个支撑销90同时上升承载并推动硅片20上升至预设位置，则机械手末端执行器50的取放硅片的动作。在硅片处于待工艺状态时，硅片20放置于支撑销90上，由于基体60和齿圈80为反向的相对运动，则支撑销90向下运动，硅片20由卡爪70夹持，支撑销90继续向下运动，进而脱离硅片20的下表面，此时，硅片20与卡盘10之间的距离缩小，从而避免硅片20的背面受到污染。
综上所述，本发明提出的盘状物夹持装置，可通过卡爪70和支撑销90相互配合，在取放盘状物20时，支撑销90做上升运动，远离卡盘10，保证机械手末端执行器50的取放片动作，在盘状物20处于工艺状态时，支撑销90做下降运动，贴合卡盘10，避免硅片的背面受到污染，本发明合理的控制盘状物20与卡盘10之间的距离，具有结构简单、动作控制方式便捷可靠、可与各类工艺处理腔体相兼容的优点。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

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；
多个卡爪，设于所述基体的周缘；所述卡爪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；
齿圈，与所述基体同轴线设置且与所述卡爪的主体部形成啮合面，所述啮合面用于当所述基体与所述齿圈发生相对转动时，使所述卡爪的主体部与所述齿圈啮合而自转动；
多个支撑销，设于所述基体的周缘，用于承载盘状物，所述支撑销由行程变换机构驱动做升降运动；其中，当所述卡爪的主体部向外转动时，所述卡爪的夹持部松开盘状物，同时所述支撑销承载盘状物向上运动；当所述卡爪的主体部向内转动时，所述支撑销向下运动，同时所述卡爪的夹持部夹紧盘状物。
2.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述盘状物夹持装置还包括顶杆，通过所述顶杆限制所述齿圈转动且所述驱动机构驱动所述旋转轴转动，使所述基体与所述齿圈产生所述相对转动。
3.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述行程变换机构包括摆动件、滑槽以及滑轮，所述摆动件的内侧端与所述基体轴连接，所述摆动件的外侧端设有向上伸出的前端，所述前端用于推动所述支撑销做升降运动，所述摆动件的下方设有滑槽以及滑轮，所述滑轮安装在所述齿圈的内侧面的推杆上，所述推杆的轴向方向垂直于所述滑槽的方向。
4.根据权利要求3所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述基体上设有限位面，所述限位面用于限制所述摆动件摆动的角度。
5.根据权利要求3所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述摆动件的前端设有用于推动所述支撑销的转动件。
6.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述支撑销安装在柱形槽内，所述支撑销包括支撑销主体以及限位挡板，所述支撑销主体穿过所述基体做升降运动。
7.根据权利要求6所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述支撑销的限位挡板与所述柱形槽之间设有弹性压簧。
8.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述旋转卡盘上设有的吹气组件，所述吹气组件与所述旋转轴连通，用于向盘状物背面持续吹气。
9.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述齿圈的边缘设有环形齿轮，所述卡爪的主体部的下端形成与所述环形齿轮啮合的齿。
10.根据权利要求1所述的盘状物夹持装置，其特征在于，所述齿圈内部为空腔，所述空腔中设有多个辐条。
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