CN112207655A - 一种具有移动机械手的晶圆磨削设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有移动机械手的晶圆磨削设备，包括：设备前端模块、磨削模块、抛光模块、以及，移动传输模块，用于晶圆传输，其平行于抛光模块设置并位于前端模块和磨削模块之间；其中，移动传输模块包括移动存储台和移动机械手，移动存储台用于将晶圆从靠近设备前端模块的第一位置运送至靠近磨削模块的第二位置以及从第二位置运送回第一位置，移动机械手用于从设备前端模块接收干燥的晶圆并将干燥的晶圆放置于移动存储台上以避免污染晶圆并降低晶圆在不同模块之间传递的时间从而提高设备产能。

Description

一种具有移动机械手的晶圆磨削设备

技术领域

本发明涉及晶圆磨削技术领域，尤其涉及一种具有移动机械手的晶圆磨削设备。

背景技术

目前半导体行业采用在半导体晶圆的表面上形成有IC(Integrated Circuit，集成电路)或LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)等电子电路来制造半导体芯片。晶圆在被分割为半导体芯片之前，通过磨削形成有电子电路的器件面的相反侧的晶圆背面，从而将晶圆磨削至预定的厚度。

目前在晶圆磨削中，从设备前端模块向磨削模块传输干燥洁净的晶圆的过程以及从磨削模块向抛光模块传输磨削后的表面带有磨削液、磨削颗粒等污染物的未处理的晶圆的过程，这两个过程中均会经过相同的传输介质，从而会造成晶圆的污染，并且实现传输的装置结构复杂，传输占用时间长，影响设备产能。

发明内容

本发明实施例提供了一种具有移动机械手的晶圆磨削设备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例提供了一种具有移动机械手的晶圆磨削设备，包括：

设备前端模块，用于实现晶圆的进出，所述设备前端模块设置在所述晶圆磨削设备的前端；

磨削模块，用于对所述晶圆进行磨削，所述磨削包括粗磨削和精磨削，所述磨削模块设置在所述晶圆磨削设备的末端；

抛光模块，用于在完成所述磨削之后利用能够根据所述晶圆的厚度分布分区调节加载压力的承载头对所述晶圆进行化学机械抛光，所述抛光模块设置在所述设备前端模块与所述磨削模块之间；以及

移动传输模块，用于晶圆传输，其平行于抛光模块设置并位于前端模块和磨削模块之间；

其中，移动传输模块包括移动存储台和移动机械手，移动存储台用于将晶圆从靠近设备前端模块的第一位置运送至靠近磨削模块的第二位置以及从第二位置运送回第一位置，移动机械手用于从设备前端模块接收干燥的晶圆并将干燥的晶圆放置于移动存储台上以避免污染晶圆并降低晶圆在不同模块之间传递的时间从而提高设备产能。

在一个实施例中，所述移动机械手包括水平移动机构、支撑板、竖直移动机构、夹持组件、第一连接板、导轨以及用于与导轨滑动配合的滑块；

水平移动机构的固定座固定在晶圆磨削设备的内壁，水平移动机构的水平移动端固定连接支撑板，竖直移动机构固定在支撑板上，竖直移动机构的竖直移动端通过第一连接板连接夹持组件，以使水平移动机构通过支撑板带动竖直移动机构水平移动以及使竖直移动机构通过第一连接板带动夹持组件竖直移动，从而实现夹持组件具有竖直方向和水平方向的两个自由度；夹持组件位于竖直移动机构的一侧，竖直移动机构的另一侧设有安装在支撑板上的沿竖直方向的导轨，滑块与竖直移动机构的竖直移动端固定连接，以限制竖直移动机构的竖直移动端的运动方向。

在一个实施例中，所述夹持组件包括夹持气缸、第一卡爪、第一卡爪连接件、第二卡爪和第二卡爪连接件，第一卡爪通过第一卡爪连接件与夹持气缸的第一活动端连接，第二卡爪通过第二卡爪连接件与夹持气缸的第二活动端连接，以通过夹持气缸带动第一卡爪和第二卡爪相向或相背运动从而夹持或松开晶圆。

在一个实施例中，所述移动机械手还包括限位缓冲组件，限位缓冲组件包括第一限位件、缓冲螺栓和第二限位件，第一限位件安装在支撑板上，第二限位件位于第一限位件正下方并安装在第一连接板上，缓冲螺栓固定在第一限位件上并且其缓冲端向下设置以在竖直移动机构通过第一连接板带动夹持组件上升的过程中进行缓冲限位。

在一个实施例中，所述移动机械手上设有位于夹持组件上方的晶圆检测传感器。

在一个实施例中，所述移动机械手还包括安装在支撑板上的静电消除器，静电消除器位于夹持组件上方以向位于其下方的晶圆喷射负离子。

在一个实施例中，所述移动机械手还包括电缆保护链。

在一个实施例中，所述移动存储台包括晶圆对中机构和传输机构，晶圆对中机构用于调整晶圆位置，传输机构与晶圆对中机构连接以带动晶圆对中机构移动；

晶圆对中机构包括一固定台、一旋转驱动机构、一柔性连轴器、一锥齿轮组件、预设数量的滚珠丝杠组件和预设数量的移动夹持组件；

预设数量的滚珠丝杠组件沿周向均匀安装在固定台上，滚珠丝杠组件沿水平方向设置，滚珠丝杠组件的直线运动端连接移动夹持组件，滚珠丝杠组件位于锥齿轮组件外围并且滚珠丝杠组件的转动端与锥齿轮组件固定连接，锥齿轮组件通过柔性连轴器与位于其下方的旋转驱动机构固定连接；

旋转驱动机构向柔性连轴器施加扭矩，从而通过锥齿轮组件分别向每个滚珠丝杠组件传送转动力，滚珠丝杠组件将所述转动力转化为直线运动，预设数量的滚珠丝杠组件直线运动的延长线方向相交于同一点，以带动预设数量的移动夹持组件按照相互靠近的方向水平地同步移动从而将晶圆夹持固定于预设位置。

在一个实施例中，所述移动传输模块还包括晶圆厚度检测机构，晶圆厚度检测机构设置在移动缓存部与设备前端模块之间。

在一个实施例中，所述设备前端模块包括位于设备前端的晶圆存储单元和用于取出晶圆的取放片机械手；

所述抛光模块包括化学机械抛光单元、中央机械手、水平刷洗装置和单腔清洗装置；

所述中央机械手分别与移动传输模块、水平刷洗装置、单腔清洗装置、和化学机械抛光单元均相邻；水平刷洗装置分别与移动传输模块和单腔清洗装置沿所述晶圆磨削设备的宽度方向相邻，水平刷洗装置分别与中央机械手和取放片机械手沿所述晶圆磨削设备的长度方向相邻；单腔清洗装置分别与化学机械抛光单元和取放片机械手沿所述晶圆磨削设备的长度方向相邻。

本发明实施例的有益效果包括：能够避免污染晶圆，降低晶圆在不同模块之间传递的时间从而提高设备产能。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1为本发明一实施例提供的晶圆磨削设备的示意图；

图2为本发明一实施例提供的晶圆磨削设备的示意图；

图3为本发明一实施例提供的晶圆磨削设备的示意图；

图4为本发明一实施例提供的移动机械手的示意图；

图5为本发明一实施例提供的移动机械手的示意图；

图6为本发明一实施例提供的移动机械手的动作示意图；

图7和图8为本发明一实施例提供的移动机械手的卡爪结构示意图；

图9至图11为本发明另一实施例提供的移动机械手的卡爪结构示意图；

图12和图13为本发明一实施例提供的晶圆对中机构的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1至图3示出了本发明一实施例提供的一种具有移动机械手9的晶圆磨削设备，包括：

设备前端模块1，用于实现晶圆的进出，所述设备前端模块1设置在所述晶圆磨削设备的前端。设备前端模块1是实现将晶圆从外部搬送到设备机台内部的过渡模块，用于实现晶圆进出，以实现晶圆的“干进干出”。

磨削模块2，用于对所述晶圆进行磨削，所述磨削包括粗磨削和精磨削，所述磨削模块2设置在所述晶圆磨削设备的末端；

抛光模块3，用于在完成所述磨削之后利用能够根据所述晶圆的厚度分布分区调节加载压力的承载头对所述晶圆进行化学机械抛光，所述抛光模块3设置在所述设备前端模块1与所述磨削模块2之间；以及

移动传输模块7，用于晶圆传输，其平行于抛光模块3设置并位于前端模块和磨削模块2之间；

其中，移动传输模块7包括移动存储台8和移动机械手9，移动存储台8用于将晶圆从靠近设备前端模块1的第一位置运送至靠近磨削模块2的第二位置以及从第二位置运送回第一位置，移动机械手9用于从设备前端模块1接收干燥的晶圆并将干燥的晶圆放置于移动存储台8上以避免污染晶圆并降低晶圆在不同模块之间传递的时间从而提高设备产能。

如图1所示，设备前端模块1包括位于设备前端的晶圆存储单元1-1和用于取出晶圆的取放片机械手1-2。

如图1所示，抛光模块3包括化学机械抛光单元3-1、中央机械手3-2、水平刷洗装置3-3和单腔清洗装置3-4。

在一个实施例中，水平刷洗装置3-3包括：晶圆固定组件，用于水平支撑并固定晶圆；具体地，晶圆固定组件包括固定座和设于所述固定座上的多个支撑滚轮，所述多个支撑滚轮配合作业以水平支撑晶圆边缘并带动晶圆沿周向水平旋转；第一水平清洗刷，可绕其沿水平方向的中轴自转，以对晶圆正面进行水平刷洗；第二水平清洗刷，可绕其沿水平方向的中轴自转，以对晶圆背面进行水平刷洗；压力检测组件，用于检测第一水平清洗刷和第二水平清洗刷施加于晶圆的压力是否对称；清洗刷运动组件，用于在所述压力检测组件检测到所述压力不对称时调整第一水平清洗刷和/或第二水平清洗刷的移动位置和运动姿态以使该压力对称；以及，清洗槽，用于容纳所述晶圆固定组件、第一水平清洗刷、和第二水平清洗刷，并使晶圆浸没于清洗液中。水平刷洗装置3-3利用支撑滚轮水平支撑晶圆并带动晶圆沿周向水平旋转，同时，第一水平清洗刷和第二水平清洗刷分别在上下两个方向贴合晶圆表面进行自转，配合清洗液将晶圆表面的污染物刷洗去除。

如图1所示，中央机械手3-2分别与移动传输模块7、水平刷洗装置3-3、单腔清洗装置3-4、和化学机械抛光单元3-1均相邻；水平刷洗装置3-3分别与移动传输模块7和单腔清洗装置3-4沿所述晶圆磨削设备的宽度方向相邻，水平刷洗装置3-3分别与中央机械手3-2和取放片机械手1-2沿所述晶圆磨削设备的长度方向相邻；单腔清洗装置3-4分别与化学机械抛光单元3-1和取放片机械手1-2沿所述晶圆磨削设备的长度方向相邻。

图2示出了在移动机械手9从设备前端模块1的取放片机械手1-2上接收晶圆时，移动机械手9所处的位置。图3示出了在移动机械手9向移动存储台8放置晶圆时，移动机械手9所处的位置。

本发明实施例，利用移动机械手9代替固定的晶圆放置台，干燥清洁的晶圆从设备前端模块1的取放片机械手1-2经移动机械手9直接传输至移动存储台8，无需经中央机械手3-2转运，缩短了干燥清洁的晶圆的传输时间，提高了设备产能；并且，采用本方案后，中央机械手3-2只用于将磨削后的晶圆从移动存储台8转运至化学机械抛光单元3-1，即中央机械手3-2不与干燥清洁的晶圆接触，中央机械手3-2不再需要分为干、湿机械手，可使用通用结构的机械手，简化了结构和动作，可以避免两个机械手干涉，防止由于干涉发生传输故障，还降低了中央机械手3-2的高度。

图4示出了移动机械手9上升后的状态，图5示出了移动机械手9下降后的状态。图6以简化的示意图示出了移动机械手9上升后从取放片机械手1-2接收晶圆w以及移动机械手9下降后向移动存储台8放置晶圆w。

如图4和图5所示，移动机械手9包括水平移动机构91、支撑板92、竖直移动机构93、夹持组件94、第一连接板95、导轨96以及用于与导轨96滑动配合的滑块97；

水平移动机构91的固定座固定在晶圆w磨削设备的内壁，水平移动机构91的水平移动端固定连接支撑板92，竖直移动机构93固定在支撑板92上，竖直移动机构93的竖直移动端通过第一连接板95连接夹持组件94，以使水平移动机构91通过支撑板92带动竖直移动机构93水平移动以及使竖直移动机构93通过第一连接板95带动夹持组件94竖直移动，从而实现夹持组件94具有竖直方向和水平方向的两个自由度；夹持组件94位于竖直移动机构93的一侧，竖直移动机构93的另一侧设有安装在支撑板92上的沿竖直方向的导轨96，滑块97与竖直移动机构93的竖直移动端固定连接，以限制竖直移动机构93的竖直移动端的运动方向。

具体地，水平移动机构91为直线电机，竖直移动机构93为升降气缸。

如图4和图5所示，升降气缸、导轨96安装在支撑板92上，导轨96的作用是增加升降气缸在竖直运动方向上的稳定性和刚性，导轨96和升降气缸之间由滑块97实现耦接。第一连接板95的上端和升降气缸连接，第一连接板95的下端和夹持组件94连接。

如图5所示，夹持组件94包括夹持气缸941、第一卡爪942、第一卡爪连接件943、第二卡爪944和第二卡爪连接件945，第一卡爪942通过第一卡爪连接件943与夹持气缸941的第一活动端连接，第二卡爪944通过第二卡爪连接件945与夹持气缸941的第二活动端连接，以通过夹持气缸941带动第一卡爪942和第二卡爪944相向或相背运动从而夹持或松开晶圆w。

第一卡爪942和第二卡爪944的材料优选选用树脂材料，更优选的选择刚性较好的聚醚醚酮(PEEK)。

如图7和图8所示，作为一种可实施方式，第一卡爪942与晶圆w接触的内侧面设有用于托起晶圆w的台阶结构，同理，第二卡爪944与晶圆w接触的内侧面设有对称的台阶结构。

如图9至图11所示，作为另一种可实施方式，第一卡爪942与晶圆w接触的内侧面设有用于卡住晶圆w的凹槽。凹槽为圆弧形，圆弧半径为1.5至2mm，优选为1.8mm。同理，第二卡爪944与晶圆w接触的内侧面设有对称的凹槽。

如图5所示，在一个实施例中，移动机械手9还包括限位缓冲组件98，限位缓冲组件98包括第一限位件981、缓冲螺栓982和第二限位件983，第一限位件981安装在支撑板92上，第二限位件983位于第一限位件981正下方并安装在第一连接板95上，缓冲螺栓982固定在第一限位件981上并且其缓冲端向下设置以在竖直移动机构93通过第一连接板95带动夹持组件94上升的过程中进行缓冲限位。

如图5所示，在一个实施例中，移动机械手9上设有位于夹持组件94上方的晶圆检测传感器901。具体地，晶圆检测传感器901可以采用激光反射式传感器。

在另一个实施例中，晶圆检测传感器901还可以采用激光对射式传感器，激光对射式传感器的两个探测头分别安装在晶圆w上方和晶圆w下方以实现互相之间发射和接收激光。对于一些特殊的板状工件，例如表面粗糙度小，较为光滑的工件，由于部分光经表面折射效应散失掉，能反射回的光大量减少，会使得传感器无法检测到晶圆w，此时使用激光对射式传感器可以解决该问题。

如图4和图5所示，在一个实施例中，移动机械手9还包括安装在支撑板92上的静电消除器902，静电消除器902位于夹持组件94上方以向位于其下方的晶圆w喷射负离子。

如图4和图5所示，在一个实施例中，移动机械手9还包括电缆保护链903。

本发明实施例提供的移动机械手9具有以下技术效果：移动机械手9具有两自由度，运动灵活；利用移动机械手9夹持晶圆w，能够消除运动过程中的掉片风险，可靠的实现了将晶圆w从设备前端模块1运输到移动存储台8的过程；机械手的卡爪结构保证了在高速移动过程中无掉片的风险，可以提高效率和安全性；通过设置晶圆检测传感器901，及时检测交互过程中可能发生的掉片或运输过程中的碎片情况；通过设置静电消除器902，消除了静电累积导致的击穿晶圆的风险。

在一个实施例中，移动传输模块7还包括晶圆厚度检测机构，晶圆厚度检测机构设置在移动缓存部与设备前端模块1之间。

如图1所示，移动存储台8包括晶圆对中机构100和传输机构200，晶圆对中机构100用于调整晶圆位置，传输机构200与晶圆对中机构100连接以带动晶圆对中机构100移动。

如图12和图13所示，晶圆对中机构100，其包括一固定台10、一旋转驱动机构20、一柔性连轴器60、一锥齿轮组件30、预设数量的滚珠丝杠组件40和预设数量的移动夹持组件50。

其中，预设数量的滚珠丝杠组件40沿周向均匀安装在固定台10上，滚珠丝杠组件40沿水平方向设置，滚珠丝杠组件40的直线运动端连接移动夹持组件50，滚珠丝杠组件40位于锥齿轮组件30外围并且滚珠丝杠组件40的转动端与锥齿轮组件30固定连接，锥齿轮组件30通过柔性连轴器60与位于其下方的旋转驱动机构20固定连接。

滚珠丝杠组件40与移动夹持组件50一一对应连接。

本实施例中，晶圆对中机构100的工作原理为：旋转驱动机构20向柔性连轴器60施加扭矩，从而通过锥齿轮组件30分别向每个滚珠丝杠组件40传送转动力，滚珠丝杠组件40将所述转动力转化为直线运动，预设数量的滚珠丝杠组件40直线运动的延长线方向相交于同一点，以带动预设数量的移动夹持组件50按照相互靠近的方向水平地同步移动从而将晶圆夹持固定于预设位置。

本实施例利用柔性连轴器60精确传递扭矩，从而控制对晶圆的夹持力。

如图12和图13所示，预设数量的滚珠丝杠组件40直线运动的延长线方向相交于一参考圆心点，滚珠丝杠组件40中的螺杆41沿该参考圆的半径方向设置，并且，每个螺杆41距参考圆心点的距离相同，每个移动夹持组件50距参考圆心点的距离也相同，即每个移动夹持组件50均安装在滚珠丝杠组件40上的相同位置处。

其中，晶圆夹持固定的预设位置为晶圆圆心与上述参考圆心点落于同一竖直线内的中心位置。

另外，本实施例还能够实现预设数量的移动夹持组件50按照彼此远离的方向移动，从而松开晶圆。

可以理解的是，滚珠丝杠组件40和移动夹持组件50的数量只需大于等于3即可实现可靠地将晶圆夹持至预设位置。如图12所示，作为一种可实施方式，晶圆对中机构100包括6个滚珠丝杠组件40和6个移动夹持组件50。相邻两个螺杆41之间的夹角为60°。

本发明实施例采用旋转驱动机构20作为动力源，利用锥齿轮组件30转换旋转方向，从而驱动滚珠丝杠组件40带动移动夹持组件50移动以夹持固定晶圆，能够使移动夹持组件50具有较长行程，适用于不同尺寸的晶圆，例如从4寸晶圆至16寸晶圆均可采用本发明实施例提供的晶圆对中机构100实现位置调整。

如图13所示，在一个实施例中，锥齿轮组件30包括主动锥齿轮31以及在主动锥齿轮31上方沿其周向均匀分布并与主动锥齿轮31啮合的预设数量的从动锥齿轮32；

旋转驱动机构20上端连接主动锥齿轮31以使主动锥齿轮31绕竖直方向旋转从而带动预设数量的从动锥齿轮32绕水平方向旋转，从动锥齿轮32连接沿水平方向设置的滚珠丝杠组件40。

本实施例中，主动锥齿轮31与从动锥齿轮32配合运动从而转换旋转方向。

如图13所示，在一个实施例中，滚珠丝杠组件40包括螺杆41、螺母42、第一轴承43和第二轴承44；

螺杆41沿水平方向放置，螺杆41的一端穿过第一轴承43并伸入从动锥齿轮32的中心孔内以与从动锥齿轮32固定连接，所述螺杆41的一端通过第一轴承43安装在固定台10上，螺杆41的另一端穿过第二轴承44并通过第二轴承44安装在固定台10上，螺杆41的中部装有与其螺纹配合的螺母42；预设数量的螺杆41的长度方向延长线相交于同一点。

可以根据晶圆的半径尺寸选择螺杆41长度，适用于多种尺寸的晶圆。

本实施例采用滚珠丝杠传动，定位精度高，并且具有行程长的特点，可以兼容多种尺寸的晶圆。

如图12所示，在一个实施例中，固定台10包括第一支撑板11、位于第一支撑板11下方的第二支撑板12以及用于固定连接第一支撑板11与第二支撑板12的支架13；

第一支撑板11上设有用于容纳锥齿轮组件30的中央通孔以及围绕中央通孔设置的预设数量的条型槽。预设数量的从动锥齿轮32穿过中央通孔。条型槽用于放置所述螺杆41，所述第一支撑板11的位于条型槽与中央通孔之间的部分设有用于使所述螺杆41的一端穿过的第一通孔，第一轴承43固定安装在第一通孔内，所述第一支撑板11的位于其边缘与条型槽之间的部分设有用于使所述螺杆41的另一端穿过的第二通孔，第二轴承44固定安装在第二通孔内。

作为一种可实施方式，固定台10上还设有用于承托晶圆的平台14，平台14位于预设数量的移动夹持组件50之间。平台14为塑料材料，例如POM(聚甲醛)塑料。平台14上表面涂覆有疏水涂层以防止该表面聚集污染物。

如图12所示，在一个实施例中，移动夹持组件50包括与螺杆41平行设置的导轨51以及与导轨51滑动配合的滑块52，滑块52与滚珠丝杠组件40的螺母42固定连接以在滚珠丝杠组件40的带动下沿导轨51直线移动。导轨51固定安装在第一支撑板11上。螺杆41旋转的过程中会通过螺母42带动滑块52沿导轨51向平台14径向运动。

另外，滑块52上设有用于推动和夹持晶圆的挡块56。为了避免由于不同的挡块56之间由于弹性模量不同导致对中的精度降低，将挡块56的材料硬度提高，优选地，挡块56为PTFE塑料(聚四氟乙烯)。另外，在旋转驱动机构20和锥齿轮组件30之间设置一柔性连轴器60，从而消除六个挡块56之间的差异，夹持力由柔性连轴器60进行控制。

如图12所示，在一个实施例中，滑块52包括用于与螺母42固定连接的支撑部53、从支撑部53向垂直于丝杠方向延伸的延伸部54以及位于延伸部54下方的用于与导轨51卡合以在导轨51上滑动的卡合部55。

在一个实施例中，所述支撑部53上表面涂覆有疏水涂层以防止该表面聚集污染物。疏水涂层的材料可以为派瑞林或特氟龙。

在一个实施例中，支撑部53具有高于延伸部54上表面的台阶，台阶用于支撑晶圆。

本实施例提供的晶圆对中机构100应用于晶圆磨削，为了防止晶圆在传输过程中发生污染而影响后续制程，要求与晶圆表面接触的支撑部53和平台14处不能聚集污染物更不能产生结晶物或金属离子污染，优选的，在平台14上表面和支撑部53上表面涂覆一层由诸如派瑞林或特氟龙形成的疏水涂层，以便于对根据本发明的晶圆对中机构100进行清洁维保作业。

如图12所示，在一个实施例中，挡块56包括从支撑部53上表面向上延伸的第一挡板57以及从第一挡板57上端朝向夹紧晶圆的方向延伸的第二挡板58，第一挡板57、第二挡板58和支撑部53上表面之间形成卡槽59用于固定晶圆。卡槽59的高度h应当大于晶圆厚度，优选高度h为4～5mm。

在一个实施例中，挡块56的用于抵接晶圆的侧面设有压力传感器，用于检测夹持晶圆的夹紧力大小避免夹紧力过大造成晶圆破碎。

在一个实施例中，旋转驱动机构20可以由伺服电机实现，旋转驱动机构20连接控制器，控制器接收伺服电机的编码器输出的编码值并根据该编码值控制旋转驱动机构20转动的角度以控制移动夹持组件50从初始位置移动预设距离从而实现移动夹持组件50刚好夹持固定晶圆且加紧力不会过大。可以利用伺服电机的编码器将不同尺寸的晶圆对中的预设位置存储在控制器内部，通过控制器可以直接调用不同尺寸晶圆对应的参数，即不用变动任何机械部件就可以切换夹持不同尺寸的晶圆。

旋转驱动机构20通过编码器可以精确控制锥齿轮组件30的旋转角度，从而精确控制滑块52的位置；可以理解的是，预先设置伺服电机的停止位置使得挡块56可以刚好将晶圆对中而不施加过高的夹持力，由于引入了具有弹性的挡块56，可以精确控制晶圆在挡块56侧面的压入量，也就是挡块56侧面的变形量，优选地，变形量在0.2～0.5mm之间，从而控制夹持力。

本实施例采用伺服电机作为动力源带动锥齿轮组件30，可以实现高精度的同步运动，另外，利用伺服电机可以精确控制移动夹持组件50的移动位置，从而控制对晶圆的夹持力。

下面介绍本发明提供的柔性连轴器60的2个实施例。

如图13所示，在一个实施例中，柔性连轴器60包括外轴61、内轴62、扭转弹簧63和第一球轴承64；

扭转弹簧63设置在外轴61的中空腔内，扭转弹簧63的两端分别连接外轴61和内轴62，以通过扭转弹簧63的扭转在外轴61和内轴62之间传递扭矩；外轴61的开口处通过第一球轴承64连接内轴62，以实现外轴61和内轴62之间的相对运动。

外轴61和内轴62分别与旋转驱动机构20和锥齿轮组件30连接。

具体地，如图13所示，外轴61顶端连接主动锥齿轮31，外轴61的中空腔的内顶端连接扭转弹簧63的一端，外轴61的底端开口处连接第一球轴承64的外圈，内轴62的上端连接第一球轴承64的内圈并穿过外轴61的底端开口伸入外轴61的中空腔以与扭转弹簧63的另一端连接，内轴62的下端连接旋转驱动机构20。可以理解的是，图13中所示的外轴61和内轴62的上下位置可以颠倒，即内轴62连接主动锥齿轮31，外轴61连接旋转驱动机构20，也能实现相同的技术效果。

如图13所示，当伺服电机旋转时带动内轴62旋转，由于外轴61的负载高于第一球轴承64的阻力，因此内轴62旋转带动扭转弹簧63扭转，扭转弹簧63将该扭矩传递给外轴61使外轴61旋转，从而实现晶圆对中机构100的正常工作。优选地，扭转弹簧63的弹性常数为1～1.4N×mm/deg。

当挡块56夹住晶圆实现对中之后，控制器可以控制伺服电机旋转一定角度以给扭转弹簧63施加一定量扭矩，该定量扭矩经过锥齿轮组件30、滚珠丝杠组件40传递施加到挡块56上，转换为对晶圆的夹持力。

本发明实施例提供的晶圆对中机构100，通过滚珠丝杠组件40与锥齿轮组件30进行传动，能够保证机械构件一致性，实现多个移动夹持组件50同步高精度运动，精确控制晶圆对中位置，位置精度可提升至0.02mm；动力源使用伺服电机，可同时兼容多种尺寸的晶圆；利用柔性连轴器60作为晶圆对中夹持传动的柔性环节，结合伺服电机精密角度调节，能够消除滑块52尺寸和材料特性差异造成的晶圆位置偏差，实现夹持力精准可控，维持晶圆位置稳定。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种具有移动机械手的晶圆磨削设备，其特征在于，包括：

设备前端模块，用于实现晶圆的进出，所述设备前端模块设置在所述晶圆磨削设备的前端；

磨削模块，用于对所述晶圆进行磨削，所述磨削包括粗磨削和精磨削，所述磨削模块设置在所述晶圆磨削设备的末端；

抛光模块，用于在完成所述磨削之后利用能够根据所述晶圆的厚度分布分区调节加载压力的承载头对所述晶圆进行化学机械抛光，所述抛光模块设置在所述设备前端模块与所述磨削模块之间；以及

移动传输模块，用于晶圆传输，其平行于抛光模块设置并位于前端模块和磨削模块之间；

其中，移动传输模块包括移动存储台和移动机械手，移动存储台用于将晶圆从靠近设备前端模块的第一位置运送至靠近磨削模块的第二位置以及从第二位置运送回第一位置，移动机械手用于从设备前端模块接收干燥的晶圆并将干燥的晶圆放置于移动存储台上以避免污染晶圆并降低晶圆在不同模块之间传递的时间从而提高设备产能。

2.如权利要求1所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述移动机械手包括水平移动机构、支撑板、竖直移动机构、夹持组件、第一连接板、导轨以及用于与导轨滑动配合的滑块；

水平移动机构的固定座固定在晶圆磨削设备的内壁，水平移动机构的水平移动端固定连接支撑板，竖直移动机构固定在支撑板上，竖直移动机构的竖直移动端通过第一连接板连接夹持组件，以使水平移动机构通过支撑板带动竖直移动机构水平移动以及使竖直移动机构通过第一连接板带动夹持组件竖直移动，从而实现夹持组件具有竖直方向和水平方向的两个自由度；夹持组件位于竖直移动机构的一侧，竖直移动机构的另一侧设有安装在支撑板上的沿竖直方向的导轨，滑块与竖直移动机构的竖直移动端固定连接，以限制竖直移动机构的竖直移动端的运动方向。

3.如权利要求2所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述夹持组件包括夹持气缸、第一卡爪、第一卡爪连接件、第二卡爪和第二卡爪连接件，第一卡爪通过第一卡爪连接件与夹持气缸的第一活动端连接，第二卡爪通过第二卡爪连接件与夹持气缸的第二活动端连接，以通过夹持气缸带动第一卡爪和第二卡爪相向或相背运动从而夹持或松开晶圆。

4.如权利要求2所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述移动机械手还包括限位缓冲组件，限位缓冲组件包括第一限位件、缓冲螺栓和第二限位件，第一限位件安装在支撑板上，第二限位件位于第一限位件正下方并安装在第一连接板上，缓冲螺栓固定在第一限位件上并且其缓冲端向下设置以在竖直移动机构通过第一连接板带动夹持组件上升的过程中进行缓冲限位。

5.如权利要求2所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述移动机械手上设有位于夹持组件上方的晶圆检测传感器。

6.如权利要求2所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述移动机械手还包括安装在支撑板上的静电消除器，静电消除器位于夹持组件上方以向位于其下方的晶圆喷射负离子。

7.如权利要求2所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述移动机械手还包括电缆保护链。

8.如权利要求1所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述移动存储台包括晶圆对中机构和传输机构，晶圆对中机构用于调整晶圆位置，传输机构与晶圆对中机构连接以带动晶圆对中机构移动；

晶圆对中机构包括一固定台、一旋转驱动机构、一柔性连轴器、一锥齿轮组件、预设数量的滚珠丝杠组件和预设数量的移动夹持组件；

预设数量的滚珠丝杠组件沿周向均匀安装在固定台上，滚珠丝杠组件沿水平方向设置，滚珠丝杠组件的直线运动端连接移动夹持组件，滚珠丝杠组件位于锥齿轮组件外围并且滚珠丝杠组件的转动端与锥齿轮组件固定连接，锥齿轮组件通过柔性连轴器与位于其下方的旋转驱动机构固定连接；

旋转驱动机构向柔性连轴器施加扭矩，从而通过锥齿轮组件分别向每个滚珠丝杠组件传送转动力，滚珠丝杠组件将所述转动力转化为直线运动，预设数量的滚珠丝杠组件直线运动的延长线方向相交于同一点，以带动预设数量的移动夹持组件按照相互靠近的方向水平地同步移动从而将晶圆夹持固定于预设位置。

9.如权利要求1所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述移动传输模块还包括晶圆厚度检测机构，晶圆厚度检测机构设置在移动缓存部与设备前端模块之间。

10.如权利要求1所述的晶圆磨削设备，其特征在于，所述设备前端模块包括位于设备前端的晶圆存储单元和用于取出晶圆的取放片机械手；

所述抛光模块包括化学机械抛光单元、中央机械手、水平刷洗装置和单腔清洗装置；

所述中央机械手分别与移动传输模块、水平刷洗装置、单腔清洗装置、和化学机械抛光单元均相邻；水平刷洗装置分别与移动传输模块和单腔清洗装置沿所述晶圆磨削设备的宽度方向相邻，水平刷洗装置分别与中央机械手和取放片机械手沿所述晶圆磨削设备的长度方向相邻；单腔清洗装置分别与化学机械抛光单元和取放片机械手沿所述晶圆磨削设备的长度方向相邻。

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