CN113241322B - 一种多工位夹取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多工位夹取装置，包括至少两个卡爪单元，卡爪单元包括用于承托晶圆的至少两个基座，及可带动所有基座转动的旋转轴，当旋转轴周向转动时，基座可以交替处于工作位；每个基座上分别设有导向面，及卡槽，旋转轴周向转动，晶圆可以沿着处于工作位的基座的导向面滑行、直至落入卡槽内，至少两个卡爪单元的卡槽配合将晶圆夹持。本发明的多工位夹取装置可以旋转，可以承载晶圆，也可以固定晶圆从而使之在翻转或移动时不会掉落，使用方式更加灵活；单个夹取装置上有至少两个卡爪单元，每个卡爪单元的大小相同，可以满足多抛光液的工艺需求，节约了时间、空间以及费用成本，使用范围更加广泛。

Description

一种多工位夹取装置

技术领域

本发明属于半导体集成电路芯片制造技术领域，特别是针对晶圆固定方式，尤其是涉及一种多工位夹取装置。

背景技术

在现有的半导体加工过程中，需要将晶圆进行多次抓取及输送，且在一些特殊工艺中会用到两种抛光液，为了避免抛光液直接的相互作用，以及对晶圆的污染，两种抛光液相互之间不能接触，但是晶圆抓取机构在传输晶圆过程中不可避免会接触到晶圆上的抛光液，容易存在两种以上抛光液残留的问题，为解决上述问题，目前一般采用两套夹取机构来抓取晶圆，但采用两套夹取机构来存在成本高，占据空间大等缺点。

况且，目前对于不同尺寸的晶圆，需采用不同的夹取机构，需根据晶圆的大小设置特定的夹取机构，不可一种夹取机构多用，成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可以满足多抛光液工艺的需求，使用成本降低，适应性高，占据空间小的多工位夹取装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多工位夹取装置，包括至少两个卡爪单元，所述卡爪单元包括用于承托晶圆的至少两个基座，及可带动所有基座转动的旋转轴，当所述旋转轴周向转动时，所述基座可以交替处于工作位；每个基座上分别设有导向面，及卡槽，所述旋转轴周向转动，晶圆可以沿着处于工作位的基座的导向面滑行、直至落入卡槽内，至少两个卡爪单元的卡槽配合将晶圆夹持。

本发明在单个卡爪单元上设置至少两个基座，基座在旋转轴的带动下可以旋转交替处于夹持晶圆的工作位，从而当需要满足不同抛光液的工艺需求时，可以将卡爪单元转动一定角度实现基座替换，达到工序之间不会产生相互影响的目的，使用灵活方便；导向面的设置使得对不同晶圆的适应性更高，使用灵活度更佳。

进一步的，所述导向面为倾斜面，该倾斜面与第二倾斜面配合形成所述卡槽的相对两个侧壁，当旋转轴带动所述基座转动靠近晶圆时，晶圆抵着倾斜面滑入卡槽内。倾斜面可以起到导向作用，使得晶圆定向滑入卡槽内，且尽量保持水平，卡槽对晶圆的夹持更加稳固，而且可以适配不同厚度的晶圆。

进一步的，所述晶圆抵着倾斜面发生轴向移动直至滑入卡槽内，晶圆的上边缘与第二倾斜面以点接触或线接触的方式相抵接，晶圆的下边缘与倾斜面以点接触或线接触的方式相抵接。晶圆与倾斜面和第二倾斜面均以点接触或线接触的方式相抵，接触面积小，对晶圆性能不会产生不利影响。

进一步的，所述基座上、位于卡槽的轴向上方还设有第三倾斜面，所述晶圆可以顺着第三倾斜面滑落在倾斜面上。便于晶圆放置在倾斜面上，也起到一定的导向作用。

进一步的，所述旋转轴上设有支架，该支架以旋转轴的轴心为中心向外延伸形成一个或两个或多个延伸臂，每个延伸臂上均设有基座。基座的数量可以任意设置，从而可满足多抛光液工艺的需求，延伸臂的长度也可以根据需要进行选择，使用的灵活度高。

进一步的，所述基座上还设有凸部，所述导向面包括承托平面，及斜面一，所述凸部下表面和承托平面之间形成所述卡槽，当旋转轴带动所述基座转动时，晶圆在承托平面上、抵着斜面一滑入卡槽内。承托平面对晶圆的支撑作用更稳定，斜面一对晶圆的放置起到导向作用，晶圆可沿着斜面滑入晶圆承接平面，卡槽对晶圆起到限位作用，即使晶圆旋转倾斜或移动也不会脱落。

进一步的，所述导向面还包括设于凸部的斜面二，所述晶圆可以抵着斜面一和斜面二进入卡槽。斜面二在基座旋转时具有导向作用，晶圆可沿着斜面二滑入卡槽。

进一步的，所述基座的数量为两个，其同轴设置，相邻基座之间形成缺口部，该缺口部用于防止两个基座上的液体接触。缺口部的设置避免两道工艺的抛光液相互接触，产生不利影响，保证不同工艺的工序之间的独立性。

进一步的，所述卡槽的轴向高度大于晶圆的轴向厚度；所述卡槽的底壁和侧壁相垂直。卡槽在起到限位作用的同时，避免对晶圆的表面造成挤压，保证晶圆的性能。

进一步的，所述卡爪单元的数量为三个，其沿晶圆的周向间隔布设。三个卡爪单元对晶圆的支撑和夹持更加稳固；而且三个卡爪单元可以达到只限制晶圆移动，而不对晶圆施加力的功能，保证不会夹碎晶圆。

本发明采用了一种可旋转卡爪单元组合而成的多工位夹取装置。夹取装置在承载晶圆工位时，晶圆可垂直放在夹取装置上，夹取装置的卡爪单元在旋转一定的角度后，夹取装置进入固定晶圆工位，晶圆无法脱出，被稳稳地固定在夹取装置上，而后夹取装置可以做任意动作而不用担心晶圆掉落或损伤。夹取装置的卡爪单元再旋转一定的角度后，可进入脱出晶圆工位，晶圆可水平脱出夹取装置也可垂直脱出夹取装置。夹取装置上有至少两个卡爪单元，可根据不同的工艺要求选择不同的卡爪单元以传输不同的晶圆。

这种多工位的夹取装置的卡爪单元可由单个或多个基座组成，在使用由两个及以上基座组成的卡爪单元时，可满足对应多抛光液或者多尺寸晶圆的需求。

本发明的有益效果是：1）本发明的多工位夹取装置可以旋转，可以承载晶圆，也可以固定晶圆从而使之在翻转或移动时不会掉落，使用方式更加灵活；2）本发明的多工位夹取装置，单个夹取装置上有至少两个卡爪单元，每个卡爪单元的大小相同，可以满足多抛光液的工艺需求，节约了时间、空间以及费用成本，使用范围更加广泛；3）本发明的多工位夹取装置，单个夹取装置上有多个卡爪单元，每个卡爪单元的大小可以是不相同的，可以满足传输不同尺寸晶圆的工艺需求，节约了费用成本，使用范围更加广泛；4）本发明的多工位夹取装置，单个夹取装置上的卡爪单元的基座可以是2个及以上，可更换，不固定，灵活变换，基座之间的角度间距可以根据需求设置,可实现一个机多用。

附图说明

图1为本发明实施例一的使用状态立体图。

图2为本发明实施例一中（晶圆架设在导向面、未完全落入卡槽）的局部主视图。

图3为本发明实施例一中（晶圆完全落入卡槽）的局部主视图。

图4为本发明实施例一的使用状态俯视图。

图5为本发明实施例一中卡爪单元的结构示意图一。

图6为本发明实施例一中卡爪单元的结构主视图。

图7为本发明实施例一中卡爪单元的结构示意图二。

图8为本发明实施例一中卡爪单元的结构示意图三。

图9为本发明实施例一中卡爪单元的结构示意图四。

图10为本发明实施例二的使用状态立体图。

图11为本发明实施例二中卡爪单元的立体图。

图12为本发明实施例二中卡爪单元的主视图。

图13为本发明实施例二的另一种结构的使用状态立体图。

图14为本发明实施例二中另一种结构的卡爪单元的立体图。

图15为本发明实施例二中卡爪单元的工作过程示意图一。

图16为本发明实施例二中卡爪单元的工作过程示意图二，此时卡爪单元夹持晶圆。

图17为本发明实施例二中卡爪单元夹持晶圆时的主视图。

图18为图17中的A处结构放大图。

图19为图17中的A处另一种结构放大图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

一种多工位夹取装置，包括至少两个卡爪单元1，卡爪单元1包括用于承托晶圆2的至少两个基座3，及可以带动所有的基座3转动的旋转轴4；当旋转轴4周向转动时，两个或多个基座3可以交替处于工作位，此处的工作位指的是有晶圆2放置的工作状态。

每个基座3上分别设置有导向面31及卡槽32，当旋转轴4周向转动时，晶圆2可以沿着基座3，此处指的是处于工作位的基座3的导向面31滑行，直到晶圆2落在卡槽32内，成对的两个卡爪单元1的卡槽32配合将晶圆2稳固夹持。

如图1-图9所示，在本实施例中，导向面31为倾斜面311，以图2所示方向为例，该倾斜面311自上而下、自内向外倾斜延伸，基座3上还形成有第二倾斜面33，该第二倾斜面33自下而上、自内向外倾斜延伸，上述的倾斜面311和第二倾斜面33上下相对、配合形成卡槽32的相对两个侧壁，换句话说，卡槽32的宽度各处不等。

工作时，先将晶圆2放置在倾斜面311上，如图2所示，此时晶圆2下表面的外边缘架设在倾斜面311，两个卡爪单元1成对出现将晶圆2支撑住，当然，在本实施例中，卡爪单元1的数量为三个，其沿着晶圆2的周向间隔布设，对晶圆2的支撑更加平稳。接着，旋转轴4旋转带动基座3转动靠近晶圆2时，即晶圆2的圆心和基座3的轴心之间的距离发生变化，晶圆2抵着倾斜面311滑入卡槽32内，也就是晶圆2发生了轴向向上的位移，直至其滑入卡槽32内，晶圆2的上边缘与第二倾斜面33以点接触的方式相抵接，晶圆2的下边缘与倾斜面311以点接触的方式相抵接。当然在其他实施例中，晶圆2的上边缘与第二倾斜面33也可以以线接触的方式相抵接，晶圆2的下边缘与倾斜面311也可以以线接触的方式相抵接。

在承接晶圆2的工作位时，基座3不在旋转轴4与晶圆2圆心的连线上，旋转时，基座3向旋转轴4与晶圆2圆心的连线方向移动，从而将晶圆2卡入卡槽32内。晶圆2被倾斜面311和第二倾斜面33稳固夹持，从而即使晶圆2不处于水平位置，而是发生旋转和移动时，均被稳固夹持，不会从卡槽32内脱落。而且晶圆2的上边缘和下边缘分别与第二倾斜面33和倾斜面311相抵，接触面积小，与晶圆2的表面完全没有接触，对晶圆2起到了良好的保护作用，最大限度保证晶圆2本身的性能，而且可以适配不同厚度的晶圆2。

为了方便晶圆2放置在倾斜面311上，基座3上、位于卡槽32的轴向上方还设有第三倾斜面34，其自上而下、自内向外倾斜延伸，且斜率大于倾斜面311的斜面，从而晶圆2可以顺着或者说顺着第三倾斜面34滑落在倾斜面311上，第三倾斜面34起到一个良好的导向作用。

每个卡爪单元1上至少设有两个基座3，旋转轴4上设有支架41，该支架41以旋转轴4的轴心为中心向外延伸形成一个延伸臂411，每个延伸臂411上均设置有基座3。

如图5所示，延伸臂411的数量为一个，两个基座3均位于延伸臂411的外端，且两个基座3同轴设置，相邻基座3之间形成缺口部36，该缺口部36用于防止抛光液体在两个基座3之间流通。

上述结构下，两个基座3之间需要转换时，旋转轴4转动带动两个基座3均远离晶圆2，取下晶圆2后，两个基座3自身先发生周向转动，使得之前处于工作位、夹持住晶圆2的基座3转动朝向外侧，另一个基座3转动朝向内侧。从而晶圆2使用不同的抛光液进行处理时，可以分别利用两个基座3对其进行夹持，不会发生残留抛光液影响另一道工艺的情形。

当然，如图6所示，延伸臂411的数量也可以是两个，两个基座3相互独立，且对称分布在延伸臂411的外端。

上述结构下，两个基座3之间需要转换时，旋转轴4转动即可。以图4所示为例进行说明，需要替换另一个基座3处于工作位时，旋转轴4沿箭头方向逆时针旋转即可。

当然，如图7、图8所示，延伸臂411的数量还可以是三个、四个等任意数量，每个延伸臂411的外端均设置有基座3。

为了适应不同的晶圆2，也可以对应不同的抛光液，基座3和延伸臂411之间可拆卸连接，便于灵活变换。延伸臂411的长度也可以根据不同的晶圆2尺寸需求进行设置。

实施例二

如图10-图18所示，在本实施例中，基座3上还设有凸部35，导向面31包括承托平面312及斜面一313，承托平面312为水平面，斜面一313自下而上、自外向内倾斜，晶圆2放置在承托平面312上，凸部35的下表面和承托平面312之间形成卡槽32。

当旋转轴4带动基座3转动时，晶圆2在承托平面312上、抵着斜面一313滑入卡槽32内。如图18所示，该卡槽32的轴向高度大于晶圆2的轴向厚度，即S1＞S2，且卡槽32的底壁和侧壁相垂直，因此晶圆2的侧壁可以与卡槽32的底壁接触相抵，保证晶圆2被稳固夹持，且不会损坏晶圆2的上表面，保证其性能的稳定。

当然，在其他实施例中，如图19所示，卡槽32的底壁321也可以是斜面，其自上而下、自内向外倾斜，从而晶圆2的上边缘与卡槽32的底壁321接触，保证晶圆2被稳固夹持，且不会损坏晶圆2的上表面，保证其性能的稳定。即使晶圆2不处于水平位置，而是发生旋转和移动时，均能被稳固夹持，不会从卡槽32内脱落。

为了便于晶圆2顺利滑入卡槽32内，导向面31还包括设置在凸部35侧面的斜面二351，如图14所示，斜面二351自上而下、朝着着晶圆2移动的方向倾斜。从而当晶圆2置于基座3后，其可以抵着斜面一313和斜面二351进入卡槽32，即使晶圆2发生一定的倾斜，斜面二351也可以将其下压进入卡槽32内。

如图14所示，一个卡爪单元1上基座3的数量为两个，且同轴设置在旋转轴4的顶端面上，相邻基座3之间也形成缺口部36。当其中一个基座3处于工作位完成工作后，旋转180度即可将另一个基座3转动至工作位，继续工作。

上述实施例一和实施例二中结构的多工位夹取装置，可以应用在大型化学机械平坦化设备中，晶圆转载台连接抛光单元和清洁单元，待抛光的晶圆进入抛光单元和抛光完毕的晶圆要进入清洁单元都要经过转载台，多工位夹取装置可应用在转载台上，用于固定晶圆，便于将晶圆传输进清洁单元。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多工位夹取装置，包括至少两个卡爪单元（1），其特征在于：所述卡爪单元（1）包括用于承托晶圆（2）的至少两个基座（3），及可带动所有基座（3）转动的旋转轴（4），所述旋转轴（4）周向转动，所述基座（3）可以交替处于工作位；每个基座（3）上分别设有导向面（31），及卡槽（32），当所述旋转轴（4）周向转动时，晶圆（2）可以沿着处于工作位的基座（3）的导向面（31）滑行、直至落入卡槽（32）内，至少两个卡爪单元（1）的卡槽（32）配合将晶圆（2）夹持；所述导向面（31）为倾斜面（311），该倾斜面（311）与第二倾斜面（33）配合形成所述卡槽（32）的相对两个侧壁，当旋转轴（4）带动所述基座（3）转动靠近晶圆（2）时，晶圆（2）抵着倾斜面（311）滑入卡槽（32）内，晶圆（2）被倾斜面（311）和第二倾斜面（33）稳固夹持，发生旋转和移动时，晶圆（2）均被稳固夹持，不会从卡槽（32）内脱落。

2.根据权利要求1所述的多工位夹取装置，其特征在于：所述晶圆（2）抵着倾斜面（311）发生轴向移动直至滑入卡槽（32）内，晶圆（2）的上边缘与第二倾斜面（33）以点接触或线接触的方式相抵接，晶圆（2）的下边缘与倾斜面（311）以点接触或线接触的方式相抵接。

3.根据权利要求1所述的多工位夹取装置，其特征在于：所述基座（3）上、位于卡槽（32）的轴向上方还设有第三倾斜面（34），所述晶圆（2）可以顺着第三倾斜面（34）滑落在倾斜面（311）上。

4.根据权利要求1所述的多工位夹取装置，其特征在于：所述旋转轴（4）上设有支架（41），该支架（41）以旋转轴（4）的轴心为中心向外延伸形成一个或两个或多个延伸臂（411），每个延伸臂（411）上均设有基座（3）。

5.根据权利要求1所述的多工位夹取装置，其特征在于：所述基座（3）的数量为两个，其同轴设置，相邻基座（3）之间形成缺口部（36），该缺口部（36）用于防止两个基座（3）上的液体接触。

6.根据权利要求1所述的多工位夹取装置，其特征在于：所述卡爪单元（1）的数量为三个，其沿晶圆（2）的周向间隔布设。

7.一种多工位夹取装置，包括至少两个卡爪单元（1），其特征在于：所述卡爪单元（1）包括用于承托晶圆（2）的至少两个基座（3），及可带动所有基座（3）转动的旋转轴（4），所述旋转轴（4）周向转动，所述基座（3）可以交替处于工作位；每个基座（3）上分别设有导向面（31），及卡槽（32），当所述旋转轴（4）周向转动时，晶圆（2）可以沿着处于工作位的基座（3）的导向面（31）滑行、直至落入卡槽（32）内，至少两个卡爪单元（1）的卡槽（32）配合将晶圆（2）夹持；所述基座（3）上还设有凸部（35），所述导向面（31）包括承托平面（312），及斜面一（313），所述凸部（35）下表面和承托平面（312）之间形成所述卡槽（32），当旋转轴（4）带动所述基座（3）转动时，晶圆（2）在承托平面（312）上、抵着斜面一（313）滑入卡槽（32）内，晶圆（2）的上边缘与卡槽（32）的底壁（321）相接触，发生旋转和移动时，保证晶圆（2）被稳固夹持，不会从卡槽（32）内脱落。

8.根据权利要求7所述的多工位夹取装置，其特征在于：所述导向面（31）还包括设于凸部（35）的斜面二（351），所述晶圆（2）可以抵着斜面一（313）和斜面二（351）进入卡槽（32）。

9.根据权利要求7所述的多工位夹取装置，其特征在于：所述基座（3）的数量为两个，其同轴设置，相邻基座（3）之间形成缺口部（36），该缺口部（36）用于防止两个基座（3）上的液体接触。

10.根据权利要求7所述的多工位夹取装置，其特征在于：所述卡槽（32）的轴向高度大于晶圆（2）的轴向厚度；所述卡槽（32）的底壁和侧壁相垂直。

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