CN117260428A - 一种基板传输装置和基板磨削装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基板传输装置和基板磨削装备，所述基板传输装置包括固定座、摆臂和装载头，所述装载头设置于摆臂的端部并绕固定座摆动；所述装载头包括连接组件、刚性的第一吸盘和柔性的第二吸盘，所述连接组件的一端设置于摆臂，其另一端滑动连接有第一吸盘；所述连接组件包括导向件、支撑件和连接件，所述导向件竖向设置于支撑件的上方，所述连接件垂直设置于支撑件的下方；所述连接件竖向连接于第一吸盘的竖向孔，所述第二吸盘设置于连接件的底部；基板装载时，利用第一吸盘和第二吸盘组合而装载基板。

Description

一种基板传输装置和基板磨削装备

技术领域

本发明属于基板加工技术领域，具体而言，涉及一种基板传输装置和基板磨削装备。

背景技术

在半导体加工设备中，基板传输装置能够将基板在各个工位之间传送；基板传送的稳定性和精度越高，设备运行速度就会越快，生产效率也会越高。

基板磨削后，基板表面会存在磨削产生的颗粒杂质等污物，需要将基板传输至清洗单元进行清洗。现有的基板传输装置一般采用吸附式搬运机构，其中，真空吸盘是基板传输装置的核心部件。如果基板吸附不稳定，则会存在基板掉落和碎片的风险；从而造成设备停机，致使生产效率降低。

图1a中，基板磨削装备的基板承载台100’通常包括多孔陶瓷盘10’和主轴(未示出)，多孔陶瓷盘10’作为直接承载基板的平台，负责与基板传输装置的交互。根据磨削工艺的需求，一般多孔陶瓷盘的上层并不是平坦的，而是具有各种面型，图1a示出了上凸锥形的面型，图1b示出了下凹锥形的面型；基板S被吸附在多孔陶瓷盘10’表面，多孔陶瓷盘10’的面型会反映到基板S上，进而导致基板S的上表面不再水平。

常规使用的真空吸盘200’(图1c示出)一般为刚性材质，以为基板提供良好的支撑，减小基板的弯曲变形；但真空吸盘200’在与具有面型的多孔陶瓷盘10’交互时，会存在着较高的吸附失败的风险。图1c示出的实施例中，真空吸盘200’仅局部吸附多孔陶瓷盘10’上方的基板S，这会致使基板吸附失败或传输过程中掉片。

发明内容

本发明实施例提供了一种基板传输装置和基板磨削装备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种基板传输装置，其包括固定座、摆臂和装载头，所述装载头设置于摆臂的端部并绕固定座摆动；

所述装载头包括连接组件、刚性的第一吸盘和柔性的第二吸盘，所述连接组件的一端设置于摆臂，其另一端滑动连接有第一吸盘；

所述连接组件包括导向件、支撑件和连接件，所述导向件竖向设置于支撑件的上方，所述连接件垂直设置于支撑件的下方；所述连接件竖向连接于第一吸盘的竖向孔，所述第二吸盘设置于连接件的底部；

基板装载时，下移的装载头使得第一吸盘抵接于基板，沿连接件下移的第二吸盘抵接于基板，对第二吸盘抽真空；吸附有基板的装载头下移，使得第一吸盘与第二吸盘同时抵接于基板，对第一吸盘抽真空，以利用第一吸盘和第二吸盘组合而装载基板。

在一些实施例中，所述连接组件还包括弹性件，其套设于所述导向件和/或连接件的外周侧，以调节所述第二吸盘的移动距离。

在一些实施例中，所述弹性件设置于所述导向件的外周侧，其一端抵接于所述摆臂，其另一端抵接于所述支撑件；和/或，所述弹性件设置于所述连接件的外周侧，其一端抵接于所述支撑件，其另一端抵接于所述第一吸盘。

在一些实施例中，所述连接件的数量为多个，其分散设置于所述支撑件的下部。

在一些实施例中，所述竖向孔的内部设置有轴套，所述连接件通过轴套设置于所述竖向孔。

在一些实施例中，所述竖向孔下端的棱边倒角处理，棱边倒角形成的斜面与第一吸盘底面的夹角为5～35°。

在一些实施例中，所述连接件的下部配置有限位件，其设置于所述轴套的下侧，以限定所述第二吸盘在初始状态的竖向位置。

在一些实施例中，所述连接组件的内部设置有通气通道，其与外部的真空源连通，以对设置于连接件底部的第二吸盘抽真空而吸附基板。

在一些实施例中，所述第一吸盘的底部配置有沟槽，所述沟槽与外部的真空源连通，以对所述沟槽抽真空而吸附基板。

在一些实施例中，所述第一吸盘由聚苯硫醚或聚醚醚酮制成。

在一些实施例中，所述第二吸盘由硅橡胶、氟橡胶或聚甲醛制成，其邵氏硬度为40～60。

在一些实施例中，所述第一吸盘的中心处配置有竖向孔，所述支撑件的下方匹配设置有连接件，位于连接件下端的第二吸盘能够抵接于待装载基板的中心位置。

在一些实施例中，所述装载头在初始状态时，所述第二吸盘位于第一吸盘竖向孔的内部，第一吸盘的下端面与第二吸盘底面的距离大于或等于1mm。

在一些实施例中，所述第二吸盘能够沿竖向移动的距离大于其自身的伸缩量。

本发明实施例的第二方面提供了一种基板磨削装备，其包括磨削单元和上面所述的基板传输装置，所述基板传输装置临近磨削单元的吸盘工作台设置，以实现基板装载及传输。

本发明的有益效果包括：

a.装载头配置刚性的第一吸盘和柔性的第二吸盘，两者能够相互移动，使得第二吸盘能够克服表面不平的情况而吸合基板，以提升装载头吸合基板的可靠性，避免装载头吸附失败及基板传输装置在作业过程中掉片；

b.柔性的第二吸盘设置于第一吸盘的外轮廓以内，以兼容不同尺寸的基板，扩大基板传输装置的使用范围；

c.第一吸盘竖向孔的下端棱边倒角处理，以防止装载过程中划伤基板，降低基板装载对加工质量的影响；

d.第二吸盘由硅橡胶、氟橡胶或聚甲醛制成，第二吸盘的邵氏硬度为40～60，以保证第二吸盘具有一定的柔性，以便可靠吸合基板表面。

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，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1a是本发明一实施例提供的多孔陶瓷盘面型反映到基板的示意图；

图1b是本发明另一实施例提供的多孔陶瓷盘面型反映到基板的示意图；

图1c是真空吸盘局部吸附多孔陶瓷盘上方基板的示意图；

图2是本发明一实施例提供的基板传输装置的示意图；

图3是图2实施例中装载头的剖视图；

图4是图3中装载头的仰视图；

图5是本发明另一实施例提供的装载头的示意图；

图6是图5中装载头的仰视图；

图7是图5实施例中第二吸盘下端面与第一吸盘底面平齐的示意图；

图8是图5中A处的局部放大图；

图9是本发明一实施例提供的第二吸盘的示意图；

图10是本发明一实施例提供的基板模型装备的示意图。

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。

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。

在本发明中，晶圆(Wafer)也称基板(Substrate,S)，其含义和实际作用等同。术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象，并且仅用于区分所指代的对象，而不暗示所指代的对象的特定空间顺序、时间顺序、重要性顺序，等等。在一些实施例中，取值、过程、所选择的项目、所确定的项目、设备、装置、手段、部件、组件等被称为“最佳”、“最低”、“最高”、“最小”、“最大”等等。应当理解，这样的描述旨在指示可以在许多可使用的功能选择中进行选择，并且这样的选择不需要在另外的方面或所有方面比其他选择更好、更低、更高、更小、更大或者以其他方式优选。

图2是本发明一实施例提供的一种基板传输装置100的示意图，基板传输装置100包括固定座110、摆臂120和装载头130，摆臂120转动连接于固定座110，装载头130远离固定座110并设置于摆臂120的端部。

绕固定座110转动的摆臂120能够带动装载头130摆动，以改变装载头130的位置；并且，摆臂120能够沿固定座110的轴线方向移动，以改变装载头130的竖向位置。

进一步地，装载头130包括第一吸盘10、第二吸盘20(图3示出)和连接组件30，如图1所示，其中，连接组件30的一端设置于摆臂120，连接组件30的另一端滑动连接有第一吸盘10。

图3是图2实施例中装载头130的剖视图，连接组件30包括导向件31、支撑件32和连接件33，其中，导向件31竖向设置于支撑件32的上方，连接件33垂直设置于支撑件32的下方。

进一步地，导向件31垂直连接于摆臂120的端部，并且，支撑件32及连接件33位于摆臂120的下方，第一吸盘10滑动连接于连接件33。

进一步地，第一吸盘10配置有沿厚度方向贯通的竖向孔10a，连接件33至少部分竖向设置于竖向孔10a的内部，而第二吸盘20设置于连接件33的底部，并且，在装载头130处于初始状态时，第二吸盘20位于竖向孔10a的内部。本发明中，所谓装载头130的初始状态是指装载头130未装载基板所处的状态。

图3所示的实施例中，第一吸盘10为刚性吸盘，第二吸盘20为柔性吸盘，两者组合用于基板的装载。下面简述基板装载的步骤：

在使用基板传输装置100抓取基板时，摆臂120带动装载头130向下移动，装载头130的第一吸盘10首先抵接于待装载的基板；由于第一吸盘10受到基板的阻挡，第一吸盘10沿连接组件30向上移动，使得第二吸盘20下移并抵接于基板表面，对第二吸盘20抽真空以吸附基板；

接着，装载头130带动通过第二吸盘20吸附的基板继续下移，在第一吸盘10和第二吸盘20同时抵接于基板；开启与第一吸盘10连通的真空源，以通过第一吸盘10和第二吸盘20组合，以真空吸附的方式装载基板。

本发明中，由于第二吸盘20具有柔性，其能够适应基板表面不平整的工况，实现基板的多点吸合；而第一吸盘10具有刚性，其能够形成面积较大的面吸合；即装载头130能够形成点面吸合，有效提升了装载头130吸附的适用范围。

进一步地，连接组件30的内部设置有通气通道30a，其与外部的真空源(未示出)连通，以对设置于连接件33底部的第二吸盘20抽真空而吸附基板。具体地，当第二吸盘20抵接于基板表面时，第二吸盘20与基板形成相对密封的空间，外部的真空源对该空间抽真空，使得第二吸盘20吸合于基板表面。

本发明中，支撑件32通常为盘状结构，设置于支撑件32下方的连接件33的数量为多个，连接件33分散设置于支撑件32的下部。相应地，每个连接件33的下部都配置有第二吸盘20，以实现基板表面的多点吸合。

图4是图3对应的装载头130的仰视图，第一吸盘10的底部配置有沟槽10b，沟槽10b与外部的真空源连通，以对沟槽10b抽真空而吸附基板。第一吸盘10通过沟槽10b吸附基板的原理与第二吸盘20吸附基板的原理类似，这里不再赘述。

图4中，第二吸盘20的数量为三个，其以第一吸盘10的中心为基准均匀分布；可以理解的是，第二吸盘20也可以为其他数量，以适用于表面不平整基板的吸合。即利用第二吸盘20的自适应性，实现基板的多点吸合，再组合第一吸盘10的大面积吸合，有效保证基板的可靠吸附而防止基板自装载头130下方掉落。

进一步地，连接组件30还包括弹性件34，如图3所示，弹性件34套设于导向件31的外周侧。具体地，弹性件34一端抵接于摆臂120，其另一端抵接于支撑件32，以调节第二吸盘20的移动距离。通常，弹性件34处于压缩状态，其下端抵压于连接组件30的支撑件32，弹性件34通过连接组件30对第二吸盘20施加向下的作用力而便于基板的装载。

图3中，装载头130处于初始状态，第二吸盘20底部与第一吸盘10底面的间距为L1，即，第二吸盘20位于竖向孔10a的内部；其中，间距L1大于或等于1mm。

进一步地，第一吸盘10的竖向孔10a的内部设置有轴套35，轴套35设置于竖向孔10a的上端，连接件33同轴设置于轴套35的内部。在一些实施例中，轴套35为滚动轴承或滑动轴承，其与第一吸盘10固定为一体。第一吸盘10能够通过轴套35沿连接件33的长度方向滑动，以改变第一吸盘10与第二吸盘20之间的相对距离。

图3所示的实施例中，连接件33的下部配置有限位件36，限位件36设置于轴套35的下侧，以限定第二吸盘20在初始状态的竖向位置。进一步地，限位件36为限位螺母，其通过螺纹固定于连接件33的下部，其能够根据工况沿连接件33的长度方向调节其固定位置，进而调整轴套35的上端面与连接件33上部的限位面33a之间的距离L2。

进一步地，距离L2与间距L1两者的差值应大于第二吸盘20的伸缩量，使得第二吸盘20能够自竖向孔10a的下端面移出而与基板的表面接触。即第二吸盘20能够沿竖向移动的距离大于其自身的伸缩量，以便通过真空吸附吸合表面不平整的基板。

图3所示的实施例中，连接组件30的导向件31滑动连接于摆臂120的端部。即导向件31能够沿摆臂120端部安装孔的中轴线移动，以调节第一吸盘10和第二吸盘20的位置，提高第二吸盘20的自适应能力。进一步地，导向件31的上端设置朝向外侧水平延伸的凸台结构，以限定连接组件30的移动范围，防止连接组件30及其连接的吸盘整体自摆臂120脱落而影响基板的正常传输。

图5是本发明另一实施例提供的基板传输装置100的示意图，该实施例与图3给出的实施例类似，下面主要简述两者的不同之处：支撑件32的中间位置设置连接件33，连接件33下部配置的第二吸盘20与基板的中心位置对应，以抵接并吸合于基板的中心位置。

图6是图5对应的基板传输装置100的仰视图，第二吸盘20的数量为四件，其中一件第二吸盘20位于第一吸盘10的中心处，其他三个第二吸盘20以第一吸盘10的圆心为基准均匀分布设置，以保证第二吸盘20形成的单点吸附均匀分布，防止基板受力不均匀而影响基板吸附的稳定性。

进一步地，弹性件34设置于连接件33的外周侧，如图5所示，以调节第二吸盘20的移动距离。弹性件34的数量与连接件33的数量相同，其一端抵接于支撑件32，其另一端抵接于第一吸盘10。

图5中，弹性件34处于压缩状态，其能够维持第二吸盘20下端面与第一吸盘10底面之间的间距L1，并且，弹性件34能够维持第二吸盘20的位置，使得第一吸盘10和第二吸盘20组合吸合基板时，第二吸盘20与第一吸盘10的底面处于同一水平面，如图7所示。

本发明中，第一吸盘10由聚苯硫醚或聚醚醚酮等非金属材料制成，以适应基板磨削的作业环境；同时，非金属材料制成的第一吸盘10能够一定程度上保护基板免受磕碰或划伤。

在装载头130吸合基板时，第一吸盘10上的竖向孔10a可能划伤基板而带来基板加工缺陷。为了解决上述问题，竖向孔10a下端的棱边需要倒角处理或圆角处理。

图5所示的实施例中，连接组件30的导向件31通过螺栓固定于摆臂120的端部。该实施例中，装载头130通过设置于支撑件32下方的弹性件34来调节吸盘的位置，以提高装载头130的自适应性。

图8是图5中A处的局部放大图，该实施例中，竖向孔10a的棱边倒角形成的斜面与第一吸盘底面的夹角θ为10°。可以理解的是，竖向孔10a的棱边倒角形成的斜面与第一吸盘底面的夹角θ可以在5～35°范围内取值，以防止竖向孔10a的下端棱边对基板表面的损伤。可以理解的是，竖向孔10a下端的棱边也可以圆角处理。

图9是本发明一实施例提供的第二吸盘20的示意图，第二吸盘20包括第二吸盘连接件21和吸合件22。

进一步地，第二吸盘连接件21设置于吸合件22的上方，其可拆卸地固定于连接件33的下端；吸合件22为橡胶制成的环状结构，其下端配置有吸合口23；当第二吸盘20抵接于基板上方时，吸合件22与基板形成的腔室被抽真空，进而第二吸盘20将基板吸合。

在一些实施例中，第二吸盘20由硅橡胶、氟橡胶或聚甲醛制成，其邵氏硬度为40～60，以保证第二吸盘20具有一定的柔性而可靠吸合基板表面。

进一步地，吸合件22包括吸合顶部22a，吸合顶部22a的下方依次配置有折弯结构22b和吸合筋22c。其中，折弯结构22b自吸合顶部22a朝下向外延伸再朝下向内延伸，以形成抽吸腔室；吸合筋22c自折弯结构22b朝下向外延伸，以形成吸合口23。

本发明中，设置的折弯结构22b能够改善吸合件22的柔性，提升第二吸盘20的吸合能力；吸合筋22c朝向外侧延伸，这有利于增加第二吸盘20与基板的接触面积，以可靠吸合基板。

图9所示的实施例中，折弯结构22b的壁厚由上至下逐渐变小，以提升吸合件22的弯曲变形能力，使得吸合件22下端的吸合口23可靠吸附于基板表面。

同时，本发明还提供类一种基板磨削装备1000，其包括磨削单元1和上面所述的基板传输装置100，如图10所示。基板传输装置100临近磨削单元1的吸盘工作台200设置，基板传输装置100能够将完成磨削的基板传输至其他功能单元，以保证基板磨削装备1000的顺畅运行。

基板磨削装备1000还包括：

前端单元2，用于实现基板的进出，前端单元2设置在基板磨削装备1000的前端；

以及抛光单元3，其设置在前端单元2与磨削单元1之间，用于对完成磨削的基板进行化学机械抛光。

具体地，前端单元2设置在基板磨削装备1000的前端一侧，是实现将基板从外部搬送到机台内部的过渡模块，用于实现基板的搬入和搬出。

磨削单元1设置在基板磨削装备1000的末端，用于实现基板的磨削，例如进行粗磨削和/或精磨削。

抛光单元3的侧部配置有传片单元4，其沿基板磨削装备1000的长度方向设置，以连通前端单元2和磨削单元1，本发明的基板传输装置100可以与传片单元4交互，由于基板传输装置100的装载头130配置刚性的第一吸盘10和柔性的第二吸盘20，两者组合能够装载表面不平整的基板，这有利于保证基板的可靠传输。

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 (15)

1.一种基板传输装置，其特征在于，包括固定座、摆臂和装载头，所述装载头设置于摆臂的端部并绕固定座摆动；

所述装载头包括连接组件、刚性的第一吸盘和柔性的第二吸盘，所述连接组件的一端设置于摆臂，其另一端滑动连接有第一吸盘；

所述连接组件包括导向件、支撑件和连接件，所述导向件竖向设置于支撑件的上方，所述连接件垂直设置于支撑件的下方；所述连接件竖向连接于第一吸盘的竖向孔，所述第二吸盘设置于连接件的底部；

基板装载时，下移的装载头使得第一吸盘抵接于基板，沿连接件下移的第二吸盘抵接于基板，对第二吸盘抽真空；吸附有基板的装载头下移，使得第一吸盘与第二吸盘同时抵接于基板，对第一吸盘抽真空，以利用第一吸盘和第二吸盘组合而装载基板。

2.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述连接组件还包括弹性件，其套设于所述导向件和/或连接件的外周侧，以调节所述第二吸盘的移动距离。

3.如权利要求2所述的基板传输装置，其特征在于，所述弹性件设置于所述导向件的外周侧，其一端抵接于所述摆臂，其另一端抵接于所述支撑件；和/或，所述弹性件设置于所述连接件的外周侧，其一端抵接于所述支撑件，其另一端抵接于所述第一吸盘。

4.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述连接件的数量为多个，其分散设置于所述支撑件的下部。

5.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述竖向孔的内部设置有轴套，所述连接件通过轴套设置于所述竖向孔。

6.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述竖向孔下端的棱边倒角处理，棱边倒角形成的斜面与第一吸盘底面的夹角为5～35°。

7.如权利要求5所述的基板传输装置，其特征在于，所述连接件的下部配置有限位件，其设置于所述轴套的下侧，以限定所述第二吸盘在初始状态的竖向位置。

8.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述连接组件的内部设置有通气通道，其与外部的真空源连通，以对设置于连接件底部的第二吸盘抽真空而吸附基板。

9.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述第一吸盘的底部配置有沟槽，所述沟槽与外部的真空源连通，以对所述沟槽抽真空而吸附基板。

10.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述第一吸盘由聚苯硫醚或聚醚醚酮制成。

11.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述第二吸盘由硅橡胶、氟橡胶或聚甲醛制成，其邵氏硬度为40～60。

12.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述第一吸盘的中心处配置有竖向孔，所述支撑件的下方匹配设置有连接件，位于连接件下端的第二吸盘能够抵接于待装载基板的中心位置。

13.如权利要求1所述的基板传输装置，其特征在于，所述装载头在初始状态时，所述第二吸盘位于第一吸盘竖向孔的内部，第一吸盘的下端面与第二吸盘底面的距离大于或等于1mm。

14.如权利要求2所述的基板传输装置，其特征在于，所述第二吸盘能够沿竖向移动的距离大于其自身的伸缩量。

15.一种基板磨削装备，其特征在于，包括磨削单元和权利要求1至14任一项所述的基板传输装置，所述基板传输装置临近磨削单元的吸盘工作台设置，以实现基板装载及传输。