專利名稱：一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學機械拋光(CMP)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于化學機械拋光設(shè) 備的晶圓交換裝置。
背景技術(shù)：
化學機械拋光(CMP)是半導體制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，是目前唯一能夠在整個 硅晶圓上全面平坦化的工藝技術(shù)，被認為是能兼顧晶圓表面粗糙度和表面平整化要求，獲 得無損傷表面的最佳方法。目前，300mm晶圓已經(jīng)逐漸成為半導體制造業(yè)的主流選擇，更高 的集成度，更細的線寬，都對傳統(tǒng)的CMP技術(shù)提出了新的要求。晶圓交換裝置是CMP設(shè)備上的重要組成部分之一，它主要負責與外圍設(shè)備交換晶 圓以及晶圓的裝卸工作，是外圍設(shè)備與CMP核心部分之間的橋梁，對整個系統(tǒng)有著至關(guān)重 要的作用?，F(xiàn)有的晶圓裝載裝置，根據(jù)系統(tǒng)的需求不同其結(jié)構(gòu)也有所區(qū)別，但在完成工作過 程中都需要對晶圓進行必要的位置轉(zhuǎn)移及定位，由于機械誤差的存在，晶圓在各個工位的 實際位置與理論位置總會存在一定的偏差，現(xiàn)有技術(shù)往往忽略這一點，使得晶圓交換尤其 是裝載失敗，甚至發(fā)生晶圓破碎的情形，嚴重影響后續(xù)作業(yè)。所以在晶圓交換的過程中，精 確的定位是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于化學機械拋光設(shè) 備的晶圓交換裝置，在拋光過程中，既能與外圍機械手配合，完成品圓送出及取入，又能與 拋光頭配合，完成晶圓的裝載與卸載，在整個裝、卸、取、送晶圓的過程，能夠完成晶圓的精 確定位，并保證晶圓不被損壞。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，包括一舉升架100，舉升架上部102 通過中空腔體118與舉升架下部111貫通連接，舉升架下部111上安裝有控制舉升架100升 降的第一氣缸114和直線軸承112，導向軸110穿過直線軸承112，舉升架上部102通過彈 簧106連接盆狀的對位環(huán)103，對位環(huán)103上安裝有控制晶圓托架107升降的第二氣缸113， 第二氣缸113的氣缸桿108穿過對位環(huán)103連接到晶圓托架107的底部，所述的晶圓托架 107、第二氣缸113和對位環(huán)103軸線重合并且與直線軸承112的軸線平行，舉升架100沿 由導向軸110和直線軸承112組成的導向裝置作升降運動。上述的整個裝置通過導向軸110和第一氣缸114的氣缸桿117固定在機座101上。所述的舉升架上部102上有與其垂直的側(cè)壁119，所述側(cè)壁119在盆狀對位環(huán)103 側(cè)壁的外側(cè)，以控制對位環(huán)103的水平移動不至于過大。所述的對位環(huán)103的頂部邊沿具有與拋光頭201外輪廓相吻合的錐形曲面109，在 對位過程中，起定位作用。
所述的舉升架上部102上開有螺絲孔，對位環(huán)103上開有通孔，螺釘105穿過通 孔和彈簧106固定在螺絲孔中，螺釘105的桿部直徑小于通孔直徑1 3mm，螺釘105尾端 有密封蓋104將對位環(huán)103上的通孔密封，所述的螺釘105、密封蓋104和彈簧106有三組 或三組以上，呈等間隔圓周分布，這樣對位環(huán)103就被螺釘105和彈簧106壓在舉升架上 部102上面，當對位環(huán)103受到外力作用時，一方面，它能夠在一定范圍內(nèi)水平移動，另一方 面，它能進一步壓縮彈簧并沿豎直方向移動，當各彈簧壓縮量不同時，它還能夠?qū)崿F(xiàn)小范圍 的偏轉(zhuǎn)。所述舉升架100上安裝有液壓緩沖器115，安裝在舉升架下部111上，并以螺母 116鎖緊，在舉升架上升過程中，距行程末端3 5mm時，液壓緩沖器115端部與機座101接 觸，并受到反作用力，使舉升架上升速度下降，可以防止對位環(huán)103與拋光頭201之間產(chǎn)生 撞擊，保證對接順利進行。此處，液壓緩沖器115也可以有若干個并呈圓周分布，以使整體 受力平衡。第一氣缸114有可以有任意多個，當?shù)谝粴飧?14的數(shù)量大于一個時，在舉升架下 部111上呈等間隔圓周分布。直線軸承112和導向軸110有兩組或兩組以上，在舉升架下部111上呈等間隔圓 周分布，使得升降架100的上下運動方向受控。通過以上技術(shù)特征，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)以下有益效果它能夠有效克服設(shè)備在加工、 安裝過程的誤差，保證裝置在工作過程中實現(xiàn)與拋光頭的精確對位，使得晶圓托架在裝卸 晶圓時處在正確的位置上，進而順利完成晶圓的裝、卸、取、送作業(yè)。


圖1為本發(fā)明沿中心面的剖視圖。圖2為本發(fā)明沿中心面的剖視圖，顯示的是舉升架升起，對位環(huán)與拋光頭對位完 成之后的狀態(tài)。圖3為本發(fā)明沿中心面的剖視圖，顯示的是晶圓托架將晶圓頂出的狀態(tài)。在附圖中100-舉升架，101-機座， 102-舉升架上部，103-對位環(huán)，104-密封蓋，105-螺釘，106-彈簧，107-晶圓托架，108-第二氣缸的氣缸桿，109-錐形曲面，110-導向軸，Iii-舉升架下部，112-直線軸承，113-第二氣缸，114-第一氣紅，115-液壓緩沖器，116-螺母， 117-第一氣缸的氣缸桿，118-中空腔體。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明為一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，包括一舉升 架100，圓形盆狀的舉升架上部102通過中空腔體118與圓形板狀的舉升架下部111貫通 連接構(gòu)成舉升架100，舉升架上部102上有與其垂直的側(cè)壁119，所述側(cè)壁119在盆狀對位環(huán)103側(cè)壁的外側(cè)，舉升架下部111上安裝有控制舉升架100升降的第一氣缸114和直線 軸承112，導向軸110穿過直線軸承112與基座101相固結(jié)，第一氣缸114的氣缸桿117也 固定在機座101上，舉升架上部102通過彈簧106連接盆狀的對位環(huán)103，對位環(huán)103上安 裝有控制晶圓托架107升降的第二氣缸113，第二氣缸113的氣缸桿108穿過對位環(huán)103連 接到晶圓托架107的底部，第二氣缸113的主體部分可以置放在中空腔體118內(nèi)以節(jié)省空 間，所述的晶圓托架107、第二氣缸113和對位環(huán)103軸線重合并且與直線軸承112的軸線 平行，舉升架100沿由導向軸110和直線軸承112組成的導向裝置作升降運動。第一氣缸114可以有任意多個，當?shù)谝粴飧?14的數(shù)量大于一個時，在舉升架下部 111上呈等間隔圓周分布。直線軸承112和導向軸110有兩組或兩組以上，在舉升架下部 111上呈等間隔圓周分布，以避免偏載，使動力平衡。對位環(huán)103的頂部邊沿具有與拋光頭201外輪廓相吻合的錐形曲面109，在對位過 程中起定位作用。對位環(huán)103與舉升架上部102的聯(lián)接方式如下舉升架上部102上開有螺絲孔，對 位環(huán)103上開有通孔，通孔軸線與對位環(huán)103軸線互相平行，螺釘105穿過通孔和彈簧106 固定在螺絲孔中，螺釘105的桿部直徑小于通孔直徑1 3mm，螺釘105尾端有密封蓋104 將對位環(huán)103上的通孔密封，防止異物進入通孔中，所述的螺釘105、密封蓋104和彈簧106 有三組或三組以上，在舉升架上部(10 上呈等間隔圓周分布。這樣對位環(huán)103就被螺釘 105和彈簧106壓在舉升架上部102上面，當對位環(huán)103受到外力作用時，一方面，它能夠在 一定范圍內(nèi)水平移動，另一方面，它能進一步壓縮彈簧并沿豎直方向移動，當各彈簧壓縮量 不同時，它還能夠?qū)崿F(xiàn)小范圍的偏轉(zhuǎn)。對位環(huán)103與舉升架上部102也可以以其它的柔性方式連接。晶圓托架107與第二氣缸113的氣缸桿108末端連接，并以第二氣缸113驅(qū)動其升 降來完成晶圓的裝、卸、取、送作業(yè)。其中第二氣缸113固定在對位環(huán)103上，晶圓托架107、 氣缸113、對位環(huán)103三者軸線重合，晶圓托架107在升降過程中始終與對位環(huán)103處于同 心的位置。液壓緩沖器115通過其外部的螺紋安裝在舉升架下部111上，并以螺母116鎖緊， 在舉升架上升過程中，距行程末端3 5mm時，液壓緩沖器115端部與機座101接觸，并受 到反作用力，使舉升架上升速度下降，可以防止對位環(huán)103與拋光頭201之間產(chǎn)生撞擊，保 證對接順利進行。此處，液壓緩沖器115也可以有若干個并呈等間隔圓周分布，以使整體受 力平衡。參考附圖1、2、3，下面對裝置的工作過程進行說明，圖1顯示的是該裝置的初始狀 態(tài)，此時，裝置的各部分均在低位。當拋光頭201移至裝置上方后，為了實現(xiàn)晶圓交換，裝置 中舉升架100、對位環(huán)103以及晶圓托架107升起，圖2顯示了攜帶晶圓202的拋光頭201 與裝置對接之后的狀態(tài)，裝置中舉升架100、對位環(huán)103以及晶圓托架107在氣缸114驅(qū)動 下升至高位，對位環(huán)103上的圓錐面109與拋光頭201的外輪廓圓錐面重合，在幾何因素的 作用下，使得對位環(huán)103與拋光頭201同心，如此實現(xiàn)對接之后，拋光頭201釋放晶圓202， 使晶圓202在重力的作用下落到晶圓托架107上，裝置中舉升架100、對位環(huán)103以及晶圓 托架107回復(fù)低位，晶圓202即被卸下，隨后第二氣缸113的氣缸桿108全部伸出將晶圓托 架107及晶圓202頂出，如圖3所示，然后外部設(shè)備中的機械手將晶圓202取出。送入及裝載晶圓的作業(yè)與上述過程相反。 以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的較佳實施例，并不能以此來限定本發(fā)明的范圍。 任何對本發(fā)明作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的部件的替換、組合、分立，以及對本發(fā)明實施步驟作本 技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的保護范圍。權(quán)利要求
1.一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，包括一舉升架(100)，其特征在于，舉 升架上部(10 通過中空腔體(118)與舉升架下部(111)貫通連接，舉升架下部(111)上 安裝有控制舉升架(100)升降的第一氣缸(114)和直線軸承(112)，導向軸(110)穿過直線 軸承(112)與基座(101)相固結(jié)，第一氣缸(114)的氣缸桿(117)也固定在機座(101)上， 舉升架上部(10 通過彈簧(106)連接對位環(huán)(103)，對位環(huán)(10 上安裝有控制晶圓托架 (107)升降的第二氣缸(113)，第二氣缸(113)的氣缸桿(108)穿過對位環(huán)(103)連接到晶 圓托架(107)的底部，所述的晶圓托架(107)、第二氣缸(113)和對位環(huán)(103)軸線重合并 且與直線軸承(112)的軸線平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征在于， 所述的舉升架上部(10 上有與其垂直的側(cè)壁(119)，所述側(cè)壁(119)在盆狀對位環(huán)(103) 側(cè)壁的外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征在于， 所述的對位環(huán)(10 的頂部邊沿具有與拋光頭O01)外輪廓相吻合的錐形曲面(109)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征 在于，所述的舉升架上部(102)上開有螺絲孔，對位環(huán)(103)上開有通孔，螺釘(105)穿過 通孔和彈簧(106)固定在螺絲孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征在于， 所述的螺釘(105)的桿部直徑小于通孔直徑1 3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征在于， 所述的螺釘(10 尾端有將對位環(huán)(10 上的通孔密封的密封蓋(104)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征在于， 所述的螺釘(105)、密封蓋(104)和彈簧(106)有三組或三組以上，在舉升架上部(102)上 呈等間隔圓周分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征在于， 所述的舉升架下部(111)上安裝有任意數(shù)量的液壓緩沖器(11 ，當液壓緩沖器(11 的數(shù) 量大于一個時，在舉升架下部(111)上呈等間隔圓周分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征在于， 所述的第一氣缸(114)的數(shù)量為任意多個，當?shù)谝粴飧?114)的數(shù)量大于一個時，在舉升架 下部(111)上呈等間隔圓周分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，其特征在于， 直線軸承(11 和導向軸(110)有兩組或兩組以上，在舉升架下部(111)上呈等間隔圓周 分布。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于化學機械拋光設(shè)備的晶圓交換裝置，屬于化學機械拋光設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括一舉升架，舉升架上部通過中空腔體與舉升架下部貫通連接，舉升架下部上安裝有控制舉升架升降的第一氣缸和直線軸承，導向軸穿過直線軸承，舉升架上部通過彈簧連接盆狀的對位環(huán)，對位環(huán)上安裝有控制晶圓托架升降的第二氣缸，第二氣缸的氣缸桿穿過對位環(huán)連接到晶圓托架的底部，晶圓托架、第二氣缸和對位環(huán)軸線重合并且與直線軸承的軸線平行，在拋光過程中，本發(fā)明既能與外圍機械手配合，完成晶圓送出及取入，又能與拋光頭配合，完成晶圓的裝載與卸載，在整個裝、卸、取、送晶圓的過程中，能夠完成晶圓的精確定位，并保證晶圓不被損壞。
文檔編號B24B37/04GK102049730SQ20101062331
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者何永勇, 張連清, 沈攀, 路新春 申請人:清華大學