(10)申请公布号 CN 101728302 A
(43)申请公布日 2010.06.09C N 101728302 A
*CN101728302A*
(21)申请号 200910227955.X
(22)申请日 2009.12.08
H01L 21/687(2006.01)
B24B 29/00(2006.01)
(71)申请人中国电子科技集团公司第四十五研
究所
地址065201 河北省三河市燕郊经济开发区
海油大街20号
(72)发明人李伟 柳滨 陈威 王东辉 王伟
(74)专利代理机构石家庄新世纪专利商标事务
所有限公司 13100
代理人
张贰
(54)发明名称
(57)摘要
本发明提供了一种边缘接触夹持式晶圆末端
执行器，涉及化学机械抛光设备技术领域。具有晶
圆片座，晶圆片座内至少设有2个伸缩式边缘接
连；晶圆片座上至少设有第3个边缘接触夹持触
点。本发明很好解决了现有技术中长期存在且一
直未解决的问题，采用边缘接触方式夹持晶圆，可
快速、精确、安全、无污染地夹持晶圆，结构简单，
使用方便、安全，降低成本，还具有自动确定晶圆
圆心可广泛用于晶圆的化学机械抛光(CMP)、研
磨、减薄等处理。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页
权 利 要 求 书
CN 101728302 A1/1页
1.一种边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于具有晶圆片座(2)，晶圆片座(2)内至少设有2个伸缩式边缘接触夹持指钩(1)，边缘接触夹持式指钩(1)和伸缩装置相连；晶圆片座(2)上至少设有第3个边缘接触夹持触点。
2.根据权利要求1所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于所述的有2个边缘接触夹持式指钩(1)位于晶圆片座(2)的前端，第3个边缘接触夹持触点为静点，且为晶圆片座(2)的月牙形状的后端(5)，前后端可配合自动调整晶圆的圆心。
3.根据权利要求2所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于所述的指钩伸缩装置具有以下结构：弹簧一端固定在晶圆片座(2)上，另一端安装在磁吸板(11)上，磁吸板(11)通过伸缩导杆(9)与边缘接触夹持式指钩(1)相连，磁吸板(11)的一侧设有电磁铁(10)。
4.根据权利要求3所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于所述的弹簧为拉簧(12)，电磁铁(10)位于磁吸板(11)的另一侧，并设有弹簧压力调整器(14)。
5.根据权利要求1所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于所述的边缘接触夹持式指钩(1)设有与晶圆形状对应的凹口形状。
6.根据权利要求1所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于所述的晶圆片座(2)上边缘接触夹持式指钩(1)的一侧及第3个边缘接触夹持触点一侧设有晶圆接触衬垫(4)。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于设有晶圆片座(2)对应位置有无晶圆的检测传感及控制装置。
8.根据权利要求7所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于所述的检测传感及控制装置为：晶圆片座(2)上设有能产生一束光信号的激光器投射端(6)、可接收光信号的接收端(7)及其与电磁铁(10)相连的传感控制电路。
9.根据权利要求8所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于所述的传感控制电路包括能将光信号转化为电信号的转换电路、电流电压转换电路、电压放大电路和数据采集电路。
边缘接触夹持式晶圆末端执行器
技术领域
[0001] 本发明涉及化学机械抛光设备技术领域。
背景技术
[0002] 集成电路(IC)制造是电子信息产业的核心，是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术之一。全球90％以上的IC都要采用硅片。IC的发展遵循“Moore定律”，每隔3年芯片的集成度翻两番，特
征尺寸缩小1/3。即晶圆尺寸越来越大和特征线宽越来越小，同时为了提高晶圆利用率，增加芯片产量，还要求在除距硅片边缘1mm区域以外的整个晶圆表面化学机械抛光后达到亚微米级面型精度。因此减少晶圆夹持过程中的污染对提高最终晶圆产品的质量有重要意义。
[0003] 在半导体设备制造业中，在FEM(Front end handling module)单元中都需要将片盒(cassette)中的晶圆平稳、快速的传输到装载台上，进而去完成化学机械抛光(CMP)、研磨、减薄等处理。目前都是采用机械手连接末端执行器的方式实现搬运片盒中晶圆到加工单元的功能。末端执行器指的是任何一个连接在机器人边缘(关节)具有一定功能的工具。现在应用广泛的真空吸附方式有一定的局限性，由于晶圆的重量逐渐增加，使得需要较大的吸附面积才能保证可靠吸附，这就在晶圆抓取过程中不可避免的造成晶圆背部粒子污染；当真空突然丢失的情况下，很容易造成晶圆脱落、破碎等后果，造成经济损失。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种带掉电保护功能的边缘接触式末端执行器，该末端执行器采用边缘接触方式夹持晶圆，可快速、精确、安全、无污染地夹持晶圆，其结构简单，使用方便、安全，降低成本，有利于提高工作效率和质量。
[0005] 本发明的主要技术方案是：一种边缘接触夹持式晶圆末端执行器，其特征在于具有晶圆片座，晶圆片座内至少设有2个伸缩式边缘接触夹持指钩，边缘接触夹持式指钩和伸缩装置相连；晶圆片座上至
少设有第3个边缘接触夹持触点。
[0006] 当所述的晶圆片座内有2个伸缩式边缘接触夹持指钩时，2个边缘接触夹持式指钩可位于晶圆片座的前端，第3个边缘接触夹持触点为静点，且为晶圆片座的月牙形状的后端，前后端可配合自动调整晶圆的圆心。
[0007] 所述的指钩伸缩装置可具有以下结构：弹簧一端固定在晶圆片座上，另一端安装在磁吸板上，磁吸板通过伸缩导杆与边缘接触夹持式指钩相连，磁吸板的一侧设有电磁铁。所述的指钩伸缩装置也可用杠杆式弹簧等结构。
[0008] 所述的弹簧最好为拉簧，电磁铁位于磁吸板的另一侧，并设有弹簧压力调整器。可做到断电不掉片的保护。
[0009] 当所述的晶圆片座内有3个伸缩式边缘接触夹持指钩时，第3个边缘接触夹持触点可为动点，可用其中的1个伸缩式边缘接触夹持指钩代替。
[0010] 所述的边缘接触夹持式指钩设有与晶圆形状对应得凹口形状为佳(其他指压式
亦可)。
[0011] 所述的晶圆片座上边缘接触夹持式指钩的一侧及及第3个边缘接触夹持触点一侧最好均设有晶圆接触衬垫。以更好地保护晶圆。
[0012] 所述的晶圆片座可设有与晶圆尺寸对应的月牙形状的前后端。
[0013] 所述的边缘接触夹持式晶圆末端执行器，可设有晶圆片座对应位置有无晶圆的检测传感及控制装置。以便自控。由于机械手本身的输送精度，也可不用传感装置，采取手动控制等人工干预的方式检测对应位置有无晶圆，在损失一定效率的前提下系统也可以正常运行。
[0014] 所述的检测传感及控制装置可为：晶圆片座上设有能产生一束光信号的激光器投射端、可接收光信号的接收端及其与电磁铁相连的传感控制电路。
[0015] 所述的传感控制电路可包括能将光信号转化为电信号的转换电路、电流电压转换电路、电压放大电路和数据采集电路。
[0016] 所述的检测传感及控制装置也可为红外检测传感控制装置等。
[0017] 本发明具有突出的有益效果：它克服了已有技术之不足，很好解决了现有技术中长期存在且一直未解决的问题，该末端执行器采用边缘接触方式夹持晶圆，可快速、精确、安全、无污染地夹持晶圆，其结构简单，使用方便、安全，降低成本，有利于提高工作的效率和质量。本发明还可具有自动确定晶
圆圆心和防止掉电时晶圆不脱落破损的保护功能，增加设备的安全性，降低设备成本。本发明可广泛用于晶圆的化学机械抛光(CMP)、研磨、减薄等处理。
[0018] 以下结合附图及一实施例作详述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
[0019] 图1为本发明的结构示意图。
[0020] 图2为图1的外观立体图。
[0021] 图3为图1中的指钩夹持结构示意图。
[0022] 图4为图1的左视图。
[0023] 图5为本实施例的传感控制电路方框图。
[0024] 图中标号说明：1为边缘接触夹持式指钩，2为晶圆片座，3、4为晶圆接触衬垫，5为月牙形状的后端，6为激光器投射端，7为接收端，8为导向块，9为伸缩导杆，10为电磁铁(铁芯为软磁铁)，11为磁吸板(导磁材料)，12为拉簧，13为晶圆，14为末端弹簧压力调整器，15为晶圆上端卡块。
具体实施方式
[0025] 参见图1～图5，该边缘接触夹持式晶圆末端执行器结构为：具有晶圆片座2，晶圆片座2内设有2个边缘接触夹持式指钩1，边缘接触夹持式指钩1和指钩伸缩装置相连；指钩设有与晶圆形状对应得凹口形状；指钩伸缩装置具有以下结构：弹簧一端固定在晶圆片座2上，另一端安装在磁吸板11上，磁吸板11通过伸缩导杆9与边缘接触夹持式指钩1相连，磁吸板11的一侧设有电磁铁10。弹簧为拉簧12，电磁铁10位于磁吸板11的另一侧，并设有弹簧压力调整器14(可为螺母)。晶圆片座2上边缘接触夹持式指钩1的一侧及另
一侧均设有晶圆接触衬垫4。晶圆片座2设有与晶圆尺寸对应的月牙形状的前后端。晶圆片座2对应位置有无晶圆的检测传感装置。检测传感装置为：晶圆片座2上设有能产生一束光信号的激光器投射端6、可接收光信号的接收端7及其与电磁铁10相连的传感控制电路。传感控制电路包括能将光信号转化为电信号的光电转换电路、电流电压转换电路和电压放大电路、数据采集电路，数据采集单元获取相关信息，然后将这些信息传递给控制单元(见图5)。根据激光器投射端6和激光器接收端7检测信号，控制系统通过控制伸缩导杆9进而控制边缘夹持式指钩1的伸缩达到释放和夹持晶圆13的目的。
[0026] 其工作过程为：系统初始状态设置为电磁铁10得电后，吸附磁吸板11克服拉簧12的拉力向前运动，使伸缩导杆9向前运动，从而达到末端执行器边缘接触夹持式指钩1向前移动，也就是我们所说的指
钩伸出状态，使其有足够的空间存放晶圆。当机械手带动末端执行器运动到片盒对应位置时——即存在晶圆的话就位于末端执行器的四个晶圆接触衬垫的上方。根据激光投射器6和接收器7的检测结果去决定边缘接触夹持式指钩1的动作。激光投射器6采用单模光纤激光二极管，保证光波频率，相位，偏振态，传播方向的一致性。接收器7采用光电二极管。当存在晶圆时，接收器7不能接收投射端6发出一束光线，控制系统得到该检测信号后使电磁铁10失电，从而拉簧12恢复初始状态并带动边缘接触夹持式指钩1缩回，经调整圆心后，边缘接触夹持式指钩1的凹口与前端特殊结构(如图4所示)配合达到锁紧晶圆的目的。当释放晶圆时，电磁铁10得电后边缘接触夹持式指钩1向前伸出达到释放晶圆的目的。当系统突然掉电的时候，末端执行器本身夹持晶圆借助的正是系统中不得电的特性，弹簧本身的拉力不会去掉，所以本发明具有掉电不掉片的保护功能。前端月牙形状设有的2个与晶圆接触衬垫4配合的晶圆上端卡盘15，与边缘接触夹持式指钩1相配合实现夹持晶圆的目的，如图4所示。通过调整弹簧初始压力来设定合适的夹持力。末端执行器末端弹簧压力调整器14采用螺纹的形式与拉簧12固结，通过拧紧或放松末端调整器14的方式调整拉簧12的初始压力。此例可用于300mm、450mm大尺寸的晶圆传输过程中。采用边缘夹持方式，减少对晶圆的污损；采用特殊的机械结构，使其具有“掉电不掉片”的保护功能，增加设备的安全性，降低设备成本。4个晶圆接触衬垫3和晶圆接触衬垫4接触晶圆边缘，从而减少污损晶圆(为简化设备、降低成本、牺牲效率的情况下，可在人工干预下不需要传感控制装置实现夹持晶圆的目的)。
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