專利名稱：應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及硅片化學機械拋光(CMP)設備及硅片定位裝載裝置技術領域。
背景技術：
在集成電路生產中，絕大多數工序都會涉及到晶圓定位裝載這一環節，晶圓定位裝載效果的好壞對晶圓加工有重要的影響，處理不當，可能使晶圓報廢，或者制造出來的器件性能低劣，穩定性和可靠性很差。因此研制出高定位精度、高效的晶圓定位裝載方法，不管是對于從事晶圓加工，還是對于從事半導體器件生產來說都有著重要的意義。正是由于晶圓定位裝載是半導體器件制造中最重要最頻繁的步驟，而且其效率將直接影響到器件的成品率、性能和可靠性，所以國內外對晶圓定位裝載工藝的研究一直在不斷地進行。化學機械拋光(CMP)是目前在硅片表面實現全局平坦化的唯一的方法。在化學機械拋光過程中，硅片定位裝載裝置是化學機械拋光(CMP)設備中的重要部件，硅片裝載裝置起著定位硅片和將硅片準確的運送到承載器(拋光頭)內以備拋光的作用。隨著大規模集成電路的發展，硅片尺寸的不斷增大，集成度的不斷提高等，對硅片拋光片的表面質量要求也越來越嚴格。在目前的化學機械拋光設備中，硅片裝載裝置主要特點是直接采用承載器真空吸附或水懸浮的方式裝載硅片，這些方式在實現裝片的同時也帶來一些弊端，比如直接控制承載器真空吸附硅片很困難，龐大的系統很有可能將硅片弄碎；當裝載直徑比較大的硅片時，必須同時采用多個噴射器對硅片進行水懸浮，這就帶來調節各噴射器水壓的難度，另外在裝片過程中也浪費了大量的去離子水，增加了成本。因此為了順利的將硅片裝載到承載器內并提高硅片裝載效率急需更先進的硅片裝載技術。
發明內容
本發明的目的就在于提供一種應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置， 它不僅能實現硅片的準確定位并將其運送到承載器內以便加工；而且其結構簡單、定位準確、裝載安全、操作方便、性能可靠，有利于實現硅片的自動化裝載，提高硅片的定位裝載和加工效率。特別適用于化學機械拋光設備中的硅片裝載，也可應用于晶體管和集成電路生產各工序中晶圓的裝載。本發明實現上述發明目的所采用的主要技術方案為一種應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于具有基板，基板通過支桿與上面的裝載導向環連接； 裝載導向環和基板間設有將硅片放入的空間；提升驅動機構的固定部裝在基板上，升降驅動機構上面的伸縮部與上面的晶片夾固定連接；晶片夾和其外面的晶片引導環連接，晶片夾和晶片引導環共同形成方便從機械手接收硅片的凹處；晶片夾和晶片引導環位于裝載導向環的下中部；裝載導向環上設有硅片承載裝置對接導向機構，以及硅片頂接導向機構； 基板或升降驅動機構的下部設有自動位移調整機構及其自動復位機構。自動位移調整機構可實現在X和Y方向上的導向對準時整個硅片定位裝載裝置的位移自動調節校正。自動復位機構可實現整個硅片定位裝載裝置的位移自動調節校正后， 能自動回復到原來位置；以待進行下一個裝載循環。所述的晶片夾和其外面的晶片引導環的連接為具有一定彈性空間的柔性連接較好。一有緩沖作用，二更方便繼續上升緩慢對接，安全性更高。所述的晶片夾和其外面的晶片引導環的連接為具有一定彈性空間的柔性連接結構較好為晶片夾從晶片引導環的中間穿過，晶片夾通過其上的法蘭式結構用至少3個拉簧和晶片引導環上的拉簧座連接。所述的裝載導向環上設有的硅片承載裝置對接導向機構為倒圓臺式倒角較好，其結構簡單、可靠。也可為至少具有3個滑面導軌式結構；或為外倒角式接構等。所述的硅片頂接導向機構為圓臺式倒角較好，其結構簡單、可靠。也可為至少具有 3個滑面導軌式結構等。所述的升降驅動機構可為油缸活塞式升降驅動機構，活塞桿上端與上面的晶片夾連接；活塞桿外面設有伸縮式防護罩。也可為氣壓式升降驅動機構，或電機-絲缸式升降驅動機構等。伸縮式防護罩可保護升降驅動機構不受水和拋光液等污染物得影響。所述的在晶片引導環外側壁面上設置有確認硅片是否被定位的光電傳感器，可便于實現電路的自動控制。所述的自動位移調整機構可為X、Y 二維位移機構，其結構為包括層疊式的三個底盤底盤一、底盤二以及底盤三；在底盤一和底盤二之間以及在底盤二(和底盤三之間分別安裝有呈相互垂直的、允許該定位裝載裝置在X和Y方向上的對準調節的線性導軌裝置和各一對能夠使得該裝載裝置在裝載之后能夠返回到原來的中心位置的偏置復位彈簧；所述一對偏置復位彈簧的兩端分別與上下底盤相連，每對偏置復位彈簧中兩根彈簧所構成的平面平行于和該對偏置復位彈簧對應的線性導軌裝置的運行方向。所述線性導軌裝置允許裝載裝置整體可實現在X和Y方向上的導向對準位移自動調節校正。所述偏置復位彈簧，可使得裝載裝置在裝載之后能夠返回到原來的中心位置。該偏置復位彈簧和線性導軌裝置一起允許在裝載裝置與承載器之間以及裝載裝置與機械手之間存在一定的未對準量。所述每對偏置復位彈簧中兩根彈簧裝配呈V字形較佳。也可為多個，非V字形布置。X、Y 二維位移機構可具有支架，支架可支撐整個硅片定位裝載裝置并可以調節整個裝置的平面度使其軸線與承載器軸線平行。所述X、Y 二維位移機構的結構也可為搖桿、雙滑軌梁式加移動滑車式位置調整機構等；或其他自動位移調整機構。所述自動復位機構可為相應的可與以上具有不同個數和布置的偏置復位彈簧。只要能將對準時的自動移位復位即可。本發明具有如下突出的有益效果和現有技術相比，它克服了定位不準、精度差、 安全性差、裝片效率低等之不足，很好地解決了上述現有技術中長期存在且一直未能解決的問題，利用該裝置，它不僅能實現硅片的準確定位并將其運送到承載器內；而且結構簡單、定位準確、裝載安全、操作方便，性能可靠、有利于實現硅片的自動化裝載，提高硅片的定位裝載和加工效率。特別適用于化學機械拋光設備中的硅片裝載，也可應用于晶體管和集成電路生產各工序中晶圓的裝載。
采用氣缸提升方式及機械式自調整定位等結構，可以方便地實現硅片的準確定位、可靠裝載，從而使硅片得到高準確度和高效的裝載效果。本發明是不同于現有技術的全新結構，其各種技術結構的設置都具有各自的結構優點，而發明本身在綜合了各項技術結構的優點之外，體現出其結構簡單、裝調方便、定位裝載準確可靠等整體優點。不僅可大大提高硅片裝載的效率，而且還可以得到較好的拋光效果，是一種很好的可應用于300mm硅片化學機械拋光設備中的硅片裝載裝置。采用此項技術在對硅片進行定位裝載以備拋光時，可獲得非常精確的硅片定位和高的裝載效率。
圖1為本發明一個較好的實施例的立體結構示意圖。圖2為圖1中下方部分1的立體結構示意圖。圖3為圖1中晶片夾組件204的立體結構示意圖。圖4為圖3中彈性構件404位置的局部剖視圖。圖5為圖1中的裝載導向環302及支桿301的立體結構示意圖。圖6為圖1的裝配中軸線的局部剖視圖。圖7為圖1與承載裝置配合進行硅片定位裝載工作過程框圖。圖中下方部分-1、中間部分_2、上方部分-3、支架-4 ；硅片承載裝置-100 ；線性導軌裝置-101、偏置復位彈簧-102、底盤一 -103、底盤二 -104、底盤三-105、限位調整機構-106 ；(升降驅動機構)提升氣缸-201、氣缸防護套-202、基板-203、晶片夾組件-204 ； 支桿-301、裝載導向環-302 ；晶片夾-401、晶片引導環-402、伸縮式防護罩-403、彈性構件-404、光電傳感器-405、拉簧座-406、拉簧-407、硅片-408 ；倒圓臺式倒角(或稱倒角)-501、內環部分-502、外環部分-503、圓臺式倒角(或稱圓錐形孔)-504。
具體實施例方式下面將結合本發明一個較好的實施例及其附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述；顯然，所描述的實施例僅僅是本發明部分實施例，而不是全部實施例； 基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。參見圖1 圖7，該應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，具有基板 203，基板203通過支桿301與上面的裝載導向環302連接；裝載導向環302和基板203間設有將硅片放入的空間；升降驅動機構201的固定部裝在基板203上，升降驅動機構201上面的伸縮部與上面的晶片夾401固定連接；晶片夾401和其外面的晶片引導環402連接，晶片夾401和晶片引導環402共同形成方便從機械手接收硅片的凹處；晶片夾401和晶片引導環402位于裝載導向環302的下中部；裝載導向環302上設有硅片承載裝置對接導向機構以及硅片頂接導向機構；基板203或升降驅動機構201的固定部與下面的位置調整機構相連。晶片夾401和其外面的晶片引導環402的連接為具有一定彈性空間的柔性連接。具有一定彈性空間的柔性連接結構為晶片夾401從晶片引導環402的中間穿過，晶片夾401 通過其上的法蘭式搭接結構用4個拉簧407和晶片引導環402上的拉簧座406連接。裝載導向環302上設有的方便硅片承載裝置對接導向機構與為倒圓臺式倒角501。硅片頂接導向向機構為圓臺式倒角504。升降驅動機構201為油缸活塞式升降驅動機構，活塞桿上端與上面的晶片夾401 固定連接，活塞桿外面設有伸縮式防護罩202。在晶片引導環402外側壁面上設置有確認硅片是否被定位的光電傳感器405 ；自動位移調整機構為X、Y 二維位移機構，結構為包括層疊式的三個底盤底盤一 103、底盤二 104以及底盤三105 ；在底盤一 103和底盤二 104之間以及在底盤二 104和底盤三105之間分別安裝有呈相互垂直的、允許該定位裝載裝置在 X和Y方向上的對準調節的線性導軌裝置101和各一對能夠使得該裝載裝置在裝載之后能夠返回到原來的中心位置的偏置復位彈簧102 ；所述一對偏置復位彈簧102的兩端分別與上下底盤相連，每對偏置復位彈簧中兩根彈簧所構成的平面平行于和該對偏置復位彈簧對應的線性導軌裝置的運行方向。每對偏置復位彈簧102中兩根彈簧裝配呈V字形。圖1也可分為包括支架4、實現位置調整作用的下方部分1、實現提升作用的中間部分2和實現定位作用的上方部分3，支架4安裝在硅片化學機械拋光設備中主體部分上， 下方部分1、中間部分2和上方部分3依次連接，下方部分1安裝在支架4上。下方部分1包括呈疊加狀的三個底盤底盤一 103、底盤二 104以及底盤三105，在底盤一 103和底盤二 104之間以及在底盤二 104和底盤三105之間分別安裝有呈相互垂直的線性導軌裝置101和各一對偏置復位彈簧102，所述一對偏置復位彈簧102的兩端分別通過圓柱銷和彈簧座與上下底盤相連，裝配呈V字形，每對偏置復位彈簧中兩根彈簧所構成的平面平行于和該對偏置復位彈簧對應的線性導軌裝置的運行方向。在所述三個底盤外罩設有防護外罩。線性導軌裝置101允許該定位裝載裝置在X和Y方向上的對準調節，而偏置復位彈簧102使得裝載裝置在裝載之后能夠返回到原來的中心位置。另外，下方部分 1還包括用來調節線性導軌裝置101的限位調整機構106。呈相互垂直的X、Y線性導軌裝置，也可用市場銷售的。中間部分2包括升降驅動機構即提升氣缸201、基板203、晶片夾組件204，晶片夾組件204位于裝載導向環302和基板203之間，提升氣缸201通過基板203與晶片夾組件 204連接，提升氣缸201的下法蘭與下方部分1中的底盤三105固定連接；所述晶片夾組件 204包括晶片夾401和晶片引導環402，晶片夾401位于晶片引導環402內，晶片夾401和晶片引導環402采用有一定彈性空間的柔性連接，晶片夾401和晶片引導環402共同形成以方便從機械手接收硅片的凹處，在晶片引導環(40 外側壁面上設置有確認硅片是否被定位的光電傳感器005)。所述提升氣缸201的上部法蘭安裝在將中間部分2和上方部分 3連接到一起的基板203上，提升氣缸201的活塞桿穿過基板203與晶片夾401固定連接。 所述中間部分2還應包括設置在升降驅動機構201外的防護罩202，其結合定位裝載裝置整體的安裝可以實現保護提升氣缸201以下部分不受水和拋光液等污染物影響。在晶片夾 401下面中央處還設置有提升氣缸防護套403，用來防護提升氣缸201的活塞桿。在本實施例中所述晶片夾401和晶片引導環402的柔性連接結構為晶片夾401和晶片引導環402 通過彈性構件404連接在一起，彈性構件404設置為至少三個并且均勻分布在晶片引導環 402上，該彈性構件404由設置在晶片引導環402上的拉簧座406，以及兩端分別和拉簧座 406以及晶片夾401連接的拉簧407構成，所述拉簧407將晶片夾401和晶片引導環402壓在一起。上方部分3包括裝載導向環302、支桿301。所述裝載導向環302分外環部分503和內環部分502，內環部分502是設置在裝載導向環302內部突出的用來限定承載器裝載位置的臺階狀部分；與承載器的結構相配在裝載導向環302中的外環部分503沿內緣表面設有倒圓臺式倒角501，在裝載導向環302中的內環部分502邊緣設置有圓臺式倒角504，其允許與晶片夾401外邊緣之間具有一定的未對準間隙量，使得氣缸提升過程中實現硅片與承載器之間的準確定位；裝載導向環302通過設置在裝載導向環302外環邊緣的至少三個支桿301與基板203連接。其升降電路控制可為手動或自動控制等結構；該控制電路，一般技術人員均可設計和實施(略)。與本發明配合的硅片承載裝置有與其配合的定位結構，以及硅片吸附結構寸。本實施例的工作過程為(參照附圖7)可先調節位置調整裝置1中的線性導軌裝置101和偏置復位彈簧102，使得該硅片定位裝載裝置基本處于承載器的正下方某個位置 (如加限位調整機構106更好，可使導軌滑動在一個合適的更加準確的范圍內)。機械手將待拋光硅片從儲存盒中取出從裝載導向環302和基板203間放置在晶片夾組件204上，硅片通過邊緣與晶片夾組件204接觸并很好的定位在晶片夾組件204內，以備將硅片裝載到承載器內；硅片邊緣與晶片夾組件接觸以實現裝載前的定位功能，由于是柔性連接，當晶片引導環停止運動時，晶片夾還可以繼續運動一段距離。此外，晶片夾和晶片引導環的結構使得硅片僅在硅片的邊緣接觸晶片夾。所述基板可起支撐裝載導向環、承載器和排除積蓄液體的作用。升降驅動機構在將硅片提升到承載器內之后縮回晶片夾組件。上方部分包括用來定位承載器裝載位置的裝載導向環，支桿。裝載導向環沿內緣表面具有倒角，該倒角與承載器中保持環的倒角合作以提供對承載器和裝載裝置之間的未對準的補償量。裝載硅片時承載器位于裝載導向環內部以方便從裝載裝置中拾取硅片，裝載導向環內部突出臺階部分限定了承載器的裝載位置。在裝載導向環內環邊緣設有具收攏作用的圓錐形孔口(八字形)，其允許裝載導向環與硅片和晶片夾組件之間具有一定的間隙量，使得在升降驅動機構提升過程中實現硅片與承載器之間的對準定位，以方便將硅片順利的吸附在承載器內。位于裝載導向環和基板之間的三個支桿主要用來支撐裝載導向環和裝載時的承載器，其結構簡單，安裝方便。當位于晶片引導環402邊緣的光電傳感器405確認硅片已經被定位在晶片夾401 后，承載器開始下降并定位在定位裝載裝置中的裝載導向環302的內部。安裝在位置調整裝置1中的提升氣缸201將晶片夾組件204和硅片一起向上提升直到硅片進入承載器凹處內，此時承載器通過真空將硅片吸附在其內部以備拋光。安裝在承載器上面的硅片檢測傳感器確認硅片已經存在于承載器內部后，提升氣缸201將晶片夾組件204下降到初始位置以便接收下一個待拋光硅片，同時吸附有硅片的承載器離開裝載導向環302向上提升并運動到拋光臺上方準備拋光，至此完成了一個硅片定位裝載的完整過程，硅片定位和裝載的效率明顯得到提高。經常暴露于化學試劑中的裝載裝置通常由抗腐蝕性的材料加工制作而成，比如工程塑料、不銹鋼、鋁和其它相關的抗腐蝕性材料。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于具有基板 003)，基板(203)通過支桿(301)與上面的裝載導向環(302)連接；裝載導向環(302)和基板(203)間設有將硅片放入的空間；升降驅動機構O01)的固定部裝在基板(203)上，升降驅動機構O01)上面的伸縮部與上面的晶片夾001)固定連接；晶片夾001)和其外面的晶片引導環(402)連接，晶片夾001)和晶片引導環(402)共同形成方便從機械手接收硅片的凹處；晶片夾(401)和晶片引導環(402)位于裝載導向環(302)的下中部；裝載導向環(30 上設有硅片承載裝置對接導向機構，以及硅片頂接導向機構；基板(20 或升降驅動機構O01)的下部設有自動位移調整機構及其自動復位機構。
2.根據權利要求1所述的應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于所述的晶片夾(401)和其外面的晶片引導環(40 的連接為具有一定彈性空間的柔性連接。
3.根據權利要求2所述的應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于所述的晶片夾(401)和其外面的晶片引導環(40 的連接為具有一定彈性空間的柔性連接結構為晶片夾(401)從晶片引導環(402)的中間穿過，晶片夾(401)通過其上的法蘭式搭接結構用至少3個拉簧(407)和晶片引導環(402)上的拉簧座(406)連接。
4.根據權利要求1所述的應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于所述的裝載導向環(302)上的硅片承載裝置對接導向機構為倒圓臺式倒角(501)。
5.根據權利要求1所述的應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于所述的硅片頂接導向機構為圓臺式倒角(504)。
6.根據權利要求1所述的應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于所述的升降驅動機構O01)為油缸活塞式升降驅動機構，晶片夾G01)固定裝在活塞桿上端，活塞桿外面設有伸縮式防護罩002)。
7.根據權利要求1所述的應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于所述的在晶片引導環(40 外側壁面上設置有確認硅片是否被定位的光電傳感器 (405)。
8.根據權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于所述的自動位移調整機構為X、Y 二維位移機構，其結構為包括層疊式的三個底盤底盤一(103)、底盤二(104)以及底盤三(105)；在底盤一(10 和底盤二(104) 之間以及在底盤二(104)和底盤三(10 之間分別安裝有呈相互垂直的、允許該定位裝載裝置在X和Y方向上的對準調節的線性導軌裝置(101)；所述的自動復位機構為在底盤一 (103)和底盤二(104)之間以及在底盤二(104)和底盤三(10 之間分別安裝有一對能夠使得該裝載裝置在裝載之后能夠返回到原來的中心位置的偏置復位彈簧(102)；所述一對偏置復位彈簧(10 的兩端分別與上下底盤相連，每對偏置復位彈簧中兩根彈簧所構成的平面平行于和該對偏置復位彈簧對應的線性導軌裝置的運行方向。
9.根據權利要求8所述的應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，其特征在于所述每對偏置復位彈簧(10 中兩根彈簧裝配呈V字形。
全文摘要
本發明提供了一種應用于化學機械拋光設備中的硅片定位裝載裝置，涉及硅片化學機械拋光設備技術領域。其基板通過支桿與上面的裝載導向環連接；升降驅動機構上面的伸縮部與上面的晶片夾固定連接；晶片夾和其外面的晶片引導環連接；裝載導向環上設有硅片承載裝置對接導向機構，以及硅片頂接導向機構；基板或升降驅動機構的下部設有自動位移調整機構及其自動復位機構。本發明能實現硅片的準確定位并將其運送到承載器內以便加工；結構簡單、定位準確、裝載安全、性能可靠、操作方便，有利于實現硅片的自動化裝載，提高硅片的定位裝載和加工效率。特別適用于化學機械拋光設備中的硅片裝載，也可用于晶體管和集成電路生產各工序中晶圓的裝載。
文檔編號B24B37/27GK102371535SQ201010249958
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月11日 優先權日2010年8月11日
發明者李久芳, 王偉, 陳波, 高文泉 申請人:中國電子科技集團公司第四十五研究所