CN102012639B - 一种硅片边缘保护方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种硅片边缘保护方法与装置，该方法包括下列步骤：硅片边缘保护装置将保护环放置到工件台上；利用保护环对硅片曝光时对硅片边缘进行保护，换取新的硅片后再次进行上述流程，其中所述保护环中央为镂空部分，边缘为实体部分，所述保护环保护硅片边缘在曝光时不被曝光。所述硅片边缘保护装置包括位置调整机构，Z向提升机构，三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构，吹气机构，检测机构，速度控制模块，气动控制模块。本发明提出的硅片边缘保护方法与装置，方法是负胶曝光和边缘保护同步进行，在硅片曝光时对其边缘进行保护，不需要经过二道工序对硅片边缘进行处理，减少了工序，提高了生产效率。

Description

一种硅片边缘保护方法与装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，且特别涉及一种硅片边缘保护方法与装置。

背景技术

光刻装置主要用于集成电路IC或其他微型器件的制造。通过光刻装置，可将掩膜图形成像于涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体或LCD板。光刻装置通过投影物镜曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上，而作为光刻装置的核心元件，硅片边缘保护对实现负胶工艺曝光过程硅片边缘保护功能有重要的影响。

为了获得成像效果，将光刻胶涂敷于硅片上，曝光后能产生腐蚀图形的一种光敏材料，也称光致抗蚀剂(简称抗蚀剂)或光敏胶，也有地区称光阻或光阻剂，可分为正光刻胶(正胶)和负光刻胶(负胶)两类，曝光部分被显影剂溶解的光刻胶称为正光刻胶，非曝光部分被显影液溶解的光刻胶称为负光刻胶。硅片边缘保护装置就是为负胶光刻工艺而产生的一种装置。

已知的负胶光刻方法是在光刻生产线上的单独一套产品，而不是集成到光刻机上。这样做就会增加产品的生产制造时间，同时提高了设备的采购成本及制造厂的费用。单独的边缘保护机器会使硅片边缘保护的精度大大降低，这样会产生很高的废片率。效率比较低下。因此，如何提供一种更为经济和高效率的边缘保护装置已成为业界研究的一大问题。

发明内容

本发明提出一种硅片边缘保护方法与装置，方法是负胶曝光和边缘保护同步进行，在硅片曝光时对其边缘进行保护，不需要经过二道工序对硅片边缘进行处理，减少了工序，提高了生产效率。

为了达到上述目的，本发明提出一种硅片边缘保护方法，用一种机械的方法来实现硅片边缘保护对实现负胶曝光过程硅片边缘保护功能，包括下列步骤：

利用硅片边缘保护装置在物镜曝光前将保护环放置在已放硅片的工件台上；

利用保护环在物镜曝光时保护硅片边缘；

物镜曝光完毕后通过硅片边缘保护装置拿走放置在工件台上的保护环；

换取新的硅片后再次进行上述流程，

其中所述保护环中央为镂空部分，边缘为实体部分，所述保护环保护硅片边缘在曝光时不被曝光。

进一步的，所述硅片负胶曝光和边缘保护同步进行。

进一步的，所述硅片边缘保护装置包括位置调整机构，Z向提升机构，三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构，吹气机构，检测机构，边缘保护速度控制模块，气动控制模块和边缘保护机械模块。

进一步的，所述硅片边缘保护装置具有水平方向动力源，提供水平面三个或多个不同方向的同步进给运动。

进一步的，所述硅片边缘保护装置具有气动装置实现硅片边缘保护Z向移动，所述气动控制模块用于控制该气动装置。

进一步的，所述硅片边缘保护装置通过三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构抓取保护环，所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构包括：轴承套，钢球，第一法兰式球头柱塞，第一压板，保护环，三偏心凸轮，固定盘，凸轮随动器，保护爪，定位销，定心机构，弹簧保护销，弹簧，第二压板，第二法兰式球头柱塞，水平气缸，轴承套安装在固定盘上，钢球放在轴承套上，三偏心凸轮安装在固定盘上，第一法兰式球头柱塞安装在第一压板，第一压板安装在固定盘上，凸轮随动器安装在保护爪上，保护爪安装在三偏心凸轮上，定位销安装在固定盘上，弹簧保护销穿过弹簧安装在定位销上，水平气缸一头安装在固定盘上，一头安装在三偏心凸轮上。

进一步的，所述硅片边缘保护装置具有水平气缸和Z向气缸，所述硅片边缘保护装置放置保护环到工件台上的流程包括：水平气缸动作；Z向气缸动作；工件台动作；水平气缸动作；保护环交换；Z向气缸动作。

进一步的，所述硅片边缘保护装置放置保护环到工件台上的流程包括：首先工件台上先放置已准备好的保护环，工件台运动到上下片位后，工件台释放保护环，工件台发信号给硅片边缘保护装置，硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪打开；

硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸下行至工件台上方；

硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的吹气机构，硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，合龙保护爪，保护环被边缘保护机械模块抓起；

边缘保护机械模块的传感器检测保护环是否到位，若到位则硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸从第一位置移动到第二位置，至此，硅片边缘保护装置放置保护环到工件台上的流程完毕。

进一步的，所述硅片边缘保护装置具有水平气缸和Z向气缸，所述硅片边缘保护装置换取新的硅片并放置保护环到工件台上的流程包括：Z向气缸动作；水平气缸动作；保护环交换；工件台动作；Z向气缸动作；水平气缸动作。

进一步的，所述硅片边缘保护装置换取新的硅片并放置保护环到工件台上的流程包括：工件台接到信号后顶起硅片，机械手动作拿走已经曝好光的硅片，换取新的未被曝光的硅片于工件台上，工件台吸住硅片；

工件台发信号给硅片边缘保护装置，硅片边缘保护装置接收到信号后，硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸下行至工件台上方；

硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪打开；

边缘保护机械模块的传感器检测保护环是否到位，若到位则工件台传感器检测保护环是否到位，若到位则硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸从第一位置移动到第二位置；

硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪合龙，至此，硅片边缘保护装置换取新的硅片并放置保护环到工件台上的流程完毕。

为了达到上述目的，本发明还提出一种硅片边缘保护装置，用于操作保护环，其特征在于，所述硅片边缘保护装置包括位置调整机构，Z向提升机构，三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构，吹气机构，检测机构，速度控制模块，气动控制模块，其中所述保护环中央为镂空部分，边缘为实体部分，所述保护环保护硅片边缘在曝光时不被曝光。

进一步的，所述位置调整机构包括：X向调整机构，Y向调整机构和Z、Rx、Ry向调整机构。

进一步的，所述X向调整机构包括：X向调节座，及其上的X向调节螺钉，通过旋转X向调节螺钉实现对边缘保护装置X向调整。

进一步的，所述Y向调整机构包括：Y向调节座，及其上的Y向调节螺钉，通过旋转Y向调节螺钉实现对边缘保护装置Y向调整。

进一步的，所述X向调节螺钉或Y向调节螺钉为内六角平端紧定螺钉。

进一步的，所述Z、Rx、Ry向调整机构包括：球面垫片，螺母，螺销，碟簧，螺栓，首先旋转螺栓使其松开，松开螺销上的螺母，碟簧在弹簧力的作用下便可弹起边缘保护装置，旋转三个相同螺销，提高、降低或调平边缘保护装置。

进一步的，所述Z向提升机构包括固定板，支撑板，气缸和锁紧装置，气缸与固定板连接后安装在支撑板上，边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给气缸，气缸打开锁紧装置后，气缸驱动边缘保护装置运动，所述锁紧装置，保护硅片边缘保护装置在长时间不用时不会坠落。

进一步的，所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构包括：轴承套，钢球，第一法兰式球头柱塞，第一压板，保护环，三偏心凸轮，固定盘，凸轮随动器，保护爪，定位销，定心机构，弹簧保护销，弹簧，第二压板，第二法兰式球头柱塞，水平气缸，轴承套安装在固定盘上，钢球放在轴承套上，三偏心凸轮安装在固定盘上，第一法兰式球头柱塞安装在第一压板，第一压板安装在固定盘上，凸轮随动器安装在保护爪上，保护爪安装在三偏心凸轮上，定位销安装在固定盘上，弹簧保护销穿过弹簧安装在定位销上，水平气缸一头安装在固定盘上，一头安装在三偏心凸轮上。

进一步的，所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构由气缸绕一轴以一角度旋转并伸长或缩短所述气缸，三偏心凸轮与气缸铰链连接，三偏心凸轮以连杆为半径做圆周运动，保护爪与三偏心凸轮以铰链连接，三偏心的凸轮与的运动轨迹靠连杆提供，

上述结构实现一个水平方向动力源提供水平面三个或多个不同方向的同步进给运动。

进一步的，所述吹气机构包括管路附件，气管，固定盘，管路附件安装在固定盘，固定盘下方具有多个分布均匀的U型槽，边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给吹气机构，吹气机构通过气管把气体分到边缘保护固定盘的U型槽中，固定盘的正下方是保护环，至此，保护环上方就会受到吹气机构的气体力，保护环与边缘保护交换时易与边缘保护机构分离。

进一步的，所述检测机构包括传感器，传感器用于检测保护环是否正确到位。

进一步的，所述边缘保护的速度控制模块包括速度调节阀，速度调节阀控制气体的流量及大小。

进一步的，所述边缘保护的气动控制模块包括电磁阀及消音器，电磁阀控制气体的关和开，消音器对电磁阀排出的气体消音。

本发明的优点是：负胶曝光和边缘保护同步进行的方法。事先在一个未曝光的硅片正上方放置一个保护环，此保护环的中央是镂空部分，保护环的边缘是实体部分，此部分保护硅片边缘曝光时不被曝光。光刻机曝光时硅片边缘就被保护，不需要经过二道工序对硅片边缘进行处理。该方法精度高，且无需增加额外硬件设备，高效简捷，易于在线实施，成本低廉。把在生产线上单独的硅片边缘保护产品通过一种型新的装置集成到光刻机上。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置从工件台上去保护环的示意图；

图2所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置在工件台上操作保护环的俯视示意图；

图3所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置曝光示意图；

图4所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护工艺流程图。

图5所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置机械结构主视示意图；

图6所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置机械结构俯视示意图。

图7所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置的三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构的运动示意图；

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

本发明提出一种硅片边缘保护方法与装置，在硅片曝光时对其边缘进行保护，不需要经过二道工序对硅片边缘进行处理，减少了工序，提高了生产效率。

本发明确定负胶曝光和边缘保护同步进行的方法，用一种机械的方法来实现硅片边缘保护对实现负胶工艺曝光过程硅片边缘保护功能，包括下列步骤：

利用硅片边缘保护装置在物镜曝光前将保护环放置在已放硅片的工件台上；

利用保护环在物镜曝光时保护硅片边缘；

物镜曝光完毕后通过硅片边缘保护装置拿走放置在工件台上的保护环；

换取新的硅片后再次进行上述流程，

其中所述保护环中央为镂空部分，边缘为实体部分，所述保护环边缘保护硅片边缘在曝光时不被曝光。

请参考图1，所述硅片边缘保护装置包括位置调整机构，Z向提升机构，三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构，吹气机构，检测机构，速度控制模块。其中，所述Z向提升机构包括固定板，支撑板，气缸和锁紧装置，气缸与固定板连接后安装在支撑板上，边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给气缸，气缸打开锁紧装置后，气缸驱动边缘保护装置运动，所述锁紧装置，保护硅片边缘保护装置在长时间不用时不会坠落。图4画出硅片边缘保护工艺流程图，边缘保护流程：Z向气缸动作——>水平气缸动作——>保护环交换——>工件台动作——>Z向气缸动作——>水平气缸动作——>水平气缸动作——>Z向气缸动作——>工件台动作——>水平气缸动作——>保护环交换——>Z向气缸动作。

第一步：硅片边缘保护从工件台上取保护环。

参考图1，图2和图4，此步骤执行流程：水平气缸动作——>Z向气缸动作——>工件台动作——>水平气缸动作——>保护环交换——>Z向气缸动作。首先工件台上先放置好了已准备好的保护环，工件台运动到上下片位后，工件台释放保护环，工件台发信号给硅片边缘保护，硅片边缘保护气动模块打开气源，硅片边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪打开。硅片边缘保护气动模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸。Z向气缸下行至工件台上方。硅片边缘保护气动模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的吹气机构。边缘保护气动模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，合龙保护爪，保护环被边缘保护机械模块抓起。边缘保护模块的传感器检测保护环是否到位。若到位，硅片边缘保护气动模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸从C位置(第一位置)移动到A位置(第二位置)。至此，硅片边缘保护取保护环到工件台上流程完毕。

第二步：曝光过程。

图3体现本发明的边缘保护曝光位置图，边缘保护装置运动到曝光初始位后给出信号，物镜开始曝光。因保护环已在硅片的正上方。物镜曝光时，硅片边缘未被曝光。曝光完毕工件台运动到上下片位。

第三步：硅片边缘保护放保护环到工件台上。

参考图1，图2和图4，此步骤执行流程：Z向气缸动作——>水平气缸动作——>保护环交换——>工件台动作——>Z向气缸动作——>水平气缸动作，工件台接到信号后顶起硅片，机械手动作拿走已经曝好光的硅片，换取新的未被曝光的硅片于工件台上，工件台吸住硅片。工件台发信号给硅片边缘保护。硅片边缘保护接收到信号，硅片边缘保护气动模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸。Z向气缸下行至工件台上方(A位置移动到B位置)。硅片边缘保护气动模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪打开。边缘保护模块的传感器检测保护环是否到位。若到位。工件台传感器检测保护环是否到位。若到位，硅片边缘保护气动模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸从C位置(第一位置)移动到A位置(第二位置)。硅片边缘保护气动模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪合龙。至此，硅片边缘保护放保护环到工件台上流程完毕。

本发明提出的硅片边缘保护装置，用于操作保护环，所述硅片边缘保护装置包括位置调整机构，Z向提升机构，三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构，吹气机构，检测机构，速度控制模块，气动控制模块，其中所述保护环中央为镂空部分，边缘为实体部分，所述保护环边缘保护硅片边缘在曝光时不被曝光。

请参考图5和图6，图5所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置机械结构主视示意图；图6所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置机械结构俯视示意图。

第一步：对边缘保护装置的位置调整机构加以描述：

为了提高该装置的互换性和集成的精确和便捷性，同时降低装置的加工制造难度和成本，可以利用该装置的X、Y、Z调整机构。实现X、Y、Z、Rx、Ry向安装位置调整，满足集成现场及用户现场安装调试需求。X向调整机构包括：X向调节座30，内六角平端紧定螺钉29。可以通过旋转内六角平端紧定螺钉29实现对边缘保护装置X向调整。Y向调整机构包括：Y向调节座5，内六角平端紧定螺钉4。可以通过旋转内六角平端紧定螺钉4实现对边缘保护装置Y向调整。Z、Rx、Ry向调整机构包括：球面垫片24，螺母25，螺销26，碟簧27，螺栓28。首先旋转螺栓28使其松开，松开螺销26上的螺母25，碟簧27在弹簧力的作用下便可弹起边缘保护装置，旋转三个相同螺销26，提高、降低或调平边缘保护装置。这样就可对边缘保护实现Z、Rx、Ry向安装位置调整。

第二步：对边缘保护装置的Z向提升机构加以描述：

边缘保护装置的Z向提升机构主要由固定板1，支撑板3，气缸2连接组成。气缸2与固定板1连接后安装在支撑板3上(见图5中所示)。边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给气缸2，气缸2打开锁紧装置后，气缸带着边缘保护装置从初始位置A经过中间位置B运动到终点位置C，或从C位置运动到A位置。

第三步：对三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构加以描述：参见图7，图7所示为本发明较佳实施例硅片边缘保护装置的三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构的运动示意图。

三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构由L1气缸绕A轴作小角度ω旋转并伸长或缩短L1气缸，L1的运动轨迹β3-β3，三偏心凸轮B与L1气缸铰链连接，三偏心凸轮B以连杆L2为半径，做圆周运动，运动轨迹β1-β1，保护爪L4与三偏心凸轮B以铰链连接。连接处在D，三偏心的凸轮与L4的运动轨迹靠连杆L3提供，连杆L4的运动轨迹为β2-β2，此机构最大的优点是一个水平方向动力源可提供水平面三个或多个不同方向的同步进给运动。

对边缘保护装置的三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构加以描述：轴承套8，钢球9，第一法兰式球头柱塞10，第一压板11，保护环12，三偏心凸轮13，固定盘14，凸轮随动器15，保护爪16，定位销17，定心机构18，弹簧保护销19，弹簧20，第二压板21，第二法兰式球头柱塞22，水平气缸23。轴承套8安装在固定盘14上，钢球9放在轴承套8上，三偏心凸轮13安装在固定盘上。第一法兰式球头柱塞10安装在第一压板11，压板11安装在固定盘14上。凸轮随动器15安装在保护爪16上，保护爪16安装在三偏心凸轮13上。定位销17安装在固定盘14上，弹簧保护销19穿过弹簧20安装在定位销17上。水平气缸23一头安装在固定盘14上，一头安装在三偏心凸轮13上。边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给水平气缸23，水平气缸23开代着边缘保护装置从D位置运动的E位置，或从E位置运动到A位置。此时，水平气缸23带着三偏心凸轮13运动。三偏心凸轮13以轴承套8的圆柱面为滑动轴作圆周运动。钢球在轴承套8和三偏心凸轮之间形成一个滑动副，起减振和减小摩擦作用，使三偏心凸轮能高效运转。三偏心凸轮带动凸轮随动器15作径向运动。凸轮随动器15带动保护爪16一起运动。弹簧20对保护爪16起缓冲和过载保护作用。定心机构18对保护环起定心作用。边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给水平气缸23，水平气缸23带动边缘保护装置从D位置运动到E位置，水平气缸23带动三偏心凸轮13从D位置运动到E位置。三个三偏心凸轮13分别带动三个凸轮随动器15作径向运动。三个凸轮随动器15分别带动三个保护爪16作径向运动。穿在弹簧保护销19上的弹簧20对三个保护爪16起过缓冲和载保护作用，因三个保护爪16具有过载保护功能，三个保护爪16对保护环12具有过载保护功能。三个定心机构18分别随三个保护爪16一起作径向运动。三个定心机构18对保护环12起自定心作用。随着三个定心机构18同时向保护环中心移动使的原本偏心的保护环回归到中心位置。法兰式球头柱塞10安装在压板11可以防止三偏心凸轮13在水平方向倾斜。这样能保证整个边缘保护装置平稳运行。

第四步：对边缘保护装置的吹气机构加以描述：对边缘保护装置的吹气机构主要由管路附件6，气管32，固定盘14组成。管路附件安装在固定盘14，固定盘下方有几个分布均匀的U型槽。边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给吹气机构，吹气机构通过气管把气体分到边缘保护固定盘14的U型槽中，固定盘的正下方是保护环12，至此，保护环12上方就会受到吹气机构的气体力。保护环与边缘保护交换时就会容易与边缘保护机构分离。

第五步：对边缘保护装置的检测机构以描述：

对边缘保护装置的检测机构加以描述：边缘保护装置的检测机构主要由传感器31及固定盘14组成。传感器31安装在固定盘14上。传感器可以检测保护环12是否正确到位。检测机构为实现边缘保护自动控制提供保障。

第六步：对边缘保护装置的速度控制模块加以描述：

边缘保护的速度控制模块主要由速度调节阀组成。速度调节阀控制气体的流量及大小。速度控制模块为实现边缘保护自动控制提供保障。

第七步：对边缘保护装置的气动模块以描述：

边缘保护的气动控制模块主要由电磁阀及消音器。电磁阀控制气体的关和开，消音器对电磁排出的气体消音。

第八步：对边缘保护装置整体加以描述。

硅片边缘保护装置是为满足后封装过程中负胶工艺而特别设计的分系统，可满足200mm及300mm硅片边缘2mm或3mm边缘负胶保护的功能，保护范围的精度不低于0.1mm。边缘保护装置机械模块采用三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构来实现保护环的取和放。硅片边缘保护装置气动控制系统采用洁净室专用的精密带导杆锁紧气缸和多路控制的高灵敏度先导式电磁阀来控制硅片边缘保护装置分系统对保护环的取放，气动系统还特别设计了长时间及瞬时断电断气保护装置来安全可靠高效地完成保护环的取放。硅片边缘保护装置采用了先进的非接触监测技术来检测和控制硅片边缘保护装置系统精确运动。硅片边缘保护装置还设计了实时监测系统来检测保护环安全取放。硅片边缘保护装置的控制系统采用数字量输入/输出的控制及A/D和D/A模块的控制来保证硅片边缘保护装置系统稳定高效运作。硅片边缘保护装置的软件系统在完成整个分系统的通用功能外，还能完成其他特殊的应用功能和测校功能来满足不同的需求。硅片边缘保护装置的多零部件采用高强度的铝合金来减轻整个系统的重量不大于20kg，使的运行更加迅捷。三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构、气动系统、控制系统及软件系统联合实现了硅片边缘保护装置重复性定位精度优于+/-0.1mm和MTBF大于2500h。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (23)

1.一种硅片边缘保护方法，用一种机械的方法来实现硅片边缘保护装置对负胶工艺曝光过程硅片边缘保护的功能，其特征在于，包括下列步骤：

利用硅片边缘保护装置在物镜曝光前将保护环放置在已放硅片的工件台上；

利用保护环在物镜曝光时保护硅片边缘；

物镜曝光完毕后通过硅片边缘保护装置拿走放置在工件台上的保护环；

换取新的硅片后再次进行上述流程，

其中所述保护环中央为镂空部分，边缘为实体部分，所述保护环边缘保护硅片边缘在曝光时不被曝光；所述硅片边缘保护装置包括位置调整机构，Z向提升机构，三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构，吹气机构，检测机构，边缘保护速度控制模块，气动控制模块和边缘保护机械模块；

所述硅片边缘保护装置通过所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构抓取保护环，所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构包括依次连接的水平气缸、三偏心凸轮和保护爪；所述水平气缸驱动所述三偏心凸轮从而带动所述保护抓打开或合拢。

2.根据权利要求1所述的硅片边缘保护方法，其特征在于，所述硅片的负胶曝光和边缘保护同步进行。

3.根据权利要求1所述的硅片边缘保护方法，其特征在于，所述硅片边缘保护装置具有水平方向动力源，提供水平面三个或多个不同方向的同步进给运动。

4.根据权利要求1所述的硅片边缘保护方法，其特征在于，所述硅片边缘保护装置具有气动装置实现硅片边缘保护装置Z向移动，所述气动控制模块用于控制该气动装置。

5.根据权利要求1所述的硅片边缘保护方法，其特征在于，所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构还包括：轴承套，钢球，第一法兰式球头柱塞，第一压板，保护环，固定盘，凸轮随动器，定位销，定心机构，弹簧保护销，弹簧，第二压板，第二法兰式球头柱塞，轴承套安装在固定盘上，钢球放在轴承套上，三偏心凸轮安装在固定盘上，第一法兰式球头柱塞安装在第一压板，第一压板安装在固定盘上，凸轮随动器安装在保护爪上，保护爪安装在三偏心凸轮上，定位销安装在固定盘上，弹簧保护销穿过弹簧安装在定位销上，水平气缸一头安装在固定盘上，一头安装在三偏心凸轮上。

6.根据权利要求1所述的硅片边缘保护方法，其特征在于，所述硅片边缘保护装置具有水平气缸和Z向气缸，所述硅片边缘保护装置放置保护环到工件台上的流程包括：水平气缸动作；Z向气缸动作；工件台动作；水平气缸动作；保护环交换；Z向气缸动作。

7.根据权利要求6所述的硅片边缘保护方法，其特征在于，所述硅片边缘保护装置放置保护环到工件台上的流程包括：

首先工件台上先放置已准备好的保护环，工件台运动到上下片位后，工件台释放保护环，工件台发信号给硅片边缘保护装置，硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪打开；

硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸下行至工件台上方；

硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的吹气机构，硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，合拢保护爪，保护环被边缘保护机械模块抓起；

边缘保护机械模块的传感器检测保护环是否到位，若到位则硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸从第一位置移动到第二位置，至此，硅片边缘保护装置放置保护环到工件台上的流程完毕。

8.根据权利要求1所述的硅片边缘保护方法，其特征在于，所述硅片边缘保护装置具有水平气缸和Z向气缸，所述硅片边缘保护装置换取新的硅片并放置保护环到工件台上的流程包括：Z向气缸动作；水平气缸动作；保护环交换；工件台动作；Z向气缸动作；水平气缸动作。

9.根据权利要求8所述的硅片边缘保护方法，其特征在于，所述硅片边缘保护装置换取新的硅片并放置保护环到工件台上的流程包括：

工件台接到信号后顶起硅片，机械手动作拿走已经曝好光的硅片，换取新的未被曝光的硅片于工件台上，工件台吸住硅片；

工件台发信号给硅片边缘保护装置，硅片边缘保护装置接收到信号后，硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸下行至工件台上方；

硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪打开；

边缘保护机械模块的传感器检测保护环是否到位，若到位则工件台传感器检测保护环是否到位，若到位则硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的Z向气缸，Z向气缸从第一位置移动到第二位置；

硅片边缘保护装置的气动控制模块打开气源，边缘保护速度控制模块调节气体速率后供气给边缘保护机械模块的水平气缸，边缘保护机械模块的水平气缸动作，保护爪合拢，至此，硅片边缘保护装置换取新的硅片并放置保护环到工件台上的流程完毕。

10.一种硅片边缘保护装置，用于操作保护环，其特征在于，所述硅片边缘保护装置包括位置调整机构，Z向提升机构，三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构，吹气机构，检测机构，速度控制模块，气动控制模块，其中所述保护环中央为镂空部分，边缘为实体部分，所述保护环边缘保护硅片边缘在曝光时不被曝光；所述硅片边缘保护装置通过所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构抓取保护环，所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构包括依次连接的水平气缸、三偏心凸轮和保护爪；所述水平气缸驱动所述三偏心凸轮从而带动所述保护抓打开或合拢。

11.根据权利要求10所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述位置调整机构包括：X向调整机构，Y向调整机构和Z、Rx、Ry向调整机构。

12.根据权利要求11所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述X向调整机构包括：X向调节座，及其上的X向调节螺钉，通过旋转X向调节螺钉实现对边缘保护装置X向调整。

13.根据权利要求11所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述Y向调整机构包括：Y向调节座，及其上的Y向调节螺钉，通过旋转Y向调节螺钉实现对边缘保护装置Y向调整。

14.根据权利要求12所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述X向调节螺钉为内六角平端紧定螺钉。

15.根据权利要求13所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述Y向调节螺钉为内六角平端紧定螺钉。

16.根据权利要求11所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述Z、Rx、Ry向调整机构包括：球面垫片，螺母，螺销，碟簧，螺栓，首先旋转螺栓使其松开，松开螺销上的螺母，碟簧在弹簧力的作用下便可弹起边缘保护装置，旋转三个相同螺销，提高、降低或调平边缘保护装置。

17.根据权利要求10所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述Z向提升机构包括固定板，支撑板，气缸和锁紧装置，气缸与固定板连接后安装在支撑板上，边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给气缸，气缸打开锁紧装置后，气缸驱动边缘保护装置运动，所述锁紧装置，保护硅片边缘保护装置在长时间不用时不会坠落。

18.根据权利要求10所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构还包括：轴承套，钢球，第一法兰式球头柱塞，第一压板，保护环，固定盘，凸轮随动器，定位销，定心机构，弹簧保护销，弹簧，第二压板，第二法兰式球头柱塞，轴承套安装在固定盘上，钢球放在轴承套上，三偏心凸轮安装在固定盘上，第一法兰式球头柱塞安装在第一压板，第一压板安装在固定盘上，凸轮随动器安装在保护爪上，保护爪安装在三偏心凸轮上，定位销安装在固定盘上，弹簧保护销穿过弹簧安装在定位销上，水平气缸一头安装在固定盘上，一头安装在三偏心凸轮上。

19.根据权利要求10所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述三偏心联动过载保护凸轮-往复气动摆缸连杆机构由气缸绕一轴以一角度旋转并伸长或缩短所述气缸，三偏心凸轮与气缸铰链连接，三偏心凸轮以连杆为半径做圆周运动，保护爪与三偏心凸轮以铰链连接，三偏心的凸轮与保护爪的运动轨迹靠连杆提供，

上述结构实现一个水平方向动力源提供水平面三个或多个不同方向的同步进给运动。

20.根据权利要求10所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述吹气机构包括管路附件，气管，固定盘，管路附件安装在固定盘，固定盘下方具有多个分布均匀的U型槽，边缘保护气动控制模块供气经过速度控制模块的调节后输给吹气机构，吹气机构通过气管把气体分到边缘保护固定盘的U型槽中，固定盘的正下方是保护环，至此，保护环上方就会受到吹气机构的气体力，保护环与边缘保护装置交换时易与边缘保护机构分离。

21.根据权利要求10所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述检测机构包括传感器，传感器用于检测保护环是否正确到位。

22.根据权利要求10所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述边缘保护装置的速度控制模块包括速度调节阀，速度调节阀控制气体的流量及大小。

23.根据权利要求10所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述边缘保护装置的气动控制模块包括电磁阀及消音器，电磁阀控制气体的关和开，消音器对电磁阀排出的气体消音。

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