CN102270596A

CN102270596A - 吸盘及其承片台

Info

Publication number: CN102270596A
Application number: CN2010101287481A
Authority: CN
Inventors: 方洁; 齐芊枫; 李志龙
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd; Shanghai Micro and High Precision Mechine Engineering Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd; Shanghai Micro and High Precision Mechine Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: CN102270596B

Abstract

本发明提出一种吸盘，所述吸盘的下表面包括多个中空环形凸起，每一中空环形凸起内开设有未贯穿吸盘上下表面的环形腔，其中，至少其中之一的中空环形凸起的环形腔设有真空连通区域；多个径向凸起，每一径向凸起沿所述吸盘的径向设置并连接所述设有真空连通区域的中空环形凸起至其他一些中空环形凸起，每一径向凸起内开设有未贯穿吸盘上下表面的径向空腔，以与各个中空环形凸起内的环形腔相互连通；以及多个真空通孔，位于每一环形腔内并贯穿所述吸盘的上下表面。相比较现有技术，本发明由于采用了具有径向空腔的径向凸起，能使真空快速地建立至吸盘的大部分面积，以使吸附晶片的吸附效果更具均匀性，有利于更精确可靠地定位晶片。

Description

吸盘及其承片台

技术领域

本发明涉及一种光刻设备的固定装置，且特别涉及一种用于光刻设备中的晶片承载装置，如包括有吸盘的承片台。

背景技术

现有技术中的光刻设备，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻设备，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD液晶面板。

光刻设备是一种将掩模图案曝光成像到晶片上的设备。已知的光刻设备包括步进重复式和步进扫描式。不论哪种光刻设备，需具有相应的装置作为掩模版和晶片的载体，装载有掩模版/晶片的载体产生精确的相互运动来满足光刻需要。上述掩模版的载体被称之为承版台，晶片的载体被称之为承片台。承版台和承片台分别位于光刻设备的掩模台分系统和工件台分系统中，为上述分系统的核心模块。在承版台和承片台的相互运动中，须保证掩模版和晶片始终被可靠地定位，也即上述掩模版和晶片的六个自由度皆被限制住。

在承片台模块中，直接用于定位且夹持晶片的装置称之为吸盘，吸盘又被定位且夹持在承片台模块的核心部件方镜上表面，方镜由一系列驱动器驱动，可产生多个自由度的运动，从而完成对承片台模块的位置调整，使晶片完成调平调焦的要求。已知技术采用真空吸附的方法使晶片定位，在美国专利US6257564B1，US6664549B2，US200910027649A1，中国专利200510113862.6A中均有提出采用真空吸附的方式使晶片定位在吸盘上表面，提出了吸盘上表面若干形态的分布，以优化在真空吸附时对晶片产生的变形、热应力等影响。但现有的专利或其他文献资料中并未涉及吸盘下表面的结构，对于优化吸盘下表面结构以更加精确可靠地定位晶片未有明确描述。

发明内容

本发明提出一种应用于光刻设备的晶片承载装置，以使得晶片更均匀地吸附在吸盘表面上，以更精确可靠地定位晶片。

为了达到上述目的，本发明之其中之一技术方案提出一种吸盘，位于光刻设备中的承片台中，所述吸盘具有上表面和下表面，所述吸盘的上表面用于承载晶片，所述吸盘的下表面包括下表面密封边缘凸起，围绕设置在所述吸盘下表面的边缘；多个中空环形凸起，设置在吸盘的下表面密封边缘凸起所围设的区域之内并与所述吸盘共圆心，每一中空环形凸起内开设有未贯穿吸盘上下表面的环形腔，其中，至少其中之一的中空环形凸起的环形腔设有真空连通区域；多个径向凸起，每一径向凸起沿所述吸盘的径向设置并连接所述设有真空连通区域的中空环形凸起至其他一些中空环形凸起，每一径向凸起内开设有未贯穿吸盘上下表面的径向空腔，以与各个中空环形凸起内的环形腔相互连通；以及多个真空通孔，位于每一环形腔内并贯穿所述吸盘的上下表面。

相比较现有技术，本发明由于采用了具有径向空腔的径向凸起，其连接所述设有真空连通区域的中空环形凸起至其他一些中空环形凸起，以此方式真空能快速地建立至吸盘的大部分面积，使得真空通过各个中空环形凸起中的环形腔内的真空通孔导向吸盘上表面以吸附晶片的吸附效果更具均匀性，有利于更精确可靠地定位晶片。

本发明之另一技术方案提出一种承片台，其用于光刻设备中，所述承片台包括吸盘和方镜，吸盘具有上表面和下表面，吸盘上表面用以承载晶片，吸盘下表面置于方镜上表面上，其吸盘下表面包括下表面密封边缘凸起，围绕设置在所述吸盘下表面的边缘；以及多个真空通孔，设置在吸盘的下表面密封边缘凸起所围设的区域之内并贯穿所述吸盘的上下表面。

相比较现有技术，本发明由于在吸盘下表面设置下表面密封边缘凸起以及真空孔，以使真空通过真空通孔导向吸盘上表面以使得吸附晶片的吸附效果更具均匀性，有利于更精确可靠地定位晶片。

附图说明

图1a是承片台模块承载晶片的结构示意图；

图1b是图1a中的承片台模块的分解示意图；

图2a所示为本发明第一实施例中的吸盘上表面结构示意图；

图2b所示为本发明第一实施例中的吸盘下表面结构示意图；

图3所示为本发明第二实施例中的吸盘下表面结构示意图；

图4a为第一实施例或第二实施例中的支撑凸起的结构示意图；

图4b为第一实施例或第二实施例中的支撑凸起的分布示意图；

图5为本发明第二实施例中吸盘以机械夹持方式初步定位的结构示意图。

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。

图1a是承片台模块承载晶片的结构示意图。

承片台模块主要包括吸盘101和方镜102，其中吸盘101上承载晶片103，吸盘101为圆形，由真空、静电吸附或其他方式固定在方镜102上。方镜102上表面主要用于承载吸盘101以及晶片103，其下表面连接了调整其位姿的多自由度执行器，从而完成对晶片103的定位。

图1b是图1a中的承片台模块的分解示意图。

本发明基于真空吸附的原理，方镜102的上表面具有第一真空口114a和第二真空口114b、114c，方镜102上表面所需的真空皆由下表面的多自由度执行器连通。本发明中方镜102的材料可以为SiC陶瓷或微晶玻璃，吸盘101的材料可以为SiC陶瓷或微晶玻璃或其他热膨胀系数小于5X10^-6/℃(25℃～500℃)的材料。

吸盘101还包括第一预留孔106，第一预留孔106纵向贯穿吸盘101。对应于第一预留孔106的位置处，方镜102上方设置第二预留孔106’。在晶片定位的过程中，方镜102下方需要设置晶片交接装置，晶片交接装置接收晶片并将其放置在吸盘101上。晶片交接装置具有3个针状接收装置，能够自第一预留孔106和第二预留孔106’所预留出的通道进行垂向运动。第一预留孔106、第二预留孔106’的个数与晶片交接装置的结构有关，图1b所示为是3个，在其他实施例中，亦可为4个。

图2a所示为本发明第一实施例中的吸盘上表面结构示意图；图2b所示为本发明第一实施例中的吸盘下表面结构示意图。

请同时参考图2a和图2b，吸盘101的厚度优选5～8mm，其Rx/Ry向的刚度大于晶片Rx/Ry向刚度。

本实施例采用双通道的方案。所谓双通道，即吸盘101的下表面分布有分别独立的两路真空，一路用于将吸盘101自身吸附在方镜102的上表面，另一路用于将晶片103吸附在吸盘101的上表面。

吸盘101的下表面101B包括下表面密封边缘凸起110和下表面预留孔边缘凸起112。其中下表面预留孔边缘凸起112包围第一预留孔106的边缘，隔离第一预留孔106。下表面密封边缘凸起110围绕设置在吸盘101下表面的边缘，下表面密封边缘凸起110和下表面预留孔边缘凸起112等高。当吸盘101吸附在方镜102上时，下表面密封边缘凸起110、吸盘101下表面、方镜102上表面和下表面预留孔边缘凸起112内部形成第一空间。

吸盘101的下表面101B包括第一区域113a，第一真空连通区域113a的位置对应于第一真空口114a，第一区域113a与第一空间连通。将吸盘101自身吸附在方镜102的上表面的真空通道包括：方镜102上方的第一真空口114a、第一真空口114a连通的第一区域113a与第一空间。第一真空口114a提供真空源，进而在第一区域113a处形成真空，第一区域113a与第一空间连通，第一空间内形成真空，进而吸盘101吸附在方镜上表面；此路真空即用于将吸盘101自身吸附在方镜102的上表面。

将晶片103吸附在吸盘101上表面的另外一路真空通道描述如下：

吸盘101的下表面101B具有多个中空环形凸起111，这些中空环形凸起111的半径不同，设置在吸盘101的下表面密封边缘凸起110所围设的区域之内并以所述吸盘101的圆心为中心。吸盘101下表面还包括多个径向凸起11，每个径向凸起11沿所述吸盘101的径向设置并连接与其同侧的各个不同半径的中空环形凸起111，即在吸盘101的左侧设置的径向凸起11连接左侧的各个中空环形凸起；而在吸盘101的右侧设置的径向凸起111d连接右侧的各个中空环形凸起111c、111b、111a。每一中空环形凸起111内开设有未贯穿吸盘上下表面的环形腔111a、111b、111c，每一径向凸起11内开设有未贯穿吸盘上下表面的径向空腔111d、111e，径向空腔111d、111e与环形腔111a、111b、111c相连通，形成第二空间，使得真空从连通有第二真空口114b(即为真空连通区域)的左侧中空环形凸起111内的环形腔111a经由径向凸起11依次导入到其他左侧中空环形凸起内的环形腔111b、111c，并且真空也从连通有第二真空口114c(即为真空连通区域)的右侧中空环形凸起111内的环形腔111a经由径向凸起11依次导入到其他右侧中空环形凸起内的环形腔111b、111c，以此方式真空能快速地建立至吸盘的大部分面积，使得真空通过各个中空环形凸起中环形腔111a、111b、111c内的真空通孔109(以下将描述)导向吸盘101上表面以吸附晶片103的吸附效果更具均匀性，有利于更精确可靠地定位晶片。环形腔111a、111b、111c内的吸盘101包括有多个真空通孔109，这些真空通孔109贯穿吸盘101的上下表面，将吸盘101下表面的真空输送至吸盘101的上表面，也即输送至晶片103的下表面，用于吸附晶片。中空环形凸起111、径向凸起11与下表面密封边缘凸起110、下表面预留孔边缘凸起112等高，这些凸起宽度优选0.5～3mm，高度优选0.1～0.5mm。环形腔111a、111b、111c或空腔111d、111e的位置对应于第二真空口114b、114c，用以在第二空间形成真空压力腔。

在其他一些实施例中，每个径向凸起11可连接左侧的连通有真空口114a(对应第一真空连通区域113a)的中空环形凸起111至其他中空环形凸起111，如在另外一侧右侧的中空环形凸起111，使得

吸盘101的上表面101A包括上表面密封边缘凸起104和上表面预留孔边缘凸起107。上表面预留孔边缘凸起107包围第一预留孔106的边缘，用以隔离第一预留孔106。上表面密封边缘凸起104包围吸盘101上表面的边缘。至此，当晶片103被吸附在吸盘101的上表面时，吸盘101的上表面、晶片103下表面、上表面预留孔边缘凸起107与上表面密封边缘凸起104形成第三空间，第三空间与第二空间之间通过真空通孔109连通。由第二真空口114b、114c所提供真空源，第二空间由真空通孔109连通至吸盘101的上表面，进而，真空在晶片103下表面、吸盘101上表面、上表面密封边缘凸起104和上表面预留孔密封边缘107之间形成，而将晶片103吸附在吸盘101上。

具有本领域通常知识者应当能够知道，如果在吸盘和方镜上不设置第一和第二预留孔，则无需进一步设置下表面预留孔边缘凸起112和上表面预留孔边缘凸起107，转而考虑其他晶片的接收方式，例如是由反向吸附装置直接将晶片放置在吸盘101的上表面。

在本实施例中，第一真空口114a和第二真空口114b，114c受不同控制器控制，独立开启或关闭。例如先开启第一真空口114a，以将吸盘101真空吸附在方镜102上，再开启第二真空口114b，以吸附晶片103至吸盘101上方。

为了将晶片103平稳地支撑在吸盘101上表面，吸盘101上表面沿多个半径不同的环形路径105a、105b、105c等距设置多个支撑凸起108，这些支撑凸起108的高度相同，直径很小，间距也很小，这样可以使晶片被吸附在支撑凸起上，由于晶片与支撑凸起的接触面积小，且支撑凸起的间距小，晶片被真空吸附时的变形也小。优选的，支撑凸起的直径为0.1～1mm，间距为2～3mm，高度为0.1～0.4mm。

为了使支撑凸起上表面具有一定耐磨性，可在其上表面镀厚度小于1um的耐磨涂层。

支撑凸起的直径和间距越小，对晶片变形的改善越明显，支撑凸起的高度越低，吸盘对颗粒的敏感度越高。上表面的外侧密封边缘凸起104和上表面预留孔密封边缘凸起107的宽度优选0.5mm。密封边缘凸起与支撑凸起高度可以相等，亦可不等，不等值优选为密封边缘凸起的高度低于支撑凸起高度，高度差为支撑凸起高度的1/20～1/100，且控制在1～10um内。

以上结构参数与加工工艺和上表面的真空流量相关。本领域技术人员能够根据工艺参数的不同调整结构参数。

方镜102上表面的第一真空口114a和第二真空口114b、114c，受不同的控制装置进行控制，例如第一真空口114a为常开，则吸盘101能够长期稳固地吸附在方镜102上，当晶片103传输至吸盘101上方时，再开启第二真空口114b、114c，对晶片101进行吸附。

对于厚度为5～8mm的吸盘，其Rx/Ry向吸盘的刚度大于晶片的刚度，双通道结构有利于实现吸盘的连续夹持，不会使晶片产生二次变形而破坏其内部结构。

图3所示为本发明第二实施例中的吸盘下表面结构示意图。

本实施例为采用单通道的方案。所谓单通道是指在吸盘101下表面仅有一路真空，用于同时吸附晶片103和吸盘101之用。单通道吸盘的厚度优选1～2mm，材料为SCHOTT生产的微晶玻璃，其Rx/Ry向的刚度与晶片Rx/Ry向的刚度大致相同。

单通道方案吸盘上表面形态与双通道方案相同，本实施例仅描述与第一实施例的结构不同之处。

方镜102上表面的第一真空口114a和第二真空口114b、114c在本实施例中均受同一控制器控制，同时开启或关闭，因此以下均称为真空口114a、114b和114c。

吸盘101’的下表面101B’包括下表面密封边缘凸起110’和下表面预留孔边缘凸起112’。其中下表面预留孔边缘凸起112’包围第一预留孔106的边缘，用以隔离第一预留孔106。下表面密封边缘凸起110’包围吸盘101’下表面的边缘。当吸盘101’定位在方镜102上时，下表面密封边缘凸起110’、吸盘101’下表面、方镜102上表面和下表面预留孔边缘凸起107’内部形成第四空间，第四空间与真空口114a、114b和114c连通。

第四空间内的吸盘101’还包括有多个真空通孔109，这些真空通孔109贯穿吸盘101’的上下表面，将吸盘101’下表面的真空输送至吸盘101’的上表面，也即输送至晶片103的下表面。真空腔在吸盘上表面外侧密封边缘凸起104和上表面预留孔密封边缘凸起107之间(第五空间)形成，晶片103被可靠定位。

为了更好地支撑晶片103，吸盘101’的上表面密封边缘凸起104和上表面预留孔边缘凸起107之间分布了等距环形分布的支撑凸起108，吸盘101’的下表面密封边缘凸起110’和下表面预留孔边缘凸起112’之间也分布了等距环形分布的支撑凸起108’。

优选的，多个支撑凸起108的直径为0.1～1mm，间距为2～3mm，高度为0.1～0.4mm。为了使支撑凸起上表面具有一定耐磨性，可在其上表面镀厚度小于1um的耐磨涂层。支撑凸起的直径和间距越小，对晶片变形的改善越明显，支撑凸起的高度越低，吸盘对颗粒的敏感度越高。

上表面密封边缘凸起104、下表面密封边缘凸起110’、上表面预留孔密封边缘凸起107和下表面预留孔边缘凸起112’的宽度优选0.5mm，密封边缘凸起与支撑凸起高度可以相等，亦可不等。不等值优选为密封边缘凸起的高度低于支撑凸起的高度，高度差为支撑凸起高度的1/20～1/100，且控制在1～10um以内，以上参数与加工工艺和上下表面的真空流量相关。

图4a为第一实施例或第二实施例中的支撑凸起的结构示意图；图4b为第一实施例或第二实施例中的支撑凸起的分布示意图

这里所绘的支撑凸起可以是吸盘上表面支撑凸起108，以及下表面支撑凸起108’。

请参考图4a，支撑凸起108可以为圆柱形，圆柱形的上端是倒角或者是圆角。支撑凸起108也可以是矩形(也可为正方形)且上端是倒角(如图4a所示)、或三角形、菱形、椭圆、半圆等其他几何形状。支撑凸起108也可以是圆台形，上表面面积小于下表面面积，上下表面呈15°～30°的楔角，优选楔角为15°。

请参考图4b，支撑凸起的分布方式可以是矩形等距分布也可以是圆周等距分布，其中优选圆周等距分布。本发明的实施例中，支撑凸起的径向间距固定为3mm。在图4b吸盘中心位置设置一个支撑凸起，第一圆周115a的半径为3mm，其上均布多个支撑凸起，第二圆周115b的半径为6mm，其上均布多个支撑凸起；第三圆周115c的半径为9mm，其上均布多个支撑凸起，其他的支撑凸起可以根据吸盘的大小以相同规律，即等半径差的圆周，均布于吸盘101的上表面。

图5为本发明第三实施例中吸盘以机械夹持方式初步定位的结构示意图。

请结合参考图1a、3以及图5。由于在第二实施例中，当真空口未开启时，夹持器116能够用以将吸盘101夹持并初步固定在方镜102上。图5仅示出了夹持器116将吸盘101固定在方镜102上之后的部分剖面图。其中除了夹持器116之外，其余元件与第二实施例中的元件相同。

夹持器116包括夹持吸盘的弹性夹持片116a和基体116b。弹性夹持片116a为柔性簧片，基体116b固定在方镜102上，例如是用螺丝锁固的方式来固定，其厚度为3～6mm。柔性簧片116a用于夹持吸盘101，其厚度优选为0.2～0.5mm。夹持器116的材料为热膨胀系数较小的铟钢(INVAR36)。

利用夹持器116，当吸盘101没有开启真空的状态下，可以在吸盘101周围平均地布置多个机械夹持器对吸盘进行初步的垂向定位，防止其滑移。

虽然本发明已以一些实施例揭露如上，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

1.一种吸盘，位于光刻设备中的承片台中，所述吸盘具有上表面和下表面，所述吸盘的上表面用于承载晶片，其特征在于，所述吸盘的下表面包括：

下表面密封边缘凸起，围绕设置在所述吸盘下表面的边缘；

多个中空环形凸起，设置在吸盘的下表面密封边缘凸起所围设的区域之内并与所述吸盘共圆心，每一中空环形凸起内开设有未贯穿吸盘上下表面的环形腔，其中，至少其中之一的中空环形凸起的环形腔设有真空连通区域；

多个径向凸起，每一径向凸起沿所述吸盘的径向设置并连接所述设有真空连通区域的中空环形凸起至其他一些中空环形凸起，每一径向凸起内开设有未贯穿吸盘上下表面的径向空腔，以与所述连接的各个中空环形凸起内的环形腔相互连通；以及

多个真空通孔，位于每一环形腔内并贯穿所述吸盘的上下表面。

2.根据权利要求1所述的吸盘，其特征在于，至少其中一个径向凸起连接与其位于同侧的各个中空环形凸起，该同侧的各个中空环形凸起具有不同的半径。

3.根据权利要求1所述的吸盘，其特征在于，其中所述吸盘的厚度为5～8mm。

4.根据权利要求1所述的吸盘，其特征在于，其中所述这些中空环形凸起、径向凸起与下表面密封边缘凸起高度相同。

5.根据权利要求1所述的吸盘，其特征在于，其中所述吸盘的材料为碳化硅陶瓷、微晶玻璃或热膨胀系数小于5×10^-6/℃(25℃～500℃)的材料。

6.根据权利要求1所述的吸盘，其特征在于，其中所述吸盘的上表面包括上表面密封边缘凸起，围绕设置在所述吸盘上表面的边缘。

7.根据权利要求1所述的吸盘，其特征在于，其中所述吸盘的上表面沿多个同圆心、不同半径的环形路径设置多个支撑凸起，所述支撑凸起的高度相同。

8.根据权利要求7所述的吸盘，其特征在于，其中所述支撑凸起直径为0.1～1mm，间距为2～3mm，高度为0.1～0.4mm。

9.根据权利要求7所述的吸盘，其特征在于，其中所述支撑凸起与所述晶片接触的表面镀有耐磨涂层。

10.根据权利要求7所述的吸盘，其特征在于，其中所述上表面密封边缘凸起的高度与的支撑凸起的高度相同。

11.根据权利要求7所述的吸盘，其特征在于，其中所述上表面密封边缘凸起的高度低于支撑凸起的高度，二者高度差为支撑凸起的高度的1/20～1/100，且控制在1～10um以内。

12.一种承片台，其用于光刻设备中，所述承片台包括吸盘和方镜，吸盘具有上表面和下表面，吸盘上表面用以承载晶片，吸盘下表面置于方镜上表面上，其特征在于：吸盘下表面包括：

下表面密封边缘凸起，围绕设置在所述吸盘下表面的边缘；以及

多个真空通孔，设置在吸盘的下表面密封边缘凸起所围设的区域之内并贯穿所述吸盘的上下表面。

13.根据权利要求12所述的承片台，其特征在于，吸盘下表面还包括：

多个径向凸起，每一径向凸起沿所述吸盘的径向设置并连接所述设有真空连通区域的中空环形凸起至其他一些中空环形凸起，每一径向凸起内开设有未贯穿吸盘上下表面的径向空腔，以与各个中空环形凸起内的环形腔相互连通；以及

14.根据权利要求13所述的吸盘，其特征在于，至少其中一个径向凸起连接与其位于同侧的各个中空环形凸起，该同侧的各个中空环形凸起具有不同的半径。

15.根据权利要求13所述的吸盘，其特征在于，其中所述吸盘的厚度为5～8mm。

16.根据权利要求12所述的承片台，其特征在于，所述承片台还包括用以夹持吸盘的夹持器，所述夹持器包括夹持吸盘的弹性夹持片，以及用以固定在方镜上的基体。

17.根据权利要求16所述的吸盘，其特征在于，其中所述吸盘的厚度为1～2mm。