CN103904011B - 翘曲硅片吸附装置及其吸附方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种翘曲硅片吸附装置及其吸附方法，该装置包括吸盘和至少三个吸头组件，所述吸头组件分布于所述吸盘上，所述吸头组件包括吸嘴、球头、气缸以及位置传感器，所述吸嘴与所述气缸通过所述球头活动连接，并在所述气缸的作用下相对吸盘表面作升降运动，所述位置传感器设于所述气缸中。本发明在吸盘上增加至少三个吸头组件，当翘曲硅片无法被所述吸盘吸附时，所述吸头组件通过吸嘴以及气缸对所述翘曲硅片进行吸附并进行拉伸，直至所述翘曲硅片的下表面与所述吸盘的上表面贴合，从而完成对翘曲硅片的吸附。

Description

翘曲硅片吸附装置及其吸附方法
技术领域
本发明涉及光刻设备领域，尤其涉及一种翘曲硅片吸附装置及其吸附方法。
背景技术
光刻设备主要用于IC（集成电路板）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曝光成像在涂覆有光刻胶的硅片上，例如半导体硅片、LED（发光二极管，英文全称：Light Emitting Diode）液晶面板。
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，均需具有相应的装置作为掩模版和硅片的载体，装载有掩模版或硅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，硅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，作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，须保证掩模版和硅片始终被可靠地定位，也就是说掩模版和硅片的六个自由度皆被限制住。
现有的承片台中，用于吸附固定硅片的装置称之为吸盘，吸盘又被定位且吸附在承片台的核心部件方镜的上表面上，保证光刻过程中硅片能随工件台的移动，按照预定的路线和速度到达正确的位置。由于硅片的表面需要涂覆光刻胶，故吸盘多采用吸附式，方镜由一系列驱动器驱动，可产生多个自由度的运动，从而完成对承片台的位置调整，使硅片完成调平调焦的要求。吸盘的精度对光刻设备的焦深（focus）和套刻精度（overlay）有很大的影响，体现在其上下表面的面型精度以及自身的夹持变形量。
随着TSV（通过硅片通道，英文全称：Through Silicon Vias）技术的发展，硅片的不断减薄以及硅片键合工艺，导致硅片自身存在不确定的翘曲，在硅片翘曲处和吸盘表面形成了间隙，当吸盘打开真空时漏气，无法满足正常情况下的真空阈值，而降低真空阈值则会导致硅片吸附的可靠性降低，导致现有的真空吸盘不能理想地吸附翘曲硅片。
现有技术多是使用真空吸盘，利用真空吸附力来固定夹持硅片，即采用真空吸附的方式使硅片定位在吸盘上表面，并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硅片产生的变形、热应力等影响。但是这些类型的吸盘都不能解决翘曲硅片的吸附问题。
发明内容
本发明提供一种翘曲硅片吸附装置及其吸附方法，以解决现有技术中的硅片吸附装置无法吸附翘曲硅片的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种翘曲硅片吸附装置，包括吸盘和至少三个吸头组件，所述吸头组件分布于所述吸盘上，所述吸头组件包括吸嘴、球头、气缸以及位置传感器，所述吸嘴与所述气缸通过所述球头活动连接，并在所述气缸的作用下相对吸盘表面作升降运动，所述位置传感器设于所述气缸中。
较佳地，所述气缸包括缸体、活塞、导向柱以及弹簧，所述导向柱固定于所述缸体中，所述活塞位于所述缸体中，且一端穿出所述缸体与所述吸嘴通过所述球头活动连接，所述导向柱插置于所述活塞中，所述弹簧套设于所述活塞与缸体底部之间的导向柱上。
较佳地，所述活塞将所述缸体分为密闭的第一气室和第二气室，所述第一气室连接至正压源，所述第二气室连接至负压源。
较佳地，吸嘴的腔体与所述第二气室通过所述导向柱上的通孔相连通。
较佳地，所述缸体与所述吸盘通过螺钉连接。
较佳地，所述吸盘的上表面还设有真空传感器。
较佳地，所述各吸头组件均匀分布于所述吸盘等半径的圆周上。
较佳地，所述吸头组件的圆心与吸盘的圆心的距离与吸盘直径的比值为1：3至4：5。
较佳地，所述吸嘴的直径为5mm~100mm。
本发明还提供了一种硅片吸附方法，采用如上所述的翘曲硅片吸附装置，其工作步骤如下：
第一步，气缸带动吸嘴位置下降至低于吸盘上表面，执行硅片上片，吸盘真空开启吸附硅片；
第二步，将硅片交接完成后，真空传感器检测硅片是否被吸盘100吸附，是则吸附完成，否则进行下一步骤；
第三步，气缸带动吸嘴上升贴合硅片，吸嘴开启真空对硅片进行吸附，并将硅片拉至所述吸盘的上表面；
第四步，吸盘真空开启；
第五步，吸嘴停止真空吸附，气缸带动吸嘴回复至初始位置。
较佳地，所述气缸分为密闭的第一气室和第二气室，所述气缸通过第一气室和第二气室的开启和关闭控制所述吸嘴的升降。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供的翘曲硅片吸附装置及其吸附方法，该装置包括吸盘和至少三个吸头组件，所述吸头组件分布于所述吸盘上，所述吸头组件包括吸嘴、球头、气缸以及位置传感器，所述吸嘴与所述气缸通过所述球头活动连接，并在所述气缸的作用下相对吸盘表面作升降运动，所述位置传感器设于所述气缸中。本发明在吸盘上增加至少三个吸头组件，当翘曲硅片无法被所述吸盘吸附时，所述吸头组件通过吸嘴以及气缸对所述翘曲硅片进行吸附并进行拉伸，直至所述翘曲硅片的下表面与所述吸盘的上表面贴合，从而完成对翘曲硅片的吸附。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的翘曲硅片吸附装置的结构示意图；
图2为图1的侧视图（部分剖视）；
图3为图2的A部放大图；
图4~图6为本发明一具体实施方式的翘曲硅片吸附装置的工作过程示意图；
图7为本发明一具体实施方式的硅片吸附装置的工作流程图。
图中：100-吸盘、200-吸头组件、210-吸嘴、220-球头、230-气缸、231-缸体、232-活塞、233-导向柱、234-弹簧、235-第一气室、236-第二气室、237-螺钉、240-位置传感器、300-翘曲硅片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供的翘曲硅片吸附装置，如图1所示，并参考图2至图6，包括吸盘100和至少三个吸头组件200，所述吸头组件200分布于所述吸盘100上，较佳地，所述吸头组件200均布于所述吸盘100等半径的圆周上。具体地，所述吸头组件200的圆心与吸盘100的圆心的距离与吸盘100直径的比值为1：3至4：5。其中，所述吸盘100的结构与现有的普通吸盘原理相同，所述吸头组件200包括吸嘴210、球头220、气缸230以及位置传感器240，所述吸嘴210与所述气缸230通过所述球头220活动连接，并在所述气缸230的作用下相对吸盘100表面作升降运动，所述位置传感器240设于所述气缸230中。具体地，所述吸嘴210的直径为5mm~100mm。本发明增加至少三个吸头组件200，当翘曲硅片300由于与吸盘100之间不能形成密封，真空泄漏，导致无法被所述吸盘100吸附时，所述吸头组件200中的吸嘴210在翘曲硅片300的一个近似于平面的小面积上形成真空，所述吸嘴210吸附翘曲硅片300后，所述气缸230带动所述吸嘴210向下运动，将翘曲硅片300拉至吸盘100的上表面，减小翘曲硅片300与吸盘100之间的间隙，所述位置传感器240发出信号至吸盘100，吸盘100真空开启，使翘曲硅片300吸附于吸盘100上。
较佳地，请重点参考图3，所述气缸230包括缸体231、活塞232、导向柱233以及弹簧234，所述导向柱233固定于所述缸体231中，所述活塞232位于所述缸体231中，且一端穿出所述缸体231与所述吸嘴210通过所述球头220活动连接，所述导向柱233插置于所述活塞232中，所述弹簧234套设于所述活塞232与缸体231底部之间的导向柱233上。较佳地，所述活塞232将所述缸体231分为密闭的第一气室235和第二气室236，所述第一气室235连接至正压源，所述第二气室236连接至负压源。具体地，吸嘴210的腔体与所述第二气室236通过所述导向柱233上的通孔（图中未示出）相连通。当连接第一气室235的正压源开启时，第一气室235内的压力增大，所述吸嘴210处于吸盘100的上表面以下；当连接第二气室236的负压源开启时，由于第二气室236与吸嘴210的腔体连通，所述吸嘴210对所述翘曲硅片300进行吸附，形成真空后，第二气室236内的压力继续减小，拉动所述活塞232以及吸嘴210向下运动，直至所述翘曲硅片300与所述吸盘100的上表面紧密接触。
较佳地，请继续参考图3，所述缸体231与所述吸盘100通过螺钉237连接。便于各部件的拆卸以及更换。
较佳地，所述吸盘100的上表面还设有真空传感器（图中未示出）。当所述翘曲硅片300被所述吸嘴210拉至与所述吸盘100的上表面紧密接触后，吸盘100的真空开启吸附所述翘曲硅片300，所述真空传感器将该信息传递至所述吸头组件200，使吸头组件200回复到初始位置，即，连通第一气室235的正压源开启，连通第二气室236的负压源关闭，所述吸嘴210松开翘曲硅片300，并下降至吸盘100上表面以下。
本发明还提供了一种硅片吸附方法，采用如上所述的翘曲硅片吸附装置，请参考图7，并结合图4~6，其工作步骤如下：
第一步，气缸带动吸嘴位置下降至低于吸盘上表面，执行硅片上片，吸盘真空开启吸附硅片；
第二步，检测硅片是否被吸盘100吸附，是则吸附完成，否则进行下一步骤；
第三步，连接第一气室235的正压源关闭，带动吸嘴210上升，具体地，吸嘴210上升的高度可根据经常使用的硅片的翘曲度来确定，本实施例中，所述吸嘴210上升的高度为0.2~5mm，气缸230带动吸嘴210上升贴合翘曲硅片300，吸嘴210开启真空对翘曲硅片300进行吸附，该过程中，所述吸嘴210与所述翘曲硅片300接触后，在翘曲硅片300的重量作用下以所述球头220为轴发生旋转，以使其适应翘曲硅片300的翘曲度，最终使吸嘴210与翘曲硅片300切合，密封，连接第二气室236的负压源开启后，吸嘴210与翘曲硅片300吸和，并将翘曲硅片300拉至所述吸盘100的上表面；
第四步，吸盘100真空开启，吸盘100对翘曲硅片300进行吸附；
第五步，吸嘴210停止真空吸附，气缸230带动吸嘴210回复至初始位置，具体地，连接第二气室236的负压源关闭，断开吸嘴210对翘曲硅片300的吸附，连接第一气室235的正压源开启，吸嘴210下降至吸盘100的上表面以下。
较佳地，所述气缸230通过第一气室235和第二气室236的开启和关闭控制所述吸嘴210的升降，所述弹簧234起到缓冲的作用，对硅片进行保护。
综上所述，本发明提供的翘曲硅片吸附装置及其吸附方法，该装置包括吸盘100和至少三个吸头组件200，所述吸头组件200分布于所述吸盘100上，所述吸头组件200包括吸嘴210、球头220、气缸230以及位置传感器240，所述吸嘴210与所述气缸230通过所述球头220活动连接，并在所述气缸230的作用下相对吸盘100表面作升降运动，所述位置传感器240设于所述气缸230中。本发明在吸盘100上增加至少三个吸头组件200，当翘曲硅片300无法被所述吸盘100吸附时，所述吸头组件200通过吸嘴210以及气缸230对所述翘曲硅片300进行吸附并进行拉伸，直至所述翘曲硅片300的下表面与所述吸盘100的上表面贴合，从而完成对翘曲硅片300的吸附。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种翘曲硅片吸附装置，其特征在于，包括吸盘和至少三个吸头组件，所述吸头组件分布于所述吸盘上，所述吸头组件包括吸嘴、球头、气缸以及位置传感器，所述吸嘴与所述气缸通过所述球头活动连接，并在所述气缸的作用下相对吸盘表面作升降运动，所述位置传感器设于所述气缸中；所述气缸包括缸体、活塞、导向柱以及弹簧，所述导向柱固定于所述缸体中，所述活塞位于所述缸体中，且一端穿出所述缸体与所述吸嘴通过所述球头活动连接，所述导向柱插置于所述活塞中，所述弹簧套设于所述活塞与缸体底部之间的导向柱上；所述活塞将所述缸体分为密闭的第一气室和第二气室，所述第一气室连接至正压源，所述第二气室连接至负压源；吸嘴的腔体与所述第二气室通过所述导向柱上的通孔相连通。
2.如权利要求1所述的翘曲硅片吸附装置，其特征在于，所述缸体与所述吸盘通过螺钉连接。
3.如权利要求1所述的翘曲硅片吸附装置，其特征在于，所述吸盘的上表面还设有真空传感器。
4.如权利要求1所述的翘曲硅片吸附装置，其特征在于，所述各吸头组件均匀分布于所述吸盘等半径的圆周上。
5.如权利要求1所述的翘曲硅片吸附装置，其特征在于，所述吸头组件的圆心与吸盘的圆心的距离与吸盘直径的比值为1：3至4：5。
6.如权利要求1所述的翘曲硅片吸附装置，其特征在于，所述吸嘴的直径为5mm～100mm。
7.一种硅片吸附方法，采用如权利要求1所述的翘曲硅片吸附装置，其特征在于，其工作步骤如下：
第一步，气缸带动吸嘴位置下降至低于吸盘上表面，执行硅片上片，吸盘真空开启吸附硅片；
第二步，检测硅片是否被吸盘吸附，是则吸附完成，否则进行下一步骤；
第三步，连接气缸内的第一气室的正压源关闭，气缸带动吸嘴上升贴合硅片，连接气缸内的第二气室的负压源开启，吸嘴的腔体与所述第二气室通过气缸内导向柱上的通孔相连通，吸嘴开启真空对硅片进行吸附，并将硅片拉至所述吸盘的上表面；
第四步，吸盘真空开启；
第五步，吸嘴停止真空吸附，气缸带动吸嘴回复至初始位置。
8.如权利要求7所述的硅片吸附方法，其特征在于，所述气缸分为密闭的第一气室和第二气室，所述气缸通过第一气室和第二气室的开启和关闭控制所述吸嘴的升降。
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