CN104423171A - 一种柔性吸盘 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种柔性吸盘，包括上表面凸点和下表面凸点，上下表面为环形阵列的凸点定位面，其特征在于：在上、下表面凸点与凸点之间还开有凹槽，在吸盘的上下表面凸点与凸点之间形成柔性铰链结构，使柔性吸盘的弯曲刚度小于硅片的弯曲刚度。本发明改进了现有的吸盘形态特征，整体厚度为2~6mm的吸盘也可以具有比硅片小的弯曲刚度。

Description

一种柔性吸盘

技术领域

本发明涉及半导体装备制造技术领域，具体地，涉及一种用于光刻设备的承片台柔性吸盘。

背景技术

光刻设备是一种将掩模图案曝光成像到硅片上的设备。已知的光刻设备包括步进重复式和步进扫描式。在上述的光刻设备中，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/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，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，也即上述掩模版和硅片的六个自由度皆被限制住。

在承片台模块中，直接用于定位硅片的装置称之为吸盘。吸盘由其以下的一系列驱动器驱动，可产生多个自由度的运动，从而完成对承片台模块的调平调焦，使硅片进行必需的位置调整。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。已知技术采用真空吸附的方法使硅片定位，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硅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硅片产生的变形、热应力等影响。但现有专利条例和文献资料中并未涉及吸盘厚度设计、与硅片刚度匹配以及加工经济性考虑。

现有吸盘主要有厚型和薄型——厚型吸盘的厚度大约为2~6mm，薄型吸盘的厚度小于2mm，厚度的选择主要由空间制约，材质一般为微晶玻璃（Zerodur）。由于厚型吸盘容易使硅片发生二次变形的问题，通常需要一个连续夹持力，这就需要设计附加真空/静电等通路，使得空间本已很紧凑的微动模块结构更为复杂、维护更为繁琐。对于薄型吸盘，目前在加工和测量等方面还存在较多的壁垒。

现有吸盘结构如图1所示，承片台03为低线性热膨胀系数的材料（可以为微晶玻璃ZERODUR）制作，主要用于承载一些对准用光学传感器（图中未标出）以及吸盘等部件。承片台03上表面中心有一圆形腔，用于放置吸盘02。吸盘02采用低线性热膨胀系数的材料（可以为微晶玻璃ZERODUR）制作，具有中层基体022部分，一系列的上表面凸点021和一系列的下表面凸点023。其中，上表面凸点021和下表面凸点023等半径差圆周分布。上表面凸点顶部形成一个很平的面，下表面凸点顶部亦形成很平的面。上表面凸点021和下表面凸点023直径约0.3~1mm，高度约0.1~0.3mm，间距约1~5mm。吸盘的整体厚度（即上表面凸点021顶部与下表面凸点023顶部距离）可以为2~6mm。真空通道05从承片台03下部导通至吸盘底部，再由贯穿吸盘基体022的真空孔024导引至吸盘上表面。当吸盘上表面放置硅片01后，在硅片01下表面，凸点上表面021间隙，下表面凸点023间隙以及承片台圆形腔031底部形成真空腔。保护件04用于真空意外丢失时防止吸盘飞出，或运输途中吸盘的防窜动保护。这种布局的缺陷在于硅片会发生二次变形，可能破坏其内部结构。由于吸盘02的厚度和材质决定其弯曲刚度大于硅片01的弯曲刚度。当开启真空时，真空度逐渐增大时，刚度较小的硅片首先被平整地吸附在顶部，此时，硅片发生一次变形；当真空足够大时，吸盘亦被牢固可靠的吸附在承片台03圆形腔底部，此时吸盘自身发生变形，本来被吸附在吸盘上的硅片跟随吸盘的变形发生第二次变形。

为了避免硅片在吸附过程中发生二次变形，也有一种方法解决该问题，即将吸盘02的厚度设计到足够小，基体022部分小于2mm，其弯曲刚度小于硅片的弯曲刚度。这样，在真空开启时，吸盘先发生变形被吸附于承片台，硅片跟随其后被吸附在吸盘上，该过程硅片只会发生一次变形。这种方案避免了硅片吸附中的二次变形，但该厚度的吸盘存在加工和测量的难度，现有技术可实现者寥寥，且制作成本很高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有柔性铰链结构的吸盘方案，改进现有吸盘的形态特征，降低加工难度，且使吸盘的刚度足够低，防止硅片的二次变形。

本发明提出一种柔性吸盘，包括上表面凸点和下表面凸点，上下表面为环形阵列的凸点定位面，其特征在于：在上、下表面凸点与凸点之间还开有凹槽，在吸盘的上下表面凸点与凸点之间形成柔性铰链结构，使柔性吸盘的弯曲刚度小于硅片的弯曲刚度。

其中，所述凹槽为圆槽或直槽。

其中，当所述吸盘的整体厚度（即上表面凸点顶部与下表面凸点顶部之间的距离）为2~6mm时，凸点间铰链厚度为0.2~0.6mm，铰链宽度为1~2.5mm，凹槽半径为0.5~2.5mm。

优选地，所述柔性吸盘采用低弹性模量、低线性热膨胀系数材料制作。

优选地，所述柔性吸盘采用微晶玻璃材质。

本发明改进了现有的吸盘形态特征，整体厚度为2~6mm的吸盘也可以具有比硅片小的弯曲刚度。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为现有吸盘结构示意图；

图2为本发明柔性吸盘结构示意图；

图3为本发明柔性吸盘结构剖视图；

图4为本发明柔性吸盘第一实施例铰链结构示意图；

图5为本发明柔性吸盘第二实施例铰链结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

如图2和3所示，本发明柔性吸盘02包括上表面凸点021和下表面凸点023，在上、下表面的凸点和凸点之间加工有凹槽025，从吸盘的剖面图图3上可以看出，在吸盘上下表面凸点与凸点之间形成了柔性铰链结构。吸盘的基体022尺寸可以具有一定厚度，通过环形柔性铰链解决刚度大的问题。本方案改进了现有的吸盘形态特征，整体厚度为2~6mm的吸盘也可以具有比硅片小的弯曲刚度。

图4和图5为本发明柔性吸盘的柔性铰链的两个具体实施例。在本发明的第一实施例中，凹槽025a为半径为R的圆槽。在本发明的另一个实施例中，凹槽025b为直槽。在本发明中，吸盘的整体厚度t（即上表面凸点021顶部与下表面凸点023顶部之间的距离）可选2~6mm。凸点的特征参数继承传统凸点参数，凸点间铰链厚度t1和t2可选0.2~0.6mm，铰链宽度l可选1~2.5mm，凹槽25半径R可选0.5~2.5mm。特别的，当吸盘采用微晶玻璃材质（E=90.3GPa）时，吸盘的整体厚度t为3mm，上下表面凸点直径0.5mm，凸点高度0.1mm，凸点间铰链厚度t1或t2为0.5mm，铰链宽度l为2.5mm，R为1mm。真空值为-0.5Bar时，有限元分析得出该参数吸盘focus数值为7.02nm，overlay数值为1.2nm，弯曲刚度为4.7Nm/rad，该值比0.8mm厚度硅片（E=110GPa）的弯曲刚度更低。本发明改进了现有的吸盘形态特征，整体厚度为2~6mm的吸盘也可以具有比硅片小的弯曲刚度。    

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种柔性吸盘，包括上表面凸点和下表面凸点，上下表面为环形阵列的凸点定位面，其特征在于：在上、下表面凸点与凸点之间还开有凹槽，在吸盘的上下表面凸点与凸点之间形成柔性铰链结构，使柔性吸盘的弯曲刚度小于硅片的弯曲刚度。

2. 如权利要求1所述的柔性吸盘，其特征在于所述凹槽为圆槽或直槽。

3. 如权利要求1所述的柔性吸盘，其特征在于当所述吸盘的整体厚度（即上表面凸点顶部与下表面凸点顶部之间的距离）为2~6mm时，凸点间铰链厚度为0.2~0.6mm，铰链宽度为1~2.5mm，凹槽半径为0.5~2.5mm。

4. 如权利要求1所述的柔性吸盘，其特征在于所述柔性吸盘采用低弹性模量、低线性热膨胀系数材料制作。

5. 如权利要求1所述的柔性吸盘，其特征在于所述柔性吸盘采用微晶玻璃材质。