CN110609448B - 一种硅片边缘保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种硅片边缘保护装置，包括保护环、水平抓环机构及垂向运送机构，所述水平抓环机构用于水平抓取及放下所述保护环；所述垂向运送机构可拆卸连接于所述水平抓环机构上方，所述垂向运送机构能够带动所述水平抓环机构垂向运动，并能在失去动力时向上拉动所述水平抓环机构。本发明提供的硅片边缘保护装置，能实现在突然断电或断气等失去动力的异常情况时将水平抓环机构向上拉起，避免水平抓环机构与工作台发生碰撞，从而有效保护硅片，且提高了装置维护的便利性，提高了垂向运动精度。

Description

一种硅片边缘保护装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种硅片边缘保护装置。

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硅片上。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装置功能有重要的影响。

现有技术中的硅片边缘保护装置是利用保护环遮挡硅片边缘，保护硅片边缘在曝光过程中不会被曝光，所述保护环是一种中央部分镂空，边缘为实体的遮光屏蔽物件。这种硅片边缘保护装置包括机械传送机构和控制模块，当光刻设备的工件台携带硅片运动至硅片边缘保护装置正下方的保护环交接位置时，控制模块控制机械传送机构将保护环放置到工件台上或者从工件台上取回保护环。

参考图1，为现有技术中硅片边缘保护装置的结构示意图，包括主基板1’、气缸2’、保护爪3’和保护环4’，其主要工作原理为，控制模块直接输出开关信号至气源的开关阀，通过开关阀调控气体压力，然后控制垂直方向的气缸2’上下运动，以带着保护环4’进行垂向运动。在突然断电及断气等突发情况下，该保护装置无法自动回复到零位，容易造成保护环4’与工件台6’的碰撞，破坏工作台6’和硅片5’，存在安全隐患；另外，现有技术中的硅片边缘保护装置的装配精度及垂向运动精度很低，与工件台6’交接保护环4’时容易出现偏差故障，造成设备可靠性差等问题；且垂向运动行程中只有初始位与交接位，装置维护很不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅片边缘保护装置，能够有效避免保护环与工作台的碰撞，提高了装置维护的便利性，提高了垂向运动精度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种硅片边缘保护装置，包括保护环，还包括：

水平抓环机构，用于水平抓取及放下所述保护环；

垂向运送机构，其可拆卸连接于所述水平抓环机构上方，所述垂向运送机构能够带动所述水平抓环机构垂向运动，并能在失去动力时向上拉动所述水平抓环机构。

作为优选技术方案，所述水平抓环机构在垂向运动的行程中由上至下设置维护工位、上限位、零位和下限位四个工位，所述垂向运送机构上设置有检测所述四个工位的电气限位组件。

作为优选技术方案，所述电气限位组件包括第一检测片和第二检测片，所述第一检测片用于检测所述零位与所述下限位，所述第二检测片用于检测所述维护工位与所述上限位。

作为优选技术方案，所述垂向运送机构包括动力源、重力补偿机构与执行机构，所述执行机构与所述动力源的输出部件连接，所述执行机构与所述水平抓环机构可拆卸连接，所述重力补偿机构与所述执行机构柔性连接，所述重力补偿机构被配置为在所述动力源失效时将所述水平抓环机构拉至所述维护工位。

作为优选技术方案，所述重力补偿机构为重力补偿气缸，所述重力补偿气缸回路中设置有双作用气缸和补偿气源，所述双作用气缸与所述补偿气源协同作用稳定所述重力补偿气缸回路的压力。

作为优选技术方案，所述执行机构包括单轴执行组件和推杆，所述单轴执行组件的上端连接所述动力源，下端连接所述推杆，所述推杆的下端连接所述水平抓环机构。

作为优选技术方案，所述单轴执行组件为丝杠螺母结构。

作为优选技术方案，还包括支撑座和调节座，所述支撑座活动安装在所述调节座上，所述支撑座与所述调节座之间的垂向距离可调。

作为优选技术方案，还包括垂向装配精度调节组件，所述支撑座与所述调节座通过所述垂向装配精度调节组件连接。

作为优选技术方案，还包括机械限位组件，所述机械限位组件包括限位板和缓冲垫，所述限位板安装在所述推杆上，所述缓冲垫安装在所述调节座上，所述缓冲垫与所述限位板相配合以对所述垂向运送机构垂向限位。

作为优选技术方案，所述水平抓环机构包括底板和转接板，所述转接板与所述底板柔性连接。

作为优选技术方案，所述转接板通过簧片与所述底板柔性连接。

作为优选技术方案，所述簧片内圈固定在所述转接板上，所述簧片外圈固定在所述底板上，所述内圈与所述外圈能够在垂向相对移动变形。

作为优选技术方案，还包括接近开关，所述接近开关设置在所述转接板上，所述垂向运送机构接近所述下限位时，所述接近开关触发信号，使所述垂向运送机构停止运动。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：

1)本发明提供的硅片边缘保护装置，垂向运送机构可拆卸连接在水平抓环机构的上方，且垂向运送机构能够带动水平抓环机构垂向运动，并能实现在突然断电或断气等失去动力的异常情况时将水平抓环机构向上拉起，避免水平抓环机构与工作台发生碰撞，从而有效保护硅片。

2)本发明提供的硅片边缘保护装置新增维护工位，提高了装置维护的便利性；通过设置垂向装配精度调节组件提高了垂向运送机构的装配精度，通过设置电气限位组件及机械限位组件提高了垂向运送机构的垂向运动精度，从而提升设备整体可靠性，降低与工件台交接保护环时的故障率。

附图说明

图1是现有技术提供的硅片边缘保护装置的结构示意图；

图2是本发明提供的硅片边缘保护装置的结构示意图；

图3是本发明提供的垂向运送机构的结构示意图一；

图4是本发明提供的垂向运送机构的结构示意图二；

图5是本发明提供的垂向装配精度调节组件的结构示意图；

图6是本发明提供的重力补偿气缸回路原理图；

图7是本发明提供的水平抓环机构的结构示意图；

图8是本发明提供的包含有第一防护罩、第二防护罩及转接件的水平抓环机构的结构示意图；

图9是本发明提供的水平向精度调节组件的示意图；

图10是本发明提供的水平向精度调节组件的结构示意图；

图11是本发明提供的水平抓环机构的剖视图；

图12是本发明提供的垂向运送机构向下运动时的断电保护工作流程；

图13是本发明提供的垂向运送机构向上运动时的断电保护工作流程。

图中：

1’-主基板；2’-气缸；3’-保护爪；4’-保护环；5’-硅片；6’-工作台；

1-垂向运送机构；

101-动力源；102-重力补偿机构；103-执行机构；104-支撑座；105-调节座；106-第一检测片；107-第二检测片；108-限位板；109-缓冲垫；110-安装座；111-调节螺母；112-螺纹销；113-碟形垫片；114-安装板；115-浮动接头；116-光栅尺尺带；117-光栅尺读头；

1021-双作用气缸；1022-补偿气源；1023-堵头；1024-储气罐；1025-溢流阀；1026-消声器；1027-单向阀；1028-分流块；1029-调压阀；

1031-单轴执行组件；1032-推杆；

2-水平抓环机构；

201-底板；202-转接板；203-簧片；204-接近开关；205-拉杆；206-第一调节块；207-第一调节座；208-第二调节块；209-第二调节座；210-滑台；211-推板；212-拉紧件；213-夹爪；214-第一防护罩；215-第二防护罩；216-转接件；

3-保护环。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本实施例提供一种硅片边缘保护装置，如图2所示，包括控制模块、垂向运送机构1和水平抓环机构2，水平抓环机构2用于水平抓取及放下保护环3，垂向运送机构1可拆卸连接于水平抓环机构2的上方，垂向运送机构1能够带动水平抓环机构2垂向运动，并能在失去动力时向上拉动水平抓环机构2，避免水平抓环机构2与工作台发生碰撞，从而有效保护硅片。控制模块分别与水平抓环机构2及垂向运送机构1信号连接，控制模块发出控制信号至垂向运送机构1，以控制水平抓环机构2的垂向运动。

更进一步地，水平抓环机构2在垂向运动的行程中由上至下依次设置有维护工位、上限位、零位和下限位四个工位，新增的维护工位方便进行装置的维护。

更进一步地，如图3所示，本实施例提供的硅片边缘保护装置包括安装座110、支撑座104和调节座105，调节座105安装在整机框架主基板(图中未示出)上，为硅片边缘保护装置与外界的安装接口零件。安装座110安装在支撑座104上，支撑座104通过垂向装配精度调节组件活动安装在调节座105上，支撑座104与调节座105之间的垂向距离可调。具体而言，参见图5，垂向装配精度调节组件包括调节螺母111、螺纹销112和碟形垫片113，螺纹销112的一端设置在调节座105中，另一端设置在支撑座104中，碟形垫片113设置在调节座105与支撑座104之间，调节螺母111设置在螺纹销112的任一伸出端，调节螺母111可供操作人员手调，通过转动调节螺母111实现调节座105与支撑座104之间的垂向距离调节，进而实现该硅片边缘保护装置的垂向装配精度微调。

本实施例中的垂向运送机构1包括动力源101、重力补偿机构102与执行机构103，执行机构103的一端与动力源101的输出部件连接，另一端与水平抓环机构2可拆卸连接；重力补偿机构102的一端通过安装板114安装在安装座110上，另一端与执行机构103柔性连接，重力补偿机构102能够在动力源101失效时将水平抓环机构2拉起至维护工位，防止水平抓环机构2与工件台发生碰撞。

为提高垂向运动的速度及精度，本实施例中的动力源101包含伺服电机、减速器及联轴器等，为垂向运动提供动力。执行机构103包括单轴执行组件1031和推杆1032，单轴执行组件1031的上端连接于动力源101，下端连接于推杆1032，推杆1032的下端通过螺钉及定位销与水平抓环机构2连接。更具体地，单轴执行组件1031为丝杠螺母结构，包括底座及滑块，底座安装在安装座110上，滑块上安装推杆1032，利用丝杠螺母原理将电机的旋转运动转化为直线运动。

更进一步地，重力补偿机构102为重力补偿气缸，重力补偿气缸回路中设置有双作用气缸1021和补偿气源1022，双作用气缸1021与补偿气源1022协同作用以稳定重力补偿气缸回路的压力，实现在动力源101失效时将水平抓环机构2迅速拉起至维护工位，并维持在该位置。重力补偿气缸回路原理如图6所示，包括双作用气缸1021、补偿气源1022、储气罐1024、溢流阀1025、单向阀1027、分流块1028及调压阀1029等，分别用堵头1023将双作用气缸1021其中一个出气口堵住，另外一个进气口接入回路，当垂向运送机构1向下运动时，双作用气缸1021排气，压缩空气进入储气罐1024，剩余的气体经由溢流阀1025和消声器1026溢出，单向阀1027将补偿气源1022切断，此时双作用气缸活塞受到较小的摩擦力向下运动。当垂向运送机构1向上运动时，单向阀1027打开，用于补偿气缸回路损失的气压，气缸活塞与垂向运送机构1一起向上运动。当动力源101失效时，重力补偿气缸能将水平抓环机构2向上提起，抬升到维护工位。需要说明的是，这里所说的失效是指伺服电机突然断电或气源突然断气等异常情况，导致整个装置失去动力。图12和图13分别示出了垂向运送机构1向下及向上运动时的断电保护工作流程。重力补偿机构102通过浮动接头115等柔性连接件与推杆1032连接，以便在上述断电保护过程中实现解耦，消除由于两气缸运动的不同步性带来的气缸磨损等其他问题，保护相关部件及使设备运行平稳，延长设备使用寿命。

在另一实施例中，重力补偿气缸及其气动回路的功能也可通过两组重力补偿弹簧来实现。重力补偿弹簧的一端通过拉簧支柱安装在安装座110上，另一端通过拉簧支柱安装在推杆1032上。当垂向运送机构1向下运动时，重力补偿弹簧被拉伸跟随水平抓环机构2一起向下运动，当电机遇到突然断电等突发情况时，重力补偿弹簧可将水平抓环机构2提升，拉起至维护工位，防止水平抓环机构2与工件台发生碰撞。

更进一步地，垂向运送机构1上设置有与控制模块信号连接的用于检测上述四个工位的电气限位组件，电气限位组件能够定位反馈上述四个工位的位置信息。具体而言，参见图3，电气限位组件包括安装在推杆1032上的第一检测片106和第二检测片107，第一检测片106用于检测零位与下限位，第二检测片107用于检测维护工位与上限位。电气限位组件还包括安装在支撑座104上并分别与四个工位相对应的限位传感器，限位传感器均与控制模块信号连接，第一检测片106及第二检测片107与限位传感器组成限位开关，实现垂向行程中四个工位的准确识别与切换。

更优地，垂向运送机构1上还设置有机械限位组件以及光栅尺组件，机械限位组件包括限位板108和缓冲垫109，限位板108可拆卸安装在推杆1032上，缓冲垫109可拆卸安装在调节座105上，缓冲垫109与限位板108相配合能够实现对垂向运送机构1的垂向限位；参见图4，光栅尺组件包括安装在推杆1032上的光栅尺尺带116，及安装在调节座105上的光栅尺读头117，用于检测显示垂向运送机构1的垂向位移，进一步保证垂向运动的精度。

如图7所示，本实施例中的水平抓环机构2包括底板201和转接板202，转接板202通过簧片203与底板201柔性连接，用于缓冲垂向运动的冲击。具体而言，簧片203的内圈通过螺钉固定在转接板202上，簧片203的外圈通过螺钉固定在底板201上，内圈与外圈能够在垂向相对移动变形，以吸收冲击能量。

更进一步地，参见图11，底板201的中心开设有中心孔，中心孔的孔径大于转接板202的外径，底板201与转接板202之间设置有拉杆205，拉杆205呈倒T字型，包括竖直部和水平部，竖直部的一端固定在转接板202中，另一端穿设于底板201中，使得水平部位于底板201的中心孔中，且与底板201的下表面相抵接。更优地，转接板202上还设置有与控制模块信号连接的接近开关204，三组接近开关204沿转接板202的中心圆周均布设置。接近开关204用于检测簧片203的垂向变形量，防止保护环3下端与工件台产生冲击。

当垂向运送机构1向下运动至接近下限位时，簧片203的内圈与外圈产生变形，拉杆205与底板201脱开，同时，接近开关204触发信号，控制模块控制垂向运送机构1停止运动；接着，当垂向运送机构1向上运动时，拉杆205的水平部钩住底板201向上运动。水平抓环机构2和垂向运送机构1采用单向限位结构，保证二者之间只能接近，不能远离，以在工作状态时保证垂向尺寸不变。

本实施例提供的水平抓环机构2，还包括水平向精度调节组件与抓环组件，水平向精度调节组件设置在转接板202上，能够实现水平抓环机构2在水平面内的位置调整；抓环组件设置在底板201上，能够实现对保护环3的抓放。

更进一步地，参见图9和图10，水平向精度调节组件包括X向调节组件和Y向调节组件，其中，X向调节组件包括第一调节块206和第一调节座207，Y向调节组件包括第二调节块208和第二调节座209，第二调节块208滑动设置在转接板202上，第一调节块206滑动设置在第二调节块208上，第一调节座207和第二调节座209均安装在转接板202上。第一调节块206与第二调节块208之间以及第二调节块208与转接板202之间均设置有滑块和滑槽，从而实现第一调节块206相对于第二调节块208的滑动以及第二调节块208相对于转接板202的滑动。

具体而言，第一调节块206的下端设置有滑块，第二调节块208的上端相应位置设置有滑槽，滑块与滑槽滑动配合，第一调节座207的高度不高于第一调节块206的高度，且第一调节座207上设置有X向调节螺钉，X向调节螺钉的尾部伸出端与第一调节块206的侧边抵接，可通过旋转X向调节螺钉的头部改变其尾部伸出量，以实现第一调节块206相对于第二调节块208的滑动，从而实现对第一调节块206在水平面内X向的位置调整。第二调节块208的下端设置有滑块，转接板202的上端相应位置设置有滑槽，滑块与滑槽滑动配合，第二调节座209的高度不高于第二调节块208的高度，且第二调节座209上设置有Y向调节螺钉，Y向调节螺钉的尾部伸出端与第二调节块208的侧边抵接，可通过旋转Y向调节螺钉的头部改变其尾部伸出量，以实现第二调节块208相对于转接板202的滑动，从而实现第二调节块208在水平面内Y向的位置调整。

参见图7，抓环组件包括多个滑台210，滑台210滑动设置在底板201上，滑台210上设置有推板211、拉紧件212和夹爪213，推板211固定安装在滑台210上，拉紧件212为弹簧等具有良好弹性的大变形元件，拉紧件212一端安装在推板211上，另一端安装在底板201上，夹爪213安装在滑台210的最外端，滑台210能够带动夹爪213向外运动以松开保护环3，拉紧件212能够向内拉紧夹爪213以抓紧保护环3。本实施例中的滑台210为气动控制，数量设置为三个，三个滑台210沿底板201圆周均布设置，可保证抓、放保护环3时的同心度与稳定性。

当需要放开保护环3时，三个滑台210同时向外滑动将夹爪213推开，夹爪213将保护环3松开；当需要抓取保护环3时，滑台210不出力，由拉紧件212依靠自身弹力将保护环3柔性抓紧，同时，还可在每个滑台210处设置限位挡块，限位挡块安装在底板201上，分别用于滑台210运动时的机械限位，通过预先调整限位挡块的位置，确保滑台210每次运动的同心度，进而确保每次抓环的同心度，保证抓、放保护环3的重复定位精度。

本实施例提供的硅片边缘保护装置还包括两层防护罩，如图8所示，第一防护罩214通过支撑柱(图中未示出)安装在水平抓环机构2上方，其上再设置一层第二防护罩215，垂向运送机构1与水平抓环机构2之间通过两层防护罩交替覆盖，将垂向运动产生的摩擦碎屑挡住，防止碎屑掉落进入工件台及硅片上，以实现运动过程中的颗粒控制。

垂向运送机构1和水平抓环机构2之间还设置有转接件216，转接件216的一端连接在底板201上，另一端连接在垂向运送机构1上。具体而言，转接件216包括螺旋气管和螺旋电缆，螺旋气管用于为滑台210提供气源，螺旋电缆用于为接近开关204等电气元件提供信号连接通道，二者均为专用运动管线，其耐磨性好，柔性好，能够确保线缆在垂向运动过程中不被损坏，提高线缆的使用寿命，以及减少垂向运动带来的摩擦磨损，减少颗粒掉落，进而提高设备的可靠性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种硅片边缘保护装置，包括保护环(3)，其特征在于，还包括：

水平抓环机构(2)，用于水平抓取及放下所述保护环(3)；

垂向运送机构(1)，其可拆卸连接于所述水平抓环机构(2)上方，所述垂向运送机构(1)能够带动所述水平抓环机构(2)垂向运动，并能在失去动力时向上拉动所述水平抓环机构(2)；

所述水平抓环机构(2)在垂向运动的行程中设置有维护工位；

所述垂向运送机构(1)包括动力源(101)和重力补偿机构(102)，所述重力补偿机构(102)被配置为在所述动力源(101)失效时将所述水平抓环机构(2)拉至所述维护工位。

2.根据权利要求1所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述水平抓环机构(2)在垂向运动的行程中由上至下设置所述维护工位、上限位、零位和下限位四个工位，所述垂向运送机构(1)上设置有检测所述四个工位的电气限位组件。

3.根据权利要求2所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述电气限位组件包括第一检测片(106)和第二检测片(107)，所述第一检测片(106)用于检测所述零位与所述下限位，所述第二检测片(107)用于检测所述维护工位与所述上限位。

4.根据权利要求2所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述垂向运送机构(1)还包括执行机构(103)，所述执行机构(103)与所述动力源(101)的输出部件连接，所述执行机构(103)与所述水平抓环机构(2)可拆卸连接，所述重力补偿机构(102)与所述执行机构(103)柔性连接。

5.根据权利要求4所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述重力补偿机构(102)为重力补偿气缸，所述重力补偿气缸回路中设置有双作用气缸(1021)和补偿气源(1022)，所述双作用气缸(1021)与所述补偿气源(1022)协同作用稳定所述重力补偿气缸回路的压力。

6.根据权利要求4所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述执行机构(103)包括单轴执行组件(1031)和推杆(1032)，所述单轴执行组件(1031)的上端连接所述动力源(101)，下端连接所述推杆(1032)，所述推杆(1032)的下端连接所述水平抓环机构(2)。

7.根据权利要求6所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述单轴执行组件(1031)为丝杠螺母结构。

8.根据权利要求6所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，还包括支撑座(104)和调节座(105)，所述支撑座(104)活动安装在所述调节座(105)上，所述支撑座(104)与所述调节座(105)之间的垂向距离可调。

9.根据权利要求8所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，还包括垂向装配精度调节组件，所述支撑座(104)与所述调节座(105)通过所述垂向装配精度调节组件连接。

10.根据权利要求8所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，还包括机械限位组件，所述机械限位组件包括限位板(108)和缓冲垫(109)，所述限位板(108)安装在所述推杆(1032)上，所述缓冲垫(109)安装在所述调节座(105)上，所述缓冲垫(109)与所述限位板(108)相配合以对所述垂向运送机构(1)垂向限位。

11.根据权利要求2所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述水平抓环机构(2)包括底板(201)和转接板(202)，所述转接板(202)与所述底板(201)柔性连接。

12.根据权利要求11所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述转接板(202)通过簧片(203)与所述底板(201)柔性连接。

13.根据权利要求12所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，所述簧片(203)内圈固定在所述转接板(202)上，所述簧片(203)外圈固定在所述底板(201)上，所述内圈与所述外圈能够在垂向相对移动变形。

14.根据权利要求13所述的硅片边缘保护装置，其特征在于，还包括接近开关(204)，所述接近开关(204)设置在所述转接板(202)上，所述垂向运送机构(1)接近所述下限位时，所述接近开关(204)触发信号，使所述垂向运送机构(1)停止运动。

Images