CN110828359A - 预对准装置及硅片预对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预对准装置，将交接承载单元设置在空心承载盘的空心区中，将带动交接承载单元运动的垂向运动单元和水平位置补偿单元设置在旋转运动单元内部，可使得交接承载单元在所述空心区中上下穿梭和水平移动，由此，在增大空心承载盘的承载区面积的同时，可避免设备尺寸增大；所述空心承载盘上的吸盘、吸附孔以及用于支撑硅片的凸起结构，可以使其承载的硅片吸附平整，由此可解决超薄硅片预对准时易碎的问题，并提高超薄硅片的预对准精度。本发明还提供一种硅片预对准方法，采用本发明的预对准装置，来实现硅片的预对准。本发明还提供一种曝光设备、光刻系统、硅片加工系统及方法，采用本发明的预对准装置和预对准方法实现。

Description

预对准装置及硅片预对准方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种预对准装置及硅片预对准方法。

背景技术

在半导体行业，需要处理的硅片类型越来越多，如标准片、翘曲片、超薄片等。其中标准片和翘曲片处理方法研究较多，但是超薄片由于其在吸附和传输时受硅片本身强度的影响，导致硅片容易破碎，另外，由于硅片厚度减薄，硅片的刚度减弱，硅片边缘会下塌，因此会导致硅片在例如光刻机等机台上的预对准和边缘曝光时产生离焦现象，最终影响硅片预对准的精度以及边缘曝光精度和效果。也正是由于上述原因，兼容处理超薄片的现有的预对准装置较少。

此外，现有的预对准装置，其用于吸附硅片并带动硅片旋转的旋转承载盘(P-CHUCK)通常是，或与用于硅片对心的硅片交接机械手并列设置在同一底板上，或者是被环绕在呈C形结构的硅片交接机械手中。随着硅片厚度减薄，现有的预对准装置通过加大旋转承载盘的承载面来减少硅片边缘下塌，但是这会同时加大硅片交接机械手的占用面积，使得设备尺寸变大，不利于安置。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种预对准装置及硅片预对准方法，能够提高超薄硅片预对准精度，同时避免设备尺寸的增大。

本发明的另一目的在于提供一种曝光装置、光刻系统及硅片加工系统，能够提高超薄硅片产品的安全性、预对准精度和产率，同时避免设备尺寸的增大。

本发明的又一目的在于提供一种曝光方法、光刻方法及硅片加工方法，能够提高超薄硅片产品的安全性、预对准精度和产率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种预对准装置，包括：预对准光机单元、水平位置补偿单元、垂向运动单元、交接承载单元、旋转运动单元以及旋转承载单元，其中，

所述交接承载单元用于在所述垂向运动单元的升降作用下与所述旋转承载单元之间交接硅片，所述水平位置补偿单元用于水平移动所述交接承载单元，以实现硅片偏心量的补偿；

所述旋转运动单元和所述旋转承载单元自下而上设置，所述旋转运动单元用于带动所述旋转承载单元旋转，以实现硅片旋转和角度偏差补偿；所述旋转承载单元包括用于承载所述硅片的空心承载盘以及用于吸附所述硅片的吸附组件，所述空心承载盘设置在所述旋转运动单元上并在所述旋转运动单元带动下旋转，所述空心承载盘具有用于承载所述硅片的承载区以及用于安置所述交接承载单元的空心区，所述交接承载单元在所述垂向运动单元的升降作用下在所述空心区中穿梭，所述吸附组件包括吸盘和吸附孔，所述吸盘设置在所述承载区上，所述吸附孔至少设置在所述吸盘所围的承载区中，并与所述吸盘连通；

所述预对准光机单元设置在所述空心承载盘的上方和/或下方，用于探测所述旋转承载单元承载的硅片的边缘信息。

可选地，所述空心承载盘上设有多个对应不同尺寸硅片的承载区，每个所述承载区上均设有相应的吸盘，每个所述吸盘所围的承载区内均设有多个吸附孔。

可选地，所述空心承载盘在所述吸盘所围的承载区内和/或所述吸盘所围的承载区外侧的区域上设有若干用于支撑硅片的凸起结构。

可选地，所述若干凸起结构呈同心环分布。

可选地，所述预对准光机单元包括第一光源、相机、第一镜头、水平运动轴架以及光机支架，所述第一光源、相机、第一镜头组装在所述光机支架上且位于所述空心承载盘的上方，所述水平运动轴架能够带动所述光机支架相对所述空心承载盘水平移动，用于调整所述第一镜头与所述旋转承载单元承载的硅片的边缘的相对位置。

可选地，所述预对准光机单元还包括设置在所述空心承载盘上且位于所述吸盘外侧的反光镜，所述第一光源发出的光能经所述第一镜头入射到所述反光镜上，所述反光镜反射的光经所述第一镜头入射到所述相机上。

可选地，所述预对准光机单元还包括第二光源及第二镜头，所述第二光源及第二镜头组装在所述光机支架上且位于所述空心承载盘的下方，所述第二光源发出的光经所述第二镜头入射到所述空心承载盘，并透射到所述第一镜头进而入射到所述相机上。

可选地，所述空心承载盘上且位于所述吸盘外侧的区域可透光，所述透光区域镀有可反射所述第一光源和透射所述第二光源的膜层。。

可选地，所述水平位置补偿单元、垂向运动单元、交接承载单元自下而上依次连接设置，所述垂向运动单元包括升降轴、刹车定子和刹车动子；所述刹车定子固定安装；所述升降轴的一端为固定端，固定在所述水平位置补偿单元上，所述升降轴的另一端为升降端，相对所述固定端升降以带动所述交接承载单元升降；所述刹车动子设置在所述升降轴的升降端上。

可选地，所述的预对准装置还包括计算控制单元，所述计算控制单元分别与预对准光机单元、水平位置补偿单元、垂向运动单元、交接承载单元、旋转运动单元以及旋转承载单元电连接，用于控制所述水平运动轴架的运动，接收所述预对准光机单元探测到的所述边缘信息，并根据所述边缘信息来计算出所述旋转承载单元承载的硅片的偏心量和缺口方向，以及根据所述计算的结果控制和调整所述水平位置补偿单元、垂向运动单元、交接承载单元、旋转运动单元以及旋转承载单元的工作，以实现所述硅片的定心和定向。

可选地，所述空心承载盘设有8寸承载区和12寸承载区，所述8寸承载区和12寸承载区按同心圆分布，所述8寸承载区用于承载8寸的硅片，所述12寸承载区用于承载12寸的硅片。

可选地，所述旋转运动单元包括固定支架和安装在所述固定支架上的旋转气路机构，所述旋转气路机构包括进气口和出气口，还包括

气路固定部，与所述固定支架固定连接，所述气路固定部设置有至少一个所述进气口；

气路旋转部，相对所述气路固定部旋转，所述气路旋转部上开设有至少一个所述出气口，所述进气口和所述出气口通过气道连通；

所述空心承载盘设置在所述气路旋转部上，所述出气口与所述空心承载盘上的吸附孔连通。

可选地，所述气路旋转部套设在所述气路固定部外，所述气路固定部为带有容纳腔的筒状结构，所述水平位置补偿单元和所述垂向运动单元设置在所述筒状结构内，所述气路固定部的内侧壁上设置所述进气口，与所述进气口连接的气管接口及气管位于所述容纳腔内。

可选地，所述气路固定部套设在所述气路旋转部外，所述气路旋转部为带有容纳腔的筒状结构，所述水平位置补偿单元和所述垂向运动单元设置在所述筒状结构内，所述气路固定部的外侧壁上设置所述进气口，与所述进气口连接的气管接口及气管位于所述气路固定部外。

可选地，所述气道包括依次连通的进气通道、环形气道和出气通道，所述进气通道连通所述进气口；

所述进气通道沿所述气路固定部的径向方向设置，所述环形通道沿所述气路旋转部或所述气路固定部的周向方向设置，所述出气通道沿所述气路旋转部的轴向方向设置。

可选地，所述气路固定部沿其轴线方向间隔设置有多层进气通道，每层所述进气通道设置有至少一个所述进气口，相邻两层进气通道的所述进气口错位设置。

可选地，所述空心承载盘内沿其径向开设有至少一个导气孔，所述空心承载盘的上端面对应于所述导气孔的位置间隔开设有多个所述吸附孔，所述导气孔分别与所述出气口和对应的所述吸附孔连通。

可选地，所述气路旋转部与所述气路固定部之间采用弹簧蓄能密封圈转动密封，每个所述环形气道沿其轴线方向的两侧均设置有至少一个所述弹簧蓄能密封圈。

可选地，所述气路旋转部与所述气路固定部之间采用磁流体转动密封。

可选地，所述旋转气路机构还包括驱动传动组件，所述驱动传动组件包括电机、连接于所述电机输出轴的主动齿轮以及与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，所述气路旋转部固定连接于所述从动齿轮的端面。

本发明提供一种曝光设备，包括本发明所述的预对准装置，以及边缘曝光装置，所述边缘曝光装置用于对所述预对准装置的空心承载盘上承载的硅片进行边缘曝光。

可选地，所述边缘曝光装置包括曝光支架、X向运动轴、Y向运动轴、曝光镜头光阑切换轴、镜头支架、曝光镜头以及光阑，所述X向运动轴安装在所述曝光支架上，所述Y向运动轴安装在所述X向运动轴上，所述曝光镜头光阑切换轴和所述曝光镜头通过所述镜头支架安装在所述Y向运动轴上，所述光阑安装在所述曝光镜头光阑切换轴上。

本发明还提供一种光刻系统，包括硅片传输机构、工件台及本发明所述的的预对准装置，所述硅片传输机构用于将待加工的硅片传送至所述预对准装置进行预对准以及将预对准后的硅片传送到所述工件台上。

本发明还提一种硅片加工系统，包括加工工艺装置以及本发明所述的预对准装置，所述加工工艺装置用于实现对所述空心承载盘上承载的硅片进行工艺处理。

可选地，所述加工工艺装置包括氧化炉、氮化炉、固化炉、扩散炉、化学机械抛光装置、离子注入装置、刻蚀装置和膜层沉积装置中的至少一种。

本发明还提供一种利用本发明所述的预对准装置的硅片预对准方法，包括：

通过所述垂向运动单元上升，使所述交接承载单元位于上片工位，在交接工位接收一硅片，并打开真空进行吸附；

通过所述垂向运动单元下降，使所述交接承载单元位于交接工位，将所述交接承载单元承接的硅片交接到所述空心承载盘的承载区上，所述交接承载单元关闭真空释放硅片，所述空心承载盘打开真空吸附硅片；

所述垂向运动单元继续下降，使所述交接承载单元位于低于所述空心承载盘的交接低位；

所述旋转运动单元带动所述空心承载盘转动，所述预对准光机单元探测所述硅片的边缘信息，以确定所述硅片的中心相对所述空心承载盘的旋转中心的偏心量；

所述空心承载盘关闭真空释放硅片，通过所述垂向运动单元的运动，将所述硅片从所述空心承载盘交接到所述交接承载单元上，之后继续上升至高于所述空心承载盘的交接高位；

所述水平位置补偿单元根据所述偏心量水平移动，使所述硅片的中心与所述空心承载盘的旋转中心重合，以实现所述硅片的定心。

可选地，所述空心承载盘上设有多个对应不同尺寸硅片的承载区，每个所述承载区上均设有相应的吸盘，每个所述吸盘所围的承载区内均设有多个吸附孔，所述多个承载区同心圆分布；当一硅片交接到与所述硅片的尺寸相适应的承载区上后，沿同心圆的径向方向由内向外依次开启所述硅片覆盖的承载区的真空。

本发明还提供一种曝光方法，包括以下步骤：

采用本发明所述的硅片预对准方法，对一待曝光的硅片进行预对准；

在旋转空心承载盘上的硅片时对所述硅片的边缘进行曝光。

本发明还提供一种光刻方法，包括以下步骤：

采用本发明所述的硅片预对准方法，对待加工的硅片进行预对准；

将预对准后的硅片上载至工件台上进行曝光。

本发明还提供一种硅片加工方法，包括以下步骤：

采用本发明所述的硅片预对准方法，对一待加工的硅片进行预对准；以及，

对所述预对准后的硅片进行工艺处理。

可选地，所述工艺处理包括氧化、氮化、离子注入、扩散掺杂、膜层固化、膜层沉积和膜层刻蚀中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的预对准装置，将交接承载单元设置在空心承载盘的空心区中，垂向运动单元和水平位置补偿单元可以带动交接承载单元在所述空心区中上下穿梭和水平移动，一方面，可以在空心承载盘的承载区的面积增大的同时，避免设备尺寸的增大；另一方面，所述空心承载盘的承载区的面积增大，可以使得在承载超薄硅片时避免超薄硅片的边缘下榻，由此可以提高超薄硅片的预对准精度，实现标准片、翘曲片以及超薄硅片的兼容处理，提高了产品兼容性；另外，由于空心承载盘的承载区上设置有用于支撑硅片的凸起结构以及吸附组件，硅片可以在空心承载盘上吸附平整，因此，一方面能够解决超薄硅片预对准时易碎的问题，继而可以提高超薄硅片预对准的安全性和产率，另一方面，能够进一步提高预对准精度，继而提高最终形成的产品的性能；此外，空心承载盘上设有多个对应不同尺寸的硅片的承载区，每个承载区中均设有吸附孔和吸盘，因此能够具有处理不同尺寸的硅片的能力，进一步提高了产品适应性和兼容性。

2、本发明的预对准方法，利用本发明的预对准装置来实现，能够提高超薄硅片的预对准精度，且还能够解决超薄硅片预对准时易碎的问题，继而可以提高超薄硅片预对准的安全性和产率；此外，还可以兼容处理标准片、翘曲片。

3、本发明的曝光设备、光刻系统及硅片加工系统，由于采用了本发明的预对准装置，因此可以兼容处理标准片、翘曲片以及超薄硅片，并可以提高硅片处理的安全性、预对准精度和产率，同时还能避免设备尺寸的增大。

4、本发明的曝光方法、光刻方法以及硅片加工方法，由于采用了本发明的硅片预对准方法，因此可以兼容处理标准片、翘曲片以及超薄硅片，并可以提高硅片处理的安全性、预对准精度和产率。

附图说明

图1是本发明实施例一的预对准装置的立体结构示意图；

图2是图1所示的预对准装置的剖面结构示意图；

图3是采用图1所示的预对准装置进行12寸硅片预对准时的示意图；

图4是采用图1所示的预对准装置进行8寸硅片预对准时的示意图；

图5是本发明实施例二的预对准装置的剖面结构示意图；

图6是本发明实施例三的预对准装置的旋转承载单元的部分结构的剖面示意图；

图7是本发明实施例一提供的旋转气路机构的俯视图；

图8为图7中A-A向的剖视图；

图9为图7中B-B向的剖视图；

图10为图9中I处的局部放大图；

图11为本发明实施例四提供的旋转气路机构的俯视图；

图12为完整的旋转气路机构在图11中C-C向的剖视图；

图13为完整的旋转气路机构在图11中D-D向的剖视图；

图14是图1中J处的局部放大图；

图15为本发明实施例五提供的旋转密封结构的结构示意图。

图16是本发明实施例六提供的曝光设备的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常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。另外，“硅片”含义并非仅仅限定于体硅晶圆(wafer)，还可以是本领域技术人员熟知的任意合适的基底材料，例如绝缘体上硅(SOI)、锗(Ge)、锗化硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、砷化镓等，可以是裸片(die)，也可以是经过一定工艺处理的晶片(chip)。

实施例一

请参考图1和图2，本发明一实施例提供一种预对准装置，包括：底板100、预对准光机单元、旋转运动单元、旋转承载单元、水平位置补偿单元14、垂向运动单元15以及交接承载单元16。

所述底板100用于安装和支撑预对准光机单元、旋转运动单元、旋转承载单元、水平位置补偿单元14、垂向运动单元15以及交接承载单元16。

所述旋转承载单元包括用于承载硅片的空心承载盘5以及用于吸附所述硅片的吸附组件，所述空心承载盘5包括位于中心的空心区(未图示)和设置在空心区外围的承载区，所述空心区用于提供交接承载单元16设置和移动的空间，所述承载区的数量可以是一个，承载区的数量也可以是多个，即所述空心承载盘5具有多个不同尺寸大小的承载区，且尺寸大的承载区包围尺寸小的承载区，呈同心圆分布，两个相邻的承载区之间设有能够允许预对准光机单元采集硅片边缘信息的间隔区，由此满足不同尺寸的硅片的预对准需求。所述吸附组件包括吸盘和吸附孔，所述吸盘设置在相应的承载区上，所述吸附孔至少设置在所述吸盘所围的承载区中，数量通常为多个，优选的多个吸附孔在所述吸盘所围区域内均匀分布，以保证所述吸盘所围的硅片区域吸附力分布均匀。本实施例中，所述空心承载盘5至少在所述吸盘所围的承载区中设有若干用于支撑硅片的凸起结构，凸起结构呈环状，若干环状的凸起结构以同心方式分布。

本实施例中，空心承载盘5设有用于承载较小尺寸(例如8寸)硅片的第一承载区51以及用于承载较大尺寸(例如12寸)硅片的第二承载区52，第一承载区51内设有第一吸盘511，所述第一吸盘511所围的第一承载区51中设有多圈第一凸起结构512，相邻的第一凸起结构512之间设有均匀分布的多个第一吸附孔513，第二承载区52内设有第二吸盘521，所述第二吸盘521可以将第一吸盘511、第一凸起结构512以及第一吸附孔513包围在内，且所述第一吸盘511外侧的第二承载区52上也设有多圈第二凸起结构522，相邻的第二凸起结构522之间设有均匀分布的多个第二吸附孔523，其中，第一吸盘511、第一吸附孔513以及第一凸起结构512均可以被8寸和12寸硅片复用。第一吸盘511和第二吸盘521可以是橡胶材质，在吸附硅片时，可以利用橡胶的变形量来补偿硅片的翘曲变形量，以解决预对准装置中吸附翘曲片等困难的问题。第一凸起结构512和第二凸起结构522能最大程度地支撑相应吸盘内的硅片，避免硅片破碎，且防止吸盘内的硅片区域下榻，使得被吸盘吸附后的硅片的表面平整，进而有利于提高预对准精度。

所述预对准光机单元用于探测所述旋转承载单元的空心承载盘5上承载的硅片的边缘信息，并将采集信息上传至一计算控制单元(未图示)，以计算所述硅片的偏心量和硅片的方向(硅片的方向可通过探测硅片上缺口或标记的方法探测得到)，实现所述硅片的预对准。本实施例中，所述预对准光机单元利用反射式预对准方式检测硅片边缘的信息，其包括水平运动轴架(简称“L轴”)101、光机支架102、第一光源111a、相机112、第一镜头110a以及设置在空心承载盘5的各个承载区边缘的反光镜，所述反光镜为环带状，位于承载区上吸盘的外侧，且反光镜的上表面低于吸盘的上表面，例如反光镜113a、113b。所述光机支架102用于支撑和固定第一光源111a、相机112以及第一镜头110a，所述L轴101可以在例如是步进式驱动电机等水平运动驱动器(未图示)的作用下沿底板100的表面进行水平移动(包括X方向的移动和Y方向的移动)，即L轴101能够带动所述光机支架102相对所述底板100水平移动，进而使得所述第一镜头110a移动，使得所述空心承载盘5承载的硅片的边缘能够进入到图像采集区域内，以及使得第一镜头110a能够接收反光镜113a或113b的反射光线。相机112可以是线阵CCD。第一光源111a发出的光束经过所述第一镜头110a依次入射至空心承载盘5承载的硅片的边缘和相应的反光镜表面，光束经所述反光镜反射后入射至所述第一镜头110a，并进一步传输至相机112，相机112收集通过反光镜反射回来的光线，进而确定硅片的边缘，并进一步通过计算控制单元计算出硅片的偏心量和缺口方向。

需要说明的是，所述计算控制单元可以作为一个功能模块集成在本发明的预对准装置中，也可以是计算机等独立于本发明的预对准装置之外的装置，所述计算控制单元可以分别与预对准光机单元、旋转运动单元、水平位置补偿单元14、垂向运动单元15以及交接承载单元16电连接，可以控制驱动L轴101的运动的水平运动驱动器的工作以调整L轴101的位置，进而调整第一镜头110a的位置，以及，控制第一光源111a的发光、相机112的信息采集工作等，并接收所述预对准光机单元探测到的硅片边缘信息，还可以根据所述预对准光机单元探测到的所述边缘信息来计算所述旋转承载单元承载的硅片的偏心量和缺口方向，并根据所述计算的结果控制和调整水平位置补偿单元14、垂向运动单元15、交接承载单元16、旋转运动单元以及旋转承载单元的工作，即，控制旋转运动单元的旋转以及抽真空、垂向运动单元15的升降、水平位置补偿单元14的水平移动以及交接承载单元16对硅片的吸附和释放，从而调整交接到空心承载盘5上的硅片的中心和方向，实现所述硅片的预对准。

所述旋转运动单元包括固定在所述底板100上的固定支架200、设置在所述固定支架200上的旋转气路机构300。

结合图7和图8所示，所述旋转气路机构300用于带动所述空心承载盘5旋转和为所述空心承载盘5上的吸附孔提供吸附用真空和破真空。所述旋转气路机构300包括固定座1、气路旋转部3、气路固定部4及驱动传动组件，气路固定部4与固定座1固定连接，固定座1固定在固定支架200上，驱动传动组件用于驱动气路旋转部3相对气路固定部4旋转。气路固定部4上设置有至少一个进气口，气路旋转部3上设置有至少一个出气口，所述进气口和所述出气口通过气道连通，所述空心承载盘5设置在所述气路旋转部3上，所述出气口与所述空心承载盘5上的吸附孔连通。本实施例提供的旋转气路机构300中连接气管接头8的进气口设置在气路固定部4上，在气路旋转部3转动时，连接于气管接头8处的气管不会产生随动，从而气管不会发生别管和缠绕等影响旋转气路性能的情况，且不会影响气路旋转部3转动的行程，从而提高旋转气路机构和设置该旋转气路机构的设备的可靠性和灵活性。

具体地，如图8所示，驱动传动组件包括电机71、连接于电机71输出轴的主动齿轮72以及旋转件2，所述旋转件2为与主动齿轮72啮合的从动齿轮。气路旋转部3固定连接在从动齿轮的端面上。固定座1、旋转件2、气路旋转部3和气路固定部4均为带有空腔的圆筒状结构，旋转件2套设在固定座1上，固定座1与旋转件2之间设置有轴承6。其中，轴承6的外圈与旋转件2的内壁过盈配合，轴承6的内圈与固定座1的外壁过盈配合。气路旋转部3远离旋转件2的端面连接有空心承载盘5，气路旋转部3上的出气口与空心承载盘5上的吸附孔连通。

通过将气路旋转部3设置在气路固定部4的外周，可以增加气路旋转部3的端面面积，从而增加设置于气路旋转部3端面的空心承载盘5的面积，可以提高对较大面积的物料的吸附能力，和增大吸附物料的尺寸，能在保证整体结构紧凑的基础上，增加旋转气路机构的作用对象数量。

气路旋转部3与旋转件2及气路固定部4与固定座1的连接可以为图8所示的螺钉连接，也可以为其他的连接方式，本实施例不对具体的连接方式进行限定。

当电机71转动带动主动齿轮72转动时，主动齿轮72带动与之啮合的从动齿轮(即旋转件2)转动，从而使与从动齿轮固定连接的气路旋转部3转动，进而使气路旋转部3上设置的气道随旋转件2转动。

在本实施例中，驱动传动组件通过主动齿轮72和从动齿轮(即旋转件2)的啮合实现扭距传递，可使从动齿轮的端面用于连接安装气路旋转部3，且其内圈也可提供轴承6的安装接口，从而使整个旋转气路机构的整体结构更加紧凑。本实施例不对具体的驱动传动组件进行限定，只要能实现扭距传递的结构均可。

为对旋转件2的旋转动作进行控制和监测，电机71上连接有编码器，编码器将旋转角位移转化为接脉冲数字信号，从而精确计算电机71的旋转角速度和角位移，进而对旋转件2的旋转动作进行调控。同时，编码器能使气路旋转机构的转动位置进行定位跟踪，提高了气路旋转机构的可靠性。

图9为图7中B-B向的剖视图，结合图8和图9所示，所述连通进气口和出气口的气道包括依次连通的进气通道、环形气道和出气通道，所述进气通道连通所述进气口，所述进气通道沿所述气路固定部4的径向方向设置，所述环形通道沿所述气路旋转部3或所述气路固定部4的周向方向设置，所述出气通道沿所述气路旋转部3的轴向方向设置。

如图8和图9所示，气路固定部4为带有空腔的圆筒状结构，且其内径优选为与固定座1的内径相同，其外径与气路旋转部3的内径配合。气路固定部4的内壁沿其轴线方向设置有多层所述进气通道，本实施例中具体为第一进气通道421和第二进气通道422，每层进气通道设置至少一个进气口，相邻两层进气通道上的进气口错位设置，同一层进气通道的进气口位于同一圆周面上。为方便气管接头8的安装和气管的布置，多层进气通道上的进气口在气路固定部4端面上的投影位于同一圆周上，且均匀间隔分布。在本实施例中，第一进气通道421设置有两个进气口，具体为第一进气口411，第二进气通道422设置有两个进气口，具体为第二进气口412，两个第一进气口411的连线及两个第二进气口412的连线相互垂直，相邻的第一进气口411和第二进气口412之间的夹角为90°。

由于将进气口设置在气路固定部4的内壁上，连接于进气口的气管接头8和气管可以放置在固定座1和气路固定部4的腔体内，从而使气管能集中设置在旋转气路机构的腔体内，有利于增强整体结构的结构紧凑型和整洁性。且通过设置多层进气通道，每层进气通道上设置多个进气口，可实现旋转气路机构中气体的快速充放气，提高了旋转气路机构动作的灵活性。

为保证气路旋转部3相对气路固定部4转动时，出气通道和进气通道一直保持连通状态，出气通道和进气通道之间设置有环形气道，环形气道的数量与进气通道的数量一一对应，本实施例中环形气道包括第一环形气道331和第二环形气道332。出气通道与开设在气路旋转部上表面的出气口连通，本实施例中在气路旋转部的轴向上平行开设有两条出气通道，具体为第一出气通道321和第二出气通道322，两条出气通道连通的出气口具体包括第一出气口311和第二出气口312，第一出气通道321的两端分别连通第一出气口311和第一环形气道331，第二出气通道322的两端分别连通第二出气口312和第二环形气道332。本实施例中若干第一出气口311均匀分布在同一圆环上，若干第二出气口312均匀分布在同一圆环上，若干第一出气口311和若干第二出气口312分别形成的圆环同心，且若干第一出气口311和若干第二出气口312间隔均匀分布。

在本实施例中，环形气道为开设在气路旋转部3上与气路固定部4交界的侧壁上的环形凹槽，即环形气道开设在气路旋转部3的内侧壁上，第一出气通道321和第二出气通道322均沿气路旋转部3的轴向进行设置。环形气道也可以设置在气路固定部4上，此时，环形气道开设在气路固定部4的外侧壁上。

上述进气通道、出气通道及环形气道的设置方式加工简便，简单有效，能有效实现若干进气口和若干出气口的对应连通。除图8和图9所示的连通进气口和出气口的通道外，还可以设置其他形式的通道。

由于在气路旋转部3设置有环形气道，因此，出气口的个数和设置方式不限于进气口设置的位置和方式，仅需通过设置连通出气口和环形气道连通的出气通道，就可实现出气口与对应进气口的连通，且出气口的个数和位置设置可以根据具体使用需求而具体设置。在本实施例中，如图7所示，出气口的数量为十二个，其中第一出气口311和第二出气口312各有六个。六个第一出气口311均匀间隔设置在同一圆周上，六个第二出气口312均匀间隔设置在另一圆周上，相邻两个第一出气口311之间及相邻两个第二出气口312之间的角度均为60度，且相邻两个第一出气口311和第二出气口312之间的角度为30°。

为保证旋转气路机构300的密封，气路旋转部3和气路固定部4采用旋转密封件进行密封，气路旋转部3和空心承载盘5之间采用静密封件进行密封，以避免气道中的气体通过气路旋转部3与气路固定部4之间、气路旋转部3与空心承载盘5之间的间隙漏出。图10为图9中I处的局部放大图，如图10所示，所述静密封件为O型密封圈9，具体在气路旋转部3和空心承载盘5之间的出气口两侧设置两个O型密封圈9进行密封。所述旋转密封件为弹簧蓄能密封圈10，具体在气路旋转部3和气路固定部4之间设置多个弹簧蓄能密封圈10进行动密封。弹簧蓄能密封圈10由聚合材料外壳和内置的金属蓄能弹簧组成，当其设置在气路旋转件2和气路固定部4之间形成的密封沟槽内时，由于其与密封沟槽过盈配合，内置的金属蓄能弹簧受到一定压力，促使聚合材料外壳的唇边紧贴在密封沟槽内，从而形成密封。且弹簧能为外壳提供持续性的弹性力，且能弥补材料磨损及配合零件之间的偏移或偏心，从而延长旋转气路的寿命。同时系统压力对密封效果也有辅助作用。特制密封结构件外壳材料带自润滑性能，密封性能不受启动时润滑不足的影响，有效减少磨耗与摩擦阻力；密封材料采用聚四氟乙烯或其他高性能材料，洁净环保，不会带来污染。如图10所示，每个环形气道轴向的两侧均设置有至少一个弹簧蓄能密封圈10。

本发明实施例提供的旋转气路机构300，通过将进气口设置在气路固定部4，将出气口设置在气路旋转部3，避免了气管随气路旋转部3的随转，能有效防止气管别管和缠绕现象的发生，提高了旋转气路机构300的可靠性和灵活性；通过将气路旋转部3设置在气路固定部4的外侧，增加了空心承载盘5的吸附面积，从而提高了空心承载盘5的吸附能力及扩大了空心承载盘5能作用的面积；通过将进气口和连接进气口的进气接口及气管设置在气路固定部4的内侧，使气管能集中设置，减小了气管的占用空间，使整体结构更加紧凑整洁；通过将旋转件2设置为从动齿轮，将气路旋转部3安装在从动齿轮的端面上，减小了整个旋转气路机构的体积，提高了整体结构的紧凑性；通过设置多层进气层，可以实现气体的快速充放气，提高了旋转气路机构的灵活性；通过在气路旋转部3和气路固定部4之间设置弹簧蓄能密封圈10，能为旋转气路机构提供有效密封，提高旋转气路机构的使用性能，延长旋转气路机构的使用寿命。

继续参见图1、2、5，所述水平位置补偿单元14包括可水平移动地设置在所述底板100上的水平移动轴(简称“C轴”)以及驱动所述C轴相对所述底板100水平移动的水平移动驱动器(未图示)，所述C轴在所述水平移动驱动器的带动下移动，以实现硅片偏心量的补偿，即实现硅片位置定心。所述垂向运动单元15安装在所述C轴上方，能够相对所述底板100进行升降，包括升降轴(简称“Z轴”)150、刹车定子152和刹车动子151，所述刹车定子152固定设置在所述底板100上，所述Z轴150的一端为固定端，固定在所述底板100上，所述Z轴150的另一端为升降端，相对所述固定端升降以带动所述交接承载单元16升降，从而实现硅片的交接，所述刹车动子150设置在所述Z轴150的升降端上，当Z轴150的升降端上升或下降到所需位置时，刹车定子152和刹车动子151锁合，以固定住Z轴150的升降端的位置。所述交接承载单元16用于在所述垂向运动单元的带动下与外界的机械手之间交接硅片以及与所述空心承载盘5之间交接硅片，所述交接承载单元16包括交接承载盘(未图示)以及设置在所述交接承载盘上的交接吸附组件(未图示)，所述交接承载盘设置在所述空心承载盘5的空心区中，并能在所述空心区中水平移动和上下穿梭，所述交接吸附组件用于安全地吸附硅片，所述交接吸附组件可以包括交接吸盘(未图示)以及吸附孔(未图示)等。此外，由于C轴需要水平移动以实现硅片偏心量的补偿，进而实现硅片的定心，即交接承载盘需要在C轴的带动下，在空心承载盘的空心区进行水平移动，因此，交接承载盘的最小外径应能够使交接承载盘的硅片吸附面牢固吸附硅片，旋转气路机构300及空心承载盘5的内径应大于交接承载盘的外径与所述C轴的运动行程之和，且考虑到预对准装置的占地面积不能太大，旋转气路机构300的外径应小于180mm。

本实施例的预对准装置中，一方面，由于交接承载单元16设在空心承载盘5的内部，水平位置补偿单元14、垂向运动单元15设在旋转运动单元内部，因此，可以在增大空心承载盘5的承载面积的同时，避免交接承载单元16的增大，即可以避免设备尺寸的增大；另一方面，由于空心承载盘5的承载面积增大，以及空心承载盘5上设置有吸盘、吸附孔和凸起结构，因此，硅片可以平整、安全、牢固地被吸附住，可以避免硅片的边缘下榻以及超薄硅片预对准时易碎的问题，由此可以提高超薄硅片的预对准精度，实现标准片、翘曲片以及超薄硅片的兼容处理，提高了产品兼容性以及超薄硅片预对准的安全性和产率。此外，本实施例的空心承载盘上可以设有多个对应不同尺寸的硅片的承载区，每个承载区中均设有吸附孔和吸盘，因此能够具有处理不同尺寸的硅片的能力，进一步提高了产品适应性和兼容性。

本实施还提供一种利用上述的预对准装置的硅片预对准方法，包括以下步骤：

S1，通过所述垂向运动单元15上升，使所述交接承载单元16位于上片工位，以在交接工位接收一硅片，具体地，Z轴150的升降端运动(即上升)至上片工位(可以记为PU/RO交接位)，所述上片工位能使传输硅片的机械手和交接承载单元16的交接承载盘之间交接硅片，运载硅片的机械手将其运载的硅片交接至所述交接承载单元16的交接承载盘上并被所述交接承载盘真空吸附；

S2，通过所述垂向运动单元下降，使所述交接承载单元位于交接工位，以使所述交接承载单元承接的硅片交接到所述空心承载盘的承载区上，具体地，Z轴150的升降端运动(即下降)至交接工位(即交接承载盘/空心承载盘交接位)，所述交接工位能使得交接承载单元16的交接承载盘和旋转承载单元的空心承载盘5在之间相互交接硅片，此时，所述交接承载盘破真空释放硅片，所述硅片从交接承载盘交接至空心承载盘5，所述空心承载盘5的承载区内的吸附孔抽真空，进而使得所述承载区内的吸盘适应所述硅片翘曲变形，所述承载区内的凸起结构支撑所述硅片，以将所述吸盘内的硅片区域吸附平整；

S3，所述垂向运动单元继续下降，使所述交接承载单元位于低于所述空心承载盘的交接低位，具体地，Z轴150的升降端继续运动(下降)至交接低位(即交接承载盘/空心承载盘交接低位)，所述交接低位略低于步骤S2中所述额交接工位，能使得交接承载盘的顶面略低于空心承载盘5的顶面；

S4，旋转气路机构300带动所述空心承载盘5上的硅片旋转，预对准光机单元采集所述硅片的边缘信息，并将采集的信息上传至计算控制单元以计算出硅片的中心相对所述空心承载盘的旋转中心的偏心量，在该过程中硅片被相应承载区内的吸盘牢牢吸附在空心承载盘5上且由所述承载区内相应的各个凸起结构支撑，不会产生碎裂问题；

S5，根据所述计算结果来使得将硅片偏心量最大的方向转向所述水平位置补偿单元14的C轴的运动方向；

S6，Z轴150的升降端再次运动(上升)至所述交接工位，空心承载盘5破真空释放硅片，交接承载盘真空吸附硅片，硅片从空心承载盘5交接至所述交接承载盘，并继续上升至高于所述空心承载盘5的交接高位；之后根据所述计算结果来使得所述C轴在底板100上水平移动，补偿硅片的偏心量，以实现硅片的定心；

S7，Z轴150的升降端下降至所述交接工位，交接承载盘关闭真空释放硅片、空心承载盘吸附硅片，所述硅片再次由交接承载盘交接至空心承载盘5，Z轴150的升降端可以再次下降至所述交接低位，旋转气路机构带动所述空心承载盘5旋转，预对准光机单元再次采集所述硅片的边缘信息，并上传至计算控制单元计算所述硅片的偏心量；

S8，根据计算的结果判断偏心量是否位于满足要求的阈值范围内，若是则定心完成，此时所述硅片的中心与所述空心承载盘5的旋转中心重合，否则返回步骤S5。

在S8之后，还可继续通过空心载盘5承载硅片旋转，将硅片的缺口方向旋转至规定方向，实现硅片的定向。

上述的硅片预对准方法中，所述空心承载盘5设有对应较小尺寸(例如8寸)的硅片的第一承载区51以及对应较大尺寸(例如12寸)的硅片的第二承载区52，且所述第一承载区内51设置有较小尺寸的第一吸盘511，所述第一吸盘511所围的第一承载区51内设有多个第一吸附孔513，所述第二承载区52内设置有较大尺寸的第二吸盘521，所述第二吸盘521所围的第二承载区52内设有多个位于所述第一吸盘511外侧的第二吸附孔523；当较大尺寸的硅片交接到所述第二承载区52上后，首先，对所述第一吸附孔513抽真空，使得所述第一吸盘511适应所述硅片翘曲变形，所述第一吸盘511所围的第一承载区51内的第一凸起结构512支撑所述硅片，以将所述第一吸盘511内的硅片区域吸附平整；然后，对所述第二吸附孔523抽真空(此时第一吸附孔513仍然保持抽真空)，使得所述第二吸盘521适应所述硅片翘曲变形，所述第二吸盘521所围的第二承载区52内的第二凸起结构522支撑所述硅片，以将所述第二吸盘521内的硅片区域吸附平整。具体地，请参考图3所示，当预对准的硅片为12寸硅片时，将其交接到空心承载盘5上并吸附平整的过程如下：硅片由交接承载盘交接到空心承载盘5后，对应空心承载盘5的第一承载区51(承载8寸硅片的区域)中的真空气道打开，并通过第一吸附孔513抽真空，第一吸盘511适应硅片翘曲变形，空心承载盘5的第一承载区51中的第一凸起结构512支撑硅片，以将第一吸盘511所围的硅片区域吸附平整；然后设置于第一承载区51外侧的第二承载区52中的真空气道打开，第二吸附孔523抽真空，第二吸盘521适应硅片翘曲变形，第一吸盘511外侧的的第二凸起结构522支撑硅片，以将第二吸盘521所围的硅片区域吸附平整。在采集12寸硅片的边缘信息时，第一光源111a发出的光通过第一镜头110a后，到达硅片边缘和12寸反射镜113b上，通过硅片和12寸反光镜113b的反射率不同，反射光线形成明暗对比，进而判断出硅片边缘的位置，硅片和12寸反光镜113b反射的光线通过第一镜头110a进入相机112，相机112的感光芯片记录12寸硅片的边缘信息。先使用第一吸盘511、第一吸附孔513吸附12寸硅片的中央区域，再使用第二吸盘521、第二吸附孔523吸附12寸硅片的外围区域，可以避免吸附硅片时造成硅片中间区域翘曲的问题，能够最大程度地使得硅片吸附平整。请参考图4所示，当预对准的硅片为8寸硅片时，硅片由交接承载盘交接到空心承载盘5后，对应空心承载盘5的第一承载区51(承载8寸硅片的区域)中的真空气道打开，并通过第一吸附孔513抽真空，第一吸盘511适应硅片翘曲变形，空心承载盘5的第一承载区51中的第一凸起结构512支撑硅片，以将第一吸盘511所围的硅片区域吸附平整。在采集8寸硅片的边缘信息时，L轴带动第一镜头110a运动到8寸硅片的边缘，旋转气路机构带动空心承载盘5转动，第一光源111a发出的光通过第一镜头110a后，到达8寸硅片的边缘和8寸反射镜113a上，通过硅片和8寸反光镜113a的反射率不同，反射光线形成明暗对比，进而判断硅片的边缘位置，光线通过第一镜头110a进入相机112，相机112的CCD感光芯片记录8寸硅片的边缘信息。

由上述的8寸和12寸硅片的吸附过程，可以看出，本发明的预对准装置及硅片预对准方法，由于旋转承载单元上设置了支撑硅片的凸起结构以及吸附组件，因此能够兼容处理标准片、翘曲片和超薄硅片，处理硅片类型的能力得以提高，并能进一步根据预对准光机单元的采集结果来调整C轴及旋转气路机构以实现硅片定心和定向，可以解决超薄硅片预对准时易碎的问题，继而提高了超薄硅片预对准的安全性和产率。此外，由于硅片能够平整地吸附在空心承载盘上，因此硅片预对准的精度会得到提高。进一步地，通过提高各个能够运动的单元运动速度，还可以提高硅片预对准处理速度。经实际检验，本发明的预对准装置及硅片预对准方法，可以使得超薄片的预对准的产率和精度达到和标准硅片的预对准相同的产率和精度，例如50μm硅片的硅片平整度可达到±0.3355mm，100μm硅片的硅片平整度可达到±0.084mm；最终预对准时间小于15s，定心精度±20μm，定向精度±208urad，边缘曝光位置精度±0.1mm。

综上所述，本发明的预对准装置，由于交接承载单元设置在旋转承载单元内，交接承载单元下方的垂向运动单元和水平位置补偿单元设置在旋转运动单元内，使得交接承载单元在所述旋转承载单元的空心区中上下穿梭和水平移动，因此可以在增大空心承载盘的承载区的面积同时，避免设备尺寸的增大。本发明的硅片预对准方法，利用本发明的预对准装置来实现，可以将硅片平整、安全、牢固的吸附住，并可以根据预对准光机单元的采集结果来调整水平位置补偿单元以及旋转运动单元，以实现硅片定心和定向，由此可以解决超薄硅片预对准时易碎的问题，并提高硅片预对准的精度。进一步地，通过提高各个能够运动的单元运动速度，还可以提高硅片预对准处理速度。本发明的预对准装置及硅片预对准方法适用于曝光、沉积、刻蚀等工艺前的预对准，且本发明的预对准装置，可以作为独立的装置使用，也可以集成到集成电路制造过程中所使用的相应设备或系统中。

实施例二

请参考图5，为了兼容反射式预对准方式和对射式预对准方式，本发明的另一实施例还提供一种预对准装置，与图1至图4所示的实施例中的预对准装置相比，在所述预对准光机单元增加了一套对射式的预对准光机组件，且空心承载盘在各个承载区的外边缘处进行镀膜处理，例如可以在这些区域实现反射第一光源111a的光而透过第二光源111b的光的功能。具体地，本实施例中的预对准光机单元11包括第一镜头110a、第二镜头110b、第一光源111a、第二光源111b、反光镜113c以及相机112。其中，第一镜头110a、第一光源111a以及相机112的安装位置与图1和图2所示的预对准装置中的位置相同，在此不再赘述；第二镜头110b、第二光源111b和反光镜113c组装在所述光机支架102上，且位于空心承载盘5的下方。第一镜头110a和相机112被反射式预对准方式和对射式预对准方式共用，第一光源111a可以为红光光源，第二光源111b可以为绿光光源，空心承载盘5可以采用透过率较高的石英玻璃，并在第一承载区(承载8寸硅片)51和第二承载区(承载12寸硅片)52的外边缘区进行镀膜处理，使得在两个承载区的外边缘区分别实现反射红光、透过绿光的功能，即所述空心承载盘5上且位于每个所述吸盘外侧的区域可透光，所述可透光的区域镀有可反射所述第一光源111a和透射所述第二光源111b的膜层。当采用反射式预对准方式时，第一光源111a发出的光束经第一镜头110a入射到空心承载盘5的相应承载区的外边缘区域(即镀膜区114a、114b)，被所述外边缘区域以及硅片边缘反射回来的光再经过第一镜头110a入射到相机112中，由此采集到硅片的边缘信息，当然该过程中空心承载盘5可以正在旋转。当采用对射式预对准方式时，第二光源111b发出的光束经所述第二镜110b入射至所述反光镜113c，所述反光镜113c反射的光束入射到空心承载盘5的相应承载区的外边缘区域(即镀膜区114a、114b)，经所述外边缘区域以及第一镜头110a的透射后入射至所述相机112中，由此采集到硅片的边缘信息。

此外，由于本实施例的预对准装置的其他部分均可与图1至图4所示的实施例中的预对准装置中的相应部分完全相同，因此，本实施例对这些结构不再赘述。

本实施例的预对准装置，能够实现反射式预对准方式和对射式预对准方式的兼容，可以在处理各种工艺硅片的同时，最大限度的提高预对准效率。

实施例三

在一些情况下，由于硅片太薄，硅片的刚度减弱，即使硅片放置到图1至图5所示的预对准装置上，空心承载盘5上未支撑的硅片边缘部分还存在一定的下塌现象，因此在本发明的又一实施例中，请参考图6，为了缓解硅片边缘部分下榻的问题，在各个吸盘的外侧再布设至少一圈用于支撑硅片的凸起结构。即本实施例的预对准装置，与图1至图5所示的预对准装置相比，在所述空心承载盘5上增设了位于各个吸盘外侧的区域上的凸起结构，例如在第一承载区51上设置位于第一吸盘511外侧的一圈凸起结构514，在第二吸盘521外侧的第二承载区52上设置两圈凸起结构524，由此可以利用这些凸起结构来支撑相应尺寸的硅片边缘，避免边缘下塌，可以最大程度地使吸盘吸附的硅片的表面保持平整，从而提高预对准精度。

实施例四

如图11-13所示，与实施例一相比区别在于，本实施例提供的旋转气路机构300中的固定座1套设在旋转件2的外侧，气路固定部4与固定座1固定连接，气路旋转部3通过转接板11与旋转件2固定连接，气路旋转部3远离旋转件2的一端连接有空心承载盘5，驱动传动组件带动气路旋转部3在气路固定部4内部相对气路固定部4转动，气路固定部4上设置有若干进气口，气路旋转部3上设置有连通进气口的出气口。

上述旋转件2与气路旋转部3及固定座1与气路固定部4等之间的连接，可以为图12和图13中所示的螺纹螺钉连接，也可以为其他的连接方式。

图14为图13中J处的局部放大图，结合图12-图14所示，在本实施例中，气路固定部4套设在气路旋转部3的外侧，进气口位于气路固定部4的外侧壁上。

出气通道、进气通道、环形气道、出气口的设置方式可参考实施例一中的设置方式，本实施例不再进行赘述。

如图12和图13所示，为扩大空心承载盘5的吸附面积，空心承载盘5的外径大于气路旋转部3的外径，且沿径向开设有多个连通出气口的导气孔54，多个导气孔54绕空心承载盘5的轴心呈均匀放射状分布。多个导气孔54包括与第一出气口311连通的第一导气孔及与第二出气口312连通的第二导气孔，第一导气孔沿其长度方向间隔设置有多个所述吸附孔，具体为第一吸附孔513，第二导气孔沿其长度方向间隔设置有多个所述吸附孔，具体为第二吸附孔523。上述空心承载盘5、导气孔54、第一吸附孔513和第二吸附孔523的设置方式，扩大了空心承载盘5的吸附面积，提高了空心承载盘5的吸附能力，且能够使空心承载盘5对物料的吸附力更加均匀，提高了空心承载盘5的吸附性能和吸附可靠性。

为保证旋转气路机构的密封，气路旋转部3和气路固定部4采用转动密封件进行密封，气路旋转部3和安装件5之间采用静密封件进行密封，具体的密封方式可参照实施例一，本实施例不再进行赘述。

实施例五

本实施例与实施例一或实施例四不同之处在于，本实施例在气路旋转部3和气路固定部4之间的密封结构存在差异。

具体地，如图15所示，本实施例中在气路旋转部3和气路固定部4之间采用磁流体密封代替实施例一和实施例四中的弹簧蓄能密封圈。

如图15所示，磁流体密封结构12包括不导磁座123、永久磁体124、上极靴121和下极靴122，其中，不导磁座123、永久磁体124、上极靴121和下极靴122均设置在气路旋转部3和气路固定部4之间形成的密封沟槽内，且需要密封的环形气道靠近气路固定部4的一端位于密封沟槽内。以需要密封的气道为第一环形气道331为例，不导磁座123抵接于气路固定部4，上极靴121、下极靴122和永久磁体124位于不导磁座123和气路旋转部3之间，且永久磁体124连接于不导磁座123，上极靴121和下极靴122设置在永久磁体124两端，且第一环形气道331位于上极靴121和永久磁体124之间。

本实施例提供的磁流体密封，通过永久磁体124、极靴、旋转部形成磁性回路，在磁铁产生的磁场作用下，把放置在气路旋转部3和极靴顶端缝隙间的磁流体加以集中，使其形成一个液体“O型圈”，达到密封目的。且一个环形气道仅需设置一个磁流体密封结构12，而不需要在环形气道两侧分别设置旋转密封件。

实施例六

请参考图16，本发明一实施例还提供一种曝光设备，包括本发明的预对准装置，以及，与所述预对准装置的底板连接的边缘曝光装置，所述边缘曝光装置用于对所述预对准装置的空心承载盘5上承载的硅片的边缘进行曝光。所述边缘曝光装置具体结构包括曝光支架20、X向运动轴21、Y向运动轴22、曝光镜头光阑切换轴24、镜头支架23、曝光镜头26以及光阑25，所述X向运动轴21通过所述曝光支架20安装在底板100上，所述Y向运动轴22安装在所述X向运动轴21上，所述曝光镜头光阑切换轴(简称为“S轴”)24和所述曝光镜头26通过所述镜头支架23安装在所述Y向运动轴22上，所述光阑25安装在所述S轴24上。X向运动轴21用于实现曝光镜头26在水平X方向的运动，进而实现不同尺寸的硅片的边缘曝光工位切换和曝光位置X向位置切换；Y向运动轴22用于实现曝光镜头26的水平Y方向运动，进而实现不同尺寸的硅片的边缘曝光位置Y向位置切换；S轴24用于实现曝光镜头26上不同光阑25的自动切换。

本实施例的曝光设备，由于采用了本发明的预对准装置，因此可以在不增加设备尺寸的同时，实现标准片、翘曲片和超薄硅片等不同规格的硅片的兼容处理，并能对以上规格硅片进行预对准和边缘曝光，能够解决超薄硅片预对准和边缘曝光时易碎的问题以及边缘曝光离焦的问题，提高了超薄硅片预对准和边缘曝光的精度、安全性和产率。经实际检验，本发明的曝光设备，可以使得超薄片的预对准和边缘曝光的产率和精度达到和标准硅片的预对准相同的产率和精度，例如50μm硅片的硅片平整度可达到±0.3355mm，100μm硅片的硅片平整度可达到±0.084mm；最终预对准时间小于15s，定心精度±20μm，定向精度±208urad，边缘曝光位置精度±0.1mm。

此外，本实施例还提供一种曝光方法，包括以下步骤：采用本发明的硅片预对准方法，对一待曝光的硅片进行预对准；以及，对所述预对准后的硅片的边缘进行曝光。本实施例的曝光方法，由于采用了本发明的硅片预对准方法，因此能够解决超薄硅片等在预对准和边缘曝光时产生的离焦现象，提高硅片预对准和边缘曝光的精度及效果。

实施例七

本发明一实施例还提供一种光刻系统，包括本发明的曝光设备。具体地，本实施例的光刻系统包括预对准装置、曝光装置、硅片机器人以及涂胶装置；其中，所述涂胶装置用于对所述预对准装置上的硅片的表面进行涂胶；所述曝光装置用于对所述硅片上涂覆的光刻胶进行曝光；所述硅片机器人可以包括机械手臂等传送机构以及输送辊等硅片输送机构，所述硅片机器人用于实现一硅片在预对准装置、曝光装置以及涂胶装置之间的传送。本实施例的光刻系统，将预对准、涂胶、曝光集成于一体，可缩短工序，大幅提高加工效率。在本发明的其他实施例中，涂胶装置也可以独立于包含预对准装置和曝光装置的曝光设备之外，由此简化结构，并与已有的涂胶设备和涂胶显影一体机兼容。

本实施例还提供一种光刻方法，包括以下步骤：采用本发明所述的硅片预对准方法，对待加工的硅片进行预对准；以及，将预对准后的硅片上载至工件台上进行涂胶或曝光或进行涂胶和曝光。本实施例的光刻方法，由于采用了本发明的硅片预对准方法，因此能够解决超薄硅片预对准时易碎的问题，并提高硅片预对准的精度，进而提高光刻的精度及效果。

实施例八

本发明一实施例还提供一种硅片加工系统，包括多个加工工艺装置、本发明的预对准装置、硅片机器人、用于放置待加工硅片的片盒以及用于放置已加工硅片的片盒。其中，所述硅片机器人用于将硅片在加工工艺装置、预对准装置、用于放置待加工硅片的片盒以及用于放置已加工硅片的片盒之间传送；加工工艺装置用于实现对所述预对准装置的空心承载盘上承载的硅片进行相应的工艺处理，所述加工工艺装置可以选自氧化炉、氮化炉、固化炉、扩散炉、化学机械抛光装置、离子注入装置、刻蚀装置和膜层沉积装置。本发明的硅片加工系统，由于采用了本发明的预对准装置，因此，可以在不增加设备尺寸的同时，实现标准片、翘曲片和超薄硅片等不同规格的硅片的兼容处理，可以提高各种硅片传输的安全性，并能够提高硅片的加工精度和生产效率。

本实施例还提供一种硅片加工方法，包括以下步骤：

首先，通过硅片机器人从用于放置待加工硅片的片盒中取出待加工的硅片；

然后，采用本发明的硅片预对准方法，对所述待加工的硅片进行预对准；

接着，再通过所述硅片机器人将所述预对准后的硅片传送到相应的加工装置上进行相应工艺处理，所述工艺处理包括氧化、氮化、离子注入、扩散掺杂、膜层固化、膜层沉积和膜层刻蚀中的至少一种；以及

之后，再通过所述硅片机器人将处理好的硅片取出，并放入用于放置已加工硅片的片盒中。

本实施例的硅片加工方法，由于采用了本发明的硅片预对准方法，因此，可以兼容处理标准片、翘曲片和超薄硅片等不同规格的硅片，可以提高各种硅片传输的安全性，并能够提高硅片的加工精度和生产效率，适用于显示器、传感器等电子产品的制造。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (31)

1.一种预对准装置，其特征在于，包括：预对准光机单元、水平位置补偿单元、垂向运动单元、交接承载单元、旋转运动单元以及旋转承载单元，其中，

所述交接承载单元用于在所述垂向运动单元的升降作用下与所述旋转承载单元之间交接硅片，所述水平位置补偿单元用于水平移动所述交接承载单元，以实现硅片偏心量的补偿；

所述旋转运动单元和所述旋转承载单元自下而上设置，所述旋转运动单元用于带动所述旋转承载单元旋转，以实现硅片旋转和角度偏差补偿；所述旋转承载单元包括用于承载所述硅片的空心承载盘以及用于吸附所述硅片的吸附组件，所述空心承载盘设置在所述旋转运动单元上并在所述旋转运动单元带动下旋转，所述空心承载盘具有用于承载所述硅片的承载区以及用于安置所述交接承载单元的空心区，所述交接承载单元在所述垂向运动单元的升降作用下在所述空心区中穿梭，所述吸附组件包括吸盘和吸附孔，所述吸盘设置在所述承载区上，所述吸附孔至少设置在所述吸盘所围的承载区中，并与所述吸盘连通；

所述预对准光机单元设置在所述空心承载盘的上方和/或下方，用于探测所述旋转承载单元承载的硅片的边缘信息。

2.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述空心承载盘上设有多个对应不同尺寸硅片的承载区，每个所述承载区上均设有相应的吸盘，每个所述吸盘所围的承载区内均设有多个吸附孔。

3.如权利要求1或2所述的预对准装置，其特征在于，所述空心承载盘在所述吸盘所围的承载区内和/或所述吸盘所围的承载区外侧的区域上设有若干用于支撑硅片的凸起结构。

4.如权利要求3所述的预对准装置，其特征在于，所述若干凸起结构呈同心环分布。

5.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述预对准光机单元包括第一光源、相机、第一镜头、水平运动轴架以及光机支架，所述第一光源、相机、第一镜头组装在所述光机支架上且位于所述空心承载盘的上方，所述水平运动轴架能够带动所述光机支架相对所述空心承载盘水平移动，用于调整所述第一镜头与所述旋转承载单元承载的硅片的边缘的相对位置。

6.如权利要求5所述的预对准装置，其特征在于，所述预对准光机单元还包括设置在所述空心承载盘上且位于所述吸盘外侧的反光镜，所述第一光源发出的光能经所述第一镜头入射到所述反光镜上，所述反光镜反射的光经所述第一镜头入射到所述相机上。

7.如权利要求5所述的预对准装置，其特征在于，所述预对准光机单元还包括第二光源及第二镜头，所述第二光源及第二镜头组装在所述光机支架上且位于所述空心承载盘的下方，所述第二光源发出的光经所述第二镜头入射到所述空心承载盘，并透射到所述第一镜头进而入射到所述相机上。

8.如权利要求7所述的预对准装置，其特征在于，所述空心承载盘上且位于所述吸盘外侧的区域可透光，所述透光区域镀有可反射所述第一光源和透射所述第二光源的膜层。。

9.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述水平位置补偿单元、垂向运动单元、交接承载单元自下而上依次连接设置，所述垂向运动单元包括升降轴、刹车定子和刹车动子；所述刹车定子固定安装；所述升降轴的一端为固定端，固定在所述水平位置补偿单元上，所述升降轴的另一端为升降端，相对所述固定端升降以带动所述交接承载单元升降；所述刹车动子设置在所述升降轴的升降端上。

10.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，还包括计算控制单元，所述计算控制单元分别与预对准光机单元、水平位置补偿单元、垂向运动单元、交接承载单元、旋转运动单元以及旋转承载单元电连接，用于控制所述水平运动轴架的运动，接收所述预对准光机单元探测到的所述边缘信息，并根据所述边缘信息来计算出所述旋转承载单元承载的硅片的偏心量和缺口方向，以及根据所述计算的结果控制和调整所述水平位置补偿单元、垂向运动单元、交接承载单元、旋转运动单元以及旋转承载单元的工作，以实现所述硅片的定心和定向。

11.如权利要求2所述的预对准装置，其特征在于，所述空心承载盘设有8寸承载区和12寸承载区，所述8寸承载区和12寸承载区按同心圆分布，所述8寸承载区用于承载8寸的硅片，所述12寸承载区用于承载12寸的硅片。

12.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述旋转运动单元包括固定支架和安装在所述固定支架上的旋转气路机构，所述旋转气路机构包括进气口和出气口，还包括

气路固定部，与所述固定支架固定连接，所述气路固定部设置有至少一个所述进气口；

气路旋转部，相对所述气路固定部旋转，所述气路旋转部上开设有至少一个所述出气口，所述进气口和所述出气口通过气道连通；

所述空心承载盘设置在所述气路旋转部上，所述出气口与所述空心承载盘上的吸附孔连通。

13.根据权利要求12所述的预对准装置，其特征在于，所述气路旋转部套设在所述气路固定部外，所述气路固定部为带有容纳腔的筒状结构，所述水平位置补偿单元和所述垂向运动单元设置在所述筒状结构内，所述气路固定部的内侧壁上设置所述进气口，与所述进气口连接的气管接口及气管位于所述容纳腔内。

14.根据权利要求12所述的预对准装置，其特征在于，所述气路固定部套设在所述气路旋转部外，所述气路旋转部为带有容纳腔的筒状结构，所述水平位置补偿单元和所述垂向运动单元设置在所述筒状结构内，所述气路固定部的外侧壁上设置所述进气口，与所述进气口连接的气管接口及气管位于所述气路固定部外。

15.根据权利要求12所述的预对准装置，其特征在于，所述气道包括依次连通的进气通道、环形气道和出气通道，所述进气通道连通所述进气口；

所述进气通道沿所述气路固定部的径向方向设置，所述环形通道沿所述气路旋转部或所述气路固定部的周向方向设置，所述出气通道沿所述气路旋转部的轴向方向设置。

16.根据权利要求15所述的预对准装置，其特征在于，所述气路固定部沿其轴线方向间隔设置有多层进气通道，每层所述进气通道设置有至少一个所述进气口，相邻两层进气通道的所述进气口错位设置。

17.根据权利要求12所述的预对准装置，其特征在于，所述空心承载盘内沿其径向开设有至少一个导气孔，所述空心承载盘的上端面对应于所述导气孔的位置间隔开设有多个所述吸附孔，所述导气孔分别与所述出气口和对应的所述吸附孔连通。

18.根据权利要求15所述的预对准装置，其特征在于，所述气路旋转部与所述气路固定部之间采用弹簧蓄能密封圈转动密封，每个所述环形气道沿其轴线方向的两侧均设置有至少一个所述弹簧蓄能密封圈。

19.根据权利要求12所述的预对准装置，其特征在于，所述气路旋转部与所述气路固定部之间采用磁流体转动密封。

20.根据权利要求13所述的预对准装置，其特征在于，所述旋转气路机构还包括驱动传动组件，所述驱动传动组件包括电机、连接于所述电机输出轴的主动齿轮以及与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，所述气路旋转部固定连接于所述从动齿轮的端面。

21.一种曝光设备，其特征在于，包括权利要求1至20中任一项所述的预对准装置，以及边缘曝光装置，所述边缘曝光装置用于对所述预对准装置的空心承载盘上承载的硅片进行边缘曝光。

22.如权利要求21所述的曝光设备，其特征在于，所述边缘曝光装置包括曝光支架、X向运动轴、Y向运动轴、曝光镜头光阑切换轴、镜头支架、曝光镜头以及光阑，所述X向运动轴安装在所述曝光支架上，所述Y向运动轴安装在所述X向运动轴上，所述曝光镜头光阑切换轴和所述曝光镜头通过所述镜头支架安装在所述Y向运动轴上，所述光阑安装在所述曝光镜头光阑切换轴上。

23.一种光刻系统，其特征在于，包括硅片传输机构、工件台及权利要求1至20中任一项所述的的预对准装置，所述硅片传输机构用于将待加工的硅片传送至所述预对准装置进行预对准以及将预对准后的硅片传送到所述工件台上。

24.一种硅片加工系统，其特征在于，包括加工工艺装置以及权利要求1至20中任一项所述的预对准装置，所述加工工艺装置用于实现对所述空心承载盘上承载的硅片进行工艺处理。

25.如权利要求24所述的硅片加工系统，其特征在于，所述加工工艺装置包括氧化炉、氮化炉、固化炉、扩散炉、化学机械抛光装置、离子注入装置、刻蚀装置和膜层沉积装置中的至少一种。

26.一种利用权利要求1至20中任一项所述的预对准装置的硅片预对准方法，其特征在于，包括：

通过所述垂向运动单元上升，使所述交接承载单元位于上片工位，在交接工位接收一硅片，并打开真空进行吸附；

通过所述垂向运动单元下降，使所述交接承载单元位于交接工位，将所述交接承载单元承接的硅片交接到所述空心承载盘的承载区上，所述交接承载单元关闭真空释放硅片，所述空心承载盘打开真空吸附硅片吸附硅片；

所述垂向运动单元继续下降，使所述交接承载单元位于低于所述空心承载盘的交接低位；

所述旋转运动单元带动所述空心承载盘转动，所述预对准光机单元探测所述硅片的边缘信息，以确定所述硅片的中心相对所述空心承载盘的旋转中心的偏心量；

所述空心承载盘关闭真空释放硅片，通过所述垂向运动单元的运动，将所述硅片从所述空心承载盘交接到所述交接承载单元上，之后继续上升至高于所述空心承载盘的交接高位；

所述水平位置补偿单元根据所述偏心量水平移动，使所述硅片的中心与所述空心承载盘的旋转中心重合，以实现所述硅片的定心。

27.如权利要求26所述的硅片预对准方法，其特征在于，所述空心承载盘上设有多个对应不同尺寸硅片的承载区，每个所述承载区上均设有相应的吸盘，每个所述吸盘所围的承载区内均设有多个吸附孔，所述多个承载区同心圆分布；当一硅片交接到与所述硅片的尺寸相适应的承载区上后，沿同心圆的径向方向由内向外依次开启所述硅片覆盖的承载区的真空。

28.一种曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用权利要求26所述的硅片预对准方法，对一待曝光的硅片进行预对准；

在旋转空心承载盘上的硅片时对所述硅片的边缘进行曝光。

29.一种光刻方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用权利要求26所述的硅片预对准方法，对待加工的硅片进行预对准；

将预对准后的硅片上载至工件台上进行曝光。

30.一种硅片加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用权利要求26所述的硅片预对准方法，对一待加工的硅片进行预对准；以及，

对所述预对准后的硅片进行工艺处理。

31.如权利要求30所述的硅片加工方法，其特征在于，所述工艺处理包括氧化、氮化、离子注入、扩散掺杂、膜层固化、膜层沉积和膜层刻蚀中的至少一种。

Images