CN214670086U - 一种柔性吸附组件、硅片交接机构及硅片交接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光刻设备制造技术领域，尤其涉及一种柔性吸附组件、硅片交接机构及硅片交接装置。所述柔性吸附组件包括导向柱、刚性吸附头和柔性连接件，导向柱上开设有第一通孔，刚性吸附头上开设有第二通孔，柔性连接件上开设有第三通孔；导向柱的第一端与驱动组件相连接，柔性连接件的两端分别与导向柱的第二端和刚性吸附头密封固定连接，且第一通孔、第二通孔及第三通孔相连通并形成真空气道，通过选用刚性吸附头可避免因刚性吸附头磨损造成的吸附不稳定的情况；利用柔性连接件可使刚性吸附头具有解耦功能，保证刚性吸附头能够适应工件表面状况，保证吸附工件的稳定性，避免工件在吸附过程中发生脱落。

Description

一种柔性吸附组件、硅片交接机构及硅片交接装置

技术领域

本实用新型涉及光刻设备制造技术领域，尤其涉及一种柔性吸附组件、硅片交接机构及硅片交接装置。

背景技术

光刻设备中硅片的交接需要通过交接装置来实现硅片的吸附、直线传输和释放等功能，这一系列动作都需要在较短时间内快速完成并保持高度可靠性。目前，交接装置大都有三个可垂向往复运动的吸附针头与硅片交接，完成上下硅片的操作，交接装置与硅片吸附可靠是硅片交接的必要条件。

现有技术的硅片交接装置中的交接吸附针头大都是刚性结构，且硅片是刚性的平面，为保证吸附可靠，三个吸附针头需要具有较高的共面要求。由于吸附针头共面要求，在集成的时候需要通过修磨的方式对三个吸附针头进行共面调整，这样大大的增加了集成难度，降低了集成效率。由于刚性吸附针头需要离线调整共面，当调试现场出现更换吸附针头的工况时，需要把大量的零件拆除，对硅片交接装置进行维护，极大影响现场调试和集成进度。而若将吸附针头设计成柔性，吸附针头长时间使用，存在磨损问题影响吸附面的平面度，从而造成吸附针头不能很好地吸附硅片。

因此，亟待需要一种柔性吸附组件以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于提供一种柔性吸附组件，保证硅片与吸附头的完整接触，同时避免了磨损，保证平面度。

本实用新型的第二个目的在于提供的硅片交接机构，通过应用上述柔性吸附组件，保证吸附硅片的稳定性，避免硅片在吸附过程中发生脱落。

本实用新型的第三个目的在于提供一种硅片交接装置，通过应用上述硅片交接机构，能够缩短调试时间，提高装置集成效率，且便于后续维护。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

第一方面，提供了一种柔性吸附组件，包括：

导向柱，其上开设有第一通孔，所述导向柱的第一端被配置为与驱动组件相连接；

刚性吸附头，其上开设有第二通孔，所述刚性吸附头的吸附面为平面；

柔性连接件，其上开设有第三通孔，所述柔性连接件的第一端与所述导向柱的第二端密封固定连接，其第二端与所述刚性吸附头密封固定连接，且所述第一通孔、所述第二通孔及所述第三通孔相连通并形成真空气道。

作为所述柔性吸附组件的可选方案，所述柔性连接件通过粘接方式与所述导向柱及所述刚性吸附头密封固定连接。

作为所述柔性吸附组件的可选方案，所述柔性连接件由柔性橡胶材料制成。

作为所述柔性吸附组件的可选方案，所述第二通孔位于所述刚性吸附头吸附面的一端的孔径大于所述第二通孔位于所述刚性吸附头与所述柔性连接件相连接的一端的孔径。

第二方面，提供了一种硅片交接机构，包括基座、驱动组件和如上所述的柔性吸附组件，所述驱动组件设置在所述基座上，用于驱动所述柔性吸附组件升降。

作为所述硅片交接机构的可选方案，所述硅片交接机构还包括导向组件，所述导向组件包括导向套筒和滑块，所述导向套筒设置在所述基座上，部分所述滑块可滑动穿设在所述导向套筒内，且所述滑块的一端与所述导向柱固定连接，其另一端与所述驱动组件的输出端传动连接。

作为所述硅片交接机构的可选方案，所述驱动组件包括定子和动子，所述定子设置在所述基座上，所述动子与所述滑块传动连接。

作为所述硅片交接机构的可选方案，所述硅片交接机构还包括真空管路，所述真空管路穿设在所述动子及所述滑块中，且所述真空管路的一端与所述真空气道相连通，其另一端被配置为与真空装置相连通。

作为所述硅片交接机构的可选方案，所述硅片交接机构还包括光栅尺，所述光栅尺设置在所述基座上，用于检测所述柔性吸附组件的位置。

第三方面，提供了一种硅片交接装置，包括多个如上所述的硅片交接机构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的柔性吸附组件，包括导向柱、刚性吸附头和柔性连接件，其中，导向柱上开设有第一通孔，刚性吸附头上开设有第二通孔，且刚性吸附头的吸附面位于同一平面，柔性连接件上开设有第三通孔；导向柱的第一端被配置为与驱动组件相连接，柔性连接件的第一端与导向柱的第二端密封固定连接，其第二端与刚性吸附头密封固定连接，且第一通孔、第二通孔及第三通孔相连通并形成真空气道，以便于使刚性吸附头吸附工件。所述柔性吸附组件选用刚性吸附头可避免因刚性吸附头磨损造成的吸附不稳定的情况；利用柔性连接件能够使刚性吸附头具有解耦功能，保证刚性吸附头能够适应工件表面状况，同时对多个刚性吸附头的共面要求降低，保证吸附工件的稳定性，避免工件在吸附过程中发生脱落。

本实用新型提供的硅片交接机构，通过应用上述柔性吸附组件，保证吸附硅片的稳定性，避免硅片在吸附过程中发生脱落。

本实用新型提供的硅片交接装置，通过应用上述硅片交接机构，能够缩短调试时间，提高装置集成效率，且便于后续维护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的柔性吸附组件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的柔性吸附组件与硅片配合的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的硅片交接机构的结构示意图。

附图标记：

100-柔性吸附组件；101-导向柱；1011-第一通孔；102-刚性吸附头；1021-第二通孔；103-柔性连接件；1031-第三通孔；

200-基座；

300-驱动组件；301-定子；302-动子；

400-导向组件；401-导向套筒；402-滑块；

500-真空管路；

600-工件。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1-图2所示，本实施例提供了一种柔性吸附组件，包括导向柱101、刚性吸附头102和柔性连接件103，其中，导向柱101上开设有第一通孔1011，刚性吸附头102上开设有第二通孔1021，且刚性吸附头102的吸附面位于同一平面，柔性连接件103上开设有第三通孔1031；导向柱101的第一端被配置为与驱动组件300相连接，柔性连接件103的第一端与导向柱101的第二端密封固定连接，其第二端与刚性吸附头102密封固定连接，且第一通孔1011、第二通孔1021及第三通孔1031相连通并形成真空气道，以便于使刚性吸附头102吸附工件600。

本实施例提供的柔性吸附组件100，选用刚性吸附头102可避免因刚性吸附头102磨损造成的吸附不稳定的情况；利用柔性连接件103连接刚性吸附头102和导向柱101，从而能够使刚性吸附头102具有运动解耦功能，保证刚性吸附头102能够适应工件600表面状况，同时对多个刚性吸附头102的共面要求降低，保证吸附工件600的稳定性，避免工件600在吸附过程中发生脱落。

需要说明的是，工件600可以是硅片或其他薄片产品。

为了保证导向柱101、刚性吸附头102和柔性连接件103之间的密封连接，柔性连接件103通过粘接方式与导向柱101及刚性吸附头102密封固定连接。具体地，采用胶水将柔性连接件103的两端分别与导向柱101和刚性吸附头102密封固定连接。

可选地，第二通孔1021位于刚性吸附头102吸附面的一端的孔径大于第二通孔1021位于刚性吸附头102与柔性连接件103相连接的一端的孔径，便于刚性吸附头102与工件600之间形成真空腔，以稳定地吸附工件600。

示例性地，第二通孔1021包括圆柱孔段和圆台孔段，圆柱孔段孔径等于圆台孔段的最大孔径，即圆台孔段的最小孔径端与柔性连接件103密封固定连接。在其他实施例中，刚性吸附头102内的第二通孔1021还可以是圆台孔。

可选地，柔性连接件103由柔性橡胶材料制成。示例性地，柔性连接件103可选用硅橡胶材料，其具有抗老化、无毒、耐高低温以及高弹性等优点，保证刚性吸附头102稳定吸附工件600的同时，提高柔性连接件103的适用场合及使用寿命。示例性地，柔性连接件103还可选用氟橡胶材料。

如图3所示，本实施例还提供了一种硅片交接机构，包括基座200、驱动组件300和上述的柔性吸附组件100，驱动组件300设置在基座200上，用于驱动柔性吸附组件100升降。

优选地，硅片交接机构还包括导向组件400，导向组件400包括导向套筒401和滑块402，导向套筒401设置在基座200上，部分滑块402可滑动穿设在导向套筒401内，且滑块402的一端与导向柱101固定连接，其另一端与驱动组件300的输出端传动连接，以保证柔性吸附组件100只能够具有直线升降的自由度。示例性地，导向组件400可以为气浮导向机构。

示例性地，导向柱101的下端设置有外螺纹，滑块402上开设有螺纹孔，导向柱101与滑块402通过螺纹固定连接。进一步地，导向柱101上还设置有用于容纳密封圈的容纳槽，通过密封圈实现导向柱101与滑块402之间的密封，避免漏气，保证吸附效果。

优选地，驱动组件300包括定子301和动子302，定子301设置在基座200上，动子302与滑块402传动连接。示例性地，驱动组件300可选用音圈电机。

优选地，硅片交接机构还包括真空管路500，真空管路500穿设在动子302及滑块402中，且真空管路500的一端与真空气道相连通，其另一端被配置为与真空装置相连通，以实现刚性吸附头102能够吸附工件600。

优选地，硅片交接机构还包括光栅尺，光栅尺设置在基座200上，用于检测柔性吸附组件100的位置，便于更换柔性吸附组件100后标定柔性吸附组件100的零位。

在本实施例中，硅片交接机构采用音圈电机驱动柔性吸附组件100，位置由光栅尺测量，通过气浮导向机构、机械限位保证硅片交接运动的精确性，吸附力由连接真空管路500的真空设备提供。

本实施例还提供了一种硅片交接装置，包括多个上述的硅片交接机构，多个硅片交接机构共同吸附大面积硅片。

示例性地，硅片交接机构的数量为三个，三个硅片交接机构呈120°均匀分布组成吸附硅片的三个支撑点，在硅片交接过程中，通过控制三个硅片交接机构同步运动来实现硅片的平稳上升或者下降。

本实施例提供的具有柔性解耦功能的柔性吸附组件100的硅片交接装置与传统的硅片交接装置的相比，具有如下优势：1)在集成过程中，柔性吸附组件100不需要离线修磨，只需要在线标定三个柔性吸附组件100中刚性吸附头102等高即可；2)当有更换柔性吸附组件100时，只需要更换柔性吸附组件100并重新在线标定下三个柔性吸附组件100的零位即可，不需要把硅片交接装置拆下来离线装调，也不需要拆解与硅片交接装置相关的零部件。相比较刚性吸附针头的方案，该方案极大的降低了硅片交接装置集成难度，提高集成效率，缩短现场维修维护时间。

为保证硅片与刚性吸附头102的完整接触，刚性吸附头102需要具有一定的扭转轴(Rx和Ry)的解耦能力。需要考虑以下几个因素：1)硅片的倾斜角度；2)刚性吸附头102的吸附面的倾斜角度；3)在硅片的重力作用下刚性吸附头102具有的解耦能力。

示例性地，本实施例提供的硅片交接装置的柔性吸附组件100的柔性解耦功能能够满足需要的验证分析如下：

1)硅片的倾斜角度指的是硅片的整体倾斜角度，主要由多个(本实施例为三个)柔性吸附组件100的刚性吸附头102的吸附面不在同一水平面导致。示例性地，假设刚性吸附头102吸附面的高度差为70μm，可计算出硅片的倾角大约为6.14e^-4rad。其中，70um高度差可由尺寸链保证。

2)针对刚性吸附头102的吸附面的倾斜角度，按刚性吸附头102的吸盘平面的差值为20μm，可计算出其吸附面的倾角为0.0039rad。其中，20μm吸盘平面度是由加工保证的。

3)将硅片的倾斜角度和刚性吸附头102的吸附面倾斜角度进行叠加：0.0039+6.14e-⁴＝0.0045rad。因此刚性吸附头102的解耦能力至少要大于0.0045rad。

4)针对刚性吸附头102的扭转轴的解耦：通过仿真计算刚性吸附头102的吸附面的扭转刚度约为K_R＝0.0139Nm/rad。其中，扭转刚度＝负载/变形。单个刚性吸附头102承受的硅片重量约为整个硅片的1/3，即0.042Kg。刚性吸附头102的吸附面的外径为5.1mm。根据相关公式计算可得解耦角度：0.042*9.8*5.1e-3/2/K_R＝0.0765rad>0.0045rad。

因此，根据分析，增加柔性连接件103后能够满足刚性吸附头102的解耦能力需求。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种柔性吸附组件，其特征在于，包括：

导向柱(101)，其上开设有第一通孔(1011)，所述导向柱(101)的第一端被配置为与驱动组件(300)相连接；

刚性吸附头(102)，其上开设有第二通孔(1021)，所述刚性吸附头(102)的吸附面为平面；

柔性连接件(103)，其上开设有第三通孔(1031)，所述柔性连接件(103)的第一端与所述导向柱(101)的第二端密封固定连接，其第二端与所述刚性吸附头(102)密封固定连接，且所述第一通孔(1011)、所述第二通孔(1021)及所述第三通孔(1031)相连通并形成真空气道。

2.根据权利要求1所述的柔性吸附组件，其特征在于，所述柔性连接件(103)通过粘接方式与所述导向柱(101)及所述刚性吸附头(102)密封固定连接。

3.根据权利要求1所述的柔性吸附组件，其特征在于，所述柔性连接件(103)由柔性橡胶材料制成。

4.根据权利要求1所述的柔性吸附组件，其特征在于，所述第二通孔(1021)位于所述刚性吸附头(102)吸附面的一端的孔径大于所述第二通孔(1021)位于所述刚性吸附头(102)与所述柔性连接件(103)相连接的一端的孔径。

5.一种硅片交接机构，其特征在于，包括基座(200)、驱动组件(300)和如权利要求1-4任一项所述的柔性吸附组件(100)，所述驱动组件(300)设置在所述基座(200)上，用于驱动所述柔性吸附组件(100)升降。

6.根据权利要求5所述的硅片交接机构，其特征在于，所述硅片交接机构还包括导向组件(400)，所述导向组件(400)包括导向套筒(401)和滑块(402)，所述导向套筒(401)设置在所述基座(200)上，部分所述滑块(402)可滑动穿设在所述导向套筒(401)内，且所述滑块(402)的一端与所述导向柱(101)固定连接，其另一端与所述驱动组件(300)的输出端传动连接。

7.根据权利要求6所述的硅片交接机构，其特征在于，所述驱动组件(300)包括定子(301)和动子(302)，所述定子(301)设置在所述基座(200)上，所述动子(302)与所述滑块(402)传动连接。

8.根据权利要求7所述的硅片交接机构，其特征在于，所述硅片交接机构还包括真空管路(500)，所述真空管路(500)穿设在所述动子(302)及所述滑块(402)中，且所述真空管路(500)的一端与所述真空气道相连通，其另一端被配置为与真空装置相连通。

9.根据权利要求5所述的硅片交接机构，其特征在于，所述硅片交接机构还包括光栅尺，所述光栅尺设置在所述基座(200)上，用于检测所述柔性吸附组件(100)的位置。

10.一种硅片交接装置，其特征在于，包括多个如权利要求5-9任一项所述的硅片交接机构。

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