TW201427796A - 翹曲矽片吸附裝置及其吸附方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種翹曲矽片吸附裝置及其吸附方法，該裝置包括吸盤和至少三個吸頭組件，該吸頭組件分佈於該吸盤上，該吸頭組件包括吸嘴、球頭以及氣缸，該吸嘴與該氣缸通過該球頭活動連接，並在該氣缸的作用下相對吸盤表面作升降運動。本發明在吸盤上增加至少三個吸頭組件，當翹曲矽片無法被該吸盤吸附時，該吸頭元件通過吸嘴以及氣缸對該翹曲矽片進行吸附並進行拉伸，直至該翹曲矽片的下表面與該吸盤的上表面貼合，從而完成對翹曲矽片的吸附。

Description

翹曲矽片吸附裝置及其吸附方法
本發明涉及光刻設備領域，尤其涉及一種翹曲矽片吸附裝置及其吸附方法。
光刻設備主要用於IC(積體電路板)或其它微型器件的製造。通過光刻設備，具有不同光罩圖案的多層光罩在精確對準下依次曝光成像在塗覆有光阻劑的矽片上，例如半導體矽片、LED(發光二極體，英文全稱：Light Emitting Diode)液晶面板。
已知的光刻設備包括步進重複式和步進掃描式。不論哪種光刻設備，均需具有相應的裝置作為光罩板和矽片的載體，裝載有光罩板或矽片的載體產生精確的相互運動來滿足光刻需要，上述光罩板的載體被稱之為承板台，矽片的載體被稱之為承片台，承板台和承片台分別位於光刻設備的光罩台分系統和工件台分系統中，作為上述分系統的核心模組。在承板台和承片台的相互運動中，須保證光罩板和矽片始終被可靠地定位，也就是說光罩板和矽片的六個自由度皆被限制住。
現有的承片台中，用於吸附固定矽片的裝置稱之為吸盤，吸盤又被定位且吸附在承片台的核心部件方鏡的上表面上，保證 光刻過程中矽片能隨工件台移動，按照預定的路線和速度到達正確的位置。由於矽片的表面需要塗覆光阻劑，故吸盤多採用吸附式，方鏡由一系列驅動器驅動，可產生多個自由度的運動，從而完成對承片台的位置調整，使矽片完成調平調焦的要求。吸盤的精度對光刻設備的焦深(focus)和套刻精度(overlay)有很大的影響，體現在其上下表面的面型精度以及自身的夾持變形量。
隨著TSV(通過矽片通道，英文全稱：Through Silicon Vias)技術的發展，矽片的不斷減薄以及矽片鍵合工藝，導致矽片自身存在不確定的翹曲，在矽片翹曲處和吸盤表面形成了間隙，當吸盤打開真空時漏氣，無法滿足正常情況下的真空閾值，而降低真空閾值則會導致矽片吸附的可靠性降低，導致現有的真空吸盤不能理想地吸附翹曲矽片。
現有技術多是使用真空吸盤，利用真空吸附力來固定夾 持矽片，即採用真空吸附的方式使矽片定位在吸盤上表面，並提出了吸盤上表面若干形態的分佈，以優化在真空吸附時對矽片產生的變形、熱應力等影響。但是這些類型的吸盤都不能解決翹曲矽片的吸附問題。
本發明提供一種翹曲矽片吸附裝置及其吸附方法，以解決現有技術中的矽片吸附裝置無法吸附翹曲矽片的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種矽片吸附裝置，包括用於真空吸附一矽片的吸盤和至少三個吸頭元件，該吸盤具有至 少三個開口，每個開口對應於一個吸頭元件，其中，每個該吸頭元件包括：氣缸，固定連接至該吸盤；吸嘴，活動連接至該氣缸，該吸嘴在氣缸的驅動下可在如下位置之間運動：第一位置處，吸嘴全部位於開口內；第二位置處，吸嘴的至少一部分位於吸盤的表面上方。
較佳地，該氣缸包括缸體、活塞以及導向柱，該缸體設於開口下方且固定至該吸盤的底部，該導向柱位於該缸體中，其一端固定至缸體底部，另一端插置於該活塞中，該活塞的下端部位於該缸體中，上端部與該吸嘴活動連接。
較佳地，該活塞的上端部藉由一球頭與該吸嘴活動連接。
較佳地，該氣缸還包括彈簧套設於該活塞的下端部與缸體底部之間的導向柱上。
較佳地，該活塞將該缸體分為密閉的第一氣室和第二氣室，該第一氣室連接至正壓源，該第二氣室連接至負壓源。
較佳地，該導向柱中具有通孔，該吸嘴具有一腔體經由該導向柱上的通孔連通至該第二氣室。
較佳地，該缸體與該吸盤的底部係以螺釘連接。
較佳地，每個該吸頭元件還包括一位置感測器設於該氣缸中，用於當探測到該吸嘴的上表面與吸盤上表面齊平時開啟吸盤的真空吸附。
較佳地，該吸盤的上表面還設有真空感測器，用於檢測矽片是否被吸盤真空吸附。
較佳地，該至少三個吸頭元件均勻分佈於以吸盤的中心為圓心的圓周上。
較佳地，每個該吸頭元件的圓心與吸盤的中心的距離與吸盤直徑的比為1：3至2：5。
較佳地，每個該吸嘴的直徑為5mm~100mm。
本發明還提供了一種矽片吸附方法，採用如上所述的矽片吸附裝置，其工作步驟如下：第一步，氣缸驅動吸嘴至第一位置，載入一矽片至吸盤上，吸盤真空開啟吸附矽片；第二步，檢測矽片是否被吸盤吸附，是則吸附完成，否則進行第三步；第三步，氣缸驅動吸嘴至第二位置，使得吸嘴的上表面貼合矽片，吸嘴開啟真空對矽片進行吸附，並將矽片拉至該吸盤的上表面；第四步，吸盤真空開啟；第五步，吸嘴停止真空吸附，氣缸帶動吸嘴回復至第一位置。
與現有技術相比，本發明的矽片吸附裝置在吸盤上增加至少三個吸頭組件，當翹曲矽片無法被該吸盤吸附時，該吸頭元件藉由吸嘴以及氣缸對該翹曲矽片進行吸附並進行拉伸，直至該翹曲矽片的下表面與該吸盤的上表面貼合，從而完成對翹曲矽片的吸附。
100‧‧‧吸盤
101‧‧‧開口
200‧‧‧吸頭組件
210‧‧‧吸嘴
220‧‧‧球頭
230‧‧‧氣缸
231‧‧‧缸體
232‧‧‧活塞
233‧‧‧導向柱
234‧‧‧彈簧
235‧‧‧第一氣室
236‧‧‧第二氣室
237‧‧‧螺釘
240‧‧‧位置感測器
300‧‧‧翹曲矽片
401‧‧‧真空感測器
圖1為本發明一具體實施方式的翹曲矽片吸附裝置的結構示意圖； 圖2為圖1的側視圖(部分剖視)；圖3為圖2的I部放大圖；圖4~圖6為本發明一具體實施方式的翹曲矽片吸附裝置的工作過程示意圖；圖7為真空感測器的示意圖；圖8為本發明一具體實施方式的矽片吸附裝置的工作流程圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發明附圖均採用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
本發明提供的翹曲矽片吸附裝置，如圖1所示，並參考圖2至圖6，包括吸盤100和至少三個吸頭組件200，吸盤上開有至少三個開口101，每個開口101對應於一個吸頭元件200。較佳地，該吸頭元件200均布於以該吸盤100中心O為圓心的圓周上。具體地，該吸頭組件200的圓心O’與吸盤100的圓心O的距離a與吸盤100直徑d的比為1：3至2：5。其中，該吸盤100的結構與現有的普通吸盤原理相同，該吸頭組件200，如圖3、圖4所示，包括吸嘴210、球頭220、氣缸230以及位置感測器240，該吸嘴210可完全收納於吸盤100的開口100中，其直徑可以為5mm~100mm。該吸嘴210與該氣缸230通過該球頭220活動連接(如圖4至圖6中的箭頭A所示)，並在該氣缸230的作用下相對吸盤100表面作升降運動(如圖4至圖6中的箭頭B所示)，具體地，該吸嘴210在氣缸 230的驅動下可全部位於開口101內或者至少一部分位於吸盤100的表面上方。該位置感測器240設於該氣缸230中。本發明增加至少三個吸頭元件200，當翹曲矽片300由於與吸盤100之間不能形成密封，真空洩漏，導致無法被該吸盤100吸附時，該吸頭組件200中的吸嘴210在翹曲矽片300的一個近似於平面的小面積上形成真空，該吸嘴210吸附翹曲矽片300後，該氣缸230帶動該吸嘴210向下運動，將翹曲矽片300拉至吸盤100的上表面，減小翹曲矽片300與吸盤100之間的間隙，當位置感測器240探測到吸嘴210的上表面與吸盤100上表面齊平時，該位置感測器240發出信號至吸盤100，吸盤100真空開啟，使翹曲矽片300吸附於吸盤100上。
較佳地，請重點參考圖3，該氣缸230包括缸體231、活塞232、導向柱233以及彈簧234，該導向柱233固定於該缸體231中，該活塞232位於該缸體231中，且一端穿出該缸體231與該吸嘴210通過該球頭220活動連接，該導向柱233插置於該活塞232中，該彈簧234套設於該活塞232與缸體231底部之間的導向柱233上。較佳地，該活塞232將該缸體231分為密閉的第一氣室235和第二氣室236，該第一氣室235連接至正壓源，該第二氣室236連接至負壓源。具體地，吸嘴210的腔體與該第二氣室236經由該導向柱233上的通孔相連通。當連接第一氣室235的正壓源開啟時，第一氣室235內的壓力增大，該吸嘴210處於吸盤100的上表面以下；當連接第二氣室236的負壓源開啟時，由於第二氣室236與吸嘴210的腔體連通，該吸嘴210對該翹曲矽片300進行吸附，形成真空後，第二氣室236內的壓力繼續減小，拉動該活塞232以 及吸嘴210向下運動，直至該翹曲矽片300與該吸盤100的上表面緊密接觸。
較佳地，請繼續參考圖3，該缸體231與該吸盤100係以螺釘237連接，便於各部件的拆卸以及更換。
較佳地，該吸盤100的上表面還設有真空感測器401(見圖7)，用於檢測矽片300是否被吸盤100真空吸附。當該翹曲矽片300被該吸嘴210拉至與該吸盤100的上表面緊密接觸後，吸盤100的真空開啟吸附該翹曲矽片300，該真空感測器401探測到翹曲矽片300被吸盤100真空吸附後，將該資訊傳遞至該吸頭組件200，使吸頭組件200回復到初始位置，即，連通第一氣室235的正壓源開啟，連通第二氣室236的負壓源關閉，該吸嘴210鬆開翹曲矽片300，並下降至吸盤100上表面以下。
本發明還提供了一種矽片吸附方法，採用如上所述的翹曲矽片吸附裝置，請參考圖8，並結合圖4至圖7，其工作步驟如下：第一步，氣缸230帶動吸嘴210位置下降至低於吸盤100上表面(如圖4所示位置)，執行矽片上片，吸盤100真空開啟吸附矽片；第二步，真空感測器401檢測矽片是否被吸盤100吸附，是則吸附完成，否則進行下一步驟；第三步，連接第一氣室235的正壓源關閉，帶動吸嘴210上升，具體地，吸嘴210上升的高度可根據經常使用的矽片的翹曲度來確定，本實施例中，該吸嘴210上升到高於吸盤100上表面0.2~5mm的位置，氣缸230帶動吸嘴210上升貼合翹曲矽片300，該過程中，該吸嘴210與該 翹曲矽片300接觸後，在翹曲矽片300的重量作用下以該球頭220為軸發生旋轉，以使其適應翹曲矽片300的翹曲度，最終使吸嘴210與翹曲矽片300切合，密封(如圖5所示狀態)，連接第二氣室236的負壓源開啟後，吸嘴210與翹曲矽片300吸合，並將翹曲矽片300拉至該吸盤100的上表面(如圖6所示狀態)；第四步，位置感測器240探測到吸嘴210的上表面與吸盤100上表面齊平，發出信號使吸盤100真空開啟，吸盤100對翹曲矽片300進行吸附；第五步，真空感測器401探測到翹曲矽片300被吸盤100真空吸附後，傳遞信號給吸頭元件200，使吸嘴210停止真空吸附，氣缸230帶動吸嘴210回復至初始位置，具體地，連接第二氣室236的負壓源關閉，斷開吸嘴210對翹曲矽片300的吸附，連接第一氣室235的正壓源開啟，吸嘴210下降至吸盤100的上表面以下。
較佳地，該氣缸230藉由第一氣室235和第二氣室236的開啟和關閉控制該吸嘴210的升降，該彈簧234起到緩衝的作用，對矽片進行保護。
綜上所述，本發明在吸盤100上增加至少三個吸頭組件200，當翹曲矽片300無法被該吸盤100吸附時，該吸頭元件200藉由吸嘴210以及氣缸230對該翹曲矽片300進行吸附並進行拉伸，直至該翹曲矽片300的下表面與該吸盤100的上表面貼合，從而完成對翹曲矽片300的吸附。
顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變 型屬於本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
100‧‧‧吸盤
200‧‧‧吸頭組件

Claims (13)

  1. 一種矽片吸附裝置，其特徵在於，包括用於真空吸附一矽片的吸盤和至少三個吸頭元件，該吸盤具有至少三個開口，每個開口對應於一個吸頭元件，其中，每個該吸頭元件包括：氣缸，固定連接至該吸盤；吸嘴，活動連接至該氣缸，該吸嘴在氣缸的驅動下可在如下位置之間運動：第一位置處，吸嘴全部位於開口內；第二位置處，吸嘴的至少一部分位於吸盤的表面上方。
  2. 如申請專利範圍第1項之矽片吸附裝置，其中，該氣缸包括缸體、活塞以及導向柱，該缸體設於開口下方且固定至該吸盤的底部，該導向柱位於該缸體中，其一端固定至缸體底部，另一端插置於該活塞中，該活塞的下端部位於該缸體中，上端部與該吸嘴活動連接。
  3. 如申請專利範圍第2項之矽片吸附裝置，其中，該活塞的上端部藉由一球頭與該吸嘴活動連接。
  4. 如申請專利範圍第2項之矽片吸附裝置，其中，該氣缸還包括彈簧套設於該活塞的下端部與缸體底部之間的導向柱上。
  5. 如申請專利範圍第2項之矽片吸附裝置，其中，該活塞將該缸體分為密閉的第一氣室和第二氣室，該第一氣室連接至正壓源，該第二氣室連接至負壓源。
  6. 如申請專利範圍第5項之矽片吸附裝置，其中，該導向柱中具有通孔，該吸嘴具有一腔體經由該導向柱上的通孔連通至該第二氣室。
  7. 如申請專利範圍第2項之矽片吸附裝置，其中，該缸體與該吸盤的底部係以螺釘連接。
  8. 如申請專利範圍第1項之矽片吸附裝置，其中，每個該吸頭元件還包括一位置感測器設於該氣缸中，用於當探測到該吸嘴的上表面與吸盤上表面齊平時開啟吸盤的真空吸附。
  9. 如申請專利範圍第1項之矽片吸附裝置，其中，該吸盤的上表面還設有真空感測器，用於檢測矽片是否被吸盤真空吸附。
  10. 如申請專利範圍第1項之矽片吸附裝置，其中，該至少三個吸頭元件均勻分佈於以吸盤的中心為圓心的圓周上。
  11. 如申請專利範圍第1項之矽片吸附裝置，其中，每個該吸頭元件的圓心與吸盤的中心的距離與吸盤直徑的比為1：3至2：5。
  12. 如申請專利範圍第1項之矽片吸附裝置，其中，每個該吸嘴的直徑為5mm~100mm。
  13. 一種矽片吸附方法，採用申請專利範圍第1項之矽片吸附裝置，其特徵在於，其工作步驟如下：第一步，氣缸驅動吸嘴至第一位置，載入一矽片至吸盤上，吸盤真空開啟吸附矽片；第二步，檢測矽片是否被吸盤吸附，是則吸附完成，否則進行第三步； 第三步，氣缸驅動吸嘴至第二位置，使得吸嘴的上表面貼合矽片，吸嘴開啟真空對矽片進行吸附，並將矽片拉至該吸盤的上表面；第四步，吸盤真空開啟；第五步，吸嘴停止真空吸附，氣缸帶動吸嘴回復至第一位置。
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