TWI673223B - 真空吸附手、基板交接裝置及光刻機 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種真空吸附手、基板交接裝置及光刻機。所述真空吸附手包括吸附軸、吸頭、主體支架、驅動組件及防轉結構。所述基板交接裝置包括底座和對稱分布於所述底座的多個所述真空吸附手。所述光刻機包括基板台，所述基板台設有基板交接區，所述基板台內安裝有所述基板交接裝置，所述基板交接裝置位於所述基板交接區的下方，所述基板交接區表面對應於所述真空吸附手的位置開有通孔；交接基板時，所述真空吸附手可經由所述通孔向上延伸。本發明提供的基板交接裝置提高了自身空間利用率，降低了空間尺寸；另外，該基板交接裝置採用圓形的氣浮導軌，使裝置易於製造，容易滿足導軌製造精度的要求。

Description

真空吸附手、基板交接裝置及光刻機

本發明係關於半導體製造領域，具體是關於一種真空吸附手、基板交接裝置及光刻機。

光刻設備是一種將遮罩圖案曝光成像到基板上的工藝技術設備。已知的光刻設備包括步進重複式和步進掃描式。在上述的光刻設備中，需配置相應的裝置做為遮罩版和基板的載體以及遮罩版和基板的交接機構，裝載有遮罩版的載體和裝有基板的載體產生相對運動來滿足光刻需要。

上述遮罩版的載體被稱之為承版台，上述基板的載體被稱之為承片台，基板的交接機構被稱之為基板交接裝置。承版台和承片台分別位於光刻設備的遮罩台分系統和工件台分系統中，承版台和承片台為所在分系統的核心模塊。其中，承版台和承片台相對運動時，須保證遮罩版和基板始終被可靠地定位，即限定掩膜版和基板的六個自由度。此外，在光刻設備進行曝光作業前，通過基板交接裝置將基板從傳輸機械手上移動至承片台，曝光完成後另通過基板交接裝置將基板從承片臺上轉移至傳輸機械手。

現有的基板交接裝置主要採用機械導軌或者氣浮導軌實現矽晶片吸附，分別可通過電機或壓縮空氣驅動其運動。無論是機械導軌還是氣浮導軌，均需要額外配置防轉結構來限制基板交接裝置的轉動，這樣會造成整個基板交接裝置空間尺寸大，限制了整個裝置的空間布局。現有技術中，採用氣浮導軌的基板交接裝置的防轉結構具有多個導向面，現有的製造技術很難使多個導向面的製造精度同時滿足要求，從而這種形式的基板交接裝置的製造難度大。

本發明的目的在於提供一種真空吸附手、基板交接裝置及光刻機，以解決現有技術中的基板交接裝置空間尺寸大以及製造難度大、無法滿足對導軌的製造精度要求的問題。

為實現上述目的，本發明提供一種真空吸附手，包括吸附軸、吸頭、主體支架、驅動組件及防轉結構，所述吸附軸連接所述防轉結構，所述驅動組件所述驅動組件用於驅動所述吸附軸和所述防轉結構在所述主體支架內沿軸向滑動，所述防轉結構用於防止所述吸附軸相對所述主體支架繞軸向轉動，所述吸附軸頂端連接所述吸頭，所述吸附軸內設有真空通道，所述吸頭與所述真空通道連通。

可選的，所述防轉結構面向所述主體支架的方向具有呈夾角設置的多個第一防轉面，所述主體支架內具有與所述多個第一防轉面相匹配的呈同樣夾角設置的多個第二防轉面，所述多個第一防轉面與所述多個第二防轉面共同用於防止所述防轉結構在所述主體支架內繞軸向轉動。

可選的，所述主體支架內設有可供所述吸附軸軸向滑動的第一導向孔及供所述防轉結構軸向滑動的第二導向孔，所述吸附軸與所述防轉結構之間偏軸連接，所述第一導向孔與所述第二導向孔對應地偏軸設置。

可選的，所述吸附軸與所述防轉結構之間的偏軸距為1 mm 至2mm。

可選的，所述驅動組件包括氣浮塊、電機定子和電機動子，所述電機定子與所述電機動子同心布置，所述電機定子固定在所述主體支架內，所述電機動子安裝在所述氣浮塊上並與所述吸附軸同心布置。

可選的，所述氣浮塊上安裝有測量靶面，所述主體支架上對應安裝有位移傳感器，所述位移傳感器用於採集所述測量靶面的位置信息，從而實現對所述電機動子的位移測量。

可選的，在所述主體支架與所述吸附軸之間通入有壓縮空氣以形成氣浮導向膜。

可選的，在所述主體支架與所述防轉結構之間通入有壓縮空氣以形成氣浮導向膜。

可選的，所述吸附軸內設置有多個第一節流孔以及與所述第一節流孔連通的壓縮空氣通道，所述壓縮空氣依次通過所述壓縮空氣通道、第一節流孔進入所述吸附軸與所述主體支架之間。

可選的，所述防轉結構上設置有多個第二節流孔，所述壓縮空氣通過所述第二節流孔進入所述防轉結構與所述主體支架之間。

可選的，所述防轉結構上設置有與所述壓縮空氣通道連通的壓縮空氣連通槽，所述壓縮空氣連通槽用於與外部壓縮空氣源連通。

可選的，所述防轉結構上還設置有與所述吸附軸內的所述真空通道連通的真空入口，用於與外部真空源連通。

可選的，所述吸附軸的底端部分插入並固定在所述防轉結構內，所述防轉結構與所述吸附軸之間還設置有多個密封圈，用於在所述防轉結構與所述吸附軸之間形成隔離密封。

可選的，所述真空吸附手還包括預載機構，所述預載機構包括金屬物和磁鐵，所述金屬物設置在所述多個第一防轉面中的至少一個上，所述磁鐵對應設置在所述多個第二防轉面中的至少一個上，或所述金屬物設置在所述多個第二防轉面中的至少一個上，所述磁鐵對應設置在所述多個第一防轉面中的至少一個上。

可選的，所述吸附軸為圓柱體，所述防轉結構為梯形台。

可選的，所述吸附軸和所述防轉結構均為圓柱體。

可選的，所述吸附軸活動穿設於所述主體支架內且包括偏心設置且端部相連接的兩個圓柱結構。

進一步的，本發明還提供一種基板交接裝置，包括底座和對稱分布於底座的多個如上所述的真空吸附手。

更進一步的，本發明還提供一種光刻機，包括基板台，所述基板台設有基板交接區，所述基板台內安裝有所述基板交接裝置，所述基板交接裝置位於所述基板交接區的下方，所述基板交接區表面對應於所述基板交接裝置的所述真空吸附手的位置開有通孔；交接基板時，所述真空吸附手可經由所述通孔向上延伸。

綜上，本發明提供的基板交接裝置包括底座和對稱分布於所述底座的多個真空吸附手，所述真空吸附手包括吸附軸、吸頭、主體支架、驅動組件及防轉結構，所述吸附軸連接所述防轉結構，所述驅動組件驅動所述吸附軸和所述防轉結構在所述主體支架內沿軸向滑動，所述防轉結構限制所述吸附軸相對所述主體支架繞軸向轉動，所述吸附軸頂端連接所述吸頭，所述吸附軸內設有真空通道，所述吸頭與所述真空通道連通。特別的，所述防轉結構具有呈夾角設置的多個第一氣浮面，所述主體支架具有同樣呈夾角設置並與第一氣浮面匹配的多個第二氣浮面，以通過多個所述第一氣浮面與多個所述第二氣浮面共同用於限制所述動子部分在所述吸附軸周向上的轉動，這樣一來，與現有技術中增加額外的防轉結構相比，本發明提高了基板交接裝置的內部空間利用率，同時，降低了基板交接裝置的空間尺寸。

此外，所述防轉結構優選包括安裝在吸附軸上的氣浮塊，所述吸附軸為圓柱形結構，所述主體支架具有與吸附軸的外周面相匹配的導向面。同時所述氣浮塊具有與吸附軸的軸向平行的二個平面，該二個平面用於與主體支架的另二個平面相匹配共同用於限制所述動子部分在所述吸附軸周向上的轉動；或者是，所述吸附軸為圓柱形結構並包括軸線偏心設置的第一部分和第二部分，所述第一部分的外周面和第二部分的外周面用於與主體支架的另二個外周面相匹配共同用於限制所述動子部分在所述吸附軸周向上的轉動。如此，通過平面或偏心設置的圓柱面做為動子部分做直線運動的導向面，不僅使基板交接裝置易於在產業上製造，而且容易滿足導軌的製造精度要求。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常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。

實施例1

圖1為本發明一實施例提供的真空吸附手的結構示意圖，圖2為圖1所述的真空吸附手的俯視圖。如圖1和圖2所示，本實施例的真空吸附手包括吸附軸031、吸頭07、主體支架01、驅動組件及防轉結構，所述吸附軸031連接所述防轉結構，所述驅動組件驅動所述吸附軸031和所述防轉結構在所述主體支架01內沿軸向滑動，所述防轉結構限制所述吸附軸031相對所述主體支架01繞軸向轉動，所述吸附軸031頂端連接所述吸頭07，所述吸附軸031內設有真空通道，所述吸頭07與所述真空通道連通。

其中，所述吸附軸031活動穿設於所述主體支架01，以便於吸附軸031能夠沿著主體支架01在軸向上移動。特別的，所述防轉結構具有呈夾角設置的多個第一氣浮面（可參閱圖2的101與102），同時所述主體支架01具有呈同樣夾角設置的多個第二氣浮面（可參閱圖2的101與102），所述第一氣浮面與所述第二氣浮面相匹配，且多個所述第一氣浮面和多個所述第二氣浮面共同用於限制所述吸附軸031周向上的轉動。

本實施例提供的真空吸附手具有一個與吸附軸031分體或一體的防轉結構，該防轉結構具有呈夾角的多個第一氣浮面，通過所述呈夾角的多個第一氣浮面能夠很好的限制吸附軸031的旋轉，從而不必像現有技術中增加額外的防轉結構，這樣提高了真空吸附手的內部空間利用率，降低了真空吸附手的空間尺寸。

進一步的，繼續參見圖1和圖2，所述防轉結構還包括氣浮塊021，所述驅動組件包括電機定子05和電機動子04，所述電機動子04安裝在氣浮塊021上並與吸附軸031同心布置。

所述吸附軸031優選為一根圓柱形軸，所述吸附軸031的橫截面直徑優選為7 mm 至8mm。

本發明還提供一種基板交接裝置，其包括底座和對稱分布於底座的多個如上所述真空吸附手。通過本申請提供的真空吸附手，在提升所述基板交接裝置空間利用率的同時，使所述吸附軸031的內部真空通道以及壓縮空氣通道得到更合理的布局。

其中，所述電機定子05與所述主體支架01連接，且構成基板交接裝置的定子部分。所述氣浮塊021、吸附軸031、電機動子04以及吸頭07一起構成所述基板交接裝置的動子部分。所述吸頭07設置於所述吸附軸031的一端，且所述吸附軸031內設置有真空通道032，同時所述吸頭07設置有可以與真空通道032連通的另一真空通道，這樣可通過吸頭07以真空吸附的方式吸附基板。

所述主體支架01與吸附軸031之間優選設置有導向膜08，所述導向膜08相當於整個動子部分的主導軌，實現動子部分的高精度低摩擦的導向。那麼，所述吸附軸031在所述電機動子04的驅動下能夠沿著所述導向膜08做直線運動。本實施例中，所述吸附軸031上設有第一節流孔034和壓縮空氣通道033，所述壓縮空氣通道033與第一節流孔034相接通，以使壓縮空氣依次通過壓縮空氣通道033、第一節流孔034進入主體支架01與吸附軸031之間形成所述導向膜08。優選的，所述壓縮空氣通道033還與氣浮塊021上的壓縮空氣連通槽022以及壓縮空氣入口025接通。

優選，所述吸附軸031的中心設置有所述真空通道032，所述真空通道032的入口可與氣浮塊021上的真空入口024接通，所述真空通道032的出口與吸頭07的所述另一真空通道的入口接通，為吸頭07提供真空吸附力，以進行矽晶片的吸附。

所述真空通道032的橫截面形狀可以為圓形，且直徑優選在1.6 mm 至2mm之間，若真空通道的直徑太小會造成較大壓降影響對矽晶片的吸附，若真空通道的直徑太大會使吸附軸031的尺寸相應增大，提升製造成本。壓縮空氣通道033的橫截面形狀亦可為圓形，且直徑優選在0.8 mm 至1mm之間，若壓縮空氣通道033的尺寸太小會使壓縮空氣流量減小，影響氣浮導軌的性能。

在一個實施例中，所述主體支架01具有與吸附軸031的外周面相匹配的導向面，所述氣浮塊021具有與吸附軸031的軸向平行的呈夾角設置的多個第一防轉面，同時所述主體支架01還具有與所述多個第一防轉面相匹配的多個第二防轉面，所述多個第一防轉面與多個第二防轉面之間留有空隙。本實施例中，所述氣浮塊021為梯形台，具有三個第一防轉面，其中位於兩側的第一防轉面做為兩個第一氣浮面，對應的主體支架01上具有兩個第二氣浮面，在兩個第一氣浮面以及與該第一氣浮面相匹配的兩個第二氣浮面之間通入壓縮空氣以構成第一氣浮空間101和第二氣浮空間102，為防轉結構在主體支架01中的軸向運動提供氣浮導向膜。所述第一氣浮空間101與所述第二氣浮空間102之間形成有一夾角優選為90°。

所述第一氣浮空間101和第二氣浮空間102可由與壓縮空氣入口025相連的第二節流孔026提供壓縮空氣，以使壓縮空氣依次通過壓縮空氣入口025、第二節流孔026進入第一氣浮空間101和第二氣浮空間102。

優選的，所述主體支架01上還安裝有預載鋼條061，且所述氣浮塊021上對應安裝有預載磁鐵062，所述預載鋼條061與預載磁鐵062會產生一定的吸引力，所述吸引力為所述第一氣浮空間101和第二氣浮空間102提供適當的預載吸附軸。然而，本發明包括但不限於鋼條，只要是金屬材質的物體即可。另外，所述預載鋼條061亦可設置在氣浮塊021上，且所述預載磁鐵062設置在主體支架01上。或者，所述預載鋼條061設置在所述多個第一防轉面中的至少一個上，所述預載磁鐵062對應設置在所述多個第二防轉面中的至少一個上，或所述預載鋼條061設置在所述多個第二防轉面中的至少一個上，所述預載磁鐵062對應設置在所述多個第一防轉面中的至少一個上。

所述第一氣浮空間101和第二氣浮空間102亦與導向膜08的軸向平行，所述第一氣浮空間101、第二氣浮空間102吸附軸與導向膜08一起構成整個裝置的導向面。此外，由於第一氣浮空間101和第二氣浮空間102呈一定的夾角，因此，能限制所述動子部分繞導向膜08的軸向旋轉。另外，在吸附軸031與氣浮塊021之間設置有多個密封圈023，以將壓縮空氣與吸附軸真空進行隔離密封。

所述真空吸附手的動子部分依靠安裝於氣浮塊021上電機動子04驅動，其中，所述氣浮塊021上安裝有測量靶面092，所述主體支架01上對應安裝有位移傳感器091，所述位移傳感器091採集測量靶面092的位置信息，從而實現對所述動子部分的位移測量。

實施例2

如圖3所示，其為本發明優選實施例提供的偏心吸附軸與導向膜的結構示意圖，該實施例與實施例1的區別在於，本實施例通過偏心吸附軸12和配套的主體支架11來限位。所述偏心吸附軸12活動穿設於主體支架11內，兩者之間存在導向膜，以便於偏心吸附軸12沿著主體支架11靈活運動。所述偏心吸附軸12包括偏心設置並一端相連接的二個圓柱結構，該二個圓柱結構的外周面便可構成二個第一氣浮面。該兩個圓柱結構優選形狀相同。

相應的，所述主體支架11具有與二個所述外周面相匹配的另二個外周面，所述另二個外周面構成二個所述第二氣浮面，所述主體支架11上亦具有偏軸設置的兩個圓孔，所述兩個圓孔的孔壁與所述偏心吸附軸12形成的圓柱氣浮面13和圓柱氣浮面14相匹配，所述圓柱氣浮面13和所述圓柱氣浮面14為所述基板交接裝置提供導向，以及限制所述偏心吸附軸旋轉。所述偏心吸附軸與所述防轉結構之間的偏軸距優選在1 mm 至2mm之間。

需要說明的是，將圖1中真空吸附手的吸附軸031和主體支架01替換為本實施例中的偏心吸附軸12和主體支架11，便可構成另一真空吸附手；其中吸附軸031所具有的真空通道和壓縮空氣通道，偏心吸附軸12也同樣具有，主體支架01具有的真空入口和壓縮空氣連通槽，主體支架11也同樣具有；其餘結構不做改變。

再進一步的，將多個所述真空吸附手分布於底座上，可構成基板交接裝置。當基板（即待吸附的矽晶片）尺寸較大時，一個所述基板交接裝置不利於較大尺寸基板的交接時，需要將多個基板交接裝置組合起來用。將多個基板交接裝置進行組合使用，並通過合理排布，形成基板交接系統，對所述多個基板交接裝置進行同步控制，從而實現對大尺寸基板的交接。

本實施提供的基板交接裝置的組合，通過對多個所述基板交接裝置進行組合使用，並對多個所述基板交接裝置進行同步控制，實現了對大尺寸矽晶片的支撐。由於是分離的單獨裝置，因而對空間尺寸要求同樣很小，同時，這樣的方案對3個或多個基板交接裝置的安裝精度要求不高，支撐點共面可通過每個單獨裝置的高精度定位實現。此外，本發明實施例還提供一種光刻機，包括基板台，所述基板台設有基板交接區，所述基板台內安裝有所述基板交接裝置，所述基板交接裝置位於所述基板交接區的下方，所述基板交接區表面對應於所述真空吸附手的位置開有通孔 ；交接基板時，所述真空吸附手可經由所述通孔向上延伸。

綜上所述，本發明提供的真空吸附手、基板交接裝置及光刻機中，所述基板交接裝置通過吸頭吸附或釋放基板，並通過吸附軸的運動，實現了對所述基板的交接。同時，本發明提供的基板交接裝置對氣浮結構進行改進，無需額外的防轉結構，提高了基板交接裝置的空間利用率，降低了基板交接裝置的空間尺寸；另外，該基板交接裝置採用圓形的氣浮導軌（即偏心吸附軸來限定吸附軸的旋轉），使裝置易於製造，容易滿足導軌製造精度的要求。

上述僅為本發明的優選實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的範圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。

01/11‧‧‧主體支架

021‧‧‧氣浮塊

031‧‧‧吸附軸

04‧‧‧電機動子

05‧‧‧電機定子

07‧‧‧吸頭

08‧‧‧導向膜

034‧‧‧第一節流孔

033‧‧‧壓縮空氣通道

024‧‧‧真空入口

025‧‧‧壓縮空氣入口

022‧‧‧壓縮空氣連通槽

023‧‧‧密封圈

032‧‧‧真空通道

101‧‧‧第一氣浮空間

102‧‧‧第二氣浮空間

026‧‧‧第二節流孔

061‧‧‧預載鋼條

062‧‧‧預載磁鐵

091‧‧‧位移傳感器

092‧‧‧測量靶面

12‧‧‧偏心吸附軸

13/14‧‧‧圓柱氣浮面

圖1為本發明一實施例提供的真空吸附手的結構示意圖； 圖2為圖1所述的真空吸附手的俯視圖； 圖3為本發明優選實施例提供的偏心吸附軸與主體支架的結構示意圖。

Claims (18)

1. 一種真空吸附手，其特徵在於包括：吸附軸、吸頭、主體支架、驅動組件及防轉結構，所述吸附軸連接所述防轉結構，所述驅動組件用於驅動所述吸附軸和所述防轉結構在所述主體支架內沿軸向滑動，所述防轉結構用於防止所述吸附軸相對所述主體支架繞軸向轉動，所述吸附軸頂端連接所述吸頭，所述吸附軸內設有真空通道，所述吸頭與所述真空通道連通；其中所述主體支架內設有可供所述吸附軸軸向滑動的第一導向孔及供所述防轉結構軸向滑動的第二導向孔，所述吸附軸與所述防轉結構之間偏軸連接，所述第一導向孔與所述第二導向孔對應地偏軸設置。
2. 如請求項1所述的真空吸附手，其中所述防轉結構面向所述主體支架的方向具有呈夾角設置的多個第一防轉面，所述主體支架內具有與所述多個第一防轉面相匹配的呈同樣夾角設置的多個第二防轉面，所述多個第一防轉面與所述多個第二防轉面共同用於防止所述防轉結構在所述主體支架內繞軸向轉動。
3. 如請求項1所述的真空吸附手，其中所述吸附軸與所述防轉結構之間的偏軸距為1mm至2mm。
4. 如請求項1所述的真空吸附手，其中所述驅動組件包括氣浮塊、電機定子和電機動子，所述電機定子與所述電機動子同心布置，所述電機定子固定在所述主體支架內，所述電機動子安裝在所述氣浮塊上並與所述吸附軸同心布置。
5. 如請求項4所述的真空吸附手，其中所述氣浮塊上安裝有測量靶面，所述主體支架上對應安裝有位移傳感器，所述位移傳感器用於採集所述測量靶面的位置信息，從而實現對所述電機動子的位移測量。
6. 如請求項1所述的真空吸附手，其中在所述主體支架與所述吸附軸之間通入有壓縮空氣以形成氣浮導向膜。
7. 如請求項1所述的真空吸附手，其中在所述主體支架與所述防轉結構之間通入有壓縮空氣以形成氣浮導向膜。
8. 如請求項6所述的真空吸附手，其中所述吸附軸內設置有多個第一節流孔以及與所述第一節流孔連通的壓縮空氣通道，所述壓縮空氣依次通過所述壓縮空氣通道、所述第一節流孔進入所述吸附軸與所述主體支架之間。
9. 如請求項7所述的真空吸附手，其中所述防轉結構上設置有多個第二節流孔，所述壓縮空氣通過所述第二節流孔進入所述防轉結構與所述主體支架之間。
10. 如請求項8或9所述的真空吸附手，其中所述防轉結構上設置有與所述壓縮空氣通道連通的壓縮空氣連通槽，所述壓縮空氣連通槽用於與外部壓縮空氣源連通。
11. 如請求項1所述的真空吸附手，其中所述防轉結構上還設置有與所述吸附軸內的所述真空通道連通的真空入口，用於與外部真空源連通。
12. 如請求項1所述的真空吸附手，其中所述吸附軸的底端部分插入並固定在所述防轉結構內，所述防轉結構與所述吸附軸之間還設置有多個密封圈，用於在所述防轉結構與所述吸附軸之間形成隔離密封。
13. 如請求項2所述的真空吸附手，其中所述真空吸附手還包括預載機構，所述預載機構包括金屬物和磁鐵，所述金屬物設置在所述多個第一防轉面中的至少一個上，所述磁鐵對應設置在所述多個第二防轉面中 的至少一個上，或所述金屬物設置在所述多個第二防轉面中的至少一個上，所述磁鐵對應設置在所述多個第一防轉面中的至少一個上。
14. 如請求項2所述的真空吸附手，其中所述吸附軸為圓柱體，所述防轉結構為梯形台。
15. 如請求項1所述的真空吸附手，其中所述吸附軸和所述防轉結構均為圓柱體。
16. 如請求項1所述的真空吸附手，其中所述吸附軸活動穿設於所述主體支架內且包括偏心設置且端部相連接的兩個圓柱結構。
17. 一種基板交接裝置，其特徵在於包括：底座和對稱分布於所述底座上的多個如請求項1至16中任一項所述的真空吸附手。
18. 一種光刻機，其特徵在於包括：基板台，所述基板台設有基板交接區，其特徵在於，所述基板台內安裝有如請求項17所述的基板交接裝置，所述基板交接裝置位於所述基板交接區的下方，所述基板交接區表面對應於所述基板交接裝置的所述真空吸附手的位置開有通孔；交接基板時，所述真空吸附手可經由所述通孔向上延伸。