一种tsv硅片的真空吸盘的制作方法
【专利摘要】本发明属于半导体光刻制造【技术领域】，涉及TSV硅片的移动装置，具体涉及TSV硅片的真空吸盘。所述真空吸盘包括吸盘底座、设置吸盘底座上部的吸附层、设置在吸盘底座内部的真空室和阵列排布在吸附层上与真空室相通的吸附孔群，所述吸附层包括中间芯部和环绕芯部的环形层，所述环形层包括嵌套设置的至少一个环状弹性吸附层和至少一个环状刚性吸附层。本发明提供的吸盘采用弹性吸附层和由内至外变化的吸附面积，将点吸附变为了面吸附，增加了TVS硅片的吸附牢固度。为了防止TVS硅片因弹性吸附层的形变造成翘曲，采用刚性吸附层和弹性吸附层环状交替布局且设置高度差的方式来设计吸附面，使得吸附时依旧可以保持TSV硅片的平面度。
【专利说明】—种TSV硅片的真空吸盘
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体光刻制造【技术领域】，涉及TSV硅片的移动装置，具体涉及TSV硅片的真空吸盘。
【背景技术】
[0002]TSV叫做娃通孔(Through-Silicon-Via),是一种系统级的集成结构，该结构通过多层硅片平面堆叠，再通过平面法线方向上的通孔进行连接而成。TSV硅片具有三维方向堆叠密度最大、芯片之间互连线最短、外形尺寸最小及可以实现3D芯片堆叠等优点，被广泛应用于计算机、通讯、汽车电子、航空航天领域。
[0003]现有技术中，主要采用真空吸盘技术进行硅片的夹持与输送，即通过真空吸附将硅片紧贴吸盘，确保硅片的传送稳定性，为了在保持硅片的平面度的状态下对其进行吸附保持，要求吸盘表面的平面度极高，同时要求吸附力均匀防止引起硅片表面翘曲，变形。现有技术中公开了一种硅片吸盘，吸盘表面由内向外逐级加密，在吸附硅片时，吸附力均匀，但表面的加工难度并未能降低。
[0004]在高端光刻领域，被传输到工件台上的硅片有高精度的偏心及偏向要求。在理论上，由于硅片有着圆边及缺口两大几何特征，只需要在硅片圆边上通过光电检测CCD(Charge Couple Device)进行透过式扫描,取得足够的特征点，就可以得到娃片的圆心位置和缺口方向。但实际上，TSV硅片作为一个键合硅片，具有与其他硅片不同的几何特称，在定位方面，TSV硅片底部为曲面，参见图1，由于传统的吸盘表面101为陶瓷材料，表面不易形变，与TSV硅片102曲面的接触面积小，吸附不牢。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是TSV硅片的真空吸盘吸附不牢的问题，为了克服以上不足，提供了一种TSV硅片的真空吸盘。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:所述真空吸盘包括吸盘底座、设置吸盘底座上部的吸附层、设置在吸盘底座内部的真空室和阵列排布在吸附层上与真空室相通的吸附孔群，所述吸附层包括中间芯部和环绕芯部的环形层，所述环形层包括嵌套设置的至少一个环状弹性吸附层和至少一个环状刚性吸附层。
[0007]进一步，弹性吸附层和刚性吸附层穿插设置，例如环形层从内到外依次包括一个以上弹性吸附层、一个以上刚性吸附层、一个以上弹性吸附层和一个以上刚性吸附层。
[0008]进一步，所述弹性吸附层与刚性吸附层交替设置，例如环形层从内到外依次包括一个弹性吸附层、一个刚性吸附层、一个弹性吸附层和一个刚性吸附层。
[0009]弹性吸附层可以随TSV硅片的曲面形状产生形变，保证TSV硅片与吸附层良好的接触和吸附效果。而刚性吸附层用于TSV硅片的刚性接触面，防止弹性吸附层支撑力不足，造成TSV硅片本身产生翘曲，保证TSV硅片本身的平面度。
[0010] 进一步，所述吸附孔群包括芯部吸附孔群和环形层吸附孔群，环形层吸附孔群中的吸附孔按矩阵划分，同行的吸附孔均匀分布在一个弹性吸附层或一个刚性吸附层的圆周上，同列的吸附孔沿通过圆心向外的一个辐射线分布。
[0011]进一步，所述吸附孔由一个单孔或一组多孔组成。
[0012]进一步，同列的吸附孔中，内侧的吸附孔的吸附面积不大于外侧的吸附孔的吸附面积，同列吸附孔的吸附面积从内到外呈上升趋势，同行的吸附孔的吸附面积相同。
[0013]当吸附孔为一个单孔时，所述吸附面积为该单孔的孔面积，当吸附孔为一组多孔时，所述吸附面积为该组多孔包含的所有孔的孔面积之和。TSV硅片外围相对于中心需要较大的吸附力，通过增大外侧的吸附面积，可以有效增大吸附力，这样在吸附过程中，减小了由于吸力不均匀造成的TSV硅片本身变形，各行吸附孔的吸附面积可以通过具体TSV硅片重量，由仿真分析得出。
[0014] 进一步，所述弹性吸附层高出相邻的刚性吸附层。
[0015]在吸附时，弹性吸附层适应了 TSV硅片的曲面，在吸附力作用下，弹性吸附层被压缩，TSV硅片可以落在刚性吸附层的平面上，保持了 TSV硅片的平面度。
[0016]进一步，外侧的刚性吸附层高于内侧的刚性吸附层，高度差由TSV硅片的曲面形状计算推出，高度差用于补偿TSV硅片底面曲度带来的高度差，这样可以使TSV硅片在吸附时保证一定的平面度。
[0017]进一步，所述弹性吸附层为弹性体材料，多个弹性吸附层可采用不同的弹性体材料。
[0018]进一步，所述弹性体材料为热塑性聚氨酯，热塑性聚氨酯具有高模量、高强度、高伸长、耐磨损、加工性能好、可分解等特性，因此采用该材料的弹性吸附层具有弹性佳，耐磨损且环保等优点，在使用过程中，弹性吸附层压缩及回弹重复度高，能够保持长期的稳定性，提高了整个陶瓷吸盘的使用寿命。
[0019]本发明提供的吸盘采用弹性吸附层和由内至外变化的吸附面积，将点吸附变为了面吸附，增加了 TVS硅片的吸附牢固度。为了防止TVS硅片因弹性吸附层的形变造成翘曲，采用刚性吸附层和弹性吸附层环状交替布局且设置高度差的方式来设计吸附面，使得吸附时依旧可以保持TSV硅片的平面度。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是现有技术问题示意图；
[0021]图2是实施例1的吸盘结构示意图；
[0022]图3是图3的A-A向剖面图；
[0023]图4是图4的B部局部放大图；
[0024]图5是实施例2的吸盘结构示意图；
[0025]图6是弹性吸附层的工作原理示意图。
[0026]图中所示:
[0027]1-吸盘底座，101-吸盘表面，102-TVS硅片，103-弹性层；
[0028]2-吸附层，21-中间芯部，22-弹性吸附层，23-刚性吸附层；
[0029]221-第一弹性吸附层，222-第二弹性吸附层，223-第三弹性吸附层，224-内
[0030]圈弹性吸附层，225-外圈弹性吸附层；[0031]231-第一刚性吸附层，232-第二刚性吸附层，233-第三刚性吸附层，234-内
[0032]圈刚性吸附层，235-外圈刚性吸附层；
[0033]3-真空室；
[0034]4-吸附孔群，41-芯部吸附孔群，42-环形层吸附孔群；
[0035]421-圆周，422-辐射线，423-小单孔，424-大单孔，425-多孔；
[0036]Dl-小单孔孔径，D2-大单孔孔径，Hl-第三弹性吸附层与第三刚性吸附层的
[0037]高度差，H2-第三刚性吸附层和第二刚性吸附层之间的高度差。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明作详细描述:
[0039]实施例1
[0040]如图2和3所示，本发明所述真空吸盘包括吸盘底座1、设置吸盘底座I上部的吸附层2、设置在吸盘底座I内部的真空室3和阵列排布在吸附层2上与真空室3相通的吸附孔群4，所述吸附层2包括中间芯部21和环绕芯部的环形层，所述环形层包括交替设置的三个环状弹性吸附层22和三个环状刚性吸附层23，也就是从内向外依次为第一弹性吸附层221、第一刚性吸附层231、第二弹性吸附层222、第二刚性吸附层232、第三弹性吸附层223和第三刚性吸附层233。
[0041]所述吸附孔群4包括芯部吸附孔群41和环形层吸附孔群42，芯部吸附孔群41从内到外分三层圆周均匀分布，三层依次包一个吸附孔、7个吸附孔和12个吸附孔，环形层吸附孔群41中的吸附孔按矩阵划分，共6行12列，同行的吸附孔均匀分布在一个弹性吸附层22或一个刚性吸附层23的圆周421上，同列的吸附孔沿通过圆心向外的一个辐射线422分布，共有6层12条辐射线。
[0042]所述第一弹性吸附层221、第一刚性吸附层231和第二弹性吸附层222上3行12列的小单孔423的孔径为D1，所述第二刚性吸附层232、第三弹性吸附层223和第三刚性吸附层233上3行12列的大单孔424的孔径为D2，D2大于Dl，也就是大单孔424的孔面积大于小单孔423的孔面积，也就是第一弹性吸附层221、第一刚性吸附层231和第二弹性吸附层222的吸附面积小于第二刚性吸附层232、第三弹性吸附层223和第三刚性吸附层233的吸附面积，具体孔径的选择通过具体硅片重量，由仿真分析得出。
[0043]如图4所示，所述第三弹性吸附层223与第三刚性吸附层233的高度差为H1，约为1mm，所述第一弹性吸附层221和第二弹性吸附层222与第三弹性吸附层223等高。所述第三刚性吸附层233和第二刚性吸附层232之间的高度差H2，第二刚性吸附层232和第一刚性吸附层231之间的高度差(图中未示)用于补偿TSV硅片曲度带来的高度差，从而有效保证吸附时的平面度。
[0044]所述芯部21和刚性吸附层23的材料为陶瓷，所述弹性吸附层22的材料均为热塑性聚氨酯的弹性体材料。
[0045]需要指出的是，第一弹性吸附层221、第二弹性吸附层222和第三弹性吸附层223可以选用相同或不同的弹性体材料。
[0046]实施例2
[0047] 如图5所示，参考实施例1，其不同之处在于，所述环形层包括穿插设置的三个环状弹性吸附层22和二个环状刚性吸附层和二个环状弹性吸附层，具体是从内向外内圈刚性吸附层234、内圈弹性吸附层224、外圈弹性吸附层225和外圈弹性吸附层235，所述内圈刚性吸附层234和内圈弹性吸附层224上设置小单孔423，所述外圈弹性吸附层225上设置的吸附孔为多孔425，多孔425的孔面积之和大于小单孔423，所述外圈弹性吸附层235上设置大单孔424，大单孔424的孔面积不小于多孔425的孔面积之和，具体个孔的孔径通过具体硅片重量，由仿真分析得出。所述内圈弹性吸附层224和外圈弹性吸附层225为不同的弹性体材料。
[0048]原理说明:发明人为了保证吸附的牢固性，在吸盘上增加一层弹性层103，原理如图2所示，弹性层103可以随TSV硅片102的曲面形状产生形变，保证TSV硅片与吸附层良好的接触和吸附效果。但是单一的弹性层103无法保证TSV硅片的原有平面度，造成TSV硅片变形，无法满足应用的要求，因此本发明提供的技术方案是在单一弹性层技术方案基础上的改进方案，工作原理相似。
[0049]具体实施过程如下所示:首先将TSV硅片放置于吸附层2上，打开真空泵，抽空真空室3，相应的吸附孔群4产生对TSV硅片的吸附力；在吸附力的作用下，TSV硅片压缩弹性吸附层22，吸附力大小可以使硅片接触到刚性吸附层23 ;待TSV硅片和所有刚性吸附层23接触后，便被完全吸附，在保证高吸附度的同时又具有一定的平面度。吸盘带动TSV硅片旋转一圈，即可完成定心定向,最后开启阀门，气体流入真空室3,完成TSV娃片的卸载。
[0050]上述实例仅是对该发明的某种实施特例进行描述，任何本领域的技术人员对上诉内容进行简单的更改、变换，均属于权利要求中需要保护的内容。
【权利要求】
1.一种真空吸盘，其包括吸盘底座、设置吸盘底座上部的吸附层、设置在吸盘底座内部的真空室和阵列排布在吸附层上与真空室相通的吸附孔群，其特征在于，所述吸附层包括中间芯部和环绕芯部的环形层，所述环形层包括嵌套设置的至少一个环状弹性吸附层和至少一个环状刚性吸附层。
2.根据权利要求1所述一种真空吸盘，其特征在于，所述弹性吸附层和刚性吸附层穿插设置。
3.根据权利要求2述一种 真空吸盘，其特征在于，所述弹性吸附层与刚性吸附层交替设置。
4.根据权利要求2述一种真空吸盘，其特征在于，外侧的刚性吸附层高于内侧的刚性吸附层，高度差由TSV硅片的曲面形状计算推出。
5.根据权利要求1任一所述一种真空吸盘，其特征在于，所述弹性吸附层高出相邻的刚性吸附层。
6.根据权利要求1所述一种真空吸盘，其特征在于，所述吸附孔群包括芯部吸附孔群和环形层吸附孔群，环形层吸附孔群中的吸附孔按矩阵划分，同行的吸附孔均匀分布在一个弹性吸附层或一个刚性吸附层的圆周上，同列的吸附孔沿通过圆心向外的一个辐射线分布。
7.根据权利要求6所述一种真空吸盘，其特征在于，所述吸附孔由一个单孔或一组多孔组成。
8.根据权利要求6所述一种真空吸盘，其特征在于，同列的吸附孔中，内侧的吸附孔的吸附面积不大于外侧的吸附孔的吸附面积，同列吸附孔的吸附面积从内到外呈上升趋势，同行的吸附孔的吸附面积相同。
9.根据权利要求广8任一所述一种真空吸盘，其特征在于，所述弹性吸附层为弹性体材料，多个弹性吸附层可采用不同的弹性体材料。
10.根据权利要求f8任一所述一种真空吸盘，其特征在于，所述弹性体材料为热塑性聚氨酯。
【文档编号】H01L21/683GK103904012SQ201210586865
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】黄明, 郑教增, 胡松立, 王邵玉, 阮冬, 姜晓玉 申请人:上海微电子装备有限公司