晶片盒解锁系统和光刻系统的制作方法

1.本发明涉及半导体制造设备技术领域，特别涉及一种晶片盒解锁系统和光刻系统。


背景技术：

2.光刻机作为制造芯片的核心精密装备，其内部具有众多的运动机构。这些运动机构之间需要具有很高的运动交接精度和/或运动对准精度，才能保证光刻机的晶片(例如硅片)曝光精准性。
3.在光刻机内部众多的运动机构中，晶片传输运动机构主要用于进行晶片的传输交接运动。在晶片的传输交接过程中，需要晶片传输机构(例如机械手)和晶片存储机构(例如片库)高度精密的配合以实现晶片的高精度上片。片库作为晶片传输的重要组成模块，是将晶片上传至光刻机的重要上片来源之一，主要用于进行人机接口交互和上下载片盒。
4.为了实现自动解锁，片库内可设置有片盒和用于解锁片盒门的解锁机构。在解锁时，使解锁机构和片盒中的至少一个朝对方靠近，在达到一定距离后二者相对并进行解锁。在解锁之前，解锁机构朝向片盒正面的面板(以下称为解锁面板)上凸出的钥匙须与片盒正面设置的钥匙孔形状匹配，因而对解锁机构的位置精度有较高要求。在解锁过程中，片盒继续向解锁机构移动，解锁面板上的钥匙对准钥匙孔插入，实现开锁。
5.但是，现有的解锁机构通常为刚性机械结构，其本身加工精度很难达到需求精度，而且，不同批次的片盒尺寸存在一定的差异、多次解锁以后片盒在面对解锁面板时的姿态可能会有所变化，另外，解锁面板上的钥匙和片盒上的钥匙孔的加工以及钥匙的装配也存在误差，因此，在解锁片盒门的过程中，容易出现片盒门与解锁面板不能平行接触的问题(如图1所示)；此外，由于刚性的解锁面板和片盒在对接时二者为刚性接触(如图2所示)，因而会产生相互施加的反向作用力，反向作用力进一步容易导致驱动解锁机构和片盒的电机的运动位置误差超限、钥匙位置不对而无法解锁、解锁机构和片盒的运动轴系卡死等问题。上述问题降低了二者的对接可靠性，进而会影响整个上片流程的进度，降低了片盒门解锁的可靠性。


技术实现要素：

6.本发明提供一种晶片盒解锁系统以及光刻系统，可以提高晶片盒与解锁机构对接的可靠性。
7.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种晶片盒解锁系统。所述晶片盒解锁系统包括运动承载装置、晶片盒以及解锁机构，所述运动承载装置承载所述晶片盒朝所述解锁机构运动直到所述晶片盒和所述解锁机构对接，所述运动承载装置包括移动平台、丝杆、电极、至少一个轴承和支撑所述轴承的轴承座。所述轴承座与所述移动平台固定连接，所述轴承的内圈环绕并支撑所述丝杆；所述电机与所述丝杆连接，以驱动所述丝杆沿长度方向运动，而所述轴承和所述移动平台在所述丝杆的带动下运动；其中，每个所述轴承均嵌设于
所述轴承座上的卡槽中，且具有朝向所述解锁机构一侧且与所述卡槽内壁相对的第一端面，至少一个所述轴承的所述第一端面与相应的所述卡槽内壁之间设置有弹性件。
8.可选的，所述卡槽的径向尺寸大于所述轴承的外圈直径。
9.可选的，所述轴承座具有两个所述卡槽，每个所述卡槽均嵌设有一个轴承。
10.可选的，所述运动承载装置还包括与所述丝杆配套的丝母，所述丝母设置在一固定平台上；所述电机、所述轴承座、所述丝母沿朝向所述解锁机构的运动方向依次排布。
11.可选的，所述运动承载装置还包括用于支撑所述电机的电机座，所述电机座与所述移动平台固定连接，所述电机与所述丝杆通过联轴器连接。
12.可选的，所述弹性件包括蝶形弹簧和波形弹片中的至少一种。
13.可选的，所述晶片盒具有片盒门，所述片盒门的正面设置有钥匙孔；所述解锁机构包括解锁面板以及凸出所述解锁面板的钥匙，当所述晶片盒和所述解锁机构对接时，所述解锁面板与所述片盒门贴合，所述钥匙插入所述钥匙孔中以实现解锁。
14.可选的，所述解锁机构包括支座和多个柔性件，所述解锁面板通过所述多个柔性件与所述支座连接，且所述多个柔性件分散设置在所述解锁面板的边缘。
15.可选的，所述支座上设置有多个导轨，每个所述柔性件的一端滑动设置在一个所述导轨上，另一端与所述解锁面板连接，所述导轨的延伸方向与所述丝杆的长度方向平行。
16.可选的，所述支座还包括同步带，所述同步带与一个所述柔性件连接，用于驱动所述柔性件沿所述导轨滑动。
17.本发明还提供一种光刻系统，包括上述的晶片盒解锁系统。
18.本发明的晶片盒解锁系统包括运动承载装置、晶片盒以及解锁机构，所述运动承载装置承载所述晶片盒朝所述解锁机构运动直到所述晶片盒和所述解锁机构对接，所述运动承载装置中，轴承座与移动平台固定连接，至少一个轴承嵌设于轴承座上的卡槽中，轴承的内圈环绕并支撑丝杆，电机与丝杆连接以驱动丝杆沿长度方向运动，轴承和移动平台在丝杆的带动下运动，其中，每个轴承嵌设于轴承座上的卡槽中且具有朝向解锁机构一侧且与卡槽内壁相对的第一端面，至少一个轴承的第一端面与相应的卡槽内壁之间设置有弹性件。在晶片盒和解锁机构对接时，运动承载装置受到反向作用力，且该反向作用力容易通过轴承传递给丝杆，弹性件可以缓解该反向作用力，使得轴承受到的反向作用力减小，进而使得丝杆受到的反向作用力减小，如此可以避免丝杆变形或卡死，有助于提高晶片盒和解锁机构对接的可靠性，即提高所述晶片解锁系统的解锁可靠性。
19.本发明的光刻系统包括上述的晶片盒解锁系统，由于上述的晶片盒解锁系统解锁的可靠性高，有助于提高光刻系统晶片上片的效率。
附图说明
20.图1为解锁面板和片盒门不平行接触的示意图。
21.图2为解锁面板和晶片盒刚性接触的示意图。
22.图3为现有的晶片盒解锁系统的结构示意图。
23.图4为现有的晶片盒解锁流程示意图。
24.图5和图6为本发明一实施例的晶片盒解锁系统不同视角的结构示意图。
25.图7为本发明一实施例的运动承载装置的立体示意图。
26.图8为图7所示的运动承载装置的剖面示意图。
27.图9为本发明一实施例中第一柔性件的结构示意图。
28.图10为本发明一实施例中第二柔性件的结构示意图。
具体实施方式
29.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的晶片盒解锁系统和光刻系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。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。
30.图3为现有的晶片盒解锁系统的结构示意图。图4为现有的晶片盒解锁流程示意图。参考图3和图4，现有的晶片盒解锁系统解锁的流程是：晶片盒解锁系统的起始状态为手工上载晶片盒201至片库上的移动平台204，移动平台204设置在片库框架上；然后，移动平台204承载着晶片盒201运动至对准工位(即钥匙102与钥匙孔203对准的位置)后，解锁面板101朝向晶片盒201(即沿x方向)运动至解锁工位，移动平台204再带着晶片盒201朝向钥匙102的方向(即沿负x方向)运动，使解锁面板101与片盒门202完全接触，此时钥匙102已经进入钥匙孔203(例如为十字形)，解锁面板101上的真空吸盘(图3未示出)吸住片盒门202，执行开锁的动作，钥匙102转动90度，片盒门202打开；接着，解锁面板101带着片盒门202向后(即负x方向)运动。至此完成了片盒201的解锁动作。
31.在上述的晶片盒解锁流程中，关键的步骤是片盒门202与解锁面版101的对接，简化描述就是两个运动轴系的对接。参考图3，跟晶片盒解锁相关的机构全部为刚性机械结构。一方面，例如采用不锈钢或铝制成的刚性结构(例如片盒门202和解锁面板101)，受零件加工工艺的限制，刚性结构的平面度最高精度能做到6微米(3级精度，以片盒门202尺寸为例)，6微米的平面度容易造成约10urad的角度误差，除此之外再累计其他安装和制造误差(轴系相关)，钥匙102直线进给到锁孔203内部的精确度会受到较大的误差影响。如果误差过大，很可能出现钥匙102卡死在锁孔203内部的现象，会直接导致整个晶片盒解锁系统工作停滞，进而影响晶片(例如硅片)上片工作流程，大大降低工作效率。或者说，由于加工误差和安装误差的存在，片盒门202与解锁面板101不平行，在对接时，片盒门202与解锁面板101无法完全贴合而存有间隙，钥匙102与钥匙孔203之间有误差，出现钥匙102进入不了钥匙孔203，导致解锁的失败，或者钥匙102与钥匙孔203有严重摩擦，产生颗粒，污染光刻系统的环境。另一方面，在片盒门202与解锁面板101接触时，两个轴系均处于出力状态，此时两个轴系均受到反向作用力，使得轴系中的丝杆容易形变和/或被卡死，丝杆的寿命降低，两个轴系对接的可靠性降低。
32.为了提高晶片盒与解锁机构对接的可靠性，本实施例提供一种晶片盒解锁系统。所述晶片盒解锁系统包括运动承载装置、晶片盒以及解锁机构，所述运动承载装置承载所述晶片盒朝所述解锁机构运动直到所述晶片盒和所述解锁机构对接。
33.图5和图6为本发明一实施例的晶片盒解锁系统不同视角的结构示意图。具体的，如图5和图6所示，晶片盒可以具有片盒门202，片盒门202的正面设置有钥匙孔(图5和图6未示出)；所述解锁机构包括解锁面板101以及凸出解锁面板101的钥匙102，当晶片盒和解锁机构对接时，解锁面板101与片盒门202贴合，钥匙102可以插入钥匙孔中以实现解锁。
34.如图6所示，钥匙102垂向放置(沿z轴方向放置)时可以为解锁准备状态，顺时针旋
转90度(即钥匙102沿y轴方向放置)可以解锁。为了保证解锁精度，钥匙102和钥匙孔配合的间隙较小，例如其宽度大约为0.5mm。
35.图7为本发明一实施例的运动承载装置的立体示意图。图8为图7所示的运动承载装置的剖面示意图。如图7和图8所示，所述运动承载装置包括移动平台204、丝杆209、至少一个轴承206、轴承座205和电机214。所述轴承座206与所述移动平台204固定连接，所述轴承206的内圈环绕并支撑所述丝杆209。电机214与丝杆209连接，以驱动丝杆209沿(丝杆的)长度方向运动，而轴承206和移动平台204在丝杆209的带动下运动。每个轴承206均嵌设于轴承座205上的卡槽中，且具有朝向解锁机构一侧且与卡槽内壁相对的第一端面，至少一个轴承206的第一端面与相应的卡槽内壁之间设置有弹性件208。
36.具体的，所述运动承载装置还可以包括与所述丝杆209配套的丝母210，丝母210固定在一固定平台212上，丝杆209的一端与丝母210螺纹连接，丝杆209转动时，可以沿靠近或远离丝母210的方向运动。固定平台212上可以固定有丝母固定座211，丝母210可以固定在丝母固定座211上。
37.本实施例中，电机214、轴承座205、丝母210可以沿朝向解锁机构的运动方向(如图8中的箭头方向)依次排布，或者说，电机214、轴承座205、丝母210在丝杆209的长度方向上依次排列。
38.所述运动承载装置可以包括用于支撑电机214的电机座215，电机座215与移动平台204可以固定连接，电机214与丝杆209可以通过联轴器216连接。
39.本实施例中，轴承206的内圈与丝杆209的侧壁可以紧密配合，从而在丝杆209沿靠近或远离解锁机构(或者说靠近或远离丝母210)的方向运动时，可以带动移动平台204朝向解锁机构运动或远离解锁机构运动。
40.可选的，轴承座205可以具有两个卡槽，每个卡槽均嵌设有一个轴承206，即运动承载装置可以包括两个轴承206，以增强对丝杆209的支撑效果。进一步的，参考图8，两个轴承206之间可以用隔圈207隔开，以避免两个轴承206碰撞。每个轴承206朝向解锁机构的第一端面与相应的卡槽内壁之间均可以设置有弹性件208，以增强对反向作用力的缓解效果，进一步减小丝杆209受到的反向作用力，减小丝杆209变形或卡死的概率。
41.由于蝶形弹簧具有负荷大、行程短、所需空间小、组合使用方便、维修换装容易和经济安全性高的特点，本实施例中，弹性件208可以为蝶形弹簧。但不限于此，弹性件208可以包括蝶形弹簧和波形弹片中的至少一种。
42.为了避免弹性件208影响轴承206的转动，可以在弹性件208和轴承206的第一端面之间设置隔离片。
43.本实施例中，卡槽的径向尺寸可以大于轴承206的外圈直径，即轴承206的外圈与轴承座205上对应的卡槽之间可以具有空隙。运动承载装置承载晶片盒与解锁机构对接的过程中，丝杆209容易受到挤压，丝杆209在受到挤压的过程中，轴承206可以在所述空隙中可移动，使得丝杆209可以发生一定的自适应位移，避免刚性接触的冲击受力，有助于避免丝杆209变形或卡死。所述空隙的大小可以根据实际情况设计，本发明不作限定。
44.如图8所示，移动平台204上还可以设置有锁紧螺母213，锁紧螺母213可以用于锁紧固定丝杆209。需要说明的是，锁紧螺母213并没有将丝杆209锁死，丝杆209在电机214的驱动下可以转动，锁紧螺母213只是限定了丝杆209在轴承206径向上的活动范围，且丝杆
209可以随着轴承206在轴承206的外周和对应卡槽之间的空隙运动。
45.若是钥匙孔和钥匙102之间的配合精度主要依赖于钥匙孔和钥匙102之间的尺寸链，将难以保证片盒门202解锁的可靠性，本实施例中，解锁面板101可以通过多个柔性件与支座103连接，可以实现解锁面板101和片盒门202的柔性对接，可以很大程度上缓解了刚性尺寸链传递累计带来的误差影响，提高解锁效率，而且可以避免钥匙孔和钥匙102干涉带来的机械干涉产生的颗粒对对接系统的洁净度的影响。
46.具体的，如图5所示，所述解锁机构可以包括支座103和多个柔性件(例如第一柔性件104和第二柔性件108)，所述解锁面板101可以通过所述多个柔性件与所述支座103连接，且所述多个柔性件分散设置在所述解锁面板101的边缘。多个柔性件使得解锁面板101可以具有多个方向的自由度，在晶片盒和解锁机构对接时，片盒门202接触并推动解锁面板101，解锁面板101在所述多个方向上调整姿态以与片盒门202贴合，可以实现解锁面板101和片盒门202的柔性对接，有助于提高晶片盒和解锁机构对接的可靠性，进而有助于片盒门的解锁流程可以顺利进行，还可以延长晶片盒解锁系统的寿命。
47.本实施例中，所述解锁机构可以包括四个柔性件。解锁面板101可以为矩形面板，解锁面板101相对的两条边上分别通过两个柔性件与支座103连接，两条相对边上的柔性件的结构可以不同，且四个柔性件分别靠近解锁面板101的四个角设置。作为示例，如图5所示，解锁面板101的一条相对边上设置有第一柔性件104，解锁面板101的另一条相对边上设置有第二柔性件105。但不限于此，在其它实施例中，多个柔性件的数量可以根据需要调整，多个柔性件的结构也可以相同。
48.图9示出了第一柔性件104的结构，参考图5和图9，第一柔性件104可以为l型，包括弹性铰链104c以及位于弹性铰链104c两侧的第一部分104a和第二部分104b，第一柔性件的第一部分104a与支座103连接，第一柔性件的第二部分104b固定在解锁面板101上。如图9所示，第一柔性件的弹性铰链104c的狭缝在z方向上延伸且贯穿第一柔性件104与xy平面平行的一端面。第一柔性件104使得解锁面板101可以具有在x轴上的位移δx、在y轴上的位移δy以及以y轴为中心的旋转量ry。
49.图10示出了第二柔性件的结构，参考图5和图10，第二柔性件105可以为l型，包括弹性铰链105c以及位于弹性铰链105c两侧的第一部分105a和第二部分105b，第二柔性件的第一部分105a与支座103连接，第二柔性件的第二部分105b固定在解锁面板101上。第二柔性件105使得所述解锁面板101可以具有在z轴上的位移δz。
50.本实施例中，如图5所示，解锁面板101的一条相对边可以通过第一柔性件104与支座103连接，解锁面板101的另一条相对边可以通过第二柔性件105与支座103连接，利用第一柔性件104和第二柔性件105的组合，所述解锁面板101可以至少具有在x轴、y轴、z轴上的移动自由度以及以y轴为中心的旋转自由度(即解锁面板101具有多个方向的自由度)，从而解锁面板101在对接时可以调整姿态以与片盒门202完全贴合。但不限于此，在其它实施例中，解锁机构中的柔性件可以是本领域公知的其它结构(形状)的柔性件。
51.本实施例中，解锁面板101在x轴和y轴上的自由位移量约为
±
0.3mm，其中，设定解锁面板101不受推力时的位置为原始位置。
52.本实施例中，如图5所示，支座103上可以设置有多个导轨106，每个柔性件的一端滑动设置在一个导轨106上，柔性件的另一端与解锁面板101连接，导轨106的延伸方向可以
与丝杆209的长度方向平行，例如导轨106和丝杆均可以沿x轴向延伸，从而在导轨106的引导下，解锁面板101可以与片盒门202对接。
53.支座103还可以包括同步带107(或称为传动带)，同步带107可以与一个柔性件连接，用于驱动柔性件沿导轨106滑动，进而带动解锁面板101沿到导轨106滑动。需要说明的是，所述同步带107(例如为皮带)具有弹性和挠性，可以吸收解锁面板101运动过程中的振动并缓和冲击，使得解锁面板101的传动平稳且噪声小。从图5可以看出，同步带107作为一种柔性拉曳元件，可以使得解锁面板101在贴合片盒门202的过程中，具有以x轴为中心的旋转量rx以及以y轴为中心的旋转量ry(即使得解锁面板101具有rx和ry的旋转自由度)，有助于提高解锁面板101和片盒门202贴合的紧密性，进而提高晶片盒解锁系统的解锁效率。
54.解锁面板101上还可以设置有真空吸盘108，在片盒门202和解锁面板101贴合时，真空吸盘108吸住片盒门202；在片盒门202解锁后，解锁面板101可以带动片盒门202后退，以完成晶片盒的解锁动作。
55.由于运动承载装置和解锁机构均具有一定的柔性，允许一定的形变和/或位移，如采用点到点的位置控制方式，长期对接运动后，会有累积误差，导致晶片盒和解锁机构运动不到位，从而无法实现片盒门202与解锁面板101的贴合，钥匙102将无法进入钥匙孔内，最终导致解锁的失败，因此，本实施例中，运动承载装置和解锁机构均可以采用电流环控制。
56.具体的，在解锁过程中，解锁面板101先运动到机械限位，由解锁面板101的驱动器下发电流值，使解锁面板101的电机维持在机械限位的位置，接着，移动平台204承载晶片盒朝解锁机构运动，在片盒门202与解锁面板101接触时，移动平台204上的电机214出力稍大于解锁面板101的电机出力，片盒门202推动解锁面板101，同时解锁面板101的电机出力也增大到一定的值(或增大至设定的阈值)，移动平台204上的电机214和解锁面板101的电机的出力达到平衡时，片盒门202推动解锁面板101的运动停止，此时可以执行开锁动作。运动承载装置和解锁机构均采用电流环控制，且均通过机械限位的方式停止运动，可以保证每一次运动位置的准确性，提高对接的可靠性。
57.本实施例的晶片盒解锁系统包括运动承载装置、晶片盒以及解锁机构，所述运动承载装置承载所述晶片盒朝所述解锁机构运动直到所述晶片盒和所述解锁机构对接，所述运动承载装置中，轴承座205与移动平台204固定连接，至少一个轴承206嵌设于轴承座205上的卡槽中，轴承206的内圈环绕并支撑丝杆209，电机214与丝杆209连接以驱动丝杆209沿长度方向运动，轴承206和移动平台204在丝杆209的带动下运动，其中，每个轴承206嵌设于轴承座205上的卡槽中且具有朝向解锁机构(具体为解锁面板101)一侧且与卡槽内壁相对的第一端面，至少一个轴承206的第一端面与相应的卡槽内壁之间设置有弹性件208。在晶片盒和解锁机构对接时，运动承载装置(具体可以为移动平台204)受到反向作用力，且该反向作用力容易通过轴承206传递给丝杆209，弹性件208可以缓解该反向作用力，使得轴承206受到的反向作用力减小，进而使得丝杆209受到的反向作用力减小，如此可以避免丝杆209变形或卡死，有助于提高晶片盒和解锁机构对接的可靠性。
58.本实施例还提供一种光刻系统，所述光刻系统包括上述的晶片盒解锁系统。由于上述的晶片盒解锁系统的片盒门202和解锁面板101柔性对接，可以提高解锁的可靠性，有助于提高光刻系统的上片效率，而且可以避免机械干涉产生的颗粒对光刻系统的洁净度的影响。
59.在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
60.应当明白，尽管可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，上面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
61.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。