一种晶圆对位机构及对位方法与流程

1.本发明涉及半导体设备技术领域，特别是涉及一种晶圆对位机构及对位方法。


背景技术：

2.随着经济的发展、社会的进步，人们对精密电子仪器的需求日益增长，集成电路的发展尤为迅速，晶圆作为集成电路的一种基础材料，在现代生产过程中也越来越离不开。
3.soi晶圆(silicon on insulator，指在绝缘体上形成硅单晶体的结构)作为近年来新研发的一种制作芯片的方式，现在已经越来越受到国内外芯片生产的重视。对soi晶圆键合设备的研究，可以有效提高soi晶圆的生产产品质量，同时弥补国产机台的缺失。
4.晶圆对位结构为soi晶圆键合设备中对准/键合单元的重要组成部分，直接影响到对准键合单元的工艺过程，对晶圆键合质量具有重大的影响。
5.因此，为了实现晶圆键合soi设备内的上下晶圆的对准，亟需研制一种晶圆对位结构。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种晶圆对位机构及对位方法。该机构可以实现soi晶圆键合工艺过程中上、下晶圆的机械对准。
7.为了解决上述技术问题，本技术提供了如下技术方案：
8.一种晶圆对位机构，包括夹紧块组件和拨动组件；
9.其中，拨动组件包括安装板底座及固定在安装板底座上的固定架，固定架内装有旋转板；
10.旋转板的下方设有摆动板，摆动板的一侧延伸至固定架的外部，摆动板的上表面和固定架的侧面通过弹簧相连；
11.摆动板的下方设有缓冲器，缓冲器通过缓冲器安装板固定在安装板底座上；缓冲器安装板的下方装有电位器安装板，线性电位器安装在电位器安装板上；
12.拨杆的下端从旋转板中部向下穿出并固定在摆动板上；拨杆的上端从固定架的顶面穿出；摆动板上装有轴承，轴承的上方设有气缸；
13.其中，夹紧块组件包括夹紧块连接板，夹紧块连接板前侧面的下部固定有导轨连接板，直线导轨固定在导轨连接板上，夹紧块连接板前侧面的上部固定有夹紧块拨头；拨杆的上部位于夹紧块连接板的后方。
14.进一步的，所述拨杆的外部套有波纹管，所述波纹管的一端固定在所述旋转板的上表面，另一端固定在所述固定架的顶部。
15.进一步的，所述拨杆的顶部固定有拨杆头，拨杆头位于夹紧块连接板的后方。
16.进一步的，所述摆动板的上表面和固定架的侧面各装有一个弹簧安装板，弹簧的两端与两个弹簧安装板相连。
17.进一步的，所述安装板底座上设有两个调整钉。
18.进一步的，所述夹紧块拨头的前端固定有夹紧块拨头芯。
19.进一步的，所述气缸向下驱动到轴承处，将通过下压摆动板驱使拨杆摆动。
20.进一步的，所述线性电位器可对夹紧块组件的最终位置进行监控及反馈。
21.进一步的，直线导轨内设有弹簧。
22.本发明的晶圆对位机构的对位方法：对准过程中，气缸向下滑动至轴承处，气缸继续向下滑动通过摆动板驱动拨杆摆动，使安装在拨杆上的拨杆头接触并推动夹紧块组件，将夹紧块组件推动至指定位置来实现晶圆的定位；
23.夹紧块组件缩回时，气缸回程，拨动组件上的弹簧拉动，使得摆动板带动拨杆与夹紧块组件脱开，夹紧块组件沿直线导轨退回。
24.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
25.本发明的晶圆对位机构可以使soi晶圆在对准键合工艺过程中上、下晶圆精准定位，执行键合工艺。
26.其中，缓冲器可以有效减小冲击，气缸输出的力能够被承载，同时由于冲击的部分是轴承，对零件本身的损伤较小。机构下方安装的线性电位器可以对晶圆位置进行监控及反馈，即每次定位完全时是一个固定的数值，在软件上设定出极限值之后，可以由软件进行晶圆位置的判定，以实现晶圆的精确定位。拨杆的行程也是可以调节的，可通过缓冲器的安装位置及弹簧的不同规格选用来进行调节。
27.下面结合附图对本发明的晶圆对位机构及对位方法作进一步说明。
附图说明
28.图1为本发明晶圆对位机构使用时的位置示意图；
29.图2为本发明晶圆对位机构的拨动组件的结构示意图；
30.图3为调整钉的示意图；
31.图4为本发明晶圆对位机构的夹紧块组件的结构示意图；
32.图5为本发明晶圆对位机构的总装示意图。
33.其中，1-气缸；2-弹簧；3-轴承；4-弹簧安装板；5-摆动板；6-缓冲器；7-电位器安装板；8-线性电位器；9-拨杆；10-波纹管；11-固定架；12-螺钉；13-旋转板；14-安装板底座；15-调整钉；16-缓冲器安装板；17-拨杆头；18-夹紧块拨头；19-夹紧块连接板；20-导轨连接板；21-夹紧块拨头芯；22-直线导轨。
34.100-晶圆；101-晶圆定位块；102-吸盘；103-辅助固定轴承；104-夹紧块组件；105-拨动组件。
具体实施方式
35.如图2-5所示，一种晶圆对位机构，包括夹紧块组件104和拨动组件105。
36.其中，拨动组件105包括安装板底座14及固定在安装板底座14上的固定架11，固定架11内设有平行于固定架11的顶面的旋转板13，旋转板13通过轴承、螺钉及垫片安装在固定架11内。旋转板13的作用是压合波纹管，将波纹管紧密的压在摆杆上，为真空腔室的真空需求提供密封效果。
37.波纹管10的一端固定在旋转板13的上表面，另一端固定在固定架11的顶部，波纹
管10内设有拨杆9，拨杆9的上端从固定架11的顶面穿出，拨杆9的顶部通过螺钉固定有拨杆头17。波纹管的作用为密封拨杆连接件，保证真空腔室的整体密封性能。
38.旋转板13的下方设有摆动板5，摆动板5的一侧延伸至固定架11的外部，摆动板5的上表面和固定架11的侧面各装有一个弹簧安装板4，弹簧2的两端与两个弹簧安装板4相连。摆动板5的下方设有缓冲器6，缓冲器6通过缓冲器安装板16固定在安装板底座14上。缓冲器安装板16的下方装有电位器安装板7，线性电位器8安装在电位器安装板7上。
39.旋转板13的中心设有通孔，拨杆9的下端从旋转板13的通孔中向下穿出并固定在摆动板5上。旋转板13的上表面设有一体成型的立板，通过螺钉12将旋转板13的立板固定在固定架11的内表面上，并且旋转板13的立板和螺钉12之间设有轴承，并且可使旋转板13以螺钉12为轴进行小范围的旋转运动。
40.摆动板5上装有轴承3，轴承3的上方设有气缸1。
41.安装板底座14上设有两个调整钉15，可调节摆动板和安装板底座之间的距离。
42.其中，夹紧块组件104包括夹紧块连接板19，夹紧块连接板19前侧面的下部固定有导轨连接板20，直线导轨22通过螺钉固定在导轨连接板20上，夹紧块连接板19前侧面的上部固定有夹紧块拨头18，夹紧块拨头18的前端固定有夹紧块拨头芯21。拨杆头17位于夹紧块连接板19的后方。
43.气缸1向下驱动到轴承3处，将通过摆动板5驱使拨杆9摆动，缓冲器6可以有效的防止推动过程冲击过大对晶圆造成损坏，线性电位器8可以对夹紧块组件104的最终位置进行监控及反馈。即每次定位完全时是一个固定的数值，在软件上设定出极限值之后，可以由软件进行晶圆位置的判定，以实现晶圆的精确定位。拨杆的行程也是可以调节的，可通过缓冲器的安装位置及弹簧的不同规格选用来进行调节。
44.该晶圆对位机构的对位方法为：对准过程中，气缸1向下滑动至轴承3处，气缸1继续向下滑动通过摆动板5驱动拨杆9摆动，使安装在拨杆9上的拨杆头17接触并推动夹紧块组件104，将夹紧块组件104推动至指定位置来实现晶圆的定位，在该过程中，线性电位器8对夹紧块组件104的最终位置进行监控、反馈。
45.夹紧块组件104缩回时，气缸1回程，拨动组件105上的弹簧2拉动，使得摆动板5带动拨杆9与夹紧块组件104脱开，夹紧块组件104由内部弹簧控制沿直线导轨退回。
46.本发明的晶圆对位机构的整体模型及分布平面图如图1所示(拨动组件105未标出，位于与夹紧块组件104相同的位置)，通过合理的控制实现晶圆的对准定位。
47.其工作原理为：通过拨动组件105中拨杆的摆动将晶圆的位置用固定的点(分别为晶圆定位块101、辅助固定轴承103及夹紧块组件104)位卡紧，然后通过晶圆本身的重力使得晶圆沿着固定的导向结构(晶圆定位块101)平稳滑到工艺过程在晶圆下方起承载的吸盘102上。
48.采用本发明的晶圆对位机构，使用气缸推力使拨杆向前摆动，顶紧晶圆，与此同时，因气缸的冲击力较大，在下方设有安装缓冲器的缓冲器安装板减小缓冲，最终通过线性电位器的示数来判断晶圆是否准确定位。
49.拨杆和摆动板通过螺纹连接固定，同时通过弹簧连接将摆动板和固定架的角度固定，在无冲击力时，由于摆动板与固定板之间弹簧的作用，连接的摆动板会向上摆动并维持稳定。在气缸的冲击力作用下，气缸顶住摆动板上安装的轴承，使摆动板向下运动，同时使
得拨杆向内运动，推动吸盘102上的夹紧块组件104挤压晶圆，完成定位。夹紧块组件104缩回时，拨杆9由拨动组件105内弹簧拉动与夹紧块组件104脱开，夹紧块组件104由直线导轨内部的弹簧将组件沿直线导轨推回。
50.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种晶圆对位机构，其特征在于：包括夹紧块组件(104)和拨动组件(105)；其中，所述拨动组件(105)包括安装板底座(14)及固定在所述安装板底座(14)上的固定架(11)，所述固定架(11)内装有旋转板(13)；所述旋转板(13)的下方设有摆动板(5)，所述摆动板(5)的一侧延伸至所述固定架(11)的外部，所述摆动板(5)的上表面和所述固定架(11)的侧面通过弹簧(2)相连；所述摆动板(5)的下方设有缓冲器(6)，所述缓冲器(6)通过缓冲器安装板(16)固定在所述安装板底座(14)上；所述缓冲器安装板(16)的下方装有电位器安装板(7)，线性电位器(8)安装在所述电位器安装板(7)上；拨杆(9)的下端从所述旋转板(13)中部向下穿出并固定在所述摆动板(5)上；所述拨杆(9)的上端从所述固定架(11)的顶面穿出；所述摆动板(5)上装有轴承(3)，所述轴承(3)的上方设有气缸(1)；其中，所述夹紧块组件(104)包括夹紧块连接板(19)，所述夹紧块连接板(19)前侧面的下部固定有导轨连接板(20)，直线导轨(22)固定在所述导轨连接板(20)上，所述夹紧块连接板(19)前侧面的上部固定有夹紧块拨头(18)；所述拨杆(9)的上部位于所述夹紧块连接板(19)的后方。2.根据权利要求1所述的晶圆对位机构，其特征在于：所述拨杆(9)的外部套有波纹管(10)，所述波纹管(10)的一端固定在所述旋转板(13)的上表面，另一端固定在所述固定架(11)的顶部。3.根据权利要求2所述的晶圆对位机构，其特征在于：所述拨杆(9)的顶部固定有拨杆头(17)，所述拨杆头(17)位于所述夹紧块连接板(19)的后方。4.根据权利要求3所述的晶圆对位机构，其特征在于：所述摆动板(5)的上表面和所述固定架(11)的侧面各装有一个弹簧安装板(4)，所述弹簧(2)的两端与两个弹簧安装板(4)相连。5.根据权利要求4所述的晶圆对位机构，其特征在于：所述安装板底座(14)上设有两个调整钉(15)。6.根据权利要求5所述的晶圆对位机构，其特征在于：所述夹紧块拨头(18)的前端固定有夹紧块拨头芯(21)。7.根据权利要求6所述的晶圆对位机构，其特征在于：所述气缸(1)向下驱动到所述轴承(3)处，将通过下压所述摆动板(5)驱使所述拨杆(9)摆动。8.根据权利要求7所述的晶圆对位机构，其特征在于：所述线性电位器(8)可对所述夹紧块组件(104)的最终位置进行监控及反馈。9.根据权利要求8所述的晶圆对位机构，其特征在于：所述直线导轨(22)内设有弹簧。10.权利要求1-9任一所述的晶圆对位机构的对位方法，其特征在于：对准过程中，气缸(1)向下滑动至轴承(3)处，气缸(1)继续向下滑动通过摆动板(5)驱动拨杆(9)摆动，使安装在拨杆(9)上的拨杆头(17)接触并推动夹紧块组件(104)，将夹紧块组件(104)推动至指定位置来实现晶圆的定位；夹紧块组件(104)缩回时，气缸(1)回程，拨动组件(105)上的弹簧(2)拉动，使得摆动板(5)带动拨杆(9)与夹紧块组件(104)脱开，夹紧块组件(104)沿直线导轨退回。

技术总结
本发明涉及半导体设备领域，尤其是一种晶圆对位机构及对位方法，包括夹紧块组件和拨动组件；拨动组件包括安装板底座及固定架，固定架内装有旋转板；旋转板下方设有摆动板，摆动板一侧延伸至固定架的外部，摆动板上表面和固定架侧面通过弹簧相连；拨杆下端从旋转板中部向下穿出并固定在摆动板上；拨杆上端从固定架顶面穿出；摆动板上装有轴承，轴承上方设有气缸；夹紧块组件包括夹紧块连接板，夹紧块连接板前侧面的下部固定有导轨连接板，直线导轨固定在导轨连接板上，夹紧块连接板前侧面的上部固定有夹紧块拨头；拨杆的上部位于夹紧块连接板的后方。本发明的晶圆对位机构可使SOI晶圆在对准键合工艺过程中上、下晶圆精准定位，执行键合工艺。行键合工艺。行键合工艺。


技术研发人员：李帅龙 白龙 王伟
受保护的技术使用者：北京华卓精科科技股份有限公司
技术研发日：2022.01.13
技术公布日：2023/7/26