CN113275758A - 一种芯片规模晶圆级标记系统及激光标记方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种芯片规模晶圆级标记系统及激光标记方法，包括：装载装置，用于存放晶圆，其包括第一面和第二面；标记设备，包括置放台、设置在其下方标记晶圆第一面的激光标记装置，置放台开设有避让第一面的第一避让孔；搬运装置，承接在装载装置和标记设备之间；标记设备还包括翘曲调整装置，包括压紧机构和平整机构；压紧机构可向着晶圆移动，以压紧晶圆的第二面；晶圆的第一面包括标记区域和非标记区域，平整机构可向着晶圆的第一面移动，以支撑晶圆的非标记区域。本申请能够实现晶圆的自动搬运和标记，提高了生产效率；通过设置压紧机构和平整机构，能够对置放台上的晶圆进行固定和平整，有效避免了晶圆弯曲变形，提高晶圆标记精度。

Description

一种芯片规模晶圆级标记系统及激光标记方法

技术领域

本申请涉及激光标识技术领域，尤其涉及一种芯片规模晶圆级标记系统及激光标记方法。

背景技术

晶圆标记是利用高能量密度激光束，对晶圆表面进行局部照射，使表层材料迅速汽化或发生颜色变化，从而露出深层物质，或者使表层物质化学物理变化而刻出痕迹，或者通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图形、文字。

目前的标记设备通常包括放置晶圆的置放台和与置放台相对应的激光标记装置，在实际生产中，需要人工取放晶圆，不利于高效作业。此外，置放台结构存在缺陷，由于晶圆端面需要进行标记，因此置放台需开设避让孔，以便激光标记装置将激光束射入晶圆端面，当晶圆放置在置放台上后，晶圆仅边沿支撑在置放台上，晶圆的中部大部分均为悬空，造成晶圆整体变形较大，给标记的精度、质量和速度带来较大影响。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本申请提供了一种芯片规模晶圆级标记系统及激光标记方法，能够自动标记晶圆的同时，有效避免晶圆翘曲变形。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：一种芯片规模晶圆级标记系统，包括：装载装置，其用于存放晶圆，所述晶圆包括第一面和第二面，所述第一面和所述第二面背向设置；标记设备，其包括用于放置所述晶圆的置放台、设置在所述置放台下方并用于标记所述晶圆第一面的激光标记装置，所述置放台开设有避让所述晶圆第一面的第一避让孔；搬运装置，其承接在所述装载装置和所述标记设备之间，以输送所述晶圆；其中，所述标记设备还包括翘曲调整装置，所述翘曲调整装置包括压紧机构和平整机构；所述压紧机构可向着所述晶圆移动，以压紧所述晶圆的第二面；所述晶圆的第一面包括标记区域和非标记区域，所述平整机构可向着所述晶圆的第一面移动，以支撑所述晶圆的非标记区域。

进一步地，所述压紧机构设置在所述置放台上，所述压紧机构包括：压紧基板；以及第二Z轴升降组件，其与所述压紧基板传动连接，所述第二Z轴升降组件驱动所述压紧基板沿Z轴方向靠近或远离所述晶圆。

进一步地，所述压紧机构还包括可拆卸安装在所述压紧基板上的压盘，所述压紧基板上开设有与所述第一避让孔同心设置的第二避让孔，所述压盘被配置成可穿过所述第二避让孔，并与所述晶圆第二面的边沿相抵。

进一步地，所述置放台上可拆卸安装有容置所述晶圆的定位盘，所述定位盘开设有避让所述晶圆第一面的第四避让孔。

进一步地，所述平整机构设置在所述置放台上，所述平整机构包括：第一X轴平移组件，其置于所述置放台下方；第三Z轴升降组件，其安装在所述第一X轴平移组件上；以及托板，其固定在所述第三Z轴升降组件上；其中，所述第一X轴平移组件可驱动所述第三Z轴升降组件和所述托板沿X轴方向靠近所述晶圆，所述第三Z轴升降组件可驱动所述托板沿Z轴方向靠近并支撑所述晶圆的非标记区域。

进一步地，所述标记设备还包括：第二X轴平移组件，所述置放台置于所述第二X轴平移组件上，所述第二X轴平移组件驱动所述置放台沿X轴方向移动；以及Y轴平移组件，所述激光标记装置置于所述Y轴平移组件上，所述Y轴平移组件驱动所述激光标记装置沿Y轴方向移动。

进一步地，所述激光标记装置包括：激光器；光路结构，其包括固定倍率扩束镜和可调倍率扩束镜；以及标记头；其中，经所述激光器射出的激光束依次沿着所述光路结构和所述标记头射向所述晶圆的第一面。

进一步地，所述标记设备还包括检测组件，所述检测组件包括：第一定位部，其固定在所述置放台上，以及上相机，其与所述标记头相对固定，所述上相机的镜头与所述标记头相对应；其中，所述置放台可带动所述第一定位部置于所述上相机和所述标记头之间，以避免自所述标记头射出的激光束直射所述上相机的镜头，所述上相机可检测所述标记头的偏差并调整参数，从而补偿所述标记头的偏差。

进一步地，所述检测组件还包括：下相机，其与所述上相机相对固定，所述上相机的镜头朝向所述晶圆的第二面，所述下相机的镜头朝向所述晶圆的第一面；以及第二定位部，设置在所述置放台上；其中，所述置放台可带动所述第二定位部分别移动至所述下相机的正上方和所述上相机正下方，以定位并统一所述上相机和所述下相机的坐标系，从而确定所述晶圆的标记位置。

进一步地，所述装载装置包括第一晶圆装载机构和/或第二晶圆装载机构。

进一步地，所述第一晶圆装载机构包括第一载台、设置在所述第一载台上的晶圆盒以及防护罩，所述晶圆盒用于装载所述晶圆，所述防护罩用于围设在所述晶圆盒的外围，所述防护罩可相对所述第一载台移动，以靠近或远离所述晶圆盒。

此外，本发明还涉及一种激光标记方法，包括以下步骤：

S1、搬运装置将待标记的晶圆自装载装置移至标记设备的置放台；

S2、压紧机构向着所述置放台移动，以抵压固定所述晶圆，平整机构向着所述晶圆移动，并支撑所述晶圆的非标记区域；

S3、移动所述置放台，所述置放台带动位于其上的第二定位部分别移动至上相机和下相机处，以定位并统一所述上相机和所述下相机的坐标系，确定所述晶圆的标记位置；

S4、开启激光标记装置，所述激光标记装置的标记头将激光束射向所述上相机，所述上相机检测所述标记头的偏差，并根据偏差调整参数，以补偿所述标记头；

S5、移动所述置放台，待标记的所述晶圆随所述置放台移动至所述标记头的正上方位置，所述标记头对所述晶圆的标记区域进行标记；

S6、完成标记后，所述压紧机构松开所述晶圆，所述搬运装置将标记后的所述晶圆移回所述装载装置；重复上述动作，实现晶圆的连续标记。

进一步地，在进行S4步骤前，移动所述置放台，所述置放台带动位于其上的第一定位部到达所述上相机和所述标记头之间。

本申请与现有技术相比，其有益效果是：本发明通过设置装载装置、搬运装置以及标记设备，其能够实现晶圆的自动搬运和标记，极大提高了生产效率；标记设备设置有压紧机构和平整机构，其能够对置放台上的晶圆进行固定和支撑晶圆的非标记区域，激光标记装置可对标记区域进行标记，有效避免了晶圆受重力作用而弯曲变形，提高晶圆标记精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明标记系统的结构示意图。

图2是图1去除机壳后的结构示意图。

图3是本发明中第一晶圆装载机构的结构示意图。

图4是图3中第一Z轴升降组件与防护罩的配接示意图。

图5是图4去除防护罩后的结构示意图。

图6是本发明中第一载台的台面的结构示意图。

图7是本发明中第一晶圆盒与第一载台的配接示意图。

图8是本发明中第二晶圆盒与第一载台的配接示意图。

图9是本发明中转盘装置的结构示意图。

图10是本发明中标记设备的结构示意图。

图11是本发明中置放台与翘曲调整装置的配接示意图。

图12是图11在另一方向上的结构示意图。

图13是图11的分解结构示意图。

图14是本发明中压盘的结构示意图。

图15是本发明中定位盘的结构示意图。

图16是图11去除压紧基板和压盘后的结构示意图。

图17是图11的剖面示意图。

图18是本发明中平整机构的结构示意图。

图19是本发明中激光标记装置与Y轴平移组件的配接示意图。

图20是本发明中激光标记装置的结构示意图。

图21是本发明中激光光点位置校正的原理图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参照图1、图2、图10至图12所示，对应于本发明一种较佳实施例的芯片规模晶圆级标记系统，包括：装载装置1，其用于存放晶圆3，晶圆3包括第一面和第二面，第一面和第二面背向设置；标记设备2，其包括用于放置晶圆3的置放台21、设置在置放台21下方的激光标记装置22，激光标记装置22用于对晶圆3的第一面进行标记，置放台21开设有避让晶圆3的第一面的第一避让孔21a；搬运装置(图未示)，其承接在装载装置1和标记设备2之间，以输送晶圆3；其中，标记设备2还包括翘曲调整装置23，翘曲调整装置23包括压紧机构24和平整机构25；压紧机构24可向着晶圆3移动，以压紧晶圆3的第二面；晶圆3的第一面包括标记区域和非标记区域，平整机构25可向着晶圆3的第一面移动，以支撑晶圆3的非标记区域。

需要指出的是，在本实施例中，晶圆3的第一面为晶圆3的背面，第二面为晶圆3的正面，激光标记装置22用于对晶圆3的背面进行标记。

进一步地，标记系统还包括机壳4，机壳4上开设有供晶圆3进出的窗口(图未示)，装载装置1位于机壳4外，并与窗口相对应。标记设备2和搬运装置均位于机壳4内。

进一步地，装载装置1包括第一晶圆装载机构11和/或第二晶圆装载机构12，晶圆3可在第一晶圆装载机构11和/或第二晶圆装载机构12上进行取放。其中，第一晶圆装载机构11用于供作业人员手动上下料，第二晶圆装载机构12可与外部机构(图未示)相配接，以自动上下料。本发明通过设置第一晶圆装载机构11和第二晶圆装载机构12，使得在实际生产应用中，可根据实际需要来选择自动或者手动上下料，从而提高标记系统的适应性。

参照图3至图5所示，第一晶圆装载机构11包括第一载台111和用于装载晶圆3的晶圆盒112，晶圆盒112置于第一载台111上。第一晶圆装载机构11还包括防护罩113，防护罩113用于围设在晶圆盒112的外围。防护罩113设置在第一载台111上，防护罩113可相对第一载台111移动，以靠近或远离晶圆盒112。

通过在第一载台111上设置防护罩113，防护罩113可相对第一载台111移动，当需要在第一载台111上取放晶圆盒112时，防护罩113可朝着远离晶圆盒112的方向移动，以便取放晶圆盒112；当无需取放晶圆盒112时，防护罩113可朝着晶圆盒112移动，并围设在其外围，有效避免了作业人员误接触晶圆盒112，从而提高生产安全性，提高生产效率。

进一步地，第一载台111内设置有与防护罩113相接的第一Z轴升降组件114，第一Z轴升降组件114可驱动防护罩113移动，以靠近或远离晶圆盒112。具体的，第一Z轴升降组件114包括第一驱动电机1141、与第一驱动电机1141传动连接的丝杆1142以及配接在丝杆1142上的丝杆螺母1143。丝杆1142沿着Z轴方向设置。丝杆螺母1143与防护罩113相接，第一驱动电机1141可驱动丝杆1142转动，进而带动丝杆螺母1143和防护罩113沿着丝杆1142的长度方向移动。诚然，在其他实施例中，第一Z轴升降组件114还可采用气动方式直接推动防护罩113，例如采用沿Z轴方向布置的驱动气缸(图未示)，驱动气缸与防护罩113相接，以推动防护罩113沿Z轴方向移动。

进一步地，第一Z轴升降组件114还包括固定在第一载台111上的滑轨1144以及与滑轨1144滑动配接的滑块1145，滑轨1144与丝杆1142平行设置，防护罩113与滑块1145相接，以使丝杆螺母1143带动防护罩113移动的同时，受到滑轨1144的引导，从而提高防护罩113移动的可靠性。滑轨1144数量为两根，且分别位于丝杆1142的两侧，相应的，滑块1145数量对应为两个。

进一步地，防护罩113包括防护罩主体1131和传动架1132，防护罩主体1131围设在晶圆盒112的外围，传动架1132置于第一载台111内，并分别与丝杆螺母1143和滑块1145相接。第一载台111上设置有沿着防护罩113移动方向开设的避位槽111a，传动架1132部分穿过避位槽111a并与防护罩主体1131相接。

防护罩主体1131包括安装框架1133和多块透明板1134，多块透明板1134嵌合在安装框架1133中，以围合形成容置晶圆盒112的透明腔体，作业人员可透过防护罩113直接观察到晶圆盒112，以便了解晶圆盒112内的晶圆3情况。透明板1134具体可采用玻璃、透明塑料等材质。

进一步地，参照图5至图8所示，第一载台111的台面111b上设置有定位结构，以便对晶圆盒112进行定位，使得搬运装置可精准的对晶圆盒112内的晶圆3进行取放。定位结构可以是设置在第一载台111的台面111b上的多个定位块，定位块间配合围成定位晶圆盒112的定位空间；或者，定位结构为开设在第一载台111的台面111b上的定位槽，晶圆盒112的底部嵌设在定位槽内；或者，定位结构为凸设在第一载台111的台面111b上的多个固定脚117，晶圆盒112的底部成型有多个与固定脚117相适配的凹陷部1122，固定脚117嵌设在凹陷部1122内。

在本实施例中，晶圆盒112包括第一晶圆盒112a和第二晶圆盒112b，其中，第一晶圆盒112a用于存放较小尺寸的晶圆3，第二晶圆盒112b用于存放较大尺寸的晶圆3，作业人员可根据需要来更换晶圆盒112。第一晶圆盒112a上开设有朝向窗口的第一取放口(图未示)，第二晶圆盒112b上开设有朝向窗口的第二取放口(图未示)。第一载台111的台面111b上设置有定位第一晶圆盒112a的第一定位结构以及定位第二晶圆盒112b的第二定位结构。诚然，在其他实施例中，晶圆盒112可以设置3个、4个或者更多，本申请在此不作具体限定。

在本实施例中，第一定位结构采用定位块的方式实现第一晶圆盒112a的定位。具体的，第一定位结构包括第一定位块115和与第一定位块115相对设置的第二定位块116。第一定位块115数量为两个，且位于同一侧，第二定位块116数量为两个，且位于同一侧，第一定位块115和第二定位块116分别位于第一晶圆盒112a的边角位置。

第一定位块115开设有抵接槽115a，抵接槽115a包括第一抵接面1151和第二抵接面1152。两个抵接槽115a的第一抵接面1151相对设置，以限制第一晶圆盒112a在X轴方向上的移动。第二定位块116包括第三抵接面1161，第二抵接面1152与第三抵接面1161相对设置，以限制第一晶圆盒112a在Y轴方向上的移动。

由于第二晶圆盒112b的底面积较大，优选的，第二定位结构采用凹陷部1122和固定脚117的方式进行定位。具体的，第二晶圆盒112b的底部凸设有多个凸块1121，多个凸块1121内均成型有凹陷部1122，第一载台111的台面111b上对应凸设有嵌设在凹陷部1122内的固定脚117。在本实施例中，凹陷部1122数量为三个，其中两个凹陷部1122位于同侧，另一个位于该侧的对立侧，且位于同侧的两个凹陷部1122的中间位置。

进一步地，第一载台111包括第一安装基板118，第一安装基板118位于晶圆盒112的一侧，并用于与机壳4相抵靠。第一安装基板118对应晶圆盒112的取放口位置处开设有开口118a，以供机械手依次经窗口、开口118a以及取放口进出晶圆盒112。

参照图2所示，第二晶圆装载机构12与第一晶圆装载机构11结构类似，其包括供外部机构自动取放晶圆盒112的第二载台121。由于采用自动取放晶圆盒112，在实际生产过程中，作业人员将不会频繁靠近标记系统，因此，第二晶圆装载机构12上无需设置防护罩113。外部机构具体可以采用可自主移动的机械手。

进一步地，搬运装置具体为机械手，晶圆3采用间隔堆叠的方式容置在晶圆盒112内，机械手与晶圆3接触的部分设有真空吸盘(图未示)，以将晶圆3稳稳吸住。机械手搬运晶圆3为本领域惯用手段，本发明在此不再赘述。

为了便于机械手将晶圆3按同一位置放入置放台21，在本实施例中，晶圆3边沿开设有一定位缺口(图未示)，参照图2和图9所示，机壳4内还设置有转盘装置5，转盘装置5包括用于放置晶圆3的转盘51和位于转盘51上方的检测头52，检测头52与晶圆3的边沿相对应，在搬运装置将晶圆3放入标记设备2前，其先将晶圆3放入转盘51，转盘51检测到晶圆3并自动转动，当检测头52检测到定位缺口时，转盘51停止转动，此时，搬运装置重新将定位后的晶圆3进行吸取，并放入标记设备2的置放台21。需要指出的是，采用转盘装置5对晶圆3进行定位为本领域公知常识，本发明在此不再赘述其原理和结构。

进一步地，参照图10所示，标记设备2还包括机架26，置放台21、激光标记装置22和翘曲调整装置23均设置在机架26上。

参照图11和图13所示，压紧机构24包括压紧基板241和压盘242，压紧基板241上开设有与第一避让孔21a同心设置的第二避让孔241a，压盘242可拆卸地设置在压紧基板241上，压盘242被配置成可穿过第二避让孔241a，并与晶圆3的正面的边沿相抵。压紧基板241可沿着Z轴方向移动，以带动压盘242压紧或松开晶圆3。压盘242上开设有与第一避让孔21a同心的第三避让孔242a，第三避让孔242a用于对晶圆3除边沿外的其他部分进行避位，以免对附着在晶圆3的正面的芯片进行挤压。在本实施例中，压盘242种类有多种，其根据晶圆3尺寸的不同而开设不同孔径的第三避让孔242a，以确保与不同尺寸的晶圆3的边沿均实现对应。

优选的，为了便于压盘242的快速拆装，压紧基板241自其上端面向下开设有第一下沉台2411，第一下沉台2411同心设置在第二避让孔241a的外侧，压盘242部分可嵌设定位在第一下沉台2411中。

具体的，结合图14所示，压盘242包括用于压紧晶圆3的压盘主体2421和沿其周向凸出成型的一圈第一凸缘2422。第一凸缘2422嵌设定位在第一下沉台2411中，以支撑压盘主体2421和限制压盘主体2421的径向移动。压盘主体2421穿过第二避让孔241a并位于置放台21上方，压紧基板241可带动压盘主体2421向着置放台21移动，以对置放台21上的晶圆3进行压紧。第一凸缘2422的外径等于或略小于第一下沉台2411的内径。

诚然，在其他实施例中，也可取消第一下沉台2411，通过将压盘主体2421的外径设置成等于或略小于第二避让孔241a的内径，以使压盘主体2421与第二避让孔241a紧密配合，从而实现压盘242的快速安装和定位。或者，第一凸缘2422与第一下沉台2411相互配合以实现定位，压盘主体2421与第二避让孔241a相互配合以实现定位，进而使压盘242与压紧基板241配合更为紧密。

进一步地，参照图13和图15所示，为了确保置放台21可容置并定位不同尺寸的晶圆3，置放台21上可拆卸地设置有容置晶圆3的定位盘211，定位盘211上开设有与第一避让孔21a同心的第四避让孔211a，第四避让孔211a用于对激光标记装置22射入的激光束进行避让，以保证激光束可顺利射入晶圆3的背面。定位盘211自其上端面向下开设有第二下沉台2111，第二下沉台2111同心设置在第四避让孔211a的外侧，晶圆3可嵌设定位在第二下沉台2111中。

在本实施例中，定位盘211种类有多种，其根据晶圆3尺寸的不同而开设不同内径的第二下沉台2111，以确保不同尺寸的晶圆3均可实现定位。

具体的，定位盘211包括定位盘主体2112和沿其周向凸出成型的一圈第二凸缘2113，定位盘主体2112的外径等于或略小于第一避让孔21a的内径，以使定位盘主体2112与第一避让孔21a紧密配合，第二凸缘2113与置放台21的上端面相接触，以对定位盘主体2112进行支撑。

此外，压紧基板241上还设置有多个检测传感器27，检测传感器27与定位盘211相对应，以对定位盘211上晶圆3的有无进行检测。

由于定位盘211上方设置有压紧基板241，为了避免压紧基板241限制搬运装置取放晶圆3，在本实施例中，搬运装置沿着X轴方向将晶圆3送入或取出定位盘211。

结合图16所示，为了便于搬运装置伸入到定位盘211，定位盘211开设有供搬运装置伸入的第一避让槽211b，第一避让槽211b自第二凸缘2113的外侧沿X轴方向延伸至第四避让孔211a的内壁。置放台21对应第一避让槽211b的位置开设有第二避让槽21b，第二避让槽21b沿X轴方向设置。搬运装置可经第二避让槽21b和第一避让槽211b伸入或离开第四避让孔211a，以取放晶圆3。

进一步地，参照图11、图16和图17所示，压紧机构24还包括安装在置放台21上的第二Z轴升降组件243，第二Z轴升降组件243与压紧基板241传动连接，并驱动压紧基板241自动升降。

第二Z轴升降组件243包括引导组件244、第二驱动电机245和第一传动组件246。引导组件244用于承接压紧基板241和置放台21，以引导压紧基板241沿Z轴方向移动，第一传动组件246分别与第二驱动电机245和压紧基板241配接，第二驱动电机245可驱动第一传动组件246，以带动压紧基板241沿Z轴方向靠近或远离置放台21。

引导组件244包括固定穿设在置放台21上的直线轴承2441和穿设在直线轴承2441中的导向轴2442，导向轴2442与压紧基板241的下端面固定连接，导向轴2442可沿着Z轴方向在直线轴承2441内滑动。引导组件244数量有多组，且均匀间隔布置，以对压紧基板241的多个位置进行承接，使其平稳的沿Z轴方向移动。

第一传动组件246包括同步带轮组2461和凸轮组件2462，凸轮组件2462位于压紧基板241下方，同步带轮组2461的两端分别与凸轮组件2462和第二驱动电机245相接，第二驱动电机245可驱动同步带轮组2461转动，以带动凸轮组件2462转动。凸轮组件2462包括凸轮2463和凸轮轴2464，凸轮轴2464的两端分别与凸轮2463和同步带轮组2461相接。通过转动凸轮2463，以使其凸出部分接触或远离压紧基板241，进而带动压紧基板241沿Z轴方向靠近或远离置放台21。

在本实施例中，同步带轮组2461和凸轮组件2462数量为两组，且分别位于压紧基板241相对立的两侧，以提高驱动的稳定性。两组同步带轮组2461之间连接有传动轴2465，传动轴2465的端部与第二驱动电机245相接，以实现两组同步带轮组2461同步转动。

进一步地，参照图12和图18所示，平整机构25包括置于置放台21下方的第一X轴平移组件251、第三Z轴升降组件252和托板253，其中，第三Z轴升降组件252安装在第一X轴平移组件251上，托板253固定在第三Z轴升降组件252上。工作时，第一X轴平移组件251可驱动第三Z轴升降组件252和托板253沿X轴方向移动至晶圆3下方，第三Z轴升降组件252可驱动托板253沿Z轴方向移动，以接触并平整晶圆3背面的非标记区域。在本实施例中，托板253的端面尺寸小于晶圆3的端面尺寸，以对晶圆3的部分区域进行支撑。在本实施例中，托板253由强度较高的塑料材质制成。

平整机构25数量为多个，相应的，托板253的数量也为多个，多个托板253分别用于与晶圆3背面的不同区域相对应，其可根据标记区域不同，而选取不同的托板253以对非标记区域进行支撑。优选的，在本实施例中，平整机构25数量为两个，托板253数量为两个，且为半弧形结构。晶圆3背面均分两部分，其中一个托板253与晶圆3的其中一个半部相对应，其中另一个托板253与晶圆3的其中另一个半部相对应。

在本实施例中，第一X轴平移组件251为沿着X轴方向布置的直线模组，其包括用于承接第三Z轴升降组件252的第一滑台2511。第三Z轴升降组件252为沿着Z轴方向布置的直线模组，其包括第二滑台2521以及固定在第二滑台2521上与托板253连接的连接架2522。诚然，在其他实施例中，第一X轴平移组件251和第三Z轴升降组件252也可采用气动方式进行传动。

进一步地，参照图10所示，标记设备2还包括安装在机架26上的第二X轴平移组件28，置放台21置于第二X轴平移组件28上。第二X轴平移组件28可驱动置放台21沿X轴方向移动，以靠近或远离搬运装置，从而便于搬运装置对晶圆3进行取放。第二X轴平移组件28为沿着X轴方向布置的直线模组，其设置在置放台21一侧下方，为了确保置放台21受到平稳支撑，置放台21位于第二X轴平移组件28相对的另一侧设置有滑轨组件281。优选的，第一X轴平移组件251与置放台21相接，以在第二X轴平移组件28的带动下，随置放台21同步移动。

标记设备2还包括安装在机架26上的Y轴平移组件29，激光标记装置22安装在Y轴平移组件29上，Y轴平移组件29可驱动激光标记装置22沿Y轴方向移动，其与第二X轴平移组件28相互配合，以使标记头223位于晶圆3的正下方。Y轴平移组件29为沿着Y轴方向布置的直线模组，其上连接有安装板291，以容置激光标记装置22。

进一步地，参照图10、图19和图20所示，激光标记装置22位于翘曲调整装置23下方。激光标记装置22包括激光器221、光路结构222和标记头223，光路结构222用于调整经激光器221射向标记头223的激光束，激光器221射出的激光束依次沿着光路结构222和标记头223射向晶圆3的背面。

光路结构222包括固定倍率扩束镜2221和可调倍率扩束镜2222，自激光器221射出的光依次经过固定倍率扩束镜2221和可调倍率扩束镜2222进入标记头223。固定倍率扩束镜2221能够扩展激光束的直径，以减小激光束的发散角，使得激光器221射出的发散光转变为平行光。可调倍率扩束镜2222包括位于同一轴线的三组透镜(图未示)，中间组透镜位置固定，前、后两组透镜可沿着轴线移动，通过调整前两组透镜之间的距离变换倍率，调整后两组透镜之间的距离调节发散度。可调倍率扩束镜2222为现有结构，本发明在此不再赘述。通过设置可调倍率扩束镜2222，其能够对输入至标记头223的激光线宽进行调节，以满足不同大小晶圆3的需求。

标记头223能够调节激光束的偏转，使其具有一定功率密度的光点在待标记晶圆3的表面按所需的要求运动，从而在晶圆3表面留下永久的标记。在本实施例中，标记头223具体为振镜扫描式标记头，其包括X轴扫描镜(图未示)、Y轴扫描镜(图未示)和聚焦镜2231，进入标记头223的激光束入射在X轴扫描镜和Y轴扫描镜上后自聚焦镜2231射出，通过计算机控制扫描镜的反射角度，X轴扫描镜和Y轴扫描镜可分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转。

优选的，激光器221、固定倍率扩束镜2221、可调倍率扩束镜2222和标记头223固定在机架26上，且大致呈“回”型排布，以使激光标记装置22排布紧凑，节约占用空间。

具体的，光路结构222还包括多个反射激光束的反射镜，以使激光束呈一定角度反射至固定倍率扩束镜2221、可调倍率扩束镜2222和标记头223。

在本实施例中，反射镜包括第一反射镜2223、第二反射镜2224、第三反射镜2225和第四反射镜2226。第一反射镜2223位于激光器221的输出端和固定倍率扩束镜2221的输入端之间，自激光器221射出的激光束经第一反射镜2223射入固定倍率扩束镜2221。第一反射镜2223与激光器221所射出的激光束呈45°入射角布置。

第二反射镜2224位于固定倍率扩束镜2221的输出端和可调倍率扩束镜2222的输入端之间，自固定倍率扩束镜2221射出的激光束经第二反射镜2224射入可调倍率扩束镜2222。第二反射镜2224与固定倍率扩束镜2221所射出的激光束呈45°入射角布置。

第三反射镜2225和第四反射镜2226位于可调倍率扩束镜2222和标记头223之间，自可调倍率扩束镜2222射出的激光束依次经第三反射镜2225和第四反射镜2226射入标记头223。第三反射镜2225和可调倍率扩束镜2222所射出的激光束呈45°入射角布置，第四反射镜2226和第三反射镜2225所射出的激光束呈45°入射角布置。

优选的，第一反射镜2223、第二反射镜2224、第三反射镜2225和第四反射镜2226下方均设置有调节安装座2220，调节安装座2220能够对反射镜的位置进行调节，防止反射镜偏差，以确保自激光器221射出的激光束能够精准进入固定倍率扩束镜2221、可调倍率扩束镜2222以及标记头223。调节安装座2220具体为线性滑台，其包括座体2227、设置在座体2227下方沿X轴或Y轴方向布置的调节螺杆2228以及与调节螺杆2228相接的旋钮2229，通过转动旋钮2229，其可带动调节螺杆2228转动，进而带动座体2227沿X轴或Y轴方向移动。

进一步地，标记头223在使用一段时间后，其位置难免存在偏差，使得激光束投射在晶圆3上的光点存在偏差，影响标记精度。为了避免上述情况发生，标记设备2还包括用于检测并补偿标记头223偏差的检测组件。

检测组件包括第一定位部213和上相机2241，第一定位部213固定在置放台21上，上相机2241通过第一支架2243固定在安装板291上。上相机2241位于置放台21的上方，且其镜头朝向置放台21的上端面，以在搬运装置将晶圆3搬运至置放台21上后，上相机2241的镜头朝向晶圆3的第二面。通过驱动第二X轴平移组件28和Y轴平移组件29，使第一定位部213移动至标记头223和上相机2241之间，以避免自标记头223射出的激光束直射上相机2241的镜头，上相机2241被配置成可检测标记头223的偏差并调整参数，从而补偿标记头223的偏差。第一定位部213具体为采用透明材质制成、并涂覆有白漆的玻璃片。

结合图11和图16所示，置放台21和位于置放台21上方的压紧基板241对应第一定位部213位置处均开设有贯通孔212a，以使上相机2241可透过压紧基板241处的贯通孔212a检测到第一定位部213，以及使标记头223透过置放台21处的贯通孔212a将激光束射到第一定位部213。

检测组件检测过程如下：使标记头223发出激光，在第一定位部213上形成激光光斑。具体的，置放台21带动第一定位部213移动至上相机2241和标记头223之间，标记头223射出激光束，并在第一定位部213上形成激光光斑。在该过程中，通过计算机视觉放大激光光斑，并通过算法计算出激光能量中心，从而消除由于激光不规则产生的位置偏差。

获取激光光斑的重心坐标点。由于激光光斑非常小，为微米级，正常情况下通过目视无法完成对激光中心的矫正，因此需要通过计算机视觉放大激光光斑，根据激光光斑的不规则轮廓和能量强度，计算出激光能量中心，将激光能量中心作为重心坐标点。能量强度可以通过激光光斑的亮度进行转换计算。

调整上相机2241的参数，使上相机2241的视野中心点、激光光斑的重心坐标点重合。具体的，标记头223设置好参数以后，向第一定位部213发出一束激光，在第一定位部213形成一个光斑，上相机2241对其进行拍摄，获得激光光斑图像，通过调整上相机2241的参数，使上相机2241拍摄到激光光斑图像的视野中心点和激光光斑的重心坐标点重合，实现相机补偿，即实现了对标记头223的激光能量中心初始定位，从而确保标记头223的精度。

参照图21所示，具体原理如下：假设上相机2241的镜头中心点在原点(0,0)，激光能量中心在点O(X1，Y1)，则激光能量中心距离上相机2241视野中心在X轴的偏移量为X1，激光能量中心距离上相机2241视野中心在Y轴的偏移量为Y1；调整上相机2241的参数，使上相机在X轴上的偏移量X＝X1，使上相机在Y轴上的偏移量Y＝Y1；其中，上相机2241的参数包括焦距参数、光圈中心参数和畸变参数中的至少一种。图中右上角区域内的小方框内为上相机2241视野，方框内不规则图形为激光光斑成像。以图像中心位置为原点，根据光斑的不规则轮廓以及能量强度，计算出激光光斑的重心O(X1，Y1)，通过调整上相机2241的参数，使上相机2241得到补偿，具体的，通过offset函数进行参数调整，即offset X＝X1，offset Y＝Y1，就可以使上相机2241的视野中心点与激光光斑的重心点在Z轴方向上重合。

参照图10和图19所示，检测组件还包括第二定位部212和下相机2242，第二定位部212固定在置放台21上，下相机2242通过第二支架2244固定在安装板291上。下相机2242位于置放台21的下方，且其镜头朝向置放台21的下端面，以在搬运装置将晶圆3搬运至置放台21上后，下相机2242的镜头朝向晶圆3的第一面。第二X轴平移组件28可驱动置放台21沿X轴方向移动，进而带动第二定位部212分别移动至上相机2241的正下方和下相机2242的正上方，以定位并统一上相机2241和下相机2242的坐标系，从而确定晶圆3的标记位置。

第二定位部212由透明材质制成，其具体为玻璃片，其中心具有用于与上相机2241和下相机2242的中心对应的定位点(图未示)。

结合图11和图16所示，置放台21和位于置放台21上方的压紧基板241对应第二定位部212位置处也均开设有贯通孔212a，以使上相机2241可透过压紧基板241处的贯通孔212a检测到第二定位部212，以及使下相机2242透过置放台21处的贯通孔212a检测到第二定位部212。

检测时，移动置放台21，以使下相机2242的镜头中心和第二定位部212的中心在Z轴方向上的投影重合，完成一次定位；再控制下相机2242对置放台21进行拍摄，得到第一图像，由于第二定位部212是透明材质的，且第二定位部212的中心设置有定位点，以第二定位部212的定位点作为参照，对第一图像建立第一坐标系；置放台21移动至上相机2241的下方，使上相机2241的镜头中心和第二定位部212的中心在Z轴方向上的投影重合，再控制上相机2241对置放台21进行拍摄，得到第二图像，第二图像与第一图像对应重合的区域尽可能地大；对第二图像建立第二坐标系，根据第二定位部212的定位点，调整第一图像和/或第二图像的坐标系，使两个坐标系重合，从而实现上相机2241和下相机2242的坐标系统一。在统一坐标系后，通过上相机2241拍摄到的晶圆3正面的图像，在下相机2242拍摄到晶圆3背面的图像中，能够准确得到对应正面图像中元器件或芯片的位置，标记头223可以在晶圆3指定位置进行标记，避开元器件或者芯片。此外，由于置放台21需要在装卸晶圆3的位置和对晶圆3进行标记的位置来回移动，例如，在标记之前，置放台21发生了位移，从而导致置放台21位置存在偏差，通过移动第二定位部212使得上相机2241和下相机2242的镜头中心分别同第二定位部212中心的定位点在竖直方向的投影重合，从而也能够保证置放台21位于正确的标记位置。

进一步地，标记系统还包括控制器(图未示)，控制器分别与装载装置1、标记设备2、搬运装置以及转盘装置5通信连接，控制器可采用可编程的PLC控制器，以根据需要编写程序，控制装载装置1、标记设备2、搬运装置、转盘装置5自动作业以及调整标记设备2的标记精度。控制器控制系统作业为本领域公知常识，本发明在此不再赘述其原理和结构。

本发明工作过程如下：根据需要将晶圆盒112置于第一晶圆装载机构11和/或第二晶圆装载机构12上，并根据晶圆3尺寸不同将对应的尺寸的压盘242和定位盘211分别放入压紧基板241和置放台21；

开启标记系统，搬运装置将晶圆盒112中的晶圆3吸取并移至转盘装置5的转盘51上，转盘51带动晶圆3转动，以对晶圆3进行定位；

定位完成后，第二X轴平移组件28驱动置放台21沿X轴方向向着搬运装置移动，搬运装置将转盘51上的晶圆3移至置放台21的定位盘211中，与此同时，压紧机构24的第二Z轴升降组件243驱动压紧基板241沿着Z轴方向移动，并使位于压紧基板241上的压盘242靠近定位盘211，晶圆3的边缘抵压在定位盘211和压盘242之间，实现晶圆3的固定；

第一X轴平移组件251和第三Z轴升降组件252配合将托板253移动至晶圆3背面的非标记区域，以支撑平整晶圆3；

第二X轴平移组件28驱动置放台21沿X轴方向移动，使第二定位部212分别到达上相机2241正下方和下相机2242的正上方，以统一上相机2241和下相机2242坐标系，确定晶圆3的标记位置；接着第二X轴平移组件28和Y轴平移组件29配合使第一定位部213到达上相机2241和标记头223之间，开启激光标记装置22，激光束经标记头223射向上相机2241，上相机2241根据位置偏差对标记头223进行补偿，以确保标记头223位置精度；

第二X轴平移组件28配合Y轴平移组件29以使晶圆3位于标记头223正下方，标记头223对晶圆3背面的待标记区域进行标记；

需要指出的是，当晶圆3的待标记区域涵盖多个托板253所对应的区域时，标记头223可先对晶圆3未受支撑的待标记区域进行标记，待该区域标记完成后，托板253再移至该标记区域，同时再将其他待标记区域的托板253移离晶圆3，以对晶圆3继续标记；

晶圆3标记完成后，置放台21向着搬运装置移动，压紧机构24的第二Z轴升降组件243驱动压紧基板241沿着Z轴方向移动，并使位于压紧基板241上的压盘242松开晶圆3，搬运机构将标记后的晶圆3取离置放台21并放回晶圆盒112；

重复上述动作，以实现晶圆3的连续自动标记。

此外，本发明还提供一种激光标记方法，包括以下步骤：

S1、搬运装置将待标记的晶圆3自装载装置1移至标记设备2的置放台21；

S2、压紧机构24向着置放台21移动，以抵压固定晶圆3，同时平整机构25向着晶圆3移动，并对晶圆3的非标记区域进行支撑；

S3、移动置放台21，置放台21带动位于其上的第二定位部212分别移动至上相机2241和下相机2242处，定位并统一上相机2241和下相机2242的坐标系，以确定晶圆3的标记位置；

S4、开启激光标记装置22，激光标记装置22的标记头223将激光束射向上相机2241，上相机2241检测标记头223的偏差，并根据偏差调整参数，以补偿标记头223；

S5、移动置放台21，待标记的晶圆3随置放台21移动至激光标记装置22的标记头223正上方位置，标记头223对晶圆3进行标记；

S6、完成标记后，压紧机构24松开晶圆3，搬运装置将标记后的晶圆3移回装载装置1中；重复上述动作，实现晶圆3的连续标记。

优选的，在进行S1步骤前，根据晶圆3尺寸的不同，选择对应的定位盘211安装在置放台21上以容置晶圆3，以及选择对应的压盘242安装在压紧机构24上，以抵压晶圆3。

优选的，在进行S1步骤时，搬运装置先将晶圆3移至转盘装置5，以对晶圆3进行定位，搬运装置将定位后的晶圆3移至标记设备2。

优选的，在进行S4步骤前，移动置放台21，置放台21带动位于其上的第一定位部213到达上相机2241和标记头223之间，以避免激光束直射上相机2241。

综上所述，本发明通过设置装载装置、搬运装置以及标记设备，其能够实现晶圆的自动搬运和标记，极大提高了生产效率；标记设备设置有压紧机构和平整机构，其能够对置放台上的晶圆进行固定和平整，有效避免了晶圆受重力作用弯曲变形，提高晶圆标记精度。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：包括：

装载装置(1)，其用于存放晶圆(3)，所述晶圆(3)包括第一面和第二面，所述第一面和所述第二面背向设置；

标记设备(2)，其包括用于放置所述晶圆(3)的置放台(21)、设置在所述置放台(21)下方并用于标记所述晶圆(3)第一面的激光标记装置(22)，所述置放台(21)开设有避让所述晶圆(3)第一面的第一避让孔(21a)；

搬运装置，其承接在所述装载装置(1)和所述标记设备(2)之间，以输送所述晶圆(3)；

其中，所述标记设备(2)还包括翘曲调整装置(23)，所述翘曲调整装置(23)包括压紧机构(24)和平整机构(25)；所述压紧机构(24)可向着所述晶圆(3)移动，以压紧所述晶圆(3)的第二面；所述晶圆(3)的第一面包括标记区域和非标记区域，所述平整机构(25)可向着所述晶圆(3)的第一面移动，以支撑所述晶圆(3)的非标记区域。

2.根据权利要求1所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述压紧机构(24)设置在所述置放台(21)上，所述压紧机构(24)包括：

压紧基板(241)；以及

第二Z轴升降组件(243)，其与所述压紧基板(241)传动连接，所述第二Z轴升降组件(243)驱动所述压紧基板(241)沿Z轴方向靠近或远离所述晶圆(3)。

3.根据权利要求2所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述压紧机构(24)还包括可拆卸安装在所述压紧基板(241)上的压盘(242)，所述压紧基板(241)上开设有与所述第一避让孔(21a)同心设置的第二避让孔(241a)，所述压盘(242)被配置成可穿过所述第二避让孔(241a)，并与所述晶圆(3)第二面的边沿相抵。

4.根据权利要求2所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述置放台(21)上可拆卸安装有容置所述晶圆(3)的定位盘(211)，所述定位盘(211)开设有避让所述晶圆(3)第一面的第四避让孔(211a)。

5.根据权利要求1所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述平整机构(25)设置在所述置放台(21)上，所述平整机构(25)包括：

第一X轴平移组件(251)，其置于所述置放台(21)下方；

第三Z轴升降组件(252)，其安装在所述第一X轴平移组件(251)上；以及

托板(253)，其固定在所述第三Z轴升降组件(252)上；

其中，所述第一X轴平移组件(251)可驱动所述第三Z轴升降组件(252)和所述托板(253)沿X轴方向靠近所述晶圆(3)，所述第三Z轴升降组件(252)可驱动所述托板(253)沿Z轴方向靠近并支撑所述晶圆(3)的非标记区域。

6.根据权利要求1所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述标记设备(2)还包括：

第二X轴平移组件(28)，所述置放台(21)置于所述第二X轴平移组件(28)上，所述第二X轴平移组件(28)驱动所述置放台(21)沿X轴方向移动；以及

Y轴平移组件(29)，所述激光标记装置(22)置于所述Y轴平移组件(29)上，所述Y轴平移组件(29)驱动所述激光标记装置(22)沿Y轴方向移动。

7.根据权利要求6所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述激光标记装置(22)包括：

激光器(221)；

光路结构(222)，其包括固定倍率扩束镜(2221)和可调倍率扩束镜(2222)；以及

标记头(223)；

其中，经所述激光器(221)射出的激光束依次沿着所述光路结构(222)和所述标记头(223)射向所述晶圆(3)的第一面。

8.根据权利要求7所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述标记设备(2)还包括检测组件，所述检测组件包括：

第一定位部(213)，其固定在所述置放台(21)上，以及

上相机(2241)，其与所述标记头(223)相对固定，所述上相机(2241)的镜头与所述标记头(223)相对应；

其中，所述置放台(21)可带动所述第一定位部(213)置于所述上相机(2241)和所述标记头(223)之间，以避免自所述标记头(223)射出的激光束直射所述上相机(2241)的镜头，所述上相机(2241)可检测所述标记头(223)的偏差并调整参数，从而补偿所述标记头(223)的偏差。

9.根据权利要求8所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述检测组件还包括：

下相机(2242)，其与所述上相机(2241)相对固定，所述上相机(2241)的镜头朝向所述晶圆(3)的第二面，所述下相机(2242)的镜头朝向所述晶圆(3)的第一面；以及

第二定位部(212)，设置在所述置放台(21)上；

其中，所述置放台(21)可带动所述第二定位部(212)分别移动至所述下相机(2242)的正上方和所述上相机(2241)正下方，以定位并统一所述上相机(2241)和所述下相机(2242)的坐标系，从而确定所述晶圆(3)的标记位置。

10.根据权利要求1所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述装载装置(1)包括第一晶圆装载机构(11)和/或第二晶圆装载机构(12)。

11.根据权利要求10所述的芯片规模晶圆级标记系统，其特征在于：所述第一晶圆装载机构(11)包括第一载台(111)、设置在所述第一载台(111)上的晶圆盒(112)以及防护罩(113)，所述晶圆盒(112)用于装载所述晶圆(3)，所述防护罩(113)用于围设在所述晶圆盒(112)的外围，所述防护罩(113)可相对所述第一载台(111)移动，以靠近或远离所述晶圆盒(112)。

12.一种激光标记方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、搬运装置将待标记的晶圆(3)自装载装置(1)移至标记设备(2)的置放台(21)；

S2、压紧机构(24)向着所述置放台(21)移动，以抵压固定所述晶圆(3)，平整机构(25)向着所述晶圆(3)移动，并支撑所述晶圆(3)的非标记区域；

S3、移动所述置放台(21)，所述置放台(21)带动位于其上的第二定位部(212)分别移动至上相机(2241)和下相机(2242)处，以定位并统一所述上相机(2241)和所述下相机(2242)的坐标系，确定所述晶圆(3)的标记位置；

S4、开启激光标记装置(22)，所述激光标记装置(22)的标记头(223)将激光束射向所述上相机(2241)，所述上相机(2241)检测所述标记头(223)的偏差，并根据偏差调整参数，以补偿所述标记头(223)；

S5、移动所述置放台(21)，待标记的所述晶圆(3)随所述置放台(21)移动至所述标记头(223)的正上方位置，所述标记头(223)对所述晶圆(3)的标记区域进行标记；

S6、完成标记后，所述压紧机构(24)松开所述晶圆(3)，所述搬运装置将标记后的所述晶圆(3)移回所述装载装置(1)；重复上述动作，实现晶圆(3)的连续标记。

13.根据权利要求12所述的激光标记方法，其特征在于：在进行S4步骤前，移动所述置放台(21)，所述置放台(21)带动位于其上的第一定位部(213)到达所述上相机(2241)和所述标记头(223)之间。

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