CN113421841A - 晶圆合片机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆合片机，包括机架、安装于所述机架的移料机构和物料放置机构、安装于所述机架的物料中转机构和合片机构、及安装于所述机架的检测机构，所述检测机构与所述合片机构对应设置；所述合片机构包括安装于所述机架的工作台组件和合片组件，所述合片组件与所述工作台组件对应设置；设置的移料机构用于物料的运输及成品的转运，物料放置机构用于放置半成品和成本，物料中转机构用于物料的中转，合片机构用于将两片晶圆合在一起；通过移料机构、物料放置机构、物料中转机构、合片机构和检测机构之间的相互配合，使得晶圆的合片可以全自动化进行，相对于人工合片，具有精度高、工作效率高、良品率高等优点。

Description

晶圆合片机

技术领域

本发明涉及晶圆技术领域，尤指一种晶圆合片机。

背景技术

晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。晶圆合片是半导体制造过程中的一个重要步骤。随着电子元器件向着高密度、小型化的方向发展，晶圆合片工艺由于可以实现不同晶圆间的电性连接、快速实现工艺层的堆叠，因而受到了越来越多的关注。但现有的两个晶圆之间的合片大多采用手工合片，有精度低、工作效率低、良品率低等缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆合片机，通过移料机构、物料放置机构、物料中转机构、合片机构和检测机构之间的相互配合，使得晶圆的合片可以全自动化进行，相对于人工合片，具有精度高、工作效率高、良品率高等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种晶圆合片机，包括机架、安装于所述机架的移料机构和物料放置机构、安装于所述机架的物料中转机构和合片机构、及安装于所述机架的检测机构，所述检测机构与所述合片机构对应设置；所述合片机构包括安装于所述机架的工作台组件和合片组件，所述合片组件与所述工作台组件对应设置。

作为一种优选方案，所述工作台组件包括安装于所述机架的合片底板、安装于所述合片底板的第一驱动单元、滑动安装于所述合片底板的工作架、安装于所述工作架的工作台和顶出单元、及安装于所述工作架的旋转单元和底片抽真空单元，所述旋转单元与所述工作台传动连接，所述底片抽真空单元的一端与所述工作台连通，所述顶出单元的一端与所述工作台连接；所述工作台设有槽口，所述顶出单元的一端安装有顶柱，所述顶柱部分位于所述槽口中，所述底片抽真空单元与所述顶柱连通。

作为一种优选方案，所述合片组件包括安装于所述机架的合片龙门架、安装于所述合片龙门架的合片横向移动单元、安装于所述合片横向移动单元的合片纵向移动单元、及安装于所述合片纵向移动单元的气压计和真空贴合单元，所述气压计和所述真空贴合单元连接，所述真空贴合单元位于所述工作台的上方；所述真空贴合单元包括按安装于所述合片纵向移动单元的真空罩、安装于所述真空罩的压合气缸和伸缩件、安装于所述伸缩件的连接杆、及安装于所述连接杆的压合件，所述连接杆可伸缩的安装于所述伸缩件，所述压合件与所述压合气缸连接。

作为一种优选方案，所述检测机构包括安装于所述机架的检测龙门架、安装于所述检测龙门架的镜头安装架和视觉光源、安装于所述镜头安装架的检测镜头，所述检测镜头与所述工作台对应设置，所述检测镜头位于所述工作台的上方。

作为一种优选方案，所述移料机构包括安装于所述机架的第二驱动单元和移动底板、安装于所述移动底板的机械臂、安装于所述机械臂的物料上夹和物料下夹，所述机械臂与所述第二驱动单元传动连接。

作为一种优选方案，所述物料放置机构包括安装于所述机架的物料安装架、安装于所述物料安装架的上物料放置单元和下物料放置单元、及安装于所述物料安装架的成品放置单元，所述下物料放置单元位于所述上物料放置单元和所述成品放置单元之间。

作为一种优选方案，所述上物料放置单元包括安装于所述物料安装架上物料放置底座和上物料限位电机、及安装于所述上物料限位电机的上物料限位件、及放置于所述上物料放置底座的上物料架；所述下物料放置单元包括安装于所述物料安装架下物料放置底座和下物料限位电机、及安装于所述下物料限位电机的下物料限位件、及放置于所述下物料放置底座的下物料架；所述成品放置单元包括安装于所述物料安装架成品放置底座和成品限位电机、及安装于所述成品限位电机的成品限位件、及放置于所述成品放置底座的成品架。

作为一种优选方案，所述物料中转机构包括安装于所述机架的中转放置组件和中转组件，所述中转组件位于所述中转放置组件的一侧，所述中转放置组件位于所述工作台组件的一侧。

作为一种优选方案，所述中转放置组件包括安装于所述机架的第三驱动单元、安装于所述第三驱动单元的中转放置架、及安装于所述中转放置架的限位气缸、及安装于所述限位气缸的限位架，所述限位架位于所述中转放置架的外侧。

作为一种优选方案，所述中转组件包括安装于所述机架的中转横向移动单元、安装于所述中转横向移动单元的中转纵向移动单元、安装于所述中转纵向移动单元的中转电机、安装于所述中转电机的中转架、安装于所述中转架的中转气缸和中转吸盘，所述中转气缸和所述中转吸盘连通。

本发明的有益效果在于：设置的移料机构用于物料的运输及成品的转运，物料放置机构用于放置半成品和成本，物料中转机构用于晶圆上片的中转，合片机构用于将两片晶圆利用真空合在一起；通过移料机构、物料放置机构、物料中转机构、合片机构和检测机构之间的相互配合，使得晶圆的合片可以全自动化进行，相对于人工合片，具有精度高、工作效率高、良品率高等优点。

附图说明

图1为本发明晶圆合片机的结构示意图一。

图2为本发明晶圆合片机的结构示意图二。

图3为图2晶圆合片机另一个角度的结构示意图。

图4为图2晶圆合片机中移料机构的结构示意图。

图5为图2晶圆合片机中物料放置机构的结构示意图

图6为图3晶圆合片机中中转放置组件的结构示意图。

图7为图3晶圆合片机中中转组件的结构示意图。

图8为图2晶圆合片机中工作台组件的结构示意图。

图9为图8晶圆合片机另一个角度的结构示意图。

图10为图2晶圆合片机中合片组件的结构示意图。

图11为图10晶圆合片机中真空贴合单元的结构示意图。

图12为图2晶圆合片机中检测机构的结构示意图。

附图标号说明：100-机架，110-上防护架，120-显示屏，130-警报器，200-移料机构，210-第二驱动单元，220-移动底板，230-机械臂，240-物料上夹，250-物料下夹，300-物料放置机构，310-物料安装架，320-上物料放置单元，330-下物料放置单元，340-成品放置单元，400-物料中转机构，410-中转放置组件，411-第三驱动单元，412-中转放置架，413-限位气缸，414-限位架，420-中转组件，421-中转横向移动单元，422-中转纵向移动单元，423-中转电机，424-中转架，425-中转气缸，426-中转吸盘，500-合片机构，510-工作台组件，511-合片底板，512-第一驱动单元，513-工作架，514-工作台，515-顶出单元，516-旋转单元，517-底片抽真空单元，520-合片组件，521-合片龙门架，522-合片横向移动单元，523-合片纵向移动单元，524-气压计，525-真空贴合单元，525a-真空罩，525b-压合气缸，525c-伸缩件，525d-连接杆，525e-压合件，600-检测机构，610-检测龙门架，620-镜头安装架，630-视觉光源，640-检测镜头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图12所示，本发明关于一种晶圆合片机，包括机架100、安装于机架100的移料机构200和物料放置机构300、安装于机架100的物料中转机构400和合片机构500、及安装于机架100的检测机构600，检测机构600与合片机构500对应设置；设置的移料机构200用于物料的运输及成品的转运，物料放置机构300用于放置半成品和成本，物料中转机构400用于物料的中转，合片机构500用于将两片晶圆合在一起，检测机构600用于检测物料的放置位置是否精准；通过移料机构200、物料放置机构300、物料中转机构400、合片机构500和检测机构600之间的相互配合，使得晶圆的合片可以全自动化进行，相对于人工合片，具有精度高、工作效率高、良品率高等优点。

如图1所示，在本实施例中，机架100安装有上防护架110，上防护架110上安装有显示屏120和警报器130，上防护架110用于防护移料机构200、物料放置机构300、物料中转机构400、合片机构500和检测机构600，显示屏120用于显示加工信息，警报器130在加工过程中出现错误时，会发出警报以警示操作者对错误处进行修整。

如图4所示，移料机构200包括安装于机架100的第二驱动单元210和移动底板220、安装于移动底板220的机械臂230、安装于机械臂230的物料上夹240和物料下夹250，机械臂230与第二驱动单元210传动连接；第二驱动单元210用于为机械臂230提供动力，机械臂230可以带动物料上夹240和物料下夹250运动，物料上夹240用于将上晶圆片从物料放置机构300移送到物料中转机构400，同时物料上夹240可以将合片好的晶圆片从合片机构500上移送到物料放置机构300上，物料下夹250用于将下晶圆片从物料放置机构300移送至合片机构500。

如图5所示，物料放置机构300包括安装于机架100的物料安装架310、安装于物料安装架310的上物料放置单元320和下物料放置单元330、及安装于物料安装架310的成品放置单元340，下物料放置单元330位于上物料放置单元320和成品放置单元340之间；上物料放置单元320用于放置上晶圆片，下物料放置单元330用于放置下晶圆片，成品放置单元340用于放置合片好的晶圆片。

在本实施例中，上物料放置单元320包括安装于物料安装架310上物料放置底座和上物料限位电机、及安装于上物料限位电机的上物料限位件、及放置于上物料放置底座的上物料架；下物料放置单元330包括安装于物料安装架310下物料放置底座和下物料限位电机、及安装于下物料限位电机的下物料限位件、及放置于下物料放置底座的下物料架；成品放置单元340包括安装于物料安装架310成品放置底座和成品限位电机、及安装于成品限位电机的成品限位件、及放置于成品放置底座的成品架。

如图6和图7所示，物料中转机构400包括安装于机架100的中转放置组件410和中转组件420，中转组件420位于中转放置组件410的一侧，中转放置组件410位于工作台组件510的一侧；中转放置组件410包括安装于机架100的第三驱动单元411、安装于第三驱动单元411的中转放置架412、及安装于中转放置架412的限位气缸413、及安装于限位气缸413的限位架414，限位架414位于中转放置架412的外侧；中转放置组件410用于放置待合片的上晶圆片，其中第三驱动单元411工作可以调节中转放置架412的位置，上晶圆片放置于中转放置架412的放置端，限位架414用于对放置于中转放置架412上的上晶圆片进行限位，防止其掉落，而限位气缸413用于调节限位架414。

中转组件420包括安装于机架100的中转横向移动单元421、安装于中转横向移动单元421的中转纵向移动单元422、安装于中转纵向移动单元422的中转电机423、安装于中转电机423的中转架424、安装于中转架424的中转气缸425和中转吸盘426，中转气缸425和中转吸盘426连通；中转组件420用于将放置于中转放置组件410上的上晶圆片移送至合片机构500上，中转横向移动单元421用于调整中转纵向移动单元422横向上的位置，中转纵向移动单元422用于调节中转架纵向上的位置，进而改变中转吸盘426的位置，中转气缸425工作可以在中转吸盘426上产生吸附力，然后中转吸盘426通过吸附力将上晶圆片吸附到其上，最后将吸附的上晶圆片移送至合片机构500进行合片。

如图8至图11所示，合片机构500包括安装于机架100的工作台组件510和合片组件520，合片组件520与工作台组件510对应设置；工作台组件510包括安装于机架100的合片底板511、安装于合片底板511的第一驱动单元512、滑动安装于合片底板511的工作架513、安装于工作架513的工作台514和顶出单元515、及安装于工作架513的旋转单元516和底片抽真空单元517，旋转单元516与工作台614传动连接，底片抽真空单元517的一端与工作台514连通，顶出单元515的一端与工作台514连接，工作台514设有槽口，顶出单元515的一端安装有顶柱，顶柱部分位于槽口中，底片抽真空单元517与顶柱连通；工作台514上用于放置被合片的上晶圆片和下晶圆片，其中下晶圆片放置于上晶圆片的下方，第一驱动单元512用于调节工作架513横向上的位置，旋转单元516用于驱动工作台514进行旋转，以此来调整工作台514上放置的下晶圆片的位置，使其与中转吸盘426上吸附的上晶圆片的位置对准，使得合片更为精准，顶出单元515用于将合片好的成品晶圆片顶出，便于移料机构200的移送，当工作台514上的成品被物料上夹240取走后，物料下夹250将下晶圆片放置到顶柱上，底片抽真空单元517工作，将下晶圆片吸附在顶柱上，然后顶出单元515工作带动顶柱下降，使得下晶圆片放置到工作台514上，底片抽真空单元517控制顶柱破真空，控制工作台514开真空，使下晶圆片紧紧吸附在工作台514上。

合片组件520包括安装于机架100的合片龙门架521、安装于合片龙门架521的合片横向移动单元522、安装于合片横向移动单元522的合片纵向移动单元523、及安装于合片纵向移动单元523的气压计524和真空贴合单元525，气压计524和真空贴合单元525连接，真空贴合单元525位于工作台的上方；真空贴合单元525包括按安装于合片纵向移动单元523的真空罩525a、安装于真空罩525a的压合气缸525b和伸缩件525c、安装于伸缩件525c的连接杆525d、及安装于连接杆525d的压合件525e，连接杆525d可伸缩的安装于伸缩件525c，压合件525e与压合气缸525b连接；合片横向移动单元522和合片纵向移动单元523用于调整真空罩525a的位置，合片时，真空贴合单元525在工作台514上，压合气缸工作带动压合件将上晶圆片紧紧压在下晶圆片上，接着将真空罩525a内的气体抽出，真空罩525a内变为真空，由于上晶圆片合下晶圆片之间的空气被抽走，使得上晶圆片和下晶圆片紧紧压合在一起，然后再通入气体进入真空罩525a内，使得真空罩525a的压强和外界一致，压合气缸525b复位，真空贴合单元525即可从工作台514上移走回到起始位置，接着顶出单元515将合片好的成品晶圆片顶出，最后机械臂230带动物料上夹240将成品的晶圆片取出再送到成品放置单元340上放置。

如图12所示，检测机构600包括安装于机架100的检测龙门架610、安装于检测龙门架610的镜头安装架620和视觉光源630、安装于镜头安装架620的检测镜头640，检测镜头640与工作台对应设置，检测镜头640位于工作台的上方；视觉光源630可以提供一定的光照强度，当本机器在阴暗处工作时，可以达到补光的效果，使得检测镜头640的检测精度更精准，检测镜头640用于检测中转吸盘426上的上晶圆片合工作台上的下晶圆片，使得上晶圆片在放置到下晶圆片上时可以对位准确，保证加工的准确度。

本发明的工作原理：本晶圆合片机工作时，首先将上晶圆片放置于上物料放置单元320，将下晶圆片放置于下物料放置单元330；接着启动移动机构200，机械臂230带动物料上夹240取出上晶圆片放置到物料中转机构400中的中转放置架上，接着带动物料下夹250将取出的下晶圆片放置到工作台514上，此时底片抽真空单元工作将下晶圆片紧紧吸附在工作台514上，接着中转吸盘426吸附住上晶圆片将其运到工作台514上，放置到下晶圆片上面并通过中转纵向移动单元422进行初步的压合，初步压合后中转组件420复位，接着真空贴合单元525下移罩在工作台514上，其中的压合气缸525b工作带动压合件525e对上晶圆片和下晶圆片进行压合，接着将真空罩525a内的空气抽出，同时上晶圆片合下晶圆片之间的空气也被抽走，进而使得上晶圆片与下晶圆片紧紧压合在一起，合片即完成，接着真空罩525a内通气，使真空罩525a内的压强与外界一致后压合气缸复位，压合气缸复位后真空贴合单元复位，然后顶出单元515将合片好的成品晶圆片顶起，最后由机械臂230带动物料上夹240将成品晶圆片取下再运至成品放置单元上；通过移料机构200、物料放置机构300、物料中转机构400、合片机构500和检测机构600之间的相互配合，使得晶圆的合片可以全自动化进行，相对于人工合片，具有精度高、工作效率高、良品率高等优点。

以上实施方式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，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆合片机，其特征在于：包括机架、安装于所述机架的移料机构和物料放置机构、安装于所述机架的物料中转机构和合片机构、及安装于所述机架的检测机构，所述检测机构与所述合片机构对应设置；所述合片机构包括安装于所述机架的工作台组件和合片组件，所述合片组件与所述工作台组件对应设置。

2.根据权利要求1所述的晶圆合片机，其特征在于：所述工作台组件包括安装于所述机架的合片底板、安装于所述合片底板的第一驱动单元、滑动安装于所述合片底板的工作架、安装于所述工作架的工作台和顶出单元、及安装于所述工作架的旋转单元和底片抽真空单元，所述旋转单元与所述工作台传动连接，所述底片抽真空单元的一端与所述工作台连通，所述顶出单元的一端与所述工作台连接；所述工作台设有槽口，所述顶出单元的一端安装有顶柱，所述顶柱部分位于所述槽口中，所述底片抽真空单元与所述顶柱连通。

3.根据权利要求2所述的晶圆合片机，其特征在于：所述合片组件包括安装于所述机架的合片龙门架、安装于所述合片龙门架的合片横向移动单元、安装于所述合片横向移动单元的合片纵向移动单元、及安装于所述合片纵向移动单元的气压计和真空贴合单元，所述气压计和所述真空贴合单元连接，所述真空贴合单元位于所述工作台的上方；所述真空贴合单元包括按安装于所述合片纵向移动单元的真空罩、安装于所述真空罩的压合气缸和伸缩件、安装于所述伸缩件的连接杆、及安装于所述连接杆的压合件，所述连接杆可伸缩的安装于所述伸缩件，所述压合件与所述压合气缸连接。

4.根据权利要求2所述的晶圆合片机，其特征在于：所述检测机构包括安装于所述机架的检测龙门架、安装于所述检测龙门架的镜头安装架和视觉光源、安装于所述镜头安装架的检测镜头，所述检测镜头与所述工作台对应设置，所述检测镜头位于所述工作台的上方。

5.根据权利要求1所述的晶圆合片机，其特征在于：所述移料机构包括安装于所述机架的第二驱动单元和移动底板、安装于所述移动底板的机械臂、安装于所述机械臂的物料上夹和物料下夹，所述机械臂与所述第二驱动单元传动连接。

6.根据权利要求1所述的晶圆合片机，其特征在于：所述物料放置机构包括安装于所述机架的物料安装架、安装于所述物料安装架的上物料放置单元和下物料放置单元、及安装于所述物料安装架的成品放置单元，所述下物料放置单元位于所述上物料放置单元和所述成品放置单元之间。

7.根据权利要求6所述的晶圆合片机，其特征在于：所述上物料放置单元包括安装于所述物料安装架上物料放置底座和上物料限位电机、及安装于所述上物料限位电机的上物料限位件、及放置于所述上物料放置底座的上物料架；所述下物料放置单元包括安装于所述物料安装架下物料放置底座和下物料限位电机、及安装于所述下物料限位电机的下物料限位件、及放置于所述下物料放置底座的下物料架；所述成品放置单元包括安装于所述物料安装架成品放置底座和成品限位电机、及安装于所述成品限位电机的成品限位件、及放置于所述成品放置底座的成品架。

8.根据权利要求1所述的晶圆合片机，其特征在于：所述物料中转机构包括安装于所述机架的中转放置组件和中转组件，所述中转组件位于所述中转放置组件的一侧，所述中转放置组件位于所述工作台组件的一侧。

9.根据权利要求8所述的晶圆合片机，其特征在于：所述中转放置组件包括安装于所述机架的第三驱动单元、安装于所述第三驱动单元的中转放置架、及安装于所述中转放置架的限位气缸、及安装于所述限位气缸的限位架，所述限位架位于所述中转放置架的外侧。

10.根据权利要求8所述的晶圆合片机，其特征在于：所述中转组件包括安装于所述机架的中转横向移动单元、安装于所述中转横向移动单元的中转纵向移动单元、安装于所述中转纵向移动单元的中转电机、安装于所述中转电机的中转架、安装于所述中转架的中转气缸和中转吸盘，所述中转气缸和所述中转吸盘连通。

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