CN114512428A - 一种晶圆切割二维移动平台横梁以及二维移动平台 - Google Patents

Abstract

一种晶圆切割二维移动平台横梁，包括横梁以及所述横梁上的两个滑动支撑结构，所述横梁两端分别从所述滑动支撑结构伸出，并在所述横梁的两端设置向下的压力，以减小横梁中部的挠曲变形。本发明中横梁两端伸出所述滑动支撑结构，两端受力的情况下，横梁中间部分就会向上翘曲，从而减小中间向下挠曲变形的幅度，使得所述横梁中部挠曲变形减小到很小的程度。从而提高设置在横梁中间零部件的运动过程的精度，进一步提高晶圆切割的精度。晶圆隐切装置中可以移动的横梁采用上述结构，横梁上的晶圆载台可以在运动过程中保持较高的水平度，从而提高了晶圆切割过程的精度。配合气浮运动机构，进一步减小了变形量，增加了精度。

Description

一种晶圆切割二维移动平台横梁以及二维移动平台

技术领域

本发明属于晶圆加工领域，具体涉及一种晶圆切割二维移动平台横梁以及二维移动平台。

背景技术

晶圆隐切是利用激光在晶圆内部切割的工艺。晶圆切割中需要高精密的定位平台。精密定位平台是精密机械设备中的关键部件之一，为微光刻技术、数控加工、生物 技术、纳米表面形貌测量等领域提供一个能够实现精密定位和精确运动的载物平台。直线驱动气浮平台是一个机电一体化系统，集直线驱动技术、数控技术、动静态特性分析与 优化、自动控制原理、测试与实验分析等多种技术于一体的综合技术。在半导体晶圆切割领域，随着大规模集成电路集成化程度的不断提高，半导体产业对硅晶圆尺寸大小的要求越 来越高，对其加工精度的要求也更加严格，晶圆级别加工定位平台作为晶圆制造装备中极 其关键的部分，对其性能要求越来越高。目前精密定位平台主要以直线导轨和直线电机直线驱动为主，结构上采用十字叠加的形式。加工幅面主要集中在8英寸晶圆及以下，12寸晶圆加工幅面的平台不多。同时，平 台的定位精度在±1um左右，重复定位精度在±0.5um左右。另外，平台的动态精度在600mm/ s的匀速直线运动时，运动载台在12寸晶圆加工幅面内的动态直线度在±1um级别。由于硅 晶圆的折射率与空气比在4倍左右，因此在晶圆内部直线度误差会被放大4倍，也就是±4um 左右。对于片厚较薄的硅晶圆产品，这样的误差级别影响产品的加工品质。需要进一步提高晶圆定位平台的精度。

发明内容

本发明提供一种晶圆切割二维移动平台横梁以及二维移动平台。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种晶圆切割二维移动平台横梁，包括横梁以及所述横梁上的两个滑动支撑结构，所述横梁两端分别从所述滑动支撑结构伸出，并在所述横梁的两端设置向下的压力，以减小横梁中部的挠曲变形。

所述横梁的两端加上重力块，通过自重使得两端具有向下的压力。

所述横梁两端的上方设置限位梁，所述限位梁限制所述横梁的两端向上翘曲。

所述横梁上表面设置气浮结构，所述横梁上表面和所述限位梁下表面之间通过气浮结构实现低摩擦滑动连接。

所述横梁两端对应所述限位梁的位置固定设置横梁凸起块，所述限位梁上设置限位凹槽，所述横梁凸起块在所述限位凹槽内滑动；所述限位凹槽的下表面限制所述横梁凸起块向上翘曲；所述横梁凸起块的上表面以及两个侧面分别设置向着所述限位凹槽对应面的正压孔。

包括所述横梁，两个所述滑动支撑结构包括两个设置在所述横梁下方的平行的支撑轨道，所述横梁和所述支撑轨道之间滑动连接；所述支撑导轨固定设置在其下方的工作台上；所述支撑轨道一侧设置驱动定子，所述驱动定子上滑动设置驱动动子；所述横梁和所述驱动动力固定连接，所述驱动动子带动所述横梁滑动。

所述横梁与所述支撑轨道对应的面设置正压孔，所述横梁与所述支撑轨道之间气浮接触。

本发明的有益效果是：本发明中横梁两端伸出所述滑动支撑结构，两端受力的情况下，横梁中间部分就会向上翘曲，从而减小中间向下挠曲变形的幅度，使得所述横梁中部挠曲变形减小到很小的程度。从而提高设置在横梁中间零部件的运动过程的精度，进一步提高晶圆切割的精度。

晶圆隐切装置中可以移动的横梁采用上述结构，横梁上的晶圆载台可以在运动过程中保持较高的水平度，从而提高了晶圆切割过程的精度。配合气浮运动机构，进一步减小了变形量，增加了精度。

附图说明

图1是晶圆切割二维移动平台示意图。

图2是晶圆隐切装置俯视示意图（省略激光机构）。

图3是晶圆隐切装置剖视结构示意图（略激光机构）。

其中，1是工作台、2横梁、3是重力块、4是限位梁、20是横梁凸起块、40是限位凹槽、5是支撑轨道、6是驱动定子、7是驱动动子、8是纵向移动台、9是晶圆载台。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，本申请使用的技术术语应当为本发明所述技术人员所理解的通常意义。术语“相连”“连接”“固定”“设置”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是机械连接、也可以是电连接。除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”或者“上方”或者“上面”等可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”或“下方”或“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另外一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。描述中使用的术语比如“中心”“横向”“纵向”“长度”“宽度”“厚度”“高度”“前”“后”“左”“右”“上”“下”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“轴向”“径向”“周向”“顺时针”“逆时针”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，而不是指示或者暗示所指的装置或者原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

以下将结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。如图1-3所示，一种晶圆切割二维移动平台横梁，包括横梁2以及所述横梁2上的两个滑动支撑结构，所述横梁2两端分别从所述滑动支撑结构伸出，并在所述横梁2的两端设置向下的压力，以减小横梁2中部的挠曲变形。根据材料力学的原理可以得出，横梁2两端被支撑的情况下，中间部分受力会有向下的挠度，本发明中横梁2两端伸出所述滑动支撑结构，两端受力的情况下，横梁2中间部分就会向上翘曲，从而减小中间向下挠曲变形的幅度，使得所述横梁2中部挠曲变形减小到很小的程度。从而提高设置在横梁2中间零部件的运动过程的精度，进一步提高晶圆切割的精度。

所述横梁2的两端加上重力块3，通过自重使得两端具有向下的压力。重力块3可以和所述横梁2一体成型，也可以后续固定在所述横梁2的两端。

所述横梁2两端的上方设置限位凹槽40，所述限位凹槽40限制所述横梁2的两端向上翘曲。（所述横梁2水平没有变形的情况下，所述横梁2上表面和所述限位凹槽40下表面滑动接触。

所述横梁2上表面设置气浮结构，所述横梁2上表面和所述限位凹槽40下表面之间通过气浮结构实现低摩擦滑动连接。气浮结构中设置有吹气孔以及气流通道，通过向所述限位凹槽40下表面吹气，在所述横梁2上表面和所述限位凹槽40下表面之间形成一层气模，使得所述横梁2和所述限位凹槽40不直接接触，较小了摩擦力，减少了横梁2和所述限位凹槽40的磨损。相对于传统的直线导轨等滑动接触的结构，运行更加平稳，响应更加快速。气浮结构属于现有技术，不再详细描述。

所述横梁2两端对应所述限位凹槽40的位置固定设置横梁凸起来20，所述限位凹槽40上设置限位凹槽，所述横梁凸起来20在所述限位凹槽内滑动；所述限位凹槽的下表面限制所述横梁凸起来20向上翘曲；所述横梁凸起来20的上表面以及两个侧面分别设置向着所述限位凹槽对应面的正压孔。（所述正压孔可以通过管道连通气源，通过所述正压孔吹气形成气模。所述横梁凸起来20的三个表面和所述限位凸槽之间都设置气浮结构，能够保证无磨损滑动。横梁凸起来20和限位凸槽之间的配合也能起到对所述横梁2进行长度方向上的限位作用。当然也可以不设置横梁凸起来20以及所述限位凹槽。具体的正压孔的结构以及气体管道可以采用专利CN112276384A中的结构，属于现有技术，不再详细描述。

一种晶圆切割二维移动平台横梁的二维移动平台，包括所述横梁2，两个所述滑动支撑结构包括两个设置在所述横梁2下方的平行的支撑轨道5，所述横梁2和所述支撑轨道5之间滑动连接；所述支撑导轨固定设置在其下方的工作台1上；所述支撑轨道5一侧设置驱动定子6，所述驱动定子6上滑动设置驱动动子7；所述横梁2和所述驱动动力固定连接，所述驱动动子7带动所述横梁2滑动。用于驱动所述横梁2的第一驱动机构为直线电机，包括驱动动子7和驱动定子6，此部分属于现有技术，不再详细描述。所述第一驱动机构可以设置在所述支撑轨道5上，也可以设置在另外专门设置的别的支撑结构上。第一驱动机构也可以是别的结构，比如丝杠螺母机构，此时驱动动子7是螺母，驱动定子6是丝杠。

所述横梁2与所述支撑轨道5对应的面设置正压孔，所述横梁2与所述支撑轨道5之间气浮接触。具体的正压孔的结构以及气体管道可以采用专利CN112276384A中的结构，属于现有技术，不再详细描述。其中所述横梁2和所述支撑轨道5之间也可以设置凸块和凹槽的配合结构，比如横梁2上设置凸块，支撑轨道5上。

一种晶圆切割平台横梁设计方法，包括可以移动的横梁2，在所述横梁2上找出艾利支点，在艾利支点位置设置滑动支撑结构；在所述横梁2的两端设置向下的力使得所述横梁2中间部分挠曲变形减小。所述艾利支点距离端点之间的距离是整个横梁2长度L的0.221倍。设置艾利支点以及两端受力能够保证横梁2中间部分变形小，提高横梁2的精度。

设置在所述横梁2两端的向下的力是所述横梁2两端处的重力。可以在所述横梁2的两端设置重力块3。需要重力的大小根据公式确定。

设置在所述横梁2两端的向下的力是横梁2限位力，所述横梁2限位力由设置在横梁2两端上方的限位凹槽40提供，所述横梁2在水平状态下与所述限位凹槽40滑动接触。

所述艾利支点处的横梁2作为滑块，艾利支点处所述横梁2下方设置滑动支撑结构和作为滑块的横梁2之间组成移动副。

一种二维移动平台设计方法，在工作台1上设置两个平行的滑动支撑结构，所述滑动支撑结构上滑动设置横梁2；所述横梁2由设置在工作台1上的第一驱动机构带动移动；在所述横梁2上找出艾利支点，所述滑动支撑结构设置在所述横梁2的艾利支点的位置；所述横梁2的两端设置向下的力使得所述横梁2中间部分挠曲变形减小。

设置在所述横梁2两端的向下的力是所述横梁2两端处的重力。

设置在所述横梁2两端的向下的力是横梁2限位力，所述横梁2限位力由设置在横梁2两端上方的限位凹槽40提供，所述横梁2在水平状态下与所述限位凹槽40滑动接触；所述横梁2和所述限位凹槽40之间设置气浮结构。

两个所述滑动支撑结构包括两个设置在所述横梁2下方的平行的支撑轨道5，所述横梁2和所述支撑轨道5之间滑动连接；所述支撑导轨固定设置在其下方的工作台1上；所述第一驱动机构包括设置在所述支撑轨道5一侧的驱动定子6，所述驱动定子6上滑动设置驱动动子7；所述横梁2和所述驱动动力固定连接，所述驱动动子7带动所述横梁2滑动；所述支撑轨道5和所述

如图2-3所示， 一种晶圆隐切装置，包括工作台1，工作台1上设置两个平行的支撑导轨以及被第一驱动机构带动滑动设置在两个所述支撑导轨上的横梁2，所述横梁2上设置被第二驱动机构带动的可以沿着所述横梁2长度方向滑动纵向移动台8；所述纵向移动台8上设置被第三驱动机构带动的可以旋转的晶圆载台9；所述工作台1的上方设置被第四驱动机构带动可以上下移动的激光切割机构；所述横梁2端分别从所述滑动支撑结构伸出，并在所述横梁2的两端设置向下的压力，以减小横梁2中部的挠曲变形。所述晶圆载台9上设置有真空吸盘，所述晶圆被吸附在所述真空吸盘上。在第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构的带动下，所述晶圆载台9可以平面移动并且旋转。所述激光切割结构包括激光调节光路、激光聚焦光路、激光发射器以及视觉定位系统等部件。通过激光调节光路、激光聚焦光路对所述激光发射器发出的激光进行调节，使其聚焦在所述景园内部进行切割。视觉定位系统可以视觉定位所述晶圆的初始切割位置。这些都是现有技术，不再详细描述。本发明中横梁2伸出滑动支撑结构并且在两端设置合适的向下的压力，横梁2中部区域不变形。所述晶圆载台9在移动过程中能够始终平行，进一步减小了变形量，增加了精度。

所述横梁2的两端加上重力块3，通过自重使得两端具有向下的压力。重力块3可以和所述横梁2一体成型，也可以后续固定在所述横梁2的两端。

所述横梁2两端的上方设置限位凹槽40，所述限位凹槽40限制所述横梁2的两端向上翘曲。

所述横梁2上表面设置气浮结构，所述横梁2上表面和所述限位凹槽40下表面之间通过气浮结构实现低摩擦滑动连接。气浮结构中设置有吹气孔以及气流通道，通过向所述限位凹槽40下表面吹气，在所述横梁2上表面和所述限位凹槽40下表面之间形成一层气模，使得所述横梁2和所述限位凹槽40不直接接触，较小了摩擦力，减少了横梁2和所述限位凹槽40的磨损。相对于传统的直线导轨等滑动接触的结构，运行更加平稳，响应更加快速。气浮结构属于现有技术，不再详细描述。

所述横梁2两端对应所述限位凹槽40的位置固定设置横梁凸起来20，所述限位凹槽40上设置限位凹槽，所述横梁凸起来20在所述限位凹槽内滑动；所述限位凹槽的下表面限制所述横梁凸起来20向上翘曲；所述横梁凸起来20的上表面以及两个侧面分别设置向着所述限位凹槽对应面的正压孔。

所述纵向移动台8和所述横梁2的接触面设置气浮结构；所述晶圆载台9和所述纵向移动台8之间设置气浮结构。所述晶圆载台9的移动以及旋转运动通过三气浮平台实现。具体的气浮结构是现有技术，不再详细描述。

具体实施时：需要切割晶圆时，将晶圆放置在所述晶园载台上，所述横梁2以及所述纵向移动台8直线移动以及所述晶圆载台9旋转使得所述晶圆运动，通过激光切割直到切割完成。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。在不脱离本发明整体构思的前提下，根据本发明的技术方案及加以等同替换或改变，及作出的若干改变和改进，也应该视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种晶圆切割二维移动平台横梁，包括横梁以及所述横梁上的两个滑动支撑结构，其特征在于：所述横梁两端分别从所述滑动支撑结构伸出，并在所述横梁的两端设置向下的压力，以减小横梁中部的挠曲变形。

2.根据权利要求1所述一种晶圆切割二维移动平台横梁，其特征在于：所述横梁的两端加上重力块，通过自重使得两端具有向下的压力。

3.根据权利要求1所述一种晶圆切割二维移动平台横梁，其特征在于：所述横梁两端的上方设置限位梁，所述限位梁限制所述横梁的两端向上翘曲。

4.根据权利要求3所述一种晶圆切割二维移动平台横梁，其特征在于：所述横梁上表面设置气浮结构，所述横梁上表面和所述限位梁下表面之间通过气浮结构实现低摩擦滑动连接。

5.根据权利要求4所述一种晶圆切割二维移动平台横梁，其特征在于：所述横梁两端对应所述限位梁的位置固定设置横梁凸起块，所述限位梁上设置限位凹槽，所述横梁凸起块在所述限位凹槽内滑动；所述限位凹槽的下表面限制所述横梁凸起块向上翘曲；所述横梁凸起块的上表面以及两个侧面分别设置向着所述限位凹槽对应面的正压孔。

6.采用权利要求1-4任一所述一种晶圆切割二维移动平台横梁的二维移动平台，其特征在于：包括所述横梁，两个所述滑动支撑结构包括两个设置在所述横梁下方的平行的支撑轨道，所述横梁和所述支撑轨道之间滑动连接；所述支撑导轨固定设置在其下方的工作台上；所述支撑轨道一侧设置驱动定子，所述驱动定子上滑动设置驱动动子；所述横梁和所述驱动动力固定连接，所述驱动动子带动所述横梁滑动。

7.根据权利要求6所述一种二维移动平台，其特征在于：所述横梁与所述支撑轨道对应的面设置正压孔，所述横梁与所述支撑轨道之间气浮接触。

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