CN115020306A - 一种晶圆位置调整机构及调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体加工技术领域，具体为一种晶圆位置调整机构及调整方法。该晶圆位置调整机构包括下承载台本体，下吸盘的下部穿过所述下承载台本体并安装在位于下承载台本体下方的平移旋转组件上；所述下吸盘的上部位于下承载台本体的上方。本发明的晶圆位置调整机构取消了现有技术中可以移动的上运动台及其它机构，以上承载台为基准，下承载台向上承载台对正，将平移和旋转轴集成在下承载台上，使下吸盘具备了平移和旋转功能，大大提高了调整精度。

Description

一种晶圆位置调整机构及调整方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及一种晶圆位置调整机构及调整方法。
背景技术
在晶圆混合键合设备中，需要将上、下晶圆对正，这就需要调整承载上、下晶圆的上、下承载台的相对位置，包括平移和转角。现有技术中，上、下承载台分别安装在上、下运动台上(参见图5，其中100为基座，101为上运动台，102为下运动台，103为上承载台，104为下承载台)，其中，下运动台不具备平移和旋转自由度，上运动台具有平移自由度X、Y，并可通过X1、Y1、Y2平移轴拟合出旋转，从而带动上承载台完成平移和旋转，完成上、下晶圆对正。
在该机构中，上运动台需要具备平移和旋转自由度，上运动台需要具备相对基座移动的结构，且在不移动时能够与基座保持相对静止，通常这部分结构的材质为大理石，重量较大。其次，上运动台平移可分别由X、Y向的驱动机构完成，但旋转运动需要两个方向的驱动器同时运动才可以合成出来。当需要转动一个角度时，转角与X1、Y1、Y2之间的位移关系很难被解算出，而且X1、Y1、Y2的位移还受转轴位置影响，这导致调整过程变得非常复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶圆位置调整机构及调整方法。
为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
一种晶圆位置调整机构，包括下承载台本体，下吸盘的下部穿过所述下承载台本体并安装在位于下承载台本体下方的平移旋转组件上；所述下吸盘的上部位于下承载台本体的上方。
其中，所述下承载台本体的下表面的两侧分别设有一组气浮轴承，所述下承载台本体的侧面中部装有Y向直线电机，所述气浮轴承的中部设有至少一处吸附区域。
其中，所述下承载台本体的下表面安装有两根相互平行的直线导轨，平移旋转组件通过两根直线导轨安装在下承载台本体的下方，所述直线导轨为平移旋转组件提供X向导向。
其中，所述下承载台本体的下表面还安装有X向电机，X向电机为压电陶瓷电机或直线电机，优选为压电陶瓷电机。直线电机会增加体积和重量，并且需要控制方可保持静止，且直线电机静止时的定位纹波会增大误差。另外，下承载台本体的下表面还装有读取X向运动参数的读数头。
其中，所述平移旋转组件包括基板，所述下吸盘通过轴环安装在平移旋转组件上，所述轴环的外圈的上表面固定于基板的下表面，所述轴环的内圈与所述下吸盘的下部固定连接，所述下吸盘可绕轴环的轴线旋转，所述下吸盘的下部依次装有陶瓷环和圆光栅，所述陶瓷环和圆光栅位于轴环的下方，所述圆光栅的一侧装有用于检测转角的旋转读数头。
其中，所述基板下方安装有至少一个用于驱动下吸盘旋转的旋转电机。旋转电机为压电陶瓷电机或力矩电机，优选为压电陶瓷电机。
其中，所述基板的侧面装有X向光栅尺和X向陶瓷片。
其中，平移旋转组件和下吸盘安装在下承载台本体下方的直线导轨上，所述X向电机的触点被压紧在X向陶瓷片上。
本发明所述晶圆位置调整机构的调整方法，具体为：当测量系统检测出上、下晶圆的偏差后，即可得出下吸盘所需的旋转量和移动量，下吸盘首先通过自身的旋转自由度完成角度偏差补偿，随后旋转电机断电，电机触点压住陶瓷环，旋转自由度被限制，再通过下吸盘的X向行程完成X向偏差补偿，随后X向电机断电，电机触点压住X向陶瓷片，X向自由度被限制，最后再通过下承载台本体的Y向自由度完成Y向偏差补偿，随后下承载台断掉气浮，吸附在下运动台上，补偿过程结束。
通过本发明的晶圆位置调整机构，将旋转运动从多轴拟合变成直接旋转，确定了转轴的唯一位置，即转轴永远与下吸盘同轴，并直接测量转角，省去了复杂的计算和检测。转角补偿到位后，无需使能控制即可保持当前位置，免去了由于控制中的整定过程带来的微小误差。同样的，X向位置补偿后，下吸盘静止在调整后的位置。压电陶瓷电机可以实现极小的步进量，配合高分辨率光栅尺，可以完成小角度和小位移调整。同时，由于下承载台自身可以完成X、Y、旋转自由度，因此不再需要可以移动的大理石运动台(即现有技术中的上运动台，如图5)，只需要为上承载台提供固定的气浮导轨基座即可，由此可减轻整机相当大一部分质量。
与现有技术相比，本发明的晶圆位置调整机构及调整方法至少具有以下有益效果：
本发明晶圆位置调整机构取消了现有技术中可以移动的上运动台及其它机构，以上承载台为基准，下承载台向上承载台对正，将平移和旋转轴集成在下承载台上，使下吸盘具备了平移和旋转功能，大大提高了调整精度。
下面结合附图对本发明的晶圆位置调整机构及调整方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明晶圆位置调整机构的结构示意图；
图2为本发明晶圆位置调整机构的另一结构示意图；
图3为下承载台本体的结构示意图。
图4为下吸盘和平移旋转组件的结构示意图(图中隐去了下承载台本体)；
图5为现有技术中的晶圆位置调整机构的结构示意图。
其中，1-下承载台本体，2-下吸盘，3-平移旋转组件；
11-Y向直线电机，12-X向电机，13-读数头，14-气浮轴承，15-直线导轨，16-吸附区域；
21-基板，22-X向光栅尺，23-X向陶瓷片，24-轴环，25-旋转电机，26-陶瓷环，27-旋转读数头，28-圆光栅；
100-基座，101-上运动台，102-下运动台，103-上承载台，104-下承载台。
具体实施方式
如图1-2所示，一种晶圆位置调整机构，包括下承载台本体1，下吸盘2的下部穿过所述下承载台本体1并安装在位于下承载台本体1下方的平移旋转组件3上；所述下吸盘2的上部位于下承载台本体1的上方。
如图3所示，下承载台本体1的下表面的两侧分别设有一组气浮轴承14，所述下承载台本体1的侧面中部装有Y向直线电机11，使用时，通入正压后，下承载台本体2浮起，在Y向直线电机11驱动下可沿位于下承载台下方的下运动台的气浮导轨面在Y向大行程移动。
每个气浮轴承14的中部均设有一处吸附区域16。当需要固定下承载台时，断掉气浮正压，为吸附区域16通入负压，下承载台则吸附在下运动台上。
下承载台本体1的下表面安装有两根相互平行的直线导轨15，平移旋转组件3通过两根直线导轨15安装在下承载台本体1的下方，所述直线导轨15为平移旋转组件3提供X向导向。
下承载台本体1的下表面还安装有X向电机12和读取X向运动参数的读数头13。其中，X向电机12为压电陶瓷电机，可以实现精密移动，并在静止时自锁。
如图4所示，平移旋转组件3包括基板21，所述下吸盘2通过轴环24安装在平移旋转组件3上，所述轴环24的外圈的上表面固定于基板21的下表面，所述轴环24的内圈与所述下吸盘2的下部固定连接。其中，轴环24的内圈通过螺钉连接下吸盘2，轴环24的外圈通过螺钉连接平移旋转组件3。
下吸盘2可绕轴环24的轴线旋转，所述下吸盘2的下部依次装有陶瓷环26和圆光栅28，所述陶瓷环26和圆光栅28位于轴环24的下方，所述圆光栅28的一侧装有用于检测转角的旋转读数头27。
基板21下方安装有一个用于驱动下吸盘2旋转的旋转电机25，旋转电机25优先选用压电陶瓷电机，该压电陶瓷电机的触点被压紧在陶瓷环26上。
基板21的侧面装有X向光栅尺22和X向陶瓷片23。
平移旋转组件3和下吸盘2安装在下承载台本体1下方的直线导轨15上，所述X向电机12的触点被压紧在X向陶瓷片23上。
该晶圆位置调整机构的调整方法，具体为：
当测量系统检测出上、下晶圆的偏差后，即可得出下吸盘所需的旋转量和移动量，下吸盘首先通过自身的旋转自由度完成角度偏差补偿，随后旋转电机断电，电机触点压住陶瓷环，旋转自由度被限制，再通过下吸盘的X向行程完成X向偏差补偿，随后X向电机断电，电机触点压住X向陶瓷片，X向自由度被限制，最后再通过下承载台本体的Y向自由度完成Y向偏差补偿，随后下承载台断掉气浮，吸附在下运动台上，补偿过程结束。
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。

Claims (10)

1.一种晶圆位置调整机构，其特征在于：包括下承载台本体(1)，下吸盘(2)的下部穿过所述下承载台本体(1)并安装在位于下承载台本体(1)下方的平移旋转组件(3)上；所述下吸盘(2)的上部位于下承载台本体(1)的上方。
2.根据权利要求1所述的晶圆位置调整机构，其特征在于：所述下承载台本体(1)的下表面的两侧分别设有一组气浮轴承(14)，所述下承载台本体(1)的侧面中部装有Y向直线电机(11)，所述气浮轴承(14)的中部设有至少一处吸附区域(16)。
3.根据权利要求2所述的晶圆位置调整机构，其特征在于：所述下承载台本体(1)的下表面安装有两根相互平行的直线导轨(15)，平移旋转组件(3)通过两根直线导轨(15)安装在下承载台本体(1)的下方，所述直线导轨(15)为平移旋转组件(3)提供X向导向。
4.根据权利要求3所述的晶圆位置调整机构，其特征在于：所述下承载台本体(1)的下表面安装有X向电机(12)，还安装有读取X向运动参数的读数头(13)。
5.根据权利要求4所述的晶圆位置调整机构，其特征在于：所述X向电机(12)为压电陶瓷电机或直线电机。
6.根据权利要求5所述的晶圆位置调整机构，其特征在于：所述平移旋转组件(3)包括基板(21)，所述下吸盘(2)通过轴环(24)安装在平移旋转组件(3)上，所述轴环(24)的外圈的上表面固定于基板(21)的下表面，所述轴环(24)的内圈与所述下吸盘(2)的下部固定连接，所述下吸盘(2)可绕轴环(24)的轴线旋转，所述下吸盘(2)的下部依次装有陶瓷环(26)和圆光栅(28)，所述陶瓷环(26)和圆光栅(28)位于轴环(24)的下方，所述圆光栅(28)的一侧装有用于检测转角的旋转读数头(27)。
7.根据权利要求6所述的晶圆位置调整机构，其特征在于：所述基板(21)下方安装有至少一个用于驱动下吸盘(2)旋转的旋转电机(25)；旋转电机为压电陶瓷电机或力矩电机。
8.根据权利要求7所述的晶圆位置调整机构，其特征在于：所述基板(21)的侧面装有X向光栅尺(22)和X向陶瓷片(23)。
9.根据权利要求8所述的晶圆位置调整机构，其特征在于：平移旋转组件(3)和下吸盘(2)安装在下承载台本体(1)下方的直线导轨(15)上，所述X向电机(12)的触点被压紧在X向陶瓷片(23)上。
10.权利要求1-9任一所述晶圆位置调整机构的调整方法，其特征在于：当测量系统检测出上、下晶圆的偏差后，即可得出下吸盘所需的旋转量和移动量，下吸盘首先通过自身的旋转自由度完成角度偏差补偿，随后旋转电机断电，电机触点压住陶瓷环，旋转自由度被限制，再通过下吸盘的X向行程完成X向偏差补偿，随后X向电机断电，电机触点压住X向陶瓷片，X向自由度被限制，最后再通过下承载台本体的Y向自由度完成Y向偏差补偿，随后下承载台断掉气浮，吸附在下运动台上，补偿过程结束。
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