CN117457543A - 一种用于晶圆3d封装的双工位多轴气浮运动系统 - Google Patents

一种用于晶圆3d封装的双工位多轴气浮运动系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117457543A
CN117457543A CN202311652439.8A CN202311652439A CN117457543A CN 117457543 A CN117457543 A CN 117457543A CN 202311652439 A CN202311652439 A CN 202311652439A CN 117457543 A CN117457543 A CN 117457543A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
floating
platform
axis
marble
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311652439.8A
Other languages
English (en)
Inventor
许朋跃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanying Motioncontrol Instruments Ltd
Original Assignee
Sanying Motioncontrol Instruments Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanying Motioncontrol Instruments Ltd filed Critical Sanying Motioncontrol Instruments Ltd
Priority to CN202311652439.8A priority Critical patent/CN117457543A/zh
Publication of CN117457543A publication Critical patent/CN117457543A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G47/00—Article or material-handling devices associated with conveyors; Methods employing such devices
    • B65G47/74—Feeding, transfer, or discharging devices of particular kinds or types
    • B65G47/90—Devices for picking-up and depositing articles or materials
    • B65G47/91—Devices for picking-up and depositing articles or materials incorporating pneumatic, e.g. suction, grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G51/00—Conveying articles through pipes or tubes by fluid flow or pressure; Conveying articles over a flat surface, e.g. the base of a trough, by jets located in the surface
    • B65G51/02—Directly conveying the articles, e.g. slips, sheets, stockings, containers or workpieces, by flowing gases
    • B65G51/03—Directly conveying the articles, e.g. slips, sheets, stockings, containers or workpieces, by flowing gases over a flat surface or in troughs
    • B65G51/035—Directly conveying the articles, e.g. slips, sheets, stockings, containers or workpieces, by flowing gases over a flat surface or in troughs for suspended articles, e.g. bottles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67121—Apparatus for making assemblies not otherwise provided for, e.g. package constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67784—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations using air tracks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment
    • H01L21/681—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment using optical controlling means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6838—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping with gripping and holding devices using a vacuum; Bernoulli devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

本发明属于晶圆封装设备技术领域，尤其涉及一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，机架上方固定安装有大理石平台，大理石平台上方对称设置有四个支座，四个支座上方固定安装有气浮大理石座，上平台底面及其气浮导向机构与气浮大理石座的气浮面结构配合形成气浮导轨，下平台底面及其侧面气浮块与气浮大理石座的气浮面结构配合形成气浮导轨，下平台左右两侧的光学成像系统对称安装在大理石平台上，两光学成像系统的成像系统气浮底座与大理石平台的气浮面结构配合形成气浮轴承，大理石平台左右两侧分别放置有气动光学控制机箱、运动平台控制机箱。本发明气浮运动系统的晶圆对位键合生产效率较高、对位键合准确性较高。

Description

一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统
技术领域
本发明属于晶圆封装设备技术领域，尤其涉及一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统。
背景技术
目前，晶圆级键合工艺广泛应用于集成电路制造、微机电器件制造、晶圆级先进封装制造、显示面板制造、LED器件制造、印刷电路版制造、触摸屏制造、太阳能光伏制造等工业应用领域，特别是先进封装2.5D或3D技术领域、化合物半导体应用领域和晶圆级像传感器制造领域。
在使用有机胶进行晶圆级键合的领域，例如晶圆级像传感器CIS(CMOSImageSensor)封装键合，其传统的键合工艺流程中，在将两张晶圆贴合并键合之前，需要特定的治具固定已完成对准的两张晶圆，并将两张晶圆隔开；治具的结构稳定性会影响最终的晶圆键合质量，同时治具的传送过程也增加了工艺的复杂性。在晶圆对准完成到晶圆键合的过程中，还存在传送治具、撤出隔离装置使两张晶圆贴合，施加温度压力进行键合等工艺过程，每个工艺步骤均可能使两张晶圆之间产生额外的位置偏移。因此，为了保证3D封装的精度，需要优化动作流程，实现上料、检测、对位、键合下料等动作的无缝衔接，缩短整套流程时间，保证生产效率。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，该运动系统可以实现上料、检测、对位、键合下料等动作的无缝衔接，使得晶圆对位键合生产效率较高、对位键合准确性较高。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，包括机架、大理石平台、支座、气浮大理石座、上平台、下平台、气浮导向机构、光学成像系统、气动光学控制机箱、运动平台控制机箱、连接杆，所述机架上方固定安装有大理石平台，所述大理石平台上方对称设置有四个支座，所述四个支座上方固定安装有气浮大理石座，所述上平台底面及其气浮导向机构与气浮大理石座的气浮面结构配合形成气浮导轨，所述下平台底面及其侧面气浮块与气浮大理石座的气浮面结构配合形成气浮导轨，所述下平台下方的气浮大理石座上固定安装有三个电容传感器，所述下平台左右两侧的光学成像系统对称安装在大理石平台上，两光学成像系统的成像系统气浮底座与大理石平台的气浮面结构配合形成气浮轴承，所述大理石平台左右两侧分别放置有气动光学控制机箱、运动平台控制机箱，所述气动光学控制机箱前侧与运动平台控制机箱前侧通过两根连接杆相连，所述气动光学控制机箱后侧与运动平台控制机箱后侧通过两根连接杆相连；
所述上平台包括上平台主体、直线滑台、连接板、推杆、拉伸弹簧、气浮导向机构、纳米运动机构、电容传感器组件、上平台真空吸盘，所述上平台主体上下两侧分别通过两直线滑台对称安装有连接板，所述连接板下方的上平台主体上设置有推杆、拉伸弹簧，所述拉伸弹簧一端固定在上平台主体上且另一端固定在连接板上，所述连接板底部左右两侧分别固定有气浮导向机构，所述气浮导向机构包括外侧气浮块支撑座、外侧气浮块、内侧气浮块支撑座、内侧气浮块，所述外侧气浮块支撑座固定在连接板外侧，所述外侧气浮块支撑座上连接有外侧气浮块，所述内侧气浮块支撑座固定在连接板内侧，所述内侧气浮块支撑座上连接有内侧气浮块，所述外侧气浮块支撑座下面固定有U型直线电机，所述上平台中部设置有纳米运动机构，所述纳米运动机构包括压电陶瓷促动器、平衡铰链、圆形运动台体，所述圆形运动台体安装在上平台中部，所述圆形运动台体周围对称设置四个压电陶瓷促动器，所述相邻压电陶瓷促动器之间通过平衡铰链相连，所述压电陶瓷促动器中设置有电容传感器组件，所述圆形运动台体上安装有上平台真空吸盘；
所述下平台包括下平台主体、侧面气浮块、板簧、吸盘连接件、下平台真空吸盘、推杆、拉簧组件，所述下平台主体下方四个顶角处对称设置有侧面气浮块，所述下平台主体上方中部均匀圆周分布六个板簧，所述板簧一端固定连接下平台主体，一端固定连接吸盘连接件，所述吸盘连接件上安装有下平台真空吸盘，所述下平台主体上方中部均匀圆周分布三个推杆且推杆对称设置在每组板簧中间，所述推杆两侧均对称设置有拉簧组件；
所述光学成像系统包括Y轴直线模组、X轴直线模组、气浮底座连接件、成像系统气浮底座、壳体、直线导轨、C型臂、Z轴推杆、光学成像检测器，所述Y轴直线模组底部滑动连接在大理石平台上，所述Y轴直线模组运动台面上固定有X轴直线模组，所述X轴直线模组运动台面两侧固定有气浮底座连接件，所述X轴直线模组运动台面通过两气浮底座连接件与成像系统气浮底座相连，所述成像系统气浮底座上固定有壳体，所述壳体侧部通过两直线导轨连接C型臂，所述C型臂固定连接Z轴推杆一端，所述Z轴推杆另一端端头滑动接触壳体，所述C型臂上设置光学成像检测器。
进一步，所述机架底部四个顶角处分别设置有防滑脚杯，所述机架上方四个顶角处分别固定有隔振气垫。
进一步，所述上平台上可拆卸连接上下平台调平机构。
进一步，所述连接杆采用铝型材料。
进一步，所述外侧气浮块和外侧气浮块支撑座通过O型密封圈和球面圆柱销连接，所述O型密封圈与外侧气浮块为过盈配合，所述球面圆柱销与O型密封圈为过盈配合，所述球面圆柱销球面与外侧气浮块的锥面配合；所述内侧气浮块和内侧气浮块支撑座通过O型密封圈和球面圆柱销连接，所述O型密封圈与内侧气浮块为过盈配合，所述球面圆柱销与O型密封圈为过盈配合，所述球面圆柱销球面与内侧气浮块的锥面配合。
进一步，所述压电陶瓷促动器包括压电陶瓷促动器主体、柔性铰链、压电陶瓷组件、预紧弹簧组件、电容传感器组件，所述压电陶瓷促动器主体上切割单轴平衡柔性铰链，所述柔性铰链一端固定连接压电陶瓷促动器运动部分，另一端固定连接纳米运动机构运动部分，所述压电陶瓷组件与预紧弹簧组件同轴对顶设置，所述电容传感器组件设置在压电陶瓷促动器主体中。
进一步，所述下平台下方的气浮大理石座上通过电容传感器支架固定安装有三个电容传感器。
进一步，所述光学成像系统中壳体上方安装有上盖。
进一步，所述气浮底座连接件中由四个圆弧形柔性铰链组成气浮底座连接件的平行四边形柔性铰链结构。
本发明的有益效果为：
本发明的上平台底面及其气浮导向机构与气浮大理石座的气浮面结构配合形成气浮导轨，下平台底面及其侧面气浮块与气浮大理石座的气浮面结构配合形成气浮导轨，上平台中部设置有纳米运动机构，可见，气浮大理石座上形成的上平台气浮导轨、下平台气浮导轨的布局以及上平台纳米运动机构结合，实现晶圆检测对位键合从大范围低精度到小范围高精度的全覆盖，粗调和精调相结合，提高晶圆检测对位键合的准确性；气浮大理石座上形成的上平台气浮导轨、上平台的气浮导向机构的设计结构，可以使上平台完成XY位置及角度位置调整，提高晶圆对位键合生产效率；上下平台与气浮大理石座形成的气浮轴承面通过合理的正负压气浮调节流程与检测对位键合动作结合，保证晶圆检测对位键合准确高效。
附图说明
图1为本发明一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统的结构示意图。
图2为本发明的上平台的结构示意图。
图3为本发明的气浮导向机构的剖视图。
图4为本发明的气浮导向机构安装在连接板上的结构示意图。
图5为本发明的压电陶瓷促动器的结构示意图。
图6为本发明的压电陶瓷促动器的剖视图。
图7(a)-7(b)为本发明的压电陶瓷促动器中柔性铰链的结构示意图。
图8为本发明的下平台的结构示意图。
图9为本发明的下平台的装配图。
图10(a)-10(b)为本发明的板簧的结构图。
图11为本发明的光学成像系统的结构示意图。
图12为本发明的光学成像系统中壳体的剖视图。
图13(a)-13(b)为本发明的气浮底座连接件的结构示意图。
图14为本发明的电容传感器支架的结构示意图。
图中：
1、机架 2、大理石平台 3、支座
4、气浮大理石座 5、上平台 6、下平台
7、气浮导向机构 8、光学成像系统 9、气动光学控制机箱
10、运动平台控制机箱11、连接杆 12、防滑脚杯
13、隔振气垫 14、上下平台调平机构15、上平台主体
16、直线滑台 17、连接板 18、推杆
19、拉伸弹簧 20、纳米运动机构 21、电容传感器组件
22、上平台真空吸盘 23、外侧气浮块支撑座24、外侧气浮块
25、内侧气浮块支撑座26、内侧气浮块 27、O型密封圈
28、球面圆柱销 29、压电陶瓷促动器30、平衡铰链
31、圆形运动台体 32、压电陶瓷促动器主体33、柔性铰链
34、压电陶瓷组件 35、预紧弹簧组件 36、下平台主体
37、侧面气浮块 38、板簧 39、吸盘连接件
40、拉簧组件 41、电容传感器 42、电容传感器支架
43、Y轴直线模组 44、X轴直线模组 45、气浮底座连接件
46、成像系统气浮底座47、壳体 48、直线导轨
49、C型臂 50、Z轴推杆 51、光学成像检测器
52、上盖 53、下平台真空吸盘
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它实施例，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14所示，本发明提供的一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，包括机架1、大理石平台2、支座3、气浮大理石座4、上平台5、下平台6、气浮导向机构7、光学成像系统8、气动光学控制机箱9、运动平台控制机箱10、连接杆11，机架1上方固定安装有大理石平台2，大理石平台2上方对称设置有四个支座3，四个支座3上方固定安装有气浮大理石座4，上平台5底面及其气浮导向机构7与气浮大理石座4的气浮面结构配合形成气浮导轨，下平台6底面及其侧面气浮块37与气浮大理石座4的气浮面结构配合形成气浮导轨，下平台6下方的气浮大理石座4上固定安装有三个电容传感器41，下平台6左右两侧的光学成像系统8对称安装在大理石平台2上，两光学成像系统8的成像系统气浮底座46与大理石平台2的气浮面结构配合形成气浮轴承，大理石平台2左右两侧分别放置有气动光学控制机箱9、运动平台控制机箱10，气动光学控制机箱9前侧与运动平台控制机箱10前侧通过两根连接杆11相连，气动光学控制机箱9后侧与运动平台控制机箱10后侧通过两根连接杆11相连；
上平台5包括上平台主体15、直线滑台16、连接板17、推杆18、拉伸弹簧19、气浮导向机构7、纳米运动机构20、电容传感器组件21、上平台真空吸盘22，上平台主体15上下两侧分别通过两直线滑台16对称安装有连接板17，连接板17下方的上平台主体15上设置有推杆18、拉伸弹簧19，拉伸弹簧19一端固定在上平台主体15上且另一端固定在连接板17上，连接板17底部左右两侧分别固定有气浮导向机构7，气浮导向机构7包括外侧气浮块支撑座23、外侧气浮块24、内侧气浮块支撑座25、内侧气浮块26，外侧气浮块支撑座23固定在连接板17外侧，外侧气浮块支撑座23上连接有外侧气浮块24，内侧气浮块支撑座25固定在连接板17内侧，内侧气浮块支撑座25上连接有内侧气浮块26，外侧气浮块支撑座23下面固定有U型直线电机，上平台5中部设置有纳米运动机构20，纳米运动机构20包括压电陶瓷促动器29、平衡铰链30、圆形运动台体31，圆形运动台体31安装在上平台5中部，圆形运动台体31周围对称设置四个压电陶瓷促动器29，相邻压电陶瓷促动器29之间通过平衡铰链30相连，压电陶瓷促动器29中设置有电容传感器组件21，圆形运动台体31上安装有上平台真空吸盘22；
下平台6包括下平台主体36、侧面气浮块37、板簧38、吸盘连接件39、下平台真空吸盘53、推杆18、拉簧组件40，下平台主体36下方四个顶角处对称设置有侧面气浮块37，下平台主体36上方中部均匀圆周分布六个板簧38，板簧38一端固定连接下平台主体36，一端固定连接吸盘连接件39，吸盘连接件39上安装有下平台真空吸盘53，下平台主体36上方中部均匀圆周分布三个推杆18且推杆18对称设置在每组板簧38中间，推杆18两侧均对称设置有拉簧组件40；
光学成像系统8包括Y轴直线模组43、X轴直线模组44、气浮底座连接件45、成像系统气浮底座46、壳体47、直线导轨48、C型臂49、Z轴推杆50、光学成像检测器51，Y轴直线模组43底部滑动连接在大理石平台2上，Y轴直线模组43运动台面上固定有X轴直线模组44，X轴直线模组44运动台面两侧固定有气浮底座连接件45，X轴直线模组44运动台面通过两气浮底座连接件45与成像系统气浮底座46相连，成像系统气浮底座46上固定有壳体47，壳体47侧部通过两直线导轨48连接C型臂49，C型臂49固定连接Z轴推杆50一端，Z轴推杆50另一端端头滑动接触壳体47，C型臂49上设置光学成像检测器51。
机架1底部四个顶角处分别设置有防滑脚杯12，机架1上方四个顶角处分别固定有隔振气垫13。防滑脚杯12可调整系统整体高度及粗调系统的平行度，隔振气垫13可以减弱环境振动对系统稳定性的影响。
上平台5上可拆卸连接上下平台调平机构14。上下平台调平机构14只在断电重启后安装在上平台5上，用来将上下平台6调平。
连接杆11采用铝型材料。
外侧气浮块24和外侧气浮块支撑座23通过O型密封圈27和球面圆柱销28连接，O型密封圈27与外侧气浮块24为过盈配合，球面圆柱销28与O型密封圈27为过盈配合，球面圆柱销28球面与外侧气浮块24的锥面配合；内侧气浮块26和内侧气浮块支撑座25通过O型密封圈27和球面圆柱销28连接，O型密封圈27与内侧气浮块26为过盈配合，球面圆柱销28与O型密封圈27为过盈配合，球面圆柱销28球面与内侧气浮块26的锥面配合。
压电陶瓷促动器29包括压电陶瓷促动器主体32、柔性铰链33、压电陶瓷组件34、预紧弹簧组件35、电容传感器组件21，压电陶瓷促动器主体32上切割单轴平衡柔性铰链33，柔性铰链33一端固定连接压电陶瓷促动器29运动部分，另一端固定连接纳米运动机构20运动部分，压电陶瓷组件34与预紧弹簧组件35同轴对顶设置，电容传感器组件21设置在压电陶瓷促动器主体32中。
下平台6下方的气浮大理石座4上通过电容传感器支架42固定安装有三个电容传感器41。三个电容传感器41通过纳米级的位置反馈检测下平台6的Y向位置及角度值。
光学成像系统8中壳体47上方安装有上盖52。
气浮底座连接件45中由四个圆弧形柔性铰链33组成气浮底座连接件45的平行四边形柔性铰链33结构。
如图2所示，上平台5通过特殊的设计，将气浮、推杆18、纳米平台结合在一起，可实现多自由度不同精度不同行程的运动，两个连接板17对称布置在上平台5的两侧，通过4个对称布置的直线滑台16与下面的上平台主体15连接，使连接板17和上平台主体15在X方向自由滑动，两个上平台5推杆18固定在上平台主体15上，提供X向运动的动力，两个拉伸弹簧19一端固定在上平台主体15上，另一端固定在连接板17上，提供X向运动的预紧力以及负向运动的动力。外侧气浮块支撑座23、外侧气浮块24、内侧气浮块26、内侧气浮块支撑座25、O型密封圈27、圆柱销、球面圆柱销28、一起组成上平台5的一组气浮导向结构，如图3所示，上平台5一共4组气浮导向结构对称布置在上平台5的周围。外侧气浮块24、内侧气浮块26和上平台主体15与气浮大理石座4配合形成气浮轴承面，使上平台5沿气浮大理石座4中的Y向上平台5气浮导轨结构做Y向运动，其中两侧气浮块只通正气压作为导向，上平台主体15与气浮大理石座4形成上下气浮轴承面即可通正气压作为承载导向面，又可通负气压作为锁紧机构，正气压和负气压的切换及压力大小调整通过比例调压阀实现。外侧气浮块支撑座23固定在连接板17上，外侧气浮块24和外侧气浮块支撑座23通过O型密封圈27和球面圆柱销28连接，O型密封圈27与外侧气浮块24为过盈配合，球面圆柱销28与O型密封圈27为过盈配合，球面圆柱销28球面与外侧气浮块24的锥面配合，球面与锥面的可以发生相对滑动不能产生直线相对位移，O型密封圈27可以发生弹性变形，利用O型密封圈27的弹性变形和上述的过盈配合以及球面的锥面配合，球面圆柱销28与外侧气浮块24可以发生小角度的摆动而不产生X向的直线位移。通过上述特殊的气浮导向结构设计，使上平台5不仅可以做Y向大行程的直线位移，还可以做小角度的θZ轴旋转运动，行程可达几毫弧度。两组U型直线电机动子固定在两外侧气浮块支撑座23下面，提供上平台5Y向大行程的直线位移的动力，两组U型直线电机与上述两组上平台5推杆18配合提供小角度的θZ轴旋转运动的动力。
上平台5的Y向位移以及旋转精度为微米和百微弧度级别，不能满足晶圆位置对准的需求，因此在上平台5中嵌套更高精度的纳米运动机构20，纳米运动机构20由4个圆周布置的压电陶瓷促动器29驱动，运动部分采用传统的并联式平衡铰链30与圆形运动台体31结合的方式，虽然加工比传统矩形运动台体难度增加，但是在满足承载大尺寸晶圆的要求下，能减小运动部分的尺寸和重量，保证结构紧凑，提高谐振频率，具体结构参见图2局部视图Ⅲ。压电陶瓷促动器29结构如图5、图6所示，压电陶瓷促动器主体32上切割单轴平衡柔性铰链33，压电陶瓷组件34与预紧弹簧组件35同轴对顶布置，直接驱动驱动器运动部分，使其沿压电陶瓷伸缩方向做往复运动。电容传感器组件21布置在压电陶瓷促动器29中而不是布置在整体纳米运动机构20中是因为整体纳米运动机构20的运动部分需要做平移和旋转运动，旋转时电容传感器41两极板间会产生角度，会影响电容传感器41的精度，采用这样半闭环方式把电容传感器组件21布置在压电陶瓷促动器29中，可以确保电容传感器41的精度。
如图7(a)-7(b)所示为柔性铰链33，一端与压电陶瓷促动器29运动部分固定，一端与整体纳米运动机构20的运动部分固定，如7(a)中局部视图Ⅰ、Ⅱ所示为连接柔性铰链33的两处柔性铰链33结构，采用圆弧柔性铰链33结构，可以将XY轴平移运动和θZ轴旋转运动各轴之间的影响解耦掉，图7(b)中局部视图Ⅲ为安装解耦柔性铰链33，上平台主体15、压电陶瓷促动器主体32、柔性铰链33等零部件加工存在一定误差，安装在一起后会存在应力，影响精度，柔性铰链33结构Ⅲ可以解耦安装带来的应力集中。图2中上平台5的上平台真空吸盘22安装在纳米运动机构20的运动部分上，可吸附大尺寸的晶圆。
下平台6的结构如图8-图9所示，4个下平台6侧面气浮块37对称布置在下平台主体36的正下方，下平台6侧面气浮块37与图1中的气浮大理石座4的气浮导轨结构构成导向的侧面气浮轴承面，下平台主体36的底面与浮大理石座的气浮导轨结构上面构成导向及承载的气浮轴承面，上述结构使下平台6沿Y向大行程运动，固定在下平台主体36下方的U型直线电机提供动力，与上平台5的供气类似，4个下平台6侧面气浮块37只通正气压，下平台主体36的底面气浮面既通正气压又通负气压，由比例调压阀切换正负气压及调整压力大小，通负气压时下平台6锁紧。吸盘连接件39与下平台主体36无固定连接，吸盘连接件39沿Z向升降运动带着吸附晶圆的下平台真空吸盘53升降，完成晶圆检验、键合及让位等动作。6个板簧38均匀的圆周分布在下平台主体36底部，一端与下平台主体36固定，一端与吸盘连接件39固定，特殊的板簧38结构设计使板簧38在其他方向有足够刚度，在Z向可弹性变形，作为吸盘连接件39沿Z向升降运动的导向机构，板簧38的机构如图10(a)-10(b)所示。3个下平台6推杆18均匀圆周分布在下平台主体36下方，与下平台主体36底面固定，为吸盘连接件39及其负载沿Z向升降运动提供动力，下平台6推杆18与上平台5推杆18结构相同。拉簧组件40每两个为一组，对称布置在下平台6推杆18两侧，一共三组，为下平台6Z向升降提供预紧力与反向回复力。
如图2所示，下平台6左右两侧的光学成像系统8组成零部件与运动方式完全相同，呈镜像结构对称分布在系统两侧。以下平台6左侧光学成像系统8为例说明其结构与原理。如图11所示，Y轴直线模组43固定大理石平台2上，X轴直线模组44固定在Y轴直线模组43运动台面上，两直线模组组成XY二维运动模组。成像系统气浮底座46底面与大理石平台2上面配合形成气浮轴承面，成像系统气浮底座46及其上面搭载零部件可在大理石平台2上完成XY轴二维运动，与上下平台气浮轴承相同，成像系统气浮底座46可通正压和负压。成像系统气浮底座46通过气浮底座连接件45与X轴直线模组44运动台面连接，两个气浮底座连接件45固定在X轴直线模组44运动台面两侧。如图13(a)-13(b)所示为气浮底座连接件45的具体结构，局部视图Ⅰ为圆弧形柔性铰链33，4个圆弧形柔性铰链33组成气浮底座连接件45的平行四边形柔性铰链33结构，使与气浮底座连接件45连接的A面可沿Z向小范围移动，其他5个自由度被限制住，成像系统气浮底座46通气时，因产生气膜厚度底座与XY直线模组发生的Z向相对位移被气浮底座连接件45的平行四边形柔性铰链33结构解耦掉，其他方向刚性连接，XY直线模组可带着成像系统气浮底座46及其负载在XY方向移动。壳体47固定在成像系统气浮底座46上，上盖52固定在壳体47上，两套直线导轨48将C型臂49与壳体47连接，使C型臂49沿Z轴上下滑动，Z轴推杆50一端固定在C型臂49上，端头与壳体47滑动接触，Z轴推杆50伸缩使C型臂49沿Z轴升降，C型臂49上可集成光学成像检测系统，检测上下平台吸附的晶圆，判断两晶圆的相对位置。
实施例
如图1所示，定义下平台6这端为对准键合位，上平台5那端为上料位，本气浮运动系统的工作过程如下：
首先，下平台6通过与气浮大理石座4配合形成的气浮导轨从对准键合位移动到上料位，外部机械手将晶圆放置在下平台6的下平台真空吸盘53上吸附住，下平台6通过与气浮大理石座4配合形成的气浮导轨移动回对准键合位，移动的同时，上平台5通过与气浮大理石座4配合形成的气浮导轨从对准键合位移动到上料位，外部机械手将晶圆放置在上平台5的上平台真空吸盘22上吸附住，上平台5上料时，下平台6通过与气浮大理石座4配合形成的气浮导轨移动到对准键合位，并且利用下平台主体36与气浮大理石座4形成的气浮轴承面通负气压锁住位置，下平台6左右两侧的光学成像系统8均移动到下平台6晶圆检测位置，成像系统气浮底座46通负气压锁住XY位置，三个下平台6的推杆18开始顶升晶圆到检测位置，
其次，两光学成像系统8的Z轴推杆50伸缩带动C型臂49上的镜头升降完成光学学成像系统对焦，开始检测并计算晶圆XY位置及角度位置，固定在气浮大理石座4上的三个电容传感器41检测下平台6的三个点的位置，计算Y向位置及角度位置，完成后下平台6推杆18回落，晶圆回到原位，两光学成像系统8的成像系统气浮底座46通正气压移动回到原位给上下平台移动让位，下平台6再次移动到上料位，为上平台5晶圆检测让位，上平台5完成上料后移动到对准键合位，利用上平台主体15与气浮大理石座4形成的气浮轴承面通负气压锁住位置，两光学成像系统8移动到上平台5晶圆检测位置，成像系统气浮底座46通负气压锁住XY位置。
然后，两光学成像系统8的Z轴推杆50伸缩带动C型臂49上的镜头升降完成光学成像系统8对焦，开始检测并计算晶圆XY位置及角度位置，两个成像系统气浮底座46通正气压移动回到原位，下平台6再次移动回到对准键合位，利用下平台主体36与气浮大理石座4形成的气浮轴承面通负气压锁住位置，三个电容传感器41再次检测下平台6的三个点的位置，计算Y向位置及角度位置，上平台5利用上平台主体15与气浮大理石座4形成的上浮轴承面通正气压作为导向，两光学成像系统8检测到的上下平台晶圆XY位置及角度位置的差值，通过上平台5两U型直线电机和上平台5推杆18配合完成XY轴及角度位置的粗调，然后上平台5的纳米运动机构20完成精调，完成后上平台5上平台主体15与气浮大理石座4形成的气浮轴承面通负气压锁住位置。
最后，下平台6两次回到对准键合位存在Y向位置及角度位置的误差，通过两次电容传感器41检测的三个点的位置值，计算出需要补偿的Y向位置及角度位置的值，反馈给上平台5的纳米运动机构20完成调整，上下晶圆对准工作完成，三个下平台6的推杆18顶升，将下平台6晶圆与上平台5晶圆贴在一起，键合工作完成，整个晶圆对位键合的3D封装流程完成，循环进入下一个工作流程。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：包括机架、大理石平台、支座、气浮大理石座、上平台、下平台、气浮导向机构、光学成像系统、气动光学控制机箱、运动平台控制机箱、连接杆，所述机架上方固定安装有大理石平台，所述大理石平台上方对称设置有四个支座，所述四个支座上方固定安装有气浮大理石座，所述上平台底面及其气浮导向机构与气浮大理石座的气浮面结构配合形成气浮导轨，所述下平台底面及其侧面气浮块与气浮大理石座的气浮面结构配合形成气浮导轨，所述下平台下方的气浮大理石座上固定安装有三个电容传感器，所述下平台左右两侧的光学成像系统对称安装在大理石平台上，两光学成像系统的成像系统气浮底座与大理石平台的气浮面结构配合形成气浮轴承，所述大理石平台左右两侧分别放置有气动光学控制机箱、运动平台控制机箱，所述气动光学控制机箱前侧与运动平台控制机箱前侧通过两根连接杆相连，所述气动光学控制机箱后侧与运动平台控制机箱后侧通过两根连接杆相连；
所述上平台包括上平台主体、直线滑台、连接板、推杆、拉伸弹簧、气浮导向机构、纳米运动机构、电容传感器组件、上平台真空吸盘，所述上平台主体上下两侧分别通过两直线滑台对称安装有连接板，所述连接板下方的上平台主体上设置有推杆、拉伸弹簧，所述拉伸弹簧一端固定在上平台主体上且另一端固定在连接板上，所述连接板底部左右两侧分别固定有气浮导向机构，所述气浮导向机构包括外侧气浮块支撑座、外侧气浮块、内侧气浮块支撑座、内侧气浮块，所述外侧气浮块支撑座固定在连接板外侧，所述外侧气浮块支撑座上连接有外侧气浮块，所述内侧气浮块支撑座固定在连接板内侧，所述内侧气浮块支撑座上连接有内侧气浮块，所述外侧气浮块支撑座下面固定有U型直线电机，所述上平台中部设置有纳米运动机构，所述纳米运动机构包括压电陶瓷促动器、平衡铰链、圆形运动台体，所述圆形运动台体安装在上平台中部，所述圆形运动台体周围对称设置四个压电陶瓷促动器，所述相邻压电陶瓷促动器之间通过平衡铰链相连，所述压电陶瓷促动器中设置有电容传感器组件，所述圆形运动台体上安装有上平台真空吸盘；
所述下平台包括下平台主体、侧面气浮块、板簧、吸盘连接件、下平台真空吸盘、推杆、拉簧组件，所述下平台主体下方四个顶角处对称设置有侧面气浮块，所述下平台主体上方中部均匀圆周分布六个板簧，所述板簧一端固定连接下平台主体，一端固定连接吸盘连接件，所述吸盘连接件上安装有下平台真空吸盘，所述下平台主体上方中部均匀圆周分布三个推杆且推杆对称设置在每组板簧中间，所述推杆两侧均对称设置有拉簧组件；
所述光学成像系统包括Y轴直线模组、X轴直线模组、气浮底座连接件、成像系统气浮底座、壳体、直线导轨、C型臂、Z轴推杆、光学成像检测器，所述Y轴直线模组底部滑动连接在大理石平台上，所述Y轴直线模组运动台面上固定有X轴直线模组，所述X轴直线模组运动台面两侧固定有气浮底座连接件，所述X轴直线模组运动台面通过两气浮底座连接件与成像系统气浮底座相连，所述成像系统气浮底座上固定有壳体，所述壳体侧部通过两直线导轨连接C型臂，所述C型臂固定连接Z轴推杆一端，所述Z轴推杆另一端端头滑动接触壳体，所述C型臂上设置光学成像检测器。
2.根据权利要求1所述的用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：所述机架底部四个顶角处分别设置有防滑脚杯，所述机架上方四个顶角处分别固定有隔振气垫。
3.根据权利要求1所述的用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：所述上平台上可拆卸连接上下平台调平机构。
4.根据权利要求1所述的用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：所述连接杆采用铝型材料。
5.根据权利要求1所述的用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：所述外侧气浮块和外侧气浮块支撑座通过O型密封圈和球面圆柱销连接，所述O型密封圈与外侧气浮块为过盈配合，所述球面圆柱销与O型密封圈为过盈配合，所述球面圆柱销球面与外侧气浮块的锥面配合；所述内侧气浮块和内侧气浮块支撑座通过O型密封圈和球面圆柱销连接，所述O型密封圈与内侧气浮块为过盈配合，所述球面圆柱销与O型密封圈为过盈配合，所述球面圆柱销球面与内侧气浮块的锥面配合。
6.根据权利要求1所述的用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：所述压电陶瓷促动器包括压电陶瓷促动器主体、柔性铰链、压电陶瓷组件、预紧弹簧组件、电容传感器组件，所述压电陶瓷促动器主体上切割单轴平衡柔性铰链，所述柔性铰链一端固定连接压电陶瓷促动器运动部分，另一端固定连接纳米运动机构运动部分，所述压电陶瓷组件与预紧弹簧组件同轴对顶设置，所述电容传感器组件设置在压电陶瓷促动器主体中。
7.根据权利要求1所述的一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：所述下平台下方的气浮大理石座上通过电容传感器支架固定安装有三个电容传感器。
8.根据权利要求1所述的一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：所述光学成像系统中壳体上方安装有上盖。
9.根据权利要求1所述的一种用于晶圆3D封装的双工位多轴气浮运动系统，其特征在于：所述气浮底座连接件中由四个圆弧形柔性铰链组成气浮底座连接件的平行四边形柔性铰链结构。
CN202311652439.8A 2023-12-05 2023-12-05 一种用于晶圆3d封装的双工位多轴气浮运动系统 Pending CN117457543A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311652439.8A CN117457543A (zh) 2023-12-05 2023-12-05 一种用于晶圆3d封装的双工位多轴气浮运动系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311652439.8A CN117457543A (zh) 2023-12-05 2023-12-05 一种用于晶圆3d封装的双工位多轴气浮运动系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117457543A true CN117457543A (zh) 2024-01-26

Family

ID=89585605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311652439.8A Pending CN117457543A (zh) 2023-12-05 2023-12-05 一种用于晶圆3d封装的双工位多轴气浮运动系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117457543A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117954361A (zh) * 2024-03-26 2024-04-30 沈阳元创半导体有限公司 一种应用于晶圆装载机的吹扫机构

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117954361A (zh) * 2024-03-26 2024-04-30 沈阳元创半导体有限公司 一种应用于晶圆装载机的吹扫机构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117457543A (zh) 一种用于晶圆3d封装的双工位多轴气浮运动系统
JP6380564B2 (ja) 露光装置、フラットパネルディスプレイの製造方法、デバイス製造方法、及び露光方法
CN102841505B (zh) 一种可精确定位基板的工件台
US20100266961A1 (en) Movable body apparatus, exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method
CN112355990B (zh) 一种xy运动台及运动装置
CN113075219B (zh) 调平调焦装置
CN108663836B (zh) 液晶面板检测及定位装置
CN111352312B (zh) 一种多功能光刻装置
CN114038774B (zh) 一种晶圆对准装置及其对准方法
CN113192873A (zh) 柔性连接机构、微动台机构及半导体设备
JP2012231063A (ja) 基板貼り合わせ装置、基板貼り合わせ方法および重ね合わせ基板
KR101337551B1 (ko) 합착장치
CN102537049A (zh) 径向气浮导向模块及应用其的光刻机运动平台
WO2021054101A1 (ja) 基板搬送装置および基板搬送装置のハンドの位置補正方法
CN112289727B (zh) 芯片位置调节机构及芯片传输机构
CN1799078B (zh) 基板位置对准装置
CN111434797B (zh) 成膜装置以及电子器件的制造装置
CN111198483B (zh) 光刻预对准装置及预对准方法、光刻设备
CN113467202B (zh) 光刻设备及硅片预对准方法
CN114313838A (zh) 真空驱动机构及包括真空驱动机构的真空传样设备
CN114513085B (zh) 一种四自由度运动台及控制系统
CN117075448B (zh) 纳米精度光刻气浮运动台
CN215825316U (zh) 一种散粒芯片取放机构
CN117954364B (zh) 超洁净双柔性快速精确叠合的四指机器人
CN117457563B (zh) 一种硅片定位上料装置及其定位上料方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination