一种晶圆对中机构、晶圆传输装置及晶圆加工设备

摘要

本发明公开了一种晶圆对中机构、晶圆传输装置及晶圆加工设备，所述晶圆对中机构包括基座、驱动件、连杆及夹持件，连杆铰接于驱动件与夹持件之间构成的连杆组件同心设置于所述基座；所述驱动件的竖向移动通过连杆转化为所述夹持件的同步水平移动，水平移动的夹持件推动设置于基座的晶圆移动使得晶圆与基座同心。

说明书

技术领域

本发明属于晶圆减薄技术领域，具体而言，涉及晶圆对中机构、晶圆传输装置及晶圆加工设备。

背景技术

集成电路(IC)芯片的制程包括：(1)硅片制备，加工制备单晶硅片；(2)前道制程，在硅片表面印制电路以制成晶圆；(3)晶圆测试；(4)后道制程，进行硅片薄化、分割、封装。在芯片的后道制程阶段，为了降低封装贴装高度，减小芯片封装体积，改善芯片的热扩散效率、电气性能、机械性能，以及减少芯片的加工量，晶圆在后续封装之前需要进行背面减薄，背面减薄后的芯片厚度甚至可以达到初始厚度的5％以下。

晶圆的背面减薄是芯片后道制程的重要工序。待减薄的晶圆W同心设置于磨削模块的吸盘工作台2-1’，如图1(a)所示。吸盘工作台2-1’通常为多孔陶瓷，其内部设置有微孔，在负压的作用下，待减薄的晶圆W在吸附力作用下可靠吸合于吸盘工作台2-1’。在晶圆W传输至吸盘工作台之前，通常由机械手夹持晶圆W自前端模块传输至磨削模块；传输至磨削模块的晶圆W可能出现与吸盘工作台2-1’不同心不佳的情况，如图1(b)所示。即晶圆W不能完全覆盖吸盘工作台2-1’的负压吸附区域而出现“漏气”的现象，致使晶圆的吸附力下降，甚至导致晶圆的吸附失效而引起晶圆破裂。再者，若待减薄的晶圆W与吸盘工作台不同心，则晶圆磨削接触圆弧长度无法保证一致，进而降低磨削力的稳定性，这不利于磨削表面质量的控制。

因此，亟需设计一种晶圆对中机构，提高晶圆的对中精度，解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一个方面提供了一种晶圆对中机构，其包括基座、驱动件、连杆及夹持件，连杆铰接于驱动件与夹持件之间构成的连杆组件同心设置于所述基座；所述驱动件的竖向移动通过连杆转化为所述夹持件的同步水平移动，水平移动的夹持件推动设置于基座的晶圆移动使得晶圆与基座同心。

根据本公开的第一方面，优选地，所述基座为圆盘件，所述夹持件沿基座的径向分布。

根据本公开的第一方面，优选地，夹持件的数量为多个，其沿基座的中心对称分布；部分夹持件配置有柔性部，所述柔性部与晶圆的边缘抵接。

根据本公开的第一方面，优选地，所述基座包括第一固定盘、支撑柱及第二固定盘，支撑柱设置于第一固定盘与第二固定盘之间；夹持件部分突出于所第一固定盘并沿其中心对称分布。

根据本公开的第一方面，优选地，所述夹持件分两组对称设置于基座，所述夹持件的至少三个未配置柔性部且未配置柔性部的夹持件来自不同组。

根据本公开的第一方面，优选地，所述基座设置有用于固定夹持件的导向件，其为沿基座的径向设置的滑杆，所述夹持件沿所述滑杆水平移动。

根据本公开的第一方面，优选地，所述驱动件为直线驱动模块，其输出轴设置有连接板，驱动件带动所述连接板竖向移动；所述连杆的一端与所述连接板铰接，其另一端与所述夹持件铰接。

本发明第二个方面提供了一种晶圆传输装置，其包括移动机构及上面所述的晶圆对中机构，所述晶圆对中机构与移动机构连接，晶圆对中机构将晶圆调整为与基座同心，所述移动机构带动晶圆对中机构移动。

根据本公开的第二方面，优选地，所述晶圆传输装置还包括吸附盘，所述吸附盘同心设置于基座以吸附设置于基座的晶圆。

本发明第三个方面提供了一种晶圆加工设备，其包括：前端模块，其位于晶圆加工设备的前端，用于实现晶圆的进出；磨削模块，其位于晶圆加工设备的末端，用于晶圆的磨削；抛光模块，其位于前端模块与磨削模块之间，用于晶圆的化学机械抛光；其还包括上面所述的晶圆传输装置，其平行于抛光模块并位于前端模块与磨削模块之间。

本发明公开的一种晶圆对中机构，其通过连杆组件驱动夹持件同时水平移动，实现晶圆的位置调整，使得待减薄晶圆与吸盘工作台同心，提升晶圆吸附固定的可靠性，保证晶圆磨削的表面质量。所述晶圆对中机构应用于晶圆传输装置，有效保证晶圆在传输过程中的位置准确，进而保证由机械手周转传输的晶圆与磨削模块吸盘工作台同心度，提升晶圆吸附的可靠性及晶圆磨削的表面质量。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是现有技术中晶圆W在吸盘工作台的位置示意图；

图2是根据本发明所述晶圆对中机构的结构示意图；

图3是本发明所述晶圆对中机构的俯视图；

图4是本发明所述晶圆对中机构的气路示意图；

图5是本发明所述晶圆传输装置的结构示意图；

图6是本发明所述晶圆加工设备的结构示意图；

图7是本发明所述晶圆W自前端模块传输至磨削模块的流程图；

图8是本发明所述晶圆W自磨削模块传输至抛光模块的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

作为本发明的一个方面，本发明公开了一种晶圆对中机构，图2是晶圆对中机构100的结构示意图，其包括基座10、驱动件20、连杆30及夹持件40。

基座10为盘状结构，其包括第一固定盘11、第二固定盘12及支撑柱13，如图2所示，支撑柱13设置于第一固定盘11与第二固定盘12之间，这样设置可以为驱动件20及连杆30的安装提供空间。

驱动件20同心设置于基座10并位于第一固定盘11与第二固定盘12之间。驱动件20为直线移动模块，其可以为气缸，也可以为电缸、直线电机等其他直线移动模块。驱动件20的输出轴设置有连接板21，驱动件20可以带动连接板21竖向移动。若驱动件20为气缸，则气缸的活塞杆与连接板21连接，气缸的活塞杆推动连接板21竖向移动。

连杆30的一端与连接板21铰接，连杆30的另一端与夹持件40铰接，如图2所示。夹持件40的数量为多个，其沿基座10的半径方向分布。驱动件20、连杆30及夹持件40构成的连杆组件同心设置于基座10。可以理解的是，基座10也可以为非盘状结构，如矩形框架，只要驱动件20、连杆30及夹持件40构成的连杆组件以晶圆W固定于基座10的中心为圆心设置即可。

驱动件20启动，驱动件20的输出轴连接的连接板21竖向移动，带动与连杆30铰接的夹持件40水平移动，即通过连杆组件实现竖向移动转换为水平移动。水平移动的夹持件40推动设置于基座10的晶圆W移动，以调整晶圆W的位置。连接板21的竖向移动，带动与其铰接的连杆30联动，即而带动与连杆30铰接的夹持件40同步水平移动。由于驱动件20、连杆30及夹持件40构成的连杆组件同心设置于基座10，沿基座10径向分布的夹持件40同步水平移动，夹持件40将设置于基座10的晶圆W调整为与基座10同心。

图3是本发明所述晶圆对中机构的俯视图，在该实施例中，夹持件40的数量为六件，其分两组并沿基座10的中心对称分布，即三件夹持件40为一组沿基座10的中心对称分布。这样，在两组夹持件40之间留有一定间隙，以便为晶圆传输用机械手的卡爪预留作业空间。

作为本发明的一个实施例，基座10配置有导向件14，导向件14沿基座10的径向设置，夹持件40设置于导向件14，夹持件40可沿基座10的半径方向同步移动，以便调整基座10的晶圆W的位置。在图3所示的实施例中，导向件14为沿基座10的径向设置的滑杆，夹持件40固定于滑杆并沿其水平移动。滑杆设置于基座10上部的矩形槽15，夹持件40穿过基座10的矩形槽15、部分突出设置于基座10，夹持件40的突出部分与晶圆W的外缘抵接以推动晶圆W移动，实现晶圆W的位置调整。可以理解的是，导向件14也可以为其他结构形式，只要沿基座10的半径方向设置，引导固定在导向件14上的夹持件40水平移动即可。

图4是本发明所述晶圆对中机构100的气路示意图，在该实施例中，驱动件20为气缸，其通过管路与气源连接，所述管路上设置有电磁换向阀22，以便实现气缸的活塞杆的往复运动，使得夹持件40靠近或远离晶圆W的外缘。在驱动件20与气源之间的管路上还设置有调速阀23，以便调整驱动件20的活塞杆的移动速度，避免与活塞杆联动的夹持件40移动过快而造成晶圆破碎。

作为本发明的一个实施例，夹持件40的数量为多个，在进行晶圆对中时，夹持件40同步水平移动，即夹持件40同时推动晶圆W的外缘以便将晶圆调整至与基座10同心的位置。

本发明中，夹持件40的数量一般大于三个，由于三点确定一个圆，在这种情况下，晶圆在对中过程中会出现过度限位的情况。由于晶圆对中机构100的夹持件40大于三个，晶圆W会出现过度限位，过度限位会致使晶圆破碎，进而影响晶圆W的正常传输。

为解决上述技术问题，晶圆对中机构100的部分夹持件40可配置柔性部，所述柔性部与晶圆W的边缘抵接，以弱化晶圆的过度限位，提高晶圆对中机构的柔性，防止晶圆在对中过程发生碎片，提升晶圆对中机构运行的稳定性。

在图3所示的实施例中，夹持件40的数量为六件，三件夹持件40为一组对称设置于基座10。为提高晶圆对中机构的柔性，可将夹持件40的至少三个不配置柔性部，同时，未配置柔性部的夹持件40来自不同组。这样可以避免未配置柔性部的夹持件40分布在同一小组而影响晶圆的对中。未配置柔性部的夹持件40用于保证晶圆W的对中精度，配置柔性部的夹持件40用于提升晶圆对中机构的柔性，防止晶圆碎片，提升晶圆对中机构的稳定性。

在图3所示的实施例中，夹持件40a、40c及40e不配置柔性部，而夹持件40b、40d及40f配置柔性部，这样，夹持件40a、40c及40e保证晶圆的对中精度，通过夹持件40b、40d及40f用于提升晶圆对中机构的柔性，防止晶圆碎片。可以理解的是，夹持件40上配置柔性部的方案还有其他变体，只要满足夹持件40的至少三个不配置柔性部并且未配置柔性部的夹持件40来自不同组即可。

本发明所述的柔性部由可自由伸缩的材料制成，如橡胶材料。作为本实施例的一个变体，柔性部也可以由配置有弹簧的硬质部件组成，弹簧位于硬质部件的后侧，硬质部件后侧配置的弹簧可弱化晶圆的过度限位，提高晶圆对中机构的柔性。

作为本发明的一个实施例，晶圆对中机构100还包括吸附盘50，吸附盘50同心设置于基座10的上表面，如图2及3所示。吸附盘50可将与基座10同心的晶圆W的位置固定，进一步保持设置于基座10的晶圆W的位置，使得晶圆W始终与基座10同心。在图4所示的实施例中，吸附盘50通过管路与真空源连接，吸附盘50通过真空吸附将设置于基座10的晶圆W的位置固定。吸附盘50与真空源之间的管路上还设置有压力计51，以检测晶圆W是否成功吸附于吸附盘50。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种晶圆传输装置，其包括移动机构200和本发明所述的晶圆对中机构100，如图5所示。晶圆对中机构100通过转接板300设置于移动机构200，移动机构200带动晶圆对中机构100移动以便实现晶圆W的传输。作为本发明的一个实施例，移动机构200为直线模组，移动机构200加速或减速移动，设置于移动机构200的晶圆对中机构100能够有效保持晶圆与基座10的对中位置，避免晶圆在传输过程中位置发生偏移，防止晶圆W自晶圆对中机构100上滑落，保证晶圆传输的稳定性。

作为本发明的再一方面，本发明还提供了一种晶圆加工设备，如图6所示，晶圆加工设备包括前端模块1，其位于晶圆加工设备的前端，用于实现晶圆W的进出；磨削模块2，其位于晶圆加工设备的末端，用于晶圆W的磨削；抛光模块3，其位于前端模块1与磨削模块2之间，用于晶圆W的化学机械抛光；其还包括上面所述的晶圆传输装置4，其平行于抛光模块3并位于前端模块1与磨削模块2之间。

在图6所示的实施例中，晶圆加工设备还包括缓冲模块6，其临近前端模块1设置并位于前端模块1与晶圆传输装置4之间。在一些实施例中，缓冲模块6上可以配置有本发明所述的晶圆对中机构。

晶圆W由第一机械手5-1自前端模块1传输至缓冲模块6；缓冲模块6的晶圆W由第二机械手5-2自缓冲模块6传输至晶圆传输装置4的晶圆对中机构；在晶圆对中机构实现晶圆W的位置调整，使得晶圆W与晶圆对中机构的基座同心；晶圆传输装置4的移动机构带动晶圆W由靠近缓冲模块6的第一位置4-1移动至靠近磨削模块2的第二位置4-2，第二位置4-2为由虚线表示的晶圆对中机构；第三机械手5-3将位于第二位置4-2的晶圆W传输至磨削模块2的吸盘工作台2-1。

由于晶圆传输装置4的晶圆对中机构有效保持了晶圆W的位置，因而由第三机械手5-3周转的晶圆W与吸盘工作台2-1同心度较高，进一步保证了晶圆W与吸盘工作台2-1同心度。晶圆W完全覆盖吸盘工作台2-1上的负压吸附区域，避免“漏气”现象的发生，有效保证晶圆W吸附的可靠性；晶圆W与吸盘工作台2-1同心设置，也有利于保证晶圆磨削接触圆弧长度的一致性，提升磨削力的稳定性，有效控制磨削表面的质量。

下面结合图7，简述晶圆W自前端模块1传输至磨削模块2的流程。

首先，位于前端模块1的第一机械手5-1将待减薄的晶圆W自前端模块1传输至缓冲模块6。

接着，第二机械手5-2将缓冲模块6的晶圆W转移至晶圆传输装置4上的晶圆对中机构，此时，晶圆对中机构位于靠近缓冲模块6的第一位置4-1；晶圆对中机构的电磁换向阀22动作，参见图4，导向件20推动连接板21向上移动，在连杆30的作用下，夹持件40沿基座10的半径方向、朝向中心同步水平移动，夹持件40推动晶圆W的外缘，将晶圆W调整为与基座10同心。

接着，开启与吸附盘50连接的真空源，吸附盘50将晶圆W吸附于基座10，通过压力计51判定吸附盘50是否将晶圆W成功吸附；若吸附盘50及其管路存在泄漏，则压力计51的示数与阈值存在差异，控制晶圆吸附的控制部会触发报警，停止后续作业，以避免位于晶圆传输装置4的晶圆W继续作业而发生碎片。

接着，晶圆传输装置4由靠近缓冲模块6的第一位置4-1移动至靠近磨削模块2的第二位置4-2，在晶圆传输过程中，晶圆W由吸附盘50吸附，同时夹持件40可靠夹持晶圆W的外缘，以保证晶圆W的位置不变，即始终保持晶圆W与基座10同心。

接着，电磁换向阀22动作，导向件20推动连接板21向下移动，在连杆30的作用下，夹持件40沿基座10的半径方向、背离中心向外水平移动，夹持件40远离晶圆W的外缘。

接着，第三机械手5-3夹持晶圆W后，关闭与吸附盘50连接的真空源，吸附盘50释放晶圆W，第三机械手5-3将晶圆W转移至磨削模块2的吸盘工作台2-1，晶圆W在吸盘工作台2-1实施磨削作业。

下面结合图8，阐述晶圆W由磨削模块2传输至抛光模块3的流程。

首先，在磨削模块2完成磨削的晶圆W由第三机械手5-3自吸盘工作台2-1传输至位于第二位置4-2的晶圆传输装置4，具体地，晶圆W放置于晶圆对中机构的基座10。

接着，晶圆对中机构的电磁换向阀22动作，参见图4，导向件20推动连接板21向上移动，在连杆30的作用下，夹持件40沿基座10的半径方向、朝向中心同步水平移动，夹持件40推动晶圆W的外缘，将晶圆W调整为与基座10同心。

接着，开启与吸附盘50连接的真空源，吸附盘50将晶圆W吸附于基座10，通过压力计51判定吸附盘50是否将晶圆W成功吸附；若吸附盘50及其管路存在泄漏，则压力计51的示数与阈值存在差异，控制晶圆吸附的控制部会触发报警，停止后续作业，以避免位于晶圆传输装置4的晶圆W继续作业而发生碎片。

接着，位于晶圆传输装置4的晶圆W自第二位置4-2移动至第一位置4-1，由于晶圆W由吸附盘50吸附且由夹持件40夹持，有效保持了晶圆W与基座10的对中状态。

接着，电磁换向阀22动作，导向件20推动连接板21向下移动，在连杆30的作用下，夹持件40沿基座10的半径方向、背离中心向外水平移动，夹持件40远离晶圆W的外缘。

接着，第二机械手5-2夹持晶圆W后，关闭与吸附盘50连接的真空源，吸附盘50释放晶圆W，第二机械手5-2将晶圆W转移至抛光模块3的晶圆装载单元3-1。接着，抛光模块3的承载头将晶圆W由晶圆装载单元3-1(load cup)传输至抛光盘，以便进行化学机械抛光。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。