一种晶圆对准装置及其对准方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体芯片加工制造技术领域，公开一种晶圆对准装置及其对准方法。其中晶圆对准装置包括基座组件、下运动系统和上运动系统，其中下运动系统，包括下移动基座、设置于下移动基座上的下精动台和用于驱动下移动基座在基座组件上沿Y方向移动的下气浮模块，下精动台能相对于下移动基座移动，下精动台用于放置下晶圆；上运动系统包括上移动基座、设置于上移动基座上的上精动台和用于驱动上移动基座在基座组件上沿Y方向移动的上气浮模块，上精动台能相对于上移动基座移动，上精动台用于放置上晶圆。本发明专利技术通过下精动台实现下晶圆相对于下移动基座的移动，减少了驱动重量，具有对位精度高、结构简单、扁平化、驱动质量小等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆对准装置及其对准方法


[0001]本专利技术涉及半导体芯片加工制造
，尤其涉及一种晶圆对准装置及其对准方法。

技术介绍

[0002]现代技术对芯片功能的需求不断提高，因此集成电路技术逐渐由2D平面向3D集成方向发展。在3D集成技术中，晶圆预键合是实现该技术中最为重要的一个环节，在两片晶圆键合之前，需要对晶圆上的电路进行精确对准，一旦发生图案错位将导致键合后线路串行和短路等问题。而且，随着半导体工艺的发展和进步，刻线精度越来越高，晶圆上的电路图案不断缩小，因此对晶圆对准精度的要求也不断提高。
[0003]现有技术中，为实现两片晶圆的对准，通常采用机械导轨来实现两片晶圆的移动，机械导轨导致摩擦大，精度低，严重影响对准精度；同时，需要移动的机构通常质量较重，进一步导致对准精度差；另外，现有的对准装置还存在结构复杂，尺寸大等问题。
[0004]所以，亟需一种晶圆对准装置及其对准方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]基于以上所述，本专利技术的目的在于提供一种晶圆对准装置及其对准方法，对位精确、结构简单、扁平化、驱动质量小。
[0006]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种晶圆对准装置，包括：
[0008]基座组件；
[0009]下运动系统，包括下移动基座、设置于所述下移动基座上的下精动台和用于驱动所述下移动基座在所述基座组件上沿Y方向移动的下气浮模块，所述下精动台能相对于所述下移动基座移动，所述下精动台用于放置下晶圆；
[0010]上运动系统，包括上移动基座、设置于所述上移动基座上的上精动台和用于驱动所述上移动基座在所述基座组件上沿Y方向移动的上气浮模块，所述上精动台能相对于所述上移动基座移动，所述上精动台用于放置上晶圆。
[0011]作为一种晶圆对准装置的优选方案，所述基座组件包括底座和平行且相对间隔设置于所述底座上的两个导向座，所述导向座沿Y向延伸，两个所述导向座分别设置于所述底座沿X方向的两侧；所述导向座上表面呈阶梯状，包括相邻的第一阶梯和第二阶梯，所述下移动基座通过所述下气浮模块可移动地连接于所述第一阶梯上，所述上移动基座通过所述上气浮模块可移动地连接于所述第二阶梯上。
[0012]作为一种晶圆对准装置的优选方案，所述下移动基座上设置有凹槽，所述下精动台对应所述凹槽设置且所述下精动台沿Z方向的投影面积小于所述凹槽沿Z方向的投影面积。
[0013]作为一种晶圆对准装置的优选方案，所述凹槽沿X方向的宽度d
x
≥(2tS
xmax
+(a
x
)2)/a
x
，其中t为所述下精动台的厚度，S
xmax
为所述下精动台在做θy方向旋转时其下表面的最低点和最高点沿Z方向的最大行程差，a
x
为所述下精动台沿X方向的宽度；
[0014]所述凹槽沿Y方向的宽度d
y
≥(2tS
ymax
+(a
y
)2)a
y
，其中S
ymax
为所述下精动台在做θx方向旋转时其下表面的最低点和最高点沿Z方向的最大行程差，a
y
为所述下精动台沿Y方向的宽度。
[0015]作为一种晶圆对准装置的优选方案，所述下运动系统还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构包括：
[0016]至少三个不共线的下驱动件，均设置于所述下移动基座上，所述下精动台设置于所述下驱动件上，所述第一驱动机构驱动所述下精动台沿θx、θy和Z方向移动。
[0017]作为一种晶圆对准装置的优选方案，还包括第一位置检测系统，所述第一位置检测系统包括：
[0018]至少三个不共线的下位置传感器，设置于所述下移动基座上，以检测所述下精动台相对于所述下移动基座的位置。
[0019]作为一种晶圆对准装置的优选方案，还包括第二位置检测系统，所述第二位置检测系统包括：
[0020]至少三个不共线的下距离传感器，所述下距离传感器均设置于所述下精动台的上表面和/或所述上精动台的下表面；
[0021]在所述上晶圆和所述下晶圆均位于对准工位时，所述第二位置检测系统能检测所述上晶圆和所述下晶圆的相对水平度以及所述上晶圆和所述下晶圆之间的距离。
[0022]作为一种晶圆对准装置的优选方案，还包括设置于所述导向座上的第三位置检测系统，所述第三位置检测系统包括X向位置传感器和Y向位置传感器；所述第三位置检测系统用于记录所述下晶圆在下对准工位区时的位置信息。
[0023]作为一种晶圆对准装置的优选方案，所述上气浮模块包括上垂直气浮组件、上侧气浮组件、上直线电机和上气浮导轨，所述上垂直气浮组件、所述上侧气浮组件和所述上直线电机的动子设置于所述上移动基座上，所述上直线电机的定子和所述上气浮导轨设置于所述基座组件上。
[0024]作为一种晶圆对准装置的优选方案，所述下气浮模块包括下垂直气浮组件、下侧气浮组件、下直线电机和下气浮导轨，所述下垂直气浮组件、所述下侧气浮组件和所述下直线电机的动子设置于所述下移动基座上，所述下直线电机的定子和所述下气浮导轨设置于所述基座组件上。
[0025]作为一种晶圆对准装置的优选方案，所述上运动系统还包括上粗动台，所述上粗动台嵌套在所述上移动基座中，所述上粗动台与所述上移动基座活动连接；所述上精动台嵌套在所述上粗动台中；所述上精动台与所述上粗动台活动连接。
[0026]作为一种晶圆对准装置的优选方案，所述上运动系统还包括：
[0027]第二驱动机构，分别连接所述上粗动台与所述上移动基座，为所述上粗动台提供X、Y和θz方向的定位；
[0028]第三驱动机构，分别连接所述上粗动台与所述上精动台，为所述上精动台提供提供X、Y和θz方向的定位。
[0029]作为一种晶圆对准装置的优选方案，还包括设置于所述基座组件上的视觉检测系
统，所述视觉检测系统包括用于检测所述下上晶圆在下对准工位区的位置的上检测组件和用于检测所述上晶圆在上对准工位区的位置的下检测组件；
[0030]所述上检测组件对应所述下晶圆的上表面设置；所述下检测组件对应所述上晶圆的下表面设置；所述上检测组件和所述下检测组件预设有共焦面，所述上晶圆的下表面与所述共焦面共面。
[0031]一种晶圆对准方法，应用于如以上任一方案所述的晶圆对准装置，包括如下步骤：
[0032]S10、上运动系统保持在上对准工位区，下运动系统移动到下传输工位区，下晶圆上料；
[0033]S20、所述上运动系统移动到上传输工位区，上晶圆上料；所述下运动系统移动到下对准工位区，第一驱动机构驱动所述下精动台带着所述下晶圆从初始位沿Z方向向上运动，所述下晶圆的上表面到达预定的共焦面，上检测组件记录所述下晶圆的上表面的标记点的位置；第三位置检测系统检测并记录所述下精动台的位置，并记为第一位置信息；所述第一驱动机构驱动所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆对准装置，其特征在于，包括：基座组件(1)；下运动系统(2)，包括下移动基座(21)、设置于所述下移动基座(21)上的下精动台(24)和用于驱动所述下移动基座(21)在所述基座组件(1)上沿Y方向移动的下气浮模块(23)，所述下精动台(24)能相对于所述下移动基座(21)移动，所述下精动台(24)用于放置下晶圆；上运动系统(3)，包括上移动基座(31)、设置于所述上移动基座(31)上的上精动台(35)和用于驱动所述上移动基座(31)在所述基座组件(1)上沿Y方向移动的上气浮模块(33)，所述上精动台(35)能相对于所述上移动基座(31)移动，所述上精动台(35)用于放置上晶圆。2.根据权利要求1所述的晶圆对准装置，其特征在于，所述基座组件(1)包括底座(11)和平行且相对间隔设置于所述底座(11)上的两个导向座(12)，所述导向座(12)沿Y向延伸，两个所述导向座(12)分别设置于所述底座(11)沿X方向的两侧；所述导向座(12)上表面呈阶梯状，包括相邻的第一阶梯(121)和第二阶梯(122)，所述下移动基座(21)通过所述下气浮模块(23)可移动地连接于所述第一阶梯(121)上，所述上移动基座(31)通过所述上气浮模块(33)可移动地连接于所述第二阶梯(122)上。3.根据权利要求1所述的晶圆对准装置，其特征在于，所述下移动基座(21)上设置有凹槽(213)，所述下精动台(24)对应所述凹槽(213)设置，且所述下精动台(24)沿Z方向的投影面积小于所述凹槽(213)沿Z方向的投影面积。4.根据权利要求3所述的晶圆对准装置，其特征在于，所述凹槽(213)沿X方向的宽度d
x
≥(2tS
xmax
+(a
x
)2)/a
x
，其中t为所述下精动台(24)的厚度，S
xmax
为所述下精动台(24)在做θy方向旋转时其下表面的最低点和最高点沿Z方向的最大行程差，a
x
为所述下精动台(24)沿X方向的宽度；所述凹槽(213)沿Y方向的宽度d
y
≥(2tS
ymax
+(a
y
)2)/a
y
，其中S
ymax
为所述下精动台(24)在做θx方向旋转时其下表面的最低点和最高点沿Z方向的最大行程差，a
y
为所述下精动台(24)沿Y方向的宽度。5.根据权利要求1所述的晶圆对准装置，其特征在于，所述下运动系统(2)还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构包括：至少三个不共线的下驱动件(211)，均设置于所述下移动基座(21)上，所述下精动台(24)设置于所述下驱动件(211)上，所述第一驱动机构驱动所述下精动台(24)沿θx、θy和Z方向移动。6.根据权利要求1所述的晶圆对准装置，其特征在于，还包括第一位置检测系统，所述第一位置检测系统包括：至少三个不共线的下位置传感器(212)，设置于所述下移动基座(21)上，以检测所述下精动台(24)相对于所述下移动基座(21)的位置。7.根据权利要求1所述的晶圆对准装置，其特征在于，还包括第二位置检测系统，所述第二位置检测系统包括：至少三个不共线的下距离传感器(241)，所述下距离传感器(241)均设置于所述下精动台(24)的上表面和/或所述上精动台(35)的下表面；在所述上晶圆和所述下晶圆分别位于上对准工位区和下对准工位区时，所述第二位置检测系统能检测所述上晶圆和所述下晶圆的相对水平度以及所述上晶圆和所述下晶圆之
间的距离。8.根据权利要求2所述的晶圆对准装置，其特征在于，还包括设置于所述导向座(12)上的第三位置检测系统(4)，所述第三位置检测系统(4)包括X向位置传感器(41)和Y向位置传感器(42)；所述第三位置检测系统(4)用于记录所述下晶圆在下对准工位区时的位置信息。9.根据权利要求1所述的晶圆对准装置，其特征在于，所述上气浮模块(33)包括上垂直气浮组件(332)、上侧气浮组件(333)、上直线电机和上气浮导轨(334)，所述上垂直气浮组件(332)、所述上侧气浮组件(333)和所述上直线电机的动子设置于所述上移动基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴火亮，江旭初，董亚聪，陈椿元，
申请(专利权)人：苏州隐冠半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：