一种晶圆切割夹具的制作方法

本实用新型涉及半导体制造领域，尤其是一种晶圆切割夹具。

背景技术：

在科技飞速发展的现在，芯片的生产过程实现高自动化生产线，芯片切割过程分为刀片切割和激光切割两种，激光切割的最大优点在于不会对晶圆产生机械应力，这就降低了对夹具的要求，现普遍使用气吸负压对晶圆进行固定。在切割晶圆前，需要用蓝膜将晶圆与框架粘贴在一起，确保被切割下来的各芯片依旧排列整齐，方便后续的检测环节，但蓝膜贴在晶圆的背面，激光切割过程是从晶圆的正面进行的，所以在晶圆背面贴膜后需要将晶圆吸附起来翻转后正面朝上放置在平台上，再由托取机械手将晶圆托起放置在切割机的工作台上，不管是人工还是机械手，翻面过程都延长了加工时间，尤其是在生产线中，上万晶圆片累积延长的时间使加工成本更高。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种晶圆切割夹具，实现自动翻面功能，减少切割之前的机械手翻面动作。

其解决方案是，一种晶圆切割夹具，包括矮圆柱形的支撑板，其特征在于，所述支撑板上表面固定设有铰链座，铰链座铰接有与支撑板外形一致的盖板，盖板向支撑板扣合后与支撑板之间留有间隙，盖板与支撑板相对的一面均为正面，所述支撑板的正面嵌设有第一密封圈，第一密封圈所围成的圆内开设有若干气孔，支撑板的背面开设有与气孔连通的第一气槽，第一气槽外周嵌设有第二密封圈，第一密封圈外均布设有缓冲机构，所述支撑板上设有第一凸缘，第一凸缘上开设有定位孔，所述盖板的正面上嵌设有第三密封圈，第三密封圈内开设有若干气孔，盖板的另一面开设有与气孔连通的第二气槽，第二气槽外周嵌设有第四密封圈，所述盖板上设有与第一凸缘位置相对应的第二凸缘，第二凸缘上固定设有与定位孔相配合的定位柱，所述支撑板与盖板的背面均固定设有底板，底板上固定设有与气槽连通的气管接口。

优选地，所述铰链座中转动连接有转轴，转轴与盖板固定连接以实现盖板与铰链座的铰接，转轴一端伸出铰链座同轴连接有步进电机，所述支撑板上设有第三凸缘，第三凸缘上固定设有凸块，所述盖板上固定设有与第三凸缘相对应的第四凸缘，第四凸缘上固定设有压力传感器。

优选地，所述缓冲机构包括缸体、缸体内的活塞、缸体外的伸缩板、回油管，所述伸缩板通过活塞杆与活塞固定连接，伸缩板与缸体上表面之间还设有套在活塞杆上的弹簧，所述回油管一端连通缸体的上端、另一端连通缸体的下端，所述支撑板上设有均布的沉孔，沉孔上端开有沉槽，沉槽深度与伸缩板厚度一致，缸体嵌入沉孔中。

优选地，所述支撑板上设有平滑的定位边，支撑板的上表面上还开设有位于定位边两侧的托取位，所述盖板上也开设有平滑的定位边，盖板上的定位边与支撑板上的定位边相对应。

优选地，所述间隙为1-1.5mm。

优选地，所述第三密封圈围成面积的直径大于晶圆直径，所述第一密封圈围成面积的直径小于晶圆直径。

本实用新型的有益效果：让切割夹具具备翻转功能，省去了吸附机械手先从背面吸附起晶圆翻转后放在平台上、再由托取机械手将正面朝上的晶圆放置在激光切割设备上的过程，简化了工艺流程；翻转时有定位及缓冲过程，保证晶圆在自动翻转时位置精确、其质量不受机械碰撞力影响。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型使用时的仰视图；

图3为本实用新型的分解图；

图4为缓冲机构结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-4给出，一种晶圆切割夹具，包括矮圆柱形的支撑板1，其特征在于，所述支撑板1上表面固定设有铰链座2，铰链座2铰接有与支撑板1外形一致的盖板3，盖板3向支撑板1扣合后与支撑板1之间留有间隙4，盖板3与支撑板1相对的一面均为正面，所述支撑板1的正面嵌设有第一密封圈5，第一密封圈5所围成的圆内开设有若干气孔，支撑板1的背面开设有与气孔连通的第一气槽6，第一气槽6外周嵌设有第二密封圈7，第一密封圈5外均布设有缓冲机构17，所述支撑板1上设有第一凸缘8，第一凸缘8上开设有定位孔9，所述盖板3的正面上嵌设有第三密封圈10，第三密封圈10内开设有若干气孔，盖板3的另一面开设有与气孔连通的第二气槽11，第二气槽11外周嵌设有第四密封圈12，所述盖板3上设有与第一凸缘8位置相对应的第二凸缘13，第二凸缘13上固定设有与定位孔9相配合的定位柱14，盖板3向支撑板1扣合时，定位柱14插入定位孔9中进行定位，所述支撑板1与盖板3的背面均固定设有底板15，底板15上固定设有与气槽连通的气管接口16。晶圆经过贴膜后被机械手背面朝上放置在盖板3上，气管接口16连接气管，气管上安装气阀，连接盖板3的气阀通过气孔抽出晶圆与盖板3之间的空气，使晶圆吸附在盖板3上，将盖板3翻转与支撑板1扣合，关闭与盖板3连接的气阀，晶圆从盖板3上掉落至缓冲机构17上，缓慢降至支撑板1上，连接支撑板1的气阀抽出晶圆与支撑板1之间的空气，这时晶圆是正面朝上的，这就完成了晶圆翻面的过程，打开盖板3，直接进行激光切割。

所述铰链座2中转动连接有转轴18，转轴18与盖板3固定连接以实现盖板3与铰链座2的铰接，转轴18一端伸出铰链座2同轴连接有步进电机19，所述支撑板1上设有第三凸缘20，第三凸缘20上固定设有凸块21，所述盖板3上固定设有与第三凸缘20相对应的第四凸缘22，第四凸缘22上固定设有压力传感器23。控制盖板3气吸动作的气阀打开将晶圆吸附在盖板3上，步进电机19转动带动盖板3向支撑板1扣合，盖板3上的压力传感器23优先选择dyhw-110纽扣压力传感器23，将压力传感器23与步进电机19、两个气阀导线连接，盖板3扣合后压力传感器23会被凸块21压迫，压力传感器23将压力信号转换为电信号传输给步进电机19、两个气阀，控制盖板3气吸动作的气阀释放气压晶圆从盖板3上脱落到缓冲装置上，同时步进电机19反转带动盖板3复位，控制支撑板1的气阀延迟抽气，将缓慢降落到支撑板1上的晶圆吸牢，待激光切割后控制支撑板1的气阀打开，释放晶圆，电气顺序控制能够且不限于通过可编程控制器的现有技术实现。

所述缓冲机构包括缸体171、缸体171内的活塞172、缸体171外的伸缩板174、回油管175，所述伸缩板174通过活塞172杆与活塞172固定连接，撑板与缸体171上表面之间还设有套在活塞172杆上的弹簧173，所述回油管175一端连通缸体171的上端、另一端连通缸体171的下端，所述支撑板1上设有均布的沉孔25，沉孔25上端开有沉槽26，沉槽26深度与伸缩板174厚度一致，缸体171嵌入沉孔25中。晶圆厚度极薄，不能直接掉落在支撑板1上，所以设置了缓冲装置对晶圆起缓冲作用，晶圆从盖板3上脱离后掉落在伸缩板174上，弹簧173压缩，活塞172下方的油通过回油管175进入活塞172上部，伸缩板174下降直到被沉槽26挡住，这时伸缩板174与支撑板1共面，晶圆片完整落在支撑板1上；当晶圆被取走后，伸缩板174在弹簧力的作用下复位，活塞172上方的油通过回油管175进入活塞172下部；

需要注意的是弹簧173的选择，伸缩板174的质量为m1，弹簧173的弹性系数为k，初始长度为x，当伸缩板174不承重时，弹簧173的弹力与伸缩板174的重力平衡，此时弹簧173的长度为x1，有k（x-x1）=m1g，即k=m1g/（x-x1）；当晶圆落在伸缩板174上，要保证伸缩板174能落入沉槽26中，则需要满足k（x-x2）≤（m1+m2）g，即k≤[（m1+m2）g]/（x-x2），其中m2为晶圆片的质量，x2为伸缩板174能落入沉槽26中时弹簧173的长度；选择弹簧173时，需要弹簧173的弹性系数满足上述两个条件。

所述支撑板1上设有平滑的定位边24，支撑板1的上表面上还开设有位于定位边24两侧的托取位27，所述盖板3上也开设有平滑的定位边24，盖板3上的定位边24与支撑板1上的定位边24相对应。气吸机械手利用盖板3上的定位边24进行定位，将晶圆放置在盖板3上；晶圆被切割后，托取机械手利用支撑板1上的定位边24进行定位，将托架伸入托取位27中向上托起晶圆便将晶圆顺利取出。

所述间隙4为1-1.5mm。按照现有技术，4寸晶圆的厚度为0.520mm左右，6寸晶圆的厚度为0.670mm左右，12寸晶圆的厚度更大，晶圆片的厚度与直径有关，虽然芯片的制备只在晶圆的顶部几微米的范围内完成，但是晶圆的厚度要保证足够的机械应力支撑，因此晶圆的厚度会随直径的增长而增长，晶圆在切割前会减薄，保险起见，支撑板1与盖板3扣合后的间隙4要大于晶圆厚度，不能挤碎晶圆，且要晶圆从盖板3上到支撑板1上的过程需要有缓冲装置来防撞、防磕碰，间隙4为1-1.5mm能满足上述要求。

所述第三密封圈10围成面积的直径大于晶圆直径，所述第一密封圈5围成面积的直径小于晶圆直径。晶圆在盖板3上时时背面朝上的，正面直接接触密封圈会对晶圆表面质量产生一定影响，所以第三密封圈10的直径大于晶圆直径，与晶圆外的框架接触而不是直接与晶圆接触；当晶圆在支撑板1上时是正面朝上，第一密封圈5的直径要小于晶圆直径，晶圆背面有蓝膜保护因此不会受密封圈影响，切割时要求晶圆表面平整，所以切割时直接吸附晶圆能使晶圆吸附力度均匀。

本实用新型在使用时，将贴膜后的晶圆直接放置在盖板3上，此时晶圆背面朝上，晶圆正面被吸附在盖板3上，盖板3受电机控制自动翻转向支撑板1扣合，扣合后释放晶圆，晶圆掉落在缓冲装置上缓慢降落到支撑板1上，再被支撑板1吸附，盖板3复位后进行激光切割，至此完成晶圆的翻面过程；切割完成后晶圆被机械手取走，下一个晶圆再被放置到盖板3上，以此循环。

本实用新型的有益效果：让切割夹具具备翻转功能，省去了吸附机械手先从背面吸附起晶圆翻转后放在平台上、再由托取机械手将正面朝上的晶圆放置在激光切割设备上的过程，简化了工艺流程；翻转时有定位及缓冲过程，保证晶圆在自动翻转时位置精确、其质量不受机械碰撞力影响。

以上所述的实施例并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域所属技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应纳入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。