晶圓真空鍵合機及鍵合方法
【專利摘要】本發明公開一種晶圓真空鍵合機以及鍵合方法，它在第一次定位塊前進后就將第一塊晶圓的位置進行限定，然后放入第二塊晶圓，然后再抽真空，定位塊退回時，第二塊晶圓就在真空的狀態寫降落到第一塊晶圓上，然后再通過定位塊的前進使第二塊晶圓和第一塊晶圓的位置同時限定，然后再進行壓合，壓合后再撤回定位塊，這樣能夠保證在壓合時，兩塊晶圓的位置是完美對應的。從而結構簡單，操作方便、成本較低，而且能夠實現晶圓的完美鍵合。
【專利說明】晶圓真空鍵合機及鍵合方法
【技術領域】
[0001〕 本發明涉及微電子【技術領域】，具體講是一種晶圓真空鍵合機及鍵合方法。
【背景技術】
[0002]晶圓鍵合是指將兩片晶圓接觸的足夠緊密，使得他們能夠牢固的結合在一起，目前的晶圓鍵合技術都需要專門的晶圓鍵合系統來實現。由于晶圓本身的材料要求，對晶圓鍵合的要求很高，要求兩片晶圓能夠無氣泡的完美的貼合在一起，如果要求晶圓鍵合時無氣泡，那么就必須要在真空環境下完成鍵合，但是晶圓鍵合的過程中又要求兩塊晶圓能夠完美對應，現有的晶圓鍵合系統一般是在真空環境中采用機械手實現兩塊晶圓的位置對應，結構復雜，成本較高。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是，克服了現有技術的缺陷，提供了一種定位簡單、成本較低，而且能夠使兩塊晶圓完美鍵合的晶圓真空鍵合機。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提出一種晶圓真空鍵合機，它包括箱體，所述箱體內設有真空發生器，所述箱體上設有內部封閉的壓機，所述壓機包括設于箱體上的夾具以及設在夾具上并在蓋上時使內部封閉的蓋子，所述蓋子內設有壓板，所述壓板的下表面設有加熱板，所述壓板和加熱板之間設有隔熱層，所述夾具內設有用于放置晶圓的托盤，所述托盤的下方設有加熱裝置，所述托盤的周圍設有多個在直徑方向移動的定位塊，所述每個定位塊由設置在夾具外壁上的氣缸帶動，所述每個定位塊的頭部還設有支架。
[0005]采用上述結構后，通過定位塊的兩次前進和后退，使兩塊晶圓完美對應，然后通過壓板向下壓使兩塊晶圓鍵合，第一塊晶圓和第二塊晶圓是在真空狀態下接觸，因此兩者之間無氣泡，然后通過操作定位塊使兩塊晶圓位置對應，定位塊的操作通過氣缸來完成，結構簡單，操作方便、成本較低，而且能夠實現晶圓的完美鍵合。
[0006]所述支架為連接在定位塊頭部的金屬絲向外彎曲制成。采用這種結構，支架的制作比較簡單，而且與晶圓的摩擦力較小，晶圓降落時，位置不會發生大的變動，使得后續的操作比較簡單，而且由于結構簡單，便于后面的清洗或者更換的工作。
[0007]所述夾具內還設有垂直于夾具底部的多個等高的限位塊。采用這種結構，限位塊能夠與蓋子上的壓板相抵，使壓板在壓合時能夠到達設定位置，從而保證了兩塊晶圓在鍵合時的兩塊晶圓之間的距離一致，鍵合效果較好。
[0008]所述定位塊有三個，所述三個定位塊在托盤周圍均勻布置。采用三個定位塊就可以將晶圓在托盤上的位置進行定位，結構簡單，成本較低。
[0009]所述箱體上至少設有一個由推動機構帶動的“0”形夾頭，當蓋子蓋在夾具上時，所述夾頭在向內推動能夠夾住夾具和蓋子的邊緣，使夾具和蓋子夾緊。采用這種結構，在蓋子蓋在夾具上時，可以使蓋子和夾具之間進行密封，采用夾頭夾緊，可以保證連接強度，以及壓機內部的密封度，從而可使壓機內部保持真空。
[0010]所述蓋子通過一支撐架連接在箱體上，所述箱體上設有一支撐座，所述支撐架的一端與支撐座鉸接，支撐架的另一端與蓋子的外側的中部鉸接使蓋子可以相對于支撐架轉動。采用這種結構，當蓋子相對于夾具轉動開來時，可以再次轉動蓋子，從而使蓋子可以相對于夾具轉動較大的角度，甚至可以轉動朝上，那么可以更好地接觸空氣，散熱效果更好。
[0011]所述蓋子與支撐架鉸接是指，所述支撐架上設有轉動孔和銷孔，蓋子通過一轉軸穿過轉動孔與支撐架連接并可相對于支撐架轉動，蓋子通過一銷子穿過銷孔與支撐架連接。采用這種結構，當銷子插上時，蓋子不會相對于支撐架轉動，當銷子拿掉時，蓋子才會相對于支撐架轉動，防止在蓋子蓋在夾具上壓緊時，蓋子轉動。
[0012]所述轉動孔為腰型孔，所述轉軸在腰型孔中可左右移動，所述夾具上設有導向槽，所述蓋子上設有與該導向槽配合的導向凸起，所述蓋子蓋在夾具上時，導向凸起嵌入導向槽內。采用這種結構，用導向凸起和導向槽配合，可以保證蓋子蓋在夾具上時的對中，對中的精度非常高，從而使晶圓在鍵合時的對齊效果非常好，保證晶圓鍵合的質量。
[0013]本發明還提供一種晶圓鍵合方法，它包括以下步驟:
[0014]31、將上面涂鍵合膠的第一塊晶圓放到托盤上；
[0015]32、通過氣缸控制多個定位塊向托盤方向前進，將第一塊晶圓定位；
[0016]33、在定位塊支架上放置第二塊晶圓，然后蓋上蓋子封閉壓機，并抽真空；
[0017]34，當真空度到達設定值時，控制多個定位塊后退，第二塊晶圓從定位塊支架上降落到第一塊晶圓上面；
[0018]35，通過氣缸控制多個定位塊再次向托盤方向前進，對兩塊晶圓進行定位；
[0019]36、通過壓機控制壓板向下，使第一塊晶圓和第二塊晶圓壓合，維持〖分鐘；
[0020]37、控制多個定位塊再次后退，然后控制加熱板和加熱裝置進行加熱使鍵合膠固化；
[0021]38、鍵合完成后，打開壓機，將鍵合后的晶圓取出。
[0022]所述步驟54中，真空度的設定值為:5?15帕，所述步驟36中壓合的時間七為2?10分鐘，所述步驟37中加熱溫度為:200?300度，時間為5?15分鐘。采用上述參數，晶圓鍵合的效果更好，效率更高。
[0023]采用上述方法后，本發明具有以下優點:本發明在第一次定位塊前進后就將第一塊晶圓的位置進行限定，然后放入第二塊晶圓，然后再抽真空，定位塊退回時，第二塊晶圓就在真空的狀態寫降落到第一塊晶圓上，然后再通過定位塊的前進使第二塊晶圓和第一塊晶圓的位置同時限定，然后再進行壓合，壓合后再撤回定位塊，這樣能夠保證在壓合時，兩塊晶圓的位置是完美對應的，即兩塊晶圓在平面上重合，而且兩塊晶圓之間也沒有氣泡，壓合之后再進行加溫固化。采用上述方法，步驟簡單，可以采用進行自動控制，而且鍵合效果較好，成本較低，效率較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為晶圓鍵合機的結構示意圖；
[0025]圖2為壓機的結構示意圖；
[0026]圖3為圖1中4部分的放大示意圖。
[0027]圖4為晶圓鍵合機另一實施例的結構不意圖；
[0028]圖5為晶圓鍵合機另一實施例的蓋子打開狀態的結構不意圖；
[0029]圖6為晶圓鍵合機中蓋子與夾具的連接結構示意圖。
[0030]如圖所示:1、箱體，2、壓機，2.1、蓋子，2.2、夾具，3、托盤，4、定位塊，5、氣缸，6、限位塊，7、壓板，8、隔熱層，9、加熱板，10、壓機氣缸，11、推動機構，12、夾頭，13、支撐架，13.1、轉動孔，13.2、銷孔，14、支撐座，15、轉軸，16、導向槽，17、導向凸起。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0032]如圖1-3所示:本發明提出一種晶圓真空鍵合機，它包括箱體1，所述箱體1內設有真空發生器，所述箱體1上設有內部封閉的壓機2，所述壓機2包括設于箱體1上的夾具
2.2以及設在夾具2.2上并在蓋上時使內部封閉的蓋子2.1，所述蓋子2.1內設有壓板7，所述壓板7的下表面設有加熱板9，所述壓板7和加熱板9之間設有隔熱層8，所述夾具2.2內設有用于放置晶圓的托盤3，所述托盤3的下方設有加熱裝置，所述托盤3的周圍設有多個在直徑方向移動的定位塊4，所述每個定位塊4由設置在夾具2.2外壁上的氣缸5帶動，所述每個定位塊4的頭部還設有支架4.1。
[0033]所述壓機2具有內部封閉的腔室，腔室與真空發生器連接，真空發生器可對腔室內抽真空，壓機2的上蓋的外側設有壓機氣缸10，壓機氣缸10的輸出軸與與壓機2的壓板連接，帶動壓板上下移動，所述蓋子2.1通過兩個氣缸連接在夾具2.2上，在蓋子2.1蓋在夾具2.2上時，構成了壓機2內部的封閉空間，本實施例中托盤3為圓形，托盤3的下方設有加熱裝置可對托盤3進行加熱，在壓板7向下壓緊晶圓之后，壓板7上的加熱板和托盤3同時對晶圓進行加熱。所述定位塊4由設在夾具2.2外壁上的氣缸5帶動，沿著托盤3的直徑方向上，可朝向托盤或者遠離托盤的方向移動，通過設定氣缸5的行程使定位塊4在前進后能夠與晶圓的邊相抵，從而對晶圓的位置進行定位。采用三個定位塊就可以實現圓形晶圓的定位。定位塊的頭部設有支架，支架4.1設在定位塊的上端的位置，支架下方的定位塊與晶圓相抵，支架與晶圓之間設有距離。本實施例中支架4.1為連接在定位塊4頭部的金屬絲向外彎曲制成。本實施例中金屬絲彎曲成弧形，由于晶圓在鍵合時有鍵合膠的存在，因此為保持鍵合的效果，定位塊4在使用的過程中需要定時進行清洗，本實施例中通過壓板使金屬絲壓在定位塊4上，清洗時拆除比較方便。當然所述定位塊也可以為4個、5個或者更多，但其仍在本申請保護范圍之內。
[0034]所述夾具內還設有垂直于夾具底部的多個等高的限位塊。在晶圓鍵合的過程中，鍵合膠的厚度需要控制，也就是說兩塊晶圓在鍵合后，兩者之間的距離需要在設定范圍之內，采用這種結構，壓板壓合時，抵到限位塊就停止壓合，使兩塊晶圓之間的距離得到確定。對于不同要求的晶圓鍵合，只需要更換不同高度的限位塊即可。在圖1所示的實施例中，所述限位塊6設在托盤的外側，為柱狀。在圖5所示的實施例中，所述限位塊，設在托盤的上表面的外周，為片狀，上述兩個實施例的限位塊雖為不同形狀，但都是限位塊，其目的都是為了控制鍵合膠的厚度。
[0035]如圖4、圖5所示，所述箱體1上至少設有一個由推動機構11帶動的“0”形夾頭12，當蓋子2.1蓋在夾具2.2上時，所述夾頭12在向內推動能夠夾住夾具2.2和蓋子2.1的邊緣，使夾具2.2和蓋子2.1夾緊。所述推動機構在本實施例中為氣缸，也可以為由電機帶動的直線運動機構，或者其它直線運動機構。
[0036]所述蓋子2.1通過一支撐架13連接在箱體1上，所述箱體1上設有一支撐座14，所述支撐架13的一端與支撐座14鉸接，支撐架13的另一端與蓋子2.1的外側的中部鉸接使蓋子2.1可以相對于支撐架13轉動。所述支撐架13上設有轉動孔13.1和銷孔13.2，蓋子2.1通過一轉軸穿過轉動孔13.1與支撐架13連接并可相對于支撐架13轉動，蓋子2.1通過一銷子穿過銷孔13.2與支撐架13連接。當銷子插著時，蓋子不會相對于支撐架轉動，當銷子拔掉時，蓋子可以相對于支撐架轉動。
[0037]所述轉動孔13.1為腰型孔，所述轉軸在腰型孔中可左右移動，所述夾具2.2上設有導向槽16，所述蓋子2.1上設有與該導向槽16配合的導向凸起17，所述蓋子2.1蓋在夾具2.2上時，導向凸起17嵌入導向槽16內。如圖6所示，蓋子的下端面上設有導向凸起，夾具的上端面的外側設有導向槽，導向凸起向下進入導向槽時，可以保證蓋子和夾具的中心線對齊。保證壓機向下運動時，上、下兩塊晶圓的對合精度。
[0038]本發明還提供一種晶圓鍵合方法，它包括以下步驟:
[0039]31、將上面涂鍵合膠的第一塊晶圓放到托盤上；
[0040]32、通過氣缸控制多個定位塊向托盤方向前進，將第一塊晶圓定位；
[0041]33、在定位塊支架上放置第二塊晶圓，然后蓋上蓋子封閉壓機，并抽真空；
[0042]34，當真空度到達設定值時，控制多個定位塊后退，第二塊晶圓從定位塊支架上降落到第一塊晶圓上面；
[0043]35，通過氣缸控制多個定位塊再次向托盤方向前進，對兩塊晶圓進行定位；
[0044]36、通過壓機控制壓板向下，使第一塊晶圓和第二塊晶圓壓合，維持〖分鐘；
[0045]37、控制多個定位塊再次后退，然后控制加熱板和加熱裝置進行加熱使鍵合膠固化；
[0046]88、鍵合完成后，打開壓機，將鍵合后的晶圓取出。
[0047]所述步驟54中，真空度的設定值為:5?15帕，所述步驟36中壓合的時間七為2?10分鐘，所述步驟37中加熱溫度為:200?300度，時間為5?15分鐘。
[0048]實施例:本實施例中采用兩片厚度在0.3臟以上，直徑為200臟的晶圓，其鍵合步驟如下:
[0049]31、將上面涂鍵合膠的第一塊晶圓放到托盤上；
[0050]32、通過氣缸控制多個定位塊向托盤方向前進，將第一塊晶圓定位在中心位置；
[0051]33、在定位塊支架上放置第二塊晶圓，然后蓋上蓋子封閉壓機，并抽真空；
[0052]54，當真空度到達10帕時，控制多個定位塊后退，第二塊晶圓從定位塊支架上降落到第一塊晶圓上面；
[0053]35，通過氣缸控制多個定位塊再次向托盤方向前進，對兩塊晶圓進行定位將兩塊晶圓的邊緣處完全重合；
[0054]36、通過壓機控制壓板向下，使第一塊晶圓和第二塊晶圓壓合，維持15分鐘；
[0055]37、通過控制多個定位塊再次后退，然后控制加熱板和加熱裝置進行加熱使鍵合膠固化，加熱溫度為300度，加熱時間為10分鐘；
[0056]88、鍵合完成后，打開壓機，將鍵合后的晶圓取出。
【權利要求】
1.一種晶圓真空鍵合機，其特征在于:它包括箱體(1)，所述箱體(I)內設有真空發生器，所述箱體(I)上設有內部封閉的壓機(2)，所述壓機(2)包括設于箱體(I)上的夾具(2.2)以及設在夾具(2.2)上并在蓋上時使內部封閉的蓋子(2.1)，所述蓋子(2.1)內設有壓板(7)，所述壓板(7)的下表面設有加熱板(9)，所述壓板(7)和加熱板(9)之間設有隔熱層(8)，所述夾具(2.2)內設有用于放置晶圓的托盤(3)，所述托盤(3)的下方設有加熱裝置，所述托盤(3)的周圍設有多個在直徑方向移動的定位塊(4)，所述每個定位塊(4)由設置在夾具(2.2)外壁上的氣缸(5)帶動，所述每個定位塊(4)的頭部還設有支架(4.1)。
2.根據權利要求1所述的晶圓真空鍵合機，其特征在于:所述支架(4.1)為連接在定位塊(4)頭部的金屬絲向外彎曲制成。
3.根據權利要求1所述的晶圓真空鍵合機，其特征在于:所述夾具(2.2)內還設有垂直于夾具(2.2)底部的多個等高的限位塊(6)。
4.根據權利要求1所述的晶圓真空鍵合機，其特征在于:所述定位塊(4)有三個，所述三個定位塊(4)在托盤(3)周圍均勻布置。
5.根據權利要求1所述的晶圓真空鍵合機，其特征在于:所述箱體(I)上至少設有一個由推動機構(11)帶動的“C”形夾頭(12)，當蓋子(2.1)蓋在夾具(2.2)上時，所述夾頭(12)在向內推動能夠夾住夾具(2.2)和蓋子(2.1)的邊緣，使夾具(2.2)和蓋子(2.1)夾緊。
6.根據權利要求1所述的晶圓真空鍵合機，其特征在于:所述蓋子(2.1)通過一支撐架(13)連接在箱體⑴上，所述箱體⑴上設有一支撐座(14)，所述支撐架(13)的一端與支撐座(14)鉸接，支撐架(13)的另一端與蓋子(2.1)的外側的中部鉸接使蓋子(2.1)可以相對于支撐架(13)轉動。
7.根據權利要求6所述的晶圓真空鍵合機，其特征在于:所述蓋子(2.1)與支撐架(13)鉸接是指，所述支撐架(13)上設有轉動孔(13.1)和銷孔(13.2)，蓋子(2.1)通過一轉軸(15)穿過轉動孔(13.1)與支撐架(13)連接并可相對于支撐架(13)轉動，蓋子(2.1)通過一銷子穿過銷孔(13.2)與支撐架(13)連接。
8.根據權利要求6所述的晶圓真空鍵合機，其特征在于:所述轉動孔(13.1)為腰型孔，所述轉軸(15)在腰型孔中可左右移動，所述夾具(2.2)上設有導向槽(16)，所述蓋子(2.1)上設有與該導向槽(16)配合的導向凸起(17)，所述蓋子(2.1)蓋在夾具(2.2)上時，導向凸起(17)嵌入導向槽(16)內。
9.一種晶圓鍵合方法，其特征在于:它包括以下步驟: 51、將上面涂鍵合膠的第一塊晶圓放到托盤上； 52、通過氣缸控制多個定位塊向托盤方向前進，將第一塊晶圓定位； 53、在定位塊支架上放置第二塊晶圓，然后蓋上蓋子封閉壓機，并抽真空； S4，當真空度到達設定值時，控制多個定位塊后退，第二塊晶圓從定位塊支架上降落到第一塊晶圓上面； S5，通過氣缸控制多個定位塊再次向托盤方向前進，對兩塊晶圓進行定位； 56、通過壓機控制壓板向下，使第一塊晶圓和第二塊晶圓壓合，維持t分鐘； 57、控制多個定位塊再次后退，然后控制加熱板和加熱裝置進行加熱使鍵合膠固化； 58、鍵合完成后，打開壓機，將鍵合后的晶圓取出。
10.根據權利要求9所述的晶圓鍵合方法，其特征在于:所述步驟S4中，真空度的設定值為:5?15帕，所述步驟S6中壓合的時間t為2?10分鐘，所述步驟S7中加熱溫度為:200?300度，時間為5?15分鐘。
【文檔編號】H01L21/603GK104362107SQ201410570392
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】尹明, 唐昊 申請人:浙江中納晶微電子科技有限公司