晶圆键合装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及芯片制造技术领域，特别是涉及一种晶圆键合装置。本实用新型专利技术的目的是提供一种能够使上晶圆自内而外地均匀变形，减少键合空洞的产生，降低对对准精度的影响的晶圆键合装置，具体包括上卡盘、按压装置，所述上卡盘设置有开口、腔体、第一气道，所述第一气道一端连通所述腔体，所述第一气道另一端连通气源，所述腔体为设置于所述上卡盘下表面的凹槽，所述按压装置连接有驱动装置，所述驱动装置适于带动所述按压装置向下移动穿过所述开口并接触所述上晶圆，使所述上晶圆至少部分接触下晶圆，所述开口的侧壁上设置有密封组件。所述开口的侧壁上设置有密封组件。所述开口的侧壁上设置有密封组件。

【技术实现步骤摘要】
晶圆键合装置


[0001]本技术涉及芯片制造
，特别是涉及一种晶圆键合装置。

技术介绍

[0002]目前，常见的混合键合技术是针对当前背照式CIS芯片和3D存储芯片工艺发展起来的，是解决互连引线瓶颈问题的一种优选方案。预键合工艺是混合键合技术的最关键环节，决定着键合效果的优劣。
[0003]现有预键合工艺大致分为三步。首先，上下晶圆对准后，上晶圆卡盘中心真空释放，外围区域保持真空，上晶圆圆心部位在某种技术方案下产生变形；其次，上晶圆圆心处凸起至预定值，即与下晶圆接触后，缓慢释放上晶圆外围区域真空，直至上晶圆脱离卡盘，通过自身延展，与下晶圆完全重合；最后，下卡盘上升，使得晶圆对进一步紧密贴合并赶走晶圆间残存的气体，防止贴合面出现气隙，进而影响预键合效果。
[0004]在整个预键合过程中，预键合前晶圆间隙、上晶圆变形力、上晶圆真空释放时间等一系列因素对预键合工艺起着至关重要的作用。在这些影响因素中，上晶圆变形力和变形方式的控制尤为重要。
[0005]现有技术方案中，上晶圆卡盘中心部位安装有硬质顶销，顶销向下移动并挤压上晶圆圆心部位，形成晶圆中心凸起，直至上晶圆中心部位与下晶圆发生接触挤压，此后依靠晶圆自身延展性逐步实现与下晶圆的完全贴合。但是晶圆自身存在厚度不均、局部翘曲等导致晶圆内部不规则应力的因素，易导致上晶圆周向不规则、不均匀变形。这种不规则、不均匀形变必然严重影响对准精度，并且造成键合空洞的产生。另外，顶销对晶圆的纯刚性接触挤压易造成晶圆的背部表面损伤，恶化晶圆表面质量。
技术内容
[0006]本技术要解决的技术问题是提供一种晶圆键合装置，使上晶圆自内而外地均匀变形，减少键合空洞的产生，降低对对准精度的影响，提高预键合质量。
[0007]为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
[0008]本技术晶圆键合装置，包括上卡盘、按压装置，所述上卡盘下表面用于吸附上晶圆，所述上卡盘设置有开口、腔体、第一气道，所述第一气道一端连通所述腔体，所述第一气道另一端连通气源，所述腔体为设置于所述上卡盘下表面的凹槽，所述按压装置连接有驱动装置，所述驱动装置适于带动所述按压装置向下移动穿过所述开口并接触所述上晶圆，使所述上晶圆至少部分接触下晶圆，所述开口的侧壁上设置有密封组件。
[0009]本技术晶圆键合装置，其中所述密封组件为气囊，所述上卡盘上开设有第二气道，所述第二气道与所述气囊内腔相连通。
[0010]本技术晶圆键合装置，其中所述按压装置下端设置有密封套，所述密封套与所述气囊的侧壁相适应。
[0011]本技术晶圆键合装置，其中所述密封套由弹性材料制成。
11之间相互密封。按压装置2可以为杆或销。
[0025]本技术晶圆键合装置工作时，下晶圆4上升，直至上晶圆6与下晶圆4的间距达到键合需求距离后停止，上晶圆6、下晶圆4对准确认后，开启键合工艺过程：在驱动装置带动下，按压装置2穿过开口11向下运动，按压装置2下端接触上晶圆6背面后记录此时按压装置2的移动位移值和力反馈值，按压装置2继续向下运动，直至上晶圆6与下晶圆4接触，此过程中上卡盘1通过真空气道对上晶圆6保持吸附，按压装置2与开口11相互密封，第一气道13保持关闭。上晶圆6与下晶圆4接触后，第一气道13打开，压缩空气经第一气道13 开始注入腔体12。压缩空气作用于上晶圆6的上表面，可以对上晶圆6的形变量微调控。上晶圆6与下晶圆4接触后的贴合过程中，压缩空气的注入过程控制需要与真空气道的控制精确配合，监控压缩空气压力变化情况，直至上卡盘1的所有真空气道关闭，上晶圆6与上卡盘1全部脱离，上晶圆6与下晶圆4完全贴合，此时，关闭第一气道13，按压装置2收回，然后下卡盘5托举晶圆对上升，直至晶圆对接触上卡盘1，上卡盘1、下卡盘5夹紧晶圆对以便于消除键合界面残余气体，防止键合面出现气泡，键合工艺过程结束。
[0026]本技术晶圆键合装置，由于包括上卡盘1、按压装置2，上卡盘1设置有开口11、腔体12、第一气道13，按压装置2能够精确稳定地控制上晶圆中心部位的凸起变形，压缩空气能够通过第一气道13进入腔体12，作用于上晶圆上。一方面，压缩空气具有自适应特性，能够在上晶圆6中心变形完成后很好地适应上晶圆6内部的不规则应力，且对键合作用点不敏感，因此能够通过控制压缩空气精确稳定地控制上晶圆6中心凸起的变形量与变形速率，形成对上晶圆6变形的微调控，上晶圆6的变形过程被按压装置2和压缩空气共同调控；另一方面，上晶圆6与下晶圆4接触后的贴合过程中，压缩空气可以配合真空气道的解吸附作用，使得受到压缩空气作用力的晶圆上表面自内向外延展，上晶圆6表面同时受到来自压缩空气的压力变化和来自真空气道的吸附力变化，通过对压缩空气注入过程控制与真空气道控制精确配合，保证上晶圆6自内而外地均匀变形，直至上晶圆6与下晶圆4完全贴合，减少键合空洞的产生，降低对准精度误差的影响，提高键合质量。
[0027]可选地，密封组件为气囊14，上卡盘1上开设有第二气道141，第二气道141与气囊14 内腔相连通，气囊14的中心与腔体12的中心对齐。通过第二气道141为气囊14充气，充气完成后，气囊14膨胀与按压装置2相互挤压，形成了对开口11的密封。
[0028]可选地，按压装置2下端设置有密封套21，密封套21与气囊14的侧壁相适应，密封套 21由橡胶或其他弹性材料制成，密封套21用于与气囊14相互挤压，密封套21可以与按压装置2之间通过密封胶或其他粘性材料粘接形成，密封套21也可以与按压装置2一体成型。在密封套21的作用下，按压装置2与气囊14相互挤压得更紧密，进一步提高密封效果。
[0029]可选地，按压装置2下端部纵截面轮廓具有一定曲率，例如，按压装置2下端部可以为半球形，按压装置2下端部与晶圆接触时可避免锐边挤压上晶圆，消除因局部接触面积小致使挤压强过大而对上晶圆造成损伤的可能性，减小上晶圆背面的挤压损伤。
[0030]可选地，开口11位于上卡盘1的中心。
[0031]可选地，腔体12位于上卡盘1的中心，位于气囊14的下方。由于腔体12位于上卡盘1 的中心，第一气道13一端与腔体12连通，压缩空气在上卡盘1的中心位置处的腔体12处作用于上晶圆6上，确保压缩空气从上晶圆6的正中心输入，进一步保证上晶圆6自内而外地均匀变形。
[0032]可选地，本技术晶圆键合装置还包括位移传感器，位移传感器为中空结构，位移传感器设置于卡盘1上开口11的外围，按压装置2插入开口11内时从位移传感器中穿过，位移传感器用于获得按压装置2接触上晶圆背面时按压装置2的移动位移值，确定按压装置2 的移动行程，进而检测到上晶圆的中心形变量。
[0033]可选地，本技术晶圆键合装置还包括力传感器，力传感器设置于按压装置2顶部，与按压装置2刚性接触，力传感器用于获得按压装置2接触上晶圆背面时作用于上晶圆的压力值，压力值是控制上晶圆中心形变速率或变形量的重要指标。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合装置，其特征在于，包括上卡盘(1)、按压装置(2)，所述上卡盘(1)下表面用于吸附上晶圆(6)，所述上卡盘(1)设置有开口(11)、腔体(12)、第一气道(13)，所述第一气道(13)一端连通所述腔体(12)，所述第一气道(13)另一端连通气源，所述腔体(12)为设置于所述上卡盘(1)下表面的凹槽，所述按压装置(2)连接有驱动装置，所述驱动装置适于带动所述按压装置(2)向下移动穿过所述开口(11)并接触所述上晶圆(6)，使所述上晶圆(6)至少部分接触下晶圆(4)，所述开口(11)的侧壁上设置有密封组件。2.根据权利要求1所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述密封组件为气囊(14)，所述上卡盘(1)上开设有第二气道(141)，所述第二气道(141)与所述气囊(14)内腔相连通。3.根据权利要求2所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述按压装置(2)下端设置有密封套(21)，所述密封套(...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊树宝，张昊，王莎，
申请(专利权)人：北京华卓精科科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：