CN110858552B - 一种键合设备和键合方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种键合设备和键合方法。该键合设备包括：第一键合模块和第二键合模块；所述第一键合模块用于将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合；所述第二键合模块用于对预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合。本发明实施例的方案提高了芯片键合的产率。

Description

一种键合设备和键合方法

技术领域

本发明实施例涉及键合技术，尤其涉及一种键合设备和键合方法。

背景技术

由于电子产品轻、薄和小型化的发展趋势，使得芯片键合技术的应用日益增多。键合技术能够在不缩小线宽的情况下，在有限面积内进行最大程度的芯片叠加与整合，同时缩减晶片封装体积与线路传导长度，进而提升晶片传输效率。芯片-晶圆键合技术(Chip-to-wafer,C2W)可以保证更高的产品良率并可以满足Fan-Out工艺的封装需求，但对于金属键合、阳极键合和热直接键合等工艺时间较长的永久键合工艺，单个芯片键合时间过长导致设备产率低。

发明内容

本发明提供一种键合设备和键合方法，提高Fan-Out键合工艺中永久键合工况的键合效率以提高芯片键合的产率。

第一方面，本发明实施例提供了一种键合设备，该设备包括：

第一键合模块和第二键合模块；

所述第一键合模块用于将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合；

所述第二键合模块用于对预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合。

可选的，所述第一键合模块包括转台、键合手和预键合台；

所述转台用于放置所述多个待键合芯片，并将所述多个待键合芯片转移到键合手的芯片拾取位；

所述预键合台用于放置待键合晶圆；

所述键合手用于从所述芯片拾取位获取所述待键合芯片，对所述待键合芯片进行加热，并将所述待键合芯片放置于所述待键合晶圆，以对所述待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合。

可选的，所述第一键合模块还包括第一测量单元和第三测量单元，或者，所述第一键合模块还包括、第二测量单元和第三测量单元，或者所述第一键合模块还包括第一测量单元、第二测量单元和第三测量单元；所述第一测量单元用于测量所述待键合芯片在所述转台的第一位置；

所述第二测量单元用于测量所述待键合芯片在所述键合手上的第二位置；

所述第三测量单元用于测量所述待键合晶圆在所述预键合台的第三位置；

所述预键合台还用于根据所述第一位置和所述第三位置，或者根据所述第二位置和所述第三位置调节所述待键合晶圆的位置。

可选的，所述键合手为转盘式或直线式。

可选的，所述第二键合模块包括传输手和永久键合单元；

所述传输手用于由所述第一键合模块获取预键合后的待键合芯片和待键合晶圆，并将所述待键合芯片和所述待键合晶圆放置于所述永久键合单元；

所述永久键合单元用于对所述待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合。

可选的，所述永久键合单元包括真空腔以及设置于所述真空腔内的压盘和键合底座；

所述键合底座用于放置所述待键合晶圆和所述待键合芯片；

所述压盘用于对所述待键合晶圆和所述待键合芯片加热加压，以进行永久键合。

可选的，所述永久键合单元的个数大于或等于2。

可选的，该设备还包括：

芯片获取模块，用于获取待键合芯片并将所述待键合芯片转移到所述第一键合模块。

第二方面，本发明实施例还提供了一种键合方法，该键合方法包括：

通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合；

通过第二键合模块对预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合。

可选的，所述第一键合模块包括转台、键合手和预键合台，则通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合，包括：

测量所述待键合芯片在转台的第一位置；

测量所述待键合晶圆在预键合台的第三位置；

根据所述第一位置和所述第三位置调节所述待键合晶圆的位置；

或者，

测量所述待键合芯片在键合手上的第二位置；

测量所述待键合晶圆在预键合台的第三位置；

根据所述第二位置和所述第三位置调节所述待键合晶圆的位置。

可选的，通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合，包括：

对所述待键合芯片进行加热，以对所述待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合。

可选的，所述第二键合模块包括传输手和至少两个永久键合单元，则通过第二键合模块对预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合，包括：

通过传输手将预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆传输到空闲的永久键合单元，以对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合。

本发明实施例通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于同一待键合晶圆并进行预键合，并通过第二键合模块对预键合后的多个待键合芯片和待键合晶圆进行永久键合，使得一次永久键合工艺可以实现对多个待键合芯片的键合，提高Fan-Out键合工艺中永久键合工况的键合效率以提高键合产率，并且预键合用时较短，永久键合用时较长，通过第一键合模块对多个待键合芯片进行排布和预键合可以增长第一键合模块的工艺时长，使得第一键合模块和第二键合模块工艺时间相匹配，进一步提高键合设备的键合产率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种键合设备的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种键合设备的正视图；

图3是本发明实施例提供的一种键合设备的俯视图；

图4是本发明实施例提供一种预键合台的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种第一键合模块的正视图；

图6是本发明实施例提供的一种第一键合模块的俯视图；

图7是本发明实施例提供的一种永久键合单元的示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种键合设备的俯视图；

图9是本发明实施例提供的又一种键合设备的正视图；

图10是本发明实施例提供的又一种键合设备的俯视图；

图11是本发明实施例提供的一种键合设备的工作流程图；

图12是本发明实施例提供的一种键合方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本实施例提供了一种键合设备，图1是本发明实施例提供的一种键合设备的示意图，参考图1，该键合设备包括：

第一键合模块10和第二键合模块20；

第一键合模块10用于将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对多个待键合芯片和待键合晶圆进行预键合；

第二键合模块20用于对预键合后的多个待键合芯片和待键合晶圆进行永久键合。

其中，第一键合模块10可以根据待键合芯片的尺寸将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对待键合芯片和待键合晶圆进行预键合。同一待键合晶圆上排布的待键合芯片的个数可以根据芯片尺寸、晶圆尺寸、永久键合工艺的时长以及一个待键合芯片的预键合工艺时长确定。

本实施例通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于同一待键合晶圆并进行预键合，并通过第二键合模块对预键合后的多个待键合芯片和待键合晶圆进行永久键合，使得一次永久键合工艺可以实现对多个待键合芯片的键合，提高Fan-Out键合工艺中永久键合工况的键合效率以提高键合产率，并且预键合用时较短，永久键合用时较长，通过第一键合模块对多个待键合芯片进行排布和预键合可以增长第一键合模块的工艺时长，使得第一键合模块和第二键合模块工艺时间相匹配，进一步提高键合设备的键合产率。

图2是本发明实施例提供的一种键合设备的正视图，图3是本发明实施例提供的一种键合设备的俯视图，可选的，参考图2和图3，第一键合模10包括转台11、键合手12和预键合台13；

转台11用于放置多个待键合芯片101，并将多个待键合芯片101转移到键合手12的芯片拾取位POSD；

预键合台13用于放置待键合晶圆102；

键合手12用于从芯片拾取位POSD获取待键合芯片101，对待键合芯片101进行加热，并将待键合芯片101放置于待键合晶圆102，以对待键合芯片101和待键合晶圆102进行预键合。

具体的，键合手12获取到待键合芯片101后可以对待键合芯片101进行加热，示例性的可以在预热位POSG进行加热，使待键合芯片101放置于待键合晶圆102时保持加热状态，键合手12将待键合芯片101放置于待键合晶圆102时对其进行预键合，使待键合芯片101固定于待键合晶圆102上。

可选的，第一键合模块10还包括第一测量单元14和第三测量单元16，或者，第一键合模块10还包括第二测量单元15和第三测量单元16，或者，第一键合模块10还包括第一测量单元14、第二测量单元15和第三测量单元16：

第一测量单元14用于测量待键合芯片101在转台11的第一位置；

第二测量单元15用于测量待键合芯片101在键合手12上的第二位置；

第三测量单元16用于测量待键合晶圆102在预键合台13的第三位置；

预键合台13还用于根据第一位置和第三位置，或者根据第二位置和第三位置调节待键合晶圆102的位置。

具体的，第一测量单元14和第二测量单元15可以根据不同的工艺状况选择性布置，若待键合芯片101的对位标记朝上(chip up)，则只需要设置第一测量单元14和第三测量单元16，预键合台13根据第一位置和第三位置将待键合晶圆102调整到与待键合芯片101匹配的位置；若待键合芯片101的对位标记朝下(chip down)，则只需要设置第二测量单元15和第三测量单元16，预键合台13根据第二位置和第三位置将待键合晶圆102调整到与待键合芯片101匹配的位置；为了提高工艺适应性也可以同时设置第一测量单元14、第二测量单元15和第三测量单元16，根据不同的工况预键合台13根据第一位置和第三位置，或者根据第二位置和第三位置将待键合晶圆102调整到与待键合芯片101匹配的位置，使待键合芯片101放置于待键合晶圆102时位置精度更高，从而提高键合精度。

图4是本发明实施例提供一种预键合台的示意图，可选的，参考图4，预键合台13包括：冷热台131、运动台132和大理石底座133。运动台132用于驱动冷热台131运动以调整待键合晶圆102的位置，冷热台131用于固定待键合晶圆102和待键合芯片101，并在预键合时加热待键合晶圆102，在其余时间冷却待键合晶圆102。

图5是本发明实施例提供的一种第一键合模块的正视图，图6是本发明实施例提供的一种第一键合模块的俯视图，可选的，参考图2、图3、图5和图6，键合手12为转盘式分布或直线式分布。

参考图2和图3，键合手12可以为多个，并按转盘式布置，通过旋转转移待键合芯片101到设定位置。上述实施例以键合手12为转盘式布置为例进行的说，在此不再赘述。

参考图5和图6，键合手12为单个或多个，并按直线式布置，键合手12往复运动在交接位POSA和键合位POSF间取放待键合芯片101。示例性的，当键合手12为多个时，键合手12可以并排设置，同时或先后获取待键合芯片101，运动到预键合台13上时同时或先后放置待键合芯片101，这样多个键合手12之间不会产生相对运动的位置干扰。另外，若待键合芯片101的对位标记位于待键合芯片101远离转台11的一面(对位标记朝上)，第一测量单元14在交接位POSA测量第一位置，若待键合芯片101的对位标记位于待键合芯片101临近转台11的一面(对位标记朝下)，第二测量单元15在测量位POSH测量第二位置。

需要说明的是图5和图6中虚线的部分用于示意键合手12的位置。

另外，第一键合模块10还包括第一传动单元17、第一驱动单元18和支架19。支架19用于支撑键合手12、第一传动单元17和第一驱动单元18，第一传动单元17将第一驱动单元18的驱动力传递到键合手12驱动键合手12往复运动。

可选的，参考图2和图3，第二键合模块20包括传输手21和永久键合单元22；

传输手21用于由第一键合模块10获取预键合后的待键合芯片101和待键合晶圆102，并将待键合芯片101和待键合晶圆放置于永久键合单元22；

永久键合单元22用于对待键合芯片101和待键合晶圆102进行永久键合。

图7是本发明实施例提供的一种永久键合单元的示意图，可选的，参考图7，永久键合单元22包括真空腔221以及设置于真空腔221内的压盘222和键合底座223；

键合底座223用于放置待键合晶圆102和待键合芯片101；

压盘222用于对待键合晶圆102和待键合芯片101加热加压，以进行永久键合。

具体的，真空腔221是由腔壁构成的封闭空间，真空腔221与真空泵连接，在键合加压过程中，真空泵将真空腔221内部形成真空状态，防止在键合时待键合晶圆102和待键合芯片101之间的空气在键合后形成气泡，影响键合质量。

压盘222包括柔性压盘2221和压盘组件2222，压盘组件2222可以通电并与键合底座223配合，在键合过程中加热加压使待键合晶圆102和待键合芯片101实现永久键合。柔性压盘2221用于消除压盘组件2222上表面受力不均匀的现象。永久键合单元22还包括第二驱动子单元224和第二传动子单元225，第二传动子单元225用于将第二驱动子单元224的驱动力传递到执行部件柔性压盘2221和压盘组件2222。

图8是本发明实施例提供的又一种键合设备的俯视图，可选的，参考图8，永久键合单元22的个数大于或等于2。

具体的，由于第一键合模块10和第二键合模块20的工艺时长不同，并且不同的芯片键合工艺时长不同，第一键合模块10和第二键合模块20存在产率不能完全1：1匹配的情况。在对某些芯片进行键合时，第二键合模块20的工艺时间大大长于第一键合模块10的预键合工艺时长，传输手21可以依次将预键合后的待键合晶圆102和待键合芯片101传输到空闲的永久键合单元22，提高键合设备的产率。

图9是本发明实施例提供的又一种键合设备的正视图，图10是本发明实施例提供的又一种键合设备的俯视图，可选的，参考图9和图10，键合设备还包括芯片获取模块30，用于获取待键合芯片101并将待键合芯片101转移到第一键合模块10。

具体的，芯片获取模块30从蓝膜上获取待键合的芯片101，并将待键合芯片101转移到第一键合模块10的转台11的交接位POSA。由于芯片获取模块30可以预先确定哪些芯片是良品，因此可以确保到达第一键合模块10进行预键合的待键合芯片101均为良品，提供了设备的成品率。

图11是本发明实施例提供的一种键合设备的工作流程图，下面结合图9-图11对键合设备的工作流程进行具体介绍：

设备开始工作后芯片获取模块30由放置芯片的蓝膜获取待键合芯片101，并将待键合芯片101转移到转台11的交接位POSA。

待键合芯片101到达转台11的交接位POSA后，若待键合芯片101的对位标记位于待键合芯片远离转台11的一面(对位标记朝上)，则转台11正转动待键合芯片到第一测量位POSB，第一测量单元14测量待键合芯片101的第一位置，根据第一位置可以得到待键合芯片101的目前位置与理想位置的第一偏差，然后转台11正转移待键合芯片101到键合手12的芯片拾取位POSD。键合手12获取待键合芯片101，并转移待键合芯片101到键合位POSF。第三测量单元16测量待键合晶圆102的第三位置，预键合台13根据第一位置(或第一偏差)和第三位置调整待键合晶圆102的位置，使待键合芯片101准确预键合到待键合晶圆102上。

若待键合芯片101的对位标记位于待键合芯片101临近转台11的一面(对位标记朝下)，转台11逆转待键合芯片101到第一位POSE和键合手12的芯片拾取位POSD。键合手12在芯片拾取位POSD拾取待键合芯片101，逆转移待键合芯片101到第二测量位POSC，第二测量单元15测量待键合芯片101的第二位置，根据第二位置可以得到待键合芯片101的目前位置与理想位置的第二偏差，键合手12移动待键合芯片101到预键合位POSF。第三测量单元16测量待键合晶圆102的第三位置，预键合台13根据第二位置(或第二偏差)和第三位置调整待键合晶圆102的位置，使待键合芯片101准确预键合到待键合晶圆102上。

若预键合台13上的待键合晶圆102与多个待键合芯片101均完成预键合,则传输手21将完成预键合的待键合晶圆102和多个待键合芯片101转移到永久键合单元22，永久键合单元22进行永久键合。

若预键合台13上的待键合晶圆102未完成与全部待键合芯片101的预键合，则芯片拾取模块30继续获取待键合芯片101。

本实施例还提供了一种键合方法，该方法适用于上述任意实施例提供的键合设备，图12是本发明实施例提供的一种键合方法的示意图，参考图12，该方法包括：

步骤110、通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对多个待键合芯片和待键合晶圆进行预键合；

步骤120、通过第二键合模块对预键合后的多个待键合芯片和待键合晶圆进行永久键合。

本实施例通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于同一待键合晶圆并进行预键合，并通过第二键合模块对预键合后的多个待键合芯片和待键合晶圆进行永久键合，使得一次永久键合工艺可以实现对多个待键合芯片的键合，提高键合产率，并且预键合用时较短，永久键合用时较长，通过第一键合模块对多个待键合芯片进行排布和预键合可以增长第一键合模块的工艺时长，使得第一键合模块和第二键合模块工艺时间相匹配，进一步提高键合设备的键合产率。

可选的，第一键合模块包括转台、键合手和预键合台，则通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对多个待键合芯片和待键合晶圆进行预键合，包括：

测量待键合芯片在转台的第一位置；

测量待键合晶圆在预键合台的第三位置；

根据第一位置和第三位置调节待键合晶圆的位置；

或者，

测量待键合芯片在键合手上的第二位置；

测量待键合晶圆在预键合台的第三位置；

根据第二位置和第三位置调节待键合晶圆的位置。

可选的，通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对多个待键合芯片和待键合晶圆进行预键合，包括：

对待键合芯片进行加热，以对待键合芯片和待键合晶圆进行预键合。

可选的，所述第二键合模块包括传输手和至少两个永久键合单元，则通过第二键合模块对预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合，包括：

通过传输手将预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆传输到空闲的永久键合单元，以对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合。

本实施例提供的键合方法与本发明任意实施例提供的键合设备属于相同的发明构思，具备相应的有益效果，未在本实施例详尽的细节，可以参考本发明任意实施例提供的键合设备。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种键合设备，其特征在于，包括：

第一键合模块和第二键合模块；

所述第一键合模块用于将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合；

所述第二键合模块用于对预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合；

所述第二键合模块包括永久键合单元；所述永久键合单元用于对所述待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合；

所述永久键合单元包括真空腔以及设置于所述真空腔内的压盘和键合底座；所述键合底座用于放置所述待键合晶圆和所述待键合芯片；所述压盘用于对所述待键合晶圆和所述待键合芯片加热加压，以进行永久键合；

所述压盘包括柔性压盘和压盘组件，所述柔性压盘设置于所述压盘组件远离所述键合底座的一侧，所述柔性压盘用于消除压盘组件远离所述键合底座的上表面的受力不均匀的现象。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述第一键合模块包括转台、键合手和预键合台；

所述转台用于放置所述多个待键合芯片，并将所述多个待键合芯片转移到所述键合手的芯片拾取位；

所述预键合台用于放置待键合晶圆；

所述键合手用于从所述芯片拾取位获取所述待键合芯片，对所述待键合芯片进行加热，并将所述待键合芯片放置于所述待键合晶圆，以对所述待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：

所述第一键合模块还包括第一测量单元和第三测量单元，或者，所述第一键合模块还包括第二测量单元和第三测量单元，或者所述第一键合模块还包括第一测量单元、第二测量单元和第三测量单元；

所述第一测量单元用于测量所述待键合芯片在所述转台的第一位置；

所述第二测量单元用于测量所述待键合芯片在所述键合手上的第二位置；

所述第三测量单元用于测量所述待键合晶圆在所述预键合台的第三位置；

所述预键合台还用于根据所述第一位置和所述第三位置，或者根据所述第二位置和所述第三位置调节所述待键合晶圆的位置。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：

所述键合手为转盘式分布或直线式分布。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述第二键合模块包括传输手；

所述传输手用于由所述第一键合模块获取预键合后的待键合芯片和待键合晶圆，并将所述待键合芯片和所述待键合晶圆放置于所述永久键合单元。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：

所述永久键合单元的个数大于或等于2。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：

芯片获取模块，用于获取待键合芯片并将所述待键合芯片转移到所述第一键合模块。

8.一种键合方法，其特征在于，包括：

通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合；

通过第二键合模块对预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合；

其中，所述第二键合模块包括永久键合单元；所述永久键合单元用于对所述待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合；

所述永久键合单元包括真空腔以及设置于所述真空腔内的压盘和键合底座；所述键合底座用于放置所述待键合晶圆和所述待键合芯片；所述压盘用于对所述待键合晶圆和所述待键合芯片加热加压，以进行永久键合；

所述压盘包括柔性压盘和压盘组件，所述柔性压盘设置于所述压盘组件远离所述键合底座的一侧，所述柔性压盘用于消除压盘组件远离所述键合底座的上表面受力不均匀的现象。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一键合模块包括转台、键合手和预键合台，则通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合，包括：

测量所述待键合芯片在转台的第一位置；

测量所述待键合晶圆在预键合台的第三位置；

根据所述第一位置和所述第三位置调节所述待键合晶圆的位置；

或者，

测量所述待键合芯片在键合手上的第二位置；

测量所述待键合晶圆在预键合台的第三位置；

根据所述第二位置和所述第三位置调节所述待键合晶圆的位置。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过第一键合模块将多个待键合芯片排布于待键合晶圆上，并对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合，包括：

对所述待键合芯片进行加热，以对所述待键合芯片和所述待键合晶圆进行预键合。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二键合模块包括传输手和至少两个永久键合单元，则通过第二键合模块对预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合，包括：

通过传输手将预键合后的所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆传输到空闲的永久键合单元，以对所述多个待键合芯片和所述待键合晶圆进行永久键合。

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