CN111370353B - 晶圆键合设备及晶圆键合设备运行状态的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆键合设备及晶圆键合设备运行状态的检测方法。其中，晶圆键合设备包括：第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘，第一晶圆卡盘位于第二晶圆卡盘的上方，第一晶圆卡盘用于保持第一晶圆，第二晶圆卡盘用于保持第二晶圆；顶推装置，以用于推动第一晶圆卡盘带动第一晶圆朝向第二晶圆运动，直至第一晶圆与第二晶圆相贴合；检测结构，检测结构包括检测部，当检测结构处于检测状态时，检测部检测顶推装置的顶推方向是否与第一晶圆相互垂直设置。本发明解决了现有技术中晶圆键合质量难以保证的问题。

Description

晶圆键合设备及晶圆键合设备运行状态的检测方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种晶圆键合设备及晶圆键合设备运行状态的检测方法。

背景技术

目前，在半导体技术领域中，晶圆与晶圆的键合工艺已经成为核心工艺。具体地，上、下卡盘分别吸附两片晶圆，顶针朝向位于上方的晶圆运动，以对该晶圆进行顶推，直至该晶圆的中心发生形变并与位于其下方的晶圆接触，形成键合波后由中心向边缘运动，完成键合。

然而，在现有技术中，采用气缸驱动的方式对顶针进行顶推，易出现顶针顶推方向发生偏移的现象，且工作人员也无法判断顶针是否竖直顶出，影响晶圆键合质量和晶圆加工精度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种晶圆键合设备及晶圆键合设备运行状态的检测方法，以解决现有技术中晶圆键合质量和加工精度难以保证的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种晶圆键合设备，包括：第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘，第一晶圆卡盘与第二晶圆卡盘相对设置且位于第二晶圆卡盘的上方，第一晶圆卡盘用于保持第一晶圆，第二晶圆卡盘用于保持第二晶圆；顶推装置，顶推装置位于第一晶圆卡盘的上方，以用于推动第一晶圆卡盘带动第一晶圆朝向第二晶圆运动，直至第一晶圆与第二晶圆相贴合；检测结构，检测结构包括检测部，检测结构具有检测部位于顶推装置与第一晶圆之间的检测状态；当检测结构处于检测状态时，检测部检测顶推装置的顶推方向是否与第一晶圆相互垂直设置。

进一步地，当检测结构处于检测状态且顶推装置的顶推部与检测部接触时，顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，晶圆键合设备处于正常运行状态；当检测结构处于检测状态且顶推装置的顶推部未与检测部接触时，调整顶推装置的顶推方向，直至顶推装置与检测部接触。

进一步地，晶圆键合设备还包括：显示装置，当顶推部与检测部接触时，检测部、顶推装置及显示装置所在电路由断路状态切换为通路状态，显示装置显示预设内容；和/或蜂鸣器，当顶推部与检测部接触时，检测部、顶推装置及蜂鸣器所在电路由断路状态切换为通路状态，蜂鸣器发出蜂鸣声。

进一步地，检测部由压敏变色材料制成，当顶推部与检测部接触时，检测部在顶推部的顶推力作用下改变其自身颜色。

进一步地，检测部为圆形板状结构，圆形板状结构的中心轴线与第一晶圆的中心轴线同轴设置。

进一步地，圆形板状结构的直径大于等于1.5cm且小于等于2.5cm。

进一步地，检测结构还包括检测本体，检测本体具有安装孔，检测部设置在安装孔内；其中，检测本体由石英材质制成。

进一步地，检测本体为板状结构，安装孔为通孔，检测部粘接在安装孔的孔壁上，检测部的厚度与检测本体的厚度一致；其中，检测本体的厚度大于等于700um且小于等于900um。

进一步地，晶圆键合设备还包括：图像放大装置，图像放大装置设置在检测部所在位置处，以对检测部所显示的图像进行放大。

根据本发明的另一方面，提供了一种晶圆键合设备运行状态的检测方法，适用于上述的晶圆键合设备，检测方法包括：操作晶圆键合设备的检测结构，以使检测结构处于检测状态；启动晶圆键合设备的顶推装置，顶推装置的顶推部朝向检测结构运动，若顶推部与检测结构的检测部接触，顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，则晶圆键合设备处于正常运行状态；若顶推部未与检测结构的检测部接触，调整顶推装置的顶推方向，直至顶推装置与检测部接触。

进一步地，判断顶推部与检测部是否接触的方法为：观察检测部是否变色，若检测部变色，则顶推部与检测部发生接触，顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置；若检测部未发生变色，则调整顶推装置的顶推方向。

应用本发明的技术方案，当需要对第一晶圆和第二晶圆进行键合操作时，启动顶推装置，以使顶推部朝向第一晶圆伸出并推动第一晶圆，直至第一晶圆的中心发生形变并与第二晶圆接触。其中，在顶推部顶推第一晶圆的过程中，若需要判断顶推部的顶推方向是否垂直于第一晶圆时，工作人员操作检测结构，以使检测结构处于检测状态并通过检测结构检测顶推方向是否与第一晶圆垂直设置。当检测结构检测到顶推方向与第一晶圆相互垂直时，即可进行后续的晶圆键合操作；若检测结构检测到顶推方向与第一晶圆之间没有相互垂直时，则顶推装置的顶推方向发生偏移，需要调整顶推装置的顶推方向，直至顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，进而解决了现有技术中晶圆键合质量和加工精度难以保证的问题，确保顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，以提升第一晶圆和第二晶圆的键合精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的晶圆键合设备的实施例一的检测结构主视图；

图2示出了图1中的晶圆键合设备的检测结构的侧视图；

图3示出了图1中的晶圆键合设备的顶推装置的顶推方向与检测结构相互垂直时的结构示意图；以及

图4示出了图1中的晶圆键合设备的顶推装置的顶推方向发生偏移时的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

30、顶推装置；31、顶推部；40、检测结构；41、检测部；42、检测本体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中晶圆键合质量和加工精度难以保证的问题，本申请提供了一种晶圆键合设备及晶圆键合设备运行状态的检测方法。

实施例一

如图1至图4所示，晶圆键合设备包括第一晶圆卡盘、第二晶圆卡盘、顶推装置30和检测结构40。第一晶圆卡盘与第二晶圆卡盘相对设置且位于第二晶圆卡盘的上方，第一晶圆卡盘用于保持第一晶圆，第二晶圆卡盘用于保持第二晶圆。顶推装置30位于第一晶圆卡盘的上方，以用于推动第一晶圆卡盘带动第一晶圆朝向第二晶圆运动，直至第一晶圆与第二晶圆相贴合。检测结构40包括检测部41，检测结构40具有检测部41位于顶推装置30与第一晶圆之间的检测状态，当检测结构40处于检测状态时，检测部41检测顶推装置30的顶推方向是否与第一晶圆相互垂直设置。

应用本实施例的技术方案，当需要对第一晶圆和第二晶圆进行键合操作时，启动顶推装置30，以使顶推部31朝向第一晶圆伸出并推动第一晶圆，直至第一晶圆的中心发生形变并与第二晶圆接触。其中，在顶推部31顶推第一晶圆的过程中，若需要判断顶推部31的顶推方向是否垂直于第一晶圆时，工作人员操作检测结构40，以使检测结构40处于检测状态并通过检测结构40检测顶推方向是否与第一晶圆垂直设置。当检测结构40检测到顶推方向与第一晶圆相互垂直时，即可进行后续的晶圆键合操作；若检测结构40检测到顶推方向与第一晶圆之间没有相互垂直时，则顶推装置30的顶推方向发生偏移，需要调整顶推装置30的顶推方向，直至顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，进而解决了现有技术中晶圆键合质量和加工精度难以保证的问题，确保顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，以提升第一晶圆和第二晶圆的键合精度。

在本实施例中，若检测部41检测到顶推方向与第一晶圆之间没有相互垂直，则工作人员调整顶推装置30的顶推方向，直至顶推方向与第一晶圆之间相互垂直设置，以提升第一晶圆与第二晶圆的键合精度。

在本实施例中，当检测结构40处于检测状态且顶推装置30的顶推部31与检测部41接触时，顶推装置30的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，晶圆键合设备处于正常运行状态；当检测结构40处于检测状态且顶推装置30的顶推部31未与检测部41接触时，调整顶推装置30的顶推方向，直至顶推装置30与检测部41接触。这样，当顶推部31与检测部41接触时，则顶推装置30的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，且晶圆键合设备处于正常运行状态；若顶推部31未与检测部41接触，则顶推装置30的顶推方向发生偏移，需要调整顶推装置30的顶推方向，直至顶推装置30与检测部41接触，进而使得工作人员对顶推装置30的顶推方向是否发生偏移的判断更加容易、简便，降低了判断难度，进而解决了现有技术中晶圆键合质量和加工精度难以保证的问题，确保顶推装置30的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，以提升第一晶圆和第二晶圆的键合精度。

在本实施例中，检测部41由压敏变色材料制成，当顶推部31与检测部41接触时，检测部41在顶推部31的顶推力作用下改变其自身颜色。这样，若顶推装置30的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，则顶推部31能够与检测部41接触。当顶推部31与检测部41发生接触时，检测部41能够变色，则工作人员能够通过观察检测部41是否发生变色来判断顶推部31是否与检测部41发生接触，那么也就能够判断顶推装置30的顶推方向是否与第一晶圆相互垂直，使得工作人员对顶推装置30的顶推方向的判断更加容易、简便，降低了判断难度。

具体地，在顶推装置30运行过程中，操作检测结构40，以使检测结构40处于检测状态。在顶推装置30运行一个运动周期过程中，若检测部41未发生变色，则顶推装置30的顶推方向发生偏移，工作人员需要对顶推装置30的顶推方向进行调整，直至顶推装置30在一个运动周期内出现检测部41发生变色的现象，则此时顶推装置30的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，则可以进行第一晶圆与第二晶圆的键合操作。

在本实施例中，检测部41为圆形板状结构，圆形板状结构的中心轴线与第一晶圆的中心轴线同轴设置。具体地，检测部41为圆柱体，当顶推部31的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置时，检测部41的上述设置确保顶推部31作用在检测部41上的作用力能够实现检测部41的变色，进而提升了检测结构40的检测准确度。同时，上述结构的结构简单，容易加工、实现，降低了检测结构40的加工难度。

可选地，圆形板状结构的直径大于等于1.5cm且小于等于2.5cm。这样，上述设置确保只有顶推部31的顶推方向与第一晶圆相互垂直时，检测部41才能够实现变色，若顶推部31的顶推方向发生偏移则检测部41不会变色。

如图1至图4所示，检测结构40还包括检测本体42，检测本体42具有安装孔，检测部41设置在安装孔内。其中，检测本体42由石英材质制成。具体地，检测部41与安装孔粘接，且二者分别采用不同的材质制成，进而使得检测结构40的加工更加容易、简便，降低了加工难度。

在本实施例中，检测本体42为板状结构，安装孔为通孔，检测部41粘接在安装孔的孔壁上，检测部41的厚度与检测本体42的厚度一致。可选地，检测本体42的厚度大于等于700um且小于等于900um。这样，上述设置使得检测结构40的外观更加美观，整洁，也提提升了检测结构40的整体结构强度。

在本实施例中，检测部41的直径为2cm，且顶推部31的直径为0.8cm，只要顶推部31顶推至检测部41发生变色现象，则判断顶推装置30的顶推方向与第一晶圆相互垂直。其中，检测部41与第一晶圆同轴设置。

可选地，晶圆键合设备还包括图像放大装置。其中，图像放大装置设置在检测部41所在位置处，以对检测部41所显示的图像进行放大。这样，上述设置使得工作人员对检测部41是否发生变色的观察更加容易、简便，避免出现误判断。

本申请还提供了一种晶圆键合设备运行状态的检测方法，适用于上述的晶圆键合设备，检测方法包括：

操作晶圆键合设备的检测结构，以使检测结构处于检测状态；

启动晶圆键合设备的顶推装置，顶推装置的顶推部朝向检测结构运动，若顶推部与检测结构的检测部接触，顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，则晶圆键合设备处于正常运行状态；若顶推部未与检测结构的检测部接触，调整顶推装置的顶推方向，直至顶推装置与检测部接触。

具体地，当需要判断顶推部31的顶推方向是否垂直于第一晶圆时，工作人员启动检测结构40，且使得检测结构40处于检测状态。当顶推部31与检测部41接触时，则顶推装置30的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，且晶圆键合设备处于正常运行状态；若顶推部31未与检测部41接触，则顶推装置30的顶推方向发生偏移，需要调整顶推装置30的顶推方向，直至顶推装置30与检测部41接触，进而使得工作人员对顶推装置30的顶推方向是否发生偏移的判断更加容易、简便，降低了判断难度，进而解决了现有技术中晶圆键合质量和加工精度难以保证的问题，确保顶推装置30的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，以提升第一晶圆和第二晶圆的键合精度。

在本实施例中，判断顶推部与检测部是否接触的方法为：

观察检测部是否变色，若检测部变色，则顶推部与检测部发生接触，顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置。若检测部未发生变色，则调整顶推装置的顶推方向。

具体地，上述设置使得工作人员对顶推部31与检测部41是否发生接触的判断更加容易、简便，降低了判断难度。

实施例二

实施例二中的晶圆键合设备与实施例一的区别在于：晶圆键合设备的结构不同。

在本实施例中，晶圆键合设备还包括显示装置。其中，当顶推部与检测部接触时，检测部、顶推装置及显示装置所在电路由断路状态切换为通路状态，显示装置显示预设内容。这样，当顶推部与检测部接触时，显示装置显示预设内容，工作人员通过显示装置显示的预设内容得出顶推部与检测部发生接触，若显示装置不能够显示，则顶推部未与检测部接触，进而使得工作人员对顶推装置的顶推方向的判断更加容易、简便，降低了判断难度。

实施例三

实施例三中的晶圆键合设备与实施例一的区别在于：晶圆键合设备的结构不同。

在本实施例中，晶圆键合设备还包括蜂鸣器。其中，当顶推部与检测部接触时，检测部、顶推装置及蜂鸣器所在电路由断路状态切换为通路状态，蜂鸣器发出蜂鸣声。这样，当顶推部与检测部接触时，蜂鸣器发出蜂鸣声，工作人员通过蜂鸣器发出的蜂鸣声得出顶推部与检测部发生接触，若蜂鸣器不能够发出蜂鸣声，则顶推部未与检测部接触，进而使得工作人员对顶推装置的顶推方向的判断更加容易、简便，降低了判断难度。

实施例四

实施例四中的晶圆键合设备与实施例一的区别在于：晶圆键合设备的结构不同。

在本实施例中，晶圆键合设备还包括显示装置。其中，当顶推部与检测部接触时，检测部、顶推装置及显示装置所在电路由断路状态切换为通路状态，显示装置显示预设内容。

在本实施例中，晶圆键合设备还包括蜂鸣器。其中，当顶推部与检测部接触时，检测部、顶推装置及蜂鸣器所在电路由断路状态切换为通路状态，蜂鸣器发出蜂鸣声。

这样，这样，当顶推部与检测部接触时，显示装置显示预设内容，且蜂鸣器发出蜂鸣声，，工作人员通过显示装置显示的预设内容和蜂鸣声得出顶推部与检测部发生接触，若显示装置不能够显示，且蜂鸣器不能够发出蜂鸣声，则顶推部未与检测部接触，进而使得工作人员对顶推装置的顶推方向的判断更加容易、简便，降低了判断难度。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

当需要对第一晶圆和第二晶圆进行键合操作时，启动顶推装置，以使顶推部朝向第一晶圆伸出并推动第一晶圆，直至第一晶圆的中心发生形变并与第二晶圆接触。其中，在顶推部顶推第一晶圆的过程中，若需要判断顶推部的顶推方向是否垂直于第一晶圆时，工作人员操作检测结构，以使检测结构处于检测状态并通过检测结构检测顶推方向是否与第一晶圆垂直设置。当检测结构检测到顶推方向与第一晶圆相互垂直时，即可进行后续的晶圆键合操作；若检测结构检测到顶推方向与第一晶圆之间没有相互垂直时，则顶推装置的顶推方向发生偏移，需要调整顶推装置的顶推方向，直至顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，进而解决了现有技术中晶圆键合质量和加工精度难以保证的问题，确保顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，以提升第一晶圆和第二晶圆的键合精度。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆键合设备，其特征在于，包括：

第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘，所述第一晶圆卡盘与所述第二晶圆卡盘相对设置且位于所述第二晶圆卡盘的上方，所述第一晶圆卡盘用于保持第一晶圆，所述第二晶圆卡盘用于保持第二晶圆；

顶推装置(30)，所述顶推装置(30)位于所述第一晶圆卡盘的上方，以用于推动所述第一晶圆卡盘带动所述第一晶圆朝向所述第二晶圆运动，直至所述第一晶圆与所述第二晶圆相贴合；

检测结构(40)，所述检测结构(40)包括检测部(41)，所述检测结构(40)具有所述检测部(41)位于所述顶推装置(30)与所述第一晶圆之间的检测状态；当所述检测结构(40)处于所述检测状态时，所述检测部(41)检测所述顶推装置(30)的顶推方向是否与所述第一晶圆相互垂直设置；

当所述检测结构(40)处于所述检测状态且所述顶推装置(30)的顶推部(31)与所述检测部(41)接触时，所述顶推装置(30)的顶推方向与所述第一晶圆相互垂直设置，所述晶圆键合设备处于正常运行状态；当所述检测结构(40)处于所述检测状态且所述顶推装置(30)的顶推部(31)未与所述检测部(41)接触时，调整所述顶推装置(30)的顶推方向，直至所述顶推装置(30)与所述检测部(41)接触。

2.根据权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述晶圆键合设备还包括：

显示装置，当所述顶推部(31)与所述检测部(41)接触时，所述检测部(41)、所述顶推装置(30)及所述显示装置所在电路由断路状态切换为通路状态，所述显示装置显示预设内容；和/或

蜂鸣器，当所述顶推部(31)与所述检测部(41)接触时，所述检测部(41)、所述顶推装置(30)及所述蜂鸣器所在电路由断路状态切换为通路状态，所述蜂鸣器发出蜂鸣声。

3.根据权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述检测部(41)由压敏变色材料制成，当所述顶推部(31)与所述检测部(41)接触时，所述检测部(41)在所述顶推部(31)的顶推力作用下改变其自身颜色。

4.根据权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述检测部(41)为圆形板状结构，所述圆形板状结构的中心轴线与所述第一晶圆的中心轴线同轴设置。

5.根据权利要求4所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述圆形板状结构的直径大于等于1.5cm且小于等于2.5cm。

6.根据权利要求4所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述检测结构(40)还包括检测本体(42)，所述检测本体(42)具有安装孔，所述检测部(41)设置在所述安装孔内；其中，所述检测本体(42)由石英材质制成。

7.根据权利要求6所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述检测本体(42)为板状结构，所述安装孔为通孔，所述检测部(41)粘接在所述安装孔的孔壁上，所述检测部(41)的厚度与所述检测本体(42)的厚度一致；其中，所述检测本体(42)的厚度大于等于700um且小于等于900um。

8.根据权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述晶圆键合设备还包括：

图像放大装置，所述图像放大装置设置在所述检测部(41)所在位置处，以对所述检测部(41)所显示的图像进行放大。

9.一种晶圆键合设备运行状态的检测方法，适用于权利要求1至8中任一项所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述检测方法包括：

操作所述晶圆键合设备的检测结构，以使所述检测结构处于检测状态；

启动所述晶圆键合设备的顶推装置，所述顶推装置的顶推部朝向所述检测结构运动，若所述顶推部与所述检测结构的检测部接触，所述顶推装置的顶推方向与第一晶圆相互垂直设置，则所述晶圆键合设备处于正常运行状态；若所述顶推部未与所述检测结构的检测部接触，调整所述顶推装置的顶推方向，直至所述顶推装置与所述检测部接触。

10.根据权利要求9所述的晶圆键合设备运行状态的检测方法，其特征在于，判断所述顶推部与所述检测部是否接触的方法为：

观察所述检测部是否变色，若所述检测部变色，则所述顶推部与所述检测部发生接触，所述顶推装置的顶推方向与所述第一晶圆相互垂直设置；若所述检测部未发生变色，则调整所述顶推装置的顶推方向。

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