CN112010260A - 一种键合设备、键合系统和键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种键合设备、键合系统和键合方法，该键合设备包括键合键合腔体、真空系统、加压机构、第一加热/冷却机构、第一静电吸附机构、第二静电吸附机构和第二加热/冷却机构。第一静电吸附机构用于吸附第一基底，第二静电吸附机构用于吸附第二基底。通过第一静电吸附机构的吸附面与第一基底的表面完全接触，而且第一静电吸附机构的另一表面与第一加热/冷却机构完全接触，增加了第一基底与第一加热/冷却机构的温度传导面积，使得第二加热/冷却机构在对第二基底进行加热时，第一加热/冷却机构可以快速的冷却第一基底的温度，从而可以避免第一基底的温度太高，使得第一基底在键合前融化的问题，因此可以提高键合的良率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及硅片键合技术领域，尤其涉及一种键合设备、键合系统和键合方法。
背景技术
硅片键合技术在微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)技术中有着重要的地位。常见的硅片键合技术包括硅/玻璃阳极键合，硅/硅直接键合(热键合技术)，共晶焊料键合，玻璃焊料键合，有机材料粘接等。共晶键合因具有温度低，速度快，一般不需要助焊剂，机械强度高，重复性好，实现电学互联等优点受到广泛的研究。
在共晶键合的工艺中，键合前需要对硅片进行高温烘烤，以避免硅片表面含有较多的水氧，在键合时产生较多的氧化物，影响键合强度。而金-铟(Au-In)共晶键合具有温度低的特点，可以在150度附近完成键合过程。当在键合前对硅片进行高温烘烤时(一般金层需要在380度高温下进行烘烤)，容易引起硅片提前融化(金属铟的熔点温度为156度)，导致共晶键合失效，降低了键合良率。
发明内容
本发明实施例提供一种键合设备、键合系统和键合方法，以提高基底的键合强度和键合良率。
第一方面，本发明实施例提供了一种键合设备，包括键合键合腔体、真空系统、加压机构、第一加热/冷却机构、第一静电吸附机构、第二静电吸附机构和第二加热/冷却机构，所述键合腔体上设置有至少一个真空密封门；
所述加压机构固定于所述键合腔体上，且所述加压机构的压板置于所述键合腔体内，所述第一加热/冷却机构、所述第一静电吸附机构、所述第二静电吸附机构和所述第二加热/冷却机构均置于所述键合腔体内；
其中，所述第一加热/冷却机构和所述第一静电吸附机构叠设于所述压板上，且所述第一静电吸附机构位于所述第一加热/冷却机构远离所述压板的一侧；所述第二加热/冷却机构和所述第二静电吸附机构叠设于所述键合腔体上，且所述第二静电吸附机构位于所述第二加热/冷却机构的靠近所述压板的一侧；所述第一静电吸附机构和所述第二静电吸附机构的吸附面相对设置；
所述真空系统用于抽取所述键合腔体中的空气；所述加压机构用于在所述键合腔体为真空环境时控制第一基底和第二基底进行压合，所述第一加热/冷却机构用于加热或冷却所述第一基底，所述第一静电吸附机构用于吸附所述第一基底，所述第二加热/冷却机构用于加热或冷却所述第二基底，所述第二静电吸附机构用于吸附所述第二基底。
可选地，所述第一静电吸附机构和所述第二静电吸附机构为静电吸盘。
可选地，所述第一加热/冷却机构包括层叠设置的第一加热盘和第一冷却盘，所述第二加热/冷却机构包括层叠设置的第二加热盘和第二冷却盘。
可选地，所述第一加热盘与所述第一静电吸附机构接触设置，所述第二加热盘与所述第二静电吸附机构接触设置。
可选地，所述键合设备还包括第一隔热机构和第二隔热机构，所述第一加热/冷却机构通过所述第一隔热机构固定于所述压板上，所述第二加热/冷却机构通过所述第二隔热机构固定于所述键合腔体上。
可选地，所述键合设备还包括运动台，所述运动台置于所述键合腔体内，所述第二加热/冷却机构和所述第二静电吸附机构固定于所述运动台上；
所述运动台用于沿X方向和Y方向运动，以及做旋转运动，其中，所述X方向和所述Y方向均平行于所述运动台的台面。
可选地，所述键合腔体上设置有两个所述真空密封门。
第二方面，本发明实施例还提供了一种键合系统，包括传输设备、对准设备和本发明任意实施例提供的键合设备；
所述传输设备用于拾取第一基底并将所述第一基底贴合于所述键合设备中的第一静电吸附机构上，以及拾取第二基底并将所述第二基底贴合于所述键合设备中的第二静电吸附机构上，其中，贴合后的所述第一基底的键合层和所述第二基底的键合层相对；
所述对准设备用于对准所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底的位置偏差，以对准所述第一基底和所述第二基底。
可选地，所述传输设备包括传片手，所述传片手用于在拾取所述第一基底和所述第二基底后，分别将所述第一基底和所述第二基底传送至所述对准设备，并在所述对准设备确定所述第一基底以及所述第二基底相对所述传片手的相对位置偏差后，对所述相对位置偏差进行矫正。
可选地，所述对准设备包括对准光路和对准运动台；
所述对准运动台用于在所述第一基底吸附于所述第一静电吸附机构上，以及所述第二基底吸附于所述第二静电吸附机构上后，将所述对准光路通过所述真空密封门传送至所述第一基底和所述第二基底之间；
所述对准光路用于搜寻所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底之间的绝对位置偏差；
所述键合设备还包括运动台，所述运动台用于基于所述绝对位置偏差，调整所述第二基底的位置，完成所述第一基底和所述第二基底的对准。
第三方面，本发明实施例还提供了一种键合方法，采用本发明任意实施例提供的键合系统进行键合，所述键合方法包括：
静电吸附及对准第一基底和第二基底；
抽取键合腔体中的空气，使所述键合腔体形成真空环境；
通过第一加热/冷却机构对所述第一基底加热至第一温度，通过第二加热/冷却机构对所述第二基底冷却至第二温度；
通过所述第一加热/冷却机构对所述第一基底加热至键合温度，通过所述第二加热/冷却机构对所述第二基底加热至键合温度，控制所述第一基底和所述第二基底进行键合；所述第一温度大于所述键合温度，且所述第二温度小于所述键合温度。
可选地，所述吸附及对准第一基底和第二基底，包括：
传输设备拾取所述第一基底并将所述第一基底贴合于键合设备中的第一静电吸附机构上，以及拾取所述第二基底并将所述第二基底贴合于所述键合设备中的第二静电吸附机构上，其中，贴合后的所述第一基底的键合层和所述第二基底的键合层相对；
所述对准设备对准所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底的位置偏差，以对准所述第一基底和所述第二基底。
可选地，对准设备对准所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底的位置偏差，以对准所述第一基底和所述第二基底，包括：
在所述第一基底吸附于所述第一静电吸附机构上，以及所述第二基底吸附于所述第二静电吸附机构上后，所述对准设备的对准运动台将所述对准设备的对准光路通过所述真空密封门传送至所述第一基底和所述第二基底之间；
所述对准光路搜寻所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底之间的绝对位置偏差；
所述键合设备的运动台基于所述绝对位置偏差，调整所述第二基底的位置，完成所述第一基底和所述第二基底的对准。
可选地，传输设备包括传片手，所述吸附及对准第一基底和第二基底，包括：
所述传片手在拾取所述第一基底和所述第二基底后，分别将所述第一基底和所述第二基底传送至所述对准设备，并在所述对准设备确定所述第一基底以及所述第二基底相对所述传片手的相对位置偏差后，对所述相对位置偏差进行矫正。
本发明实施例的技术方案，键合设备包括键合腔体，键合腔体内设置加压机构、第一加热/冷却机构、第一静电吸附机构、第二静电吸附机构和第二加热/冷却机构，第一静电吸附机构用于吸附第一基底，第二静电吸附机构用于吸附第二基底。通过第一静电吸附机构的吸附面与第一基底的表面完全接触，而且第一静电吸附机构的另一表面与第一加热/冷却机构完全接触，增加了第一基底与第一加热/冷却机构的温度传导，使得第二加热/冷却机构在对第二基底进行加热时，第一加热/冷却机构可以快速的冷却第一基底的温度，从而可以避免因第一基底和第二基底之间的热辐射导致第一基底的温度太高，使得第一基底在键合前融化的问题，因此可以提高键合的良率。
附图说明
图1为本现有技术提供的一种键合系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种键合设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种键合设备的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种键合设备的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种键合设备的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种键合系统的结构示意图；
图7为图6提供的键合系统的俯视图；
图8为本发明实施例提供的另一种键合系统的结构示意图；
图9为图8提供的键合系统的俯视图；
图10为本发明实施例提供的一种键合方法的流程图。
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。
图1为本现有技术提供的一种键合系统的结构示意图。如图1所示，对准单元10包括两个夹具，分别为上夹具101和下夹具102，上夹具101用于固定待键合的一个基底103，下夹具120用于固定待键合的另一个基底104。对准单元10还包括两个CCD相机，用于获取两个基底103和104上的标记，并根据两个基底103和104上的标记实现两个基底103和104的对准。在两个基底103和104对准后，将两个夹具101和102取出对准单元10，送入键合单元20进行键合。在两个基底103和104对准后，夹具101通过固定片105固定两个基底103和104，避免两个基底103和104移动，对位出现偏差。在键合单元20中进行键合之前，需要对其中一个基底104进行高温烘烤，使其表面的空气或杂质排出。例如，在金-铟(Au-In)共晶键合时，需要对金基底104进行高温烘烤。一般情况下，需要对金基底104加热至380度进行烘烤，同时腔体内部保持10-8Torr的真空度。此时，两个基底103和104之间包括隔离片107，用于实现两个基底103和104的隔热。但是，在两个基底103和104之间依然存在热传导和热辐射，而固定片105在上压盘106与基底103之间，上压盘106与基底103之间无法形成大面积的有效接触，因此上基底103的表面温度比较高，容易发生键合前的融化。例如，在高真空环境下，非接触表面间热量传递主要为热辐射。两个基底103和104之间，下基底104至上基底103，以及上基底103至上压盘106之间的热量传递可近似为平行表面间的热辐射。在热平衡状态下，
其中，T2为下基底104的温度，T1为上基底103的温度，T0为上压盘106的温度。当下基底104(金基底)进行键合前的高温烘烤时，下基底104的温度T2为380度，上压盘106的温度T0为50度，通过计算可以得到上基底103(铟基底)的温度T1为268度。而上基底103在高温下容易融化(铟的熔点温度为156度)，因此在键合前，上压盘106包括的加热/冷却结构对基底104进行烘烤时，上基底103(铟基底)无法通过上压盘106的进行充分冷却，使得上基底103(铟基底)在键合前融化，导致金-铟(Au-In)共晶键合失败，降低了键合良率。
基于上述技术问题，本发明实施例提供了一种键合设备。图2为本发明实施例提供的一种键合设备的结构示意图。如图2所示，该键合设备100包括键合腔体110、加压机构120、第一加热/冷却机构130、第一静电吸附机构140、第二静电吸附机构150、第二加热/冷却机构160和真空系统170，键合腔体110上设置有至少一个真空密封门111。加压机构120固定于键合腔体110上，且加压机构120的压板121置于键合腔体110内，第一加热/冷却机构130、第一静电吸附机构140、第二静电吸附机构150和第二加热/冷却机构160均置于键合腔体110内。其中，第一加热/冷却机构130和第一静电吸附机构140叠设于压板121上，且第一静电吸附机构140位于第一加热/冷却机构130的远离压板121的一侧。第二加热/冷却机构160和第二静电吸附机构150叠设于键合腔体110上，且第二静电吸附机构150位于第二加热/冷却机构160靠近压板121的一侧。第一静电吸附机构130和第二静电吸附机构150的吸附面相对设置。真空系统170用于对键合腔体110抽真空，加压机构120用于在键合腔体110为真空环境时控制第一基底210和第二基底220进行压合，第一加热/冷却机构130用于加热或冷却第一基底210，第一静电吸附机构140用于吸附第一基底210，第二加热/冷却机构160用于加热或冷却第二基底220，第二静电吸附机构150用于吸附第二基底220。
具体地，如图2所示，加压机构120包括推动机构和弹性结构，推动机构和弹性机构可以实现压板121向下运动。例如，推动机构可以如图2所示的压缩缸，还可以为电机推动系统。弹性机构可以如图2中示例性地示出的弹簧装置。通过对弹性结构施加压力可以实现对压板121的推动，以实现键合时的压合。第一加热/冷却机构130与压板121连动，第一静电吸附机构140与第一加热/冷却机构130连动。即，当加压机构120施加压力至压板121时，压板121推动第一加热/冷却机构130和第一静电吸附机构140向下运动。而第一静电吸附机构140和第二静电吸附机构150可以吸附基底，第一静电吸附机构140和第二静电吸附机构150的吸附面相对设置。当第一静电吸附机构140吸附第一基底210，第二静电吸附机构150吸附第二基底220时，第一基底210与第二基底220相对设置，加压机构120的压板121推动第一静电吸附机构140向下运动，实现第一基底210向下运动，与第二基底220进行键合。第一基底210和第二基底220可以为多种键合结构，例如晶圆、硅片等。本发明实施例以晶圆为例进行说明。当第一基底210和第二基底220为晶圆键合时，第一基底210为铟，第二基底220为金，从而可以实现金-铟共晶键合。
键合腔体110上设置有真空密封门111。在第一静电吸附机构140和第二静电吸附机构150吸附第一基底210和第二基底220时，通过真空密封门111将第一基底210和第二基底220送至键合腔体110内。在第一基底210和第二基底220分别被第一静电吸附机构140和第二静电吸附机构150吸附对位后，关闭真空密封门111，使键合腔体110形成密闭空间。键合设备100包括的真空系统170对键合腔体110进行抽真空，使得第一基底210和第二基底220的键合过程在真空环境中进行，从而可以减少空气中的水氧等成分在键合过程中与第一基底210和第二基底220发生化学反应，在第一基底210和第二基底220的键合层形成氧化层，提高了键合的工艺强度。
第一加热/冷却机构130、第一静电吸附机构140、第二静电吸附机构150和第二加热/冷却机构160的材料均为导热材料。当第一基底210为铟，第二基底220为金时，在第一基底210和第二基底220对位后，在真空环境中，控制第二加热/冷却机构160通过第二静电吸附机构150对第二基底220进行加热，实现对第二基底220的高温烘烤，排出第二基底220表面的空气或杂质，避免键合过程中产生杂质，降低键合的工艺强度。在第二加热/冷却机构160对第二基底220进行高温烘烤的过程中，第一静电吸附机构140吸附第一基底210，第一加热/冷却机构130通过第一静电吸附机构140对第一基底210进行冷却。第一静电吸附机构140的吸附面与第一基底210的表面完全接触，而且第一静电吸附机构140的另一表面与第一加热/冷却机构130完全接触，增加了第一基底210与第一加热/冷却机构130的温度传导，因此第一加热/冷却机构130可以快速的冷却第一基底210的温度，避免在第二基底220进行高温烘烤时，因第一基底210和第二基底220之间的热辐射导致第一基底210的温度太高，使得第一基底210在键合前融化的问题，因此可以提高键合的良率。
在键合的过程中，第一加热/冷却机构130对第一基底210进行加热至键合温度，第二加热/冷却机构160对第二基底220进行加热至键合温度，加压机构120对压板121进行加压，控制第一基底210与第二基底220压合，第一基底210和第二基底220开始键合。示例性地，当键合为金-铟(Au-In)共晶键合时，键合温度为156度，因此第一加热/冷却机构130和第二加热/冷却机构160的温度为156度。当经过一段时间的保温保压后，第一基底210和第二基底220的贴合面形成共晶层，完成键合。
另外，在键合结束后，第一静电吸附机构140和第二静电吸附机构150停止对第一基底210和第二基底220的吸附，待温度下降到70度时，第二静电吸附机构150吸附完成键合的第一基底210和第二基底220，加压机构120撤压并回到初始位置，键合腔体110的真空环境解除。真空密封门111打开，将键合后的第一基底210和第二基底220取出键合设备100。
本实施例的技术方案，键合设备包括键合腔体，键合腔体内设置加压机构、第一加热/冷却机构、第一静电吸附机构、第二静电吸附机构和第二加热/冷却机构，第一静电吸附机构用于吸附第一基底，第二静电吸附机构用于吸附第二基底。通过第一静电吸附机构的吸附面与第一基底的表面完全接触，而且第一静电吸附机构的另一表面与第一加热/冷却机构完全接触，增加了第一基底与第一加热/冷却机构的温度传导，使得第二加热/冷却机构在对第二基底进行加热时，第一加热/冷却机构可以快速的冷却第一基底的温度，从而可以避免因第一基底和第二基底之间的热辐射导致第一基底的温度太高，使得第一基底在键合前融化的问题，因此可以提高键合的良率。
在上述技术方案的基础上，第一静电吸附机构和第二静电吸附机构可以为静电吸盘。静电吸盘在通电时带有静电，而基底不带电。当基底靠近静电吸盘时，由于静电感应，基底内部靠近静电吸盘的一边会集聚与静电吸盘所携带电荷相反极性的电荷，由于异性电荷互相吸引，就会表现出“静电吸附”现象。当静电吸盘停止吸附时，可以使静电吸盘断电，静电吸盘不带静电。静电吸盘通过断电和通电实现对基底的吸附，因此静电吸盘可以应用在真空环境中。
在上述各技术方案的基础上，图3为本发明实施例提供的另一种键合设备的结构示意图。如图3所示，第一加热/冷却机构130包括层叠设置的第一加热盘131和第一冷却盘132，第二加热/冷却机构160包括层叠设置的第二加热盘161和第二冷却盘162。
具体地，如图3所示，第一加热盘131用于对第一基底210进行加热，第一冷却盘132用于对第一基底210进行冷却。第二加热盘161用于对第二基底220进行加热，第二冷却盘162用于对第二基底220进行冷却。在键合前，第二加热/冷却机构160对第二基底220进行加热高温烘烤时，第二加热盘161开启，第二冷却盘162关闭，实现第二加热/冷却机构160对第二基底220的加热。第一加热/冷却机构130对第一基底210进行冷却时，第一加热盘131关闭，第一冷却盘132开启，实现第一加热/冷却机构130对第一基底210的冷却。
一般情况下，第一加热盘131与第一冷却盘132的相对位置关系，以及第二加热盘161与第二冷却盘162的相对位置关系不做限定。示例性地，如图3所示，第一加热盘131与第一静电吸附机构140接触设置，第二加热盘161与第二静电吸附机构150接触设置。通过设置加热盘与静电吸附机构接触设置，可以在键合过程中实现基底的快速加热。另外，在其他实施例中，还可以设置第一冷却盘131与第一静电吸附机构140接触设置，第二冷却盘162与第二静电吸附机构150接触设置。
在上述各技术方案的基础上，图4为本发明实施例提供的另一种键合设备的结构示意图。如图4所示，键合设备100还包括第一隔热机构180和第二隔热机构190，第一加热/冷却机构130通过第一隔热机构180固定于压板121上，第二加热/冷却机构160通过第二隔热机构190固定于键合腔体110上。
具体地，第一隔热机构180设置于压板121与第一加热/冷却机构130之间。在第一加热/冷却机构130对第一基底210进行加热/冷却时，第一隔热机构180可以避免第一加热/冷却机构130的温度传送至压板121，既可以提高第一加热/冷却机构130控制第一基底210温度的效率，还可以避免加压机构120被加热。同理，第二隔热机构190设置于键合腔体110与第二加热/冷却机构160之间。在第二加热/冷却机构160对第二基底220进行加热/冷却时，第二隔热机构190可以避免第二加热/冷却机构160的温度传送至键合腔体，提高了第二加热/冷却机构160控制第二基底220温度的效率。
在上述各技术方案的基础上，图5为本发明实施例提供的另一种键合设备的结构示意图。如图5所示，键合设备100还包括运动台191，运动台191置于键合腔体110内，第二加热/冷却机构160和第二静电吸附机构150固定于运动台191上。
运动台191用于沿X方向和Y方向运动，以及做旋转运动，其中，X方向和Y方向均平行于运动台191的台面。
具体地，如图5所示，第二加热/冷却机构160和第二静电吸附机构150固定于运动台191上，因此运动台191运动时带动第二加热/冷却机构160和第二静电吸附机构150运动。一般情况下，第一基底210和第二基底220的键合层设置有对位标记211，用于在键合前对第一基底210和第二基底220对位。在对位过程中，当第一基底210的对位标记211与第二基底220的对位标记211存在位置偏差时，可以通过运动台191运动调节第一基底210与第二基底220的相对位置关系，从而实现第一基底210与第二基底220的对位。
第一基底210与第二基底220的对位包括水平面的对位和角度对位。运动台191做旋转运动，用于调整第一基底210与第二基底220的键合平面平行，使得第一基底210与第二基底220的键合平面能够完全接触。运动台沿X方向和Y方向运动，用于调整第一基底210与第二基底220的键合平面的上下对应。
在上述各技术方案的基础上，继续参考图5，键合腔体110上可以设置有两个真空密封门111。其中一个真空密封门111可以用于传输第一基底210和第二基底220，另一个真空密封门111可以在第一基底210和第二基底220进行对位时打开，使对准单元识别第一基底210和第二基底220上的对位标记211的相对位置，并根据第一基底210和第二基底220上的对位标记211的相对位置控制运动台191运动。
本发明实施例还提供一种键合系统。图6为本发明实施例提供的一种键合系统的结构示意图，图7为图6提供的键合系统的俯视图。如图6和图7所示，该键合系统包括传输设备300、对准设备200和本发明任意实施例提供的键合设备100。
传输设备300用于拾取第一基底210并将第一基底210贴合于键合设备100中的第一静电吸附机构140上，以及拾取第二基底220并将第二基底220贴合于键合设备100中的第二静电吸附机构150上，其中，贴合后的第一基底210的键合层和第二基底220的键合层相对。
对准设备200用于对准第一基底210和第二基底220上的对位标记，并根据对位标记确定第一基底210和第二基底210的位置偏差，以对准第一基底210和第二基底220。
具体地，传输设备300拾取第一基底210，并将第一基底210送至第一静电吸附机构140的吸附面，第一静电吸附机构140吸附第一基底210，第一基底210的键合成位于远离第一静电吸附机构140的一侧。传输设备300拾取第二基底220，并进行翻转，使得第二基底210的键合层位于远离第二静电吸附机构150的一侧，并将第二基底220送至第二静电吸附机构150的吸附面，第二静电吸附机构150吸附第二基底220。此时，第一静电吸附机构140的吸附面与第一基底210的键合层完全接触，而且第一静电吸附机构140的另一表面与第一加热/冷却机构130完全接触，增加了第一基底210与第一加热/冷却机构130的温度传导，因此第一加热/冷却机构130可以快速的冷却第一基底210的温度，避免在第二基底220进行高温烘烤时，因第一基底210和第二基底220之间的热辐射导致第一基底210的温度太高，使得第一基底210在键合前融化的问题，因此可以提高键合的良率。在第一静电吸附机构140和第二静电吸附机构150分别吸附第一基底210和第二基底220后，对准设备200进行第一基底210和第二基底220的标记搜寻、匹配、计算，获得第一基底210和第二基底220之间的位置偏差。最后根据第一基底210和第二基底220之间的位置偏差对准第一基底210和第二基底220。在对准第一基底210和第二基底220后，第一加热/冷却机构130对第一基底210进行加热至键合温度，第二加热/冷却机构160对第二基底220进行加热至键合温度，加压机构120对压板121进行加压，控制第一基底210与第二基底220压合，从而实现键合。
本实施例的技术方案，传输设备拾取第一基底并将第一基底贴合与第一静电吸附机构上，以及拾取第二基底并将第二基底贴合于第二静电吸附机构上，使得第一静电吸附机构的吸附面与第一基底的键合层完全接触，而且第一静电吸附机构的另一表面与第一加热/冷却机构完全接触，增加了第一基底与第一加热/冷却机构的温度传导，使得第二加热/冷却机构在对第二基底进行加热时，第一加热/冷却机构可以快速的冷却第一基底的温度，从而可以避免因第一基底和第二基底之间的热辐射导致第一基底的温度太高，使得第一基底在键合前融化的问题，因此可以提高键合的良率。
在上述技术方案的基础上，继续参考图6，传输设备300包括传片手301，传片手301用于在拾取第一基底210和第二基底220后，分别将第一基底210和第二基底220传送至对准设备200，并在对准设备200确定第一基底210以及第二基底220相对传片手301的相对位置偏差后，对相对位置偏差进行矫正。
具体地，键合系统的对准过程可以有多种，此处示例性地示出了一种第一基底210和第二基底220的对准过程。传输设备300包括传片手301，传片手301从片库获取基底。在传输过程中，传片手301从片库获取第一基底210，并将第一基底210传送至对准设备200，对准设备200进行第一基底210的标记搜寻、匹配、计算，获得第一基底210相对传片手301的位置偏差，然后将第一基底210贴合于第一静电吸附机构140上。传片手301从片库获取第二基底220，并将第二基底220传送至对准设备200，对准设备200进行第二基底220的标记搜寻、匹配、计算，获得第二基底220相对传片手301的位置偏差，并根据第一基底210和第二基底220相对传片手301的位置偏差矫正第二基底220的位置，使第一基底210和第二基底220对准。对准第一基底210和第二基底220后，传片手301将第二基底220贴合于第二静电吸附机构150上。此时第一基底210和第二基底220实现对准。之后键合设备100对第一基底210和第二基底220进行键合，其过程与上述键合过程相同，此处不再赘述。
在上述各技术方案的基础上，图8为本发明实施例提供的另一种键合系统的结构示意图，图9为图8提供的键合系统的俯视图。如图8和图9所示，对准设备200包括对准光路201和对准运动台202。对准运动台202用于在第一基底210吸附于第一静电吸附机构140上，以及第二基底220吸附于第二静电吸附机构150上后，将对准光路201通过真空密封门111传送至第一基底210和第二基底220之间。对准光路201用于搜寻第一基底210和第二基底220上的对位标记211，并根据对位标记211确定第一基底210和第二基底220之间的绝对位置偏差。键合设备100还包括运动台191，运动台191用于基于绝对位置偏差，调整第二基底220的位置，完成第一基底210和第二基底220的对准。
具体地，此处示例性地示出了另一种第一基底210和第二基底220的对准过程。键合腔体110包括两个真空密封门111，其中一个真空密封门111打开，传输设备300拾取第一基底210后，送入键合腔体110，将第一基底210贴合于键合设备100中的第一静电吸附机构140上，第一静电吸附机构140吸附第一基底210。当第一静电吸附机构140为静电吸盘时，第一静电吸附机构140通电实现对第一基底210的吸附。传输设备300移出键合腔体110，回到初始位置，拾取第二基底220后，送入键合腔体110，将第二基底220贴合于键合设备100中的第二静电吸附机构150上，第二静电吸附机构150吸附第二基底220。传输设备300移出键合腔体110，回到初始位置。另一个真空密封门111打开，对准单元200的对准运动台202将对准光路201通过真空密封门111传送至第一基底210和第二基底220之间，对准光路201搜寻第一基底210和第二基底220的对位标记211，并进行匹配、计算，确定第一基底210和第二基底220之间的绝对位置偏差。键合设备100中的运动台191根据第一基底210和第二基底220之间的绝对位置偏差调整第二基底220的位置，完成第一基底210和第二基底220的对准。之后键合设备100对第一基底210和第二基底220进行键合，其过程与上述键合过程相同，此处不再赘述。
另外，在传输设备300工作之前，键合系统还需要进行初始化。在初始化过程中，键合设备100中的加压机构120带动第一加热/冷却机构130和第一静电吸附机构140至初始位置。当键合设备100包括运动台191时，运动台191运动至初始位置。第一加热/冷却机构130和第二加热/冷却机构160处于待温状态，键合腔体110为大气状态，对准设备200处于初始位置，以及传输设备300处于初始位置。
本发明实施例还提供一种键合方法，图10为本发明实施例提供的一种键合方法的流程图。如图10所示，该键合方法包括：
S410、静电吸附及对准第一基底和第二基底。
具体地，传输设备拾取第一基底并将第一基底贴合于键合设备中的第一静电吸附机构上，以及拾取第二基底并将第二基底贴合于键合设备中的第二静电吸附机构上，其中，贴合后的第一基底的键合层和第二基底的键合层相对。在静电吸附过程中，第一静电吸附机构的一表面与第一基底完全接触，第二静电吸附机构的一表面与第二基底完全接触。对准设备对准第一基底和第二基底上的对位标记，并根据对位标记确定第一基底和第二基底的位置偏差，以对准第一基底和第二基底。
在对准第一基底和第二基底的过程中，其中一种的对准过程为：在第一基底吸附于第一静电吸附机构上，以及第二基底吸附于第二静电吸附机构上后，对准设备的对准运动台将对准设备的对准光路通过真空密封门传送至第一基底和第二基底之间。对准光路搜寻第一基底和第二基底上的对位标记，并根据对位标记确定第一基底和第二基底之间的绝对位置偏差。键合设备的运动台基于绝对位置偏差，调整第二基底的位置，完成第一基底和第二基底的对准。
另一种对准过程为：传输设备包括传片手，传片手在拾取第一基底和第二基底后，分别将第一基底和第二基底传送至对准设备，并在对准设备确定第一基底以及第二基底相对传片手的相对位置偏差后，对相对位置偏差进行矫正。
S420、抽取键合腔体中的空气，使键合腔体形成真空环境。
具体地，键合设备中的真空系统对键合腔体抽真空，使键合腔体形成真空环境，使得第一基底和第二基底的键合过程在真空环境中进行，从而可以减少空气中的水氧等成分在键合过程中与第一基底和第二基底发生化学反应，在第一基底和第二基底的键合层形成氧化层，提高了键合的工艺强度。
S430、通过第一加热/冷却机构对第一基底冷却至第一温度，通过第二加热/冷却机构对第二基底加热至第二温度。
具体地，第一加热/冷却机构的表面与第一静电吸附机构的另一表面完全接触，增加了第一基底与第一加热/冷却机构的温度传导。第二加热/冷却机构的表面与第二静电吸附机构的另一表面完全接触，增加了第二基底与第二加热/冷却机构的温度传导。当第二加热/冷却机构对第二基底加热时，第一加热/冷却机构可以快速的冷却第一基底的温度，避免在第二基底进行高温烘烤时，因第一基底和第二基底之间的热辐射导致第一基底的温度太高，使得第一基底在键合前融化的问题，因此可以提高键合的良率。
S440、通过第一加热/冷却机构对第一基底加热至键合温度，通过第二加热/冷却机构对第二基底加热至键合温度，控制第一基底和第二基底进行键合；其中，第一温度小于键合温度，且第二温度大于键合温度。
本发明实施例的技术方案，在吸附及对准第一基底和第二基底时，第一静电吸附机构的吸附面与第一基底的键合层完全接触，而且第一静电吸附机构的另一表面与第一加热/冷却机构完全接触，增加了第一基底与第一加热/冷却机构的温度传导，使得第二加热/冷却机构在对第二基底进行加热时，第一加热/冷却机构可以快速的冷却第一基底的温度，从而可以避免因第一基底和第二基底之间的热辐射导致第一基底的温度太高，使得第一基底在键合前融化的问题，因此可以提高键合的良率。
在上述技术方案的基础上，键合设备包括键合腔体、加压机构、第一加热/冷却机构、第一静电吸附机构、第二静电吸附机构和第二加热/冷却机构，键合腔体上设置有至少一个真空密封门。加压机构固定于键合腔体上，且加压机构的压板置于键合腔体内，第一加热/冷却机构、第一静电吸附机构、第二静电吸附机构和第二加热/冷却机构均置于键合腔体内。其中，第一加热/冷却机构和第一静电吸附机构叠设于压板上，且第一静电吸附机构位于第一加热/冷却机构的远离压板的一侧。第二加热/冷却机构和第二静电吸附机构叠设于键合腔体上，且第二静电吸附机构位于第二加热/冷却机构靠近压板的一侧。第一静电吸附机构和第二静电吸附机构的吸附面相对设置。
在对第一基底和第二基底进行键合的过程中，第一加热/冷却机构对第一基底进行冷却，第二加热/冷却机构对第二基底进行加热至第一温度，对第二基底进行高温烘烤，排出第二基底表面的空气和杂质等。例如，当进行金-铟键合时，第二基底的键合层可以为金键合层，此时第一温度可以问380度。在对第二基底高温烘烤时，第一加热/冷却机构对第一基底进行冷却，避免第一基底因高温提前融化造成键合失败。当进行金-铟键合时，第一基底的键合层可以为铟键合层，而铟的熔点为156度，在对第二基底进行高温烘烤时，第一静电吸附机构吸附第一基底，使得第一加热/冷却机构与第一基底之间的接触良好，第一加热/冷却机构能够快速对第一基底进行冷却，避免第一基底因高温提前融化的问题，从而提高了键合强度和键合良率。
对第二基底进行高温烘烤后，第二加热/冷却机构对第二基底进行加热的温度设置为第二温度，第二温度为键合温度，第二温度小于第一温度，使得第二基底的温度保持在键合温度，为键合做准备。之后加压机构下降，控制控制第一基底和第二基底贴合。第一基底和第二基底贴合后，第一静电吸附机构和第二静电吸附机构停止对第一基底和第二基底的吸附，同时第一加热/冷却机构对第一基底进行加热至第一温度，做好键合准备。准备后后，加压机构提供压力进行第一基底和第二基底的键合。
在经过一段时间的保温保压后，第一基底和第二基底的贴合面形成共晶层，完成键合。完成键合后，第一静电吸附机构和第二静电吸附机构停止对第一基底和第二基底的吸附，第一加热/冷却机构和第二加热/冷却机构的冷却功能开启，进行降温至第三温度。第三温度小于第二温度，避免键合层的再次融化，例如，第三温度为70度。降温至第三温度后，第二静电吸附机构吸附完成键合的第一基底和第二基底，加压机构撤压并回到初始位置，键合腔体的真空环境解除。真空密封门打开，将键合后的第一基底和第二基底取出键合设备。
键合设备可以包括真空系统，位于键合腔体的外侧。在第一基底和第二基底对准后，关闭键合腔体上的真空密封门，使键合腔体形成密封环境，真空系统对键合腔体抽真空，从而形成真空环境。
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 (14)
1.一种键合设备，其特征在于，包括键合腔体、真空系统、加压机构、第一加热/冷却机构、第一静电吸附机构、第二静电吸附机构和第二加热/冷却机构，所述键合腔体上设置有至少一个真空密封门；
所述加压机构固定于所述键合腔体上，且所述加压机构的压板置于所述键合腔体内，所述第一加热/冷却机构、所述第一静电吸附机构、所述第二静电吸附机构和所述第二加热/冷却机构均置于所述键合腔体内；
其中，所述第一加热/冷却机构和所述第一静电吸附机构叠设于所述压板上，且所述第一静电吸附机构位于所述第一加热/冷却机构远离所述压板的一侧；所述第二加热/冷却机构和所述第二静电吸附机构叠设于所述键合腔体上，且所述第二静电吸附机构位于所述第二加热/冷却机构的靠近所述压板的一侧；所述第一静电吸附机构和所述第二静电吸附机构的吸附面相对设置；
所述真空系统用于抽取所述键合腔体中的空气；所述加压机构用于在所述键合腔体为真空环境时控制第一基底和第二基底进行压合，所述第一加热/冷却机构用于加热或冷却所述第一基底，所述第一静电吸附机构用于吸附所述第一基底，所述第二加热/冷却机构用于加热或冷却所述第二基底，所述第二静电吸附机构用于吸附所述第二基底。
2.根据权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述第一静电吸附机构和所述第二静电吸附机构为静电吸盘。
3.根据权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述第一加热/冷却机构包括层叠设置的第一加热盘和第一冷却盘，所述第二加热/冷却机构包括层叠设置的第二加热盘和第二冷却盘。
4.根据权利要求3所述的键合设备，其特征在于，所述第一加热盘与所述第一静电吸附机构接触设置，所述第二加热盘与所述第二静电吸附机构接触设置。
5.根据权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述键合设备还包括第一隔热机构和第二隔热机构，所述第一加热/冷却机构通过所述第一隔热机构固定于所述压板上，所述第二加热/冷却机构通过所述第二隔热机构固定于所述键合腔体上。
6.根据权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述键合设备还包括运动台，所述运动台置于所述键合腔体内，所述第二加热/冷却机构和所述第二静电吸附机构固定于所述运动台上；
所述运动台用于沿X方向和Y方向运动，以及做旋转运动，其中，所述X方向和所述Y方向均平行于所述运动台的台面。
7.根据权利要求6所述的键合设备，其特征在于，所述键合腔体上设置有两个所述真空密封门。
8.一种键合系统，其特征在于，包括传输设备、对准设备和如权利要求1-7任一项所述的键合设备；
所述传输设备用于拾取第一基底并将所述第一基底贴合于所述键合设备中的第一静电吸附机构上，以及拾取第二基底并将所述第二基底贴合于所述键合设备中的第二静电吸附机构上，其中，贴合后的所述第一基底的键合层和所述第二基底的键合层相对；
所述对准设备用于对准所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底的位置偏差，以对准所述第一基底和所述第二基底。
9.根据权利要求8所述的键合系统，其特征在于，所述传输设备包括传片手，所述传片手用于在拾取所述第一基底和所述第二基底后，分别将所述第一基底和所述第二基底传送至所述对准设备，并在所述对准设备确定所述第一基底以及所述第二基底相对所述传片手的相对位置偏差后，对所述相对位置偏差进行矫正。
10.根据权利要求8所述的键合系统，其特征在于，所述对准设备包括对准光路和对准运动台；
所述对准运动台用于在所述第一基底吸附于所述第一静电吸附机构上，以及所述第二基底吸附于所述第二静电吸附机构上后，将所述对准光路通过所述真空密封门传送至所述第一基底和所述第二基底之间；
所述对准光路用于搜寻所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底之间的绝对位置偏差；
所述键合设备还包括运动台，所述运动台用于基于所述绝对位置偏差，调整所述第二基底的位置，完成所述第一基底和所述第二基底的对准。
11.一种键合方法，其特征在于，采用如权利要求8所述的键合系统进行键合，所述键合方法包括：
静电吸附及对准第一基底和第二基底；
抽取键合腔体中的空气，使所述键合腔体形成真空环境；
通过第一加热/冷却机构对所述第一基底加热至第一温度，通过第二加热/冷却机构对所述第二基底冷却至第二温度；
通过所述第一加热/冷却机构对所述第一基底加热至键合温度，通过所述第二加热/冷却机构对所述第二基底加热至键合温度，控制所述第一基底和所述第二基底进行键合；所述第一温度大于所述键合温度，且所述第二温度小于所述键合温度。
12.根据权利要求11所述的键合方法，其特征在于，所述吸附及对准第一基底和第二基底，包括：
传输设备拾取所述第一基底并将所述第一基底贴合于键合设备中的第一静电吸附机构上，以及拾取所述第二基底并将所述第二基底贴合于所述键合设备中的第二静电吸附机构上，其中，贴合后的所述第一基底的键合层和所述第二基底的键合层相对；
对准设备对准所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底的位置偏差，以对准所述第一基底和所述第二基底。
13.根据权利要求12所述的键合方法，其特征在于，所述对准设备对准所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底的位置偏差，以对准所述第一基底和所述第二基底，包括：
在所述第一基底吸附于所述第一静电吸附机构上，以及所述第二基底吸附于所述第二静电吸附机构上后，所述对准设备的对准运动台将所述对准设备的对准光路通过所述真空密封门传送至所述第一基底和所述第二基底之间；
所述对准光路搜寻所述第一基底和所述第二基底上的对位标记，并根据所述对位标记确定所述第一基底和所述第二基底之间的绝对位置偏差；
所述键合设备的运动台基于所述绝对位置偏差，调整所述第二基底的位置，完成所述第一基底和所述第二基底的对准。
14.根据权利要求11所述的键合方法，其特征在于，传输设备包括传片手，所述吸附及对准第一基底和第二基底，包括：
所述传片手在拾取所述第一基底和所述第二基底后，分别将所述第一基底和所述第二基底传送至所述对准设备，并在所述对准设备确定所述第一基底以及所述第二基底相对所述传片手的相对位置偏差后，对所述相对位置偏差进行矫正。
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