CN112185855A - 一种晶圆键合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆键合装置,包括:上罩体;上卡盘,收容于上罩体内并用于吸附第一晶圆;第一升降机构,包括紧密穿设在上罩体内的连接筒,连接筒内设置有与上卡盘相连接的第一驱动件;第二升降机构,与连接筒相接;下罩体;以及下卡盘,收容于下罩体内并用于吸附第二晶圆;下罩体与上罩体对应设置,第二升降机构可推动连接筒,并将上罩体罩设在下罩体上,第一驱动件可驱动上卡盘升降,以实现晶圆的键合。本申请通过在上罩体内紧密穿设一连接筒,连接筒内设置有驱动上卡盘升降的驱动件,当上罩体罩设在下罩体上后,二者形成的真空腔封闭性佳;连接筒与第二升降机构相接,第二升降机构能够驱动连接筒升降,连接结构简单,传动响应快。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种晶圆键合装置。
背景技术
晶圆临时键合技术是指通过化学和物理作用通过中介层胶黏剂将器件晶片正面与抛光后的载基晶片紧密地结合起来。晶片接合后,接合界面达到特定的键合强度,对器件晶片起到良好地机械支撑和保护作用,使其在后续的工艺加工和搬运中保持良率稳定。在工艺加工后,再将器件晶片和载基晶片从键合材料(胶黏剂)界面分离,并去除残留键合材料。
键合过程中,需要进行抽真空、升温、施加压力、降温和破真空等工艺,现有的晶圆键合装置通常会在真空腔上开设容纳升降机构的通孔,升降机构与通孔滑动配合,以带动晶圆升降。因此,真空腔密封性较差抽真空效果差,从而造成键合的良品率较低。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处,本申请提供了一种晶圆键合装置,以解决上述问题。
为解决上述技术问题,本申请采用的技术方案是:一种晶圆键合装置,包括:上罩体;上卡盘,收容于所述上罩体内并用于吸附第一晶圆;第一升降机构,包括紧密穿设在所述上罩体内的连接筒,所述连接筒内设置有与所述上卡盘相连接的第一驱动件;第二升降机构,与所述连接筒相接;下罩体;以及下卡盘,收容于所述下罩体内并用于吸附第二晶圆;其中,所述下罩体与所述上罩体对应设置,所述第二升降机构可推动所述连接筒,并将所述上罩体罩设在所述下罩体上,所述第一驱动件可驱动所述上卡盘升降,以实现晶圆的键合。
在本申请的一实施例中,所述第一驱动件位于所述上罩体的中心位置,所述第一驱动件为伺服电缸。
在本申请的一实施例中,所述第二升降机构包括安装板、固定在所述安装板上的第二驱动件以及与所述连接筒固定连接的升降板,所述第二驱动件与所述连接筒相接,并驱动所述升降板和所述连接筒升降。
在本申请的一实施例中,所述升降板上下方连接有若干连接柱,所述连接柱与所述上罩体相接。
在本申请的一实施例中,所述第二升降机构还包括竖直固定在所述安装板下方的支撑所述安装板的导杆,所述升降板与所述导杆滑动配接。
在本申请的一实施例中,所述第二驱动件为气缸或者液压缸,所述第二驱动件位于所述连接筒的正上方。
在本申请的一实施例中,所述下罩体内设置有载台,所述下卡盘固定在所述载台上,所述载台内设置有与所述下罩体内部相连通进行抽真空的真空管路。
在本申请的一实施例中,所述上卡盘和所述下卡盘为带有加热元件的真空卡盘或者静电卡盘。
在本申请的一实施例中,所述第一驱动件包括电机主体、缸体、丝杆和伸缩杆,所述电机主体与所述丝杆相接并驱动所述丝杆转动,所述丝杆和所述伸缩杆收容于所述缸体内,所述丝杆上套设有驱使所述伸缩杆相对所述缸体伸缩的螺母,所述伸缩杆的端部与所述上卡盘相接。
在本申请的一实施例中,所述螺母上套设有连接套,所述连接套的外壁与所述缸体的内壁相贴合,所述伸缩杆与所述连接套相接。
本申请与现有技术相比,其有益效果是:本发明通过在上罩体内紧密穿设一连接筒,连接筒内设置有驱动上卡盘升降的驱动件,当上罩体罩设在下罩体上后,二者形成的真空腔封闭性佳;同时,连接筒与第二升降机构相接,第二升降机构能够驱动连接筒升降,进而带动上罩体升降,连接结构简单,传动响应快,且能够有效降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。其中:
图1是本发明晶圆键合装置的结构示意图。
图2是本发明晶圆键合装置的第一驱动件的结构示意图。
图3是本发明中第一晶圆或第二晶圆的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图,对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请,而非对本申请的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例,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它实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
如图1至图3所示,对应于本发明一种较佳实施例的晶圆键合装置,包括上罩体1;上卡盘2,收容于上罩体1内并用于吸附第一晶圆7a;第一升降机构3,包括紧密穿设在上罩体1内的连接筒31,连接筒31内设置有与上卡盘2相连接的第一驱动件32;第二升降机构4,与连接筒31相接;下罩体5;以及下卡盘6,收容于下罩体5内并用于吸附第二晶圆7b;其中,下罩体5与上罩体1对应设置,第二升降机构4可推动连接筒31,并将上罩体1罩设在下罩体5上,第一驱动件32可驱动上卡盘2升降,以实现晶圆的键合。
上罩体1为圆柱形金属结构,其内成型有收容上卡盘2的上半腔11。
上卡盘2采用真空卡盘或者静电卡盘,其内部具有独立的吸真空管道(图未示)或者高压静电。上卡盘2内设置有加热元件(图未示),以对上卡盘2进行加热。本实施例中,上卡盘2优选采用真空卡盘,热元件可以采用加热丝或者加热片。连接筒31可用于收容上卡盘2的真空管或者静电电路。
第一晶圆7a为玻璃晶圆,第二晶圆7b为表面敷有胶膜的器件晶圆,二者尺寸在4~18英寸之间。优选的,为了便于第一晶圆7a和第二晶圆7b的定位,在第一晶圆7a和第二晶圆7b的外侧开设有一凹槽71,上卡盘2和下卡盘6均设置有嵌入凹槽71内的定位销(图未示),以确保第一晶圆7a和第二晶圆7b安装到位。此外,凹槽71相对位置设置有传感器(图未示),传感器用于监测凹槽71,并将信号发送至键合装置的PLC控制系统(图未示),当圆晶安装在上卡盘2和下卡盘6上时,传感器检测到信号,上卡盘2和下卡盘6对圆晶进行吸附。PLC控制部件自动运行为本领域公知常识,在此不再赘述其结构。
上半腔11的内壁上设置有紫外光源8,紫外光源8表面做导光处理,以使其辐照区域集中于下卡盘6的表面区域,从而对第二晶圆7b上的胶膜进行固化。优选的,紫外光源8为沿着上半腔11内壁周向环绕的环形紫外灯带。
第一驱动件32位于上罩体1中心位置,以便更好的升降上卡盘2。第一驱动件32可以采用气缸或者电缸,在本实施例中,第一驱动件32优选采用伺服电缸。第一驱动件32包括电机主体321、缸体322、丝杆323和伸缩杆324。电机主体321的输出端套设主动轮325,丝杆323收容于缸体322内,丝杆323的端部套设有与主动轮325相啮合的从动轮326。丝杆323上套设有螺母327,螺母327可沿着丝杆323的长度方向移动。伸缩杆324可相对缸体322伸缩的收容于缸体322内,伸缩杆324的端部与上卡盘2相接,螺母327可驱使伸缩杆324相对缸体322伸缩。
优选的,螺母327上套设有连接套328,连接套328的外壁与缸体322的内壁相贴合,伸缩杆324与连接套328相接。当电机主体321启动时,主动轮325带动从动轮326转动,进而使丝杆323转动,螺母327将沿着丝杆323的长度方向进行移动,螺母327驱使连接套328沿着缸体322内壁移动,使得伸缩杆324进行伸出或者缩回运动。通过在缸体322内设置连接套328,其能够减少伸缩杆324与缸体322的接触面积,减缓磨损,同时也使得伸缩杆324运行平稳,精度更高。
第二升降机构4包括安装板41、第二驱动件42和升降板43。第二驱动件42固定在安装板41上,且位于连接筒31的正上方。第二驱动件42采用气缸或者液压缸,其活塞杆421与连接筒31之间通过连接板44相接。升降板43开设有连接孔(图未示),连接筒31固定穿设在连接孔内。安装板41和升降板43可以采用方形结构或者圆形结构。
优选的,为了便于升降板43升降,第二升降机构4还包括竖直固定在安装板41下方的支撑安装板41的导杆45,升降板43通过滑套46滑动套设在导杆45上。当第二驱动件42工作时,升降板43可以沿着导杆45进行滑动,以防止升降板43偏斜。
当安装板41和升降板43采用方形结构时,导杆45数量为四根,且分别位于安装板41和升降板43的四个拐角处;当安装板41和升降板43采用圆形结构时,导杆45数量为三根,且导杆45之间的连线为等边三角形。
此外,为了提高上罩体1支撑效果,升降板43底部竖直固定有若干连接柱47,连接柱47与上罩体1的上端面相接。
晶圆键合装置还包括底板9,下罩体5固定在底板9上,导杆45的下端部与底板9固定连接。下罩体5为圆柱形金属结构,其内成型有下半腔51,下卡盘6收容于下半腔51内,下半腔51和上半腔11配合形成密闭的封闭腔。
下半腔51内设置载台10,下卡盘6固定在载台10上。下卡盘6采用真空卡盘或者静电卡盘,其内部具有独立的吸真空管道(图未示)或者高压静电。本实施例中,下卡盘6优选采用真空卡盘,下卡盘6内设置有加热元件(图未示),以对下卡盘6进行加热。载台10内设置有与下半腔51相连通的真空管路101,该真空管路101外界真空设备,从而对下半腔51进行抽真空。
晶圆键合装置工作过程如下,首先采用机械手将第一晶圆7a和第二晶圆放置在上卡盘2和下卡盘6的端面处,传感器检测到晶圆,上卡盘2和下卡盘6分别对第一晶圆7a和第二晶圆7b进行吸附;接着第二驱动件42启动,向下推动连接筒31,进而带动上罩体1下降并抵接在下罩体5上,上罩体1和下罩体5配合形成密封腔;接着载台10内的真空管路101对密封腔内进行抽真空,当真空压力达到指定数值时,停止抽真空,此时第一驱动件32驱动上卡盘2下降,以使第一晶圆7a和第二晶圆7b轻微接触,同时上卡盘2和下卡盘6分别加热至200℃;接着再次对密封腔进行抽真空,真空压力到达一定数值后,第一驱动件32对上卡盘2向下卡盘6加压至100N/cm2~1000N/cm2,并保持一分钟左右;然后对密封腔充入氮气,以破真空,将上卡盘2充入氮气,以破真空,压力升至常压;接着第一驱动件32上升,并将上卡盘2抬离第一晶圆7a至100mm以上,开启紫外光源8,持续时间为一分钟,紫外光源8对第二晶圆7b上的胶膜进一步固化;一分钟后,第二驱动件42上升,并将上罩体1抬起,此时,上卡盘2距离第一晶圆7a200mm;最后对下卡盘6破真空,并用机械手将键合后的双晶圆取出。
综上所述,本申请通过在上罩体内紧密穿设一连接筒,连接筒内设置有驱动上卡盘升降的驱动件,当上罩体罩设在下罩体上后,二者形成的真空腔封闭性佳;同时,连接筒与第二升降机构相接,第二升降机构能够驱动连接筒升降,进而带动上罩体升降,连接结构简单,传动响应快,且能够有效降低生产成本;第一驱动件采用伺服电缸,升降精度高,同时,第一驱动件的缸体内设置连接套,其能够减少伸缩杆与缸体的接触面积,减缓磨损,同时也使得伸缩杆运行平稳,精度更高。
以上所述仅为本申请的实施方式,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种晶圆键合装置,其特征在于,包括:
上罩体;
上卡盘,收容于所述上罩体内并用于吸附第一晶圆;
第一升降机构,包括紧密穿设在所述上罩体内的连接筒,所述连接筒内设置有与所述上卡盘相连接的第一驱动件;
第二升降机构,与所述连接筒相接;
下罩体;以及
下卡盘,收容于所述下罩体内并用于吸附第二晶圆;
其中,所述下罩体与所述上罩体对应设置,所述第二升降机构可推动所述连接筒,并将所述上罩体罩设在所述下罩体上,所述第一驱动件可驱动所述上卡盘升降,以实现晶圆的键合。
2.根据权利要求1所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述第一驱动件位于所述上罩体的中心位置,所述第一驱动件为伺服电缸。
3.根据权利要求1所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述第二升降机构包括安装板、固定在所述安装板上的第二驱动件以及与所述连接筒固定连接的升降板,所述第二驱动件与所述连接筒相接,并驱动所述升降板和所述连接筒升降。
4.根据权利要求3所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述升降板上下方连接有若干连接柱,所述连接柱与所述上罩体相接。
5.根据权利要求3所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述第二升降机构还包括竖直固定在所述安装板下方的支撑所述安装板的导杆,所述升降板与所述导杆滑动配接。
6.根据权利要求3所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述第二驱动件为气缸或者液压缸,所述第二驱动件位于所述连接筒的正上方。
7.根据权利要求1所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述下罩体内设置有载台,所述下卡盘固定在所述载台上,所述载台内设置有与所述下罩体内部相连通进行抽真空的真空管路。
8.根据权利要求1所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述上卡盘和所述下卡盘为带有加热元件的真空卡盘或者静电卡盘。
9.根据权利要求2所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述第一驱动件包括电机主体、缸体、丝杆和伸缩杆,所述电机主体与所述丝杆相接并驱动所述丝杆转动,所述丝杆和所述伸缩杆收容于所述缸体内,所述丝杆上套设有驱使所述伸缩杆相对所述缸体伸缩的螺母,所述伸缩杆的端部与所述上卡盘相接。
10.根据权利要求9所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述螺母上套设有连接套,所述连接套的外壁与所述缸体的内壁相贴合,所述伸缩杆与所述连接套相接。
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