CN112309945A - 键合机台的对准机构及对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种键合机台的对准机构，尤指一种晶圆键合机台的对准机构，主要包括一载台、至少三个第一对准销、至少三个第二对准销、一第一凸轮及一第二凸轮。第一凸轮相对于载台转动时，将会驱动第一对准销相对于载台位移，以定位载台上的第一基板。第二凸轮相对于载台转动时，则会驱动第二对准销相对于载台位移，以定位第一基板上的第二基板，使得第二基板对准第一基板，以利于第一基板及第二基板的键合重叠。

Description

键合机台的对准机构及对准方法

技术领域

本发明有关于一种键合机台的对准机构及对准方法，尤指一种晶圆键合机台的对准机构及对准方法，可快速且准确的对准晶圆及基板，以利于进行后续晶圆及基板的键合。

背景技术

随着半导体技术的进步，晶圆的厚度亦不断的被减薄，以利于进行后续的晶圆切割及封装制程。此外晶圆的薄化亦有利于缩小晶片的体积、降低电阻、加快运算速度及延长使用寿命的优点。然而经过减薄的晶圆的构造十分脆弱，容易在后续的制程中发生晶圆翘曲或断裂，进而降低产品的良率。

为了避免上述的问题发生，一般会选择将晶圆临时键合在承载基板上，并通过承载基板支撑薄化的晶圆，以避免薄化的晶圆在制程中发生翘曲或断裂的情形。

具体而言，可以在承载基板及晶圆的表面涂布粘合剂，而后将承载基板及晶圆移动到键合机台进行对位，并提高承载基板及晶圆的温度进行键合。在完成键合后可对晶圆进行减薄、蚀刻及金属化等制程，最后再将晶圆与承载基板剥离。

通过上述的步骤虽然可以完成晶圆与承载基板的键合，然而一般的键合机台的对准机构仍存在准确度不佳及对准效率不高的问题，而对制程的效率及良率造成一定的影响。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提出一种键合机台的对准机构及对准方法，可有效提高晶圆与承载基板之间对位的准确度及效率，有利于提高制程的效率及良率。此外通过本发明所述的对准机构，亦可省去在机台上设置多个侦测器所花费的成本。

本发明的一目的，在于提供一种键合机台的对准机构，主要通过凸轮带动对准销以定位晶圆及承载基板，可快速且准确的完成晶圆与承载基板的对位及键合。

本发明的一目的，在于提供一种键合机台的对准机构，其中第一凸轮及第二凸轮可分别驱动第一对准销及第二对准销相对于载台在一开启状态及一对准状态之间位移。处在开启状态的第一对准销及第二对准销的间距较大或最大，并可将第一基板及第二基板分别放置在第一对准销及第二对准销之间。处在对准状态的第一对准销及第二对准销的间距较小或最小，当第一对准销及第二对准销由开启状态切换到对准状态的过程中，第一对准销及第二对准销将会分别接触及推动第一基板及第二基板，并分别定位第一基板及第二基板，使得第一基板与第二基板重叠，以利于进行后续第一基板及第二基板的键合。

本发明的一目的，在于提供一种键合机台的对准机构，主要包括一载台、至少三个第一对准销、至少三个第二对准销、一第一凸轮及一第二凸轮。第一凸轮及第二凸轮位于载台的下方，并分别连接第一对准销及第二对准销。当第一凸轮及第二凸轮相对于载台转动时，将分别带动第一对准销及第二对准销相对于载台位移，并分别以第一对准销及第二对准销定位第一基板及第二基板，使得第一基板对准第二基板，而后将经过对准的第一基板及第二基板重叠并键合。通过本发明的对准机构，可省去在载台上设置多个检测器所花费的成本，并有利于减少对位及检测的时间。

本发明的一目的，在于提供一种键合机台的对准方法，主要将第一基板放置在载台上，并通过第一凸轮带动凸出载台的第一对准销位移，使得第一对准销推动之间的第一基板，并完成第一基板的定位。而后将第二基板放置在第一对准销上，并通过第二凸轮带动凸出载台的第二对准销位移，使得第二对准销推动之间的第二基板，并完成第二基板的定位。经过定位的第二基板会对准第一基板，而后可驱动第一对准销下降，使得第一基板与第二基板重叠，以进行第一基板及第二基板的键合。

为了达到上述的目的，本发明提出一种键合机台的对准机构，包括：一载台，包括一承载面，用以承载一第一基板，其中承载面具有一放置区；至少三个第一对准销，环绕设置在承载面的放置区的周围，并用以定位载台承载的第一基板及承载一第二基板，其中第一对准销相对于载台的承载面升降；至少三个第二对准销，环绕设置在承载面的放置区的周围，并用以定位第一对准销承载的第二基板；一第一凸轮，位于载台的下方，并连接第一对准销，其中第一凸轮相对于载台转动时，会带动第一对准销位移，并改变第一对准销之间的间距，以定位载台承载的第一基板；及一第二凸轮，位于载台的下方，并连接第二对准销，其中第二凸轮相对于载台转动时，会带动第二对准销位移，并改变第二对准销之间的距离，以定位第一对准销承载的第二基板，使得第二基板对准第一基板，而第一对准销会相对于载台的承载面下降，并将承载的第二基板放置在第一基板上。

本发明的提出一种键合机台的对准方法，包括：将一第一基板放置在一载台的一承载面上；至少三个第一对准销上升，并凸出载台的承载面；一第一凸轮相对于载台转动，并带动第一对准销位移，以定位载台的承载面上的第一基板；凸出载台的承载面的第一对准销承载一第二基板；一第二凸轮相对于载台转动，并带动至少三个第二对准销位移，以定位第一对准销承载的第二基板，使得第二基板对准第一基板；及第一对准销下降，并将承载的第二基板放置在第一基板上。

所述的键合机台的对准机构，包括至少三个上举销位于载台的承载面，而第一对准销及第二对准销则环绕设置在上举销的周围，上举销用以接收及承载第一基板，并相对于载台的承载面升降，以将承载的第一基板放置在载台的承载面上。

所述的键合机台的对准机构，其中第一凸轮及第二凸轮层叠设置，并连接一转轴。

所述的键合机台的对准机构，其中第一对准销及第二对准销的数量为三个，而第一凸轮及第二凸轮的作用角为120度。

所述的键合机台的对准机构，包括一升降单元连接第一对准销，并带动第一对准销相对于载台的承载面升降。

所述的键合机台的对准机构，包括至少三个第一从动件及至少三个第二从动件，分别连接第一凸轮及第二凸轮，而第一对准销及第二对准销分别设置于第一从动件及第二从动件上。

所述的键合机台的对准机构，其中第一从动件及第二从动件包括一回复单元、一滑座及一滑台，滑台设置于滑座上，滑台的一端连接第一凸轮或第二凸轮，而滑台的另一端则连接回复单元，并于滑台上设置第一对准销或第二对准销。

所述的键合机台的对准机构，还包括复数个滚子连接滑台，并贴附第一凸轮或第二凸轮。

所述的键合机台的对准方法，包括：至少三个上举销上升，并凸出载台的承载面，以承载第一基板；及上举销下降，并将承载的第一基板放置在载台的承载面。

本发明的有益效果是：可提高晶圆与承载基板之间对位的准确度及效率，并可省去在机台上设置多个侦测器所花费的成本。

附图说明

图1为本发明键合机台的对准机构一实施例的立体示意图。

图2为本发明键合机台的对准机构一实施例的剖面示意图。

图3为本发明键合机台的对准机构的凸轮、对准销及从动件处在对准状态一实施例的俯视图。

图4为本发明键合机台的对准机构的凸轮、对准销及从动件处在开启状况一实施例的俯视图。

图5至图11分别为本发明键合机台的对准方法一实施例的步骤流程示意图。

附图标记说明：10-键合机台的对准机构；11-载台；111-承载面；113-放置区；121-第一基板；123-第二基板；131-第一对准销；133-第二对准销；135-上举销；136-升降单元；137-升降单元；141-转轴；143-轴承；145-驱动装置；151-第一凸轮；1511-凸部；1513-凹部；153-第二凸轮；1531-凸部；1533-凹部；161-第一固定架；163-第二固定架；171-第一从动件；1711-回复单元；1713-滑座；1715-滑台；1717-连接杆；1719-滚子；173-第二从动件；18-机械手臂。

具体实施方式

请参阅图1及图2，分别为本发明键合机台的对准机构一实施例的立体示意图及剖面示意图。如图所示，键合机台的对准机构10主要包括一载台11、至少三个第一对准销131、至少三个第二对准销133、一第一凸轮151及一第二凸轮153，其中第一对准销131及第二对准销133设置在载台11靠近边缘或外围的区域，例如可于载台11的一承载面111上定义一放置区113，而第一对准销131及第二对准销133以间隔的方式设置，如图1所示具有剖面线的构件为第二对准销133，并环绕设置在放置区113的周围。

载台11的承载面111可用以承载一第一基板121，如图6至图8所示，其中第一对准销131位于载台11的承载面111，并可沿着平行承载面111的方向位移，以定位放置在载台11的承载面111的第一基板121。此外第一对准销131亦可用以承载第二基板123。第二对准销133亦位于载台11的承载面111，并可沿着平行承载面111的方向位移，以定位第一对准销131承载的一第二基板123，如图10至图11所示。例如承载面111可为圆形，而第一对准销131及第二对准销133可沿着承载面111的径向位移。

第一凸轮151及第二凸轮153位于载台11的下方，其中第一凸轮151连接第一对准销131，而第二凸轮153则连接第二对准销133。本发明所述的第一凸轮151用以驱动第一对准销131相对于载台11位移，第二凸轮153则用以驱动第二对准销133相对于载台11位移。在实际应用时不论第一凸轮151及第二凸轮153是直接连接或间接连接第一对准销131及第二对准销133，皆可达到驱动第一对准销131及第二对准销133的效果。

第一凸轮151及第二凸轮153可以是盘形凸轮，其中第一凸轮151及第二凸轮153层叠设置，并连接同一个转轴141。转轴141转动时只会驱动其中一个凸轮转动，而另一个凸轮则不会随着转动，其中第一凸轮151及第二凸轮153的转动是独立的。

在本发明一实施例中，载台11下方可设置一第一固定架161及一第二固定架163，其中第一固定架161及第二固定架163层叠设置。第一凸轮151及第一从动件171设置在第一固定架161，而第二凸轮153及第二从动件173则设置在第二固定架163上。

转轴141转动时会带动第二凸轮153转动，而不会带动第一凸轮151转动。第一凸轮151可连接一驱动装置145，并通过驱动装置145带动第一凸轮151转动。当驱动装置145带动第一凸轮151转动时，转动的第一凸轮151不会带动转轴141及第二凸轮153转动。例如转轴141可直接连接第二凸轮153，并通过一轴承143连接第一凸轮151。在不同实施例中，第一凸轮151及第二凸轮153亦可连接不同的转轴，并分别通过不同的转轴带动第一凸轮151及第二凸轮153转动。

本发明的键合机台的对准机构10包括至少三个第一从动件171及至少三个第二从动件173，各个第一对准销131分别设置在第一从动件171上，而各个第二对准销133则设置在第二从动件173上。第一凸轮151连接第一从动件171，当第一凸轮151相对于载台11转动时，会带动第一从动件171及第一对准销131相对于载台11位移，并改变各个第一对准销131的间距，以定位第一基板121。第二凸轮153连接第二从动件173，当第二凸轮153相对于载台11转动时，会带动第二从动件173及第二对准销133相对于载台11位移，并改变各个第二对准销133的间距，以定位第二基板123。

在本发明一实施例中，第一从动件171及第二从动件173的构造相同或相似，并包括一回复单元1711、一滑座1713及一滑台1715，其中滑座1713可固定在第一固定架161或第二固定架163上，滑台1715则设置在滑座1713上，并可相对于滑座1713位移，例如沿着滑座1713上的滑轨位移。第一对准销131及第二对准销133则设置在不同的滑台1715上，并随着滑台1715相对于滑座1713位移。

滑台1715的一端连接第一凸轮151或第二凸轮153，而另一端则连接回复单元1711，例如可于滑台1715的一端设置滚子1719，其中滚子1719贴附在第一凸轮151或第二凸轮153的表面。回复单元1711可为弹簧，其中回复单元1711产生的回复力会将滑台1715推向第一凸轮151或第二凸轮153，使得滑台1715贴附在第一凸轮151或第二凸轮153的表面。

滑台1715可连接一连接杆1717，其中连接杆1717的另一端可直接接触第一凸轮151或第二凸轮153，例如连接杆1717接触第一凸轮151或第二凸轮153的一端为一尖状从动件或一平板从动件。此外亦可于连接杆1717未连接滑台1715的一端连接一滚子1719，例如滚轮，其中设置在连接杆1717上滚子1719接触第一凸轮151或第二凸轮153，例如连接杆1717接触第一凸轮151或第二凸轮153的一端为一滚子从动件。

在本发明一实施例中，第一对准销131除了可以沿着平行载台11的承载面111的方向位移外，亦可沿着垂直承载面111的方向伸缩。例如第一对准销131可连接一升降单元136，并通过升降单元136带动第一对准销131相对于载台11的承载面111升降。此外各个第一对准销131可同步下降或不同步下降，当各个第一对准销131同步下降时，第二基板123会平放在第一基板121上，而当各个第一对准销131不同步下降时，例如左侧的第一对准销131先下降，而右侧的第一对准销131则保持不动，第二基板123则会斜放到第一基板121上。第二对准销133则只能沿着平行载台11的承载面111的方向位移，而不能相对于载台11的承载面111升降。当然第二对准销133不能相对于载台11升降仅为本发明一实施方式，并非本发明权利范围的限制。在不同实施例中，第二对准销133亦可被设计为可相对于载台11的承载面11升降。

在本发明一实施例中，如图3及图4所示，第一对准销131及第二对准销133的数量可为三个，第一凸轮151及第二凸轮153的作用角a为120度，而相邻的第一对准销131及相邻的第二对准销133之间的夹角亦为120度。第一凸轮151包括三个凹部1513及三个凸部1511，第二凸轮153亦包括三个凹部1533及三个凸部1531，其中凸部1511/1531与第一或第二凸轮151/153的圆心或转轴141之间的距离大于凹部1513/1533与第一或第二凸轮151/153的圆心或转轴141之间的距离，且凸部1511/1531及凹部1513/1533交错设置。第一对准销131及第二对准销133的数量为三个，及第一凸轮151与第二凸轮153的作用角为120度仅为本发明一实施例，并非本发明权利范围的限制。

键合机台的对准机构10分别通过第一对准销131及第二对准销133定位位于载台11上方的第一基板121及第二基板123，其中第一基板121与第二基板123重叠。

第一凸轮151相对于载台11转动时，第一从动件171会依序接触第一凸轮151的凸部1511及凹部1513。当第一从动件171接触第一凸轮151的凸部1511时，回复单元1711会被压缩，如图4所示，使得滑台1715及第一对准销131朝载台11的外缘位移，并远离载台11的放置区113，以增加各个第一对准销131之间的距离。各个第一对准销131之间的间距为最大时可定义为一开启状态，并可将第一基板121放置在各个第一对准销131之间的放置区113。

当第一从动件171接触第一凸轮151的凹部1513时，回复单元1711则会伸长，如图3所示，使得滑台1715及第一对准销131朝载台11的中心位移，并靠近载台11的放置区113，以减少各个第一对准销131之间的距离。各个第一对准销131之间的间距为最小时可定义为一对准状态，并可通过第一对准销131定位之间的第一基板121。

此外第二凸轮153转动时，第二从动件173会依序接触第二凸轮153的凸部1531及凹部1533，当第二从动件173接触第二凸轮153的凸部1531时，将会压缩回复单元1711，如图4所示，使得滑台1715及第二对准销133朝载台11的外缘位移，以增加各个第二对准销133之间的距离。各个第二对准销133之间的间距为最大时可定义为一开启状态，并可将第二基板123放置在各个第二对准销133之间的放置区113。

当第二从动件173接触第二凸轮153的凹部1533时，回复单元1711则会伸长，如图3所示，使得滑台1715及第二对准销133朝载台11的中心位移，以减少各个第二对准销133之间的距离。各个第二对准销133之间的间距为最小时可定义为一对准状态，并可通过第二对准销133定位之间的第二基板123。

各个第一对准销131之间的最小间距及各个第二对准销133之间的最小间距，可分别依据第一基板121及第二基板123的尺寸调整。具体而言，第一基板121及第二基板123为圆盘状，其中处在对准状态的第一对准销131所构成的圆与第一基板121的大小相近，而处在对准状态的第二对准销133所构成的圆与第二基板123的大小相近。

在本发明一实施例中，键合机台的对准机构10可包括至少三个上举销135设置在载台11的承载面111，其中第一对准销131及第二对准销133环绕设置在上举销135的周围，例如可将上举销135设置在载台11的放置区113内。上举销135可相对于垂直载台11的承载面111的方向升降，例如上举销135可连接一升降单元137，并通过升降单元137驱动上举销135相对于载台11的承载面111升降。上举销135升起时可用以接收及承载第一基板121，而上举销135下降时可将承载的第一基板121放置到载台11的承载面111。此外各个上举销135可同步下降或不同步下降，并将第一基板121以平放或斜放的方式放置在载台11的承载面111。上举销135并非本发明的必要构件，在不同实施例中亦可直接将第一基板121放至在载台11的放置区113内。

请参阅图5至图11，分别为本发明键合机台的对准方法一实施例的步骤流程示意图。首先将第一基板121传送至载台11，如图5所示。在本发明一实施例中，请配合参阅图1，至少三个上举销135上升，凸出载台11的承载面111，并通过一机械手臂18将第一基板121放置在凸出承载面111的上举销135上。上举销135可相对于承载面111下降，并将承载的第一基板121放置在载台11的承载面111上，如图6所示。

在本发明另一实施例中，机械手臂18可吸附第一基板121的上表面，并直接将第一基板121放置在载台11的承载面111的放置区113内，如此便不需要设置上举销135。此外在将第一基板121放置在上举销135及/或载台11时，第二对准销133会凸出载台11的承载面111，并处于开启状态。例如第二凸轮153的凸部1531会接触第二从动件173，使得凸出载台11的承载面111的第二对准销133处于开启状态。

在将第一基板121放置在载台11的承载面111后，第一对准销131将会上升，并凸出载台11的承载面111，如图7所示。此时第一凸轮151的凸部1511会接触第一从动件171，使得凸出载台11的承载面111的第一对准销131处于开启状态，其中各个第一对准销131之间的间距可为最大，请配合参阅图2及图4所示。

第一凸轮151相对于载台11转动，并带动第一对准销131位移，使得凸出载台11的承载面111的第一对准销131处在对准状态，如图8并请配合参阅图2及图3。处在对准状态的各个第一对准销131会构成与第一基板121的大小及形状相近的圆，其中第一对准销131由开启状态切换到对准状态的过程中，将会定位载台11承载的第一基板121。

在完成第一基板121的定位后，可通过机械手臂18吸附第二基板123的上表面，并将第二基板123传送到载台11，如图9所示。具体而言，机械手臂18可将第二基板123放置在第一对准销131上，并以第一对准销131承载第二基板123，而第二对准销133则处在开启状态。此时第二基板123将不会接触第一基板121，并在第一基板121及第二基板123之间存在一间隙。

第二凸轮153相对于载台11转动，并带动第二对准销133位移，使得凸出承载面111的第二对准销133处在对准状态，如图10并请配合参阅图2及图3。处在对准状态的各个第二对准销133会构成与第二基板123的大小及形状相近的圆，其中第二对准销133由开启状态切换到对准状态的过程中，将会定位第一对准销131承载的第二基板123。

在完成第二基板123的定位后，第二基板123会对准第一基板121，而第一对准销131会相对于载台11的承载面111下降，并将承载的第二基板123放置在第一基板121上，以完成第一基板121及第二基板123的对位，并进行第一基板121及第二基板123的键合，如图11所示。

在本发明一实施例中，第一基板121包括但不限定为晶圆或晶片，而第二基板123包括但不限定为蓝宝石承载基板。

本发明优点：

可有效提高晶圆与承载基板之间对位的准确度及效率，有利于提高制程的效率及良率。

以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种键合机台的对准机构，其特征在于，包括：

一载台，包括一承载面，用以承载一第一基板，其中该承载面具有一放置区；

至少三个第一对准销，环绕设置在该承载面的该放置区的周围，并用以定位该载台承载的该第一基板及承载一第二基板，其中该第一对准销相对于该载台的该承载面升降；

至少三个第二对准销，环绕设置在该承载面的该放置区的周围，并用以定位该第一对准销承载的该第二基板；

一第一凸轮，位于该载台的下方，并连接该第一对准销，其中该第一凸轮相对于该载台转动时，会带动该第一对准销位移，并改变该第一对准销之间的间距，以定位该载台承载的该第一基板；及

一第二凸轮，位于该载台的下方，并连接该第二对准销，其中该第二凸轮相对于该载台转动时，会带动该第二对准销位移，并改变该第二对准销之间的距离，以定位该第一对准销承载的该第二基板，使得该第二基板对准该第一基板，而该第一对准销会相对于该载台的该承载面下降，并将承载的该第二基板放置在该第一基板上。

2.根据权利要求1所述的键合机台的对准机构，其特征在于，包括至少三个上举销位于该载台的该承载面，而该第一对准销及该第二对准销则环绕设置在该上举销的周围，该上举销用以接收及承载该第一基板，并相对于该载台的该承载面升降，以将承载的该第一基板放置在该载台的该承载面上。

3.根据权利要求1所述的键合机台的对准机构，其特征在于，其中该第一凸轮及该第二凸轮层叠设置，并连接一转轴。

4.根据权利要求1所述的键合机台的对准机构，其特征在于，其中该第一对准销及该第二对准销的数量为三个，而该第一凸轮及该第二凸轮的作用角为120度。

5.根据权利要求1所述的键合机台的对准机构，其特征在于，包括一升降单元连接该第一对准销，并带动该第一对准销相对于该载台的该承载面升降。

6.根据权利要求1所述的键合机台的对准机构，其特征在于，包括至少三个第一从动件及至少三个第二从动件，分别连接该第一凸轮及该第二凸轮，而该第一对准销及第二对准销分别设置于该第一从动件及该第二从动件上。

7.根据权利要求6所述的键合机台的对准机构，其特征在于，其中该第一从动件及该第二从动件包括一回复单元、一滑座及一滑台，该滑台设置于该滑座上，该滑台的一端连接该第一凸轮或该第二凸轮，而该滑台的另一端则连接该回复单元，并于该滑台上设置该第一对准销或该第二对准销。

8.根据权利要求7所述的键合机台的对准机构，其特征在于，还包括复数个滚子连接该滑台，并贴附该第一凸轮或该第二凸轮。

9.一种键合机台的对准方法，其特征在于，包括：

将一第一基板放置在一载台的一承载面上；

至少三个第一对准销上升，并凸出该载台的该承载面；

一第一凸轮相对于该载台转动，并带动该第一对准销位移，以定位该载台的该承载面上的该第一基板；

凸出该载台的该承载面的该第一对准销承载一第二基板；

一第二凸轮相对于该载台转动，并带动至少三个第二对准销位移，以定位该第一对准销承载的该第二基板，使得该第二基板对准该第一基板；及

该第一对准销下降，并将承载的该第二基板放置在该第一基板上。

10.根据权利要求9所述的键合机台的对准方法，其特征在于，包括：

至少三个上举销上升，并凸出该载台的该承载面，以承载该第一基板；及

该上举销下降，并将承载的该第一基板放置在该载台的该承载面。

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