CN117410210A - 一种多层晶圆解键合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层晶圆解键合装置，包括底座和定位牵引臂；所述底座顶面设有放置盘；所述放置盘中央可转动设置定位转盘；所述放置盘顶面沿所述定位转盘圆心方向设有多个定位滑轨；所述定位滑轨可滑动设置定位座，用于放置待解键合晶圆；所述定位牵引臂一端和所述定位座铰接，另一端和所述定位转盘铰接；所述放置盘顶面还均布多个固定吸盘，用于将放置在所述定位座上的待解键合晶圆吸附固定；所述放置盘外周设有破片组件，用于将放置在所述定位座上，且被所述固定吸盘吸附固定的待解键合晶圆解键合；还包括定位驱动装置，用于驱动所述定位转盘转动。本发明具有解键合时晶圆受力均匀，对晶圆的变形可控，很好的保护晶圆免受损伤等优点。

Description

一种多层晶圆解键合装置

技术领域

本发明涉及晶圆制造技术领域，具体涉及一种多层晶圆解键合装置。

背景技术

在制造半导体器件时，多层晶圆的制备是为了提高器件的性能和密度。通常，多个晶圆会通过键合技术堆叠在一起，形成一个多层结构。这样可以在有限的空间内容纳更多的功能单元，从而提高器件的整体性能和功耗效率。

为了实现晶圆的堆叠，需要使用键合技术将它们连接在一起。然而，在后续的加工过程中，需要对不同层的晶圆进行单独处理，因此需要将它们解键合并分离开来。这样就可以对每个单独的晶圆层进行后续加工处理，以满足不同层次的器件要求。

在解键合过程中，通常使用化学解键合、机械解键合或热滑移等技术来实现晶圆的解键合。

化学解键合：是一种通过在材料表面引入化学反应来实现材料分离的方法。在解键过程中，通过在材料接触面涂覆特定的化学剂，这些化学剂会与材料表面发生化学反应，从而降低材料间的结合力，使其分离。化学解键合具有高精度和可控性好的优点，但需要特定的化学剂和反应条件。

机械解键合：是通过施加机械力使键合界面断裂，从而实现解键合的目的。该技术操作简便，但存在晶圆形变量大、受力不均匀等缺点，往往会造成晶圆损伤、破裂及解键合后晶圆严重翘曲。

热滑移：是在键合界面施加温度和压力，使界面处的材料软化或熔化，然后在一定的压力作用下产生微小的滑动或滚动，从而消除键合界面上的应力，使得晶圆能够轻松地分离。该技术具有强度高、可靠性好的优点，但需要较高的加工温度和压力，并且可能对芯片产生一定的损伤。

发明内容

为此，本发明提供一种多层晶圆解键合装置，主要解决现有技术的多层晶圆的机械解键合因晶圆形变量大、受力不均匀等原因，所造成晶圆损伤、破裂及解键合后晶圆严重翘曲的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多层晶圆解键合装置，包括底座和定位牵引臂；所述底座顶面设有放置盘；所述放置盘中央可转动设置定位转盘；所述放置盘顶面沿所述定位转盘圆心方向设有多个定位滑轨；所述定位滑轨可滑动设置定位座，用于放置待解键合晶圆；所述定位牵引臂一端和所述定位座铰接，另一端和所述定位转盘铰接；所述放置盘顶面还均布多个固定吸盘，用于将放置在所述定位座上的待解键合晶圆吸附固定；所述放置盘外周设有破片组件，用于将放置在所述定位座上，且被所述固定吸盘吸附固定的待解键合晶圆解键合；还包括定位驱动装置，用于驱动所述定位转盘转动。

优选地，任一所述定位座区域的所述放置盘顶面设有定位位置传感器。

可选地，所述破片组件包括破片牵引臂及设置在所述底座顶面的底盘；所述放置盘位于所述底盘上方；所述底盘和所述放置盘通过支撑柱连接在一起；所述底盘中央可转动设置破片转盘；所述底盘顶面沿所述破片转盘圆心方向设有多个破片滑轨；所述破片滑轨可滑动设置破片臂；所述破片牵引臂一端和所述破片臂铰接，另一端和所述破片转盘铰接；所述破片臂位于所述放置盘外周，且延伸到所述放置盘上方；位于所述放置盘上方的所述破片臂朝所述定位转盘一侧侧面设有破片刀；还包括破片驱动装置，用于驱动所述破片转盘转动。

优选地，所述放置盘外周沿所述定位转盘圆心方向开设有多个伸入槽；所述破片臂可活动嵌入所述伸入槽内。

优选地，所述定位转盘轴向和所述破片转盘轴向重叠。

优选地，任一所述破片臂区域的所述底盘顶面设有破片位置传感器。

可选地，所述定位驱动装置包括设置在所述底盘上的定位驱动电机；所述定位驱动电机输出轴上设有定位驱动皮带轮；所述定位转盘底部设有定位从动皮带轮；所述定位驱动皮带轮通过定位皮带和所述定位从动皮带轮连接。

可选地，破片驱动装置包括设置在所述底座上的破片驱动电机；所述破片驱动电机输出轴上设有破片驱动皮带轮；所述破片转盘底部设有破片从动皮带轮；所述破片驱动皮带轮通过破片皮带和所述破片从动皮带轮连接。

优选地，所述破片刀横截面呈V形。

可选地，所述底座设有直线电机；所述直线电机滑块上设有抓取吸盘；所述抓取吸盘位于所述放置盘上方，用于吸取解键合后的晶圆。

本发明至少具有以下有益效果：

1、设置有放置盘、定位牵引臂，放置盘中央可转动设置定位转盘，放置盘顶面沿定位转盘圆心方向设有多个定位滑轨，定位滑轨可滑动设置定位座，定位牵引臂一端和定位座铰接，另一端和定位转盘铰接，放置盘顶面还均布多个固定吸盘；定位驱动装置驱动定位转盘转动，带动定位牵引臂移动，在定位牵引臂的牵拉下，定位座朝定位转盘圆心方向移动，对放置在定位座上的待解键合晶圆进行位置校正，使待解键合晶圆圆心和定位转盘圆心重叠，后固定吸盘启动，将放置在定位座上的待解键合晶圆吸附固定；还设置底盘，底盘中央可转动设置破片转盘，底盘顶面沿破片转盘圆心方向设有多个破片滑轨，破片滑轨可滑动设置破片臂，破片牵引臂一端和破片臂铰接，另一端和破片转盘铰接，破片臂位于放置盘外周，且延伸到放置盘上方，位于放置盘上方的破片臂朝定位转盘一侧侧面设有破片刀；破片驱动装置驱动破片转盘转动，带动破片牵引臂移动，在破片牵引臂的牵拉下，破片臂朝破片转盘圆心方向移动，破片刀将放置在定位座上的待解键合晶圆解键合，该结构使得本申请在对待解键合晶圆解键合时，给予的力均匀稳定，保护晶圆不受损伤。

2、设置有定位位置传感器、破片位置传感器，定位位置传感器、破片位置传感器感知定位座、破片臂移动位置，并使定位驱动装置、破片驱动装置停止工作，保护待解键合晶圆免受过度挤压而损坏，避免破片刀过度对待解键合晶圆施压，避免晶圆形变量大。

由此可见，本发明的一种多层晶圆解键合装置具有解键合时晶圆受力均匀，对晶圆的变形可控，很好的保护晶圆免受损伤等优点。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明一种多层晶圆解键合装置的结构示意图；

图2为本发明一种多层晶圆解键合装置的附图1的A部局部放大图；

图3为本发明一种多层晶圆解键合装置的破片组件的结构示意图；

图4为本发明一种多层晶圆解键合装置的附图3的B部局部放大图；

图5为本发明一种多层晶圆解键合装置的装配状态图；

附图标记说明：

1、底座；2、底盘；3、放置盘；301、伸入槽；4、直线电机；5、抓取吸盘；6、破片臂；601、破片刀；7、定位座；701、台阶面；8、固定吸盘；9、定位转盘；10、定位牵引臂；11、定位滑轨；12、定位驱动电机；13、定位驱动皮带轮；14、破片转盘；15、破片牵引臂；16、破片滑轨；17、定位位置传感器；18、破片位置传感器；19、支撑柱。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本申请作进一步详述。

在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。

本申请中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本申请揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本申请表述的范畴。

本发明的一种多层晶圆解键合装置，如图1至4所示，设置有底座1和定位牵引臂10，底座1顶面设有放置盘3，放置盘3中央可转动设置定位转盘9，放置盘3顶面沿定位转盘9圆心方向设有多个定位滑轨11，定位滑轨11可滑动设置定位座7，用于放置待解键合晶圆，具体的，定位座7可设计成L状，L状定位座7一边和定位滑轨11滑动连接，另一边顶面设计为外侧高内侧低的二级台阶面701，这样，方便放置待解键合晶圆，另外台阶面可以对待解键合晶圆外周进行限位，同时在定位座7朝定位转盘9圆心移动时，能使待解键合晶圆圆心和定位转盘9圆心重叠，将定位牵引臂10一端和定位座7铰接，另一端和定位转盘9铰接，放置盘3顶面还均布多个固定吸盘8，用于将放置在定位座7上的待解键合晶圆吸附固定，放置盘3外周设有破片组件，用于将放置在定位座7上，且被固定吸盘8吸附固定的待解键合晶圆解键合；还包括定位驱动装置，用于驱动定位转盘9转动。将待解键合晶圆放置到定位座7上，定位驱动装置驱动定位转盘9转动，带动定位牵引臂10移动，在定位牵引臂10的牵拉下，定位座7朝定位转盘9圆心方向移动，对放置在定位座7上的待解键合晶圆进行位置校正，使待解键合晶圆圆心和定位转盘9圆心重叠，方便后续的解键合作业；后固定吸盘8启动，将放置在定位座7上的待解键合晶圆吸附固定；吸附固定的待解键合晶圆被破片组件解键合。

优选地，为防止定位座7过度对待解键合晶圆造成挤压，在任一定位座7区域的放置盘3顶面设有定位位置传感器17，用于感知定位座7，当定位座7到达预设位置时，定位位置传感器17给定位驱动装置发送停止指令，定位驱动装置停止工作。

可选地，本申请实施例给出破片组件一个优选实施例，具体为：破片组件包括破片牵引臂15及设置在底座1顶面的底盘2，放置盘3位于底盘2上方，底盘2和放置盘3通过支撑柱19连接在一起。底盘2中央可转动设置破片转盘14，底盘2顶面沿破片转盘14圆心方向设有多个破片滑轨16，破片滑轨16可滑动设置破片臂6，破片牵引臂15一端和破片臂6铰接，另一端和破片转盘14铰接，破片臂6位于放置盘3外周，且延伸到放置盘3上方，位于放置盘3上方的破片臂6朝定位转盘9一侧侧面设有破片刀601，还包括破片驱动装置，用于驱动破片转盘14转动。破片驱动装置驱动破片转盘14转动，带动破片牵引臂14移动，在破片牵引臂14的牵拉下，破片臂6朝破片转盘14圆心方向移动，破片刀601将放置在定位座7上的待解键合晶圆解键合。

优选地，为使破片刀601和待解键合晶圆充分接触，有效进行解键合，放置盘3外周沿定位转盘9圆心方向开设有多个伸入槽301，破片臂6可活动嵌入伸入槽301内。

优选地，为使破片臂6均同步和待解键合晶圆接触，使定位转盘9轴向和破片转盘14轴向重叠。

优选地，为防止破片臂6过度对待解键合晶圆造成挤压，任一破片臂6区域的底盘2顶面设有破片位置传感器18，用于感知破片臂6，当破片臂6到达预设位置时，破片位置传感器18给破片驱动装置发送停止指令，破片驱动装置停止工作。

可选地，本申请实施例给出定位驱动装置的一个优选结构，具体为：包括设置在底盘2上的定位驱动电机12，定位驱动电机12输出轴上设有定位驱动皮带轮13，定位转盘9底部设有定位从动皮带轮，定位驱动皮带轮13通过定位皮带和定位从动皮带轮连接。

可选地，本申请实施例给出破片驱动装置的一个优选结构，具体为：破片驱动装置包括设置在所述底座1上的破片驱动电机，破片驱动电机输出轴上设有破片驱动皮带轮，破片转盘14底部设有破片从动皮带轮，破片驱动皮带轮通过破片皮带和破片从动皮带轮连接。

优选地，为方便晶圆的解键合，破片刀601横截面呈V形。

可选地，在实际应用时，如图5所示，在底座1设有直线电机4，直线电机4滑块上设有抓取吸盘5，抓取吸盘5位于放置盘3上方，用于吸取解键合后的晶圆。

本申请的工作原理如下：

机械手将待解键合晶圆放置到定位座，定位驱动装置驱动定位转盘转动，带动定位牵引臂移动，在定位牵引臂的牵拉下，定位座朝定位转盘圆心方向移动，对放置在定位座上的待解键合晶圆进行位置校正，使待解键合晶圆圆心和定位转盘圆心重叠->固定吸盘启动，将放置在定位座上的待解键合晶圆吸附固定->破片驱动装置驱动破片转盘转动，带动破片牵引臂移动，在破片牵引臂的牵拉下，破片臂朝破片转盘圆心方向移动，破片刀将放置在定位座上的待解键合晶圆解键合；同时，定位位置传感器、破片位置传感器感知定位座、破片臂移动位置，并使定位驱动装置、破片驱动装置停止工作，保护待解键合晶圆免受过度挤压而损坏，避免破片刀过度对待解键合晶圆施压，避免晶圆形变量大。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本申请作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本申请的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本申请的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种多层晶圆解键合装置，包括底座(1)和定位牵引臂(10)；所述底座(1)顶面设有放置盘(3)；所述放置盘(3)中央可转动设置定位转盘(9)；所述放置盘(3)顶面沿所述定位转盘(9)圆心方向设有多个定位滑轨(11)；所述定位滑轨(11)可滑动设置定位座(7)，用于放置待解键合晶圆；所述定位牵引臂(10)一端和所述定位座(7)铰接，另一端和所述定位转盘(9)铰接；所述放置盘(3)顶面还均布多个固定吸盘(8)，用于将放置在所述定位座(7)上的待解键合晶圆吸附固定；所述放置盘(3)外周设有破片组件，用于将放置在所述定位座(7)上，且被所述固定吸盘(8)吸附固定的待解键合晶圆解键合；还包括定位驱动装置，用于驱动所述定位转盘(9)转动。

2.根据权利要求1所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，任一所述定位座(7)区域的所述放置盘(3)顶面设有定位位置传感器(17)。

3.根据权利要求1所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，所述破片组件包括破片牵引臂(15)及设置在所述底座(1)顶面的底盘(2)；所述放置盘(3)位于所述底盘(2)上方；所述底盘(2)和所述放置盘(3)通过支撑柱(19)连接在一起；所述底盘(2)中央可转动设置破片转盘(14)；所述底盘(2)顶面沿所述破片转盘(14)圆心方向设有多个破片滑轨(16)；所述破片滑轨(16)可滑动设置破片臂(6)；所述破片牵引臂(15)一端和所述破片臂(6)铰接，另一端和所述破片转盘(14)铰接；所述破片臂(6)位于所述放置盘(3)外周，且延伸到所述放置盘(3)上方；位于所述放置盘(3)上方的所述破片臂(6)朝所述定位转盘(9)一侧侧面设有破片刀(601)；还包括破片驱动装置，用于驱动所述破片转盘(14)转动。

4.根据权利要求3所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，所述放置盘(3)外周沿所述定位转盘(9)圆心方向开设有多个伸入槽(301)；所述破片臂(6)可活动嵌入所述伸入槽(301)内。

5.根据权利要求3所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，所述定位转盘(9)轴向和所述破片转盘(14)轴向重叠。

6.根据权利要求3所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，任一所述破片臂(6)区域的所述底盘(2)顶面设有破片位置传感器(18)。

7.根据权利要求3所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，所述定位驱动装置包括设置在所述底盘(2)上的定位驱动电机(12)；所述定位驱动电机(12)输出轴上设有定位驱动皮带轮(13)；所述定位转盘(9)底部设有定位从动皮带轮；所述定位驱动皮带轮(13)通过定位皮带和所述定位从动皮带轮连接。

8.根据权利要求7所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，破片驱动装置包括设置在所述底座(1)上的破片驱动电机；所述破片驱动电机输出轴上设有破片驱动皮带轮；所述破片转盘(14)底部设有破片从动皮带轮；所述破片驱动皮带轮通过破片皮带和所述破片从动皮带轮连接。

9.根据权利要求3所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，所述破片刀(601)横截面呈V形。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种多层晶圆解键合装置，其特征在于，所述底座(1)设有直线电机(4)；所述直线电机(4)滑块上设有抓取吸盘(5)；所述抓取吸盘(5)位于所述放置盘(3)上方，用于吸取解键合后的晶圆。