CN210489582U - 一种芯片双面对准键合机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种芯片双面对准键合机，包括具有第一标识的顶部卡盘、设置在所述顶部卡盘下方的具有第二标识的底部卡盘、设置在所述顶部卡盘与所述底部卡盘之间的机械臂、用于带动所述顶部卡盘的第一驱动机构以及用于带动所述底部卡盘横向移动的第二驱动机构；所述顶部卡盘下端面设置有第一真空吸盘，所述第一真空吸盘用于吸附带有第三标识的上晶圆，该芯片双面对准键合机结构简单、易于操作且对准操作耗时短。

Description

一种芯片双面对准键合机

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种芯片双面对准键合机。

背景技术

晶圆键合技术是指将表面光滑的两个同质或异质的晶圆紧密接触，通过外场的作用使其相互成键结合成一个整体。在半导体器件和集成电路的制造、封装制程中，晶圆键合技术发挥着重要的作用。随着半导体器件不断向高性能、高集成度、小尺寸等方向的发展，结构上的多样性也不断地提升，越来越多的器件制程需进行双面对准键合，以实现特殊的器件结构。如TSV封装工艺、空腔结构制备等。因此要求半导体键合设备具有双面对准功能以满足对准键合的工艺需求，双面对准装置的对准精度直接决定了晶圆键合的误差，很大程度上决定了半导体器件的良品率和工艺时间。

现有的双面对准键合技术中，一种是在键合机台外通过对准设备进行预对准，在经由键合夹具送至键合机台中进行键合，这样的双面对准方法耗时较长，且对键合夹具要求高，在送样过程中预对准的晶圆产生相对滑动的可能性较大；第二种是在键合机中配置对准设备，通常在键合腔顶部与底部各配置一个对准相机，底部相机对顶部卡盘与晶圆进行对准，顶部相机对底部卡盘和晶圆进行对准，通过上下相机的交替使用完成晶圆的对准，这种方式提高了系统设计复杂度和成本，增加了操作难度，同时对准操作较复杂，耗时较长。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种芯片双面对准键合机，结构简单、易于操作且对准操作耗时短。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种芯片双面对准键合机，包括具有第一标识的顶部卡盘、设置在所述顶部卡盘下方的具有第二标识的底部卡盘、设置在所述顶部卡盘与所述底部卡盘之间的机械臂、用于带动所述顶部卡盘的第一驱动机构以及用于带动所述底部卡盘横向移动的第二驱动机构；

所述顶部卡盘下端面设置有第一真空吸盘，所述第一真空吸盘用于吸附带有第三标识的上晶圆；

所述底部卡盘上端面设置有第二真空吸盘，所述第二真空吸盘用于吸附带有第四标识的下晶圆；

所述机械臂上端设置有上识别装置，所述机械臂下端设置有下识别装置，所述上识别装置用于识别第一标识和第三标识，所述下识别装置用于识别第二标识和第四标识；

还包括控制器，所述控制器与第一真空吸盘、第二真空吸盘、上识别装置、下识别装置、机械臂、第一驱动机构以及第二驱动机构电连接。

进一步地，所述顶部卡盘表面设置有至少三个以所述上晶圆圆心为中心呈圆周阵列分布的顶部卡盘定位块。

进一步地，所述底部卡盘表面设置有至少三个以所述下晶圆圆心为中心呈圆周阵列分布的底部卡盘定位块。

进一步地，所述第一标识以及所述第二标识呈框型或十字型设置。

进一步地，所述顶部卡盘上端及所述底部卡盘下端设置有加热装置。

进一步地，还包括与所述控制器电连接的显示器。

进一步地，所述下识别装置与所述上识别装置呈对称设置。

进一步地，所述第一标识和第二标识采用相同的标识，所述第三标识和第四标识也采用相同的标识。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

设置的上识别装置与下识别装置配合，以识别第一标识与第二标识，通过控制模块控制第一驱动机构以及第二驱动机构按照预设方式带动顶部卡盘与底部卡盘运动，以使第一标识与第二标识匹配，顶部卡盘与底部卡盘对齐，然后，上识别装置与下识别装置识别第三标识与第四标识，并通过控制模块控制第一驱动机构以及第二驱动机构按照预设方式带动顶部卡盘与底部卡盘运动，以使第三标识与第四标识匹配，上晶圆与下晶圆对齐，操作简单、在进行对齐操作时消耗时间短，通过设置机械臂用于携带上识别装置与下识别装置横向运动，而非将上识别装置与下识别装置安装于顶部卡盘以及底部卡盘，设计简单，且无需对原有的顶部卡盘与底部卡盘进行改造，成本低。

附图说明

图1为本实用新型的一种芯片双面对准键合机的结构示意图；

图2为本实用新型的一种芯片双面对准键合机顶部卡盘的俯视图。

图中：1、顶部卡盘；2、上晶圆；3、底部卡盘；4、下晶圆；5、上识别装置；6、下识别装置；7、机械臂；8、控制器；9、顶部卡盘定位块；10、底部卡盘定位块；11、第三标识；12、第四标识；13、第一真空吸盘；14、第二真空吸盘；15、第一标识；16、第二标识。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1与图2所示的一种芯片双面对准键合机，包括具有第一标识15的顶部卡盘1、设置在顶部卡盘1下方的具有第二标识16的底部卡盘3、设置在顶部卡盘1与底部卡盘3之间的机械臂7、用于带动顶部卡盘1的第一驱动机构与用于带动底部卡盘3横向移动的第二驱动机构；

顶部卡盘1下端面设置有第一真空吸盘13，第一真空吸盘13用于吸附带有第三标识11的上晶圆2；

底部卡盘3上端面设置有第二真空吸盘14，第二真空吸盘14用于吸附带有第四标识12的下晶圆4；

机械臂7上端设置有上识别装置5，机械臂7下端设置有下识别装置6，上识别装置5用于识别第一标识15和第三标识11，下识别装置6用于识别第二标识16和第四标识12；

第一标识15和第二标识16采用相同的标识，第三标识11和第四标识12 也采用相同的标识；

还包括控制器8，控制器8与第一真空吸盘13、第二真空吸盘14、上识别装置5、下识别装置6、机械臂7、第一驱动机构以及第二驱动机构电连接；

控制器8通过电连接能够控制机械臂7按照设定行程正向移动，从而带动上识别装置5和下识装置移动到第一标识15和第二标识16之间；

当上识别装置5识别到的第一标识15与下识别装置6识别到的第二标识16 未匹配时，控制器8能够控制第一集驱动机构以及第二驱动机构按照预设方式驱动顶部卡盘1或者底部卡盘3横向移动，直到上识别装置5识别到的第一标识15与下识别装置6识别到的第二标识16匹配时，停止横向移动，此时，控制器8通过电连接能够启动第一真空吸盘13和第二真空吸盘14，以吸附上晶圆 2和下晶圆4；

当第一真空吸盘13和第二真空吸盘14吸附住上晶圆2和下晶圆4后，控制器8通过电连接能够驱动机械臂7按照设定行程反向移动，从而带动上识别装置5和下识装置移动到第三标识11和第四标识12之间；

具体地，当上识别装置5识别到的第三标识11与下识别装置6识别到的第四标识12未匹配时，控制器8通过电连接能够控制第一驱动机构以及第二驱动机构按照预设方式驱动顶部卡盘1或者底部卡盘3横向移动，直到上识别装置5 识别到的第三标识11与下识别装置6识别到的第四标识12匹配时，上晶圆2 和下晶圆4对准。使用时，控制器8能够机械臂7运动至第一标识15与第二标识16之间，然后接收上识别装置5拍摄的顶部卡盘1下端面图像与下识别装置 6拍摄的底部卡盘3上端面图像，并形成具有第一标识15与第二标识16的交叠图像，判断交叠图像中第一标识15与第二标识16在水平方向是否完成匹配，如未匹配，则控制器8控制第一驱动机构以及第二驱动机构按照预设方式驱动顶部卡盘1或者底部卡盘3横向移动，直到上识别装置5识别到的第一标识15 与下识别装置6识别到的第二标识16匹配时，停止横向移动，顶部卡盘1与底部卡盘3对齐，然后控制器8启动第一真空吸盘13和第二真空吸盘14，以吸附上晶圆2和下晶圆4，然后控制器8控制机械臂7运动至第三标识11与第四标识12位置，然后接收上识别装置5拍摄的顶部卡盘1下端面图像与下识别装置 6拍摄的底部卡盘3上端面图像，并形成具有第三标识11与第四标识12的交叠图像，判断交叠图像中第三标识11与第四标识12在水平方向上是否完成匹配，如未匹配，则控制器8控制第一驱动机构以及第二驱动机构按照预设方式驱动顶部卡盘1或者底部卡盘3横向移动，直到上识别装置5识别到的第三标识11 与下识别装置6识别到的第四标识12匹配时，停止横向移动，上晶圆2与下晶圆4对齐。本申请中第一驱动机构以及第二驱动机构可采用申请号：201811103353.9专利文件中的纳米补偿装置，以提高对齐时的精确度，本申请控制器8中集成有控制模块与成像模块，控制模块为YS-280040控制器8，成像模块为MA2000S拼接处理器。第一限位为机械臂7带动上识别装置5与下识别装置6运动至第三标识11与第四标识12之间时机械臂7所处位置，第二限位为机械臂7带动上识别装置5与下识别装置6运动至第一标识15与第二标识16 之间时机械臂7所处位置。

设置的上识别装置5与下识别装置6配合，以拍摄具有第一标识15的顶部卡盘1下端面图像与具有第二标识16的底部卡盘3上端面图像，并将图像输送至成像模块中，由成像模块进行处理，并形成具有第三标识11与第四标识12 的晶圆交叠图像，通过控制模块控制第一驱动机构以及第二驱动机构带动顶部卡盘1与底部卡盘3运动，以使晶圆交叠图像中第三标识11与第四标识12重叠，上晶圆2与下晶圆4对齐，操作简单、在进行对齐操作时消耗时间短，通过设置机械臂7用于携带上识别装置5与下识别装置6运动，而非将上识别装置5与下识别装置6安装于顶部卡盘1以及底部卡盘3，设计简单，且无需对原有的顶部卡盘1与底部卡盘3进行改造，成本低。

具体地，下识别装置6与上识别装置5呈对称设置，以避免顶部卡盘1与底部卡盘3对齐过程中出现误差。

更具体地，顶部卡盘1表面设置有至少三个以上晶圆2圆心为中心呈圆周阵列分布的顶部卡盘定位块9，底部卡盘3表面设置有至少三个以下晶圆4圆心为中心呈圆周阵列分布的底部卡盘定位块10，以在安装上晶圆2或下晶圆4时，提供定位，以方便上下晶圆4进行对齐。

具体地，第三标识11以及第四标识12通过光刻剥离、湿法刻蚀或干法刻蚀而成。

具体地，第三标识11以及第四标识12呈框型或十字型设置，方便对齐。

顶部卡盘1上端及底部卡盘3下端设置有加热装置，以便在键合过程中对上晶圆2以及下晶圆4进行加热，提高键合效率，本申请中加热装置可采用普通的加热板。此外，顶部卡盘1上端及底部卡盘3下端还设置有加电压装置，可对键和过程进行精确的温度与电压控制，以适用于多种方式的键合。

一种芯片双面对准键合机还包括与控制器8电连接的显示器，显示器适于显示经成像模块处理后形成的晶圆交叠图像或卡盘交叠图像，以便于使用者进行观察。

本申请一种芯片双面对准键合机的使用方法如下：

S1、对待键合晶圆的键合面(即上晶圆2的下端面与下晶圆4的上端面) 进行图形化处理，图形化处理可采用光刻剥离、湿法刻蚀或干法刻蚀等方式进行，处理完成后按需求对键合面进行活化处理；

S2、开启上下识别装置6，通过机械手移动上下识别装置6，将顶部卡盘1 的第一标识15与底部卡盘3的第二标识16进行对准，从而将顶部卡盘1与底部卡盘3对准；

S3、打开键合腔门，将待键合上晶圆2按照顶部卡盘定位块9放置于顶部卡盘1上，将待键合的下晶圆4按照底部卡盘定位块10放置于底部卡盘3上。开启第一真空吸盘13和第二真空吸盘14将上下两晶圆吸附在顶部卡盘1与底部卡盘3上；

S4、上下晶圆4吸附在顶部卡盘1与底部卡盘3上后，顶部卡盘定位块9 与底部卡盘定位块10收回至卡盘内。关闭键合腔门，并抽真空；

S5、当真空值到达设定值后，移动上下识别装置6，将上晶圆2的第三标识11与下晶圆4的第四标识12进行对准；

S6、将对准后的上晶圆2与下晶圆4进行键合。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种芯片双面对准键合机，其特征在于：

包括具有第一标识的顶部卡盘、设置在所述顶部卡盘下方的具有第二标识的底部卡盘、设置在所述顶部卡盘与所述底部卡盘之间的机械臂、用于带动所述顶部卡盘的第一驱动机构以及用于带动所述底部卡盘横向移动的第二驱动机构；

所述顶部卡盘下端面设置有第一真空吸盘，所述第一真空吸盘用于吸附带有第三标识的上晶圆；

所述底部卡盘上端面设置有第二真空吸盘，所述第二真空吸盘用于吸附带有第四标识的下晶圆；

所述机械臂上端设置有上识别装置，所述机械臂下端设置有下识别装置，所述上识别装置用于识别第一标识和第三标识，所述下识别装置用于识别第二标识和第四标识；

还包括控制器，所述控制器与第一真空吸盘、第二真空吸盘、上识别装置、下识别装置、机械臂、第一驱动机构以及第二驱动机构电连接。

2.如权利要求1所述的一种芯片双面对准键合机，其特征在于：所述顶部卡盘表面设置有至少三个以所述上晶圆圆心为中心呈圆周阵列分布的顶部卡盘定位块。

3.如权利要求2所述的一种芯片双面对准键合机，其特征在于：所述底部卡盘表面设置有至少三个以所述下晶圆圆心为中心呈圆周阵列分布的底部卡盘定位块。

4.如权利要求1所述的一种芯片双面对准键合机，其特征在于：所述第一标识以及所述第二标识呈框型或十字型设置。

5.如权利要求1所述的一种芯片双面对准键合机，其特征在于：所述顶部卡盘上端及所述底部卡盘下端设置有加热装置。

6.如权利要求1所述的一种芯片双面对准键合机，其特征在于：还包括与所述控制器电连接的显示器。

7.如权利要求1所述的一种芯片双面对准键合机，其特征在于：所述下识别装置与所述上识别装置呈对称设置。

8.如权利要求1所述的一种芯片双面对准键合机，其特征在于：所述第一标识和第二标识采用相同的标识，所述第三标识和第四标识也采用相同的标识。

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