CN213042878U - 晶圆键合设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种晶圆键合设备，由于其在第一固定装置上设有位置可调的第一调整台，且第一调整台的位置可以通过读取位于第一调整台上的参照标记以获得。故，当固定在第一固定装置上的晶圆与固定在第二固定装置上的晶圆之间的位置差不在预定范围内时，可直接调整第一调整台的位置以对固定在第一固定装置上的晶圆的位置进行微调，而不是通过调整第二调整台的位置以对固定在第二固定装置上的晶圆的位置进行微调。如此一来，不仅可以提高晶圆键合设备的位置调整的灵活度，还有利于减小第二固定装置调整的次数，以增加晶圆对准精度。

Description

晶圆键合设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆键合设备。

背景技术

半导体键合技术是指将两片同质或异质半导体材料经过表面清洗和活化处理后，在一定的条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术。在现有的半导体技术中，为了增加晶圆的良率，晶圆与晶圆的键合工艺成为了核心的重点，在晶圆的键合技术中，晶圆对准精度和键合后的晶圆扭曲度是表征晶圆键合工艺好坏的重要参数，如果晶圆键合工艺中对准精度存在缺陷，将会严重影响到该工艺的后段制程，进而会影响到晶圆结合后电路的连接和功能性，并降低晶圆的良率，尤其是在键合的新工艺铜对铜的键合中，晶圆对准精度显得更为关键。

在现有的晶圆键合设备中，通常具有两个相对设置的第一固定装置和第二固定装置，当固定在所述第一固定装置上的晶圆和固定在所述第二固定装置上的晶圆的位置差不在预设范围内时，则需要对应调整第二固定装置的位置，这样增加了第二固定装置的调整次数，从而导致两个晶圆对准的精度变差，进而导致晶圆键合精度降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种晶圆键合设备，以解决现有晶圆键合设备在进行键合时，晶圆对准精度不佳而导致晶圆键合精度降低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种晶圆键合设备，包括：

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆键合设备，包括：

第一固定装置，包括依次设置的第一基座、位置可调的第一调整台以及与所述第一调整台固定连接且用于固定第一晶圆的第一卡盘，所述第一调整台上设有至少一个参照标记，所述参照标记用于标记所述第一调整台的位置信息；

第二固定装置，包括依次设置的第二基座、位置可调的第二调整台以及与所述第二调整台固定连接且用于固定第二晶圆的第二卡盘，所述第二卡盘的固定面与所述第一卡盘的固定面相对设置；

参照标记读取器，用于读取位于所述第一调整台上的所述参照标记的位置信息，以在固定在所述第一固定装置上的晶圆和固定在所述第二固定装置上的晶圆的位置差不在预设范围内时，调整所述第一调整台；

主标记读取器，用于读取固定在所述第一固定装置和所述第二固定装置上的晶圆上的主标记的位置信息，以对固定在所述第一固定装置和固定在所述第二固定装置上的晶圆进行对准。

可选的，所述参照标记读取器为光学读取器，所述光学读取器用于在所述第一固定装置移动到预设位置时，发光以直接读取所述参照标记的位置信息。

可选的，所述参照标记设置在所述第一调整台的侧边上并突出于所述第一基座和所述第一卡盘。

可选的，所述参照标记设置在所述第一调整台相对的两表面其中之一的表面上，位于所述参照标记侧边的所述第一调整台和/或所述第一基座对应于所述参照标记的部分镂空设置。

可选的，所述第一调整台上设有通孔，所述参照标记设置在所述通孔内，所述第一基座对应于所述通孔的部分镂空设置。

可选的，所述第一调整台的材质为压电陶瓷。

可选的，所述参照标记的材质为金属。

可选的，所述参照标记的形状为一字形、十字形、正多边形、圆形、圆环形中的一种。

可选的，所述主标记读取器包括相对设置的第一镜头组件和第二镜头组件，以读取所述第一固定装置和所述第二固定装置上固定的所述第一晶圆和所述第二晶圆上的主标记位置。

可选的，所述第一固定装置或所述第二固定装置还包括气浮装置，所述气浮装置使所述第一固定装置或所述第二固定装置气悬浮以调整所述第一固定装置或所述第二固定装置的位置。

本实用新型提供的一种晶圆键合设备，由于其在第一固定装置上设有位置可调的第一调整台，且第一调整台的位置可以通过读取位于第一调整台上的参照标记以获得。故，当固定在第一固定装置上的晶圆与固定在第二固定装置上的晶圆之间的位置差不在预定范围内时，可直接调整第一调整台的位置以对固定在第一固定装置上的晶圆的位置进行微调。如此一来，不仅可以提高晶圆键合设备的位置调整的灵活度，还有利于减小第二固定装置调整的次数，以增加晶圆对准精度。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备中的第一固定装置固定在承载座上的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备中的第一固定装置的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备中的第一固定装置的另一结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备中的第一固定装置的另一结构示意图；

图6～图9是本实用新型一实施例中的晶圆键合设备的对准过程示意图；

其中，附图标记如下：

1-第一固定装置；

11-第一基座； 12-第一调整台；

13-第一卡盘； 14-参照标记；

2-第二固定装置；

21-第二基座； 22-第二调整台；

23-第二卡盘；

3-参照标记读取器；

4-镜头组件；

41-第一镜头组件； 42-第二镜头组件；

5-晶圆； 51-主标记；

100-透过孔； 200-通孔；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种晶圆键合设备作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

图1为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备的结构示意图。如图1所示，在本实施例中，提供一种晶圆键合设备，所述晶圆键合设备包括：

第一固定装置1，所述第一固定装置1包括依次设置的第一基座11、位置可调的第一调整台12以及与所述第一调整台12固定连接且用于固定晶圆5的第一卡盘13，所述第一调整台12上设有至少一个参照标记14，所述参照标记 14用于标记所述第一调整台12的位置信息。

第二固定装置2，包括第二基座21、位置可调的第二调整台22以及与所述第二调整台21固定连接且用于固定晶圆5的第二卡盘23，所述第二卡盘23的固定面与所述第一卡盘13的固定面相对设置。

参照标记读取器3，所述参照标记读取器3用于读取位于所述第一调整台 12上的所述参照标记14的位置信息，以在固定在所述第一固定装置1上的晶圆 5和固定在所述第二固定装置2上的晶圆5的位置差不在预设范围内时，调整所述第一调整台12的位置。

主标记读取器4，用于读取固定在所述第一固定装置1和所述第二固定装置 2上的晶圆上的主标记51的位置信息，以对固定在所述第一固定装置1和固定在所述第二固定装置2上的晶圆5进行对准。

在本实施例中，由于在所述第一固定装置1上设有位置可调的第一调整台12，且所述第一调整台12的位置可以通过读取位于所述第一调整台12上的参照标记以获得。故，当固定在所述第一固定装置1上的晶圆5与固定在所述第二固定装置2上的晶圆5之间的位置差不在预定范围内时，可直接调整所述第一调整台12的位置以对固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5的位置进行微调。如此一来，不仅可以提高晶圆键合设备的位置调整的灵活度，还有利于减小所述第二固定装置2调整的次数，以增加晶圆对准精度。

继续参图1所示，在本实施例中，所述主标记读取器4包括相对设置的第一镜头组件41和第二镜头组件42，第一镜头组件41和第二镜头组件42之间的相对位置固定，所述第一固定装置1和所述第二固定装置2被配置为能够分别移动到所述第一镜头组件41和所述第二镜头组件42之间，以使所述第一固定装置1和所述第二固定装置2固定的所述晶圆5上的主标记51的位置，能够被所述第一镜头组件41和所述第二镜头组件42读取。

进一步的，在本实施例中，所述参照标记读取器3为光学读取器，所述光学读取器用于在所述第一固定装置1移动到预设位置时，发光以直接读取所述参照标记14的位置信息。在本实施例中，由于参照标记14固定在第一调整台 12上，且参照标记读取器3为光学读取器。如此，当第一调整台12移动以带动固定在所述第一卡盘13上的晶圆5移动，可通过所述光学读取器发光直接读取所述参照标记14的位置信息，进而避免了现有技术中当固定在所述第一固定装置1上的晶圆5与固定在所述第二固定装置2上的晶圆5之间的距离差不在预定范围内时，调整所述第二调整台22的位置并通过固定在所述第二调整台22 上的磁感应传感器感应所述第二调整台22的位置，而由于磁感应传感器感应效果不佳导致的精度测量误差，而导致的晶圆键合精度较差的问题。

本实施例中的晶圆键合装置还包括相同的两个承载座，其中，每个所述承载座用于承载所述第一固定装置1或所述第二固定装置2，其中，每个所述承载座内设有气流通道。以及，所述晶圆键合设备还包括气浮装置，所述气浮装置给所述气流通道通气以使所述第一固定装置1和所述第二固定装置2气悬浮，以调整所述第一固定装置1和所述第二固定装置2的位置。图2为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备中的第一固定装置固定在承载座上的结构示意图。下面结合图2并以所述第一固定装置1为例说明上述承载座以及气浮装置的结构及工作过程。

如图2所示，在本实施例中，每个所述承载座6包括底座61和支撑板62，所述支撑板62一端与所述底座61固定连接，另一端承载所述第一固定装置1 活动连接，其中，所述支撑板62内设有所述气流通道(图未示)。以及，在本实施例中，所述第一固定装置1设有至少一个马达(图未示)，较佳的，所述马达为4个，4个所述马达位于所述第一固定装置1的四角。以及，在本实施例中，所述支撑架62中设有气流通道(图未示)。当所述第一固定装置2移动到第一对准位置时，所述气浮装置(图未示)给所述气流通道(图未示)通气以对所述第一固定装置1的位置进行粗调。

具体的，在使所述第一固定装置1气悬浮之后，启动马达(图未示)，所述马达(图未示)带动所述第一固定装置1在垂直于所述晶圆键合方向上移动，如此以调整所述第一固定装置1在垂直于键合方向上的位置，其中，参图1所示，定义本实施例中平行于所示晶圆键合方向为Z方向，垂直于所述Z方向且互相垂直的两个方向为X方向和Y方向。待所述第一固定装置1在垂直于所述键合方向上的位置调整到预定位置时，关闭所述马达(图未示)和所述气浮装置(图未示)，使所述第一固定装置1解除气悬浮状态，并将所述第一固定装置1固定在所述承载装置6上。

以及，在本实施例中，所述晶圆5上的标记51可以为两个，两个所述标记 51其中之一可用于标示所述晶圆5在X方向上的位置；两个所述标记51其中另一用于标示所述晶圆5在Y方向上的位置；以及，两个所述标记51之间的连线可用于标记所述晶圆5的偏移度。较佳的，当所述第一固定装置1为矩形时，可以使固定在所述第一固定装置1上的晶圆5上的两个所述标记51之间的连线与矩形的所述第一固定装置1的长边平行；此时，两个所述标记51之间的连线与所述第一固定装置1长边之间的夹角即可表示固定在所述第一固定装置1上的晶圆5相对于所述第一固定装置1的偏移度。在本实施例中，可通过上述气浮装置使所述第一固定装置1气旋浮之后，通过设置在所述第一固定装置1四角的马达以粗调整固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5在X方向、Y方向上和所述晶圆5的偏移度。之后再通过给所述压电陶瓷充电以使所述压电陶瓷移动，以精调固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5在X方向、Y方向上和所述晶圆5的偏移度。

图3为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备中的第一固定装置的结构示意图。如图3所示，在本实施例中，所述参照标记14设置在所述第一调整台12 的侧边上并突出于所述第一基座11和所述第一卡盘13，其中，所述第一调整台 12侧边还设有连接件15，所述连接件15一端与所述第一调整台12连接，另一端与所述参照标记14连接，以使所述参照标记14突出于所述第一调整台12。此时，所述参照标记读取器3发出的光可直接照射到所述参照标记14上，以直接清楚准确的读取所述参照标记14，以确定所述第一调整台12的位置信息。

图4为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备中的第一固定装置的另一结构示意图。图5为本实用新型一实施例中的晶圆键合设备中的第一固定装置的另一结构示意图。如图4和图5所示，在本实施例中，所述参照标记14设置在所述第一调整台12相对的两表面其中之一的表面上，位于所述参照标记14侧边的所述第一卡盘13和/或所述第一基座11对应于所述参照标记14的部分镂空设置。

具体的，参图4所示，所述参照标记14设置在所述第一调整台12朝向所述第一基座11的表面上，所述第一基座11对应于所述参照标记14的部分设有透光孔100，所述第一透光孔100能够露出所述参照标记14，如此，既使所述参照标记读取器3发出的光能够穿过所述第一透光孔100以读取所述参照标记 14的位置信息。同时，由于所述参照标记14设置在所述第一调整台12相对的两表面其中之一的表面上，则可使所述第一固定装置1的结构紧凑化，节省本实施例中的所述晶圆键合设备的空间。

此外，参图5所示，在本实施例中，所述参照标记14设置在所述第一调整台12朝向所述第一卡盘13的表面上，则所述第一调整台12对应于所述参照标记14的部分设有通孔200，此时，所述参照标记14与所述通孔200侧边的所述第一调整台12朝向所述第一卡盘13的表面固定连接，以使所述参照标记14与所述第一调整台12固定连接。

此外，可选的，所述参照标记14还可以设置在所述通孔200内，所述第一基座11对应于所述通孔200的部分镂空设置，即所述第一基座11对应所述通孔200的部分设有透光孔100。本实施例中，由于所述参照标记14设置在所述第一调整台12上的所述通孔200内，如此以减小所述第一调整台12和所述第一卡盘13或者所述第一调整台12和所述第一基座11之间发生干涉的可能性。

此外，在本实施例中，所述参照标记14的材质为金属或其余对光比较敏感的材质，如此，所述参照标记14的感光性增强，进而增强所述参照标记读取器 3读取的准确性。

以及，在本实施例中，所述参照标记14的形状为一字形、十字形、正多边形、圆形、圆环形中的一种。在本实施例中，所述参照标记14的形状在此不做具体限定，以实际需求设计为准。

图6～图9是本实用新型一实施例中的晶圆键合设备的对准过程示意图。下面结合图6～图9对使用本实施例中的所述晶圆键合设备键合的晶圆的方法进行描述。具体的，本实施例中公开的晶圆键合方法包括如下步骤一到步骤。

在步骤一中，如图6中，将需要键合的两个晶圆5分别固定到所述第一固定装置1上的所述第一卡盘13和所述第二固定装置2上的所述第二卡盘23的固定面上。之后，将所述第一固定装置1从第一传送位置A1移动到第一对准位置B1，并调整所述主标记读取器4和所述第一固定装置1之间的相对位置，直至固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5上的所述主标记51能够被所述主标记读取器4中的所述第二镜头组件42读取，且固定在所述第一固定装置1上的晶圆5上的主标记51位于所第二镜头组件42的视野的中心位置时，使用所述参照标记读取器3读取固定在所述第一调整台12上的所述参照标记14的第一位置信息。

其中，在本实施例中，调整所述主标记读取器4和所述第一固定装置1之间的相对位置的方法可以包括如下步骤。

首先，将所述主标记读取器4沿Z方向移动到第一预定位置，其中Z方向指平行于晶圆键合的方向。

在本实施例中，若将所述晶圆键合设备竖直设置，则所述Z方向则可以表示所述晶圆键合设备的高度方向，即将所述主标记读取器4沿高度方向移动到第一预定位置。

其次，继续参图6所示，沿Z方向不断移动所述第一固定装置1，直至固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5上的主标记51清晰的位于所述主标记读取器4的视野内时，固定所述第一固定装置1。

最后，继续参图7所示，沿X和Y方向不断移动所述主标记读取器4，直至固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5上的主标记51处于所述第二镜头组件42视野的中心位置时固定所述主标记读取器4，其中X和Y方向指垂直于所述Z方向的方向。

在其他实施例中，也可以沿X和Y方向不断调整固定在所述第一固定装置 1上的晶圆5的位置，以使固定在所述第一固定装置1上的晶圆5上的主标记 51处于所述第二镜头组件42视野的中心位置。

具体的，结合图2所示，使用所述气浮装置(图未示)给承载所述第一固定装置1的所述承载座6中的所述承载板62中的气流通道(图未示)通气，以使所述第一固定装置1气悬浮。之后，使固定在所述第一固定装置1上的马达工作，以使所述第一固定装置1在X和Y方向运动以对固定在所述第一固定装置1上的晶圆5的位置进行粗调整。

之后，解除所述第一固定装置1的气悬浮状态，并给所述第一调整台12(压电陶瓷)通电，以使所述第一调整台12(压电陶瓷)移动以带动固定在其上的所述晶圆5移动，进而粗调固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5在X和 Y方向上的位置。直至固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5上的主标记 51位于所述第二镜头组件42视野的中心位置时，停止给所述第一调整台12(压电陶瓷)通电，以使所述第一调整台12固定。

在步骤二中，如图7所示，将所述第一固定装置1移回所述第一传送位置 A1，并将所述第二固定装置2从所述第二传送位置A2移动至所述第二对准位置，调整所述第一固定装置2的位置，直至固定在所述第一固定装置2上的所述晶圆5上的主标记51能够被所述第一镜头组件41清晰读取，且固定在所述第一固定装置2上的主标记51位于所述第一镜头组件41视野的中心位置时，固定所述第二固定装置2。

其中，调整所述第一固定装置2的位置的方法包括如下步骤。

结合图2所示，使用所述气浮装置(图未示)给承载所述第二固定装置2 的所述承载座6中的所述承载板62中的气流通道(图未示)通气，以使所述第二固定装置2气悬浮。之后，使固定在所述第二固定装置2上的马达工作，以使所述第二固定装置2在X和Y方向运动以对固定在所述第二固定装置2上的晶圆5的位置进行粗调整。

之后，解除所述第二固定装置2的气悬浮状态，并给所述第二调整台22(压电陶瓷)通电，以使所述第二调整台22(压电陶瓷)移动以带动固定在其上的所述晶圆5移动，进而粗调固定在所述第一固定装置1上的所述晶圆5在X和 Y方向上的位置。直至固定在所述第二固定装置2上的所述晶圆5上的主标记 51位于所述第一镜头组件41视野的中心位置时，停止给所述第二调整台22(压电陶瓷)通电，以使所述第二调整台22固定。

在步骤三中，如图8所示，将所述第一固定装置1从所述第一传送位置A1 移动到所述第一对准位置B1，使用参照标记读取器3读取所述参照标记14的第二位置信息，并将所述第一位置信息和所述第二位置信息做差以得到差值，若所述差值不在预设范围内，则不断调整所述第一调整台12在X和Y方向上的位置，直至所述差值在预设范围内。

其中，调整所述第一调整台12的方法包括，给所述第一调整台12(压电陶瓷)通电，以使所述第一调整台12在X，Y方向内移动，直至所述差值位于所述预设范围内。

在本实施例中，所述参照标记14可以设置为两个，两个所述参照标记14 其中之一可用于标示固定在所述第一固定装置上的所述晶圆5在X方向上的位置；两个所述参照标记14其中另一个用于标示固定在所述第一固定装置上的所述晶圆5在Y方向上的位置；以及，两个所述参照标记14之间的连线可用于标记固定在所述第一固定装置上的所述晶圆5的偏移度。

较佳的，当所述第一固定装置1为矩形时，可以使两个所述参照标记14之间的连线与矩形的所述第一固定装置1的长边平行，此时，两个所述参照标记 14之间的连线与所述第一固定装置1长边之间的夹角即可表示固定在所述第一固定装置上的所述晶圆5相对于所述第一固定装置1的偏移度。在本实施例中，通过给所述第一调整台12(压电陶瓷)通电以调整固定在所述第一固定装置上的所述晶圆5在X方向、Y方向上的位置，以及偏移度。

在步骤四中，如图9所示，将所述第一固定装置1移动到键合位置C，并键合相对设置的两个所述晶圆5。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，此外，各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用，本实用新型对此不作限定。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆键合设备，其特征在于，包括：

第一固定装置，包括依次设置的第一基座、位置可调的第一调整台以及与所述第一调整台固定连接且用于固定第一晶圆的第一卡盘，所述第一调整台上设有至少一个参照标记，所述参照标记用于标记所述第一调整台的位置信息；

第二固定装置，包括依次设置的第二基座、位置可调的第二调整台以及与所述第二调整台固定连接且用于固定第二晶圆的第二卡盘，所述第二卡盘的固定面与所述第一卡盘的固定面相对设置；

参照标记读取器，用于读取位于所述第一调整台上的所述参照标记的位置信息，以在固定在所述第一固定装置上的晶圆和固定在所述第二固定装置上的晶圆的位置差不在预设范围内时，调整所述第一调整台；

主标记读取器，用于读取固定在所述第一固定装置和所述第二固定装置上的晶圆上的主标记的位置信息，以对固定在所述第一固定装置和固定在所述第二固定装置上的晶圆进行对准。

2.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述参照标记读取器为光学读取器，所述光学读取器用于在所述第一固定装置移动到预设位置时，发光以直接读取所述参照标记的位置信息。

3.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述参照标记设置在所述第一调整台的侧边上并突出于所述第一基座和所述第一卡盘。

4.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述参照标记设置在所述第一调整台相对的两表面其中之一的表面上，位于所述参照标记侧边的所述第一调整台和/或所述第一基座对应于所述参照标记的部分镂空设置。

5.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述第一调整台上设有通孔，所述参照标记设置在所述通孔内，所述第一基座对应于所述通孔的部分镂空设置。

6.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述第一调整台的材质为压电陶瓷。

7.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述参照标记的材质为金属。

8.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述参照标记的形状为一字形、十字形、正多边形、圆形、圆环形中的一种。

9.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述主标记读取器包括相对设置的第一镜头组件和第二镜头组件，以读取所述第一固定装置和所述第二固定装置上固定的所述第一晶圆和所述第二晶圆上的主标记位置。

10.如权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于，所述第一固定装置或所述第二固定装置还包括气浮装置，所述气浮装置使所述第一固定装置或所述第二固定装置气悬浮以调整所述第一固定装置或所述第一固定装置的位置。

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