CN216054599U - 晶圆键合装置 - Google Patents

Abstract

一种晶圆键合装置，包括：上卡盘，用于固定上晶圆；下卡盘，用于固定下晶圆，所述下卡盘放置于所述上卡盘下方，且所述上卡盘和所述下卡盘具有相同的中心轴；位于所述上卡盘中心且贯穿所述上卡盘的顶针，所述顶针可沿所述中心轴方向上下移动；传感器，用于判断所述上晶圆的传送位置是否标准，当所述上晶圆的传送位置不标准时可以中断键合，或者调整上晶圆传送位置后再进行键合，因此，可以减少因晶圆传送位置偏离而导致的晶圆键合的不良率。

Description

晶圆键合装置

技术领域

本实用新型涉及半导体器件及其制造领域，尤其涉及一种晶圆键合装置。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，晶圆键合技术得到了广泛的应用，晶圆键合技术是通过键合技术将两片晶圆粘合在一起，实现两片晶圆的垂直互联。

目前，主要是通过键合设备进行晶圆键合，键合设备主要包括上卡盘和下卡盘，分别用于上晶圆和下晶圆的吸附，在键合过程中，上卡盘中部由顶针向上晶圆施加压力，上晶圆形变过程中，键合波从晶圆中心向边缘移动，进而由中心至边缘依次释放上晶圆的吸附真空，使得两晶圆在键合波作用下完成键合。

然而，现有传送装置无法检测晶圆与上卡盘的相对位置，因此传送位置一旦发生改变，则无法保证将上晶圆送至上卡盘同心位置，导致顶针下顶时不能准确顶到上晶圆正圆心位置，从而影响整个键合界面的均匀度。

因此，现有的晶圆键合装置有待进一步改善。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种晶圆键合装置，以提高晶圆键合装置性能。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种晶圆键合装置，包括：上卡盘，用于固定上晶圆；下卡盘，用于固定下晶圆，所述下卡盘放置于所述上卡盘下方，且所述上卡盘和所述下卡盘具有相同的中心轴；位于所述上卡盘中心且贯穿所述上卡盘的顶针，所述顶针可沿所述中心轴方向上下移动；传感器，用于判断所述上晶圆的传送位置是否标准。

可选的，还包括：位于所述上卡盘的传动装置，所述传动装置用于吸附上晶圆后带动所述上晶圆移动至上卡盘的下表面，并在所述上晶圆移动至所述上卡盘的下表面后释放所述上晶圆；位于所述上卡盘的固定装置，所述固定装置用于在所述传动装置释放所述上晶圆后，将所述上晶圆固定到所述上卡盘的下表面。

可选的，所述传动装置包括若干贯穿所述上卡盘的吸附器，各吸附器在朝向下卡盘一端带有吸附头，且可沿垂直于所述上卡盘表面方向上下运动。

可选的，所述顶针用于在所述上卡盘固定所述上晶圆后，下压所述上晶圆，直到所述上晶圆与所述下晶圆键合。

可选的，所述固定装置包括真空吸附装置。

可选的，所述传感器包括若干传感器单元，各个传感器单元包括一个发射器，并相应地包括一个接收器，所述接收器用于接收相应地发射器发出的光信号，各个传感器单元的光路沿垂直于所述上卡盘的下表面的方向，所述若干传感器单元中的发射器或接收器位于所上卡盘的下表面，且位于所述上卡盘下表面的晶圆传送的标准位置与所述上卡盘的边缘之间，并沿所述中心轴均匀分布。

可选的，所述光信号为激光信号。

可选的，所述若干传感器单元的数量范围为3个至6个。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型技术方案提供的晶圆键合装置中，传感器用于判断所述上晶圆的传送位置是否标准，当所述上晶圆的传送位置不标准时可以中断键合，或者调整上晶圆传送位置后再进行键合，因此，可以减少因晶圆传送位置偏离而导致的晶圆键合的不良率。

进一步，所述传感器包括若干传感器单元，上晶圆被传送至上卡盘下方后，由于各传感器单元中的发射器和接收器之间形成的激光光路沿垂直于所述上卡盘的下表面的方向，发射器发出光(如激光)若被上晶圆阻挡，则表示上晶圆未被正确的传送，后续也无法被传送到上卡盘下表面的标准位置，反正表示上晶圆的传送位置正确，可以减少因晶圆传送位置偏离而导致的晶圆键合的不良率。

附图说明

图1为一种晶圆键合装置的结构示意图；

图2和图3是一种键合工艺的工艺过程示意图；

图4至图6是本实用新型的晶圆键合装置的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的晶圆键合装置有待进一步改善，现结合一种晶圆键合装置进行说明分析。

图1为一种晶圆键合装置的结构示意图。

请参考图1，一种晶圆键合装置，包括传送装置11和键合装置10，其中：

键合装置10包括上卡盘101、下卡盘102、取片装置103和顶针104，所述上卡盘101和所述下卡盘102同中心轴放置，所述顶针104位于所述上卡盘中心，且可以沿着所述上卡盘101的中心轴XX’方向移动，所述取片装置103穿过所述上卡盘102，可沿着所述上卡盘102的中心轴XX’方向移动。

图2和图3是一种键合工艺的工艺过程示意图。

请参考图2，并继续参考图1，采用图1所示的晶圆键合装置对两片晶圆进行键合，其过程包括：在下卡盘102预先由传送装置11放置待键合的第一晶圆105；采用所述传送装置11将待键合的第二晶圆106由位置A传送至键合腔体B中，具体地，送至所述上卡盘101下方；所述取片装置103用于将传送至键合腔体B处的第二晶圆106传送至上卡盘101表面；所述上卡盘101具有真空吸附装置(图中未标出)，进而将键合腔体B处的第二晶圆106吸附到上卡盘101下表面上；所述第一晶圆105和所述第二晶圆106分别放置于下卡盘102和上卡盘101后，采用所述顶针104往下顶第二晶圆106，使第二晶圆106发生形变，产生由所述第二晶圆106中心区域向边缘区域移动的键合波，进而由所述第二晶圆106中心至边缘一次释放所述第二晶圆106的吸附真空，使得所述第一晶圆105和所述第二晶圆106在键合波作用下完成键合。

上述晶圆键合装置在使用过程中，所述顶针104位于所述上卡盘101中心，当第二晶圆106与所述上卡盘101同中心轴放置时，可以使第二晶圆106在发生变形后产生对称于中心轴的键合波。

然而，所述晶圆键合装置中，晶圆被传送的过程中，由于没有监测装置，无法检测到所述第二晶圆106与所述上卡盘101是否同中心轴放置，因此可能产生所述顶针104与所述第二晶圆106的不同中心轴的情况，所述顶针104与所述第二晶圆106的中心位置的偏差最大甚至可达5毫米，所述偏差会造成所述第二晶圆106发生形变时无法产生对称于中心轴的键合波。如图3所示，所述第二晶圆106右侧先形变，而后左侧形变，使得所述第二晶圆106与所述第一晶圆105之间右侧的贴合力大于左侧的贴合力，从而导致整个键合界面的键合均匀度差异，使最终键合成的晶圆左面容易产生气泡，进而影响产品的最终良率。

为解决上述技术问题，本实用新型技术方案提供的晶圆键合装置中，传感器用于判断所述上晶圆的传送位置是否标准，当所述上晶圆的传送位置不标准时可以中断键合，或者调整晶圆传送位置后再进行键合，因此，可以减少因晶圆传送位置偏离而导致的晶圆键合的不良率。

为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

图4至图6是本实用新型的晶圆键合装置的结构示意图。

请参考图4至图6，图4是结构示意图，图5是图4的俯视结构示意图，图6是图5中沿NN1的剖面结构示意图，所述晶圆键合装置，包括：上卡盘201，用于固定上晶圆a；下卡盘202，用于固定下晶圆b，所述下卡盘202放置于所述上卡盘201下方，且所述上卡盘201和所述下卡盘202具有相同的中心轴YY’；位于所述上卡盘201中心且贯穿所述上卡盘201的顶针204，所述顶针204可沿所述中心轴YY’方向上下移动；传感器205，用于判断所述上晶圆a的传送位置是否标准。

所述传感器用于判断所述上晶圆a的传送位置是否标准，当所述上晶圆a的传送位置不标准时可以中断键合，或者调整上晶圆a传送位置后再进行键合，因此，可以减少因晶圆传送位置偏离而导致的晶圆键合的不良率。

本实施例中，所述晶圆键合装置，还包括：位于所述上卡盘201的传动装置203，所述传动装置203用于吸附上晶圆a后带动所述上晶圆a移动至上卡盘201的下表面，并在所述上晶圆a移动至所述上卡盘201的下表面后释放所述上晶圆a；位于所述上卡盘201的固定装置(图中未标出)，所述固定装置用于在所述传动装置203释放所述上晶圆a后，将所述上晶圆a固定到所述上卡盘201的下表面。

所述固定装置包括真空吸附装置。本实施例中，所述固定装置为真空吸附装置。所述真空吸附装置采用真空原理，即用真空负压来“吸附”晶圆以达到夹持晶圆的目的。

所述传动装置203包括若干贯穿所述上卡盘201的吸附器，各吸附器在朝向下卡盘一端带有吸附头(图中未标出)，且可沿垂直于所述上卡盘表面方向上下运动。本实施例中，所述吸附器的数量为3个。其他实施例中，所述吸附器的数量可以不做限制。

本实施例中，所述吸附器采用真空原理，即用真空负压来“吸附”晶圆以达到夹持晶圆的目的。

所述顶针204用于在所述上卡盘201固定所述上晶圆a后，下压所述上晶圆a，直到所述上晶圆a与所述下晶圆b键合。

所述晶圆键合装置在使用时，包括：所述上晶圆a被传送至所述上卡盘201的下表面；所述下晶圆b被传送至所述下卡盘202的上表面；移动所述上卡盘201或所述下卡盘202中的一者或两者，使所述上晶圆a与所述下晶圆b相贴合；所述上晶圆a与所述下晶圆b相贴合后，采用顶针204下压所述上晶圆a，使所述上晶圆a和所述下晶圆b自下压处附近产生键合波，从而使所述上晶圆a和所述下晶圆b键合。

本实施例中，所述上晶圆a的传送方法包括：所述上晶圆a被传送至所述上卡盘201和所述下卡盘202之间，具体地，所述上晶圆a被传送至所述上卡盘201和所述下卡盘202之间的中间位置D；所述传动装置203将所述上晶圆a自所述中间位置D传送至所述标准位置C；所述上卡盘201的固定装置待所述传动装置203释放所述上晶圆a后，将所述上晶圆a固定到所述上卡盘201的下表面。

所述传感器包括若干传感器单元，各个传感器单元包括一个发射器206，并相应地包括一个接收器205，所述接收器205用于接收相应地发射器206发出的光信号，各个传感器单元的光路ff沿垂直于所述上卡盘201的下表面的方向，所述若干传感器单元中的发射器206或接收器205位于所上卡盘201的下表面，且位于所述上卡盘201下表面的晶圆传送的标准位置C与所述上卡盘201的边缘之间，并沿所述中心轴YY’均匀分布。

所述传感器包括若干传感器单元，上晶圆a被传送至上卡盘201下方后，由于各传感器单元中的发射器206和接收器206之间形成的激光光路ff沿垂直于所述上卡盘201的下表面的方向，发射器206发出的光(如激光)若被上晶圆a阻挡，则表示上晶圆a未被正确的传送，后续也无法被传送到上卡盘201下表面的标准位置C，反正表示上晶圆a的传送位置正确，可以减少因晶圆传送位置偏离而导致的晶圆键合的不良率。

本实施例中，所述若干传感器单元中的接收器205位于所上卡盘201的下表面，且位于所述上卡盘201下表面的晶圆传送的标准位置C与所述上卡盘201的边缘之间，并沿所述中心轴YY’均匀分布。另一实施例中，所述若干传感器单元中的发射器位于所上卡盘的下表面，且位于所述上卡盘下表面的晶圆传送的标准位置与所述上卡盘的边缘之间，并沿所述中心轴均匀分布。

本实施例中，与所述上卡盘201下表面的晶圆传送的标准位置C相对应地，所述下卡盘202的上表面具有晶圆传送的适当位置E。所述适当位置E为所述下晶圆b被正确传送的位置，即当上晶圆a被传送至所述标准位置C、下晶圆b被传送至所述适当位置E时，所述顶针204可以施压至所述上晶圆a和所述下晶圆b的中心轴上，从而利于两片晶圆的键合。

本实施例中，所述若干传感器单元中的发射器206位于所下卡盘202的上表面，且位于所述下卡盘202上表面的晶圆传送的适当位置E与所述上卡盘201的边缘之间，并沿所述中心轴YY’均匀分布。另一实施例中，所述若干传感器单元中的接收器位于所下卡盘的上表面，且位于所述下卡盘上表面的晶圆传送的适当位置与所述上卡盘的边缘之间，并沿所述中心轴均匀分布。

其他实施例中，所述若干传感器单元中的发射器(接收器)位于所上卡盘的下表面。与所述发射器(接受器)相应地接受器(发射器)也可以不位于所述下卡盘的下表面上。例如，可以在所述下卡盘内形成上下贯穿所述下卡盘的通孔，所述通孔在所述下卡盘上表面的开口，位于所述下卡盘上表面的晶圆传送的适当位置与所述上卡盘的边缘之间，所述接受器(发射器)位于所述通孔下方，以发射器发射的光通过所述通孔，并使所述各个传感器单元的光路沿垂直于所述上卡盘的下表面的方向。

所述光信号为激光信号。

所述若干传感器单元的数量范围为3个至6个。本实施例中，所述若干传感器单元的数量范围为4个。其他实施例中，可以对所述若干传感器单元的数量范围不做限制。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种晶圆键合装置，其特征在于，包括：

上卡盘，用于固定上晶圆；

下卡盘，用于固定下晶圆，所述下卡盘放置于所述上卡盘下方，且所述上卡盘和所述下卡盘具有相同的中心轴；

位于所述上卡盘中心且贯穿所述上卡盘的顶针，所述顶针可沿所述中心轴方向上下移动；

传感器，用于判断所述上晶圆的传送位置是否标准。

2.如权利要求1所述的晶圆键合装置，其特征在于，还包括：位于所述上卡盘的传动装置，所述传动装置用于吸附上晶圆后带动所述上晶圆移动至上卡盘的下表面，并在所述上晶圆移动至所述上卡盘的下表面后释放所述上晶圆；位于所述上卡盘的固定装置，所述固定装置用于在所述传动装置释放所述上晶圆后，将所述上晶圆固定到所述上卡盘的下表面。

3.如权利要求2所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述传动装置包括若干贯穿所述上卡盘的吸附器，各吸附器在朝向下卡盘一端带有吸附头，且可沿垂直于所述上卡盘表面方向上下运动。

4.如权利要求2所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述顶针用于在所述上卡盘固定所述上晶圆后，下压所述上晶圆，直到所述上晶圆与所述下晶圆键合。

5.如权利要求2所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述固定装置包括真空吸附装置。

6.如权利要求1所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述传感器包括若干传感器单元，各个传感器单元包括一个发射器，并相应地包括一个接收器，所述接收器用于接收相应地发射器发出的光信号，各个传感器单元的光路沿垂直于所述上卡盘的下表面的方向，所述若干传感器单元中的发射器或接收器位于所上卡盘的下表面，且位于所述上卡盘下表面的晶圆传送的标准位置与所述上卡盘的边缘之间，并沿所述中心轴均匀分布。

7.如权利要求6所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述光信号为激光信号。

8.如权利要求6所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述若干传感器单元的数量范围为3个至6个。

Images