CN219017599U - 改进型晶圆处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进型晶圆处理设备，适于将晶圆与载板键合，包括：工作台；物料放置机构，适于放置物料；涂胶清洗机构，位于物料放置机构一侧，包括涂胶组件及设置在涂胶组件一侧的工作板；烘烤机构，设置在涂胶清洗机构一侧，适于对涂胶后的晶圆进行加热；机械手臂，与控制器电连接；烘烤机构包括至少一组加热组件，每组加热组件包括与外壳的内壁连接的金属板及加热件，于烘烤机构的高度方向上，加热件贴合设置在金属板的下表面，使得经过涂胶组件涂胶后的晶圆可以放置在该烘烤机构中进行烘烤加热，以加快晶圆表面的固化速度，从而提高改进型晶圆处理设备整体的工作效率，该烘烤机构可以一次性对多个晶圆进行加热烘烤，进一步提高改进型晶圆处理设备的键合速度。

Description

改进型晶圆处理设备

技术领域

本申请涉及一种改进型晶圆处理设备，属于晶圆制造技术领域。

背景技术

晶圆是指制作硅半导体积体电路所用的硅晶圆或化合物半导体之砷化镓，碳化硅，氮化镓，磷化铟等晶圆，由于其形状为圆形，故称为晶圆。随着半导体器件关键尺寸的不断缩小以及新材料(例如键合胶，划片保护胶等)的引入，在晶圆的生产加工过程中，对晶圆减薄，以实现更好的散热，从而提高芯片效率。但由于被清洗或被打磨的晶圆会越来越薄(50-150um的厚度比传统的600um厚度晶圆低很多)，继续对晶圆进行操作会导致晶圆破碎。因此，为了防止晶圆在被加工时破碎，通常使用载片与晶圆键合在一起后，对键合后的晶圆进行加工，减少晶圆在被加工时破碎情况的发生。

但是，现有技术中的人工作业有效率低，人为失误造成碎片，存在手工对位精度低等问题。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动化的高效键合设备，消除人工操作的碎片风险，提高对位精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改进型晶圆处理设备，适于将晶圆与载板键合，包括：

工作台；

物料放置机构，设置在所述工作台上，适于放置物料；

涂胶清洗机构，设置在所述工作台上，且位于所述物料放置机构一侧，包括涂胶组件及设置在所述涂胶组件一侧的工作板，所述涂胶组件适于对放置在所述工作板的所述晶圆的表面涂胶；

烘烤机构，设置在所述涂胶清洗机构一侧，适于对涂胶后的所述晶圆进行加热；

键合机构，设置在所述工作台上，适于将涂胶后的所述晶圆与所述载板键合连接；

机械手臂，与控制器电连接，并靠近所述工作台的中心设置，适于根据所述控制器的指令执行相应的动作；

其中，所述烘烤机构包括外壳、形成在所述外壳内的加热腔以及设置在所述加热腔内的至少一组加热组件，每组所述加热组件包括与所述外壳的内壁连接的金属板及加热件，于所述烘烤机构的高度方向上，所述加热件贴合设置在所述金属板的下表面，所述金属板适于放置涂胶后的所述晶圆。

在其中一个实施例中，每个所述金属板的上表面设置若干支撑部，若干支撑部均匀设置，所述晶圆搭接在所述若干支撑部上。

在其中一个实施例中，每组所述加热组件还包括设置在所述金属板下方的承托板，每个所述承托板上设置有散热件，所述散热件适于对所述金属板散热。

在其中一个实施例中，所述加热结构还包括与所述外壳适配的盖体及与所述盖体连接的驱动气缸，所述盖体在所述驱动气缸的驱动力的作用下可相对于所述加热腔移动，打开或关闭所述加热腔。

在其中一个实施例中，所述涂胶组件包括胶桶、与所述胶桶连通的导管、与所述导管连通的涂胶手臂以及与所述涂胶手臂连通的涂胶喷头，所述涂胶手臂在外力作用下可相对于所述工作板移动以带动所述涂胶喷头移动。

在其中一个实施例中，所述涂胶清洗机构还包括清洗组件，所述清洗组件与所述涂胶组件相对设置在所述工作板的一侧，适于对所述工作板上的所述晶圆涂胶后胶边的清洗；

所述清洗组件包括清洗剂桶、与所述清洗剂桶连通的输送管、与所述输送管连接的清洗手臂以及与所述清洗手臂连通的清洗喷头，所述清洗喷头在外力作用下可相对于所述工作板移动，以带动所述清洗喷头移动。

在其中一个实施例中，所述改进型晶圆处理设备还包括与所述控制器电连接的检测机构，所述检测机构包括设置在所述胶桶上的第一检测件和设置在所述清洗剂桶上的第二检测件。

在其中一个实施例中，所述第一检测件为压力传感器，所述第二检测件为液位传感器。

在其中一个实施例中，所述改进型晶圆处理设备还包括驱动机构，所述驱动机构包括与所述工作板连接的第一驱动件、与所述涂胶组件连接的第二驱动件以及与所述清洗组件连接的第三驱动件。

在其中一个实施例中，所述改进型晶圆处理设备还包括设置在所述工作台上的寻边器，所述寻边器适于确定所述晶圆的平边或槽口切口。

本发明的有益效果在于：本申请通过在工作台上设置有烘烤机构，使得经过涂胶组件涂胶后的晶圆可以放置在该烘烤机构中进行烘烤加热，以移除溶剂并加快晶圆表面键合胶的固化速度，从而提高改进型晶圆处理设备整体的工作效率；另一方面，通过在烘烤机构内设置至少一组加热组件，使得每组加热组件均可以对应一个晶圆对其进行烘烤加热，以使得该烘烤机构可以一次性对多个晶圆进行加热烘烤，进一步提高改进型晶圆处理设备的键合速度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本申请的改进型晶圆处理设备的结构示意图；

图2为本申请的改进型晶圆处理设备的部分结构示意图；

图3为本申请的改进型晶圆处理设备的另一部分结构示意图；

图4为本申请的改进型晶圆处理设备的另一部分结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参见图1-图4，本申请一较佳实施例所示的改进型晶圆处理设备，与控制器信号连接，适于对目标物进行键合操作，本实施例中，该目标物为晶圆，并且将晶圆与载板通过键合胶键合，本实施例中，该载板可以为蓝宝石。在其他实施例中，该目标物可以为其他，例如电路板或IC芯片等，在.此不对该目标物的具体种类做具体限定，根据实际情况而定。

改进型晶圆处理设备包括工作台10、设置在工作台10上的物料放置机构20、设置在工作台10上且位于物料放置机构20一侧的涂胶清洗机构30、设置在工作台10上的键合机构以及与控制器电连接的机械手臂。其中，物料放置机构20适于放置物料，涂胶清洗机构30适于对晶圆表面涂胶，键合机构适于将涂胶后的晶圆与载板键合连接，而机械手臂适于根据控制器的指令执行相应的动作，以实现对晶圆一系列的键合动作。本实施例中，机械手臂靠近工作台10的中心设置，即物料放置机构20、涂胶清洗机构30、键合机构以机械手臂为圆心进行布置，以使得机械手臂在进行执行相应的动作时尽可能减少移动距离，并且减少各机构之间的线路走线连接。

具体的，物料放置机构20包括沿工作台10依次排开的第一箱体11、第二箱体12以及第三箱体13。其中，第一箱体11适于放置若干待键合晶圆，第二箱体12适于放置若干载片，第三箱体13适于放置与载片键合后的晶圆。

涂胶清洗机构30包括涂胶组件21和清洗组件23以及设置在涂胶组件21与清洗组件23之间的工作板22。涂胶组件21适于对放置在工作板22上的晶圆进行涂胶，清洗组件23适于对放置在工作板22上的晶圆进行部分清洗。本实施例中，该清洗组件23适于对突伸出晶圆边缘的胶进行清洗。

具体的，涂胶组件21包括胶桶、与胶桶连通的导管、与导管连通的涂胶手臂211以及与涂胶手臂211连通的涂胶喷头212。胶桶内灌输有键合胶，涂胶手臂211在外力作用下可相对于工作板22移动以带动涂胶喷头212移动，以使得胶桶内的键合胶可以自导管输送至涂胶手臂211上，并流向至涂胶喷头212上，最终随涂胶手臂211移动的同时将键合胶涂覆在工作板22上的晶圆的表面上。

清洗组件23包括清洗剂桶、与清洗剂桶连通的输送管、与输送管连接的清洗手臂231以及与清洗手臂231连通的清洗喷头232，清洗喷头232在外力作用下可相对于工作板22移动，以带动清洗喷头232移动。同样的，清洗剂桶内灌输有清洗剂，清洗剂桶内的清洗剂可以自输送管输送至清洗手臂231上，并流向至清洗喷头232上，最终随清洗手臂231移动的同时将清洗剂输送至晶圆上。本实施例中，该清洗喷头232喷出的清洗剂适于对涂胶后的晶圆上突伸出晶圆边缘的部分胶进行清洗，使得晶圆与载板具有较好的键合效果，且防止键合胶影响晶圆的性能。

改进型晶圆处理设备还包括与控制器电连接的检测机构，检测机构包括设置在胶桶上的第一检测件和设置在清洗剂桶上的第二检测件。其中，第一检测件为压力传感器，第二检测件为液位传感器，以检测胶桶内键合胶的量以及清洗剂桶内的清洗剂的量，防止键合胶或清洗剂不足导致键合机的键合效率下降。

改进型晶圆处理设备还包括驱动机构，该驱动机构包括与工作板22连接的第一驱动件、与涂胶组件21连接的第二驱动件以及与清洗组件23连接的第三驱动件和第四驱动件。其中，第二驱动件适于驱动涂胶手臂211移动，第三驱动件适于驱动清洗手臂231移动。

工作台10具有靠近卡持机构的第一位置和远离卡持结构的第二位置，第一驱动件适于驱动工作台10在第一位置与第二位置之间切换。当机械手臂需要将晶圆放置在工作板22上时，第一驱动件驱动工作板22朝向卡持机构移动，以使得工作板22达到第一位置，以承接卡持机构上的晶圆，并在第一驱动件的作用下自第一位置移动至第二位置。而第四驱动件适于与工作板22连接，以驱动工作板22转动，一方面可以加快晶圆的涂胶速率，另一方面可以使得晶圆表面的键合胶涂覆的更加均匀。需要说明的是，本实施例中第一驱动件为气缸，第四驱动件为电机。

本实施例中，改进型晶圆处理设备还包括设置在工作台10上的烘烤机构，该烘烤机构适于对涂胶后的晶圆进行加热，以加快晶圆表面的键合胶的固化，机械手臂在夹取晶圆时，晶圆上的键合胶偏移流出。

具体的，该烘烤机构包括具有开口的外壳3、形成在外壳3内的加热腔4以及设置在加热腔4内的至少一组加热组件5。每组加热组件5包括与外壳3的内壁连接的金属板51及加热件。其中，每个金属板51适于放置涂胶后的晶圆，且于烘烤机构的高度方向上，加热件贴合设置在金属板51的下表面，以使得加热件能够释放热量并传导至金属板51上，从而加快放置在金属板51上的涂胶后的晶圆的固化，减少晶圆上的键合胶的固化时间。本实施例中，为了防止金属板51与晶圆的直接接触，导致晶圆损坏，每个金属板51的表面上设置有若干支撑部52，且若干支撑部52在金属板51上均匀设置，使得整个晶圆能够稳定在搭接在若干支撑部52上。

每组加热组件5还包括设置在金属板51下方的承托板53，且每个承托板53上均设置有一个散热件54，该散热件54适于对金属板51散热。本实施例中，加热组件5设置有两组，即该烘烤机构可一次性对两个晶圆进行加热固化处理，以加快工作效率。在其他实施例中，加热组件5还可以设置为其他数量，可以根据实际需求设置，在此不对其进行具体限定。

为了保证烘烤机构在工作时，加热腔4内的温度，本实施例中，烘烤机构还包括与外壳3适配的盖体及与盖体连接的驱动气缸6，该盖体可以在驱动气缸6的驱动力的作用下可相对于加热腔4移动，以将加热腔4打开或关闭。而壳体位于开口的位置上还可以设置有导向组件，具体为在盖体和外壳3的其中一个上设置有第一导轨，在盖体和外壳3的另一个上设置有第二导轨，使得盖体可以沿第一导轨和第二导轨相对于外壳3移动，以达到省力的效果。

本实施例中，改进型晶圆处理设备还包括设置在工作台10上的冷却机构，该冷却机构适于将经过烘烤机构固化后的晶圆进行冷却，以防止晶圆温度过高或晶圆长时间处于高温时对晶圆本身的性能造成损坏。具体的，冷却机构包括支撑框架7、设置在支撑框架7内的冷却板71，冷却板71适于放置晶圆。本实施例中，冷却板71也设置为金属材质，且冷却板71设置有多个，同样加快多个晶圆的冷却效率。而每个冷却板71上也设置有多个支撑部52，以便于放置晶圆，避免金属的冷却板71直接与晶圆接触，对晶圆造成损坏。

进一步地，每个冷却板71的侧面均设置有若干贯穿孔72，以使得气流可以穿过若干贯穿孔72，从而实现对冷却板71及冷却板71的周围散热，进一步缩短晶圆的冷却时间。需要说明的是，每个冷却板71设置为不规则结构，以减少冷却板71在晶圆上的投影与晶圆的重叠的面积，即减少冷却板71对晶圆的遮挡，从而便于气流快速通过晶圆，对其进行散热降温。本实施例中，每个冷却板71设置为″山″型。在其他实施例中，还可以将冷却板71设置为其他形状，例如将冷却板71设置为镂空结构。

需要说明的是，冷却机构上还设置有对中结构73，该对中结构73设置在最上层冷却板71的上面，以对晶圆进行对中，便于机械手臂直接夹取该位置的晶圆并便于后续流程中的对准工作。

改进型晶圆处理设备还包括设置在工作台10上的寻边器，该寻边器适于对晶圆找准，例如查找确定晶圆的平边或槽口切口的位置，进而确定晶圆的目标位置，该目标位置可以理解为晶圆的中心位置，以便于机械手臂后续拿取该晶圆的固定位置，防止后续调整机械手臂与晶圆接触时因位置不同而进行调整。需要说明的是，该寻边器得到执行程序为现有程序，在此不对该寻边器进行赘述。

改进型晶圆处理设备还包括键合机构，还键合机构具有键合位，其适于放置载板和待键合晶圆。该键合机构包括键合底座82和与键合底座82转动连接的键合上座81以及与键合上座81连接的驱动组件83，该驱动组件83适于驱动键合上座81相对于键合底座82转动以使得键合机构在打开状态和闭合状态之间切换，键合位位于键合底座82上。当需要将载板或晶圆放置在键合位时，驱动组件83驱动该键合机处于打开状态，通过机械手臂将载板或晶圆依次放置在键合位上；当需要对位于键合位上的载板和晶圆进行键合时，在驱动组件83的作用下，键合机构自打开状态切换至闭合状态;当需要将键合位上的载板或晶圆取出时，驱动组件83驱动键合上座81再一次相对于键合底座82转动，以使得键合机构自闭合状态切换至打开状态，机械手臂将其取出。需要说明的是，为了提高键合效率，本实施例中设置有三个键合机构，且每个键合机构内设置有加热部件，加热部件适于对位于键合位上的晶圆表面的键合胶进行加热，使得键合胶熔化至适当状态，从而使得载板与晶圆更好的键合连接。

该改进型晶圆处理设备的工作过程为：机械手臂从第一箱体内取出晶圆，并将晶圆放置在冷却机构上的对中结构进行对中，然后通过机械手臂移送至工作板上，涂胶组件对旋转的工作板上的晶圆的表面进行涂覆键合胶，接着机械手臂将涂胶后的晶圆依次放置在烘烤机构中进行加热，使得涂覆于晶圆表面上的键合胶加快固化，并将从烘烤机构取出的晶圆放入至冷却机构中进行冷却，防止胶在高温下时间过长而造成过度固化。机械手臂再一次将上述晶圆放置在工作板上，此时第三驱动件驱动清洗手臂对该晶圆的边缘进行清洗，以去除晶圆上多余的键合胶，将去除多余键合胶的晶圆通过机械手臂移送至寻边器上，寻边器对晶圆进行找准，然后通过机械手臂输送至键合位，与此同时，机械手臂从第二箱体内取出载板，并将载板放置在寻边器上，对载板进行找准后放置在键合位上，驱动组件驱动键合机构自打开状态转换至闭合状态，键合机构内的加热部件对晶圆上的键合胶进行一定程度上的加热，使晶圆与载板达到键合连接最适配的状态，使其键合连接；完成键合后，机械手臂件键合后的晶圆和载板输送至第三箱体，以对其进行下一步的处理流程。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种改进型晶圆处理设备，其特征在于，适于将晶圆与载板键合，包括：

工作台；

物料放置机构，设置在所述工作台上，适于放置物料；

涂胶清洗机构，设置在所述工作台上，且位于所述物料放置机构一侧，包括涂胶组件及设置在所述涂胶组件一侧的工作板，所述涂胶组件适于对放置在所述工作板的所述晶圆的表面涂胶；

烘烤机构，设置在所述涂胶清洗机构一侧，适于对涂胶后的所述晶圆进行加热；

键合机构，设置在所述工作台上，适于将涂胶后的所述晶圆与所述载板键合连接；

机械手臂，与控制器电连接，并靠近所述工作台的中心设置，适于根据所述控制器的指令执行相应的动作;

其中，所述烘烤机构包括外壳、形成在所述外壳内的加热腔以及设置在所述加热腔内的至少一组加热组件，每组所述加热组件包括与所述外壳的内壁连接的金属板及加热件，于所述烘烤机构的高度方向上，所述加热件贴合设置在所述金属板的下表面，所述金属板适于放置涂胶后的所述晶圆。

2.如权利要求1所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，每个所述金属板的上表面设置若干支撑部，若干支撑部均匀设置，所述晶圆搭接在所述若干支撑部上。

3.如权利要求1所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，每组所述加热组件还包括设置在所述金属板下方的承托板，每个所述承托板上设置有散热件，所述散热件适于对所述金属板散热。

4.如权利要求1所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，所述烘烤机构还包括与所述外壳适配的盖体及与所述盖体连接的驱动气缸，所述盖体在所述驱动气缸的驱动力的作用下可相对于所述加热腔移动，打开或关闭所述加热腔。

5.如权利要求1所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，所述涂胶组件包括胶桶、与所述胶桶连通的导管、与所述导管连通的涂胶手臂以及与所述涂胶手臂连通的涂胶喷头，所述涂胶手臂在外力作用下可相对于所述工作板移动以带动所述涂胶喷头移动。

6.如权利要求5所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，所述涂胶清洗机构还包括清洗组件，所述清洗组件与所述涂胶组件相对设置在所述工作板的一侧，适于对所述工作板上的所述晶圆涂胶后胶边的清洗；

所述清洗组件包括清洗剂桶、与所述清洗剂桶连通的输送管、与所述输送管连接的清洗手臂以及与所述清洗手臂连通的清洗喷头，所述清洗喷头在外力作用下可相对于所述工作板移动，以带动所述清洗喷头移动。

7.如权利要求6所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，所述改进型晶圆处理设备还包括与所述控制器连接的检测机构，所述检测机构包括设置在所述胶桶上的第一检测件和设置在所述清洗剂桶上的第二检测件。

8.如权利要求7所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，所述第一检测件为压力传感器，所述第二检测件为液位传感器。

9.如权利要求8所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，所述改进型晶圆处理设备还包括驱动机构，所述驱动机构包括与所述工作板连接的第一驱动件、与所述涂胶组件连接的第二驱动件以及与所述清洗组件连接的第三驱动件。

10.如权利要求1-9中任一项所述的改进型晶圆处理设备，其特征在于，所述改进型晶圆处理设备还包括设置在所述工作台上的寻边器，所述寻边器适于确定所述晶圆的平边或槽口切口。

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