TW202245095A - 晶圓接合設備 - Google Patents
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Abstract
一種晶圓接合設備，包括一載台、至少兩第一定位件、兩第二定位件、一熱源及一軟質加壓件。載台具有一承載區，承載區適於承載相互疊設的兩晶圓，各晶圓的周緣包括一圓弧區段及一直線區段。兩第一定位件及兩第二定位件配置於載台上且圍繞承載區。兩第一定位件適於抵靠圓弧區段且兩第二定位件適於抵靠直線區段，以定位兩晶圓且使兩直線區段相互對齊。熱源連接於載台且適於加熱承載區，以使兩晶圓之間的一接合材升溫。軟質加壓件可升降地配置於承載區上方。軟質加壓件適於往承載區下移而加壓兩晶圓，以使兩晶圓藉由接合材而相接合。
Description
本發明是有關於一種接合設備，且特別是有關於一種晶圓接合設備。
新一代的半導體材料如碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)，相較傳統的半導體材料具有更高效能與更高功率等優勢，適用於5G通訊、電動車等產業。以碳化矽晶圓來說，在進行拋光等製程之前，需先將碳化矽晶圓與作為載體的另一晶圓進行黏合以增加厚度，避免晶圓因厚度太薄而於拋光等製程中破裂。現行的做法是以人工目視方式將兩晶圓的周緣對齊並使其相黏合，然後利用砝碼重壓此兩晶圓並靜置一段時間。然而，人工目視方式不容易準確地使兩晶圓的周緣對齊，且砝碼重壓方式無法準確掌控所需的壓合力道與壓合時間，難以藉由標準化的作業流程確保晶圓的接合品質。
本發明提供一種晶圓接合設備，可藉由標準化的作業流程確保晶圓的接合品質。
本發明的晶圓接合設備包括一載台、至少兩第一定位件、兩第二定位件、一熱源及一軟質加壓件。載台具有一承載區，承載區適於承載相互疊設的兩晶圓，各晶圓的周緣包括一圓弧區段及一直線區段。兩第一定位件及兩第二定位件配置於載台上且圍繞承載區。兩第一定位件適於抵靠圓弧區段且兩第二定位件適於抵靠直線區段，以定位兩晶圓且使兩直線區段相互對齊。熱源連接於載台且適於加熱承載區，以使兩晶圓之間的一接合材升溫。軟質加壓件可升降地配置於承載區上方。軟質加壓件適於往承載區下移而加壓兩晶圓，以使兩晶圓藉由接合材而相接合。
在本發明的一實施例中，上述的至少兩第一定位件及兩第二定位件可伸縮地連接於載台，當軟質加壓件加壓兩晶圓時，至少兩第一定位件及兩第二定位件被軟質加壓件下壓而至少部分地內縮於載台。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓接合設備包括至少兩位置調整組件，其中至少兩位置調整組件配置於載台上，至少兩第一定位件分別連接於至少兩位置調整組件，各位置調整組件適於調整對應的第一定位件的位置，以使至少兩第一定位件抵靠圓弧區段。
在本發明的一實施例中，上述的各位置調整組件適於沿圓弧區段的徑向調整對應的第一定位件的位置。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓接合設備包括一第一驅動單元，其中兩第二定位件連接於第一驅動單元，第一驅動單元適於驅動兩第二定位件往承載區移動而抵靠直線區段。
在本發明的一實施例中，上述的兩第二定位件的連線平行於一第一方向，第一驅動單元適於驅動兩第二定位件沿垂直於第一方向的一第二方向往承載區移動。
在本發明的一實施例中，上述的第一定位件包括一導引結構，導引結構沿著第二方向延伸。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓接合設備包括一止擋件及至少一彈性件，止擋件配置於載台上，至少一第二定位件沿第二方向可動地連接於止擋件，至少一彈性件連接於止擋件與至少一第二定位件之間。
在本發明的一實施例中，上述的第二定位件包括相連接的一止擋部及一連接部，連接部沿第二方向可動地連接於止擋件，至少一彈性件套設於連接部且壓縮於止擋部與止擋件之間。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓接合設備包括至少兩第二驅動單元，其中至少兩第一定位件分別連接於至少兩第二驅動單元，各第二驅動單元適於驅動對應的第一定位件往承載區移動而抵靠圓弧區段，各第二驅動單元的驅動力小於第一驅動單元的驅動力。
在本發明的一實施例中，上述的各第二驅動單元的驅動力為0.2~0.7MPa、0.4~0.7MPa或0.3~0.5MPa。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓接合設備包括一熱風提供單元，其中載台在承載區具有多個孔隙，熱風提供單元適於提供熱風，熱風從承載區下方透過這些孔隙而往承載區上方流動，以使兩晶圓懸浮於承載區上方。
在本發明的一實施例中，上述的熱風的溫度為120~150度、130~150度、130~140度或135度。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓接合設備包括一吸真空單元，其中載台在承載區具有多個孔隙，吸真空單元適於對這些孔隙進行吸真空，以在承載區產生真空吸附力而吸附兩晶圓。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓接合設備包括一傾角調整組件，其中傾角調整組件連接於載台且適於調整載台的傾角。
在本發明的一實施例中，上述的傾角調整組件適於調整載台的傾角為1~5度、2~4度、2.5~3.5度或3度。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓接合設備包括至少一斷熱元件，其中載台在承載區下方具有一容納空間，容納空間容納熱源，至少一斷熱元件配置於熱源與容納空間的至少部分內表面之間。
在本發明的一實施例中，上述的斷熱元件為環形且沿著熱源的至少部分周緣配置。
在本發明的一實施例中，上述的熱源的溫度為120~200度、130~150度、143~150度或145度。
在本發明的一實施例中，上述的軟質加壓件為一氣囊。
在本發明的一實施例中，上述的氣囊的壓力值為0.04~0.05Mpa。
一種晶圓接合設備，包括一載台、至少兩第一定位件、兩第二定位件、一熱源及一軟質加壓件。載台具有一承載區。至少兩第一定位件及兩第二定位件配置於載台上且圍繞承載區，其中至少兩第一定位件及兩第二定位件適於共同定義一定位區域，定位區域的周緣包括一圓弧區段及一直線區段，至少兩第一定位件適於移至圓弧區段且兩第二定位件適於移至直線區段。熱源連接於載台且適於加熱承載區。軟質加壓件可升降地配置於承載區上方，其中軟質加壓件適於往承載區下移。
基於上述，本發明的晶圓接合設備利用至少兩第一定位件抵靠晶圓的周緣之圓弧區段並利用兩第二定位件抵靠晶圓的周緣之直線區段，而可透過三點定位的方式將兩晶圓準確地定位於正確位置，並準確地使兩晶圓的直線區段相互對齊。此外，本發明利用軟質加壓件對晶圓進行加壓，而可確保加壓力道均勻。從而，本發明的晶圓接合設備藉由標準化的作業流程確保了晶圓的接合品質。
圖1是本發明一實施例的晶圓接合設備的立體圖。圖2是圖1的晶圓接合設備的分解圖。圖3是圖1的晶圓接合設備的局部立體圖。請參考圖1至圖3，本實施例的晶圓接合設備100包括一載台110、三第一定位件120、兩第二定位件130、一熱源140、一軟質加壓件150、一驅動源180、一電控單元190。載台110具有一承載區110a，這些第一定位件120及這些第二定位件130配置於載台110上且圍繞承載區110a。熱源140連接於載台110且對應於承載區110a。軟質加壓件150藉由驅動源180(例如是汽缸)的驅動而可升降地配置於承載區110a上方。電控單元190供使用者控制晶圓接合設備100之操作。
圖4是圖3的承載區承載晶圓的俯視圖。圖5是圖3的承載區承載晶圓的側視圖。請參考圖4及圖5，承載區110a適於承載相互疊設的兩晶圓W，各晶圓W的周緣包括一圓弧區段S1(標示於圖4)及一直線區段S2(標示於圖4)。這三個第一定位件120及這兩個第二定位件130適於共同定義一定位區域R(標示於圖4)，定位區域R的周緣包括一圓弧區段S1’(標示於圖4)及一直線區段S2’(標示於圖4)。定位區域R為預定對晶圓W進行定位的區域，定位區域R的圓弧區段S1’及直線區段S2’分別對應於晶圓W的圓弧區段S1及直線區段S2。這三個第一定位件120適於移至定位區域R的圓弧區段S1’而抵靠晶圓W的圓弧區段S1而可透過三點定位的方式將兩晶圓W準確地定位於正確位置，且這兩個第二定位件130適於如圖4所示移至定位區域R的直線區段S2’而抵靠晶圓W的直線區段S2，而可準確地使兩晶圓W的直線區段S2相互對齊。熱源140適於加熱承載區110a，以使兩晶圓W之間的一接合材M(繪示於圖5)升溫。熱源的溫度可設定為120~200度、130~150度、143~150度或145度。
圖6繪示圖1的軟質加壓件膨脹。軟質加壓件150例如是氣囊且可如圖6所示膨脹，並往承載區110a下移而加壓兩晶圓W，以使兩晶圓W藉由接合材M(繪示於圖5)而相接合。藉由軟質加壓件150的柔軟的特性，可確保其對晶圓W的加壓力道均勻。所述氣囊的壓力可設定為0.04~0.05 Mpa，所述氣囊的直徑例如為185毫米，其加壓晶圓W的時間可設定為1~5分鐘內的適當時間長度。
透過第一定位件120、第二定位件130及軟質加壓件150的上述作用方式，本實施例的晶圓接合設備100藉由標準化的作業流程確保了晶圓W的接合品質。
在本實施例中，可將各第一定位件120及各第二定位件130設計為可伸縮地連接於載台。當圖6所示的軟質加壓件150沿著加壓方向P加壓兩晶圓W時，各第一定位件120及各第二定位件130會被軟質加壓件150下壓而至少部分地內縮於載台110，以避免第一定位件120及第二定位件130阻礙軟質加壓件150對晶圓W之加壓。在軟質加壓件150移離各第一定位件120及各第二定位件130之後，各第一定位件120及各第二定位件130可藉由適當形式的彈性件所提供的彈性力而往上復位。
請參考圖3及圖4，本實施例的晶圓接合設備100包括三個位置調整組件160。這些位置調整組件160配置於載台110上，這些第一定位件120分別連接於這些位置調整組件160。各位置調整組件160可調整對應的第一定位件120的位置，使第一定位件120在預定的位置抵靠於晶圓W的周緣的圓弧區段S1，以確實地對晶圓W進行三點定位。藉由位置調整組件160的設計，各第一定位件120的位置可微調以因應不同直徑的晶圓W，其適用的直徑範圍例如是149~151毫米。具體而言，各位置調整組件160例如是設計為可沿圓弧區段S1的徑向帶動對應的第一定位件120移動，以調整對應的第一定位件120的位置。在利用各位置調整組件160完成對應的第一定位件120的位置調整之後，可藉由螺鎖或其他方式固定這些位置調整組件160。
請參考圖3至圖5，在本實施例中，晶圓接合設備100包括一第一驅動單元170。第一驅動單元170例如是汽缸，兩第二定位件130連接於第一驅動單元170，第一驅動單元可驅動兩第二定位件130往承載區110a移動而抵靠晶圓W的直線區段S2。具體而言，兩第二定位件130的連線平行於一第一方向D1(標示於圖4)，第一驅動單元170適於驅動兩第二定位件130沿垂直於第一方向D1的一第二方向D2(標示於圖4及圖5)往承載區110a移動，使晶圓W的直線區段S2藉由兩第二定位件130的推抵而沿著第一方向D1對齊。
圖7是圖1的晶圓接合設備的部分構件方塊圖。請參考圖7，本實施例的晶圓接合設備100更可包括一熱風提供單元H。載台110的承載區110a例如為多孔性的陶瓷盤而具有多個孔隙，熱風提供單元H例如透過適當之空氣流路而連接至承載區110a的這些孔隙下方，且適於提供熱風。所述熱風從承載區110a下方透過這些孔隙而往承載區110a上方流動，以使兩晶圓W懸浮於承載區110a上方。藉此，可避免承載區110a與晶圓W之間的摩擦力阻礙第一定位件120及第二定位件130對晶圓W之定位的進行。所述熱風作用於晶圓W的上升力至少須大於兩晶圓W的總重量，以順利地使兩晶圓W懸浮。此外，所述熱風的溫度可設定為120~150度、130~150度、130~140度或135度，以使晶圓W之間的接合材M保持為被加熱的狀態。
如圖7所示，本實施例的晶圓接合設備100可更包括一吸真空單元V。在第一定位件120及第二定位件130完成對晶圓W之定位之後，吸真空單元V可對承載區110a的這些孔隙進行吸真空，以在承載區110a產生真空吸附力而吸附固定兩晶圓W。
圖8繪示圖1的載台傾斜。請參考圖1及圖8，在本實施例中，晶圓接合設備100更包括至少一傾角調整組件A(繪示為兩個)，傾角調整組件A連接於載台110且適於如圖8所示調整載台110的傾角。藉由使載台110傾斜，可使載台110之承載區110a上的懸浮的晶圓W(繪示於圖4及圖5)傾斜地抵靠於第一定位件120而不致非預期地飄移。本實施例的傾角調整組件A例如是螺桿的形式，其適於調整載台110的傾角為1~5度、2~4度、2.5~3.5度或3度。
圖9是圖1的晶圓接合設備的局部立體圖。圖10繪示圖9的結構於另一視角的立體圖。請參考圖2、圖9及圖10，本實施例的晶圓接合設備100更包括斷熱元件C1、C2。載台110在承載區110a下方具有一容納空間CS(標示於圖2)，容納空間CS容納熱源140，斷熱元件C1、C2配置於熱源140與容納空間CS的內表面之間，以避免熱源140的熱過度往承載區110a以外的部分傳遞。在本實施例中，斷熱元件C1、C2例如為環形且沿著熱源140的至少部分周緣配置。具體而言，斷熱元件C1例如是斷熱雲母片，斷熱元件C2例如是隔熱墊圈。
本發明不對第一定位件120的數量加以限制，以下藉由圖式對此舉例說明。圖11是本發明另一實施例的承載區承載晶圓的俯視圖。圖11所示實施例與圖4所示實施例的不同處在於，圖11所示實施例的第一定位件120的數量為兩個，此兩第一定位件120與第二定位件130共同以三點定位的方式來定位晶圓W。也就是說，在第一定位件120的數量為兩個的情況下，第二定位件130除了用以進行晶圓W之周緣的直線區段S2的對齊，更用以配合兩第一定位件120進行晶圓W之三點定位。在第一定位件120的可微調距離有限的情況下，若第一定位件120的數量如圖4所示為三個，則會限制了可適用的晶圓尺寸範圍。圖11所示實施例藉由將第一定位件120的數量設計為兩個而無此問題。
圖12是本發明另一實施例的晶圓接合設備的局部立體圖。圖12所示實施例與前述實施例的不同處在於，圖12的其中兩個第一定位件120’各包括一導引結構G，導引結構G沿著第二方向D2延伸且適於導引晶圓，使晶圓在被第二定位件130’推動的過程中藉由導引結構G之導引而被調整為具有正確的方位。
此外，本實施例的晶圓接合設備更包括一止擋件B及兩彈性件E。止擋件B配置於載台110上，第二定位件130’沿第二方向D2可動地連接於止擋件B，兩彈性件E分別對應於兩第二定位件130’，各彈性件E連接於止擋件B與對應的第二定位件130’之間。詳細而言，第二定位件130’包括相連接的一止擋部132及一連接部134，連接部134沿第二方向D2可動地連接於止擋件B，彈性件E套設於連接部134且壓縮於止擋部132與止擋件B之間。藉此，在第一驅動單元170驅動第二定位件130’推抵晶圓的過程中，彈性件E可發揮緩衝的作用，避免晶圓因推力過大而破裂。
在本實施例中，晶圓接合設備更可包括多個第二驅動單元170’(例如是汽缸)，第一定位件120’分別連接於第二驅動單元170’。各第二驅動單元170’適於驅動對應的第一定位件120’往承載區110a移動，
例如第一定位件120’往該承載區110a移動而抵靠該圓弧區段S1，且各第二驅動單元170’的驅動力例如小於第一驅動單元170的驅動力。舉例來說，各第二驅動單元170’的驅動力為0.2~0.7MPa，較佳為0.4~0.7MPa，最佳為0.3~0.5MPa。藉由將第二驅動單元170’配置為具有小的驅動力，可使第二驅動單元170’具有緩衝作用，避免其驅動力過大而導致晶圓破裂。
100:晶圓接合設備
110:載台
110a:承載區
120、120’:第一定位件
130、130’:第二定位件
132:止擋部
134:連接部
140:熱源
150:軟質加壓件
160:位置調整組件
170:第一驅動單元
170’:第二驅動單元
180:驅動源
190:電控單元
A:傾角調整組件
B:止擋件
C1、C2:斷熱元件
CS:容納空間
D1、D2、P:方向
E:彈性件
G:導引結構
H:熱風提供單元
M:接合材
R:定位區域
S1、S1’:圓弧區段
S2、S2’:直線區段
V:吸真空單元
W:晶圓
圖1是本發明一實施例的晶圓接合設備的立體圖。
圖2是圖1的晶圓接合設備的分解圖。
圖3是圖1的晶圓接合設備的局部立體圖。
圖4是圖3的承載區承載晶圓的俯視圖。
圖5是圖3的承載區承載晶圓的側視圖。
圖6繪示圖1的軟質加壓件膨脹。
圖7是圖1的晶圓接合設備的部分構件方塊圖。
圖8繪示圖1的載台傾斜。
圖9是圖1的晶圓接合設備的局部立體圖。
圖10繪示圖9的結構於另一視角的立體圖。
圖11是本發明另一實施例的承載區承載晶圓的俯視圖。
圖12是本發明另一實施例的晶圓接合設備的局部立體圖。
100:晶圓接合設備
110:載台
110a:承載區
120:第一定位件
130:第二定位件
150:軟質加壓件
160:位置調整組件
170:第一驅動單元
180:驅動源
190:電控單元
A:傾角調整組件
Claims (22)
- 一種晶圓接合設備，包括： 一載台，具有一承載區，其中該承載區適於承載相互疊設的兩晶圓，各該晶圓的周緣包括一圓弧區段及一直線區段； 至少兩第一定位件及兩第二定位件，配置於該載台上且圍繞該承載區，其中該至少兩第一定位件適於抵靠該圓弧區段且該兩第二定位件適於抵靠該直線區段，以定位該兩晶圓且使該兩直線區段相互對齊； 一熱源，連接於該載台且適於加熱該承載區，以使該兩晶圓之間的一接合材升溫；以及 一軟質加壓件，可升降地配置於該承載區上方，其中該軟質加壓件適於往該承載區下移而加壓該兩晶圓，以使該兩晶圓藉由該接合材而相接合。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，其中該至少兩第一定位件及該兩第二定位件可伸縮地連接於該載台，當該軟質加壓件加壓該兩晶圓時，該至少兩第一定位件及該兩第二定位件被該軟質加壓件下壓而至少部分地內縮於該載台。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，包括至少兩位置調整組件，其中該至少兩位置調整組件配置於該載台上，該至少兩第一定位件分別連接於該至少兩位置調整組件，各該位置調整組件適於調整對應的該第一定位件的位置，以使該至少兩第一定位件抵靠該圓弧區段。
- 如請求項3所述的晶圓接合設備，其中各該位置調整組件適於沿該圓弧區段的徑向調整對應的該第一定位件的位置。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，包括一第一驅動單元，其中該兩第二定位件連接於該第一驅動單元，該第一驅動單元適於驅動該兩第二定位件往該承載區移動而抵靠該直線區段。
- 如請求項5所述的晶圓接合設備，其中該兩第二定位件的連線平行於一第一方向，該第一驅動單元適於驅動該兩第二定位件沿垂直於該第一方向的一第二方向往該承載區移動。
- 如請求項6所述的晶圓接合設備，其中至少一該第一定位件包括一導引結構，該導引結構沿著該第二方向延伸。
- 如請求項6所述的晶圓接合設備，包括一止擋件及至少一彈性件，該止擋件配置於該載台上，至少一該第二定位件沿該第二方向可動地連接於該止擋件，該至少一彈性件連接於該止擋件與該至少一第二定位件之間。
- 如請求項8所述的晶圓接合設備，其中該至少一第二定位件包括相連接的一止擋部及一連接部，該連接部沿該第二方向可動地連接於該止擋件，該至少一彈性件套設於該連接部且壓縮於該止擋部與該止擋件之間。
- 如請求項5所述的晶圓接合設備，包括至少兩第二驅動單元，其中該至少兩第一定位件分別連接於該至少兩第二驅動單元，各該第二驅動單元適於驅動對應的該第一定位件往該承載區移動而抵靠該圓弧區段，各該第二驅動單元的驅動力小於該第一驅動單元的驅動力。
- 如請求項10所述的晶圓接合設備，其中各該第二驅動單元的驅動力為0.2~0.7MPa、0.4~0.7MPa或0.3~0.5MPa。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，包括一熱風提供單元，其中該載台在該承載區具有多個孔隙，該熱風提供單元適於提供熱風，該熱風從該承載區下方透過該些孔隙而往該承載區上方流動，以使該兩晶圓懸浮於該承載區上方。
- 如請求項7所述的晶圓接合設備，其中該熱風的溫度為120~150度、130~150度、130~140度或135度。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，包括一吸真空單元，其中該載台在該承載區具有多個孔隙，該吸真空單元適於對該些孔隙進行吸真空，以在該承載區產生真空吸附力而吸附該兩晶圓。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，包括一傾角調整組件，其中該傾角調整組件連接於該載台且適於調整該載台的傾角。
- 如請求項15所述的晶圓接合設備，其中該傾角調整組件適於調整該載台的傾角為1~5度、2~4度、2.5~3.5度或3度。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，包括至少一斷熱元件，其中該載台在該承載區下方具有一容納空間，該容納空間容納該熱源，該至少一斷熱元件配置於該熱源與該容納空間的至少部分內表面之間。
- 如請求項17所述的晶圓接合設備，其中該斷熱元件為環形且沿著該熱源的至少部分周緣配置。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，其中該熱源的溫度為120~200度、130~150度、143~150度或145度。
- 如請求項1所述的晶圓接合設備，其中該軟質加壓件為一氣囊。
- 如請求項20所述的晶圓接合設備，其中該氣囊的壓力值為0.04~0.05Mpa。
- 一種晶圓接合設備，包括： 一載台，具有一承載區； 至少兩第一定位件及兩第二定位件，配置於該載台上且圍繞該承載區，其中該至少兩第一定位件及該兩第二定位件適於共同定義一定位區域，該定位區域的周緣包括一圓弧區段及一直線區段，該至少兩第一定位件適於移至該圓弧區段且該兩第二定位件適於移至該直線區段； 一熱源，連接於該載台且適於加熱該承載區；以及 一軟質加壓件，可升降地配置於該承載區上方，其中該軟質加壓件適於往該承載區下移。
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