TWI429008B - 晶圓接合機 - Google Patents

Description

晶圓接合機

本發明係有關於一種晶圓接合機，特別係有關於一種具有多個腔室之晶圓接合機。

近年來，晶圓級封裝製程技術(wafer-level package,WLP)已被廣泛地應用於製造微機電元件(MEMS device)、光電元件(optoelectronic device)或者微電子元件(microelectronic device)等相關領域中。如第1圖所示，一般在進行半導體晶圓10、20之間的接合製程時(wafer to wafer bonding)，必須先使半導體晶圓10、20相互對準(alignment)，接著再將半導體晶圓10、20送入一晶圓接合機內進行接合程序。

應了解的是，傳統的晶圓接合機在進行晶圓接合程序時通常僅於單一腔室(single chamber)內完成，惟有鑒於在晶圓接合製程中往往需要歷經諸多步驟，且在執行每個步驟前又必須重新設定或調整製程環境參數(例如溫度、氣壓)，如此一來將會造成製程時間上的延宕，進而導致晶圓接合機每小時的晶圓產出量(wafer per hour,WPH)無法大幅提升。有鑑於此，如何改善前述習知問題點並提供一種可增進效率且提高產能的晶圓接合機始成為一重要之課題。

本發明之一實施例提供一種晶圓接合機，用以接合兩個以上之晶圓，包括一殼體、一主製程腔室以及一第一腔室。前述第一腔室設置於殼體內部，其中晶圓於第一腔室內被氣體吹淨。前述主製程腔室設置於殼體內部，並且連接第一腔室，其中前述晶圓於主製程腔室內受一外力作用並相互接合。

於一實施例中，前述晶圓接合機更包括一第二腔室，第二腔室連接主製程腔室，且晶圓於第二腔室內被加熱。

於一實施例中，前述第二腔室連接第一腔室。

於一實施例中，前述晶圓於主製程腔室內被一第二氣體吹淨。

於一實施例中，前述第二氣體為鈍氣或混合氣體。

於一實施例中，前述晶圓接合機更包括一第三腔室，第三腔室連接主製程腔室，且晶圓於第三腔室中被冷卻。

於一實施例中，前述晶圓於主製程腔室內被加熱。

於一實施例中，前述第一氣體為鈍氣或混合氣體。

於一實施例中，前述晶圓接合機更包括一第四腔室，前述第四腔室連接主製程腔室，且前述晶圓於第四腔室內進行表面處理。

於一實施例中，前述第四腔室內通入有混合氣體、酸性物質或施加紫外光，藉以對半導體晶圓進行表面處理等製程步驟。

為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

請參閱第2圖，本發明一實施例之晶圓接合機100主要係用以接合兩個以上之晶圓(例如第1圖中之半導體晶圓10、20)，藉以製造微機電元件、光電元件或微電子元件。如第2圖所示，於本實施例中之晶圓接合機100主要包括一殼體M、一主製程腔室C、一第一腔室110、一第二腔室120以及一第三腔室130，其中晶圓係於主製程腔室C內以施力加壓方式相互接合，至於第一、第二、第三腔室110、120、130則是作為輔助製程腔室(buffer chamber)，並可分別用以對晶圓執行氣體吹淨(pump/purge)、加熱(heating)以及冷卻(cooling)等前處理製程(pre-process)或後處理製程(post-process)，藉此可改善傳統晶圓接合機將所有製程步驟皆於單一腔室內進行之缺點。

如第2圖所示，前述主製程腔室C以及第一、第二、第三腔室110、120、130皆設置於殼體M內，其中第一、第二、第三腔室110、120、130分別藉由第一通道P1、第二通道P2、第三通道P3而與主製程腔室C相連接，前述第一、第二、第三腔室110、120、130之間則是透過第一連接通道P12、第二連接通道P23相互連接，此外各腔室與通道之間皆設有活動閘門以避免氣體外洩，半導體晶圓則可利用機械手臂或輸送系統而於各腔室之間移動。

在進行接合製程之前，晶圓與晶圓間必須相互對準，然後再送入晶圓接合機100中進行接合製程。如前所述，本實施例中的第一、第二、第三、腔室110、120、130可分別用以對前述晶圓進行氣體吹淨、加熱以及冷卻等前處理製程。舉例而言，當晶圓被運送至殼體M內的第一腔室110時，可通入一第一氣體(例如鈍氣或混合氣體)吹淨晶圓表面的雜質；此外，當晶圓被運送至殼體M內的第二腔室120時，前述晶圓可於第二腔室120內被加熱至一適當之溫度，以使晶圓達到較佳的操作狀態；再者，當晶圓被運送至殼體M內的第三腔室130時，前述晶圓可於第三腔室130內被強制冷卻或自然冷卻，以控制晶圓至一適當之溫度。

以製作微積電元件的製程步驟為例，首先可將兩個欲接合之晶圓相互對準後送入晶圓接合機100中的第二腔室120內進行加熱動作，接著再將晶圓由第二腔室120運送至第三腔室130內進行冷卻，或者亦可將晶圓運送至第一腔室110內進行氣體吹淨，以除去晶圓表面的雜質。在完成前述處理程序後，便可將晶圓運送至主製程腔室C，其中在主製程腔室C內藉由對溫度與氣壓的控制，同時配合施加外力於晶圓上，使得晶圓與晶圓之間可有效地接合。

需特別說明的是，在前述主製程腔室C中可進行一個以上的處理程序，除了以外力加壓方式使晶圓間相互接合外，尚可在主製程腔室C內對晶圓實施加熱、冷卻或氣體吹淨等步驟。舉例而言，可在主製程腔室C內通 入一第二氣體(例如鈍氣或混合氣體)，並透過第二氣體吹淨晶圓表面的雜質，藉以避免製程中的產物或殘留物污染前述晶圓。

請參閱第3圖，除了前述第一、第二、第三腔室110、120、130之外，本實施例中的晶圓接合機100內部增設有一第四腔室140，前述第四腔室140係透過第四通道P4與主製程腔室C連接，此外第四腔室140另透過第三、第四連接通道P14、P34分別與第一、第三腔室110、130連接，其中半導體晶圓可利用機械手臂或輸送系統而於各腔室之間移動。應了解的是，在第四腔室140中可通入混合氣體(forming gas)、酸性物質(forming acid)或施加紫外光，藉以對半導體晶圓進行表面處理(surface treatment)等製程步驟。

綜上所述，本發明提供一種晶圓接合機，其中在晶圓接合機的殼體內部至少包含有一主製程腔室以及一第一腔室，其中欲相互接合之晶圓係於主製程腔室內受一外力作用並相互接合。此外，當欲進行氣體吹淨程序時，可使晶圓於第一腔室內實施氣體吹淨。於一實施例中，在晶圓接合機的殼體內另設有一第二腔室以及一第三腔室，藉此可分別對晶圓執行加熱以及冷卻步驟。本發明藉由在晶圓接合機內部配置複數個腔室，當欲執行不同的製程步驟時，僅需透過機械手臂或輸送系統將晶圓移動至不同的腔室中進行即可，藉此能大幅縮短製程時間並提高晶圓接合機每小時的晶圓產出量。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧晶圓接合機

10、20‧‧‧半導體晶圓

110‧‧‧第一腔室

120‧‧‧第二腔室

130‧‧‧第三腔室

140‧‧‧第四腔室

C‧‧‧主製程腔室

M‧‧‧殼體

P1‧‧‧第一通道

P2‧‧‧第二通道

P3‧‧‧第三通道

P4‧‧‧第四通道

P12‧‧‧第一連接通道

P23‧‧‧第二連接通道

P14‧‧‧第三連接通道

P34‧‧‧第四連接通道

第1圖表示習知晶圓與晶圓相互接合之示意圖；第2圖表示本發明一實施例之晶圓接合機示意圖；以及第3圖表示本發明另一實施例之晶圓接合機示意圖。

100‧‧‧晶圓接合機

110‧‧‧第一腔室

120‧‧‧第二腔室

130‧‧‧第三腔室

C‧‧‧主製程腔室

M‧‧‧殼體

P1‧‧‧第一通道

P2‧‧‧第二通道

P3‧‧‧第三通道

P12‧‧‧第一連接通道

P23‧‧‧第二連接通道

Claims (8)

1. 一種晶圓接合機，用以接合兩個以上之晶圓，包括：一殼體；一第一腔室，設置於該殼體內部，其中該些晶圓於該第一腔室內被一第一氣體吹淨；一主製程腔室，設置於該殼體內部，其中該些晶圓於該主製程腔室內受一外力作用並相互接合；一第二腔室，該些晶圓於該第二腔室內被加熱；一第一通道，連接該第一腔室與該主製程腔室；一第二通道，連接該第二腔室與該主製程腔室；以及一第一連接通道，連接該第一腔室與該第二腔室。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓接合機，其中該些晶圓於該主製程腔室內被一第二氣體吹淨。
3. 如申請專利範圍第2項所述之晶圓接合機，其中該第二氣體為鈍氣或混合氣體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓接合機，其中該晶圓接合機更包括一第三腔室，該第三腔室連接該主製程腔室，且該些晶圓於該第三腔室中被冷卻。
5. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓接合機，其中該些晶圓於該主製程腔室內被加熱。
6. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓接合機，其中該第一氣體為鈍氣或混合氣體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓接合機，其中該晶圓接合機更包括一第四腔室，該第四腔室連接該主製 程腔室，且該些晶圓於該第四腔室內進行表面處理。
8. 如申請專利範圍第7項所述之晶圓接合機，其中該第四腔室以通入混合氣體或酸性物質或以施加紫外光之方式對該些晶圓進行表面處理。