晶圆键合设备制造技术

本发明专利技术提供一种晶圆键合设备，包括：吸附装置，设置于第一晶圆及第二晶圆下方，第二晶圆位于第一晶圆上方；吹气顶针，设置于第二晶圆上方，用于在不接触第二晶圆的位置朝第二晶圆的中部区域进行吹气，以使第一晶圆与第二晶圆在吹气产生的压力下进行键合。本发明专利技术可以完全解决键合过程中晶圆由于受力所产生的形变问题，提高键合精度和键合质量，实现真正意义上的晶圆之间金属互连技术。本发明专利技术可以和目前使用的混合键合机台很好的兼容性，具有很好的实际应用价值。实际应用价值。实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
晶圆键合设备


[0001]本专利技术属于半导体设备设计领域，特别是涉及一种晶圆键合设备。

技术介绍

[0002]晶圆键合技术是指通过化学和物理作用将两块已镜面抛光的同质或异质的晶片紧密地结合起来，晶片接合后，界面的原子受到外力的作用而产生反应形成共价键结合成一体，并使接合界面达到特定的键合强度。
[0003]在MEMS和IC制造领域，键合工艺有着重要的地位，传统硅硅键合采用图形识别，镜头对准模式使上下硅片位置重合，继而进行直接键合。此模型在实际工艺操作中，由于硅片本身翘曲等因素，气体在键合过程中不易从硅片内部排出且会对位精度产生影响，典型的就是气泡增多或者对位精度较差，影响产品良率，极端情况下甚至报废产品。
[0004]通常的解决方式，就是管控前制程硅片来料的质量，键合之前要求硅片翘曲尽量保持一定的范围之内。但这样就无形之中给其他制程定义一个明显的卡控，使很多结构无法构建，且造成产品的生产过程成本大大的提高。
[0005]在MEMS和IC制造领域，为了满足不断增长的需求并克服摩尔定律的限制，多芯片堆叠作为一种解决方案被业界提出。随着先进封装技术的应用，2.5D堆叠采用硅通孔技术的发展与应用。如今，晶圆在竖直方向的扩展在所谓的3D堆叠中正变得越来越重要，而硅片之间混合键合技术被认为实现永久键合的最优方案。
[0006]实际工艺操作中，目前混合键合机台采用高精度对位系统，使上下晶圆基准对位，之后通过机台一个顶针对上层晶圆一个外部压力，让两片晶圆从中心开始接触，然后通过氢键迅速向四周蔓延，组中两片晶圆完成高精度预键合。
[0007]但是此过程有一个明显弊端，就是外部施加的压力会改变上层晶圆的形貌，尤其是受力点位会产生难以恢复的形变，导致后期预键合的晶圆产生轻微间隙且影响对准精度。这种形变对于厚度薄的基板越专利技术显。

技术实现思路

[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种晶圆键合设备，用于解决现有技术中半导体晶圆预键合受力过程产生的形变问题，以及如何减小形变量并提高键合精度的问题。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种晶圆键合设备，所述晶圆键合设备包括：吸附装置，设置于第一晶圆及第二晶圆下方，所述第二晶圆位于所述第一晶圆上方；吹气顶针，设置于所述第二晶圆上方，用于在不接触所述第二晶圆的位置朝所述第二晶圆的中部区域进行吹气，以使所述第一晶圆与第二晶圆在吹气产生的压力下进行键合。
[0010]可选地，所述吹气顶针包括多个吹气孔，且各吹气孔产生的压力均独立可调，通过第一晶圆与第二晶圆的对位数据调整各吹气孔产生的压力，以减少第二晶圆的中部区域的形变和延展。
[0011]可选地，还包括一对准量测模块，用于获取第一晶圆与第二晶圆的对位数据，所述对位数据包括晶圆键合后受力区域形变量和延展量数据，并将该对位数据进行存储及反馈至所述晶圆键合设备。
[0012]可选地，所述吹气顶针配置有垂直运动装置，且在吹气顶针超所述第二晶圆的中部区域进行吹气时，所述吹气顶针与所述第二晶圆之间的间距为2～3毫米。
[0013]可选地，所述晶圆键合设备还包括：光敏测距器件，设置于第一晶圆及第二晶圆上方，用于通过光学信号的接收和反馈，确定第一晶圆与所述光敏测距器件的距离分布，以及确定第二晶圆与所述光敏测距器件的距离分布，从而获取所述第一晶圆的第一翘曲分布值及第二晶圆第二翘曲分布值；吸附装置，设置于第一晶圆下方，所述吸附装置包括多个吸附单元，以定量补偿第一晶圆的形变量所述吸附装置根据第一晶圆需要补偿的吸附值，自所述第一晶圆底部向所述第一晶圆给予吸附力，以定量补偿第一晶圆的形变量，使所述第一晶圆与所述第二晶圆的键合面保持相对平行。
[0014]可选地，所述光敏测距器件还用于依据第一翘曲分布值及第二晶圆第二翘曲分布值，获取第一晶圆各个区域所需要改变的形变量；所述吸附装置基于所述需要改变的形变量，控制相应区域的吸附力，以定量补偿第一晶圆的形变量，使所述第一晶圆与所述第二晶圆的键合面保持相对平行。
[0015]可选地，所述吸附力由以下公式获取：
[0016]F＝k
△
x+B；
[0017]其中，F为吸附力，k为第二晶圆的弹性常数，B为固定常数。
[0018]可选地，所述吸附装置包括真空吸盘，所述真空吸盘表面具有多个吸附孔，通过设置所述真空吸盘的真空度以及吸附孔的孔径以调整所述吸附孔的吸附力，其中，所述吸附力的大小与所述真空度呈正相关，与所述吸附孔的孔径呈负相关。
[0019]可选地，所述真空吸盘包括多个真空腔体，各真空腔体对应设置有一个或多个吸附孔，且各真空腔体内的真空度独立可调，以控制相应区域的吸附力。
[0020]可选地，所述吸附孔的形状包括圆孔、弧形孔及环形孔中的一种。
[0021]如上所述，本专利技术的晶圆键合设备，具有以下有益效果：
[0022]本专利技术在键合机台在作业过程中，把受力顶针更改为多气孔的吹气顶针，使键合过程由硬接触变为软接触，克服晶圆受力发生形变问题，本专利技术采用多孔吹气的模式和机台内部反馈量测机制，可有效针对晶圆中间区域的精度和旋转偏差，进行有效的补偿，最终达到提高键合质量的效果。本专利技术可以完全解决键合过程中晶圆由于受力所产生的形变问题，提高键合精度和键合质量，实现真正意义上的晶圆之间金属互连技术。本专利技术可以和目前使用的混合键合机台很好的兼容性，具有很好的实际应用价值。
[0023]本专利技术根据上下两个晶圆的翘曲分布，对下卡盘不同区域接入相应的真空吸附孔，通过控制不同区域吸附孔的吸附值，机械改变底层晶圆的翘曲状况，使上下两个晶圆处于相对平行状态，使得在晶圆受力键合过程中，气泡和对准精度误差大大减少，提高键合工艺质量。
[0024]本专利技术在键合机台内部安装光敏测距器件，以及在下卡盘分区域接入不同吸附孔，通过机台内部模拟计算晶圆的翘曲分布，键合过程相应改变吸附值即可，与键合机台具有很好的兼容型，亦可广泛应用于多层键合，具有很好的实际应用价值。
[0025]采用本专利技术的设备及方法可以完全解决键合过程中晶圆翘曲以及键合时晶圆变形的问题，可以有效降低生产成本和工艺复杂度。
附图说明
[0026]图1显示为本专利技术实施例的晶圆键合设备的结构示意图。
[0027]图2显示为本专利技术实施例的晶圆键合设备的吸附装置的结构示意图。
[0028]图3显示为本专利技术实施例的晶圆键合设备获取晶圆翘曲分布值的原理示意图。
[0029]图4显示为本专利技术实施例的晶圆键合设备定量补偿晶圆定量补偿形变量的原理示意图。
[0030]图5显示为本专利技术实施例的晶圆键合设备的吹气顶针的吹气孔分布结构示意图。
[0031]图6显示本专利技术实施例量测键合后晶圆受力区域的形变量和延展量数据示意图。
[0032]图7显示为本专利技术实施例的晶圆键合设备的根据晶圆的数据进行补偿，通过调整对位数据和吹气孔不同气体的气量，有效地减少中心受力区域晶圆的形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合设备，其特征在于，所述晶圆键合设备包括：吸附装置，设置于第一晶圆及第二晶圆下方，所述第二晶圆位于所述第一晶圆上方；吹气顶针，设置于所述第二晶圆上方，用于在不接触所述第二晶圆的位置朝所述第二晶圆的中部区域进行吹气，以使所述第一晶圆与第二晶圆在吹气产生的压力下进行键合。2.根据权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于：所述吹气顶针包括多个吹气孔，且各吹气孔产生的压力均独立可调，通过第一晶圆与第二晶圆的对位数据调整各吹气孔产生的压力，以减少第二晶圆的中部区域的形变和延展。3.根据权利要求2所述的晶圆键合设备，其特征在于：还包括一对准量测模块，用于获取第一晶圆与第二晶圆的对位数据，所述对位数据包括晶圆键合后受力区域形变量和延展量数据，并将该对位数据进行存储及反馈至所述晶圆键合设备。4.根据权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于：所述吹气顶针配置有垂直运动装置，且在吹气顶针超所述第二晶圆的中部区域进行吹气时，所述吹气顶针与所述第二晶圆之间的间距为2～3毫米。5.根据权利要求1所述的晶圆键合设备，其特征在于：所述晶圆键合设备还包括：光敏测距器件，设置于第一晶圆及第二晶圆上方，用于通过光学信号的接收和反馈，确定第一晶圆与所述光敏测距器件的距离分布，以及确定第二晶圆与所述光敏测距器件的距离分布，从而获取所述第一晶圆的第一翘曲分布值及第二晶圆第二翘曲分布值；吸附装置，设置于第一晶圆下方，所述吸附装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍进迁，龚燕飞，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：