本发明涉及高真空晶圆键合，具体为一种高真空晶圆键合用等离子激活装置及方法。
背景技术：
1、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。
2、等离子激活是晶圆键合预处理中极为重要的一步，用于改善晶圆表面的物理化学性质，其通过使用等离子来激活晶圆表面，使晶圆更容易与其他晶圆键合。
3、现有的等离子激活装置在均匀性、激活效率和工艺灵活性方面仍存在一定局限性，特别是在面对复杂结构和较大尺寸的晶圆时，难以保证等离子分布的均匀性以及激活效率，影响晶圆的表面质量，进而影响晶圆的键合质量。
技术实现思路
1、本发明为了解决现有的等离子激活装置在均匀性、激活效率方面仍存在一定局限性的问题，故提供了一种新的高真空晶圆键合用等离子激活装置及方法。
2、本发明是采用如下技术方案实现的：
3、一种高真空晶圆键合用等离子激活装置，包括等离子激活工艺腔体、进气单元、抽气单元、功率源单元；
4、等离子激活工艺腔体包括方形腔壳、电极组件，方形腔壳由顶板、底板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板密封焊接而成，方形腔壳的顶板上设有上进气口，方形腔壳内位于上进气口下方的位置固定有上下分布的两个打散板，两个打散板之间设有间距，两个打散板上均分布有多个上进气孔且两个打散板上的上进气孔相错排列，方形腔壳右侧板的中心部设有晶圆运输口，晶圆运输口处配设有第一高真空插板阀，方形腔壳右侧板的边缘部设有侧进气口，方形腔壳右侧板的内侧面的四周边缘部固定有与侧进气口相通的环形进气腔，环形进气腔上分布有多个侧进气孔，方形腔壳左侧板的中心部上设有侧抽气口，方形腔壳左侧板的内侧面的中心部设有其开口朝左侧布置的抽气桶，抽气桶的开口面积大于侧抽气口的面积，抽气桶的桶底均布有多个侧抽气孔，方形腔壳的底板上设有底抽气口，电极组件包括正封装电极、负封装电极以及其上均设有多个分布孔的四块载物板，四块载物板均水平布置于方形腔壳内且从上至下依次分别为第一载物板、第二载物板、第三载物板、第四载物板，正封装电极和负封装电极均垂直密封固定于方形腔壳左侧板（具体实施时，正封装电极和负封装电极与方形腔壳左侧板的连接处采用硬紫铜密封圈实现密封），正封装电极和负封装电极的一端位于方形腔壳外且分别与功率源单元的正极、负极连接，正封装电极和负封装电极的另一端位于方形腔壳内且与四块载物板对应连接，第三载物板与第一高真空插板阀的阀口内底面对齐且其上布设有用于放置晶圆的晶圆顶起柱；
5、抽气单元包括干泵、分子泵，方形腔壳配设有用于检测方形腔壳内真空度的第一真空规，侧抽气口还依次通过蝶阀、粗抽角阀后与干泵的抽气口连通，底抽气口处通过第二高真空插板阀与分子泵的抽气口连通，分子泵的真空口处配设有第二真空规，分子泵的真空口通过前级角阀与干泵的抽气口连通；
6、进气单元包括三路工艺气体管路、一路氮气管路，三路工艺气体管路与氮气管路并排布置，三路工艺气体管路的出气端与氮气管路的出气端之间相互连通后组成总进气管路，总进气管路与上进气口和侧进气口均连通。
7、进一步地，功率源单元设有两组功率源，13.56mhzae射频电源和匹配网络组成一组功率源，40khz中频电源和变压器组成另一组功率源，正封装电极设有两个且其一端分别与两组功率源的正极连接，负封装电极设有两个且其一端分别与两组功率源的负极连接，两个正封装电极和两个负封装电极分别位于侧抽气口的前后两侧，两组功率源的设计便于根据实际工况需求选择功率源，增加工艺灵活性。
8、进一步地，两个正封装电极上下分布，两个正封装电极的另一端之间通过正电极连接板连接，两个负封装电极上下分布，两个负封装电极的另一端之间通过负电极连接板连接，当选用13.56mhzae射频电源和匹配网络作为功率源时，第一载物板、第二载物板、第四载物板与正电极连接板相连，第三载物板与负电极连接板相连，形成正正负正的电极排布；当选用40khz中频电源和变压器作为功率源时，第一载物板、第三载物板与负电极连接板相连，第二载物板、第四载物板与正电极连接板相连，形成负正负正的电极分布。经过实验与仿真比对，当选用13.56mhzae射频电源和匹配网络作为功率源时，采用正正负正的电极排布最为合适，其激活的等离子最为均匀，晶圆表面质量最佳；当选用40khz中频电源和变压器作为功率源时，采用负正负正的电极分布最为合适，其激活的等离子最为均匀，晶圆表面质量最佳。使用时两组功率源可根据实际工况需求选择功率源，增加工艺灵活性。
9、进一步地，电极组件还包括四个l型安装块、八个前陶瓷圆柱托、八个后陶瓷圆柱托，第一载物板、第二载物板、第三载物板、第四载物板均为方形板，八个前陶瓷圆柱托和八个后陶瓷圆柱托的轴向均沿前后方向布置，八个前陶瓷圆柱托的一端部与方形腔壳前侧板的内侧面固定，八个前陶瓷圆柱托的另一端部分别两两一组支撑于四个载物板前端部的下方，八个后陶瓷圆柱托的一端部与方形腔壳后侧板的内侧面固定，八个后陶瓷圆柱托的另一端部分别两两一组支撑于四个载物板后端部的下方，第一载物板、第二载物板、第三载物板、第四载物板的左前或左后端部均一体固定有连接耳，正电极连接板和负电极连接板上均从上至下依次设有四个均与l型安装块的竖直部适配的安装槽，连接耳与对应的l型安装块的水平部螺栓连接，l型安装块的竖直部与正电极连接板或负电极连接板上对应的安装槽螺栓连接。四个载物板连接结构具体化、简单化，且l型安装块的设计便于根据实际工况对四个载物板进行不同的电极排布。
10、进一步地，两个正封装电极外配设有第一屏蔽盒，两个负封装电极外配设有第二屏蔽盒，第一屏蔽盒和第二屏蔽盒上均设有散热孔，第一屏蔽盒和第二屏蔽盒内均设有轴流风机，以保证两个正封装电极和两个负封装电极的正常使用。
11、进一步地，方形腔壳的底板上还设有备用抽气口，底板内侧面还固定有中空转换腔，中空转换腔一端部的顶面上设有与方形腔壳的底板中心位置对应的中心抽气口，中空转换腔的另一端部的底面设有与备用抽气口相通的转换口。备用抽气口后续可根据实际工况与侧抽气口、底抽气口共同对方形腔壳进行抽气，以增加激活效率和工艺的灵活性，同时由于分子泵的安装使得备用抽气口无法设于底板中心位置，而中空转换腔的设计保证了气体能从中心被抽出，使得气体的流动更加均匀，从而提高了等离子的均匀性。
12、进一步地，每路工艺气体管路上均依次配设有第一电子式压力确认开关、第一气动波纹管阀、质量流量计、第二气动波纹管阀，氮气管路上设有第二电子式压力确认开关、第三气动波纹管阀。质量流量计以及气动波纹管阀的设计，是为了便于控制进气流量以及保障气路的密封性。
13、进一步地，方形腔壳的顶板、底板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板的内侧面均固定有反射板，以便于优化电场分布，使得方形腔壳内的等离子更加均匀，同时也能使得气体分布更为均匀，尤其是在方形腔壳的角落或难以到达的地方，从而进一步提高了反应的均匀性。
14、进一步地，方形腔壳的顶板、前侧板、后侧板和右侧板的外侧面均固定有加热盖板，通过对方形腔壳加热放出顶板、前侧板、后侧板和右侧板中的气体，使得方形腔壳达到最佳放气率。
15、一种高真空晶圆键合用等离子激活方法，采用如上所述的高真空晶圆键合用等离子激活装置实现，具体包括如下步骤：1）打开第一高真空插板阀，将晶圆从晶圆运输口送入方形腔壳内的晶圆顶起柱上，完成晶圆放置后关闭第一高真空插板阀；2）干泵启动，第二真空规实时监测分子泵内的真空度，当分子泵内真空度未达到启动压强时，打开前级角阀，通过干泵对分子泵抽真空，直至分子泵内真空度达到启动压强时关闭前级角阀，当分子泵内真空度达到启动压强时，开启粗抽角阀，开始粗抽过程，当第一真空规检测到方形腔壳内真空度小于等于5pa时，开启前级角阀，继续抽取分子泵内真空，确保分子泵内的真空度小于5pa，此时启动分子泵，关闭粗抽角阀，开启第二高真空插板阀，通过分子泵对方形腔壳抽真空，直至方形腔壳内的真空度达到设定的极限真空度即真空度达到9×10-6pa，抽真空启动完成，然后依次关闭第二高真空插板阀、分子泵、前级角阀；3）通过氮气管路向方形腔壳内通入氮气，通过第一真空规实时监测方形腔壳内真空度，直至方形腔壳内真空度达到5kpa；4）打开粗抽角阀，通过干泵将方形腔壳内的真空度抽至5pa；5）根据实际工况通过三路工艺气体管路向方形腔壳内通入工艺气体；6）当方形腔壳内的压强达到进抽动态平衡后，通过蝶阀调整方形腔壳内压强至1-200pa；7）当方形腔壳内的气体流场稳定后，启动功率源，进行等离子激活；8）等离子激活完成后，再次通过氮气管路向方形腔壳内通入氮气，直至将方形腔壳内压强恢复至与外部环境压强一致；9）依次关闭干泵、粗抽角阀、蝶阀，最后开启第一高真空插板阀，将经等离子激活后的晶圆取出。
16、本发明所产生的有益效果如下：本发明所述的装置通过对进气和抽气进行气体流场均匀性设计，提高了等离子的均匀性，从而提高了晶圆的表面质量，进而提高了晶圆的键合质量；同时，通过设置两组功率源以及设置备用抽气口，提高了工艺灵活性，便于适配多种工艺需求。