晶圆键合装置的制作方法

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆键合装置。

背景技术：

经过半个世纪的高速发展，微电子技术和依托于微电子技术的信息技术已经对人类社会的发展产生了革命性的影响。然而，当今必须面对的问题是：传统晶体管的物理极限不断逼近，更小尺寸的制造技术越来越困难，集成电路的功耗不断增大，晶圆厂的投资迅速攀升。在这种情况下，如何继续保持微电子技术以摩尔定律所描述的速度持续发展，已经成为今天整个行业都在努力解决的问题。

三维集成电路的出现，为半导体和微电子技术的持续发展提供了一个新的技术解决方案。所谓三维集成电路，广义上是将具有集成电路的晶圆经过键合工艺形成键合晶圆，通过穿透晶圆的三维结构互连实现多层之间的信号连接。三维集成电路能够实现更小的芯片面积、更短的芯片间互连、更高的数据传输带宽以及不同工艺技术的异质集成，从而大幅度降低芯片功耗，减小延时，提高性能，扩展功能，并为实现复杂功能的片上系统(SOC)提供可能。

在半导体制造过程中，晶圆间的键合非常关键。目前，低温晶圆键合技术已广泛应用于先进半导体领域。所谓晶圆键合，是指将两片平整的晶圆面对面贴合起来，并施加以一定的压力、温度、电压等外部条件，在原有的两片晶圆间的界面产生原子或分子间的结合力，如共价键、金属键、分子键等。

现有的晶圆键合装置通常是使用一个由气缸带动的顶针或喷气压住承载晶圆，使承载晶圆形成一个从中心到边缘朝向器件晶圆方向凸起的形状来确保承载晶圆的中心先与器件晶圆的中心接触，从而减少键合过程中气泡的产生。但是，由气缸带动的顶针行程控制不够精准，喷气控制的方式不能全部覆盖晶圆，导致承载晶圆的变形无法实施调整，影响晶圆键合的效果。

因此，如何提高晶圆键合的质量，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种晶圆键合装置，用以解决现有的晶圆键合质量不佳的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种晶圆键合装置，包括气动组件和用于承载晶圆的吸盘；所述吸盘具有用于承载所述晶圆的第一表面和多个贯穿所述第一表面的开口区域，且多个所述开口区域沿所述吸盘的中心向边缘分布；多个所述气囊一一固定于多个所述开口区域内，且均与所述晶圆接触；所述气动组件连接所述气囊，用于对所述气囊充气和放气，以调整所述吸盘施加于所述晶圆的力的状态。

优选的，多个所述开口区域包括一个圆形区域和多个环形区域，所述圆形区域位于所述吸盘的中心，多个所述环形区域与所述圆形区域同心设置且围绕所述圆形区域的外周分布。

优选的，所述气动组件包括控制器、至少一传输管道和至少一检测器；所述传输管道用于与所述气囊进行气体传输；所述检测器用于检测所述气囊内部的压力；所述控制器连接所述检测器和传输管道，用于根据所述气囊内部的压力对所述气囊进行充气和放气，以调整所述气囊内部的压力。

优选的，所述气动组件包括真空泵；所述真空泵连接所述传输管道与所述控制器，用于根据所述控制器的控制指令对所述气囊抽气，以吸附所述晶圆。

优选的，所述气动组件还包括气源；所述传输管道的一端连通所述气源、另一端连通所述气囊；所述控制器还用于控制所述传输管道沿自所述吸盘中心指向边缘的方向依次对多个所述气囊充气，以控制所述晶圆的键合路径。

优选的，所述气体为空气或氮气。

优选的，至少一传输管道包括与多个气囊一一连通的多个传输管道；至少一检测器包括与多个气囊一一对应的多个检测器。

优选的，所述气动组件还包括位于所述传输管道与所述气囊之间的调节阀；所述调节阀连接所述控制器，用于根据所述控制器的控制指令调整所述气体进出所述气囊的流速。

优选的，所述吸盘还包括与所述第一表面相对的第二表面，所述开口区域包括相互连通的第一部分和第二部分，且所述第一部分的宽度大于第二部分；所述气囊容纳于所述第一部分，所述传输管道于所述第二表面与所述第二部分连通。

优选的，所述气囊采用橡胶材料或者有机硅塑料制作而成。

本实用新型提供的晶圆键合装置，通过在用于承载晶圆的吸盘中设置多个自吸盘的中心向边缘分布的开口区域，并于每一开口区域内设置一气囊，利用气动组件调节气囊内气体的压力，从而间接对晶圆受力状态的调整，实现对晶圆形变的实时调整，精准控制晶圆键合路径，避免了现有技术中因不能对顶针或者喷气的路径进行精准控制而导致的晶圆形变无法实时调整的问题，提高晶圆了键合的质量。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式中晶圆键合装置结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式中晶圆键合装置充气时的结构示意图；

附图3是本实用新型具体实施方式中吸盘的俯视结构示意图；

附图4是本实用新型具体实施方式中晶圆键合装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的晶圆键合装置的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种晶圆键合装置，附图1是本实用新型具体实施方式中晶圆键合装置抽气时的结构示意图，附图2是本实用新型具体实施方式中晶圆键合装置充气时的结构示意图，附图3是本实用新型具体实施方式中吸盘的俯视结构示意图，附图4是本实用新型具体实施方式中晶圆键合装置的结构框图。

如图1-图4所示，本具体实施方式提供的晶圆键合装置，包括气动组件14和用于承载晶圆10的吸盘11；所述吸盘11具有用于承载所述晶圆10的第一表面111和多个贯穿所述第一表面111的开口区域12，且多个所述开口区域12沿所述吸盘11的中心向边缘分布；多个所述气囊13一一固定于多个所述开口区域12内，且均与所述晶圆10接触；所述气动组件14连接所述气囊13，用于对所述气囊13充气和放气，以调整所述吸盘11施加于所述晶圆10的力的状态。其中，所述吸盘11施加于所述晶圆10的力的状态包括所述吸盘11施加于所述晶圆10的力的大小和方向。

具体来说，如图1所示，当所述气动组件14对所述气囊13放气时，所述气囊13中的气体沿图1中箭头的方向传输至所述气动组件，使得所述气囊13对所述晶圆10施加沿图1中箭头方向的吸附力，从而将所述晶圆10吸附于所述吸盘11表面。如图2所示，当所述气动组件14对所述气囊13充气时，气体自图2中箭头方向传输至所述气囊13，使得所述气囊13对所述晶圆10施加沿图2中箭头方向的压力，以将所述晶圆10按压至另一晶圆表面，实现晶圆键合。本具体实施方式通过对所述吸盘11内的气囊13充气、放气，从而调整所述吸盘11施加于所述晶圆10的力的状态，能够对所述晶圆10的形变进行实时、精准的调节，有效改善了晶圆键合的质量，提高了晶圆键合的可控性。

为了简化所述晶圆键合装置的整体结构，优选的，多个所述开口区域12包括一个圆形区域31和多个环形区域，所述圆形区域31位于所述吸盘11的中心，多个所述环形区域与所述圆形区域31同心设置且围绕所述圆形区域31的外周分布。其中，多个所述环形区域的具体数量，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，例如根据晶圆键合精度的要求。本具体实施方式中以包括四个环形区域，即第一环形区域32、第二环形区域33、第三环形区域34和第四环形区域35为例进行说明。

优选的，所述气动组件14包括控制器41、至少一传输管道15和至少一检测器42；所述传输管道15用于与所述气囊13进行气体传输；所述检测器42用于检测所述气囊13内部的压力；所述控制器41连接所述检测器42和传输管道15，用于根据所述气囊13内部的压力对所述气囊13进行充气、放气，以调整所述气囊13内部的压力。更优选的，所述气体为空气或氮气。

具体来说，当所述吸盘11处于吸附所述晶圆10的状态时，如果所述检测器42检测到的压力值高于第一预设值，则所述控制器控制所述传输管道15对所述气囊13进行放气，以进一步增加所述气囊13的真空度，使得所述晶圆10牢固的吸附于所述吸盘11表面。当所述吸盘11处于键合所述晶圆10的状态时，如果所述检测器42检测到的压力值低于第二预设值，则所述控制器控制所述传输管道15对所述气囊13进行充气，以进一步增大所述气囊13对所述晶圆10的压力，使得所述晶圆10的形变进一步增大，以增大晶圆键合界面的键合强度。

为了进一步简化所述晶圆键合装置的控制结构，优选的，所述气动组件14包括真空泵44；所述真空泵44连接所述传输管道15与所述控制器41，用于根据所述控制器41的控制指令对所述气囊13抽气，以吸附所述晶圆10。

优选的，所述气动组件14还包括气源；所述传输管道15的一端连通所述气源、另一端连通所述气囊13；所述控制器41还用于控制所述传输管道15沿自所述吸盘11中心指向边缘的方向依次对多个所述气囊13充气，以控制所述晶圆10的键合路径。本具体实施方式中，通过所述控制器41控制多个所述气囊13沿自所述吸盘11的中心指向边缘的方向依次充气，使得所述晶圆10沿自中心至边缘的方向与另一晶圆键合，有利于排除两晶圆键合界面处的气泡，进一步改善键合效果。

为了提高晶圆键合效率，且进一步便于实时对所述晶圆10的形变进行调整，优选的，至少一传输管道15包括与多个气囊13一一连通的多个传输管道15；至少一检测器42包括与多个气囊13一一对应的多个检测器42。

具体来说，图1、图2是本具体实施方式中所述晶圆键合装置的整体截面示意图，由于多个所述开口区域12由位于所述吸盘11中心的圆形区域31和沿自所述吸盘11中心指向边缘方向分布的多个环形区域构成，气体可以沿一所述环形区域流通，因此，所述气动组件14的多个所述传输管道15只需沿所述吸盘11中心指向一侧边缘的方向对多个所述气囊13一一进行充气、放气即可。

优选的，所述气动组件14还包括位于所述传输管道15与所述气囊13之间的调节阀43；所述调节阀43连接所述控制器41，用于根据所述控制器41的控制指令调整所述气体进出所述气囊13的流速。

为了进一步提高气动控制的精准度，优选的，所述吸盘11还包括与所述第一表面111相对的第二表面112，所述开口区域12包括相互连通的第一部分121和第二部分122，且所述第一部分121的宽度大于第二部分122；所述气囊13容纳于所述第一部分121，所述传输管道15于所述第二表面112与所述第二部分122连通。其中，所述宽度是指在沿所述吸盘轴向方向的截面上的宽度。

为了使得所述气囊13具有良好的弹性，且降低所述气囊13的成本，优选的，所述气囊13采用橡胶材料或者有机硅塑料制作而成。

本具体实施方式提供的晶圆键合装置，通过在用于承载晶圆的吸盘中设置多个自吸盘的中心向边缘分布的开口区域，并于每一开口区域内设置一气囊，利用气动组件调节气囊内气体的压力，从而间接对晶圆受力状态的调整，实现对晶圆形变的实时调整，精准控制晶圆键合路径，避免了现有技术中因不能对顶针或者喷气的路径进行精准控制而导致的晶圆形变无法实时调整的问题，提高晶圆了键合的质量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。