多芯片转移装置、键合方法与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种多芯片转移装置、键合方法。

背景技术：

1、随着超越摩尔定律的发展，堆叠层数的增加以及不同衬底不同功能芯片的堆叠需求的出现，晶圆直接键合技术已不能满足未来需求，为了实现上述需求，芯片堆叠至晶圆(die on wafer)的技术得到发展，即将已加工完成的不同功能的芯片整合到晶圆上，组成一个soc(system-on-a-chip)系统。

2、目前主流的方案是半导体后端封装工艺的微凸点(micro bump)技术，其最小重复单元尺寸限制于锡球大小(目前最小仅仅做到40um左右)，因此该技术的线路联通数量有限(带宽小)且联通电阻大(锡球高度)。为了增加带宽减少互联电阻需要将小芯片直接堆叠到晶圆上并实现高精度的金属导通，由此引出了前端芯片堆叠至晶圆的研发。

3、然而，现有技术中前端芯片堆叠至晶圆的过程中仍存在诸多问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种多芯片转移装置、键合方法，以提高芯片与晶圆之间的键合效率和质量。

2、为解决上述问题，本发明提供一种多芯片转移装置，包括：若干横梁，每条所述横梁沿第一方向延伸，且若干所述横梁沿第二方向平行排布，所述第一方向与所述第二方向垂直；第一导轨组件，若干所述横梁分别与所述第一导轨组件滑动连接；第一驱动组件，所述第一驱动组件分别与每条所述横梁连接，用于控制每条横梁在所述第一导轨组件上沿平行于所述第二方向的直线上移动；第二导轨组件，所述第一导轨组件与所述第二导轨组件滑动连接；第二驱动组件，所述第二驱动组件与所述第一导轨组件连接，用于控制所述第一导轨组件在所述第二导轨组件上沿平行于第三方向的直线上移动，所述第三方向分别垂直于所述第一方向和所述第二方向；若干第一吸附组件，若干第一所述吸附组件分别与每条所述横梁滑动连接；第三驱动组件，所述第三驱动组件分别与每个所述第一吸附组件连接，用于控制每个所述第一吸附组件在所述横梁上沿平行于第一方向的直线上移动；以及控制器，所述控制器分别与所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件电连接。

3、可选的，还包括：设置于每条所述横梁上的第一光栅尺，用于检测各个所述第一吸附组件的移动量；设置于所述第一导轨组件上的第二光栅尺，用于检测每条所述横梁的移动量；设置于所述第二导轨组件上的第三光栅尺，用于检测所述第一导轨组件的移动量。

4、可选的，所述第一吸附组件包括：第一真空腔管；光学对准镜头，所述光学对准镜头与所述第一真空腔管固定连接，且所述光学对准镜头在自动升降对焦时，同时带动所述第一真空腔管移动。

5、可选的，每条所述横梁滑动连接的均为所述第一吸附组件。

6、可选的，还包括：若干第二吸附组件，所述第二吸附组件包括：第二真空腔管，若干第二所述吸附组件分别与每条所述横梁滑动连接；所述第三驱动组件分别与每个所述第二吸附组件连接，用于控制每个所述第二吸附组件在所述横梁上沿平行于第一方向的直线上移动。

7、可选的，每条所述横梁滑动连接所述第一吸附组件的数量为2个，且每条所述横梁滑动连接的所述第二吸附组件的数量至少为1个，至少1个所述第二吸附组件设置于2个所述第一吸附组件之间。

8、可选的，所述第一驱动组件包括：若干第一伺服电机；每条所述横梁分别与至少1个所述第一伺服电机连接，以实现每条所述横梁的独立移动。

9、可选的，所述第二驱动组件包括：第二伺服电机；所述第一导轨组件与所述第二伺服电机连接。

10、可选的，所述第三驱动组件包括：若干第三伺服电机；每个所述第一吸附组件分别与至少1个所述第三伺服电机连接，以实现对每个所述第一吸附组件的独立移动。

11、相应的，本发明技术方案中还提供一种键合方法，包括：获取若干第一功能芯片；提供上述任一项技术方案中所述的多芯片转移装置；通过若干所述第一吸附组件同时将若干所述第一功能芯片对应吸附；提供第一空白晶圆；将吸附的若干所述第一功能芯片同时转移键合在所述第一空白晶圆上；提供目标晶圆；将若干所述第一功能芯片与所述目标晶圆进行键合；在将若干所述第一功能芯片与所述目标晶圆键合之后，对所述第一空白晶圆进行解键合处理。

12、可选的，所述第一吸附组件包括：第一真空腔管；光学对准镜头，所述光学对准镜头与所述第一真空腔管固定连接，且所述光学对准镜头在自动升降对焦时，同时带动所述第一真空腔管移动。

13、可选的，在对若干所述第一功能芯片进行吸附之前，还包括：对若干所述第一吸附组件进行对焦调平处理。

14、可选的，对若干所述第一吸附组件进行对焦调平处理的方法包括：将若干所述第一吸附组件聚拢收缩至最小状态；各个所述光学对准镜头逐一读取固定的校准器进行自动对焦处理；在自动对焦处理之后，获取各个所述光学对准镜头的坐标信息；若各个所述光学对准镜头在所述第三方向的坐标相同，则各个所述第一真空腔管的吸附口处于同一水平面；若存在部分所述光学对准镜头在所述第三方向的坐标不相同，则调整对应的所述光学对准镜头，使得各个所述光学对准镜头在所述第三方向的坐标相同，则各个所述第一真空腔管的吸附口处于同一水平面。

15、可选的，通过若干所述第一吸附组件同时将若干所述第一功能芯片对应吸附的方法包括：根据各个所述第一功能芯片中对准标记的坐标，控制若干所述第一吸附组件移动展开，并将各个所述第一吸附组件移动至对应所述第一功能芯片的上方；将各个所述光学对准镜头与对应所述第一功能芯片中的对准标记进行对准处理；在对准处理之后，控制各个所述第一吸附组件朝向靠近对应所述第一功能芯片的方向移动；在所述第一吸附组件接触到对应所述第一功能芯片之后，抽取真空完成所述第一吸附组件对所述第一功能芯片的吸附。

16、可选的，将吸附的若干所述第一功能芯片同时转移键合在所述第一空白晶圆上的方法包括：控制所述多芯片转移装置将若干所述第一功能芯片移动至安全距离；控制若干所述第一吸附组件移动展开，使得若干所述第一功能芯片分布与最终键合在所述目标晶圆上的分布一致；在所述第一空白晶圆表面涂覆临时键合胶；控制所述多芯片转移装置将若干所述第一功能芯片朝向靠近所述第一空白晶圆的方向移动；在所述第一功能芯片接触所述第一空白晶圆之后，释放真空完成若干所述第一功能芯片与所述第一空白晶圆之间的键合。

17、可选的，控制若干所述第一吸附组件移动展开的方法包括：由所述第一驱动组件驱动各个所述横梁在所述第一导轨组件上沿平行于所述第二方向的直线上移动展开；由所述第三驱动组件驱动各个所述第一吸附组件在所述横梁上沿平行于第一方向的直线上移动展开。

18、可选的，控制所述多芯片转移装置将若干所述第一功能芯片移动至安全距离、以及控制所述多芯片转移装置将若干所述第一功能芯片朝向靠近所述第一空白晶圆的方向移动的方法包括：由所述第二驱动组件驱动所述第一导轨组件在所述第二导轨组件上沿平行于第三方向的直线上移动。

19、可选的，在对所述第一空白晶圆进行解键合处理之后，还包括：获取若干第二功能芯片；通过若干所述第一吸附组件同时将若干所述第二功能芯片对应吸附；提供第二空白晶圆；通过所述多芯片转移装置将吸附的若干所述第二功能芯片转移键合在所述第二空白晶圆上；将若干所述第二功能芯片与所述目标晶圆进行键合；在将若干所述第二功能芯片与所述目标晶圆键合之后，对所述第二空白晶圆进行解键合处理。

20、可选的，所述第二功能芯片的厚度大于所述第一功能芯片的厚度。

21、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

22、本发明的技术方案的多芯片转移装置中，通过若干所述第一吸附组件可以同时吸附并转移多个芯片，能够有效提高键合效率。另外，由于多个芯片同时被吸附与堆叠，在此过程中各个芯片的堆叠误差保持一致，进而能够有效提升芯片堆叠后的平坦度，降低了芯片在后续的晶圆级混合键合工艺造成电路断路风险，进而有效提升了芯片与晶圆的键合质量。

23、进一步，还包括：设置于每条所述横梁上的第一光栅尺，用于检测各个所述第一吸附组件的移动量；设置于所述第一导轨组件上的第二光栅尺，用于检测每条所述横梁的移动量；设置于所述第二导轨组件上的第三光栅尺，用于检测所述第一导轨组件的移动量。通过所述第一光栅尺、所述第二光栅尺和所述第三光栅尺能够精确的检测移动量，进而有效提升装置的可靠性。

24、本发明的技术方案的键合方法中，通过若干所述第一吸附组件可以同时吸附并转移多个所述第一功能芯片，能够有效提高键合效率。另外，由于多个所述第一功能芯片同时被吸附与堆叠，在此过程中各个所述第一功能芯片的堆叠误差保持一致，进而能够有效提升若干所述第一功能芯片在堆叠后的平坦度，降低了所述第一功能芯片在后续的晶圆级混合键合工艺造成电路断路风险，进而有效提升了所述第一功能芯片与所述目标晶圆的键合质量。

25、进一步，将吸附的若干所述第一功能芯片同时转移键合在所述第一空白晶圆上的方法包括：控制所述多芯片转移装置将若干所述第一功能芯片移动至安全距离；控制若干所述第一吸附组件移动展开，使得若干所述第一功能芯片分布与最终键合在所述目标晶圆上的分布一致；在所述第一空白晶圆表面涂覆临时键合胶；控制所述多芯片转移装置将若干所述第一功能芯片朝向靠近所述第一空白晶圆的方向移动；在所述第一功能芯片接触所述第一空白晶圆之后，释放真空完成若干所述第一功能芯片与所述第一空白晶圆之间的键合。由于多个所述第一功能芯片在展开之后键合在所述目标晶圆上，各个所述第一功能芯片之间具有间隙，进而在键合的过程中不易产生气泡，有效提升键合质量。

26、进一步，所述第二功能芯片的厚度大于所述第一功能芯片的厚度。由于所述第二功能芯片在所述第一功能芯片之后键合，且所述第二功能芯片和所述第一功能芯片为插空式键合在所述目标晶圆上。因此，各个所述第二功能芯片之间也具有间隙，进而在键合的过程中不易产生气泡，有效提升键合质量。