一种晶圆键合装置及晶圆键合系统的制作方法

本发明属于晶圆键合领域，具体涉及到一种晶圆键合装置及晶圆键合系统。

背景技术：

1、晶圆键合是半导体加工中的一项关键工艺。在芯片的制造过程中，首先在一个基片上形成有大量微小尺寸的器件与结构，然后再将其与另一个基片进行封装键合，其中较为常用的键合方法是热压键合；热压键合需要对预贴合的芯片施加一定压力与温度，需要保证压力与温度的精确程度与均匀程度。其中，压力的均匀程度因受芯片与基台的粗糙度、上下基台的水平度、机械传动的垂直度等多种因素的影响，往往不能达到很好的效果。

2、在现有技术中，通常通过调节调平螺丝对基台进行调平，使上下基台达到一定水平度，但因基台表面与芯片表面粗糙度肯能较大，以及贴合后芯片厚度的均一性可能较差，因此该方法不能保证芯片在键合时受到的压力足够均匀，导致键合效果差异较大甚至出现碎片裂片等不良情况；例如专利号cn201811469206.3的一种晶圆键合加压装置，该发明通过将压头分成多个子压头，实现对所述待键合晶圆的不同区域的逐次加压，使得所述待键合晶圆上的键合前沿点逐渐向所述待键合晶圆的边缘延伸，不会在键合过程中在所述待键合晶圆的非边缘处形成气泡，影响成品的键合效果，不会出现某一点压力过高导致所述待键合晶圆破损的情况，提升了最终成品的良品率，降低了一定量成品所需的材料成本；

3、在另一些现有技术中，使用气囊来对基台施加压力，通过气泵控制压力，实现对基台的均匀施压。但气体受热影响较大，若用于热压键合，需要对气囊与加热基台增加复杂的隔热结构，大大增加了键合装置的复杂度与成本；

4、因此，现有的技术方案中存在缺点，不能保证芯片在键合时受到的压力足够均匀，导致键合效果差异大出现废品，大大增加了键合装置的复杂度与成本。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中，不能保证芯片在键合时受到的压力足够均匀，不能监控晶圆不同位置压力以及及时发现异常，导致键合效果差异大出现废品，大大增加了键合装置的复杂度与成本的问题。

2、为此，采用的技术方案是，本发明的一种晶圆键合装置及晶圆键合系统，包括压合机构、连接机构、上基台、下基台和支撑机构，压合机构固定在支撑机构内壁的上侧，压合机构的下端通过连接机构铰接上基台，下基台设置在支撑机构内壁的下侧。

3、优选的，所述的支撑机构包括基台支撑件，支撑机构底座、支撑机构侧柱和支撑机构顶盖，基台支撑件，基台支撑件固定在支撑机构底座上，支撑机构底座通过多个支撑机构侧柱固定支撑机构顶盖；压合机构固定在支撑机构顶盖上。

4、优选的，所述的连接机构包括连接杆、推杆连接头和球槽，压合机构的下方固定推杆连接头，连接杆端的中心设置有球槽，推杆连接头的下端为球形，推杆连接头的下端铰接在球槽内。

5、优选的，所述的连接杆的下端固定在上基台上，上基台上均匀设置有多个压力传感器；压合机构与多个压力传感器均通过电连接压合控制系统。

6、优选的，所述的下基台与上基台相对设置，下基台的底部通过基台支撑件固定在支撑机构底座上；上基台和下基台均通过电连接温度控制系统。

7、优选的，所述的下基台内设置有晶圆定位槽，下基台上均匀设置有多个圆定位夹具；晶圆定位槽的外围均匀分布设置有第一对准点和多个第二对准点。

8、优选的，所述的圆定位夹具包括挡块、挡块滑槽和顶紧弹性件，挡块滑槽均匀设置在下基台上，挡块通过顶紧弹性件限位滑动在挡块滑槽内。

9、优选的，所述的支撑机构顶盖的下端均匀固定第一压合机构、第二压合机构和第三压合机构，第一压合机构、第二压合机构和第三压合机构的下端均固定在上基台上。

10、优选的，所述的第一压合机构、第二压合机构和第三压合机构上分别设置有第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；第一压合机构、第二压合机构和第三压合机构及第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器通过电连接压合控制系统二。

11、优选的，一种适用于晶圆键合装置的晶圆键合系统，所述的上基台和下基台之间设置有键合芯片芯片。

12、本发明的有益效果为：针对上述问题，提供一种晶圆键合装置，在上基台上方分布有多个压力传感器，能够实时监测基台不同位置所受压力，并动态进行调整，以达到保持芯片键合压力处处相等的目的；

13、本发明提供一种晶圆键合装置，其压合机构上方固定在支撑机构的支撑机构顶盖上，压合机构下方通过连接机构与上基台连接，且两者具有一定的自由运动空间，通过该自由运动空间，在施压过程中，上基台与下基台能够实现自动调平，避免因上下基台不平行、晶圆厚度不均匀导致的键合压力不均匀的问题。进一步地，压合控制系统通过压力传感器的反馈实时监控基台各处的压力，能够根据压力差实时对基台各处压力进行调整，保证在键合过程中晶圆所受压力处处相等，提高了键合效果；

14、在本发明提供的晶圆键合装置中，压合机构与上基台通过一个连接机构连接，二者具有一定的自由运动空间，从而可以实现基台的自动调平；

15、在本发明提供的晶圆键合装置中，压合控制系统通过压力传感器的反馈实时监控基台各处的压力，并能够根据压力差实时对基台各处压力进行调整；

16、在本发明提供的晶圆键合装置中，多个压合机构可以独立按顺序逐步施加压力，排出晶圆内多余气体。

17、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

18、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种晶圆键合装置，其特征在于：包括压合机构（10）、连接机构（11）、上基台（13）、下基台（14）和支撑机构（15），压合机构（10）固定在支撑机构（15）内壁的上侧，压合机构（10）的下端通过连接机构（11）铰接上基台（13），下基台（14）设置在支撑机构（15）内壁的下侧。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆键合装置，其特征在于：所述的支撑机构（15）包括基台支撑件（151），支撑机构底座（152）、支撑机构侧柱（153）和支撑机构顶盖（154），基台支撑件（151），基台支撑件（151）固定在支撑机构底座（152）上，支撑机构底座（152）通过多个支撑机构侧柱（153）固定支撑机构顶盖（154）；压合机构（10）固定在支撑机构顶盖（154）上。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆键合装置，其特征在于：所述的连接机构（11）包括连接杆（110）、推杆连接头（112）和球槽（113），压合机构（10）的下方固定推杆连接头（112），连接杆（110）端的中心设置有球槽（113），推杆连接头（112）的下端为球形，推杆连接头（112）的下端铰接在球槽（113）内。

4.根据权利要求3所述的一种晶圆键合装置，其特征在于：所述的连接杆（110）的下端固定在上基台（13）上，上基台（13）上均匀设置有多个压力传感器（12）；压合机构（10）与多个压力传感器（12）均通过电连接压合控制系统（2）。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆键合装置，其特征在于：所述的下基台（14）与上基台（13）相对设置，下基台（14）的底部通过基台支撑件（151）固定在支撑机构底座（152）上；上基台（13）和下基台（14）均通过电连接温度控制系统（3）。

6.根据权利要求5所述的一种晶圆键合装置，其特征在于：所述的下基台（14）内设置有晶圆定位槽（140），下基台（14）上均匀设置有多个圆定位夹具（141）；晶圆定位槽（140）的外围均匀分布设置有第一对准点（1400）和多个第二对准点（1401）。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆键合装置，其特征在于：所述的圆定位夹具（141）包括挡块（1410）、挡块滑槽（1411）和顶紧弹性件（1412），挡块滑槽（1411）均匀设置在下基台（14）上，挡块（1410）通过顶紧弹性件（1412）限位滑动在挡块滑槽（1411）内。

8.根据权利要求2所述的一种晶圆键合装置，其特征在于：所述的支撑机构顶盖（154）的下端均匀固定第一压合机构（101）、第二压合机构（102）和第三压合机构（103），第一压合机构（101）、第二压合机构（102）和第三压合机构（103）的下端均固定在上基台（13）上。

9.根据权利要求8所述的一种晶圆键合装置，其特征在于：所述的第一压合机构（101）、第二压合机构（102）和第三压合机构（103）上分别设置有第一压力传感器（121）、第二压力传感器（122）和第三压力传感器（123）；第一压合机构（101）、第二压合机构（102）和第三压合机构（103）及第一压力传感器（121）、第二压力传感器（122）和第三压力传感器（123）通过电连接压合控制系统二（5）。

10.一种适用于权利要求1-9任一项所述的晶圆键合装置的晶圆键合系统，其特征在于：所述的上基台（13）和下基台（14）之间设置有键合芯片（7）。

技术总结
本发明属于晶圆键合领域，具体涉及到一种晶圆键合装置及晶圆键合系统，包括压合机构、连接机构、上基台、下基台和支撑机构，压合机构固定在支撑机构内壁的上侧，压合机构的下端通过连接机构铰接上基台，下基台设置在支撑机构内壁的下侧；所述的支撑机构包括基台支撑件，支撑机构底座、支撑机构侧柱和支撑机构顶盖，基台支撑件，基台支撑件固定在支撑机构底座上，支撑机构底座通过多个支撑机构侧柱固定支撑机构顶盖；压合机构固定在支撑机构顶盖上；本发明的有益效果为可以保证芯片在键合时受到的压力足够均匀，提高了键合良品率，大大降低了键合装置的复杂度与成本。

技术研发人员：冯林,高涌佳,熊弘毅,张鹏,赵嘉伟
受保护的技术使用者：微纳动力（北京）科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15