晶圆键合对准装置的制作方法

本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种晶圆键合对准装置。

背景技术：

1、晶圆键合是晶圆级封装技术，用于制造微机电系统（mems）、纳米机电系统（nems）、微电子学和光电子学，从而确保机械稳定且密封的封装。通常的，晶圆键合是指将晶圆与载片对对准之后再进行键合，因此在晶圆键合工艺中将晶圆与载片执行可靠对准是晶圆键合制程的前置性关键步骤。相同尺寸的晶圆与载片在键合设备的工艺腔体在对准过程中通常采用多个内侧具弧形限位部的顶针托持载片的下边缘处，然后通过真空吸附机械手将晶圆传送至载片上方并在校准后将晶圆放置在载片表面。

2、随着晶圆与载片尺寸的不断增大，使得载片在下落并贴合晶圆过程中会在晶圆与载片之间残留空气，即使将工艺腔体形成真空状态后，也会在晶圆与载片之间形成空洞，且由于晶圆与载片不可避免的存在一定的曲翘度，一旦晶圆与载片贴合后，在范德华力的作用下，晶圆与载片之间可能存在气泡。一旦气泡被锁定在晶圆与载片之间，即使后期将工艺腔体抽至真空状态，这些气泡依然无法从晶圆与载片之间逸出并在晶圆与载片之间形成空洞，并极大地影响到最终键合后晶圆的电学性能及机械性能。虽然，在晶圆键合设备中可通过抽真空方式消除在晶圆与载片之间所形成的键合面处所形成的气泡，但依然无法消除空洞。

3、同时，在同尺寸的同质晶圆或者异质晶圆键合场景中，两片晶圆无论是在外力托持下还是借助重力下落的过程并最终贴合后，均存在两片晶圆边缘发生轻微偏移，从而导致在贴合前已经对准的两片晶圆在贴合后彼此的圆心及边缘发生错位，并对后续的晶圆键合工艺造成前置性不利影响。虽然现有技术中也存在沿晶圆径向方向抵持晶圆边缘以对两片晶圆进行校准的技术手段，但现有技术受限于气缸运动精度较低的客观因素，存在的对准精度较低及对晶圆冲击较大的技术缺陷。

4、有鉴于此，有必要对现有技术中的晶圆键合对准装置予以改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于揭示一种晶圆键合对准装置，用以减少两片晶圆在键合前执行同心度对准过程中存在的上述技术缺陷，并尤其地旨在提高两片晶圆的同心度对准效果，消除以气缸为动力机构执行同心度对准过程中所产生的误差，避免在第一晶圆与第二晶圆贴合后在键合面形成空洞。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种将第一晶圆键合到第二晶圆的晶圆键合对准装置，

3、包括：热盘，限位机构，周期性隔离所述第一晶圆与第二晶圆的隔片机构，以及对准机构；

4、热盘形成凹设部，所述热盘的侧部开设连通所述凹设部的限位槽；

5、所述限位机构包括至少两个面向热盘圆心的内侧形成弧状侧壁的支撑柱，以由所述弧状侧壁共同形成圆形限位区域；

6、所述对准机构包括刚性对准组件，浮动板及第三驱动机构；

7、所述浮动板横向设置导引支架，所述导引支架朝向所述热盘形成导引面，所述刚性对准组件包括定位组件，被所述导引面所引导的滚动体及抵持组件，所述浮动板在第三驱动机构的驱动下作升降运动，所述滚动体在导引面的导引下滑动，所述定位组件沿所述限位槽作径向伸缩运动，以由所述定位组件对贴合后的第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准。

8、作为本发明的进一步改进，所述限位机构垂直于所述热盘作升降运动，所述限位机构包括：至少两个顶部形成端头的支撑柱，连接支撑柱的托板，及驱动所述托板沿垂直方向作升降运动的第二驱动机构；所述端头面向热盘圆心的内侧形成台阶及弧状侧壁，以由所述弧状侧壁形成所述圆形限位区域，所述支撑柱连续垂直贯穿热盘与位于热盘下方的支撑板。

9、作为本发明的进一步改进，所述定位组件包括：立柱，向热盘折弯的折弯部，所述折弯部靠近热盘的末端形成弧形抵持端；所述抵持组件包括：与所述支撑板固定的支座，抵持板，水平贯穿支座并与立柱连接的导向轴，被所述抵持板与支座水平夹持并套设于所述导向轴外侧的弹性件，及嵌入所述支座并供导向轴插入的导套，所述导向轴贯穿所述导套并水平刚性连接立柱与抵持板，所述立柱的底部设置所述滚动体；

10、当所述浮动板沿垂直方向作升降运动时，所述滚动体沿所述导引面滑动，所述弹性件被抵持于所述导套并向抵持板施加弹力以驱动所述抵持板相对于所述支座作接近或者远离运动，以通过所述导向轴带动折弯部沿所述限位槽中作径向伸缩运动，通过所述弧形抵持端横向抵持第一晶圆与第二晶圆的边缘。

11、作为本发明的进一步改进，所述定位组件对贴合后的第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准时，所述弧形抵持端沿垂直方向所形成的高度完全覆盖相互贴合后的第一晶圆与第二晶圆的边缘。

12、作为本发明的进一步改进，所述定位组件对贴合后的第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准时，所述第一晶圆与第二晶圆被所述限位机构承托并悬空于凹设部上方，或者，所述定位组件对贴合后的第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准时，所述第一晶圆与第二晶圆共同降落至凹设部。

13、作为本发明的进一步改进，所述浮动板横向设置相对于所述热盘及隔片机构均呈对称设置的四个导引支架；所述晶圆键合对准装置包括：适配于所述导引支架的四个刚性对准组件，其中，位于所述隔片机构两侧对称设置两个刚性对准组件。

14、作为本发明的进一步改进，所述晶圆键合对准装置还包括：四个相对于所述热盘圆心呈对称设置的刚性对准组件及设置于所述热盘下方的支撑板，所述刚性对准组件固定设置于所述支撑板的上表面。

15、作为本发明的进一步改进，所述隔片机构对称配置于所述热盘两侧；所述隔片机构包括：两个支撑悬臂，驱动两个支撑悬臂作同步张开与闭合的第一驱动机构，所述支撑悬臂远离第一驱动机构的末端形成隔离所述第一晶圆与第二晶圆的片状件，所述支撑悬臂同步闭合以隔离所述第一晶圆与第二晶圆；所述支撑悬臂同步张开过程中通过所述圆形限位区域引导第二晶圆向第一晶圆靠近并相互贴合。

16、作为本发明的进一步改进，所述定位组件作在所述限位槽中作径向伸缩运动的方向指向所述热盘圆心，所述定位组件与第一晶圆与第二晶圆形成第一接触点，所述支撑悬臂同步闭合后与第二晶圆形成第二接触点，所述端头与第一晶圆形成第三接触点，所述第一接触点形成于所述第二接触点与第三接触点沿所述凹设部所形成的圆弧轨迹之间。

17、作为本发明的进一步改进，所述支撑悬臂在第一驱动机构驱动下同步转动，执行同步闭合及张开以分别形成第一状态与第二状态，在第一状态与第二状态中两个支撑悬臂均保持沿垂直方向的高度恒定，所述片状件的厚度小于第一晶圆或者第二晶圆的厚度。

18、作为本发明的进一步改进，所述支撑悬臂呈第一状态时，所述第一晶圆与第二晶圆沿垂直方向形成预设间隔距离，所述预设间隔距离大于或者等于所述片状件沿垂直方向的厚度；所述支撑悬臂呈第二状态时，所述支撑悬臂至少被同步转动至所述圆形限位区域的外部。

19、作为本发明的进一步改进，所述第一驱动机构包括：第一动力单元，固定座，被第一动力单元驱动并沿垂直方向作升降动作的动块，连接所述动块的驱动轴，两个平行且垂直设置并分别驱动所述支撑悬臂转动的旋转轴，及同步块；两个旋转轴的侧壁对称形成螺旋导引槽，所述同步块对称形成延伸入所述螺旋导引槽的导引端，当所述同步块沿垂直方向的升降运动中，所述导引端在所述螺旋导引槽滑动，以同步驱动两个支撑悬臂作同步张开与闭合。

20、作为本发明的进一步改进，所述第一晶圆与第二晶圆垂直地堆叠，所述限位槽沿热盘的径向方向设置并指向热盘圆心，所述限位槽至少延伸至圆形限位区域的边缘，所述圆形限位区域的直径小于或者等于所述凹设部的直径。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、在本技术中，通过定位组件沿限位槽作径向伸缩运动，以由所述定位组件对贴合后的第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准，从而实现了二次同步对准，显著地提高了两片晶圆的同心度对准效果，消除了以气缸为动力机构执行二次同步对准过程中所产生的横向误差，避免了在第一晶圆与第二晶圆贴合后在键合面形成空洞；同时，通过隔片机构作同步张开与闭合的支撑悬臂远离第一驱动机构的末端所形成的用于隔离第一晶圆与第二晶圆的片状件，缩短了第二晶圆向第一晶圆贴合过程中的降落距离，降低了第二晶圆对第一晶圆造成的冲击力，并使得第一晶圆与第二晶圆所形成的键合面中的键合胶保持均匀铺展状态，从而最终确保了晶圆键合制程良率。