晶圆临时键合装置的制作方法

本发明涉及晶圆键合，尤其涉及一种晶圆临时键合装置。

背景技术：

1、在后摩尔定律时代，随着计算机、通讯、汽车电子、航空航天及其他类消费电子等行业的高速发展，微电子封装技术向更小、更薄、更轻、多功能及低成本方向飞速发展。为满足微电子产品的小型化需求，越来越多的半导体公司寻求先进封装来带动芯片性能的提升，为了解决“摩尔定律”物理扩展的局限性，同时提供更好的性能和功能，半导体工艺制程将器件晶圆进行减薄处理，再将减薄后的晶圆以硅通孔(through-silicon via，tsv)的方式进行垂直互联，以实现高密度3d叠层封装，进而突破摩尔定律。但超薄器件晶圆(尤其厚度在100um以下时)具有高柔性、易碎性，容易翘曲和起伏，因此需要一种支撑系统来使减薄加工顺利进行。在此背景下，临时键合/解键合技术应运而生。

2、该技术通常利用中间材料(一般为具有一定粘度的特殊胶体，我们称之为键合胶)将器件晶圆临时黏附于较厚的载片上，实现对器件晶圆的强度保持，然后将形成的“键合片组”传送至晶圆减薄设备内，对器件晶圆的背面进行减薄、tsv开孔等处理工艺。

3、晶圆键合技术是在预定条件下将需要键合的晶圆紧密贴合在另一晶圆或玻璃等载片上，其中，键合工艺的品质将会直接影响到所形成的半导体器件的性能。具体的，相互键合的两个晶圆的键合面形态是影响晶圆键合工艺的品质的一个重要因素，而晶圆高精度的键合技术为其提供了高效的实现路径。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种晶圆临时键合装置，用以精确控制晶圆键合时键合作用力的大小、保证键合面的品质。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种晶圆临时键合装置，包括：第一载盘、第二载盘、第一壳体、第二壳体、第一移动机构、力密封组件和施力机构；

3、所述第一壳体与所述第二壳体对应设置，所述第一移动机构与所述第一壳体连接，所述第一移动机构用于带动所述第一壳体移动，所述第一壳体和所述第二壳体用于形成密闭腔体，所述密闭腔体被用于形成真空腔体；

4、所述第一载盘和所述第二载盘相对且平行设置，所述第一载盘设置于所述第一壳体，所述第二载盘设置于所述第二壳体，所述第一载盘用于承载第一键合片，所述第二载盘用于承载第二键合片；

5、所述力密封组件的两端分别与所述第一载盘和所述第一壳体连接，所述力密封组件用于使所述第一载盘与所述第一壳体之间密封；

6、所述施力机构相对于所述第一移动机构固定设置，且所述施力机构与所述第一载盘连接，所述施力机构用于调整所述第一载盘与所述第二载盘的平行度，且所述施力机构用于带动所述第一载盘相对于所述第一壳体移动以向第一键合片与第二键合片施加键合作用力。

7、本发明的晶圆临时键合装置的有益效果在于：通过贴合第一壳体和第二壳体以形成晶圆加工所需的密闭环境、并抽真空，同时通过力密封组件对第一载盘和第一壳体的连接处形成动密封，保证第一载盘相对于第一壳体移动时两者之间的密封状态，保证壳体内空间的密封和真空度。另外设置第一移动机构对第一壳体的相对位置进行调整，便于晶圆的输入和输出、以及便于后续键合时将第一壳体与第二壳体贴合；通过第一载盘和第二载盘分别对待第一键合片和待第二键合片进行吸附。同时在第一载盘的一侧设置施力机构，通过施力机构的作用能够调整第一载盘和第二载盘的平行度，使得第一键合片与第二键合片能够保持高度的平行度，并使得键合时晶圆的受力均匀，降低压力不均匀导致的破片的可能性。而且通过施力机构对第一载盘施加精确且可控的压力，使得晶圆受到的键合作用力在需求的范围内变化，降低压力过大导致的破片的可能性，提升键合的良率。

8、可选地，所述施力机构包括：力驱动机构和力调节组件；

9、所述力驱动机构设置于所述第一载盘远离所述第二载盘的一侧，所述力调节组件两侧分别与所述力驱动机构和所述第一载盘连接，所述力驱动机构用于向所述力调节组件施加传导作用力，所述力调节组件被用于受力时向所述第一载盘施加键合作用力，且所述力调节组件用于调节所述第一载盘与所述第二载盘的平行度。其有益效果在于：通过力驱动机构直接作用力调节组件、间接作用第一载盘，以对两者分别施加前述传导作用力和键合作用力，一方面便于将力驱动机构设置于第一壳体外侧，降低壳体内或密闭空间内的结构复杂度，便于对壳体内的环境抽真空，减少影响晶圆加工的因素；另一方面能够先行通过力调节组件调节对第一载盘和第二载盘的平衡度进行调整，使得力调节组件和第一载盘能够整体向下输出均匀的键合作用力，键合时整体使得晶圆的受力均匀，提升键合良率。

10、可选地，所述力驱动机构包括：力发生器、塑性变形件、力驱动件和至少三个力传导件；

11、所述塑性变形件中空设置，所述塑性变形件相对于所述第一移动机构固定设置，所述力驱动件固定设置于所述塑性变形件靠近所述力调节组件的一侧，且所述力驱动件与所述第一载盘平行设置，所述力发生器与所述塑性变形件的中空处连通，所述力发生器用于促使所述塑性变形件变形，所述塑性变形件用于带动所述力驱动件相对于所述第一载盘平行移动；

12、各个所述力传导件圆周均匀设置，且所述力传导件的两端分别与所述力驱动件和所述力调节组件抵接，所述力驱动件被用于移动时带动各个所述力传导件向所述力调节组件的施加传导作用力。其有益效果在于：通过设置塑性变形件对力驱动件进行驱动，使得力发生器开启时以塑性变形件发生形变的形式对力驱动件进行驱动，使得力驱动件整个平面内各个点位向下输出的作用力相等；再通过圆周均匀设置的至少三个的力传导件对力驱动件形成反向支撑、并对力驱动件输出的作用力进行传导，使得力传导件输出的传导作用力以平面内相等大小的方式进行输出，促使力调节组件受到的各个力传导件的传导作用力相等，使得力调节组件能够整体向下输出等额的键合作用力，均衡且精确控制晶圆受到的作用力。

13、可选地，所述力发生器、所述塑性变形件和所述力驱动件均设置于所述第一壳体外侧，所述力调节组件和所述第一载盘均设置于所述第一壳体内侧，且所述力调节组件密封的设置于所述第一载盘和所述第一壳体之间；

14、所述第一壳体上设有供所述力传导件穿过的第一导向孔，所述力传导件穿设于所述第一导向孔，且所述力传导件的两端分别与所述力驱动件和所述力调节组件抵接。

15、可选地，所述力发生器包括气压发生器或液压发生器或电动发生器；所述气压发生器或所述液压发生器或所述电动发生器与所述塑性变形件的中空处连通，所述气压发生器或所述液压发生器或所述电动发生器用于促使所述塑性变形件变形。

16、可选地，所述塑性变形件包括第一波纹管、第一法兰和第二法兰；所述第一法兰和所述第二法兰分别固定设置于所述第一波纹管的两端，且所述第一法兰相对于所述第一移动机构固定设置，所述第二法兰固定设置于所述力驱动件。

17、可选地，所述力传导件包括第一导向件和直线轴承；所述直线轴承固定设置于所述第一壳体，所述第一导向件穿设于所述直线轴承，且所述第一导向件的两端分别与所述力驱动件和所述力调节组件抵接。

18、可选地，所述力调节组件包括：调节盘、连接盘和至少三个调平组件；

19、所述调节盘固定设置于所述第一载盘，所述调平组件设置于所述调节盘，且存在至少三个所述调平组件不共线设置，所述连接盘通过所述至少三个调平组件间隔设置于所述调节盘远离所述第一载盘的一侧，所述力传导件与所述连接盘抵接，所述调平组件用于支撑所述连接盘，且所述调平组件用于调整其所在位置所述连接盘与所述调节盘之间的压力。

20、可选地，所述调平组件包括：压合件和弹性支撑组件；

21、所述压合件穿过所述连接盘固定设置于所述调节盘，所述弹性支撑组件固定设置于所述连接盘和所述调节盘之间，所述弹性支撑组件用于对所述连接盘形成弹性支撑力，所述压合件用于调整其所在位置处的所述连接盘与所述调节盘之间的压力。

22、可选地，所述压合件包括第一螺栓；所述连接盘设有通孔，所述调节盘设有与所述通孔对应的第一螺纹孔，所述第一螺栓穿过所述通孔设置于所述第一螺纹孔，且所述第一螺栓与所述连接盘抵接。

23、可选地，所述弹性支撑组件包括第二螺栓和碟簧组；所述调节盘设有第二螺纹孔，所述第二螺栓设置于所述第二螺纹孔，所述碟簧组套设于所述第二螺栓，且所述碟簧组的两端分别与所述调节盘和所述连接盘抵接。

24、可选地，所述连接盘设有至少三个凹槽，各个所述力传导件分别与各个所述凹槽对应设置。

25、可选地，所述力密封组件包括第二波纹管、第三法兰和第四法兰；

26、所述第三法兰和所述第四法兰分别固定设置于所述第二波纹管的两端，所述第三法兰固定设置于所述第一壳体，所述第四法兰固定设置于所述第一载盘。

27、可选地，所述晶圆临时键合装置还包括：复位缓冲机构；所述复位缓冲机构相对于所述第一移动机构固定设置，且所述复位缓冲机构设置于所述力驱动件远离所述力调节组件的一侧。

28、可选地，所述施力机构还包括：力检测机构；所述力检测机构的各个力传感器分别与各个所述力传导件一一对应设置，所述力检测机构用于测量各个所述力传导件处所述力驱动件施加的作用力。

29、可选地，所述施力机构还包括：至少三个力缓冲机构；所述力缓冲机构设置于所述力驱动件与所述力调节组件之间，各个所述力缓冲机构与各个所述力传导件圆周交错设置，所述力缓冲机构用于输出与传导作用力相反方向的缓冲作用力。

30、可选地，所述施力机构还包括：力控制机构；所述力控制机构分别与所述力检测机构和各个所述力缓冲机构电连接，所述力控制机构用于根据所述力检测机构测量的传导作用力控制各个所述力缓冲机构输出的缓冲作用力。

31、可选地，所述第一载盘包括：第一压盘、第一加热盘、第一真空接头和若干第一连接件；所述第一压盘通过所述若干第一连接件固定设置于所述第一加热盘靠近于所述第二载盘的一侧，所述第一压盘设有用于吸附第一键合片的第一吸附槽，所述第一真空接头设置于所述第一加热盘，所述第一压盘内设有供所述第一真空接头与所述第一吸附槽连通的第一镂空槽。

32、可选地，所述第二载盘包括：第二压盘、第二加热盘、第二真空接头和若干第二连接件；所述第二压盘通过所述若干第二连接件固定设置于所述第二加热盘靠近于所述第一载盘的一侧，所述第二压盘设有用于吸附第二键合片的第二吸附槽，所述第二真空接头设置于所述第二加热盘，所述第二压盘内设有供所述第二真空接头与所述第二吸附槽连通的第二镂空槽。

33、可选地，所述晶圆临时键合装置还包括两个温控机构；两个所述温控机构分别设置于所述第一载盘和所述第二载盘，两个所述温控机构分别用于对所述第一载盘和所述第二载盘进行测温和加热。

34、可选地，所述晶圆临时键合装置还包括冷却机构；所述冷却机构与所述第一壳体和所述第二壳体连接，所述冷却机构用于对所述第一壳体和所述第二壳体降温。

35、可选地，所述晶圆临时键合装置还包括两个隔热盘；一个所述隔热盘设置于所述第一载盘和所述第一壳体之间，另一个所述隔热盘设置于所述第二载盘和所述第二壳体之间。

36、可选地，所述晶圆临时键合装置还包括固定架、第二导向件；所述第二导向件的两端分别与所述固定架和所述第二壳体固定，所述第一移动机构的一端固定设置于所述固定架，所述第一移动机构的另一端与所述第一壳体连接，所述第一壳体设有第二导向孔，所述第一壳体穿设于所述第二导向件。

37、可选地，所述晶圆临时键合装置还包括：

38、所述温控机构包括加热机构、温度测量机构和过热保护器；

39、所述加热机构的加热丝设置于所述第一加热盘和所述第一压盘之间；

40、所述第一加热盘设有与所述第一镂空槽连通的通过孔，所述温度测量机构设置于所述第一镂空槽，所述温度测量机构用于测量所述第一压盘的温度；

41、所述过热保护器与所述加热机构电连接，所述过热保护器设置于所述通过孔，所述过热保护器用于使所述加热机构断电。

42、可选地，所述晶圆临时键合装置还包括：精度测量机构、校准机构和控制器；所述精度测量机构设置于所述第二壳体一侧，所述精度测量机构用于测量第一键合片与第二键合片的位置偏差和角度偏差；所述校准机构设置于所述第二载盘远离所述第一载盘的一侧，所述第二载盘设有供所述校准机构通过的避让孔，所述校准机构用于通过所述避让孔带动第二键合片移动和旋转；所述控制器分别与所述精度测量机构和所述校准机构电连接，所述控制器用于控制所述精度测量机构的启闭，且所述控制器用于根据第一键合片与第二键合片的位置偏差和角度偏差控制所述校准机构的启闭。其有益效果在于：通过设置校准机构能够对第二键合片在平面内的位置和角度进行调整，也能够对第二键合片和第一键合片进行承接，便于将第一键合片与第一载盘对接，也便于将第二键合片放置在第二载盘上，更便于将第一键合片和第二键合片键合后得到的键合晶圆进行顶起以输出。通过设置精度测量装置对第一键合片与第二键合片的位置偏差和角度偏差进行测量，便于通过校准机构对存在的偏差进行调整，提升第一键合片和第二键合片对齐的准确度，便于实现晶圆的强度保持的目的，便于后续处理工艺的进行，降低后续处理过程中破片的概率。

43、可选地，所述精度测量机构包括：移动调节机构、图像获取机构和处理器；所述移动调节机构设置于所述第二壳体一侧，第一键合片和第二键合片上设有缺口槽，所述图像获取机构设置于所述移动调节机构，所述移动调节机构用于带动所述图像获取机构移动，所述图像获取机构用于同时获取第一键合片和第二键合片缺口槽处和至少一边缘处的图片；所述处理器与所述图像获取机构电连接，所述处理器根据缺口槽处的图片和边缘处的图片计算第一键合片与第二键合片的位置偏差和角度偏差；所述控制器分别与所述移动调节机构、所述图像获取机构和所述处理器电连接，所述控制器用于分别控制所述移动调节机构和所述图像获取机构的启闭。其有益效果在于：通过移动调节机构对图像获取机构的位置进行调整，以在第一壳体和第二壳体打开时获取第一键合片和第二键合片边缘处的图片，并将获取的图片输送至处理器。处理器对第一键合片和第二键合片的位置偏差和角度偏差进行计算，实现偏差数据的获取，并将获取的偏差信息发送至控制器。控制器通过偏差信息控制校准机构的启闭，实现偏差的修复，使得第一键合片和第二键合片在键合前进行位置的精确调整，保证键合的正常进行，为后续晶圆的减薄、tsv开孔等工艺处理打下良好的基础。

44、可选地，所述移动调节机构包括：第二移动机构和第三移动机构；

45、所述图像获取机构包括：第一双视野拍照机构、第二双视野拍照机构和第三双视野拍照机构；所述第二移动机构和所述第三移动机构分别设置于所述第二壳体的不同侧，所述第一双视野拍照机构设置于所述第二移动机构，所述第二双视野拍照机构和第三双视野拍照机构设置于所述第三移动机构；所述第一双视野拍照机构、所述第二双视野拍照机构和所述第三双视野拍照机构均与所述处理器电连接，所述第一双视野拍照机构用于获取第一键合片和第二键合片缺口槽处的图片，所述第二双视野拍照机构和所述第三双视野拍照机构分别用于获取第一键合片和第二键合片不同边缘位置处的图片；所述处理器用于根据所述第一双视野拍照机构、所述第二双视野拍照机构和所述第三双视野拍照机构获取的图片计算第一键合片与第二键合片的位置偏差和角度偏差；所述控制器分别与所述第二移动机构和所述第三移动机构电连接，所述控制器用于分别控制所述第二移动机构和所述第三移动机构的启闭；所述控制器分别与所述第一双视野拍照机构、所述第二双视野拍照机构和所述第三双视野拍照机构电连接，所述控制器用于分别控制所述第一双视野拍照机构、所述第二双视野拍照机构和所述第三双视野拍照机构的启闭。

46、可选地，所述校准机构包括：三轴校准平台、针驱动机构和顶针组件；所述三轴校准平台设置于所述第二壳体远离所述第一壳体的一侧，所述针驱动机构设置于所述三轴校准平台，所述三轴校准平台用于带动所述针驱动机构在与所述第一壳体移动方向相垂直的平面内移动和转动；所述顶针组件设置于所述针驱动机构，所述针驱动机构用于带动所述顶针组件移动，所述顶针组件用于通过所述避让孔带动第二键合片和/或第一键合片靠近或远离所述第一载盘；所述控制器分别与所述三轴校准平台和所述针驱动机构电连接。其有益效果在于：通过三轴校准平台对针驱动机构上的顶针组件在平面内的位置和角度进行调整，以修复第一键合片和第二键合片的位置偏差和角度偏差。同时通过针驱动机构带动第二键合片相对于第一载盘靠近或远离，使得第二键合片在移动的过程能够与第二载盘存在一定的间距，避免两者摩擦；同时设置针驱动机构和顶针组件也便于键合前和键合后的传片动作，便于承接机械手向壳体内放置晶圆和便于机械手从壳体内拾取键合后的晶圆。

47、可选地，所述针驱动机构包括：针驱动器、针同步带、针转动轴、支撑法兰、针直线轴承、针导向件和安装法兰；

48、所述支撑法兰设置于所述三轴校准平台，所述针驱动器和所述针导向件固定设置于所述支撑法兰，所述针转动轴可转动的设置于所述支撑法兰；

49、所述针直线轴承设置于所述针转动轴，所述安装法兰固定设置于所述针直线轴承，所述针驱动器通过所述针同步带与所述针转动轴连接，所述针驱动器用于通过所述针直线轴承带动所述安装法兰靠近或远离所述第一载盘；

50、所述安装法兰设置有供所述针导向件穿过的针导向孔，所述针导向件用于限制所述安装法兰相对于所述针驱动器转动；

51、所述顶针组件设置于所述安装法兰；

52、所述控制器与所述针驱动器电连接，所述控制器用于控制所述针驱动器的启闭

53、可选地，所述顶针组件包括：针密封组件和至少三个探针；

54、各个所述探针圆周对称的设置于所述针驱动机构，所述针驱动机构用于带动所述探针移动，所述探针用于通过所述避让孔带动第二键合片和/或第一键合片靠近或远离所述第一载盘；

55、所述针密封组件设置于各个所述探针外侧，且所述针密封组件的两端分别与所述第二壳体和所述针驱动机构固定，所述针密封组件用于密封所述避让孔。

56、可选地，所述针密封组件包括至少三个针波纹管；所述避让孔的数量、所述探针的数量和所述针波纹管的数量均相等、且一一对应设置，所述针波纹管的两端分别固定于所述第二壳体和所述针驱动机构，各个所述针波纹管分别用于密封各个所述避让孔。