[發明專利]一種輔助手動晶圓鍵合裝置

有效

• 申請號: 201610337329.6
• 申請日: 2016-05-21
• 公開（公告）號: CN105977172B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 王晨曦;許繼開;田艷紅;劉艷南;曾小潤;王春青
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明屬于半導體制造技術領域，涉及一種簡易晶圓鍵合的裝置，能夠輔助手動將清洗后的晶圓片完成晶圓裝載、吹干、表面處理和鍵合全過程。

背景技術

晶圓直接鍵合（又稱直接圓片鍵合）依靠十分光滑表面平整情況下表面間的自然吸引力，干凈的接觸表面在保持清潔的環境條件下實現連接。該技術廣泛地應用于半導體、生物醫療芯片及光電子器件制造等領域。鍵合過程一般需要鍵合前清洗晶圓片，進行表面處理，而后將晶圓片裝載入鍵合設備中實施鍵合。為了最大限度地排除外界環境給鍵合表面帶來污染，理想狀況是在潔凈的全封閉環境下完成晶圓清洗、吹干、表面處理（適情況而選用）、裝載和鍵合等全過程，工業界已開發出全自動化的晶圓鍵合設備。但是該全自動化設備主要用于工業化量產且價格十分高昂，在鍵合研發階段，科研工作人員往往利用手動鍵合的方式來探索工藝過程的開發。而手動鍵合過程中，晶圓清洗、吹干、裝載和鍵合都是相對獨立的步驟，由于存在人為操作（如戴手套的手直接觸及晶圓邊緣或表面），很容易造成晶圓表面的污染，導致鍵合界面產生缺陷，很大程度上影響鍵合質量。因此，一種替代手功能的輔助晶圓鍵合的裝置亟待開發。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡易的輔助晶圓鍵合裝置，將清洗后的晶圓實現裝載、吹干和鍵合全過程，避免了雙手與晶圓片的直接接觸，一定程度上減少了人為操作所引入的污染物，改善了手動晶圓鍵合質量。該裝置也適用于在鍵合前增加紫外光等干法表面處理手段，進一步改善鍵合效果。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種輔助手動晶圓鍵合裝置，包括長直角彎頭接頭、晶圓槽A、晶圓槽B、定角度合頁、緩沖塊A、緩沖塊B、直線軸承A、直線軸承B、直線軸承C、直線光軸A、直線光軸B、直線光軸C、彈簧A、彈簧B、彈簧C、直線軸承連接件和底座，其中：

所述長直角彎頭接頭較短一端與晶圓槽A中心通孔過盈配合；

所述晶圓槽A通過定角度合頁與直線軸承C固定連接；

所述晶圓槽B通過直線光軸A、直線光軸B、直線光軸C與底座固定連接；

所述彈簧A、彈簧B、彈簧C分別與直線光軸A、直線光軸B、直線光軸C間隙配合，且位于靠近底座一端；

所述直線軸承A、直線軸承B、直線軸承C分別與直線光軸A、直線光軸B、直線光軸C過盈配合，且分別與彈簧A、彈簧B、彈簧C上端固定連接；

所述緩沖塊A、緩沖塊B分別與直線軸承A、直線軸承B的上表面固定連接；

所述直線軸承連接件與直線軸承A、直線軸承B、直線軸承C固定連接。

上述輔助手動晶圓鍵合裝置的工作原理如下：將表面處理過的3英寸晶圓片，用鑷子夾取出來，分別水平放置在晶圓槽A和晶圓槽B中，并用氣槍或者吹風機將晶圓片表面的液體吹干。由于槽深為0.2~0.3 mm，當晶圓片放置在晶圓槽中時，會使其整體高出至少0.1 mm，從而排除了手的干擾，不會使晶圓片的邊緣發生因液體的堆積而使晶圓片被污染的現象。

根據以上工作原理，本發明提供的輔助晶圓鍵合裝置具有以下優點：

1、在輔助晶圓鍵合裝置的幫助下，整個晶圓鍵合的過程中，雙手始終都沒有與晶圓片表面和邊緣發生接觸，一定程度上減少了人為操作所引入的污染物。

2、利用該輔助晶圓鍵合裝置，可同時對兩個晶圓的表面實施干法（如紫外光照射）表面處理，并且在處理（照射）完成之后，只需將晶圓槽A快速翻轉180o，即可快速完成晶圓片的鍵合，縮短手動操作時間，并降低在照射后和鍵合前過程中周圍環境和人為操作所引入污染物，進一步改善晶圓鍵合的效果。

3、當晶圓槽A發生翻轉，晶圓片完成鍵合之后，由于晶圓槽A的上表面與底座的下表面相互平行，可以將該輔助晶圓鍵合裝置放在加壓裝置下進行加壓，克服因表面粗糙度或晶圓翹曲而引起的部分未鍵合現象。

附圖說明

圖1為本發明輔助晶圓鍵合裝置的爆炸圖；

圖2為本發明輔助晶圓鍵合裝置的裝配圖的主視圖；

圖3為本發明輔助晶圓鍵合裝置的裝配圖的側視圖；

圖4~圖7為本發明的操作流程圖；

圖8為本發明的紫外光光照處理示意圖。

其中：1為長直角彎頭接頭、2為晶圓槽A、3為晶圓槽B、4為定角度（180°）合頁、5為緩沖塊A、6為緩沖塊B、7為直線軸承A、8為直線軸承B、9為直線軸承C、10為直線光軸A、11為直線光軸B、12為直線光軸C、13為彈簧A、14為彈簧B、15為彈簧C、16為直線軸承連接件、17為底座、18為清洗后晶圓表面的殘留液體、19為氮氣槍、20為紫外光發生裝置。