本发明涉及半导体制造的,具体而言,涉及一种双层热压键合装置及方法。
背景技术:
1、晶圆键合(wafer bonding technology)是指通过化学和物理作用将两块已镜面抛光的同质或异质的晶片紧密地结合起来,晶片结合后,界面的原子受到外力的作用而产生反应形成共价键结合成一体,并使结合界面达到特定的键合强度。
2、热压键合作为一种基于键合层的键合方式,其在压力和温度的同步作用下将两键合面金属重叠压放在一起完成键合,已广泛应用于芯片的堆叠焊接及晶圆级封装领域。正是由于热压键合的重要性,市场对于热压键合设备的需求不断增加,但是,现有技术中的热压键合设备通常一次只能对一对晶圆对进行热压键合操作,热压键合效率比较低。
技术实现思路
1、本发明的第一个目的在于提供一种双层热压键合装置,以解决现有技术中存在的晶圆对的热压键合效率比较低的技术问题。
2、本发明提供的双层热压键合装置,包括承载板、下盘组件、导热板、上盘组件以及驱动组件,所述下盘组件固定设置于所述承载板的上表面,包括沿上下方向层叠设置的下卡盘和下加热盘;所述导热板设置于所述下盘组件的上方;所述上盘组件设置于所述导热板的上方,包括沿上下方向层叠设置的上加热盘和上卡盘,在键合驱动件的驱动下,所述上盘组件能够升降以及施加键合压力;所述驱动组件包括上升驱动件,在所述上盘组件向上运动而与所述导热板分离的状态下,所述上升驱动件能够使所述导热板上升。
3、进一步地,所述承载板设置有多个竖直的导向销,所述导热板沿上下方向可滑动地插设于各所述导向销。
4、进一步地,所述导向销的数量为四个,所述导热板呈矩形,四个所述导向销分别设置于所述导热板的四个角落。
5、进一步地,所述驱动组件还包括安装架,所述安装架固定设置于所述承载板的下表面,所述上升驱动件固定安装于所述安装架;
6、所述上升驱动件的动力输出端固定连接有至少一个支撑柱,所述支撑柱活动插设于所述承载板的贯穿孔,且所述支撑柱外套设有伸缩件,所述伸缩件的上端与所述承载板的下表面密封连接,下端与所述动力输出端密封连接。
7、进一步地,所述伸缩件为波纹管。
8、进一步地,所述上升驱动件的动力输出端垂直固接有支撑板;所述支撑柱的数量为两个,两个所述支撑柱分别垂直固设于所述支撑板的两端,共同顶升所述导热板;所述伸缩件的下端密封连接于所述支撑板的上表面。
9、进一步地,所述上加热盘的上方层叠设置有上冷盘,所述下加热盘的下方层叠设置有下冷盘,所述上冷盘内和所述下冷盘内均设置有冷却水道。
10、进一步地,所述上加热盘插设有多个上加热管,所述下加热盘插设有多个下加热管,所述上加热管和所述下加热管均为石英加热管。
11、进一步地,所述上加热管为下侧加热形式,和/或,所述下加热管为上侧加热形式。
12、进一步地,所述上加热管的两端伸出所述上加热盘,且所述上加热管的末端由第一定位块承载,与电源线连接的一端由垫块承载,所述第一定位块和所述垫块均固定设置于所述上冷盘的下表面;
13、所述下加热管的两端均伸出所述下加热盘,且所述下加热管的末端由第二定位块承载,与电源线连接的一端由垫板承载,所述第二定位块和所述垫板均固定设置于所述下冷盘的上表面。
14、进一步地,所述上加热盘和所述上卡盘之间夹设有第一石墨垫,所述上卡盘的下方还层叠设置有第二石墨垫;
15、所述下卡盘和所述下加热盘之间夹设有第三石墨垫。
16、进一步地,所述上冷盘固定设置有限位板,所述限位板包括固定连接的水平部和连接部,所述连接部与所述上冷盘固定连接;所述水平部设置有避让晶圆对的避让孔,与所述第二石墨垫层叠设置,且将所述第二石墨垫、所述上卡盘、所述第一石墨垫、所述上加热盘压固于所述上冷盘;
17、所述下冷盘固定设置有多个固定块,多个所述固定块将所述下卡盘、所述第三石墨垫、所述下加热盘压固于所述下冷盘。
18、进一步地,所述导热板的上表面设置有容纳槽,所述容纳槽用于容置晶圆对。
19、本发明提供的双层热压键合装置,能够产生以下有益效果:
20、本发明提供的双层热压键合装置,使用其对两对晶圆对同时进行热压键合时,主要包括放置待键合晶圆对、对两对晶圆对同时进行热压键合,以及取出完成键合的晶圆对等步骤,具体地,放置待键合晶圆对:通过键合驱动件驱动上盘组件上升以使其与导热板分离,并将第一对待键合晶圆对置于导热板上;通过上升驱动件将导热板顶起以使其与下盘组件分离,并将第二对待键合晶圆对置于下盘组件的下卡盘上。热压键合:缩回上升驱动件的动力输出端,使导热板压于第二对晶圆对上;通过键合驱动件驱动上盘组件以预设压力下压,并通过上加热盘和下加热盘以预设温度分别对第一对晶圆对和第二对晶圆对加热。取出完成键合的晶圆对:以预设温度对两对晶圆对加热预设时长后,通过键合驱动件使上盘组件再次上升,然后取出完成键合的第一对晶圆对;通过上升驱动件再次使导热板上升,然后取出完成键合的第二对晶圆对。至此,便完成了对两对晶圆对的热压键合。
21、如果要继续对新的待键合晶圆对进行热压键合,则可以向下盘组件放入新一对待键合晶圆对,然后使导热板下落,并在导热板上放入又一对待键合晶圆对,重复热压键合和取出完成键合的晶圆对的步骤,直至完成所有晶圆对的热压键合。
22、综上,本发明提供的双层热压键合装置,能够对两对晶圆对同时进行热压键合,从而能够提高晶圆对的热压键合效率。此外,本发明提供的双层热压键合装置,结构简单,所以便于装调及维修。当然,使导热板始终处于回落位置即位于下盘组件上,或者将导热板拆除,也可以每次只对一对晶圆对进行热压键合。
23、本发明的第二个目的在于提供一种双层热压键合方法,以解决现有技术中存在的晶圆对的热压键合效率比较低的技术问题。
24、本发明提供的双层热压键合方法,使用上述的双层热压键合装置对两对晶圆对同时进行热压键合,所述方法包括如下步骤:
25、s100,通过所述键合驱动件驱动所述上盘组件上升以使其与所述导热板分离,并将第一对待键合晶圆对置于所述导热板上;
26、s200,通过所述上升驱动件将所述导热板顶起以使其与所述下盘组件分离,并将第二对待键合晶圆对置于所述下盘组件的下卡盘上;
27、s300,缩回所述上升驱动件的动力输出端,使所述导热板压于所述第二对晶圆对上;
28、s400,通过所述键合驱动件驱动所述上盘组件以预设压力下压,并通过所述上加热盘和所述下加热盘以预设温度分别对所述第一对晶圆对和所述第二对晶圆对加热;
29、s500,以所述预设温度对两对晶圆对加热预设时长后,通过所述键合驱动件使所述上盘组件再次上升,然后取出完成键合的第一对晶圆对;
30、s600,通过所述上升驱动件再次使所述导热板上升,然后取出完成键合的第二对晶圆对;
31、s700,向所述下盘组件放入新一对待键合晶圆对,然后使所述导热板下落,并在所述导热板上放入又一对待键合晶圆对,重复步骤s400至s600,直至完成所有晶圆对的热压键合。
32、本发明提供的双层热压键合方法,使用上述的双层热压键合装置,能够对两对晶圆对同时进行热压键合,所以能够提高晶圆对的热压键合效率。
1.一种双层热压键合装置,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的双层热压键合装置,其特征在于,所述承载板(400)设置有多个竖直的导向销(410),所述导热板(200)沿上下方向可滑动地插设于各所述导向销(410)。
3.根据权利要求2所述的双层热压键合装置,其特征在于,所述驱动组件(500)还包括安装架(510),所述安装架(510)固定设置于所述承载板(400)的下表面,所述上升驱动件(520)固定安装于所述安装架(510);
4.根据权利要求3所述的双层热压键合装置,其特征在于,所述上升驱动件(520)的动力输出端垂直固接有支撑板(530);所述支撑柱(540)的数量为两个,两个所述支撑柱(540)分别垂直固设于所述支撑板(530)的两端,共同顶升所述导热板(200);所述伸缩件(550)的下端密封连接于所述支撑板(530)的上表面。
5.根据权利要求1-4任一项所述的双层热压键合装置,其特征在于,所述上加热盘(120)的上方层叠设置有上冷盘(110),所述下加热盘(320)的下方层叠设置有下冷盘(310),所述上冷盘(110)内和所述下冷盘(310)内均设置有冷却水道。
6.根据权利要求5所述的双层热压键合装置,其特征在于,所述上加热盘(120)插设有多个上加热管(121),所述下加热盘(320)插设有多个下加热管(321),所述上加热管(121)和所述下加热管(321)均为石英加热管;
7.根据权利要求6所述的双层热压键合装置,其特征在于,所述上加热管(121)的两端伸出所述上加热盘(120),且所述上加热管(121)的末端由第一定位块(122)承载,与电源线连接的一端由垫块(123)承载,所述第一定位块(122)和所述垫块(123)均固定设置于所述上冷盘(110)的下表面;
8.根据权利要求5所述的双层热压键合装置,其特征在于,所述上加热盘(120)和所述上卡盘(140)之间夹设有第一石墨垫(130),所述上卡盘(140)的下方还层叠设置有第二石墨垫(150);
9.根据权利要求8所述的双层热压键合装置,其特征在于,所述上冷盘(110)固定设置有限位板(160),所述限位板(160)包括固定连接的水平部和连接部,所述连接部与所述上冷盘(110)固定连接;所述水平部设置有避让晶圆对的避让孔(161),与所述第二石墨垫(150)层叠设置,且将所述第二石墨垫(150)、所述上卡盘(140)、所述第一石墨垫(130)、所述上加热盘(120)压固于所述上冷盘(110);
10.一种双层热压键合方法,其特征在于,使用权利要求1-9任一项所述的双层热压键合装置对两对晶圆对同时进行热压键合,所述方法包括如下步骤:
