CN107785287A - 键合设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种键合设备及方法，该键合设备包括真空腔，设置在所述真空腔内的用于承载第一基底的第一基底台和用于承载第二基底的第二基底台，所述第一基底台上设置有第一活化单元和第一对准单元；所述第二基底台上设置有第二活化单元和第二对准单元。活化单元用于对基底的键合面进行活化，对准单元用于识别基底上的标记进行定位。所述第一对准单元和所述第二对准单元根据定位信息对所述第一基底和所述第二基底进行对准，所述第二基底台垂向运动，键合所述第一基底与所述第二基底。即在同一个设备中完成活化、对准、键合三个工艺过程，进而消除了现有的封装工艺过程中容易发生污染等问题。

Description

键合设备及方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种键合设备及方法。
背景技术
键合是指将两个基底接触的足够紧密，使得它们能够牢固的结合在一起。目前键合封装方式有硅硅直接键合、阳极键合、有机胶键合、等离子体键合等。该技术已经应用于多个半导体领域，是未来半导体行业发展的重要技术之一。
通常情况下完成一套完整的基底键合工艺主要需要三类设备：活化设备、对准设备和键合设备。活化设备是对两个基底进行等离子活化；对准设备能够将两个基底根据对准标记对准并且紧紧贴在一起；键合设备能够将两个基底结合在一起。
上述键合工艺流程的主要缺点在于，在经过三道工序时，操作人员将基底从活化设备转移到对准设备再转移到键合设备中，会受到空气污染等问题困扰，为了解决上述问题，需要开发一种可以将等离子活化、对准、键合三个工艺过程合为一体的设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种键合设备及方法，以解决现有的键合封装方式容易产生污染的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种键合设备，所述键合设备包括真空腔；设置在所述真空腔内的用于承载第一基底的第一基底台和用于承载第二基底的第二基底台，所述第二基底台位于所述第一基底台上方，其承载面与所述第一基底台的承载面相对设置；
所述第一基底台的两侧分别设有第一活化单元和第一对准单元，所述第一基底台在X-Y平面进行扫描运动时，所述第一活化单元对所述第二基底的键合面进行活化，所述第一对准单元识别所述第二基底上的标记进行定位；
所述第二基底台的两侧分别设有第二活化单元和第二对准单元，所述第二基底台在X-Y平面进行扫描运动时，所述第二活化单元对所述第一基底的键合面进行活化，所述第二对准单元识别所述第一基底上的标记进行定位；
所述第一对准单元和所述第二对准单元根据定位信息对所述第一基底和第二基底进行对准。
可选的，在所述键合设备中，所述第一基底台上设置有吸附所述第一基底的第一静电吸盘，所述第二基底台上设置有吸附所述第二基底的第二静电吸盘。
可选的，在所述键合设备中，所述键合设备还包括垂向加压装置，所述垂向加压装置驱动所述第二基底台垂向运动，并施加预设压力，使所述第二基底与所述第一基底进行键合。
可选的，在所述键合设备中，所述键合设备还包括调平机构，所述调平机构对所述第一静电吸盘的姿态进行调整。
可选的，在所述键合设备中，所述第一基底台上设有加热所述第一静电吸盘的第一加热装置，所述第二基底台上设有加热所述第二静电吸盘的第二加热装置。
可选的，在所述键合设备中，所述第一基底台上设有冷却所述第一静电吸盘的第一冷却装置，所述第二基底台上设有冷却所述第二静电吸盘的第二冷却装置。
可选的，在所述键合设备中，所述键合设备还包括真空控制装置、上片装置和下片装置，所述真空控制装置控制所述真空腔内真空，所述上片装置用于向所述第一基底台和所述第二基底台上载基底，所述下片装置用于取出键合后的基底。
可选的，在所述键合设备中，所述第一活化单元和第二活化单元均采用等离子活化方式。
本发明还提供了一种基于上述键合设备的键合方法，包括如下步骤：
上载第一基底至所述第一基底台，上载第二基底至所述第二基底台；
驱动所述第一基底台和所述第二基底台在X-Y平面进行扫描运动，所述第一基底台运动时，所述第一基底台上的第一活化单元对所述第二基底的键合面进行活化，所述第一基底台上的第一对准单元识别所述第二基底的标记进行定位；所述第二基底台运动时，所述第二基底台上的第二活化单元对所述第一基底的键合面进行活化，所述第二基底台上的第二对准单元识别所述第一基底的标记进行定位；
所述第一对准单元和所述第二对准单元根据定位信息对所述第一基底和第二基底进行对准；
驱动所述第二基底台垂向运动，键合所述第一基底与所述第二基底。
可选的，在所述键合方法中，在对所述第一基底和所述第二基底进行对准的过程中，对所述第一基底和所述第二基底进行加热。
可选的，在所述键合方法中，还包括对键合后的基底下片，在下片过程中对所述第一基底台和所述第二基底台进行冷却。
在本发明中提供了一种键合设备及基于该键合设备的键合方法，该键合设备包括真空腔和设置在所述真空腔内的用于承载第一基底的第一基底台和用于承载第二基底的第二基底台；所述第一基底台在X-Y平面进行扫描运动时，设置在所述第一基底台上的第一活化单元对所述第二基底的键合面进行活化，设置在所述第一基底台上的第一对准单元识别所述第二基底上的标记进行定位；设置在所述第二基底台上的第二基底台在X-Y平面进行扫描运动时，设置在所述第二基底台上的第二活化单元对所述第一基底的键合面进行活化，所述第二对准单元识别所述第一基底上的标记进行定位；所述第一对准单元和所述第二对准单元根据定位信息对所述第一基底和第二基底进行对准，驱动所述第二基底台垂向运动，键合所述第一基底与所述第二基底。由此便可将等离子活化、对准、键合三个工艺过程合为一体，即在同一个设备中完成键合封装工艺，进而消除了现有的封装工艺中容易发生污染、人为误操作、各工序间衔接不到位等问题。
附图说明
图1是本发明提供键合设备结构示意图；
图2是本发明提供的基于图1所示键合设备的一种键合方法的流程示意图；
图3是本发明提供键合设备在进行键合工序时的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的键合设备及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发提供了一种键合设备，如图1所示。所述键合装置包括真空腔；设置在所述真空腔内的用于承载第一基底A的第一基底台1和用于承载第二基底B的第二基底台2，所述第二基底台2位于所述第一基底台1上方，其2的承载面与所述第一基底台1的承载面相对设置。
更具体的，所述第一基底台的两侧分别设有第一活化单元11和第一对准单元12，所述第一基底台1在X-Y平面进行扫描运动时，所述第一活化单元11对所述第二基底B的键合面进行活化，所述第一对准单元12识别所述第二基底B上的标记进行定位；所述第二基底台2的两侧分别设有第二活化单元21和第二对准单元22，所述第二基底台2在X-Y平面进行扫描运动时，所述第二活化单元21对所述第一基底A的键合面进行活化，所述第二对准单元22识别所述第一基底A上的标记进行定位；
所述第一对准单元12和所述第二对准单元22根据定位信息对所述第一基底A和第二基底B进行对准。
具体的，继续参阅图1，所述第一基底台1上设置有吸附所述第一基底A的第一静电吸盘13，所述第二基底台2上设置有吸附所述第二基底B的第二静电吸盘23。
具体的，所述键合设备还包括垂向加压装置3，所述垂向加压装置3驱动所述第二基底台2垂向运动，并施加预设压力，使所述第二基底B与所述第一基底A进行键合。
具体的，所述键合设备还包括调平机构4，所述调平机构4能对所述第一静电吸盘13的姿态进行调整，从而能够提高对准精度。
具体的，所述第一基底台1上设有加热所述第一静电吸盘13的第一加热装置14，所述第二基底台2上设有加热所述第二静电吸盘23的第二加热装置24；所述第一基底台1上设有冷却所述第一静电吸盘13的第一冷却装置15，所述第二基底台2上设有冷却所述第二静电吸盘23的第二冷却装置25。
具体的，所述键合设备还包括真空控制装置5、上片装置62和下片装置72。在本发明实施例中，请继续参阅图1，所述真空腔分为第一真空腔和第二真空腔，上片装置62安装在第一真空腔中；所述第一基底台1和所述第二基底台2设置在第二真空腔中，所述第一真空腔和所述第二真空腔通过传送门82连通；所述真空控制装置5用于控制所述第一真空腔和所述第二真空腔内真空，使其在真空的环境中工作，避免污染；所述上片装置62用于向所述第一基底台1和所述第二基底台2上载基底，所述下片装置72用于取出键合后的基底。
本发明提供了一种基于该键合设备的键合方法，流程示意图如图2所示，所述键合方法包括如下步骤：
步骤S21，上载第一基底至所述第一基底台，上载第二基底至所述第二基底台；
步骤S22，驱动所述第一基底台和所述第二基底台在X-Y平面进行扫描运动；所述第一基底台运动时，所述第一基底台上的第一活化单元对所述第二基底的键合面进行活化，所述第一基底台上的第一对准单元识别所述第二基底的标记进行定位；所述第二基底台运动时，所述第二基底台上的第二活化单元对所述第一基底的键合面进行活化，所述第二基底台上的第二对准单元识别所述第一基底的标记进行定位；
步骤S23，所述第一对准单元和所述第二对准单元根据定位信息对所述第一基底和第二基底进行对准；
步骤S24，驱动所述第二基底台垂向运动，键合所述第一基底与所述第二基底。
具体的，请参阅图1，上载第一基底A至所述第一基底台1、上载第二基底B至所述第二基底台2：先将片盒60设置在片盒承载台61上，关闭片库密封门81，开启真空控制装置5，使第一真空腔和第二真空腔内的真空度达到预设要求。接着，开启传送门82，上片装置62从所述片盒60取出所述第一基底A后，运动至基底交接位置，所述上片装置62下降直至所述第一基底A设置在第一静电吸盘13上，完成所述第一基底A的静电吸附；所述上片装置62运动到所述片盒60处取得所述第二基底B后，向右运动至基底交接位置，上部的垂向加压装置3向下运动至基底交接位置，第二静电吸盘23以静电吸附的方式完成对所述第二基底B的吸附，所述垂向加压装置3向上运动恢复到初始位置，所述上片装置62返回初始位置。
驱动所述第一基底台1和所述第二基底台2在X-Y平面进行扫描运动，具体的，所述第一基底台1运动时，所述第一基底台1上的第一活化单元11对所述第二基底B的键合面进行活化，所述第一基底台1上的第一对准单元12识别所述第二基底B的标记进行定位；所述第二基底台2运动时，所述第二基底台2上的第二活化单元21对所述第一基底A的键合面进行活化，所述第二基底台2上的第二对准单元22识别所述第一基底A的标记进行定位。
在上述对所述第一基底A的标记和所述第二基底B的标记进行预定位的同时，调平机构4对所述第一静电吸盘13的姿态进行调整，从而提高对准精度；在完成对键合面的活化过程后，所述第一对准单元12和所述第二对准单元22根据定位信息对所述第一基底A和第二基底B进行对准，同时，第一加热装置14对所述第一基底A进行预加热，第二加热装置24对所述第二基底B进行预加热。
然后，如图3所示，在基底的对准工作完成后，所述第二基底台2垂向运动，且施加一定预压压力，键合所述第一基底A与所述第二基底B；与此同时，所述第一加热装置14和所述第二加热装置24继续进行加热，等待键合完成后，关闭所述第一加热装置14和所述第二加热装置24，所述垂向加压装置3回到初始位置，关闭所述第一静电吸盘13的静电吸附功能，并对所述第二真空腔进行真空破坏操作，由于所述第一基底A和所述第二基底B之间为一开始为真空状态，破真空后的外部大气压可以使得两基底压紧贴合，且不会发生相对位移。
最后，取下键合后的基底。真空破坏完成一段时间后，开启基底传出门83，下片装置72将键合后的基底送入片盒70中。当所述下片装置72将键合后基底放入所述片盒70后，取出所述片盒70。在下片装置72取下键合后的基底过程中，开启第一冷却装置15和第二冷却装置25，所述第一冷却装置15对所述第一静电吸盘13进行冷却；所述第二冷却装置25对所述第二静电吸盘23进行冷却，为进行后续的基底键合做准备。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种键合设备，其特征在于，包括：
真空腔；
设置在所述真空腔内的用于承载第一基底的第一基底台和用于承载第二基底的第二基底台，所述第二基底台位于所述第一基底台上方，其承载面与所述第一基底台的承载面相对设置；
所述第一基底台的两侧分别设有第一活化单元和第一对准单元，所述第一基底台在X-Y平面进行扫描运动时，所述第一活化单元对所述第二基底的键合面进行活化，所述第一对准单元识别所述第二基底上的标记进行定位；
所述第二基底台的两侧分别设有第二活化单元和第二对准单元，所述第二基底台在X-Y平面进行扫描运动时，所述第二活化单元对所述第一基底的键合面进行活化，所述第二对准单元识别所述第一基底上的标记进行定位；
所述第一对准单元和所述第二对准单元根据定位信息对所述第一基底和第二基底进行对准。
2.如权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述第一基底台上设置有吸附所述第一基底的第一静电吸盘，所述第二基底台上设置有吸附所述第二基底的第二静电吸盘。
3.如权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述键合设备还包括垂向加压装置，所述垂向加压装置驱动所述第二基底台垂向运动，并施加预设压力，使所述第二基底与所述第一基底进行键合。
4.如权利要求2所述的键合设备，其特征在于，所述键合设备还包括调平机构，所述调平机构对所述第一静电吸盘的姿态进行调整。
5.如权利要求2所述的键合设备，其特征在于，所述第一基底台上设有加热所述第一静电吸盘的第一加热装置，所述第二基底台上设有加热所述第二静电吸盘的第二加热装置。
6.如权利要求5所述的键合设备，其特征在于，所述第一基底台上设有冷却所述第一静电吸盘的第一冷却装置，所述第二基底台上设有冷却所述第二静电吸盘的第二冷却装置。
7.如权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述键合设备还包括真空控制装置、上片装置和下片装置，所述真空控制装置控制所述真空腔内真空，所述上片装置用于向所述第一基底台和所述第二基底台上载基底，所述下片装置用于取出键合后的基底。
8.如权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述第一活化单元和第二活化单元均采用等离子活化方式。
9.一种基于权利要求1所述的键合装置的键合方法，其特征在于，所述键合方法包括如下步骤：
上载第一基底至所述第一基底台，上载第二基底至所述第二基底台；
驱动所述第一基底台和所述第二基底台在X-Y平面进行扫描运动，所述第一基底台运动时，所述第一基底台上的第一活化单元对所述第二基底的键合面进行活化，所述第一基底台上的第一对准单元识别所述第二基底的标记进行定位；所述第二基底台运动时，所述第二基底台上的第二活化单元对所述第一基底的键合面进行活化，所述第二基底台上的第二对准单元识别所述第一基底的标记进行定位；
所述第一对准单元和所述第二对准单元根据定位信息对所述第一基底和第二基底进行对准；
驱动所述第二基底台垂向运动，键合所述第一基底与所述第二基底。
10.如权利要求9所述的键合方法，其特征在于，在对所述第一基底和所述第二基底进行对准的过程中，对所述第一基底和所述第二基底进行加热。
11.如权利要求10所述的键合方法，其特征在于，还包括对键合后的基底下片，在下片过程中对所述第一基底台和所述第二基底台进行冷却。
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