CN110660723A - 一种机械手、键合腔体、晶圆键合***及键合方法 - Google Patents

一种机械手、键合腔体、晶圆键合***及键合方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种机械手、键合腔体、晶圆键合***及键合方法，其中机械手包括：托盘；固定在托盘上的至少三个晶圆定位柱；固定在托盘上的至少三个第一晶圆间隔机构，第一晶圆间隔结构包括第一晶圆间隔片，以及用于驱动第一晶圆间隔片进入托盘的晶圆承载区域的第一驱动部件。通过晶圆定位柱实现晶圆的外形定位，通过第一晶圆间隔机构将第一晶圆间隔片放在机械手取出的承载晶圆上方，然后利用机械手取出器件晶圆，最后机械手将承载晶圆和器件晶圆一次运送至键合腔体，减少承载晶圆和器件晶圆在键合腔体内对准的过程，缩短晶圆转移至键合腔体的时间，提高键合流程的效率。本发明实施例还公开了一种键合腔体、晶圆键合***及键合方法。

Description

一种机械手、键合腔体、晶圆键合***及键合方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体工艺技术，尤其涉及一种机械手、键合腔体、晶圆键合***及键合方法。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，减薄器件晶圆已是大势所趋，但是超薄器件晶圆具有柔性和易碎性，容易翘曲和起伏，目前主流的解决方案是将器件晶圆键合至刚性承载晶圆上，不仅可将晶圆减薄，还可以支持多种加工工艺，当完成背部的加工步骤后，可将该器件从承载晶圆上剥离，继续加工直至封装。
典型的临时键合工艺流程包括在上表面完全加工器件晶圆，将承载晶圆和器件晶圆旋转涂覆一层键合粘合剂，然后将两块晶圆转移至键合腔，小心地至于键合腔中央，提高温度后在真空中进行键合。临时键合后，对该晶圆叠层进行背面加工(减薄、蚀刻、金属化等)，然后将薄器件晶圆从承载晶圆上剥离下来。现有的键合装置，需要利用机械手从片库中依次取出器件晶圆和承载晶圆，分别运送至键合腔中，然后在键合腔中完成间隔片的***、键合腔抽真空、间隔片撤离、承载盘和加压盘加温、键合等操作，此键合流程需要进出键合腔两次，其键合流程的效率有待提高。
发明内容
本发明实施例提供一种机械手、键合腔体、晶圆键合***及键合方法，以提高键合流程的效率。
第一方面，本发明实施例提供一种机械手，该机械手包括：
托盘；
固定在所述托盘上的至少三个晶圆定位柱；
固定在所述托盘上的至少三个第一晶圆间隔机构，所述第一晶圆间隔结构包括第一晶圆间隔片，以及用于驱动所述第一晶圆间隔片进入所述托盘的晶圆承载区域的第一驱动部件。
第二方面，本发明实施例还提供一种键合腔体，该键合腔体包括：
底板；
固定在所述底板上的承压板和至少三个升降驱动部件，所述升降驱动部件绕所述承压板周边设置；
固定在每个所述升降驱动部件上的承片机构和第二间隔片机构，所述承片机构包括承片，以及用于驱动所述承片进入所述承压板的晶圆承载区域的承片驱动部件；所述第二间隔片机构包括第二晶圆间隔片，以及用于驱动所述第二晶圆间隔片进入所述承压板的晶圆承载区域的第二间隔片驱动部件。
第三方面，本发明实施例还提供一种晶圆键合***，包括器件晶圆库、承载晶圆库、成品晶圆库、第一方面所述的机械手，以及第二方面所述的键合腔体。
第四方面，本发明实施例还提供一种基于第三方面所述的晶圆键合***的键合方法，该方法包括：
机械手将承载晶圆从承载晶圆库中取出，并定位在所述机械手的托盘上；
第一驱动部件驱动第一晶圆间隔片进入所述托盘的晶圆承载区域，并将所述第一晶圆间隔片置于所述承载晶圆上方；
所述机械手将器件晶圆从器件晶圆库中取出，并定位在所述第一晶圆间隔片上方；
所述机械手将所述承载晶圆和所述器件晶圆运送到键合腔体；
将所述承载晶圆和所述器件晶圆卸载到所述键合腔体内，执行键合操作。
本发明实施例提供一种用于晶圆键合***的机械手，包括托盘；固定在托盘上的至少三个晶圆定位柱；固定在托盘上的至少三个第一晶圆间隔机构，第一晶圆间隔结构包括第一晶圆间隔片，以及用于驱动第一晶圆间隔片进入托盘的晶圆承载区域的第一驱动部件。通过晶圆定位柱实现晶圆的外形定位，通过第一晶圆间隔机构将第一晶圆间隔片放在机械手取出的承载晶圆上方，然后利用机械手取出器件晶圆，最后机械手将承载晶圆和器件晶圆一次运送至键合腔体，减少承载晶圆和器件晶圆在键合腔体内对准的过程，缩短晶圆转移至键合腔体的时间，提高键合流程的效率。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种机械手的结构示意图；
图2是本发明实施例一中的一种第一驱动部件的结构示意图；
图3是本发明实施例一中的又一种第一驱动部件的结构示意图；
图4是本发明实施例一中的另一种第一驱动部件的结构示意图；
图5是本发明实施例二提供的一种键合腔体的结构示意图；
图6是本发明实施例二中的一种承片驱动部件的结构示意图；
图7是本发明实施例二中的又一种承片驱动部件的结构示意图；
图8是本发明实施例二中的另一种承片驱动部件的结构示意图；
图9是本发明实施例二中的一种第二间隔片驱动部件的结构示意图；
图10是本发明实施例二中的又一种第二间隔片驱动部件的结构示意图；
图11是本发明实施例二中的另一种第二间隔片驱动部件的结构示意图；
图12是本发明实施例三提供的一种晶圆键合***的结构示意图；
图13是本发明实施例四提供的一种键合方法的流程示意图；
图14是本发明实施例四中的将承载晶圆和器件晶圆卸载到键合腔体内的流程示意图；
图15是本发明实施例四中将承载晶圆和器件晶圆卸载到键合腔体内之后的流程示意图；
图16是本发明实施例四中的机械手将成品晶圆运动到成品晶圆库的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
实施例一
图1所示为本发明实施例一提供的一种机械手的结构示意图，本实施例提供的机械手可用于晶圆键合***中，该机械手包括：
托盘10；固定在托盘10上的至少三个晶圆定位柱20；固定在托盘10上的至少三个第一晶圆间隔机构30，第一晶圆间隔结构30包括第一晶圆间隔片31，以及用于驱动第一晶圆间隔片31进入托盘10的晶圆承载区域的第一驱动部件32。
其中，托盘10用于放置晶圆，示例性的，参考图1，以机械手包括三个晶圆定位柱20和三个第一晶圆间隔机构30为例，晶圆定位柱可以为圆柱，机械手用于获取和运送晶圆。可以理解的是，晶圆键合是将器件晶圆放在承载晶圆上方，然后通过键合***将器件晶圆和承载晶圆键合在一起，器件晶圆和承载晶圆边缘可以有至少一个定位凹槽，与机械手的三个晶圆定位柱20中的一个晶圆定位柱20匹配对接后，剩余的两个晶圆定位柱20对晶圆外边缘进行限位。机械手的工作过程为：机械手进入承载晶圆库获取承载晶圆，利用三个晶圆定位柱20将承载晶圆进行外形定位，将承载晶圆固定在托盘10上，然后第一驱动部件32驱动第一晶圆间隔片31伸入托盘10的承载区域，并使第一晶圆间隔片31位于承载晶圆上方，然后机械手进入器件晶圆库获取器件晶圆，利用三个晶圆定位柱20将器件晶圆进行外形定位，将器件晶圆固定在托盘10上，并使器件晶圆位于第一晶圆间隔片31上方，最后机械手将承载晶圆和器件晶圆一起送入键合腔体中。
本实施例提供的用于晶圆键合***的机械手，通过晶圆定位柱实现晶圆的外形定位，通过第一晶圆间隔机构将第一晶圆间隔片放在机械手取出的承载晶圆上方，然后利用机械手取出器件晶圆，最后机械手将承载晶圆和器件晶圆一次运送至键合腔体，减少承载晶圆和器件晶圆在键合腔体内对准的过程，缩短晶圆转移至键合腔体的时间，提高键合流程的效率。
可选的，第一驱动部件32的驱动方式可以为伸缩式或旋转式。
第一驱动部件32用于驱动第一晶圆间隔片31，使第一晶圆间隔片31隔开承载晶圆和器件晶圆，以使机械手同时获取承载晶圆和器件晶圆，第一驱动部件32的驱动方式可以为伸缩式或旋转式，以控制第一晶圆间隔片31直线伸缩或旋转运动，本领域技术人员可以灵活选择。
图2所示为一种第一驱动部件的结构示意图。可选的，第一驱动部件包括第一气缸321，第一气缸321与第一晶圆间隔片31的一端固定连接，第一气缸321用于带动第一晶圆间隔片31伸缩。其中虚线表示第一晶圆间隔片31撤出托盘的晶圆承载区域时的状态。
图3所示为又一种第一驱动部件的结构示意图。此第一驱动部件与图2所示的第一驱动部件结构类似，不同的是将伸缩式的第一气缸321改成旋转气缸322，第一晶圆间隔片31直线伸缩运动方式改为旋转运动。其中虚线表示第一晶圆间隔片31撤出托盘的晶圆承载区域时的状态。
图4所示为另一种第一驱动部件的结构示意图。可选的，第一驱动部件包括第二气缸323、齿条324和齿轮325，第二气缸323与齿条324的一端固定连接，第二气缸323用于带动齿条324伸缩，齿条324上的齿口与齿轮325上的轮齿啮合，第一晶圆间隔片31固定在齿轮325上，且随着齿轮325的转动而绕其轴心转动。其中虚线表示第一晶圆间隔片31撤出托盘的晶圆承载区域时的状态。
可选的，第一晶圆间隔机构30和晶圆定位柱20间隔交替设置在托盘10的边缘。
继续参考图1，可以理解的是，第一晶圆间隔机构30和晶圆定位柱20间隔交替且均匀分布在托盘10的边缘，可以使晶圆在托盘10放置时更稳定。
可选的，托盘10为圆形，第一晶圆间隔机构30和晶圆定位柱20的数目均为三个，三个第一晶圆间隔机构30和三个晶圆定位柱20关于托盘10几何中心均匀分布。
继续参考图1，晶圆一般为圆形，因此托盘10设置为圆形，关于托盘10几何中心均匀分布且间隔设置三个晶圆定位柱20可以实现承载晶圆和器件晶圆的精确对准，关于托盘10几何中心均匀分布且间隔设置三个晶圆间隔机构可以实现器件晶圆稳定支撑。
实施例二
图5为本发明实施例二提供的一种键合腔体的结构示意图，本实施例提供的键合腔体可用于晶圆键合***中，可以与实施例一提供的机械手配合使用，提高键合流程的效率。本实施例提供的键合腔体包括：
底板40；固定在底板40上的承压板50和至少三个升降驱动部件60，升降驱动部件60绕承压板50周边设置；固定在每个升降驱动部件60上的承片机构70和第二间隔片机构80，承片机构70包括承片71，以及用于驱动承片71进入承压板50的晶圆承载区域的承片驱动部件72；第二间隔片机构80包括第二晶圆间隔片81，以及用于驱动第二晶圆间隔片81进入承压板50的晶圆承载区域的第二间隔片驱动部件82。
示例性的，图5中只示出一个升降驱动部件60，承压板50用于放置晶圆，承片71用于支撑承载晶圆，第二间隔片81用于支撑器件晶圆，置于承载晶圆与器件晶圆之间。当机械手将承载晶圆和器件晶圆一起运送至键合腔体中，承片驱动部件72驱动承片71运动至承压板50的晶圆承载区域以支撑承载晶圆，第二间隔片驱动部件82驱动第二晶圆间隔片81至承载晶圆和器件晶圆之间以支撑器件晶圆，升降驱动部件60上升以使承载晶圆和器件晶圆从机械手上卸载下来。
本实施例提供的用于晶圆键合***的键合腔体，与上述实施例提供的机械手配合使用，通过至少三个升降驱动部件与设置在每个升降驱动部件上的承片机构和第二间隔片机构，可以一次将机械手上的承载晶圆和器件晶圆卸载到键合腔体内，去除了键合腔体用于对准承载晶圆和器件晶圆的结构，减少承载晶圆和器件晶圆在键合腔体内对准的过程，缩短晶圆转移至键合腔体的时间，提高键合流程的效率。
可选的，承片驱动部件72的驱动方式可以为伸缩式或旋转式。
承片驱动部件72用于驱动承片71，使承片71支撑承载晶圆，承片驱动部件72的驱动方式可以为伸缩式或旋转式，以控制承片71直线伸缩或旋转运动，本领域技术人员可以灵活选择。
图6所示为一种承片驱动部件的结构示意图。可选的，承片驱动部件包括第三气缸721，第三气缸与721承片71的一端固定连接，第三气缸721带动承片71伸缩。其中第三气缸721可以设置在升降驱动部件内部，图6中虚线表示承片71撤出承压板的晶圆承载区域时的状态。
图7所示为又一种承片驱动部件的结构示意图。此承片驱动部件与图6所示的承片驱动部件结构类似，不同的是将伸缩式的第三气缸721改成旋转气缸722，承片71直线伸缩运动方式改为旋转运动。其中旋转气缸722可以设置在升降驱动部件内部，图7中虚线表示承片71撤出承压板的晶圆承载区域时的状态。
图8所示为另一种承片驱动部件的结构示意图。可选的，承片驱动部件包括第四气缸723、齿条724和齿轮725，第四气缸723与齿条724的一端固定连接，第四气缸723用于带动齿条724伸缩，齿条724上的齿口与齿轮725上的轮齿啮合，承片71固定在齿轮725上，且随着齿轮725的转动而绕其轴心转动。其中第四气缸723、齿条724和齿轮725都可以设置在升降驱动部件内部，图8中虚线表示承片71撤出承压板的晶圆承载区域时的状态。
可选的，第二间隔片驱动部件82的驱动方式可以为伸缩式或旋转式。
第二间隔片驱动部件82用于驱动第二晶圆间隔片81，使第二晶圆间隔片81置于承载晶圆和器件晶圆之间，以隔开承载晶圆和器件晶圆，第二间隔片驱动部件82的驱动方式可以为伸缩式或旋转式，以控制第二晶圆间隔片81直线伸缩或旋转运动，本领域技术人员可以灵活选择。
图9所示为一种第二间隔片驱动部件的结构示意图。可选的，第二间隔片驱动部件包括第五气缸821，第五气缸821与第二晶圆间隔片81的一端固定连接，第五气缸821带动第二晶圆间隔片81伸缩。其中第五气缸821可以设置在升降驱动部件内部，图9中虚线表示第二晶圆间隔片81撤出承压板的晶圆承载区域时的状态。
图10所示为又一种第二间隔片驱动部件的结构示意图。此第二间隔片驱动部件与图9所示的第二间隔片驱动部件类似，不同的是将伸缩式的第五气缸821改成旋转气缸822，第二晶圆间隔片81直线伸缩运动方式改为旋转运动。其中旋转气缸822可以设置在升降驱动部件内部，图10中虚线表示第二晶圆间隔片81撤出承压板的晶圆承载区域时的状态。
图11所示为另一种第二间隔片驱动部件的结构示意图。可选的，第二间隔片驱动部件包括第六气缸823、齿条824和齿轮825，第六气缸823与齿条824的一端固定连接，第六气缸823用于带动齿条824伸缩，齿条824上的齿口与齿轮825上的轮齿啮合，第二晶圆间隔片81固定在齿轮825上，且随着齿轮825的转动而绕其轴心转动。其中第六气缸823、齿条824和齿轮825都可以设置在升降驱动部件内部，图11中虚线表示第二晶圆间隔片81撤出承压板的晶圆承载区域时的状态。
可选的，承压板50为圆形，升降驱动部件60的数量为三个，三个升降驱动部件60关于承压板50几何中心均匀分布。
可以理解的是，晶圆一般为圆形，因此承压板50设置为圆形，关于承压板50几何中心均匀分布设置的三个升降驱动部件60可以实现晶圆的稳定支撑及升降。
继续参考图5，可选的，承压板50上设有至少三个顶销51和顶销升降驱动器52，至少三个顶销51关于承压板50几何中心均匀分布，顶销升降驱动器52用于驱动顶销51上升至高出承压板50上表面预设高度或驱动顶销51下降至低于承压板50上表面预设高度。
示例性的，图5中只示出一个升降驱动部件60顶销51和顶销升降驱动器52，顶销51用于支撑承载晶圆，以使承载晶圆放在承压板50上时承片71可以撤出。
实施例三
图12所示为本发明实施例三提供一种晶圆键合***的结构示意图，该晶圆键合***包括器件晶圆库100、承载晶圆库200、成品晶圆库300、上述实施例一所述的机械手400，以及上述实施例二所述的键合腔体500。
实施例四
图13所示为本发明实施例四提供的一种键合方法的流程示意图，该方法可以由上述实施例三提供的晶圆键合***来执行，具体包括如下步骤：
步骤10、机械手将承载晶圆从承载晶圆库中取出，并定位在机械手的托盘上。
其中，机械手的托盘上包括至少三个晶圆定位柱，用于将承载晶圆固定在托盘上。
步骤20、第一驱动部件驱动第一晶圆间隔片进入托盘的晶圆承载区域，并将第一晶圆间隔片置于承载晶圆上方。
其中，第一驱动部件的驱动方式可以为伸缩式或旋转式，用于驱动第一晶圆间隔片直线伸缩或旋转进入托盘的晶圆承载区域，并将第一晶圆间隔片置于承载晶圆上方。
步骤30、机械手将器件晶圆从器件晶圆库中取出，并定位在第一晶圆间隔片上方。
其中，第一晶圆间隔片放置在承载晶圆和器件晶圆之间，用于支撑器件晶圆，防止承载晶圆和器件晶圆相接触，以使机械手的托盘上可以同时放置承载晶圆和器件晶圆。通过至少三个晶圆定位柱的作用，可以实现承载晶圆和器件晶圆的精确对准。
步骤40、机械手将承载晶圆和器件晶圆运送到键合腔体。
步骤50、将承载晶圆和器件晶圆卸载到键合腔体内，执行键合操作。
本实施例提供的技术方案，通过机械手依次从承载晶圆库取出承载晶圆，从器件晶圆库取出器件晶圆，并实现承载晶圆和器件晶圆的位置对准，然后一次将承载晶圆和器件晶圆运送至键合腔体内，实现了机械手只进入键合腔体一次，缩短晶圆转移至键合腔体的时间，提高键合流程的效率。
图14所示为将承载晶圆和器件晶圆卸载到键合腔体内的流程示意图。可选的，将承载晶圆和器件晶圆卸载到键合腔体内包括：
步骤501、机械手将承载晶圆和器件晶圆运送到承压板上方。
步骤502、承片驱动部件驱动承片进入承压板的晶圆承载区域，并将承片置于承载晶圆下方。
其中，承片驱动部件的驱动方式可以为伸缩式或旋转式，用于驱动承片直线伸缩或旋转进入承压板的晶圆承载区域，并将承片置于承载晶圆下方。
步骤503、第二间隔片驱动部件驱动第二晶圆间隔片进入承压板的晶圆承载区域，并将第二晶圆间隔片放置于承载晶圆与器件晶圆之间。
其中，第二间隔片驱动部件的驱动方式可以为伸缩式或旋转式，用于驱动第二晶圆间隔片直线伸缩或旋转进入承压板的晶圆承载区域，并将第二晶圆间隔片放置于承载晶圆与器件晶圆之间，第二晶圆间隔片用于隔开承载晶圆和器件晶圆，还用于支撑器件晶圆。
步骤504、第一驱动部件驱动第一晶圆间隔片离开托盘的晶圆承载区域。
由于第二晶圆间隔片对器件晶圆的支撑，第一驱动部件驱动第一晶圆间隔片撤出，防止第一晶圆间隔片阻挡承载晶圆上升。
步骤505、升降驱动部件驱动承片、第二晶圆间隔片上升，同时带动承载晶圆与器件晶圆上升至承载晶圆的高度大于晶圆定位柱的高度。
通过升降驱动部件带动承载晶圆与器件晶圆上升以脱离机械手，当承载晶圆的高度大于晶圆定位柱的高度时，承载晶圆与机械手完全脱离，机械手可以撤出。
步骤506、机械手撤出键合腔体。
步骤507、承压板上的顶销升起至高于承压板一预设高度，升降驱动部件带动承载晶圆与器件晶圆下降至落在承压板上的顶销上。
步骤508、承片驱动部件驱动承片撤出承压板的晶圆承载区域，承压板上的顶销下降至承载晶圆落在承压板上。
机械手撤出后，升降驱动部件带动承载晶圆和器件晶圆下降，当承载晶圆下落至承压板的顶销上时，承载晶圆和器件晶圆的卸载过程完成，承片驱动部件可以驱动承片撤出承压板的晶圆承载区域。
图15所示为将承载晶圆和器件晶圆卸载到键合腔体内之后的流程示意图。可选的，在步骤508之后，还包括：
步骤509、对键合腔体进行抽真空，使键合腔体真空度达到预设真空度。
可以理解的是，对键合腔体抽真空操作可以通过连接到键合腔体上的真空泵完成，具体可以根据本领域常用技术手段选择，本发明实施例不作具体限定。
步骤510、第二间隔片驱动部件驱动第二晶圆间隔片撤出承压板的晶圆承载区域，使器件晶圆落于承载晶圆正上方。
其中，第二间隔片驱动部件的驱动方式可以为伸缩式或旋转式，用于驱动第二晶圆间隔片直线伸缩或旋转撤出承压板的晶圆承载区域，当第二间隔片驱动部件的驱动方式为旋转式时，例如可以是驱动第二晶圆间隔片旋转90°与器件晶圆脱离。
步骤511、承压板升温至第一预设值，执行键合操作。
其中，承压板内可以内置电热式温控装置，温度第一预设值根据具体键合晶圆的特性选择，本发明实施例不作具体限定。
可选的，键合操作完成后，还包括：
步骤512、承压板降温至第二预设值。
其中，温度第二预设值根据具体键合晶圆的特性选择，本发明实施例不作具体限定。
步骤513、键合腔体进行破真空操作，破真空操作完成后开腔。
其中，破真空操作为抽真空的反过程，具体可以根据本领域常用技术手段选择，本发明实施例不作具体限定。
步骤514、机械手进入键合腔体，将成品晶圆运送到成品晶圆库。
可以理解的是，承载晶圆和器件晶圆键合完成后形成成品晶圆。
图16所示为机械手将成品晶圆运动到成品晶圆库的流程示意图。可选的，机械手进入键合腔体，将成品晶圆运送到成品晶圆库包括：
步骤514a、承压板上的顶销升起至预设高度，使成品晶圆脱离承压板。
步骤514b、承片驱动部件驱动承片进入承压板的晶圆承载区域，并将承片置于成品晶圆下方。
其中，承片驱动部件驱动方式可以为伸缩式或旋转式，用于驱动承片直线伸缩或旋转进入承压板的晶圆承载区域，并将承片置于成品晶圆下方。
步骤514c、升降驱动部件带动成品晶圆上升至预设高度。
其中，预设高度大于机械手位于承压板上时晶圆定位柱的高度。
步骤514d、机械手进入键合腔体，并放置在成品晶圆下方。
机械手进入键合腔体，使托盘的晶圆承载区域位于成品晶圆的正下方，以使成品晶圆下落时恰好落入托盘的承载区域。
步骤514e、升降驱动部件带动成品晶圆下降至靠近机械手，承片驱动部件驱动承片撤出承压板的晶圆承载区域，将成品晶圆卸载到机械手上，机械手将成品晶圆运送到成品晶圆库。
升降驱动部件带动成品晶圆下降至成品晶圆落入托盘的承载区域，承片驱动部件驱动承片撤出，机械手将成品晶圆运送到成品晶圆库。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (21)

1.一种机械手，其特征在于，包括：
托盘；
固定在所述托盘上的至少三个晶圆定位柱；
固定在所述托盘上的至少三个第一晶圆间隔机构，所述第一晶圆间隔结构包括第一晶圆间隔片，以及用于驱动所述第一晶圆间隔片进入所述托盘的晶圆承载区域的第一驱动部件。
2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述第一驱动部件的驱动方式为伸缩式或旋转式。
3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述第一驱动部件包括第一气缸，所述第一气缸与所述第一晶圆间隔片的一端固定连接，所述第一气缸用于带动所述第一晶圆间隔片伸缩或旋转。
4.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述第一驱动部件包括第二气缸、齿条和齿轮，所述第二气缸与所述齿条的一端固定连接，所述第二气缸用于带动所述齿条伸缩，所述齿条上的齿口与所述齿轮上的轮齿啮合，所述第一晶圆间隔片固定在所述齿轮上，且随着齿轮的转动而绕其轴心转动。
5.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述第一晶圆间隔机构和所述晶圆定位柱间隔交替设置在所述托盘的边缘。
6.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述托盘为圆形，所述第一晶圆间隔机构和所述晶圆定位柱的数目均为三个，三个所述第一晶圆间隔机构和三个所述晶圆定位柱关于所述托盘几何中心均匀分布。
7.一种键合腔体，其特征在于，包括：
底板；
固定在所述底板上的承压板和至少三个升降驱动部件，所述升降驱动部件绕所述承压板周边设置；
固定在每个所述升降驱动部件上的承片机构和第二间隔片机构，所述承片机构包括承片，以及用于驱动所述承片进入所述承压板的晶圆承载区域的承片驱动部件；所述第二间隔片机构包括第二晶圆间隔片，以及用于驱动所述第二晶圆间隔片进入所述承压板的晶圆承载区域的第二间隔片驱动部件。
8.根据权利要求7所述的键合腔体，其特征在于，所述承片驱动部件的驱动方式为伸缩式或旋转式。
9.根据权利要求8所述的键合腔体，其特征在于，所述承片驱动部件包括第三气缸，所述第三气缸与所述承片的一端固定连接，所述第三气缸带动所述承片伸缩或旋转。
10.根据权利要求8所述的键合腔体，其特征在于，所述承片驱动部件包括第四气缸、齿条和齿轮，所述第四气缸与所述齿条的一端固定连接，所述第四气缸用于带动所述齿条伸缩，所述齿条上的齿口与所述齿轮上的轮齿啮合，所述承片固定在所述齿轮上，且随着齿轮的转动而绕其轴心转动。
11.根据权利要求7所述的键合腔体，其特征在于，所述第二间隔片驱动部件的驱动方式为伸缩式或旋转式。
12.根据权利要求11所述的键合腔体，其特征在于，所述第二间隔片驱动部件包括第五气缸，所述第五气缸与所述第二晶圆间隔片的一端固定连接，所述第五气缸带动所述第二晶圆间隔片伸缩或旋转。
13.根据权利要求11所述的键合腔体，其特征在于，所述第二间隔片驱动部件包括第六气缸、齿条和齿轮，所述第六气缸与所述齿条的一端固定连接，所述第六气缸用于带动所述齿条伸缩，所述齿条上的齿口与所述齿轮上的轮齿啮合，所述第二晶圆间隔片固定在所述齿轮上，且随着齿轮的转动而绕其轴心转动。
14.根据权利要求7所述的键合腔体，其特征在于，所述承压板为圆形，所述升降驱动部件的数量为三个，三个所述升降驱动部件关于所述承压板几何中心均匀分布。
15.根据权利要求7所述的键合腔体，其特征在于，所述承压板上设有至少三个顶销和顶销升降驱动器，至少三个所述顶销关于所述承压板几何中心均匀分布，所述顶销升降驱动器用于驱动所述顶销上升至高出所述承压板上表面预设高度或驱动所述顶销下降至低于所述承压板上表面预设高度。
16.一种晶圆键合***，其特征在于，包括器件晶圆库、承载晶圆库、成品晶圆库、权利要求1-6任一所述的机械手，以及如权利要求7～15任一所述的键合腔体。
17.一种基于权利要求16所述的晶圆键合***的键合方法，其特征在于，包括：
机械手将承载晶圆从承载晶圆库中取出，并定位在所述机械手的托盘上；
第一驱动部件驱动第一晶圆间隔片进入所述托盘的晶圆承载区域，并将所述第一晶圆间隔片置于所述承载晶圆上方；
所述机械手将器件晶圆从器件晶圆库中取出，并定位在所述第一晶圆间隔片上方；
所述机械手将所述承载晶圆和所述器件晶圆运送到键合腔体；
将所述承载晶圆和所述器件晶圆卸载到所述键合腔体内，执行键合操作。
18.根据权利要求17所述的键合方法，其特征在于，将所述承载晶圆和所述器件晶圆卸载到所述键合腔体内包括：
机械手将所述承载晶圆和所述器件晶圆运送到承压板上方；
承片驱动部件驱动承片进入所述承压板的晶圆承载区域，并将所述承片置于所述承载晶圆下方；
第二间隔片驱动部件驱动第二晶圆间隔片进入所述承压板的晶圆承载区域，并将所述第二晶圆间隔片放置于所述承载晶圆与所述器件晶圆之间；
所述第一驱动部件驱动所述第一晶圆间隔片离开所述托盘的晶圆承载区域；
升降驱动部件带动所述承载晶圆与所述器件晶圆上升至所述承载晶圆的高度大于晶圆定位柱的高度；
所述机械手撤出所述键合腔体；
所述承压板上的顶销升起至高于所述承压板一预设高度，所述升降驱动部件带动所述承载晶圆与所述器件晶圆下降至落在所述承压板上的顶销上；
所述承片驱动部件驱动所述承片撤出所述承压板的晶圆承载区域，所述承压板上的顶销下降至所述承载晶圆落在所述承压板上。
19.根据权利要求18所述的键合方法，其特征在于，在所述承载晶圆落在所述承压板上之后，还包括：
对所述键合腔体进行抽真空，使所述键合腔体真空度达到预设真空度；
所述第二间隔片驱动部件驱动第二晶圆间隔片撤出所述承压板的晶圆承载区域，使所述器件晶圆落于所述承载晶圆正上方；
所述承压板升温至第一预设值，执行键合操作。
20.根据权利要求19所述的键合方法，其特征在于，键合操作完成后，还包括：
所述承压板降温至第二预设值；
所述键合腔体进行破真空操作，所述破真空操作完成后开腔；
所述机械手进入所述键合腔体，将成品晶圆运送到成品晶圆库。
21.根据权利要求20所述的键合方法，所述机械手进入所述键合腔体，将成品晶圆运送到成品晶圆库包括：
所述承压板上的顶销升起至预设高度，使成品晶圆脱离所述承压板；
所述承片驱动部件驱动所述承片进入所述承压板的晶圆承载区域，并将所述承片置于所述成品晶圆下方；
所述升降驱动部件带动所述成品晶圆上升至预设高度；
所述机械手进入所述键合腔体，并放置在所述成品晶圆下方；
所述升降驱动部件带动所述成品晶圆下降至靠近机械手，所述承片驱动部件驱动所述承片撤出所述承压板的晶圆承载区域，将所述成品晶圆卸载到所述机械手上，所述机械手将所述成品晶圆运送到所述成品晶圆库。
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