CN1845296A - 一种利用激光对准晶片晶向的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用激光对准晶片晶向的方法及装置。本发明利用一束激光通过一小孔光阑入射到晶片的解理面上，调整晶片的方位，使得入射到该晶片解理面上的激光沿与入射方向相反的方向反射，反射激光从小孔光阑返回；按同样的方法调节好另一块晶片后，使其中一晶片缓慢平移到另一块晶片上，面对面靠紧，完成晶片晶向的对准。本发明提供的利用激光对准晶片晶向的方法及装置结构简单，操作容易、快速，且对准精度高，易于在工业上推广应用。

Description

一种利用激光对准晶片晶向的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种晶片晶向的对准方法及装置，特别是涉及一种利用激光对准晶片晶向的方法及装置。

背景技术

在对多块晶片进行加工如键合时，通常需要对准这些晶片的晶向。传统的晶向对准方法通常先在需要对准的晶片上光刻上标记，然后通过双面光刻实现晶向对准，具体过程为：装载第一块晶片(简称为顶部晶片)，打开照明，通过移动或者旋转底部显微镜(BSA，bottom microscope)和晶片寻找对准标记，使之处在视场区域，然后聚焦使成像清晰，用电荷耦合器(CCD)纪录下图像并在监视器上显示，锁定显微镜和顶部晶片；然后装载第二块晶片(简称底部晶片)，通过移动位置使其背面对准标记(或腐蚀窗口)处于视场区，聚焦使其成像清晰；直接通过监视器观察实时晶片照片，然后通过移动或旋转该晶片使其对准标记与顶部晶片对准标记位置重合，这样，就可以实现两块晶片的双面对准。该种对准方法的精度，取决于光刻工艺的精度，有报导实现精度在0.3度的晶向对准，参看文献1：超高真空环境下氢气氛围中镓砷材料的大面积键合，应用物理A第70卷第13～19页2000。

现有方法不仅使晶向对准的过程较复杂，而且精度不高，一般在0.5°左右。因此就需要一种操作简单、方便，对准精度高，易于在工业上推广应用的晶片晶向对准方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有晶片晶向对准方法过于复杂而且对准精度不高的缺点，提供一种利用激光实现晶片晶向对准的方法及装置。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种利用激光对准晶片晶向的方法，步骤如下：

1.利用晶片解理技术，分别在两个晶片上，解理出一个整齐的解理面；

2.将固定在两个调节架上的吸盘相向放置并吻合，调整调节架使其保持平行，然后平动移开，将两块晶片分别安置在两个吸盘上，利用一束激光入射到第一块晶片的解理面上；

3.调整第一块晶片的方位，使得入射到该晶片解理面上的激光沿与入射方向相反的方向反射；

4.保持激光光路固定，将第一块晶片平移离开激光光路；

5.移动第二块晶片使其进入激光光路，并且使得激光入射到第二块晶片的解理面上，对第二块晶片按照步骤3进行调整；

6.平移两块晶片之中至少一块晶片，使得两块晶片面对面靠紧，完成晶片晶向对准过程。

上述步骤2中，所述一束激光是通过一小孔光阑入射到所述晶片的所述解理面上；

上述步骤2中，所述一束激光可以是由红光半导体激光器，或氦氖激光器，或全固态激光器发出的一束激光；

上述步骤中，所述调整晶片的方位是通过将晶片固定在五维调节架上实现，该五维调节架可以水平转动、垂直转动、三维平动；

上述步骤中，所述反射光经过小孔光阑返回；

上述步骤中，所述晶片包括硅片、砷化镓片、氮化镓片、磷化铟片、硅外延片，还包括砷化镓、磷化铟衬底的III-V族化合物半导体外延片、氮化镓衬底的II-VI族化合物半导体外延片。

本发明提供的方法可以将多块晶片的晶向对准，具体方法是：按照上述步骤1-6实现两块晶片的晶向对准以后，将第三块晶片重复步骤1-5，使得第三块晶片的晶向与前两块平行，然后平移该晶片与前两块晶片面对面靠紧，完成三块晶片晶向对准过程；对于三块以上晶片，依次类推重复上述过程。

一种利用激光对准晶片晶向的装置，如图1所示，包括：

第一调节架1和第二调节架6相向放置；

第一吸盘2和第二吸盘5分别固定在第一调节架1和第二调节架6上，用于分别放置待键合的第一块晶片3和第二块晶片4；

激光器8放置在第一调节架1和第二调节架6的侧面。

在上述技术方案中，该装置还包括一个放置在激光器8的出光口前面的小孔光阑7，激光器8发出的激光经过小孔光阑7；

在上述技术方案中，所述第一调节架1和第二调节架6均为五维调节架，可以水平转动、垂直转动、三维平动；

在上述技术方案中，所述激光器8可以是红光半导体激光器，或氦氖激光器，或全固态激光器；

在上述技术方案中，所述第一块晶片3或第二块晶片4是硅片，或砷化镓片，或氮化镓片，或磷化铟片，或硅外延片，还可以是砷化镓或磷化铟衬底的III-V族化合物半导体外延片，或氮化镓衬底的II-VI族化合物半导体外延片。

本发明提供的装置工作过程如下：

将第一吸盘2和第二吸盘5相向放置并吻合，调整第一调节架1和第二调节架6使第一吸盘2和第二吸盘5保持平行，然后平动移开，这样，安装在吸盘2和吸盘5上的第一块晶片3和第二块晶片4的键合面就基本保持平行了；激光器8发出的激光入射到第一块晶片3(或第二块晶片4)的解理面上；通过第一调节架1(或第二调节架6)来调整第一块晶片3(或第二块晶片4)的方位，使得入射到该晶片解理面上的激光的反射光沿与入射方向相反的方向反射；保持激光光路固定，将该晶片平移离开激光光路；移动另一块晶片使其进入激光光路，并且使得激光入射到该晶片的解理面上，对该晶片按照同样的方法进行方位调整，使得入射到该晶片解理面上的激光的反射光沿与入射方向相反的方向反射；平移两块晶片之中至少一块晶片，使得两块晶片面对面靠紧，完成晶片晶向对准过程。

本发明提供的装置可以将多块晶片的晶向对准，具体过程是：按照上述过程实现两块晶片的晶向对准以后，将第三块晶片重复同前的方位调整过程，使得第三块晶片的晶向与前两块平行，然后平移该晶片与前两块晶片面对面靠紧，完成三块晶片晶向对准过程；对于三块以上晶片，依次类推重复上述过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的方法及装置操作简单、方便，对准精度高，广泛适用于工业加工；晶向对准的精度取决于激光的光路的长短和小孔光阑的尺寸，如小孔光阑距离晶片1米，取小孔光阑的直径为1mm，则两个平行晶面的对准精度为0.029度。

附图说明

图1是本发明一实施例的示意图；

图面说明：

1表示第一五维调节架；            2表示第一吸盘；

3表示第一块晶片；                4表示第二块晶片；

5表示第二吸盘；                  6表示第二五维调节架

7表示小孔光阑；                  8表示激光器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

如图1所示，第一块晶片3选用Si外延片，晶向(100)，尺寸为2英寸，厚度为380微米，解理出(110)解理面；第二块晶片4选用GaAs外延片，晶向(100)，尺寸为2英寸，厚度为350微米，解理出(110)解理面；第一块晶片3通过第一吸盘2固定在第一五维调节架1上，第二块晶片4通过第二吸盘5固定在第二五维调节架6上，两个五维调节架均可以水平转动、垂直转动、三维平动；将第一吸盘2与第二吸盘5相向放置，调节两个五维调节架使第一块晶片3和第二块晶片4的键合面基本平行；第一吸盘2和第二吸盘5均选用真空吸盘；激光器8采用氦氖激光器，发出激光的光斑直径约为2mm。

首先，将第一吸盘2和第二吸盘5相向放置并吻合，调整第一五维调节架1和第二五维调节架6使第一吸盘2和第二吸盘5保持平行，然后平动移开，然后，将第一块晶片3和第二块晶片4固定在相对放置的第一五维调节架1和第二五维调节架6上的第一吸盘2、第二吸盘5上并且相距约3mm；这样，第一块晶片3和第二块晶片4的键合面就基本保持平行了。

其次，激光器8发出的氦氖激光入射到第二块晶片4的解理面(110)晶面上，通过调节第二五维调节架6，使得反射激光基本沿入射激光的方向返回，锁定第二五维调节架6，然后沿该调节架的轴向(本实施例中是指上下方向)向下平移第二块晶片4使其离开激光光路，此过程中激光光路保持固定。

然后，将第一块晶片3移至激光照射的区域，使激光入射到第一块晶片3的解理面(110)晶面上，调节第一五维调节架1使得氦氖激光的反射光基本沿入射激光的方向返回，锁定第一五维调节架1。这时，第一块晶片3和第二块晶片4的晶向已经实现平行。

最后，完成晶向平行后，轴向移动其中一个晶片，本实施例平行移动第二块晶片4使得两个晶片面对面靠紧，完成两晶片晶向对准过程。将相向放置的两个晶片同时转移到施力真空室中，加热、加压，最终实现晶片键合。

实施例2

为了提高晶向对准的精度，在实施例1的基础上该装置还包括一个放置在激光器8的出光口前面的小孔光阑7，激光经过该小孔光阑7。小孔光阑7选用自制的小孔光阑，即：在直径30mm厚度0.1mm的圆形厚纸片上戳一个直径为1mm的小针孔，然后将该厚纸片固定在一个可以上下移动的支架(图中未示出)上。该实施例工作过程中，氦氖激光通过该小孔光阑7入射到晶片的解理面上，调整晶片的方位使得从解理面上反射的激光通过小孔光阑7返回，这样可以提高对准精度。对准精度取决于激光的光路的长短和针孔屏的针孔尺寸，本实施例中小孔光阑7距离晶片端面1米远，小孔光阑7的直径为1mm，则两个平行晶面的对准精度为0.5*10^-3*180/(1*3.14)＝0.029度。

对于多块相同晶向的晶片晶向对准，可以采用本实施例提供的方法和装置逐一实现晶片晶向对准，本领域技术人员可以根据本实施例直接实施。

Claims (10)

1.一种利用激光对准晶片晶向的方法，其特征在于，步骤如下：

1)利用晶片解理技术，分别在两个晶片上，解理出一个整齐的解理面；

2)调整使两块晶片的键合面基本保持平行，利用一束激光入射到第一块晶片的解理面上；

3)调整第一块晶片的方位，使得入射到该晶片解理面上的激光的反射光沿与入射方向相反的方向反射；

4)保持激光光路固定，将第一块晶片平移离开激光光路；

5)移动第二块晶片使其进入激光光路，并且使得激光入射到第二块晶片的解理面上，对第二块晶片按照步骤3进行调整；

6)平移两块晶片之中至少一块晶片，使得两块晶片面对面靠紧，完成晶片晶向对准过程。

2.根据权利要求1所述的对准晶片晶向的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述一束激光是通过一小孔光阑入射到所述晶片的所述解理面上。

3.根据权利要求1所述的对准晶片晶向的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述一束激光可以是由红光半导体激光器，或氦氖激光器，或全固态激光器发出的一束激光。

4.根据权利要求2所述的对准晶片晶向的方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述反射光通过所述小孔光阑。

5.根据权利要求1所述的对准晶片晶向的方法，其特征在于，所述的晶片包括硅片、砷化镓片、氮化镓片、磷化铟片、硅外延片，还包括砷化镓、磷化铟衬底的III-V族化合物半导体外延片、氮化镓衬底的II-VI族化合物半导体外延片。

6.一种利用激光对准晶片晶向的装置，包括：

第一调节架(1)和第二调节架(6)相向放置；

第一吸盘(2)和第二吸盘(5)分别固定在第一调节架(1)和第二调节架(6)上，用于分别放置待键合的第一块晶片(3)和第二块晶片(4)；

其特征在于，还包括：

激光器(8)放置在第一调节架(1)和第二调节架(6)的侧面，所述激光器(8)发出的激光入射到待键合的第一块晶片(3)或第二块晶片(4)的解理面上。

7.根据权利要求6所述的利用激光对准晶片晶向的装置，其特征在于，还包括一个放置在激光器(8)的出光口前面的小孔光阑(7)，激光器(8)发出的激光经过小孔光阑(7)。

8.根据权利要求6或7所述的利用激光对准晶片晶向的装置，其特征在于，所述第一调节架(1)和第二调节架(6)均为五维调节架，可以水平转动、垂直转动、三维平动。

9.根据权利要求6所述的利用激光对准晶片晶向的装置，其特征在于，所述激光器(8)是红光半导体激光器，或氦氖激光器，或全固态激光器。

10.根据权利要求6或7或9所述的利用激光对准晶片晶向的装置，其特征在于，所述第一块晶片(3)或第二块晶片(4)是硅片，或砷化镓片，或氮化镓片，或磷化铟片，或硅外延片，还可以是砷化镓或磷化铟衬底的III-V族化合物半导体外延片，或氮化镓衬底的II-VI族化合物半导体外延片。