一種輔助手動晶圓鍵合裝置的制造方法
【專利摘要】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，長直角彎頭接頭較短一端與晶圓槽A中心通孔過盈配合，晶圓槽A通過定角度合頁與直線軸承C固定連接，晶圓槽B通過三根直線光軸與底座固定連接，三根彈簧分別與三根直線光軸間隙配合且位于靠近底座一端；三根直線軸承分別與三根直線光軸過盈配合且分別與三根彈簧上端固定連接，緩沖塊A、緩沖塊B分別與直線軸承A、直線軸承B固定連接。本發(fā)明避免了雙手與晶圓片的直接接觸，改善了手動晶圓鍵合質(zhì)量。
【專利說明】
一種輔助手動晶圓鍵合裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]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(huán)境條件下實現(xiàn)連接。該技術(shù)廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體、生物醫(yī)療芯片及光電子器件制造等領(lǐng)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(shè)備中實施鍵合。為了最大限度地排除外界環(huán)境給鍵合表面帶來污染，理想狀況是在潔凈的全封閉環(huán)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(yè)界已開發(fā)出全自動化的晶圓鍵合設(shè)備。但是該全自動化設(shè)備主要用于工業(yè)化量產(chǎn)且價格十分高昂，在鍵合研發(fā)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(fā)。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(dǎo)致鍵合界面產(chǎn)生缺陷，很大程度上影響鍵合質(zhì)量。因此，一種替代手功能的輔助晶圓鍵合的裝置亟待開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)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(xiàn)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(zhì)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。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)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。
[0005]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(fēng)機將晶圓片表面的液體吹干。由于槽深為0.2?0.3 mm，當(dāng)晶圓片放置在晶圓槽中時，會使其整體高出至少0.1mm，從而排除了手的干擾，不會使晶圓片的邊緣發(fā)生因液體的堆積而使晶圓片被污染的現(xiàn)象。
[0006]根據(jù)以上工作原理，本發(fā)明提供的輔助晶圓鍵合裝置具有以下優(yōu)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(fā)生接觸，一定程度上減少了人為操作所引入的污染物。
[0007]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(zhuǎn)180°，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(huán)境和人為操作所引入污染物，進一步改善晶圓鍵合的效果。
[0008]3、當(dāng)晶圓槽A發(fā)生翻轉(zhuǎn)，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(xiàn)象。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明輔助晶圓鍵合裝置的爆炸圖；
圖2為本發(fā)明輔助晶圓鍵合裝置的裝配圖的主視圖；
圖3為本發(fā)明輔助晶圓鍵合裝置的裝配圖的側(cè)視圖；
圖4?圖7為本發(fā)明的操作流程圖；
圖8為本發(fā)明的紫外光光照處理示意圖。
[0010]其中:I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(:、10為直線光軸4、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(fā)生裝置。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0012]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1?圖3說明本實施方式，本實施方式中的輔助晶圓鍵合裝置由長直角彎頭接頭1、晶圓槽A 2、晶圓槽B 3、定角度(180°)合頁4、緩沖塊A 5、緩沖塊B
6、直線軸承A 7、直線軸承B 8、直線軸承C 9、直線光軸A 10、直線光軸B 11、直線光軸C 12、彈簧A 13、彈簧B 14、彈簧C 15、直線軸承連接件16和底座17構(gòu)成，其中:
所述晶圓槽A 2的中心位置設(shè)置有直徑為4 _的中心通孔，以便與長直角彎頭接頭I較短的一端相連接;晶圓槽A 2的上表面為“Ω”字形的凹槽狀，且其深度略高于長直角彎頭接頭I較長端的高度0.5?1.0 mm;晶圓槽A 2的下表面設(shè)置有直徑為7.7 mm且深度為0.2?0.3mm的凹槽，以對3英寸晶圓起到定位及吸附的作用；除此之外，晶圓槽A 2的下表面邊緣上設(shè)置有以長直角彎頭接頭I所在的直線為軸線、與圓心連線成120°角的直徑為5 mm且深度為2mm的2個凹槽，以便分別與緩沖塊A 5和緩沖塊B 6相配合；
所述晶圓槽A 2通過定角度(180°)合頁4與直線軸承C 9固定連接；
所述晶圓槽B 3上表面的中心位置設(shè)置有直徑為7.7 mm且深度為0.2?0.3 mm的凹槽，以對3英寸晶圓起到定位的作用;在晶圓槽B 3的邊緣處設(shè)置有與圓心連線互成120°角的3個直徑為5 mm的通孔，以便與直線光軸A 10、直線光軸B 11、直線光軸C 12相連接；
所述底座17的外徑與晶圓槽B 3的外徑相同，晶圓槽B 3通過直線光軸A 10、直線光軸B
11、直線光軸C 12與底座17固定連接；
所述彈簧A 13、彈簧B 14、彈簧C 15分別與直線光軸A 10、直線光軸B 11、直線光軸C12間隙配合，且位于靠近底座17—端；
所述直線軸承A 7、直線軸承B 8、直線軸承C 9分別與直線光軸A 10、直線光軸B 11、直線光軸C 12過盈配合，且分別與彈簧A 13、彈簧B 14、彈簧C 15上端固定連接；
所述緩沖塊A 5、緩沖塊B 6分別與直線軸承A 7、直線軸承B 8的上表面固定連接；所述直線軸承連接件16為以直徑為10_，高度為5mm的圓柱體為主體，以圓柱體軸線為中心，120°三等均分，外接三個上底長度為3mm、下底長度為5mm、高度為30mm、厚度為1.6mm的梯形件，其中，梯形件的上底與圓柱體固定連接，梯形件的直角邊與圓柱體的底面位于同一平面內(nèi)，梯形件的下底分別與直線軸承A 7、直線軸承B 8、直線軸承C 9固定連接。
[0013]【具體實施方式】二:結(jié)合圖4?圖7說明本實施方式，3英寸硅晶圓片經(jīng)過RCA溶液(NH4OHiH2O2: H2O = 0.01-0.25:1:5)及去離子水濕法清洗完成之后，如圖4所示，用鑷子夾取晶圓片分別放入晶圓槽A和晶圓槽B中，并啟動與長直角彎頭接頭相連的真空發(fā)生裝置，吸住晶圓槽A中的晶圓，防止在晶圓槽A發(fā)轉(zhuǎn)的過程中晶圓片發(fā)生脫落。
[0014]晶圓片放入晶圓槽A和晶圓槽B中后，利用氮氣槍將晶圓片表面吸附的液體吹干，如圖5所示，由于晶圓片四周略高于晶圓槽A和晶圓槽B的邊緣，且沒有手指在其四周阻隔，因此不會造成由于液體的停滯而產(chǎn)生的晶圓片表面污染的問題。
[0015]晶圓片吹干之后，即可翻轉(zhuǎn)晶圓槽A，如圖6所示，并用力下壓使兩片晶圓貼合。除此之外，還可將該輔助晶圓鍵合的裝置放在壓力裝置下加壓(如300 kgf)，以助于提高晶圓鍵合效果。
[0016]【具體實施方式】三:結(jié)合圖8說明本發(fā)明的實施方式，該輔助晶圓鍵合的裝置除了可用于完成以上步驟外，還可適用于利用紫外光照射的干法表面處理，而后實施晶圓鍵合。
[0017]將晶圓片吹干之后，利用紫外光源(如波長172 nm，光強10 mW/cm2)同時照射兩個晶圓表面20分鐘，除去表面所附著的有機污染(如灰塵顆粒等)，并改善表面親水性。由于紫外光在很大程度上會被空氣中的氧氣吸收，因此晶圓片在利用紫外光照射時，要嚴(yán)格地控制紫外管光源與待處理的晶圓片表面之間的距離(〈5 mm)。在紫外光照射完成后，無需手與晶圓的直接接觸，利用該裝置可快速地完成兩個晶圓片的貼合，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(huán)境和人為操作所引入污染物，進一步改善晶圓鍵合的效果O
【主權(quán)項】
1.一種輔助手動晶圓鍵合裝置，其特征在于所述輔助手動晶圓鍵合裝置由長直角彎頭接頭、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構(gòu)成，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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述輔助手動晶圓鍵合裝置，其特征在于所述晶圓槽A的上表面為“ Ω ”字形的凹槽狀，且其深度略高于長直角彎頭接頭I較長端的高度0.5-1.0 mm；晶圓槽A的下表面設(shè)置有深度為0.2?0.3 mm的凹槽。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述輔助手動晶圓鍵合裝置，其特征在于所述晶圓槽A的下表面邊緣上設(shè)置有以長直角彎頭接頭所在的直線為軸線、與圓心連線成120°角的2個凹槽，以便分別與緩沖塊A和緩沖塊B相配合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述輔助手動晶圓鍵合裝置，其特征在于所述凹槽的深度為2mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述輔助手動晶圓鍵合裝置，其特征在于所述晶圓槽B上表面的中心位置設(shè)置有深度為0.2?0.3 mm的凹槽。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述輔助手動晶圓鍵合裝置，其特征在于所述晶圓槽B的邊緣處設(shè)置有與圓心連線互成120°角的3個通孔，以便與直線光軸A 10、直線光軸B 11、直線光軸C12相連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述輔助手動晶圓鍵合裝置，其特征在于所述直線軸承連接件以圓柱體為主體，以圓柱體軸線為中心，120°三等均分，外接三個梯形件，其中，梯形件的上底與圓柱體固定連接，梯形件的直角邊與圓柱體的底面位于同一平面內(nèi)，梯形件的下底分別與直線軸承A、直線軸承B、直線軸承C固定連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述輔助手動晶圓鍵合裝置，其特征在于所述定角度合頁的度數(shù)為180。ο9.一種利用權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述輔助手動晶圓鍵合裝置進行晶圓鍵合的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟: 一、用鑷子夾取晶圓片分別放入晶圓槽A和晶圓槽B中，并啟動與長直角彎頭接頭相連的真空發(fā)生裝置，吸住晶圓槽A中的晶圓； 二、利用氮氣槍將晶圓片表面吸附的液體吹干； 三、晶圓片吹干之后，翻轉(zhuǎn)晶圓槽A并用力下壓使兩片晶圓貼合。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用輔助手動晶圓鍵合裝置進行晶圓鍵合的方法，其特征在于所述方法還包括如下步驟: 晶圓片吹干之后，利用紫外光源同時照射兩個晶圓片表面，在紫外光照射完成后，翻轉(zhuǎn)晶圓槽A并用力下壓使兩片晶圓貼合。
【文檔編號】H01L21/60GK105977172SQ201610337329
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月21日
【發(fā)明人】王晨曦, 許繼開, 田艷紅, 劉艷南, 曾小潤, 王春青
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)