真空低温键合用键合夹具的制作方法

本实用新型涉及一种键合夹具，尤其是一种真空低温键合用键合夹具，属于低温键合的技术领域。

背景技术：

键合温度是晶圆键合技术最重要的指标，高温键合技术并不适用含有温度敏感材料器件的键合，因此，降低键合温度实现低温晶圆键合具有十分重要的意义。表面等离子体激活技术可以使晶圆表面产生悬挂键，实现表面活性，进而实现晶圆低温键合。晶圆表面悬挂键只能在真空中保持，即低温键合工艺过程中晶圆表面键的激活以及键合都必须在同一真空环境中完成，而目前的键合夹具无法满足键合需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种真空低温键合用键合夹具，其结构紧凑，能确保晶圆片在真空环境中进行等离子体激活后贴合键合，实现高质量的低温键合，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述真空低温键合用键合夹具，包括用于收容上晶圆的上晶圆定位机构、用于支撑下晶圆的下晶圆定位支撑体以及能驱动下晶圆定位支撑体升降的推杆机构；

所述上晶圆定位机构包括允许上晶圆嵌置的上晶圆固定板以及用于将上晶圆压紧在上晶圆固定板内的上压块，下晶圆在下晶圆定位支撑体上位于上晶圆的正下方；通过推杆机构推动下晶圆定位支撑体上升时，能使得下晶圆与上晶圆贴合后键合。

还包括能对上晶圆固定板支撑的固定板支撑座，所述固定板支撑座包括支撑底板以及设置于所述支撑底板上的支撑柱，支撑柱的下端与支撑底板固定，支撑柱的上端与上晶圆固定板固定连接，上压块通过压块螺栓以及与所述压块螺栓适配的蝶形螺母与上晶圆固定板紧固连接。

在上晶圆固定板的中心区凹设有与上晶圆适配的上晶圆支撑环，在所述上晶圆支撑环的中心区设置与下晶圆适配的键合定位孔，上晶圆置于上晶圆固定板内且支撑于上晶圆支撑环上时，通过键合定位孔能使得上晶圆的抛光面裸露；

下晶圆靠近上晶圆时，通过键合定位孔能使得下晶圆的抛光面与上晶圆的抛光面贴合，下晶圆与上晶圆键合固定后，通过键合定位孔能将键合固定后的上晶圆、下晶圆从上晶圆固定板内取出。

在所述上晶圆固定板上设置若干与支撑柱对应的固定板支撑柱固定孔，通过置于固定板支撑柱固定孔内的固定板支撑柱固定螺栓能使得上晶圆固定板与支撑柱固定，在上晶圆固定板上设置固定板定位槽。

所述下晶圆定位支撑体包括用于对下晶圆进行支撑的下晶圆托盘以及能对所述下晶圆托盘进行支撑的托盘固定板，下晶圆在下晶圆托盘上能与上晶圆正对准；通过推杆机构能推动托盘固定板在上晶圆固定板下方升降。

还包括用于对托盘固定板进行升降导向的运动导向机构；

所述运动导向机构包括导向销的上端与上晶圆固定板固定，托盘固定板通过衬套套在导向销上，在导向销上套设有导向销弹性体，所述导向销弹性体位于上晶圆固定板与托盘固定板之间。

所述导向销弹性体包括弹簧，在导向销的下端部设置挡块，所述挡块位于托盘固定板的下方。

所述推杆机构包括位于托盘固定板下方的连接板，所述连接板能套在导向销上，且连接板能沿所述导向销的长度方向运动；在连接板的下侧设置推杆，所述推杆通过推板与连接板连接。

所述上晶圆为四寸晶圆片，下晶圆为三寸晶圆片，上晶圆与下晶圆之间的键合为硅-硅键合，或玻璃晶圆-玻璃晶圆键合。

本实用新型的优点：上晶圆固定板与上压块配合能实现对上晶圆进行收容，通过下晶圆托盘能实现对下晶圆进行支撑，通过推杆机构能推动下晶圆托盘以及下晶圆进行升降，上晶圆与下晶圆相互远离时，能使得上晶圆、下晶圆的表面被等离子体激活，而当上晶圆的抛光面与下晶圆的抛光面贴合时，能实现上晶圆与下晶圆的贴合键合固定，进而完成低温键合工艺，即实现晶圆片在真空环境中进行等离子体激活后低温键合，能得到较高的键合质量，操作简单，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型上晶圆与下晶圆贴合后的示意图。

图3为本实用新型上压块与上晶圆固定板的配合示意图。

图4为本实用新型上晶圆固定板的结构示意图。

图5为本实用新型上晶圆固定板的立体图。

附图标记说明：1-上晶圆、2-蝶形螺母、3-上压块、4-上晶圆固定板、5-下晶圆、6-导向销弹性体、7-下晶圆托盘、8-导向销、9-托盘固定板、10-衬套、11-连接板、12-挡块、13-推板、14-支撑柱、15-推杆、16-支撑底板、17-挡块螺栓、18-压块螺栓、19-固定板支撑柱固定孔、20-键合定位孔、21-压块螺栓孔、22-上晶圆支撑环、23-压块导向销固定螺栓、24-固定板导向销螺栓孔以及25-固定板定位槽。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示：为了能确保晶圆片在真空环境中进行等离子体激活后贴合，实现高质量的低温键合，本实用新型包括用于收容上晶圆1的上晶圆定位机构、用于支撑下晶圆5的下晶圆定位支撑体以及能驱动下晶圆定位支撑体升降的推杆机构；

所述上晶圆定位机构包括允许上晶圆1嵌置的上晶圆固定板4以及用于将上晶圆1压紧在上晶圆固定板4内的上压块3，下晶圆5在下晶圆定位支撑体上位于上晶圆1的正下方；通过推杆机构推动下晶圆定位支撑体上升时，能使得下晶圆5与上晶圆1贴合后键合。

具体地，上晶圆1能置于上晶圆定位机构内，通过下晶圆定位支撑体能实现对下晶圆5进行支撑，通过推杆机构能推动下晶圆定位支撑体的升降，当推杆机构推动下晶圆定位支撑体升降时，能使得下晶圆5靠近上晶圆1，或下晶圆5与上晶圆1相互远离。

一般地，下晶圆5在下晶圆定位支撑体上位于上晶圆1的正下方，上晶圆1通过上压块3压紧在上晶圆固定板4内，即上晶圆1能稳定置于上晶圆固定板4内。当推杆机构推动下晶圆支撑体升降时，下晶圆5也能稳定于下晶圆支撑体上，从而通过推杆机构推动下晶圆定位支撑体上升时，能使得下晶圆5与上晶圆1贴合后键合。具体实施时，所述上晶圆1为四寸晶圆片，下晶圆5为三寸晶圆片，上晶圆1与下晶圆5之间的键合为硅-硅键合，或玻璃晶圆-玻璃晶圆键合。

进一步地，还包括能对上晶圆固定板4支撑的固定板支撑座，所述固定板支撑座包括支撑底板16以及设置于所述支撑底板16上的支撑柱14，支撑柱14的下端与支撑底板16固定，支撑柱14的上端与上晶圆固定板4固定连接，上压块3通过压块螺栓18以及与所述压块螺栓18适配的蝶形螺母2与上晶圆固定板4紧固连接。

本实用新型实施例中，通过固定板支撑座能实现对上晶圆固定板4进行支撑，以使得上晶圆固定板4稳定在所需的位置。固定板支撑座包括支撑底座16以及支撑柱14，支撑底板16位于上晶圆支撑体的正下方，在支撑底板16上设置若干均匀分布的支撑柱14，支撑柱14的下端与支撑底板16固定，支撑柱14的上端与上晶圆固定板4固定连接。

如图4和图5所示，在上晶圆固定板4呈矩形状，在上晶圆固定板4的端脚设有固定板支撑柱固定孔19，通过在固定板支撑柱固定孔19内的固定板支撑柱固定螺丝能使得上晶圆固定板4与支撑柱14固定。如图3所示，在上晶圆固定板4内还设置压块螺栓孔21，通过置于所述压块螺栓孔21内的压块螺栓18以及与所述压块螺栓18配合的蝶形螺母2能将上压块3与上晶圆固定板4紧固连接。

进一步地，在上晶圆固定板4的中心区凹设有与上晶圆1适配的上晶圆支撑环22，在所述上晶圆支撑环22的中心区设置与下晶圆5适配的键合定位孔20，上晶圆1置于上晶圆固定板4内且支撑于上晶圆支撑环22上时，通过键合定位孔20能使得上晶圆1的抛光面裸露；

下晶圆5靠近上晶圆1时，通过键合定位孔20能使得下晶圆5的抛光面与上晶圆1的抛光面贴合，下晶圆5与上晶圆1键合固定后，通过键合定位孔20能将键合固定后的上晶圆1、下晶圆5从上晶圆固定板4内取出。

本实用新型实施例中，为了能便于上晶圆1以及上压块3放置，在上晶圆固定板4的中心区凹设有上晶圆支撑环22，在上晶圆支撑环22内的中心区设置键合定位孔22，键合定位孔22贯通上晶圆支撑环22，上晶圆支撑环22与上晶圆1以及上压块3适配，从而上晶圆1能置于上晶圆固定板4内且上晶圆1能支撑在上晶圆支撑环22上。上压块3的下端部能嵌置在上晶圆固定板4内，从而通过压块螺栓18以及蝶形螺母2能将上压块3与上晶圆固定板4紧固连接，即能实现通过上压块3能将上晶圆1压紧在上晶圆固定板4内，上晶圆1在上晶圆固定板4内后，利用键合定位孔20能使得上晶圆1的抛光面裸露，能实现对上晶圆1抛光面的等离子体激活，为后续与下晶圆5的贴合键合做准备。

下晶圆5位于下晶圆支撑定位体上时，下晶圆5的抛光面靠近上晶圆1的抛光面，下晶圆5与上晶圆1贴合键合时，下晶圆5的抛光面通过键合定位孔20能与上晶圆1的抛光面贴合。由于键合定位孔20与下晶圆5的尺寸相适配，当下晶圆5与上晶圆1键合固定时，通过键合定位孔20能将键合固定后的上晶圆1、下晶圆5从上晶圆固定板4内取出。

进一步地，在所述上晶圆固定板4上设置若干与支撑柱14对应的固定板支撑柱固定孔19，通过置于固定板支撑柱固定孔19内的固定板支撑柱固定螺栓能使得上晶圆固定板4与支撑柱14固定，在上晶圆固定板4上设置固定板定位槽25。

本实用新型实施例中，固定板定位槽25对称分布在上晶圆固定板4的两侧，通过固定板定位槽25能方便拿取上晶圆固定板4。具体实施时，在支撑底板16上设置四根支撑柱14，即通过四根支撑柱14与上晶圆固定板4固定连接。

所述下晶圆定位支撑体包括用于对下晶圆5进行支撑的下晶圆托盘7以及能对所述下晶圆托盘7进行支撑的托盘固定板9，下晶圆5在下晶圆托盘7上能与上晶圆1正对准；通过推杆机构能推动托盘固定板9在上晶圆固定板4下方升降。

本实用新型实施例中，下晶圆托盘7的外径小于托盘固定板9的外径，下晶圆托盘7的高度高于托盘固定板9的高度，通过下晶圆托盘7能对下晶圆1进行支撑，一般地，在下晶圆托盘7内设置用于下晶圆5放置的下晶圆放置槽，当下晶圆5置于所述下晶圆放置槽内后，能提高下晶圆5在下晶圆托盘7内的稳定性，确保下晶圆5跟随下晶圆托盘7升降时的稳定性。托盘固定板9位于支撑底板16以及上晶圆固定板4之间。

进一步地，还包括用于对托盘固定板9进行升降导向的运动导向机构；

所述运动导向机构包括导向销8的上端与上晶圆固定板4固定，托盘固定板9通过衬套10套在导向销8上，在导向销8上套设有导向销弹性体6，所述导向销弹性体6位于上晶圆固定板4与托盘固定板9之间。

本实用新型实施例中，通过运动导向机构能提高托盘固定板9升降过程的稳定性与可靠性。导向销8的上端与上晶圆固定板4固定，托盘固定板9通过衬套10套在导向销8上，托盘固定板9通过衬套10能在导向销8上沿所述导向销8的长度方向运动。

所述导向销弹性体6包括弹簧，在导向销8的下端部设置挡块12，所述挡块12位于托盘固定板9的下方。当然，导向销弹性体6还可以采用其他常用的弹性部件，具体可以根据需要选择，此处不再赘述。通过挡块12能避免托盘固定板9从导向销8上脱离。

进一步地，所述推杆机构包括位于托盘固定板9下方的连接板11，所述连接板11能套在导向销8上，且连接板11能沿所述导向销8的长度方向运动；在连接板11的下侧设置推杆15，所述推杆15通过推板13与连接板11连接。

本实用新型实施例中，连接板11位于托盘固定板9的正下方，托盘固定板9通过衬套10与连接板11间隔，推板13与连接板11的下侧表面连接，推杆15与推板13连接，一般地，推杆15与推板13、连接板11以及托盘固定板9垂直。推杆15与能推动推杆15运动的气缸或直线运动的部件连接，推动推杆15后，通过推杆15能使得推板13、连接板11以及托盘固定板9跟随升降，进而实现下晶圆5靠近或远离上晶圆1。连接板11位于挡块12的上方，挡块12通过挡块螺栓17与导向销8固定，通过挡块12能对连接板11进行阻挡，避免与导向销8脱离。

在具体使用时，上晶圆固定板4、下晶圆托盘7、托盘固定板9、连接板11，推板13和推杆15需要置于真空环境中。通过推杆机构能控制上晶圆1与下晶圆5之间的位置。一般地，当上晶圆1与下晶圆5相互远离时，能使上晶圆1、下晶圆5相对应的表面被等离子体有效激活，具体进行等离子体激活的过程与现有工艺相一致，具体为本技术领域的人员所熟知，此处不再赘述。在激活后，下晶圆托盘7在推杆15的作用下缓慢上升，从而使得下晶圆托盘7上的下晶圆5与上晶圆固定板4上的上晶圆1贴合，从而完成低温键合工艺。