一种加热装置及加热方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种键合加热装置及加热方法。

背景技术：

晶圆键合技术可以将不同材料的晶圆结合在一起。利用晶圆键合技术组合新结构材料有极大的自由度，被广泛应用于微电子电路、传感器、功率器件微机械加工、光电子器件、绝缘性硅晶片等领域。

晶圆键合过程一般是将硅片、玻璃衬底等基底材料在真空环境下加热到一定的温度，施加一定的外力，并持续一定时间，进行键合。现有晶圆键合设备的主要加热装置如图1所示：通过钎焊将加热丝埋在高温合金的金属盘中制作加热器13，将所述加热器13置于隔热座14上，在加热器13上叠加吸盘12，或者将加热器13和吸盘12合并成一个零件，通过吸盘12吸附基底11，加热过程热传导依次经过加热器13、吸盘12，最后到基底11，完成基底11加热。该加热装置中，加热器13重量较大，对承载该加热装置的工作台动力学性能影响非常大，不适合用于对重量有限制的场合，而且加热过程中热膨胀会导致加热器13及吸盘12整体厚度变厚，使其平面度变差，进一步影响吸附于吸盘12上基底11的高度及平面度。由于在晶圆键合设备中需要用机器视觉系统对基底11上的芯片进行位置检测，当基底11的高度变化或者平面度很差时，机器视觉系统需要增加自动调焦功能，但增加该功能会增加系统复杂度以及减小产率，同时该加热使用的加热器厚度较厚，自身热容较大，加热和冷却消耗的时间较长，不适用于需频繁加热—冷却—加热的场合。

采用薄型加热器替代原有厚型加热器，这样能够大幅减少加热器的重量，但是在现有的加热装置中，即使采用薄型加热器也并不能解决加热过程中热膨胀导致的加热器厚度增加及平面度变差问题。由于薄型加热器厚度较薄，相比于原有厚型加热器来说，其厚度尺寸精度较差且呈现一定的弧型，如图2a所示(自然放置的吸盘21，自然放置的薄型加热器22)，在现有加热装置中，薄型加热器和吸盘固定后会将吸盘带成弧形，如图2b所示(吸盘同薄型加热器固定后的吸盘23，吸盘同薄型加热器固定后的加热器24)，导致基底相对于隔热柱的高度尺寸及基底平面度无法控制。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种加热装置，其特征在于，包括：加热器、吸盘及隔热座，

所述吸盘固定在所述隔热座上，所述隔热座位于所述吸盘的边缘；

所述加热器固定在所述吸盘上，且所述加热器与所述隔热座位于所述吸盘的同一表面上。

进一步的，所述加热器为薄型加热器。

进一步的，所述加热器和所述吸盘的重量比例小于1。

进一步的，所述加热器同所述吸盘相贴合。

进一步的，所述加热装置还包括柔性固定装置，所述加热器通过所述柔性固定装置固定在所述吸盘的下表面。

进一步的，所述柔性固定装置包括蝶形弹簧和台阶螺栓，所述蝶形弹簧位于所述台阶螺栓的台阶上。

进一步的，所述柔性固定装置中所述台阶螺栓的台阶高度由所述加热器的厚度、重量及所述蝶形弹簧的的压缩量决定。

进一步的，所述柔性固定装置中所述蝶形弹簧形变所需要的力小于所述吸盘受热形变所需要的的力，且所述蝶形弹簧形变所需要的力小于所述加热器受热形变所需要的的力。

进一步的，所述加热装置还包括温度均化层，所述温度均化层位于所述加热器和所述吸盘之间。

进一步的，所述加热装置还包括固定层，所述固定层通过所述柔性固定装置固定于所述加热器下表面。

进一步的，所述台阶螺栓的负荷大于所述加热器、所述温度均化层、所述固定层和所述蝶形弹簧的自身重量之和。

进一步的，所述吸盘的材料为钛合金。

进一步的，所述吸盘的厚度在加热过程中控制在8mm以内。

相应的，本发明提供一种加热方法，采用以上所述的加热装置进行加热。

与现有加热装置相比，本发明将吸盘直接固定在隔热座上，将薄型加热器倒挂于吸盘下表面，加热器和吸盘受热形变产生的力轴向向下传递，减小了加热器在加热过程中自身形变对基底的高度及平面度的影响。

进一步的，在加热器与吸盘之间增加温度均化层，实现加热器和吸盘之间的均匀传热，在加热器下表面增加固定层，避免加热器由于热量无法迅速传递致使其局部受热而发生翘曲。

进一步的，本发明采用薄型加热器，降低了加热装置的重量，进而降低了对工作台的负载需求，由于加热器厚度的降低，加热器热容减小，加热装置加热和冷却的周期缩短，提高了加热效率。

附图说明

图1为现有加热装置的结构示意图；

图2a为自然放置的吸盘和加热器的结构示意图；

图2b为吸盘和加热器固定后的结构示意图；

图3为本发明实施例一所提供的加热装置的结构示意图；

图4为本发明实施例一和实施例二所提供的柔性固定装置的结构示意图；

图5为本发明实施例二所提供的加热装置的结构示意图；

图6为本发明实施例三所提供的加热装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。

实施例一

请参考图3，其为本发明实施例一所提供的加热装置的结构示意图。如图3所示，所述加热装置包括吸盘32、温度均化层33、加热器34、隔热座35及柔性固定装置36。所述吸盘32实现基底31的承载与吸附，所述加热器34实现所述加热装置的热量输出，根据所述加热器34的种类可选择在所述吸盘32和加热器34之间增加温度均化层33，实现所述吸盘32与所述加热器34之间的均匀传热，所述温度均化层33和加热器34通过所述柔性固定装置36倒挂于所述吸盘32下表面，所述吸盘32通过隔热座35支撑。

图4为所述柔性固定装置的结构示意图。如图4所示，所述柔性固定装置36包括蝶形弹簧41和台阶螺栓42，所述蝶形弹簧41位于所述台阶螺栓42的台阶上。参考图3和图4，所述加热器34和所述温度均化层33通过所述柔性固定装置36倒挂于所述吸盘32下表面，即所述台阶螺栓42固定于所述吸盘32的下表面，所述蝶形弹簧41承载所述加热器34和所述温度均化层33置于所述台阶螺栓42的台阶上。所述加热器34和所述吸盘32的重量比例小于1，使所述加热器34倒挂于所述吸盘32时，所述吸盘32自身高度及平面度不受影响。

根据所述加热器34的厚度、重量以及所述蝶形弹簧41的压缩量选择所述台阶螺栓42的台阶高度，使所述台阶螺栓42在拧紧后通过所述蝶形弹簧41给予所述加热器34和所述温度均化层33提供支撑力，进而保证所述加热器34同所述吸盘32的贴合，其中所述支撑力大于所述加热器34、所述温度均化层33和所述蝶形弹簧41的自身重量之和，优选的，所述支撑力为所述加热器34、所述温度均化层33和和所述蝶形弹簧41的自身重量之和的一到两倍。

同时，所述蝶形弹簧41形变所需要的力小于所述加热器34受热形变所需要的力，同样，所述蝶形弹簧41形变所需要的力小于所述吸盘32受热形变所需要的力，当所述加热器34进行热量输出时，自身受热形变会使蝶形弹簧41压缩，减小所述加热器34受热形变对所述吸盘32的影响。

本实施例中所述加热装置中所述加热器32可为厚型加热器或薄型加热器，优选为薄型加热器，例如厚度为3mm左右的薄型加热器，相比于现有的厚型加热器，薄型加热器自身重量都大幅降低，进而降低了所述加热装置的重量，降低了对工作台的负载要求，同时由于所述加热器32厚度的降低，其自身热容减小，降低了所述加热器32自身加热的能量消耗，使所述加热装置加热和冷却的周期缩短，提高了加热效率。

本实施例中所述吸盘32的材质优选为ta12(钛合金)材料，相比现有技术中吸盘所采用的高温合金或不锈钢材料，ta12材料的高温性能更优良，减小所述吸盘32在高温时的形变量，使所述吸盘32的厚度在整个加热过程中控制在8mm以下，同时由于ta12材料的密度约为钢材料的一半，减小ta12材料制成的所述吸盘32的自身重量，进一步降低了对工作台的负载要求。

本发明还提供了一种加热方法，采用以上所述加热装置对所述基底31进行加热，具体如下：

首先，将所述吸盘32置于所述隔热座35上，所述温度均化层33及所述加热器34通过所述柔性固定装置36倒挂于所述吸盘32的下表面；其次，调节所述柔性固定装置36中的所述台阶螺栓42的高度，使所述加热器34通过所述温度均化层53与所述吸盘52相贴合；然后，通过真空吸附将所述基底31固定在所述吸盘32的上表面；最后，所述加热器34进行热量输出对所述基底51进行加热。

实施例二

请参考图5，其为本发明实施例二所提供的加热装置的结构示意图。如图5所示，所述加热装置包括吸盘52、温度均化层53、加热器54、固定层55、柔性固定装置56及隔热座57。所述吸盘52实现基底51的承载与吸附，所述加热器54实现所述加热装置的热量输出，根据所述加热器54的种类可选择在所述吸盘52和所述加热器54之间增加温度均化层53，实现所述吸盘52与所述加热器54之间的均匀传热，根据所述加热器54的种类可选择在所述加热器54下表面增加固定层55，实现对所述加热器54的固定，避免所述加热器54由于热量无法迅速传递致使其局部受热而发生翘曲，所述温度均化层53、所述加热器54及所述固定层55通过所述柔性固定装置56倒挂于所述吸盘52下表面，所述吸盘52通过隔热座57支撑。

本实施例中所述加热装置中所述加热器54可为薄型加热器，优选为厚度为1mm左右的脆性材质的加热器，例如陶瓷加热器，所述陶瓷加热器加热速度快，如果加热过快，而热量无法迅速传递，会使陶瓷加热器局部受热发生翘曲，为避免此类现象，本实施例在所述加热器54下表面增加一固定层55，用于实现所述陶瓷加热器热量的及时传递。所述固定层55同所述温度均化层53和所述加热器54通过所述柔性固定装置56倒挂于所述吸盘52下表面。

同实施例一样，本实施例中所述加热器54和所述吸盘52的重量比例小于1，所述吸盘52的材质优选为高温性能良好的ta12材料，所述柔性固定装置56包括蝶形弹簧41和台阶螺栓42，所述台阶螺栓42的负荷大于所述加热器54、所述温度均化层53、所述固定层55和所述蝶形弹簧41的自身重量之和。

本发明还提供了一种加热方法，采用以上所述加热装置对所述基底51进行加热，具体如下：

首先，将所述吸盘52置于所述隔热座57上，所述温度均化层53、所述加热器54及所述固定层55通过所述柔性固定装置56倒挂于所述吸盘52的下表面；其次，调节所述柔性固定装置56中的所述台阶螺栓42的高度，使所述加热器54通过所述温度均化层53与所述吸盘52相贴合，所述固定层55与所述加热器54相贴合；然后，通过真空吸附将所述基底51固定在所述吸盘52的上表面；最后，所述加热器54进行热量输出对所述基底51进行加热。

实施例三

请参考图6，其为本发明实施例三所提供的加热装置的结构示意图。如图5所示，所述加热装置包括吸盘62、加热器63及隔热座64。所述吸盘62实现基底61的承载与吸附，所述加热器63实现所述加热装置的热量输出，加热器63固定在所述吸盘62的下表面，所述吸盘62通过隔热座64支撑。

本实施例中所述加热装置中所述加热器63可为薄型加热器，优选为厚度为0.2mm左右的柔性材质的加热器，例如聚酰亚胺加热器。所述聚酰亚胺加热器为柔性材质，热膨胀时产生的形变不会影响所述吸盘62的平面度，故不需要采用柔性固定装置进行固定。

同上述实施例，本实施例中所述加热器63和所述吸盘62的重量比例小于1，所述吸盘62的材质优选高温性能良好的为ta12材料。

本发明还提供了一种加热方法，采用以上所述加热装置对所述基底61进行加热，具体如下：

首先，将所述吸盘62置于所述隔热座64上，加热器63固定在所述吸盘62的下表面；然后，通过真空吸附将所述基底61固定在所述吸盘62的上表面；最后，所述加热器63进行热量输出对所述基底61进行加热。

综上所述，本发明直接将吸盘固定在隔热座上，通过柔性固定装置将薄型加热器倒挂于吸盘下表面，加热器和吸盘受热形变产生的力轴向向下传递，减小了加热器在加热过程中自身形变对基底的高度及平面度的影响。在加热器与吸盘之间增加温度均化层，实现加热器和吸盘之间的均匀传热，在加热器下表面增加固定层，避免加热器由于热量无法迅速传递致使其局部受热而发生翘曲。同时本发明采用薄型加热器，降低了加热装置的重量，进而降低了对工作台的负载需求，由于加热器厚度的降低，加热器热容减小，加热装置加热和冷却的周期缩短，提高了加热效率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。