晶圆键合设备的制作方法

1.本实用新型涉及晶圆加工技术领域，尤其涉及一种晶圆键合设备。


背景技术：

2.随着经济的发展，社会的进步，人们对精密电子仪器的需求日益增长，集成电路的发展尤为迅速，晶圆作为集成电路的一种基础材料，在现代生产过程中也越来越离不开。soi(silicon on insulator)晶圆作为近年来新研发的一种制作芯片的方式，现在已经越来越受到国内外芯片生产的重视。
3.其中，对soi晶圆键合设备的研究，可以有效提高生产产品的质量。对晶圆键合设备整体布局的研究，使设备内部的各个单元进行合理的布局分布，可以提高设备的运行稳定性，减小设备体积，提高空间利用率。


技术实现要素：

4.为了解决上述的技术问题，本实用新型提供一种晶圆键合设备，通过对设备的内部的各个单元进行合理地布局，以提高设备运行的稳定性和可靠性，并减小设备尺寸。
5.本实用新型的晶圆键合设备，包括：晶圆存储区和键合工作区，
6.所述晶圆存储区包括第一晶圆仓和第二晶圆仓；
7.所述键合工作区包括：晶圆取放单元、定位单元、检测单元、第一清洗单元、第二清洗单元和对准键合单元；
8.其中，所述晶圆存储区设置在所述晶圆取放单元的第一侧，并且所述第一晶圆仓和所述第二晶圆仓沿所述晶圆取放单元在第一水平方向的中线对称设置；
9.所述定位单元、所述检测单元和所述第一清洗单元沿所述第一水平方向依次设置在所述晶圆取放单元的第二侧，所述定位单元相对于所述第一清洗单元靠近所述第一晶圆仓；
10.所述对准键合单元和所述第二清洗单元沿所述第一水平方向依次设置在所述晶圆取放单元的第三侧，所述对准键合单元相对于所述第二清洗单元靠近所述第二晶圆仓，
11.所述第二侧和所述第三侧为所述晶圆取放单元在与所述第一水平方向垂直的第二水平方向上的两个相反侧，所述第一清洗单元和所述第二清洗单元沿所述晶圆取放单元的第一水平方向的中线对称设置。
12.在一个实施方式中，所述晶圆取放单元包括：导轨和设置在所述导轨上的机械手，所述导轨沿所述第一水平方向延伸，所述机械手能够在所述导轨上沿所述第一水平方向往复移动。
13.在一个实施方式中，还包括：风机过滤组，所述风机过滤组间隔设置在所述键合工作区的上方。
14.在一个实施方式中，还包括：静电消除装置，所述静电消除装置间隔设置在所述键合工作区的上方。
15.在一个实施方式中，所述晶圆存储区在所述第二水平方向的两侧分别设置有光幕。
16.在一个实施方式中，还包括设备框架，所述键合工作区设置在所述设备框架内，其中，所述晶圆取放单元设置在所述设备框架的中央。
17.在一个实施方式中，所述设备框架上设置有用于承载所述定位单元和所述检测单元的第一安装板，
18.所述第一安装板的下方设置有工控机、控制器和气路单元，所述工控机与所述控制器电连接，所述控制器通过所述气路单元与所述晶圆取放单元相连。
19.在一个实施方式中，还包括：操作台，
20.所述操作台设置在所述晶圆存储区在第二水平方向上靠近所述工控机的一侧，所述操作台与所述工控机电连接。
21.在一个实施方式中，所述第一清洗单元的底部和所述第二清洗单元的底部均设置有滚轮和调平支座。
22.在一个实施方式中，所述检测单元为红外检测单元。
23.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
24.(1)本实用新型的晶圆键合设备，能够实现(soi)晶圆键合过程中的传递、运输、清洗、对准、键合及检验。
25.(2)本实用新型中，对晶圆键合设备内部的各个单元进行了合理的布局分布，使设备的质心尽可能地贴近设备的几何中心，同时使晶圆取放单元的行程得到简化，以提高设备运行的稳定性和可靠性，同时减小了设备的尺寸，提高了空间利用率。
附图说明
26.在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。
27.图1是本实用新型的一个实施例中的晶圆键合设备的俯视图(未显示风机过滤机组)；
28.图2是本实用新型的一个实施例中的晶圆键合设备的侧视图。
29.附图标记：
30.1、第一晶圆仓；2、第二晶圆仓；3、机械手；4、导轨；5、定位单元；
31.6、检测单元；7、第一清洗单元；8、第二清洗单元；9、对准键合单元；
32.10、风机过滤组；11、静电消除装置；12、光幕；13、设备框架；
33.14、第一安装板；15、工控机；16、控制器；17、气路单元；
34.18、操作台；19、滚轮；20、调平支座。
具体实施方式
35.下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
36.如图1-2中所示，本实用新型提供一种晶圆键合设备。晶圆键合设备包括：晶圆存储区和键合工作区。晶圆存储区包括第一晶圆仓1和第二晶圆仓2。键合工作区包括：晶圆取放单元、定位单元5、检测单元6、第一清洗单元7、第二清洗单元8和对准键合单元9。
37.其中，晶圆存储区设置在晶圆取放单元的第一侧，并且第一晶圆仓1和第二晶圆仓
2沿晶圆取放单元在第一水平方向的中线对称设置。定位单元5、检测单元6和第一清洗单元7沿第一水平方向依次设置在晶圆取放单元的第二侧，定位单元5相对于第一清洗单元7靠近第一晶圆仓1。对准键合单元9和第二清洗单元8沿第一水平方向依次设置在晶圆取放单元的第三侧，对准键合单元9相对于第二清洗单元8靠近第二晶圆仓2，第二侧和第三侧为晶圆取放单元在与第一水平方向垂直的第二水平方向上的两个相反侧，第一清洗单元7和第二清洗单元8沿晶圆取放单元的第一水平方向的中线对称设置。
38.本实用新型的晶圆键合设备，能够实现(soi)晶圆键合过程中的传递、运输、清洗、对准、键合及检验。
39.具体地，由于soi键合的特性，需要两种晶圆，晶圆存储区的第一晶圆仓1可用于存储作为底片的第一晶圆，相应地，第二晶圆仓2可用于存储作为上片的第二晶圆。晶圆取放单元用于运输第一晶圆和第二晶圆。
40.定位单元5用于对从晶圆仓取出的晶圆进行第一次的定位及水平校准(简称定位校准)，以及对清洗完成后的晶圆进行重新定位校准。具体地，上述定位单元5可以采用旋转定位器。
41.清洗单元用于对晶圆的键合面进行清洗，保证其整洁。其中，通过设置对称的第一清洗单元7和第二清洗单元8两个清洗单元，分别用于对第一晶圆的键合面和第二晶圆的键合面进行清洗，以节省时间，提高效率。
42.清洗单元清洗完成后的晶圆由机械手3传送至定位单元5中进行重新定位校准，而后进入对准键合单元9。目的是通过定位单元5的高精度定位功能，将晶圆的位置固定，在传送至对准键合单元9后能够直接对准其内部的定位装置，从而节约键合工艺进行的时间。
43.对准键合单元9用于对清洗完成后的第一晶圆和第二晶圆进行键合操作。
44.检测单元6用于对键合后的晶圆(键合晶圆)进行检测，检测键合晶圆的内部缺陷是否满足使用要求，确保生产出来的键合晶圆的质量安全可靠。具体地，上述检测单元6可以采用红外检测单元6(ir单元)。
45.晶圆取放单元作为键合过程中晶圆传递的唯一手段，承担了晶圆在各个单元之间运输的任务，晶圆取放单元设置在设备的中心位置，有利于简化晶圆取放单元的行程。
46.本实用新型中，对晶圆键合设备内部的各个单元进行了合理的布局分布，使设备的质心尽可能地贴近设备的几何中心，同时使晶圆取放单元的行程得到简化，以提高设备运行的稳定性和可靠性，同时减小了设备的尺寸，提高了空间利用率。
47.需要说明地是，本实用新型中的第一水平方向可以是前后方向或左右方向，第二水平方向为与第一水平方向垂直的方向。例如，第一水平方向为前后方向，则第二水平方向为左右方向。则相应地，晶圆取放单元位于中央，第一晶圆仓1和第二晶圆仓2设置在晶圆取放单元的后侧并且沿晶圆取放单元的中线左右对称设置，第一清洗单元7和第二清洗单元8分别左右对称的设置在晶圆取放单元的左前侧和右前侧，定位单元5和检测单元6设置在晶圆取放单元的左后侧，对准键合单元9设置在晶圆取放单元的右后侧。
48.在一个实施例中，晶圆取放单元包括：导轨4和设置在导轨4上的机械手3，机械手3能够在导轨4上沿第一水平方向往复移动。
49.需要说明地是，机械手3具有多个关节，可以实现旋转、翻转和抓取等动作，从而能够将晶圆从相应的单元中取出并运输至其他的单元。机械手3设置在设备的中心位置，能够
尽可能的减少其运动行程，简化运动形式，可以使设备的质心位置更加接近设备的几何中心位置，增加了设备的稳定性。
50.如图1中所示，机械手3在第一水平方向上具有第一位置和第二位置。其中，第一位置在第二水平方向上位于定位单元5和检测单元6与对准键合单元9之间，第二位置在第二水平方向上位于第一清洗单元7与第二清洗单元8之间。
51.在一个实施例中，晶圆键合设备还包括：风机过滤组10(ffu)和静电消除装置11(esd)。风机过滤组10和静电消除装置11分别间隔设置在键合工作区的上方。
52.其中，风机过滤组10(ffu)设置在整机设备的上方，笼罩设备内的所有单元，为设备内部(键合工作区)提供稳定的层风流，使设备保持洁净。
53.静电消除装置11(esd)用于消除静电。具体地，静电消除装置11包括三个静电离子棒三个静电离子棒的长度方向与第一水平方向一致，并且三个静电离子棒的中心分别对准第一清洗单元的中心、第二清洗单元的中心和晶圆取放单元的中心(机械手的运行中心)，主要用于消除晶圆在传输运转过程中的静电。
54.在一个实施例中，晶圆存储区在第二水平方向的两侧分别设置有光幕12。
55.换言之，晶圆存储区(第一晶圆仓1和第二晶圆仓2)设置在两个光幕12之间。光幕12是利用光电感应原理制成的安全保护装置，光幕12中安装有传感器，具有检测及报警的功能，以防止碰撞。
56.优选地，两个光幕12沿晶圆存取装置在第一水平方向的中线对称设置。
57.在一个实施例中，晶圆键合设备还包括设备框架13，键合工作区设置在设备框架13内，其中，晶圆取放单元设置在设备框架13的中央。
58.具体地，设备框架13包括基础框架和设置在基础框架内的多个定位支架。其中，基础框架为矩形的外框架，内部通过多个定位支架进行区域划分，以实现对相应的单元的定位。进一步地，基础框架的内部在第二水平方向的两侧部分别设置有用于定位第一清洗单元7的第一定位支架和用于定位第二清洗单元8的第二定位支架，第一定位支架和第二定位支架均为直角形支架，并且两者沿基础框架在第一水平方向的中线对称设置；第二定位支架的靠近晶圆存储区的一侧设置有直线形的第三定位支架，第三定位支架用于定位对准键合单元9，基础框架内部的第一定位支架的靠近晶圆存储区的一侧的区域用于设置定位单元5和检测单元6。
59.具体地，设备框架13上设置有用于承载定位单元5和检测单元6的第一安装板14。第一安装板14的下方设置有工控机15、控制器16和气路单元17，工控机15与控制器16电连接，控制器16通过气路单元17与晶圆取放单元相连。其中，利用定位单元5和检测单元6下方的空间布置设备的其它器件，提高了空间利用率，有利于减小设备尺寸。具体地，第一安装板14的下方依次设置有第二安装板和第三安装板，其中工控机15设置在第二安装板，控制器16和气路单元17设置在第三安装板上。
60.需要说明地是，如图2中所示，上述的风机过滤组10设置在设备框架13的顶部上，设备框架13的顶部还设置有用于安装静电消除装置11的安装支架，静电消除装置11(静电离子棒)通过安装支架固定在键合工作区的上方并位于风机过滤组10的下方。
61.具体地，晶圆键合设备还包括：操作台18，操作台18设置在晶圆存储区在第二水平方向上靠近工控机15的一侧，操作台18与工控机15电连接。进一步地，操作台18设置在设备
框架13的外侧并固定安装在设备框架13上。
62.其中，操作台18包括触摸屏和键盘。
63.在一个实施例中，第一清洗单元7的底部和第二清洗单元8的底部均设置有滚轮19和调平支座20。
64.在本实施例中，第一清洗单元7和第二清洗单元8通过设置滚轮19，使操作人员便捷地将其推入设备框架13内部的相应位置处，通过设置调平支座20以使两个清洗单元的晶圆盛放区保持水平。
65.下面具体说明采用本实用新型的晶圆键合设备进行键合操作的工作流程。
66.首先，机械手3在其第一位置处，从第一晶圆仓1中取出第一晶圆(底片)，然后通过定位单元5(旋转定位器)，对取出的第一晶圆进行定位校准，机械手3移动至第二位置，并将对准及调平后的第一晶圆放入第一清洗单元7中进行清洗，之后机械手3返回其第一位置，从第二晶圆仓2中取出第二晶圆(上片)，然后通过定位单元5，对取出的第二晶圆进行定位校准，机械手3移动至第二位置，并将定位校准后的第二晶圆放入第二清洗单元8中进行清洗。清洗完成后，机械手3从第一清洗单元7中取出第一晶圆，返回其第一位置将清洗后的第一晶圆放入定位单元5中重新进行定位校准，定位校准完成后，机械手3将第一晶圆取出并放入对准键合单元9中，然后机械手3再移动至其第二位置取出第二晶圆，返回第一位置将清洗后的第二晶圆放入定位单元5中重新进行定位校准，定位校准完成后，机械手3将第二晶圆取出并将其翻转180
°
后放入对准键合单元9中，使第一晶圆和第二晶圆的清洗面相互接触以键合。
67.此外，键合完成后，机械手3在其第一位置处将键合后的晶圆(键合晶圆)从对准键合单元9中取出，机械手3沿逆时针旋转，以将键合晶圆放入检测单元6中进行检验。
68.本实用新型中提到的“上方”、“下方”等描述是按照通常的意义而定义的，比如，参考重力的方向定义，重力的方向是下方，相反的方向是上方，类似地在上方的是顶部或者顶端，在下方的是底部或底端，也仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，也当视为本发明可实施的范畴。
69.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
70.虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。