同步式晶圆对准装置及晶圆键合机的制作方法

本发明涉及半导体设备，尤其涉及一种同步式晶圆对准装置及晶圆键合机。

背景技术：

1、晶圆键合是晶圆级封装技术，将晶圆与载片执行可靠的同心度对准是晶圆键合制程的前置性关键步骤。相同尺寸的晶圆与载片在键合设备的键合腔体在对准过程中通常采用多个内侧具弧形限位部的顶针托持载片的下边缘处，然后通过机械手将晶圆传送至载片上方，并在同心度校准后将晶圆放置在载片表面，并在物理作用力的作用下向贴合后的载片与晶圆施加压力，并通过载片与晶圆之间的键合胶完成晶圆键合制程。

2、公开号为cn115763343a的中国发明专利公开了一种晶圆对准装置。该现有技术通过水平布置且可旋转的第一定位块、第三定位块与第四定位块抵靠并对准晶圆的边缘，第一定位块、第三定位块与第四定位块均可在气缸的驱动下相对于晶圆的圆心执行接近或者远离运动，以对晶圆键合工艺中已经贴合的两片晶圆执行对准。然而，气缸是一种行程精度较低的动力执行元件，其行程误差最小只能达到±0.1mm，如采用前述现有技术中的三个气缸执行对准时，即使接收到的控制信号是同步的，也会由于每个气缸的行程误差及行程精度不统一的问题，而导致对两片晶圆的同心度对准效果不佳。同时，多个气缸水平径向移动并通过基于第一定位块、第三定位块与第四定位块抵靠晶圆的边缘的技术方案，也会由于不同气缸的行程误差重叠而导致第一定位块、第三定位块与第四定位块沿径向方向的行程误差被进一步地放大，从而进一步导致对两片晶圆的同心度对准效果不佳。因此，采用多个气缸驱动定位块的现有技术并不能有效适应对边缘对准精度要求苛刻的晶圆键合机，且随着半导体工艺制程水平的不断越高，前述技术问题对键合后的晶圆所导致的晶圆键合制程缺陷问题会愈发明显。此外，如果采用高精度的气缸不仅无法解决沿径向方向的定位误差的问题，还会进一步导致晶圆对准装置及包含晶圆对准装置的晶圆键合机的制造成本进一步增加。

3、同时，由于在键合前需要在晶圆表面旋涂键合胶，当前一次晶圆键合制程结束后，打开晶圆键合机时晶圆键合机内部及热盘的温度较高。因此需要对热盘执行降温以降低至设定温度以便载入晶圆。热盘的温度如果太高，则会导致后续被传入的晶圆在旋涂键合胶时导致键合胶由于过高的温度而导致挥发及起烟；热盘的温度如果过低，则不仅会增加晶圆键合机的能耗，还会导致晶圆键合制程的时间过长。如果直接在热盘的内部设置带pid控制的电热管，电热管的温度波动区间较大且在达到设定温度区间的时间较长，而如果直接在热盘的内部设置循环水路，则由于水的比热容较大，因此对热盘温度的控制更加难以被精确控制。

4、有鉴于此，有必要对现有技术中的晶圆对准装置及晶圆键合机予以改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于揭示一种同步式晶圆对准装置及晶圆键合机，用以减少两片晶圆在键合前执行同心圆对准过程中存在的上述技术缺陷，并尤其地旨在降低气缸等动力执行机构基于自身不可避免的行程误差所导致的对准精度较低的技术问题，以最终提高两片晶圆的同心度对准效果，并实现将热盘温度被精度地控制到设定温度范围，以最终提高晶圆键合效果、缩短晶圆键合制程的时间并降低晶圆键合机的成本。

2、为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种同步式晶圆对准装置，

3、包括：热盘，承托所述热盘的支撑板，对称设置于所述热盘两侧的对准组件，浮动板及第一驱动机构；

4、所述浮动板包括主动式冷却板体，横向对称设置于所述主动式冷却板体两侧并朝向所述热盘形成导引面的导引支架，所述对准组件包括刚性定位组件和/或柔性定位组件，被所述导引面所引导的滚动体及抵持组件；

5、所述浮动板在第一驱动机构的驱动下沿垂直方向保持水平姿态作升降运动，所述滚动体在导引面的导引下滑动，同步地驱动所述刚性定位组件和/或柔性定位组件沿所述限位槽作径向伸缩运动，以由所述刚性定位组件和/或柔性定位组件对第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准。

6、作为本发明的进一步改进，所述刚性定位组件和/或柔性定位组件于第一晶圆与第二晶圆贴合前至贴合后之间任一状态下，通过所述第一驱动机构驱动所述主动式冷却板体上升并向所述支撑板贴合过程中，通过所述导引支架驱动所述刚性定位组件和/或柔性定位组件执行同步收拢，以对第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准。

7、作为本发明的进一步改进，所述刚性定位组件和/或柔性定位组件对第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准后，所述主动式冷却板体与所述支撑板呈完全贴合状态。

8、作为本发明的进一步改进，所述主动式冷却板体内置循环水路，所述主动式冷却板体形成进水口与出水口；所述浮动板还包括连接所述进水口的柔性进水管与连接所述出水口的柔性进水管，所述循环水路内循环流动冷却水。

9、作为本发明的进一步改进，所述导引面自上而下依次形成连续的具设定斜率的平直面与圆弧面。

10、作为本发明的进一步改进，所述热盘形成凹设部，所述限位槽连通所述凹设部；

11、所述刚性定位组件和/或柔性定位组件对贴合前至贴合后之间任一状态下的第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准时，所述第一晶圆与第二晶圆悬空于凹设部上方，或者，共同降落至凹设部。

12、作为本发明的进一步改进，所述抵持组件包括：与所述支撑板固定的支座，抵持板，水平贯穿支座并与立柱连接的导向轴，被所述抵持板与支座水平夹持并套设于所述导向轴外侧的第二弹性件，及嵌入所述支座并供导向轴插入的导套；所述导向轴贯穿所述导套并水平刚性连接立柱与抵持板，所述立柱的底部设置所述滚动体，所述对准组件固定设置于所述支撑板的上表面，所述对准组件的数量为四个，且相对于所述热盘圆心呈对称设置。

13、作为本发明的进一步改进，所述刚性定位组件包括：立柱，向热盘折弯的实心折弯部，所述实心折弯部靠近热盘的末端形成弧形抵持端；

14、当所述浮动板沿垂直方向作升降运动时，所述滚动体沿所述导引面滑动，所述第二弹性件被抵持于所述导套并向抵持板施加弹力以驱动所述抵持板相对于所述支座作接近或者远离运动，以通过所述导向轴带动实心折弯部沿所述限位槽中作径向伸缩运动，通过所述弧形抵持端横向抵持第一晶圆与第二晶圆的边缘。

15、作为本发明的进一步改进，所述柔性定位组件包括：立柱，向热盘折弯的空心折弯部，弹性顶杆组件，所述空心折弯部沿其沿延伸方向的内部形成收容所述弹性顶杆组件的收容通道；所述弹性顶杆组件包括部分延伸出所述空心折弯部并沿所述收容通道相对于所述热盘圆心作径向伸缩运动的顶杆，与所述收容通道旋接的调节螺母，及水平抵持于所述调节螺母与所述顶杆之间的第一弹性件；

16、当所述浮动板沿垂直方向作升降运动时，所述滚动体沿所述导引面滑动，所述第二弹性件被抵持于所述导套并向抵持板施加弹力以驱动所述抵持板相对于所述支座作接近或者远离运动，以通过所述导向轴带动空心折弯部沿所述限位槽中作径向伸缩运动，以由所述顶杆横向抵持第一晶圆与第二晶圆的边缘。

17、作为本发明的进一步改进，所述同步式晶圆对准装置还包括：限位机构；所述限位机构包括至少两个面向热盘圆心的内侧形成弧状侧壁的支撑柱，以由所述弧状侧壁共同形成圆形限位区域，所述限位机构垂直于所述热盘作升降运动，以通过所述圆形限位区域对第一晶圆与第二晶圆执行对准。

18、作为本发明的进一步改进，所述限位机构包括：至少两个顶部形成端头的支撑柱，连接支撑柱的托板，驱动所述托板沿垂直方向作升降运动的第二驱动机构，以及垂直贯穿所述托板与主动式冷却板体的第一导向柱，及第一抵持基座；

19、所述端头面向热盘圆心的内侧形成台阶及弧状侧壁，所述弧状侧壁共同围合形成所述圆形限位区域，所述支撑柱连续垂直贯穿热盘与位于热盘下方的支撑板。

20、作为本发明的进一步改进，所述浮动板还包括：垂直贯穿所述主动式冷却板体的第二导向柱，及第二抵持基座，所述第一抵持基座与所述第二抵持基座形成相同水平高度的抵持面；

21、所述同步式晶圆对准装置设置于活动打开与闭合的上罩体与下罩体所组成的晶圆键合机中，所述第一抵持基座与所述第二抵持基座共同抵持于下罩体的内底板。

22、作为本发明的进一步改进，所述同步式晶圆对准装置还包括：对称设置于所述热盘两侧以周期性隔离所述第一晶圆与第二晶圆的隔片机构，所述隔片机构的两侧横向对称设置所述刚性定位组件和/或柔性定位组件；

23、所述隔片机构包括：两个支撑悬臂，驱动两个支撑悬臂作同步张开与闭合的第三驱动机构，所述支撑悬臂远离第三驱动机构的末端形成隔离所述第一晶圆与第二晶圆的片状件，所述支撑悬臂同步闭合以隔离所述第一晶圆与第二晶圆；所述支撑悬臂同步张开过程中通过所述圆形限位区域引导第二晶圆向第一晶圆靠近并相互贴合。

24、作为本发明的进一步改进，所述内底板形成供所述第一驱动机构垂直贯穿的第一通孔，供所述第二驱动机构垂直贯穿的第二通孔，以及相对于所述第二通孔横向对称设置并供第三驱动机构垂直贯穿的第三通孔。

25、基于相同发明思想，本发明还提供了一种晶圆键合机，对第一晶圆与第二晶圆进行键合，所述晶圆键合机包括：

26、活动打开与闭合的上罩体与下罩体，驱动所述上罩体相对于所述下罩体翻转以打开或者闭合由上罩体与下罩体共同围合形成的键合腔体的第四驱动机构，于所述上罩体内垂直运动的压盘及驱动所述压盘的第五驱动机构，以及，如上述任一项发明创造所揭示的同步式晶圆对准装置；所述上罩体内置被所述第五驱动机构驱动以作水平升降运动的压盘。

27、作为本发明的进一步改进，所述晶圆键合机还包括固定所述第四驱动机构的安装板，所述上罩体通过铰链与所述安装板铰接固定。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、首先，通过对准组件沿限位槽作径向伸缩运动，以由对准组件对贴合前至贴合后之间任一状态下的第一晶圆与第二晶圆的边缘执行对准，从而实现了二次同心圆对准，显著地提高了两片晶圆的同心度对准效果，消除了以气缸为动力机构执行二次同步对准过程中所产生的横向误差，避免了在第一晶圆与第二晶圆贴合后在键合面形成空洞；

30、同时，通过由两个刚性定位组件与两个柔性定位组件同步地对相互贴合的第一晶圆与第二晶圆的边缘执行同心度对准，降低了二次同心度对准过程中对晶圆造成的冲击；

31、其次，通过隔片机构作同步张开与闭合的支撑悬臂远离第一驱动机构的末端所形成的用于隔离第一晶圆与第二晶圆的片状件，缩短了第二晶圆向第一晶圆贴合过程中的降落距离，降低了第二晶圆对第一晶圆造成的冲击力，并使得第一晶圆与第二晶圆所形成的键合面中的键合胶保持均匀铺展状态，从而最终确保了晶圆键合的制程良率；

32、最后，通过在浮动板中内置循环水路，因此可通过驱动浮动板上升并与支撑板贴合后对热盘进行均匀的降温，从而降低了晶圆键合机的能耗，缩短了晶圆键合制程时间，降低了晶圆键合机的制造成本与使用成本。