本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種鍵合設(shè)備。

背景技術(shù)：

晶圓鍵合技術(shù)可以將不同材料的晶圓結(jié)合在一起，常用的鍵合技術(shù)有：硅-硅直接鍵合、硅-玻璃直接鍵合、金屬擴(kuò)散鍵合、聚合物粘接鍵合等，該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)半導(dǎo)體領(lǐng)域，是未來半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)之一。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，晶圓鍵合的工藝參數(shù)都不相同，但是基本原理相似，主要包括抽真空、升溫、施加壓力、降溫和破真空等工藝。通常情況下一套完整的晶圓鍵合工藝主要由兩類設(shè)備組成：對(duì)準(zhǔn)設(shè)備和鍵合設(shè)備。對(duì)準(zhǔn)設(shè)備能夠?qū)善A根據(jù)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，插入隔離片，固定兩片晶圓，一般使用對(duì)準(zhǔn)設(shè)備將一對(duì)晶圓對(duì)準(zhǔn)和固定需要5-8分鐘；鍵合設(shè)備能夠通過抽真空、抽隔離片、升溫、施加壓力、降溫和破真空將不同材料的晶圓或硅片結(jié)合在一起，鍵合設(shè)備鍵合一對(duì)晶圓或者硅片需要45-90分鐘。

隨著晶圓鍵合技術(shù)在微機(jī)電系統(tǒng)(mems)制造、微光電系統(tǒng)，特別是cmos圖像傳感器制造、以及新興的三維芯片制造技術(shù)，如硅穿孔(tsv)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，鍵合技術(shù)對(duì)晶圓鍵合設(shè)備的性能不斷提出更高的要求。

如目前現(xiàn)有的鍵合加壓方式分兩種，一種為剛性加壓，這種方式 是動(dòng)力源直接將壓力通過主軸傳遞至壓盤，再由壓盤傳遞至硅片，采用這種方式需要具有足夠剛性的壓盤，否則易造成壓盤中心與壓盤周邊的壓力不一致。另一種為整體柔性加壓，該結(jié)構(gòu)為：驅(qū)動(dòng)裝置與上壓盤組件之間使用波紋管連接，在驅(qū)動(dòng)裝置通過波紋管向上壓盤組件施壓時(shí)，在上壓盤組件緊貼硅片表面后，波紋管逐漸收縮，逐漸形成剛性的管道，并向上壓盤組件施加逐漸增大的壓力，達(dá)到緩慢施壓的效果。采用此種方式鍵合時(shí)，當(dāng)波紋管長度較大時(shí)，真空腔體抽真空后，波紋管內(nèi)外氣壓不一致，波紋管長時(shí)間受到大氣壓力較易出現(xiàn)破裂。此外，一旦波紋管內(nèi)沖入大壓力的氣體時(shí)，波紋管管體的強(qiáng)度較小，因此越容易發(fā)生破裂。

因此針對(duì)上述問題，有必要對(duì)現(xiàn)有的鍵合設(shè)備進(jìn)行改良，避免出現(xiàn)上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種鍵合設(shè)備，使上壓盤組件與傳動(dòng)裝置通過柔性壓盤連接，所述柔性壓盤為可伸縮結(jié)構(gòu)，使得上壓盤組件能夠?qū)︽I合對(duì)象均勻加壓。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種鍵合設(shè)備，從上至下依次包括

一驅(qū)動(dòng)裝置；

一傳動(dòng)裝置，與所述驅(qū)動(dòng)裝置固接；

一上壓盤組件，與所述傳動(dòng)裝置連接；

一下壓盤組件，與所述上壓盤組件配合，用于鍵合放置于所述上 壓盤組件與所述下壓盤組件之間的鍵合對(duì)象；

所述上壓盤組件和所述下壓盤組件放置于真空腔體內(nèi)；

所述上壓盤組件與所述傳動(dòng)裝置通過柔性壓盤連接，所述柔性壓盤為可伸縮結(jié)構(gòu)，所述柔性壓盤使得所述上壓盤組件對(duì)所述鍵合對(duì)象均勻加壓。

作為優(yōu)選，所述柔性壓盤與所述傳動(dòng)裝置之間連接有止轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，阻止所述上壓盤組件相對(duì)于所述傳動(dòng)裝置圍繞垂直方向旋轉(zhuǎn)。

作為優(yōu)選，所述柔性壓盤從上至下包括一上板和一下板，所述上板與所述下板之間通過伸縮裝置連接。

作為優(yōu)選，所述伸縮裝置為下波紋管，所述下波紋管一端連接所述上板，另一端與所述下板連接。

作為優(yōu)選，所述上板與所述下板之間還設(shè)置有第一伸縮裝置鎖定機(jī)構(gòu)，用于限制所述第一伸縮裝置的伸長與縮短。

作為優(yōu)選，所述傳動(dòng)裝置包括固定在所述柔性壓盤頂部的主軸，所述主軸從所述真空腔體內(nèi)延伸至所述真空腔體外并與所述驅(qū)動(dòng)裝置固接。

作為優(yōu)選，所述主軸通過推力關(guān)節(jié)軸承固定在所述柔性壓盤頂部。

作為優(yōu)選，所述真空腔體具有頂部為上腔板，底部為下腔板，所述主軸從所述真空腔體內(nèi)部穿過所述上腔板延伸至所述真空腔體外部。

作為優(yōu)選，所述上腔板上設(shè)置有導(dǎo)向軸，所述導(dǎo)向軸圍繞所述主 軸均勻分布，所述主軸頂部具有直徑大于所述主軸直徑的上法蘭板，所述導(dǎo)向軸與所述上法蘭板滑動(dòng)連接，使得所述主軸可沿著所述導(dǎo)向軸上下運(yùn)動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述上法蘭板上具有與所述導(dǎo)向軸對(duì)應(yīng)的圓孔，所述導(dǎo)向軸位于所述圓孔內(nèi)，所述圓孔與所述導(dǎo)向軸之間為間隙配合。

作為優(yōu)選，所述主軸具有深孔，所述主軸通過梯形絲桿連接，所述梯形絲桿位于所述深孔內(nèi)，所述梯形絲桿與所述深孔之間為間隙配合。

作為優(yōu)選，所述上法蘭板的端面上固接有絲桿螺母，所述絲桿螺母具有與所述梯形絲桿配合的內(nèi)螺紋，所述絲桿螺母通過螺紋配合固定在所述梯形絲桿上。

作為優(yōu)選，所述上腔板上圍繞所述主軸設(shè)置有下法蘭板，所述傳動(dòng)裝置中還安裝有上波紋管，所述上波紋管一端固定在所述上法蘭板上，另一端固定在所述下法蘭板上，所述上波紋管的半徑小于所述導(dǎo)向軸與所述主軸的軸線之間的距離。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述絲桿螺母之間的所述梯形絲桿上套有止推軸承。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)裝置為電機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種鍵合設(shè)

備，從上至下依次包括

一驅(qū)動(dòng)裝置；

一傳動(dòng)裝置，與所述驅(qū)動(dòng)裝置固接；

一上壓盤組件，與所述傳動(dòng)裝置連接；

一下壓盤組件，與所述上壓盤組件配合，用于鍵合放置于所述上壓盤組件與所述下壓盤組件之間的鍵合對(duì)象；

所述上壓盤組件和所述下壓盤組件放置于真空腔體內(nèi)；

所述上壓盤組件與所述傳動(dòng)裝置通過柔性壓盤連接，所述柔性壓盤為可伸縮結(jié)構(gòu)，所述柔性壓盤使得所述上壓盤組件對(duì)所述鍵合對(duì)象均勻加壓。

本發(fā)明通過在上壓盤組件與傳動(dòng)裝置之間設(shè)置柔性壓盤，上壓盤組件的柔性壓盤位于真空腔體內(nèi)部，由于柔性壓盤為可伸縮結(jié)構(gòu)，當(dāng)柔性壓盤伸長或者膨脹體積增大時(shí)，柔性壓盤給予與其連接的上壓盤組件向下的壓力，從而使得上壓盤組件緩慢向下移動(dòng)，直至上壓盤組件與下壓盤組件皆均勻緊貼鍵合對(duì)象后，柔性壓盤繼續(xù)給予上壓盤組件向下的壓力，這樣使得上壓盤組件能夠?qū)︽I合對(duì)象均勻施壓，且由于柔性壓盤具有柔性，其伸長或者體積膨脹時(shí)較為緩慢，因此保證了上壓盤組件施力的緩慢性和均勻性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的鍵和設(shè)備的剖面圖；

圖中：1-電機(jī)、2-止推軸承、3-梯形絲杠、4-主軸、41-上法蘭板、42-深孔、43-圓孔、5-上腔板、51-主軸孔、52-下法蘭板、6-真空腔體、7-下壓盤組件、8-下腔板、9-上壓盤組件、10-下波紋管、11-波紋管鎖定機(jī)構(gòu)、12-推力關(guān)節(jié)軸承、13-止轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、14-導(dǎo)向軸、15-上波紋管、 16-絲杠螺母、17-上板、18-下板。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供一種鍵合設(shè)備，從上至下依次包括

一電機(jī)1，作為驅(qū)動(dòng)鍵合的動(dòng)力源。

一傳動(dòng)裝置，與電機(jī)1固接，由電機(jī)1驅(qū)動(dòng)，并將電機(jī)1的動(dòng)力向下傳遞至與其連接的部件上。

一真空腔體6，由腔壁包裹而成，位于上部的腔壁為上腔板5，位于底部的腔壁為下腔板8，一般地，真空腔體6與真空泵連接，在鍵合時(shí)的加壓過程中，需要將真空腔體6內(nèi)部形成真空狀態(tài)，防止在鍵合硅片或者晶圓時(shí)，硅片與晶圓之間的空氣在鍵合后形成氣泡，影響鍵合質(zhì)量。

在真空腔體6內(nèi)，用于鍵合硅片或者晶圓的主要為上壓盤組件9和下壓盤組件7，硅片或者晶圓放置于上壓盤組件9和下壓盤組件7之間，上壓盤組件9位于上部，下壓盤組件7位于下部，上壓盤組件9通過一柔性壓盤與傳動(dòng)裝置連接。

具體地，柔性壓盤從上至下包括上板17和下板18，上板17和下板18的直徑皆等于或者略大于上壓盤組件9的直徑，上壓盤組件9與下板18接觸，在施壓過程中，由于下板18的直徑大于或者等于上壓盤組件9的直徑，從而增大上壓盤組件9的受力面積，避免出現(xiàn) 上壓盤組件9上表面受力不均勻的現(xiàn)象。

上板17與下板18可以為方形或者圓形，本實(shí)施例中兩者皆為圓形。上板17和下板18之間通過下波紋管10連接，即下波紋管10一端與上板17連接，另一端與下板18連接，也就是說上板17和下板18的圓周通過下波紋管10連接，在下波紋管10原本處于收縮狀態(tài)，下波紋管10內(nèi)設(shè)置有通氣口(未圖示)，通過通氣口向下波紋管10內(nèi)充入氣體，則下波紋管10由于內(nèi)部氣壓較大逐漸伸長膨脹，當(dāng)上板17向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到傳動(dòng)裝置向下的力，使得上板17的位置固定不動(dòng)，則下波紋管10中僅有下板18向下運(yùn)動(dòng)來形成下波紋管10的伸長，由于該種伸長與充氣形成的，，因此下板18在給上壓盤組件9施壓時(shí)，施壓過程也較為緩慢。

另一方面，當(dāng)上板17與下板18接觸的一面具有均勻分布的壓力柱171，這些壓力柱171之間形成了較為均勻的空間，當(dāng)下波紋管10內(nèi)充入空氣時(shí)，每個(gè)均勻的空間內(nèi)膨脹的空氣皆使得下板18向下移動(dòng)，這樣下板18通過上壓盤組件9將壓力傳遞給硅片或者晶圓時(shí)，給予硅片或者晶圓的壓力較為均勻。

較佳地，在上板17和下板18之間設(shè)置了波紋管鎖定機(jī)構(gòu)11，該波紋管鎖定機(jī)構(gòu)11為在若干個(gè)圍繞上板17和下板18均勻分布地具有相同長度和彈性參數(shù)的彈簧，每個(gè)彈簧一端與上板17側(cè)面的掛鉤連接，另一端與下板18側(cè)面對(duì)應(yīng)處的掛鉤連接，其作用為保證在工作過程中上板17不會(huì)發(fā)生相對(duì)于下板18的轉(zhuǎn)動(dòng)，且保證柔性壓盤在下降的過程中不會(huì)因?yàn)檎婵涨惑w6內(nèi)抽真空后，被自身內(nèi)的大氣壓 膨脹導(dǎo)致自身拉長而損壞。當(dāng)下壓盤組件7貼住鍵合對(duì)象后，彈簧的作用消失。本發(fā)明中使用的傳動(dòng)裝置主要通過一主軸4將電機(jī)1的動(dòng)力傳遞至柔性壓盤上，主軸4與柔性壓盤的上板之間通過一推力關(guān)節(jié)軸承12連接，該推力關(guān)節(jié)軸承12與上板17固接，推力關(guān)節(jié)軸承12套在主軸4的一端。

此外，在主軸4與上板之間設(shè)置了止轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)13，該止轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)13為若干根金屬條或者折彎的金屬條，每根金屬條的一端連至主軸4的一端，另一端固定在上板17上，若干根金屬條圍繞主軸4均勻分布。若產(chǎn)生了使上板17圍繞主軸4旋轉(zhuǎn)的力，則在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于金屬條與主軸4和上板17皆固定連接，則使得上板17無法旋轉(zhuǎn)，因此也避免了上板17在旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)鍵合施壓過程中造成的壓力不均勻的問題。

主軸4從真空腔體6內(nèi)部延伸至真空腔體6外部，上腔板5上具有主軸孔51，也就是說主軸4從上腔板5下部通過主軸孔51延伸至上部。

主軸4中央為深孔42，在深孔42的頂端具有上法蘭板41，上法蘭板41上具有圓孔43，與圓孔43相對(duì)應(yīng)之處具有若干根圍繞主軸孔51均勻分布的導(dǎo)向軸14，導(dǎo)向軸14從上腔板5延伸至圓孔43上方，導(dǎo)向軸14與圓孔43為間隙配合，也就是說上法蘭板41可以沿著導(dǎo)向軸14上下滑動(dòng)。

為了防止當(dāng)真空腔體6內(nèi)為真空環(huán)境時(shí)，空氣從主軸孔51進(jìn)入真空腔體6，則設(shè)置上波紋管15，上波紋管15一端與上法蘭板41連接，另一端與上腔板5上的下法蘭板52連接，下法蘭板52圍繞主軸 孔51固定，上波紋管15的內(nèi)徑小于導(dǎo)向軸14與主軸4的軸線之間的距離，也就是說主軸4上除了上法蘭板41，其余皆被包裹在上波紋管15中，上波紋管15與真空腔體6之間形成了密閉環(huán)境，使得真空腔體6具有良好的氣密性。

主軸4上上法蘭板41靠近電機(jī)1的端面上固定連接有絲桿螺母16，絲桿螺母16的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了主軸4的上下運(yùn)動(dòng)。而絲桿螺母16通過梯形絲桿3帶動(dòng)，梯形絲桿3下端進(jìn)入主軸4的深孔42內(nèi)，梯形絲桿3具有外螺紋，絲桿螺母16具有與該外螺紋配合的內(nèi)螺紋，即絲桿螺母16通過螺紋連接固定在梯形絲桿3上，而梯形絲桿3與電機(jī)1固定連接，則當(dāng)電機(jī)1給予梯形絲桿3上下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力時(shí)，梯形絲桿3帶動(dòng)絲桿螺母16上下運(yùn)動(dòng)，而絲桿螺母16的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了主軸4的上下運(yùn)動(dòng)，在鍵合開始時(shí)，主軸4向下運(yùn)動(dòng)使得柔性壓盤從初始位置向下運(yùn)動(dòng)到預(yù)鍵合位置，然后開始對(duì)柔性壓盤充氣，進(jìn)行鍵合；在鍵合完畢后，柔性壓盤內(nèi)破真空，主軸4向上運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)柔性壓盤向上移動(dòng)至初始位置。

較佳地，在絲桿螺母16與電機(jī)1之間具有止推軸承2，該止推軸承2的外徑大于絲桿螺母16的內(nèi)徑，這樣給予絲桿螺母16向上運(yùn)動(dòng)限位，防止絲桿螺母16向上運(yùn)動(dòng)的行程過大超過了上波紋管15的長度極限，造成上波紋管15的損壞或者破壞了上波紋管15與下法蘭板52的連接。

使用本發(fā)明提供的鍵合設(shè)備的鍵合流程為：

當(dāng)上壓盤組件9位于初始位置時(shí)，對(duì)真空腔體6內(nèi)抽真空，同時(shí) 電機(jī)1驅(qū)動(dòng)梯形絲桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，梯形絲桿3將動(dòng)力依次通過絲桿螺母16、主軸4和柔性壓盤到達(dá)上壓盤組件9，使上壓盤組件9下降至預(yù)鍵合位置(即上壓盤組件9下表面與硅片或者晶圓的間距為3mm～5mm)。等待上壓盤組件9和下壓盤組件7的加熱盤溫度達(dá)到鍵合工藝的要求，然后電機(jī)1繼續(xù)驅(qū)動(dòng)上上壓盤組件9下降，當(dāng)上壓盤組件9的下表面下降至完全貼住下壓盤組件7的上表面時(shí)，下壓盤組件7內(nèi)的壓力傳感器感受到設(shè)定的壓力后向電機(jī)1反饋，電機(jī)1停止工作。

此時(shí)下波紋管10內(nèi)通入30bar或以下的氣壓，此時(shí)下波紋管10由于內(nèi)部氣壓逐漸增大開始膨脹，上板17向上移動(dòng)，從而帶動(dòng)主軸4向上移動(dòng)，但由于上部絲桿螺母16受到止推軸承2的阻擋，則使得主軸4無法向上移動(dòng)，從而使得上板17位置保持固定，因此下波紋管10的伸長通過下板18向下移動(dòng)來完成，下板18給予上壓盤組件9向下的力，使得上壓盤組件9與硅片或者晶圓接觸后，繼續(xù)給予下壓盤組件7和硅片或者晶圓向下的力。，此外止轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)13能夠保證下波紋管10在下降的過程中不會(huì)圍繞主軸4旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而避免硅片在鍵合時(shí)不會(huì)因?yàn)橄虏y管10圍繞主軸4旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致位置發(fā)生改變。在鍵合過程結(jié)束后，下波紋管10內(nèi)破真空，上壓盤組件9給予硅片的壓力逐漸減緩直至消失，電機(jī)1驅(qū)動(dòng)梯形絲桿3轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)上壓盤組件9返回初始位置，最后將鍵合完成的硅片或者晶圓取出。

綜上所述，本發(fā)明提供的鍵合設(shè)備，通過在上壓盤組件9與傳動(dòng)裝置之間設(shè)置柔性壓盤，上壓盤組件9的柔性壓盤位于真空腔體6內(nèi)部，由于柔性壓盤為可伸縮結(jié)構(gòu)，當(dāng)柔性壓盤伸長或者膨脹體積增大 時(shí)，柔性壓盤給予與其連接的上壓盤組件9向下的壓力，從而使得上壓盤組件9緩慢向下移動(dòng)，直至上壓盤組件9與下壓盤組件7皆均勻緊貼鍵合對(duì)象后，柔性壓盤繼續(xù)給予上壓盤組件9向下的壓力，這樣使得上壓盤組件9能夠?qū)︽I合對(duì)象均勻施壓，且由于柔性壓盤具有柔性，其伸長或者體積膨脹時(shí)較為緩慢，因此保證了上壓盤組件9施力的緩慢性和均勻性。

本發(fā)明對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施例。顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。