本公開涉及用于操作對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)的裝置并且尤其涉及末端執(zhí)行器(end effector)，此末端執(zhí)行器構(gòu)造為精確地承載對(duì)準(zhǔn)的半導(dǎo)體晶片對(duì)以便適于晶片到晶片結(jié)合應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在用于形成半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體處理應(yīng)用的寬范圍中布置晶片到晶片(W2W)結(jié)合。其中施加晶片到晶片結(jié)合的半導(dǎo)體處理應(yīng)用的實(shí)例包括基板工程與集成電路的制造、微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的包裝與封裝以及純微電子的多個(gè)處理層(3D集成)的堆疊。W2W結(jié)合涉及對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)或更多個(gè)晶片的表面，將對(duì)準(zhǔn)的晶片傳送到晶片結(jié)合室中，使晶片表面達(dá)到接觸并且在它們之間形成強(qiáng)的結(jié)合接口。全部處理的產(chǎn)生與如此制造的半導(dǎo)體裝置的制造成本以及最終地包括這些裝置的電子產(chǎn)品的成本極大地取決于晶片到晶片結(jié)合的質(zhì)量。W2W結(jié)合的質(zhì)量取決于晶片對(duì)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，在傳送與結(jié)合處理過程中晶片對(duì)準(zhǔn)的保持，以及跨晶片結(jié)合接口的結(jié)合強(qiáng)度的均勻性與整體性。此外，在晶片的傳送、定位、對(duì)中與對(duì)準(zhǔn)過程中需要極端小心以便避免晶片的破裂、表面損壞、或扭曲。

圖1A描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于將對(duì)準(zhǔn)的晶片從對(duì)準(zhǔn)器傳送到結(jié)合件的傳統(tǒng)傳送固件的示意圖。傳統(tǒng)上，如圖1A中所示，晶片對(duì)18在對(duì)準(zhǔn)站50中對(duì)準(zhǔn)并且對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)18固定在傳送固件24上。傳送固件24將對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)18承載到結(jié)合站60以及到任何其它處理站。在2011年5月24日公布并且標(biāo)題為“用于半導(dǎo)體結(jié)合的裝置與方法”的美國(guó)專利No.7,948,034中描述了現(xiàn)有技術(shù)傳送固件24，其內(nèi)容通過引用明確地包含于此。

圖2A描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖1A的并且相對(duì)于圖3中所述的傳統(tǒng)傳送固件；并且圖2B示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖2A的傳統(tǒng)傳送固件的夾緊組件的放大圖。圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，利用傳統(tǒng)傳送固件將對(duì)準(zhǔn)的晶片對(duì)加載到結(jié)合室中的示意性描述。首先參照?qǐng)D3，傳統(tǒng)傳送固件24的尺寸設(shè)計(jì)為保持對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)(未示出)并且傳送裝置16用于將傳送固件24與對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)移動(dòng)到結(jié)合室12之內(nèi)與之外。在一個(gè)實(shí)例中，傳送裝置16是自動(dòng)或另外地手動(dòng)操作的傳送臂或滑動(dòng)件。

如圖2A中所示，傳送固件24是通常由鈦構(gòu)造的圓形形狀的環(huán)280，并且包括三個(gè)突出部280a、280b、280c，此三個(gè)突出部圍繞用作用于基部晶片的支撐點(diǎn)的圓形環(huán)280對(duì)稱地間隔。鄰近三個(gè)突出部280a、280b、280c中的每個(gè)是以120度分離對(duì)稱地布置在圓形環(huán)的周邊的三個(gè)間隔件與夾緊組件282a、282b、282c。每個(gè)間隔件與夾緊組件282a、282b、282c都包括間隔件284與夾緊件286。間隔件284構(gòu)造為以預(yù)定間距設(shè)定兩個(gè)晶片。具有不同厚度的間隔件可以選擇為在兩個(gè)晶片之間設(shè)置不同的間距。一旦將間隔件插入在晶片之間，夾緊件286就向下夾緊以鎖定兩個(gè)晶片的位置。夾緊件286可以是向下移動(dòng)以便與上晶片接觸以將其保持在傳送固件24上的適當(dāng)位置中的單個(gè)結(jié)構(gòu)或者連接件。每個(gè)間隔件284與每個(gè)夾緊件286都分別地通過線性致動(dòng)器283與285獨(dú)立地致動(dòng)。

對(duì)于結(jié)合處理來說，兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)晶片布置在載體固件24中并且通過間隔件284隔開并且然后通過夾緊件286向下夾緊。具有夾緊晶片的固件被插入到結(jié)合室12中并且然后每個(gè)夾緊件286都一次松開一個(gè)，并且將間隔件284移除。一旦移除全部間隔件284并且兩個(gè)晶片通過氣動(dòng)控制中心銷釘堆疊在一起。然后，施加力柱以方便貫穿高溫結(jié)合處理在結(jié)合裝置12中的結(jié)合處理。

在此工業(yè)內(nèi)，已知的是傳送固件24可能是重的并且對(duì)于傳送裝置16或機(jī)械臂操作來說具有挑戰(zhàn)性。此外，一旦它們定位在結(jié)合裝置12內(nèi)，傳送固件24貫穿結(jié)合處理的持續(xù)期間保持在結(jié)合裝置12中，由此使傳送固件24受到高達(dá)550℃溫度以及可以在結(jié)合裝置12內(nèi)使用的室氣體和/或壓力的結(jié)合環(huán)境。特別地，傳送固件24可以定位為小時(shí)或者更多在僅幾毫米遠(yuǎn)離結(jié)合裝置12的加熱卡盤的外周的位置中使得傳送固件24變得非常熱。這些情形將顯著數(shù)量的應(yīng)力布置在傳送固件24上，并且尤其在間隔件284與夾緊件286的復(fù)雜結(jié)構(gòu)上。因此，隨著時(shí)間經(jīng)過，傳送固件24變得不可靠并且要求包括結(jié)構(gòu)的敏感性調(diào)節(jié)的顯著服務(wù)，這具有高的成本并且耗費(fèi)大量時(shí)間。

在其它實(shí)施中，對(duì)準(zhǔn)的晶片對(duì)臨時(shí)地結(jié)合并且臨時(shí)結(jié)合的晶片對(duì)被傳送到結(jié)合站與任何其它處理站中。在處理過程中晶片的臨時(shí)結(jié)合可以用于使對(duì)準(zhǔn)偏移誤差最小化。臨時(shí)晶片結(jié)合技術(shù)包括使晶片的中心或邊緣與激光束結(jié)合，使晶片的中心或邊緣與臨時(shí)粘性粘結(jié)劑結(jié)合以及經(jīng)由混合融合結(jié)合晶片的中心或邊緣。然后通過傳送固件或類似傳統(tǒng)的傳送裝置將結(jié)合的晶片對(duì)傳送到結(jié)合裝置。激光結(jié)合技術(shù)要求至少一個(gè)激光透明晶片并且粘結(jié)結(jié)合技術(shù)可能促使晶片表面的污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，根據(jù)上述缺陷與不足，理想的是提供工業(yè)規(guī)模裝置以便精確地操作對(duì)準(zhǔn)與對(duì)中半導(dǎo)體晶片對(duì)以便具有高吞吐量的晶片到晶片結(jié)合應(yīng)用以及在不引入任何污染物的情況下操作全部類型晶片的能力。

本公開的實(shí)施方式提供了用于末端執(zhí)行器的系統(tǒng)和用于操作晶片的末端執(zhí)行器裝置。簡(jiǎn)要地說，在結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式尤其可以如下實(shí)施。末端執(zhí)行器裝置具有框架構(gòu)件以及連接到框架構(gòu)件的其間具有間隙的浮動(dòng)載體，其中浮動(dòng)載體具有半圓形內(nèi)周。多個(gè)真空墊連接到浮動(dòng)載體，其中多個(gè)真空墊中的每個(gè)都從浮動(dòng)載體的半圓形內(nèi)周向內(nèi)地延伸。

本公開還可以視為提供用于將對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)布置在處理設(shè)備中的系統(tǒng)。簡(jiǎn)要地說，在結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式尤其可以如下實(shí)施。末端執(zhí)行器具有框架構(gòu)件與用于承載間隔對(duì)準(zhǔn)的晶片的浮動(dòng)載體，其中浮動(dòng)載體可移動(dòng)地連接到框架構(gòu)件。機(jī)械臂連接到末端執(zhí)行器。處理裝置具有處理室，其中框架構(gòu)件與浮動(dòng)載體定位在處理室內(nèi)，并且其中浮動(dòng)載體與框架構(gòu)件脫離聯(lián)接。

本公開還可以視為提供用于將對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)布置在處理設(shè)備中的系統(tǒng)。簡(jiǎn)要地說，在結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式尤其可以如下實(shí)施。末端執(zhí)行器具有框架構(gòu)件與浮動(dòng)載體，其中此浮動(dòng)載體可移動(dòng)地連接到框架構(gòu)件，并且其中多個(gè)夾緊間隔件組件連接到框架構(gòu)件與浮動(dòng)載體的至少一個(gè)以便承載間隔對(duì)準(zhǔn)的晶片。機(jī)械臂連接到末端執(zhí)行器。結(jié)合裝置具有結(jié)合室，其中框架構(gòu)件與浮動(dòng)載體在結(jié)合處理以前定位在結(jié)合室內(nèi)并且在結(jié)合處理過程中從結(jié)合室移除。

當(dāng)檢驗(yàn)下面的附圖與詳細(xì)描述時(shí)本公開的其它系統(tǒng)、特征、與優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將會(huì)是或者成為顯而易見的。期望的是，包括在本說明書內(nèi)的全部此其它系統(tǒng)方法、特征、與優(yōu)點(diǎn)都在本公開的范圍內(nèi)，并且由所附權(quán)利要求保護(hù)。

附圖說明

參照下面的附圖可以更好地理解本公開的多個(gè)方面。附圖不是必要地按照比例，重點(diǎn)替代的是放在清楚地示出本公開的原理。此外，在附圖中，貫穿幾個(gè)附圖相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件。

圖1A描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于將對(duì)準(zhǔn)的晶片從對(duì)準(zhǔn)器傳送到結(jié)合件的傳統(tǒng)傳送固件的示意圖；

圖1B描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的用于將對(duì)準(zhǔn)的晶片從對(duì)準(zhǔn)器傳送到結(jié)合裝置的傳送裝置與方法的示意圖；

圖2A描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖1A的并且如圖3中所示的傳統(tǒng)傳送固件；

圖2B描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖2A的傳統(tǒng)傳送固件的夾緊組件的放大圖；

圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)利用傳統(tǒng)傳送固件將對(duì)準(zhǔn)的晶片對(duì)加載到結(jié)合室中的示意性描述。

圖4描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的用于將對(duì)準(zhǔn)晶片傳送到處理室之內(nèi)和之外的末端執(zhí)行器；

圖5描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的俯視圖；

圖6描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的仰視圖；

圖7描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的部分透明的仰視圖；

圖8A描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的一部分的截面圖；

圖8B描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的截面圖；

圖8C描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的截面圖；

圖8D描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的定位在儲(chǔ)存站上的圖4的末端執(zhí)行器的截面圖；

圖9描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的具有用于保持具有不同尺寸的晶片的可調(diào)節(jié)真空墊的末端執(zhí)行器的仰視圖；

圖10A-圖10B描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的用于機(jī)械臂的末端執(zhí)行器；

圖11A-圖11H示意性描述了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式從具有圖4的末端執(zhí)行器的對(duì)準(zhǔn)器卸載對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)的步驟；

圖12是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的晶片對(duì)準(zhǔn)器的示意圖；

圖13A-圖13I示意性描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式將對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)加載到具有圖4的末端執(zhí)行器的結(jié)合件中的步驟；

圖14描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式將對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)加載到具有圖4的末端執(zhí)行器的結(jié)合件中；

圖15A描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式經(jīng)由單個(gè)中心銷釘銷定兩個(gè)晶片的示意圖；

圖15B描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式經(jīng)由中心銷釘和偏心防旋轉(zhuǎn)銷釘銷定兩個(gè)晶片的示意圖；

圖15C描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式經(jīng)由三個(gè)周向銷釘銷定兩個(gè)晶片的示意圖；

圖16是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的示例性晶片結(jié)合件的示意圖；

圖17是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式用于晶片結(jié)合件的示例性結(jié)合件間隔片機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖18A-圖18B是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的銷釘?shù)囊粋€(gè)實(shí)例的示意圖；以及

圖19是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的示出將對(duì)準(zhǔn)晶片布置在結(jié)合裝置中的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本公開提供了用于操作精確對(duì)準(zhǔn)與對(duì)中的半導(dǎo)體晶片對(duì)以便具有高吞吐量的晶片到晶片對(duì)準(zhǔn)與結(jié)合應(yīng)用的工業(yè)規(guī)模的裝置。此裝置包括在機(jī)械臂的端部處附接的末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器構(gòu)造為在不改變晶片到晶片對(duì)準(zhǔn)的情況下并且在不引入任何污染物的情況下，將對(duì)準(zhǔn)的晶片對(duì)保持、移動(dòng)與布置在多個(gè)處理站之內(nèi)與之外。

圖1B描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式用于將對(duì)準(zhǔn)晶片20、30從對(duì)準(zhǔn)器傳送到結(jié)合裝置的傳送裝置與方法的示意圖。如圖1B中所示，末端執(zhí)行器100附接到機(jī)械臂80并且構(gòu)造為移動(dòng)到對(duì)準(zhǔn)裝置300與具有結(jié)合裝置的單獨(dú)結(jié)合站400之中與之外。一對(duì)兩個(gè)晶片20、30通過末端執(zhí)行器100承載到對(duì)準(zhǔn)裝置300中，其中兩個(gè)晶片20、30相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)并且它們的對(duì)準(zhǔn)通過末端執(zhí)行器100固定。接著，機(jī)械臂80將具有對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)20、30的末端執(zhí)行器100移動(dòng)到對(duì)準(zhǔn)裝置300外部并且移動(dòng)到其中兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)晶片20、30可以結(jié)合的結(jié)合站400中。末端執(zhí)行器100能夠?qū)蓚€(gè)對(duì)準(zhǔn)晶片20、30布置在結(jié)合裝置中，并且然后在結(jié)合處理的持續(xù)過程中機(jī)械臂80將其從結(jié)合裝置移除。一旦完成結(jié)合處理，機(jī)械臂80就使端部相應(yīng)器100向回移動(dòng)到結(jié)合裝置中以收集結(jié)合晶片對(duì)20、30，其當(dāng)從結(jié)合站400移除它時(shí)由末端執(zhí)行器100支撐。在一些實(shí)施方式中，對(duì)準(zhǔn)裝置300與結(jié)合站400集成在相同的反應(yīng)器中。

圖4描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的用于將對(duì)準(zhǔn)晶片傳送到處理室之中與之外的末端執(zhí)行器100。末端執(zhí)行器100可以包括Y形固定框架110與布置在框架110的頂部上的浮動(dòng)載體120。在一個(gè)實(shí)例中，框架110具有半圓形內(nèi)周110a，其具有與晶片20、30的半徑大致匹配的半徑。在其它實(shí)例中，框架110具有Y形或叉形內(nèi)周。類似地，載體120具有半圓形內(nèi)周120a，其具有與晶片20、30的半徑大致匹配的半徑。根據(jù)本公開，浮動(dòng)載體120的半圓形內(nèi)周120a可以理解為形成部分環(huán)結(jié)構(gòu)，其具有在完成環(huán)例如360°以前終止的端部。如圖4中所示，可以由具有部分環(huán)形狀的浮動(dòng)載體120形成半圓形內(nèi)周120a的結(jié)構(gòu)，此部分環(huán)形狀包括大致180°旋轉(zhuǎn)，或者在其它設(shè)計(jì)中部分環(huán)形狀可以高達(dá)270°。浮動(dòng)載體120的其它部分環(huán)構(gòu)造也認(rèn)為在本公開的范圍內(nèi)。

浮動(dòng)載體120可以由平行于框架110的平面定向并且與其隔開定位的大致平面結(jié)構(gòu)形成。浮動(dòng)載體120可以包括朝向所述半圓形內(nèi)周120a的中心軸線119向內(nèi)地突出的多個(gè)真空墊，諸如三個(gè)真空墊122a、122b、122c。此三個(gè)真空墊122a、122b、122c可以分別地定位在內(nèi)周120a的三個(gè)或更多個(gè)位置111a、111b、111c處。如圖5中描述的，真空墊122a、122b與122c可以用于保持頂部晶片20的邊緣。

圖5描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片20、30的圖4的末端執(zhí)行器100的俯視圖。圖6描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片20、30的圖4的末端執(zhí)行器100的仰視圖。參照?qǐng)D4-圖6，應(yīng)該指出的是末端執(zhí)行器100可以理解為具有定位在其頂側(cè)上的浮動(dòng)載體120，同時(shí)框架構(gòu)件110定位在其底側(cè)上。與例如如相對(duì)于圖2A-圖2C說明的將對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)的兩個(gè)晶片承載在其頂部表面上的傳統(tǒng)傳送裝置不同，末端執(zhí)行器100可以承載框架構(gòu)件110的臂的內(nèi)部并且在浮動(dòng)載體120的延伸唇部下方位置處的晶片20、30。此設(shè)計(jì)允許將晶片20、30的邊緣在圍繞框架構(gòu)件110與浮動(dòng)載體120的內(nèi)周110a、120a的多個(gè)位置中保持在固定框架110與浮動(dòng)載體120之間，諸如如圖5和圖6中所示分別經(jīng)由三個(gè)夾緊件/間隔件組件130a、130b和130c在三個(gè)位置111a、111b、111c中。特別地，如圖5中所示，頂部晶片20可以通過真空墊122a、122b和122c抵靠定位并且保持在浮動(dòng)載體120的底側(cè)上，同時(shí)可以通過機(jī)械夾緊件132a、132b、和132c保持底部晶片30。

圖7描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的部分透明的仰視圖。圖8A描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的一部分的截面圖。參照?qǐng)D4-圖8A，末端執(zhí)行器100還可以包括多個(gè)組件以圍繞框架構(gòu)件110的內(nèi)周110a保持和/或隔開晶片，諸如組件130a、130b和130c。組件130a、130b和130c可以定位在與真空墊122a、122b和122c的間隔定位大致匹配的間隔位置中。組件130a、130b、和130c中的每個(gè)都可以分別地包括載體間隔片136a、136b和136c、機(jī)械夾緊件132a、132b、和132c以及限制部件134a、134b和134c。

限制部件134a、134b、134c可以將浮動(dòng)載體120與固定框架110松散地聯(lián)接與保持在一起。如圖8A中所示，在浮動(dòng)載體120與限制部件134a、134b和134c的每個(gè)之間形成間隙121。間隙121有助于浮動(dòng)載體120與固定框架110的振動(dòng)隔離，這可以防止源于承載末端執(zhí)行器100的機(jī)械臂的振動(dòng)傳送到浮動(dòng)載體120以及此外允許浮動(dòng)載體120以兼容方式位于頂部晶片到卡盤數(shù)據(jù)接口上，并且避免了任何粗糙或張緊的接觸。浮動(dòng)載體120構(gòu)造為相對(duì)于固定框架110沿著圖8a的方向90上下移動(dòng)，通過限制部件134a、134b、和134c松散地引導(dǎo)。盡管限制部件134a、134b、134c可以具有不同的設(shè)計(jì)，但是在一個(gè)實(shí)例中，限制部件134a、134b、134c的下部可以螺紋地連接到框架構(gòu)件110同時(shí)上部相對(duì)于浮動(dòng)載體120是可移動(dòng)的。例如，限制部件134a、134b、和134c的上部可以包括可定位在凹入腔體135a，例如圖8a中的凹入腔體135a內(nèi)的頭部，這允許浮動(dòng)載體120相對(duì)于框架構(gòu)件110沿著方向90的限定移動(dòng)，由此允許控制間隙121的最大尺寸。此外，限制部件134a、134b、和134c相對(duì)于凹入腔體的尺寸可以選擇為提供少量的側(cè)向間隙，使得可以相對(duì)于框架構(gòu)件110略微橫向地調(diào)節(jié)浮動(dòng)載體120。

載體間隔片136a、136b、136c用于當(dāng)它們末端執(zhí)行器100容納晶片20、30時(shí)使晶片20、30彼此間隔開。在一個(gè)實(shí)例中，載體間隔片136a、136b、136b可以由具有氮化鈦涂層的不銹鋼本體構(gòu)造，但是還可以使用多種材料與涂層。載體間隔片136a、136b、136c可以在相應(yīng)的三個(gè)位置111a、111b、111c處插入到晶片20的邊緣下面，并且然后如圖8A中所示，晶片30堆疊在間隔片136a、136b、136c下面。然后可以通過夾緊件132a、132b、132c將兩個(gè)堆疊晶片20、30一起夾緊在相應(yīng)的三個(gè)位置111a、111b、111c中。間隔片136a、136b、136c構(gòu)造為沿著方向92水平地移動(dòng)并且夾緊件132a、132b、132c構(gòu)造為沿著線性滑動(dòng)件，以樞軸運(yùn)動(dòng)，通過凸輪式運(yùn)動(dòng)，或者其組合移動(dòng)，以接觸底部晶片30。例如，在一個(gè)實(shí)例中，夾緊件132a、132b、132c可以圍繞大致平行于半圓形內(nèi)周120a的軸線的樞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。

圖7還示出了結(jié)合件間隔片138a、138b、138c，此結(jié)合件間隔片是結(jié)合裝置使用的間隔片以便當(dāng)它們布置在結(jié)合裝置內(nèi)時(shí)使兩個(gè)堆疊的晶片20、30隔開。如可以看到的，結(jié)合件間隔片138a、138b、138c可以定位到末端執(zhí)行器間隔片136a、136b、136c的相鄰位置，其可以圍繞浮動(dòng)載體120的半圓形周大致等距地隔開。

在一些使用中，可能期望的是通過對(duì)中和/或鎖定機(jī)構(gòu)裝配末端執(zhí)行器100以使浮動(dòng)載體120對(duì)中和/或鎖定到框架構(gòu)件110。圖8B描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的截面圖。具體地說，圖8B示出了利用移動(dòng)錐形銷釘105的對(duì)中機(jī)構(gòu)104，這允許在各使用周期之間中使浮動(dòng)載體120重新對(duì)中到框架110。通過電機(jī)或經(jīng)由在固定載體110處在軸上的氣動(dòng)致動(dòng)精確地引導(dǎo)與驅(qū)動(dòng)銷釘105。銷釘105可以定位在框架構(gòu)件110中的第一孔105a內(nèi)并且與浮動(dòng)載體120中的精確適配孔105b接合。銷釘105可以用于再對(duì)中目的或者還可以在傳送過程中使用以使浮動(dòng)載體120限定到框架構(gòu)件110。在其它設(shè)計(jì)中，銷釘105可以是定位在框架構(gòu)件110上的固定銷釘，其當(dāng)框架構(gòu)件110與浮動(dòng)載體120之間的距離非常小時(shí)，即小于銷釘105自身的長(zhǎng)度時(shí)，接合在浮動(dòng)載體120中的精確適配孔105b，并且當(dāng)浮動(dòng)載體120向后移動(dòng)到框架構(gòu)件110上時(shí)重置。

圖8B還示出了可以用于將框架構(gòu)件110固定到浮動(dòng)載體120的機(jī)械夾緊件106的使用。機(jī)械夾緊件106可以安裝到固定載體110并且可以沿著豎直方向或旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)以使框架構(gòu)件110接合到浮動(dòng)載體120以將浮動(dòng)載體120保持到框架構(gòu)件110并且避免浮動(dòng)載體120的位置改變。

圖8C描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的保持一對(duì)對(duì)準(zhǔn)晶片的圖4的末端執(zhí)行器的截面圖。在圖8C中，可以使用集成固定再指引銷釘與真空凹槽以使框架構(gòu)件110夾緊到浮動(dòng)載體120。如示出的，框架構(gòu)件110可以具有延伸到孔105b中的銷釘106，浮動(dòng)載體120與多個(gè)真空凹槽08定位在與浮動(dòng)載體120對(duì)接的框架構(gòu)件110的表面上?？梢詫⒇?fù)壓施加到真空凹槽108以將浮動(dòng)載體120偏壓到框架構(gòu)件110，同時(shí)銷釘106用于使浮動(dòng)載體120對(duì)中到框架構(gòu)件110。

圖8D描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的定位在儲(chǔ)存站上的圖4的末端執(zhí)行器的截面圖。如示出的，框架構(gòu)件110與浮動(dòng)載體120內(nèi)的孔105a、105b可以在交接處理過程中與末端執(zhí)行器100一起使用，諸如以在不同末端執(zhí)行器100之間改變。具體地說，如相對(duì)于圖10A描述的在其上承載機(jī)械臂的末端執(zhí)行器100可以將末端執(zhí)行器100定位在具有向外延伸的銷釘88的儲(chǔ)存站86附近。末端執(zhí)行器100可以在儲(chǔ)存站86的銷釘88上方引導(dǎo)直到銷釘88與孔105a、105b接合。一旦銷釘88定位在孔105a、105b內(nèi)，機(jī)械臂可以與末端執(zhí)行器100斷開連接，使末端執(zhí)行器100保留在儲(chǔ)存站86上的收藏位置中。當(dāng)不使用時(shí)具有銷釘88的儲(chǔ)存站86可以提供末端執(zhí)行器100的安全儲(chǔ)存并且允許機(jī)械臂在不同末端執(zhí)行器100之間快速地改變。

進(jìn)一步指出的是當(dāng)從結(jié)合裝置移除末端執(zhí)行器100時(shí)，可以利用定位在框架構(gòu)件110上，或者在末端執(zhí)行器100的另一部分上的集成熱電偶監(jiān)控末端執(zhí)行器100的高溫。在另一個(gè)設(shè)計(jì)中，儲(chǔ)存站86可以裝配有熱電偶以便允許當(dāng)收藏在儲(chǔ)存站86中時(shí)熱監(jiān)控末端執(zhí)行器100。此外，當(dāng)將末端執(zhí)行器100布置在儲(chǔ)存站86中時(shí)，對(duì)其可能期望的是通過自然冷卻或通過冷卻裝置冷卻到較低溫度。

圖9描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的具有可調(diào)節(jié)以保持具有不同尺寸的晶片的真空墊122a、122b和122c的末端執(zhí)行器100的仰視圖。如示出的，真空墊122a、122b和122c可以可移動(dòng)地連接到浮動(dòng)載體120使得它們可以沿著半圓形內(nèi)周120a例如沿著方向123a、123b徑向地可調(diào)節(jié)，使得它們可以朝向半圓形內(nèi)周120a的中心點(diǎn)更近與更遠(yuǎn)地移動(dòng)。圖9示出了破裂箱，其示出了在兩個(gè)示例性位置中的真空墊122a、122b和122c的大體輪廓：一個(gè)其中它們更靠近朝向中心點(diǎn)定位以保持較小的晶片尺寸22b并且一個(gè)其中它們更遠(yuǎn)離中心點(diǎn)定位以保持較大的晶片尺寸22a。真空墊122a、122b和122c可以調(diào)節(jié)到不同程度以容納多個(gè)不同尺寸的晶片。

圖10A-圖10B描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的用于機(jī)械臂80的末端執(zhí)行器100。如示出的，末端執(zhí)行器100可以可移除地附接到機(jī)械臂80(圖10A中示意性示出)并且可以根據(jù)需要支撐的晶片的尺寸與數(shù)量與不同尺寸或不同形狀的末端執(zhí)行器互換。機(jī)械臂80可以定位在對(duì)準(zhǔn)裝置300附近以允許從對(duì)準(zhǔn)裝置300移除在末端執(zhí)行器100上承載的晶片20、30。機(jī)械臂80還可以定位在結(jié)合裝置(未示出)附近，使得可以利用在機(jī)械臂80的端部處的工具交換器84在處理單元之間傳送晶片20、30。在一個(gè)實(shí)例中，工具交換器84可以是崇德型sws-011，但是還可以使用其它工具交換器。與傳統(tǒng)傳送固件相比，末端執(zhí)行器100具有減小的重量，這顯著地減小了機(jī)械臂負(fù)載。末端執(zhí)行器100也無需圍繞機(jī)械臂80的互換軸82翻轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)20、30，例如分別地切換頂部晶片20與底部晶片30的相對(duì)豎直位置，這導(dǎo)致較容易操作全部與下對(duì)準(zhǔn)偏移風(fēng)險(xiǎn)。

可以利用相對(duì)于圖4-圖10B描述的末端執(zhí)行器100，將晶片對(duì)20、30布置在對(duì)準(zhǔn)裝置300內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)器中并且根據(jù)本技術(shù)領(lǐng)域中公知的方法與處理對(duì)準(zhǔn)。一旦對(duì)準(zhǔn)，末端執(zhí)行器100便可以用于從對(duì)準(zhǔn)器移除對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)20、30。圖11A-圖11H示意性描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的從具有圖4的末端執(zhí)行器100的對(duì)準(zhǔn)器卸載對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)20、30的步驟的截面圖。盡管附圖中的每個(gè)都大體上僅示出了末端執(zhí)行器100的單個(gè)組件130a，但是應(yīng)該指出的是還可以通過包括末端執(zhí)行器100的其它組件完成相同的功能，使得在相同時(shí)間或者在不同但預(yù)定的時(shí)間在末端執(zhí)行器上的三個(gè)點(diǎn)或更多個(gè)點(diǎn)處發(fā)生相同或類似功能。

首先圖11A描述了已經(jīng)相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)的晶片20和30并且保持與對(duì)準(zhǔn)裝置300的上晶片卡盤320與下晶片卡盤330接觸。在對(duì)準(zhǔn)裝置300中，當(dāng)承載下晶片卡盤330的下階可豎直地移動(dòng)時(shí)，即入在98處指示的沿著z方向可豎直地移動(dòng)時(shí)，承載上晶片卡盤320的上階被固定。晶片20、30已經(jīng)沿著x方向，例如在圖11B中的方向92，y方向(頁面外部)對(duì)準(zhǔn)，并且相對(duì)于彼此成角度使得晶片平行。晶片20、30分別地具有邊緣20e、30e，并且邊緣20e、30e從對(duì)準(zhǔn)裝置300的卡盤320和330的側(cè)面突出。

如圖11B中所示，末端執(zhí)行器100達(dá)到沿著方向91接近對(duì)準(zhǔn)裝置300的卡盤320與330的側(cè)面以開始卸載處理。示意性示出地，末端執(zhí)行器100具有可以安裝到機(jī)械臂(未示出)的框架構(gòu)件110，同時(shí)浮動(dòng)載體120沿著方向90相對(duì)于框架構(gòu)件110是可移動(dòng)的。為了容易描述，可以認(rèn)為框架構(gòu)件110是固定的，其中其相對(duì)于末端執(zhí)行器100被附接到的機(jī)械臂的端部部分是固定的，同時(shí)浮動(dòng)載體120被認(rèn)為是可移動(dòng)的，其中，其相對(duì)于末端執(zhí)行器100被附接到的機(jī)械臂的端部部分是可移動(dòng)的。限制部件134a連接到框架構(gòu)件110并且定位在浮動(dòng)載體120中的孔135a內(nèi)，其中在限制部件134a與孔135a的側(cè)壁之間間隔的間隙允許浮動(dòng)載體120沿著方向92相對(duì)于框架構(gòu)件110的略微橫向移動(dòng)。

在圖11B中示出的開始狀態(tài)中，末端執(zhí)行器100以打開構(gòu)造定位在對(duì)準(zhǔn)裝置300附近，使得多個(gè)夾緊與間隔裝置收回。浮動(dòng)載體120處于與固定載體110聯(lián)接或接觸的位置中。接著，如圖11C中所示，浮動(dòng)載體120與框架構(gòu)件110脫離聯(lián)接，同時(shí)末端執(zhí)行器100沿著方向97b，z方向向下移動(dòng)。使浮動(dòng)載體120與框架構(gòu)件110脫離聯(lián)接在防止承載末端執(zhí)行器100的機(jī)械臂中的小的振動(dòng)被傳送到對(duì)準(zhǔn)裝置300并且致使晶片20、30的不期望的移動(dòng)以及致使它們變得不對(duì)準(zhǔn)上可能是重要的。末端執(zhí)行器100的移動(dòng)可以僅為幾毫米直到真空墊122a與晶片20的邊緣20e的頂部表面接觸，并且固定框架110與浮動(dòng)載體120之間的距離增加使得載體間隔片136a、136b、136c在晶片20的邊緣20e的底部表面下方。在此位置中，選擇性地，真空墊122a可以被致動(dòng)以將浮動(dòng)載體120有效地連接或鎖定到頂部晶片20。

接著，在圖11D中，間隔片136a沿著方向92、x方向水平地移動(dòng)，使得其定位在晶片20的邊緣20e的下表面與晶片30的邊緣30e的上表面之間。間隔片136a、136b、136c沿著z方向是柔性的使得它們可以符合晶片20e和30e的表面。而不在表面上施加任何顯著作用力。接著，如圖11E中所示，下晶片卡盤330沿著方向96a向上移動(dòng)直到晶片30的邊緣30e的頂部表面接觸間隔片136a的下表面，這在晶片20、30之間形成間隙。接著，如圖11F中所示，夾緊件132a移動(dòng)為與晶片30的邊緣30e的底部表面接觸并且分別地夾緊晶片20、30的邊緣20e、30e連同它們之間插入的間隔片136a。在此位置處，與其間的間隔片136a一起鎖定晶片20、30，其全部都通過末端執(zhí)行器100保持。為了從對(duì)準(zhǔn)設(shè)備300釋放晶片對(duì)20、30，可以清除上晶片卡盤320并且然后下晶片卡盤330沿著z軸沿著方向96b向下移動(dòng)到中間位置，由此在頂部晶片20與上晶片卡盤320之間形成間隔距離。然后，如圖11H中所示，下晶片卡盤330的真空被釋放并且沿著z方向進(jìn)一步向下移動(dòng)直到對(duì)準(zhǔn)的晶片對(duì)20、30通過末端執(zhí)行器100完全地保持在邊緣20e、30e處，并且準(zhǔn)備傳送到對(duì)準(zhǔn)裝置300的外部。

圖12是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的晶片對(duì)準(zhǔn)裝置300的示意圖。晶片對(duì)準(zhǔn)裝置300可以用作其中使用圖11A-圖11H的處理的對(duì)準(zhǔn)器的實(shí)例。如圖12中所示，對(duì)準(zhǔn)裝置300還可以包括具有氣動(dòng)Z軸的間隔片托架360、靜態(tài)支撐橋365、支撐框架390、頂部基板卡盤320、底部基板卡盤330與WEC間隔片機(jī)構(gòu)380，其同樣在標(biāo)題為“用于半導(dǎo)體晶片對(duì)準(zhǔn)的裝置與方法”的美國(guó)專利8,139,219中描述，其是共有的并且其內(nèi)容通過引用明確地包含于此。

圖13A-圖13H示意性描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的通過圖4的末端執(zhí)行器將對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)加載到結(jié)合件中的步驟的截面圖。處理站中的一個(gè)其中對(duì)準(zhǔn)晶片20、30可以通過機(jī)械臂80傳送與加載并且末端執(zhí)行器100是結(jié)合件400。圖13A示出了在將晶片布置在結(jié)合件室410內(nèi)以前處于閑置狀態(tài)的結(jié)合件400。結(jié)合件400包括定位在結(jié)合件室410下方與上方的底部卡盤430與頂部卡盤420，其中全部都能夠保持加熱狀態(tài)以結(jié)合晶片。頂部卡盤420與底部卡盤430中的一個(gè)或兩個(gè)可以沿著z軸豎直地移動(dòng)。在多個(gè)結(jié)合件400設(shè)計(jì)中，卡盤中的僅一個(gè)將可移動(dòng)同時(shí)其它將保持靜止。結(jié)合件間隔件138包括在結(jié)合件400中并且可以附接到結(jié)合件400的下級(jí)，使得結(jié)合件間隔片138a隨著底部卡盤430豎直地移動(dòng)，由此保持到底部卡盤430的恒定相對(duì)位置。盡管出于公開清楚的目的附圖中的每個(gè)通常地僅示出了單個(gè)結(jié)合件間隔片138a，應(yīng)該指出的是，可以在間隔件400中使用三個(gè)或更多個(gè)間隔片138a、138b、138c(圖7)使得在同時(shí)或者在不同但預(yù)定的時(shí)間在結(jié)合件中的三個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)處發(fā)生相同或類似功能。

使用末端執(zhí)行器100的結(jié)合處理基本上與利用傳統(tǒng)傳送固件的結(jié)合處理不同。傳統(tǒng)的傳送固件將對(duì)準(zhǔn)的晶片傳送到結(jié)合裝置中并且貫穿結(jié)合處理的持續(xù)期間必須保持在結(jié)合裝置中。相比之下此主題公開的末端執(zhí)行器100允許將對(duì)準(zhǔn)的晶片傳送到結(jié)合裝置中并且然后在結(jié)合處理以前從結(jié)合室移除。相應(yīng)地，如與傳統(tǒng)傳統(tǒng)固件受到的500℃溫度與長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間相比，末端執(zhí)行器100可以僅在結(jié)合裝置中受到短暫持續(xù)時(shí)間的閑置溫度，例如大約300℃。因此，末端執(zhí)行器100經(jīng)受較少的機(jī)械與熱應(yīng)力并且需要較少維護(hù)，這用于增加效率與降低成本。

作為概述，部分地由于插入在晶片之間的結(jié)合件間隔片138a的使用實(shí)現(xiàn)了根據(jù)本公開的結(jié)合，由此允許移除末端執(zhí)行器間隔片136a、136b、和136c，并且全部末端執(zhí)行器100被從結(jié)合室移除。然后通過銷釘455a、455b和455c銷定對(duì)準(zhǔn)與間隔的晶片并且然后將結(jié)合力施加在銷定晶片20、30上。一旦完成結(jié)合，就可以利用末端執(zhí)行器100從結(jié)合裝置移除結(jié)合晶片。

相對(duì)于圖13B-圖13H提供了用于通過末端執(zhí)行器100將晶片20、30的對(duì)準(zhǔn)對(duì)加載在結(jié)合件400中的處理的其它細(xì)節(jié)。首先參照?qǐng)D13B，對(duì)準(zhǔn)與夾緊晶片20和30由末端執(zhí)行器100承載并且插入到結(jié)合件室410中。在此結(jié)合件構(gòu)造中，頂部卡盤420固定并且底部卡盤430經(jīng)由z驅(qū)動(dòng)450沿著方向425是可移動(dòng)的，但是應(yīng)該指出的是結(jié)合件400可以具有可移動(dòng)與固定卡盤的任意構(gòu)造。如前所述，如圖13B中所示，末端執(zhí)行器通過夾緊組件130a、130b、和130c保持晶片20、30的邊緣20e、30e并且沿著方向99將晶片20、30插入到結(jié)合件室410中，使得邊緣20e、30e從結(jié)合件400的加載側(cè)突出。在此起始狀態(tài)中，浮動(dòng)載體120與框架構(gòu)件110接觸并且晶片邊緣20e、30e夾緊在一起。

接著，如圖13C中所示，具有夾緊晶片20、30的浮動(dòng)載體120從框架構(gòu)件110脫離聯(lián)接使得其沿著方向90b向下移動(dòng)并且晶片20、30布置在底部卡盤430上，使得晶片30的底部表面與底部卡盤430的頂部表面接觸。在多個(gè)另選的一個(gè)中，具有夾緊晶片20、30的浮動(dòng)載體120可以沿著方向90a向上移動(dòng)并且晶片20、30布置在頂部卡盤420的底部表面上，使得晶片20的頂部表面與頂部卡盤420的底部表面接觸。如示出的，底部卡盤430可以沿著底部卡盤430的周邊的部分具有一個(gè)或多個(gè)切口432，這可以允許足夠間隙以便末端執(zhí)行器100將晶片20、30布置在結(jié)合件400內(nèi)，例如，因此晶片20、30的外邊緣可以與頂部卡盤420與底部卡盤430的周邊大致對(duì)準(zhǔn)。接著，如圖13D中所示，盡管末端執(zhí)行器間隔片136a保持在晶片20、30之間的位置中，一個(gè)或多個(gè)銷釘455a達(dá)到在一個(gè)或多個(gè)位置中與晶片20的頂部表面接觸。

在此工業(yè)內(nèi)，期望的是盡可能有效地結(jié)合晶片以增加產(chǎn)量。用于增加結(jié)合晶片對(duì)的產(chǎn)量的的一種技術(shù)是即使當(dāng)未主動(dòng)地結(jié)合晶片時(shí)也能保持結(jié)合件400中的高溫，由此減少了結(jié)合件400在每個(gè)周期達(dá)到操作溫度所需的時(shí)間。然而，將對(duì)準(zhǔn)的晶片布置在已經(jīng)加熱的結(jié)合件400內(nèi)，例如在400℃的規(guī)格上，可能影響晶片20、30的對(duì)準(zhǔn)。例如，使晶片20、30受到此類型加熱環(huán)境可以導(dǎo)致晶片20、30徑向地膨脹，因此理想的是將晶片20、30快速地銷定在一起以及盡可能地準(zhǔn)確。盡管晶片20、30可以銷定在不同位置處，但是可能優(yōu)選的是在其中心點(diǎn)處而不是沿著徑向邊緣將晶片20、30銷定在一起，由此防止其中晶片20、30從偏移點(diǎn)的熱膨脹致使錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)的情形。在圖13D-圖13F中，銷釘455a示出為定位在晶片20、30的中心處，但是如相對(duì)于圖15A-圖15C說明的銷釘455a的數(shù)量與這些銷釘?shù)奈恢每梢愿淖儭?/p>

然后，如圖13E中所示，盡管通過一個(gè)或多個(gè)銷釘455a保持晶片20、30，但是將定位在晶片20、30的邊緣部分附近的結(jié)合件間隔片138a中的一個(gè)或多個(gè)沿著方向411b插入晶片20、30之間。結(jié)合件間隔片138a可以比末端執(zhí)行器間隔片136a薄，并且由此可以將它們插入在夾緊在末端執(zhí)行器間隔片136a周圍的晶片20、30之間。在一個(gè)實(shí)例中，結(jié)合件間隔片138a可以是大約100微米然而末端執(zhí)行器間隔片136a可以大約是200微米。

接著，如圖13F中所示，夾緊件132a、132b、132c釋放并且它們與晶片30的下表面的邊緣30e脫離接合。應(yīng)該指出的是可以根據(jù)預(yù)定例程，諸如整體、順序地、或者其組合移除此夾緊件。如圖13G中所示，在釋放夾緊件132a、132b和132c以后，末端執(zhí)行器間隔片136a被沿著方向92b從兩個(gè)晶片20、30之間的空間移除。三個(gè)或更多個(gè)結(jié)合件間隔片138a圍繞晶片20、30的周邊在晶片20、30之間保持在適當(dāng)位置中。通常地，如圖9中所示，結(jié)合件間隔片138a將沿著晶片20、30的周邊靠近末端執(zhí)行器間隔片136a的位置定位。如圖13G-圖13H中所示，由于附近的結(jié)合件間隔片保持在晶片20、30之間，因此在移除末端執(zhí)行器間隔片136a以后，在晶片20、30之間仍可能存在間隔間隙。

最終，如圖13H中所示，末端執(zhí)行器100沿著方向97a向上移動(dòng)直到真空墊122a、122b、122c從晶片20的邊緣20e的頂部表面脫離接合，以將銷定的晶片20、30留下在底部卡盤430的頂部上。如圖13I中所示，在此階段處，末端執(zhí)行器100被從結(jié)合件400完全地移除，并且晶片結(jié)合可以開始。在晶片結(jié)合過程的初始階段中，晶片20、30在結(jié)合件間隔片138a周圍結(jié)合在一起。在施加力以前，將結(jié)合件間隔片138a移除。在完成結(jié)合過程以后，通過末端執(zhí)行器100將結(jié)合晶片對(duì)20、30從結(jié)合件400移除。

圖14描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的定位為容納圖4的末端執(zhí)行器的結(jié)合件。具體地說，圖14的結(jié)合件400可以具有不同設(shè)計(jì)的固定與可移動(dòng)部分。在圖13A-圖13H中，結(jié)合件400設(shè)計(jì)為使得上卡盤420固定并且下卡盤430沿著z軸是可移動(dòng)的。在圖14中示出的結(jié)合件400的設(shè)計(jì)中，下卡盤430固定并且上卡盤420沿著方向426移動(dòng)，直到上卡盤420的底部表面與頂部晶片的頂部表面接觸。在結(jié)合件400的頂部和/或底部卡盤420、430的移動(dòng)上的全部變型都可以用于本公開的裝置、系統(tǒng)、與方法。

圖15A-圖15C示出了在結(jié)合件中使用的銷釘?shù)淖冃?。圖15A描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式經(jīng)由單個(gè)中心銷釘銷定兩個(gè)晶片的示意圖。圖15B描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式經(jīng)由中心銷釘和偏心防旋轉(zhuǎn)銷釘銷定兩個(gè)晶片的示意圖。圖15C描述了根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的經(jīng)由三個(gè)周向銷釘銷定兩個(gè)晶片的示意圖。一起參照?qǐng)D15A-圖15C，銷釘455a、455b、455c中的一個(gè)或多個(gè)可以在一個(gè)或多個(gè)不同位置處達(dá)到與晶片20的頂部表面接觸。如圖15A中所示，可能優(yōu)選的是使用定位在晶片20、30的中心中的單個(gè)銷釘455a。在中心使用單個(gè)銷釘455a可以允許晶片20、30在不經(jīng)受錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)的情況下熱膨脹。

如圖15B中所示，在一個(gè)另選中，可以通過兩個(gè)銷釘455a、455b銷定晶片20、30。這里，銷釘455a是中心銷釘并且銷釘455b是防旋轉(zhuǎn)銷釘，使得銷釘455b防止晶片20、30的旋轉(zhuǎn)。在此設(shè)計(jì)中，與防旋轉(zhuǎn)銷釘455b相比，中心銷釘455a可以將更大的銷定力施加到晶片20、30。此外，偏心銷釘455b可以徑向地順從，其中它可以是沿著晶片20、30的半徑移動(dòng)以適應(yīng)晶片的熱膨脹。在圖15C中示出的另一個(gè)另選中，可以使用三個(gè)銷釘455a、455b、455c，其中它們布置在晶片20、30的周邊，諸如在結(jié)合件間隔片138a的每個(gè)附近。它們可以圍繞晶片20、30周邊大致等距地隔開，諸如彼此隔開120度。還可能的是使用這些構(gòu)造或者未清晰示出的其它銷釘構(gòu)造的組合。例如，可能期望的是將圖15A的中心銷釘與圖15C的三個(gè)周邊銷釘一起使用。

圖16是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的示例性晶片結(jié)合件的示意圖。如圖16中所示，結(jié)合件400還包括具有隔膜力與電機(jī)定位的壓力頭460、具有壓力板與上銷釘455的結(jié)合頭470、結(jié)合件間隔片機(jī)構(gòu)480、具有夾置板與清除特征件的下加熱器490以及靜態(tài)Z軸支撐柱495。在標(biāo)題為“用于半導(dǎo)體結(jié)合的裝置與方法”的美國(guó)專利7,948,034中描述了結(jié)合件400的這些與其它部件，其是共有的并且其內(nèi)容通過引用的方式明確地包含于此。

圖17是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的用于晶片結(jié)合件400的示例性結(jié)合件間隔片機(jī)構(gòu)480的示意圖。參照?qǐng)D16-17，結(jié)合件間隔片機(jī)構(gòu)480可以用于在對(duì)準(zhǔn)晶片對(duì)之間在插入與收回位置之間移動(dòng)結(jié)合件間隔片138a、138b、138c(在圖7中示出)。在一個(gè)實(shí)例中，結(jié)合件間隔片機(jī)構(gòu)480可以具有氣動(dòng)活塞482，此氣動(dòng)活塞安裝到定位在z軸柱495周圍并且在下加熱器490下面的環(huán)484。此氣動(dòng)活塞482承載支撐結(jié)合件間隔片138a的支架486。當(dāng)致動(dòng)氣動(dòng)活塞482時(shí)，其沿著徑向方向朝向結(jié)合區(qū)域的中心與遠(yuǎn)離結(jié)合區(qū)域的中心是可移動(dòng)的。可以通過支架486在上面可滑動(dòng)的軌道488引導(dǎo)結(jié)合件間隔片138a的移動(dòng)。這些結(jié)構(gòu)可以允許結(jié)合件間隔片138a具有徑向順從，由此當(dāng)晶片經(jīng)受熱膨脹時(shí)允許結(jié)合件間隔片138a隨著晶片20、30沿著徑向方向移動(dòng)。還可以使用超過氣動(dòng)控制的裝置的其它機(jī)械與電機(jī)械裝置以移動(dòng)結(jié)合件間隔片138a。

傳統(tǒng)結(jié)合裝置已經(jīng)使用了一個(gè)或多個(gè)銷釘來壓緊晶片，但是這些裝置提供對(duì)此銷釘限定的力控制。在一個(gè)實(shí)例中，傳統(tǒng)銷釘具有通過僅可以施加恒定壓力到晶片的壓縮彈簧或類似裝置形成的單個(gè)力。因此，當(dāng)頂部與底部卡盤壓緊晶片時(shí)，與銷釘對(duì)準(zhǔn)的晶片的區(qū)域使得與通過卡盤接觸的晶片的區(qū)域相比將較小的壓力施加到它，這致使在與銷釘接觸的晶片的部分處的機(jī)械高產(chǎn)生損失。與此同時(shí)，傳統(tǒng)銷釘?shù)牡蜔醾鲗?dǎo)性在與銷釘對(duì)準(zhǔn)的晶片的部分處致使熱量高產(chǎn)生損失。當(dāng)這些問題與傳統(tǒng)銷釘具有較大直徑與大的周圍間隙，通常地大約12mm-14mm的事實(shí)結(jié)合時(shí)，機(jī)械與熱高產(chǎn)生損失加起來在晶片結(jié)合中是顯著無效率的。

為克服這些問題，主題公開考慮減小機(jī)械產(chǎn)生損失與熱產(chǎn)生損失的銷釘455a。為此目的，圖18A-圖18B是根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的銷釘455a的一個(gè)實(shí)例的示意圖。如示出的，銷釘455a可以延伸通過結(jié)合裝置的頂部卡盤420使得其可以移動(dòng)到結(jié)合件室410區(qū)域中，其中此晶片(未示出)將定位用于結(jié)合。在一個(gè)實(shí)例中，銷釘455a可以是5mm直徑并且定位在頂部卡盤420內(nèi)的6mm孔內(nèi)以便提供銷釘455a到頂部卡盤420大約0.50mm的間隙。與具有銷釘與大致12mm-14mm的間隙直徑的現(xiàn)有技術(shù)銷釘相比，此銷釘455a具有6mm直徑，使得間隙可以極大地改善機(jī)械高產(chǎn)生損失。此外，與利用壓緊彈簧以提供機(jī)械力的傳統(tǒng)銷釘不同，銷釘455a可以利用氣動(dòng)致動(dòng)器來控制銷釘455a在晶片上的力。因此，由銷釘455a施加的壓力可以選擇為大致與卡盤的壓力匹配，由此進(jìn)一步減少機(jī)械產(chǎn)生損失。

銷釘455a可以由鈦、諸如氮化硅陶瓷的陶瓷、或者其它材料構(gòu)造，并且可以包括中心銷釘502，其由沿著銷釘455a的底部定位的下管或襯套504以及具有薄壁并且沿著銷釘455a的上部定位的上管或襯套505圍繞。下襯套504與上襯套505可以諸如通過焊接或另一種技術(shù)在中心銷釘502附近的接合部處連接在一起。中心銷釘502可以包括平坦的銷釘尖端506。如參照?qǐng)D18B進(jìn)一步描述的，通過圍繞卡盤420和/或與定位在卡盤420上方的加熱器526對(duì)接的加熱器銷釘532可以主動(dòng)地加熱上襯套505，并且還可以通過圍繞卡盤420加熱中心銷釘502。此外，能夠通過與銷釘455a的結(jié)構(gòu)對(duì)接的電阻加熱元件加熱銷釘455a的部件。在一些設(shè)計(jì)中，來自卡盤420的被動(dòng)加熱與來自電阻元件加熱的主動(dòng)加熱可以用于加熱銷釘455a的多個(gè)部件。

銷釘455a在尖端附近可以是徑向地順從的，使得其以+/-0.5mm預(yù)先加載到中心，使得頂部中心定位為允許銷定尖端506。當(dāng)致動(dòng)時(shí)預(yù)先加載銷釘455a允許銷釘455a具有自然、對(duì)中位置但是一旦在力下還允許銷釘455a徑向地順從。因此，銷釘455a可以保持將正交力施加在晶片上。

在圖18B中詳細(xì)地示出了銷釘455a的其它結(jié)構(gòu)。銷釘455a大致居中地定位在具有也稱作為聚醚醚酮套管的中心銷釘套管512的中心殼體510內(nèi)，其自身具有用于定位銷釘455a的短的長(zhǎng)度與直徑比率514的套管適配。中心銷釘套管512提供銷釘455a與結(jié)合件400的周圍結(jié)構(gòu)的電隔離，這對(duì)于其中可以使用顯著高的電壓以使晶片結(jié)合的陽極結(jié)合過程是重要的。室蓋子516與鋼力反作用板518還圍繞中心銷釘套管512定位。朝向中心銷釘套管512的下端是到可以由硅或類似材料制造的中心徑向順從O形環(huán)520的低力預(yù)負(fù)載。O形環(huán)520允許中心銷釘502與周圍管504在結(jié)合件400內(nèi)徑向地移動(dòng)。鋁冷卻凸緣522定位在力反作用板518下方，并且熱隔離構(gòu)件524定位在冷卻凸緣522下方以使加熱器526熱隔離。

冷卻凸緣522的內(nèi)部是圍繞中心銷釘502的一部分的套管528。套管528與熱隔離構(gòu)件524可以由諸如在商標(biāo)名稱下銷售的一個(gè)的鋰鋁硅酸鹽微晶玻璃陶瓷或類似材料構(gòu)造。套管528可以在用作覆蓋特征件的任一側(cè)上具有插入腔體530以便在真空中為低空氣介質(zhì)提供電絕緣。加熱器銷釘532定位在套管528下方并且在中心銷釘502與管子504的下邊緣周圍。加熱器銷釘532可以由氮化硅形成并且可以與套管528的下插入腔體530接合。加熱器銷釘532還可以沿著加熱器526與上卡盤420的至少一部分的厚度與中心銷釘502和管子504對(duì)接。與加熱器526對(duì)接的加熱器銷釘532的定位，以及用于構(gòu)造加熱器銷釘532的材料可以允許從加熱器526通過加熱器銷釘532并且到中心銷釘502與管子504的高效的熱傳送。這可以允許中心銷釘502與管子504具有與頂部卡盤420的溫度大致匹配的溫度，因?yàn)槿拷Y(jié)構(gòu)都定位為將來自加熱器526的熱量充分地傳送到它們接觸的晶片的部分。因此，可以顯著地改進(jìn)傳統(tǒng)銷釘經(jīng)受的熱產(chǎn)生損失。銷釘455a的增加的熱連接同時(shí)能夠控制銷釘455a施加的力可以改進(jìn)先前通過現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的在晶片上的結(jié)合。

圖19是示出根據(jù)本公開的第一示例性實(shí)施方式的將對(duì)準(zhǔn)晶片布置在結(jié)合裝置中的方法的流程圖600。應(yīng)該指出的是在流程圖中的任何處理描述或塊都應(yīng)該理解為代表包括用于執(zhí)行此處理中的特定邏輯功能的一個(gè)或多個(gè)指令的模塊、段、代碼的部分、或步驟，并且另選的實(shí)施包括在本公開的范圍內(nèi)，其中如本公開技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)量技術(shù)人員將會(huì)理解的可以根據(jù)涉及的功能不按示出或說明的順序，包括大致同時(shí)發(fā)生地或者以相反順序執(zhí)行功能。

如通過塊602示出的，通過具有框架構(gòu)件與可移動(dòng)地連接到框架構(gòu)件的浮動(dòng)載體的末端執(zhí)行器固定間隔對(duì)準(zhǔn)的晶片。機(jī)械臂用于移動(dòng)末端執(zhí)行器，由此將晶片移動(dòng)到結(jié)合件的結(jié)合室中(塊604)。將晶片從末端執(zhí)行器卸載(塊606)。從結(jié)合室移除末端執(zhí)行器(塊608)。使晶片結(jié)合(塊610)。此方法還可以包括相對(duì)于本公開的任意附圖公開的步驟、處理或功能中的任一個(gè)。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是本公開的上述實(shí)施方式，尤其是任何“優(yōu)選”實(shí)施方式，僅僅是實(shí)施的可能的實(shí)例，僅僅是闡述以便清楚的理解本公開的原理。在實(shí)質(zhì)上不偏離本公開的精神與原理的情況下可以對(duì)本公開的上述實(shí)施方式進(jìn)行多種變型與修改。全部此修改與變型都旨在于此包括在本公開的范圍與本公開內(nèi)并且由下面權(quán)利要求保護(hù)。