晶圆键合设备及其键合方法与流程

本发明涉及半导体制造，具体地说，是涉及一种晶圆键合设备以及该晶圆键合设备的键合方法。

背景技术：

1、现有的晶圆键合设备包括有如图1所示的上载台和载台模组，上载台上设有多个第一吸附孔，以使上载台可对上晶圆进行抓取或释放；载台模组包括下载台、中心插针及插针组，中心插针设于下载台中心位置，且中心插针922可在上载台和下载台的分布方向上相对下载台滑动，中心插针的顶部设有第二吸附孔，中心插针可对下晶圆进行抓取或释放,插针组包括多根插针，多根插针围绕中心插针分布，且每根插针均可在分布方向上相对下载台滑动，此外，侧插针的顶部设有第三吸附孔，以使插针组能够对键合后的晶圆对进行抓取或释放。在初始状态时，中心插针的顶部优选与下载台的顶部齐平，每根插针的顶部优选与下载台的顶部齐平。

2、晶圆键合设备的工作过程如下：

3、键合前，上载台对上晶圆进行抓取和固定；中心插针对下晶圆进行吸附，以使下晶圆被固定在下载盘上；

4、键合时，下载盘及中心插针托举下晶圆向上晶圆移动，当下载盘及中心插针托举下晶圆移动至指定位置后，下载盘停止上移；接着，中心插针则继续托举下晶圆向上移动直至下晶圆与上晶圆接触，并对下晶圆施加一定的压力，使上、下晶圆进行键合；

5、键合完成后，中心插针解除对下晶圆的吸附固定并回落到下载台处，随后，中心插针及下载台一同恢复到初始位置；接着，通过插针组接取经合后的晶圆对，随后，上载盘解除对晶圆对的抓取固定，最后，插针组将晶圆对移送至指定位置，以等待将键合后的晶圆对运送出键合腔。

6、当晶圆对键合完成后，需要对晶圆对进行红外检测，以观察晶圆对键合后晶圆间的偏移情况，同时也观察键合后晶圆对的键合空洞情况。然而，现有当晶圆对存在键合空洞时，需要对晶圆对进行解键合并重新进行化学机械抛光处理、活化处理后再重新键合；解键合时，通常采用薄刀片从晶圆对键合面的边缘缓慢将两片晶圆撬开，但撬开过程中会刀片会划伤晶圆表面，且晶圆容易发生裂片。可见，现有对存在键合空洞的晶圆对的处理方式存在损坏率高，操作繁琐、效率低。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种可对晶圆对进行键合空洞处理，且处理时无需解键合的晶圆键合设备。

2、本发明的另一目的是提供一种上述晶圆键合设备的键合方法。

3、为了实现本发明的主要目的，本发明提供一种晶圆键合设备，包括第一载盘和载台模组，第一载盘上设有第一吸附部，载台模组与第一载盘沿第一方向分布，载台模组包括第二载盘和中心插针，中心插针上设有第二吸附部，其中，第二载盘包括两个以上的分离部，两个以上的分离部围绕中心插针分布，晶圆键合设备还包括驱动系统、检测系统和控制系统，驱动系统可驱动两个以上的分离部相对中心插针扩散或收拢，驱动系统还可驱动中心插针在三维空间内相对第二载盘移动，检测系统用于对晶圆对进行键合空洞检测，控制系统分别与驱动系统、检测系统电连接。

4、由上可见，在完成两片晶圆键合处理后，由检测系统对键合形成的晶圆对进行键合空洞检测。当检测出晶圆对存在不符合要求的键合空洞时，驱动系统驱动两个以上的分离部分离以为中心插针让出移动空间，而后驱动中心插针对键合空洞进行逐个施压；或驱动系统驱动载台模组配合第一载盘对晶圆对进行施压，以消除键合空洞或使键合空洞化成符合要求的面积更小的键合空洞。相比于现有消除键合空洞需要对晶圆对进行解键合后再重新键合相比，通过对本晶圆键合设备的设计，使得在晶圆对键合空洞进行处理时，无需对晶圆对进行解键合、重新进行化学机械抛光处理、活化处理、重新键合等，有效的提升生产效率，并降低晶圆的损坏率，同时也使得晶圆对的键合空洞处理更加简单、方便、易于操作；此外，仅通过晶圆键合设备本身即可对晶圆对的键合空洞处理，无需借助其他外部专业设备，有效的节省生产成本。

5、进一步的方案是，检测系统还用于对晶圆对的键合位置进行检测。

6、由上可见，该设计能够使晶圆键合设备在对晶圆对进行键合空洞处理前，先检测晶圆对的键合位置是否符合要求，并当晶圆对的键合位置不符合要求时，直接将晶圆对输出进行解键合，而无需进行键合空洞处理，省去不必要的加工步骤，从而使晶圆键合设备的加工更加合理，有利于提高生产效率。

7、一个优选的方案是，两个以上的分离部中的至少部分分离部上设有第三吸附部，和/或载台模组还包括插针组，插针组可在第一方向上相对分离部移动，插针组设有第四吸附部，插针组可在第一方向上穿过相对应设置的分离部上设置的通孔组。

8、由上可见，该设计有助于载台模组对晶圆进行吸附移动，且设置插针组有利于对载台模组进行晶圆及晶圆对的取放。

9、另一个优选的方案是，分离部设有避让位，避让位在第一方向上贯穿分离部，两个以上的分离部的避让位之间可围成避让孔，中心插针插设于避让孔内。

10、由上可见，分离部上设置避让位，使得在对晶圆键合前及键合时，多个分离部能向中心插针收拢，以更好地对晶圆进行承托，同时也可减小第二载盘占据的空间，使载台模组的结构更加的优化、合理。

11、进一步的方案是，检测系统包括承载台、光源和图像传感器，承载台位于光源和图像传感器之间；晶圆键合设备还包括移栽机械手，移栽机械手与控制系统电连接，移栽机械手的抓取末端可在载台模组、承载台之间移动。

12、由上可见，通过对检测系统的设计，使得检测系统能够对晶圆对进行快速检测，并使检测系统对键合空洞的定位更加简单，降低检测系统的复杂性及成本；移栽机械手用于将对晶圆、晶圆对进行移动，以实现晶圆键合设备的全自动化加工，且能够更好的防止晶圆被污染。

13、为了实现本发明的另一目的，本发明提供一种晶圆键合设备的键合方法，其中，晶圆键合设备为上述的晶圆键合设备，键合方法包括：控制第一载盘和载台模组将第一晶圆和第二晶圆键合成晶圆对；获取检测系统生成的晶圆对的键合数据，判断是否需要进行键合空洞处理，若是：控制第一载盘吸附晶圆对，控制载台模组对晶圆对施加压力，或控制两个以上的分离部扩散分离，控制中心插针对需处理的键合空洞施加压力。

14、由上可见，在完成两片晶圆键合处理后，由检测系统对键合形成的晶圆对进行键合空洞检测。当检测出晶圆对存在不符合要求的键合空洞时，驱动系统驱动两个以上的分离部分离以为中心插针让出移动空间，而后驱动中心插针对键合空洞进行逐个施压；或驱动系统驱动载台模组配合第一载盘对晶圆对进行施压，以消除键合空洞或使键合空洞化成符合要求的面积更小的键合空洞。相比于现有消除键合空洞需要对晶圆对进行解键合后再重新键合相比，通过对本键合方法在对晶圆对键合空洞进行处理时，无需对晶圆对进行解键合、重新进行化学机械抛光处理、活化处理、重新键合等，有效的提升生产效率，并降低晶圆的损坏率，同时也使得晶圆对的键合空洞处理更加简单、方便、易于操作。

15、进一步的方案是，判断是否需要进行键合空洞处理包括：判断键合空洞的面积是否大于或等于15平方毫米，若是，则判定该键合空洞需处理。

16、由上可见，该设计使得当键合空洞可在后续退火处理被消除时，无需对键合空洞进行多余处理，从而有效提升生产效率，并使键合方法更加优化、合理。

17、更进一步的方案是，在完成键合空洞处理后，控制检测系统对晶圆对进行复检，判断是否需要再次进行键合空洞处理，若是，则再次进行键合空洞处理。

18、由上可见，在合理的键合空洞处理次数内，可对键合空洞进行多次处理，以更好的消除键合空洞或使键合空洞化成符合要求的面积更小的键合空洞，使键合方法更加优化、合理，并能够降低需解键合的几率。

19、更进一步的方案是，键合空洞处理次数小于或等于5次。

20、由上可见，当键合处理次数达到上限后晶圆对仍存在不符合要求的键合空洞时，形成键合空洞的原因则基本可被确定为键合空洞内有颗粒（如粉尘、硅或硅的氧化物等）而非键合工艺导致，此时对键合空洞不再适用通过施压进行处理，而是需要通过解键合再重新键合的方式解决。

21、更进一步的方案是，在获取键合数据之后、判断是否需要进行键合空洞处理之前，键合方法还包括：判断第一晶圆和第二晶圆的相对位置偏差是否符合要求，若是，则判断是否需要进行键合空洞处理，若否，则判定晶圆对为不合格品。

22、由上可见，该设计能够使晶圆键合设备在对晶圆对进行键合空洞处理前，先检测晶圆对的键合位置是否符合要求，并当晶圆对的键合位置不符合要求时，直接将晶圆对输出进行解键合，而无需进行键合空洞处理，省去不必要的加工步骤，从而使晶圆键合设备的加工更加合理，有利于提高生产效率。