CN116110838A - 键合设备和键合方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种键合设备和键合方法，用于键合第一键合对象和第二键合对象。键合设备包括承载对准装置、承载膜和压着装置。承载对准装置用于承载和移动第一键合对象，承载膜用于粘接有第二键合对象，且带动第二键合对象移动，压着装置用于将承载膜上粘接的第二键合对象压向第一键合对象，以使第一键合对象与第二键合对象键合在一起。通过移动承载对准装置调节承载基板的位置，以使第一件和对象与第二键合对象精密对准，以提高键合精度和半导体器件的质量。

Description

键合设备和键合方法

技术领域

本申请涉及半导体领域，尤其涉及一种键合设备和键合方法。

背景技术

三维键合集成技术相对于使用封装工艺的三维堆叠芯片采用了无凸点(Bumpless)工艺，突破凸点尺寸导致的输入/输出密度限制和寄生效应，为目前最前沿的三维集成技术。

但是，目前的三维键合集成技术缺少有效的对准键合对象的工艺，在键合对象没有对准的情况下就直接键合，会对器件的性能产生影响，甚至导致器件失效。

发明内容

为了解决上述问题中的至少一种，以提高芯片封装质量，本申请提供一种键合设备和键合方法。

本申请的目的主要是通过以下技术方案实现：

第一方面，本申请的一些实施例提供一种键合设备，用于键合第一键合对象和第二键合对象，包括：承载对准装置，用于承载和移动第一键合对象；承载膜，用于粘接有第二键合对象，且带动第二键合对象移动；压着装置，用于将承载膜上粘接的第二键合对象压向第一键合对象，以使第一键合对象与第二键合对象键合在一起。

在一些实施例中，键合设备还包括：承载基板，其中，承载基板的第一表面用于承载第一键合对象；第一光源，设置在承载基板内，且第一光源的出光面从承载基板的第一表面露出，以照射第一键合对象的第一对准标识；其中，基于被照射的第一对准标识，承载对准装置移动对准待键合的第一键合对象，并通过承载基板承载对准的第一键合对象，承载基板带动其承载的第一键合对象至目标位置。

在一些实施例中，承载基板内设置有第一通道，且承载基板的第一表面露出第一通道；第一光源包括第一光纤，第一光纤设置在第一通道中，其中，第一光纤为红外光纤。

在一些实施例中，承载对准装置进一步包括：驱动装置，连接承载基板，以驱动承载基板移动。

在一些实施例中，驱动装置包括：高度调节驱动单元，连接承载基板，以在高度方向上驱动承载基板进行移动。

在一些实施例中，高度调节驱动单元包括：连接轴套，连接承载基板；驱动件，包括驱动马达和连接驱动马达的驱动杆，其中，连接轴套套设在驱动杆上，驱动马达用于驱动驱动杆相对于连接轴套旋转，以在高度方向上驱动承载基板进行移动。

在一些实施例中，驱动装置包括：位置调节驱动单元，连接承载基板或者通过高度调节驱动单元连接承载基板，以驱动承载基板在水平面上进行移动。

在一些实施例中，位置调节驱动单元包括：滑块基座，连接承载基板或者通过高度调节驱动单元连接承载基板；第一导轨，沿水平面的第一方向延伸，其中，滑块基座设置在第一导轨上，以在第一导轨上沿第一方向移动；至少一第二导轨，沿水平面的第二方向延伸，其中，第二方向垂直第一方向，第一导轨的至少一端部设置在第二导轨上，以使第一导轨在第二导轨上沿第二方向移动，从而带动滑块基座沿第二方向移动；其中，滑块基座、第一导轨和第二导轨分别为磁性件，以利用磁力驱动滑块基座在水平面上进行移动。

在一些实施例中，压着装置还包括：压着单元，用于将承载膜上粘接的第二键合对象压向承载对准装置所承载的第一键合对象；对准单元，设置在压着单元内，对准单元包括第二光源，第二光源发射的至少部分光线能够从压着单元出射，以照射第二键合对象的第二对准标识；其中，基于被照射的第二对准标识，键合设备移动承载膜，以使压着单元对准第二键合对象。

在一些实施例中，压着单元包括压着块和压着头，压着头连接压着块，压着头朝向承载膜的第一面为中间凸起的凸面，用于将第一承载膜表面粘接的第二键合对象压向承载对准装置所承载的第一键合对象。

在一些实施例中，压着头包括透明压着头，以作为透明镜头。

在一些实施例中，压着块内部设置有第二通道，压着块朝向压着头的第一表面露出第二通道；对准单元包括成像装置和第二光源，第二光源包括第二光纤，成像装置与第二光纤并行设置，并设置在第二通道中。

在一些实施例中，压着块的中轴区域设置有第三通道，第三通道贯穿压着块，并延伸贯穿与压着块连接的压着头；第三通道用于通入流体，以对承载膜及其粘接的第二键合对象施加压力。

在一些实施例中，在第三通道在压着头的开口处，压着头的第一表面上设置有朝向两侧的流体导引槽。

在一些实施例中，压着块中进一步设置有第四通道，压着块朝向压着头的第一表面露出第四通道；压着装置进一步包括紫外光源，设置在第四通道中。

第二方面，本申请的一些实施例提供一种键合方法，用于将第一键合对象和第二键合对象键合在一起，该键合方法包括：利用承载对准装置对准第一键合对象，并承载对准后的第一键合对象移动至目标位置；移动承载膜以带动承载膜上粘接的第二键合对象移动，并利用压着装置对准第二键合对象，使得承载对准装置、第一键合对象、第二键合对象和压着装置对准；利用压着装置将承载膜上粘接的第二键合对象压向承载对准装置承载的第一键合对象，以使第一键合对象和第二键合对象键合在一起。

在一些实施例中，利用承载对准装置对准第一键合对象，并承载对准后的第一键合对象移动至目标位置，包括：利用承载对准装置的第一光源照射第一键合对象的第一对准标识，并基于被照射的第一对准标识，移动承载对准装置的承载基板对准待键合的第一键合对象；利用承载基板承载对准的第一键合对象，并移动承载基板以带动其承载的第一键合对象至目标位置。

在一些实施例中，移动承载膜以带动承载膜上粘接的第二键合对象移动，并利用压着装置对准第二键合对象，使得承载对准装置、第一键合对象、第二键合装置和压着装置对准，包括：利用压着装置中的对准单元的第二光源照射第二键合对象的第二对准标识，并基于被照射的第二对准标识移动承载膜，以带动承载膜上粘接的第二键合对象移动，从而使压着装置对准第二键合对象。

在一些实施例中，执行利用压着装置将承载膜上粘接的第二键合对象压向承载对准装置承载的第一键合对象时，键合方法还包括：利用压着装置中的紫外光源照射第二键合对象和承载膜，以进行解胶，从而使得第二键合对象脱离承载膜。

在一些实施例中，执行利用压着装置将承载膜上粘接的第二键合对象压向承载对准装置承载的第一键合对象时，键合方法还包括：利用压着装置中的流体通道通入流体，并利用压着装置中压着头上设置的流体导引槽向两侧引导通入的流体，以在执行键合方法过程中避免承载膜和第二键合对象翘曲。

本申请的有益效果是：本申请提供的键合设备和键合方法中，通过移动承载对准装置调节承载基板的位置，以使第一件和对象与第二键合对象精密对准，提高键合精度和半导体器件的质量。

附图说明

图1a是本申请一些实施例的键合设备的示意图；

图1b是本申请一些实施例的承载对准装置的示意图；

图2是本申请一些实施例的晶圆的示意图；

图3是本申请一些实施例的晶圆的示意图；

图4是本申请一些实施例的芯片的示意图；

图5是本申请一些实施例的芯片的示意图；

图6a是本申请一些实施例的芯片与晶圆键合前的示意图；

图6b是本申请一些实施例的压着单元的示意图；

图6c是本申请一些实施例的压着单元与芯片对准的示意图；

图7是本申请一些实施例的芯片与晶圆键合时的示意图；

图8是本申请一些实施例的承载膜承载芯片的示意图；

图9是图8中承载膜翻转后承载膜承载芯片的示意图；

图10是本申请一些实施例的压着单元对准芯片前的示意图；

图11是本申请一些实施例的晶圆与芯片对准后的键合设备的示意图；

图12是本申请一些实施例的晶圆与芯片键合时的键合设备的示意图；以及

图13是本申请一些实施例的键合方法的流程框图。

附图标记说明：

1-承载对准装置；11-承载基板；111-第一表面；112-第一通道；12-驱动装置；121-高度调节驱动单元；1211-连接轴套；1212-驱动件；12121-驱动马达；12122-驱动杆；122-位置调节驱动单元；1221-滑块基座；1222-第一导轨；1223-第二导轨；2-压着装置；21-压着单元；211-压着块；第二通道-2112；第三通道-2113；21131-导引槽；第四通道-2114；212-压着头；3-承载膜；31-第一承载膜表面；32-第二承载膜表面；4-晶圆；41-第一对准标识；5-芯片；51-第二对准标识。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的一些实施例提供了一种键合设备，用于键合第一键合对象和第二键合对象。具体地，请参阅图1a，其中，图1a是本申请一些实施例所示的键合设备的示意图。如图1所示，键合设备包括承载对准装置1，承载膜3和压着装置2。其中，承载对准装置1用于承载和移动第一键合对象，例如晶圆4。承载膜3用于粘接有第二键合对象，例如芯片5，且带动芯片5移动。压着装置2用于将承载膜3上粘接的芯片5压向晶圆4，以使晶圆4与芯片5键合在一起。在其他实施例中，第一键合对象可以是芯片或晶圆，第二键合对象可以是芯片或晶圆，具体不做限定。

请一并参阅图1b，其中图1b是本申请一些实施例所示的承载对准装置1的示意图。如图1a和图1b所示，承载对准装置1大体上可以包括承载基板11和驱动装置12。其中，承载基板11可用于承载晶圆4，驱动装置12与承载基板11连接，由此驱动承载基板11移动。

请参阅图2-图5，其中图2和图3分别是本申请一些实施例的晶圆4的示意图，图4和图5分别是本申请一些实施例的芯片5的示意图。如图2-图5所示，晶圆4上设有第一对准标识41，芯片5上设有第二对准标识51，键合设备通过移动承载对准装置1来承载和移动晶圆4，并通过承载膜3粘接芯片5并带动芯片5移动，因此，其可以基于晶圆4上的第一对准标识41和芯片5上的第二对准标识51，而达到使晶圆4和芯片5彼此对准的目的，以进行键合，具体如下所述。

此外，如图2所示，在一些实施例中，晶圆4上设置的第一对准标识41，可以是设置在边缘处的“+”字型标识；或者，如图3所示，在一些实施例中，晶圆4上设置的第一对准标识41，可以是设置在边缘处的L型缺口标识。对应地，如图4所示，在一些实施例中，芯片5上设置的第二对准标识51，可以是设置在边缘处的“+”字型标识；或者，如图5所示，在一些实施例中，芯片5上设置的第二对准标识51，可以是设置在边缘处的L型缺口标识。

进一步参阅图1a和图1b，结合图2和图4承载基板11包括第一表面111，且第一表面111用于承载晶圆4。其中，第一表面111大致与晶圆4所在的平面平行，由此在承载基板11移动至与晶圆4接触时，通过第一表面111稳固地承载晶圆4，便于后续的键合操作。当然，在其他实施例中，第一表面111也可以不与晶圆4所在的平面平行，只要承载基板11能稳定地承载晶圆4以便实现与芯片5的键合即可。

在一些实施例中，承载基板11的形状可以是圆柱、圆筒、长方体、多面体等规则形状或者不规则形状，承载基板11的第一表面111的面积大于晶圆4的背面的面积稳定承载晶圆4即可，以使晶圆4受力均匀，承载基板11的具体形状不做限制。

在一些实施例中，承载基板11可以直接接触的方式承载晶圆4，也可以通过粘接剂或者吸盘固定承载晶圆4，具体承载方式不做限定。

在一些实施例中，承载基板11内设置有第一光源(图未示)，第一光源的出光面从承载基板11的第一表面111露出，以照射晶圆4的第一对准标识41。

在一些实施例中，第一光源可以发射红外光、紫外光、激光和可见光中的至少一种，具体不做限定。第一光源所发射光线可照射晶圆4上的第一对准标识41，以使承载对准装置1与晶圆4对准。

具体地，承载对准装置1可以通过驱动装置12移动至晶圆4的放置处。承载对准装置1利用承载基板11上的第一光源112照射晶圆4。当第一光源照射至晶圆4的第一对准标识41时，即承载对准装置1对准晶圆4，此处即是第一对准位置。因此，承载对准装置1可升起承载基板11，从而承载晶圆4，将晶圆4对准地放置在承载基板11的第一表面111上。也就是说，基于被照射的晶圆4上的第一对准标识41，承载基板11承载起对准的晶圆4。此后，承载对准装置1受控利用驱动装置12而驱动承载基板移动至目标位置，以在目标位置处，将晶圆4和芯片5进行键合。

在一些实施例中，第一光源还包括第一光纤(图未示)。其中，第一光纤可以是红外光纤、紫外光纤、激光光纤和可见光光纤，第一光纤的类型与与第一光源发射的光线类型对应，具体不做限制。

进一步参阅1a和图1b，在一些实施例中，承载基板11内可以进一步开设第一通道112，承载基板11的第一表面111露出第一通道112，第一光源(例如第一光纤)可设置于第一通道112内，且光线能透过承载基板11到达晶圆4。在一些实施例中，第一通道112可贯穿承载基板11的第一表面111，即，第一通道112在承载基板11的第一表面111的位置上形成开口。

进一步参见图1a和图1b，驱动装置12可以进一步包括高度调节驱动单元121，且高度调节驱动单元121与承载基板11连接，以在高度方向上驱动承载基板进行移动。在一些实施例中，高度调节驱动单元121可包括连接轴套1211和驱动件1212，驱动件1212包括驱动马达12121和驱动杆12122。连接轴套1211连接承载基板11，驱动马达12121连接驱动杆12122，且连接轴套1211套设在驱动杆12122上。驱动马达12121用于驱动该驱动杆12122相对于连接轴套1211旋转，以在高度方向上驱动承载基板11进行往复移动。

在一些实施例中，连接轴套1211与承载基板11固定连接，连接方式可以是焊接，粘接或者通过螺钉连接，以使承载基板11与连接轴套1211在驱动马达12121的驱动下一同在高度方向上移动。当然，在一些实施例中，连接轴套1211与承载基板11可旋转连接。

在一些实施例中，连接轴套1211可以通过螺纹套设在驱动杆12122上，驱动马达12121驱动驱动杆12122旋转，从而通过螺纹调节连接轴套1211的高度，进而调节承载基板11的高度。

进一步参阅图1a和图1b，在一些实施例中，驱动装置12可以进一步包括位置调节驱动单元122。位置调节驱动单元122可以连接承载基板11(例如直接连接)或者通过高度调节驱动单元121连接承载基板11，以驱动承载基板11在水平面上进行移动，从而实现承载基板11与晶圆4的第一对准标识41对准，实现承载对准装置1与晶圆4的对准，以使承载基板11能够在第一对准位置处承载晶圆4。此外，承载对准装置1在承载基板11承载对准的晶圆4后，还可以藉由驱动装置12中的位置调节驱动单元122而受控移动至目标位置。其中，水平面是指，大体上垂直于高度方向的平面。

进一步参阅图1a和图1b，在一些实施例中，位置调节驱动单元122可以包括滑块基座1221、沿着水平面的第一方向延伸的第一导轨1222和沿着水平面的第二方向延伸的至少一第二导轨1223，第一方向与第二方向大体上相互垂直。滑块基座1221连接承载基板11或者通过高度调节驱动单元121连接承载基板11。滑块基座1221设置在第一导轨1222上，以在第一导轨1222上沿着第一方向移动。第一导轨1222的至少一端部设置在第二导轨1223上，以使第一导轨1222在第二导轨1223上沿着第二方向移动，从而带动滑块基座1221沿第二方向移动。

在图1a和图1b所示的实施例中，滑块基座1221可通过高度调节驱动单元121连接承载基板11，并与驱动马达12121连接，由此可驱使高度调节驱动单元121连同承载基板11一起沿水平面的第一方向和/或第二方向移动。当然，在其他实施例中，滑块基座1221还可以直接连接到承载基板11上。

在一些实施例中，滑块基座1221、第一导轨1222和第二导轨1223分别为磁性件，以利用磁力驱动滑块基座1221在水平面上移动，从而降低移动阻力。例如，在一些实施例中，第一导轨1222和第二导轨1223可设置成磁悬浮轨道，并且滑块基座1221可设置成磁轨，通过磁悬浮的方式与第一导轨1222滑动连接。在一些实施例中，滑块基座1221、第一导轨1222和第二导轨1223也可以是设置成摩擦系数小的部件或者通过滑轮连接，以实现滑块基座1221、第一导轨1222和第二导轨1223之间的相对移动。由于移动阻力小，滑块基座1221在水平面上的位置调节精度提高，可实现更加细微的移动

进一步参阅图1a和图1b，在一些实施例中，滑块基座1221上形成有T形缺口，且第一导轨1222设置为与T形缺口相适配的导轨，从而实现滑块基座1221与第一导轨1222之间的滑动连接，并且不易从第一导轨1222上脱离，兼顾了稳定性和可调节性。当然，在其他实施例中，滑块基座1221和第一导轨1222还可以具有其他形状设计。

进一步参阅图2至图3，在一些实施例中，第一对准标识41可以是开设于晶圆4的正面或背面的凹槽或凹陷，或者是贯穿晶圆4的通孔。在其他实施例中，该第一对准标识41还可以是形成于晶圆4正面或背面的图案。应该理解的是，第一对准标识41位于晶圆4边缘的非功能区，例如位于切割轨道，周边或者角上，以避免影响晶圆4的性能。

进一步参阅2至图3，在一些实施例中，第一对准标识41可以是十字形或L形。当然，在其他实施例中，第一对准标识41也可以是十字形、圆形、多边形、圆弧形或者L形等中的至少一种或者其组合。

进一步参阅图4-图5，在一些实施例中，第二对准标识51可以开设于芯片5的正面或背面的凹槽或凹陷，或者是贯穿芯片5的通孔。在其他实施例中，该第二对准标识51还可以是形成于芯片5正面或背面的图案。应该理解的是，第二对准标识51位于芯片5边缘的非功能区，例如位于切割轨道，周边或者角上，以避免影响芯片5的性能。

进一步参阅4至图5，在一些实施例中，第二对准标识51可以是十字型或L型。当然，在其他实施例中，第二对准标识51也可以是十字形、圆形、多边形、圆弧形或者L形等中的至少一种或者其组合。

本申请一些实施例提供的承载对准装置1，通过承载基板11移动和41并对准第一对准标识41，以使承载对准装置1与晶圆4进行对准；然后通过驱动装置12驱动承载对准装置1移动至目标位置，以实现晶圆4与芯片5的对准。由于承载对准装置1能够精确地对准晶圆4后再进行承载和运送，因此，可以使得晶圆4精确地到达目标位置，执行键合过程，从而提高了键合精度和半导体器件的质量。

请参阅图6a，图6a是本申请一些实施例的芯片与晶圆键合前的示意图。如图6a所示，进一步结合图1a，压着装置2包括压着单元21和对准单元(未标号)。其中，对准单元用于对准芯片4，压着单元21用于将芯片5压向晶圆4。

请结合图6a，进一步参阅图6c，图6c是本申请一些实施例的压着单元与芯片对准的示意图。具体地，在一些实施例中，对准单元通过与芯片5的第二对准标识51对准，以实现压着装置2与粘接在承载膜3上的芯片5对准。芯片5的对准标识51的形状和位置可参照上文与图4和图5对应的实施例中的描述，此处不再赘述。

请结合图6a和6c，进一步参阅图6b，图6b是是本申请一些实施例的压着单元21的示意图。具体地，在一些实施例中，压着单元21可以进一步包括压着块211和压着头212。压着头212连接压着块211。压着头212朝向承载膜3的第一面为中间凸起的凸面，用于将承载膜3上粘接的芯片5压向承载对准装置1承载的晶圆4。压着头212的凸面使得键合过程中芯片5的中间部分优先接触晶圆4，防止在键合过程中芯片5与晶圆4的接触面之间存在气泡，从而提高了键合效果。

在一些实施例中，压着块211和压着头212可以通过粘结剂或者卡扣固定连接。在一些实施例中，压着块211和压着头212也可以是可拆卸连接，以便于清洗压着头212或者根据芯片尺寸大小适配不同的压着头。

在一些实施例中，压着头212的凸面的弧度大于0°小于180°，根据不同的需求进行调整，具体不做限制。

在一些实施例中，压着头212可以包括透明压着头，例如是由透光材料制成的透明镜头，以使第二光源发出的光线透过压着头212照射到芯片5上，从而照射第二对准标识51。

进一步参阅图6a，在一些实施例中，压着块211内部进一步可以开设有第二通道2112，第二通道2112从压着块211朝向压着头212的第一表面(未标号)露出。对准装置设置在第二通道2112内，对准单元包括成像装置(图未示)和第二光源(图未示)。其中，第二光源可包括第二光纤，且成像装置与第二光纤并行设置于第二通道2112内。其中，第二光源可发射光线，以照射如图6b所示的芯片5上的第二对准标识51。成像装置用于采集第二对准标识51图像，并借助于成像装置采集到的第二对准标识51的图像，可以观察压着单元21和第二对准标识51的对准情况。

进一步参阅图6a和图6b，第二通道2112可贯穿压着块211，例如，第二通道2112从压着块211朝向压着头212的方向贯穿第一表面。当然，在其他实施例中，第二通道2112也可以不贯穿压着块211，只要第二通道2112在压着块211与压着头212连接的表面上开口露出即可。

进一步参阅图6a和图6b，在一些实施例中，压着块211的中轴区域开设有贯穿压着块211的第三通道2113，第三通道2113进一步延伸贯穿与压着块211连接的压着头212。其中，第三通道2113中可通入流体以对承载膜3施加压力，从而压迫承载膜3。流体和压着头212配合施加压力，提高了键合压力的范围和可调节性，提升了键合效果。

在一些实施例中，流体可以是氮气、氩气、清洁干燥空气中的至少一种。

在一些实施例中，压着块211上设置有流量控制器(图未示)，以监控流入第三通道2113的流体的流量，并计算压着头212的底部距离芯片5的高度。

在一些实施例中，所述流体为气体，用于对承载膜3施加压力。通过调节气体流速，实现在键合过程中对键合压力的精密调控。

进一步参阅图6a和图6b，在一些实施例中，第三通道2113在压着头212的开口处，压着头212的第一表面设置有朝向第三通道2113在压着头212的开口两侧的流体导引槽21131。其中，第三通道2113可与流体导引槽21131连通，由此可将从第三通道2113输入的部分流体从沿第三通道2113两侧的流体导引槽21131流动，以吹平承载膜3，进一步压平第一承载膜表面31，避免在键合过程中芯片5的边缘及其周边的其他芯片翘起，提高键合效果。其中，压着头212的第一表面是指，压着头212远离压着块211的表面。

在一些实施例中，压着头212的第一表面设置有压力传感器(图未示)，用于检测压着头212与承载膜3之间的压力。因此，可根据检测结果控制第三通道2113的流体流量以及压着头212与承载膜3之间的距离，从而调节压着头212对承载膜3施加的压力，进而可使芯片5和晶圆4实现良好的键合效果，且避免压力过大损坏芯片5的内部结构。

进一步参阅图6a图6b，在一些实施例中，压着块211内进一步设有第四通道2114。其中，压着块211朝向压着头212的第一表面露出所述第四通道2114。换言之，第四通道2114可外露于压着块211的第一表面，或者可以说，第四通道2114在压着块211的第一表面上具有开口。

此外，压着装置2还包括设置在第四通道2114内的紫外光源。在芯片5和晶圆4键合结束后，紫外光源可发射紫外线进行解胶，使得在键合的同时芯片5脱离承载膜3。

如图6a所示，上述实施例中，第二通道2112、第三通道2113，和第四通道2114各自的轴线可彼此平行，从而可减少第三通道2113输入的流体的浪费，并且提高压着装置2的对准精度。当然，在其他实施例中，该第二通道2112、第三通道2113，和第四通道2114各自的轴线也可以不平行。

进一步参阅图6a和图6b，在一些实施例中，压着装置2还包括与压着单元21相连的压着机械臂(图未示)，压着装置2通过控制压着机械臂移动压着单元21。键合设备还包括移动装置(图未示)，并通过移动机械臂移动承载膜3。通过移动承载膜3，以使压着单元21和承载膜3上的芯片5在第二对准位置对准。

在一些实施例中，压着机械臂可以仅仅是驱动压着单元21进行上下移动，因此移动机械臂控制承载膜3移动以使承载膜3上粘接的芯片5移动，压着单元21藉由其上的对准单元实现其与芯片5的对准，即第二对准位置即是承载膜3移动芯片5到达的目标位置。因此，在承载对准装置1承载着晶圆4移动到目标位置时，实现芯片5与晶圆4对准。晶圆5移动到目标位置的过程可参考上文实施例中的描述，不再赘述。

在一些实施例中，压着机械臂不仅可以驱动压着单元21进行上下移动，而且可以驱动压着单元21进行水平移动。则压着机械臂可以控制压着单元21首先移动到第二对准位置，移动机械臂控制承载膜3首先移动到第二对准位置，压着单元21藉由其上的对准单元实现其和芯片5的对准。进一步的，压着机械臂和机械臂的保持压着单元21和芯片5对准的情况下，将压着单元21和承载膜3同步移动到目标位置。因此，在承载对准装置1承载着晶圆4移动到目标位置时，实现芯片5与晶圆4对准。

请参阅图7，图7是本申请一些实施例的芯片与晶圆键合时的示意图。如图7所示，并结合图6a至图6c，本申请一些实施例提供的压着装置2和承载膜3移动到目标位置，第二光源发射的光线穿过承载膜3照射到芯片5的第二对准标识51并对准芯片5的第二对准标识51，此前或者同时或之后晶圆4被承载基板11移动到目标位置，以实现芯片5与目标位置处的晶圆4的对准。然后压着单元2下压，以使芯片5接触晶圆，压着单元2进一步施加压力，以执行键合过程。因此，本申请一些实施例中，晶圆4与芯片5实现精确对准，对准精度小于500nm，提高键合精度和半导体器件的质量。此外，在压着装置内设置紫外光源，在键合完成后，可利用压着装置实现紫外解胶，减少了工艺步骤，生产速度得到提高，节约了键合工艺成本。

此外，在芯片5与压着单元21对准之前，键合设备还包括以下结构，以实现芯片5与压着单元21对准。

请参阅图8，图8是本申请一些实施例的承载膜3承载芯片5的示意图。如图8所示，承载膜3上的第一承载膜表面31上可涂覆有可以被紫外光解胶的粘性胶，芯片5粘接于第一承载膜表面31上。

在一些实施例中，承载膜3可以是蓝膜等涂覆有粘性胶的膜。此外，承载膜可以是透光的半透明或者透明的弹性材料。

需要说明的是，在键合前，承载膜3已经通过扩晶机拉扯以增大相邻芯片5之间的距离，避免键合过程中的相互干扰，以提高芯片5与晶圆4的对准精度。此外，承载膜3还可以通过设置于承载膜3边缘的扩晶环(图未示)固定和绷紧。在一些实施例中，扩晶环可环绕承载膜3上的所有芯片5。

在一些实施例中，承载膜3的第一承载膜表面31粘接芯片5的背面，以使芯片5的正面能够与晶圆4结合。由此可减少后续对承载膜3与芯片5之间解胶时，承载膜3粘接芯片5正面导致无法将芯片5正面附着的粘性胶去除干净的概率，进而降低粘性胶对芯片5性能的影响。其中，芯片5包含衬底(图未示)以及形成于衬底上的绝缘介质层(图未示)。绝缘介质层中形成有器件结构(图未示)，芯片5的背面为衬底远离绝缘介质层的一面，芯片5的正面和背面为相对面。

请参阅图9，图9是图8中承载膜翻转后承载膜承载芯片的示意图。如图9所示，在一些实施例中，键合设备还包括传送单元(图未示)。传送单元包括翻转部、传送部和移动部。在后续采用设置于晶圆4上方的压着头212将承载膜3的第一承载膜表面31粘接的芯片5向下压向晶圆4之前，翻转部可以用于翻转承载膜3，以使第一承载膜表面31向下，第二承载膜表面32向上，从而翻转芯片5，以使芯片5的正面向下，芯片5的背面向上。

请参阅图10，图10是是本申请一些实施例的压着单元对准芯片前的示意图。如图10所示，传送部可以用于将翻转后的承载膜3移动到待键合的晶圆4上方，以使芯片5的正面朝向晶圆4。移动部可以用于控制压着头212在高度方向和水平面上移动。

在一些实施例中，机械臂与翻转部和传送部连接，翻转部通过机械臂翻转承载膜3，传送部通过机械臂移动承载膜3。

在芯片5移动到待键合的晶圆4上方的过程中，传动单元不会与芯片5的正面直接接触，减少了键合过程的界面污染，提高了良率。传送芯片5的过程中，不会多次交换机械臂，降低了芯片掉落的风险。

本申请一些实施例提供一种键合方法，请参阅图11至图13，图11是是本申请一些实施例的晶圆与芯片对准后的键合设备的示意图，图12是本申请一些实施例的晶圆与芯片键合时的键合设备的示意图。图13是本申请一些实施例的键合方法的流程框图。以下结合图11至图13，并进一步结合图7和图10，简要描述利用键合设备进行芯片5和晶圆4键合的键合步骤S1～S3。

S1：利用承载对准装置1对准晶圆4，并承载对准后的晶圆4移动至目标位置。

其中，步骤S1还可以包括以下步骤S11～S12。

S11：利用承载对准装置1的第一光源照射晶圆4的第一对准标识41，并基于被照射的第一对准标识41，移动承载对准装置1的承载基板11对准待键合的晶圆4。

具体地，步骤S11可以包括：承载对准装置1通过位置调节驱动单元122带动高度调节驱动单元121和承载基板11在水平面上移动到晶圆4的下方。随后，承载对准装置1的第一光源发射光线，通过调节承载对准装置1的第一导轨1222和第二导轨1223，以使光线穿过承载基板11照射晶圆4的第一对准标识41，以使承载对准装置1承载基板11与晶圆4进行对准。

S12：利用承载基板11承载对准的晶圆4，并移动承载基板11以带动其承载的晶圆4至目标位置。

具体地，步骤S12可以包括：利用承载基板11承载对准的晶圆4，通过高度调节驱动单元121调节承载基板11的高度，以使承载基板11接触并承载晶圆4。然后调整承载对准装置1的第一导轨1222和第二导轨1223以调整承载基板11的位置，移动晶圆4至目标位置，从而与芯片5对准。其中，目标位置可以是晶圆4与芯片5对准的位置。

S2：移动承载膜3以带动承载膜3上粘接的芯片5移动，并利用压着装置2对准芯片5，使得承载对准装置1、晶圆4、芯片5和压着装置2对准。

其中，步骤S2还可以包括以下步骤S21。

S21：利用压着装置2中的对准单元的第二光源照射芯片5的第二对准标识51，并基于被照射的第二对准标识51移动承载膜3，以带动承载膜3上粘接的芯片5移动，从而使压着装置2对准芯片5。

具体地，步骤S21可以包括：压着单元21在压着机械臂的控制下移动到芯片5的上方，第二光源发射光线穿过压着单元21照射到芯片5上，通过机械臂控制承载膜3移动，以使第二光源发射光线穿过压着单元21和承载膜3照射到芯片5上的第二对准标识51上，以使压着装置与芯片5对准。

在一些实施例中，压着机械臂可以仅仅是驱动压着单元21进行上下移动，因此移动机械臂控制承载膜3移动以使承载膜3上粘接的芯片5移动，压着单元21藉由其上的对准单元实现其与芯片5的对准，即第二对准位置即是承载膜3移动芯片5到达的目标位置。因此，在承载对准装置1承载着晶圆4移动到目标位置时，实现承载对准装置1、晶圆4、芯片5和压着装置2对准。

在一些实施例中，压着机械臂不仅可以驱动压着单元21进行上下移动，而且可以驱动压着单元21进行水平移动。则压着机械臂可以控制压着单元21首先移动到第二对准位置，移动机械臂控制承载膜3首先移动到第二对准位置，压着单元21藉由其上的对准单元实现压着装置和芯片5的对准。进一步的，在步骤S21之后，压着机械臂和机械臂保持压着单元21和芯片5对准的情况下，将压着单元21和承载膜3同步移动到目标位置。因此，在承载对准装置1承载着晶圆4移动到目标位置时，实现承载对准装置1、晶圆4、芯片5和压着装置2对准。

S3：利用压着装置2将承载膜3上粘接的芯片5压向承载对准装置1承载的晶圆4，以使晶圆4和芯片5键合在一起。

具体地，步骤S3可以包括：压着机械臂控制压着单元21下压接触承载膜3，并且第三通道2113内继续通入流体，以对承载膜3施加压力，从而可压迫承载膜3，进而带动承载膜3上的芯片5下压至接触晶圆4，机械臂施加压力以使芯片5和晶圆4实现键合。其中，压着装置2下压过程中，通过成像装置获取压着头212与承载膜3的第二承载膜表面32之间的距离。

在执行步骤S3的同时，键合方法还包括以下步骤S4和S5。

S4：利用压着装置2中的紫外光源照射芯片5和承载膜3，以进行解胶，从而使得芯片5脱离承载膜3。

步骤S4在键合的同时进行，减少了工艺步骤，节约了键合工艺成本。

S5：利用压着装置2中的流体通道通入流体，并利用压着装置2中压着头212上设置的流体导引槽21131向两侧引导通入的流体，以在执行键合方法过程中避免承载膜3和芯片5翘曲。

本申请提供的键合设备和键合方法，在第二键合对象移动到第一键合对象上方的过程中，传动单元不会与芯片5正面直接接触，减少了键合过程的界面污染，提高了良率。传送芯片5的过程中，不会多次交换机械臂，降低了芯片5掉落的风险。在键合之前，压着装置2、承载膜3和承载对准装置1相互配合，以使晶圆4和芯片5对准，提高键合精度和半导体器件的质量。在压着块211内设置紫外光源，在键合的同时可通过压着单元21自身实现紫外解胶，减少了工艺步骤，节约了键合工艺成本。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。此外，本文中的“多”表示两个或者多于两个。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (20)

1.一种键合设备，用于键合第一键合对象和第二键合对象，其特征在于，包括：

承载对准装置，用于承载和移动所述第一键合对象；

承载膜，用于粘接有所述第二键合对象，且带动所述第二键合对象移动；

压着装置，用于将所述承载膜上粘接的所述第二键合对象压向所述第一键合对象，以使所述第一键合对象与所述第二键合对象键合在一起。

2.根据权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述承载对准装置包括：

承载基板，其中，所述承载基板的第一表面用于承载所述第一键合对象；

第一光源，设置在所述承载基板内，且所述第一光源的出光面从所述承载基板的第一表面露出，以照射所述第一键合对象的第一对准标识；

其中，基于被照射的所述第一对准标识，所述承载对准装置移动对准待键合的所述第一键合对象，并通过所述承载基板承载对准的所述第一键合对象，所述承载基板带动其承载的所述第一键合对象至目标位置。

3.根据权利要求2所述的键合设备，其特征在于，

所述承载基板内设置有第一通道，且所述承载基板的第一表面露出所述第一通道；

所述第一光源包括第一光纤，所述第一光纤设置在所述第一通道中，其中，所述第一光纤为红外光纤。

4.根据权利要求2所述的键合设备，其特征在于，进一步包括：驱动装置，连接所述承载基板，以驱动所述承载基板移动。

5.根据权利要求4所述的键合设备，其特征在于，所述驱动装置包括：

高度调节驱动单元，连接所述承载基板，以在高度方向上驱动所述承载基板进行移动。

6.根据权利要求5所述的键合设备，其特征在于，所述高度调节驱动单元包括：

连接轴套，连接所述承载基板；

驱动件，包括驱动马达和连接所述驱动马达的驱动杆，其中，所述连接轴套套设在所述驱动杆上，所述驱动马达用于驱动所述驱动杆相对于连接轴套旋转，以在所述高度方向上驱动所述承载基板进行移动。

7.根据权利要求4或者5所述的键合设备，其特征在于，所述驱动装置包括：

位置调节驱动单元，连接所述承载基板或者通过所述高度调节驱动单元连接所述承载基板，以驱动所述承载基板在水平面上进行移动。

8.根据权利要求7所述的键合设备，其特征在于，所述位置调节驱动单元包括：

滑块基座，连接所述承载基板或者通过所述高度调节驱动单元连接所述承载基板；

第一导轨，沿所述水平面的第一方向延伸，其中，所述滑块基座设置在所述第一导轨上，以在所述第一导轨上沿所述第一方向移动；

至少一第二导轨，沿所述水平面的第二方向延伸，其中，第二方向垂直所述第一方向，所述第一导轨的至少一端部设置在所述第二导轨上，以使所述第一导轨在所述第二导轨上沿所述第二方向移动，从而带动所述滑块基座沿所述第二方向移动；

其中，所述滑块基座、所述第一导轨和所述第二导轨分别为磁性件，以利用磁力驱动所述滑块基座在所述水平面上进行移动。

9.根据权利要求1所述的键合设备，其特征在于，所述压着装置包括：

压着单元，用于将所述承载膜上粘接的所述第二键合对象压向所述承载对准装置所承载的所述第一键合对象；

对准单元，设置在所述压着单元内，所述对准单元包括第二光源，所述第二光源发射的至少部分光线能够从所述压着单元出射，以照射所述第二键合对象的第二对准标识；

其中，基于被照射的所述第二对准标识，所述键合设备移动所述承载膜，以使所述压着单元对准所述第二键合对象。

10.根据权利要求9所述的键合设备，其特征在于，

所述压着单元包括压着块和压着头，所述压着头连接所述压着块，所述压着头朝向所述承载膜的第一面为中间凸起的凸面，用于将所述承载膜的第一面粘接的所述第二键合对象压向所述承载对准装置所承载的所述第一键合对象。

11.根据权利要求10所述的键合设备，其特征在于，

所述压着头包括透明压着头，以作为透明镜头。

12.根据权利要求11所述的键合设备，其特征在于，

所述压着块内部设置有第二通道，所述压着块朝向所述压着头的第一表面露出所述第二通道；

所述对准单元包括成像装置和所述第二光源，所述第二光源包括第二光纤，所述成像装置与所述第二光纤并行设置，并设置在所述第二通道中。

13.根据权利要求10所述的键合设备，其特征在于，

所述压着块的中轴区域设置有第三通道，所述第三通道贯穿所述压着块，并延伸贯穿与所述压着块连接的所述压着头；所述第三通道用于通入流体，以对所述承载膜及其粘接的第二键合对象施加压力。

14.根据权利要求13所述的键合设备，其特征在于，

在所述第三通道在所述压着头的开口处，所述压着头的所述第一表面上设置有朝向两侧的流体导引槽。

15.根据权利要求11所述的键合设备，其特征在于，

所述压着块中进一步设置有第四通道，所述压着块朝向所述压着头的第一表面露出所述第四通道；

所述压着装置进一步包括紫外光源，设置在所述第四通道中。

16.一种键合方法，用于将第一键合对象和第二键合对象键合在一起，其特征在于，包括：

利用承载对准装置对准所述第一键合对象，并承载对准后的所述第一键合对象移动至目标位置；

移动承载膜以带动所述承载膜上粘接的所述第二键合对象移动，并利用压着装置对准所述第二键合对象，使得所述承载对准装置、所述第一键合对象、所述第二键合对象和所述压着装置对准；

利用所述压着装置将所述承载膜上粘接的所述第二键合对象压向所述承载对准装置承载的所述第一键合对象，以使所述第一键合对象和所述第二键合对象键合在一起。

17.根据权利要求16所述的键合方法，其特征在于，所述利用承载对准装置对准所述第一键合对象，并承载对准后的所述第一键合对象移动至目标位置，包括：

利用所述承载对准装置的第一光源照射所述第一键合对象的第一对准标识，并基于被照射的所述第一对准标识，移动所述承载对准装置的承载基板对准待键合的所述第一键合对象；

利用所述承载基板承载对准的所述第一键合对象，并移动所述承载基板以带动其承载的所述第一键合对象至所述目标位置。

18.根据权利要求16所述的键合方法，其特征在于，所述移动承载膜以带动所述承载膜上粘接的所述第二键合对象移动，并利用压着装置对准所述第二键合对象，使得所述承载对准装置、所述第一键合对象、所述第二键合装置和所述压着装置对准，包括：

利用所述压着装置中的对准单元的第二光源照射所述第二键合对象的第二对准标识，并基于被照射的所述第二对准标识移动所述承载膜，以带动所述承载膜上粘接的所述第二键合对象移动，从而使所述压着装置对准所述第二键合对象。

19.根据权利要求16所述的键合方法，其特征在于，执行所述利用所述压着装置将所述承载膜上粘接的所述第二键合对象压向所述承载对准装置承载的所述第一键合对象时，所述方法还包括：

利用所述压着装置中的紫外光源照射所述第二键合对象和所述承载膜，以进行解胶，从而使得所述第二键合对象脱离所述承载膜。

20.根据权利要求16所述的键合方法，其特征在于，执行所述利用所述压着装置将所述承载膜上粘接的所述第二键合对象压向所述承载对准装置承载的所述第一键合对象时，所述方法还包括：

利用所述压着装置中的流体通道通入流体，并利用所述压着装置中压着头上设置的流体导引槽向两侧引导通入的所述流体，以在执行所述键合方法过程中避免所述承载膜和所述第二键合对象翘曲。

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