一种分开式晶圆键合腔体自动开合装置的制作方法

本发明涉及半导体制造装备，具体涉及一种分开式晶圆键合腔体自动开合装置。

背景技术：

1、在半导体先进封装、三维集成、微机电系统以及晶圆临时键合、解键合等主流工艺中，晶圆键合设备需在真空或受控保护气氛环境下，完成晶圆叠层结构的加压、加热、保压键合作业。键合腔体是晶圆键合设备的核心部件，既要构建稳定的密闭工艺空间，也直接决定设备上下料效率、工艺稳定性与整体自动化水平。

2、目前市面上传统晶圆键合腔体多侧重腔体密封与加压功能设计，腔体开启大多依赖人工操作或者独立辅助开盖机构，并未将腔体分体结构与自动顶开功能进行一体化集成设计。在高温高压的键合工况下，腔体闭合面、密封件受热胀效应、大气吸附力、残余压紧力以及材料粘附等因素影响，工艺结束后腔体开启阻力显著增大。人工开盖或独立辅助机构开盖不仅会大幅降低晶圆装片、卸片的作业效率，拉长工艺节拍，还极易造成腔体开合偏斜、机构卡滞，同时反复硬启会加速耐高温密封件磨损、损坏，严重时还会扰动腔体内已完成键合的晶圆叠层，造成晶圆报废，增加生产成本。因此，行业内亟需一款可实现自动闭合加压、工艺完成后自动分离顶开的一体化晶圆键合腔体装置，减少人工干预，提升设备自动化程度与工艺运行稳定性。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于，提供一种分开式晶圆键合腔体自动开合装置，旨在克服现有技术中存在的晶圆键合腔体开盖依赖人工、自动化程度低，高温工况下腔体开启阻力大、易出现卡滞、密封件易磨损损坏，晶圆装卸效率低的技术缺陷。

2、为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下：

3、一种分开式晶圆键合腔体自动开合装置，包括上腔体、下腔体、腔体固定板、支撑杆、支撑气缸轴承座、轴承插销、支撑气缸连接块和气缸；所述下腔体固定安装于所述腔体固定板上，所述上腔体设置于所述下腔体上方，所述上腔体与所述下腔体在闭合状态下围成用于晶圆键合的密闭工艺空间；所述支撑杆设置于所述上腔体外围，用于连接并支撑所述上腔体；所述支撑气缸轴承座设置于所述支撑杆与所述支撑气缸连接块之间，所述轴承插销穿设于所述支撑气缸轴承座与所述支撑气缸连接块的连接部位，使两者形成可转动连接；所述气缸安装于设备支撑结构上并与所述支撑气缸连接块连接，用于驱动所述上腔体相对于所述下腔体进行闭合加压和分离顶开运动。

4、作为本发明的进一步改进，所述支撑杆设置有多根，各支撑杆间隔分布于所述上腔体外围，用于保证所述上腔体升降过程中的受力均匀性和运动稳定性。

5、作为本发明的进一步改进，所述轴承插销用于实现所述支撑气缸轴承座与所述支撑气缸连接块之间的可转动连接，以补偿气缸驱动过程中产生的角度偏差或装配误差，使所述上腔体在升降过程中保持平稳导向并减小机构卡滞。

6、作为本发明的进一步改进，所述上腔体与所述下腔体的闭合接触部位设置密封结构，所述密封结构包括设置于所述上腔体和所述下腔体接触面处的密封圈槽及密封圈，所述密封圈为耐高温弹性密封件。

7、作为本发明的进一步改进，所述上腔体内部设置上加热组件，用于在腔体闭合后对晶圆叠层结构施加轴向压力和热量；所述下腔体内部设置用于承载晶圆叠层结构的承载组件，所述承载组件为下托盘，并可由升降机构驱动沿竖直方向移动。

8、作为本发明的进一步改进，所述气缸在键合工艺完成后驱动所述上腔体向上抬升并实现自动顶开，所述气缸先驱动所述上腔体脱离所述下腔体形成初始间隙，再继续驱动所述上腔体上升至预设开启位置。

9、作为本发明的进一步改进，所述上腔体和所述下腔体采用上下分开式对合结构，所述上腔体在闭合状态下覆盖于所述下腔体上方。

10、作为本发明的进一步改进，所述腔体固定板用于安装固定所述下腔体，并作为所述支撑杆和气缸的安装支撑基础。

11、作为本发明的进一步改进，所述气缸通过所述支撑气缸连接块带动所述支撑杆运动，进而驱动所述上腔体相对于所述下腔体进行闭合和开启。

12、作为本发明的进一步改进，所述上腔体和所述下腔体采用耐高温、耐腐蚀且真空兼容的不锈钢材料制成。

13、与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

14、1、本发明采用气缸一体化驱动结构，集成腔体闭合加压、晶圆键合、工艺后自动分离顶开功能，全程无需人工参与开盖、合盖操作，大幅提升设备自动化程度，缩短晶圆装卸与工艺衔接时间，优化整体生产节拍。

15、2、本发明设置支撑气缸轴承座与轴承插销组成转动连接结构，可有效补偿设备装配误差与气缸驱动过程中的角度偏差，避免刚性传动导致的腔体偏斜、机构卡滞问题，提升腔体开合运行的平稳性。

16、3、本发明采用分步顶开模式，气缸先驱动上腔体与下腔体形成微小初始间隙，再抬升至预设位置，可逐步释放腔体间吸附力与残余压力，有效降低高温工况下腔体粘连、密封件磨损损坏的概率，延长密封件使用寿命，降低设备维护成本。

17、4、腔体采用耐高温、耐腐蚀、真空兼容的不锈钢材质，配合耐高温弹性密封件，可长期适配晶圆键合高温、真空、高压的严苛工艺环境，适用范围广，运行可靠性强。

18、5、多根支撑杆环形间隔布置，保证上腔体升降过程受力均匀，进一步强化腔体开合的稳定性，避免腔体错位扰动晶圆叠层，保障晶圆键合良率。

1.一种分开式晶圆键合腔体自动开合装置，包括上腔体、下腔体、腔体固定板、支撑杆、支撑气缸轴承座、轴承插销、支撑气缸连接块和气缸，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述支撑杆设置有多根，各支撑杆间隔分布于所述上腔体外围，用于保证所述上腔体升降过程中的受力均匀性和运动稳定性。

3.根据权利要求1或2所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述轴承插销用于实现所述支撑气缸轴承座与所述支撑气缸连接块之间的可转动连接，以补偿气缸驱动过程中产生的角度偏差或装配误差，使所述上腔体在升降过程中保持平稳导向并减小机构卡滞。

4.根据权利要求1所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述上腔体与所述下腔体的闭合接触部位设置密封结构，所述密封结构包括设置于所述上腔体和所述下腔体接触面处的密封圈槽及密封圈，所述密封圈为耐高温弹性密封件。

5.根据权利要求1所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述上腔体内部设置上加热组件，用于在腔体闭合后对晶圆叠层结构施加轴向压力和热量；所述下腔体内部设置用于承载晶圆叠层结构的承载组件，所述承载组件为下托盘，并可由升降机构驱动沿竖直方向移动。

6.根据权利要求1所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述气缸在键合工艺完成后驱动所述上腔体向上抬升并实现自动顶开，所述气缸先驱动所述上腔体脱离所述下腔体形成初始间隙，再继续驱动所述上腔体上升至预设开启位置。

7.根据权利要求1所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述上腔体和所述下腔体采用上下分开式对合结构，所述上腔体在闭合状态下覆盖于所述下腔体上方。

8.根据权利要求1所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述腔体固定板用于安装固定所述下腔体，并作为所述支撑杆和气缸的安装支撑基础。

9.根据权利要求1所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述气缸通过所述支撑气缸连接块带动所述支撑杆运动，进而驱动所述上腔体相对于所述下腔体进行闭合和开启。

10.根据权利要求1所述的分开式晶圆键合腔体自动开合装置，其特征在于，所述上腔体和所述下腔体采用耐高温、耐腐蚀且真空兼容的不锈钢材料制成。