半导体键合系统和方法与流程

本说明书涉及半导体键合系统和方法。

背景技术：

1、在集成电路（ic）的制造过程中，多个完工或未完工的ic（例如，整个晶片、经锯切的晶片、经部分锯切的晶片、芯片、管芯等）在制作过程中的各种点处可以用接触、堆叠、键合、连结或以其它方式联接的方式被放置（例如，至异质或均质器件）。不同衬底、电路或其它图案形成装置的集成，可以依赖于多个管芯的特定部分（例如，导电接触元件）的连结—其中这些特定部分可以在三维空间中被对准以确保功能性连接性。随着ic部件的物理大小不断缩小且它们的结构持续变得较为复杂，在联接中，准确度、变形和可变性的最小化、以及吞吐量变得越发重要。在半导体制造的情境下，衬底放置和连结的改善导致ic制造和集成能力的改善。

技术实现思路

1、描述了与先前系统相比具有更好放置准确度和/或较高吞吐量的半导体键合。根据实施例，提供了一种半导体键合系统。所述系统包括轨道，所述轨道包括通过多个处理站的路径。多个衬底保持器被联接至所述轨道。每个衬底保持器被配置成接收并且保持第一衬底，并且沿通过所述多个处理站的所述路径移动所述第一衬底，以使得所述第一衬底能够键合至第二衬底。控制器被联接至所述轨道和所述多个衬底保持器。所述控制器被配置成控制所述多个衬底保持器之间的相对运动，以使每个衬底保持器独立于其它衬底保持器而沿着通过所述多个处理站的所述路径移动，其中，每个衬底保持器的范围和速度根据相对于所述多个处理站的轨道位置而变化。

2、在一些实施例中，第一衬底中的每个是管芯，并且第二衬底包括半导体晶片。在一些实施例中，第一衬底包括施主（donor）管芯。所述施主管芯可以由载体保持，所述载体包括晶片箔框架、掩模版形状的载体、晶片形状的载体、带盖的单独的托盘，和/或其它载体。例如，可以通过所述系统的前开式传送盒（foup）将施主管芯引入至半导体键合系统。所述载体可以是光学透明的、涂覆有光敏材料和/或具有其它特性。每个施主管芯可以通过小于施主管芯的整个表面积的物体联接至载体。

3、在一些实施例中，多个衬底保持器中的每个衬底保持器包括卡盘，所述卡盘被配置成接收并且保持第一衬底，并且沿着通过多个处理站的路径移动所述第一衬底，以使得第一衬底能够键合至第二衬底。在一些实施例中，每个衬底保持器被配置成经由与每个衬底保持器相关联的非接触式致动器，沿着所述路径且相对于轨道在水平方向、竖直方向和/或旋转方向上移动。在一些实施例中，多个衬底保持器的数目对应于处理站的数目。例如，多个衬底保持器的数目可以等于处理站的数目。在一些实施例中，多个衬底保持器的数目大于处理站的数目。在一些实施例中，多个衬底保持器的数目小于处理站的数目。

4、在一些实施例中，多个衬底保持器中的每个衬底保持器和/或多个处理站中的每个处理站包括一个或更多个隔离器，所述隔离器被配置成将轨道和衬底保持器的环境与处理站的环境隔离。隔离器可以包括垫片、板、抽吸系统和/或其它部件。

5、在一些实施例中，所述轨道包括用于长行程移动的水平轴线和/或竖直轴线。在一些实施例中，所述轨道包括两个或更多个并行处理路径。并行处理路径与主路径分离开，并且与键合处理站中的至少一个相关联。例如，半导体键合系统可以包括多个轨道。所述多个衬底保持器可以被配置成能够在多个轨道上沿不同方向移动。在一些实施例中，轨道具有椭圆形状、“l”形状和/或其它形状。在一些实施例中，所述多个衬底保持器被配置成沿着所述路径（例如，围绕椭圆形状或“l”形状）沿顺时针方向和/或逆时针方向以连续的闭环移动的方式移动。在一些实施例中，所述轨道包括被配置成抵消半导体键合系统中的变形和/或振动的平衡质量件。在一些实施例中，所述轨道包括被配置成使多个衬底保持器在第一致动范围内移动的一个或更多个部件，并且多个衬底保持器包括被配置成使第一衬底在比第一致动范围更短的第二致动范围内移动的一个或更多个部件。

6、在一些实施例中， 所述轨道和/或多个衬底保持器包括一个或更多个启动线圈、一个或更多个空气轴承、真空、机械轮、磁性轴承、压力容器、滑动轴承、电容器、弹簧和/或其它部件。

7、在一些实施例中，所述系统包括夹紧器，所述夹紧器被配置成从载体移除施主管芯并且将施主管芯与多个衬底保持器联接，每衬底保持器联接一个或更多个施主管芯。所述夹紧器可以是和/或包括静电夹紧器、真空夹紧器、壁虎夹紧器、空气轴承夹紧器、机械夹紧器和/或其它夹紧器。在一些实施例中，所述夹紧器被配置成基于夹紧器上的参考物，利用相机通过干涉术确定的参考物的部位，经由栅格板和/或以电容方式来夹紧施主管芯。在一些实施例中，所述夹紧器被配置成夹紧施主管芯的侧面和/或背面。在一些实施例中，所述夹紧器被配置成将施主管芯定位在移动衬底保持器上，所述移动衬底保持器被配置成接收施主管芯并且将所述施主管芯放置在轨道上以进行进一步处理。

8、在一些实施例中，所述控制器包括一个或更多个处理器，和/或包括或控制一个或更多个机器人、一个或更多个转台、一个或更多个传送带、一个或更多个滚筒，和/或其它部件。在一些实施例中，所述控制器和所述多个衬底保持器被配置成使得在给定衬底保持器正在移动时在多个处理站处执行一个或更多个操作。例如，可以与处理站处的处理时序协同地控制移动。在一些实施例中，控制器和多个衬底保持器被配置使得在给定衬底保持器停止且多个衬底保持器中的其它衬底保持器正在移动时在多个处理站处执行一个或更多个操作。

9、在一些实施例中，处理站包括键合站和至少一个对准站、高度和/或旋转调整站、调平站、放置站，和/或其它站。在一些实施例中，在多个处理站的键合站处，给定衬底保持器被配置成通过控制器以足够准确度和力进行定位以用于键合至第二衬底；或所述给定衬底保持器相对于所述第二衬底被粗略地定位，并且所述第二衬底相对于所述给定衬底保持器以足够准确度和力移动以用于进行键合。在一些实施例中，在多个处理站的对准站处，给定衬底保持器被配置成通过控制器以足够准确度进行定位以便由对准传感器进行对准测量；或给定衬底保持器相对于对准传感器粗略地定位，并且所述对准传感器相对于给定衬底保持器以足够准确度移动以用于进行对准测量。在一些实施例中，所述多个处理站包括被配置成在键合之前清洁第一衬底的清洁站。在一些实施例中，所述多个处理站包括检查站，所述检查站被配置成在键合之前检测第一衬底中的形貌缺陷。所述检查站可以包括暗场成像器、水平传感器、傅里叶成像器、电容传感器，和/或其它部件。在一些实施例中，多个处理站包括调平站，所述调平站被配置成在键合之前相对于第二衬底调平第一衬底。

10、根据另一实施例，提供一种联接方法，包括上文所描述的操作中的一个或更多个操作。

1.一种半导体键合系统，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一衬底中的每个是管芯，并且所述第二衬底包括半导体晶片。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理站包括键合站和至少一个对准站、高度和/或旋转调整站、调平站和/或放置站。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述轨道包括用于长行程移动的水平轴线和/或竖直轴线。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器和所述多个衬底保持器被配置成使得在给定衬底保持器正在移动时在所述多个处理站处执行一个或更多个操作。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，与在处理站处的处理时序协同地控制所述移动。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器和所述多个衬底保持器被配置成使得在给定衬底保持器停止且所述多个衬底保持器中的其它衬底保持器正在移动时在所述多个处理站处执行一个或更多个操作。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述轨道包括被配置成使所述多个衬底保持器在第一致动范围内移动的一个或更多个部件，并且所述多个衬底保持器包括被配置成使所述第一衬底在比所述第一致动范围更短的第二致动范围内移动的一个或更多个部件。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，每个衬底保持器被配置成经由与每个衬底保持器相关联的非接触式致动器，沿着所述路径且相对于所述轨道在水平方向、竖直方向和/或旋转方向上移动。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述多个处理站中的键合站处，

11.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述多个处理站中的对准站处，

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述轨道包括被配置成抵消所述半导体键合系统中的变形和/或振动的平衡质量件。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个衬底保持器中的每个衬底保持器和/或所述多个处理站中的每个处理站包括一个或更多个隔离器，所述一个或更多个隔离器被配置成将所述轨道和所述衬底保持器的环境与处理站的环境隔离。

14.一种半导体键合方法，包括：

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：在给定衬底保持器停止且所述多个衬底保持器中的其它衬底保持器正在移动时，在所述多个处理站处执行一个或更多个操作。