一種利用雷射對準晶片晶向的方法及裝置的製作方法
2023-04-26 16:50:46 1
專利名稱：一種利用雷射對準晶片晶向的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種晶片晶向的對準方法及裝置，特別是涉及一種利用雷射對準晶片晶向的方法及裝置。
背景技術：
在對多塊晶片進行加工如鍵合時，通常需要對準這些晶片的晶向。傳統的晶向對準方法通常先在需要對準的晶片上光刻上標記，然後通過雙面光刻實現晶向對準，具體過程為裝載第一塊晶片(簡稱為頂部晶片)，打開照明，通過移動或者旋轉底部顯微鏡(BSA，bottom microscope)和晶片尋找對準標記，使之處在視場區域，然後聚焦使成像清晰，用電荷耦合器(CCD)紀錄下圖像並在監視器上顯示，鎖定顯微鏡和頂部晶片；然後裝載第二塊晶片(簡稱底部晶片)，通過移動位置使其背面對準標記(或腐蝕窗口)處於視場區，聚焦使其成像清晰；直接通過監視器觀察實時晶片照片，然後通過移動或旋轉該晶片使其對準標記與頂部晶片對準標記位置重合，這樣，就可以實現兩塊晶片的雙面對準。該種對準方法的精度，取決於光刻工藝的精度，有報導實現精度在0.3度的晶向對準，參看文獻1超高真空環境下氫氣氛圍中鎵砷材料的大面積鍵合，應用物理A第70卷第13～19頁2000。
現有方法不僅使晶向對準的過程較複雜，而且精度不高，一般在0.5°左右。因此就需要一種操作簡單、方便，對準精度高，易於在工業上推廣應用的晶片晶向對準方法。
發明內容
本發明的目的在於克服現有晶片晶向對準方法過於複雜而且對準精度不高的缺點，提供一種利用雷射實現晶片晶向對準的方法及裝置。
為達到上述目的，本發明採取如下技術方案一種利用雷射對準晶片晶向的方法，步驟如下1.利用晶片解理技術，分別在兩個晶片上，解理出一個整齊的解理面；
2.將固定在兩個調節架上的吸盤相向放置並吻合，調整調節架使其保持平行，然後平動移開，將兩塊晶片分別安置在兩個吸盤上，利用一束雷射入射到第一塊晶片的解理面上；3.調整第一塊晶片的方位，使得入射到該晶片解理面上的雷射沿與入射方向相反的方向反射；4.保持雷射光路固定，將第一塊晶片平移離開雷射光路；5.移動第二塊晶片使其進入雷射光路，並且使得雷射入射到第二塊晶片的解理面上，對第二塊晶片按照步驟3進行調整；6.平移兩塊晶片之中至少一塊晶片，使得兩塊晶片面對面靠緊，完成晶片晶向對準過程。
上述步驟2中，所述一束雷射是通過一小孔光闌入射到所述晶片的所述解理面上；上述步驟2中，所述一束雷射可以是由紅光半導體雷射器，或氦氖雷射器，或全固態雷射器發出的一束雷射；上述步驟中，所述調整晶片的方位是通過將晶片固定在五維調節架上實現，該五維調節架可以水平轉動、垂直轉動、三維平動；上述步驟中，所述反射光經過小孔光闌返回；上述步驟中，所述晶片包括矽片、砷化鎵片、氮化鎵片、磷化銦片、矽外延片，還包括砷化鎵、磷化銦襯底的III-V族化合物半導體外延片、氮化鎵襯底的II-VI族化合物半導體外延片。
本發明提供的方法可以將多塊晶片的晶向對準，具體方法是按照上述步驟1-6實現兩塊晶片的晶向對準以後，將第三塊晶片重複步驟1-5，使得第三塊晶片的晶向與前兩塊平行，然後平移該晶片與前兩塊晶片面對面靠緊，完成三塊晶片晶向對準過程；對於三塊以上晶片，依次類推重複上述過程。
一種利用雷射對準晶片晶向的裝置，如圖1所示，包括第一調節架1和第二調節架6相向放置；第一吸盤2和第二吸盤5分別固定在第一調節架1和第二調節架6上，用於分別放置待鍵合的第一塊晶片3和第二塊晶片4；
雷射器8放置在第一調節架1和第二調節架6的側面。
在上述技術方案中，該裝置還包括一個放置在雷射器8的出光口前面的小孔光闌7，雷射器8發出的雷射經過小孔光闌7；在上述技術方案中，所述第一調節架1和第二調節架6均為五維調節架，可以水平轉動、垂直轉動、三維平動；在上述技術方案中，所述雷射器8可以是紅光半導體雷射器，或氦氖雷射器，或全固態雷射器；在上述技術方案中，所述第一塊晶片3或第二塊晶片4是矽片，或砷化鎵片，或氮化鎵片，或磷化銦片，或矽外延片，還可以是砷化鎵或磷化銦襯底的III-V族化合物半導體外延片，或氮化鎵襯底的II-VI族化合物半導體外延片。
本發明提供的裝置工作過程如下將第一吸盤2和第二吸盤5相向放置並吻合，調整第一調節架1和第二調節架6使第一吸盤2和第二吸盤5保持平行，然後平動移開，這樣，安裝在吸盤2和吸盤5上的第一塊晶片3和第二塊晶片4的鍵合面就基本保持平行了；雷射器8發出的雷射入射到第一塊晶片3(或第二塊晶片4)的解理面上；通過第一調節架1(或第二調節架6)來調整第一塊晶片3(或第二塊晶片4)的方位，使得入射到該晶片解理面上的雷射的反射光沿與入射方向相反的方向反射；保持雷射光路固定，將該晶片平移離開雷射光路；移動另一塊晶片使其進入雷射光路，並且使得雷射入射到該晶片的解理面上，對該晶片按照同樣的方法進行方位調整，使得入射到該晶片解理面上的雷射的反射光沿與入射方向相反的方向反射；平移兩塊晶片之中至少一塊晶片，使得兩塊晶片面對面靠緊，完成晶片晶向對準過程。
本發明提供的裝置可以將多塊晶片的晶向對準，具體過程是按照上述過程實現兩塊晶片的晶向對準以後，將第三塊晶片重複同前的方位調整過程，使得第三塊晶片的晶向與前兩塊平行，然後平移該晶片與前兩塊晶片面對面靠緊，完成三塊晶片晶向對準過程；對於三塊以上晶片，依次類推重複上述過程。
與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明提供的方法及裝置操作簡單、方便，對準精度高，廣泛適用於工業加工；晶向對準的精度取決於雷射的光路的長短和小孔光闌的尺寸，如小孔光闌距離晶片1米，取小孔光闌的直徑為1mm，則兩個平行晶面的對準精度為0.029度。
圖1是本發明一實施例的示意圖；圖面說明1表示第一五維調節架；2表示第一吸盤；3表示第一塊晶片；4表示第二塊晶片；5表示第二吸盤； 6表示第二五維調節架7表示小孔光闌； 8表示雷射器。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述實施例1如圖1所示，第一塊晶片3選用Si外延片，晶向(100)，尺寸為2英寸，厚度為380微米，解理出(110)解理面；第二塊晶片4選用GaAs外延片，晶向(100)，尺寸為2英寸，厚度為350微米，解理出(110)解理面；第一塊晶片3通過第一吸盤2固定在第一五維調節架1上，第二塊晶片4通過第二吸盤5固定在第二五維調節架6上，兩個五維調節架均可以水平轉動、垂直轉動、三維平動；將第一吸盤2與第二吸盤5相向放置，調節兩個五維調節架使第一塊晶片3和第二塊晶片4的鍵合面基本平行；第一吸盤2和第二吸盤5均選用真空吸盤；雷射器8採用氦氖雷射器，發出雷射的光斑直徑約為2mm。
首先，將第一吸盤2和第二吸盤5相向放置並吻合，調整第一五維調節架1和第二五維調節架6使第一吸盤2和第二吸盤5保持平行，然後平動移開，然後，將第一塊晶片3和第二塊晶片4固定在相對放置的第一五維調節架1和第二五維調節架6上的第一吸盤2、第二吸盤5上並且相距約3mm；這樣，第一塊晶片3和第二塊晶片4的鍵合面就基本保持平行了。
其次，雷射器8發出的氦氖雷射入射到第二塊晶片4的解理面(110)晶面上，通過調節第二五維調節架6，使得反射雷射基本沿入射雷射的方向返回，鎖定第二五維調節架6，然後沿該調節架的軸向(本實施例中是指上下方向)向下平移第二塊晶片4使其離開雷射光路，此過程中雷射光路保持固定。
然後，將第一塊晶片3移至雷射照射的區域，使雷射入射到第一塊晶片3的解理面(110)晶面上，調節第一五維調節架1使得氦氖雷射的反射光基本沿入射雷射的方向返回，鎖定第一五維調節架1。這時，第一塊晶片3和第二塊晶片4的晶向已經實現平行。
最後，完成晶向平行後，軸向移動其中一個晶片，本實施例平行移動第二塊晶片4使得兩個晶片面對面靠緊，完成兩晶片晶向對準過程。將相向放置的兩個晶片同時轉移到施力真空室中，加熱、加壓，最終實現晶片鍵合。
實施例2為了提高晶向對準的精度，在實施例1的基礎上該裝置還包括一個放置在雷射器8的出光口前面的小孔光闌7，雷射經過該小孔光闌7。小孔光闌7選用自製的小孔光闌，即在直徑30mm厚度0.1mm的圓形厚紙片上戳一個直徑為1mm的小針孔，然後將該厚紙片固定在一個可以上下移動的支架(圖中未示出)上。該實施例工作過程中，氦氖雷射通過該小孔光闌7入射到晶片的解理面上，調整晶片的方位使得從解理面上反射的雷射通過小孔光闌7返回，這樣可以提高對準精度。對準精度取決於雷射的光路的長短和針孔屏的針孔尺寸，本實施例中小孔光闌7距離晶片端面1米遠，小孔光闌7的直徑為1mm，則兩個平行晶面的對準精度為0.5*10-3*180/(1*3.14)＝0.029度。
對於多塊相同晶向的晶片晶向對準，可以採用本實施例提供的方法和裝置逐一實現晶片晶向對準，本領域技術人員可以根據本實施例直接實施。
權利要求
1.一種利用雷射對準晶片晶向的方法，其特徵在於，步驟如下1)利用晶片解理技術，分別在兩個晶片上，解理出一個整齊的解理面；2)調整使兩塊晶片的鍵合面基本保持平行，利用一束雷射入射到第一塊晶片的解理面上；3)調整第一塊晶片的方位，使得入射到該晶片解理面上的雷射的反射光沿與入射方向相反的方向反射；4)保持雷射光路固定，將第一塊晶片平移離開雷射光路；5)移動第二塊晶片使其進入雷射光路，並且使得雷射入射到第二塊晶片的解理面上，對第二塊晶片按照步驟3進行調整；6)平移兩塊晶片之中至少一塊晶片，使得兩塊晶片面對面靠緊，完成晶片晶向對準過程。
2.根據權利要求1所述的對準晶片晶向的方法，其特徵在於，所述步驟2)中，所述一束雷射是通過一小孔光闌入射到所述晶片的所述解理面上。
3.根據權利要求1所述的對準晶片晶向的方法，其特徵在於，所述步驟2)中，所述一束雷射可以是由紅光半導體雷射器，或氦氖雷射器，或全固態雷射器發出的一束雷射。
4.根據權利要求2所述的對準晶片晶向的方法，其特徵在於，所述步驟3)中，所述反射光通過所述小孔光闌。
5.根據權利要求1所述的對準晶片晶向的方法，其特徵在於，所述的晶片包括矽片、砷化鎵片、氮化鎵片、磷化銦片、矽外延片，還包括砷化鎵、磷化銦襯底的III-V族化合物半導體外延片、氮化鎵襯底的II-VI族化合物半導體外延片。
6.一種利用雷射對準晶片晶向的裝置，包括第一調節架(1)和第二調節架(6)相向放置；第一吸盤(2)和第二吸盤(5)分別固定在第一調節架(1)和第二調節架(6)上，用於分別放置待鍵合的第一塊晶片(3)和第二塊晶片(4)；其特徵在於，還包括雷射器(8)放置在第一調節架(1)和第二調節架(6)的側面，所述雷射器(8)發出的雷射入射到待鍵合的第一塊晶片(3)或第二塊晶片(4)的解理面上。
7.根據權利要求6所述的利用雷射對準晶片晶向的裝置，其特徵在於，還包括一個放置在雷射器(8)的出光口前面的小孔光闌(7)，雷射器(8)發出的雷射經過小孔光闌(7)。
8.根據權利要求6或7所述的利用雷射對準晶片晶向的裝置，其特徵在於，所述第一調節架(1)和第二調節架(6)均為五維調節架，可以水平轉動、垂直轉動、三維平動。
9.根據權利要求6所述的利用雷射對準晶片晶向的裝置，其特徵在於，所述雷射器(8)是紅光半導體雷射器，或氦氖雷射器，或全固態雷射器。
10.根據權利要求6或7或9所述的利用雷射對準晶片晶向的裝置，其特徵在於，所述第一塊晶片(3)或第二塊晶片(4)是矽片，或砷化鎵片，或氮化鎵片，或磷化銦片，或矽外延片，還可以是砷化鎵或磷化銦襯底的III-V族化合物半導體外延片，或氮化鎵襯底的II-VI族化合物半導體外延片。
全文摘要
本發明涉及一種利用雷射對準晶片晶向的方法及裝置。本發明利用一束雷射通過一小孔光闌入射到晶片的解理面上，調整晶片的方位，使得入射到該晶片解理面上的雷射沿與入射方向相反的方向反射，反射雷射從小孔光闌返回；按同樣的方法調節好另一塊晶片後，使其中一晶片緩慢平移到另一塊晶片上，面對面靠緊，完成晶片晶向的對準。本發明提供的利用雷射對準晶片晶向的方法及裝置結構簡單，操作容易、快速，且對準精度高，易於在工業上推廣應用。
文檔編號B23K26/00GK1845296SQ20051006336
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者陳良惠, 鄭婉華, 楊國華, 何國榮, 王玉平, 曹青, 郭良, 林學春 申請人:中國科學院半導體研究所