EVG540-晶圓鍵合自動化系統(tǒng)

應(yīng)用：全自動晶圓鍵合系統(tǒng)，適用于大300 mm的基板

一、簡介
EVG540自動化晶圓鍵合系統(tǒng)是一種自動化的單腔室生產(chǎn)鍵合機(jī)，設(shè)計用于中試線生產(chǎn)以及用于晶圓級封裝，3D互連和MEMS應(yīng)用的大批量生產(chǎn)的研發(fā)。EVG540基于模塊化設(shè)計，為我們未來的晶圓鍵合工藝從研發(fā)到大規(guī)模生產(chǎn)的全集成生產(chǎn)鍵合系統(tǒng)過渡提供了可靠的解決方案。

二、EVG540-晶圓鍵合自動化系統(tǒng)特征
單室鍵合機(jī)，大基板尺寸為300 mm
與兼容的SmartView 和MBA300
自動處理多達(dá)四個鍵合卡盤
符合高安全標(biāo)準(zhǔn)

三、技術(shù)數(shù)據(jù)
大加熱器尺寸300毫米
裝載室使用2軸機(jī)器人
高 鍵合室2個

四、工作原理：

晶圓鍵合自動化系統(tǒng)的工作原理可以概括為三大核心環(huán)節(jié)：全自動傳輸與對準(zhǔn)、鍵合工藝執(zhí)行、以及全程環(huán)境控制。整個過程猶如一場在超凈間內(nèi)進(jìn)行的、由機(jī)器人主導(dǎo)的精密舞蹈。

1. 全自動傳輸與對準(zhǔn)

取片與清潔： 系統(tǒng)通過精密的機(jī)械手，從指定的載具（如FOUP）中取出第一片晶圓，并將其運(yùn)送到預(yù)處理工位。在這里，可能會進(jìn)行等離子體活化或其他清潔處理，以增強(qiáng)晶圓表面的鍵合能力。

超高精度對準(zhǔn)： 這是系統(tǒng)的核心步驟之一。兩片晶圓被分別放置在對準(zhǔn)臺上，系統(tǒng)通過高分辨率的光學(xué)鏡頭，識別晶圓上的對準(zhǔn)標(biāo)記。然后，精密電機(jī)驅(qū)動其中一個對準(zhǔn)臺，在微米甚至納米級尺度上進(jìn)行XYθ方向的移動和旋轉(zhuǎn)，確保兩層晶圓上的電路圖案精確無誤地對準(zhǔn)。此步驟的精度直接決定了最終產(chǎn)品的性能和良率。

2. 鍵合工藝執(zhí)行

對準(zhǔn)完成后，系統(tǒng)將兩片晶圓移送至鍵合腔室。根據(jù)不同的技術(shù)路線，系統(tǒng)會施加特定的能量和壓力，促使晶圓界面原子或分子間形成強(qiáng)大的結(jié)合力。主要的鍵合方式包括：

直接鍵合/融合鍵合： 在超高潔凈和平整度的條件下，將兩片經(jīng)過活化的晶圓直接貼合并施加壓力，依靠分子間的范德華力或氫鍵，再經(jīng)過高溫退火形成堅固的共價鍵。系統(tǒng)需要提供更高的平整壓力和可控的高溫環(huán)境。

陽極鍵合： 主要用于玻璃與硅晶圓的鍵合。系統(tǒng)在鍵合腔室內(nèi)對晶圓施加高溫、高壓和直流電壓，使玻璃中的鈉離子遷移，在界面處形成強(qiáng)大的靜電力從而結(jié)合。

共晶鍵合： 在晶圓表面沉積一層共晶材料（如金-硅），系統(tǒng)在鍵合腔室內(nèi)施加精確的熱量和壓力，使共晶材料熔化并與對方晶圓表面反應(yīng)，冷卻后形成牢固的金屬鍵合。

臨時鍵合與解鍵合： 在先進(jìn)封裝中，系統(tǒng)會先用一種臨時膠將晶圓與載板鍵合，以便進(jìn)行薄晶圓加工；加工完成后，再通過激光、加熱或滑移等方式將二者分離（解鍵合）。

3. 全程環(huán)境控制

整個鍵合過程必須在超潔凈、恒溫恒濕、無振動的環(huán)境下進(jìn)行。系統(tǒng)本身就像一個密閉的堡壘，內(nèi)部擁有高效顆粒物過濾和氣幕系統(tǒng)，防止任何微小塵埃落在晶圓上造成缺陷。

對于某些鍵合工藝，鍵合腔室內(nèi)還需要創(chuàng)造高真空或特定保護(hù)氣體（如氮?dú)猓?的環(huán)境，以防止氧化并保證鍵合質(zhì)量。

五、 主要用途：

晶圓鍵合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)芯片性能持續(xù)提升（超越摩爾定律）和功能多樣化的關(guān)鍵使能技術(shù)之一。其用途廣泛，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 制造三維集成芯片

這是其最核心的用途。通過將多層芯片（如處理器、內(nèi)存、傳感器等）垂直堆疊并鍵合在一起，可以大幅縮短芯片內(nèi)部互聯(lián)的長度，從而顯著提升數(shù)據(jù)傳輸速度、降低功耗、減小封裝尺寸。這正是實(shí)現(xiàn)高性能計算（HPC）、人工智能（AI）芯片等器件的關(guān)鍵技術(shù)。

2. 制造MEMS和傳感器

絕大多數(shù)MEMS器件（如陀螺儀、加速度計、麥克風(fēng)、壓力傳感器）都需要一個密封的真空或惰性氣體腔體來工作。晶圓鍵合系統(tǒng)可以為MEMS結(jié)構(gòu)提供一個理想的“封裝蓋板”，保護(hù)其精密的可動結(jié)構(gòu)免受外界環(huán)境（如濕度、塵埃）的影響。

3. 制造先進(jìn)的功率器件和射頻器件

對于氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等寬禁帶半導(dǎo)體材料，通過晶圓鍵合技術(shù)可以將它們轉(zhuǎn)移到更理想、成本更低的襯底（如硅）上，實(shí)現(xiàn)高性能與低成本的結(jié)合，廣泛應(yīng)用于5G基站、電動汽車和新能源領(lǐng)域。

4. 制造半導(dǎo)體-on-絕緣體

通過智能剝離與鍵合技術(shù)，可以制備SOI晶圓，這種晶圓能有效減少寄生電容和漏電，是制造低功耗、高性能芯片的理想基底。

晶圓鍵合自動化系統(tǒng)就像是為晶圓（芯片的母體）準(zhǔn)備的全自動、超高精度的“嫁接”或“貼合”系統(tǒng)，能將兩片或多片晶圓結(jié)合在一起，形成一個功能更強(qiáng)大的三維結(jié)構(gòu)。