本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鍵合加熱控制裝置及其方法。

背景技術(shù)：

兩個表面平整潔凈的晶圓在一定的條件下可以通過表面的化學鍵相互結(jié)合起來，而不受兩種晶圓材料的晶格、晶向的限制，這中技術(shù)稱之為晶圓鍵合技術(shù)。利用鍵合技術(shù)組合新結(jié)構(gòu)材料有極大的自由度，所以被廣泛地應用于微電子電路、傳感器、功率器件、微機械加工、光電子器件、絕緣性硅晶片(soi)等領(lǐng)域。晶圓鍵合技術(shù)已經(jīng)成為一種可以用來制作很多重要光電子器件的技術(shù)。

晶圓鍵合技術(shù)可以將不同材料的晶圓結(jié)合在一起。晶圓鍵合是半導體器件三維加工的一個重要的工藝，無論哪一種類的晶圓鍵合，晶圓鍵合的主要工藝步驟均包括晶圓表面的處理(清洗、激活)，晶圓的對準，以及最終的晶圓鍵合。通過這些工藝步驟，獨立的單張晶圓被對準，然后鍵合在一起，實現(xiàn)其三維結(jié)構(gòu)。鍵合不僅是微系統(tǒng)技術(shù)中的封裝技術(shù)，而且也是三維器件制造中的一個有機的組成部分，在器件制造的前道工藝和后道工藝中均有應用?，F(xiàn)有的最主要的鍵合應用為硅片和硅片的鍵合以及硅片和玻璃襯底的鍵合。

晶圓鍵合過程一般是將硅片、玻璃襯底等材料在真空環(huán)境下加熱到一定的溫度，施加一定的壓力，并持續(xù)一定的時間，進行鍵合。在該工藝過程中，將材料加熱到指定溫度的時間占整個工藝過程的20％左右。因此，縮短加熱時間對提高產(chǎn)率有很大的影響。此外，在加溫加壓過程中，提高加熱穩(wěn)定性，減小溫度振蕩，能減小材料變形，提高鍵合精度。

因此，如何縮短加熱時間以及提高加熱穩(wěn)定性是在晶圓鍵合過程中亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鍵合加熱控制裝置及其方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中加熱時間過長及加熱不穩(wěn)定，加熱溫度震蕩的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種鍵合加熱控制裝置，包括加熱控制器以及兩個加熱裝置與兩個加熱驅(qū)動裝置；

所述加熱裝置用于對硅片或玻璃片進行加熱加壓，所述加熱裝置中設(shè)置有加熱器及至少兩個溫度傳感器；

所述加熱控制器用于實現(xiàn)對所述兩個加熱裝置中各溫度傳感器的測量，分別輸出加熱器的pwm開度；

所述加熱驅(qū)動裝置根據(jù)所述加熱控制器輸出的pwm開度，驅(qū)動所述加熱器工作。

可選的，還包括人機界面，所述人機界面用于設(shè)置裝置參數(shù)，以啟動或停止鍵合工藝。

可選的，所述裝置常數(shù)包括：加熱器pwm開度設(shè)定值、加熱速率與加熱器pwm開度設(shè)定值的比值、pid參數(shù)。

可選的，所述加熱裝置按順序依次包括：壓盤、第一石墨片、加熱盤、第二石墨片、陶瓷盤以及底座。

可選的，所述加熱盤內(nèi)設(shè)置有電加熱器。

可選的，所述壓盤與所述第一石墨片之間以及所述加熱器與所述第二石墨片之間均設(shè)置有溫度傳感器。

本發(fā)明還提供一種鍵合加熱控制方法，包括以下步驟：

步驟s01：加熱控制器測量加熱裝置中溫度傳感器的溫度，輸出所述加熱裝置中加熱器的pwm開度；

步驟s02：加熱驅(qū)動裝置根據(jù)所述加熱控制器輸出的pwm開度，驅(qū)動所述加熱器工作；

步驟s03：所述加熱裝置對硅片或玻璃片進行加熱加壓。

可選的，所述加熱控制器分別輸出兩個加熱裝置中加熱器的pwm開度，兩個加熱驅(qū)動裝置分別驅(qū)動兩個加熱器工作，所述兩個加熱裝置同時工作但相互獨立。

可選的，根據(jù)所述加熱器溫度偏差值的大小，將所述加熱器的加熱過程分 為三個階段：速率加熱階段、溫度粗調(diào)階段以及溫度精調(diào)階段。

可選的，在所述速率加熱階段，根據(jù)實驗計算出加熱速率與加熱器pwm開度設(shè)定值的比值，作為鍵合加熱控制的常數(shù)設(shè)置。

可選的，在所述溫度粗調(diào)階段，采用pid控制算法，將pid參數(shù)、加熱器pwm開度設(shè)定值限幅范圍作為鍵合加熱控制的常數(shù)設(shè)置。

可選的，在所述溫度精調(diào)階段，采用pid控制算法，將pid參數(shù)、加熱器pwm開度設(shè)定值限幅范圍作為鍵合加熱控制的常數(shù)設(shè)置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的一種鍵合加熱控制裝置及其方法的有益效果如下：

1、本發(fā)明提供的鍵合加熱控制裝置，通過加熱控制器測量兩個加熱裝置中各溫度傳感器的溫度，分別輸出兩個加熱裝置中加熱器的pwm開度，兩個加熱驅(qū)動裝置分別根據(jù)所述加熱控制器輸出的兩個pwm開度，驅(qū)動兩個加熱器工作，兩個加熱裝置分別對硅片或玻璃片進行加熱加壓，從而使得兩個加熱裝置同時工作而又相互獨立，節(jié)省加熱時間，提高了加熱效率；

2、本發(fā)明提供的加熱裝置，在加熱盤的上下兩側(cè)分別設(shè)置石墨片，使得溫度均勻傳播；在壓盤與第一石墨片之間設(shè)置壓盤溫度傳感器，在加熱盤與第二石墨片之間設(shè)置加熱盤溫度傳感器，選取加熱盤溫度傳感器為反饋控制點，可以快速響應加熱器的輸出，選取壓盤溫度傳感器為工藝評估點，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝流程中溫度的平滑輸出，不受加熱控制振蕩效果的影響，提高鍵合精度；

3、本發(fā)明提供的鍵合加熱控制方法，將加熱器的加熱過程分為三個階段，通過速率加熱階段的快速加熱，縮短加熱時間，提高產(chǎn)率，同時通過溫度粗調(diào)階段以及溫度精調(diào)階段，減小了加熱控制振蕩效果，提高了加熱效果；并且實現(xiàn)加熱速率階段功率可調(diào)，為鍵合工藝提供了更多工藝參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例所提供的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一實施例所提供的鍵合加熱控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一實施例所提供的鍵合加熱控制方法的流程圖。

圖4為本發(fā)明一實施例所提供的鍵合加熱控制方法中溫度與時間的關(guān)系圖。

圖5為本發(fā)明一實施例所提供的加熱控制算法流程。

具體實施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步說明。當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發(fā)明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應對此作為本發(fā)明的限定。

本發(fā)明的核心思想是：通過加熱控制器測量兩個加熱裝置中各溫度傳感器的溫度，分別輸出兩個加熱裝置中加熱器的pwm開度，兩個加熱驅(qū)動裝置分別根據(jù)所述加熱控制器輸出的兩個pwm開度，驅(qū)動兩個加熱器工作，兩個加熱裝置分別對硅片或玻璃片進行加熱加壓，從而使得兩個加熱裝置同時工作而又相互獨立，節(jié)省加熱時間，提高了加熱效率。

請參考圖1，其為本發(fā)明一實施例所提供的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述加熱裝置10按順序依次包括：壓盤11、第一石墨片12、加熱盤13、第二石墨片14、陶瓷盤15以及底座16。所述壓盤11用于對鍵合硅片、玻璃片等材料進行均勻面接觸施壓，所述第一石墨片12實現(xiàn)所述加熱盤13與所述壓盤11之間的均勻傳熱，所述加熱盤13內(nèi)置電加熱器，由加熱驅(qū)動裝置驅(qū)動實現(xiàn)所述加熱器加熱輸出，所述第二石墨片14實現(xiàn)所述加熱盤13與所述陶瓷盤15之間的均勻傳熱，所述陶瓷盤15用于實現(xiàn)對所述底座16的隔熱，所述底座16實現(xiàn)與框架的連接。在所述壓盤11與所述第一石墨片12之間以及所述加熱器13與所述第二石墨片14之間均設(shè)置有溫度傳感器，在所述壓盤11與所述第一石墨片12之間的溫度傳感器為壓盤溫度傳感器17，在所述加熱器13與所述第二石墨片14之間的溫度傳感器為加熱器溫度傳感器18。本實施例中，在所述加熱盤13的上下兩側(cè)分別設(shè)置石墨片，可以使得溫度均勻傳播；而選取加熱器溫度傳感器18為反饋控制點，可以快速響應加熱器的輸出，選取壓盤溫度傳感器17為工藝評估點，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝流程中溫度的平滑輸出，不受加熱控制振蕩效果的影響，從而提高鍵合精度。

請參考圖2，其為本發(fā)明一實施例所提供的鍵合加熱控制裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖2所示，所述鍵合加熱控制裝置100包括加熱控制器30以及兩個加熱裝置10、20與兩個加熱驅(qū)動裝置40、50，所述加熱裝置用于對硅片或玻璃片進行加熱加壓，所述加熱裝置采用上述實施例所述的加熱裝置，其中設(shè)置有加熱器及至少兩個溫度傳感器；所述加熱控制器30用于實現(xiàn)對所述兩個加熱裝置中各溫度傳感器的測量，分別輸出加熱器的pwm開度；所述加熱驅(qū)動裝置根據(jù)所述加熱控制器輸出的pwm開度，驅(qū)動所述加熱器工作。

所述兩個加熱裝置分別為上盤加熱裝置10與下盤加熱裝置20，所述兩個加熱驅(qū)動裝置分別為上盤加熱驅(qū)動裝置40與下盤加熱驅(qū)動裝置50。所述加熱控制器30分別對所述上盤加熱裝置10與下盤加熱裝置20中的各溫度傳感器進行溫度測量，通過加熱控制算法，分別輸出所述上盤加熱裝置10與下盤加熱裝置20中加熱器的pwm開度；所述上盤加熱驅(qū)動裝置40根據(jù)所述加熱控制器30輸出的所述上盤加熱裝置10中加熱器的pwm開度，驅(qū)動所述上盤加熱裝置10中的加熱器工作，所述下盤加熱驅(qū)動裝置50根據(jù)所述加熱控制器30輸出的所述下盤加熱裝置20中加熱器的pwm開度，驅(qū)動所述下盤加熱裝置20中的加熱器工作；然后所述上盤加熱裝置10對硅片70進行加壓加熱，所述下盤加熱裝置20對硅片80進行加熱加壓，從而使得兩個加熱裝置同時工作而又相互獨立，節(jié)省加熱時間，提高了加熱效率。可以理解的是，本發(fā)明提供的鍵合加熱控制裝置，不僅可以對硅片或玻璃片進行加壓加熱，還可以用于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他材料。

所述鍵合加熱控制裝置100還包括人機界面60，所述人機界面60用于設(shè)置所述鍵合加熱控制裝置的裝置常數(shù)，以啟動或停止鍵合工藝，包含加熱啟動、關(guān)閉等指令。所述裝置常數(shù)包括加熱器pwm開度設(shè)定值、加熱速率與加熱器pwm開度設(shè)定值的比值、pid參數(shù)等。

請參考圖3，其為本發(fā)明一實施例所提供的鍵合加熱控制方法的流程圖。如圖3所示，所述鍵合加熱控制方法包括以下步驟：

步驟s01：加熱控制器測量加熱裝置中溫度傳感器的溫度，輸出所述加熱裝置中加熱器的pwm開度；

步驟s02：加熱驅(qū)動裝置根據(jù)所述加熱控制器輸出的pwm開度，驅(qū)動所述加熱器工作；

步驟s03：所述加熱裝置對硅片或玻璃片進行加熱加壓。

具體的，請參照圖2與圖3所示，在步驟s01中，加熱控制器30分別測量所述上盤加熱裝置10與所述下盤加熱裝置20中溫度傳感器的溫度，通過加熱控制算法，分別輸出所述上盤加熱裝置10與所述下盤加熱裝置20中加熱器的pwm開度。

在步驟s02中，所述上盤加熱驅(qū)動裝置40根據(jù)所述加熱控制器30輸出的上盤加熱裝置10中加熱器的pwm開度，驅(qū)動所述上盤加熱裝置10中的加熱器工作；所述下盤加熱驅(qū)動裝置50根據(jù)所述加熱控制器30輸出的下盤加熱裝置20中加熱器的pwm開度，驅(qū)動所述下盤加熱裝置20中的加熱器工作。

在步驟s03中，所述上盤加熱裝置10與所述下盤加熱裝置20分別對硅片或玻璃片進行加熱加壓。

在本實施例中，所述加熱控制器分別輸出兩個加熱裝置中加熱器的pwm開度，兩個加熱驅(qū)動裝置分別驅(qū)動兩個加熱裝置中的加熱器工作，所述兩個加熱裝置同時工作但相互獨立。

根據(jù)所述加熱器溫度與實際所需溫度之間偏差值的大小，將所述加熱器的加熱過程分為三個階段：速率加熱階段t1、溫度粗調(diào)階段t2以及溫度精調(diào)階段t3，如圖4所示，橫坐標代表時間t，縱坐標代表溫度t。在所述速率加熱階段t1，根據(jù)實驗計算出加熱速率ramp與加熱器pwm開度設(shè)定值sv的比值kpv，作為鍵合加熱控制的常數(shù)設(shè)置；在所述溫度粗調(diào)階段t2，采用pid控制算法，將pid參數(shù)、加熱器pwm開度設(shè)定值sv限幅范圍作為鍵合加熱控制的常數(shù)設(shè)置；在所述溫度精調(diào)階段t3，采用pid控制算法，將pid參數(shù)、加熱器pwm開度設(shè)定值sv限幅范圍作為鍵合加熱控制的常數(shù)設(shè)置。

本發(fā)明提供的鍵合加熱控制方法，將加熱器的加熱過程分為了三個階段，通過速率加熱階段的快速加熱，縮短了加熱時間，提高了產(chǎn)率，同時通過溫度粗調(diào)階段以及溫度精調(diào)階段，減小了加熱控制振蕩效果，提高了加熱效果；并且實現(xiàn)加熱速率階段功率可調(diào)，為鍵合工藝提供了更多工藝參數(shù)。

請參考圖5所示，其為本發(fā)明一實施例所提供的加熱控制算法流程。如圖5所示，在加熱器開始加熱之后，首選判斷是否處于速率加熱階段t1：若是處于速率加熱階段t1，則從鍵合加熱控制裝置常數(shù)中獲取kpv參數(shù)，根據(jù)sv＝ramp*kpv 計算出sv值，所述加熱驅(qū)動裝置根據(jù)所述sv值驅(qū)動所述加熱器工作，然后判斷是否需要關(guān)閉加熱；若不是處于速率加熱階段t1，則判斷是否處于溫度粗調(diào)階段t2。若是處于溫度粗調(diào)階段t2，則從鍵合加熱控制裝置常數(shù)中獲取pid1參數(shù)，根據(jù)pid控制算法，計算出sv值，所述加熱驅(qū)動裝置根據(jù)所述sv值驅(qū)動所述加熱器工作，然后判斷是否需要關(guān)閉加熱；若沒有處于溫度粗調(diào)階段t2，則判斷是否處于溫度精調(diào)階段t3。若是處于溫度精調(diào)階段t3，則從鍵合加熱控制裝置常數(shù)中獲取pid2參數(shù)，根據(jù)pid控制算法，計算出sv值，所述加熱驅(qū)動裝置根據(jù)所述sv值驅(qū)動所述加熱器工作，然后判斷是否需要關(guān)閉加熱；若沒有處于溫度精調(diào)階段t3，則直接判斷是否需要關(guān)閉加熱。若需要關(guān)閉加熱，則直接關(guān)閉加熱，若是不能關(guān)閉加熱，則重新從判斷是否處于速率加熱階段t1開始，直至最后關(guān)閉加熱。

綜上所述，本發(fā)明提供的鍵合加熱控制裝置，通過加熱控制器測量兩個加熱裝置中各溫度傳感器的溫度，分別輸出兩個加熱裝置中加熱器的pwm開度，兩個加熱驅(qū)動裝置分別根據(jù)所述加熱控制器輸出的兩個pwm開度，驅(qū)動兩個加熱器工作，兩個加熱裝置分別對硅片或玻璃片進行加熱加壓，從而使得兩個加熱裝置同時工作而又相互獨立，節(jié)省加熱時間，提高了加熱效率；本發(fā)明提供的加熱裝置，在加熱盤的上下兩側(cè)分別設(shè)置石墨片，使得溫度均勻傳播；在壓盤與第一石墨片之間設(shè)置壓盤溫度傳感器，在加熱盤與第二石墨片之間設(shè)置加熱盤溫度傳感器，選取加熱盤溫度傳感器為反饋控制點，可以快速響應加熱器的輸出，選取壓盤溫度傳感器為工藝評估點，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝流程中溫度的平滑輸出，不受加熱控制振蕩效果的影響，提高鍵合精度；本發(fā)明提供的鍵合加熱控制方法，將加熱器的加熱過程分為三個階段，通過速率加熱階段的快速加熱，縮短加熱時間，提高產(chǎn)率，同時通過溫度粗調(diào)階段以及溫度精調(diào)階段，減小了加熱控制振蕩效果，提高了加熱效果；并且實現(xiàn)加熱速率階段功率可調(diào)，為鍵合工藝提供了更多工藝參數(shù)。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。