隨著AI大模型、高性能計算的快速發(fā)展，HBM高帶寬內(nèi)存、高端AI芯片、Chiplet異構(gòu)集成成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心方向，摩爾定律的演進(jìn)已從平面微縮轉(zhuǎn)向3D垂直集成。而晶圓鍵合，正是實(shí)現(xiàn)3D芯片、異質(zhì)材料集成、先進(jìn)封裝的核心支柱工藝。在晶圓鍵合過程中，晶圓的高精度對準(zhǔn)是決定工藝成敗、芯片性能、量產(chǎn)良率的防控線，先進(jìn)鍵合工藝的對準(zhǔn)精度要求正在向更高的精度邁進(jìn)。哪怕僅有幾納米的對準(zhǔn)偏差，都會導(dǎo)致芯片報廢、器件性能失效與可靠性降低。而實(shí)現(xiàn)納米級對準(zhǔn)的核心，正是能幫助晶圓調(diào)整位姿的壓電納米定位臺。

一、晶圓鍵合技術(shù)

1.晶圓鍵合（Wafer Bonding）是半導(dǎo)體前道制造與先進(jìn)封裝的核心工藝，是一種將兩片或多片晶圓（如硅、SiC、GaN等材料）在分子或原子尺度實(shí)現(xiàn)一體化結(jié)合的技術(shù)。晶圓鍵合的主要目的是突破傳統(tǒng)芯片制造在二維平面上的物理極限，實(shí)現(xiàn)更高性能、更低功耗和更多功能的集成，例如：

（1）3D集成：垂直堆疊不同功能的芯片，顯著提升集成度與數(shù)據(jù)傳輸速度；

（2）異質(zhì)集成：將不同材料的晶圓（如GaN、Si等）無縫結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)

（3）先進(jìn)封裝：制備SOI晶圓、MEMS真空腔體等特殊結(jié)構(gòu)，通過晶圓級封裝大幅提升量產(chǎn)良率，降低制造成本。

2.典型的晶圓鍵合過程包含以下關(guān)鍵步驟：

（1）表面預(yù)處理：通過化學(xué)清洗、等離子體活化等工藝，使晶圓表面原子級平整，去除雜質(zhì)與缺陷；

（2）精確對準(zhǔn)：將兩片晶圓上的對準(zhǔn)標(biāo)記精確重合，以確保后續(xù)電氣連接的正確性；

（3）預(yù)鍵合：將兩片對準(zhǔn)的晶圓貼合在一起，利用分子間作用力使晶圓初步貼合；

（4）退火強(qiáng)化：通過高溫加熱使原子間形成牢固的共價鍵，從而將兩片晶圓永久性地結(jié)合在一起；

（5）質(zhì)量檢測：檢測鍵合強(qiáng)度、對準(zhǔn)精度與可靠性。

3.晶圓鍵合的核心技術(shù)指標(biāo)：對準(zhǔn)精度

在晶圓鍵合的諸多技術(shù)指標(biāo)中，對準(zhǔn)精度是決定最終芯片功能與性能的最關(guān)鍵參數(shù)之一。

對準(zhǔn)精度直接關(guān)系到：電氣互聯(lián)的成效、芯片性能的優(yōu)劣、生產(chǎn)良率與成本。

二、壓電納米定位臺：晶圓對準(zhǔn)的核心執(zhí)行單元

晶圓精對準(zhǔn)的本質(zhì)，是對晶圓的位置進(jìn)行納米級的精確調(diào)整。壓電納米定位臺是以壓電陶瓷作為驅(qū)動源，結(jié)合柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多軸精密運(yùn)動的壓電平臺。其核心優(yōu)勢在于體積小、無摩擦、響應(yīng)速度快，配置高精度傳感器后，可實(shí)現(xiàn)納米級分辨率及定位精度，且具有極高的可靠性。

在晶圓鍵合過程中，壓電納米定位臺通過多自由度微動，補(bǔ)償誤差，將晶圓調(diào)整到理想的對準(zhǔn)位置。這一過程需要同時滿足高精度、高穩(wěn)定性、快響應(yīng)等要求，壓電納米定位臺憑借獨(dú)有的驅(qū)動與結(jié)構(gòu)特性，是晶圓鍵合對準(zhǔn)調(diào)姿的核心標(biāo)配部件。

芯明天壓電納米定位臺的核心技術(shù)優(yōu)勢

（1）納米級定位精度

壓電納米定位臺通過逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電信號到位移的直接轉(zhuǎn)換，分辨率和定位精度可達(dá)納米級，完全滿足先進(jìn)晶圓鍵合對亞微米乃至納米級對準(zhǔn)的要求。

（2）毫秒級快速響應(yīng)

壓電納米定位臺的響應(yīng)時間通常在毫秒級，可實(shí)時補(bǔ)償位移偏差。在晶圓鍵合過程中，壓電納米定位臺能夠快速完成晶圓位置的微調(diào)，避免因調(diào)整滯后導(dǎo)致的對準(zhǔn)失敗。

（3）無摩擦

壓電納米定位臺采用無摩擦柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)設(shè)計，具有零間隙傳動、高導(dǎo)向精度、高分辨率、長期穩(wěn)定等優(yōu)勢。

（4）多軸協(xié)同運(yùn)動能力

晶圓對準(zhǔn)需要同時調(diào)整多個自由度，包括多軸直線及旋轉(zhuǎn)，而壓電納米定位臺可實(shí)現(xiàn)三維甚至六自由度的精密運(yùn)動。

（5）高穩(wěn)定性與可靠性

壓電納米定位臺的高剛性、零間隙的設(shè)計保證了系統(tǒng)在操作中的穩(wěn)定性和重復(fù)性，是承載晶圓的可靠平臺。

產(chǎn)品推薦

芯明天H30系列壓電納米定位臺是具有中心通孔的、XY直線及θz軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的三維壓電偏擺臺，采用無摩擦柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計，響應(yīng)速度快、閉環(huán)定位精度高，可滿足晶圓對準(zhǔn)過程中的調(diào)整需求。

技術(shù)參數(shù)

晶圓鍵合對位納米臺

技術(shù)參數(shù)

運(yùn)動自由度：X、Y、θz

行程：XY>100μm/軸、θz>0.2mrad

納米級分辨率

承載能力：>10kg

可選真空版本

產(chǎn)品可定制

審核編輯 黃宇