清华大学学报(自然科学版)

作者：王锐, 鲁森, 杨开明, 朱煜

单位：1. 清华大学 机械工程系, 北京 100084,2. 清华大学 机械工程系, 高端装备界面科学与技术全国重点实验室, 北京 100084

关键词：多物理场耦合,晶圆键合残差,键合波,有限元仿真,工艺参数优化

基金：国家自然科学基金青年项目(C类)(52105578),国家科技重大专项(2017ZX02102004)

针对高精度晶圆键合中, 由晶圆弹性变形、夹持约束条件和键合波传播动态耦合导致的键合残差问题, 该文提出一种综合考虑晶圆各向异性、夹持边界效应和键合波传播行为等多物理场耦合分析模型。首先, 通过构建基于各向异性薄板弹性力学-气膜动力学-接触力学-键合工艺过程的耦合仿真模型, 实现了300 mm晶圆键合过程的亚微米级精度有限元模拟, 并结合图案化晶圆几何形状测量试验验证了该模型的有效性; 随后, 基于上述模型系统研究了键合头材料与面形和晶圆初始间隙对键合残差的影响, 并验证了工艺策略调整对残差的抑制效果。结果表明：采用平面键合头和低刚度材料(聚乙烯)可使键合残差降低约40%;随着初始间隙的增加, 残差二范数和3σ值均增加。该文研究结果可为晶圆键合工艺参数的协同优化提供参考。

来源：2026年第6期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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