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晶圆键合机，一种用于将一片晶圆键合到另一片晶圆的设备。其主要功能在于实现晶圆间的连通、增强、密封和保护。这种设备适用于同种材料或不同材料的晶圆。根据键合面介质的不同，晶圆键合机可以分为胶键合、玻璃焊料键合、金属键合、直接键合等不同工艺。这类设备广泛应用于先进封装、三代半导体、微机电系统（MEMS）、三维互联、半导体材料、光电器件、图像传感器、存储器、内存等领域，是先进制造中不可或缺的一环。
在晶圆键合机的工作过程中，首先需要准备两片晶圆，这些晶圆可以是同种材料，也可以是不同材料。接下来，操作人员需要将这两片晶圆定位到设备的相应位置。然后，根据不同的键合工艺，晶圆键合机将进行相应的处理，例如施加胶水、加热、施加压力等操作，以实现晶圆之间的键合。整个过程需要高度的精确性和稳定性，以确保键合效果的可靠性和一致性。
晶圆键合机在现代电子制造业中扮演着重要角色。它不仅提高了晶圆间的连接质量，而且有助于实现更高的集成度和性能。通过键合技术，可以将多个功能模块集成在同一晶片上，实现小型化、高密度和高性能的电子设备。同时，晶圆键合机还为解决不同材料间的兼容性问题提供了可能，促进了材料科学与电子技术的融合。
本文研究了在三维集成中，使用缓冲氧化物蚀刻(BOE)溶液进行湿法蚀刻，以直接键合铜(Cu)图案对三维集成中铜模式直接键界面特性的影响。在400℃结温下，根据铜图案密度变量进行铜铜键合，显示出良好性能，并通过4点弯曲测试评估键合特性。
实验中，通过蚀刻工艺在8英寸硅晶片上修饰了具有不同宽度（30μm）和间距（100、300、500μm）的铜图案，随后沉积了Ti层和铜（Cu），并用化学机械研磨（CMP）工艺去除多余的铜。完成蚀刻工艺后，将晶片叠加并使用MicroTecSB8e键合机在N2气体气氛下，在400℃温度和25kN压力下进行铜铜热卷曲键合60分钟。接合完成的晶片通过超声波探伤设备确认整体接合状态。
在进行4点弯曲测试方法时，使用CCD照相机实时观察裂纹发展的时刻。该测试是一种破坏性动力学试验方法，通过假设单一材料并测量材料内部裂纹通过线性破坏性动力学发展所需的能量释放率（G）来测量膜间串联接合能量。实验还使用了XPS分析来了解接合前BOE湿式蚀刻后铜表面的残留物或氧化膜是否有效去除。
扫描声学断层扫描仪（SAT或SAM）用于检查晶片整体键合状态，结果显示，接合前进行BOE湿法蚀刻后，铜膜/Cu图案键合的深色部分为衔接好的部分，浅色部分为衔接不好的部分。中心部分接合不良，边缘接合良好。使用SEM分析分离截面后，所有三种图案密度都表明在两侧都检测到了铜，并且在Cu-Cu之间发生了剥离。这表明在CMP过程中发生的凹陷和腐蚀现象没有正确地完成结合，或者在BOE湿法蚀刻之后，微量地去除了Cu表面的氧化膜，但是Cu-Cu热压结合没有破坏Cu表面的氧化膜层，没有提供足够的活化能来实现相互扩散，因此结合不完美，并且没有显示出根据图案密度的效果。
通过4点弯曲测试方法，定量评估了不同图形密度对Cu-Cu直接键合的影响。观察到，在热压结合之前的BOE湿法蚀刻之后，一些Cu表面氧化物膜被去除。然而，尽管如此，在用BOE湿法蚀刻2分钟后，在400℃温度下进行60分钟的Cu-Cu热压结合导致在结的微结构中存在原始的Cu界面，而与图案密度无关。在测量4点弯曲测试方法和界面能之后，不管图案密度如何，在Cu-Cu界面处发生分离，测得的互准能量值为4.33±0.84J/m2，并且没有发现互准能量值根据图案密度的显著差异。这些结果表明，残留在铜表面的氧化膜干扰了铜的相互扩散。
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