CN101842889A - 用于支撑工件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于以基本平坦的形式支撑工件的装置，尤其是一种用于在背面标记处理期间支撑半导体晶片的装置。所述装置能够处理弯曲与非弯曲的晶片，并与现有的各种晶片传递和处理技术相容。所述装置包括连续式基座和将工件保持于其间的连续式夹具。所述基座具有平坦的支撑面，在所述支撑面中具有贯穿的开口。所述夹具具有多个夹钳，所述夹钳的各个夹紧面落在共同的平坦平面中。所述夹具上结合有至少一个顶出器，用于使工件易于从所述夹紧面释放出。

Description

用于支撑工件的装置
技术领域
本发明总体上涉及半导体制造，具体而言，涉及一种用于在背面标记处理期间以基本平坦的形式支撑半导体晶片尤其是扭曲的半导体晶片的装置。
背景技术
在制造过程中，半导体晶片容易扭曲，这是由包括反复的高温退火、晶片压薄(wafer thinning)以及压缩和拉伸锉削沉积(file deposition)的不同步骤导致的结果。扭曲的晶片不仅容易破碎，引起相当大的制造上的收率损失(yield loss)，而且限制了在自动化环境下进行制造的精度，导致最终产品在质量上的差异。晶片的扭曲在背面标记处理中尤其值得注意，在该处理中，由于背面缺少中央支撑，薄晶片在重力的作用下容易呈现出钵状。这种非平坦的晶片表面会引起标记的错置。
专利号为7,015,418的美国专利提出了一种用于在背面标记处理期间对半导体晶片进行边缘支撑的卡盘系统(chuck system)。这种卡盘系统包括多个分离的定位器。每一定位器具有支撑基座、用于对所述支撑基座进行精定位的水平与垂直线性驱动器，以及用于将晶片保持在所述支撑基座上的旋转式夹紧机构。然而在实践中，这种系统的结构在对各个定位器的操作进行同步和协调以便使被支撑的晶片获得足够水平的平面度时面临巨大挑战。旋转式夹紧机构的任何不精确的集体运动均可能引起晶片的移位运动，这种移位运动破坏了背面标记的精度。定位器在相对位置上的任何误差，或者各个夹紧机构施加在晶片的不同部位上的不均匀的力，均甚至能使晶片的变形恶化。
另外，还有这样的情况，即，在松开夹钳后，晶片附着在夹紧机构上并随同该夹紧机构向上移动而离开所述支撑基座。当晶片在重力的作用下最终从夹紧机构上掉落并落在所述支撑基座上时，作用在晶片上的瞬间冲击力可能损坏该晶片的功能性。
鉴于上述问题，需要一种易于控制并对晶片进行额外保护的支撑晶片并提高晶片的平面度的装置。
发明内容
为解决与现有技术相关联的所述问题，本发明提供了一种用于支撑工件的装置，所述装置包括：连续式基座，其具有平坦的支撑面和贯穿所述基座的开口，所述支撑面用于保持布置于其上的所述工件，所述开口用于使所述工件的背面局部地暴露；以及连续式夹具，其具有与所述支撑面平行的平坦夹紧面，用于将所述工件夹紧在所述支撑面上。
根据本发明的一个方案，提供了一种装置，其中，所述基座进一步包括至少一个真空槽，所述真空槽具有朝向所述支撑面的第一开口，以及与真空源相连通的第二开口，其中，当所述真空源接通时，在所述至少一个真空槽中产生负压，从而使所述工件与所述支撑面之间的接触稳固。
根据本发明的另一个方案，提供了一种装置，其中，所述夹具具有多个伸长式夹钳，每一夹钳均具有平坦的夹紧面；并且其中，所述夹紧面落在共同的平坦平面中。
根据本发明的又一个方案，提供了一种装置，所述装置进一步包括至少一个机械驱动器，用于调节所述夹紧面与所述支撑面之间的相对距离。
根据本发明的再一个方案，提供了一种装置，所述装置进一步包括结合在所述夹具上的至少一个顶出器，用于在所述夹具松开夹钳并移动离开所述支撑面时将所述工件从所述夹紧面顶出。
根据本发明的另一个方案，提供了一种装置，其中，所述基座进一步具有凹陷，所述凹陷位于所述支撑面中用于允许末端执行器通过，以便将所述工件装载到所述装置上或者将所述工件从所述装置上卸载而不与所述装置的任何部件相撞。
通过下面结合附图对本发明的实施例的详细说明，本发明的目的与优点将变得明显。
附图说明
现在将结合附图对根据本发明的优选实施例进行说明，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的支撑装置的立体图。
图2示出了图1中的支撑装置的侧视图。
图3示出了图1中的支撑装置的分解图。
图4A和图4B示出了所述支撑装置在夹具分别处于备用位置与夹紧位置时的局部横截面图。
图5是图4B的局部放大图。
具体实施方式
参考下面对本发明的一些实施例的具体说明，可更为容易地理解本发明。
现在参考图1和图2，分别提供了根据本发明的一个实施例的支撑装置的立体图与侧视图。支撑装置100包括：基座1，其用于支撑布置于其上的晶片101(在图1中未示出)；夹具2，其用于将晶片101夹紧在基座1上，以便减小晶片101的弯曲度；两个机械驱动器3a与3b，其用于协作地调节夹具2和基座1之间的垂直距离；以及4个顶出器4a、4b、4c和4d，其用于使晶片101易于从夹具2中释放出。
现在参考图3，提供了图1中的支撑装置100的分解图，详细图示了部件的装配。基座1具有平坦的支撑面11，在支撑面11中具有贯穿的开口12。开口12的尺寸设计为，使得在操作中布置在基座1上的晶片101(在图3中未示出)充分地接触支撑面11以便确保稳固的支撑，同时使晶片101背面上的标记区域完全暴露在位于开口12下方的标记设备下。
在自动化的制造环境中，晶片通常通过机器人的末端执行器来转移。鉴于此，在支撑面11的一侧切出一凹陷13，用于允许所述末端执行器通过，使得通过末端执行器转移的晶片101能够被适当地定位在凹陷13的上方并被轻缓地布置在支撑面11上。
如图3所示，基座1的外部轮廓是对称的八边形，而开口12的轮廓是与该八边形共轴的圆形。然而，本领域内的技术人员应当理解，基座1的结构不限于此。例如，在一个实施例中，基座1与开口12的外部轮廓是矩形形状。在另一实施例中，基座1与开口12的外部轮廓均为圆形形状。
在如图3所示的基座的实施例中，基座1进一步具有四个在支撑面11中切出的真空槽14a、14b、14c和14d(14d在图3中未示出)。在提供了支撑装置100的局部横截面图的图4A和图4B中图示了真空槽14的细节。每一真空槽14垂直延伸进基座1中，并具有朝向支撑面11的第一开口141和与基座1中的水平空气通道14的第一端部141相连通的第二开口142。空气通道15具有在基座1的侧面上被堵头螺丝16闭塞的第二端部152。从基座1的下侧在基座1中钻一孔口17，孔口17具有连接到空气通道15上的第一开口171，以及能够被操作结合在真空源上的第二开口172。在操作中，当晶片101布置在支撑面11上且每一真空槽14的第一开口141被晶片101的背面盖住时，启动连接到孔口17上的真空源。接着，使空气从空气通道15与真空槽14中排出；在空气通道15和真空槽14中产生负压，从而使得晶片101稳固地附着在支撑面11上。
现在返回到图1，四个真空槽14均为弧形形状，并在基座1的内边缘上均匀地间隔开。然而，本领域内的技术人员应当理解，真空槽14的数量、尺寸、形状以及位置不限于此。例如，在一个实施例中，基座1具有三个均匀间隔开的弧形真空槽14。在另一实施例中，多个真空槽14在基座1上间隔开，每一真空槽均被以直线切削。
继续参考图1，外部尺寸比开口12的外部尺寸大的夹具2共轴地安装在基座1的上方。为使晶片101在夹取期间因接触导致的损坏降低到最低程度，夹具2不采用连续的夹紧面，而是具有四个均匀间隔开的突出的夹钳21a、21b、21c和24d，每一夹钳限定了独立的夹紧面22(在图1中未示出)。四个夹钳21被配置成使得相应的夹紧面22落在与基座1的支撑面11平行的共同的平坦平面中。
如图1所示，夹具2是圆形环。然而，本领域内的技术人员应当理解，夹具的形状不限于此。例如，在一个实施例中，夹具2是矩形环。
在所述夹具的一个实施例中，夹钳21被配置成与真空槽14对准。在操作中，当夹具2逐渐接近布置在基座1上的晶片101时，夹钳21最终与晶片101接触并将夹紧力施加到晶片101上，使晶片101的弯曲的边缘部在真空槽14的第一开口141上变平，由此形成一个封闭的空间，用于在其中产生负压。然而，本领域内的技术人员应当理解，夹钳的结构不限于此。不要求与真空槽精确地匹配。
继续参考图1和图2，两个机械驱动器3布置在基座1上夹具2的相反两侧，用于协作地控制夹具2相对于基座1的运动。图3图示了每一机械驱动器的细节。每一机械驱动器包括两个导轴31、两个导衬32、两个垫块33、承板34以及驱动器件35。每一导轴31利用螺丝紧固在基座1上，且每一导轴结合有一个导衬32。驱动器件35能够通过操作来致动两个导衬32，使其同时沿着所结合的导轴31滑动。承板34通过三个连接器341连接到夹具2上，并通过布置于其间的两个垫块33连接到两个导衬32上，用于将导衬32的运动传送给夹具2。
在操作中，两个机械驱动器3使夹具2相对于基座1在预定的备用位置和预定的夹紧位置之间垂直地移动。现在再次参考图4A和图4B，提供了所述支撑装置在分别处于预定的备用位置与夹紧位置时的局部横截面图。在如图4A所示的备用位置处，夹具2离开基座1，在两者之间产生了空间，这允许末端执行器将晶片101放置于其中而不会使晶片101的任何部位与夹具2或基座1相撞。所述末端执行器在X、Y方向上进行精密的位置调节，从而使晶片101与基座1共轴。当实现了对准时，使末端执行器下降进凹陷13中，直至晶片101的边缘接触到支撑面11。然后，两个机械驱动器3使夹具2下降到夹紧位置。在如图4B所示的夹紧位置处，夹紧面22与晶片101接触并对其施加适当的压力，以使弯曲的边缘变平而不对晶片表面造成损坏。当通过夹具2和支撑面11确保了对晶片的适当支撑时，使末端执行器进一步朝着凹陷13的底部下降而离开晶片101，随后从凹陷13的底部收回。
在机械驱动器的一个实施例中，驱动器件35是双位开环系统，例如气压缸。在另一实施例中，驱动器件35是多位闭环系统，例如线性步进器或伺服导向器。
本领域内的技术人员应当理解，机械驱动器3的数量和位置不受图1所示限制。例如，在一个实施例中，支撑装置100具有三个均匀分布在基座1上的机械驱动器3。
如图1和图2所示，四个顶出器4结合在夹具2上，用于在松开夹钳后将晶片101从夹紧面22顶出。现在参考图3、图4A和图4B，提供了顶出器4的细节。每一顶出器4包括支架41、推顶杆42、止动件43以及偏置件44。支架41固定在夹具2上，并在顶面413中具有通孔411，所述通孔411与夹具2中的通孔23垂直对准，用于接纳推顶杆42。布置在其中的推顶杆42能够通过操作相对于夹具2上、下移动。止动件43的一端结合在推顶杆41上，而另一端位于支架41的侧面上的垂直槽412中。垂直槽412的宽度限制了止动件43的水平移动，由此将推顶杆42围绕其纵轴的转动降低到最低程度。垂直槽412的长度限定了止动件43的垂直移动范围，从而确定了推顶杆42的垂直移动范围。偏置件44布置在止动件43与支架43的顶面413之间，用于使止动件43朝向槽412的下端偏置，从而相应地限定了推顶杆42的缺省位置。在如图4A所示的缺省位置处，推顶杆42的下端421从夹紧面22突出了预定距离。
现在参考图4A、图4B和图5，推顶杆42的下端421是台阶式端部，其具有突出部422和凹陷部423。当夹具2处于如图4B和图5所示的夹紧位置时，突出部422被压在基座1上，并且突出部422和夹紧面22之间的预定距离被缩短。但是，在凹陷部423和晶片101之间不存在直接的接触。因此，没有偏置力通过推顶杆42传送给晶片101。
在将已标记的晶片101从装置100上卸载的操作中，末端执行器移动通过凹陷13以便定位在晶片101的下方，并向上移动以与晶片101接触。然后，夹具2松开夹钳，并向上移动从而离开夹紧位置回到备用位置。沿相同方向的推顶杆42的相应移动由于作用于其上的偏置力会存在迟延。突出部422与基座1保持接触，直到与夹紧面22的预定距离被恢复。因此，附着在夹紧面22上的晶片101在被凹陷部423顶出之前，其仅能向上移动与台阶高度相当的距离。这样，通过控制晶片101的最大下降距离，对晶片101的损坏作用被降低到最低程度。当使晶片101从夹具2完全释放出时，其上支撑有晶片的末端执行器向上移动离开基座1，随后移出装置100。
在顶出器的一个实施例中，偏置件44是压缩弹簧。在另一实施例中，偏置件44是气动销。
在图1所示的实施例中，每一顶出器4均被安装在夹钳21的中央。然而，本领域内的技术人员应当理解，顶出器4的数量及位置并不限于此。例如，在一个实施例中，两个顶出器4结合在每一夹钳21的两端上。
尽管参考具体实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，这些实施例仅是示例性的并且本发明的范围不限于此。本发明的可选实施例对本发明所属的领域内具有普通技术的技术人员而言是显而易见的。这些可选实施例被视为包含在本发明的精神和范围之内。因此，本发明的范围通过随附的权利要求得到了描述，并且得到了上述说明书的支持。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于支撑工件的装置，所述装置包括：
连续式基座，其具有：
平坦的支撑面，用于保持布置于其上的所述工件；
开口，其贯穿所述基座，用于使所述工件的背面局部地暴露；以及
凹陷，其位于所述支撑面中用于允许末端执行器通过，以便将晶片装载到所述支撑面上或者将晶片从所述支撑面上卸载；以及
连续式夹具，其具有与所述支撑面平行的平坦夹紧面，用于将所述工件夹紧在所述支撑面上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基座进一步具有在其中切出的至少一个真空槽，所述真空槽具有朝向所述支撑面的第一开口，以及与真空源相连通的第二开口；其中，当所述真空源接通时，在所述至少一个真空槽中产生负压，从而使所述工件与所述支撑面之间的接触稳固。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，贯穿所述基座的开口的尺寸设计为使得晶片背面上待标记的区域完全暴露。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其中，贯穿所述基座的开口是圆形的。
5.根据权利要求1至3之一所述的装置，其中，贯穿所述基座的开口是矩形的。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其中，所述夹具是圆形环。
7.根据权利要求1至5之一所述的装置，其中，所述夹具是矩形环。
8.根据权利要求1至7之一所述的装置，其中，所述夹具包括多个伸长式夹钳，每一夹钳均具有平坦的夹紧面；并且其中，所述夹紧面落在共同的平坦平面中。
9.根据权利要求1至8之一所述的装置，其进一步包括至少一个机械驱动器，用于调节所述夹紧面与所述支撑面之间的相对距离。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个机械驱动器是气压缸。
11.根据权利要求99所述的装置，其中，所述至少一个机械驱动器是线性步进器。
12.根据权利要求1至11之一所述的装置，其进一步包括结合在所述夹具上的至少一个顶出器，用于在所述夹具松开夹钳并移动离开所述支撑面时将所述工件从所述夹紧面顶出。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述至少一个顶出器包括：
推顶杆，其能够相对于所述夹具移动，并具有台阶式端部；以及
偏置件，其用于使所述推顶杆朝向缺省位置偏置，在所述缺省位置处，所述台阶式端部从所述夹紧面突出预定距离；
其中，在夹紧期间，所述台阶式端部与所述支撑面接触，但不与所述工件接触，从而使施加在所述推顶杆上的偏置力不被传送给所述工件；以及
其中，在松开夹钳后，所述台阶式端部与所述支撑面保持接触，直到所述台阶式端部与所述支撑面之间的预定距离被恢复，从而阻止所述工件附着在所述夹具上并阻止所述工件进一步随同所述夹具移动。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述至少一个顶出器进一步包括：
支架构件，其紧固在所述夹具上并将所述推顶杆保持在其中，所述支架构件具有侧槽与顶面；以及
止动件，其具有与所述推顶杆相关联的第一端部和能够移动地布置在所述侧槽中的第二端部；
其中，所述偏置件被布置在所述支架构件的顶面与所述止动件之间。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述偏置件是压缩弹簧。
16.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述偏置件是气动销。
17.一种用于支撑工件的装置，包括：
连续式基座，其具有
平坦的支撑面，用于保持布置于其上的所述工件，
开口，其贯穿所述基座，用于使所述工件的背面局部地暴露，
凹陷，其位于所述支撑面中用于允许末端执行器通过，以便将晶片装载到所述支撑面上或者将晶片从所述支撑面上卸载；以及
在所述基座中切出的至少一个真空槽，通过所述至少一个真空槽施加负压，从而使所述工件与所述支撑面之间的接触稳固；以及
连续式夹具，其用于将所述工件夹紧在所述支撑面上，所述夹具具有多个伸长式夹钳，每一夹钳均具有平坦的夹紧面，其中，所述夹紧面落在与所述支撑面平行的共同的平坦平面中。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述至少一个真空槽被配置成与多个夹钳中的一个垂直对准。
19.根据权利要求17或18所述的装置，进一步包括结合在所述夹具上的至少一个顶出器，所述至少一个顶出器用于在所述夹具松开夹钳并移动离开所述支撑面时将所述工件从至少一个夹紧面顶出。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述至少一个顶出器结合在所述多个夹钳中的一个上。

Claims (21)

1.一种用于支撑工件的装置，所述装置包括：
连续式基座，其具有平坦的支撑面和贯穿所述基座的开口，所述支撑面用于保持布置于其上的所述工件，所述开口用于使所述工件的背面局部地暴露；以及
连续式夹具，其具有与所述支撑面平行的平坦夹紧面，用于将所述工件夹紧在所述支撑面上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基座进一步具有在其中切出的至少一个真空槽，所述真空槽具有朝向所述支撑面的第一开口，以及与真空源相连通的第二开口；其中，当所述真空源接通时，在所述至少一个真空槽中产生负压，从而使所述工件与所述支撑面之间的接触稳固。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基座进一步具有凹陷，所述凹陷位于所述支撑面中用于允许末端执行器通过，以便将晶片装载到所述支撑面上或者将晶片从所述支撑面上卸载。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，贯穿所述基座的开口的尺寸设计为使得晶片背面上待标记的区域完全暴露。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，贯穿所述基座的开口是圆形的。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，贯穿所述基座的开口是矩形的。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述夹具是圆形环。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述夹具是矩形环。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述夹具包括多个伸长式夹钳，每一夹钳均具有平坦的夹紧面；并且其中，所述夹紧面落在共同的平坦平面中。
10.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括至少一个机械驱动器，用于调节所述夹紧面与所述支撑面之间的相对距离。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述至少一个机械驱动器是气压缸。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述至少一个机械驱动器是线性步进器。
13.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括结合在所述夹具上的至少一个顶出器，用于在所述夹具松开夹钳并移动离开所述支撑面时将所述工件从所述夹紧面顶出。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述至少一个顶出器包括：
推顶杆，其能够相对于所述夹具移动，并具有台阶式端部；以及
偏置件，其用于使所述推顶杆朝向缺省位置偏置，在所述缺省位置处，所述台阶式端部从所述夹紧面突出预定距离；
其中，在夹紧期间，所述台阶式端部与所述支撑面接触，但不与所述工件接触，从而使施加在所述推顶杆上的偏置力不被传送给所述工件；以及
其中，在松开夹钳后，所述台阶式端部与所述支撑面保持接触，直到所述台阶式端部与所述支撑面之间的预定距离被恢复，从而阻止所述工件附着在所述夹具上并阻止所述工件进一步随同所述夹具移动。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述至少一个顶出器进一步包括：
支架构件，其紧固在所述夹具上并将所述推顶杆保持在其中，所述支架构件具有侧槽与顶面；以及
止动件，其具有与所述推顶杆相关联的第一端部和能够移动地布置在所述侧槽中的第二端部；
其中，所述偏置件被布置在所述支架构件的顶面与所述止动件之间。
16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述偏置件是压缩弹簧。
17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述偏置件是气动销。
18.一种用于支撑工件的装置，所述装置包括：
连续式基座，其具有平坦的支撑面、贯穿所述基座的开口以及在所述基座中切出的至少一个真空槽，所述支撑面用于保持布置于其上的所述工件，所述开口用于使所述工件的背面局部地暴露，通过所述至少一个真空槽施加负压，从而使所述工件与所述支撑面之间的接触稳固；以及
连续式夹具，其用于将所述工件夹紧在所述支撑面上，所述夹具具有多个伸长式夹钳，每一夹钳均具有平坦的夹紧面，其中，所述夹紧面落在与所述支撑面平行的共同的平坦平面中。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述至少一个真空槽被配置成与多个夹钳中的一个垂直对准。
20.根据权利要求18所述的装置，其进一步包括结合在所述夹具上的至少一个顶出器，所述至少一个顶出器用于在所述夹具松开夹钳并移动离开所述支撑面时将所述工件从至少一个夹紧面顶出。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述至少一个顶出器结合在所述多个夹钳中的一个上。
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