CN107408528A - 用于夹持翘曲晶片的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于固定晶片的设备，其包含具有表面的卡盘、在所述卡盘中延伸穿过所述卡盘的所述表面的多个通孔、固定真空波纹管及多个浮动空气轴承，其中所述固定真空波纹管及所述多个浮动空气轴承的相应浮动空气轴承各自个别地布置于所述多个通孔的单独通孔中且在高度上布置于所述卡盘的所述表面上方。

Description

用于夹持翘曲晶片的设备及方法

相关申请案的交叉参考

本申请案依据35 U.S.C.§119(e)主张2015年3月12日申请的第62/132,473号美国临时专利申请案的权益，所述申请案以全文引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种将用于制造半导体的晶片固定到卡盘的设备及方法。

背景技术

用于先进晶片级封装(aWLP)的晶片具有多种大小及格式。举例来说，aWLP晶片的厚度在几十微米到几毫米的范围内。此外，可将晶片安装于胶卷框上、接合到载体晶片或重建到封装材料或其它晶片上。此多样性导致晶片硬度及翘曲的显著变化，这两者不利地影响晶片固定到常规卡盘的能力。

常规卡盘使用真空以将晶片固定到卡盘。此固定方法倾向于保留晶片中的任何翘曲，因为晶片被吸到卡盘的表面而不具有通过晶片的翘曲部分的横向延伸变平的机会。因此，以此方法固定到卡盘的晶片可能不符合卡盘的表面几何形状。将晶片直接夹持到卡盘的物理边缘夹持可通过迫使晶片符合卡盘的表面几何形状而改进晶片到卡盘的固定，然而，物理上夹持晶片可产生碎屑颗粒或其它污染物。

因为晶片的光学检验需要建立具有高精确度的聚焦平面，所以在晶片中的翘曲可致使晶片的部分在所期望聚焦平面外部。此外，由物理夹持产生的碎屑颗粒可污染裸片，这又可对成品率产生负面影响。

发明内容

根据本文中说明的方面，提供一种用于固定晶片的设备，其包含具有表面的卡盘、在所述卡盘中延伸穿过所述卡盘的所述表面的多个通孔、固定真空波纹管(vacuumbellows)及多个浮动空气轴承，其中所述固定真空波纹管及所述多个浮动空气轴承的相应浮动空气轴承各自个别地布置于所述多个通孔的单独通孔中且在高度上布置于所述卡盘的所述表面上方。

根据本文中说明的方面，提供一种用于将晶片固定到卡盘的方法，其包含：使所述晶片降低到邻近所述卡盘的表面的位置；使用第一负气压将所述晶片耦合到布置于所述卡盘的所述表面中的真空通孔内且在高度上布置于所述卡盘的所述表面上方的真空通孔内的固定真空波纹管；使用由多个浮动空气轴承提供的正气压悬置所述晶片，其中所述多个浮动空气轴承的相应浮动空气轴承在高度上布置于所述卡盘的所述表面上方且各自个别地布置于所述卡盘中的多个通孔的单独通孔中；使用第二负气压将所述晶片耦合到所述多个浮动空气轴承；及通过将所述固定真空波纹管及所述多个浮动空气轴承回缩于所述卡盘内部而将所述晶片夹持到所述卡盘的所述表面。

根据本文中说明的方面，提供一种用于固定晶片的设备，其包含具有表面的卡盘、在所述卡盘中延伸穿过所述卡盘的所述表面的多个通孔、在基本上正交于所述卡盘的所述表面的至少一个方向上围绕所述卡盘的所述表面的边缘布置的至少两个定位销、布置于所述多个通孔的第一通孔内的第一浮动空气轴承、布置于所述多个通孔的第二通孔内的第二浮动空气轴承及布置于所述多个通孔的第三通孔内的固定真空波纹管。

附图说明

仅通过实例参考所附示意性图揭示各种实施例，其中：

图1是用于夹持晶片的设备的俯视平面图；

图2是沿着线2-2截取的图1中展示的设备的横截面图；

图3是沿着线2-2截取的图1中展示的包含晶片的设备的横截面图；

图4是沿着线2-2截取的图1中展示的包含晶片的设备的横截面图，所述晶片部分固定到所述设备(即，在单个位置处固定)；及

图5是沿着线2-2截取的图1中展示的设备的横截面图，其中将晶片固定到卡盘的表面。

具体实施方式

首先，应理解，所主张的本发明不限于所揭示的方面。

此外，应理解，本发明不限于所描述的特定方法论、材料及修改且因而当然可变化。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定方面的目的，且不希望限制本发明的范围。

除非另有定义，否则本文中所使用的全部技术及科学术语具有相同于本发明所属技术的领域的一般技术人员共同理解的意义。应理解，可在实践或测试本发明时使用类似或等效于本文中描述的方法、装置或材料的任何方法、装置或材料。如本文中使用，“真空”大体上是指负气压的区域或状态，举例来说，具有比邻近环境低的气压的区域或状态。

图1是用于夹持晶片的设备100的俯视平面图。设备100包含具有表面102的卡盘101。在实例实施例中，卡盘101具有与圆形平面等效的表面几何形状。边缘103是表面102的外边缘，且在实例实施例中，当表面102是平面表面时，边缘103是表面102的圆形边界。定位销120、121、122及123布置成在基本上正交于表面102(举例来说，与表面102的表面法线平行)的至少一个方向上围绕且邻近边缘103。在实例实施例中，存在围绕卡盘101的表面102的边缘103布置的至少两个定位销，且这至少两个定位销布置于基本上正交于卡盘101的表面102的至少一个方向上。

设备100包含浮动空气轴承110及112以及固定真空波纹管111。浮动空气轴承110及112以及固定真空波纹管111各自个别地布置于卡盘101中的单独通孔中。这些通孔延伸穿过表面102。而且，浮动空气轴承110及112以及固定真空波纹管111最初在高度上布置于表面102上方。下文将更详细论述浮动空气轴承110及112以及固定真空波纹管111的功能及移动。在一些实例实施例中，设备100包含两个以上浮动空气轴承。

图2是沿着线2-2截取的图1中展示的设备100的横截面图。卡盘101包含通孔140及141，固定真空波纹管111及浮动空气轴承112分别布置于通孔140及通孔141中。固定真空波纹管111包含：真空垫130，其包含通孔131；波纹管133，其连接到真空垫130；及真空管线134，其布置于波纹管133内且连接到真空垫130，使得真空管线134与真空垫130中的通孔131流体连通。在实例实施例中，波纹管133及因此作为组合件的固定真空波纹管111两者可在正交于卡盘101的表面102(即，与通孔140的纵轴同轴)的方向上延伸及回缩。

浮动空气轴承112包含：空气轴承垫135，其包含通孔136；波纹管138，其连接到空气轴承垫135；至少一个空气轴承开口137，其在空气轴承垫135的表面中；空气管线，其与至少一个空气轴承开口137流体连通；及真空管线139，其布置于波纹管138内且连接到空气轴承垫135，其中真空管线139与空气轴承垫135中的通孔136流体连通。在实例实施例中，波纹管138及因此作为组合件的浮动空气轴承112两者可在正交于卡盘101的表面102(即，与通孔141的纵轴同轴)的方向上延伸及回缩。在实例实施例中，波纹管138充当与至少一个空气轴承开口137流体连通的空气管线。在实例实施例中，空气轴承垫135的表面(其中布置至少一个空气轴承开口137)是平行于卡盘101的表面102的表面。在实例实施例中，至少一个空气轴承开口137是在空气轴承垫135的表面中的环形开口。在实例实施例中，至少一个空气轴承开口137是多孔介质(例如，多孔金属或经烧结金属颗粒)。

在实例实施例中，固定真空波纹管111包含与浮动空气轴承112相同的组件，即，固定真空波纹管111是多个浮动空气轴承中的一者。真空波纹管111与浮动空气轴承(例如浮动空气轴承112)之间的结构的此类似性减少设备100的复杂性及对维持替换部件的单独集合的需要。

图3是如图2中展示的包含部分固定到设备100的晶片150的设备100的横截面图。晶片150经降低到邻近卡盘101的表面102的位置。在实例实施例中，在由围绕卡盘101的表面102的边缘103布置的至少两个定位销界定的周边内降低晶片150。

图4是如图2中展示的包含晶片150的设备100的横截面图。将第一负气压提供于晶片150与真空垫130之间。在实例实施例中，此第一负气压由与真空管线134及通孔131流体连通的真空泵(未展示)产生。此第一负气压倾向于将空气吸到通孔131中且通过真空管线134朝向所述真空泵。此第一负气压朝向通孔131吸对象且因此吸真空垫130。由于晶片150与真空垫130之间的第一负气压，晶片150与真空垫130接触。一旦晶片150与真空垫130接触，在晶片150与真空垫130之间的第一负气压便将晶片150耦合到真空垫130且因此耦合到作为组合件的固定真空波纹管111。因为固定真空波纹管111布置于通孔140内，所以固定真空波纹管111无法相对于卡盘101的表面102横向移动。因此，在耦合到固定真空波纹管111后，晶片150无法相对于卡盘101的表面102横向移动。

在晶片150与空气轴承垫135之间提供正气压。在实例实施例中，此正气压由与空气管线及至少一个空气轴承开口137流体连通的空气泵(未展示)产生。此正气压倾向于从至少一个空气轴承开口137排出空气。在实例实施例中，从浮动空气轴承112及多个空气轴承中的其它浮动空气轴承排出的空气直接排出到大气环境。所述正气压倾向于排斥对象远离至少一个空气轴承开口137且因此远离空气轴承垫135。以此方式，浮动空气轴承112充当空气轴承，即，用于使用正气压提供两个表面之间的低摩擦、承载界面的设备。因为晶片150从浮动空气轴承112排斥但耦合到固定真空波纹管111，所以由正气压使大体上在浮动空气轴承112上方的晶片150的部分在高度上悬置于浮动空气轴承112上方。

在实例实施例中，在晶片150与空气轴承垫135之间提供第二负气压。此第二负气压由与真空管线139及通孔136流体连通的真空泵(未展示)产生。此第二负气压倾向于将空气吸到通孔136中且通过真空管线139朝向所述真空泵。此第二负气压朝向通孔136吸对象及因此吸空气轴承垫135。在实例实施例中，产生于晶片150与浮动空气轴承112之间的正气压及第二负气压的效应经平衡，使得晶片150经吸取朝向浮动空气轴承112，但晶片150无法与浮动空气轴承112接触(即，在高度上处于浮动空气轴承112正上方的晶片150的部分保持由正气压悬置)。

由浮动空气轴承112提供的正气压及第二负气压的组合效应朝向浮动空气轴承112吸晶片150，同时在浮动空气轴承112与晶片150之间提供低摩擦界面。当晶片150被吸取朝向浮动空气轴承112时，其自然趋势是变平，从而移除晶片150中的任何翘曲。当移除晶片150中的翘曲时，晶片150的尺寸将改变。在实例实施例中，这些尺寸改变通常具有晶片150的高度减小及其长度及宽度增加的性质。晶片150与浮动空气轴承112之间的低摩擦界面允许大体上在高度上处于浮动空气轴承112上方的晶片150的部分相对于卡盘101的表面102横向移动，同时在高度上悬置于浮动空气轴承112上方。通过将晶片150耦合到固定真空波纹管111来增强浮动空气轴承112及所述多个浮动空气轴承中的其它浮动空气轴承平坦化晶片150的能力，所述耦合用以在单个点处牢固地锚定晶片150。此锚定效应允许浮动空气轴承112及所述多个浮动空气轴承中的其它浮动空气轴承更有效地平坦化晶片150中的翘曲，同时防止晶片150整体相对于卡盘101的表面102横向移动。

在移除晶片150中的翘曲达所期望的量之后，可调整在晶片150与浮动空气轴承112之间产生的正气压及第二负气压的平衡以将晶片150耦合到空气轴承垫135且因此耦合到作为组合件的浮动空气轴承112。在实例实施例中，晶片150耦合到所述多个浮动空气轴承中的全部浮动空气轴承。此耦合可在全部浮动空气轴承处同时发生或可以连续或随机顺序个别地发生。

图5是如图2中展示的设备100的横截面图，其中晶片150固定到卡盘101的表面102。在将晶片150耦合到固定真空波纹管111后，浮动空气轴承112及多个浮动空气轴承中的其它浮动空气轴承、波纹管133及138以及与所述多个浮动空气轴承中的其它浮动空气轴承相关联的波纹管正交地回缩到卡盘101中，各自连接的固定真空波纹管111、浮动空气轴承112及所述多个浮动空气轴承中的其它浮动空气轴承也正交地回缩到卡盘101中。固定真空波纹管111、浮动空气轴承112及所述多个浮动空气轴承中的其它浮动空气轴承的此回缩将晶片150夹持到卡盘101的表面102，这是因为晶片150与经回缩的固定真空波纹管111及所述多个浮动空气轴承耦合。通过平坦化晶片150中的翘曲且将其夹持到卡盘101的表面102，将卡盘101的表面几何形状赋予晶片150。在实例实施例中，在此夹持发生后，可停止由浮动空气轴承112及所述多个浮动空气轴承中的其它浮动空气轴承提供的正气压。

应了解，可视需要将上文揭示的各种特征及其它特征及功能或其替代组合到许多其它不同系统或应用中。随后可由所属领域的技术人员作出本发明的各种当前未预见或未预期的替代、修改、变化或改进，所述替代、修改、变化或改进还希望由所附权利要求书涵盖。

Claims (15)

1.一种用于固定晶片的设备，其包括：

卡盘，其包括表面；

多个通孔，其在所述卡盘中延伸穿过所述卡盘的所述表面；

固定真空波纹管；及

多个浮动空气轴承，其中所述固定真空波纹管及所述多个浮动空气轴承的相应浮动空气轴承各自个别地布置于所述多个通孔的单独通孔中且在高度上布置于所述卡盘的所述表面上方。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个浮动空气轴承包括：

第一浮动空气轴承，其布置于所述多个通孔的第一通孔内；及

第二浮动空气轴承，其布置于所述多个通孔的第二通孔内，其中所述固定真空波纹管布置于所述多个通孔的第三通孔内。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述固定真空波纹管包括：

真空垫，其包括通孔；

波纹管，其连接到所述真空垫，所述波纹管可在正交于所述卡盘的所述表面的方向上延伸及回缩；及

真空管线，其布置于所述波纹管内且连接到所述真空垫，其中所述真空管线与所述真空垫中的所述通孔流体连通。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个浮动空气轴承的相应浮动空气轴承包括：

空气轴承垫，其包括通孔；

波纹管，其连接到所述空气轴承垫，所述波纹管可在正交于所述卡盘的所述表面的方向上延伸及回缩；

至少一个空气轴承开口，其在所述空气轴承垫的表面中；

空气管线，其与所述至少一个空气轴承开口流体连通；及

真空管线，其布置于所述波纹管内且连接到所述空气轴承垫，其中所述真空管线与所述空气轴承垫中的所述通孔流体连通。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述至少一个空气轴承开口是在所述空气轴承垫的所述表面中的环形开口。

6.根据权利要求4所述的设备，其中所述至少一个空气轴承开口是多孔介质。

7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：

至少两个定位销，其布置成在基本上正交于所述卡盘的所述表面的至少一个方向上围绕所述卡盘的所述表面的边缘。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个浮动空气轴承直接排出到大气环境。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述固定真空波纹管包括所述多个浮动空气轴承中的一者。

10.一种用于将晶片固定到卡盘的方法，其包括：

将所述晶片降低到邻近所述卡盘的表面的位置；

使用第一负气压将所述晶片耦合到布置于所述卡盘的所述表面中的真空通孔内且在高度上布置于所述卡盘的所述表面上方的固定真空波纹管；

使用由多个浮动空气轴承提供的正气压悬置所述晶片，其中所述多个浮动空气轴承的相应浮动空气轴承在高度上布置于所述卡盘的所述表面上方且各自个别地布置于所述卡盘中的多个通孔的单独通孔中；

使用第二负气压将所述晶片耦合到所述多个浮动空气轴承；及

通过将所述固定真空波纹管及所述多个浮动空气轴承回缩于所述卡盘内部而将所述晶片夹持到所述卡盘的所述表面。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个浮动空气轴承包括：

第一浮动空气轴承，其布置于所述卡盘中的所述多个通孔的第一通孔内；及

第二浮动空气轴承，其布置于所述卡盘中的所述多个通孔的第二通孔内。

12.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：

在所述将所述晶片夹持到所述卡盘的所述表面的步骤后，停止所述多个浮动空气轴承的所述正气压。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述卡盘包括表面几何形状，所述方法进一步包括：

将所述卡盘的所述表面几何形状赋予所述晶片。

14.根据权利要求10所述的方法，其中在所述降低所述晶片的步骤期间，在由在基本上正交于所述卡盘的所述表面的至少一个方向上围绕所述卡盘的所述表面的边缘布置的至少两个定位销界定的周边内降低所述晶片。

15.一种用于固定晶片的设备，其包括：

卡盘，其包括表面；

多个通孔，其在所述卡盘中延伸穿过所述卡盘的所述表面；

至少两个定位销，其布置成在基本上正交于所述卡盘的所述表面的至少一个方向上围绕所述卡盘的所述表面的边缘；

第一浮动空气轴承，其布置于所述多个通孔的第一通孔内；

第二浮动空气轴承，其布置于所述多个通孔的第二通孔内；及

固定真空波纹管，其布置于所述多个通孔的第三通孔内。