CN111312649A - 真空载台、半导体机台以及贴膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真空载台、半导体机台和贴膜装置；其中所述真空载台用于真空吸附半导体基底，所述半导体基底具有位于背部的环形部，而所述真空载台具有顶面，所述顶面的边缘用于与所述环形部接触，所述顶面的中央用于远离所述半导体基底的背面，且所述顶面的边缘设置有吸附孔，用于吸附所述环形部。在贴膜时，本发明的真空载台能有效地防止载台上的颗粒物污染半导体基底的背面，从而确保半导体基底的质量，降低生产成本。

Description

真空载台、半导体机台以及贴膜装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种用于真空载台、半导体机台以及贴膜装置。
背景技术
目前在半导体领域中，对超薄晶圆的需求日益增长，且晶圆减薄后的厚度也越来越薄。但晶圆尺寸越大，减薄后晶圆的翘曲也更严重，导致无法满足功率器件的后续作业(如背面金属化等作业)。针对翘曲问题，现有提供了一种较好的解决方案，即Taiko工艺，该工艺对晶圆进行研削时，保留晶圆外围的边缘部分(约3mm左右)，只对圆内进行研磨薄型化，从而减少晶圆的翘曲，较大降低了对后序机台的传送要求及破片风险，满足了超薄晶圆的加工需求。
然而，当晶圆减薄后，还需要在晶圆正面覆盖一层起保护作用的膜，此时，一般采用与晶圆尺寸大小一致的真空载台将晶圆牢牢吸附住，再通过滚棒将膜平整地贴附于晶圆上。如图1所示，执行Taiko工艺后的晶圆1具有环形边缘2，在贴膜时，晶圆1置于真空载台3上，由真空载台3真空吸附晶圆1。真空载台3具有台阶，可以避让晶圆1的环形边缘2，且真空载台3的顶面通过若干吸附孔4真空吸附晶圆1的背面。然而，真空载台3上不可避免地会残留有颗粒物，使晶圆背面被污染，造成晶圆表面缺陷，降低晶圆的合格率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种真空载台、半导体机台和贴膜装置，其中真空载台可实现与半导体基底背面的无接触吸附，即使真空载台上残留有颗粒物，也不会使半导体基底背面被颗粒物污染。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种真空载台，用于真空吸附半导体基底，所述半导体基底具有位于背部的环形部，所述真空载台具有顶面，所述顶面的边缘用于与所述环形部接触，所述顶面的中央用于远离所述半导体基底的背面，且所述顶面的边缘设置有吸附孔，用于吸附所述环形部。
可选地，所述顶面的中央设置有至少一个排气孔。
可选地，所述顶面为平面，所述顶面的平面度小于0.01mm。
可选地，所述吸附孔为圆形孔。
可选地，所述吸附孔的直径范围为0.3mm～0.7mm。
可选地，所述吸附孔的直径为0.5mm。
可选地，所述顶面的边缘设置有至少一排所述吸附孔，一排所述吸附孔按圆形分布，一排所述吸附孔的中心分布在直径为D-t的圆上，其中，D为半导体基底的直径，t为环形部的径向厚度。
可选地，所述排气孔为圆形孔且直径不超过1.0mm。
可选地，所述半导体基底为键合衬底后执行Taiko工艺的晶圆。
为实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供一种半导体机台，包括所述的真空载台。
可选地，所述半导体机台为贴膜装置或揭膜装置。
可选地，当所述半导体机台为贴膜装置时，所述真空载台与半导体基底间形成硬接触的真空吸附；当所述半导体机台为揭膜装置时，所述真空载台与半导体基底间形成软接触的真空吸附。
为实现上述目的，根据本发明的又一个方面，提供一种贴膜装置，括驱动装置、滚轮以及所述的真空载台；所述真空载台用于吸附半导体基底；所述滚轮设置在所述真空载台的上方，用于以将膜碾压贴附于半导体基底上；所述驱动装置用于驱动所述滚轮转动，并还用于驱动所述真空载台和/或所述滚轮上升或下降。
综上所述，本发明的真空载台、半导体机台以及贴膜装置具有以下优点中的至少一个：
所述真空载台的顶面的边缘可通过吸附孔真空吸附半导体基底背部的环形部，达到固定半导体基底的目的，与此同时，真空载台的顶面的中央远离半导体基底的背面，使真空载台与半导体基底的背面不接触，尤其当半导体基底为键合衬底后执行Taiko工艺的晶圆时，所述真空载台可有效防止载台上的颗粒沾污Taiko减薄晶圆的背面，避免晶圆背面因颗粒物产生裂纹、刮伤等缺陷，从而确保Taiko减薄晶圆的质量，降低生产成本。
所述真空载台还在其顶面的中央设置至少一个排气孔，即使顶面的边缘部位存在真空泄漏，使半导体基底之背部的内腔中的气体被抽取，也可以允许外界的气体通过排气孔进入内腔，确保内腔与外界保持气压平衡，从而避免半导体基底出现下凹问题，如此，在贴膜时，可以确保Taiko减薄晶圆的贴膜效果。
附图说明
图1是现有技术中真空载台吸附Taiko工艺减薄后的晶圆的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的真空载台吸附背面减薄后的半导体基底的结构示意图；
图3是本发明优选实施例的真空载台设置有排气孔的结构示意图；
图4是本发明对比实施例的真空载台出现真空泄漏时半导体基底下凹的示意图；
图5是本发明优选实施例的贴膜装置的结构示意图。
附图标记说明如下：
1-晶圆；2-环形边缘；3-真空载台；4-吸附孔；
10-真空载台；11-顶面；12-吸附孔；13-底面；14-排气孔；
20-半导体基底；21-环形部；22-半导体基底的背面；
30-贴膜装置；31-滚轮；32-第三驱动装置；33-支架。
附图中用不同的附图标记表示相同或相似的部件。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，术语“边缘”指真空载台之顶面的周边部分，即指沿边的部分；术语“中央”指真空载台之顶面上被“边缘”所环抱的部分，但“中央”不应狭义地被理解为“中间位置”或“居中位置”。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合具体附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图2是本发明优选实施例的真空载台吸附背面减薄后的半导体基底的结构示意图。如图2所示，本实施例提供一种真空载台10，用于真空吸附半导体基底20，半导体基底20包括但不限于晶圆。本实施例的半导体基底20主要为键合衬底后执行Taiko工艺的晶圆(本文中，简称Taiko减薄晶圆)，其中衬底包括玻璃。Taiko减薄晶圆的特点是，半导体基底20的背面具有位于边缘的环形部21，也即，对半导体基底20进行研磨时，保留基底背面外围的边缘部分，只对基底内进行研磨薄型化。同时，本实施例的真空载台10具有顶面11，且半导体基底20通过环形部21固定于顶面11上，特别地，顶面11的中央远离半导体基底20之背面22，使顶面11的中央与晶圆的背面22不接触。
具体而言，顶面11的边缘与半导体基底20的环形部21接触进行吸附支撑，但顶面11的中央与半导体基底20的背面22相远离(即不接触)。应理解，半导体基底20的背面22即是环形部21所包围的内腔的底部。其中，顶面11的边缘处设置有吸附孔12，用于真空吸附环形部21。这样做，在真空吸附半导体基底20时，半导体基底20的背面不与真空载台10接触(即非接触式吸附)，防止了真空载台上的颗粒等污染物沾污基底背面，保证了半导体基底的质量，减少了半导体基底的报废。
本实施例的真空载台10包括但不限于应用在半导体基底的贴膜，也可以应用在半导体基底的揭膜，或者其他工艺，尤其地，当真空载台10用于Taiko减薄晶圆贴膜时，可以有效地防止晶圆背面遭受颗粒的污染，确保了Taiko减薄晶圆的合格率，降低了生产成本。
继续参阅图2，顶面11可以为平面，此时，顶面11的边缘和中央在水平面上平齐形成一平面，不仅加工方便，而且可靠性高，不易形成真空泄漏。在一些实施例中，顶面11的中央也可以为曲面，此时，顶面11的边缘需确保为平面，以能够有效地支撑和吸附半导体基底的环形部21。在另一些实施例中，顶面11还可以为台阶面，此时，顶面11的中央可以高于或低于边缘。为此，实际应用中，本发明对顶面11之中央的形状不作限定。
本实施例中，在真空吸附时，真空载台10与半导体基底20间可以形成软接触的真空吸附，也可以形成硬接触的真空吸附。例如当真空载台10用于Taiko减薄晶圆贴膜时，由于贴膜施加的作用力是由上往下方向，可以确保良好的密封，因此，真空载台10与半导体基底20可以形成硬接触的真空吸附，例如半导体基底20的环形部21直接与金属材料制成的顶面11接触。又例如当真空载台10用于Taiko减薄晶圆揭膜时，由于揭膜施加的作用力时由下往上方向，易出现真空泄漏，因此，真空载台10与半导体基底20间优选形成软接触的真空吸附，此时，真空载台10通过胶垫与半导体基底20的环形部21接触，例如可在吸附孔12内嵌入胶垫，胶垫具有内孔以构建真空吸附通道。
顶面11的边缘需要尽可能地平整，以此避免Taiko减薄晶圆被吸附时出现弯曲变形，以避免出现真空吸附，影响吸附效果。示意性的，当顶面11整体上为平面时，顶面11的平面度优选小于0.01mm。本实施例中，真空载台10通常为平板件，与顶面11相对的底面13也需要尽可能地平整，优选，底面13和顶面11的平行度小于0.01mm。
进一步地，吸附孔12的数量、形状、大小和分布方式不作限定，只要能够有效且可靠地吸附半导体基底20即可。在一些实施例中，在顶面11的边缘设置一排或多排吸附孔12，每排吸附孔12按圆形分布，多排同心布置，且相邻排的吸附孔可以径向错开或对齐。本实施例中，在环形部21的厚度t已经确定的情况下，只要在工艺上可以实现，可以在顶面11的边缘布置任意数量、形状和大小的吸附孔12。优选的，吸附孔12为圆形孔，结构简单，加工方便。进一步的，吸附孔12若为圆形孔，则圆形孔的直径范围可选为0.3mm～0.7mm，优选为0.3mm、0.5mm或0.7mm。举例来说，环形部21的厚度t为3.0mm，此时，吸附孔12的直径优选为0.5mm。当环形部21的厚度t较小，如为3.0mm时，优选在顶面11的边缘开设一排吸附孔12，这些吸附孔12的中心(包括圆心)分布在直径为D-t的圆上，使这些吸附孔12位于环形部21的中间，既能够防止真空泄漏，又能够均匀地吸附半导体基底20。其中，D为半导体基底的直径，例如D为200mm，t为3.0mm时，一排吸附孔12分布在直径为197.0mm的圆上。
图3是本发明优选实施例的真空载台设置有排气孔的结构示意图，图4是本发明对比实施例的真空载台出现真空泄漏时半导体基底下凹的示意图。如图3所示，优选在顶面11的中央设置排气孔14。因此，即使顶面11的边缘部位存在真空泄漏，使半导体基底20之背部的内腔中的气体被抽取，也可以允许外界的气体通过排气孔14进入内腔，确保内腔与外界保持气压平衡，从而避免半导体基底20出现如图4所示的问题，即半导体基底20出现下凹(虚线为半导体基底20下凹后的状态)，影响后续的加工(如导致Taiko减薄晶圆贴膜气泡的产生)。本发明对排气孔14的形状、数量、大小和分布方式不做限定。排气孔14不限于一个，也可以是两个或两个以上。排气孔14优选为圆形孔，直径可选为不超过1.0mm。
进一步地，本实施例还提供一种半导体机台，其包括本实施例的真空载台10，以通过真空载台10真空吸附待加工的半导体基底20。半导体机台可以是贴膜装置，也可以是揭膜装置，或者是其他半导体加工机台。优选地，半导体机台为贴膜装置。在实施贴膜时，为避免贴膜产生气泡，例如吸附Taiko减薄晶圆时出现晶圆下凹时，很可能会影响贴膜，为此，可通过控制滚轮与真空载台10的相对位置，控制滚轮在实施压膜的过程中对膜所施加的压力，实现膜与半导体基底之正面的良好贴合。
如图5所示，本实施例提供一种贴膜装置30，其包括真空载台10、滚轮31、驱动装置。所述驱动装置用于驱动所述滚轮31转动，对膜实施碾压，使膜平整地贴附于半导体基底20的正面。所述驱动装置并还用于驱动所述真空载台10和/或所述滚轮31上升或下降，以调整真空载台10和滚轮31之间的相对位置。进一步的，所述驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置。所述第一驱动装置(未示出)用于驱动滚轮31转动；所述第二驱动装置(未示出)用于驱动真空载台10上升或下降，以远离或靠近滚轮31；所述第三驱动装置32用于驱动滚轮31做上升或下降运动，以远离或靠近真空载台10。所述第一驱动装置可选为电机。所述第二驱动装置可选为电机，优选为步进电机，可以精确控制真空载台10的位置，以此精确控制真空载台10与滚轮31间的相对位置，确保贴膜效果。所述第三驱动装置32可以为电机或气缸。
进一步的，所述第三驱动装置32通过支架33与滚轮31连接，从而通过支架33带动滚轮31上升或下降。所述滚轮31的旋转轴线与滚轮31的升降方向垂直。所述第一驱动装置可安装在支架33上。应知晓的是，在实际应用中，可选择通过第二驱动装置和第三驱动装置32中的至少一个来调整真空载台10与滚轮31间的相对位置，本发明对此不限定。所述贴膜装置30优选还包括第四驱动装置，所述第四驱动装置用于驱动支架33做水平移动，如沿水平方向的第一方向和/或第二方向移动，其中，第一方向或第二方向与滚轮的旋转轴线平行。所述第四驱动装置可以是水平直线导轨组件。所述支架33具体可包括顶板和侧板，顶板水平设置，在所述顶板的相对两侧分别设置一个所述侧板，滚轮31的两端分别可转动地设置于两块侧板上。所述第三驱动装置32若为气缸，可通过推杆与顶板连接。
在实际工作中，可通过控制真空载台10与滚轮31间的相对位置，避免贴膜气泡的产生。具体来说，由第二驱动装置驱动真空载台10上升，使半导体基底20的正面与滚轮31接触，此过程中，真空载台10缓慢上升，直至半导体基底20的正面与滚轮31接触，接触后，滚轮31通过水平移动和滚动将膜平整地贴附于半导体基底20上，在贴附过程中，可先观察是否有气泡产生，如果有气泡产生，可适当调整滚轮31的高度直至消除气泡，此时，保持滚轮的位置不变即可。因此，与现有的贴膜相比，滚轮31对膜施加的压力应当更小，解决贴膜无气泡问题，本发明对滚轮31压力不作限定，本领域技术人员可以根据现有手段进行调整直至贴膜无气泡。
综上，根据本发明实施例提供的技术方案，通过真空载台10的应用，可以避免真空载台上的颗粒等污染物沾污半导体基底，确保了半导体基底的质量，降低了生产成本。而且真空载台10还设置了排气孔14，即使存在真空泄漏，也可避免半导体基底下凹问题，有效地保证了贴膜的可靠性。应知晓的是，本发明的真空载台10尤其适用于在贴膜时吸附Taiko减薄晶圆，可以有效地避免真空载台上的颗粒等污染物沾污Taiko减薄晶圆。此外，还应知晓的是，在贴膜时，本发明的附图中虽仅绘示了Taiko减薄晶圆部分，而未示出其键合层，键合层即为衬底，衬底包括但不限于玻璃，但本领域技术人员应当知晓键合衬底后执行了Taiko工艺后的晶圆结构。
应理解，上述实施例具体公开了本发明优选实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明。本领域技术人员应当理解，在本申请文件公开内容的基础上，容易将本发明做适当修改，以实现与本发明所公开的实施例相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应该认识到，这样的相似构造不脱离本发明公开的范围，并且在不脱离本发明公开范围的情况下，它们可以进行各种改变、替换和变更。

Claims (13)

1.一种真空载台，用于真空吸附半导体基底，所述半导体基底具有位于背部的环形部，其特征在于，所述真空载台具有顶面，所述顶面的边缘用于与所述环形部接触，所述顶面的中央用于远离所述半导体基底的背面，且所述顶面的边缘设置有吸附孔，用于吸附所述环形部。
2.根据权利要求1所述的真空载台，其特征在于，所述顶面的中央设置有至少一个排气孔。
3.根据权利要求1或2所述的真空载台，其特征在于，所述顶面为平面，所述顶面的平面度小于0.01mm。
4.根据权利要求1或2所述的真空载台，其特征在于，所述吸附孔为圆形孔。
5.根据权利要求4所述的真空载台，其特征在于，所述吸附孔的直径范围为0.3mm～0.7mm。
6.根据权利要求5所述的真空载台，其特征在于，所述吸附孔的直径为0.5mm。
7.根据权利要求1或2所述的真空载台，其特征在于，所述顶面的边缘设置有至少一排所述吸附孔，一排所述吸附孔按圆形分布，一排所述吸附孔的中心分布在直径为D-t的圆上，其中，D为半导体基底的直径，t为环形部的径向厚度。
8.根据权利要求2所述的真空载台，其特征在于，所述排气孔为圆形孔且直径不超过1.0mm。
9.根据权利要求1或2所述的真空载台，其特征在于，所述半导体基底为键合衬底后执行Taiko工艺的晶圆。
10.一种半导体机台，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的真空载台。
11.根据权利要求10所述的半导体机台，其特征在于，所述半导体机台为贴膜装置或揭膜装置。
12.根据权利要求11所述的半导体机台，其特征在于，当所述半导体机台为贴膜装置时，所述真空载台与半导体基底间形成硬接触的真空吸附；当所述半导体机台为揭膜装置时，所述真空载台与半导体基底间形成软接触的真空吸附。
13.一种贴膜装置，其特征在于，包括驱动装置、滚轮以及如权利要求1-9中任一项所述的真空载台；
所述真空载台用于吸附半导体基底；所述滚轮设置在所述真空载台的上方，用于以将膜碾压贴附于半导体基底上；所述驱动装置用于驱动所述滚轮转动，并还用于驱动所述真空载台和/或所述滚轮上升或下降。
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