CN117766452A - 一种翘曲晶圆的搬运装置和晶圆减薄装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翘曲晶圆的搬运装置和晶圆减薄装备，所述搬运装置包括固定座、摆臂和装载头，所述装载头设置于摆臂的端部并绕固定座摆动；所述装载头包括：支撑盘，设置于摆臂的下方；吸附组件，设置于支撑盘的中部，用于真空吸附翘曲的晶圆；限位环，设置于支撑盘的外缘，其至少部分抵压于晶圆边缘；装载头与吸盘工作台交互晶圆时，对晶圆翘曲部分、限位环和吸盘工作台形成的边缘空间抽真空，在晶圆上下表面压力差的作用下，翘曲的晶圆贴合于吸盘工作台。

Description

一种翘曲晶圆的搬运装置和晶圆减薄装备

技术领域

本发明属于晶圆减薄技术领域，具体而言，涉及一种翘曲晶圆的搬运装置和晶圆减薄装备。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。在集成电路制造的后道制程阶段，为了降低封装贴装高度，减小芯片封装体积，改善芯片的热扩散效率、电气性能、机械性能，以及减轻芯片的加工量，晶圆在后续封装之前需要进行晶圆减薄处理，减薄后的芯片厚度甚至可以达到初始厚度的5％以下。

晶圆减薄处理是在晶圆减薄装备上实现的，而晶圆搬运装置是晶圆减薄装备的关键部件之一，晶圆传输的稳定性和精确度直接关系到装备的生产效率。

由于材料不均匀性及热应力的影响，晶圆会出现翘曲现象，因此，在晶圆减薄处理过程中，不可避免地要对翘曲的晶圆进行搬运及加工。

当晶圆出现较大翘曲时，会产生如下问题：由于晶圆朝上或朝下翘曲，晶圆的翘曲部分无法与平坦的吸盘工作台贴合，致使晶圆无法可靠吸附。具体的，在晶圆减薄过程中，晶圆翘曲部分发生真空泄露而致使晶圆在吸盘工作台发生位置移动，这严重影响晶圆的加工质量。

发明内容

本发明实施例提供了一种翘曲晶圆的搬运装置和晶圆减薄装备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种翘曲晶圆的搬运装置，其包括固定座、摆臂和装载头，所述装载头设置于摆臂的端部并绕固定座摆动；所述装载头包括：

支撑盘，设置于摆臂的下方；

吸附组件，设置于支撑盘的中部，用于真空吸附翘曲的晶圆；

限位环，设置于支撑盘的外缘，其至少部分抵压于晶圆边缘；

装载头与吸盘工作台交互晶圆时，对晶圆翘曲部分、限位环和吸盘工作台形成的边缘空间抽真空，在晶圆上下表面压力差的作用下，翘曲的晶圆贴合于吸盘工作台。

在一些实施例中，所述限位环配置有限位台，其底面为平面，以抵压翘曲晶圆的边缘。

在一些实施例中，所述限位环还包括倾斜部，其设置于限位台的外侧；所述倾斜部配置有朝外向下设置的倾斜面。

在一些实施例中，所述限位环的内部配置有流体孔，所述流体孔的一个端口位于所述倾斜面，其另一端口与外部的流体源连通。

在一些实施例中，所述流体孔的数量为多个，其沿所述限位环的周向均匀设置。

在一些实施例中，所述限位环由耐磨塑料制成，其底面为平面。

在一些实施例中，所述支撑盘配置有至少一个贯通孔，并且，所述贯通孔位于所述限位环的内侧。

在一些实施例中，所述吸附组件包括吸附盘和导向杆，所述吸附盘设置于导向杆的下端，其能够沿竖向移动。

在一些实施例中，所述吸附组件还包括弹性件，其套设于导向杆的外周侧并抵压于吸附盘与支撑盘之间。

本发明实施例的第二方面提供了一种晶圆装载方法，其使用上面所述的搬运装置，包括：

S1，摆臂带动装载头绕固定座摆动至待装载晶圆的上方，装载头下移，吸附组件装载晶圆；

S2，装载有晶圆的装载头上移并随摆臂移动至吸盘工作台的上方，装载头下移，以将晶圆放置于吸盘工作台；

S3，限位环的流体孔朝向边缘空间喷射液体，对吸盘工作台的多孔陶瓷抽真空，使得该边缘空间形成负压；在晶圆上下表面压力差的作用下，翘曲的晶圆贴合于吸盘工作台。

本发明实施例的第三方面提供了一种晶圆减薄装备，其包括减薄单元和上面所述的搬运装置，所述搬运装置临近减薄单元的吸盘工作台设置，以实现晶圆的传输。

本发明的有益效果包括：

a.搬运装置的装载头配置有限位环，其至少部分抵压于翘曲晶圆的边缘，以对装载晶圆进行限位；

b.晶圆翘曲部分、限位环和吸盘工作台能够形成边缘空间，在装载头与吸盘工作台交互时，对边缘空间抽真空，使得晶圆上下表面形成压力差，进而促进翘曲晶圆紧密贴合于吸盘工作台的表面；

c.限位环配置有与边缘空间连通的流体孔，以在晶圆装载时朝向边缘空间喷射液体，在液膜张力的作用下，促使晶圆W的翘曲部分紧密贴合于吸盘工作台的表面。

d.装载头的中部配置有吸附组件，其尺寸相对较小并能够吸附晶圆的中心位置；再者，吸附组件配置有弹性件，以提高装载头的柔性，防止装载的晶圆与吸盘工作台硬性接触而致使晶圆破损。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明一实施例提供的翘曲晶圆的搬运装置的示意图；

图2是本发明一实施例提供的装载头的示意图；

图3是图2中A处的局部示意图；

图4是本发明一实施例提供的限位环的仰视图；

图5是图2中B处的局部放大图；

图6是本发明一实施例提供的搬运装置与吸盘工作台交互的示意图；

图7是图6中C处的局部放大图；

图8是本发明一实施例提供的晶圆装载方法的流程图；

图9是本发明一实施例提供的晶圆减薄装备的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本发明中，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，减薄也称磨削，即对晶圆进行薄化处理，其含义和实际作用等同。术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象，并且仅用于区分所指代的对象，而不暗示所指代的对象的特定空间顺序、时间顺序、重要性顺序，等等。在一些实施例中，取值、过程、所选择的项目、所确定的项目、设备、装置、手段、部件、组件等被称为“最佳”、“最低”、“最高”、“最小”、“最大”等等。应当理解，这样的描述旨在指示可以在许多可使用的功能选择中进行选择，并且这样的选择不需要在另外的方面或所有方面比其他选择更好、更低、更高、更小、更大或者以其他方式优选。

图1是本发明一实施例提供的一种翘曲晶圆的搬运装置100的示意图，搬运装置100包括固定座110、摆臂120和装载头130，装载头130设置于摆臂120的端部，用于吸合晶圆。装载头130能够绕固定座110的中心线摆动，同时，摆臂120能够沿固定座110的中轴线移动，以改变装载头130及其吸合晶圆的位置，进而实现晶圆的传输。

进一步地，装载头130的示意图，如图2所示，装载头130包括：

支撑盘10，其设置于摆臂120的下方；具体的，支撑盘10为盘状结构，其尺寸与待装载晶圆的外径相匹配；支撑盘10通过可拆卸地方式连接于摆臂120的端部，以便于定期拆卸维护；

吸附组件20，其设置于支撑盘10的中部，用于真空吸附翘曲的晶圆；

限位环30，其设置于支撑盘10的外缘；在将晶圆装载于吸盘工作台200(图7示出)的过程中，限位环30至少部分抵压于晶圆边缘，以对晶圆进行限位，而保证晶圆与吸盘工作台200同心。

具体的，在摆臂120的带动下，吸附有翘曲晶圆的装载头130移动至吸盘工作台200的上方；接着，装载头130将晶圆抵压于吸盘工作台200的表面；接着，对晶圆翘曲部分、限位环30和吸盘工作台200形成的边缘空间S(图7示出)抽真空；在晶圆上下表面压力差的作用下，翘曲的晶圆贴合于吸盘工作台200。如此设置，能够有效防止翘曲晶圆与吸盘工作台200的表面之间产生间隙，进而保证了翘曲晶圆的可靠吸合；晶圆减薄处理时，紧密贴合于吸盘工作台200表面的晶圆对应的平整度符合工艺要求，以便保证晶圆的加工质量。

图3是图2中A处的局部放大图，限位环30为环状结构，其配置有限位台31；限位台31的底面为平面，用于抵压翘曲晶圆的边缘，以在竖直方向上对晶圆进行限位，保证晶圆放置位置的准确性。

进一步地，限位环30还包括倾斜部32，倾斜部32设置于限位台31的外侧，两者一体结构成型；其中，倾斜部32配置有朝外向下设置的倾斜面32a。需要说明的是，本发明中，“朝外”即朝向外侧，是指自限位环30的中心朝向外侧的方向；同理，“朝内”即朝向内侧，是指自限位环30的外侧壁朝向中心的方向。可以理解的是，限位台31和倾斜部32也可以采用分体结构，以定期更换磨损老化的部件，提高限位环30使用的灵活性。

图3中，限位环30的内部配置有流体孔30a，以便朝向图7使得侧边缘空间S喷射流体。具体的，流体孔30a的一个端口位于倾斜面32a，流体孔30a的另一端口与外部的流体源连通。即流体孔30a与边缘空间S连通，外部的流体可以经由流体孔30a进入边缘空间S中，使得进入边缘空间S的流体与晶圆翘曲部分的底面接触。

本发明中，流体孔30a的数量为多个，其沿限位环30的周向均匀设置，如图4所示。流体孔30a的均布设置，能够保证朝向边缘空间S喷射流体的均匀性，进而使得流体能够均匀作用于晶圆的翘曲部分，防止流体作用力不均匀而影响晶圆放置位置的准确性。在一些实施例中，流体孔30a的数量为20-50个，流体孔30a为圆形孔，其内径控制在1-3mm，以控制喷射流体的流量，防止喷射流体过多而致使晶圆在吸盘工作台200的表面发生浮动而影响晶圆放置位置的准确性。

作为本发明的一个实施例，流体孔30a至少包括倾斜段，使得倾斜段与倾斜面32a相交，使得流体孔30a能够朝向边缘空间S供给流体。作为本实施例的一个方面，流体孔30a的倾斜段的内径由外向内逐渐变大，以控制经由流体孔30a的流量，避免流出的流体的流速过大而影响装载晶圆的稳定性。在一些实施例中，流体孔30a的倾斜段相对于水平面的夹角为30-60°，优选地，流体孔30a的倾斜段相对于水平面的夹角为45°，以快速朝向边缘空间S供给液体等流体，使得晶圆的翘曲部分与吸盘工作台200之间快速形成液膜，以增强两者的粘滞性。

作为本实施例的一个方面，相邻流体孔30a的倾斜段与水平面的夹角存在差别，如两者的差值在5-15°之间，使得供给的流体能够快速覆盖晶圆翘曲部分，以在晶圆翘曲部分与吸盘工作台200之间快速形成液膜。

图3所示的实施例中，支撑盘10的边缘配置有第一通液槽11，并且，第一通液槽11与限位环30的流体孔30a连通；同时，支撑盘10的内部设置有竖向的连通孔12，连通孔12的一端与第一通液槽11连通，其另一端安装有气管接头，而外部的流体源(未示出)与气管接头连接。流体可经由连通孔12、第一通液槽11及流体孔30a，进入边缘空间S。

可以理解的是，图3仅是朝向边缘空间S通入流体的一个实施例，其也可以采用其他实施方式来实现上述功能。例如，可以在支撑盘10的上方设置密封环，而在密封环的内部配置与限位环30连通的流体管道，以将外部的流体引入边缘空间S。

图5是图2中B处的局部放大图，吸附组件20包括吸附盘21和导向杆22，吸附盘21设置于导向杆22的下端。具体的，支撑盘10的内部设置有竖向的直线轴承23，导向杆22滑动连接于直线轴承23，以带动导向轴22下端的吸附盘21上下移动。

具体地，导向杆22为中空结构，导向杆22的下端与吸附盘21的内部腔室连通；导向杆22的上端与外部的真空源连通，以在吸附盘21的底面形成负压而吸附晶圆。

可以理解的是，在一些实施例中，支撑盘10的内部可以设置与直线轴承23功能等同的其他导向作用的器件，使得导向杆22能够在支撑盘10的厚度方向移动，以改变吸附组件20的吸附盘21的竖向位置，进而改变吸附盘21下方吸附的晶圆的位置。

进一步地，吸附组件20还包括弹性件24，弹性件24套设于导向杆22的外周侧，并且，弹性件24抵压于吸附盘21与支撑盘10之间。如此设置，吸附盘21能够在竖直方向上下浮动，以适应翘曲程度不同晶圆的装载及传输。

作为本实施例的一个方面，弹性件24为压缩弹簧、橡胶弹簧等，弹性件24能够增强装载头130的柔性，防止装载头130的刚性过大而致使装载的晶圆破损。

装载头130吸附晶圆抵压于吸盘工作台200时，摆臂120需要沿固定座110的中轴线向下移动，以将晶圆按压于吸盘工作台200；此时，弹性件24处于压缩状态，导向杆22沿着直线轴承23向上移动。

当晶圆可靠吸附于吸盘工作台200的表面后，吸附盘21与大气连通，以破除吸附盘21内部腔室的压力，摆臂120带动装载头130上移，吸附组件20离开晶圆W；此时，弹性件24恢复至原始状态。

图6是本发明一实施例提供的搬运装置100的装载头130与吸盘工作台200交互的示意图，图7是图6中C处的局部放大图。

图7中，边缘空间S是由晶圆翘曲部分、限位环30和吸盘工作台200的上表面合围而成，流体孔30a朝向边缘空间S设置，以便朝向边缘空间S通入适量的流体。

由于液体具有一定的表面张力，尤其是水，喷射至边缘空间S的液体能够增加晶圆W与吸盘工作台的粘滞性，促使晶圆W与吸盘工作台200的表面吸合。因此，优先朝向边缘空间S通入水等液体，以增加晶圆W与吸盘工作台200之间的吸附力。

本发明中，限位环30由耐磨塑料制成，如聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚甲醛树脂等，以增强限位环30的耐磨性，延长装载头130的使用寿命。

进一步地，限位环30的底面为平面，即抵压于吸盘工作台200的限位环30与吸盘工作台200的上表面之间几乎没有间隙，使得合围而成的边缘空间S形成相对密封的空间，以便对边缘空间S进行抽空处理，辅助完成晶圆翘曲部分与吸盘工作台200的紧密贴合。

本发明中，支撑盘10配置有至少一个贯通孔10a，如图2所示，并且，贯通孔10a位于限位环30的内侧。即装载头130夹持晶圆的上表面可以通过贯通孔10a与大气连通，如图6所示。而边缘空间S与晶圆的翘曲部分的下表面连通，为了将晶圆的翘曲部分贴合于吸盘工作台200的表面，需要通过多孔陶瓷200a(图7示出)对边缘空间S抽真空，使得晶圆翘曲部分的上下表面形成压力差。在压力差的作用下，晶圆的翘曲部分与吸盘工作台200的上表面紧密贴合。

本发明中，利用装载头130的流体孔30a，可以朝向边缘空间S通入液体，以在液膜张力的作用下，促使晶圆W的翘曲部分贴合于吸盘工作台200的表面。

同时，本发明还提供了一种晶圆装载方法，其使上面所述的搬运装置100，晶圆装载方法的流程图，如图8所示，该方法包括：

S1，摆臂120带动装载头130绕固定座110摆动至待装载晶圆的上方，装载头130下移，吸附组件20装载晶圆；

具体地，绕固定座110摆动的摆臂120，带动装载头130移动至装载位置，摆臂120带动装载头130沿固定座110的轴线向下移动，使得吸附组件20的吸附盘21抵接于待装载晶圆W的上表面；接着，启动与吸附组件20的导向杆22连通的真空源，使得吸附盘21形成吸附晶圆W的负压，进而实现晶圆的装载。

S2，装载有晶圆的装载头130上移并随摆臂120移动至吸盘工作台200的上方，装载头130下移，以将晶圆放置于吸盘工作台200；

在摆臂120的带动下，装载头130移动至卸载位置(即吸盘工作台200的上方)，摆臂120带动装载头130向下移动，使得晶圆W抵接于吸盘工作台200的上表面。

S3，限位环30的流体孔朝向边缘空间S喷射液体，对吸盘工作台200的多孔陶瓷抽真空，使得该边缘空间S形成负压；在晶圆W上下表面压力差的作用下，翘曲的晶圆W贴合于吸盘工作台200。

图6所示的实施例中，晶圆W下表面抵接于吸盘工作台200的上表面；接着，通过流体孔30a朝向边缘空间S喷射液体，在液膜张力作用下，晶圆W的翘曲部分朝向吸盘工作台200的表面粘滞；

接着，启动吸盘工作台200配置的真空源，以对多孔陶瓷200a(图7示出)抽真空；由于边缘空间S与多孔陶瓷200a的微孔连通，因此，边缘空间S逐渐形成真空。

而晶圆上表面通过支撑盘10的贯通孔10a与大气连通，这就使得晶圆的上下表面形成压力差。在压力差的作用下，晶圆的翘曲部分逐渐贴合于吸盘工作台200的表面。

当晶圆完整贴合于吸盘工作台200后，停止朝向流体孔30a供给流体；吸附组件20破空，摆臂120带动装载头130上移和/或摆动，以离开吸盘工作台200。

此外，本发明还公开了一种晶圆减薄装备1000，其示意图，如图9所示，晶圆减薄装备1000包括减薄单元1和上面所述的搬运装置100，搬运装置100临近减薄单元1的吸盘工作台200设置，搬运装置100能够将完成减薄的晶圆传输至其他功能单元，以保证晶圆减薄装备1000的顺畅运行。

图9中，晶圆减薄装备1000还包括：

前端单元2，用于实现晶圆的进出，前端单元2设置在晶圆减薄装备1000的前端；

以及抛光单元3，其设置在前端单元2与减薄单元1之间，用于对完成减薄的晶圆实施化学机械抛光。

具体地，前端单元2设置在晶圆减薄装备1000的前端一侧，是实现将晶圆从外部搬送到机台内部的过渡模块，用于实现晶圆的搬入和搬出。

减薄单元1设置在晶圆减薄装备1000的末端，用于实现晶圆的薄化处理，例如进行粗磨削和/或精磨削。

抛光单元3的侧部配置有传输单元4，其沿晶圆减薄装备1000的长度方向设置，以连通前端单元2和减薄单元1，本发明所述的搬运装置100可以与传输单元4交互。由于本发明提供的搬运装置100配置的装载头130能够搬运翘曲晶圆，并通过配置限位环30将翘曲晶圆可靠装载于吸盘工作台200的表面，以保证晶圆表面的平整度，进而提升晶圆减薄的加工质量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种翘曲晶圆的搬运装置，其特征在于，包括固定座、摆臂和装载头，所述装载头设置于摆臂的端部并绕固定座摆动；所述装载头包括：

支撑盘，设置于摆臂的下方；

吸附组件，设置于支撑盘的中部，用于真空吸附翘曲的晶圆；

限位环，设置于支撑盘的外缘，其至少部分抵压于晶圆边缘；

装载头与吸盘工作台交互晶圆时，对晶圆翘曲部分、限位环和吸盘工作台形成的边缘空间抽真空，在晶圆上下表面压力差的作用下，翘曲的晶圆贴合于吸盘工作台。

2.如权利要求1所述的搬运装置，其特征在于，所述限位环配置有限位台，其底面为平面，以抵压翘曲晶圆的边缘。

3.如权利要求2所述的搬运装置，其特征在于，所述限位环还包括倾斜部，其设置于限位台的外侧；所述倾斜部配置有朝外向下设置的倾斜面。

4.如权利要求3所述的搬运装置，其特征在于，所述限位环的内部配置有流体孔，所述流体孔的一个端口位于所述倾斜面，其另一端口与外部的流体源连通。

5.如权利要求4所述的搬运装置，其特征在于，所述流体孔的数量为多个，其沿所述限位环的周向均匀设置。

6.如权利要求1所述的搬运装置，其特征在于，所述限位环由耐磨塑料制成，其底面为平面。

7.如权利要求1所述的搬运装置，其特征在于，所述支撑盘配置有至少一个贯通孔，并且，所述贯通孔位于所述限位环的内侧。

8.如权利要求1所述的搬运装置，其特征在于，所述吸附组件包括吸附盘和导向杆，所述吸附盘设置于导向杆的下端，其能够沿竖向移动。

9.如权利要求8所述的搬运装置，其特征在于，所述吸附组件还包括弹性件，其套设于导向杆的外周侧并抵压于吸附盘与支撑盘之间。

10.一种晶圆装载方法，其特征在于，使用权利要求1至9任一项所述的搬运装置，包括：

S1，摆臂带动装载头绕固定座摆动至待装载晶圆的上方，装载头下移，吸附组件装载晶圆；

S2，装载有晶圆的装载头上移并随摆臂移动至吸盘工作台的上方，装载头下移，以将晶圆放置于吸盘工作台；

S3，限位环的流体孔朝向边缘空间喷射液体，对吸盘工作台的多孔陶瓷抽真空，使得该边缘空间形成负压；在晶圆上下表面压力差的作用下，翘曲的晶圆贴合于吸盘工作台。

11.一种晶圆减薄装备，其特征在于，包括减薄单元和权利要求1至9任一项所述的搬运装置，所述搬运装置临近减薄单元的吸盘工作台设置，以实现晶圆的传输。