CN211529929U - 一种晶圆冷却卡盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆冷却卡盘，包括圆形的卡盘本体，在圆心位置有进气孔，在卡盘本体上靠近圆心的位置设置有聚流环，聚流环的外壁延伸出六个等角度分隔的分隔壁，将卡盘本体分隔为6个分隔区，分隔壁延伸至卡盘本体的边缘，在相邻的两个分隔壁间的聚流环上有导流孔，在三个两两不相邻的分隔区的卡盘本体上均有至少一个顶针孔，其余的三个分隔区的卡盘本体上均有真空吸盘，真空吸盘连接到同一个抽真空机。采用实用新型的设计方案，通过顶针的垂直运动接收/输送晶圆，通过真空吸盘进行晶圆的吸附和固定，通过三点一个平面的形式，使得变形的晶圆也能够被完全固定，并通过分隔区的配合，使得冷却气体流速变大，降温变快。

Description

一种晶圆冷却卡盘

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种晶圆冷却卡盘。

背景技术

晶圆级封装(WLP)在工艺过程中会经常需要将加热后的晶圆降温到室温，比如EMC高温固化和涂胶工艺步骤，目前工艺设备针对此类应用主要采取将晶圆放置在冷板上的方式降温。

冷板冷却的方式存在着如下的缺陷：

1.冷板的温度一般为18-30摄氏度，洁净室室温一般为23-25度，冷板要达到18摄氏度，就需要连接冷冻机，达到30度需要加热器，这就使系统复杂且成本高昂。同时如果为了加快冷却速度而将冷板设置为18度，还需要计算晶圆下降到室温(25摄氏度)的时间并在冷却过程中严格执行，否则晶圆温度可能低于室温。

2.冷板的温度为18-30摄氏度,调节范围比较小，当冷板设置温度高于室温(25-30) 时，晶圆冷却结束时的温度无法达到标准室温。同时冷板在晶圆冷却过程中，温度不能发生改变，这样当工艺要求不同的晶圆温度下降曲线的时候，冷板因为调节范围狭窄无法满足细分降温要求。

3.WLP工艺中的晶圆在制程中会因制程原因而产生变形，变形最大可以达到±3mm，变形的晶圆放置在冷板上会一部分接触冷板，一部分无法接触冷板，在冷却过程中，晶圆接触冷板的部分降温比较快，没接触的部分降温比较慢，晶圆温度变化速率不同会形成不同的应力，而局部的应力差异可能损坏晶圆上的半导体器件。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于解决现有的晶圆降温方法--采用放置在冷板上的方式，成本高，降温效果不精确，不显著，且由于晶圆会存在变形的问题，和冷板的接触不完全，就会导致降温不均匀的问题。

技术方案：为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种晶圆冷却卡盘，其特征在于：包括圆形的卡盘本体，在圆心位置有进气孔，在卡盘本体上靠近圆心的位置设置有聚流环，聚流环的外壁延伸出六个等角度分隔的分隔壁，将卡盘本体分隔为6个分隔区，分隔壁延伸至卡盘本体的边缘，在相邻的两个分隔壁间的聚流环上有导流孔，在三个两两不相邻的分隔区的卡盘本体上均有至少一个顶针孔，其余的三个分隔区的卡盘本体上均有真空吸盘，真空吸盘连接到同一个抽真空机。

进气孔直接通过管道连接到空压机或厂务压缩空气，也可连接到氮气管道，进行冷却至常温的操作。

通过三个顶针在顶针孔内的垂直运动可以稳定的承接上一工艺步骤结束后输送来的晶圆，并被三个真空吸盘固定，通过吸盘的吸附，能够更好的进行固定，且考虑到晶圆可能会变形，故采用三点式的固定法，明显更有利于降温的均匀性。

通过设置多个分隔壁以及分隔区的配合，使得用于冷却气体的流动在分隔区内具有要求的方向性，同时使得其能够具有一定的流速，提高降温的效率。

进一步地，卡盘外部的用于连接真空吸盘的管路上设置有针阀和关断阀。

由于晶圆可能会存在形变，如果晶圆无变形或变形比较小，使用针阀调低真空吸气量，同时三个真空吸盘的吸力也可以矫正晶圆的微小变形，如果晶圆的变形严重，调高真空吸气量保证稳定吸附。

进一步地，所述真空吸盘包括自卡盘本体上延伸出的形状为漏斗状的金属吸嘴以及粘附在金属吸嘴内表面的氟橡胶吸盘。

使得真空吸盘和晶圆接触的部位更加柔软。

进一步地，卡盘本体的边缘有圆形的支撑环，分隔壁在卡盘本体边缘的端部连接支撑环，支撑环上有多个能够和外界贯通的开口。

支撑环起到支架的作用。

进一步地，聚流环、分隔壁和支撑环的高度相同。

进一步地，分隔壁的顶部形成若干小面积的接触点，分隔壁上有至少一个用于贯通相邻分隔区的缺口。

当真空吸盘吸附的晶圆存在变形的情况，那就可能会发生晶圆和分隔壁接触的情况，采用小面积接触点的设计，减少分隔壁和晶圆的接触面，提高冷却的均匀性，分隔壁上具有缺口是为了防止各分隔区的冷却气体压力不同而导致冷却温度不平衡。

同一个分隔壁可以采用多个缺口，同一分隔区两个分隔壁上的缺口不在同一个圆环上，避免气体形成垂直于半径方向上的气流，同时缺口还可以分割分隔壁，避免大面积金属接触晶圆，影响降温均匀性。

进一步地，卡盘外连接进气孔的管道上还设有调节冷却气体压力的调压阀和能够调节冷却气体流量的针阀。

在加快冷却效率的基础上，通过调节冷却气体的压力和流量，使得降温的速率可控。

进一步地，金属吸嘴的高度等于分隔壁的高度，氟橡胶吸盘超出金属吸嘴的外围。

采用此种设计，使得如果晶圆未变形，由于氟橡胶吸盘存在一定的厚度，氟橡胶吸盘吸附的晶圆肯定高于分隔壁，晶圆不会与分隔壁接触，提高冷却效率。

有益效果：本实用新型与现有技术相比：

采用实用新型的设计方案，通过顶针输送/接收晶圆，通过真空吸盘进行吸附和固定，通过三点一个平面的形式，使得晶圆能够被完全固定，并通过分隔区的配合，使得冷却气体流速变大，降温变快。

在加快冷却效率的基础上，通过调节冷却气体的压力和流量，使得降温的速率可控。

附图说明

图1为本实用新型的俯视结构示意图；

图2为本实用新型的截面结构示意图；

图3为本实用新型真空吸盘的结构示意图；

图4为本实用新型分隔壁的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步地说明。

实施例1

如图1至图4所示，一种晶圆冷却卡盘，包括圆形的卡盘本体，在圆心位置有进气孔1，在卡盘本体上靠近圆心的位置设置有聚流环2，聚流环2的外壁延伸出六个等角度分隔的分隔壁3，将卡盘本体分隔为6个分隔区4，分隔壁3延伸至卡盘本体的边缘，在相邻的两个分隔壁3间的聚流环2上有导流孔5，在三个两两不相邻的分隔区4的卡盘本体上均有至少一个顶针孔6，顶针驱动系统驱动顶针7(顶针和驱动系统都不在本卡盘设计范围内)穿过顶针孔6垂直运动，完成承接和传输晶圆的功能，其余的分隔区4的卡盘本体上均有真空吸盘16，真空吸盘16连接到同一个厂务真空管道或抽真空机(未图示)。

进气孔直接通过管道连接到空压机或厂务压缩空气，也可连接到氮气管道，进行冷却至常温的操作。

通过三个顶针在顶针孔内的垂直运动可以稳定的承接上一工艺步骤结束后输送来的晶圆，并被三个真空吸盘固定，通过吸盘的吸附，能够更好的进行固定，且考虑到晶圆可能会变形，故采用三点式的固定法，明显更有利于降温的均匀性。

通过设置多个分隔壁以及分隔区的配合，使得用于冷却气体的流动在分隔区内具有要求的方向性，同时使得其能够具有一定的流速，提高降温的效率。

卡盘外部的用于连接真空吸盘16的管路上设置有针阀9和关断阀。

由于晶圆可能会存在形变，如果晶圆无变形或变形比较小，调低真空吸气量，同时三个真空吸盘的吸力也可以矫正晶圆的微小变形，如果晶圆的变形严重，调高真空吸气量保证稳定吸附。

真空吸盘16包括自卡盘本体上延伸出的形状为漏斗状的金属吸嘴10以及粘附在金属吸嘴10内表面的氟橡胶吸盘11。

使得真空吸盘和晶圆接触的部位更加柔软。

卡盘本体的边缘有圆形的支撑环12，分隔壁3在卡盘本体边缘的端部抵住支撑环12，支撑环12上有多个能够和外界贯通的开口13。

支撑环起到支架的作用。

聚流环2、分隔壁3和支撑环12的高度相同。

分隔壁3的顶部形成若干小面积的接触点14，分隔壁3上有至少一个用于贯通相邻分隔区4的缺口15。

当真空吸盘吸附的晶圆存在变形的情况，那就可能会发生晶圆和分隔壁接触的情况，采用小面积接触点的设计，减少分隔壁和晶圆的接触面，提高冷却的均匀性，分隔壁上具有缺口是为了防止各分隔区的冷却气体压力不同而导致冷却温度不平衡。

同一个分隔壁可以采用多个缺口，同一分隔区两个分隔壁上的缺口不在同一个圆环上，避免气体形成垂直于半径方向上的气流，同时缺口还可以分割分隔壁，避免大面积金属接触晶圆，影响降温均匀性。

卡盘外连接进气孔的管道上还设有调节冷却气体压力的调压阀(未图示)和能够调节冷却气体流量的针阀9。

在加快冷却效率的基础上，通过调节冷却气体的压力和流量，使得降温的速率可控。

金属吸嘴10的高度等于分隔壁3的高度，氟橡胶吸盘11超出金属吸嘴10的外围。

采用此种设计，使得如果晶圆未变形，由于氟橡胶吸盘存在一定的厚度，氟橡胶吸盘吸附的晶圆肯定高于分隔壁，晶圆不会与分隔壁接触，提高冷却效率。

Claims (8)

1.一种晶圆冷却卡盘，其特征在于：包括圆形的卡盘本体，在圆心位置有进气孔，在卡盘本体上靠近圆心的位置设置有聚流环，聚流环的外壁延伸出六个等角度分隔的分隔壁，将卡盘本体分隔为6个分隔区，分隔壁延伸至卡盘本体的边缘，在相邻的两个分隔壁间的聚流环上有导流孔，在三个两两不相邻的分隔区的卡盘本体上均有至少一个顶针孔，其余的三个分隔区的卡盘本体上均有真空吸盘，真空吸盘连接到同一个抽真空机。

2.根据权利要求1所述的晶圆冷却卡盘，其特征在于：卡盘外部的用于连接真空吸盘的管路上设置有针阀和关断阀。

3.根据权利要求1所述的晶圆冷却卡盘，其特征在于：所述真空吸盘包括自卡盘本体上延伸出的形状为漏斗状的金属吸嘴以及粘附在金属吸嘴内表面的氟橡胶吸盘。

4.根据权利要求1所述的晶圆冷却卡盘，其特征在于：卡盘本体的边缘有圆形的支撑环，分隔壁在卡盘本体边缘的端部连接支撑环，支撑环上有多个能够和外界贯通的开口。

5.根据权利要求1或4所述的晶圆冷却卡盘，其特征在于：聚流环、分隔壁和支撑环的高度相同。

6.根据权利要求1所述的晶圆冷却卡盘，其特征在于：分隔壁的顶部形成若干小面积的接触点，分隔壁上有至少一个用于贯通相邻分隔区的缺口。

7.根据权利要求1所述的晶圆冷却卡盘，其特征在于：卡盘外连接进气孔的管道上还设有流量计及能够调节进气孔流量的针阀。

8.根据权利要求3所述的晶圆冷却卡盘，其特征在于：金属吸嘴的高度等于分隔壁的高度，氟橡胶吸盘超出金属吸嘴的外围。

Images