TW201641400A - 用於夾持翹曲晶圓之裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於固定一晶圓之裝置，其包含具有一表面之一卡盤、在該卡盤中延伸穿過該卡盤表面之複數個通孔、一固定真空波紋管及複數個浮動空氣軸承，其中該固定真空波紋管及該複數個浮動空氣軸承之一各自浮動空氣軸承之各者個別地配置於該複數個通孔之單獨通孔中且在高度上配置於該卡盤表面上方。

Description

用於夾持翹曲晶圓之裝置及方法 相關申請案之交叉參考

本申請案根據35 U.S.C.§119(e)規定主張2015年3月12日申請之美國臨時專利申請案第62/132,473號之權利，該申請案之全文以引用的方式併入本文中。

本發明係關於一種將用於製造半導體之晶圓固定至一卡盤之裝置及方法。

用於先進晶圓級封裝(aWLP)之晶圓具有多種大小及格式。舉例而言，aWLP晶圓之厚度在幾十微米至幾毫米之範圍內。此外，可將晶圓安裝於軟片框上、接合至載體晶圓或重建至封裝材料或其他晶圓上。此多樣性導致晶圓硬度及翹曲之顯著變動，此兩者不利地影響晶圓固定至一習知卡盤之能力。

習知卡盤使用真空以將一晶圓固定至卡盤。此固定方法傾向於保留晶圓中之任何翹曲，因為晶圓被吸取至卡盤表面而不具有透過晶圓之翹曲部分之橫向延伸變平之機會。因此，以此方法將一晶圓固定至一卡盤可能不符合卡盤之表面幾何形狀。將晶圓直接夾持至卡盤之實體邊緣夾持可藉由迫使晶圓符合卡盤之表面幾何形狀而改進晶圓至卡盤之固定，然而，實體上夾持一晶圓可產生碎屑粒子或其他污染 物。

因為晶圓之光學檢驗需要建立具有高精確度之聚焦平面，所以在晶圓中之翹曲可引起晶圓之部分在所要聚焦平面外部。此外，由實體夾持產生之碎屑粒子可污染晶粒，其繼而可產生負面影響。

根據本文中繪示之態樣，提供一種用於固定一晶圓之裝置，其包含具有一表面之一卡盤、在該卡盤中延伸穿過該卡盤表面之複數個通孔、一固定真空波紋管(vacuum bellows)及複數個浮動空氣軸承，其中該等固定真空波紋管及該複數個浮動空氣軸承之一各自浮動空氣軸承之各者個別地配置於該複數個通孔之單獨通孔中且在高度上配置於該卡盤表面上方。

根據本文中繪示之態樣，提供一種用於將一晶圓固定至一卡盤之方法，其包含：使該晶圓降低至鄰近該卡盤之一表面之一位置；使用一第一負氣壓將該晶圓耦合至配置於該卡盤表面中之一真空通孔內且在高度上配置於該卡盤表面上方之一真空通孔內之一固定真空波紋管；使用藉由複數個浮動空氣軸承提供之一正氣壓懸置該晶圓，其中該複數個浮動空氣軸承之各自浮動空氣軸承在高度上配置於該卡盤表面上方且各自個別地配置於該卡盤中之複數個通孔之單獨通孔中；使用一第二負氣壓將該晶圓耦合至該複數個浮動空氣軸承；及藉由將該固定真空波紋管及該複數個浮動空氣軸承回縮於該卡盤內部而將該晶圓夾持至該卡盤表面。

根據本文中繪示之態樣，提供一種用於固定一晶圓之裝置，其包含具有一表面之一卡盤、在該卡盤中延伸穿過該卡盤表面之複數個通孔、在實質上正交於該卡盤表面之至少一方向上圍繞該卡盤表面之一邊緣配置之至少兩個定位銷、配置於該複數個通孔之一第一通孔內之一第一浮動空氣軸承、配置於該複數個通孔之一第二通孔內之一第 二浮動空氣軸承及配置於該複數個通孔之第三通孔內之一固定真空波紋管。

100‧‧‧裝置

101‧‧‧卡盤

102‧‧‧表面

103‧‧‧邊緣

110‧‧‧浮動空氣軸承

111‧‧‧固定真空波紋管

112‧‧‧浮動空氣軸承

120‧‧‧定位銷

121‧‧‧定位銷

122‧‧‧定位銷

123‧‧‧定位銷

130‧‧‧真空墊

131‧‧‧通孔

133‧‧‧波紋管

134‧‧‧真空管線

135‧‧‧空氣軸承墊

136‧‧‧通孔

137‧‧‧空氣軸承開口

138‧‧‧波紋管

139‧‧‧真空管線

140‧‧‧通孔

141‧‧‧通孔

150‧‧‧晶圓

僅藉由實例參考隨附示意性圖揭示多種實施例，其中：圖1係用於夾持晶圓之一裝置之一俯視平面圖；圖2係沿著線2-2截取之圖1中展示之裝置之一截面圖；圖3係沿著線2-2截取之圖1中展示之包含一晶圓之裝置之一截面圖；圖4係沿著線2-2截取之圖1中展示之包含一晶圓之裝置之一截面圖，該晶圓部分固定至該等裝置(即，在一單一位置處固定)；及圖5係沿著線2-2截取之圖1中展示之裝置之一截面圖，其中將一晶圓固定至卡盤表面。

首先，應理解，本發明不限於所揭示之態樣。

此外，應理解，本發明不限於所描述之特定方法論、材料及修改且因而當然可變動。亦應理解，本文中使用之術語僅用於描述特定態樣之目的，且不旨在限制本發明之範疇。

除非另有定義，否則本文中所使用之全部技術及科學術語具有相同於本發明所屬技術之一般人員共同所理解之意義。應理解，可在實踐或測試本發明時使用類似或等效於本文中描述之方法、器件或材料之任何方法、器件或材料。如本文中使用，「真空」大體上係指負氣壓之一區域或狀態，舉例而言，具有比鄰近環境低之氣壓之一區域或狀態。

圖1係用於夾持晶圓之一裝置100之一俯視平面圖。裝置100包含具有表面102之卡盤101。在一例示性實施例中，卡盤101具有與一圓形平面等效之一表面幾何形狀。邊緣103係表面102之外邊緣，且在一 例示性實施例中，當表面102係一平面表面時，邊緣103係表面102之圓形邊界。定位銷120、121、122及123配置成在實質上正交於表面102(舉例而言，與表面102之表面法線平行)之至少一方向上圍繞且鄰近邊緣103。在一例示性實施例中，存在圍繞卡盤101之表面102之邊緣103配置之至少兩個定位銷，且此等至少兩個定位銷配置於實質上正交於卡盤101之表面102之至少一方向上。

裝置100包含浮動空氣軸承110及112以及固定真空波紋管111。浮動空氣軸承110及112以及固定真空波紋管111各自個別地配置於卡盤101中之單獨通孔中。此等通孔延伸穿過表面102。而且，浮動空氣軸承110及112以及固定真空波紋管111最初在高度上配置於表面102上方。下文將更詳細論述浮動空氣軸承110及112以及固定真空波紋管111之功能及移動。在一些例示性實施例中，裝置100包含兩個以上浮動空氣軸承。

圖2係沿著線2-2截取之圖1中展示之裝置之一截面圖。卡盤101包含通孔140及141，固定真空波紋管111及浮動空氣軸承112分別配置於通孔140及通孔141中。固定真空波紋管111包含：真空墊130，其包含通孔131；波紋管133，其連接至真空墊130；及真空管線134，其配置於波紋管133內且連接至真空墊130，使得真空管線134與真空墊130中之通孔131流體連通。在一例示性實施例中，波紋管133及因此作為一總成之固定真空波紋管111兩者可在正交於卡盤101之表面102(即，與通孔140之縱軸同軸)之方向上延伸及回縮。

浮動空氣軸承112包含：空氣軸承墊135，其包含通孔136；波紋管138，其連接至空氣軸承墊135；至少一空氣軸承開口137，其等在空氣軸承墊135之一表面中；一空氣管線，其與至少一空氣軸承開口137流體連通；及真空管線139，其配置於波紋管138內且連接至空氣軸承墊135，其中真空管線139與空氣軸承墊135中之通孔136流體連 通。在一例示性實施例中，波紋管138及因此作為一總成之浮動空氣軸承112兩者可在正交於卡盤101之表面102(即，與通孔141之縱軸同軸)之方向上延伸及回縮。在一例示性實施例中，波紋管138充當與至少一空氣軸承開口137流體連通之空氣管線。在一例示性實施例中，空氣軸承墊135之表面(其中配置至少一空氣軸承開口137)係平行於卡盤101之表面102之一表面。在一例示性實施例中，至少一空氣軸承開口137係在空氣軸承墊135之表面中之一環形開口。在一例示性實施例中，至少一空氣軸承開口137係一多孔介質(例如，多孔金屬或經燒結金顆粒子)。

在一例示性實施例中，固定真空波紋管111包含與浮動空氣軸承112相同之組件，即，固定真空波紋管111係複數個浮動空氣軸承之一者。真空波紋管111與浮動空氣軸承(諸如浮動空氣軸承112)之間之結構之此類似性減少裝置100之複雜性及對維持替換部件之單獨集合之需要。

圖3係如圖2中展示包含部分固定至裝置100之晶圓150之裝置100之一截面圖。晶圓150經降低至鄰近卡盤101之表面102之一位置。在一例示性實施例中，在藉由圍繞卡盤101之表面102之邊緣103配置之至少兩個定位銷界定之一周邊內降低晶圓150。

圖4係如圖2中展示包含晶圓150之裝置100之一截面圖。將一第一負氣壓提供於晶圓150與真空墊130之間。在一例示性實施例中，此第一負氣壓藉由與真空管線134及通孔131流體連通之一真空泵(未展示)產生。此第一負氣壓傾向於將空氣吸取至通孔131中且通過真空管線134朝向該真空泵。此第一負氣壓吸取物件朝向通孔131及因此真空墊130。由於晶圓150與真空墊130之間之第一負氣壓，晶圓150與真空墊130接觸。一旦晶圓150與真空墊130接觸，在晶圓150與真空墊130之間之第一負氣壓便將晶圓150耦合至真空墊130且因此耦合至作為一 總成之固定真空波紋管111。因為固定真空波紋管111配置於通孔140內，所以固定真空波紋管111無法相對於卡盤101之表面102橫向移動。因此，在耦合至固定真空波紋管111後，晶圓150無法相對於卡盤101之表面102橫向移動。

在晶圓150與空氣軸承墊135之間提供一正氣壓。在一例示性實施例中，此正氣壓藉由與一空氣管線及至少一空氣軸承開口137流體連通之一空氣泵(未展示)產生。此正氣壓傾向於自至少一空氣軸承開口137排出空氣。在一例示性實施例中，自浮動空氣軸承112及複數個空氣軸承中之其他浮動空氣軸承排出之空氣直接排出至一大氣環境。該正氣壓傾向於排斥物件遠離至少一空氣軸承開口137且因此遠離空氣軸承墊135。以此方式，浮動空氣軸承112充當一空氣軸承，即，用於使用正氣壓提供兩個表面之間之一低摩擦、載承界面之一裝置。因為晶圓150自浮動空氣軸承112排斥但耦合至固定真空波紋管111，所以藉由正氣壓使大體上在浮動空氣軸承112上方之晶圓150之部分在高度上懸置於浮動空氣軸承112上方。

在一例示性實施例中，在晶圓150與空氣軸承墊135之間提供一第二負氣壓。此第二負氣壓藉由與真空管線139及通孔136流體連通之一真空泵(未展示)產生。此第二負氣壓傾向於將空氣吸取至通孔136中且通過真空管線139朝向該真空泵。此第二負氣壓吸取物件朝向通孔136及因此空氣軸承墊135。在一例示性實施例中，產生於晶圓150與浮動空氣軸承112之間之正氣壓及第二負氣壓之效應經平衡使得晶圓150經吸取朝向浮動空氣軸承112，但晶圓150無法與浮動空氣軸承112接觸(即，在高度上處於浮動空氣軸承112正上方之晶圓150之部分保持藉由正氣壓懸置)。

藉由浮動空氣軸承112提供之正氣壓及第二負氣壓之組合效應吸取晶圓150朝向浮動空氣軸承112，同時在浮動空氣軸承112與晶圓150 之間提供一低摩擦界面。當晶圓150被吸取朝向浮動空氣軸承112時，其自然趨勢係變平，從而移除晶圓150中之任何翹曲。當移除晶圓150中之翹曲時，晶圓150之尺寸將改變。在一例示性實施例中，此等尺寸改變通常具有晶圓150之高度減小及其長度及寬度增加之性質。晶圓150與浮動空氣軸承112之間之低摩擦界面容許大體上在高度上處於浮動空氣軸承112上方之晶圓150之部分相對於卡盤101之表面102橫向移動，同時在高度上懸置於浮動空氣軸承112上方。藉由將晶圓150耦合至固定真空波紋管111而增強浮動空氣軸承112及該複數個浮動空氣軸承中之其他浮動空氣軸承平坦化晶圓150之能力，該耦合用以在一單一點處牢固地錨定晶圓150。此錨定效應容許浮動空氣軸承112及該複數個浮動空氣軸承中之其他浮動空氣軸承更有效地平坦化晶圓150中之翹曲，同時防止晶圓150整體相對於卡盤101之表面102橫向移動。

在移除晶圓150中之翹曲達所要量之後，可調整在晶圓150與浮動空氣軸承112之間產生之正氣壓及第二負氣壓之平衡以將晶圓150耦合至空氣軸承墊135且因此耦合至作為一總成之浮動空氣軸承112。在一例示性實施例中，晶圓150耦合至該複數個浮動空氣軸承中之全部浮動空氣軸承。此耦合可同時發生在全部浮動空氣軸承或可依連續或隨機順序個別地發生。

圖5係如圖2中展示之裝置100之一截面圖，其中晶圓150固定至卡盤101之表面102。在將晶圓150耦合至固定真空波紋管111後，浮動空氣軸承112及複數個浮動空氣軸承中之其他浮動空氣軸承、波紋管133及138以及與該複數個浮動空氣軸承中之其他浮動空氣軸承相關聯之波紋管正交地回縮至卡盤101中，各自連接之固定真空波紋管111、浮動空氣軸承112及該複數個浮動空氣軸承中之其他浮動空氣軸承亦正交地回縮至卡盤101中。固定真空波紋管111、浮動空氣軸承112及 該複數個浮動空氣軸承中之其他浮動空氣軸承之此回縮將晶圓150夾持至卡盤101之表面102，此係因為晶圓150與經回縮之固定真空波紋管111及該複數個浮動空氣軸承耦合。藉由平坦化晶圓150中之翹曲且將其夾持至卡盤101之表面102，將卡盤101之表面幾何形狀賦予晶圓150。在一例示性實施例中，在此夾持發生後，可停止藉由浮動空氣軸承112及該複數個浮動空氣軸承中之其他浮動空氣軸承提供之正氣壓。

應瞭解，可視需要將上文揭示之多種及其他特徵及功能或其替代組合至許多其他不同系統或應用中。隨後可由熟習此項技術者作出本發明之多種當前未預見或未預料之替代、修改、變動或改良，該等替代、修改、變動或改良亦旨在藉由以下申請專利範圍包含。

100‧‧‧裝置

101‧‧‧卡盤

102‧‧‧表面

103‧‧‧邊緣

110‧‧‧浮動空氣軸承

111‧‧‧固定真空波紋管

112‧‧‧浮動空氣軸承

120‧‧‧定位銷

121‧‧‧定位銷

122‧‧‧定位銷

123‧‧‧定位銷

130‧‧‧真空墊

131‧‧‧通孔

135‧‧‧空氣軸承墊

136‧‧‧通孔

137‧‧‧空氣軸承開口

Claims (15)

1. 一種用於固定一晶圓之裝置，其包括：一卡盤，其包括一表面；複數個通孔，其等在該卡盤中延伸穿過該卡盤表面；一固定真空波紋管；及複數個浮動空氣軸承，其中該固定真空波紋管及該複數個浮動空氣軸承之一各自浮動空氣軸承之各者個別地配置於該複數個通孔之單獨通孔中且在高度上配置於該卡盤表面上方。
2. 如請求項1之裝置，其中該複數個浮動空氣軸承包括：一第一浮動空氣軸承，其配置於該複數個通孔之一第一通孔內；及一第二浮動空氣軸承，其配置於該複數個通孔之一第二通孔內，其中該固定真空波紋管配置於該複數個通孔之一第三通孔內。
3. 如請求項1之裝置，其中該固定真空波紋管包括：一真空墊，其包括一通孔；一波紋管，其連接至該真空墊，該波紋管可在正交於該卡盤表面之方向上延伸及回縮；及一真空管線，其配置於該波紋管內且連接至該真空墊，其中該真空管線與該真空墊中之該通孔流體連通。
4. 如請求項1之裝置，其中該複數個浮動空氣軸承之一各自浮動空氣軸承包括：一空氣軸承墊，其包括一通孔；一波紋管，其連接至該空氣軸承墊，該波紋管可在正交於該卡盤表面之方向上延伸及回縮； 至少一空氣軸承開口，其等在該空氣軸承墊之一表面中；一空氣管線，其與該至少一空氣軸承開口流體連通；及一真空管線，其配置於該波紋管內且連接至該空氣軸承墊，其中該真空管線與該空氣軸承墊中之該通孔流體連通。
5. 如請求項4之裝置，其中該至少一空氣軸承開口係在該空氣軸承墊之該表面中之一環形開口。
6. 如請求項4之裝置，其中該至少一空氣軸承開口係一多孔介質。
7. 如請求項1之裝置，其進一步包括：至少兩個定位銷，其等配置成在實質上正交於該卡盤表面之至少一方向上圍繞該卡盤表面之一邊緣。
8. 如請求項1之裝置，其中該複數個浮動空氣軸承直接排出至一大氣環境。
9. 如請求項1之裝置，其中該固定真空波紋管包括該複數個浮動空氣軸承之一者。
10. 一種用於將一晶圓固定至一卡盤之方法，其包括：將該晶圓降低至鄰近該卡盤之一表面之一位置；使用一第一負氣壓將該晶圓耦合至配置於該卡盤表面中之一真空通孔內且在高度上配置於該卡盤表面上方之一固定真空波紋管；使用藉由複數個浮動空氣軸承提供之一正氣壓懸置該晶圓，其中該複數個浮動空氣軸承之各自浮動空氣軸承在高度上配置於該卡盤表面上方且各自個別地配置於該卡盤中之複數個通孔之單獨通孔中；使用一第二負氣壓將該晶圓耦合至該複數個浮動空氣軸承；及藉由將該固定真空波紋管及該複數個浮動空氣軸承回縮於該 卡盤內部而將該晶圓夾持至該卡盤表面。
11. 如請求項10之方法，其中該複數個浮動空氣軸承包括：一第一浮動空氣軸承，其配置於該卡盤中之該複數個通孔之一第一通孔內；及一第二浮動空氣軸承，其配置於該卡盤中之該複數個通孔之一第二通孔內。
12. 如請求項10之方法，其進一步包括：在將該晶圓夾持至該卡盤表面之該步驟後，停止該複數個浮動空氣軸承之該正氣壓。
13. 如請求項10之方法，其中該卡盤包括一表面幾何形狀，該方法進一步包括：將該卡盤之該表面幾何形狀賦予該晶圓。
14. 如請求項10之方法，其中在降低該晶圓之該步驟期間，在藉由在實質上正交於該卡盤表面之至少一方向上圍繞該卡盤表面之一邊緣配置之至少兩個定位銷界定之一周邊內降低該晶圓。
15. 一種用於固定一晶圓之裝置，其包括：一卡盤，其包括一表面；複數個通孔，其等在該卡盤中延伸穿過該卡盤表面；至少兩個定位銷，其等配置成在實質上正交於該卡盤表面之至少一方向上圍繞該卡盤表面之一邊緣；一第一浮動空氣軸承，其配置於該複數個通孔之一第一通孔內；一第二浮動空氣軸承，其配置於該複數個通孔之一第二通孔內；及一固定真空波紋管，其配置於該複數個通孔之一第三通孔內。