TWI703664B - 基板承載裝置與基板承載裝置的絕熱層 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種基板承載裝置可承載一基板，並包括一載台層、一第一絕熱層、一加熱層、一外框層、一第二絕熱層以及一水平姿態調整層。載台層具有一表面，基板設置於表面。第一絕熱層設置於載台層背向基板的一側，並具有至少一貫穿孔，貫穿孔位於中央區域，且貫穿孔的直徑介於10毫米與基板的直徑的0.4倍之間。加熱層設置於載台層與第一絕熱層之間。第二絕熱層設置於外框層背向第一絕熱層的一側。水平姿態調整層設置於第二絕熱層背向外框層的一側。

Description

基板承載裝置與基板承載裝置的絕熱層

本發明關於一種基板承載裝置，特別關於一種應用於半導體封裝或晶圓檢測的基板承載裝置與基板承載裝置的絕熱層。

在半導體封裝製程或晶圓檢測設備中，晶圓吸盤為承載基板之必要模組，而整合熱控設計之基板承載裝置可用於提高基板溫度至製程或檢測所需的操作溫度，當溫度提高時，承載基板的吸盤會因各層組件熱膨脹程度不同而產生Z軸方向上的形變，此Z軸方向形變對精密封裝製程設備或點測機來說都不可忽視，因為吸盤的表面形變會造成封裝製程或點測時，行程變易過大而影響其精度，甚至發生撞針、探針對墊片氧化層刺穿太過或不足等現象，這些都會造成錯誤的檢測結果。因此，基板承載裝置的表面Z軸方向形變對封裝製程或單顆晶粒的點測影響不容忽視；再者，若欲提高點測效能而採用陣列式探針卡，則對表面Z軸方向形變量與平面度的要求要更高。

因此，如何提供一種整合熱控設計的基板承載裝置，能夠降低表面Z軸方向的形變量，以應用於半導體封裝製程或晶圓檢測設備中，已成為重要課題之一。

本發明的目的為提供一種基板承載裝置與基板承載裝置的絕熱層，能夠大幅降低基板承載裝置之表面Z軸方向的形變量，以應用於半導體封裝製程或晶圓檢測設備中。

為達上述目的，依據本發明之一種基板承載裝置，其承載一基板，並包括一載台層、一第一絕熱層、一加熱層、一外框層、一第二絕熱層以及一水平姿態調整層。載台層具有一表面，基板設置於表面。第一絕熱層設置於載台層背向基板的一側，第一絕熱層具有至少一第一貫穿孔，第一貫穿孔位於第一絕熱層的中央區域，且第一貫穿孔的直徑介於10毫米與基板的直徑的0.4倍之間。加熱層設置於載台層與第一絕熱層之間。外框層具有一容置部，載台層、加熱層及第一絕熱層設置於容置部，且容置部的內徑大於載台層、加熱層及第一絕熱層的外徑。第二絕熱層設置於外框層背向第一絕熱層的一側。水平姿態調整層設置於第二絕熱層背向外框層的一側。

為達上述目的，依據本發明之一種基板承載裝置的絕熱層，基板承載裝置承載一基板，且基板承載裝置更包括一載台層及一加熱層，載台層具有一表面，基板設置於表面，絕熱層設置於載台層背向基板的一側，且加熱層設置於載台層與絕熱層之間。其中，絕熱層具有至少一第一貫穿孔，第一貫穿孔位於絕熱層的中央區域，且第一貫穿孔的直徑介於10毫米與基板的直徑的0.4倍之間。

在一實施例中，加熱層具有至少一第二貫穿孔，第二貫穿孔與第一貫穿孔對應設置。

在一實施例中，基板承載裝置更包括一真空層，其設置於外框層與第二絕熱層之間，真空層具有一氣體通道。

在一實施例中，外框層更具有一第三貫穿孔，第一貫穿孔與該第三貫穿孔對應設置，且氣體通道穿過第三貫穿孔、第一貫穿孔及第二貫穿孔，並與載台層連接。

在一實施例中，基板承載裝置更包括一冷卻層，其設置於第二絕熱層與水平姿態調整層之間。

在一實施例中，第一絕熱層及第二絕熱層的材料包括工程塑膠。

承上所述，在本發明之基板承載裝置中，透過第一絕熱層具有至少一第一貫穿孔，且第一貫穿孔的直徑介於10毫米與基板直徑的0.4倍之間，再配合加熱層的佈局配置，可大幅減小載台層之表面Z方向的熱形變量，藉此維持良好的平面度與最小的高度變易。另外，本發明再利用雙層絕熱層（第一絕熱層、第二絕熱層）的設計，使得加熱層的高溫可被隔絕而不往下傳遞至水平姿態調整層，確保水平姿態調整層以下的移動平台不受高溫而影響其移動精度。因此，本發明提出的基板承載裝置與基板承載裝置的絕熱層，能夠大幅降低基板承載裝置之表面Z軸方向的形變量，因此可應用於半導體封裝製程或晶圓檢測設備中。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之基板承載裝置與基板承載裝置的絕熱層，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。以下實施例中出現層別、單元或元件之間的連接可例如但不限於透過鎖固、嵌入或卡扣、或其他方式。

圖1為本發明較佳實施例之一種基板承載裝置1的立體示意圖，圖2為圖1所示之基板承載裝置1的剖視示意圖，而圖3A至圖3C分別為圖2所示的基板承載裝置1中，第一絕熱層13的不同實施例示意圖。

請參照圖1、圖2所示，基板承載裝置1可承載一基板2，並包括一載台層11、一加熱層12、一第一絕熱層（可簡稱絕熱層）13、一外框層14、一第二絕熱層16以及一水平姿態調整層18。另外，本實施例之基板承載裝置1更包括一真空層15、一冷卻層17及一移動平台10。其中，移動平台10可於方向X、方向Y方向所形成的平面上水平移動，而水平姿態調整層18、冷卻層17、第二絕熱層16、真空層15、外框層14、第一絕熱層13、加熱層12和載台層11是依序設置在移動平台10上。

載台層11用以承載基板2。載台層11具有一表面111，而基板2設置於表面111。在一些實施例中，基板2可為一晶圓（Wafer），並為可透光或不可透光材料製成，例如為藍寶石（Sapphire）基材、砷化鎵（GaAs）基材、或碳化矽（SiC）基材，並不限制。當利用真空狀態來吸住基板2時，則載台層11可成為基板吸盤。

第一絕熱層13設置於載台層11背向基板2的一側，且加熱層12設置於載台層11與第一絕熱層13之間。於此，加熱層12是夾置於載台層11與第一絕熱層13之間，並分別與載台層11及第一絕熱層13連接。因此，當加熱層12加熱時，熱能可傳導至載台層11，使載台層11表面111上的基板2溫度上升至製程或檢測時所需的操作溫度。另外，第一絕熱層13具有阻隔熱能的功能，當加熱層12加熱時，可隔絕熱量往遠離載台層11的方向傳遞（往基板承載裝置1的下側傳遞）。在一些實施例中，加熱層12例如為電加熱器，最高可加熱到例如300℃。

第一絕熱層13可具有至少一第一貫穿孔131，其位於第一絕熱層13的中央區域，且第一貫穿孔131的直徑可介於10毫米與基板2直徑的0.4倍之間。如圖3所示，本實施例是以一個第一貫穿孔131位於第一絕熱層13的中央區域為例（10mm ≤ 第一貫穿孔131的直徑 ≤ 0.4倍的基板2直徑）。當然，並不以此為限，在另一實施例中，如圖3B所示，第一絕熱層13a是以具有四個位於中央區域的第一貫穿孔131為例；在又一實施例中，如圖3C所示，第一絕熱層13b是以具有七個位於中央區域的第一貫穿孔131為例。上述的第一絕熱層13、13a、13b所具有的第一貫穿孔131的尺寸大小關係是：第一絕熱層13大於第一絕熱層13a，第一絕熱層13a大於第一絕熱層13b。於此，第一貫穿孔131的數量與尺寸大小關係只是舉例，在不同的實例中，第一貫穿孔131的數量及尺寸大小關係可以不同。

另外，請再參照圖1與圖2所示，本實施例的加熱層12具有至少一第二貫穿孔121，且第二貫穿孔121與第一貫穿孔131對應設置。本實施例的加熱層12是以具有一個第二貫穿孔121與第一貫穿孔131對應設置，且第二貫穿孔121與第一貫穿孔131的尺寸相同為例。在不同的實施例中，第二貫穿孔121與第一貫穿孔131的尺寸也可以不同。藉由第一絕熱層13及加熱層12分別具有對應的第一貫穿孔131與第二貫穿孔121，且加熱層12夾置於載台層11與第一絕熱層13之間，可大幅減小載台層11之表面111的Z方向熱形變量。

外框層14具有一容置部141，且載台層11、加熱層12及第一絕熱層13設置於容置部141。其中，容置部141的內徑需大於載台層11、加熱層12及第一絕熱層13的外徑，藉此可阻隔加熱層12的高溫向載台層11外側傳導。一般來說，在載台層11、加熱層12及第一絕熱層13的外徑不變的情況下，容置部141的內徑越多時，則阻隔加熱層12高溫的效果也越好，不過，若容置部141的內徑很大時，則表示外框層14的尺寸也很大，將使裝置的整體尺寸與重量變大而使成本提高，且不利於製作。因此，在一些實施例中，容置部141的內徑可大於載台層11、加熱層12及第一絕熱層13的外徑例如但不限於1mm或1mm以上即可。

另外，本實施例的外框層14更具有一第三貫穿孔142，第三貫穿孔142位於外框層14的中央區域，並與第一貫穿孔131對應設置。第三貫穿孔142可提供管路穿過的空間。在一些實施例中，基板承載裝置1更可包括一氣流擋板，氣流擋板設置於外框層14。於此，可於外框層14依需求加裝氣流擋板，以幫助氣簾的形成，阻擋目標氣體向下流入移動平台10等移動機構。在一些實施例中，若目標氣體具有腐蝕性，則氣流擋板可形成氣簾以有效保護移動平台10等移動機構不受目標氣體的腐蝕。

真空層15設置於外框層14背向第一絕熱層13的一側，並位於外框層14與第二絕熱層16之間。真空層15用以利用管路對載台層11抽真空，以固定基板2。於此，真空層15分別連接外框層14及第二絕熱層16，並具有一氣體通道151，而前述外框層14的第三貫穿孔142、第一絕熱層13的第一貫穿孔131與加熱層12的第二貫穿孔121可提供氣體通道151的管路安置空間，使得氣體通道151可由外部往真空層15的內部延伸，再穿過外框層14的第三貫穿孔142、第一貫穿孔131及第二貫穿孔121，並與載台層11連接（氣體通道151往方向Y延伸，再轉往方向Z延伸至載台層11）。其中，氣體通道151可與外部的真空泵浦（未繪示）連接，當真空泵浦開啟時，可透過氣體通道151抽取真空，當基板2放置在載台層11的表面111時，可使載台層11的內部形成真空狀態而吸住基板2（載台層11成為基板吸盤），藉此吸住基板2而穩固地置放在載台層11的表面111，方便進行封裝製程、晶粒或晶圓檢測製程。此時，基板承載裝置1可成為一基板吸盤裝置。在一些實施例中，加熱層12的加熱線路也可經由真空層15的側邊穿過第三貫穿孔142及第一貫穿孔131而與加熱層12的加熱器連接。在一些實施例中，加熱層12的加熱線路也可經由第一絕熱層13、外框層14的外圍貫穿孔至真空層15，再從真空層15側邊出線。

第二絕熱層16設置於外框層14背向第一絕熱層13的一側。於此，第二絕熱層16設置於真空層15遠離第一絕熱層13的一側，並分別與真空層15及冷卻層17連接，藉此隔絕熱能往水平姿態調整層18的方向傳遞。於此，第二絕熱層16與第一絕熱層13材料可包括耐高溫（例如耐超過300℃的高溫）的工程塑膠，其材料例如但不限於為聚苯并咪唑(PBI)、或聚醚醚酮（polyetheretherketone, PEEK）、或其他耐高溫的材料，本發明並不限定。

冷卻層17設置於第二絕熱層16與水平姿態調整層18之間。於此，冷卻層17分別與第二絕熱層16及水平姿態調整層18連接。在一些實施例中，可利用管路通入冷卻媒介（例如水、冷媒或空氣）至冷卻層17，以確保加熱層12的熱能不會往下傳遞至水平姿態調整層18，進而影響水平姿態調整層18的水平姿態的調整。

水平姿態調整層18設置於第二絕熱層16背向外框層14的一側。於此，水平姿態調整層18設置於移動平台10上，並位於冷卻層17與移動平台10之間。利用水平姿態調整層18可調整整體的水平姿態，使載台層11之表面111呈現完全水平的狀態，以利封裝製程或晶圓檢測。

承上，在本實施例之基板承載裝置1中，透過加熱層12及第一絕熱層13的中央區域分別挖空（分別具有貫穿孔）的設計，配合加熱層12的佈局配置，可大幅減小載台層11之表面111的Z方向熱形變量，避免載台層11的表面111翹曲，藉此維持其良好的平面度與最小的高度變易。另外，本實施例利用雙層絕熱層（第一絕熱層13、第二絕熱層16）的設計，使得加熱層12的高溫可被隔絕而不往下傳遞至水平姿態調整層18，確保水平姿態調整層18以下的移動平台10不受高溫而影響其移動精度。此外，本實施例的冷卻層17更可確保熱能不會往下傳遞至水平姿態調整層18及移動平台10，更可降低載台層11表面111整體的高度變異。在一實施例中，本發明可達到極低的Z方向熱形變量：200℃小於10微米。

在一熱模擬實驗中，在方向Z的熱膨脹變形量中發現，變形量最大為加熱器下方的絕熱層（即第一絕緣層），故將第一絕熱層的中央挖空後再進行吸盤（載台層）的熱形變模擬分析，藉由此方式使得載台層在高溫下因各層熱膨脹差異造成的方向Z的形變變降至最低。在一實驗例中，可將基板承載裝置的載台層之表面方向Z的最大變形量降至約10微米，以提供極佳的表面平面度，以利於達成半導體封裝製程或晶圓檢測設備的陣列式探針點測所需之載台平面度的要求。

綜上所述，在本發明之基板承載裝置中，透過第一絕熱層具有至少一第一貫穿孔，且第一貫穿孔的直徑介於10毫米與基板直徑的0.4倍之間，再配合加熱層的佈局配置，可大幅減小載台層之表面Z方向的熱形變量，藉此維持良好的平面度與最小的高度變易。另外，本發明再利用雙層絕熱層（第一絕熱層、第二絕熱層）的設計，使得加熱層的高溫可被隔絕而不往下傳遞至水平姿態調整層，確保水平姿態調整層以下的移動平台不受高溫而影響其移動精度。因此，本發明提出的基板承載裝置與基板承載裝置的絕熱層，能夠大幅降低基板承載裝置之表面Z軸方向的形變量，因此，可應用於半導體封裝製程或晶圓檢測設備中。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1:基板承載裝置 10:移動平台 11:載台層 111:表面 12:加熱層 121:第二貫穿孔 13、13a、13b:第一絕熱層 131:第一貫穿孔 14:外框層 141:容置部 142:第三貫穿孔 15:真空層 151:氣體通道 16:第二絕熱層 17:冷卻層 18:水平姿態調整層 2:基板 X、Y、Z:方向

圖1為本發明較佳實施例之一種基板承載裝置的立體示意圖。 圖2為圖1所示之基板承載裝置的剖視示意圖。 圖3A至圖3C分別為圖2所示的基板承載裝置中，第一絕熱層的不同實施例示意圖。

1:基板承載裝置

10:移動平台

11:載台層

111:表面

12:加熱層

121:第二貫穿孔

13:第一絕熱層

131:第一貫穿孔

14:外框層

141:容置部

142:第三貫穿孔

15:真空層

151:氣體通道

16:第二絕熱層

17:冷卻層

18:水平姿態調整層

2:基板

X、Y、Z:方向

Claims (10)

1. 一種基板承載裝置，其承載一基板，並包括：一載台層，具有一表面，該基板設置於該表面；一第一絕熱層，設置於該載台層背向該基板的一側，該第一絕熱層具有至少一第一貫穿孔，該第一貫穿孔位於該第一絕熱層的中央區域，且該第一貫穿孔的直徑介於10毫米與該基板的直徑的0.4倍之間；一加熱層，設置於該載台層與該第一絕熱層之間，該加熱層具有至少一第二貫穿孔，且該第一貫穿孔與該第二貫穿孔形成一空間；一外框層，具有一容置部，該載台層、該加熱層及該第一絕熱層設置於該容置部，且該容置部的內徑大於該載台層、該加熱層及該第一絕熱層的外徑；一第二絕熱層，設置於該外框層背向該第一絕熱層的一側；以及一水平姿態調整層，設置於該第二絕熱層背向該外框層的一側。
2. 如申請專利範圍第1項所述的基板承載裝置，其中該第二貫穿孔與該第一貫穿孔對應設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述的基板承載裝置，更包括：一真空層，設置於該外框層與該第二絕熱層之間，該真空層具有一氣體通道。
4. 如申請專利範圍第3項所述的基板承載裝置，其中該外框層更具有一第三貫穿孔，該第一貫穿孔與該第三貫穿孔對應設置，且該氣體通道穿過該第三貫穿孔、該第一貫穿孔及該第二貫穿孔，並與該載台層連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述的基板承載裝置，更包括：一冷卻層，設置於該第二絕熱層與該水平姿態調整層之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的基板承載裝置，其中該第一絕熱層及該第二絕熱層的材料包括工程塑膠。
7. 一種基板承載裝置的絕熱層，該基板承載裝置承載一基板，且該基板承載裝置更包括一載台層及一加熱層，該載台層具有一表面，該基板設置於該表面，該絕熱層設置於該載台層背向該基板的一側，且該加熱層設置於該載台層與該絕熱層之間； 其中，該絕熱層具有至少一第一貫穿孔，該第一貫穿孔位於該絕熱層的中央區域，且該第一貫穿孔的直徑介於10毫米與該基板的直徑的0.4倍之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述的絕熱層，其中該第二貫穿孔與該第一貫穿孔對應設置。
9. 如申請專利範圍第7項所述的絕熱層，其中該基板承載裝置更包括一外框層及一真空層，該真空層設置於該絕熱層背向該加熱層的一側，且該外框層設置於該絕熱層與該真空層之間，該外框層具有一容置部，該載台層、該加熱層及該絕熱層設置於該容置部，且該容置部的內徑大於該載台層、該加熱層及該第一絕熱層的外徑。
10. 如申請專利範圍第9項所述的絕熱層，其中該外框層具有對應於該第一貫穿孔的一第三貫穿孔，該真空層具有一氣體通道，該氣體通道穿過該第三貫穿孔、該第一貫穿孔及該第二貫穿孔，並與該載台層連接。

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