TWI768640B - 金屬載具及晶圓承載裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種金屬載具及晶圓承載裝置，該金屬載具係以頂面供一晶圓設置並以底面設置於一承載平台，該金屬載具包含有一金屬板體、一覆蓋金屬板體之上、下表面且形成出金屬載具之頂、底面的金屬層，以及複數貫穿頂、底面且用以對晶圓產生真空吸附作用之真空吸孔，該頂、底面之中心線平均粗糙度大於或等於0.01微米且小於或等於0.4微米；該晶圓承載裝置包含有該承載平台，以及設置於承載平台頂面之至少一載具，用以供晶圓直接設置於一該載具上，該至少一載具中包含至少一該金屬載具；藉此，本發明之金屬載具可發揮良好之導電性及導熱性。

Description

金屬載具及晶圓承載裝置

本發明係與用以承載晶圓之載具及承載裝置有關，特別是關於一種金屬載具以及包含有該金屬載具之晶圓承載裝置。

隨著半導體技術的進步，晶圓的厚度越來越薄，請參閱圖1，在薄晶圓（thin wafer）之晶片的檢測作業中，晶圓10係設置於一載具11（carrier）上，承載著晶圓10之載具11被放置到一測試機台的一承載平台12（chuck）上，該晶圓10上的晶片即可受該測試機台檢測。為了避免薄晶圓產生外緣翹曲之現象，該載具11設有多個穿孔13，該載具11設於該承載平台12上時，該等穿孔13係與該承載平台12之一腔室14連通，該腔室14更與一真空源（圖中未示）連通，該真空源使該腔室14及該等穿孔13產生負壓（negative pressure），進而產生吸力而吸附晶圓10，使得晶圓10平坦地設置於載具11上。

針對特定待測晶片，例如垂直式共振腔面射型雷射陣列晶片（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Array Chip；簡稱VCSEL Array chip），其發光部及正電極係位於晶圓10之上表面15，而晶圓10之下表面16則為一接地平面（Ground （GND） plane），因此測試時晶圓10之下表面16需透過載具11及承載平台12進行接地，才可讓晶圓10上的晶片進行光性與電性之測試。然而，習用之載具11的基材主要為高分子材料，例如環氧樹脂（Epoxy），雖可產生足夠強度以支撐晶圓10，並可鑽設該等穿孔13而達到前述吸附晶圓10之作用，但高分子材料不導電而無法達到前述接地之測試需求。此外，當待測晶片需進行高溫或低溫測試時，該載具11之熱傳導速度也是影響檢測效率之重要因素，但高分子材料的熱傳導速度低，使得習用之載具11無法滿足快速導熱及散熱之測試需求。

另一方面，晶圓10、載具11及承載平台12相互接觸之表面的粗糙度皆會影響其熱阻值，表面粗糙度越大，則熱阻值越大。此外，晶圓10、載具11及承載平台12相互接觸之表面的粗糙度越大，代表接觸面積越小，根據歐姆定律V=IR，以及電阻定律R=ρL/A，可得知接觸面積A越小，電阻R越大，則導電率越低。由此可知，表面粗糙度越大，電阻及熱阻越大，因此，晶圓10、載具11及承載平台12相互接觸之表面的粗糙度，將是影響電性測試結果及效率的關鍵。

請參閱圖2，習用之承載平台12頂面亦可能鍍有一層金屬薄膜17，以提高其導電性及導熱性，承載著晶圓10之載具11係放置在該金屬薄膜17上，或者，在不需要真空吸附作用的情況下，晶圓10亦可能未置於載具11上而直接放置在該承載平台12之金屬薄膜17上。然而，該金屬薄膜17與載具11或晶圓10多次接觸後會逐漸磨損，因此該金屬薄膜17與載具11或晶圓10接觸之表面的粗糙度會逐漸提高，使得該金屬薄膜17之導電性及導熱性逐漸變差，進而影響晶圓10之晶片的電性測試結果以及檢測時升溫或降溫的效率。因此，當該金屬薄膜17磨損到一定程度時，該承載平台12必須整個從測試機台上拆卸下來進行更換，此舉不但成本高昂，且需花費相當時間先拆、裝承載平台12再調整校正更換上的承載平台12，才可繼續進行檢測，將嚴重影響到檢測之效率。

有鑑於上述缺失，本發明之主要目的在於提供一種金屬載具及晶圓承載裝置，不但可藉由真空作用吸附晶圓，更具有導電性佳、熱傳導速度高及表面粗糙度低等優點。

為達成上述目的，本發明所提供之金屬載具具有朝向相反方向之一頂面及一底面，用以使該底面朝向一承載平台地設置於該承載平台上，並供一晶圓設置於該頂面。該金屬載具包含有一金屬板體（材料例如為不鏽鋼、鉬銅合金等等）、一金屬層（材料例如為金等等），以及複數真空吸孔，該金屬板體具有朝向相反方向之一上表面及一下表面，該金屬層包含有一覆蓋該金屬板體之上表面的上區塊，以及一覆蓋該金屬板體之下表面的下區塊，該上區塊及該下區塊分別形成出該金屬載具之頂面及底面，該頂面及該底面之中心線平均粗糙度大於或等於0.01微米且小於或等於0.4微米，各該真空吸孔貫穿該金屬板體之上表面及下表面以及該金屬層之上區塊及下區塊，用以與一真空源連通而對該晶圓產生真空吸附作用。

藉此，該金屬載具不但可鑽設該等真空吸孔以對晶圓產生真空吸附作用，更因材料皆為金屬而具有良好之導熱性及導電性，且頂面及底面可藉由研磨或拋光加工而產生相當低的表面粗糙度，因此該金屬載具用於晶圓之晶片的檢測作業中可提高檢測效率及準確性。

為達成上述目的，本發明所提供之晶圓承載裝置包含有一承載平台以及至少一載具，該承載平台具有一用以連通於一真空源之腔室，該至少一載具係設置於該承載平台之一頂面，用以供一晶圓直接設置於一該載具上，其中，該至少一載具中包含至少一如前述之金屬載具，其真空吸孔係與該承載平台之腔室連通。

更進一步而言，前述之至少一載具中可能僅包含一用以直接承載晶圓之移動載具，以使將要進行檢測之晶圓隨著移動載具而一起被放置到承載平台上；或者，前述之至少一載具中可能僅包含一能拆卸更換地固定於該承載平台之頂面的固定載具，以供將要進行檢測之晶圓直接被放置到該固定載具上；或者，前述之至少一載具中可能包含前述之移動載具及固定載具，以使將要進行檢測之晶圓隨著移動載具而一起被放置到該固定載具上。在該晶圓承載裝置僅包含有一載具（可為移動載具或固定載具）的情況下，該載具係採用前述之金屬載具，以達到良好之導電性、導熱性及表面粗糙度。在該晶圓承載裝置包含有該移動載具及該固定載具的情況下，該固定載具係採用前述之金屬載具，以達到良好之導電性、導熱性及表面粗糙度，該移動載具可採用習用之載具，或者亦可採用前述之金屬載具，以達到更加良好之導電性、導熱性及表面粗糙度。此外，在有前述之固定載具的情況下，當其頂面與移動載具或晶圓接觸而磨損至一定程度時，使用者只要將該固定載具拆卸下來，並更換上新的固定載具，即可直接再繼續進行檢測，如此不但可維持良好的檢測效率及準確性，且更換固定載具之成本低、速度快，更不需花費調整校正承載平台之時間。

有關本發明所提供之金屬載具及晶圓承載裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

申請人首先在此說明，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之參考號碼，表示相同或類似之元件或其結構特徵。需注意的是，圖式中的各元件及構造為例示方便並非依據真實比例及數量繪製，且若實施上為可能，不同實施例的特徵係可以交互應用。其次，當述及一元件設置於另一元件上時，代表前述元件係直接設置在該另一元件上，或者前述元件係間接地設置在該另一元件上，亦即，二元件之間還設置有一個或多個其他元件。而述及一元件「直接」設置於另一元件上時，代表二元件之間並無設置任何其他元件。

請先參閱圖3及圖4，本發明一第一較佳實施例所提供之晶圓承載裝置21包含有一承載平台30，以及一移動載具40A。該晶圓承載裝置21為晶圓測試設備的一部分，更明確地說，所述晶圓測試設備係用以檢測一晶圓10所包含之大量微小晶片，例如VCSEL晶片，該等晶片尚未切割分離而仍為晶圓狀態，為了簡化圖式並便於說明，本發明之圖式中僅示意性地繪製出晶圓10而未繪製出晶片。

該承載平台30係位於一測試機台上（圖中未示），該移動載具40A係用以直接承載晶圓10，並受一取放裝置（圖中未示）移動而在承載著晶圓10的狀態下被放置到該承載平台30上，使得該晶圓10之晶片可受測試機台檢測。該承載平台30具有一頂面31、一底面32、一自該頂面31凹陷之凹槽33，以及一貫穿該凹槽33之槽底與該底面32之通孔34，該凹槽33內形成一與該通孔34連通之腔室35，該腔室35係透過該通孔34而與一真空源（圖中未示）連通。

該移動載具40A為本發明所提供之具有特殊結構的金屬載具，包含有一金屬板體41、一包覆該金屬板體41之金屬層42，以及複數貫穿該移動載具40A之頂、底面43、44的真空吸孔45。該金屬板體41可由任何金屬材料製成，例如導熱性佳的不鏽鋼或導電性佳的鉬銅合金，但不以此為限，可使用導熱性或導電性更好並在厚度薄的情況下仍具有良好剛性之材料。該金屬層42亦可由任何金屬材料製成，尤以具有高導電性之金為較佳之材料，該金屬層42係以電鍍之方式形成於該金屬板體41之所有表面，主要係用以覆蓋該金屬板體41之上、下表面411、412，以提高該移動載具40A之導電性，更明確地說，該金屬層42包含有一覆蓋該金屬板體41之上表面411的上區塊421、一覆蓋該金屬板體41之下表面412的下區塊422，以及一體連接於上、下區塊421、422之間且覆蓋該金屬板體41之側邊的周緣區塊423，該上區塊421及該下區塊422分別形成出該金屬載具40A之頂面43及底面44。該金屬層42形成於該金屬板體41之表面後，會再進行研磨或拋光加工，使得該頂面43及該底面44之中心線平均粗糙度（Ra）大於或等於0.01μm（微米）且小於或等於0.4μm。各該真空吸孔45係貫穿該金屬板體41之上、下表面411、412以及該金屬層42之上、下區塊421、422。

該晶圓10係直接設置於該移動載具40A之頂面43，承載著晶圓10之移動載具40A係受前述之取放裝置放置在承載平台30上，更明確地說，該移動載具40A係以其底面44直接接觸該承載平台30之頂面31，此時，該移動載具40A之真空吸孔45係與該承載平台30之腔室35連通，前述之真空源使該腔室35及該等真空吸孔45產生負壓而對晶圓10產生真空吸附作用，使得晶圓10平坦且緊密地貼附於移動載具40A之頂面43。值得一提的是，晶圓設置於移動載具頂面時，晶圓可藉由膠帶固定於移動載具，或者取放裝置亦可設置真空源並連通於移動載具之真空吸孔而將晶圓吸附於移動載具，或者亦可採用其他固定方式，以避免晶圓在移動過程中掉落，此部分之固定方式與本發明之技術特點較無關聯而未顯示於圖式中。

藉由前述該移動載具40A（亦即本發明之金屬載具）之結構、材料及表面粗糙度等特性，該移動載具40A具有良好之導電性及導熱性，在該晶圓10下表面之接地平面需透過該移動載具40A及該承載平台30而電性連接至接地電位的情況下，該移動載具40A之良好導電性可滿足此電性測試需求，此外，該移動載具40A之良好導熱性可產生高熱傳導效率，以滿足特定檢測之降溫或升溫的溫度控制需求。如前所述，該移動載具40A之頂面43及底面44之中心線平均粗糙度（Ra）大於或等於0.01μm且小於或等於0.4μm，如此之設計係由於當頂面43及底面44之中心線平均粗糙度（Ra）大於0.4μm，會在晶圓10與承載平台30之間產生過大的熱阻及電阻，使得晶圓10在接地時的導電性不佳且在加熱或散熱時的熱傳導效率過低，換言之，無法達到晶圓檢測時的特定電性及溫度條件需求，而當頂面43及底面44之中心線平均粗糙度（Ra）設定為小於0.01μm，則難以由研磨或拋光加工出來，以致加工成本過高而難以符合實際需求。

為了使該移動載具40A具有高熱傳導速度，該移動載具40A之厚度T係以大於或等於0.15mm（毫米）且小於或等於1mm為較佳之設計，當該移動載具40A之厚度T大於1mm，通常無法滿足檢測時晶圓加熱或散熱所需之熱傳導速度，而當該移動載具40A之厚度T小於0.15mm，其剛性通常會稍嫌不足而無法達到良好之支撐晶圓的效果，將使得晶圓有翹曲之疑慮，且載具本身亦不易加工。由於不同金屬材料會有不同的導熱率，為了達到所需之導熱率，不同金屬材料製成之移動載具40A的較佳厚度會有所不同，舉例而言，該金屬板體41之材料可採用鉬銅合金，並搭配材料為金的金屬層42，在研磨或拋光加工後，該移動載具40A之厚度T係以大於或等於0.4mm且小於或等於0.8mm為較佳之設計，相較於其他種類之銅合金，鉬銅合金在製成如此薄的板體時具有較佳之剛性而可達到良好支撐效果，舉另一例子而言，在該金屬板體41之材料為不鏽鋼、金屬層42之材料為金的情況下，在研磨或拋光加工後，該移動載具40A之厚度T係以大於或等於0.15mm且小於或等於0.5mm為較佳之設計。

請參閱圖5，本發明一第二較佳實施例所提供之晶圓承載裝置22包含有一承載平台30、一固定載具40B，以及一移動載具50。該承載平台30係與第一較佳實施例中所述者相同，該固定載具40B亦為本發明所提供之具有特殊結構的金屬載具，其結構、材料、製造方式及表面粗糙度等特性皆與前述之移動載具40A相同，惟該固定載具40B係能拆卸更換地固定於該承載平台30之頂面31。詳而言之，本實施例之固定載具40B的尺寸略大於前述之移動載具40A，以覆蓋該承載平台30之頂面31，該固定載具40B係藉由螺絲或夾具（圖中未示）而固定於該承載平台30，以供使用者更換該承載平台30上的固定載具40B。

本實施例之移動載具50則非如前述之由金屬板體及金屬層所構成之特殊結構，在該晶圓10之下表面需接地的情況下，該移動載具50可為一金屬板，在該晶圓10之下表面不需接地的情況下，該移動載具50亦可為不導電之板體。該移動載具50具有朝向相反方向之一頂面51及一底面52，以及複數貫穿該頂面51及該底面52之真空吸孔54，該移動載具50之功能係類同於前述之移動載具40A，係用以供晶圓10直接設置於該移動載具50之頂面51，該移動載具50在承載著晶圓10的狀態下受取放裝置移動而設置於該承載平台30，使得該晶圓10之晶片可受測試機台檢測，惟，本實施例之移動載具50係直接設置於該固定載具40B之頂面43，以隔著該固定載具40B而間接設置於該承載平台30，此時，該移動載具50之真空吸孔54分別與該固定載具40B之真空吸孔45連通，前述之真空源使承載平台30之腔室35及載具40B、50之真空吸孔45、54產生負壓而對晶圓10產生真空吸附作用，使得晶圓10平坦且緊密地貼附於移動載具50之頂面51。

藉此，該固定載具40B因其結構、材料及表面粗糙度等特性而具有良好之導電性及導熱性，因此可如同前述之移動載具40A滿足接地需求及溫度控制需求。此外，由於晶圓10測試完成後移動載具50會帶著晶圓10離開固定載具40B，然後其他承載著待測晶圓10之移動載具50又再放置到固定載具40B上，因此固定載具40B之頂面43會逐漸磨損，當磨損至一定程度時，使用者只要將固定載具40B拆卸下來，並更換上新的固定載具40B，即可直接再繼續進行檢測。換言之，該固定載具40B可避免承載平台30之頂面31直接接觸移動載具50而磨耗，因此僅需更換固定載具40B而不需更換承載平台30，如此不但可維持良好的檢測效率及準確性，且更換固定載具40B的成本低、速度快，更不需花費調整校正承載平台30的時間。

請參閱圖6，本發明一第三較佳實施例所提供之晶圓承載裝置23係類同於圖5所示之晶圓承載裝置22，惟本實施例係採用如第一較佳實施例所述之移動載具40A，而不是第二較佳實施例所述之移動載具50，換言之，本實施例所使用之移動載具40A及固定載具40B皆為本發明所提供之具有特殊結構的金屬載具，其結構、材料、製造方式及表面粗糙度等特性，以及其作用與達成之功效皆與前述之移動載具40A及固定載具40B相同，容申請人在此不再贅述。相較於圖5所示之晶圓承載裝置22，本實施例之晶圓承載裝置23的二載具40A、40B皆具有高導電率、高導熱率及低表面粗糙度，其滿足接地需求及溫度控制需求之功效更加良好。

請參閱圖7，本發明一第四較佳實施例所提供之晶圓承載裝置24係類同於圖5所示之晶圓承載裝置22，惟本實施例之晶圓承載裝置24未包含有任何移動載具，係用以供晶圓10直接設置於固定載具40B之頂面43，如此仍可藉由前述之真空源使該承載平台30之腔室35及固定載具40B之真空吸孔45產生負壓而對晶圓10產生真空吸附作用，使得晶圓10平坦且緊密地貼附於移動載具50之頂面51，該固定載具40B亦可在晶圓10與承載平台30之間提供良好的導電性及導熱性，且該固定載具40B亦可在與晶圓10接觸而磨損至一定程度時進行更換。

綜合以上所揭露的本發明第一至四較佳實施例，本發明所提供之晶圓承載裝置主要包含有一承載平台30，以及至少一載具，前述之至少一載具中可能僅包含一用以直接承載晶圓之移動載具40A（如圖4所示），或者僅包含一能拆卸更換地固定於承載平台30的固定載具40B（如圖7所示），或者包含移動載具50或40A及固定載具40B（如圖5、6所示）等情形，而且不論是移動載具40A或40B都具有相同的結構特徵、材料及表面粗糙度，以達成本發明之目的。

最後，必須再次說明，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10:晶圓 11:載具 12:承載平台 13:穿孔 14:腔室 15:上表面 16:下表面 17:金屬薄膜 21,22,23,24:晶圓承載裝置 30:承載平台 31:頂面 32:底面 33:凹槽 34:通孔 35:腔室 40A:移動載具（金屬載具） 40B:固定載具（金屬載具） 41:金屬板體 411:上表面 412:下表面 42:金屬層 421:上區塊 422:下區塊 423:周緣區塊 43:頂面 44:底面 45:真空吸孔 50:移動載具 51:頂面 52:底面 54:真空吸孔 T:厚度

圖1為一習用之晶圓承載裝置的剖視示意圖。 圖2為另一習用之晶圓承載裝置的剖視示意圖。 圖3為本發明一第一較佳實施例所提供之金屬載具的剖視示意圖。 圖4為本發明該第一較佳實施例所提供之晶圓承載裝置的剖視示意圖。 圖5為本發明一第二較佳實施例所提供之晶圓承載裝置的剖視示意圖。 圖6為本發明一第三較佳實施例所提供之晶圓承載裝置的剖視示意圖。 圖7為本發明一第四較佳實施例所提供之晶圓承載裝置的剖視示意圖。

10:晶圓

21:晶圓承載裝置

30:承載平台

31:頂面

32:底面

33:凹槽

34:通孔

35:腔室

40A:移動載具(金屬載具)

41:金屬板體

42:金屬層

43:頂面

45:真空吸孔

Claims (10)

1. 一種金屬載具，具有朝向相反方向之一頂面及一底面，用以使該底面朝向一承載平台地設置於該承載平台上，並供一晶圓設置於該頂面；該金屬載具包含有： 一金屬板體，具有朝向相反方向之一上表面及一下表面； 一金屬層，包含有一覆蓋該金屬板體之上表面的上區塊，以及一覆蓋該金屬板體之下表面的下區塊，該上區塊及該下區塊分別形成出該金屬載具之頂面及底面，該頂面及該底面之中心線平均粗糙度大於或等於0.01微米且小於或等於0.4微米；以及 複數真空吸孔，各該真空吸孔貫穿該金屬板體之上表面及下表面以及該金屬層之上區塊及下區塊，用以與一真空源連通而對該晶圓產生真空吸附作用。
2. 如請求項1所述之金屬載具，其中該金屬板體之材料為不鏽鋼及鉬銅合金二者其中之一。
3. 如請求項1所述之金屬載具，其中該金屬載具之厚度大於或等於0.15毫米且小於或等於1毫米。
4. 如請求項1所述之金屬載具，其中該金屬板體之材料為不鏽鋼，該金屬層之材料為金，該金屬載具之厚度大於或等於0.15毫米且小於或等於0.5毫米。
5. 如請求項1所述之金屬載具，其中該金屬板體之材料為鉬銅合金，該金屬層之材料為金，該金屬載具之厚度大於或等於0.4毫米且小於或等於0.8毫米。
6. 一種晶圓承載裝置，包含有： 一承載平台，具有一用以連通於一真空源之腔室；以及 至少一載具，係設置於該承載平台之一頂面，用以供一晶圓直接設置於一該載具上； 其中，該至少一載具中包含至少一如請求項1至5中任一請求項所述之金屬載具，其真空吸孔係與該承載平台之腔室連通。
7. 如請求項6所述之晶圓承載裝置，其中該至少一載具中包含一移動載具，該移動載具為所述金屬載具，用以供該晶圓直接設置於該移動載具之頂面，該移動載具係直接設置於該承載平台之頂面。
8. 如請求項6所述之晶圓承載裝置，其中該至少一載具中包含一固定載具及一移動載具，該固定載具為所述金屬載具，該固定載具係能拆卸更換地固定於該承載平台之頂面，該移動載具具有朝向相反方向之一頂面及一底面，以及複數貫穿該頂面及該底面之真空吸孔，用以供該晶圓直接設置於該移動載具之頂面，該移動載具係以其真空吸孔分別與該固定載具之真空吸孔連通地直接設置於該固定載具之頂面。
9. 如請求項6所述之晶圓承載裝置，其中該至少一載具中包含一固定載具及一移動載具，該固定載具及該移動載具皆為所述金屬載具，該固定載具係能拆卸更換地固定於該承載平台之頂面，該移動載具係用以供該晶圓直接設置於該移動載具之頂面，該移動載具係以其真空吸孔分別與該固定載具之真空吸孔連通地直接設置於該固定載具之頂面。
10. 如請求項6所述之晶圓承載裝置，其中該至少一載具中包含一固定載具，該固定載具為所述金屬載具，該固定載具係能拆卸更換地固定於該承載平台之頂面，用以供該晶圓直接設置於該固定載具之頂面。

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