TW201314832A - 用於安裝結構晶圓之安裝裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於安裝且固定一基板10之安裝裝置，其係於該基板10之具有結構11之一結構側10s上進行固定，該安裝裝置包含一安裝元件3，該安裝元件3具有用於支撐該等結構11之一平坦安裝表面3o，及僅以一外環面8之形式穿透該安裝表面3o以實現吸取該基板10之一流體流之一吸取表面F2。

Description

用於安裝結構晶圓之安裝裝置 WAFER
本發明係關於如技術方案1之一種用於安裝一基板(明確而言，一晶圓)之一安裝裝置，其係於該基板之具有結構之一結構側上安裝。
在半導體工業中，此等安裝裝置係用作「卡盤」(chuck)，尤其是用於在多個製程步驟中製作電組件期間取放晶圓。提供有個別組件群組(結構)之晶圓亦被稱為產品晶圓。在各個製程步驟中，非常重要的是將晶圓快速、可靠且輕易地可拆卸地固定於該安裝裝置上使得取放晶圓並不會成為晶圓處理之一中斷因素。具有結構之產品越薄且產品晶圓上之組件之形貌越明顯且越高，則固定該等產品晶圓越困難。應儘量避免該晶圓中之任何應力，使得在一定程度上減小對存在於該產品晶圓上之極其昂貴之結構造成損壞。雖然有不同之方法將一產品晶圓固定於未結構化(unstructured)且因此係平坦之側上，在將一產品晶圓固定於其結構化側上時，仍會發生多種技術問題。因此，例如，靜電固定會出現問題，因為可能發生之電壓尖峰而損壞該等結構之電路。
此外，可在使電結構儘可能不受污染且不存在雜質(例如，黏合劑)之情形下處理該等電結構。
因此，本發明之目的在於提供一種用於安裝且固定一基 板之一安裝裝置，其中可達成該基板之快速、安全且小心且可逆及可輕易控制之安裝及固定。
此目的係用技術方案1之特徵達成。隨附技術方案中給出本發明之優勢發展。在該說明書、該等技術方案及/或圖中所給出之特徵中之至少二者之所有組合亦屬於本發明之框架內。在給定之值之範圍值內，屬於所指明限度內之值應被認為是以任何組合揭示及主張。
本發明係基於發展已知之真空夾盤，使得基板之結構同時被併入流體流中之理念，該流體流吸取該等基板，使得可達成在該基板之整個結構側上之儘可能均勻之一均勻吸取動作(吸取壓力)。換言之，本發明所主張之該安裝裝置可促成對該產品晶圓產生一可線性變動之均勻表面力，使得用所要之表面力將該基板安裝於真空樣品固持器(安裝裝置)上。較佳的是，可藉由以一線性關係改變該吸取壓力而控制作用於該基板上之表面力。該表面力係由吸取面積F2界定。
不同於先前技術之真空夾盤，在本發明中，未沿該基板施加覆蓋壓力，而是僅在該安裝裝置之該安裝表面之一外環面之區域中施加吸力。已確定，本發明所主張之組態使得沿該安裝裝置之該安裝表面(明確而言，吸取面積之外側)產生一極其均勻之壓力分佈。
根據本發明之一優勢實施例，明確而言製作為一圓形環之該外環面自該安裝表面之一周緣朝該安裝表面之一中點M之方向延伸且明確而言，該外環面之最大或平均環寬度 R較佳小於該安裝表面之一直徑D3之1/2，明確而言小於1/5，較佳小於1/10，甚至更佳小於1/100。該環寬度R相對於該直徑D3或剩餘之安裝表面越薄及/或作用於該安裝表面之該周緣上或該基板之周邊上之吸取表面越遠，則沿該(整個)安裝表面之壓力分佈愈加均勻得令人驚訝。
下文之Fi係第i表面，其源於一圓形表面Fi之表面參數，明確而言，源於圓直徑Di。若有j(j=1至N)個孔，則Fi係Fi,j孔之面積之總和。
有利的是，該流體流係由具有下列區段之一流動通道形成：在該安裝元件中之許多吸取通道，明確而言該等通道係製作為貫通式孔且終止於吸取面積F2中。
一流體室，其係連接至該等吸取通道，位於該等吸取通道之與該吸取面積F2相反之通道端上，及設置於該流體室上之至少一個壓力連接部，以連接一可控制吸氣裝置。
明確而言，該流體室6用於本文中係作為一緩衝器且同時作為一分佈器，以達成沿該吸取面積F2之均勻吸取，使得操作該安裝裝置僅需要一單一壓力連接部及一單一泵。
該吸取面積F2達到可調整程度(明確而言，藉由至少部分地閉合該等吸取通道之一部分)，則該安裝裝置可用於具有不同結構/尺寸(明確而言，與該等結構之高度H有關)之不同產品基板。明確而言，較佳可藉由該等吸取通道上/中之可個別觸發閥閉合該等吸取通道。或者，可如本發明 中所主張設想提供一旋轉盤，其在該等吸取通道之該端上之該等吸取通道之背向該吸取面積F2之區域(對應於該外環面)中具有開口。以此方式，可藉由旋轉該旋轉式盤而連續將該等吸取通道自完全開放調整至完全閉合。以此方式，可同時連續地調整所有吸取通道。
此處，若該流體室係由一密封至該安裝元件之一流體室元件，以及由該安裝元件形成，則更具優點。因此，明確而言，可藉由在該流體室元件中銑出一槽形而輕易地製作該流體室。明確而言，該槽形涵蓋一圓柱形凹部，其直徑大於面向該流體室之該等吸取通道之端部間之最大距離。因此，明確而言，該流體室元件由一環形周邊壁及一上壁組成，該等壁包圍住該流體室。藉由連接元件(明確而言，螺絲)將該流體室元件密封至該安裝元件。該密封件較佳為一環形密封件，且其直徑大於該流體室之周邊上之流體室之直徑，位於該流體室元件與該安裝元件之間。
在本發明之另一優勢實施例中，該流體室之區域中之流動通道具有一流動截面，其與該壓力連接部之該吸取面積F2及/或該流體流動區段F1之截面具有至少相同之面積，或者大至少5倍，較佳至少10倍，甚至更佳至少20倍。因此，該流體室同時作為用於自該等吸取通道流入之該流體之一緩衝及一收集空間。
進一步有利的是，該吸取面積F2經選擇或者可調整，使得該吸取面積F2對應於已形成於該安裝表面與安裝於該安裝表面上之該基板之間之一環形間隙之一流入表面Z。該 環形間隙具有一高度H，該高度H由該基板之該等結構之高度界定，且在該安裝表面之周邊上或在該基板之該周邊上延伸而基本上呈圓柱體形狀，使得可自該基板或該安裝表面之周長及該高度H粗略地計算該流入表面Z。
根據另一優勢實施例，該安裝表面係設置於該安裝元件之一突出部上，該突出部之輪廓經選擇使得該輪廓基本上對應於待處理之該等基板之表面輪廓，明確而言，該安裝表面之一直徑D3介於約200 mm至450 mm之間，較佳正好為200 mm或300 mm或450 mm。此測量值更精確地界定該流入表面Z，因為該流入表面Z或多或少對應於具有該等輪廓之該安裝表面與該基板表面之間之共同輪廓。
明確而言，在用一彈性層塗敷該安裝表面(明確而言該突出部)之情形下，一方面，可將存在於該基板上之該等結構小心地安裝於該安裝表面上且另一方面可避免污染(例如，金屬切削屑)。
明確而言，藉由該外環面之一共同第一圓圈上之至少10個，較佳至少50個，甚至更佳至少100個彼此大體上等距離之吸取通道組成之一第一群組，可使吸取進一步均勻化。此係由於一均勻流體流(明確而言，介於該安裝表面與該基板之間，遠至該安裝表面之中點M)係由相對於該吸取表面之該中點或相對於該安裝元件旋轉對稱之該等吸取通道之一同心配置所造成。
根據本發明之另一態樣，該等吸取通道之間之距離小於1 mm，明確而言小於500 μm，更佳小於250 μm，甚至更 佳小於150 μm。
此處，尤佳的是，比該外環面之該第一圓圈具有一較小之直徑之一第二圓圈上具有與該第一群組之該等吸取通道偏置之至少10個、較佳20個吸取通道組成之一第二群組，明確而言，其相對於該中點M同心且/或彼此等距離。以此方式，可將較多之吸取通道容納於該外環面上且吸取通道越多，則吸取通道可製作得越小且可對該基板進行較均勻且較小心之吸取。同時，將至少兩個群組配置於該外環面上使該安裝元件產生更高之穩定性。因此，吸取通道之數目僅由吸取通道之最小直徑及該安裝元件之尺寸決定。因此，偏置孔係作為槽之替代，因為槽不利地影響該邊緣上之晶圓之機械穩定性。
根據本發明之另一態樣，可藉由改變(明確而言，控制)各個吸取通道之直徑D2i而設想該流入表面Z。
在揭示方法特徵之後，應將該等方法特徵視為且主張為如本文所主張之方法一般予以揭示。
自下文較佳之例示性實施例且使用圖式，本發明之其他優點、特徵及細節將可顯而易見。
在圖式中用相同之參考數字標識相同之組件或具有相同作用之組件。
圖1a展示一安裝裝置1，其包括一流體室元件2及一安裝元件3。該流體室2係由一環形周邊壁2w(藉由對一環形圓柱體銑出而形成)及一上壁2o(其覆蓋該環形周邊壁2w)形 成。該上壁2o同時形成該經銑出圓柱體之底部。為了將該安裝元件3固定至該流體室元件2上，在該流體室元件2之製作中，在該周邊壁2w中切割內螺紋4i，其彼此等距離地分佈於該周邊壁2w之周邊上。在該流體室元件2之製作中，該流體室元件2與該安裝元件3之間之連接表面上進一步具有至少一個密封凹槽2n。在該流體室元件2之製作中，該上壁2o中進一步具有一壓力連接部13。一連接元件9經密封或可密封至該壓力連接部13，且該連接元件係用於連接一吸入管14，該吸入管14係連接至一泵16。在該吸入管14中，可具有用於壓力測量之一或多個測量裝置15。亦可在該泵16中及/或該流動通道中之另一位置處測量該壓力。
該壓力連接部13具有一流動截面F1，明確而言為一孔，其直徑為D1。該壓力連接部13係延伸穿過該安裝裝置1之一流動通道之一部分。該壓力連接部13(且因此該流動通道)通向一流體室6，該流體室6係由該上壁2o及該周邊壁2w及該安裝元件3之一附接側3b形成。
安裝元件3具有一基本上圓柱形之形狀，且一外周邊對應於該流體室元件2，明確而言，對應於該周邊壁2w，使得可以使該安裝元件3明確而言以其平坦附接側3b密封至該流體室元件2之一接觸表面上。為此而有若干螺絲座4a，該等螺絲座經配置對應於該等內螺紋4i，以容納被製作為螺絲之連接元件4。可藉由該等連接元件4將該安裝元件3固定於該流體室元件2，在該安裝元件3與該流體室元 件2之共同接觸表面上，有一密封件5，其係製作為密封凹槽2n且視需要，該安裝元件4之一對應之密封凹槽3n中之一環形密封件，以相對於環境密封該流體室6。
該流體室6形成該流動通道之另一區段。自該流體室6前進，該流動通道分割或分支為該流動通道之另一區段，該另一區段係由設置於該安裝元件3中之複數個吸取通道7形成。
將該等吸取通道製作為貫通式孔，明確而言，其彼此平行延伸且該等孔之端7e均終止於該流體室6上或內。該等吸取通道端之相反之端係終止於用於安裝一基板10之一安裝表面3o之一外環面8之區域中。在一突出部3e上提供該安裝表面3o，該突出部3e被製作為具有一直徑D3且斜切地沿肩部3a延伸之一圓形環。該直徑D3基本上對應於該基板10之直徑。
一第一群組之吸取通道7係位於一圓圈上且在該外環面8內，而一第二群組之吸取通道係位於進一步向內側之一第二圓圈上且類似地位於該外環面8內。因此，可將具有儘可能小之一直徑D2之儘可能多之吸取通道7容納得儘可能鄰近該安裝表面3o之一周緣U。由於該安裝元件3之厚度，設置於該外環面8內之該安裝表面3o之一支撐區段保持穩定。在該支撐區段中，不存在吸取通道7且該支撐區段及該整個安裝表面3o經製作成平坦的。
可用一軟性材料塗層12至少部分地塗敷該安裝元件3之表面，明確而言，(塗敷)在該安裝表面3o之區域中。較佳 該軟性材料為一聚合物，更佳為一彈性體。該塗層12係用於保護設置於該基板10上之敏感性結構11且防止製作為一產品基板之該基板10被污染。
藉由鑽孔而製作之該等吸取通道7可相對於旋轉對稱安裝元件3之一中點M而同心地配置。
該外環面8之一環寬度R被製作得儘可能小且儘可能遠地位於該周緣U上且較佳在1 mm至50 mm之間，更佳在1 mm至10 mm之間。該直徑D3較佳在200 mm至450 mm之間，較佳正好為200 mm、300 mm或450 mm。
藉由經由該壓力連接部13及該泵16而使該流體室6連續地曝露於一負壓下，可在由該安裝表面3o上之該等吸取通道7之該等流動截面之總和形成之一吸取面積F2上產生一吸取作用。以此方式，可將該基板10連同其結構側10s吸取至該安裝表面3o上且固定住。儘管僅該外環面8(圓形環)上具有吸取通道7，該區域亦經排空或施加負壓，該區域係由結構11穿透而過，該區域位於該外環面8內且介於該安裝表面3o與該基板10之間，且均勻得令人驚訝。最易用此區域中之統計多粒子系統解釋該均勻壓力分佈，該統計多粒子系統被理解為一大正則系綜(large canonical ensemble)。一系綜為一組統計多粒子之複製品，其微觀狀態各不相同，但具有等效之巨觀狀態。一大正則系綜為經歷粒子及能量波動之一系綜。儘管本發明中所主張之實施例將粒子在邊緣上連續地吸取，一些粒子始終可找到某路徑進入內部區域中，類似地，粒子亦將離開此區域。因 此，將無法獲得一絕對真空或甚至一高度真空。在恆定之開始及邊界條件下，粒子之數目仍可平均而言保持恆定。由於不存在可能使得統計分佈函數局部依賴之勢能(撇開重力勢能不論，因其對於短高度之所檢查區域之分佈函數之影響可忽略)，該壓力分佈必定同樣為該地點之一均勻函數。因此，具有該等結構11之該基板10極其均勻地被固定於該安裝表面3o上。藉由控制該泵16上之負壓且藉由該等流動通道之個別區段之流動截面界定作用於該基板10上之力。
已發現如本發明所主張，最佳情形是該壓力連接部13之該截面面積F1粗略地對應於該等吸取通道之截面面積之總和，因此即為粗略地對應於該吸取面積F2。明確而言，該面積F1與該面積F2之比率可介於1比10及10比1之間，較佳介於2比7及7比2之間，更佳介於3比5及5比3之間，最佳介於4比5及5比4之間。
此外，有利地選擇該吸取面積F2，使得該吸取面積F2粗略地對應於一流入表面Z，該流入表面Z係由一環形間隙17形成，該環形間隙係在吸取期間由於該等結構11之高度而形成於該安裝表面3o之該周緣U與該基板10之間。該流入表面Z對應於該環形間隙17之周長乘以該環形間隙17之高度H，明確而言，該吸取面積F2與該流入表面Z之一比率為4比5至5比4。
只要該基板10將固持於該安裝裝置1上，該泵16必須沿該流動通道提供一連續之流體流。該流體流係由上述本發 明所主張之該流動通道之流動截面提供，使得每單位時間流經該等吸取通道7之氣體之量等於通過該壓力連接部13或該連接元件9而離開該流體室6之氣體之量。
該等形貌結構11使該基板10(晶圓)保持與該突出部3e(明確而言，該安裝表面3o)間隔一距離H(對應於該環形間隙17之一高度H)。在吸取程序之開始，該基板與該安裝表面3o之間之空間被自動降低至稍微高於該吸取面積F2上之吸取壓力之一特定壓力位準且因此保持恆定以對該流體室6進行進一步連續增壓。明確而言，在此情形下，沿流動剖面自該流入表面Z至該泵16具有一穩定狀態壓力分佈。
因此，如本文所主張，可藉由該泵16之吸取性能(明確而言，該泵16之體積流或任何其他可輕易獲取及測量之物理量)、藉由改變表面力之一較佳線性變化發生之吸取性能而控制作用於該安裝表面3o上之表面力之大小。根據本發明之另一實施例，該彈性塗層12係具有彈性，使得該結構11至少部分(明確而言，至少該高度H之三分之一，較佳該高度H之二分之一，甚至更佳該H之四分之三)穿透進入該彈性塗層12中。以此方式，該環形間隙17之該高度H'被減小，使得該流入表面Z'對應地變小。此可導致一加勁效果。在相同之體積流下，一較小之流入表面Z'意味著一較高之力且因此將進一步將該晶圓壓迫於該塗層12中；此轉而將導致該流入表面Z'減小。
根據本發明之另一優勢實施例，明確而言與先前段落中所述之實施例組合，可如本發明所主張設想使該等吸取通 道7可至少部分密封。以此方式，可達成該流入表面Z'之一動態匹配。
1‧‧‧安裝裝置
2‧‧‧流體室元件
2n‧‧‧密封凹槽
2o‧‧‧上壁
2w‧‧‧周邊壁
3‧‧‧安裝元件
3b‧‧‧附接側
3e‧‧‧突出部
3n‧‧‧密封凹槽
3o‧‧‧安裝表面
4‧‧‧連接元件
4a‧‧‧螺絲座
4i‧‧‧內螺紋
5‧‧‧密封件
6‧‧‧流體室
7‧‧‧吸取通道
7e‧‧‧端
8‧‧‧外環面
9‧‧‧連接元件
10‧‧‧基板
10s‧‧‧結構側
11‧‧‧結構
12‧‧‧塗層
13‧‧‧壓力連接部
14‧‧‧吸入管
15‧‧‧測量裝置
16‧‧‧泵
17‧‧‧環形間隙
D1‧‧‧直徑
D2‧‧‧直徑
D3‧‧‧直徑
F1‧‧‧流動截面
F2‧‧‧吸取表面
H‧‧‧高度
M‧‧‧中點
R‧‧‧環寬度
U‧‧‧周邊壁
Z‧‧‧流入表面
圖1a展示本發明中所主張之一安裝裝置之仰視平面圖，其中有一切割線A-A，圖1b展示自圖1a之該切割線A-A截取之一截面圖，圖2a展示根據圖1b在一結構基板係安裝至該安裝裝置之情形下之一視圖，圖2b展示圖2a之一細節圖，及圖2c展示2a之一細節圖。
圖3展示用一流體模擬程式計算之該表面3o之壓力分佈之一輪廓曲線圖。
圖4展示用一流體模擬程式計算之該表面3o之該壓力分佈之輪廓曲線圖之一放大圖。
1‧‧‧安裝裝置
2‧‧‧流體室元件
3‧‧‧安裝元件
3o‧‧‧安裝表面
4‧‧‧連接元件
7‧‧‧吸取通道
8‧‧‧外環面
D3‧‧‧直徑
U‧‧‧周邊壁

Claims (11)

  1. 一種用於安裝及固定一基板(10)之安裝裝置，其係於該基板(10)之具有結構(11)之一結構側(10s)上進行固定，該安裝裝置包含一安裝元件(3)，該安裝元件(3)具有用於支撐該等結構(11)之一平坦安裝表面(3o)，及僅以一外環面(8)之形式穿透該安裝表面(3o)以實現吸取該基板(10)之一流體流之一吸取表面(F2)。
  2. 如請求項1之安裝裝置，其中該外環面(8)，明確而言其係製作為自該安裝表面(3o)之一周緣(U)朝該安裝表面(3o)之一中點(M)之方向中延伸之一圓形環，且明確而言該外環面(8)之一最大或平均環寬度(R)小於該安裝表面(3o)之一直徑(D3)之1/2、明確而言小於1/5，較佳小於1/10，更佳小於1/100。
  3. 如請求項1或2之安裝裝置，其中該流體流係由具有下列區段之一流動通道形成：在該安裝元件(3)中之許多吸取通道(7)，明確而言，其製作為貫通開口，較佳為孔，且終止於該吸取表面(F2)中，一流體室(6)，其係連接至該等吸取通道(7)，位於於與該吸取表面(F2)相反之通道端(7e)上，及設置於該流體室(6)上之至少一個壓力連接部(13)，其用於連接一可控制吸氣裝置(14、15、16)。
  4. 如請求項1或2之安裝裝置，其中明確而言，該吸取表面(F2)可藉由至少部分閉合該等吸取通道(7)之一部分而調 整。
  5. 如請求項3之安裝裝置，其中該流體室6係由密封至該安裝元件3之一流體室元件2且由該安裝元件3形成。
  6. 如請求項2之安裝裝置，其中該流體室(6)之區域中之該流動通道具有一流動截面，明確而言，該流動截面比壓力連接部(13)之該吸取表面(F2)及/或流動截面(F1)大至少5倍，明確而言，至少10倍，較佳至少20倍。
  7. 如請求項1或2之安裝裝置，其中該吸取表面(F2)經選擇或可經調整以使得該吸取表面(F2)基本上對應於形成於該安裝表面(3o)與安裝於該安裝表面(3o)上之該基板之間之一環形間隙(17)之一流入表面(Z)。
  8. 如請求項1或2之安裝裝置，其中該安裝表面(3o)係設置於該安裝元件(3)之一突出部(3e)上，該突出部(3e)之輪廓經選擇使得該突出部(3e)基本上對應於待處理之該等基板(10)之表面輪廓，明確而言，該安裝表面(3o)之一直徑(D3)係介於200 mm至450 mm之間，較佳正好為200 mm或300 mm或正好為450 mm。
  9. 如請求項1或2之安裝裝置，其中用一特殊之彈性塗層(12)塗敷該安裝表面(3o)，且明確而言係塗敷該突出部(3e)。
  10. 如請求項1或2之安裝裝置，其中明確而言，位於該外環面(8)上之一共同第一圓圈上具有由彼此等距離地定位之至少10個、較佳至少20個、更佳至少100個吸取通道(7)組成之一第一群組。
  11. 如請求項10之安裝裝置，其中明確而言與該第一群組之該等吸取通道(7)偏置之由至少10個、較佳至少20個吸取通道(7)組成之一第二群組通道(7)位於一共同第二圓圈上，且該第二圓圈之一半徑小於該外環面(8)上之該第一圓圈之一半徑。
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