用于使晶片對準(zhǔn)和居中的裝置和方法
【專利說明】用于使晶片對準(zhǔn)和居中的裝置和方法
[0001]相關(guān)共同未決申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年7月17日提交并且名稱為“APPARATUS AND METHOD FORSEMICONDUCTOR WAFER LEVELING ,FORCE BALANCING AND CONTACT SENSING” 的序列號為61 /847，118的美國臨時(shí)申請的權(quán)益，其內(nèi)容通過引用明確地并入本文。
[0003]本申請是于2010年4月15日提交并且名稱為“DEVICE FOR CENTERING WAFERS”的序列號為12/761，044的美國專利申請的部分繼續(xù)申請，其內(nèi)容通過引用明確地并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明涉及用于晶片間結(jié)合應(yīng)用的用于半導(dǎo)體晶片的精確對準(zhǔn)和居中的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0005]在用于形成半導(dǎo)體器件的寬范圍的半導(dǎo)體工藝應(yīng)用中利用晶片間(W2W)結(jié)合。其中應(yīng)用了晶片間結(jié)合的半導(dǎo)體工藝應(yīng)用的示例包括集成電路的襯底建造和制作、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的封裝和包封以及純微電子器件的許多經(jīng)處理的層的堆疊(3D集成)。胃2胃結(jié)合涉及使兩個(gè)或更多晶片的表面對準(zhǔn)、將對準(zhǔn)的晶片傳輸?shù)骄Y(jié)合室中、使晶片表面發(fā)生接觸以及在晶片表面之間形成強(qiáng)結(jié)合界面。這樣生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件的總處理產(chǎn)量和制造成本以及最終并入了這些器件的電子產(chǎn)品的成本大大地取決于晶片間結(jié)合的質(zhì)量。W2W結(jié)合的質(zhì)量取決于晶片的對準(zhǔn)、在傳輸和結(jié)合工藝期間晶片對準(zhǔn)的保持、以及跨晶片結(jié)合界面的結(jié)合強(qiáng)度的均勻性和完整性。
[0006]此外，在晶片的傳輸、定位、居中和對準(zhǔn)期間需要極為小心，以便避免晶片的破裂、表面損壞或者翹曲。因此，期望提供一種用于操控、居中和對準(zhǔn)晶片的工業(yè)規(guī)模的設(shè)備，其保護(hù)晶片免于破裂、表面損壞或者翹曲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種用于晶片間結(jié)合應(yīng)用的用于半導(dǎo)體晶片的精確對準(zhǔn)和居中的裝置和方法。通過定位和接合圓形晶片的周界上的缺口或平坦結(jié)構(gòu)來輔助晶片的居中和對準(zhǔn)。
[0008]總體而言，在一個(gè)方面中，本發(fā)明特征在于一種用于定位和接合圓形晶片的周界上的缺口的設(shè)備。該設(shè)備包括缺口定位部件和第一板。缺口定位部件被配置為沿著第一軸線線性移動并且包括前細(xì)長部件，前細(xì)長部件沿著與第一軸線垂直的第二軸線延伸并且包括前表面、與前表面相對的后表面以及從細(xì)長部件的前表面延伸的第一突起。第一突起具有與形成在圓形晶片的周界上的缺口的形狀互補(bǔ)的形狀。第一板被布置在前細(xì)長部件的第一側(cè)處。在沿著第一軸線朝向圓形晶片的周界驅(qū)動缺口定位部件時(shí)，細(xì)長部件的后表面與第一板的前表面之間的距離被測量，并且所測得的距離的值被用來確定第一突起與缺口的接合。
[0009]本發(fā)明的這一方面的實(shí)施方式包括以下項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。該設(shè)備還包括位置傳感器和浮動接頭連接件，浮動接頭連接件被配置為將位置傳感器的前表面連接至前細(xì)長部件的后表面。位置傳感器被配置為在沿著第一軸線朝向圓形晶片的周界驅(qū)動缺口定位部件時(shí)，測量細(xì)長部件的后表面與第一板的前表面之間的距尚。該設(shè)備還包括被布置在前細(xì)長部件的與第一側(cè)相對的第二側(cè)處的第二板。第一板和第二板分別支撐第一輥和第二輥，并且第一輥和第二輥被配置為在圓形晶片的周界周圍滾動。該設(shè)備還包括第二突起和第三突起，第二突起和第三突起從前細(xì)長部件的前表面延伸并且分別被布置在第一突起的左邊和右邊。第二突起和第三突起具有與形成在圓形晶片的周界上的缺口的形狀互補(bǔ)的形狀。位置傳感器可以是線性電位計(jì)。經(jīng)由活塞或電動機(jī)沿著第一軸線朝向圓形晶片的周界向前驅(qū)動缺口定位部件。缺口定位部件還包括三角形部件，并且前細(xì)長部件部分地形成三角形部件的底邊。
[0010]總體而言，在另一方面中，本發(fā)明特征在于一種用于定位和接合圓形晶片的周界上的平坦特征的設(shè)備，該設(shè)備包括平坦特征定位部件和第一板。平坦特征定位部件被配置為沿著第一軸線線性移動并且包括前細(xì)長部件，前細(xì)長部件沿著與第一軸線垂直的第二軸線延伸并且包括前表面、與前表面相對的后表面以及從細(xì)長部件的前表面延伸的第一突起。第一突起包括與形成在圓形晶片的周界上的平坦特征的形狀互補(bǔ)的形狀。第一板被布置在前細(xì)長部件的第一側(cè)處。在沿著第一軸線朝向圓形晶片的周界驅(qū)動缺口定位部件時(shí)，測量細(xì)長部件的后表面與第一板的前表面之間的距離，并且使用所測得的距離的值來確定第一突起與平坦特征的接合。該設(shè)備還包括第二突起和第三突起，第二突起和第三突起從前細(xì)長部件的前表面延伸并且分別被布置在第一突起的左邊和右邊。第二突起和第三突起包括與形成在圓形晶片的周界上的平坦特征的形狀互補(bǔ)的形狀，并且被定位在第一突起的前方。
[0011]總體而言，在另一方面中，本發(fā)明特征在于一種用于使圓形晶片居中的設(shè)備，包括支撐卡盤、第一可旋轉(zhuǎn)移動的對準(zhǔn)臂、第二可旋轉(zhuǎn)移動的對準(zhǔn)臂和第三線性移動對準(zhǔn)臂。支撐卡盤在其頂表面上支撐待居中的圓形晶片。第一可旋轉(zhuǎn)移動的對準(zhǔn)臂能夠繞著與支撐卡盤的頂表面垂直的軸線旋轉(zhuǎn)并且包括第一機(jī)械爪。第一機(jī)械爪具有與圓形晶片的彎曲邊緣一致的漸變彎曲邊緣表面。第二可旋轉(zhuǎn)移動的對準(zhǔn)臂能夠繞著與支撐卡盤的頂表面垂直的軸線旋轉(zhuǎn)并且包括第二機(jī)械爪。第二機(jī)械爪具有與圓形晶片的彎曲邊緣一致的漸變彎曲邊緣表面。第三線性移動對準(zhǔn)臂能夠沿著第一軸線朝向支撐卡盤的中心線性移動，并且包括與圓形晶片的彎曲邊緣一致的漸變彎曲內(nèi)表面以及被配置為對形成在圓形晶片的周界上的缺口進(jìn)行定位的缺口定位機(jī)構(gòu)。第一對準(zhǔn)臂、第二對準(zhǔn)臂和第三對準(zhǔn)臂以彼此成120度的角度被布置在支撐卡盤周圍。圓形晶片被放置在支撐卡盤上，并且通過首先朝向支撐卡盤的中心旋轉(zhuǎn)第一對準(zhǔn)臂和第二對準(zhǔn)臂以使得第一機(jī)械爪和第二機(jī)械爪的漸變彎曲邊緣表面分別在第一周界區(qū)域和第二周界區(qū)域接觸圓形晶片的外周界、以及隨后通過朝向支撐卡盤的中心沿著第一軸線線性移動第三對準(zhǔn)臂直至缺口定位機(jī)構(gòu)定位并且接合形成在圓形晶片的周界上的缺口來進(jìn)行居中和對準(zhǔn)。缺口定位機(jī)構(gòu)包括缺口定位部件和第一板。缺口定位部件被配置為朝向支撐卡盤的中心沿著第一軸線線性移動并且包括前細(xì)長部件，前細(xì)長部件沿著與支撐卡盤共面并且與第一軸線垂直的第二軸線延伸。前細(xì)長部件具有前表面、與前表面相對的后表面以及從細(xì)長部件的前表面延伸的第一突起。第一突起具有與形成在圓形晶片的周界上的缺口的形狀互補(bǔ)的形狀。第一板被布置在前細(xì)長部件的第一側(cè)處。在沿著第一軸線朝向圓形晶片的周界驅(qū)動缺口定位部件時(shí)，測量細(xì)長部件的后表面與第一板的前表面之間的距離，并且使用所測得的距離的值來確定第一突起與缺口的接合。
[0012]在附圖和以下描述中陳述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)對優(yōu)選實(shí)施例的以下描述、附圖和權(quán)利要求書，本發(fā)明的特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0013]參照附圖，其中相似的標(biāo)號貫穿若干視圖表示相似的部分:
[0014]圖1描繪了臨時(shí)結(jié)合器模塊的示意性截面圖；
[0015]圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的臨時(shí)結(jié)合器模塊；
[0016]圖3描繪了與加載方向垂直的圖2的臨時(shí)晶片結(jié)合器模塊的截面圖；
[0017]圖4描繪了與加載方向一致的圖2的臨時(shí)晶片結(jié)合器模塊的截面圖；
[0018]圖5A描繪了具有處于關(guān)閉位置的預(yù)對準(zhǔn)臂的晶片居中設(shè)備；
[0019]圖5B描繪了圖5A的晶片居中設(shè)備中使用的缺口查找機(jī)構(gòu)；
[0020]圖5C描繪了其中缺口查找器完全接合在晶片缺口中的300mm晶片；
[0021 ]圖5D描繪了其中缺口查找器未完全接合在晶片缺口中的300mm晶片；
[0022]圖6描繪了圖2的臨時(shí)晶片結(jié)合器模塊的頂卡盤的截面圖；
[0023]圖7描繪了圖2的