一种晶圆平整固定装置的制作方法

本发明涉及一种固定装置。

背景技术：

fanoutwlp(fan-outwaferlevelpackaging；fowlp)扇出型晶圆级封装是一种高端封装技术，采用焊锡球代替传统的dip引脚，可以在单芯片的封装中实现更高的集成度，拥有更好的电气属性，并且能够降低封装成本，提高计算速度，减少功耗。但是，扇出型晶圆级封装在一些工艺步骤中，如压模沉积、粘片等，由于受到的压力不均匀使得硅片的平整度和裸片上的压力受到影响，从而导致晶圆发生翘曲，并且重新建构的晶圆含有塑胶、硅及金属材料，其硅与胶体的比例在x、y、z三方向不同，铸模在加热及冷却时的热涨冷缩会导致晶圆的翘曲。

晶圆发发生翘曲所导致的晶圆表面不平整对现有的封装工艺设备是一个重大挑战。晶圆进行植球工艺时，需要将晶圆使用真空吸附固定后进行印刷植球工艺，由于晶圆的翘曲，晶圆难以被完全吸附固定住，使得待印刷植球的表面平整度低，从而导致植球的精确度和牢固性下降。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述在晶圆翘曲无法平整固定影响后道工序的问题，目的在于提出一种晶圆平整固定装置。

本发明提供的晶圆平整固定装置，用于对放置在封装设备中翘曲晶圆进行平整固定，其特征在于，包括：承载台，安装在封装设备中；吸附固定部，安装在承载台上，用于吸附固定翘曲晶圆；以及检测部，用于检测翘曲晶圆的平整度，包括负压检测单元和平整度检测单元，其中，吸附固定部具有：预固定单元、装载固定单元以及用于为预固定单元和装载固定单元分别提供真空负压的负压单元，预固定单元，安装在承载台上，可相对于承载台上下移动，用于对翘曲晶圆进行预固定，装载固定单元，安装在承载台上，可相对于承载台上下移动，用于装载固定翘曲晶圆，具有底盘以及设置在底盘上的多个吸附孔和多个底盘通孔，该底盘通孔位于底盘的中央区域，用于供预固定单元通过，当预固定单元对翘曲晶圆进行预固定后，装载固定单元启动负压对预固定后的翘曲晶圆进行吸附固定。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，多个吸附孔呈多圈圆环状吸附孔圈排布。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，底盘呈圆形，多圈吸附孔圈的圆心与底盘的圆心重叠，并沿底盘的直径方向由内向外排布。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，预固定组件包括至少三根吸附固定杆，每根吸附固定杆穿过一个底盘通孔。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，吸附杆包括杆体和设置在杆体一端的固定头，杆体呈中空杆状，固定头呈喇叭状。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，负压单元包括：底盘负压组件，安装在底盘下方，与多个吸附孔连通；预固定负压组件，与预固定组件连通；以及压力调节组件，分别安装在底盘负压组件和固定杆负压组件上，用于分别对提供给底盘负压组件和固定杆负压组件的负压进行调节。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，负压调节单元还包括总负压管道以及真空过滤器，负压总管道的一端与外部的真空发生装置连通，另一端分别与底盘负压组件和预固定负压组件连通，真空过滤器安装在负压总管道上，用于对负压总管道内的气流进行过滤。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，底盘负压组件包括多个底盘接头和分别与底盘接头连通的多根底盘负压管道，底盘接头呈圆环形，与吸附孔圈一一对应设置，多个底盘接头由内向外依次产生负压。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，预固定负压组件包括多吸附杆接头和分别与吸附杆接头连通的多根吸附杆负压管道，吸附杆接头与吸附杆一一对应设置。

本发明提供的晶圆平整固定装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，压力调节组件包括多个底盘压力调节阀和多个吸附杆压力调节阀。

发明的作用与效果

由于本发明涉及的平整固定装置具有可上下移动的预固定部对翘曲晶圆进行定位以及预固定，能够防止翘曲晶圆在装载到底盘的过程中发生位置的偏移，对后续操作产生影响；由于本发明中装载固定部具有底盘和设置在底盘上的多个吸附孔，在预固定后能够将翘曲晶圆进一步的吸附固定至底盘上，并且多个吸附孔共同对翘曲晶圆进行固定，使得翘曲晶圆的各个部位都得到很好的固定，避免出现遗漏的位置，保证了整个翘曲晶圆固定后具有良好的平整度，并且，采用多个点状负压吸附的方式进行平整固定，既具有足够的向下吸力保证翘曲晶圆得到很好的固定，不易发生脱落或产生偏移，又能够使得翘曲晶圆的受到的吸附力均匀的分散在整个晶圆上，避免了受力不均导致局部受力过大对晶圆产生损害。

同时，本发明涉及的平整固定装置还具有检测部，能够对平整固定后的翘曲晶圆的平整度进行检测确认，确保固定后的翘曲晶圆的平整度处于误差范围之内，保证后续操作的顺利进行。

附图说明

图1为本发明实施例中晶圆平整固定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中预固定单元的结构示意图；

图3为本发明实施例中底盘的结构示意图；

图4为本发明实施例中压边单元的结构示意图；

图5为本发明实施例中压边头的结构示意图；

图6为本发明实施例中翘曲晶圆平整固定的流程图；以及

图7为本发明实施例中翘曲晶圆释放的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明提供的晶圆平整固定装置的组成、工作原理、实施方法以及有益效果作具体阐述。

图1为本发明实施例中晶圆平整固定装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例中的平整固定装置100用于对放置在封装设备中翘曲晶圆进行平整固定，具有承载台1、吸附固定部、压边固定部、检测部以及控制部。

承载台1安装在封装设备中，可在封装设备中的各个工位之间水平移动。

吸附固定部安装在承载台1上，用于吸附固定翘曲晶圆，包括预固定单元2、装载固定单元3以及负压单元。

图2为本发明实施例中预固定单元的结构示意图。

如图2所示，预固定单元2安装在承载台1上，具有多根吸附固定杆21以及固定杆驱动电机。

吸附固定杆21可相对于承载台1垂直地上下移动。本实施例中吸附固定杆21为三根，三根吸附固定杆21呈正三角形排列。吸附固定杆21包括杆体和安装在杆体一端的固定头。

杆体呈中空杆状。

固定头呈喇叭状，与杆体连通，用于与固定时与翘曲晶圆的背面相接触，该固定头顶端与晶圆接触的部位由柔性材料制成。

固定杆驱动电机安装在承载台1上，用于驱动三根吸附固定杆21同时以一定速度垂直地上下移动。本实施例中吸附固定杆21的移动速度为1-500mm/s。

装载固定单元3底盘固定组件安装在承载台1上，包括支撑治具31、底盘32以及底盘驱动电机。

图3为本发明实施例中底盘的结构示意图。

如图3所示，底盘32呈圆形，固定在支撑治具31上，用于装载和固定翘曲晶圆，其上设置有多个吸附孔321和多个用于供吸附固定杆21通过底盘通孔322。本实施例中底盘32的直径为：330mm。

多个吸附孔321的直径均相同且贯穿底盘32，呈成多圈圆环状吸附孔圈排列。这些吸附孔圈的圆心均与底盘32的圆心重合，并沿底盘的直径方向由内向外排布。本实施例中多个吸附孔321呈七圈圆环状吸附孔圈排布，七圈吸附孔圈的直径分别为：40mm、80mm、110mm、140mm、180mm、226mm以及276mm。

直径为40mm和80mm的两个吸附孔圈中分别均匀分布有12个吸附孔321，直径为110mm和140mm的两个吸附孔圈中分别均匀分布有24个吸附孔321，直径为180mm和226mm的两个吸附孔圈中分别均匀分布有36个吸附孔321，直径为276mm的吸附孔圈中均匀分布有48个吸附孔321。

底盘通孔322位于底盘32的中央区域，每个底盘通孔322根供一根吸附固定杆21穿过。本实施例中底盘通孔322为三个，呈正三角形排布，该正三角形中中心与底盘32的圆心重叠，三个底盘通孔322设置在直径为40mm和80mm的两个吸附孔圈之间。

底盘驱动电机固定在承载台1上，位于支撑治具31的下方，与支撑治具31连接，用于驱动支撑治具31和底盘32共同相对于承载台1以一定速度垂直地上下移动。本实施例中支撑治具31和底盘32的移动速度为1-500mm/s。

负压单元，用于为预固定单元2和装载固定单元3分别提供真空负压，包括负压总管道、真空过滤器、底盘负压组件、预固定负压组件以及压力调节组件。

负压单元通过负压总管道与外部真空发生装置连通。

真空过滤器安装在负压总管道上，用于对流经总管道的气流进行过滤。

底盘负压组件安装在底盘32下方，包括与吸附孔圈一一对应设置的多个底盘接头和多根底盘负压管道，本实施例中底盘接头为七个，每个底盘接头与一根底盘负压管道连通。

底盘接头呈圆环形，与对应的吸附孔圈上的多个吸附孔连通。底盘接头的一端安装在底盘下方，另一端通过底盘负压管道与总负压管道连通。每个底盘接头与底盘之间均安装有密封条，用于密封防止负压泄漏。

预固定负压组件，包括与吸附固定杆21一一对应设置的多个固定杆接头和多根固定杆负压管道，本实施例中固定杆接头为三个，每个固定杆接头与一根固定杆负压管道连通。

固定杆接头的一端固定在吸附固定杆的下端并与吸附固定杆连通，另一端通过固定杆负压管道与总负压管道连通。每个固定杆接头与吸附固定杆之间均安装有密封条，用于密封防止负压泄漏。

压力调节组件包括多个底盘压力调节阀和多个固定杆压力调节阀。本实施例中底盘压力调节阀为七个，固定杆压力调节阀为三个。

底盘压力调节阀设置在底盘负压管道上，用于对管道内的负压大小进行调节，每根底盘负压管道上设置有一个底盘压力调节阀。本市实施中，使用时七个底盘压力调节阀依次开启或关闭，使得七圈吸附孔圈由内向外依次产生负压或由外向内依次释放负压。

固定杆压力调节阀设置在固定杆负压管道上，用于对管道内的负压大小进行调节，每根底盘负压管道上设置有一个固定杆压力调节阀。本实施例中，使用时三个固定杆压力调节阀同时开启或关闭，使得三根吸附固定杆21同时产生负压或同时释放负压。

压边固定部安装在封装设备上，用于将装载在吸附固定部上的翘曲晶圆的边缘区域压平，包括支架4、驱动单元、压边单元5以及喷气单元6。当开始对翘曲晶圆进行平整固定时，压边固定部位于吸附固定部的正上方。

支架4包括相互垂直的竖直杆和与水平杆。竖直杆的一端使用螺栓固定在封装设备上，另一端与水平杆的一端固定连接。

驱动单元安装在水平杆的另一端上，具有可伸缩的推动杆、连接块以及压边电机7。

推动杆的一端安装在压边电机7上，另一端固定有连接块。

压边电机7用于驱动推动杆垂直地上下伸缩运动。

压边单元5和喷气单元6均安装在连接块上，在压边电机7的驱动下同时以1-500mm/s的速度垂直地上下移动。

压边单元5用于将翘曲晶圆的边缘区域按压平整，包括压盘51和安装在压盘51上的多个压边头52。本实施例中翘曲晶圆的边缘区域为晶圆的圆周位置上不具芯片结构的区域。

图4为本发明实施例中压边单元的结构示意图。

如图4所示，压盘51安装在连接块上，具有圆形的中心件和多根长度相等的条状件，多根所述条状件呈中心放射状均匀排布，条状件的一端固定在中心件上。压盘51与连接块的连接处位于中心件的圆心处。本实施例中条状件为8根，中心件与八根条状件一体成型制成，中心件的圆心到八根条状件最远端的距离均为220mm，条状件的宽度为20mm。

压边头52使用螺栓固定在条状件另一端的压边头安装孔内，每根条状件上安装有一个压边头，每两个压边头52相互对称设置在中心件的一条直径的延伸线上。多个压边头52呈圆心与中心件的圆心重合的圆环形排布，本实施例中中心件的圆心到八个压边头52的距离均为95mm。

图5为本发明实施例中压边头的结构示意图

如图5所示，压边头52具有支撑轴和吸盘。

支撑轴的一端固定在压边头安装孔内，另一端设置有吸盘。

吸盘用于与装载在吸附固定部上的翘曲晶圆的边缘区域接触并将其压平，该吸盘采用导电性丁腈橡胶制成。本实施例中吸盘的直径为2-3mm，厚度为1-2mm。

压边单元对翘曲晶圆的边缘区域进行压平时，吸盘对边缘区域施加的压力为90kpa-120kpa。吸盘与底盘32之间的垂直距离小于或等于200mm。

喷气单元6用于垂直向下地喷射气流，包括喷气头、气体管道以及气体调节阀，本实施例中的喷气单元喷射的气流为压缩后的洁净空气。

气体管道的一端与喷气头连通，另一端与外部气源连通。

气体调节阀安装在气体管道中，用于控制气体的流通，气流的流速为5-15米/秒。

检测部，用于检测翘曲晶圆的平整度，包括负压传感器和距离传感器。

负压传感器设置在负压总管道上，用于检测负压总管道内的负压大小。

距离传感器8固定在连接块上，用于检测翘曲晶圆表面的平整度。本实施例中的距离传感器8为激光距离传感器，通过分别测量翘曲晶圆表面的五个测量点与距离传感器之间的距离来表征翘曲晶圆表面的平整度。本实施例中五个测量点分别位于五圈吸附孔圈上，本实施例中五个测量点所在的五圈吸附孔圈的直径分别为：110mm、140mm、180mm、226mm以及276mm。

控制部，分别与固定杆驱动电机、底盘驱动电机、多个底盘压力调节阀、多个固定杆压力调节阀、压边电机7、气体调节阀、负压传感器以及距离传感器8连接，用于控制吸附固定部对翘曲晶圆进行吸附固定，控制压边固定部将翘曲晶圆的边缘区域压平，并在根据来自负压传感器以及距离传感器8的负压信号和距离信号对平整度进行判断，进而控制吸附固定部和压边固定部的运行，使得固定后的翘曲晶圆的平整度处于预定的范围内。本实施例中翘曲晶圆表面的平整度范围为+8mm。

图6为本发明实施例中翘曲晶圆平整固定的流程图。

如图6所示，本实施例中翘曲晶圆平整固定的方法如下：

步骤s1-1，翘曲晶圆到达预订位置后，底盘驱动电机驱动支撑治具31和底盘32共同下降，固定杆驱动电机驱动吸附固定杆21上升，固定杆压力调节阀开启，产生负压，对翘曲晶圆进行预固定，然后进入步骤s1-2。

步骤s1-2，底盘驱动电机驱动支撑治具31和底盘32共同上升至与吸附固定杆21齐平的高度，对预固定后的翘曲晶圆进行装载然后进入步骤s1-3。

步骤s1-3，压边电机7驱动压边单元5和喷气单元6同时向下移动，同时气体调节阀开启，喷气头向翘曲晶圆表面喷出压缩空气，压边单元5对翘曲晶圆的边缘区域进行压平，然后进入步骤s1-4。

步骤s1-4，底盘压力调节阀依次启动，吸附孔圈由内向外依次产生负压，对装载在底盘32上的翘曲晶圆进行吸附固定，然后进入步骤s1-5。

步骤s1-5，负压传感器对负压总管道内的负压大小进行检测，当负压信号所显示的负压值在60kpa-80kpa之间时，进入步骤s1-6，当负压信号所显示的负压值不在60kpa-80kpa之间，进入步骤s1-7。

步骤s1-6，喷气头停止喷气，压边电机7驱动压边单元5和喷气单元6同时上升，然后进入步骤s1-10。

步骤s1-7，固定杆压力调节阀与底盘压力调节阀同时全部关闭，延时0.2秒后重新开启，然后进入步骤s1-8。

步骤s1-8，负压传感器对负压总管道内的负压大小进行检测，当负压信号所显示的负压值在60kpa-80kpa之间时，进入步骤s1-6，当负压信号所显示的负压值不在60kpa-80kpa之间，进入步骤s1-9。

步骤s1-9，发出报警提示，然后进入结束状态。

步骤s1-10，距离传感器8对晶圆表面与距离传感器之间进行检测，确认平整度范围，然后进入结束状态。

图7为本发明实施例中翘曲晶圆释放的流程图。

如图7所示，本实施例中翘曲晶圆释放的方法如下：

步骤s2-1，底盘驱动电机驱动支撑治具31和底盘32共同上升至与吸附固定杆21齐平的高度，固定杆压力调节阀开启，产生负压，然后进入步骤s2-2。

步骤s2-2，压边电机7驱动压边单元5和喷气单元6同时向下移动，压边单元5对翘曲晶圆的边缘区域进行压平，然后进入步骤s2-3。

步骤s2-3，底盘压力调节阀以0.2秒的间隔依次关闭，吸附孔圈由外向内依次释放负压，然后进入步骤s2-4。

步骤s2-4，固定杆压力调节阀关闭，吸附固定杆21释放负压，然后进入步骤s2-5。

步骤s2-5，压边电机7驱动压边单元5和喷气单元6同时向上移动，底盘驱动电机驱动支撑治具31和底盘32共同下降，然后进入结束状态。

实施例的作用与效果

由于本发明实施例涉及的平整固定装置具有可上下移动的预固定部对翘曲晶圆进行定位以及预固定，能够防止翘曲晶圆在装载到底盘的过程中发生位置的偏移，对后续操作产生影响；由于本发明中装载固定部具有底盘和设置在底盘上的多个吸附孔，在预固定后能够将翘曲晶圆进一步的吸附固定至底盘上，并且多个吸附孔共同对翘曲晶圆进行固定，使得翘曲晶圆的各个部位都得到很好的固定，避免出现遗漏的位置，保证了整个翘曲晶圆固定后具有良好的平整度，并且，采用多个点状负压吸附的方式进行平整固定，既具有足够的向下吸力保证翘曲晶圆得到很好的固定，不易发生脱落或产生偏移，又能够使得翘曲晶圆的受到的吸附力均匀的分散在整个晶圆上，避免了受力不均导致局部受力过大对晶圆产生损害。

同时，本发明实施例涉及的平整固定装置还具有检测部，能够对平整固定后的翘曲晶圆的平整度进行检测确认，确保固定后的翘曲晶圆的平整度处于误差范围之内，保证后续操作的顺利进行。

进一步地，由于本发明实施例涉及的平整固定装置中多个吸附孔呈多圈圆环状吸附孔圈设置，并且这些吸附孔圈与底盘的圆心重叠，依次由内向外排布，这样的吸附孔设置与翘曲晶圆的形状相匹配，避免了吸附固定时出现遗漏的区域，并且圆环形的吸附孔圈在吸附固定时保证了翘曲晶圆的区域稳定性，同样半径范围内的区域同时固定，有利于提高整个翘曲晶圆的平整度。

由于本发明实施例中每个吸附孔圈的真空负压可以独立运行，逐圈开启，固定时由内向外地进行固定，释放时由外向内进行释放，这样的固定和释放方式，使得固定时翘曲晶圆能够分区域固定，有利于平整度的提高，释放时逐圈卸压，避免了晶圆受力不均匀导致晶圆出现损伤。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。