用于使晶片对准和居中的装置和方法
【专利说明】用于使晶片对准和居中的装置和方法
[0001]相关共同未决申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年7月17日提交并且名称为“APPARATUS AND METHOD FORSEMICONDUCTOR WAFER LEVELING ,FORCE BALANCING AND CONTACT SENSING” 的序列号为61 /847，118的美国临时申请的权益，其内容通过引用明确地并入本文。
[0003]本申请是于2010年4月15日提交并且名称为“DEVICE FOR CENTERING WAFERS”的序列号为12/761，044的美国专利申请的部分继续申请，其内容通过引用明确地并入本文。
技术领域
[0004]本发明涉及用于晶片间结合应用的用于半导体晶片的精确对准和居中的装置和方法。
【背景技术】
[0005]在用于形成半导体器件的宽范围的半导体工艺应用中利用晶片间(W2W)结合。其中应用了晶片间结合的半导体工艺应用的示例包括集成电路的衬底建造和制作、微机电系统(MEMS)的封装和包封以及纯微电子器件的许多经处理的层的堆叠(3D集成)。胃2胃结合涉及使两个或更多晶片的表面对准、将对准的晶片传输到晶片结合室中、使晶片表面发生接触以及在晶片表面之间形成强结合界面。这样生产的半导体器件的总处理产量和制造成本以及最终并入了这些器件的电子产品的成本大大地取决于晶片间结合的质量。W2W结合的质量取决于晶片的对准、在传输和结合工艺期间晶片对准的保持、以及跨晶片结合界面的结合强度的均匀性和完整性。
[0006]此外，在晶片的传输、定位、居中和对准期间需要极为小心，以便避免晶片的破裂、表面损坏或者翘曲。因此，期望提供一种用于操控、居中和对准晶片的工业规模的设备，其保护晶片免于破裂、表面损坏或者翘曲。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种用于晶片间结合应用的用于半导体晶片的精确对准和居中的装置和方法。通过定位和接合圆形晶片的周界上的缺口或平坦结构来辅助晶片的居中和对准。
[0008]总体而言，在一个方面中，本发明特征在于一种用于定位和接合圆形晶片的周界上的缺口的设备。该设备包括缺口定位部件和第一板。缺口定位部件被配置为沿着第一轴线线性移动并且包括前细长部件，前细长部件沿着与第一轴线垂直的第二轴线延伸并且包括前表面、与前表面相对的后表面以及从细长部件的前表面延伸的第一突起。第一突起具有与形成在圆形晶片的周界上的缺口的形状互补的形状。第一板被布置在前细长部件的第一侧处。在沿着第一轴线朝向圆形晶片的周界驱动缺口定位部件时，细长部件的后表面与第一板的前表面之间的距离被测量，并且所测得的距离的值被用来确定第一突起与缺口的接合。
[0009]本发明的这一方面的实施方式包括以下项中的一项或多项。该设备还包括位置传感器和浮动接头连接件，浮动接头连接件被配置为将位置传感器的前表面连接至前细长部件的后表面。位置传感器被配置为在沿着第一轴线朝向圆形晶片的周界驱动缺口定位部件时，测量细长部件的后表面与第一板的前表面之间的距尚。该设备还包括被布置在前细长部件的与第一侧相对的第二侧处的第二板。第一板和第二板分别支撑第一辊和第二辊，并且第一辊和第二辊被配置为在圆形晶片的周界周围滚动。该设备还包括第二突起和第三突起，第二突起和第三突起从前细长部件的前表面延伸并且分别被布置在第一突起的左边和右边。第二突起和第三突起具有与形成在圆形晶片的周界上的缺口的形状互补的形状。位置传感器可以是线性电位计。经由活塞或电动机沿着第一轴线朝向圆形晶片的周界向前驱动缺口定位部件。缺口定位部件还包括三角形部件，并且前细长部件部分地形成三角形部件的底边。
[0010]总体而言，在另一方面中，本发明特征在于一种用于定位和接合圆形晶片的周界上的平坦特征的设备，该设备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为沿着第一轴线线性移动并且包括前细长部件，前细长部件沿着与第一轴线垂直的第二轴线延伸并且包括前表面、与前表面相对的后表面以及从细长部件的前表面延伸的第一突起。第一突起包括与形成在圆形晶片的周界上的平坦特征的形状互补的形状。第一板被布置在前细长部件的第一侧处。在沿着第一轴线朝向圆形晶片的周界驱动缺口定位部件时，测量细长部件的后表面与第一板的前表面之间的距离，并且使用所测得的距离的值来确定第一突起与平坦特征的接合。该设备还包括第二突起和第三突起，第二突起和第三突起从前细长部件的前表面延伸并且分别被布置在第一突起的左边和右边。第二突起和第三突起包括与形成在圆形晶片的周界上的平坦特征的形状互补的形状，并且被定位在第一突起的前方。
[0011]总体而言，在另一方面中，本发明特征在于一种用于使圆形晶片居中的设备，包括支撑卡盘、第一可旋转移动的对准臂、第二可旋转移动的对准臂和第三线性移动对准臂。支撑卡盘在其顶表面上支撑待居中的圆形晶片。第一可旋转移动的对准臂能够绕着与支撑卡盘的顶表面垂直的轴线旋转并且包括第一机械爪。第一机械爪具有与圆形晶片的弯曲边缘一致的渐变弯曲边缘表面。第二可旋转移动的对准臂能够绕着与支撑卡盘的顶表面垂直的轴线旋转并且包括第二机械爪。第二机械爪具有与圆形晶片的弯曲边缘一致的渐变弯曲边缘表面。第三线性移动对准臂能够沿着第一轴线朝向支撑卡盘的中心线性移动，并且包括与圆形晶片的弯曲边缘一致的渐变弯曲内表面以及被配置为对形成在圆形晶片的周界上的缺口进行定位的缺口定位机构。第一对准臂、第二对准臂和第三对准臂以彼此成120度的角度被布置在支撑卡盘周围。圆形晶片被放置在支撑卡盘上，并且通过首先朝向支撑卡盘的中心旋转第一对准臂和第二对准臂以使得第一机械爪和第二机械爪的渐变弯曲边缘表面分别在第一周界区域和第二周界区域接触圆形晶片的外周界、以及随后通过朝向支撑卡盘的中心沿着第一轴线线性移动第三对准臂直至缺口定位机构定位并且接合形成在圆形晶片的周界上的缺口来进行居中和对准。缺口定位机构包括缺口定位部件和第一板。缺口定位部件被配置为朝向支撑卡盘的中心沿着第一轴线线性移动并且包括前细长部件，前细长部件沿着与支撑卡盘共面并且与第一轴线垂直的第二轴线延伸。前细长部件具有前表面、与前表面相对的后表面以及从细长部件的前表面延伸的第一突起。第一突起具有与形成在圆形晶片的周界上的缺口的形状互补的形状。第一板被布置在前细长部件的第一侧处。在沿着第一轴线朝向圆形晶片的周界驱动缺口定位部件时，测量细长部件的后表面与第一板的前表面之间的距离，并且使用所测得的距离的值来确定第一突起与缺口的接合。
[0012]在附图和以下描述中陈述了本发明的一个或多个实施例的细节。根据对优选实施例的以下描述、附图和权利要求书，本发明的特征、目标和优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0013]参照附图，其中相似的标号贯穿若干视图表示相似的部分:
[0014]图1描绘了临时结合器模块的示意性截面图；
[0015]图2描绘了根据本发明的临时结合器模块；
[0016]图3描绘了与加载方向垂直的图2的临时晶片结合器模块的截面图；
[0017]图4描绘了与加载方向一致的图2的临时晶片结合器模块的截面图；
[0018]图5A描绘了具有处于关闭位置的预对准臂的晶片居中设备；
[0019]图5B描绘了图5A的晶片居中设备中使用的缺口查找机构；
[0020]图5C描绘了其中缺口查找器完全接合在晶片缺口中的300mm晶片；
[0021 ]图5D描绘了其中缺口查找器未完全接合在晶片缺口中的300mm晶片；
[0022]图6描绘了图2的临时晶片结合器模块的顶卡盘的截面图；
[0023]图7描绘了图2的