专利名称：用于容纳和保持晶片的容纳装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1或2所述的用于容纳和保持晶片以加工晶片的容
纳装置。
背景技术：
在半导体工业中，使用不同类型的容纳装置，其也称作试样夹具或夹盘。与相应的应用过程有关，存在不同的试样夹具，试样夹具会被整面或局部加热，具有不同形状和大小并且基于不同的保持原理。由于始终不断小型化，尤其是由于在晶片厚度变得更小的情况下晶片直径越来越大，要求容纳装置，使得它们尽可能平并且以尽可能小粗糙度构造。最频繁使用的将晶片固定在容纳装置上的方法在于在容纳装置的保持面上的结构中产生真空。尤其是在接合过程中需要在连接时必须使晶片准确地对准晶片上存在的结构元件，更确切地说沿着两个晶片的整个接触面。由于结构元件具有微米范围并且部分纳米范围的尺寸，所以在取向位置中的小偏差已导致在结构之间的有故障的连接。
发明内容
因此，本发明的任务是尽可能使容纳装置对晶片的结构的取向或位置的影响最小化，由此晶片或晶片上的各结构的取向的故障源被最小化。该任务通过具有权利要求1和2所述的特征来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中予以说明。至少两个在说明书、权利要求和/或者附图中说明的特征的所有组合也落入本发明的范围中。在值域方面，在所述边界内的值也应明显作为边界值并且可以任意组合地要求保护。本发明在此基于如下认识:在将外部薄晶片保持在晶片的保持面上时出现的保持力尤其是局部导致晶片的变形。由此出现如下技术问题:在用于将晶片保持在容纳装置上的保持装置的活动状态中引起在晶片上的单个或多个结构的位置改变。这样的位置改变通过根据本发明的措施被尽可能最小化，其中第一解决方案在于，在晶片厚度d在最小50 μ m或100 μ m到最大800 μ m之间的情况下通过保持装置的相应构造限制晶片沿着支承面朝着保持面的局部变形，使得与保持装置的非活动状态相比该变形小于500nm，尤其小于250nm、优选小于lOOnm、更优选小于50nm,在理想情况下小于10nm。 实现上述效果的第二解决方案在于，为了保持晶片，在沿着保持面分布的开口处在晶片的支承面与晶片的背离支承面的挤压面之间的压力差通过如下方式防止变形尤其在开口处的晶片的局部变形:横向于径向延伸的开口宽度D尤其是直径D具有小于1000 μ m的平均净宽度，有利地小于500 μ m,在优化的实施形式中小于100 μ m,尤其是小于50 μ m,优选小于10 μ m,更优选小于
Iμ m。压力差在此为最大500毫巴,尤其是最大为200毫巴、优选最大100毫巴,更优选最大50毫巴，在理想 情况下最大30毫巴。朝着容纳装置的保持面的变形特别可以通过该措施来最小化，使得横向于保持面或支承面的径向延伸的开口宽度D被最小化。此外，根据本发明有利的是，开口均匀地分布到保持面上，使得沿着保持面在保持装置的运动状态中对晶片作用尽可能均匀的保持力。对产品的进一步优化通过使用减小的压力差来实现，因为由此作用于晶片上的力可以被最小化并且这样可以减小变形。另一根据本发明的解决方案在于，晶片厚度d与通过保持装置与不活动状态相比在活动状态中产生的、沿着支承面的尤其局部晶片变形之比大于I比100、尤其是大于I比500、优选大于I比1000、更优选大于I比5000、在理想情况下大于I比10000。所述的解决方案的主要方面在于，容纳装置的保持面是平面平坦的，使得晶片的局部或全局变形并不已由保持面的可能的不平坦性引起。为此，保持面利用特定的工具打磨或抛光得更平，使得也可以最小程度地减小波纹。在此，追求的平面度值好于5 μ m、尤其好于3 μ m、优选好于I μ m，更优选好于0.5 μ m。该值相对不在保持面的最高与最深部位之间的高度差，其中在此仅评价对应于实际晶片直径的面。根据本发明的一种实施形式的另一按本发明的措施在于，为施加负压设置的开口在开口与保持面之间的边缘处被倒圆或具有棱角，其中开口特别通过钻孔和/或铣削来制造。在倒圆部的扩展方案中，倒圆部具有在开口宽度D的四分之一与开口宽度D之间的圆角半径(Rundungsradius )。棱角从该开口的内壁沿着支承平面E在开口宽度D的四分之一到开口宽度D之间的线段上延伸。根据本发明的另一有利的实施形式，设计的是，容纳装置中的开口有规律或均匀分布地布置在整个保持面上。尤其是，开口的面密度在容纳装置的整个保持面上基本上是恒定的。面密度理解为关于单位面积尤其Imm2或Icm2的每个开口的面积之和，其在单位面积之内。开口的面积F因此为D2 π /4。相对于单位面积的面密度为:开口的数目/4*(D2Ji)/单位面积。面密度因此无量纲。
本发明的其他优点、特征和细节从对优选实施例的描述以及参照附图中得到。附图示出:
图1a以俯视图示出了根据本发明的容纳装置，
图1b以根据图1a的剖切线A-A的剖面侧视图示出了根据图1a的容纳装置，
图1c不出了根据图1a的开口的放大图，
图1d不出了根据图1b的开口的放大图，
图2a示出了带有所容纳的晶片的根据图1的容纳装置的俯视图，
图2b示出了沿着根据图2a的剖切线A-A的根据图2的容纳装置的剖面侧视图，
图2c示出了根据图2a的俯视图的放大图，
图2d示出了根据图2b的剖面图的放大图，
图3a示出了根据本发明的容纳装置的一种可替选的实施形式的俯视图，
图3b示出了沿着图3a上的剖切线A-A的根据图3的容纳装置的剖面侧视图，
图3c示出了根据图3a的容纳装置的放大图，
图3d示出了根据图3b的容纳装置的放大图，以及 图4示出了根据本发明的容纳装置的一种可替选的实施形式的俯视图。
具体实施例方式在视图中，相同的或作用相同的部件用相同的附图标记来表示。图1a和Ib示出了具有平面平坦的保持面1的容纳装置1，用于容纳和保持图2a至2d中所示的晶片3。晶片3的容纳通过将晶片3放置到保持面1上来进行，例如通过未示出的机器人臂来进行，机器人臂从晶片堆或盒中取出晶片3并且安放在保持面1上。为了保持晶片3，在保持面1上设置开口 2形式的保持装置，该容纳装置I穿通该保持装置。在与保持面1对置的侧上，对开口 2施加以负压，例如通过未示出的真空装置来施加，该真空装置算作保持装置的一部分。根据图1a中所示的实施形式的开口 2的分布设置有随着保持面1的半径R增大而减小的面密度。这以圆环部分S为例可看到，该圆环部分可以选择作为确定面密度的单位面积。一旦半径R在圆环部分S的大小保持不变的情况下变小，即进一步朝容纳装置I的中心向内移动，则在圆环区段S中所列入的开口 2的数目增加，使得面密度朝着中心Z增力口。相应地，作用于晶片3上的保持力朝着中心增加。图1a中所示的开口 2的数目纯粹示意性的并且根据本发明，开口 2的数目在用于标准300mm晶片的保持面1的情况下为至少50、尤其至少100、优选至少200。面密度为至少0.0005，尤其是至少0.001，优选至少0.01，分别相对于单位面积，例如面积为Icm2的圆环部分S。在根据图1c的放大的视图中可看到，开口 2具有直径D并且由此具有面积F，其中根据本发明开口宽度D (在此由于圆形横截面:直径)，尤其是横向于保持面1的径向延伸的平均开口宽度D小于1mm、尤其小于500 μ m、优选小于100 μ m、更优选小于I μ m，在理想情况下小于lOOnm。根据图3a至3d中所示的本发明的一种实施形式，开口 2沿着整个保持面1设置为具有显气孔率的气孔2’。在此尤其可以以容纳装置I的优选由陶瓷构成的容纳部件4形式设置。气孔2’在此穿通容纳部件 4，使得在此也类似根据图1a至Id或2a至2d的实施形式可以将负压施加到背离保持面1的侧上。根据图1c和ld，开口 2在每个开口 2与保持面1之间的边缘处具有倒圆部2r。圆角半径r基本上对应于开口 2的半径，S卩对应于半个开口宽度D，其中开口 2在根据图1a至Id的实施形式中实施为圆柱体形的钻孔。保持面1形成支承平面E。在晶片3容纳在保持面1上时晶片3利用其支承面3a在支承平面E中，更确切地说尽可能与容纳装置I的中心同心地取向。在晶片3容纳在容纳装置I上之后并且在保持装置的不活动状态中，晶片3仅由于其自重而在保持面1上。一旦保持装置在活动状态中被接通，即例如负压施加到开口 2上，则晶片3吸取到开口 2上并且由此被保持。在根据图2d的横截面的放大图中，可以看到负压或在晶片3的挤压面3ο与开口 2中的大气压之间的压力差的作用。晶片3由于晶片厚度d小所以朝着开口 2变形最小，更确切地说变形V，其对应于在开口 2中在支承平面E与支承面3a之间的最大距离。由于在每个开口 2上出现的局部变形V在整个晶片3中引起横向变形，即沿着支承平面E的变形，其在图2d中通过箭头示意性标明。横向变形即沿着支承平面E的变形导致晶片3相对于相对取向或要相对取向的晶片的移动，尤其是引起布置在晶片3和/或对置的晶片上的结构例如芯片的移动。通过倒圆部2r减小晶片在开口 2侧的区域中的偏转并且还最小化或尽可能消除晶片3在边缘处的损伤。变形不仅在将两个结构化的衬底接合时构成问题，而且在将结构化的衬底接合到基本未结构化的衬底上时也会导致极大问题。这尤其在接合之后要实施其他工艺步骤(其需要针对结构化的衬底非常精确的取向)时情况才会如此。尤其在结构的附加层要相对于已经在衬底上存在的结构取向的光刻步骤在此提出了高要求。这些要求随着要产生的结构的结构大小降低而升高。这种应用情况例如在所谓的背照式CMOS图像传感器(英语:“Backside Illuminated CMOS Image Sensor”)的制造中出现。在此,第一晶片利用已结构化的表面接合到尤其基本未结构化的支承晶片上。在形成永久接合连接之后，结构化的晶片的晶片材料的大部分被去除，使得结构化的表面尤其光敏部位从后部达到。接着之后，该表面必须受到其他工艺步骤，尤其是光刻，以便例如施加对于图像传感器的功能所需的滤色器。结构的变形影响在光刻步骤时可实现的取向精度。对于目前的具有例如1.75μπι或
1.1ym的像素大小的图像传感器的生成，步进&重复曝光系统的曝光区(达到26 X 32_)允许的变形在大约lOOnm、更佳地在70nm或50nm。利用预接合，在该文献中接合表示连接，其在进行预接合步骤之后在对表面没有不可接收的损伤的情况下还允许衬底尤其是晶片的分离。因此，接合连接也可以称作可逆的接合。该分离通常基于如下事实来实现:在表面之间的接合强度/粘合还足够低。该分离通常是可能的，除非接合连接变得持久，即不再可分离(非可逆)。这尤其可以通过经过确定时段和/或从外部借助物理参数和/或能量作用于晶片来实现。在此尤其合适的是，借助挤压力将晶片压在一起或将晶片加热到确定温度或使晶片受微波照射。对于这种预接合连接的例子是在带有热产生的氧化物的晶片表面与带有自然氧化物的晶片表面之间的连接，其中在此在室温下出现表面之间的范德瓦耳斯连接。这种接合连接可以通过热处理转换成永久的接合连接。有利地，这种预接合也允许在形成永久接合连接之前对接合结果进行检查。在检查中确定有不足的情况下，衬底还可以再次被分离并且重新接合在一起。在图3a至3d所示的实施形式中，容纳装置I拥有多孔的支承件，作为容纳部件4，其中多孔支承件在整个支承件中拥有显气孔率。容纳部件固定在容纳装置I中。对应于根据图1和图2的实施形式的开口 2，多孔支承件拥有气孔2’，其结构参数是平均气孔直径。气孔直径小于1mm，尤其小于100 μ m,优选小于I μ m,更优选小于lOOnm，在理想情况下小于10nm。气孔2’或颗粒在图3中出于清楚原因极其示意性地示出。多孔支承件优选是陶瓷部件。为了实现气孔2的尽可能恒定的面密度，通过烧结来制造陶瓷。在图4中示出了容纳装置I的实施形式，其具有沿着容纳装置I的径向方向延伸的长形开口 2’’。开口宽度D与开口 2’’的长度L的比例在I比2到I比10之间，尤其在I比3到I比6之间，优选在I比4到I比5之间。通过长形构造尽管支承面薄并且避免由朝着保持面1的变形V引起的特别有害的径向变形防止开口 2’ ’被颗粒等堵塞。附图标记列表
1容纳装置
2保持面 2，2’ 开口
2r 倒圆部2’气孔
2W内壁
3晶片3a挤压面3o支承面
4容纳部件d晶片厚度D开口宽度E支承平面F面
L长度
r圆角半径
R半径
5圆环部分V变形
权利要求
1.一种用于容纳和保持晶片(3)以加工晶片(3)的容纳装置，具有如下特征: -用于将晶片(3)容纳在晶片的支承面(3a)的保持面(lo)， -用于保持晶片的保持装置(2，2’)，其中保持装置(2，2’ )能够在活动状态与不活动状态之间切换， 其特征在于， 在保持装置(2，2’ )的活动状态中在晶片厚度d在50 μ m到800 μ m之间的情况下能够引起晶片(3)朝着保持面(1)沿着支承面(3a)的局部变形小于500nm。
2.一种用于容纳和保持晶片(3)以加工晶片(3)的容纳装置，具有如下特征: -用于将晶片(3)容纳在晶片的支承面(3a)的保持面(lo)， -保持装置(2，2’)，用于通过在晶片(3)的支承面(3a)与晶片(3)的背离支承面(3a)的挤压面(3ο)之间在沿着保持面(1)分布的具有开口宽度(D)的开口(2)处产生压力差来保持晶片(3 ), 其特征在于， 横向于径向延伸的开口宽度(D)具有小于500 μ m的平均净宽度。
3.根据权利要求2所述的容纳装置， 其特征在于， 开口( 2 )在保持面(1 )与开口( 2 )的内壁(2w)之间的边缘处具有倒圆部(2r )或棱角。
4.根据上述权利要求之一所述的容纳装置， 其特征在于， 在保持面(1)上的开口(2，2’)的面密度在整个保持面(1)之上基本上是恒定的。
5.一种根 据上述权利要求之一所述的容纳装置的应用，所述应用是用于可精加工或待精加工的接合的晶片的应用。
全文摘要
本发明涉及一种容纳装置，用于容纳和保持晶片来加工晶片，其具有用于将晶片容纳在晶片的支承面上的保持面和用于保持晶片的保持装置，其中通过保持装置实现将极薄的晶片保持在晶片的保持面上，晶片的局部变形尽可能小。
文档编号H01L21/683GK103238212SQ201080070689
公开日2013年8月7日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者M.温普林格, T.瓦根莱特纳, A.菲尔贝特 申请人:Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司