專利名稱：基板接合系統(tǒng)及接合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片的封裝，尤其涉及半導(dǎo)體基板的接合。
背景技術(shù)：
由于制造技術(shù)以及多種電子元件(即晶體管、二極管、電阻、電容等)的整合密度的持續(xù)改善，半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)歷了持續(xù)地快速成長(zhǎng)。整合密度的改善則主要來(lái)自于最小特征尺寸的持續(xù)降低，如此使得可于一特定區(qū)域內(nèi)整合更多元件。因而發(fā)展出了如三維整合電路(3D IC)及貫穿硅介層物(TSVs)等技術(shù)，以隨著元件數(shù)量的增加而解決元件間的內(nèi)連物的數(shù)量與長(zhǎng)度的限制。如此的需求造成了更薄的半導(dǎo)體芯片的需求。為了滿足更薄半導(dǎo)體芯片的需求，半導(dǎo)體工業(yè)已應(yīng)用了晶片背側(cè)薄化(或研磨) 以得到所需的更薄芯片或裸片。如此是借由于晶片的前側(cè)完成所需電路圖案及或貫穿硅介層物的制造后自晶片的后側(cè)移除材料所達(dá)成。因此便因應(yīng)而生了下文中的揭示情形。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了接合晶片至具有較佳平坦度的載具裝置與方法，以滿足基板封裝與元件整合的需求。面向基板或載具的薄板的表面輪廓借由重新塑形、高度調(diào)整器、增加墊片、或借由區(qū)域溫度控制而得到修改。此薄板的經(jīng)過(guò)修改的表面輪廓?jiǎng)t補(bǔ)償了由未經(jīng)非修正的接合系統(tǒng)所造成的接合基板的不平坦度。于一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種基板接合系統(tǒng)，包括一上部構(gòu)件，其中該上部構(gòu)件包括一上部本體，具有多個(gè)上部加熱元件；以及一上部薄板。此基板接合系統(tǒng)也包括一下部構(gòu)件，其中該下部構(gòu)件包括一下部薄板，面對(duì)該上部薄板，其中該下部薄板于一接合工藝中支撐一基板。此下部構(gòu)件也包括一下部本體，具有多個(gè)下部加熱元件；以及用于該下部本體的一支撐結(jié)構(gòu)。于該支撐結(jié)構(gòu)與該下部薄板的間設(shè)置有至少一墊片，以于該基板結(jié)合于一載具后改善該基板的一表面平坦度。于另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種基板接合系統(tǒng)。上述基板接合系統(tǒng)包括了一上部構(gòu)件，其中該上部構(gòu)件包括一上部主體，具有多個(gè)上部加熱元件；以及一上部薄板。上述基板接合系統(tǒng)也包括了一下部構(gòu)件，其中該下部構(gòu)件包括一下部薄板，面對(duì)該上部薄板。 于一接合工藝中將欲接合的一基板置于該下部薄板之上。上述下部構(gòu)件也包括一下部主體，具有多個(gè)加熱元件；一支撐結(jié)構(gòu)，用于該下部主體；以及多個(gè)高度調(diào)節(jié)器，位于該支撐結(jié)構(gòu)之下。所述多個(gè)調(diào)節(jié)器的高度為可調(diào)節(jié)的，以于一基板結(jié)合于一載具后用以改善該基板的一表面平坦度。于另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種基板接合系統(tǒng)。上述基板接合系統(tǒng)包括一上部構(gòu)件，而該上部構(gòu)件包括一上部主體，具有多個(gè)上部加熱元件。所述多個(gè)上部加熱元件包括橫跨于該上部主體的直徑而分布的多個(gè)線圈。上部構(gòu)件也包括了一上部薄板。上述基板接合系統(tǒng)一包括了一下部構(gòu)件，而該下部構(gòu)件包括一下部平板，面向該上部平板。于一接合工藝中將欲接合的一基板設(shè)置于該下部薄板之上。上述下部構(gòu)件也包括一下部主體，具有多個(gè)下部加熱元件，而所述多個(gè)下部加熱元件包括橫跨該下部主體的直徑而分布的多個(gè)線圈。所述多個(gè)上部加熱元件與所述多個(gè)下部加熱元件的所述多個(gè)線圈分別地經(jīng)過(guò)控制，以
于一基板接合于一載具后改善該基板的一表面平坦度。于另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種基板接合系統(tǒng)。上述基板接合系統(tǒng)包括一上部構(gòu)件，而該上部構(gòu)件一上部主體，具有多個(gè)上部加熱元件以及一上部薄板。上述基板接合系統(tǒng)還包括一下部構(gòu)件，而該下部構(gòu)件包括一下部薄板，面向該上部薄板。于一接合工藝中將欲接合的一基板設(shè)置于該下部薄板之上，且其中面向該基板的該上部薄板與該下部平板的表面經(jīng)過(guò)塑型，以于一基板接合于一載具后改善該基板的一表面平坦度。上述下部構(gòu)件還包括一下部主體，具有多個(gè)加熱元件，其中所述多個(gè)下部元件與所述多個(gè)上部加熱元件用于維持工藝溫度之用。于另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種接合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改方法，以改善接合基板的平坦度，包括接合一晶片與位于一接合系統(tǒng)內(nèi)的一載具；測(cè)量經(jīng)接合的該晶片的厚度輪廓；以及于接合操作時(shí)修改該接合系統(tǒng)內(nèi)的一上部薄板與一下部薄板的表面輪廓，以改善經(jīng)連結(jié)的該晶片的平坦度。本發(fā)明提供的基板接合系統(tǒng)的薄板的經(jīng)過(guò)修改的表面輪廓?jiǎng)t補(bǔ)償了由未經(jīng)非修正的接合系統(tǒng)所造成的接合基板的不平坦度。為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下


圖IA-圖IC顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有貫穿硅介層物的一晶片于經(jīng)歷接合至載具、薄化以及接合至裸片的剖面情形；圖ID顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有不良平坦度的一晶片于薄化并接合至裸片后的情形；圖2A顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一接合系統(tǒng)；圖2B顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的接合至一載具的一晶片；圖2C顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的如圖2B所示的晶片于經(jīng)過(guò)薄化與自載具處移除后的情形；圖2D顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的上部薄板與下部薄板的經(jīng)膨脹的邊緣部；圖2E顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的施加于上部構(gòu)件的一非均勻力；圖3A顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有上部平板與下部平板的表面經(jīng)過(guò)重新塑形的一接合裝置的一部；圖:3B顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的如圖3A所示的接合裝置的該部于操作溫度下的情形；圖3C顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的施加于一連結(jié)系統(tǒng)的一上部薄板的一非平均力；圖3D顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的塞入于下部主體內(nèi)以改變下部薄板的輪廓的一墊片；圖3E顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的連結(jié)于沒(méi)有使用墊片的系統(tǒng)以及使用墊片
5的系統(tǒng)的一晶片于橫跨該晶片的厚度變化數(shù)據(jù)；圖3F(I)與圖3F(II)顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的墊片設(shè)計(jì)；圖3G顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有高度調(diào)整器的一接合系統(tǒng)；圖3H顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一高度調(diào)整器；圖31 (A)-(C)顯示了依據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的高度調(diào)整器的不同社置情形的底視圖；圖3J顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一連結(jié)系統(tǒng)；圖I顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一上部薄板內(nèi)的加熱元件的上視圖；圖3L顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的位于一上部薄板內(nèi)的加熱元件的上視圖；圖4顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于修改一接合系統(tǒng)的一流程圖。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下10、10*、10# 晶片；10” 薄化的晶片；11 半導(dǎo)體基板；11， 薄化的半導(dǎo)體基板；Ila 前側(cè)表面；lib 后側(cè)表面；lib’ 薄化的半導(dǎo)體基板的表面；12、12* 載具；13、13* 粘著層；20 裸片；40 貫穿硅介層物；40a 貫穿硅介層物的末端；40c、40d 貫穿硅介層物、42 焊盤；43 結(jié)構(gòu)；44 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；45、46 介電層；200 接合裝置；201、201*、201” 接合裝置的一部；210 上部構(gòu)件；211 上部主體；212,212* 上部薄板；213、213* 頂部薄板；214 手柄；215 上部加熱線圈；220 下部構(gòu)件；221、221* 下部主體；222 下部薄板；
223 支撐結(jié)構(gòu)；225 下部加熱線圈；215A、21\、215C、21%、225A、22\、225C、22% 線圈；232 最終上部表面；242 最終下部表面；232*、242* 平坦表面；250 薄化工藝的終點(diǎn)；260 外力；270 壓力；280,280*,280' 墊片；285 曲面；300 接合裝置；310、320 曲線；331、331a 高度調(diào)節(jié)器；332 上部螺栓；332l 下部螺栓；333 螺母；3；35、336 曲線；350 接合系統(tǒng)；351 控制器；400 工藝流程；401、402、403 操作；D 厚度；T 中間區(qū)厚于邊緣區(qū)的一量值； 上部薄板的中間區(qū)的厚度；Hu 上部薄板的邊緣區(qū)的厚度；& 下部薄板的中間區(qū)的厚度；凡 下部薄板的邊緣區(qū)的厚度；I、II、III、IV、V 區(qū)域;M、N、0、P、Q、R 加熱元件。
具體實(shí)施例方式可以理解的是于下文中提供了許多不同的實(shí)施例或范例借以解說(shuō)本發(fā)明的不同特征。于下文中描述了構(gòu)件與設(shè)置情形的特定范例。而此些范例僅作為范例之用而非用于限定本發(fā)明。此外，于下文的不同范例中中可能重復(fù)使用相同標(biāo)號(hào)和/或名稱。如此的重復(fù)情形的用于簡(jiǎn)化與清楚的目的，而非用于限定多個(gè)實(shí)施例和/或所討論的形態(tài)間的關(guān)系。如圖IA所示，顯示了包括具有一前側(cè)表面Ila與一后側(cè)表面lib的一半導(dǎo)體基板 11的一晶片10，其中集成電路(未顯示)與如結(jié)構(gòu)43的內(nèi)連結(jié)構(gòu)形成于前側(cè)表面Ila之上。數(shù)個(gè)貫穿硅介層物(TSV) 40則穿透了至少半導(dǎo)體基板11的一部。于一實(shí)施例中，此些貫穿硅介層物40為自前側(cè)表面Ila朝向后側(cè)表面lib延伸且具有一既定深度的經(jīng)金屬填入插拴。于部分實(shí)施例中，此些貫穿硅介層物40電性連結(jié)于形成于內(nèi)連結(jié)構(gòu)上的焊盤(bond pads)420焊盤42的間由一介電層45而相分隔。于一實(shí)施例中，貫穿硅介層物40的制作早于第一層內(nèi)連物(first-level interconnection)的制作之前，而第一層內(nèi)連物為最底層金屬層，例如為結(jié)構(gòu)43的金屬層，其于覆蓋了接觸結(jié)構(gòu)以及如晶體管(未顯示)的電子裝置的一最底層的金屬內(nèi)連介電層內(nèi)形成圖案化。于其他實(shí)施例中，金屬填入介層物工藝施行晚于內(nèi)連結(jié)構(gòu)的制作。于其他實(shí)施例中，金屬填入介層物工藝可晚于內(nèi)連結(jié)構(gòu)的制作后實(shí)施。于一實(shí)施例中，可于焊盤42的上形成凸塊(bump，未顯示)。此些凸塊使得基板11 可更設(shè)置于用于三維集成電路(或稱3D IC)的其他基板或其他半導(dǎo)體芯片上。依據(jù)一實(shí)施例，晶片10可借由一粘著層13而貼附于一載具12以利于一晶片(或基板)薄化工藝的施行。載具12提供對(duì)于晶片10的支撐且可握持基板(或晶片)于其定位。載具(或假基板)12可由多種的固體材料所制成。于一實(shí)施例中，載具12由玻璃所制成。于一實(shí)施例中，粘著層13由液體膠(liquid glue)所制成，其可填入開(kāi)口以及晶片10 與載具12間的空間。上述液態(tài)膠可于加熱后硬化。于一實(shí)施例中，此液態(tài)膠包括環(huán)氧樹(shù)脂 (epoxy)。于附著于載具12的后，接著薄化后側(cè)表面lib至期望的最終厚度”D”，如圖IB所示。此薄化工藝可借由如蝕刻和/或研磨等工藝所達(dá)成。于薄化工藝結(jié)束后，便形成了具有特定厚度”D”的一薄化的晶片10”，此特定厚度D可視半導(dǎo)體封裝物的目的而定。于至少一實(shí)施例中，晶片10薄化至介于約5-50微米的范圍的一厚度D。于另一實(shí)施例中，晶片10 薄化至介于約25-100微米的一厚度D。于如圖IB所示的示范實(shí)施例中，于晶片薄化工藝的后，貫穿硅介層物40的末端40a為露出且凸出于薄化的半導(dǎo)體基板11’的后側(cè)表面lib’。圖IC顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的數(shù)個(gè)裸片(dies) 20接合于經(jīng)薄化晶片10” 所形成了一裸片-晶片堆迭物(die-to-wafer stack)。于薄化的半導(dǎo)體基板11’的表面 lib’的上形成包括了導(dǎo)電連結(jié)物和/或另外結(jié)構(gòu)(稱之為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)44)之后側(cè)金屬化物。 接著接合裸片20于薄化的半導(dǎo)體基板11’之上，其中接合方法可包括如氧化物與氧化物的接合方法、氧化物與硅的接合方法、銅與銅接合、粘著物接合或相似方法的常用方法。裸片 20可包括記憶體芯片、射頻芯片、邏輯芯片或其他芯片。裸片20分別具有一第一表面與一第二表面，而集成電路形成于第一表面之上。于一實(shí)施例中，裸片20的前側(cè)表面接合于經(jīng)薄化基板11”(或經(jīng)薄化晶片10”)。于其他實(shí)施例中，裸片20的第二表面接合于薄化基板 11”(或薄化基板10”)。于如圖IC所示的實(shí)施例中，如焊錫凸塊或銅凸塊、的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)44形成于貫穿硅介層物40的末端40a之上，借以接合于裸片20的第二表面或第一表面。于一實(shí)施例中，裸片 20與薄化的半導(dǎo)體基板11’間的空間以及導(dǎo)電結(jié)構(gòu)44間的空間為介電層46所填入。導(dǎo)電結(jié)構(gòu)44也可包括可早于焊錫凸塊與銅凸塊形成之前形成于薄化的晶片10”的表面lib’之上重分布層(redistribution layers)與焊盤。此外，于凸塊與輸出/輸入(1/0)焊盤之間可形成有凸塊底金屬層(UBM，未顯示)。圖IC顯示了兩個(gè)裸片20皆適當(dāng)?shù)亟雍嫌趯?dǎo)電結(jié)構(gòu)44的情形。然而，當(dāng)晶片10于經(jīng)歷薄化工藝之前為非平坦時(shí)，晶片10的突出表面lib可較表面lib的其他部分更經(jīng)過(guò)薄化?；?1的不平整量的移除將導(dǎo)致如貫穿硅介層物40c的部分貫穿硅介層物40較如貫
8穿硅介層物40d的其他貫穿硅介層物來(lái)的短，如圖ID內(nèi)依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所示情形。 貫穿硅介層物的高度差異，如較短的貫穿硅介層物40c與較長(zhǎng)的貫穿硅介層物40d間的差異，將導(dǎo)致了較短的貫穿硅介層物(如貫穿硅介層物40c)無(wú)法連接(或接合)于裸片20 以及用于較高的貫穿硅介層物(如貫穿硅介層物40d)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)44經(jīng)擠壓而薄化。用于較高貫穿硅介層物(如貫穿硅介層物40d)的經(jīng)擠壓的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)44將延伸至鄰近結(jié)構(gòu)(未顯示)而導(dǎo)致了短路(也稱之為橋接現(xiàn)象)。未接合連結(jié)與短路(或橋接)等現(xiàn)象會(huì)降低良率和/或可靠度。晶片10與載具12間的不當(dāng)接合將于薄化(或研磨)之前形成了不平坦的晶片表面。圖2A顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例之用于接合一晶片10*至載具12*的一接合裝置 200。晶片10*相似如圖IA-圖ID內(nèi)所示的晶片10，而載具12*則相似于載具12。裝置200 具有一上部構(gòu)件210與一下部構(gòu)件220，依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例。上部構(gòu)件210包括了一上部主體211，其具有用于增加上部構(gòu)件210溫度的數(shù)個(gè)上部加熱線圈(或上部加熱元件)215。 此些上部加熱線圈215連結(jié)于一控制器(未顯示)。此上部構(gòu)件210也包括了一上部薄板 212，其接觸于如載具12*或晶片10*的接合材料。于一實(shí)施例中，上部主體211與上部薄板 212連結(jié)而成為一片。于一實(shí)施例中，上部薄板211由介電材料所形成。于一實(shí)施例中，上述介電材料為陶瓷(Al2O3)15此外，于一實(shí)施例中，上部主體211由介電材料所形成。于一實(shí)施例中，介電材料可由陶瓷所制成。上部構(gòu)件還包括頂部薄板213與一手柄(shaft) 214。于一實(shí)施例中，手柄214用于移動(dòng)上部構(gòu)件向上或向下。可借由手柄214以施加一向下力量至上部構(gòu)件210的頂部薄板213而此向下力量可轉(zhuǎn)移至上部薄板212處，借以相互擠壓接合材料(即由晶片107粘著層137載具12*所組成的夾層結(jié)構(gòu))。于一實(shí)施例中，裝置200也包括了一下部構(gòu)件220。下部構(gòu)件220包括一下部主體 221，其也具有用于增加下部主體220溫度的數(shù)個(gè)下部加熱線圈(或下部加熱元件)225。下部加熱線圈225連結(jié)于一控制器(未顯示)，于一實(shí)施例中其可為用于上部加熱線圈215的相同控制器。于一實(shí)施例中，下部加熱線圈225以及上部加熱線圈215由不同控制器(未顯示)所控制。下部構(gòu)件220也包括一下部薄板222，其面向上部薄板212并接觸于接合材料(即由晶片107粘著層137載具12*所組成的夾層結(jié)構(gòu))。于一實(shí)施例中，下部主體 221與下部薄板222結(jié)合成為一片。于部分實(shí)施例中，下部薄板222由介電材料所形成。用于下部薄板222的介電材料的范例可包括陶瓷(Al2O3)、碳化硅、不銹鋼等，但并以其加以限制。用于下部薄板222的介電材料需要于環(huán)境中為穩(wěn)定的且可維持其形態(tài)。于一實(shí)施例中， 下部主體221由陶瓷所形成。于一實(shí)施例中，下部構(gòu)件220還包括了一支撐結(jié)構(gòu)223，其支撐了下部主體221與下部薄板222。為了接合晶片10*與載具12*，首先于晶片10*的一表面上使用(或設(shè)置)一粘著層13*。于部分實(shí)施例中，粘著層13*包括了熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂的單體，其于加熱時(shí)為液態(tài)形態(tài)而于冷卻后轉(zhuǎn)變成固態(tài)。粘著層13*也可包括如填充料、交聯(lián)劑、抗氧化劑等的其他元素。 當(dāng)于接合系統(tǒng)中加熱粘著層13*至工藝溫度時(shí)，上述單體將轉(zhuǎn)變成為熱塑性聚合物。于一實(shí)施例中，晶片10*首先設(shè)置于下部薄板222之上。接著可設(shè)置載具12*于具有粘著層13*夾置于其間的晶片10之上。于一實(shí)施例中，粘著層13*具有介于100-150微米的一厚度。透過(guò)手柄214以施加一向下力量至上部構(gòu)件210，并接著夾置載具12*、粘著層13*與晶片10*。于一實(shí)施例中，載具12*、粘著層13*與晶片10*加熱至介于約220-220°C的一溫度以使得粘著層13*填入于載具12*與晶片10*間的空間。于一實(shí)施例中，上述加熱工藝也可驅(qū)出于粘著層13內(nèi)的水氣。于一實(shí)施例中，此接合工藝持續(xù)約1-5分鐘。圖2B顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的連結(jié)于載具12*的晶片10*。圖2B中顯示了晶片10*的中間部高于晶片的其他部。于一實(shí)施例中，厚度測(cè)量則顯示了其總厚度變化 (total thickness variation，TTV)可為約20微米或更多?？偤穸茸兓墙栌蓽y(cè)量最大厚度與最小厚度的差異所得到。圖2B顯示了非一致的粘著層13*厚度，其具有中間區(qū)厚于邊緣區(qū)的實(shí)施情形。中間區(qū)約厚于邊緣區(qū)一量值”T”。于一實(shí)施例中，基板的總厚度變化借由如輪廓計(jì)、原子力顯微鏡或一膜層厚度測(cè)量工具所得到，厚度差異測(cè)量工具的范例為由德國(guó)的ISIS SENTR0NICS公司所產(chǎn)制的MarDex。MarDex可測(cè)量于一復(fù)合膜層(包括夾層膜層)內(nèi)的各別膜層的厚度。圖2B也顯示了一虛線250，其代表了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的薄化工藝的一終點(diǎn)。于薄化工藝之后，晶片10*成為晶片10#并與載具12分離。圖2C顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的晶片10#自載具12*與粘著層13*處脫附后的情形。圖2C顯示了晶片10#的中間薄于晶片10#的邊緣區(qū)約一量值”T”(即圖2B內(nèi)所顯示的厚度差)。于中間區(qū)的貫穿硅介層物可能如圖ID內(nèi)的貫穿硅介層物40c般的相似方式而為過(guò)于圓形化(或經(jīng)過(guò)過(guò)度研磨)。起因于不平整表面及其不均勻程度，于中間部的貫穿硅介層物可能無(wú)法按照如圖ID 所示的貫穿硅介層物40c的相似方式接合連結(jié)于芯片20的芯片。于邊緣區(qū)的貫穿硅介層物也可造成于晶片10*周邊區(qū)的橋接情形。需要大體降低晶片10*的總厚度變化以避免上述情形的發(fā)生。于一實(shí)施例中，于薄化工藝后晶片的總厚度變化約少于5微米。于其他實(shí)施例中，于薄化工藝后的晶片的總厚度變化約少于2微米。于又一實(shí)施例中，于薄化工藝后的晶片的總厚度變化約少于1微米。許多應(yīng)用需要基板的薄化。上述應(yīng)用包括了如基板封裝、貫穿硅介層物、微機(jī)電系統(tǒng)、3D IC與其他薄晶片握持應(yīng)用等，但并不以上述應(yīng)用加以限制?？偤穸炔町惖男枨笮枰曄嚓P(guān)應(yīng)用與工藝技術(shù)而定。然而，隨著先進(jìn)技術(shù)中的元件密度的增加，于晶片薄化后的總厚度差異的需求則持續(xù)地降低。于接合工藝后于中間區(qū)的晶片10*突出情形的原因有很多種。其中原因的一可能由于位于上部主體211及下部主體221的邊緣區(qū)的上部加熱線圈215與下部加熱線圈225 所造成。依據(jù)一實(shí)施例，此些加熱線圈可能造成上部薄板212與下部薄板222的表面的非均勻膨脹，于其邊緣表面膨脹的較多，如圖2D所示。上部薄板212與下部薄板222的突出邊緣表面較大力地(或較強(qiáng)地)擠壓晶片10*與載具12*邊緣使得鄰近晶片10*與載具12* 的邊緣(或邊緣區(qū))的粘著層13*為較薄的。因此，如圖2B所示，晶片10*的中間部向外突出，而粘著層13的中間部變的較厚。造成連結(jié)工藝后晶片表面的不平整的另一可能原因?yàn)槭┘佑谏喜勘“?12的不平衡外力(in-balanced force) 0圖2E顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的施加于上部構(gòu)件 210的外力沈0?？赡芤?yàn)轫敳勘“?13的設(shè)計(jì)及用于施加外力260于上部薄板212的機(jī)制，于接近晶片10*的邊緣區(qū)的外力為較強(qiáng)的，因而使得邊緣區(qū)的夾層結(jié)構(gòu)變的更薄。為了改善于薄化工藝之后的晶片10*的總厚度差異，需改善由晶片107粘著層 137載具12*所組成的夾層結(jié)構(gòu)的平坦度。于部分實(shí)施例中，上部薄板212的表面面向下部薄板222且上述表面經(jīng)過(guò)預(yù)先塑型(或預(yù)先研磨)使其于邊緣區(qū)為較薄的。于一實(shí)施例中，薄化量以及經(jīng)薄化的區(qū)域與后續(xù)接合晶片的中間區(qū)的較厚量有關(guān)，如圖2B內(nèi)的夾層膜層情形。上部薄板212的周邊區(qū)的較薄輪廓補(bǔ)償了具有較薄周邊區(qū)的接合夾層結(jié)構(gòu)的影響。圖3A顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一接合裝置的一部201，其相似于接合裝置 200。接合裝置的一部201包括上部薄板212*的一最終上部表面232以及一下部薄板222 的一最終下部表面M2，于上述表面的中央?yún)^(qū)為較厚的以及于邊緣區(qū)為較薄的。此些表面 232與對(duì)2皆為平滑的。上部薄板212*的中間區(qū)的厚度Hu大于邊緣區(qū)的厚度&。同樣地， 于下部薄板222*的中間區(qū)的厚度^大于周邊區(qū)的厚度&。上部薄板212*與下部薄板222* 于周邊區(qū)為較薄，以降低施加于由晶片107粘著層137載具12*所組成的夾層結(jié)構(gòu)的周邊區(qū)內(nèi)的外力。于一實(shí)施例中，當(dāng)上部薄板212*與下部薄板222*經(jīng)過(guò)加熱后，上部薄板212*及下部薄板222*的較薄周邊區(qū)可補(bǔ)償熱膨脹周邊區(qū)，如此使得當(dāng)裝置加熱至如介于200-22(TC 的操作溫度時(shí)其表面232與242為平坦的。于此實(shí)施例中，如圖3A所示，接合裝置200的一部201處于室溫下。圖:3B顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的裝置的一部201*于加熱至操作溫度(借由線圈215與225)。圖;3B顯示了經(jīng)過(guò)加熱后，表面232與表面242成為了平坦表面232*與242*。于另一實(shí)施例中，上部薄板212*與下部薄板222*的較薄周邊區(qū)補(bǔ)償了由頂部薄板 213施加于周邊區(qū)的較高外力沈0，進(jìn)而于橫跨接合的夾層結(jié)構(gòu)(未顯示)上釋放出約為相同的壓力270。圖3C顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的橫跨于上述夾層膜層的壓力270約為相同的情形。于晶片薄化(例如借由研磨)后，上部薄板212*與下部薄板222*的周邊區(qū)的薄化降低了由晶片/粘著層/載具所組成的夾層結(jié)構(gòu)的晶片的總厚度變化。于一實(shí)施例中，僅上部薄板212*或下部薄板222*的周邊區(qū)經(jīng)過(guò)薄化。然而，當(dāng)接合及或薄化后晶片的均勻度(或平坦度)具有其他圖案時(shí)(非前述實(shí)施例所述的中間較厚情形)，上部薄板212* 和/或下部薄板222*經(jīng)重新鋪設(shè)(或預(yù)先表面處理)成其他圖案以補(bǔ)償圖案的非均勻情形并改善平坦度。圖3D顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的相似于接合裝置200的一接合裝置的一部 201”。圖3D顯示了插入于支撐結(jié)構(gòu)223與下部主體221間的一墊片(或一墊圈)280。墊片280設(shè)置于中間部以增加下部薄板222的中間部的高度。于一實(shí)施例中，墊片觀0的高度與如圖2B所示的由晶片107粘著層137載具12*所組成的夾層結(jié)構(gòu)的較厚中央部的額外厚度”T”有關(guān)，其后續(xù)移除如圖2C所示。于一實(shí)施例中，墊片觀0的厚度介于10-20微米。于另一實(shí)施例中，墊片觀0的厚度約介于5-15微米。于又一實(shí)施例中，墊片觀0的直徑約為較厚中間部的直徑的2/3。于一實(shí)施例中，墊片觀0的直徑約介于10-25微米。于另一實(shí)施例中，墊片觀0的直徑約介于15-25微米。表一顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的于下部主體221與支撐結(jié)構(gòu)223間使用或不使用約為15微米厚且具有約介于20cm的直徑的墊片的試樣I與試樣II等兩試樣的總厚度變化的數(shù)據(jù)。試樣1-4為具有晶片/粘著層/載具所組成的夾層結(jié)構(gòu)。表一內(nèi)所描述的總厚度為夾層結(jié)構(gòu)的總厚度。
權(quán)利要求
1.一種基板接合系統(tǒng)，包括 上部構(gòu)件，其中該上部構(gòu)件包括 上部本體，具有多個(gè)上部加熱元件；以及上部薄板；以及下部構(gòu)件，其中該下部構(gòu)件包括下部薄板，面對(duì)該上部薄板，其中該下部薄板于接合工藝中支撐基板； 下部本體，具有多個(gè)下部加熱元件；以及用于該下部本體的支撐結(jié)構(gòu)，其中于該支撐結(jié)構(gòu)與該下部薄板之間設(shè)置有至少一墊片，以于該基板結(jié)合于載具后改善該基板的表面平坦度。
2.如權(quán)利要求1所述的基板接合系統(tǒng)，其中該墊片位于該基板下方的中心區(qū)，該墊片的最厚部具有介于約10-20微米的厚度，而該墊片具有介于約10-25厘米的直徑。
3.一種基板接合系統(tǒng)，包括 上部構(gòu)件，其中該上部構(gòu)件包括 上部主體，具有多個(gè)上部加熱元件；以及上部薄板；以及下部構(gòu)件，其中該下部構(gòu)件包括下部薄板，面對(duì)該上部薄板，其中于接合工藝中將欲接合的基板置于該下部薄板之上；下部主體，具有多個(gè)加熱元件； 支撐結(jié)構(gòu)，用于該下部主體；以及多個(gè)高度調(diào)節(jié)器，位于該支撐結(jié)構(gòu)之下，其中所述多個(gè)調(diào)節(jié)器的高度為可調(diào)節(jié)的，以于基板結(jié)合于載具后用以改善該基板的表面平坦度。
4.如權(quán)利要求3所述的基板接合系統(tǒng)，其中所述多個(gè)高度調(diào)節(jié)器分別包括了上部螺栓、下部螺栓以及連接該上部螺栓與該下部螺栓的螺帽，且其中該上部螺栓與該下部螺栓為可調(diào)整的，借以改變?cè)摳叨日{(diào)節(jié)器的高度。
5.如權(quán)利要求3所述的基板接合系統(tǒng)，其中所述多個(gè)高度調(diào)節(jié)器依照位于該支撐結(jié)構(gòu)下的數(shù)個(gè)對(duì)稱列而設(shè)置，而所述多個(gè)高度調(diào)節(jié)器的高度依據(jù)所述多個(gè)高度調(diào)節(jié)器的所在區(qū)域而調(diào)整。
6.一種基板接合系統(tǒng)，包括 上部構(gòu)件，其中該上部構(gòu)件包括上部主體，具有多個(gè)上部加熱元件，其中所述多個(gè)上部加熱元件包括橫跨于該上部主體的直徑而分布的多個(gè)線圈； 上部薄板； 以及下部構(gòu)件，其中該下部構(gòu)件包括下部平板，面向該上部平板，其中于接合工藝中將欲接合的基板設(shè)置于該下部薄板之上；以及下部主體，具有多個(gè)下部加熱元件，其中所述多個(gè)下部加熱元件包括橫跨該下部主體的直徑而分布的多個(gè)線圈，其中分別地控制所述多個(gè)上部加熱元件與所述多個(gè)下部加熱元件的所述多個(gè)線圈，以于基板接合于載具后改善該基板的表面平坦度。
7.如權(quán)利要求6所述的基板接合系統(tǒng)，其中所述多個(gè)上部加熱構(gòu)件以及所述多個(gè)下部加熱構(gòu)件依照所述多個(gè)區(qū)域而分隔成數(shù)個(gè)控制區(qū)域。
8.一種基板接合系統(tǒng)，包括上部構(gòu)件，其中該上部構(gòu)件包括上部主體，具有多個(gè)上部加熱元件；以及上部薄板；以及下部構(gòu)件，其中該下部構(gòu)件包括下部薄板，面向該上部薄板，其中于接合工藝中將欲接合的基板設(shè)置于該下部薄板之上，且其中面向該基板的該上部薄板與該下部平板的表面經(jīng)過(guò)塑型，以于基板接合于載具后改善該基板的表面平坦度；以及下部主體，具有多個(gè)加熱元件，其中所述多個(gè)下部元件與所述多個(gè)上部加熱元件用于維持工藝溫度之用。
9.如權(quán)利要求8所述的基板接合系統(tǒng)，其中該上部基板與該下部基板于邊緣區(qū)為薄的，以及于中間區(qū)為厚的。
10.如權(quán)利要求8所述的基板接合系統(tǒng)，其中該上部薄板的表面凹面向下，而該下部薄板的表面為凸面向上。
11.一種接合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改方法，以改善接合基板的平坦度，包括接合晶片與位于接合系統(tǒng)內(nèi)的載具；測(cè)量經(jīng)接合的該晶片的厚度輪廓；以及于接合操作時(shí)修改該接合系統(tǒng)內(nèi)的上部薄板與下部薄板的表面輪廓，以改善經(jīng)連結(jié)的該晶片的平坦度。
12.如權(quán)利要求11所述的接合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改方法，其中該上部薄板與該下部薄板面向晶片的表面經(jīng)過(guò)重新塑型以補(bǔ)償經(jīng)連結(jié)的該晶片的不平坦程度。
13.如權(quán)利要求11所述的接合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改方法，其中于該連結(jié)系統(tǒng)之下設(shè)置有多個(gè)高度調(diào)節(jié)器，以調(diào)節(jié)設(shè)置且面向該晶片的該下部薄板的表面輪廓。
14.如權(quán)利要求11所述的接合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改方法，其中該接合系統(tǒng)的所述多個(gè)加熱元件經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)以包括位于上部構(gòu)件內(nèi)的多個(gè)上部加熱元件以及位于下部構(gòu)件內(nèi)的多個(gè)下部加熱元件，且其中所述多個(gè)上部加熱元件與所述多個(gè)下部加熱元件依照區(qū)域方式而控制。
15.如權(quán)利要求11所述的接合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改方法，其中于下部主體下方的中間區(qū)內(nèi)設(shè)置有墊片，以增加于該中間區(qū)的該下部薄板的該高度。
全文摘要
本發(fā)明提供了接合晶片至具有面向基板或載具的薄板的表面輪廓為可就由借由重新塑形、高度調(diào)整器、增加墊片、或借由區(qū)域溫度控制而得到修改的基板接合系統(tǒng)及接合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改方法。該基板接合系統(tǒng)包括上部構(gòu)件，其中該上部構(gòu)件包括上部本體和上部薄板；以及下部構(gòu)件，其中該下部構(gòu)件包括下部薄板、下部本體和用于該下部本體的一支撐結(jié)構(gòu)。如此薄板的經(jīng)修改的表面輪廓補(bǔ)償了可能造成經(jīng)接合的基板的不平坦度的影響。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102347209SQ20111003033
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者吳文進(jìn), 林俊成, 林俞良 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司