真空夹持中的受控表面粗糙度的制作方法
【专利摘要】本发明揭示一种设备，特定来说，本发明揭示一种用于夹持薄型部件供微加工处理的卡盘。所述卡盘由具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面的板形主体形成。所述板形主体包含透过材料，且所述第一表面或所述第二表面中的至少一者为粗糙化表面。可使用允许光透过以背光照亮供检验的经处理部件的卡盘支撑件来将所述卡盘并入到微加工系统中。
【专利说明】真空夹持中的受控表面粗糙度
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄型部件的处理的领域，特定来说，本发明涉及薄型部件(例如晶片)的微加工处理。
【背景技术】
[0002]在处理薄型部件时，可使用卡盘来支撑部件且维持其相对于处理工具的位置。就晶片及可选带框(作为部件)来说，厚度有时在微米范围内，且一般通过微加工(尤其使用激光)而处理部件。
【发明内容】
[0003]本发明揭示以下每一者的实施例:卡盘，其用于支撑待处理的部件或组件；及设备，其用于处理并入有所述卡盘的所述部件。用于支撑待微加工的部件的设备的一个实例包括卡盘，其由具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面的板形主体形成。所述板形主体包含透光材料。所述第一表面或所述第二表面中的至少一者为粗糙化表面。
[0004]下文中描述这些实施例及其它实施例的细节及变动。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]本文中的描述参考附图，其中相同参考数字指代全部若干视图中的相同部件，其中特征未按照比例绘制，并且其中:
[0006]图1为根据本文中的教示的卡盘的一个实施例的俯视图；
[0007]图2为带框及晶片的俯视图；
[0008]图3为支撑图2的带框及晶片的图1的卡盘的部分侧视图、部分横截面图；及
[0009]图4为并入有图1的卡盘的微加工系统的一个实例的示意图。
【具体实施方式】
[0010]因为半透明性允许背光照明，所以期望透光卡盘在微加工期间夹持某些薄型部件。当部件例如为晶片时，使用背光照明来检验处理晶片的微加工透光特征的质量及精确放置及/或使所述晶片与系统坐标系对准。
[0011]可使用真空夹持来抵靠卡盘而支撑待处理的部件。当抵靠相对平坦的卡盘表面而支撑相对平坦部件时，表面在存在真空时密封。此密封在任何真空源入口附近最强且为瞬时的，且可在可接受时间内防止从部件下方完全抽空。经添加以进一步分布真空的间隔特征(例如凹槽、端口或隔离共面垫)是不合要求的，这是因为此类特征可能足以将薄型部件的表面部分吸引向特征。此将使所述部件的表面变形，且因此使经加工以形成处理部件的特征的适当放置、形状等等变形(尤其在涉及微加工时)。并且，薄型部件可能因为此牵引而受到损坏。
[0012]可期望使用多孔材料作为卡盘，使得可通过所述材料的整体而吸引真空。然而，可用多孔材料包括陶瓷及一般不透明的其它材料。
[0013]首先参考图1，图中揭示可使用真空夹持来夹持薄型部件而不会使所述部件变形的卡盘10。在此实例中，卡盘10具有包含外边缘12的圆形主体，其由半径r及基本上均匀的厚度h (如图3中所展示)界定。在一个实例中，厚度h为0.500英寸且具有土 0.005英寸的公差，但厚度h及其横跨卡盘10的变动可基于被处理部件的厚度及材料而不同。卡盘10应明显比被处理部件厚，使得卡盘不会因待施加的真空而变形且可不变形地支撑部件。当本文中讨论薄型部件时，部件一般小于约100微米(μ m)，且至少沿其底部被支撑表面相对平坦。在一个实施例中，使用卡盘10来将平坦度控制在20微米以下。
[0014]虽然卡盘10在此实例中被展示为圆形，但卡盘10可具有任何板形形状，其中其厚度可明显比它的其它尺寸薄。无论其形状如何，卡盘10应至少足够大，使得其外边缘12延伸超过待背光照亮的部件的区的外尺寸。在此实例中，半径r为约6.5英寸以便支撑作为待处理部件的常规晶片14。
[0015]如图2中所展示，晶片14具有100毫米到300毫米的直径，但可有其它尺寸的晶片，因此，晶片14不受限制。在许多情况下，晶片14不应在无额外支撑的情况下被处理以便在移动到处理设备及从处理设备移动期间不损坏晶片14。在此实例中，晶片14具有25微米的厚度，且晶片14由带框16支撑。带框16包括:环18，其在此情况中为不锈钢环；及胶带20，其延伸到环18的边缘以可移除地贴附晶片14。可用其它方式支撑晶片14。
[0016]再次参考图1且同时参考图3，卡盘10由透光材料(优选为(但非必须)半透明材料)形成。在此情况中，卡盘10包括天然或合成熔凝石英或熔凝硅石以提供所期望的半透明性。在本文中，这些材料一般被称为石英。可使用其它材料，只要其提供透光性及不受真空影响的足够强度。此外，材料应横跨卡盘10的长度(即，沿表面方向在从一端到另一端的路径上行进)而实质上均质，使得相对均匀数量的光可在沿表面的任何点上穿过。可期望此特征通过允许相对均匀的背光照明而减小由卡盘10的材料所致的成像变动。因此，材料可实质上完全均质或可由从顶面到底面分层的不同材料形成，但不能从一端到另一端分层，除非所述材料具有类似或相同透光性。此实例中所使用的石英材料可具有不同质量水平(例如气泡数量及尺寸)。所选材料的实际质量取决于应用。
[0017]其上放置待处理部件的卡盘10的表面为粗糙化表面22。可期望粗糙化表面22在卡盘10的整个支撑表面上延伸。图3实例性地展示:相同粗糙化表面24也存在于背向卡盘10的支撑表面的表面(即，底面)上。此可通过提供可仅在粗糙化表面22因使用或其它原因而被损坏时翻转的卡盘10而有用，但其并非必需。
[0018]粗糙化表面22 (及任选地24)为具有峰及谷的薄层，峰及谷足够大(即，其具有足够峰谷深度比及其它粗糙度参数)以为真空压力提供路径，且足够小以不影响待处理的部件。半透明材料(此处为石英)形成这些峰及谷作为卡盘10的表面中的凹坑。粗糙化表面22的深度可在预期真空强度下使用测试部件来实验性获得且至少部分地取决于待处理部件的厚度及材料。在实例中，粗糙化表面22在整个表面上均匀地延伸到卡盘10的正常表面中达150微英寸到200微英寸的深度d。本文中所述的深度d (其一般等效于粗糙度参数)通常被称为峰间高度(Sz)，其中峰位于起初高度为h的卡盘10的标称表面处。
[0019]粗糙化表面22均匀地覆盖卡盘10的表面(呈具有峰及谷的不平坦图案)且可通过许多种研磨介质及技术而形成。可使用砂纸或喷砂法。适用的砂纸的粒度或粒子大小应经选择以提供如上所述的适当表面。例如，在此情况中，峰间高度(Sz)为指定粗糙度参数。然而，其它幅值粗糙度参数(例如表面偏斜度(Ssk)及粗糙度平均值(Sa))或功能参数(例如减小的顶峰高度(Spk)及减小的谷深度(Svk))可在根据已知标准的测试之后被测量且用以指定粗糙化表面22。无论粗糙度参数为何，所得粗糙化表面22应不会在抽吸真空时影响薄型部件的平坦度。
[0020]图3展示根据使用卡盘10的一个实例的支撑带框16及晶片14的卡盘10。卡盘10支撑于下文中额外详细描述的运动置物台30上。更特定来说，卡盘支撑件32通过任何数目的已知技术(例如胶合、焊接、螺纹连接等等)而贴附到运动置物台30。卡盘支撑件32围绕卡盘10的外边缘12环形延伸且可由具有适合强度的任何材料(例如不锈钢)制成。
[0021]卡盘支撑件32的一端处的凸缘支撑其上安置着卡盘10的底面的间隔物34。间隔物34可呈环形，但还可包括许多隔开的组件，所述组件具有相同高度以便支撑卡盘10以将相对水平表面呈现给带框18及晶片14。间隔物34优选地包括塑料或其它材料，其将固定地支撑卡盘10而不会损坏卡盘10的底面(在此实例中，其为粗糙化表面24)。
[0022]卡盘支撑件32垂直延伸，且接着提供其上安置着带20及环18的底面的大致水平表面或突出部分。接着，卡盘支撑件32沿支脚部分延伸到运动置物台30。如图所展示，环18比卡盘10的粗糙化表面22高，使得在抽入真空时带20被向下抽吸向卡盘22。在一个实例中，带框16经布置使得带20比粗糙化表面22的顶部高0.5毫米到I毫米。在一些实施例中，带框16安置于卡盘支撑件32的突出部分上且通过真空力及环18的重量而维持于适当位置中。在其它实施例中，根据常规技术将带框16夹紧到卡盘支撑件32。
[0023]多个真空口 38延伸穿过由卡盘支撑件32形成的内壁。真空口 38可(但非必须)围绕卡盘支撑件32均匀分布，且各自气动地耦合到真空源40 (图4)。真空源40可通过延伸穿过运动置物台30的真空管道而提供真空。因此，真空口 38可沿粗糙化表面22吸引真空，O形环42插置于卡盘10与卡盘支撑件32之间以形成密封。以此方式，卡盘支撑件32在本文中也被称为真空卡盘基座。如果间隔物34为环形密封件，那么可省略O形环42。
[0024]如所提及，卡盘10支撑于运动置物台30上。图4展示作为微加工系统或设备50的一部分的运动置物台30。更特定来说，设备50在此实例中为激光处理系统。为清晰起见，图4中省略图1到3中所展示的带框16、卡盘10、晶片14及其卡盘支撑件32的细节。
[0025]如图所展示，微加工设备50包含激光器52，其提供具有预定波长及空间模式分布的一个或一个以上激光脉冲的激光输出54。激光输出54可被传递穿过各种众所周知的扩展及/或准直光学装置56，沿光学路径58传播且由光束定位系统60引导以使激光系统输出脉冲62照射晶片14上的激光目标位置64。光束定位系统60可包含平移置物台定位器，其采用横向于运动置物台30的至少一个置物台66。置物台30及66支撑例如X、Y及/或Z定位反射镜68及70。光束定位系统60可允许晶片14上的目标位置64之间的迅速移动。
[0026]置物台30及66可使光束定位系统60及晶片14相对于彼此沿轨迹移动以形成晶片14中的特征。如图4的实例中所展示，平移置物台定位器为分离轴系统，其中通常通过线性电机而沿轨道72移动的Y运动置物台30支撑及移动卡盘支撑件32、卡盘30、带框16及晶片14，且通常通过线性电机而沿轨道74移动的X置物台66支撑及移动快速定位器76，快速定位器76又可根据许多已知方法而支撑可沿所说明Z轴自由移动的聚焦透镜。
[0027]仍参考图4，定位反射镜(图中未展示)安装于快速定位器76的外壳内以通过聚焦透镜将沿所说明Z轴的(若干)输出脉冲62引导到激光目标位置64。X置物台66与Y置物台30之间的Z尺寸也可调整。定位反射镜68及70通过激光52与快速定位器76 (其沿光学路径58定位)之间的任何转动而对准光学路径58。快速定位器76可(例如)采用高分辨率线性电机或一对检流计反射镜，其可基于所提供的测试或设计数据而实行唯一或重复的处理操作。置物台30及66与定位器76可被独立控制及移动或经协调以响应于预制或非预制数据而一起移动。应注意，置物台30或置物台66中的一者可固定，而另一者沿X方向与Y方向两者移动。
[0028]快速定位器76还可包含与晶片14的表面上的一个或一个以上基准点对准的视觉系统。光束定位系统60可采用通过物镜而工作或与单独相机偏离轴的视觉或光束对准系统。以此方式，可在光源78(图3)定位于卡盘10下以背光照亮晶片14时执行对通过晶片14加工的特征的成像。
[0029]可沿光学路径58定位可选激光功率控制器80，例如半波片偏光器。此外，一个或一个以上光束检测装置82(例如光电二极管)可位于激光功率控制器80的下游以(例如)与经调适以对激光输出54的波长具部分透射性的定位反射镜70对准。光束检测装置82优选地与传送信号以修改激光功率控制器80的效应的光束诊断电子装置通信。
[0030]晶片14及带框16由卡盘组合件84支撑，卡盘组合件84包含真空卡盘基座或卡盘支撑件32、卡盘或卡盘顶部10 (如图3中更详细所展示)及其中安装光源78的可选板86。板86易于连接到及脱离置物台30。替代地，卡盘支撑件32可经调适以直接固定到置物台30，使得光照射通过置物台30的孔隙，如图3中所展示。如先前所述，真空源40耦合到卡盘支撑件32。
[0031]微加工系统/设备50 (包含其置物台30、66的移动、由真空源40提供的压力等等)可受控于包含用于执行晶片14的期望处理的一个或一个以上工具路径文件的计算机及/或专用控制器(图中未展示)。
[0032]图4仅展示可并入有卡盘10的微加工系统50的一个实例。可使用其它系统50。来自俄勒冈州波特兰的电子科技工业公司(Electro Scientific Industries, Inc.)且销售型号为(例如)5330、5530及5800的激光微加工系统可并入有卡盘10。此外，可在不限于激光微加工系统的其它微加工系统中使用卡盘10。
[0033]在操作中，卡盘10放置于(若干)间隔物34上的卡盘支撑件32中。接着，O形环42经放置以界定真空室的端部，所述真空室将待处理的部件密封到粗糙化表面22且由带框16、卡盘10、卡盘支撑件32及O形环42形成。部件经移动以位于卡盘14的粗糙化表面22上且经夹紧以界定真空室的另一端部。此处，其上支撑晶片14的带框16经移动以位于卡盘支撑件32上，且环18任选地夹紧到卡盘支撑件32。真空源40耦合到真空口 38，且真空经施加以将带20抽吸到晶片14以将带20及晶片14密封到用于处理晶片14的粗糙化表面22。密封为紧密的且相对均匀地遍布于晶片14的底面上。在微加工晶片14之后，可使用相机借助于由光源78提供的背光照明来使透光特征成像。除提供使真空的施加加速同时维持待处理的薄型部件的平坦度的表面以外，粗糙化表面22提供使光源78漫射的额外益处以便在处理部件下方提供额外光均匀性，使得可更精确地比较透光特征。
[0034]虽然已结合某些实施例而描述本发明，但应了解本发明不受限于所揭示的实施例，相反，本发明希望涵盖所附权利要求书的范围内所包含的各种修改及等效布置，所述范围被赋予最广泛的解释以便涵盖法律允许的全部此类修改及等效结构。
【权利要求】
1.一种用于支撑待微加工的部件的设备，其包括: 卡盘，其由具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面的板形主体形成，所述板形主体包含透光材料；且其中 所述第一表面或所述第二表面中的至少一者为粗糙化表面。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述透光材料具半透明性。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述透光材料包括天然或合成熔凝石英或熔凝娃石中的至少一者。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述透光材料实质上均质以便提供光从所述第一表面到所述第二表面的相对均匀通道。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述粗糙化表面在所述第一表面或所述第二表面中的所述至少一者的全部上延伸。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述板形形状具有0.500英寸±0.005英寸的相对均匀厚度；且其中所述粗糙化表面具有150微英寸到200微英寸的深度。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述粗糙化表面提供用于施加真空压力的路径，但所述粗糙化表面足够纤薄使得所述部件不会因所述施加真空压力而变形。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其进一步包括: 卡盘支撑件，其将所述卡盘支撑于运动置物台上 '及 O形环，其抵靠所述卡盘支撑件的内壁而密封所述卡盘。
9.根据权利要求8所述的设备，其进一步包括: 至少一个真空口，其延伸穿过所述卡盘支撑件的壁且与所述粗糙化表面气动连通。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述部件是由带框支撑的晶片，所述带框支撑于所述卡盘支撑件上，且真空室由所述卡盘支撑件、抵靠所述卡盘支撑件的内壁而密封所述卡盘的密封件及所述带框的带形成。
【文档编号】H01L21/66GK103843127SQ201280047597
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】罗伯特·A·费古森 申请人:电子科学工业有限公司