一种晶圆卡盘的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种晶圆卡盘。


背景技术：

2.晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片。在半导体制成晶圆键合时，需要先通过对准机将上、下两片晶圆对准，对准完成后利用间隔片将上、下两片晶圆隔离开，并用压块压紧上晶圆，之后由晶圆卡盘夹持着两片晶圆通过人工手动或机械手的传输方式传送到晶圆键合设备上，进行后续晶圆键合操作。在晶圆传输以及后续抽出间隔片的过程中，晶圆卡盘需要保持两片晶圆对准的精确度。
3.现有的晶圆卡盘通常包括两组压块和三组间隔片，如中国专利文献cn110444508a公开的一种堆叠式多对晶圆键合装置及键合方法中就揭示了这种类型的晶圆卡盘：三组间隔片均匀分布，两组压块相对设置，并且间隔片与压块相隔一段距离。这种结构的晶圆卡盘，在后续抽出间隔片的过程中，无论是三个间隔片同时抽出还是逐个抽出，由于各个间隔片抽出时对晶圆产生的摩擦力的作用点与压块对晶圆施加的压力的作用点具有一定距离，很容易导致上下两片晶圆发生水平位置偏移，丢失部分对准精度，对半导体晶圆的产品质量造成不利影响。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术的晶圆卡盘结构在间隔片抽出过程中容易造成晶圆位置偏移，影响晶圆对准精确度，而提供一种能够确保晶圆对准精确度、保证晶圆产品质量且结构简单的晶圆卡盘。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种晶圆卡盘，包括外环和与所述外环连接的内盘，所述外环上设置有至少三个压块和至少三个间隔片，所述压块和所述间隔片均沿所述外环均匀布置，所述压块处于压紧位置时位于所述间隔片的正上方。
7.优选地，所述外环和所述内盘通过弹性连接件连接。
8.优选地，所述内盘的表面平面度小于3μm。
9.优选地，所述外环上还设置有抽真空吸嘴，所述内盘的上表面成型有真空纹路，所述真空纹路与所述抽真空吸嘴连通。
10.优选地，所述抽真空吸嘴通过吸管与所述真空纹路的真空口连通。
11.优选地，所述间隔片处于抽出位置时所述间隔片的伸出端离开上晶圆和下晶圆的外缘。
12.优选地，所述压块与所述内盘平行，所述压块的一端与内轴连接，另一端可绕外轴摆动，所述内轴与所述外轴之间设置有弹簧，当所述压块被顶起时所述弹簧处于压缩状态。
13.优选地，所述外环上设置有三个所述压块和三个所述间隔片，所述压块和所述间隔片均沿所述外环呈120
°
均匀布置。
14.本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
15.(1)本实用新型提供的晶圆卡盘，外环上设置有至少三个压块和至少三个间隔片，压块和间隔片均沿外环均匀布置，压块处于压紧位置时位于间隔片的正上方，当间隔片抽出时对晶圆产生的摩擦力的作用点与压块对晶圆施加的压力的作用点位置相同，上、下两片晶圆不会发生水平位置偏移。而且，在抽出间隔片时优选采用逐个抽出的方式，在抽出某个间隔片之前只顶起该间隔片位置的压块，其他压块仍然夹紧晶圆，更能确保间隔片抽出过程中上、下晶圆不会产生位置偏移，确保晶圆对准精度。
16.(2)本实用新型提供的晶圆卡盘，外环与内盘采用分体式设计，使得晶圆卡盘能够兼容适用12寸、8寸等尺寸的晶圆，适用范围更广。
附图说明
17.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
18.图1是本实用新型晶圆卡盘的整体示意图；
19.图2是本实用新型晶圆卡盘的俯视图；
20.图3是本实用新型晶圆卡盘的仰视图；
21.图4是本实用新型中压块组件的结构示意图
22.图5是本实用新型晶圆卡盘压块夹持上、下晶圆时的示意图；
23.图6是本实用新型晶圆卡盘压块被顶起时的示意图；
24.图7是本实用新型晶圆卡盘间隔片被抽出后的示意图。
25.图中附图标记表示为：1
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外环，2
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内盘，3
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抽真空吸嘴，4
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压块，5
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间隔片，6
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真空纹路，7
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弹性连接件，8
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上晶圆，9
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下晶圆，10
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吸管，11
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真空口，12
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内轴，13
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外轴，14
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弹簧，15
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凹槽。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1
‑
3所示，是本实用新型一种晶圆卡盘的优选实施例。
28.所述晶圆卡盘包括外环1和与所述外环1连接的内盘2，所述外环1和所述内盘2通过均布的弹性连接件7连接。由于所述晶圆卡盘在后续晶圆键合操作中将处于高温环境中，所述外环1和内盘2之间为弹性连接可防止高温环境下外环、内盘膨胀变形而导致内盘碎裂的情况发生。所述弹性连接件7优选采用能够微量形变的钢制材料。
29.在晶圆键合操作中，一般要求的键合条件包括温度、压力和真空度，其中不同键合工艺所要求的极限参数各有不同。例如：金属扩散键合、共融晶键合和聚合物粘接键合等键合工艺一般要求温度达到200℃到650℃之间，特殊情况下还会要求更高温度，而要求键合压力最高压力可达100kn。加热部位为内盘部分，因此，晶圆卡盘的内盘必须在这种高温高压下仍保持表面平面度，不能发生大尺寸变形而导致晶圆碎裂。为了满足以上要求，本实用
新型的晶圆卡盘内盘采用陶瓷材料制成，尤其是sic、si3n4等陶瓷材料，这种材料具有硬度高、导热性高、抗压能力高的特点。此外，由于内盘的上表面要与晶圆接触，因此内盘表面的平整度要求也比较高，通常晶圆的平面度为3μm，为确保在高压情况下晶圆不碎裂，本实用新型的内盘表面的平面度要小于3μm。另外，对于晶圆卡盘的外环，本实用新型优选采用钛合金材料制成，其具有耐高温、重量轻、方便人工搬运的特点。
30.所述外环1上设置有至少三个压块4和至少三个间隔片5，所述压块4和所述间隔片5均沿所述外环1均匀布置，所述压块4处于压紧位置时(即压块夹紧晶圆的位置)位于所述间隔片5的正上方，即压块与间隔片一一对应布置。在本实施例中，所述外环1上设置有三个所述压块4和三个所述间隔片5，所述压块4和所述间隔片5均沿所述外环1呈120
°
均匀布置。
31.所述压块4用于对晶圆提供夹紧力，夹紧力作用在上晶圆的上表面。所述间隔片5为插入在两片晶圆之间的薄片，用于防止对准后的两片晶圆接触，可插入/抽出上、下晶圆之间。当晶圆卡盘和上、下晶圆搬运到键合腔内，键合腔内环境达到键合条件后，抽取间隔片，上晶圆下降并与下晶圆贴合，把工艺气体包在晶圆上制作好的cv墙内或者保持两片晶圆中间真空。
32.所述外环1上还设置有抽真空吸嘴3，所述内盘2的上表面成型有真空纹路6，所述真空纹路6与所述抽真空吸嘴3连通。所述真空管路6具有真空口11，所述抽真空吸嘴3通过吸管10与所述真空口11连通。通过真空吸嘴抽真空，真空纹路将形成负压，用于吸附下晶圆。
33.如图4所示，所述压块4与所述内盘2平行，所述压块4的一端与内轴12连接，另一端可绕外轴13摆动，使压块4由初始位置移动至压紧位置，或者由压紧位置移动至松开位置。在图1、2中，外环1上成型有凹槽15，此处即为所述压块4的初始位置。所述内轴12与所述外轴13之间设置有弹簧14，当所述压块4被顶起时所述弹簧14处于压缩状态，当顶起压块的作用力消失后，弹簧恢复形变，带动所述压块4压紧上、下晶圆。
34.本实用新型晶圆卡盘的使用过程详述如下：
35.首先，晶圆卡盘通过外环吸附固定在对准机的下承载台上，下晶圆通过抽真空吸嘴和真空纹路吸附在内盘上表面之后插入三个间隔片，上晶圆吸附在对准机的上载台，通过对准机的上载台、下载台的精密运动完成上晶圆和下晶圆的对准操作。
36.然后，由三个压块将对准后的上晶圆和下晶圆夹持在晶圆卡盘上，其中上晶圆和下晶圆之间通过间隔片隔离开，压块压在上晶圆的上表面，如果5所示。
37.之后，晶圆卡盘和夹持好的两片晶圆被搬运到晶圆键合机上，晶圆键合机上具有顶压块机构和拨间隔片机构。需要说明的是，晶圆键合工艺环境分两种情况，第一种为真空环境，极限真空要求最高1x 10e
‑
6mbar，第二种情况为工艺气体环境，工艺气体一般包括n2、sf6或4％h2和惰性气ar、he的混合气体。当键合腔内环境条件达到要求后，顶起待抽出间隔片位置的压块(其他压块保持夹紧状态不变)，如图6所示，然后由拨间隔片机构的拨杆抽出该间隔片使上晶圆下落到下晶圆上，同时撤走顶起压块的作用力，使压块在其弹簧的恢复力作用下下落并再次夹紧上晶圆和下晶圆，如图7所示，间隔片处于抽出位置时间隔片的伸出端离开上晶圆和下晶圆的外缘，依照此法依次抽出所有间隔片，直至上晶圆与下晶圆完全接触。本实用新型的晶圆卡盘能保证上晶圆下落到下晶圆上表面的过程中保证两片晶圆在对准机上对准好的精度。
38.本实用新型的晶圆卡盘，压块处于压紧位置时位于间隔片的正上方，当间隔片抽出时对晶圆产生的摩擦力的作用点与压块对晶圆施加的压力的作用点位置相同，上、下两片晶圆不会发生水平位置偏移。而且在上述操作过程中，由于采用轮流抽出间隔片的方式，每次顶起压块、抽出相应间隔片时，都有另外两个压块在夹持着上、下晶圆，因此可以更加有效地防止在抽出间隔片时晶圆发生偏移，保证晶圆对准精度。
39.本实用新型中，外环与内盘采用分体式设计，使得晶圆卡盘能够兼容适用12寸、8寸等尺寸的晶圆，适用范围更广，在晶圆卡盘容纳不同尺寸晶圆时需要更换内盘、间隔片和压块等。
40.在其他实施例中，根据使用需要外环上还可设置四个、五个或更多个压块4，同样的可设置四个、五个或更多个间隔片5。
41.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。