降低晶片翹曲的裝置、系統和方法
2023-11-02 08:54:57
專利名稱：降低晶片翹曲的裝置、系統和方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的製造，更具體地涉及包括在通過粘性介質保護其正面的同時對半導體襯底的背表面進行研磨的步驟的半導體器件製造工藝。
背景技術：
在封裝工藝中，趨向更大且更厚的晶片存在一些問題。較厚的晶片在管芯分離時需要更昂貴的鋸。雖然鋸切能生產更高質量的管芯，但工藝花費長的時間且消耗頂端由金剛石製成的鋸片。較厚的管芯還需要更深的管芯貼附凹槽，而造成更昂貴的封裝。所有這些不期望的結果可以通過在管芯分離之前減薄晶片來避免。減薄晶片的另一原因在於，在摻雜操作期間，晶片背面沒有被保護而使雜質在晶片背面中形成電學上的結。這些電學結會妨礙背面接觸的導電性。因此，將晶片減薄以去除電學結。
通常，通過背面研磨工藝將晶片減薄到預定厚度。例如，8英寸直徑的晶片的厚度可以從約850微米減小到約180微米或更小。在背面研磨中，由於將晶片壓緊在研磨機或拋光表面上，所以會將晶片的正面劃傷和/或使晶片斷裂。為了保護晶片不被劃傷和斷裂，在晶片的前表面上使用保護帶。通常，保護帶包括帶基和粘接層。帶基具有約100至150微米的厚度，且由諸如聚烯烴、聚乙烯或聚氯乙烯的聚合物構成。粘接層通常為具有30至40微米厚度的丙烯酸樹脂。
典型的背面研磨裝置包括支撐基板和至少一個面向支撐基板的磨輪組件。支撐基板通常具有支撐臺，並且支撐臺的表面超出支撐基板的表面突出。磨輪組件包括可旋轉地安裝的支撐軸和安裝到該支撐軸的磨輪。在前述的背面研磨裝置中，將晶片放置在支撐臺的表面上並通過真空固定住。通過旋轉支撐軸旋轉磨輪。通過與磨輪組件相對地移動的支撐基板研磨晶片表面。將晶片研磨到預定厚度之後，將晶片轉移到載體，並將載體轉移到去帶裝置，在該去帶裝置上將保護帶從晶片上除去。
晶片處理產業發展到8英寸或更大的晶片產生的問題之一是背面研磨操作之後，對於加工來說，晶片往往太易碎，其中在隨後的加工中晶片可能斷裂或損傷。此外，需要控制由通過研磨和拋光處理晶片而引起的應力，以防止晶片和管芯翹曲。晶片翹曲將由於管芯的斷裂而妨礙管芯的分離，並且管芯翹曲會在封裝工藝中產生管芯附著問題。
此外，已經觀察到，在研磨操作期間會在保護帶和晶片上積聚靜電荷。這種靜電荷的積聚使晶片翹曲，從而使晶片的處理和放置更複雜。特別是，往往難以從載體和/或舟皿裝載和卸載晶片。例如，研磨後，通過臂機構將晶片轉移到設置在出口位置的載體。如果晶片嚴重翹曲，臂機構將不能將晶片送入載體的槽中。如果臂機構能夠將晶片裝載入載體中，對該臂機構來說將沒有足夠的間隙把隨後的晶片送入載體中。結果，在裝載過程期間臂機構會損壞已經裝載的晶片和/或損壞正在裝載的晶片和已經裝載了的晶片。
與翹曲相關的其他問題是，晶片非常平以便臂機構能夠成功地將所有晶片送入設置在出口位置的載體中。然後，將載體轉移到去帶裝置，在此將保護帶從晶片的正面除去。然而，晶片翹曲的程度由於作用於相鄰晶片的引力而增強。例如，具有帶正電荷的正面的晶片將吸引具有帶負電荷的背面的相鄰晶片而引起相鄰晶片進一步的翹曲。增強了的翹曲使晶片之間的間隙減小到臂機構不能將晶片從載體轉移到去帶裝置的程度。
圖1A是裝載有晶片的載體的平面圖，該晶片的剛度足以在有靜電荷積聚時保持平坦。
圖1B是裝載有晶片的載體的平面圖，該晶片由於靜電荷的積聚而翹曲。
圖1C是通過中和靜電荷的積聚使圖1B所示的晶片從翹曲狀態轉換到平坦狀態的平面圖。
圖2是表示系統的示意圖，其中可以實施本發明的一個實施例。
圖3是表示根據圖2所示的系統製造示範性半導體器件的工藝的流程圖。
圖4是根據圖2所示系統的保護帶塗敷裝置的示意圖。
圖5是根據圖2所示系統的背面研磨裝置的示意圖。
圖6是根據圖2所示系統的去帶裝置的示意圖。
圖7是根據圖2所示系統的切割帶塗敷裝置的示意圖。
圖8是根據圖2所示系統的晶片切割裝置的示意圖。
圖9是根據圖2所示系統的背面研磨裝置的可選的示範性實施例。
圖10是另一示範性實施例，其中通過中和靜電荷的積聚可以使翹曲的晶片變平。
具體實施例方式
在此進行詳細地描述。然而，應當理解，本發明可以不同形式實施。因此，在此公開的特定細節不解釋為限制，而作為權利要求的基礎並作為用於教導本領域技術人員的代表，以便在實際中以任何適當的具體系統、結構或方式使用本發明。
圖1A示出了裝載有晶片12的載體10，作為研磨操作的結果顯示出該晶片12的靜電荷積聚。作為研磨操作的結果，晶片12的正面14具有淨正電荷且晶片12的背面16具有淨負電荷。由於晶片12具有足夠的剛度抵消由靜電荷積聚產生的彎曲力，所以仍保持平坦。已經觀察到，研磨到約13密爾厚度的8英寸晶片沒有顯示出翹曲。當然，當晶片的直徑增大時，對於給定的厚度來說，晶片翹曲變得更加顯著。
圖1B示出了裝載有晶片18的載體10，該晶片在研磨操作後由於靜電荷的積聚而翹曲。這些晶片18沒有足夠的剛度抵消由靜電荷的積聚產生的彎曲力。已經觀察到，研磨到約7密爾厚度的8英寸晶片顯示出足以負面影響晶片處理的翹曲。圖1C示出了圖1B所示的相同晶片18，其中通過用電離氣體中和靜電荷的積聚使底部的晶片18變平。
圖2示出了用於進行背面研磨和切割工藝的系統20，圖3是表示根據圖2所示的系統製造半導體器件的工藝的流程圖22。該系統包括保護帶塗敷裝置26、背面研磨裝置28、去帶裝置30、切割帶塗敷裝置32和晶片切割裝置34。在該具體實施例中，採用具有約850微米的初始厚度的8英寸晶片36。但是，應注意，該系統可以適用於處理任何尺寸的晶片。在晶片36的正面40上形成電路圖案38後，將晶片36裝載到載體42上並轉移到如圖4所示的保護帶塗敷裝置26。保護帶塗敷裝置26包括裝載臺44、保護帶塗敷臺46和卸載臺48。操作者將載體42放置在裝載臺44上。轉送臂50將晶片36從載體42卸載並將晶片36轉移到保護帶塗敷臺46。從輥54分配保護帶52並層疊在晶片36的正面38上。刀具56沿晶片36的外沿切割保護帶52，並通過輥58將保護帶52壓在晶片36上。轉送臂60將晶片36從保護帶塗敷臺46轉移到設置在卸載臺48的載體62上。重複保護帶塗敷工藝直到載體62裝滿晶片36為止。
然後將載體62轉移到背面研磨裝置28。參考圖5，背面研磨裝置28包括裝載臺64、預清洗臺66、粗磨臺68、精磨臺70、後清洗臺72、最後清洗臺74和卸載臺76。裝料臂78將晶片36從載體62轉移到預清洗臺66。將晶片36固定在真空夾盤臺80上以便使保護帶52接觸真空夾盤臺80的表面。也就是說，晶片36的背面82面向上。旋轉真空夾盤臺80並將去離子水分布到晶片36的背面82上。在分布去離子水期間，用特氟綸刷84進一步清洗晶片36的背面82。然後，旋轉晶片36用氮氣乾燥。
將晶片36預清洗後，轉送臂86將晶片36從預清洗臺66轉移到粗磨臺68。將晶片36固定在真空夾盤臺88上。真空夾盤臺88的尺寸比晶片36大，由此，通過真空夾盤臺88支撐晶片36的整個表面並通過抽氣將其固定在真空夾盤臺88上。將粗糙的磨料分布到晶片36上，並通過將諸如金剛石砂輪的粗磨工具90引導到晶片36的背面82上將晶片36的厚度減小到預定厚度。在示範性實施例中，將晶片36的厚度從約32密爾減小到約7±0.5密爾。保護帶52保護晶片36的正面40，並在研磨操作期間充當吸收由粗磨工具90加壓產生的壓力的軟墊。然而，使用保護帶52產生的一個問題是，靜電荷會在研磨操作期間積聚在保護帶52上。
粗磨完成後，通過轉送臂71將晶片36從粗磨臺68轉移到精磨臺70。將晶片36固定在真空夾盤臺92上。分布精細磨料並將精磨工具94引導到晶片36的背面82上，以除去在粗磨操作期間形成的諸如劃痕的缺陷。因而，晶片36的厚度主要在粗磨操作期間減小，而精磨操作只是拋光背面82。類似地，在精磨操作期間會形成靜電荷的進一步積聚。
精磨完成後，通過轉送臂96將晶片36從精磨臺70轉移到後清洗臺72。將晶片36固定在真空夾盤臺98上，並將去離子水和擦洗器100引導到晶片36的背面82以除去殘留的磨料。然後，旋轉晶片36用氮氣乾燥。為了進一步清洗晶片36，轉送臂102將晶片36從後清洗臺72轉移到最終清洗臺74，在此將晶片36固定在真空夾盤臺104上，用去離子水漂洗並旋轉用氮氣乾燥。
然後，在將晶片36從最終清洗臺74轉移到卸載臺76期間，用電離氣體處理晶片36。卸載臂106將晶片36從最終清洗臺74的真空夾盤臺104上移除，並將晶片36移動到卸載臺106內的中間位置。在該中間位置，將電離氣體引導至晶片36以中和積聚的靜電荷。可以通過諸如由Simco Aerostat製造的Model A-300的氣體電離源108提供電離氣體。氣體電離源108是吹送電離氣體以中和材料上的靜電荷的電動靜電消除器。提供電子平衡電路110以控制負-正離子的離子輸出率。通常，設置電子平衡電路110產生具有相等數目負、正離子的離子輸出。面板上的控制器112用於調節風扇的速度。通過將氣體電離源108的輸出孔116與卸載臺76耦合的管道114將電離氣體向中間部分引導。通過使用ESD儀，已經觀察到，精磨操作完成後，通常有約4到6千伏的靜電荷積聚在晶片36上。將晶片36用電離氣體處理約5-10分鐘後，靜電荷減少到約0.2到0.4千伏。當然，可以提供具有更大離子輸出的氣體電離器以縮短中和時間。隨著晶片36從翹曲狀態轉換到平坦狀態，卸載臂106將晶片36送入設置在卸載臺76的載體118。
對於背面研磨裝置28，重複上述操作以處理隨後的晶片36。注意到，在背面研磨裝置28的操作期間，將晶片36設置在各個臺64、66、68、70、72、74、76。換言之，同時進行以下操作在卸載臺64將第一晶片36從載體62卸載，在預清洗臺66處清洗第二晶片36，在粗磨臺68處研磨第三晶片36，在精磨臺70處研磨第四晶片36，在後清洗臺72處清洗第五晶片36，在最終清洗臺74處清洗第六晶片36，以及在卸載臺76處中和第七晶片36且將其裝載到載體118中。在裝載臺76處將晶片裝載到拖板118中後，導引載體118以便使空槽可用於接受下一個晶片36。由於中和靜電荷積聚的結果使得每個晶片36都是平坦的，所以卸載臂106可以將晶片36毫不費力地裝載到載體118中。具體地，對於卸載臂106來說，有足夠的間隙將晶片36送入載體118中。
參考圖6，在去帶裝置30將保護帶52從每個晶片36上除去。去帶裝置30包括裝載臺120、帶去除臺122和卸載臺124。操作者將載體118從背面研磨裝置28的卸載臺76轉移到去帶裝置30的裝載臺120。轉送臂126將晶片36從載體118卸下來，並將晶片36轉移到設置在帶去除臺122的夾盤128。開卷機130從卷134剝下剝離帶132並將剝離帶132施加到保護帶52上。輥136將剝離帶132壓在保護帶52上以進一步將剝離帶132粘結在保護帶52上。通過加熱夾盤128，使保護帶52的粘結層軟化。然後，將剝離帶132重繞到卷134上。將剝離帶132重繞時，由於重繞期間保護帶52仍粘結在剝離帶132上，所以保護帶52從晶片36的正面40剝離。隨著去帶操作的完成，將晶片36從帶去除臺122轉移到卸載臺124，其中轉送臂134將晶片36裝載到設置在卸載臺124的載體136中。以相同的方式處理其餘的晶片36。
參考圖7，通過切割帶塗敷裝置32向晶片36的背面82提供切割帶138。切割帶塗敷裝置32包括裝載臺140、切割帶塗敷臺142和卸載臺144。操作者將載體136從去帶裝置30的卸載臺124轉移到切割帶塗敷裝置32的裝載臺140。轉送臂148將晶片36從裝載臺140轉移到切割帶塗敷臺140。在切割帶塗敷臺140，將晶片36施加到晶片架152上展開的切割帶138，以便使晶片36的正面40面向上。切割帶138由樹脂構成，且將壓敏粘合劑塗敷到切割帶138的表面。然後，通過轉送臂146將包含晶片架152、切割帶138和晶片36的組件從切割帶塗敷臺142轉移到卸載臺144處的載體154。以同樣的方式處理其餘的晶片36。
參考圖8，通過晶片切割裝置34將晶片36切開，其中通過劃片機156切割晶片36。在監測形成在晶片36正面40上的劃片線圖象的同時進行切割。由此，將晶片36分成多個半導體晶片。
圖9示出了背面研磨裝置158的另一個示範性實施例。除將氣體電離源160設置在卸載臺162中之外，背面研磨裝置158與圖5所示的背面研磨裝置28相似。同樣，相同元件用相同的附圖標記表示。可以使用Model A-300氣體電離源或任何適合在卸載臺中的其他源。確定氣體電離源160的位置，使得輸出孔164將電離氣體向轉送臂106的中間位置引導。如此，不需要管道。將背面研磨過的晶片36中和後，根據圖6-8所述的工藝對其進行處理。
圖10示出了另一個示範性實施例，其中通過中和靜電荷的積聚可以使已翹曲的晶片36變平。除不提供氣體電離源之外，背面研磨裝置與圖5所示的背面研磨裝置28相似。在該應用中，被背面研磨的晶片36足夠平坦，以致在後清洗臺、最終清洗臺和卸載之前不需要中和靜電荷的積聚。通過背面研磨裝置處理晶片36後，將載體163轉移到氣體電離裝置164以使晶片36變平。氣體電離裝置164包括臺166、設置在臺166上的諸如Model A-300的氣體電離源168和設置在臺166上的、距氣體電離源168約8到12英寸的接收組件170。載體163放置在接收組件170上，並啟動氣體電離源168。氣體電離源168的輸出孔172將電離氣體引向載體163和背面研磨的晶片36。通常，將背面研磨過的晶片36用電離氣體處理約5-10分鐘，以充分中和靜電荷的積聚。由於整批背面研磨過的晶片36是被同時中和的，所以對於需要較高工藝生產量的系統來說，本示範性實施例是特別有利的。將背面研磨晶片36充分中和後，可以通過去帶裝置30、切割帶塗敷裝置32和晶片切割裝置34對其進行處理。
在特定應用中，在後清洗和最終清洗之前不需要氣體電離。但是，對於隨後的在背面研磨裝置的卸載臺的處理來說，背面研磨過的晶片36將不夠平坦。在這種情況下，如果載體163一半的槽裝載有背面研磨過的晶片36，那麼在不經靜電荷中和時，可以將背面研磨過的晶片36裝載到背面研磨裝置的卸載臺處的載體163上。換言之，在每個背面研磨過的晶片36之間提供空槽，以便在裝載和卸載過程中提供足夠的間隙。然後，可以在氣體電離裝置164處處理載體163以中和靜電荷的積聚。將背面研磨過的晶片36充分中和後，可以通過去帶裝置30、切割帶塗敷裝置32和晶片切割裝置34對其進行處理。
在前面的詳述中，已經參考其特定實施例描述了本發明。但是，顯然，在不脫離本發明的主要精神和範圍的情況下，可以對其進行各種修改和變換。因此，應以說明方式而非限制意義看待該說明書和附圖。
權利要求
1.一種方法，包括將電離氣體引導到襯底以減小襯底的翹曲，該電離氣體減少了靜電荷的積聚。
2.如權利要求1的方法，還包括在將電離氣體引導到該襯底之前，在該襯底的正面上塗敷保護帶；且在將電離氣體引導到該襯底之前，研磨該襯底的背面。
3.如權利要求2的方法，還包括在將保護帶塗敷到該襯底正面之前，在該襯底的正面形成電路圖案。
4.如權利要求3的方法，其中該襯底是半導體晶片。
5.如權利要求2的方法，其中在該襯底正面塗敷保護帶包括將保護帶層壓到該襯底的正面；沿襯底邊緣輪廓切割該保護帶；且將該保護帶輥壓在該襯底的正面上。
6.如權利要求2的方法，其中研磨該襯底的背面包括清洗該襯底；在第一研磨臺粗磨該襯底的背面；在第二研磨臺精磨該襯底的背面；且清洗該襯底。
7.如權利要求2的方法，其中將電離氣體引導到該襯底包括在研磨該襯底背面之後，將該襯底裝載到載體上；且同時將帶負電荷的氣體離子和正電荷的氣體離子引導到該襯底和保護帶上，以減少由於研磨該襯底背面產生的靜電荷積聚。
8.如權利要求7的方法，其中將帶負電荷的氣體離子和正電荷的氣體離子同時引導到該襯底和保護帶上5到10分鐘，以便將靜電荷的積聚從約4到6千伏降低到約0.2到0.4千伏。
9.如權利要求2的方法，其中將電離氣體引導到該襯底包括在將該襯底裝載到載體中之前，將電離氣體引導到該襯底。
10.一種裝置，包括減小襯底厚度的研磨機；和將電離氣體引導到該襯底的氣體電離源，該電離氣體減少該襯底上的靜電荷積聚以減小襯底的翹曲。
11.如權利要求10的裝置，其中該襯底是半導體晶片。
12.如權利要求11的裝置，其中該半導體晶片的正面具有電路圖案，且該研磨機研磨該半導體晶片的背面。
13.如權利要求10的裝置，還包括將電離氣體從該氣體電離源引導到該襯底的管道。
14.如權利要求10的裝置，其中該研磨機包括粗磨臺和精磨臺。
15.如權利要求14的裝置，還包括裝載臺，以接收裝載有多個該襯底的第一載體；預清洗臺，以在研磨前清洗該襯底；最終清洗臺，以在研磨後清洗該襯底；和卸載臺，以將該襯底裝載到第二載體中。
16.如權利要求15的裝置，其中在將該襯底裝載到第二載體中之前，將電離氣體引導到該襯底上。
17.如權利要求15的裝置，其中在將該襯底裝載到第二載體中之後，將電離氣體引導到該襯底上。
18.如權利要求10的裝置，其中保護帶覆蓋該襯底的表面，並且其中電離氣體減少該保護帶上的靜電荷積聚，以減小襯底的翹曲。
19.一種系統，包括保護帶塗敷裝置，以在襯底上塗敷保護帶；研磨裝置，以減小該襯底的厚度；和將電離氣體引導到該襯底的氣體電離源，以減少該襯底和該保護帶上的靜電荷積聚。
20.如權利要求19的系統，還包括去帶裝置，以除去該保護帶；切割帶塗敷裝置，以在該襯底上塗敷切割帶；和晶片切割裝置，以將該襯底切割成多個器件。
21.如權利要求20的系統，其中該襯底是半導體晶片，且其中多個器件是多個半導體晶片。
22.如權利要求19的系統，其中該研磨裝置是背面研磨機，以研磨該襯底的背面，且該保護帶覆蓋該襯底的正面。
23.一種裝置，包括臺；連接到該臺的接收組件，該接收組件接收裝載有多個襯底的載體，該多個襯底是翹曲的；以及將電離氣體引導到該多個襯底和載體上以減小襯底翹曲的氣體電離源，通過減少該多個襯底上的靜電荷積聚來減小該襯底的翹曲。
24.如權利要求21的裝置，其中該多個襯底的背面覆蓋有保護帶，其中該多個襯底是背面研磨過的襯底，且其中該電離氣體減少該保護帶上的靜電荷積聚。
25.如權利要求24的裝置，其中該多個襯底是半導體晶片。
26.如權利要求23的裝置，其中該氣體電離源具有電子平衡電路，以控制負-正離子的離子輸出率。
27.如權利要求26的裝置，其中設置該電子平衡電路以產生具有相等數目負、正離子的離子輸出。
全文摘要
通常，在背面研磨期間，通過一個帶來保護晶片的正面。在背面研磨操作期間靜電荷會積聚在該帶上。由於變薄的晶片沒有足夠的剛度抵抗由靜電荷積聚產生的彎曲力，所以在背面研磨操作之後，晶片會翹曲。為了減小晶片的翹曲，可以將電離氣體引導到晶片和帶上，以減少靜電荷的積聚。
文檔編號B24B37/04GK1653594SQ03810826
公開日2005年8月10日 申請日期2003年4月28日 優先權日2002年5月13日
發明者A·小福恩特斯, R·小阿蒂恩扎, C·克拉維奧 申請人:英特爾公司