基板接合系统及接合系统设计的修改方法
专利名称：基板接合系统及接合系统设计的修改方法
技术领域：
本发明涉及半导体芯片的封装，尤其涉及半导体基板的接合。
背景技术：
由于制造技术以及多种电子元件(即晶体管、二极管、电阻、电容等)的整合密度的持续改善，半导体工业已经历了持续地快速成长。整合密度的改善则主要来自于最小特征尺寸的持续降低，如此使得可于一特定区域内整合更多元件。因而发展出了如三维整合电路(3D IC)及贯穿硅介层物(TSVs)等技术，以随着元件数量的增加而解决元件间的内连物的数量与长度的限制。如此的需求造成了更薄的半导体芯片的需求。为了满足更薄半导体芯片的需求，半导体工业已应用了晶片背侧薄化(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侧完成所需电路图案及或贯穿硅介层物的制造后自晶片的后侧移除材料所达成。因此便因应而生了下文中的揭示情形。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了接合晶片至具有较佳平坦度的载具装置与方法，以满足基板封装与元件整合的需求。面向基板或载具的薄板的表面轮廓借由重新塑形、高度调整器、增加垫片、或借由区域温度控制而得到修改。此薄板的经过修改的表面轮廓则补偿了由未经非修正的接合系统所造成的接合基板的不平坦度。于一实施例中，本发明提供了一种基板接合系统，包括一上部构件，其中该上部构件包括一上部本体，具有多个上部加热元件；以及一上部薄板。此基板接合系统也包括一下部构件，其中该下部构件包括一下部薄板，面对该上部薄板，其中该下部薄板于一接合工艺中支撑一基板。此下部构件也包括一下部本体，具有多个下部加热元件；以及用于该下部本体的一支撑结构。于该支撑结构与该下部薄板的间设置有至少一垫片，以于该基板结合于一载具后改善该基板的一表面平坦度。于另一实施例中，本发明提供了一种基板接合系统。上述基板接合系统包括了一上部构件，其中该上部构件包括一上部主体，具有多个上部加热元件；以及一上部薄板。上述基板接合系统也包括了一下部构件，其中该下部构件包括一下部薄板，面对该上部薄板。 于一接合工艺中将欲接合的一基板置于该下部薄板之上。上述下部构件也包括一下部主体，具有多个加热元件；一支撑结构，用于该下部主体；以及多个高度调节器，位于该支撑结构之下。所述多个调节器的高度为可调节的，以于一基板结合于一载具后用以改善该基板的一表面平坦度。于另一实施例中，本发明提供了一种基板接合系统。上述基板接合系统包括一上部构件，而该上部构件包括一上部主体，具有多个上部加热元件。所述多个上部加热元件包括横跨于该上部主体的直径而分布的多个线圈。上部构件也包括了一上部薄板。上述基板接合系统一包括了一下部构件，而该下部构件包括一下部平板，面向该上部平板。于一接合工艺中将欲接合的一基板设置于该下部薄板之上。上述下部构件也包括一下部主体，具有多个下部加热元件，而所述多个下部加热元件包括横跨该下部主体的直径而分布的多个线圈。所述多个上部加热元件与所述多个下部加热元件的所述多个线圈分别地经过控制，以
于一基板接合于一载具后改善该基板的一表面平坦度。于另一实施例中，本发明提供了一种基板接合系统。上述基板接合系统包括一上部构件，而该上部构件一上部主体，具有多个上部加热元件以及一上部薄板。上述基板接合系统还包括一下部构件，而该下部构件包括一下部薄板，面向该上部薄板。于一接合工艺中将欲接合的一基板设置于该下部薄板之上，且其中面向该基板的该上部薄板与该下部平板的表面经过塑型，以于一基板接合于一载具后改善该基板的一表面平坦度。上述下部构件还包括一下部主体，具有多个加热元件，其中所述多个下部元件与所述多个上部加热元件用于维持工艺温度之用。于另一实施例中，本发明提供了一种接合系统设计的修改方法，以改善接合基板的平坦度，包括接合一晶片与位于一接合系统内的一载具；测量经接合的该晶片的厚度轮廓；以及于接合操作时修改该接合系统内的一上部薄板与一下部薄板的表面轮廓，以改善经连结的该晶片的平坦度。本发明提供的基板接合系统的薄板的经过修改的表面轮廓则补偿了由未经非修正的接合系统所造成的接合基板的不平坦度。为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下
图IA-图IC显示了依据本发明的一实施例的具有贯穿硅介层物的一晶片于经历接合至载具、薄化以及接合至裸片的剖面情形；图ID显示了依据本发明的一实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；图2A显示了依据本发明的一实施例的一接合系统；图2B显示了依据本发明的一实施例的接合至一载具的一晶片；图2C显示了依据本发明的一实施例的如图2B所示的晶片于经过薄化与自载具处移除后的情形；图2D显示了依据本发明的一实施例的上部薄板与下部薄板的经膨胀的边缘部；图2E显示了依据本发明的一实施例的施加于上部构件的一非均勻力；图3A显示了依据本发明的一实施例的具有上部平板与下部平板的表面经过重新塑形的一接合装置的一部；图:3B显示了依据本发明的一实施例的如图3A所示的接合装置的该部于操作温度下的情形；图3C显示了依据本发明的一实施例的施加于一连结系统的一上部薄板的一非平均力；图3D显示了依据本发明的一实施例的塞入于下部主体内以改变下部薄板的轮廓的一垫片；图3E显示了依据本发明的一实施例的连结于没有使用垫片的系统以及使用垫片
5的系统的一晶片于横跨该晶片的厚度变化数据；图3F(I)与图3F(II)显示了依据本发明的一实施例的垫片设计；图3G显示了依据本发明的一实施例的具有高度调整器的一接合系统；图3H显示了依据本发明的一实施例的一高度调整器；图31 (A)-(C)显示了依据本发明的多个实施例的高度调整器的不同社置情形的底视图；图3J显示了依据本发明的一实施例的一连结系统；图I显示了依据本发明的一实施例的一上部薄板内的加热元件的上视图；图3L显示了依据本发明的一实施例的位于一上部薄板内的加热元件的上视图；图4显示了依据本发明的一实施例的用于修改一接合系统的一流程图。其中，附图标记说明如下10、10*、10# 晶片；10” 薄化的晶片；11 半导体基板；11， 薄化的半导体基板；Ila 前侧表面；lib 后侧表面；lib’ 薄化的半导体基板的表面；12、12* 载具；13、13* 粘着层；20 裸片；40 贯穿硅介层物；40a 贯穿硅介层物的末端；40c、40d 贯穿硅介层物、42 焊盘；43 结构；44 导电结构；45、46 介电层；200 接合装置；201、201*、201” 接合装置的一部；210 上部构件；211 上部主体；212,212* 上部薄板；213、213* 顶部薄板；214 手柄；215 上部加热线圈；220 下部构件；221、221* 下部主体；222 下部薄板；
223 支撑结构；225 下部加热线圈；215A、21\、215C、21%、225A、22\、225C、22% 线圈；232 最终上部表面；242 最终下部表面；232*、242* 平坦表面；250 薄化工艺的终点；260 外力；270 压力；280,280*,280' 垫片；285 曲面；300 接合装置；310、320 曲线；331、331a 高度调节器；332 上部螺栓；332l 下部螺栓；333 螺母；3；35、336 曲线；350 接合系统；351 控制器；400 工艺流程；401、402、403 操作；D 厚度；T 中间区厚于边缘区的一量值； 上部薄板的中间区的厚度；Hu 上部薄板的边缘区的厚度；& 下部薄板的中间区的厚度；凡 下部薄板的边缘区的厚度；I、II、III、IV、V 区域;M、N、0、P、Q、R 加热元件。
具体实施例方式可以理解的是于下文中提供了许多不同的实施例或范例借以解说本发明的不同特征。于下文中描述了构件与设置情形的特定范例。而此些范例仅作为范例之用而非用于限定本发明。此外，于下文的不同范例中中可能重复使用相同标号和/或名称。如此的重复情形的用于简化与清楚的目的，而非用于限定多个实施例和/或所讨论的形态间的关系。如图IA所示，显示了包括具有一前侧表面Ila与一后侧表面lib的一半导体基板 11的一晶片10，其中集成电路(未显示)与如结构43的内连结构形成于前侧表面Ila之上。数个贯穿硅介层物(TSV) 40则穿透了至少半导体基板11的一部。于一实施例中，此些贯穿硅介层物40为自前侧表面Ila朝向后侧表面lib延伸且具有一既定深度的经金属填入插拴。于部分实施例中，此些贯穿硅介层物40电性连结于形成于内连结构上的焊盘(bond pads)420焊盘42的间由一介电层45而相分隔。于一实施例中，贯穿硅介层物40的制作早于第一层内连物(first-level interconnection)的制作之前，而第一层内连物为最底层金属层，例如为结构43的金属层，其于覆盖了接触结构以及如晶体管(未显示)的电子装置的一最底层的金属内连介电层内形成图案化。于其他实施例中，金属填入介层物工艺施行晚于内连结构的制作。于其他实施例中，金属填入介层物工艺可晚于内连结构的制作后实施。于一实施例中，可于焊盘42的上形成凸块(bump，未显示)。此些凸块使得基板11 可更设置于用于三维集成电路(或称3D IC)的其他基板或其他半导体芯片上。依据一实施例，晶片10可借由一粘着层13而贴附于一载具12以利于一晶片(或基板)薄化工艺的施行。载具12提供对于晶片10的支撑且可握持基板(或晶片)于其定位。载具(或假基板)12可由多种的固体材料所制成。于一实施例中，载具12由玻璃所制成。于一实施例中，粘着层13由液体胶(liquid glue)所制成，其可填入开口以及晶片10 与载具12间的空间。上述液态胶可于加热后硬化。于一实施例中，此液态胶包括环氧树脂 (epoxy)。于附着于载具12的后，接着薄化后侧表面lib至期望的最终厚度”D”，如图IB所示。此薄化工艺可借由如蚀刻和/或研磨等工艺所达成。于薄化工艺结束后，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可视半导体封装物的目的而定。于至少一实施例中，晶片10薄化至介于约5-50微米的范围的一厚度D。于另一实施例中，晶片10 薄化至介于约25-100微米的一厚度D。于如图IB所示的示范实施例中，于晶片薄化工艺的后，贯穿硅介层物40的末端40a为露出且凸出于薄化的半导体基板11’的后侧表面lib’。图IC显示了依据本发明的一实施例的数个裸片(dies) 20接合于经薄化晶片10” 所形成了一裸片-晶片堆迭物(die-to-wafer stack)。于薄化的半导体基板11’的表面 lib’的上形成包括了导电连结物和/或另外结构(称之为导电结构44)之后侧金属化物。 接着接合裸片20于薄化的半导体基板11’之上，其中接合方法可包括如氧化物与氧化物的接合方法、氧化物与硅的接合方法、铜与铜接合、粘着物接合或相似方法的常用方法。裸片 20可包括记忆体芯片、射频芯片、逻辑芯片或其他芯片。裸片20分别具有一第一表面与一第二表面，而集成电路形成于第一表面之上。于一实施例中，裸片20的前侧表面接合于经薄化基板11”(或经薄化晶片10”)。于其他实施例中，裸片20的第二表面接合于薄化基板 11”(或薄化基板10”)。于如图IC所示的实施例中，如焊锡凸块或铜凸块、的导电结构44形成于贯穿硅介层物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。于一实施例中，裸片 20与薄化的半导体基板11’间的空间以及导电结构44间的空间为介电层46所填入。导电结构44也可包括可早于焊锡凸块与铜凸块形成之前形成于薄化的晶片10”的表面lib’之上重分布层(redistribution layers)与焊盘。此外，于凸块与输出/输入(1/0)焊盘之间可形成有凸块底金属层(UBM，未显示)。图IC显示了两个裸片20皆适当地接合于导电结构44的情形。然而，当晶片10于经历薄化工艺之前为非平坦时，晶片10的突出表面lib可较表面lib的其他部分更经过薄化。基板11的不平整量的移除将导致如贯穿硅介层物40c的部分贯穿硅介层物40较如贯
8穿硅介层物40d的其他贯穿硅介层物来的短，如图ID内依据本发明的一实施例所示情形。 贯穿硅介层物的高度差异，如较短的贯穿硅介层物40c与较长的贯穿硅介层物40d间的差异，将导致了较短的贯穿硅介层物(如贯穿硅介层物40c)无法连接(或接合)于裸片20 以及用于较高的贯穿硅介层物(如贯穿硅介层物40d)的导电结构44经挤压而薄化。用于较高贯穿硅介层物(如贯穿硅介层物40d)的经挤压的导电结构44将延伸至邻近结构(未显示)而导致了短路(也称之为桥接现象)。未接合连结与短路(或桥接)等现象会降低良率和/或可靠度。晶片10与载具12间的不当接合将于薄化(或研磨)之前形成了不平坦的晶片表面。图2A显示了依据本发明的一实施例之用于接合一晶片10*至载具12*的一接合装置 200。晶片10*相似如图IA-图ID内所示的晶片10，而载具12*则相似于载具12。装置200 具有一上部构件210与一下部构件220，依据本发明一实施例。上部构件210包括了一上部主体211，其具有用于增加上部构件210温度的数个上部加热线圈(或上部加热元件)215。 此些上部加热线圈215连结于一控制器(未显示)。此上部构件210也包括了一上部薄板 212，其接触于如载具12*或晶片10*的接合材料。于一实施例中，上部主体211与上部薄板 212连结而成为一片。于一实施例中，上部薄板211由介电材料所形成。于一实施例中，上述介电材料为陶瓷(Al2O3)15此外，于一实施例中，上部主体211由介电材料所形成。于一实施例中，介电材料可由陶瓷所制成。上部构件还包括顶部薄板213与一手柄(shaft) 214。于一实施例中，手柄214用于移动上部构件向上或向下。可借由手柄214以施加一向下力量至上部构件210的顶部薄板213而此向下力量可转移至上部薄板212处，借以相互挤压接合材料(即由晶片107粘着层137载具12*所组成的夹层结构)。于一实施例中，装置200也包括了一下部构件220。下部构件220包括一下部主体 221，其也具有用于增加下部主体220温度的数个下部加热线圈(或下部加热元件)225。下部加热线圈225连结于一控制器(未显示)，于一实施例中其可为用于上部加热线圈215的相同控制器。于一实施例中，下部加热线圈225以及上部加热线圈215由不同控制器(未显示)所控制。下部构件220也包括一下部薄板222，其面向上部薄板212并接触于接合材料(即由晶片107粘着层137载具12*所组成的夹层结构)。于一实施例中，下部主体 221与下部薄板222结合成为一片。于部分实施例中，下部薄板222由介电材料所形成。用于下部薄板222的介电材料的范例可包括陶瓷(Al2O3)、碳化硅、不锈钢等，但并以其加以限制。用于下部薄板222的介电材料需要于环境中为稳定的且可维持其形态。于一实施例中， 下部主体221由陶瓷所形成。于一实施例中，下部构件220还包括了一支撑结构223，其支撑了下部主体221与下部薄板222。为了接合晶片10*与载具12*，首先于晶片10*的一表面上使用(或设置)一粘着层13*。于部分实施例中，粘着层13*包括了热塑性环氧树脂的单体，其于加热时为液态形态而于冷却后转变成固态。粘着层13*也可包括如填充料、交联剂、抗氧化剂等的其他元素。 当于接合系统中加热粘着层13*至工艺温度时，上述单体将转变成为热塑性聚合物。于一实施例中，晶片10*首先设置于下部薄板222之上。接着可设置载具12*于具有粘着层13*夹置于其间的晶片10之上。于一实施例中，粘着层13*具有介于100-150微米的一厚度。透过手柄214以施加一向下力量至上部构件210，并接着夹置载具12*、粘着层13*与晶片10*。于一实施例中，载具12*、粘着层13*与晶片10*加热至介于约220-220°C的一温度以使得粘着层13*填入于载具12*与晶片10*间的空间。于一实施例中，上述加热工艺也可驱出于粘着层13内的水气。于一实施例中，此接合工艺持续约1-5分钟。图2B显示了依据本发明的一实施例的连结于载具12*的晶片10*。图2B中显示了晶片10*的中间部高于晶片的其他部。于一实施例中，厚度测量则显示了其总厚度变化 (total thickness variation，TTV)可为约20微米或更多。总厚度变化是借由测量最大厚度与最小厚度的差异所得到。图2B显示了非一致的粘着层13*厚度，其具有中间区厚于边缘区的实施情形。中间区约厚于边缘区一量值”T”。于一实施例中，基板的总厚度变化借由如轮廓计、原子力显微镜或一膜层厚度测量工具所得到，厚度差异测量工具的范例为由德国的ISIS SENTR0NICS公司所产制的MarDex。MarDex可测量于一复合膜层(包括夹层膜层)内的各别膜层的厚度。图2B也显示了一虚线250，其代表了依据本发明的一实施例的薄化工艺的一终点。于薄化工艺之后，晶片10*成为晶片10#并与载具12分离。图2C显示了依据本发明的一实施例的晶片10#自载具12*与粘着层13*处脱附后的情形。图2C显示了晶片10#的中间薄于晶片10#的边缘区约一量值”T”(即图2B内所显示的厚度差)。于中间区的贯穿硅介层物可能如图ID内的贯穿硅介层物40c般的相似方式而为过于圆形化(或经过过度研磨)。起因于不平整表面及其不均勻程度，于中间部的贯穿硅介层物可能无法按照如图ID 所示的贯穿硅介层物40c的相似方式接合连结于芯片20的芯片。于边缘区的贯穿硅介层物也可造成于晶片10*周边区的桥接情形。需要大体降低晶片10*的总厚度变化以避免上述情形的发生。于一实施例中，于薄化工艺后晶片的总厚度变化约少于5微米。于其他实施例中，于薄化工艺后的晶片的总厚度变化约少于2微米。于又一实施例中，于薄化工艺后的晶片的总厚度变化约少于1微米。许多应用需要基板的薄化。上述应用包括了如基板封装、贯穿硅介层物、微机电系统、3D IC与其他薄晶片握持应用等，但并不以上述应用加以限制。总厚度差异的需求需视相关应用与工艺技术而定。然而，随着先进技术中的元件密度的增加，于晶片薄化后的总厚度差异的需求则持续地降低。于接合工艺后于中间区的晶片10*突出情形的原因有很多种。其中原因的一可能由于位于上部主体211及下部主体221的边缘区的上部加热线圈215与下部加热线圈225 所造成。依据一实施例，此些加热线圈可能造成上部薄板212与下部薄板222的表面的非均勻膨胀，于其边缘表面膨胀的较多，如图2D所示。上部薄板212与下部薄板222的突出边缘表面较大力地(或较强地)挤压晶片10*与载具12*边缘使得邻近晶片10*与载具12* 的边缘(或边缘区)的粘着层13*为较薄的。因此，如图2B所示，晶片10*的中间部向外突出，而粘着层13的中间部变的较厚。造成连结工艺后晶片表面的不平整的另一可能原因为施加于上部薄板212的不平衡外力(in-balanced force) 0图2E显示了依据本发明的一实施例的施加于上部构件 210的外力沈0。可能因为顶部薄板213的设计及用于施加外力260于上部薄板212的机制，于接近晶片10*的边缘区的外力为较强的，因而使得边缘区的夹层结构变的更薄。为了改善于薄化工艺之后的晶片10*的总厚度差异，需改善由晶片107粘着层 137载具12*所组成的夹层结构的平坦度。于部分实施例中，上部薄板212的表面面向下部薄板222且上述表面经过预先塑型(或预先研磨)使其于边缘区为较薄的。于一实施例中，薄化量以及经薄化的区域与后续接合晶片的中间区的较厚量有关，如图2B内的夹层膜层情形。上部薄板212的周边区的较薄轮廓补偿了具有较薄周边区的接合夹层结构的影响。图3A显示了依据本发明的一实施例的一接合装置的一部201，其相似于接合装置 200。接合装置的一部201包括上部薄板212*的一最终上部表面232以及一下部薄板222 的一最终下部表面M2，于上述表面的中央区为较厚的以及于边缘区为较薄的。此些表面 232与对2皆为平滑的。上部薄板212*的中间区的厚度Hu大于边缘区的厚度&。同样地， 于下部薄板222*的中间区的厚度^大于周边区的厚度&。上部薄板212*与下部薄板222* 于周边区为较薄，以降低施加于由晶片107粘着层137载具12*所组成的夹层结构的周边区内的外力。于一实施例中，当上部薄板212*与下部薄板222*经过加热后，上部薄板212*及下部薄板222*的较薄周边区可补偿热膨胀周边区，如此使得当装置加热至如介于200-22(TC 的操作温度时其表面232与242为平坦的。于此实施例中，如图3A所示，接合装置200的一部201处于室温下。图:3B显示了依据本发明的一实施例的装置的一部201*于加热至操作温度(借由线圈215与225)。图;3B显示了经过加热后，表面232与表面242成为了平坦表面232*与242*。于另一实施例中，上部薄板212*与下部薄板222*的较薄周边区补偿了由顶部薄板 213施加于周边区的较高外力沈0，进而于横跨接合的夹层结构(未显示)上释放出约为相同的压力270。图3C显示了依据本发明的一实施例的横跨于上述夹层膜层的压力270约为相同的情形。于晶片薄化(例如借由研磨)后，上部薄板212*与下部薄板222*的周边区的薄化降低了由晶片/粘着层/载具所组成的夹层结构的晶片的总厚度变化。于一实施例中，仅上部薄板212*或下部薄板222*的周边区经过薄化。然而，当接合及或薄化后晶片的均勻度(或平坦度)具有其他图案时(非前述实施例所述的中间较厚情形)，上部薄板212* 和/或下部薄板222*经重新铺设(或预先表面处理)成其他图案以补偿图案的非均勻情形并改善平坦度。图3D显示了依据本发明的一实施例的相似于接合装置200的一接合装置的一部 201”。图3D显示了插入于支撑结构223与下部主体221间的一垫片(或一垫圈)280。垫片280设置于中间部以增加下部薄板222的中间部的高度。于一实施例中，垫片观0的高度与如图2B所示的由晶片107粘着层137载具12*所组成的夹层结构的较厚中央部的额外厚度”T”有关，其后续移除如图2C所示。于一实施例中，垫片观0的厚度介于10-20微米。于另一实施例中，垫片观0的厚度约介于5-15微米。于又一实施例中，垫片观0的直径约为较厚中间部的直径的2/3。于一实施例中，垫片观0的直径约介于10-25微米。于另一实施例中，垫片观0的直径约介于15-25微米。表一显示了依据本发明的一实施例的于下部主体221与支撑结构223间使用或不使用约为15微米厚且具有约介于20cm的直径的垫片的试样I与试样II等两试样的总厚度变化的数据。试样1-4为具有晶片/粘着层/载具所组成的夹层结构。表一内所描述的总厚度为夹层结构的总厚度。
权利要求
1.一种基板接合系统，包括 上部构件，其中该上部构件包括 上部本体，具有多个上部加热元件；以及上部薄板；以及下部构件，其中该下部构件包括下部薄板，面对该上部薄板，其中该下部薄板于接合工艺中支撑基板； 下部本体，具有多个下部加热元件；以及用于该下部本体的支撑结构，其中于该支撑结构与该下部薄板之间设置有至少一垫片，以于该基板结合于载具后改善该基板的表面平坦度。
2.如权利要求1所述的基板接合系统，其中该垫片位于该基板下方的中心区，该垫片的最厚部具有介于约10-20微米的厚度，而该垫片具有介于约10-25厘米的直径。
3.一种基板接合系统，包括 上部构件，其中该上部构件包括 上部主体，具有多个上部加热元件；以及上部薄板；以及下部构件，其中该下部构件包括下部薄板，面对该上部薄板，其中于接合工艺中将欲接合的基板置于该下部薄板之上；下部主体，具有多个加热元件； 支撑结构，用于该下部主体；以及多个高度调节器，位于该支撑结构之下，其中所述多个调节器的高度为可调节的，以于基板结合于载具后用以改善该基板的表面平坦度。
4.如权利要求3所述的基板接合系统，其中所述多个高度调节器分别包括了上部螺栓、下部螺栓以及连接该上部螺栓与该下部螺栓的螺帽，且其中该上部螺栓与该下部螺栓为可调整的，借以改变该高度调节器的高度。
5.如权利要求3所述的基板接合系统，其中所述多个高度调节器依照位于该支撑结构下的数个对称列而设置，而所述多个高度调节器的高度依据所述多个高度调节器的所在区域而调整。
6.一种基板接合系统，包括 上部构件，其中该上部构件包括上部主体，具有多个上部加热元件，其中所述多个上部加热元件包括横跨于该上部主体的直径而分布的多个线圈； 上部薄板； 以及下部构件，其中该下部构件包括下部平板，面向该上部平板，其中于接合工艺中将欲接合的基板设置于该下部薄板之上；以及下部主体，具有多个下部加热元件，其中所述多个下部加热元件包括横跨该下部主体的直径而分布的多个线圈，其中分别地控制所述多个上部加热元件与所述多个下部加热元件的所述多个线圈，以于基板接合于载具后改善该基板的表面平坦度。
7.如权利要求6所述的基板接合系统，其中所述多个上部加热构件以及所述多个下部加热构件依照所述多个区域而分隔成数个控制区域。
8.一种基板接合系统，包括上部构件，其中该上部构件包括上部主体，具有多个上部加热元件；以及上部薄板；以及下部构件，其中该下部构件包括下部薄板，面向该上部薄板，其中于接合工艺中将欲接合的基板设置于该下部薄板之上，且其中面向该基板的该上部薄板与该下部平板的表面经过塑型，以于基板接合于载具后改善该基板的表面平坦度；以及下部主体，具有多个加热元件，其中所述多个下部元件与所述多个上部加热元件用于维持工艺温度之用。
9.如权利要求8所述的基板接合系统，其中该上部基板与该下部基板于边缘区为薄的，以及于中间区为厚的。
10.如权利要求8所述的基板接合系统，其中该上部薄板的表面凹面向下，而该下部薄板的表面为凸面向上。
11.一种接合系统设计的修改方法，以改善接合基板的平坦度，包括接合晶片与位于接合系统内的载具；测量经接合的该晶片的厚度轮廓；以及于接合操作时修改该接合系统内的上部薄板与下部薄板的表面轮廓，以改善经连结的该晶片的平坦度。
12.如权利要求11所述的接合系统设计的修改方法，其中该上部薄板与该下部薄板面向晶片的表面经过重新塑型以补偿经连结的该晶片的不平坦程度。
13.如权利要求11所述的接合系统设计的修改方法，其中于该连结系统之下设置有多个高度调节器，以调节设置且面向该晶片的该下部薄板的表面轮廓。
14.如权利要求11所述的接合系统设计的修改方法，其中该接合系统的所述多个加热元件经过重新设计以包括位于上部构件内的多个上部加热元件以及位于下部构件内的多个下部加热元件，且其中所述多个上部加热元件与所述多个下部加热元件依照区域方式而控制。
15.如权利要求11所述的接合系统设计的修改方法，其中于下部主体下方的中间区内设置有垫片，以增加于该中间区的该下部薄板的该高度。
全文摘要
本发明提供了接合晶片至具有面向基板或载具的薄板的表面轮廓为可就由借由重新塑形、高度调整器、增加垫片、或借由区域温度控制而得到修改的基板接合系统及接合系统设计的修改方法。该基板接合系统包括上部构件，其中该上部构件包括上部本体和上部薄板；以及下部构件，其中该下部构件包括下部薄板、下部本体和用于该下部本体的一支撑结构。如此薄板的经修改的表面轮廓补偿了可能造成经接合的基板的不平坦度的影响。
文档编号H01L21/02GK102347209SQ20111003033
公开日2012年2月8日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年7月27日
发明者吴文进, 林俊成, 林俞良 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司
技术领域：
本发明涉及半导体芯片的封装，尤其涉及半导体基板的接合。
背景技术：
由于制造技术以及多种电子元件(即晶体管、二极管、电阻、电容等)的整合密度的持续改善，半导体工业已经历了持续地快速成长。整合密度的改善则主要来自于最小特征尺寸的持续降低，如此使得可于一特定区域内整合更多元件。因而发展出了如三维整合电路(3D IC)及贯穿硅介层物(TSVs)等技术，以随着元件数量的增加而解决元件间的内连物的数量与长度的限制。如此的需求造成了更薄的半导体芯片的需求。为了满足更薄半导体芯片的需求，半导体工业已应用了晶片背侧薄化(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侧完成所需电路图案及或贯穿硅介层物的制造后自晶片的后侧移除材料所达成。因此便因应而生了下文中的揭示情形。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了接合晶片至具有较佳平坦度的载具装置与方法，以满足基板封装与元件整合的需求。面向基板或载具的薄板的表面轮廓借由重新塑形、高度调整器、增加垫片、或借由区域温度控制而得到修改。此薄板的经过修改的表面轮廓则补偿了由未经非修正的接合系统所造成的接合基板的不平坦度。于一实施例中，本发明提供了一种基板接合系统，包括一上部构件，其中该上部构件包括一上部本体，具有多个上部加热元件；以及一上部薄板。此基板接合系统也包括一下部构件，其中该下部构件包括一下部薄板，面对该上部薄板，其中该下部薄板于一接合工艺中支撑一基板。此下部构件也包括一下部本体，具有多个下部加热元件；以及用于该下部本体的一支撑结构。于该支撑结构与该下部薄板的间设置有至少一垫片，以于该基板结合于一载具后改善该基板的一表面平坦度。于另一实施例中，本发明提供了一种基板接合系统。上述基板接合系统包括了一上部构件，其中该上部构件包括一上部主体，具有多个上部加热元件；以及一上部薄板。上述基板接合系统也包括了一下部构件，其中该下部构件包括一下部薄板，面对该上部薄板。 于一接合工艺中将欲接合的一基板置于该下部薄板之上。上述下部构件也包括一下部主体，具有多个加热元件；一支撑结构，用于该下部主体；以及多个高度调节器，位于该支撑结构之下。所述多个调节器的高度为可调节的，以于一基板结合于一载具后用以改善该基板的一表面平坦度。于另一实施例中，本发明提供了一种基板接合系统。上述基板接合系统包括一上部构件，而该上部构件包括一上部主体，具有多个上部加热元件。所述多个上部加热元件包括横跨于该上部主体的直径而分布的多个线圈。上部构件也包括了一上部薄板。上述基板接合系统一包括了一下部构件，而该下部构件包括一下部平板，面向该上部平板。于一接合工艺中将欲接合的一基板设置于该下部薄板之上。上述下部构件也包括一下部主体，具有多个下部加热元件，而所述多个下部加热元件包括横跨该下部主体的直径而分布的多个线圈。所述多个上部加热元件与所述多个下部加热元件的所述多个线圈分别地经过控制，以
于一基板接合于一载具后改善该基板的一表面平坦度。于另一实施例中，本发明提供了一种基板接合系统。上述基板接合系统包括一上部构件，而该上部构件一上部主体，具有多个上部加热元件以及一上部薄板。上述基板接合系统还包括一下部构件，而该下部构件包括一下部薄板，面向该上部薄板。于一接合工艺中将欲接合的一基板设置于该下部薄板之上，且其中面向该基板的该上部薄板与该下部平板的表面经过塑型，以于一基板接合于一载具后改善该基板的一表面平坦度。上述下部构件还包括一下部主体，具有多个加热元件，其中所述多个下部元件与所述多个上部加热元件用于维持工艺温度之用。于另一实施例中，本发明提供了一种接合系统设计的修改方法，以改善接合基板的平坦度，包括接合一晶片与位于一接合系统内的一载具；测量经接合的该晶片的厚度轮廓；以及于接合操作时修改该接合系统内的一上部薄板与一下部薄板的表面轮廓，以改善经连结的该晶片的平坦度。本发明提供的基板接合系统的薄板的经过修改的表面轮廓则补偿了由未经非修正的接合系统所造成的接合基板的不平坦度。为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下
图IA-图IC显示了依据本发明的一实施例的具有贯穿硅介层物的一晶片于经历接合至载具、薄化以及接合至裸片的剖面情形；图ID显示了依据本发明的一实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；图2A显示了依据本发明的一实施例的一接合系统；图2B显示了依据本发明的一实施例的接合至一载具的一晶片；图2C显示了依据本发明的一实施例的如图2B所示的晶片于经过薄化与自载具处移除后的情形；图2D显示了依据本发明的一实施例的上部薄板与下部薄板的经膨胀的边缘部；图2E显示了依据本发明的一实施例的施加于上部构件的一非均勻力；图3A显示了依据本发明的一实施例的具有上部平板与下部平板的表面经过重新塑形的一接合装置的一部；图:3B显示了依据本发明的一实施例的如图3A所示的接合装置的该部于操作温度下的情形；图3C显示了依据本发明的一实施例的施加于一连结系统的一上部薄板的一非平均力；图3D显示了依据本发明的一实施例的塞入于下部主体内以改变下部薄板的轮廓的一垫片；图3E显示了依据本发明的一实施例的连结于没有使用垫片的系统以及使用垫片
5的系统的一晶片于横跨该晶片的厚度变化数据；图3F(I)与图3F(II)显示了依据本发明的一实施例的垫片设计；图3G显示了依据本发明的一实施例的具有高度调整器的一接合系统；图3H显示了依据本发明的一实施例的一高度调整器；图31 (A)-(C)显示了依据本发明的多个实施例的高度调整器的不同社置情形的底视图；图3J显示了依据本发明的一实施例的一连结系统；图I显示了依据本发明的一实施例的一上部薄板内的加热元件的上视图；图3L显示了依据本发明的一实施例的位于一上部薄板内的加热元件的上视图；图4显示了依据本发明的一实施例的用于修改一接合系统的一流程图。其中，附图标记说明如下10、10*、10# 晶片；10” 薄化的晶片；11 半导体基板；11， 薄化的半导体基板；Ila 前侧表面；lib 后侧表面；lib’ 薄化的半导体基板的表面；12、12* 载具；13、13* 粘着层；20 裸片；40 贯穿硅介层物；40a 贯穿硅介层物的末端；40c、40d 贯穿硅介层物、42 焊盘；43 结构；44 导电结构；45、46 介电层；200 接合装置；201、201*、201” 接合装置的一部；210 上部构件；211 上部主体；212,212* 上部薄板；213、213* 顶部薄板；214 手柄；215 上部加热线圈；220 下部构件；221、221* 下部主体；222 下部薄板；
223 支撑结构；225 下部加热线圈；215A、21\、215C、21%、225A、22\、225C、22% 线圈；232 最终上部表面；242 最终下部表面；232*、242* 平坦表面；250 薄化工艺的终点；260 外力；270 压力；280,280*,280' 垫片；285 曲面；300 接合装置；310、320 曲线；331、331a 高度调节器；332 上部螺栓；332l 下部螺栓；333 螺母；3；35、336 曲线；350 接合系统；351 控制器；400 工艺流程；401、402、403 操作；D 厚度；T 中间区厚于边缘区的一量值； 上部薄板的中间区的厚度；Hu 上部薄板的边缘区的厚度；& 下部薄板的中间区的厚度；凡 下部薄板的边缘区的厚度；I、II、III、IV、V 区域;M、N、0、P、Q、R 加热元件。
具体实施例方式可以理解的是于下文中提供了许多不同的实施例或范例借以解说本发明的不同特征。于下文中描述了构件与设置情形的特定范例。而此些范例仅作为范例之用而非用于限定本发明。此外，于下文的不同范例中中可能重复使用相同标号和/或名称。如此的重复情形的用于简化与清楚的目的，而非用于限定多个实施例和/或所讨论的形态间的关系。如图IA所示，显示了包括具有一前侧表面Ila与一后侧表面lib的一半导体基板 11的一晶片10，其中集成电路(未显示)与如结构43的内连结构形成于前侧表面Ila之上。数个贯穿硅介层物(TSV) 40则穿透了至少半导体基板11的一部。于一实施例中，此些贯穿硅介层物40为自前侧表面Ila朝向后侧表面lib延伸且具有一既定深度的经金属填入插拴。于部分实施例中，此些贯穿硅介层物40电性连结于形成于内连结构上的焊盘(bond pads)420焊盘42的间由一介电层45而相分隔。于一实施例中，贯穿硅介层物40的制作早于第一层内连物(first-level interconnection)的制作之前，而第一层内连物为最底层金属层，例如为结构43的金属层，其于覆盖了接触结构以及如晶体管(未显示)的电子装置的一最底层的金属内连介电层内形成图案化。于其他实施例中，金属填入介层物工艺施行晚于内连结构的制作。于其他实施例中，金属填入介层物工艺可晚于内连结构的制作后实施。于一实施例中，可于焊盘42的上形成凸块(bump，未显示)。此些凸块使得基板11 可更设置于用于三维集成电路(或称3D IC)的其他基板或其他半导体芯片上。依据一实施例，晶片10可借由一粘着层13而贴附于一载具12以利于一晶片(或基板)薄化工艺的施行。载具12提供对于晶片10的支撑且可握持基板(或晶片)于其定位。载具(或假基板)12可由多种的固体材料所制成。于一实施例中，载具12由玻璃所制成。于一实施例中，粘着层13由液体胶(liquid glue)所制成，其可填入开口以及晶片10 与载具12间的空间。上述液态胶可于加热后硬化。于一实施例中，此液态胶包括环氧树脂 (epoxy)。于附着于载具12的后，接着薄化后侧表面lib至期望的最终厚度”D”，如图IB所示。此薄化工艺可借由如蚀刻和/或研磨等工艺所达成。于薄化工艺结束后，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可视半导体封装物的目的而定。于至少一实施例中，晶片10薄化至介于约5-50微米的范围的一厚度D。于另一实施例中，晶片10 薄化至介于约25-100微米的一厚度D。于如图IB所示的示范实施例中，于晶片薄化工艺的后，贯穿硅介层物40的末端40a为露出且凸出于薄化的半导体基板11’的后侧表面lib’。图IC显示了依据本发明的一实施例的数个裸片(dies) 20接合于经薄化晶片10” 所形成了一裸片-晶片堆迭物(die-to-wafer stack)。于薄化的半导体基板11’的表面 lib’的上形成包括了导电连结物和/或另外结构(称之为导电结构44)之后侧金属化物。 接着接合裸片20于薄化的半导体基板11’之上，其中接合方法可包括如氧化物与氧化物的接合方法、氧化物与硅的接合方法、铜与铜接合、粘着物接合或相似方法的常用方法。裸片 20可包括记忆体芯片、射频芯片、逻辑芯片或其他芯片。裸片20分别具有一第一表面与一第二表面，而集成电路形成于第一表面之上。于一实施例中，裸片20的前侧表面接合于经薄化基板11”(或经薄化晶片10”)。于其他实施例中，裸片20的第二表面接合于薄化基板 11”(或薄化基板10”)。于如图IC所示的实施例中，如焊锡凸块或铜凸块、的导电结构44形成于贯穿硅介层物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。于一实施例中，裸片 20与薄化的半导体基板11’间的空间以及导电结构44间的空间为介电层46所填入。导电结构44也可包括可早于焊锡凸块与铜凸块形成之前形成于薄化的晶片10”的表面lib’之上重分布层(redistribution layers)与焊盘。此外，于凸块与输出/输入(1/0)焊盘之间可形成有凸块底金属层(UBM，未显示)。图IC显示了两个裸片20皆适当地接合于导电结构44的情形。然而，当晶片10于经历薄化工艺之前为非平坦时，晶片10的突出表面lib可较表面lib的其他部分更经过薄化。基板11的不平整量的移除将导致如贯穿硅介层物40c的部分贯穿硅介层物40较如贯
8穿硅介层物40d的其他贯穿硅介层物来的短，如图ID内依据本发明的一实施例所示情形。 贯穿硅介层物的高度差异，如较短的贯穿硅介层物40c与较长的贯穿硅介层物40d间的差异，将导致了较短的贯穿硅介层物(如贯穿硅介层物40c)无法连接(或接合)于裸片20 以及用于较高的贯穿硅介层物(如贯穿硅介层物40d)的导电结构44经挤压而薄化。用于较高贯穿硅介层物(如贯穿硅介层物40d)的经挤压的导电结构44将延伸至邻近结构(未显示)而导致了短路(也称之为桥接现象)。未接合连结与短路(或桥接)等现象会降低良率和/或可靠度。晶片10与载具12间的不当接合将于薄化(或研磨)之前形成了不平坦的晶片表面。图2A显示了依据本发明的一实施例之用于接合一晶片10*至载具12*的一接合装置 200。晶片10*相似如图IA-图ID内所示的晶片10，而载具12*则相似于载具12。装置200 具有一上部构件210与一下部构件220，依据本发明一实施例。上部构件210包括了一上部主体211，其具有用于增加上部构件210温度的数个上部加热线圈(或上部加热元件)215。 此些上部加热线圈215连结于一控制器(未显示)。此上部构件210也包括了一上部薄板 212，其接触于如载具12*或晶片10*的接合材料。于一实施例中，上部主体211与上部薄板 212连结而成为一片。于一实施例中，上部薄板211由介电材料所形成。于一实施例中，上述介电材料为陶瓷(Al2O3)15此外，于一实施例中，上部主体211由介电材料所形成。于一实施例中，介电材料可由陶瓷所制成。上部构件还包括顶部薄板213与一手柄(shaft) 214。于一实施例中，手柄214用于移动上部构件向上或向下。可借由手柄214以施加一向下力量至上部构件210的顶部薄板213而此向下力量可转移至上部薄板212处，借以相互挤压接合材料(即由晶片107粘着层137载具12*所组成的夹层结构)。于一实施例中，装置200也包括了一下部构件220。下部构件220包括一下部主体 221，其也具有用于增加下部主体220温度的数个下部加热线圈(或下部加热元件)225。下部加热线圈225连结于一控制器(未显示)，于一实施例中其可为用于上部加热线圈215的相同控制器。于一实施例中，下部加热线圈225以及上部加热线圈215由不同控制器(未显示)所控制。下部构件220也包括一下部薄板222，其面向上部薄板212并接触于接合材料(即由晶片107粘着层137载具12*所组成的夹层结构)。于一实施例中，下部主体 221与下部薄板222结合成为一片。于部分实施例中，下部薄板222由介电材料所形成。用于下部薄板222的介电材料的范例可包括陶瓷(Al2O3)、碳化硅、不锈钢等，但并以其加以限制。用于下部薄板222的介电材料需要于环境中为稳定的且可维持其形态。于一实施例中， 下部主体221由陶瓷所形成。于一实施例中，下部构件220还包括了一支撑结构223，其支撑了下部主体221与下部薄板222。为了接合晶片10*与载具12*，首先于晶片10*的一表面上使用(或设置)一粘着层13*。于部分实施例中，粘着层13*包括了热塑性环氧树脂的单体，其于加热时为液态形态而于冷却后转变成固态。粘着层13*也可包括如填充料、交联剂、抗氧化剂等的其他元素。 当于接合系统中加热粘着层13*至工艺温度时，上述单体将转变成为热塑性聚合物。于一实施例中，晶片10*首先设置于下部薄板222之上。接着可设置载具12*于具有粘着层13*夹置于其间的晶片10之上。于一实施例中，粘着层13*具有介于100-150微米的一厚度。透过手柄214以施加一向下力量至上部构件210，并接着夹置载具12*、粘着层13*与晶片10*。于一实施例中，载具12*、粘着层13*与晶片10*加热至介于约220-220°C的一温度以使得粘着层13*填入于载具12*与晶片10*间的空间。于一实施例中，上述加热工艺也可驱出于粘着层13内的水气。于一实施例中，此接合工艺持续约1-5分钟。图2B显示了依据本发明的一实施例的连结于载具12*的晶片10*。图2B中显示了晶片10*的中间部高于晶片的其他部。于一实施例中，厚度测量则显示了其总厚度变化 (total thickness variation，TTV)可为约20微米或更多。总厚度变化是借由测量最大厚度与最小厚度的差异所得到。图2B显示了非一致的粘着层13*厚度，其具有中间区厚于边缘区的实施情形。中间区约厚于边缘区一量值”T”。于一实施例中，基板的总厚度变化借由如轮廓计、原子力显微镜或一膜层厚度测量工具所得到，厚度差异测量工具的范例为由德国的ISIS SENTR0NICS公司所产制的MarDex。MarDex可测量于一复合膜层(包括夹层膜层)内的各别膜层的厚度。图2B也显示了一虚线250，其代表了依据本发明的一实施例的薄化工艺的一终点。于薄化工艺之后，晶片10*成为晶片10#并与载具12分离。图2C显示了依据本发明的一实施例的晶片10#自载具12*与粘着层13*处脱附后的情形。图2C显示了晶片10#的中间薄于晶片10#的边缘区约一量值”T”(即图2B内所显示的厚度差)。于中间区的贯穿硅介层物可能如图ID内的贯穿硅介层物40c般的相似方式而为过于圆形化(或经过过度研磨)。起因于不平整表面及其不均勻程度，于中间部的贯穿硅介层物可能无法按照如图ID 所示的贯穿硅介层物40c的相似方式接合连结于芯片20的芯片。于边缘区的贯穿硅介层物也可造成于晶片10*周边区的桥接情形。需要大体降低晶片10*的总厚度变化以避免上述情形的发生。于一实施例中，于薄化工艺后晶片的总厚度变化约少于5微米。于其他实施例中，于薄化工艺后的晶片的总厚度变化约少于2微米。于又一实施例中，于薄化工艺后的晶片的总厚度变化约少于1微米。许多应用需要基板的薄化。上述应用包括了如基板封装、贯穿硅介层物、微机电系统、3D IC与其他薄晶片握持应用等，但并不以上述应用加以限制。总厚度差异的需求需视相关应用与工艺技术而定。然而，随着先进技术中的元件密度的增加，于晶片薄化后的总厚度差异的需求则持续地降低。于接合工艺后于中间区的晶片10*突出情形的原因有很多种。其中原因的一可能由于位于上部主体211及下部主体221的边缘区的上部加热线圈215与下部加热线圈225 所造成。依据一实施例，此些加热线圈可能造成上部薄板212与下部薄板222的表面的非均勻膨胀，于其边缘表面膨胀的较多，如图2D所示。上部薄板212与下部薄板222的突出边缘表面较大力地(或较强地)挤压晶片10*与载具12*边缘使得邻近晶片10*与载具12* 的边缘(或边缘区)的粘着层13*为较薄的。因此，如图2B所示，晶片10*的中间部向外突出，而粘着层13的中间部变的较厚。造成连结工艺后晶片表面的不平整的另一可能原因为施加于上部薄板212的不平衡外力(in-balanced force) 0图2E显示了依据本发明的一实施例的施加于上部构件 210的外力沈0。可能因为顶部薄板213的设计及用于施加外力260于上部薄板212的机制，于接近晶片10*的边缘区的外力为较强的，因而使得边缘区的夹层结构变的更薄。为了改善于薄化工艺之后的晶片10*的总厚度差异，需改善由晶片107粘着层 137载具12*所组成的夹层结构的平坦度。于部分实施例中，上部薄板212的表面面向下部薄板222且上述表面经过预先塑型(或预先研磨)使其于边缘区为较薄的。于一实施例中，薄化量以及经薄化的区域与后续接合晶片的中间区的较厚量有关，如图2B内的夹层膜层情形。上部薄板212的周边区的较薄轮廓补偿了具有较薄周边区的接合夹层结构的影响。图3A显示了依据本发明的一实施例的一接合装置的一部201，其相似于接合装置 200。接合装置的一部201包括上部薄板212*的一最终上部表面232以及一下部薄板222 的一最终下部表面M2，于上述表面的中央区为较厚的以及于边缘区为较薄的。此些表面 232与对2皆为平滑的。上部薄板212*的中间区的厚度Hu大于边缘区的厚度&。同样地， 于下部薄板222*的中间区的厚度^大于周边区的厚度&。上部薄板212*与下部薄板222* 于周边区为较薄，以降低施加于由晶片107粘着层137载具12*所组成的夹层结构的周边区内的外力。于一实施例中，当上部薄板212*与下部薄板222*经过加热后，上部薄板212*及下部薄板222*的较薄周边区可补偿热膨胀周边区，如此使得当装置加热至如介于200-22(TC 的操作温度时其表面232与242为平坦的。于此实施例中，如图3A所示，接合装置200的一部201处于室温下。图:3B显示了依据本发明的一实施例的装置的一部201*于加热至操作温度(借由线圈215与225)。图;3B显示了经过加热后，表面232与表面242成为了平坦表面232*与242*。于另一实施例中，上部薄板212*与下部薄板222*的较薄周边区补偿了由顶部薄板 213施加于周边区的较高外力沈0，进而于横跨接合的夹层结构(未显示)上释放出约为相同的压力270。图3C显示了依据本发明的一实施例的横跨于上述夹层膜层的压力270约为相同的情形。于晶片薄化(例如借由研磨)后，上部薄板212*与下部薄板222*的周边区的薄化降低了由晶片/粘着层/载具所组成的夹层结构的晶片的总厚度变化。于一实施例中，仅上部薄板212*或下部薄板222*的周边区经过薄化。然而，当接合及或薄化后晶片的均勻度(或平坦度)具有其他图案时(非前述实施例所述的中间较厚情形)，上部薄板212* 和/或下部薄板222*经重新铺设(或预先表面处理)成其他图案以补偿图案的非均勻情形并改善平坦度。图3D显示了依据本发明的一实施例的相似于接合装置200的一接合装置的一部 201”。图3D显示了插入于支撑结构223与下部主体221间的一垫片(或一垫圈)280。垫片280设置于中间部以增加下部薄板222的中间部的高度。于一实施例中，垫片观0的高度与如图2B所示的由晶片107粘着层137载具12*所组成的夹层结构的较厚中央部的额外厚度”T”有关，其后续移除如图2C所示。于一实施例中，垫片观0的厚度介于10-20微米。于另一实施例中，垫片观0的厚度约介于5-15微米。于又一实施例中，垫片观0的直径约为较厚中间部的直径的2/3。于一实施例中，垫片观0的直径约介于10-25微米。于另一实施例中，垫片观0的直径约介于15-25微米。表一显示了依据本发明的一实施例的于下部主体221与支撑结构223间使用或不使用约为15微米厚且具有约介于20cm的直径的垫片的试样I与试样II等两试样的总厚度变化的数据。试样1-4为具有晶片/粘着层/载具所组成的夹层结构。表一内所描述的总厚度为夹层结构的总厚度。
权利要求
1.一种基板接合系统，包括 上部构件，其中该上部构件包括 上部本体，具有多个上部加热元件；以及上部薄板；以及下部构件，其中该下部构件包括下部薄板，面对该上部薄板，其中该下部薄板于接合工艺中支撑基板； 下部本体，具有多个下部加热元件；以及用于该下部本体的支撑结构，其中于该支撑结构与该下部薄板之间设置有至少一垫片，以于该基板结合于载具后改善该基板的表面平坦度。
2.如权利要求1所述的基板接合系统，其中该垫片位于该基板下方的中心区，该垫片的最厚部具有介于约10-20微米的厚度，而该垫片具有介于约10-25厘米的直径。
3.一种基板接合系统，包括 上部构件，其中该上部构件包括 上部主体，具有多个上部加热元件；以及上部薄板；以及下部构件，其中该下部构件包括下部薄板，面对该上部薄板，其中于接合工艺中将欲接合的基板置于该下部薄板之上；下部主体，具有多个加热元件； 支撑结构，用于该下部主体；以及多个高度调节器，位于该支撑结构之下，其中所述多个调节器的高度为可调节的，以于基板结合于载具后用以改善该基板的表面平坦度。
4.如权利要求3所述的基板接合系统，其中所述多个高度调节器分别包括了上部螺栓、下部螺栓以及连接该上部螺栓与该下部螺栓的螺帽，且其中该上部螺栓与该下部螺栓为可调整的，借以改变该高度调节器的高度。
5.如权利要求3所述的基板接合系统，其中所述多个高度调节器依照位于该支撑结构下的数个对称列而设置，而所述多个高度调节器的高度依据所述多个高度调节器的所在区域而调整。
6.一种基板接合系统，包括 上部构件，其中该上部构件包括上部主体，具有多个上部加热元件，其中所述多个上部加热元件包括横跨于该上部主体的直径而分布的多个线圈； 上部薄板； 以及下部构件，其中该下部构件包括下部平板，面向该上部平板，其中于接合工艺中将欲接合的基板设置于该下部薄板之上；以及下部主体，具有多个下部加热元件，其中所述多个下部加热元件包括横跨该下部主体的直径而分布的多个线圈，其中分别地控制所述多个上部加热元件与所述多个下部加热元件的所述多个线圈，以于基板接合于载具后改善该基板的表面平坦度。
7.如权利要求6所述的基板接合系统，其中所述多个上部加热构件以及所述多个下部加热构件依照所述多个区域而分隔成数个控制区域。
8.一种基板接合系统，包括上部构件，其中该上部构件包括上部主体，具有多个上部加热元件；以及上部薄板；以及下部构件，其中该下部构件包括下部薄板，面向该上部薄板，其中于接合工艺中将欲接合的基板设置于该下部薄板之上，且其中面向该基板的该上部薄板与该下部平板的表面经过塑型，以于基板接合于载具后改善该基板的表面平坦度；以及下部主体，具有多个加热元件，其中所述多个下部元件与所述多个上部加热元件用于维持工艺温度之用。
9.如权利要求8所述的基板接合系统，其中该上部基板与该下部基板于边缘区为薄的，以及于中间区为厚的。
10.如权利要求8所述的基板接合系统，其中该上部薄板的表面凹面向下，而该下部薄板的表面为凸面向上。
11.一种接合系统设计的修改方法，以改善接合基板的平坦度，包括接合晶片与位于接合系统内的载具；测量经接合的该晶片的厚度轮廓；以及于接合操作时修改该接合系统内的上部薄板与下部薄板的表面轮廓，以改善经连结的该晶片的平坦度。
12.如权利要求11所述的接合系统设计的修改方法，其中该上部薄板与该下部薄板面向晶片的表面经过重新塑型以补偿经连结的该晶片的不平坦程度。
13.如权利要求11所述的接合系统设计的修改方法，其中于该连结系统之下设置有多个高度调节器，以调节设置且面向该晶片的该下部薄板的表面轮廓。
14.如权利要求11所述的接合系统设计的修改方法，其中该接合系统的所述多个加热元件经过重新设计以包括位于上部构件内的多个上部加热元件以及位于下部构件内的多个下部加热元件，且其中所述多个上部加热元件与所述多个下部加热元件依照区域方式而控制。
15.如权利要求11所述的接合系统设计的修改方法，其中于下部主体下方的中间区内设置有垫片，以增加于该中间区的该下部薄板的该高度。
全文摘要
本发明提供了接合晶片至具有面向基板或载具的薄板的表面轮廓为可就由借由重新塑形、高度调整器、增加垫片、或借由区域温度控制而得到修改的基板接合系统及接合系统设计的修改方法。该基板接合系统包括上部构件，其中该上部构件包括上部本体和上部薄板；以及下部构件，其中该下部构件包括下部薄板、下部本体和用于该下部本体的一支撑结构。如此薄板的经修改的表面轮廓补偿了可能造成经接合的基板的不平坦度的影响。
文档编号H01L21/02GK102347209SQ20111003033
公开日2012年2月8日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年7月27日
发明者吴文进, 林俊成, 林俞良 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司
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