辐射抛光板加热器 本发明一般涉及一种用于将半导体晶片装在抛光板上以便在抛光时固定住晶片的方法和设备。更具体地说，本发明涉及一种用于加热抛光板以软化涂在板上的粘合剂从而暂时地将晶片粘至板上的红外加热器。
在制造期间半导体晶片表面被抛光以提供非常光滑的光洁度和表面平整度。在用电子束光刻或光刻技术将电子电路印制在半导体晶片上之前半导体晶片必须抛光成非常平整和光滑。为维持可能窄至1微米或更细的印制线的分辨率，平整度十分重要。然而晶片很薄，如果它们不在整块面积上被牢固地支撑着，则在抛光操作中它们可能弯曲，或者达不到必要的表面平整度和光洁度。因此重要的是在抛光期间晶片在它们整块面积上得到支撑。
为准备晶片用于抛光，用粘合剂或蜡将它们固定于平整的抛光板上，该粘合剂或蜡将晶片坚实地粘住和牢固地支撑着。一层薄粘合剂涂层涂在抛光板的一面上，接着板和粘合剂被加热以使粘合剂干燥并软化。晶片被压向软化的粘合剂，及当粘合剂冷却时，它坚实地粘住晶片以便在抛光操作期间晶片不易被拉开或剪切掉。此外，粘合剂冷却时变硬，因而在抛光操作期间牢固地支撑着晶片及获得必需的表面平整度和光洁度。
在过去使用一种称为蒸汽壶的设备加热涂有粘合剂的抛光板。如其名称所表明，蒸汽壶是一个包含沸水的容器。为加热抛光板，将该板置于蒸汽壶顶部开口处并使该板不涂粘合剂的一面暴露在容器内的蒸汽中。蒸汽通过对流和热传导将该板加热。该板将热量自它暴露于蒸汽中的一面传导至涂有粘合剂的一面，因而使粘合剂干燥和软化。然而由于该板比蒸汽温度低，因此在暴露于蒸汽中的一面上有水凝结。虽然该板涂有粘合剂的面并不面向蒸汽壶内部，但水仍然有时与粘合剂接触。当水接触到粘合剂时，粘合剂上出现凹点，以致晶片小的局部不能充分地得到粘合和支撑。其结果是，当用蒸汽壶加热抛光板及板上有水凝结或溅上时，在进一步处理之前必须将它烘干以避免水与粘合剂接触。
大部分以前使用的粘合剂包含用作溶剂的三氯乙烯。然而由于三氯乙烯被认为可能对环境有害，因此引用了其它不含三氯乙烯的粘合剂，例如开发水基粘合剂。然而，由于这些“绿色”水基粘合剂极易被水弥散，所以当它们用蒸汽壶加热时性能并不好。当水滴接触粘合剂时将出现大空位，以致晶片不能充分地被支撑或粘住。
为尝试减少水的溅散，曾减少送至蒸汽壶地功率量，但这减少了蒸汽产量，因而增长了将板足够地加热所需时间。更长加热时间是不希望的，因这增大生产时间和成本。为加速生产，可使用较软粘合剂从而不必将板加热至如此高温度。因此可用较低功率设定值和较短加热时间。然而较软粘合剂的粘性较大，在抛光后不容易取下，从而基本上抵消了使用较软粘合剂所获得的产量。
可注意到本发明数个目的：提供一种能加热抛光板以快速地和低费用地使粘合剂干燥和软化的方法和设备；提供一种能使用水基粘合剂而不损害半导体平整度或表面光洁度的方法和设备；以及提供这样一种方法和设备，其中抛光板、半导体晶片和粘合剂不与水接触。
本发明的方法用于将半导体晶片装于抛光板上以便在抛光期间将半导体晶片固定住。该方法一般包括以下步骤：提供一块具有用于安装半导体晶片的表面的抛光板，用粘合剂涂覆抛光板表面，向抛光板和粘合剂施加辐射热以软化粘合剂，以及将半导体晶片放至软化的粘合剂上。向抛光板和粘合剂施加辐射热的步骤是由一个辐射加热器在干燥环境中完成的。
在另一方面，本发明是用于完成前面描述的向抛光板和粘合剂施加辐射热以软化粘合剂的步骤的一种设备。该设备一般包括一个设计用于接纳和支托抛光板的抛光板支托架及一个用于将辐射热射向由抛光板支托架接纳和支托的抛光板以加热抛光板的辐射加热器。
在本发明又一个方面，一个半导体安装系统包括一个粘合剂施加器、一个辐射加热器、一个安装设备和一个控制器。粘合剂施加器将可释放的粘合剂施加于抛光板的表面。辐射加热器将辐射热能射向涂有粘合剂的抛光板以加热抛光板和粘合剂。安装设备将半导体晶片的一面装至抛光板表面上。控制器控制粘合剂施加器，辐射加热器和安装设备的操作。
本发明的其它目的和特征将由下面的描述而变得明显。
图1是本发明的辐射抛光板加热器的前面和右侧透视图；
图2是抛光板加热器的前面立视图，其屏面已移去以显示内部结构；
图3是图2抛光板加热器的右侧立视图；
图4是在图1的线4-4平面内所取冷却水管的片断、原理剖面图；
图5是上部冷却水管的原理顶视图；
图6是下部冷却水管的原理顶视图；
图7是邻近红外加热器右侧的冷却水管的右侧立视原理图；
图8是本发明的红外加热器的片断底视图；
图9是红外加热器的片断前面立视图；
图10是红外加热器的片断右侧立视图；
图11是本发明第二最佳实施例的抛光板加热器的前面立视图；以及
图12是显示本发明的半导体安装系统的框图。
在图纸的不同视图中相应的部件由相应的参考字符标示。
现参照附图，首先具体地参照图1，用于加热抛光板的第一最佳实施例设备完整地以参考数字20标示。设备20由一个具有直立部件22a和横放部件22b的框架22所支撑。该框架支撑着前屏24a、后屏24b、侧屏24c、顶屏24d和一扇滑门26，该滑门可开启以插入抛光板B和自设备中取走抛光板B。控制屏28上安装着用于监测和控制设备操作的仪表。设备20包括一个标以30(图6)的抛光板支托架，和一个标以32(图2和3)的红外加热器。支托架30和加热器32置于台面34下面，该台面34具有一个开口36，其大小用于接纳抛光板B。如下面将详细地解释的，第一实施例的支托架30由伸入台面34下开口36处的冷却水管凸角所组成。
图2和3所显示的设备的屏面24a-24d，滑门26和控制屏28都已自框架22移走以使加热器32等内部部件能被看到。参照图8-10可更清楚地看到红外加热器32的内部结构。该加热器包括一个外壳40，后者容纳三个并排的标以42的红外灯单元。每个灯单元42包括一个主体44和四个绝缘体46，后者将主体隔离于外壳40底部之上以在电气上将灯单元与外壳绝缘。邻近于每个主体44的两端放置着五个中空支柱50，用于在主体表面上形成的反射槽54(图9)邻近处支撑管状红外发射器或灯52。
灯单元42如此放置以使灯52在外壳40之内支托架30之下自前向后伸展。中间灯单元42的支柱50之上安装着五个灯52，但在其它单元上只装三个灯。由于离支托架太远的灯不能有效地加热支托架所支托的板B，因此支柱50上的三个灯52放的位置离支托架30最近。每个灯52所包括的引线54自灯的一端向下通过中空支柱50伸向邻近于支柱底部而安装的公共母线56。母线56连至由位于设备外部的一个可编程逻辑控制器58b(图12)控制的外部电源(未示出)。向每个灯52提供480伏电压的60安培电流以产生6千瓦功率。在大部分最佳实施例中，每个灯单元42是由Minnesota州Minneapolis的Research Inc.制造的5090-10-01型高密度红外加热部件，以及灯52是由Research Inc.制造的Q6MT3/CL/HT石英红外发射器；然而可以设想在不背离本发明范围的情况下可使用其它类型辐射加热器灯单元和灯。
每个主体44具有两个位于其下侧的螺纹端口60(图8)。如图9和10所示，每个主体44所具有的互连冷却管62由一个端口穿过主体伸展至另一端口。如图8所示，冷却水通至右单元42的后端口。通至右单元42后端口60a的冷却水经过右单元的管道62及经过该单元前端口流出并通过管道62流向中单元前端口。类似地，水流经中单元并经过后端口流出，然后通过连结中单元和左单元后端口的第二管道65。水流经左单元并经过前端口60b流出。因此，流入第一单元的水转流至第二单元并自第二单元流至第三单元。短螺纹接套66(也可参看图9)穿过外壳40自前左端口60b和右后端口60a连至冷却水回路。
空气通过外壳40底部的两个孔70(其中一个部分地显示于图8中)被抽入外壳40。空气于单元42与外壳底部之间流动并流向邻近于单元端部的中空灯支柱50。空气向上穿过支柱50流向每个单元42中心，位于每个单元中间位置的一套管道72允许空气向下通过管道72流入固定在外壳40底部的通风口(未示出)。回至图2和3，排气管74将热空气自通风口排至位于设备20外部的排风装置(未示出)。排风装置包括一个用于将空气自外壳40和排风管74抽出以冷却加热器32的鼓风机。如下面将更详细地描述的，沿排风管74放了一个流量传感器(未示出)，用于测量通过该管抽吸的空气流量，以便在冷却风流量不足时将加热器32断电。
所示台面34和支托架30所用冷却系统包括装在框架22右侧的冷却水多支管80，该系统用于将冷却水自连接至多支管后端口的供水管82(图3)分配至连接至多支管顶部的五根冷却水软管84a-84e。供水管82接至一个外部冷却水源(未示出)以将冷却水供给多支管80。沿供水管82放置的电磁阀86和流量传感器88用于控制和监测流至加热器32和其它冷却水管的水流量。管道84a伸展至与图8中所示右后端口60相连的螺纹接套66以向灯单元冷却管62提供冷却水。
管道84b-84d伸展至位于台面34下面的上和下冷却板100、102(图4)。如图4所示，台面34由1/16英寸厚的不锈钢板组成。两块1/4英寸厚的铝板形成位于台面34下面间隔1/4英寸处的冷却板100和102。如图5和6所示，两段铜管104、106位于上和下冷却板100、102之间及一段不锈钢管108位于下冷却板下面。两段管道104、106做成蛇形冷却管以冷却台面34。管道84b和84c(图2和3)自多支管80接出以便分别向两段管道104、106输送冷却水。如图6所示，不锈钢管道108形成凸角110以伸入台面开口36。全部凸角110一起形成第一实施例的块支托架30。自多支管80接出的管道84d(图2和3)接至不锈钢管道108以将水送至支托架30从而将它冷却。
图7阐述四块板112中的一块板和管道114，它们围绕加热器32安装在框架22上，每块板邻近外壳40的每边。在图2和3中为简明起见已将板112移去。冷却水通过管道84e送至管道114。管道114盘成蛇形以利于自板112向其中通过冷却水的管道114传导热量。水流经设备20的一边后，接着流至位于设备相邻边上的类似管道和板，直至水流过所有四边。
再回至图2和3，一个类似于多支管80的冷却水回水多支管120位于框架22的左侧。回水多支管120将来自多支管顶部的五个进水口121(图2中只显示其中之一)的冷却水引向多支管后端口的一个出水口(未示出)。排水管122接于多支管120的出水口与外部排水设备(未示出)之间。五根冷却水输出软管124a-124e接至相应的多支管入水口121。管124a自与图8中所示加热器32的前左端口60相关连的螺纹接套66接出以将用过的冷却水送至排水设备。管道124b-124e分别接至管道段104、106、108和114的下游端以将用过的冷却水自这些管道排出。
位于第一电磁阀86上部的第二电磁阀130响应于来自控制器58b(图12)的信号将门26(图1)打开和关闭。阀130接至一个直线传动器132(图1)以向传动器供应气压并将其活塞向下压。活塞接至绳134(图1)，后者又接至滑门26(图1)以便当向传动器132供应气压时将门提升。
如图1-3中所示，在邻近抛光板支托架30的台面34上安装的接近开关140用于检测何时抛光板B放在支托架上。开关140连至可编程逻辑控制器58b(图12)。装于设备20顶部附近的光学高温计142(图2和3)对着支托架30以检测支托架所支托的抛光板B的顶部温度。该高温计142也连至可编程逻辑控制器。
操作中将门26提升及将其上表面涂覆着粘合剂涂层的抛光板B放于支托架30上。将门26关上及将灯单元42通电以将红外辐射热能自加热器32向上射向板B底表面。当高温计142检测到温度已达到足以软化粘合剂的预定值时，将灯单元断电，将门提升及将板B从支托架30取走。虽然其它温度也都属于本发明范围之内，但已发现当高温计142检测到75℃温度时将灯单元42断电最为合适，因为在灯单元断电后，由于板中存在高的热梯度而继续向板顶部传热，板顶部和粘合剂的温度继续上升。如当板顶部温度达到75℃时将灯单元42断电，则当放上晶片时(约灯单元42断电后30-35秒)板顶部和粘合剂温度将达到95-100℃。板B一侧的半径方向孔(未示出)用于插入把手以搬运加热过的板。
可编程逻辑控制器58b(图12)如此编程以便当水管和风管中流量传感器检测到冷却水或气流不足时不使灯单元42通电。此外，如接近开关142检测不到支托架30上的板B时，也不使灯单元42通电。连接在门26上的传感器(未示出)用于检测门是否完全关上。即使门26只是部分地打开，控制器58b也不使灯单元42通电。当灯单元42已经断电一段预定时间后，例如15分钟，控制器58b也将关闭电磁阀86以切断冷却水。
在图11中所示第二实施例中，设备20′包括一个悬挂于抛光板支托架30′上部的加热器32′。加热器32′包括一个向下的面向支托架30′的开口(未示出)。支托架30′具有三个可在其上放置抛光板B的瓷栓钉152。栓钉152用于阻止热量自板B传至支托架30′。支托架30′装在轴承154上并由电机156带动相对于装在加热器32′下部的框架158而转动以减少板B周围的周边热梯度。框架158装在垂直轨道160上以便升高或下降从而将抛光板B放至靠近加热器32′处。第二最佳实施例的支托架30′是中空的，以使光学高温计162能看到板B底部并测定其温度在所有其它方面，第二最佳实施例的设备20′与第一最佳实施例的设备20完全相同。
图12图解地阐述一个半导体安装系统170，它包括一个如上描述的辐射加热设备20。系统170还包括一个粘合剂施加器172，用于在将抛光板B搬运至加热设备20之前将粘合剂施加于抛光板B的表面。在加热设备20已充分地加热粘合剂和板B之后，半导体晶片安装设备174用于将半导体晶片安装至抛光板B上。控制器58a-58c分别控制粘合剂施加器172、辐射加热设备20和安装设备174的操作。在另一实施例中，可用单个控制器控制整个系统170。例如，可设想将本实施例的辐射加热器32和32′装入一个自动化晶片安装和抛光设备，如此处包括为参考资料的美国专利申请08/242,560中所描述的。辐射加热器32和32′将取代申请08/242,560中所公开的蒸汽壶。
可以在不背离本发明范围的情况下设想先前描述的设备的众多不同实施例。例如，可设想在设备20和20′中加用一个搬运机构，用于将板B搬至或搬离支托架30和30′。此外，可使用定时控制电路以取代高温计控制电路以便在预定时间之后而不是在达到预定温度之后将加热器断电。
了解以上所述之后，可看出能达到本发明的数个目的和获得其它有利结果。以上描述的设备20将抛光板B加热而不使板与水接触，因而消除了在加热期间粘合剂上出现凹点的可能性。其结果是，可使用水基粘合剂而不致于损害粘合剂表面。此外，使用本发明的设备加热板时，不必将板烘干。因此制造过程中可省略烘干步骤。
虽然本发明是参照具体实施例所描述的，但应理解可在不背离下列权利要求书所规定的本发明范围的情况下实现本发明的修改和变动。