CN100433246C - 接合装置、接合方法和用于制造半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
利用第一吸取器件的吸取功能将玻璃片从放置在板支撑台上的板上剥离，然后将其停放在玻璃停放台上。在将玻璃片传送到玻璃停放台的过程中通过去电器件使玻璃片去电。用第二吸取器件吸取停放在玻璃停放台上的玻璃片，并将玻璃片移动到其表面具有图形化接合层并被放置在晶片支撑台上的半导体晶片上。玻璃片被放在接合层上，然后被加压，之后第二吸取器件的吸取功能解除。此时，玻璃片被组装在第二吸取器件中的加热器加热。
Description
技术领域
本发明涉及一种接合装置、使用该接合装置的接合方法以及通过利用该接合装置和接合方法制造半导体器件的方法，其中接合装置将接合物质从其上放置接合物质的板上剥离下来并将剥离下来的接合物质接合到半导体晶片上。
背景技术
公开了一种技术，其中通过在芯片分离前粘附玻璃以覆盖图象传感器而避免半导体晶片上各个芯片图象传感器受到划痕损伤或粘附尘土(例如，参见日本专利申请公开第3-151666(1991))。但是，在该专利申请中，没有描述用于将一小片玻璃粘附(接合)到各个图象传感器的方法。
同样公开了将各个半导体光发射器件接合到半导体晶片的接合技术，其中在半导体晶片侧提供加热器作为加热半导体晶片的加热机构(例如，参见日本专利申请公开第12-164636(2000))。但是，该专利申请中描述的接合不是通过粘结剂的粘结剂接合而是使用凸起电极的热压接合。
此外，公开了一种技术，其中多个小片硅晶片通过图形化的接合层接合到一大片硅晶片上(例如，参见日本专利申请公开第8-316496(1996))。在此技术中，通过划片切割在粘结板上形成的大片硅晶片并对硅晶片上的接合层进行构图、通过接合层将另一大片硅晶片接合到该硅晶片上，并将粘结板剥离下来以去除硅晶片的不必要部分而制造小片硅晶片。但是，该技术不是各个小片硅晶片一个接一个接合的技术。
这些专利申请中没有描述将各个小片(玻璃片、硅片等)一个接一个接合到其表面提供有图形化接合层的半导体晶片的有效方法。作为用于在这样的接合(粘结)方法中采用的接合层的粘结剂，从易于操作的角度出发通常使用包含可热硬化粘结剂的粘结剂，从而通过从半导体晶片侧加热而将小片一个接一个接合的方法才可能实现。但是，对于这样的方法，有一个问题，即接合层的某些部分在接合(粘附)之前硬化，因此小片不可能接合到那些部分。除此之外，由于使用粘附灰尘的小片可能导致有缺陷的半导体晶片和半导体器件，因此在小片的接合步骤中要求有对粘附到小片的灰尘的测量，但是目前还没有提出有效的测量方法。
发明内容
考虑到传统技术的问题，本发明旨在解决各种接合技术存在的问题。即，本发明的目的是提供一种能够将接合物质有效地接合到半导体晶片的接合装置。
本发明的另一个目的是提供一种接合装置、使用该接合装置的接合方法和使用该接合装置制造半导体器件的方法，通过该接合装置，可以抑制接合(粘附)缺陷的发生，并且利用该装置，甚至在半导体晶片预先提供包含可热硬化粘结剂的情况下，可以通过从接合物质侧而非半导体晶片侧加热将接合物质可靠地接合(粘附)到各个接合层。
本发明的另一个目的是提供一种接合装置、使用该接合装置的接合方法和使用该接合装置制造半导体器件的方法，该接合装置能够抑制诸如灰尘粘附问题的发生，以及通过被吸取的接合物质的去电来抑制由接合物质带电引起的元件击穿问题的发生，即消除由从板上剥离接合物质时所产生的电荷。
根据本发明的接合装置配置支撑半导体晶片的第一支撑单元、支撑上面放置多个接合物质的板的第二支撑单元，以及吸取单元，它从第二支撑单元支持的板上吸取接合物质并将接合物质放到第一支撑单元所支持的半导体晶片上。接合物质被从第二支撑单元支持的板上吸取并被放到第一支撑单元所支持的半导体晶片上。结果接合物质可以有效地接合(粘附)到半导体晶片上。
根据本发明的接合装置配置加热单元，它加热被吸取单元所吸取的接合物质。通过使用加热单元，被吸取单元吸取的接合物质被加热。此时，不加热半导体晶片，而是加热将要被接合(粘附)的接合物质。因此，提供于半导体晶片上的包含可热硬化粘结剂的接合层在接合(粘附)前不硬化，从而不易产生接合(粘附)缺陷。当然，将要被接合(粘附)的接合层通过来自接合物质的热量而硬化，从而可以实现可靠接合(粘附)。由于从接合物质侧进行加热，甚至当半导体晶片预先配置了包含可热硬化粘结剂的结合层时，也可以抑制接合(粘附)缺陷的发生，由此可以可靠地将接合物质接合(粘附)到各个接合层。
对于根据本发明的接合装置，吸取单元具有加热单元。接合物质通过组装在吸取单元中的加热单元加热。因此，可以利用吸取单元进行加热，从而有效进行加热。
根据本发明的接合装置配置去电装置，它对吸取单元吸取的接合物质去电。当吸取装置吸取的接合物质由被去电时，由从板上剥离接合物质导致的接合物质的电荷被消除，由此抑制了诸如粘附灰尘和由带电引起的元件击穿的问题的发生。
关于吸取单元，根据本发明的接合装置包括从被第二支撑单元支撑的板上吸取接合物质并将其放置到中间台上的第一吸取器件，和吸取放置在中间台上的接合物质并将其放置到由第一支撑单元支撑的半导体晶片上的第二吸取器件。分别提供通过其吸取功能用于完成从板上剥离接合物质的工艺步骤的单元(第一吸取单元)和通过其吸取功能用于完成将剥离的接合物质放置到半导体晶片上的工艺步骤的单元(第二吸取单元)。因而，由于通过利用其吸取功能完成从板上剥离接合物质的工艺步骤和通过利用其吸取功能完成将剥离的接合物质放置到半导体晶片上的工艺步骤可以同时进行，各个工艺步骤可以彼此重叠进行，因此提高了加工效率。
对于根据本发明的接合装置，第二吸取单元具有用于加热被吸取接合物质的加热单元。接合物质通过组装在用于完成将接合物质放置到半导体晶片上的工艺步骤的单元(第二吸取单元)中的加热单元被加热。因此，加热量可以通过吸取单元进行，从而可有效进行加热。
对于根据本发明的接合方法，放置在板上的接合物质从板上剥离，然后借助从其自己侧加热的接合物质，接合物质接合到半导体晶片上。由于不是从半导体晶片侧进行加热而是从已从板上剥离下来的将要接合(粘附)的接合物质侧加热，因此提供于半导体晶片上的包含热硬化粘结剂的接合层在接合(粘附)前不会硬化，从而不易产生接合(粘附)缺陷。当然，将被接合(粘附)的接合层由于来自接合物质的热量而硬化，从而可以可靠地实现接合(粘附)。由于从接合物质侧进行加热，甚至当半导体晶片预先提供有包含可热硬化粘结剂的接合层时，也可以抑制接合(粘附)缺陷的出现，由此可以可靠地将接合物质接合(粘附)到各个接合层上。
在根据本发明的接合方法中，当接合物质从板上剥离时使用吸取单元，并且接合物质被吸取单元加热以被接合到半导体晶片。由于利用吸取单元的吸取功能将接合物质从板上剥离，因此剥离步骤可以有效完成。除此之外，由于接合物质通过组装在吸取单元中的加热单元加热，因此可以利用吸取单元进行加热，从而有效进行加热。
在根据本发明的接合方法中，从板上剥离的接合物质被去电。因此由于从板上剥离导致的接合物质的电荷被消除，从而抑制了诸如粘附灰尘和由带电引起的元件击穿问题的发生。
根据本发明的用于制造半导体器件的方法如下：利用接合方法将接合物质接合到半导体晶片，然后将半导体晶片切成各个半导体器件。结果，充分抑制了接合(粘附)缺陷和由接合物质带电导致的问题二者中任何一个的发生或两者的同时发生，从而提高了半导体器件的产率。
本发明的上述和其它目的从下列参考附图的详细描述中更加全面地表现出来。
附图说明
图1是根据本发明的示例接合装置的示意图；
图2是保持在晶片支撑台上的示例半导体晶片的横截面视图；
图3是保持在板支撑台上并且其上放置有多个玻璃的示例板的横截面视图；
图4A和4B是根据本发明的示例接合方法的流程图；
图5A～5D是根据本发明的示例接合方法的流程图；以及
图6是根据本发明的另一个示例接合装置的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明，附图中示出了实施例。在下列实施例中，将说明用玻璃片作为接合物质的情形。应该明白本发明不限于下列实施例，除非本发明背离了所附权利要求。
第一实施例
图1是根据本发明的示例接合装置的示意图。接合装置配备用作支撑半导体晶片的第一支撑单元的晶片支撑台1，用作支撑上面放有多个玻璃片(接合物质)的板的第二支撑单元的第二支撑台2，以及在晶片支撑台1和板支撑台2之间提供并用作暂时放置从板上吸取的玻璃的中间台的玻璃停放台3。
并且提供长方形基座4，它的长度方向平行于晶片支撑台1、板支撑台2和玻璃停放台3的排列方向(图1所示X轴方向)。在基座4上板支撑台2侧，提供第一吸取器件5，它从放置在板支撑台2上的板上吸取玻璃并将玻璃传送到玻璃停放台3。在基座4上晶片支撑台1侧，提供第二吸取器件6，它吸取停放在玻璃停放台3上的玻璃并将玻璃放到支撑在晶片支撑台1上的半导体晶片上。
第一吸取器件5具有长方体形捡拾头X轴移动单元5a、长方体形捡拾头Z轴移动单元5b、圆柱形捡拾头Y轴移动装置5c以及捡拾头5d，其中，长方体形捡拾头Z轴移动单元5b提供在捡拾头X轴移动装置5a的一侧上；圆柱形捡拾头Y轴移动单元5c提供在能使其从捡拾头Z轴移动单元5b的端面暴露出来的位置上；捡拾头5d附着于捡拾头Y轴移动单元5c的端部并用作具有吸取功能的吸取组件。捡拾头X轴移动单元5a可在X轴方向移动，捡拾头Z轴移动单元5b可在Z轴方向移动，而捡拾头Y轴移动单元5c可在Y轴方向移动。这些捡拾头移动单元5a、5b和5c移动的控制使得能够在其三维方向自由定位捡拾头5d。如同第一吸取器件5一样，第二吸取器件6具有可在X轴方向移动的接合头X轴移动装置6a、可在Z轴方向移动的接合头Z轴移动单元6b、可在Y轴方向移动的接合头Y轴移动单元6c，以及能够在三维方向自由定位的用作吸取组件的接合头6d。各个移动单元的移动通过来自控制单元7的控制信号控制。
对于第一吸取器件5的捡拾头5d和第二吸取器件6的接合头6d，吸取通道(未示)在内部形成，从而可以通过真空泵吸引吸取玻璃。第二吸取器件6的接合头6d中配有加热器6e，它具有加热所吸取玻璃的加热功能。相反，第一吸取器件5的捡拾头5d不配备这样的加热器。
在第一吸取器件5的捡拾头5d能移动进入的区域的上面，提供去电单元(电离器)8，它去电通过第一吸取器件5吸取的玻璃。去电单元8通过向玻璃喷吹电离气体完成去电工艺。
图2是保持在晶片支撑台1上的示例半导体晶片10的横截面示意图。半导体晶片10具有一种结构，其中在半导体衬底11的一个表面上图形化多个光接收部分11a和微透镜11b，并且其中在形成光接收部分11a和微透镜11b的区域之外的其它区域中图形化多个接合层12。为了在晶片支撑架1上保持半导体晶片10，可以使用真空吸引。
无疑接合层12包含通过加热产生粘结性的可热硬化粘结剂。对于接合层12的图形化，可以通过丝网印刷等印刷构图层12，而在本发明的实施例中，利用可热硬化粘结剂和经光照射产生粘结性的光敏粘结剂(可光硬化粘结剂)的混合物，通过光刻工艺(曝光和显影)构图接合层12，从而能够形成更精细的图形。
图3是示例板20的横截面视图，它保持在板支撑台2上且其上放有玻璃。板20具有一种结构，其中玻璃22粘附到粘合板21的一个表面上。这样的玻璃22通过将粘附到粘合板21的玻璃板切成玻璃小片而形成。虽然附图中未表示出，但是粘合板21的周边被环形框架体支撑，环形框架体被板支撑台2夹紧。
作为粘合板21，可以使用粘结性经光照如紫外线照射后退化的粘合板。当使用这种紫外线板时，优选在剥离玻璃22前通过光照预先使粘合板21的粘结性降低，从而使玻璃22容易剥离。放置玻璃22用以覆盖图2所示的光接收部分11a并且作为固态成象器件的半透明包层，虽然后面详细描述了这一点。
接着，将参考图4A、4B以及5A～5D说明使用具有上述结构的接合装置的接合方法。
至于在保持在板支撑台2的板20上进行的工艺步骤，用针31向上推要被剥离的玻璃22的正下方的粘合板21的下面，推到玻璃22部分从粘合板21剥离的状态(见图4A)，之后用第一吸取器件5(捡拾头5d)吸取玻璃22使其完全从粘合板21剥离(见图4B)。在用第一吸取器件5吸取玻璃22的同时，被剥离的玻璃22被传送到玻璃停放台3，然后玻璃22停放在玻璃停放台3上。
在这种剥离步骤中，玻璃22带电。玻璃22是电绝缘体，灰尘诸如在切割玻璃板过程中产生的玻璃屑有粘附到玻璃片22上的趋势。当粘附了灰尘的玻璃22用于制造光学半导体器件如固态成像器件时，灰尘可能成为产生缺陷的原因。因此，有必要抑制灰尘粘附到玻璃22。在本发明的一个实施例中，用第一吸取器件5吸取的玻璃22通过去电单元8去电。由于去电处理抑制了灰尘粘附到玻璃22，使用玻璃22的半导体器件产生缺陷的几率大大减少。
用第二吸取器件6(接合头6d)吸取停放在玻璃停放台3上的玻璃22，然后吸取玻璃22的第二吸取器件6在半导体晶片10上面移动，半导体晶片10上构图有接合层12(见图5A)。为了通过接合层12将玻璃22粘附到半导体衬底11，预先定位玻璃22，随后，第二吸取器件6(接合头6d)下降将玻璃22放置到接合层12上。给玻璃22施加压力后，第二吸取器件6(接合头6d)的吸取功能失效(见图5B)。
在那时，用组装在第二吸取器件6(接合头6d)中的加热器6e加热玻璃22。玻璃22的加热温度是这样设定的，即通过玻璃22介质传递的热量使接合层12的可热硬化粘结剂显示出其粘性，这使玻璃22通过接合层12粘附到半导体衬底11。根据本发明，使接合层12的可热硬化粘结剂显示出其粘性的这中加热不是从半导体晶片10侧进行。因此，热量不易传递到上面还没有放置玻璃22的接合层12，从而接合层12的已经被第二吸取器件6加热并加压的要被粘结部分之外的部分不会硬化。在本发明的该实施例中，考虑到半导体器件制造工艺所耗费的时间问题，虽然玻璃22和接合层12不能达到充分粘结，但是玻璃22暂时粘结到在随后步骤中不至于剥落的程度。
通过重复这样的操作，制造具有粘附到半导体衬底11的玻璃22的半导体晶片10(见图5C)。由于只有当接合层12与被第二吸取器件6(接合头6d)吸取的玻璃22直接接触时接合层12才达到显示其粘性的温度，因此各个玻璃22的接合(粘附)可以可靠地进行。
在本发明该实施例中，由于利用第一吸取器件5从板20剥离玻璃22的步骤以及利用第二吸取器件6将剥离的玻璃22放置到半导体晶片10上的步骤可以同时进行，因此提高了接合装置的操作效率。
玻璃22到半导体衬底11的必要位置的粘附(粘结接合)完成后，半导体晶片10从晶片支撑台1去除并放到加热装置(烘箱)中，随后在预定温度下加热半导体晶片10以使接合层12完全硬化(最终硬化)。
然后使用划片装置将这样制造的半导体晶片10沿分割线10a切割成单个片，由此制造出具有接合了玻璃22的半导体衬底11的半导体器件(在本实施例中为固态成像器件41)(见图5D)。
第二实施例
图6是根据本发明的另一个示例接合装置的示意图。在图6中，和图1所示相同的部件用相同的参考数字表示。根据第二实施例的接合装置配置如第一实施例所描述的相同的晶片支撑台1和板支撑台2，但是没有玻璃停放台3。
而且，和第一实施例不同，根据第二实施例的接合装置在基座4上具有吸取器件60。吸取器件60具有和第一实施例中所描述的第二吸取器件6相同的结构；即吸取器件60具有可在X轴方向移动的吸取头X轴移动单元60a、可在Z轴方向移动的吸取头Z轴移动单元60b、可在Y轴方向移动的吸取头Y轴移动单元60c，以及能够在三维方向自由定位的用作吸取组件并组装有加热器60e的吸取头60d。吸取器件60连续进行第一实施例中描述的第一吸取器件5和第二吸取器件6所进行的两个工艺步骤；即吸取器件60从保持在板支撑台2上的板上吸取玻璃并将玻璃放到保持在晶片支撑台1上的半导体晶片上。吸取器件60(吸取头60d)的三维位置由控制单元7控制。除此之外，像根据第一实施例的接合装置一样，在吸取器件60的吸取头60d可移动的区域上方提供去电单元8。
保持在晶片支撑台1上的半导体晶片10和保持在板支撑台2上的板20二者的结构和第一实施例所描述的相同(见图2和3)。
接着，将描述使用具有这样的结构的接合装置的接合方法。
对于在保持在板支撑台2的板20上进行的工艺步骤，用针31向上推要被剥离的玻璃22的正下方的粘合板21的下面，推到玻璃22部分从粘合板21剥离的状态(见图4A)，之后用吸取器件60(吸取头60d)吸取玻璃22使其完全从粘合板21剥离(见图4B)。此时，不进行使用加热器60e的加热步骤。这是因为不仅不特别要求加热，而且粘合板21是低热阻的。
在玻璃22被吸取器件60(吸取头60d)吸取向晶片支撑台1传递的同时，玻璃22通过去电单元8去电，情形和第一实施例一样。通过去电工艺，抑制了灰尘粘附到玻璃22，从而显著减少了包含玻璃22的半导体器件中缺陷产生的几率。
吸取玻璃22的吸取器件60移动到半导体晶片10的上方(见图5A)，然后预先定位玻璃22以通过接合层12将其接合到半导体衬底11，之后，吸取头60d向下移动将玻璃22放置到接合层12上，给玻璃22加压，并且解除吸取头60d的吸取功能。(见图5B)。
此时，和第一实施例的情况一样，用组装在吸取器件60(吸取头60d)中的加热器60e加热玻璃22，而不是从半导体晶片10侧加热。通过加热，接合层12硬化形成粘结状态。通过重复这样的操作，制造具有接合了玻璃22的半导体衬底11的半导体晶片10(见图5C)。之后，与第一实施例的情况相同，利用加热装置使接合层12最后硬化，然后将半导体晶片10切割成单个的片，由此制造半导体器件(在本实施例中为固态成像器件41)(见图5D)。
在本发明的第二实施例中，由于不提供玻璃停放台3，而只提供吸取器件60，与第一实施例所描述的相比，可以使接合装置变小。
在本发明的实施例中，第一吸取器件5、第二吸取器件6以及吸取器件60分别具有一个吸取部件(捡拾头5d、接合头6d以及吸取头60d)，然而各个吸取器件可以有多个吸取部件；在那样的情况下，第二吸取器件6和吸取器件60的吸取部件应该分别具有用于加热的加热器。利用这些附加的部件，玻璃22的处理工艺可以同时进行，由此提高了操作效率。
而且在本发明的实施例中，通过固定晶片支撑台1、板支撑台2和玻璃停放台3并通过各个吸取器件的三个移动单元的移动来控制吸取部件的三维位置，从而进行各个吸取部件到半导体晶片和板的定位，同时也可通过在一个或多个方向移动晶片支撑台1、板支撑台2和玻璃停放台3进行定位；例如，在图1和6中，可以采用一种结构，其中晶片支撑台1、板支撑台2和玻璃停放台3可以在Y轴方向移动，而头Y轴移动单元5c、6c和60c被固定。
除此之外，在本发明的实施例中，吸取器件(吸取部件)配备这种加热功能，而没有加热功能的吸取器件(吸取部件)可用于将玻璃放置到半导体晶片上，然而没有吸取功能的加热加压单元可用于给玻璃加热和加压。
另外，在本发明的实施例中，描述了在半导体片晶上形成接合层的情形，而在玻璃上形成接合层的情形也产生和本发明的实施例所描述的相同的效果。
更进一步，在本发明的实施例中，已经描述了制造固态成像器件的情形，而本发明也可应用于任何其它类型半导体器件的制造，如包含EPROM的半导体存储器，只要这些器件配置具有玻璃半透明包层的光接收单元。此外，本发明的实施例中描述的半透明包层由玻璃构成，但是也可使用树脂材料等。
本发明也可应用于利用半导体芯片代替玻璃作为接合物质制造其它类型半导体器件的情形。在该情况下，包含导电粘结剂的接合层可用来建立电连接。
Claims (4)
1.一种接合装置，包含：
支撑半导体晶片的第一支撑单元；
支撑其上放有多个接合物质的板的第二支撑单元；以及
从由第二支撑单元支撑的板上吸取接合物质并将接合物质放置到由第一支撑单元支撑的半导体晶片上的吸取单元，
其中吸取单元包括第一吸取器件和第二吸取器件，第一吸取器件从被第二支撑单元支撑的板吸取接合物质并将接合物质停放到中间台上；第二吸取器件吸取停放在中间台上的接合物质并将接合物质放置到被第一支撑单元支撑的半导体晶片上。
2.根据权利要求1的接合装置，其中第二吸取器件具有加热被吸取的接合物质的加热单元。
3.根据权利要求1的接合装置，进一步包含使被第一吸取单元吸取的接合物质去电的去电单元。
4.用于制造半导体器件的方法，包含下列步骤：
利用根据权利要求1～3中任何一项的接合装置将接合物质接合到半导体晶片；以及
将半导体晶片切割成各个半导体器件。
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