CN101621024B - 崩片机及崩片方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种崩片机及崩片方法。该崩片机用于对粘着在粘性膜上的晶圆进行崩片操作，该崩片机包括：机架；气缸，该气缸可转动地设在所述机架中，并在该气缸中设置用于对晶圆进行崩片操作的气缸冲轴；卡箍，该卡箍对应于所述气缸设在所述机架上，该卡箍能够随所述气缸转动，并能够将带有粘着晶圆的粘性膜的圆环卡紧固定在所述气缸冲轴的周围，其中所述晶圆位于与所述气缸冲轴对应的位置；在所述圆环于初始位置被所述卡箍卡紧固定在所述气缸冲轴的周围并且所述气缸转动到操作位置时，所述气缸冲轴对所述晶圆进行崩片操作，其中，在所述操作位置，所述晶圆外表面的朝向方向处于从水平方向到竖直向下的范围内。

Description

崩片机及崩片方法

技术领域

本发明涉及崩片机及崩片方法。

背景技术

在半导体领域，特别是在晶圆切割领域，激光切割技术正在受到越来越多的应用。特别是在超薄晶圆、超小芯片晶圆、影像传感器芯片晶圆及MEMS晶圆等对切割工艺有高要求的产品上，传统的晶圆切割工艺已越来越不能满足工艺要求，而激光切割技术正在成为首选的技术解决方案。

完整的晶圆激光切割工艺包括三个工艺过程。首先，晶圆被贴到具有一定延展性的粘性薄膜上，同时该粘性薄膜被固定在特定尺寸的金属或塑料环上。然后晶圆被送入激光切割机器中，通过激光的烧熔破坏作用，破坏晶圆切割道特定区域的衬底材质(一般为硅)的晶体精细结构(化学键)，从而形成单颗芯片易于通过拉伸其下的粘性薄膜而得以从晶圆分离的状态.之后，晶圆被送到薄膜延展设备，即崩片机上，360度方位均匀拉伸延展粘性薄膜(以下称“崩片”)，使各单颗芯片得以分离。之后，完成崩片的晶圆被从崩片机上转移下来，完成整个工艺过程。

由于激光作用和崩片工艺的物理特点，在崩片过程中无可避免的会产生较大量的微小颗粒(来源于晶圆衬底材质)。而对于现有的崩片工艺，这些微粒又无可避免地会落到晶圆芯片上，从而造成后续工艺的困难和可能的良率损失。特别是对于MEMS芯片和影像传感器芯片等产品，微粒往往是造成器件低质量和失效的一个关键因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种崩片机和晶圆崩片方法，消除或减少崩片过程中产生的微粒回落到晶圆芯片表面的可能性，从而实质性提高工艺质量水平。

本发明的第一方面通过提供一种崩片机而实现上述目的。该崩片机用于对粘着在粘性膜上的晶圆进行崩片操作，该崩片机包括：机架；气缸，该气缸可转动地设在所述机架中，并在该气缸中设置用于对晶圆进行崩片操作的气缸冲轴；卡箍，该卡箍对应于所述气缸设在所述机架上，该卡箍能够随所述气缸转动，并能够将带有粘着晶圆的粘性膜的圆环卡紧固定在所述气缸冲轴的周围，其中所述晶圆位于与所述气缸冲轴对应的位置；在所述圆环于初始位置被所述卡箍卡紧固定在所述气缸冲轴的周围并且所述气缸转动到操作位置时，所述气缸冲轴对所述晶圆进行崩片操作，其中，在所述操作位置，所述晶圆外表面的朝向方向处于从水平方向到竖直向下的范围内。

本发明的第二方面提供了一种使用崩片机进行的崩片方法，该崩片机包括：机架；气缸，该气缸可转动地设在所述机架中，并在该气缸中设置用于对晶圆进行崩片操作的气缸冲轴；卡箍，该卡箍对应于所述气缸设在所述机架上，该卡箍能够随所述气缸转动，并能够将带有粘着晶圆的粘性膜的圆环卡紧固定在所述气缸冲轴的周围，其中所述晶圆位于与所述气缸冲轴对应的位置；所述崩片方法包括以下步骤：a、在初时位置将带有所述晶圆的所述圆环由所述卡箍卡紧固定在所述气缸冲轴的周围；b、将气缸旋转到操作位置，在该操作位置，所述晶圆外表面的朝向方向处于从水平方向到竖直向下的范围内；c、对所述气缸充气，使得所述气缸冲轴对所述晶圆进行崩片操作。

在本发明上述方面的崩片机和崩片方法中，通过将气缸转动到使得晶圆外表面的朝向方向处于从水平方向到竖直向下的范围内，而后进行崩片操作，消除或减少了崩片过程中产生的微粒回落到晶圆芯片表面的可能性，实质性提高了工艺质量水平。

附图说明

图1是表示作为本发明实施例的崩片机的立体图。

图2至图10是表示该崩片机各个部件及其组成结构的立体图。

图11是表示该崩片机的气缸处于操作位置的示意图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的崩片机的一个具体实施例进行详细说明。

图1为根据本发明一个实施例的崩片机的立体图。图2至图11是表示该崩片机各个部件及其组成结构的立体图。崩片机主要由机架10(图2)、带有冲轴的气缸4(图3)、可转动气缸架1(图4)、电机马达3(图5)、卡箍2(图6)、离子风管5(图7)、8(图8)、光电传感器调节按钮6(图4)、卡定部件7(图4)、PLC系统及操控按钮9(图2)等部件构成。

可转动的气缸架1用于固定气缸4、卡箍2及其它相关构件。气缸架1安装有光电传感器调节按钮6。卡箍2用于固定带有晶圆片的金属或塑料环，使晶圆贴紧到气缸冲轴表面。离子风管5安装在卡箍2上(如图9)。气缸4和卡箍2分别可转动地安装在机架上，且气缸4和卡箍2联动。优选的是，将气缸4和卡箍2均安装在可转动地设在机架10上的气缸架1上(如图10)。卡箍2设有卡紧部11，当卡箍2相对于气缸冲轴4处于关闭卡紧位置时，该卡紧部11与设在气缸架1上的卡定部件7形成卡紧配合，从而将所述金属或塑料环固定在气缸冲轴4上(如图10)。离子风管8安装在机架10侧板的内侧面(如图8)。电机马达3用于在一定角度范围内旋转气缸架1以及设在气缸架1上的卡箍2、气缸4、离子风管5、光电传感器调节按钮6和卡定部件7等部件。电机马达3旋转的起始和终点位置可调节。电机马达3、气缸架1和离子风管8安装在机架10上，形成崩片机主体(如图1)。通过电机马达3的旋转可将晶圆倾斜或正面朝下(如图11)，从而有效防止崩片过程中产生的微粒落到晶圆表面。

贴在延展性粘膜上的晶圆紧贴气缸的气缸冲轴4的表面。对气缸充气时，气缸冲轴4伸出从而拉伸粘膜。气缸冲轴4的运动速度可以利用调节阀(图中未示出)通过调节气体(一般为压缩空气)压力来控制。可以通过光电传感器调节按钮6来控制气缸4冲轴的运动终点。光电传感器调节按钮6调节置于活塞气缸内的一光电传感器(图中未示出)的位置，以此来调节气缸的冲程，从而控制延展性粘膜的拉伸延展程度。

离子风管5安装在卡箍2上，因而可随着气缸架1在电机马达3带动下一起转动。离子风管5的高度、前后位置以及风向均可调节。离子风管5的风量通过一个集成在崩片机100上的气体流量阀来(图中未示出)调节控制，并可以获得准确的流量读数。离子风管5在平时处于常闭状态，当崩片机100开始工作时，离子风管5被连动打开。该离子风管5用于提供一离子风幕，该离子风幕在整个加工过程中始终直接平行作用于晶圆表面，因而可以有效防止静电吸附，并有效“吹除”微粒，防止微粒回落到晶圆表面。

在机架10的内侧壁上安装有离子风管8，其安装高度、前后延伸位置以及风向均可调节。离子风管8的风量通过一个集成在崩片机100上的气体流量阀(图中未示出)来调节控制，并可以获得准确的流量读数。离子风管8在平时处于常闭状态，当崩片机100开始工作时，其被连动打开。该离子风管8用于提供一离子风幕，用于辅助防止静电吸附，辅助“吹除”微粒，防止微粒回落到晶圆表面。

在崩片机100上还设有PLC(Programmable Logic Control，可编程逻辑控制器)系统及操控按钮9，这些操控按钮可包括“开始”，“暂停”，“复位”，“停止”等，还可以设置一个“EMO”按钮。所有的操控按钮都基于PLC的控制电路和控制程序(PLC系统和其它辅助电路系统在图中未示出)。实际操控时，按“开始”按钮，电机马达3开始旋转，同时离子风管5、8被打开。当电机马达3带动气缸架1旋转到所设定的位置时，电机马达3停止转动(此时例如晶圆正面朝下)，气缸开始充气并开始延展拉伸粘性膜，晶圆上各芯片获得分离而成为单颗芯片。在实际加工过程中，可以通过PLC设定一个气缸完成工作到电机马达3开始回转之前的延迟时间，从而使微粒可以充分地被“吹除”。之后电机马达3开始回转，到达起始位置后，晶圆重新回到正面朝上的位置，离子风管5、8回复关闭状态，崩片加工结束。

机架10为金属外围构架，一般由不锈钢制成。机架10在处于离子风幕方向上的侧面不设面板，以使微粒可以充分排出，避免在设备内部形成气体涡流。也可以在上述侧面上设置强力抽排风系统，以充分扫除“吹除”出来的微粒。

该崩片机100具有良好的加工可控性，提供了可控崩片和消除微粒的完整解决方案。通过晶圆倾斜或倒置崩片以及始终平行作用于晶圆表面的离子风幕“吹除”微粒，可靠消除了崩片过程中可能落到晶圆表面上的微粒。由于气缸的运动速度，离子风管的高度、位置、风向、风压和风量，马达的位置和转角，马达转动的延迟时间等工艺参数均具有可调性，因而用户可以根据需要进行调节以达到最佳的微粒去除工艺效果。又由于气缸的冲程也是可调的，因而崩片加工的分离效果和各单颗芯片间分离的距离也具有可调性，这对于后续的封装工艺亦具有重要的意义。

以下介绍利用上述崩片机进行晶圆崩片加工的过程。

首先将经激光切割后的晶圆(晶圆已被粘贴在固定在金属或塑料圆环上的粘性膜上)正中放置到气缸4的冲轴上，之后将卡箍2置于关闭位置，使卡箍2上的卡紧部与气缸架1上的卡定部件7形成卡紧配合，从而将所述金属或塑料环固定在气缸冲轴4上。

按“开始”按钮，电机马达3带动气缸架1开始旋转，同时离子风管5、8被打开。当电机马达3带动气缸架1旋转到所设定的位置时停止转动，此时晶圆正面朝下(如图11)。

而后，气缸开始充气，气缸4的冲轴伸出从而延展拉伸粘性膜，晶圆上的各单颗芯片获得分离。

在设定的延迟时间(如15秒)后，电机马达3开始回转，带动气缸架1及其上的部件回到起始位置。此时，晶圆重新回到正面朝上的位置，离子风管5、8回复到关闭状态，崩片加工结束。之后，可将崩片后的晶圆从所述金属或塑料圆环转移出来。

实际应用结果表明，利用上述崩片机及相应的加工工艺可以消除或减少80％以上的晶圆微粒污染。

上述崩片机可以根据需要采用不同尺寸的气缸、机架及其它相关组成部件，从而可加工3到12英寸的标准晶圆片，也可加工未来可能的更大尺寸的晶圆片，如18英寸晶圆。

Claims (28)

1.一种崩片机，该崩片机用于对粘着在粘性膜上的晶圆进行崩片操作，该崩片机包括：

机架；

气缸，该气缸可转动地设在所述机架中，并在该气缸中设置用于对晶圆进行崩片操作的气缸冲轴；

卡箍，该卡箍对应于所述气缸设在所述机架上，该卡箍能够随所述气缸转动，并能够将带有粘着晶圆的粘性膜的圆环卡紧固定在所述气缸冲轴的周围，其中所述晶圆位于与所述气缸冲轴对应的位置；

其特征在于，

在所述圆环于初始位置被所述卡箍卡紧固定在所述气缸冲轴的周围并且所述气缸转动到操作位置时，所述气缸冲轴对所述晶圆进行崩片操作，其中，在所述操作位置，所述晶圆外表面的朝向方向处于从水平方向到竖直向下的范围内，

在所述机架中可转动地设置气缸架，该气缸架保持所述气缸，所述卡箍设在所述气缸架上，在所述卡箍上设有卡紧部，在所述气缸架的相应位置上设置卡定部件，当卡箍关闭时，该卡紧部与卡定部件形成卡紧配合。

2.根据权利要求1所述的崩片机，其特征在于，在所述机架中设有驱动机构，用于驱动所述气缸转动。

3.根据权利要求2所述的崩片机，其特征在于，所述驱动机构为电机马达。

4.根据权利要求1所述的崩片机，其特征在于，在所述操作位置中，所述晶圆外表面竖直向下。

5.根据权利要求1所述的崩片机，其特征在于，所述崩片机还设有控制所述气缸充气量的阀门和/或控制所述气缸冲轴行程的行程控制部件。

6.根据权利要求1所述的崩片机，其特征在于，在所述机架和/或卡箍上设置与所述气缸冲轴相关的微粒去除系统，以去除崩片时在晶圆表面周围产生的微粒。

7.根据权利要求6所述的崩片机，其特征在于，所述微粒去除系统包括离子风管，该离子风管在崩片操作过程中能够产生去除所述微粒的离子风幕。

8.根据权利要求7所述的崩片机，其特征在于，所述崩片机设有控制所述离子风管参数的控制部件，所述参数从由风管高度、位置、风向、风压和风量组成的组中选择。

9.根据权利要求6所述的崩片机，其特征在于，所述微粒去除系统包括抽排风系统，该抽排风系统在崩片操作过程中能够产生去除所述微粒的气流。

10.根据权利要求1所述的崩片机，其特征在于，所述崩片机在崩片操作完成并经过一延迟时间后使得所述气缸开始返回所述初始位置。

11.一种使用崩片机进行的崩片方法，该崩片机包括：

机架；

气缸，该气缸可转动地设在所述机架中，并在该气缸中设置用于对晶圆进行崩片操作的气缸冲轴；

卡箍，该卡箍对应于所述气缸设在所述机架上，该卡箍能够随所述气缸转动，并能够将带有粘着晶圆的粘性膜的圆环卡紧固定在所述气缸冲轴的周围，其中所述晶圆位于与所述气缸冲轴对应的位置；

所述崩片方法包括以下步骤：

a、在初始位置将带有所述晶圆的所述圆环由所述卡箍卡紧固定在所述气缸冲轴的周围；

b、将气缸旋转到操作位置，在该操作位置，所述晶圆外表面的朝向方向处于从水平方向到竖直向下的范围内；

c、对所述气缸充气，使得所述气缸冲轴对所述晶圆进行崩片操作。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述操作位置中，所述晶圆外表面竖直向下。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述崩片步骤（c）中对所述气缸的充气量和所述气缸冲轴的行程进行控制。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述机架上设置与所述气缸冲轴相关的微粒去除系统，在所述崩片步骤（c）中，利用该微粒去除系统去除在晶圆表面周围产生的微粒。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述微粒去除系统包括离子风管，该离子风管在崩片步骤（c）中能够产生去除所述微粒的离子风幕，在所述崩片步骤（c）中，对所述离子风管的参数进行控制，所述参数从由风管高度、位置、风向、风压和风量组成的组中选择。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述微粒去除系统包括抽排风系统，该抽排风系统在崩片步骤（c）中能够产生去除所述微粒的气流。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述崩片步骤（c）完成并经过一延迟时间后使得所述气缸开始返回所述初始位置。

18.一种崩片机，该崩片机用于对粘着在粘性膜上的晶圆进行崩片操作，该崩片机包括：

机架；

气缸，该气缸可转动地设在所述机架中，并在该气缸中设置用于对晶圆进行崩片操作的气缸冲轴；

卡箍，该卡箍对应于所述气缸设在所述机架上，该卡箍能够随所述气缸转动，并能够将带有粘着晶圆的粘性膜的圆环卡紧固定在所述气缸冲轴的周围，其中所述晶圆位于与所述气缸冲轴对应的位置；

其特征在于，

在所述圆环于初始位置被所述卡箍卡紧固定在所述气缸冲轴的周围并且所述气缸转动到操作位置时，所述气缸冲轴对所述晶圆进行崩片操作，其中，在所述操作位置，所述晶圆外表面的朝向方向处于从水平方向到竖直向下的范围内，

在所述机架和/或卡箍上设置与所述气缸冲轴相关的微粒去除系统，以去除崩片时在晶圆表面周围产生的微粒。

19.根据权利要求18所述的崩片机，其特征在于，在所述机架中可转动地设置气缸架，该气缸架保持所述气缸。

20.根据权利要求18所述的崩片机，其特征在于，在所述机架中设有驱动机构，用于驱动所述气缸转动。

21.根据权利要求20所述的崩片机，其特征在于，所述驱动机构为电机马达。

22.根据权利要求18所述的崩片机，其特征在于，在所述操作位置中，所述晶圆外表面竖直向下。

23.根据权利要求19所述的崩片机，其特征在于，所述卡箍设在所述气缸架上，在所述卡箍上设有卡紧部，在所述气缸架的相应位置上设置卡定部件，当卡箍关闭时，该卡紧部与卡定部件形成卡紧配合。

24.根据权利要求18所述的崩片机，其特征在于，所述崩片机还设有控制所述气缸充气量的阀门和/或控制所述气缸冲轴行程的行程控制部件。

25.根据权利要求18所述的崩片机，其特征在于，所述微粒去除系统包括离子风管，该离子风管在崩片操作过程中能够产生去除所述微粒的离子风幕。

26.根据权利要求25所述的崩片机，其特征在于，所述崩片机设有控制所述离子风管参数的控制部件，所述参数从由风管高度、位置、风向、风压和风量组成的组中选择。

27.根据权利要求18所述的崩片机，其特征在于，所述微粒去除系统包括抽排风系统，该抽排风系统在崩片操作过程中能够产生去除所述微粒的气流。

28.根据权利要求18所述的崩片机，其特征在于，所述崩片机在崩片操作完成并经过一延迟时间后使得所述气缸开始返回所述初始位置。

Images