CN102064087B - 撕膜方法、撕膜装置及撕膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种撕膜方法，其特征在于，首先使薄膜边缘与其贴覆的基体分离；然后使用第一夹具夹持住薄膜边缘，移动第一夹具逐渐使薄膜与其贴覆的基体分离，直至将薄膜与其贴覆的基体完全分离。本发明提供了一种新的撕膜方法，利用机械装置撕膜，无需再使用胶带或薄膜等耗材，减少了易耗品的使用，可以有效地降低成本。撕膜装置可循环使用，节省了撕膜的成本。本发明中的撕膜装置，撕膜操作简单易行，成功率高，可保证安全撕除晶圆上的薄膜，不会再出现胶带无法粘住减薄膜导致无法撕除的现象。而且，在撕膜过程中，撕膜装置各零部件运行容易控制，且精度容易把握，撕膜装置不会碰到晶圆，可有效避免损坏晶圆，确保晶圆的安全，撕膜过程安全可靠。

Description

撕膜方法、撕膜装置及撕膜设备

技术领域

本发明涉及一种撕膜方法、撕膜装置及撕膜设备。

背景技术

晶圆生产完成后需要进行封装测试。晶圆生产与封装测试往往由不同的公司进行，因此，需要在不同的地点之间运输转移。出于移动时对晶圆安全的考虑，晶圆厂制造的晶圆厚度通常在700um以上，以防止运转转移过程中破裂。且随着晶圆尺寸的增大，其厚度在逐渐增大。但在晶圆的使用场合，芯片的发展趋势是越来越薄。因此，在进行封装测试前，需要对晶圆进行减薄处理。

通常将晶圆电路面，即完成芯片功能的那一面称为正面，另外一面即为背面。晶圆背面主要由硅材料组成，起支撑晶圆作用。晶圆减薄就是将晶圆背面的硅材料去除，目前，晶圆的厚度已经可以从出厂时的700um以上降到减薄后的50um以下。

晶圆减薄的方法是将晶圆正面朝下放在晶圆承载装置上，采用金刚石砂轮在晶圆背面打磨。为了保护晶圆正面，在减薄之前需要在晶圆正面贴覆一层保护膜。这层保护膜与晶圆接触的一面具有一定的粘性，贴覆后与晶圆粘在一起，保护膜边缘与晶圆边缘平齐。由于这层保护膜是专为保护晶圆减薄用的，也可以称为减薄膜。

晶圆减薄后，在进行切割前，需要先将减薄膜撕除。目前通常的方法是将晶圆背面朝下固定在晶圆承载装置上，利用专门的胶带粘在减薄膜上，胶带的粘性大于减薄膜的粘性，利用胶带将减薄膜一起拉起，达到撕除减薄膜的目的。

但是这种方法由以下几点不足：

1、每次撕膜都要消耗胶带。目前市场上可用的胶带价格比较昂贵，增加了成本。而且胶带无法循环使用，使用一次即丢弃，不仅成本高，而且产生难以处理的垃圾。

2、撕膜困难。由于减薄膜不与晶圆接触的那一面会暴露在空气中，为了防止粘到灰尘而进行了防粘处理，而撕膜时又要求胶带与减薄膜的粘性较强，这两个要求是相互矛盾的，虽然减薄膜与晶圆之间的粘附力不是非常大，但由于减薄膜背面进行过防粘处理，因此，胶带与减薄膜之间的粘附力仍不能保证每次都能成功的撕除减薄膜。

3、影响晶圆的安全性。对于薄的晶圆(通常指厚度在200um以下)在撕除减薄膜之前，在晶圆背面已经贴覆了一层晶圆切割用的保护膜，这层保护膜也叫切割膜。晶圆同切割膜一起粘到一个框架上。此时，在利用胶带撕膜时，必须保证胶带的边缘与减薄膜边缘精确平齐，如果胶带边缘超出减薄膜边缘，则会粘到切割膜上，在撕除减薄膜时带起切割膜，使晶圆破裂。

4、影响切割膜的品质。针对某些类型的减薄膜，需要将其加热到一定的温度才能比较可靠的撕除，这将导致切割膜也一起被加热，这会影响到切割膜的品质，对后续工艺产生不良影响。

5、影响生产效率。不同的减薄膜需要使用不同的胶带才能比较可靠的撕除，而不同批次的晶圆贴覆的减薄膜经常是不一样的，这使得操作人员也需要经常更换胶带，降低了设备使用效率，增加了生产成本。

针对这些不足，一种解决方法是利用塑料薄膜加热，类似于烫焊的方式将塑料薄膜同减薄膜固定在一起，从而实现撕膜。

这种方法虽然可以改变对胶带的依赖性，也可以部分降低胶带成本，但是没有根本性的解决胶带撕膜的不足。首先塑料薄膜仍然是耗材；其次，成功率比较低；第三，不是每一种减薄膜都可以与塑料薄膜焊在一起；第四，在烫焊时的温度、压力、位置都需要精确控制，很难不影响切割膜与晶圆。

发明内容

本发明的第一个目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种节省成本的撕膜方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

撕膜方法，其特征在于，首先使薄膜边缘与其贴覆的基体分离；然后使用第一夹具夹持住薄膜边缘，移动第一夹具逐渐使薄膜与其贴覆的基体分离，直至将薄膜与其贴覆的基体完全分离。

优选地是，使用铲刀使薄膜边缘沿厚度方向的大部分或全部与其贴覆的基体分离，使用第一夹具夹持薄膜的边缘，移动第一夹具直至将薄膜与其贴覆的基体完全分离。

优选地是，在使用第一夹具夹持薄膜的边缘使其移动至薄膜边缘沿厚度方向完全与其贴覆的基体分离后，使用第二夹具夹持住薄膜；第一夹具和第二夹具共同夹持薄膜同步移动，直至薄膜与其贴覆的基体完全分离。

本发明的另一个目的是提供一种节省成本，可确保晶圆安全撕除的撕膜装置。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

撕膜装置，其特征在于，包括铲刀，铲刀设置一斜面，用于在薄膜边缘处使薄膜沿厚度方向的大部分或全部与其贴覆的基体分离；所述铲刀可移动地安装；还包括至少一个可在薄膜被铲起后用于夹持薄膜的夹具，所述夹具可移动地安装。

优选地是，包括一个可移动地安装的第一夹持臂；所述第一夹持臂与铲刀相配合组成可夹持住薄膜的第一夹具。

优选地是，所述第一夹持臂可转动地安装，所第一夹持臂可转动至与铲刀相配合夹持住薄膜的位置。

优选地是，第一夹持臂可与铲刀同步移动地安装。

优选地是，还包括第二夹具，所述第二夹具可打开、可闭合地设置，以夹持薄膜或松开薄膜。

优选地是，所述第二夹具包括可运动的第二夹持臂和可转动的第三夹持臂；第二夹持臂与第三夹持臂相配合组成一个可打开、可闭合的第二夹具。

优选地是，还包括传动机构，所述传动机构可将驱动力传递至第二夹持臂和第三夹持臂中的一个或两个，驱动第二夹持臂和第三夹持臂中的一个运动或两个同时运动以使第二夹具打开或闭合。

优选地是，所述传动机构为可将驱动力传递至第二夹持臂和第三夹持臂驱动两者同时转动的联动传动机构，联动传动机构包括齿条和两个齿轮，两个齿轮啮合；第二夹持臂与第三夹持臂分别与一个齿轮联动连接；齿条至少与一个齿轮啮合。

优选地是，所述传动机构与驱动装置连接，驱动装置通过传动机构驱动第二夹持臂和第三夹持臂中的一个或两个运动。

优选地是，所述驱动装置为往复驱动装置。

优选地是，所述驱动装置为气缸，气缸的输出杆与传动机构连接。

优选地是，所述第二夹具可沿与铲刀移动方向相同方向移动地安装。

优选地是，所述的第二夹具，用于在第一夹具夹持薄膜边缘水平移动设定的距离后夹持薄膜。

优选地是，所述的第二夹具数目为两个，分别设置在第一夹具两侧。

本发明的第三个目的是提供一种撕膜设备，其特征在于，包括前述的撕膜装置。

本发明提供了一种新的撕膜方法，利用机械装置撕膜，无需再使用胶带或薄膜等耗材，减少了易耗品的使用，可以有效地降低成本。撕膜装置可循环使用，节省了撕膜的成本。本发明中的撕膜装置，撕膜操作简单易行，成功率高，可保证安全撕除晶圆上的薄膜，不会再出现胶带无法粘住减薄膜导致无法撕除的现象。本发明中的撕膜装置适于撕除各种类型的薄膜，撕除不同类型的薄膜无需更换零部件，节省时间，生产效率高。撕除晶圆上贴覆的减薄膜时，不会影响晶圆上贴覆的切割膜。而且，在撕膜过程中，撕膜装置各零部件运行容易控制，且精度容易把握，撕膜装置不会碰到晶圆，可有效避免损坏晶圆，确保晶圆的安全，撕膜过程安全可靠。

附图说明

图1为本发明撕膜设备的结构示意图。

图2为本发明中的撕膜装置结构示意图。

图3为本发明中的第一夹具和第二夹具移动的驱动方式结构示意图。

图4为第一夹具安装位置示意图。

图5为图4中的A部分局部放大图。

图6为第二夹具33的结构示意图。

图7为驱动箱330内部结构示意图。

图8至图11为铲刀使用原理示意图。图8为未开始撕膜前的铲刀与晶圆及薄膜相对位置示意图。

图9为图8中的铲刀向下移动D+0.8h后的位置。

图10为铲刀移动后，铲切薄膜边缘后，第一夹具夹持住薄膜边缘的状态示意图。

图11为第一夹具夹持住薄膜边缘移动一定的距离后的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

如图1所示，撕膜设备，包括横梁1，横梁1上设置有两个平行的第一导轨(11，12)。机械臂2一端与两个第一导轨(11，12)相配合，可沿两个第一导轨(11，12)移动。机械臂2沿两个第一导轨(11，12)的移动可以使用公知的驱动方式驱动。机械臂2的另一端安装有撕膜装置3。撕膜装置3的下方设置有晶圆承载装置5，用于在撕膜时放置并固定晶圆。晶圆承载装置5安装在基座4上。晶圆承载装置5可以固定安装在基座4上；也可以可移动地安装在基座4上，其可以采用公知的安装方式实现。

撕膜时，晶圆6放置在晶圆承载装置5上并固定，其固定方式可以采用真空吸附的方式，即晶圆承载装置5上设置通孔，通孔与真空泵联通，利用真空泵抽真空的方式使晶圆固定在晶圆承载装置上。晶圆6与撕膜装置3相对的上表面贴覆有薄膜。利用撕膜装置3将晶圆6表面的薄膜撕除。

图2为本发明中的撕膜装置结构示意图。如图2所示，撕膜装置，包括铲刀30和第一夹持臂31。铲刀30和第一夹持臂31安装于固定架253上。固定架253与基板21固定连接。机箱25内设置有马达(图中未示出)，马达的输出轴连接有丝杆(图中未示出)，丝杆与基板21螺纹配合。基板21受限制无法转动，因此，在丝杆转动时，可驱动基板21上下移动。

两个第二夹具(32，33)安装于铲刀30和第一夹持臂31两侧。两个第二夹具(32，33)均可以打开和闭合。图2中，第二夹具32处于闭合状态，第二夹具33处于打开状态。两个第二夹具(32，33)均安装于机械臂2下端的基板21上，可以随着基板21水平方向移动或竖直方向移动。

图3为本发明中的第一夹具和第二夹具移动的驱动方式结构示意图。如图3所示，机械臂2上横向安装有两个第二导轨(221，222)。两个第二导轨(221，222)平行设置。固定板23一侧的表面固定安装有四个第一滑块，图中仅示出了三个第一滑块(241，242，243)。四个第一滑块均设置有导向槽(图中未示出)，所述导向槽与第二导轨相配合，第一滑块可沿第二导轨移动。第一滑块(241，243)与第二导轨221相配合；第一滑块242和第四个第一滑块与第二导轨222相配合。利用公知的驱动装置，如电机或气缸，可驱动固定板23沿第二导轨横向往复移动，即靠近横梁1，或远离横梁1。

固定板23上安装有机箱25，机箱25两侧面分别安装有第三导轨(251，252)。第二滑块261上设置有导向槽与第三导轨251相配合，使第二滑块261可沿第三导轨251沿竖直方向移动。第二滑块262上设置有导向槽与第三导轨252相配合，使第二滑块262可沿第三导轨252沿竖直方向移动。竖直方向是指远离或靠近基座4(图1所示)的方向。第二滑块261与第二滑块262下端均与基板21固定连接。这样，就可以利用机箱25内的马达驱动基板21连同铲刀30、第一夹持臂31和两个第二夹具(32，33)沿竖直方向移动。基板21沿第三导轨竖直方向移动，既可以靠近基座4，也可以远离基座4。

本发明中的铲刀30、第一夹持臂31和两个第二夹具(32，33)均可以沿三个方向运动，即靠近或远离横梁1的方向；靠近或远离基座4的方向；及随机械臂2沿第一导轨的方向。

图4为第一夹具安装位置示意图。图5为图4中的A部分局部放大图。如图4、图5所示，铲刀30设置有一个尖端301和一个斜面302。第一夹持臂31通过转轴312可转动地安装。第一夹持臂31上端设置有拉伸弹簧314。拉伸弹簧314一端与第一夹持臂31上端连接，另一端固定连接于固定架253上。固定架253上还安装有气缸313。气缸313设置有可伸缩的输出杆(图中未示出)。第一夹持臂31的上端位于输出杆的运动方向上，以使输出杆可推动第一夹持臂31围绕转轴312转动，转动后的第一夹持臂31与铲刀30可共同夹持住薄膜。

第一夹具使用时，将铲刀30对准需要撕除的薄膜，移动铲刀30，使铲刀30的尖端301铲切薄膜边缘。薄膜被铲切时，边缘会随着铲刀30的移动而沿着斜面302翘起而与其贴覆的基体分离，被铲起的薄膜边缘会贴在斜面302上，铲切一定长度后，转动第一夹持臂31，使其下表面311与斜面302紧密贴合而夹持住薄膜边缘。铲刀30与第一夹持臂31夹住薄膜边缘继续移动，可将薄膜从其贴覆的晶圆上逐渐撕除。

图6为第二夹具33的结构示意图。如图6所示，第二夹具33包括驱动箱330，驱动箱330安装在机械臂2的基板21的下表面上。驱动箱330上安装有气缸331。驱动箱330的侧面设置有两个驱动轴(3321，3331)。驱动轴3321一端固定安装有第二夹持臂32，另一端穿过驱动箱330的壁伸入驱动箱330内部。驱动轴3331一端固定安装有第二夹持臂33，另一端穿过驱动箱330的壁伸入驱动箱330内部。

图7为驱动箱330内部结构示意图。如图7所示，气缸331的输出杆3311连接有齿条3312，齿条3312设置有沿直线排列的齿。伸入驱动箱330内部的驱动轴3321端部固定安装有齿轮3322。伸入驱动箱330内部的驱动轴3331端部固定安装有齿轮3332。齿轮3322与齿轮3332啮合；齿轮3332与齿条3312啮合。

第二夹具33使用时，气缸331可推动其输出杆3311直线移动，从而推动齿条3312直线移动。直线移动的齿条3312驱动齿轮3332转动，进而驱动齿轮3322转动。齿轮3322转动，带动驱动轴3321转动，进而驱动第二夹持臂332转动。齿轮3332转动，带动驱动轴3331转动，进而驱动第三夹持臂333转动。由于两个齿轮(3322，3332)啮合，因此，两者转动方向相反。其中一个顺时针转动时，另一个逆时针转动，反之亦然。因此，两个齿轮(3322，3332)转动可驱动第二夹持臂332和第三夹持臂333组成一个既可打开，又可闭合的第二夹具33。第二夹具33闭合时，可夹住薄膜。第二夹具33夹住薄膜边缘后移动，可拉动薄膜边缘一起移动，进而可将薄膜从晶圆上撕除。

第二夹具32与第二夹具33结构相同，工作方式相同。

图8至图11为铲刀使用原理示意图。图8为未开始撕膜前的铲刀30与晶圆6及薄膜7相对位置示意图。如图8所示，未开始撕膜之前，铲刀30位于晶圆6上方，晶圆6上表面贴覆有薄膜7。铲刀30与薄膜7之间的距离为D。薄膜7厚度为h。利用马达驱动铲刀向下移动，移动距离＝D+(薄膜厚度-安全余量)，安全余量为可保证铲刀不会损害晶圆的铲刀与晶圆之间的距离。另外，安全余量尽可能小，保证铲刀移动时，能够在边缘处，将薄膜沿厚度方向的大部分铲切，使边缘翘起而与其贴覆的基体分离。本发明中还可以将铲刀直接设置在适合铲切薄膜的高度，使用时，只需水平向右移动铲刀铲切薄膜即可。

图9所示为铲刀30向下移动D+0.8h后的位置。移动的具体数值可视具体情况调整。然后驱动铲刀水平向右移动一定的距离，如图10所示，铲切薄膜7的边缘，薄膜7沿厚度方向被切分。铲刀30向右移动时，将薄膜7的边缘沿厚度方向切分为较厚部分71和较薄部分72；直至被较厚部分71能够被第一夹具(即铲刀30和第一夹持臂31)牢固夹住。第一夹具夹住薄膜7的较厚部分71后，第一夹具继续向右上方移动或水平向右移动。如图11所示，此时，由于第一夹具夹住了薄膜7边缘沿厚度方向的较厚部分71，且较薄部分72与晶圆6的粘合力普遍小于薄膜沿厚度方向的各部分之间的结合力，因此，在第一夹具夹住薄膜7边缘沿厚度方向的较厚部分71向右上方移动或水平向右移动时，可将薄膜7边缘处沿厚度方向的较薄部分72从晶圆6表面撕除。第一夹具继续向右水平移动，薄膜7可更多地被从晶圆6表面撕除，直至薄膜7被全部撕除。

在第一夹具夹住薄膜边缘移动一定距离后，再利用如图2所示的两个第二夹具(31，32)夹住薄膜，以增加对薄膜的夹持力，确保顺利撕膜。

在铲刀30两侧分别设置第二夹具(32，33)，可在薄膜边缘被铲起后，使用多个夹具夹持薄膜可增加夹持力，以确保成功将薄膜撕除。

本发明可选的一个方案为：第一夹具与第二夹具分别独立上下移动。固定板253与基板21相互不连接。机箱25内设置两个马达，分别驱动固定架253、基板21沿竖直方向移动即可。

本发明中的第二夹具(32，33)的驱动方式可以选择其它方式，如使用一个电机驱动齿轮3322或齿轮3332转动，齿轮3322或齿轮3332啮合；如分别使用一个电机驱动齿轮3322和齿轮3332转动；如使用一个内齿轮与齿轮3322或齿轮3332啮合，齿轮3322或齿轮3332啮合，使用一个电机驱动内齿轮转动。

本发明中的第二夹持臂32和第三夹持臂33也可以使用直线运动方式闭合，即使用驱动装置使第二夹持臂32和第三夹持臂33相向运动或相背运动，以夹持或松开薄膜。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (14)

1.撕膜装置，其特征在于，包括铲刀，铲刀设置一斜面，用于在薄膜边缘处使薄膜沿厚度方向的大部分或全部与其贴覆的基体分离；所述铲刀可移动地安装；还包括至少一个可在薄膜被铲起后用于夹持薄膜的夹具，所述夹具可移动地安装；夹具包括第一夹具；所述撕膜装置还包括一个可移动地安装的第一夹持臂；所述第一夹持臂与铲刀相配合组成可夹持住薄膜的第一夹具。

2.根据权利要求1所述的撕膜装置，其特征在于，所述第一夹持臂可转动地安装，所第一夹持臂可转动至与铲刀相配合夹持住薄膜的位置。

3.根据权利要求1所述的撕膜装置，其特征在于，第一夹持臂可与铲刀同步移动地安装。

4.根据权利要求1所述的撕膜装置，其特征在于，还包括第二夹具，所述第二夹具可打开、可闭合地设置，以夹持薄膜或松开薄膜。

5.根据权利要求4所述的撕膜装置，其特征在于，所述第二夹具包括可运动的第二夹持臂和可转动的第三夹持臂；第二夹持臂与第三夹持臂相配合组成一个可打开、可闭合的第二夹具。

6.根据权利要求5所述的撕膜装置，其特征在于，还包括传动机构，所述传动机构可将驱动力传递至第二夹持臂和第三夹持臂中的一个或两个，驱动第二夹持臂和第三夹持臂中的一个运动或两个同时运动以使第二夹具打开或闭合。

7.根据权利要求6所述的撕膜装置，其特征在于，所述传动机构为可将驱动力传递至第二夹持臂和第三夹持臂驱动两者同时转动的联动传动机构，联动传动机构包括齿条和两个齿轮，两个齿轮啮合；第二夹持臂与第三夹持臂分别与一个齿轮联动连接；齿条至少与一个齿轮啮合。

8.根据权利要求6所述的撕膜装置，其特征在于，所述传动机构与驱动装置连接，驱动装置通过传动机构驱动第二夹持臂和第三夹持臂中的一个或两个运动。

9.根据权利要求8所述的撕膜装置，其特征在于，所述驱动装置为往复驱动装置。

10.根据权利要求8或9所述的撕膜装置，其特征在于，所述驱动装置为气缸，气缸的输出杆与传动机构连接。

11.根据权利要求4所述的撕膜装置，其特征在于，所述第二夹具可沿与铲刀移动方向相同方向移动地安装。

12.根据权利要求4所述的撕膜装置，其特征在于，所述的第二夹具，用于在第一夹具夹持薄膜边缘水平移动设定的距离后夹持薄膜。

13.根据权利要求4所述的撕膜装置，其特征在于，所述的第二夹具数目为两个，分别设置在第一夹具两侧。

14.撕膜设备，其特征在于，包括权利要求1所述的撕膜装置。

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