CN103137524A - 晶圆分离和清洁装置及其使用方法 - Google Patents

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CN103137524A CN2012101900200A CN201210190020A CN103137524A CN 103137524 A CN103137524 A CN 103137524A CN 2012101900200 A CN2012101900200 A CN 2012101900200A CN 201210190020 A CN201210190020 A CN 201210190020A CN 103137524 A CN103137524 A CN 103137524A
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Abstract

本发明涉及一种晶圆分离和清洁装置，包括自动晶圆处理模块。自动晶圆处理模块将半导体晶圆加载到用于分离工艺的晶圆分离模块中。自动晶圆处理模块从晶圆分离模块移除半导体晶圆并且将半导体晶圆加载到用于清洁工艺的晶圆清洁模块。还提供了晶圆分离和清洁装置及其使用方法。

Description

晶圆分离和清洁装置及其使用方法
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地来说，涉及晶圆分离和清洁装置及其使用方法。 
背景技术
为了形成三维集成电路(3DIC)，部件形成在半导体晶圆的两个面上。为了在半导体晶圆的背面上形成部件，将半导体晶圆接合至载具晶圆。载具晶圆允许处理半导体晶圆而不损坏形成在半导体晶圆的正面上方的部件。在半导体晶圆的背面上方形成部件之后，将载具晶圆与半导体晶圆分离。分离工艺留下粘附到半导体晶圆正面上方的残余接合材料。在切割和/或封装半导体晶圆之前，清洁晶圆以去除残余接合材料。 
半导体晶圆的厚度范围为大约10μm至大约350μm。薄半导体晶圆需要均匀支撑半导体晶圆的整个表面以避免运送过程中(分离工艺和清洁工艺之间)的断裂或变形。将膜框置于适当位置以支撑半导体晶圆；然而，膜框的使用增加了生产成本并且还产生大量破碎或变形的半导体晶圆。手动实施薄半导体晶圆的清洁工艺以防止清洁过程中使用的化学物质渗透到膜框和半导体晶圆之间并且损坏形成在半导体晶圆的表面上方的部件。 
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种晶圆分离和清洁装置，包括：自动晶圆处理模块；晶圆分离模块，被配置成分离半导体晶圆与载具晶圆；以及晶圆清洁模块，被配置成清洁所述半导体晶圆的表面，其中所述自动晶圆处理模块被配置成将所述半导体晶圆传送/运送到所述晶圆分离模块和所述晶圆清洁模块中的每一个或传送/运送来自所述晶圆分离模块和所述晶圆清洁模块中的每一个的所述半导体 晶圆。 
在该晶圆分离和清洁装置中，所述自动晶圆处理模块包括：机械臂，被配置成支撑所述半导体晶圆而没有使用膜框。 
在该晶圆分离和清洁装置中，所述晶圆分离模块包括：紫外光源、激光光源、或热源中的至少一种。 
在该晶圆分离和清洁装置中，所述半导体晶圆的厚度范围为大约350μm至大约1500μm。 
在该晶圆分离和清洁装置中，所述晶圆清洁模块包括喷嘴，所述喷嘴被配置成将清洁液喷洒到所述半导体晶圆的表面上方，其中所述清洁液包括混合物，所述混合物包括：去离子水、四甲基氢氧化铵(TMAH)、氢氧化钾(KOH)、甲基吡咯烷酮(NMP)、异丙醇(IPA)、乙醇、丙酮、过氧化氢(H2O2)和二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种。 
该晶圆分离和清洁装置进一步包括：第二晶圆清洁模块，所述第二晶圆清洁模块被配置成清洁半导体衬底的表面。 
该晶圆分离和清洁装置进一步包括控制系统，所述控制系统被配置成确定是所述清洁模块还是所述第二清洁模块可用于容纳晶圆组件。 
该晶圆分离和清洁装置进一步包括多个可移动存储单元。 
该晶圆分离和清洁装置进一步包括扫描器，所述扫描器被配置成扫描与所述半导体晶圆相关联的条形码。 
根据本发明的另一方面，提供了一种分离晶圆和清洁晶圆的方法，包括：使用晶圆分离模块将半导体晶圆与载具晶圆分离；使用晶圆清洁模块清洁所述半导体晶圆的表面；以及使用自动晶圆处理模块将所述半导体晶圆传送到所述晶圆分离模块和所述晶圆清洁模块或传送来自所述晶圆分离模块和所述晶圆清洁模块的所述半导体晶圆。 
在该方法中，所述半导体晶圆的厚度范围为大约350μm至大约1500μm。 
该方法进一步包括：通过所述自动晶圆处理模块使用机械臂支撑所述半导体晶圆，所述机械臂被配置成支撑所述半导体晶圆而不使用膜框。 
在该方法中，分离所述半导体晶圆与所述载具晶圆的步骤包括使将所 述半导体晶圆接合到所述载具晶圆的粘合剂曝露在紫外线辐射或激光下。 
在该方法中，清洁所述晶圆的表面的步骤包括用包括二甲基亚砜和去离子水的溶液清洁所述晶圆的表面。 
该方法进一步包括：在从所述晶圆分离模块或所述晶圆清洁模块移除所述半导体晶圆以后，通过所述自动晶圆处理模块将所述半导体晶圆置于存储单元中。 
该方法进一步包括：在将所述半导体晶圆加载到所述晶圆分离模块或所述晶圆清洁模块之前，通过所述自动晶圆处理模块，从所述存储单元移除所述半导体晶圆。 
该方法进一步包括：扫描与所述半导体晶圆相关联的条形码，并且将扫描的条形码传输到计算机系统上。 
该方法进一步包括：通过可移动存储单元将所述半导体晶圆传送到不同位置。 
该方法进一步包括：多个半导体晶圆；以及通过第二晶圆清洁模块清洁所述多个半导体晶圆中的至少一个。 
该方法进一步包括，通过控制系统确定通过所述晶圆清洁模块还是所述第二晶圆清洁模块清洁所述多个半导体晶圆之一，所述控制系统被配置成连接到所述晶圆清洁模块和所述第二晶圆清洁模块。 
附图说明
通过附图中的实例示出了一个或多个实施例，但一个或多个实施例不限于附图中的实例，其中，在通篇描述中具有相同参考标号的元件表示相同的元件。应该强调的是，根据工业中标准实践，各个部件可以不按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。事实上，为了清楚的讨论，附图中各个部件的尺寸可以被任意增加或减少。 
图1是根据实施例的半导体晶圆组件的侧视图； 
图2是根据实施例的晶圆分离和清洁装置的结构图； 
图3A和图3B是根据实施例的处于各个工艺阶段的半导体晶圆的侧视图；以及 
图4是根据实施例使用晶圆分离和清洁装置的方法的流程图。 
具体实施方式
据了解为了实施不同的部件，以下公开内容提供了许多不同的实施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以简化本公开内容。当然这些仅仅是示例并不打算限定。 
图1是晶圆组件100的侧视图。晶圆组件100包括半导体晶圆102，通过粘合剂106将该半导体晶圆接合至载具晶圆104。在一些实施例中，半导体晶圆102是硅。在其它实施例中，半导体晶圆102是锗、砷化镓或其它适合的半导体材料。在一些实施例中，载具晶圆104是蓝宝石。在其它实施例中，载具晶圆104是硅、热塑性聚合物、氧化物、碳化物或其它适合的材料。在一些实施例中，粘合剂106是旋涂粘合剂(spin-on adhesive)。在其它实施例中，粘合剂106是层压带、石蜡或其它适合的材料。 
图2是晶圆分离和清洁装置200的结构图，该装置包括自动晶圆处理模块202，用于将半导体晶圆102传送/运送到各个模块/传送/运送来自各个模块的半导体晶圆102。晶圆分离和清洁装置200也包括：晶圆分离模块204，用于将半导体晶圆102与载具晶圆104分离；和两个晶圆清洁模块206和208，用于从半导体晶圆102去除粘合剂106。晶圆分离和清洁装置进一步包括：存储单元210，用于储存多个半导体晶圆102或晶圆组件100。扫描模块212扫描半导体晶圆102上的用于跟踪目的的条形码。在一些实施例中，晶圆分离和清洁装置200可以集成在单个装置中。在其它实施例中，晶圆分离和清洁装置可以被分成不同的装置。本领域的普通技术人员意识到，随着装置之间的距离增加，将晶圆组件100或半导体晶圆102运送到不同装置/运送来自不同装置的晶圆组件100或半导体晶圆102的时间也增加。 
手动运送晶圆组件可能由于人为错误而导致晶圆组件破碎和变形的增加。当半导体晶圆102断裂时，会产生晶圆组件破碎。自动晶圆处理模块202消除了手动运送晶圆组件的需要，因此提高产量并且降低了生产成本。在一些实施例中，自动晶圆处理模块是机械臂。在一些实施例中，自动晶 圆处理模块202包括多个机械臂。机械臂具有刀具部分，将该刀具部分配置成支撑半导体晶圆102或晶圆组件100。在一些实施例中，刀具部分包括：传感器，该传感器用于改善刀具部分相对于半导体晶圆102或晶圆组件100(图1)的定位，从而防止划伤半导体晶圆102(图1和图3A至3B)的表面。在一些实施例中，刀具部分基本上是U字形，以最小化刀具部分和晶圆组件之间的接触量。在其它实施例中，刀具部分是圆形、直线形或其他适当形状，以支撑和移动半导体晶圆102或晶圆组件100。 
刀具部分不需要均匀地支撑晶圆组件的整个表面，因为半导体晶圆202(图2)的厚度范围为大约350μm至大约1500μm。在一些实施例中，这个范围更窄，例如，350μm至1500μm。半导体晶圆102具有能够承受分离工艺和清洁工艺的增强的机械强度，而没有由于较大的厚度而导致的变形或折断的重大风险。 
自动晶圆处理模块202将晶圆组件100(图1)加载到晶圆分离模块204中。在加载以后，将晶圆组件200传送到分离台。在分离台上方，照射晶圆组件100以削弱接合半导体晶圆102和载具晶圆104的粘合剂106。在一些实施例中，用紫外光照射晶圆组件100。在其它实施例中，用激光、热能或其它适当类型的能量照射晶圆组件100以削弱载具晶圆104和半导体晶圆102之间的接合。在照射以后，从分离台移除晶圆组件100并且将载具晶圆104与半导体晶圆102剥离。在一些实施例中，粘合剂106的一部分依然附接在半导体晶圆102和载具晶圆104的每个上。清洁并存储载具晶圆104以将该载具晶圆用于另一个半导体晶圆。分离工艺以后，半导体晶圆102类似于图3A所示的结构。 
移除载具晶圆104以后，自动晶圆处理模块202从晶圆分离模块204移除半导体晶圆102。如图3A所示，然后自动晶圆处理模块202将半导体晶圆102运送到清洁模块206或清洁模块208。 
将半导体晶圆102加载到清洁模块206或清洁模块208后，将半导体晶圆102(图3A)放置在清洁台上方。将清洁台配置成通过使用电机使半导体晶圆102旋转。在一些实施例中，位于清洁台上方的喷嘴提供溶剂溶液在接合残余粘合剂106的半导体晶圆102的表面上方。在实施例中，溶 剂溶液是去离子水、四甲基氢氧化铵(TMAH)、氢氧化钾(KOH)、甲基吡咯烷酮(NMP)、异丙醇(IPA)、乙醇、丙酮、过氧化氢(H2O2)和二甲基亚砜(dimethyl sulfoixe，DMSO)的混合物。在一些实施例中，清洁模块206或清洁模块208进一步包括刷子，用于帮助从半导体衬底去除残余粘合剂106。在一些实施例中，清洁模块206或清洁模块208的一些实施例使用喷嘴将高压气体或液体喷洒在半导体晶圆102上，以去除残余粘合剂106。清洁模块206或清洁模块208的其它实施例使用喷嘴将不同的化学物质引导至半导体晶圆102上方，从而用化学方法从半导体晶圆102去除残余粘合剂106。晶圆清洁工艺完成以后，如图3B所示，从半导体晶圆102完全去除残余粘合剂106以便进一步进行加工，例如，封装和切割。自动晶圆处理模块202从清洁模块206或清洁模块208移除半导体晶圆102。 
晶圆分离和清洁装置200包括第二清洁模块208。清洁工艺需要比晶圆分离工艺更多的时间。由于包括第二清洁模块208，晶圆分离和清洁装置200通过消除晶圆清洁工艺的生产瓶颈来提高效率。自动晶圆处理模块202配备有控制系统(没有示出)以决定使用哪个清洁模块。控制系统连接到清洁模块206和清洁模块208和自动晶圆处理模块202，并且决定两个清洁模块中的哪个可用于容纳半导体晶圆102(图3A)。 
在一些实施例中，当晶圆组件100或半导体晶圆102既不在分离模块204中或也不在清洁模块206或清洁模块208中时，自动晶圆处理模块202将晶圆组件100或半导体晶圆102置于存储单元210之一内。存储单元210包括支撑布置，该支撑布置被设计成支撑多个晶圆组件100或半导体晶圆102。晶圆组件之间的间隙足以允许自动晶圆处理模块202插入并且移除晶圆组件100或半导体晶圆102，而没有与相邻的晶圆组件或半导体晶圆接触从而避免损坏储存的晶圆。 
在另一个实施例中，存储单元210是固定的。在具有固定的存储单元210的晶圆分离和清洁装置200中，自动晶圆处理模块202从第一存储单元移除晶圆组件100或半导体晶圆102，并且将晶圆组件或半导体晶圆加载到模块204、模块206或模块208中。在完成模块204、模块206或模块 208中的工艺以后，自动晶圆处理模块202将晶圆组件100或半导体晶圆102置于第二存储单元210中，该第二存储单元210不同于第一存储单元210，以进一步沿着生产线移动晶圆组件或半导体晶圆。例如，在自动晶圆处理模块202从第一存储单元210移除晶圆组件100并且将晶圆组件加载到晶圆分离模块204中。然后，自动晶圆处理模块202从分离模块204移除半导体晶圆102并且将半导体晶圆置于第二存储单元210中，第二存储单元210更接近清洁模块206或清洁模块208。 
在另一个实施例中，存储单元210是可移动的，例如，前开门式标准盒(front opening unified pod，FOUP)，并且将成组的晶圆组件100或半导体晶圆102从当前位置传送到新位置。新位置要么邻近晶圆分离和清洁装置200中的不同模块要么邻近另一个装置，例如，切割装置或封装装置。在具有可移动存储单元210的晶圆分离和清洁装置200中，自动晶圆处理模块202从存储单元210移除晶圆组件100或半导体晶圆102并且将晶圆组件或半导体晶圆加载到模块204、模块206或模块208中，以及在模块204、模块206或模块208中的工艺完成后，将晶圆组件或半导体晶圆放回相同的存储单元210。然后存储单元210将晶圆移动到新位置。 
在又一个实施例中，自动晶圆处理模块202包括与模块204、模块206或模块208相关联的机械臂，并且存储单元210是可移动的。每一个机械臂从存储单元210移除晶圆组件100或半导体晶圆102并且将晶圆组件或半导体晶圆加载到相关联的模块204、模块206或模块208中。在完成模块工艺以后，相关联的机械臂从模块204、模块206或模块208移除晶圆组件100或半导体晶圆102，并且将晶圆组件或半导体晶圆储存在相同的存储单元210中。可移动存储单元210在每个模块204、模块206或模块208的附近的位置之间传送晶圆组件100或半导体晶圆102，从而允许与每个模块204、模块206或模块208相关联的机械臂继续加载和移除晶圆组件100或半导体晶圆102，而不必在模块之间传送晶圆组件或半导体晶圆。 
晶圆分离和清洁装置200包括晶圆扫描器212，该晶圆扫描器用于进行处理之前，扫描粘贴在每一个半导体晶圆102上的条形码。一旦半导体晶圆102进入晶圆分离和清洁装置200，晶圆扫描器212扫描条形码。晶 圆扫描器212将扫描的条形码传输到计算机系统，以允许在整个生产工艺中跟踪半导体晶圆102。在整个生产工艺中跟踪半导体晶圆102的能力使得生产错误能够进行快速定位并校正。 
图4是根据实施例使用晶圆分离和清洁装置200的方法400的流程图。方法400从步骤402开始，其中，通过晶圆扫描器212扫描半导体晶圆102上的条形码。步骤404是可选步骤，其中，自动晶圆处理模块202将晶圆组件100置于存储单元210中。 
在步骤406中，自动晶圆处理模块202将晶圆组件100(图1)加载到晶圆分离模块204中。如果包括可选步骤404，则自动晶圆处理模块202从存储单元210移除晶圆组件100并且将晶圆组件100加载晶圆分离模块204中。如果不包括可选步骤404，则自动晶圆处理模块202将晶圆组件100直接从晶圆扫描器212传送到晶圆分离模块204。 
在步骤408中，晶圆分离模块204将载具晶圆104与半导体晶圆102分离。在步骤410，分离工艺以后，从晶圆分离模块204移除半导体晶圆102(图3A)并且清洁和储存载具晶圆104以用于随后的晶圆组件。 
在可选步骤412中，自动晶圆处理模块202将半导体晶圆102传送到存储单元210。在步骤414中，自动晶圆处理模块202将半导体晶圆102(图3A)加载到晶圆清洁模块206或晶圆清洁模块208中。如果包括可选步骤412，则自动晶圆处理模块202从存储单元210移除半导体晶圆102，并且将半导体晶圆加载到晶圆清洁模块206或晶圆清洁模块208中。如果不包括可选步骤412，则自动晶圆处理模块202将半导体晶圆102直接从晶圆分离模块204运送到晶圆清洁模块206或晶圆清洁模块208。控制系统(没有示出)确定将半导体晶圆102传送到晶圆清洁模块206还是晶圆清洁模块208，该控制系统连接至自动晶圆处理模块202和晶圆清洁模块206或晶圆清洁模块208。 
在步骤416中，在晶圆清洁模块206或清洁模块206中清洁半导体晶圆102，以生成半导体晶圆102(图3B)。在步骤418中，清洁工艺以后，从圆清洁模块206或晶圆清洁模块208移除半导体晶圆102。 
在步骤420中，将半导体晶圆102送传送到进一步处理半导体晶圆102 的封装装置或切割装置。如果晶圆分离和清洁装置200包括可移动存储单元210，则将半导体晶圆102置于存储单元210中，并且将存储单元210传送到封装装置或切割装置。如果晶圆分离和清洁装置200包括固定的存储单元210，则将半导体晶圆102置于传送带、独立的可移动存储单元210、或者一些用于可将半导体晶圆102传送到切割装置和/或封装装置的其它装置上方。 
本说明书的一方面涉及一种晶圆分离和清洁装置，包括：自动晶圆处理模块、晶圆分离模块、和晶圆清洁模块，其中，自动晶圆处理模块将半导体晶圆加载到晶圆分离模块和晶圆清洁模块中。本说明书的另一方面涉及一种分离和清洁晶圆的方法，包括：使用自动晶圆处理模块将接合至载具晶圆的半导体晶圆加载到晶圆分离模块中；将半导体晶圆与载具晶圆分离；使用自动晶圆处理模块从晶圆分离模块移除半导体晶圆；使用自动晶圆处理模块将半导体晶圆加载到晶圆清洁模块中；使用晶圆清洁模块清洁半导体晶圆的表面；以及使用自动晶圆处理模块从晶圆清洁模块移除半导体晶圆。 
以上描述公开了示例性步骤，但是不必要求按描述的顺序实施这些示例性步骤。根据本公开内容的实施例的主旨和范围，步骤可以视情况添加、替换、变换顺序、和/或去除。在审阅本公开内容以后，结合不同的权利要求和/或不同的实施例的实施例在本公开内容的范围内，并且对于本领域的技术人员来说是显而易见的。 

Claims (10)

1.一种晶圆分离和清洁装置，包括：
自动晶圆处理模块；
晶圆分离模块，被配置成分离半导体晶圆与载具晶圆；以及
晶圆清洁模块，被配置成清洁所述半导体晶圆的表面，其中
所述自动晶圆处理模块被配置成将所述半导体晶圆传送/运送到所述晶圆分离模块和所述晶圆清洁模块中的每一个或传送/运送来自所述晶圆分离模块和所述晶圆清洁模块中的每一个的所述半导体晶圆。
2.根据权利要求1所述的晶圆分离和清洁装置，其中，所述自动晶圆处理模块包括：
机械臂，被配置成支撑所述半导体晶圆而没有使用膜框。
3.根据权利要求1所述的晶圆分离和清洁装置，其中，所述晶圆分离模块包括：紫外光源、激光光源、或热源中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的晶圆分离和清洁装置，其中，所述半导体晶圆的厚度范围为大约350μm至大约1500μm。
5.根据权利要求1所述的晶圆分离和清洁装置，其中，所述晶圆清洁模块包括喷嘴，所述喷嘴被配置成将清洁液喷洒到所述半导体晶圆的表面上方，其中
所述清洁液包括混合物，所述混合物包括：去离子水、四甲基氢氧化铵(TMAH)、氢氧化钾(KOH)、甲基吡咯烷酮(NMP)、异丙醇(IPA)、乙醇、丙酮、过氧化氢(H2O2)和二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的晶圆分离和清洁装置，进一步包括：第二晶圆清洁模块，所述第二晶圆清洁模块被配置成清洁半导体衬底的表面。
7.根据权利要求6所述的晶圆分离和清洁装置，进一步包括控制系统，所述控制系统被配置成确定是所述清洁模块还是所述第二清洁模块可用于容纳晶圆组件。
8.根据权利要求1所述的晶圆分离和清洁装置，进一步包括多个可移动存储单元。
9.根据权利要求1所述的晶圆分离和清洁装置，进一步包括扫描器，所述扫描器被配置成扫描与所述半导体晶圆相关联的条形码。
10.一种分离晶圆和清洁晶圆的方法，包括：
使用晶圆分离模块将半导体晶圆与载具晶圆分离；
使用晶圆清洁模块清洁所述半导体晶圆的表面；以及
使用自动晶圆处理模块将所述半导体晶圆传送到所述晶圆分离模块和所述晶圆清洁模块或传送来自所述晶圆分离模块和所述晶圆清洁模块的所述半导体晶圆。
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