CN103956327A - 一种激光拆键合工艺方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光拆键合工艺及系统。本发明要解决的技术问题在于提供一种采用激光技术进行临时拆键合的工艺和系统。本发明的技术方案是应用激光技术对临时键合体中的边缘区域胶层进行切割。随后利用清洗装置将激光处理后的边缘区域进行清洗。通过本发明的激光切割技术，解决了现有化学液边缘去胶工艺时间长的缺点，清洗装置的采用提高了晶圆激光处理后的清洁度，有效克服了临时拆键合使用大量化学药剂和工艺时间长的缺点。

Description

一种激光拆键合工艺方法及系统
技术领域
本发明涉及微电子封装技术领域内一种制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备，属于晶圆处理的工艺和系统。
背景技术
随着半导体技术的发展，电子器件越做越小，集成度越来越高，包含的功能越来越多，器件的整体性能越来越强，由此导致薄器件晶圆的生产，以及薄芯片的处理已经成为了量产超薄产品工业的趋势，但因为其不稳定性，故在此基础上引出了临时键合和拆键合工艺。
临时键合与拆键合具有如下优势：首先，承载片晶圆为薄器件晶圆提供了机械上的支持保护，这样就可以通过标准器件晶圆制造厂的设备来进行背面工艺。对于超薄器件晶圆，可以实现器件晶圆级的工艺处理。因此，通过临时键合和拆键合技术，利用器件晶圆厂的每台设备都能够处理薄器件晶圆，而无需重新改装设备，而且不需特殊的夹具或器件晶圆盒。
临时键合技术解决了薄晶圆的拿持和工艺过程中的碎片问题，但是由于晶圆分离时的很多不稳定性因素，在晶圆分离时也存在着很大的碎片风险。目前晶圆分离的介质处理方式有激光处理、热处理和Zonebond等方式，但是都存在一定的缺陷。激光处理受限于载片晶圆必须是玻璃，所以使用场合有限；热处理因为加热使临时键合体产生一定的翘曲以及一定的热预算考虑，而被很多厂商冷落；Zonebond技术是目前较受欢迎的，但是缺点是拆键合前的预浸泡很长，从而影响了产率而不能实现量产。
现有技术中，美国专利US8267,143B2中提到，用激光处理使介质粘性降低后，然后利用向上的机械力将辅助物和晶圆分离；美国专利US 2012/0234407A1中提到，在降低介质粘性后，利用辅助物和产品晶圆相对的旋转以及向上的拉力，将辅助物和晶圆分离，但因为涉及激光，工艺的复杂性较大。公开号为CN103280423A，名称为”一种激光拆键合工艺及系统”的专利文献公开了一种能克服Zonebond技术需要的预浸泡前置工艺的激光拆键合工艺，具有操作简便、实用性强的特点，但切割方式只限于尖端装置或金刚线等传统方式，存在使用寿命短，维护成本高的缺点。另外，对于器件晶圆表面残留的键合胶的清洗，该文献采用的是湿法溶解或等离子清除的办法，但没有给出进一步的实施细节，湿法溶解还存在耗时、工艺复杂的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种采用激光技术进行拆键合工艺的方法，利用激光装置去除临时键合体的边缘胶层，大幅提高产出的效率。 
本发明提供的技术方案如下：
一种激光拆键合工艺方法，包括以下步骤：
1）采用临时键合胶将器件晶圆与载片晶圆进行键合，形成临时键合体；
2）对临时键合体上的器件晶圆进行背面工艺；
3）通过厚度测量装置测量得到临时键合胶所在的高度位置；
4）根据临时键合胶所在的高度位置将激光装置移动至临时键合胶的位置，使用激光装置将临时键合体中的边缘区域胶层去除；
5）将载片晶圆从临时键合体上移除；
6）清洗器件晶圆表面残留的临时键合胶。
作为上述工艺方法的改进，步骤4中还包括临时键合胶的清洗步骤。 
进一步，上述清洗步骤是通过一个或者多个喷出气体、喷出可以溶解键合胶清洗液或者等离子水的装置来实现的。
又进一步，在进行步骤4的去胶和清洗工艺时，步骤1中所述的临时键合体的晶圆取向可以不限于水平方向，而是可以选择任意角度。
本发明还包括一种与上述的激光拆键合工艺方法相对应的系统，包括：
厚度测量装置，用于测量得到临时键合胶所在的高度位置；
激光装置，用于去除临时键合体中的边缘区域胶层，该装置包括激光头、与所述激光器相连的辅助连接部和电气连接；
夹持装置，用于夹持临时键和体；
控制装置，用于控制激光装置的三维移动；
移除装置，用于将载片晶圆从临时键合体上移除。
又进一步，所述边缘清洗通过一个或者多个喷出气体、喷出可以溶解键合胶清洗液或者等离子水的装置来实现。
本发明通过引进激光技术于器件晶圆与载片晶圆的拆键合工艺，解决了现有临时键合及拆键合工艺中的传统化学浸泡方式存在的工艺时间长，维护成本高的缺点，有效克服了使用大量化学药剂的缺点。。
附图说明
图1为与本发明的工艺方法相对应的激光拆键合工艺系统的示意图。
图中，1—机台，2—夹持装置，3—激光装置，4—厚度测量装置，5—临时键合体，6—键合胶，7—控制装置。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明公开了一种激光拆键合工艺方法。首先器件晶圆和载片晶圆临时键合后，先测量临时键合胶层所在的高度位置，然后利用激光技术将器件晶圆外圈起粘结作用的临时键合胶进行去除，再使用夹具将载片晶圆剥离，从而实现拆键合的制作工艺，解决了现有传统薄器件晶圆拆键合前处理使用化学浸泡耗时长，产率低以及不环保等相关问题，同时有效完成三维封装的互连结构。
如图1所示，本发明的一种激光拆键合工艺，包括以下步骤：
1）采用临时键合胶将器件晶圆与载片晶圆进行键合，形成临时键合体；
2）对临时键合体上的器件晶圆进行背面工艺；
3）通过厚度测量装置测量得到临时键合胶所在的高度位置；
4）根据临时键合胶所在的高度位置将激光装置移动至临时键合胶的位置，使用激光装置将临时键合体中的边缘区域胶层去除；
5）将载片晶圆从临时键合体上移除；
6）清洗器件晶圆表面残留的临时键合胶。
本发明还公开了一种与上述工艺对应的激光拆键合系统，包括设置在机台1上的下属装置：
厚度测量装置4，用于测量得到临时键合胶所在的高度位置；
激光装置3，用于去除临时键合体5中的键合胶6，该装置包括激光头、与所述激光器相连的辅助连接部和电气连接；
夹持装置2，用于夹持临时键合体5；
控制装置7，用于控制激光装置的三维移动；
移除装置2，在没有拆键合的时候为夹持装置，拆键合结束为移除装置，用于将载片晶圆从临时键合体5上移除。
又进一步，所述边缘清洗通过一个或者多个喷出气体、喷出可以溶解键合胶清洗液或者等离子水的装置来实现。
下面对各步骤进行进一步的描述
1、采用临时键合胶将器件晶圆与载片晶圆进行键合，形成临时键合体。
采用临时键合胶将器件晶圆与载片晶圆进行键合通过ZoneBOND键合工艺完成，键合后边缘区域上临时键合胶的粘合力大于其余中心区域的粘合力。
ZoneBOND技术为临时晶圆键合、薄晶圆加工和键合分离应用提供了突破性方法，克服了因晶圆过薄带来的加工难题。ZoneBOND技术允许使用硅、玻璃和其他载体，无需在器件晶圆上施加水平力，就可在室温下分离。
为了支持在高温下研磨和背面加工，以及支持低外力分离载体，ZoneBOND把载体晶圆表面划分为两个区域，外围边缘区粘合力强，中心区域粘合力弱。因此，在用溶剂溶解或用其他手段去除边缘临时键合胶后，只需较低的分离力就可让载体分离。优选地，本发明中边缘区域为器件晶圆或载片晶圆边缘2mm内，在其他实施方式中根据晶圆的不同也可以适当增大或减小边缘区域的范围。
优选地，临时键合胶为到达额定温度融化的聚合物材料 (如HT系列键合胶等)，载片晶圆材料为硅或者玻璃。
2、对临时键合体上的器件晶圆进行背面加工工序。
背面加工工序包括：对器件晶圆的减薄工艺、金属互连及微凸点的制备。
其中，在步骤1前还包括对器件晶圆进行正面加工工序，包括制备TSV、金属互连及微凸点。
首先在器件晶圆上正面上制备TSV、金属互连和微凸点等；
然后执行步骤1，采用临时键合胶将器件晶圆与载片晶圆进行临时键合，通过磨削的方法，将临时键合体上的器件晶圆进行减薄，减薄后的器件晶圆厚度为10~300μm；
减薄完成后在器件晶圆的另一表面上进行刻蚀等工艺，使TSV露出后制备金属互连和微凸点。
当背面工艺结束后，需要在器件晶圆背面贴上一层保护膜（含有外框），以保护器件晶圆拆键合后，安全地拿持。
3、通过厚度测量装置测量得到临时键合胶层所在的高度位置。
厚度测量装置，用于测量得到临时键合胶层所在的高度位置，并将所测量到的信息反馈给激光装置。厚度测量可以采用接触式、或非接触式方法进行测量，如采用红外测量等。
优选地，定义载片晶圆的上表面为基准平面，通过测量载片晶圆的厚度得到临时键合胶层的位置。在其他实施方式中，也可以设置其他位置为基准平面，也不一定要测量载片晶圆的厚度，只要测量得到临时键合胶层所在的高度位置即可。
4、根据临时键合胶层所在的高度位置将激光装置移动至胶层位置，使用激光装置对临时键合体中的边缘区域胶层进行去除。
激光装置包括与其相连的连接部。去胶时，激光装置平行于器件晶圆和载片晶圆。
去胶时，临时键合体被夹持装置垂直夹持，前述步骤中已经通过测量得到临时键合胶所在的高度位置，将高度位置反馈给激光装置，通过控制装置控制激光装置的三维移动，使激光装置的头部处于临时键合体中的临时键合胶位置。
进一步地，临时键合体的边缘清洗通过一个或者多个喷气、喷出可以溶解键合胶清洗液
或者等离子水的装置来实现。
步骤4的胶体去除和清洗工艺时，步骤1中所述的临时键合体的晶圆取向可以不限于水
平方向，可以选择任意角度。
5、将载片晶圆从临时键合体上移除。
采用ZoneBOND键合工艺键合后，临时键合体中边缘区域上临时键合胶的粘合力强，其余中心区域的粘合力弱，步骤4中已经通过切割装置将临时键合体中边缘区域的临时键合胶切割分离，载片晶圆和器件晶圆仅通过中心区域键合，而中心区域的粘合力弱，可以通过移除装置将载片晶圆从临时键合体上移除，移除装置可以采用真空吸除或夹持拿取等方法。
6、清洗器件晶圆表面残留的临时键合胶。
器件晶圆表面残留的临时键合胶需要进行去除，本发明使用湿法工艺，是通过一个或者多个喷出可以溶解键合胶清洗液的装置来实现的。
本发明的激光拆键合工艺及系统采用ZoneBOND技术将器件晶圆和载片晶圆利用临时键合胶进行键合，采用激光装置将器件晶圆和载片晶圆组成的临时键合体外圈起粘结作用的临时键合胶进行去除，再将载片晶圆剥离，从而实现临时键合及拆键合的制作工艺。
通过上述激光拆键合工艺及系统，解决了现有传统薄器件晶圆拆键合前处理使用化学浸泡耗时长、产率低以及不环保等问题，其临时键合及拆键合工艺简单、产率高且环保，有效地完成了三维封装的互连结构。

Claims (6)

1.一种激光拆键合工艺方法，包括以下步骤：
1）采用临时键合胶将器件晶圆与载片晶圆进行键合，形成临时键合体；
2）对临时键合体上的器件晶圆进行背面工艺；
3）通过厚度测量装置测量得到临时键合胶所在的高度位置；
4）根据临时键合胶所在的高度位置将激光装置移动至临时键合胶的位置，使用激光装置将临时键合体中的边缘区域胶层去除；
5）将载片晶圆从临时键合体上移除；
6）清洗器件晶圆表面残留的临时键合胶。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤4中还包括边缘键合胶去除后的清洗步骤。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述清洗步骤中，清洗是通过一个或者多个喷出气体、喷出溶解键合胶清洗液或者等离子水的装置来实现的。
4.一种实现如权利要求1所述的激光拆键合工艺方法的系统，包括：
厚度测量装置，用于测量得到临时键合胶所在的高度位置；
激光装置，用于去除临时键合体中的边缘区域胶层，该装置包括激光头、与所述激光器相连的辅助连接部和电气连接；
夹持装置，用于夹持临时键和体；
控制装置，用于控制激光装置的三维移动；
移除装置，用于将载片晶圆从临时键合体上移除。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述激光装置通过调节聚焦的深度控制胶层的去除量。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述激光装置附带包含一个或者多个喷出气体、喷出可以溶解键合胶清洗液或者等离子水的装置。
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