CN105977194A - 纳秒固态激光调制系统及键合晶圆分离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳秒固态激光调制系统及键合晶圆分离的方法，其特征是，包括以下步骤：（1）键合晶圆放置在承载平台上；（2）激光发生器发出高斯激光束，通过光束整形镜调制产生方形光斑；使方形光斑的激光束聚焦透过玻璃载片至释放层，将释放层进行灰化，并保证粘结层无损伤；（3）调节激光发生器和承载平台的相对位置，使方形光斑照射在键合晶圆上的位置发生移动后进行灰化，移动后光斑与移动前的光斑部分面积相重叠；依此顺序移动光斑以实现键合晶圆整面的激光照射；（4）经上述步骤激光照射灰化后，将玻璃载片取下。本发明利用激光将临时键合体中的释放层进行灰化处理，可以实现批量生产，无良率损失，同时大幅提高产出的效率。

Description

纳秒固态激光调制系统及键合晶圆分离的方法
技术领域
本发明涉及一种晶圆处理的工艺和系统，尤其是一种纳秒固态激光调制系统及键合晶圆分离的方法，属于微电子封装技术领域。
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热处理和Zonebond等方式，但是都存在一定的缺陷。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时间较长，而且浪费较多的化学试剂，从而影响了产率而不能实现量产。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有半导体封装中存在的临时键合晶圆分离时的不稳性因素，提出了本发明。
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种纳秒固态激光调制系统及键合晶圆分离的方法，利用激光将临时键合体中的释放层进行灰化处理，可以实现批量生产，无良率损失，同时大幅提高产出的效率。
按照本发明提供的技术方案，所述纳秒固态激光调制系统，其特征是：包括用于放置键合晶圆并将键合晶圆进行真空吸附的承载平台，在承载平台上方设置激光发生器，在激光发生器的激光输出端设置将高斯激光束整形成方形光斑的光束整形镜，方形光斑由激光输出端输出照射在承载平台上的键合晶圆上。
进一步的，所述激光发生器或承载平台与XYZ移动装置连接。
所述键合晶圆分离的方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）键合晶圆放置在承载平台上；所述键合晶圆包括器件晶圆以及依次设置于器件晶圆表面的粘结层、释放层和玻璃载片；
（2）激光发生器发出高斯激光束，通过光束整形镜调制产生方形光斑；移动激光发生器或承载平台使方形光斑的激光束聚焦透过玻璃载片至释放层，将释放层进行灰化，并保证粘结层无损伤；
（3）调节激光发生器和承载平台的相对位置，使方形光斑照射在键合晶圆上的位置发生移动后进行灰化，移动后光斑与移动前的光斑部分面积相重叠；依此顺序移动光斑以实现键合晶圆整面的激光照射；
（4）经上述步骤激光照射灰化后，将玻璃载片取下。
进一步的，所述键合晶圆通过真空吸附固定在承载平台上。
进一步的，所述光斑的最大尺寸最大达到晶圆的尺寸。
进一步的，所述步骤（3）中移动后光斑与移动前的光斑的1/3面积相重叠。
进一步的，所述步骤（4）中通过机械方式或者非接触吹气方式将玻璃载片取下。
进一步的，所述键合晶圆贴在具有切割框架的切割膜上。
进一步的，所述步骤（2）中方形光斑的长度为100～320μm，宽度为10～100μm；灰化时间为20秒～5分钟。
本发明通过引进大尺寸的方形激光光斑输出技术于器件晶圆与玻璃载片的整面拆键合工艺，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。另一方面，由于该特殊激光调制整形技术的处理，可以实现最大速度的晶圆产出，所以在成本上也具有较大优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明所述实现键合晶圆分离的纳秒固态激光调制系统的示意图。
图2为通过高斯激光调制系统产生方形光斑的示意图。
图3～图5为键合晶圆分离的过程示意图，其中，
图3为纳秒固态激光调制系统照射晶圆的示意图。
图4为取走晶圆上玻璃片的示意图。
图5为清洗晶圆表面后的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施例，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实施制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
如图1所示，本发明所述纳秒固态激光调制系统，用于放置键合晶圆1并将键合晶圆1进行真空吸附的承载平台2，在承载平台2上方设置激光发生器3，在激光发生器3的激光输出端设置将高斯激光束整形成方形光斑的光束整形镜4，方形光斑由激光输出端5输出照射在承载平台2上的键合晶圆1上。
为了调节方形光班照射时的聚焦深度，所述激光发生器3或承载平台2与XYZ移动装置连接（图中未示出），以实现激光发生器3和承载平台2之间相对XYZ三个方向的调节。
本发明所述键合晶圆分离的方法，包括以下步骤：
（1）如图1、图3所示，键合晶圆1通过真空吸附固定在承载平台2上；键合晶圆1包括器件晶圆11以及依次设置于器件晶圆11表面的粘结层12、释放层13和玻璃载片14，释放层13的厚度为50nm，粘结层12的厚度为30µm；
（2）激光发生器3发出高斯激光束，通过光束整形镜4调制产生方形光斑，光斑的尺寸最大可以达到晶圆的尺寸，一般长度为100～320μm，宽度为10～100μm；通过XYZ移动系统调节，将方形光斑的激光束聚焦透过玻璃载片14至释放层13，将释放层13进行灰化，灰化时间为20秒～5分钟，保证粘结层无损伤12；所述激光发生器3的单脉冲范围为5nm～150nm，单脉冲能量在0～200µJ范围内连续可调；
（3）通过XYZ移动系统调节激光发生器3或承载平台2的相对位置，使方形光斑照射在键合晶圆上的位置移动后进行灰化，移动后光斑与移动前的光斑的1/3面积相重叠；依此顺序移动光斑以实现键合晶圆整面的激光照射；
采用该步骤的原因主要在于调制后的方形光斑能量分为三个区域，中间区域能量较高，两边区域能量较低，约为中间区域能量的一半；
（4）经上述步骤激光照射灰化后，通过机械方式或者非接触吹气方式将玻璃载片14取下，实现玻璃载片14与器件晶圆11分离的效果，如图4所示；所述非接触吹气方式指的是通过一个或多个喷出气体的装置来实现分离；
（5）如图5所示，清洗器件晶圆11表面，回收玻璃载片14；上述键合晶圆可以贴在具有切割框架的切割膜上，这样拆键合清洗去胶后可以直接进入切割工序。
本发明采用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。本发明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。
本发明是应用特殊纳秒固态激光调制整形技术将键合晶圆中的玻璃与键合胶间的聚合物灰化，然后通过一定的外力将玻璃取下，从而实现玻璃与晶圆分离的效果。通过本发明的纳秒固态激光调制系统，解决了现有化学试剂边缘去胶工艺时间长的缺点；同时因为拆分过程中没有化学药剂的使用，工艺的环保性能较高；另一方面，由于该特殊激光调制整形技术的处理，可以实现最大速度的晶圆产出，所以在成本上也具有较大优点。
本发明公开了一种实现键合晶圆分离的纳秒固态激光调制系统。本发明通过引进大尺寸的方形激光光斑输出技术于器件晶圆与玻璃载片的整面拆键合工艺，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。另一方面，由于该特殊激光调制整形技术的处理，可以实现最大速度的晶圆产出，所以在成本上也具有较大优点。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种纳秒固态激光调制系统，其特征是：包括用于放置键合晶圆（1）并将键合晶圆（1）进行真空吸附的承载平台（2），在承载平台（2）上方设置激光发生器（3），在激光发生器（3）的激光输出端设置将高斯激光束整形成方形光斑的光束整形镜（4），方形光斑由激光输出端（5）输出照射在承载平台（2）上的键合晶圆（1）上。
2.如权利要求1所述的纳秒固态激光调制系统，其特征是：所述激光发生器（3）或承载平台（2）与XYZ移动装置连接。
3.一种键合晶圆分离的方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）键合晶圆（1）放置在承载平台（2）上；所述键合晶圆（1）包括器件晶圆（11）以及依次设置于器件晶圆（11）表面的粘结层（12）、释放层（13）和玻璃载片（14）；
（2）激光发生器（3）发出高斯激光束，通过光束整形镜（4）调制产生方形光斑；移动激光发生器（3）或承载平台（2）使方形光斑的激光束聚焦透过玻璃载片（14）至释放层（13），将释放层（13）进行灰化，并保证粘结层无损伤（12）；
（3）调节激光发生器（3）和承载平台（2）的相对位置，使方形光斑照射在键合晶圆上的位置发生移动后进行灰化，移动后光斑与移动前的光斑部分面积相重叠；依此顺序移动光斑以实现键合晶圆整面的激光照射；
（4）经上述步骤激光照射灰化后，将玻璃载片（14）取下。
4.如权利要求3所述的键合晶圆分离的方法，其特征是：所述键合晶圆（1）通过真空吸附固定在承载平台（2）上。
5.如权利要求3所述的键合晶圆分离的方法，其特征是：所述光斑的最大尺寸最大达到晶圆的尺寸。
6.如权利要求3所述的键合晶圆分离的方法，其特征是：所述步骤（3）中移动后光斑与移动前的光斑的1/3面积相重叠。
7.如权利要求3所述的键合晶圆分离的方法，其特征是：所述步骤（4）中通过机械方式或者非接触吹气方式将玻璃载片（14）取下。
8.如权利要求3所述的键合晶圆分离的方法，其特征是：所述键合晶圆贴在具有切割框架的切割膜上。
9.如权利要求3所述的键合晶圆分离的方法，其特征是：所述步骤（2）中方形光斑的长度为100～320μm，宽度为10～100μm；灰化时间为20秒～5分钟。
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