CN108511351B - 一种解键合装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解键合装置及控制方法，该装置包括分别位于键合片上下两侧的上吸附单元和下吸附单元，与所述上吸附单元连接的调整单元以及与所述下吸附单元连接的运行控制单元。通过上吸附单元和下吸附单元分别对玻璃片和硅片进行吸附，接着通过运行控制单元分别以扭矩控制模式和速度控制模式带动下吸附单元水平移动，从而带动硅片与玻璃片分离，通过扭矩和速度控制模式，保证解键合的过程中片层运行稳定，避免出现速度过快，扭矩过大等问题造成片层因受力不均造成压伤、裂纹、碎片等不良现象，提高了产品良率。

Description

一种解键合装置及控制方法

技术领域

本发明涉及解键合技术领域，具体涉及一种解键合装置及控制方法。

背景技术

解键合设备是半导体工艺路线中的重要设备，解键合工艺是将由玻璃片、中间材料(如键合胶)、硅片晶圆组成的键合片经过一系列工艺处理(包括减薄、TSV加工和金属化等)后进行拆解的过程。常规的热滑移解键合技术需要克服的主要问题是防止热滑移过程中的裂片现象。由于半导体领域的晶圆通常是薄的，易碎的，尤其是在受到加热后热释放过程中应力作用下的变形等现象。解键合工艺中硅片平稳运行是避免晶圆裂片的重要影响因素，而键合片分离过程中的控制方法直接影响硅片分离过程中的受力情况，并决定硅片分离后的表面质量。

解键合力为上下片层与之间熔融胶层的剪切力，剪切力计算公式为

其中：μ—胶层动力粘度系数；u—上下片层之间相对运动速度；y—上下片层之间胶层厚度；A—上下片层之间实际接触面积。

现有技术中提供了一种使衬底与通过连接层连接的衬底载体分离的装置，并涉及了一种分离的控制方法，该方法利用分离装置中安装的测力机构，用来测量衬底和衬底载体之间的剥离力，该剥离力用以调节衬底和衬底载体之间的移动速度。控制方案以恒定的剥离力实现剥离，由于平行移动的速度与衬底和衬底载体之间的有效接触面积呈反比，随着接触面积的减小，剥离速度将逐步增大。此外，该装置还考虑了衬底和衬底载体分离过程中粘附力逐渐减小的因素，在分离过程接近结束过程中附加的对于平行移动时考虑设置间隙结构进行垂直方向上的运动，由于键合片在热滑移过程中受热传递的影响，温度逐渐升高，解片初期，上下片层实际接触面积最大，而胶层尚未完全熔化，动力粘度系数较大，因而需要较大扭矩才能将片层分离，随着温度升高，逐步解开的片层实际接触面积减小，而胶层动力粘度系数也逐步减小，所需的实际分离扭矩也将逐渐减小，因此实际过程中恒定剥离力条件下，改变速度来控制分离过程存在单位面积受力不均匀、分离速度过快等风险，而热滑移过程中的平行移动过程中，设置间隙结构进行垂向运动的控制方式对于厚度很薄的键合片裂片风险较大，而衬底容纳体和衬底载体容纳体表面的加工精度、平行度及装配精度均很难达到要求。

发明内容

本发明提供了一种解键合装置及控制方法，以解决现有技术中存在的键合片裂片的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种解键合装置，包括分别位于键合片上下两侧的上吸附单元和下吸附单元，与所述上吸附单元连接的调整单元以及与所述下吸附单元连接的运行控制单元。

进一步的，所述上吸附单元由下至上包括依次连接的上吸盘、上加热器和上隔热板。

进一步的，所述上加热器和所述上隔热板之间设有若干上隔热块。

进一步的，所述调整单元位于所述上隔热板上方。

进一步的，所述调整单元包括均匀分布于所述上隔热板上方的若干垫块，所述垫块与所述上隔热板之间通过调节件连接。

进一步的，所述垫块设有6个，所述调节件为调节螺钉。

进一步的，所述下吸附单元由上至下包括依次连接的下吸盘、下加热器和下隔热板。

进一步的，所述下加热器和所述下隔热板之间设有若干下隔热块。

进一步的，所述运行控制单元设于所述下隔热板下方。

进一步的，所述运行控制单元包括与所述下隔热板连接的运行平台以及与所述运行平台依次连接的伺服电机、伺服控制器和PLC控制器。

进一步的，还包括电源，所述电源和PLC控制器之间还依次连有接触器和断路器。

本发明还提供一种如上所述的解键合装置的控制方法，包括以下步骤：

S1：所述上吸附单元吸附所述键合片中玻璃片的上表面，所述运行控制单元带动所述下吸附单元运动至所述上吸附单元的正下方；

S2：所述上吸附单元带动所述键合片向下运动使所述键合片的下表面与所述下吸附单元接触；

S3：所述下吸附单元吸附所述键合片的下表面，所述调整单元调整所述上吸附单元和下吸附单元的平行度；

S4：固定所述上吸附单元，所述运行控制单元按照设定的扭矩控制模式工作，带动所述下吸附单元沿水平方向移动，速度依次增大，从而带动所述键合片中的硅片相对玻璃片水平移动；

S5：当速度达到设定最大值后，所述运行控制单元按照速度控制模式工作，以恒定速度带动下吸附单元移动，从而带动所述键合片中的硅片与玻璃片完全分离。

进一步的，所述步骤S1中，所述上吸附单元中的上吸盘通过真空吸附的方式吸附所述玻璃片。

进一步的，所述步骤S2中，所述上吸附单元以恒速带动所述键合片向下运动。

进一步的，所述步骤S3中，所述下吸附单元中的下吸盘通过真空吸附的方式吸附所述硅片。

进一步的，所述步骤S3中，所述调整单元中的垫块与所述上吸附单元中的上隔热板通过调节螺钉连接，通过调整调节螺钉的松紧度从而调节上吸盘与下吸盘之间在不同方向上的平行度。

进一步的，所述步骤S4中，通过所述PLC控制器下发模拟量信号给伺服控制器，使伺服控制器控制伺服电机以扭矩控制模式工作，通过PLC控制器下发脉冲信号给伺服控制器，使伺服控制器控制伺服电机以速度控制模式工作。

本发明提供的解键合装置及控制方法，该装置包括分别位于键合片上下两侧的上吸附单元和下吸附单元，与所述上吸附单元连接的调整单元以及与所述下吸附单元连接的运行控制单元。通过上吸附单元和下吸附单元分别对玻璃片和硅片进行吸附，接着通过运行控制单元分别以扭矩控制模式和速度控制模式带动下吸附单元水平移动，从而带动硅片与玻璃片分离，通过扭矩和速度控制模式，保证解键合的过程中片层运行稳定，避免出现速度过快，扭矩过大等问题造成片层因受力不均造成压伤、裂纹、碎片等不良现象，提高了产品良率。

附图说明

图1是本发明解键合装置的结构示意图；

图2是本发明运行控制单元的结构示意图；

图3a-3c是本发明解键合过程中的三个状态示意图；

图4是本发明解键合过程中硅片相对玻璃片的速度曲线图。

图中所示：1、键合片；11、玻璃片；12、硅片；2、上吸附单元；21、上吸盘；22、上加热器；23、上隔热板；24、上隔热块；3、下吸附单元；31、下吸盘；32、下加热器；33、下隔热板；34、下隔热块；4、调整单元；41、垫块；42、调节件；5、运行控制单元；51、运行平台；52、伺服电机；53、伺服控制器；54、PLC控制器；55、接触器；56、断路器；57、电源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图1所示，本发明提供了一种解键合装置，包括分别位于键合片1上下两侧的上吸附单元2和下吸附单元3，与所述上吸附单元2连接的调整单元4以及与所述下吸附单元3连接的运行控制单元5。具体的，所述键合片1由上至下包括玻璃片11和硅片12，所述玻璃片11与硅片12之间通过键合胶键合在一起，本发明中的解键合装置用于使玻璃片11与硅片12解键合，即使两者彻底分离，通过上吸附单元2和下吸附单元3分别对玻璃片11和硅片12进行吸附，接着通过运行控制单元5以扭矩控制模式和速度控制模式带动下吸附单元3水平移动，从而带动硅片12与玻璃片11分离，由

得到单位面积上硅片12的受力

与键合片1上下片层(即玻璃片11和硅片12)接触面积的实际接触面积呈反比、与分离速度呈正比，其中：μ—胶层动力粘度系数；u—上下片层之间相对运动速度；y—上下片层之间胶层厚度；A—上下片层之间实际接触面积。本发明利用运动速度与键合片1上下片层接触面积对胶剪切力的影响，前期扭矩控制模式，保持扭矩相同的条件下，键合片1上下片层有效接触面积最大，此时的片层相对运动速度较低；随着解键合片1上下片层的逐渐分离，片层之间的接触面积越来越小，而滑移速度则会逐步增大，通过该控制方式，将键合胶的剪切力控制在合理的范围内，考虑到上下吸附单元2、3之间的平行度及键合片1自身的平行度、胶层厚度变化等因素的影响，运动后期控制运动速度，保持恒定速度下解片，单位面积受力与速度呈正比，恒速下，单位面积硅片12的受力均匀，本发明既能保证解片过程中单位面积硅片12受力均匀条件下顺利进行，又可避免快速解片时产生裂片风险，提高了产品良率。

请继续参照图1，所述上吸附单元2由下至上包括依次连接的上吸盘21、上加热器22和上隔热板23，所述上加热器22和所述上隔热板23之间设有若干上隔热块24，具体的，在解键合时，首先使上吸盘21采用真空吸附的方式吸附所述键合片1中的玻璃片11。

优选的，所述调整单元4位于所述上隔热板23上方，包括均匀分布于所述上隔热板23上方的若干垫块41，所述垫块41与所述上隔热板23之间通过调节件42连接。本实施例中，所述垫块41设有6个，所述调节件42为调节螺钉，通过调整调节螺钉的松紧度从而调节各方向上吸附单元2和下吸附单元3之间的平行度，即调节上吸盘21与下吸盘31之间的平行度，保证解片过程中的高真空度以及防止平行度较差情况下发生压片、卡滞等风险。

请继续参照图1，所述下吸附单元3由上至下包括依次连接的下吸盘31、下加热器32和下隔热板33，所述下加热器32和所述下隔热板33之间设有若干下隔热块34。具体的，在解键合时，首先下吸附单元3的位置与上吸附单元2的位置不对应，需要通过运行控制单元5带动下吸附单元3运动至上吸附单元2正下方，即与键合片1正下方，接着上吸附单元2向下运动使键合片1的下表面与下吸盘31接触，此时下吸盘31采用真空吸附的方式吸附所述键合片1中的硅片12。

优选的，所述运行控制单元5设于所述下隔热板33下方，包括与所述下隔热板33连接的运行平台51以及与所述运行平台51依次连接的伺服电机52、伺服控制器53和PLC控制器54，还包括电源57，所述伺服控制器53和电源57之间还依次连有接触器55和断路器56，如图2所示，当PLC控制器54对伺服控制器53发送模拟量信号时，伺服控制器53控制伺服电机52采用扭矩控制模式工作，带动下吸附单元3以逐渐增大的速度水平移动；当PLC控制器54对伺服控制器53发送脉冲信号时，伺服控制器53控制伺服电机52采用速度控制模式工作，带动下吸附单元3以恒定速度水平移动，在此过程中，通过断路器56进行过载短路保护，通过接触器55控制供电或断电。

本发明还提供一种如上所述的解键合装置的控制方法，包括以下步骤：

S1：所述上吸附单元2吸附所述键合片1中玻璃片11的上表面，所述运行控制单元5带动所述下吸附单元3运动至所述上吸附单元2的正下方；具体的，通过上吸附单元2中的上吸盘21采用真空吸附的方式吸附所述键合片1中的玻璃片11，此时运行控制单元5以恒速带动所述下吸附单元3运动至所述上吸附单元2的正下方，如图3a所示此时键合片1的下表面与下吸附单元3之间存在一定垂向距离。

S2：所述上吸附单元2带动所述键合片1向下运动使所述键合片1的下表面与所述下吸附单元3接触；具体的，上吸附单元2以恒速带动所述键合片1向下运动使硅片12的下表面与下吸盘31接触。

S3：所述下吸附单元3吸附所述键合片1的下表面，所述调整单元4调整所述上吸附单元2和下吸附单元3的平行度；具体的，所述下吸附单元3中的下吸盘31通过真空吸附的方式吸附所述硅片12，所述调整单元4中的垫块41与所述上吸附单元2中的上隔热板23通过调节螺钉连接，通过调整调节螺钉的松紧度从而调节上吸盘21与下吸盘31之间在不同方向上的平行度，保证解片过程中的高真空度以及防止平行度较差情况下发生压片、卡滞等风险。

S4：固定所述上吸附单元2，所述运行控制单元5按照设定的扭矩控制模式工作，带动所述下吸附单元2沿水平方向移动，本实施例中为水平向右运动，当然也可以水平向左运动，速度依次增大，从而带动所述键合片1中的硅片12相对玻璃片11水平移动，如图3b所示；具体的，通过PLC控制器54对伺服控制器53发送模拟量信号，控制伺服电机52采用扭矩控制模式工作，带动下吸附单元3以逐渐增大的速度水平移动，在此过程中，通过断路器55进行过载短路保护，通过接触器56控制供电或断电。

S5：当速度达到设定最大值后，所述运行控制单元5按照速度控制模式工作，以恒定速度带动下吸附单元3移动，从而带动所述键合片1中的硅片12与玻璃片11完全分离，如图3c所示；具体的，通过PLC控制器54对伺服控制器53发送脉冲信号，控制伺服电机52采用速度控制模式工作，带动下吸附单元3以恒定速度水平移动，在此过程中，通过断路器56进行过载短路保护，通过接触器55控制供电或断电。如图4所示为在解键合过程中硅片12相对玻璃片的速度变化曲线。

综上所述，本发明提供的解键合装置及控制方法，该装置包括分别位于键合片1上下两侧的上吸附单元2和下吸附单元3，与所述上吸附单元2连接的调整单元4以及与所述下吸附单元3连接的运行控制单元5。通过上吸附单元2和下吸附单元3分别对玻璃片11和硅片12进行吸附，接着通过运行控制单元5分别以扭矩控制模式和速度控制模式带动下吸附单元3水平移动，从而带动硅片12与玻璃片11分离，通过扭矩和速度控制模式，保证解键合1的过程中片层运行稳定，避免出现速度过快，扭矩过大等问题造成片层因受力不均造成压伤、裂纹、碎片等不良现象，提高了产品良率。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种解键合装置，其特征在于，包括分别位于键合片上下两侧的上吸附单元和下吸附单元，与所述上吸附单元连接的调整单元以及与所述下吸附单元连接的运行控制单元；其中，所述调整单元调整所述上吸附单元与所述下吸附单元的平行度，所述运行控制单元控制所述下吸附单元运动至所述上吸附单元的正下方；其中，所述上吸附单元由下至上包括依次连接的上吸盘、上加热器和上隔热板；所述调整单元位于所述上隔热板上方；所述调整单元包括均匀分布于所述上隔热板上方的若干垫块，所述垫块与所述上隔热板之间通过调节件连接。

2.根据权利要求1所述的解键合装置，其特征在于，所述上加热器和所述上隔热板之间设有若干上隔热块。

3.根据权利要求1所述的解键合装置，其特征在于，所述垫块设有6个，所述调节件为调节螺钉。

4.根据权利要求1所述的解键合装置，其特征在于，所述下吸附单元由上至下包括依次连接的下吸盘、下加热器和下隔热板。

5.根据权利要求4所述的解键合装置，其特征在于，所述下加热器和所述下隔热板之间设有若干下隔热块。

6.根据权利要求4所述的解键合装置，其特征在于，所述运行控制单元设于所述下隔热板下方。

7.根据权利要求6所述的解键合装置，其特征在于，所述运行控制单元包括与所述下隔热板连接的运行平台以及与所述运行平台依次连接的伺服电机、伺服控制器和PLC控制器。

8.根据权利要求7所述的解键合装置，其特征在于，还包括电源，所述伺服控制器和电源之间还依次连有断路器和接触器。

9.一种如权利要求1所述的解键合装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：所述上吸附单元吸附所述键合片中玻璃片的上表面，所述运行控制单元带动所述下吸附单元运动至所述上吸附单元的正下方；

S2：所述上吸附单元带动所述键合片向下运动使所述键合片的下表面与所述下吸附单元接触；

S3：所述下吸附单元吸附所述键合片的下表面，所述调整单元调整所述上吸附单元和下吸附单元的平行度；

S4：固定所述上吸附单元，所述运行控制单元按照设定的扭矩控制模式工作，带动所述下吸附单元沿水平方向移动，速度依次增大，从而带动所述键合片中的硅片相对玻璃片水平移动；

S5：当速度达到设定最大值后，所述运行控制单元按照速度控制模式工作，以恒定速度带动下吸附单元移动，从而带动所述键合片中的硅片与玻璃片完全分离。

10.根据权利要求9所述的解键合装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述上吸附单元中的上吸盘通过真空吸附的方式吸附所述玻璃片。

11.根据权利要求9所述的解键合装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述上吸附单元以恒速带动所述键合片向下运动。

12.根据权利要求9所述的解键合装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述下吸附单元中的下吸盘通过真空吸附的方式吸附所述硅片。

13.根据权利要求9所述的解键合装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述调整单元中的垫块与所述上吸附单元中的上隔热板通过调节螺钉连接，通过调整调节螺钉的松紧度从而调节上吸盘与下吸盘之间在不同方向上的平行度。

14.根据权利要求9所述的解键合装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过PLC控制器下发模拟量信号给伺服控制器，使伺服控制器控制伺服电机以扭矩控制模式工作，通过PLC控制器下发脉冲信号给伺服控制器，使伺服控制器控制伺服电机以速度控制模式工作。

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