CN111029269A - 一种激光拆键合设备及分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光拆键合设备及分离方法，包括：固定架，所述固定架用于固定激光加工装置；激光加工装置，所述激光加工装置安装在固定架上，所述激光加工装置用于对键合胶进行去胶处理；光学测距装置，所述光学测距装置安装在所述激光加工装置的加工部件上，所述光学测距装置用于测量加工部件与晶圆键合胶之间的距离；夹持装置，所述夹持装置安装在固定架上，所述夹持装置用于定位晶圆片；控制系统，所述控制系统与激光加工装置和夹持装置连接，所述控制系统用于控制激光加工装置和夹持装置。本发明采用激光“冷”加工特性，通过将激光束整形处理后作用到键合胶层上，使得键合胶失粘。

Description

一种激光拆键合设备及分离方法
技术领域
本发明涉及拆键合技术领域，具体地涉及一种激光拆键合设备及分离方法。
背景技术
晶圆拆键合的技术已提出多年，但选择上仍未成熟。目前主要技术方式有机械拆键合、热滑移拆键合、高功率激光拆键合、化学拆键合。
(1)机械拆键合
机械拆键主要利用机械托盘和气流等手段实现胶层剥离，其特点为可在室温条件下进行，晶圆厚度可到50μm以下，但良率较低，设备昂贵，且对临时键合材料要求较高。
(2)热滑移拆键合
热滑移拆主要利用加热剥离方式，设备价格相对较低，但难以实现100μm厚度以下的超薄晶圆制造，持续高温对产品损伤大，良率低，材料综合物性要求高并且对临时键合材料综合物性要求高。
(3)高功率激光拆键合
高功率激光拆键原理是激光照射胶合胶，利用光热转换机理实现胶层的剥离，当前主要工艺是应用紫外激光实现胶合剥离，高功率紫外激光器价格昂贵。
(4)化学拆键合
化学溶剂拆键合主要采用化学溶剂溶解方式实现胶层的去除，其特点是对设备依赖性小，成本低，但生产效率低，良率低，工艺应用受产品局限，穿孔基底设计要求高。
综上所述，以上传统拆键合方法都存在比较大的缺点。
发明内容
本发明提供一种激光拆键合设备及分离方法，解决了传统的拆键合方法良率较低，设备昂贵，对临时键合材料综合物性以及工艺性能要求高等缺点。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种激光拆键合设备，包括：固定架，所述固定架用于固定激光加工装置；激光加工装置，所述激光加工装置安装在固定架上，所述激光加工装置用于对键合胶进行去胶处理；光学测距装置，所述光学测距装置安装在所述激光加工装置的加工部件上，所述光学测距装置用于测量加工部件与晶圆键合胶之间的距离；夹持装置，所述夹持装置安装在固定架上，所述夹持装置用于定位晶圆片；控制系统，所述控制系统与激光加工装置和夹持装置连接，所述控制系统用于控制激光加工装置和夹持装置。
优选的是，所述固定架包括基架、设置在基架上的立柱、设置在立柱上的横梁；其中，所述控制系统安装在所述基架下方。
优选的是，所述激光加工装置包括用于发射激光束的激光器、改变激光束直径和发散角的可调扩束镜、激光束进行整形和光参量控制的变形镜、改变激光加工装置大小的反射镜、控制激光束路径的振镜组件以及用于加工的聚焦镜。
优选的是，所述振镜组件包括用于控制振镜的振镜驱动、用于控制所述变形镜的变形镜驱动、用于控制所述振镜驱动和变形镜驱动的控制器、以及控制控制器的上位软件。
优选的是，还包括用于控制聚焦镜上下移动的Z轴驱动机构，所述Z轴驱动机构与控制系统连接。
优选的是，所述光学测距装置还可以用于测量键合胶的厚度。
优选的是，所述夹持装置包括设立在基架上的底板、设立在底板上的X/Y轴驱动机构；
其中，所述晶圆片放置在X/Y轴驱动机构上，所述Z/Y轴驱动机构与控制系统连接。
优选的是，还包括用于对晶圆片拍照定位的相机，所述相机安装在所述激光加工装置的加工头上。
优选的是，还包括用于对激光加工装置散热的冷却装置。
本发明的另一个目的是：一种激光拆键合设备的分离方法，包括以下步骤：
S1、人工将晶圆片放在X/Y轴驱动机构上面的夹具上并定位好，X/Y轴驱动机构运动，将晶圆片移动至激光加工装置的加工部位正下方；
S2、使用相机对晶圆片拍照定位，使用光学测距装置对晶圆片上的键合胶进行测距，计算出键合胶的厚度；
S3、Z轴驱动结构带动聚焦镜进行上下移动，确定聚焦镜的聚焦点；
S4、控制系统发出信号给激光器，激光器发射激光束，经扩束镜、反射镜、变形镜进行调整好，再经振镜组件以及聚焦镜对键合胶进行去胶处理；
其中，激光加工装置工作时产生的热量由冷却装置冷却带走。
本发明与现有技术相比，本发明采用激光“冷”加工特性，通过将激光束整形处理后作用到键合胶层上，使得键合胶失粘。
由于超快激光的聚焦能力强，可以突破光学衍射极限，聚焦精准性强，在加工过程中不会损伤晶圆和玻璃基底，玻璃基底可重复利用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
图1为本发明其中一个实施例的结构示意图。
图2为本发明其中一个实施例的激光加工装置光路示意图。
图3为本发明其中一个实施例振镜调节结构示意图。
图4为本发明其中一个实施例控制系统拓扑图。
图5为本发明其中一个实施例光学测距装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供一种激光拆键合设备，包括：固定架，所述固定架用于固定激光加工装置；激光加工装置，所述激光加工装置安装在固定架上，所述激光加工装置用于对键合胶进行去胶处理；光学测距装置，所述光学测距装置安装在所述激光加工装置的加工部件上，所述光学测距装置用于测量加工部件与晶圆键合胶之间的距离；夹持装置，所述夹持装置安装在固定架上，所述夹持装置用于定位晶圆片；控制系统，所述控制系统与激光加工装置和夹持装置连接，所述控制系统用于控制激光加工装置和夹持装置。本发明通过研究光束整形技术、光参量控制、多轴运动协同控制技术、拆键合工艺等激光拆键合关键技术，解决激光拆键合中的关键问题。
下面结合附图，通过具体的实施例及应用对本发明提供的一种激光拆键合设备进行详细的说明。
如图1所示，本发明的提供的一种激光拆键合设备，包括：固定架，所述固定架用于固定激光加工装置；激光加工装置，所述激光加工装置安装在固定架上，所述激光加工装置用于对键合胶进行去胶处理；光学测距装置11，所述光学测距装置安装在所述激光加工装置的加工部件上，所述光学测距装置用于测量加工部件与晶圆键合胶之间的距离；夹持装置，所述夹持装置安装在固定架上，所述夹持装置用于定位晶圆片；控制系统2，所述控制系统与激光加工装置和夹持装置连接，所述控制系统用于控制激光加工装置和夹持装置。
可以理解，在本发明的实施例中，所述固定架包括基架1、设置在基架1上的立柱3、设置在立柱3上的横梁5；
可选的，在本发明的实施例中，所述控制系统2安装在所述基架1下方。
可以理解，如图2所示，在本发明其中一个实施例提供的激光加工装置光路示意图，所述激光加工装置包括用于发射激光束的激光器6、光束调节组件7、改变激光加工装置大小的反射镜9、以及用于加工的聚焦镜19。通过扩束镜17、变形镜18对激光束进行质量整形调节，使激光束满足加工需求。
所述光束调节组件7包括改变激光束直径和发散角的可调扩束镜17、激光束进行整形和光参量控制的变形镜18。
可选的，如图3所示，本发明实施例提供的振镜调节结构示意图中，为了使激光加工装置能够对键合胶全方面的进行除胶，需要控制激光束的路径，因此，在本发明的实施例中，所述激光加工装置还包括控制激光束路径的振镜组件10。
可以理解，在本发明的实施例中，所述振镜组件包括用于控制振镜的振镜驱动、用于控制所述变形镜的变形镜驱动、用于控制所述振镜驱动和变形镜驱动的控制器、以及控制控制器的上位软件。
如图3所示，本发明实施例提供的振镜调节结构示意图中，通过软件来实现振镜的移动，改变光路的改变。
在软件的控制下，根据实际需求需要对入射的激光束进行重新整形，需要对变形镜18进行调节，由变形镜驱动获取变形镜的位置信息，并发送至控制器，在控制器的控制下，变形镜驱动对变形镜进行驱动；在需要改变振镜时，同样是通过获取振镜的X/Y轴信息经振镜驱动反馈至控制器，在控制器的控制下通过振镜驱动对振镜进行调节。
可以理解，为了保证激光加工的精准性，需要对加工位置进行调节，使激光光束的聚焦点在待加工位置，因此，在本发明的实施例中，所述激光加工装置还包括用于控制聚焦镜上下移动的Z轴驱动机构8，所述Z轴驱动机构8与控制系统2连接。
可选的，所述光学测距装置11还可以用于测量键合胶的厚度。
本发明采用的光学测距装置采用了能够识别玻璃上下面反射光的传感器，解决因多层反射光导致测量距离不准确的问题。通过在测量程序中增加光量控制可以根据玻璃表面的反射光，玻璃上下表面的反射光在测量靶面上会呈现在不同的位置上通过软件可以准确测量出玻璃下表面的高度信息。如图5所示，为本发明光学测距的效果图。
可以理解，为了保证人工将晶圆片放入夹持装置中，将晶圆片移动至待加工位置，需要夹持装置可以进行移动，因此，在本发明提供的实施例中，所述夹持装置包括设立在基架1上的底板15、设立在底板15上的X/Y轴驱动机构13，设立在X/Y轴驱动机构13上的玻璃基底14；
可以理解，所述晶圆片放置在X/Y轴驱动机构上，所述Z/Y轴驱动机构与控制系统连接。
可选的，还包括用于对晶圆片拍照定位的相机12，所述相机12安装在所述激光加工装置的加工部位上。
可选的，激光器在工作时，会产生大量的热，如果长时间不进行降温出来，激光器6在高温环境中工作，长期以往，会损伤激光器，因此，在本发明的实施例中，还包括用于对激光加工装置散热的冷却装置。
如图1至4所示，本发明还提供了一种激光拆键合设备的分离方法，包括以下步骤：
S1、人工将晶圆片放在X/Y轴驱动机构13上面的夹具上并定位好，X/Y轴驱动机构13运动，将晶圆片移动至激光加工装置的加工部位正下方；
S2、使用相机对晶圆片拍照定位，使用光学测距装置11对晶圆片上的键合胶进行测距，计算出键合胶的厚度；
S3、Z轴驱动结构14带动聚焦镜19进行上下移动，确定聚焦镜19的聚焦点；
S4、控制系统2发出信号给激光器6，激光器6发射激光束，经扩束镜17、反射镜9、变形镜18进行调整好，再经振镜组件10以及聚焦镜19对键合胶进行去胶处理；
其中，激光加工装置工作时产生的热量由冷却装置4冷却带走。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种激光拆键合设备，其特征在于，包括：
固定架，所述固定架用于固定激光加工装置；
激光加工装置，所述激光加工装置安装在固定架上，所述激光加工装置用于对键合胶进行去胶处理；
光学测距装置，所述光学测距装置安装在所述激光加工装置的加工部件上，所述光学测距装置用于测量加工部件与晶圆键合胶之间的距离；
夹持装置，所述夹持装置安装在固定架上，所述夹持装置用于定位晶圆片；
控制系统，所述控制系统与激光加工装置和夹持装置连接，所述控制系统用于控制激光加工装置和夹持装置。
2.如权利要求1所述的一种激光拆键合设备，其特征在于，所述固定架包括基架、设置在基架上的立柱、设置在立柱上的横梁；
其中，所述控制系统安装在所述基架下方。
3.如权利要求1所述的一种激光拆键合设备，其特征在于，所述激光加工装置包括用于发射激光束的激光器、光束调节组件、改变激光加工装置大小的反射镜、以及用于加工的聚焦镜；
其中，所述光束调节组件包括改变激光束直径和发散角的可调扩束镜和激光束进行整形和光参量控制的变形镜。
4.如权利要求3所述的一种激光拆键合设备，其特征在于，所述激光加工装置还包括用于控制激光束路径的振镜组件，所述振镜组件包括用于控制振镜的振镜驱动、用于控制所述变形镜的变形镜驱动、用于控制所述振镜驱动和变形镜驱动的控制器、以及安装在控制器内软件。
5.如权利要求3或4所述的一种激光拆键合设备，其特征在于，所述激光加工装置还包括用于控制聚焦镜上下移动的Z轴驱动机构，所述Z轴驱动机构与控制系统连接。
6.如权利要求1所述的一种激光拆键合设备，其特征在于，所述光学测距装置还可以用于测量键合胶的厚度。
7.如权利要求1或2所述的一种激光拆键合设备，其特征在于，所述夹持装置包括设立在基架上的底板、设立在底板上的X/Y轴驱动机构，设立在X/Y轴驱动机构上的玻璃基底；
其中，所述晶圆片放置在X/Y轴驱动机构上，所述Z/Y轴驱动机构与控制系统连接。
8.如权利要求1所述的一种激光拆键合设备，其特征在于，还包括用于对晶圆片拍照定位的相机，所述相机安装在所述激光加工装置的加工头上。
9.如权利要求1所述的一种激光拆键合设备，其特征在于，还包括用于对激光加工装置散热的冷却装置。
10.一种激光拆键合设备的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、人工将晶圆片放在X/Y轴驱动机构上面的夹具上并定位好，X/Y轴驱动机构运动，将晶圆片移动至激光加工装置的加工部位正下方；
S2、使用相机对晶圆片拍照定位，使用光学测距装置对晶圆片上的键合胶进行测距，计算出键合胶的厚度；
S3、Z轴驱动结构带动聚焦镜进行上下移动，确定聚焦镜的聚焦点；
S4、控制系统发出信号给激光器，激光器发射激光束，经扩束镜、反射镜、变形镜进行调整好，再经振镜组件以及聚焦镜对键合胶进行去胶处理；
其中，激光加工装置工作时产生的热量由冷却装置冷却带走。
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