CN115831850A - 一种晶圆贴揭膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆贴揭膜方法，利用静电的吸附原理特性，无需使用人工及压平器具以外力压迫抚平晶圆，可以使晶圆是在自然的环境中，由晶圆的圆周中心逐步向外平稳且逐步的摊平无需外力干预，所以晶圆的贴或揭膜的过程中晶圆的安全系数可以大大的提高；利用温度加热器的提高温度，促使晶圆结构稍微柔软，如此能降低晶圆应力的强度使其柔软，晶圆在静电吸附的抚平过程中，晶圆会更加的柔和与安全，避免晶圆破碎，还能够使有黏性的胶膜黏贴在晶圆上更加的牢固，并降低或减少黏性胶膜与晶圆之间的空气残留所形成的气泡，有效防止切割划片工序中出现飞片的问题。

Description

一种晶圆贴揭膜方法

技术领域

本发明涉及半导体晶圆生产领域，特别涉及一种晶圆贴揭膜方法。

背景技术

在传统的半导体封装工序中的晶圆减薄研磨(Wafer grinding)的最主要用意就是将晶圆厚度约在750um减薄研磨到封装体外型或产品特性要求所需要的晶圆厚度，如200um、150um、100um、75um、50um或是30um等，当完成研磨后并将晶圆从真空工夹具释放开来时，由于晶圆本身正面金属线路层和背面没有金属线路层的膨胀系数不同、晶圆正面金属线路层的层数、线路粗细搭配均匀性不同与金属线路间距均匀性不同、研磨减薄后的晶圆背面表面粗度的差异、研磨时的温度释放环境等等，使得应力的不均衡，导致晶圆完成磨片后出现的翘曲或卷曲的问题，尤其是晶圆减薄后的晶圆所剩余厚度，越薄则晶圆翘曲或卷曲的现象越明显(如图1所示)；

晶圆减薄研磨后发生了晶圆翘曲或卷曲的情况下，会造成后续生产工序(晶圆撕膜、晶圆贴膜、晶圆切割)的过程中产生诸多的困绕甚至报废，如晶圆破碎、晶圆切割对位不准、芯片飞片、芯片隐裂、可靠性安全等；

传统晶圆切割前的贴膜工艺技术过程中，晶圆的正面含金属线路层放置在真空贴膜设备的真空吸盘限位槽内(晶圆正面朝下晶圆背面朝上),进行晶圆的方向定位，利用有黏性的贴膜材料，黏合在晶圆背面无金属线路层的上表面,如此晶圆放置在晶圆限位槽内是需要依靠真空吸盘内的负压将晶圆牢牢的吸附，在正常晶圆贴膜的过程中如晶圆本身没有翘曲或卷曲，而放置在晶圆限位槽内对晶圆方向的对位及晶圆黏合的贴膜都没有问题(如图2和图3所示)；但在正常晶圆贴膜的时候晶圆已经发生翘曲或卷曲时，晶圆贴膜设备中，晶圆方向定位槽内的真空吸盘负压，会因为晶圆翘曲或卷曲而造成漏气无法凝聚负压的一定需求，俗称破真空(如图4中的晶圆在方向定位槽翘曲与破真空的现象示意图)；

当晶圆定位槽与晶圆背面的贴膜产生了破真空负压泄露现象时,如果晶圆的翘曲不是很严重(约≤1.0mm，而实际晶圆翘曲高度的多与寡，要依据当时晶圆的厚度以及应力强度/硬度的变化而变化，也就是说应力强度/硬度越强，那么晶圆翘曲高度的可忍受度就越低)以现有简单的手段，就是采用手工及压平器具将翘曲的晶圆压平，促使真空吸盘内的负压能够再次地建立，如此即可稍微安全地完成贴膜前翘曲的晶圆贴膜工作,当贴膜前晶圆已然翘曲严重，如果采用人工及加压器具实施强力压平(如图6使用外力辅以晶圆压平时所产生破片现象示意图所示)；那么已然翘曲的晶圆就很容易会造成晶圆内部的隐裂、崩碎、破片等不同程度的损伤，甚至会严重到整片晶圆的报废，影响了芯片后续封装良率的安全与早夭可靠性的能力,同样的造成了晶圆对位的不准确与晶圆切割划片的安全隐患；

这对全球半导体芯片封装技术与应用，朝向高密度、高容量、高精度、高可靠性及低延迟、低功耗、低成本的发展，无疑是提高了难度也是半导体芯片封装的业界，迫切需要寻求解决与攻关的重要课题。

发明内容

本发明提供一种晶圆贴揭膜方法，可以解决现有技术中所存在的在晶圆的贴膜、揭膜、翻模过程中，因仅使用真空吸附晶圆的方式而导致的无法有效吸附固定晶圆的问题。

一种晶圆贴揭膜方法，包括如下步骤：

输入晶圆：将晶圆从晶圆储存盒中取出，运输至晶圆置放区；

置放晶圆：将晶圆置放于工作盘中；

固定晶圆：至少使用工作盘的真空产生单元和静电产生单元二者中的一个，对晶圆进行固定；

黏粘/揭开黏胶膜：将黏胶膜贴在晶圆表面并沿晶圆的外周切割黏胶膜/将黏胶膜去除；

解除固定：解除对晶圆的固定；

输出晶圆：将晶圆取下。

所述步骤二中固定晶圆的方法如下：

启动工作盘的静电产生单元，抚平翘曲或卷曲的晶圆，当静电产生单元完成晶圆的抚平吸附后启动真空产生单元并关闭静电产生单元，以实现固定晶圆的目的。

在所述步骤一中输入晶圆前，先启动温度加热器，以减小贴膜时晶圆与黏胶膜之间的气泡。

所述步骤五中解除固定的方法为：关闭静电产生单元或真空产生单元。

用于晶圆切割划片前贴膜作业时还包括如下步骤：

扫描对位：进行半导体晶圆的坐标位置与方向的扫描与定位；

置放片环：将片环置放于黏胶模上；

所述扫描对位步骤在输入晶圆步骤之后、置放晶圆步骤之前进行；

所述置放片环步骤在固定晶圆步骤之后、黏贴胶膜步骤之前进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用静电的吸附原理特性，无需使用人工及压平器具以外力压迫抚平晶圆，可以使晶圆是在自然的环境中，由晶圆的圆周中心逐步向外平稳且逐步的摊平无需外力干预，所以晶圆的贴或揭膜的过程中晶圆的安全系数可以大大的提高；

利用温度加热器的提高温度，促使晶圆结构稍微柔软，如此能降低晶圆应力的强度使其柔软，晶圆在静电吸附的抚平过程中，晶圆会更加的柔和与安全，避免晶圆破碎，还能够使有黏性的胶膜黏贴在晶圆上更加的牢固，并降低或减少黏性胶膜与晶圆之间的空气残留所形成的气泡，有效防止切割划片工序中出现飞片的问题。

附图说明

图1为晶圆翘曲示意图；

图2为研磨工序中的无翘曲晶圆置放于工作盘中的示意图；

图3为切割划片工序中的无翘曲晶圆置放于工作盘中的示意图；

图4为翘曲晶圆置放于工作盘中的示意图；

图5为超薄晶圆在真空吸附下变形的示意图

图6为施加外力压平翘曲晶圆的示意图；

图7为翘曲晶圆在静电作用下的状态变化图；

图8为晶圆研磨工序中晶圆置放于工作盘的示意图；

图9为晶圆切割划片工序中晶圆置放于工作盘的示意图；

图10为晶圆贴揭膜流程图。

附图标记：1-晶圆、2-黏胶模、3-片环，4-真空产生单元4、5-静电产生单元、6-温度加热器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例一

如图7至图10所示，本发明实施例提供的一种晶圆贴揭膜方法，用于晶圆研磨前贴膜和研磨后揭膜作业，包括如下步骤：

晶圆研磨前贴膜：启动加温→输入晶圆→置放晶圆→固定晶圆(建立静电/建立真空)→黏贴胶膜→切割胶膜→解除固定(消散静电/消散真空)→输出晶圆；

晶圆研磨后揭膜：启动加温→输入晶圆→置放晶圆→固定晶圆(建立静电/建立真空)→揭开黏胶膜→解除固定(消散静电/消散真空)→输出晶圆；

在传统的工艺技术均采用真空吸附晶圆的方式，而这种传统的技术模式也带来了以下的缺陷：

因为晶圆1的翘曲或卷曲，导致晶圆1无法平贴在晶圆定位的工夹具中，造成真空的泄露从而无法利用真空负压吸附晶圆1及固定晶圆1，一般会采用人工及工具力用外力来压平晶圆平贴在工作盘内，才有机会能够建立真空负压吸附功能；因采用了外力将晶圆1压平的过程属于人工干预，所以压平力量是由圆周外围向圆周内缘施力，所以容易因施力的大小以及位置的不稳定，造成在外力介入的过程中致使晶圆1的内部隐裂、晶圆1的内部碎裂甚至是晶圆1的外观破裂，导致半导体芯片在封装过程以及封装后产品无法保证一定安全的质量或可靠性；在非常小心的作业过程中，其晶圆1的损伤或破片率约1.5％，若在不是很小心处理的情况下，其晶圆的损伤或是破片率更是难以估算；

为解决上述技术问题，本实施例的晶圆研磨前贴膜方法具体如下：

启动加温：启动温度加热器6，利用温度高低与时间长短来增加黏胶膜2的粘合能力，亦可轻微的舒缓晶圆应力，有利于晶圆1被黏胶膜2粘合的更稳定性更安全；

输入晶圆：将晶圆1从晶圆储存盒中取出，运输至晶圆置放区(运输方式可以为机械手自动化操作也可为人工手动操作)；

置放晶圆：将晶圆1置放于工作盘中；

固定晶圆：至少使用工作盘的真空产生单元4和静电产生单元5二者中的一个，对晶圆进行固定；

黏粘胶膜：将黏胶膜贴在晶圆1的表面并沿晶圆1的外周切割黏胶膜；

解除固定：解除对晶圆1的固定；

输出晶圆：将晶圆1取下；

其中，固定晶圆1的步骤中对于即对于已经发生翘曲的晶圆1，可选用静电产生单元5来抚平晶圆1，静电产生单元5可以利用电压的大小来调节静电吸附能量的大小，用以吸附不同厚度的晶圆1或是不同面积的晶圆1；

那么相对应的，解除固定的方式为关闭真空产生单元4或静电产生单元5；

对于未发生翘曲的晶圆1，可选用真空产生单元4来吸附固定晶圆1；

即根据晶圆1的翘曲程度选用不同的吸附机构，无需人工及压平器具以外力压迫抚平晶圆1，可以使晶圆1在自然的环境中，由晶圆1的圆周中心逐步向外平稳且逐步的摊平无需外力干预(如图7所示)，所以晶圆1的贴或揭膜的过程中晶圆1的安全系数可以大大的提高；

本实施例的晶圆1研磨后揭膜方法具体如下：

启动加温：启动温度加热器6，利用温度高低与时间长短来增加黏胶膜2的粘合能力，亦可轻微的舒缓晶圆应力，有利于晶圆1被黏胶膜2粘合的更稳定性更安全；

输入晶圆：将晶圆1从晶圆储存盒中取出，运输至晶圆置放区(运输方式可以为机械手自动化操作也可为人工手动操作)；

置放晶圆：将晶圆置放于工作盘中；

固定晶圆：至少使用工作盘的真空产生单元4和静电产生单元5二者中的一个，对晶圆1进行固定；

揭开胶膜：将黏胶膜2揭开去除；

解除固定：解除对晶圆1的固定；

输出晶圆：将晶圆1取下；

其中固定晶圆1和解除固定的步骤同上，故不在此赘述；

实施例二

本实施例提供的一种晶圆贴揭膜方法，用于晶圆切割划片前贴膜和切割划片后翻膜作业，包括如下步骤：

晶圆切割划片前贴膜：启动加温→输入晶圆→扫描对位→置放晶圆→固定晶圆→置放片环→黏贴胶膜→切割胶膜→解除固定→输出晶圆；

具体如下：

启动加温：启动温度加热器6，利用温度高低与时间长短来增加黏胶膜的粘合能力，亦可轻微的舒缓晶圆应力，有利于晶圆1被黏胶膜2粘合的更稳定性更安全；

输入晶圆：将晶圆从晶圆储存盒中取出，运输至晶圆置放区(运输方式可以为机械手自动化操作也可为人工手动操作)；

扫描对位：进行半导体晶圆的坐标位置与方向的扫描与定位；

置放晶圆：将晶圆置放于工作盘中；

固定晶圆：至少使用工作盘的真空产生单元4和静电产生单元5二者中的一个，对晶圆进行固定；

置放片环：将片环3置放于黏胶模上；

黏贴胶膜：将黏胶膜贴在晶圆表面并沿晶圆的外周切割黏胶膜；

解除固定：解除对晶圆的固定；

输出晶圆：将晶圆取下；

晶圆切割划片后翻膜：启动加温→输入晶圆→扫描对位→置放晶圆→固定晶圆→揭开胶膜→置放片环→黏贴胶膜→切割胶膜→解除固定→输出晶圆；

具体如下：

启动加温：启动温度加热器6，利用温度高低与时间长短来增加黏胶膜的粘合能力，亦可轻微的舒缓晶圆应力，有利于晶圆被黏胶膜粘合的更稳定性更安全；

输入晶圆：将晶圆从晶圆储存盒中取出，运输至晶圆置放区(运输方式可以为机械手自动化操作也可为人工手动操作)；

扫描对位：进行半导体晶圆的坐标位置与方向的扫描与定位；

置放晶圆：将晶圆置放于工作盘中；

固定晶圆：至少使用工作盘的真空产生单元4和静电产生单元5二者中的一个，对晶圆进行固定；

揭开胶膜：将黏胶模揭开去除；

置放片环：将片环置放于黏胶模上；

黏贴胶膜：将黏胶膜贴在晶圆表面并沿晶圆的外周切割黏胶膜；

解除固定：解除对晶圆的固定；

输出晶圆：将晶圆取下；

晶圆切割划片后翻膜与晶圆切割划片前贴膜中的固定晶圆步骤和解除固定步骤均与实施例一中的固定晶圆步骤和解除固定步骤相同，故不在此赘述；

以下为对部分步骤的详细解释：

启动加温：加温的功能主要是起到两个作用，(1)提升蓝色黏胶膜2(Blue tape)在黏贴半导体晶圆1后的粘性能力，(2)减小半导体晶圆1与蓝色黏胶膜2之间的微小气泡；

当蓝色黏胶膜2应用在小尺寸的晶圆1，会因为面积比较小的缘故，容易使小尺寸晶圆1，无法充分的被蓝色黏胶膜所黏附，在封装工序的切割划片过程中产生飞片，而脱离蓝色黏胶膜2(尤其是贴膜后晶圆与蓝色黏胶膜之间残留有气泡会更为严重)；

在加温环境中完成晶圆1的贴膜，当离开加温的贴膜环境后晶圆1会逐步降温，如果晶圆1与蓝色胶膜之间残留了微小气泡，会因热胀冷缩原理在降温过程促使空气收缩而变得更小或消除；

输入晶圆：一般是指半导体晶圆的运输，半导体晶圆自晶舟储存盒中取出到晶圆置放区的过程，大多是采用自动设备机械手臂的自动运输或人工手臂手动运输；

置放晶圆：晶圆置放区设有工作盘(Chuck table)，而晶圆置放盘的下方设有温度加热器6/真空产生装置/静电产生装置；根据半导体晶圆尺寸、厚度及翘曲度选择单一加温功能、真空功能、静电功能或双重功能或是多重功能等装置同时使用；

扫描对位：当完成半导体晶圆置放在工作盘之后，即可进行半导体晶圆的坐标位置与方向的扫描与定位，自动贴膜设备中设置了PR装置实施对半导体晶圆的角度与坐标位置的记录，提供后续作业的校正与补偿；

固定晶圆的建立静电：当完成扫描与定位的过程后，工作盘所设置的静电产生器即可自动产生静电吸附，使其半导体晶圆工作盘所设置的静电功能形成静电吸附，从而将半导体晶圆能牢牢的被吸附固定在工作盘中；

建立真空：当完成扫描与定位的过程后，工作盘所设置的真空产生单元4通过真空孔即可自动产生真空负压，从而将半导体晶圆能牢牢的被吸附固定在工作盘中；

置放片环：片环3的作用就是将黏胶膜连接片环3与晶圆1，目的是透过片环3与黏胶膜2的关系直接固定晶圆1与片环3的相关位置，再利用片环3的相对位置固定其他封装工序设备，达到固定半导体晶圆1的方向与位置的精度；

黏贴胶膜：黏贴胶膜的作用主要是起到保护晶圆表面的线路以及黏贴固定晶圆或芯片；在半导体芯片封装过程中会用黏胶膜主要有晶圆背面研磨减薄工序、晶圆切割划片、芯片装片、塑封体切割；

切割胶膜：原本黏胶膜2是成卷的，经过黏胶膜黏贴了片环与半导体晶圆之后，需要利用切割动作将金属片环3与成卷的黏胶膜2进行切割分离(切割胶膜所用的设备采用现有设备结构进行操作，故不在此赘述)；

解除固定的消散真空：消散真空：经过半导体晶圆研磨减薄、晶圆切割划片、芯片装片、塑封体切割之后，需要将原先开启的真空吸附功能关闭，并将真空消散，促使晶圆、芯片或是塑封体能够方便稳定的离开工作盘；

消散静电：经过半导体晶圆研磨减薄、晶圆切割划片、芯片装片、塑封体切割之后，需要将原先开启的静电吸附功能关闭，并将静电消散，促使晶圆、芯片或是塑封体能够方便稳固的离开工作盘；

揭开胶膜：晶圆贴膜在经过晶圆研磨减薄或/及翻膜工序，都需要将原先黏贴的胶膜进行去除，而在揭膜的过程中为求避免在揭膜过程中的晶圆或是芯片的振动或移动或晃动，其真空吸附功能或/及静电吸附功能的固定作用就非常重要；

停止加温：在贴膜、揭膜、翻膜工作结束后，关闭温度加热器6；

实施例三

本发明实施例提供一种晶圆贴揭膜方法，用于晶圆的固定，具体如下：

在对晶圆1固定时，先启动工作盘的静电产生单元5，抚平翘曲或卷曲的晶圆1，当静电产生单元5完成晶圆1的抚平吸附后启动真空产生单元4并关闭静电产生单元5，以实现固定晶圆1的目的；

即先后使用静电产生单元5和真空产生单元4，静电产生单元5的主要目的是为了抚平翘曲和卷曲的晶圆，温度加热器6所提供的加温环境能够利于晶圆1恢复至平整状态，晶圆恢复平整后，通过真空产生单元4进行吸附，这样固定效果更好；

实施例四

本发明实施例提供一种晶圆贴揭膜设备，用以实现上述实施例中所记载的贴揭膜方法，包括工作盘，所述工作盘上设有：

静电产生单元5，用于抚平翘曲或卷曲的晶圆；

温度加热器6，用于增加黏胶模的粘合能力、舒缓晶圆应力；以及真空产生单元4，用于吸附晶圆；

静电产生单元5、温度加热器6、真空产生单元4均为现有结构，故不在此赘述，另外，因未在说明书附图中画出上述静电产生单元5、温度加热器6、真空产生单元4的主要部件，因此将附图标记标在了现对应单元的工作孔上，例如真空产生单元的附图标记标在了真空孔上，静电产生单元5和温度加热器6以及真空产生单元4的工作孔的分布如图8或图9所示；

本实施例的工作盘既可以用在研磨工序上，也可以用在切割划片的工序上，根据所用设备的不同，可以适应选择连接件与使用设备连接，此为现有方案，故不在此赘述；

如果使用超薄的晶圆1，约在75um厚度或以下时，使用设有真空产生单元的工作盘就比较不适用，因真空的负压反尔会将超薄的半导体晶圆给吸变形甚至造成破片(如图5中晶圆吸变形示意图所示)；因此本实施例的工作盘的材质采用陶瓷，因陶瓷材质的工作盘是利用陶瓷的毛细孔空隙特性，使真空产生器的真空透过陶瓷毛细孔材质工作盘，来达到吸附与定位半导体晶圆，但陶瓷材质的工作盘的成本价格至少比前者高4倍，所以如非遇到超薄的半导体晶圆是不会使用陶瓷材质的工作盘。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种晶圆贴揭膜方法，其特征在于，包括如下步骤：

输入晶圆：将晶圆从晶圆储存盒中取出，运输至晶圆置放区；

置放晶圆：将晶圆置放于工作盘中；

固定晶圆：至少使用工作盘的真空产生单元和静电产生单元二者中的一个，对晶圆进行固定；

黏粘/揭开黏胶膜：将黏胶膜贴在晶圆表面并沿晶圆的外周切割黏胶膜/将黏胶膜去除；

解除固定：解除对晶圆的固定；

输出晶圆：将晶圆取下。

2.如权利要求1所述的一种晶圆贴揭膜方法，其特征在于，所述步骤二中固定晶圆的方法如下：

启动工作盘的静电产生单元，抚平翘曲或卷曲的晶圆，当静电产生单元完成晶圆的抚平吸附后启动真空产生单元并关闭静电产生单元，以实现固定晶圆的目的。

3.如权利要求1所述的一种晶圆贴揭膜方法，其特征在于，在所述步骤一中输入晶圆前，先启动温度加热器，以减小贴膜时晶圆与黏胶膜之间的气泡。

4.如权利要求1所述的一种晶圆贴揭膜方法，其特征在于，所述步骤五中解除固定的方法为：关闭静电产生单元或真空产生单元。

5.如权利要求1所述的一种晶圆贴揭膜方法，其特征在于，用于晶圆切割划片前贴膜作业时还包括如下步骤：

扫描对位：进行半导体晶圆的坐标位置与方向的扫描与定位；

置放片环：将片环置放于黏胶模上；

所述扫描对位步骤在输入晶圆步骤之后、置放晶圆步骤之前进行；

所述置放片环步骤在固定晶圆步骤之后、黏贴胶膜步骤之前进行。

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