CN116313985B - 一种红外热辅助紫外激光解键合方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外热辅助紫外激光解键合方法及装置，涉及半导体制造技术领域。红外热辅助紫外激光解键合方法包括通过在激光解键合处理的过程中，采用红外加热的方式对键合层进行预热处理，提高键合层的温度，降低解键合激光束的功率要求，以利于键合层被激光烧蚀。同时，采集预热形成的红外热像，根据热像图中的斑点或不连续点识别键合层中气泡的位置，进而调整激光解键合的技术参数。进一步，本发明实施例在激光解键合后，采用红外加热的方式对键合层进行保温处理，使工件在解键合后能保持在适当温度上一段时间，避免键合层因冷却造成局部再次粘连的现象发生，实现彻底解键合，确保基板和半导体晶圆的分离效果，以便于转移和拾取玻璃载板。

Description

一种红外热辅助紫外激光解键合方法及装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是一种红外热辅助紫外激光解键合方法及装置。
背景技术
现有技术在对晶圆和玻璃载板进行解键合过程中，通常采用激光解键合的方式。具体由激光束聚焦在晶圆和玻璃载板之间的键合层，并在键合层扫描，以加热键合层，使键合层处于熔融状态。在扫描整个键合层之后，停止激光加热，采用具有吸盘的转移装置将晶圆和玻璃载板进行剥离。但目前，在激光解键合中，烧蚀过程的瞬时高温时间短，键合层被解键合后，存在冷却造成局部再次粘连的问题，造成解键合不彻底并影响后续的玻璃载板能否顺利拾取下来。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种红外热辅助紫外激光解键合方法及装置，以解决键合层被解键合后，存在冷却造成局部再次粘连的问题，造成解键合不彻底并影响后续的玻璃载板能否顺利拾取下来的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明第一方面公开了一种红外热辅助紫外激光解键合方法，用于对待解键合件进行解键合，所述待解键合件包括晶圆、以及通过键合层粘接的玻璃载板，所述方法包括如下步骤：
放置所述待解键合件；
透过所述玻璃载板红外加热所述键合层至预热温度；
采集键合层预热后的红外热像图，根据红外热像图中的斑点或不连续点识别键合层中气泡的位置，并根据键合层中气泡的位置调整激光解键合的技术参数；
保持红外加热功率，射出与激光解键合的技术参数对应的解键合激光束；控制所述解键合激光束透过所述玻璃载板后聚焦在所述键合层；
控制所述解键合激光束的光斑在所述键合层扫描，使所述键合层被加热发生相变，解除所述键合层与所述晶圆及所述玻璃载板的粘接；
调整红外加热功率以加热所述键合层至保温温度，并在保温温度下拾取玻璃载板。
可选地，在所述解键合激光束扫描键合层的过程中，射出保温激光束，控制所述保温激光束扫描已被解键合激光束扫描过的路径，对已被解键合的点进行加热保温，加热保温的温度大于预热温度且小于键合层的熔点。
可选地，所述解键合激光束的扫描路径为一条连续路径，当所述解键合激光束经过扫描路径的中点时，所述保温激光束于所述解键合激光束的扫描路径的始点出发，并沿所述解键合激光束的扫描路径扫描；当所述解键合激光束经过扫描路径的终点时，停止射出解键合激光束和保温激光束。
可选地，所述解键合激光束的扫描路径呈梳状。
可选地，所述键合层为光敏胶层，预热后的所述键合层的温度为80℃-90℃；所述键合层保温在80℃-120℃。
可选地，所述解键合激光束为紫外激光，所述保温激光束为红外激光。
本发明第二方面公开了一种红外热辅助紫外激光解键合装置，应用于本发明第一方面公开的一种红外热辅助紫外激光解键合方法，所述装置包括载物台、紫外激光器、控制器、红外线加热管以及红外热像仪；
所述载物台用于承载所述待解键合件；
红外热像仪用于采集键合层预热后的红外热像图，红外热像图中的斑点或不连续点为键合层中的气泡位置；
所述紫外激光器设置在所述载物台的上方，所述紫外激光器用于根据红外热像图中键合层中气泡的位置调整激光解键合的技术参数，并用于对待解键合件射出与激光解键合的技术参数相应的解键合激光束，解键合激光束透过所述玻璃载板后聚焦在所述键合层，解键合激光束的光斑在所述键合层扫描，使所述键合层被加热发生相变，解除所述键合层与所述晶圆及所述玻璃载板的粘接；
所述红外线加热管设置在所述载物台的之上，所述控制器与所述红外线加热管电连接，以控制所述红外线加热管释放红外线预热和保温所述键合层。
可选地，还包括红外激光器，所述红外激光器设置在载物台的上方，红外激光器用于射出保温激光束，保温激光束透过所述玻璃载板后聚焦在所述键合层，控制所述保温激光束扫描当前已被解键合激光束扫描过的路径，对已被解键合的点进行保温，保温的温度小于键合层的熔点。
可选地，所述载物台设有吸附固定待解键合件的吸气孔，吸气孔连通至负压泵的进气口。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
在本发明的实施例中，通过在激光解键合处理的过程中，采用红外加热的方式对键合层进行预热处理，提高键合层的温度，降低解键合激光束的功率要求，以利于键合层在后续被激光烧蚀。
由于键合层中难免会存在气泡，气泡对激光会造成反射，使该处激光解键合时的温度升高。因此，本发明采集键合层预热后的红外热像图，根据红外热像图中的斑点或不连续点识别键合层中气泡的位置，进而调整激光解键合的技术参数，实现事先识别到气泡的位置，当解键合激光束对气泡所在位置扫描烧蚀时，就可适当降低激光能量或快速扫过该处。
进一步，本发明实施例在激光解键合后，采用红外加热的方式对键合层进行保温处理，使工件在解键合后能保持在适当温度上一段时间，避免键合层因冷却造成局部再次粘连的现象发生，实现彻底解键合，确保基板和半导体晶圆的分离效果，以便于转移和拾取玻璃载板。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的激光解键合方法的流程示意图；
图2是本发明的另一个实施例的激光解键合方法的流程示意图；
图3是本发明的一个实施例的激光解键合装置的结构示意图；
图4是本发明的一个实施例的激光解键合方法中解键合激光扫描的路径示意图；
附图中：1-待解键合件、11-晶圆、12-键合层、13-玻璃载板、2-载物台、21-吸气孔、3-紫外激光器、4-控制器、5-红外线加热管、6-红外激光器、7-扫描路径。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1至图2，描述本发明第一方面公开的一种红外热辅助紫外激光解键合方法，用于对待解键合件1进行解键合，所述待解键合件1包括晶圆11、以及通过键合层12粘接的玻璃载板13，所述方法包括如下步骤：
S1：放置待解键合件1。
S2：透过玻璃载板13红外加热键合层12至预热温度。具体地，可以通过打开红外线加热管5照射待解键合件1，红外线透过玻璃载板13照射在键合层12上，实现红外加热键合层12。
S3：采集键合层12预热后的红外热像图，根据红外热像图中的斑点或不连续点识别键合层12中气泡的位置。并根据键合层12中气泡的位置调整激光解键合的技术参数。具体地，激光解键合的技术参数包括扫描路径7、扫描路径7上各点的解键合激光束的功率以及扫描速度等。在本发明中，当解键合激光束沿扫描路径7到达键合层12中气泡的位置，降低解键合激光束的功率或者增加解键合激光束的扫描速度，以克服气泡反射激光导致该处激光解键合时的温度升高。
S4：保持红外加热功率，射出与激光解键合的技术参数对应的解键合激光束，控制解键合激光束透过玻璃载板13后聚焦在键合层12。
S5：控制解键合激光束的光斑在键合层12扫描，使键合层12被加热发生相变，解除键合层12与晶圆11及玻璃载板13的粘接。
S6：待解键合激光束扫描完毕后，停止射出解键合激光束，调整红外加热功率以加热键合层12至保温温度，并在保温温度下拾取玻璃载板13。
在本发明的实施例中，通过在激光解键合处理的过程中，采用红外加热的方式对键合层12进行预热处理，提高键合层12的温度，降低解键合激光束的功率要求，以利于键合层12在后续被激光烧蚀。
由于键合层12中难免会存在气泡，气泡对激光会造成反射，使该处激光解键合时的温度升高，因此，本发明采集键合层12预热后的红外热像图，根据红外热像图中的斑点或不连续点识别键合层12中气泡的位置，进而调整激光解键合的技术参数，实现事先识别到气泡的位置，当解键合激光束对气泡所在位置扫描烧蚀时，就可适当降低激光能量或快速扫过该处。
进一步，本发明实施例在激光解键合后，采用红外加热的方式对键合层12进行保温处理，使工件在解键合后能保持在适当温度上一段时间，避免键合层12因冷却造成局部再次粘连的现象发生，实现彻底解键合，确保基板和半导体晶圆11的分离效果，以便于转移和拾取玻璃载板13。
作为一种可选的实施例，在解键合激光束扫描键合层12的过程中，射出保温激光束，控制保温激光束扫描已被解键合激光束扫描过的路径，对已被解键合的点进行加热保温，加热保温的温度大于预热温度且小于键合层12的熔点。
由于激光对键合层12的照射过程是需要逐点进行，而对于最早被解键合激光束照射的解键合点和最后被激光束照射的解键合点之间存在较长的时间差。因此，早期被解键合激光束照射的解键合点会存在热量散失而导致重新凝固的问题。为此，本发明实施例在激光解键合的过程中，通过另一保温激光束扫描已被解键合激光束扫描过的路径，实现对已被解键合的点进行加热保温，达到减缓被照射后的激光解键合点热量散失的效果，抑制解键合点重新凝固，确保晶圆11与玻璃载板13的分离效果。
作为一种可选的实施例，解键合激光束的扫描路径7为一条连续路径，当解键合激光束经过扫描路径7的中点时，保温激光束于解键合激光束的扫描路径7的始点出发，并沿解键合激光束的扫描路径7扫描。当解键合激光束经过扫描路径7的终点时，停止射出解键合激光束和保温激光束。
具体地，在本实施例中，解键合激光束和保温激光束在扫描路径7的移动速度相同。为便于描述，本实施例定义中点之前的扫描路径7为前段路径，中点之后的扫描路径7为后段路径。由于前段路径的解键合点的散热时间长，前段路径的解键合点重新凝固的可能性大，而后段路径的解键合点的散热时间短，后段路径的解键合点重新凝固的可能性小。此外，若等保温激光束完整走完扫描路径7，最早被保温激光束照射的解键合点的散热时间又会增加，前段路径的解键合点重新凝固的可能性又会变大。为此，本实施例在解键合激光束经过扫描路径7的终点时，即解除键合层12与晶圆11及玻璃载板13的粘接时，同步停止射出解键合激光束和保温激光束。然后调整红外加热功率以加热键合层12至保温温度。如此，无需等待保温激光束完整走完扫描路径7，缩短最早被保温激光束照射的解键合点的散热时间，以降低前段路径的解键合点重新凝固的可能性，进而利于充分拆解待解键合件1。
如图4所示，作为一种可选的实施例，解键合激光束的扫描路径7呈梳状。在本实施例中，梳状路线可使射出解键合激光束的激光器从键合层12的一侧逐渐移动到键合层12的另一侧，如此，以避免射出解键合激光束的激光器与射出保温激光束的激光器相撞。
作为一种可选的实施例，键合层12为光敏胶层，预热后的键合层12的温度为50℃-80℃。键合层12保温在80℃-120℃。具体地，由于光敏胶层在80℃-120℃下会软化，将保温温度设定在80℃-120℃，以便于取下玻璃载板13拆解出。
其中，解键合激光束为紫外激光，保温激光束为红外激光。
如图3所示，本发明第二方面公开了一种红外热辅助紫外激光解键合装置，应用于本发明第一方面任一项的一种红外热辅助紫外激光解键合方法，装置包括载物台2、紫外激光器3、控制器4、红外线加热管5和红外热像仪。
载物台2用于承载待解键合件1。
红外热像仪用于采集键合层12预热后的红外热像图，红外热像图中的斑点或不连续点为键合层12中的气泡位置。
紫外激光器3设置在载物台2的上方，紫外激光器3用于根据红外热像图中键合层12中气泡的位置调整激光解键合的技术参数，并用于对待解键合件1射出与激光解键合的技术参数相应的解键合激光束，解键合激光束透过玻璃载板13后聚焦在键合层12，解键合激光束的光斑在键合层12扫描，使键合层12被加热发生相变，解除键合层12与晶圆11及玻璃载板13的粘接。
红外线加热管5设置在载物台2的之上，控制器4与红外线加热管5电连接，以控制红外线加热管5释放红外线预热和保温键合层12。
本发明提供的激光解键合装置在具体应用中，先将待解键合件1放置在载物台2上，其中，晶圆11与载物台2接触。然后控制器4启动红外线加热管5，使红外线透过玻璃载板13后照射在键合层12，将键合层12加热至预热温度。键合层12升温至预热温度后，保持红外线加热管5的功率，使键合层12保持在预热温度。此时，紫外激光器3射出解键合激光束，控制解键合激光束透过玻璃载板13后聚焦在键合层12。并控制解键合激光束的光斑在键合层12扫描，使键合层12被加热发生相变，解除键合层12与晶圆11及玻璃载板13的粘接。待解键合激光束扫描结束后，紫外激光器3停止射出解键合激光束。控制器4调整红外线加热管5的功率以加热键合层12至保温温度，以对键合层12进行保温。最后在保温温度下拾取玻璃载板13。
在本发明的实施例中，通过在激光解键合处理的过程中，采用红外加热的方式对键合层12进行预热处理，提高键合层12的温度，降低解键合激光束的功率要求，以利于键合层12在后续被激光烧蚀。
由于键合层12中难免会存在气泡，气泡对激光会造成反射，使该处激光解键合时的温度升高，因此，本发明通过红外热像仪采集键合层12预热后的红外热像图，根据红外热像图中的斑点或不连续点识别键合层12中气泡的位置，进而调整激光解键合的技术参数，实现事先识别到气泡的位置，当解键合激光束对气泡所在位置扫描烧蚀时，就可适当降低激光能量或快速扫过该处。
进一步，本发明实施例在激光解键合后，采用红外加热的方式对键合层12进行保温处理，使工件在解键合后能保持在适当温度上一段时间，避免键合层12因冷却造成局部再次粘连的现象发生，实现彻底解键合，确保基板和半导体晶圆11的分离效果，以便于转移和拾取玻璃载板13。
优选地，装置还包括红外激光器6，红外激光器6设置在载物台2的上方，红外激光器6用于射出保温激光束，保温激光束透过玻璃载板13后聚焦在键合层12，控制保温激光束扫描当前已被解键合激光束扫描过的路径，对已被解键合的点进行保温，保温的温度小于键合层12的熔点。
由于激光对键合层12的照射过程是需要逐点进行，而对于最早被解键合激光束照射的解键合点和最后被激光束照射的解键合点之间存在较长的时间差。因此，最早被解键合激光束照射的解键合点会存在热量而导致重新凝固的状态。为此，本发明实施例在激光解键合的过程中，通过红外激光器6射出保温激光束扫描已被解键合激光束扫描过的路径，实现对已被解键合的点进行加热保温，达到减缓被照射后的激光解键合点热量散失的效果，抑制键合层12重新凝固，确保晶圆11与玻璃载板13的分离效果。
可选地，载物台2设有吸附固定待解键合件1的吸气孔21，吸气孔21连通至负压泵的进气口。在本发明实施例中，通过负压泵抽气以使吸气孔21形成负压，进而实现对待解键合件1的晶圆11进行吸附固定，实现将待解键合件1固定在载物台2上。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种红外热辅助紫外激光解键合方法，用于对待解键合件进行解键合，所述待解键合件包括晶圆、以及通过键合层粘接的玻璃载板，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
放置所述待解键合件；
透过所述玻璃载板红外加热所述键合层至预热温度；
采集键合层预热后的红外热像图，根据红外热像图中的斑点或不连续点识别键合层中气泡的位置，并根据键合层中气泡的位置调整激光解键合的技术参数；
保持红外加热功率，射出与激光解键合的技术参数对应的解键合激光束；控制所述解键合激光束透过所述玻璃载板后聚焦在所述键合层；
控制所述解键合激光束的光斑在所述键合层扫描，使所述键合层被加热发生相变，解除所述键合层与所述晶圆及所述玻璃载板的粘接；
在所述解键合激光束扫描键合层的过程中，射出保温激光束，控制所述保温激光束扫描已被解键合激光束扫描过的路径，对已被解键合的点进行加热保温，加热保温的温度大于预热温度且小于键合层的熔点；
调整红外加热功率以加热所述键合层至保温温度，并在保温温度下拾取玻璃载板。
2.根据权利要求1所述的一种红外热辅助紫外激光解键合方法，其特征在于，所述解键合激光束的扫描路径为一条连续路径，当所述解键合激光束经过扫描路径的中点时，所述保温激光束于所述解键合激光束的扫描路径的始点出发，并沿所述解键合激光束的扫描路径扫描；当所述解键合激光束经过扫描路径的终点时，停止射出解键合激光束和保温激光束。
3.根据权利要求2所述的一种红外热辅助紫外激光解键合方法，其特征在于，所述解键合激光束的扫描路径呈梳状。
4.根据权利要求1所述的一种红外热辅助紫外激光解键合方法，其特征在于，所述键合层为光敏胶层，预热后的所述键合层的温度为50℃-80℃；所述键合层保温在80℃-120℃。
5.根据权利要求1所述的一种红外热辅助紫外激光解键合方法，其特征在于，所述解键合激光束为紫外激光，所述保温激光束为红外激光。
6.一种红外热辅助紫外激光解键合装置，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的一种红外热辅助紫外激光解键合方法，所述装置包括载物台、紫外激光器、控制器、红外线加热管以及红外热像仪；
所述载物台用于承载所述待解键合件；
红外热像仪用于采集键合层预热后的红外热像图，红外热像图中的斑点或不连续点为键合层中的气泡位置；
所述紫外激光器设置在所述载物台的上方，所述紫外激光器用于根据红外热像图中键合层中气泡的位置调整激光解键合的技术参数，并用于对待解键合件射出与激光解键合的技术参数相应的解键合激光束，解键合激光束透过所述玻璃载板后聚焦在所述键合层，解键合激光束的光斑在所述键合层扫描，使所述键合层被加热发生相变，解除所述键合层与所述晶圆及所述玻璃载板的粘接；
所述红外线加热管设置在所述载物台的之上，所述控制器与所述红外线加热管电连接，以控制所述红外线加热管释放红外线预热和保温所述键合层。
7.根据权利要求6所述的一种红外热辅助紫外激光解键合装置，其特征在于，还包括红外激光器，所述红外激光器设置在载物台的上方，红外激光器用于射出保温激光束，保温激光束透过所述玻璃载板后聚焦在所述键合层，控制所述保温激光束扫描当前已被解键合激光束扫描过的路径，对已被解键合的点进行保温，保温的温度小于键合层的熔点。
8.根据权利要求6所述的一种红外热辅助紫外激光解键合装置，其特征在于，所述载物台设有吸附固定待解键合件的吸气孔，吸气孔连通至负压泵的进气口。
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