CN208985961U - 清洗装置 - Google Patents

Abstract

本揭示提供一种清洗装置，用于去除芯片堆叠结构上的残留物。清洗装置包含：承载台，用于放置芯片堆叠结构，以及二流体喷嘴，可相对于承载台移动至与两相邻的芯片之间的间隔对准，其中二流体喷嘴用于施加包含化学液体和气体的气液混合流体至芯片堆叠结构上。通过气液混合流体的化学液体使在间隙内的残留物从其附着的表面分离，以及通过气液混合流体的气体施加的冲击力将残留物从间隙内带出。

Description

清洗装置

技术领域

本揭示涉及一种清洗装置，特别是涉及一种用于去除芯片堆叠结构上的残留物的清洗装置。

背景技术

一般三维集成电路封装工艺包括：制作导孔(Via Formation)、填充导孔(ViaFilling)、晶圆薄化(Wafer Thinning)、及晶圆接合(Wafer Bonding)等四大步骤，并且在每一个步骤前后必须进行晶圆洗净步骤，以避免在处理过程中晶圆发生污染。进一步言之，晶圆接合的步骤大致上可分成芯片到晶圆(Chip to Wafer，C2W)、芯片到芯片(Chip toChip，C2C)、晶圆到晶圆(Wafer to Wafer，W2W)等三种型式。然而，无论是晶圆与晶圆或晶圆与芯片接合所形成的间隙通常为20至50μm，因此如何去除此类微小间隙内的残留物为目前急需克服挑战的技术瓶颈。

公告号为TW I539515号的台湾专利案已公开一种芯片堆叠结构的洗净方法及洗净设备，其可清洗晶圆与芯片接合的微小间隙内的助焊剂或其他杂质。然而，在所述专利案中，其是采用在抽液装置的底端设置滚轮型或毛刷型的滑移结构，如此抽液装置是通过滑移结构在基板上滑动以移动至一待清洗位置。也就是说，抽液装置会对芯片堆叠结构施加下压力，容易导致芯片损伤或破碎。

有鉴于此，有必要提出一种清洗装置，以解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

为解决上述现有技术的问题，本揭示的目的在于提供一种清洗装置，通过非接触的方式清洗芯片堆叠结构，进而避免对芯片堆叠结构施加下压力导致芯片损坏的问题。

为达成上述目的，本揭示提供一种清洗装置，用于去除一芯片堆叠结构上的残留物，所述芯片堆叠结构包含一基板和多个芯片，所述芯片与所述基板相隔一间隙，以及所述残留物位在所述芯片与所述基板之间的所述间隙中，其中所述清洗装置包含：一承载台，用于放置所述芯片堆叠结构；一供液装置，用于提供一化学液体；一供气装置，用于提供一气体；以及一二流体喷嘴，可相对于所述承载台移动至与两相邻的芯片之间的间隔对准，其中所述二流体喷嘴与所述供液装置和所述供气装置连接，用于施加包含所述化学液体和所述气体的气液混合流体至所述芯片堆叠结构的所述基板上，使得所述气液混合流体沿着所述间隙的第一侧流入所述间隙内，其中通过所述气液混合流体的所述化学液体使在所述间隙内的所述残留物从其附着的表面分离，以及通过所述气液混合流体的所述气体施加的冲击力将所述残留物通过所述间隙的第二侧带出。

本揭示其中之一优选实施例中，所述清洗装置还包含：一精密驱动装置，用于控制所述二流体喷嘴相对所述承载台沿着一垂直方向移动和沿着一水平方向移动。

本揭示其中之一优选实施例中，所述精密驱动装置包含一垂直升降机构用于控制所述二流体喷嘴相对所述承载台沿着所述垂直方向移动，所述垂直升降机构包括步进马达。

本揭示其中之一优选实施例中，所述精密驱动装置包含一水平移动机构用于控制所述二流体喷嘴相对所述承载台沿着所述水平方向移动，所述水平移动机构包括X-Y轴座标工作桌(X-Y Table)。

本揭示其中之一优选实施例中，所述清洗装置还包含一腔体，其中所述承载台与所述二流体喷嘴设置在所述腔体内，且所述腔体的底部设有一抽气口。

本揭示其中之一优选实施例中，所述清洗装置还包含一气液分离装置，其中所述气液分离装置与所述腔体的所述抽气口连接，用于将通过所述抽气口抽出的所述气液混合流体进行气液分离。

本揭示其中之一优选实施例中，所述供气装置包含一加热器，用于将所述供气装置内的所述气体加热至与所述化学液体的温度相近。

本揭示其中之一优选实施例中，所述供气装置包含一加湿器，用于增加所述供气装置内的所述气体的湿度。

本揭示其中之一优选实施例中，所述承载台包含另一加热器，用于将所述承载台上的所述芯片堆叠结构加热以保持在一工艺温度。

本揭示其中之一优选实施例中，所述清洗装置包含多个二流体喷嘴，以一排并列的方式对齐排列，并且所述多个二流体喷嘴可相对于所述承载台移动至与两排相邻的芯片之间的间隔对准。

本揭示其中之一优选实施例中，所述清洗装置的所述二流体喷嘴的前端设置为相对于所述清洗芯片堆叠结构的表面倾斜一角度。

本揭示其中之一优选实施例中，所述二流体喷嘴包含高压清洗喷嘴。

相较于先前技术，本揭示通过在清洗装置中采用二流体喷嘴施加气液混合流体至芯片堆叠结构上，并通过气液混合流体清洗芯片堆叠结构的间隙的残留物。清洗时，气液混合流体的化学液体使在间隙内的残留物从其附着的表面分离，以及气液混合流体的气体施加的冲击力将残留物通过间隙的第二侧带出。藉此设计，本揭示可实现以非接触的方式清洗芯片堆叠结构，进而避免对芯片堆叠结构施加下压力导致芯片损坏的问题。

附图说明

图1显示本揭示的第一优选实施例的清洗装置的示意图；

图2显示图1的清洗装置的局部结构示意图；

图3显示清洗装置的移动机构的示意图；

图4显示本揭示的清洗方法中对应使用的干燥装置的示意图；

图5显示本揭示的第二优选实施例的清洗装置的局部示意图；以及

图6显示本揭示的第三优选实施例的清洗装置的局部示意图。

具体实施方式

为了让本揭示的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本揭示优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

微处理器的芯片包括逻辑单元和多个快取记忆体，若逻辑单元和快取记忆体皆以二维(Two-Dimensional，2-D)图案配置，则芯片的实体尺寸将限制快取记忆体的数量(因为大面积芯片的工艺不良所造成)，从而局限了微处理器的性能。为解决芯片上的2-D资源问题，目前正积极开发建构三维(Three-Dimensional，3-D)集成电路。一般来说，典型的3D-IC工艺包括：制作导孔(Via Formation)、填充导孔(Via Filling)、晶圆薄化(WaferThinning)、及晶圆接合(Wafer Bonding)等四大步骤，并且在每一个步骤前后必须进行晶圆洗净的步骤，以避免晶圆在处理过程中发生污染。进一步言之，晶圆接合的步骤大致上可分成芯片到晶圆(Chip to Wafer，C2W)、芯片到芯片(Chip to Chip，C2C)、晶圆到晶圆(Wafer to Wafer，W2W)等三种型式。然而，无论是晶圆与晶圆或晶圆与芯片接合所形成的间隙通常为20～50μm。本揭示的清洗装置与清洗方法可实现去除此类微小间隙内残留物。

请参照图1，其显示本揭示的第一优选实施例的清洗装置1的示意图。清洗装置1是用于去除芯片堆叠结构2上的残留物R，其中残留物R可能为先前工艺残留下来的物质，例如助焊剂、树脂、粘胶、微粒、有机物、无机物等。芯片堆叠结构2为一种三维集成电路板，其包含基板S和多个以阵列排列的芯片C。芯片C与基板S之间设有多个连接件B。连接件B可为焊接基板S与芯片C的锡球或任何适当的元件。连接件B用于连接基板S与芯片C且使基板S与芯片C相隔一间隙G，其中清洗装置1欲去除的物质为位在基板S与芯片C之间的间隙G内的残留物R。

如图1所示，清洗装置1主要包含腔体100、承载台110、供液装置120、供气装置130、二流体喷嘴140、气液分离装置160，其中承载台110与二流体喷嘴140设在腔体100内。腔体100的底部设有抽气口101，并且气液分离装置160与腔体100的抽气口101连接。承载台110用于放置芯片堆叠结构2。承载台110包含加热器111，用于将承载台110上的芯片堆叠结构2加热以保持在适当的工艺温度。

请参照图1和图2，其中图2显示图1的清洗装置1的局部结构示意图。供液装置120包含液体供应端121和管路122，其中液体供应端121内装有化学液体123。供气装置130包含气体供应端131和管路132，其中气体供应端131内装有气体133。可选地，气体133可为氮气、洁净干空气(Clean Dry Air，CDA)等等。二流体喷嘴140与供液装置120和供气装置130连接，用于将供液装置120提供的化学液体123和供气装置130提供的气体133两者混合形成气液混合流体150，并将气液混合流体150喷出至芯片堆叠结构2的基板S上。

如图2所示，供气装置130还包含加热器134和加湿器135。为了要去除芯片堆叠结构2上的残留物R，采用带有一定温度的化学液体123能加快化学液体123与残留物R之间的反应，使得残留物R从其附着的表面分离。然而，当气体133与化学液体123混合时，气体133会使化学液体123的温度下降。因此，本揭示通过提供加热器134使得供气装置130内的气体133可被加热至与化学液体123的温度相近，进而避免化学液体123因低温气体133的影响而导致温度下降的问题。又，本揭示通过提供加湿器135来增加供气装置130内的气体133的湿度，以防止化学液体123的温度受到气体133湿度影响而产生变化。

请参照图3，其显示清洗装置1的移动机构的示意图。清洗装置1的移动机构可由精密驱动装置170来实施。精密驱动装置170具有垂直升降机构和水平移动机构。精密驱动装置170的垂直升降机构和水平移动机构分别电性连接至主控装置(例如计算机)，进而可通过主控装置内的控工艺序来设定清洗装置1的移动机构的作动。

如图3所示，精密驱动装置170与二流体喷嘴140连接。垂直升降机构具有与二流体喷嘴140连接的连接件和精密驱动元件(例如步进马达)，用于控制二流体喷嘴140相对承载台110沿着垂直方向移动(即远离或靠近承载台110的方向)。通过精密驱动元件的设置，可精确控制二流体喷嘴140上下移动位置。优选地，精密驱动装置170可搭配座标量测机构，记录二流体喷嘴140在垂直方向上的移动位置与速度。另外，水平移动机构是用于控制二流体喷嘴140的水平移动。举例来说，水平移动机构可采用X-Y轴座标工作桌(X-Y Table)，以精确控制二流体喷嘴140的水平移动，进而精确对准至清洗位置。又，X-Y轴座标工作桌可搭配记录二流体喷嘴140移动位置的点位记录装置，以利于量产时能快速寻找同一图案的芯片堆叠结构2所需要的二流体喷嘴140的定位点。应当注意的是，为了配合上述精确点位设定，承载台110优选地是采用真空吸附的方式将芯片堆叠结构2保持于其上，如此可确保芯片堆叠结构2不会在清洗过程中与承载台110产生相对移动。

本揭示的目的在于提供一种清洗装置及方法，其中清洗装置1通过非接触的方式清洗芯片堆叠结构2，进而避免对芯片堆叠结构2施加下压力导致芯片C损坏的问题。本揭示的清洗方法的部分步骤是由清洗装置1来执行，其中清洗方法的具体步骤搭配上述清洗装置1详述于后。

本揭示的清洗方法包含下述步骤，首先，请参照图1，在承载台110上放置芯片堆叠结构2。开启承载台110上的加热器111，将承载台110上的芯片堆叠结构2加热，以保持芯片堆叠结构2在适当的工艺温度。通过温度的保持，能使得后续施加的化学液体123保持在适当的工艺温度而不会被降温，进而加快化学液体123与残留物R之间的反应，以将残留物R从其附着的表面分离。

如图1和图3所示，当芯片堆叠结构2放置完成之后，通过精密驱动装置170控制二流体喷嘴140在承载台110上方移动，以将二流体喷嘴140移动至与两相邻的芯片C之间的间隔D对准，以及移动至与间隙G的第一侧P1对准。

如图1和图2所示，通过加湿器135增加供气装置130内的气体133的湿度，以及通过加热器134将供气装置130内的气体133加热至与化学液体123的温度相近。接着，供气装置130和供液装置120分别将气体133和化学液体123传输到二流体喷嘴140。气体133和化学液体123在二流体喷嘴140内部混合后形成气液混合流体150。

接着，如图1所示，通过二流体喷嘴140施加气液混合流体150至芯片堆叠结构2的基板S上，使得气液混合流体150沿着间隙G的第一侧P1流入间隙G内。通过气液混合流体150的化学液体123与在间隙G内的残留物R发生化学清洗反应，促使残留物R从其附着的表面分离，以及通过气液混合流体150的气体133所施加的冲击力将残留物R通过间隙G的第二侧P2带出。应当注意的是，二流体喷嘴140在喷洒气液混合流体150的同时，精密驱动装置170会控制二流体喷嘴140沿着水平方向移动。优选地，二流体喷嘴140是沿着两相邻的芯片C之间的间隔D平行移动。然而，在另一实施例中，为了使控工艺序简单化，可将精密驱动装置170设定为当沿着X方向移动时，只是将二流体喷嘴140从两相邻的芯片C之间的间隔D移动至另两相邻的芯片C之间的间隔D，当二流体喷嘴140沿着X方向喷洒完整面芯片堆叠结构2之后，将承载台110旋转90度。接者使精密驱动装置170设定二流体喷嘴140沿着Y方向移动时，二流体喷嘴140会对应至两相邻的芯片C之间的间隔D，并且沿着间隔D延伸的方向平行移动，此时气液混合流体150的喷洒作业会同步进行，并且再一次进行上述的全面喷洒作业，如此可确保芯片堆叠结构2的间隙G皆会被清洗干净。

在本揭示中，供液装置120除了可以提供化学液体123以外，还可以提供清洗液体，例如纯水、去离子水等。并且，在通过气液混合流体150将在间隙G内的残留物R去除之后，供液装置120可切换为提供清洗液体至二流体喷嘴140，使得二流体喷嘴140对芯片堆叠结构2喷洒清洗液体，以去除芯片堆叠结构2上的气液混合流体150。

另一方面，如图1所示，当二流体喷嘴140对芯片堆叠结构2喷洒气液混合流体150或清洗液体的同时，可通过气液分离装置160将通过腔体100的抽出口101抽出的液体和气体进行气液分离。优选地，气液分离装置160设置有过滤器，其可将抽取的固体残留物R先行过滤，接着将液体和气体分离，最后将液体导入液体回收槽161内，以及将气体排出。因此，通过气液分离后回收的液体可通过适当地处理后再利用。此外，可在液体回收槽161加设流量计用以记录抽液流量值。

在将芯片堆叠结构2的间隙G内的残留物R去除之后，芯片堆叠结构2会被移动至干燥装置内，以对芯片堆叠结构2进行最后的清洁与干燥步骤。请参照图4所示，其显示本揭示的清洗方法中对应使用的干燥装置3的示意图。干燥装置3包含旋转夹持台310、第一喷嘴320、和二流体喷嘴330。第一喷嘴320与液体供应端连接，以及二流体喷嘴330与挥发性溶剂供应端和气体供应端连接。当芯片堆叠结构2移动至干燥装置内之后，第一喷嘴320对芯片堆叠结构2的基板S的背面喷洒清洗液体，以去除基板S的背面上残留的气液混合流体150，其中清洗液体可为纯水、去离子水等。

接着，当芯片堆叠结构2的正反两面都清洗干净后，通过二流体喷嘴330对芯片堆叠结构2同时供给挥发性溶剂和干燥气体，以去除芯片堆叠结构2的表面的水分，其中挥发性溶剂可为异丙醇(Isopropyl Alcohol，IPA)，以及干燥气体可为氮气。可选地，当芯片堆叠结构2的正反两面都清洗干净后，也可采用将芯片堆叠结构2放置在烤箱内来去除芯片堆叠结构2的表面的水分，不局限于此。

请参照图5，其显示本揭示的第二优选实施例的清洗装置的局部示意图。第二优选实施例的清洗装置大致相同于第一优选实施例的清洗装置1，差别在于，第二优选实施例的清洗装置是采用多个二流体喷嘴240的设置，如此可一次性地清洗芯片堆叠结构2的芯片C与基板S之间的多个间隙G。具体来说，多个二流体喷嘴440是以一排并列的方式对齐排列，并且多个二流体喷嘴440可移动至与两排相邻的芯片C之间的多个间隙G对准。藉此设计，可有效地缩短芯片堆叠结构2的清洗时间，以提升清洗效能。

请参照图6，其显示本揭示的第三优选实施例的清洗装置的局部示意图。第三优选实施例的清洗装置大致相同于第一优选实施例的清洗装置1，差别在于，第三优选实施例的清洗装置是将二流体喷嘴540的前端设置为相对于清洗芯片堆叠结构2的表面倾斜一角度θ。优选地，所述角度θ为30至60度。并且，搭配精密驱动装置控制二流体喷嘴朝单一方向移动且进行喷洒作业，使得残留物R可以带往同一方向移动。举例来说，当二流体喷嘴540是以右上朝向左下的方向倾斜，以及精密驱动装置控制二流体喷嘴由右往左的方向移动且进行喷洒作业时，残留物R会被带往左边的方向移动。藉此设计，可防止残留物R被冲回已清洗过的间隙G内。

综上所述，本揭示通过在清洗装置中采用二流体喷嘴施加气液混合流体至芯片堆叠结构上，并通过气液混合流体清洗芯片堆叠结构的间隙的残留物。清洗时，气液混合流体的化学液体使在间隙内的残留物从其附着的表面分离，以及气液混合流体的气体施加的冲击力将残留物通过间隙的第二侧带出。本揭示采用二流体喷嘴施加气液混合流体至芯片堆叠结构上，也可采用高压清洗(High Pressure Cleaner，HPC)喷嘴施加高压流体至芯片堆叠结构上，并通过高压液体来清洗芯片堆叠结构的间隙内的残留物。清洗时，高压液体使在间隙内的残留物从其附着的表面分离，以及高压液体施加的冲击力将残留物通过间隙的第二侧带出。藉此设计，本揭示可实现以非接触的方式清洗芯片堆叠结构，进而避免清洗喷头直接对芯片堆叠结构施加下压力，而导致芯片损坏的问题。

以上仅是本揭示的优选实施方式，应当指出，对于所属领域技术人员，在不脱离本揭示原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本揭示的保护范围。

Claims (12)

1.一种清洗装置，用于去除一芯片堆叠结构上的残留物，其特征在于，所述芯片堆叠结构包含一基板和多个芯片，所述芯片与所述基板相隔一间隙，以及所述残留物位在所述芯片与所述基板之间的所述间隙中，其中所述清洗装置包含：

一承载台，用于放置所述芯片堆叠结构；

一供液装置，用于提供一化学液体；

一供气装置，用于提供一气体；以及

一二流体喷嘴，可相对于所述承载台移动至与两相邻的芯片之间的间隔对准，其中所述二流体喷嘴与所述供液装置和所述供气装置连接，用于施加包含所述化学液体和所述气体的气液混合流体至所述芯片堆叠结构的所述基板上，使得所述气液混合流体沿着所述间隙的第一侧流入所述间隙内，其中通过所述气液混合流体的所述化学液体使在所述间隙内的所述残留物从其附着的表面分离，以及通过所述气液混合流体的所述气体施加的冲击力将所述残留物通过所述间隙的第二侧带出。

2.如权利要求1的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置还包含：一精密驱动装置，用于控制所述二流体喷嘴相对所述承载台沿着一垂直方向移动和沿着一水平方向移动。

3.如权利要求2的清洗装置，其特征在于，所述精密驱动装置包含一垂直升降机构用于控制所述二流体喷嘴相对所述承载台沿着所述垂直方向移动，所述垂直升降机构包括步进马达。

4.如权利要求2的清洗装置，其特征在于，所述精密驱动装置包含一水平移动机构用于控制所述二流体喷嘴相对所述承载台沿着所述水平方向移动，所述水平移动机构包括X-Y轴座标工作桌(X-Y Table)。

5.如权利要求1的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置还包含一腔体，其中所述承载台与所述二流体喷嘴设置在所述腔体内，且所述腔体的底部设有一抽气口。

6.如权利要求5的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置还包含一气液分离装置，其中所述气液分离装置与所述腔体的所述抽气口连接，用于将通过所述抽气口抽出的所述气液混合流体进行气液分离。

7.如权利要求1的清洗装置，其特征在于，所述供气装置包含一加热器，用于将所述供气装置内的所述气体加热至与所述化学液体的温度相近。

8.如权利要求1的清洗装置，其特征在于，所述供气装置包含一加湿器，用于增加所述供气装置内的所述气体的湿度。

9.如权利要求1的清洗装置，其特征在于，所述承载台包含另一加热器，用于将所述承载台上的所述芯片堆叠结构加热以保持在一工艺温度。

10.如权利要求1的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置包含多个二流体喷嘴，以一排并列的方式对齐排列，并且所述多个二流体喷嘴可相对于所述承载台移动至与两排相邻的芯片之间的间隔对准。

11.如权利要求1的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置的所述二流体喷嘴的前端设置为相对于所述清洗芯片堆叠结构的表面倾斜一角度。

12.如权利要求1的清洗装置，其特征在于，所述二流体喷嘴包含高压清洗喷嘴。