CN216084808U - 一种晶圆剥离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种晶圆剥离装置，包括旋转载台，用于固定载体晶圆；剥离机构，用于向待剥离晶圆施加剥离力以将待剥离晶圆由载体晶圆上剥离；设置于所述旋转载台一侧的清洁机构，用于清洁晶圆剥离后遗留在旋转载台上的胶粒；所述清洁机构包括：具有内腔的清洁臂，清洁臂的底面形成有与所述清洁臂的内腔连通的吸附口；连接于清洁臂一端的转动轴，所述清洁臂可绕所述转动轴的轴线旋转；与所述转动轴的背离清洁臂的一端连接固定的真空管路，该真空管路的另一端被配置为可连接外部真空设备；所述转动轴内部中空，与所述清洁臂的内腔连通；所述清洁臂上所包括的吸附口被配置为用以对所述旋转载台表面进行清洁。

Description

一种晶圆剥离装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域。更具体地，涉及一种晶圆剥离装置。

背景技术

为满足计算机、汽车、智能手机、服务器、人工智能以及传感器等产业的高性能、小型化、低成本以及高效率等要求，以硅通孔技术(Through Silicon Via，TSV)技术为平台应用2.5D或3D积层封装(2.5D or 3D Stacking Package Technology)技术成为行业内的主流技术。

为了保证产品晶圆物理尺寸的最小化，需要将产品晶圆做薄，在此应用的技术称为晶圆承载系统(Wafer Support System，WSS)工程。WSS工程由以下几步组成：利用粘合物将两个晶圆进行临时粘合，粘合后产品晶圆(即待剥离晶圆)做薄,然后将临时粘合的产品晶圆和载体晶圆进行分离，并进行清洗。

待剥离晶圆和载体晶圆在分离的过程中会有少量的胶粒残余掉落在旋转载台上，后续再对新的键合堆叠晶圆进行剥离时，旋转载台上的胶粒会使载体晶圆破损或者开裂。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种可以避免残留胶粒损坏载体晶圆的晶圆剥离装置。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种晶圆剥离装置，包括：

旋转载台，用于固定载体晶圆；

剥离机构，用于向待剥离晶圆施加剥离力以将待剥离晶圆由载体晶圆上剥离；

设置于所述旋转载台一侧的清洁机构，用于清洁晶圆剥离后遗留在旋转载台上的胶粒；

所述清洁机构包括：

具有内腔的清洁臂，清洁臂的底面形成有与所述清洁臂的内腔连通的吸附口；

连接于清洁臂一端的转动轴，所述清洁臂可绕所述转动轴的轴线旋转；

与所述转动轴的背离清洁臂的一端连接固定的真空管路，该真空管路的另一端被配置为可连接外部真空设备；

所述转动轴内部中空，与所述清洁臂的内腔连通；

所述清洁臂上所包括的吸附口被配置为用以对所述旋转载台表面进行清洁。

此外，优选地方案是，所述清洁机构还包括用以驱动所述清洁臂绕所述转动轴转动的驱动电机，所述清洁臂与转动轴之间可转动的密封连接。

此外，优选地方案是，所述吸附口沿所述清洁臂的延伸方向设置，所述吸附口与所述旋转载台相对应部分的长度不小于所述旋转载台的半径长度。

此外，优选地方案是，所述清洁臂的底面包括位于不同水平高度的第一底壁面以及第二底壁面，所述第一底壁面的内侧边沿与所述第二底壁面的内侧边沿之间形成所述吸附口。

此外，优选地方案是，所述第一底壁面的内侧边缘与所述第二底壁面的内侧边缘包括有相互重叠的部分。

此外，优选地方案是，所述转动轴上包括有一个位置传感器；

所述位置传感器用于确定所述清洁臂的位置状态。

此外，优选地方案是，所述转动轴上包括沿转动轴的径向方向延伸出的凸起部，所述位置传感器设置在所述凸起部上。

此外，优选地方案是，所述剥离机构包括移动滚轴、抬升滚轴、滚轴控制器和固定板；

所述固定板用于固定所述待剥离晶圆；

所述滚轴控制器用于向所述移动滚轴和所述抬升滚轴施加设定大小的力，并控制所述移动滚轴和所述抬升滚轴沿平行于载体晶圆表面的方向以及垂直于载体晶圆表面的方向运动，以在进行待剥离晶圆剥离时使抬升滚轴位于待剥离晶圆邻近载体晶圆的一侧，移动滚轴位于待剥离晶圆远离载体晶圆的一侧，并使抬升滚轴和移动滚轴以预设高度差沿平行于载体晶圆表面的方向运动，以使所述待剥离晶圆沿着移动滚轴的移动轨迹由所述载体晶圆上剥离。

此外，优选地方案是，所述滚轴控制器包括滚轴支撑结构和滚轴驱动器；

所述滚轴支撑结构用于支撑所述抬升滚轴和所述移动滚轴；

所述滚轴驱动器用于向所述移动滚轴和所述抬升滚轴施加设定大小的力，并控制所述移动滚轴和所述抬升滚轴沿平行于载体晶圆表面的方向以及垂直于载体晶圆表面的方向运动。

此外，优选地方案是，所述抬升滚轴包括至少两个子滚轴，所述至少两个子滚轴沿所述移动滚轴的长度方向依次排列。

本申请的有益效果如下：

针对现有技术中存在的技术问题，本申请实施例提供一种晶圆剥离装置，用于分离键合堆叠晶圆，可以在待剥离晶圆完全剥离后对旋转载台进行清洁，去除晶圆剥离过程中掉落的胶粒等污染物，防止胶粒等污染物残留在旋转载台上，对后续剥离工作中放置到旋转载台上的晶圆造成损坏，导致已接近完成全工程的生产材料发生开裂、破损等致命问题而损失大量费用。每次剥离机构完成剥离工作后，清洁机构都会从待机位置移动至清洁位置对旋转载台表面进行清洁，防止旋转载台上残留的胶粒等污染物对生产材料造成损伤，避免造成生产费用损失。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本实用新型所提供的晶圆剥离装置的结构示意图。

图2示出本实用新型所提供的清洁机构的结构示意图。

图3示出本实用新型所提供的清洁臂的截面示意图。

图4示出本实用新型所提供的清洁臂的仰视图。

图5a-5f示出本实用新型所提供的晶圆剥离装置的工作过程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解的是，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还需要说明的是，在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为克服现有技术存在的缺陷，本实用新型的实施例提供一种晶圆剥离装置，结合图1-5f所示，所述晶圆剥离装置用于分离键合堆叠晶圆，所述晶圆剥离装置包括剥离机构以及清洁机构，在使用过程中，键合堆叠晶圆需要放置在旋转载台3上，所述旋转载台3上设置有真空吸盘，可以将载体晶圆401吸附固定，所述剥离机构向待剥离晶圆402施加剥离力以将待剥离晶圆402由载体晶圆401上剥离，而清洁机构则用于吸附晶圆剥离后遗留在所述旋转载台3上的胶粒，防止在后续剥离工作中放置新的堆叠键合晶圆时旋转载台3上残留的胶粒导致载体晶圆401开裂或者破损。

在一个具体地实施例中，所述清洁机构包括具有内腔的清洁臂21，连接于所述清洁臂21一端的转动轴22以及通过真空管路23与清洁臂21的内腔连通的外部真空设备24。具体地，所述清洁臂21的底面形成有吸附口25，所述吸附口25与清洁臂21的内腔连通，用于吸收残留在旋转载台3上的胶粒，对旋转载台3的表面进行清洁。所述旋转臂21可以绕着所述转动轴22的轴线转动，由待机位置移动至清洁位置，不会对晶圆剥离工作造成干扰。所述转动轴22内部中空，与所述清洁臂21的内腔连通，所述真空管路23的一端与所述转动轴22背离清洁臂21的一端固定连接，另一端连接外部真空设备24，所述真空管路23通过转动轴22与清洁臂21的内腔连通，启动外部真空设备24，外部真空设备24为清洁臂21提供吸力，吸附旋转载台3表面残留的胶粒。

在一个具体地实施例中，所述清洁机构还包括驱动电机26，所述清洁臂21与驱动电机26的输出端连接固定，可在驱动电机26的驱动下绕转动轴22的轴线转动。所述清洁臂21与转动轴22之间可转动地密封连接，为了保证清洁效果，具体地，清洁臂21与转动轴22之间通过油性石墨密封。

在一个实施例中，所述吸附口25沿着所述清洁臂21的延伸方向设置，为了保证在清洁旋转载台3时不留死角，所述吸附口25与所述旋转载台3相对应的部分的长度应不小于所述旋转载台3的半径长度。

在一个具体地实施例中，所述清洁臂21的底面包括位于不同水平高度的第一底壁面211以及第二底壁面212，所述第一底壁面211的内侧边沿与所述第二底壁面212的内侧边沿形成所述吸附口25。

在本实施例中，在清洁臂21的延伸方向上，所述第一底壁面211的内侧边缘与所述第二底壁面212的内侧边缘包括有相互重叠的部分，这样设置可以防止在清洁过程中胶粒由吸附口25落下，可以实现更佳的清洁效果。

在一个具体地实施例中，结合图2所示，所述转动轴22上包括有一个第一传感器52，所述第一传感器52为位置传感器，用于确定清洁臂21是否处于待机位置。

具体地，所述转动轴22上包括有沿转动轴22的径向方向延伸出的凸起部220，转动轴22上的第一传感器52安装在所述凸起部220上，当清洁臂21移动至所述凸起部220的正上方位置时，第一传感器52感应到清洁臂21，给出清洁臂21到达待机位置的信号。

在其他的实施例中，如图1中所示出的，还可在所述清洁臂21的底面上设置第二传感器51，所述第二传感器51为位置传感器，用于感应所述清洁臂21是否处于清洁位置，以避让所述剥离机构。

在一个具体地实施例中，所述剥离机构包括移动滚轴11、抬升滚轴12和滚轴控制器13以及固定板14；

固定板14用于固定待剥离晶圆402；

滚轴控制器13用于向移动滚轴11和抬升滚轴12施加设定大小的力，并控制移动滚轴11和抬升滚轴12沿平行于载体晶圆401表面的方向以及垂直于载体晶圆401表面的方向运动，以在进行待剥离晶圆402剥离时使抬升滚轴12位于待剥离晶圆402邻近载体晶圆401的一侧，移动滚轴11位于待剥离晶圆402远离载体晶圆401的一侧，并使抬升滚轴12和移动滚轴11以预设高度差沿平行于载体晶圆401表面的方向运动，以使待剥离晶圆402沿着移动滚轴11的移动轨迹由载体晶圆401上剥离。

其中，固定板14可以包括一可移动固定板141，可移动固定板141在待剥离晶圆402剥离时跟随待剥离晶圆402运动，当待剥离晶圆402完全从载体晶圆401上剥离下来时，待剥离晶圆402可以随可移动固定板141移走。预设高度差可以根据剥离情况调节。

在剥离之前载体晶圆401和待剥离晶圆402通过粘结层403粘结在一起，载体晶圆401固定在旋转载台3，可移动固定板141向下移动与待剥离晶圆402接触并固定，固定完成即完成剥离前准备工作。

做好准备剥离工作后，滚轴控制器13控制抬升滚轴12和移动滚轴11移动至剥离支点附近，移动滚轴11向下移动，可移动固定板141以一定力度按压。此时的按压力度是事前根据工程及产品条件设定或能动性选择的，示例性的按压力度可以为400-600N。滚轴控制器13控制抬升滚轴12上升，对可移动固定板141施加负载力度，负载力度也可以根据工程环境及资材条件进行事前设定或能动性选择所需值。

抬升滚轴12上升至预设位置后，移动滚轴11和抬升滚轴12沿平行载体晶圆401表面的方向运动，开始剥离待剥离晶圆402。剥离无异常时移动滚轴11和抬升滚轴12以稳定的位置状态移动，以均衡的力度分离待剥离晶圆402和载体晶圆401。

剥离结束后解除加载在移动滚轴11和抬升滚轴12上的力，回归原位，完成剥离的待剥离晶圆402吸附在可移动固定板141上回归原位，完成剥离工程。

具体的，在剥离过程中，剥离支点位于移动滚轴11的下方，通过调节移动滚轴11的位置可以调节剥离支点的位置，通过控制移动滚轴11和抬升滚轴12的移动速度调节剥离速度，根据剥离情况调节抬升滚轴12和移动滚轴11的相对位置，从而调节待剥离晶圆的剥离角度，并通过调节施加到抬升滚轴12的力，调节剥离力度，本实施例的方案可以根据不同的产品的粘合情况精确快速的调节剥离支点的位置、剥离角度和剥离力度，可进行精密的剥离控制，根据资材及环境的变化可以使用最佳、最小的力度剥离多种产品，提高了剥离效率。且本实施例的方案在晶圆剥离过程中可以根据晶圆间粘合力大小实时调节移动滚轴和抬升滚轴的力度和位置，预防载体晶圆401的损伤。

在一个具体地实施例中，所述滚轴控制器13包括滚轴支撑结构131和滚轴驱动器132；

滚轴支撑结构131用于支撑抬升滚轴12和移动滚轴11；

滚轴驱动器132用于向移动滚轴11和抬升滚轴12施加设定大小的力，并控制移动滚轴11和抬升滚轴12沿平行于载体晶圆401表面的方向以及垂直于载体晶圆401表面的方向运动。

具体的，滚轴支撑结构131也可以在滚轴驱动器132的驱动下沿平行于载体晶圆401的表面和垂直于载体晶圆401表面的方向运动，在需要移动滚轴11和抬升滚轴12同步运动时，可以直接驱动支撑结构113运动带动移动滚轴11和抬升滚轴12同步运动。滚轴驱动器132也可以单独驱动移动滚轴11和抬升滚轴12运动。

图中仅示例性的示出了滚轴驱动器132的位置，并非对本实用新型的限定。

在一个具体地实施例中，所述固定板14包括基座142、支撑台143和可移动固定板141；

支撑台143固定于基座142；

可移动固定板141连接于支撑台143，支撑台143包括滑轨，可移动固定板141可沿滑轨运动；

可移动固定板141用于固定待剥离晶圆402。

具体的，可移动固定板141可以通过真空压力固定待剥离晶圆402，在剥离待剥离晶圆402时，可移动固定板141随被剥离下来的待剥离晶圆402运动，直至待剥离晶圆402完全被剥离下来，在剥离过程中，待剥离晶圆402被剥离下来的部分与可移动固定板141位置升高。

在一个具体地实施例中，所述剥离机构还包括压力传感器15；

压力传感器15用于检测抬升滚轴12和移动滚轴11向待剥离晶圆402施加的力。

压力传感器15可以通过检测滚轴驱动器132向抬升滚轴12和移动滚轴11施加的力确定抬升滚轴12和移动滚轴11向待剥离晶圆402施加的力，此时，压力传感器15可以设置于抬升滚轴12和移动滚轴11与滚轴驱动器132之间。压力传感器15也可以直接检测抬升滚轴12和移动滚轴11向待剥离晶圆402施加的力，此时压力传感器15可以直接设置于抬升滚轴12和移动滚轴11的表面。

需要说明的是，本实施例仅示例性的示出了压力传感器15的位置，并非对本实用新型的限定，压力传感器15的具体位置可以根据需要设定。

可选的，滚轴驱动器132还用于根据压力传感器15测得的数据调整向移动滚轴11和抬升滚轴12施加的力。

在一个具体地实施例中，所述抬升滚轴12包括至少两个子滚轴121，至少两个子滚轴121沿移动滚轴11的长度方向依次排列。

具体的，每一个子滚轴121对应待剥离晶圆402的部分区域，用于剥离该部分的待剥离晶圆402，至少两个子滚轴121可以单独控制，可以更精确的控制剥离力度。且对于载体晶圆401和待剥离晶圆402不同区域粘结力度不同的产品，也可以通过调节各子滚轴121的位置和力度对待剥离晶圆402进行剥离，避免剥离力度不足或剥离力度过大。

图5a-5f为所述晶圆剥离装置的工作过程示意图，在实际工作过程中，清洁机构初始处于待机位置，首先进行剥离工作。将键合堆叠晶片放置在所述旋转载台3上，旋转载台3上的真空吸盘将载体晶圆401吸附固定，所述可移动固定板141下移，吸附固定所述待剥离晶圆402，滚轴控制器13控制移动滚轴11和抬升滚轴12沿平行于载体晶圆401表面的方向以及垂直于载体晶圆401表面的方向运动，使抬升滚轴12位于待剥离晶圆402邻近载体晶圆401的一侧，移动滚轴11位于待剥离晶圆402远离载体晶圆401的一侧。滚轴控制器13向移动滚轴11和抬升滚轴12施加设定大小的力，使抬升滚轴12和移动滚轴11以预设高度差沿平行于载体晶圆401表面的方向运动，以使待剥离晶圆402沿着移动滚轴11的移动轨迹由载体晶圆401上剥离，需要注意的是，为了防止待剥离晶圆402受损，在晶圆剥离过半后，所施加的剥离力以及剥离的速度都要逐渐减小，直至完全剥离。当将待剥离晶圆402自载体晶圆401上剥离后，将载体晶圆401在旋转载台时上取下，控制驱动电机26使清洁臂21自待机位置旋转至清洁位置，启动外部真空设备24，对旋转载台3的表面进行清洁，同时旋转载台3开始旋转，保证清洁臂21可以完整清洁旋转载台3的表面。清洁完毕后，清洁臂21在驱动电机26的作用下回到待机位置，将新的键合堆叠晶圆放置到旋转载台3上，进行新一轮晶圆剥离工作。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种晶圆剥离装置，其特征在于，所述装置包括：

旋转载台，用于固定载体晶圆；

剥离机构，用于向待剥离晶圆施加剥离力以将待剥离晶圆由载体晶圆上剥离；

设置于所述旋转载台一侧的清洁机构，用于清洁晶圆剥离后遗留在旋转载台上的胶粒；

所述清洁机构包括：

具有内腔的清洁臂，清洁臂的底面形成有与所述清洁臂的内腔连通的吸附口；

连接于清洁臂一端的转动轴，所述清洁臂可绕所述转动轴的轴线旋转；

与所述转动轴的背离清洁臂的一端连接固定的真空管路，该真空管路的另一端被配置为可连接外部真空设备；

所述转动轴内部中空，与所述清洁臂的内腔连通；

所述吸附口被配置为用以对所述旋转载台表面进行清洁。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述清洁机构还包括用以驱动所述清洁臂绕所述转动轴转动的驱动电机，所述清洁臂与转动轴之间可转动的密封连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸附口沿所述清洁臂的延伸方向设置，所述吸附口与所述旋转载台相对应部分的长度不小于所述旋转载台的半径长度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述清洁臂的底面包括位于不同水平高度的第一底壁面以及第二底壁面，所述第一底壁面的内侧边沿与所述第二底壁面的内侧边沿之间形成所述吸附口。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一底壁面的内侧边缘与所述第二底壁面的内侧边缘包括有相互重叠的部分。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转动轴上包括有一个位置传感器；

所述位置传感器用于确定所述清洁臂的位置状态。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转动轴上包括沿转动轴的径向方向延伸出的凸起部，所述位置传感器设置在所述凸起部上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述剥离机构包括移动滚轴、抬升滚轴、滚轴控制器和固定板；

所述固定板用于固定所述待剥离晶圆；

所述滚轴控制器用于向所述移动滚轴和所述抬升滚轴施加设定大小的力，并控制所述移动滚轴和所述抬升滚轴沿平行于载体晶圆表面的方向以及垂直于载体晶圆表面的方向运动，以在进行待剥离晶圆剥离时使抬升滚轴位于待剥离晶圆邻近载体晶圆的一侧，移动滚轴位于待剥离晶圆远离载体晶圆的一侧，并使抬升滚轴和移动滚轴以预设高度差沿平行于载体晶圆表面的方向运动，以使所述待剥离晶圆沿着移动滚轴的移动轨迹由所述载体晶圆上剥离。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述滚轴控制器包括滚轴支撑结构和滚轴驱动器；

所述滚轴支撑结构用于支撑所述抬升滚轴和所述移动滚轴；

所述滚轴驱动器用于向所述移动滚轴和所述抬升滚轴施加设定大小的力，并控制所述移动滚轴和所述抬升滚轴沿平行于载体晶圆表面的方向以及垂直于载体晶圆表面的方向运动。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述抬升滚轴包括至少两个子滚轴，所述至少两个子滚轴沿所述移动滚轴的长度方向依次排列。

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