CN217239420U - 芯片搬运装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种芯片搬运装置及系统。根据本申请的部分实施例，本申请提供了一种芯片搬运装置，其特征在于，芯片搬运装置包括：多孔载体及黏结膜。该多孔载体具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，黏结膜设置于多孔载体的第一表面上，其经配置以用于贴附晶圆或芯片，其中黏结膜的厚度大于经贴附的晶圆或芯片的厚度。本申请的芯片搬运装置能够与不同的接合处理设备结合，以应用于多种不同的预处理程序中。本申请的芯片搬运系统能够有效整合并简化直接芯片接合工艺中的各个处理程序，以提高直接芯片接合的效率，并降低接合成本。

Description

芯片搬运装置及系统

技术领域

本申请涉及半导体领域，更具体地，涉及一种芯片搬运装置及系统。

背景技术

随着半导体装置被广泛地应用在各个领域的电子产品中，例如，智能手机、移动电子装置或电动载具等，人们不断地对半导体的性能及制备工艺的进行研究与改进，不同结构设计的半导体产品需要搭配不同的制备技术。

在半导体装置领域中，为了追求更优异的封装密度和处理速度，倒装芯片(flipchip)封装成为近年来主要的封装设计。倒装芯片封装中直接芯片接合(Direct chipattach,DCA)为现有半导体装置的制备工艺中的一个主要改进方向，其能够用于采用混合键合(hybrid bonding)的芯片贴合，以开发及设计具有更小体积、更高密度的三维堆叠芯片和自主芯片。对于采用混合键合工艺的芯片，其往往需要对芯片的表面执行多种预处理程序，并要求对堆叠芯片的对齐和放置具有极高的精度。而传统的晶圆支撑系统(WaferSupport System，WSS)需要将晶圆或芯片放置在多个不同载体上以进行不同的预处理程序，这大幅提高了制备程序的复杂度与困难度，并增加了采用混合键合的封装芯片的工艺制备时间和成本。

因此，有必要开发一种新的芯片搬运装置和系统，以改善直接芯片接合的当前应用。

实用新型内容

本申请的目的之一在于提供一种芯片搬运装置及系统，其采用了多孔载体与可溶性黏结膜作为单一的运输介质，以应用于直接芯片接合工艺中的多种不同预处理程序，并能够提高芯片与贴合目标的对准精度。

根据本申请第一方面的部分实施例，本申请提供了一种芯片搬运装置，其特征在于，芯片搬运装置包括：多孔载体及黏结膜。该多孔载体具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，黏结膜设置于多孔载体的第一表面上，其经配置以用于贴附晶圆或芯片，其中黏结膜的厚度大于经贴附的晶圆或芯片的厚度。

在一些实施例中，黏结膜的厚度为30μm至40μm。

在一些实施例中，黏结膜的厚度较经贴附的晶圆或芯片的厚度厚5μm至30μm。

在一些实施例中，多孔载体的孔隙率为15％至45％。

在一些实施例中，多孔载体为泡沫陶瓷，其中泡沫陶瓷为开孔结构。

在一些实施例中，多孔载体的孔洞大小为5nm至100nm。

根据本申请第二方面的部分实施例，本申请提供了一种芯片搬运系统，其特征在于，芯片搬运系统包括芯片搬运装置，其中芯片搬运装置包含：多孔载体及黏结膜。该多孔载体具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，黏结膜设置于多孔载体的第一表面上，其经配置以用于贴附晶圆或芯片，其中黏结膜的厚度大于经贴附的晶圆或芯片的厚度。

在一些实施例中，芯片搬运系统进一步包含喷涂器，喷涂器面向多孔载体的第二表面，其中喷涂器经配置以通过多孔载体向黏结膜施加分离剂。

在一些实施例中，芯片搬运系统进一步包含红外线摄像机，红外线摄像机面向多孔载体的第二表面，其中红外线摄像机经配置以感测经贴附的晶圆或芯片在芯片搬运装置上的位置，并用于校直晶圆或芯片与目标放置位。

在一些实施例中，芯片搬运系统进一步包含压力喷嘴，压力喷嘴面向多孔载体的第二表面，其中压力喷嘴经配置以通过多孔载体向黏结膜的相应区域施加气体压力用于放置经贴附的晶圆或芯片。

本申请的芯片搬运装置能够与不同的接合处理设备结合，以应用于多种不同的预处理程序中。本申请的芯片搬运系统能够有效整合并简化直接芯片接合工艺中的各个处理程序，以提高直接芯片接合的效率，并降低接合成本。在一些实施例中，由于在直接芯片接合工艺的整个过程中待接合处理的芯片能够贴附在单一的芯片搬运装置上，其能够大幅减少芯片因变换不同载体所带来的损害，并提高直接芯片接合工艺的接合效率。同时，本申请的芯片搬运系统通过采用多孔载体与可溶性黏结膜的结合以校直并贴合芯片的方式，能够大幅提升芯片的对准精度，以提供高质量及良率的直接芯片接合封装芯片。

本申请提供的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。

附图说明

在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。

图1为根据本申请的一些实施例的芯片搬运装置10的纵向截面示意图。

图2为根据本申请的一些实施例的具有切割工具的芯片搬运系统20的纵向截面示意图。

图3为根据本申请的一些实施例的具有喷涂器的芯片搬运系统30的纵向截面示意图。

图4为根据本申请的一些实施例的具有红外线摄像机的芯片搬运系统40的纵向截面示意图。

图5为根据本申请的一些实施例的具有压力喷嘴的芯片搬运系统50的纵向截面示意图。

具体实施方式

本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。

如本文中所使用，术语“约”、“大体上”、“实质上”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±0.5％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。

再者，为便于描述，“第一”、“第二”、“第三”等等可在本文中用于区分一个图或一系列图的不同组件。“第一”、“第二”、“第三”等等不意欲描述对应组件。

在半导体领域中，为了进一步追求芯片贴合密度及较小的封装体积，采用混合键合(hybrid bonding)的芯片接合的封装设计被广泛的研究以取代现有的打线接合(wirebonding)的封装设计。混合键合的直接芯片接合的封装设计中，由于芯片与芯片直接地接合，其能够大幅提高封装中的芯片密度及传输效率。因此，采用直接芯片接合的封装芯片是现阶段主要的半导体装置设计方向，而直接芯片接合工艺中往往需要对其芯片的表面进行多种的预处理程序，例如，切割工艺、表面清洁工艺等，现有的直接芯片接合工艺需要将芯片在不同的载体或装置间运输以进行不同的预处理程序。同时，直接芯片接合工艺中芯片与其接合目标区域的校直精度需求非常高，些微的偏差会严重影响芯片与其接合目标之间的连接线路。上述的原因限制了直接芯片接合工艺的应用，并提高了混合键合的封装晶片的制成难度及成本。

鉴于上述问题，本申请提供了一种使用具有可溶性黏结膜的多孔载体来处理薄直接芯片接合的装置、系统和方法。本申请采用黏结膜与多孔载体的组合作为芯片搬运装置，用于倒装芯片或硅通孔(TSV)应用的芯片时，可使芯片在单一的搬运装置上能够应用于多种不同的预处理程序中，特别是用于直接芯片附着的应用。在一些实施例中，本申请的芯片搬运系统可以整合并实现包含，但不限于，芯片清洁处理程序、芯片切割程序、混合键合预处理程序或额外的等离子/射频臭氧清洁处理程序和芯片放置等多项不同预处理程序，而无需在晶圆支持系统(WSS)的多个不同载体上进行芯片处理程序。本申请的芯片搬运装置和系统可以为在目标芯片上进行多种处理，提供极大的灵活性，并以出色的精度进行直接芯片堆叠和放置。

图1为根据本申请的一些实施例的芯片搬运装置10的纵向截面示意图。

如图1所示，本申请部分实施例提供了一种芯片搬运装置10，芯片搬运装置10包括：多孔载体100及黏结膜101。该多孔载体100具有第一表面100F及与第一表面100F相对的第二表面100B，黏结膜101设置于多孔载体100的第一表面100F上。待处理的晶圆或芯片102能够通过贴附在黏结膜101的表面上而固定于芯片搬运装置10上，从而传输以进行不同的芯片处理程序。多孔载体100具有孔洞结构，其允许气体或液体溶剂通过多孔载体100，并能够从多孔载体100的第二表面100B施加气体压力或溶剂液体到位于多孔载体100的第一表面100F上的黏结膜101。本申请芯片搬运装置10的配置能够于多孔载体100的第一表面100F方向进行芯片的接合面的预处理程序，例如，混合键合预处理、表面清洁工艺和切割工艺，并且能够于多孔载体100背面方向进行芯片的背侧处理程序，例如，芯片对准处理、芯片分离工艺和芯片放置工艺。

多孔载体100的第一表面100F及第二表面100B可为实质上平坦的表面。在一些实施例中，多孔载体100的表面可以通过化学机械平坦化(Chemical-MechanicalPlanarization，CMP)工艺调整其表面的平坦度及粗糙度，以根据不同的处理工艺流程调整黏结膜101与多孔载体100表面的粘合力。在一些实施例中，多孔载体100的孔隙率为15％至45％。在一些实施中，多孔载体100的孔隙率为20％至30％，以优化多孔载体100对贴附芯片背侧的各种处理工艺，例如，加压气体的流动、溶解液体的流动或远红外线的穿透度等，同时，维持黏结膜101与多孔载体100表面的粘合力。

在不违背本申请的精神下，多孔载体100可以是本领域中任何合适的多孔材料。在一些实施例中，多孔载体100的材料优选为具有低热膨胀系数(coefficient of thermalexpansion，CTE)的多孔材料，例如，但不限于，Al₂O₃陶瓷或铝硅酸盐陶瓷。在一些实施例中，多孔载体100为泡沫陶瓷(ceramic foam)，陶瓷具有更好的红外线穿透度，可用于红外摄像机以定位芯片和芯片搬运装置。在一些实施例中，泡沫陶瓷中的孔洞结构为开孔结构(open-cell)。在本文中“开孔结构”是指多孔材料内的孔洞相互连通并与外部环境连通，其孔壁为非实心或半开孔壁结构。在一些实施例中，多孔载体100的厚度为1000μm至300μm。在一些实施例中，多孔载体100的厚度为约500μm。在一些实施例中，多孔载体100的厚度为650μm至700μm。在一些实施例中，多孔载体100的孔洞大小分类为中孔分布(Meso Pore)，其孔洞大小为5nm至100nm。在一些实施例中，多孔载体100的孔洞大小优选为50nm。在一些实施例中，多孔载体100可以多次重复使用，通过适当的水清洁和干燥过程即能够重复使用多孔载体100，以进一步降低封装工艺的成本。

本申请芯片搬运装置的晶圆或芯片102的接合与放置工艺是通过黏结膜101的形变或去粘性，以将贴附的晶圆或芯片102与黏结膜101脱离而达成的。在一些实施例中，黏结膜101的厚度大于其贴附的晶圆或芯片102的厚度，以在维持一定的粘合力的情况下，提供足够的黏结膜101的形变区域，以提高晶圆或芯片102的接合与放置工艺的校直精度。在一些实施例中，黏结膜101的厚度为30μm至40μm。在一些实施例中，贴附于黏结膜101上的晶圆或芯片102的厚度为20μm至30μm。在一些实施例中，黏结膜101的厚度较贴附于黏结膜101上的晶圆或芯片102的厚度厚5μm至30μm。在一些实施例中，黏结膜101的厚度，优选地，较贴附于黏结膜101上的晶圆或芯片102的厚度厚10μm。在一些实施例中，较厚的黏结膜101可能会在芯片脱离后残留部分黏结膜101材料于芯片上，其能够通过在芯片堆叠后进行额外的等离子或臭氧清洁去除。应理解，基于本申请所公开的教示，本领域技术人员可以根据实际需要处理的晶圆或芯片102的尺寸调整芯片搬运装置10中的黏结膜101或多孔载体100的厚度，唯本申请的芯片搬运装置10及系统在处理实施例中的芯片尺寸时具有特别优异的放置精准度，而特别适用于其尺寸范围的芯片。

在不违背本申请的精神下，本领域技术人员可以根据实际的需要挑选本领域中任何合适的黏结膜101。在一些实施例中，黏结膜101为可溶性黏结膜101，其能够通过在黏结膜101上施加分离剂以溶解部分黏结膜101，进而降低黏结膜101的粘合力，使得其贴附的晶圆或芯片102能够优化在放置过程中的与黏结膜101的脱离。在一些实施例中，黏结膜101为MasterBond的MB600商用黏结膜101材料。MasterBond的MB600材料具有基于硅酸钠的关键特性，其可以承受高达815℃的高温，同时保持牢固的粘合力。此外，MasterBond的MB600材料具有无毒、透明的特性，并允许远红外线波长轻松通过以优化红外线摄像机对芯片的定位与校直。

根据本申请第二方面的部分实施例，本申请提供了一种芯片搬运系统，该芯片搬运系统包括上述实施例中的芯片搬运装置。芯片搬运系统能够通过将芯片搬运装置与不同的处理装置相结合以对待处理的晶圆或芯片进行一种或多种不同的芯片处理程序，芯片处理装置包含，但不限于，切割工具、喷涂器、红外线摄像机、压力喷嘴中的一种或多种。

图2为根据本申请的一些实施例的具有切割工具103的芯片搬运系统20的纵向截面示意图。

如图2所示，在一些实施例中，芯片搬运系统20进一步包含切割工具103，切割工具103面向多孔载体100的第一表面100F，其中切割工具103经配置以对贴附于黏结膜101上的晶圆或芯片102进行切割。在一些实施例中，切割方法包括，但不限于，等离子切割、激光切割或刀片切割。应理解，基于本申请所公开的教示，本领域技术人员可以根据预处理程序需要选择合适芯片的切割工具或装置。

在一些实施例中，芯片搬运装置可以通过本领域中合适的固定装置配置于不同的预处理程序中。在一些实施例中，芯片搬运装置能够通过载物台保持单元或一般的固定钳，以相对表面处理设备的方向正置。在一些实施例中，芯片搬运装置能够通过载物台保持单元或一般的固定钳，以相对于衬底或接收堆叠晶片/芯片的方向倒置。在一些实施例中，载物台保持单元具备旋转的驱动单元，固定于载物台保持单元上的芯片搬运装置能够通过驱动单元进行旋转。

图3为根据本申请的一些实施例的具有喷涂器104的芯片搬运系统30的纵向截面示意图。

如图3所示，在一些实施例中，芯片搬运系统30进一步包含喷涂器104，喷涂器104面向多孔载体100的第二表面100B，其中喷涂器104经配置以通过多孔载体100向黏结膜101施加分离剂，以降低喷涂区域的黏结膜101的粘合力，进而使贴附的晶圆或芯片102与黏结膜101更容易分离，并优化晶圆或芯片102的堆叠或放置校直精度。对于部分不需要较高的校直精度的芯片封装，本申请的芯片搬运系统也可以通过采用常见的浸泡方法以降低黏结膜的黏合力。在一些实施例中，芯片搬运系统包含传统的浸泡/漂洗装置，通过将芯片搬运装置的黏结膜及其贴附晶圆或芯片浸入于浸泡/漂洗装置中，以降低黏结膜整体的黏合力。应理解，基于本申请所公开的教示，本领域技术人员可以根据预处理程序需要选择合适芯片切割工具或装置。

图4为根据本申请的一些实施例的具有红外线摄像机105的芯片搬运系统40的纵向截面示意图。

如图4所示，在一些实施例中，芯片搬运系统40进一步包含红外线摄像机105，红外线摄像机105面向多孔载体100的第二表面100B，其中红外线摄像机105经配置以感测经贴附的晶圆或芯片102在芯片搬运装置上的位置，并用于校直晶圆或芯片102与目标放置位。应理解，在不违背本申请的精神下，本领技术人员可以根据实际需要采用本领域中其他合适的驱动单元或载物台保持单元与芯片搬运装置进行整合，以执行对于晶圆或芯片与目标放置位置的定位或校直。在一些实施例中，芯片搬运系统进一步包含X-Y平面线性驱动单元，红外线摄像机可以通过设置于X-Y平面线性驱动单元上实现晶圆或芯片的定位，及晶圆或芯片对其目标放置位置或堆叠位置的校直。

在一些实施例中，喷涂器能够与红外线摄像机及X-Y平面线性驱动单元相整合，以对需要放置或堆叠的芯片区域相对应的黏结膜施加分离剂，以针对该区域的芯片进行芯片的贴合或放置。举例而言，一旦红外线摄像机通过X-Y平面线性驱动单元实现芯片与目标区域的对准，X-Y平面线性驱动单元将移开红外线摄像机，并在对应位置移入喷涂器，以在校直区域喷涂分离剂。

图5为根据本申请的一些实施例的具有压力喷嘴106的芯片搬运系统50的纵向截面示意图。

在一些实施例中，芯片搬运系统50进一步包含压力喷嘴106，压力喷嘴106面向多孔载体100的第二表面100B，其中压力喷嘴106经配置以通过多孔载体100向黏结膜101的相应区域施加气体压力，压力喷嘴106能够施加CDA/N₂气体压力以将贴附的晶圆或芯片102从黏结膜101上抬起，使黏结膜101对应待放置或贴合的芯片的区域产生形变，将贴附的晶圆或芯片102与其接合目标的衬底108或堆叠芯片107接触，从而将晶圆或芯片102附接到接合目标的衬底108或堆叠芯片107上。在一些实施例中，压力喷嘴能够与红外线摄像机及X-Y平面线性驱动单元相整合，以对需要放置或堆叠的芯片区域相对应的黏结膜的施加气体压力，以针对该区域的芯片进行芯片的贴合或放置。如图5所示，一旦红外线摄像机通过X-Y平面线性驱动单元实现芯片与目标区域的对准，X-Y平面线性驱动单元将移开红外线摄像机，并移入压力喷嘴106以直接定位在对准的芯片107上方，使贴附的芯片与对准的芯片107直接接合。

在一些实施例中，芯片搬运系统能够进一步包含设置于压力喷嘴上的压力传感器，压力传感器能够监测压力喷嘴施加于贴附的晶圆或芯片上的压力变化，以检测压力喷嘴是否与贴附的晶圆或芯片的位置对准，以避免晶圆或芯片与目标放置位置的错位。

应理解，基于本申请实施例公开的内容，本领域技术人员可以根据实际需要选择其他任何合适的芯片处理装置与本申请的芯片搬运装置结合，以配置用于不同的芯片接合工艺。举例而言，在一些实施例中，对于采用锡球或焊料方式接合的芯片，芯片搬运系统能够进一步包含加热件，加热件能够设置于载物台保持单元或芯片的底部，以用于辅助熔接或焊料定位。在焊接点焊的情况下，可以使用丝网印刷或助焊剂转移工艺来帮助进行芯片点焊，然后再进行回流炉工艺以完成IMC形成，从而形成可靠的接触。

应理解，在不违背本申请的精神下，本申请芯片搬运系统中芯片处理装置的数目及种类可以根据实际需要进行设计调整，而不受限制。

基于上述实施例的揭示，本领域技术人员可以根据芯片接合设计需要，调整芯片搬运系统中各个预处理的步骤，以优化芯片芯片接合程序。

本申请的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本申请的教示及揭示而作种种不背离本申请精神的替换及修饰。因此，本申请的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本申请的替换及修饰，并为本申请的权利要求书所涵盖。

Claims (15)

1.一种芯片搬运装置，其特征在于，所述芯片搬运装置包括：

多孔载体，所述多孔载体具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；及

黏结膜，所述黏结膜设置于所述多孔载体的所述第一表面上，其经配置以贴附晶圆或芯片，其中所述黏结膜的厚度大于经贴附的所述晶圆或所述芯片的厚度。

2.根据权利要求1所述的芯片搬运装置，其特征在于，所述黏结膜的厚度为30μm至40μm。

3.根据权利要求1所述的芯片搬运装置，其特征在于，所述黏结膜的厚度较经贴附的所述晶圆或所述芯片的厚度厚5μm至30μm。

4.根据权利要求1所述的芯片搬运装置，其特征在于，所述多孔载体的孔隙率为15％至45％。

5.根据权利要求1所述的芯片搬运装置，其特征在于，所述多孔载体为泡沫陶瓷，其中泡沫陶瓷为开孔结构。

6.根据权利要求1所述的芯片搬运装置，其特征在于，所述多孔载体的孔洞大小为5nm至100nm。

7.一种芯片搬运系统，其特征在于，所述芯片搬运系统包括芯片搬运装置，其中所述芯片搬运装置包含：

多孔载体，所述多孔载体具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；及

黏结膜，所述黏结膜设置于所述多孔载体的所述第一表面上，其经配置以贴附晶圆或芯片，其中所述黏结膜的厚度大于经贴附的所述晶圆或所述芯片的厚度。

8.根据权利要求7所述的芯片搬运系统，其特征在于，所述芯片搬运系统进一步包含喷涂器，所述喷涂器面向所述多孔载体的所述第二表面，其中所述喷涂器经配置以通过所述多孔载体向所述黏结膜施加分离剂。

9.根据权利要求7所述的芯片搬运系统，其特征在于，所述芯片搬运系统进一步包含红外线摄像机，所述红外线摄像机面向所述多孔载体的所述第二表面，其中所述红外线摄像机经配置以感测经贴附的所述晶圆或所述芯片在所述芯片搬运装置上的位置，并用于校直所述晶圆或所述芯片与目标放置位。

10.根据权利要求7所述的芯片搬运系统，其特征在于，所述芯片搬运系统进一步包含压力喷嘴，所述压力喷嘴面向所述多孔载体的所述第二表面，其中所述压力喷嘴经配置以通过所述多孔载体向所述黏结膜的相应区域施加气体压力用于放置经贴附的所述晶圆或所述芯片。

11.根据权利要求7所述的芯片搬运系统，其特征在于，所述黏结膜的厚度为30μm至40μm。

12.根据权利要求7所述的芯片搬运系统，其特征在于，所述黏结膜的厚度较经贴附的所述晶圆或所述芯片的厚度厚5μm至30μm。

13.根据权利要求7所述的芯片搬运系统，其特征在于，所述多孔载体的孔隙率为15％至45％。

14.根据权利要求7所述的芯片搬运系统，其特征在于，所述多孔载体为泡沫陶瓷，其中泡沫陶瓷为开孔结构。

15.根据权利要求7所述的芯片搬运系统，其特征在于，所述多孔载体的孔洞大小为5nm至100nm。

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