CN116995000B - 解键合清洗设备及解键合清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体装备领域，尤其涉及一种解键合清洗设备及解键合清洗方法，旨在缓解相关技术中晶圆上留有残胶、支撑板上的残胶容易弄脏机械臂且使支撑板受到二次污染的技术问题。该解键合清洗设备通过解键合单元，可解除晶圆与载板之间的连接；通过晶圆清洗单元，可清洗晶圆表面的残胶；通过分离旋转机构，可带动载板翻转，从而使载板的洁净面朝下，残胶面朝上，这样一来，使得机械臂可移动至载板的洁净面，以抓取或者吸附住载板，避免了载板的二次污染。

Description

解键合清洗设备及解键合清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体装备领域，尤其涉及一种解键合清洗设备及解键合清洗方法。

背景技术

从半导体技术发展的趋势看，随着摩尔定律趋缓，封装技术重要性凸显，成为电子产品小型化、多功能化、降低功耗以及提高带宽的重要手段，先进封装向着系统集成、高速、高频、高密的三维方向发展。

为了满足超高密度布线的扇出型封装和以TSV为代表的垂直互联技术的2.5D与3D封装及其超薄封装，支撑板被广泛需要。具体的，晶圆先通过键合技术临时键合在支撑板上，以提供足够的机械支撑，在完成加工工艺后，再将晶圆与支撑板进行解键合，以分离晶圆与支撑板。

在这里需要说明的是，解键合后，晶圆与支撑板二者连接的表面均会留有残胶，且其中，晶圆的残胶面朝上，支撑板的残胶面朝下，如此在运输支撑板的过程中，容易弄脏机械臂，而被污染的机械臂会对后面的支撑板造成污染，从而增加清洗的工作量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解键合清洗设备及解键合清洗方法，以缓解相关技术中晶圆上留有残胶、支撑板上的残胶容易弄脏机械臂且使支撑板受到二次污染的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

第一方面，本发明提供的解键合清洗设备包括：上下料单元、晶圆定位单元、解键合单元、晶圆清洗单元和传送单元；

所述上下料单元用于输入待解键合基板、输出解键合后的晶圆和载板；

所述晶圆定位单元用于对待解键合基板进行对中定位；

所述解键合单元包括分离底座、激光发射机构和分离旋转机构，其中，所述分离底座用于固定待解键合基板，所述激光发射机构用于向待解键合基板发射激光，所述分离旋转机构用于固定载板并带动载板绕水平线翻转；

所述晶圆清洗单元用于清洗晶圆；

所述传送单元包括至少一个机械臂，所述机械臂用于传送待解键合基板、晶圆的传送和下料以及载板的下料。

进一步的，所述分离旋转机构包括基座、吸附组件和旋转驱动组件；

所述基座处于所述激光发射机构正下方，并具有方向相反的第一端和第二端，且自所述第一端至所述第二端，所述基座设有贯穿其自身的贯穿孔，所述贯穿孔用于供所述激光发射机构发出的激光通过；

所述吸附组件设置于所述基座，以用于将载板吸附至所述第一端或松脱载板；

所述旋转驱动组件与所述基座传动连接，以驱动所述基座转动，且转动轴线与所述贯穿孔的轴线相垂直。

进一步的，所述贯穿孔呈圆形；

所述吸附组件包括多个吸嘴，多个所述吸嘴绕所述贯穿孔的轴线间隔设置于所述第一端。

进一步的，所述吸附组件还包括顶杆和直线驱动器；

多根所述顶杆绕所述贯穿孔的轴线间隔分布，并与所述基座滑动连接；

所述直线驱动器与所述顶杆传动连接，以带动所述顶杆沿所述贯穿孔的轴向滑动。

进一步的，所述解键合单元还包括升降驱动机构；

所述升降驱动机构与所述分离旋转机构传动连接，以驱动所述分离旋转机构向靠近或远离所述分离底座的方向移动。

进一步的，所述上下料单元包括上下料料盒和载板下料料盒；

其中，所述上下料料盒用于待解键合基板的上料与晶圆的下料；

所述载板下料料盒用于载板的下料。

进一步的，所述解键合清洗设备还包括等离子清洗单元和/或激光环切单元；

所述等离子清洗单元用于清洗晶圆；

所述激光环切单元用于对待解键合基板边缘进行环切。

第二方面，本发明提供的解键合清洗方法基于所述的解键合清洗设备，包括以下步骤：

S100：机械臂从上下料料盒取走待解键合基板，并放置于晶圆定位单元；

S200：晶圆定位单元对待解键合基板进行对中定位；

S300：机械臂将定位好的待解键合基板放置于分离底座，分离底座通过夹持或者吸附以固定住待解键合基板底部的晶圆；

S400：激光发射机构向待解键合基板照射激光，进行解键合；

S500：升降驱动机构驱动分离旋转机构移动至待解键合基板上方，并使分离旋转机构下降到预设位置，然后吸附组件吸附固定住载板，紧接着分离旋转机构上移，使载板与晶圆分离；

S600：机械臂将解键合后的晶圆从分离底座传送至晶圆清洗单元，对晶圆进行清洗；

S700：旋转驱动组件驱动基座翻转180°，使载板的解键合面朝上；

S800：机械臂伸入于基座与载板之间，从载板背面抓取或者吸附住载板，在吸附组件解除对载板背面的吸附后，机械臂将载板放置于载板下料料盒；

S900：机械臂将清洗完毕的晶圆放置于上下料料盒。

进一步的，解键合后，机械臂先将晶圆传送至等离子清洗单元，并在清洗完毕后，再传送至晶圆清洗单元。

进一步的，在进行对中定位前，机械臂先将待解键合基板传送至激光环切单元，并在完成边缘环切后，再传送至晶圆定位单元。

综合上述技术方案，本发明提供的解键合清洗设备所能实现的技术效果在于：

本发明提供的解键合清洗设备包括上下料单元、晶圆定位单元、解键合单元、晶圆清洗单元和传送单元；上下料单元用于输入待解键合基板、输出解键合后的晶圆和载板；晶圆定位单元用于对待解键合基板进行对中定位；解键合单元包括分离底座、激光发射机构和分离旋转机构，其中，分离底座用于固定待解键合基板，激光发射机构用于向待解键合基板发射激光，分离旋转机构用于固定载板并带动载板绕水平线翻转；晶圆清洗单元用于清洗晶圆；传送单元包括至少一个机械臂，机械臂用于传送待解键合基板、晶圆的传送和下料以及载板的下料。

在该解键合清洗设备中，通过解键合单元，可解除晶圆与载板之间的连接；通过晶圆清洗单元，可清洗晶圆表面的残胶；通过分离旋转机构，可带动载板翻转，从而使载板的洁净面朝下，残胶面朝上，这样一来，使得机械臂可移动至载板的洁净面，以抓取或者吸附住载板，避免了载板的二次污染。

由此可见，采用该解键合清洗设备，可以实现对解键合后晶圆的清洗，在传送载板时，保证了机械臂的清洁，同时也避免了载板受到二次污染，减少了清洗工作量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的解键合清洗设备的第一种实施例的示意图；

图2为本发明实施例提供的解键合清洗设备的第二种实施例的示意图；

图3为本发明实施例提供的解键合清洗设备的第三种实施例的示意图；

图4为本发明实施例提供的解键合单元的示意图；

图5为本发明实施例提供的分离旋转机构的结构示意图；

图6和图7为待解键合基板解键合前后的示意图。

图标：100-上下料单元；110-上下料料盒；120-载板下料料盒；

200-晶圆定位单元；

300-解键合单元；310-分离底座；320-激光发射机构；330-分离旋转机构；340-支架；331-基座；332-吸附组件；341-分离空间；3311-贯穿孔；3321-吸嘴；3322-顶杆；3323-直线驱动器；

400-晶圆清洗单元；

500-传送单元；510-机械臂；

600-待解键合基板；610-晶圆；620-载板；630-键合胶；640-聚合物薄膜；

700-等离子清洗单元；800-激光环切单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在现有技术中，解键合后，晶圆上留有残胶，支撑板上的残胶容易弄脏机械臂且使支撑板受到二次污染。

有鉴于此，本发明提供了一种解键合清洗设备，参考图1至图5，该解键合清洗设备包括上下料单元100、晶圆定位单元200、解键合单元300、晶圆清洗单元400和传送单元500；上下料单元100用于输入待解键合基板600、输出解键合后的晶圆610和载板620；晶圆定位单元200用于对待解键合基板600进行对中定位；解键合单元300包括分离底座310、激光发射机构320和分离旋转机构330，其中，分离底座310用于固定待解键合基板600，激光发射机构320用于向待解键合基板600发射激光，分离旋转机构330用于固定载板620并带动载板620绕水平线翻转；晶圆清洗单元400用于清洗晶圆610；传送单元500包括至少一个机械臂510，机械臂510用于传送待解键合基板600、晶圆610的传送和下料以及载板620的下料。

在该解键合清洗设备中，通过解键合单元300，可解除晶圆610与载板620之间的连接；通过晶圆清洗单元400，可清洗晶圆610表面的残胶；通过分离旋转机构330，可带动载板620翻转，从而使载板620的洁净面朝下，残胶面朝上，这样一来，使得机械臂510可移动至载板620的洁净面，以抓取或者吸附住载板620，避免了载板620的二次污染。

由此可见，采用该解键合清洗设备，可以实现对解键合后晶圆610的清洗，在传送载板620时，保证了机械臂510的清洁，同时也避免了载板620受到二次污染，减少了清洗工作量。

以下结合图1至图7对本实施例提供的解键合清洗设备的结构和形状进行详细说明：

关于解键合单元300，具体而言：

参考图4，解键合单元300还包括支架340和升降驱动机构；支架340设有分离空间341；分离底座310处于分离旋转机构330正下方，用于对晶圆610进行吸附固定，分离底座310与激光发射机构320均处于分离空间341，并分设于支架340的底部和顶部；升降驱动机构用于使载板620与晶圆610分离，较为优选地，升降驱动机构与分离旋转机构330传动连接，以驱动分离旋转机构330上下移动，除此之外，升降驱动机构可选择为与分离底座310传动连接，以带动分离底座310上下移动。

进一步的，参考图4和图5，分离旋转机构330包括基座331、吸附组件332和旋转驱动组件；基座331处于激光发射机构320正下方，并具有方向相反的第一端和第二端，且自第一端至第二端，基座331设有贯穿其自身的贯穿孔3311，贯穿孔3311用于供激光发射机构320发出的激光通过；吸附组件332设置于基座331，以用于将载板620吸附至第一端或松脱载板620；旋转驱动组件与基座331传动连接，以驱动基座331转动，且转动轴线与贯穿孔3311的轴线相垂直。

具体的，结合图4和图5所示，分离底座310固定于支架340，升降驱动机构包括电缸，电缸启动时可驱动分离旋转机构330向下或向上移动。在解键合时，首先激光发射机构320向下发射激光，激光照射待解键合基板600，从而使载板620与晶圆610解除连接；其次在电缸的驱动下，分离旋转机构330下降至与载板620接触，此时吸附组件332吸附住载板620；然后电缸驱动分离旋转机构330缓慢上移，使载板620与晶圆610分离，在上移至预设位置后，旋转驱动组件驱动基座331翻转180°，使载板620的洁净面朝下，残胶面朝上；最后，吸附组件332松脱载板620，机械臂510移动至基座331与载板620之间，吸附住载板620后将其传送至上下料单元100。

进一步的，参考图5，贯穿孔3311呈圆形；吸附组件332包括多个吸嘴3321，多个吸嘴3321绕贯穿孔3311的轴线间隔设置于第一端。在这里，圆形的贯穿孔3311可避开对激光照射光路的影响，保证激光照射的有效性；多个吸嘴3321环绕一圈设置于第一端，可实现对载板620的有效吸附，避免载板620在移动过程中从基座331脱离。

进一步的，继续参考图5，吸附组件332还包括伸缩件，伸缩件配置成在转移工况下，其输出端移动至高出吸嘴3321，以顶起载板620。采用该设计，便于机械臂510移动至基座331与载板620之间，使机械臂510完成对载板620的吸附转移。

在本申请的一种实施例中，如图5所示，伸缩件包括顶杆3322和直线驱动器3323；多根顶杆3322绕贯穿孔3311的轴线间隔分布，并与基座331滑动连接；直线驱动器3323与顶杆3322传动连接，以带动顶杆3322沿贯穿孔3311的轴向滑动。

具体的，直线驱动器3323可采用气缸，随气缸活塞杆的动作，顶杆3322可同步移动，顶杆3322的自由端可超过吸嘴3321，以将载板620向远离吸嘴3321的方向顶出，便于机械臂510开展动作；自由端可与吸嘴3321平齐或低于吸嘴3321，使吸嘴3321实现对载板620的有效吸附。

在其他实施例中，伸缩件采用电动伸缩杆，同样可实现上述功能，此处不再详细赘述。

进一步的，参考图1至图3，上下料单元100包括上下料料盒110和载板下料料盒120；其中，上下料料盒110用于待解键合基板600的上料与晶圆610的下料；载板下料料盒120用于载板620的下料。

可选地，以图1为例，上下料料盒110设有两个，一个用于带铁环晶圆基板的上料与带铁环晶圆的下料，另一个用于标准晶圆基板或者翘曲晶圆基板的上料与晶圆610或者翘曲晶圆的下料。载板下料料盒120用于解键合之后载板620的下料。

在这里需要补充的是，可选地，传送单元500包括两个机械臂510，其中一个机械臂510用于带铁环晶圆基板的上料传送和带铁环晶圆的下料，另一个机械臂510用于标准晶圆基板或者翘曲晶圆基板的上料传送与解键合之后载板620的下料。

进一步的，解键合清洗设备还包括等离子清洗单元700和/或激光环切单元800；等离子清洗单元700用于清洗晶圆610；激光环切单元800用于对待解键合基板600边缘进行环切。

结合图6和图7所示，待解键合基板600包括晶圆610、载板620、键合胶630和聚合物薄膜640；聚合物薄膜640以PI聚酰亚胺(polyimide)为例，在晶圆610上涂覆一层PI聚酰亚胺，以加强芯片的钝化层，起到应力缓冲的作用；在聚合物薄膜640与载板620之间采用键合胶630粘黏，键合胶630采用激光解键合的键合胶630，从而可以在完成工艺后，通过激光等方式改变键合胶630的粘度。

考虑到在解键合时，由于瞬时高温作用使聚合物薄膜640例如PI聚酰亚胺光解的碳灰致密地覆盖于残胶表面上，清洗剂很难进入残胶内部，而且残留的剥离材料在清洗过程中可能会粘附在晶圆610表面污染晶圆610，在这种情况下，参考图2，解键合清洗设备还包括等离子清洗单元700。通过等离子清洗单元700，可清洗掉残留的聚合物薄膜640，从而使晶圆清洗单元400能够对晶圆610上的键合胶630进行溶解。

考虑到键合后的晶圆610经过后续工艺制程时，通常会涉及酸、碱、真空以及高低温环境，这些环境往往会致使晶圆610外围部分区域临时键合胶630发生变性，或者，在键合过程中，由于加热与挤压，会将临时键合胶630材料挤到载板620和晶圆610的侧面，从而形成胶残留，这样一来，将导致在晶圆610与载板620的解键合过程中，无法顺利将载板620与晶圆610顺利的分开，容易造成碎片，在这种情况下，参考图3，解键合清洗设备还包括激光环切单元800。先通过激光环切单元800对待解键合基板600边缘进行环切，切除边缘残胶，以形成标准尺寸晶圆610，然后再进行对中定位。

考虑到上述两种情况，解键合清洗设备还包括等离子清洗单元700和激光环切单元800。通过等离子清洗单元700和激光环切单元800，可保证解键合的顺利进行。

本发明还提供了一种解键合清洗方法，该方法基于解键合清洗设备，包括以下步骤：

S100：机械臂510从上下料料盒110取走待解键合基板600，并放置于晶圆定位单元200；S200：晶圆定位单元200对待解键合基板600进行对中定位；S300：机械臂510将定位好的待解键合基板600放置于分离底座310，分离底座310通过夹持或者吸附以固定住待解键合基板600底部的晶圆610；S400：激光发射机构320向待解键合基板600照射激光，进行解键合；S500：升降驱动机构驱动分离旋转机构330移动至待解键合基板600上方，并使分离旋转机构330下降到预设位置，然后吸附组件332吸附固定住载板620，紧接着分离旋转机构330上移，使载板620与晶圆610分离；S600：机械臂510将解键合后的晶圆610从分离底座310传送至晶圆清洗单元400，对晶圆610进行清洗；S700：旋转驱动组件驱动基座331翻转180°，使载板620的解键合面朝上；S800：机械臂510伸入于基座331与载板620之间，从载板620背面抓取或者吸附住载板620，在吸附组件332解除对载板620背面的吸附后，机械臂510将载板620放置于载板下料料盒120；S900：机械臂510将清洗完毕的晶圆610放置于上下料料盒110。

通过上述步骤，可实现对解键合后晶圆610的清洗以及载板620的传送，避免了机械臂510受到污染，保证了晶圆610、料盒的清洁。

进一步的，解键合后，机械臂510先将晶圆610传送至等离子清洗单元700，并在清洗完毕后，再传送至晶圆清洗单元400。在这里，先通过等离子清洗单元700清洗晶圆610，以清洗掉残留的聚合物薄膜640，再通过晶圆清洗单元400对晶圆610上的键合胶630进行溶解，避免了晶圆610受到残留的聚合物薄膜640的污染。

进一步的，在进行对中定位前，机械臂510先将待解键合基板600传送至激光环切单元800，并在完成边缘环切后，再传送至晶圆定位单元200。在这里，解键合之前先对待解键合基板600边缘进行环切，切除边缘残胶，形成标准尺寸晶圆610，容易解键合，不易碎片。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种解键合清洗设备，其特征在于，包括：上下料单元(100)、晶圆定位单元(200)、解键合单元(300)、晶圆清洗单元(400)和传送单元(500)；

所述上下料单元(100)用于输入待解键合基板(600)、输出解键合后的晶圆(610)和载板(620)；

所述晶圆定位单元(200)用于对待解键合基板(600)进行对中定位；

所述解键合单元(300)包括分离底座(310)、激光发射机构(320)和分离旋转机构(330)，其中，所述分离底座(310)用于固定待解键合基板(600)，所述激光发射机构(320)用于向待解键合基板(600)发射激光，所述分离旋转机构(330)用于固定载板(620)并带动载板(620)绕水平线翻转；

所述晶圆清洗单元(400)用于清洗晶圆(610)；

所述传送单元(500)包括至少一个机械臂(510)，所述机械臂(510)用于传送待解键合基板(600)、晶圆(610)的传送和下料以及载板(620)的下料；

所述分离旋转机构(330)包括基座(331)、吸附组件(332)和旋转驱动组件；

所述基座(331)处于所述激光发射机构(320)正下方，并具有方向相反的第一端和第二端，且自所述第一端至所述第二端，所述基座(331)设有贯穿其自身的贯穿孔(3311)，所述贯穿孔(3311)用于供所述激光发射机构(320)发出的激光通过；

所述吸附组件(332)设置于所述基座(331)，以用于将载板(620)吸附至所述第一端或松脱载板(620)；

所述旋转驱动组件与所述基座(331)传动连接，以驱动所述基座(331)转动，且转动轴线与所述贯穿孔(3311)的轴线相垂直；

所述贯穿孔(3311)呈圆形；

所述吸附组件(332)包括多个吸嘴(3321)，多个所述吸嘴(3321)绕所述贯穿孔(3311)的轴线间隔设置于所述第一端。

2.根据权利要求1所述的解键合清洗设备，其特征在于，所述吸附组件(332)还包括顶杆(3322)和直线驱动器(3323)；

多根所述顶杆(3322)绕所述贯穿孔(3311)的轴线间隔分布，并与所述基座(331)滑动连接；

所述直线驱动器(3323)与所述顶杆(3322)传动连接，以带动所述顶杆(3322)沿所述贯穿孔(3311)的轴向滑动。

3.根据权利要求1所述的解键合清洗设备，其特征在于，所述解键合单元(300)还包括升降驱动机构；

所述升降驱动机构与所述分离旋转机构(330)传动连接，以驱动所述分离旋转机构(330)向靠近或远离所述分离底座(310)的方向移动。

4.根据权利要求1所述的解键合清洗设备，其特征在于，所述上下料单元(100)包括上下料料盒(110)和载板下料料盒(120)；

其中，所述上下料料盒(110)用于待解键合基板(600)的上料与晶圆(610)的下料；

所述载板下料料盒(120)用于载板(620)的下料。

5.根据权利要求1至4任一项所述的解键合清洗设备，其特征在于，所述解键合清洗设备还包括等离子清洗单元(700)和/或激光环切单元(800)；

所述等离子清洗单元(700)用于清洗晶圆(610)；

所述激光环切单元(800)用于对待解键合基板(600)边缘进行环切。

6.一种解键合清洗方法，其特征在于，基于如权利要求1至5任一项所述的解键合清洗设备，包括以下步骤：

S100：机械臂(510)从上下料料盒(110)取走待解键合基板(600)，并放置于晶圆定位单元(200)；

S200：晶圆定位单元(200)对待解键合基板(600)进行对中定位；

S300：机械臂(510)将定位好的待解键合基板(600)放置于分离底座(310)，分离底座(310)通过夹持或者吸附以固定住待解键合基板(600)底部的晶圆(610)；

S400：激光发射机构(320)向待解键合基板(600)照射激光，进行解键合；

S500：升降驱动机构驱动分离旋转机构(330)移动至待解键合基板(600)上方，并使分离旋转机构(330)下降到预设位置，然后吸附组件(332)吸附固定住载板(620)，紧接着分离旋转机构(330)上移，使载板(620)与晶圆(610)分离；

S600：机械臂(510)将解键合后的晶圆(610)从分离底座(310)传送至晶圆清洗单元(400)，对晶圆(610)进行清洗；

S700：旋转驱动组件驱动基座(331)翻转180°，使载板(620)的解键合面朝上；

S800：机械臂(510)伸入于基座(331)与载板(620)之间，从载板(620)背面抓取或者吸附住载板(620)，在吸附组件(332)解除对载板(620)背面的吸附后，机械臂(510)将载板(620)放置于载板下料料盒(120)；

S900：机械臂(510)将清洗完毕的晶圆(610)放置于上下料料盒(110)。

7.根据权利要求6所述的解键合清洗方法，其特征在于，解键合后，机械臂(510)先将晶圆(610)传送至等离子清洗单元(700)，并在清洗完毕后，再传送至晶圆清洗单元(400)。

8.根据权利要求6所述的解键合清洗方法，其特征在于，在进行对中定位前，机械臂(510)先将待解键合基板(600)传送至激光环切单元(800)，并在完成边缘环切后，再传送至晶圆定位单元(200)。