用于将粘接在柔软薄膜上的部件分开的方法和装置的制作方法

专利名称：用于将粘接在柔软薄膜上的部件分开的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及—种根据权利要求1的前序部分的用于将粘接在柔软薄膜上的部件分开的方法。这种方法尤其在处理半导体芯片时用于以迅速的顺序从晶片薄膜上取下多个芯片，并放置在一个底座上。
其上设置有电子电路的半导体芯片在此事先从被称为晶片的硅圆盘上通过锯割分开。该晶片最迟为锯割处理而粘接于被张紧在一个框架上的晶片薄膜上，其中所述附着必须明显足够高，以避免锯割处理时破裂或者芯片分开，与此相反，在从薄膜上分开单个的芯片时该附着应该尽可能小，以避免对芯片施加过大的机械力作用。
已经公知这样的方法和装置，其中所述分开处理通过可顶着薄膜加压的冲头或者挺杆来支持。根据另一种分开方法，薄膜被吸附在具有多个凹陷的支持底座上，使得在部件上的附着面积能够极大地减小，并由此减小所需要的分开力。例如这种方法在US 4 778 326或者在US 6 202 292中已作说明。最后通过US 6 561 743公开了一种上述类型的方法，其中在薄膜的平面中横向移动一个台阶。在此，所述薄膜同时被吸附在该台阶的一个较深平面上，使得在推移该台阶时薄膜被连续地从部件取下。
US 2003/0075271描述了一种用于将半导体元件分开的方法和装置，其中一个分开工具具有多个彼此同心设置的环绕的接触元件，该接触元件可像望远镜一样被抽出一系列，其中抬起半导体元件，并使薄膜逐步地分开。
按照JP 2001-196443，所述分开工具具有一种角锥形构造的吸附面。该吸附面由一个平坦的支架面包围。
JP 63-228638描述了一种分开工具，其中一个具有比电子部件较小面积的挺杆从下方对薄膜加压。用于抓取所述部件的保持装置制造成叉形，并且在已经从薄膜分开的边缘部位抓取部件。
最后JP 3-76139描述了一种用于半导体元件的分开工具，其中分开头(Abl sestempel)与一个冲头组合，其中首先抬起分开头，然后通过薄膜撞击冲头。
在所有已知的方法中都存在一个问题，即这些仅限制地适用于处理具有例如0.05mm的非常薄的厚度的芯片。在用冲头或者挺杆抬起芯片时，产生机械损坏的危险。在凹陷上无控制地吸附薄膜也能够在芯片上产生强烈的弯曲力，从而导致永存的损坏。在按照US 6 561 743的可移动的台阶的场合，薄膜的分开连续地进行，从而非对称地进行，这能够导致朝向一侧的很小的移动。此外根据芯片大小，侧面地需要用于移动的相应的空间，这可能导致晶片边缘区的位置问题。
因此本发明的任务在于，提供一种在开始时所述类型的方法，该方法也能使具有极小厚度的部件分开，而不对其施加过大的负荷。此外，该方法应该具有高度的操作安全性，且尽可能不依赖于使用的薄膜类型。该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的方法来解决。
可平面平行移动的表面部分在产生负压的情况下引起一种对于薄膜构造的非常精确的控制，以减小吸附面积。由于优选垂直于支持平面延伸的运动，就能够实现分开过程的完全对称。平面平行的进给或者后撤运动的行程能够被精确调节。由此该分开方法能够匹配于规定的工件参数，例如匹配于规定的薄膜质量或者部件高度。在这种情况下，也可以对于分开过程的速度进行控制。与已知的方法不同，部件在被最终抬起前在分开的每一步骤中，或者被夹持在保持工具的保持面和表面部分之间、或者被夹持在保持面和支持元件之间。这样一种在任何时刻在双侧面上并优选为平面的支持特别在非常薄的芯片的场合下非常重要。
为了最终分开，所述表面部分从支持平面后撤到一个分开位置中，而保持工具保持着所述部件。表面部分在此以一种可调节的速度后退一个规定的行程而离开薄膜下侧面。在真空作用下，薄膜跟随着控制表面部分，并且在这种情况下从仅尚由支持元件支持的部件的下侧面分开。接下来，该部件可以从尚通过支持元件保持的连接中分开，为此只需花费小的力。
根据一种稍微改变的方法，表面部分可以首先与保持工具同时从支持平面超出支持平面向前移动，然后又重新后撤回到支持平面中。在该移动运动中，部件被大面积地支持，并在保持工具和表面部分之间可靠而稳定地被保持。在进给表面部分时，薄膜的分开过程根据表面部分的结构以缓和的方式沿边缘开始。对此有利的是，表面部分或者表面部分的总和具有略微小于部件的一个面积。在复位时，表面部分连续地继续它的运动，直到它重新达到开始时提到的分开位置。
根据部件的大小，可以同时这样移动多个彼此间隔距离的表面部分，使得至少在两个表面部分之间设置一个支持元件。在这种情况下，可运动的表面部分由支持元件支持，使得在每一步骤中在薄膜下侧面上保证部件尽可能良好分布的支持。
在规定的应用场合中，有利的是，多个表面部分彼此独立运动。
薄膜在支持元件上的支持根据部件的大小和结构最好以点状和/或线状进行。
如此能够实现另外的优点部件至少在分开过程开始时通过一个或者多个表面部分支持在其面积的至少50％上。这种大面积的支持主要在此是重要的把部件首先从支持平面向上抬起，其中打算进行边缘分开。
在专门的应用场合中有利的是，对所述表面部分进行加热。以这种方式能够使热量传输到芯片或者晶片薄膜上。在此，温度控制总是取决于过程。
本发明还涉及一种根据权利要求10前序部分的装置。使用这种装置一方面应该能够以简单的方式执行开始时提到的方法。此外该装置应该尽可能能够装入到已有的处理机器中、特别是已有的芯片焊接机中。这一任务根据本发明通过具有权利要求8的特征的装置来解决。
具有平面平行地可移动的表面部分的可运动支持的控制元件，能够特别简单地与驱动系统—它与对于常规的分开针而言已经存在的系统是相同的—相耦连。在此该控制元件相对于支持平面既可以后撤也可以进给。在芯片很小的场合中已足够的是，除了以适宜的方式设置至少一个支持元件外，控制表面具有至少一个平坦的表面部分。但是有利的是涉及多个彼此间或者相对于表面部分以适宜的距离包围该表面部分的支持元件。所述控制表面具有多个彼此间隔距离的平坦的表面部分，这样就保证了对薄膜下侧面的大面积支持。当至少在两个表面部分之间设置一个支持元件时，也保证在把所述表面部分后撤到支持平面以下时对所述部件很大程度的支持。
根据部件的几何形状尺寸，控制元件可以具有多个彼此固定连接的表面部分。在此特别有利的是整体制造控制元件，这样能够使所有表面部分共同工作，从而也能精确位于同一平面内。
然而控制元件也可以具有多个彼此独立地可运动的表面部分，它们通过一个相应的传动装置彼此可侧面错开地运动。
所述支持元件为了点状地支撑所述薄膜可以具有支持角锥或者支持锥体，或者为了线状地支持所述薄膜可以具有支持板条。
此外特别有利的是以矩阵方式彼此相邻设置至少4个表面部分。在这种类似于苜蓿叶的布置中，所述支持元件可以具有多个支持角锥或者支持锥体，它们同样以矩阵方式围绕表面部分进行设置。可替换的是，也可以在4个表面部分之间设置构成为一个十字的支持板条。
控制表面或者单个表面部分可以借助于一个加热装置进行加热，以便对于晶片薄膜或者单个的芯片进行加热。加热装置可以是电阻加热器或者是其他的加热元件。此外加热装置可以具有用于温度控制的适宜的控制机构。
本发明的另外的单个特征和优点从后面对实施例的说明并且从附图中得出。附图中

图1表示根据本发明的具有三个步骤的分开过程的第一实施例，图2表示根据本发明的具有四个步骤的分开过程的第二实施例，图3表示根据本发明的第一分开工具的端侧面的俯视图，图4表示根据图3穿过平面A-A的横截面，图5表示根据图3和4的分开工具的透视图，图6表示根据本发明的第二分开工具的端侧面的俯视图，图7表示根据图6穿过平面B-B的横截面，图8表示根据图6和7的分开工具的透视图，图9表示通过具有多个独立可运动的表面部分的分开工具的另一种实施例的横截面，图10表示按照图9的分开工具在步骤a到k中的分开过程。
在图1a至1c中表示出具有三个步骤的分开过程的第一实施例。在此在一个张紧的晶片薄膜2上粘接着大量的芯片1，或者原来粘接在一起的晶片通过锯割被分为单个的芯片。在锯割后薄膜以公知方法被继续张紧，以便使芯片的分开容易。整体用5表示的分开工具这里仅示意表示。它相对于晶片薄膜2位置固定地设置在工作机内。芯片1在分开工具5上的放置通过一个X-Y坐标驱动装置进行。
带有一个平坦的具有吸附作用的保持面的保持工具4可以贴靠在芯片的背离薄膜的表面3上。通过负压通道20对该表面施加负压，这样使芯片附着在保持工具4上。保持工具4在保持负压的情况下沿箭头方向a可升高(图1c)，并把芯片运送到基底上或者中间站处。
分开工具5具有至少一个支持元件6，其位于一个支持平面11内。在该支持平面上，在分开过程开始时平放晶片薄膜2。在支持平面11内优选紧邻着支持元件6还延伸多个在一个控制元件10的末端设置的表面部分8a、8b。该表面部分或者控制元件10可沿箭头方向b后撤(图1b)。
在整个分开过程期间，在分开工具5的区域内在晶片薄膜2的下侧面上存在负压(箭头v)。它可以通过一个专门的负压通道9或者简单地仅通过在固定的和可动的部件之间的间隙作用于薄膜。在表面部分8的边缘区中可以例如通过相应的斜切部分形成凹陷7，在该凹陷处在作用着负压的情况下可以进行分开过程。
一种这样的起动阶段在图1a中表示。凹陷7不仅在表面部分8a、8b的边缘区延伸，而且也在芯片1的边缘区内延伸。它在产生负压的情况下引起晶片薄膜2位置极受限制的变形，并从而使其从芯片1分开。
在按照图1b的下一步骤中表面部分8a、8b相对于支持平面11沿箭头方向b后撤。晶片薄膜2连续跟随这一运动，并仅在通过支持平面11内的支持元件6在支持区域内保留。在此分开速度可以通过表面部分的运动精确地进行控制。保持工具4使芯片1不动地固定在开始位置中。
只有当按照图1c使晶片2达到其完全变形、且尚位于支持元件6上或者在该支持区域内被吸附在芯片1上时，才通过保持工具4开始沿着箭头方向a使芯片升高。在升高后在晶片薄膜下面重新建立大气压，该薄膜为抬起下一芯片而移动。
在图2a到图2d中表示稍微修改过的分开方法。在此图2a部分相应于按照图1a的开始情形。然而薄膜2平坦地在凹陷7上张紧，使得在该位置尚不进行分开处理。此外分开过程的结束阶段中的图2c和2d相应于按照图1b和图1c的情形。然而为进行分开过程，在其间接入按照图2b的另一个步骤。在这里，所述表面部分8a、8b与保持工具4同时沿着箭头方向a移动一个小的距离，使得要分开的芯片1首先越过支持平面11。通过这一微小的偏移，以平缓的方式开始在芯片1的边缘区内的分开过程。接着使保持工具4与表面部分8a、8b一起重新同步下降，直到薄膜2重新位于支持元件6上。表面部分8a、8b按照图2c继续在箭头b的方向上移动，之后其余的分开过程和图1相同地进行。
在按照图1和图2的两种分开操作时，在每一种场合中，在表面部分8a和8b向上或者向下运动之前，芯片1首先借助保持工具4被抓住。由此在任何一种牵引力或弯曲力作用于薄膜2上之前，芯片被夹持在保持工具的保持面和表面部分8a、8b或者支持元件6之间。在按照图2升起表面部分8a、8b时保持该夹持。
图3到图5表示一种分开工具5，其可用于上述方法。该工具由一个罐形外壳23组成，它具有一个中空圆柱形固定套12和一个支持面13，其上在要被分开的芯片的周围区域内放置薄膜。固定套的整个内侧面可以连接在一个负压源上。由此可以实现例如对于大气压绝对值为200毫巴的负压。在圆形支持面13上角度分布均匀地总共设置4个吸附钻孔14，通过它们固定晶片薄膜。
在支持面13上设置一个约为正方形的凹陷21。在该凹陷内部以苜蓿叶形的布置设置4个约为三角形的挺杆开孔17。在该挺杆开孔之间延伸一个支持板条十字16，并在交叉点处设置一个支持角锥15。支持角锥和支持板条十字一起构成支持元件6，其在支持平面11内延伸。
在中心处且同轴于固定套12，轴向可动地保持一个大致为圆柱形的控制元件10。在该控制元件的一端设置4个单挺杆18，其在支持平面11内的结构相应于挺杆开孔17的结构。挺杆18在其末端各具有一个表面部分8，它具有间隙地穿过挺杆开孔17，使得也能沿其侧壁在位于凹陷21上的晶片薄膜上产生负压。为此目的，也可以在控制元件10的中心设置一个吸附钻孔19。
在本实施例中，要分开的芯片的平面面积稍大于整体构造的挺杆装置的平面面积。通过芯片的对角线并在中心实现支持。
在按照图6到8的分开工具中，固定套12基本类似于上述实施例中的固定套。支持面13内的吸附钻孔14也相同设置。然而支持面自身以及控制元件10的结构不同。虽然这里也提供一个正方形凹陷21，但是支持元件6仅通过支持角锥15构成，它们分别在角部位、在各侧面棱边的中心并在中心处呈矩阵形设置。总共有4个同样为大致正方形的挺杆开孔17在凹陷21的底座上设置。在边缘区内设置附加钻孔22，用于更好地分布负压。
控制表面或者单个的表面部分可通过加热装置40进行加热，它在这里作为电热元件表示。
控制元件10同样具有4个挺杆18，其结构大致相应于挺杆开孔的结构。
在该实施例中，晶片薄膜在被粘接的芯片的区域内仅点状地受到支持。然而此外所述分开工具的功能与上述实施例中的功能相同。
图9最后表示一种分开工具25的再一个修改的实施例。它具有一个外壳26，其中尽可能矩阵形地可轴向运动地支撑多个单挺杆28。对于该单挺杆的所述支撑既在一个控制圆盘30内也在一个进给元件34内进行。进给元件类似外壳26制造成罐形，并具有一个端侧面35，其在外壳开孔27的下方略微向后偏置地设置。在端侧面35中设置开孔，单挺杆28穿过这些开孔。
进给元件34在螺旋压力弹簧36的作用下在外壳26上对支架37进行预先施压。与此相反，控制圆盘30沿着箭头方向b可继续下降。控制圆盘30具有带不同平面的分级部分33，其中每两个或者多个单挺杆可以在相同的分级平面上设置。单挺杆在上端各具有一个止挡38，其限制挺杆向上的运动。在下端处给单挺杆各提供一个随动元件32，其中在图示中间的开始位置中所有随动元件位于相同的平面内。在止挡38和分级部分33之间，单挺杆分别用螺旋压力弹簧31进行预先施压。
对于分开处理所需要的负压可以通过负压通道29作用于晶片薄膜2。然而另外可以设想通道例如在单挺杆28内。
在图示中间的开始位置中，单挺杆的控制表面部分8都位于支持平面11内。该实施例的特殊性在于，表面部分8同时承担支持的功能。这意味着，在支持平面11内不存在任何相对于表面部分8的刚性支持。
沿着箭头方向a移动控制圆盘30时，进给元件34明显顶着螺旋压力弹簧36的力上升，单挺杆或者说其表面部分8通过开孔27越过支持平面11向前移动。在此螺旋压力弹簧31的力足以把止挡38保持在止挡位置中。然而，如果控制圆盘30在箭头b的方向上后撤时，则可以看到通过分级部分33首先两个最外边的单挺杆后撤。接着跟随它们的是从外向内成对的另外的挺杆，直到最后两个最内的挺杆后撤。在矩阵形设置挺杆的场合，各挺杆列同心地从外向内后撤。这一受控的后撤运动引起薄膜从外向内以受控和被支持的运动方式连续分开。这一分开完全是对称的，以致不会发生芯片的移动。
图10在单个图a)到k)中表示使用按照图9的分开工具25执行的分开步骤。在此a)表示在把晶片薄膜放置在分开工具上之后、并在保持工具4抓住芯片1之前的中间开始位置。
按照图b)，保持工具抓住了芯片且晶片薄膜2的下侧置于真空作用下。
接着按照c)，控制圆盘30向前移动，此时表面部分8与保持工具4同时上升。同时晶片薄膜2大致被吸在支持平面11之下。沿芯片1的外缘现在已经开始所述分开过程。
接着按照d)，控制圆盘30重新后撤，使得芯片1再次撤回到开始位置中。全部单挺杆现在首先具有支持晶片薄膜的功能。但是这点沿着已被分开的位置的边缘保留。
按照e)，控制圆盘继续后撤，其中两个最外部的挺杆随动着下降。在产生负压的情况下晶片薄膜以被引导的运动方式跟随，并从芯片的下侧面上分开。按照f)、g)和h)，从外向内接着进行挺杆的其它后撤步骤，直到还有两个最内部的挺杆用于支持。
按照i)，最后最内部的挺杆也下降到支持平面11的下方，以致分开过程结束，而无需移动支持工具4。
仅在这时按照k)，抬起保持工具4并执行压力平衡，使得弹性晶片薄膜2重新卸压。单挺杆现在能够后移回按照a)的开始位置，晶片薄膜可以为分开新的芯片定位在分开工具的上方。当然可以设想改变按照图9的分开工具。特别是挺杆设置以及后拉顺序可以每次适应具体的情况。也可以设想，在运动的挺杆之间还可以提供同样可矩阵形设置的单个刚性支持或者支持元件。
权利要求
1.用于使被粘接在柔软薄膜(2)上的部件(1)、特别是粘接在晶片薄膜上的半导体芯片分开的方法，其中，该部件在其背离薄膜的表面(3)上用一个保持工具(4)在一个平坦的保持面上被抓住，并从薄膜抬起，其中，薄膜(2)在部件(1)的区域内如此放置在一个分开工具(5)上，使其位于一个支持平面(11)上并在该支持平面内通过至少一个支持元件(6)进行支持，并且其中薄膜借助于负压既顶着支持元件(6)又部分地被吸附到支持平面(11)之下，并且其中还给至少一个控制元件(10)提供一个控制表面，该控制表面在部件从薄膜升起前在保持负压的情况下平面平行于支持平面(11)地进行运动，其特征在于，薄膜在至少一个平坦的表面部分(8)处位于控制表面上，并且该部件首先由保持工具抓取，并且在直到在所述分开的每一次序中的抬起之前或者在保持面和表面部分之间、或者在保持面和支持元件(6)之间被夹持。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，表面部分(8)从支持平面(11)被后拉到一个分开位置(X)中，而保持工具使部件(1)受到保持，并接着将该部件从尚由支持元件(6)保持着的与薄膜的连接中分开。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，表面部分(8)首先从支持平面(11)与保持工具同时超出支持平面向前移动，并且又重新撤回到支持平面中，接着把表面部分(8)从支持平面后拉到分开位置(X)中，而保持工具(4)保持住部件(1)，并最后将该部件从尚由支持元件(6)保持着的与薄膜的连接中分开。
4.根据权利要求1到3之一的方法，其特征在于，多个彼此间隔距离的表面部分同时这样运动，使得至少在两个表面部分之间设置一个支持元件。
5.根据权利要求1到4之一的方法，其特征在于，薄膜(2)在支持元件(6)上的支持以点状和/或线状进行。
6.根据权利要求1到5之一的方法，其特征在于，部件至少在分开过程开始时通过表面部分在其面积的至少50％上得到支持。
7.根据权利要求1到6之一的方法，其特征在于，表面部分用加热装置(40)进行加热。
8.根据权利要求1到7之一的方法，其特征在于，控制表面或者表面部分(8)在分开过程开始时大致在支持平面(11)内延伸。
9.根据权利要求1到8之一的方法，其特征在于，多个表面部分(8a，8b)彼此独立地运动。
10.用于使被粘接在柔软薄膜(2)上的部件(1)、特别是在晶片薄膜上粘接的半导体芯片分开的装置，该装置具有一个保持工具(4)，用于在部件的背离薄膜的表面(3)上抓取该部件并用于抬起薄膜；具有一个分开工具(5)，在该分开工具上薄膜(2)在部件的区域内可如此放置，使该薄膜位于一个支持平面(11)内，并在该支持平面内可通过至少一个支持元件(6)进行支持；以及具有至少一个朝向支持平面敞开的负压通道(9)，其中，在分开工具内如此可运动地支持至少一个具有一个控制表面的控制元件(10)，使得该控制表面可从支持平面(11)平面平行地移动出来，其特征在于，除了设置至少一个支持元件外，该控制表面具有至少一个平坦的表面部分(8)。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于，表面部分(8)可从支持平面(11)被后拉到与支持平面间隔距离的分开位置(X)中。
12.根据权利要求10或11的装置，其特征在于，表面部分(8)可与保持工具(4)同时超出支持平面(11)向前移动。
13.根据权利要求10到12之一的装置，其特征在于，控制表面(10)具有多个彼此间隔距离的表面部分(8)，并且至少在两个表面部分(8a，8b)之间设置一个支持元件(6)。
14.根据权利要求13的装置，其特征在于，表面部分(8a，8b)彼此固定连接。
15.根据权利要求13的装置，其特征在于，表面部分彼此可独立地运动。
16.根据权利要求14或15的装置，其特征在于，至少四个表面部分彼此相邻呈矩阵形设置。
17.根据权利要求10到16之一的装置，其特征在于，支持元件(6)具有用于薄膜的点状和/或线状支架。
18.根据权利要求17的装置，其特征在于，支持元件具有多个支持角锥或者支持锥体，它们围绕所述表面部分呈矩阵形设置。
19.根据权利要求10到18之一的装置，其特征在于，控制表面可通过加热装置(40)进行加热。
全文摘要
带有要分开的部件(1)的薄膜(2)在部件的区域内放置在分开工具(5)上，该分开工具具有至少一个在一个支持平面(11)内延伸的用于薄膜的支持元件(6)。该薄膜借助负压既顶着支持元件(6)也部分地被吸附到支持平面下方。在支持元件的区域内提供至少一个表面部分(8)，该表面部分在分开过程开始时在支持平面内延伸，而在保持负压的情况下在利用一个吸附工具(4)抓住部件(1)之后该表面部分能够平面平行于支持平面地进行运动。由此能够在受控制的运动中控制薄膜的分开过程，而不会损坏或者移动部件。
文档编号H01L21/00GK101019205SQ200480043065
公开日2007年8月15日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年5月19日
发明者乔基姆·特林克斯, 安德烈亚斯·马特, 沃尔夫冈·赫布斯特 申请人:阿尔法森有限责任公司