一种晶圆贴膜设备及贴膜方法与流程

【技术领域】

本发明涉及晶圆贴膜技术领域，特别涉及一种晶圆贴膜设备及贴膜方法。

背景技术：

晶圆在加工过程中，需要在晶圆具有电路结构的一面贴膜，以保护电路结构。现有技术中，通常会采用贴膜机来对晶圆进行贴膜，其主要采用滚筒施压或者喷阀施压的方式来实现贴合膜与晶圆间的贴合。

当以滚筒作为贴膜动作的载体时，在待贴膜晶圆表面存在特定图案或者有多层结构时，由于存在凹陷的表面，滚筒难以完全覆盖凹陷面，从而使得贴合膜与晶圆间易产生气泡，造成贴合紧密度差；且对上述晶圆而言，滚筒的施压还会产生部分应力，从而导致晶圆的损伤。此外，在贴膜过程中，存在沿滚筒行进方向的正向应力和切向应力，应力不均会造成晶圆的翘曲度增加，特别是对于减薄后的晶圆，其后续的贴合中会造成晶圆的断裂或碎裂。

当以喷阀作为贴膜动作的载体时，喷阀可吹出垂直于膜片表面的气流，以将膜片贴合在晶圆上。采用气流施压方式虽然能够对晶圆凹陷的表面进行贴合，但是在实际工作过程中，由于喷阀采用平移方式自晶圆一侧移动至另一侧，因此在膜片贴合过程中，张力不均，仍有较大几率产生气泡。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种晶圆贴膜设备，其采用气流施压方式对晶圆进行贴膜，且在贴合过程中，张力均匀。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种晶圆贴膜设备，包括：置放台，用于放置晶圆，所述晶圆具有轴线；输送单元，用于将贴合膜输送至所述晶圆上方；以及贴膜单元，包括升降机构和设置在所述升降机构上的喷阀，所述喷阀位于所述贴合膜上方，所述升降机构可驱动所述喷阀靠近和远离所述晶圆；其中，所述喷阀包括供气流喷向所述晶圆的第一出气口和第二出气口，所述第一出气口的出气方向与所述轴线相重合，所述第二出气口环绕设置在所述第一出气口外围，所述第二出气口的出气方向与所述轴线具有夹角α，所述夹角α为锐角。

进一步地，所述喷阀包括阀体和设置在所述阀体内的活塞筒，所述活塞筒内形成有第一气道，所述阀体和所述活塞筒之间形成有第二气道，所述第一气道具有所述第一出气口，所述第二气道具有所述第二出气口。

进一步地，所述阀体上开设有与所述第一气道相连通的第一进气口以及与所述第二气道相连通的第二进气口。

进一步地，所述活塞筒可沿着所述轴线相对所述阀体伸缩，以调节所述第二出气口的开口大小。

进一步地，所述阀体和所述活塞筒之间还形成有密闭的调节腔，所述活塞筒可沿着所述轴线方向移动以扩大和缩小所述调节腔，所述阀体上开设有分别与所述调节腔和外部气路相连通的第三进气口，气流可自所述第三进气口进出所述调节腔，以控制所述调节腔的扩大或收缩。

进一步地，所述活塞筒与所述阀体之间设置有弹性件，以限制所述活塞筒在所述轴线方向上的移动。

进一步地，所述喷阀还包括：第一喷嘴帽，可拆卸连接在所述活塞筒的端部，所述第一出气口成型在所述第一喷嘴帽上；以及第二喷嘴帽，可拆卸连接在所述阀体的端部，并与所述第一喷嘴帽相对应，所述第二喷嘴帽和所述第一喷嘴帽之间形成所述第二出气口。

进一步地，所述输送单元包括输送所述贴合膜的送料卷轴和收料卷轴，所述送料卷轴和所述收料卷轴配合张紧所述贴合膜，并使所述贴合膜与所述晶圆相平行。

此外，本发明还提供一种贴膜方法，包括如下步骤：

s1、将晶圆输送至置放台，所述置放台对所述晶圆进行固定；

s2、贴合膜由输送单元输送至所述晶圆上方的平行位置；

s3、升降机构驱动喷阀下降至贴近所述晶圆的正上方位置，第一出气口和第二出气口分别通过第一气路和第二气路实现供气；

s4、开启第一气路，第一出气口吹出垂直于所述晶圆的线状气流，以使所述贴合膜与所述晶圆的圆心相贴合；

s5、开启第二气路，第二出气口吹出向着所述晶圆的圆周倾斜的环状气流，升降机构驱动喷阀逐渐上升，并关闭第一气路，所述贴合膜与所述晶圆的贴合面由圆心以圆形向着所述晶圆的圆周扩散，直至所述贴合膜与所述晶圆的整面相贴合以完成贴膜。

进一步地，还包括以下步骤：在贴膜前，对第三进气口进行供气，以调整活塞筒与阀体间的相对位置，进而调节第二出气口的开口大小，以调节施加至晶圆的压强，以适配不同类型的晶圆。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明中喷阀包括第一出气口和环设在第一出气口外围的第二出气口，其中，第一出气口可向晶圆的圆心喷出线状气流，第二出气口可喷出环绕于圆心的环状气流，升降机构逐渐上升时，作用于晶圆上的环状气流半径逐渐扩大，从而实现贴合膜自晶圆的圆心以圆形逐渐向圆周方向扩散的方式来与晶圆进行贴合，其可满足复杂结构晶圆贴膜，也不会破坏晶圆的表面，同时，贴膜后张力均匀，利于后续的工艺步骤。

【附图说明】

图1是本发明晶圆贴膜设备的结构示意图。

图2是本发明中喷阀的结构示意图。

图3是本发明中晶圆贴合方向示意图。

【具体实施方式】

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1至图3所示，对应于本发明一种较佳实施例的晶圆贴膜设备，包括：置放台100，用于放置晶圆1，晶圆1具有轴线1a；输送单元200，用于将贴合膜2输送至晶圆1上方；以及贴膜单元300，包括升降机构3和设置在升降机构3上的喷阀4，喷阀4位于晶圆1上方，并吹动贴合膜2贴合在晶圆1上，升降机构3可驱动喷阀4靠近和远离晶圆1；其中，喷阀4包括供气流喷向晶圆1的第一出气口451和第二出气口461，第一出气口451的出气方向与轴线1a相重合，第二出气口461环绕设置在第一出气口451外围，第二出气口461的出气方向与轴线1a具有夹角α，夹角α为锐角。

本发明中喷阀4包括第一出气口451和环设在第一出气口451外围的第二出气口461，其中，第一出气口451可向晶圆1的圆心喷出线状气流，第二出气口461可喷出环绕于晶圆1圆心的环状气流，升降机构3逐渐上升时，作用于晶圆1上的环状气流半径逐渐扩大，从而实现贴合膜2自晶圆1的圆心以圆形逐渐向圆周方向扩散的方式来与晶圆1进行贴合，其可满足复杂结构晶圆1贴膜，也不会破坏晶圆1的表面，同时，贴膜后张力均匀，利于后续的工艺步骤。

进一步地，喷阀4包括阀体41和设置在阀体41内的活塞筒42，在本实施例中，阀体41和活塞筒42均呈圆柱状结构，以便二者相互配接。活塞筒42内形成有第一气道43，阀体41和活塞筒42之间形成有第二气道44；其中，第一出气口451位于第一气道43上，第二出气口461位于第二气道44上，第一出气口451和第二出气口461同心设置。

阀体41上开设有第一进气口411和第二进气口412，第一进气口411与第一气道43相连通，第二进气口412与第二气道44相连通，第一进气口411用于与外部的第一气路(图未示)连接，第二进气口412用于与外部的第二气路(图未示)连接，以分别对第一气道43和第二气道44进行供气。

活塞筒42包括筒体421和连接在筒体421端部且相对筒体421外缘凸出的凸台422，凸台422的外缘与阀体41的内壁相接触，以对筒体421的一端进行支撑。第一气道43沿着筒体421的轴向自一端延伸至另一端。凸台422与筒体421可采用一体成型或可拆卸连接。优选的，阀体41的内壁凸设有抵持部413，抵持部413位于远离凸台422的位置处，抵持部413与筒体421的外缘相接触，以提高活塞筒42在阀体41内的支撑可靠性。在本实施例中，抵持部413可设置多个，并沿着阀体41的周向间隔分布，以对筒体421的径向进行限位；或者设置单个沿着阀体41的周向环绕成型的环形抵持部。

进一步地，活塞筒42远离凸台422的端部可拆卸连接有与第一气道43相连通的第一喷嘴帽45，第一出气口451成型在第一喷嘴帽45上。第一喷嘴帽45具有与轴线1a相倾斜的外壁。阀体41的端部可拆卸连接有第二喷嘴帽46，第二喷嘴帽46具有与第一喷嘴帽45的外壁相对应的内壁，第二喷嘴帽46的内壁与第一喷嘴帽45的外壁相平行，第二出气口461形成在第二喷嘴帽46和第一喷嘴帽45之间。通过采用可拆卸的第一喷嘴帽45和第二喷嘴帽46，使得可根据实际需要来定制不同的第一喷嘴帽45和第二喷嘴帽46，以便调节喷阀4的第一出气口451、第二出气口461的方向和大小，极大提高了喷阀4的通用性。第一喷嘴帽45与第二喷嘴帽46可以采用卡接、螺接或直接套设等方式实现可拆卸，在本实施例中，喷嘴帽通过套环47来固定在阀体41和活塞筒42上。诚然，在其他实施例中，第一出气口451和第二出气口461也可由活塞筒42和阀体41的内壁直接开设成型。

进一步地，活塞筒42可以与阀体41固定配接或者滑动配接，在本实施例中，由于晶圆1的表面和贴合膜2的材质各有不同，为达到最佳贴膜效果，贴膜所需的压强也需要适应性调整。优选的，在本实施例中，活塞筒42可沿着轴线1a方向相对阀体41伸缩，以调节第二出气口461的开口大小，进而调节施加至晶圆1的压强。

具体的，活塞筒42的凸台422与阀体41滑动配接，活塞筒42的筒体421与抵持部413滑动配接，抵持部413将阀体41内部分隔成第一腔室和第二腔室。其中，第二气道44由第一腔室的内壁与筒体421配合形成，第二腔室的内壁、筒体421以及凸台422配合形成有调节腔48，阀体41上还开设有第三进气口414，第三进气口414分别与调节腔48和外部气路相连通。凸台422与阀体41之间设置有弹性件49，弹性件49的两端分别与凸台422和阀体41相接，其能够提供反作用力以支撑凸台422，以限制向上移动；同时，弹性件49还可限制凸台422向下移动，以确保第三进气口414始终与调节腔48相连通。气流可自第三进气口414进出调节腔48，以控制调节腔48的扩大或收缩。

通过控制第三进气口414进入到调节腔48的气流量，从而能够对调节腔48的气压大小进行调节；当气压高于调节腔48的阈值时，其可克服弹性件49的反作用力，并推动凸台422向上移动，进而减小第二喷嘴帽46的内壁与第一喷嘴帽45的外壁之间的间距，以减小第二出气口461的开口，根据高于调节腔48阈值的气压大小的不同，第二出气口461开口的减小量也将相应调整；当气压低于调节腔48阈值时，活塞筒42在弹性件49的反作用力的作用下将复位至初始位置。

优选的，阀体41与活塞筒42之间可设置密封圈(图未示)来实现密封性，以确保调节腔48和第二气道44相互分隔。在本实施例中，喷阀4气压范围在0～1000pa之间，喷射范围直径在0～500mm之间，气流温度在0～150℃之间。

进一步地，置放台100可采用静电吸附、真空吸附或机械固定等方式来对晶圆1进行固定。需要说明的是，置放台100为本领域现有技术，本发明在此不再赘述。晶圆1材质可为玻璃、硅、氮化镓、砷化镓、碳化硅、氧化铝、金属及有机材料等。置放台100可采用人工或者机械手的方式来对晶圆1进行取放。

进一步地，输送单元200包括输送贴合膜2的送料卷轴5和收料卷轴6，送料卷轴5和收料卷轴6配合张紧贴合膜2，并使贴合膜2与晶圆1相平行。优选的，输送单元200还设置有张力控制器(图未示)，以使贴合膜2张力均匀，易于贴膜。

进一步地，升降机构3具体为升降机械臂，其可通过电动或者气动的方式来实现升降运动，例如伺服模组或者气缸等。在本实施例中，升降机构3运动距离为0～1000mm，运动速度为0～5m/s。阀体41上开设有螺丝孔415，以与升降机构3相接。

本发明贴膜设备工作过程如下：贴膜前，根据晶圆1和贴合膜2的实际结构，对第三进气口414进行供气，以调整活塞筒42与阀体41间的相对位置，进而调节第二出气口461的开口大小，以调节施加至晶圆1的压强；

采用人工或机械手将待贴膜的晶圆1放入置放台100，置放台100对晶圆1进行固定；

接着启动输送单元200，贴合膜2由送料卷轴5输向晶圆1，并配合收料卷轴6拉紧贴合膜2，以使贴合膜2张力均匀且平行置于晶圆1的正上方，且距离晶圆1上表面1～10mm的高度准备贴膜；

启动升降机构3，喷阀4由升降机构3带动下降至贴近晶圆1的位置，开启第一气路，第一出气口451喷出线状气流，使得贴合膜2与晶圆1的圆心相贴合；

接着开启第二气路，第二出气口461喷出环状气流，使得贴合膜2对晶圆1的圆心周围进行贴合，此时，升降机构3驱动喷阀4垂直向上运动，并关闭第一气路，向上运动的喷阀4使得作用在贴合膜2上的环形气流半径不断扩大，与此同时，贴合膜2与晶圆1的贴合面也以圆形方式逐渐扩大，直至贴合膜2与晶圆1的整面相贴合；

最后关闭第二气路，裁切机构(图未示)沿着晶圆1的边缘对贴合膜2进行裁切，并通过人工或机械手将贴膜后的晶圆1取出置放台100。

需要指出的是，本发明的贴膜设备也可应用于其他异形贴膜场合，采用喷阀喷射气流的方式可以满足异形贴膜的各种形状需求。

此外，本发明还提供一种贴膜方法，包括以下步骤：

s1、通过人工或机械手将晶圆1输送至置放台100，置放台100对晶圆进行固定；

s2、贴合膜2由输送单元200输送至晶圆1上方的平行位置；

s3、升降机构3驱动喷阀4下降至贴近晶圆1的正上方位置，第一出气口451和第二出气口461分别通过第一气路和第二气路实现供气；

s4、开启第一气路，第一出气口451吹出垂直于晶圆1的线状气流，以使贴合膜2与晶圆1的圆心相贴合；

s5、开启第二气路，第二出气口461吹出向着晶圆1的圆周倾斜的环状气流，升降机构3驱动喷阀4逐渐上升，并关闭第一气路，以使贴合膜2与晶圆1的贴合面由圆心以圆形向着晶圆1的圆周扩散，以完成贴膜。

此外，该贴膜方法还包括以下步骤：在贴膜前，根据晶圆1和贴合膜2的实际结构，对第三进气口414进行供气，以调整活塞筒42与阀体41间的相对位置，进而调节第二出气口461的开口大小，以调节施加至晶圆1的压强，从而达到最佳贴合效果。

综上所述，本发明采用气流贴膜的方式，其可用于复杂结构的晶圆贴膜，其不会破坏晶圆的表面结构，且能够覆盖凹陷的晶圆结构，贴合后不会产生气泡，同时兼容性佳，其能够兼容4寸、6寸、8寸、12寸等大小的晶圆贴膜动作；此外，通过设置升降机构和喷阀，晶圆采用由中心以圆形向圆周扩散的方式实现贴膜，贴膜后张力均匀，利于后续的工艺步骤；

喷阀可自动调整第二出气口的开口大小，进而调整压强，以使不同种类的晶圆和贴合膜均能达到最佳贴合效果，从而提高贴膜设备的通用性；

喷阀采用可拆卸的喷嘴帽来形成第一出气口和第二出气口，其可根据实际需要进行替换，以对第一出气口和第二出气口的方向进行调整，进而调节喷向晶圆的气流方向，从而进一步提高贴膜设备的适应性。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。