硅晶圆转移方法及装置与流程

1.本发明涉及柔性电子器件制备技术领域，尤其是涉及一种硅晶圆转移方法及装置。


背景技术：

2.柔性电子是一种新兴的电子技术，以其独特的柔性、延展性，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛的应用前景。硅基柔性电子可满足高性能柔性电子系统要求，硅基柔性芯片技术是实现高性能柔性电子芯片与微系统技术的关键。
3.然而，现有硅基柔性电子芯片制造过程超薄硅晶圆多采用划片后再转移的方式，且多用手动方式，跟柔性电子制造过程中大规模采用的卷到卷工艺难以兼容，难于适应柔性电子大规模生产的要求。
4.因此，目前亟需一种能有效提升超薄硅晶圆转移工艺效率与兼容性的技术方案。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种兼容卷到卷制造工艺的超薄硅晶圆转移方法及实现装置，用于解决现有技术中超薄硅晶圆转移效率低、与卷到卷制造工艺兼容性差的技术问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下。
7.一种硅晶圆转移方法，包括：
8.提供待转移的硅晶圆，多个所述硅晶圆设置在保护膜上，所述保护膜固定在载物平台的载物平面上；
9.提供第一滚轮、第二滚轮及第三滚轮，所述第一滚轮、所述第二滚轮及所述第三滚轮设置在所述硅晶圆远离所述载物平台的一侧上；
10.提供目标衬底膜，通过所述第一滚轮、所述第二滚轮及所述第三滚轮沿第一方向同步传动目标衬底膜，且在传动过程中所述目标衬底膜通过所述第二滚轮与所述硅晶圆的边缘表面充分接触；
11.在传入所述目标衬底膜的同时，通过所述第二滚轮施加压力，使所述目标衬底膜与所述硅晶圆表面之间产生粘附力；
12.在传入所述目标衬底膜的同时，沿第二方向移动所述第三滚轮，使所述第三滚轮远离所述第二滚轮，将所述硅晶圆从所述保护膜上脱离并转移到所述目标衬底膜上；
13.其中，所述目标衬底膜通过所述第一滚轮传入，通过所述第二滚轮传动并与所述硅晶圆接触，通过所述第三滚轮传出；所述第二方向垂直于所述载物平台的载物平面，所述第一方向平行于所述载物平台的载物平面。
14.可选地，所述在传入所述目标衬底膜的同时，通过所述第二滚轮施加压力，使所述目标衬底膜与所述硅晶圆表面之间产生粘附力的步骤包括：
15.保持所述第二滚轮与所述硅晶圆在第二方向上的相对距离不变，沿着所述第一方
向的反方向移动所述第二滚轮，使所述第二滚轮压住所述目标衬底膜并从所述硅晶圆的表面滚过。
16.可选地，所述保护膜包括紫外膜，所述硅晶圆转移方法还包括：
17.在传入所述目标衬底膜的同时，对所述第二滚轮的传动后侧施加调控激光，通过所述调控激光降低所述硅晶圆与所述保护膜之间的粘附力。
18.可选地，在移动所述第二滚轮的同时，沿着所述第二方向移动所述第三滚轮，沿着所述第二方向的反方向移动所述第一滚轮，使得第一距离与第二距离之和保持不变，以保证所述目标衬底膜受到均匀的拉伸力，其中，所述第一距离指所述第二滚轮到所述第一滚轮的距离，所述第二距离指所述第二滚轮到所述第三滚轮的距离。
19.可选地，所述硅晶圆的厚度小于等于50μm。
20.一种硅晶圆转移装置，包括：
21.载物平台，用于固定保护膜和所述保护膜上的硅晶圆；
22.转移滚动机构，设置在所述硅晶圆远离所述载物平台的一侧上，用于将所述保护膜上的硅晶圆转移到所述目标衬底膜上；
23.转移辅助机构，设置在所述硅晶圆远离所述载物平台的一侧上，用于辅助所述硅晶圆的转移。
24.可选地，所述载物平台具有真空吸附功能。
25.可选地，所述转移滚动机构包括：
26.第一滚轮，将所述目标衬底膜从外部传入，并完成所述目标衬底膜的预处理；
27.第二滚轮，对所述目标衬底膜进行传动并对所述目标衬底膜施加压力，使所述目标衬底膜与所述硅晶圆表面之间产生粘附力；
28.第三滚轮，与所述第二滚轮匹配合实现所述硅晶圆从所述保护膜到所述目标衬底膜上的转移，并将所述目标衬底膜连同所述硅晶圆传出；
29.其中，所述第一滚轮、所述第二滚轮及所述第三滚轮沿着第一方向传动设置，对所述目标衬底膜进行传入传出，在第二方向上，相对于所述第一滚轮及所述第三滚轮，所述第二滚轮靠近所述硅晶圆设置，所述第二方向垂直于所述载物平台的载物平面，所述第一方向平行于所述载物平台的载物平面。
30.可选地，所述第二滚轮能在所述第一方向上往返移动，所述第一滚轮及所述第三滚轮能在所述第二方向上往返移动；当所述第二滚轮在所述第一方向上移动时，所述第一滚轮及所述第三滚轮同步在所述第二方向上移动，以保证所述目标衬底膜受到均匀的拉伸力。
31.可选地，所述转移辅助机构包括：
32.调控激光模块，设置在所述第二滚轮的传动后侧，对所述保护膜及其上的硅晶圆施加调控激光，以降低所述硅晶圆与所述保护膜之间的粘附力；
33.自动载片模块，对其上设置有所述硅晶圆的所述保护膜进行更换。
34.如上所述，本发明提供的硅晶圆转移方法及装置，具有以下有益效果：
35.利用第一滚轮、第二滚轮及第三滚轮沿第一方向同步传动目标衬底膜，并利用第二滚轮施加压力，使目标衬底膜与硅晶圆表面之间产生粘附力，再利用沿第二方向移动并远离第二滚轮的第三滚轮，在第三滚轮的运动牵引下，目标衬底膜带动第二滚轮滚动后方
的硅晶圆与保护膜脱离并转移到目标衬底膜上，快速高效地实现了硅晶圆从保护膜到目标衬底膜的整体转移，提高了转移效率，同时兼容卷到卷制造工艺过程，满足硅基柔性电子器件大规模制造的需求。
附图说明
36.图1显示为本发明中硅晶圆转移方法的步骤示意图。
37.图2-图3显示为本发明中硅晶圆转移方法的工艺流程图。
38.图4显示为本发明中硅晶圆转移装置的结构图。
39.附图标记说明
40.1-载物平台，2-固定盘，3-保护膜，4-硅晶圆，5-目标衬底膜，6-调控激光模块，r1、r1'-第一滚轮，r2、r2'-第二滚轮，r3、r3'-第三滚轮。
具体实施方式
41.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
42.请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所涵盖的范围内。
43.如图1-图3所示，本发明提供一种硅晶圆转移方法，其包括步骤：
44.s1、如图2-图3所示，提供待转移的硅晶圆4，多个硅晶圆4设置在保护膜3上，保护膜3固定在载物平台1的载物平面上；
45.s2、如图2-图3所示，提供第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r3，第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r3设置在硅晶圆4远离载物平台1的一侧上；
46.s3、如图2-图3所示，提供目标衬底膜5，通过第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r2沿第一方向a1同步传动目标衬底膜5，且在传动过程中目标衬底膜5通过第二滚轮r2与硅晶圆4的边缘表面充分接触；
47.s4、如图2-图3所示，在传入目标衬底膜5的同时，通过第二滚轮r2施加压力，使目标衬底膜5与硅晶圆4表面之间产生粘附力；
48.s5、如图2-图3所示，在传入目标衬底膜5的同时，沿第二方向a2移动第三滚轮r3，使第三滚轮r3远离第二滚轮r2，将硅晶圆4从保护膜3上脱离并转移到目标衬底膜5上；
49.其中，目标衬底膜5通过第一滚轮r1传入，通过第二滚轮r2传动并与硅晶圆4接触，通过第三滚轮r3传出；第二方向a2垂直于载物平台1的载物平面，第一方向a1平行于载物平
台1的载物平面。
50.详细地，在步骤s1中，硅晶圆4为应用于柔性电子器件的超薄硅晶圆，其可采用常规硅晶圆减薄后得到，其尺寸可为4英寸、6英寸、8英寸及12英寸等，其厚度小于等于50μm，如25μm；常规硅晶圆设置在保护膜3上进行减薄，得到硅晶圆4；为便于后续存取转移，保护膜3固定在固定盘2上，存取转移时直接移动固定盘2即可。
51.详细地，在步骤s1中，如图2-图3所示，为了便于后续将硅晶圆4从保护膜3上转移下来，将固定盘2连同保护膜3、硅晶圆4固定在载物平台1的载物平面上，载物平台1具有真空吸附功能，能固定住固定盘2及其上的保护膜3、硅晶圆4，且载物平台1的尺寸可兼容4英寸、6英寸、8英寸和12英寸的硅晶圆4。
52.详细地，在步骤s2中，如图2-图3所示，提供转移用的转移滚动机构，转移滚动机构包括第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r3，第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r3设置在硅晶圆4远离载物平台1的一侧上，即转移滚动机构设置在硅晶圆4远离保护膜3或远离载物平台1的一侧上。
53.详细地，在步骤s3中，如图2-图3所示，提供目标衬底膜5，通过转移滚动机构沿第一方向a1传动目标衬底膜5，且在传动过程中目标衬底膜5通过第二滚轮r2与硅晶圆4的边缘表面充分接触；通过第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r2沿第一方向a1同步传动目标衬底膜5，目标衬底膜5通过第一滚轮r1传入，通过第二滚轮r2传动并与硅晶圆4接触，通过第三滚轮r3传出。
54.详细地，如图2-图3所示，在传入目标衬底膜5的同时，通过第二滚轮r2施加压力，使目标衬底膜5与硅晶圆4表面之间产生粘附力的步骤s4进一步包括：
55.保持第二滚轮r2与硅晶圆4在第二方向a2上的相对距离不变，沿着第一方向a1的反方向按照一定的速度移动第二滚轮r2，使第二滚轮r2压住目标衬底膜5并从硅晶圆4的表面滚过。
56.更详细地，在步骤s5中，如图2-图3所示，在传入目标衬底膜5、沿着第一方向a1的反方向按照一定的速度移动第二滚轮r2的同时，沿第二方向a2移动第三滚轮r3，使第三滚轮r3远离第二滚轮r2，将硅晶圆4从保护膜3上脱离并转移到目标衬底膜5上。
57.更详细地，在步骤s5中，如图2-图3所示，在传入目标衬底膜5、沿着第一方向a1的反方向按照一定的速度移动第二滚轮r2、沿第二方向a2移动第三滚轮r3的同时，沿着第二方向a2的反方向移动第一滚轮r1，使得第一距离与第二距离之和保持不变，以保证目标衬底膜5受到均匀的拉伸力，其中，第一距离指第二滚轮r2到第一滚轮r1的距离，第二距离指第二滚轮r2到第三滚轮r3的距离，即图3中的r3r2+r2r1＝r3
′
r2
′
+r2
′
r1
′
，其中，r3r2指移动前第二滚轮r2到第三滚轮r3的距离，r2r1指移动前第二滚轮r2到第一滚轮r1的距离，r3'r2'指移动后第二滚轮r2到第三滚轮r3的距离，r2'r1'指移动后第二滚轮r2到第一滚轮r1的距离。
58.在本发明的一可选实施例中，在第二滚轮r2按照一定速度沿着第一方向a1的反方向滚动过程中，第三滚轮r3按照第二滚轮r2速度的1/2次方关系沿第二方向a2运动，第一滚轮r1按照第二滚轮r2速度的1/2次方关系沿第二方向a2的反方向运动。
59.详细地，如图2-图3所示，保护膜3包括紫外膜，所述硅晶圆转移方法还包括步骤：
60.在传入目标衬底膜5的同时，对第二滚轮r2的传动后侧施加调控激光，通过调控激
光降低硅晶圆4与保护膜3之间的粘附力，进而提高硅晶圆4的转移成功率。
61.更详细地，如图3所示，在第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r3的同步传动及同步滚动过程中，将硅晶圆4从原减薄工艺中的保护膜3上逐步转移到目标衬底膜5上；硅晶圆4转移过程完成后，目标衬底膜5连同其上的硅晶圆4经第三滚轮r3滚轮传出，再经第一滚轮r1传入新的目标衬底膜5，并同步在载物平台1上放置新的硅晶圆4连同保护膜3及固定盘2，重复上述过程即可进行下一轮硅晶圆4的转移。
62.同时，基于上述相同的发明构思，本发明还提供一种硅晶圆转移装置，如图2-图4所示，其包括：
63.载物平台1，用于固定保护膜3和保护膜3上的硅晶圆4；
64.转移滚动机构，设置在硅晶圆4远离载物平台1的一侧上，用于将保护膜3上的硅晶圆4转移到目标衬底膜5上；
65.转移辅助机构，设置在硅晶圆4远离载物平台1的一侧上，用于辅助硅晶圆4的转移。
66.详细地，如图2-图4所示，载物平台1具有真空吸附功能，能对中空的且其上设有保护膜3的固定盘2进行吸附固定。
67.详细地，如图2-图4所示，转移滚动机构包括：
68.第一滚轮r1，将目标衬底膜5从外部传入，并完成目标衬底膜5的预处理；
69.第二滚轮r2，对目标衬底膜5进行传动并对目标衬底膜5施加压力，使目标衬底膜5与硅晶圆4表面之间产生粘附力；
70.第三滚轮r3，与第二滚轮匹r2配合实现硅晶圆4从保护膜3到目标衬底膜5上的转移，并将目标衬底膜5连同转以后的硅晶圆4传出；
71.其中，第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r3沿着第一方向a1传动设置，对目标衬底膜5进行传入传出，在第二方向a2上，相对于第一滚轮r1及第三滚轮r3，第二滚轮r2靠近硅晶圆4设置，或者说，第二滚轮r2靠近载物平台1的载物平面设置。
72.更详细地，如图2-图4所示，在转移滚动机构中，第一滚轮r1、第二滚轮r2及第三滚轮r3的曲率半径应与待转移的硅晶圆4的尺寸相匹配，一般大于等于5mm，为了减小装置尺寸，滚轮半径一般不超过500mm。在本发明的一可选实施例中，当硅晶圆4的厚度为25μm时，滚轮半径可采用10mm。
73.更详细地，如图2-图4所示，第二滚轮r2能在第一方向a1上往返移动，第一滚轮r1及第三滚轮r3能在第二方向a2上往返移动；当第二滚轮r2在第一方向a1上移动时，第一滚轮r1及第三滚轮r3同步在第二方向a2上移动，以保证目标衬底膜5受到均匀的拉伸力。
74.更详细地，如图2-图4所示，所述转移辅助机构包括：
75.调控激光模块6，设置在第二滚轮r2的传动后侧，对保护膜3及其上的硅晶圆4施加调控激光，以降低硅晶圆4与保护膜3之间的粘附力，进而提高后续硅晶圆4的转移成功率；
76.自动载片模块(图中未示出)，对其上设置有硅晶圆4的保护膜3进行更换，以便于实现多个保护膜3上的硅晶圆4的大量转移。
77.综上所述，在本发明提供的硅晶圆转移方法及装置中，利用转移滚轮机构中第一滚轮、第二滚轮及第三滚轮沿第一方向同步传动目标衬底膜，并利用第二滚轮施加压力，使目标衬底膜与硅晶圆表面之间产生粘附力，再利用沿第二方向移动并远离第二滚轮的第三
滚轮，在第三滚轮的运动牵引下，目标衬底膜带动第二滚轮滚动后方的硅晶圆与保护膜脱离并转移到目标衬底膜上，快速高效地实现了硅晶圆从保护膜到目标衬底膜的整体转移，提高了转移效率，同时兼容卷到卷制造工艺过程，满足硅基柔性电子器件大规模制造的需求。所以，本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
78.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。