专利名称：用于晶片分离的剥离装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及从装配有半导体晶片的粘性膜或带体(adhesive filmor tape)上分离半导体晶片(chip)进行处理的过程，尤其是涉及一种用于从该粘性膜或带体部分剥离(peeling)晶片以从此处完全移除的装置和方法。
背景技术：
在处理半导体或集成电路晶片或晶粒(dice)以生产半导体封装件的过程中，晶片通常首先被制作成包含有晶片阵列的晶圆片(waferslice)的形式。其后，这些晶片常常在切割工序中被分离以将晶片相互之间进行物理隔离。当晶圆装配在由晶圆环固定的粘性带体(如聚酯薄膜(Mylar film))之上时，普遍完成切割。切割之后，在晶片键合或倒装晶片(flip chip)处理中需要分别从晶圆上分离每个晶片和将其装配在载体(carrier)，如引线框、印制线路板(printed wiringboard”PWB”)衬底或另一个芯片上。
因此，该半导体晶片分离工序是电子封装的关键工序之一，其中，分离后的晶圆上每个晶片从切割的粘性带体上被拾取和分离，以进行后续的封装。进行拾取处理存在各种各样的使用不同机械装置的方法。
一种很普遍的方法是使用真空夹体(vacuum collet)作为拾取放置设备，以从粘性带体上移除每个晶片和将其放置于键合位置处。但是，由于晶片和粘性带体之间的界面粘性，在完成实际的晶片移除以前，晶片和粘性带体之间发生某种程度的分离(a degree ofdelamination)是令人期望的。这归因于如果存在实质上的界面粘性，该真空夹体可靠地拾取晶片可能失败，或者晶片爆裂可能发生。
一种包括使用推出器装置(ejector assembly)和真空夹体的方法用于开始前述的分层可能是最著名的。在该方法中，首先将单个分离后的晶片和真空部件(vacuum enclosure)的支撑平台的中心对齐，该平台中安装有推出器装置以相对于支撑平台移动，同时该推出器装置用来将晶片推离该粘性带体。当推出器装置反方向推动晶片时，通过平台上的真空孔洞施加真空吸力，以固定定位该晶片和将该粘性带体牵制抵靠于真空平台的表面。
更好地，为了扩散晶片和粘性带体之间的分层，该推出器装置可包含有推抵销(ejector pin)，如美国专利号5,755,373所述的一种晶粒上推设备。该专利公开了一种上推针(push-up needle)，当晶圆片(wafer sheet)由真空吸力固定定位时该上推针上推晶片，以便于实施该晶片自晶圆片的分离。由真空部件通过平台上的孔洞所提供的真空吸力和由上推推抵销作用于晶片背部的机械力，在晶片上引起弯曲力矩(bending moment)和在晶片与塑性粘性带体的界面之间引起剥离应变(peeling stress)。该界面处的剥离应变将会引起晶片和粘性带体的分层，从而晶片从该粘性带体分离。但是，使用推抵销，如所述的上推针所产生的问题是该针和晶片相接触的表面区域很小，从而该针的销顶作用(pinning effect)很强。虽然该方法可应用于小尺寸(假定宽度小于2mm)的厚(假定厚度大于0.2mm)的半导体晶片，如果较薄的或者较大的晶粒将要被处理时，晶片上的弯曲力矩可能导致晶片爆裂失败。
在这种传统的上推推抵方法中，当晶片的尺寸变得较大和/或较薄时，拾取过程中发生晶片爆裂的机会很高。晶片爆裂在高应变区域(high strain field)开始，其是在晶片由于通过上推销在晶片上的局部销顶作用而从该粘性带体分离以前，由该晶片的高弯曲力矩所产生。减小晶片的弯曲力矩和增加沿着界面的剥离应变的解决方案是减小上推销和晶片端缘之间的距离。
图1是现有的晶片推出器装置的侧视剖面图，该装置包括多个可使用来减小推抵销20和被分离的晶片10端缘之间的距离的推抵销20。其包括具有真空通道16的夹体14，真空部件25和具有多个推抵销20的推抵块体18(ejector chuck)。现有的真空部件25的上表面通常平直保持依靠于固定有晶片10的粘性带体12的底面。除了围绕真空部件25周围的真空密封环27之外，在真空部件25上形成有大量的真空通道24，其和真空腔(vacuum chamber)22之间进行液体流通(fluidcommunication)，以产生真空吸力来固定定位该晶片10和粘性带体12。在固定定位该晶片10之后，安排推抵销20向上移动抬起该粘性带体12和晶片10，以从该粘性带体12分离该晶片10。在晶片10基本上从粘性带体12分离的一个预定高度处，夹体14可能通过真空吸力拾取该晶片10。通过使用多个推抵销20，该上推销和晶片10端缘之间的距离被减小以降低前述的弯曲力矩。但是推抵销20不能离晶片10的端缘太近，因为销顶作用将沿着晶片端缘产生极微小的破裂(micro-cracks)(其典型地由切割晶圆所引起)。另外，和将推抵销更靠近于晶片中央区域设置相比，将推抵销设置于晶片外围可能抑制分离扩散进入较大晶片的中央。
为了减少使用推抵销和大晶粒时晶片爆裂失败的风险，美国专利号4,850,780“一种预剥离晶粒推抵装置”描述了双阶段的工序以进行晶片分离。其提供了一种晶粒推抵块体，带有中央框架(centralhousing)和外壳(outer housing)，被提供的该中央框架带有一延伸穿越外壳中孔穴的中部晶粒推顶管(central die eject collar)。该中部晶粒推顶管可向预选的用于分离的晶片移动并离开外壳，以便于延展柔软的支撑有该预选晶片的粘性带体。此后，该晶片由推抵销更进一步从粘性带体分离以允许使用真空夹体(vacuum collet)拾取该晶片。这种双阶段的工序使得晶片推抵装置的构造和应用复杂化，并引起周期时间延长。提供一种包含有能减少处理大晶粒时晶片爆裂风险的结构更简单的晶片推抵器将会是有益处的。
发明内容
因此，本发明的目的是在于寻找提供一种从粘性带体上有效剥离半导体晶片的装置和方法，同时减少针对大或薄晶粒的晶片爆裂失败风险。另外，本发明的目的还在于寻找提供一种这样的装置和方法，和现有技术相比其具有简单结构以有效地分离大或薄的晶片。
本发明一方面公开一种用于从粘性带体上分离晶片的剥离装置，该粘性带体上装配有该晶片，该装置包含有一平台，包含有第一表面和相对于第一表面一预定高度上设置的抬高的接触表面，该抬高的接触表面宽度小于晶片的宽度以在晶片的位置处和粘性带体相接触；以及一提升设备，其凸起于该抬高的接触表面，并可相对该平台移动，以提升该芯片离开该粘性带体。
本发明另一方面公开一种用于从粘性带体上分离晶片的方法，该粘性带体上装配有该晶片，该方法包含以下步骤在该晶片的位置使平台的抬高的接触表面抵靠于该粘性带体接触，其中该抬高的接触表面相对于该平台的第一表面一预定高度上设置，该抬高的接触表面宽度小于晶片的宽度；从抬高的接触表面凸出提升设备；以及利用该提升设备抬起该晶片。
通过参考说明本发明的实施例的附图将有助于对本发明的细节作描述。图示中任何独特之处不妨碍本发明的一般性及其如权利要求中所定义的广泛类似装置。
根据本发明较佳实施例的装置和方法的示例现参见附图进行说明，其中图1是现有的晶片推出器装置的侧视剖视图；图2(a)所示为根据本发明较佳实施例的晶片推出器装置的侧视剖视图；图2(b)所示为当通过真空吸力所引起的剥离发生时，该晶片推出器装置的侧视剖视图；图3所示为布置于粘性带体上的多个晶片的平面图，其和设置在待分离晶片下方的图2(a)中的晶片推出器装置在一起。
图4是晶片推出器装置的侧视剖视图，其中表示了晶片和晶片推出器装置的相对尺寸。
图5所示为图3中多个晶片的平面图，其包括表示了装配在晶片推出器装置中的推抵销的多个位置。
具体实施例方式
图2(a)所示为根据本发明较佳实施例的以晶片推出器装置(chipejector assembly)形式存在的剥离设备的侧视剖视图。其包含有一可能以真空部件26形式存在的平台，其封装有提升设备，例如推抵块体18和真空室22。一具有真空通道(vacuum path)16以产生真空力的真空夹体14被提供以拾取装配在粘性带体12上的晶片10。推抵块体18较适宜地具有多个推抵销20。特别地，所述的真空部件26在其第一表面或平台上部30的中央区域包含有抬高的接触表面，其以阶梯凸起(stepped extrusion)28的形式。
阶梯凸起28位于第一表面或平台上部30上的相对固定位置，并和平台上部30一起移动。阶梯凸起28的几何形状能提供一种真空剥离结构，以帮助半导体晶片10从柔软的塑性(plastic)粘性带体12分离。
阶梯凸起28和平台上部30分别向被拾取的半导体晶片10和周围的晶片提供几何学上的支撑(geometrical support)。阶梯凸起28的宽度小于晶片10的宽度，这样分离将会从粘性带体不与阶梯凸起28相接触的部位之间开始。最适宜地，阶梯凸起28的两个宽度都小于晶片10的宽度。真空通道24’围绕阶梯凸起28而构造于平台上部30上，以便于粘性带体和在此黏着的半导体晶片10通过真空吸力相对于该阶梯凸起28和平台上部30固定定位。而且，阶梯凸起中形成有真空通道24以倚靠于该阶梯凸起28而固定该粘性带体12。当真空吸力施加于该真空室22时，粘性带体12将会被真空吸力所牵制以便于其顺从于该阶梯凸起28和平台上部30的几何形状。这样将会提供剥离作用，以启动粘性带体和晶片10的各个端缘之间的未被阶梯凸起28所支撑的界面的分离。
图2(b)所示为位于半导体晶片10和粘性带体12之间的界面中的剥离作用，其是由来自吸力设备的真空吸力所引起。该吸力设备包含有和真空源相连的真空通道24’，其形成于平台上部30上和该阶梯凸起28相邻处。在通过真空通道24’产生的真空吸力存在的情况下，当阶梯凸起28周围的粘性带体被牵向真空部件26的平台上部30时，这种界面分离开始了。更进一步地或者可选择地讲，该阶梯凸起28能在额外的向上冲击下向上移动，以提升该晶片10，并在或者没有在通过真空通道24’应用真空吸力的情形下导致粘性带体12从晶片10上分离。
密封环27布置于真空部件26上，并最好沿着该真空部件26的外围设置。设置该密封环27的最高点低于该阶梯凸起28的高度设置，并可能和平台上部30平齐。当真空源开启时，和周围大气相比，该密封环27内附近存在压差(pressure differential)。该压差使得粘性带体12变形，以致该密封环27将被拉向真空部件26的粘性带体12的部分区域包围。当该粘性带体12被紧紧地牵制抵靠于密封环27时真空力被进一步加强。
当粘性带体12被剥离该晶片10的时候，所述的分离将会从晶片10的端缘和角落开始，同时阶梯凸起28保持该粘性带体12和晶片10的中央相应的部分相对平坦。真空通道24’明确地紧密设置于平台上部30上阶梯凸起28的直立端缘附近，以提供真空吸力进行有效剥离。
推出器装置充分利用了机械部件动作和真空吸力的结合。在拾取周期开始时，真空夹体14降低和着陆在半导体晶片10的上表面。在推抵销向上凸出穿越该阶梯凸起28前，通过真空部件26上的真空通道24’施加真空吸力。这种真空吸力和该阶梯凸起28的直立端缘在被拾取的半导体芯片10的端缘和角落处开始了粘性带体12和晶片10之间界面的分离。在预定的延迟之后，位于芯片10和粘性带体12下方的推抵块体18的推抵销20从真空部件26，更具体地是从该阶梯凸起28的表面凸出。然后，考虑到该阶梯凸起28的垂直端的多个推抵销20的位置通过从粘性带体12上提升晶片10使得晶片10从粘性带体12上更进一步地分离。
为了通过真空吸力获得满意的剥离效果，晶片推出器装置的阶梯凸起28的尺寸最好按照下面展示的特定指导原则选定。图3所示为布置于粘性带体上的多个晶片的平面图，其和设置在待分离晶片下方的图2中的晶片推出器装置在一起。图4是晶片推出器装置的侧视剖面图，其中表示了晶片和晶片推出器装置的相对尺寸。阶梯凸起28的平面尺寸(planar dimension)小于半导体晶片10的平面尺寸。晶片的端缘和阶梯凸起的端缘之间的距离(图3中的A1和A2)被设计在特定的范围之内。所述的距离(A1和A2)依赖于该晶片10的厚度和粘性胶带12的黏着力度。阶梯凸起28的阶梯高度E也被保持在特定值之内(对于具有0.05mm-0.5mm的厚度和宽度小于10mm的晶片在0.1-0.66mm的范围内)以便于具有最佳的剥离角度和最大的能量可用而对该柔软的塑性粘性带体进行剥离。这也有助于提供能干高效的真空吸力的形成。保持阶梯高度E在所述的范围之内更有助于保持形变应力或张力(deformation strain or stress)在给定的压力负载下低于晶片的临界值。该阶梯凸起28的端缘应该以大约0.1mm的半径环形围绕，以便于减少晶片10在这些位置处的额外的应力/张力集中。
参考图3所示，对于具有平面尺寸C1×C2的半导体晶片10而言，阶梯凸起的平面尺寸D1×D2被如此选定0.3mm＜Ai＜2mm和1mm＜Di＜10mm(其中i＝1，2)。参考图4所示，阶梯凸起28的高度E满足0.1＜E＜0.66mm。真空部件的宽度B在(1/2B-1/2Cm)＜10mm范围内，其中Cm＝max(C1，C2)，以便于在真空部件26和粘性带体12之间具有有效的真空密封。
图5所示为图3中多个晶片的平面图，其包括表示了装配在晶片推出器装置中的推抵销20的多个位置。使用真空部件26上部的阶梯凸起28作为剥离机械，当通过平台上部30上围绕阶梯凸起28的边侧的真空通道24’应用真空吸力之时，晶片10的外部区域将会从粘性带体12上分离。然后，推抵销20将会从阶梯凸起28的上表面升起到真空部件26的阶梯凸起28上方的预定高度。粘性带体由于该推抵销所支撑的唯一的接触区域将从晶片完全分离。参考图5所示，该推抵销20距离该阶梯凸起28的端缘一特定距离F设置，如该F＜1mm。
和本发明的上述实施例中使用的示范性拾取流程现描述如下步骤1在拾取周期的开始处，将真空部件26和粘性带体12的下面接触放置，该粘性带体上装配有待拾取的晶片10。该晶片10被如此设置以致该晶片10的中央和该真空部件26的中央相对齐，其也和阶梯凸起28的中央相配合。
步骤2降低拾取夹体14，并停靠在待拾取晶片10的上表面。该夹体14的下表面可能和晶片10相接触，或者可能距该晶片10的表面保持很小的间隙。通过真空通道16应用真空吸力于该夹体14。然后通过夹体14夹持该晶片10，同时其水平位置得以固定。
步骤3其次，通过包含有阶梯凸起28和平台上部30的真空部件26的真空通道24’应用真空吸力。真空吸力产生的效果和阶梯凸起28的直立端缘使得粘性带体12和晶片10之间的界面分离开始在晶片10的端缘和角落处开始。优化真空吸力的大小以得到晶片10自粘性带体12的有效剥离，而不需在晶片10上引入可能导致晶片爆裂失败的额外应变。
步骤4在经过约50ms或者更多的预定延时之后，粘性带体12下面的推抵销20将从该阶梯凸起28的上表面升起，以便于提升该粘性带体12和晶片10。该粘性带体12位于该阶梯凸起28内的局部提升高于位于阶梯凸起28外部的局部。结果，由于晶粒10和粘性带体12之间主要由推抵销20支撑的唯一接触，被拾取的晶粒10得以从粘性带体12上基本分离。
步骤5最后，通过真空吸力夹持有晶片10的夹体14将向上移动，并从粘性带体12上移除该晶片10到指定位置，以进行后续的键合工序。
令人注意的是，阶梯凸起28的直立端缘和真空吸力提供给剥离装置，以开始粘性带体12和半导体晶片10之间界面的分离。在开始剥离期间，这种真空援助的剥离装置和简单推抵晶片相比较减少了晶片的变形，因此减少了在半导体晶片上引起的应变，从而避免了晶片爆裂失败。加之推抵销特定的布置，和现有技术相比，一种更加有效的分离装置被提供来进行从粘性带体上分离半导体晶片。
考虑到根据本发明较佳实施例所述的组件的前述优点，该组件较理想地使用在针对具有平面表面积大于2×2mm2(但是小于10×10mm2)和厚度小于0.15mm的半导体晶片的拾取工序中，该晶片安装于黏着力度小于30J/m2的粘性带体12上。
在此所介绍的发明在所介绍的特性之外还很容易进行变化、修改和/或者添加。可以理解本发明包括所有的落入上述说明书的精神和范围之内的此类变化、修改和/或添加。
权利要求
1.一种用于从粘性带体上分离晶片的剥离装置，该粘性带体上装配有该晶片，该装置包含有一平台，包含有第一表面和相对于第一表面一预定高度上设置的抬高的接触表面，该抬高的接触表面宽度小于晶片的宽度以在晶片的位置处和粘性带体相接触；以及一提升设备，其可凸起于该抬高的接触表面，并可相对该平台移动，以提升该芯片离开该粘性带体。
2.如权利要求1所述的剥离装置，该装置包含有吸力设备，其和第一表面相连，以朝向该平台牵拉该粘性带体的不和该抬高的接触表面相接触的局部。
3.如权利要求2所述的剥离装置，其中，该吸力设备包括和真空源相连的真空通道，其在和该抬高的接触表面相邻处形成于该第一表面上。
4.如权利要求2所述的剥离装置，该装置包含有密封环，其设置于该平台上，用于封闭该粘性带体的被牵拉向该平台的区域。
5.如权利要求4所述的剥离装置，其中该密封环沿着该平台的外围设置。
6.如权利要求4所述的剥离装置，其中该密封环的一最高点设置低于该抬高的接触表面的高度。
7.如权利要求1所述的剥离装置，该装置包含有真空通道，其形成在该抬高的接触表面中，和真空源相连。
8.如权利要求1所述的剥离装置，该装置包含有夹体，其设置在该晶片的上方，以在该粘性带体自晶片的分离过程中夹持该晶片。
9.如权利要求1所述的剥离装置，其中该抬高的接触表面的高度位于0.1mm到0.66mm之间，该晶片的宽度小于10mm。
10.如权利要求1所述的剥离装置，其中该抬高的接触表面的端缘以约0.1mm的半径环形设置。
11.如权利要求1所述的剥离装置，其中该抬高的接触表面的宽度为1mm到10mm之间，该抬高的接触表面的端缘到该晶片的未被支撑的端缘之间的距离为0.3mm到2mm之间。
12.如权利要求1所述的剥离装置，其中，该抬高的接触表面的宽度和该平台的宽度之间的差值小于10mm。
13.如权利要求1所述的剥离装置，其中，该提升设备包括一个或多个上推销。
14.如权利要求13所述的剥离装置，其中，该多个上推销中至少一个被如此设置，即该提升设备的上推销距该抬高的接触表面的端缘的距离小于1mm。
15.一种用于从粘性带体上分离晶片的方法，该粘性带体上装配有该晶片，该方法包含以下步骤在该晶片的位置使平台的抬高的接触表面抵靠于该粘性带体接触，其中该抬高的接触表面相对于该平台的第一表面一预定高度上设置，该抬高的接触表面宽度小于晶片的宽度；从抬高的接触表面凸出提升设备；以及利用该提升设备抬起该晶片。
16.如权利要求15所述的方法，该方法包括下面的步骤在利用该提升设备抬起该晶片之前，牵拉该粘性带体的、在该抬高的接触表面周围的、不被该抬高的接触表面相接触的局部离开该晶片。
17.如权利要求16所述的方法，该方法包括利用设置于该平台上的密封环封闭该粘性带体的被牵拉离开该晶片的区域。
18.如权利要求16所述的方法，其中使用真空吸力将该粘性带体从该晶片牵离和分离。
19.如权利要求18所述的方法，该方法包括下面的步骤在与该抬高的接触表面相邻处的第一表面形成有真空通道，并连接该真空通道至真空气源，以在该真空通道中创造真空吸力。
20.如权利要求15所述的方法，该方法包括下面的步骤在晶片上方设置有夹体，以在该粘性带体从晶片的分离过程中夹持该晶片。
全文摘要
本发明提供一种用于从粘性带体上分离晶片的剥离装置，该粘性带体上装配有该晶片，该装置包含有一平台，包含有第一表面和相对于第一表面一预定高度上设置的抬高的接触表面，该抬高的接触表面宽度小于晶片的宽度以在晶片的位置处和粘性带体相接触；以及一提升设备，其凸起于该抬高的接触表面，并可相对该平台移动，以提升该芯片离开该粘性带体。
文档编号H01L21/52GK1707750SQ20051007185
公开日2005年12月14日 申请日期2005年5月25日 优先权日2004年5月28日
发明者张耀明, 庄智明, 姚正康 申请人:先进自动器材有限公司