键合晶圆拆片装置的制作方法

本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种键合晶圆拆片装置。

背景技术：

在现今的半导体制造工艺中，在晶圆键合过程中可能出现对准异常，需要将已经进行预键合的两枚晶圆进行拆片重新对准。在现有的拆片过程中，一般将其中一枚晶圆通过真空吸附装置进行固定，使用夹持器从晶圆的边缘夹持固定另一枚晶圆，通过施加机械力从键合面将两枚晶圆分离。在上述过程中，夹持器和晶圆边缘接触的位置是应力集中的区域，该处很容易因受力而碎裂崩边，甚至导致整枚晶圆破片。

因此，针对键合晶圆拆片的应用需求，有必要提出一种新的键合晶圆拆片装置，以解决上述问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种新的键合晶圆拆片装置，用于解决现有技术中键合晶圆在拆片过程中容易碎裂崩边的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型提供一种键合晶圆拆片装置，用于将键合的底部晶圆及顶部晶圆拆分分离，其特征在于，包括：

支撑并真空吸附所述底部晶圆的底部真空吸盘，位于所述底部晶圆的下方；

真空吸附所述顶部晶圆的顶部真空吸附装置，所述底部晶圆与所述顶部晶圆拆分分离时，所述顶部真空吸附装置位于所述顶部晶圆的上方，且吸附所述顶部晶圆远离所述底部晶圆的表面。

作为本实用新型的一种优选方案，所述顶部真空吸附装置包括：

真空吸附所述顶部晶圆的顶部真空吸盘；

连接并提拉所述顶部真空吸盘的提升装置。

作为本实用新型的一种优选方案，所述键合晶圆拆片装置还包括当所述顶部真空吸盘的真空度大于设定值时，控制所述提升装置提拉所述顶部真空吸盘的控制装置，所述控制装置与所述提升装置相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述控制装置包括：

设定所述设定值，并将所述顶部真空吸盘的真空度与所述设定值进行比对的设定比对单元；

当所述顶部真空吸盘的真空度大于设定值时驱动所述可动悬臂摆动以及所述可伸缩拉杆伸缩提升装置提拉所述顶部真空吸盘的驱动单元，与所述设定比对单元及所述可动悬臂提升装置相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述提升装置包括：

可动悬臂，活动连接于所述顶部真空吸盘顶部；

若干个可伸缩拉杆，一端与所述可动悬臂相连接，另一端与所述顶部真空吸盘的边缘区域相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述可动悬臂经由一转轴活动连接于所述顶部真空吸盘的顶部中心区域。

作为本实用新型的一种优选方案，所述键合晶圆拆片装置还包括实时监测所述可伸缩拉杆的拉力的拉力感应器，位于所述可伸缩拉杆上；所述控制装置还包括当所述可伸缩拉杆的拉力为零时控制所述驱动单元停止工作的控制单元，所述控制单元与所述拉力感应器及所述驱动单元相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述键合晶圆拆片装置还包括：在所述底部晶圆与所述顶部晶圆拆分分离时向所述底部晶圆与所述顶部晶圆的键合面喷射气流的气体喷射装置，位于所述底部晶圆及所述顶部晶圆一侧。

作为本实用新型的一种优选方案，所述气体喷射装置包括氮气喷射装置或惰性气体喷射装置。

作为本实用新型的一种优选方案，所述气体喷射装置包括：

可动基座；

连接杆，位于所述可动基座上；

气体源；

气体喷嘴，铰接于所述连接杆上，所述气体喷嘴经由一气体管路与所述气体源相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述连接杆竖直固定于所述可动基座上；向所述底部晶圆与所述顶部晶圆的键合面喷射气流时，所述气体喷嘴与所述连接杆相垂直。

如上所述，本实用新型提供一种键合晶圆拆片装置，具有以下有益效果：

本实用新型引入了一种键合晶圆拆片装置，使用真空吸附固定晶圆，在通过真空吸附拆分两枚键合晶圆时，采用气体喷射装置吹扫两枚键合晶圆边缘的键合面，减少了拆片过程对晶圆边缘的机械应力，降低了晶圆裂片的风险。

附图说明

图1至图3显示为现有技术中采用夹持器的拆片过程示意图。

图4显示为本实用新型实施例中提供的键合晶圆拆片装置的结构示意图。

图5显示为本实用新型实施例中提供的键合晶圆拆片装置的拆片示意图。

图6显示为本实用新型实施例中提供的控制装置的连接关系示意图。

元件标号说明

001 夹持器

002 支撑板

101 底部晶圆

102 底部真空吸盘

103 顶部晶圆

104 顶部真空吸附装置

104a 顶部真空吸盘

104b 可动悬臂

104c 可伸缩拉杆

104d 转轴

104e 拉力感应器

105 气体喷射装置

105a 可动基座

105b 连接杆

105c 气体源

105d 气体喷嘴

105e 气体管路

106 控制装置

106a 设定比对单元

106b 驱动单元

106c 控制单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其它优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图6。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实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型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形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1至图3所示，是现有技术中采用夹持器001对键合晶圆进行拆片的过程。如图1至图2所示，所述键合晶圆的底部晶圆101固定在所述底部真空吸盘102上，所述夹持器001设置于支撑板002的四周，且能通过活动结构收紧后贴合顶部晶圆103的边缘，与所述支撑板002一起形成卡扣结构，将所述顶部晶圆103固定于所述支撑板002的下侧。如图2至图3所示，通过所述夹持器001在所述顶部晶圆103的边缘一侧沿图中箭头所示方向施加一拉力，使所述顶部晶圆103和所述底部晶圆101分离。在实际操作过程中，由于所述夹持器001直接作用于所述晶圆的边缘，使得所述晶圆的边缘易于在应力作用下碎裂，从而导致不良品产生。

请参阅图4至图5，本实用新型提供了一种键合晶圆拆片装置，用于将键合的底部晶圆101及顶部晶圆103拆分分离，包括：

支撑并真空吸附所述底部晶圆101的底部真空吸盘102，位于所述底部晶圆101的下方；

真空吸附所述顶部晶圆103的顶部真空吸附装置104，所述底部晶圆101与所述顶部晶圆103拆分分离时，所述顶部真空吸附装置104位于所述顶部晶圆103的上方，且吸附所述顶部晶圆103远离所述底部晶圆101的表面。

如图4所示，在本实施例中采用所述底部真空吸盘102固定所述底部晶圆101，采用所述顶部真空吸附装置104固定所述顶部晶圆103，对所述顶部晶圆103施加牵引力进行拆分分离。施加在所述顶部晶圆103上的应力均匀分布在整个晶圆面内，从而减少了晶圆边缘受力碎裂的风险。

作为示例，所述顶部真空吸附装置104包括：

真空吸附所述顶部晶圆103的顶部真空吸盘104a；

连接并提拉所述顶部真空吸盘104a的提升装置。

优选地，所述提升装置包括：可动悬臂104b，活动连接于所述顶部真空吸盘104a顶部；若干个可伸缩拉杆104c，一端与所述可动悬臂104b相连接，另一端与所述顶部真空吸盘104a的边缘区域相连接。

如图4所示，在本实施例中，所述顶部真空吸附装置104中的所述顶部真空吸盘104a通过真空吸附所述顶部晶圆103，所述可动悬臂104b活动连接于所述顶部真空吸盘104a顶部，两根可伸缩拉杆104c分别对称设置于所述可动悬臂104b的两侧，一端与所述可动悬臂104b相连接，另一端与所述顶部真空吸盘104a的边缘区域相连接。

作为示例，所述可动悬臂104b经由一转轴104d活动连接于所述顶部真空吸盘104a的顶部中心区域。如图4所示，所述可动悬臂104b通过转轴104d活动连接于所述顶部真空吸盘104a的顶部，所述可动悬臂104b绕所述转轴104d是可动的，两侧的所述可伸缩拉杆104c随着所述可动悬臂104b的带动而伸缩。如图5所示，在拆片过程中，所述提升装置中的所述可伸缩拉杆104c从一侧边缘拉起所述顶部晶圆103，同时，所述可动悬臂104b还可同步向上提升，从而带动所述顶部晶圆103远离所述底部晶圆101的表面。

需要指出的是，所述提升装置的实现方式并不局限于采用所述可动悬臂104b和所述可伸缩拉杆104c的结构。例如，在本实用新型的另一个实施案例中，也可以采用四轴机械手臂作为提升装置，将所述四轴机械手臂连接所述顶部真空吸盘104a的顶部，在拆片过程中，由所述四轴机械手臂对所述顶部真空吸盘104a进行提升和旋转，从而带动所述顶部晶圆103远离所述底部晶圆101的表面。

作为示例，所述键合晶圆拆片装置还包括当所述顶部真空吸盘104a的真空度大于设定值时，控制所述提升装置提拉所述顶部真空吸盘104a的控制装置106，所述控制装置106与所述提升装置相连接。通过所述控制装置106，可以判断所述顶部真空吸盘104a的真空度是否大于设定值，即所述键合晶圆拆片装置是否可以开始拆片作业。在本实施例中，当真空度达到设定值时，所述控制装置106控制所述可动悬臂104b摆动，并带动所述可伸缩拉杆104c伸缩，所述可动悬臂104b还同时向上提升。在拉力的作用下，所述键合晶圆的一侧受到拉力，并均匀扩散至整片晶圆，最后拉动所述顶部晶圆103分离并远离所述底部晶圆101的表面。优选地，所述真空度可以由安装在所述顶部真空吸盘104a上的真空计量测，并实时反馈给所述控制装置106。

作为示例，所述控制装置106包括：

设定所述设定值，并将所述顶部真空吸盘104a的真空度与所述设定值进行比对的设定比对单元106a；

当所述顶部真空吸盘104a的真空度大于设定值时驱动所述提升装置提拉所述顶部真空吸盘104a的驱动单元106b，与所述设定比对单元106a及所述提升装置相连接。

如图6所示，所述控制装置106包括所述设定比对单元106a和所述驱动单元106b。所述控制装置106需要读取所述顶部真空吸盘104a的真空度，并判断所述真空度是否达到设定值。通过所述设定比对单元106a可以预先设定所述设定值，并将读取的所述真空度与所述设定值进行比对，判断所述真空度是否达到设定值。当所述真空度大于所述设定值时，由所述驱动单元106b驱动所述提升装置动作，并开始晶圆分离作业。

作为示例，所述键合晶圆拆片装置还包括实时监测所述可伸缩拉杆104c的拉力的拉力感应器104e，位于所述可伸缩拉杆104c上；所述控制装置106还包括当所述可伸缩拉杆104c的拉力为零时控制所述驱动单元106b停止工作的控制单元106c，所述控制单元106c与所述拉力感应器104e及所述驱动单元106b相连接。优选地，所述拉力感应器104e经由所述可伸缩拉杆104c和所述可动悬臂104b与所述控制装置106相连。

如图4和图6所示，所述拉力感应器104e位于所述可伸缩拉杆104c上，并连接所述控制单元106c。由所述控制单元106c通过所述拉力感应器104e检测所述顶部晶圆103和所述底部晶圆101是否已经分离，并在分离后停止工作。由于所述驱动单元106b在分离过程中驱动所述可动悬臂104b，对所述顶部晶圆103施加拉力，当所述顶部晶圆103和所述底部晶圆101彻底分离时，所述拉力感应器104e监测到当所述可伸缩拉杆104c的拉力为零，所述控制单元106c控制所述驱动单元106b停止工作。

作为示例，所述键合晶圆拆片装置还包括：在所述底部晶圆101与所述顶部晶圆103拆分分离时向所述底部晶圆101与所述顶部晶圆103的键合面喷射气流的气体喷射装置105，位于所述底部晶圆101及所述顶部晶圆103一侧。采用所述气体喷射装置105对所述底部晶圆101与所述顶部晶圆103的键合面的边缘喷射气流，以使所述底部晶圆101及所述顶部晶圆103更易于分离。优选地，对于表面已形成有凹凸结构的带图形的晶圆来说，其凸起部在键合时作为键合键合面与另一枚晶圆的凸起部键合，而凹陷部就会在键合后形成两枚晶圆间的空隙。所述气体喷射装置105产生的喷射气流从键合面边缘进入所述空隙时，就会在所述键合晶圆的内部产生大于一个大气压的分离压力，从而更有助于两枚晶圆的分离。在拆片时加入喷射气流不但减少了所述晶圆边缘上的局部应力，也降低了拆片分离所述底部晶圆101与所述顶部晶圆103所需的拉力，减少了晶圆因机械力而破损的风险。如图5所示，通过所述顶部真空吸附装置104在所述键合晶圆的一侧边缘施加拉力，并将拉力均匀扩散至整片晶圆，同时在键合面喷射气流，使所述顶部晶圆103和所述底部晶圆101分离。

作为示例，所述气体喷射装置105包括氮气喷射装置或惰性气体喷射装置。由于晶圆键合过程对于晶圆表面的平整度及洁净度有较高要求，为了避免喷射气体可能造成的污染，应采用不会和晶圆反应的洁净氮气或惰性气体作为气体源。

作为示例，所述气体喷射装置105包括：

可动基座105a；

连接杆105b，位于所述可动基座105a上；

气体源105c；

气体喷嘴105d，铰接于所述连接杆105b上，所述气体喷嘴105d经由一气体管路105e与所述气体源105c相连接。

如图4所示，所述气体喷嘴105d通过所述连接杆105b固定于所述可动基座105a上。可以通过所述可动基座105a的移动，调整所述气体喷嘴105d与所述键合晶圆的距离。所述气体喷嘴105d铰接于所述连接杆105b上，在铰接处转动可调。因此，所述气体喷嘴105d对于所述键合晶圆的气体喷射方向是可调的。优选地，所述连接杆105b可带动所述气体喷嘴105d上下升降，以配合所述气体喷嘴105d的转动，以使所述连接杆105b对准所述键合晶圆的键合面边缘。

作为示例，所述连接杆105b竖直固定于所述可动基座105a上；向所述底部晶圆101与所述顶部晶圆103的键合面喷射气流时，所述气体喷嘴105d与所述连接杆105b相垂直。在本实施例中，在所述气体喷嘴105d与所述连接杆105b相垂直，即喷射气流水平射向所述键合晶圆的键合面时，喷射气流对于所述键合晶圆的分离最为有利。在其他实施方案中，所述气体喷嘴105d也可以设置为和水平面呈一定的角度进行喷射。例如，所述气体喷嘴105d与水平面的夹角为0～30°。此外，所述气体喷嘴105d的口径可选范围为0.1～1.0mm，气体压力可选范围为0.1～10MPa。可以根据所述键合晶圆的实际情况选取合适的气体喷嘴角度、口径及气体压力。

作为示例，采用本实用新型所提供的键合晶圆拆片装置进行键合晶圆拆片的步骤包括：

1)所述键合晶圆被传送至所述底部真空吸盘102上，所述底部真空吸盘102真空吸附所述底部晶圆101；

2)所述气体喷射装置105通过所述可动基座105a移动至设定的工作位置；

3)所述顶部真空吸附装置104移动至所述键合晶圆的上方，所述顶部真空吸盘104a通过真空吸附所述顶部晶圆103；

4)所述控制装置106实时获取所述顶部真空吸盘104a的真空度，并和设定值进行比对，当所述真空度大于所述设定值时，传动机构拉动所述顶部真空吸盘104a开始分离，同时所述气体喷射装置105对所述键合晶圆的键合面喷射气流；

5)在传动机构拉动所述顶部真空吸盘104a进行晶圆分离时，所述拉力感应器104e实时监控所述可伸缩拉杆104c上施加的拉力，当拉力为零时，判断所述顶部晶圆103和所述底部晶圆101已彻底分离；

6)所述顶部真空吸附装置104移动所吸附的所述顶部晶圆103并传至一晶圆暂存区，等待卸载取片，整个拆片过程结束。

综上所述，本实用新型提供了一种键合晶圆拆片装置，包括：底部真空吸盘和顶部真空吸附装置。本实用新型通过使用真空吸附固定晶圆，通过真空吸附拆分两枚键合晶圆，减少了拆片过程对晶圆边缘的机械应力。本实用新型还引入了气体喷射装置，在拆片过程中采用气体喷射装置吹扫两枚键合晶圆边缘的键合面，进一步降低了晶圆裂片的风险。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。