用於薄晶粒分離和拾取的設備的製作方法

2023-10-07 05:48:29

專利名稱：用於薄晶粒分離和拾取的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體裝配和封裝過程中半導體晶片或半導體晶粒的處理，尤其涉及 薄的半導體晶粒從其所裝配的粘性膜上的分離和拾取。
背景技術：
通常，在切割(singulation)過程中，包含有很多半導體晶粒的晶圓被安裝在粘 性膜上，其中，在每個單獨的晶粒附著於粘性膜的同時其被分離。因此，晶粒從粘性膜處的 分離和拾取是包含於用於裝配電子封裝件的晶粒鍵合和倒裝晶片鍵合工序中的普通工序。 高密度電子器件發展的一個趨勢是通過堆積包含於電子封裝件中的晶粒來提高同一個封 裝(footprint)處的電子器件的密度。堆積於封裝件中的各個晶粒的厚度必須被減小以使 得封裝件的最終高度最小。當晶粒的厚度被減小到低於4密耳(mils，大約100微米)時，在不損壞晶粒的情 形下從粘性膜上分離晶粒成為一個具有挑戰性的難題。厚度為3-4密耳(75-100微米)的 晶粒已經用於大規模生產一段時間。厚度為2-3密耳(50-75微米)的晶粒的大規模生產 目前正在準備中。在電子封裝設計中研究和發展的實驗正在進行針對於厚度為0. 8-2密耳 (20-50微米)的晶粒。所以，用於從粘性膜上可靠地分離很薄晶粒的裝置正成為電子裝配 設備領域中的關鍵機器。通常在晶粒鍵合工序中，在晶粒被傳送到諸如晶粒堆積應用中的引線框、印刷線 路板(PWB :printed wiring board)襯底之類的襯底或另一晶粒表面上以前，使用彈出和拾 取工具將晶粒從粘性膜或切割膜處分離和拾取。在晶粒拾取工序中，在切割膜上的指定晶 粒和具有上推銷的彈出工具對齊定位，在切割膜被真空吸力朝下固定的同時，該上推銷從 底部抬起晶粒。然後，當上推銷升起到一個大約的水平面時，在晶粒正從切割膜處提升的同 時，夾體或拾取工具剛好定位在被部分分離的晶粒的頂面上方。在分離工序中，夾體提供了 固定晶粒的真空吸附，並將該分離的晶粒從切割膜處傳送到鍵合襯底。存在幾種不同形式的晶粒分離和拾取工具以便於將晶粒從其所裝配的切割膜 處進行分離。傳統的工具包括一種針型的彈出器銷(頂針，ejector pin)結構，其是 一種用於將細小的晶粒從切割膜上分離的傳統結構。其他形式的分離工具為錐形類型 (pyramidal-type)的分離工具和滑道類型(slide-type)的分離工具。圖1所示為具有針型的彈出器銷102的傳統的晶粒分離和拾取工具100的 示意圖。該工具100的晶粒分離部分具有彈出器，該彈出器包含有彈出器塊(ejector chuck) 104、彈出器銷102和彈出器蓋(ejector cap) 106。該工具100的拾取部分具有安裝 在夾體本體109上和設置在晶粒110上方的夾體108，該晶粒110位於切割膜112上，該切 割膜和彈出器蓋106的上平臺表面107相接觸。彈出器塊104的垂直移動通過馬達機構所 驅動。彈出器銷102設置在彈出器塊104的頂部，並隨著彈出器塊104移動。對於細小尺 寸如2X2mm2的晶粒，在待分離晶粒110中央設置的單個彈出器銷102足以分離晶粒110。 多個彈出器銷102較合適地用於較大的晶粒，彈出器銷102被均勻的分布而在晶粒110上獲得均勻的上推力，以致於減少彈出器銷102所引起的收縮效應(pinching effect)。彈出 器塊104和彈出器銷102被設置在彈出器蓋106內。真空通道114被彈出器蓋106所封閉 以便於提供真空吸附而有助於晶粒110自切割膜112的剝離。當晶粒的厚度降低到小於100微米時，晶粒變得更加缺少硬度。為了分離晶粒，通 過彈出器銷的上推動作和切割膜上的真空吸附，剝離能量被施加於被分離的晶粒上，以便 於克服晶粒和切割膜之間的臨界的界面間的粘著強度。由於彈出器銷所引起的收縮效應和 晶粒的折彎，晶粒形變可能發生。當所施加的剝離能量達到臨界的界面間的粘著強度時，晶 粒可能從切割膜處被分離。但是，當晶粒形變的處理同樣也達到晶粒的臨界強度時，晶粒將 會損壞或碎裂。晶粒的臨界強度依賴於晶粒的不同特性，如晶粒的材質、晶圓細化(wafer thinning)、晶粒表面的圖案和晶粒的切割。對於使用彈出器銷的傳統的晶粒拾取而言，收 縮效應和折彎形變受到彈出器銷的數量、布置和幾何結構的影響。而且，對於大晶粒而言， 設置在晶粒外緣的彈出器銷阻止了分離到晶粒中心的擴散。因此，使用彈出器銷的傳統的 拾取工具可能不適合於薄晶粒自切割膜處的分離。錐形類型的分離工具包括大量的環形連接單元，以使用臺體將半導體晶片自切割 膜分離，從半導體晶片的外圓周部分朝向半導體晶片的中部。從外部的連接單元開始到中 央的連接單元，環形連接單元被連續地抬高，以形成錐形形狀。類似傳統的針型分離工具， 錐形形狀的抬高了的環形連接單元施加壓力到半導體晶片，由於該壓力將導致半導體晶片 可能碎裂或損壞。基於這個理由，對於將薄半導體晶片從切割膜分離而言，應用錐形類型的 拾取裝置同樣也可能是不令人期望的。滑道類型的分離工具包含有從一端到另一端移動並使用真空吸力吸附半導體芯 片的滑道，以便於半導體晶片從切割膜處分離。由於在滑道從一端移動到另一端的同時滑 道形成了真空，所以當半導體晶片的尺寸增加時，滑道被設置來移動所通過的距離增加。同 樣，由於滑道移動速度低，所以當使用滑道類型的拾取分離工具時生產率也低。用於薄晶粒分離應用的現有技術的實例強調如下。出版號為2007/0228539A1、發 明名稱為「用於從金屬薄片(foil)分離半導體晶片的方法和用於裝配半導體晶片的設備」 的美國專利公開了一種使用帶有剝離端緣(stripping edge)的傾斜表面和彈出器銷從切 割膜如金屬薄片處分離晶片的方法。剝離端緣相鄰於具有彈出器銷的凹槽區域。當分離晶 粒時，在真空吸力施加於彈出器蓋的同時，剝離端緣向上提升該彈出器蓋的表面。當分離 後的半導體通過晶圓平臺的移動被傳送到剝離端緣時，該分離後的半導體被彎曲以形成拱 形。分離後的晶片被推至該凹槽並被彈出器銷所拾取。這種分離工具的缺點是必須移動晶 圓平臺至剝離端緣處。為了移動晶圓平臺，施加在切割膜和彈出器蓋的表面之間的真空吸 力必須很低，因為該真空吸力可能會硬拽晶圓和使得晶圓變形。無論如何，較低的真空吸附 會減小所施加的剝離能量。而且，當晶粒的分離處於不可控的階段時，該晶粒可能會失控。 同時，在最後的拾取階段，如上所討論的彈出器銷的使用不適合於拾取薄晶粒。出版號為2002/0129899A1、發明名稱為「晶粒拾取方法和晶粒拾取裝置」的美國專 利公開了一種可在水平方向上或者既在水平平面又在垂直方向上移動的活動板體，以從切 割膜上分離晶粒。這種方法的缺點是當活動板體被移動來分離晶粒時，被拾取的晶粒的下 方沒有支撐結構。在晶粒不被分離的位置，這可能引起晶粒碎裂。另外，圍繞該被拾取晶粒 的相鄰晶粒被該活動板體所影響。
出版號為2008/0092360A1、發明名稱為「薄半導體晶片拾取的裝置和方法」的美國 專利公開了一種晶粒分離裝置，其具有臺階以支撐切割膜。相對於以上所討論的活動板體， 其優點是其晶粒分離處理比較快速，相鄰晶粒也不受該分離處理所影響。但是，這個裝置 包含有吸附單元沿著垂直軸線在低於彈出器蓋表面的水平面上移動，這意味著晶粒不會被 上推遠離彈出器蓋很多。而且，由於施加吸附真空，初始的分離要求切割膜順應吸附單元的 初始降低。這大大限制了在被分離晶粒上的所施加的剝離能量。因此，獲得一種分離薄芯 片的高效方法，其在避免上述現有技術的不足的同時，為該晶片提供支撐，並減小晶片上的 收縮效應，這是令人期望的。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種用於從切割膜上分離薄半導體晶片的改良的裝 置和方法，其在分離該薄半導體晶片之時減小了對薄半導體晶片的應力。於是，本發明提供一種用於剝離晶粒的晶粒分離設備，該晶粒裝配在粘性膜上的 一位置處，該晶粒分離設備包含有多個活動板，其具有四邊形的接觸表面，該活動板相互 相鄰設置，該活動板還包含有中間活動板和外部活動板，該外部活動板位於該中間活動板 的兩側；其中，該活動板的接觸表面一起形成有聯合接觸表面，以在晶粒所在的該位置處支 撐該粘性膜，每個活動板可相對於另一個活動板朝向和背離該晶粒移動。參閱後附的描述本發明實施例的附圖，隨後來詳細描述本發明是很方便的。附圖 和相關的描述不能理解成是對本發明的限制，本發明的特點限定在權利要求書中。


根據本發明較佳實施例所述的具體實施方式
，結合附圖很容易理解本發明，其 中圖1所示為具有針型的彈出器銷的傳統的晶粒分離和拾取工具的示意圖。圖2所示為根據本發明第一較佳實施例所述的晶粒分離和拾取工具的示意圖。圖3所示為圖2中晶粒分離和拾取工具的活動支撐板體單元的立體示意圖。圖4所示為圖2中的活動支撐板體單元的平面示意圖。圖5所示為根據本發明第二較佳實施例所述的晶粒分離和拾取工具的活動支撐 板體單元的立體示意圖。圖6A-圖6H所示為利用本發明第一較佳實施例所述的晶粒分離和拾取工具，使用 剝離晶粒的第一方法從粘性切割膜上用於晶粒的拾取流程示意圖。圖7A-圖7F所示為利用晶粒分離和拾取工具而剝離晶粒的第二方法。
具體實施例方式在此本發明較佳實施例將結合附圖進行描述。圖2所示為根據本發明較佳實施例所述的晶粒分離和拾取工具10的示意圖。用 於剝離相對薄的晶粒14的活動支撐板體單元12居中設置在彈出器蓋16內。該活動支撐 板體單元12包含有中間活動支撐板13和多個位於該中間活動支撐板13兩側的外部活動 支撐板11。各個活動支撐板11、13的尺寸可以是和其他的活動支撐板的尺寸大體相同。這些支撐板中的每個均具有四邊形的上接觸面，其可以是矩形或者正方形的形狀。活動支撐板體單元12的活動支撐板相互相鄰設置，以便於活動支撐板的上表面 形成聯合接觸表面26，其是連續且平整的(參見圖3)。在晶粒14的初始分離過程中，這個 聯合接觸表面26在晶粒14所在的位置和粘性切割膜18接觸，其為晶粒14提供了最大的支 撐，以致於晶粒14在從切割膜18處分離的同時，可以避免實質性的形變。和鍵合頭22相 連的夾體20設置在正被分離的晶粒14的上方。在將分離後的晶粒14拾取和傳送離開切 割膜18以前，通過設置在夾體20中的真空孔洞24，夾體20提供了真空吸附，並在晶粒14 正被分離的同時而將其固定定位。圖3所示為圖2中晶粒分離和拾取工具10的活動支撐板體單元12的立體示意圖。 較合適地設置有奇數個活動支撐板11、13，在中間活動支撐板13的相對兩側設有相同數量 的外部活動支撐板11。在所描述的布置中，出現了兩對外部活動支撐板11。每個活動支撐 板11、13具有的尺寸寬度X，長度y，其中χ在從0. 8mm到1.2mm的範圍內，y是小於晶粒 的長度0. 6mm到1. 6mm之間。馬達驅動活動支撐板11、13沿著朝向和背離晶粒14的向上 或者向下的方向相互獨立移動。相鄰的活動支撐板11、13彼此近距離設置，以在界面28處 會合，以便於在活動支撐板之間(之內)基本上不存在間隙，而形成連續且平整的聯合接觸 表面26，該聯合接觸表面26沒有任何間隙，用於支撐切割膜18。圖4所示為圖2中的活動支撐板體單元12的平面示意圖。活動支撐板11、13設 置在晶粒分離和拾取工具10的彈出器蓋16內，並位於彈出器蓋16的中心，以便於活動支 撐板11、13的上表面和彈出器蓋16的上表面大體位於同一個平面上。位於彈出器蓋16的 上表面或上平臺17的真空孔洞30提供有真空吸附，以在晶粒分離期間靠著上平臺17固定 切割膜18。活動支撐板11、13相對於上平臺17凸伸超越上平臺17的表面。相鄰的四邊形的活動支撐板11、13被設置在一起，以形成矩形或正方形的聯合接 觸表面26，該聯合接觸表面26稍微小於被分離晶粒的平整表面。聯合接觸表面26具有四 個端緣，每個端緣和晶粒14的端緣對應定位。也就是說，假定X、Y相當於晶粒14表面的寬 度和長度，X和Y大於聯合接觸表面26的尺寸，以便於在晶粒14的端緣和活動支撐板體單 元12相對應的端緣之間存在Δ a的間隙距離，該距離Δ a是在0. 3mm到0. 8mm範圍之內。 較合適地，從聯合接觸表面26的每側到晶粒14相對應的每側的距離大體是相同的。對於 給定4X4mm2的晶粒，所需的活動支撐板11、13的數量可以如下獲得假定Δ a = 0. 5mm，χ =lmm, y = 3mm，那麼需要三個活動支撐板，包括兩個外部活動支撐板11和一個中間活動 支撐板13。圖5所示為根據本發明第二較佳實施例所述的晶粒分離和拾取工具10的活動支 撐板體單元12』的立體示意圖。外部活動支撐板11』和中間活動支撐板13』以相互接觸的 方式布置，如同圖4所描述的活動支撐板體單元12的第一較佳實施例。在該布置中，同時也 存在奇數數量的活動支撐板11』、13』結合在一起。但是，中間活動支撐板13』具有彎曲的頂 部支撐表面或接觸表面，同時外部活動支撐板11』具有平整的、彼此同高度的頂面。從而， 由於相鄰的活動支撐板11』之間不存在間隙，所以，包括中間活動支撐板13』所設置的位置 在內，外部活動支撐板11』的平整幾何頂面形成了一個位於中間活動支撐板13』每側的連 續的聯合接觸表面26。每個活動支撐板11』和中間活動支撐板13』具有和第一較佳實施 例中的活動支撐板11、13相同的x、y尺寸，具有寬度χ和長度y，其中，χ在0. 8mm到1. 2mm
6範圍內，y是比晶粒14的長度小0. 6mm到1. 6mm範圍之間。活動支撐板11、13的長度y是 比晶粒14的長度Y小0. 6mm到1. 6mm之間，以致於距離Δ a相應地在0. 3mm到0. 8mm範圍 內。當切割膜18是非紫外線類型(「non-UV^non-ultraviolet)時，活動支撐板11』、 13』的第二較佳實施例是可用的。在晶粒分離期間，即使當晶粒的大部分已經從切割膜18 的表面分離時，non-UV切割膜18是黏著的。因此，將中間活動支撐板13』設計成具有半徑 或者曲度是有用的，以便於減小切割膜18和中間活動支撐板13』之間的接觸區域，而易於 移除晶粒14。圖6A-圖6H所示為利用本發明第一較佳實施例所述的晶粒分離和拾取工具10， 使用分離晶粒14的第一方法從粘性切割膜18上用於晶粒14的拾取流程示意圖。使用這 個第一方法，在中間活動支撐板13移動離開晶粒14以前，通過移動外部活動支撐板11遠 離晶粒14，支撐固定有晶粒14的切割膜18的聯合接觸表面26將會有效地剝離晶粒。在 圖6A中，使用了 5個活動支撐板L1、L2、C、R1、R2。5個活動支撐板的頂面初始時是和彈出 器蓋16的上平臺17在同一個平面上。待分離的晶圓中的晶粒14被對齊定位，並移動到彈 出器蓋16的中央。圖6B所示為夾體20被定位在晶粒14的上表面的上方。在晶粒14的 分離期間，通過夾體20將真空吸附施加在晶粒14上，以便於固定定位晶粒14。同時，真空 吸附被施加在彈出器蓋16上，以便於靠著彈出器蓋16的上平臺17固定切割膜18，如圖6C 所示。在圖6D中，在彈出器蓋16的上平臺17的上方，活動支撐板L1、L2、C、R1、R2上移 一段距離H。首先，剝離能量被施加到晶粒14的邊緣和角落。剝離能量的大小取決於真空 吸附的強度和該5個活動支撐板的凸伸距離H。由於在貫穿分離處理過程中真空吸附通常 保持常數，所以剝離能量的大小取決於該5個活動支撐板所移動的凸伸距離H。由於活動支 撐板體12的上表面小於晶粒14的表面，所以晶粒14的邊緣和角落區域將會在分離處理過 程中首先分離。切割膜18自晶粒14的邊緣和角落處剝離之後，設置在活動支撐板體單元12相對 兩端的活動支撐板L1、R1向下移動一段距離L到彈出器蓋16的上平臺17下方的同一個規 定水平面上，以便於切割膜18會從晶粒14的兩端進一步分離一段距離，該距離和由活動支 撐板Li、Rl向下移動的距離L相對應，如圖6E所示。接下來，依次是另一組兩個活動支撐 板L2、R2向下移動一段距離L，其後中間活動支撐板C向下移動一段相同的距離，如圖6F、 6G所示。最後，在晶粒14被夾體20提升並傳輸到鍵合位置以前，切割膜18將會完全從晶 粒14處分離，如圖6G所示。在圖6H中，在開始分離下一個晶粒以前，活動支撐板Li、L2、 C、R2、R1回復到其初始水平面上。現在，所有的活動支撐板是統一的高度，形成了和切割膜 18接觸的連續的聯合接觸表面26。圖7A-圖7F所示為利用晶粒分離和拾取工具10而分離晶粒14的第二方法。使 用這個第二方法，從聯合接觸表面26的一側到聯合接觸表面26相對的另一側通過連續地 移動相鄰的活動支撐板11、13遠離晶粒14，支撐有晶粒14的聯合接觸表面26可有效地分 離晶粒14。在彈出器蓋16的上平臺17的上方，活動支撐板L1、L2、C、R1、R2向上移動一段 距離H，以便於剝離能量首先被施加到晶粒14的邊緣和角落。切割膜18自晶粒14的邊緣 和角落處剝離之後，設置在活動支撐板體單元12 —端的外部活動支撐板Ll向下移動一段距離L到彈出器蓋16的上平臺17下方的一個規定水平面上，如圖7A所示。所以，外部活 動支撐板Ll上方的切割膜18會自晶粒14相對應的邊緣進一步分離，並向下拉扯一段和外 部活動支撐板Ll下移距離L相對應的距離。接下來，Ll內側相鄰的外部活動支撐板L2向下移動一段距離L，其後中間活動支 撐板C向下移動一段相同的距離，如圖7B、7C所示。當外部活動支撐板R2向下移動一段距 離L時，切割膜18被進一步分離，如圖7D所示。最後，活動支撐板Rl向下移動一段距離L， 如圖7E所示，以便於在晶粒14被夾體20提升並傳輸到鍵合位置以前，切割膜18將會從晶 粒14處完全分離。在圖7F中，在開始分離下一個晶粒以前，活動支撐板Li、L2、C、R2、Rl 回復到其初始水平面上。現在，所有的活動支撐板是統一的高度，形成了和切割膜18接觸 的連續的聯合接觸表面26。值得欣賞的是，使用根據本發明較佳實施例所述的活動支撐板體單元12、12』的晶 粒分離和拾取工具10從粘性切割膜18分離晶粒14，和使用彈出器銷相比，減小了晶粒14 的形變，因為晶粒14上收縮效應所導致的局部應力得以最小。而由於活動支撐板11、13存 在和晶粒14所安裝的切割膜18最大的接觸，所以剝離能量同樣也得以增加。而且，在外部 活動支撐板為平整的同時，具有根據本發明第二較佳實施例所述的帶有彎曲頂面的中間活 動支撐板，這實現了基本分離的晶粒和粘性切割膜最小的接觸。此處描述的本發明在所具體描述的內容基礎上很容易產生變化、修正和/或補 充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補充都包括在本發明的上述描述的精神和範 圍內。
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權利要求
一種用於剝離晶粒的晶粒分離設備，該晶粒裝配在粘性膜上的一位置處，該晶粒分離設備包含有多個活動板，其具有四邊形的接觸表面，該活動板相互相鄰設置，該活動板還包含有中間活動板和外部活動板，該外部活動板位於該中間活動板的兩側；其中，該活動板的接觸表面一起形成有聯合接觸表面，以在晶粒所在的該位置處支撐該粘性膜，每個活動板可相對於另一個活動板朝向和背離該晶粒移動。
2.如權利要求1所述的晶粒分離設備，其中，該聯合接觸表面包含有連續的平整表面， 以在晶粒所在的該位置處支撐該粘性膜。
3.如權利要求1所述的晶粒分離設備，其中，每個活動板具有和其他活動板大體相同 的尺寸。
4.如權利要求1所述的晶粒分離設備，其中，該中間活動板的兩側具有相等數量的外 部活動板。
5.如權利要求1所述的晶粒分離設備，其中，該中間活動板包含有彎曲接觸表面，以支 撐粘性膜。
6.如權利要求1所述的晶粒分離設備，其中，該聯合接觸表面的表面區域產生稍微小 於晶粒平整表面區域的接觸表面區域。
7.如權利要求6所述的晶粒分離設備，其中，該聯合接觸表面的每邊和相對應的晶粒 的每邊之間的距離大體相等。
8.如權利要求6所述的晶粒分離設備，其中，每個活動板的長度比晶粒的長度小0.6mm 到1. 6mm之間。
9.如權利要求8所述的晶粒分離設備，其中，該聯合接觸表面的每邊和相對應的晶粒 的每邊之間的距離是在0. 3mm到0. 8mm之間的範圍內。
10.如權利要求1所述的晶粒分離設備，其中，該晶粒分離設備包含有奇數數量的活動板。
11.如權利要求10所述的晶粒分離設備，其中，該外部活動板包含有兩組活動板。
12.如權利要求1所述的晶粒分離設備，其中，每個活動板獨立於其他活動板移動。
13.如權利要求12所述的晶粒分離設備，其中，當聯合接觸表面支撐粘性膜時，在中間 活動支撐板移離晶粒以前，外部活動板有效地移離晶粒，以剝離晶粒。
14.如權利要求12所述的晶粒分離設備，其中，當聯合接觸表面支撐粘性膜時，從該聯 合接觸表面的一側到聯合接觸表面的另一側，相鄰的活動板有效地依次移離晶粒。
15.如權利要求1所述的晶粒分離設備，其中，該活動板被緊密設置在一起以便於在相 鄰的活動板之間基本上不存在間隙。
16.如權利要求1所述的晶粒分離設備，該晶粒分離設備還包含有彈出器蓋，其中活動板居中設置在該彈出器蓋中，並相對於該彈出器蓋的平臺凸伸，該 平臺還包含有位於其表面上的真空孔洞，以提供真空吸附而在晶粒分離期間抵靠於該平臺 固定該粘性膜。
全文摘要
一種用於薄晶粒分離和拾取的設備。本發明公開了一種用於剝離晶粒的晶粒分離設備，該晶粒裝配在粘性膜上的一位置處，該晶粒分離設備包含有多個活動板，其具有四邊形的接觸表面，該活動板相互相鄰設置，該活動板還包含有中間活動板和外部活動板，該外部活動板位於該中間活動板的兩側；其中，該活動板的接觸表面一起形成有聯合接觸表面，以在晶粒所在的該位置處支撐該粘性膜，每個活動板可相對於另一個活動板朝向和背離該晶粒移動。
文檔編號H01L21/68GK101901742SQ201010137588
公開日2010年12月1日 申請日期2010年4月1日 優先權日2009年4月2日
發明者莊智明, 歐玉璋, 陳文煒, 黃國威 申請人:先進自動器材有限公司