半导体芯片的裂片装置及其方法与流程

本发明涉及一种半导体芯片的裂片装置及其方法。

背景技术：

目前，无论是从科技还是经济的角度看，半导体的重要性都是非常巨大且难以替代的，政府对产业的扶持态度也十分坚定。2018年中国集成电路产业销售额6532亿元，同比增长20.7％，我国半导体产业持续走高，迎来新一轮发展机遇。

随着我国经济发展方式的转变、产业结构的加快调整，工业化和信息化的深度融合，加上政府大力推进本地的信息消费，预估到2025年，中国半导体未来的市场需求将持续以每年6％的复合成长率增长，中国半导体市场占全球的份额将从2018年的50％增加到2025年的56％。

激光划片技术在砷化镓和碳化硅等半导体材料中的运用越来越成熟，激光划片后道工艺裂片技术也至关重要，对应表面存在桥结构和电路凸起的芯片，单一的裂片方式已无法满足要求。

传统的裂片原理是采用下双侧承台，上劈刀的方式。此种方式为提升崩边良率一般会将芯片面朝承台放置，为防止芯片污染，会在表面覆盖一层麦拉膜进行保护，以承台面进行支撑，劈刀从背面进行劈裂，从而达到芯片分离的效果；对于有桥结构、电路凸起或表面洁净度要求比较高的芯片就没用办法使用此种结构。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种半导体芯片的裂片装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

半导体芯片的裂片装置，特点是：包含：

一下劈刀，用于支撑芯片底部；

一真空吸附载台，其上安装真空环，用于拉紧、固定及调整芯片；

一上劈刀组，有上劈左刀和上劈右刀，用于裂片；

一影像系统，用于作为基准面调整上下劈刀垂直方向平行度以及观测芯片；

一x轴向直线平移装置，用于驱动影像系统沿x轴向左右移动；

一y-θ轴运动装置，载台安装于其上，可驱动载台及其上的真空环沿y轴向前后移动和θ轴旋转运动，用于芯片移动裂片；

一短行程平移装置，上劈左刀和上劈右刀安装于其上，调整上劈左刀与上劈右刀之间的张开间距；

一z轴向运动装置，短行程平移装置安装于其上，调整上劈左刀和上劈右刀的上下劈裂位置；

所述下劈刀位于真空吸附载台行程中间位置的下方，上劈左刀和上劈右刀位于真空吸附载台行程中间位置的正上方，上劈左刀和上劈右刀安装于短行程平移装置上，短行程平移装置安装于z轴向运动装置上，影像系统位于真空吸附载台行程中间位置正上方并高于上劈左刀和上劈右刀。

进一步地，上述的半导体芯片的裂片装置，其中，影像系统与下劈刀处于同一直线上。

进一步地，上述的半导体芯片的裂片装置，其中，下劈刀的刀尖比真空环高0.5mm～1mm。

进一步地，上述的半导体芯片的裂片装置，其中，下劈刀为70度v形刀，材质是钨钢或白钢；或者为50度半面劈刀。

进一步地，上述的半导体芯片的裂片装置，其中，上劈左刀和上劈右刀为45度半面劈刀，刀口材质是为超细钨钢。

进一步地，上述的半导体芯片的裂片装置，其中，短行程平移装置包含安装座，安装座的底面通过第一x轴直线运动单元连接上劈刀头移动板，可驱动上劈刀头移动板沿x轴向左右移动，上劈刀头移动板的底面通过第二x轴直线运动单元连接上劈右刀头安装板，上劈右刀头安装板的底面安装上劈右刀，可驱动上劈右刀沿x轴向左右移动，上劈刀头移动板的底面左端部向下凸设一凸台，凸台上安装上劈左刀，上劈左刀与上劈右刀处于同一水平高度并相对，用于装载待裂产品的钢环位于下部刀头与上劈左刀和上劈右刀之间。

进一步地，上述的半导体芯片的裂片装置，其中，所述y-θ轴运动装置包含y轴运动单元和θ轴运动单元，所述y轴运动单元包含y轴底架、y轴直线导轨、y轴连接板和控制x轴连接板运动的y轴运动机构，y轴直线导轨和y轴运动机构安装于y轴底架上，y轴连接板置于y轴直线导轨上，y轴运动机构与y轴连接板驱动连接，从而控制y轴连接板沿y轴方向运动；所述θ轴运动单元包含旋转机构和载物架，载物架安装于旋转机构上，旋转机构安装于y轴连接板上。

本发明半导体芯片的裂片方法，包括以下步骤：

1)在钢环上贴上蓝膜，将芯片背面贴至蓝膜上；

2)将蓝膜放置真空环上，开启真空，吸附蓝膜，将蓝膜吸平及固定；

3)通过影像系统将芯片调整至水平，将影像的中心对向晶圆切割道中心，下劈刀与切割道中心对齐；

4)通过短行程平移装置，将上劈左刀和上劈右刀分别对齐影像中心相邻的两切割道中心位置；

5)调整z轴向运动装置下压，上劈左刀和上劈右刀下行将芯片裂开，记录z轴坐标作为芯片劈裂点；

6)按步骤5)的劈裂点坐标，对单面进行裂片；

7)通过y-θ轴运动装置将芯片旋转90度，重复上述步骤3)～步骤6)，对芯片另一面进行裂片。

进一步地，上述的半导体芯片的裂片方法，步骤3)，先校正确认上下劈刀平面方向及垂直方向的平行度，上劈左刀、上劈右刀和下劈刀在水平和垂直方向上的平行度，影像系统与下劈刀调整至一直线，下劈刀的刀尖比真空环高0.5mm～1mm。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

本发明利用下劈刀支撑芯片底部，上劈左刀和上劈右刀下压，影像系统作为基准面调整上下劈刀垂直方向平行度以及观测芯片；使半导体芯片裂开，芯片表面不需要进行覆膜保护，且裂片过程中无面接触，避免桥塌陷、凸点磨损和芯片洁净度等问题，满足表面有桥结构、电路凸起和表面洁净度要求比较高的半导体芯片裂片需求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1：本发明裂片装置的结构示意图；

图2：裂片示意图；

图3：短行程平移装置的结构示意图；

图4：短行程平移装置的安装座的前轴测示意图；

图5：图4的主视示意图；

图6：图4的侧视示意图；

图7：短行程平移装置的安装座的底部轴测示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，半导体芯片的裂片装置，包含：

一下劈刀8，用于支撑芯片底部；

一真空吸附载台7，其上安装真空环3，用于拉紧、固定及调整芯片；

一上劈刀组，有上劈左刀2和上劈右刀11，用于裂片；

一影像系统1，用于作为基准面调整上下劈刀垂直方向平行度以及观测芯片；

一x轴向直线平移装置，与影像系统驱动连接，可驱动影像系统沿x轴向左右移动，调整芯片水平；

一y-θ轴运动装置，载台安装于其上，可驱动载台及其上的真空环沿y轴向前后移动和θ轴旋转运动，用于芯片移动裂片；

一短行程平移装置，上劈左刀和上劈右刀安装于其上，调整上劈左刀与上劈右刀之间的张开间距；

一z轴向运动装置，短行程平移装置安装于其上，调整上劈左刀和上劈右刀的上下劈裂位置；

一平行板，用于校正上下劈刀的平面方向平行度；

下劈刀8位于真空吸附载台行程中间位置的下方，上劈左刀2和上劈右刀11位于真空吸附载台行程中间位置的正上方，上劈左刀2和上劈右刀11安装于短行程平移装置上，短行程平移装置安装于z轴向运动装置上，影像系统1位于真空吸附载台行程中间位置正上方并高于上劈左刀2和上劈右刀11。

其中，影像系统1与下劈刀8处于同一直线上。下劈刀8的刀尖比真空环3高0.5mm～1mm。下劈刀8为70度v形刀，材质是钨钢或白钢；或者为50度半面劈刀。上劈左刀2和上劈右刀11为45度半面劈刀，刀口材质是为超细钨钢。

y-θ轴运动装置包含y轴运动单元和θ轴运动单元，所述y轴运动单元包含y轴底架、y轴直线导轨、y轴连接板和控制x轴连接板运动的y轴运动机构，y轴直线导轨和y轴运动机构安装于y轴底架上，y轴连接板置于y轴直线导轨上，y轴运动机构与y轴连接板驱动连接，从而控制y轴连接板沿y轴方向运动；θ轴运动单元包含旋转机构和载物架，载物架安装于旋转机构上，旋转机构安装于y轴连接板上。

如图4～7所示，短行程平移装置包含安装座4，安装座4的底面通过第一x轴直线运动单元10连接上劈刀头移动板5，可驱动上劈刀头移动板5沿x轴向左右移动，上劈刀头移动板5的底面通过第二x轴直线运动单元12连接上劈右刀头安装板6，上劈右刀头安装板6的底面安装上劈右刀11，可驱动上劈右刀11沿x轴向左右移动，上劈刀头移动板5的底面左端部向下凸设一凸台，凸台上安装上劈左刀2，上劈左刀2与上劈右刀11处于同一水平高度并相对，用于装载待裂产品的钢环3位于下部刀头与上劈左刀2和上劈右刀11之间。

安装座4安装于z轴向运动装置上，可驱动安装座4沿z轴向上下运动。

z轴向运动装置为丝杆驱动直线运动单元或齿轮齿条驱动直线运动单元。

第一x轴直线运动单元10为可直线运动的压电陶瓷驱动器、丝杆驱动直线运动单元、齿轮齿条驱动直线运动单元或无杆气缸驱动直线运动单元。

第二x轴直线运动单元12为可直线运动的压电陶瓷驱动器、丝杆驱动直线运动单元、齿轮齿条驱动直线运动单元或无杆气缸驱动直线运动单元。

第二x轴直线运动单元12驱动上劈右刀头安装板6及位于其上的上劈右刀11沿x轴向左右移动，使上劈右刀11与上劈左刀2相分开，上劈右刀11与上劈左刀2之间的分开间距可调。第一x轴直线运动单元10驱动上劈刀头移动板5沿x轴向左右移动，带动位于其上的上劈右刀11和上劈左刀2整体沿x轴向左右移动，使分开后的上劈右刀11与上劈左刀2之间的中心线与下劈刀8的刀刃平行正对。

半导体芯片的裂片方法，如图1、图2，先校正确认上下劈刀平面方向及垂直方向的平行度，上劈左刀2、上劈右刀11和下劈刀8在水平和垂直方向上的平行度，影像系统1与下劈刀8调整至一直线，下劈刀8的刀尖比真空环3高0.5mm～1mm，具体包括以下步骤：

1)在钢环上贴上蓝膜，将芯片背面贴至蓝膜上；

2)将蓝膜放置真空环3上，开启真空，吸附蓝膜，将蓝膜吸平及固定；

3)通过影像系统1将芯片100调整至水平，将影像的中心300对向晶圆切割道中心，下劈刀8与切割道中心对齐；

4)通过短行程平移装置，将上劈左刀2和上劈右刀11分别对齐影像中心相邻的两切割道中心位置；

5)调整z轴向运动装置下压，上劈左刀2和上劈右刀11下行将芯片裂开，记录z轴坐标作为芯片劈裂点；

6)按步骤5)的劈裂点坐标，对单面进行裂片；

7)通过y-θ轴运动装置将芯片旋转90度，重复上述步骤3)～步骤6)，对芯片另一面进行裂片；完成裂片后取出钢环。

需说明的是，蓝膜可用uv膜替换；便于调整点位精度及自动化作业，影像系统1可采用双镜头。

综上所述，本发明利用下劈刀支撑芯片底部，上劈左刀和上劈右刀下压，影像系统作为基准面调整上下劈刀垂直方向平行度以及观测芯片；使半导体芯片裂开，芯片表面不需要进行覆膜保护，且裂片过程中无面接触，避免桥塌陷、凸点磨损和芯片洁净度等问题，满足表面有桥结构、电路凸起和表面洁净度要求比较高的半导体芯片裂片需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。