激光扫描装置

技术领域

本发明涉及激光晶圆解键合技术领域，特别涉及一种激光扫描装置。

背景技术

随着5G、人工智能、物联网和可穿戴设备的进入爆发期，单纯依靠缩小工艺尺寸来提升芯片功能和性能的方法已经难以适应未来集成电路产业发展的需求。为满足集成电路的多功能化及产品的多元化，通过晶圆级封装技术克服摩尔定律物理扩展的局限性日趋重要。

目前，在晶圆级封装正朝着大尺寸、三维堆叠和轻薄化方向发展的背景下，临时键合与解键合(TBDB)工艺应运而生。针对晶圆级封装领域可商用的TBDB技术，论述了不同TBDB工艺在晶圆级封装领域的研究进展及应用现状，明晰了不同TBDB技术所面临的挑战和机遇，提出了相应的解决方案，并展望了未来的研究方向。

在此背景下，临时键合/解键合(TBDB)技术应运而生，其主要包括机械剥离法、湿化学浸泡法、热滑移法和红外激光解键合法。机械剥离法的优点是在室温下解键合，成本低，缺点是破片率较高，产能低。湿化学浸泡法优点是在室温下解键合，成本低，缺点是产能过低。热滑移法优点是工艺简单，成本低，缺点是产能低，仅适用小尺寸晶圆解键合。红外激光解键合优点是产能高，工艺窗口宽，能够满足大于8英寸的大尺寸晶圆的解键合，缺点是设备成本较高，1064nm红外激光，属于瞬间高温工艺，容易对器件造成损伤。

发明内容

本发明提供一种激光扫描装置，能够通过采用变倍扩束镜使激光形成不同大小的光斑，通过采用整形镜片将高斯分布光斑DOE(DESIGN OF EXPERIMENT试验设计)整形为平顶光斑，通过振镜将聚焦后的平顶光斑扫描晶圆，可以有效提高生产改良率，提高生产效果。

第一方面，本发明提供一种激光扫描装置，所述激光扫描装置包括工作台、激光器、晶圆治具、平面位置调整装置、变倍扩束镜、整形镜片和振镜；所述激光器设置于所述工作台，所述激光器能产生激光；所述晶圆治具位于工作台，所述晶圆治具能够安装晶圆；所述平面位置调整装置设置于所述工作台，所述平面位置调整装置与所述激光器相对设置，所述平面位置调整装置用于带动所述晶圆治具在预设平面内移动；所述变倍扩束镜设置于所述工作台，所述变倍扩束镜具有输入端和输出端，所述输入端与所述激光器的位置相对；所述整形镜片设置于所述工作台，所述整形镜片与所述输出端连通，所述激光器产生的激光经过所述整形镜片被整形为平顶光斑；所述振镜设置于所述工作台，所述振镜位于所述晶圆治具的上方，所述激光器产生的激光经过所述变倍扩束镜以及所述整形镜片后进入所述振镜，所述振镜控制所述激光扫描晶圆治具上的晶圆，使得所述晶圆解键合。

可选地，所述激光器产生的激光波长为200nm-400nm。

可选地，所述工作台上设有安装架，所述振镜通过升降机构安装于所述安装架，所述升降机构能够带动所述振镜升降。

可选地，所述激光扫描装置还包括至少一个反射镜架，所述反射镜架与所述工作台连接，所述反射镜架用于改变所述激光的发射方向。

可选地，所述反射镜架包括反射镜座、镜片和镜片固定块；所述反射镜座具有接收光路和射出光路；所述镜片设置于所述反射镜座，所述镜片用于改变所述激光的发射方向；所述镜片固定块与所述反射镜座连接，所述镜片通过所述镜片固定块设置于所述反射镜座；其中，所述激光器射出的光通过所述接收光路进入所述反射镜座，进入所述反射镜座的所述激光通过所述镜片反射至所述射出光路，所述激光器射出的光通过所述射出光路输出。

可选地，所述反射镜架上设置有调节螺钉，所述调节螺钉用于调节所述镜片固定块的位置。

可选地，所述反射镜架为度反射镜架。

可选地，所述激光扫描装置还包括四维调整架，所述四维调整架设置于所述工作台，所述四维调整架、所述变倍扩束镜和所述整形镜片位于所述激光器和所述反射镜架之间，所述激光穿过所述四维调整架、所述变倍扩束镜和所述整形镜片。

可选地，所述变倍扩束镜的所述输入端和所述输出端均连接有所述四维调整架，所述输出端的所述四维调整架连接有所述整形镜片，所述变倍扩束镜与所述整形镜片相对设置，所述变倍扩束镜与所述整形镜片连通。

可选地，所述平面位置调整装置包括X轴模组和Y轴模组，所述X轴模组设置于所述工作台，所述X轴模组与所述激光器相对设置，所述Y轴模组设置于所述X轴模组，所述Y轴模组能沿所述X轴模组的延伸方向移动，所述晶圆治具设置于所述Y轴模组，所述Y轴模组能够带动所述晶圆治具在所述预设平面内移动。

本发明技术方案通过采用平面位置调整机构带动晶圆治具上的晶圆在预设平面内移动，以使晶圆对准振镜，通过采用变倍扩束镜使激光形成不同大小的光斑，通过采用整形镜片将高斯分布光斑DOE整形为平顶光斑，通过振镜将聚焦后的平顶光斑扫描晶圆，可以有效提高生产改良率，提高生产效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明激光扫描装置一种实施例的结构示意图；

图2为本发明平面位置调整装置和振镜一种实施例的结构图；

图3为本发明反射镜架一种实施例的结构示意图；

图4为本发明四维调整架和整形镜片一种实施例的结构示意图；

图5为本发明四维调整架一种实施例的另一角度的结构示意图；

图6为本发明振镜一种实施例的结构示意图。

附图标记说明：

100-工作台；110-安装架；

200-激光器；

300-晶圆治具；

400-四维调整架；

500-平面位置调整装置；510-X轴模组；520-Y轴模组；530-升降机构；

600-变倍扩束镜；610-输入端；620-输出端；

700-整形镜片；

800-振镜；

900-反射镜架；910-反射镜座；911-接收光路；912-射出光路；920-镜片；930-镜片固定块；940-调节螺钉。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提供一种激光扫描装置。该激光扫描装置包括工作台100、激光器200、晶圆治具300、平面位置调整装置500、变倍扩束镜600、整形镜片700和振镜800。激光器200设置于工作台100，激光器200能产生激光。晶圆治具300位于工作台100，晶圆治具300能够安装晶圆。平面位置调整装置500设置于工作台100，平面位置调整装置500与激光器200相对设置，平面位置调整装置500用于带动晶圆治具300在预设平面内移动。变倍扩束镜600设置于工作台100，变倍扩束镜600具有输入端610和输出端620，输入端610与激光器200的位置相对。整形镜片700设置于工作台100，整形镜片700与输出端620连通，激光器200产生的激光经过整形镜片700被整形为平顶光斑。振镜800设置于工作台100，振镜800位于晶圆治具300的上方，激光器200产生的激光经过变倍扩束镜600以及整形镜片700后进入振镜800，振镜800控制激光扫描晶圆治具300上的晶圆，使得晶圆解键合。

如图1所示，工作台100包括包括操作台板和支腿。操作台板为正方形板状结构。操作台板的下表面四角处分别连接有支腿。支腿底部设置有调节块。通过调节块可以调节工作台100的平衡，避免地面不平或支腿长度不同导致的工作台100倾斜。

如图1所示，激光器200设置在工作台100上。激光器200可以产生激光。激光与材料的作用主要为光化学反应，属于“冷加工”，能大大减少解键合过程对超薄晶圆圆片和玻璃载片的损伤。

晶圆治具300设置在工作台100上，晶圆治具300为真空吸治具。通过真空吸治具吸附晶圆，以使晶圆安装在晶圆治具300上。

如图1所示，平面位置调整装置500设置在工作台100上。晶圆治具300设置在平面位置调整装置500上。通过平面位置调整装置500调节晶圆治具300在预设平面的位置。

如图1所示，变倍扩束镜600设置在工作台100上。变倍扩束镜600具有输入端610和输出端620，并且输入端610和输出端620相对设置。变倍扩束镜600的输入端610与激光器200相对设置。激光机产生的激光通过输入端610进入变倍扩束镜600内，通过调节变倍扩束镜600的倍数，以输出不同大小的光斑。

如图1所示，整形镜片700设置在工作台100上，并且整形镜片700与变倍扩束镜600的输出端620连通。激光器200产生的激光穿过变倍扩束镜600进入整形镜片700，经过整形镜片700将高斯分布光斑DOE整形为平顶光斑。

如图1所示，振镜800设置在工作台100上。振镜800位于晶圆治具300的上方。激光进入振镜800内，并通过振镜800将激光器200产生的激光扫描于晶圆表面。

激光器200产生的激光经过变倍扩束镜600的倍数调整，将激光调整为不同大小的光斑，不同大小的光斑经过整形镜片700成为平顶光斑。平顶光斑后进入振镜800，振镜800以固定的激光能量直接快速的扫描晶圆治具300上的晶圆，直至激光完全扫描覆盖。晶圆和玻璃载片的中间层的UV胶被完全分解，以基团的小颗粒或者气态脱离，在极小的外力作用下，可以稳定的分离超薄晶圆片和玻璃晶圆载片，从而实现晶圆解键合。

在本发明实施例中，该激光扫描装置通过设置平面位置调整机构带动晶圆治具300上的晶圆在预设平面内移动，通过采用变倍扩束镜600使激光形成不同大小的光斑，通过采用整形镜片700将高斯分布光斑DOE整形为平顶光斑，通过振镜800将聚焦后的平顶光斑扫描晶圆，可以有效提高生产改良率，提高生产效果。

可选地，激光器200产生的激光波长为200nm-400nm。

激光器200产生的激光为紫外激光，激光波长为200nm-400nm。优选的，激光波长为355nm。紫外激光与材料的作用主要为光化学反应，属于“冷加工”，能大大减少解键合过程对超薄晶圆圆片和玻璃载片的损伤。

可选地，工作台100上设有安装架110，振镜800通过升降机构530安装于安装架110，升降机构530能够带动振镜800升降。

如图1所示，安装架110包括安装板和安装柱。安装板为长方形板状结构。安装板底部的四角处分别连接有安装柱。安装柱一端与安装板连接，另一端与操作台板连接。也就是说，安装架110设置在操作台板上。

安装板上开设有光路通道，光路通道位于振镜800的上方。通过光路通道使激光进入振镜800。

升降机构530为Z轴模组。Z轴模组连接于安装板上，并且Z轴模组的一端贯穿安装板。Z轴模组上设置有活动支架，振镜800与活动支架连接。活动支架能沿Z轴模组的延伸方向移动。也就是说振镜800能够沿Z轴模组上下移动。通过移动振镜800上下移动实现聚焦，以使光斑聚焦扫描晶圆表面，使得晶圆解键合。

活动支架上还设置有聚焦镜，聚焦镜位于所述振镜800下方。振镜800通过聚焦镜可以将平顶光斑直接快速的扫面晶圆表面，使得晶圆解键合。

活动支架上还设置有相机、镜头和视觉光源。镜头设置于相机和视觉光源之间。相机位于镜头上方。视觉光源位于镜头下方。通过相机和镜头对晶圆进行图像采集，以观测晶圆解键合的效果。

可选地，该激光扫描装置还包括至少一个反射镜架900，反射镜架900与工作台100连接，反射镜架900用于改变激光的发射方向。

如图1和图3所示，反射镜架900设置在工作台100上，通过反射镜架900改变激光的发射方向，从而使激光进入振镜800内。

反射镜架900可以直接设置于工作台100上，例如通过螺钉将反射镜架900安装在工作台100上。

反射镜架900也可以间接设置于工作台100上，例如将反射镜架900通过连接板安装在工作台100上。

可选地，所述反射镜架900包括反射镜座910、镜片920和镜片固定块930。反射镜座910具有接收光路911和射出光路912。镜片920设置于反射镜座910，镜片920用于改变激光的发射方向。镜片固定块930与反射镜座910连接，镜片920通过镜片固定块930设置于反射镜座910。其中，激光器200射出的光通过接收光路911进入反射镜座910，进入反射镜座910的激光通过镜片920反射至射出光路912，激光器200射出的光通过射出光路912输出。

如图3所示，反射镜座910具有第一表面、第二表面和第三表面。镜片920设置于第一表面。接受光路设置在第二表面，射出光路912设置在第三表面。

镜片固定块930设置在第一表面。镜片920通过镜片固定块930安装在反射镜座910的第一表面。

激光器200产生的激光通过接受光路进入反射镜座910内。反射镜座910内的镜片920将激光反射至射出光路912。反射镜座910内的光通过输出光路射出，从而激光通过反射镜座910改变激光的发射方向。

可选地，反射镜架900上设置有调节螺钉940，调节螺钉940用于调节镜片固定块930的位置。

如图3所示，反射镜架900上设置有调节螺钉940。通过调节螺钉940调节镜片固定块930的位置，以使镜片固定块930与反射镜座910连接，从而将镜片920安装于反射镜座910上。

可选地，反射镜架900为45度反射镜架900。

如图1和图3所示，反射镜架900为45度反射镜架900。

如图1和图3所示，该激光扫描装置中包括第一反射镜架、第二反射镜架、第三反射镜架、第四反射镜架、第五反射镜架和第六反射镜架。其中第一反射镜架设置在工作台100上，第一反射镜架的接收光路911与整形镜片700相对设置。第二反射镜架设置在其中一个安装柱上，第二反射镜架的接收光路911与第一反射镜架的输出光路相对设置。第三反射镜架设置于第二反射镜架所在的安装柱上，并且第三反射镜架的接收光路911与第二反射镜架的输出光路相对设置。第四反射镜架设置于安装板上，第四反射镜架的接收光路911与第三反射镜架的输出光路相对设置。第五反射镜架设置在安装板上，并且第五反射镜架的输出光路与光路通道相对设置。第五反射镜架的接收光路911与第四反射镜架的输出光路相对设置。第六反射镜架设置在活动支架上，并且第六反射镜架的输出光路与与振镜800相对设置。第六反射镜架的接收光路911与第五反射镜架的输出光路相对设置。

也就是说，激光依次穿过变倍扩束镜600、整形镜片700、第一反射镜架、第二反射镜架、第三反射镜架、第四反射镜架、第五反射镜架、第六反射镜架和振镜800扫描晶圆，使晶圆解键合。

通过设置该激光反射路径不仅可以有效减小该激光扫描装置占用的空间，还通过四维调整架400调整变倍扩束镜600的输入端的位置，使变倍扩束镜600的输入端与激光器200射出的激光光束相对应，以使该激光扫描装置能够兼容不同激光器200，提高该激光扫描装置的适配性。

可选地，激光扫描装置还包括四维调整架400，四维调整架400设置于工作台100，四维调整架400、变倍扩束镜600和整形镜片700位于激光器200和反射镜架900之间，激光穿过四维调整架400、变倍扩束镜600和整形镜片700。

如图1、图4和图5所示，工作台100上设置有调整块和底座。四维调整架400设置在底座上。底座通过调整块设置在工作台100上。底座为中部具有凸起的长方形板状结构，底座的相对位置分别设置有安装孔，螺钉通过安装孔将调整块安装在工作台100上。

四维调整架400包括正方形板状结构的调整板和位置调节钮。调整板与变倍扩束镜600螺纹连接。变倍扩束镜600通过四维调整架400设置在工作台100上。调整板上的设置有四个位置调节钮，其中一个位置调节钮位于调节板顶部的边沿处，该位置调节钮用于调节变倍扩束镜600在调整板上的上、下位置，另一个位置调节钮位于调节板的一侧，该位置调节钮用于调节变倍扩束镜600在调整板上的左、右位置。

四维调整架400的与位置旋钮相对设置的一侧设置有整形镜片700。四维调整架400的背离整形镜片700的一侧设置有整形镜片位置旋钮。通过整形镜片位置旋钮可以对整形镜片700在四维调整架400的位置。

可选地，变倍扩束镜600的输入端610和输出端620均连接有四维调整架400，输出端620的四维调整架400连接有整形镜片700，变倍扩束镜600与整形镜片700相对设置，变倍扩束镜600与整形镜片700连通。

如图1所示，变倍扩束镜600的输入端610和输出端620均设置有四维调整架400。变倍扩束镜600的输入端610与四维调整架400连接，可以调节变倍扩束镜600的输入端610所在位置，以使变倍扩束镜600的输入端610与激光器200的发射端相对，从而使激光进入变倍扩束镜600。

变倍扩束镜600的输出端620与四维调整架400连接，输出端620连接的四维调整架400设置有整形镜片700。通过四维调整架400可以调节变倍扩束镜600的输出端620的位置，以使变倍扩束镜600的输出端620与整形镜片700的镜片920相对，从而使激光输出变倍扩束镜600并经过整形镜片700，以将高斯分布光斑DOE整形为平顶光斑。

可选地，平面位置调整装置500包括X轴模组510和Y轴模组520，X轴模组510设置于工作台100，X轴模组510与激光器200相对设置，Y轴模组520设置于X轴模组510，Y轴模组520能沿X轴模组510的延伸方向移动，晶圆治具300设置于Y轴模组520，Y轴模组520能够带动晶圆治具300在预设平面内移动。

如图2所示，X轴模组510的延伸方向为X轴方向，Y轴模组520的延伸方向为Y轴方向，升降机构530为Z轴模组，Z轴模组的延伸方向为Z轴方向。

如图1和图2所示，平面位置调整装置500包括X轴模组510和Y轴模组520。X轴模组510设置在工作台100上，并且X轴模组510位于安装板的下方。Y轴模组520设置在X轴模组510上，并且Y轴模组520能沿X轴模组510的延伸方向移动。Y轴模组520上设置有晶圆治具300。晶圆治具300能沿Y轴模组520的延伸方向移动。晶圆治具300通过在Y轴模组520上移动，可以调节晶圆治具300在Y轴方向的位置，以使晶圆对准振镜800的输出端620在Y轴方向上位置。通过Y轴模组520带动晶圆治具300沿X轴模组510的延伸方向移动，以使晶圆对准振镜800的输出端620在X轴方向上的位置。

通过反射镜架900将激光射至振镜800，通过平面位置调整装置500调节振镜的晶圆治具300和振镜800的相对位置，有效减小激光扫描装置占用的空间，尤其是减小激光扫扫描装置在Z轴方向占用的空间。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。