TW201413834A - 薄層體之接合技術 - Google Patents

Abstract

用以將一薄層體接合於一載體的方法和裝置係被提供。在某些實施例中，該層體之一第一面係可分開地接觸於一支撐板。一第一載體具有一第一面賦具一層黏性材料係接觸於該薄層體的第二面。該層體係固定於該第一載體，其中該固定包含一第一次施加熱和壓力於該層體與第一載體的一部份。該支撐板會被移除，且一第二次施加的熱和壓力會被施加於該層體與第一載體。該第二次施加的熱和壓力會促進該層體與第一載體間之一黏劑接合。該第二次施加壓力包含在一對滾輪之間移動該層體、該第一載體及一蓋片。

Description

薄層體之接合技術 相關申請案

本案要請求2012年8月15日申請，名稱為“薄層體之接合技術”之No.61/683,313美國臨時專利申請案的優先權，其內容併此附送。

本發明係有關於薄層體之接合技術。

發明背景

Sivaram等人的美國專利申請案No.12/026,530“形成一包含一薄層體之光伏電池的方法”申請於2008年2月5日，並受頒為No.8,481,845美國專利，係由本揭露的受讓人所擁有且併此附送，描述一種光伏電池的製造其包含一薄半導體層片係由非沈積的半導體材料形成。使用Sivaram等人及其他人的方法，光伏電池和其它的電子裝置，並非由切片的晶圓形成，而係由薄半導體層片形成，不會因切口損耗或因製造一不必要的厚電池而浪費矽，故會減低成本。同一施體晶圓能被再用來形成多個薄層，更可減少成本。並可在多個薄層剝落之後被再售出以供某些其它用途。用以傳送薄層體俾將它們處理成電子裝置的方法會被需要。

發明概要

用以將一薄層體接合於一載體的方法和裝置係被提供，該等方法可包含提供一薄層體，其中該層體具有一第一面和一第二面，且該層體第一面係可分開地接觸於一支撐板；提供一第一載板具有一第一面和一第二面，且其中該第一面包含一層黏性材料；使該薄層體的第二面接觸於該第一載體的第一面；將該層體固定於該第一載體，其中該固體包含施加一第一次施加的熱及一第一次施加的壓力於該層體和該第一載體的一部份；移除該支撐板；施加一第二次施加的熱及一第二次施加的壓力於該層體和該第一載體，其中該第二次施加的熱和第二次施加的壓力會促進該層體與該第一載體間之一黏劑接合，且其中該第二次壓力的施加包含在一對滾輪之間移動該層體、該第一載體及該蓋片。

110~160‧‧‧各步驟

200‧‧‧裝置

210‧‧‧夾爪

220‧‧‧第一氣缸

230‧‧‧真空卡盤

240‧‧‧第二氣缸

250‧‧‧定位條

260‧‧‧第三氣缸

270‧‧‧輸送帶

310‧‧‧固定部份

315‧‧‧層體

320‧‧‧接合部份

325‧‧‧載體

330‧‧‧定位裝置

345‧‧‧感受器

355‧‧‧蓋片

360‧‧‧疊層

370‧‧‧滾輪

圖1為一舉例的方法之一簡化流程圖。

圖2A和圖2B示出一裝置之一實施例的二視圖。

圖3A至圖3D示出舉例的方法和裝置之一簡化示意圖。

較佳實施例之詳細說明

使用熱和壓力來將一薄層體接合於一載體的方法和裝置係被提供，該壓力係藉至少一對滾輪來施加。該 等方法可以一種方式其會最少化該層體與該載體間的陷留空氣來將該載體接合於一薄層體的任一面。

Sivaram等人的No.8,481,845美國專利和Kell等人的No.8,268,645美國專利，“用以形成一薄層體的方法及裝置”，兩者皆由本揭露的受讓人擁有且併此附送，乃揭述一光伏電池的製造。其包含一薄半導體層片係由非沈積的半導體材料所形成。使用Sivaram等人及其他人的方法，光伏電池和其它的電子裝置，並非被由切片的晶圓形成而係由薄半導體層片形成，不會因切口損耗或因製造一不必要的厚電池而浪費矽，故會減少成本。同一施體晶圓可被再使用來形成多個層片，而更減低成本，並可在多個層片剝落之後被再售出以供某些其它用途。在某些實施例中，由Sivaram等人或Kell等人的方法所獲得之自由站立的半導體層片，可被接合於一載體。而來被安全地傳送並處理成除了光伏裝置以外的許多種裝置，譬如CMOS裝置，用於3D半導體封裝物的基材，LED裝置，高電子遷移率裝置等。在某些實施例中一永久或暫時性載體可在一自由站立的層片由該施體晶圓分開之後被接合於它，如Murali等人的No.8,173,452美國專利中所述，其名稱為“一種在一薄半導體層片上構設一支撐元件來形成一裝置的方法”，係由本揭露的受讓人所擁有，且併此附送。

該方法之一實施例係示於圖1中。在步驟110時一層體會被提供於一非接合的支撐物上。該層體可在2至50μm之間，譬如在5至25μm或10至20μm之間。該層體可由 任何材料組成，譬如單晶矽，鍺，砷化鎵，碳化矽，或其之任何組合。在某些實施例中，該方法可包含提供一層體，其中該層體的第一面可被能分開地接觸於一剛性支撐板(例如多孔的石墨感受器，碳化矽，或塑膠)。該支撐板與該層體之間的接觸可為沒有任何化學或靜電力。在某些實施例中，該支撐板是一多孔的感受器，而該感受器與後層體之間的力為一真空力。在步驟120時該層體的第二面會接觸於一載體。在某些實施例中，該載體可包含一層黏性材料在一第一面上，其係熱活化的及/或可熱分解的；例如，Brainard等人的No.13/456,134美國專利申請案“一種形成一永久被支撐的層體之方法”，申請於2012年3月25日，由本揭露的受讓人所擁有，亦併此附送。該載體可為一暫時或永久性載體。在某些實施例中，該載體可包含碳化矽、玻璃、矽、塑膠、氟聚合物、金屬或其之任何組合。該方法可包含將該層體固定於該第一載體的第一面，其中該固定包含施加一第一次施加的熱及一第一次施加的壓力於該層體和該第一載體的一部份(步驟130)。該第一次施加的熱可在例如100~150℃之間，且該第一次施加的壓力可在例如5~150PSI之間。在某些實施例中，於該固定步驟時，該層體固定於該載體的部份可為該層體的面積之1至6%之間，此一帶狀區域有1至15mm寬(例如3至10mm寬)會沿著該層體的一面上之一邊緣(例如斜切或筆直邊緣)。此可有利地以一對準排列的定向將該層體固定於該載體。一旦該層體在一點或一區域被固定於該載體之後，該支撐板可在步驟 140時被由該層體移除。一可撓的接觸片或蓋片可被選擇地連接於該層體的第二面，來有利地保護該層體，而造成一包含該載體、層體及蓋片的疊層(步驟150)。該疊層可為500至1500μm厚之間，譬如600至1000μm厚之間。在步驟160時該層體可被藉施加熱和壓力接合於該載體。該熱和壓力可被調整，俾能最少化該層體與該載體間之氣泡的形成。

在某些實施例中，該方法可包含將該層體固定於該載體；移除該支撐板；施加一蓋片於該層體的第一面；施加一第二次施加的熱及一第二次施加的壓力於該層體和該第一載體，其中該第二次施加的熱及第二次施加的壓力會促進該層體與該第一載體間之一黏劑接合，且其中該第二次施加壓力包含在一對滾輪之間移動該層體、該第一載體及該蓋片。該方法有利地提供一薄層體在由一施體晶圓或其它較厚的源材料剝離或分開之後，被一載體材料接合於其之任一面上的技術。

本揭露的方法可藉各種不同的裝置，譬如在圖2和圖3中所示者，來被達成。圖2A和2B示出一用以將該層體的邊緣固定於該載體的裝置200之一實施例的二個視圖。該裝置200可包含一對夾爪210被一第一氣缸220作動，而能將一載體固持卡夾於定位，並能使該層體對準於該載體。真空卡盤230可被附接於一第二氣缸240的頂部。一加熱的定位條250可被以一用於該載體的第三氣缸260在該層體/載體總成之一邊緣處由上方作動。當該載體被夾住且對準於該層體時，該加熱的定位條250可被降低並壓抵該層體 /載體總成。該熱會熔化塗敷於該載體表面上的黏劑，而使該層體定位黏結於該載體。一輸送帶270可被用來處理多數個疊層。

圖3A至3D示出該方法和裝置之一實施例的示意圖。在圖3A中，該層體315的一部份(陰影處)310係被由一定位裝置330施加壓力(及選擇地加熱)來固定(例如接合或黏結)於載體325的一部份(陰影處)320。該定位裝置330可為任何能施加壓力及選擇地加熱於一層體的裝置，譬如在圖2A及圖2B中所示的裝置。該層體可被以一感受器345支撐，其在該層體固定於該載體之後可被移除。一包含該載體325、層體315與蓋片355的疊層360現可被組合，並被示於圖3B中而該固定部份係以陰影區域示出。在某些實施例中，將該層體接合於一載體可包含將該疊層加熱至一溫度，其會活化該黏劑，譬如在100至200℃之間，或140至160℃之間，如圖3C中所示。該熱可被以任何裝置來施加，譬如藉加熱元件(未示出)近似圖3C中所示的滾輪或加熱滾輪370。該等滾輪370可為能旋轉的壓力層合滾輪，具有周緣表面被定位及定尺寸成賦具一鉗口寬度能將該層體銜接於該載體與一蓋片之間。該層合滾輪可被構製成能夠施加一3至6mm寬之間的熱和壓力帶於該載體與蓋片之間的層體，其中該鉗口寬度係為500至1500μm寬。該疊層360嗣可被施加足夠的夾壓壓力來將該載體接合於該層體(例如5至150PSI之間)，而以一均勻速率(例如0.2至2.0m/sec之間)驅動穿過一或多對的滾輪370(圖3D)。在至少一對滾輪370之間驅 動該疊層360來以一均勻方式施加壓力於該層體和載體會有利地減少空氣陷留於該層體與該載體之間的情事發生。在某些實施例中，二或更多對該滾輪可被利用於此製程中，且可在不同的溫度被分開地加熱，而來在該疊層通過該各滾輪組時造成一熱梯度。該蓋片355可被由該接合的層體移除並選擇地再使用。當該接合的層體係固定於一載體時，其可被依須要處理來製成任何電子裝置。

用來將較厚的太陽能電池接合於載體的傳統平壓/真空系統在該載體與層體被接合時可能提供較低的溫度和壓力控制，而會造成氣泡引入該等疊層之間，其可能會使利用於本揭露中的較薄層體破裂或損壞。故，本方法會提供一種較有效率的方式來將一薄層體接合於一載體，而使該層體上僅有較少的損壞或應力。溫度、壓力和滾轉速率可被調整俾最少化陷留於該層體與載體之間的空氣。以所述之方法接合於該載體的層體可包含少於2氣泡>1mm直徑/200cm²層體，譬如0氣泡>1mm直徑/200cm²層體。在某些實施例中，以本方法接合於該載體的層體可包含少於2氣泡>0.6mm直徑/200cm²層體，譬如0氣泡>0.6mm直徑/200cm²層體。在某些實施例中，以本方法接合於該載體的層體可包含少於2氣泡>0.3mm直徑/200cm²層體，譬如0氣泡>0.3mm直徑/200cm²層體。在某些實施例中，以本方法首先接合於該層體的載體可為一暫時載體。該層體嗣可被以任何手段來處理，譬如施加增添的層或裝置。該暫時載體嗣可被移除，且一第二(永久)載體可被以上述的方法施加於如 該第一載體的同一面，或選擇地，在相反面上。

雖本說明書已針對本發明的特定實施例來詳細描述，但精習於該技術者應可得知，當獲得以上說明之一瞭解時，乃可輕易地思及該等實施例的替代、變化和等效物等。本發明之這些及其它的修正和變化等可被一般精習於該技術者實施，而不超出本發明的精神及範圍。又，一般精習於該技術者將會瞭解以上說明係僅作為舉例，而非意要限制本發明。故，乃欲使本主題內容涵蓋該等修正和變化。

110~160‧‧‧各步驟

Claims (18)

1. 一種將一薄層體接合於一載體的方法，該方法包含以下步驟：提供一薄層體，其中該層體具有一第一面和一第二面，且該層體的第一面係可分開地接觸於一支撐板；提供一第一載體具有一第一面和一第二面，且其中該載體的第一面包含一層黏性材料；將該薄層體的第二面接觸於該第一載體的第一面；將該層體固定於該第一載體，其中該固定包含施加一第一次施加的熱及一第一次施加的壓力於該層體與該第一載體的一部份；移除該支撐板；及施加一第二次施加的熱及一第二次施加的壓力於該層體與該第一載體，其中該第二次施加的熱及第二次施加的壓力會促進該層體與該第一載體間之一黏劑接合，且其中該第二次施加壓力包含在一對滾輪之間移動該層體與該第一載體。
2. 如請求項1之方法，其中該黏性材料是可分解的膠劑。
3. 如請求項1之方法，更包含在施加該第二次施加的熱及第二施加的壓力於該層體與該第一載體之前，施加一蓋片於該層體的第一面。
4. 如請求項1之方法，其中該第一次施加的熱係在100至150℃之間。
5. 如請求項1之方法，其中該第二次施加的熱係在100至200℃之間。
6. 如請求項1之方法，其中該第一次施加的壓力係在5PSI~150PSI之間。
7. 如請求項1之方法，其中該第二次施加的壓力係在5PSI~150PSI之間。
8. 如請求項3之方法，其中該蓋片係可再使用的。
9. 如請求項1之方法，其中該第一載體係選自下列組群：矽、玻璃、金屬、及塑膠。
10. 如請求項1之方法，其中該層體係選自下列組群：矽、碳化矽、氮化鎵、鍺、及砷化鎵。
11. 如請求項1之方法，更包含：施加增添的材料層於該層體的第一面；由該層體的第二面移除該第一載體；及將一第二載體接觸於該層體的第一面。
12. 如請求項1之方法，其中該支撐板係選自下列組群：碳化矽、多孔石墨、及塑膠。
13. 如請求項1之方法，其中該支撐板是可再使用的。
14. 如請求項1之方法，其中該支撐板是多孔的。
15. 如請求項1之方法，其中該支撐板與該層體間之可分開的接觸包含一真空力。
16. 如請求項1之方法，其中該第一次施加熱和壓力包含一1至15mm寬之間的帶。
17. 如請求項1之方法，其中該對滾輪係以一0.2m/sec至 2.0m/sec之間的速率滾轉。
18. 一種用以施加一載體於一層體的層合機器，其中該載體體上具有一層可熱活化的黏劑，該黏劑具有一活化溫度，該機器包含：一對可旋轉的壓力層合滾輪具有周緣表面被定位及定尺寸成賦具一鉗口寬度以將該層體銜接於該載體與一蓋片之間，該等層合滾輪包含一第一加熱元件能夠加熱該等層合滾輪達到至少該活化溫度；其中該等層合滾輪係能夠施加一3至6mm寬之間的熱和壓力帶於該載體與蓋片之間的層體，其中該鉗口寬度係在500至1500μm寬之間。