TW201503279A - 用於處理基材之方法與托架 - Google Patents

Abstract

本發明包含一種諸如在加工基材期間處理及/或傳輸該基材之托架，該托架包含：一接觸表面，其中具有一或多個凹部以在使該接觸表面與該基材接觸時困留體積，該接觸表面用於接觸及支撐該基材；一密封表面，其位於該接觸表面周邊且自該接觸表面偏移；及一密封構件，其位於該密封表面上且經配置以壓縮以在該基材與該接觸表面接觸時形成該基材之密封件，該密封件將該基材與托架之間的困留體積密封且其中該密封表面為拋光表面。

Description

用於處理基材之方法與托架

本發明係關於一種處理基材以用於傳輸及/或加工之方法及托架。該方法尤其適合於處理及支撐進行諸如薄化之背面加工的基材。

多種積體電路、MEMS及III-V製造製程需要使基材薄化或處理薄化基材或晶圓。薄化至約10[ο][μ][ι][η]或小於10[ο][μ][ι][η]之基材或晶圓為易碎的且甚至可能為可撓的，使得其在其他加工步驟期間需要支撐以防止彎曲或斷裂。

提供結構剛性的當前技術需要基材或晶圓在薄化製程期間或在薄化後加工中固著於臨時托架上。基材或晶圓係使用黏著劑黏合至托架晶圓。黏著劑諸如藉由旋塗至表面上、接著進行部分烘焙而塗覆至托架晶圓。黏著劑可為例如熱固化或UV固化型。基材或晶圓隨後與通常具有相同直徑之托架對準，且使基材及托架合在一起以實現黏合。托架在薄化期間或在薄化後加工步驟期間支撐及保護基材。

薄化晶圓(例如厚度<100[μ][ι][η])在其邊緣處容易損壞。托架晶圓減少此損壞之發生率。極薄基材(諸如約50[μ][ι][η])變得可撓且因此可能難以加工。托架使基材維持平坦。

在加工之後，自托架移除薄化之基材。加工後之黏著劑之移除可藉由加熱基材及托架以軟化黏著劑來進行。使用特殊工具自托架滑動基材。使基材自托架去黏合之其他方法包括浸沒於溶劑中、UV釋放、雷射 剝離及經由聚合物黏著劑之解離的熱釋放。就溶劑釋放而言，托架較佳經穿孔以准許溶劑進入該黏合。就UV釋放而言，托架對於UV必須透明，因此可使用透明玻璃托架。就雷射剝離而言，雷射定向於黏合夾層。夾層自雷射吸收能量，使其受熱且托架與基材解離。所有釋放黏著劑黏合之方法需要所用設備及托架在每次使用之後進行清潔。在黏合製程期間亦可能需要移除過量黏著劑。使用黏著劑黏合基材至托架之另一問題為難以跨越托架表面精確均勻地控制黏著劑之厚度且在使基材接觸時維持此均勻厚度。若在傳送基材用於薄化時存在此不均勻度，則所得薄化基材可具有楔形特徵，一側比另一側更厚，導致基材不可用。

除清潔工具之外，基材亦將需要清潔。此使得基材表面上之特徵不必要地經受其他加工，包括溶劑清潔。另外，薄化晶圓在此清潔製程期間可能需要支撐。此通常藉由固著至次級托架上來提供。

WO 2011/100204(Hurley)描述不含黏著劑方法之托架系統。該系統使用晶圓夾盤，在該晶圓夾盤上組裝基材或晶圓。系統尤其適合於在已進行薄化之後最終清潔基材。晶圓夾盤包含封閉式儲集器及用於連接至真空泵之開口。晶圓夾盤具有自封閉式儲集器延伸至支撐表面之通道。使用時，將基材或晶圓組裝至支撐表面上。真空泵連接至該一或多個開口且對儲集器抽吸至減壓或真空。減壓自儲集器沿通道擴展至支撐表面，其中大氣壓相對於表面固持基材。為傳輸基材及夾盤對，可封閉該等開口以維持儲集器中之真空。在傳輸之後及在加工期間，該等開口可再連接至泵且恢復儲集器中之真空。為提供封閉式儲集器，晶圓夾盤為大型的。抽吸製程需要開口連接至泵。開口本身自夾盤突出，提供顯著尺寸。突出開口有礙於在沿製程線之多個加工步驟中使用晶圓夾盤，因為晶圓加工設備無法容納該等開口。該配置不適合在晶圓之背面研磨期間使用。另外，連接管道至該等開口費時且棘手。因此，需要一種處理薄基材及晶圓之改進方 法及/或器件。

US 2006/0179632(Wilk)描述一種半導體晶圓支撐系統，其中半導體晶圓係裝載至晶圓支撐物之第一表面上。晶圓支撐物具有多個與第一表面連接且延伸至晶圓支撐物之相對第二表面之通道。晶圓及晶圓支撐物係置放於減壓環境中。膜附接至第二表面以困留(trap)通道中之減壓且在該對移動至更高壓力環境時相對於晶圓支撐物固持晶圓。移除或刺穿膜釋放困留壓力(trapped pressure)，使晶圓自支撐晶圓釋放。此方法之困難包括當晶圓及支撐晶圓處於真空腔室中時附接膜。

JP 2005-175207(Ishihara)揭示一種在背面薄化期間增強半導體晶圓之系統及方法。系統包含具有內部空腔之支撐物。半導體晶圓藉由困留於空腔中之減壓而再次固持至支撐物。半導體晶圓之前表面黏有一個層。該層有助於密封空腔。該層藉由黏著層附接。發現此方法之困難在於黏著劑之移除。另外，靜態摩擦或阻力將半導體晶圓及支撐物強有力地固持在一起，使得釋放所需要的外部壓力大大降低。

US 2005/01 15679(Kurosawa)揭示一種在對基材之後表面進行表面處理時固持基材之裝置。裝置包括至少一個藉由空腔界定之封閉空間。O形環與基材之前表面接觸。構建裝置以使用困留負壓與大氣壓之間的差異使得基材相對於裝置固持。此係藉由在減壓室中對封閉空間進行減壓且接著將基材及裝置移出至大氣壓中而實現。

本發明係關於一種提供板面真空以暫時固持及支撐基材至托架以在不需要連接至真空泵之開口之情況下，及在不使用黏接之密封層之情況下加工及/或傳輸之方法。另外，托架可經成形及尺寸化以對應於基材之彼等。本發明亦提供一種用於該方法之托架。諸如在加工基材期間處理及/或傳輸基材之托架包含：接觸面，其中具有一或多個凹部以在使接觸 面朝向基材時困留體積，接觸面用於接觸及支撐基材；密封表面，其位於接觸面之周邊且自接觸面偏移；及密封構件，其位於密封表面上且經配置以在基材與接觸面接觸時壓縮而形成基材之密封件，該密封件密封基材與托架之間的困留體積。可諸如藉由一階梯或藉由自接觸面退後而使密封表面自接觸面偏移。

密封表面較佳為拋光表面。密封表面較佳具有小於100nm之平均粗糙度Ra。經蝕刻之表面亦可提供適當低之平均粗糙度。50nm、20nm或10nm為較佳的，但藉由拋光更易於獲得較低粗糙度值。拋光晶圓可較佳具有小於1nm之平均粗糙度以提供持久性真空，該真空適合於大多數加工時間、包括海外裝運以用於加工。粗糙度值愈低，密封真空可維持愈長。托架可由第一托架晶圓及直徑大於第一托架晶圓之第二托架晶圓形成，第二托架晶圓黏合至第一晶圓以於第一托架晶圓之周邊提供密封表面。密封表面可由第二托架晶圓之拋光表面形成。

接觸面與密封表面之間的偏移可為一階梯。

密封構件可為彈性的，使得其在使用之後恢復為其初始形狀以使得其可再次使用。

密封構件較佳呈環狀，諸如圓形，但不限於圓形形狀。

密封構件可為具有圓形橫截面之環，諸如O形環。適於密封構件之材料為氟化橡膠(Viton)、氯丁橡膠、EPDM及腈，但氟化橡膠由於真空完整性而為較佳的。

密封構件可自托架之邊緣插入以使得待加工之基材之圓周中之凹口或平面位於密封構件周邊。凹口或平面之尺寸係依據SEMI標準定義。舉例而言，76mm(3吋)直徑基材具有22mm之主要平面長度，其使得基材之邊緣自圓形剪切達至1.7mm以使得密封構件之接觸線必須對於平面區域自一圓插入至少此量。150mm(6吋)具有57.5mm之主要平面長度， 其使得密封構件之接觸線對於平面區域自圓插入至少5.7mm。300mm(12吋)基材傾向於具有1mm深度之切入圓周中之凹口，其使得密封構件在此時自邊緣插入1mm。或者，O形環可經成形以對應於晶圓之周長，例如以包括對應於晶圓平面之平坦區域，或對應於晶圓凹口之U形區域。托架可進一步包含位於密封構件周邊、例如密封表面上之支撐構件。支撐構件用於支撐基材之邊緣，諸如可懸垂超出密封構件。在一替代配置中，密封構件及支撐構件可以一個構件之形式形成，使得密封構件實際上經配置以支撐基材之具有自基材邊緣至密封件之寬度。

支撐構件可為環。

支撐構件至少就與基材中之凹口或平面匹配之尺寸而言可為透明的，使得凹口或平面不被遮蔽以便藉由機器視覺系統(藉由定位基材之邊緣及平面操作)檢視。或者，支撐構件可具有經尺寸化以與基材中之凹口或平面匹配之間隙或孔隙以使得凹口或平面不被遮蔽。

支撐構件可具有一橫截面，該橫截面具有用於支撐基材之邊緣區域之平坦表面。

支撐構件可為彈性的。

托架可另外經成形以提供突出物以保持密封構件，諸如位於形成托架之第一托架晶圓之邊緣的突出物。密封構件可經拉緊以由突出物保持。

可由階梯形成接觸面與密封表面之間的偏移且階梯之壁可包含突出物，諸如斜面。

支撐構件可經成形以與密封構件至少部分嚙合以保持支撐構件。

支撐構件可為更軟材料，或若由與密封環相同之材料製得，則其可經設計以使得其比密封構件更易壓縮，使得密封構件之壓縮限制或 限定支撐構件之壓縮。

第一托架晶圓可拋光且第二托架晶圓可經圖案化而具有凹部。第一托架晶圓及第二托架晶圓較佳為相同材料或實質上熱膨脹匹配之材料。第一托架晶圓經圖案化或經蝕刻以包括其他凹部或空腔以容納待加工之基材之器件特徵/形貌。

就矽基材之薄化及其他加工步驟而言，第一托架晶圓及第二托架晶圓可由矽及/或玻璃中之一或多者形成：Schott BF33、MemPax、Corning 7740及Hoya SD2或其他玻璃、半導體或陶瓷，其與矽熱膨脹匹配。

或者，就III-V基材、例如GaAs之薄化及其他加工步驟而言，第一托架晶圓及第二托架晶圓可由以下一或多者形成：III-V材料，例如GaAs及/或玻璃、其他半導體或陶瓷，其與GaAs或其他III-V材料熱膨脹匹配。

在另一替代方案中，即就II-VI基材之薄化及加工而言，第一托架晶圓及第二托架晶圓由以下一或多者形成：II-VI化合物及/或玻璃、其他半導體或陶瓷，其與II-VI化合物熱膨脹匹配。該化合物與待處理之基材相同或與其膨脹匹配。

作為一實例，即就InP基材之薄化或加工而言，第一托架晶圓及第二托架晶圓由以下一或多者形成：InP及/或玻璃、其他半導體或陶瓷，其與InP熱膨脹匹配。

熱膨脹匹配係在托架將經歷之製程溫度之範圍內，諸如達至300或400<Q>C。

第一及第二托架晶圓較佳在不使用夾層的情況下，例如藉由陽極或直接黏合而黏合在一起。

或者，第一及第二托架晶圓可藉由熱壓、焊接、共熔、玻璃粉或黏著劑黏合在一起。

托架可於表面上包含鈍化層塗層以在基材經受其他加工，諸如蝕刻時，避免托架材料被蝕刻。若托架由矽製成，則可藉由氧化物層、氮化物層或氧化-氮化物層提供適合之鈍化，該等層全部可使用標準半導體加工技術容易地產生。

本發明提供一種處理用於加工之基材或晶圓、即在無黏著劑之情況下臨時黏合基材至托架之方法，該方法包含：裝載基材至腔室中；裝載托架至腔室中，托架在其平坦表面中具有一或多個凹部或空腔；將腔室中之壓力減小至第一壓力P1或真空；移動基材及托架中之至少一者以使托架之接觸面朝向基材以在托架與基材之間的一或多個凹部中於第一壓力下困留體積；將基材及托架固持在一起以維持一或多個凹部中之困留減壓，同時增加腔室中之壓力至高於第一壓力之第二壓力；及釋放基材及托架上之固持，困留減壓將托架及基材固持在一起以用於加工。第二壓力可為大氣壓。該方法優勢在於不使用黏著劑將托架及基材固持在一起，因此在釋放步驟之後不需要用於托架或基材之清潔步驟。另外，托架及基材含有減壓而不需要供應開口。

在一替代具體實例中，凹部可形成於基材中。然而，此配置限制基材之一部分之使用及圖案化且因此較佳在托架中形成凹部。

基材可為半導體晶圓，諸如矽晶圓；III-V晶圓，諸如GaAs或InP，或甚至II-VI晶圓。或者，基材可為藍寶石、玻璃或其他材料等。托架可由半導體晶圓、諸如矽晶圓形成。或者，托架可由玻璃或藍寶石形成。托架可為與基材相同或不同的材料。此將取決於相關基材材料之耐久性及後加工需要之溫度範圍。

密封構件較佳位於托架偏移之密封表面上，或自接觸面退後且在移動基材及托架中之至少一者以使其彼此接觸之步驟期間，密封構件可經壓縮以形成基材及密封表面之密封件以維持困留體積。

密封構件可自托架之邊緣插入且在移動基材及托架中之至少一者之步驟期間，基材可與托架對準以使得基材之圓周中之凹口或平面位於密封構件周邊。

托架可包含位於密封構件周邊、例如密封表面或其他周邊表面上之支撐構件以支撐基材之邊緣，且在移動基材及托架中之至少一者之步驟期間，支撐構件可在壓縮密封構件時進行壓縮。

接觸面與密封表面之間的偏移可為階梯且該階梯之壁可包含突出物，且在彼此釋放基材及托架期間，突出物保持密封構件。

支撐構件可與密封構件至少部分嚙合以使得在彼此釋放基材及托架期間，密封構件保持支撐構件。

可在基材上進行該方法，已在該基材上進行第一表面之加工，諸如器件及/或焊料凸塊形成。第一側加工可包含：在移動基材及托架中之至少一者以使得其集合在一起之步驟之前進行第一加工步驟。第一加工步驟可包括器件及/或焊接凸塊之微影製造。在移動基材及托架中之至少一者之步驟中，第一表面經配置以面向托架。在釋放步驟之後，在與第一表面相對之基材之第二表面上進行第二加工步驟，諸如研磨或搭接。第一表面為基材之正側且第二表面為背側。在第二加工步驟期間，可藉由僅與托架接觸處理基材。

第二加工步驟可為基材之薄化。

該方法可進一步包含使托架自基材去黏合，包含：裝載基材及托架至腔室中；及將腔室中之壓力減小至低於第一壓力之第三壓力，使得基材及托架彼此釋放。托架可至少在接觸面之一部分上包含密封層作為密封構件之替代物。密封層可包含柔性材料，諸如聚矽氧。或者，密封層可包含光阻劑。然而，密封層較佳為不黏附至托架或基材之柔性材料。

固持步驟可包含在增加腔室中之壓力時施加力以固持基材 及托架以維持困留減壓。該力可為機械或靜電的。

裝載托架至腔室中之步驟可包含將托架夾持至向下地面對第二壓板之第一壓板，且裝載基材至腔室中之步驟可包含置放基材至第一壓板下之第二壓板上。或者，可在任何定向下進行該裝載。然而，由於後續去黏合步驟，借此吾人需要釋放基材，在基材面朝下之情況下將托架固定至上部壓板時最便利地起作用，可較佳使用相同定向進行黏合步驟以使得不需要改變加工定向。

在減小壓力至第三壓力之步驟之前，可使托架及基材中之一者固持於第一壓板上，該壓板在第二壓板以上但向下地面對第二壓板，使得當釋放時，藉由第一壓板下之第二壓板接收基材及托架中之另一者。托架可夾持至第一壓板。

托架中之凹部可與基材上之突出形貌特徵對準。

本發明另外提供一種在已進行基材上之加工步驟之後處理基材及托架之方法，其中托架包含在低於周圍壓力之壓力下困留體積以將基材固持至托架之凹部，使托架及基材去黏合之方法包含：裝載基材及托架至腔室中；及將腔室中之壓力減小至低於困留壓力之壓力，使得基材及托架彼此釋放。可在與黏合步驟不同之位置進行去黏合步驟。

本發明另外提供一種處理用於加工之基材之方法，該方法包含：加熱基材及托架至第一溫度，托架在其接觸面中具有一或多個凹部或空腔；移動基材及托架中之至少一者以使托架之接觸面朝向基材以在托架與基材之間的一或多個凹部中於第一溫度下困留體積；固持基材及托架以維持一或多個凹部中之困留體積，同時將托架及基材之溫度降低至第二溫度，困留體積冷卻至減壓；及釋放基材及托架上之固持，困留體積將托架及基材固持在一起以用於加工。

該方法可進一步包含：在基材上進行加工步驟；加熱基材及 托架至高於第一溫度之第三溫度以使得基材及托架彼此釋放；及冷卻基材及托架。

本發明亦提供一種在在已進行基材上之加工步驟之後處理基材及托架之方法，其中托架包含困留體積之凹部以將基材固持至托架，該方法包含：加熱基材及托架至高於體積困留於凹部中之溫度的溫度以使得基材及托架彼此釋放；及冷卻基材及托架。

本發明提供一種處理及/或傳輸基材之托架，該托架具有接觸面，其中具有一或多個在使接觸面朝向基材時困留體積之凹部，該一或多個凹部包含封閉通道，因此當接觸面與基材接觸時，凹部為封閉的且貫穿凹部不發生體積流動。藉由形成於接觸面中之封閉通道或凹部，吾人意謂不延伸穿過托架之另一表面、諸如內腔或相對表面之通道或凹部。接觸表面可包含柔性材料以密封真空。托架可由半導體晶圓形成且通道藉由半導體晶圓及柔性層(若單獨存在)完全封閉。

本發明包含使用真空或加熱托架及基材之黏合方法。可組合此等方法以使用基於熱或壓力之方法中之一者進行黏合且使用熱或壓力技術中之另一者進行去黏合。

亦可使用熱及減壓之組合進行黏合步驟，且亦可使用熱及減壓之組合進行去黏合步驟。只要在黏合步驟期間之熱及減壓之組合產生低於大氣壓之困留體積之壓力，則黏合步驟將為成功的。此外，倘若用於去黏合步驟之熱及減壓之組合產生小於用於黏合步驟中之等效壓力之困留體積之壓力，則去黏合將為成功的。

本發明另外提供諸如在加工基材期間安裝基材至用於處理及/或傳輸基材之托架之裝置，該裝置包含：配置於腔室中之上部壓板及下部壓板，腔室經組態以抽空為真空或低於大氣壓之壓力；上部壓板向下面對地配置於下部壓板以上，且經配置以固持托架；下部壓板經配置以接收 基材；上部或下部壓板可相對於另一壓板向上及向下移動以使得可使壓板朝向彼此以使托架及基材接觸，其中壓板中之至少一者經配置以在側向及/或旋轉方向運動以使基材及托架對準。在一替代方案中，可調換托架及基材以使得上部壓板經調適以接收基材且下部壓板經調適以接收托架。該裝置可進一步包含成像系統以在托架及基材對準及使其彼此接觸時觀測或使其成像。

托架可具有對準標示以於對準基材及托架期間進行觀測。

壓板中之至少一者可包含孔洞或光學透明窗以觀測藉由上部壓板及基材之表面固持之托架。

可使用紅外光及/或可見光操作成像系統。

腔室可包含透明窗以觀測藉由上部壓板及下部壓板中之一者及上部及下部壓板中之另一者上之基材之表面固持之托架。

腔室可包含成像系統之相機。

壓板中之至少一者可包含加熱器以增加托架及基材之溫度以增加困留於托架與基材之間的凹部中之體積的壓力。

現將參考隨附圖式描述本發明之具體實例，其中：圖1a為貫穿托架之直徑橫截面之示意圖；圖1b為圖1a之托架之平面圖；圖1c為圖1a之托架中之凹部之替代具體實例之平面圖；圖2為黏合腔室之示意圖；圖3為橫截面形式之基材及托架對之示意圖；圖4為包括柔性黏合層之橫截面形式之基材及托架對之示意圖；圖5為列舉黏合基材及托架對之步驟之流程圖；圖6為列舉對基材及托架對進行去黏合之步驟之流程圖； 圖7a及7b示意性地顯示托架之另一具體實例，其在使基材與托架接觸之情況下包含O形環密封構件；圖8為如藉由圖7b中之「C」鑑別之密封構件及周圍區域之放大視圖；圖9至11為對應於圖8且根據不同具體實例另外包括支撐構件之放大視圖；圖12為對應於圖10之放大視圖，其包括托架之成形邊緣以保持密封構件；圖13為對應於圖12之放大視圖，其中支撐構件亦經成形以用於保持；且圖14為另外包括對準系統之圖2之裝置之圖解說明。

存在多種在加工期間需要薄化基材或處理經薄化之基材或晶圓之積體電路、MEMS及III-V製造方法。舉例而言，在晶圓或基材之正側上製造器件之後，通常需要在晶圓或基材之背側上進行加工。舉例而言，背側薄化。習知技術使用黏著劑將晶圓或基材黏合至托架。在已進行背面加工之後，晶圓或基材隨後自托架去黏合。

圖1a及1b顯示在加工期間支撐晶圓或基材之托架10。在以下論述中，吾人使用術語晶圓或製程晶圓，其通常係指半導體基材，但亦可以此方式加工其他基材，諸如玻璃。

托架10與待加工或處理之製程晶圓具有類似平面尺寸。舉例而言，如圖1b中所示，托架可為圓形的。圖1b中之線×表示顯示於圖1a中之橫截面之線。托架較佳與待加工或處理之製程晶圓具有相同直徑。托架可為與待加工之晶圓具有相同材料之基材。因此，對於待背面薄化之矽晶圓，托架可為諸如就100mm直徑晶圓而言具有500[μ][ι][η]或就200mm直徑晶圓而言具有700[μ][ι][η]之完全厚度之矽晶圓。托架10在其平坦表 面中之一者中具有凹部15。具有凹部之平坦表面或接觸表面17將組裝至製程晶圓以用於處理。可藉由諸如蝕刻之熟知技術，或藉由諸如粉末噴砂之物理磨耗製程在托架中形成凹部。如圖1b中所示，凹部為貫穿接觸表面17配置之一系列空腔。凹部可經配置以匹配諸如焊球之製程晶圓上之高點。托架可具有尤其相對於製程晶圓之佈局配置之凹部。藉由將凹部與高點對準，製程晶圓將能夠位於相對於托架之接觸表面水平。如圖1b中所示，空腔為圓形的，但可使用其他形狀及配置以使得其與製程晶圓上之高點或突起特徵對應。

在顯示於圖1c中之替代配置中，凹部為同心環。環之直徑在使得環跨越接觸表面擴散之範圍內。

或者，托架10可由較佳具有與晶圓之熱膨脹係數匹配之熱膨脹係數之金屬製得。舉例而言，科伐合金(Kovar)(RTM)及銦鋼(Invar)分別與GaAs及矽大致匹配。

圖2示意性地顯示用於「黏合」托架10及製程晶圓20之裝置100。裝置包括配置於真空腔室140中之上部壓板110及下部壓板120。上部壓板110向下面對地配置於下部壓板120以上。上部壓板110經配置以固持托架10，諸如藉由夾持。夾鉗為3點邊緣夾鉗，但其他固持托架之方法為可能的，諸如靜電夾盤。下部壓板120經配置以接收製程晶圓20。不需要夾持因為重力將於下部壓板120上固持製程晶圓。壓板中之至少一者可向上及向下移動以使得壓板可經移動而在一起。在圖2中，下部壓板120具有垂直驅動機構130以向上提舉下部壓板。此方向通常被稱作z方向且上下運動被稱作z驅動。

壓板及驅動方向之其他配置為可能的。舉例而言，上部壓板可經配置以向下移動。

真空腔室140具有兩個開口。第一開口160提供與泵之連接 以減小腔室中之壓力，諸如泵送腔室至部分真空。另一開口150為通氣閥，其允許增加腔室中之壓力，諸如返回至大氣壓。或者，通氣閥可連接至氣體源，諸如惰性或非反應性氣體。通氣閥150經配置以允許逐步釋放腔室中之減壓或真空至除大氣壓以外之壓力。

圖5為顯示「黏合」托架及製程晶圓以用於加工或處理之方法步驟之流程圖。藉由術語「黏合」，吾人使用技術術語，其中在晶圓與托架之間形成物理黏著黏合。然而，在如下方法中，不使用黏著劑化合物。

在打開腔室之後，在步驟210及220中將托架10及製程晶圓20裝載至腔室中。將托架10安放至上部壓板110且藉由夾鉗固持至壓板。將製程晶圓20裝載至下部壓板120上。如上所述，壓板、製程晶圓及托架之配置可不同。舉例而言，托架10可置於下部壓板120上且製程晶圓20置於上部壓板上。較佳的是製程晶圓20在下部壓板120上，因為此避免必須應用夾鉗至晶圓，該應用可引起對於晶圓邊緣之破壞。

在裝載製程晶圓20及托架10之後，在步驟230中將腔室140泵送至減壓。隨後論述減少多少壓力之細節。在減小腔室中之壓力之後，藉由致動z驅動130使攜載製程晶圓20之下部壓板120上升。壓板120上升直至使製程晶圓20與托架10接觸(如步驟240指示)。如圖3中所示，托架10及製程晶圓20在接觸表面17中之凹部15困留減壓之情況下接觸。

圖5之步驟250指示最終步驟為施加力以將製程晶圓20及托架10固持在一起，同時增加腔室中之壓力。在增加壓力之後，可移除外施力。製程晶圓及托架對外部之更高壓力使得托架及製程晶圓在一起。使用圖2之裝置，可藉由下部壓板120上之z驅動20提供外施力。若欲自腔室移除托架及製程晶圓對，則將腔室中之壓力升高至大氣壓。在一些具體實例中，托架及製程晶圓對在相同裝置中經歷其他加工，或在減壓下傳送至其他設備以用於其他加工。在該等情況下，壓力仍升高但不升高至大氣 壓。在已升高壓力之後自腔室移除密封製程晶圓及托架對。

托架10在其他加工期間提供剛性及支撐至製程晶圓20。其他加工之實例包括搭接、拋光及研磨或形成通孔。可在減少之斷裂風險之情況下進行搭接、拋光及研磨且尤其在製程晶圓20之邊緣進行。可在貫穿晶圓減少之斷裂風險(由於藉由托架提供之支撐)之情況下穿過製程晶圓20製得通孔。在製程晶圓20之背側上進行此等製程步驟。舉例而言，在正側上製造IC之後，晶圓對於可包括快速散熱或形成3D積體器件之一部分之需要的預期應用而言仍太厚。隨後提供通孔之更詳述論述。

在完成背面加工步驟之後，可自托架10移除製程晶圓20。顯示於圖2中之如用於將製程對密封在一起之相同裝置可用於將其分離。分離步驟係列於圖6中。首先，在步驟310中，將密封對裝載至裝置100中。將該對裝載至上部壓板110中，藉由夾鉗將托架10固持至壓板110及該對較下側之製程晶圓20。或者，製程晶圓20可夾持至壓板但較佳應用夾鉗至托架10以免破壞製程晶圓20。在320之下一步驟為向上引導下部壓板以接近密封對。藉由致動z驅動以移動下部壓板120來將此實現。一旦下部壓板120距製程晶圓20之下部表面極接近，諸如100μm或50μm(原則上任何距離可用於使製程晶圓落入至下部壓板上，但隨著距離增加，破壞之風險變得更大)，腔室140中之壓力減小，如步驟330所指示。壓力應經泵送直至壓力低於用於將該對密封在一起之先前困留於凹部中之壓力(小於P1，參見步驟230)。在步驟340中，由於凹部中困留之更高壓力迫使製程晶圓20與托架10相離而使製程晶圓20得以釋放。製程晶圓20將落至下部壓板120上。

製程晶圓20與托架10之間的靜態摩擦或靜摩擦將對於低於P1之壓力使製程晶圓及托架固持在一起，因此釋放所需之減壓將略微小於P1。在釋放之後，腔室140中之壓力可增加返回至大氣壓，諸如藉由通氣 閥150及自腔室移除之托架及製程晶圓(如步驟350所指示)。

在步驟350之後托架10未被破壞且不需要清潔，因此其可保留於器具100中以用於下一待接收之製程晶圓。

以下表1顯示可藉由相比於密封對外部之凹部中之1毫巴及100毫巴壓力差動支撐之質量。可支撐之質量係相比於標準尺寸之矽晶圓之質量。

舉例而言，表1顯示對於具有525μm之厚度之100mm直徑矽晶圓，晶圓之質量為9.5g。減壓困留於托架中之凹部中。假定凹部佔晶圓(及托架，若其為相同尺寸)之面積之一半，減壓作用於39.3cm3之面積上。若困留減壓小於周圍壓力1毫巴，例如對於1000毫巴之標稱大氣壓下之晶圓及托架，困留於凹部中之壓力為999毫巴，則可支撐之最大質量為39.3g。此意謂1毫巴壓力差動可容易地支撐100mm×525μm矽晶圓。對於表1中所列之四個晶圓中之每一者，1毫巴壓力差動足以支撐晶圓。進一步減小壓力至900毫巴以提供100毫巴壓力差動提供更大固持力，其將遠超過在任何時候將可能需要的固持力，即使已加工多個特徵至晶圓上亦如此。對於353cm2之最大真空面積，可支撐具有35kg之質量之晶圓。

表2提供可經支撐之質量如何隨著壓力差動自1毫巴差異增加至900毫巴差異而增加之指示。

如上所述，圖1a、1b及1c顯示托架10之接觸表面17中之凹部15。所示凹部為圓形空腔或同心環，但可為任何任意形狀。許多以上分析假定接觸表面17包含以面積計50%之凹部。此百分比適用於計算但不為必需的要求。在圖1b中之圓形空腔之配置中，陰影區域表示凹部。在此圖中，約16%之區域為凹陷的。在圖1c之同心環之配置中，凹陷區域為總區域之約40%。為實現50%凹陷區域，將需要調節空腔或環之直徑。或者，更大壓力差動可用於補償小於50%之凹陷區域。

凹部之配置不需要為同心環或圓形空腔且多種其他凹部圖案為可能的。凹部之數目及形狀並不直接決定可藉由減壓固持之質量，而 是凹部之總區域為決定的。凹陷區域愈大，夾持力愈大。亦可使用單一大型空腔且此為便利地製造之簡單凹部。該空腔將提供例如50%凹陷區域且可藉由光微影遮蔽製造。或者，可製造多個小凹部。此等小凹部可匹配製程晶圓形貌之突起點。在一具體實例中，如圖4中所示，在托架10與製程晶圓20之間提供密封層30。可藉由塗覆感光性層至托架10且接著使用光微影將層中之凹部圖案化來製造托架10中之凹部。在形成凹部之後，將保持感光性表面，諸如光阻且可形成密封表面。光阻將為柔性的且在製程晶圓移動至與其接觸時略微變形。然而，由於光阻可轉移至製程晶圓且接著需要清潔，較佳使用將不黏附至製程晶圓之密封層。在一具體實例中，將聚矽氧之薄片用作密封層，其中衝壓有一系列孔洞。與如圖4中所示之托架中之凹部一致地衝壓孔洞。其並不需要完全一致但應為至少部分一致。聚矽氧薄片與托架直徑相同。聚矽氧薄片充當托架與製程晶圓之間的夾層以密封凹部中之減壓。其他柔性材料可用於該密封層。在一具體實例中，使用單一大型凹部且使用環形矽薄片。用於密封層之材料之其他實例包括聚合物，例如聚醯亞胺。聚醯亞胺可直接用作托架之層或用作薄片材料。最可能的製造方法為在聚合物上旋轉且使用光微影，諸如使用上文所述之方法製造凹部或空腔。然而，在替代方法中，聚合物可塗覆至托架及用於使聚合物及托架中之凹部圖案化之額外光阻層。可在使用托架之前移除此光阻。

如上所述，當自托架10分離製程晶圓20時，靜態摩擦或靜摩擦需要在使托架及製程晶圓在一起時，用於釋放之壓力降低超出所用壓力P1之容限。當使用聚矽氧薄片時，靜摩擦相對高。在上述具體實例中，吾人已描述1毫巴及100毫巴之壓力差動。對於後者，需要700毫巴之釋放壓力差動以解決靜摩擦。亦即腔室中之壓力減小至200毫巴，其超出900毫巴之密封壓力P1 700毫巴容限。

在一具體實例中，可藉由在使托架及基材在一起之前應用釋放材料來減少靜態摩擦。可藉由作為用於密封層、托架或基材之蒸氣提供釋放材料。釋放材料在與基材之分界面降低表面能。取決於釋放材料所應用之材料，例如用於密封或柔性層之聚合物類型，釋放材料之實例為HMDS(六甲基二矽氮烷)、DDMS(二甲基二氯矽烷)或TCS(三氯矽烷)。

在另一具體實例中，可施加力以解決基材及托架在去黏合時之靜態摩擦及容易分離。舉例而言，如上文所述，可藉由邊緣夾鉗將托架10固持至上部壓板110。另外，可藉由靜電夾盤將基材20固持於下部壓板120，使得當腔室中之壓力減小時，夾盤移開以提供分離托架及基材之力。在此配置中，可以替代組態使用壓板，諸如藉由調換上部及下部壓板，或將其並列地使用。

當薄化基材或製程晶圓變得尤其薄時，靜態摩擦或靜摩擦之問題變得相當大。舉例而言，對於具有矽通孔(TSV)之基材，在薄化之後，基材厚度可低至20。對於200mm直徑晶圓，此厚度之基材具有約1.5g之極小質量。因此，存在歸因於重力之極小力以在托架在去黏合程序期間倒置時自密封層移除基材。基材之小質量可使得其黏附於托架之密封層，即使在外部腔室壓力減小至小於用於附接基材至托架之壓力之值時亦如此。然而，儘管使用真空夾盤為實際選擇，但在處理20μm厚晶圓時較佳避免使用機械裝置以分離基材及托架。在此狀況下，製程晶圓變為夾持至真空夾盤，其隨後經移動以對於托架增加距離以自托架分離製程晶圓。可藉由減小基材與聚合物密封層之間的接觸面積減小靜摩擦水準。

在如圖7a及7b中所示之本發明之一較佳具體實例中，使用並不覆蓋接觸表面17之大部分(與上文所述之密封層之情況一樣)之密封構件。在圖7a及7b中，托架10及基材20之定向相比於圖4為逆向的，使得基材位於頂部。密封構件22可為朝向托架10之邊緣定位之環或迴路。可 使用任何形狀之環，但由於半導體基材為圓形的，圓環為較佳的。為避免洩漏，環應為無接頭的，亦即其應來自完整迴路而無間斷。可使用環之多種橫截面，但圓形橫截面，即O形環提供良好壓縮性以實現密封，以及使與基材之接觸面積最小化。當凹部15中之內部壓力低於外部壓力時，壓縮密封構件或O形環直至基材與托架之接觸表面17接觸(如圖7b中所示)。因此，基材剛性地夾持至托架。

為實現持續足夠長以用於實際用途(例如傳輸、處理及加工)之良好密封，與密封構件接觸之表面具有特殊要求。先前技術方法，諸如US 2005/01 15679已於托架中使用機械加工之凹口以用於密封。

儘管該表面允許保持真空，但其由於凹口之表面粗糙度而快速損失。或者，諸如赫利(Hurley)之其他方法已使用具有密封件但維持真空之機械加工之凹口。托架中之空腔連接至泵系統以連續移除任何氣體或空氣進入。該系統典型地具有0.8μm之表面粗糙度Ra(被稱為N6級表面修整)。

在本發明中，可藉由減小密封構件接觸之表面之表面粗糙度實現持續時間更長之真空而不需要主動泵送。代替使用僅經機械加工之表面，已確定拋光表面可將此實現。

使用本發明之實驗已顯示在O形環密封構件相對於N6表面修整(0.8μm之Ra)密封之情況下，經抽空之托架洩漏至大氣壓之時間為僅幾個小時，而當O形環相對於拋光表面，諸如用於標準矽晶圓之<10nm或更多較佳<1nm Ra拋光表面密封時，時間擴展至若干週。用於腔室中以用於黏合之壓力可為50kPa或50kPa以下，或更佳大於50kPa(但小於大氣壓)(如表2中所示)。

在矽中機械加工凹口且接著拋光凹口之底表面以提供適當表面修整為困難的。本發明提供一種由兩種或兩種以上托架晶圓形成之托 架。如圖7a中所示，托架10包含第一托架晶圓10a及直徑比第一晶圓更大之第二托架晶圓10b。第一及第二托架晶圓黏合在一起以使得第二晶圓保持曝露於圓周周圍。第二托架晶圓具有拋光表面且此曝露部分形成密封表面19，密封構件位於該密封表面上。更詳細地，托架10如下製造。如下實例適合於處理200mm直徑之矽基材，但可適用於其他尺寸及材料之基材。吾人以第一托架晶圓10b開始，該晶圓可為標準200mm直徑矽晶圓。SEMI規範拋光晶圓之表面修整為<1nm Ra，其使得該表面修整為適合之表面，在該表面中密封O形環且實現非泵送真空完整性。在另一具體實例中，材料為與矽熱膨脹匹配之玻璃，諸如Schott BF33或MemPax、Corning 7740或Hoya SD2。略微較小直徑(例如190mm)第二托架晶圓10b隨後同心地黏合至第一托架晶圓10a。此較小直徑晶圓亦可由矽或TCE匹配之玻璃製成。使用陽極黏合(就矽-玻璃組合而言)或直接黏合(就矽-矽或玻璃-玻璃組合而言)使兩個晶圓黏合在一起。該等熱匹配托架可在室溫與高溫(300℃或300℃以上)之間循環而不在托架中產生任何顯著應力或由於所用不同材料之間的差示熱膨脹而賦予托架任何彎曲。

第二托架晶圓10b之厚度較佳略微小於密封構件或O形環厚度(如圖7a中所示)，使得一旦壓縮O形環，基材與第一托架晶圓10a之接觸表面17接觸。O形環與第一托架晶圓10a之間的厚度差異因此需要小於O形環在大氣壓下之壓縮值。3mm橫截面O形環之典型壓縮值在100與200μm之間(取決於O形環材料及其肖氏硬度(Shore hardness))，且因此2.85mm之厚度適合於第一托架晶圓10a。

對於顯示於圖7a及7b中之具體實例，較佳將密封構件定位於基材之圓周上。然而，半導體晶圓具有凹口或平面以對準及/或鑑別晶體軸。凹口存在於200mm及300mm直徑矽晶圓中，且平面存在於較小晶圓，諸如2吋(50.8mm)、3吋(76.2mm)、100mm、125mm及150mm直徑矽 晶圓中。凹口或平面因此使得不可能將O形環定位於圓周。取而代之，需要定位於例如距基材邊緣幾mm以實現密封。此產生矽懸垂片，其可在晶圓薄化步驟期間為有問題的。一些晶圓亦包括次平面，對於該等晶圓需要類似方法。

在上述配置中，O形環產生遵循基材及托架之總體上圓形形狀之圓。然而，在替代配置中，O形環可經固持以使得其形成包括平面(在幾何學中稱為弦)之圓形形狀。在另一替代方案中，O形環可定位於除在其中發現平面或凹口之外的圓周。此時，O形環可再次採用非圓形形狀且位於基材邊緣背面。

下表3列出如藉由SEMI標準測定之矽晶圓直徑及對應主平面及次平面尺寸。

圖8顯示藉由圖7b中之「C」鑑別之區域之擴展視圖。當密封構件自基材之邊緣插入時，存在懸垂物24。基材之薄化使得此懸垂物變得極易碎，其在加工期間具有斷裂之風險。

圖9顯示托架之另一具體實例。在此具體實例中，提供支撐構件26a以支撐懸垂物24a。此支撐構件亦可為O形環但不需要提供密封件。如在圖9中可見，基材邊緣位於O形環頂部附近以使懸垂物最小化。

在使用支撐構件之情況下之潛在問題為其遮蔽通常在後基材薄化步驟期間之光微影對準期間使用之基材凹口或平面。若遮蔽凹口或平面，則光微影對準器無法偵測晶圓之定向且該步驟因此失敗。可藉由在支撐構件中包括允許對準器光學器件進行基材凹口或平面之視線偵測之孔隙(狹縫、間隙、斷裂、空隙等)，或外支撐環由透明材料、諸如聚矽氧製成(或至少部分由其製成)將此解決。

圖10顯示托架之另一具體實例。在此具體實例中，支撐構件26b具有特殊橫截面以使得在支撐構件26b之頂部提供平面支撐表面。以此方式，基材與O形環之對準更具耐受性。特殊截面之頂部之平面支撐表面幫助支撐薄化晶圓且進而顯著降低在薄化期間歸因於斷裂懸垂物之任何晶圓破壞之風險。

除保護基材邊緣免受破壞之外，支撐構件亦具有額外益處。支撐構件阻止在後薄化電漿加工步驟期間，諸如在RIE及沈積期間之電弧作用。圖11顯示在支撐構件具有平面支撐表面上類似於圖10之具體實例。然而，此處之支撐構件26c具有梯形形狀以使得托架直徑小於基材直徑。圖10之具體實例之優勢得以維持但在晶圓邊緣提供更大間隙以易於出入及對準。同樣，基材邊緣可與支撐構件26c之邊緣大致對準，但由於密封件由O形環22形成，對準要求並非如對於圖7及8之具體實例一般嚴格。

在去黏合步驟中，當基材自托架釋放時出現產生自使用O形環之問題。藉由減小腔室中之壓力以使得在托架中之凹部中存在正內部壓力以迫使基材遠離托架而釋放基材。藉由夾持托架至黏合/去黏合裝置之上部壓板以使得基材在下側上來進行該製程。基材隨後能夠在重力下降 落，且收集於下部壓板上，其經安置以位於托架以下約1mm或更小1mm以下之平面中。

問題為當釋放基材時，O形環亦降落。此可引起就拾取去黏合托架及基材而論之基材/晶圓處理工具之問題。圖12之具體實例藉由在托架中包括突出物以系留式地固持O形環而克服此問題。舉例而言，在圖12之配置中，托架包括削邊28，其在兩個托架晶圓已黏合在一起之前已於托架之第一托架晶圓10a中形成。在確保系留式地保持O形環之另一方法中，O形環必須經尺寸化以相對於表面之間的突出物或階梯在張力下固持。可使用除削邊以外之其他形狀之突出物。

圖13顯示相同保持概念可應用於支撐構件26d。特殊橫截面支撐構件與O形環嚙合或配合以使得在釋放基材時，亦不釋放支撐構件。支撐構件26d具有表面29，其經成形以與O形環至少部分嚙合，在此狀況下V形頜形在O形環之圓周之一部分周圍嚙合。

用於第一及第二托架晶圓10a及10b之材料較佳與待固持之基材熱膨脹匹配以在加工黏合基材期間避免彎曲及應力。可藉由使用相同材料將此實現。舉例而言，為固持矽基材，托架亦可由矽製成。密封構件及支撐構件由可壓縮、彈性材料製成。

如上文所述及顯示於圖7b至13中，當抽空凹部且該對移動返回至更高壓力環境時，密封構件應與托架之接觸表面接觸。如圖7a及7b中所示，此導致密封構件被壓縮。支撐構件26因此應由比密封構件更軟之材料製成以使得支撐構件並不阻止密封構件之壓縮以形成良好密封。或者或組合地，支撐構件可經成形以使其比密封構件更易於壓縮。此配置導致支撐構件僅與密封構件一樣多地經壓縮。作為適合之材料之實例，密封構件及支撐構件均由氟化橡膠製成，但Shore 75材料用於密封環且Shore 50材料用於支撐構件。可使用其他O形環密封材料，例如聚矽氧、氯丁橡膠 等代替氟化橡膠，且亦可使用不同肖氏值，限制條件為維持密封構件界定壓縮之量之原則。

在本發明之另一具體實例中，已在製程晶圓20之正側上對其進行加工以產生製程晶圓20之正側上之焊料凸塊及其他形貌。在此狀況下，托架中之凹部經配置以使得任何突起或敏感形貌特徵定位於托架上之凹部中。除保護特徵之外，其亦准許製程晶圓之表面與托架完全接觸以形成密封件。真空托架主要應用於支撐用於研磨/拋光步驟之基材，該等步驟用於薄化基材，且接著另外保護需要在薄化晶圓上進行之後續步驟中之薄化晶圓。對於3D積體電路應用，使用晶圓通孔(TSV)在基材之間進行垂直互連。存在三種可能的使用TSV以進行3D整合之製程選擇。此等被稱為TSV第一、TSV中間及TSV最後。此等全部需要基材黏合及薄化步驟但其各具有不同後黏合要求。

三種技術概述於下表4中。

TSV第一TSV中間TSV最後

深度蝕刻矽空腔，深度蝕刻矽空腔，製造電晶體，使空腔絕緣

使空腔絕緣，製造BEOL

互連

填充空腔，製造電晶體黏合晶圓對導體

製造BEOL，填充空腔，薄化晶圓互連導體之背側

黏合晶圓對，製造BEOL背側，深度蝕刻

互連矽空腔

薄化晶圓背側，黏合晶圓對，使空腔絕緣

製造BEOL，薄化晶圓之背側，在上部互連之情況下填充空腔

導體

晶圓

深度蝕刻矽空腔

表4：比較三種TSV製程選項，即TSV第一、TSV中間及TSV最後。附注：BEOL=後段製程(back end of line)

在此等三種製程中，TSV最後方法最需要與使用托架之下游製程相容。除研磨/背面薄化以外，托架必須與背側蝕刻、空腔絕緣及空腔填充相容。此等步驟對托架相容性有以下額外要求：- 托架黏合之基材之真空浸沒；及- 高達300℃之高溫加工。

初看真空浸沒要求似乎有問題，但倘若在基材面朝上之情況下置放托架於真空腔室中，則可在器件晶圓不與托架分離之情況下進行真空製程步驟，諸如深度反應性離子蝕刻(DRIE)及電漿增強化學氣相沈積(PECVD)。在此定向中，甚至可能在真空浸沒期間加熱托架達至300℃之溫度。此已經成功地論證，但證實需要托架及基材之熱膨脹匹配。

成功論證由托架在自真空腔室移除時仍黏合至製程晶圓，加上隨後經由使用減小之真空及增加之溫度去黏合之能力組成。

最近，中間通孔(Via Middle)製程已變為未來製造最可能的競爭者。在如表4中所示之此方法中，已於基材中形成通孔且薄化步驟(自基材之相反面)必須展現通孔之頂部幾微米。由於研磨並非為足夠選擇性的，研磨步驟在距通孔頂部約10[μ][ι][η]處終止且使用濕式或乾式蝕刻完成薄化。若使用乾式蝕刻，則此置放另一相容性步驟於托架上，亦即其必須在高真空環境下時繼續固持基材。儘管在毫巴水準之壓力下進行電漿蝕刻，腔室通常在引入製程氣體至腔室中之前泵送至高真空。已顯示本發明具體實例與高真空環境中之浸沒相容，即使托架外部之壓力隨後低於密封基材至托架之壓力亦如此。此成功地起作用之原因為托架-基材組件在基材在最上之情況下裝載至電漿製程腔室中且當腔室壓力減小至(托架之) 內部真空水準時變為一點，借此基材藉由相對於密封構件之重力及靜摩擦之組合僅固持於適當的位置。當基於真空之製程步驟已完成且將腔室排放為大氣壓時，腔室及托架之間的壓力差動得以恢復，因此確保托架-基材組件可自腔室安全地移除且進展至下一製程步驟。吾人在上文中已論述基材之形貌定位於凹部中之可能性。由於基材正側(亦即與托架接觸之側)上之特徵可能尺度較小但擴散通過基材，而凹部尺度大得多且可能深度比特徵之高度更大，較佳在托架接觸表面中形成兩組凹部。容納基材特徵之凹部可能為較淺深度的。對於3D整合之TSV最後及TSV中間方法二者，基材在所需薄化步驟時可已含有前側互連件及焊球。為確保基材與托架接觸表面接觸且因此可在研磨步驟期間剛性地固持，將凹部之陣列機械加工或蝕刻至第一托架晶圓10a中以使得器件晶圓上之各突出物位於其凹部或「接收空腔」內。為以所需精密對準形式接合基材及托架以確保基材之形貌定位於托架上之接收空腔中，需要對準系統。圖14顯示應用於與參考圖2之較早描述對應之器具以進行黏合/去黏合步驟之對準系統。

對準系統可包含位於腔室外部之光學器件或位於腔室內部或外部之相機。為使外部光學器件聚焦於器件晶圓與托架之間的分界面，需要在腔室之蓋中存在光學透明視埠，且亦需要在上部壓板中存在對應孔洞以實現晶圓/托架與對準光學器件或外部相機之間的光路。或者，可使用對可見光或紅外光透明之材料。

一旦基材及托架已如前所述地安放於製程腔室中，且腔室泵送至所需黏合壓力，可進行對準製程。對準製程藉由使基材20與托架10極接近而起作用。藉由使用X、Y、Z及θ驅動130，亦即線性運動及角運動之三維以使得托架及基材表面平行對準而將此達成。當基材足夠接近托架(亦即在光學器件之接物鏡之聚焦深度內)時，隨後微操作器之X、y及θ驅動機制可用於使基材上之形貌特徵與托架中之接收空腔對準。Z操作 器可隨後用於使基材與托架接觸且施加力以維持該接觸。

為能夠控制固持於托架之凹部中之真空之位準且因此以可複製方式控制黏合/去黏合程序，較佳的是在製程腔室已抽空至所需壓力之後進行基材與托架之對準及接觸。在該等情況下，自監測腔室之壓力之壓力計讀取之值將表示固持於托架之密封凹部中之壓力。另外，程序經歷如描述於先前技術US 2005/01 16579中之相同問題，借此兩種組件在安置於真空腔室中之前接觸且當泵送腔室時，空腔中之空氣難以逸出。在該配置下，顯示於真空計上之壓力與分離空腔中之壓力無關且製程因此除使系統泵送極長時間以確保困留空氣之完整移除以外為非可控制的。

在本發明具體實例之情況下，有可能快速泵送為任何界定壓力，進行基材與托架之對準及接觸。以該種方式使得托架之內部壓力為良好定義的且界定腔室必須泵送為之較低壓力以在基材之薄化或其他加工之後實現後續去黏合步驟為簡單明瞭的事。典型黏合壓力為100毫巴，對應去黏合壓力為1毫巴。然而，存在顯著改變此等值之範疇，限制條件為去黏合壓力始終低於黏合壓力。在一些情況下，可能需要在使得在較低壓力下存在去黏合之極小範疇之該低壓力下黏合基材至托架。在該等情況下，有可能藉由泵送為類似低壓力且接著利用併入壓板110中之加熱器增加托架凹部中之殘氣之溫度且因此增加其內部壓力(根據氣體定律)來實現去黏合。托架之另一最佳化為鈍化材料。舉例而言，對於矽托架，可使用二氧化矽、氮化物或氮氧化物之鈍化層。該鈍化層阻止托架之組件在器件晶圓之任何後研磨矽蝕刻期間被蝕刻。此為重要的，因為無法使用研磨完全進行晶圓薄化步驟，因為一旦TSV已曝露，該研磨對於終止並非為足夠選擇性的。因此進行薄化製程之方式為使用研磨移除大多數矽，且當在達到內埋通孔之前剩餘約10μm未移除時，切換至濕式或乾式蝕刻製程以完成薄化製程。此置放其他相容性要求於托架上。

在腔室中進行上述製程，可在該腔室中達成減壓，且提供一對壓板，其中至少一個為可移動的。適合於此之設備為購自Oxfordshire,UK之Applied Microengineering有限公司之AML-AWB晶圓接合機。此設備便利地包括就地對準能力，其可用於托架及製程晶圓之對準。當需要在托架10中之凹部15中之製程晶圓20上定位諸如焊球之形貌時，進行精確對準之能力為尤其重要的。亦可使用其他類型之設備。

亦可使用形成晶圓-托架對之其他方法。舉例而言，代替直接使用壓力差動，可使用溫度。原則上，在減壓困留於托架與製程晶圓之間的凹部中之後，可使用任何技術以分離該對，限制條件為其使得困留壓力對於迫使製程晶圓及托架分離足夠大。在差壓技術中，困留壓力大於周圍壓力，因此迫使製程晶圓及托架分離。在另一技術中，托架及製程晶圓對經受加熱，該加熱使困留於凹部內之氣體溫度升高，其根據理想氣體定律產生壓力之對應升高。壓力之增加使得凹部除氣，使托架及製程晶圓分離。亦可在使製程晶圓及托架在一起時使用對應方法。舉例而言，在高溫T1及大氣壓下使製程晶圓及托架在一起。其係固持在一起直至凹部中之氣體已冷卻。減壓下之冷卻氣體將使製程晶圓及托架固持在一起。為進行分離，加熱該對至大於T1之高溫，在該高溫下使該對在一起。

亦可以另一方式使用溫度以分離該對。若托架及製程晶圓為具有不同熱膨脹係數之不同材料，則可藉由加熱該對(其誘發應力及翹曲，迫使製程晶圓及托架分離)達成分離二者。

在最終具體實例中，藉由在凹部中冷凝蒸汽於凹部中產生真空以將托架及製程晶圓固持在一起。在此具體實例中，引入至凹部中之蒸汽在使該對在一起之後冷凝。藉由在水或其他氣態溶劑之沸點以下冷卻組件實現冷凝。上述方法及裝置提供用於晶圓、諸如用於薄化晶圓之處理技術。特定言之，該技術提供處理晶圓以薄化至<200μm，例如至100μm或 甚至薄至10至50μm範圍內且使用可運輸托架以隨後傳輸該等晶圓之實例。在托架中具有真空空腔之情況下密封或黏合晶圓至托架以產生相對於大氣壓之壓力差動。托架與晶圓之間的密封或黏合之強度高。另外，相同設備可用於黏合及去黏合。上述方法及裝置可用於半導體製程，諸如3D整合及晶圓級封裝。對於3D整合，薄化晶圓為重要的以實現層之間的較短可靠互連以及減小高度且因此藉由具有更薄傳熱半導體層保持熱耗散性能之較佳控制。本發明之托架除適用於晶圓薄化製程之外，亦在通孔形成期間，諸如藉由深度反應性離子蝕刻提供支撐。快速及有效黏合及去黏合技術對於達成多層3D積體裝置之高輸送量為所需的。

以上具體實例大多考慮矽基材之薄化及其他加工。儘管此為迄今為止之最大應用，但亦存在其中吾人需要在其他材料，例如III-V化合物晶圓，諸如砷化鎵及II-VI化合物晶圓，諸如磷化銦上進行類似加工之情況。對於該等情況，唯一本質差異為晶圓之材料特性且吾人需要適當地修改托架-特定言之熱膨脹係數。因此，對於III-V應用，較佳使用GaAs晶圓(或具有類似TCE之材料)作為基層且將其黏合至更厚晶圓(亦為GaAs或TCE匹配之玻璃)。類似地，對於II-VI晶圓，吾人可使用適當II-VI材料。熟習此項技術者將容易地理解可在不背離所附申請專利範圍之範疇的情況下對上述方法及裝置做出各種修改及變化。舉例而言，可使用不同形狀、尺寸及材料。黏合方法可與不同具體實例之去黏合方法組合。

Claims (68)

1. 一種用於處理及/或傳輸基材之托架，諸如在加工該基材期間處理及/或傳輸該基材之該托架，該托架包含：一接觸表面，其中具有一或多個凹部以在使該接觸表面與該基材接觸時困留體積，該接觸表面用於接觸及支撐該基材；一密封表面，其位於該接觸表面周邊且自該接觸表面偏移；及一密封構件，其位於該密封表面上且經配置以壓縮以在該基材與該接觸表面接觸時形成該基材之密封件，該密封件將該基材與托架之間的困留體積密封且其中該密封表面為拋光表面。
2. 如申請專利範圍第1項之托架，其中該密封表面具有小於100nm之平均粗糙度Ra。
3. 如申請專利範圍第2項之托架，其中該密封表面具有小於10nm之平均粗糙度Ra。
4. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，其中該托架由第一托架晶圓及直徑大於該第一托架晶圓之第二托架晶圓形成，該第二托架晶圓黏合至該第一托架晶圓以於該第一托架晶圓之周邊提供該密封表面。
5. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，其中該接觸表面與密封表面之間的該偏移為階梯。
6. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，其中該密封構件為彈性的。
7. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，其中該密封構件呈環狀。
8. 如申請專利範圍第7項之托架，其中該密封構件為環。
9. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，其中該密封構件具有圓形橫截面。
10. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，其另外包含位於該密封表面上之該密封構件周邊之支撐構件，該支撐構件用於支撐該基材之邊緣。
11. 如申請專利範圍第10項之托架，其中該支撐構件為環。
12. 如申請專利範圍第10項之托架，其中該支撐構件至少就與該基材中之凹口或平面匹配之尺寸而言為透明的。
13. 如申請專利範圍第10項之托架，其中該支撐構件具有經尺寸化以與該基材中之凹口或平面匹配之間隙或孔隙。
14. 如申請專利範圍第10項至第13項中任一項之托架，其中該支撐構件具有一橫截面，該橫截面具有平坦表面以支撐該基材之邊緣區域。
15. 如申請專利範圍第10項至第14項中任一項之托架，其中該支撐構件為彈性的。
16. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，其中該接觸表面與密封表面之間的該偏移由階梯形成且該密封構件經拉緊以相對於該階梯之壁保持。
17. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，其中該托架另外包含突出物以保持該密封構件。
18. 如申請專利範圍第17項之托架，其中該密封構件經拉緊以藉由該突出物保持。
19. 如申請專利範圍第17項或第18項之托架，其中該接觸表面與密封表面之間的該偏移由階梯形成且該階梯之壁包含該突出物。
20. 如申請專利範圍第10項至第15項中任一項之托架，其中該支撐構件經成形以與該密封構件至少部分嚙合以保持該支撐構件。
21. 如申請專利範圍第10項至第15項中任一項之托架，其中該支撐構件為比該密封構件更軟之材料，及/或經成形而彈性小於該密封構件。
22. 如申請專利範圍第21項之托架，其中該密封構件之壓縮限定該支撐構件之該壓縮。
23. 如申請專利範圍第5項至第22項中任一項之托架，當依附於申請專利範圍第4項時，其中該第一托架晶圓經拋光且該第二托架晶圓經圖案化 而具有該等凹部。
24. 如申請專利範圍第23項之托架，其中該第一托架晶圓及第二托架晶圓為相同材料或為實質上熱膨脹匹配之材料。
25. 如申請專利範圍第23項或第24項之托架，其中該第一托架晶圓經機器加工或經蝕刻以包括該等凹部，該等凹部經配置以用於容納待加工之該基材之器件特徵/形貌。
26. 如申請專利範圍第5項至第25項中任一項之托架，當依附於申請專利範圍第4項時，其中該第一托架晶圓及第二托架晶圓由矽及/或玻璃中之一或多者形成：Schott BF33、MemPax、Corning 7740及Hoya SD2或其他玻璃、半導體或陶瓷，其與矽熱膨脹匹配。
27. 如申請專利範圍第5項至第25項中任一項之托架，當依附於申請專利範圍第4項時，其中該第一托架晶圓及第二托架晶圓由以下一或多者形成：GaAs及/或玻璃、其他半導體或陶瓷，其與GaAs熱膨脹匹配。
28. 如申請專利範圍第5項至第25項中任一項之托架，當依附於申請專利範圍第4項時，其中該第一托架晶圓及第二托架晶圓由以下一或多者形成：InP及/或玻璃、其他半導體或陶瓷，其與InP熱膨脹匹配。
29. 如申請專利範圍第5項至第28項中任一項之托架，當依附於申請專利範圍第4項時，其中該第一及第二托架晶圓在不使用夾層之情況下黏合在一起。
30. 如申請專利範圍第29項之托架，其中該第一及第二托架晶圓藉由陽極或直接黏合而黏合在一起。
31. 如申請專利範圍第5項至第28項中任一項之托架，當依附於申請專利範圍第4項時，其中該第一及第二托架晶圓藉由熱壓、焊接、共熔、玻璃粉或黏著劑黏合在一起。
32. 如申請專利範圍中前述任一項之托架，在該托架之表面上包含鈍化 層塗層。
33. 一種處理基材以便加工之方法，該方法包含：裝載該基材至腔室中；裝載托架至該腔室中，該托架在其接觸表面中具有一或多個凹部；將該腔室中之壓力減小至第一壓力；移動該基材及托架中之至少一者以使該托架之該接觸表面與該基材接觸以在該托架與基材之間的一或多個凹部中於該第一壓力下困留體積；增加該腔室中之壓力至高於該第一壓力之第二壓力；且其中該困留減壓將該托架及基材固持在一起以用於加工，其中該托架包含密封構件，該密封構件位於自該接觸表面偏移之該托架之密封表面上且在移動該基材及托架中之至少一者以使其彼此接觸之步驟期間，該密封構件可經壓縮以形成該基材及密封表面之密封件以維持該困留體積且其中該密封表面為拋光表面。
34. 如申請專利範圍第33項之方法，其另外包含：在該步驟期間增加壓力，固持該基材及托架以維持一或多個凹部中之該困留減壓；及釋放該基材及托架上之該固持。
35. 如申請專利範圍第33項之方法，其中該密封構件自該托架之邊緣插入且在移動該基材及托架中之至少一者之該步驟期間，基材與該托架對準以使得該基材之該圓周中之凹口或平面位於該密封構件周邊。
36. 如申請專利範圍第33項或第35項中任一項之方法，其中該托架包含定位於該密封表面上之該密封構件周邊之支撐構件以支撐基材之邊緣，且在移動該基材及托架中之至少一者之該步驟期間，當壓縮該密封構件時壓縮該支撐構件。
37. 如申請專利範圍第33項至第36項中任一項之方法，其另外包含：在移動該基材及托架中之至少一者之步驟之前，對該基材之第一表面 進行第一加工步驟；在移動該基材及托架中之至少一者之步驟中，該第一表面面向該托架；及在該釋放步驟之後，對與該第一表面相對之該基材之第二表面進行第二加工步驟。
38. 如申請專利範圍第37項之方法，其中在該第二加工步驟期間，藉由僅與該托架接觸來處理該基材。
39. 如申請專利範圍第37項或第38項之方法，其中該第二加工步驟為該基材之薄化。
40. 如申請專利範圍第33項至第39項中任一項之方法，其另外包含：裝載該基材及托架至腔室中；及將該腔室中之壓力減小至低於該第一壓力之第三壓力，使得該基材及托架彼此釋放。
41. 如申請專利範圍第40項之方法，其中該接觸表面與密封表面之間的該偏移為階梯且該階梯之壁包含突出物，且在基材及托架彼此釋放期間，該突出物保持該密封構件。
42. 如申請專利範圍第41項之方法，當依附於申請專利範圍第33項及第35項時，其中該支撐構件與該密封構件至少部分嚙合以使得在基材及托架彼此釋放期間，該密封構件保持該支撐構件。
43. 如申請專利範圍第33項至第42項中任一項之方法，其中該第二壓力為大氣壓。
44. 如申請專利範圍第33項至第43項中任一項之方法，其中該密封構件為環。
45. 如申請專利範圍第33項至第44項中任一項之方法，其中該固持步驟包含在增加該腔室中之壓力時施加力以固持該基材及托架以維持該困留 減壓。
46. 如申請專利範圍第45項之方法，其中該力為機械或靜電力。
47. 如申請專利範圍第33項至第46項中任一項之方法，其中裝載該托架至該腔室中之該步驟包含夾持該托架至向下面對第二壓板之第一壓板，且裝載該基材至該腔室中之該步驟包含置放該基材至該第一壓板下方之該第二壓板上。
48. 如申請專利範圍第40項之方法，其中在減小壓力至第三壓力之該步驟之前，使該托架及基材中之一者固持於第一壓板上，該壓板位於第二壓板上方、但向下面對該第二壓板，使得當釋放時，藉由該第一壓板下方之該第二壓板接收該基材及托架中之另一者。
49. 如申請專利範圍第48項之方法，其中該托架夾持至該第一壓板。
50. 如申請專利範圍第33項至第49項中任一項之方法，其中該托架中之該等凹部與該基材上之突出形貌特徵對準。
51. 一種在已對基材進行加工步驟之後處理該基材及托架之方法，其中該托架包含凹部，其在低於周圍壓力之壓力下困留體積以固持與該托架接觸之該基材，該方法包含：裝載該基材及托架至腔室中；及將該腔室中之壓力減小至低於該困留壓力之壓力，使得該基材及托架彼此釋放，其中該托架包含定位於該密封表面上之該密封構件周邊之支撐構件以支撐基材之邊緣，該支撐構件與該密封構件至少部分嚙合，且在基材及托架彼此釋放期間，該密封構件保持該支撐構件。
52. 如申請專利範圍第51項之方法，其中該托架包含密封構件，該密封構件位於自接觸表面偏移之該托架之密封表面上且該接觸表面與密封表面之間的該偏移為階梯且該階梯之壁包含突出物，且在基材及托架彼此釋放期間，該突出物保持該密封構件。
53. 一種處理基材以便加工之方法，該方法包含：加熱基材及托架至第一溫度，該托架在其接觸表面中具有一或多個凹部；移動該基材及托架中之至少一者以使該托架之該接觸表面與該基材接觸以在該托架與基材之間的一或多個凹部中於該第一溫度下困留體積；固持該基材及托架以維持一或多個凹部中之該困留體積，同時將該托架及基材之溫度降低至第二溫度，該困留體積冷卻至減壓；及釋放該基材及托架上之該固持，該困留體積將該托架及基材固持在一起以用於加工，其中該托架包含密封構件，該密封構件位於自該接觸表面偏移之該托架之密封表面上且在移動該基材及托架中之至少一者以使其彼此接觸之步驟期間，該密封構件經壓縮以形成該基材及密封表面之密封件以維持該困留體積且其中該密封表面為拋光表面。
54. 如申請專利範圍第53項之方法，其進一步包含：對該基材進行加工步驟；加熱該基材及托架至高於該第一溫度之第三溫度以使得該基材及托架彼此釋放；及冷卻該基材及托架。
55. 一種處理基材以便加工之方法，該方法包含：移動托架及該基材中之至少一者以使該托架之該接觸表面與該基材接觸以在該托架與基材之間的一或多個凹部中困留蒸氣體積；當該困留體積之溫度降低時固持該基材及托架以維持一或多個凹部中之該困留體積；及釋放該基材及托架上之該固持，該困留體積將該托架及基材固持在一起以用於加工，其中該托架包含密封構件，該密封構件位於自該接觸表面偏移之該托架之密封表面上且在移動該基材及托架中之至少一者以使其彼此接觸之步驟期間，該密封構件經壓縮以形成該基材及密封 表面之密封件以維持該困留體積且其中該密封表面為拋光表面。
56. 如申請專利範圍第55項之方法，其中該困留體積之溫度經降低以使該蒸氣冷凝為液體。
57. 如申請專利範圍第55項或第56項之方法，其中該蒸氣為蒸汽。
58. 如申請專利範圍第55項或申請專利範圍第56項之方法，其中該密封構件自該托架之邊緣插入且在移動該基材及托架中之至少一者之步驟期間，該基材與該托架對準以使得該基材之該圓周中之凹口或平面位於該密封構件周邊。
59. 如申請專利範圍第58項之方法，其中該托架包含定位於該密封表面上之該密封構件周邊之支撐構件以支撐基材之邊緣，且在移動該基材及托架中之至少一者之步驟期間，當壓縮該密封構件時壓縮該支撐構件。
60. 一種使基材固著至托架的裝置，該托架用於諸如在加工該基材期間處理及/或傳輸該基材，該裝置包含：配置於腔室中之上部壓板及下部壓板，該腔室經組態以抽空至真空；該上部壓板面向下配置於該下部壓板上方，且經配置以固持托架；該下部壓板經配置以接收基材；該上部或下部壓板可相對於另一壓板向上及向下移動以使得該等壓板可朝向彼此以使托架及基材接觸，其中該等壓板中之至少一者經配置以在側向及/或旋轉方向運動以使該基材及托架對準。
61. 如申請專利範圍第60項之裝置，其另外包含成像系統以在托架及基材對準及使其彼此接觸時檢視或使其成像。
62. 如申請專利範圍第60項或申請專利範圍第61項之裝置，其中該托架具有對準標誌以在基材與托架對準期間進行檢視。
63. 如申請專利範圍第61項之裝置，其中該等壓板中之至少一者包含孔洞或光學透明窗以檢視該托架及該基材之表面。
64. 如申請專利範圍第61項至第63項中任一項之裝置，其中該成像系統係使用紅外光及/或可見光操作。
65. 如申請專利範圍第61項至第64項中任一項之裝置，其中該腔室包含透明窗以檢視藉由該上部壓板及下部壓板之一及該上部及下部壓板中之另一者上之基材表面固持之托架。
66. 如申請專利範圍第61項至第64項中任一項之裝置，其中該腔室包含該成像系統之相機。
67. 如申請專利範圍第60項至第66項中任一項之裝置，其中該等壓板中之至少一者包含加熱器以增加托架及基材之溫度以增加困留於該托架與基材之間的凹部中之體積之壓力。
68. 如申請專利範圍第60項至第67項中任一項之裝置，其中該托架為如申請專利範圍第1項至第32項中任一項之托架。