TW201701395A

TW201701395A - 用於暫時接合晶圓之載具

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Publication number: TW201701395A
Application number: TW105106524A
Authority: TW
Inventors: 戴維高森斯; 傑瑞米迪貝梅克
Original assignee: Ｎｖ貝卡特股份有限公司
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-01-01
Also published as: WO2016142238A1; TWI685915B

Abstract

本發明揭露一種能夠將晶圓暫時接合於其上的載具。該載具包括平板狀層壓板。平板狀層壓板包括第一層。第一層包括箔片、薄片或平板。平板狀層壓板包括第二層，第二層包括具有三維開孔之多孔金屬介質。多孔金屬介質包括金屬纖維。第一層係永久接合於多孔金屬介質，由此在第一層所位在之側封閉多孔金屬介質之該孔。多孔金屬介質包括第一多孔層及第二多孔層。第一多孔層係設置於第一層和第二多孔層之間。第一多孔層之多孔性係高於第二多孔層之多孔性。

Description

用於暫時接合晶圓之載具

本發明係關於用於晶圓之載具的領域。該載具能夠在它們的處理期間(例如在晶圓薄化中)用於晶圓的暫時接合。

將晶圓暫時接合於載具上以允許晶圓處理的用途已廣為人知。而晶圓從載具上的後續脫膠(debonding)係一挑戰。允許藉由溶劑(solvent)來進行脫膠的不同載具已被記載。在該些製程中，用於暫時接合的黏合劑(adhesive)係為化學溶解性的。

US2009/197070A記載了一種支撐平板，其和基板接合以支撐該基板。在該支撐平板中，多個開口從接合表面滲透穿越至非接合表面。接合表面係面向基板，且非接合表面面向接合表面。包含第一區域和圍繞第一區域的第二區域之多孔區域係形成於接合表面上，且第一區域具有大於第二區域的開口率之開口率。如此，便可能實現一種支撐平板，其能夠利用溶劑而輕鬆從半導體晶圓剝下，但並不易在半導體晶圓上的製程運作期間從基板上剝離。

US2005/0173064A1提供一種支撐平板，其具有在基板薄化後短時間內可將溶劑供給至支撐平板和基板(例如半導體晶圓)之間的黏合層之結構。該文件亦揭露了用來剝離支撐平板的方法。支撐平板可具有大於半導體晶圓之直徑，且滲透孔(penetrating hole)係形成於支撐平板中。支撐平板的外周部分係沒有形成滲透孔之平坦部分。當酒精從上述支撐平板被注入時，酒精穿過滲透孔抵達黏合層，溶解並移除黏合層。

US8882096B2揭露一種穿孔支撐平板，用來藉由插入黏合層而支撐晶圓的表面。該穿孔支撐平板具有滲透孔。穿孔支撐平板利用黏合劑而被黏合至晶圓，溶液用來溶解滲透穿過支撐平板的穿孔之該黏合劑。穿孔支撐平板包括用來防止偏斜之增強部件。

US2004/0231793A1揭露一種將多孔燒結金屬作為晶圓之暫時載具的用途。為了將用於黏合晶圓至暫時載具的黏合劑溶解，可藉由使溶劑經由暫時載具的孔而穿過其厚度而釋放該載具。

US2009325467A記載一種製程，其中晶圓可不產生波紋(dimples)而被薄化。支撐平板具有一些穿孔。晶圓的電路形成表面係藉由黏合劑構件而被黏合至支撐平板的一表面，且具有厚度100μm以上且在一面上具有黏合層之波紋防止構件係被黏合至另一表面。因此在穿孔兩端之開口皆被封阻。支撐平板經由波紋防止構件而被真空吸附於支撐台，且晶圓被研磨/拋光以薄化晶圓。波紋防止構件被剝除，且溶劑經由穿孔滲透進黏合劑構件中以將晶圓從支撐板剝離。

US2001005043A揭露一種技術，其以高良率(yield rate)在短時間內實施晶圓薄化及晶圓從支撐基板的分離。無孔支撐基板係被接合至支撐基板之第二表面，其具有孔及用來封阻該些孔之藉由加熱而融化的黏合層。晶圓被接合至支撐基板的第一表面，其具有孔及藉由溶劑而融化的黏合層。晶圓係藉由研磨及蝕刻而被薄化。黏合層係藉由加熱而被融化且具有孔之支撐基板相對於無孔支撐基板滑動，由此將具有孔之支撐基板從無孔支撐基板分離。黏合層接著藉由使溶劑穿過具有孔之支撐基板中定義出的孔而被溶解。由此晶圓和具有孔之支撐基板分離。當晶圓上沒有施加負載，便防止了晶圓損壞。

本發明之目的係提供一種用於暫時晶圓接合的載具。本發明之目的係提供此種具有改進特點的載具。本發明之目的係提供一種載具，藉由使用溶劑滲透穿過該載具的孔而溶解黏合劑來使晶圓容易脫膠。本發明之目的係提供一種載具，可使晶圓薄化而獲得所需品質規格。

本發明之第一方案係一種載具，能夠將晶圓暫時接合於其上，例如使晶圓薄化。載具包括平板狀層壓板。平板狀層壓板包括第一層。第一層包括箔片、薄片或平板。平板狀層壓板包括第二層，其包括具有三維開孔之多孔金屬介質。多孔金屬介質包括金屬纖維或由金屬纖維構成。第一層係永久接合於多孔金屬介質，由此在第一層所位在之側封閉多孔金屬介質之孔。多孔金屬介質包括第一多孔層及第二多孔層。第一多孔層係設置於第一層和第二多孔層之間。第一多孔層之多孔性(porosity)係高於第二多孔層之多孔性。

第一層係被永久接合至多孔金屬介質，使得在暫時被接合至載具的晶圓脫膠或脫膠後的期間，第一層維持接合至多孔金屬介質。

較佳地，載具係具有圓盤形狀，可能其中圓盤以一直線側從圓形外圍偏離。該直線側係存在以和要被接合至工作載具之晶圓的形狀吻合。圓盤之圓形部分的直徑較佳為適用於6吋、8吋、或12吋晶圓。這表示圓盤直徑係等於或稍微大於晶圓直徑。

該載具係具有如下優點：脫膠溶劑可流動穿過多孔金屬介質的三維開孔，從黏性接合於晶圓上之載具的側緣經過多孔金屬介質的全部體積。第一多孔層具有較高多孔性的呈現確保脫膠液體快速滲透穿過第一多孔層，並接著穿過第二多孔層的厚度，而實現快速脫膠。由此，脫膠溶劑可快速抵達將晶圓黏合至載具的黏合層。載具係具有足夠剛性將接合的晶圓經過不同製程步驟運送而不會發生彎曲或其他機械變形或壓力。該載具還具有如下優點：其具有充分機械特性，例如剛性，以達到薄化晶圓所需的維度特性，如總厚度變化(total thickness variation，TTV)，弓起或翹曲。本發明另外的優點在於載具可被多次重複使用。本發明載具另外的優點在於：由於第二多孔層之低多孔性水平(level)，黏合劑滲透較少且深入多孔金屬介質較淺，因此用在將晶圓暫時接合於載具上的黏合劑消耗較少。另外，當黏合劑滲入較少至第二多孔層中，黏合層之厚度降低且使得脫膠的所需時間減少。

在較佳實施例中，第一多孔層被直接黏合至第一層。在其他較佳實施例中，第二多孔層被直接黏合至第一多孔層。在其他較佳實施例中，第二多孔層被設置用來接合至晶圓上。

較佳地，第一多孔層之多孔性高於50%；且較佳為低於80%。

較佳地，第二多孔層之多孔性低於60%；且較佳為高於30%。

較佳地，第一層包括金屬、玻璃、矽或陶瓷，或者由金屬、玻璃、矽或陶瓷所構成。在一較佳實施例中，第一層由金屬所構成，或者由玻璃所構成、或者由矽所構成，或者由陶瓷所構成。

多孔金屬介質之具體例子包含燒結或焊接金屬纖維非織造布(nonwovens)。

較佳地，第一層覆蓋第二層的至少一平面側；更佳地，第一層覆蓋第二層的至少一平面側的全部表面。

在一較佳實施例中，第一層覆蓋第二層的一平面側的全部表面。

較佳地，第一層包括金屬或由金屬所構成。較佳地，第一層包括金屬箔片、金屬平板或金屬薄片，或由金屬箔片、金屬平板或金屬薄片所構成。較佳地，第一層包括和多孔金屬介質相同的金屬或合金。

較佳地，多孔金屬介質包括不鏽鋼、鈦、鈀或鎢或由不鏽鋼、鈦、鈀或鎢所構成，或者該多孔金屬介質包括一合金或由一合金所構成，該合金包括重量高於50%的鈦、鈀或鎢。更佳地，在第一層包括金屬箔片、金屬平板或金屬薄片，或由金屬箔片、金屬平板或金屬薄片所構成的實施例中，第一層包括和多孔金屬介質相同的金屬或合金。

在較佳實施例中，其中第一層包括金屬或由金屬所構成，第一層係藉由金屬鍵(如燒結)或焊接(且較佳為藉由在焊接製程中沒有使用附加填充材料之焊接)而永久接合於多孔金屬介質。可使用的焊接製程之例為電容放電焊接(capacity discharge welding，CDW)。

在較佳實施例中，第一層係藉由黏合劑而永久接合於多孔金屬介質。黏合劑可廣範圍地選自不會被用於從載具上將暫時被黏合之晶圓脫膠的脫膠液體所影響之黏合劑。適合的黏合劑之例係基於環氧樹脂(epoxy)之黏合劑。

較佳地，載具具有介於650μm至750μm之間的厚度。

較佳地，第一層具有介於20μm至650μm之間的厚度，更佳為介於150μm至650μm之間的厚度。

較佳地，多孔金屬介質具有介於50μm至150μm之間的厚度，更佳為介於50μm至150μm之間的厚度。

較佳地，金屬纖維之直徑係介於2μm至50μm之間，更佳為介於2μm至40μm之間，再更佳為介於2μm至25μm之間。再更佳為介於10μm至25μm之間。

在較佳實施例中，第一多孔層包括第一等效直徑的金屬纖維或由第一等效直徑的金屬纖維所構成，且第二多孔層包括第二等效直徑的金屬纖維或由第二等效直徑的金屬纖維所構成。在更佳實施例中，第一等效直徑大於第二等效直徑。具有等效直徑意指圓的直徑和剖面形狀偏離圓形形狀的纖維之截面具有相同面積。

較佳地，多孔金屬介質具有用來接合於晶圓上的表面，其中該表面係平行於第一層。該表面係被拋光，使得載具具有低於10μm之總厚度變動(TTV)。總厚度變動(TTV)係藉由下降計測量(drop gauge measurement)而在材料表面上隨機選取5點來進行測量。以測試方法而言，下降計之直徑為5.99。TTV係由所測量到的最大厚度及所測量到的最小厚度之間的差異所定義。

較佳地，第二層包括用來接合於晶圓上的接觸層。接觸層包括金屬纖維和金屬粉末之混合物。金屬纖維和金屬粉末在它們的接觸點上係彼此永久接合。在此較佳實施例中，多孔金屬介質之多孔性高於20%且較佳為高於30%，更佳為高於40%，再更佳為高於50%，再更佳為高於60%。且較佳為多孔性低於80%，更佳為低於60%。

在此較佳實施例中，接觸層之多孔性係高於20%且較佳為高於30%。且較佳為接觸層之多孔性低於50%，更佳為低於40%。在更佳實施例中，多孔金屬介質包括附加多孔層，其設置於第一層和接觸層之間。附加多孔層可包括金屬纖維、金屬粉末、或金屬泡沫(metal foam)。附加多孔層之具體例包含燒結或焊接金屬纖維非織造布，燒結金屬粉末，及金屬泡沫。

較佳地，接觸層中的金屬粉末具有範圍介於2至30μm之內的直徑，較佳為範圍介於2至20μm之內，更佳為範圍介於2至10μm之內。

在較佳實施例中，多孔金屬介質之側緣係被永久密封，使得在多孔金屬介質的側緣上不具有開孔。較佳地，側緣的密封係完全由金屬提供。

可藉由邊緣的焊接，或者藉由雷射切割進行多孔金屬介質之尺寸及形狀的切割作業，或者藉由邊緣的焊接或在接合第一層和第二層後藉由雷射切割進行第一層和第二層的組合之尺寸及形狀的切割作業，來密封側緣。

製造密封邊緣的替代方法係藉由對平板機械加工以產生直立的邊緣，且多孔金屬介質被插進由機械加工所產生的杯件(cup)中，且多孔金屬介質被後續接合至第一層上。

當欲利用永久接合邊緣來將暫時接合的晶圓從載具脫膠時，起初沒有脫膠液體的毛細結構(wicking)產生於多孔金屬介質中。開始的脫膠產生於載具和晶圓間的黏合劑之薄層上。當此薄層分解，藉由具有在多空金屬介質中穿過由溶解在邊緣的膠層所產生的開口之脫膠液體所增加的毛細結構，而使脫膠速度增加。

較佳地，載具係被設置使得當施加4bar之壓力於其上時，在施加壓力之前載具之永久變形低於其原始厚度之5%。這可以藉由在施加4bar之壓力前後20秒的時段之間測量載具厚度而被測試。根據此實施例的載具可藉由對載具或其中的多孔金屬層或多片多孔金屬層進行預壓而限制未來的永久變形。該些實施例出奇地協同改善晶圓在暫時黏合於載具時於其製程後(例如薄化)的特性。

本發明之第二方案係一種晶圓和如本發明第一方案中的載具之總成(或堆疊)。晶圓係藉由黏合劑而接合於第二多孔層上。較佳地，黏合劑係可藉由將適合的脫膠液體接觸黏合劑而移除之黏合劑。

本發明之第三方案係一種處理晶圓之方法。該方法包含如下步驟：藉由黏合劑而將晶圓暫時黏合至如本發明第一方案中的載具；處理暫時黏合於載具之晶圓，例如薄化晶圓；藉由脫膠液體來破壞晶圓和載具間的暫時黏合劑接合，而將晶圓從載具脫膠；其中脫膠液體從藉由黏合劑所接合於該載具之晶圓的總成的側緣滲透進入多孔金屬介質中。

在將暫時接合於載具的晶圓脫膠及脫膠後之期間，第一層維持接合於多孔金屬介質。

在一較佳方法中，脫膠後之載具係重複使用一或多次來將其他晶圓暫時接合於其上。較佳地，載具可被使用至少5次，更佳為至少10次。

100‧‧‧載具

102‧‧‧直線側

200‧‧‧載具

210‧‧‧第一層

222‧‧‧金屬纖維網

224‧‧‧金屬纖維網

301‧‧‧總成或堆疊

370‧‧‧黏合層

380‧‧‧晶圓

D‧‧‧直徑

圖1表示根據本發明的示範性載具的俯視圖。

圖2表示根據本發明的示範性載具的截面圖。

圖3表示暫時接合於本發明載具之晶圓的總成之例。

圖1表示根據本發明之載具100的俯視圖。載具100具有圓盤形狀且以一直線側102從圓形外圍(直徑D)偏離。直線側102係存在以和要被接合至工作載具之晶圓的形狀吻合。

圖2表示根據本發明的示範性載具200的截面圖。載具200包括第一層210。第一層係金屬箔片或金屬薄片。載具200還包括第一多孔層(例如燒結非織造金屬纖維網222)及第二多孔層(例如另一燒結非織造金屬纖維網224，其係藉由焊接(例如電容放電焊接)而燒結或接合)。第一多孔層之多孔性係高於第二多孔層之多孔性。

較佳地，金屬箔片或金屬薄片及非織造金屬纖維網之纖維係出於相同金屬或合金。

非織造金屬纖維網222、224係藉由黏合劑(例如環氧樹脂黏合劑)或燒結或焊接(例如電容放電焊接)而彼此永久接合且接合至第一層210。

作為一或兩片非織造金屬纖維網之替代，可將燒結多孔金屬粉末層及/或金屬泡沫層用於第一多孔層及/或第二多孔層。

作為金屬箔片或金屬薄片之替代，可將玻璃、陶瓷或矽的薄片或平板用作第一層。第一及第二多孔層係藉由金屬鍵(例如燒結)而彼此結合，且和第一層的接合可接著藉由黏合劑(例如環氧樹脂)而完成。

圖3表示暫時接合於本發明載具之晶圓的總成或堆疊301之例，例如圖2的例之載具200。圖3中的相同標號和圖2記載的相同標號具有相同意義。暫時黏合層370被施加於載具200之多孔金屬層上，且晶圓380經由黏合層370而被暫時接合於載具200上。

示範性載具係製作成具有700μm之總厚度，且用於8吋晶圓。載具具有250μm厚度的鈦箔片作為第一層。在其上面施加有非織造鈦纖維網(其具有等效直徑22μm之鈦纖維)且實施燒結作業以將第一多孔層燒結至鈦箔片。在最終載具中，該第一多孔層具有500g/m²之特定重量及56%之多孔性。在該第一多孔層上面，施加有200μm厚度的第二多孔層，其由等效直徑14μm之鈦纖維的非織造鈦纖維網所構成。第二多孔層在最終載具中具有500g/m²之密度及45%之多孔性。第二多孔層係藉由分開的燒結作業而被接合至載具中。欲接合至晶圓上的載具的表面可被拋光至低於10μm的載具總厚度變動(TTV)。

藉由旋轉塗佈(spin coating)，矽基黏合劑被施加於載具的第二多孔層。裝置晶圓在25℃及0.8bar且10分鐘的期間被接合。藉由在第二多孔層中具有較低的多孔性，截面圖中表示了黏合劑相較於第二多孔層並未另外滲透至多孔層中。晶圓可在黏合至載具時被薄化降至50μm。在脫膠步驟中，在25℃時於Daeclean 300(用於固化矽膠黏合劑之市售溶劑系統)中浸泡接合的堆疊(該堆疊係暫時接合於載具之晶圓的組合)，經顯示裝置晶圓在4分50秒內完全脫膠。

200‧‧‧載具

210‧‧‧第一層

222‧‧‧金屬纖維網

224‧‧‧金屬纖維網

Claims

一種載具，能夠將晶圓暫時接合於其上，其中該載具包括平板狀層壓板，該平板狀層壓板包括：第一層，其中該第一層包括箔片、薄片或平板；及第二層，包括具有三維開孔之多孔金屬介質，其中該多孔金屬介質包括金屬纖維；其中該第一層係永久接合於該多孔金屬介質，由此在該第一層所位在之側封閉該多孔金屬介質之該孔；其中該多孔金屬介質包括第一多孔層及第二多孔層，其中該第一多孔層係設置於該第一層和該第二多孔層之間；且其中該第一多孔層之多孔性係高於該第二多孔層之多孔性。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該第一多孔層之多孔性高於50%。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該第二多孔層之多孔性低於60%。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該第一層包括金屬、玻璃、矽或陶瓷。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該第一層包括金屬；且其中該第一層包括和該多孔金屬介質相同之金屬或合金。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該多孔金屬介質包括不鏽鋼、鈦、鈀或鎢；或者該多孔金屬介質包括一合金，該合金包括重量高於50%的鈦、鈀或鎢。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該第一層包括金屬；且其中該第一層係藉由金屬鍵而永久接合於該多孔金屬介質。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該第一層係藉由黏合劑而永久接合於該多孔金屬介質。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該金屬纖維之等效直徑係介於2μm至50μm之間。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該多孔金屬介質具有用來接合於晶圓上的表面，其中該表面係平行於該第一層；且其中該表面係被拋光，使得該載具具有低於10μm之總厚度變動(TTV)。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該第二層包括用來接合於晶圓上的接觸層，其中該接觸層包括金屬纖維和金屬粉末之混合物，其中該金屬纖維和該金屬粉末在它們的接觸點上係彼此永久接合。
如申請專利範圍第1項所述之載具，其中該多孔金屬介質之側緣係被永久密封，使得在該多孔金屬介質的該側緣上不具有開孔。
一種晶圓和如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之載具的總成，其中該晶圓係藉由黏合劑而接合於該第二多孔層上。
一種處理晶圓之方法，包含如下步驟：藉由黏合劑而將晶圓暫時黏合至如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之載具；處理暫時黏合於該載具之該晶圓；藉由脫膠液體來破壞該晶圓和該載具間的暫時黏合劑接合，而將該晶圓從該載具脫膠；其中該脫膠液體從藉由黏合劑所接合於該載具之該晶圓的總成的側緣滲透進入該多孔金屬介質中。