TWI455229B - 用於將一晶圓自一載體剝除之裝置及方法 - Google Patents

Description

用於將一晶圓自一載體剝除之裝置及方法

本發明係關於一種根據技術方案1之用於將一晶圓自一載體剝除之裝置及一種根據技術方案14之用於將一晶圓自一載體剝除之方法。

晶圓之背面減薄在半導體工業中通常係有必要的，且可以機械及/或化學方式發生。出於背面減薄之目的，通常將晶圓暫時固定在一載體上，存在各種固定方法。舉例而言，可使用膜、玻璃基板或矽晶圓作為載體材料。

端視所使用之載體材料及載體與晶圓之間所使用之互連層，已知用於溶解或破壞該互連層之不同方法，例如(舉例而言)，使用UV光、雷射光束、溫度作用或溶劑。

剝除日益成為最重要的處理步驟中之一者，此乃因具有幾微米基板厚度之薄基板在剝除/剝離期間易破碎或易受到剝除過程所必需的力的損壞。

此外，薄基板幾乎不具有或根本不具有任何形狀穩定性且通常在沒有支撐材料之情形下捲曲。因此，在背面減薄晶圓之處置期間，對晶圓之固定及支撐實質上不可或缺。

DE 10 2006 032 488 B4闡述一種用於藉助雷射光加熱黏結物質之方法，該黏結物質之連接作用因相關聯之相當大的溫度升高(400℃至500℃)而失效。因此，加熱整個晶圓堆疊(參見：[0021])之問題得到解決。然而，由於晶圓材料之良好導熱性，因此至少邊緣區域經受一相當大的溫度升高，且毗鄰該邊緣區域之區域亦經受一相當大的溫度升高。此處之問題亦係所得之溫度梯度。

因此，本發明之目標係設計一種裝置及一種方法來盡可能無破壞性地將一晶圓自一載體拆除。

此目標係藉助技術方案1及14之特徵達成。在隨附申請專利範圍中給出本發明之有利進一步開發。本發明之框架亦涵蓋說明書、申請專利範圍及/或圖示中給出之特徵中之至少兩者之所有組合。在規定值範圍中，在指定限度內之值亦將作為邊界值且欲在任一組合中闡述該等值。

本發明係基於以下想法：設計一種能夠在小於350℃之一溫度下藉助其達成剝除之裝置。已發現，高於350℃之溫度範圍可對晶圓有害。此外，由於較高溫度需要更多能量，因此根據本發明之裝置需要較少能量來將晶圓自載體拆除。

因此，根據本發明之用於將一晶圓自由一互連層連接至該晶圓之一載體剝除之裝置可由以下特徵表徵：

-　一接收構件，其用於容納由該載體及該晶圓構成之一載體晶圓組合，

-　一連接釋放構件，其用於解開尤其係打破由該載體與該晶圓之間的該互連層提供之連接，及

-　剝除構件，其用於將該晶圓自該載體剝除，或用於將該載體自該晶圓剝除，

使該連接釋放構件在自0℃至350℃、尤其係自10℃至200℃、較佳係自20℃至80℃、且更佳係在環境溫度下之一溫度範圍中工作。

此外，根據本發明，一種用於將一晶圓自由一互連層連接至該晶圓之一載體剝除之方法可具有以下步驟：

-　將由該載體及該晶圓構成之一載體晶圓組合容納在一接收構件上，

-　藉由一連接釋放構件解開尤其係打破由該載體與該晶圓之間的該互連層提供之連接，及

-　藉由剝除構件將該晶圓自該載體剝除或將該載體自該晶圓剝除。

該連接釋放構件在高達350℃、尤其係自10℃至200℃、較佳係自20℃至80℃、且更佳係在環境溫度下之一溫度範圍中工作。

將一晶圓界定為一產品基板(舉例而言，一半導體晶圓)，傳統上將其減薄至在0.5 μm與250 μm之間的一厚度，但趨勢傾向於越來越薄之產品基板。

舉例而言，該載體係具有在50 μm與5,000 μm之間的一厚度之一載體基板。

該互連層可係一黏合劑(舉例而言，一可溶性黏合劑，特定而言係一熱塑性塑膠)，舉例而言，可選擇性地將該黏合劑施加於該載體晶圓組合之一邊緣區域中，尤其係施加於自0.1 mm至20 mm之一邊緣區中。另一選擇係，可將該黏合劑施加於整個表面上方，且黏合力可藉由一黏合減小層(舉例而言，一含氟聚合物，較佳係特氟綸)在中心處減小。

該接收構件尤其適合係一卡盤，特定而言係用於尤其藉助負壓(舉例而言，抽吸路徑、孔或抽吸杯)容納該載體晶圓組合之一旋轉器卡盤。另一選擇係，舉例而言藉由橫向夾具之一機械容納係可能的。

該剝除構件可係一上基板接收器，舉例而言，較佳係藉由施加負壓(例如，抽吸路徑、孔或抽吸杯)之一釋放卡盤。

在本發明之一個有利實施例中，規定該連接釋放構件係製造成實質上在不加熱之情形下工作。以此方式，可省略任何加熱構件。

在本發明之另一有利實施例中，規定該連接釋放構件包括用於拆除該互連層之流體構件，特定而言係選擇性地溶解該互連層之一溶劑。互連層之化學溶解尤其對晶圓具有保護性，但藉助對應材料選擇，溶解亦可極快發生，尤其係當僅晶圓之邊緣區域具備一互連層時，使得溶劑可自側處極快發揮作用。以此方式，可省略載體基板及/或產品基板中之穿孔。

在本發明之一個替代實施例中，規定該連接釋放構件包括用於拆除該互連層之機械分離構件，特定而言係用於穿透該互連層之一刀片。以此方式，可尤其迅速地將晶圓自載體分離。機械分離構件與流體構件之一組合亦係可能的。

在本發明之另一替代實施例中，規定該連接釋放構件包括用於拆除該互連層之一UV光源。本實施例亦可與機械分離構件之實施例及/或具有流體構件之實施例組合在一起。

在某種程度上，連接釋放構件係製造成特別地唯一自載體晶圓組合之一個側邊緣發揮作用，可省略自頂部及/或底部(尤其係位於側邊緣內晶圓之內側邊緣)對晶圓之作用。

存在用於旋轉載體晶圓組合之一旋轉構件，此使得可省略連接釋放構件在載體晶圓組合之整個週邊上方之一配置，且部分作用於載體晶圓組合之週邊上足以。

有利地，該連接釋放構件具有至少一個釋放裝置，其圍繞側邊緣，特定而言觸及接收構件及/或剝除構件，較佳形成一密封。由於該釋放裝置圍繞該載體晶圓組合之側邊緣，因此可尤其有效地作用於該互連層。此外，該釋放裝置用於保護晶圓，尤其用於保護側邊緣。此外，該圍繞措施可防止流體構件自釋放裝置顯露或防止UV光強度損失。當使用機械分離構件時，防止可能的雜質自釋放裝置溢出且防止其污染晶圓。在一個有利組態中，該釋放裝置之剖面可製成U形。

在某種程度上，連接釋放構件(特定而言，釋放裝置)具有較佳地密封至附近之一工作室，仍可較佳地實施前述優勢(尤其係在使用流體構件時)。

在本發明之另一有利組態中，規定該工作室係製造成容納載體晶圓組合之側邊緣之一週邊扇段。

有利地，該工作室沿晶圓中心方向延伸僅稍微超過載體晶圓組合之側邊緣，特別地直至載體側上之接收方向[sic]且直至晶圓側上之剝除構件。

有利地，該剝除構件經製成能夠旋轉，特定而言藉助旋轉接收構件驅動。

在某種程度上，該連接釋放構件具有用於清潔晶圓之清潔劑，在剝除晶圓之同時，至少可在曝露於互連層之區域中清潔後者。

根據本發明之方法在以下方面得到改良：將載體晶圓組合之一個側邊緣區域中之互連層製成黏性的，且在特別地由一含氟聚合物形成之較佳唯獨與該晶圓單獨接觸之一個內部區域中之互連層係製造成至少在該晶圓之方向中具有較小黏性至不具有黏性。

圖1在中心位置粗略地顯示一載體晶圓組合21，其由至少一個晶圓4及一載體1構成，且其固持在一接收構件6上，特定而言在一水平接收平面A中由該接收構件形成之一卡盤上。載體晶圓組合21轉動180°亦可置於接收構件6上，亦即，其中載體1向下且晶圓4向上。載體晶圓組合21係以未顯示之一機械臂方式供應。

根據一個尤其有利之實施例，相對於水平方向顯示接收構件6或裝置以使得接收平面A不再顯示為水平的，而是相對於水平方向具有5°與90°之間、尤其係25°至90°、較佳係45°至90°、且更佳係恰好90°之一傾斜角。

此外，此處之載體晶圓組合21由一互連層3及整合至互連層3中之一黏合減小層2構成，且該層2係沿載體1之方向配置於載體晶圓組合21之一內部區域22中。在內部區域22外側，互連層3在載體晶圓組合21之一個側邊緣23上之黏合減小層2上面凸出。因此，側邊緣23係一環形區段，且其以自0.1 mm至20 mm之一寬度自載體晶圓組合21或載體1之外側輪廓延伸至載體晶圓組合21之中心。晶圓4通常具有300 mm之一直徑。

晶圓4在被供應至根據本發明之裝置之前通常經受進一步處理步驟，舉例而言，背面減薄至0.5 μm至250 μm之一厚度。

載體晶圓組合21至少在側邊緣23周圍抬升至接收構件6以上。因此，接收構件6具有比載體晶圓組合21或晶圓4及/或載體1小之一直徑。

以習用方式藉由負壓將載體晶圓組合21固定在接收構件6上，接收構件6能夠藉助一驅動馬達5及將接收構件6連接至驅動馬達5之一驅動軸5w旋轉。

驅動馬達5及驅動軸5w可製成為具有真空供應之一中空軸以能夠有利地將該真空供應連接至旋轉接收構件6。

載體晶圓組合21裝納於一處理室7中，驅動馬達5位於處理室7外側且使驅動軸5w穿透位於處理室之底部24中之一開口。

此外，在底部24中存在一汲極8。

存在一釋放裝置16，其自載體晶圓組合21橫向地延伸超過載體晶圓組合21週邊扇段。釋放裝置16剖面製成U形，且該釋放裝置之支腿25、26及釋放裝置16之一個側壁27環繞一工作室28，該工作室朝向載體晶圓組合21開口。該釋放裝置在載體晶圓組合21之一圓環段上方延伸且支腿25、26在圖2中所示之一釋放位置中抬升至側邊緣23以上且此對應於根據本發明之方法之第二處理步驟。在某種程度上，接收平面A係傾斜的，釋放裝置可製成類似一浸漬槽；此大大地簡化了對裝置之處置。

釋放裝置16可藉助一致動器18經由凸出至處理室7中之一L形致動器臂29自釋放位置移動至根據圖1之一初始位置中。

在載體晶圓組合21上方存在若干剝除構件，該等剝除構件用於將載體1自晶圓4剝除，該等剝除構件具有一晶圓接收器9，此處係一卡盤。

晶圓接收器9支撐於一晶圓接收器致動器臂30上，能夠在晶圓接收器致動器臂30之一晶圓接收器支撐件15中旋轉，晶圓接收器支撐件15製成為一軸向及徑向軸承。晶圓接收器支撐件15及晶圓接收器9經配置使其旋轉軸與驅動軸5w或接收構件6之旋轉軸齊平。

此外，剝除構件具有整合至晶圓接收器9中且此處製成波紋管樣之彈性抽吸杯14。抽吸杯14連接至一壓力線10，該壓力線又連接至一真空構件。因此，可將抽吸杯14之區域中之載體1抽吸至晶圓接收器9上。

此外，如圖1中所示，根據本發明之裝置具有一溶劑線19，其經由一溶劑致動器臂31連接至一溶劑致動器20以用於在將載體自晶圓4剝除之後清潔晶圓4。

藉助意欲用於距離量測且整合至晶圓接收器9中之一感測器，可量測將載體1自晶圓4之剝除(尤其藉由一感測器線12)。

在接收根據圖1之載體晶圓組合21之後，晶圓接收器9由晶圓接收器致動器11降低至載體1上，直至抽吸杯14擱置在載體1上為止。

接著，經由壓力線10將一真空施加至抽吸杯14；此係由一箭頭32顯示。

因此，晶圓接收器9機械地連接至載體晶圓組合21及接收構件6，以使得可藉由驅動馬達5影響接收構件6、晶圓接收器9及位於其等之間的載體晶圓組合21之旋轉。旋轉係由旋轉箭頭33顯示。另一選擇係，旋轉可間歇地發生，特定而言以在90°與360°之間的一有限角度交替樞轉運動，且藉由該樞轉運動，載體晶圓組合21之週邊將幾乎完全可由釋放裝置16偵測。

在連續旋轉期間，可有利地提供一旋轉軸以用於向晶圓接收器9供應壓力線10及感測器線12。

接著，藉由釋放裝置致動器20將釋放裝置16移動至圖2中所示且亦在位於圖2之右上方處之一放大精確圖中所示之釋放位置中。

接著，經由流體線17將溶劑34遞送至釋放裝置16之工作室28中，其中溶劑34在側邊緣23之區域中與互連層3進行接觸且導致互連層3自側面溶解。

藉由釋放裝置16(尤其係支腿25及26)與其正面35及36之接觸，可將工作室28抵靠接收構件6密封，或可將晶圓接收器9密封至附近。

相反，密封並非極其必要，但卻導致節省溶劑34。

圖3a、3b及最終在圖3c中顯示在側邊緣23之區域中互連層3之溶解過程。

當圖3c中所示之互連層3之邊緣區域幾乎完全溶解直至到達黏合減小層2時，晶圓4係由製成波紋管樣的抽吸杯14抬離載體1，此乃因黏合減小層2與因抽吸杯14而作用產生之拉力相比未施加足夠的黏合力。量測載體1至晶圓接收器9之距離之感測器13實現將載體1自晶圓4剝除(參見圖4)，以使得可停止溶劑34至工作室28中之供應且可藉由釋放裝置致動器20將釋放裝置16移動至圖5中所示之初始位置中。

接著，藉由晶圓接收器致動器11舉起載體1以便能夠藉助溶劑線19清潔晶圓4。在清潔晶圓4之後，藉由旋轉晶圓4移除藉由溶劑線19所施加之溶劑37。

接著，可藉由一機械臂將晶圓4供應至額外裝置及處理步驟，且根據本發明之裝置可負載一新的載體晶圓組合21。

圖6顯示根據本發明之裝置之一個替代實施例，該裝置適於處理上文原則上所述已施加至一箔片38之一載體晶圓組合21。

此乃因箔片38係由一膜框39固持，該膜框使得以上述方式橫向接近載體晶圓組合21變得困難。

因此，在根據圖6之實施例中，釋放裝置16由一尤其無支撐之溶劑線40構成，該溶劑線具有一個位於載體晶圓組合21之側邊緣23之區域中之輸出41。在剝除處理步驟中，可將側邊緣23上之互連層3曝露於該溶劑。

為拆除已固定在箔片38及膜框39上之晶圓4，用於將晶圓自載體剝除之剝除構件除晶圓接收器9之外具有一膜框接收器42。

膜框接收器42位於晶圓接收器9與晶圓接收器致動器臂30之間且連接至遍佈於壓力線10上之真空。膜框接收器42具有可抽吸膜框39且位於膜框接收器42週邊上之抽吸杯43。

抽吸杯43之功能實質上對應於抽吸杯14之功能。

在根據本發明之另一實施例中，載體晶圓組合21由一第二載體構成，該第二載體類似地經由一第二互連層連接至載體1相對側上之晶圓4。以此方式，舉例而言，可藉由在兩個互連層中提供不同連接構件及相應地提供不同溶劑將晶圓4置於另一載體上或在不必個別處置晶圓4之情形下轉動晶圓4。晶圓4一直係由一載體(由載體1或由第二載體)支撐。

1．．．載體

2．．．黏合減小層

3．．．互連層

4．．．晶圓

5．．．驅動馬達

5w．．．驅動軸

6．．．接收構件

7．．．處理室

8．．．汲極

9．．．晶圓接收器

10．．．壓力線

11．．．晶圓接收器接收器

12．．．感測器

13．．．感測器

14．．．抽吸杯

15．．．晶圓接收支撐件

16．．．釋放裝置

17．．．流體線

18．．．致動器

19．．．溶劑線

20．．．溶劑致動器

21．．．載體晶圓組合

22．．．內部區域

23．．．側邊緣

24．．．底部

25．．．支腿

26．．．支腿

27．．．側壁

28．．．工作室

29．．．致動器臂

30．．．晶圓接收器致動器臂

31．．．溶劑致動器臂

32．．．箭頭

33．．．旋轉箭頭

34．．．溶劑

35．．．正面

36．．．正面

37．．．溶劑

38．．．箔片

39．．．膜框

40．．．溶劑線

41．．．輸出

42．．．膜框接收器

43．．．抽吸杯

A．．．接收平面

自以下對較佳實施例之說明且使用圖式將顯而易見本發明之其他優勢、特徵及細節。

圖1顯示在根據本發明之一第一處理步驟中根據本發明之裝置之一示意圖；

圖2顯示在根據本發明之一第二處理步驟中根據本發明之裝置之一示意圖；

圖3a、圖3b、圖3c顯示在根據本發明之一第二處理步驟中根據本發明之釋放裝置之一詳細示意圖；

圖4顯示在根據本發明之一第三處理步驟中根據本發明之釋放裝置之一詳細示意圖；

圖5顯示在根據本發明用於清潔一載體之一清潔步驟中根據本發明之裝置之一示意圖，且

圖6顯示在一個替代實施例中根據本發明之裝置之一示意圖。

在該等圖示中，相同組件及具有相同功能之組件係由相同參考編號識別。

1．．．載體

2．．．黏合減小層

3．．．互連層

4．．．晶圓

5．．．驅動馬達

5w．．．驅動軸

6．．．接收構件

7．．．處理室

8．．．汲極

9．．．晶圓接收器

10．．．壓力線

11．．．晶圓接收器致動器

12．．．感測器

13．．．感測器

14．．．抽吸杯

15．．．晶圓接收器支撐件

16．．．釋放裝置

17．．．流體線

18．．．致動器

19．．．溶劑線

20．．．溶劑致動器

21．．．載體晶圓組合

22．．．內部區域

23．．．側邊緣

24．．．底部

25．．．支腿

26．．．支腿

27．．．側壁

28．．．工作室

29．．．致動器臂

30．．．晶圓接收器致動器臂

31．．．溶劑致動器臂

A．．．接收平面

Claims (14)

1. 一種用於將一晶圓(4)自由一互連層(3)連接至該晶圓(4)之一載體(1)剝除之裝置，其具有：一接收構件(6)，其用於容納由該載體(1)及該晶圓(4)構成之一載體晶圓組合(21)，一連接釋放構件(16、17、18、29、34)，其用於解開由該載體(1)與該晶圓(4)之間的該互連層(3)提供之連接，及剝除構件(9、10、11、14、15、30)，其用於將該晶圓(4)自該載體(1)剝除，或用於將該載體(1)自該晶圓(4)剝除，其特徵在於使該連接釋放構件在自0℃至350℃、尤其係自10℃至200℃、較佳係自20℃至80℃、且更佳係在環境溫度下之一溫度範圍中工作，其中該連接釋放構件係製造成特別地唯一自該載體晶圓組合(21)之一個側邊緣(23)發揮作用。
2. 如請求項1之裝置，其中該連接釋放構件係製成實質上在不加熱之情形下工作。
3. 如請求項1或2中之一者之裝置，其中該連接釋放構件包括用於拆除該互連層(3)之流體構件，特定而言係選擇性溶解該互連層之一溶劑(34)。
4. 如請求項1或2中之一者之裝置，其中該連接釋放構件包括用於拆除該互連層(3)之機械分離構件，特定而言係用 於穿透該互連層(3)之一刀片。
5. 如請求項1或2中之一者之裝置，其中該連接釋放構件包括用於拆除該互連層(3)之一UV光源。
6. 如請求項1或2中之一者之裝置，其中存在用於旋轉該載體晶圓組合(21)之一旋轉構件(5、5w)。
7. 如請求項1或2中之一者之裝置，其中該連接釋放構件具有至少一個釋放裝置(16)，其圍繞該側邊緣(23)，特定而言觸及該接收構件(6)及/或該等剝除構件，較佳形成一密封。
8. 如請求項1或2中之一者之裝置，其中該連接釋放構件、特定而言該釋放裝置(16)具有較佳地密封至附近之一工作室(28)。
9. 如請求項8之裝置，其中該工作室(28)係製造成容納該載體晶圓組合(21)之該側邊緣(23)之一週邊扇段。
10. 如請求項1或2中之一者之裝置，其中該等剝除構件經製成能夠旋轉。
11. 如請求項1或2中之一者之裝置，其中該連接釋放構件具有用於清潔該晶圓(4)之清潔劑。
12. 一種用於將一晶圓自由一互連層連接至該晶圓之一載體剝除之方法，其具有以下步驟：將由該載體及該晶圓構成之一載體晶圓組合容納在一接收構件上，藉由一連接釋放構件解開由該載體與該晶圓之間的該互連層提供之連接，及 藉由剝除構件將該晶圓自該載體剝除，或將該載體自該晶圓剝除，其中該連接釋放構件在自0℃至350℃、尤其係自10℃至200℃、較佳係自20℃至80℃、且更佳係在環境溫度下之一溫度範圍中工作。
13. 如請求項12之方法，其中將該載體晶圓組合之一個側邊緣之區域中之該互連層製成黏性的且在特別地由一含氟聚合物形成之較佳唯獨與該晶圓單獨接觸之一個內部區域中之互連層係製造成至少在該晶圓之方向中具有較小黏性至不具有黏性。
14. 如請求項12或13之方法，其係藉助如請求項1至11中之一者之一裝置實施。