TWI763274B - 剝離系統及剝離方法 - Google Patents

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胡政綱
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Abstract

本發明實施例提供一種用於剝離一對結合晶圓的系統及 方法。在一些實施例中，所述剝離系統包括：晶圓卡盤，具有預設的最大橫向尺寸且被配置成使貼合到晶圓卡盤的頂表面的所述一對結合晶圓旋轉；一對圓形板分離刀片，包括第一分離刀片及第二分離刀片，所述第一分離刀片與所述第二分離刀片在直徑方向上彼此相對地排列在所述一對結合晶圓的邊緣處，其中第一分離刀片及第二分離刀片插入在所述一對結合晶圓中的第一晶圓與第二晶圓之間；以及至少兩個拉頭，被配置成向上拉動第二晶圓以將第二晶圓從第一晶圓剝離。

Description

剝離系統及剝離方法
本發明的實施例是有關於一種剝離系統及剝離方法。
為了製造積體電路(integrated circuits)，半導體晶圓被用來形成積體電路。在製程期間，通過以下來製作積體電路：對半導體晶圓(例如，矽晶圓)執行多個處理步驟(例如，蝕刻步驟、微影步驟、沉積步驟等)；隨後將半導體晶圓切割成單獨的積體電路。在一些應用中，將晶圓結合在一起以形成晶圓堆疊(wafer stack)。在其他應用中，為了實現更高的集成度、簡化封裝工藝、或者對電路或其他組件進行耦合，可在切割步驟之前將兩個或更多個晶圓結合在一起，這允許在減薄(thin down)之後在晶圓的兩側上製作積體電路。此外，由於晶圓級結合(wafer level bonding)顯示出對“超越摩爾(More than Moore)”技術(其中通過結合不一定根據摩爾定律(Moore's Law)按比例縮放的功能來為器件提供附加值)的增大的希望，晶圓剝離(wafer debonding)正成為將一個晶圓從另一晶圓分離的期望製程。此外，在對結合晶圓進行檢驗期間，可能發現結合具有缺陷且晶圓可能需要從彼此剝離。 如果晶圓堆疊的結合是成功的，則可對晶圓執行一些殘留的製程來完成製程。
然而，使用傳統的機械方法或化學方法難以將一些晶圓堆疊分離。另外，晶圓有時為相對地輕薄，使得它們不適合承受剝離工藝期間施加的力。這樣一來，晶圓在剝離工藝期間可能會失效。當前的單側晶圓剝離系統及方法使用在晶圓旋轉360度的同時在晶圓的傾斜區處重複(例如，四次)進行插入及縮回的平刀片。然而，當前的晶圓剝離系統及方法效率低且常常在平刀片插入點的相對側處導致晶圓破裂及大的邊緣缺陷率。另一方面，雙面剝離系統及方法在晶圓邊緣附近具有較低的缺陷風險，但是可能需要較大的拉力，這可能會導致晶圓破裂。因此，當前的晶圓剝離系統及方法並不完全令人滿意。
在背景技術部分中公開的信息僅旨在為下面闡述的本發明的各種實施例提供背景，且因此背景部分可包括未必是現有技術信息(即，所屬領域中的一般技術人員已知的信息)的信息。因此，在本背景技術部分中闡述當前命名的發明人的工作的範圍內，所述工作以及在提出申請時可能不符合現有技術的說明的方面既不明確也不隱含地被認為是針對本公開的現有技術。
本發明實施例提供一種用於剝離一對結合晶圓的剝離系統，包括：晶圓卡盤、一對圓形板分離刀片以及兩個拉頭。晶圓卡盤具有預設的最大橫向尺寸且被配置成使貼合到晶圓卡盤的頂表面的一對結合晶圓旋轉。一對圓形板分離刀片包括第一分離刀 片及第二分離刀片。第一分離刀片與第二分離刀片在直徑方向上彼此相對地排列在一對結合晶圓的邊緣處。第一分離刀片及第二分離刀片插入在一對結合晶圓中的第一晶圓與第二晶圓之間。兩個拉頭被配置成向上拉動第二晶圓以將第二晶圓從第一晶圓剝離。
本發明實施例提供一種剝離系統，包括：晶圓卡盤、多個圓形板分離刀片、撓曲晶圓組件以及自動光學檢驗(AOI)系統。晶圓卡盤具有預設的最大橫向尺寸且被配置成使貼合到晶圓卡盤的頂表面的一對結合晶圓旋轉。多個圓形板分離刀片彼此均等地間隔開且排列在一對結合晶圓周圍，並且被配置成在與旋轉的一對結合晶圓相反的方向上旋轉。多個圓形板分離刀片以可旋轉方式插入在一對結合晶圓中的第一晶圓與第二晶圓之間。撓曲晶圓組件包括至少兩個拉頭。至少兩個拉頭被配置成向上拉動第二晶圓以將第一晶圓從第二晶圓剝離。自動光學檢驗(AOI)系統包括三維相機。三維相機被配置成對剝離過程進行監測。自動光學檢驗系統向致動器傳送反饋信號。致動器控制多個圓形板分離刀片以及撓曲晶圓組件的至少兩個拉頭。
本發明實施例提供一種用於剝離一對結合晶圓的方法，包括：使用真空抽吸將一對結合晶圓貼合到晶圓卡盤；使用自動光學檢驗(AOI)系統確定一對結合晶圓之間的結合界面；使用自動光學檢驗系統確定從一對圓形板刀片到一對結合晶圓的距離；使用機械手臂將一對圓形板刀片插入到結合界面；通過使貼合到一對結合晶圓的晶圓卡盤旋轉來使一對結合晶圓旋轉；以及將一對結合晶圓中的頂部晶圓向上拉動以剝離一對結合晶圓，同時將 一對圓形板刀片從一對結合晶圓縮回。
100:電子裝置
2y,107b,202a,205,t,T1,T2,T3:厚度
100A,200:晶圓剝離系統
100B:晶圓剝離方法
100C:晶圓剝離方法
101,201b:結合晶圓
101a:第一晶圓
101b:第二晶圓
103:固定裝置
105,202e,407:晶圓卡盤
107:刀片
107a:直徑
109:自動光學檢驗(AOI)系統
111:剖視邊緣視圖
113a:第一拉頭
113b:第二拉頭
113c:螺旋彈簧
113d:第二螺旋彈簧
113e:第二真空導管
113f:第一拉力
113g:第二拉力
114a,114b:圓形板刀片
115a,115b,119a,119b,121a,121b,123a,123b,203,301,302,303,307:分離刀片
201a:晶圓
202,L:誘導裂紋長度
305:晶圓
401a:第一晶圓
401b:第二晶圓
405D’:最大尺寸
409a:第一分離刀片
409b:第二分離刀片
415a,415b:拉頭
416:應變感測器
417:電阻變換器
418:壓力感測器
500:方法
501,503,505,507,509,511,513,515,517:操作
D,D 403:最大直徑
d1:第一插入距離
d2:第二插入距離
d 309:長度
d 411:初始距離
d’311:剝離區域
D’405:最大橫向尺寸
d’413:距離
L1,L2,L3:深度
下面參考以下各圖來詳細闡述本公開的各種示例性實施例。提供圖式僅是為了說明的目的，並且僅繪示本公開的示例性實施例，以有利於讀者理解本公開。因此，不應將圖式視為對本公開的寬度、範圍或適用性的限制。應當注意，為了清楚及易於說明起見，這些圖式未必按比例繪製。
圖1A示出根據本公開一些實施例的晶圓剝離系統的實例，晶圓剝離系統用於使用一對圓形板刀片來剝離一對結合晶圓。
圖1B示出根據本公開一些實施例的晶圓剝離方法的示意圖，所述晶圓剝離方法使用圍繞晶圓彼此均等地間隔開的多個分離刀片來剝離一對結合晶圓。
圖1C示出根據一些實施例的晶圓剝離方法的示意圖，所述晶圓剝離方法使用在旋轉晶圓的相反方向上旋轉的一對圓形板刀片來剝離一對結合晶圓。
圖2示出根據本公開一些實施例的用於剝離結合晶圓的晶圓剝離系統的應用的剖視圖。
圖3A示出根據一些實施例的圖1A、圖1B、圖1C或圖2所示的晶圓剝離系統的分離刀片的剖視圖及俯視圖。
圖3B示出根據一些實施例的具有剝離波前(de-bond wavefront)的晶圓剝離系統的俯視圖。
圖4示出根據一些實施例的晶圓剝離方法的示意圖，所述晶 圓剝離方法使用具有不同拉力的一對拉頭(pulling head)來剝離一對結合晶圓。
圖5示出根據一些實施例的晶圓剝離方法的流程圖，所述晶圓剝離方法使用一對圓形板刀片來剝離一對結合晶圓。
下面參考附圖來闡述本公開的各種示例性實施例，以使所屬領域中的一般技術人員能夠製作及使用本公開。對於所屬領域中的一般技術人員來說將顯而易見的是，在閱讀本公開之後，在不脫離本公開的範圍的情況下，可對本文闡述的實例進行各種改變或修改。因此，本公開不限於本文闡述及示出的示例性實施例及應用。此外，在本文中公開的方法中步驟的特定順序和/或層次僅是示例性途徑。基於設計偏好，所公開的方法或工藝的步驟的特定順序或層次可在保持在本公開的範圍內的同時被重新佈置。因此，所屬領域中的一般技術人員將理解，本文公開的方法及技術以樣本順序呈現各種步驟或動作，且本公開不限於所呈現的特定順序或層次，除非另有明確說明。
圖1A示出根據一些實施例的用於剝離一對結合晶圓的示例性晶圓剝離系統100A。如圖1A中所示，提供晶圓卡盤(wafer chuck)105以用於固持結合至彼此的第一晶圓101a與第二晶圓101b。在此示例性實施例中，可使用機械貼合、電貼合或磁貼合技術將晶圓卡盤105貼合到合適的固定裝置(fixture)103。在一 些另外的實施例中，可使用真空抽吸技術將第一晶圓101a貼合到晶圓卡盤105。此外，第一晶圓101a及第二晶圓101b可放置在晶圓卡盤105上，其中第一晶圓101a與晶圓卡盤105的頂表面直接接觸。在各種實施例中，第二晶圓101b可通過直接結合技術或間接結合技術結合到第一晶圓101a。舉例來說，第二晶圓101b可通過矽熔融結合(fusion bonding)、氧化物結合、混合結合、或粘合結合技術結合到第一晶圓101a。
參照圖1A，晶圓剝離系統100A可包括放置在結合晶圓101a及結合晶圓101b邊緣處的一對刀片107。在一些實施例中，所述一對刀片107可在直徑方向上彼此相對地排列(即，位於結合晶圓101a及結合晶圓101b的相對側上)或者相對於結合晶圓101a及結合晶圓101b的旋轉的中心軸線彼此成預定角度。在各種實施例中，所述一對刀片107可具有圓形板的形狀，所述圓形板的直徑107a處於從約14mm到約50mm的範圍內且厚度107b處於從約2mm到約6mm的範圍內。在一些另外的實施例中，如示例性剖視邊緣視圖111中所示，所述一對刀片107可具有三角形邊緣。在其他實施例中，所述一對刀片107可具有圓形邊緣或正方形邊緣。
根據一些實施例，分離刀片107可插入在第一晶圓101a與第二晶圓101b之間的區域中且所述區域可具有傾斜邊緣以幫助插入。在各種實施例中，拉頭113a及拉頭113b可分別貼合到螺旋彈簧113c及螺旋彈簧113d，螺旋彈簧113c及螺旋彈簧113d被 配置成控制第一拉力113f及第二拉力113g。在一些實施例中，當在直徑方向上彼此相對地排列的所述一對刀片107可旋轉地插入在第一晶圓101a與第二晶圓101b之間時，拉頭113a及拉頭113b以增加的量連續地施加第一拉力113f及第二拉力113g，直到自動光學檢驗(automatic optical inspection，AOI)系統109檢測到第一晶圓101a與第二晶圓101b在至少一個邊緣上(和/或兩個邊緣上)已經剝離。在一些實施例中，插入點可由AOI系統109精確地控制，AOI系統109可包括例如馬達(motors)、致動器(actuators)、及其他光學儀器、以及用於執行本文中闡述的操作的控制器電路系統和/或處理器。在一些另外的實施例中，AOI系統109可還包括：一對三維相機(three-dimensional cameras)或電荷耦合元件相機(charge-coupled device cameras)，被配置成檢查剝離工藝且向控制器和/或處理器提供信息，以進一步調節分離刀片107。在各種實施例中，AOI系統109可還確定刀片107應該在第一晶圓101a與第二晶圓101b之間插入多遠，或者判斷是否增大或減小施加到第二晶圓101b的拉力113f及拉力113g。此外，AOI系統109可還測量所述一對刀片107的插入速度、深度及斜率並將所測量的參數反饋到控制器，所述控制器被配置成控制所述一對刀片107的旋轉速度以及第一結合晶圓101a及第二結合晶圓101b的旋轉速度。
在一些另外的實施例中，可提供撓曲晶圓組件(flex wafer assembly)來固持及移動所述一對結合晶圓中的第二晶圓101b。 撓曲晶圓組件可由可編程驅動馬達控制且可被配置成從AOI系統接收所測量的參數，例如所述一對刀片107的插入速度、深度及斜率。在一些實施例中，撓曲晶圓組件可包括至少兩個拉頭，第一拉頭113a與第二拉頭113b相對於晶圓卡盤的中心軸線(和/或相對於所述一對結合晶圓的中心軸線)在直徑方向上彼此相對地放置。
拉頭113a及拉頭113b可被配置成施加與第二晶圓101b的表面垂直的縱向拉力且從第一晶圓101a分離及移除第二晶圓101b。在各種實施例中，縱向拉力可處於從約0.1千克力(kilogram-force，kgf)到約10千克力(kgf)的範圍內。以上公開範圍內的拉力可提供足夠的扭矩，同時將晶圓破裂的風險最小化。在一些實施例中，可由拉頭113a及拉頭113b施加不同的拉力，以提供不平衡的扭矩，這可帶來更高效的剝離工藝。這樣一來，不平衡扭矩(unbalanced torques)的量可基於根據所述一對刀片107的橫截面形狀估計的剝離裂紋長度來確定。在一些實施例中，拉頭113a被配置成貼合到螺旋彈簧113c及真空軟管/導管113e的吸盤(suction cup)。在一些實施例中，真空軟管(vacuum hose)/導管(conduit)穿過螺旋彈簧113c。拉頭113b可以與拉頭113a類似的方式構造，且貼合到第二螺旋彈簧113d及第二真空導管113e。此外，真空導管113e中的每一者可貼合到真空源，真空源被配置成向拉頭113a提供期望的真空壓力。在一些實施例中，相同的真空源可由拉頭113a與拉頭113b共享。在一些實施例中，拉頭113a 及拉頭113b可具有可調節的頂部真空吸盤位置，例如處於在第二晶圓101b的頂表面上方從約3cm到約9cm的範圍內。在一個實施例中，真空系統可由提供拉力的拉頭113a與拉頭113b共享。此外，拉頭113a及拉頭113b可由馬達或其他致動器提供動力，所述馬達或其他致動器被配置成在結合晶圓旋轉180度或者一圈或更多圈之後向上拉動第二晶圓101b。在一些實施例中，結合晶圓101a及結合晶圓101b的旋轉角度是基於分離成功率、晶圓破裂率、晶圓缺陷率和/或晶圓刮擦率。
在各種實施例中，一對螺旋彈簧113c及螺旋彈簧113d可貼合到拉頭113a及拉頭113b，以緩衝拉力且將結合晶圓上的硬著陸(hard landing)最小化。在一些實施例中，所述一對螺旋彈簧可具有不同的彈簧係數，使得由第一拉頭113a施加的第一拉力小於由第二拉頭113b施加的第二拉力。在這方面，所述一對螺旋彈簧的彈簧係數可處於從約1×102N/m到約1×105N/m的範圍內，以在結合晶圓上提供軟著陸(soft landing)。在一些實施例中，為了在第一拉頭113a及第二拉頭113b上提供足夠不平衡的扭矩，第一螺旋彈簧的彈簧係數可例如比第二螺旋彈簧的彈簧係數大10倍到100倍。
圖1B示出根據一些實施例的晶圓剝離方法100B的示意圖，晶圓剝離方法100B使用圍繞結合晶圓彼此均等地間隔開的多個分離刀片來剝離一對結合晶圓。如圖1B中所示，可使用具有不同厚度且從所述一對結合晶圓101的邊緣插入所述一對結合晶圓 101之間的一對分離刀片115a及分離刀片115b來分離所述一對結合晶圓101。在各種實施例中，所述一對分離刀片115a及分離刀片115b在直徑方向上彼此相對地排列。在一些實施例中，多個分離刀片可用於晶圓剝離方法100B。這種方法可帶來較小的晶圓旋轉量。舉例來說，可將分離刀片115a、分離刀片119a、分離刀片121a、分離刀片123a、分離刀片115b、分離刀片119b、分離刀片121b及分離刀片123b彼此均等地間隔開且圍繞結合晶圓101排列。更具體來說，分離刀片115a、分離刀片119a、分離刀片121a、分離刀片123a、分離刀片115b、分離刀片119b、分離刀片121b及分離刀片123b可圍繞結合晶圓101排列，相對于彼此成45度。具體來說，分離刀片的這種排列僅允許45°的晶圓旋轉，以在結合晶圓101的邊緣周圍實現剝離裂紋。
圖1C示出根據一些實施例的晶圓剝離方法100C的示意圖，晶圓剝離方法100C使用一對圓形板刀片114a及圓形板刀片114b來剝離一對結合晶圓101，所述一對圓形板刀片114a及圓形板刀片114b在旋轉的所述一對結合晶圓101的相反方向上旋轉。舉例來說，如圖1C中所示，根據一些實施例，可通過晶圓卡盤在順時針方向上旋轉結合晶圓101，而在逆時針方向上旋轉圓形板刀片114a及圓形板刀片114b。這樣一來，可顯著減少對結合晶圓101的邊緣或斜面的損壞。在一些實施例中，圓形板刀片114a與圓形板刀片114b的旋轉以及插入速度可不同。在一些實施例中，如上所述，圓形板刀片114a及圓形板刀片114b中的每一者的旋 轉及插入速度由AOI系統109各別控制。
圖2示出根據一些實施例的用於剝離一對結合晶圓的晶圓剝離系統200的單側的示意圖。晶圓剝離系統200包括具有厚度205的分離刀片203及在剝離工藝期間與一對結合晶圓201a及201b同心的晶圓卡盤202e。如圖2中所示，分離刀片203插入在所述一對結合晶圓201a及結合晶圓201b的邊緣之間。在一些實施例中，也可相對於結合晶圓201a及結合晶圓201b在直徑方向上彼此相對地排列有一對分離刀片。在一些實施例中，這對分離刀片具有相同的厚度且被配置成插入在結合晶圓201a及結合晶圓201b的相對側上的所述一對結合晶圓201a及結合晶圓201b的邊緣之間。
在一些實施例中，晶圓卡盤202e的直徑可處於從約150mm到約250mm的範圍內，使得結合晶圓201a及結合晶圓201b的外圍邊緣部分在從晶圓卡盤202e接收足夠的支撐的同時具有足夠的空間來變形。在一些實施例中，晶圓卡盤202e的直徑可小於所述一對結合晶圓201a及結合晶圓201b的最大直徑。執行剝離工藝所需的自由站立長度或誘導裂紋長度L 202可基於以下關係來確定：
Figure 110102704-A0305-02-0014-1
 其中γ是與分割第一晶圓201a的塊狀樣品所需的功相關的表面能，E是楊氏模量，楊氏模量測量結合晶圓201a及結合晶圓201b 的剛度，t是晶圓201a的厚度202a，2y是分離刀片203的厚度205，且L是結合晶圓之間形成的誘導裂紋長度202。這樣一來，給定分離刀片203的可接受厚度205的範圍及可接受晶圓卡盤直徑的範圍，則可基於以上公開的關係確定誘導裂紋長度L 202的範圍。舉例來說，給定矽的楊氏模量為1.3×1011Pa以及結合晶圓的厚度為0.000775mm，如果分離刀片的厚度205處於1×10-3到2×10-4米(m)的範圍內，表面能處於0.2J/m2到0.5J/m2的範圍內，且晶圓卡盤202e的直徑處於154.042159mm到248.089mm的範圍內，則誘導裂紋長度L 202的範圍處於72.97892052mm到25.95538mm的範圍內。
圖3A示出根據本公開各種實施例的示例性分離刀片301、分離刀片302及分離刀片303的剖視圖，分離刀片301、分離刀片302及分離刀片303可用於針對以上圖1A、圖1B、圖1C及圖2所示及所述的晶圓剝離系統。舉例來說，分離刀片301可具有尖端，如圖3A所示的剖視圖中所示。在一些實施例中，分離刀片301可具有處於約2mm到約4mm的範圍內的厚度T1。在一些實施例中，分離刀片可具有：前端部分，具有處於約2mm到約5mm的範圍內的深度L1。如圖3A中所示，分離刀片302可具有被設計成減少刮擦風險的圓形前楔(如剖視圖中所示)。在一些實施例中，分離刀片302可具有：厚度T2，處於從約2mm到約10mm的範圍內；以及前端部分，具有處於從約2mm到約10mm的範圍內的深度L2。如圖3A中進一步所示，分離刀片303可具有如 剖視圖中所示的正方形前楔。在一些實施例中，分離刀片303可具有：厚度T3，處於約2mm到約4mm的範圍內；以及前端部分，具有處於約3mm到約5mm的範圍內的深度L3。
在各種實施例中，圖3A中所示的分離刀片可由具有以下的材料製成：用於減少刮擦風險的小的劃痕硬度(例如，當待剝離的晶圓由矽製成時小於5十億帕斯卡(GPa))以及用於產生沒有晶圓缺陷的初始剝離區域的高的楊氏模量(例如，大於約3十億帕斯卡(GPa))。在一些實施例中，分離刀片301、分離刀片302及分離刀片303的劃痕硬度可小於待剝離的晶圓(例如，圖1中的晶圓101a、晶圓101b)的材料的劃痕硬度。在其他實施例中，分離刀片301、分離刀片302及分離刀片303可由具有處於從約0.05GPa到約0.3GPa的範圍內的劃痕硬度及處於從約3GPa到3.95GPa的範圍內的楊氏模量的聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)、鋁(Aluminum，Al)或特氟隆(Teflon)製成，或者由呈現這種楊氏模量及硬度的其他材料製成。
圖3B示出根據一些實施例的由圖1中所示的晶圓剝離系統執行的剝離工藝的俯視圖。在剝離工藝期間，可以長度d 309將分離刀片307插入到晶圓305中。此外，基於由拉頭113a及拉頭113b(圖1A)施加的初始拉力，可將初始剝離區域擴展到擴大的剝離區域d’311(如虛線所示)，從而降低晶圓破裂的風險。
圖4示出根據一些實施例的晶圓剝離方法的示意圖，所述晶圓剝離方法使用具有不同拉力的一對拉頭來剝離一對結合晶 圓。如圖4中所示，在剝離工藝期間，分別將第一分離刀片409a及第二分離刀片409b插入在第一晶圓401a與第二晶圓401b之間達第一距離d1及第二距離d2。在一些實施例中，第一距離d1可等於第二距離d2。第一插入距離d1及第二插入距離d2可分別處於從約8mm到約12mm的範圍內，所述範圍被優化以降低晶圓破裂的可能性。在一些實施例中，可利用應變感測器416在第一刀片409a及第二刀片409b的插入期間監測第二晶圓401b的機械壓縮，以避免晶圓破裂。在一些實施例中，應變感測器416可通過產生電信號來估計第二晶圓401b的機械位移，電信號隨著在剝離工藝期間施加的應變壓力而變化。在一些實施例中，應變感測器416包括：電阻變換器417，將第二晶圓401b的機械伸長或壓縮轉換成電阻改變。在另一些實施例中，壓力感測器418可被耦合到第一刀片409a及第二刀片409b，且被配置成測量施加在第一晶圓401a與第二晶圓401a的結合界面上的壓力。舉例來說，如果第一刀片409a或第二刀片409b插入到第一晶圓401a或第二晶圓401b中，而不是插入在結合晶圓之間，則壓力感測器418可檢測到高的壓力。在其他實施例中，可使用AOI系統109(圖1A)來控制插入距離d1及距離d2。
仍然參照圖4，所述一對結合的第一晶圓401a及第二晶圓401b可具有預設的最大直徑D 403。在各種實施例中，可將預設的最大直徑D 403優化以降低晶圓破裂的可能性。這樣一來，在一些實施例中，在切割及封裝之前，預設的最大直徑D 403可 為12英寸(即，300mm)晶圓。在另一些實施例中，結合晶圓401a及晶圓401b被放置在晶圓卡盤407上且與晶圓卡盤407同心。在一些實施例中，晶圓卡盤407具有預設的最大橫向尺寸(例如，在圓形的情況下的直徑)D’405小於結合晶圓401a及結合晶圓401b的最大直徑D。舉例來說，晶圓卡盤407的最大尺寸D’405可為8英寸。在一些實施例中，最大尺寸405D’可為結合晶圓401a及結合晶圓401b的最大直徑D的約0.5到約0.9倍，使得結合晶圓401a及結合晶圓401b具有用於執行剝離工藝的期望的外圍空間(獨立外圍區域)。在一些實施例中，可確定最大尺寸405D’，使得晶圓卡盤407為結合晶圓401a及結合晶圓401b提供期望的背面支撐且使用剝離工藝降低晶圓破裂的可能性。在一些實施例中，晶圓卡盤407可具有處於從約150毫米(mm)到約250mm範圍內的最大尺寸405D’。
在一些實施例中，晶圓剝離方法可使用在直徑方向上彼此相對地排列的一對拉頭415a及拉頭415b來向上拉動第二晶圓401b。在一些另外的實施例中，也可在第二晶圓401b的頂表面上放置兩個以上的拉頭，用於從第一晶圓401a上提起第二晶圓401b。此外，為了提供增強的拉力，可根據特定的圖案(例如線性、圓形或抛物線形)排列多個拉頭。此外，例如，由所述多個拉頭提供的拉力可為不平衡的且由AOI系統109各別控制。
基於上述排列，以不同深度插入在結合晶圓401a與結合晶圓401b之間的所述兩個分離刀片409a與分離刀片409b可使得 支點移動到不同位置。舉例來說，所述兩個分離刀片409a及分離刀片409b的初始插入深度d1及初始插入深度d2可分別使得支點位於距拉頭415a、拉頭415b初始距離d 411處。此外，隨著所述兩個分離刀片409a及分離刀片409b的插入深度增加，支點可位於距離拉頭415a、拉頭415b距離d’413處。在一些實施例中，較大的插入深度可增強剝離波傳播且減小剝離力，並且因此，在所述一對結合晶圓401a及結合晶圓401b的每一側上引入較小的晶圓彎曲，以降低晶圓破裂的可能性。
圖5示出根據一些實施例的晶圓剝離方法的流程圖，所述晶圓剝離方法使用一對圓形板刀片來剝離一對結合晶圓。儘管針對圖1到圖4闡述了方法500，但是應理解，方法500並不限於圖1到圖4中公開的這些結構，且可單獨地獨立於圖1到圖4中公開的結構。另外，方法500的一些操作可能以不同的次序發生和/或與除本文中示出和/或闡述的動作或事件之外的其他動作或事件同時發生。此外，在實施本公開的一或多個方面或實施例時可能並不需要所有所示出的操作。此外，本文中所繪示的操作中的一或多個操作可在一或多個不同的操作和/或階段中施行。
在操作501處，將一對結合晶圓放置到晶圓卡盤上。在一些實施例中，可使用真空將所述一對結合晶圓貼合到晶圓卡盤。在各種實施例中，在操作501之前，可對所述一對結合晶圓的第一晶圓進行處理以形成特徵，例如電路、連接層、接觸件及其他適用的結構。在一些實施例中，所述一對結合晶圓中的第二 晶圓可包括由半導體、藍寶石、熱塑性聚合物、氧化物、碳化物或其他合適的材料製成的基底。
在操作503處，使用自動光學檢驗(AOI)系統對第一晶圓與第二晶圓的結合界面進行定位。舉例來說，可在結合晶圓的邊緣表面之上執行接墊探測或光學掃描。在另一些實施例中，在操作503處，可判斷晶圓未對準以及界面空隙是否處於期望的區中。此外，AOI系統還可確定從一對圓板形刀片到所述一對結合晶圓的距離。
在操作505處，基於從AOI系統接收到的反饋，機械手臂或其他機構將刀片移動到界面附近的最近點。在一些實施例中，機械手臂包括被配置成支撐分離刀片的刀片部分，且可包括感測器以增強刀片部分相對於所述一對結合晶圓的定位，從而防止刮擦所述一對結合晶圓的表面。在一些實施例中，刀片部分實質上為U形的，以將刀片部分與結合晶圓邊緣之間的接觸量最小化。在操作507處，將所述一對刀片從邊緣緩慢地插入到第一晶圓與第二晶圓的結合界面中，以有利於第一晶圓與第二晶圓的剝離。在一些實施例中，可使用壓力探測器實時監測在所述一對刀片的插入期間施加到第一晶圓及第二晶圓的壓力。在此實施例中，實時壓力監測會降低操作507期間晶圓破裂的風險。在這方面，從壓力探測器接收到的壓力測量值也可幫助確定所述一對刀片應該在第一晶圓與第二晶圓之間插入多遠，或者判斷是否縮回插入的所述一對刀片以避免晶圓破裂。在一些實施例中，在插入 操作507期間，可使所述一對刀片在旋轉晶圓卡盤的相反方向上旋轉。
在操作509處，通過貼合到第一晶圓的底表面的旋轉卡盤使結合晶圓旋轉多次。在一些實施例中，使結合晶圓旋轉四次，每一旋轉期間旋轉45度。在其他實施例中，可依據晶圓基底類型和/或其他製程需求使結合晶圓旋轉超過360度。
在操作511處，通過在拉頭內部產生真空，將兩個拉頭貼合到第二晶圓的上表面。在操作513處，將第一晶圓從第二晶圓剝離及分離。可使用本申請中公開的剝離系統及方法來執行剝離工藝。可利用一對不同或相同的拉力以有利於進行剝離工藝，同時縮回插入的所述一對刀片。這將產生更少的邊緣缺陷和/或降低的晶圓破裂率。在操作515處，檢驗剝離的第一晶圓及第二晶圓的表面缺陷、制動及劃痕。在操作517處，可通過對有缺陷的晶圓進行替換、清潔或重新拋光來對第一晶圓及第二晶圓的剝離表面進行返工。
根據一些實施例，提供一種用於剝離一對結合晶圓的剝離系統，包括晶圓卡盤、一對圓形板分離刀片以及至少兩個拉頭。晶圓卡盤具有預設的最大橫向尺寸且被配置成使貼合到晶圓卡盤的頂表面的一對結合晶圓旋轉。一對圓形板分離刀片包括第一分離刀片及第二分離刀片。第一分離刀片與第二分離刀片在直徑方向上彼此相對地排列在一對結合晶圓的邊緣處。第一分離刀片及第二分離刀片插入在一對結合晶圓中的第一晶圓與第二晶圓之 間。至少兩個拉頭被配置成向上拉動第二晶圓以將第二晶圓從第一晶圓剝離。
根據一些實施例，一對圓形板分離刀片中的每一者的前端部分的橫截面具有選自以下中的形狀：圓形楔，正方形楔及三角形楔。根據一些實施例，一對圓形板分離刀片中的每一者具有處於從約3十億帕斯卡(GPa)到約3.95十億帕斯卡(GPa)的範圍內的楊氏模量。根據一些實施例，一對圓形板分離刀片被配置成在與旋轉的一對結合晶圓相反的方向上旋轉。根據一些實施例，在插入過程期間，一對圓形板分離刀片受自動光學檢驗(AOI)系統控制，自動光學檢驗系統被配置成控制一對圓形板分離刀片的插入深度。根據一些實施例，自動光學檢驗系統還被配置成確定將一對圓形板分離刀片插入在一對結合晶圓之間的插入點。根據一些實施例，還包括至少一個壓力探測器，至少一個壓力探測器被配置成監測在一對圓形板分離刀片的插入過程期間施加到第一晶圓及第二晶圓的壓力。根據一些實施例，至少兩個拉頭被配置成分別施加至少第一拉力及第二拉力。根據一些實施例，第一拉力與第二拉力被設定成不相等。
根據一些實施例，提供一種剝離系統，包括晶圓卡盤、多個圓形板分離刀片、撓曲晶圓組件以及自動光學檢驗(AOI)系統。晶圓卡盤具有預設的最大橫向尺寸且被配置成使貼合到晶圓卡盤的頂表面的一對結合晶圓旋轉。多個圓形板分離刀片彼此均等地間隔開且排列在一對結合晶圓周圍，並且被配置成在與旋轉 的一對結合晶圓相反的方向上旋轉。多個圓形板分離刀片以可旋轉方式插入在一對結合晶圓中的第一晶圓與第二晶圓之間。撓曲晶圓組件包括至少兩個拉頭，至少兩個拉頭被配置成向上拉動第二晶圓以將第一晶圓從第二晶圓剝離。自動光學檢驗系統包括三維相機，三維相機被配置成對剝離過程進行監測。自動光學檢驗系統向致動器傳送反饋信號，致動器控制多個圓形板分離刀片以及撓曲晶圓組件的至少兩個拉頭。
根據一些實施例，多個圓形板分離刀片以不同的速度旋轉。根據一些實施例，多個圓形板分離刀片具有處於從約2mm到約6mm的範圍內的厚度。根據一些實施例，多個圓形板分離刀片中的第一分離刀片在一對結合晶圓之間插入到第一距離，且多個圓形板分離刀片中的第二分離刀片在一對結合晶圓之間插入到第二距離，第二距離不同於第一距離。根據一些實施例，自動光學檢驗系統還被配置成測量多個圓形板分離刀片的插入速度、深度及斜率並將所測量的插入速度、深度及斜率反饋到控制器，控制器被配置成控制多個圓形板分離刀片的旋轉速度及一對結合晶圓的旋轉速度。
根據一些實施例，提供一種用於剝離一對結合晶圓的方法。方法包括：使用真空抽吸將一對結合晶圓貼合到晶圓卡盤；使用自動光學檢驗(AOI)系統確定一對結合晶圓之間的結合界面。使用自動光學檢驗系統確定從一對圓形板刀片到一對結合晶圓的距離。使用機械手臂將一對圓形板刀片插入到結合界面。通 過使貼合到一對結合晶圓的晶圓卡盤旋轉來使一對結合晶圓旋轉；以及將一對結合晶圓中的頂部晶圓向上拉動以剝離一對結合晶圓，同時將一對圓形板刀片從一對結合晶圓縮回。
根據一些實施例，方法還包括：檢驗被剝離的結合晶圓的表面的缺陷。根據一些實施例，方法還包括：對被剝離的結合晶圓的表面進行清潔及重新拋光。根據一些實施例，方法還包括：使一對結合晶圓旋轉四次，其中每一次旋轉旋轉45度。根據一些實施例，方法還包括：在插入所述一對圓形板刀片的步驟期間，使用壓力探測器監測一對結合晶圓中的壓力。根據一些實施例，一對圓形板刀片在與旋轉的晶圓卡盤相反的方向上旋轉。
儘管以上已闡述了本公開的各種實施例，然而應理解，所述實施例僅以舉例方式而非限制方式呈現。同樣，各個圖式可繪示示例性架構或配置，提供所述示例性架構或配置是為了使所屬領域中的一般技術人員能夠理解本公開的示例性特徵及功能。然而，所屬領域中的一般技術人員應理解，本公開並非僅限於所示出的示例性架構或配置，而是可使用各種替代架構及配置來實施。另外，如所屬領域中的一般技術人員應理解，一個實施例的一個或多個特徵可與本文中所述的另一實施例的一個或多個特徵進行組合。因此，本公開的廣度及範圍不應受上述示例性實施例中的任一示例性實施例限制。
還應理解，本文中每當使用例如“第一”、“第二”等稱謂來提及元件時均不是籠統地限制所述元件的數量或次序。而 是，本文中使用這些稱謂作為區分兩個或更多個元件或區分元件的實例的便捷手段。因此，提及“第一元件”及“第二元件”並不意味著僅可採用兩個元件或者第一元件必須以某種方式在第二元件之前。
另外，所屬領域中的一般技術人員應理解，可使用各種不同的技術及技法中的任一種來表示信息及信號。舉例來說，數據、指令、命令、信息、信號、位及符號(舉例來說，在以上說明中可能提及的)可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光學場或光學粒子或其任意組合來表示。
所屬領域中的一般技術人員還應理解，結合本文所公開的各個方面闡述的各種例示性邏輯區塊、模組、處理器、構件、電路、方法及功能中的任一者可由電子硬體(例如，數字實施形式、模擬實施形式或兩者的組合)、韌體、包含指令的各種形式的程序或設計代碼(為方便起見，在本文中可被稱為“軟體”或“軟體模組”)或這些技術的任意組合來實施。
為清楚地例示硬體、韌體及軟體的此種可互換性，以上已對各種例示性組件、區塊、模組、電路及步驟在其功能方面進行了大體闡述。此種功能是被實施為硬體、韌體還是軟體、抑或被實施為這些技術的組合取決於具體應用及施加於整個系統的設計約束條件。所屬領域中的技術人員可針對每一具體應用以各種方式實施所闡述的功能，但此種實施決策不會導致脫離本公開的範圍。根據各種實施例，處理器、器件、組件、電路、結構、機 器、模組等可被配置成執行本文中所述的功能中的一個或多個功能。本文中針對規定操作或功能使用的用語“被配置成”或“被配置用於”是指處理器、器件、組件、電路、結構、機器、模組、信號等被實體構造成、編程成、排列成和/或格式化成執行規定操作或功能。
此外，所屬領域中的一般技術人員應理解，本文中所述的各種例示性邏輯區塊、模組、器件、組件及電路可在積體電路(IC)內實施或由積體電路(IC)執行，所述積體電路可包括數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)、專用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)、現場可程式閘陣列(field programmable gate array，FPGA)或其他可編程邏輯器件、或其任意組合。邏輯區塊、模組及電路還可包括天線和/或收發器，以與網絡內或器件內的各種組件進行通信。被編程成執行本文中的功能的處理器將變成專門編程的或專用的處理器，且可被實施為計算器件的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個微處理器與DSP核的結合、或者執行本文中所述的功能的任何其他合適的配置。
如果以軟體的形式實施，則所述功能可作為一個或多個指令或代碼存儲在電腦可讀媒體上。因此，本文中所公開的方法或算法的步驟可被實施為儲存在電腦可讀媒體上的軟體。電腦可讀媒體包括電腦存儲媒體及通信媒體二者，包括任何可能夠將電腦程序或代碼從一個地方傳遞到另一地方的任何媒體。儲存媒體 可為可由電腦存取的任何可用媒體。作為示例而非限制，這種電腦可讀媒體可包括隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、電可抹除可程式化唯讀記憶體(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、唯讀光碟(compact disk-ROM，CD-ROM)或其他光碟記憶體、磁盤記憶體或其他磁性記憶體、或者可用於以指令或數據結構的形式存儲所期望的程序代碼且可由電腦存取的任何其他媒體。
在本文件中，本文使用的用語“模組”是指用於執行本文中所述的相關功能的軟體、韌體、硬體以及這些元件的任意組合。另外，為便於論述，各種模組被闡述為離散模組；然而，對於所屬領域中的一般技術人員來說顯而易見的是，可將兩個或更多個模組組合形成單個模組，由所述單個模組執行根據本公開的實施例的相關功能。
對本公開中所述的實施方式的各種修改對於所屬領域中的技術人員來說將顯而易見，且在不背離本公開的範圍的條件下，本文中所定義的一般原理也可應用於其他實施方式。因此，本公開並非旨在僅限於本文中所示的實施方式，而是符合與在以上權利要求書中所述的本文所公開新穎特徵及原理一致的最寬廣範圍。
100A:晶圓剝離系統
101a:第一晶圓
101b:第二晶圓
103:固定裝置
105:晶圓卡盤
107:刀片
107a:直徑
107b:厚度
109:自動光學檢驗(AOI)系統
111:剖視邊緣視圖
113a:第一拉頭
113b:第二拉頭
113c:螺旋彈簧
113d:第二螺旋彈簧
113e:第二真空導管
113f:第一拉力
113g:第二拉力

Claims (10)

  1. 一種用於剝離一對結合晶圓的剝離系統，包括：晶圓卡盤，具有預設的最大橫向尺寸且被配置成使貼合到所述晶圓卡盤的頂表面的所述一對結合晶圓旋轉；一對圓形板分離刀片，包括第一分離刀片及第二分離刀片，所述第一分離刀片與所述第二分離刀片在直徑方向上彼此相對地排列在所述一對結合晶圓的邊緣處，其中所述第一分離刀片及所述第二分離刀片插入在所述一對結合晶圓中的第一晶圓與第二晶圓之間；以及至少兩個拉頭，被配置成向上拉動所述第二晶圓以將所述第二晶圓從所述第一晶圓剝離。
  2. 如請求項1所述的剝離系統，其中所述一對圓形板分離刀片被配置成在與旋轉的所述一對結合晶圓相反的方向上旋轉。
  3. 如請求項1所述的剝離系統，其中在插入過程期間，所述一對圓形板分離刀片受自動光學檢驗(AOI)系統控制，所述自動光學檢驗系統被配置成控制所述一對圓形板分離刀片的插入深度。
  4. 如請求項3所述的剝離系統，其中還包括至少一個壓力探測器，所述至少一個壓力探測器被配置成監測在所述一對圓形板分離刀片的所述插入過程期間施加到所述第一晶圓及所述第二晶圓的壓力。
  5. 一種剝離系統，包括：晶圓卡盤，具有預設的最大橫向尺寸且被配置成使貼合到所 述晶圓卡盤的頂表面的一對結合晶圓旋轉；多個圓形板分離刀片，彼此均等地間隔開且排列在所述一對結合晶圓周圍，並且被配置成在與旋轉的所述一對結合晶圓相反的方向上旋轉，其中所述多個圓形板分離刀片以可旋轉方式插入在所述一對結合晶圓中的第一晶圓與第二晶圓之間；撓曲晶圓組件，包括至少兩個拉頭，所述至少兩個拉頭被配置成向上拉動所述第二晶圓以將所述第一晶圓從所述第二晶圓剝離；以及自動光學檢驗(AOI)系統，包括三維相機，所述三維相機被配置成對剝離過程進行監測，其中所述自動光學檢驗系統向致動器傳送反饋信號，所述致動器控制所述多個圓形板分離刀片以及所述撓曲晶圓組件的所述至少兩個拉頭。
  6. 如請求項5所述的剝離系統，其中所述多個圓形板分離刀片以不同的速度旋轉。
  7. 如請求項5所述的剝離系統，其中所述多個圓形板分離刀片中的第一分離刀片在所述一對結合晶圓之間插入到第一距離，且所述多個圓形板分離刀片中的第二分離刀片在所述一對結合晶圓之間插入到第二距離，所述第二距離不同於所述第一距離。
  8. 一種用於剝離一對結合晶圓的方法，所述方法包括：使用真空抽吸將一對結合晶圓貼合到晶圓卡盤；使用自動光學檢驗(AOI)系統確定所述一對結合晶圓之間 的結合界面；使用所述自動光學檢驗系統確定從一對圓形板刀片到所述一對結合晶圓的距離；使用機械手臂將所述一對圓形板刀片插入到所述結合界面；通過使貼合到所述一對結合晶圓的所述晶圓卡盤旋轉來使所述一對結合晶圓旋轉；以及將所述一對結合晶圓中的頂部晶圓向上拉動以剝離所述一對結合晶圓，同時將所述一對圓形板刀片從所述一對結合晶圓縮回。
  9. 如請求項8所述的方法，還包括：檢驗被剝離的所述結合晶圓的表面的缺陷。
  10. 如請求項8所述的方法，還包括：在所述插入所述一對圓形板刀片的步驟期間，使用壓力探測器監測所述一對結合晶圓中的壓力。
TW110102704A 2020-01-31 2021-01-25 剝離系統及剝離方法 TWI763274B (zh)

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