处理工件的工艺和为该工艺设计的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于处理工件的工艺，比如对键合堆叠进行解键合的工艺等，以及为实施该工艺设计的装置。该工艺包括(1)制备包括载片层、工件层和位于二者之间的中介层的键合堆叠；(2)处理所述工件层；以及(3)输送气体射流至所述堆叠中两个相邻层之间的接合处以分离或解键合所述两个相邻层。本发明专利技术的技术优点包括提高的工艺效率、更高的晶圆处理产率、减小的工件表面上的应力、同时应力分布更均匀和避免功能晶圆破裂和内部器件损伤等。

Process for processing workpieces and apparatus for the process design

The present invention provides a process for processing a workpiece, such as a bonding process for bonding a stack, and a device for carrying out the process design. The process includes (1) preparation including the intermediary layer between the substrate layer, and is located in the two layer of the workpiece bonding stack; (2) processing the workpiece layer; and (3) conveying gas jet to the stack in the bonding between two adjacent layers of a separation or de bonding of the two adjacent layers. Technical advantages of the invention include process to improve efficiency and higher yield, reduce the wafer processing on workpiece surface stress, and stress more evenly and avoid functional wafer rupture and internal device damage distribution etc..

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请主张2015年10月22日提交的题为“Carrier-WorkpieceStackComprisingaSingleInterposerLayerandMethodsThereof”的美国临时申请No.62/245,239的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。本申请是2015年7月11日提交的题为“MethodofSeparatingaCarrier-WorkpieceBondedStack”的申请序列号14/797,124的部分继续(CIP)申请，该申请14/797,124根据巴黎公约主张基于2015年5月14日提交的中国申请No.201510247398.3的优先权，这些申请的全部公开内容通过引用合并于此。本申请是2015年7月11日提交的题为“SupportforBondingaWorkpieceandMethodThereof”的申请序列号14/797,122的部分继续(CIP)申请，该申请14/797,122根据美国法典第35卷第119(a)节(35U.S.C.119(a))和巴黎公约主张基于2014年12月12日提交的中国申请No.201410766550.4和国际专利申请No.PCT/CN2014/093716的优先权，这些申请的全部公开内容通过引用合并于此。
本专利技术总体上涉及处理诸如功能晶圆(devicewafer)之类的工件(workpiece)的工艺和用于实施该工艺的解键合(debonding)装置。对于处理由任何易碎材料制成的工件，诸如半导体晶圆(例如硅和砷化镓)、石英(rockcrystal)晶圆、蓝宝石和玻璃，以及对于制造薄制品，诸如光学透镜、薄硅晶圆、薄液晶显示器(LCD)玻璃、薄石英晶圆、薄金属板、薄晶体盘、以及薄固体膜、片或滤光片，等等，本专利技术是尤其有用的。例如，本专利技术可用在功能晶圆减薄和背面工艺处理之后进行分离。
技术介绍
用于集成电路批量制造的硅晶圆一般具有200mm或300mm的直径和大约750微米的贯穿晶圆(through-wafer)厚度。不减薄的话，几乎不可能透过晶圆与前侧电路联通。现在商用的对半导体级硅片和化合物半导体片高效减薄处理工艺主要基于机械研磨(背研磨)、抛光以及化学蚀刻工艺。然而，仍然存在在背研磨和TSV(贯穿硅通路)形成过程期间如何支承晶圆的问题，因为这些步骤在减薄功能晶圆或之后的工艺对功能晶圆施加高热量和机械应力。可用聚合物胶黏剂将全厚度的功能晶圆面朝下安装到刚性载片上来形成键合堆叠。然后对功能晶圆从背侧减薄和其它工艺处理。在已经完成了背侧处理之后，完全处理了的超薄晶圆被从载片移除或解键合。在对键合堆叠进行解键合时，尤其是在自动化处理中，必须采用复杂的机械机构诸如机械臂(robotarm)来使用较强而非均匀的机械力来操纵该堆叠，以执行如滑动、升举和扭转之类的动作。由于减薄后的晶圆是非常脆弱的，所以与该方案相关联的缺陷包括功能晶圆破裂和个体器件的微观电路内的损伤，会导致器件故障和产率损失。此外，复杂的机械机构还受到成本高、操作难、以及效率低这些缺点的困扰。因此，用于对载片-工件键合堆叠进行解键合的新方案，市场上存在这方面的需求。该方案能够提高效率，简化工艺，提供产率，减小工件表面上的应力，以及均匀地分布应力且因此减小或消除功能晶圆破裂和内部器件损伤的风险。本专利技术提供能够满足这种需求的解决方案。
技术实现思路
本专利技术提供一种处理工件的工艺。该工艺包括(1)制备包括(例如，由其构成)载片层、工件层、以及在二者之间的中介层(interposerlayer)的键合堆叠；(2)处理所述工件层；以及(3)输送气体射流(gasjet)至所述堆叠中两个相邻层之间的接合处(junction)，以分离或解键合所述两个相邻层。另外，本专利技术提供一种用于实施前述工艺的解键合装置。所述装置包括(i)吸附所述键合堆叠的工件层的平台，(ii)吸附所述键合堆叠的载片层的机械装置，以及(iii)用于输送气体射流至所述键合堆叠中的两个相邻层之间的接合部处的气体射流输送系统。下面结合附图对本专利技术的最佳模式进行详细描述。可以很容易的理解本专利技术上述及其它的特征和优点。附图说明在附图的图示中以示例的方式示出了本专利技术，其中相似的附图标记指示类似的器件。所有的图示都是示意性的，一般仅用于阐明本专利技术所需的部分。为了图示的简单和清楚，图中所示且下面论述的器件不一定是按比例绘制的。公认的结构和器件以简化形式示出，以避免不必要地模糊本专利技术。其它部分可能被省略或者仅被暗示。图1示出本专利技术的一种典型示例：三层的键合堆叠。图2示意性示出本专利技术典型示例：用于对图1的堆叠中的两个相邻层进行解键合的解键合装置。图3演示了本专利技术典型示例：在图2的装置中喷嘴与键合堆叠之间的相对移动。图4示出本专利技术典型示例：对图1的堆叠中的两个相邻层之间的接合部吹气的气体射流。图5示出本专利技术典型示例：受到降低其剥离强度的处理的中介层。图6示出本专利技术典型示例：两个相邻层之间的接合部的一部分被切除以便于气体射流进入到层的界面中。图7示意性示出本专利技术典型示例：中介层整体被从工件层剥离。图8示出本专利技术典型示例：中介层的各种结构。具体实施方式在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对本专利技术的透彻理解。然而，对本领域技术人员而言，可以在没有这些具体细节的情况下或者用等效设计来实践本专利技术。除非另外说明，这里公开的数值范围是连续的，包括该范围的最小值和最大值以及该最小值和最大值之间的每个值。此外，当范围涉及整数时，仅包括从该范围的最小值到最大值(包括两者)的整数。此外，当提供多个范围以描述特征或特性时，这些范围可以被组合。工艺步骤(1)“制备由载片层、工件层、以及在二者之间的中介层构成的键合堆叠”在图1-4所示的实例中，制备、处理和分离键合堆叠200。参照图1，首先将中介层208键合到载片层201上，然后将工件层202键合到中介层208上。当然，可以首先将中介层208键合到工件层202上，然后将载片层201键合到中介层208上。本专利技术的各种实例，载片层201可由诸如玻璃、硅、陶瓷、蓝宝石、石英、多晶硅、二氧化硅、硅锗、氮(氧)化硅、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、砷磷化镓(GaAsP)、碳化硅(SiC)、金属(诸如不锈钢、铜、铝、金、钨、钽)、低k电介质、聚合物电介质、以及金属氮化物和硅化物之类的材料形成。在一些实例中，在将载片层201用于制备键合堆叠200之前，可以对载片层201面对中介层208的表面(下文称为“键合表面”)进行预处理，例如化学预处理，以降低两个层之间的剥离黏性，从而便于将来通过气体射流进行解键合。例如，可以在将载片层201键合到诸如粘接层之类的中介层208之前，使用用于机械解键合应用的临时晶圆键合释放材料，诸如来自位于美国密苏里州(邮编65401)的BrewerSciences公司的BrewerBOND510，来处理载片层201。在根据本专利技术的各种实例中，中介层208面对的工件层202包括制造在半导体材料(诸如硅、多晶硅、二氧化硅、硅锗、氮(氧)化硅、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、砷磷化镓(GaAsP)、碳化硅(SiC))、金属(诸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理工件的工艺，包括(1)制备包括载片层、工件层和位于二者之间的中介层的键合堆叠；(2)处理所述工件层；以及(3)输送气体射流至所述堆叠中两个相邻层之间的接合处以分离或解键合所述两个相邻层。

【技术特征摘要】
2015.10.22 US 62/245,239;2016.09.28 US 15/278,1411.一种处理工件的工艺，包括(1)制备包括载片层、工件层和位于二者之间的中介层的键合堆叠；(2)处理所述工件层；以及(3)输送气体射流至所述堆叠中两个相邻层之间的接合处以分离或解键合所述两个相邻层。2.如权利要求1所述的工艺，其中，所述两个相邻层是所述载片层和所述中介层。3.如权利要求1所述的工艺，其中，所述载片层由选自如下的材料制成：玻璃、硅、陶瓷、蓝宝石、石英、多晶硅、二氧化硅、硅锗、氮(氧)化硅、氮化镓GaN、砷化镓GaAs、磷化镓GaP、砷磷化镓GaAsP、碳化硅SiC、诸如铜、铝、金、钨、钽之类的金属、低k电介质、聚合物电介质、以及金属氮化物和硅化物。4.如权利要求1所述的工艺，其中，在制备所述键合堆叠的步骤之前，还包括对所述载片层的键合表面进行预处理的步骤。5.如权利要求1所述的工艺，其中，所述工件层的面对所述中介层的表面包括制造在诸如硅、多晶硅、二氧化硅、硅锗、氮(氧)化硅、氮化镓GaN、砷化镓GaAs、磷化镓GaP、砷磷化镓GaAsP、碳化硅SiC之类的半导体材料、诸如不锈钢、铜、铝、金、钨、钽之类的金属、低k电介质、聚合物电介质、以及各种金属氮化物和硅化物上或者由其形成的微器件，其中所述微器件选自集成电路、微机电系统MEMS、微传感器、功率半导体、发光二极管、光电子电路、中介件、嵌入式无源器件、焊料凸块、金属插塞和金属柱。6.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤(2)中的处理所述工件层包括研磨、抛光、光致抗蚀剂旋涂、光刻、电镀、物理气相沉积、金属再分布层形成、TSV形成、化学机械抛光、蚀刻、金属和电介质沉积、图案化、钝化、退火、转移、以及它们的任意组合。7.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤(2)中的处理所述工件...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐昊，
申请(专利权)人：浙江中纳晶微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33