將接合的晶圓分離的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了將接合晶圓分離的系統(tǒng)及方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種將接合的晶圓分離的系統(tǒng)包括接合的晶圓的支撐件和向接合的晶圓施加剪切力的裝置。該系統(tǒng)還包括向接合的晶圓施加真空的裝置。
【專利說(shuō)明】將接合的晶圓分離的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一將接合的晶圓分離的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件被使用在各種電子應(yīng)用，諸如，個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)以及其他電子設(shè)備中。通常通過(guò)在半導(dǎo)體襯底上方連續(xù)地沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層、以及半導(dǎo)體材料層，并且使用光刻圖案化各種材料層從而形成電路部件及其上的元件來(lái)制造半導(dǎo)體器件。
[0003]半導(dǎo)體工業(yè)通過(guò)持續(xù)減小允許更多的部件集成到給定區(qū)域中的最小部件尺寸而持續(xù)改進(jìn)了各種電子部件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成密度。在一些應(yīng)用中，這些更小的電子部件也需要所使用的區(qū)域比過(guò)去的封裝件更少的、更小的封裝件。
[0004]三維集成電路(3DIC)是半導(dǎo)體封裝的最新發(fā)展，在其中將多個(gè)半導(dǎo)體管芯彼此上下堆疊，諸如，封裝件上封裝件(PoP)和封裝件中系統(tǒng)(SiP)封裝技術(shù)。由于例如，堆疊的管芯之間的長(zhǎng)度得到了減小，所以3DIC提供了改進(jìn)的集成密度和其他優(yōu)勢(shì)，諸如，更快的速度和更高的帶寬。
[0005]形成3DIC的一些方法包括將兩個(gè)半導(dǎo)體晶圓接合在一起?？梢允褂美?，熔融接合、共晶接合以及混合接合來(lái)將晶圓接合到一起。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于將接合晶圓分離的系統(tǒng)，包括:所述接合晶圓的支撐件；向所述接合晶圓施加剪切力的裝置；以及向所述接合晶圓施加真空的裝置。
[0007]在所述系統(tǒng)中，所述施加真空的裝置用于從所述接合晶圓的下晶圓上提起所述接合晶圓的上晶圓，所述接合晶圓設(shè)置在所述接合晶圓的支撐件上。
[0008]在所述系統(tǒng)中，所述用于施加真空的裝置包括:施加第一真空的第一裝置，并且所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括施加第二真空的第二裝置。
[0009]在所述系統(tǒng)中，所述接合晶圓均包括第一晶圓和與所述第一晶圓相接合的第二晶圓，其中，施加第一真空的所述第一裝置用于向所述第一晶圓施加所述第一真空，并且施加第二真空的所述第二裝置用于向所述第二晶圓施加所述第二真空。
[0010]在所述系統(tǒng)中，進(jìn)一步包括:施加第三真空的第三裝置。
[0011]在所述系統(tǒng)中，進(jìn)一步包括:腔室，所述腔室圍繞著所述接合晶圓的支撐件、施加第一真空的所述第一裝置、施加第二真空的所述第二裝置以及所述施加剪切力的裝置，并且施加第三真空的所述第三裝置與所述腔室相連接。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于將接合半導(dǎo)體晶圓分離的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:腔室；第一部分，設(shè)置在所述腔室中，所述第一部分包括第一真空管道并且用于支撐所述接合半導(dǎo)體晶圓；第二部分，設(shè)置在所述腔室中，鄰近所述第一部分，所述第二部分包括第二真空管道；滾珠螺桿，與所述第一部分或所述第二部分相連接；伺服電機(jī)，與所述滾珠螺桿相連接；以及第三真空管道，與所述腔室相連接。
[0013]在所述系統(tǒng)中，所述第二真空管道與真空盤(pán)相連接。
[0014]在所述系統(tǒng)中，所述第一部分是固定的并且所述第二部分是可移動(dòng)的，或者所述第一部分是可移動(dòng)的并且所述第二部分是固定的。
[0015]在所述系統(tǒng)中，所述第一部分和所述第二部分中的至少一個(gè)包括加熱器。
[0016]在所述系統(tǒng)中，所述伺服電機(jī)包括第一伺服電機(jī)，所述滾珠螺桿包括第一滾珠螺桿，所述第一滾珠螺桿與所述第二部分相連接，并且所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括與所述第一部分相連接的第二滾珠螺桿和與所述第二滾珠螺桿相連接的第二伺服電機(jī)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種將接合晶圓分離的方法，所述方法包括:在支撐件上放置所述接合晶圓，所述接合晶圓包括上晶圓和與所述上晶圓相連接的下晶圓；以及向所述上晶圓施加扭轉(zhuǎn)力來(lái)分離所述接合晶圓。
[0018]在所述方法中，施加所述扭轉(zhuǎn)力包括向所述上晶圓施加包含有大約0.3J/m2至50J/m2的能量的剪切力。
[0019]在所述方法中，進(jìn)一步包括:將所述接合晶圓放置在設(shè)于腔室中的支撐件上，以及向所述腔室施加真空。
[0020]在所述方法中，施加所述真空包括施加大約0.0lmbar至955mbar的真空。
[0021]在所述方法中，進(jìn)一步包括:在所述支撐件上放置所述接合晶圓以及在將所述晶圓接合在一起之后大約一小時(shí)以內(nèi)施加所述扭轉(zhuǎn)力。
[0022]在所述方法中，進(jìn)一步包括:在所述支撐件上放置所述接合晶圓以及在退火所述接合晶圓之前施加所述扭轉(zhuǎn)力。
[0023]在所述方法中，進(jìn)一步包括:將所述接合晶圓加熱至大約600攝氏度或更低，同時(shí)向所述上晶圓施加所述扭轉(zhuǎn)力，以將所述接合晶圓分離。
[0024]在所述方法中，進(jìn)一步包括:在將所述接合晶圓放置在所述支撐件上并且施加所述扭轉(zhuǎn)力之前檢查所述接合晶圓。
[0025]在所述方法中，進(jìn)一步包括:將所述上晶圓或所述下晶圓返工，并且在向所述上晶圓施加所述扭轉(zhuǎn)力以分離所述接合晶圓之后重新接合所述上晶圓和所述下晶圓。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]為了更全面地理解實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述作為參考，其中:
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的接合在一起的兩個(gè)晶圓的立體圖；
[0028]圖2是圖1所示的接合的晶圓的更詳細(xì)的截面圖；
[0029]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于分離晶圓的系統(tǒng)的視圖；
[0030]圖4是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在分離晶圓時(shí)圖3所示的系統(tǒng)的上部在各個(gè)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)的圖表；
[0031]圖5至圖7示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在分離晶圓的過(guò)程中在各個(gè)時(shí)刻的圖3所示的系統(tǒng)；[0032]圖8是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的使用圖3所示的系統(tǒng)分離晶圓的方法的流程圖；以及
[0033]圖9是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的用于分離晶圓的系統(tǒng)的視圖。
[0034]除非另有說(shuō)明，不同附圖中的相應(yīng)標(biāo)號(hào)和符號(hào)通常指相應(yīng)部件。將附圖繪制成清楚地示出實(shí)施例的相關(guān)方面而不必須成比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面，詳細(xì)討論本發(fā)明各實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0036]本發(fā)明的實(shí)施例涉及的是將接合在一起的晶圓分離(de-bonding)。在此將描述分離接合的晶圓的新系統(tǒng)120 (見(jiàn)圖3)和方法。
[0037]首先參考圖1，此處示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的接合的晶圓100的立體圖，其包括兩個(gè)已經(jīng)接合在一起的晶圓102a和120b。晶圓120a和120b中的每個(gè)均包括半導(dǎo)體晶圓或其他類型的晶圓或工件。例如，晶圓102a和102b在3DIC封裝工藝中接合在一起。使用例如，共晶接合、混合接合、熔融接合、陽(yáng)極接合、和/或熱壓接合將晶圓102a和102b接合到一起?？蛇x地，可以使用其他晶圓至晶圓接合技術(shù)將晶圓102a和102b接合到一起。
[0038]圖2是圖1所示的接合的晶圓100的更詳細(xì)的截面圖。晶圓102a和102b中的每個(gè)分別包括工件104a和104b。工件104a和104b可以包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括例如，硅或其他半導(dǎo)體材料并且可以被絕緣層所覆蓋。工件104a和104b也可以包括其他有源部件或電路(未示出)。工件104a和104b可以包括例如，單晶硅上的氧化硅。工件.104a和104b可以包括導(dǎo)電層和半導(dǎo)體元件，諸如，晶體管、二極管、電容器等?？梢允褂没衔锇雽?dǎo)體例如，(；￡^8、11^、3丨/66、或3丨(:來(lái)代替硅。工件104a和104b可以各包括例如，絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上鍺(GOI)襯底。
[0039]分離制造每個(gè)晶圓102a和102b并且隨后將晶圓102a或102b彼此相接合。晶圓.102a和102b可以包括相同的或類似類型的器件?？蛇x地，晶圓102a和102b可以包括不同類型的形成在其上的器件。
[0040]晶圓102a和102b分別包括形成在其頂面上的絕緣材料106a和106b。如圖2所示，在將晶圓102a和102b接合在一起之前倒置晶圓102a?？蛇x地，可以不倒置晶圓102a，未示出。導(dǎo)線或接觸焊盤(pán)108a和108b分別形成在晶圓102a和102b的絕緣材料106a和.106b中。通孔109a和109b也分別可以形成在晶圓102a和102b的絕緣材料106a和106b中。晶圓102a和102b的頂部可以包括例如，金屬化層。
[0041]絕緣材料106a和106b可以包括例如，二氧化硅、氮化硅、其他類型的絕緣材料層，或多層或其組合。導(dǎo)線或接觸焊盤(pán)108a和108b以及通孔109a和109b可以包括例如，Cu、Al、晶種層、襯墊、其他多層或其組合?？蛇x地，導(dǎo)線或接觸焊盤(pán)108a和108b、通孔109a和.109b以及絕緣材料106a和106b可以包括其他材料。晶圓102a和102b中的每個(gè)均可以包括多個(gè)導(dǎo)線和通孔的層(未示出)。
[0042]在一些實(shí)施例中，例如，晶圓102a和102b可以另外分別包括襯底通孔(TSV) IlOa和100b，其包括導(dǎo)電或半導(dǎo)體體材料。例如，TSV縱向地提供了從晶圓102a和102b中的每個(gè)的頂面到底面的電連接?？蛇x地，TSV可以包括其他材料。
[0043]在接合晶圓102a和102b的過(guò)程中，絕緣體到絕緣體接合112和/或金屬到金屬接合114形成在其間。絕緣體到絕緣體接合112形成在絕緣體材料106a和106b之間，而金屬到金屬接合114形成在導(dǎo)線108a和108b之間。在一些應(yīng)用中，例如，取決于接合工藝的類型，僅形成了絕緣體到絕緣體接合112，或僅形成了金屬到金屬接合114。
[0044]在用于接合的晶圓100的接合工藝至少部分完成之后，對(duì)接合的晶圓100進(jìn)行檢查。如果確定晶圓102a和102b的接合存在問(wèn)題(諸如，出現(xiàn)了接合工藝不成功的區(qū)域，未達(dá)到預(yù)期的接合質(zhì)量，或檢測(cè)到了缺陷)的話，那么在一些應(yīng)用中需要分離晶圓102a和102b，從而將其分離以便晶圓102a和102b中的一個(gè)或兩個(gè)能夠在，例如，在另一個(gè)晶圓接合工藝或其他應(yīng)用中返工或再次使用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在本文中將進(jìn)一步描述用于分離或分離接合的晶圓的新系統(tǒng)和方法。
[0045]在一些實(shí)施例中，例如，在完成晶圓接合工藝之前分離接合的晶圓100。在一些實(shí)施例中，在初始的接合步驟的大約一個(gè)小時(shí)或更短時(shí)間內(nèi)分離接合的晶圓100。例如，在一些應(yīng)用和接合步驟中，金屬到金屬接合114和絕緣體到絕緣體接合112隨著時(shí)間而變強(qiáng)，并且因此，如果在接合工藝之后即刻實(shí)施該工藝可更簡(jiǎn)單地分離接合的晶圓100。在一些實(shí)施例中，如另一個(gè)實(shí)例所示，接合步驟和分離步驟(例如，包括系統(tǒng)120，圖3中示出)之間的Q時(shí)間小于大約I小時(shí)。
[0046]在其他實(shí)施例中，如另一個(gè)實(shí)例那樣，在用來(lái)強(qiáng)化金屬到金屬接合114和/或絕緣體到絕緣體接合116的退火工藝之前分離接合的晶圓100。根據(jù)其他實(shí)施例在其他接合后工藝之前分離接合的晶圓100。
[0047]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于分離接合的晶圓100的系統(tǒng)120的視圖。用于分離接合的晶圓100的系統(tǒng)120包括用于接合的晶圓100的支撐件126、向接合的晶圓100施加剪切力的裝置、以及向接合的晶圓100施加真空的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，施加真空的裝置被用來(lái)將接合的晶圓100的上晶圓102a從接合的晶圓100的下晶圓102b上提起，該下晶圓位于接合晶圓100的支撐件126上。在一些實(shí)施例中，施加剪切力的裝置包括向接合的晶圓100施加真空的裝置。
[0048]施加真空的裝置包括施加第一真空的第一裝置，而在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)120進(jìn)一步包括施加真空的第二裝置。施加真空的第一裝置被用來(lái)向接合晶圓100的第一晶圓102a施加第一真空，而施加第二真空的第二裝置則用來(lái)向接合晶圓100的第二晶圓102b施
加第二真空。
[0049]在其他實(shí)施例中，系統(tǒng)120進(jìn)一步包括施加第三真空的第三裝置。該系統(tǒng)可以包括腔室121，圍繞著接合晶圓100的支撐件126、施加第一真空的第一裝置、施加第二真空的第二裝置、以及施加剪切力的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，施加第三真空的第三裝置與腔室121相連接。在一些實(shí)施例中，施加各個(gè)真空的裝置包括真空管道130a、130b、和130c，這些管道與一個(gè)或多個(gè)真空泵(未示出)相連接。
[0050]在其他實(shí)施例中，用于分離接合的半導(dǎo)體晶圓100的系統(tǒng)120包括腔室121、設(shè)置在腔室121中的第一部分122、以及設(shè)置在腔室121中的臨近第一部分122的第二部分124。在一些實(shí)施例中，第一部分122包括下面的、固定的部分，而第二部分124則包括上面的、運(yùn)動(dòng)的部分。第一部分122包括第一真空管道130b，并且被用來(lái)支撐接合的半導(dǎo)體晶圓100。第一部分122包括例如，支撐件126。支撐件126可以包括板或柵板，其包括例如，金屬或其他材料。第二部分124包括第二真空管道130a。滾珠螺桿132與第二部分124相連接，而伺服電機(jī)134與滾珠螺桿132相連接。第三真空管道130c與腔室121相連接。
[0051]在一個(gè)實(shí)施例中，伺服電機(jī)134包括用于提供旋轉(zhuǎn)輸出的電動(dòng)機(jī)以及位置控制器。在一個(gè)實(shí)施例中，滾珠螺桿132包括機(jī)械線性致動(dòng)器，該制動(dòng)器將伺服電機(jī)134的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成線性運(yùn)動(dòng)。滾珠螺桿132可以包括例如，螺紋軸和滾珠。可選地也可以使用其他類型的電機(jī)134和線性致動(dòng)器。
[0052]在一些實(shí)施例中，如圖3中的虛線所示，第二部分124的第二真空管道130b與真空盤(pán)128相連接。第二真空管道130b可以可選地與其他的、向接合的晶圓100的上晶圓102a的頂面施加真空的裝置相連接。在一些實(shí)施例中，第一部分122是固定的，而第二部分124是運(yùn)動(dòng)的。在一些實(shí)施例中，第一部分122或第二部分124可以分別包括加熱器136b和136a。在一些實(shí)施例中，例如，第一部分122和第二部分124兩者均包括加熱器136b和136a。在其他實(shí)施例中，如另一個(gè)實(shí)例那樣，系統(tǒng)120中不包括加熱器136a和136b。
[0053]伺服電機(jī)134用于旋轉(zhuǎn)滾珠螺桿132。滾珠螺桿132通過(guò)旋轉(zhuǎn)而下降和上升。在分離工藝過(guò)程中，通過(guò)伺服電機(jī)134和滾珠螺桿132來(lái)下降和上升第二部分124，從而使得真空盤(pán)128與接合的晶圓100的上晶圓102a的頂面相接觸。與真空管道130a相接合的真空泵(未示出)向真空盤(pán)128施加真空并提起上晶圓102a。可以包括與真空管道130a相連接的真空泵相同或不同的真空泵與真空管道130b相連接，該管道與第一部分122相連接。在分離工藝過(guò)程中，在通過(guò)第二部分124向上晶圓102a施加真空的同時(shí)，施加給第一部分122的真空將下晶圓102b保留在了第一部分122的支撐件126上。隨后反方向激活伺服電機(jī)134，旋轉(zhuǎn)上晶圓102a并且使得剪切力或扭轉(zhuǎn)力施加在接合的晶圓100上，該力將接合的晶圓100的晶圓102a和102b分離。在一些實(shí)施例中，上晶圓102a和下晶圓102b使用在不同的應(yīng)用中。
[0054]在一些實(shí)施例中，在接合工藝之前和/或其間，還使用真空管道130c向腔室121施加真空。真空管道130c可以連接例如，與真空管道130a所連接的真空泵相同的真空泵。真空管道130a、130b、和130c可以與例如，不同的或相同的真空泵相連接。在一些實(shí)施例中，向腔室121施加真空可以包括例如，施加大約0.01至955mbar的真空或壓力。在其他實(shí)施例中，如一個(gè)實(shí)例那樣，向腔室121施加真空可以包括施加與接合晶圓102a和102b的接合工藝過(guò)程中所施加給晶圓102a和102b的真空級(jí)接近或基本上相同的真空級(jí)。在其他實(shí)施例中，例如，施加給腔室121的真空可以大于大約955mbar或小于大約0.0lmbar0可選地，可以向腔室121施加其他級(jí)別的壓力。
[0055]在一些實(shí)施例中，使用加熱器136a、136b，或加熱器136a、136b兩者來(lái)加熱接合的晶圓100。在一些實(shí)施例中，如一個(gè)實(shí)例那樣，在向上晶圓102a施加扭轉(zhuǎn)力來(lái)分離接合的晶圓100的同時(shí)，接合的晶圓被加熱到大約600度或更小的溫度?？蛇x地，在用來(lái)分離接合的晶圓100的分離工藝之前和/或其間，可以不加熱接合的晶圓100，或?qū)⒔雍系木A100加熱到其他溫度。
[0056]圖4是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在分離接合的晶圓100的同時(shí)圖3中所示的系統(tǒng)的第二部分124(上部)在各個(gè)時(shí)刻的位置和運(yùn)動(dòng)的圖表140。圖4中還示出了第二部分124的真空盤(pán)126的真空級(jí)的圖表138。圖3和圖5至圖7示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在分離接合的晶圓100的過(guò)程中在圖4所示的各個(gè)時(shí)刻的系統(tǒng)120。下面將借助圖3至圖7來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的新系統(tǒng)120的工作實(shí)例。
[0057]首先，如圖3所示，將接合的晶圓100放置在第一部分122的支撐件126上。最初，在時(shí)刻tQ，第二部分120處在向上的位置中，而真空盤(pán)128的真空級(jí)被設(shè)定為第一級(jí)LI。第一級(jí)LI可以包括例如，大約60kPa，然而可選地也可以使用其他壓力級(jí)。在一個(gè)實(shí)施例中，如另一個(gè)實(shí)例那樣，第一級(jí)LI可以包括關(guān)閉位置。腔室121的真空被設(shè)定為高級(jí)，在一個(gè)實(shí)施例中該高等級(jí)包括與接合晶圓102a和102b時(shí)的壓力基本上相同的壓力。第一部分122的真空被開(kāi)啟，從而固定接合的晶圓100。在分離工藝過(guò)程中，第一部分122的真空將接合晶圓100的地面與第一部分122相粘合。
[0058]在時(shí)刻&下，伺服電極134開(kāi)啟或激活，如142所示那樣旋轉(zhuǎn)滾珠螺栓132并且開(kāi)始了第二部分124的向下運(yùn)動(dòng)144，如圖5所示。第二部分124也隨著下降而旋轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)134驅(qū)動(dòng)著滾珠螺栓132，從而為第二部分124上的真空盤(pán)128提供線性運(yùn)動(dòng)(包括向下運(yùn)動(dòng)144)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)142。如圖6所示，向下運(yùn)動(dòng)144持續(xù)進(jìn)行，直到第二部分124的真空盤(pán)128接觸到接合的晶圓100的上晶圓102a的頂面為止。真空盤(pán)128的等級(jí)保持在時(shí)刻h下的第一級(jí)LI上。在時(shí)刻t2之前，真空盤(pán)128的等級(jí)轉(zhuǎn)變成第二級(jí)L2。
[0059]在圖4的圖表140中，第二部分124與接合的晶圓100的頂面的接觸發(fā)生在時(shí)刻t2，在此時(shí)刻下伺服電機(jī)134停止運(yùn)動(dòng)并且第二部分124到達(dá)了下位，如圖6所示。在一些實(shí)施例中，伺服電機(jī)134被調(diào)整成例如，在時(shí)刻t2下停止在預(yù)先確定的停止位置上。在其他實(shí)施例中，可以用伺服電機(jī)134來(lái)探測(cè)何時(shí)接觸到了接合的晶圓100。在時(shí)刻〖2下，真空盤(pán)128已經(jīng)達(dá)到了第二級(jí)L2。第二級(jí)L2包括高于第一級(jí)LI的真空級(jí)。第二級(jí)L2可以包括例如，大約IOOkPa,但第二級(jí)L2也可以可選地使用其他壓力級(jí)。將真空盤(pán)128的真空級(jí)增大到等級(jí)L2防止或減小了在應(yīng)用用來(lái)分離接合的晶圓100的晶圓102a和102a的剪切力150 (見(jiàn)圖7)的過(guò)程中真空盤(pán)128的滑動(dòng)。
[0060]在時(shí)刻丨3下，如圖7所示，通過(guò)反方向運(yùn)動(dòng)伺服電機(jī)134而分離了晶圓102a和102b，從而使得滾珠螺桿132在反方向上旋轉(zhuǎn)并且使得第二部分124向上運(yùn)動(dòng)。第二部分124也隨著其上升而旋轉(zhuǎn)。滾珠螺栓132的反向旋轉(zhuǎn)146產(chǎn)生了被施加給接合的晶圓100 (例如，接合的晶圓100的上晶圓102a)的剪切力150。例如，剪切力150有助于分離接合的晶圓100，從而使得晶圓102a和102b扭轉(zhuǎn)分離。在一些實(shí)施例中，例如，剪切力150包括向上晶圓102a施加大約0.3至50j/m2的扭轉(zhuǎn)力，然而可選地，也可以使用其他級(jí)別的能量來(lái)分離晶圓102a和102b。在其他實(shí)施例中，如另一個(gè)實(shí)例那樣，向接合的晶圓100施加了大于大約O j/m2的扭轉(zhuǎn)力。旋轉(zhuǎn)146和向上運(yùn)動(dòng)148持續(xù)地提升上晶圓102a并完成分離工藝。第二部分124向上運(yùn)動(dòng)，裝置其在時(shí)刻&下到達(dá)上位為止。然后，可以關(guān)閉或停止伺服電機(jī)134并結(jié)束分離步驟?？蛇x地`，可以保持伺服電機(jī)134的運(yùn)行，并且可以通過(guò)重復(fù)上述的步驟來(lái)分離一個(gè)或多個(gè)額外的接合的晶圓100。
[0061]圖8是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例使用圖3所示的系統(tǒng)120分離晶圓102a和102b的方法的流程圖160。在步驟162中，晶圓102a和102b相接合，在步驟164中，檢查接合的晶圓100?？梢酝ㄟ^(guò)例如，紅外線檢查工具、超聲顯微鏡(諸如，C-模式掃描超聲顯微鏡(C-SAM))或其他檢查裝置來(lái)檢查接合的晶圓100。在步驟166中確定接合的晶圓100是否通過(guò)了檢查。如果接合的晶圓100被確定通過(guò)了檢查，則在步驟168中在接合的晶圓100上執(zhí)行接合后工藝。如一個(gè)實(shí)例那樣，該接合后工藝可以包括強(qiáng)化了接合的晶圓100的絕緣體到絕緣體接合112和/或金屬到金屬接合114的退火工藝。可選地，可以使用其他類型的接合后工藝。如果接合的晶圓100沒(méi)有通過(guò)檢查，那么在步驟170中使用在此所描述的系統(tǒng)120和方法將晶圓102a和102b相分離。在一些實(shí)施例中，隨后可以重復(fù)步驟162，從而重新接合晶圓102a和102b。
[0062]圖9是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的用于分離晶圓102a和102b的系統(tǒng)120的視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，第一部分122和第二部分124兩者均是可移動(dòng)的。滾珠螺桿132與第一部分122相連接，伺服電機(jī)134b與滾珠螺桿132b相連接。在分離晶圓102a和102b的過(guò)程(例如，在圖4中的圖表140的時(shí)刻t3)中，第二部分124通過(guò)滾珠螺桿132a和伺服電機(jī)134a的旋轉(zhuǎn)146a同時(shí)在向上的方向148a上運(yùn)動(dòng)，而第一部分122則通過(guò)滾珠螺桿132b和伺服電機(jī)134b的旋轉(zhuǎn)146b在向下的方向148b上運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)實(shí)施例中，例如，第一部分122和第二部分124可以在相反地方向或相同的方向上旋轉(zhuǎn)，從而增大了剪切力。
[0063]在另一個(gè)實(shí)施例中，第一部分122是可移動(dòng)的，而第二部分124是固定的，附圖中未示出。滾珠螺桿132b與第一部分122相連接，伺服電機(jī)134b與滾珠螺桿132b相連接。根據(jù)本文的實(shí)施例，如圖3所示，要么第一部分122是可移動(dòng)的并且用來(lái)產(chǎn)生剪切力150，要么第二部分124是可移動(dòng)的并且被用于產(chǎn)生剪切力150，或第一部分122和第二部分124兩者均是可移動(dòng)的并用于產(chǎn)生剪切力150，該剪切力用于分離晶圓102a和102b (圖9所示)。
[0064]本發(fā)明的實(shí)施例包括了分離或分離接合的晶圓102的方法。本發(fā)明的實(shí)施例還包括用于分離接合的晶圓100的系統(tǒng)120。盡管圖中所示的接合的晶圓100僅包括兩個(gè)接合在一起的晶圓102a和102b，但在此所述的系統(tǒng)120和方法也可以被用來(lái)分離三個(gè)或更多個(gè)已經(jīng)接合在一起的晶圓102a和102b，在圖中未示出。該分離方法可以例如，被重復(fù)兩遍或多遍，直至晶圓堆疊中的每個(gè)晶圓102a和102b都被分離為止。
[0065]本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括提供了將已經(jīng)接合在一起的晶圓彼此分離開(kāi)的新系統(tǒng)120和方法。這些方法包括分離接合的晶圓102a和102b，從而在一個(gè)或多個(gè)接合的晶圓100的分離工藝之后允許這些晶圓返工和/或重新接合的機(jī)械方法，該方法節(jié)省了成本并且提聞了廣量。使用分別在頂部和底部施加在兩個(gè)晶圓102a和102b上的真空將晶圓102a和102b拉開(kāi)，并且通過(guò)剪切力150促進(jìn)晶圓102a和102b的分離。施加給接合的晶圓100的剪切力150有效地協(xié)助在不損壞晶圓102a和102b的情況下分離晶圓102a和102b。使用源于伺服電機(jī)134和滾珠螺栓132來(lái)產(chǎn)生促進(jìn)晶圓102a和102b分離的扭轉(zhuǎn)的剪切力150。扭轉(zhuǎn)的剪切力150有利地、輕松地分離了晶圓102a和102b的包括有金屬到金屬接合114和/或絕緣體到絕緣體接合112的接合界面。
[0066]伺服電機(jī)134和滾珠螺桿132提供了與真空旋轉(zhuǎn)相接合的線性運(yùn)動(dòng)，該線性運(yùn)動(dòng)是可精確地控制的并且為接合能量提供了足夠的功率。例如，通過(guò)精確地計(jì)算伺服電機(jī)134的反向阻抗來(lái)獲得分離晶圓102a和102b所需的接合強(qiáng)度。
[0067]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地在高真空腔室121中執(zhí)行分離工藝，這避免了需要使用可能損壞晶圓102a和102b的高力集中。例如，通過(guò)使用與用來(lái)接合晶圓102a和102b的真空或壓力級(jí)基本上相同的真空或壓力級(jí)作為腔室121中的環(huán)境壓力平衡了接合的晶圓100和腔室121之間的內(nèi)壓力和外壓力，并且可以使用少量的剪切力150來(lái)分離晶圓102a和102b。平衡的壓力也使返工工藝變得順利。另外，在通過(guò)退火工藝向其施加任何熱量之前，在將晶圓102a和102b接合之后即刻將其分離，從而進(jìn)一步避免了對(duì)晶圓102a和102b
產(chǎn)生損害。
[0068]通過(guò)使用在本文中所描述的新系統(tǒng)120和方法有利地使得原來(lái)無(wú)法返工的接合的晶圓100是可分離的和可返工的。
[0069]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種用于分離接合的晶圓的系統(tǒng)包括接合的晶圓的支撐件、向接合的晶圓施加剪切力的裝置以及向接合的晶圓施加真空的裝置。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種用于分離接合的半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)包括室和設(shè)置在該室中的第一部分。第一部分包括第一真空管道并且被用于支撐接合的半導(dǎo)體晶圓。該系統(tǒng)包括設(shè)置在腔室中的鄰近第一部分的第二部分，該第二部分包括第二真空管道。滾珠螺桿與第一部分或第二部分相連接，伺服電機(jī)與滾珠螺桿相連接。該系統(tǒng)包括與室相連接的第三真空管道。
[0071]根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，一種分離接合的晶圓的方法包括:在支撐件上設(shè)置接合的晶圓。接合的晶圓包括上晶圓和與上晶圓相連接的下晶圓。該方法包括向上晶圓施加扭轉(zhuǎn)力來(lái)分離接合的晶圓。
[0072]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易理解，本文中所描述的許多部件、功能、工藝和材料均可以改變，而仍保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書(shū)中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過(guò)本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開(kāi)發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該包括在這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將接合晶圓分離的系統(tǒng)，包括: 所述接合晶圓的支撐件； 向所述接合晶圓施加剪切力的裝置；以及 向所述接合晶圓施加真空的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述施加真空的裝置用于從所述接合晶圓的下晶圓上提起所述接合晶圓的上晶圓，所述接合晶圓設(shè)置在所述接合晶圓的支撐件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述用于施加真空的裝置包括:施加第一真空的第一裝置，并且所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括施加第二真空的第二裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述接合晶圓均包括第一晶圓和與所述第一晶圓相接合的第二晶圓，其中，施加第一真空的所述第一裝置用于向所述第一晶圓施加所述第一真空，并且施加第二真空的所述第二裝置用于向所述第二晶圓施加所述第二真空。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:施加第三真空的第三裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:腔室，所述腔室圍繞著所述接合晶圓的支撐件、施加第一真空的所述第一裝置、施加第二真空的所述第二裝置以及所述施加剪切力的裝置，并且施加第三真空的所述第三裝置與所述腔室相連接。
7.一種用于將接合半導(dǎo)體晶圓分離的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 腔室； 第一部分，設(shè)置在所述腔室中，所述第一部分包括第一真空管道并且用于支撐所述接合半導(dǎo)體晶圓； 第二部分，設(shè)置在所述腔室中，鄰近所述第一部分，所述第二部分包括第二真空管道； 滾珠螺桿，與所述第一部分或所述第二部分相連接； 伺服電機(jī)，與所述滾珠螺桿相連接；以及 第三真空管道，與所述腔室相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第二真空管道與真空盤(pán)相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第一部分是固定的并且所述第二部分是可移動(dòng)的，或者所述第一部分是可移動(dòng)的并且所述第二部分是固定的。
10.一種將接合晶圓分離的方法，所述方法包括: 在支撐件上放置所述接合晶圓，所述接合晶圓包括上晶圓和與所述上晶圓相連接的下晶圓；以及 向所述上晶圓施加扭轉(zhuǎn)力來(lái)分離所述接合晶圓。
【文檔編號(hào)】H01L21/67GK103579042SQ201210465015
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】黃信華, 劉丙寅, 林宏樺, 謝元智, 趙蘭璘, 蔡嘉雄 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司