TWI466215B - 剝離與清理晶圓的方法與其裝置 - Google Patents

Description

剝離與清理晶圓的方法與其裝置

本發明係關於半導體製程，更特別關於三維積體電路(3DIC)剝離與清理半導體晶圓之方法與對應裝置。

在半導體晶圓兩側可形成多個結構，以形成三維積體電路(3DIC)。為了在半導體晶圓背面形成結構，先將半導體晶圓接合至載板晶圓。在形成結構至半導體晶圓之背面上時，載板晶圓可讓形成於半導體晶圓正面上的結構不受損傷。之後將半導體晶圓上的載板晶圓剝離(debond)。剝離製程所殘留的接合材料，會黏合於半導體晶圓的正面上。在切割及/或封裝半導體晶圓前，需先清除殘留的接合材料。

半導體晶圓之厚度介於約10μm至約350μm之間。將薄層半導體晶圓由接合製程運傳輸到清理製程之間，需平均支撐薄層半導體晶圓的整個表面，以避免晶圓破裂或翹曲。雖然可用薄膜框支撐半導體晶圓，但薄膜框會增加製程成本，且無法有效避免半導體晶圓破裂或翹曲。薄層半導體晶圓清理製程需以人工方式進行，以避免穿過薄膜框與半導體晶圓之間的化學品造成半導體晶圓表面上的結構損傷。

本發明一實施例提供一種晶圓剝離與清理裝置，包括：自動晶圓處理模組；晶圓剝離模組，自載板晶圓分離半導體晶圓；以及第一晶圓清理模組，以清理半導體 晶圓之表面，其中自動晶圓處理模組，於晶圓剝離模組與第一晶圓清理模組之間傳輸半導體晶圓。

本發明一實施例提供一種剝離與清理晶圓的方法，包括：以晶圓剝離模組自載板晶圓分離半導體晶圓；以第一晶圓清理模組清理半導體晶圓之表面；以及以自動晶圓處理模組，於晶圓剝離模組與第一晶圓清理模組之間傳輸半導體晶圓。

第1圖係晶圓封裝100之側視圖。晶圓封裝100含有以黏合劑106接合至載板晶圓104之半導體晶圓102。在某些實施例中，半導體晶圓102為矽。在其他實施例中，半導體晶圓102為鍺、砷化鎵、或其他合適的半導體材料。在某些實施例中，載板晶圓104為藍寶石基板。在其他實施例中，載板晶圓104為矽、熱塑性高分子、氧化物、碳化物、或其他合適材料。在某些實施例中，黏合劑106為可旋轉塗佈之黏合劑。在其他實施例中，黏合劑106為壓合帶、蠟、或其他合適材料。

第2圖係晶圓剝離與清理裝置200之方塊圖，其自動晶圓處理模組202可在不同模組之間傳輸半導體晶圓102。晶圓剝離與清理裝置200之晶圓剝離模組204可自載板晶圓104上分離半導體晶圓102，而晶圓清理模組206與208可移除半導體晶圓102上殘留的黏合劑106。晶圓剝離與清理裝置200可進一步含有存放單元210以存放多個半導體晶圓102或晶圓封裝100。為了追蹤晶圓，可用掃描模組212掃描半導體晶圓102上的條碼。 在某些實施例中，晶圓剝離與清理裝置200可整合至單一裝置。在其他實施例中，晶圓剝離與清理裝置200可分為不同裝置。本技術領域中具有通常知識者應理解，裝置之間的距離會增加晶圓封裝100或半導體晶圓102於不同裝置之間的傳輸時間。

人工傳輸晶圓封裝的方式會因人為錯誤，增加晶圓封裝破損與翹曲的風險。當半導體晶圓102碎裂時，會造成晶圓封裝破損。自動晶圓處理模組202不需以人工方式傳輸晶圓封裝，可增加產率並減少成本。在某些實施例中，自動晶圓處理模組202為機械手臂。在某些實施例中，自動晶圓處理模組202包含多個機械手臂。機械手臂具有刮刀部份以支撐半導體晶圓102或晶圓封裝。在某些實施例中，刮刀部份具有檢測器以增加刮刀部份對半導體晶圓102或晶圓封裝100之定位能力(見第1圖)，以避免刮傷半導體晶圓102之表面(見第1及3A-3B圖)。在某些實施例中，刮刀部份實質上為U型以減少刮刀部份接觸晶圓封裝。在其他實施例中，刮刀部份為圓形、矩形、或其他合適形狀，以支撐並移動半導體晶圓102或晶圓封裝100。

如第1圖所示，由於半導體晶圓102之厚度介於約350μm至約1500μm之間，刮刀部份不需均勻施力至晶圓封裝的所有表面。當半導體晶圓102之厚度較厚時，可具有較高的機械強度，而不致在剝離與清理製程中具有明顯的翹曲或碎裂風險。

自動晶圓處理模組202將第1圖之晶圓封裝置入晶 圓剝離模組204。接著將晶圓封裝100傳輸至剝離站點。在剝離機台上，以照射方式弱化接合半導體晶圓102與載板晶圓104之黏合劑106。在某些實施例中，以紫外線照射晶圓封裝100。在其他實施例中，以雷射、熱能、或其他合適能量照射晶圓封裝100，以弱化載板晶圓104與半導體晶圓102之間的接合。接著將晶圓封裝100自剝離站點移除，而載板晶圓104自半導體晶圓102剝離。在某些實施例中，部份的黏合劑106殘留於半導體晶圓102與載板晶圓104上。將載板晶圓104清理後存放，以應用於另一半導體晶圓。在剝離製程後，半導體晶圓102之結構如第3A圖所示。

在移除載板晶圓104後，自動晶圓處理模組202自晶圓剝離模組204移出半導體晶圓102。自動晶圓處理模組202接著將第3A圖所示之半導體晶圓102傳輸至清理模組206與208。

將半導體晶圓置入清理模組206或208後，第3A圖所示之半導體晶圓102被置於清理站點上。清理站點可採用馬達旋轉半導體晶圓102。在某些實施例中，位於清理站點上方的噴嘴可施加溶劑溶液至殘留有黏合劑106之半導體晶圓102上。在一實施例中，溶劑溶液係去離子水、四甲基銨氫氧化物(TMAH)、氫氧化鉀、N-甲基-2-四氫吡各酮(NMP)、異丙醇、乙醇、丙酮、雙氧水、與二甲基亞碸(DMSO)中至少一者之混合物。在某些實施例中，清理模組206或208更包括刷洗以幫助移除半導體晶圓102上的殘留黏合劑106。某些實施例之清理模組 206或208採用噴嘴噴灑高壓氣體或液體至半導體晶圓102上，以移除殘留的黏合劑106。其他實施例之清理模組206或208採用噴嘴將不同的化學品施加至半導體晶圓102上，以化學移除殘留的黏合劑106。在完成晶圓清理製程後，可自半導體晶圓102充份移除殘留的黏合劑106如第3B圖所示之結構，以進行後續製程如封裝與切割。之後自動晶圓處理模組202將半導體晶圓由清理模組206或208移出。

晶圓剝離與清理裝置200除了清理模組206外，可進一步含有清理模組208。清理製程比晶圓剝離製程需要更多時間。進一步含有清理模組208之晶圓剝離與清理裝置200，可減少製程清理製程的瓶頸並增加效率。自動晶圓處理模組202可搭配控制系統(未圖示)以確認採用的清理模組為何者。連接至清理模組206與208及自動晶圓處理模組202之控制系統，可確認哪個清理模組可接收第3A圖所示之半導體晶圓102。

在某些實施例中，當晶圓封裝100或半導體晶圓102不位於晶圓剝離模組204或晶圓清理模組206或208時，自動晶圓處理模組202將晶圓封裝100或半導體晶圓102置於存放單元210之一中。存放單元210包含支撐物以支撐多個晶圓封裝100或半導體晶圓102。為了避免損傷存放的晶圓，晶圓封裝100或半導體晶圓102之間的距離足以讓自動晶圓處理模組102置入或移出晶圓封裝100或半導體晶圓102時，不致接觸相鄰的晶圓封裝100或半導體晶圓102。

在一實施例中，存放單元210是固定不動的。晶圓剝離與清理裝置200具有固定的存放單元210。自動晶圓處理模組202自第一存放單元移出晶圓封裝100或半導體晶圓102，再將其置入晶圓剝離模組204、晶圓清理模組206、或晶圓清理模組208。在晶圓剝離模組204、晶圓清理模組206、或晶圓清理模組208完成製程後，自動晶圓處理模組202將晶圓封裝或半導體晶圓102置入第二存放單元210(與第一存放單元不同)，使晶圓封裝或半導體晶圓沿著生產線移動。舉例來說，自動晶圓處理模組202由第一存放單元210移出晶圓封裝100，並將其置入晶圓剝離模組204。自動晶圓處理模組202接著自晶圓剝離模組204移出半導體晶圓102，再將其置入靠近晶圓清理模組206或208之第二存放單元210。

在另一實施例中，存放單元210為可動式如前端開口片盒(FOUP)，可將晶圓封裝100或半導體晶圓102整組地由一處傳輸至另一處。另一處緊鄰晶圓剝離與清理裝置200中不同的模組，或緊鄰另一裝置如切割或封裝裝置。在晶圓剝離與清理裝置200中具有可動式的存放單元210，而自動晶圓處理模組202自存放單元210移出晶圓封裝100或半導體晶圓102，再將其置入晶圓剝離模組204、晶圓清理模組206、或晶圓清理模組208。在晶圓剝離模組204、晶圓清理模組206、或晶圓清理模組208完成製程後，將半導體晶圓置回相同的存放單元210。接著以存放單元210將晶圓移至新的位置。

在另一實施例中，自動晶圓處理模組202具有機械 手臂連接至晶圓剝離模組204、晶圓清理模組206、或晶圓清理模組208，且存放單元210為可動式。機械手臂可將晶圓封裝100或半導體晶圓102自存放單元210移出，再將其置入晶圓剝離模組204、晶圓清理模組206、或晶圓清理模組208。在完成製程後，機械手臂自晶圓剝離模組204、晶圓清理模組206、或晶圓清理模組208移出晶圓封裝100或半導體晶圓102，再將其存放於相同的存放單元。可動式的存放單元210可在靠近晶圓剝離模組204、晶圓清理模組206、或晶圓清理模組208的位置之間傳輸晶圓封裝100或半導體晶圓102，讓機械手臂可連續的移出或置入晶圓封裝100或半導體晶圓102，而不需在模組之間傳輸晶圓封裝100或半導體晶圓102。

晶圓剝離與清理裝置200含有掃描模組212，可在進行製程前先掃描貼附至每一半導體晶圓102的條碼。掃描模組212掃描進入晶圓剝離與清理裝置200上的條碼。掃描模組212將掃描的條碼傳送至電腦系統，以追蹤半導體晶圓102所經的製程，可原地快速修正製程錯誤。

第4圖係本發明一實施例中，採用晶圓剝離與清理裝置200的方法400。方法400之起始步驟402以掃描模組212掃描半導體晶圓102上的條碼。視情況進行之步驟404以自動晶圓處理模組202將晶圓封裝100置入存放單元210。

步驟406以自動晶圓處理模組202將第1圖所示之晶圓封裝100置入晶圓剝離模組204。若先進行步驟 404，則需先以自動晶圓處理模組202將晶圓封裝自存放單元210移出，再將其置入晶圓剝離模組204。若未進行步驟404，自動晶圓處理模組202將晶圓封裝100由掃描模組212直接傳輸至晶圓剝離模組204。

步驟408以晶圓剝離模組204自載板晶圓104分離半導體晶圓102。之後進行步驟410，自晶圓剝離模組204移出第3A圖所示之半導體晶圓102，且清理並存放載板晶圓以待後續使用。

接著視情況進行步驟412，以自動晶圓處理模組202將半導體晶圓傳輸至存放單元210。步驟414以自動晶圓處理模組202，將第3A圖所示之半導體晶圓102置入晶圓清理模組206或208。若先進行步驟412，則需以自動晶圓處理模組202將半導體晶圓102自存放單元210移出，再將其置入晶圓清理模組206或208。若未進行步驟412，自動晶圓處理模組202可將半導體晶圓102由晶圓剝離模組204直接傳輸至晶圓清理模組206或208。連接至自動晶圓處理模組202、晶圓清理模組206、與晶圓清理模組208之控制系統(未圖示)，可確認半導體晶圓102應傳輸至哪一個晶圓清理模組206或208。

步驟416以晶圓清理模組206或208清理半導體晶圓102，以形成第3B圖所示之半導體晶圓102。在清理製程後，步驟418自晶圓清理模組206或208移出半導體晶圓102。

步驟420將半導體晶圓102傳輸至封裝或切割裝置以進行後續製程。若晶圓剝離與清理裝置200含有可動 式的存放單元210，半導體晶圓102可置於可動式的存放單元210中，再將可動式的存放單元210傳輸至封裝或切割裝置。若晶圓剝離與清理裝置200含有固定式的存放單元210，則需將半導體晶圓102置入傳輸裝置(獨立的可動式存放單元或其他元件)，再以傳輸裝置將半導體晶圓102傳輸至切割及/或封裝裝置。

本發明一實施例提供之晶圓剝離與清理裝置，包括：自動晶圓處理模組；晶圓剝離模組；以及晶圓清理模組，以清理半導體晶圓之表面，其中自動晶圓處理模組，於晶圓剝離模組與晶圓清理模組之間傳輸半導體晶圓。本發明另一實施例提供之剝離與清理晶圓的方法，包括：以自動晶圓處理模組將半導體晶圓接合至載板晶圓之結構置入晶圓剝離模組；以晶圓剝離模組自載板晶圓分離半導體晶圓；以自動晶圓處理模組自晶圓剝離模組移出半導體晶圓；以自動晶圓處理模組將半導體晶圓置入晶圓清理模組；以晶圓清理模組清理半導體晶圓之表面；以及以自動晶圓處理模組自晶圓清理模組移出半導體晶圓。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧晶圓封裝

102‧‧‧半導體晶圓

104‧‧‧載板晶圓

106‧‧‧黏合劑

200‧‧‧晶圓剝離與清理裝置

202‧‧‧自動晶圓處理模組

204‧‧‧晶圓剝離模組

206、208‧‧‧晶圓清理模組

210‧‧‧存放單元

212‧‧‧掃描模組

400‧‧‧方法

402、404、406、408、410、412、414、416、418、420‧‧‧步驟

第1圖係本發明一實施例中，半導體晶圓封裝之側 視圖；第2圖係本發明一實施例中，晶圓剝離與清理裝置之方塊圖；第3A-3B圖係本發明一實施例中，半導體晶圓在不同製程中的側視圖；以及第4圖係本發明一實施例中，採用晶圓剝離與清理裝置之方法的流程圖。

200‧‧‧晶圓剝離與清理裝置

202‧‧‧自動晶圓處理模組

204‧‧‧晶圓剝離模組

206、208‧‧‧晶圓清理模組

210‧‧‧存放單元

212‧‧‧掃描模組

Claims (11)

1. 一種晶圓剝離與清理裝置，包括：一自動晶圓處理模組；一晶圓剝離模組，自一載板晶圓分離一半導體晶圓；以及一第一晶圓清理模組，以清理該半導體晶圓之表面；其中該自動晶圓處理模組，於該晶圓剝離模組與該第一晶圓清理模組之間傳輸該半導體晶圓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓剝離與清理裝置，其中該自動晶圓處理模組包括：一機械手臂以支撐該半導體晶圓，而不採用一薄膜框支撐該半導體晶圓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓剝離與清理裝置，更包括一第二晶圓清理模組以清理該半導體晶圓之表面，以及一控制系統，以確認該第一晶圓清理模組與該第二晶圓清理模組何者接收該半導體晶圓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓剝離與清理裝置，更包括多個可動式存放單元。
5. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓剝離與清理裝置，更包括一掃描模組以掃描貼附於該半導體晶圓之一條碼。
6. 一種剝離與清理晶圓的方法，包括：以一晶圓剝離模組自一載板晶圓分離一半導體晶圓；以一第一晶圓清理模組清理該半導體晶圓之表面； 以及以一自動晶圓處理模組，於該晶圓剝離模組與該第一晶圓清理模組之間傳輸該半導體晶圓。
7. 如申請專利範圍第6項所述之剝離與清理晶圓的方法，更包括以該自動晶圓處理模組之一機械手臂支撐該半導體晶圓，而不採用一薄膜框。
8. 如申請專利範圍第6項所述之剝離與清理晶圓的方法，在將該半導體晶圓自該晶圓剝離模組或該第一晶圓清理模組移出後，更包括以該自動晶圓處理模組將該半導體晶圓置入一存放單元。
9. 如申請專利範圍第6項所述之剝離與清理晶圓的方法，在將該半導體晶圓置入該晶圓剝離模組或該第一晶圓清理模組前，更包括以該自動晶圓處理模組自一存放單元移出該半導體晶圓。
10. 如申請專利範圍第6項所述之剝離與清理晶圓的方法，更包括掃描貼附於該半導體晶圓之一條碼，並將掃描的該條碼傳送至一電腦系統。
11. 如申請專利範圍第6項所述之剝離與清理晶圓的方法，更包括以一可動式存放單元將該半導體晶圓傳輸至不同位置。