用于碎裂多个晶圆组件的系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于在脆化面上碎裂组装在一起的两个材料晶圆的系统。该装置被配置为共同但未必同时地处理多个这样的组件。该装置尤其可实现于与smart cut
tm
层转移技术一致的方法的碎裂步骤中。


背景技术：

2.文献wo 2005/043615指出，这种方法的主要步骤包括例如通过注入轻物质氦和/或氢在称为“供体晶圆”的材料晶圆中形成脆化面的步骤。该晶圆随后与称为“支撑晶圆”的第二晶圆组装，并且对该组件应用脆化热处理，以便引起供体晶圆在脆化面上碎裂。这样，限定在供体晶圆的组装表面与脆化面之间的薄层被转移到支撑晶圆上。尤其可通过各种碎裂装置来实现碎裂，其描述可见于文献fr 2919960、fr 2995440或ep 867917。
3.上述文献wo 2005/043615还指出，当向组件提供足够的热积存时，可在脆化热处理期间自发地获得碎裂。然而，热处理期间的自发脱离有时不适合现有技术文献中详细列出的一些情况。
4.为了克服这一问题，文献wo 2005/043615提出了另一碎裂模式，其中对组件应用脆化热处理以使脆化面充分脆化，而无需自发地引发碎裂。然后，在热处理之后的步骤中，对组件施加能量脉冲以引起自持碎裂波的引发和传播，这导致薄层从供体晶圆脱离并转移到支撑晶圆上。该碎裂模式可尤其有利，特别是由于与热处理期间通过自发脱离转移的层的表面光洁度相比，添加的层的表面光洁度通常表现出增强的粗糙度。
5.为了实现这种有利的方法，文献wo 2005/043615设想共同且同时地处理晶圆组件，以使它们热脆化并施加能量脉冲。因此设想文献wo 2003/013815中公开的脱离装置用于将能量脉冲同时施加到整批组件。为此，脱离装置使用推进器来操纵设置在托架中的形成批次的多个组件，以便将它们置于脱离位置。在这方面，要注意的是，组件未被牢固地固定在它们从其取下的托架中，并且它们易于轻微移动，这使得它们难以处理。随后在组件上方闭合夹爪，该夹爪通过施加在组件的脆化面上的楔劈作用而倾向于将它们分离成两部分，从而引起碎裂波的引发和传播。第一部分包括添加有薄层的支撑晶圆，第二部分包括供体晶圆的残留物。脱离装置随后共同地处理第一和第二部分，以便将它们存放在单独的托架中，以便能够对其应用附加处理。
6.在使两部分脱离的步骤期间，夹爪分别接合在由供体晶圆和支撑晶圆的组装面上的周边倒角限定的组件的侧槽和周边槽中。该槽非常小，对于300mm圆形晶圆为大约200至300微米深和宽。在所有组件上方闭合夹爪并且同时非常精确地将楔形物接合在组件的周边槽中需要高精度，这使得此应用中的装置复杂、昂贵且不可靠。此外，如果组件没有正确地碎裂，组件的两部分因此无法在夹爪闭合之后彼此分离，则刚刚处理的批次的第一和第二部分无法共同地处理，并且装置的操作必须中断。更一般地，上述文献中公开的脱离装置复杂，因为其旨在使用一件设备同时执行碎裂操作以及处理组件和分离的部分的操作。
7.发明目的
8.本发明的目的是至少部分地克服上述缺点。更具体地，本发明的目的是一种用于碎裂组件的系统，其简单且可靠并且不需要单独或共同地处理组件以便执行碎裂操作。


技术实现要素：

9.为了实现该目的，本发明的主题提出了一种用于碎裂多个晶圆组件的系统，各个组件的晶圆之一包括脆化面并且各个组件包括周边侧槽，该装置包括：
10.‑
托架，用于保持多个组件中的组件沿着存放轴线彼此间隔开且平行；
11.‑
分离装置，用于在设置在分离装置的碎裂区域中的组件的周边槽中施加分离力，所述分离力旨在将组件的晶圆彼此分离以在脆化面上引起其碎裂；
12.‑
驱动装置，被配置为沿着轴线移动以用于将托架与分离装置相对存放，以将托架的组件依次置于分离装置的碎裂区域中。
13.这种碎裂系统允许多个组件共同碎裂，而无需在所有组件上同时引起这种碎裂并且无需单独地处理各个组件。组件在设置在托架中的同时碎裂。这些原理允许碎裂系统显著简化并且变得更可靠。
14.根据单独或根据任何技术上可行的组合考虑的本发明的其它有利和非限制性特征：
15.‑
托架中两个组件分离的距离恒定；
16.‑
碎裂区域被配置为容纳单个组件并且分离装置一次处理一个组件；
17.‑
驱动装置允许托架以恒定速度与分离装置相反移动；
18.‑
驱动装置允许托架逐步与分离装置相反移动；
19.‑
驱动装置是熔炉的托架支撑件；
20.‑
托架搁在托架支撑件上；
21.‑
分离装置被固定；
22.‑
分离装置通过允许生成高压流体射流的压缩机生成；
23.‑
分离系统包括用于使流体射流成形的喷嘴；
24.‑
分离系统包括设置在活动臂的端部的工具；
25.‑
托架设置有分离部分；
26.‑
分离部分具有多个刀片，组件被容纳在托架中时，所述多个刀片接合在组件的周边侧槽中；
27.‑
分离装置是用于在朝着分离部分引导的组件上施加力的压紧装置；
28.‑
分离装置包括具有螺旋螺纹的螺杆，刀片设置在碎裂区域右侧的螺纹中。
29.根据另一方面，本发明涉及一种用于碎裂设置在托架中的多个晶圆组件的方法，其中，组件保持彼此间隔开且平行，各个组件的晶圆之一包括脆化面并且各个组件包括周边侧槽，该方法包括以下步骤：
30.‑
使托架沿着存放轴线移动以使得它与分离装置相对，以将托架的组件依次置于分离装置的碎裂区域中；
31.‑
通过分离装置在设置在碎裂区域中的组件的周边槽中施加分离力，所述分离力旨在将组件的晶圆彼此分离，以在脆化面上引起其碎裂。
附图说明
32.本发明的另外的特征和优点将参照附图从本发明的以下详细描述变得显而易见，附图中：
33.[图1]图1描绘了可碎裂组件的特定示例的截面图；
[0034]
[图2]图2描绘了在可碎裂组件上施加分离力；
[0035]
[图3]图3示意性地描绘了对多个组件应用脆化热处理的卧式炉；
[0036]
[图4]图4描绘了碎裂系统的优选实施方式；
[0037]
[图5]图5描绘了用于保持多个组件的托架的示例；
[0038]
[图6]图6描绘了分离装置的实施方式；
[0039]
[图7]图7描绘了分离装置的另一实施方式；
[0040]
[图8]图8描绘了分离装置的另一实施方式。
具体实施方式
[0041]
如本技术的介绍中所述，根据本说明书的碎裂系统尤其旨在在例如与smart cut
tm
技术一致的层转移方法的碎裂步骤期间实现。在实现此系统之前，并且根据此技术的预备步骤，因此准备各自由彼此邻接的供体晶圆和支撑晶圆组成的组件。各个材料晶圆由两个面对的主面和周边侧边缘限定。两个晶圆分别在其主面之一上邻接，以便形成组件。对于材料晶圆也常见的是假设圆形形状，但本发明决不限于这种形状。图1描绘了这种组件1的特定示例的截面图。该组件由供体晶圆2形成，其中例如通过经由该晶圆2的主面注入轻物质氢和/或氦来形成脆化面3。脆化面3与供体晶圆2的主面限定旨在被转移到支撑晶圆5上的薄层4。可实现以生成这种组件1的步骤及其变体的进一步细节可参考描述smart cut
tm
技术的大量文献。
[0042]
为了避免易于断裂并成为颗粒和缺陷源的尖锐边缘，用于形成组件1的材料晶圆通常设置有环形倒角(或者如果这些晶圆非圆形，则周边倒角)。该倒角可在晶圆的各个主面上在该面的周边延伸超过几毫米。
[0043]
当两个晶圆被组装在一起以形成诸如图1中描绘的组件时，各个晶圆的倒角组合以便在组件1的侧边缘上形成周边侧槽6。工具(例如，刀片7)施加在侧槽6中导致在两个面对的晶圆2、3的边缘上建立接触点，并且称为“分离力”的力施加在这些晶圆中的每一个上，其旨在将它们彼此分离，如图2中描绘的。本说明书中的术语“刀片”表示呈现刀片形状的任何主体，即，其端部渐缩以足够接合在侧槽6中，以便能够对晶圆施加分离力。作为示例，刀片端部的厚度可为200微米或更小，并且刀片的两个面一起形成大约20
°
的角度。
[0044]
分离力可提供足够的能量以在脆化面3上引起碎裂波的引发并允许其自持传播。
[0045]
为了允许或方便这种碎裂模式，实现根据本发明的碎裂系统的层转移方法设想预先对组件1应用脆化热处理。该处理的目的是施加不足以在热处理本身期间自发地引起碎裂，但导致平面3的结合能下降的脆化热积存。脆化热处理还有助于增加两个供体晶圆2与支撑晶圆5之间的粘附能。可取决于形成晶圆的材料类型和形成脆化面的物质的目标热积存可仅通过实验确定。作为示例，当两个晶圆由硅制成并且引入的物质由氢和可选地氦组成(总剂量介于1e16 at/cm^2和1e17 at/cm^2之间)时，脆化热处理可在几百度和500℃内施加达几秒至几小时的时段。
[0046]
工业上有利的是对多个组件1同时应用脆化处理。为此，熔炉是已知的，称为“卧式炉”，其中可同时处理几十个组件1。在这种熔炉10中，如图3中高度示意性地描绘的，多个组件1(通常20至50个组件)被垂直固定在托架8中。多个托架8可一个接一个对准设置在托架支撑件9上。托架支撑件可在从熔炉取出托架支撑件9的装载/卸载位置与托架支撑件9完全插入到熔炉10中的退火位置之间滑动。该熔炉基本上由可控制气氛的腔室11和用于确定该气氛的温度的加热元件11b组成。
[0047]
无论脆化热处理进行的方式如何，在准备组件1的预备步骤完成时，多个晶圆组件1可用，各个组件的晶圆2之一包括脆化面3。该平面足够脆，以使得至少对于这些组件中的大多数，在周边侧槽6上施加合理的力导致碎裂波的引发和自持传播。
[0048]
为了实现该碎裂步骤，本说明书提供了一种碎裂系统。这包括用于保持多个组件1沿着存放轴线彼此间隔开且平行的托架8。本文中还要注意的是，组件非强行地固定在托架中，并且组件的所有自由度均未被阻挡，它们因此易于轻微移动。其可涉及高度传统的托架，例如用于将晶圆固定在卧式炉中的托架，但本发明决不限于这种类型的托架。更一般地，本说明书中的托架表示用于保持多个组件1沿着存放轴线彼此间隔开且平行的任何装置。
[0049]
作为示例，图5描绘了符合本说明书的托架。在这种情况下该托架8由四个纵向杆14组成，其彼此平行并且其端部分别固定到还形成用于支撑托架的元件的前部15。纵向杆14设置有面对彼此的凹口16以限定用于容纳和固定组件1的壳体。纵向杆的两个连续凹口之间的距离因此限定两个组件分离的距离，并且存放轴线x与这些纵向杆共线。优选地，为了方便碎裂系统的实现，贯穿本说明书的其余部分将变得显而易见，托架8的两个组件1分离的距离恒定。
[0050]
根据本说明书的碎裂系统还包括分离装置12。该装置的目的是当该组件设置在用于触发装置的碎裂的区域13(贯穿本说明书的其余部分，该区域更简单地称为“碎裂区域”)中时在组件1的环形槽6中施加分离力，目的是引起供体晶圆的碎裂。以下将在本说明书的其余部分中描述各种机械手段，其可由用于施加这些分离力的分离装置实现。为了开始碎裂组件，托架8因此与分离装置相对设置以将托架8的组件1置于碎裂区域13(图4)中。优选地，碎裂区域13允许容纳单个组件并且分离装置被配置为在该单个组件上施加旨在引起碎裂的分离力。该特征允许形成特别简单且可靠的碎裂系统。
[0051]
为了允许设置在托架8中的多个组件1碎裂，设想托架8在存放方向上与分离装置相反移动，因此将托架8的组件1依次置于碎裂区域13中。
[0052]
为此，碎裂系统包括允许托架8和/或分离装置相对于彼此移动的驱动装置。该移动沿着存放轴线发生，以使得设置在托架中的组件在移动期间一个接一个依次置于用于触发碎裂的区域中。
[0053]
有利地，驱动装置允许托架8在碎裂系统所实现的处理的整个持续时间内以恒定速度与分离装置12相反移动。根据替代实施方式，可另选地规定逐步执行该移动，以便在连续移动的步骤期间将组件1一个接一个置于碎裂区域中。然后组件可确定的时间段内保持固定在碎裂区域中，以便在其中通过分离装置处理。在所有情况下，组件在处于托架8中的同时被碎裂，这因此避免了单独或共同处理组件，以便将它们从托架8取出并将它们定位在碎裂位置中。该特征的优点还在于，当组件碎裂时，避免了将元件放置为与组件的自由面接
触(例如，支撑它)。申请人确实观察到，在碎裂波传播期间组件的自由面上的这些接触可导致转移到支撑晶圆上的薄层的表面质量劣化。
[0054]
在图5中描绘的碎裂系统的优选实施方式中，驱动装置包括水平脆化炉10的托架支撑件9和用于保持组件1在熔炉10中垂直的碎裂装置的托架8。托架8设置在托架支撑件9上。要注意的是，多个托架8可放置在托架支撑件9上，并且在这种情况下，它们将沿着其存放轴线一个接一个设置，以便能够依次处理它们所容纳的组件1。
[0055]
在此优选实施方式中，分离装置12是固定的。其靠近熔炉10的腔室的装载开口定位，以使得当托架支撑件9从退火位置移动到装载/卸载位置时(例如，在脆化热处理完成时)，组件1在该移动期间被依次设置在碎裂区域13中，以便在其中一个接一个由分离装置12处理。
[0056]
出于许多原因，此优选实施方式是有利的。首先，在脆化热处理期间使用的相同托架8用作碎裂系统的托架。因此，在热处理步骤和碎裂步骤之间组件1不需要处理以便将它们放置在新的托架中，这简化了这些步骤的顺序并避免了任何破损风险。还利用了托架支撑件9的移动性，以便生成用于使托架移动并将组件1依次放置在碎裂区域13中的驱动装置。因此，不需要实现附加手段。
[0057]
此外，分离装置12固定的配置允许碎裂区域13与熔炉10的出口分离的距离固定。在支撑件9沿着托架8的存放轴线的移动速度恒定的情况下，依次位于碎裂区域13中的组件1全部冷却了相同时间段，因此在它们被定位在碎裂区域13中的连续时刻全部达到相同温度。由于组件1的温度可影响碎裂波的引发或传播，所以该实施方式确保了组件1的相同或非常相似的处理。添加到支撑晶圆4上的薄层4因此全部具有彼此相似的特征。此外，在组件没有完全碎裂的偶然情况下，操作者很容易在碎裂系统所进行的处理完成时将该组件从托架8取出并且利用托架8的剩余组件1执行方法的下一步骤。
[0058]
然而，本发明决不限于刚刚参照图5的描述而描述的优选实施方式。因此可决定将驱动装置与分离装置12关联，并且因此在托架8保持固定的同时移动该装置。当分离装置12和驱动装置二者均设置在熔炉的腔室中，以便在脆化热处理期间或结束时机械地引起组件1原位碎裂时，该实施方式特别感兴趣。
[0059]
还可设想组件1就在由碎裂系统实现的步骤之前处理，以便设置在专用托架中。在脆化热处理不是实现于诸如先前描述的卧式炉中，而是通常逐晶圆进行处理而无需托架的另一类型的熔炉(例如，rta或微波型炉)中的情况下，可需要这种操作。
[0060]
还可设想同时碎裂多个组件1，而无需将这些组件从托架8取出。因此可提供多个分离装置和多个碎裂区域，或者另选地，能够处理设置在同一碎裂区域13中的多个组件的单个分离装置。
[0061]
通常，可选择使用可固定有分离装置12或托架8的任何自动移动手段(例如，机器人臂)来生成驱动装置。在所有情况下，驱动装置沿着托架(无论是可移动的还是固定的)的存放轴线移动。此外，分离装置与托架相对布置，以使得驱动装置所带来的移动导致托架的组件1被依次设置在碎裂区域13中。
[0062]
现在将描述分离装置12的各种实施方式，其可与托架8和驱动装置组合使用以形成根据本说明书的碎裂装置。前文指出，该装置被配置为在设置在碎裂区域13中的组件1的周边侧槽6中施加分离力，这些分离力旨在将组件1的晶圆彼此分离，以在脆化面3上引发其
碎裂。要注意的是，分离力本质上不需要是脉冲力以允许引起该碎裂，即使它可有效地通过脉冲型力来引起。
[0063]
分离装置的第一实施方式
[0064]
图6描绘了碎裂系统，其中通过允许生成例如超过1000巴的高压流体射流17的压缩机来生成分离装置12。压缩机连接到用于使流体射流成形的喷嘴，以使得它具有有限尺寸(例如，大约1mm^2或更小的截面)，因此作用像刀片一样。流体优选由液体(例如，纯水)构成。在所描绘的示意性示例中，托架8搁在托架支撑件9上，其沿着轴线移动以用于将组件1存放在该托架中，并且托架8支撑三个组件1。该移动可旨在脆化热处理完成时将托架支撑件9置于卸载位置。中心组件被精确地设置在分离装置12的碎裂区域13中，这生成喷射到该组件的周边侧槽中的流体射流17。流体对形成组件1的各个晶圆施加分离力，这导致碎裂波的引发和传播。
[0065]
设置在置于碎裂区域13中的组件下游的组件1预先已通过流体射流17处理。其因此在此图中示出为碎裂，并且在脆化面的任一侧初始形成组件1的两部分彼此分离。设置在托架8的纵向杆16上的一些凹口14可设置有v形或w形轮廓，从而允许在组件1碎裂之后两部分保持分离，而不与相邻组件接触。
[0066]
设置在置于碎裂区域13中的组件上游的组件1还未碎裂。沿着图6中的箭头x所示的存放轴线的移动将导致该组件被置于碎裂区域13中。
[0067]
流体射流17可为连续的，以使得当驱动装置移动时，各个组件1将依次经受射流17所施加的力，所述射流在其经过碎裂区域13的特定时刻接合在周边槽中，以便导致其碎裂。另选地，射流可为间歇的，并且在碎裂区域13中不存在组件1的时段期间中断。在这种情况下，可设想逐步移动驱动装置(在这种情况下，托架支撑件)的步骤顺序，以便利用生成流体射流17的步骤将组件1依次固定地放置在碎裂区域13中。分离装置12可设置有检测器，其用于识别碎裂区域13中的组件的存在或通过并且用于相应地开始和中断射流17的生成。在此间歇模式下，可规定将多个组件放置在碎裂区域13中，这些组件将通过源自压缩机的多个流体射流来处理。此第一实施方式的优点在于，它克服了分离装置与周边侧槽相对精确定位的问题，流体射流在组件经过该射流下方时自然地接合在该槽中。
[0068]
分离装置的第二实施方式
[0069]
在未示出的第一实施方式的替代实施方式中，分离装置由设置在活动臂的端部的工具(例如，刀片)构成。该工具旨在被插入到设置在碎裂区域13中的组件1的周边侧槽6中并且施加旨在引发组件1的碎裂的力。当检测到组件存在于碎裂区域13中时，该工具可通过控制活动臂被插入到槽中。此替代实施方式的操作与实现间歇流体射流的第一实施方式的操作非常相似，为了简明起见，可应用于其的已经参考此第一实施方式描述的所有特征这里将不再现。
[0070]
分离装置的第三实施方式
[0071]
图7描绘了分离装置的另一实施方式。在此实施方式中，托架8设置有分离部分18。该部分18可像纵向杆14一样通过正面15固定在托架8的端部。分离部分18设置有刀片19，其端部分别被配置为能够容纳在设置在托架8中的组件1的周边槽中。刀片19沿着分离部分18的位置因此与纵向杆14上可提供的凹口16的位置对应，以使得当组件被放置在托架8中其相应的壳体中时，刀片19也接合在各个周边侧槽中。可从图7的插图清楚地看出，刀片的长
度使得其端部与槽的底部接触，而在刀片19的任一侧组件的晶圆的周边边缘不搁在分离部分18上。
[0072]
在这种情况下，分离部分18设置在托架上以在组件1被容纳在其凹口中时位于组件1下方。然而，可规定分离部分18被放置在托架8的另一点，例如在该托架的一侧。还可提供多个分离部分18以使多个刀片接合在各个槽6中。
[0073]
在此第三实施方式中，分离装置12包括压紧装置20，其被配置为在设置在碎裂区域13中的组件1的周边边缘上施加横向力(即，基本上在图中再现的平面(y,z)内)。该力被朝着支撑刀片19的分离部分18引导或者有如此引导的分量。
[0074]
在操作期间，当组件1被定位在碎裂区域13中时，压紧装置20被启用以便抵靠在该组件的周边边缘上。该抵靠可非常短暂，以在该移动为连续的时不阻碍驱动装置(例如，托架支撑件9)的位移移动。抵靠在组件1的边缘上迫使分离部分18的刀片19接合在周边槽中，这导致施加旨在在脆化面上引发碎裂波并引起其传播的分离力，以使组件分成两部分。
[0075]
与实现设置在活动臂的端部的工具的第二实施方式相比，此第三实施方式的优点在于它不需要动态地将工具放置在组件1的槽中(可会需要高精度)。在这种情况下，工具(即，刀片19)被预先定位在托架8的各个组件1的周边槽中，并且仅需要对各个组件1施加推力以便引起碎裂。该推力可完全强度控制并且不需要具有高定位精度。因此可设想同样与托架8的连续或逐步移动组合来使用该分离装置。对于第一实施方式，此第三实施方式的优点在于，它通过将刀片预先定位在组件的各个槽中而克服了分离装置与周边侧槽相对精确定位的问题。
[0076]
分离装置的第四实施方式
[0077]
图8描绘了分离装置12的第四实施方式。此实施方式示出驱动装置(在这种情况下，托架支撑件9)，设置有多个组件1的传统托架8被容纳在纵向杆14的凹口16中。此实施方式设想了以基本上恒定的速度连续地移动托架8的驱动装置，尽管这不构成其操作的必要条件。
[0078]
在这种情况下，分离装置12由螺杆21形成，其轴线沿着在托架8中存放组件1的轴线延伸。螺杆21具有以螺旋方式缠绕的螺纹。螺杆的螺距对应于连续地容纳在托架中的两个组件1分离开的恒定距离。托架8的两个组件1之间的间隔也可被设想为螺杆的螺距的倍数。
[0079]
形成分离装置12的螺杆21与托架8相对布置，以使得组件1的边缘可接合在螺杆的螺纹中。如图中描绘的，螺杆21可由支撑件22保持，它可在其中自由旋转。支撑件22是可拆卸的，从而允许螺杆21被定位在组件的边缘易于被容纳在螺纹中的第一位置，或者将螺杆定位在第二非活动位置。托架8借助驱动装置12的移动导致螺杆21旋转，同时保持组件1接合在螺纹中。各个组件1因此将随其移动通过螺杆的螺纹从该螺杆21的一端被引导到下一端。螺杆21可对组件1的边缘施加轻微压力，以便在驱动装置移动期间维持组件的内聚力。
[0080]
还可以设想螺杆21通过将与其连接的驱动装置来旋转，该螺杆的旋转与驱动装置的移动速度相协调。这因此限制了组件施加在螺杆的螺纹上以使其旋转的压力。
[0081]
如图8中清楚地示出的，螺杆在其螺纹的确定点处具有刀片，位于碎裂区域13的右侧。当组件1移动以便进入碎裂区域13时，螺杆的旋转迫使刀片接合在该组件1的周边槽中。如先前实施方式中一样，刀片被迫接合在槽中引起碎裂波的引发及其沿着脆化面的传播。
[0082]
当然，本发明不限于已描述的碎裂系统的实施方式和分离装置的实施方式，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可向本发明添加替代实施方式。