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    本案描述非受研磨的玻璃晶圓、薄化系統及使用該非受研磨的玻璃晶圓薄化半導體晶圓的方法。在一實施例中，該玻璃晶圓具有主體(例如，圓形主體)，該主體包含彼此呈實質平行的非受研磨之第一表面和非受研磨之第二表面。此外，該圓形主體具有晶圓品質指數，該晶圓品質指數等於總厚度變異值加上翹曲度的十分之一，該總厚度變異值與該翹曲度係以微米計，且該晶圓品質指數小於6.0。
    公开号:TW201303989A
    申请号:TW101118727
    申请日:2012-05-25
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Shawn Rachelle Markham；Windsor Pipes Thomas Iii
    申请人:Corning Inc；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    非受研磨的玻璃晶圓、薄化系統、以及使用該非受研磨的玻璃晶圓薄化半導體晶圓的方法【相關申請案之交叉引用】
    此申請案主張享有2011年5月27日申請之美國專利臨時申請案第61/490,818號的優先權，該案內容係以引用方式全部併入本案。
    本案揭示內容係關於非受研磨之玻璃晶圓、薄化系統、使用該非受研磨之玻璃晶圓薄化半導體晶圓的方法及製造該非受研磨之玻璃晶圓的方法。
    在各種有關半導體積體電路的技術中，摩爾定律(Moore's law)可能是最著名的技術趨勢之一。摩爾定律說明運算硬體的趨勢，即大約每隔兩年可低價製做於積體電路上的電晶體數目就會加倍。此趨勢已持續超過半個世紀，且預期至少未來數年內仍將持續此趨勢。摩爾定律對工業有利且幾十年來已將摩爾定律納入引領半導體技術研究與發展之長期計劃和訂定目標的國際半導體科技發展路線圖(全世界統稱ITRS)中。
    過去數年間，半導體製造技術從i-Line轉成KrF再轉變成ArF及直到目前新興的超紫外線(EUV)光微影技術，使得製造更小半導體積體電路及在半導體積體電路上製造更小尺寸(節點)的成本巨幅提高。基於此點，一些業界專家堅持認為在如摩爾定律所述的相同時間期限內，藉由縮小半導體積體電路上的尺寸大小使半導體工業製造成本進一步有效降低的幅度並不大。
    然而，另一種可用於增進效能的機制是有關積體電路的封裝。當具有多個積體電路的晶圓製造完成且經過切割後，必需經過封裝才可使用。第1圖(先前技術)為圖示過去數年來積體電路封裝如何從打線(wire bound)102、覆晶(flip chip)104、堆疊式晶片(stacked die)106、封裝疊加(package-on-package)108發展至三維立體積體電路(3D IC)110的一覽圖。
    三維立體積體電路110(3D IC 110)是一種半導體電路，該半導體電路將內部兩個或兩個以上電子主動元件層於垂直和水平兩方向上整合成單一個電路。三維立體積體電路(3D IC)封裝不應與3D封裝混淆，3D封裝已行之多年且係藉著在單一封裝內堆疊數個獨立晶片以節省空間。3D封裝又稱系統級封裝(SiP)，此封裝法並非將多個晶片整合成單一個電路。明確言之，系統級封裝內的該等晶片係以晶片外控制方式(off-chip controls)進行通訊，很像是將該等晶片安裝在一般電路板上的多個各別封裝內。
    相較之下，三維立體積體電路(3D IC)110如同單一個晶片，在該晶片中，不同層上的所有元件不論是垂直或水平方向上皆以晶片內控制方式(on-chip control)進行通訊。3D IC封裝帶來諸多優點，3D IC封裝可擴大摩爾定律預期之效能且可能將該效能擴大到甚至超過摩爾定律的預期。此等優點可包括：
    1.尺寸-三維立體積體電路(3D IC)110的佔地面積(footprint)遠小於使用不同技術進行封裝之類似積體電路(IC)的佔地面積。第2圖(先前技術)圖示位於傳統電路板上且長度為4英吋的32十億位元組(GB)標準8個IC設計202，及市售具有8個IC的32GB三維記憶體堆疊204之側視圖且其中每個IC之厚度為55微米(μm)且寬為1毫米(mm)。
    2.速度-由於傳輸延遲隨線長的平方而改變，相較於使用不同技術進行封裝的IC，三維立體積體電路(3D IC)110具有大幅縮短的內連線距離並表示速度快上許多。
    3.電力-相較於使用不同技術進行封裝的IC，可看出三維立體積體電路(3D IC)110由於提高效率且路徑較短，從而在電力消耗方面獲得10倍改良。
    4.成本-相較於使用其他封裝技術的IC而言，高度複雜(且昂貴)的IC可分成多個區段，如此表示一缺陷將只會影響已完成之三維立體積體電路(3D IC)110的極小一部分。
    因此，半導體工業已嘗試使用經充分證實且積極的方法發展和實施此新興的3D IC封裝技術。為了實現此技術及在一3D IC封裝內堆疊多個IC，矽晶圓必需經過薄化以使矽晶圓的厚度遠小於標準矽晶圓的厚度-使厚度從約700微米降到約50~60微米(見第2圖)。在ITRS路線圖中同樣清楚記載此項對於薄化晶圓的要求。因此，毫無疑問地，矽晶圓需要加以薄化至數十微米，方能利用3D IC封裝技術。
    為了薄化矽晶圓以達到此厚度，係使支撐晶圓或載體與矽晶圓暫時黏合以提供機械完整性，同時從矽晶圓上去除多餘的矽。支撐晶圓可由兩種不同基材製成，即矽或玻璃。不僅因為成本問題，且由於矽晶圓的熱膨脹係數不可變、無法檢查矽晶圓與矽載體之間的黏合品質，更因為在矽載體之形狀因子方面有諸多嚴苛限制，使得玻璃晶圓成為主流載體。關於矽載體之形狀因子的嚴苛限制方面，只能經濟取得直徑與欲薄化之矽晶圓恰好相同的矽載體，然而期望的卻是載體具有比欲薄化之矽晶圓稍大的直徑。嚴格限制矽載體之形狀因子的理由是半導體製造業發展成用於製造非常精確的矽晶圓尺寸而能夠使用主要半導體廠商所生產的微影設備。因此，供應鏈無法建構成以合理的成本供應矽載體，即使使供應直徑僅比標準矽晶圓大1毫米的矽載體也不行。由於在薄化(研磨、拋光)製程中，機械支撐構件應延伸超出該正在進行薄化之矽晶圓的邊緣，因此載體的直徑應大於欲薄化之矽晶圓。再者，主要半導體廠商所研發之最廣為使用的薄化系統需要使用黏合系統(bonding system)，黏合系統利用紫外線(UV)光源使位於載體與矽晶圓之間的黏合劑黏合該載體與矽晶圓，且在薄化製程之後使用雷射去除黏合劑。由於矽晶圓無法讓UV光或雷射光束通過，這表示玻璃晶圓將廣泛用於許多薄化系統。
    就玻璃晶圓方面，玻璃晶圓具有至少兩個物理性質是過去難以達成且若同時達到兩種特性則造價驚人。此兩種物理特性如下：
    I.總厚度變異值(TTV)-欲薄化之矽晶圓的TTV可能只能和玻璃載體晶圓的TTV值一樣好。若要求矽晶圓變得更薄，則TTV應小於約2.0微米。參閱第3圖(先前技術)，第3圖圖示示例性三維立體IC結構300之概要圖，該三維立體IC結構300具有不佳的TTV，導致頂部IC層304和底部IC層306之間的內連線302欠佳。參閱第4圖(先前技術)，第4圖係用以說明總厚度變異值(TTV)的玻璃晶圓402之概要圖，TTV係定義為在未被吸住(自由狀態下)之玻璃晶圓402之整個表面408上的最高厚度(Tmax)高度404與最低厚度(Tmin)高度406之間的差值。
    II.翹曲度(平坦度)-玻璃晶圓的翹曲度對已薄化之矽晶圓的性能而言很重要。翹曲度應小於約60微米。參閱第5圖(先前技術)，用以說明翹曲度的玻璃晶圓502之概要圖，翹曲度係定義為最大距離504和最大距離506的絕對值總和，且在最高點508與適用於該玻璃晶圓502之形狀的最小平方聚焦平面510(圖中虛線所示者)之間及在最低點512與該最小平方聚焦平面510(圖中虛線所示者)之間可分別測得最大距離504和最大距離506。最高點508和最低點512是相對於玻璃晶圓502的同一個表面而言。最小平方聚焦平面510適用於未被吸住(處於自由態下)之玻璃晶圓502的形狀。利用下述方法決定最小平方聚焦平面510。利用公式z=A+Bx-Cy決定一平面。隨後使用從該平面取得之實際資料的偏差值平方和透過矩陣最小化法(matrix minimization)進行最小平方平面擬合。此方法得到至少三個平方值A、B和C。該矩陣如下：
    解出此式求得A、B和C，而完成該最小平方法。
    至今，半導體工業找出數種不同方法試圖以經濟成本生產具有期望TTV和翹曲度特性的玻璃晶圓。其中一種已用以滿足TTV和翹曲度特性的方法是對玻璃晶圓進行研磨。然而，當研磨玻璃晶圓時，難以同時控制翹曲度和TTV兩者，因為在研磨過程期間，翹曲度和TTV彼此經常呈相反趨勢(move counter)。參閱第6圖(先前技術)，第6圖係示例性玻璃晶圓602之概要圖，玻璃晶圓602如線段604所示般進行研磨以減少翹曲度，但減少翹曲度的同時亦會提高TTV。此概要圖未按尺寸比例繪製但此概要圖可供閱讀者輕易看出翹曲度與TTV之間的關係。
    此外，此研磨製程在經研磨之玻璃晶圓的表面中產生微裂紋，而微裂紋會導致降低該經研磨之玻璃晶圓的回收使用率(re-cycle rate)。再者，若欲薄化之矽晶圓的外直徑從目前最大300毫米提高到未來如ITRS所預測的450毫米時，則將具有450毫米外直徑的玻璃晶圓，但該研磨製程卻無法有效按尺寸規格縮放以研磨具有450毫米外直徑的玻璃晶圓。這是因為生產更大玻璃晶圓的成本將隨著欲薄化之矽晶圓的尺寸呈幾何級數地縮放，因為厚度的要求仍相同，但使用研磨方法要維持相同的TTV要求條件將變得極為困難。加上製造越大的玻璃晶圓時，每個研磨回合所能製造的玻璃晶圓越少，而每個研磨回合能製造的玻璃晶圓越少也將提高成本。因此，需要針對上述該等缺點和其他缺點提出一種能有效用於薄化矽晶圓的玻璃晶圓。
    本案揭示非受研磨之玻璃晶圓、薄化系統、使用該非受研磨之玻璃晶圓薄化半導體晶圓的方法及製造該非受研磨之玻璃晶圓的方法。
    本案亦揭示包含非受研磨之玻璃晶圓、薄化系統、使用該非受研磨之玻璃晶圓薄化半導體晶圓的方法及製造該非受研磨之玻璃晶圓的方法之多個選用性特徵的附加實施例。
    在一態樣中提供一種非受研磨的玻璃晶圓，該非受研磨的玻璃晶圓包含主體(例如，圓形、矩形、方形、卵形)，該主體包含彼此實質平行的非受研磨之第一表面和非受研磨之第二表面。當用於本案中，「非受研磨(non-poblished)」或「不受研磨(unpoblished)」一詞包括下列兩者：a)未使用任何機械性或化學性擦磨製程進行研磨或平滑化的表面和物件；及b)使用此機械或化學擦磨製程進行研磨或平滑化而去除少於或等於約2微米之最外層部分(outermost portion)的表面和物件。在某些實施方式中，係去除少於或等於約1微米的最外層部分。在其他場合中，例如，期望去除最少材料的情況下，去除少於或等於約500奈米或甚至100奈米的最外層部分。然而在諸多實施方式中，不去除該最外層部分。該主體具有晶圓品質指數(WQI)，該晶圓品質指數等於總厚度變異值(單位以微米計)加上翹曲度的十分之一(單位亦以微米計)，且該晶圓品質指數小於或等於6.0。即是，晶圓品質指數等於總厚度變異值(TTV，微米)加上[翹曲度(微米)/10]。總厚度變異值是在非受研磨之第一表面與非受研磨之第二表面間之整個該主體上的最高厚度高度與最低厚度高度之間的差值。翹曲度(warp)為最高點與適用於該主體形狀的最小平方聚焦平面(least squares focal plane)間之最大距離和最低點與該最小平方聚焦平面間之最大距離的絕對值總和，其中該最高點和該最低點兩者是相對於該主體的同一個表面而言。
    在另一態樣中提供一種用以當矽晶圓與非受研磨之玻璃晶圓黏合時薄化該矽晶圓的薄化系統。在一實施例中，該薄化系統包含：a)外殼；b)位於該外殼內的支撐構件，在該支撐構件上放置該非受研磨的玻璃晶圓和該矽晶圓，且該非受研磨之玻璃晶圓與該矽晶圓藉由暫時黏合劑而彼此黏合；其中該矽晶圓具有第一表面和第二表面，該第一表面中形成有電路晶粒(circuit die)，且該第一表面與該第二表面彼此實質平行，且其中該非受研磨的玻璃晶圓具有主體(例如，圓形、矩形、方形、卵形)，該主體包含非受研磨之第一表面和非受研磨之第二表面，該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面彼此實質平行，其中該主體具有小於約6.0之晶圓品質指數，其中該晶圓品質指數等於總厚度變異值(微米)加上[翹曲度(微米)/10]，其中總厚度變異值是在該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面間之整個主體上的最高厚度高度與最低厚度高度之間的差值，且該翹曲度為最高點與適用於該主體形狀的最小平方聚焦平面間之最大距離和最低點與該最小平方聚焦平面間之最大距離的絕對值總和，其中該最高點和該最低點兩者是相對於該主體的同一個表面而言；及c)位於該外殻內的薄化機構，該薄化機構適合用於當矽晶圓與非受研磨之玻璃晶圓黏合時薄化該矽晶圓的第二表面。
    在另一態樣中提供一種使用非受研磨的玻璃晶圓薄化矽晶圓的方法。該方法包含以下步驟：a)提供矽晶圓，該矽晶圓具有第一表面和第二表面，該第一表面中形成有電路晶粒，且該第一表面與該第二表面彼此實質平行；b)提供非受研磨的玻璃晶圓，該非受研磨的玻璃晶圓具有主體(例如，圓形、矩形、方形、卵形)，該主體包含非受研磨之第一表面和非受研磨之第二表面，該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面彼此實質平行，其中該主體具有小於約6.0之晶圓品質指數，其中該晶圓品質指數等於總厚度變異值(微米)加上[翹曲度(微米)/10]，其中該總厚度變異值是在該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面間之整個該主體上的最高厚度高度與最低厚度高度之間的差值，且該翹曲度係最高點與適用於該主體形狀的最小平方聚焦平面間之最大距離和最低點與該最小平方聚焦平面間之最大距離的絕對值總和，其中該最高點和該最低點兩者係相對於該主體的同一個表面而言，且其中矽晶圓的第一表面或玻璃晶圓的非受研磨之第一表面的其中任一表面塗有黏合劑；c)緊貼著該非受研磨的玻璃晶圓放置該矽晶圓，而使該黏合劑黏合該矽晶圓的第一表面與該玻璃晶圓的非受研磨之第一表面；d)當該矽晶圓與該非受研磨之玻璃晶圓黏合時，薄化該矽晶圓的第二表面；及e)使已薄化之矽晶圓與該非受研磨的玻璃晶圓分開。
    在另一態樣中提供一種用以製造非受研磨之玻璃晶圓的方法。該方法包含以下步驟：a)熔化批量材料(batch material)且形成熔融玻璃；b)提供形成裝置(forming device)，該形成裝置用以接收該熔融玻璃且形成玻璃板；c)提供一設備，該設備包含配置成環繞著該形成裝置的外殼，該外殻包含位於該形成裝置下方的開口以允許從該形成裝置落下的熔融玻璃流通過該外殼，該設備進一步包含多個位於該形成裝置下方的熱擋板(thermal shields)且隔開該等熱擋板以形成該開口，其中該等熱擋板係建構用以使該形成主體(forming body)的輻射熱損失最小化，該每個熱擋板可相對於該熔融玻璃流而移動，該設備進一步包含多個位於該等熱擋板之鄰近處的冷卻構件，其中提供該外殻的步驟進一步包含以下步驟：i)控制該外殼內部的壓力；ii)控制該等冷卻構件；及iii)使該等熱擋板之間的該開口最小化，藉以控制相對於該玻璃板的熱傳均勻性；d)拉引該玻璃板；e)將該玻璃板分割成多個個別玻璃板；及f)將該等個別玻璃板中的至少一個玻璃板切割成複數個非受研磨的玻璃晶圓。
    在詳細說明、圖式和後附請求項中將舉出或部分舉出多個附加態樣，並可從該詳細說明衍生出部分的附加態樣，或藉由揭示內容習得附加態樣。將瞭解到上述概要說明及以下詳細描述僅為例示和解說之用，且不應用以限制本發明之範圍。
    參閱第7A圖和第7B圖，該兩圖分別顯示示例性非受研磨之玻璃晶圓700的透視圖和側視圖。如圖所示，示例性玻璃晶圓700包含主體702，該主體702包含彼此呈實質平行的非受研磨之第一表面704和非受研磨之第二表面706。雖然主體702在本案中顯示和描述為圓形主體702，但應理解該主體702亦可具有任何其他形狀，例如矩形、方形、卵形或諸如此類形狀。再者，主體700具有本發明所述的物理性質，即晶圓品質指數小於約6.0、小於約4.5或小於約3.0。該晶圓品質指數等於TTV(微米)加上[翹曲度(微米)/10]。該TTV是在非受研磨之第一表面704與非受研磨之第二表面706間之整個主體702上的最高厚度高度708與最低厚度高度710之間的差值。該翹曲度係最高點714與適用於該主體702形狀的最小平方聚焦平面716間之最大距離712和最低點720與該最小平方聚焦平面716間之最大距離718的絕對值總和。該最高點714和該最低點720兩者係相對於玻璃晶圓700的同一個表面704或706而言。玻璃晶圓700之側視圖未按比例繪製，且晶圓之該等尺寸經大幅誇大以使閱讀者能輕易看出與翹曲度和TTV相關的各項特徵708、710、712、714、716、718和720。
    由於TTV和翹曲度不僅本身各自的性質很重要，且玻璃晶圓700的性能取決於TTV與翹曲度之間的相互關係，因而發展出晶圓品質指數。因此，晶圓品質指數的特點是TTV與翹曲度兩者。例如，目前許多半導體客戶僅規定TTV但對於翹曲度僅具有粗略的寬鬆規定。例如，半導體客戶可能僅規定整個玻璃晶圓具有最大100微米的翹曲度。然而，對於翹曲度的此項寬鬆規定可能對玻璃晶圓的性能造成不利影響。因而發展出晶圓品質指數，相較於僅規定TTV並對翹曲度做出粗略寬鬆規定而言，晶圓品質指數可提供對於預測玻璃晶圓之性能更具評估性的度量值。明確言之，藉著界定該晶圓品質指數可解釋多項主要因子且可用於預測已薄化之半導體晶圓的品質。
    玻璃晶圓700亦可具有數個期望的物理性質和組成性質，以使玻璃晶圓700能有效用於薄化半導體晶圓。該等各種物理性質和組成性質如下：
    1.熱膨脹係數(CTE)-玻璃晶圓700可具有範圍介於約3.0 ppm/℃~3.5 ppm/℃間的熱膨脹系數。在此實例中，由於薄化製程期間，玻璃晶圓700將與半導體晶圓黏合且組成結構將可能經歷溫度循環，因此通常期望玻璃晶圓700和半導體晶圓的CTE可彼此一致(match)或至少接近一致。可用於製造玻璃晶圓700且因而具有範圍介於約3.0 ppm/℃~3.5 ppm/℃間之CTE的示例性組成具有下述額定組成(以氧化物之莫耳百分比計)：SiO2：64.0~71.0；Al2O3：9.0~12.0；B2O3：7.0~12.0；MgO：1.0~3.0；CaO：6.0~11.5；SrO：0~2.0；BaO：0~0.1，其中(a)1.00Σ[RO]/[Al2O3]1.25，其中[Al2O3]為Al2O3的莫耳百分比，且Σ[RO]等於MgO、CaO、SrO和BaO之莫耳百分比的總和；及(b)該玻璃具有下述組成特性之其中至少一者：(i)以氧化物計，該玻璃包含最多0.05莫耳%之Sb2O3；及(ii)以氧化物計，該玻璃包含至少0.01莫耳%之SnO2(此組成以下稱為「組成1」)。
    如需要，玻璃晶圓700所具有之CTE可與複合黏合結構(見第12圖)的CTE一致或至少接近一致，該複合黏合結構包含具有多個特徵結構和黏合劑之矽晶圓。在此實例中，玻璃晶圓700所具有之CTE將可能非處於3.0 ppm/℃~3.5 ppm/℃範圍，此範圍對於具有約3.2 ppm/℃之CTE的矽載體晶圓來說是不可能達成的。為了達成此目的，玻璃晶圓700可由不同的玻璃組成所製成，使得玻璃晶圓700將可具有不同的CTE，且同時此玻璃晶圓700之所有其他物理性質(例如WQI、TTV、翹曲度、尺寸、厚度和表面粗糙度)將維持與前述具有範圍介於約3.0 ppm/℃~3.5 ppm/℃間之CTE的玻璃晶圓700相同。例如，可得到CTE約6.0 ppm/℃之玻璃晶圓700的示例性額定玻璃組成係69.2莫耳%之SiO2、8.5莫耳%之Al2O3、13.9莫耳%之Na2O、1.2莫耳%之K2O、6.5莫耳%之MgO、0.5莫耳%之CaO和0.2莫耳%之SnO2(此組成以下稱為「組成2」)。及，可得到CTE約8.5 ppm/℃之玻璃晶圓700的示例性額定玻璃組成係61莫耳%SiO2 75莫耳%；7莫耳%Al2O3 15莫耳%；0莫耳%B2O3 12莫耳%；9莫耳%Na2O21莫耳%；0莫耳%K2O4莫耳%；0莫耳%MgO7莫耳%；和0莫耳%CaO3莫耳%。在某些實施例中，此玻璃進一步包含至少一種澄清劑(fining agent)，例如但不限於，鹵素或多價澄清劑，例如As2O3、Sb2O3、SnO2或Fe2O3。在特定實施例中，若組成中存在As2O3或Sb2O3任一者或兩者皆存在，As2O3和Sb2O3的總濃度以重量計係小於500ppm(此組成以下稱為「組成3」)。又，可得到CTE約10.0 ppm/℃之玻璃晶圓700的示例性額定玻璃組成係一種以氧化物計含有下述莫耳百分比之組成的玻璃：64.0~72.0之SiO2、9.0~16.0之Al2O3、1.0~5.0之B2O3；1.0~7.5之MgO+La2O3；2.0~7.5之CaO；0.0~4.5之SrO；1.0~7.0之BaO，其中Σ(MgO+CaO+SrO+BaO+3La2O3)/(Al2O3)1.15，其中Al2O3、MgO、CaO、SrO、BaO和La2O3代表各別氧化物成分的莫耳百分比(此組成以下稱為「組成4」)。實際上，取決於該組成，玻璃晶圓700可具有任何期望的CTE，該CTE在約3.0 ppm/℃至約12.0 ppm/℃之範圍間。
    2. TTV-半導體晶圓之TTV可能僅和玻璃晶圓700的TTV一樣好。此外，當半導體晶圓的厚度要求變得更小時，玻璃晶圓700的TTV必需更小。因此，在示例性實施例中，玻璃晶圓700必需具有低於約2.0微米或低於約1.0微米的TTV。
    3.組成-金屬(特別是鈉)可能造成IC故障。雖然玻璃晶圓700不是最終IC結構的一部分，但在薄化製程期間玻璃晶圓700與半導體晶圓黏合及之後與半導體晶圓分離時，來自玻璃晶圓700中之鈉和其他鹼金屬遷移至半導體晶圓中的程度並不清楚。因此，玻璃晶圓700應完全避免含有金屬或至少僅含微量的金屬。例如，該玻璃晶圓應含有少於約0.05重量%的Na2O和K2O。
    可使用各種玻璃組成之任一種組成以獲得玻璃晶圓700。例如，所選擇的玻璃組成可為各種矽酸鹽玻璃組成、硼矽玻璃組成、鋁矽玻璃組成或硼鋁矽玻璃組成中之任一組成，且該組成可選擇性地包含一或多種鹼金屬及/或鹼土金屬改質劑。作為說明示範，其中一種此玻璃組成包含下列成分：58~72莫耳%(mol%)之SiO2；9~17莫耳%之Al2O3；2~12莫耳%之B2O3；8~16莫耳%之Na2O；及0~4莫耳%之K2O，其中該比值，其中該等改質劑包含鹼金屬氧化物。另一種玻璃組成包含以下成分：61~75莫耳%之SiO2；7~15莫耳%之Al2O3；0~12莫耳%之B2O3；9~21莫耳%之Na2O；0~4莫耳%之K2O；0~7莫耳%之MgO；及0~3莫耳%之CaO。又另一說明性玻璃組成包含以下成分：60~70莫耳%之SiO2；6~14莫耳%之Al2O3；0~15莫耳%之B2O3；0~15莫耳%之Li2O；0~20莫耳%之Na2O；0~10莫耳%之K2O；0~8莫耳%之MgO；及0~10莫耳%之CaO；0~5莫耳%之ZrO2；0~1莫耳%之SnO2；0~1莫耳%之CeO2；小於百萬分之50(50 ppm)的As2O3；及小於50 ppm的Sb2O3；其中12莫耳%Li2O+Na2O+K2O20莫耳%及0莫耳%MgO+CaO10莫耳%。又另一說明性玻璃組成包含以下成分：55~75莫耳%之SiO2；8~15莫耳%之Al2O3；10~20莫耳%之B2O3；0~8莫耳%之MgO；0~8莫耳%之CaO；0~8莫耳%之SrO及0~8莫耳%之BaO。此外，該基材可選擇性地經過退火(annealed)及/或強化，例如利用熱回火(thermal tempering)、化學離子交換或諸如此類製程進行強化。
    4.翹曲度-玻璃晶圓700的翹曲度可能大幅影響該已薄化之半導體晶圓的性能/性質。玻璃晶圓700應具有小於約60微米，或小於30微米或小於20微米的翹曲度。
    5.尺寸-玻璃晶圓700具有圓形主體702，該玻璃晶圓700之「品質區域(quality area)」的尺寸應能夠達到約300毫米的外直徑且該尺寸可按放大而達到約450毫米以期與未來數年出現更大半導體晶圓相匹配。明確言之，具有圓形主體702之玻璃晶圓700應具有範圍介於約150毫米至約450毫米間的外直徑。
    6.厚度-玻璃晶圓700應具有約0.7毫米但不小於0.4毫米且不大於約1.1毫米的額定厚度。
    7.表面粗糙度-玻璃晶圓700應具有極低的表面粗糙度，藉以增進所使用之黏合劑將玻璃晶圓700附著於半導體晶圓的表面黏著力。此外，玻璃晶圓700應具有極低的表面粗糙度以提高玻璃晶圓700回收使用(re-cycle)次數或玻璃晶圓700可用於薄化製程中的次數。特別是，由於在清洗循環期間(cleaning cycle，經常使用氟化氫(HF)溶液進行清洗)微裂紋和微溝紋可能導致玻璃晶圓加速損壞，因此玻璃晶圓700應具有極低的表面粗糙度。在某些實施例中，玻璃晶圓700具有小於或等於約5 Å的均方根(RMS)表面粗糙度。
    參閱第8A圖至第8D圖，該等圖式係圖示示例性非受研磨之玻璃晶圓700的翹曲度(平坦度)和TTV。第8A圖至第8B圖分別為圖示該示例性玻璃晶圓700放大1000倍之平坦度/翹曲度(Zernike擬合圖譜)的俯視圖和等角視圖。第8C圖至第8D圖分別為圖示該示例性玻璃晶圓700放大1000倍之TTV厚度(厚度/平行性)的俯視圖和等角視圖。此示例性玻璃晶圓700具有300毫米之外直徑、約0.7毫米之額定厚度。於玻璃製造系統中利用以下所討論之熔融製程使用上述組成1製造此特定玻璃晶圓700和87個其他玻璃晶圓700。
    表1示出全部88個具有上述組成1之玻璃晶圓700的平均TTV和平均翹曲度，藉以凸顯該玻璃製造系統的再現性和能力。
    此等量測所產生的資料包含在每個示例性玻璃晶圓700上取得超過三百萬個資料點且此等量測所產生的資料對於TTV具有0.10微米之精確度及對於翹曲度具有0.5微米之精確度。
    參閱第9A圖至第9B圖(先前技術)，該兩圖圖示傳統具有200毫米外直徑且經研磨之玻璃晶圓900之第一面902和第二面904的翹曲度(平坦度)。特別是，第9A圖顯示傳統經研磨之玻璃晶圓900的第一面902之俯視圖(上圖)和等角視圖(下圖)，該第一面902具有約41微米的翹曲度。第9B圖顯示傳統經研磨之玻璃晶圓900的第二面904之俯視圖(上圖)和等角視圖(下圖)，該第二面904具有約105微米的翹曲度。傳統經研磨之玻璃晶圓900是由市售厚度0.7毫米的硼矽玻璃材料所製成。傳統經研磨之玻璃晶圓900所具有的翹曲度實質上大於第8A圖至第8D圖所示之示例性玻璃晶圓700的翹曲度，甚至當示例性玻璃晶圓700具有300毫米之外直徑而該傳統經研磨之玻璃晶圓900具有200毫米的外直徑時亦然。
    參閱第10A圖至第10C圖，此三圖分別圖示兩個傳統經研磨之玻璃晶圓1000a和1000b及一個示例性非受研磨之玻璃晶圓700的部分表面粗糙度。第一傳統玻璃晶圓1000a具有表面粗糙度約5.8 Å的第一面1002a。第二傳統玻璃晶圓1000b具有表面粗糙度約6.1 Å的第一面1002b。對照下，示例性玻璃晶圓700具有表面粗糙度度約2.5 Å的非受研磨之第一表面702。傳統經研磨之玻璃晶圓1000a和1000b係由厚度0.7毫米的市售硼矽玻璃所製成，然而示例性玻璃晶圓700係由上述組成1形成厚度0.7毫米的玻璃所製成。示例性玻璃晶圓700所具有的表面粗糙度實質上小於該兩傳統經研磨之玻璃晶圓1000a和1000b的表面粗糙度。基於數個理由，例如可提高玻璃晶圓700的強度及可增加玻璃晶圓700在薄化製程中的重複使用次數，該示例性玻璃晶圓700的較小表面粗糙度(較少微裂紋)是有利的。已發現玻璃晶圓700的強度更多是取決於玻璃晶圓700的表面品質，勝過取決於玻璃晶圓700的整體性質。
    參閱第11圖，該圖係用以圖示所測得三個傳統矽晶圓1102、1104和1106之強度與示例性非受研磨之玻璃晶圓700之強度的比較線圖。在此圖中，y軸代表故障機率(%)，且x軸代表負載(百萬巴斯卡，MPa)。第一傳統矽載體晶圓1102具有外直徑為100毫米的經拋光(polished)之表面且第一傳統矽載體晶圓1102之厚度為520微米。第二傳統矽載體晶圓1104具有外直徑為100毫米的經研磨(ground)之表面且第二傳統矽載體晶圓1104之厚度為520微米。第三傳統矽載體晶圓1106具有外直徑為300毫米的經拋光之表面且第三傳統矽載體晶圓1106之厚度為780微米。該示例性玻璃晶圓700係由上述組成1所製成且該示例性玻璃晶圓700具有300毫米之外直徑，且該玻璃晶圓700具有非受研磨之表面704和706及約為0.5毫米厚。該負載(load)之尺寸為0.5英吋，且1英吋之基底(base)係用以支撐該等傳統矽晶圓1102、1104和1106及該示例性玻璃晶圓700。參閱第12圖，該圖圖示與使用非受研磨的玻璃晶圓700薄化矽晶圓1202之方法1200相關的基本步驟。在步驟1204，提供矽晶圓1202，該矽晶圓1202具有第一表面1206和第二表面1210，該第一表面中形成有電路晶粒1208，其中第一表面1206與第二表面1210彼此實質平行。利用光微影製程可矽晶圓1202中形成電路晶粒1208。
    於步驟1212，提供玻璃晶圓700，在此實例中，該玻璃晶圓700具有圓形主體702，且該圓形主體702具有彼此呈實質平行的非受研磨之第一表面704和非受研磨之第二表面706(請見以上描述玻璃晶圓700之晶圓品質指數和其他示例性性質細節的敘述內容)。在此實例中，該玻璃晶圓的非受研磨之第一表面704具有黏合劑1214，例如利用旋塗製程將黏合劑1214塗覆於第一表面704。或者，該矽晶圓之第一表面1206可具有黏合劑1214，例如利用旋塗製程將黏合劑1214塗覆於該矽晶圓之第一表面1206。
    於步驟1216，緊貼著該玻璃晶圓700放置該矽晶圓1202，而使該黏合劑1214黏合該矽晶圓之第一表面1206與該玻璃晶圓的該非受研磨之第一表面704。在一實例中，紫外光可照射並通過該玻璃晶圓的非受研磨之第二表面706以使黏合劑1214硬化，使得該矽晶圓之第一表面1206與該玻璃晶圓的非受研磨之第一表面704黏合。在另一實例中，可使用熱硬化型暫黏性黏合劑(thermally cured temporary adhesive bonding agent)1214黏合該矽晶圓1202與玻璃晶圓700。或者，該黏合劑1214可利用其他機制(例如聚合反應、暴露於空氣中、使該黏合劑1214的成份之間發生化學反應或諸如此類機制)以幫助矽晶圓1202與玻璃晶圓700之間產生黏合作用。
    於步驟1218，當矽晶圓1202黏合至玻璃晶圓700時，對該矽晶圓之第二表面1210進行薄化。有數種方式可薄化矽晶圓1202，該等方法包括使用例如機械研磨裝置、化學機械研磨裝置、蝕刻裝置(例如在溶劑浴中進行蝕刻)或此等技術之任意組合。矽晶圓1202可具有約700微米的初始厚度且矽晶圓1202可經薄化而達到約50微米至60微米的厚度。無論如何，不管所使用的薄化技術為何，最終是玻璃晶圓700的品質導致該已薄化之矽晶圓1202的品質。以下參照第13圖描述示例性薄化系統1300，當矽晶圓1202與玻璃晶圓700黏合時，該薄化系統1300使用薄化機構1306以薄化矽晶圓1202。
    於步驟1220，如有需要可對該已薄化之矽晶圓1202'進行進一步處理，例如在該已薄化之矽晶圓1202'內形成精密孔1222(圖中顯示兩個孔)，以當製造三維立體積體電路(3D IC)時，該等精密孔1222將作為未來的垂直內連線。在形成該等精密孔1222之後，接著可使該等精密孔金屬化。
    於步驟1224，使該已薄化之矽晶圓1202'與玻璃晶圓700分離。在一實例中，可將切割膠帶1226(分層膠帶1226等)貼在該矽晶圓之第二表面1210上，且隨後使用該切割膠帶1226幫助從該黏合劑1214和玻璃晶圓700上拉開並分離該已薄化之矽晶圓1202'。或者，以雷射發出雷射光束穿透該玻璃晶圓的非受研磨之第二表面706而選擇性地去除或消除該黏合劑1214。在另一實例中，若是使用熱硬化型暫黏性黏合劑1214，則可加熱此黏合劑1214以使該已薄化之矽晶圓1202'脫離玻璃晶圓700。或者，可使用溶劑使該已薄化之矽晶圓1202'脫離玻璃晶圓700。
    參閱第13圖，該圖係示例性薄化系統1300的塊狀圖，當矽晶圓1202黏合至非受研磨的玻璃晶圓700時，該薄化系統1300使用薄化機構1306薄化該矽晶圓1202。薄化系統1300包含外殼1302及薄化機構1306，且在該外殼1302內部設置至少一個支撐構件1304(例如，真空吸盤1304、靜電吸盤1304)。該玻璃晶圓之第二表面706放置且固定在支撐構件1304上。在此步驟之前，已利用黏合劑1214使玻璃晶圓700與矽晶圓1202黏合(亦請參見以上描述玻璃晶圓700之晶圓品質指數和其他示例性性質細節的敘述內容)。當矽晶圓1202與玻璃晶圓700黏合時，此時操作薄化機構1306(例如，機械研磨裝置(圖中未示出)、化學機械研磨裝置、蝕刻裝置)以薄化該矽晶圓之第二表面1210。矽晶圓1202可具有約700微米的初始厚度且矽晶圓1202可經薄化而達到約50微米至60微米的厚度。無論如何，不管所使用之薄化機構1306的種類為何，最終是玻璃晶圓700的品質導致該已薄化之矽晶圓1202的品質。
    由上述內容，所屬技術領域中熟悉該項技藝者將瞭解本發明包含非受研磨之玻璃晶圓700、薄化系統1300及使用玻璃晶圓700薄化半導體晶圓1202的方法1200。如上述以更具成本效益的方式製造玻璃晶圓700，該玻璃晶圓700具有約300毫米之外直徑且該玻璃晶圓700之厚度約0.7毫米，該玻璃晶圓700無需研磨便具有小於約2.0微米的TTV和小於約30微米的翹曲度。不僅從成本角度且從增進性質、改良清潔、提高再使用率和有助於黏合/脫離之各方角度看來，上述性質對於3D IC封裝技術非常重要。以下列出一部分非受研磨之玻璃晶圓700所帶來的可能優點：
    1.超低成本-當使用熔融製程製造玻璃晶圓700時，無需使用研磨步驟。
    2.同時具有低TTV和低翹曲度能增進已薄化之矽晶圓1202的良率(yield)和產能(capability)。
    3.相較於傳統經研磨之玻璃晶圓，玻璃晶圓700可具有極低的表面粗糙度和較少表面損傷。
    4.玻璃晶圓700可例如由上述組成1所製成，且該組成1具有下述期望特徵，例如：
    a. CTE與矽相匹配。
    b.低鹼金屬-鈉(Na)含量比硼矽玻璃所製成的傳統經研磨之玻璃晶圓約低兩個數量級。
    c.強度-經試驗證實玻璃晶圓700的強度堪比矽晶圓1202，且強度勝過硼矽玻璃所製成的傳統經研磨之玻璃晶圓。
    以下討論係關於示例性玻璃製造系統，該玻璃製造系統可製造用於切割成多個玻璃晶圓700的玻璃板，該玻璃晶圓700具有非受研磨之第一表面704和非受研磨之第二表面706、小於約6.0之晶圓品質指數及一或多個上述物理性質和組成性質，該等性質可使該等玻璃晶圓700極適合用於薄化半導體晶圓。該示例性玻璃製造系統使用之玻璃形成製程係所謂的溢流式下拉製程或熔融製程，在該製程中玻璃板的兩個表面是在空氣中形成，因此無需對該兩表面進行研磨。以下參閱第14圖和第15圖說明使用溢流式下拉製程或熔融製程製造玻璃板的示例性玻璃製造系統，所製成之玻璃板可切割成多個玻璃晶圓700。
    參閱第14圖，該圖係示例性玻璃製造系統1400的概要視圖，玻璃製造系統1400使用熔融下拉製程製造非受研磨之玻璃板1402，該玻璃板1402可經切割且經進一步處理而形成玻璃晶圓700。示例性玻璃製造系統1400包含熔融容器1410、澄清容器1415、混合容器1420(例如攪拌腔室1420)、輸送容器1425(例如，碗狀容器1425)、熔融下拉機械1418(該機械包含入口1428、隔離管1430和牽引輥組件1435)及輸送台機械(traveling anvil machine)1440。熔融容器1410是如箭頭1412所示般引入玻璃批量材料並熔化該材料以形成熔融玻璃1426之處。澄清容器1415(即，澄清管1415)具有高溫處理區，該高溫處理區接收經由耐火管1413接收來自熔融容器1410的熔融玻璃1426(圖中未示出此點)，並且在該高溫處理區內去除熔融玻璃1426中的氣泡。澄清容器1415藉由從澄清容器至攪拌腔室的連接管1422而連接至混合容器1420(即，攪拌腔室1420)。混合容器1420藉由從攪拌腔室至碗狀容器的連接管1427而連接至輸送容器1425。輸送容器1425輸送熔融玻璃1426通過下導管(downcomer)1429而至入口1428並進入隔離管1430(形成主體1430)中。隔離管1430包含入口1436，該入口1436接收熔融玻璃1426，該熔融玻璃1426流入凹槽1437中且接著該熔融玻璃1426溢流而出並從兩側壁1438'和1438"流下，之後流下的熔融玻璃於所謂的根部1439處融合在一起(見第15圖)。根部1439是該兩側壁1438'和1438"會合之處，該熔融玻璃1426之兩個溢流牆先在該處重新會合(即，重新熔融)，且隨後該熔融玻璃1426向下拉入牽引輥組件1435的兩個輥之間而形成玻璃板1402。輸送台機械1440接著將該玻璃板1402切割成多隔個別玻璃板1402，且之後將該等玻璃板1402切割成期望形狀的玻璃晶圓700。以下參照第15圖針對隔離管1430之示例性構造配置做更詳細的討論。
    參閱第15圖，該圖為示例性隔離管1430(形成主體1430)的透視圖，隔離管1430可用於形成玻璃板1402。隔離管1430包含進料管(feed pipe)1502，該進料管1502提供熔融玻璃1426，使熔融玻璃1426通過入口1436流至凹槽1437。內側壁1504'和1504"圈圍出凹槽1437，圖中顯示該等內側壁1504'和1504"與底表面1506呈實質垂直關係，但該等內側壁1504'和1504"與底表面1506可具有任意一種關係。在此實例中，隔離管1430具有底表面1506，該底表面1506在靠近距離入口1436最遠的末端1508處具有驟降的等高線。如有需要，隔離管1430可具有底表面1506，且在該底表面1506上於靠近距離該入口1436最遠的末端1508處設置嵌入物(嵌入式犁狀物)。
    示例性隔離管1430具有楔形(cuneiform/wedge)主體1510，該楔形主體1510具有相對設置且逐漸會合(converging)的側壁1438'和1438"。具有底表面1506且可能具有該嵌入物(圖中未示出)的凹槽1437沿縱軸方向(longitudinally)設置在該楔形主體1510的上表面上。該底表面1506和該嵌入物(若使用嵌入物)兩者皆具有可用數學描述的形態(pattern)，該形態是在距離入口1436最遠的末端1508處變淺。如圖所示，該凹槽1437的底表面1506與該等頂表面1512'和1512"之間的高度沿著入口1436朝向末端1508處呈現遞減。然而應理解，該底表面1506與該等頂表面1512'和1512"之間的高度可做任何方式變化。亦應理解可使用裝置(例如可調式滾子、楔形構件、凸輪或其他裝置，圖中未示出)以軸樞轉動方式調整該楔形主體1510，藉以提供期望的傾斜角度(圖中顯示為θ)，該傾斜角度是該等平行頂表面1512'和1512"與水平面之間的角度變化。
    操作時，熔融玻璃1426通過進料管1502和入口1436而進入凹槽1437中。隨後，熔融玻璃1426溢出該凹槽1437的平行頂表面1512'和1512"且熔融玻璃1426分成兩邊各自從該楔形主體1510之相對設置(oppositely disposed)且逐漸會合的側壁1438'和1438"流下。在該楔形部分或根部1439的底部處，分開的熔融玻璃1426再次會合而形成玻璃板1402，玻璃板1402具有極平坦且光滑的非受研磨之表面。玻璃板1402的高表面品質是因熔融玻璃1426的自由表面所致，該熔融玻璃1426之自由表面分開沿著該相對設置且逐漸會合之側壁1438'和1438"流下且所形成之玻璃板1402的外表面不會接觸該隔離管1430之外側。
    有關用以製造薄玻璃板之溢流式下拉製程各項參數的進一步詳細討論內容，請參閱一或多個以下共同受讓、共有之專利及/或申請案，該等專利及/或申請案之相關內容係以引用方式全文併入本案中：WO03/014032，發明名稱為「板狀玻璃形成設備(SHEET GLASS FORMING APPARATUS)」；WO05/081888，發明名稱為「溢流下拉式板狀玻璃形成設備之玻璃板寬度控制(SHEET WIDTH CONTROL FOR OVERFLOW DOWNDRAW SHEET GLASS FORMING APPARATUS)」；WO09/070262，發明名稱為「偵測移動中之基板形狀變化的方法(METHOD FOR DETECTING CHANGE IN SHAPE OF A MOVING SUBSTRATE)」；US-2010-0212360A1，發明名稱為「拉引帶狀玻璃的設備和方法(APPARATUS AND METHOD FOR DRAWING A RIBBON OF GLASS)」；及US-2011-0289969A1，發明名稱為「控制流動中之帶狀熔融玻璃厚度的設備和方法(APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THICKNESS OF A FLOWING RIBBON OF MOLTEN GLASS)」。
    可對示例性玻璃製造系統1400或任何其他下拉式製程之玻璃製造系統做出一或多項提升(enhancement)，藉以更佳地控制該等將被切割成玻璃晶圓700的非受研磨玻璃板1402之最終厚度。以下參照第16圖說明可實施於該示例性玻璃製造系統1400(或可對任何其他下拉式製程之玻璃製造系統)之此種提升的實例，以使該系統製造出的非受研磨之玻璃板1402在切割成玻璃晶圓700後具有本發明所指定之期望晶圓品質指數要求。
    參閱第16圖，該圖係可參照第14圖和第15圖所示之隔離管1430(例如，形成主體1430)所做出的提升態樣之側剖圖，該提升態樣有助於更佳地控制該非受研磨之玻璃板1402的最終厚度，玻璃板1402可經切割而形成非受研磨的玻璃晶圓700。隔離管1430是由陶瓷耐火材料(例如，鋯石(zircon)或氧化鋁)所構成，且該隔離管1430容納在外殼1602中。外殼1602包含多個加熱元件1604，該等加熱元件1604配置在內壁1606(爐膛1606)後方。該等加熱元件1604係用於控制位在隔離管1430之形成表面1438'和1438"上的熔融玻璃1426之溫度，並從而控制熔融玻璃1426的黏度，且如有需要可在遍及外殼1602各處配置加熱元件1604。該等加熱元件1604係垂直地配置成行，如此可控制該外殻1602內的溫度而使該溫度與在外殼1602中的垂直位置呈函數關係。
    為了控制該外殻1602的溫度環境且特別是控制隔離管1430之根部1439處的溫度，係在外殼1602的下方設置熱擋板(thermal shield)1610，且該等熱擋板1610可如箭頭1612所示般在水平方向上移動。熱擋板1610係用以控制該隔離管1430的輻射熱損失，且熱擋板1610特別是用以控制該隔離管1430之根部1439區域處的輻射熱損失。該等熱擋板1610可如箭頭1612所示般在水平方向上單獨移動，其中該等熱擋板1610可移動，藉以增大或縮小該等熱擋板1610之間的間隙(開口)。特別是，一熱擋板1610可相對於該對面的熱擋板1610(位於該玻璃板1402的另一側)而獨自移動。更明確言之，熱擋板1610能夠朝向玻璃板1402移動以及朝遠離玻璃板1402的方向向外移動。有數種方式能提供朝向或遠離玻璃板1402的移動動作。
    此外，為進一步幫助控制該外殼1602內的溫度環境且特別是控制該隔離管1430之根部1439處的溫度，係在該等熱擋板1610下方設置冷卻構件1614。如需要，該等冷卻構件1614可設置該等熱擋板1610上方。該等冷卻構件1614可為活動式，使得該等冷卻構件1614可配置在與下降中之玻璃板1402相距適當距離處。該等冷卻構件1614包含冷卻設備，該冷卻設備可冷卻該等冷卻構件1614之表面且特別是冷卻該等冷卻構件1614之表面1616。該等冷卻構件1614之表面1616的冷卻作用從而控制從該形成主體1430落下之玻璃沿著該玻璃寬度方向上(水平方向上)的溫度且該冷卻作用進而控制該落下玻璃之黏度。例如，該等冷卻構件1614可包含一或多個冷卻劑供應管線1618，該一或多個冷卻劑供應管線1618具有沿著冷卻構件1614之長度延伸的出口。每個出口排出冷卻劑(例如，空氣)，該冷卻劑可冷卻每個冷卻構件表面1616位於該出口附近的一部分表面。可單獨控制每個出口所排出的冷卻劑體積，如此可單獨控制每個冷卻構件之表面1616的溫度，而使該表面1616的溫度與該表面1616的位置(例如，水平位置)呈函數關係。在某些實施例中，單一供應管線1618可供應冷卻劑給包含複數個出口的集管箱(header)，且利用遠端受控閥控制每個出口。
    上述冷卻配置允許該等冷卻構件的表面1616改變從形成主體1430落下的玻璃板1402之溫度和黏度，而使落下的玻璃板1402之溫度和黏度與該玻璃板1402橫跨整個寬度上的位置呈函數關係，並且該冷卻配置可用於例如控制該玻璃板1402橫跨整個玻璃板的厚度(the across-the-sheet thickness)。雖然該等冷卻構件1614能夠做水平移動(如箭頭1620所示)而能相對於玻璃板1402的主要表面定位該等冷卻構件1614，但由於此移動動作可能影響玻璃板的性質(例如，形狀、厚度及諸如此類性質)，因此一旦設定最佳位置，該等冷卻構件1614變鮮少移動。反之，該等冷卻構件1614的功能主要憑藉控制冷卻劑流向該等冷卻構件1614的流動從而控制溫度來獲得。該最佳位置取決於特定拉引作業設定(draw setup)，並且該最佳位置可能隨著每次的拉引作業(draw to draw)而改變。
    藉由上述說明可理解，可在彼此相當靠近的區域中同時發生冷卻和加熱動作。就此點而言，該等熱擋板1610使該形成主體1430之底部的輻射熱損失最小化，以防止該形成主體1430之根部1439處的熔融玻璃1426冷卻，同時該等冷卻構件1614可用於主動冷卻該下降中之玻璃板1402整個寬度上的玻璃以達到厚度控制之目的。的確，該等熱擋板1610和該等冷卻構件1614的運作可經過協調以維持特定溫度環境。有關外殼1602、熱擋板1610、冷卻構件1614和相關構件的進一步詳細說明，請參閱歐洲專利申請案公開號EP2253598，該申請案之發明名稱為「用於減少玻璃形成製程中之形成主體之輻射熱損失的設備(APPARATUS FOR REDUCING RADIATIVE HEAT LOSS FROM A FORMING BODY IN A GLASS FORMING PROCESS)」，且該案內容係以引用方式併入本案。
    再者，由於即使是最小的不規則性也可能讓玻璃板1402中出現厚度變異，為幫助製造出可在切割成玻璃晶圓700後不但能達到期望晶圓品質指數要求且能得到2微米或更小TTV的玻璃板1402，可進一步微調或監控第16圖所示之結構配置(the set-up)的某些構件以提供對熱傳作用更廣泛的控制。為了達到小於或等於約2微米的總厚度變異值(TTV)，可對熱傳作用做出以下改良：
    A.控制外殼1602內的壓力(控制該等熱擋板1610之間的開口)：由於若有壓力變化，此壓力變化可能導致熱傳作用不平均且從而導致提高玻璃板1402中的翹曲度和厚度變異，故藉著調整該等熱擋板1610之間的開口，可能控制該外殻1602內外之間的任何壓力變化或顯著壓差，或使該外殻1602內外之間的任何壓力變化或顯著壓差減至最小。
    B.控制冷卻構件1614：可提供物質和空氣流動控制單元，該等控制單元係用於精確控制冷卻空氣和提供精確的冷卻空氣流速，以控制該冷卻作用而使該冷卻作用與該等冷卻構件之表面1616上的位置呈函數關係。
    C.爐膛門滑動閘門(Muffle Door Slide Gate)：除了如上述般透過排氣以控制該外殻1602內部的壓力之外，還可在玻璃離開時，使該等熱擋板1610之間的開口最小化，以對玻璃板1402的熱傳均勻性產生更佳控制。
    需注意，關於表1所討論的該等玻璃晶圓700是在玻璃製造系統中利用A、B、C三點帶來的熱傳作用改良所製造而成。
    雖然已於附圖及上述實施方式中圖示並描述玻璃晶圓、薄化系統和方法的多個實施例，但應瞭解該等玻璃晶圓、薄化系統和方法不應僅限於所揭示的實施例，反之，在不偏離後附請求項所闡明和界定之玻璃晶圓、薄化系統及方法的精神下，當能進行諸多重新配置、修飾和取代。
    102‧‧‧打線
    104‧‧‧覆晶
    106‧‧‧堆疊式晶片
    108‧‧‧封裝疊加
    110‧‧‧三維立體積體電路
    202‧‧‧32GB標準8個IC設計
    204‧‧‧32GB三維記憶體堆疊
    300‧‧‧三維立體IC結構
    302‧‧‧內連線
    304‧‧‧頂部IC層
    306‧‧‧底部IC層
    402‧‧‧玻璃晶圓
    404‧‧‧最高厚度高度
    406‧‧‧最低厚度高度
    408‧‧‧表面
    502‧‧‧玻璃晶圓
    504‧‧‧最大距離
    506‧‧‧最大距離
    508‧‧‧最高點
    510‧‧‧最小平方聚焦平面
    512‧‧‧最低點
    602‧‧‧玻璃晶圓
    604‧‧‧線段
    700‧‧‧非受研磨之玻璃晶圓
    702‧‧‧主體
    704‧‧‧非受研磨之第一表面
    706‧‧‧非受研磨之第二表面
    708‧‧‧最高厚度高度
    710‧‧‧最低厚度高度
    712‧‧‧最大距離
    714‧‧‧最高點
    716‧‧‧最小平方聚焦平面
    718‧‧‧最大距離
    720‧‧‧最低點
    900‧‧‧經研磨之玻璃晶圓
    902‧‧‧第一面
    904‧‧‧第二面
    1000a‧‧‧第一傳統玻璃晶圓/經研磨之玻璃晶圓
    1002a‧‧‧第一面
    1000b‧‧‧第二傳統玻璃晶圓/經研磨之玻璃晶圓
    1002b‧‧‧第一面
    1102‧‧‧第一傳統矽載體晶圓
    1104‧‧‧第二傳統矽載體晶圓
    1106‧‧‧第三傳統矽載體晶圓
    1200‧‧‧方法
    1202‧‧‧矽晶圓
    1202'‧‧‧已薄化之矽晶圓
    1204、1212、1216、1218、1220、1224‧‧‧步驟
    1206‧‧‧第一表面
    1208‧‧‧電路晶粒
    1210‧‧‧第二表面
    1214‧‧‧黏合劑
    1222‧‧‧精密孔
    1226‧‧‧切割膠帶
    1300‧‧‧薄化系統
    1302‧‧‧外殼
    1304‧‧‧支撐構件
    1306‧‧‧薄化機構
    1400‧‧‧玻璃製造系統
    1402‧‧‧非受研磨之玻璃板
    1410‧‧‧熔融容器
    1412‧‧‧箭頭
    1413‧‧‧耐火管
    1415‧‧‧澄清容器
    1418‧‧‧熔融下拉機械
    1420‧‧‧混合容器
    1422‧‧‧連接管
    1425‧‧‧輸送容器
    1426‧‧‧熔融玻璃
    1427‧‧‧連接管
    1428‧‧‧入口
    1429‧‧‧下導管
    1430‧‧‧隔離管/形成主體
    1435‧‧‧牽引輥組件
    1436‧‧‧入口
    1437‧‧‧凹槽
    1438'、1438"‧‧‧側壁
    1439‧‧‧根部
    1440‧‧‧輸送台機械
    1502‧‧‧進料管
    1504'、1504"‧‧‧內側壁
    1506‧‧‧底表面
    1508‧‧‧末端
    1510‧‧‧楔形主體
    1512'‧‧‧頂表面
    1512"‧‧‧頂表面
    1602‧‧‧外殼
    1604‧‧‧加熱元件
    1606‧‧‧內壁/爐膛
    1610‧‧‧熱擋板
    1612‧‧‧箭頭
    1614‧‧‧冷卻構件
    1616‧‧‧表面
    1618‧‧‧冷卻劑供應管線
    1620‧‧‧箭頭
    配合附圖參閱上述詳細描述內容可更完整地瞭解本發明，該等附圖如下：第1圖(先前技術)係圖示過去數年來積體電路封裝如何從打線、覆晶、堆疊式晶片、封裝疊加發展至三維立體積體電路(3D IC)的一覽圖；第2圖(先前技術)圖示位於傳統電路板上且長度為4英吋的32十億位元組(GB)之標準8個IC設計(上圖)，及市售具有8個IC的32GB三維記憶體堆疊(下圖)，其中每個IC為55微米厚且1毫米寬；第3圖(先前技術)係圖示三維立體IC結構之概要圖，該三維立體IC結構具有不佳的總厚度變異值(TTV)，導致頂部IC層和底部IC層之間的內連線欠佳；第4圖(先前技術)係圖示用以說明總厚度變異值(TTV)之玻璃晶圓的概要圖，TTV係定義為在未被吸住(自由狀態下)之玻璃晶圓整個表面上的最高厚度(Tmax)高度與最低厚度(Tmin)高度之間的差值；第5圖(先前技術)係用以說明翹曲度定義的玻璃晶圓概要圖；第6圖(先前技術)係經研磨以減少翹曲度之玻璃晶圓的概要圖，但減少翹曲度的同時亦會提高TTV；第7A圖和第7B圖分別圖示示例性非受研磨之玻璃晶圓的透視圖和側視圖；第8A圖至第8D圖為圖示示例性非受研磨之玻璃晶圓的翹曲度(平坦度)和TTV的數個圖式；第9A圖至第9B圖(先前技術)兩個圖式係圖示傳統具有200毫米外直徑之經研磨玻璃晶圓第一面和第二面之翹曲度(平坦度)；第10A圖至第10C圖三個圖式係分別圖示兩個傳統經研磨玻璃晶圓和一示例性非受研磨的玻璃晶圓的部分表面粗糙度；第11圖係圖示三個傳統矽晶圓之強度與一示例性非受研磨之玻璃晶圓強度的比較線圖；第12圖係圖示與使用非受研磨的玻璃晶圓薄化矽晶圓之方法相關的基本步驟圖；第13圖係示例性薄化系統之塊狀圖，當矽晶圓黏合至非受研磨的玻璃晶圓時，該薄化系統使用薄化機構薄化該矽晶圓；第14圖係示例性玻璃製造系統的概要視圖，該玻璃製造系統使用熔融製程及形成主體(例如，隔離管(isopipe))製造非受研磨之玻璃板，該玻璃板可經切割而形成非受研磨的玻璃晶圓；第15圖係更詳細圖示第14圖所示之形成主體(例如，隔離管)的透視圖；第16圖係參照第14圖和第15圖所示形成主體(例如，隔離管)所做出之提升態樣的側剖圖，該提升態樣有助於更佳地控制該非受研磨之玻璃板的最終厚度，該玻璃板可經切割而形成非受研磨的玻璃晶圓。
    700‧‧‧非受研磨之玻璃晶圓
    702‧‧‧主體
    704‧‧‧非受研磨之第一表面
    706‧‧‧非受研磨之第二表面
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種非受研磨的玻璃晶圓，該玻璃晶圓包含：一主體，該主體包含彼此呈實質平行的一非受研磨之第一表面和一非受研磨之第二表面；該主體具有一小於約6.0的晶圓品質指數，其中該晶圓品質指數等於一總厚度變異值加上一翹曲度(warp)的十分之一，且該總厚度變異值和該翹曲度以微米計，其中該總厚度變異值是在該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面間之整個該主體上的一最高厚度高度與一最低厚度高度之間的一差值，且該翹曲度係一最高點與一適用於該主體形狀的最小平方聚焦平面(least squares focal plane)間之一最大距離和一最低點與適用於該主體形狀的該最小平方聚焦平面間之一最大距離的一絕對值總和，其中該最高點和該最低點兩者係相對於該主體的一同一個非受研磨之表面而言。
    [2] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有小於約4.5的該晶圓品質指數。
    [3] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有小於約3.0的該晶圓品質指數。
    [4] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有一約0.7毫米之厚度且具有小於約2.0微米之該總厚度變異值及小於約30微米之該翹曲度。
    [5] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有一範圍介於約3.0 ppm/℃至約3.5 ppm/℃間的一熱膨脹系數。
    [6] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有約3.0 ppm/℃至約12.0 ppm/℃之一範圍內的一熱膨脹系數。
    [7] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有小於約2.0微米的該總厚度變異值。
    [8] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有一含有少於約0.05重量%之Na2O和K2O的組成。
    [9] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有小於約60微米的該翹曲度。
    [10] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有約150毫米至約450毫米之一範圍內的一外直徑。
    [11] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該主體具有約0.4毫米至約1.1毫米之一範圍內的一厚度。
    [12] 如請求項1所述之非受研磨的玻璃晶圓，其中該非受研磨之第一表面具有一小於約5Å RMS之表面粗糙度。
    [13] 一種用以當一矽晶圓暫時與一非受研磨之玻璃晶圓黏合時薄化該矽晶圓的薄化系統，該薄化系統包含：一外殼；一位於該外殼內的支撐構件，在該支撐構件上放置該非受研磨的玻璃晶圓和該矽晶圓，且該非受研磨之玻璃晶圓與該矽晶圓藉由一暫時黏合劑而彼此黏合；其中該矽晶圓具有一第一表面和一第二表面，該第一表面中形成有一電路晶粒(circuit die)，且該第一表面與該第二表面彼此實質平行；其中該非受研磨的玻璃晶圓具有一主體，該主體包含一非受研磨之第一表面和一非受研磨之第二表面，該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面彼此實質平行，其中該主體具有一小於約6.0之晶圓品質指數，其中該晶圓品質指數等於一總厚度變異值加上一翹曲度的十分之一，且該總厚度變異值和該翹曲度以微米計，其中該總厚度變異值是在該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面間之整個該主體上的一最高厚度高度與一最低厚度高度之間的一差值，且該翹曲度係一最高點與一適用於該主體形狀的最小平方聚焦平面間之一最大距離和一最低點與適用於該主體形狀的該最小平方聚焦平面間之一最大距離的一絕對值總和，其中該最高點和該最低點兩者係相對於該主體的同一個表面而言；及一位於該外殻內的薄化機構，該薄化機構適合用於當該矽晶圓暫時與該非受研磨之玻璃晶圓黏合時薄化該矽晶圓的該第二表面。
    [14] 如請求項13所述之薄化系統，其中該薄化機構包括一機械研磨裝置、一化學機械研磨裝置、一蝕刻裝置或上述裝置之任意組合。
    [15] 如請求項13所述之薄化系統，其中該非受研磨的玻璃晶圓具有以下附加特性中之至少一個特性：約3.0 ppm/℃至12.0 ppm/℃之一範圍內的一熱膨脹系數；該總厚度變異值小於約2.0微米；該翹曲度小於約60微米；約150毫米至約450毫米之一範圍內的一外直徑；約0.4毫米至約1.1毫米之一範圍內的一額定厚度(nominal thickness)；或該非受研磨之第一表面具有一小於約5Å RMS之表面粗糙度。
    [16] 如請求項13所述之薄化系統，其中該非受研磨的玻璃晶圓具有一含有少於約0.05重量%之Na2O和K2O的組成。
    [17] 一種使用一非受研磨的玻璃晶圓薄化一矽晶圓的方法，該方法包含以下步驟：提供該矽晶圓，該矽晶圓具有一第一表面和一第二表面，該第一表面中形成有一電路晶粒，且該第一表面與該第二表面彼此實質平行；提供該非受研磨的玻璃晶圓，該非受研磨的玻璃晶圓具有一主體，該主體包含一非受研磨之第一表面和一非受研磨之第二表面，該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面彼此實質平行，其中該主體具有一小於約6.0之晶圓品質指數，其中該晶圓品質指數等於一總厚度變異值加上一翹曲度的十分之一，且該總厚度變異值和該翹曲度以微米計，其中該總厚度變異值是在該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面間之整個該主體上的一最高厚度高度與一最低厚度高度之間的一差值，且該翹曲度係一最高點與一適用於該主體形狀的最小平方聚焦平面間之一最大距離和一最低點與適用於該主體形狀的該最小平方聚焦平面間之一最大距離的一絕對值總和，其中該最高點和該最低點兩者係相對於該主體的同一個表面而言，且其中該矽晶圓的該第一表面或該玻璃晶圓的該非受研磨之第一表面的其中任一表面塗覆有一暫時黏合劑；緊貼著該非受研磨的玻璃晶圓放置該矽晶圓，而使該暫時黏合劑黏合該矽晶圓的該第一表面與該玻璃晶圓的該非受研磨之第一表面；當該矽晶圓與該非受研磨之玻璃晶圓黏合時，薄化該矽晶圓的該第二表面；及使該已薄化之矽晶圓與該非受研磨的玻璃晶圓分開。
    [18] 如請求項17所述之方法，其中該非受研磨的玻璃晶圓具有以下附加特性中之至少一個特性：約3.0 ppm/℃至12.0 ppm/℃之一範圍內的一熱膨脹系數；該總厚度變異值小於約2.0微米；該翹曲度小於約60微米；約150毫米至約450毫米之一範圍內的一外直徑；約0.4毫米至約1.1毫米之一範圍內的一額定厚度；或該非受研磨之第一表面具有一小於約5Å RMS之表面粗糙度。
    [19] 一種用以製造非受研磨之玻璃晶圓的方法，該方法包含以下步驟：熔化批量材料且形成熔融玻璃；提供一形成裝置，該形成裝置係用以接收該熔融玻璃且形成一玻璃板；提供一設備，該設備包含一配置成環繞著該形成裝置的外殼，該外殼包含一位於該形成主體下方的開口以允許從該形成裝置落下的一熔融玻璃流通過該外殼，該設備進一步包含多個位於該形成裝置下方的熱擋板且隔開該等熱擋板而形成該開口，其中該等熱擋板係建構用以使該形成裝置的輻射熱損失最小化，該每個熱擋板可相對於該熔融玻璃流而移動，該設備進一步包含多個位於該等熱擋板之鄰近處的冷卻構件，其中該提供該外殻的步驟進一步包含以下步驟：控制該外殼內部之一壓力；控制該等冷卻構件；及使該等熱擋板之間的該開口最小化，藉以控制相對於該玻璃板的熱傳均勻性；拉引該玻璃板；將該玻璃板分割成多個個別玻璃板；及將該等個別玻璃板中的至少一個玻璃板切割成複數個非受研磨的玻璃晶圓。
    [20] 如請求項19所述之方法，其中每個非受研磨的玻璃晶圓包含：一主體，該主體包含一非受研磨之第一表面和一非受研磨之第二表面，該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面彼此實質平行；該主體具有一小於約6.0之晶圓品質指數，其中該晶圓品質指數等於一總厚度變異值加上一翹曲度的十分之一，且該總厚度變異值和該翹曲度以微米計，其中該總厚度變異值是在該非受研磨之第一表面與該非受研磨之第二表面間之整個該主體上的一最高厚度高度與一最低厚度高度之間的一差值，及該翹曲度係一最高點與一適用於該主體形狀的最小平方聚焦平面間之一最大距離和一最低點與適用於該主體形狀的該最小平方聚焦平面間之一最大距離的一絕對值總和，其中該最高點和該最低點兩者係相對於該主體的同一個表面而言。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US201161490818P| true| 2011-05-27|2011-05-27||
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