非抛光玻璃晶片、使用非抛光玻璃晶片减薄半导体晶片的减薄系统和方法

摘要

本文描述非抛光玻璃晶片、使用非抛光玻璃晶片减薄半导体晶片的减薄系统和方法。在一个实施例中，玻璃晶片具有主体（例如圆形主体），包括基本上彼此平行的非抛光的第一表面和非抛光的第二表面。此外，圆形主体具有等于以微米为单位的总厚度变化加上以微米为单位的弯曲的十分之一的晶片质量指标，该晶片质量指标小于6.0。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月27日提交的美国临时申请S/N61/490,818的权益， 其内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及非抛光玻璃晶片、使用非抛光玻璃晶片减薄半导体晶片的减薄 系统、方法以及制造非抛光玻璃晶片的方法。

背景

摩尔定律可能是与半导体集成电路有关的各种技术中最著名的趋势之一。 摩尔定律描述计算硬件中的趋势，其中可廉价地布置在集成电路上的晶体管的 数量大约每两年翻倍。这种趋势持续了半个世纪以上，且预期至少在接下来的 几年中还将持续。摩尔定律已经良好地服务产业，且已经结合到半导体的国际 技术路线图（在国际上称为ITRS）中几十年，用于引导研究和开发的长期规 划和设置目标。

在过去的几年中，在从i-线至KrF至ArF及现在至新出现的极紫外（EUV） 光刻技术的转变期间，制造较小的半导体集成电路及在半导体集成电路上的较 小尺寸的成本已经急剧增加。鉴于此，若干行业专家主张半导体行业不能在摩 尔定律所述的相同期间中进一步有成本效率低减小半导体集成电路上尺寸的 大小。

然而，可用于改进性能的另一种机制涉及集成电路的封装。一旦集成电路 的晶片完成并被切片，该集成电路需要被封装以供使用。图1（现有技术）是 示出集成电路的封装在这些年中如何从引线键合102、倒装芯片104、层叠管 芯106、层叠封装108发展到三维集成电路110（3D IC110）。

三维集成电路110(3D IC110)是一种半导体电路，其中有源电子组件的两 层或更多层水平且垂直地集成到单个电路中。3D IC封装不应与3D封装混淆， 3D封装已经被使用多年并且通过将不同芯片层叠在单个封装中来节省空间。 3D封装称为封装中的系统（SiP）不将芯片集成到单个电路中。具体地，SiP 中的芯片与芯片外控制大量通信，好像它们在不同的封装中被安装在普通的电 路板上。

相反，3D IC110充当单个芯片，其中不管是垂直地还是水平地，不同层 上的所有组件与芯片上的控制通信。有很多与3D IC封装相关联的优点，这些 优点可有助于延伸摩尔定律的执行，且甚至超过摩尔定律的预测可延伸执行。 这些优点可包括：

1.尺寸-当与利用不同技术封装的类似集成电路（IC）相比时，3D IC 110具有小的多的覆盖范围。图2（现有技术）示出4英寸长且位于传统的电 路板的32千兆字节（GB）标准八IC设计202以及可购买到的具有八个IC（每 个IC为55微米(μm)厚1毫米(mm)宽）的32GB3D存储器层叠204的侧视图。

2.速度－关于随线长度的平方改变的传播延迟，短得多的互连距离表示与 利用不同技术封装的IC相比3D IC110具有更快的速度。

3.功率—当与通过其它封装技术制造的IC相比时，已经发现对于3D IC 110由于增加的效率和较短的路径长度而得到在功耗方面10X的改进。

4.成本－高度复杂（昂贵）的IC可被分成若干部分，这意味着当与其 它封装技术的IC相比较时缺陷将影响完整3D IC110的非常小的部分。

因此，半导体行业已经采用一种清楚记录且进取的方法来开发并实现这种 新兴的3D IC封装技术。为了实现这种技术和3D IC封装中的层叠IC，需要将 硅晶片减薄到远远小于标准硅晶片厚度——从约700μm至约50μm-60μm（参 见图2）。这种对减薄硅的要求也清楚地记录在ITRS路线图中。因此，毫无 疑问硅晶片需要被减薄至几十微米以便利用3D IC封装。

为了将硅晶片减薄至这种厚度，支承晶片或载体被临时接合到硅晶片，以 在从硅晶片去除过多硅的同时提供机械完整性。支承晶片可由两种不同的衬底 制成，即硅或玻璃。玻璃晶片已经成为主要的载体，不仅是因为成本原因，还 因为硅载体的不可变的热膨胀系数、不能检查硅晶片和硅载体之间的接合质 量，更是因为硅载体的形状因数的严格限制。关于硅载体的形状因数的严格限 制，仅可购买到与要减薄的硅晶片精确相同直径的硅载体，而期望载体具有比 要减薄的硅晶片略大的直径。严格限制硅载体的形状因数的原因是半导体行业 的设备用于非常精确的硅晶片尺寸，以便能够利用主要半导体公司的光刻设 备。因此，供应链未被构造成以合理费用提供比标准硅晶片的直径大甚至一毫 米的硅载体。载体应具有比要减薄的硅晶片大的直径，因为在减薄（研磨、抛 光）过程中，机械支承应扩展超过被减薄硅晶片的边缘。此外，在主要半导体 公司开发中最广泛使用的减薄系统需要一种接合系统，该接合系统利用紫外 （UV）光源粘合位于载体和硅晶片之间的接合剂，以及激光在减薄过程后去除 该接合剂。因此，硅晶片不透射UV光或激光束，这意味着玻璃晶片将广泛用 于很多减薄系统。

对于玻璃晶片，至少有两个物理属性在历史上很难同时实现且成本高昂。 这两个物理属性是：

I.总厚度变化（TTV）－要减薄的硅晶片的TTV仅能和玻璃载体晶片 的TTV一样。当硅晶片要求变得较薄时，TTV应小于约2.0μm。参考图3（现 有技术），示出示例性3D IC结构300的示意图，该结构具有差的TTV，导致 在顶部IC层304和底部IC层306之间差的互连302。参考图4（现有技术）， 用于解释TTV的玻璃晶片402的示意图，TTV被定义为未夹紧（自由状态） 玻璃晶片402的整个表面408上的最大厚度(Tmax)升高404和最小厚度(Tmin) 升高406之间的差。

II.弯曲（平面度）－玻璃晶片的弯曲对于减薄硅晶片的性能很重要。 弯曲应小于约60μm。参考图5（现有技术），用于解释弯曲的玻璃晶片502 的示意图，弯曲被定义为最大距离504和506的绝对值的和，最大距离504和 506分别在最高点508与施加到玻璃晶片502的形状上的最小二乘焦面510（虚 线）之间以及最低点512与最小二乘焦面510（虚线）之间测量。最高点508 和最低点512二者均参考玻璃晶片502的同一表面。最小二乘焦面510被施加 到未夹紧（自由状态）玻璃晶片502的形状上。通过以下方法确定最小二乘焦 面510。通过等式z=A+Bx-Cy来确定平面。然后，通过来自该平面的真实数据 的偏差的平方和的矩阵最小化来确定最小二乘平面拟合。该方法得到最小二乘 值A、B和C。如下确定矩阵：

$\left(\begin{array}{ccc}n& \Sigma x_j& \Sigma y_j\\ \Sigma x_j& \Sigma x_j^2& \Sigma x_j*y_j\\ \Sigma y_j& \Sigma x_j*y_j& \Sigma y_j^2\end{array}\right)*\left(\begin{array}{c}A\\ B\\ C\end{array}\right)=$

通过针对A、B和C求解该等式，完成最小二乘拟合。

到目前为止，半导体行业已经进行了尝试有成本效率地形成具有期望TTV 和弯曲属性的玻璃晶片的若干不同方法。已经用于满足TTV和弯曲属性的一 种方法是抛光玻璃晶片。然而，当抛光玻璃晶片时难以控制弯曲和TTV两者， 因为在抛光过程中它们经常彼此相反地移动。参考图6（现有技术），如线604 所示地抛光示例性玻璃晶片602以减少弯曲的示意图，但通过减少弯曲，这同 时增加TTV。该示意图不是按比例的，且提供该示意图以便本领域的技术人员 能容易地看到弯曲和TTV如何相关。

此外，抛光过程在被抛光玻璃晶片的表面上形成微裂纹，这导致被抛光玻 璃载体的减少的再循环率。此外，抛光过程将不会有效地按比例抛光具有 450mm外直径的玻璃晶片，如果像ITRS预测的那样要减薄的硅晶片从当前最 大300mm外直径增加到未来450mm外直径，则需要具有450mm外直径的玻 璃晶片。这是因为较大玻璃晶片的成本将随要减薄的硅晶片的尺寸几何增加， 因为厚度要求是相同的，但利用抛光方法保持对TTV的相同要求将更加困难。 加之，每次抛光运行可制造较少的玻璃晶片，这也会增加成本，因为较大的玻 璃晶片也意味着每次运行可制造较少的玻璃晶片。因此，需要解决这些缺点和 其它缺点，以提供可有效地用于减薄硅晶片的玻璃晶片。

发明内容

本文描述非抛光玻璃晶片、使用非抛光玻璃晶片减薄半导体晶片的减薄系 统、方法以及制造非抛光玻璃晶片的方法。还描述包括非抛光玻璃晶片、使用 非抛光玻璃晶片减薄半导体晶片的减薄系统、方法以及制造非抛光玻璃晶片的 方法的可选特征的附加实施例。

在一个方面，提供一种包括主体（例如，圆形、长方形、正方形、椭圆形） 非抛光玻璃晶片，该主体包括基本上彼此平行的非抛光第一表面和非抛光第二 表面。正如本文中所使用的，术语“非抛光”或“未抛光”包括以下两者a) 未使用任何机械或化学摩擦工艺抛光或平滑的表面和制品，以及b)其中小于或 等于约2微米的最外部分已经通过利用这种机械或化学摩擦工艺的抛光或平滑 而去除的表面和制品。在某些实现中，已经除去小于或等于约1微米的最外部 分。在其它情况下，例如，其中期望材料的最小去除的情况下，已经去除小于 或等于约500纳米或甚至100纳米的最外部分。在很多实现中，然而，未去除 任何最外部分。主体具有等于以微米为单位的总厚度变化加上（也以微米为单 位）的弯曲的十分之一（其小于或等于6.0微米）的晶片质量指标（WQI）。 即，晶片质量指标等于TTV(μm)加上[弯曲(μm)/10]。总厚度变化是非抛光第 一表面和非抛光第二表面之间的主体上最高厚度升高和最低厚度升高之差。弯 曲是最高点与施加到主体的形状的最小二乘焦面之间的最大距离和最低点与 该最小二乘焦面之间最大距离的绝对值之和，其中最高点和最低点均相对于主 体的同一表面。

在另一个方面，提供用于在硅晶片接合到非抛光玻璃晶片时，将硅晶片减 薄的减薄系统。在一个实施例中，减薄系统包括：（a）外壳；（b）支承，位 于外壳内，在支承上放置通过接合剂彼此接合的非抛光玻璃晶片和硅晶片；其 中所述硅晶片具有其中形成电路管芯的第一表面和第二表面，所述第一表面和 第二表面基本上彼此平行；其中非抛光玻璃晶片具有主体（例如，圆形、长方 形、正方形、椭圆形），主体包括基本上彼此平行的非抛光第一表面和非抛光 第二表面；其中主体具有小于约6.0的晶片质量指标，其中晶片质量指标等于 总厚度变化(μm)加上[弯曲(μm)/10]，其中总厚度变化是非抛光的第一表面和 所述非抛光的第二表面之间的所述主体上的最高厚度升高和最底厚度升高之 间的差，且弯曲是最高点与施加到所述主体的形状的最小二乘焦面之间的最大 距离和最低点与最小二乘焦面之间最大距离的绝对值之和，其中最高点和最低 点均相对于所述主体的同一表面；以及（c）减薄机制，位于所述外壳内，适 用于在所述硅晶片接合到非抛光玻璃晶片时减薄硅晶片的第二表面。

在又一个方面，提供使用非抛光玻璃晶片减薄硅晶片的方法。该方法包括 以下步骤：（a）提供硅晶片，该硅晶片具有其中形成电路管芯的第一表面和 第二表面，第一表面和第二表面基本上彼此平行；（b）提供非抛光玻璃晶片， 该非抛光玻璃晶片包括主体（例如，圆形、长方形、正方形、椭圆形），该主 体包括基本上彼此平行的非抛光第一表面和非抛光第二表面，其中主体具有小 于约6.0的晶片质量指标，其中晶片质量指标等于总厚度变化(μm)加上[弯曲 (μm)/10]，其中总厚度变化是所述非抛光的第一表面和所述非抛光的第二表面 之间的所述主体上的最高厚度升高和最低厚度升高之间的差，且弯曲是最高点 与施加到所述主体的形状的最小二乘焦面之间的最大距离和最低点与最小二 乘焦面之间最大距离的绝对值之和，其中最高点和最低点均相对于所述主体的 同一表面；以及其中所述硅晶片的第一表面或所述玻璃晶片的非抛光第一表面 具有施加于此的接合剂；（c）紧接非抛光玻璃晶片放置硅晶片，使得接合剂 将所述硅晶片的第一表面接合到玻璃晶片的非抛光第一表面；（d）在所述硅 晶片接合到所述非抛光玻璃晶片时减薄所述硅晶片的第二表面；以及（e）使 减薄的硅晶片从非抛光的玻璃晶片分离。

在再一个方面，提供一种制造非抛光玻璃晶片的方法。该方法包括以下步 骤：（a）熔融批量材料并形成熔融玻璃；（b）提供用于接收熔融玻璃并形成 玻璃板的形成装置；（c）提供包括围绕所述形成体设置的外壳的设备，所述 外壳包括形成体之下的开口以允许从形成体下降的熔融玻璃流从外壳穿过，所 述设备还包括位于形成体之下且间隔开的热屏蔽，以形成开口，其中所述热屏 蔽配置成使来自形成体的辐射热损耗最小化，每个热屏蔽可相对于熔融玻璃流 移动，所述设备还包括与热屏蔽相邻定位的冷却部件，其中所述提供外壳的步 骤还包括以下步骤，（i）控制所述外壳内的压力；（ii）控制所述冷却部件； 以及（iii）使热屏蔽之间的开口最小化以相对于玻璃板控制热传递均匀性；（d） 拉制所述玻璃板；（e）将所述玻璃板分成不同的玻璃板；以及（f）将所述不 同的玻璃板中的至少一个切割成多个非抛光玻璃晶片。

另外的方面将在随后的详细描述、附图和任一权利要求中部分地陈述，且 可根据该详细描述部分地被推导出，或可通过本公开而部分地获知。应当理解 以上一般描述和以下详细说明仅仅是示例性和说明性的而不是限制本公开的 范围。

附图说明

可通过参考以下详细描述并结合附图来更彻底地理解本公开，其中：

图1（现有技术）是示出集成电路的封装在这些年中如何从引线键合、倒 装芯片、层叠管芯、层叠封装发展到三维集成电路3D IC；

图2（现有技术）示出4英寸长且位于传统的电路板上的32千兆字节（GB） 标准八IC设计（顶部）以及可购买到的具有八个IC（每个IC为55微米(μm) 厚1毫米(mm)宽）的32GB3D存储器层叠（底部）；

图3（现有技术）是示出3D IC结构的示意图，该结构具有差的TTV，导 致在顶部IC层和底部IC层之间差的互连；

图4（现有技术）是用于解释TTV的玻璃晶片的示意图，TTV被定义为 未夹紧（自由状态）玻璃晶片的整个表面上的最大厚度(Tmax)升高和最小厚度 (Tmin)升高之间的差；

图5（现有技术）是用于解释弯曲的定义的玻璃晶片的示意图；

图6（现有技术）是被抛光以减少弯曲的玻璃晶片的示意图，但通过减少 弯曲，这同时还增加TTV；

图7A和7B分别示出示例性非抛光玻璃晶片的立体图和侧视图；

图8A-8D是示出示例性非抛光玻璃晶片的弯曲（平面度）和TTV的若干 图；

图9A-9B（现有技术）是示出具有200mm外直径的传统抛光玻璃晶片的 第一侧和第二侧的弯曲（平面度）的两幅图；

图10A-10C是分别示出两个传统抛光玻璃晶片和示例性非抛光玻璃晶片 的一部分的表面粗糙度的三幅图；

图11是用于示出与示例性非抛光玻璃晶片相比，三个传统硅晶片的强度 的图；

图12是示出用于将非抛光玻璃晶片用于减薄硅晶片的方法相关联的基本 步骤的图；

图13是在将硅晶片接合到非抛光玻璃晶片时使用减薄机制来减薄硅晶片 的示例性减薄系统的框图；

图14是使用熔融过程和形成体（例如隔热管）以制造非抛光玻璃板的示 例性玻璃制造系统的示意图，其中可切割该非抛光玻璃板以形成非抛光玻璃晶 片；

图15是更详细地示出图14所示的形成体（例如隔热管）的立体图；以及

图16是关于图14-15所示的形成体（例如隔热管）进行的增强的横截面 侧视图，这可帮助更好地控制可被切割以形成非抛光玻璃晶片的非抛光玻璃板 的最终厚度。

详细描述

参考图7A和7B，分别示出示例性非抛光玻璃晶片700的立体图和侧视 图。如图所示，示例性玻璃晶片700包括主体702，该主体702具有基本上彼 此平行的非抛光第一表面704和非抛光第二表面706。尽管在本文中将主体702 示出并描述为圆形主体702，但应理解主体702还可具有任意其它形状，诸如 长方形、正方形、椭圆形等。此外，主体700具有在本文中称为晶片质量指标 的物理属性，该晶片质量指标小于约6.0，或小于约4.5，或小于约3.0。晶片 质量指标等于TTV(μm)加上[弯曲(μm)/10]。TTV是非抛光第一表面704和非 抛光第二表面706之间的主体702上最高厚度升高708和最低厚度升高710之 差。弯曲是最高点714与施加到主体702的形状的最小二乘焦面716之间的最 大距离712和最低点720与最小二乘焦面716之间的最大距离718的绝对值之 和。最高点714和最低点720二者均参考玻璃晶片700的同一表面704或706。 玻璃晶片702的侧视图不是按比例的，且尺寸被极度放大，所以本领域的技术 人员看到与弯曲和TTV相关联的各种特征708、710、712、714、716、718和 720。

形成晶片质量指标是因为TTV和弯曲的单个属性不仅本身重要，而且玻 璃晶片700的性能取决于TTV和弯曲的相互关系。因此，晶片质量指标由TTV 和弯曲表征。作为一个示例，很多半导体客户目前仅指定TTV，且对于弯曲具 有草率宽松的规定。例如，半导体客户可指定在玻璃晶片上仅有100μm的最 大弯曲。然而，对于弯曲的这种宽松的规定不利地影响玻璃晶片的性能。因此， 形成晶片质量指标以提供用于预测玻璃晶片的性能的更有价值的度量，而不是 仅仅指定TTV以关于弯曲的草率宽松的规定。具体地，通过定义晶片质量指 标，可顾及主要因数，且可进行关于减薄的半导体晶片的质量的有用预测。

玻璃晶片700还可具有若干期望的物理和成分属性，所以玻璃晶片700 可有效地用于减薄半导体晶片。各种物理和成分属性如下：

1.热膨胀系数（CTE）－玻璃晶片700可具有约3.0ppm/℃–3.5 ppm/℃范围的CTE。在这种情况下，玻璃晶片700和半导体晶片的CTE可彼 此匹配或至少接近匹配，这通常是所期望的，因为在减薄过程中，玻璃晶片700 将被接合到半导体晶片且复合结构将很可能经历热循环。可用于制造玻璃晶片 700使其具有约3.0ppm/℃至约3.5ppm/℃范围的CTE的示例性成分具有标 称成分（按基于氧化物的摩尔百分比）：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)1.00≤ Σ[RO]/[Al₂O₃]≤1.25其中[Al₂O₃]是Al₂O₃的摩尔百分比且Σ[RO]等于MgO、 CaO、SrO和BaO的摩尔百分比之和；且(b)玻璃具有以下成分特性中的至少一 个：(i)在氧化物的基础上，玻璃包括最多0.05摩尔百分比的Sb₂O₃；以及(ii) 在氧化物的基础上，玻璃包括至少0.01摩尔百分比的SnO₂（在下文中该成分 被称为“成分no.1”）。

如果期望，玻璃晶片700的CTE匹配或至少接近匹配包括具有特征的 硅晶片加上接合粘合剂的复合接合结构的CTE（参见图12）。在这种情况下， 玻璃晶片700很可能具有不同于3.0ppm/℃–3.5ppm/℃的CTE，这对于具有 约3.2ppm/℃的CTE的硅载体晶片是不可能的。为了实现它，玻璃晶片700 可由不同的玻璃成分形成，使得它具有不同的CTE，同时诸如WQI、TTV、 弯曲、尺寸、厚度和表面粗糙度之类的所有其它物理属性将保持与上述的玻璃 晶片700（具有约3.0ppm/℃至约3.5ppm/℃范围的CTE）相同。例如，导致 玻璃晶片700具有约6.0ppm/℃的CTE的示例性标称玻璃成分是69.2mol% SiO₂、8.5mol%Al₂O₃、13.9mol%Na₂O、1.2mol%K₂O、6.5mol%MgO、0.5 mol%CaO和0.2mol%SnO₂（在下文中该成分被称为“成分no.2”）。并且， 导致玻璃晶片700具有约8.5ppm/℃的CTE的示例性标称玻璃成分是61mol %≤SiO₂≤75mol%；7mol%≤Al₂O₃≤15mol%；0mol%≤B₂O₃≤12mol%； 9mol%≤Na₂O≤21mol%；0mol%≤K₂O≤4mol%；0mol%≤MgO≤7 mol%；和0mol%≤CaO≤3mol%。在一些实施例中，该玻璃还包括至 少一个澄清剂（fining agent），诸如但不限于卤素或多价澄清剂，诸如As₂O₃、 Sb₂O₃、SnO₂或Fe₂O₃。在具体的实施例中，As₂O₃和Sb₂O₃如果其中的任一 个或两者存在的话，其总浓度小于500ppm重量（在下文中该成分被称为“成 分no.3”）。另外，导致玻璃晶片700具有约10.0ppm/℃的CTE的示例性标 称成分是标称包括基于氧化物按摩尔百分比的以下成分的玻璃：SiO₂64.0-72.0；Al₂O₃9.0-16.0，B₂O₃1.0-5.0；MgO+La₂O₃1.0-7.5；CaO2.0-7.5； SrO0.0-4.5；BaO1.0-7.0，其中Σ(MgO+CaO+SrO+BaO+3La₂O₃)/(Al₂O₃)≥1.15， 其中Al₂O₃，MgO，CaO，SrO，BaO和La₂O₃表示相应的氧化物组分的摩尔百 分比（在下文中，该成分被称为“成分no.4”）。事实上，取决于成分，玻璃 晶片700可具有任何期望的在约3.0ppm/℃至约12.0ppm/℃ 范围内的CTE。

2.TTV－半导体晶片的TTV仅可与玻璃晶片700的TTV一样。加之， 当半导体晶片的厚度需要变得较小时，玻璃晶片700的TTV必须较小。因此， 在示例性实施例中，玻璃晶片700的TTV应低于约2.0μm或低于约1.0μm。

3.成分－金属特别是钠可导致IC失效。尽管玻璃晶片700不是IC结 构的最终部分，但当减薄过程中玻璃晶片700被接合然后从半导体晶片去接合 时，钠以及其它碱金属从玻璃晶片700至半导体晶片的迁移程度还未已知。因 此，玻璃晶片700应完全避免具有金属，或至少具有仅仅某痕量级别的金属。 例如，玻璃晶片应具有小于约0.05%重量百分比的Na₂O和K₂O。

可通过利用各种玻璃成分中的任何一种来获得玻璃晶片700。例如，玻璃 成分选择可以是宽范围的硅酸盐、硼硅酸盐、铝硅酸盐或硼铝硅酸盐玻璃成分 中的任一种，其任选地可包括一种或多种碱和/或碱土改良剂。作为说明，一 种这样的玻璃组分包括以下成分：58-72摩尔百分比(mol%)SiO₂;9-17mol% Al₂O₃;2-12mol%B₂O₃;8-16mol%Na₂O;以及0-4mol%K₂O，其中比率 其中改良剂（modifier）包括碱金属氧化物。 另一种玻璃组分包括以下成分：61-75mol%SiO₂;7-15mol%Al₂O₃;0-12mol% B₂O₃;9-21mol%Na₂O;0-4mol%K₂O;0-7mol%MgO;和0-3mol%CaO。又一 种说明性玻璃组分包括以下成分：60-70mol%SiO₂;6-14mol%Al₂O₃;0-15 mol%B₂O₃;0-15mol%Li₂O;0-20mol%Na₂O;0-10mol%K₂O;0-8mol%MgO; 0-10mol%CaO;0-5mol%ZrO₂;0-1mol%SnO₂;0-1mol%CeO₂;小于百万分 之50(ppm)As₂O₃;以及小于50ppm Sb₂O₃;其中12mol%≤Li₂O+Na₂O+ K₂O≤20mol%且0mol%≤MgO+CaO≤10mol%。再一种说明性玻璃组分 包括以下成分：55-75mol%SiO₂，8-15mol%Al₂O₃，10-20mol%B₂O₃；0-8% MgO，0-8mol%CaO，0-8mol%SrO以及0-8mol%BaO。此外，可任选地对 衬底进行退火和/或加强（例如，通过热回火、化学离子交换等过程）。

4.弯曲－玻璃晶片700的弯曲可极大地影响减薄半导体晶片的性能/ 性质。玻璃晶片700应具有小于约60μm、或小于30μm、或小于20μm的弯曲.

5.尺寸－具有圆形主体702的玻璃晶片700的“质量区域”的尺寸应 能够达到约300mm外直径，且按比例增加到约450mm以匹配未来的较大半导 体晶片。具体地，具有圆形主体702的玻璃晶片700应具有约150mm至约 450mm范围的外直径。

6.厚度－玻璃晶片700应具有标称约0.7mm但不小于约0.4mm且不 大于约1.1mm的厚度。

7.表面粗糙度－玻璃晶片700应具有非常低的表面粗糙度以改进用于 将玻璃晶片700附连到半导体晶片的接合剂的表面粘性。此外，玻璃晶片700 应具有非常低的表面粗糙度以提高再循环次数或玻璃晶片700可用于减薄过程 的次数。具体地，玻璃晶片700应具有非常低的表面粗糙度，因为微裂纹和微 折皱可导致清洗循环期间的加速损坏，该清洗循环频繁地使用氢氟酸（HF）溶 液。在某些实施例中，玻璃晶片700具有小于或等于约5埃（）的RMS（均 方根）表面粗糙度。

参考图8A-8D，是示出示例性非抛光玻璃晶片700的弯曲（平面度）和 TTV的若干图。图8A-8B分别是示出示例性玻璃晶片700的平面度/弯曲 （Zernike fit map（Zernike匹配地图））@1000x的俯视图和等距视图。图8C-8D 分别是示出示例性玻璃晶片700的TTV厚度（厚度/平行度）@1000x的俯视 图和等距视图。该示例性玻璃晶片700具有300mm外直径、标称厚度约0.7mm。 该具体的玻璃晶片700和87个其它玻璃晶片700利用上述成分no.1在玻璃制 造系统中制造，该玻璃系统使用如下所述的熔化工艺。

表1表示具有上述成分no.1的全部88个玻璃晶片700的平均TTV和平 均弯曲，以突出玻璃制造系统的重复性和能力。

表1

  TTV 弯曲 目标 2.0μm 30.0μm 平均值 1.4μm 17.4μm 最大值 2.0μm 29.1μm 最小值 1.1μm 6.5μm 标准差 0.2μm 5.3μm Cp 1.9 0.9

针对这些测量生成的数据涉及针对每个示例性玻璃晶片700的超过3百万 个数据点且具有对于TTV的精确度为0.1μm和对于弯曲的精确度为0.5μm。

参考图9A-9B（现有技术），示出具有200mm外直径的传统抛光玻璃晶 片900的第一侧902和第二侧904的弯曲（平面度）的两幅图。具体地，图9A 示出传统的抛光玻璃晶片900的第一侧902的俯视图（上部）和等距视图（下 部），其中第一侧902具有约41μm的弯曲。图9B示出传统的抛光玻璃晶片 900的第一侧904的俯视图（上部）和等距视图（下部），其中第二侧904具 有约105μm的弯曲。传统的抛光玻璃晶片900由0.7mm厚的可购买到的硼硅 酸盐玻璃材料制成。即使当示例性玻璃晶片700具有300mm外直径而传统的 抛光玻璃晶片900具有200mm外直径时，传统的抛光玻璃晶片900基本上比 与图8A-8D相关联的示例性玻璃晶片700更弯曲。

参考图10A-10C，分别示出两个传统抛光玻璃晶片1000a和1000b及示例 性非抛光玻璃晶片700的一部分的表面粗糙度的三幅图.第一传统玻璃晶片 1000a具有表面粗糙度为约的第一侧1002a。第二传统玻璃晶片1000b具 有表面粗糙度为约的第一侧1002b。相反，示例性玻璃晶片700具有表面 粗糙度为的非抛光第一表面702。传统的抛光玻璃晶片1000a和1000b由 0.7mm厚可购买到的硼硅酸盐玻璃制成而示例性玻璃晶片700基于上述成分 no.1由0.7mm厚的玻璃制成。示例性玻璃晶片700的表面粗糙度基本上小于 两个传统抛光玻璃晶片1000a和1000b的表面粗糙度。示例性玻璃晶片700的 较小的表面粗糙度（较少的微裂纹）是期望的，原因是诸如增加玻璃晶片700 的强度和增加玻璃晶片700在减薄过程中再使用的次数。发现玻璃晶片700的 强度更多地依赖于表面质量而不是玻璃晶片700的整体性质。

参考图11，是用于示出相比于示例性非抛光玻璃晶片700，三个传统的硅 载体晶片1102、1104和1106测得的强度。在该图中，y轴表示失效的概率（％） 且x轴表示以兆帕（MPa）为单位的负载.第一传统硅载体晶片1102具有100mm 外直径抛光表面且厚度为520μm。第二传统硅载体晶片1104具有100mm外直 径研磨表面且厚度为520μm。第三传统硅载体晶片1106具有300mm外直径 抛光表面且厚度为780μm。示例性玻璃晶片700由上述成分no.1制成且具有 300mm外直径，且非抛光表面704和706为约0.5mm厚。负载的尺寸为0.5 英寸，且将1英寸基底用于支承传统的硅晶片1102、1104和1106及示例性玻 璃晶片700。

参考图12，示出用于将非抛光玻璃晶片700用于减薄硅晶片1202的方法 1200相关联的基本步骤的图。在步骤1204，提供硅晶片1202，其具有在其中 形成电路管芯1208的第一表面1206和第二表面1210，其中第一表面1206和 第二表面1210基本上彼此平行。电路管芯1208可通过光刻工艺形成在硅晶片 1202中。

在步骤1212，提供玻璃晶片700，在该示例中玻璃晶片700具有圆形主体 702，该圆形主体702具有彼此基本平行的非抛光第一表面704和非抛光第二 表面706（参见以上关于玻璃晶片700的晶片质量指标和其它示例性属性的细 节的描述）。在该示例中，玻璃晶片的非抛光第一表面702具有例如通过旋涂 工艺施加于此的接合剂1214。或者，硅晶片的第一表面1206可具有例如通过 旋涂工艺施加于此的接合剂1214。

在步骤1216，将硅晶片1202放置成紧接玻璃晶片700，所以接合剂1214 将硅晶片的第一表面1206接合到玻璃晶片的非抛光第一表面704。在一个示例 中，可将紫外光引导通过玻璃晶片的非抛光第二表面706以固化接合剂1214， 使得硅晶片的第一表面1206接合到玻璃晶片的非抛光第一表面704。在另一个 示例中，热固化临时粘合接合剂1214可用于将硅晶片1202接合到玻璃晶片 700。或者，接合剂1214可利用其它机制（例如，聚合、暴露于空气、接合剂 114的成分之间的化学反应等）来促进在硅晶片1202至玻璃晶片700之间的接 合形成。

在步骤1218，在将硅晶片1202接合到玻璃晶片700时，硅晶片的第二表 面1210被减薄。有若干方式将硅晶片1202减薄，包括例如利用机械研磨装置、 化学机械抛光装置、蚀刻装置（例如在溶剂浴中）或这些技术的任意组合。硅 晶片1202可具有约700μm的最初厚度且被减薄至约50μm-60μm的厚度。在 任意情况下，不管所使用的减薄技术如何，玻璃晶片700的质量最终导致所减 薄的硅晶片1202的质量。以下参考图13描述使用减薄机制1306来在硅晶片 1202接合到玻璃晶片700时减薄硅晶片1202的示例性减薄系统1300。

在步骤1220，如果需要可进一步处理经减薄的硅晶片1202’，例如通过在 其中形成精确孔1222（示出两个），它们用于未来制造3DIC时的垂直互连。 在形成精确孔1222之后，可对它们进行金属化。

在步骤1224，经减薄的硅晶片1202’从玻璃晶片700分离（去接合）。 在一种情况下，可将切割带1226（层叠带1226等）施加到硅晶片的第二表面 1210，然后用于帮助从接合剂1214和玻璃晶片700拉和分离经减薄的硅晶片 1202。或者，激光器可发射激光束穿过玻璃晶片的非抛光第二表面706，以选 择地去除或破坏接合剂1214。在另一个示例中，如果使用热固化临时粘合接合 剂1214，则可加热该接合剂1214以从玻璃晶片700释放经减薄的硅晶片1202’。 或者，可使用溶剂来从玻璃晶片700释放经减薄的硅晶片1202’。

参考图13，是在将硅晶片1202接合到非抛光玻璃晶片700时使用减薄机 制1306来减薄晶片1202的示例性减薄系统1300的框图减薄系统1300包括外 壳1302，其中放置至少支承1304（例如，真空1304、静电卡盘1304）以及减 薄机制1306。玻璃晶片的第二表面706被放置并固定到支承1304。在该步骤 之前，玻璃晶片700已经通过接合剂1214接合到硅晶片（也参见以上关于玻 璃晶片700的晶片质量指标和其它示例性属性的详细描述）。当硅晶片1202 接合到玻璃晶片700时，减薄机制1306（例如机械研磨装置（示出）、化学机 械抛光装置、蚀刻装置）然后用于减薄硅晶片的第二表面1210。硅晶片1202 可具有约700μm的最初厚度且被减薄至约50μm-60μm的厚度。在任意情况下， 不管所使用的减薄机制1306的类型如何，玻璃晶片700的质量最终导致所减 薄的硅晶片1202的质量。

根据上文，本领域的技术人员将意识到本公开包括非抛光玻璃晶片700、 使用玻璃晶片700减薄半导体晶片1202的减薄系统1300和方法1200。如上所 述，已经有成本效率地制造具有约300mm外直径且约0.7mm厚的玻璃晶片 700，其在不抛光的情况下具有小于约2.0μm的TTV和小于约30μm的弯曲。 不仅从成本观点，而且从改进属性的观点、改进的清洁观点、改进的再使用观 点以及从改进的接合/去接合观点而言，这对于3D IC封装技术很重要。以下是 与非抛光玻璃晶片700相关联的可能有利特性中的一些：

1.特别低的成本－当熔化工艺用于制造玻璃晶片700时，不需要抛光步 骤。

2.同时的低TTV和低弯曲可改进减薄硅晶片1202的成品率和能力。

3.当与传统的抛光玻璃晶片相比时，玻璃晶片70可具有特别低的表面粗 糙度和降低的亚表面损伤。

4.作为一个示例，玻璃晶片700可由上述成分no.1形成，其具有期望的 特性，诸如：

a.与硅匹配的CTE。

b.低碱金属－Na浓度比由硼硅酸盐玻璃制造的传统抛光玻璃晶片低2个 数量级。

c.强度－测试已经证明玻璃晶片700和硅晶片1202一样强，且比由硼硅 酸盐玻璃制造的传统抛光玻璃晶片更强。

以下讨论可制造玻璃板的示例性玻璃制造系统，可从该玻璃板切割出多个 玻璃晶片700，该玻璃晶片700具有非抛光第一和第二表面704和706、小于 6.0的玻璃质量指标以及一个或多个使它们非常适用于减薄半导体晶片的上述 物理和成分属性。示例性玻璃制造系统利用称为溢流下拉或熔化工艺的玻璃形 成工艺，其中玻璃板的两个表面在空气中形成，所以不需要对两个表面进行抛 光。以下参考图14和15描述一个示例性的利用溢流下拉或熔化工艺制造可被 切割以形成多个玻璃晶片700的玻璃板的玻璃制造系统。

参考图14，是示例性玻璃制造系统1400的示意图，该系统使用熔化拉制 工艺来制造可被切割并进一步处理以形成玻璃晶片700的非抛光玻璃板1402。 示例性玻璃制造系统1400包括熔融槽1410、澄清槽1415、混合槽1420（例如， 搅拌室1420）、传送槽1425（例如碗1425）、熔化拉制机1418（其包括入口 1428、隔热管1430以及牵引辊组件1435）以及移动砧机1440。熔融槽1410 是玻璃批量材料被引入（如箭头1412所示）并熔化以形成熔化玻璃1426的位 置。澄清槽1415（即，澄清管1415）具有高温处理区，其经由耐火管1413从 熔融槽1410接收熔化玻璃1426（在这一点未示出），并且在其中从熔化玻璃 1426去除气泡。澄清槽1415通过澄清器连接至混合槽1420（即，搅拌室1420） 以搅拌连接管1422的室。混合槽1420通过搅拌室至碗形连接管1427连接至 传送槽1425。传送槽1425将熔融玻璃1426通过下导管1429传送到入口1428 并且进入隔热管1430（形成体1430）。隔热管1430包括入口1436，入口1436 接收熔融玻璃1426，该熔融玻璃1426流入槽1437然后溢流并且在称为根部 1439的位置熔合在一起之前在两侧1438'和1438''向下浇铸（参见图15）。根 部1439是两侧1438'和1438''到一起的位置并且是熔融玻璃1426的两个溢流壁 在牵引辊组件1435中在两个辊之间向下拉制以形成玻璃板1402之前再结合 （即再熔合）的位置。移动砧机1440然后将玻璃板1402切割成不同的玻璃板 1402，该玻璃板1402稍后被切割成期望的形状用于玻璃晶片700。接下来参考 图15提供隔热管1430的示例性配置的更详细讨论。

参考图15，是可用于形成玻璃板1402的示例性隔热管1430（形成体1430） 的立体图。隔热管1430包括馈送管1502，该馈送管1502通过入口将熔化玻璃 1426提供给槽1437。槽1437以内部侧壁1504'和1504''为边界，示出内部侧壁 1504'和1504''具有基本垂直的关系，但可具有与底部表面1506任何类型的关 系。在该示例中，隔热管1430具有底部表面1506，该底部表面1506在最远离 入口1436的端1508附近处具有急剧减小的高度轮廓。如果期望的话，隔热管 1430可具有底部表面1506，该底部表面1506具有定位在其上的在最远离入口 1436的端1408附近的嵌入式物体（嵌入式犁）。

示例性隔热管1430具有楔状/楔形体1510，该楔状/楔形体1510具有相对 布置的汇聚侧壁1438'和1438''。具有底表面1506和可能的嵌入式物体（未示 出）的槽1437纵向定位在楔形体1510的上表面上。底表面1506和嵌入物体 （如果使用的话）均具有精确描述的图案，该图案在端部1508（即离入口1436 最远的端部）变浅。如图所示，在槽1437的底部表面1506和顶部表面1512' 和1512''之间的距离随着朝向端部1508远离入口1436而减小。然而，应意识 到底部表面1506和顶部表面1512'和1512''之间的高度可按任意方式改变。应 当意识到楔状/楔形体1510可通过诸如可调辊、楔、凸轮之类的装置或其它装 置（未示出）来关于枢轴调节以提供示为θ的期望的倾斜角度，该角度是从平 行顶表面1512'和1512''的水平的角变化。

在操作中，熔融玻璃1426通过馈送管1502和入口1436进入槽1437。然 后，熔融玻璃1426在槽1437的平行顶表面1512'和1512''上涌出、分开并在楔 形体1510的相对设置的汇聚侧壁1438'和1438''的每侧上向下流动。在楔部分 的底部或根1439处，分开的熔融玻璃1426再结合以形成具有非常平且光滑的 非抛光表面的玻璃板1402。玻璃板1402的高表面质量源自在相对设置的汇聚 侧壁1438'和1438''分开且向下流动的熔融玻璃1426的自由表面，且形成玻璃 板1402的外表面而不与隔热管1430的外部接触。

对于用于制造薄玻璃板的溢流下拉工艺的一般参数的更详细讨论，参考一 些共同转让、共同拥有的专利和/或申请中的一个或多个，其相关内容通过引用 整体结合于此：

WO03/014032题为“SHEET GLASS FORMING APPARATUS（板玻璃形 成设备）”；

WO05/081888题为“SHEET WIDTH CONTROL FOR OVERFLOW  DOWNDRAW SHEET GLASS FORMING APPARATUS（用于溢流下拉板玻璃 形成设备的板宽度控制）”；

WO09/070262题为“METHOD FOR DETECTING CHANGE IN SHAPE  OF A MOVING SUBSTRATE（检测移动衬底的形状变化的方法）”；

US-2010-0212360A1题为“APPARATUS AND METHOD FOR DRAWING  A RIBBON OF GLASS（用于拉制玻璃带的设备和方法）”；以及

US-2011-0289969A1题为“APPARATUS AND METHOD FOR  CONTROLLING THICKNESS OF A FLOWING RIBBON OF MOLTEN GLASS  （用于控制熔融玻璃的流动带的厚度的设备和方法）”。

示例性玻璃制造系统1400或任何其它下拉工艺玻璃制造系统可具有对其 进行的一个或多个增强，以更好地控制可被切割以形成玻璃晶片700的非抛光 玻璃板1402的最终厚度。接下来参考图16描述可对示例性玻璃制造系统1400 （但可对任何其它下拉工艺玻璃制造系统进行）进行的一种这样的增强的示 例，从而制造可被切割以形成具有本文指定的期望晶片质量指标要求的玻璃晶 片700的非抛光玻璃板1402。

参考图16，是关于图14-15所示的隔热管1430（例如形成体1430）进行 的增强的横截面侧视图，这可帮助更好地控制被切割以形成非抛光玻璃晶片 700的非抛光玻璃板1402的最终厚度。隔热管1430包括陶瓷耐火材料，诸如 锆石或氧化铝且放置在外壳1602中。外壳1602包括布置在内壁1606（套筒 1606）后面的加热元件1604。加热元件1604用于控制隔热管1430的形成表面 1438'和1438''上的熔融玻璃的温度，因此控制熔融玻璃1426的粘度，且可按需 要遍及外壳1602布置。加热元件1604成排地垂直布置，使得可根据外壳1602 中的垂直位置来控制外壳1602内的温度。

为了提供对外壳1602内的热环境的控制，尤其是隔热管1430的根部1439 处的温度，热屏蔽1610定位在外壳1602之下并且可如箭头1612所指示地沿 水平方向移动。热屏蔽1610用于控制来自隔热管1430的辐射热损耗，尤其是 来自隔热管1430的根部1439区域的辐射热损耗。热屏蔽1610如箭头1612所 指示地沿水平方向独立移动，其中热屏蔽1610平移以增加或减小热屏蔽1610 之间的间隙（开口）。具体地，一个热屏蔽1610可独立于相反的热屏蔽1610 （在玻璃板1402的另一侧上）移动。更具体地，热屏蔽1610能够朝向玻璃板 1402，及远离玻璃板1402向外移动。可按若干不同方式提供朝向或远离玻璃 板1402的移动。

此外，为了进一步帮助控制外壳1602内的热环境，尤其是隔热管1430 的根部1439的温度，将冷却部件1614定位在热屏蔽1610之下。如果需要， 则冷却部件1614可定位在热屏蔽1610之上。冷却部件1614可移动使得冷却 部件1614可被定位成距离下降的玻璃板1402适当距离。冷却部件1614包含 冷却设备，该冷却设备对冷却部件1614的表面尤其是冷却部件1614的面1616 进行冷却。冷却部件的面1616的冷却进而控制温度，且由此控制从形成体1430 沿玻璃的宽度（例如水平地）下降的玻璃的粘度。例如，冷却部件1614可包 含一个或多个具有沿冷却部件1614的长度延伸的出口的冷却剂供应线1618。 每个出口发射冷却剂（例如空气），该冷却剂对与出口相邻的每个冷却部件的 面1616的一部分进行冷却。由每个出口发射的冷却剂的量可独立地控制，使 得可根据面1616上的位置（例如，水平位置）控制每个冷却部件的面1616的 温度。在一些实施例中，单个供应线1618可馈送包括多个出口的头部，每个 处理由远程控制阀来控制。

上述冷却布置允许冷却部件的面1616根据玻璃板1402的宽度上的温度改 变从形成体1430下降的玻璃的温度和粘度，并且可例如用于控制玻璃板1402 的跨越板的厚度。尽管冷却部件1614能够水平平移（由箭头1620表示）以允 许相对于玻璃板1402的主表面定位冷却部件1614，然而一旦设定最优位置， 则冷却部件1614很少移动，因为这种移动可影响板属性（例如，形状、厚度 等）。相反，冷却部件1614的功能主要通过控制冷却剂向冷却部件1614的移 动并由此控制温度来得到。最优位置取决于特定的拉制设定，且可能每次拉制 都不同。

如通过上述可意识到的，冷却和加热两者可在彼此非常接近的区域同时发 生。在这一点上，热屏蔽1610使来自形成体1430的底部的辐射热损耗最小化 以防止熔融玻璃1426在形成体1430的根部1439冷却，同时冷却部件1614用 于主动冷却下降玻璃板1402的宽度上的玻璃作为厚度控制的辅助。事实上， 可协调热屏蔽1610和冷却部件1614的操作以维持特定的热环境。对于关于外 壳1602、热屏蔽610、冷却部件614和相关联的组件的更详细描述，参考欧洲 公开专利申请No.EP2253598，题为“APPARATUS FOR REDUCING  RADIATIVE HEAT LOSS FROM A FORMING BODY IN A GLASS FORMING  PROCESS（用于减少在玻璃形成过程中来自形成体的辐射热损耗的设备）”， 其内容通过引用结合于此。

此外，为了帮助制造玻璃板1402，其中该玻璃板1402被切割成玻璃晶片 700，该玻璃晶片700不仅实现期望的晶片质量指标要求还得到2μm TTV或更 小的TTV，本领域的技术人员可更精细地调节或监视图16所示的设置的某些 组件以提供更广泛的热传递控制，因为甚至最微小的不规则性可使其自身显示 为玻璃板1402的厚度变化。在实现小于或等于约2μm的TTV时，可进行以下 的热传递改进：

A.外壳1602中压力的控制（热屏蔽1610之间的开口）：可通过调节热 屏蔽1610之间的开口来控制和最小化相对于外壳1602的内部和外部的任何压 力变化和显著的压力差，其中如果有压力变化，则这可导致不均匀的热传递， 这进而导致玻璃板1402中增加的翘曲和厚度变化。

B.冷却部件1614的控制：可提供材料和气流控制单元用于精确控制和冷 却气体的速度，以根据冷却部件的面1616的位置控制冷却。

C.套筒门滑动闸门：除了通过如上所述的排气来控制外壳1602内的压 力，还可在玻璃离开时使热屏蔽1610之间的开口最小化，以实现更好地控制 相对于玻璃板1402热传递的均匀性。

注意，参考表1讨论的玻璃晶片700是在利用与A、B和C相关联的热传 递改进的玻璃制造系统中制造的。

尽管已经在附图中示出且在上述详细描述中描述了玻璃晶片、减薄系统和 方法的若干实施例，但应理解玻璃晶片、减薄系统和方法不限于所公开的实施 例，而是能够具有很多重新布置、修改和替换，而不背离以下权利要求阐述和 限定的玻璃晶片、减薄系统和方法的精神。