TWI640080B - 晶圓堆疊之組裝 - Google Patents

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哈特牧 魯德曼
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海特根微光學公司
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Abstract

本發明揭示一種形成一晶圓堆疊之方法，該方法包含提供包括一第一晶圓及一第二晶圓之一子堆疊。該子堆疊包含在該第一晶圓之上部表面與該第二晶圓之下部表面之間的一界面處之一第一可熱固化黏合劑。將一第三晶圓放置於該第二晶圓之上部表面上。在該第二晶圓之該上部表面與該第三晶圓之下部表面之間的一界面處存在一第二可熱固化黏合劑。沿該第三晶圓之上部表面之一方向提供紫外線(UV)輻射，以固化在該第二晶圓中之開口中且與該第三晶圓之部分接觸之一可UV固化黏合劑，以便在離散位置處將該第三晶圓接合至該子堆疊。隨後，加熱該第三晶圓及該子堆疊以固化該第一可熱固化黏合劑及該第二可熱固化黏合劑。

Description

晶圓堆疊之組裝
本發明係關於諸如用以(舉例而言)製作光電模組之彼等晶圓堆疊之晶圓堆疊之製造及組裝。
有時將諸如相機及積體攝影機光學器件之光學裝置整合至諸如行動電話及電腦以及其他之電子裝置中。在一晶圓規模上製造用於此等裝置之主動及被動光學組件及電子組件變得更具吸引力。一個原因係減少此等裝置之成本之持續趨勢。
因此，在某些應用中，在一晶圓規模上製作及組裝各種組件。一晶圓規模封裝或晶圓堆疊可包含沿著最小晶圓維度(亦即，軸向方向)堆疊且附接至彼此之多個晶圓。該晶圓堆疊可包含並排配置之實質上一致的光學裝置或光電裝置。在此一晶圓規模組裝程序中，各種個別組件可需要彼此對準，且可需要在組裝程序期間維持任何所需要之對準以使得所得裝置正確地操作。
本文闡述用於形成一晶圓堆疊之技術，其中使用一UV固化材料以及一熱固化材料將晶圓附接至彼此。在隨附圖式及下文說明中列舉一或多個實施方案之細節。
在一項態樣中，本發明闡述一種形成一晶圓堆疊之方法。該方法包含：提供包括一第一晶圓及一第二晶圓之一子堆疊，該等晶圓中 之每一者具有一各別上部表面及下部表面。該子堆疊包含在該第一晶圓之該上部表面與該第二晶圓之該下部表面之間的一界面處之一第一可熱固化黏合劑。該方法包含：將一第三晶圓放置於該第二晶圓之該上部表面上，該第三晶圓具有一上部表面及一下部表面。在該第二晶圓之該上部表面與該第三晶圓之該下部表面之間的一界面處存在一第二可熱固化黏合劑。該方法進一步包含：沿該第三晶圓之該上部表面之一方向提供紫外線(UV)輻射以固化在該第二晶圓中之開口中且與該第三晶圓之部分接觸之一可UV固化黏合劑以便在離散位置處將該第三晶圓接合至該子堆疊。隨後，加熱該第三晶圓及該子堆疊以固化該第一可熱固化黏合劑及該第二可熱固化黏合劑。
根據另一態樣，一晶圓堆疊包含一第一晶圓、第二晶圓及第三晶圓，該等晶圓中之每一者具有一各別上部表面及下部表面。一第一熱固化黏合劑在該第一晶圓之該上部表面與該第二晶圓之該下部表面之間的一界面處，且一第二熱固化黏合劑在該第二晶圓之該上部表面與該第三晶圓之該下部表面之間的一界面處。UV固化黏合劑安置於該第二晶圓中在該第二晶圓之周邊附近之離散位置處且與該第二晶圓及該第三晶圓之部分接觸。
在某些實施方案中，在自一個位置(例如，一遮罩對準器)移除晶圓堆疊之前預固化分佈於該等晶圓之表面上之選定位置處之可UV固化黏合劑材料可減小(舉例而言)當隨後將該堆疊轉移至一第二位置(例如，一烘箱)供熱固化時該等晶圓之間的不對準將發生之可能性。在某些實施方案中，所揭示之用於形成一晶圓堆疊之技術可比使用一接合對準器形成該晶圓堆疊更快速、更準確及更廉價。
本發明亦闡述製作光電模組之晶圓級方法。
其他態樣、特徵及優點將自說明及圖式以及自申請專利範圍顯而易見。
10‧‧‧晶圓堆疊/堆疊
12‧‧‧模組
14‧‧‧開口
15‧‧‧透鏡元件
16‧‧‧透明元件
17‧‧‧焊料球
19‧‧‧印刷電路板
102‧‧‧可熱固化黏合劑/黏合劑/黏合劑材料/可熱固化黏合劑材料
104‧‧‧可熱固化黏合劑/黏合劑/可熱固化黏合劑材料/熱固化黏合劑
120‧‧‧紫外線透明窗/透明窗/窗/穿孔
122‧‧‧開口
124‧‧‧可紫外線固化黏合劑材料/黏合劑材料/可紫外線固化材料
130‧‧‧紫外線透明窗/窗/對應窗
b‧‧‧阻斷部分
D‧‧‧偵測部件/部件
E‧‧‧發射部件/部件
L‧‧‧被動光學組件/透鏡部件/部件
O‧‧‧構成部分/光學部件
OW‧‧‧第三晶圓/晶圓/光學晶圓/光學器件
P‧‧‧構成部分/基板
PW‧‧‧第一晶圓/基板晶圓/晶圓
S‧‧‧構成部分/分離部件
SW‧‧‧第二晶圓/晶圓/間隔件晶圓
t‧‧‧透明部分
UV‧‧‧紫外線
x‧‧‧方向
z‧‧‧方向
圖1係用於形成一晶圓堆疊供用於製造多個模組之若干晶圓之一剖視圖。
圖2係用於製造多個模組之一晶圓堆疊之一剖視圖。
圖3係一光電模組之一剖視圖。
圖4係製作一晶圓堆疊之一方法之一流程圖。
圖5圖解說明在接觸界面處具有一熱固化黏合劑之彼此上下之一對晶圓。
圖6圖解說明在接觸界面處具有熱固化黏合劑之彼此上下之三個晶圓。
圖7圖解說明指示UV透明窗之位置之一晶圓之一俯視圖。
圖8、圖9、圖10及圖11係圖解說明使用一第一局部UV固化技術形成一晶圓堆疊之步驟之剖視圖。
圖12、圖13及圖14係圖解說明使用一第二局部UV固化技術形成一晶圓堆疊之步驟之剖視圖。
圖15、圖16、圖17及圖18係圖解說明使用一局部UV固化技術形成另一晶圓堆疊之步驟之剖視圖。
圖1展示用於形成如圖2中所展示之一晶圓堆疊10之若干晶圓之一示意性剖視圖。隨後可將所堆疊晶圓劃分成個別微光學結構。舉例而言，如圖2中之垂直虛線所指示，在形成晶圓堆疊10之後，可將堆疊切割為多個模組12，在圖3中圖解說明該等模組之一實例。在以下段落中，闡述所圖解說明之模組12之進一步細節。然而，如本發明中所闡述之用於形成一晶圓堆疊之技術亦可用以形成用於其他類型之模組之晶圓堆疊。
如圖3之實例中所圖解說明，模組12包含至少一個主動光學組件 及至少一個被動光學組件。一主動光學組件之實例包含一感光組件或一發光組件，諸如一光電二極體、一影像感測器、一LED、一OLED或一雷射晶片。一被動光學組件之實例包含藉由折射及/或繞射及/或反射來重定向光之一光學組件，諸如一透鏡、一稜鏡、一反射鏡或一光學系統(例如，可包含諸如孔徑光闌、影像螢幕或夾持件之機械元件之被動光學組件之一集合)。
模組12包含沿垂直方向(亦即，圖1中之z方向)彼此上下堆疊之數個構成部分(P、S、O)。沿垂直於垂直(z)方向之x-y平面之方向(參看圖2)可稱為橫向方向。模組12包含彼此上下堆疊之一基板P、一分離部件S及一光學部件O。某些實施方案亦可包含在光學部件上方之一擋板部件。舉例而言，基板P係一印刷電路板總成。印刷電路板(PCB)總成之PCB可稱為一中介板(interposer)。PCB上安裝有用於發射光之一發射部件E(例如，包含(舉例而言)用於發射紅外線光或近紅外線光之一發光二極體之一光學傳輸器晶粒)及用於偵測處於由發射部件E發射之頻率/波長(或頻率/波長之範圍)下之光之一偵測部件D(例如，包含(舉例而言)用於偵測紅外線光或近紅外線光之一光電二極體之一光學接收器晶粒)。一般而言，光指代電磁輻射且可包含(舉例而言)在電磁光譜之紅外線、可見或紫外線(UV)部分中之電磁輻射。
發射部件E及偵測部件D之電觸點電連接至附著有焊料球17處之模組12外側。某些實施方案包含四個電觸點：兩個用於發射部件E且兩個用於偵測部件D。代替提供焊料球17，某些實施方案可在PCB上包含接觸墊，該等接觸墊可在一稍後時間提供有焊料球。因此，模組12可(例如)使用表面安裝技術(SMT)安裝於(舉例而言)一印刷電路板19上靠近其他電子組件。印刷電路板19可係諸如一手持式通信或其他計算裝置(例如，一智慧電話或其他行動電話)之一電子裝置之一構成部分。
分離部件S具有兩個開口14，其中發射部件E配置於該等開口中之一者中且偵測部件D配置於另一者中。以此方式，發射部件E及偵測部件D由分離部件S橫向環繞。儘管開口展示為實質上圓形，但在某些實施方案中其可具有其他形狀。
分離部件S可完成數個任務。分離部件S可確保基板P與光學部件O(穿過其垂直延伸部)之間的一良好定義之距離，此幫助達成自發射部件E穿過光學部件O及自模組12外側穿過光學部件O至偵測部件D上之良好定義之光路徑。分離部件S亦可藉由對通常可由偵測部件D偵測之光實質上不透明且藉由形成模組12之外側壁之一部分而對偵測部件D提供保護免受不應由偵測部件D偵測之光。分離部件S亦可對偵測部件D提供保護免受不應到達偵測部件D之由發射部件E發射之光，以便藉由對通常可由偵測部件D偵測之光實質上不透明且藉由形成發射部件E與偵測部件D之間的一壁而減小發射部件E與偵測部件D之間的光學串擾。以此方式可防止模組12內側所反射之光及源自發射部件E之雜散光到達偵測部件D。在某些實施方案中，分離部件S由一聚合物材料(舉例而言，一可硬化(例如，可固化)聚合物材料(諸如一環氧樹脂))製成。分離部件可由(舉例而言)含有碳黑或其他色素之一環氧樹脂製成。
為了達成最大敏感度及偵測範圍，發射部件(例如，LED)E與偵測部件(例如，光電二極體)D之間的一近距離可係重要的。然而，為了避免因內部串擾所致之錯誤感測器回應及一減小之動態範圍，接近於接收器定位之發射器需要藉由一分離壁或蓋之一IR有效光學絕緣。在所圖解說明之實例中，分離部件S具有使發射部件E與偵測部件D彼此分離之一垂直壁分隔部分，此可幫助減小內部光學串擾。
模組12中之主動電子組件(諸如圖1之實例中之發射部件E及偵測部件D)可係經封裝或未經封裝電子組件。為接觸基板P，可使用諸如 線接合或覆晶技術之技術或任何其他已知表面安裝技術，如習用之穿孔技術可達成。
光學部件O包含一阻斷部分b及兩個透明部分t，一個透明部分t用於允許由發射部件E發射之光離開模組12，且另一透明部分t用於允許光自模組12外側進入模組12且到達偵測部件D。阻斷部分b對通常可由偵測部件D偵測之光實質上不透明，(例如)由一適合(聚合物)材料製成。透明部分t各自包括一被動光學組件L或(更特定而言且作為一實例)一透鏡部件L以用於光引導。如圖3中所展示，透鏡部件L可包括(例如)緊密接觸至一透明元件16之兩個透鏡元件15。透明元件16可具有與其中該光學部件O形成阻斷部分b之光學部件O相同之垂直尺寸，以使得其中該光學部件O形成阻斷部分b之光學部件O與透明元件16一起描述一(接近於完美)實心板形狀。透鏡元件15(見圖1)藉由折射及/或藉由繞射來重定向光。舉例而言，透鏡元件可全部為大體凸面形狀(如圖1中所展示)，但透鏡元件15中之一或多者可係不同形狀(例如，大體凹面或部分地凹面)。
在某些實施方案中，模組12可用作一近接感測器。近接感測器模組可併入至(舉例而言)一行動電話中以偵測行動電話靠近使用者之耳朵或面部以使得當並未使用電話之顯示器時可自動地調暗或去啟動該顯示器，藉此延長電話之電池之壽命。
返回至圖1及圖2，堆疊10包含第一晶圓PW、第二晶圓SW及第三晶圓OW。在所圖解說明之實例中，第一晶圓PW係一基板晶圓，第二晶圓SW係一間隔件晶圓，且第三晶圓OW係一光學晶圓。在其他實施方案中，晶圓堆疊10可包含少至兩個晶圓或可包含三個以上晶圓。而且，晶圓可係為與所圖解說明之實例中之彼等類型不同之類型。
一般而言，一晶圓指代一實質上碟狀或盤狀形狀物品，其沿一個方向(z方向或垂直方向)之延伸相對於其沿另外兩個方向(x及y方向 或橫向方向)之延伸較小。複數個類似結構或物品可配置於一(非空白)晶圓上或提供於其中(舉例而言)在一矩形網格上。一晶圓可具有若干開口或孔，且在某些情形中一晶圓可在其側面積之一主要部分中無材料。取決於實施方案，一晶圓可由(舉例而言)一半導體材料、一聚合物材料、一複合材料(包括金屬及聚合物材料或聚合物及玻璃材料)製成。晶圓可包括諸如一可熱固化聚合物或可紫外線(UV)固化聚合物之可硬化材料。在某些實施方案中，一晶圓之直徑在5cm與40cm之間且可(舉例而言)在10cm與31cm之間。晶圓可係具有(舉例而言)2英吋、4英吋、6英吋、8英吋或12英吋(1英吋約為2.54cm)之一直徑之圓柱形。晶圓厚度可(舉例而言)在0.2mm與10mm之間，且在某些情形中在0.4mm與6mm之間。
儘管圖1及圖2之晶圓堆疊10展示三個模組12之佈建，但在某些實施方案中，在一個晶圓堆疊中可存在沿每一橫向方向之至少十個模組且在某些情形中沿每一橫向方向之至少三十個或甚至五十個或更多個模組之佈建。該等晶圓中之每一者之尺寸之實例係：橫向地至少5cm或10cm，且最多30cm或40cm或甚至50cm；且垂直地(在無組件配置於基板晶圓PW上之情況下所量測)至少0.2mm或0.4mm或甚至1mm，且最多6mm或10mm或甚至20mm。
在圖1及圖2之所圖解說明之實例中，每一晶圓PW、SW、OW包括跨越其表面之多個實質上一致的部件。舉例而言，光學晶圓OW可包含透鏡元件15及透鏡部件L，其可以距彼此之一小距離配置於(舉例而言)一矩形晶格上以促進一後續分離步驟。此外，可(舉例而言)使用一複製程序形成此等部件。
基板晶圓PW可係(舉例而言)包括標準PCB材料之一PCB之一PCB總成，其提供有在一側上之焊料球17及焊接至另一側之主動光學組件(例如，上文所闡述之部件E及D)。該主動光學組件可(舉例而言)藉由 使用標準取放機器之取放而放置於基板晶圓PW上。
間隔件晶圓SW可幫助維持基板晶圓PW及光學晶圓OW距彼此實質上一恆定距離。因此，將間隔件晶圓SW併入至晶圓堆疊中可達成較高之成像效能及複雜度。
為了提供最大保護以免偵測到不期望之光，除經特定設計以便係透明之區域(例如，透明部分t及透明區)以外，晶圓PW、SW、OW中之每一者較佳地由對可由偵測部件D偵測之光實質上不透明之一材料構成。然而，本發明中所闡述之技術亦可與透明晶圓一起使用。
為了形成晶圓堆疊10，將晶圓PW、SW及OW對準且接合在一起。每一主動光學組件(諸如基板晶圓PW上之偵測部件D及發射部件E)應與一對應被動光學組件(諸如光學晶圓OW之透鏡部件L)準確地對準。在某些實施方案中，一孔可形成於基板晶圓PW中，其中該孔延伸穿過基板晶圓PW之一厚度以在回流程序期間提供排氣以便釋放壓力積累。該孔可透過鑽孔或一蝕刻程序形成於基板晶圓PW中。以下段落闡述可用以形成晶圓堆疊10之一對準及接合程序之進一步細節。
最初，將用以形成晶圓堆疊10之晶圓中之兩個晶圓彼此上下放置以形成一子堆疊(圖4，方塊202)。舉例而言，在一項實施方案中，將間隔件晶圓SW放置於基板晶圓PW上，以使得基板晶圓PW上之主動光學組件(例如，部件E及D)位於間隔件晶圓SW中之開口14內。如圖5中所圖解說明，在間隔件晶圓SW與基板晶圓PW之間的界面處之接觸表面中之一者或兩者上存在一可熱固化黏合劑102。
在所圖解說明之實例中，可熱固化黏合劑102提供為實質上覆蓋間隔件晶圓SW之下部側之一薄層。然而，在某些實施方案中，黏合劑102可提供為黏合至間隔件晶圓SW之下部表面及/或基板晶圓PW之上部表面之液滴。
可(舉例而言)藉由一噴射印刷或噴射噴塗程序施加黏合劑材料 102，其中藉由在該表面上方掃描且在將施加黏合劑之位置處噴出液滴之一噴頭來施加液滴。液滴之集合並不需要覆蓋間隔件晶圓SW或基板晶圓PW之一整個表面部分，而是可包括當使得間隔件晶圓SW及基板晶圓PW在一起時由於毛細力而流動至彼此中之離散液滴。在某些實施方案中，可藉由一類絲網印刷程序、藉由一微影程序、藉由另一印刷程序或藉由其他構件(例如，藉由一刮板)施加黏合劑材料102。
為了形成堆疊10，將一第三晶圓(例如，光學晶圓OW)與子堆疊對準(方塊204)且放置於子堆疊上(方塊206)，以使得該第三晶圓之下部表面在間隔件晶圓SW之上部表面上。此處同樣，將一可熱固化黏合劑104安置於在間隔件晶圓SW與光學晶圓OW之間的界面處之接觸表面中之一者或兩者上(見圖6)。
在某些實施方案中，對準第三晶圓(例如，光學晶圓OW)與子堆疊涉及對準光學晶圓OW與基板晶圓PW且可(舉例而言)使用一遮罩對準器來執行。在某些實施方案中，遮罩對準器具有可用以對準晶圓上之對準標記之多個(例如，四個)經校準顯微鏡。舉例而言，基板晶圓PW及光學器件OW各自可具有多個(例如，兩個)對準標記。
在某些實施方案中，將第一晶圓與第二晶圓(例如，基板晶圓PW及間隔件晶圓SW)彼此上下放置於遮罩對準器外側以形成子堆疊，然後將該子堆疊裝載至其中固持其之遮罩對準器中(舉例而言，在一第一夾具上)。然後將第三晶圓(例如，光學晶圓OW)裝載至遮罩對準器中，其中藉由一第二夾具來固持該第三晶圓。在此等實施方案中，在遮罩對準器中執行圖4之方塊204及206。在某些情形中，遮罩對準器可以約為1微米至2微米之準確性提供晶圓上之對準標記之間的對準。在某些實施方案中，將第一及第二晶圓(例如，基板晶圓PW及間隔件晶圓SW)彼此上下放置(圖4之方塊202)亦發生於遮罩對準器中。
可在將晶圓裝載至遮罩對準器中之前在晶圓之表面上提供可熱固化黏合劑102、104。在第二晶圓與第三晶圓之間的界面處之可熱固化黏合劑104可與在第一晶圓與第二晶圓之間的界面處之可熱固化黏合劑102相同或不同。同樣地，可使用與用以施加可熱固化黏合劑102之技術相同之技術或一不同技術將可熱固化黏合劑104施加至該(等)晶圓表面。黏合劑102、104應經選擇以提供至該等黏合劑施加於其上之晶圓表面之良好黏合，且較佳地應對可由偵測部件D偵測之光實質上不透明。
使用可熱固化黏合劑而非可UV固化黏合劑來將晶圓PW、SW、OW接合在一起之一個原因係：如上文所闡述，該等晶圓較佳地主要由對可由偵測部件D偵測之輻射(其在某些應用中包含UV光)實質上不透明之材料構成。因此，在諸多情形中，當黏合劑102、104如圖5及圖6中所展示定位於晶圓之表面上時，不能容易地使用UV固化技術來接合堆疊10中之晶圓。另一方面，如下文所闡述，為了熱固化黏合劑102、104，需要以一高溫加熱晶圓堆疊10。實現此熱固化之一種方式係將晶圓堆疊10自遮罩對準器轉移至一烘箱(方塊212)且在烘箱中執行該熱固化(方塊214)。然而，在不存在進一步預防措施之情況下，在固化黏合劑102、104之前轉移堆疊10可致使晶圓相對於彼此變得不對準。舉例而言，光學晶圓OW可相對於間隔件晶圓SW及/或基板晶圓PW變得不對準。
為了減小當將堆疊10轉移至(舉例而言)一烘箱以固化黏合劑102、104時晶圓變得不對準之可能性，最初可使用一局部(例如，點)UV固化技術在晶圓之周邊處或附近將光學晶圓OW及間隔件晶圓SW接合至彼此(方塊210)。舉例而言，可當晶圓堆疊10在遮罩對準器中時、在被轉移至烘箱供熱固化之前(亦即，在圖4之方塊212及214之前)執行局部UV固化。如下文更詳細地闡釋，可使用各種方法來實現 局部UV固化。
為了促進光學晶圓OW與間隔件晶圓SW之局部接合，光學晶圓OW包含在其周邊附近之UV透明窗120。在一特定實施方案中(見圖7)，光學晶圓OW具有在晶圓之周邊附近實質上相等地彼此間隔開之八個透明窗120，其中每一窗120具有2mm與4mm之間(例如，約3mm)的一直徑。其他實施方案可使用不同數目個窗，該等窗中之每一者可具有不同於前述所圖解說明之實施方案之一形狀或大小。在某些實施方案中，窗120係自光學晶圓OW之前表面延伸至後表面之穿孔。在其他實施方案中，窗120部分地或完全地填充有一UV透明材料。
間隔件晶圓SW包含對應於光學晶圓OW中之窗120之位置之開口122(見圖8)。間隔件晶圓SW中之開口122可形成為(舉例而言)自間隔件晶圓之前表面延伸至後表面之穿孔。間隔件晶圓SW中之開口122較佳地具有與光學晶圓OW中之窗120之直徑實質上相同之直徑。
根據一第一實施方案，假定光學晶圓OW包含部分地或完全地填充有一UV透明材料之窗120。在使光學晶圓OW與間隔件晶圓SW接觸之前，使間隔件晶圓SW中之開口122實質上填充有一可UV固化黏合劑材料124，諸如一可UV固化膠、環氧樹脂或其他黏合劑(見圖9)。接下來，光學晶圓OW與基板晶圓PW對準(圖4，方塊204)，且如圖10中所展示將光學晶圓OW放置於間隔件晶圓SW上(圖4，方塊206)。接下來，如圖11中所展示，引導UV輻射(例如，UV照明)穿過光學晶圓OW之窗120以便固化黏合劑材料124且將晶圓局部地接合至彼此(圖4，方塊210)。舉例而言，可在一遮罩對準器中執行包含提供可UV固化黏合劑材料124之前述操作。為了促進將可UV固化黏合劑材料124施配至間隔件晶圓SW中之開口122中，將光學晶圓OW固持於遮罩對準器中之一真空夾具可包含位於對應於開口122之位置之位置處之孔。在局部UV固化之後，將晶圓堆疊10自遮罩對準器轉移至烘箱(方塊212) 且加熱該堆疊以便同時地固化可熱固化黏合劑材料102、104。在自烘箱移除之後，可將晶圓堆疊10分離(例如，切割)成單獨模組12。
根據一第二實施方案，假定光學晶圓OW中之窗130係自光學晶圓之前表面延伸至後表面之穿孔。在此實施方案中，如圖12中所展示，將光學晶圓OW與子堆疊對準且放置於間隔件晶圓SW上(圖4，方塊204、206)。然後，使間隔件晶圓SW中之開口122及穿孔120實質上填充有一可UV固化黏合劑材料124，諸如一可UV固化膠、環氧樹脂或其他黏合劑(見圖13)。接下來，如圖14中所展示，將UV輻射引導至光學晶圓OW之穿孔120中及間隔件晶圓SW中之開口122中之黏合劑材料124，以便固化黏合劑材料124且將晶圓局部地接合至彼此(圖4，方塊210)。舉例而言，可在一遮罩對準器中執行包含可UV固化材料124之施配之前述操作。在局部UV固化之後，將晶圓堆疊10自遮罩對準器轉移至烘箱(方塊212)且加熱該堆疊以便固化可熱固化黏合劑材料102、104。在自烘箱移除之後，可將晶圓堆疊10分離(例如，切割)成單獨模組12。
可使用局部(例如，點)UV固化接合技術來將額外晶圓接合至兩個或兩個以上晶圓之一先前形成之子堆疊。舉例而言，在將一第三晶圓(例如，光學晶圓OW)添加至間隔件晶圓SW與基板晶圓PW之子堆疊之後，可將一第四晶圓(例如，一擋板晶圓)添加至包括光學晶圓OW、間隔件晶圓SW及基板晶圓PW之子堆疊之頂部上。若需要，則可重複該程序以添加額外晶圓。此外，可在將堆疊轉移至烘箱供熱固化程序之前在遮罩對準器中實現對準及堆疊額外晶圓以及施配可UV固化黏合劑材料及執行UV固化程序。在自遮罩對準器移除晶圓堆疊之前預固化分佈於該等晶圓之表面上之選定位置處之黏合劑材料124減小(舉例而言)當隨後將堆疊轉移至烘箱供熱固化時晶圓之間的不對準將發生之可能性。在某些實施方案中，所揭示之用於形成一晶圓堆 疊之技術可比使用一接合對準器形成晶圓堆疊更快速、更準確及更廉價。
在形成一晶圓堆疊之前述實例中，形成由一基板晶圓PW及一間隔件晶圓SW構成之一子堆疊，且將光學晶圓OW放置於該子堆疊上。在其他實施方案中，形成由一光學晶圓OW及間隔件晶圓SW構成之一子堆疊，且隨後將一基板晶圓PW放置於該子堆疊上。在兩種情形中，子堆疊與另一晶圓之間的對準以及局部UV固化步驟可在將晶圓堆疊移動至一烘箱供熱固化程序之前發生於一遮罩對準器中。然而，在後一情形中，UV透明窗(例如，在某些情形中可部分地或完全地填充有一UV透明材料之穿孔)提供於基板晶圓PW中而非光學晶圓OW中。
圖15至圖18圖解說明形成一晶圓堆疊之步驟之一實例，其中將一基板晶圓PW放置於由一光學晶圓OW及間隔件晶圓SW構成之一子堆疊上。如圖15中所展示，將間隔件晶圓SW放置於光學晶圓OW上以形成一子堆疊。在接觸界面處存在熱固化黏合劑104。如先前實例中所闡述，間隔件晶圓SW包含在其周邊附近之開口(例如，穿孔)122。接下來，使間隔件晶圓SW中之開口122實質上填充有一可UV固化黏合劑材料124，諸如一可UV固化膠、環氧樹脂或其他黏合劑(圖16)。如圖17中所展示，然後將基板晶圓PW與光學晶圓OW對準且將基板晶圓PW放置於間隔件晶圓SW上。在此實例中，基板晶圓PW包含部分地或完全地填充有一UV透明材料之UV透明窗130。接下來，如圖18中所展示，引導UV輻射(例如，UV照明)穿過基板晶圓PW之窗130以便固化黏合劑材料124且將晶圓局部地接合至彼此。在該局部UV固化之後，可將晶圓堆疊10轉移至一烘箱以便固化可熱固化黏合劑材料102、104。在自烘箱移除之後，可將晶圓堆疊10分離(例如，切割)成單獨模組12。
在某些實施方案中，基板晶圓PW之周邊附近之UV透明窗130係自基板晶圓PW之一個表面延伸至其相對表面之穿孔。在彼情形中，在將基板晶圓PW與子堆疊對準且放置於其上之後，可使間隔件晶圓SW之周邊處之開口122及基板晶圓PW之周邊附近之對應窗130實質上填充有可UV固化材料124。如在先前實例中，然後朝向基板晶圓PW之表面引導UV輻射(例如，UV照明)以便固化黏合劑材料124且將晶圓局部地接合至彼此。在該局部UV固化之後，可將晶圓堆疊10轉移至一烘箱以便固化可熱固化黏合劑材料102、104。在自烘箱移除之後，可將晶圓堆疊10分離(例如，切割)成單獨模組12。
在晶圓級上實施對準步驟中之諸多步驟之事實使得可能以一相對簡單及快速之方式達成良好對準(特定而言，部件D及E相對於部件L之對準)。總製造程序可因此係極快速且精確的。由於晶圓級製造，因此僅需要小數目之生產步驟用於製造多個模組12。
本文已闡述若干個實施方案。然而，將理解，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下做出各種修改。因此，其他實施方案在申請專利範圍之範疇內。

Claims (34)

  1. 一種形成一晶圓堆疊之方法，該方法包括：提供包括一第一晶圓及一第二晶圓之一子堆疊，該等晶圓中之每一者具有一各別上部表面及下部表面，該子堆疊包含在該第一晶圓之該上部表面與該第二晶圓之該下部表面之間的一界面處之一第一可熱固化黏合劑；將一第三晶圓放置於該第二晶圓之該上部表面上，該第三晶圓具有一上部表面及一下部表面，其中在該第二晶圓之該上部表面與該第三晶圓之該下部表面之間的一界面處存在一第二可熱固化黏合劑；沿該第三晶圓之該上部表面之一方向提供紫外線(UV)輻射，以固化在該第二晶圓中之開口中且與該第三晶圓之部分接觸之一可UV固化黏合劑以便在離散位置處將該第三晶圓接合至該子堆疊；及隨後加熱該第三晶圓及該子堆疊以固化該第一可熱固化黏合劑及該第二可熱固化黏合劑。
  2. 如請求項1之方法，其中該第二晶圓中之該等開口位於該第二晶圓之周邊附近。
  3. 如請求項2之方法，其中該第二晶圓中之該等開口中之每一者係自該第二晶圓之該上部表面延伸至其下部表面之一穿孔，其中該可UV固化黏合劑實質上填充該等開口。
  4. 如請求項1之方法，其中該UV輻射藉由通過該第三晶圓中之UV透明窗而到達該可UV固化黏合劑。
  5. 如請求項4之方法，其進一步包含：在將該第三晶圓放置於該第二晶圓之該上部表面上之前，將該可UV固化黏合劑施配至該第二晶圓之該等開口中；隨後將該第三晶圓移動至該第二晶圓之該上部表面上，其中該第三晶圓中之該等UV透明窗在含有該可UV固化黏合劑的該第二晶圓中之該等開口上方實質上對準；及在將該第三晶圓移動至該第二晶圓之該上部表面上之後透過該第三晶圓中之該等UV透明窗提供該UV輻射。
  6. 如請求項1之方法，其中該第三晶圓包含自該第三晶圓之該上部表面延伸至其下部表面之穿孔，該方法進一步包含：在將該第三晶圓移動至該第二晶圓之該上部表面上之後，透過該第三晶圓中之該等穿孔將該可UV固化黏合劑施配至該第二晶圓中之該等開口中；及隨後透過該第三晶圓中之該等穿孔提供該UV輻射。
  7. 如請求項1之方法，其中在一遮罩對準器中執行將該第三晶圓移動至該第二晶圓之該上部表面上且提供該UV輻射以固化該可UV固化黏合劑。
  8. 如請求項7之方法，其進一步包含：在提供該UV輻射以固化該可UV固化黏合劑且加熱附著至該子堆疊之該第三晶圓以在除該遮罩對準器中以外之一位置中固化該第一可熱固化黏合劑及該第二可熱固化黏合劑之後，自該遮罩對準器移除附著至該子堆疊之該第三晶圓。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包含將該晶圓堆疊分離成個別模組，該等模組中之每一者包含該第一晶圓、該第二晶圓及該第三晶圓之一部分。
  10. 如請求項1之方法，其中該等晶圓由對UV輻射實質上不透明之材料製成。
  11. 如請求項1之方法，其中該第一晶圓包含安裝於其上部表面上之發光元件及光偵測元件之一陣列，且其中該第三晶圓包含一光學特徵陣列。
  12. 如請求項1之方法，其中該第一晶圓包含一光學特徵陣列，且其中該第三晶圓包含安裝於其上部表面上之發光元件及光偵測元件之一陣列。
  13. 一種製作光電模組之晶圓級方法，該方法包括：提供包括一基板晶圓及一間隔件晶圓之一子堆疊，該等晶圓中之每一者具有一各別上部表面及下部表面，其中該基板晶圓具有安裝於其上部表面上之發光元件及光偵測元件之一陣列，該等發光元件及光偵測元件中之每一者裝配於該間隔件晶圓中之一各別開口內，且該子堆疊包含在該基板晶圓之該上部表面與該間隔件晶圓之該下部表面之間的一界面處之一第一可熱固化黏合劑；在一遮罩對準器中對準一光學晶圓與該子堆疊，該光學晶圓具有一上部表面及一下部表面，且進一步包含一光學特徵陣列；將該光學晶圓放置於該子堆疊上以使得該光學晶圓之該下部表面在該間隔件晶圓之該上部表面上，其中在該間隔件晶圓之該上部表面與該光學晶圓之該下部表面之間的一界面處存在一第二可熱固化黏合劑；沿該光學晶圓之該上部表面之一方向提供紫外線(UV)輻射，以固化在該間隔件晶圓中之開口中且與該光學晶圓之部分接觸之一可UV固化黏合劑以便在離散位置處將該光學晶圓接合至該子堆疊；隨後將附著至該子堆疊之該光學晶圓移動至另一位置；及隨後加熱附著至該子堆疊之該光學晶圓以固化該第一可熱固化黏合劑及該第二可熱固化黏合劑。
  14. 如請求項13之方法，其中該間隔件晶圓中之該等開口位於其周邊附近。
  15. 如請求項14之方法，其中該間隔件晶圓中之該等開口中之每一者係自其上部表面延伸至其下部表面之一穿孔，其中該可UV固化黏合劑實質上填充該等開口。
  16. 如請求項14之方法，其中該UV輻射藉由通過該光學晶圓中之UV透明窗而到達該可UV固化黏合劑，其中該等窗與該間隔件晶圓中之該等開口實質上對準。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含：在將該光學晶圓放置於該子堆疊上之前，將該可UV固化黏合劑施配至該間隔件晶圓之該等開口中；隨後將該光學晶圓放置於該間隔件晶圓之該上部表面上；及在將該光學晶圓放置於該間隔件晶圓之該上部表面上之後透過該光學晶圓中之該等UV透明窗提供該UV輻射。
  18. 如請求項14之方法，其中該光學晶圓包含自該光學晶圓之該上部表面延伸至其下部表面之穿孔，該方法進一步包含：在將該光學晶圓放置於該間隔件晶圓之該上部表面上之後，透過該光學晶圓中之該等穿孔將該可UV固化黏合劑施配至該間隔件晶圓中之該等開口中；及隨後透過該光學晶圓中之該等穿孔提供該UV輻射。
  19. 如請求項14之方法，其中在該遮罩對準器中執行將該光學晶圓放置於該間隔件晶圓之該上部表面上且提供該UV輻射以固化該可UV固化黏合劑。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包含在提供該UV輻射以固化該可UV固化黏合劑且將附著至該子堆疊之該光學晶圓放置於具有一升高之溫度之一環境中以在除該遮罩對準器中以外之一位置中固化該第一可熱固化黏合劑及該第二可熱固化黏合劑之後，自該遮罩對準器移除附著至該子堆疊之該光學晶圓。
  21. 如請求項14之方法，其進一步包含將該晶圓堆疊分離成個別模組，該等模組中之每一者包含該基板晶圓、該間隔件晶圓及該光學晶圓之一部分且該等模組中之每一者包含該等發光元件中之至少一者及該等光偵測元件中之至少一者。
  22. 一種製作光電模組之晶圓級方法，該方法包括：提供包括一光學晶圓及一間隔件晶圓之一子堆疊，該等晶圓中之每一者具有一各別第一表面及第二表面，該光學晶圓包含一光學特徵陣列，該子堆疊包含在該光學晶圓之該第一表面與該間隔件晶圓之該第二表面之間的一界面處之一第一可熱固化黏合劑；在一遮罩對準器中對準一基板晶圓與該子堆疊，該基板晶圓具有一第一表面及一第二表面，其中該基板晶圓具有安裝於其第二表面上之發光元件及光偵測元件之一陣列；將該基板晶圓放置於該子堆疊上以使得該基板晶圓之該第二表面在該間隔件晶圓之該第一表面上，其中在該間隔件晶圓之該第一表面與該基板晶圓之該第二表面之間的一界面處存在一第二可熱固化黏合劑；沿該基板晶圓之該第一表面之一方向提供紫外線(UV)輻射以固化在該間隔件晶圓中之開口中且與該基板晶圓之部分接觸之一可UV固化黏合劑以便在離散位置處將該基板晶圓接合至該子堆疊；隨後將附著至該子堆疊之該基板晶圓移動至另一位置；及隨後加熱附著至該子堆疊之該基板晶圓以固化該第一可熱固化黏合劑及該第二可熱固化黏合劑。
  23. 如請求項22之方法，其中該間隔件晶圓中之該等開口位於其周邊附近。
  24. 如請求項23之方法，其中該間隔件晶圓中之該等開口中之每一者係自該間隔件晶圓之該第一表面延伸至其第二表面之一穿孔，其中該可UV固化黏合劑實質上填充該等開口。
  25. 如請求項23之方法，其中該UV輻射藉由通過該基板晶圓中之UV透明窗而到達該可UV固化黏合劑，其中該等窗與該間隔件晶圓中之該等開口實質上對準。
  26. 如請求項25之方法，其進一步包含：在將該基板晶圓放置於該子堆疊上之前，將該可UV固化黏合劑施配至該間隔件晶圓之該等開口中；隨後將該基板晶圓放置於該間隔件晶圓之該第一表面上；及在將該基板晶圓放置於該間隔件晶圓之該第一表面上之後透過該基板晶圓中之該等UV透明窗提供該UV輻射。
  27. 如請求項23之方法，其中該基板晶圓包含自其上部表面延伸至其下部表面之穿孔，該方法進一步包含：在將該基板晶圓放置於該間隔件晶圓之該第一表面上之後，透過該基板晶圓中之該等穿孔將該可UV固化黏合劑施配至該間隔件晶圓中之該等開口中；及隨後透過該基板晶圓中之該等穿孔提供該UV輻射。
  28. 如請求項23之方法，其中在該遮罩對準器中執行將該基板晶圓放置於該間隔件晶圓之該第一表面上且提供該UV輻射以固化該可UV固化黏合劑。
  29. 如請求項28之方法，其進一步包含在提供該UV輻射以固化該可UV固化黏合劑且將附著至該子堆疊之該基板晶圓放置於具有一升高之溫度之一環境中以在除該遮罩對準器中以外之一位置中固化該第一可熱固化黏合劑及該第二可熱固化黏合劑之後，自該遮罩對準器移除附著至該子堆疊之該基板晶圓。
  30. 如請求項23之方法，其進一步包含將該晶圓堆疊分離成個別模組，該等模組中之每一者包含該基板晶圓、該間隔件晶圓及該光學晶圓之一部分且該等模組中之每一者包含該等發光元件中之至少一者及該等光偵測元件中之至少一者。
  31. 一種晶圓堆疊，其包括：一第一晶圓，其具有一上部表面及一下部表面；一第二晶圓，其具有一上部表面及一下部表面；一第一熱固化黏合劑，其在該第一晶圓之該上部表面與該第二晶圓之該下部表面之間的一界面處；一第三晶圓，其具有該等UV透明窗且具有一上部表面及一下部表面，該等UV透明窗延伸穿過該第三晶圓的一厚度；一第二熱固化黏合劑，其在該第二晶圓之該上部表面與該第三晶圓之該下部表面之間的一界面處；UV固化黏合劑，其安置於該第二晶圓的數個開口中且與該第三晶圓之該等UV透明窗接觸，該UV固化黏合劑將該第二晶圓及該第三晶圓彼此結合以使得該等UV透明窗的每一個直接安置在包含該UV固化黏合劑之該第二晶圓的一各別位置上，其中該UV固化黏合劑安置於該第二晶圓之該周邊附近之離散位置處。
  32. 如請求項31之晶圓堆疊，其中該第二晶圓之該周邊附近之該等離散位置中之每一者與該等離散位置中之毗鄰者大致相等地間隔開。
  33. 如請求項31之晶圓堆疊，其中該第一晶圓，該第二晶圓，及該第三晶圓的至少部分是由對UV輻射實質上不透明之材料製成。
  34. 如請求項31之晶圓堆疊，尚包含安裝在該第一晶圓之數個光電裝置。
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