JP2012004522A - 逆に装着されたデバイスウェーハーをキャリヤー基板から分離する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】暫定的、恒久的、または半恒久的に接合された基板を分離する新しい方法および装置、ならびにこれらの方法および装置から形成された物品を提供する。本方法はその外側周縁でのみ強く接合されているキャリヤーウェーハーまたは基板からデバイスウェーハーを取外すことから構成される。エッジボンドは化学的、機械的、音響学的、または熱的に軟化、熔解、または破壊されウェーハーを非常に低い力で、かつ室温またはその付近で製造処理工程中の適切な段階で容易に分離できる。さらに接合された基板の分離を促進するためのクランプも提供する。
【選択図】図5a
Description
(1)化学的・・接合したウェーハースタックを溶媒または化学薬品中に浸漬、またはスプレーし高分子接着剤を溶解または分解する。
(2)光分解・・接合したウェーハースタックに透明のキャリヤーを透して光源を照射しキャリヤーに隣接した接着剤境界層を光分解する。これでキャリヤーをスタックから分離でき、残りの高分子接着剤はデバイスウェーハーがチャックに固定されている間に除去される。
(3)熱機械的・・接合したウェーハースタックを高分子接着剤の軟化点を超えて加熱し、次いでデバイスウェーハーを全ウェーハー保持チャックで支えられている状態でキャリヤーからずらすかまたは引き離す。
(4)熱分解・・接合したウェーハースタックを高分子接着剤の分解温度より高く加熱し、これを気化させてデバイスウェーハーとキャリヤーに対する接着性を失わせる。
[改質された中央面を持つエッジボンドされたウェーハーの外側端から接合材料の除去を伴う手動式剥ぎ取り器を用いた分離]
[接着されたウェーハースタックの手動の剥ぎ取り分離器を用いた分離]
この手順では、ウェーハースタックは本発明による別の方法にしたがって準備され次いで手動の剥ぎ取り分離器を用いて分離される。2枚のウェーハーを一緒に接着する前に、1枚のシリコンウェーハーの中央面はフッ化シラン溶液を用いて化学的に改質しウェーハー面を横切って接着力の格差を作り出す。ウェーハーの中央面を改質するため、ウェーハーの端部を先ずエポキシベースのフォトレジスト(SU−82002、Microchem社、マサチューセッツ州ニュートン)を用いてマスクした。フォトレジスト組成物は200mmシリコンウェーハー(ウェーハー1)の外側端面に分注しウェーハー面の周縁リング形状の部分に塗工しその巾は約2.5mmであった。
[中央接触面が剥離材料で塗膜されたウェーハースタックを分離するために使用された手動式剥ぎ取り分離器]
この手順において、ウェーハースタックは本発明による別の方法により準備されさらにこの場合もやはり手動式剥ぎ取り分離器を用いて分離する。2枚のウェーハーを一緒に接着する前に、一方のウェーハーの中央面に剥離材料を塗膜しウェーハー面の中央層界面を横切って接着力格差を作りだす。先ず、エポキシベースのネガティブフォトレジスト(SU−82010の商品名で販売されている、Microchem社から入手)を200mmガラスウェーハー(ウェーハー1)上の全面にスピンコートし、次に110℃で2分焼いて溶媒の除去をおこなった。次にTeflonTMAF溶液(FC−40内のTeflonTM AF2400、Du Pontから入手)をフォトレジスト層の上にスピンコートして非粘着層を作りだした。次いで、FC−40溶媒をウェーハー面の外側端に分注しウェーハー面の周縁端から1〜3mm巾の部分のTeflonTMAF塗膜を除去し、その後110℃で2分焼いで溶媒を除去した。
[何れの基板にも低接着性の材料を中央面に充填されたウェーハースタックを分離するのに使用された手動式剥ぎ取り分離器]
この手順では、ウェーハースタックは本発明による別の方法にしたがって準備されそれからこの場合もやはり手動の剥ぎ取り分離器を用いて分離される。2枚のウェーハーを一緒に接着する前に、1枚のシリコンウェーハーの中央面に離型剤を塗膜しウェーハー面を横切って接着力の格差を作り出す。実施例3で用いたTeflonTM AF溶液を200mmシリコンウェーハー(ウェーハー1)にスピンコートして厚みが約10μmの塗膜を形成した。次に、FC−40溶媒をウェーハー面の外側端に分注しウェーハー面から約3〜5mm巾部分のTeflonTMAF塗膜を除去した。ウェーハーをそれから110℃で2分焼いた。次に、ウェーハーの端部に約3〜5mm巾でおよそ10μm厚さの層を形成するように端部のみに材料が分注されるようにスピンコートでWaferbondTMHT10.10接合組成物を塗工した。かくして、TeflonTMAF塗膜および接合材料はウェーハー面を横断して均一ではない単層を形成した。ウェーハーはそれからブランクの200mmシリコンウェーハー(ウェーハー2)と向かい合わせに、真空下で加熱した真空および加圧チャンバー内で220℃および10psigで2分接合した。
Claims (50)
- 接合された基板を分離するリングクランプで、前記リングクランプがほぼ円形でかつ中央に開口部を伴う平らなボディーを持ち、前記ボディーが次のものから構成されるリングクランプ:
環状の内側側壁;
環状の外側側壁;
内側側壁および外側側壁の間に延びる上面;
内側側壁から外側に延びるウェーハーはめ込み面で、ボディー内の外側壁面から離れた地点で終わっている前記ウェーハーはめ込み面;および
内側に延びる環状の棟で、前記地点から内側に、およびウェーハーはめ込み面から離れるように傾斜する、内側に延びる環状の棟、
ここに前記ウェーハーはめ込み面および環状の棟が協同して環状のウェーハー受入れ溝を形成する。 - 前記ボディーが2つの自由端を持つ単一形成の分割リングクランプである、請求項1に記載のリングクランプ。
- 前記環状の棟が自由端で終わりかつ自由端およびボディー内のウェーハーはめ込み面が終わる地点の間に延びる傾斜した肩面を持つ、請求項1または2に記載のリングクランプ。
- 前記溝がウェーハーはめ込み面から棟の肩面までを測って約10°から約90°の角度(θ)を持つ、請求項1〜3のいずれかに記載のリングクランプ。
- 環状の棟の自由端が内側側壁で規定される面を越えて内側へ延びることが無く、環状の棟が内側側壁より外側にずれている、請求項3または4に記載のリングクランプ。
- 前記ボディーが複数部品から構成され、各部品が単一形成されている、請求項1〜5のいずれかに記載のリングクランプ。
- 前記ボディーが金属類、セラミックス類、ポリマー類、複合材料、およびこれらの組合せから成る群から選択された素材から形成されている、請求項1〜6のいずれかに記載のリングクランプ。
- 前記ボディーの内側側壁から外側側壁まで測った巾「W」が、約0.1から約50mmである、請求項1〜7のいずれかに記載のリングクランプ。
- 内側側壁の厚み「t」が約0.1から約15mmである、請求項1〜8のいずれかに記載のリングクランプ。
- 外側側壁の厚み「T」が約0.15から約16mmである、請求項1〜9のいずれかに記載のリングクランプ。
- 組合せで:
ほぼ円形の平らなボディーを持ち、前記ボディーが環状のウェーハー受入れ溝を備えたクランプ;および
平らな基板で、前記基板の周縁を規定する最外側端を持ち、前記周縁の少なくとも一部が前記ウェーハー受入れ溝に受け入れられている、平らな基板、
の組合せ。 - 前記クランプがさらに以下のものから構成される、請求項11に記載の組合せ:
中央開口部;
環状の内側側壁;
環状の外側側壁;
内側側壁および外側側壁の間に延びる上面;
内側側壁から外側に延び、ボディー内の外側壁面から離れた地点で終わっているウェーハーはめ込み面;および
前記地点から内側に、かつウェーハーはめ込み面から離れるように傾斜する内側に延びる環状の棟、
ここに前記ウェーハーはめ込み面および環状の棟が協同して前記環状のウェーハー受入れ溝を形成する。 - 前記基板がさらに前面および背面を含み、前記前面が中央域および周縁域から構成される、請求項11または12に記載の組合せ。
- 前記環状の棟が自由端で終わり、前記環状の棟には棟の自由端およびウェーハーはめ込み面がボディー内で終わる地点との間に延びる傾斜した肩面があり、前記基板の背面がボディーのウェーハーはめ込み面にはめ込まれ、かつ基板の最外側端および周縁域が棟の肩および自由端にはめ込まれている、請求項11〜13のいずれかに記載の組合せ。
- 前記基板がシリコン、サファイヤ、水晶、金属、ガラス、およびセラミックスから成る群から選択された素材を含む、請求項11〜14のいずれかに記載の組合せ。
- 暫定接合方法で次のことから構成される、暫定接合方法:
次のものから構成されるスタックの供給:
背面およびデバイス面を持ち、前記基板面には周縁域および中央域がある第1基板;
第2基板で、前記第1基板に接合され、前記第2基板にはキャリヤー面、背側面、および第2基板の周縁を規定する最外側端があり、前記キャリヤー面には周縁域および中央域がある第2基板;および
前記第1および第2基板を前記第2基板の周縁の一部に力を加えることにより前記第2基板をスタックから遠ざかる角度に曲げることによる剥ぎ取り動作を用いて分離し、これにより前記第1基板および第2基板を分離する。 - 前記スタックが前記第1基板および前記第2基板の間にさらに中間層を備える、請求項16に記載の暫定接合方法。
- 前記中間層が前記デバイス面および前記キャリヤー面の前記周縁域に接合され、ここに前記中間層および前記キャリヤー面の前記中央域がその間に低接合界面を含む、請求項17に記載の暫定接合方法。
- 前記低接合界面が前記キャリヤー面の前記中央域の表面改質を含む、請求項18に記載の暫定接合方法。
- 前記低接合界面が前記中間層および前記キャリヤー面の前記中央域の間に第2層を含む、請求項18に記載の暫定接合方法。
- 前記第2層が低接着力層およびポリマー層から成る群から選択される、請求項20に記載の暫定接合方法。
- 前記中間層が前記中央域に隣接して充填材料を、および前記周縁域に隣接してエッジボンドを備える、請求項17〜21のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記中間層が均一な接合層から構成される、請求項17〜21のいずれかに記載の暫定接合方法。
- さらに機械的または化学的に前記周縁域に隣接する前記中間層を壊し、前記分離の前に前記中間層の少なくとも一部を除去することを含む、請求項17〜23のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記キャリヤー面がパターン化した表面改質を含み、前記中間層が前記デバイス面および前記キャリヤー面の非改質部分に接合され、ここに前記中間層および前記キャリヤー面の前記表面改質部分がその間に低接合界面を含む、請求項17〜24のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記デバイス面が集積回路、MEMS;マイクロセンサー;動力半導体;発光ダイオード;フォトニック回路;インタポーザー;埋込受動素子;およびマイクロデバイスでシリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素、および窒化ガリウムの上に製造されたものまたはこれから製造されたもの、から成る群から選択されたデバイスの配列を含む、請求項16〜25のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記デバイス面が:ハンダの盛上がり;金属ポスト;金属ピラー;および構造体でシリコン、ポリシリコン、二酸化シリコン、(オキシ)窒化ケイ素、金属、低k 誘電体、高分子誘電体、窒化金属類および金属シリサイド類から成る群から選択された素材から形成されたもの、から成る群から選択された少なくとも1つの構造体を含む、請求項16〜26のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記第2基板がシリコン、サファイヤ、水晶、金属、ガラス、およびセラミックスから成る群から選択された素材を含む、請求項16〜27のいずれかに記載の暫定接合方法。
- さらに前記スタックを、前記第1および第2基板を分離する前に、背面研削、化学的機械的研磨、エッチング、金属および誘電体蒸着、パターニング、不動態化、アニーリング、およびこれらの組合せから成る群から選択された処理工程に掛けることを含む、請求項16〜28のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記分離がリングクランプを用いて実施され、該リングクランプには前記リングクランプの周縁および中央開口部を規定するほぼ円形の平らなボディーがあり、前記リングクランプが第2基板の周縁の周りに締め付けられ、さらに前記の力が前記リングクランプの周縁の一部のみに加えられこれにより第2基板の周縁の該当部分を前記剥ぎ取り動作によりスタックから遠ざかるように持ち上げる、請求項16〜29のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記ボディーが次のものから構成される、請求項30に記載の暫定接合方法:
環状の内側側壁;
環状の外側側壁;
内側側壁および外側側壁の間に延びる上面;
内側側壁から外側に延びるウェーハーはめ込み面で、ボディー内の外側壁面から離れた地点で終わっている前記ウェーハーはめ込み面;および
内側に延びる環状の棟で、前記地点から内側に、およびウェーハーはめ込み面から離れるように傾斜する、内側に延びる環状の棟、
ここに前記ウェーハーはめ込み面および環状の棟が協同して環状のウェーハー受入れ溝を形成し、前記第2基板の周縁の少なくとも一部が前記溝に受け入れられている。 - 前記ボディーが2つの自由端を持つ分割リングクランプの形状である、請求項30または31に記載の暫定接合方法。
- 前記リングクランプが前記第2基板の周縁の周りに次のようにして締め付けられている、請求項32に記載の暫定接合方法:
前記自由端を互いから離れるように動かし、これにより前記ボディーの中央開口部を拡大する;
前記リングクランプを第2基板の周縁の周りに配置する;および
前記自由端を互いの方向に引き、前記分離の前に第2基板を押さえるようにはめ込む。
ここに前記リングクランプの環状の棟は自由端で終わりかつ棟の自由端およびウェーハーはめ込み面がボディー内で終わる地点との間に延びる傾斜した肩面を持ち、前記第2基板の背側面がボディーのウェーハーはめ込み面にはめ込まれ、および第2基板の最外側端および基板の周縁域が棟の肩および自由端にはめ込まれている。 - 前記リングクランプが前記第2基板の周縁の少なくとも約1°をはめ込む、請求項33に記載の暫定接合方法。
- 前記リングクランプが前記第1基板に接触しない、請求項30〜34のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記スタックの第1基板が前記基板を分離する前にチャックに固定されている、請求項16〜35のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記第1基板が前記チャックに静電気力、真空力、磁力、機械的力、物理的拘束、または前記チャックおよび前記第1基板の間の粘着フィルム層を介して固定されている、請求項36に記載の暫定接合方法。
- 前記チャックが前記分離中に第2基板から遠ざけられる、請求項36または37に記載の暫定接合方法。
- 前記分離が、周縁を持つフレキシブルチャックを用い、前記第2基板を前記フレキシブルチャックに固定し、前記力を前記フレキシブルチャックの周縁の一部のみに加えることにより第2基板の周縁の該当部分を前記剥ぎ取り動作でスタックから遠ざけることにより実施される、請求項16〜38のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 前記分離が、周縁を持つ粘着フィルムを用い、前記第2基板を前記粘着フィルムに固定し、前記力を前記粘着フィルムの周縁の一部のみに加えることにより第2基板の周縁の該当部分を前記剥ぎ取り動作でスタックから遠ざけることにより実施される、請求項16〜38のいずれかに記載の暫定接合方法。
- 暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法で、前記方法が次のものから構成される方法:
前面および背面がある第1基板を供給する;
前記第1基板の前記前面に接合層を形成する;
前面および背面がある第2基板で、前記前面に表面改質域、非改質域、および前記非改質域に隣接して随意的なマスクを持つ前面および背面がある第2基板を供給する;および
前記第2基板の前記前面を前記第1基板上の前記接合層と接触させることにより前記暫定接合構造体を形成し、ここに前記接合層および前記第2基板の前記表面改質域がその間に低接合界面を構成する。 - 前記表面改質域がパターンを構成する、請求項41に記載の暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法。
- 前記パターンがグリッド類、線分類、および形状類から成る群から選択される、請求項42に記載の暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法。
- 前記前面が周縁域および中央域を持ち、前記中央域には前記表面改質域を備え、ここに前記マスクが前記周縁域に隣接している、請求項41〜43のいずれかに記載の暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法。
- 前記表面改質域がパターンで構成されている、請求項44に記載の暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法。
- 前記第2基板の前記供給が次のものを含む、請求項44または45に記載の暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法:
前記周縁域にマスクを形成する;
表面改質組成物を前記中央域内に堆積し前記表面改質中央域を得る;および
随意的に前記マスクを除去することにより前記周縁域を暴露する。 - 前記マスクが存在し、前記接合層が前記マスクと接合されている、請求項41〜46のいずれかに記載の暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法。
- 前記接触が熱および圧力の下で実施され、前記マスクが前記接合層内に再流動し均一な接合層を作り出す、請求項41〜47のいずれかに記載の暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法。
- 前記マスクが存在せず、前記接合層が前記第2基板の前記非改質域と接合されている、請求項41〜48のいずれかに記載の暫定ウェーハー接合構造体を形成する方法。
- 接合された基板を分離するディスク形状のクランプで、前記クランプは無垢の、ほぼ円形の平らなボディーを持ち、前記ボディーは次のものから構成されている:
前記ボディーの外側直径を規定する環状の外側側壁;
前記外側側壁の直径全体に延びる上面;
ボディー内の外側側壁から離れた地点の間に延びるウェーハーはめ込み面;および
内側へ延びる環状の棟で、これは前記地点から内側に、かつウェーハーはめ込み面から遠ざかるように傾斜する環状の棟、
ここに前記ウェーハーはめ込み面および環状の棟は協同して環状のウェーハー受入れ溝を形成する、クランプ。
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