JP2009515349A

JP2009515349A - 付着力を用いて円盤状基板を分離する方法

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Publication number: JP2009515349A
Application number: JP2008539433A
Authority: JP
Inventors: ウルフギャングクーネン，; ニルズヘンドリッククーネン，
Original assignee: ウルフギャングクーネン，; ニルズヘンドリッククーネン，
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2009-04-09
Also published as: DE202006020827U1; US20080286947A1; DE102006021647A1; US8043890B2; WO2007054525A1; EP1951490A1; EP1951490B1; ATE513664T1

Abstract

本発明は、基板（２）を、半導体産業、ＭＳＴ（微細構造技術）産業、太陽光発電産業で使用されるウエハ状（例えばウエハ）に分離するための装置および方法に関し、これにより工程の信頼性が向上し、不良品発生率を抑えることができる。本発明によれば、この目的はウエハ状の基板と装置（１）との間に作用する付着力によって達成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、円盤状基板、詳細にはウエハを分離する装置および方法に関する。

半導体材料の円盤状基板（たとえば、いわゆるウエハ）は、とりわけ多結晶および単結晶シリコンから製造され、半導体、ＭＳＴ（微細構造技術）、および太陽光発電産業において、それぞれの産業部門の製品を製造するために必要とされる。

これらの円盤状基板を得るためには、ブロックまたは円柱の半導体材料を、ワイヤソーによって円盤状基板に切断する。これは、いわゆるスラリー状の研磨剤を用い、ワイヤ（厚さ２００μｍ）を引っ張って複数回平行に巻き回し、ブロックまたは円柱を通過させる切断方法によって実施される。したがって現在は、２７０μｍから３２０μｍのウエハの厚さが得られる。この切断後、ウエハに切断されたブロックまたは円柱を洗浄ステップで洗浄して、スラリーを除去する。純度の高いシリコンへの必要性が、世界的にますます高まってきたことから、ウエハの製造者は現在、太陽光発電産業に十分な量のウエハを供給することができないので、１つのブロックまたは円柱からより多くのウエハを得るために、特にこの適用分野に対して、ウエハの厚さを低減させることが必要である。ウエハの厚さは１３０μｍ未満であることが望ましい。そのような円盤状基板の分離は現在、機械的な把持または押し出し機構によって実施される。これらの機構は、ウエハの縁部に作用し、そのためウエハの破損率を高めている。そのような方法は、欧州特許第ＥＰ０８０２０２８Ａ２号に記載されている。そこでは、個々のウエハは、切断され、コンベヤベルトによって受け取り装置へ運ばれる。

ウエハを分離する別の方法は、独国特許第ＤＥ１９９００６７１Ａ１号に記載されている。この方法では、個々のウエハは、液体流を吹きつけることによって互いから分離される。このタイプの分離は、標準的な厚さのウエハには適しているかもしれない。

１３０μｍ未満の薄い厚さでは、すでに非常に破損しやすいウエハが、さらに機械的負荷による損傷を受けやすくなり、したがって、ウエハに圧縮力、引張力、または剪断力をかけるウエハ分離方法は、できるだけ避けなければならない。手で分離することもできない。それは、この取り扱いもまた、破損による大量のウエハの損失につながり、さらに、再現性を大いに低減させるからである。

したがって、この取り扱いは非常に複雑でかつ損傷を受けやすいので、分離方法をできるだけ自動化する必要がある。

前述の問題を解決するために、付着方法による円盤状基板を分離する方法が提案される。

本発明による方法は担体要素を有し、その担体要素の表面は、円盤状基板の束から円盤状基板を引き離すために、その表面と担体要素の表面に隣接する円盤状基板との間に付着力を形成するように設計されるので、非常に薄い基板でも、破損させることなく、しかも確実な形で引き離すことができる。担体要素の表面と基板との間の付着力は、原則的に表面全体に作用し、したがってこの分離のために、基板の品質を損なったり低下させたりする危険性はない。本発明による方法では、付着によって、担体要素の表面とそれに隣接する円盤状基板との間に力が生成され、次いでこの円盤状基板は、この付着力によって円盤状基板の束から引き離される。結果として、一方では、力が基板上に均一に分配され、それによって基板を確実に引き離すことができ、他方では、破損の発生が確実に防止される。

本発明の一実施形態では、担体要素は、表面を形成するプラスチック材料からなる層を有する。たとえば、ガラス繊維強化ポリエチレン被膜層が、そのようなプラスチック材料として使用するのに適している。ただし、このプラスチック材料は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなる層を有することも可能である。良好な付着力は、そのようなプラスチックを用いて達成することができる。さらに、担体要素の表面は、親水性とすることができる。水膜を用いると良好な付着力を達成でき、この場合、水膜を表面に塗布することができる。さらに、担体要素の表面を大きくすると有利である。たとえば、担体要素の表面は粗面化することができる。担体要素の表面が微細構造を有する場合、特に良好な結果を得ることができる。このように大きくさせた表面によって、良好でかつ均一な付着力を表面と基板との間に形成することができ、次いで、たとえば水を親水性の実施形態に組み込むことができ、その結果、特に良好な結果を得ることができる。

本発明の別の実施形態では、円盤状基板の束のうち引き離されないものを保持するために、保持具が提供される。付着力は、基板同士の間にも作用する可能性があるので、確実に、束の一番上の基板のみが担体要素によって束から引き離され、束の他の基板は束内に留まるようにしなければならない。保持具は、たとえば、１つまたは複数の可撓性のある剥離エッジを有することができる。結果として、簡単な設計を用いて、束の残りの基板を確実に保持することができる。

本発明の別の実施形態では、担体要素を、それに付着している円盤状基板から分離する分離手段が提供される。これらの分離手段によって、付着力を失わせ、所望の位置に画定された態様で基板を配置することが可能になる。たとえば、分離手段は、担体要素と基板との間に流体を導くダクトを有することが可能である。しかし、分離手段は、液体で満たされた槽を有することもできる。この場合、基板を液体中に浸漬させ、その結果、基板と担体要素との間の水膜は、毛細管作用のため、基板が担体要素から分離するまでより厚くなる。この分離は、液体中の律動的な剥ぎ取り動作によって支持することができる。

さらに、分離させた基板に支持体が提供されると有利である。この支持体は、コンベヤベルト、支持ラック、または取り付けフレームとすることができる。この場合、分離させた基板を配置し、特定の形でさらに処理することができる。

本発明の変形例において、担体要素を動かすロボットアームが提供されると、分離を簡単な形で確実に自動化できる。

別の実施形態では、破損した基板を識別するセンサが提供される。自動化された方法では、このようにして、１つの操作で、基板は分離され、破損した基板が選別される。

円盤状基板を（それらの厚さに関係なく）分離するために、以下の考慮事項を出発点として使用した。

境界層領域内の分子間力が、非常に平滑な表面同士の間に及ぼす作用を利用する。たとえば、２つの非常によく研磨されて完全に平坦な表面（金属−金属またはガラス−ガラス）は、相互の関連で位置をずらすことができるだけで、互いを離して持ち上げることはできない。これは、とりわけ、そのような過程で作用する付着力（ファンデルワールス結合または水素架橋結合）による。

同じ効果は、平滑な表面を有する円盤状基板、たとえばシリコンウエハが、他の材料との間に有する、平滑な表面の相互作用中にも見られる。

これには、２つの表面間に液体膜が存在することが必要かもしれない。２つの表面は、この液体膜上で互いにずらすことができ、にもかかわらず、互いに付着し続ける。本発明では、「付着力」という用語は、これらの力に対して同義的に使用する。

ただし、これに必要な表面特性を有する、これに適した材料を、ウエハ分離システムの担体要素に対して選択しなければならない。表面が微細構造を有するプラスチックを用いると、良好な結果を得ることができる。

本発明を特徴づける新しい様々な特徴を、本開示に添付しかつその一部を形成する特許請求の範囲において、特殊性と共に指摘する。本発明、その動作の利点、およびその使用により達成される特定の目的をより良く理解するために、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面および記述事項を参照されたい。

図面を具体的に参照すると、すでに切断されかつ洗浄されたブロックまたは円柱内で、互いに付着する円盤状基板（２）（図１）は、湿潤円盤状基板として互いから分離され、１つずつ配置される。

そうするために、液体（３）で湿らせた第１の円盤状基板（２）は、液体（３）が同様に付着する、表面が微細構造を有する担体要素（１）を用いて、円盤状基板の束から引き離される（図２）。

保持されなければならない他の円盤状基板（２）も、基本的に、付着力によって共に引っ張られる。この付着力は、前述の境界層領域内の分子間力により、ここにも作用し、また液体膜が個々の円盤状基板同士の間にも同様に存在するので、当然ながら個々の円盤状基板（２）同士の間にも作用する（図３）。

第１の円盤状基板（２）を引き離している間に共に引っ張られる１つまたは複数の円盤状基板（２）を保持する保持具（４）が、このために、第１の円盤状基板（２）の高さで、円盤状基板の束側で使用される。

保持具（４）は、分離されるべき円盤状基板（２）に対して十分に強い付着力を有する材料からなり、その形状は、円盤状基板（２）を確実に分離することを保証する。この保持具は、定置型の剥離エッジとして設計することもできる。

適切な材料を選択することによって、保持具（４）と後続の円盤状基板（２）との間に作用する付着力が、確実に、個々の円盤状基板（２）同士の間に作用する付着力より強くなるようにする。これらの力は、第１の円盤状基板（２）と表面が微細構造を有する担体要素（１）との間に作用する付着力より弱く、その結果、各円盤状基板（２）は、個々に引き離すことができる。

したがって、保持具（４）は、共に引っ張られる１つまたは複数の円盤状基板（２）を保持するのに十分に強い付着力を有する。すなわち、保持具（４）によって第２および後続の円盤状基板（２）にかけられる付着力は、第１および後続の円盤状基板（２）を互いに付着させる付着力より強い。定置型の剥離エッジが保持具（４）として使用される場合、一番上の円盤状基板（２）は、後続の円盤状基板（２）をこのエッジに対して押し付けて保持される。

第１の円盤状基板（２）は、担体要素（１）に付着した後、担体要素（１）に付着したまま、配置場所へ運ばれる。

この場所（たとえば、支持ラックまたは取り付けフレーム（６））は、完全に液体（３）中にあり、槽（５）内に位置する（図４）。

支持具内に個々の円盤状基板（２）を配置するためには、表面が微細構造を有する担体要素（１）に円盤状基板を付着させる付着力を低減させる必要がある。円盤状基板が、表面が微細構造を有する担体要素（１）から確実に分離するようにするには、液体膜（３）の厚さを増大させる必要がある。これは、表面が微細構造を有する担体要素（１）中の孔（７）を介して、円盤状基板（２）の表面と担体要素（１）の微細構造を有する表面との間の領域中に液体を充填することによって、または表面が微細構造を有する担体要素（１）を液体（３）中に浸漬させることによって実現される。この場合、液体膜（２）の厚さは、毛細管作用の開始により増大され、次いで付着力がなくなる。

どちらの場合も、付着力がなくなり、さらなる付着が防止される。したがって、円盤状基板（２）は、そのための支持具（６）内に極めて正確に配置することができる。

他の円盤状基板（２）も、同様に分離される。

付着方法による円盤状基板（２）を分離するこの方法では、非常に弱い機械的負荷のみがこの方法において円盤状基板（２）に作用し、円盤状基板には、円盤状基板を破損させるように作用する恐れのある力をかけないことが不可欠である。それは、円盤状基板（２）が破裂する危険性は、提案されている方法を用いて機械的負荷を軽減することによって、さらに軽減されるからである。

さらに、すでに切断された個々の円盤状基板（２）が、切断工程で破損し、これにより最終製品への使用に適さなくなるということは、起こり得ることであるので、個々の円盤状基板（２）の完全性または欠陥をセンサによって判別した後、破損した円盤状基板（２）を担体要素（１）に付着させて異なる場所に運び、完全な円盤状基板（２）から区別できるようにすることがこの方法では重要である。

この方法は、円盤状基板（２）の分離に必要な時間に関しても利点がある。円盤状基板の束からの個々の円盤状基板（２）の分離は、比較的短時間で実施することができる。担体要素（１）が取り付けられてから、円盤状基板の束から一番上の円盤状基板（２）を分離するまでに必要な時間は、約２〜３秒である（寸法１４０ｍｍ×１４０ｍｍの円盤状基板（２）の場合）。円盤状基板（２）の寸法が分離に必要な時間に影響するため、この時間は変動するかもしれない。

したがって、切断されたブロックまたは円柱ごとの完全な円盤状基板の生産性の向上は、付着方法による円盤状基板を分離する方法によって実現され、経済性が実質的に改善される。

図６は、本発明の特徴を有する分離装置を示す。同一の要素は、前の図と同じ参照番号によって示す。図から判別できるように、担体要素（１）は、ロボットアーム（９）の端部に枢着される。基板（２）は、前述の方法で、担体要素（１）と基板（２）との間の付着力を強めることにより、担体要素（１）によって束から外して持ち上げることができる。図示の例示的な実施形態では、基板（２）の束は、保持具（４）内に配置され、槽（１０）内に位置する。液体（３）が、槽（１０）内に含まれる。担体要素（１）を用いて束から基板（２）を引き離した後、ロボットアーム（９）は、基板（２）を、センサ、ここに示す例では光学的画像記録装置（１１）に対向させるように、その軸の周りを回転する。品質、特に基板（２）の破損の有無が、光学的画像記録装置（１１）によって確認される。破損が検出された場合、その基板は、図示しない位置に配置させることによって選別される。良好な品質、特に破損がないことが光学画像記録装置（１１）によって判別された場合、基板（２）は、液体（３）で満たされた槽（１２）内の次の基板として、コンベヤベルト（１３）上に配置される。この配置は、前述の通り行う。コンベヤベルト（１３）上に配置された後、それぞれの基板（２）は、さらなる処理のために、図示しない位置へ移動される。ただし、それぞれが運搬装置に隣接する１つの基板（２）に対して、複数の個々の支持体を有する運搬装置を配置することも可能である。

実際には、ロボットアーム（９）が、回転運動ではなく直線運動のみを実行することも有用となりうる。適切な支持体、たとえば槽（１２）内に配置されたコンベヤベルト（１３）は、ここでは、束の前または後ろに、ロボットアーム（９）の方向に配置されるはずである。この場合、ロボットアーム（９）は、束から基板（２）を引き離すだけでそのような基板を拾い上げ、次いで、すぐにそれをコンベヤベルト（１３）上に配置する。次に、ウエハ（２）の破損がないことを確認するセンサ（１１）は、たとえばコンベヤベルト（１３）上に配置されるはずである。この設計では、ロボットアーム（９）は分離のみを実行し、ウエハの品質の確認は、その後、ロボットアーム（９）がすでに次の基板（２）を束から引いている間に、次の選別とともにコンベヤベルト（１３）上で行うことができるので、より高速の分離を実現することができる。

本発明の原理の用途を説明するために、本発明の特定の実施形態について、詳細に示しかつ述べてきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく、別の方法でも実施できることを理解されるであろう。

切り取った複数の円盤状基板（２）を、それらの間に付着する液体（３）と共に示す側面図である。円盤状基板（２）を分離する第１のステップであって、担体要素（１）が円盤状基板（２）上に配置され、円盤状基板（２）が円盤状基板（２）の束から押し外されるステップを示す側面図である。円盤状基板（２）を分離する第２のステップであって、保持具（４）にある円盤状基板（２）を剥ぎ取るステップを示す側面図である。本発明の第１の実施形態による最終ステップであって、支持具（６）内に円盤状基板（２）を配置し、円盤状基板（２）を液体（３）中に完全に浸漬させ、担体要素（１）から分離させるステップを示す図である。本発明の第２の実施形態による最終ステップであって、表面が微細構造を有する担体要素（１）に付着する円盤状基板（２）を液体（３）で仮洗浄し、適切な装置内に配置するステップを示す側面図である。円盤状基板を分離する装置の上面図である。

符号の説明

１担体要素
２円盤状基板（ウエハ）
３液体
４保持具
５液体を有する槽
６配置具
７液体孔
８分離装置
９ロボットアーム
１０槽
１１センサ
１２槽
１３コンベヤベルト

Claims

担体要素（１）を具備する円盤状基板、特にウエハを分離する装置であって、担体要素（１）が、円盤状基盤（２）の束から円板状基盤（２）を抜き出すための付着力を形成する表面を、当該表面とそれに隣接する円板状基盤（２）との間に、有することを特徴とする装置。
担体要素（１）が、前記表面を形成するプラスチック材料からなる層を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
担体要素（１）が、前記表面を形成するガラス繊維強化ポリエチレン膜を含むことを特徴とする請求項２記載の装置。
担体要素（１）が、前記表面を形成するポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）層を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
担体要素（１）の前記表面が親水性であることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の装置。
担体要素（１）の前記表面が、拡大されていることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の装置。
担体要素（１）の前記表面が粗面化されていることを特徴とする請求項６記載の装置。
担体要素（１）の前記表面が微細構造を有することを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
抜き出されない束の円盤状基板（２）を保持するための保持具（４）を備えることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の装置。
保持具（４）が、１つまたは複数の可撓性のある剥離エッジを有することを特徴とする請求項９記載の装置。
担体要素（１）をそれに付着する円盤状基板（２）から分離するための分離手段（７）を備えることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の装置。
前記分離手段が、担体要素（１）と円盤状基盤（２）との間に流体を導くためのダクト（７）を含むことを特徴とする請求項１１記載の装置。
前記分離手段が、液体で満たされた槽（９）を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
分離された円盤状基盤（２）のための支持体（６、１３）を備えることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の装置。
前記支持体が、コンベヤベルト（１３）、支持ラック（６）、取り付けフレームのいずれかであることを特徴とする請求項１４記載の装置。
担体要素（１）を動かすロボットアームを備えていることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の装置。
破損した基板を検出するセンサを備えることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の装置。
円盤状基板、特にウエハを分離する方法であって、
担体要素（１）の表面とこれに隣接する円盤状基板（２）との間の付着力によって力を生成し、当該付着力によって円盤状基板（２）の束から円盤状基板（２）を取り外すことを特徴とする方法。
円盤状基板（２）の束が、乳濁液、液体、または気体中にあることを特徴とする請求項１８記載の方法。
円盤状基板（２）が、前記付着力によって前記束から１つずつ取り外され、制御された態様で配置されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の方法。
円盤状基板（２）が前記束から取り外される間、束の円盤状基板（２）が保持具（４）によって保持されるようにしたことを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれかに記載の方法。
前記付着力の生成が、担体要素（１）の表面の微細構造によって増進されるようにしたことを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれかに記載の方法。
前記付着力の生成が、担体要素（１）の表面と円盤状基板（２）との間の液体膜（３）によって支持されるようにしたことを特徴とする請求項１８ないし２２のいずれかに記載の方法。
保持具（４）の材料が、分離される円盤状基板（２）との関係で十分に強い付着力を有し、円盤状基板（２）を確実に分離し続けるような保持具（４）のデザインを有することを特徴とする請求項１８ないし２３のいずれかに記載の方法。
分離される円盤状基板（２）と微細構造表面を有する担体要素（１）が、交互に配置されていることを特徴とする請求項１８ないし２４のいずれかに記載の方法。
担体要素（１）に付着している円盤状基板（２）が、保持具（４）を超えて引っ張られることによって、その下でまだ付着している円盤状基板（２）から分離されることを特徴とする請求項１８ないし２５のいずれかに記載の方法。
第１番目の円盤状基板（２）に続く円盤状基板（２）が、保持具（４）によって保持されることを特徴とする請求項１８ないし２６のいずれかに記載の方法。
円盤状基板（２）の表面と微細構造表面との間の領域中に液体（３）を導入することにより、円盤状基板（２）の表面と担体要素（１）の微細構造表面との間の液体膜の厚さを増大させて付着力を取り除くことによって、または担体要素（１）を円盤状基板（２）と共に液体（３）中に浸漬させて毛細管作用の開始によって、微細構造表面を有する担体要素（１）に付着している円盤状基板（２）が、制御された態様で微細構造表面を有する担体要素（１）から分離されるものとしたことを特徴とする請求項１８ないし２７のいずれかに記載の方法。
円盤状基板（２）が、例えば槽（５）などの固定された場所に配置されるものとし、槽（５）は液体（３）で満たされており、支持具（６）が配置されることを特徴とする請求項１８ないし２８のいずれかに記載の方法。
担体要素に付着している円盤状基板（２）が、センサに対向するように位置付けられ、前記センサが、前記円盤状基板が破損しているかどうかを判別することを特徴とする請求項１８ないし２９のいずれかに記載の方法。
円盤状基板（２）、たとえば特にウエハを分離する方法であって、
円盤状基板（２）の表面と担体要素の表面との間に作用する付着力によって円盤状基板（２）と担体要素の表面との間を付着させ、前記付着力によって円盤状基板（２）をそれに続く円盤状基板（２）の束（ウエハの束）から引き抜くことにより、乳濁液（３）、液体（３）、または気相（３）中に積み重ねられた円盤状基板（２）を１つずつ取り外し、またこれら円盤状基板（２）を制御された態様で配置することを可能にするのに付着力の物理法則を利用することを特徴とする請求項１８ないし３０のいずれかに記載の方法。