JP2010205828A

JP2010205828A - ウエーハの剥離方法及びその装置

Info

Publication number: JP2010205828A
Application number: JP2009048062A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Tanabe; 和夫田▲邉▼; Manabu Nagaya; 学長屋
Original assignee: Daitron Technology Co Ltd
Current assignee: Daitron Technology Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: JP5097152B2

Abstract

【課題】薄板化のため支持基板に貼り付けたウエーハを損傷しないように確実かつ短時間で剥離できるようにしたウエーハの剥離方法及び装置を提供する。
【解決手段】加熱により発泡・分解して接着力が低下する接着剤を用いてウエーハ２を支持基板３に貼り付ける。このウエーハと支持基板の貼り合わせ体１をデマウントステージ５に載置し、接着剤が発泡・分解しない程度の温度まで昇温する。その後、上記ウエーハの上にデマウントチャック６を降下し、ウエーハをチャックに吸着する。このデマウントチャック６は接着剤が発泡・分解する温度まで予め加熱されており、デマウントチャックからの伝導熱により接着剤は発泡・分解し接着力が低下する。その後デマウントチャックを垂直方向に上昇させ、ウエーハを垂直剥離する。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄板化処理のため支持基板に貼り合わせたウエーハを、該支持基板から剥離するためのウエーハの剥離方法及びその装置に関するものである。

近年、半導体の最先端デバイス技術ではデバイスを複数段積層化していくためにウエーハの裏面を研削して薄板化しているが、この薄板化処理する際ウエーハに強度を持たせるようウエーハを支持体に貼り合わせて処理を行っている。一般的に薄板化が約５０μｍ程度までは粘着層を形成した支持テープを支持体として用いているが、５０μｍよりもさらに薄い約２０〜４０μｍ程度まで薄板化しようとするときは、支持テープでは不十分であり、セラミックやサファイヤ、シリコンウエーハ、石英ガラス等の剛性のある支持基板を支持体として用い、ワックス等の接着剤でウエーハを該支持基板に貼り合わせている。

従来、支持基板に貼り合わせたウエーハを剥離するには、貼り合わせ状態の支持基板とウエーハを上下のチャックで吸着保持し、ウエーハと支持基板を貼り合わせている接着剤層を加熱して溶融させた後、上方のチャックを横方向にスライド移動させることにより、ウエーハを支持基板から剥離している（例えば特許文献１参照）。しかし、そのようなスライド移動により剥離する方法では、ウエーハのデバイス面にキズやワレを生じさせたり、支持基板にキズ等の損傷を与えることがあった。

上記のようなスライド剥離の欠点を改良するよう上記特許文献１には上方のチャックを回転あるいは回動させつつ上昇させてウエーハを剥離する装置も記載されているが、ウエーハと支持基板を面接触状態で相対的に回転させる構造であるため、ウエーハや支持基板にキズ、ワレ等の損傷を生じる危険性は依然として残り、十分満足できるものとはいえなかった。また、支持基板がセラミック板のように厚い場合や一枚の支持基板に複数のウエーハが接着されているような場合は、上下の加熱板で加熱する際、肉厚のある支持基板に接着した接着剤を短時間で溶融させることがむずかしいし、薄板化したウエーハには加工歪が存在しているためスプリングバックしやすく、支持基板から複数枚の薄いウエーハが一度に剥離すると支持基板上で反り返ってワレを生じるおそれがあり、そのままチャック等でウエーハを吸着して移送することができず、手動で行っているのが現状であり、自動化が困難で、処理が非常に面倒であった。

特開平６−２６８０５１号公報（段落０００２〜段落０００９、請求項１、図２、図１９）

本発明の解決課題は、支持基板に接着剤で接着され薄板化されたウエーハを、キズ、ワレ等の損傷を与えることなく短時間で剥離することができるウエーハの剥離方法及びその装置を提供することである。

上記課題を解決するためには、スライド剥離ではなく、ウエーハを吸着して垂直方向に移動するチャックでウエーハを支持基板から垂直剥離できるような装置と接着剤を用い、またウエーハと支持基板をチャック部分で一度に接着剤の溶融温度まで加熱せずにチャックで吸着する前にある程度昇温しておき、チャック部分で接着力がなくなるように接着剤を段階的に加熱すればよい。すなわち、本発明によれば、加熱すると発泡・分解して接着力が低下する接着剤を用いてウエーハを支持基板に貼り合わせ、ウエーハの裏面を研削して薄板化した後、ウエーハと支持基板の貼り合わせ体をデマウントステージに載置し、該デマウントステージにおいてウエーハと支持基板の貼り合わせ体を上記接着剤が発泡・分解しない温度まで昇温し、上記接着剤が発泡・分解する温度まで加熱されたデマウントチャックを支持基板に貼り付けられたウエーハと対向させ、該デマウントチャックを降下させて上記ウエーハを吸着し、該デマウントチャックからの伝導熱により接着剤を発泡・分解させ、上記デマウントチャックを垂直方向に移動させてウエーハを支持基板から剥離することを特徴とするウエーハの剥離方法が提供され、上記課題が解決される。

また、本発明によれば上記方法に使用するデマウントチャックであって、該デマウントチャックは、ウエーハに吸着する吸着部本体と該吸着部本体の外周を囲む剥離チャック部を具備し、剥離チャック部はステンレス鋼で構成され、吸着部本体は多孔質セラミック材料で構成されていることを特徴とするデマウントチャック装置が提供され、上記課題が解決される。

さらに本発明によれば、上記剥離チャック部にはヒーターを有するヒーター部が一体的に設けられ、若しくは近接してヒーター部が設けられた上記デマウントチャックが提供され、または上記デマウントチャックと別体に吸着部本体を加熱するためのチャック保温ホットプレートが設けられているデマウントチャック装置が提供され、上記課題が解決される。

本発明は、上記のように構成され、加熱すると発泡・分解して接着力が低下する接着剤を用いてウエーハを支持基板に貼り合わせ、ウエーハの裏面を研削して薄板化した後、ウエーハと支持基板の貼り合わせ体をデマウントステージに載置し、該デマウントステージにおいてウエーハと支持基板の貼り合わせ体を上記接着剤が発泡・分解しない温度まで昇温し、上記接着剤が発泡・分解する温度まで加熱されたデマウントチャックを支持基板に貼り付けられたウエーハと対向させ、該デマウントチャックを降下させて上記ウエーハを吸着し、該デマウントチャックからの伝導熱により接着剤を発泡・分解させ、上記デマウントチャックを垂直方向に移動させてウエーハを支持基板から剥離するようにしたから、デマウントステージで発泡・分解しない程度まで加温された接着剤はデマウントチャックがウエーハを吸着したのちに該デマウントチャックからの伝導熱により昇温されて発泡・分解するので、デマウントステージ部分でウエーハが支持基板から剥離するおそれはない。したがって、ウエーハと支持基板が接触しない程度に接着剤層を薄く、例えば１〜２μｍとしても、ウエーハ裏面にキズを生じさせることはない。このようにデマウントチャックに吸着される以前にはウエーハは支持基板から剥離せず、ウエーハはデマウントチャックに吸着されてから支持基板から剥がされるので、ウエーハを平面状態のまま支持基板からチャックに移送することができ、反ったりワレたりする事故を確実に防止することができる。その上、デマウントステージで接着剤の発泡温度近い温度まで、例えば発泡温度の２０〜７０％程度の温度まで昇温しておき、その後デマウントチャック部分で発泡・分解温度まで、例えば残りの３０〜８０％程度加熱昇温すればよいから、デマウントチャック部分での加熱時間を短縮でき、その結果、剥離作業効率を向上させることができる。

また、上記のように接着剤として、加熱により発泡・分解する接着剤を用いたので、ウエーハは支持基板から簡単に剥がれ、デマウントチャックを上方に移動するだけで、容易に垂直剥離することができ、ウエーハや支持基板にキズ、ワレ等の損傷を与えるおそれはない。この際、上記デマウントチャックでウエーハを吸着した後、接着剤が発泡する前にチャックとウエーハ間で真空破壊が生じない程度、例えば降下位置から約数十μｍ程度デマウントチャックを上昇させその位置で停止させておき、ウエーハの接着剤が発泡温度まで加熱されたことを確認後垂直移動を開始するように制御すると、支持基板とウエーハ間の接着剤部分に引張力を作用させることができるから、分解作用が効率よく進行し、剥離作業のスループットを一層向上させることができる

また、該デマウントチャックを、ウエーハに吸着する吸着部本体と該吸着部本体の外周を囲む剥離チャック部で具備し、剥離チャック部をステンレス鋼で構成し、吸着部本体を多孔質セラミック材料で構成して吸着作用を奏するようにすると、効率よく吸着部本体を加熱できるとともに耐摩耗性に優れ、長く使用してもウエーハ吸着面が損傷することがなく、ウエーハを常に所望の平面度で確実に保持することができる。さらに、上記剥離チャック部と一体的にヒーター部を設けたり、近接してヒーター部を設けて吸着部本体を加熱すれば接着剤に対する熱伝導作用を確実に行うことができるし、デマウントチャックと別体にチャック保温ホットプレートを設けて吸着部本体を加熱するようにすれば、デマウントチャックの構成を簡単にすることができる。

ウエーハと支持基板の貼り合わせ状態と示す説明図。本発明の一実施例を示す正面からみた説明図。本発明の一実施例を示し、側面からみた説明図。デマウントチャックの一実施例を示す断面図。デマウントチャックの他の実施例を示す断面図。デマウントチャックのさらに他の実施例を示す断面図。デマウントチャックの一部の断面図。

図２、図３は、本発明の一実施例を示す説明図であって、装置本体４には、図１に示すように接着剤ａでウエーハ２を支持基板３に貼り合せた貼り合わせ体１を保持するデマウントステージ５と、ウエーハ２を吸着するデマウントチャック６を上下方向に案内する縦移動レール７及び横方向に案内する横移動レール８が設けられている

上記デマウントステージ５は支持基板３とウエーハ２の貼り合わせ体１を載置できる大きさであり、ヒーター及び温度調節機構（図示略）を内蔵し、かつ上記ウエーハを剥離位置に移動できるよう回転可能若しくは左右前後動可能に設けられている。上記支持基板３とウエーハ２の貼り合わせ体１はデマウントステージに吸着保持されているが、吸着せずに所定位置に載置して安定状態に保持できる適宜の構成でもよい。上記ヒーターによるデマウントステージの加熱温度は接着剤を発泡・分解温度よりも低い温度に昇温できるよう、例えば５０〜２５０℃の範囲で調節できるようにしてあり、これにより上記支持基板を介して接着剤の温度が発泡・分解温度の約２０〜７０％程度の温度に加熱できるようにしてある。この温度は、接着剤の種類により適宜の温度に設定され、例えば１１０℃でウエーハがスプリングバックの強さで自然剥離されたり、支持基板上で流動し始めるようなものでは、自然剥離等されない約７５℃程度までしか昇温させないようにしてある。

上記支持基板３には、複数枚のウエーハ２、例えば３インチサイズのウエーハを５枚程度貼りつけて薄板化処理が行われるが、一枚ずつウエーハを貼った枚葉式の支持基板で処理してもよい（図示略）。接着剤としては、薄板化処理等を行う際の処理中の温度では、ウエーハと支持基板を確実に接着でき、剥離に際して所定温度に加熱したときは発泡・分解して接着力が低下するような公知の適宜の接着剤が用いられる。また、支持基板３の材質は、図に示す実施例では円板状のセラミックブロックで構成されているが、石英ガラスその他適宜の材料を用いることができ、多数の微細な貫通孔を設けた多孔質の支持基板であってもよい。

上記デマウントステージ５にはウエーハの２位置を検出するための画像カメラにがもうけられ、この画像カメラにより制御装置を介してデマウントステージを移動させている。この制御装置は適宜に構成することができ、例えば、制御装置に、支持基板に貼り付けられているウエーハの枚数を入力すると、貼りつけられたウエーハの頭だしを行った後、ウエーハの外径とオリフラやノッチの位置を画像カメラで検出して予めウエーハデマウント位置を認識させておき、ウエーハがその認識位置からズレている場合はそのズレをなくすようにデマウントステージを回転または左右前後に移動させ、デマウントチャック位置にウエーハが位置するようにしてある。

上記デマウントチャック６は真空チャックで構成され、ウエーハを垂直剥離するために上下動可能に設けられ、かつ剥離したウエーハを洗浄行程に移送するため横方向等に移動可能に設けられている。この際、上記デマウントチャック６でウエーハ２を吸着した後、接着剤が発泡・分解するまでその降下位置で待機し、接着剤が発泡・分解してからデマウントチャックを上昇させるよう構成してもよいが、好ましくは接着剤が発泡・分解する前にチャックとウエーハ間で真空破壊が生じない程度、つまりウエーハ等がデマウントチャックから離れない程度、例えばウエーハを吸着保持した降下位置から約数十μｍ程度デマウントチャックを予め上昇させ、その位置で停止させておき、接着剤の発泡・分解が始まったら上昇するように制御するとよい。つまり、ウエーハの接着剤が発泡・分解温度まで加熱されたことを確認するセンサー（図示略）をデマウントステージやデマウントチャックに設けておき、温度上昇を確認後、発泡・分解が始まったらデマウントチャックの垂直移動を徐徐に開始するよう制御すると、支持基板３とウエーハ２間の接着剤部分に引張力を作用させることができるから、分解作用と剥離作業が効率よく進行する。

なお、上記のようにしてウエーハ２を剥離後、ウエーハにワレ、クラック等を発生した場合、それを検出する微小リーク検出機構が設けられている。図に示す実施例では、デマウントチャック６と真空源（図示略）を連絡している真空吸着ラインにリークエアーを検出できるセンサーを設けてあり、該センサーがウエーハのワレやクラックを通って流れるリークエアーを検出したら、装置を停止するためのアラーム装置を始動させるようにしてある。また、真空吸着ラインに溶融した接着剤や洗浄工程において洗浄液その他の流体が吸込まれたときは、ラインの途中にトラップを設け、自動的に若しくはマニュアル操作でこれを排除できるようにしてある。

上記デマウントチャックのようにヒーターで加熱されるチャックとして、従来用いられているチャックは、一般的に２５０℃程度の耐熱性を有するよう構成され、ウエーハを吸着する部分には金属材用の表面に熱処理（耐摩耗性の表面処理）を施してあるだけである。そのため、ウエーハの吸着を繰り返すと、どうしても表面処理部分や金属材料の表面が擦り減り、その摩滅物質がウエーハ吸着面に付着する現象がみられた。本発明では高温対応の接着剤、例えば３５０℃前後の接着剤も使用することがあるから、デマウントチャックは約４５０℃程度でも熱歪を生じないでかつ耐摩耗性にすぐれた耐熱性を有する構造が望ましい。

図４はそのような要求に応える本発明のデマウントチャック６の一実施例を示し、真空ライン１０を形成したチャック本体１１の下面には断熱材１２を介してヒーター部１３を一体的に取り付けてあり、このヒーター部１３はステンレス材料で作られ、ヒーター１４が内蔵されている。そして、このヒーター部１３の下方には剥離チャック部１５が取り付けられ、その内方にはウエーハに吸着する吸着部本体１６が設けられている。この剥離チャック部１５はステンレス材料で作られ、その表面を熱処理して耐摩耗性、耐熱性を向上させるとともに周面から下面にわたってテフロン（登録商標）等の耐摩耗性、耐熱性樹脂をコートしてある。また、吸着部本体１６は上記真空ライン１０からの真空作用を下面に作用させるよう多孔質セラミック材料で構成され、その下面は平坦に仕上げられている。このようなデマウントチャックによれば、吸着部本体は直接的に加熱され、温度調整も容易である。

図４に示す実施例では吸着部本体にヒーター部を連結して直接的に加熱するようにしているが、間接的に加熱するようにしてもよい。図５は、間接的な加熱方式の一実施例を示し、チャック本体１７は上記縦移動レールに案内されて昇降するフレーム１８に回転可能に保持されており、ヒーター部１９は該フレームの下面に断熱材２０を介して固定されている。該チャック本体１７の下方には上記図４に示す実施例と同じような材料で構成された剥離チャック部２１と吸着部本体２２が設けられており、該吸着部本体２２は、近接して位置する上記ヒーター部１９により間接的に加熱される。なお、このチャックでは、吸着部本体２２の外周に環状の吹出口２３を設け、真空源に通じる真空ライン２４とガス供給源に通じるガス供給ライン２５の二つのラインをチャック本体１７に形成し、ウエーハを吸着するため上記吸着部本体２２を真空ラインに連絡して吸着部本体の下面を真空にするとともに吸着部本体２２の外周の吹出口２３からエアーをリング状に吹き出すようにしてある。この構成によれば、溶融した接着剤がウエーハの裏面に回り込もうとしてもエアーにより吹飛ばされて裏面に付着できないようにできる。また、このチャックでウエーハを保持したまま洗浄工程に移送し、ウエーハの下面や周縁に洗浄液を噴射して洗浄することもできる。洗浄の際、吹出口からエアーを環状に吹き出せば、上記洗浄液等がウエーハ裏面周縁から吸着部本体に侵入しないようにでき、該ウエーハ裏面周縁まで洗浄することができる。

図６に示すデマウントチャックは、上記図４、図５の実施例と相違し、ヒーターを具備していない。すなわち、図４に示す実施例と同様のチャック本体２６は、真空ライン２７、剥離チャック部２８、吸着部本体２９を有するが、ヒーター部１３に相当する部分には、ヒーターのない連結部３０が設けられ、該連結部３０はアルミ材や表面を熱処理したステンレス材等で作られている。そして、このデマウントチャックの移動軌跡内に該デマウントチャックとは別体に吸着部本体を加熱するためのチャック保温ホットプレート３１が設けられている。このチャック保温ホットプレート３１は、接着剤の発泡・分解温度に対応して例えば約１００〜１８０℃程度の範囲で温度を可変でき、好ましくは約１５０℃程度に加熱される。そしてこのチャック保温ホットプレート上にデマウントチャックを載置して該デマウントチャックで上記接着剤を発泡・分解できる温度、例えば約１４５℃程度に加熱できるようにしてある。

なお、図７に示すように上記剥離チャック部の下面から極くわずか、例えば約０．００５ｍｍ程度突出するように耐熱性のあるＯリング等の弾性突出部３２を設けておけば、溶融した接着剤等がウエーハの裏面に回り込まないようにできるし、剥離したウエーハを保持した状態でチャックを洗浄工程に移送してウエーハに洗浄液を噴射すれば、吸着部本体に洗浄液等が入り込まず、ウエーハの裏面周縁まで確実に洗浄することができる。

而して、上記装置を用いてウエーハ剥離を行う動作の一例を説明すると、ウエーハ２支持基板（セラミックブロック）３が貼り合わされた貼り合せ体１をデマウントステージ５に載置し、この貼り合わせ体１を接着剤が発泡・分解しない程度に昇温する。一方、デマウントチャック６を直接的若しくは間接的なヒーター部１３，１９により、又はチャック保温ホットプレート３１によりデマウント温度、例えば約１４５℃程度に昇温する。デマウントチャック６と支持基板（セラミックブロック）３が所定の温度に昇温されたら、デマウントチャック６をウエーハに対向するよう移動させるとともに支持基板（セラミックブロック）３を移動してウエーハをデマウントチャックと位置合わせする。

次に、上記デマウントチャック６を下降させ、ウエーハ２に吸着部本体１６，２２，２９を吸着させる。その結果、ウエーハ２から接着剤、支持基板（セラミックブロック）へと熱が伝達され、約２０秒から３０秒経過すると接着剤は約１３０℃に昇温されるので、接着剤の発泡・分解が始まる。したがって、徐徐にデマウントチャック６を垂直方向に移動させると、ウエーハ２を支持基板３から剥離することができる。この際、上述したようにデマウントチャックを予め数十μｍ上昇させた位置で停止させておき、発泡・分解が始まってから上昇させると一層効率よく剥離することができる。

上記デマウントチャック６により剥離されたウエーハは、ウエーハ移載チャック３３に移動される。このウエーハ移載チャック３３では、デマウントチャック６を降下させてウエーハを該ウエーハ移載チャックに吸着させた後、該デマウントチャックの真空作用をＯＦＦにするようにしてあり、この操作によりウエーハがスプリングバックで丸まったりすることなく、平面状態を保持したまま移載することができる。この移載チャックに移されたウエーハを適宜のロボット等で取り出すときもほぼ同様な操作をしてウエーハが丸まったりしないようにすればよい。

上記のようにしてウエーハを剥離したら、セラミックブロックを手動若しくは自動で回転させ、次にウエーハを上記デマウントチャックに対応させ、以下同様の操作で次々とウエーハを剥離すればよい。

１貼り合わせ体
２ウエーハ
３支持基板
５デマウントステージ
６デマウントチャック
１１，１７，２６チャック本体
１３，１９ヒーター部
１５，２１，２８剥離チャック部
１６，２２，２９吸着部本体
３１チャック保温ホットプレート
３３ウエーハ移載チャック

Claims

加熱すると発泡・分解して接着力が低下する接着剤を用いてウエーハを支持基板に貼り合わせ、ウエーハの裏面を研削して薄板化した後、ウエーハと支持基板の貼り合わせ体をデマウントステージに載置し、該デマウントステージにおいてウエーハと支持基板の貼り合わせ体を上記接着剤が発泡・分解しない温度まで昇温し、上記接着剤が発泡・分解する温度まで加熱されたデマウントチャックと支持基板に貼り付けられたウエーハを対向させ、該デマウントチャックを降下させて上記ウエーハを吸着し、該デマウントチャックからの伝導熱により接着剤を発泡・分解させ、上記デマウントチャックを垂直方向に移動させてウエーハを支持基板から剥離することを特徴とするウエーハの剥離方法
上記デマウントステージでウエーハと支持基板の貼り合わせ体を昇温する温度は、接着剤の発泡温度の２０〜７０％である請求項１に記載のウエーハの剥離方法。
上記支持基板に貼り合わせられたウエーハをデマウントチャックが吸着した後、接着剤が発泡する前に、ウエーハとデマウントチャック間の真空が破壊されない位置まで該デマウントチャックを上昇して停止させ、発泡・分解する温度まで接着剤が加熱されたこと確認後、該デマウントチャックを垂直方向に移動させる請求項１または請求項２に記載のウエーハの剥離方法。
上記支持基板は円板状のセラミックブロックであり、複数枚のウエーハが該支持基板に接着され、ウエーハと支持基板の貼り合わせ体を載置した上記デマウントステージは、上記デマウントチャックがウエーハを吸着する位置に剥離すべきウエーハが位置するよう回転または左右前後に移動される請求項１から請求項３のいずれかに記載のウエーハの剥離方法。
上記請求項１から請求項４のいずれかに記載のウエーハの剥離方法に使用するデマウントチャックであって、該デマウントチャックは、ウエーハに吸着する吸着部本体と該吸着部本体の外周を囲む剥離チャック部を具備し、剥離チャック部はステンレス鋼で構成され、吸着部本体は多孔質セラミック材料で構成されていることを特徴とするデマウントチャック装置。
上記剥離チャック部にはヒーターを有するヒーター部が一体的に設けられている請求項５に記載のデマウント装置。
上記チャック本体に近接してヒーターを有するヒーター部が設けられている請求項５に記載のデマウント装置。
上記請求項１から請求項４のいずれかに記載のウエーハの剥離方法に使用するデマウントチャックであって、該デマウントチャックは、ウエーハに吸着する吸着部本体と該吸着部本体の外周を囲む剥離チャック部を具備し、剥離チャック部はステンレス鋼で構成され、吸着部本体は多孔質セラミック材料で構成され、該デマウントチャックと別体に吸着部本体を加熱するためのチャック保温ホットプレートが設けられていることを特徴とするデマウントチャック装置。