JP2013201251A - 基板の分離方法及び分離装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】接着剤を介して貼合せた２枚の基板を、各基板を破損させることなく、かつ短時間に分離することができる方法および装置を提供する。
【解決手段】実施形態の基板分離方法は、表面の周縁部を除く領域に剥離層１６が形成された第１の基板１０と、第１の基板１０の表面の少なくとも剥離層１６を含む領域に接着剤層１２を介して貼り合わせた第２の基板１４とを分離する方法である。この方法は、第２の基板１４周縁部を、少なくともその直下の接着剤層１２表面が露出し、かつ第１の基板１０の周縁部と第２の基板１４の間に接着剤層１２が残存して、第１及び第２の基板１０，１４間の接着が保持されるように、物理的に除去する除去工程と、その後、接着剤層１２を溶解する溶解工程とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、基板の分離方法及び分離装置に関する。
半導体ウエハを薄化する方法として、半導体ウエハを厚い支持基板に接着剤で貼り合わせて研削する方法が知られている。厚い支持基板に貼り合わせることで研削時の半導体ウエハの平坦度を良好に保つことができ、半導体ウエハを５０〜１００μｍの厚みにまで均一に薄化することができる。薄化された半導体ウエハは、支持基板に貼り合わされたまま、研削面に回路パターン形成等の所要の加工が施された後、支持基板から剥離され、ダイシングを経て、チップ化される。
このように、上記方法では、薄化後に半導体ウエハを支持基板から分離する必要がある。しかし、薄化された半導体ウエハは当然ながら機械的強度が小さく破損しやすい。このため、半導体ウエハを破損させることなく分離し得る技術が求められる。一方、この分離作業は半導体チップの生産性に大きく影響し、作業に時間がかかると生産性は低下する。このため、半導体ウエハを短時間に分離し得る技術が求められる。
なお、このように２枚の基板を接着剤で貼合せた後、その後、再び個々の基板に分離する技術は、上記半導体ウエハと支持基板の例に限らず、様々な分野で広く用いられており、それらについても同様に、基板を損傷させずに、かつ短時間に分離し得る技術が求められている。
特開２０１１−１４６４５７号公報
本発明の目的は、接着剤を介して貼合せた２枚の基板を、各基板を破損させることなく、かつ短時間に分離することができる方法および装置を提供することにある。
実施形態の基板分離方法は、表面の周縁部を除く領域に剥離層が形成された第１の基板と、前記第１の基板の表面の少なくとも前記剥離層を含む領域に接着剤層を介して貼り合わせた第２の基板とを分離する基板分離方法であって、前記第２の基板周縁部を、少なくともその直下の前記接着剤層表面が露出し、かつ前記第１の基板の周縁部と前記第２の基板の間に前記接着剤層が残存して、前記第１及び第２の基板間の接着が保持されるように、物理的に除去する除去工程と、前記除去工程後、前記接着剤層を溶解する溶解工程とを具備する。
実施形態の基板分離装置は、表面の周縁部を除く領域に剥離層が形成された第１の基板と、前記第１の基板の表面の少なくとも前記剥離層を含む領域に接着剤層を介して貼り合わせた第２の基板とを分離する基板分離装置であって、前記第２の基板周縁部を物理的に除去する除去手段と、前記除去手段によって周縁部が除去された第２の基板の周囲に前記接着剤層を溶解する溶解液を供給する供給手段とを具備する。
第１の実施形態による基板分離方法を示す概略断面図である。 第１の実施形態の変形例を示す概略断面図である。 第１の実施形態の変形例を示す概略断面図である。 第１の実施形態の変形例を示す概略断面図である。 第２の実施形態による基板分離方法を示す概略断面図である。 第２の実施形態の変形例を示す概略断面図である。
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を付しており、重複する説明を省略する。また、以下に説明する実施形態では、いずれも分離する２枚の基板の一方が半導体ウエハで、他方が半導体ウエハを支持する支持基板である場合を例に説明しているが、接着剤で２枚の基板に貼合わせ、その後、それらの基板に所要の処理を施した後、再び２枚の基板に分離する必要があるものであれば、半導体ウエハ及び支持基板の例に限らず広く適用できることはいうまでもない。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の基板分離方法の工程を順に示す概略断面図である。なお、図１及びこれ以降に示す図面はいずれも、分離する２枚の基板（半導体ウエハ及び支持基板）の周縁部及びその近傍のみを示している。
本実施形態の基板分離方法は、図１（ａ）に示すように、ガラス、シリコン等からなる支持基板（第１の基板）１０と、この支持基板１０に表面に接着剤層１２を介して貼り合わされた半導体ウエハ（第２の基板）１４とを分離する基板分離方法である。
支持基板１０は、半導体ウエハに薄化や回路パターン形成等の加工を施すとき、あるいは加工のために半導体ウエハを搬送するときに、半導体ウエハ１４の機械的強度等を補強補完し、またその平坦度を保つ機能を有するものであり、その材質としては、上記したガラス、シリコンの他、アルミナ、炭化ケイ素、アルミニウム、ステンレス、樹脂等が挙げられる。支持基板１０の形状は、支持する半導体ウエハ１４の形状に応じて適宜定められ、また、その厚みは材質や求められる強度等によって適宜定められる。
支持基板１０の一方の主面（表面）の中央領域（剥離層形成領域ともいう）２１には、接着剤層１２に対し接着性を示さない非剥離性樹脂等からなる剥離層１６が設けられている。すなわち、支持基板１０の表面は、中央部の剥離層１６が形成された剥離層形成領域２１と周縁部の剥離層非形成領域２３からなる。
剥離層１６は、接着剤層１２によって支持基板１０の表面に貼り合わせた半導体ウエハ１４が、薄化等の加工の際や搬送の際に剥離することがない範囲で、できるだけ広い面積で形成することが好ましい。接着剤の半導体ウエハ１４や支持基板１０に対する接着力等にもよるが、通常、その外縁から接着剤層１２の外縁までの距離（Ｄ）が１．０〜４．０ｍｍ程度となる範囲が好ましく、２．０〜３．５ｍｍ程度となる範囲がより好ましく、２．５〜３．０ｍｍ程度がより一層好ましい。距離（Ｄ）が１．０ｍｍ未満では、加工や搬送の際に半導体ウエハ１４が支持基板１０から剥離するおそれがあり、距離（Ｄ）が４．０ｍｍを超えると、後述する除去工程での、半導体ウエハ１４周縁部の除去幅が広くなり、半導体ウエハ１４の半導体素子あるいは回路パターンの形成領域が狭くなる。また、その結果、１枚の半導体ウエハ１４からの半導体チップの取り数が少なくなる。
半導体ウエハ１４は、特に限定されるものではなく、オリエンテーションフラットを有するものであってもノッチを有するものであってもよい。また、周縁部の形状も特に限定されるものではなく、平面、曲面、またはこれらの組み合わせのいずれで形成されていてもよい。半導体ウエハ１４の材質としては、例えば、シリコン、サファイヤ、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）等の半導体材料が挙げられる。半導体ウエハ１４は、支持基板１０と対向する面（表面）に、図示は省略したが、回路パターン、あるいは回路パターンと半導体素子が形成されていてもよい。これらの回路パターンおよび半導体素子は、後述する除去工程で除去される周縁部より内側の領域に形成される。
接着剤層１２の材料には、有機溶剤に溶解可能な、例えば、アクリル系樹脂、炭化水素系樹脂（ポリシクロオレフィン樹脂、テルペン樹脂、石油樹脂等）、ノボラックタイプのフェノール樹脂等を主成分とする接着剤が使用される。このような接着剤を、半導体ウエハ１４、または支持基板１０、好ましくは半導体ウエハ１４の表面に塗布することにより接着剤層１２が形成される。接着剤の塗布は、例えば、半導体ウエハ１４（または支持基板１０）を回転させながらスピンコータ等の塗布装置を用いて行うことができる。これにより、例えば、５〜１００μｍ程度の厚さの均一な接着剤層１２を形成することができる。接着剤は、１種を単独で使用してもよく２種以上を混合して使用してもよい。加工時や搬送時の半導体ウエハ１４の破損を防止する観点からは、接着剤層１２は、半導体ウエハ１４の表面全体に形成されていることが好ましい。
本実施形態の基板分離方法は、上記のような支持基板１０の表面に接着剤層１２を介して半導体ウエハ１４が貼り合わされた基板（以下、貼り合わせ基板２０という。）に対し、次のように行われる。
まず、図１（ｂ）に示すように、上記貼り合わせ基板２０を回転させながら、ダイシングブレード等のブレード３０を用いて、半導体ウエハ１４の周縁部を少なくともその直下の接着剤層１２表面が露出し、かつ支持基板１０の周縁部と半導体ウエハ１４の間に接着剤層１２が残存して、支持基板１０と半導体ウエハ１４間の接着が保持されるように除去する。本実施形態では、半導体ウエハ１４周縁部であって、平面視で剥離層１６の外側、剥離層１６の外縁から、例えば０．５ｍｍの幅（ｗ）の部分を残して、その直下の接着剤とともに除去している。
なお、図１（ｂ）に示した例では、接着剤は、除去した半導体ウエハ１４周縁部直下の接着剤を略完全に、支持基板１０の表面に略達するまで、ブレード３０により除去しているが、上述したように、接着剤層１２は少なくともその表面が露出していればよい。したがって、例えば、図２に示すように、接着剤を除去せず、半導体ウエハ１４の周縁部のみを除去するようにしてもよく、また図３に示すように、接着剤層１２の厚みの、例えば半分程度を除去するようにしてもよい。分離時間を短縮する観点からは、半導体ウエハ１４周縁部直下の接着剤を略完全に除去することが好ましい。
さらに、図４に示すように、支持基板１０までブレード３０で切り込むようにしてもよい。この方法は、支持基板１０がガラス類からなる場合には適用できず、また、支持基板１０の一部が削り取られるため、他の例のように支持基板１０を再利用することはできなくなるものの、接着剤層１２の厚みが薄く（例えば、２０μｍ以下）、半導体ウエハ１４、あるいは半導体ウエハ１４と接着剤層１２を選択的に除去することが困難である場合には有用である。ブレード３０で切り込む深さは、支持基板１０が破損することにない深さとすることが好ましい。
次に、図１（ｃ）に示すように、支持基板１０と半導体ウエハ１４とを接着している接着剤層１２を溶解する。溶解は、例えば、接着剤を溶解する有機溶剤を、接着剤層１２の周囲、詳しくは半導体ウエハ１４周縁部を除去することによって露出した接着剤層の露出面近傍にノズル等にて供給することにより行うことができる。その際、貼り合わせ基板２０をゆっくりとした速度で回転させながら行うことが好ましい。貼り合わせ基板２０をゆっくりとした速度で回転させることで、溶解した接着剤の滞留を防止し、接着剤を効率よく溶解することができる。
接着剤の溶解に使用される有機溶剤としては、例えば、ｐ−メンタン、ｄ−リモネン、ｐ−メンタン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、２−ヘプタノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のケトン類；エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール又はジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテルまたはモノフェニルエーテル等の多価アルコール類及びその誘導体；ジオキサンのような環式エーテル類；並びに乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル等のエステル類、メシチレン等の炭化水素類等が挙げられる。これらの中から、使用する接着剤に応じて１種以上を適宜選択し使用すればよい。
この溶解工程では、支持基板１０と半導体ウエハ１４の間に介在する接着剤層１２をすべて溶解させる必要はなく、剥離層１６の外側に残した部分の接着剤、すなわち支持基板１０の剥離層非形成領域２３上に残っている接着剤を溶解させればよい。接着剤層１２と剥離層１６は接着していないため、剥離層１６の外側部分の接着剤を溶解させることにより、図１（ｄ）に示すように、貼り合わせ基板２０を接着剤層１２と剥離層１６の界面で、分離することができる。なお、分離することができれば、剥離層非形成領域２３上の接着剤の溶解も、部分的溶解であってよい。したがって、ここでは、「溶解」という用語はこのような部分的溶解も含むものとする。
このように分離された半導体ウエハ１４には、接着剤や接着剤の溶解物が付着しており、一方、支持基板１０の表面にも、剥離層１６の表面を含め、多少の接着剤溶解物、場合により接着剤が付着しているため、上記溶解工程後、必要に応じて、半導体ウエハ１４及び支持基板１０をそれぞれ洗浄し、付着している接着剤や接着剤溶解物を除去する。これにより、接着剤や接着剤溶解物が除去された半導体ウエハ、及び剥離層を備えた支持基板を得ることができ、半導体ウエハは、その後の半導体チップの製造工程に送られる。また、剥離層を備えた支持基板は、再び半導体ウエハの支持基板として使用することができる。なお、接着剤や接着剤溶解物の洗浄には、溶解工程で用いたものと同様の有機溶剤を使用することができる。
本実施形態においては、支持基板１０表面の剥離層１６の外側領域、剥離層非形成領域２３上の半導体ウエハ１４周縁部を、ブレード３０により物理的に、少なくともその直下の接着剤層１２表面が露出し、かつ支持基板１０の周縁部と半導体ウエハ１４の間に接着剤層１２が残存して、支持基板１０と半導体ウエハ１４間の接着が保持されるように除去した後、支持基板１０と半導体ウエハ１４間に介在する接着剤層１２を溶解させるので、支持基板１０及び半導体ウエハ１４を共に破損させることなく短時間に分離することができる。
すなわち、上記貼り合わせ基板２０に対し、半導体ウエハ１４周縁部を除去せずに接着剤層１２の溶解工程を行った場合には、貼り合わせ基板２０の周面に露出している僅かな厚みの接着剤層１２の周面から、接着剤を溶解する有機溶剤を内部に、少なくとも剥離層１６に外縁に達するまで浸透させて溶解する必要があり、接着剤や有機溶剤の種類にもよるが、非常に時間がかかる。本発明者らが実際に行った実験によれば、例えば、接着剤層１２の厚みが３０μｍで、その外縁から剥離層１６の外縁までの距離が３ｍｍであった場合に、有機溶剤供給開始から接着剤層１２が分離可能な溶解状態になるまでに２０〜３０時間を要した。これに対し、本実施形態（接着剤層の剥離層１６外縁からの残し幅（Ｗ）を約０．５ｍｍとし、その外側の接着剤を略完全に除去工程で除去した場合）では、２５〜３５分間で接着剤層１２が溶解した。
また、半導体ウエハ１４周縁部の除去工程において、半導体ウエハの加工に一般に用いられているダイシングブレード等のブレードを用いることができるので、半導体ウエハ１４も支持基板１０も破損させるおそれがない。
さらに、このように支持基板１０の破損のおそれがないので、図４に示した場合を除き、十分に再利用することができる。
また、除去工程において半導体ウエハ１４の周縁部をブレード３０により除去しており、エッジトリミング加工を施したのと同様の効果が得られるため、別工程での半導体ウエハに対するエッジトリミング加工を省くことができる。すなわち、予めエッジトリミング加工した半導体ウエハを用いずとも、分離後のウエハ割れ、ウエハ欠けを抑制することができる。
なお、本実施形態では、半導体ウエハ１４周縁部の除去手段としてブレード３０を用いているが、半導体ウエハ１４を損傷させることなく、その周縁部を物理的に除去することができるものであればよく、特にブレードに限定されるものではない。
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態の基板分離方法の工程を順に示す概略断面図である。
本実施形態の基板分離方法は、図５（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様、支持基板１０の表面に接着剤層１２を介して半導体ウエハ１４が貼り合わされた基板２０を分離する方法である。
また、本実施形態においては、除去工程において、第１の実施形態と同様、上記貼り合わせ基板２０を回転させながら、ダイシングブレード等のブレード３０を用いて、半導体ウエハ１４の周縁部を少なくともその直下の接着剤層１２表面が露出し、かつ支持基板１０の周縁部と半導体ウエハ１４の間に接着剤層１２が残存して、支持基板１０と半導体ウエハ１４間の接着が保持されるように除去する。
しかしながら、第１の実施形態では、半導体ウエハ１４周縁部であって、平面視で剥離層１６より外側の部分を除去しているのに対し、本実施形態では、剥離層１６の内側、剥離層１６の外縁から、例えば０．５ｍｍ内側に入った所から外側部分を、その直下の接着剤とともに除去している。そして、接着剤は、支持基板１０と半導体ウエハ１４間の接着を確保するため、接着剤層１２の厚みの半分程度を残して除去している。
なお、支持基板１０と半導体ウエハ１４間の接着を確保することができれば、残す接着剤層１２の厚みはさらに薄くてもよく、逆に、厚くてもよい。すなわち、例えば、図６に示すように、接着剤は除去せず、半導体ウエハ１０の周縁部のみを除去するようにしてもよい。しかしながら、支持基板１０と半導体ウエハ１４間の接着を確保するためには、第１の実施形態と異なり、支持基板１０上に接着剤を残す必要がある。そのため、接着剤の種類にもよるが、接着剤層１２は、一般に、厚みが２０μｍ以上であることが好ましい。
このような除去工程後の工程、すなわち、図５（ｃ）以降の工程は、第１の実施形態の図１（ｃ）以降の工程と同様であり、説明を省略する。
第２の実施形態においても、半導体ウエハ１４周縁部を、ブレード３０により物理的に、少なくともその直下の接着剤層１２表面が露出し、かつ支持基板１０の周縁部と半導体ウエハ１４の間に接着剤層１２が残存して、支持基板１０と半導体ウエハ１４間の接着が保持されるように除去した後、支持基板１０と半導体ウエハ１４間に介在する接着剤層を溶解させるので、支持基板１０及び半導体ウエハ１４を共に破損させることなく短時間に分離することができる。
特に、本実施形態においては、半導体ウエハ１４周縁部を、剥離層１６の内側まで除去しているので、接着剤の溶解時間を第１の実施形態よりさらに短縮することができ、より短時間に支持基板１０及び半導体ウエハ１４を分離することができる。本発明者らが実際に行った実験によれば、接着剤層１２の厚みが３０μｍで、その外縁から剥離層１６の外縁までの距離が３ｍｍの場合に、溶剤供給開始から僅かに１０〜１５分間で接着剤層１２が分離可能な溶解状態になった。接着剤には、前述した第１の実施形態の実験で用いたものと同様のものを用い、同様の方法で供給した。
また、本実施形態においても、分離後の支持基板１０は、再び半導体ウエハの支持基板として用いることができる。
さらに、除去工程において半導体ウエハの周縁部をブレード３０により除去しており、エッジトリミング加工を施したのと同様の効果が得られるため、別工程での半導体ウエハに対するエッジトリミング加工を省くことができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、支持基板の剥離層の外側領域、剥離層非形成領域上の半導体ウエハ周縁部を、ブレード等により物理的に、少なくともその直下の接着剤層表面が露出し、かつ支持基板の周縁部と半導体ウエハの間に接着剤層が残存して、支持基板と半導体ウエハ間の接着が保持されるように除去した後、支持基板と半導体ウエハ間に介在する接着剤層を溶解させるので、支持基板及び半導体ウエハを共に破損させることなく短時間に分離することができる。また、除去工程において、半導体ウエハの周縁部を除去しており、エッジトリミング加工を施したのと同様の効果が得られるため、別工程での半導体ウエハに対するエッジトリミング加工を省くことができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０…支持基板、１２…接着剤層、１４…半導体ウエハ、１６…剥離層、２０…貼り合わせ基板、２１…剥離層形成領域、２３…剥離層非形成領域、３０…ブレード。

Claims (6)

  1. 表面の周縁部を除く領域に剥離層が形成された第１の基板と、前記第１の基板の表面の少なくとも前記剥離層を含む領域に接着剤層を介して貼り合わせた第２の基板とを分離する基板分離方法であって、
    前記第２の基板周縁部を、少なくともその直下の前記接着剤層表面が露出し、かつ前記第１の基板の周縁部と前記第２の基板の間に前記接着剤層が残存して、前記第１及び第２の基板間の接着が保持されるように、物理的に除去する除去工程と、
    前記除去工程後、前記接着剤層を溶解する溶解工程と
    を具備することを特徴とする基板分離方法。
  2. 除去後の前記第２の基板の外縁が、平面視で前記剥離層の外縁より外側に位置するように、前記除去工程において前記第２の基板周縁部を除去することを特徴とする請求項１記載の基板分離方法。
  3. 前記除去工程において、前記第２の基板周縁部上の接着剤を前記第２の基板近傍まで除去することを特徴とする請求項２記載の基板分離方法。
  4. 除去後の前記第２の基板の外縁が、平面視で前記剥離層の外縁より内側に位置するように、前記除去工程において前記第２の基板周縁部を除去することを特徴とする請求項１記載の基板分離方法。
  5. 前記接着剤層の厚みが、５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の基板分離方法。
  6. 表面の周縁部を除く領域に剥離層が形成された第１の基板と、前記第１の基板の表面の少なくとも前記剥離層を含む領域に接着剤層を介して貼り合わせた第２の基板とを分離する基板分離装置であって、
    前記第２の基板周縁部を物理的に除去する除去手段と、
    前記除去手段によって周縁部が除去された第２の基板の周囲に前記接着剤層を溶解する溶解液を供給する供給手段と
    を具備することを特徴とする基板分離装置。
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