JP2014534640A - 一時的に接着された半導体ウエハの剥離 - Google Patents

一時的に接着された半導体ウエハの剥離 Download PDF

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Abstract

記載された方法および装置は、デバイスウエハとキャリアウエハとの間の接着剤に対し制御された摂動を提供する。この制御された摂動は、機械的、化学的、熱的、放射的またはそれらの組み合わせとすることができ、デバイスウエハに損傷を与えることなく、２つのウエハの分離を容易にするものである。制御された摂動は、接着層内の界面（例えば、剥離層と接着剤との間）で、またはウエハ／接着剤の界面で、２つのウエハを接合している接着剤に亀裂を発生させる。そして、亀裂を発生させるのに使用された上記方法のいずれかまたはその組み合わせを用いて、亀裂を拡大させることができる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年１０月２７日に出願され、「Debonding Temporary Bonded Semiconductor Wafers」と題された米国仮特許出願第６１/５５２，１４０号の利益を主張し、参照によってその全体を包含する。この出願は、２０１１年４月１２日に出願され共に係属している、Gregory Georgeによる「Debonding equipment and methods for debonding temporary bonded wafers」と題された米国仮特許出願第１３／０８５，１５９号の一部継続出願である。同号出願は、２００９年４月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／１６９，７５３号に基づく優先権を主張して２０１０年４月１５日に出願された、Gregory Georgeらによる「Debonding equipment and methods for debonding temporary bonded wafers」と題された米国特許出願第１２/７６１，０１４号の一部継続出願である。上記のすべては、参照によってその全体がここに包含される。
本開示の実施形態は、改善された剥離装置および方法に関し、より詳細には一時的に接着されたウエハの剥離に関する。
いくつかの半導体ウエハプロセスは、ウエハ薄化工程を含む。いくつかの用途では、ウエハは集積回路（ＩＣ）デバイスの製造のために薄化される。薄いウエハは、熱除去を改善し、製造されたＩＣデバイスの電気的動作をより良いものにするという利点を有する。ウエハを薄化することは、デバイスのキャパシタンスを低減するとともに、そのインピーダンスを増大させることに寄与し、これらの結果、製造されるデバイス全体が小型のものになる。他の用途では、ウエハの薄化は３次元集積ボンディングに対し、ウエハ貫通ビアホール（through wafer vias）を製造するために使用される。
ウエハ薄化は、通常、ウエハの背面研削（back-grinding）および／または化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を介して行われる。ＣＭＰは、液体スラリの存在下で、硬質且つ平坦な水平回転プラテンにウエハ表面が接触させるようにすることを含む。スラリは、通常、アンモニア、フッ化物またはそれらの組み合わせのような化学エッチング剤ととともに、ダイヤモンドまたは炭化ケイ素のような研磨剤を含有する。研磨スラリを使用し、プラテンで研磨を行うことでウエハを薄くする一方、エッチング剤は表面をサブミクロンレベルで研磨する。ウエハは、一定量の基体が除去され、目標の厚さが実現されるまで研磨される。
米国特許出願第１３／０８５，１５９号明細書
２００μｍ超のウエハの厚さに対しては、ウエハは通常、真空チャックまたはその他何らかの機械的アタッチメントを利用した固定具で所定位置に保持される。しかしながら、２００μｍ未満、特に１００μｍ未満のウエハ厚さに対しては、ウエハを機械的に保持することや、薄化を通じ、平面性の制御およびウエハの完全性を維持することがますます困難になる。これらの場合、ＣＭＰの間にウエハに微小破壊や破損を生じることも珍しいことではない。
薄化の間にウエハを直接的に保持する代替例には、デバイスウエハ（すなわち処理されるウエハ）を支持用のキャリアウエハに取り付けた後、デバイスウエハの反対側の露出表面を薄化してゆくものが含まれる。キャリアウエハとデバイスウエハとの接合は一時的なものであり、ウエハは薄化（または他の処理ステップ）の完了時に分離される。
本開示の実施形態は、デバイスウエハとキャリアウエハとの間の接着剤に制御された摂動を提供するための方法および装置を含む。この制御された摂動は、デバイスウエハに損傷を与えることなく（または、損傷を軽減して）、２つのウエハを容易に分離できるようにするものである。この制御された摂動は、機械的、化学的、熱的、放射的またはそれらの組み合わせとすることができ、接着層内の界面（例えば、剥離層と接着剤との間）で、またはウエハ／接着剤の界面で、両ウエハを接合している接着剤に提供される。そして、無傷で損傷を受けていないデバイスウエハを残しつつ、デバイスウエハからキャリアウエハの制御された剥離を行うことにより亀裂（crack）を拡大する（propagate）ことができる。
一実施形態において、一時的にデバイスウエハに接着されているキャリアウエハの断面図である。 一実施形態において、一時的にデバイスウエハに接着されているキャリアウエハの断面図であり、キャリアウエハのためのウエハ支持構造体と背部保持装置をさらに示している。 一実施形態において、キャリアウエハとデバイスウエハとを剥離するための亀裂を発生させる亀裂イニシエータの使用法を示す断面図である。 一実施形態において、制御された剥離プロセスにおいて進む亀を示す平面図である。 一実施形態において、接着層からデバイスウエハを剥離する間に、背部保持装置によって拘束されているキャリアウエハの断面図である。 一実施形態において、背部保持装置を用いて接着層から剥離されているキャリアウエハの断面図である。 一実施形態において、傾斜付きウエハ支持構造体を使用してデバイスウエハから剥離されているキャリアウエハの断面図である。 一実施形態における、背部保持装置の一例の一部を示す側面図である。背部保持装置の一部の一例の側面及びである。 一実施形態における、異なる形状の背部保持装置の例の一部を示す側面図および平面図である。 一実施形態における、異なる形状の背部保持装置の例の一部を示す側面図および平面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の例を示す平面図（上面図）である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の例を示す平面図（上面図）である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の例を示す平面図（上面図）である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の例を示す平面図（上面図）である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の例を示す平面図（上面図）である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の他の例を示す側面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の他の例を示す側面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の他の例を示す側面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の他の例を示す側面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の他の例を示す側面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの先端構成の他の例を示す側面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの係合のための異なるアプローチを示す側面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの係合のための異なるアプローチを示す側面図である。 一実施形態における、亀裂イニシエータの係合のための異なるアプローチを示す側面図である。
図面は、例示目的のためにのみ、本発明の様々な実施形態を示している。当業者であれば、以下の説明から、本発明の原理から逸脱することなく、本明細書に例示の構造および方法の代替的な実施形態を用いることができることを容易に認識するであろう。
概要
図１Ａは、接着層１０８によって一時的にキャリアウエハ１０４に接着されたデバイスウエハ１１２の断面図である。本開示の実施形態は、接着層１０８に、好ましくはデバイスウエハ１１２またはキャリアウエハ１０４のいずれかと接着層１０８との界面で、亀裂を発生（initiate）させて広げ（propagate）、それによって両ウエハを剥離するために使用することができる。
デバイスウエハ１１２の例には、シリコンウエハ、ＧａＡｓウエハ、ＧａＮウエハまたはその他の半導体ウエハであって、特に薄化されるそれらのウエハが、処理の一部として、１００μｍ未満まで薄化されるものが含まれる。他の例では、本開示の実施形態は、より薄く、機械的堅牢性がより低いデバイスウエハ１１２であっても剥離するのに使用可能である。特に、１００μｍ未満の厚さを有するデバイスウエハ１１２に対し、本開示の実施形態は、接着層１０８の界面（デバイスウエハ１１２／接着層１０８の界面またはキャリアウエハ１０４／接着層１０８の界面）に亀裂を発生させ、従来の分離技術とは異なって、デバイスウエハを損傷することなく、キャリアウエハ１０４からデバイスウエハを首尾よく分離することができるものである。ウエハが薄くなるほど、結合した２つのウエハ間の亀裂を制御された方法で発生させ、亀裂の制御された拡大を生じさせ、それによって制御された方法でウエハを分離することでデバイスウエハへの損傷を防止するようにすることは、有益である。
様々な適用例では、デバイスウエハは５０μｍと同等まで薄化することができ、１０μｍと同程度までにすら薄化することができる。一般にデバイスウエハは、５０ｍｍから２００ｍｍないしは３００ｍｍ以上の範囲の直径を有する。
キャリアウエハ１０４は、通常、デバイスウエハ１１２に熱的に適合した（すなわち、ほぼ同じ熱膨張係数を有する）非汚染性材料で作製されている。キャリアウエハ材料の例としては、シリコン、ガラス、サファイア、石英またはその他の、デバイスウエハと同様の機械的および熱的特性を有する便利な基板材料が含まれる。キャリアウエハ１０４は、好ましくは、デバイスウエハよりも厚いものであるか、そうでなければ機械的により堅牢なものである。そしてキャリアウエハ１０４は、より脆弱な（そして一般により価値のある）デバイスウエハの機械的支持または付加的な機械的堅牢性を提供する。デバイスウエハに付加的な機械的堅牢性を提供することは有益である。キャリアウエハがしばしば使用される場合、半導体プロセスの後の段階で、デバイスウエハは部分的または完全に作製されている半導体デバイスを含んでいるからである。これらのデバイスウエハは、製造業者の一部に重大な財政投資を行わせることを示している。デバイスウエハの損傷および／または破壊を低減することで、経済的な損失が低減される。
接着層１０８は、デバイスウエハ１１２にキャリアウエハ１０４を接合するために使用される接着剤である。接着層１０８は、シリコーン類、ポリイミド類、アクリレート類および種々の熱可塑性プラスチック類を含む、任意の数の接着剤、ポリマーおよび／またはオリゴマーシステムを用いて形成することができる。接着層１０８に使用されるいくつかのシステムは、２つのウエハを接合するだけの場合を超える機能を実行することができる複数の層を含む。いくつかの例では、接着剤に加えて、接着層１０８は、ウエハ１０４または１１２の一方に隣接し、ウエハからの接着剤の分離を容易にする剥離層を含む。他の例では、接着層１０８は、ウエハ１０４または１１２の一方に隣接し、接着剤とウエハの間の接着性を向上させるプライマ層を含む。さらに他の実施例では、接着層１０８は、これらの層の双方、または、異なる機械的特性（例えば、弾性率、破壊靭性、ガラス転移温度）、熱特性、または化学的特性を有する接着剤の複数の層を含む。異なる接着層、プライマ層および／または剥離層の複数の層を使用することにより、接着層１０８の特性を調整し、ウエハの特別な幾何学的形状および機械的特性にかかわらず、ウエハ１０４および１１２の制御された相互の分離を促進することができる。
接着層１０８の厚さは、概して、ウエハに塗布される特定の接着剤システム、塗布量（接着剤システムおよびウエハ１０４および１１２の機械的特性によって影響されるため）、デバイスウエハの特徴のトポグラフィ、およびその他の同様なファクタの関数である。薄化の適用において、デバイスウエハ１１２の被処理面（すなわちトポグラフィを有する表面）は、一般に、接着層１０８に面しており、デバイスウエハの未処理すなわち裏面が薄化のために露出される。一実施形態では、接着層１０８の厚さは、デバイスウエハ１１２の表面の特徴を超える約１０μｍから１５μｍのバンドを提供するのに十分なものとされる。デバイスウエハ上の表面特徴の例としては、Ｃ４バンプ、マイクロバンプおよびその他の、半導体デバイスの他の電気的に活性の特徴部が含まれるが、これらに限定されるものではない。
接着層１０８の厚さに影響を及ぼし得る他のファクタには、接着層に使用される層の種類、層の破壊靭性、ウエハに塗布される接着剤成分の粘度および表面張力、接着剤塗布方法、およびその他の同様のファクタが含まれる。接着層は、好ましくは、接着層とウエハ１０４および１１２との間に作用する（すなわち、接着層に平行な方向に作用する）剪断応力に対しては特に強いが、２つのウエハを分離するよう作用する垂直応力に対するほどは強くない接着を提供する。
接着層１０８は、デバイスウエハ１１２の露出面およびキャリアウエハ１０４の露出面（すなわち、接着層に接触していない２つの面）が、いくつかの例ではほぼ４μｍの範囲で平行となるように適用される。他の例では、デバイスウエハ１１２およびキャリアウエハ１０４は、２つのウエハを横切る方向の全厚の変化がほぼ１μｍまたは１μｍ未満となるように平行とされる。
剥離システム
図１Ｂは、制御された機械的、化学的、熱的、または放射的摂動を用いてウエハ／接着層界面に近接する接着層１０８の縁部に亀裂（またはひび割れ）を発生させることによって、デバイスウエハ１１２からキャリアウエハ１０４を剥離するために使用されるシステム１００のハイレベルな実施形態を示している。図１Ａに導入された要素に加えて、システム１００は、ウエハ支持構造体１１６、背部保持装置１２０および亀裂イニシエータ１２４を含む。
ウエハ支持構造体１１６は、キャリアウエハ１０４および／またはウエハスタック１０４／１１２のための構造的な支持を提供する。ウエハ支持構造体１１６はまた、背部保持（holdback）装置１２０が取り付けられた構造を提供することができる。デバイスウエハ１１２を支持するために第２のウエハ支持構造体が使用されてもよい。明確化のために、第２のウエハ支持構造体は図１Ｂには示されていない。機械的な剥離器に基づく一設計は、特許文献１の図３０〜図４１に示されており、参照により本明細書に組み込まれるものとする。図１Ｂのウエハ支持構造体１１６は、平板状の機械的剥離器（アイテム２５３）であり、第２のウエハ支持構造体（図１Ｂに示されていない）は、多孔真空チャックの機械的剥離器（アイテム２５６）である。
亀裂イニシエータ１２４は、接着層１０８とデバイスウエハ１１２およびキャリアウエハ１０４のいずれかとの間で接着層の端から始まる亀裂を発生させ、および／または拡大するために使用される。これは、図１Ｃに示されている。亀裂は、ウエハ１０４および１１２の制御された剥離プロセスの一部として使用される。
制御された剥離プロセスでは、亀裂は、制御された方法で、例えば図１Ｄに示すように、ほぼ線として進んでゆく。図１Ｄは、デバイスウエハ１１２の平面図（上面図）を示している。亀裂イニシエータ１２４は、ポイント１５０で亀裂を発生させる。その後、亀裂は図１Ｄの右から左に広がる。亀裂の広がりは、２つのウエハを分離するように作用する法線方向応力の結果および／または亀裂イニシエータ１２４のさらなる利用の結果であり得る。破線１５１〜１５５は時間経過に対する亀裂の広がりを示している。各破線は、異なる時点での亀裂の先端を表す。各破線に関し、その時点で、２つのウエハは、破線の右側では分離され、破線の左側ではまだ互いに接合されている。この例では、亀裂が広がる際、亀裂の先端は実質的に直線のままである。このような制御された剥離は、特許文献１の図３０〜４１に記載された機械的剥離器によって実現することができる。
亀裂を常に同じポイントで発生させる必要はない。例えば、接着層の縁に沿った異なるポイントに亀裂イニシエータ１２４を配置することができる。亀裂イニシエータ１２４をウエハスタックに対して再配置可能とすること、または複数の亀裂イニシエータが異なる部位にあるようにすること、またはウエハスタックを亀裂イニシエータに対して再配置可能とすることができるようにしてもよい。１つのアプローチでは、ウエハスタックを亀裂イニシエータに対して回転可能とし、亀裂イニシエータが異なる部位で亀裂発生を試みることができるようにしてもよい。
また、実際に複数の発生があってもよい。例えば、亀裂が発生する前に、亀裂イニシエータが同じポイントに対し複数回係合し、回毎に圧力をより加えるようにすること、または、異なる角度または方向からアプローチするようにすることができる。あるいは、亀裂が発生する前に、亀裂イニシエータが異なる複数のポイントに係合するようにしてもよい。１プロセスでは、亀裂イニシエータがあるポイントに対して係合および係合解除し、ウエハスタックを僅かに回転させ、その後亀裂イニシエータが新たなポイントに対して係合および係合解除することなどが、亀裂が発生するまで行われる。
再び図１を参照するに、いくつかの実施形態においては、ウエハ支持構造体１１６は平坦性かつ剛性のあるものである。例えば、ウエハ支持構造体１１６がＣＭＰの間に接合ウエハを保持するために使用される携帯型チャックである場合に、ウエハ支持構造体１１６は平坦性および剛性を有するものであることが好ましい。剥離を通じ同じウエハ支持構造体１１６が使用される場合、図１Ｅに示すように、デバイスウエハ１１２はキャリアウエハ１０４から離れるよう「引き剥がされ」る。亀裂イニシエータ１２４はその引き剥がしを開始させる。背部保持装置１２０は、剥離プロセス中にキャリアウエハ１０４を機械的に拘束する。
ウエハ支持構造体１１６は平坦性および／または剛性を有するものとすることができるが、図１Ｆに示すように、いくつかの例のウエハ支持構造体は可撓性を有するものである。特許文献１の図３０〜図４１には、機械的な剥離器の一例が記載されている。その実施形態では、ウエハ支持構造体はフレックスプレート１７６である。デバイスウエハ１１２は独自のチャック１７０（デバイスウエハは非常に薄いため、例えば多孔質の真空チャックである）によって固定される。デバイスウエハ１１２は、テープフレーム１６４によって保持されたテープ１６８上で剥離される。
フレックスプレート１７６は、例えばデバイスウエハ１１２から離れるようキャリアウエハ１０４を撓ませることによって、亀裂イニシエータ１２４に対し接着層１０８（すなわち、より具体的には、接着層／ウエハ界面）を露出させるのに使用することができる。キャリアウエハ１０４を撓ませることによって接着層１０８を露出させることに加え、キャリアウエハ１０４の撓みは、接着層にほぼ垂直な応力を及ぼす。フレックスプレート１７６を介しキャリアウエハ１０４を撓ませることによって生じるこの垂直応力は、単独または亀裂イニシエータ１２４との組み合わせで亀裂成長を促進しまたは発生させることができる。さらに、背部保持装置１２０およびフレックスプレート１７６を用いてキャリアウエハ１０４および接着層１０８に応力を作用させることで、亀裂先端の進行を制御するのに背部保持装置を用い、キャリアウエハが制御された解放状態でデバイスウエハ１１２から分離されるようにすることができる。
フレックスプレート１７６にキャリアウエハ１０４を物理的に固定するために背部保持装置１２０が使用されることによって、デバイスウエハ１１２からの分離時に、キャリアウエハには機械的安定性と安全性とが提供される。この場合、キャリアウエハ１０４は、真空、１以上のクランプ、または他の解放可能な接続部を介して、フレックスプレートに取り付けることができる。キャリアウエハ１０４に物理的な安全性を提供することによって、背部保持装置１２０は、ウエハ処理中またはウエハの分離中に、キャリアウエハおよびデバイスウエハ１１２の一方または双方への損傷を防ぐ助けとなる。
背部保持装置１２０は、デバイスウエハ１１２からキャリアウエハを分離する間にキャリアウエハ１０４に応力を加えるために使用されてもよい。例えば図１Ｆにおいて、背部保持装置１２０は、上述したようにキャリアウエハを撓ませるキャリアウエハ１０４の面に対してほぼ垂直な応力を加えることができる。この垂直応力の結果生じたキャリアウエハ１０４の歪みにより、亀裂イニシエータ１２４によるより良いアクセスのために接着層１０８を露出させることができ、あるいは接着層とウエハ１０４および／または１１２の一方または双方との間の亀裂を発生させることができる。
亀裂が発生すると、背部保持装置１２０の作用またはそれから独立した作用を介して、背部保持装置によってキャリアウエハ１０４に加えられる応力はデバイスウエハ１１２からキャリアウエハの制御された分離を提供するために使用される。例えば、亀裂が発生すると、制御された継続的な応力を与えることによって亀裂の先縁の進行を制御することができる。亀裂が目標部位または界面にまで進行すると、応力および／または歪みの割合を低減させることで、目標経路に沿った亀裂の軌道を維持することができる。
図１Ｇは、デバイスウエハ１１２のための傾斜付きウエハ支持構造１６０の使用法を示す。この例では、デバイスウエハ１１２は、テープフレーム１６４に保持されたテープ１６８の上に剥離される。傾斜付き形状とすることによって、亀裂発生のための接着層端部へのアクセスをより容易とすることが可能となる。例えば、ウエハスタックを、テープ１６８の右側の始点に係合させることができる。そして、傾斜面全体を横切って、右から左に「揺り動かす」ことができる。これにより、図１Ｆの引き剥がし運動と同様の応力を加えることになる。
背部保持装置１２０は、キャリアウエハ１０４と接触するウエハ接触面１２２を含み、それによって、上述のように、キャリアウエハが固定され、またはキャリアウエハに応力や歪みが加わる。図２Ａ〜図２Ｃを参照するに、ウエハ接触面１２２の形状は、キャリアウエハ１０４の特定の構造的または機械的特性に適合させることができる。図２Ｂ〜図２Ｃには、側断面図に加えて平面図も示されている。図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、ウエハ接触面１２２は、傾斜した背部係止部２０４、段差付き背部係止部２０８、または扇形（scalloped）背部係止部２１２を含むことができる。これらの異なる背部係止部の輪郭は、キャリアウエハ１０４との所望の接触量や種類に応じて適宜選択することができる。平面視において、背部保持装置は、直線状背部係止部（図２Ｂに示すように）またはウエハ形状に適合する曲線状背部係止部（図２Ｃに示すように）を有することができる。等角（conformal）の背部係止部は、ウエハ周縁の一部とのみ接触しうる直線状背部係止部と比べて、ウエハの縁部にキャリアウエハ１０４との大きな接触面積を有する。これらの３例の背部係止部は、単なる例示である。他のウエハ接触面１２２の背部係止部の形状または輪郭とすることが可能であり、異なる平面図および側面図を混合することもできる。例えば、図２Ｂの段差付き背部係止部２０８を、図２Ｃの等角平面図と組み合わせることもできる。
亀裂イニシエータ装置
上述したように、亀裂イニシエータ１２４は、接着層の縁から始まる亀裂を発生および／または拡大するために使用され、好ましくは、接着層１０８と、キャリアウエハ１０４またはデバイスウエハ１１２との間に配置される。亀裂は、ウエハ１０４および１１２の制御された剥離プロセスの一部として使用される。図１Ｄに示すように、制御された剥離工程プロセスでは、亀裂の先縁がほぼ直線形状で進んで行く。亀裂イニシエータ１２４からの制御された摂動は、例えば、機械的、熱的、化学的、および／または放射的な手段を用いて提供することができる。別の形態では、デバイスウエハ１１２から電荷を伝えるために亀裂イニシエータ１２４を使用することができ、それによればデバイスウエハ上の集積回路が静電放電（electro-static discharge）によって損傷するリスクが低減される。
一例では、亀裂イニシエータ１２４は、接着層とデバイスウエハ１１２またはキャリアウエハ１０４との間の界面への単純な衝突によって亀裂を発生させる。これは、この界面で機械的に亀裂を導入することである。この機械的摂動は、亀裂イニシエータ１２４の形状を制御することによって、および、摂動送達の角度、力、速度、摂動の部位、付加される摂動の種類（熱的、化学的等）、貫通深さ、および／または亀裂イニシエータの加速度を制御することによって、制御することができる。異なるチップ構成は、以下でさらに詳細に議論される。
接着層１０８が粘弾性層または成分を含んでいる例においては、亀裂イニシエータ１２４が接着材層を貫く速度は、亀裂の発生、拡大および特性に影響を与え得る。例えば、接着層１０８に用いる１または複数の材料が高い粘弾性を有する場合、亀裂イニシエータは、比較的高い速度および／または加速度で制御された機械的摂動を導入することで、接着層中に、または材料のガラス状領域における接着層／ウエハ界面の縁部に、亀裂を導入することができる。この例では、高粘弾性の接着層１０８に対し低速度および／または低加速度機械的摂動を提供すると、界面で接着層に亀裂を発生させることができなくなるか、あるいは鈍い亀裂先縁を持つ（従って亀裂先縁での応力集中を低減する）亀裂が生成されてしまうことになる。これは、ひいては亀裂を拡大するのに要するエネルギを増大させ得るので、キャリアウエハ１０４およびデバイスウエハ１１２の応力および損傷のリスクが増大する。
他の例では、亀裂のイニシエータ１２４は、圧電変換器によって生成されるような、超音波やメガソニック周波数を使用して、接着層１０８／ウエハ１０４または１１２の界面の縁部に機械的摂動を提供することができる。圧電変換器は、別個のデバイスとして亀裂イニシエータ１２４に一体化したものとすることもできるし、または、亀裂イニシエータの先端自体を圧電変換器とし、遠隔配置されたコントローラによって作動させるようにすることもできる。超音波の機械的摂動は、例えば、材料の延性が低い、または亀裂イニシエータ１２４によって提供されるエネルギの吸収能力が低い領域で、接着材料を摂動させることによって、亀裂発生を容易にすることができる。
さらに他の例では、亀裂イニシエータ１２４は、接着層に対し制御された熱的摂動を提供することで、亀裂を発生させる。いくつかの例では、亀裂イニシエータ１２４は、遠隔熱源からの熱を伝導するものであるか、または加熱要素を含むものである。いずれの場合においても、亀裂イニシエータ１２４が接着層に熱を送達できることによって、デバイスウエハ１１２からのキャリアウエハ１０４の制御された解放を生じさせるのに用いることができる、制御された熱的摂動が接着層１０８に提供される。制御された熱的摂動は、例えば、接着層１０８の一部を溶融すること、接着層の１以上の層として使用されている材料のガラス転移温度を超えるよう接着層の一部の温度を高めること、または、接着層の一部を燃焼させることにより、ウエハの制御された解放を生じさせることができる。
さらにまた他の例では、接着層１０８の一部を加熱することにより制御された熱的摂動を導入するのではなく、亀裂イニシエータ１２４は、一体化または遠隔配置された冷却源を用いて接着を冷却することによって、制御された熱的摂動を導入することができる。この例の一実施形態では、亀裂イニシエータ１２４は、粘弾性材料を含む接着層１０８をガラス転移温度未満に冷却することによって、材料のコンプライアンスを低下させ、および／またはその破壊靱性を低下させることができる。接着層のこの冷却された部分は、そのガラス転移温度以上の材料と比較して、より容易に亀裂を発生させることができる。冷却方法には、冷媒または寒剤（エーテル、液体窒素または固体二酸化炭素など）を接着層１０８に送達する亀裂イニシエータ１２４を使用すること、および／または、接着層から熱を伝導するヒートシンクとして遠隔冷却された亀裂先縁イニシエータを使用すること、が含まれる。
他の実施形態では、非粘弾性材料であっても、十分に冷却することで、低減された破壊靭性または増大した脆性を持つことができるようにされる。いくつかの例では、接着層１０８に用いられる非粘弾性材料を冷却することで弾性率を低下させる。これは亀裂先縁の応力集中を増大させ得るので、破壊エネルギを低下させることができる。さらに他の実施形態では、接着層１０８を冷却することを制御された機械的摂動と組み合わせ、接着層の脆性を増加（または、破壊靭性を低下）させて亀裂を発生させてから、機械的に摂動させるようにすることができる。
さらに別の例では、亀裂イニシエータ１２４は、接着層に対し制御された化学摂動を提供することで亀裂を発生させる。一実施形態では、摂動を提供するために使用される化学物質は、接着システムの成分に応じて選択される。すなわち、本実施形態における化学物質は、接着層１０８に対する、または、剥離層もしくはプライマ層など接着層内の１以上の層に対する溶剤または膨潤剤であるように選択される。接着層１０８の接着特性または層（またはそれに含まれる複数の層）の構造的完全性を弱める化学物質を提供することによって、背部保持装置を用いてキャリアウエハに応力または歪みを加えれば、デバイスウエハ１１２からのキャリアウエハ１０４の制御された解放を実現することができる。
一実施形態では、制御された化学摂動は、接着層１０８に提供される流体の化学物質のための導管としての亀裂イニシエータ１２４を用いて送達することができる。化学物質は、毛管作用により既存の亀裂に引き込まれ、または亀裂イニシエータ１２４によって注入されることにより、亀裂成長を促進することができる。別の実施形態では、デバイスウエハ１１２と粗く同心となっている露出した接着層１０８に対して、またはそのすべてに対して化学物質を提供することができる。これは、続いて接着層１０８の周囲の界面を弱めるので、背部保持装置１２０を用いてキャリアウエハ１０４に応力を作用させることにより、弱められた接着剤から離れるようキャリアウエハを引き上げるような、制御された剥離を可能にすることができる。
さらにまた別の例では、亀裂イニシエータ１２４は、亀裂を発生させる一部として、接着層１０８を照射するために使用可能な放射送達装置を含むことができる。送達される放射は、用いる接着材料と組み合わせて選択することができ、赤外線、可視光または紫外線（例えば、光ファイバを使用して線源から送達される）を含むこと、ならびにマイクロ波放射または他の周波数の電磁放射を含むことができる。一実施形態では、赤外線放射は、剥離を容易にするべく接着層１０８に熱エネルギを提供するために使用することができる。他の実施形態では、紫外線照射は、光学的に活性な接着剤（例えば、ポリマーまたはメタクリレートを含むオリゴマー系）の主鎖の切断を促進することにより、接着力を低減し且つデバイスウエハ１１２からキャリアウエハ１０４を分離するのに要するエネルギ量を低減するべく、接着層１０８に提供される。他の箇所に記載したように、放射送達は、接着層１０８に亀裂を発生させ、拡大するための他の機構と組み合わせることができる。
亀裂イニシエータの先端部
図３Ａ〜図３Ｅは、亀裂イニシエータ１２４の種々の断面の平面図（上面図）であり、各イニシエータは異なる先端部を有したものとして示されている。亀裂イニシエータ１２４およびその先端部は、ウエハ界面での接着層１０８の破壊特性、および／または、上述したように亀裂を発生および拡大させるために使用される他の１以上の亀裂発生技術に基づいて選択することができる。図示のように、亀裂イニシエータは、丸みを帯びた先端３０４、尖った先端３０８平坦な先端３１２、鋸歯状の先端３１６、または凹状弓形の先端３２０に接続することができるシャフト３０２を含む。シャフト３０２は、図３Ａ〜図３Ｅのすべてにおいて同じ幅を持つものとして示されているが、幅を異ならせることもできる。例えば、目的が単に亀裂を発生させることである場合には、幅の狭い亀裂イニシエータを用いることができる。さらに発生後に亀裂を拡大するためにも用いられるのであれば、より幅広の亀裂イニシエータを用いることができる。
一実施形態では、尖った先端３０８は、例えば、脆い接着層１０８に亀裂を発生させるために選択することができる。他の実施形態では、尖った先端３０８は、亀裂発生の前または間に接着層１０８の脆性を増加させる（または、破壊靭性を低下させる）冷却熱的摂動との組み合わせにおいて、接着層に亀裂を発生するために使用することができる。別の実施形態では、丸みを帯びた先端３０４は、例えば、接着層１０８に化学的または放射的摂動を提供する化学物質または放射送達システム（チューブ、チャネルまたは毛細管など）に対応するために選択することができる。さらに別の実施形態では、鋸歯状の先端部３１６は、接着層１０８内に複数の亀裂を発生させるために選択することができる。これらの例は、亀裂イニシエータ１２４の特定の先端形状を選択する理由のいくつかを例示するために提供したものである。
いくつかの例では、亀裂イニシエータ１２４は、接着層１０８内の目標部位に亀裂を発生させるように構成されている。この利点は、産業上業界使用される接着システムの多様性を増すこと、および／または、接着層１０８の副層の数を増すことであり、目標部位で接着層に亀裂を発生させることで、ウエハの一方または双方を損傷することなく、デバイスウエハ１１２からキャリアウエハ１０４を分離する能力を増大させることができる。
例えば、接着層１０８がデバイスウエハに隣接して剥離層を含む場合に対しては、デバイスウエハ１１２に近い位置で亀裂を発生させることが有益であり得る。剥離層は、デバイスウエハ１１２からキャリアウエハ１０４を分離するのに必要なエネルギを低減させる。分離のエネルギを低減することは、デバイスウエハ１１２を損傷せずにキャリアウエハ１０４から分離する可能性を高めることができる。
接着層１０８内の目標部位またはその近傍で亀裂を発生させることは、いくつかの例では、目標部位またはその近傍で機械的、熱的、化学的または放射的摂動を導入するように構成されている亀裂イニシエータ１２４を用いることにより促進できる。この利点は、剥離層を含む接着システムに対しては、剥離層近傍に送達する場合、摂動がウエハの制御された剥離に対してより効果的となり、それによって、必要エネルギがより少ない界面またはその近傍で亀裂を発生させることである。
図４Ａ〜図４Ｆは、亀裂イニシエータ１２４の種々の断面の側面図であり、各イニシエータは異なる先端部を有したものとして示されている。図示のように、亀裂イニシエータはシャフト３０２を含み、これは平坦な先端４０４、くさび形の先端４０８、尖った先端４１２、凹状の円弧状の先端４１６、丸い先端４２０または扇形（scalloped）の先端４２４に接続することができる。これらの側断面のいずれも、図３Ａ〜図３Ｅの平断面と組み合わせることができる。
亀裂イニシエータ１２４を異なる方法で使用することができる。図５Ａは、亀裂イニシエータ１２４の第１面をキャリアウエハ１０４の表面に近接して配置することで、ウエハ／接着界面近傍にくさび形の先端が配置されるようにしたものである。続いてこの構成は、デバイスウエハ１１２からキャリアウエハ１０４を分離するのに使用されることを企図して、目標界面またはその近傍に摂動（機械的、熱的、化学的、放射的、またはそれらの組み合わせのいずれかによる）を送達する。
亀裂イニシエータ１２４が接着層１０８に対して示す角度によって、接着層のターゲットの部位近傍に摂動を提供することを容易にすることができる。図５Ｂにおいては、亀裂イニシエータ１２４は、接着層から剥離されるべきウエハに関して接着層１０８に鋭角をなしている。これの１つの利点は、ダイシングフレーム、ダイシングテープ、背部保持装置、および／またはシステムの他の構成要素など、システムの他のコンポーネントと干渉（entanglement）することなく、接着層に対して亀裂イニシエータ１２４を存在させることができることである。
亀裂イニシエータ１２４はまた、可撓性すなわち柔軟性のあるシャフトまたは他の支持部材を用いて、接着層１０８に提供することができる。可撓性支持部材を使用すると、亀裂イニシエータ１２４をシステムの他の特徴によって目標位置に導くことができるという利点がある。図５Ｃにおいては、亀裂イニシエータ１２４は、界面に向かって平行移動する間に支持部材１２６を撓ませることによって、ウエハ／接着層界面に導くことができる。支持部材１２６を撓ませることで、ウエハ表面に隣接する接着層に接触するまで、キャリアウエハとの接触が維持される。
本発明の実施形態の前述の説明は、説明目的で提示されているものであり、網羅的であること、すなわち開示された形態そのものに本発明を限定することを意図したものではない。関連技術の当業者であれば、上記の開示に照らし、多くの修正および変形が可能であることを理解できる。

Claims (20)

  1. 一時的にキャリアウエハに接着されたウエハデバイスを前記キャリアウエハから剥離するためのシステムであって、
    接着層によって前記デバイスウエハに一時的に接着されている前記キャリアウエハを含むウエハスタックを保持するように構成されたウエハ支持構造体と、
    制御された摂動を前記接着層の縁部近傍に導入することにより、前記接着層に亀裂を発生させる亀裂イニシエータであって、制御された亀裂の拡大によって、前記デバイスウエハを損傷することなく前記キャリアウエハから前記デバイスウエハが剥離されるようにされ、前記デバイスウエハが１００μｍ未満の厚さおよび少なくとも５０ｍｍの直径を有している、亀裂イニシエータと、
    前記剥離の間、前記キャリアウエハの周辺部の少なくとも一部を拘束するように構成された背部保持装置と、
    を具えたことを特徴とするシステム。
  2. 前記デバイスウエハが５０μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記デバイスウエハが１０μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
  4. 前記ウエハスタックが１μｍ未満の全厚変化を有していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 前記ウエハ支持構造体が、前記デバイスウエハの処理の間および前記キャリアウエハからの前記デバイスウエハの剥離の間の双方で、前記ウエハスタックを保持する真空チャックであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  6. 前記真空チャックが、前記デバイスウエハの薄化の間に前記ウエハスタックを保持することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
  7. 前記ウエハ支持構造体が可撓性を有することで、剥離の間に、前記デバイスウエハから離れるよう前記キャリアウエハが撓むことができるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  8. 前記亀裂が実質的に直線状の先縁をもって広がることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  9. 前記亀裂イニシエータがさらに、前記亀裂を発生させた後に拡大させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  10. 前記亀裂を、前記接着層と前記キャリアウエハとの界面で発生させることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  11. 前記亀裂を、前記接着層と前記デバイスウエハとの界面で発生させることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  12. 前記亀裂イニシエータが、前記亀裂を発生させるために、前記接着層に対し少なくとも制御された機械的摂動を与えることを特徴とする請求項１のシステム。
  13. 前記亀裂イニシエータが化学物質送達装置をさらに備え、該化学物質送達装置は、前記キャリアウエハからの前記デバイスウエハの剥離を開始させるために前記接着層に対し制御された化学的摂動を提供するのに使用されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  14. 前記亀裂イニシエータが熱エネルギ送達装置をさらに備え、該熱エネルギ送達装置は、前記キャリアウエハからの前記デバイスウエハの剥離を開始させるために前記接着層に対し制御された熱的摂動を提供するのに使用されることを特徴とする請求項１のシステム。
  15. 前記亀裂イニシエータが放射送達装置をさらに備え、該放射送達装置は、前記キャリアウエハからの前記デバイスウエハの剥離を開始させるために前記接着層に対し制御された放射的摂動を提供するのに使用されることを特徴とする請求項１のシステム。
  16. 前記亀裂イニシエータがさらに、前記キャリアウエハからの前記デバイスウエハの剥離を開始させるために前記接着層に対し制御された摂動を提供する手段を備えることを特徴とする請求項１のシステム。
  17. ウエハデバイスをキャリアウエハに一時的に接着している接着層に亀裂を発生させる装置であって、
    シャフトと、
    前記シャフトに接続され、前記接着層に機械的摂動を与えて前記亀裂を発生させるように構成された先端部と、
    前記シャフトに接続され、前記先端の近傍にあって、前記接着層に非機械的摂動を送達して前記剥離を開始させるように構成された第２摂動機構と、
    を具えたことを特徴とする装置。
  18. 前記第２摂動機構は、前記接着層に光を伝送する光ファイバを含み、前記光が前記接着層への制御された放射摂動を与えることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  19. 前記第２摂動機構は、前記接着層に寒剤を供給する毛細管を含み、前記寒剤が前記接着層に対し制御された熱的摂動を与えることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  20. 前記第２摂動機構は、前記接着層に溶剤を供給する毛細管を含み、前記溶剤が前記接着層に対し制御された化学的摂動を与えることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
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