JP4942055B2 - ハンドル基板からｍｅｍｓデバイスを取り外す方法 - Google Patents

Description

本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を組み込んだデバイスの製作方法に関する。より詳細には、本発明は、ＶＬＳＩ（超大規模集積回路）製造法でＭＥＭＳデバイスを製作し、次いでそのＭＥＭＳデバイスを個々のデバイスに分離する方法に関する。

ＭＥＭＳデバイスは、しばしば、集積回路（ＩＣ）の製作に使用されるリソグラフィック・エッチング及び堆積技術を使用して、シリコンウェーハ基板上に製作される。非常に多くの場合、これらのデバイスは、単位コストを最小限に抑えるために大量に製作される。直径約８〜１０インチの円形シリコンウェーハの片面に、デバイスのバッチが製作される。

ＭＥＭＳ構造が片面に製作された後、ウェーハは、周知のように碁盤目状にされ、又は「ダイシング」されて、個々の各ＭＥＭＳデバイスに分離される。このダイシングは、個々のＭＥＭＳデバイス間の「ノコギリ通路」に沿ってウェーハを切断するものである。簡潔にするために、個々の各ＭＥＭＳデバイスは、より一般的で、当技術分野で普通に使用される「ダイ」としばしば呼ばれる。また、慣習に従って、ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳ構造が形成される側を「前面」、支持用シリコンウェーハである側を「裏面」と呼ぶものとする。本出願人は、インクジェットプリンタ用のプリントヘッドＩＣをはじめとするいくつかのＭＥＭＳデバイスを開発している。これらのプリントヘッドＩＣは、前面のノズルにインクを供給するための、裏面からエッチングされたインク導管を有する。このようなディープエッチング技術は、ウェーハを碁盤目状にするためにも使用され、それによってウェーハを切断する必要がなくなり、デバイス間のノコギリ通路をより狭くすることが可能になる。

上記の技術は、特許文献１に記載されている。同特許文献１の内容を相互参照により本明細書に組み込む。簡単に言うと、個々の各デバイスのＭＥＭＳ構造を、ウェーハの前面に形成する。次いで、これらを、保護用の犠牲材料層で包む。次いで、通常は熱剥離テープを用いて、犠牲材料層にハンドルウェーハをボンディングする。適切なテープには、日東電工（株）が提供するＲｅｖａｌｐｈａ（商標）熱テープがある。このＲｅｖａｌｐｈａ（商標）テープは、片面に永久接着剤層を、反対側の面に熱接着剤層（剥離温度＝１７０℃）を有する両面接着テープである。

ハンドルウェーハは、ガラス、石英、アルミナ又はその他の透明材料からなる円盤にすぎない。このガラス製円盤は、ダイシング工程中及び任意の最終的な剥離エッチング中にＭＥＭＳデバイスを保持し保護するためのハンドルである。

ウェーハは、前面がガラス製ハンドルにボンディングされている状態で、裏面からディープエッチングされる。上記に論じたように、このディープエッチングにより、前面のＭＥＭＳ構造にインクチャネルが形成され、さらに深いエッチングが、シリコンウェーハを貫通して前面の犠牲材料からなる層にまで及ぶ。次いで、ウェーハの裏面にガラス製ハンドルがボンディングされ、前面のガラス製ハンドルは、接着剤剥離温度まで加熱することによって取り外される。犠牲層はエッチング除去され、それにより個々のＭＥＭＳデバイスが分離され、ダイシング工程が完了する。

完成されたＭＥＭＳデバイスは、パッケージングするために、又はより大きな構成部品に組み立てるためにガラス製ハンドルから取り外さなければならない。ＭＥＭＳデバイスが、熱テープ（例えば、すべて日東電工（株）製のＲｅｖａｌｐｈａ、Ｖ８０又はＷ９０Ｖ）を用いてガラス製ハンドルにボンディングされている場合、ダイに、又はダイの下にあるガラス製ハンドルに熱風を向けることによって個々のデバイスを剥離させることができる。これは、接着剤を剥離温度（約１７０℃〜１９０℃）まで加熱するというものである。次いで、単体のＭＥＭＳデバイスは、真空で作動する「ダイピッカー」で外してもち上げることができる。残念なことに、熱風での接着剤の加熱は、ダイ１個当たり約１５秒〜２０秒かかる。大量に製造するためには、これは製作工程上、ボトルネックとなる。

特許文献１で論じたように、ＭＥＭＳデバイスは、積水化学工業（株）製のＳＥＬＦ−ＤＣなどのＵＶ剥離接着テープで接着することができる。開口が小さいマスク、又は光ファイバトーチを使用して、ガラス製ハンドルの下からダイの直下のＵＶ剥離テープにＵＶ照射することができる。この接着剤は、約１秒で剥離し、それにより熱風を使用して熱剥離するのに比べて時間がかなり節約される。しかし、ＵＶ剥離テープは、ＵＶ照射の前に乾燥させる必要がある。それには、約３０分間、ガラス製ハンドルを炉に移動させる必要がある。これはバッチ工程であるが、それでもやはり、全体の工程の主たる律速段階の１つである。

さらに、ＵＶ光は、ガラス製ハンドルを貫通し、隣接するダイを部分的に剥離させるとき、回折する傾向があり得る。部分的に剥離したダイは、完全に剥離されたとき、わずかにゆがむことがあり、そのため、完全に剥離されたダイは、潜在的にダイピッカーによる損傷を受ける可能性がある。

米国特許第６，９８２，１８４号公報

第１の態様によれば、本発明は、ハンドル基板からＭＥＭＳデバイスを取り外す方法を提供し、この方法は、
閾値温度を超える温度に加熱するとＭＥＭＳデバイスへの接着力が低減する熱剥離接着剤によってＭＥＭＳデバイスを個別にボンディングしたハンドル基板を用意するステップと、
ＭＥＭＳデバイスそれぞれの一表面の少なくとも一部に熱源を加えて、閾値温度を超える温度にＭＥＭＳデバイスを加熱するステップと、
ハンドル基板からＭＥＭＳデバイスを個別に取り外すステップとを含む。

デバイス全体を伝導によって加熱するためにＭＥＭＳデバイスの一部に局部的な熱を加えることによって、当該のダイと直接接触する熱剥離接着剤が最初に加熱され、そのダイがより短時間に剥離される。この方法は、接着剤を迅速に加熱して、各ダイを約１秒で剥離させる。これは、ＵＶ剥離接着剤に匹敵するものであるが、３０分の乾燥ベークを必要としない。焦点合わせした熱源で当該のダイを加熱すると、その接着剤の加熱が局部に集中する。隣接するダイをガラス製ハンドルにボンディングする接着剤は、影響を受けないままである。

好ましくは、熱源はレーザである。好ましくは、ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳデバイスの１つに係合するように構成されている自由端をもつ細長いアームを有するダイピッカーによってハンドル基板から取り外され、レーザは、ＭＥＭＳデバイスが取り外される前にダイピッカーを通してビームを導いて、ＭＥＭＳデバイスを加熱する。

別の好ましい実施形態では、熱源は、ＭＥＭＳデバイスの一表面の少なくとも一部と接触するように構成されている加熱表面である。好ましくは、この加熱表面は、熱接着剤を剥離した後にハンドル基板からＭＥＭＳデバイスをもち上げるために使用されるダイピッカー上にある。別の好ましい形態では、このダイピッカーは、加熱速度及び最大温度を所定の閾値内に保つように制御される、熱を発生するための抵抗性ヒータを有する。

第２の態様によれば、本発明は、閾値温度を超える温度で接着力が低減する熱剥離接着剤で支持基板にボンディングされた集積回路ダイを支持基板から外してもち上げるためのダイピッカーを提供し、このダイピッカーは、
集積回路ダイに剥離可能に係合するためのピッカーヘッドと、
集積回路ダイが閾値温度を超える温度まで加熱されるように、集積回路ダイの表面にビームを導くためのレーザと、
支持基板に対して相対的にピッカーヘッドを移動させるためのシャトルドライブ機構とを備える。

好ましくは、ビームの強度は、集積回路ダイが所定の速度で加熱されるように制御される。別の好ましい形態では、ビームの強度は、集積回路ダイの温度が所定の最大値を超えないように制御される。

第３の態様によれば、本発明は、閾値温度を超える温度で接着力が低減する熱剥離接着剤で支持基板にボンディングされた集積回路ダイを支持基板から外してもち上げるためのダイピッカーを提供し、このダイピッカーは、
集積回路ダイが閾値温度を超える温度まで加熱されるように、集積回路ダイの一表面の少なくとも一部を加熱するためのヒータを有する、集積回路ダイに剥離可能に係合するためのピッカーヘッドと、
支持基板に対して相対的にピッカーヘッドを移動させるためのシャトルドライブ機構とを備える。

好ましくは、ダイピッカーは、ハンドル基板からＭＥＭＳデバイスが取り外されたとき、自由端でそれを保持するための真空を生じさせる。いくつかの実施形態では、細長いアームは筒形であり、真空は、細長いアームの下方に空気が引き込まれることによって発生し、レーザは、細長いアームの内部を通して、ダイピッカーの自由端と係合したＭＥＭＳデバイスにビームを導く。

好ましくは、熱剥離接着剤は、５秒未満で閾値温度まで加熱される。別の好ましい形態では、熱剥離接着剤は、２秒未満で閾値温度まで加熱される。好ましくは、閾値温度は２５０℃未満である。別の好ましい形態では、閾値温度は１７０℃〜１９０℃である。

ガラス製ハンドルが一連のＭＥＭＳデバイスを支持する状態を示す概略断面図である。 図１のＭＥＭＳデバイスのいくつかが取り外され、ダイピッカーが次のＭＥＭＳデバイスを取り外すためにその場所に移動している状態を示す概略断面図である。 ダイピッカーが次のＭＥＭＳデバイスに係合し、レーザがそのデバイスを加熱している状態を示す図である。 真空で作動するダイピッカーがガラス製ハンドルからＭＥＭＳデバイスを取り外している状態を示す図である。 別のダイピッカーがダイに係合し、ピッカーヘッドに組み込まれたヒータ素子を通して加熱している状態を示す図である。 ピッカーヘッドがガラス製ハンドルから離れたとき、ＭＥＭＳデバイスが真空によってピッカーヘッドに保持される状態を示す図である。

次に、本発明の好ましい諸実施形態を、添付の図面を参照して単に例として説明する。

図１は、ＭＥＭＳデバイス２が熱剥離接着剤３からなる層によってガラス製ハンドル１にボンディングされている状態を示す図である。ダイが接続されたシリコンウェーハをハンドルにボンディングし、続いてそれらを別々のダイにダイシングする工程は、「METHOD OF FABRICATING MEMS DEVICES ON A SILICON WAFER」という発明の名称の上記特許文献１に記載されている。やはり先に論じたが、熱剥離接着剤３は、ＭＥＭＳデバイスに接触している状態の熱剥離接着剤層の積層体であるフィルム又はテープの形をとることができる。すべて日東電工（株）製のＲｅｖａｌｐｈａ、Ｖ８０又はＷ９０Ｖは、こうしたタイプの剥離テープの典型である。別々のダイにダイシングされた後のＭＥＭＳデバイス２が示されている。発明の背景において説明したように、各ＭＥＭＳデバイス２間のダイス通路１４は、シリコンウェーハ１３の裏面５からディープエッチングによって形成される。この裏面５はまた、インク供給チャネルなど、裏面にエッチングされた他のフィーチャを有することができる。シリコンウェーハ１３の前面には、インクジェット用プリントヘッドＩＣのインク吐出ノズルなどのＭＥＭＳ構造４がある。

図２では、ＭＥＭＳデバイス２のいくつかが取り外されており、ダイピッカー６が次のＭＥＭＳデバイスと位置合わせされている。接着剤層３における浅い局部的なくぼみ９は、ＭＥＭＳデバイスがそれまでに取り外された箇所を示す。ダイピッカー６は、ＭＥＭＳ構造４に損傷を与えることなくＭＥＭＳデバイス２の頂部に係合するための自由端７で開いたチューブ８を有する。

図３は、ダイピッカー６がＭＥＭＳデバイス２の前面に係合している状態を示す。チューブ８中の下方にレーザビーム１０を導いて、ＭＥＭＳデバイス２を加熱する。レーザの出力によって、温度上昇速度が決まるが、その熱は、ＭＥＭＳデバイス２を通して、裏面５に直接接触している接着剤１１に伝わらなければならない。前面のＭＥＭＳ構造４を保護するには、接着剤３の剥離温度は２５０℃未満にすべきであり、典型的な剥離温度は約１８０℃である。ＭＥＭＳデバイス２の厚さに応じて、裏面５と直接接触する接着剤１１では、約１秒で接着力が失われるはずである。しかし、剥離温度までの加熱は、５秒以上もかかることもあるが、それでも従来技術に勝る時間効率をもたらすことが理解されよう。ピッカーを制御するマイクロプロセッサは、加熱速度及び最大温度を調節するために、レーザビームの強度を調整して、デリケートなＭＥＭＳ構造を損傷から保護することができる。

接着剤によるボンディングがない場合、ダイピッカー６は、図４に示すようにＭＥＭＳデバイス２を外してもち上げることができる。チューブ８中、したがって端部７中に、わずかな真空１２が生じる。この真空１２は、ＭＥＭＳデバイス２がパッケージング又はより大きな構成部品内に装着されるまでＭＥＭＳデバイス２を保持する。ダイ２は、外してもち上げられたとき、熱いままであり、したがって残りの接着剤が裏面５に粘着することはない。接着剤層３での浅い局部的なくぼみ９はすべてそのままである。

この技術により、ＵＶ剥離接着テープの場合のように炉で乾燥ベークを行う必要がなくなる。しかし、レーザを使用してダイ及び下にある接着剤を加熱する方法は、熱風ストリームによって熱接着剤を剥離させる従来の方法の１５〜２０倍の速さである。本発明を使用してダイをピッキングする手順を簡略化すると、歩留り損失（損傷したダイ）を１％未満に保ちながら、単体のダイピッカーで、１時間当たり７個以上のウェーハ（８インチ径）を処理することが可能になる。

図５及び図６は、ピッカーヘッド２８に組み込まれたヒータ素子１６を有するダイピッカー６の別の実施形態を示す図である。抵抗性素子１６は、コントローラ１８と、温度センサ２０からのフィードバックとによって加熱速度をより正確に制御することを可能にする。さらに、素子１６は、ＭＥＭＳデバイス５上のより広い領域に熱を加えることができる。加熱速度が高く、ＭＥＭＳ構造内の隣接する構成要素の熱膨張率に差異があるため、レーザでのダイの加熱がより局部的になり、いくつかのＭＥＭＳダイに損傷を与える可能性がある。

図５に示すように、ピッカー６は、ピッカーヘッド２８をＭＥＭＳデバイス５上まで下げる。コントローラ１８は、ヒータ素子１６に通電し、温度センサ２０は加熱速度及び温度をモニタする。ＭＥＭＳダイ５は伝導によって加熱され、直接接触する接着剤１１の温度が、閾値温度より高くなる。レーザによる加熱と同様に、接着力は１秒以内で失われるが、ダイ上の集積回路が加熱速度を下げることを必要とする場合は、その時間を延ばすことができる。

図６は、シャトルドライブ２２が、ハンドルウェーハ１からＭＥＭＳダイ５を外してもち上げ移動させている状態を示す。ドライブモータ２２がピッカーヘッド２８をもち上げ、レール２４に沿ってピッカー６を移動させるとき、真空ポンプ２６からの吸引により、ダイ５が保持される。ガラス製ハンドル１からダイを取り外した後、接着剤層３に浅いくぼみ９が残ったままである。

本発明の実施形態を、ここでは単に例として説明してきた。これは、単に例示的なものにすぎず、決して広範な進歩性のある概念の範囲を限定するものではないとみなすべきである。

Claims (10)

1. ハンドル基板から複数のＭＥＭＳデバイスを取り外す方法であって、
   閾値温度を超える温度に加熱すると前記ＭＥＭＳデバイスへの接着力が低減する熱剥離接着剤、によって前記ＭＥＭＳデバイスを個別にボンディングした前記ハンドル基板を用意するステップと、
   前記ＭＥＭＳデバイスそれぞれの一表面の少なくとも一部に熱源の熱を加えて、前記閾値温度を超える温度に前記ＭＥＭＳデバイスを加熱するステップと、
   前記ハンドル基板から前記ＭＥＭＳデバイスを個別に取り外すステップと、
   を含み、
   前記熱源がレーザであり、
   前記ＭＥＭＳデバイスが、前記ＭＥＭＳデバイスの１つに係合するように構成されている自由端をもつ細長いアームを有するダイピッカーにより前記ハンドル基板から取り外され、
   前記レーザが、前記ダイピッカーを通してビームを導いて、前記ＭＥＭＳデバイスが取り外される前に前記ＭＥＭＳデバイスを加熱する、
   方法。
2. 前記熱源が、前記ＭＥＭＳデバイスの一表面の少なくとも一部と接触するように構成されている加熱表面である、請求項１に記載の方法。
3. 前記加熱される表面が、前記熱剥離接着剤を剥離した後に前記ハンドル基板から前記ＭＥＭＳデバイスをもち上げるために使用されるダイピッカー上にある、請求項２に記載の方法。
4. 前記ダイピッカーが、熱を発生するための抵抗性ヒータを有し、
   前記抵抗性ヒータが、加熱速度及び最大温度を所定の閾値内に保つように制御される、
   請求項３に記載の方法。
5. 集積回路ダイが所定の速度で加熱されるようにビームの強度を制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 集積回路ダイの温度が所定の最大値を超えないように前記ビームの強度を制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記熱剥離接着剤が、５秒未満で前記閾値温度まで加熱される、請求項１に記載の方法。
8. 前記熱剥離接着剤が、２秒未満で前記閾値温度まで加熱される、請求項７に記載の方法。
9. 前記閾値温度が、２５０℃未満である、請求項１に記載の方法。
10. 前記閾値温度が、１７０℃〜１９０℃である、請求項９に記載の方法。

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