JP5602145B2 - 接着方法 - Google Patents

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Description

本発明は、第１表面と第２表面とを中間層を介して接着（接合）する方法に関する。中間層の材料は流動状態において膨らみ（バルジ）を形成し、中間層の有利な特性は接着に使用される。
表面の接合は、多くの用途において役割を演じている。したがって、例えば、複合システムには層が積層され、または保護すべき表面に保護膜が塗布される。半導体工業でのウェーハ加工におけるような多くの用途では、例えば互いに接合すべき表面を整合させるときまたは接着後の接着強度を設定するときに接着精度を得ることはきわめて重要である。
後面メタライゼーションまたはシンニング等のその後の加工に対してウェーハを保護する目的から、保護層および／または支持層の面領域には電子コンポーネンツが設けられる。これらの層の機能は、加工すべきウェーハを安定化させかつ保護すべき面に作用する機械的応力に対してウェーハを保護することである。この目的のため、加工すべきウェーハを安定化させる他のウェーハまたはガラス板（glass pane）のような円形ディスクとして形成される基板は、次の加工状態例えば薄くされた状態でも、しばしば、中間層を介して、加工すべきウェーハと接合される。中間層は、例えば接着剤またはポリマー材料で形成できる。接着は、例えば確実なインターロッキングを確保すべく機械的圧力を加えて行われ、および／または中間層の化学変化により接合できるように熱を加えて行われる
例えば下記特許文献１からウェーハ接着方法および装置が知られている。この場合、接合（接着）すべき表面は圧力プレートにより互いに押圧され、これと同時にまたはこの後に、接着すべき材料に熱を作用する。
この場合、装置が高価で複雑なことは問題であり、かつ全表面に亘って完全に均一な態様で実際に圧力を確実に作用させることは同様に困難である。また、接着すべき物品には比較的高い圧力が加えられるため、高い機械的応力、更には熱負荷が必要になる。
従来技術においてこれまで知られている接着方法には、同様な問題がある。
オーストリア国特許ＡＴ ５０４ ５６７ Ａ２号公報 国際特許公開ＷＯ ２００７／０９９１４６号公報 国際特許公開ＷＯ ２００４／０５１７０８号公報
本発明の目的は、接着すべき表面の全領域にできる限り均一に圧力を加えることを確保できる接着方法を提供することにある。また、この方法は、非常に複雑で高価な装置を用いることなく、接着すべき表面の最高度の平行性を確保できるものでなくてはならない。
上記目的は、第１表面と第２表面とを中間層を介して接着する方法において、
ａ）第１表面を備えた第１物品を用意する段階と、
ｂ）中間層のための、流動性を有する凝固可能な材料を用意する段階と、
ｃ）第２表面を備えた第２物品を用意する段階と、
ｄ）第１表面を包囲する膨らみが形成されるように、第１表面上に中間層の材料を塗布する段階と、
ｅ）第１物品および第２物品の周囲に真空を発生させる段階と、
ｆ）密封キャビティが形成されるように、第２物品の第２表面を周方向の膨らみに接触させる段階と、
ｇ）キャビティ内へのガスの流入を生じさせることなくキャビティが消失するように（換言すればキャビティの体積がゼロに近づくように、好ましくは完全に消失するように）、周囲の圧力を増大させる段階と、
ｈ）中間層の材料の粘度を高くする段階とを有することを特徴とする方法により達成される。
この文脈で、表面は構造物も支持する。特に、例えば、表面には構造物として微小電子素子を設けることができ、こぶのような有意義な隆起部も可能である。しかしながら、第１表面には構造物を設けないのが好ましく、同様に第２表面の周方向の膨らみと接触する領域にも構造物を設けないのが好ましい。すなわち、両表面は実質的に平らであるのが好ましい。
本願の意味の範囲内で、用語「流動性材料」とは、或る温度および圧力条件下で塗布中に流動可能な状態にある材料として理解されるものである。
本願の意味の範囲内で凝固可能な材料は、化学反応により、好ましくは重合または温度低下（但し、この場合アグレゲートの変化はない）等の他の任意の手段により、適当ならば完全凝固まで粘度が増大できる材料であり、すなわちワックスがある。
本願の意味の範囲内で、用語「周方向の膨らみ」とは、第１表面に塗布された後に中間層の材料から形成された層の側方領域内の隆起縁部であると理解される。この点に関し、隆起部とは、第１表面の平面に対して垂直であると理解すべきである。この文脈において、「周方向」とは、層の全周辺領域が影響を受けること、すなわち周方向に閉じられた膨らみが存在することを意味する。
本願の意味の範囲内で、密封キャビティとは、その中のガスが周囲大気と交換されないキャビティである。
本願の意味の範囲内で、真空とは、好ましくは１００ミリバール、好ましくは５０ミリバール、より好ましくは１０ミリバール、特に好ましくは１ミリバールおよび最も好ましくは０．２ミリバールの最高圧力をもつ技術的真空である。本願の意味の範囲内で、用語「周囲の圧力」は、接着すべき全システムに亘って実質的に均一に作用する圧力を意味する。より詳しくは、「周囲の圧力」とは、大気圧を意味するものと理解すべきである。
本発明による方法では、第１表面を地球の表面に対して平行に整合させるのが適している。中間層の材料は、多くの塗布方法で塗布できる。
中間層の材料を塗布する好ましい方法として、ドクターリング、スプレーイング、より詳しくはスプレーコーティング、懸濁液からの沈殿物による塗布および特にスピンコーティングがある。
中間層の材料をスピンコーティング（遠心鋳造）（この方法は特に好ましい）すると、この材料は適当な手段により基板上に塗布され、この間またはこの後に、基板が回転され、発生する遠心力によって材料が基板の中心から縁部に押しやられ、平面的に分散される。この方法は、中間層の材料が第１表面上で高度に均一な厚さで塗布されるように行うのが好ましい。中間層の材料は流動性を有するため、この方法により、第１表面の或る不均一な表層を均一化できる。この点に関し、当業者ならば、中間層の材料が第１表面に関して濡れ性を有し、これにより中間層の材料の層の周辺領域の周方向の膨らみ（いわゆるエッジビード）を生じさせるように中間層の材料を選択することは、容易に可能である。この領域では、中間層の材料の層厚が増大される。これは、通常は好ましくないことであるが、本発明の方法では、驚くべきことに有利な態様で利用される。
当業者にはもちろん明白であろうが、中間層の材料は幾つかの材料の混合物で形成できる。しかしながら、明らかに望ましい周方向の膨らみを除き、流動性により実質的に平らな表面にできることは重要である。
中間層の材料が第１表面に塗布された後、第１物品および第２物品は真空中に導かれる。通常、これは、両物品が、真空排気された真空チャンバ内に導入されることにより行われる。もちろん、真空下で段階ｄ）を遂行すべく、適当な構成の装置にすることもできる。これは幾つかの用途で好ましいことである。
第１表面と第２表面とを接着するため、第２表面が真空下で周方向の膨らみと接触され、これにより密封キャビティが形成される。この目的のためには、第２表面が膨らみに接触する前に第１表面に対して平行に整合させることが賢明である。より詳しくは、両表面が同サイズおよび同形状である場合には、第２表面が周方向の膨らみに接触する前に、第２表面が第１表面と横方向に整列するように位置決めするのが賢明であることはもちろんである。もちろん、この整合手順は真空が加えられる前に行うこともできる。
第２表面が周方向の膨らみに接触するとき、膨らみがその全周に亘って第２表面と接触することが特に重要である。かくして、ウェーハ表面と基板との間には所望のキャビティが形成される。
これを確保するためにしばしば好ましいことは、中間層の材料の粘度を非常に大きくして、キャビティが維持されるようにして、周方向の膨らみが第１物品を支持することである。周方向の膨らみが水平でなく第２物品を充分に支持できない場合には、これは、例えば、加熱、照射等（中間層の材料に基づいて定める）の適当な手段により、全周に亘る材料の粘度を塗布後に増大することにより達成できる。しかしながら、これとは別にまたはこれに加えて、第２物品の重量が周方向の膨らみ上に完全に作用しないように、適当な装置により第２物品を所定位置に保持することができる。
この点に関し、第２表面が実質的に平らである場合には有利に使用できることを指摘しておく。しかしながら、中間層の材料の粘度は、第２表面の不均一性が中間層の材料により吸収されるように調節できるため、これは絶対に必要とされるものではない。このことは、第２物品が周方向の膨らみの全周に亘って接触するときでも、第２表面の構造が中間層の材料内に沈下できることを意味する。この場合には幾つかの別々のキャビティを出現させることができるが、これは本発明の長所を制限するものではない。前述のように、周方向の膨らみが第２表面と完全に接触することは決定的なファクタである。もちろん、第２表面が、周方向の膨らみとの接触領域において実質的に平らである場合には特別な有効性が確保される。
段階ｆ）で接触を行うため、当業者は自由に裁量できる多くの可能性を有している。この点に関し、例えば第２物品は、充分な接触が得られるまで適当な装置により下降される。或いは、第１物品を上昇させることができるのはもちろんである。しかしながら、第２物品は、横方向に整合させて、例えば６mm以下、好ましくは４mm以下、より好ましくは１mm以下の距離で周方向膨らみの垂直上方に接近させるのが好ましい。その後、下降される。この点に関し、当業者は、周方向の膨らみに所望の圧力を加えて落下高さを調節できる。これは、流動性ある凝固可能な材料の落下時に存在する粘度により当業者が調節する。
段階ｆ）での接触後、例えば真空装置を通気させることにより周囲圧力が増大される。この結果として、第１物品、中間層および第２物品からなる構成に理想的な均一圧力が加えられる。この点に関し、圧力を通常の大気圧まで増大させるのが好ましい。もちろん、ここで注意すべきは、ガスが周囲から密封キャビティ内に流入できないようにすることである。圧力は、例えば通気により増大されるが、大気圧までは増大させるべきではない。
通気は、増大した大気圧により密封キャビティが完全に圧縮されるように行われる。これは、第２表面が中間層の材料に確実なインターロッキングを形成することを意味する。塗布により生じる可能性のある第１表面、第２表面および中間層の不均一性は、中間層の材料の流動性により、このようにして補償される。同時に、周方向の膨らみも水平になる。膨らみおよび可能性ある他の中間層の何らかの過剰の材料がある場合には、過剰の材料は縁部から押出されるのが好ましい。しかしながら、ボーダーラインの場合には、上方の表面が塗布されたときにキャビティが消失する。周方向の膨らみが両表面を密封する限り、外部圧力の増大により接触圧力が両表面に均一に作用する。
周囲圧力の増大により、第１表面と第２表面との間に理想的な均一接触圧力が確保され、これは中間層により促進される。両表面の相互の整合（本来的に、垂直空間方向を除く）は不変に維持され、これにより、両表面の相互の平行性に関して高い精度を達成できる。また、圧力の均一な伝播により、例えばチャックまたはパンチのような他の圧力伝達装置が使用されるときに、両物品のうちの一方の物品の個々の部分すなわち領域が、所望よりも大きい度合いまで押圧されないことが確保される。
装置のコストおよび複雑さを軽減するため、他の一例として、本発明の方法を例えば大気圧下で実施することもできる。この場合には、真空が用いられることはなく、周囲圧力が増大されることもない。しかしながら、ガスが含まれることを防止するには、真空下でこの方法を実施するのが本来的に好ましい。真空を用いる場合および用いない場合の両場合において、両表面を他の方法、例えば圧力プレートまたはチャックを用いて圧縮することにより、キャビティを消失させることもできる。単に重力を用いて実施することもできる。したがって、大気圧以外の手段を用いる圧縮も本発明の一部である。ここでも、不可欠なことは、安定した密封キャビティを最初に形成することである。しかしながら、大気圧の増大以外の手段によりキャビティが消失される場合には、両表面相互の整合精度に関して譲歩をしなければならない。
キャビティが消失された後、段階ｈ）では、中間層の材料の粘度が増大され、適当ならば、中間層は完全に凝固される。これは、例えば加熱、ＵＶ放射または２成分材料の反応開始により、材料に基づいた手順により確保される。既に供給されている中間層の材料は、粘度が増大される前または後に除去できる。
本発明によれば、流動性のある凝固可能な材料は重合可能な材料であることが好ましい。このような材料の例として、ワックス、接着剤、架橋プラスチック材料例えばポリイミドがある。
本発明による方法は、流動性のある凝固可能な材料が凝固されるか部分的に凝固されて、エラストマーを作る方法に特に好ましい。凝固または部分的凝固とは、固体が存在する点まで適当であれば、各場合において粘度の増大を意味する。エラストマーに凝固できる好ましい材料として、ゴム、有機エラストマー、シリコーンエラストマーまたはこれらの先駆物質がある。
本発明による方法は、第１物品がウェーハまたはガラス板でありおよび／または第２物品がウェーハである場合に好ましいものである。
ウェーハはシリコンウェーハが好ましく、該シリコンウェーハは任意によりドーピングされる。AlSb、AlAs、AlN、AlP、BN、BP、Bas、GaSB、GaAs、GaN、GaP、InSb、InAs、InN、InPからなるウェーハは、多くの用途に対して好ましい。ガラス板としては、ホウケイ酸ガラスまたは石英ガラスが好ましい。
上記のように、本発明によれば、段階ｆ）での接触を引き起こす力が重力である方法が好ましい。この場合には、前述のように、第２表面は周方向の膨らみに接近され、適当な場合には横方向に整合される。次に、第２物品を保持する手段が解放される。すなわち保持力（例えば静電力）が除去される。この結果、第２物品は、重力により加速された態様で周方向の膨らみ上に落下する。落下高さは、密封キャビティが形成されかつ周方向の膨らみが好ましくは完全に水平にならないように、当業者により適合される。この好ましい方法の長所は、段階ｆ）での接触手順が、低コストでおよび装置に関する複雑さおよび高精度で確保される。
また、本発明によれば、段階ｆ）において（適当ならば、第２物品の重量に関して）、周方向の膨らみには１００ニュートン（Ｎ）、好ましくは１０Ｎ、より好ましくは１Ｎの最大力が加えられるのが好ましい。
本発明の好ましい方法では、第２物品はウェーハであり、該ウェーハには、第２表面に向けられたウェーハの面上または第２表面を形成する面上に電子コンポーネンツが設けられている。
本発明の意味の範囲内で、ウェーハには、電子コンポーネンツ上のパッシベーション層のような層を更に設けることができることはもちろんである。
本発明の特に好ましい実施形態では、第２表面はパッシベーション層または分離層により形成される。
分離層として好ましいのは、グラジエント層として構成できるプラズマ重合層である。この分離層は、特に有利な態様で所望の接着を調節することを可能にする。適当な分離層は、上記特許文献２に開示されている。尚、該特許文献２の全体を本願に援用する。該特許文献２における分離層の構成の詳細な開示も本願に援用する。また、上記特許文献３にも適当な分離層が詳細に開示されている。これらの詳細は本願に援用する。
更に、エラストマー層としての中間層の構成の詳細も特許文献２に開示されており、これらの詳細も本願に援用されることは明白である。
本発明による方法は、好ましくは、中間層が硬化された後に、分離層がウェーハより確実に中間層に接着されるように分離層が構成される。
それぞれの層間の接着は、ＤＩＮ９７１-１：１９９６-０９にしたがって当業者が決定でき、ここには「コーティングとその基板との間の全ての接着強度」として定義されている。
本発明の方法を示す概略図である。
以下、本発明を制限することなく本発明のより詳細な説明を行う添付図面および一例を参照して本発明を説明する。
図１は第１表面１ａを有する第１物品１を示し、第１物品１は、以下の例ではガラス板に相当する。中間層３の材料は、周方向の膨らみ３ａが形成されるように、表面１ａに付着されている。第２表面７ａを有する第２物品７は、密封キャビティ５が形成されるように前記周方向の膨らみ３ａ上に配置されている。下記の例では、第２物品７はシリコンウェーハに相当し、第２物品７の前面には電子的構造物が付着される。第２物品７はまた、第２表面７ａを形成する分離層を有している。
例
Ａ６”シリコンウェーハ（該シリコンウェーハの前面上には電気的構造物が既に付着されており、窒化物保護層（パッシベーション）により保護されている）は、その約７５０μmの元の厚さを５０μmに減少させるべく加工される。残りの厚さが５０μmとなることにより、ウェーハはその固有の機械的安定性を喪失しかつ非常に脆くなる。この結果、ウェーハが破壊する危険性が高く、これを防止するため、ウェーハは、薄くなった状態でも、薄くされていないウェーハの機械的強度を実質的に有するように、基板により一時的に補強すべきである。この目的のため、基板が、ウェーハの前面、したがってウェーハの構造面に接着される。ウェーハの反対側の面は、ウェーハを薄くすべく研磨される。
基板との接着の準備をするため、薄くされたウェーハの前面には、ＰＥＣＶＤ法によりプラズマ重合分離層が塗布され、これにより、基板を後で再び取外すことが可能になる。この手順は、例えば上記特許文献２に開示されている。
基板はガラス板からなるが、この代わりとしてシリコンウェーハを使用することもでき、この場合、シリコンウェーハは、薄くすべきウェーハと同じ直径であるか、１-２mm大きい。このガラス板には、５００mPasの粘度を有する液体および未架橋シリコーンエラストマーが、スピンコーティングにより塗布される。この点に関して更に説明すると、ガラス板は或る装置内に導入されかつ保持手段に固定される。この保持手段は、回転数（rpm）を制御できるモータにより回転される。
ガラス板は、最初に３００rpmまで回転される。この速度に到達すると、ノズルを使用して、回転するガラス板の中心に１０mlの量のエラストマーを正確に塗布する。次にエラストマーは、回転速度から発生される遠心力によりガラス板の縁部に押しやられる。エラストマーは、例えば５００mPasの粘度で、ガラス板の全表面を濡らす充分な流動性を有する。この作用を促進するため、回転速度を、短時間で３００rpmから例えば１０００rpmまで増大させることもできる。エラストマーの製品特性（例えば粘度）を適当に選択することにより、およびプロセスパラメータ（回転速度、回転時間等）を調節することにより、このプロセスは、コーティングがガラス板の全表面に亘って形成されるように調節できる。このコーティングは、例えば、１０μm以内の厚さ誤差範囲で再現でき、１５０μmの絶対厚さを有している。
遠心分離法により鋳造される材料は、ガラス板の縁部に周方向の膨らみを形成する。この膨らみは、約５０μmの高さおよび１-２mmの幅を有する。
次にウェーハと、エラストマーがコーティングされたガラス板の形態をなす基板とを接合するため、ウェーハおよび基板が、真空下に置かれたチャンバを有する装置内に導入される。
先ず第１に、ガラス板が、そのコーティングされた面が上を向くようにして固定される。次に、薄くすべきウェーハが、構造物が設けられる面を下向きにして、ウェーハおよびガラス板が互いに横方向に一列に整合されるように、ガラス板より約４mm上方に配置される。
ウェーハおよび基板が装置内に固定された後、これらを包囲するチャンバが、真空排気により０．１ミリバールに相当する真空下に置かれる。この真空が達成された後、ウェーハの保持手段が取外され、これによりウェーハは、コーティングされたガラス板上に落下しかつ該ガラス板上に置かれる。ガラス板の縁部上の円形膨らみにより、ウェーハは、最初、膨らみの高い部分の上にのみ置かれる。かくして、真空が充満した空の空間がウェーハと基板との間に形成される。チャンバのその後の通気の結果として、この空の空間は大気圧で満たされる。したがって、空の空間が圧縮され、ウェーハおよび基板に作用する。生じる圧力およびガラス板の固有の安定性により、エラストマーの膨らみも圧縮され、確実なインターロッキングが形成される。
その後、ガラス板が載る保持手段が加熱されて、エラストマーが架橋される。温度および時間を意図的に調節することにより、異なる度合いの架橋を達成できる。その後、ウェーハと基板との得られた複合構造体が装置から取出される。ウェーハと基板との正確な平行整合性が達成される。
１ 第１物品
１a 第１表面
３ 中間層
３a 周方向の膨らみ
５ 密封キャビティ
７ 第２物品
７a 第２表面（分離層）

Claims (10)

  1. 第１表面（１ａ）と第２表面（７ａ）とを中間層（３）を介して接着する方法において、
    ａ）第１表面（１ａ）を備えた第１物品（１）を用意する段階と、
    ｂ）中間層（３）のための、流動性を有する凝固可能な材料を用意する段階と、
    ｃ）第２表面（７ａ）を備えた第２物品（７）を用意する段階と、
    ｄ）第１表面（１ａ）を包囲する膨らみ（３ａ）が形成されるように、第１表面（１ａ）上に中間層（３）の材料を塗布する段階と、
    ｅ）第１物品（１）および第２物品（７）の周囲に真空を発生させる段階と、
    ｆ）密封キャビティ（５）が形成されるように、第２物品（７）の第２表面（７ａ）を周方向の膨らみ（３ａ）に接触させる段階と、
    ｇ）密封キャビティ（５）内へのガスの流入を生じさせることなく密封キャビティ（５）が消失されるように、第１物品（１）および第２物品（７）の周囲の圧力を、段階ｅ）において付与した真空の圧力よりも増大させる段階と、
    ｈ）段階ｄ）において塗布された中間層（３）の材料の粘度を高くする段階とを有することを特徴とする方法。
  2. 前記流動性を有する凝固可能な材料は、重合可能な材料であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 前記流動性を有する凝固可能な材料は、エラストマーを形成すべく凝固されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
  4. 前記第１物品（１）はウェーハまたはガラス板でありおよび／または第２物品（７）はウェーハであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
  5. 前記段階ｆ）において、接触を生じさせる力は重力であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
  6. 前記段階ｆ）において、適当ならば、第２物品の重量に加えて、１００Ｎの最大力を膨らみ（３ａ）に加えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
  7. 前記第２物品（７）は電子コンポーネンツを備えたウェーハであり、電子コンポーネンツは、第２表面（７ａ）を向いて配向されたウェーハの面上にあるか、この第２表面（７ａ）を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法。
  8. 前記第２表面（７ａ）はパッシベーション層または分離層により形成されていることを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 前記分離層はプラズマ重合層であることを特徴とする請求項８記載の方法。
  10. 前記分離層は、中間層が硬化した後に、分離層が、ウェーハよりも中間層に対してより確実に接着するように構成されていることを特徴とする請求項８または９記載の方法。
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