KR20200019772A - 가요성 기판 홀더, 제1 기판을 분리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

가요성 기판 홀더, 제1 기판을 분리하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20200019772A
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마르쿠스 윔프린거
조르겐 버그라프
게랄드 미텐도르퍼
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Abstract

본 발명은 제1 기판(13)이 제2 기판(11)으로부터 분리될 때 제1 기판(13)을 고정하기 위한 가요성 기판 마운트(1)에 관한 것으로, 제1 기판(13)이 굽어질 때 제2 기판(11)을 결합해제하기 위해 분리 수단(1, 28)이 제공된다.
게다가, 본 발명은 제1 기판(13)을 제2 기판(11)으로부터 하나의 분리 방향(L)으로 분리시키기 위한 장치에 관한 것으로,
상기 장치는:
- 제1 기판(13)을 고정하기 위해 분리 방향(L)으로 가요성인 제1 기판 마운트(1);
- 제2 기판(11)을 고정하기 위한 제2 기판 마운트(18); 및
- 제1 기판(11)이 굽어질 때 제1 기판(13)을 제2 기판(11)으로부터 결합해제하기 위한 분리 수단(1, 15, 15', 16, 28)을 포함한다.
게다가, 본 발명은 하나의 분리 방향(L)으로 제2 기판으로부터 제1 기판을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로,
상기 방법은:
- 기판 마운트에 제2 기판을 고정하는 단계 및 분리 방향(L)으로 가요성인 기판 마운트에 제1 기판을 고정하는 단계; 및
- 제2 기판이 굽어질 때 제2 기판으로부터 제1 기판을 결합해제하는 단계를 포함한다.

Description

가요성 기판 홀더, 제1 기판을 분리하기 위한 장치 및 방법{FLEXIBLE SUBSTRATE HOLDER, DEVICE AND METHOD FOR DETACHING A FIRST SUBSTRATE}
본 발명은 청구항 제1항에 따른 가요성 기판 마운트, 청구항 제2항에 따른 제2 기판으로부터 하나의 분리 방향(L)으로 제1 기판을 분리하기 위한 장치, 청구항 제9항에 따른 대응 방법 및 청구항 제12 및 제13항에 따른 사용에 관한 것이다.
반도체 산업에서, 구조 웨이퍼 또는 제작 웨이퍼를 처리하기 위해 종종 구조 웨이퍼 또는 제작 웨이퍼가 캐리어 웨이퍼 또는 제1 기판에 일시적으로 결합된다. 제작 웨이퍼를 처리한 후에, 상기 제작 웨이퍼들은 제1 기판으로부터 가능한 최대로 용이하고 신속하며 경제적이고 청결하게 분리되어야 한다. 캐리어 웨이퍼에 제작 웨이퍼를 결합하기 위해 가장 빈번하게 사용되는 방법은, 두 기판들 중 한 개의 기판(또는 두 개의 기판들 모두)에 부착 층(adhesion layer)을 제공하고 압력하에서 접촉시키는 방법이다. 두 개의 기판들이 결합해제될 때, 예를 들어, 웨이퍼들을 서로 평행하게 이동시켜서, 접착제(온도, UV 방사선 등)의 부착력을 감소시킨 후에 캐리어 웨이퍼는 제작 웨이퍼로부터 결합해제된다. 웨이퍼들은 음압(negative pressure)에 의해 소위 척(chuck)들에 의해 고정된다. 또한, 매우 종종 웨이퍼들은 융합 결합(즉, 반데르 발스 힘) 및 계속해서 어닐링(재결정 온도를 초과하는 온도에서 가열)되어 영구적으로 연결된다.
결합해제 공정 동안, 복수의 핵심 요인들이 고려되어야 하는데, 그 중 가장 주안점을 두어야 하는 요인은 처리작업으로 인해 매우 고가이고 파손되기 쉬운 제작 웨이퍼를 가능한 적은 응력에 노출시켜 손상되지 않도록 하는 것이다. 반면, 제1 기판은 가능한 최대한 에너지를 소모하지 않고도 경제적이고 신속하게 결합해제 되어야 한다. 다수의 알려진 결합해제 공정에서, 특히 웨이퍼들 사이에 위치한 부착 층의 부착 성질을 파괴시키기 위해 캐리어 웨이퍼 및 구조 웨이퍼/제작 웨이퍼의 스택(stack)을 부착 층에 관한 특정 온도까지 가열시키는 것이 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은 현저히 신속하면서도 조심스럽게 결합해제될 수 있도록 제1 기판을 결합해제하기 위한 장치와 방법을 고안하는 데 있다. 이와 동시에, 에너지 소모도 줄어들 것이다.
상기 목적은 청구항 제1항, 제2항, 제9항, 제12항 및 제13항의 특징들로 구현된다. 본 발명의 선호되는 실시 형태들은 종속항들에 제공된다. 발명의 상세한 설명, 청구범위, 및/또는 도면들에 제공된 특징들 중 2개 이상을 조합해도 본 발명의 범위 내에 있다. 주어진 값 범위에서, 표시된 한계 내에 있는 값들은 경계값으로 기술될 것이며 이들을 임의로 조합하는 것도 가능할 것이다.
본 발명의 기본 개념은, 제1 기판이 구부러지고 제1 기판이 제2 기판으로부터 분리되도록 제1 기판을 고정시키는 제1 기판 마운트를 구성하는 것이다. 본 발명에 따른 기판 마운트는 특히 제1 기판의 에지로부터 들어올림으로써 제1 기판을 제2 기판으로부터 결합해제하기 위한 분리력을 발생시키기에 충분한 굽힘 강성(bending stiffness)을 갖는다. 본 발명에 따르면, 오직 약간의 굽힘, 특히, < 45o 굽힘각, 바람직하게는, < 40o, 보다 바람직하게는, < 30o, 특히 바람직하게는, < 20o, 심지어 더욱 특히 바람직하게는, < 10o, 가장 바람직하게는, < 5o의 굽힘각이 발생해야 한다. 이런 방식으로, 기판 마운트와 비슷한 특정 굽힘 강성을 가진 제1 기판, 그 중에서도, 제2 기판이 손상되는 것이 방지된다. 굽힘력은 중심 방향으로 특히 제1 기판의 에지로부터 이동되는 분리 전방(detachment front)에 대부분의 분리힘이 제공되게 한다. 굽힘으로 인해, 대부분의 분리력은 중심의 방향으로 제1 기판의 에지로부터 분리되는 분리부에 작용한다. 게다가, 본 발명에 제시된 실시 형태는 또한 (비교적) 높은 결합력으로 서로 기판들을 분리하는데 적합하다.
따라서, 제1 및 제2 기판이 분리되는 동안, 본 발명에 따라 굽힘이 제어되어 주의 깊게 처리되므로 융합 결합에 의해 결합되는 두 개의 기판들을 분리하기 위해 본 발명이 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 핵심은 제1 기판이 제2 기판으로부터 분리될 때 제1 기판을 고정하기 위한 가요성 기판 마운트이며, 기판 마운트 상에서 제1 기판이 굽어질 때 제2 기판을 결합해제하기 위해 분리 수단이 제공된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 블랭킷(blanket), 비-환형(non-annular) 형태의 기판 마운트, 특히, 특정 탄성 및 굽힘 강도를 가진 중합체가 고려될 수 있다. 제1 기판을 배열시켜 고정하기 위하여, 진공 통로(vacuum passage)가 제공되어야 한다. 이런 점에서 볼 때, 특히, 고정력을 증가시키는 것 외에도, 기판 마운트 상에 제1 기판을 정전식으로 고정시킬 수 있다.
또한, 기판 마운트는 적어도 부분적으로 금속, 세라믹 또는 복합재로 구성될 수 있다. 여기서는, 본 발명에 따른 기능을 수행할 수 있는 재료가 사용된다.
독립 발명에 따라, 게다가 본 발명은 제1 기판을 제2 기판으로부터 하나의 분리 방향(L)으로 분리시키기 위한 장치에 관한 것으로,
상기 장치는:
- 제1 기판을 고정하기 위해 분리 방향(L)으로 가요성인 제1 기판 마운트;
- 제2 기판을 고정하기 위한 제2 기판 마운트; 및
- 제1 기판이 굽어질 때 제1 기판을 제2 기판으로부터 결합해제하기 위한 분리 수단을 포함한다.
여기서, 제2 기판 마운트가 더욱 민감함, 특히 더 얇은(바람직하게는 제품 웨이퍼) 기판을 수용하기 위해 사용되는 경우에 선호된다.
본 발명에 따르면, 분리 방향(L)은 실질적으로, 특히, 정확하게는, 제2 기판 및/또는 제1 기판의 표면에 대해 수직이다. 기판 마운트 및/또는 기판 마운트에 의해 고정된 제1 기판이 굽어지는 굽힘축(bending axis)은 분리 방향(L)에 대해 수직이다. 상기 굽힘축은 특히 제2 기판 및/또는 제1 기판의 표면에 대해 평행하다. 본 발명에 따라서, 기판의 주변을 따라 몇몇의 특히 반경방향으로 대칭인 분리 방향이 제공되어 몇몇의 굽힘축이 존재한다. 이 경우는 2개의 기판들이 주변을 따라 공구 개재물, 특히 고정 링에 의해 서로 분리되는 경우에 발생된다.
본 발명에 따른 한 바람직한 장치의 실시 형태에서, 상기 장치는 음압(negative pressure)으로 기판 마운트 상에 고정된 제1 기판을 보다 견고하게 고정하기 위해 과압(overpressure)에 노출될 수 있는 압력 챔버(pressure chamber)를 포함하는 것이 바람직하다. 챔버 내의 압력은, > 1 bar, 바람직하게는, > 2 bar, 더 바람직하게는, > 5 bar, 심지어 보다 바람직하게는, > 10 bar, 특히 100 bar 미만이다.
본 발명의 한 바람직한 실시 형태에 따르면, 기판 마운트는 분리 방향(L)으로 탄성적으로 변형될 수 있는 제1 기판을 수용한다. 본 발명에 따르면, 제1 기판의 주변(periphery)에만 인장력이 제공된다 하더라도, 기판 마운트의 탄성으로 인해 분리 전방이 이동될 때 분리힘이 집중되게 하는 것이 가능하다.
본 발명의 또 다른 선호되는 실시 형태에서, 제2 기판 마운트의 주변에 작용하는 하나 이상의 인장력과 상기 인장력에 대해 제1 기판 마운트의 주변에 작용하는 하나 이상의 반대힘(opposing force)이, 분리 전방을 따라 분리 모멘트(detachment moment)를 발생시키기 위하여 분리 수단에 의해 제공될 수 있다. 이런 방식으로, 특히 결합해제 공정의 시작부에서의 총 하중(load)은 줄어들 수 있다. 이렇게 하여, 제1 기판 및 제2 기판이 보다 더 잘 보호된다. 특히 기판 마운트의 주변에 인장력이 균일하게 제공됨으로써, 특히, 인장력이 추가되며, 그 결과 인장력은 제2 기판 마운트의 중앙에 집중되고, 반대힘 또는 반대힘들은 제1 기판 마운트의 한 에지에 추가되며 분리 전방에는 이에 상응하는 분리 모멘트가 제공된다. 이에 따라, 제1 기판 마운트는 제2 기판 마운트에 대해 경사진다(tilted).
제2 기판 특히 매우 민감하거나 매우 고가의 제2 기판을 더 잘 보호하기 위하여, 본 발명에 따르면, 제2 기판 마운트는 전체 표면에 걸쳐 제2 기판을 고정하는 강성의 리시버(rigid receiver)로서 형성된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 및/또는 제2 기판 마운트는 조절가능한 내측 직경(Di)을 가진 특히 개방 링(open ring)으로서 형성된다. 굽힘 강성은, 링의 기하학적 형상에 의한 링 형태, 특히 링 직경(Da)에 대한 특히 링 폭(B), 및/또는 링의 높이(H)로 인해, 제1 기판에 최적으로 조절될 수 있다. 또한, 링 형태로 인해, 링 개구 영역에서 제1 기판의 더 큰 자유도가 가능하여 제1 기판의 굽힘 강성과 기판 마운트의 굽힘 강성의 상호작용이 구현된다. 여기서, 제1 기판 마운트의 굽힘 강성은 특히 제1 기판의 굽힘 강성보다 더 크거나 제1 기판의 굽힘 강성과 적어도 동일하다. 개방 링이 아니지만 바람직하게는 블랭킷 기판 리시버, 특히 척과 같이 제1 기판 마운트와 상이한 제2 기판 마운트를 제조하는 것이 선호된다.
본 발명에 따르면, 제1 기판 마운트의 굽힘 강성은 제1 기판의 굽힘 강성의 1/20 내지 20배, 특히 1/10 내지 10배, 바람직하게는 1/5 내지 5배, 심지어 보다 바람직하게는 1/2 내지 2배 사이에 있도록 제공된다. 특히, 제1 기판은 500 μm 내지 750 μm, 바람직하게는 600 μm의 두께(d)를 가진 실리콘 웨이퍼이다. 제1 기판은 200 mm 또는 300 mm의 직경(Dt)을 가질 수 있다.
여기서, 특히 전체 링 주변에 걸쳐 형성되며 특히 리바운딩(reboudning) 주변 숄더(peripheral shoulder) 형태의 고정 수단이 제공되는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 경제적으로 제작될 수 있는 단순한 기하학적 형태로, 분리힘이 제1 기판에 제공될 수 있으며, 특히 제1 기판의 전체 주변에 특히 결합해제 공정의 시작부에서 분리 전방이 시작되어 캐리어 기판의 주변에 하나 또는 그 이상의 영역에 집중될 수 있다.
본 발명에 따르면, 한 실시 형태에서, 기판 마운트를, 실질적으로 완전히, 특히 주변의 적어도 98%로, 바람직하게는 적어도 99%, 심지어 보다 바람직하게는 적어도 99.5% 가로 방향으로 둘러싸도록 형성된다. 이런 방식으로, 제1 기판은 거의 전체 주변에 걸쳐 지지된다. 기판 마운트는 주변의 적어도 98%, 보다 바람직하게는 적어도 99%, 보다 바람직하게는 적어도 99.5% 주변 방향으로 폐쇄되는 링으로서 형성된다. 또한 링은 개별 세그먼트들로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 선호되는 실시 형태에 따르면, 분리 수단은 분리 방향(L)으로 제1 기판을 수용하기 위하여 제1 기판 마운트의 하나 이상의 주변 섹션이 병진 운동할 수 있기 위한 병진운동 구동 수단을 갖는다.
또한, 독립항은 하나의 분리 방향(L)을 따라 제2 기판으로부터 제1 기판을 분리하기 위한 방법에 관한 것이며,
상기 방법은,
제2 기판 마운트에 의해 제2 기판을 고정하고 분리 방향(L)을 따라 가요성을 가진 제1 기판 마운트에 의해 제1 기판을 고정하는 단계, 및
제1 기판이 구부러짐에 따라 제2 기판으로부터 제1 기판이 결합해제되는 단계를 포함한다.
게다가, 본 발명에 따라서, 제1 기판이 제2 기판으로부터 결합해제될 때 제1 기판을 고정하기 위한 가요성 기판 마운트의 용도가 제공된다. 특히, 가요성 기판 마운트는 또한 제2 기판 마운트로서 사용된다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 결합해제 공정은, 특히 블랭킷 가열 수단(blanket heating means) 없이도, < 200oC의 온도, 바람직하게는, < 100oC, 보다 바람직하게는, < 50oC, 이상적으로 주변 온도에서 수행된다. 본 발명에 의하면, 결합해제는 제1 및/또는 제2 기판이 영구적으로 연결되는 온도 미만의 온도, 즉 기판의 재결정 온도에서 수행된다.
본 발명의 방법에 의하면, 제1 기판의 결합해제는 반데르 발스 힘에 의해 결합된 후에 그리고 제1 기판 및/또는 제2 기판이 영구적으로 연결되는 온도를 초과하는 온도로 가열하기 전에 수행된다.
결합해제는 0.2 J/m2 초과, 바람직하게는 0.4 J/m2 초과, 더욱 바람직하게는 0.8 J/m2 초과의 결합 강도에서 수행된다. SiO2의 파단 강도는 대략 2.0 내지 2.5 J/m2 이다.
본 발명에 따르면, 특히, 분리 전방 상에서, 분리 수단의 작용에 의해, 특히 격리 수단에 의해, 분리 전방에서 국부적으로, 결합해제 공정을 가속화시키는 것을 고려할 수 있다. 격리 수단은 기계식 격리 및/또는 국부 가열, 바람직하게는 안내식(directed) 고온의 공기 흐름을 포함할 수 있다. 구체적으로, 격리 웨지(separating wedge), 격리 블레이드(blade), 격리 와이어(wire) 또는 바람직하게는 분리 전방에서 안내되는 고온의 압축 공기 제트(air jet)가 독립적으로 또는 조합되어 제공될 수 있다. 특히, 이 기술 및 유사 기술이 소위 "클레이빙(cleaving)"을 수행하기 위해 사용된다. 이는 일반적으로 박층 및 초박층을 전달하기 위하여 취약한 영역을 따라 Si 또는 Ge와 같은 매우 브리틀한 기판의 분할이다. 본 발명에 따른 실시 형태는 이들 클레이빙 공정을 위해 사용될 수 있다.
격리 웨지는 바람직하게는 V 형태의 프로파일을 가진 공구(tool)로 정의된다. 격리 블레이드는 현저하게 날카로운 에지를 가진 공구로 정의된다. 격리 와이어는 매우 얇고 바람직하게는 중간층의 평면에서 인장 상태로 상응하는 장치에 의해 이동되는 고강도의 와이어이다. 격리 와이어는 특히 가열식 와이어로 형성되며 따라서 가열될 수 있다.
본 발명에 따른 한 실시 형태에서, 분리 전방이 제2 기판의 주변을 따라 분리되는 동안 중앙을 향해 내측으로 거의 나선형으로 형성되는 것도 고려될 수 있다. 이는 상기 주변 주위에서 점점 증가하는 주변에 작용하는 분리힘들에 의해 구현된다.
독립항은 제2 기판으로부터 제1 기판을 결합해제하기 위한 장치 또는 방법 또는 캐리어 마운트의 용도에 관한 것으로, 제1 기판은 특히 반데르 발스 힘에 의해서만 제2 기판에 연결된다. 이는 어닐링을 겪지 않은 융합 결합된 기판에 적용되거나 또는 결합력은 여전히 1.0 J/m2미만이다.
제1 및/또는 제2 기판은 특수 가공된 SiO2 웨이퍼이다.
따라서, 시험 장치(기구) 또는 시험 단계(방법)가 제공될 때, 이미 적어도 부분적으로 결합된 기판 쌍이 본 발명에 따라 분리될 수 있다. 상기 결합된 기판 쌍(제1 기판과 제2 기판)에 관한 시험에 따라 주어진 품질 기준이 충족되지 않거나 완전히 충족되지 않는 경우에, 본 발명에 따라 결합해제가 수행된다. 품질 기준은 전적으로는 아니지만 물리적 및/또는 화학적 결합 강도, 서로에 대한 두 기판들의 교정 정확도 또는 블랭킷 결합 계면, 이에 따라 결합되지 않은 부위를 갖지 않는 결합 계면으로서 폭넓게 정의된다. 임의의 다른 타입의 발견된 상태 또는 공정 및/또는 명백히 언급되지 않지만 모든 경우에서 바람직하지 못한 발생되는 상태 또는 공정에서 본 발명에 따른 결합해제가 필요할 수 있다. 제1 기판 및/또는 제2 기판은 재가공될 수 있고 선택적으로 제1 기판 및 제2 기판의 신규한 조합으로도 재결합될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 제조 공정에서 개조 및/또는 재처리가 가능하다. 재처리 및/또는 개조에 의해 제1 기판과 제2 기판은 오류 없이 재결합될 수 있고, 이에 따라 제조 공정의 수율이 급격히 증가한다.
위에서 기술된 특징들은 본 발명에 따른 방법 및 장치뿐만 아니라 본 발명에 따른 용도에서 동일하게 적용된다.
본 발명의 그 외의 다른 이점, 특징 및 세부내용들은 첨부된 도면들을 참조하여 밑에 기술한 바람직한 대표 실시 형태들로부터 명백해질 것이다:
도 1은 절단선 A-A를 갖는 본 발명에 따른 기판 마운트를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 절단선 A-A에 따른 기판 마운트를 도시한 횡단면도.
도 3은 하부로부터 본 도 1에 따른 기판 마운트를 도시한 도면.
도 4는 도 2로부터 세부구성(E)을 상세도.
도 5a는 제1 기판, 상호연결층 및 제2 기판의 스택의 측면도.
도 5b는 제1 기판, 상호연결층 및 제2 기판의 스택의 평면도.
도 6은 기판 마운트의 제1 실시 형태에 따른 도 4와 유사한 상세도.
도 7은 기판 마운트의 제2 실시 형태에 따른 도 4와 유사한 상세도.
도 8은 필름 프레임 상에 고정된 스택을 도시한 도면.
도 9a-9d는 본 발명에 따라 4가지의 방법 단계에 따른 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 장치를 도시한 도면.
도 10a-10d는 4가지의 방법 단계에 따른 본 발명에 따른 장치의 제2 실시 형태를 도시한 도면.
동일한 구성요소 또는 똑같은 기능을 가진 구성요소들은 도면에서 똑같은 도면부호로 표시된다.
도 1은 반자동 방식으로 사용될 수 있으며 제1 기판(13)이 기판 마운트(1)에 의해 수동으로 고정되는 기판 마운트(1)를 도시한다. 기판 마운트(1)는 상호연결층(12)에 의해 제1 기판에 연결된 제2 기판(11)으로부터 제1 기판(13)을 결합해제(debonding)하기 위해 사용된다.
기판 마운트(1)는 주변 섹션(26) 상에 위치된 그립(2)과 상기 그립(2)의 맞은편에서 개방되는 링(3)으로 구성된다. 링(3)의 개구(3o) 상에서, 링(3)의 맞은편 단부(24, 24') 상에 단부(24, 24') 사이에 공간(A)을 조절하기 위한 스페이서(25)가 존재한다. 링(3)의 내측 직경(Di)과 외측 직경(Da)은 상기 공간(A)을 설정함으로써 조절될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 스페이서(25)은 레버(4, 5)로 구성되는데, 레버(4)는 단부(24) 상에 배치되고 레버(5)는 단부(24') 상에 배치된다. 레버(4, 5)는 여기서 수동으로 작동될 수 있는 포지셔닝 요소(14)들에 의해 관통된다(penetrated). 본 발명에 따르면, 위에서 기술된 수동 운동학적 장치의 자동 구현이 고려될 수 있다.
그립(2)은 고정 요소(10) 특히 나사에 의해 링(3)에 부착된다. 본 발명에서와 같이, 주어진 기하학적 형상(링 높이(H), 링 폭(B), 외측 직경(Da), 내측 직경(Di))에 대해 링(3)의 재료는 링(3)이 굽힘 강성(bending stiffness)에 의해 야기된 힘에 대해 스페이서(25)에 의해 탄성적으로 굽혀질 수 있도록 선택되어야 한다.
링(3)은 링 오프셋(ring offset, 6)으로부터 돌출되는 주변 숄더(7) 및 스텝(9)을 가진다. 상기 스텝(9)은 내측 각도가 45o < I < 90o이고, 특히 < 80o이며, 바람직하게는 < 70o 이며 링의 중앙을 향하는 z 형태로 형성되며 따라서 날카로운 내측 에지(8) 상에서 끝을 이루는 특히 주변 방향으로 배열된 벽 베벨(17)을 형성한다. 동시에 내측 에지(8)는 주변 숄더(7)의 페이스 표면(7s)으로 구성된 요소이며, 상기 표면은 링 오프셋(6)에 대해 평행하게 형성된다. 단부 표면(7s)은 거리(M)로 링 오프셋(6)까지 등거리이다(equidistant). 본 발명에 따르면, 거리(M)는 제1 기판(13)의 두께(d)보다 최대로 약간 두껍도록, 특히 상호연결층(12)의 두께만큼 두껍도록 선택된다(도 7 참조). 거리(M)는 도 6에 도시된 것과 같이 제1 기판(13)의 두께(d)보다 더 얇게 선택되는 것이 바람직하다. 거리(M)는 제1 기판(13)의 두께(d)보다 적어도 절반의 크기인 것이 바람직하다.
내측 에지(8)에 의해 형성되고 제1 기판(13)을 고정하기 위하여 외측 직경(Da)과 내측 직경(Di) 사이에 형성된 직경(Dk)은 링 오프셋(6)와 같이 제1 기판(13)이 내측 에지(8)에 의해 형성된 개구(직경(Dk))를 통해 삽입될 수 있을 때까지 스페이서(25)에 의해 증가될 수 있다. 그 뒤에, 직경(Dk)은 제1 기판(13)의 하나의 주변 에지(13u)가 주변 숄더(7)의 베벨(17)과 접하고 고정될 때까지 스페이서(25)에 의해 다시 감소될 수 있다. 따라서, 제1 기판(13)은 가요성 기판 마운트(1)에 의해 고정된다. 고정 단계는 거의 클램핑(clamping) 및/또는 폼 피팅(form fit)에 의해 수행된다. 제1 기판(13)을 베벨(17) 상에 클램핑 고정하기 위하여, 특히 구동 수단(14) 상에서 클램핑을 제어하기 위한 동력계 수단(dynamometer means)이 존재할 수 있다.
제2 기판(11)(여기서: 제품 기판) 만이 상호연결층(12)을 통해 기판 마운트(1)에 부착된다. 기판 마운트(1)와 제2 기판(11) 사이는 직접 접촉되지 않는다. 기판 마운트(1)와 제2 기판(11) 사이의 접촉을 방지하는 동안, 제2 기판(11)은 최대로 보호되어 오염 또는 손상이 실질적으로 방지된다.
제1 기판(13)과 상호연결층(12)을 가진 제2 기판(11)은 스택(19)(제1 기판-제2 기판 조합)을 형성한다. 이와 마찬가지로, 본 발명은 사이에 삽입된 상호연결층 없이 제1 기판과 제2 기판의 조합 특히 소위, 웨이퍼가 특히 반데르발스 힘에 의해 서로 부착되는 사전결합부(prebond)에도 적합하다.
도 7에 도시된 실시 형태에서 기판 마운트(1) 상에 스택(19)을 고정시킬 때, 날카로운 내측 에지(8)는 상호연결층(12) 내로 침투하는 상호연결층(12)의 주변 에지 상에 내측 에지(8)의 말단(tip)에 의해 결합해제 공정을 시작하거나 또는 이와 동시에 분리 수단으로서 사용된다.
상호연결 층(12) 없이 기판 쌍을 사용 시에, 특히 융합-접합 웨이퍼를 사용 시에, 본 명세서에 기재된 상호연결 층(12)은 기판 쌍들 사이에 경계 표면이다(상기 경계 표면에 반데르 발스 힘이 작용함).
기판 마운트(1)는 링 개구(3o)를 제외하고는 제1 기판(13)을 거의 완전히 둘러싼다.
도 8은 필름 프레임(23) 위의 스택(19)을 도시하는데, 제2 기판(11)은 필름 프레임(23)에 결합된 필름(21)에 연결된다. 스택(19), 필름 프레임(23) 및 필름(21)은 필름 프레임 조합(20)을 형성한다.
제1 기판(13)은 필름 프레임(23) 또는 제2 기판(11)을 고정시키고 그립(2)에 의해 제2 기판(11)을 분리시킬 수 있다(pulled off). 인장력(tensile force)이 제1 기판(13)에 가로 방향으로 제공되어, 따라서 그립(2)이 일방향으로 배열(unilateral arrangement)되어 주변 섹션(26)에 인장력이 인가된다. 내측 에지(8)가 상호연결층(12) 내에 침투됨으로써 시작되어, (굽힘 강성에 의해 생성된 힘에 대해) 제1 기판(13)과 링(3)이 변형되어 제1 기판(13)은 서서히 결합해제되어 주변 섹션(26)으로부터 맞은편 쪽으로 진행된다. 여기서, 분리 전방(detachment front)은 상호연결층(12)에 의해 주변 섹션(26)으로부터 제1 기판(13)의 맞은편 쪽으로 이동된다. 이에 따라, 그립(2)로부터 분리 전방 거리 및 그립(2)에 제공된 분리힘에 따라, 분리 전방을 따라 정해진 토크가 작용한다.
자동화 형태(automated form)로, 도 9a 내지 9d에서 제 1 실시 형태가 도시되고, 도 10a 내지 10d에서 제 2 실시 형태가 도시되는데, 밑에서 상세하게 기술된다.
자동화 공정에 적합한 형태로 제1 기판(13)을 고정하기 위해 전술된 (제1) 기판 마운트(1)를 사용하는 것은 두 실시 형태에 모두 공통적이다.
본 발명의 중요한 한 형태는 결합해제 단계의 시작단계에서, 결합해제가 시작될 때 특히 에지 또는 주변 상에서 상호연결층이 기계적으로 결합해제됨으로써, 특히 조심스러운 취급 공정을 제공하는 단계를 이루어진다.
도 9 및 10은, 각각, 하나의 베이스(27) 및 안정적인 베이스 구성을 제공하고 본 발명에 따라 본 장치의 다른 구성요소들을 결부시키기 위해 상기 베이스 상에 고정된 하나의 랙(22)을 도시하는데, 이들은 밑에 상세하게 기술된다. 프레임(22) 또는 베이스(27) 상에, 특히 베이스(27)에 의해 형성된 바닥(27b)과 랙(22)의 커버(22d) 사이에, 기판 마운트(1)의 주변 섹션 또는 (제1) 기판 마운트(1)의 병진 운동(특히 피동 운동)을 위한 구동 수단(15') 및 필름 프레임 조합(20) 또는 스택(19)을 고정하는 제2 기판 마운트(18)(리시버)의 병진 운동(특히 피동 운동)을 위한 구동 수단(15)이 위치된다. 구동 수단(15')은 특히 이동식 베어링에 의해 형성된 병진 운동 방향으로 트립-프리 메커니즘(trip-free mechanism)을 가질 수 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이 두 실시 형태에서의 기판 마운트(18)는 하나의 분리 방향(L)으로 따라서 도면의 평면에서 위 및/또는 아래로 이동하여 병진 운동할 수 있다. 따라서 기판 마운트(18)를 구동하기 위한 구동 수단(15)은 특히 동기적으로(synchronously) 이동될 수 있는데, 중앙 제어 장치에 의해 제어되는 모터 특히 스테핑 모터(stepping motor)에 의해 구동되는 것이 바람직하다.
기판 마운트(1)에 대해 도 9에 도시된 실시 형태에서, 주변 섹션(26)의 맞은편에 있는 기판 마운트(1)의 한 면 상에는 오직 하나의 구동 수단(15')이 위치되며, 주변 섹션(26) 상에는 하나의 로커 베어링(16)이 위치되어 기판 마운트는 상기 로커 베어링(16) 주위에서 피벗회전될 수 있지만 분리 방향(L)으로 고정된다. 따라서, 본 발명의 순서는 다음과 같다:
도 9a에 도시된 방법 단계에서, 필름 프레임 조합(20)을 위해 적절한 기판 마운트(1) 특히 제1 기판(13)은 상부 구동 수단(15')과 구형 면 베어링(16)에 부착된다. 이와 동시에, 그 전에 또는 그 후에, 필름 프레임 조합(20)은 특히 진공을 제공함으로써 기판 마운트(18)에 고정된다. 기판 마운트(18)는 분리 방향(L)으로 구동 수단(15)에 의해 이동될 수 있다.
본 발명에 따르면, 대안으로, 기판 마운트(1)의 주변 상에, 몇몇 구동 수단 특히 2개의 구동 수단(15')이 한 면 상에 위치되고 몇몇 구형 면 베어링 특히 2개의 구형 면 베어링(16)이 맞은편 면 상에 위치되는 것을 고려할 수 있다.
기판 마운트(1)는 구형 면 베어링(16)과 구동 수단(15') 상에서 링 주변(3u) 상에 위치된 고정 수단(28)에 의해 고정될 수 있다. 기판 마운트(18)는 구동 수단(15) 위에 있는 고정 수단(29)에 의해 고정될 수 있다.
그 뒤, 기판 마운트(18)는 상측부(13o)가 있는 제1 기판(13)이 링 오프셋(6)에 접할 때까지 기판 마운트(18)의 동기식 병진 운동(synchronous translational movement)을 수행하는 구동 수단(15')에 의해 도 9b에 도시된 위치로(따라서 기판 마운트(1)를 향하는 분리 방향(L)으로) 이동된다. 중앙 제어 장치에 의해 조절될 수 있으며, 제1 기판(13)이 링 오프셋(6)를 만나는 것은 특히 기판 마운트(18)에 집적된 동력계 수단(dynamometer means)에 의해 탐지된다. 기판 마운트(18)의 주변 상에서, 360o/n의 각거리(angular distance)로 분포된 다수(n)의 힘 변환기가 위치되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 제1 기판(13)은 기판 마운트(1) 내에 고정될 수 있으며, 직경(Dk)은, 그 전에, 외측 윤곽을 가진(특히 직경(Dt)을 가진 원형의) 제1 기판(13)이 기판 마운트(1) 내에 수용될 수 있도록 링(3)의 내측 에지(8)에 일치되어야 한다. 기판 마운트(13)가 수용될 때, 내측 직경(Di)은 제1 기판(13)이 빠지지(slip through) 않도록 제1 기판(13)의 직경(Dt)보다 더 작다. 도 9b에 도시된 위치에 도달하는 즉시, 내측 직경(Di)은 제1 기판(13)이 기판 마운트(1)에 고정되고(도 6 및 7 참조) 따라서 벽 베벨(17)에 접할 때까지 줄어들 수 있다.
도 9b에 도시된 위치에 도달하는 즉시, 상부 고정식 구동 수단(15')은, 분리 방향(L)으로의 자유도를 가지며 구동 수단(15')에 부착된 기판 마운트(1)의 면이 분리 방향(L)으로 자유로이 이동할 수 있도록 분리된다(release). 이 실시 형태에서, 구동 수단(15')은 무동력상태(driveless)가 된다. 하지만, 본 발명에 따르면, 구동 수단(15')이 수동(passive)(바람직한 실시 형태에서와 같이)이 아니라 능동 방식이 되도록 중앙의 장치에 의한 모션을 조절하는 것도 고려할 수 있다.
그 뒤, 기판 마운트(18) 상에서 맞은편에 제공된 2개의 구동 수단(15)에는, 기판 마운트(1)로부터 멀어지도록 향하는 하나의 구동력(F1)(인장력)이 제공되며, 특히 상기 구동력(F1)과 똑같은 구동력(F2)(인장력)이, 기판 마운트(1) 상에 고정된 제1 기판(13)을 제2 기판(11)으로부터 결합해제시키기 위해 기판 마운트(18)에 특히 동기 방식으로 제공된다.
구동력(F1 및 F2)에 반대로 작용하며 특히 이 구동력들에 대해 평행하게, 반대힘(G)(또는 몇몇 구형 면 베어링(16)이 있는 경우에는 몇몇 반대힘(G))이 구형 면 베어링(16)에 제공된다.
이렇게 하여, 내측 에지(8)로부터 시작되었던 결합해제 공정(debonding process)이 계속되며, 제1 기판(13)과 기판 마운트(1)의 결합해제가 늘어나면, 구형 면 베어링(16)으로부터 기판 마운트(1)의 맞은편 면으로 분리 전방이 형성된다(detachment front running). (상호연결층(12)의 상호연결힘에 의해 발생된) 반대힘(G) 뿐만 아니라 구동력(F1 및 F2)과 균형상태(equilibrium)에서, 분리 전방을 따라 무한히 분포된 분리 모멘트(K1 내지 Kn)와 같이 분리 전방을 따라 토크가 작용한다.
도 9c에 도시된 위치에서, 제1 기판(13)은 절반 이상 결합해제되는데, 상기 결합해제 공정은 (제1 기판(13)과 기판 마운트(1)의 결합 강도에 대해) 기판 마운트(1)와 제1 기판(13)이 변함으로써 수행된다.
도 9d에 도시된 위치에서, 제1 기판(13)은 제2 기판(11)으로부터 완전히 결합해제된다. 상기 도면에서 상호연결층(12)은 제2 기판(11)에 고정되지만(adhere) 제1 기판(13)에 부분적으로 또는 완전히 고정될 수도 있다.
결합해제 공정 동안, 기판 마운트(1)와 제1 기판(13)은 (평균, 특히 제2 기판(11)으로부터 제1 기판(13)이 절반 정도 결합해제된 상태로) 굽힘각 1o < W < 45o, 특히 W < 35o, 여기서는 약 6o 만큼 굽어진다.
도 10a 내지 도 10d에 도시된 것과 같은 제 2 실시 형태에서, 구동 수단(15') 대신, 기판 마운트(1) 상에 구형 면 베어링(16)이 위치되며 이에 따라 주변 섹션(26)과 맞은편 주변 섹션(26')(따라서 구형 면 베어링(16)이 기판 마운트(1)의 고정 수단(28)에 부착되는 위치) 상에 있는 기판 마운트(1)가 분리 방향(L)으로 고정된다(본 발명에 따르면, 기판 마운트(1)의 주변 상에 몇몇 구형 면 베어링(16)들이 배열될 수 있음). 주변 섹션(26)들 사이의 섹션에서, 기판 마운트(1)는 굽힘 강성에 대해 유연성 범위 내로 이동할 수 있다. 따라서, 구동력이 도 10c에 따른 방법 단계에 제공될 때, 상호연결층(12)의 주변으로부터 실질적으로 (파장식(rippled)) 동심 구성으로 배열된 분리 전방이 상호연결층(12)의 중앙으로 올라간다(arise). 여기서, 기판 마운트의 내측 에지(8)에 의해 시작된 공정은 상호연결층(12)의 초기 상호연결힘을 극복하는 데 중요한 역할을 수행한다.
도 10a 내지 10d에 도시된 것과 같은 실시 형태에서, 분리 모멘트(K1 내지 Kn)는 각각 분리 전방이 진행됨에 따라 분리 전방을 따른 대개 하나의 (파장식) 원형 섹션에 작용한다. 구형 면 베어링의 맞은편에 있는 측면 에지(side edge)에 대해 도 9c에 따른 굽힘각(W)이 측정될 때, 모든 면들로부터 주변에 작용하는 분리힘(K)으로 인해 굽힘각(W')은 제1 기판(13)의 중심으로부터 에지까지 측정되며, 이 경우, 제1 기판(2)과 기판 마운트(1)의 재료 뿐만 아니라 이들의 수치가 똑같은 한, 짧은 거리로 인해 굽힘각(W')은 이에 상응하게 작아진다. 링 폭(B) 및/또는 링 높이(H)를 줄임으로써, 링(3)의 굽힘 강성은 굽힘각(W')이 증가될 수 있도록 줄어들 수 있다.
1 : 제1 기판 마운트 2 : 그립
3 : 링 3o : 개구
3u : 링 주변 4 : 레버
5 : 레버 6 : 링 오프셋
7 : 주변 숄더 7s : 단부 표면
8 : 내측 에지 9 : 스텝
10 : 고정 수단 11 : 제2 기판
12 : 상호연결 층 13 : 제1 기판
13o : 상부 13u : 주변 에지
14 : 구동 요소 15, 15': 구동 수단
16 : 제2 구형 면 베어링 17 : 베벨
18 : 제2 기판 마운트 19 : 스택
20 : 필름 프레임 조합 21 : 필름
22 : 랙 22d : 커버
23 : 필름 프레임 24, 24': 단부
25 : 스페이서 26 : 주변 섹션
27 : 베이스 27b : 바닥
28 : 고정 수단 29 : 고정 수단
A : 공간 B : 링 폭
Di : 내측 직경 Da : 외측 직경
Dk : 직경 H : 링 높이
M : 거리 L : 분리 방향
I : 내측각 d : 두께
F1, F2, Fn : 구동력(인장력) G : 반대힘
K1, K2, Kn : 분리 모멘트 W, W' : 굽힘각

Claims (3)

  1. 하나의 분리 방향(L)을 따라 제2 기판(11)에 접합된 제1 기판(13)을 제2 기판으로부터 분리하기 위한 방법으로서, 상기 제1 기판과 제2 기판은 융합-접합되며 어닐링되지 않고,
    제2 기판 마운트(18)를 이용하여 상기 제2 기판을 고정하고 분리 방향(L)을 따라 가요성을 가진 제1 기판 마운트(1)를 이용하여 상기 제1 기판을 고정하는 단계, 및
    제1 기판의 에지로부터 제1 기판을 들어올림으로써 제1 기판이 구부러지고 제2 기판 또는 제1 기판의 표면에 대해 수직인 분리 방향(L)을 따라 제2 기판 마운트가 제1 기판으로부터 멀어져서 상기 제2 기판으로부터 상기 제1 기판이 결합해제되는 단계를 포함하고, 상기 제1 기판이 제2 기판으로부터 결합해제되기 전에 융합-접합된 제1 기판과 제2 기판의 품질 기준 또는 교정 정확도가 정해진 기준에 부합하지 않거나 완전히 부합하지 않는지 여부를 검사하는 검사 단계가 수행되며,
    상기 제1 기판의 구부러짐은 제어가능한 힘의 적용 또는 제1 기판이 제2 기판으로부터 분리되는 속도의 제어에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 하나의 분리 방향을 따라 제2 기판에 접합된 제1 기판을 제2 기판으로부터 분리하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 기판의 결합해제는 제1 또는 제2 기판의 재결정 온도 초과의 온도로 제1 및 제2 기판을 가열하기 전에 그리고 반데르 발스 힘에 의해 결합 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 하나의 분리 방향을 따라 제2 기판에 접합된 제1 기판을 제2 기판으로부터 분리하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 기판의 결합해제는 0.2 J/m2 초과의 제1 기판과 제2 기판 사이의 결합강도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 하나의 분리 방향을 따라 제2 기판에 접합된 제1 기판을 제2 기판으로부터 분리하기 위한 방법.
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