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JP5421629B2 - ウェーハをキャリアに付加しかつ／またはキャリアから分離させるためのデバイスおよび方法 - Google Patents

ウェーハをキャリアに付加しかつ／またはキャリアから分離させるためのデバイスおよび方法 Download PDF

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Description

本発明は、ウェーハをキャリアに付加し、かつ／または、それをキャリアから分離させるための、請求項１に記載のデバイスならびに請求項１４および請求項１６に記載の方法に関する。
半導体業界では、ウェーハの再薄層化がしばしば必要であり、それを機械的および／または化学的に行うことができる。再薄層化に関して、ウェーハは一般にキャリア上に一時的に固定されるが、この固定には、さまざまな方法がある。キャリア材料は、例えばフォイル、ガラス基板、またはシリコンウェーハである。
使用されているキャリア材料、およびキャリアとウェーハの間の使用されている接続層に応じて、例えばＵＶ光、レーザビーム、温度作用、または溶剤の使用など、接続層の溶解または破壊について、さまざまなプロセスが知られている。
分離(剥離)は、ますます最も重要なプロセスステップの１つとなっている。というのも、数ミクロンの基板厚さを有する薄い基板は、分離／取外し中に破損しやすいため、または分離のプロセスに必要な力により損傷を受けるためである。
さらに、薄い基板は、形状安定性がほとんどなく、支持材料がなければ一般に丸まる。したがって、再薄層化後のウェーハを取り扱う間、ウェーハの固定および支持が本質的に重要である。
したがって本発明の目的は、できる限り破損を伴わずにウェーハをキャリアから分離させるためのデバイスおよび方法を提供することである。本発明の別の目的は、できる限り気泡なしでウェーハをキャリアに付加するデバイスおよび方法を提供することである。
この目的は、請求項１、請求項１４および請求項１６に記載の特徴を用いて達成される。本発明の有利な展開は、従属請求項に示されている。明細書、特許請求の範囲、および／または図面に示される特徴のうち少なくとも２つからなる、あらゆる組み合わせは、本発明の範疇に含まれる。値の範囲が指定される場合、指定された限度内にある値は境界値としても開示され、それをどのような組み合わせでも特許請求し得る。
本発明の概念は、再薄層化後のウェーハに作用する分離力を、接触をなす表面の変形により制御された形でウェーハに加えるためのデバイスを提供することであり、好ましくは、まず、概して円形のウェーハの縁部が、ウェーハが接触をなす面に付着することにより分離させられる。
水平方向の取外し力と垂直方向の撓みとの組み合わせが好ましく、それにより、縁部の連続した注意深い持上げが行われる。
換言すれば、分離力が、分離中にウェーハの周辺から中心へと発生し、特に横方向力成分がそれに加えて有利である。
装置によれば、本発明は、ウェーハをキャリアに付加し、かつ／または、それをキャリアから分離させるためのデバイスであって、
ウェーハの接触表面に平行に位置合わせすることができる、接触表面と少なくとも部分的な接触をするための１つの接触面を備えた変形可能膜と、
規定された様式で制御することができる膜の変形のために、接触面とは逆方向にある変形手段と、
ウェーハを膜に付着させるための付着手段と、を具備してなるデバイスに関する。
再薄層化後のウェーハは、ウェーハの膜への付着との相互作用の中で、規定された様式で制御することができる膜の変形により、キャリアから制御された様式で、好ましくは外側から内側に向かって分離させることができる。
本発明の有利な一形態では、膜が、特に膜を貫通する、好ましくはその数および／または直径が規定された孔によって全透過性(omnipermeable)である。この方策により、膜上の所与の数および／または所与の直径の孔のところで、規定された付着力でウェーハを吸引することが可能になる。したがって、ウェーハに対する真空グルービング(vacuum grooving)の悪影響も回避される。
対応する効果は、膜が付着手段により圧力差にさらされることにより達成される。
本発明の特に好ましい一実施形態では、付着手段は、
吸引トラフ、および吸引トラフを覆う膜により形成される吸引空間と、
吸引空間に接続される真空ポンプと、を備える。
吸引トラフが、圧力で変形させることができる特に不透過性の底部、および周辺壁部により形成されることが、さらに有利に実現される。というのも、このようにして、圧縮力を外側から吸引空間内に、変形可能底部を経由して伝達することができるためである。
本発明の有利な一形態では、変形手段は、
吸引トラフの変形可能底部と、
底部からの膜の間隔規定用の少なくとも１つの、好ましくは複数のスペーサと、を備える。
前述の形態は、膜への圧縮力の特に効果的な伝達を可能にし、底部が膜と類似の、またウェーハにも類似の基本形状を有していることによって、変形可能底部の表面全体にわたって広がる圧縮力を膜に最適に中継することができる。
本発明の別の有利な実施形態では、スペーサは縁部がなくされ、特に球形であり、それにより、膜、したがってウェーハへの、できる限り一様な力の分配および伝達が可能になる。好ましくは、スペーサは、膜の中心から一様に膜の表面全体にわたって分配される。スペーサは、異なる幾何学的形状を有してよいが、好ましくは同一である。吸引空間は、より好ましくは、スペーサとしての複数の小さなボールで埋められる。
さらに変形手段は、有利には、
圧力トラフ、および圧力トラフを覆う底部によって形成される圧力空間と、
圧力空間に接続される圧力ポンプと、を備え得る。
圧力空間は、最大１０barの圧力にさらすことができる。
変形手段の前述の構成により、付着手段だけでなく変形手段も真空ポンプにより動作させることができ、場合によっては、真空手段の相乗効果でさえ使用することができる。
例えば、真空ポンプは同時に圧力ポンプでもよい。
さらに、変形手段が少なくとも１つのリミッタを有し、それが、圧力空間の方向への底部の変形を、特に底部がリミッタに隣接しているときに底部が平坦であるように制限するように形成されることが、有利に実現される。底部の変形を制限することにより、有利には、少なくとも圧力空間内に大気圧／周囲圧力、または下方に真空までの負圧が広がるときに存在するデバイスの初期位置を規定することが可能になる。
ウェーハがキャリアから取り外されて膜に移るときに生じることがあるセメントビーズの移動を防止するために、接触面の面積が接触表面の面積よりも小さいことによって、膜および特にその孔の汚染が回避される。
有利には、本発明に係るデバイスの一形態では、加熱手段があり、加熱手段は、キャリアを保持するための受取ユニット内に一体化され、かつ／またはキャリアを保持するための受取ユニットの下にある。加熱手段が受取ユニットの下にある構成では、ウェーハを分離させるために、受取ユニットを加熱手段の加熱前に遠ざけることができ、したがって、キャリアおよびウェーハに対する熱の直接作用が可能である。
吸引空間が、特に５００ｍbar未満の負圧にさらされるので、熱がウェーハとキャリアの間の接続手段に対して最適に作用する。したがって、加熱手段は、より小さな寸法で形成することさえできる。
接続力を消失させるには、接続手段を非常に高精度かつ一様に、接着特性を中和させるのに必要な温度に至らせることが重要である。これは、特に、熱作用とは反対側での冷却が低減され、最小限に抑えられることによって達成される。こうすることにより、キャリアの温度とウェーハの温度との非常にわずかな温度差(高度な一様性)がもたらされる。そうでない場合には、何らかの状況下にあるキャリアが、特に放射源にさらされた側に高温を呈し、水の膜の方への温度勾配が非常に大きくなるはずである。ウェーハは特に薄く、シリコンは非常に良好な熱伝導率を有するので、この場合、接着層は、接着特性を中和させるのに必要な温度に達しないことになる。したがって、ウェーハに対して高絶縁値があることが特に重要である。
方法によれば、上記目的は、上記デバイスを用いてウェーハをキャリアから分離させるための方法によって達成され、この方法は以下の方法ステップを特に指定された順序で有する。
ａ)変形可能膜の、その接触面がウェーハの接触表面に平行な状態での位置合せ
ｂ)膜とウェーハとの間の接触
ｃ)変形手段による、接触面の方向への膜の凸状に行われる変形および分離
変形可能膜が、その接触面がウェーハの接触表面と平行な状態で位置合わせされるとき、ウェッジ欠陥を従来技術で知られる方法およびデバイスにより均等化することができる。
接触をなすために、膜をウェーハの方に移動させることも、その逆もどちらも可能であり、またはそのどちらも、２つの構成要素、すなわち膜およびウェーハを、互いに向かって移動させることにより可能である。
膜の代わりに、付着フィルムを使用することもできる。
膜の裏面に負圧をかけることで付着が行われることによって、膜の裏面にかかる負圧が、加熱中に真空により著しい絶縁が確実になるという更なる効果を達成し、したがって、低エネルギー損失を伴う一様な加熱を保証することができる。
ウェーハが分離させられるときの膜の変形は、有利には凸状に行われ、すなわち、分離力が、膜の縁部からできる限り一様に膜の中心に向かって発生する。
それとは逆に、本発明に係る方法は、上述のデバイスを用いて、ウェーハをキャリアに、特に以下の順序で進む以下の方法ステップ、すなわち
ａ)膜とウェーハの間の接触、および付着手段によるウェーハの膜への付着と、
ｂ)変形可能膜およびそれに付着しているウェーハと、キャリアとの位置合せと、
ｃ)変形手段による膜およびウェーハの凸状変形、ならびにウェーハのキャリアへの付加と、により付加するために行うこともできる。
付加は、ウェーハがキャリア上に平らなままでいるときに、しばしば避けられない空気混入物が大いに回避されるように、有利にはウェーハの中心からのウェーハの凸状変形に基づいて行われる。
本発明の他の利点、特徴、および詳細は、好ましい諸実施形態の以下の説明から、また図面を用いて明らかとなるであろう。
本発明に係るデバイスの概略側面図である。 本発明に係る膜の概略上面図である。 グリッパを示す図である。
図面では、同じ構成要素、および同じ機能を有する構成要素が、同じ参照符号で特定されている。
図１は、本発明において一実施形態として特許請求するデバイスを概略的に示しており、デバイスを取り囲むハウジングなどの構成要素、または例えばロボットアームなどの位置決めおよび／もしくは調整手段は、従来技術で比較的知られているため図示していない。
キャリア２は、負圧固定手段１６によって、加熱手段１４を備える受取ユニット１上に固定することができ、加熱手段１４は、受取ユニット１内に一体化され、この場合は加熱コイルとして形成される。ウェーハ４がキャリア２に、接続手段３、例えばセメントにより接合され、ウェーハは、以前のプロセスステップ内で再薄層化されており、したがって、ウェーハ４のキャリア２とは離れた方に向いた側にあるウェーハ４の一方の接触表面４ｋが露出させられている。
本発明において特許請求するデバイスの重要な一構成要素は、ウェーハ４の上方にある構成要素からなる手段であり、その手段の底部上には、その接触面(側部)５ｋがウェーハ４の接触表面４ｋと対向する膜５がある。
ウェーハスタックのウェッジから生じる、起こり得る平行性の欠如は、従来技術で比較的知られている、いわゆるウェッジ欠陥均等化によって均等化される。
接触面５ｋはそれに応じて、接触表面４ｋにできる限り平行に、接触表面４ｋと端揃えで位置合わせされる。接触表面４ｋおよび接触面５ｋは、概して円形である。
膜５は、一方の環状端面７ｓ上に非押込み式かつ緊密に固定され、膜５には、ウェーハ４を膜５上に広がる圧力差により吸引することができるように、接触面５ｋ全体にわたって孔１３が分配されている。
膜５の上方で、吸引トラフ７の周辺壁部７ｕおよび底部７ｂが、膜５と共に吸引空間１７を形成し、吸引空間１７は、吸引ライン１２を介して、図示していない真空ポンプにより負圧にさらすことができる。
底部７ｂは、図１に示すその初期位置では平坦であり、膜５に平行であり、したがって吸引空間１７は基本的に、平坦な円筒形状を有する。
球形スペーサ６が、吸引空間１７内に一様に分配された状態であり、そのボール直径６ｄが、初期状態において、底部７ｂと膜５の間の距離に対応する。
吸引トラフ７の上方に、一方の端面９ｓ、周辺壁部９ｕ、および底部９ｂを備える、形状がほぼ一致する圧力トラフ９があり、その端面９ｓは、吸引空間７の底部７ｂ上に平らで緊密なままである。
圧力トラフ９および底部７ｂにより取り囲まれる空間が、圧力空間８を形成し、圧力空間８は、圧力ライン１１および図示していないポンプによって圧力にさらされる。圧力トラフ９は吸引トラフ７に、例えば圧力トラフ９の底部９ｂにかかる力、または他の何らかの非押込み式接続により固定される。
図１に示す、大気圧または周囲圧力が吸引空間７および圧力空間８内に広がる初期状態では、不透過性底部７ｂが平坦であり、圧力空間９内の底部７ｂと底部９ｂの間にあるリミッタ１０に隣接する。
受取ユニット１の下に、加熱手段１４に加えてまたはその代わりに、他の加熱手段１５があってよい。
ウェーハ４がキャリア２から分離させられるときの接続手段３による膜５の汚染を回避するために、接触面５ｋの面積はウェーハ４の接触表面４ｋの面積よりも小さい。
図１に示すデバイスを用いたウェーハ４のキャリア２からの分離は、以下のように進む。
接続手段３によりキャリア２上に固定されたウェーハ４(ウェーハスタック)を再薄層化した後、このウェーハスタックが、再薄層化手段から図示していないロボットアームにより受取ユニット１上に配置され、次いで、受取ユニット１上に負圧固定手段１６により固定される。同じまたは別のロボットアームを用いて、圧力空間９および吸引空間７に接続されている膜５が、その接触面５ｋが接触表面４ｋに平行であり、接触表面４ｋと端が揃った状態で位置合わせされる。
次いで、膜５が下げられてウェーハ４上に載り、図１に示す非加圧初期位置においてウェーハ４と接触する。
ロボットアームは、ウェーハスタックを、受取ユニット１上に固定せずに直接膜５に移動させることもでき、それにより受取ユニット１を省略することができる。この場合、加熱手段１５だけが必要である。キャリアが分離させられるときのウェーハ４に対する横方向力は、以下に説明するグリッパ１８(図３)から加えられる。
膜５は、孔のある膜５、吸引空間１７、および吸引ライン１２を介して接続される真空ポンプからなる付着手段により、ウェーハ４に付着される。
この間、または膜５とウェーハ４の付着および／もしくは接触に続いて、ウェーハ４、接続手段３、およびキャリア２からなるスタックが、加熱手段１４および／または加熱手段１５により加熱され、吸引空間１７が、熱の絶縁体および調整器として使用される。
このプロセスは、図示していない制御ユニットにより制御される。
セメント(接続手段３)を緩ませるために必要な温度に達した後、膜に付着しているウェーハ４が、変形手段による膜５の凸状変形によって、ウェーハ４の縁部４ｒからのウェーハ４の分離が自動的に行われて分離させられる。好ましくは、膜５に対するキャリア２の相対運動により、横方向力が加えられる。
変形手段は、圧力ライン１１および図示していないポンプにより圧力にさらされる圧力空間８、ならびに不透過性変形可能底部７ｂ、スペーサ６、および膜５により形成される。
圧力トラフ９および吸引トラフ７は、１部片として形成することができる。同様に、リミッタ１０および／またはスペーサ６は、底部７ｂおよび／または９ｂから形成することができる。
圧力空間８内に過圧をかけることにより、圧力トラフ９の方がより堅固な構造のため底部７ｂが凸状に弓形をなし、または動的に撓み、この撓みは、最大１０barの広がる過圧に比例し、したがって、制御ユニットでプログラムおよび制御することができる。
底部７ｂの撓みがスペーサ６を膜５の方向に押し、それにより膜５も同様に、底部７ｂと同じように撓む。一様な、精度の高い、正確にプログラム可能な膜の撓みのこの影響によって、膜５にかかる付着力を維持しながら、ウェーハを縁部でキャリア２から分離させることができる。膜５全体にわたる鉛直力成分に加えて、ウェーハ４を、図３に示すグリッパ１８によって水平方向に押しやることができ、それによりウェーハ４は、ウェーハ４上にあるチップ１９に損傷を与えずにキャリア２から注意深く分離させられる。
グリッパ１８は、ウェーハ４の厚さＤよりも小さな高さＨを有する突出部２０を備えたフックの形で形成される。横方向力または水平力成分は、受取ユニット１または真空グリッパによって伝達することもできる。
接続手段３としての一時的な熱的セメント接続の温度に正確に準拠することを可能にするために、受取ユニット１および／または吸引空間１７の領域内に、かけられた温度の監視を可能にし、分離プロセスを制御手段(図示せず)の制御ソフトウェアにより制御する、１つまたは複数の温度センサがある。
ウェーハ４、接続手段３、およびキャリア２からなるスタックは、吸引空間１７の絶縁作用により、一方の側から加熱するだけでよい。
上述のデバイスはさらに、ウェーハ４を別のキャリア２'、例えばソーフォイル(saw foil)または処理済みウェーハに付加して、薄いウェーハ４を移転する、またはそれを残りのキャリア２'と接触させる際の空気混入を防止するためのプロセスに使用することもできる。弓形のウェーハ４の付加が特に有利である。
これは、前述のプロセスによって分離させられたウェーハ４が、膜５上で撓んだままであり、別のキャリア２'と位置合わせされることを意味する。次いで、凸状形状のウェーハ４は、キャリア２'上の中心に位置付けられ、再変形、したがってキャリア２に対してかけられた圧力空間９内の圧力を低下させることによって空気混入が大いに回避される。
空気混入の危険性は、接着フォイルの場合に特に大きく、したがって、このプロセスにより、空気が混入することなく接着材料上にウェーハを載置することが可能になる。
１ 受取ユニット
２,２' キャリア
３ 接続手段
４ ウェーハ
４ｋ 接触表面
４ｒ 縁部
５ 膜
５ｋ 接触面
６ スペーサ
６ｄ ボール直径
７ 吸引トラフ
７ｂ 底部
７ｓ 端面
７ｕ 周辺壁部
８ 圧力空間
９ 圧力トラフ
９ｂ 底部
９ｓ 端面
９ｕ 周辺壁部
１０ リミッタ
１１ 圧力ライン
１２ 吸引ライン
１３ 孔
１４,１５ 加熱手段
１６ 負圧固定手段
１７ 吸引空間
１８ グリッパ
１９ チップ
２０ 突出部

Claims (14)

  1. ウェーハ(４)をキャリア(２)に付加し、かつ／または、それを前記キャリア(２)から分離させるためのデバイスであって、
    前記ウェーハ(４)の接触表面(４ｋ)に平行に位置合わせすることができる、接触表面(４ｋ)と少なくとも部分的な接触をするための１つの接触面(５ｋ)を備えた変形可能膜(５)と、
    規定された様式で制御することができる前記膜(５)の変形のために、前記接触面(５ｋ)とは逆方向にある変形手段と、
    前記ウェーハ(４)を前記膜(５)に付着させるための付着手段であって、吸引トラフ(７)、および前記吸引トラフ(７)を覆う膜(５)により形成される吸引空間(１７)と、前記吸引空間(１７)に接続される真空ポンプと、を具備してなる付着手段と、
    を具備してなり、
    前記吸引トラフ(７)が、圧力で変形させることができ、かつ不透過性の変形可能底部(７ｂ)と、周辺壁部(７ｕ)とにより形成されることを特徴とするデバイス。
  2. 前記膜(５)が、前記膜(５)を貫通する、その数および／または直径が規定された孔(１３)によって全透過性であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記膜(５)を、前記付着手段により圧力差にさらすことができるようになっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデバイス。
  4. 前記変形手段が、
    前記吸引トラフ(７)の前記変形可能底部(７ｂ)と、
    前記変形可能底部(７ｂ)からの前記膜(５)の間隔規定用の少なくとも１つのスペーサ(６)と、
    を具備してなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のデバイス。
  5. 前記スペーサ(６)が、縁部を有さないように作られることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
  6. 前記変形手段が、
    圧力トラフ(９)、および前記圧力トラフ(９)を覆う底部(７ｂ)によって形成される圧力空間(８)と、
    前記圧力空間(８)に接続される圧力ポンプと、
    を具備してなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のデバイス。
  7. 前記吸引トラフ（７）が、変形可能底部（７ｂ）によって形成され、また、前記変形手段が少なくとも１つのリミッタ(１０)を有し、それが、前記圧力空間(８)の方向への前記変形可能底部(７ｂ)の変形を、前記変形可能底部(７ｂ)が前記リミッタ(１０)に隣接しているときに前記変形可能底部(７ｂ)が平坦であるように制限するように形成されることを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
  8. 前記接触面(５ｋ)の面積が接触表面(４ｋ)の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のデバイス。
  9. 前記デバイスが加熱手段(１４,１５)を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のデバイス。
  10. 前記加熱手段(１４)が、前記キャリア(２)を保持するための受取ユニット(１)内に一体化されることを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
  11. 前記加熱手段(１５)が、前記キャリア(２)を保持するための受取ユニット(１)の下にあることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のデバイス。
  12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のデバイスを用いて、ウェーハ(４)をキャリア(２)から分離させるための方法であって、
    ａ)変形可能膜(５)の、その接触面(５ｋ)が前記ウェーハ(４)の接触表面(４ｋ)に平行な状態での位置合せステップと、
    ｂ)前記膜(５)と前記ウェーハ(４)との間の接触および前記付着手段による前記ウェーハ(４)の前記膜(５)への付着ステップと、
    ｃ)前記変形手段による、前記接触面(５ｋ)の方向への前記膜(５)の凸状に行われる変形および分離ステップと、を具備することを特徴とする方法。
  13. 前記ウェーハ(４)の分離前の前記キャリア(２)および前記ウェーハ(４)が、前記ウェーハ(４)とキャリア(２)との間にある接続手段(３)を緩ませるために加熱手段(１５)により加熱されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のデバイスを用いて、ウェーハ(４)をキャリア(２')に付加するための方法であって、
    ａ)膜(５)と前記ウェーハ(４)との間の接触および付着手段による前記ウェーハ(４)の前記膜(５)への付着ステップと、
    ｂ)前記変形可能膜(５)およびそれに付着している前記ウェーハ(４)と、キャリア(２')との位置合せステップと、
    ｃ)前記変形手段による前記膜(５)および前記ウェーハ(４)の凸状変形および前記ウェーハ(４)の前記キャリア(２')への付加ステップと、を具備することを特徴とする方法。
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