JP2016500918A - 半導体ウェーハを処理するための方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体ウェーハを処理するための方法を提供する。【解決手段】半導体ウェーハを処理するための方法は、剥離層を透明ハンドラに張り付けるステップを含む(S11)。剥離層とは異なる接着層は、半導体ウェーハと、剥離層が張り付けられた透明ハンドラとの間に張り付けられる(S12)。接着層を使用して、半導体ウェーハは、透明ハンドラに接合される(S13)。半導体ウェーハが透明ハンドラに接合されている間に、半導体ウェーハが処理される(S14)。剥離層は、透明ハンドラを通して剥離層にレーザを照射することによってアブレーションさせられる(S16)。半導体ウェーハが透明ハンドラから取り除かれる(S17)。【選択図】図1
Description
本開示は、ウェーハ剥脱(debonding)、より詳細にはハンドラ・ウェーハ剥脱のための高度化された方法に関する。
三次元(3D)チップ技術には、3D集積回路(IC)および3Dパッケージングが含まれる。3Dチップ技術は、この技術よってより複雑な回路をより大規模に集積化することができ、回路経路が短くなることによって性能が高速化され、エネルギ使用量を低減することができるため、広範囲にわたって重要性を増しつつある。3D ICでは、複数の薄いシリコン・ウェーハ層が垂直に積み重ねられ、相互接続され、スタック全体が単一の集積回路を生成する。3Dパッケージングでは、複数の個別ICが積み重ねられ、相互接続され、一緒にパッケージ化される。
3D ICおよび3Dパッケージングの両方を含む3Dチップ技術に対する現代の技法は、シリコン貫通バイア(TSV)を利用することがある。TSVは、接続部がシリコン・ウェーハまたはダイを完全に貫通する垂直の相互接続アクセス(VIA)である。TSVを使用することによって、3D ICおよび3Dパッケージ化されたICは、縁部配線およびインタポーザ層が必要でないため、よりぎっしりと集積化されうる。
一時的なウェーハ接合/剥脱は、TSVおよび3Dシリコン構造体一般を実施するための重要な技術である。接合は、例えば、配線、パッドおよび接続冶金術(joining metallurgy)を用いて、シリコンデバイス・ウェーハを処理することができるように、一方でウェーハを薄層化して、例えば、上面からエッチングされたブラインド・バイアのTSV金属を露出させることができるように、3Dスタック中の層になる予定のシリコンデバイス・ウェーハを基板またはハンドリング・ウェーハに取り付ける行為である。
剥脱は、処理されたシリコンデバイス・ウェーハを3Dスタックに追加することができるように、処理されたシリコンデバイス・ウェーハを基板またはハンドリング・ウェーハから取り除く行為である。
一時的なウェーハ接合/剥脱のための多くの既存の手法は、シリコンデバイス・ウェーハとハンドリング・ウェーハとの間に直接配置された接着層の使用を含む。シリコンデバイス・ウェーハの処理が完了すると、シリコンデバイス・ウェーハは、様々な技法によって、例えば、ハンドラ中の穿孔によって供出される化学溶剤にウェーハ対を曝すことによって、エッジ開始点から機械的に剥がすことによって、またはシリコンデバイス・ウェーハが向きを変えることによって取り除かれうる点にまで接着剤が弛緩することができるように接着剤を加熱することによって、ハンドリング・ウェーハから剥離されうる。
3Mは、接着層および光・熱変換(LTHC)層を使用して接合が行われるLTHCに依存する手法を開発した。その場合、剥脱は、赤外線レーザを使用してLTHC層を加熱し、それによって接着剤をシリコンデバイス・ウェーハが取り除かれうる点にまで弛緩させ、または「減粘性化する(detackifying)」ことによって行われる。しかし、LTHC層は、暗色で、極めて不透明であり、そのため全体的に透明なハンドリング・ウェーハからシリコンデバイス・ウェーハを取り除く前に下にある回路を検査することは困難である。さらに、LTHC手法は、1064nmの赤外線(IR)波長で動作するYAGレーザを用い、この手法は、LTHC層内で熱を発生させ、接着剤の結合力を大きく減らすのに効果的ではあるが、界面を十分かつ完全にアブレーション(ablate)し、結果として接着力が実効的にゼロとなるには十分でない。
本発明は、ウェーハ剥脱により半導体ウェーハを処理するための方法を提供する。
半導体ウェーハを処理するための方法は、剥離層(release layer)を透明ハンドラ(transparent handler)に張り付けるステップを含む。半導体ウェーハと、剥離層が張り付けられた透明ハンドラとの間に剥離層とは異なる接着層が張り付けられる。半導体ウェーハは、接着層を使用して、透明ハンドラに接合される。半導体ウェーハが透明ハンドラに接合されている間に、半導体ウェーハが処理される。透明ハンドラを通して剥離層にレーザを照射することによって剥離層をアブレーションする。半導体ウェーハは、透明ハンドラから取り除かれる。
剥離層は、レーザから放射されたある周波数の光を強く吸収することができる。レーザから放射される光は、紫外光であってもよい。レーザから放射される光は、およそ350〜360nmの波長を有してもよい。剥離層をアブレーションするために使用するレーザは、YAGレーザまたはXeFエキシマレーザであってもよい。接着層は、半導体ウェーハに張り付けられてもよい。剥離層が張り付けられた透明ハンドラに半導体ウェーハを接合する前に剥離層を硬化させてもよい。接着層は、剥離層に張り付けられてもよい。接着層を張り付ける前に剥離層を硬化させてもよい。
剥離層をアブレーションするために使用するレーザは、ダイオード励起固体(DPSS:diode-pumped solid-state)レーザであってもよい。剥離層をアブレーションするために使用するレーザは、エキシマレーザであってもよい。剥離層をアブレーションするために使用するレーザは、エキシマレーザと比較して比較的低出力のレーザであってもよい。比較的低出力は、およそ5ワット〜30ワットの範囲にあってもよい。半導体ウェーハが透明ハンドラに接合されている間に半導体ウェーハを処理するステップは、半導体ウェーハを薄層化するステップを含んでもよい。半導体ウェーハが透明ハンドラに接合されている間に半導体ウェーハを処理するステップは、1つまたは複数のシリコン貫通バイア(TSV)を生成するステップを含んでもよい。
本方法は、半導体ウェーハを処理した後、剥離層をアブレーションする前に、透明なハンドラおよび剥離層を通して半導体ウェーハを検査するステップをさらに含んでもよい。検査によって修正可能な欠陥が明らかにされた場合、剥離層をアブレーションする前に半導体ウェーハに対して修復が行われてもよい。半導体ウェーハは、半導体ウェーハを透明ハンドラから取り除いた後に3Dスタックに追加されてもよい。
剥離層は、可視光に対して実質的に透明であってもよい。半導体ウェーハを処理するための方法は、紫外光を強く吸収する剥離層を、可視光に対して実質的に透明な透明ハンドラに張り付けるステップを含む。接着層は、剥離層と半導体ウェーハとの間に張り付けられる。半導体ウェーハは、接着層を使用して透明ハンドラに接合される。半導体ウェーハが透明ハンドラに接合されている間に、半導体ウェーハが処理される。透明ハンドラを通して剥離層に紫外光を照射することによって剥離層をアブレーションする。半導体ウェーハは、透明ハンドラから取り除かれる。
本方法は、半導体ウェーハを処理した後、剥離層をアブレーションする前に、透明なハンドラおよび剥離層を通して半導体ウェーハを検査するステップ、ならびに検査によって修正可能な欠陥が明らかにされた場合、剥離層をアブレーションする前に半導体ウェーハを修復するステップをさらに含んでもよい。
接合された半導体ウェーハは、透明ハンドラを含む。デバイス・ウェーハは、透明ハンドラに接合される。紫外線レーザ放射によるアブレーションに対して脆弱で、可視光に対して透明な剥離層は、透明ハンドラとデバイス・ウェーハとの間で、透明ハンドラ上に直接設けられる。接着層は、透明ハンドラとデバイス・ウェーハとの間に差し挟まれる。
透明ハンドラは、Borofloatガラス(R)を含んでもよい。透明ハンドラは、紫外および可視光に対して実質的に透明であってもよい。透明ハンドラは、およそ650μmの厚さであってもよい。デバイス・ウェーハは、集積回路素子を含んでもよい。デバイス・ウェーハは、1つまたは複数のシリコン貫通バイア(TSV)を含んでもよい。デバイス・ウェーハは、3D集積回路または3Dパッケージのための層であってもよい。
接着層は、TOK A0206(R)であってもよい。剥離層は、接着剤を含んでもよい。剥離層は、HD3007(R)を含んでもよい。剥離層は、シクロヘキサノンを含んでもよい。剥離層は、およそ6μmの厚さであってもよい。剥離層は、アブレーション・レーザから放射されるある周波数の光を強く吸収してもよい。アブレーション・レーザから放射される光の周波数は、およそ350〜360nmであってもよい。
アブレーション・レーザから放射される光の出力は、およそ5〜30ワットであってもよい。
剥離層は、紫外線レーザ放射によるアブレーションに対して脆弱であってもよい。剥離層は、およそ5〜30ワットの範囲にある出力の紫外線レーザ放射によるアブレーションに対して脆弱であってもよい。
透明ハンドラ、接着層、および剥離層は、それらを通してデバイス・ウェーハの検査ができるように構成されてもよい。
接合された半導体構造は、透明基板を含む。半導体ウェーハは、透明基板に接合される。第1の接着層は、透明基板と半導体基板との間に差し挟まれる。紫外線レーザ放射による破壊に対して脆弱で、可視光に対して透明な第2の接着層は、透明基板上に直接、および半導体ウェーハと透明基板との間に設けられる。
第2の接着層は、HD3007(R)またはシクロヘキサノンを含んでもよい。
本開示は、添付図面に関連して考察された場合、以下の詳細な説明を参照することによって一層よく理解されるようになるため、本開示のより完全な理解およびその付随する態様の多くが容易に得られるであろう。
図面に示す本開示の例示的な実施形態を説明する際に、明瞭にするため、特定の術語が用いられる。しかし、本開示は、そのように選択され特定の術語に限定されることは意図されておらず、特定の要素それぞれが同じような方法で動作する技術的な均等物をすべて含むことを理解されたい。
本発明の例示的な実施形態は、シリコンデバイス・ウェーハをハンドリング・ウェーハまたは他の基板に対して一時的に接合および剥脱するための、接着層および別個の剥離層を利用する様々な手法を提供する。シリコンデバイス・ウェーハの下にある回路を剥脱の前に光学的に検査することができるように、剥離層は、透明であってもよい。剥脱は、レーザを使用して、剥離層をアブレーションすることによって行われてもよい。使用するレーザは、紫外線(UV)レーザ、例えば、355nmのレーザであってもよい。この波長は、堅牢で、比較的安いダイオード励起固体(DPSS)レーザを利用できるため特に魅力的である。
シリコンデバイス・ウェーハのハンドリング・ウェーハへの接合は、接着層および別個の剥離層の両方を使用することを含むため、接合プロセスは、本明細書ではハイブリッド接合と呼ばれることがある。ハイブリッド接合のための一手法によると、剥離層は、紫外線(UV)アブレーション層であってもよく、ガラス・ハンドラであってもよいハンドリング・ウェーハに張り付けられてもよい。次いで、UVアブレーション層を硬化させてもよい。次いで、ガラス・ハンドラまたはシリコンデバイス・ウェーハのいずれかに接着層を形成する接着剤を塗布することができる。UVアブレーション層は、剥脱で使用するレーザの波長で吸収が大きい材料を含んでもよい。また、材料は、接着接合された界面の検査が可能となるように可視スペクトルにおいて光学的に透明であってもよい。UVアブレーション層ならびに接着剤は両方とも、PECVDおよび金属スパッタリングを含む加熱真空蒸着、熱ベーク・ステップ、ならびに溶剤、酸および塩基を含む(接合されたウェーハ界面の縁部ビード領域で)ウェット化学反応に曝されることを含む半導体プロセスに十分に耐えることができるように、化学的および熱的に安定である。
例示的なガラス調製プロセスは、例えば、ガラス・ハンドラ上へのスピン・コーティングによってUVアブレーション材料を塗布することから開始してもよい。次いで、UVアブレーション材料がスピン・コートされたガラス・ハンドラをソフト・ベークして、溶剤をすべて取り除くことができる。スピン・コーティングのパラメータは、UVアブレーション層の粘度に依存することがあるが、およそ500rpm〜およそ3000rpmの範囲に入ることがある。ソフト・ベークは、およそ80°C〜およそ120°Cの範囲に入ることがある。最終硬化の温度は、200°C〜400°Cの範囲に入ることがある。より高い硬化温度は、350°C〜400°Cで行われる可能性がある標準CMOS BEOL処理中にUVアブレーション層の熱的安定性を保証するのにより効果的な場合がある。強くUV吸収するまたはUV感光性の材料については、およそ1000Å〜およそ2000Å程度の厚さの非常に薄い最終層が剥離層として働くのに十分な場合がある。そうした材料の1つは、約1000Åの厚さの膜を生成するように、ガラスにスピン塗布され、およそ1時間、350°Cの窒素雰囲気中で硬化させることができるShin Etsu ODL 38(R)である。そうした膜は、可視スペクトル全体にわたって光学的に透明であってもよいが、約360nm未満のUV波長領域において分解に極めて敏感であってもよく、308nm(例えば、XeCl)もしくは351nm(例えば、XeF)で動作するエキシマレーザまたは355nmで動作するダイオード励起3逓倍YAGレーザなどの一般的なUVレーザ源を使用して、完全にかつきれいにアブレーションすることができる。
本発明の例示的な実施形態によると、接着剤は、所望の任意の一時的または永久的な接着剤であってもよい。接着剤は、(例えば、UVアブレーション層が追加された後の)ガラスまたはデバイス・ウェーハのいずれかに塗布されうる。UVアブレーション層によってガラス剥離が支配されるので、接着剤は、そのUV吸収特性に無関係に選択されうる。これによって可能な選択肢が大幅に増大する。比較的低温のウェーハ用途(例えば、最大約250°C)に対しては、低圧および低温(<1気圧、およそ200°C)で接合することが可能な多種多様な材料が存在する(例えば、TOK TZNR−0136(R))。そうした材料に対する典型的な接合サイクルは、接合ツール中で行われ、この接合ツールでは、ガラスおよびSiウェーハが位置合わせされて保持されるが狭いギャップによって分離され、ウェーハとハンドラを接触させる前に両方の間に真空を生成することができる。ウェーハは、互いに押し付けられている間に、所望の接合温度に加熱される。接合サイクルは、典型的には約3〜5分である。より高い温度の印加(例えば、およそ300°C〜およそ350°C)に対しては、接着剤の選択肢は少なく、BCBおよびHD MicrosystemsのHD3007(R)などのポリイミドを主成分とする材料が含まれる。これらの材料は、一旦硬化すると、一般に粘着性が極めて小さくなり、より高い圧力および温度(>1気圧、およそ300°C〜およそ350°C)で接合されうる。選択された接着剤は、およそ500〜およそ3000rpmでスピン塗布され、およそ80°C〜およそ120°Cでソフト・ベークされ、次いで、窒素中で最大1時間、およそ300°C〜およそ350°Cで硬化させられてもよい。接合サイクルは、これらの材料に対して、およそ20〜およそ40分程度であってもよい。
アブレーション層界面でガラス・ハンドラを剥離するレーザ剥脱は、308nm(例えば、XeCl)または351nm(例えば、XeF)で動作するエキシマレーザ、ならびに355nmで動作するダイオード励起(3逓倍)YAGレーザまたは266nmで動作するダイオード励起(4逓倍)YAGレーザを含む数多くのUVレーザ源のうちのいずれか1つを使用して行われてもよい。エキシマレーザは、比較的高価で、比較的多くのメンテナンス/サポート(例えば、毒ガス封じ込め)を必要とするシステムである場合があり、低い繰返し率で非常に大きな出力(例えば、数百Hzの繰返しで数百ワット)を一般に有することがある。ここで明示した材料のUVアブレーションしきい値は、剥離を達成するのに、1平方cm当たり100〜150ミリジュール(mJ/平方cm)が必要な場合がある。これらの大出力のために、エキシマレーザは、数10mm2程度の面積の寸法を有する比較的大面積のビーム(例えば、0.5mm×50mmのラインビーム形状)でこのエネルギを供給することができる。これらの大出力および比較的低い繰返し率のために、エキシマレーザを用いるレーザ剥脱ツールは、固定ビームを用いた可動x−yステージで構成されることがある。ステージの移動は、毎秒約10〜50mmであってもよい。剥脱されるウェーハ対は、ステージ上に配置され、表面全体が照射されるまで、前後に走査されることがある。
代替のレーザ剥脱システムは、ウェーハ表面の端から端まで小さなスポット・ビームを高速で走査することによって、それほど高価でない、より堅牢で、より低出力の、355nmの固体励起3逓倍YAGレーザを使用して生成されることがある。355nmの波長のレーザは、2つの理由で266nmの4逓倍YAGレーザに比較して好ましい場合がある。すなわち、1)355nmの出力は、同じサイズのダイオード・レーザ励起出力に対して、266nmの出力よりも典型的には2〜3倍大きく、2)多くの一般的なハンドラ・ウェーハ・ガラス(例えば、Schott Borofloat 33(R))は、355nmで90%以上の透過性があるが、266nmでは約15%しか透過性がないためである。266nmでは出力の80%がガラスに吸収されるため、始動レーザ出力は、剥離界面で同じアブレーション・フルエンスを実現するのに約6倍高いことがあり、ガラス・ハンドラ自体に熱衝撃の危険性がある。
例示的な355nm走査型レーザ剥脱システムは、下記を含むことができる。1)355nmで5〜10ワットの出力、50〜100kHzの繰返し率、および10〜20nsのパルス幅を有するQスイッチ3逓倍YAGレーザ。このレーザの出力ビームは、拡大され、xおよびy検流計走査モータに取り付けられたミラーを備える商用の2軸スキャナへ誘導されてもよい。スキャナは、固定されたウェーハ・ステージ上方の固定距離に取り付けられてもよく、この距離は、剥離されるウェーハの作業面積に応じて、20cm〜100cmの幅がある。50〜100cmの距離は、10メートル/秒程度の移動スポット速度を効果的に実現することができる。Fθレンズは、スキャナの下向きの出力部に取り付けられてもよく、ビームを100〜500ミクロン程度のスポットサイズに集束させることができる。355nmの、50kHzで繰り返す12nsのパルス幅の、出力6ワットのレーザ、10m/sのラスタ速度で動作する80cmのスキャナ・ウェーハ間距離に対し、最適なスポットサイズは、200ミクロン程度であってもよく、必要とされる約100mJ/平方cmのアブレーション・フルエンスが約30秒に2回ウェーハ全面に(例えば、重なり合った行を使用して)供出されうる。重なりのステップ距離がスポット径(例えば、100ミクロン)の半分に等しい重なり合った行を使用することによって、確実に、走査される行と行との間のギャップのためにウェーハの一部が見逃されることがなく、界面のすべての部分が同一の総フルエンスを受ける。
図1は、本発明の例示的な実施形態による、ハンドラ・ウェーハの接合および剥脱を行うための手法を示す流れ図である。初めに、剥離層および接着層が張り付けられてもよい。例示的な一手法によると、剥離層は、ハンドラに張り付けられてもよく(ステップS11)、接着層は、デバイス・ウェーハに張り付けられてもよい(ステップS12)。しかし、他の例示的な手法によると、剥離層は、ハンドラに張り付けられてもよく、次いで、接着層が剥離層に張り付けられてもよい。
剥離層は、ガラスと接着剤との間に常に差し挟まれる。その後、デバイス・ウェーハは、剥離層および接着層がデバイス・ウェーハとハンドラとの間に設けられるようにハンドラに接合されてもよい(ステップS13)。接合は、数多くの商用接合ツールのいずれか1つにおいて提供されるような真空環境中で、管理された熱および圧力の下でデバイス・ウェーハとハンドラを物理的にくっつけることを含んでもよい。
デバイス・ウェーハがハンドラに首尾よく接合された後、所望の処理を行ってもよい(ステップS14)。処理は、デバイス・ウェーハがその所望の状態を実現するまで、パターニング、エッチング、薄層化などのプロセス・ステップを含んでもよい。その後、デバイス・ウェーハの回路を検査してもよい(ステップS15)。デバイス回路の検査を行い、デバイス・ウェーハが適切に処理されたことを確実なものとすることができる。検査は、例えば、高品質顕微鏡または他の画像診断法(imaging modality)を使用して、光学的に行われてもよい。光学検査は、上記したように透明であってもよいハンドラを通して行われてもよい。また、デバイス回路の光学検査は、剥離層および接着層のそれぞれが同様に透明であってもよいため、これらの層を通して行われてもよい。
光学検査は、すべての処理が完了した後に、またはウェーハの処理中の任意の段階で、あるいはその両方で行われてもよい。本発明の一部の例示的な実施形態によると、光学検査は、欠陥を生成しそうな1つまたは複数の重要な処理ステップの後に行われてもよい。光学検査の結果、欠陥がデバイス・ウェーハ内にあるという判定がなされた場合、デバイス・ウェーハは、その場ではねられ、その後の処理が取り消されてもよい。ハンドラを通してデバイス・ウェーハを光学的に検査することができるので、テストを行うためにデバイス・ウェーハをハンドラから取り除く必要がなく、したがって、他の可能性のある方法に比べ処理の初期段階で欠陥を検出することができる。さらに、3Dスタック全体が組み立てられるまで待って、その後にテストを行うことは、3Dスタック全体を廃棄することになり、それによって、実質的に歩留りを低下させ、製造コストを実質的に増加させる可能性がある。さらに、ガラスを通して接合された界面を見ることは、処理によって、薄層化および真空処理中に歩留り損失につながりかねない小さなボイドが接合接着剤自体の中に発生していないということを確認できるという点で有用な場合がある。このような欠陥は、処理ステップの初期段階で存在することがわかる可能性があるため、ウェーハ欠陥品に対して行われる後続の処理ステップを回避することができる。
デバイス・ウェーハを光学的に検査するためのこの機会は、赤外レーザ光曝露による熱を生成することが可能であるためにはLTHC層が必然的に不透明である、上で論じた3Mの光・熱変換(LTHC)手法などの従来技術の手法では存在しない可能性がある。
デバイス・ウェーハに対して検査およびすべての必要な修復作業を行った後、レーザ・アブレーション・プロセスを行い、デバイス・ウェーハをハンドラから分離することができる(ステップS16)。レーザ・アブレーションは、透明ハンドラを通して剥離層をUVレーザ光に曝露させることによって行われてもよい。UVレーザ光に曝されると、剥離層は、燃えるか、破砕するか、さもなければ分解することができる。これは、上で論じた3MのLTHC手法と対照をなし、このLTHC手法では、LTHC層が赤外線レーザ光に曝される結果として熱を生成し、この熱が、デバイス・ウェーハをハンドラから剥がすことができる点にまで接着層を軟化させる。したがって、本発明の例示的な実施形態による剥離層は、UVレーザ光の曝露の下で破砕する材料を含む。接着層は、このプロセスの間、硬いままであってもよいため、デバイス・ウェーハを接着層とともにハンドラから容易に取り除くことができる。所望の場合、様々な処理技法を使用して、接着層の残りをデバイス・ウェーハから取り除くことができる。
剥離層は、剥脱中に燃えてなくなるので、剥脱は、上で論じた3MのLTHC手法などの従来の技法よりも実質的にきれいな可能性がある。
レーザ・アブレーションによってデバイス・ウェーハがハンドラから分離された後、例えば、単にハンドラを引っ張り離すことによって、デバイス・ウェーハをハンドラから容易に取り除くことができ、デバイス・ウェーハを洗浄して接着剤を取り除くことができる(ステップS17)。
図2は、本発明の例示的な実施形態による、デバイス・ウェーハのハンドラに対する接合および剥脱を示す概略図である。デバイス・ウェーハ21は、処理されることになる、例えば、3Dパッケージに収容される3D ICまたはICの層などの3Dスタックに追加されることになるシリコン・ウェーハであってもよい。デバイス・ウェーハ21は、接合の前に処理されてもよいが、接合の前、デバイス・ウェーハ21は、全厚みを有するウェーハであってもよい。後続の処理中にデバイス・ウェーハ21に構造的な支持を与えるために、デバイス・ウェーハ21は、ハンドラに接合されてもよく、この後続の処理には、行わなければならない可能性があるある一定の処理ステップに耐えるのに必要な構造的完全性をデバイス・ウェーハ21がもはや呈することができない点にまでデバイス・ウェーハ21を薄層化することが含まれてもよい。デバイス・ウェーハは、シリコンを含む必要はなく、代わりに、代替の半導体材料を含んでもよい。デバイス・ウェーハ21は、初めに全厚みを有するウェーハであってもよく、続いておよそ200μm〜20μmのサイズに薄層化されてもよい。
ハンドラ22は、透明な基板であってもよく、例えば、Borofloatガラス(R)を含んでもよい。ハンドラは、ハンドラに接合されたデバイス・ウェーハ21に構造的完全性を与えるのに十分に厚いことがある。例えば、ハンドラは、およそ650μmの厚さであってもよい。
上記したように、接着層23および剥離層24は、デバイス・ウェーハ21とハンドラ22との間に設けられてもよい。本発明の例示的な一実施形態によると、剥離層24は、ハンドラ22上に直接配置される。剥離層24は、レーザ・アブレーション中に使用するレーザ光のUV近くの波長を強く吸収するように高度に特化した材料を含んでもよい。本発明の例示的な実施形態は、例えば、波長355nmの、またはそれに近いUVレーザを用いることがあり、剥離層24は、UV光、特に355nmの波長を有する光を大きく吸収する材料を含むことができる。剥離層24は、それ自体接着剤を含んでもよいが、少なくとも以下で論じる理由で、剥離層24は、接着層23とは全く別個の層であってもよい。
剥離層24は、例えば、スピン塗布することができ、350°Cで硬化させることができるポリイミド・ベースの接着剤であるHD3007(R)を含んでもよい。剥離層は、およそ6μmの厚さであってもよい。HD3007(R)および同様の材料の熱可塑性の性質によって、剥離層24材料を液体状態で塗布することができ、剥離層24の塗布中にハンドラ22の表面を満たすように流動させることができる。この材料は、剥離層24が早々に破砕することなくハンドラ22に接合されている間に、引き続きデバイス・ウェーハ21に対して行われることがある、通常使用される処理技法に耐えるほどに十分に強くてもよい。そうしたプロセスには、ウェーハ研削、260°Cを超える加熱、PECVD、CMP、200°Cでの金属スパッタリング、シード金属のウェットエッチ、レジスト剥離、および320°Cでのポリマーの硬化が含まれてもよい。
さらに、HD3007(R)は、上記のような処理ステップに耐えることができる一方、HD3007(R)は、UV光を強く吸収することもでき、308nmのエキシマレーザからの放射によって容易にアブレーションさせられうる。
それ自体接着剤ではなく、むしろフォトリトグラフィにおいて下層として使用される光学的な平坦化材料であるより有利なUV剥離層の例は、Shin Etsu ODL−38(R)である。約1000Åの非常に薄いこの材料の層を、ガラス・ハンドラにスピン塗布して、窒素中で、350°Cで硬化させることができる。この材料は、360nm未満のUV波長を非常に強く吸収し、速やかに分解し、したがって、355nmのレーザ波長で使用するのに優れた剥離層である。
使用される材料とは無関係に、剥離層24は、好みのUV波長でレーザ・アブレーションさせることができる材料を含んでもよい。例えば、ハンドラ上に、例えば、剥離層材料をスピン・コーティングまたはスプレーし、次いで、熱(例えば、350°C)またはUV光あるいはその両方を使用して、この材料を硬化させることによって剥離層24を生成してもよい。剥離層材料の硬化は、ハンドラ22をデバイス・ウェーハ21に接合する前に、または同時に行われてもよい。
接着層23は、デバイス・ウェーハ21または剥離層24のいずれかに接着剤を塗布することによって生成されてもよい。接着層23は、剥離層24として使用されるものとは別個の材料を含んでもよく、具体的には、接着層23は、剥離層24をアブレーションするために使用される波長の光を強く吸収しない接着剤であってもよい。任意の数の適切な接着剤をこの層に使用することができるが、適切な接着剤の一例は、TOK A0206(R)である。接着層は、例えば、接着剤をデバイス・ウェーハ21に塗布することによって生成されてもよい。接着層23は、熱(例えば、220°C)を使用して硬化させられてもよい。
本発明の例示的な一実施形態によると、接合を行う前に剥離層24を硬化させてもよい。このように、剥離層24材料と接着層23材料との間の有害な相互作用の可能性を最小限にすることができる。接合は、220°Cの温度(接着層23材料の硬化温度)で、およそ500mbarの印加圧力を使用して、ボンダ、例えば、Sussボンダ(R)で行われてもよい。接合では、デバイス・ウェーハ21は、接着層23によって剥離層24が取り付けられたハンドラ22に接合されてもよい。
その後、例えば、上で詳細に説明したように、処理、試験、および修復を行うことができる。試験および検査は、例えば、Borofloatガラス(R)からなる透明ハンドラを使用することよって容易に行われうる。
処理、試験、および修復が完了し、デバイス・ウェーハ21をハンドラ22から剥脱するときがくると、レーザ25を使用して剥離層24を照射することができる。上で論じたように、レーザは、308nmのエキシマレーザまたは355nmのDPSSレーザ、例えば、1064nmのダイオード・レーザを周波数3逓倍することによって生成されたものであってもよい。本発明の例示的な一実施形態によると、レーザ25は、355nmの波長、50kHzで5Wの出力、15〜300kHzの繰返し率、および50kHzで12ns未満のパルス幅を有するHIPPO 355QWレーザ(R)であってもよい。しかし、266nmの波長を有するHIPPO 266QW(R)などの他のUVレーザを使用してもよい。
剥離層24は、透明であってもよいハンドラ22を通して、使用するレーザ25の波長に少なくとも照射されてもよい。レーザ25は、例えば、ラスタ・パターンで、ハンドラ22の表面を端から端まで走査するスポット・ビームを生成することができ、またはレーザ25は、ハンドラ22の端から端まで一回もしくは複数回掃引する扇形ビームを生成することができる。レーザ25から放射された光の誘導は、例えば、810mmのflを有するFθスキャン・レンズであってもよいスキャナおよびレンズ26を使用することによって処理されてもよい。図3および図4は、本発明の例示的な実施形態による、レーザ光をハンドラ22の上面31に照射するパターンを示す概略図である。図3でわかるように、レーザ光は、ハンドラ22の上面31のx軸方向に沿って移動し、それぞれの連続するライン32がY軸方向に下方に描かれているライン32に描かれるスポット・ビームとしてハンドラ22の上面31を端から端まで誘導されてもよい。あるいは、図4でわかるように、レーザ光は、蛇行パターン33で誘導されてもよい。
使用するレーザ25のUV波長が比較的高エネルギを含むことができるため、光は効率的に剥離層24をアブレーションすることができる。一旦アブレーションさせると、デバイス・ウェーハ21をハンドラ層22から自由に取り除くことができる。その後、溶剤または洗浄化学物質を使用して、デバイス・ウェーハ21上に残る可能性がある接着層23または剥離層24あるいはその両方の残る要素すべてを取り除くことができる。次いで、剥脱され洗浄されたデバイス・ウェーハ21は、さらに処理され、ダイシングされ、3Dスタックに張り付けられ、またはパッケージもしくは別の3D要素に合体され、あるいはその両方がなされる。
図5は、本発明の例示的な実施形態によるレーザ剥脱を行うための装置を示す概略図である。ここで図5に示すような、本発明の一部の例示的な実施形態によると、接合されたハンドラおよびデバイス・ウェーハ41は、例えば、ステージ上で静止したままであってもよい。他の例示的な実施形態によると、ステージは、移動可能であってもよい。レーザ42は、ビームを提供することができ、次いでこのビームが所望のビーム・サイズを提供するためのビーム拡大器45へ送られてもよい。次いで、ビームは、x軸およびy軸に沿ってビームを誘導することができるスキャナ46に入ることができる。1つまたは複数の制御装置43は、レーザ42、ビーム拡大器45およびスキャナ46の制御に影響を与えることができる。接合されたハンドラおよびウェーハ41が保持されるステージが移動可能な場合、コントローラ43は、ステージの移動もまた制御することができる。そのような場合には、スキャナ46は、省略されてもよい。計算機装置44は、制御するやり方で前もってプログラムされてもよく、これらの命令が1つまたは複数の制御装置43によって実行されてもよい。スキャン・レンズ47は、接合されたハンドラおよびデバイス・ウェーハ41に所望のスポット特性で当たるようにビームを調整することができる。
本明細書に記載された例示的な実施形態は、例示であって、本開示の趣旨または添付の特許請求の範囲から逸脱せずに多くの変形形態を紹介することができる。例えば、異なる例示的な実施形態の要素または特徴あるいはその両方は、本開示および添付の特許請求の範囲内で互いに組み合わされても、または置き換えられても、あるいはその両方がなされてもよい。
Claims (20)
- 半導体ウェーハを処理するための方法であって、
剥離層を透明ハンドラに張り付けるステップと、
前記剥離層とは異なる接着層を、半導体ウェーハと、前記剥離層が張り付けられた前記透明ハンドラとの間に張り付けるステップと、
前記接着層を使用して、前記半導体ウェーハを前記透明ハンドラに接合するステップと、
前記半導体ウェーハが前記透明ハンドラに接合されている間に前記半導体ウェーハを処理するステップと、
前記透明ハンドラを通して前記剥離層にレーザを照射することによって前記剥離層をアブレーションするステップと、
前記半導体ウェーハを前記透明ハンドラから取り除くステップと、
を含む方法。 - 前記剥離層が、前記レーザから放射されたある周波数の光を強く吸収する、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザから放射された光が紫外光である、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザから放射された前記光がおよそ350〜360nmの波長を有する、請求項3に記載の方法。
- 前記剥離層をアブレーションするために使用する前記レーザがYAGレーザまたはXeFエキシマレーザである、請求項3に記載の方法。
- 前記接着層が前記半導体ウェーハに張り付けられる、請求項1に記載の方法。
- 前記剥離層が張り付けられた前記透明ハンドラに前記半導体ウェーハを接合する前に前記剥離層を硬化させる、請求項6に記載の方法。
- 前記接着層が前記剥離層に張り付けられる、請求項1に記載の方法。
- 前記接着層を張り付ける前に前記剥離層を硬化させる、請求項8に記載の方法。
- 前記剥離層をアブレーションするために使用する前記レーザがダイオード励起固体(DPSS)レーザである、請求項1に記載の方法。
- 前記剥離層をアブレーションするために使用する前記レーザがエキシマレーザである、請求項1に記載の方法。
- 前記剥離層をアブレーションするために使用する前記レーザが、エキシマレーザと比較して比較的低出力のレーザである、請求項1に記載の方法。
- 前記比較的低出力がおよそ5ワット〜30ワットの範囲にある、請求項12に記載の方法。
- 前記半導体ウェーハが前記透明ハンドラに接合されている間に前記半導体ウェーハを処理するステップが、前記半導体ウェーハを薄層化するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記半導体ウェーハが前記透明ハンドラに接合されている間に前記半導体ウェーハを処理するステップが、1つまたは複数のシリコン貫通バイア(TSV)を生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記半導体ウェーハの前記処理の後、前記剥離層をアブレーションする前に、前記透明なハンドラおよび前記剥離層を通して前記半導体ウェーハを検査するステップと、
前記検査によって修正可能な欠陥が明らかにされた場合、前記剥離層をアブレーションする前に前記半導体ウェーハの修復を行うステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記半導体ウェーハを前記透明ハンドラから取り除いた後に、前記半導体ウェーハを3Dスタックに追加するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記剥離層が可視光に対して実質的に透明である、請求項1に記載の方法。
- 半導体ウェーハを処理するための方法であって、
紫外光を強く吸収する剥離層を、可視光に対して実質的に透明な透明ハンドラに張り付けるステップと、
前記剥離層と半導体ウェーハとの間に接着層を張り付けるステップと、
前記接着層を使用して、前記半導体ウェーハを前記透明ハンドラに接合するステップと、
前記半導体ウェーハが前記透明ハンドラに接合されている間に前記半導体ウェーハを処理するステップと、
前記透明ハンドラを通して前記剥離層に紫外光を照射することによって前記剥離層をアブレーションするステップと、
前記半導体ウェーハを前記透明ハンドラから取り除くステップと、
を含む方法。 - 前記半導体ウェーハの前記処理の後、前記剥離層をアブレーションする前に、前記透明なハンドラおよび前記剥離層を通して前記半導体ウェーハを検査するステップと、
前記検査によって修正可能な欠陥が明らかにされた場合、前記剥離層をアブレーションする前に前記半導体ウェーハの修復を行うステップと、
をさらに含む、請求項19に記載の方法。
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