(57)【要約】制御された分割のための装置および方法を提示する。本発明の実施形態は、基板を分割するための装置を含む。この装置は、ヒンジ機構に結合された下部シェルと、ヒンジ機構に結合された上部シェルと、上部および下部シェルに結合され、基板の上部および下部に引張力を与えるために充分な吸引力を供給するための複数のＯリングまたは吸着カップと、基板のグローブ縁部の一部を封止するため、および、基板の溝縁と溝縁との間に形成されるボリューム内の圧力を維持するためのコンプライアント部材と、このボリュームにガスを供給するためのガス・ポートと、上部シェルよび下部シェルに結合され、下部シェルから上部シェルを分離させるための高さ調節機構と、を含む。本発明の一実施形態は、ガス・システムの使用を不要とし、ブレード縁部によって置換して、伝播を開始させ、吸着カップの引張力によって開始の前に引張力を与え、分割中および分割後に分割プロセスを制御し、層の分離を維持する。【選択図】図４Ａ
2007526628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御された分割プロセスを用いて接合基板から材料の薄膜を形成するための方法であって、
前記接合基板の縁の部分の双方の側に沿って引張力を加えるステップと、
前記基板アセンブリの前記縁の前記部分に沿って追加の力を加えることによって前記接合基板内で分割を開始するステップと、
前記接合基板の前記縁に沿って前記引張力を制御することによって前記分割を伝播させるステップであって、前記分割の伝播によって除去される前記接合基板の層が解放されるステップと、
前記引張力を加えることによって前記接合基板から前記層を分離させるステップであって、前記伝播の後、除去される前記接合基板の前記層が前記接合基板に接触しないステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記接合基板の前記縁と前記接合基板の周囲の少なくとも部分に沿ったＯリングとの間に生じるガス静圧によって前記追加の力を加える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｏリングまたは吸着カップが、前記接合基板を分離させるために用いられる前記引張力を与えるための吸引力を与える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
コンピュータ制御モジュールを用いて前記ガス静圧を制御する請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ガス噴射を用いて前記ガス静圧を与える請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記追加の力が機械ブレードによって与えられる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
電気制御モータを用いて分割の間に前記基板アセンブリを分離させる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
接合基板を分割する方法であって、
基板分割シェルの第１の部分上に前記接合基板を配置するステップと、
前記基板分割シェルの第２の部分に前記接合基板を配置するステップと、
前記接合基板の縁の部分の双方の側に沿って引張力を加えるステップと、
前記基板アセンブリの前記縁の前記部分に沿って追加の力を加えることによって前記接合基板内で分割を開始するステップと、
前記接合基板の前記縁に沿って前記引張力を制御することによって前記分割を伝播させるステップであって、前記分割の伝播によって除去される前記接合基板の部分が解放されるステップと、
前記引張力を維持することによって前記接合基板から除去される前記基板の前記部分を分離させるステップであって、前記伝播の後、除去される前記接合基板の前記部分が前記接合基板に接触しないようにするステップと、
を含む方法。
【請求項９】
コンピュータ制御モジュールによって前記開始を監視し制御するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記接合基板の前記縁と前記接合基板の周囲の少なくとも部分に沿ったＯリングとの間に生じるガス静圧によって前記追加の力を加える請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガス静圧が公称約３００から３０００ポンド／平方インチに加圧されている請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
電気制御モータを用いて前記分割シェルを分離させることによる前記引張力を与える請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
接合基板の制御された分割のための装置であって、
ヒンジ機構に結合された下部シェルと、
前記ヒンジ機構に結合された上部シェルと、
前記上部および下部シェルに結合され、前記接合基板の上部および下部に引張力を与えるために充分な吸引力を供給するための複数のＯリングまたは吸着カップと、
前記接合基板の縁の部分に沿って追加の力を加えるため、および、前記接合基板において分割を開始するための開始手段と、
前記上部シェルおよび前記下部シェルに結合され、前記下部シェルから前記上部シェルを分離させることによって前記分割を伝播させるための高さ調節機構と、
を含む装置。
【請求項１４】
前記開始手段および前記高さ調節機構を監視し調節するためのコンピュータ制御モジュールをさらに含む請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記高さ調節機構が前記引張力を前記接合基板に与える請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記引張力によって、分割した層のいずれの部分も前記部分の分割が完了した後に前記接合基板に接触するのを防ぐ請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
電気制御モータを用いて前記下部シェルから前記上部シェルを分離する請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記開始手段が、基板分割動作が検出された結果として前記伝播を開始する請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
分割位置センサあるいは力センサまたはその両方が、分離プロファイルを確立するために用いられる前記分割の位置、速度および加速度を求める請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
開始分断イベントが生じて前記分割の前記伝播が始まった場合に、前記接合基板の前記部分間の引張力のロスを監視するためのセンサを更に含む請求項１３に記載の装置。
【請求項２１】
平坦な表面を含む接合基板からの材料の薄膜の分割を制御するための方法であって、
前記接合基板の双方の側に引張力を加えるステップと、
前記平坦な表面にほぼ平行に前記接合基板の縁の部分に沿って打撃を与えることによって前記接合基板において分割を開始するステップと、
前記平坦な表面を通る前記分割の加速度および速度を制御することによって前記分割を伝播させるステップであって、前記分割の伝播によって除去される前記接合基板の部分が解放されるステップと、
前記引張力を維持することによって前記基板を層に分離させるステップであって、前記接合基板を分割した後、前記分割された層のいずれの部分も前記基板に接触しないステップと、
を含む方法。
【請求項２２】
複数のＯリングまたは吸着カップを用いて前記引張力を与える請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ブレードを用いて前記分割を開始させる請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
コンピュータ制御モジュールを用いて前記分割の前記加速度および速度を制御する請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
電気制御モータを用いて前記分割の前記加速度および前記速度を制御する請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記電気制御モータが、前記分割の前記速度および前記加速度を制御するためおよび前記層を分離させるための前記引張力を与えるためのヒンジ・デバイスに結合されている請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
接合基板からの層の分割を制御するための装置であって、
ヒンジ機構に結合された下部シェルと、
前記ヒンジ機構に結合された上部シェルと、
前記上部および下部シェルに結合され、前記接合基板の上部および下部表面に引張力を与えるために充分な吸引力を供給するための複数のコンプライアント部材と、
前記ヒンジ機構に結合され、前記接合基板を通る分割最前部の位置、速度および加速度を制御するため、および、前記引張力を与えるための電気制御モータであって、前記分離させた層のいずれの部分も前記分割の後に前記接合基板に接触しない電気制御モータと、
を含む装置。
【請求項２８】
前記電気制御モータを監視し調節するためのコンピュータ制御モジュールをさらに含む請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記コンプライアント部材がＯリングまたは吸着カップを含む請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記電気制御モータがサーボである請求項２７に記載の装置。
【請求項３１】
前記電気制御モータがステッパ・モータである請求項２７に記載の装置。
【請求項３２】
分割位置センサあるいは力センサまたはその両方が、分離プロファイルを確立するために用いられる前記分割の位置、速度および加速度を求める請求項２７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板の製造に関する。さらに具体的には、本発明の実施形態は、制御された分割のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
職人は、長年にわたり、あまり有用でない材料を用いて、役に立つ物品、ツール、またはデバイスを構築してきた。場合によっては、小さい要素または構築ブロックによって物品を組み立てる。あるいは、有用でない物品をもっと小さい部分に分けて、それらの実用性を向上させる。これらの分けられる物品の例は、ガラス板、ダイヤモンド、半導体基板等の基板構造を含む。
【０００３】
これらの基板構造は、多くの場合、様々な技法を用いて分割または分離される。場合によっては、のこぎり動作を用いて基板を分割することができる。のこぎり動作は、通例、回転する刃またはツールを利用し、これによって基板材料を切断して、基板材料を２つの部分に分ける。しかしながら、この技法は多くの場合、非常に大ざっぱであるために、一般的には、微細なツールおよびアセンブリの製造用に基板を高精度に分離するのには用いることができない。さらに、のこぎり動作は、ガラスまたはダイヤモンド等の極めて硬い、あるいはもろい、またはその両方である材料を分離または切断するのが難しいことが多い。
【０００４】
従って、分割手法を用いて、これらの硬いあるいはもろい、またはその両方の材料を分離するための技法が開発されている。例えば、ダイヤモンドの切断では、通例、強力な方向性の熱的・機械的衝撃によって、分割最前部が主結晶面に沿って伝播し、熱的・機械的衝撃からのエネルギ・レベルが選択結晶面に沿った破壊エネルギ・レベルを超えた場合に、分割が生じる。
【０００５】
ガラス切断においては、多くの場合、一般に性質がアモルファスであるガラス材料上の好ましい方向に、ツールを用いてスクライブ・ライン（scribe line）をつける。スクライブ・ラインによって、アモルファス・ガラス材料の周囲に応力の高い領域が生じる。スクライブ・ラインの各側に機械的な力を加えると、スクライブ・ラインに沿って応力が高くなり、ついには、好ましくはスクライブ・ラインに沿ってグラス材料が割れる。この割れにより、ガラスの分割プロセスが完了し、完成したガラスは、家庭用を含めて様々な用途に用いることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の技法は、ダイヤモンドおよびガラスの切断に適用した場合、大部分は満足のいくものであるが、小型で複雑な構造または精密な加工物を製造するには厳しい制限がある。例えば、上述の技法は、多くの場合「大ざっぱ」であり、小型で精巧な機械ツール、電子デバイス等の製造において、高い精度で用いることができない。さらに、上述の技法は、大きなガラス板を相互に分離させるためには有用であるが、多くの場合、大きな基板から薄膜材料をはがしたり、削ったり、むいたりするには効果的でない。さらに、上述の技法は、２つ以上の分割最前部を生じることが多く、これらがわずかに異なる面に沿って結合する場合があるが、これは高精度の切断用途には極めて望ましくない。剥離層を用いる等の他の処理技法は、あまり成功していない。かかる剥離層技法は、多くの場合、湿式化学エッチングを必要とするが、これは、多くの最先端の用途においては望ましくない。
【０００７】
例えば、半導体業界は、従来の分割技法を改善して小型の電子デバイスの製造に役立てようと試みている。具体的には、基板材料層を分離するための制御された分割プロセスが望まれた結果として、多くの新しい設計およびプロセスが提供されている。例えば、ブレードおよびナイフ・デバイスを用いてウエハ層の間の分割を開始させる。従来技術の図１Ａが示すプロセスは、ブレード・デバイス２２を用いて、接合したウエハ１（２０）とウエハ２（２１）との間の分割を開始させる。完成縁部２５および２６は間隙２４を形成し、これが２枚のウエハ間にブレード機構２２を案内する。次いで、力を加えることで、分割が開始し伝播し始める。
【０００８】
多くの場合は満足のいくものであるが、開始プロセスのためにブレードを用いることで、いくつかの有害な状況が起こる恐れがある。例えば、多くの分割プロセスでは、分割されたウエハ表面は、わずかに粗く、分割動作中に壊れたばらばらの粒子が残っている。こういった状況では、分割した表面が分離後に相互に接触すると、表面に損傷が生じる恐れがある。
【０００９】
従来技術の図１Ｂは、部分的に分割したウエハ・スタックの拡大断面図を示す。ウエハ・スタックは、接合されているウエハ１（２０）およびウエハ２（２１）を含む。分割プロセスの結果、分割面の内側の表面は山２７および谷２４を含む。多くの場合、山２７は割れる可能性があり、ウエハ表面が再び接触すると摩耗の問題を生じる。表面の摩耗は、以降のプロセスにスクラッチ等の有害な影響を与え、結果として完成品の品質が悪くなる。
【００１０】
上述のことから、多くの場合、費用対効果が大きく効率的な、基板から材料の薄膜を分離するための技法が望まれていることがわかる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従って、本発明は、制御された分割動作を用いて接合基板から材料の薄膜を除去するための改良した技法を提供する。この技法によって、制御されたエネルギおよび選択された条件を用いて、接合基板上で分割プロセスを開始し、基板に伝播させて、基板から材料の薄膜を除去することができる。分割プロセスの開始は、まず、接合された（例えば複合）基板の縁部に引張力を与え、次いで基板間に開始力を与えて、基板上で分割領域を生じさせる。分割中には、少なくとも２つの分離段階がある。第１の段階は開始であり、第２の段階は分割最前部の伝播である。この２段階分離シーケンスは、基板縁部の分離距離のプログラムされた加速度および速度プロファイルによって制御される。さらに、本発明は、分割後に薄膜が複合基板に接触せず、このためスクラッチ等の有害な影響を軽減する分割装置および方法を提供する。
【００１２】
制御された分割のための装置および方法を提示する。本発明の実施形態は、接合基板を分割するための装置を含み、この装置は、ヒンジ機構に結合された下部シェルと、ヒンジ機構に結合された上部シェルと、上部および下部シェルに結合され、基板の上部および下部に引張力を与えるために充分な吸引力を供給するための複数のＯリングまたは吸着カップと、を含む。開始のために、一実施形態は、接合基板のグローブ縁部の一部を封止するため、および、基板の溝縁と溝縁との間に形成されるボリューム内の圧力を維持するためのコンプライアント部材と、このボリュームにガスを供給するためのガス・ポートと、上部シェルよび下部シェルに結合され、下部シェルから上部シェルを分離させるための高さ調節機構と、を含む。本発明の別の実施形態では、ブレード縁部を用いて伝播を開始させる。
【００１３】
また、本発明の実施形態は、接合基板を開始し分割するための方法を含む。この方法は、下部分割シェル上に接合基板を配置するステップと、次いで、接合基板の他の側面上に上部分割シェルを配置するステップとを含み、基板は、第１の周辺縁部と第２の周辺縁部とを含み、基板の第１の周辺縁部および第２の周辺縁部に対してコンプライアント部材を圧縮し封止して選択したボリュームを形成する。この方法は、さらに、ガスによって選択したボリュームを加圧するステップであって、ガスが基板において分割最前部を開始することができる圧力であるステップと、分割最前部にほぼ垂直に分離力を与えるステップとを含む。さらに、真空から上部および下部シェルに引張力を加えて、分割の分離を維持し、これによって分割後に基板が接触するのを防ぐ。本発明の別の実施形態では、ブレード縁部を用いて伝播を開始させる。本発明のこの実施形態では、ヒンジ機構に結合された電気制御モータが、基板を通る分割最前部の加速度および速度を制御する。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の目的および利点は、様々な添付図面に描かれた好適な実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後に、当業者に明らかとなることは間違いないであろう。
【００１５】
本明細書に組み込まれてその一部を形成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、文章による記述と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここで、本発明の好適な実施形態を詳細に参照する。本発明の例は、添付図面に図示されている。本発明は、好適な実施形態に関連付けて説明するが、これらは、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図したものではないことは理解されよう。逆に、本発明は、特許請求の範囲に規定された本発明の精神および範囲内に含むことができる代替、変更、および均等物を含むように意図される。更に、本発明の以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を得るために、多くの具体的な詳細事項を述べる。しかしながら、これらの具体的な詳細事項がなくても本発明を実施可能であることは、当業者には明らかであろう。他の例では、本発明の態様を不必要に不明瞭にしないために、周知の方法、手順、構成要素、および回路は、詳しくは記載しない。
【００１７】
以下の詳細な説明のある部分は、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビットにおける動作の手順、ロジック・ブロック、処理、および他の象徴的な動作表記に関して提示する。これらの説明および表現は、データ処理の専門家によって用いられる手段であり、その研究の趣旨を他の業界の専門家に最も効果的に伝える。手順、ロジック・ブロック、プロセス等は、本明細書中で、および一般的に、自己矛盾のないステップまたは命令のシーケンスであり、所望の結果を得ると考えられている。これらのステップは、物理量の物理操作を必要とするものである。必須ではないが通常は、これらの量は、コンピュータ・システムにおいて、ストア、転送、組み合わせ、比較、および他の方法で操作することができる電気または磁気信号の形態を取る。主に一般的な使用のために、これらの信号を、ビット、バイト、値、要素、記号、文字、用語、数等と呼ぶことが、時に便利であることがわかっている。
【００１８】
しかしながら、これらおよび同様の用語の全ては、適切な物理量に関連付けられており、単にこれらの量に適用される便利な標示であることに留意すべきである。特に注記しない限り、以下の考察から明らかであるように、「検知」、「制御」、「走査」、「受信」、「送信」、「検知」、「監視」等の用語を利用した記述は、コンピュータ・システムまたは同様のインテリジェントな電子コンピューティング・デバイスの動作およびプロセス（例えばプロセス９００および１１００）を示し、そのコンピューティング・デバイスが、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理（電子）量として表されるデータを操作して、コンピュータ・システム・メモリもしくはレジスタまたは他のかかる情報ストレージ、伝送、または表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータに変換することは認められよう。
【００１９】
特許６，１５５，９０９号、６，２２１，７４０号、６，２３，９４１号、５，９９４，２０７号、６，０１３，５６７号、６，０１３，５６３号、６，０３３，９７４号、６，２８４，６３１号、６，２９１，３１３号は、本発明の基礎として、引用により本願にも含まれるものとする。
【００２０】
ここで図２を参照すると、例示的なコンピュータ・システム１２のブロック図が示されている。本明細書中で述べる図２のコンピュータ・システム１２は、本発明の実施形態を実施することができる動作プラットフォームの例示的な構成を示す。しかしながら、本発明の範囲内で、コンピュータ・システム１２の代わりに、異なる構成を有する他のコンピュータ・システムも使用可能である。例えば、コンピュータ・システム１２は、サーバ・システム、パーソナル・コンピュータ、またはコンピュータ制御モジュール等の埋め込みコンピュータ・システムとすることができる。本発明の一実施形態では、例示的なコンピュータ・システム１２を用いて、センサおよびレギュレータからの様々な入力を用いて分割プロセスを監視し制御する。
【００２１】
コンピュータ・システム１２は、情報を伝達するためのアドレス／データ・バス１０と、情報および命令を処理するためにバス１０に結合された中央プロセッサ１と、中央プロセッサ１のための情報および命令をストアするためにバス１０に結合された揮発性メモリ・ユニット２（例えばランダム・アクセス・メモリ、スタティックＲＡＭ、ダイナミックＲＡＭ等）と、プロセッサ１のためのスタティック情報および命令をストアするためにバス１０に結合された不揮発性メモリ・ユニット３（例えばリード・オンリ・メモリ、プログラマブルＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）とを含む。また、コンピュータ・システム１２は、コンピュータ・ユーザに情報を表示するためのバス１０に結合された任意のディスプレイ・デバイス５も含むことができる。さらに、コンピュータ・システム１２は、情報および命令をストアするためのデータ・ストレージ・デバイス４（例えばディスク・ドライブ）を含む。
【００２２】
また、図２のコンピュータ・システム１２には、任意の英数字入力デバイス６が含まれている。デバイス６は、情報およびコマンド選択を中央プロセッサ１に伝達することができる。また、コンピュータ・システム１２は、ユーザ入力情報およびコマンド選択を中央プロセッサ１に伝達するためのバス１０に結合された任意のカーソル制御または指示デバイス７を含む。また、コンピュータ・システム１２は、バス１０に結合され、シリアル・ポートとすることができる信号通信インタフェース８を含む。また、通信インタフェース８は、赤外線またはブルートゥース（Bluetooth）・プロトコル等の多数の無線通信機構を含むことができる。
【００２３】
図３Ａは、界面１６において第２のウエハ１４に接合された第１のウエハ１２から形成される接合（例えば複合）基板１０の一部の簡略化断面図である。第１のウエハは、応力のかかった層１８を有する。この層は、例えば、プラズマ浸漬イオン注入、ビームライン・イオン注入、または拡散プロセスを用いて、選択した深さおよび濃度に陽子または他の粒子（例えば水素、重水素等）を注入することによって形成することができる。第１のウエハ１２は、丸い縁を有するほぼ切頭円錐の形状の完成縁部２０を有する。また、第２のウエハ１４は、弾丸の先端の形状の完成縁部を有する。ウエハ縁部の形状は、例示としてのみ与え、完成縁部を有するウエハ間に周辺溝２４が形成されることを示す。周辺溝は、通常、実質的に基板を取り囲むように延在し、溝の深さは通常、接合の間に一般に生じるウエハ・アラインメント・エラーよりも大きい。また、Ｏリング（例えば吸着カップ）の設計は、不整合を許容する。一実施形態では、第１のウエハ１２の代わりに第２のウエハ１４に応力層を組み込む。
【００２４】
図３Ｂは、完成縁部３０を有する第１のウエハ２８および同じ高さの縁部３４を有する第２のウエハ３２から形成される複合基板２６の一部の簡略化断面図である。第２のウエハの縁部は、別個の縁部完成プロセスで整形されていない。しかしながら、研磨プロセスのアーチファクトによって、かど３６はわずかに丸くなっている。多くの場合、接合して複合基板を形成するウエハの結合表面は、接合プロセスにおいて密接な表面接触を得るように研磨する。また、完成縁部を有するウエハとこれを接合する別の基板との間に、周辺溝３８が形成される。
【００２５】
図３Ｃは、同じ高さの縁部４４を有する第１のウエハ４２および同じ高さの縁部４８を有する第２のウエハ４６から形成された複合基板４０の一部の簡略化断面図である。研磨プロセスの間にかどが丸くなった結果、ウエハ間に比較的小さいノッチ５０が形成される。しかしながら、ウエハ相互のアラインメントによっては、このノッチは、複合基板の周囲を取り囲むようには延在しない場合がある。
【００２６】
図４Ａは、複合基板から材料の薄膜を分離させるための装置３００を簡略化して示す図である。分割ツール３５０は、基部シェル３０３および上部シェル３０１を有する。これらは、第２のウエハ３０５に接合された第１のウエハ３０４を含む複合基板４００に引張力を加えるために分離させることができる（例えば持ち上げることによって、またはヒンジ機構によって）。基部シェル３０３は、ツーリング・プレート（鋳造Ａｌ−Ｚｎ合金）または他の金属等の硬質の材料から製造される。上部シェル３０１は、硬く剛性のキャップ３０１およびコンプライアントな（compliant）Ｏリングまたは吸着カップ３０６を有する。キャップはツーリング・プレートから製造され、Ｏリング３０６は、基板材料上に吸引力を維持するのに適したコンプライアントな材料から形成される。Ｏリングまたは吸着カップは、分割プロセス中に基板を支持すると共に持ち上げる。Ｏリングまたは吸着カップによって、複合基板はわずかに膨張して、複合基板４００を分離させ、ドナー基板から処理基板へと薄膜を移すことができる。
【００２７】
Ｏリング（例えば吸着カップ）３１５が、複合基板４００の周辺縁部の一部を囲むシールを形成する。また、Ｏリング３１５は吸着カップ・デバイスとすることができ、真空力を用いて吸引を得ることができることは認められよう。Ｏリングは、中空であり、周囲（大気）圧で動作してコンプライアンスを与えるが、封止し圧力をかけてコンプライアンスおよび封止力を制御することも可能であり、または中実とすることも可能である。この場合、Ｏリング３１５を通って延出する針によって形成されるガス・ポート３３０が、ガスの噴出、複数の噴出、または安定した流れを、複合基板の封止した縁部の溝によって形成される周辺のプレナム（plenum）に与える。複合基板が、平坦な側面または複数の側面等のアラインメント機構を有する場合等は、Ｏリング３１５は、複合基板の周囲全体を密閉する必要はない。
【００２８】
ガスは、乾燥窒素源等のガス源３２５から与えられるが、空気、ヘリウム、またはアルゴン等の他のタイプのガスとすることもできる。ガス流は、ソレノイド・バルブ３９０または同様のバルブによって制御される。このバルブは、ガス・ポート３３０に供給するガスを制御する制御モジュール１２に結合されている。本発明の一実施形態では、ガス源は、約３００ＰＳＩ（ポンド／平方インチ）の公称圧力でガスを供給する。本発明の一実施形態では、圧力は３，０００ＰＳＩ以上とすることができる。ガスの噴出は、通常、複合基板間で分割を開始するのに充分なものである。特に、Ｏリングが基板とシールを形成しない場合、Ｏリングと基板との間の漏れによってガスが失われる場合がある。分割が基板面に伝播するにつれてこのガスのロスが増大すると有利である。ガスの減少によって、制御された分割プロセスが可能となり、伝播の速度が上がりすぎず、さらに、伝播を継続するためのポイントよりも圧力が低下した場合に分割が停止する。圧力ロスは、制御モジュール１２によって監視し制御することができる。制御モジュール１２は、ガス・ソレノイド３９０を制御し、Ｏリングと基板との間のガスのロスを監視する。分割プロセスの制御に役立てるため、所定の圧力ロスが検出されると、制御モジュール１２はガス供給を止める。
【００２９】
複合基板に対する引張力を与え、分割プロセスを完了した後に層を分離させるために、引上機構３０９が含まれている。引上機構３０９は、スクリュー・シャフト３０８を制御するステッパ・モータ、または、分割の後に複合基板を分離させ、分割プロセスの間に引張力を与えるのに適した他のいずれかの類似の機構とすることができる。例えば、サーボ・モータ、または他のいずれかの電気制御モータ・デバイスである。接続部材３０７は、上蓋３０１および下部支持をスクリュー・シャフト３０８に接続する。本発明の一実施形態では、ステッパ・モータ３０９がスクリュー・シャフト３０８を回転させると、上部および下部は互いに分離し始め、これによって引張力を複合基板４００に与える。本発明の一実施形態では、電気制御モータと関連付けてヒンジ機構を用いて、基板４００を分離するために用いる引張力を与える。図１０に、ヒンジ機構および電気制御モータの例を図示し説明する。
【００３０】
図４Ｂは、複合基板から材料の薄膜を分離させるための装置３００の簡略化した図である。図３Ｂでは、引上機構３０９によって複合基板４００は分離しており、ウエハ層は部分的に分割されている。２つの層の間の間隙は、例示の目的のために誇張して、どのように層を分離するかを示している。層が分離するにつれて、分割プロセスが停止するまで、圧力のロスが増大する。間隙による圧力ロスにより、制御された分割プロセスを保証する。
【００３１】
図４Ｃは、複合基板から材料の薄膜を分離させるための装置３００の簡略化した図である。図４Ｃにおいて、ウエハは複合基板から完全に分割し分離している。分割プロセスは、Ｏリング３０６、または、例えば吸着カップを用いて、ウエハが分割した後に複合基板に接触しないことを確実とし、これによって、分割後にウエハの表面加工をスクラッチする可能性がある異物の粒子の有害な影響を排除する。
【００３２】
図５Ａは、基部３０３およびＯリング３１５を断面で表す簡略化した上面図である。ガス・ポート３３０は、皮下針を形成するのに用いる管等の管のような針の出口である。本発明の一実施形態では、管は、タイプ３１６のステンレス鋼から成り、内径は約０．０１０ｍｍであり、外径は０．５ｍｍである。ガス・ポートは、Ｏリングを通って約１０ミル延出する。一実施形態では、針を用いて、ガス・ポートを通すためのホールをＯリングに形成する。
【００３３】
図５Ｂは、分割ツール３５０の一部の簡略化した断面図であり、Ｏリング３１５、複合基板層３０４および３０５、ならびにガス・ポート３３０を更に詳細に示す。Ｏリングの内径は、複合基板の直径よりもわずかに大きく、複合基板を容易に分割ツール３５０の基部３０３上に配置することができる。上部３１０が分割ツール３５０の基部３０３に組み立てられると、Ｏリング３１５は圧縮され、ガス・ポート３３０を基板の中央へと移動させ、複合基板の第１の縁部２５０および第２の縁部２５２に接触して、縁部溝を封止し、プレナム２５４を形成する。ガス・ポート３３０は、プレナム２５４内に位置して、プレナムに圧力をかけ、これによって、第２の基板３０５から第１の基板３０４を分離するための力を生成する。脆弱化した層１８が接合界面１６よりも弱い場合、複合基板は脆弱化層で分割し、第１の基板３０４の薄膜２５６を第２の基板３０５に移動させる。
【００３４】
ガス・ポート３３０を縁部溝／プレナムに正確に位置合わせするため、高さ調節機構３０９を設ける。更に、高さ調節機構３０９は、複合基板に引張力を加えて、分割後にウエハが相互に接触しないことを保証する。高さ調節機構３０９は、矢印２６０で示すように、分割ツールの上部／基部に対して、ガス・ポート３３０および管に沿って動く。アラインメントの精度は、図４Ａから図４Ｃの制御モジュール１２等の制御モジュールによって制御可能なステッパ・モータによって達成される。高さ調節機構３０９へのガス・ライン２２３は可撓性であり、高さ調節を可能とする。同様に、基部３０３を通るバイア２６２は、管の直径よりも大きく、大型のホールまたはスロットとすることができる。
【００３５】
図５Ｃは、管およびガス・ポートまたは流体ポートのさらに別の改良を示す簡略化した断面図である。管２７０は、わずかな湾曲２７２を有する。これは、約５〜１５度であり、ガス・ポート３３０から約３ミリ後ろであるので、湾曲はＯリング３１５の内部にある。これによって、管７０を単独でまたは図４Ａから図４Ｃの高さ調節機構３０９と共に回転させることによって、矢印２７６で表すガス・ポート３３０の垂直方向のアラインメントが可能となる。また、管を回転させると、一方向への回転の際にガス・ポートが１つの縁部に接触し、次いで回転が逆になると他の縁に接触するので、オペレータは、触覚のフィードバックによって、ガス・ポートが縁部溝内にあることを確認することができる。
【００３６】
図５Ｄは、本発明の実施形態によるプロセス２８０を表す簡略化したフロー・チャートである。ステップ２８２において基部上に基板を配置した後、ステップ２８４において上部を閉じ、これによって基板に対してＯリングを圧縮する。ガス・ポートから遠い領域ほど基板に対して大きい力がかかるように、上部を閉じる。本発明の実施形態では、上部を閉じることで、周辺のＯリングを圧縮して、基板の周辺の少なくとも一部によってシールを形成する。
【００３７】
次に、ステップ２８５において、Ｏリングに真空を与え、高さ調節機構は基板に引張力を与えることができる。次に、ステップ２８６において、基板の周辺上の領域にガス噴射を与える。いったん分割が始まると、高さ調節により、下部ウエハ基板から上部ウエハをゆっくりと引き上げる。ステップ２８５において引張力をかけることで、分割が完了した後にウエハは再び接触しない。基板分割ツールが分割インジケータを有する場合、次いでステップ２８８において、分割の完了について基板を調べる。分割が完了している場合、プロセスはステップ２９０において終了することができる。分割が完了していない場合、別のガス噴射を与えることができる。以降のガス噴射は、最初のガス噴射と同じ持続時間および圧力、または、異なる持続時間あるいは圧力またはその両方とすることができる。材料のタイプおよび前分割処理（例えば注入種、用量、およびエネルギ）によって、一部の基板は他のものよりも分割が容易であり、いくつかの分割プロセスは、分割インジケータがなくても実行するのに充分な一貫性および信頼性を有することに留意すべきである。
【００３８】
図６は、複数のＯリング（例えば吸着カップ）に結合された複合基板の上面図である。これらのＯリングを用いて、分割プロセスの間およびその後に層を分離させるための引張力を与え、分割プロセスのいずれかの時点で分離した層が接触するのを防ぐための十分な引張力を与える。
【００３９】
図７は、複合基板上での分割の伝播を示す上面図である。本発明の一実施形態において、分割が伝播するにつれて漏れを可能にするＯリング３１５を用いて、制御された分割を達成する。例えば、上述のように、Ｏリング３１５は、ウエハ４００の溝部縁を封止し、分割を開始するために加圧することができる空隙を与える。いったん分割が開始すると、分割最前部はウエハ７１３の中央に向けて伸張する。分割最前部がＯリングの縁部を超えて伸張すると、Ｏリング縁部の周囲の漏れが、分割最前部にかかっている圧力を下げ、これによって分割を遅くして制御する。図７に示すように、ガス・ポート３３０は基板の縁部に向けられて、基板から材料層を除去する。伸張する分割最前部は、Ｏリング３１５の縁部をわずかに超えて伝播する。本発明の一実施形態では、分割最前部がＯリングを超えて伸張する距離は、図４Ａから図４Ｃの制御モジュール１２によって制御される。
【００４０】
これによって、基板全体で異なる圧力を提供する。分割開始および伝播の性質のため、異なる圧力が望ましい。ほとんどの対象の材料では、分割は本質的に応力のかかった割れである。かかる割れを開始させるために必要なエネルギは、ひびまたはスクラッチ等の局所的な機械的欠点を与えることによって低くすることができる。このため、いったん低圧力領域（ガス・ポートの近く）で分割が開始すると、基板に高い圧力をかけて、分割して二分された基板が「ジャンプ」して片方の基板の面を超えて壊れる可能性を防ぐことができる。円５１８によって示すセンサを、基板の平らな部分の近くに配置して、上述のように分割が基板を伝播したか否かを判定する。あるいは、基板を形成する材料（複数の材料）のタイプ、分割した半分の基板の厚さ、および与えられているガスの圧力および持続時間、および他のファクタに応じて、一定の圧力をかけることができる。
【００４１】
いくつかの複合基板が分割された場合にばらばらに飛び破壊することを防ぎながら、分割を形成し伝播させることを可能とするために、圧力勾配が重要である場合がある。上部および下部シェルにおける印加圧力勾配およびコンプライアント・パッドの組み合わせによって、複合基板の効率的な分割を可能としつつ、特にドナー基板の破壊が回避されると考えられる。コンプライアント・パッドおよび圧力の他の組み合わせでも同様の結果を得ることができ、異なる材料または分割条件では異なる圧力および圧力勾配が適切な場合があることは認められよう。同様に、予めセットされたばね、おもり、気体または油圧シリンダ、または、グレーデッド・デュロメータを有するコンプライアント・パッド等、様々な機構によって、上部シェルと下部シェルとの間に力を印加することができる。デュロメータの場合は、分割が開始するガス・ポートの近くにはない。
【００４２】
図８Ａは、管保持器８０２によって支持される微細管８００の簡略化した断面図である。管保持器８０２は、微細管と同軸であり、例えば管に接着剤で付けた穿孔した金属ロッドの一部であるが、プラスチック等の他の材料とすることも可能である。管保持器８０２は、微細管８００をＯリング３１５の内面８０４に支持し、これによって管アセンブリの剛性を高め、ガス・ポート３３０の高さ制御を向上させ、耐性を高め、さらに、もっと微細なあるいは薄いまたはその両方である壁を有する管を用いるオプションを可能とする。
【００４３】
図８Ｂは、管保持器８２１によって支持された微細管８００の簡略化した断面図である。保持器８２１は、さらに保持器コレット８１４によって支持されている。保持器コレットは、管アセンブリに付加的な剛性を与え、保守のためにガス・ポートを迅速に交換することに備えて、微細管および管保持器のサブ・アセンブリを製造することができ、または、異なる基板のための分割システムを構成することができる。保持器コレットの代わりに、段階的な直径を有する管保持器を、例えば１本のロッドから、または多数の断片から組み立てて製造することができる。
【００４４】
管に関して、上述の噴射装置を説明したが、これは、システムにガスあるいは流体またはその両方を供給するための他の手段とすることができる。ここで、その手段は、とりわけ、流体をシステム内に導入するほとんど全ての適切な部材を含むことができる。この部材は、流体をシステム内に導入するのに適した矩形、半円、または他の形状等、様々な構成に整形することができる。手段の端部は、ひらひらさせるか、とがらせるか、または流体を供給するのに適切な他のいずれかの形状とすることができる。当業者には、多くの他の変形、代替、および変更が認められるであろう。
【００４５】
図８Ｃは、Ｏリング３１５および下部シェル３０３の代替的な実施形態を示す分割ツールの一部の簡略化した断面図である。Ｏリングの外径は、複合基板の厚さよりも大幅に大きい。更に、Ｏリングは、厚さが一定ではなく、ガス・ポートの近くで厚い部分８０６を有する。Ｏリングが基板に接触して縁部シールを形成するＯリングの厚い部分は、接触力を高め、Ｏリングが形成するプレナムの側面を補強する。下部シェルにＯリング溝８１０が設けられている。上部シェル（図示せず）に同様の溝を設けることも可能であり、または、上部シェルは平坦にすることができる。
【００４６】
図９は、本発明の実施形態による接合対基板を分離するプロセスを示す簡略化したフロー・チャートである。第１のステップ９０１は、接合対ウエハを分離チャックに装填する。次のステップ９０３は、チャックを閉じ、チャックの上部を分離チャックの基部に固定する。次いで、ステップ９０５では、全てのＯリングに真空を与える。次いで、ステップ９０７では、吸引によって接合対に引張力を与え、あるいは、上述の高さ制御機構を用いて、分離チャックの下部から上部を分離させる、またはその両方を行う。本発明の一実施形態では、センサが、接合対にかかっている引張力を監視し、この力測定値を用いて高さ調節機構を制御し、所定のパラメータ内に力を維持し、制御された分割を達成する。次のステップ９０９は、静水圧イニシエータをオンする。ガス源は、上述のように制御モジュール１２によって制御される圧力センサおよびソレノイド・バルブによって調整される。次のステップ９１１において、高さ調節機構は、複合基板に引張力を与え始め、溝縁部とＯリングとの間のボリュームに空気圧をかける。ステップ９１２において、制御モジュールは、接合対にかかっている引張力と共に圧力ロスを監視して、ガス流および高さ調節機構を調整する。ステップ９１４において、分割の後、ガス供給をオフする。最後に、ステップ９１６において、残ったＯリングが真空力を供給して、基板から分割した膜を分離するのに役立てる。本発明の一実施形態では、ブレードを用いて伝播を開始する。
【００４７】
図１０ａは、本発明の実施形態に従って、閉じた位置にある分割を制御するための例示的な分割装置１０００ａを示す。分割装置１０００ａは、電気制御モータ１００４を用いて、固定下部１００３の位置に対する移動可能上部１００２の位置を制御する。本発明の一実施形態において、上部１００２は、電気制御モータ１００４を中心に回転して、基板の上層３０４と下層３０５との間で分割を伝播させる。本発明の一実施形態では、分割開始デバイス１００８を用いて、基板において分割４００を開始させる。本発明の一実施形態では、ブレード１０１０を用いて、基板の平坦な表面にほぼ平行に基板に当てる。吸着カップ１００６は、基板を分割装置１０００ａの上部１００２および下部１００３に結合し、引張力を与えて基板の層３０４および３０５を分離する。
【００４８】
分割を開始した後、電子制御モータ１００４は、上部１００２を回転させるための力を与えると共に、基板の上部３０４および下部３０５に引張力を与えて基板の平坦な表面全体に分割を伝播させる。本発明の一実施形態では、分割最前部の加速度および速度は、電子制御モータ１００４によって制御することができる。本発明の一実施形態では、コンピュータまたはロジック・コントローラがモータ１００４に移動命令を供給する。本発明のこの実施形態では、分割位置センサあるいは力センサまたはその両方を用いて、分割最前部の位置、速度、および加速度を求め、これを用いてモータ１００４を制御することができる。本発明の別の実施形態では、分割最前部の位置は、電子制御モータ１００４において上部１００２と下部１００３との間の角度から求めることができる。
【００４９】
図１０ｂは、本発明の実施形態に従った、開いた位置にある例示的な分割装置１０００ｂの図である。図１０ｂは、分割が完了した後の、開いた位置にある分割装置１０００ｂを示す。本発明の一実施形態では、いったん分割が完了すると、基板の層３０４および３０５が互いに接触しないようにする。吸着カップ１００６は、層３０４および３０５を上部１００２および下部１００３にそれぞれ保持する。分割後に層３０４および３０５の接触を防ぐことによって、表面加工は大幅に改善される。
【００５０】
図１１は、本発明の実施形態に従って分割を制御するための例示的なプロセス１１００のフロー図である。本発明の一実施形態において、基板の面を通る分割伝播の加速度および速度を制御する。本発明の一実施形態では、基板の面を通る分割最前部の速度および加速度によって、例えば表面加工等、分割した基板の様々な特徴を求める。本発明の一実施形態では、分割の開始および伝播は別のプロセスで実行することができる。あるいは、例えば同じ設備で、分割開始は分割伝播と関連付けて実行することができる。
【００５１】
上述のように、非接触分割のためのプロセスを提示する。本発明の代替的な実施形態では、接触分割プロセスを用いて、基板における分割を開始する。本発明の一実施形態では、例えばブレードを基板に当てることで基板における分割を開始する。
【００５２】
プロセス１１００は、ステップ１１０２を含む。このステップでは、引張力のもとで平坦な表面にほぼ平行な基板の縁の一部に沿って打撃を与えることによって、平坦な表面を含む基板において分割を開始する。一実施形態では、基板の縁部にブレードを当てて分割を開始する。
【００５３】
ステップ１１０４は、平坦な表面を通る分割の加速度および速度を制御することによって分割を伝播させることを含む。分割の伝播は、除去される基板の部分を開放する。本発明の一実施形態では、吸着カップを用いて、分割の間に基板に引張力を与える。
【００５４】
ステップ１１０６は、加えている引張力を維持することによって基板を層に分離することを含む。基板を分割した後、層は接触しない。分割後に表面を接触させないことによって、表面加工が大きく改善される。
【００５５】
本発明の実施形態、すなわち、分割のための装置および方法を説明した。特定の実施形態において本発明を説明したが、本発明は、かかる実施形態によって限定されると解釈されるのではなく、特許請求の範囲に従って解釈されることは認められよう。
【００５６】
本発明の特定の実施形態の前述の記載は、例示および説明の目的のために提示した。それらは、網羅的であったり、開示した形態そのものに本発明を限定したりすることを意図していない。実施形態は、本発明の原理およびその実施の用途を最良に説明するために選択して記載しており、これによって当業者は、考えられる特定の使用に適した様々な変更を行って、本発明および様々な実施形態を最良に利用することができる。本発明の範囲は、これに添付した特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】ブレード機構を用いて分割を開始し伝播させる従来の分割プロセスを示す。
【図１Ｂ】表面加工が山および谷を含む従来の分割プロセスの表面加工の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に従った例示的なコンピュータ・システムの論理ブロック図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に従った、接合された２縁完成ウエハを有する例示的な複合基板の案略化断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に従った、接合された１縁完成ウエハおよび同一平面１縁ウエハを有する例示的な複合基板の案略化断面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に従った、接合された同一平面２縁ウエハを有する例示的な複合基板の簡略化断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に従った、分割前に接合対がチャックに固定された例示的な分割装置の簡略化側面図である。開始および蓋分離機構は互いに独立している。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に従った、部分的に接合対を分割した例示的な分割装置の簡略化側面図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態に従った、完全に接合を分割した例示的な分割装置の簡略化側面図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に従った、ガス・ポートおよび縁部シールの詳細を示す例示的なウエハ分割システムの一部の簡略化上面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に従った、基板がツールに配置された例示的なウエハ分割装置の一部の簡略化断面図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態に従った、湾曲ガス送出管を有する例示的なＯリングの断面図である。
【図５Ｄ】本発明の一実施形態に従った、例示的な分割プロセスにおいて実行されるステップのフロー図である。
【図６】本発明の一実施形態に従った、分割の間に複合基板に引張力を与えるために用いる複数のＯリングまたは吸着カップ、上部分割シェル、および下部分割シェルを示す例示的な分割ツールの上面図である。
【図７】本発明の一実施形態に従った、拡張する分割最前部を示す例示的な分割装置の上面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に従った、例示的なＯリングおよび管保持器を有するガス送出管の簡略化断面図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に従った、管保持コレットを有する例示的なＯリングの簡略化断面図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態に従った、Ｏリングの代替的な実施形態を含む例示的なウエハ分割ツールの一部の簡略化断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に従った、分割された層が分割後に複合基板に接触しない例示的な分割プロセスの間に実行されるステップのフロー図である。
【図１０ａ】本発明の一実施形態に従った、制御された分割のための閉じた位置にある例示的な装置の図である。
【図１０ｂ】本発明の一実施形態に従った、制御された分割のための開いた位置にある例示的な装置の図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従った、制御された分割のための例示的なプロセスのフロー図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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