(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板からなり第一面にデバイスが形成された半導体基板と、単結晶シリコン基板からなる支持基板と、前記半導体基板の前記第一面の反対側の面である第二面と前記支持基板との間に配置され、前記半導体基板と前記支持基板とを接合する熱硬化性樹脂からなる接合層と、前記支持基板と前記接合層との間または前記接合層の中に配置され、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌのうち少なくともいずれか１つ、またはこれらを用いた合金を含み、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波の吸収係数が０．０１μｍ−１以上であり、前記電磁波を熱に変換する変換層と、を備えた積層体であって、前記半導体基板の前記接合層と反対側の面が研削された積層体に対して、前記支持基板側からパルス幅５０ｎｓ以下の前記電磁波を照射し、
前記半導体基板を前記支持基板から分離する、半導体製造方法。
【請求項２】
単結晶シリコン基板からなり第一面にデバイスが形成された半導体基板と、単結晶シリコン基板からなる支持基板と、前記半導体基板の前記第一面の反対側の面である第二面と前記支持基板との間に配置され、前記半導体基板と前記支持基板とを接合する熱硬化性樹脂からなる接合層と、前記支持基板と前記接合層との間または前記接合層の中に配置され、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌのうち少なくともいずれか１つ、またはこれらを用いた合金を含み、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波の吸収係数が０．０１μｍ−１以上であり、前記電磁波を熱に変換する変換層とを備えた積層体であって、前記半導体基板の前記接合層と反対側の面が研削された積層体に対して、前記支持基板側からパルス幅５０ｎｓ以下の前記電磁波を照射する照射ユニットと、
前記半導体基板を前記支持基板から分離する分離ユニットと、
を備える、半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、半導体製造方法および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいては、前工程（ウェハプロセス）で処理されたウェハを薄化する。薄化は、透光性を有する支持基板上にウェハを接合層で接合（テンポラリボンディング）した状態で行う。また、薄化後のウェハを支持基板から分離し易くするために、ウェハと支持基板との間に、可視光のエネルギーで分解する光熱変換層を設ける。そして、薄化後は、支持基板側から光熱変換層に可視光を照射することで光熱変換層を分解し、ウェハを支持基板から分離する。
【０００３】
しかしながら、上記の方法は、支持基板の材質が透光性を有する材質に制約される。このため、支持基板の材料選択の自由度を向上させることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許８８００６３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
支持基板の材料選択の自由度を向上させることができる半導体製造方法および半導体製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態による半導体製造方法は、半導体基板と、シリコンを含有する支持基板と、半導体基板と支持基板との間に配置され、半導体基板と支持基板とを接合する接合層と、を備えた積層体であって、半導体基板の接合層と反対側の面が研削された積層体に対して、支持基板側から０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波を照射する。また、半導体製造方法では、半導体基板を支持基板から分離する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の半導体製造方法に用いることができる積層体１の概略断面図である。
【図２】本実施形態を示す半導体製造システム２の真空接着装置２１の概略断面図である。
【図３】本実施形態を示す半導体製造システム２の照射装置２２の概略図である。
【図４】本実施形態を示す半導体製造システム２の分離装置２３の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００９】
本実施形態の半導体製造方法は、順に、積層体の製造工程と、半導体基板の薄化工程と、接合層の脆弱化工程と、半導体基板の分離工程とを具備する。以下、これらの工程について、各工程を実施するための構成とともに説明する。
【００１０】
（積層体の製造工程）
本実施形態の半導体製造方法においては、先ず、積層体の製造工程を実施する。
ここで、積層体の構成例について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態の半導体製造方法に用いることができる積層体１の概略断面図である。具体的には、図１Ａは、積層体１の第１の例を示す図である。図１Ｂは、積層体１の第２の例を示す図である。図１Ｃは、積層体１の第３の例を示す図である。
【００１２】
図１Ａに示すように、第１の例の積層体１は、順に、支持基板１１と、接合層１２と、半導体基板１３とを備える。支持基板１１は、薄化工程で研削されるべき被研削面１３ａ（裏面）の反対側から、半導体基板１３を支持する。すなわち、支持基板１１は、半導体素子等のデバイスが形成されたデバイス面１３ｂ（表面）において、半導体基板１３を支持する。接合層１２は、半導体基板１３と支持基板１１との間において、支持基板１１と半導体基板１３とを接合している。
【００１３】
半導体基板１３は、例えば、シリコン基板（シリコンウェハ）である。
【００１４】
支持基板１１は、シリコン（Ｓｉ）を含有する。支持基板１１には、例えば、単結晶シリコン基板を用いることが好ましい。支持基板１１に単結晶シリコン基板を用いることで、支持基板１１の機械特性と半導体基板１３（シリコン基板）の機械特性とをほぼ一致させることができる。機械特性を一致させることで、半導体基板１３の反りや割れを回避でき、また、半導体基板１３の取扱性を向上できる。また、単結晶シリコン基板は、ガラスに比べて熱伝導率が高い。このため、支持基板１１を単結晶シリコン基板とすることで、支持基板１１は、積層体１の製造工程や接合層１２の脆弱化工程において加熱された積層体１を十分に冷却できる。積層体１を十分冷却できることで、半導体基板１３も十分冷却できる。半導体基板１３を十分冷却できることで、デバイス面１３ｂに形成されたデバイスの電気的特性の変化を抑制できる。なお、支持基板１１は、ガラス（ＳｉＯ２、ＳｉＳｅ２）基板であってもよい。
【００１５】
接合層１２は、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波のエネルギーで脆弱化する。すなわち、接合層１２は、電磁波によって与えられる熱で分解（バルク破壊）される。接合層１２には、例えば、熱硬化型接着剤（熱硬化性樹脂）を用いることが好ましい。接合層１２を熱硬化型接着剤とすることで、接合層１２は、高い工程温度に耐えることができる。接合層１２が高い工程温度に耐えることができるので、工程の自由度を向上できる。なお、接合層１２には、熱可塑型接着剤（冷却硬化型接着剤、熱可塑性樹脂）を用いてもよい。
【００１６】
また、接合層１２は、０．１１乃至０．１４ｅＶの電磁波に対して、０．０１μｍ−１以上の吸収係数を有していてもよい。ここで、吸収係数とは、電磁波が接合層１２に入射したとき、接合層１２がどれくらいの電磁波を吸収するのかを示す定数であり、長さの逆数の次元を有する。吸収係数をα、接合層１２への入射前の電磁波の強度をＩ０、接合層１２への入射後の電磁波の強度をＩ、電磁波が接合層１２（媒質）を通過した距離をｘとすると、吸収係数αは、ランベルト・ベールの法則にしたがって次式を満足してよい。
α＝（−１／ｘ）ｌｎ（Ｉ／Ｉ０）    （１）
吸収係数を０．０１μｍ−１以上とすることで、接合層１２は、電磁波のエネルギーを効率的に熱に変換して脆弱化できる。
【００１７】
図１Ｂに示すように、第２の例の積層体１は、第１の例の積層体１に対して、支持基板１１と接合層１２との間に変換層１４を有する点が異なる。変換層１４は、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波のエネルギーを、熱に変換する。変換層１４は、変換した熱で脆弱化すなわち分解（バルク破壊）される。変換層１４を設けることで、接合層１２のみを設ける場合に比べて、後述する半導体基板１３の分離工程における半導体基板１３の分離を容易化できる。
【００１８】
また、変換層１４を支持基板１１と接合層１２との間に設けることで、変換層１４を接合層１２と半導体基板１３との間に設ける場合に比べて、変換層１４の熱が半導体基板１３に伝わり難くすることができる。これにより、デバイスの電気的特性の変化を更に抑制でき、
製品の品質を向上させることができる。なお、デバイス面１３ｂに熱に敏感な素子が無ければ、変換層１４を接合層１２と半導体基板１３との間に設けてもよい。
【００１９】
変換層１４には、例えば、シリカを含む接着剤を用いる。シリカは、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波の吸収率が高い。したがって、変換層１４にシリカを含めることで、半導体基板１３の分離工程における半導体基板１３の分離を更に容易化できる。
【００２０】
また、変換層１４は、電磁波を熱に変換するためにカーボンブラックを含んでいてもよい。この場合、カーボンブラックの導電性がデバイスに与える影響を少なくするために、カーボンブラックの含有量の上限は、５％にすることが好ましい。
【００２１】
図１Ｃに示すように、第３の例の積層体１は、第１の例の積層体１に対して、接合層１２の中に変換層１４を有する点が異なる。すなわち、変換層１４は、２層の接合層１２に挟まれている。変換層１４の作用効果は、第２の例の積層体１と同様である。
【００２２】
次に、積層体１の製造工程を実施可能な装置の構成例について説明する。図２は、本実施形態を示す半導体製造システム（半導体製造装置）２の真空接着装置（真空接着ユニット）２１の概略断面図である。具体的には、図２Ａは、支持基板１１への接着（貼合）前の半導体基板１３を示す図である。図２Ｂは、支持基板１１に接着中の半導体基板１３を示す図である。
【００２３】
積層体１の製造工程は、例えば、半導体製造システム２の一部である図２の真空接着装置２１によって実施できる。真空接着装置２１は、図１Ａ〜図１Ｃに示した積層体１をいずれも製造可能である。
【００２４】
図２に示すように、真空接着装置２１は、真空チャンバ２１１と、第１保持部２１２と、第２保持部２１３と、配管２１４と、バルブ２１５とを備える。また、図示はしないが、真空接着装置２１は、加熱装置を備えていてもよい。
【００２５】
真空チャンバ２１１は、配管２１４およびバルブ２１５を介して不図示の減圧装置に接続されている。
【００２６】
第１保持部２１２は、真空チャンバ２１１の底部に配置されている。第１保持部２１２は、支持基板１１を搭載して保持する。なお、第１保持部２１２は、半導体基板１３を搭載して保持してもよい。
【００２７】
第２保持部２１３は、シャフト２１３１と、保持面２１３２と、爪部２１３３とを備える。第２保持部２１３は、シャフト２１３１の駆動にともなって、第１保持部２１２の近傍位置と第１保持部２１２からの離間位置との間を移動（上下動）可能である。シャフト２１３１は、不図示のアクチュエータで駆動される。
【００２８】
次に、真空接着装置２１を適用した積層体１の製造工程について説明する。
【００２９】
図２Ａに示すように、先ず、第１保持部２１２に支持基板１１を搭載し、支持基板１１の表面に、接合層１２の前身である未硬化の接着剤１２０を配置する。このとき、第２保持部２１３は、第１保持部２１２からの離間位置において、保持面２１３２で半導体基板１３の被研削面１３ａを保持し、爪部２１３３で半導体基板１３の周縁部を保持する。
【００３０】
次に、減圧装置で真空チャンバ２１１内を減圧することで、真空チャンバ２１１内を真空状態にする。真空チャンバ２１１内を真空状態にすることで、接着剤１２０へのボイドの発生を抑制できる。ボイドの発生を抑制できることで、接着剤１２０を介した支持基板１１と半導体基板１３との接着を適切に行うことができる。
【００３１】
次に、図２Ｂに示すように、第２保持部２１３は、シャフト２１３１の駆動にともなって第１保持部２１２の近傍位置に移動する。そして、第２保持部２１３は、第１保持部２１２の近傍位置において、半導体基板１３から爪部２１３３を離間させて、半導体基板１３の保持を解除する。このとき、半導体基板１３は、接着剤１２０を介して支持基板１１上に重なる。すなわち、接着剤１２０は、支持基板１１と半導体基板１３との間に挟まれる。
【００３２】
そして、加熱等によって接着剤１２０を硬化することで、接合層１２を形成すると同時に、支持基板１１と半導体基板１３とを接合層１２で接合（接着）する。支持基板１１と半導体基板１３とを接合することで、積層体１が得られる。
【００３３】
（半導体基板の薄化工程）
本実施形態の半導体製造方法においては、積層体１の製造工程の後に、製造された積層体１に対して、半導体基板１３の薄化工程を実施する。なお、前後の工程間での積層体１の受け渡しは、不図示の搬送機構によって自動的に行ってよい（以下、同様）。半導体基板１３の薄化工程では、例えば、不図示の研削装置によって半導体基板１３の被研削面１３ａを研削することで、半導体基板１３の厚みを薄くする。
【００３４】
（接合層の脆弱化工程）
本実施形態の半導体製造方法においては、半導体基板１３の薄化工程の後に、接合層１２の脆弱化工程を実施する。なお、薄化工程と脆弱化工程との間に他の工程を実施してよい。他の工程は、例えば、洗浄工程、乾燥工程、ＴＳＶ（スルーシリコンビア）の形成工程、電極形成工程などであってもよい。
ここで、接合層１２の脆弱化工程を実施可能な装置の構成例について説明する。
【００３５】
図３は、本実施形態を示す半導体製造システム２の照射装置（照射ユニット）２２の概略図である。具体的には、図３Ａは、照射装置２２の概略図である。図３Ｂは、照射装置２２から照射される電磁場の波形図である。
【００３６】
接合層１２の脆弱化工程は、例えば、半導体製造システム２の一部である図３の照射装置２２によって実施できる。
【００３７】
図３Ａに示すように、照射装置２２は、電磁波出射装置２２１と、電磁波走査装置２２２とを備える。電磁波出射装置２２１は、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波ＥＷを出射する。電磁波出射装置２２１は、より好ましくは、０．１１６９８乃至０．１３１９１ｅＶ（波長９．４乃至１０．６μｍ）の電磁波を出射する。電磁波出射装置２２１は、例えば、半導体のキャリアの再結合を利用して電磁波を発生させてもよいが、これに限定されない。電磁波走査装置２２２は、電磁波出射装置２２１から出射された電磁波ＥＷを走査して、積層体１に照射する。電磁波走査装置２２２は、例えば、ガルバノスキャナなどであってもよい。
【００３８】
次に、照射装置２２を適用した接合層１２の脆弱化工程について説明する。
【００３９】
図３Ａに示すように、先ず、積層体１は、照射装置２２（電磁波走査装置２２２）に対して支持基板１１を向けて配置される。なお、積層体１は、照射装置２２の不図示の搭載面上に搭載されてもよい。
【００４０】
次に、図３Ａに示すように、照射装置２２は、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波ＥＷを積層体１に照射する。このとき、照射装置２２に支持基板１１が向けられているため、電磁波ＥＷは、支持基板１１側から積層体１に照射され、半導体基板１３に直接照射されない。電磁波ＥＷが半導体基板１３に直接照射されないことで、電磁波ＥＷがデバイスに与える影響（電気的特性の変化）を抑制できる。
【００４１】
また、図３Ｂに示すように、照射装置２２は、電磁波ＥＷを所定のパルス幅ＰＷで断続的に照射する。電磁波ＥＷを断続的に照射することで、連続照射に比べてデバイスに与える影響を低減できる。パルス幅ＰＷを５０ｎｓ以下の短パルスにすることで、デバイスへの影響を殆ど無くすことができる。
【００４２】
ここで、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波ＥＷは、可視光に比べて散乱し難い性質を有している。このため、電磁波ＥＷは、支持基板１１が可視光を通さない基板（例えば、単結晶シリコン基板）であったとしても、支持基板１１を透過して接合層１２に到達することができる。
【００４３】
接合層１２に到達した電磁波ＥＷは、接合層１２に熱を与えることで、接合層１２を脆弱化させる。例えば、電磁波ＥＷは、接合層１２にボイドやクラック等の欠損（分解、バルク破壊）を生じさせる。接合層１２が脆弱化することで、半導体基板１３は、支持基板１１から分離し易くなる。これにより、半導体基板１３の分離工程における半導体基板１３の分離を容易化できる。
【００４４】
（半導体基板の分離工程）
本実施形態の半導体製造方法においては、接合層１２の脆弱化工程の後に、半導体基板１３の分離工程を実施する。
ここで、半導体基板１３の分離工程を実施可能な装置の構成例について説明する。
【００４５】
図４は、本実施形態を示す半導体製造システム２の分離装置（分離ユニット）２３の概略斜視図である。具体的には、図４Ａは、半導体基板１３の吸着状態を示す図である。図４Ｂは、半導体基板１３の分離状態を示す図である。
【００４６】
半導体基板１３の分離工程は、例えば、半導体製造システム２の一部である図４の分離装置２３によって実施できる。
【００４７】
図４Ａに示すように、分離装置２３は、吸着部２３１と、配管２３２と、真空装置２３３と、移動装置２３４とを備える。吸着部２３１は、中空に形成されている。また、吸着部２３１は、配管２３２を介して真空装置２３３に接続されている。また、図示はしないが、吸着部２３１は、半導体基板１３に面する吸着面に、吸着部２３１の内部に連通された複数の貫通孔を有している。移動装置２３４は、積層体１に接離する方向に吸着部２３１を移動可能である。
【００４８】
次に、分離装置２３を適用した半導体基板１３の分離工程について説明する。
【００４９】
図４Ａに示すように、先ず、積層体１は、分離装置２３に対して支持基板１１を向けるように配置される。なお、積層体１の底面は、分離装置２３の不図示の搭載面上に吸着等によって固定されてよい。
【００５０】
次に、吸着部２３１は、真空装置２３３によって内部を真空状態まで排気されながら、移動装置２３４によって積層体１に接する位置まで移動される。これにより、積層体１の最上層の支持基板１１は、吸着部２３１に真空チャックされる。
【００５１】
吸着部２３１は、支持基板１１を真空チャックした後、移動装置２３４によって積層体１から離間する方向に移動される。このとき、支持基板１１と半導体基板１３との間の接合層１２は、既述した脆弱化工程によって脆弱化されている。すなわち、接合層１２による支持基板１１と半導体基板１３との結合は、真空チャックによる吸着部２３１と支持基板１１との結合より弱い。したがって、図４Ｂに示すように、吸着部２３１が積層体１から離間する方向に移動されることで、吸着部２３１に真空チャックされた支持基板１１も、半導体基板１３から離間する。このようにして、半導体基板１３と支持基板１１とを分離することができる。
【００５２】
なお、分離された半導体基板１３は、接合層１２を機械研磨やウェットエッチング等によって除去し、ダイシングによって個片化した後に、パッケージ化してもよい。また、個片化した半導体基板１３は、ＴＳＶを介して三次元実装してもよい。
【００５３】
本実施形態によれば、接合層１２に０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波を照射することで、支持基板１１の材質によらず、接合層１２を確実に脆弱化させることができる。例えば、支持基板１１が単結晶シリコンのような可視光を通さない基板の場合でも、０．１１乃至０．１４ｅＶのエネルギーを有する電磁波は、接合層１２に十分な熱を与えて接合層１２を脆弱化させることができる。したがって、本実施形態によれば、支持基板の材料選択の自由度を向上させることができる。
【００５４】
また、支持基板１１を単結晶シリコンとすることで、半導体基板１３の反りや割れの発生を抑制することができ、また、半導体基板１３の取り扱い性を向上させることができる。すなわち、半導体装置の歩留まりおよび製造容易性を向上させることができる。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、実施の形態では変換層１４にシリカを用いた例について説明したが、変換層１４に金属層（例えば、Ｔｉ,Ｔａ,Ｎｉ,Ｃｕ,Ａｌ、またはこれらを用いた合金や積層膜）を用いることもできる。変換層１４に金属膜を用いた場合、変換層１４自体は脆弱化しないが、変換層１４から接合層１２へと熱を伝えることで、接合層１２を脆弱化できる。
（付記）
付記−Ａ
前記電磁波のパルス幅は、５０ｎｓ以下である、半導体製造方法。
付記−Ｂ
前記接合層の前記電磁波の吸収係数は、０．０１μｍ−１以上である、半導体製造方法。
付記−Ｃ
前記支持基板は、ガラス基板である、半導体製造方法。
付記−Ｄ
前記積層体は、前記接合層と前記半導体基板との間に、前記電磁波を熱に変換する変換層を備え、
前記積層体に対して前記支持基板側から前記電磁波を照射することで前記変換層を脆弱化すること、を具備する、半導体製造方法。
付記−Ｅ
前記変換層は、Ｔｉ,Ｔａ,Ｎｉ,Ｃｕ,Ａｌを含む、半導体製造方法。
【符号の説明】
【００５６】
１  積層体
１１  支持基板
１２  接合層
１３  半導体基板
【図１】
0006486735.tif 000002
【図２】
0006486735.tif 000003
【図３】
0006486735.tif 000004
【図４】
0006486735.tif 000005