(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離し、前記マイクロチップ（２）を基板（６）上へ装着させる方法であって、前記マイクロチップ（２）が前記担持体本体（１．１）の繰り吹き部（１．２）内部で複数の保持舌片（３）によって前記担持体本体（１．１）と結合されており、以下の方法上のステップを備え、すなわち、
前記ウェーハー（１）を堅牢な基台（４）上に配置するステップと、
操作器（５）の先端（５．１）を前記マイクロチップ（２）の上方に配置するステップと、
前記先端（５．１）を下方へ前記マイクロチップ（２）のほうへ移動させるステップであって、前記先端（５．１）が前記マイクロチップ（２）に当接している間に前記保持舌片（３）に対して剪断力および／または曲げ力を作用させて該保持舌片を破断させ、その結果前記マイクロチップ（２）を前記担持体本体（１．１）から切り離すステップと、
を備えている前記方法において、
前記先端（５．１）が前記マイクロチップ（２）に当接している間に圧着プロセスを開始し、その結果前記担持体本体（１．１）から切り離された前記マイクロチップ（２）を付着力によって前記先端（５．１）で保持させ、前記基板（６）へ搬送させ、そこで該基板上へ降ろすことを特徴とする方法。
【請求項２】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離し、前記マイクロチップ（２）を基板（６）上へ装着させる、請求項１に記載の方法において、
前記先端（５．１）に電圧を印加し、これによって前記圧着プロセスを支援する静電力を生じさせることを特徴とする方法。
【請求項３】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離し、前記マイクロチップ（２）を基板（６）上へ装着させる、請求項１または２に記載の方法において、
前記マイクロチップ（２）を前記基板（６）に当接させる際、更なる圧着プロセスを開始させ、その際に生じさせる前記基板（６）と前記マイクロチップ（２）との間の付着力は、前記先端（５．１）と前記マイクロチップ（２）との間の付着力よりも大きく、その結果前記先端（５．１）を前記基板（６）から持ち上げる際に前記マイクロチップ（２）が付着力によって前記基板（６）に付着することを特徴とする方法。
【請求項４】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離し、前記マイクロチップ（２）を基板（６）上へ装着させる、請求項３に記載の方法において、
前記基板（６）に電圧を印加し、これによって前記圧着プロセスを支援する静電力を生じさせることを特徴とする方法。
【請求項５】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離し、前記マイクロチップ（２）を基板（６）上へ装着させる、請求項１に記載の方法において、
前記マイクロチップ（２）を、その中心から始めて前記先端（５．１）に対し相対的に当接させることを特徴とする方法。
【請求項６】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離し、前記マイクロチップ（２）を基板（６）上へ装着させる、請求項３または４に記載の方法において、
前記基板（６）上に付着している前記マイクロチップ（２）の縁に金属突起（７）を形成させるレーザー金属付着を発生させ、これによって前記マイクロチップ（２）を前記基板（６）と継続的に結合させることを特徴とする方法。
【請求項７】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離す装置であって、前記ウェーハー（１）を当接させる基台（４）と、前記マイクロチップ（２）に対し水平方向に位置決め可能で、鉛直方向に降下可能で、且つ持ち上げ可能な先端（５．１）を備えた操作器（５）とを有している前記装置において、
前記先端（５．１）の自由端（５．１．１）が、少なくとも、前記マイクロチップ（２）に当接する接触面にわたって、前記マイクロチップ（２）と前記先端（５．１）との間に前記マイクロチップ（２）の重力よりも大きな付着力を生じさせるために適した表面品質を有していることを特徴とする装置。
【請求項８】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離す、請求項７に記載の装置において、
前記先端（５．１）の自由端（５．１．１）が、少なくとも接触面にわたって、球形であり、その結果前記マイクロチップ（２）がその中心から始まって均一に前記先端（５．１）に当接することを特徴とする装置。
【請求項９】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離す、請求項８に記載の装置において、
前記先端（５．１）の自由端（５．１．１）が球体として形成されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）の担持体本体（１．１）から切り離す、請求項７に記載の装置において、
前記装置が、操作器（５）として用いられる位置決め機構と、基台（４）として用いられる測定テーブルとを備えた座標測定器であり、前記位置決め機構に、前記先端（５．１）を含んでいる触覚式測定センサが設けられていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
たとえば半導体技術またはマイクロシステム技術、通信技術、セキュリティ技術、エネルギー発生技術、或いは測定技術においては、ユニットが小型化される状況で、アッセンブリおよび／または構成要素の数量が増えていっているという複雑性が増しているので、１つの基板上に並設されるいくつかのチップによってアッセンブリおよび／または構成要素を具現化するという傾向が増えている。
【０００２】
この種のチップは、μｍの範囲の外寸を有している。
【０００３】
本明細書の意味での基板とは、たとえば移動通信におけるスマートフォン用の、或いは、たとえばパスポートのようなチップをベースとしたセキュリティ手段用の、ＳＩＭカード用の、エネルギー効率化手段用の、メモリユニット用の、たとえばプラチナ、回路、回路基板、リソグラフィーマスク、またはフォトマスクのための担持体として用いられる基材である。しかし、すでに必要な形状で前処理または片面処理され、または構成されているプラチナであってもよい。
【０００４】
１つの基板に複数のチップを装備させるため、典型的には通常のピック・アンド・プレイスロボットが使用される。ピック・アンド・プレイスロボットは、典型的には、数百μｍの厚さと数ｍｍ２ないし１ｃｍ２の面積とを有する構成要素またはチップを加工する。ピック・アンド・プレイスロボットは、マイクロチップを加工するには、すなわち本願の意味での、最大で数ｍｍ２の面積、特に１ｍｍ２以下の面積と、２００μｍいかないし５０μｍ以下の、たとえば５μｍの厚さとを有するマイクロチップを加工するには適していない。以下では、１ｍｍ２以下の面積と５μｍ以下の厚さとを備えたマイクロチップは、このサイズのオーダーに限定して言及する限りは、膜チップと呼ぶことにする。電子機能を備えた典型的なマイクロチップ（以下では電子マイクロチップと呼ぶ）以外に、光学機能を備えたマイクロチップ（以下では光学マイクロチップと呼ぶ）がある。光学マイクロチップは、電子マイクロチップと比べてさらに小型のサイズを有し、特にわずか１−２μｍのより薄い厚さを有している。約３０μｍないし１ｍｍの長さと幅とによって決定される面積も、電子マイクロチップよりもさらに小さい。光学マイクロチップは光学的に透明な材料から製造され、特にＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４から製造される。それゆえ、特に光学マイクロチップは膜チップとして実施される。
【０００５】
マイクロチップ、特に膜チップには、従来のチップよりも２桁分以下のサイズのものがあり、したがってその質量はほぼ６桁分小さい。厚さがより薄く、面積がより小さければ、操作、正確な位置決め、平面性、安定した結合、場合によってはマイクロチップの導電性接触に関して特殊な問題が発生する。
【０００６】
このように小型の幾何学的サイズを備えたマイクロチップは従来の自動装着、接着／蝋付け結合、ワイヤー接触またはフリップ・チップ接触によって加工することはできない。鋸引き、ピック・アンド・プレイス、接着、蝋付け、ワイヤー結合またはフリップチップ結合のような従来のＡＶＴ(Aufbau- und Verbindungstechnik 組み立て・結合技術)方式は限定的にしか起用できず、或いは、まったく起用できない。
【０００７】
たとえば集束イオンビーム断面のサンプル操作に対してはマイクロマニピュレータが存在するが、これは使用すると非常に高価であり、迅速且つ効率的な構成要素制作またはマイクロチップ加工には適していない。また、多くの精密機械型グリッパーが文献で説明されているが、これは長い距離の移動が不可能であり、リーチが長い長尺のマニピュレータと組み合わせねばならないので煩雑である。
【０００８】
特許文献１は、担持体本体とマイクロチップとを結合させている多数の保持舌片（ここでは固定機構）によって保持される少なくとも１つの薄い電子マイクロチップを備えたウェーハーを製造するための方法と、このような電子マイクロチップをウェーハーから切り離し、切り離したマイクロチップを操作するための装置および方法とを開示している。ここでのマイクロチップとは、厚さが１００μｍ以下、特に５０μｍと５μｍの間の厚さを備えたチップである。
【０００９】
担持体本体とマイクロチップとを結合させている多数の保持舌片によって担持体本体の繰り抜き部内部で保持されるマイクロチップを備えた、あらかじめ作製されるウェーハーには、更なる加工プロセスを施すことなく、切り離し後に搬送し、１つの基板上に装着させるために、マイクロチップがすでに完成しているという利点がある。
【００１０】
搬送中および操作中にウェーハーを保護するため、および、マイクロチップを取り出すため、ウェーハーは、担持体本体の繰り抜き部に関連している貫通穴の配置を有している基台上に位置決めされ、その結果貫通穴は、切り離されるべきマイクロチップの下方に配置されている。基台が堅牢であることが重要であると記載されている。というのは、条溝によって取り囲まれて保持舌片のみを介してウェーハーと結合されている多数のマイクロチップによって、ウェーハーが破損する危険があるからである。担持体本体の複数の繰り抜き部のうちの１つの繰り抜き部内で複数の突き出しピンがこれらの貫通穴を貫通することで該突き出しピンの自由運動が可能であり、よって複数のマイクロチップのうちの１つのマイクロチップ下方での担持体本体の位置決めが可能である。
【００１１】
それぞれ１つのマイクロチップを切り離すため、ウェーハーの、基台とは逆の側から、操作器がマイクロチップへ送られる。この操作器を用いて、マイクロチップに対し下向きの圧力を突き出しピンに抗して発生させる。その際に保持舌片は曲げ荷重を受けて破断する。その間マイクロチップは吸着され、これによって保持舌片の破断の間にマイクロチップがスリップすることがなく、水平方向において保持される。
【００１２】
マイクロチップを切り離した後、突き出しピンと操作器とを共に上方へ移動させて、保持舌片の残片がマイクロチップを操作器から剥がさないよう確保する。次に突き出しピンを再び降下させ、マイクロチップを真空吸着して操作器で保持し、搬送する。
【００１３】
マイクロチップを基板（ここでは膜）上に位置決めするため、操作器を膜上方に位置決めして降下させる。操作器に設けられている吸着先端は弾性支持されており、その結果吸着先端を柔軟に載置することができて、膜を損傷させない。真空源をオフにし、操作器を持ち上げ、次のマイクロチップの取り出しのために使用する。
【００１４】
マイクロチップをどのようにして膜上に固定するかについては記載されていない。
【００１５】
前記特許文献１によるマイクロチップの周形状として長方形形状を引き出すことができ、すなわちマイクロチップの周縁は長方形を形成する直線によって描かれる。
【００１６】
電子マイクロチップを完全に取り囲んでいるスリットによって周縁を画成し、スリットを追加的に装備させた保持舌片によって部分的に覆うようにした前記特許文献１とは異なり、マイクロチップを、担持体本体内で、該担持体本体においてマイクロチップとモノリシックに結合される保持舌片によって保持し、保持舌片が、取り囲んでいるスリットを中断させている細条部によって形成されているようにしたマイクロチップの製造も公知である。これに適した、光学機能を備えるマイクロチップの製造方法は、たとえば、ＳｉＯ２層を処理して膜を形成させるようにした異方性Ｓｉエッチングである。ウェーハーから、その後は仕上がった膜から、切り離し方法により、マイクロチップをその周縁に沿って、細条部の形状で残存している保持舌片以外を切り離す。すなわち、マイクロチップを形成する膜の部分は、ウェーハーにある膜の一部分とともに残り、モノリシックに結合されたままである。このようにして従来はマイクロチップを製造していたが、切り離し方法が薄い厚さに対して適していなかったので、５μｍ以上の厚さに限定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】欧州特許公開第１３３６９８６Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の課題は、少ない技術コストで製造可能であり、特に厚さが５μｍ以下の膜チップの操作に適している装置を見出すことである。
また、本発明の課題は、実施のために比較的少ないコストを必要とし、特に厚さが５μｍ以下の膜チップの操作に適している方法を見出すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
方法に対する課題は請求項１により、装置に対する課題は請求項５により解決される。有利な実施態様はそれぞれ従属項に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
次に、本発明を、図面を用いて１実施形態に関し詳細に説明する。
【図１】ウェーハーをマイクロチップとともに示した図である。
【図２】装置に対し位置決めされたウェーハーを示す図である。
【図３ａ】方法の工程を説明する図である。
【図３ｂ】方法の工程を説明する図である。
【図３ｃ】方法の工程を説明する図である。
【図３ｄ】方法の工程を説明する図である。
【図３ｅ】方法の工程を説明する図である。
【図３ｆ】方法の工程を説明する図である。
【図３ｇ】方法の工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本装置は、マイクロチップ２、特に膜チップのサイズを備えたマイクロチップをウェーハー１から切り離すために用いる。ウェーハー１は、複数の保持舌片３を介して複数のマイクロチップ２のそれぞれ１つを保持する繰り抜き部１．２を備えた担持体本体１．１によって形成される。この種のウェーハー１は図１に概略的に図示されている。マイクロチップ２はそれぞれ非常に小さなサイズ、たとえば３μｍ×１００μｍ×２５０μｍのサイズを有し、したがって非常に薄い厚さを有している。通常のように、マイクロチップ２の周縁２．１は従来周知の形状として長方形を描いている。円形または三角形のような他の周形状も考えられ、この場合本発明による方法に対しては、複数の保持舌片３がマイクロチップ２の中心から同じ間隔でマイクロチップに係合し、周縁２．１のまわりに均等に分配して配置され、好ましくは、場合によっては周縁２．１によって形成される隅角部に配置されているのが有利である。保持舌片３は、担持体本体１．１およびマイクロチップ２とモノリシックに結合される結合細条部であってよい。また保持舌片は不連続な要素であってもよく、この不連続な要素は、有利には、溶着部を介して一方では担持体本体１．１と、他方ではマイクロチップ２と結合されている。有利には、保持舌片３は所定破断個所を有している。
【００２２】
図２に示したように、本装置には、基本的に、ウェーハー１を載置するための基台４と、先端５．１を備えた操作器５とが属しており、先端はマイクロチップ２に対し水平方向に位置決め可能で、且つ鉛直方向に上下動可能である。
【００２３】
先端５．１は、自由端５．１．１において、少なくとも、先端５．１の表面をマイクロチップ２に当接させる接触面にわたって、マイクロチップ２と先端５．１の間にマイクロチップ２の重力よりもわずかに大きい程度の付着力を生じさせるように構成された表面品質を有している。
【００２４】
先端５．１の接触面とマイクロチップ２との間の付着力は接触面の表面品質とマイクロチップ２の表面品質とによって決定されるので、両者の間に形成される境界面に適当な付着力を生じさせるために両者は互いに整合するように製造される。すなわち、マイクロチップ２の表面品質も、その機能が損なわれない限り、その表面粗さまたは表面構造に関して整合させることができる。
【００２５】
有利には、先端５．１の自由端５．１．１は少なくとも接触面の領域で球形に形成され、その結果先端５．１をマイクロチップ２上へ降下させている間に、マイクロチップ２はその中心ＭＰから始めて均一に先端５．１に当接する。
【００２６】
有利には、先端５．１の自由端５．１．１は、非常に高品質の表面を達成できるたとえばルビー、サファイア、または同様の材料から成る球体として形成されている。
【００２７】
１つのマイクロチップ２をウェーハー１から切り離すには（図３ａを参照）、先端５．１をマイクロチップ２の上方に高精度で位置決めさせる必要がある。これは、一方では、マイクロチップ２を所定どおりに先端５．１に付設してマイクロチップ２を同様に所定どおりに基板６上に再び降ろすことができるようにするためであり、他方では、保持舌片３に所定どおりに剪断力または曲げ力を導入させるためである。このように要求される位置決め精度は、座標測定器を用いて達成できる。座標測定器は、基本的には対象物の幾何学的サイズを測定するために使用でき、その際に接触式センサ（触覚式）と非接触式センサを使用できる。
【００２８】
基板６上にマイクロチップ２を高精度に位置決めするには、操作の間に、すなわち先端５．１との最初の接触から始まって先端５．１から離すまでの間に、マイクロチップ２は常に先端５．１に対し所定相対位置を持つことが必要である。すなわち、先端５．１の中心軸線Ａに対するマイクロチップ２の中心ＭＰの相対位置と、先端５．１でのマイクロチップ２の回転位置とは、不変に維持されねばならない。この場合、マイクロチップ２を担持体本体１．１から引き離す際には臨界モーメントがある。保持舌片３を配置し、先端５．１をマイクロチップ２上に所定どおりに載置することは、保持舌片３に対し同じ剪断力または曲げ力を作用させるためであり、その結果複数の保持舌片３は同時に破断する。保持舌片３が正確に同時に破断しなければ、最終的に切り離されたマイクロチップ２は先端５．１に対するその本来の相対位置に対しずれて、ねじれてこれに付着することになる。
【００２９】
その対策を講じるには、ウェーハー１から切り離す前にモノリシックな保持舌片３を介してウェーハー１の担持体本体１．１と結合されているマイクロチップ２の製造時に、マイクロチップ２と担持体本体１．１とが互いに歯で噛み合って配置されているように、マイクロチップ２の周縁２．１が少なくとも部分的に実施されているのが有利である。周縁２．１が保持舌片３によって複数の周縁部分に分割されていることから出発すれば、これら周縁部分のそれぞれに、ウェーハー１または担持体本体１．１に噛み合う少なくとも１つの膨出部、或いは、ウェーハー１または担持体本体１．１が噛み合う陥凹部があるのが有利である。このような場合には、ウェーハーによって張られる面の内側でのマイクロチップのずれは、膨出部または陥凹部の間隔に限定されている。ねじれは、この間隔にほぼ相当する弧度によって決定される回転角に限定されている。
【００３０】
本発明の主要な思想は、マイクロチップ２を付着力を介して保持させる先端５．１を使用すること以外に、座標測定器を装置として使用することにある。この場合、座標測定器の位置決め機構は操作器５であり、測定テーブルは基台４であり、位置決め機構には、先端５．１を含む触覚式測定ヘッドが設けられている。
【００３１】
座標測定器には、測定ヘッドがデカルト座標系のｙ−ｘ方向において測定テーブルに対し水平方向に相対的に移動可能であるという共通性がある。少なくとも、触覚式測定ヘッドを備えた座標測定器の場合には、測定ヘッドは測定テーブルに対し鉛直方向にも相対的に変位可能である。このような座標測定器を別様に使用して、マイクロチップ２をウェーハー１から切り離し、同時にウェーハー１とともに測定テーブル上に位置決めされている基板６へ搬送し、そこへ降ろすことが提案される。
【００３２】
次に、図３ａ−図３ｇを用いて本発明による方法の工程を説明する。この方法を実施するため、担持体本体１．１の繰り抜き部１．２内部で多数の保持舌片３によって担持体本体１．１と結合されているウェーハー１を、水平方向に指向されている堅牢な基台４上に配置する。
【００３３】
次に、操作器５の先端５．１（有利には球形の表面を有している）を、マイクロチップ２の上方で水平方向において高度を正確に維持して位置決めし、その結果先端５．１の位置を定義している該先端５．１の中心軸線Ａは、該先端５．１を鉛直方向に降下させたときにマイクロチップ２の幾何学的中心ＭＰにぶつかる（図３ａ）。
【００３４】
先端５．１をさらに降下させると、先端５．１は繰り抜き部１．２内へ侵入し、先端５．１はマイクロチップ２に当接し、保持舌片３は破断するまで剪断力および／または曲げ力の作用を受け、その結果マイクロチップ２は担持体本体１．１から切り離される（図３ｂ）。
【００３５】
先端５．１がマイクロチップ２に当接している間、圧着プロセスを開始する。その結果、担持体本体１．１から切り離されたマイクロチップ２は付着力によって先端５．１で保持される。
【００３６】
次に、マイクロチップ２を、操作器５を用いて先端５．１で保持させ、基板６へ搬送し、そこへ降ろす。その最先端５．１を鉛直方向に持ち上げ、水平方向に移動させ、基板６上方の場所にずらして位置決めし、そこでマイクロチップ２を鉛直方向に降下させて基板６上へ降ろす（図３ｃ＋図３ｄ）。降ろす際にマイクロチップ２を基板６に当接させ、その際有利には、更なる圧着プロセスを開始させる。その際に生じる基板６とマイクロチップ２との間の付着力は、先端５．１とマイクロチップ２との間の付着力よりも大きく、その結果先端５．１を基板６から持ち上げた後、マイクロチップ２は付着力によって基板６の付着する（図３ｅ＋図３ｆ）。
【００３７】
先端５．１での一時的な圧着と、基板６での継続的な圧着とは、静電力により、電圧の印加により、支援することができる。
【００３８】
有利には、たとえばマイクロチップ２の汚染を検査するため、または、先端５．１での正確な位置を確認するため、先端５．１を、基板６への途上で顕微鏡の上方に位置決めしてよい。
【００３９】
特にマイクロチップが膜チップである場合には、基板6の表面が十分になめらかであれば、結合手段としての接着剤を部分的にまたは完全に省略することができる。
【００４０】
直接に接着剤を使用せずにマイクロチップ２を基板６に固定すると、発生する結合は特にＵＶ範囲での適用に適している。確実な継続的結合を提供するため、有利には、レーザー金属付着、たとえばＣｒＭｏを発生させて、基板６上に付着しているマイクロチップ２の縁に金属突起７を形成させ、これによってマイクロチップ２を基板６と継続的に結合させることができる。このレーザー金属付着により、必要な場合にはマイクロチップと基板との間の電気接点をも形成させることができる。
【００４１】
本発明による方法は、特に膜チップをウェーハーから切り離すために適しており、従来は微小サイズのマイクロチップを切り離して操作するために適した方法がなかったために、膜チップをこのサイズで製造できなかったものである。
【符号の説明】
【００４２】
１          ウェーハー
１．１      担持体本体
１．２      繰り抜き部
２          マイクロチップ
２．１      周縁
３          保持舌片
４          基台
５          操作器
５．１      先端
５．１．１  自由端
６          基板
７          金属突起
Ａ          中心軸線
ＭＰ        中心
【要約】
マイクロチップ（２）をウェーハー（１）から切り離し、前記マイクロチップ（２）を基板（６）上へ装着させる方法および装置において、切り離しの間、前記マイクロチップ（２）を先端（５．１）の自由端（５．１．１）に密着させて、前記基板（６）への搬送の間、付着力によって前記先端（５．１）に付着させる。装置としては、有利には座標測定器を使用することができる。【図１】
0006301565.tif 000002
【図２】
0006301565.tif 000003
【図３ａ】
0006301565.tif 000004
【図３ｂ】
0006301565.tif 000005
【図３ｃ】
0006301565.tif 000006
【図３ｄ】
0006301565.tif 000007
【図３ｅ】
0006301565.tif 000008
【図３ｆ】
0006301565.tif 000009
【図３ｇ】
0006301565.tif 000010