(57)【要約】【課題】裏面薄化等の、基板の処理中等、基板の取り扱い及び／又は搬送のためのキャリア及び方法を開示する。キャリア及び方法は、基板への支持を提供する。このプロセスは、3次元集積回路で使用される基板の薄化に特に適している。【解決手段】キャリアは、接触面が基板に近づいた時に体積を捕捉するための１つ以上の凹みを有する接触面であり、基板を支持するための接触面と、接触面の周囲にあり接触面からオフセットする封止面と、封止面上に着座し、基板が接触面と接触しているときに基板への封止を形成するために圧縮されるように構成される封止部材とを含み、封止は、基板とキャリアとの間で捕捉された体積を封止する。【選択図】図７ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の処理中等、基板の取り扱い及び／又は搬送のためのキャリアであって、
前記基板に接触する時に体積を捕捉するための１つ以上の凹みを有する接触面であり、前記基板に接触して支持するための接触面と、
前記接触面の周囲にあり、前記接触面からオフセットされている封止面と、
前記封止面上に着座し、前記基板が前記接触面と接触しているときに、前記基板とキャリアとの間で捕捉された体積を封止する封止を前記基板へ形成するために圧縮されるように構成される封止部材とを備えるキャリア。
【請求項２】
前記封止面は、研磨面である、請求項１に記載のキャリア。
【請求項３】
前記封止面は、100nm未満の平均粗さRaを有する、請求項２に記載のキャリア。
【請求項４】
前記封止面は、10nm未満の平均粗さRaを有する、請求項３に記載のキャリア。
【請求項５】
前記キャリアは、第一のキャリアウエハと、該第一のキャリアウエハよりも大きい直径の第二のキャリアウエハとから形成され、該第二のキャリアウエハは前記第一のキャリアウエハに接合されて前記第一のキャリアウエハの周縁部に前記封止面を設ける、請求項１〜４のいずれかに記載のキャリア。
【請求項６】
前記接触面と前記封止面との間のオフセットは、段である、請求項１〜５のいずれかに記載のキャリア。
【請求項７】
前記封止部材は、弾性である、請求項１〜６のいずれかに記載のキャリア。
【請求項８】
前記封止部材は、無端状である、請求項１〜７のいずれかに記載のキャリア。
【請求項９】
前記封止部材は、リングである、請求項８に記載のキャリア。
【請求項１０】
前記封止部材は、円形の断面を有する、請求項１〜９のいずれかに記載のキャリア。
【請求項１１】
前記封止部材は、被処理基板の外周のノッチ又はフラットが封止部材の周辺に配置されるように、キャリアのエッジからインセットされる、請求項１〜１０のいずれかに記載のキャリア。
【請求項１２】
前記封止面上で前記封止部材の周辺に位置し、前記基板のエッジを支持する支持部材をさらに備える、請求項１〜１１のいずれかに記載のキャリア。
【請求項１３】
前記支持部材は、リングである、請求項１２に記載のキャリア。
【請求項１４】
前記支持部材は、少なくとも前記基板のノッチ又はフラットに一致する大きさで透明である、請求項１２に記載のキャリア。
【請求項１５】
前記支持部材は、前記基板のノッチ又はフラットに一致する大きさのギャップ又は開口を有する、請求項１２に記載のキャリア。
【請求項１６】
前記支持部材は、前記基板のエッジ領域を支持するための平面を持つ断面を有する、請求項１２〜１５のいずれかに記載のキャリア。
【請求項１７】
前記支持部材は、弾性である、請求項１２〜１６のいずれかに記載のキャリア。
【請求項１８】
前記接触面と前記封止面との間のオフセットは、段によって形成され、前記封止部材は、前記段の壁に対して保持されるように張力を受ける、請求項１〜１７のいずれかに記載のキャリア。
【請求項１９】
前記封止部材を保持するための突起をさらに備える、請求項１〜１８のいずれかに記載のキャリア。
【請求項２０】
前記封止部材は、前記突起によって保持されるように張力を受ける、請求項１９に記載のキャリア。
【請求項２１】
前記接触面と前記封止面との間のオフセットは、段によって形成され、該段の壁は、突起を含む、請求項１９又は２０に記載のキャリア。
【請求項２２】
前記支持部材は、前記支持部材を保持するように前記封止部材と少なくとも部分的に係合する形状である、請求項１２〜１７のいずれかに記載のキャリア。
【請求項２３】
前記支持部材は、前記封止部材よりも軟質の材料のものであり、及び／又は、前記封止部材よりも低い弾性となるような形状である、請求項１２〜１７のいずれかに記載のキャリア。
【請求項２４】
前記封止部材の圧縮が、前記支持部材の圧縮を定義する、請求項２３に記載のキャリア。
【請求項２５】
前記第一のキャリアウエハは研磨され、前記第二のキャリアウエハは前記凹部をパターニングされる、請求項５に従属する場合の請求項６〜２４のいずれかに記載のキャリア。
【請求項２６】
前記第一のキャリアウエハと前記第二のキャリアウエハとは、同じ材料又は実質的な熱膨張整合材料のものである、請求項２５に記載のキャリア。
【請求項２７】
前記第一のキャリアウエハは、被処理基板のデバイス特徴やトポグラフィを収容するために配置される凹部を含むように機械加工又はエッチングされる、請求項２５又は２６に記載のキャリア。
【請求項２８】
前記第一のキャリアウエハと前記第二のキャリアウエハとは、シリコン、及び／又は、シリコンに熱膨張整合するSchott BF33、MemPax、コーニング7740、及びホヤSD2ガラスや他のガラス、半導体又はセラミックスのうちの１つ以上から形成される、請求項５に従属する場合の請求項６〜２７のいずれかに記載のキャリア。
【請求項２９】
前記第一のキャリアウエハと前記第二のキャリアウエハとは、GaAs、及び／又は、GaAsに熱膨張整合するガラス、他の半導体又はセラミックスのうちの１つ以上から形成される、請求項５に従属する場合の請求項６〜２７のいずれかに記載のキャリア。
【請求項３０】
前記第一のキャリアウエハと前記第二のキャリアウエハとは、InP、及び／又は、InPに熱膨張整合するガラス、他の半導体又はセラミックスのうちの１つ以上から形成される、請求項５に従属する場合の請求項６〜２７のいずれかに記載のキャリア。
【請求項３１】
前記第一のキャリアウエハと前記第二のキャリアウエハとは、中間層を使わずに接合される、請求項５に従属する場合の請求項６〜３０のいずれかに記載のキャリア。
【請求項３２】
前記第一のキャリアウエハと前記第二のキャリアウエハとは、陽極又は直接接合によって接合される、請求項３１に記載のキャリア。
【請求項３３】
前記第一のキャリアウエハと前記第二のキャリアウエハとは、熱圧着、はんだ、共晶、ガラスフリット、又は接着剤で接合される、請求項５に従属する場合の請求項６〜３０のいずれかに記載のキャリア。
【請求項３４】
前記キャリア表面上にパッシベーション層コーティングを備える、請求項１〜３３のいずれかに記載のキャリア。
【請求項３５】
処理のために基板を取り扱う方法であって、
チャンバ内に前記基板を搬入することと、
接触面に１つ以上の凹部を有するキャリアを前記チャンバ内に搬入することと、
前記チャンバ内を第一の圧力に減圧することと、
前記キャリアと前記基板とのうちの少なくとも１つを移動して前記キャリアの接触面を前記基板に接触させて、前記キャリアと前記基板との間の１つ以上の凹部内で前記第一の圧力で体積を捕捉することと、
前記チャンバ内を前記第一の圧力より高い第二の圧力に昇圧することとを含み、
捕捉された減圧によって、処理のため前記キャリアと前記基板とは結合される、方法。
【請求項３６】
昇圧ステップ中に、１つ以上の凹部に捕捉された減圧を維持するために前記基板及び前記キャリアを保持することと、
前記基板及び前記キャリアの保持を解除することとをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記キャリアは、前記接触面からオフセットする前記キャリアの封止面に着座する封止部材を備え、前記基板と前記キャリアとのうちの少なくとも１つを移動して互いに接触させるステップにおいて、前記封止部材を圧縮して前記基板への封止及び前記封止面を形成し前記捕捉された体積を維持する、請求項３５又は３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記封止面は、研磨面である、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記封止部材は、前記キャリアのエッジからインセットされ、前記基板と前記キャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップにおいて、前記基板の外周のノッチ又はフラットが前記封止部材の周辺に配置されるように前記基板を前記キャリアに位置合わせする、請求項３７又は３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記キャリアは、前記封止面に、前記基板のエッジを支持するための、前記封止部材の周辺に位置する支持部材を備え、前記基板と前記キャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップにおいて、前記封止部材が圧縮されるときに前記支持部材を圧縮する、請求項３７〜３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記基板と前記キャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップの前に、前記基板の第一の表面に第一の処理ステップを実行し、
前記基板と前記キャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップにおいて、前記第一の表面は、前記キャリアに対向し、
前記解除ステップの後、前記第一の表面に対向する前記基板の第二の表面に第二の処理ステップを実行する、請求項３５〜４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記第二の処理ステップにおいて、前記基板は、前記キャリアとの接触によってのみ取り扱われる、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第二の処理ステップは、前記基板の薄化である、請求項４１又は４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記チャンバ内に前記基板及び前記キャリアを搬入することと、
前記基板と前記キャリアとが互いから解放されるように、前記第一の圧力よりも低い第三の圧力に前記チャンバ内を減圧することとをさらに含む、請求項３５〜４３のいずれかに記載の方法。
【請求項４５】
前記接触面と前記封止面との間のオフセットは段であり、該段の壁は突起を含み、基板とキャリアとを互いから解放する際に、前記突起は前記封止部材を保持する、請求項３７に従属する場合の請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
基板とキャリアとを互いから解放する際に前記封止部材が前記支持部材を保持するように、前記支持部材は、少なくとも部分的に前記封止部材と係合する、請求項３７及び３９に従属する場合の請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記第二の圧力は、大気圧である、請求項３５〜４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
前記封止部材は、リングである、請求項３５〜４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
前記保持するステップは、前記チャンバ内が昇圧される間に捕捉された減圧を維持するために、前記基板及び前記キャリアを保持する力を加えることを含む、請求項３５〜４８のいずれかに記載の方法。
【請求項５０】
前記力は、機械的又は静電式である、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記チャンバ内に前記キャリアを搬入するステップは、第二のプラテンへ向かって下向きの第一のプラテンに前記キャリアをクランプすることを含み、前記チャンバ内に前記基板を搭載するステップは、前記第一のプラテンの下方の前記第二のプラテン上に前記基板を配置することを含む、請求項３５〜５０のいずれかに記載の方法。
【請求項５２】
前記第三の圧力に減圧するステップの前に、前記キャリアと前記基板との一方を、第二のプラテンに向かって下向きの上部第一のプラテン上に保持することにより、解放時に前記基板と前記キャリアとの他方が前記第一プラテン下の前記第二のプラテンに受け取られる、請求項４４に記載の方法。
【請求項５３】
前記キャリアは、前記第一のプラテンにクランプされる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記キャリアの凹部は、前記基板上のトポグラフィ突起と位置合わせされる、請求項３５〜５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
基板に処理ステップが行われた後の基板とキャリアを取り扱う方法であって、前記キャリアは前記基板を前記キャリアに接触させて保持するために周囲の圧力よりも低い圧力で体積を捕捉する凹部を備え、
チャンバ内に基板とキャリアとを搬入することと、
前記基板と前記キャリアとが互いから解放されるように、捕捉された圧力よりも低い圧力に前記チャンバ内を減圧することとを含む方法。
【請求項５６】
前記キャリアは、接触面からオフセットする前記キャリアの封止面に着座する封止部材を備え、前記接触面と前記封止面との間のオフセットは段であり、該段の壁は突起を含み、基板とキャリアとを互いから解放する際に、前記突起は前記封止部材を保持する、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記キャリアは、前記封止面に、基板のエッジを支持するための、前記封止部材の周辺に位置する支持部材を備え、該支持部材は、少なくとも部分的に前記封止部材と係合し、基板とキャリアとを互いから解放する際に前記封止部材が前記支持部材を保持する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
処理のために基板を取り扱う方法であって、
基板と接触面に１つ以上の凹部を有するキャリアとを第一の温度に加熱することと、
前記キャリアと前記基板とのうちの少なくとも１つを移動して前記キャリアの接触面を前記基板に接触させ、前記キャリアと前記基板との間の１つ以上の凹部内に第一の温度で体積を捕捉することと、
前記キャリアと前記基板との温度を第二の温度に下げながら１つ以上の凹部に捕捉された減圧を維持するために前記基板及び前記キャリアを保持し、捕捉された体積を減圧へ冷却することと、
前記基板及び前記キャリア上の保持を解除し、捕捉された体積によって処理のために前記キャリア及び前記基板を一緒に保持することとを含む方法。
【請求項５９】
前記基板に処理ステップを行うことと、
前記基板と前記キャリアとが互いから解放されるように前記第一の温度より高い第三の温度に前記基板及び前記キャリアを加熱することと、
前記基板と前記キャリアとを冷却することとをさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
処理のために基板を取り扱う方法であって、
キャリアと前記基板とのうちの少なくとも１つを移動して前記キャリアの接触面を前記基板に接触させ、前記キャリアと前記基板との間の１つ以上の凹部内に蒸気体積を捕捉することと、
捕捉された体積の温度を下げながら１つ以上の凹部に捕捉された体積を維持するために前記基板及び前記キャリアを保持することと、
前記基板及び前記キャリア上の保持を解除し、捕捉された体積によって処理のためにキ前記ャリア及び前記基板を一緒に保持することとを含む方法。
【請求項６１】
蒸気を凝縮して液体にするために、捕捉された体積の温度を下げる、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
蒸気は、水蒸気である、請求項６０又は６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記キャリアは、前記接触面からオフセットする前記キャリアの封止面に着座する封止部材を備え、前記基板と前記キャリアとのうちの少なくとも１つを移動して互いに接触させるステップにおいて、前記封止部材を圧縮して前記基板への封止及び前記封止面を形成し捕捉された体積を維持する、請求項５８〜６２のいずれかに記載の方法。
【請求項６４】
前記封止面は、研磨面である、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記封止部材は、前記キャリアのエッジからインセットされ、前記基板と前記キャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップにおいて、前記基板の外周のノッチ又はフラットが前記封止部材の周辺に配置されるように前記基板を前記キャリアに位置合わせする、請求項６３又は６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記キャリアは、前記封止面に、基板のエッジを支持するための、前記封止部材の周辺に位置する支持部材を備え、前記基板と前記キャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップにおいて、前記封止部材が圧縮されるときに前記支持部材を圧縮する、請求項６３〜６５のいずれかに記載の方法。
【請求項６７】
基板に処理ステップが行われた後の前記基板とキャリアとを取り扱う方法であって、前記キャリアは前記基板を前記キャリアに接触させて保持するために体積を捕捉する凹部を備え、
前記基板と前記キャリアとが互いから解放されるように、前記凹部で体積が捕捉された温度よりも高い温度に前記基板と前記キャリアとを加熱することを含む方法。
【請求項６８】
基板の処理中等、基板の取り扱い及び／又は搬送のためのキャリアに前記基板を搭載する装置であって、
チャンバ内に配置された上部プラテンと下部プラテンとを備え、前記チャンバは、真空に排気され、
前記上部プラテンは、前記下部プラテンの上に下向きに配置され、キャリアを保持するように構成され、
前記下部プラテンは、基板を受け取るように構成され、
キャリアと基板とを接触させるべく前記プラテンが互いに近づくように、前記上部プラテン又は前記下部プラテンが他プラテンに対して上下に移動可能であり、
前記プラテンの少なくとも一方は、前記基板と前記キャリアとの位置合わせのために横方向及び／又は回転方向に移動するよう構成される、装置。
【請求項６９】
位置合わせされ互いに接触するキャリア及び基板を表示・撮像する撮像システムをさらに備える、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記キャリアは、基板とキャリアとの位置合わせの際に表示するための位置合わせマークを備える、請求項６８又は６９に記載の装置。
【請求項７１】
前記プラテンの少なくとも一方は、前記キャリアと前記基板の表面とを見るための穴又は光学的に透明な窓を備える、請求項６９に記載の装置。
【請求項７２】
前記撮像システムは、赤外線及び／又は可視光を使用して動作する、請求項６９〜７１のいずれか記載の装置。
【請求項７３】
前記チャンバは、前記上部プラテンと前記下部プラテンとのうちの一方に保持されたキャリアと、前記上部プラテンと前記下部プラテンとのうちの他方上の基板表面とを見るための透明な窓を備える、請求項６９〜７２のいずれか記載の装置。
【請求項７４】
前記チャンバは、前記撮像システムのカメラを備える、請求項６９〜７２のいずれか記載の装置。
【請求項７５】
前記プラテンの少なくとも一方は、前記キャリアと前記基板との間の凹部に捕捉された体積を昇圧するように前記キャリアと前記基板との温度を上昇させるためのヒータを備える、請求項６８〜７４のいずれか記載の装置。
【請求項７６】
前記キャリアは、請求項１〜３４のいずれかに記載のキャリアである、請求項６８〜７５のいずれか記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送及び／又は処理のために基板を取り扱う方法及びキャリアに関する。この方法は、薄化等の裏面処理が行われる基板の取り扱い及び支持に特に適している。
【背景技術】
【０００２】
多くの集積回路、MEMS、及びIII-V製造プロセスは、基板の薄化や薄化基板又はウエハの取り扱いを必要とする。約100μm以下に薄化された基板又はウエハは脆く、さらなる処理ステップにおいて屈曲や破損を防止するために支持が必要であるほど撓みやすい場合もある。
【０００３】
構造的剛性を提供する現在の技術では、薄化プロセス又は薄化後処理において基板又はウエハを一時キャリアに搭載する必要がある。基板又はウエハは、接着剤を用いてキャリアウエハに接合される。接着剤は、スピニング等によってキャリアウエハの表面に塗布され、続いて部分的ベークが行われる。接着剤は、例えば、熱硬化性又はＵＶ硬化性であってもよい。その後、基板又はウエハは、多くの場合同じ直径であるキャリアと位置合わせされ、基板とキャリアとが接合される。キャリアは、薄化又は薄化後処理ステップにおいて、基板を支持・保護する。
【０００４】
例えば100μm未満の薄化ウエハは、エッジに損傷を受けやすい。キャリアウエハは、そのような損傷の発生を低減する。50μm程度の非常に薄い基板は、撓みやすく、処理が困難である。キャリアは、基板を平坦に維持する。
【０００５】
処理後、薄化基板はキャリアから取り外される。処理後の接着剤の除去は、基板とキャリアとを加熱して接着剤を軟化させることによって行うことができる。特殊なツールを用いて、キャリアから基板をスライドさせる。キャリアから基板を剥離する他の方法には、溶媒への浸漬、ＵＶ解放、レーザリフトオフ、及びポリマー接着剤の解離を介した熱解放が含まれる。溶媒解放では、溶媒が接合に進入できるようにキャリアに穴を開けることが好ましい。ＵＶ解放では、キャリアはＵＶに対して透明でなければならないため、透明ガラスキャリアが使用され得る。レーザリフトオフでは、レーザを接合中間層に向ける。中間層はレーザからのエネルギーを吸収することによって加熱され、キャリアと基板とが分離する。接着結合解除のための全ての方法において、各使用後に、使用される装置及びキャリアを洗浄する必要がある。また、接合プロセス中に過剰な接着剤を除去する必要があるかもしれない。接着剤を用いて基板をキャリアに接合する場合のさらなる問題点は、キャリア表面にわたって接着剤の均一な厚さを正確に制御し、基板の接触時にこの均一な厚さを維持することが困難であることである。基板の薄化の際に厚さが不均一であると、得られる薄化基板は、一方側が他方側より厚い楔形形状になり、使用不可になる可能性がある。
【０００６】
ツールの洗浄に加えて、基板も洗浄する必要がある。これにより、溶剤洗浄等のさらなる処理が、不必要に基板表面の特徴に施されることになる。また、この洗浄ステップ中、薄化ウエハを支持する必要があるかもしれない。多くの場合、この支持は、二次キャリア上への搭載によってなされる。
【０００７】
WO2011/100204（Hurley）には、キャリアシステムの無接着剤方法が記載されている。該システムは、基板又はウエハが組み立てられるウエハチャックを使用する。このシステムは、薄化後の基板の最終洗浄に特に適している。ウエハチャックは、封入リザーバと、真空ポンプへの接続用ポートとを含む。ウエハチャックは、封入リザーバから支持表面に延びるチャネルを有する。使用時、基板又はウエハは、支持表面上に組み立てられる。真空ポンプは、1つ以上のポートに接続され、リザーバは、減圧又は真空にポンプダウンされる。減圧は、リザーバからチャネルに沿って支持表面まで広がり、ここで大気圧が基板を表面に対して保持する。基板・チャック対の搬送では、ポートを閉じてリザーバ内の真空を保つことができる。搬送後及び処理中は、ポートをポンプに再接続して、リザーバ内の真空をリフレッシュすることができる。封入リザーバを供するため、ウエハチャックはかさばる。ポンプダウンプロセスでは、ポートをポンプへ接続する必要がある。ポート自体がチャックから突出して、かなりの大きさとなる。ウエハ処理装置が突出ポートを収容できないため、突出ポートによって、プロセスラインに沿った多くの処理ステップにおけるウエハチャックの使用が妨げられる。この配置は、ウエハの裏面研削時の使用に適していない。また、ポートへのパイプの接続は、時間がかかり厄介である。よって、薄型基板及びウエハを取り扱うための改良方法及び/又は装置が必要とされている。
【０００８】
US2006/0179632（Wilk）には、半導体ウエハをウエハ支持体の第一の表面上に搭載する半導体ウエハ支持システムが記載されている。ウエハ支持体は、第一の表面に接続しウエハ支持体の反対側の第二の表面へ延びる多くのチャンネルを有する。ウエハとウエハ支持体とは、減圧環境下に置かれる。膜を第二の表面に取り付けて、チャネル内の減圧を捕捉し、当該対をより高圧環境に移動する際にウエハをウエハ支持体に対して保持する。膜の除去又は穿孔によって捕捉された圧力を解放し、ウエハを支持ウエハから解放する。この方法の難点には、ウエハと支持ウエハとが真空チャンバ内にある間に膜を取り付けることがある。
【０００９】
JP2005-175207（Ishihara）には、裏面薄化中の半導体ウエハを補強するシステム及び方法が開示されている。該システムは、内部キャビティを有する支持体を含む。半導体ウエハは、キャビティに捕捉された減圧により再び支持体に保持される。半導体ウエハは、前面に付着した層を有する。この層は、キャビティの封止を助ける。この層は、接着剤層によって取り付けられる。この方法の難点には、接着剤の除去がある。さらに、静摩擦やスティクションによって半導体ウエハと支持体とが強固に保持されることから、解放には大幅に低減された外圧が必要になる。
【００１０】
US2005/0115679（Kurosawa）には、表面処理が基板の裏面に行われる際に基板を保持する装置が開示されている。該装置は、キャビティによって画定される少なくとも１つの密閉空間を含む。Ｏリングが、基板の前面に接触する。この装置は、捕捉された負圧と大気圧との差を用いて基板を装置に保持するように構成されている。これは、減圧チャンバ内の密閉空間を減圧した後、基板及び装置を大気圧に取り外すことによって達成される。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、真空ポンプに接続するポートを必要とせず、また接着剤で取り付けられる封止層を使用せず、処理及び／又は搬送のためのキャリアに基板を一時的に保持・支持するために搭載真空を提供する方法に関する。キャリアは、基板に対応する形状及び大きさにしてもよい。また、本発明は、当該方法で使用されるキャリアも提供する。
【００１２】
基板の処理中等、基板の取り扱い及び／又は搬送のためのキャリアは、接触面が基板に近づいた時に体積を捕捉するための１つ以上の凹みを有する接触面であり、基板に接触して支持するための接触面と、接触面の周囲にあり接触面からオフセットされている封止面と、封止面上に着座し、基板が接触面と接触しているときに基板への封止を形成するために圧縮されるように構成される封止部材とを含み、封止は、基板とキャリアとの間で捕捉された体積を封止する。封止面は、例えば段により又は接触面から後退することにより、接触面からオフセットされてもよい。
【００１３】
封止面は、好ましくは、研磨面である。封止面は、好ましくは、100nm未満の平均粗さRaを有する。エッチングされた表面は、適度に低い平均粗さを有してもよい。50、20、又は10nmが好ましいが、より低い粗さ値は研磨によってより簡単に得られる。研磨されたウエハは、好ましくは、処理のための海外向け出荷を含む処理期間の大部分に適した長期持続真空を提供するために1nm未満の平均粗さを有してもよい。粗さ値が低いほど、封止された真空をより長く保つことができる。
【００１４】
キャリアは、第一のキャリアウエハと、第一のキャリアウエハよりも大きい直径の第二のキャリアウエハとから形成され、第二のキャリアウエハは第一のキャリアウエハに接合されて第一のキャリアウエハの周縁部に封止面を設けてもよい。封止面は、第二のキャリアウエハの研磨面から形成されてもよい。
【００１５】
接触面と封止面との間のオフセットは、段であってもよい。
【００１６】
封止部材は、使用後に元の形状に戻って再利用できるように、弾性であってもよい。 
【００１７】
封止部材は、好ましくは、円形等の無端状であるが、円形に限定されない。
【００１８】
封止部材は、Ｏリングのような円形の断面を有するリングであってもよい。封止部材に適した材料は、バイトン、ネオプレン、ＥＰＤＭ、及びニトリルであるが、真空の完全性のためにはバイトンが好ましい。
【００１９】
封止部材は、被処理基板の外周のノッチ又はフラットが封止部材の周辺に配置されるように、キャリアのエッジからインセットされてもよい。ノッチ又はフラットの寸法は、ＳＥＭＩ規格で定義される。例えば、76mm（3インチ）の直径の基板は、22mmの主要平坦長さを有し、これによって、基板のエッジが1.7mmまでで円形から削減され、平坦領域のために封止部材の接触線が少なくともこの量だけ円からインセットされることになる。150mm（6インチ）の基板は、57.5mmの主要平坦長さを有し、これによって、平坦領域のために封止部材の接触線が少なくとも5.7mmだけ円からインセットされることになる。300mm（12インチ）の基板は、円周に1mm深さのノッチを有する傾向があり、この点で封止部材が1mmエッジからインセットされることになる。あるいは、Ｏリングは、ウエハの周界に対応する形状であってもよい。例えば、Ｏリングは、ウエハフラットに対応する直線領域を含むか、ウエハノッチに対応するＵ字型領域を含む。
【００２０】
キャリアはさらに、例えば、封止面上で、封止部材の周辺に位置する支持部材を備えてもよい。支持部材は、例えば封止部材から張り出すように、基板のエッジを支持する。代替の配置では、効果的に封止部材が基板をエッジから封止に支持する幅を有するように、封止部材と支持部材とが一つに形成されてもよい。
【００２１】
支持部材は、リングであってもよい。 
【００２２】
ノッチ又はフラットが基板のエッジとフラットとを配置することによって動作するマシンビジョンシステムからはっきり見えるように、支持部材は、少なくとも基板のノッチ又はフラットに一致する大きさで透明であってもよい。あるいは、支持部材は、ノッチ又はフラットが遮られないように基板のノッチ又はフラットに一致する大きさのギャップ又は開口を有してもよい。
【００２３】
支持部材は、基板のエッジ領域を支持するための平面を持つ断面を有してもよい。支持部材は、弾性であってもよい。
【００２４】
キャリアはさらに、キャリアを構成する第一のキャリアウエハのエッジの突起等、封止部材を保持するための突起を提供する形状であってもよい。封止部材は、突起によって保持されるように張力を受けてもよい。
【００２５】
接触面と封止面との間のオフセットは、段によって形成され、段の壁は、面取り部等の突起を含んでもよい。 
【００２６】
支持部材は、支持部材を保持するように封止部材と少なくとも部分的に係合する形状であってもよい。 
【００２７】
支持部材は、より軟質の材料であってもよく、封止リングと同じ材料からなる場合は、封止部材の圧縮が支持部材の圧縮を限定又は定義するように、支持部材を封止部材よりも容易に圧縮されるように設計されてもよい。
【００２８】
第一のキャリアウエハは研磨されてもよく、第二のキャリアウエハは凹部をパターニングされてもよい。第一のキャリアウエハと第二のキャリアウエハとは、好ましくは、同じ材料又は実質的な熱膨張整合材料である。第一のキャリアウエハは、被処理基板のデバイス特徴やトポグラフィを収容するためのさらなる凹部又はキャビティを含むようにパターニング又はエッチングされる。
【００２９】
シリコン基板の薄化や他の処理ステップのために、第一のキャリアウエハと第二のキャリアウエハとは、シリコン、及び／又は、シリコンに熱膨張整合するSchott BF33、MemPax、コーニング7740、及びホヤSD2ガラスや他のガラス、半導体又はセラミックスのうちの１つ以上から形成されてもよい。
【００３０】
あるいは、GaAs等のIII-V基板の薄化その他の処理ステップのために、第一のキャリアウエハと第二のキャリアウエハとは、GaAs等のIII-V材料、及び／又は、GaAs等のIII-V材料に熱膨張整合するガラス、他の半導体又はセラミックスのうちの１つ以上から形成されてもよい。
【００３１】
さらなる代替において、II-VI基板の薄化及び処理のために、第一のキャリアウエハと第二のキャリアウエハとは、II-VI化合物、及び／又は、II-VI化合物に熱膨張整合するガラス、他の半導体又はセラミックスのうちの１つ以上から形成される。この化合物は、取り扱われる基板と同一か膨張整合する。
【００３２】
一例として、InP基板の薄化や処理のために、第一のキャリアウエハと第二のキャリアウエハとは、InP、及び／又は、InPに熱膨張整合するガラス、他の半導体又はセラミックスのうちの１つ以上から形成される。
【００３３】
熱膨張整合は、最大300℃や400℃等のキャリアが経験する処理温度の範囲にわたる。
【００３４】
第一及び第二のキャリアウエハは、好ましくは、例えば陽極又は直接接合によって、中間層を使わずに接合される。
【００３５】
第一及び第二キャリアウエハは、代替的に、熱圧着、はんだ、共晶、ガラスフリット、又は接着剤で接合されてもよい。
【００３６】
キャリアは、例えば基板がエッチング等のさらなる処理を経るときにキャリア材料のエッチングを避けるため、表面上にパッシベーション層コーティングを備えてもよい。キャリアがシリコンからなる場合、適切なパッシベーションは、標準の半導体処理技術を用いて容易に作成することができる酸化膜、窒化膜、又はオキシ窒化物層によって供することができる。
【００３７】
本発明は、処理のために基板又はウエハを取り扱う方法、すなわち、接着剤を使わずに基板をキャリアに一時的に接合する方法であって、チャンバ内に基板を搭載することと、平面に１つ以上の凹部又はキャビティを有するキャリアをチャンバ内に搭載することと、チャンバ内を減圧して第一の圧力P1又は真空にすることと、キャリアと基板とのうちの少なくとも１つを移動してキャリアの接触面を基板に近づけ、キャリアと基板との間の１つ以上の凹部内の第一の圧力で体積を捕捉することと、チャンバ内を第一の圧力より高い第二の圧力に昇圧しながら１つ以上の凹部に捕捉された減圧を維持するために基板及びキャリアを一緒に保持することと、基板及びキャリアの保持を解除し、捕捉された減圧によって処理のためにキャリア及び基板を一緒に保持することとを含む。第二の圧力は大気圧であってもよい。この方法は、キャリア及び基板を結合するために接着剤を用いないため、解除ステップ後にキャリア又は基板を洗浄するステップが必要ないという利点を有する。さらに、キャリア及び基板は、供給ポートを必要とせずに、減圧を保つ。
【００３８】
代替実施形態では、凹部は、基板に形成されてもよい。しかし、この構成は、基板の部品の使用及びパターニングを制限することから、それは、凹部をキャリアに形成することが好ましい。
【００３９】
基板は、シリコンウエハ、GaAsやInP等のIII-Vウエハ、あるいはII-VIウエハ等の半導体ウエハであってもよい。あるいは、基板は、サファイア、ガラス、又は他の材料であってもよい。キャリアは、シリコンウエハ等の半導体ウエハから形成されてもよい。あるいは、キャリアは、ガラス又はサファイアから形成されてもよい。キャリアは、基板と同一又は異なる材料であってもよい。これは、当該基材の耐久性及び後処理に必要な温度範囲に依存する。
【００４０】
封止部材は、好ましくは、接触面からオフセット又は後退するキャリアの封止面に着座し、基板とキャリアとのうちの少なくとも１つを移動して互いに接触させるステップにおいて、封止部材を圧縮して基板への封止及び封止面を形成し捕捉された体積を維持してもよい。
【００４１】
封止部材は、キャリアのエッジからインセットされ、基板とキャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップにおいて、基板の外周のノッチ又はフラットが封止部材の周辺に配置されるように基板をキャリアに位置合わせしてもよい。
【００４２】
キャリアは、例えば、封止面や他の周面に、基板のエッジを支持するための、封止部材の周辺に位置する支持部材を備え、基板とキャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップにおいて、封止部材が圧縮されるときに支持部材を圧縮してもよい。
【００４３】
接触面と封止面との間のオフセットは段であり、段の壁は突起を含み、基板とキャリアとを互いから解放する際に、突起は封止部材を保持する。
【００４４】
基板とキャリアとを互いから解放する際に封止部材が支持部材を保持するように、支持部材は、少なくとも部分的に封止部材と係合してもよい。 
【００４５】
方法は、デバイス及び／又ははんだバンプ形成等、第一の表面の処理が既に行われた基板に行われてもよい。この第一の側の処理は、基板とキャリアとのうちの少なくとも１つを移動して合わせるステップの前に第一の処理ステップを実行することを含む。第一の処理ステップは、デバイス及び／又ははんだバンプのリソグラフィ製造を含んでもよい。基板とキャリアとのうちの少なくとも１つを移動するステップにおいて、第一の表面は、キャリアに対向するように配置される。解除ステップの後、第一の表面に対向する第二の表面の研削又はラッピング等の第二の処理ステップを実行する。第一の表面は基板の前面であり、第二の表面は裏面である。
【００４６】
第二の処理ステップにおいて、基板は、キャリアとの接触によってのみ取り扱われてもよい。 
【００４７】
第二の処理ステップは、基板の薄化であってもよい。 
【００４８】
この方法はさらに、キャリアからの基板の剥離を含み、チャンバ内に基板及びキャリアを搭載することと、基板とキャリアとが互いから解放されるように、第一の圧力よりも低い第三の圧力にチャンバ内を減圧することとを含む。
【００４９】
キャリアは、封止部材の代替として、接触表面の少なくとも一部に封止層を含んでもよい。封止層は、シリコーン等の柔軟材料を含んでもよい。あるいは、封止層は、フォトレジストを含んでもよい。しかし、好ましくは、封止層は、キャリア又は基板に付着しない柔軟材料である。
【００５０】
保持するステップは、チャンバ内が昇圧される間に捕捉された減圧を維持するために、基板及びキャリアを保持する力を加えることを含んでもよい。力は、機械的又は静電式であってもよい。
【００５１】
チャンバ内にキャリアを搭載するステップは、第二のプラテンへ向かって下向きの第一のプラテンにキャリアをクランプすることを含んでもよく、チャンバ内に基板を搭載するステップは、第一のプラテンの下方の第二のプラテン上に基板を配置することを含んでもよい。あるいは、搭載は任意の向きで行われてもよい。しかし、基板が下向きでキャリアが上部プラテンに固定されていることが、基板を解放する必要がある後続の剥離ステップでは最も都合がよいことから、工具の向きを変更する必要がないように同一向きで接合ステップを実行することが好ましい。
【００５２】
第三の圧力に減圧するステップの前に、キャリアと基板との一方を、第二のプラテンに向かって下向きの上部第一のプラテン上に保持することにより、解放時に基板とキャリアとの他方が第一プラテン下の第二のプラテンに受け取られるようにしてもよい。キャリアは、第一のプラテンにクランプされてもよい。
【００５３】
キャリアの凹部は、基板上のトポグラフィ突起と位置合わせされてもよい。 
【００５４】
本発明はさらに、基板に処理ステップが行われた後の基板とキャリアを取り扱う方法を提供する。キャリアは基板をキャリアに保持するために周囲の圧力よりも低い圧力で体積を捕捉する凹部を備え、キャリアと基板とを剥離する方法は、チャンバ内に基板とキャリアとを搭載することと、基板とキャリアとが互いから解放されるように、捕捉された圧力よりも低い圧力にチャンバ内を減圧することとを含む。剥離ステップは、接合ステップと異なる場所で行われてもよい。
【００５５】
本発明はさらに、処理のために基板を取り扱う方法であって、基板と接触面に１つ以上の凹部又はキャビティを有するキャリアを第一の温度に加熱することと、キャリアと基板とのうちの少なくとも１つを移動してキャリアの接触面を基板に近づけ、キャリアと基板との間の１つ以上の凹部内の第一の温度で体積を捕捉することと、キャリアと基板との温度を第二の温度に下げながら１つ以上の凹部に捕捉された減圧を維持するために基板及びキャリアを保持し、捕捉された体積を減圧へ冷却することと、基板及びキャリア上の保持を解除し、捕捉された体積によって処理のためにキャリア及び基板を一緒に保持することとを含む。
【００５６】
この方法はさらに、基板に処理ステップを行うことと、基板とキャリアとが互いから解放されるように第一の温度より高い第三の温度に基板及びキャリアを加熱することと、基板とキャリアとを冷却することとを含む。
【００５７】
本発明はまた、基板に処理ステップが行われた後の基板とキャリアとを取り扱う方法を提供する。キャリアは基板をキャリアに保持するために体積を捕捉する凹部を備え、方法は、基板とキャリアとが互いから解放されるように、凹部で体積が捕捉された温度よりも高い温度に基板とキャリアとを加熱することと、基板とキャリアとを冷却することとを含む。
【００５８】
本発明は、基板の取り扱い及び／又は搬送のためのキャリアであって、接触面が基板に近づいた時に体積を捕捉するための１つ以上の凹みを有する接触面を有するキャリアを提供する。１つ以上の凹みは、接触面が基板と接触しているときに凹部が閉じられて凹部を通した体積の流れが起こらないように、閉じたチャネルを含む。接触面に形成される閉じたチャネル又は凹部は、内部キャビティやキャリアの反対側の表面等他の表面へと延びないチャネル又は凹部を意味する。接触面は、真空を封止するための柔軟材料で構成されてよい。キャリアは、半導体ウエハで形成され、チャネルは、存在する場合半導体ウエハと柔軟層とによって単独で完全に閉じられる。
【００５９】
本発明は、真空を用いるかキャリアと基板とを加熱する接合方法を含む。これらの方法は、熱や圧力に基づく方法の一方を使用して接合が実行され、熱や圧力の技術の他方を使用して剥離が実行されるように組み合わせてもよい。
【００６０】
また、接合ステップは、熱と減圧との組合せを用いて行うことができ、剥離ステップも、熱と減圧との組合せを用いて行うことができる。接合ステップにおける熱と減圧との組み合わせにより大気圧より低い捕捉された体積の圧力になる限り、接合ステップは成功である。さらに、剥離ステップでの熱と減圧との組み合わせにより接合ステップで使用される同等の圧力よりも低い捕捉された体積の圧力になる限り、剥離ステップは成功である。
【００６１】
本発明はさらに、基板の処理中等、基板の取り扱い及び／又は搬送のためのキャリアに基板を搭載する装置であって、チャンバ内に配置された上部プラテンと下部プラテンとを含む装置を提供する。チャンバは、真空又は大気圧よりも低い圧力に排気され、上部プラテンは、下部プラテンの上に下向きに配置され、キャリアを保持するように構成され、下部プラテンは、基板を受け取るように構成され、キャリアと基板とを接触させるべくプラテンが互いに近づくように、上部又は下部プラテンが他プラテンに対して上下に移動可能であり、プラテンの少なくとも一方は、基板とキャリアとの位置合わせのために横方向及び／又は回転方向に移動するよう構成される。代替では、上部プラテンが基板を受け取り下部プラテンがキャリアを受け取るようにキャリアと基板とを交換してもよい。
【００６２】
装置はさらに、位置合わせされ互いに接触するキャリア及び基板を表示・撮像する撮像システムを含んでもよい。
【００６３】
キャリアは、基板とキャリアとの位置合わせの際に表示するための位置合わせマークを備えてもよい。 
【００６４】
プラテンの少なくとも一方は、上部プラテンに保持されたキャリアと基板の表面とを見るための穴又は光学的に透明な窓を含んでもよい。 
【００６５】
撮像システムは、赤外線及び／又は可視光を使用して動作してもよい。 
【００６６】
チャンバは、上部プラテンと下部プラテンとのうちの一方に保持されたキャリアと、上部プラテンと下部プラテンとのうちの他方上の基板表面とを見るための透明な窓を含んでもよい。 
【００６７】
チャンバは、撮像システムのカメラを含んでもよい。 
【００６８】
プラテンの少なくとも一方は、キャリアと基板との間の凹部に捕捉された体積を昇圧するようにキャリアと基板との温度を上昇させるためのヒータを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら以下に説明する。
【図１ａ】キャリアの径方向断面の概略図である。
【図１ｂ】図1ａのキャリアの平面図である。
【図１ｃ】図1ａのキャリアの凹部の代替実施形態の平面図である。
【図２】接合チャンバの概略図である。
【図３】基板・キャリア対の断面の概略図である。
【図４】コンプライアント接着層を含む基板・キャリア対の断面の概略図である。
【図５】基板・キャリア対を接合するステップのフローチャートである。
【図６】基板・キャリア対を剥離するステップのフローチャートである。
【図７ａ】Ｏリング封止部材を含み基板と接触するキャリアの別の実施形態を概略的に示す。
【図７ｂ】Ｏリング封止部材を含み基板と接触するキャリアの別の実施形態を概略的に示す。
【図８】図７ｂにおいて「Ｃ」として示される封止部材とその周辺領域との拡大図である。
【図９】図８に対応しさらに別の実施形態に係る支持部材を含む拡大図である。
【図１０】図８に対応しさらに別の実施形態に係る支持部材を含む拡大図である。
【図１１】図８に対応しさらに別の実施形態に係る支持部材を含む拡大図である。
【図１２】図１０に対応し支持部材を保持するキャリアの形状エッジを含む拡大図である。
【図１３】図１２に対応し支持部材も保持のために成形される拡大図である。
【図１４】さらに位置合わせシステムを含む図２の装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
多くの集積回路、MEMS、及びIII-V製造プロセスは、基板の薄化や処理中の薄化基板又はウエハの取り扱いを要する。例えば、ウエハ又は基板の前面側にデバイスを作製した後、ウエハ又は基板の裏面側の処理が必要である場合が多い。一例として、裏面薄化がある。従来の技術では、接着剤を用いてウエハ又は基板をキャリアに接合する。裏面処理を行った後、ウエハ又は基板は、キャリアから剥離される。
【００７１】
図１ａ及び１ｂは、処理中にウエハ又は基板を支持するキャリア10を示す。以下の説明では通常半導体基板を指す用語であるウエハやプロセスウエハを使用するが、ガラス等の他の基板もこのやり方で処理することができる。
【００７２】
キャリア10は、処理又は取り扱われるプロセスウエハと同様の平面寸法を有する。例えば、図１ｂに示すようにキャリアは円形であってもよい。図１ｂにおける線Xは、図１ａに示す断面の線を表す。キャリアは、好ましくは、処理又は取り扱われるプロセスウエハと同じ直径を有する。キャリアは、処理対象ウエハと同じ材料の基板であってもよい。したがって、裏面薄化されるシリコンウエハに対して、キャリアは、直径100mmウエハ用の500μmや直径200mmウエハ用の700μmの全体厚さのシリコンウエハであってもよい。キャリア10には、平面の一方に凹部15が設けられている。凹部を有する平面又は接触面17は、取り扱いのためにプロセスウエハに組み立てられる。凹部は、エッチング等の周知の技術によって、又は、粉末ブラスト等の物理的摩耗プロセスによって、キャリアに形成してもよい。図１ｂに示すように、凹部は、接触面17にわたって配される一連のキャビティである。凹部は、はんだボール等のプロセスウエハ上の高いスポットと一致するように配されてもよい。キャリアは、プロセスウエハのレイアウトのために特別に配置された凹部を有してもよい。凹部を高いスポットに位置合わせすることで、プロセスウエハは、キャリアの接触面に対して平らに着座することができる。図1ｂに示すように、キャビティは円形であるが、プロセスウエハ上の高い点又は隆起形状に対応するように他の形状及び配置を使用してもよい。
【００７３】
図1ｃに示す代替配置では、凹部は、同心円状のリングである。リングの直径は、リングが接触面に広がるような範囲内にある。
【００７４】
あるいは、キャリア10は、好ましくは、ウエハと整合する熱膨張係数を有する金属で構成されてもよい。例えば、コバール（RTM）とインバーは、それぞれGaAsとシリコンに略整合する。
【００７５】
図２は、キャリア10とプロセスウエハ20とを「接合」する装置100を概略的に示す。装置は、真空チャンバ140に配置される上部プラテン110と下部プラテン120とを備える。上部プラテン110は、下部プラテン120の上で下向きに配置される。上部プラテン110は、クランプ等によってキャリア10を保持するように配置される。クランプは、3点エッジクランプであるが、静電チャック等のキャリアを保持する他の方法も可能である。下部プラテン120は、プロセスウエハ20を受け取るように配置される。プロセスウエハは重力によって下部プラテン120上に保持されるため、クランプは不要である。プラテンの少なくとも一方は、プラテン同士が共に動くように、上下動可能である。図２において、下部プラテン120には、下部プラテンを上方に持ち上げる垂直駆動機構130が設けられる。この方向は、一般にz方向と呼ばれ、上下動はz駆動と呼ばれる。プラテンと駆動方向は他の構成であってもよい。例えば、上部プラテンを下方に移動するように構成することができる。
【００７６】
真空チャンバ140は、2つのポートを備えている。第一のポート160は、チャンバを部分的な真空にポンプダウンする等、チャンバ内を減圧するポンプへの接続を提供する。他のポート150は、大気圧に戻す等、チャンバ内を昇圧する通気弁である。あるいは、通気弁を、不活性又は非反応性ガス等のガス源に接続してもよい。通気弁150は、大気以外の圧力へチャンバ内の減圧又は真空が緩やかに開放されるように構成される。
【００７７】
図５は、処理又は取扱いのためにキャリアとプロセスウエハとを「接合」する方法のステップを示すフローチャートである。用語「接合」は、ウエハとキャリアとの間に物理的な接着結合が形成される技術用語として使用されている。しかし、以下の方法では、接着剤組成物を使用しない。
【００７８】
チャンバを開いた後、ステップ210及び220において、キャリア10とプロセスウエハ20とをチャンバ内に搬入する。キャリア10は、上部プラテン110に搭載され、クランプでプラテンに保持される。プロセスウエハ20は、下部プラテン120上に搭載される。前述の通り、プラテン、プロセスウエハ、及びキャリアは違う構成であってもよい。例えば、キャリア10を下部プラテン120に配置し、プロセスウエハ20を上部プラテンに配置してもよい。ウエハエッジを損傷する可能性のあるクランプをウエハに施す必要がないことから、プロセスウエハ20を下部プラテン120上に置くことが好ましい。
【００７９】
プロセスウエハ20とキャリア10を搭載した後、ステップ230において、チャンバ140をポンプダウンして減圧する。どの程度減圧するかについての詳細は、後述する。チャンバ内を減圧した後、zドライブ130を作動して、プロセスウエハ20を保持する下部プラテン120を上昇させる。プラテン120は、ステップ240に示すようにプロセスウエハ20がキャリア10に接触するまで、上昇する。図３に示すように、キャリア10とプロセスウエハ20が接触し、接触面17の凹部15によって減圧が捕捉される。
【００８０】
図５のステップ250は、チャンバ内を昇圧しながらプロセスウエハ20とキャリア10とを一緒に保持するために力を加える最終ステップである。昇圧後、加えられた力を除去することができる。プロセスウエハ・キャリア対の外側の圧力が高いほど、キャリアとプロセスウエハとは強く結合される。図２の装置を用いて、下部プラテン120上のzドライブ20により力を加えてもよい。
【００８１】
キャリア・プロセスウエハ対をチャンバから取り出す際には、チャンバ内を大気圧まで昇圧する。いくつかの実施形態では、キャリア・プロセスウエハ対は、同一の装置内でさらなる処理を受けるか、あるいは、さらなる処理のために他の機器に減圧下で移送される。このような場合、昇圧は行うが、大気圧までは昇圧しない。昇圧後、封止されたプロセスウエハ・キャリア対をチャンバから取り出す。
【００８２】
キャリア10は、さらなる処理中にプロセスウエハ20に剛性と支持を与える。さらなる処理は、例えば、ラッピング、研磨、研削、又はビア形成等である。ラッピング、研磨、及び研削は、特にプロセスウエハ20のエッジで破断のリスクが低い状態で行うことができる。ビアは、キャリアによる支持によって、ウエハ全体で破断のリスクが低い状態でプロセスウエハ20に形成することができる。これらのプロセスステップは、プロセスウエハ20の裏面に行われる。例えば、前面側での集積回路の製造後、急速に熱を発散する必要や3次元集積デバイスの一部を形成する等の意図する用途にとって、ウエハは厚すぎることがある。ビアのより詳細な説明は、後述する。
【００８３】
裏面処理ステップが完了した後、プロセスウエハ20をキャリア10から取り外すことができる。プロセス対を封止する図２に示す同じ装置を分離の際にも用いることができる。図６に分離ステップを示す。まず、ステップ310において、封止対を装置100に搬入する。対は、キャリア10をクランプでプラテン110に保持しプロセスウエハ20を対の下側にして、上部プラテン110に搭載される。あるいは、プロセスウエハ20をプラテンにクランプしてもよい。しかし、プロセスウエハ20の損傷を防ぐためには、キャリア10をクランプするほうが好ましい。次のステップ320において、下部プラテンを持ち上げて封止対に近づける。これは、下部プラテン120を移動するｚドライブを作動することによってなされる。下部プラテン120がプロセスウエハ20の下面に100μmや50μm等近接したら（原理上は、プロセスウエハを下部プロテン上に落下させる際の距離は任意であるが、距離が大きいほど損傷のリスクは大きい）、ステップ330に示すように、チャンバ140内を減圧する。圧力は、以前対を封止するために凹部に捕捉された圧力（P1未満、ステップ230参照）を下回るまでポンプダウンされる。ステップ340において、凹部に捕捉されたより高い圧力がキャリア10からプロセスウエハ20を引き離し、プロセスウエハ20が解放される。プロセスウエハ20は、下部プロテン120上に落下する。
【００８４】
プロセスウエハ20とキャリア10との間の静摩擦やスティクションによってプロセスウエハとキャリアとをP1未満の圧力へ保持しているため、解放に必要な減圧は、P1を僅かに下回る。解放後、ステップ350に示すように、通気弁150等でチャンバ140内を昇圧して大気圧に戻し、キャリアとプロセスウエハをチャンバから取り出すことができる。
【００８５】
キャリア10は損傷せず、ステップ350後に洗浄も必要ないため、次のプロセスウエハのために装置100に残されてもよい。
【００８６】
次の表１は、封止対の外に比べて凹部内の1ミリバール及び100ミリバール圧力差によって支持可能な質量を示す。支持可能な質量は、標準サイズのシリコンウエハの質量と比較される。
【００８７】
【表１】
2015517741.tif 000003
表１：  プロセスウエハの質量と、1ミリバール及び100ミリバール圧力差によって支持される質量との比較（ウエハ面積の50％に基づく真空領域）。
【００８８】
例えば、表１では、525μmの厚さを持つ直径100mmのシリコンウエハに対して、ウエハの質量は9.5グラムである。減圧は、キャリアの凹部に捕捉される。凹部がウエハ（及び、同じサイズである場合のキャリア）の面積の半分を占めるとすると、減圧は39.3cm3の領域に作用する。捕捉された減圧が周囲圧力よりも1ミリバール低い場合、例えば1000ミリバールの公称大気圧でのウエハ及びキャリアにとって、凹部に捕捉された圧力が999ミリバールである場合、支持可能な最大質量は39.3グラムである。これは、1ミリバールの圧力差によって容易に100mm´525μmのシリコンウエハを支持することができることを意味する。
【００８９】
表１に示す4つのウエハのそれぞれについて、1ミリバールの圧力差は、ウエハを支持するのに十分である。さらに900ミリバールまで減圧して100ミリバールの圧力差を得ると、多くの特徴が既にウエハ上に処理されている場合でも必要とされるであろう保持力よりもさらに大きい保持力が与えられる。353cm2の最大真空領域に対して、35キロの質量を有するウエハを支持することができる。
【００９０】
表２は、圧力差が1ミリバール差から900ミリバール差に増加するにつれて支持可能な質量がどのように増加するかを表す。
【００９１】
【表２】
2015517741.tif 000004
表２：  外部の大気圧を仮定して、キャリアに対するプロセスウエハへの押圧力の変動、及び面積の50％が凹部である直径150mmウエハに対して支持される質量の変動の一例。
【００９２】
上記のように、図１ａ、１ｂ、及び１ｃは、キャリア10の接触面17における凹部15を示す。図示される凹部は円形キャビティ又は同心リングであるが、任意の形状とすることができる。上記の分析の多くは、接触面17の面積の50％が凹部であると仮定している。この割合は、計算に便利であるが、必要要件ではない。図１ｂの円形キャビティの構成において、斜線領域は凹部を表す。この図では、面積の約16％が凹んでいる。図１ｃの同心リングの構成では、凹部面積は総面積の約40％である。50％の凹部面積を得るためには、キャビティ又はリングの直径を調整する必要がある。あるいは、より大きな圧力差を用いて50％未満の凹部面積を補うことも可能である。
【００９３】
凹部の構成は、同心リング又は円形キャビティである必要はなく、その他多くの凹部パターンを使うことができる。凹部の数及び形状は、減圧によって保持され得る質量を直接決定するものではなく、むしろ凹部の総面積が決定要因となる。凹部面積が大きいほど、クランプ力は大きい。単一の大きなキャビティを使用することもでき、この凹部は製造が単純で便利である。そのような凹部は、例えば、50％の凹部面積を供し、フォトリソグラフィマスクによって製造可能である。あるいは、多くの小凹部を形成してもよい。これらの小凹部は、プロセスウエハトポグラフィの隆起点と一致してもよい。
【００９４】
ある実施形態において、図４に示すように、キャリア10とプロセスウエハ20との間に封止層30を設ける。キャリア10の凹部は、キャリア10に感光層を塗布し、フォトリソグラフィを用いて当該層に凹部をパターニングすることによって形成されてもよい。凹部を形成した後、フォトレジスト等の感光面が残り、封止面を形成することができる。フォトレジストは、柔軟で、プロセスウエハを移動して接触させたときにわずかに変形する。しかし、フォトレジストはプロセスウエハに転写されることがあり、その場合洗浄が必要になることから、プロセスウエハに付着しない封止層を使用することが好ましい。
【００９５】
一実施形態では、一連の穴がスタンプされた薄いシリコーンシートを、封止層として使用する。図４に示すように、穴は、キャリアの凹部に一致するようスタンプされる。完全に一致する必要はないが、少なくとも部分的な一致を要する。シリコーンシートは、キャリアと同じ直径である。シリコーンシートは、凹部内に減圧を封止するために、キャリアとプロセスウエハとの間の中間層となる。他の柔軟な材料を封止層に用いてもよい。一実施形態では、単一の大きな凹部と、環状のシリコーンシートとを用いる。
【００９６】
封止層の材料の他の例としては、ポリイミド等のポリマーがある。ポリイミドは、キャリアに層として直接塗布するか又はシート材料として使用することができる。最も可能性の高い製造方法では、ポリマー上にスピンし、前述の方法等によって、フォトリソグラフィを用いて凹部又はキャビティを形成する。代替方法では、ポリマーをキャリアに塗布し、付加的なフォトレジスト層を用いてポリマー及びキャリアに凹部をパターニングしてもよい。このフォトレジストは、キャリアを使用する前に除去してもよい。
【００９７】
前述したように、キャリア10からプロセスウエハ20を分離する際に、静摩擦やスティクションのために、解放のための圧力を、キャリアとプロセスウエハとを結合する時に用いる圧力P1を下回るマージンで低くする必要がある。シリコーンシートを使用した場合、スティクションは比較的高い。上記実施形態では、1ミリバール及び100ミリバールの圧力差について記載した。後者については、700ミリバールの解放圧力差がスティクションを克服するために必要であった。すなわち、チャンバ内が200ミリバールに減圧され、これは900ミリバールの封止圧力P1を下回る700ミリバールマージンである。
【００９８】
一実施形態では、静摩擦を、キャリアと基板とを結合する前に剥離材を塗布することによって低減してもよい。剥離材は、封止層、キャリア、又は基板に蒸気として塗布することによって提供され得る。剥離材は、基板への界面での表面エネルギーを低下させる。剥離材の例としては、封止又は柔軟層に用いられるポリマーの種類等の塗布の対象となる材料に応じて、HMDS（ヘキサメチルジシラザン）、DDMS（ジメチルジクロロシラン）、又はTCS（トリクロロシラン）がある。
【００９９】
さらなる実施形態では、静摩擦を克服し、剥離時に基板及びキャリアの分離を容易にするために、力を加えてもよい。例えば、前述のように、キャリア10をエッジクランプによって上部プラテン110に保持して、チャンバ内が減圧されるにつれてチャックを遠ざけてキャリアと基板とを分離するための力を与えるようにしてもよい。この構成では、プラテンは、上部及び下部プラテンを入れ替えるか又は並べて使う等の代替的な配置で使用してもよい。 
【０１００】
薄化基板又はプロセスウエハが特に薄くなると、静摩擦やスティクションの問題が顕著になる。例えば、シリコン貫通ビア（TSV）を有する基板では、薄化の後、基板厚さは20μmまで低くなる可能性がある。直径200mmのウエハの場合、この厚さの基板は、約1 .5グラムの非常に小さな質量を持つ。したがって、剥離処理においてキャリアを反転したときに封止層から基板を取り外す重力による力はほとんどない。基板の質量が小さいと、基板をキャリアに取り付けるために用いられる圧力未満に外側チャンバ圧力を低下しても、基板がキャリアの封止層に貼り付いてしまうかもしれない。しかし、20μm厚さのウエハを扱う場合、真空チャックの使用は実用的な選択肢であるものの、基板とキャリアとを分離するための機械的手段の使用を避けることが好ましい。この場合、プロセスウエハは、真空チャックにクランプされ、その後キャリアからプロセスウエハを分離するために真空チャックはキャリアのための増加距離へ移動される。スティクションのレベルは、基板とポリマー封止層との接触面積を低減することによって低減することができる。
【０１０１】
本発明の好ましい実施形態では、図７ａ及び図７ｂに示すように、上述の封止層の場合のように接触面17の大部分をカバーしない封止部材を使用する。図７ａ及び図７ｂにおいて、基板が上になるように、キャリア10と基板20の向きが図４と逆になっている。封止部材22は、キャリア10のエッジに向かって配置されるリング又はループであってもよい。リングの形状は任意であるが、半導体基板が円形であるため、円形リングが好ましい。漏れを回避するために、リングは無端であるべきである。つまり、リングは切れ目なく完全なループを形成するべきである。様々な断面のリングが利用可能であるが、円形の断面、すなわち、Ｏリングは、封止を達成する良好な圧縮性を示すだけでなく、基板との接触面積を最小にする。凹部15の内圧が外圧よりも低い場合、図７ｂに示すように、封止部材又はＯリングは、基板がキャリアの接触面17に接触するまで圧縮される。その結果、基板はキャリアに強固にクランプされる。
【０１０２】
搬送、取り扱い、及び処理等の実用的な目的のために十分持続する良好な封止を得るために、封止部材が接触する表面には、特別な要件がある。US2005/0115679等の従来技術の手法は、封止のためキャリアに加工溝を用いる。このような表面は、真空の保持を可能にするが、溝の表面粗さのせいですぐに失われる。あるいは、Hurley等他の手法は、封止と加工溝とを使用するが、真空を維持するために、キャリア中のキャビティは、継続的にガスや空気の侵入を除去するためにポンプシステムに接続されている。このようなシステムは、通常、0.8μm（N6グレードの表面仕上げとして知られている）の表面粗さRaを有する。
【０１０３】
本発明において、封止部材が接触する表面の表面粗さを低減することにより、能動的なポンプ動作を必要とせずに、より長く持続する真空を達成することができる。単に機械加工された表面を使用する代わりに、研磨面によってこれを達成することができることが確認された。
【０１０４】
本発明を用いた実験によると、排気されたキャリアが大気圧まで漏れる時間は、N6表面仕上げ（Ra:0.8μm)に対してＯリング封止部材で封止する場合はわずか数時間である一方、標準的なシリコンウエハ用の10nm未満好ましくは1nm未満のRaの研磨面等の研磨面に対してＯリングで封止する場合は数週間に及ぶ。表２に示すように、接合のためにチャンバで使用される圧力は、50kPa以下、より好ましくは50kPaより大きい（ただし、大気圧未満）としてもよい。
【０１０５】
シリコンに溝を加工し、適切な表面仕上げを得るために溝の底面を研磨することは困難である。本発明は、２つ以上のキャリアウエハからなるキャリアを提供する。図７ａに示すように、キャリア10は、第一のキャリアウエハ10aと、第一のキャリアウエハ10aよりも大きい直径の第二のキャリアウエハ10bとを備えている。第一及び第二のキャリアウエハは、第二のウエハの周囲が露出するように接合される。第二のキャリアウエハは研磨面を有しており、この露出部分によって、封止部材が着座する封止面19が形成される。
【０１０６】
より詳細には、キャリア10は以下のように製造される。以下の例は、直径200mmのシリコン基板を取り扱うのに適しているが、他のサイズや材料の基板にも適応可能である。まず、標準的な直径200mmのシリコンウエハとすることができる第二のキャリアウエハ10aから始める。SEMI仕様研磨ウエハの表面仕上げは、1nm未満のRa を有し、これにより、Ｏリングの封止及び非ポンプ真空完全性の達成に適した表面となる。別の実施形態において、材料は、Schott BF33、MemPax、コーニング7740又はホヤSD2等のシリコンに熱膨張整合するガラスである。それから、わずかに小さい直径（例えば、190mm）の第一のキャリアウエハ10aを、第二のキャリアウエハ10bに同心接合する。このより小さい直径のウエハも、シリコン又はTCE整合ガラスからなってもよい。２つのウエハは、陽極接合（シリコン・ガラス組み合わせ用）又は直接接合（シリコン・シリコン組み合わせ又はガラス・ガラス組み合わせ用）を用いて接合される。このような熱的に整合したキャリアは、異なる材料の熱膨張差によって引き起こされるキャリア内の大きなストレスや屈曲なしで、室温と高温（300℃以上）との間で循環が可能である。
【０１０７】
図７ａに示すように、第一のキャリアウエハ10aの厚さは、好ましくは、封止部材又はＯリングの厚さよりもわずかに小さい。これにより、Ｏリングが圧縮されると、基板は第一のキャリアウエハ10aの接触面17と接触する。したがって、Ｏリングと第一のキャリアウエハ10aとの厚さの差は、大気圧下でのＯリングの圧縮値未満である必要がある。3mm断面のＯリングの一般的な圧縮値は、（Ｏリング材料及びそのショア硬さに応じて）100〜200μmであるため、2.85mmの厚さが、第一のキャリアウエハ10aに適している。
【０１０８】
図７ａ及び図７ｂに示される実施形態では、基板の円周上に封止部材を配置することが好ましい。しかし、半導体ウエハは、位置合わせ及び／又は結晶軸同定のためのノッチ又はフラットを有する。ノッチは、200mm及び300mm直径のシリコンウエハにあり、フラットは、2インチ（50.8mm）、3インチ（76.2mm）、100mm、125mm、150mm直径のシリコンウエハ等の小さいウエハにある。ノッチ又はフラットにより、Ｏリングを円周に配置することができない。代わりに、封止を達成するために、基板エッジの例えば数mm内側に位置する必要がある。これによりシリコンのオーバーハング部分が生じ、ウエハ薄化ステップにおいて問題になる可能性がある。ウエハの中には、同様の手法を要する二次フラットを含むものもある。
【０１０９】
上述の構成において、Ｏリングは、基板とキャリアの略円形形状に続く円をなす。しかし、代替構成では、Ｏリングは、フラット（幾何学でコードとして知られている）を含む円形を形成するように保持されてもよい。さらなる代替において、Ｏリングは、フラット又はノッチがある箇所以外の円周に位置してもよい。このときも、Ｏリングは、非円形で、基板エッジから後退していてもよい。以下の表３は、SEMI規格で定義されるシリコンウエハの直径と対応する一次及び二次フラット寸法とを示す。
【０１１０】
【表３】
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表３：  シリコンウエハの一次及び二次フラット長さやノッチの寸法（mm）。150mm直径のウエハでは、一次フラット長さは、二次フラットもある場合57.5mm、二次フラットがない場合47.5mmである。200mm及び300mm直径では、フラットの代わりにノッチがあり、二次基準がない。
【０１１１】
図８は、図７ｂにおいて「Ｃ」として示される領域の拡大図である。封止部材が基板のエッジからインセットされる場合、オーバーハング24がある。基板の薄化の結果、このオーバーハングが非常に脆くなり、処理中に破損する危険がある。
【０１１２】
図９は、キャリアのさらなる実施形態を示す。この実施形態では、オーバーハング24aを支持するために支持部材26aが設けられている。この支持部材も、Ｏリングであってもよいが、封止を提供する必要はない。図９に見られるように、基板のエッジは、オーバーハングを最小限に抑えるために、Ｏリングの頂部近くにある。
【０１１３】
支持部材の使用に伴って起こり得る問題としては、基板薄化後ステップにおいてフォトリソグラフィ用の位置合わせに用いられることの多い基板のノッチ又はフラットが見えにくくなることがある。ノッチ又はフラットが見えにくいと、フォトリソグラフィアライナは、ウエハの向きを検出することができず、当該ステップは失敗する。これを防ぐために、アライナ光学系が基板のノッチ又はフラットの視線検出を行えるように支持部材に開口（スロット、ギャップ、隙間、空隙等）を含めるか、あるいは、外側支持リング（又は少なくとも一部）をシリコーンのような透明材料で構成する。
【０１１４】
図１０は、キャリアのさらなる実施形態を示す。この実施形態では、支持部材26bは、その頂部に平坦支持面を持つ特殊な断面を有する。これにより、Ｏリングに対する基板の位置合わせの許容性が増す。特殊な断面の頂部における平坦支持面は、薄化ウエハの支持に役立ち、薄化中の破損オーバーハングによるウエハ損傷のリスクを大幅に低減する。
【０１１５】
基板エッジを損傷から保護するとともに、支持部材には付加的な利点がある。支持部材は、RIEや堆積中等の薄化プラズマ後処理中のアーク放電を防ぐ。
【０１１６】
図１１は、支持部材が平坦支持面を有する、図１０と類似の実施形態を示す。しかし、ここでは、支持部材26cは、キャリアの直径が基板の直径よりも小さくなるように、台形の形状を有している。図１０の実施形態の利点を維持しつつ、アクセス及び位置合わせを容易にするためにウエハのエッジにより大きな間隙が設けられる。基板のエッジは、支持部材26cのエッジに略位置合わせすることができるが、Ｏリング22によって封止が形成されているので、位置合わせ要件は、図７及び図８の実施形態ほど厳密ではない。
【０１１７】
Ｏリングの使用に起因する問題は、基板をキャリアから解放する剥離ステップにおいて起こる。キャリアの凹部が正の内圧になり基板をキャリアから離すように、チャンバ内を減圧することによって基板を解放する。このプロセスは、基板が下側になるように接合／剥離装置の上部プラテンにキャリアをクランプすることにより行われる。その後、基板は、重力下で落下し、キャリア下の約1mm以下の平面内に位置する下部プラテン上で収集される。
【０１１８】
問題は、基板解放時に、Ｏリングも落下することである。これは、剥離されたキャリアと基板とを基板／ウエハ取扱いツールで回収する際に問題になり得る。図１２の実施形態は、Ｏリングを係留するようにキャリアに突起を含めることによって、この問題を解消する。例えば、図１２の構成では、キャリアは、２つのキャリアウエハを接合する前にキャリアの第一のキャリアウエハ10aに形成された面取りエッジ28を含む。Ｏリングを確実に係留する別の方法では、表面間の突起又は段に対して張力を受けた状態で保持されるようにＯリングをサイズを調整する必要がある。面取りエッジ以外の突起形状を用いてもよい。
【０１１９】
図１３は、同様の保持概念が支持部材26dに適用可能であることを示す。特殊な断面の支持部材は、基板解放時に支持部材も解放されないように、Ｏリングと係合又は嵌合する。支持部材26dは、少なくとも部分的に係合するように成形された表面29を有している。本例の場合、Ｖ字型の顎形状が、Ｏリングの周囲の一部の周りで係合する。 
【０１２０】
第一及び第二キャリアウエハ10a及び10bに使用される材料は、好ましくは、接合基板の処理中の屈曲や応力を回避するために、保持される基板と熱膨張整合する。これは、同じ材料を用いることにより実現可能である。例えば、シリコン基板を保持するために、キャリアもシリコンからなるものであってもよい。
【０１２１】
封止部材及び支持部材は、圧縮可能な弾性材料からなる。上記の記載及び図７ｂ〜１３で示すように、凹部が排気され対が高圧環境に戻ると、封止部材は、キャリアの接触面に接触する必要がある。図７ａ及び７ｂに示すように、結果として封止部材は圧縮される。よって、良好な封止を得るために封止部材の圧縮を妨げないように、支持部材26は、封止部材よりも柔らかい材料からなるべきである。代替又は組み合わせとして、支持部材が封止部材よりも圧縮しやすいように、支持部材を成形されてもよい。この構成では、支持部材は、封止部材と同程度以下にしか圧縮されない。適切な材料の例では、封止部材及び支持部材は、両方ともバイトンからなるが、ショア75材料を封止リングに、及びショア50材料を支持部材に用いる。バイトンの代わりに、シリコーン、ネオプレン等の他のＯリング封止材料を用いることもできる。また、封止部材が圧縮量を規定するという原則が保たれるなら、異なるショア値を用いてもよい。
【０１２２】
本発明のさらなる実施形態において、プロセスウエハ20は、前面側を処理され、その結果プロセスウエハ20の前面側にはんだバンプその他のトポグラフィが生じる。この場合、キャリアの凹部は、隆起したあるいは感知可能なトポグラフィ特徴がキャリアの凹部内に位置するように、配置される。これにより、特徴を保護するとともに、封止を形成するためプロセスウエハの表面を完全にキャリアに接触させることができる。
【０１２３】
真空キャリアの主な用途は、基板の薄化用の研削／研磨ステップで基板を支持し、次いで、薄化ウエハに行われるべき後続ステップで薄化ウエハを保護することである。3次元集積回路の用途では、ウエハ貫通ビア（TSV）を用いて、基板間の垂直相互接続を行う。TSVを用いた3次元集積には、３つの可能なプロセスオプションがある。これらは、TSVファースト、TSVミドル、及びTSVラストとして知られている。これらは全て、基板接合及び薄化ステップを必要とするが、それぞれ異なる接合後要件を有する。
【０１２４】
以下の表４は、３つの技術を要約する。
【０１２５】
【表４】
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表４：  ３つのTSVプロセスオプションである、TSVファースト、TSVミドル、及びTSVラストの比較。（註：BEOL=バック・エンド・オブ・ライン）
【０１２６】
これら３つの手法のうち、TSVラストは、キャリアを用いた下流プロセスの互換性に関して最も厳しい。研削／裏面薄化に加えて、キャリアは、裏面エッチング、キャビティ絶縁、及びキャビティ充填と互換性がなければならない。これらのステップは、キャリアの互換性に以下の要件を追加する。
- 真空中でのキャリア接合基板の浸漬
- 300℃までの高温処理
【０１２７】
一見、真空浸漬要件が問題であると思われるが、基板を上向きにしてキャリアを真空チャンバ内に配置すれば、デバイスウエハをキャリアから切り離すことなく、深掘り反応性イオンエッチング（DRIE）やプラズマ促進型化学気相成長（PECVD）等の真空プロセスステップを行うことができる。この向きでは、真空浸漬中にキャリアを300°Cまで加熱することも可能である。この実証には成功しているが、キャリアと基板との熱膨張整合の必要性が確認されている。真空チャンバから取り出したときにキャリアが依然プロセスウエハに接合していること、及び、その後減圧及び昇温によって剥離する機能が、成功裏に実証されている。
【０１２８】
さらに最近では、ビアミドルプロセスが、将来の生産において最も有望視されている。表４に示すように、この方法では、ビアは既に基板に形成されていて、（基板の反対側の面からの）薄化ステップによって、ビアの上部数ミクロンがあらわになる。研削は十分に選択的ではないので、研削ステップは、ビアの頂部から約10μmで終了し、ウェット又はドライエッチングを使用して薄化を完了する。ドライエッチングを用いる場合、キャリアにさらに互換ステップが与えられる。すなわち、キャリアは、高真空環境において基板を保持し続けなければならない。プラズマエッチングはミリバールレベルの圧力で行われるが、プロセスガスをチャンバ内に導入する前に、チャンバは、通常、高真空にポンピングされる。本実施形態は、キャリア外部の圧力が基板をキャリアに封止する際の圧力よりも低くても、高真空環境での浸漬と互換性があることが示されている。この成功の理由は、キャリア・基板アセンブリが、基板を上にしてプラズマプロセスチャンバ内に搭載され、チャンバが（キャリアの）内部真空レベルまで減圧されるにつれて、基板が封止部材に重力とスティクションとの組合せによってのみ所定位置に保持されるからである。真空ベースのプロセスステップが完了してチャンバが大気に通気されると、チャンバとキャリアとの間の圧力差が元に戻り、キャリア・基板アセンブリを安全にチャンバから取り出し次のプロセスステップに進むことができる。
【０１２９】
凹部に位置する基板トポグラフィの可能性について先に述べた。基板前面（キャリアに接触する側）上の特徴は小規模だが基板全体に散在すると思われる一方、凹部ははるかに大きく特徴の高さよりも大きな深さを持つ可能性があることから、キャリア接触面に二組の凹部を形成することが好ましい。基板特徴を収容する凹部は、より浅いと考えられる。3次元集積へのTSVラスト及びTSVミドル手法双方において、要求される薄化ステップ時には、基板は既に、前面相互接続及びはんだボールを含み得る。確実に基板をキャリア接触面に接触させて研削ステップ中に強固に保持するために、デバイスウエハ上の各突起が凹部または「受容キャビティ」内に位置するように、凹部の配列を第一のキャリアウエハ10aに機械加工又はエッチングする。
【０１３０】
基板の表面トポグラフィが確実にキャリアの受容キャビティ内に位置するように基板とキャリアとを要求される位置合わせレジストレーションで結合するために、位置合わせシステムが必要である。図１４は、接合／剥離ステップを実行するために図２を参照して先述した装置に対応する装置に適用される位置合わせシステムを示す。
【０１３１】
位置合わせシステムは、チャンバ外部に位置する光学素子又はチャンバ内部又は外部に位置するカメラを備えてもよい。外部光学素子の焦点をデバイスウエハとキャリアとの間の界面に合わせるために、チャンバの蓋に光透過性ビューポートが必要であり、上部プラテンに対応する穴が必要である。これにより、ウエハ／キャリアと位置合わせ光学素子や外部カメラとの間の光路が得られる。あるいは、光又は赤外線光を透過する材料を用いてもよい。
【０１３２】
前述のように基板及びキャリアをプロセスチャンバ内に搭載しチャンバを必要な接合圧力までポンプダウンすると、位置合わせプロセスを行うことができる。位置合わせプロセスは、基板20をキャリア10に近接させることによって機能する。これは、キャリアと基板表面とが平行になるように、3次元の線形運動及び角運動であるX、Y、Z及びθドライブ130を用いることで達成される。基板がキャリアに十分近接すると（光学系の対物レンズの焦点深度内）、マイクロマニピュレータのX、Y、及びθドライブ機構を用いて基板上のトポグラフィ特徴をキャリア内の受容キャビティ位置合わせすることができる。その後、Zマニピュレータを用いて、基板をキャリアに接触させ、力を加えて接触を維持することができる。
【０１３３】
キャリアの凹部内に保持される真空のレベルを制御することで接合／剥離処理を再現可能に制御できるようにするために、プロセスチャンバを所望の圧力まで排気した後にキャリアへの基板の位置合わせ及び接触を行うことが好ましい。このような状況下では、チャンバの圧力を監視する圧力計から読み取られる値は、キャリアの封止凹部内に保持される圧力を表す。そうでなければ、従来技術US2005/0116579に記載のものと同様の問題が起こる。US2005/0116579の記載によると、真空チャンバ内への配置前に２つの部品を接触させ、チャンバをポンピングするが、キャビティ内の空気を逃がすのが困難である。このような構成では、真空計に表示される圧力は、隔離されたキャビティ内の圧力と何ら関連しないため、閉じ込められた空気の完全な除去を確実にするために非常に長時間システムをポンピングする以外、プロセスの制御は不可能である。
【０１３４】
本実施形態では、急速に任意の所定の圧力にポンプダウンし、位置合わせを行い、基板をキャリアに接触させることが可能である。この方法では、キャリアの内圧は十分に定義されており、基板の薄化その他の処理後の剥離ステップを達成するためにチャンバがポンプダウンされるべき低圧力を定義することは容易である。 
【０１３５】
典型的な接合圧力は、10O ミリバールであり、対応する剥離圧力は、1ミリバールである。しかし、剥離圧力は常に接合圧力よりも低いことから、これらの値の変動範囲は大きい。場合によっては、剥離のためのより低い圧力の範囲がほとんどないほどの低い圧力で基板をキャリアに接合する必要がある。そのような状況下では、類似の低圧力までポンプダウンしてから、プラテン1 10に組み込まれたヒータを利用して温度を上昇させ、これにより、ガス法に従ったキャリア凹部内の残留ガスの内圧を上げることによって、剥離を実現できる。
【０１３６】
キャリアのさらなる最適化は、材料を不動態化することである。例えば、シリコンキャリアには、二酸化ケイ素、窒化物又はオキシ窒化物のパッシベーション層を使用してもよい。このようなパッシベーション層は、デバイスウエハの任意の研削後シリコンエッチング中にキャリアの部品がエッチングされるのを阻止する。これは、TSVが露出すると停止するという十分な選択性が研削にないため、研削を用いてウエハ薄化ステップを完全に行うことができないことから、重要である。したがって、薄化プロセスは、研削を用いてシリコンバルクを除去し、ベリードビアに到達する前に除去対象が約10μmになると、ウェット又はドライエッチングプロセスに切り替えて薄化プロセスを終える。これは、キャリアに、さらに互換性要件を与える。
【０１３７】
上述のプロセスは、減圧を実現できるチャンバ内で行われ、少なくとも一方が移動可能であるプラテン対が設けられる。このために適した装置は、英国オックスフォードシャーのアプライドマイクロエンジニアリング社のAML-AWBウエハボンダーである。この装置は、キャリア及びプロセスウエハの位置合わせに利用可能なその場位置合わせ機能を含んでおり、便利である。正確な位置合わせを行う能力は、キャリア10の凹部15にプロセスウエハ20上のはんだボール等のトポグラフィを配置する必要がある際に、特に重要である。 
【０１３８】
ウエハ・キャリア対を形成する他の方法も使用可能である。例えば、圧力差を直接使用する代わりに、温度を使用してもよい。原則的に、減圧をキャリアとプロセスウエハとの間の凹部に捕捉した後は、プロセスウエハとキャリアとを切り離すのに十分な捕捉圧力が得られる限り、対を分離するために任意の技術を使用することができる。圧力差の技術では、捕捉圧力は周囲圧力よりも大きいため、プロセスウエハとキャリアとは分離される。別の技術では、キャリア・プロセスウエハ対は加熱され、凹部内に捕捉されたガスの温度が上昇し、対応する昇圧が理想ガス法に応じて起こる。圧力の増加は、凹部のガス放出を引き起こし、キャリアとプロセスウエハとが分離する。対応する手法を、プロセスウエハとキャリアとを結合する際にも用いてもよい。例えば、プロセスウエハとキャリアとは、高温T1及び大気圧で結合される。凹部内のガスが冷却するまで、これらは結合されている。減圧下での冷却ガスは、プロセスウエハとキャリアとを結合する。分離するためには、結合時のT1よりも高温に対を加熱する。
【０１３９】
温度は、対を分離する別の方法で使用することもできる。キャリア及びプロセスウエハが異なる熱膨張係数を有する異なる材料である場合には、プロセスウエハとキャリアは、対を加熱して応力及び反りを生じさせて分離することができる。
【０１４０】
最後の実施形態では、キャリアとプロセスウエハとを結合するために、凹部に蒸気を凝縮することにより、凹部に真空を生じる。本実施形態において、凹部に導入された蒸気は、対を結合した後に凝縮される。凝縮は、水又は他の気体溶媒の沸点未満にアセンブリを冷却することによって達成される。
【０１４１】
上述の方法及び装置は、ウエハ薄化等のためのウエハ取り扱い技術を提供する。具体的に、例えば、200μm未満、100μm、あるいは10〜50μm範囲の薄さまでウエハを薄化するための、及び、その後ウエハを可搬型キャリアを用いて搬送するための、ウエハの取り扱い技術を提供する。ウエハは、大気に対する圧力差に影響を与えるために真空キャビティを有するキャリアに封止又は接合される。キャリアとウエハとの間の封止又は接合強度は高い。また、同じ装置を接合及び剥離に使用してもよい。
【０１４２】
上述の方法及び装置は、3次元集積及びウエハレベルパッケージ等の半導体プロセスに利用することができる。3次元集積では、短く信頼性の高い層間相互接続を実現するとともに、高さを低減して熱が通過する半導体層を薄くすることによって放熱性能のより良好な制御を保つために、薄化ウエハは重要である。本発明のキャリアは、ウエハ薄化プロセスにおいて有用であるだけでなく、深掘り反応性イオンエッチング等によるビア形成において支持を提供する。多層3次元集積デバイスの高スループットを実現するために、高速かつ効果的な接合及び剥離技術が必要である。
【０１４３】
上記実施形態は、主に、シリコン基板の薄化その他の処理を考慮したものである。これは間違いなく最大の用途であるが、例えば、ガリウム砒素等のIII-V族化合物ウエハやリン化インジウム等のII-VI族化合物ウエハといった他の材料に同様の処理を実行する必要がある状況もある。そのような状況では、唯一の本質的な違いはウエハの材料特性であり、キャリアの特に熱膨張係数を適切に変更する必要がある。したがって、III-Vアプリケーションでは、GaAsウエハ（又は類似のTCEを有する材料）をベース層として用いて、これをより厚いウエハ（GaAs又はTCE整合ガラス）に接合することが好ましい。同様に、II-VIウエハにも、適切なII-VI族材料を用いることができる。
【０１４４】
添付の特許請求の範囲を逸脱することなく上記の方法及び装置に種々の変形および修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。例えば、異なる形状、寸法、及び材料を用いてもよい。接合方法を別の実施形態の剥離方法と組み合わせることも可能である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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