(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受け渡し側の支持基板から受け取り側の支持基板に、受け渡し側の支持基板に所定の接着力で接着した第１の表面と、受け取り側の支持基板に接触することができる第２の表面とを有するエレメントを選択的に移動させる方法であって、
−複数のエレメントから移動させるエレメントを特定する工程と、
−前記エレメントの第２の表面と受け取り側の支持基板の表面との接着エネルギーが、同エレメントの第１の表面と受け渡し側の支持基板の表面との接着エネルギーよりも大きくなるように表面を処理する工程と、
−エレメントの第２の表面を受け取り側の支持基板と接触させる工程と、
−受け渡し側の支持基板と受け取り側の支持基板を分離して、移動させるエレメントを受け取り側の支持基板に移動させ、それ以外のエレメントを受け渡し側の支持基板に残す工程とを有する方法。
【請求項２】
さらに、
−最初の基板上に、前記第２の表面が接するように前記エレメントを製作する工程と、
−前記エレメントを有する最初の基板の表面を、前記エレメントの第１の表面が所定の接着力で受け渡し側の支持基板に接着されるように固定する工程と、
−エレメントの第２の表面が露出するように前記最初の基板を取り除く工程とを含む前記請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エレメントを有する最初の基板の表面は、分子接着によって受け渡し側の支持基板に接着される前記請求項２に記載の方法。
【請求項４】
分子接着は、最初の基板および／または受け渡し側の支持基板と接する表面に対する、１回のあるいは複数回の、所定の接着力を得ることのできる親水性および／または疎水性および／またはミクロ粗面化処理によって実施される前記請求項３に記載の方法。
【請求項５】
熱処理は、前記エレメントと受け渡し側の支持基板との間の接着エネルギーが得られるように、全体的にあるいは局所的に行う前記請求項３に記載の方法。
【請求項６】
エレメントは停止層を有しており、この停止層によって最初の基板に接着される前記請求項２に記載の方法。
【請求項７】
最初の基板は研削、最初の基板および／または停止層のケミカルエッチング、研磨、イオン注入による分離層からの熱処理による剥離のうちの１つまたは複数の組み合わせによって除去されるものである前記請求項２に記載の方法。
【請求項８】
エレメントは受け渡し側の支持基板の上に連続的に製造され、
少なくとも一つの移動させるエレメントを定義するステップは移動させるエレメントを分離する行為を含むことを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記分離はケミカルエッチング、ブレードによる切り込みまたはレーザーエッチングによって行う前記請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記エレメントの分離をエッチングによって達成する際に、受け渡し側の支持基板近傍にまでエッチング溝を形成する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記移動させるエレメントの第２の表面を分子接着によって接着する前記請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
移動させるエレメントの第２の表面と受け取り側の支持基板の表面の間の接着エネルギーが所定の値になるように、熱処理を、全体的にあるいは局所的に行う請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
移動させるエレメントの第２の表面と受け取り側の支持基板の表面の接着を前記第２の表面及び／または受け取り側の支持基板の全面を処理する前記請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
移動させないエレメントと受け取り側の支持基板の表面の間に接着を生じないように、移動しないエレメントおよび／または受け取り側基板の当該エレメントに対応する位置に設けたエレメントを安定に受け取らない領域からなる移動阻止手段を有する前記請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記移動阻止手段が、移動させないエレメントの表面および／または受け取り側の支持基板の表面のうち移動させないエレメントに対応する領域の表面を、移動させないエレメントと受け取り側の支持基板のこれに接する表面の間の接着力が、移動するエレメントと受け取り側の支持基板のこれに接する表面の間の接着力よりも小さく、また、移動しないエレメントと受け渡し側の支持基板の表面との間の接着力よりも小さくなるようにエレメントの表面処理を行うことによる前記請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記移動阻止手段を作成する処理は、親水性、疎水性、粗面化、熱処理、表面収縮、あるいはこれらの組み合わせ処理によるものであることを特徴とする前記請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
移動させないエレメントの第２の表面を受け取り側の支持基板と接触させるステップにおいて、前記移動阻止手段は移動させないエレメントの第２の表面を受け取り側の支持基板の表面に対して疎水化する処理であり、移動させるエレメントの第２の表面を親水化し、受け取り側の支持基板はエレメントの表面に対して親水性を有するものであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
移動させないエレメントの第２の表面を受け取り側の支持基板の表面と接触させるステップにおいて、前記移動阻止手段は、受け取り側の支持基板の移動しないエレメントと接する表面を疎水化し、受け取り側の支持基板の移動するエレメントと接する表面を親水化し、エレメントの表面は全て親水化するものである前記請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
表面の親水性が洗浄、粗面化、蒸着あるいはこれらの組み合わせによって行われるものである前記請求項４、１６、１７および１８の内のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
前記表面の疎水化が、洗浄、テフロン（登録商標）との接触による汚染あるいはこれらの組み合わせによるものである前記請求項４、１６、１７および１８のうちのいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
前記受け渡し側の支持基板は、受け取り側の支持基板と、両支持基板に加えられる引張り力、せん断力あるいは曲げ力の機械的な力によって引き離される前記請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記エレメントは電子部品を含むものである前記請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電子部品は半導体チップである前記請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受け渡し側の支持基板から受け取り側の支持基板に、エレメントを選択的に移動させる方法に関する。
【０００２】
本発明は特に、部分的にあるいは完全に完成した半導体チップを、それが製作されたときの最初の基板から、ミクロエレクトロニック技術を用いて処理した新しい基板（ないしは受け取り基板）に対して移動させる方法に関する。
【０００３】
本発明は、例えば面積が１ｃｍ２のチップを最初の基板からガラスまたは透明基板に移動させる方法として使用することができる。本方法は、また、ＶＣＳＥＬ（鉛直キャビティーレーザー）のような光エレクトロニクス部品、あるいは、ＩＩＩ−Ｖ半導体の小さな切片をその最初の基板から、シリコン上にこのＩＩＩ−Ｖ半導体を受け取るように表面処理されたシリコンウエハに移動させる方法として使用することができる。
【０００４】
【従来技術】
半導体の２つの表面を接着する分子接着法は既知である。分子接着には２つの種類の接着が有る：親水性接着と疎水性接着である。シリコンオキサイドの親水性接着の場合には、接着は表面構造の−ＯＨの相互作用が、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉを形成して変化することが原因である。この種の相互作用は強力である。接着エネルギーは、室温で１００ｍＪ／ｍ２程度であるが、摂氏４００度、３０分間のアニーリングで５００ｍＪ／ｍ２（生のあるいは親水性のＳｉＯ２と研磨していない熱ＳｉＯ２に関する値）にまで達する。接着力は、一般に、Ｗ．Ｐ．Ｍａｓｚａｒａによる「絶縁体上のシリコン用のシリコンウエハの接着」（応用物理学会誌６４（１０）、１９８８年１１月１５日発行、ページ４９４３ないし４９５０）に記載されているブレード法によって決定される。蒸着、研磨シリコンオキサイドと蒸着、研磨したシリコンオキサイドとの間の接着エネルギーは、上記と同様のアニーリングを行えば、１Ｊ／ｍ２程度である。しかし、親水性処理された表面が疎水化された表面に対して接着されると、接着性が極めて劣り、つまり接着力が非常に小さく；摂氏４００度で３０分のアニーリングを経た後にも１００ｍＪ／ｍ２程度である。
【０００５】
疎水性接着は、ＯＨ基を有しない分子接着の場合に行われる。シリコンの場合には、疎水性ウエハの分子接着もまた接着力が高い。たとえば、この種の研究として、バックランド他による「親水性及び疎水性表面の分析によるシリコンの直接接着のメカニズム」と題する論文（Ｊ．ミクロメック出版によるマイクロエンジニアリング  ２、ページ１５８ないし１６０、１９９２年）がある。この論文は、疎水性のシリコンウエハを摂氏４００度でアニーリングした結果、１Ｊ／ｍ２程度の接着力が得られたと報告している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、第１の支持基板から受け取り側の支持基板にエレメントを選択的に移動させる方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の目的を達成する為に、分子接着技術を使用する。
したがって、本発明の目的は、受け渡し側の支持基板から受け取り側の支持基板に、受け渡し側の支持基板に所定の接着力で接着した第１の表面と、受け取り側の支持基板に接触することができる第２の表面とを有するエレメントを選択的に移動させる方法であって、
−複数のエレメントの中から移動させるエレメントを特定する工程と、
−前記エレメントの第２の表面と受け取り側の支持基板の表面との接着エネルギーが、同エレメントの第１の表面と受け渡し側の支持基板の表面との接着エネルギーよりも大きくなるように表面を処理する工程と、
−エレメントの第２の表面を受け取り側の支持基板と接触させる工程と、
−受け渡し側の支持基板と受け取り側の支持基板を分離して、移動させるエレメントを受け取り側の支持基板に移動させ、それ以外のエレメントを受け渡し側の支持基板に残す工程とを有する方法である。
【０００８】
本発明の方法は、さらに、前もって行う
−最初の基板上に、前記第２の表面が接するように前記エレメントを製作する工程と、
−前記エレメントを有する最初の基板の表面を、前記エレメントの第１の表面が所定の接着力で受け渡し側の支持基板に接着されるように固定する工程と、
−エレメントの第２の表面が露出するように前記最初の基板を取り除く工程とを含んでいてもよい。
【０００９】
場合によっては、エレメントを移動させる前に薄いウエハを複数回にわたって処理することが有効なことがある。したがって、両面を有するディバイスの場合、そのどちらの面を接触してもよい。
【００１０】
好ましくは、前記のエレメントを有する最初の基板の表面と受け渡し側の基板との接着は分子接着によって行う。この場合、所期の接着エネルギーが得られるように、最初の基板および／または受け渡し側の支持基板の表面を１回あるいは数回にわたって、親水および／または疎水および／または所定の粗面化処理することで分子接着が達成されることが望ましい。好ましくは、この接着エネルギーを制御する為に、熱処理を全体的にあるいは局所的に実施する。エレメントは停止層と称する層を有しており、その層によって最初の基板に接着されるものであってもよい。最初の基板は、研削、最初の基板及び／または前記停止層のケミカルエッチング、研磨、イオン注入による分離面からの熱処理による剥離のうちの１つまたは複数の方法で除去する。
【００１１】
エレメントが受け渡し側の支持基板上に形成された連続的な層である場合、移動させるエレメントを規定するステップは移動させるエレメントを分離するステップを含むものであってもよい。この分離はケミカルエッチング、切削、レーザーエッチングまたはそれ以外の方法によって行われるのが好ましい。この方法がエッチングであれば、エッチングで形成された溝が受け渡し側の支持基板の近傍にまで達するのが好ましい。
【００１２】
前記移動させるエレメントの第２の表面は、受け取り側の支持基板と分子接着により接着するものであってもよい。移動させるエレメントの第２の表面と受け取り側の支持基板の当該表面との間の接着エネルギーを所定の値にする為に、熱処理を全体的または局所的に施してもよい。移動させるエレメントの第２の表面および／または受け取り側の支持基板の対応する表面あるいはその全表面を熱処理することによって分子接着が達成されてもよい。移動阻止手段は、移動させないエレメントおよび／または受け取り側基板の移動させないエレメントに対応する表面を、表面処理して、移動させないエレメントとそれに対応する受け取り側基板とが接着しないようにするものであってもよい。移動阻止手段は、また、移動させないエレメントの表面および／または受け取り側の支持基板のエレメントの移動を受けるべきでない表面を変化させて、移動させないエレメントの表面とそれに対応する受け取り側基板の表面の接着エネルギーを、移動するエレメントとそれに対応する受け取り側基板の表面の接着エネルギーよりも小さく、また、移動させないエレメントの第１の表面と受け渡し側の支持基板のそれと接着された表面の接着エネルギーよりも小さくするものであってもよい。移動阻止手段は、表面を親水性、疎水性、粗面度、熱処理、表面収縮処理するものであってもよい。
【００１３】
移動させないエレメントの第２の表面が、接触処理工程で受け取り側の支持基板と接触する場合には、移動阻止手段は移動させないエレメントの第２の表面を疎水化し、移動させるエレメントの第２の表面を親水化し、受け取り側の支持基板のエレメントと接する表面を親水化するものであってもよい。移動阻止手段は、受け取り側の支持基板の移動させるエレメントに対応する部位を親水化し、受け取り側の支持基板の移動させないエレメントに対応する部位を疎水化し、エレメントの第２の表面は全て親水化するものであってもよい。移動させない領域を疎水化しておいて移動させる領域を（エレメント又は受け取り側の支持基板において）親水性−親水性接着する方法は一例であって、移動させない領域を親水性処理しておいて（エレメント又は受け取り側の支持基板において）接着を疎水性−疎水性接着で行ってもよい。さらに、接着力は局所的に表面の粗さを変化させることによって大いに影響を受け、接着しないようにすることもできる。
【００１４】
分子接着の場合、接着力は熱処理によって大きな影響を受ける。したがって、所定の接着力を得る為に接着力を部分的に変更する必要がある場合には、熱処理条件が大きな要素になり、局所的に熱処理を場合によっては複数回行うことを考慮する必要が有る。したがって、本発明による方法の１つの変更例は、移動させるエレメントあるいは対応する受け取り側基板の表面に、局所的な熱処理を行うことである。加熱はレーザー又は加熱チップによって行うことができる。すべてのエレメントの第２の表面と受け取り側の支持基板の表面が同じように処理された場合には、移動阻止手段としては局所的な熱処理および移動させないエレメントの第２の表面と受け取り側の支持基板の表面とを機械的に接触させない方法とが有る。たとえば、エレメントの第２の表面および／または受け取り側の支持基板の表面を部分的に収縮させることである。
【００１５】
受け渡し側の支持基板及び受け取り側の支持基板は、両基板に対して、加熱と共に加えられる引張り力および／またはせん断力および／または曲げ力等の機械的な外力によって両基板は引き離される。
【００１６】
本発明による方法は、前記のエレメントが半導体チップおよび／または受動的な電子エレメントを有するときに特に有効である。上記のエレメントは、ミクロ電子、光電子、超伝導エレメントに対応するものであってもよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の方法によって、エレメントを、選択的にかつ確実に、受け渡し側の支持基板から受け取り側の支持基板の所定の位置に移動させることが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、例えばシリコンでできた最初の基板と称する基板２を示す。基板２の上には、当業者には既知の方法で半導体チップ４が製作される。例えばシリコンオキサイドでできた停止層６が、半導体チップ４と最初の基板２との間に設けられていてもよい。この停止層の利点は、ケミカルエッチングあるいは／または選択的なプラズマ処理時に停止層として働くために、後の移動工程の均一性を向上させることができる点である。
【００１９】
半導体チップ４は選択的に移動させられる。このために、チップを製作する最初の基板の表面は接着エネルギーを制御した親水性接着が可能なように処理される。図２に示すこの表面処理は、半導体チップ４を埋め込む層８の形成を含むものであってもよい。層８は、表面形状の点から必要であれば平面化処理を施したシリコンオキサイド層であってもよい。
【００２０】
表面の接着力は、表面の粗面度を調整することで制御することもできる。例えば、ＳｉＯ２ウエハどうしの分子接着の場合（両方共に平滑化されていない熱酸化シリコン）には、ＨＦエッチングで得られた６オングストローム程度の平均ｒｍｓ粗面度の場合に、摂氏４００度で３０分間のアニーリングを行った後の接着エネルギーが２５０ｍＪ／ｍ２程度である。
【００２１】
図３に示すように、層８の自由表面に移動支持基板または受け渡し側支持基板１０を接着する。もし、受け渡し側支持基板１０の表面に接着した層８の表面が共に６オングストローム程度の表面粗さであるとすると、接着エネルギーは２５０ｍＪ／ｍ２程度となる。受け渡し側支持基板１０が（たとえばガラスまたは純粋な珪素でできており）透明であれば、配置上の問題の幾つかを解消することができる。
【００２２】
最初の基板は、次に、機械研削、研磨またはイオン注入によって生じた分裂面からの熱処理による剥離によって除去される（図４）。特に、この最後の方法は、フランス特許出願公開第２６８１４７２号に記載されている。この工程は、化学、反応性、選択性エッチングまたは超音波を使用して実施してもよい。
【００２３】
次に、移動させるエレメントの境界を定める。例えば、化学またはドライエッチング、丸鋸、円盤鋸、超音波切削によって境界溝を製作することで行ってもよい。図５に示すように、移動支持基板１０に達する溝１２が半導体チップ４を有するそれぞれのエレメントの境界を定める。
【００２４】
溝の形状については何種類かの変形例が考えられる。図５に示したようなエッチング溝を設けることが、後の割裂の為には有効である。エッチングスタンドは、ドライエッチングによる通常の方法で、好ましくは移動支持基板１０との接着面に形成してもよい。
【００２５】
エレメント１４の自由表面は次に、非常に強固な親水性接着が可能なように（たとえば、表面清浄化および／または非常に薄い酸化物層の形成によって）処理する。場合によっては、分子接着に適合するミクロ粗面を作成する為に機械化学的な研磨が必要になる。親水化処理とは、表面にＯＨ基を生じさせるようなすべての処理を言う。
【００２６】
移動されないエレメントの表面には、疎水性処理を施す。したがって、この処理によって親水性領域と疎水性領域が区分けされる。たとえばシリコンオキサイドの場合は、ＨＦ処理、プラズマ処理、その他の局所的化学処理によって疎水化が行われる。接触することによって親水性を変化させる物質を使用することも可能である。たとえば、処理表面と同じサイズのテフロン（登録商標）板を使用することもできる。
【００２７】
図６はこの種の処理を模式的に表現したものである。エレメント１４のうちの１つに親水性表面処理１６が施されており、それ以外のエレメント１４の表面は疎水性である。
【００２８】
この処理によって、エレメント１４を有する移動支持基板１０は、エレメント１４と接触する表面が親水性処理された受け取り側支持基板１８と接着する。図７に示した構造の場合、エレメント１４と移動支持基板１０の間の接着エネルギーは、２５０ｍＪ／ｍ２程度である。エレメント１４の親水性処理部１６と受け取り側支持基板１８の間の接着エネルギーは５００ｍＪ／ｍ２以上である。疎水処理表面を有する上記以外のエレメント１４と受け取り側支持基板１８の親水性表面の間の接着エネルギーは１００ｍＪ／ｍ２程度である。接着力は、たとえば摂氏４００度で３０分間行う熱処理の条件によって制御できることに注意を要する。
【００２９】
この構造から、あと必要なことは、支持基板１０、１８の間に力学的に力を作用させて、親水性処理された表面を受け取り側支持基板１８の親水性処理をされた表面に、接着力の関係で受け渡すことである。疎水性処理された上記以外のエレメントは受け渡し側支持基板１０にとどまる。この様子を図８に示した。
【００３０】
本発明に基づく方法によれば、標準的なリソグラフ手段または好ましくは透明な把持部を利用して光学位置あわせ装置を用いた方法、またはＸ線を使用したミクロ結晶化方法によって、新しい支持基板に対して（半導体チップを含む）エレメントを正確に位置決めすることが可能になる。本発明の方法は、複数のステップで移動を行い、同時に複数のエレメントを移動することも可能である。この方法によれば、固体上のエレメントであればどのようなものでも移動させることができる。この方法によって移動させる半導体チップの大きさは、数十ミクロン四方から数センチ四方のものまで可能である。
【００３１】
本発明の方法によるエレメントの移動は、エレメントと受け取り側の支持基板の親水性表面の接触が有効に作用する領域でのみ使用することができる。これは種々の方法で実現することができる。移動させるエレメントの表面は親水性になるよう処理すると同時に、移動させないエレメントの表面を疎水性になるよう処理することができる（上述の場合が該当する）。
【００３２】
それ以外の実施例としては、すべてのエレメントの表面を親水性とし、これに対応する受け取り側の支持基板の移動対象エレメントに接する表面だけを親水性として、それ以外の部分を疎水性にすることもできる。
【００３３】
これ以外の変形例として、すべてのエレメントと受け取り側の支持基板の表面をすべて親水性とする。移動させないエレメントは一段セットバックしている。この場合は、受け取り側の支持基板の表面とは移動対象となるエレメントだけが接触する。たとえば、セットバックは、ＳｉＯ２環境でのＨＦを用いたケミカルエッチングおよび／またはドライエッチング等によって実施することができる。
【００３４】
さらに別の変形例では、受け取り側の移動対象でないエレメントと面した支持基板がセットバックしており、親水性である。
【００３５】
本発明による方法を使用して、最初の支持部から受け取り側の支持基板にエレメントを個別にあるいはエレメントの集合を移動させることができる。たとえば、支持基板が移動させることができる１５０個の半導体チップを有しており、そのうちの５０個のみを一度に受け取り側の支持基板に移動させる必要が有るとすると、チップの間の間隔を計算して５０個のチップをまず移動させ、ピッチ分だけ支持基板を相対的に移動させた後次の５０個のチップを移動させ、さらに同じチップの分だけ支持基板を総体移動させて最後の５０個のチップを移動させることが可能である。
【００３６】
本発明による方法のさらに他の変形例としては、化学的または物理的な処理によって局所的な表面粗さを大きく変化させることが考えられる。たとえば、移動させない部分の表面粗さが化学的な清浄処理によって１５オングストローム程度にされたとすると、親水性処理を行っても接着力が低く、この粗面化処理を行った領域ではエレメントの移動が起こらない。この選択的な処理を移動させるエレメントに対して行うこと、あるいは、受け取り側の支持基板に対して行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 最初の基板とその上に形成された停止層の上にエレメントを塔載した状態を示す断面図である。
【図２】  停止層とエレメントを覆うようにシリコンオキサイドを形成した状態を表す断面図である。
【図３】  上述の図２に更に受け渡し側基板を形成した状態を表す断面図である。
【図４】  最初の基板を除去した状態を表す断面図である。
【図５】  エレメントの間に溝を形成した状態を表す断面図である。
【図６】  移動させるエレメントに、選択的に親水化処理層を形成した状態を表す断面図である。
【図７】  エレメントの第２の表面に受け取り側の支持基板の表面を接触させた状態を模式的に表す断面図である。
【図８】  受け渡し側の基板と受け取り側の支持基板を分離させることによってエレメントの移動が行われた状態を表す断面図である。
【符号の説明】
２・・・最初の基板
４・・・エレメント
６・・・停止層
８・・・シリコンオキサイド層
１０・・・受け渡し側基板
１２・・・溝
１４・・・区画されたエレメント
１６・・・親水化処理層
１８・・・受け取り側基板
【図１】
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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７】
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【図８】
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