JP7799152B2 - 薄型基板の接合、剥離方法、薄型基板の製造方法、薄型基板、剥離装置、及び、接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄型基板の接合、剥離方法、薄型基板の製造方法、薄型基板、剥離装置、及び、接合装置に関する。

有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、透明基板上に形成された有機化合物からなる面状の発光層によって形成され、薄型ディスプレイなどへの実用化が進んできている。有機ＥＬ素子を利用した有機ＥＬディスプレイは、液晶ディスプレイと比較して、視野角が大きく、消費電力が小さく、折り曲げることができる柔軟性を備えることが出来るので、商業的利用価値が高い。また、薄型基板（１μｍ厚のＳｉウエハー）を利用する製造方法として、ＩＣの三次元実装分野やＭＥＭＳ分野でもプロセス開発が行われている。

ウエハーの厚さは、製造工程での取り扱いの簡便さから０．５－１ｍｍ程度に作られている。一般のシリコンウエハーの場合、外寸はＳＥＭＩなどの業界団体で標準化されており、直径１５０ｍｍ（６インチ）の場合は厚さ０．６２５ｍｍ、２００ｍｍ（８インチ）では厚さ０．７２５ｍｍ、３００ｍｍ（１２インチ）では厚さ０．７７５ｍｍとされている。しかしながら、利用しようとしている薄型基板は一般的には０．５μｍから０．２ｍｍ程度の厚さであり、このままでは、一般の製造工程においては、搬送が困難である。また、基板サイズは小さいサイズではチップサイズ、４インチ角から、大きいサイズでは１ｍ角をこえるものもある為、デバイス製造時における薄型基板をロボットなどで搬送することが困難である。

そこで考えられるのは、０．１ｍｍ厚以上１．１ｍｍ厚ぐらいまでのガラス基板、フィルムまたはウエハーを搬送用基板として、その表面に上記の薄型基板を貼り付けて搬送する方法である。この方法であると、基板厚は既存の設備をそのまま使用して搬送できるという利点がある。しかし、搬送用基板はデバイスが完成した後、搬送用基板から剥がされなければならない。

薄型基板には３つの種類がある。一つは薄型ガラスであり、もう一つはポリイミドに代表される耐熱性フィルムである。このフィルムには搬送基板にワニスを直接塗工し、焼成後、フィルム化する方法で作成されたフィルムも含まれる。３つ目はウエハーである。ウエハーは場合によっては、粘着剤がついているテープで保護されている場合もある。この場合、基板はウエハーとフィルムの積層体である。

現在提案されている搬送方法は搬送のキャリアとしてガラスやウエハーを使う方法である。薄型ガラスの場合はガラス同士という特性からキャリアガラス表面を清浄な状態に保ち、直接貼り付けることにより接合する方法である。また耐熱性フィルムの場合、搬送ガラスとフィルムの間にレーザー照射により破壊現象の起こる膜を形成し、貼り合わせ後、レーザー照射で剥離する方法である。また薄型基板がウエハーである場合、非接触の搬送方法や特殊チャック方法が提案されているが搬送できる厚さに限度がある。実際には、厚さ１００μｍ前後が実現可能な領域であり、１μｍなどの厚さでは搬送方法がない。

この場合では搬送基板を使う方法が考えられる。ただ剥離方法に良い方法がない。またウエハーの場合は薄くするために研磨を用いることがある。この場合はウエハーに粘着テープを貼り、研磨後、割れやかけを防ぐ。この場合もキャリアとしてガラスを使うことが提案されている。

薄型基板は、たとえばディスプレイにおいてはＴＦＴ形成プロセスなどにおいて、３００℃から５００℃程度に加熱する工程がある。また、ウエハーなどの半導体プロセスでは、アニール工程で８００℃以上に加熱する工程が存在する。加熱された工程を経るため、接着された搬送基板から薄型基板をはがす方法に有力な方式がない。

一方、仮接合、剥離技術はデバイスが薄型化するに従い、多くの需要が生まれてきた。現在の仮接合、剥離は紫外線に反応するテープを貼り、すべての工程を経た後、紫外線で剥離する。またはレーザーリフトオフと呼ばれる接合界面にレーザー焦点をあてて剥がす方法がある。（フレキシブル有機ＥＬのキャリアガラスとｐｉワニスの剥離に使っている）ただこれらの技術は紫外線を透過するものが使用される事を前提とする。キャリアとしてシリコンウエハーを使う場合は適応付加である。この技術は紫外線が寄与しない、または有機物質を剥離膜として使えない場合の解決策である。大きなアプリケーションとしてはシリコンウエハーとインターポーザー（ガラスやシリコン）の接合、剥離がある。

例えば、特許文献１には、薄型基板と搬送用基板とを無機材料層を介して接合することにより、これらの剥離を容易にする方法が開示されている。

国際公開第２０１６／０１０１０６号

しかしながら、薄型基板と搬送用基板とを容易に剥離するためのさらなる方法が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、互いに接合された、表面に電子素子が形成される基板と該基板を搬送する為の搬送用基板とを容易に剥離することが可能な剥離技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明における表面に電子素子が形成される基板と前記基板を搬送する為の搬送用基板との接合、剥離方法は、前記基板と前記搬送用基板との接合面を無機材料層を介して接合すること、前記基板と前記搬送用基板との接合面に水を介在させて剥離すること、を含む。

本発明の一態様では、前記水は超音波振動が付与されていること、を含む。

本発明の一態様では、前記接合面に水を介在させた後、前記接合面に超音波振動を付与すること、を含む。

本発明の一態様では、前記無機材料層には、前記接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流路が形成されていること、を含む。

本発明の一態様では、前記搬送用基板には、前記接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流通孔が形成されていること、を含む。

本発明の一態様では、前記流通孔に挿入した剥離部材により前記基板を押圧し剥離すること、を含む。

本発明の一態様では、前記無機材料層は、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、銅、窒化シリコン、アルミニウム、チタン、ニッケル、錫、グラファイトのいずれかまたはいずれかの組合せを含有すること、を含む。

本発明の一態様では、前記基板と前記搬送用基板とは、ガラス、シリコン、化合物半導体、高分子フィルムのいずれかまたはいずれかの組合せであること、を含む。

また、本発明の表面に電子素子が形成される基板の製造方法は、前記基板の搬送用基板が接合される接合予定面と、前記基板を搬送するための前記搬送用基板の接合予定面の少なくとも一方に、無機材料層を形成すること、前記基板と前記搬送用基板とを互いに押し付けて、前記無機材料層を介して前記基板と前記搬送用基板とを接合すること、前記基板と前記搬送用基板との接合面に水を介在させて剥離すること、を含む。

本発明の一態様では、前記水は超音波振動が付与されていること、を含む。

本発明の一態様では、前記接合面に水を介在させた後、前記接合面に超音波振動を付与すること、を含む。

本発明の一態様では、前記無機材料層には、前記接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流路が形成されていることを、含む。

本発明の一態様では、前記搬送用基板には、前記接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流通孔が形成されていること、を含む。

本発明の一態様では、前記流通孔に挿入した剥離部材により前記基板を押圧し剥離すること、を含む。

本発明の一態様では、前記無機材料層は、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、銅、窒化シリコン、アルミニウム、チタン、ニッケル、錫、グラファイトのいずれかまたはいずれかの組合せを含有すること、を含む。

本発明の一態様では、前記基板と前記搬送用基板とは、ガラス、シリコン、化合物半導体、高分子フィルムのいずれかまたはいずれかの組合せであること、を含む。

本発明の一態様では、前記接合することの前に、前記無機材料層の表面を、所定の運動エネルギーを備える粒子を照射することで活性化させること、を含む。

本発明の一態様では、前記接合することは、真空雰囲気中または不活性ガスを含むガス雰囲気中で行われること、を含む。

本発明の一態様では、上記製造方法によって製造される薄型基板を含む。

本発明の剥離装置は、水を保留する容器と、前記容器内の水に超音波を印可する超音波発生器と、前記容器内において、基板接合体を載置する載置位置と前記基板接合体を水に浸す浸漬位置との間で移動可能とされる載置台と、前記容器内の水面を予め定められた水位に保つ液面調整機構と、を備える。

また、本発明の別の側面に係る剥離装置は、水を保留する容器と、基板接合体に超音波を印可する際に前記基板接合体を載置する超音波印可台と、前記基板接合体に超音波を印可する超音波発生器と、前記容器と前記超音波印可台との間で前記基板接合体を搬送する搬送ロボットと、を備え、前記容器は、前記容器内において、前記基板接合体を載置する載置位置と前記基板接合体を水に浸す浸漬位置との間で移動可能とされる載置台と、前記容器内の水面を予め定められた位置に保つ液面調整機構と、を備える。

本発明の接合装置は、搬送用基板を搬入、搬出する搬送用基板ロードロックチャンバと、基板を搬入、搬出する基板ロードロックチャンバと、搬送ロボットが内部に設置される搬送チャンバと、前記搬送用基板、前記基板に直接又はマスクを介して無機材料層を形成するスパッタチャンバと、前記スパッタチャンバに連通して設けられ、前記搬送用基板、前記基板を覆うマスクを収納するマスク室と、前記搬送用基板、前記基板を不活性ガス雰囲気に晒す不活性ガス処理チャンバと、前記搬送用基板、前記基板をイオンビームにより活性化処理する活性化処理チャンバと、前記搬送用基板、前記基板を接合する接合チャンバと、を備え、前記搬送用基板ロードロックチャンバ、前記基板ロードロックチャンバ、前記スパッタチャンバ、前記不活性ガス処理チャンバ、前記活性化処理チャンバ、および接合チャンバは、相互間を前記搬送用基板、前記基板を搬送可能なように、前記搬送チャンバとゲートバルブによって接続されている。

本発明によれば、基板と搬送用基板とを無機材料層を介して接合し、基板上に電子素子を形成した後、基板と搬送用基板との接合面に水を介在させて剥離することにより、基板と搬送用基板とを容易に剥離することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る製造方法の工程を説明する概念的な図である。 本発明の実施形態に係る基板接合体の概念的な側面図である。 本発明の実施形態に係る剥離方法の工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る剥離方法の工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る剥離方法の工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る剥離方法の工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る剥離方法の工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る剥離方法の工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る剥離方法の工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る剥離装置の模式図ある。 本発明の実施形態に係る剥離装置の模式図ある。 本発明の実施形態に係る剥離装置の模式図ある。 本発明の実施形態に係る剥離装置の模式図ある。 本発明の実施形態に係る基板と搬送基板との接合面に形成される流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板と搬送基板との接合面に形成される流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板と搬送基板との接合面に形成される流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板と搬送基板との接合面に形成される流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板と搬送基板との接合面に形成される流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板と搬送基板との接合面に形成される流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板と搬送基板との接合面に形成される流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板と搬送基板との接合面に形成される流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る接合装置の模式図ある。

以下に、実施形態を挙げて本発明を説明するが、本発明がこれらの具体的な実施形態に限定されないことは自明である。

（第１実施形態）
本実施形態の製造方法は、表面に電子素子が形成される基板の製造方法であって、表面に電子素子４が形成される基板３と基板３を搬送するための搬送用基板１の接合面の少なくとも一方に、無機材料層２を形成する形成工程と、基板３と搬送用基板１とを互いに押し付けて、無機材料層２を介して基板３と搬送用基板１とを接合する接合工程と、基板３と搬送用基板１とをこれらの接合面に水を介在させて剥離する剥離工程と、を備える。

上記構成からなる製造方法では、無機材料層を介して基板と搬送用基板とを接合することにより、基板接合後の工程において、たとえば、３００℃から５００℃の加熱処理などを行っても、後に基板と搬送用基板とをこれらの接合面に水を介在させて容易に剥離することができる。または、材料や条件によってはさらなる高温で加熱処理を行っても基板と搬送基板は容易に剥離できる可能性がある。

上記製造方法において、接合工程の前または後に、かつ剥離工程の前に、基板上に電子素子４を形成する電子素子形成工程をさらに備えてもよい。また、電子素子を他の基板で封止する封止工程をさらに備えてもよい。

基板３上に形成される電子素子４は、ＴＦＴや有機ＥＬ素子などが挙げられるが、これらに限定はされない。電子素子４が、たとえばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）である場合、その形成プロセスなどにおいて、３００℃から５００℃程度の加熱工程がある。

図１は、本実施形態に係る製造方法の一例を説明する図である。この例では、搬送用基板１上に無機材料層２を形成する形態を示している。

（ａ）搬送用基板の準備工程
表面に電子素子４が形成される基板３を載置するための搬送用基板１を用意する。

（ｂ）無機材料層形成工程
基板３を搬送するための搬送用基板１の表面（基板３との接合面）に、無機材料層２を形成する。

（ｃ）接合工程
基板３と搬送用基板１とを互いに押し付けて、無機材料層２を介して基板３と搬送用基板１とを接合して、基板接合体を形成する。

（ｄ）電子素子形成工程
基板接合体の基板３上に電子素子４を形成する。その後、基板接合体の電子素子４を封止するように、他の基板（カバー側基板５）を貼り合わせる封止工程を経て、デバイスが形成される。

（ｅ）剥離工程
電子素子４が形成された基板３と搬送用基板１とをこれらの接合面に水を介在させて剥離する。接合面に水を介在させるとは、後程詳述するが、例えば、図１（ｅ）に示すように、水１１を保留する容器１３に、接合面に水が浸透する位置まで、基板３と搬送基板３の接合体を浸すことによって基板３と搬送用基板１を容易に剥離することができる。剥離工程において使用される水としては、例えば純水が用いられる。この工程により、電子素子４が表面に形成された基板３を含むデバイスが得られる。この例では、無機材料層２は、搬送用基板１側に残っている。また、剥離工程を水中で行ったとしても、既に電子素子形成工程で形成された電子素子４に対して何ら影響を及ぼすことはない。

なお、上記の製造方法では、搬送用基板１上に無機材料層２を形成しているが、基板３上に無機材料層２を形成して、（ｃ）接合工程、（ｄ）電子素子形成工程、（ｅ）剥離工程を行ってもよい。この場合でも、電子素子４が形成された基板３と搬送用基板１との接合面に水を介在させて剥離することにより、基板３と搬送用基板１とを容易に剥離することができる。

上記の製造方法において、（ｂ）と（ｃ）との間に、後述する表面活性化工程をさらに備えてもよい。

上記製造方法において、接合工程の前に、基板３か搬送用基板１の少なくとも一方の接合面を、所定の運動エネルギーを備える粒子を照射することで活性化させる表面活性化工程をさらに備えてもよい。

あるいは、上記製造方法において、接合工程の前に、無機材料層２の表面を、所定の運動エネルギーを備える粒子を照射することで活性化させる表面活性化工程をさらに備えてもよい。

表面活性化工程における表面活性化処理により、基板接合工程において、搬送用基板１、無機材料層２または基板３のいずれか同士の接合界面の接合強度を増すことができる。

所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させて、接合面を形成する物質を物理的に弾き飛ばす現象（スパッタリング現象）を生じさせることで、酸化物や汚染物など表面層を除去し、表面エネルギーの高い、すなわち活性な無機材料層の新生表面を露出させることができる。

表面活性化処理に用いる粒子として、たとえば、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの希ガスまたは不活性ガスを採用することができる。これらの希ガスは、衝突される接合面を形成する物質と化学反応を起こしにくいので、化合物を形成するなどして、接合面の化学的性質を大きく変化させることはない。

表面活性化される接合面に衝突させる粒子には、粒子ビーム源やプラズマ発生装置を用いて、粒子を接合面に向けて加速することで所定の運動エネルギーを与えることができる。

表面活性化される接合面に衝突させる粒子の運動エネルギーは、１ｅＶから２ｋｅＶであることが好ましい。上記の運動エネルギーにより、効率的に表面層におけるスパッタリング現象が生じると考えられる。除去すべき表面層の厚さ、材質などの性質、新生表面の材質などに応じて、上記運動エネルギーの範囲から所望の運動エネルギーの値を設定することもできる。

粒子ビーム源を用いて、粒子に所定の運動エネルギーを与えることもできる。粒子ビーム源は、たとえばバックグラウンド圧力が１×１０^－８Ｐａ（パスカル）以下などの、比較的高い真空中で作動する。比較的高い真空に引くために真空ポンプの作動により、金属領域の表面から除去された物質が効率よく雰囲気外へ排気される。

これにより、露出された新生表面への望ましくない物質の付着を抑制することができる。さらに、粒子ビーム源は、比較的高い加速電圧を印加することができるので、高い運動エネルギーを粒子に付与することができる。したがって、効率よく表面層の除去および新生表面の活性化を行うことができると考えられる。

あるいは、バックグラウンド圧力が１×１０^－８Ｐａ以上大気圧未満である、真空ないしは減圧雰囲気中で表面活性化処理を行ってもよい。

粒子ビーム源として、イオンビームを放射するイオンビーム源や中性原子ビームを放射する中性原子ビーム源を用いることができる。イオンビーム源としては、コールドカソード型イオン源を用いることができる。

中性原子ビーム源としては、高速原子ビーム源（ＦＡＢ，Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ）を用いることができる。高速原子ビーム源（ＦＡＢ）は、典型的に希ガスのプラズマを発生させ、このプラズマに電界を掛けて、プラズマから電離した粒子の陽イオンを摘出し電子雲の中を通過させて中性化する構成を有している。

この場合、たとえば、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）の場合、高速原子ビーム源（ＦＡＢ）への供給電力を、１．５ｋＶ（キロボルト）、１５ｍＡ（ミリアンペア）に設定してもよく、あるいは０．１から５００Ｗ（ワット）の間の値に設定してもよい。たとえば、高速原子ビーム源（ＦＡＢ）を１００Ｗ（ワット）から２００Ｗ（ワット）で稼動してアルゴン（Ａｒ）の高速原子ビームを２分ほど照射すると、接合面の上記酸化物、汚染物など（表面層）は除去され、新生表面を露出させることができる。

本発明において、表面活性化に用いられる粒子は、中性原子またはイオンでもよく、さらには、ラジカル種でもよく、またさらには、これらが混合した粒子群でもよい。

各プラズマまたはビーム源の稼動条件、または粒子の運動エネルギーに応じて、表面層の除去速度は変化しえる。そこで、表面活性化処理に必要な処理時間を調節する必要がある。たとえば、オージェ電子分光法（ＡＥＳ，Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）やＸ線光電子分光法（ＸＰＳ，Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの表面分析法を用いて、表面層に含まれる酸素や炭素の存在が確認できなくなる時間またはそれより長い時間を、表面活性化処理の処理時間として採用してもよい。

プラズマ発生装置を用いて、粒子に所定の運動エネルギーを与えることもできる。基板の接合面に対して、交番電圧を印加することで、接合面の周りに粒子を含むプラズマを発生させ、プラズマ中の電離した粒子の陽イオンを、上記電圧により接合面に向けて加速させることで、所定の運動エネルギーを与える。プラズマは数パスカル（Ｐａ）程度の低真空度の雰囲気で発生させることができるので、真空システムを簡易化でき、かつ真空引きなどの工程を短縮化することができる。

上記製造方法において、基板３と搬送用基板１とを接合する接合工程の前に、基板表面へ選択的に表面活性化処理を施してもよい。また接合工程の前に、無機材料層の一部へ選択的に表面活性化を施してもよい。

無機材料層の一部とは、たとえば、基板３の外周部であり、外周部のみ表面活性化処理を施すことにより、基板３の中央部に対して外周部の接合力が高くなり好ましい。

上記製造方法において、異なる種類の複数の無機材料層を形成してもよい。たとえば、基板３の中央部と外周部とで、異なる種類の無機材料層を形成するようにしてもよい。これにより、基板３の中央部と外周部とで接合強度の差を設けることができる。このことにより、基板に合わせて接合強度を制御することが可能となる。また、これらの無機材料層の一部に選択的に表面活性化処理をしても良い。

搬送用基板１は、板状またはフィルム状のガラス、耐熱性フィルム、ウエハーまたはこれらの複合材料により形成されていてもよい。より具体的には、搬送用基板１は、基板３が薄型ガラスの場合は耐熱性フィルム、またはガラス基板、またはガラスに耐熱性フィルムを貼られた基板が好ましく、基板３が耐熱性フィルムの場合はガラス、基板３がウエハーの場合はウエハーまたはガラスであることが好ましい。搬送用基板１は、シート状またはロール状に巻かれた形で提供されてもよい。

搬送用基板１は、既設の設備を使えるという観点から、厚みが０．１ｍｍ以上１．１ｍｍ以下であることが好ましい。

無機材料層２は、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、銅、窒化シリコン、アルミニウム、チタン、ニッケル、錫、グラファイトのいずれかまたはいずれかの組合せを含有するものを採用することができる。無機材料層２として具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ_２（酸化チタン）、ＮｉＯ（酸化ニッケル）、Ａｇ_２Ｏ（酸化銀）、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）などを採用することができる。これにより、水中における剥離工程において基板３と搬送用基板１を容易に剥離することができる。

無機材料層２は、複数形成してもよい。すなわち、第一無機材料層と第二無機材料層とが積層された構造としてもよい。

無機材料層２は、プラズマ促進化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）やスパッタ蒸着など堆積方法で形成されることが好ましいが、これに限られない。無機材料層２を形成する際に、所定のマスクを用いることで、所定の領域にのみ形成することができる。また、後述するように、接合面に水を介在させるための流路を形成することができる。

また、所定の無機材料層をプラズマ促進化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）やスパッタ蒸着などで所定の無機材料層材料を堆積させることで無機材料層２を形成する際に、当該所定の無機材料層材料以外の無機材料層材料を混合させてもよい。

たとえば、粒子ビームをスパッタターゲットに照射することで、スパッタターゲットの所定の無機材料層材料を当該スパッタターゲットから放出させてスパッタ蒸着を行う際に、粒子ビームの経路に当該所定の無機材料層材料以外の無機材料層材料からなるターゲットを配置してもよい。

これにより、所定の金属酸化材料に当該所定の金属酸化材料以外の金属酸化材料が混合した混合金属酸化材料をスパッタ蒸着することができる。

基板３と搬送用基板１との接合のために用いられる無機材料層２は、加熱工程や洗浄工程などを経た後、容易に剥がれる状態に膜厚、膜質が調整されることが好ましい。

基板３、搬送用基板１は、ガラスであることが好ましい。または、基板３、搬送用基板１は、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）などの有機材料からなるフィルムであることが好ましい。または、基板３、搬送用基板１は、シリコン、化合物半導体（たとえば、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ）などからなるウエハーであることが好ましい。

基板３の厚みは、０．５μｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。基板３の供給形態はシートまたはロールでまいた形で提供されてもよい。

上記製造方法において、基板が複数の層で構成され、ガラスからなる層を含み、有機材料からなる層を含んでもよい。このとき、基板が、ガラスからなる層と、有機材料からなる層で構成され、有機材料からなる層の側が搬送用基板に接合されてもよい。

たとえば、図２に示すように、ガラス層７と有機材料層８とからなる積層基板９を用いてもよい。この場合、ガラス層７と有機材料層８とを構成する材料は、ガラスとＰＩの組み合わせが特に好ましい。またガラス層７と有機材料層８を接合するには、無機材料をガラス層７または有機材料層８のどちらか一方に構成し、また無機材料表面に所定のエネルギーを与えて表面活性化する手法を用いるのが好ましい。これは接着剤などを使用した場合、加熱工程での凝固などの問題を起こすためである。

従来、一度使用した搬送用基板は使い捨てであったが、上記実施形態の製造方法によれば、レーザー照射などの基板にダメージを与えなく、また有機系接着剤を使用していないという理由より、搬送用基板を再利用することができる。

上記の実施形態に係る製造方法において、基板接合工程は、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で行われてもよい。これにより、搬送用基板１と基板３との接合強度が容易にコントロールできる。不活性ガスは窒素ガスであることがより好ましい。

上記の実施形態に係る製造方法において、基板接合工程の前に、基板と搬送用基板の接合面を不活性ガス雰囲気中に晒す。これにより、加熱による、搬送用基板１と基板３との接合強度の変化が生じ難い。不活性ガスは窒素ガスであることがより好ましい。

上記実施形態に係る製造方法において、基板接合工程が、バックグラウンド圧力が１×１０^－８Ｐａ以上大気圧未満である、真空ないしは減圧雰囲気中で行われてもよい。

また、たとえば、先述の表面活性工程を経ずに、基板同士の接合を行ってもよい。たとえば真空中で蒸着などにより形成された無機材料層は、表面において酸化や不純物による汚染などが進んでおらず、表面エネルギーが高い状態にある。このような無機材料層の表面と他方の表面とを接触させることで、比較的強度の高い接合界面を形成することができる。

本実施形態に係る基板と搬送用基板の接合、剥離方法によれば、基板と搬送用基板とを無機材料層を介して接合し、基板上に電子素子を形成した後、基板と搬送用基板との接合面に水を介在させての剥離を行うことにより、基板と搬送用基板とを容易に剥離することが可能である。

図３から図６は、本実施形態の剥離方法を説明する模式図である。図３に示すように、積層体１０は、搬送用基板１と基板３が無機材料層２を介して接合されており、基板３の表面には、電子素子が形成された基板１４ａ、１４ｂが積層されている。これらの積層体の下方には、水１１を保留した容器１３が配置されている。水１１には、超音波が印可されている。

次に、図４に示すように、基板３と基板１４ａ、１４ｂの側面を水の侵入を防ぐため、シール部材１５で覆う。シール部材１５で基板３と基板１４ａ、１４ｂの側面を覆われた積層体１０を、図５に示すように、搬送基板３と基板１の接合面が、超音波を印可された水中に位置するように、積層体１０を容器のなかに沈める。このことにより、接合面の端から超音波で励起された水が浸透してゆき、図６に示すように、無機材料層２が形成された搬送基板１と、電子素子が形成された基板１４ａ、１４ｂを積層した基板３とが分離し、剥離が完了する。このとき、水としては、例えば純水を用いてよい。また、水に印可される超音波としては、低周波帯（２０ｋＨｚ－１００ｋＨｚ）、中周波帯（７８ｋＨｚ－４３０ｋＨｚ）、高周波帯（５００ｋＨｚ－５ＭＨｚ）のそれぞれの範囲内から最適なものを適宜、剥離対象の接合面に応じて選択してよい。

以上述べたように、本実施形態では、表面に電子素子が形成される基板と搬送用基板との接合面を無機材料層を介して接合し、基板と搬送用基板との接合面に水を介在させて剥離する。介在される水には、超音波が印可されており、この水が接合面の間に浸透していって、基板と搬送用基板を剥離する。したがって、物理的な応力を作用させることなく、基板と搬送用基板とを容易に剥離することができる。物理的な応力を利用しないので薄型基板に損傷を与えることなく、搬送用基板から剥離することが可能となる。搬送用基板への損傷も防ぐことができるので、搬送用基板を再利用することが可能となり、経済的に効率のよい生産工程を構築することができる。

（第２実施形態）
本実施形態が、第１実施形態と異なるのは、剥離方法である。図７～図９は、本実施形態の剥離方法を説明する模式図である。図７に示すように、積層体１０は、搬送用基板１と基板３が無機材料層２を介して接合されており、基板３の表面には、電子素子が形成された基板１４ａ、１４ｂが積層されている。これらの積層体の下方には、水１１を保留した容器１３が配置されている。水１１には、超音波が印可されている。

本実施形態では、さらに、搬送用基板１に、搬送用基板１と基板３の接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流通孔１７が形成されている。容器１３内には、流通孔１７に挿入される剥離部材１９が配置されている。次に、図８に示すように、積層体１０の搬送用基板１側を水１１に浸漬し、剥離部材１９を流通孔１７に挿入し、基板１を押圧する。すると、超音波を印可した水１１の接合面への浸透が促進され、図９に示すように、搬送用基板１と基板３とが剥離する。

本実施形態では、超音波を印可した水を搬送用基板１と基板３との接合面に介在させると共に、搬送用基板１に流通孔１７を設け、この流通孔１７からも接合面に水を作用させると同時に流通孔１７に剥離部材１９を挿入し、基板１を押圧することによって、搬送用基板１と基板３の剥離を促進する。したがって、時間をかけずに効率よく、搬送用基板１と基板３を剥離することができる。均等に配置された複数の流通孔１７を通して剥離部材１９によって、基板３を押圧することにより、基板３に均等の圧力をかけることができ、基板３の破損を防止することができる。

（第３実施形態）
図１０は、本実施形態に係る剥離装置３０の模式図である。剥離装置３０は、水１１を保留する容器３１と、容器３１内の水に超音波を印可する超音波発生器３３と、容器３１内において、基板積層体１０を載置する載置位置３５ａと基板積層体１０を水に浸す浸漬位置３５ｂとの間で移動可能とされる載置台３５と、容器３１内の水面を予め定められた水位に保つ液面調整機構３７と、を備えている。載置台３５は、載置軸３５ｃに接続されており、載置軸３５ｃは、容器３１の下部の孔３１ａを通過して容器の外部に延びており、その先に載置台３５の移動を可能とする駆動源、例えばエアシリンダ（図示せず）に接続されている。載置軸３５ｃが摺動する、容器３１の孔３１ａのまわりには、容器３１内のからの水漏れを防止するシールリング３５ｄが装着されている。液面調整機構３７は、たとえばフロートセンサと水の流入弁と流出弁とで構成することができ、フロートセンサの水面検知の位置によって水の流出を制御する。

剥離装置３０が始動すると、超音波発生器３３は、容器３１内の水に超音波の印可を開始する。液面調整機構３７は、載置台３５が浸漬位置３５ｂに移動したときに基板接合体１０の搬送用基板１と基板３との接合面が水１１に浸るように、容器３１内の液面を調整する。載置台３５は、前述のエアシリンダの駆動によって、載置位置３５ａに移動し、基板接合体１０を載置台３５上に載置する。次いで、載置台３５は、エアシリンダの駆動によって、浸漬位置３５ｂに移動し、基板接合体１０を水に浸す。超音波振動を印可された水１１は、搬送用基板１と基板３の接合面に浸透してゆき、搬送用基板１と基板３を剥離する。本実施形態における剥離装置３０は、第１実施形態の剥離工程で利用するのに好適な装置である。

（第４実施形態）
図１１は、本実施形態に係る剥離装置４０の模式図である。本実施形態の剥離装置４０が、第３実施形態の剥離装置３０と異なっている点は、載置台４５に剥離部材１９としてピン４５ｅが設けられた点である。その他の同様の作用効果を有する部材には、同じ符号を付しその説明を省略する。本実施形態では、載置台４５が、基板接合体１０を載置し、浸漬位置３５ｂに移動した後、ピン４５ｅがアクチュエータ（図示せず）によって、載置台４５から上方にむけて突出し、搬送用基板１に設けられた流通孔１７を通して基板３を押圧する。本実施形態における剥離装置４０は、第２実施形態で利用するのに好適な装置である。

（第５実施形態）
図１２は、本実施形態に係る剥離装置５０の模式的平面図である。図１３は、図１２における矢印Ａ方向からみた拡大側面図である。本実施形態に係る剥離装置５０は、水を保留する容器５１と、基板接合体１０に超音波を印可する際に基板接合体１０を載置する超音波印可台５３と、基板接合体１０に超音波を印可する超音波発生器５５と、容器５１と超音波印可台５３との間で基板接合体１０を搬送する搬送ロボット５７と、を備え、容器５１は、容器５１内において、基板接合体１０を載置する載置位置３５ａと基板接合体を水に浸す浸漬位置３５ｂとの間で移動可能とされる載置台３５と、容器５１内の水面を予め定められた位置に保つ液面調整機構３７と、を備える。

図１２に示すように、本実施形態における搬送ロボット５７は、回転アーム５６ａを備え、基板接合体１０をキャリア（図示せず）から容器５１に搬送する搬送ロボット５７ａと、平行移動アーム５６ｂを備え、基板接合体１０を容器５１から超音波印可台５３に搬送する搬送ロボット５７ｂとによって構成されている。搬送ロボット５７ａは、回転軸Ｋを中心として矢印ｐ、ｑに示すようにアーム５６ａを回転駆動することによって基板接合体１０を搬送し、その端部には、基板接合体１０の外周の４か所に接して基板接合体１０を挟持する挟持部材５９ａが設けられている。搬送ロボット５７ｂは、レール５８にそって矢印ｒに示すようにアーム５６ｂを平行駆動することによって基板接合体１０を搬送し、その端部には、搬送ロボット５７ａと同様の動作をする挟持部材５９ｂが設けられている。

図１３に示すように、本実施形態に係る容器５１は、図１０に示す実施形態３の剥離装置３０の超音波発生器３３を取り外したものである。したがって、同様の作用効果を示す部材には、同じ符号を付しその説明を省略する。

搬送ロボット５７ａによって、容器５１に搬送された基板接合体１０は、載置位置３５ａにおいて載置台３３に載置される。載置台３３は、そのご浸漬位置３５ｂに移動し基板接合体１０の搬送基板１と基板３との接合面に水１１を浸透させる。あらかじめ定められた時間、浸漬位置３５ｂにおいて基板接合体１０を水に浸した後、基板接合体１０は、載置台３５と搬送ロボット５７ｂの協働によって、容器５１から超音波印可台５３に搬送される。超音波印可台５３では、隣接して配置された超音波発生器５５がアクチュエータ（図示せず）によって基板接合体１０に接触する位置に移動し基板接合体１０に超音波を印可する。この超音波の印可によって、搬送用基板１と基板３とを剥離する。このように、基板接合体１０の接合面に浸透した水によって、搬送用基板１と基板３の接合が弱められ、さらに超音波振動を印可することによって、搬送用基板１と基板３とを容易に剥離することができる。

（第６実施形態）
図１４～図２１は、本実施形態に係る搬送基板と基板との接合面に形成される流路を示す図である。本実施形態では、無機材料層に、接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流路が形成されている。図１４～図２１に示されるように、流路６１は、搬送用基板１または基板３の接合面にマスクを介してイオンビームスパッタ等で形成された無機材料層のパターン６３の間隙として形成される。図１４～図２１では、無機材料層のパターン６３は、斜線のハッチングで示され、イオンビームスパッタの際に、マスクが覆っていない部分に形成される。本実施形態は、上述の実施形態のいずれにも適用することが可能である。本実施形態では、基板接合体を水に浸した際に、この流路６１が、搬送用基板１と基板３との接合面における水の接触を促進することができるので、より容易に搬送用基板１と基板３とを剥離することが可能となる。

（第７実施形態）
図２２は、本実施形態に係る接合装置７０の模式的平面図である。接合装置７０は、搬送用基板を搬入、搬出する搬送用基板ロードロックチャンバ７１と、基板を搬入、搬出する基板ロードロックチャンバ７２と、搬送ロボットが内部に設置される搬送チャンバ７３と、搬送用基板、基板に直接又はマスクを介して無機材料層を形成するスパッタチャンバ７４と、スパッタチャンバに連通して設けられ、搬送用基板、基板を覆うマスクを収納するマスク室７５と、搬送用基板、基板を不活性ガス雰囲気に晒す不活性ガス処理チャンバ７６と、搬送用基板、基板をイオンビームにより活性化処理する活性化処理チャンバ７７と、搬送用基板、基板を接合する接合チャンバ７８と、を備え、搬送用基板ロードロックチャンバ７１、基板ロードロックチャンバ７２、スパッタチャンバ７４、不活性ガス処理チャンバ７６、活性化処理チャンバ７７、および接合チャンバ７８は、相互間を搬送用基板、基板を搬送可能なように、搬送チャンバ７３とそれぞれがゲートバルブ７９によって接続されている。

搬送用基板ロードロックチャンバ７１、および基板ローロックチャンバ７２に搬入された搬送用基板、および基板は、接合に必要な処理をそれぞれのチャンバで施され最終的に接合チャンバ７８に送られて搬送用基板と基板との接合面を互いに押しつけて接合される。搬送用基板、基板に行われる処理を、以下に示す。
（１）無機材料層形成（スパッタチャンバ７４）
スパッタチャンバ７４では搬送用基板、基板の接合予定面のいずれかまたは双方にスパッタリング、例えばイオンビームスパッタによって無機材料層を形成する。接合面に実施形態６に示す流路を形成する場合は、隣接するマスク室７５から必要なマスクが搬送され、搬送用基板、基板の接合予定面を覆う。

（２）接合前の表面活性化（活性化処理チャンバ７７）
活性化処理チャンバ７７では、イオンビームにより搬送用基板、基板の接合予定面の表面活性化処理が行われる。
（３）不活性ガスによる表面置換処理（不活性ガス処理チャンバ７６）
不活性ガス処理チャンバ７６では、不活性ガスにより、搬送用基板、基板の接合予定面の表面置換処理が行われる。ここで不活性ガスとは、例えば窒素を使用してよい。
（４）接合（接合チャンバ７８）
好適な（１）～（３）の処理の選択をし、処理が終了した搬送用基板と基板は、接合チャンバ７８に搬送され、搬送用基板と基板との接合が行われる。接合が完了した基板接合体は、搬送用基板ロードロックチャンバ７１、または、基板ロードロックチャンバ７２に搬送チャンバ７４の搬送ロボットにより搬送され、装置外部に搬出され、一連の接合工程が完了する。

接合にいたるまでの、搬送用基板、基板に対して、上記（１）～（３）の処理を行うかどうかは、制御装置（図示せず）によって適宜設定されてよい。換言すると、（１）～（３）の処理は、所望の基板接合体の特性、状態に応じて自由に選択される。搬送用基板ロードロックチャンバ７１、基板ロードロックチャンバ７２、スパッタチャンバ７４、不活性ガス処理チャンバ７６、活性化処理チャンバ７７、接合チャンバ７８の各チャンバは、ゲートバルブ７９によって、搬送チャンバ７３に接続されているので、搬送チャンバ７３に設置された搬送ロボットによって、適切な処理のフローを組み立てることができる。

これまで上述した実施形態における剥離方法で、最も特徴的であるのは接合膜を調整できる事である。最も我々が注目するプロセスはシリコンウエハーが搬送基盤であり、基板（インターポーザー）がガラスかシリコンウエハーである場合である。この場合、搬送基盤とインターポーザーを仮接合し、その後ＣＭＰで薄化する。この時、削る圧力に耐え、また削る時の水洗浄にも耐え、その後の半導体ウエハーの積層工程にも耐える強度のある無機接合膜ができる、または調整できる技術だという事がこのプロセスの特徴である。そしてそれらの調整に、
（１）無機膜が片面
（２）無機膜が両面
（３）無機膜片面で片面のみ活性化する
（４）無機膜両面で両面とも活性化する。
という選択肢があり、またそれぞれの貼合わせも真空と窒素が選択できる。それ以外に、流路の形成により、接合力、剥離力とも調整可能である。また、流路はマスクで形成される。ゆえに様々な形状を有する流路を形成することができる。

これまで述べてきた実施形態では、基板と搬送用基板との接合面に水を介在させて剥離することを説明してきた。ここにおいて、接合面に介在させる水としては、水が含まれているものであればよい。例えば、エタノール等のアルコール類や、ある種の化学物質が含有する水溶液であってよい。接合面に介在して剥離を促進するものであれば、水と同等の働きをする流体であればよい。ここでの流体は、液体に限らず気体であってもよい。

以上、本発明の実施形態を説明した。特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想から逸脱することなく、これらに変更を施すことができることは明らかである。

以下に、本発明に係る実施例を示す。本発明の内容はこれらの実施例によって限定して解釈されるものではない。

実施例の試験は、以下の手順で行った。

（１）搬送用基板とデバイス基板の準備
試料の組み合わせとして、搬送用基板と仮定して、無アルカリガラスを用意し、デバイス基板と仮定して、シリコンウエハーを用意した。

（２）無機物層の形成
以下［表１］で示す通り、サンプルごとに、イオンビームスパッタを使用して、Ｓｉ（シリコン）とＡｌＯ（酸化アルミニウム）の無機物層をシリコンウエハーの表面に形成した。スキャン数は３であり、１スキャンにつき１．５ｎｍ形成されるため、４．５ｎｍのＳｉ（シリコン）、ＡｌＯ（酸化アルミニウム）の無機物層が形成された。その際に、サンプルごとに、図１４に示す無機物層パターン６３を形成するマスクの有無が選択された。

（３）常温接合処理
下記条件で、常温接合処理を行った。
（常温接合条件）
・プレス条件：５ｋＮ／５ｍｉｎ
・プレス環境：Ｎ_２（窒素）環境下

（５）剥離
接合後の試料を純水に水没させ、超音波振動を印可した。

（剥離の結果）
［表１］に示す通り、すべて１０分以内に剥離した。マスクによって、流路を形成したものが早く剥離することがわかる。

上記の結果によれば、本発明に係る剥離方法によって、基板を容易に剥離できることが理解される。

１ 搬送用基板
２ 無機材料層
３ 基板
４ 電子素子
１１ 水
１３、３１、５１ 容器
１７ 流通孔
１９ 剥離部材
３０、４０、５０ 剥離装置
３３、５５ 超音波発生器
３５、４５ 載置台
３５ａ 載置位置
３５ｂ 浸漬位置
３７ 液面調整機構
５３ 超音波印可台
５７、５７ａ、５７ｂ 搬送ロボット
６１ 流路
７０ 接合装置
７１ 搬送用基板ロードロックチャンバ
７２ 基板ロードロックチャンバ
７３ 搬送チャンバ
７４ スパッタチャンバ
７５ マスク室
７６ 不活性ガス処理チャンバ
７７ 活性化処理チャンバ
７８ 接合チャンバ
７９ ゲートバルブ

Claims (16)

1. 表面に電子素子が形成される基板と前記基板を搬送する為の搬送用基板との接合、剥離方法であって、
   前記基板と前記搬送用基板との接合面を無機材料層を介して接合すること、
   前記基板と前記搬送用基板との接合面に水を介在させて剥離すること、を含み、
   前記搬送用基板には、前記接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流通孔が形成され、
   前記剥離することは、前記流通孔に挿入した剥離部材により前記基板を押圧し剥離すること、を含む接合、剥離方法。
2. 前記水は超音波振動が付与されていること、を含む請求項１に記載の接合、剥離方法。
3. 前記接合面に水を介在させた後、前記接合面に超音波振動を付与すること、を含む請求項１に記載の接合、剥離方法。
4. 前記無機材料層には、前記接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流路が形成されていること、を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の接合、剥離方法。
5. 前記無機材料層は、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、銅、窒化シリコン、アルミニウム、チタン、ニッケル、錫、グラファイトのいずれかまたはいずれかの組合せを含有すること、を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の接合、剥離方法。
6. 前記基板と前記搬送用基板とは、ガラス、シリコン、化合物半導体、高分子フィルムのいずれかまたはいずれかの組合せであること、を含む請求項１から５のいずれか１項に記載の接合、剥離方法。
7. 表面に電子素子が形成される基板の製造方法であって、
   前記基板の搬送用基板が接合される接合予定面と、前記基板を搬送するための前記搬送用基板の接合予定面の少なくとも一方に、無機材料層を形成すること、
   前記基板と前記搬送用基板とを互いに押し付けて、前記無機材料層を介して前記基板と前記搬送用基板とを接合すること、
   前記基板と前記搬送用基板との接合面に水を介在させて剥離すること、を含み、
   前記搬送用基板には、前記接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流通孔が形成され、
   前記剥離することは、前記流通孔に挿入した剥離部材により前記基板を押圧し剥離すること、を含む製造方法。
8. 前記水は超音波振動が付与されていること、を含む請求項７に記載の基板の製造方法。
9. 前記接合面に水を介在させた後、前記接合面に超音波振動を付与すること、を含む請求項７に記載の製造方法。
10. 前記無機材料層には、前記接合面に水を介在させるための少なくとも一つの流路が形成されていることを、含む請求項７から９のいずれか１項に記載の製造方法。
11. 前記無機材料層は、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、銅、窒化シリコン、アルミニウム、チタン、ニッケル、錫、グラファイトのいずれかまたはいずれかの組合せを含有すること、を含む請求項７から１０のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 前記基板と前記搬送用基板とは、ガラス、シリコン、化合物半導体、高分子フィルムのいずれかまたはいずれかの組合せであること、を含む請求項７から１１のいずれか１項に記載の製造方法。
13. 前記接合することの前に、前記無機材料層の表面を、所定の運動エネルギーを備える粒子を照射することで活性化させること、を含む請求項７から１２のいずれか１項に記載の製造方法。
14. 前記接合することは、真空雰囲気中または不活性ガスを含むガス雰囲気中で行われること、を含む請求項７から１３のいずれか１項に記載の製造方法。
15. 請求項７から１４のいずれか１項に記載の製造方法によって製造される薄型基板。
16. 水を保留する容器と、
    基板接合体に超音波を印可する際に前記基板接合体を載置する超音波印可台と、
    前記基板接合体に超音波を印可する超音波発生器と、
    前記容器と前記超音波印可台との間で前記基板接合体を搬送する搬送ロボットと、を備え、
    前記容器は、
    前記容器内において、前記基板接合体を載置する載置位置と前記基板接合体を水に浸す浸漬位置との間で移動可能とされる載置台と、
    前記容器内の水面を予め定められた位置に保つ液面調整機構と、を備える剥離装置。