JP3318776B2

JP3318776B2 - 張り合わせ基板の製造方法と張り合わせ装置

Info

Publication number: JP3318776B2
Application number: JP25598192A
Authority: JP
Inventors: 安教大久保; 隆史永野; 宗治島ノ江; 弘佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 2002-08-26
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JPH0684735A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、張り合わせ基板の製造
方法と張り合わせ装置に係り、たとえば半導体ウェーハ
などの半導体基板相互を張り合わせたＳＯＩ（Silicon
on Insulator）構造の張り合わせ基板などを好適に製
造するための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば半導体技術の分野では、高集積
化および高密度化を図るため、ＳＯＩ構造の半導体装置
が盛んに開発されている。ＳＯＩ構造の半導体装置を得
るための一手段として、半導体基板相互を張り合わせる
技術が開発されている。

【０００３】半導体基板相互を張り合わせるには、たと
えば、張り合わせようとする半導体基板相互の面を研磨
し、その研磨面相互を、清浄な条件下で接触させ、両面
に存在する水ないし水酸基の作用による水素結合によっ
て仮接着し、その後、熱処理することなどにより、完全
な張り合わせ基板が完成する。熱処理後の基板相互の張
り合わせ強度は、一般に、２００ｋｇ／ｃｍ² 以上であ
り、場合によっては、２０００ｋｇ／ｃｍ² にもなる。

【０００４】このような張り合わせ基板の製造方法にお
いては、仮接着時の基板相互の張り合わせ時に、基板の
反りなどのために、基板周辺部相互が先に接触し、張り
合わせ中央部に気泡が取り残されることがしばしばあ
る。張り合わせ部に気泡などが残存すると、その部分が
良好に接着されず、剥がれ易くなると共に、汚染の原因
となり、素子の信頼性を低下させる。

【０００５】この対策として、張り合わせを真空中で行
うことも考えられる。しかしながら、このような方法で
は、装置が大がかりとなり、経済的でないという問題点
を有する。そこで、従来では、半導体基板相互を張り合
わせる方法および装置として、たとえば特開昭６１−１
４５８３９号公報および図１１に示す技術が知られてい
る。図１１に示すように、この方法では、一方の半導体
基板１０を固定吸着保持具３により平坦に保持し、他方
の半導体基板８を、その研磨面中央部が凸状になるよう
に保持する可動吸着保持具１で保持する。そして、可動
吸着保持具１を固定吸着保持具３に対して近づけ、半導
体基板８の研磨面中央部を他方の半導体基板１０の研磨
面に接触させ、その後、可動吸着保持具１による吸着を
解除することにより、両半導体基板８，１０相互を、間
に気泡が入らないように仮接着する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の張り合わせ装置を用いた張り合わせ方法では、可
動吸着保持具１による吸着を解除した段階で、基板８の
周辺部が瞬間的に他方の基板１０に対して張り合わされ
ることになり、依然として気泡が残った状態で張り合わ
せが行われるおそれがある。

【０００７】また、半導体基板８を反らせた状態から、
瞬間的に張り合わせするため、半導体基板に既に形成し
てあるパターンが伸縮したりするなどのおそれもある。
特に、パターンの微細化が進んでいる今日では、パター
ンの伸縮を生じさせるおそれがあるような張り合わせ方
法は、好ましくない。

【０００８】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、基板に対して過度の伸縮を加えることなく、しかも
内部に気泡が入らない状態で良好に接合することが可能
な張り合わせ基板の製造方法および張り合わせ装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の張り合わせ基板の製造方法は、少なくとも
一方の基板の外側に磁力発生手段を設置し、この磁力発
生手段の磁力を、基板相互を張り合わせるための加圧力
として用い、この磁力を基板の面方向に沿って変化させ
ることにより、基板相互を張り合わせることを特徴とす
る。磁力発生手段は、電磁石であっても良いし、永久磁
石であっても良い。磁力発生手段は、たとえば、磁力
が、基板の中央から周辺に向けて順次強めるように、あ
るいは基板の一方の端部から他方の端部に向けて順次強
めるように制御される。

【００１０】本発明の張り合わせ装置は、一方の基板を
吸着固定する吸着盤と、他方の基板の外側に設置された
磁性体と、上記吸着盤の外側に設けられ、基板の面方向
に沿って、基板を貫通して磁性体に作用する磁力を変化
させることが可能な磁力発生手段とを有し、上記磁力発
生手段によって発生する磁力を加圧力として用い、この
磁力を基板の面方向に沿って変化させることにより、基
板相互を張り合わせることを特徴とする。磁力発生手段
は、基板の面方向に沿って、同心状に配列してある複数
の電磁石、あるいは、基板の面方向に沿って、一方の端
部から他方の端部に向けて並列に配列してある電磁石な
どで構成される。これら電磁石の代わりに、永久磁石を
用いることも可能である。その場合には、各永久磁石
を、吸着盤に対して独立して接近離反移動させる移動手
段を設けることが好ましい。また、磁力発生手段は、単
一の永久磁石で構成し、この永久磁石を、吸着盤に沿っ
て、一方の端部から他方の端部に向けて平行に移動させ
るように構成することもできる。

【００１１】

【作用】本発明の張り合わせ基板の製造方法では、磁力
発生手段の磁力を、基板相互を張り合わせるための加圧
力として用い、この磁力を基板の面方向に沿って変化さ
せることにより、基板相互を張り合わせる。たとえば、
最初に基板相互の中央部に磁力をかけて、基板相互の中
央部を、磁力に対応する加圧力で接触させ、徐々に、周
辺方向に磁力を印加して行けば、基板の中央部から周辺
部に向けて徐々に所定の加圧力で接触して行き、基板相
互間の気泡は外側に押し出されながら、基板相互が張り
合わされる。この際に、本発明では、基板相互を吸着盤
などで強制的に曲折することはないので、基板に対して
ほとんど伸縮力が作用せず、この基板上に何らかのパタ
ーンが形成されている場合でも、パターンの伸縮はほと
んどない。あるとしても数ｐｐｍ以下程度のオーダーで
ある。また、磁力を加圧力として用いているため、電磁
石に対する供給電圧の変化あるいは永久磁石の移動など
により、加圧力としての磁力を容易に変化させることが
できると共に、基板面方向の張り合わせ速度の制御も可
能である。その結果、基板条件などに応じて、基板張り
合わせ条件の最適化を図ることも可能であり、常に良好
な張り合わせが可能である。本発明の張り合わせ装置
は、本発明の方法を好適に実現することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る張り合わせ基
板の製造方法および張り合わせ装置について、図面を参
照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係
る張り合わせ基板の製造過程を示す概略断面図、図２は
図１に示すII−II線に沿う電磁石の断面図、図３，４は
張り合わせ工程前の研磨工程の例を示す概略図、図５，
６は本発明の方法で張り合わされる張り合わせ型ＳＯＩ
構造の半導体装置の製造例を示す要部断面図、図７は本
発明の他の実施例で用いる磁力発生手段の変形例を示す
平面側断面図、図８は図７に示す装置を用いた方法を示
す概略断面図、図９は本発明の他の実施例に係る張り合
わせ基板の製造方法を示す概略断面図、図１０は本発明
のさらにその他の実施例に係る張り合わせ基板の製造方
法を示す概略断面図である。

【００１３】図１〜６に示す実施例は、本発明の一実施
例に係る張り合わせ装置を用いて、半導体基板相互の張
り合わせを実現し、たとえばＳＯＩ構造の半導体装置を
得る例を示している。まず、本発明の一実施例に係る張
り合わせ装置について説明する。図１に示すように、本
実施例の張り合わせ装置は、張り合わせを行おうとする
一方の半導体基板８を吸着固定する吸着盤２を有する。
この吸着盤２には、真空吸引穴４が形成してあり、真空
吸引穴４から真空引きを行い、一方の半導体基板８を、
平坦性を保持しつつ、真空吸着して固定する。

【００１４】吸着盤２の外側（半導体基板８と反対側）
には、磁力発生手段としての電磁石Ｍ１〜Ｍ４が配置し
てある。これら電磁石Ｍ１〜Ｍ４は、図２に示すよう
に、同心上に配置してある。これら電磁石Ｍ１〜Ｍ４
は、それぞれ独立に磁力の制御が可能である。これら電
磁石Ｍ１〜Ｍ４の配置数は、いくらでも多くすることが
できる。

【００１５】他方の半導体基板１０の外側には、磁性体
としての磁性盤６が設置してある。半導体基板１０は、
磁性盤１０に対して弱い力で吸着保持されていても良い
が、単に接触しているだけでも良い。磁性盤６が電磁石
Ｍ１〜Ｍ４の反対側に位置することで、電磁石Ｍ１〜Ｍ
４に磁力が発生した場合に、磁性盤がヨークとして機能
し、両基板８，１０に対して加圧力が作用する。

【００１６】本実施例で用いる半導体基板８には、たと
えば図５に示すような方法で薄膜が成膜してある。すな
わち、同図（ａ）に示すように、半導体基板８の表面に
は、素子分離用段差が形成され、同図（ｂ）に示すよう
に、その表面に酸化シリコンなどで構成される絶縁膜２
２が熱酸化などの手段手で成膜される。そして、同図
（ｃ）に示すように、絶縁膜２２の上に、たとえばポリ
シリコン膜などで構成される平坦化層２４がＣＶＤ法な
どで成膜され、同図（ｃ）に示すように、平坦化層２４
の表面が平坦に研磨される。

【００１７】ＳＯＩ構造の半導体装置を製造するために
は、一方の半導体基板８の表面に成膜してある平坦化層
２４の表面を研磨し、その研磨面に対し、図６（ｅ）に
示すように、他方の半導体基板１０の研磨面を張り合わ
せる。張り合わせ後には、同図（ｆ）および（ｇ）に示
すように、一方の半導体基板８の表面を素子分離用段差
部分まで研磨することにより、絶縁膜２２上に分離され
た半導体層８ａを得る。このようなＳＯＩ構造を採用す
ることにより、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭおよびその他の半導
体装置の高集積度化あるいは高性能化などを実現でき
る。

【００１８】本実施例の張り合わせ装置およびそれを用
いた張り合わせ基板の製造方法は、このようなＳＯＩ構
造の半導体装置を得るための一手段として好適に用いる
ことができる。

【００１９】本実施例の張り合わせ装置を用いた張り合
わせ半導体基板の製造方法の一例を次に示す。まず、張
り合わせ工程に先立ち、各半導体基板８，１０における
張り合わせ面の研磨を行う。研磨に際しては、図３に示
す研磨装置を用いることが好ましい。この研磨装置は、
半導体基板１０が保持されるテンプレート１２を有す
る。テンプレート１２の周辺部には、テンプレートガイ
ド１６が設置してあると共に、テンプレート１２と半導
体基板１０との間には、マウンティングシート１４が装
着してある。半導体基板１０は、テンプレートガイド１
６により位置決めされてテンプレート１２に取り付けら
れ、研磨用クロス１８が、半導体基板１０の面方向に沿
って移動することにより、半導体基板１０の表面が研磨
される。

【００２０】従来の研磨装置では、図４に示すように、
テンプレートガイド１６とマウンティングシート１４ａ
との隙間ｌ1は、０〜１mmと非常に小さく、このため
に、研磨用クロス１８と半導体基板１０との面圧が、周
辺部で大きく、中心部で小さいという問題点を有してい
る。このために、周辺部での研磨速度が大きく、基板周
辺部において、いわゆるダレが生じるおそれがあった。

【００２１】本実施例では、図３に示すように、テンプ
レートガイド１６とマウンティングシートとの隙間ｌ2
を、たとえば５〜２０mmと大きくしてある。そのため、
研磨用クロス１４と半導体基板１０との研磨圧力が周辺
部で大きくなれば、マウンティングシート１４が存在し
ない凹部分に、半導体基板１０の周辺部が逃げることに
なる。その結果、周辺部において、半導体基板１０と研
磨用クロス１８との面圧が減少し、基板の全面にわたり
面圧が均一となる。したがって、基板周辺におけるダレ
が減少する。

【００２２】図３に示す例では、半導体基板１０の研磨
工程について説明したが、半導体基板８に対しても同様
に研磨する。

【００２３】半導体基板８，１０の研磨が終了した後に
は、これら基板８，１０の研磨面同士の水素結合力を十
分に利用するため、研磨面の親水性処理を行うことが好
ましい。親水性処理は、まずフッ酸などで半導体基板
８，１０の表面を洗浄し、次いて直ちにアンモニア−過
酸化水素水混合液で処理することなどにより行われる。
場合によっては、フッ酸処理は省略しても良い。このよ
うな処理により、基板表面がＯＨリッチとなり、結合力
が高まると考えられる。

【００２４】次に、図１に示すように、一方の半導体基
板８を、その平坦性を保持しつつ、しかも研磨面が上に
位置するように、真空盤２で真空吸着固定する。また、
他方の半導体基板１０は、その研磨面が半導体基板８と
向き合うように、半導体基板８に対して近づける。その
際に、半導体基板１０の外側（図示上では、上側）に
は、磁性盤６を装着する。

【００２５】磁性盤６が装着してある半導体基板１０
を、上側から、図示しない真空盤などを用いて、半導体
基板８に対して接触しない間隔（数mm〜数μｍ）で近づ
け、その位置で半導体基板１０を保持する真空盤の吸着
固定を解除すると、半導体基板１０は、磁性盤６と共
に、半導体基板８に向けて落下することになるが、数μ
ｍの間隔になると、空気の粘性抵抗および静電気力など
が原因で、基板１０は基板８に対して僅かに浮上した状
態となる。なお、強制的な静電気力を利用して、半導体
基板１０を半導体基板８に対して僅かに浮かせることも
できる。

【００２６】このような状態から、真空盤２の下方に設
置してある電磁石Ｍ１〜Ｍ４を次のような順序で駆動す
る。すなわち、まず、図１（Ｂ）に示すように、基板の
中央部に位置する電磁石Ｍ１に電力を供給し、磁力を発
生させる。この磁力により、磁性盤６の中央部は、電磁
石Ｍ１側に吸引され、半導体基板８，１０の中央部が、
電磁石の磁力に応じた所定の加圧力で圧接する。その結
果、半導体基板８，１０相互の中央部で水素結合力を利
用した張り合わせが開始する。

【００２７】その後、順次、電磁石Ｍ２〜Ｍ４を駆動
し、半導体基板８，１０を中央部から周辺部に向けて徐
々に圧接して行く。その結果、基板８，１０相互間の気
泡は外側に押し出されながら、基板８，１０相互が水素
結合力により張り合わされる。

【００２８】本実施例では、高精度な平坦度を有する吸
着盤２に固定してある半導体基板８に沿って、半導体基
板１０の張り合わせが成され、半導体基板１０を強制的
に曲折することはないので、基板８，１０に対してほと
んど伸縮力が作用せず、この基板上に何らかのパターン
が形成されている場合でも、パターンの伸縮はほとんど
ない。あるとしても数ｐｐｍ以下程度のオーダーであ
る。その後、アニール用熱処理を行い、両基板８，１０
の張り合わせが完了する。熱処理温度は、特に限定され
ないが、５００〜１２００℃、好ましくは８００〜１１
００℃である。

【００２９】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図７，８に示すように、この実施例では、吸着盤２
の下方に設置する電磁石Ｍ１０〜Ｍ１７の配列を、半導
体基板８の一方の端部から他方の端部に向けて並列にし
てある。その他の構成は、前述した実施例と同様であ
る。

【００３０】この実施例では、半導体基板８の一方の端
部に位置する電磁石Ｍ１０から、他方の端部に位置する
電磁石１７方向に順次駆動して行く。このように電磁石
Ｍ１０〜Ｍ１７を順次駆動することで、図８に示すよう
に、半導体基板８，１０の一方の端部側から、両基板間
の気泡を押し出しながら、電磁石の磁力を加圧力とし
て、両基板８，１０の張り合わせが行われる。

【００３１】図９に示す実施例では、吸着盤２の下方に
永久磁石Ｍ２０〜Ｍ２３を同心状に配列してある。しか
も、各永久磁石Ｍ２０〜Ｍ２３には、各永久磁石を、吸
着盤２に対して独立して接近離反移動させる移動手段と
してのアクチュエータＰ０〜Ｐ３が装着してある。その
他の構成は、図１に示す実施例と同様である。

【００３２】この実施例では、アクチュエータＰ０〜Ｐ
３を用いて中央側の永久磁石Ｍ２０から順次吸着盤２に
対して近づけ、図１に示す実施例と同様にして、磁力を
加圧力として用いて基板の張り合わせを行う。なお、図
９に示す実施例の変形例として、永久磁石を図７に示す
ように並列に配置し、各永久磁石をアクチュエータなど
により吸着盤２に対して独立して接近離反移動自在とす
ることもできる。

【００３３】図１０に示す実施例では、吸着盤２の下方
に、単一の永久磁石Ｍ３０を、スライド盤３０に沿っ
て、吸着盤２に対して平行に移動自在に設置し、永久磁
石Ｍ３０を、移動手段としてのアクチュエータＰ１０に
よりスライド移動させる。永久磁石Ｍ３０の長さは、半
導体基板８，１０の直径以上の長さであることが好まし
い。その他の構成は、図１に示す実施例と同様である。

【００３４】この実施例では、永久磁石Ｍ３０を、半導
体基板８，１０の一方の端部から他方の端部に向けて移
動させることにより、両基板８，１０の張り合わせを図
７，８に示す実施例と同様にして行うことができる。

【００３５】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。例えば、上述した各実施例では、基板とし
て半導体基板を用いたが、本発明は、これに限定され
ず、半導体基板以外で、精密な張り合わせを必要とする
張り合わせ基板の製造方法に適用することも可能であ
る。また、二枚以上の基板を張り合わせる場合にも適用
することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、基板相互間の気泡は外側に押し出されながら、基板
相互が張り合わされ、接合部に気泡などが存在せず、接
合強度が高く、汚染のない良好な張り合わせ基板を得る
ことができる。また、本発明では、基板相互を吸着盤な
どで強制的に曲折することはないので、基板に対してほ
とんど伸縮力が作用せず、この基板上に半導体パターン
が形成されている場合でも、パターンの伸縮はほとんど
ない。あるとしても数ｐｐｍ以下程度のオーダーであ
る。したがって、本発明の方法は、微細パターンが形成
される半導体基板の張り合わせとして好適に用いること
ができる。

【００３７】また、磁力を加圧力として用いているた
め、電磁石に対する供給電圧の変化あるいは永久磁石の
移動などにより、加圧力としての磁力を容易に変化させ
ることができると共に、基板面方向の張り合わせ速度の
制御も可能である。その結果、基板条件などに応じて、
基板張り合わせ条件の最適化を図ることも可能であり、
常に良好な張り合わせが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る張り合わせ基板の製造
過程を示す概略断面図である。

【図２】図１に示すII−II線に沿う電磁石の断面図であ
る。

【図３】張り合わせ工程前の研磨工程の例を示す概略図
である。

【図４】張り合わせ工程前の研磨工程の例を示す概略図
である。

【図５】本発明の方法で張り合わされる張り合わせ型Ｓ
ＯＩ構造の半導体装置の製造例を示す要部断面図であ
る。

【図６】本発明の方法で張り合わされる張り合わせ型Ｓ
ＯＩ構造の半導体装置の製造例を示す要部断面図であ
る。

【図７】本発明の他の実施例で用いる磁力発生手段の変
形例を示す平面側断面図である。

【図８】図７に示す装置を用いた方法を示す概略断面図
である。

【図９】本発明の他の実施例に係る張り合わせ基板の製
造方法を示す概略断面図である。

【図１０】本発明のさらにその他の実施例に係る張り合
わせ基板の製造方法を示す概略断面図である。

【図１１】従来例に係る張り合わせ基板の製造過程を示
す概略図である。

【符号の説明】

２… 吸着盤６… 磁性盤８… 半導体基板１０… 半導体基板Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ１０〜Ｍ１６… 電磁石Ｍ２０〜Ｍ２３，Ｍ３０… 永久磁石Ｐ０〜Ｐ３，Ｐ１０… アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤弘東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/02 H01L 27/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも二枚の基板を張り合わせて張
り合わせ基板を製造する方法において、少なくとも一方の基板の外側に磁力発生手段を設置し、
この磁力発生手段の磁力を、基板相互を張り合わせるた
めの加圧力として用い、この磁力を基板の面方向に沿っ
て変化させることにより、基板相互を張り合わせること
を特徴とする張り合わせ基板の製造方法。
【請求項２】上記磁力発生手段が、電磁石である請求
項１に記載の張り合わせ基板の製造方法。
【請求項３】上記磁力発生手段が、永久磁石である請
求項１に記載の張り合わせ基板の製造方法。
【請求項４】上記基板相互に作用する加圧力としての
磁力が、基板の中央から周辺に向けて順次強めるように
磁力発生手段を制御する請求項１から３のいずれかに記
載の張り合わせ基板の製造方法。
【請求項５】上記基板相互に作用する加圧力としての
磁力が、基板の一方の端部から他方の端部に向けて順次
強めるように磁力発生手段を制御する請求項１から３の
いずれかに記載の張り合わせ基板の製造方法。
【請求項６】少なくとも二枚の基板を張り合わせて張
り合わせ基板を製造するための張り合わせ装置におい
て、一方の基板を吸着固定する吸着盤と、他方の基板の外側に設置された磁性体と、上記吸着盤の外側に設けられ、基板の面方向に沿って、
基板を貫通して磁性体に作用する磁力を変化させること
が可能な磁力発生手段とを有し、上記磁力発生手段によって発生する磁力を加圧力として
用い、この磁力を基板の面方向に沿って変化させること
により、基板相互を張り合わせることを特徴とする張り
合わせ装置。
【請求項７】上記磁力発生手段は、基板の面方向に沿
って、同心状に配列してある複数の電磁石で構成される
請求項６に記載の張り合わせ装置。
【請求項８】上記磁力発生手段は、基板の面方向に沿
って、一方の端部から他方の端部に向けて並列に配列し
てある電磁石で構成してある請求項６に記載の張り合わ
せ装置。
【請求項９】上記磁力発生手段は、基板の面方向に沿
って、同心状に配列してある複数の永久磁石であり、各
永久磁石には、各永久磁石を、上記吸着盤に対して独立
して接近離反移動させる移動手段が装着してある請求項
６に記載の張り合わせ装置。
【請求項１０】上記磁力発生手段は、基板の面方向に
沿って、一方の端部から他方の端部に向けて並列に配列
してある複数の永久磁石であり、各永久磁石には、各永
久磁石を、上記吸着盤に対して独立して接近離反移動さ
せる移動手段が装着してある請求項６に記載の張り合わ
せ装置。
【請求項１１】上記磁力発生手段は、単一の永久磁石
であり、この永久磁石には、この永久磁石を、上記吸着
盤に沿って、一方の端部から他方の端部に向けて平行に
移動させる移動手段が装着してある請求項６に記載の張
り合わせ装置。