JPH0766093A

JPH0766093A - 半導体ウエーハの貼り合わせ方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0766093A
Application number: JP20784993A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Tsuda; 修平津田
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-08-23
Filing date: 1993-08-23
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】貼付け部材に吸着されたウエーハが局部的に
変形せず、ウエーハ貼り合わせ面の影響を受けず、貼り
合わせ面間に気泡が発生させずに貼り合わせ可能とす
る。【構成】貼付け部材の貼付け面に、中央部から周辺部
に複数の独立した吸引部を順次設け、各吸引部に各々連
通部材を接続し、各連通部材に真空ポンプに接続すし、
さらに、切換え弁を介してエアーポンプを接続し、２枚
のウエーハを、真空ポンプによる吸引によって各々の貼
付け部材の貼付け面に吸着して凸状球面に保持し、双方
のウエーハの中央部を接触させた後、切換え弁とエアー
ポンプとにより、双方のウエーハを吸引部で互いに貼り
合わせ方向へエアーポンプからの空気の供給により押出
して貼り合わせ、双方のウエーハの中心部から周辺部へ
向け放射状に、段階的に分けて貼り合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２枚の半導体ウエーハ
を貼り合わせて多層デバイス等に用いられる接着半導体
基板を形成する際に、半導体ウエーハを貼り合わせる半
導体ウエーハの貼り合わせ方法および貼り合わせ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンウエーハ等の２枚の半導
体ウエーハを貼り合わせて接着して用いられる接着半導
体基板が知られている。

【０００３】この種の半導体基板を形成するための貼り
合わせる装置としては、例えば、１）特開昭６１−１８
２２３９号（特開平２−１３５７２２号記載の従来技
術）、２）特開昭６１−１４５８３９号、３）特開平４
−１４２０１８号等に記載されたものが知られいる。

【０００４】上記１）の貼り合わせ装置は、図９に示す
ような真空吸着面２５が凸状球面に形成され真空吸引口
２６が設けられた真空チャック２７により一方の半導体
ウエーハ（以下、ウエーハという）１を吸着し、ウエー
ハ１を凸状球面に変形させ、このウエーハ１の中央部に
他方のウエーハ１を接触して、真空チャック２７の真空
度を徐々に弱めることにより、双方の接着部を周辺部に
拡げ、双方のウエーハ１が貼り合わせられる。

【０００５】上記２）の貼り合わせ装置２８では、図１
０に示すように、表面が凸状球面に形成され真空吸引用
の吸気口２９が設けられた基台３０の表面に、弾性体か
らなるラバーチャック３１が被せられ、このラバーチャ
ック３１にはウエーハ１を吸着保持するための吸気口３
２および吸着溝が設けられている。

【０００６】そして、上記ラバーチャック３１上に載置
された一方のウエーハ１を真空吸引することにより、基
台３０およびラバーチャック３１の吸気口２９、３２を
通じてラバーチャック３１およびウエーハ１の外周部が
引き寄せられ、基台３０表面の凸状球面形状に従って撓
んでウエーハ１を凸状球面に保持し、このウエーハ１
を、他方のウエーハ１の中心部に接触させて貼り合わ
せ、その後、ラバーチャック３１内に空気を少しづつ導
入してウエーハの撓みを回復させて平坦にすることによ
り、双方のウエーハ１が全面に貼合わされる。

【０００７】上記３）の貼り合わせ装置３３では、２枚
のウエーハ１をそれぞれ保持する一対の貼付け部材３４
を備え、これら貼付け部材３４の一方または双方のウエ
ーハ貼付け面３５が、図１１（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、凸状球面と平坦面とに変形可能に構成されている。

【０００８】そして、２枚のウエーハ１を貼り合わせる
際には、まず、各々の貼付け部材３４の貼付け面３５を
平坦面にし、貼付け面３５にそれぞれウエーハ１を吸着
保持する。次に、一方または双方の貼付け部材３４の貼
付け面３５を凸状球面に変形して貼着されたウエーハ１
を同様に凸状球面に変形させる。さらに、図１２（ａ）
に示すように、凸状球面に変形させたウエーハ１と平坦
状のウエーハ１、または凸状球面に変形させたウエーハ
１同士を、それぞれ中心部で接触してまず中心部で貼り
合わせる。次に、図１２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、
凸状球面の貼付け面３５を平坦面に変形して貼着された
ウエーハ１を平坦状にし、双方のウエーハ１が中央部か
ら周辺部に貼付けられ、双方のウエーハ１の全面で貼合
わされ、接着ウエーハが形成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来におけ
るウエーハの貼り合わせ装置においては、以下のような
問題がある。

【００１０】上記１）によれば、凸状球面に形成され真
空チャックの真空吸着面にウエーハを真空吸着する際
に、図９中の矢印で示すように、真空チャック２７の周
辺部の真空吸引口２６から空気がリークされてしまい、
ウエーハを凸状球面に真空吸着できないという問題があ
る。

【００１１】上記２）によれば、ウエーハを凸状球面状
に真空吸着する際に、図１０に示すように、基台３０の
周辺部の真空吸引口２９でラバーチャック３１が基台３
０の真空吸引口３２内に陥没するように変形するため、
これに伴って吸着されたウエーハ１が局部的に変形し、
この状態でウエーハ１を貼り合わせた場合にはこれらの
隙間が形成されて内部に気泡が残存してしまうという不
具合がある。

【００１２】上記３）によれば、一対の貼付け部材の貼
付け面を凸状球面に変形してウエーハを吸着し、双方の
ウエーハの中央部を接触させて貼り合わせ、その後、貼
付け部材の貼付け面を平坦に変形させて前面を貼り合わ
せるので、図１２（ｄ）に示すように、双方のウエーハ
１の貼り合わせ面で局所的に微小な隙間３６が生じ、こ
の隙間３６内に気泡が残存する問題がある。因みに、鏡
面研磨されたウエーハ１の貼り合わせ面３７は、図１２
（ａ）〜（ｃ）に示すように、微細なうねりやへこみ３
８等を有するため、ウエーハの貼り合わせ面内には０．
５〜２μｍ程度の厚みの差がある。その結果、後の工程
において、貼り合わせた半導体基板の活性領域層を薄膜
化する際に、上記気泡が残存した箇所が剥がれて半導体
基板が不良となるおそれがある。

【００１３】そこで、本発明は、２枚のウエーハを貼り
合わせる際に、双方のウエーハが局部的に変形せず、ウ
エーハの貼り合わせ面の微細な表面状態の影響を受ける
ことなく、貼り合わせ面間に気泡が発生しないウエーハ
の貼り合わせ方法および貼り合わせ装置を提供すること
を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の貼り合わせ方法
は、２枚の半導体ウエーハを凸状球面に保持して双方の
半導体ウエーハの中央部から周辺部に貼り合わせる半導
体ウエーハの貼り合わせ方法であって、双方の半導体ウ
エーハの中心部から周辺部へ向け放射状に、段階的に分
けて貼り合わせる構成とされている。また、前記双方の
半導体ウエーハを貼り合わせる際に、双方の半導体ウエ
ーハを互いに貼り合わせ方向へ空気圧により押出して貼
り合わせる構成である。

【００１５】本発明の貼り合わせ装置は、貼付け面が凸
状球面に形成され前記貼付け面に半導体ウエーハを吸着
して凸状球面状に保持する一対の貼付け部材を備え、前
記吸着保持された双方の半導体ウエーハの中央部から周
辺部に向けて貼り合わせる半導体ウエーハの貼り合わせ
装置であって、前記貼付け部材の貼付け面に、複数の独
立した吸引部を当該貼付け面の中央部から周辺部に順次
設け、前記各吸引部にそれぞれ連通部材を介して真空ポ
ンプに接続するとともに、前記連通部材に切換え弁を介
してエアーポンプを接続した構成とされている。また、
前記貼付け部材の貼付け面の前記吸引部の外周部に、オ
ーリング等からなる環状の密閉部材を設けた構成であ
る。さらに、前記吸引部が前記貼付け面の中心とした同
心状の環状の溝である構成である。

【００１６】

【作用】半導体ウエーハの貼り合わせ時には、真空ポン
プによって吸引して各々の貼付け部材の貼付け面の吸引
部により半導体ウエーハを吸着し、凸状球面に保持され
た半導体ウエーハの中央部を接触させる。次に、中央部
の吸引部に最も近い吸引部に連通する連通部材の切換え
弁を切換えてエアーポンプによりこの吸引部から空気を
吹出させると、この吸引部の部分では半導体ウエーハが
部分的に貼り合わせ方向へ押出され、双方の半導体ウエ
ーハの中央部に最も近い吸引部の部分で接触する。

【００１７】次に、中央部の次に近い吸引部にエアーポ
ンプから空気を吹出させてこの部分の半導体ウエーハを
押出して接触し、同様にして、順次、周辺部に至るよう
に双方の半導体ウエーハを接触させ、双方の半導体ウエ
ーハを貼り合わせる。

【００１８】この場合、貼付け面の周辺部にオーリング
等の密閉部材が設けられ、この密閉部材により半導体ウ
エーハが貼付け面に確実に密着されているので、従来の
ように周辺部での空気のリークが発生せず、半導体ウエ
ーハの局部的変形を回避でき、確実に凸状球面状に密着
することができる。

【００１９】さらに、双方の半導体ウエーハは、互い
に、中心部から周辺部へ段階的に同心円状に貼り合わせ
られることになり、双方の半導体ウエーハの貼り合わせ
面に存在する微細なうねりやへこみ等があった場合で
も、双方の半導体ウエーハの貼り合わせ面に局所的に微
小な隙間が発生せず、双方の半導体ウエーハの貼り合わ
せ面に微細な気泡が存在しない確実な貼り合わせが可能
となり、微細なうねりやへこみ等の影響を受けることな
い。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図１は本実施例の貼り合わせ装置の概略構成図を
示し、図２は貼付け部材の平面図を示している。

【００２１】本実施例における貼り合わせ装置２の一対
の貼付け部材３を備えており、各貼付け部材３は、図１
に示すように、貼付け面４が凸状球面にそれぞれ形成さ
れ、これらの貼付け面４にウエーハ１が吸着される。

【００２２】各貼付け部材３の貼付け面４の周辺部に
は、図３に示すように、貼付け面４の中心を同心とした
溝５が環状に形成され、この溝５内にはオーリング（密
閉部材）６が嵌着されている。また、各貼付け面４に
は、図２に示すように、貼付け面４の中心を同心状とし
た所要深さの環状の溝（吸引部）、すなわち、中央溝
７、中間溝８、および周辺溝９が独立に形成され、周辺
溝９はオーリング６の内側に設けられている。さらに、
図１に示すように、各々の溝７、８、９内に連通する吸
引通路１１、１２、１３が各貼付け部材３内に形成され
ている。

【００２３】上記各々の吸引通路１１、１２、１３はそ
れぞれ独立して貼付け部材３内に設けられており、これ
らの吸引通路１１、１２、１３には配管やホース等の連
通部材１４、１５、１６が接続されている。さらに、中
央溝７に連通する連通部材１４は真空ポンプ２０に接続
され、中間溝８と周辺溝９に接続される連通部材１５、
１６には第１切換え弁１８または第２切換え弁１９を介
して真空ポンプ２１に接続されている。また、中間溝８
と周辺溝９に接続される連通通路１５、１６は第１切換
え弁１８または第２切換え弁１９を介してエアーポンプ
２１にそれぞれ接続された構成である。尚、上記各切換
え弁１８、１９は、オフ時には真空ポンプ２０に連通さ
れ、オン時にはエアーポンプ２１に連通される構成であ
る。

【００２４】次に、上記構成の貼付け装置２によりウエ
ーハ１を貼り合わせる場合について図４に基づき説明す
る。

【００２５】まず、図４に示すように、各切換え弁１
８、１９をオフにして真空ポンプ２０により吸引する
と、図５に示すように、各々の貼付け部材３の貼付け面
４に設けられた各々の溝により、ウエーハ１を吸引して
各貼付け面４にウエーハ１を吸着する。この場合、貼付
け面４の周縁部に設けられたオーリング６が、図６に示
すように、変形し、これにより貼付け面４に確実に密着
され、それぞれ凸状球面の状態で保持される。その結
果、従来のような周辺溝９での空気のリークを防止で
き、また、各溝においてウエーハ１が局部的にへこむ等
の変形することがなくなり、確実にウエーハ１を凸状球
面状に密着することができる。

【００２６】次に、真空ポンプ２０により吸引した状態
で、凸状球面に保持されたウエーハ１の中央部を接触さ
せる。さらに、中間溝８に連通する連通部材１６の第１
切換え弁１８をオンに切換えるとともにエアーポンプ２
１を駆動すると、双方の貼付け部材３においてエアーポ
ンプ２１よる空気が中間溝８内に空気が吹出され、図７
に示すように、ウエーハ１が環状の中間溝８の部分で外
方へ押出される。そして、双方のウエーハ１が中間溝８
の部分で互いに接触する。この時、中央溝７および周辺
溝９では真空ポンプ２０により真空吸引が行なわれてい
るので、双方のウエーハ１は貼付け部材３に密着した状
態が維持される。

【００２７】最後に、周辺溝９に連通する連通部材１６
の第２切換え弁１９をオンに切換えるとともにエアーポ
ンプ２１を駆動すると、双方の貼付け部材３においてエ
アーポンプ２１よる空気が中間溝８に変わって次に周辺
溝９内に空気が吹出される。

【００２８】そして、図８に示すように、ウエーハ１が
周辺溝９の部分で供給される空気により外方へ押出さ
れ、双方のウエーハ１が周辺溝９の部分で互いに接触す
る。

【００２９】その結果、双方のウエーハは、互いに、中
心部から周辺部へ亘って段階的に同心円状に貼り合わせ
られることになり、双方のウエーハの貼り合わせ面に存
在する微細なうねりやへこみ等があった場合でも、双方
のウエーハの貼り合わせ面に局所的に微小な隙間が発生
することなく、双方のウエーハの貼り合わせ面に微細な
気泡が存在しない確実な貼り合わせが可能となり、微細
なうねりやへこみ等の影響を受けることない。

【００３０】尚、本実施例では、貼付け部材の貼付け面
の周辺部にオーリングからなる密閉部材を環状に設けた
場合について説明したが、このような密閉部材を設け内
場合にも、ウエーハの周辺部が周辺の吸引口や溝から吹
出される空気により貼り合わせほうこうへ押出されるの
で、同様の効果を得ることができる。

【００３１】また、各吸引用の溝としては、貼付け面の
中心を同心状とした環状に形成しなくとも、同様な効果
を得ることが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、貼
付け面の周辺部にオーリング等の密閉部材が設けられ、
この密閉部材により半導体ウエーハが貼付け面に確実に
密着されているので、従来のように周辺部での空気のリ
ークが発生せず、半導体ウエーハの局部的変形を回避で
き、確実に凸状球面状に密着することができる。

【００３３】またに、双方の半導体ウエーハは、互い
に、中心部から周辺部へ段階的に同心円状に貼り合わせ
られることになり、双方の半導体ウエーハの貼り合わせ
面に存在する微細なうねりやへこみ等があった場合で
も、双方の半導体ウエーハの貼り合わせ面に局所的に微
小な隙間が発生せず、双方の半導体ウエーハの貼り合わ
せ面に微細な気泡が存在しない確実な貼り合わせが可能
となり、多層デバイス等に用いて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係り、貼り合わせ装置の概
略構成図である。

【図２】貼付け部材の平面図である。

【図３】密閉部材を示す図２中のIII−III矢視拡大断面
図である。

【図４】半導体ウエーハの貼り合わせる工程を示すタイ
ムチャートである。

【図５】貼付け部材に吸着された半導体ウエーハを示す
縦断面図である。

【図６】密閉部材を示す要部の断面図である。

【図７】中央部および中間部での貼り合わせ状態を説明
する縦断面図である。

【図８】半導体ウエーハの貼り合わせ状態を説明する縦
断面図である。

【図９】従来例に係り、真空チャックの縦断面図であ
る。

【図１０】従来例に係り、基台およびラバーチャックを
示す縦断面図である。

【図１１】従来例に係り、（ａ）は凸状球面時の貼付け
部材の縦断面図、（ｂ）は平坦時の貼付け部材の縦断面
図を示す。

【図１２】従来例に係り、半導体ウエーハの貼り合わせ
順序を示す側面図である。

【符号の説明】

１半導体ウエーハ２貼り合わせ装置３貼付け部材４貼付け面６密閉部材（オーリング）７、８、９吸引部（溝）１４、１５、１６連通部材１８、１９切換え弁２０真空ポンプ２１エアーポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の半導体ウエーハを凸状球面に保持
して双方の半導体ウエーハの中央部から周辺部に貼り合
わせる半導体ウエーハの貼り合わせ方法であって、双
方の半導体ウエーハの中心部から周辺部へ向け放射状
に、段階的に分けて貼り合わせることを特徴とする半導
体ウエーハの貼り合わせ方法。
【請求項２】前記双方の半導体ウエーハを貼り合わせ
る際に、双方の半導体ウエーハを互いに貼り合わせ方向
へ空気圧により押出して貼り合わせる請求項１記載の半
導体ウエーハの貼り合わせ方法。
【請求項３】貼付け面が凸状球面に形成され前記貼付
け面に半導体ウエーハを吸着して凸状球面状に保持する
一対の貼付け部材を備え、前記吸着保持された双方の半
導体ウエーハの中央部から周辺部へ向けて貼り合わせる
半導体ウエーハの貼り合わせ装置であって、前記貼付け部材の貼付け面に、複数の独立した吸引部を
当該貼付け面の中央部から周辺部に順次設け、前記各吸
引部にそれぞれ連通部材を介して真空ポンプに接続する
とともに、前記連通部材に切換え弁を介してエアーポン
プを接続したことを特徴とする半導体ウエーハの貼り合
わせ装置。
【請求項４】前記貼付け部材の貼付け面の前記吸引部
の外周部に、オーリング等からなる環状の密閉部材を設
けた請求項３記載の半導体ウエーハの貼り合わせ装置。
【請求項５】前記吸引部が前記貼付け面の中心とした
同心状の環状の溝である請求項３記載の半導体ウエーハ
の貼り合わせ装置。