(57)【要約】【課題】  貼り合わせ時の環境等によるパーティクルの降下・付着を低減させてボイド発生を防止し、かつ実際のシリコンウェーハの貼り合わせ進行を赤外線モニターで監視できる貼り合わせ方法及びそのための装置を提供する【解決手段】  ２枚のシリコンウェーハをほぼ垂直に立てた状態で当接させた後、貼り合わせを開始する前に該２枚のウェーハをほぼ水平に傾倒して貼り合わせることとした。また、装置はウェーハ支持台表面の一隅に一対のウェーハ保持部材を有するウェーハ貼り合わせ装置であって、前記ウェーハ支持台が水平面に対して−２０度〜９０度回転可能であり、該ウェーハ支持台をほぼ垂直にした場合に前記ウェーハ保持部材がウェーハ支持台の最下端になるように構成されてなるウェーハ貼り合わせ装置とした。【選択図】              図３
2006303087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚のシリコンウェーハをほぼ垂直に立てた状態で当接させた後、貼り合わせを開始する前に該２枚のシリコンウェーハをほぼ水平に傾倒して貼り合わせを行うことを特徴とするシリコンウェーハの貼り合わせ方法。
【請求項２】
前記ほぼ垂直に立てた状態におけるシリコンウェーハ表面と水平面とのなす角度が７０度〜９０度の範囲であり、前記ほぼ水平に配置したシリコンウェーハ面と水平面とのなす角度が０度±２０度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの貼り合わせ方法。
【請求項３】
前記２枚のシリコンウェーハの貼り合わせの進行具合を赤外線モニターで監視しながら貼り合わせを行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウェーハの貼り合わせ方法。
【請求項４】
前記２枚のシリコンウェーハのうちの１枚が、表面に酸化膜を有し水素イオン注入をしたシリコンウェーハであることを特徴とする請求項１から請求項３にのいずれか１項に記載のシリコンウェーハの貼り合わせ方法。
【請求項５】
ウェーハ支持台表面の一隅に一対のウェーハ保持部材を有するウェーハ貼り合わせ装置であって、前記ウェーハ支持台が水平面に対して−２０度〜＋９０度回転可能であり、該ウェーハ支持台をほぼ垂直にした場合に、前記ウェーハ保持部材がウェーハ支持台の最下端になるように構成されてなることを特徴とするシリコンウェーハの貼り合わせ装置。
【請求項６】
押圧駆動部と、該押圧駆動部から伸びる押圧アームと、該押圧アーム先端に取り付けられ凸曲面形状を有し、前記シリコンウェーハ円周部に押し当てる押圧部材とからなる押圧装置を備えてなることを特徴とする請求項５に記載のシリコンウェーハの貼り合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貼り合せウェーハの製造方法に関し、特に材料となるシリコンウェーハを貼り合せる工程に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素イオン注入ウェーハを貼り合わせて形成された、いわゆるＳＯＩ（ Silicon On Insulator ）ウェーハは、集積回路を形成した場合に高速、低消費電力、高温動作、耐放射線効果などの数々の優れた性能を発揮するため、次世代の超ＬＳＩ用の半導体ウェーハとして注目を集めている。
従来からＳＯＩウェーハの製造方法としては、第１のシリコンウェーハ表面に熱酸化法等により酸化膜を形成した後、表面から水素イオンを注入することによりウェーハ内部に微小気泡層（注入層）を形成する水素イオン注入工程と、水素イオン注入したウェーハを洗浄した後第２のシリコンウェーハ表面に密着させ、貼り合わせた２枚のウェーハを前記微小気泡層を境にして剥離する剥離工程と、さらにアニール処理する貼り合わせ工程と、表面を平坦にする平坦化処理工程と、所定の厚さにする薄膜化処理工程を経て製造する方法が知られている。
【０００３】
このイオン注入剥離法は、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法として極めて優れた方法であるが、これらのＳＯＩウェーハを量産レベルで歩留まり良く生産するためには、貼り合わせ界面に発生するボイドと呼ばれる結合不良を低減させる必要がある。ボイドの主な発生原因は、貼り合わせ面に付着したパーティクルである。
従って、ボイドを低減するためには、貼り合わせる面に付着しているパーティクルを除去するためのウェーハ洗浄を行って、パーティクルを極力除去してから貼り合わせを行う必要がある。
従来から、パーティクルの除去方法としては、もっぱら洗浄に依る方法が行われており、多くの洗浄方法が提案されてる。
【０００４】
洗浄終了後のウェーハの貼り合わせ方法としては、図８に示すように接合面に酸化膜を形成したベースウェーハ４１及びボンドウェーハ４２を、クリーンルーム内で常温下でほぼ水平状態の真空吸着台４５に吸着固定させた後、ボンドウェーハ４２の一端を真空ピンセット４３によって吸着させる。そして、真空ピンセット４３の操作によりボンドウェーハ４２を傾け、その状態で、ベースウェーハ４１の上方位置からボンドウェーハ４２を下降させてゆき、ボンドウェーハ４２とベースウェーハ４１の接合面側の縁とを軽く突き当て接触させる。次いで、両ウェーハ同士の間隔が約１ｍｍになるまで接近させ、その後、真空ピンセット４３によるボンドウェーハ４２の吸着を止める。すると、ボンドウェーハ４２は、ベースウェーハ４１との接合面側の縁を支点として自重によりベースウェーハ４１全面とボンドウェーハ４２全面とが接触して、接合を進行させるという方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、洗浄終了後のウェーハの別の貼り合わせ方法としては、図９に示すように架台５８上に水平方向に対して７０〜９０°の角度で固定された支持台４４を有し、該支持台４４の下端にはウェーハを支持するための保持部材５９，５９’を備え、該保持部材５９，５９’にベースウェーハ４１を支持させた後ベースウェーハ４１とボンドウェーハ４２をその鏡面同士を互いに対向させ、ボンドウェーハ４２の自重による分力以上の荷重がベースウェーハ４１にかからないように静かに重ね合わせ、両ウェーハを接合するための前記支持台４４の一端に取り付けられる押圧駆動部５５と、前記押圧駆動部５５から延びる押圧アーム５６と、前記押圧アーム５６の先端に取り付けられ、前記ウェーハ中のボンドウェーハ４２の面取り角部６０に押し当てて押圧する凸型曲面形状の押圧部材５７、とを備えた鏡面ウェーハの接合装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−１５２５４９号公報
【特許文献２】特開平９−９７７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、たとえクリーンルーム内で作業をしたとしても、シリコンウェーハを水平に保持することにより、まわりの環境に存在しているパーティクルが容易にシリコンウェーハ上に降下して付着してしまう。そして、その状態で更に上部よりもう１枚のシリコンウェーハを配置する必要があり、その工程においても更にパーティクルが最初の１枚目に降下する危険性が高い。従って、その後の貼り合わせ工程において、貼り合わせ界面にパーティクルが残ってしまう恐れがある。その結果、ボイドが発生し歩留まりの低下を招く。
上記現象は、人間がウェーハを手動で移載する場合でも、ロボットによる自動搬送でも同じであり、特に人間が作業を行う手動機では顕著である。
また通常貼り合わせ機はクリーンルームや局所的なクリーンブースの中に設置されているが、この場合、クリーンエアーの流れが上方から下方へ流れているため、その流れを遮るようなウェーハの水平置きでは、ウェーハ直上でその周辺のクリーンエアの淀みが発生し、よりパーティクルが付着し易い状況になる。
【０００７】
また、シリコンウェーハの貼り合わせを垂直に近い状態で行った場合には、パーティクルが降下して付着する恐れはなくなるものの、貼り合わせの進行をモニターする赤外線監視装置を利用する場合、シリコンウェーハを貼り合わせ装置から赤外線監視装置がモニターできる箇所へ載せ替える必要が生じ不便となる。この赤外線監視装置は水平におかれたウェーハ面を対向する位置から監視する構造が多く、垂直に近い状態のウェーハを監視するためには監視可能な空間を設けなくてはならなくなり、装置構成が複雑になるとともに、装置が大型化する可能性があり好ましくなかった。
そこで、本発明は貼り合わせ時の環境等によるパーティクルの降下・付着を低減させてボイド発生を防止し、かつ実際のシリコンウェーハの貼り合わせ進行を赤外線モニターで監視できる貼り合わせ方法及びそのための装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ方法は、２枚のシリコンウェーハをほぼ垂直に立てた状態で当接させた後、貼り合わせを開始する前に該２枚のシリコンウェーハをほぼ水平に傾倒して貼り合わせを行うシリコンウェーハの貼り合わせ方法を採用した。
本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ方法では、前記ほぼ垂直に立てた状態におけるシリコンウェーハ表面と水平面とのなす角度は７０度〜９０度の範囲とし、前記ほぼ水平に配置したシリコンウェーハ面と水平面とのなす角度は０度±２０度の範囲とする。
本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ方法では、前記２枚のシリコンウェーハの貼り合わせの進行具合を赤外線モニターで監視しながら貼り合わせを行うことが好ましい。
また、前記２枚のシリコンウェーハのうちの１枚は、表面に酸化膜を有し水素イオン注入をしたシリコンウェーハを用いることができる。
このようなシリコンウェーハの貼り合わせ方法に依れば、貼り合わせ時の環境等によるパーティクルの降下・付着を低減させてボイド発生を防止することができ、シリコンウェーハの貼り合わせ進行を赤外線でモニターで容易に監視できるので、貼り合わせ作業を円滑に効率よく行うことができるので、貼り合わせウェーハを生産効率よく安価に提供できるようになる。
【０００９】
また、本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置は、ウェーハ支持台表面の一隅に一対のウェーハ保持部材を有するウェーハ貼り合わせ装置であって、前記ウェーハ支持台が水平面に対して−２０度〜＋９０度回転可能であり、該ウェーハ支持台をほぼ垂直にした場合に、前記ウェーハ保持部材がウェーハ支持台の最下端になるように構成されてなるシリコンウェーハ貼り合わせ装置とした。
本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置は、押圧駆動部と、該押圧駆動部から伸びる押圧アームと、該押圧アーム先端に取り付けられ凸曲面形状を有し、前記シリコンウェーハ円周部に押し当てる押圧部材とからなる押圧装置を備えてなるシリコンウェーハ貼り合わせ装置とすることもできる。
本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置を使用すれば、環境等によるパーティクルの降下・付着を低減させてボイド発生を防止する貼り合わせ作業と、赤外線でモニターで監視しながらシリコンウェーハの貼り合わせを連続して円滑に効率よく行うことができるので貼り合わせウェーハを生産効率よく安価に提供できるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置を使用して、本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ方法で貼り合わせシリコンウェーハを製造すれば、貼り合わせ時の環境等によるパーティクルの降下・付着を低減させてボイド発生を防止することができ、シリコンウェーハの貼り合わせ進行を赤外線でモニターで容易に監視できるので、貼り合わせ作業を円滑に効率よく行うことができ、貼り合わせウェーハを生産効率よく安価に提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
先ず、本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置について図面を使用して説明する。  図１は本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置の模式的な外観斜視図であり、図２は同じく側面図である。
本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０は、台座４に一対の支柱３，３’を立て、その支柱３，３’の間に回転軸５を介してウェーハ支持台１を挟持している。ウェーハ支持台１の一方の面の下部には保持部材２が取り付けられており、シリコンウェーハ１１を縦に載せて支持できるようになっている。保持部材２はシリコンウェーハ１１のノッチ部やオリフラ部にもうけても良いが、後述の押圧装置を使用する上では、シリコンウェーハ１１の下部両端に来るように１対２，２’で設けるのが好ましい。
【００１２】
図２に示すように、ウェーハ支持台１は回転軸５を中心にして回転できるように構成されている。ウェーハ支持台１が水平面となす角度はθは、図に示すように水平線から下方（第２象限）でθ１（＝７０度）からθ２（９０度）まで可変となるように構成されている。ウェーハ支持台１の回転軸５周りの回転方法は手動でもウェーハ支持台回転駆動手段等による自動回転でもどちらでも良い。
本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０は、クリーンルーム内で使用されるものであって、図示しないエアー供給手段から図面上方から下方に向かってクリーンエアーが流れている。したがって、ウェーハを水平面となす角度を７０度から９０度傾けた状態で貼り合わせをすれば、ウェーハ支持台１に載置されたウェーハ１１上面を流れる下向きのクリーンエアーによって、貼り合わせ工程中でパーティクルが沈降してウェーハ１１表面に付着するのを防ぐことができる。
ウェーハ支持台１が水平面となす角度が７０度未満ではエアー供給手段からのクリーンエアーがウェーハ１１表面にあたって停滞し、これにより上方からのパーティクルが沈降して付着する恐れがあり、ウェーハの自重による貼り合わせがすぐに進行してしまうので、ボイドの発生防止制御が難しくなる。また、ウェーハ支持台１が水平面となす角度が９０度を越えるとウェーハが落下して支持できなくなる。ウェーハ支持台１の好ましい傾斜角度は８０度〜８５度程度で、ウェーハが落下しない程度になるべく垂直に近い方がよい。
【００１３】
図３は２枚のシリコンウェーハを当接させた状態を示す図であって、図３（ａ）に示すようにウェーハ支持台１を垂直に近い角度に立てた状態で、真空ピンセット等を使用して第１のシリコンウェーハであるベースウェーハ１１を保持部材２に支持させてセットする。
次いで第２のシリコンウェーハであるボンドウェーハ１２を、その鏡面同士が互いに対向するようにして、ウェーハの下端部分から静かにベースウェーハ１１に接触させ、ボンドウェーハ１２の自重による分力以上の荷重がベースウェーハ１１にかからないように静かに重ね合わせる。
次に、図３（ｂ）に示すようにウェーハ支持台１をほぼ水平位置になるまで傾倒させる。図４に傾倒後のシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０の外観斜視図を示す。
ウェーハ支持台１をほぼ水平位置になるまで傾倒させるのは、ウェーハの自重による貼り合わせるのを促進させるのと、後述の赤外線監視装置を使用してウェーハの貼り合わせの進行状況を監視し易くするためである。
ウェーハ支持台１の傾斜角度は付帯設備との取り合いによって決まるが、おおよそ水平面に対して±２０度以下とするのがよい。
【００１４】
図５は、本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０に付帯装置を付加した例の側面図を示している。図５に示す例では、ウェーハ押圧装置１５とウェーハ支持台傾倒装置（ウェーハ支持台回転手段）１６を付加した例を示している。
図５に示すシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０では、垂直に近い状態で２枚のシリコンウェーハを静かに重ね合わせた後に、ウェーハ支持台１をほぼ水平位置になるまで傾倒させ、例えば、ボンドウェーハ１２の面取り角部の一端に、凸型曲面形状の弾性体からなる押圧部材２１稜線を押し当てて軽く押圧し、その押圧部分より２枚の鏡面ウェーハの接合を開始させて２枚のシリコンウェーハを接合させるものである。１１はベースウェーハ、１２はボンドウェーハである。
但し、押圧部材の押圧箇所は面取り部以外の領域、例えばウェーハ中央付近等、面取り部に限定するものではない。
【００１５】
図６に、２枚のシリコンウェーハの面取り角部を拡大して示す。通常シリコンウェーハの周縁部は鏡面研磨をより完璧に行うため、面取り加工されている。
このように重ね合わせて保持されたボンドウェーハ１２の面取り角部１３（ウェーハ縁が曲面加工の場合、ウェーハ縁曲面加工始点）の一端を押圧する。この押圧位置を上記押圧部材２１の稜線で軽く押圧して、２枚のウェーハの接合を開始させる。このときの押圧力は、各鏡面ウェーハの表面粗さや清浄度等によっても異なるが、通常１００ｇ〜１０００ｇ程度、好ましくは５００ｇ程度である。
このような方法で２枚のシリコンウェーハを貼り合わせれば、押圧部材によるボンドウェーハへの押圧方向を特定するので、ボイドの発生をより完全に防止することができる。  
【００１６】
図５に示すシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０では、ウェーハ支持台１を傾動させるための傾動装置１６が併設されている。この傾動装置１６はウェーハ支持台１の回転軸５と同芯の円弧状のラック２４と、ラック２４と噛み合うピニオン２５から構成されており、ピニオン２５を図示省略の動力で回転角度を制御しながら回転させることにより、ウェーハ支持台１を任意の角度に調整することができるようになっている。
図５に示すシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０では、これらウェーハ押圧装置１５やウェーハ支持台傾動装置１６が、台座４の上に配置されている。
このような構成により、パーティクルの付着を防止してボイド発生率を低減しつつ、ウェーハを載置したウェーハ支持台の回転に連動してウェーハの張り合わせを開始・制御することが可能となる。
【００１７】
図７に本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０を使用してウェーハの貼り合わせをするシステムの構成をブロック図で示す。
図７に示すように、このシステムは、ウェーハの張り合わせを監視する赤外線監視装置（カメラ）３２と、光源としての赤外線発生装置３１と、カメラ３２からの画像情報を処理し、張り合わせ作業の状態をモニターする画像処理装置３４とを有する。
本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置１０を使用して、ウェーハをほぼ水平状態にしてウェーハの貼り合わせをするに際して、ウェーハ表面に赤外線発生装置３１から赤外線を照射して、反射してくる赤外線をカメラ３２で捉えて電気信号に変換し、ケーブル３３で画像処理装置３４に送付して、画像処理装置３４を介してモニター３５に表示させる。
２枚のシリコンウェーハの貼り合わせが正常に進行している時は、貼り合う状況が妨げられることなく連続的に観察できるが、ボイドが発生した場合にはその領域において、非連続となり、最終的には空洞が観察される。
このように貼り合わせの進行状況を監視しながら作業ができるので、貼り合わせ作業を能率良く行うことができる。
本発明ではウェーハをほぼ水平状態にして貼り合わせることとしたので、赤外線監視装置の利用が容易となる。傾動装置１６を使用すれば、ウェーハ支持台１の傾斜角度をこれら赤外線監視装置や押圧装置との関係で、任意の角度に容易に設定することができる。
なお、画像処理装置３４からの画像情報を演算処理し、張り合わせの進行調節、あるいは、不良品の除外等を行う制御手段に出力して制御をおこなわせることも可能である。
【実施例】
【００１８】
（実施例）
図１に示すような貼り合わせ装置を用いて、直径２００ｍｍの２枚のシリコンウェーハのうち、１枚を水平面とのなす角度が８５度になるように保持し、更に、もう１枚のシリコンウェーハを鏡面を対向させて重ね合わせた。その直後、即ち貼り合わせが進行する前に、おおよそ垂直になっている２枚のウェーハを、水平面とのなす角度が５度になるように若干傾けて貼り合わせを進行させた。
このような作業により、５０組の貼り合わせウェーハを作製した。その後、赤外線ボイド検査装置にて、ボイドの発生有無を確認した結果、ボイド発生率は従来の水平面で重ね合わせた場合よりも１０％改善していた。
【００１９】
（比較例）
図１に示すような貼り合わせ装置を用いて、直径２００ｍｍの２枚のシリコンウェーハのうち、１枚を水平になるように保持し、更にもう１枚のシリコンウェーハを同じく水平かつ平行になるように重ね合わせた。その直後から貼り合わせを進行させ、貼り合わせウェーハを作製した。このような作業により５０組の貼り合わせウェーハを作製し、実施例１と同様にしてボイドの発生有無を確認した。その結果、ボイド発生率が７５〜８５と大幅に悪化していた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置の外観斜視図である。を示す図である。
【図２】図１のシリコンウェーハの貼り合わせ装置の側面図である。
【図３】本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置を使用する状態を示す図であって、（ａ）は２枚のシリコンウェーハを当接させた状態を示す図、（ｂ）は貼り合わせを行う状態を示す図である。
【図４】図３（ｂ）に示す２枚のシリコンウェーハの貼り合わせを行う状態を示す外観斜視図である。
【図５】本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置に付帯装置を付加した例の側面図である。
【図６】２枚のシリコンウェーハの面取り角部を拡大して示すを示す図である。
【図７】本発明のシリコンウェーハの貼り合わせ装置を使用してウェーハの貼り合わせをするシステムの構成を示すブロック図である。
【図８】従来のウェーハの貼り合わせ方法を示す図である。
【図９】従来のウェーハの貼り合わせ装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１・・・・・・ウェーハ支持台、２・・・・・・保持部材、３・・・・・・支柱、４・・・・・・台座、５・・・・・・回転軸、１０・・・・・・ウェーハ貼り合わせ装置、１１・・・・・・ベースウェーハ、１２・・・・・・ボンドウェーハ、１５・・・・・・ウェーハ押圧装置、１６・・・・・・ウェーハ支持台傾動装置、２４・・・・・・ラック、２５・・・・・・ピニオン、３１・・・・・・赤外線発生装置、３２・・・・・・カメラ、３３・・・・・・ケーブル、３４・・・・・・画像処理装置、３５・・・・・・モニター、４１・・・・・・ベースウェーハ、４２・・・・・・ボンドウェーハ、４３・・・・・・真空ピン、４５・・・・・・台座 
【図１】
2006303087.tif 000003
【図２】
2006303087.tif 000004
【図３】
2006303087.tif 000005
【図４】
2006303087.tif 000006
【図５】
2006303087.tif 000007
【図６】
2006303087.tif 000008
【図７】
2006303087.tif 000009
【図８】
2006303087.tif 000010
【図９】
2006303087.tif 000011