(57)【要約】【課題】ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良が発生せず、安定した高品位な貼り合わせ半導体基板を製造することのできる、貼り合わせ基板の製造装置及びこの装置を用いた貼り合わせ基板の製造方法を提供する。【解決手段】この装置は研磨面同士を貼り合わせた半導体基板の基板表面を加圧する加圧部８ｃが、ＪＩＳ硬度１００以下の材質により構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面研磨加工され、洗浄処理がなされた二枚の半導体基板の研磨面同士を貼り合わせて一枚の半導体基板を形成する、貼り合わせ基板の製造装置において、
研磨面同士を貼り合わせた半導体基板の基板表面を加圧する加圧部が、ＪＩＳ硬度１００以下の材質により構成されていることを特徴とする貼り合わせ基板の製造装置。
【請求項２】
前記貼り合わされた半導体基板を加圧する加圧部が先端部に曲面を有する円柱状に形成され、
前記先端部の曲面がＤ／２（Ｄは直径）の曲率半径を有する共に、該曲面が中心角で９０°〜１８０°の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせ基板の製造装置。
【請求項３】
前記加圧部が複数設けられ、半導体基板表面の複数箇所を加圧することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貼り合わせ基板の製造装置。
【請求項４】
前記加圧部の材質がシリコンゴムあるいはフッ素ゴムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の貼り合わせ基板の製造装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の貼り合わせ基板の製造装置を用いた貼り合わせ基板の製造方法において、
鏡面研磨加工され、洗浄処理がなされた二枚の半導体基板の研磨面同士を貼り合わせた後に、ＪＩＳ硬度１００以下の材質によって構成された加圧部を用いて加圧処理を行い、一枚の半導体基板を形成することを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鏡面研磨加工され、洗浄処理がなされた二枚の半導体基板の研磨面同士を貼り合わせて、一枚の半導体基板を形成する、貼り合わせ基板の製造装置及びこの装置を用いた貼り合わせ基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、鏡面研磨されたシリコンなどの二枚の半導体基板を、その研磨面同士を清浄な条件下で、接触させると強固な接合体基板が得られることが知られている。そして、この方法によれば、基板間に接着材等の異種物質を介在させる必要がないため、その後の高温処理や各種化学処理が自由にでき、またｐｎ接合や誘電体埋め込みも簡便にできる等の効果を得ることができる。
【０００３】
この貼り合わせ基板の製造工程の概略を図５に基づいて説明すると、図に示すように、先ず、鏡面研磨された二枚の半導体基板を夫々所定の薬液で洗浄処理する（Ｓ１１）。
【０００４】
次いで、洗浄処理された二枚の基板の鏡面同士を貼り合わせる（Ｓ１２）。この貼り合わせについては、図６に示すように、一方の半導体基板Ｗ１の中央部を保持部材２０によって凸型になるようにたわませる。そして、その状態を維持して、載置台２１に搭載した他方の半導体基板Ｗ２にその凸型面を接触させる。
このようにして、半導体基板Ｗ１、Ｗ２の中心部から基板同士の貼り合わせを行うことにより、半導体基板Ｗ１、Ｗ２の間の気泡を排出し、未接触の領域が生じるのを防止している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
次いで、接合された二枚の半導体基板の接合強度を高めるために熱処理を施す（Ｓ１３）。この処理により、接合された二枚の半導体基板は、貼り合わせ基板となる。
この後、研削処理（Ｓ１４）、面取り処理（Ｓ１５）、及び鏡面研磨処理（Ｓ１６）を施した後、最後に洗浄処理（Ｓ１７）することにより最終的な貼り合わせ基板を得ることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特公平５−６０２５０号公報（第２頁第３欄３０行〜第４欄２行、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したように半導体基板Ｗ１の中央部を保持部材２０によって凸型になるようにたわませるため、半導体基板Ｗ１がダメージを受けることがあり、その後の処理において、ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良が生じるという技術的課題があった。
これを解決する方法として、半導体基板Ｗ１の中央部を凸型になるようにたわませることなく、他方の半導体基板Ｗ２に載置し、載置後、半導体基板Ｗ１を加圧手段で押圧し、基板間の気泡を排出し、両基板を貼り合わせる方法が考えられる。
ところが、前記方法にあっても、加圧手段による押圧点（加圧点）に応力が集中し、接合界面や加圧箇所にダメージを受ける。そのため、前記した場合と同様に、そのダメージがボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良が生じるという技術的課題があった
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良が発生せず、安定した高品位な貼り合わせ半導体基板を製造することのできる、貼り合わせ基板の製造装置及びこの装置を用いた貼り合わせ基板の製造方法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】
前記した目的を達成するためになされた本発明にかかる貼り合わせ基板の製造装置は、鏡面研磨加工され、洗浄処理がなされた二枚の半導体基板の研磨面同士を貼り合わせて一枚の半導体基板を形成する、貼り合わせ基板の製造装置において、研磨面同士を貼り合せた半導体基板の基板表面を加圧する加圧部が、ＪＩＳ（日本工業規格Ｋ７２０２−２）に規定する硬度が１００以下の材質により構成されていることを特徴としている。
【００１０】
前記した構成によると、研磨面同士を貼り合わせた半導体基板の基板表面を加圧する加圧部が、ＪＩＳ硬度１００以下の材質により構成されているため、加圧部による荷重が増加するに従い、加圧部と基板との接触が点接触から面接触へと変化し、加圧点、接合界面における応力を緩和することができる。
即ち、集中荷重によるダメージを抑制できるため、その結果ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良を抑制することができる。
【００１１】
ここで、前記貼り合わされた半導体基板を加圧する加圧部が先端部に曲面を有する円柱状に形成され、前記先端部の曲面がＤ／２（Ｄは直径）の曲率半径を有する共に、該曲面が中心角で９０°〜１８０°の範囲に形成されていることが望ましい。
このように、加圧部の先端形状が略半球体形状であれば、加圧部の荷重が増加するにつれて、加圧部と基板との接触領域は、点から徐々に大きな円形に変形する。即ち、加圧部と基板との接触領域が均一に広がっていくため、荷重不均一による基板へのダメージを抑制できる。
【００１２】
また、前記加圧部が複数設けられ、半導体基板表面の複数箇所を加圧することが望ましい。
このように、半導体基板表面の複数箇所を加圧することにより、１箇所を加圧する場合に比べて、加圧（荷重）を小さくすることができる。その結果、加圧点、接合界面における応力を緩和することができ、ダメージを抑制できる。その結果、ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良を抑制することができる。
【００１３】
更に、前記加圧部の材質がシリコンゴムあるいはフッ素ゴムであることが望ましい。このように、前記加圧部の材質がシリコンゴムあるいはフッ素ゴムである場合には、半導体基板の汚染を防止することができる。
【００１４】
また、前記した目的を達成するためになされた本発明にかかる貼り合わせ基板の製造方法は、前記記載の貼り合わせ基板の製造装置を用いた貼り合わせ基板の製造方法において、鏡面研磨加工され、洗浄処理がなされた二枚の半導体基板の研磨面同士を貼り合わせた後に、ＪＩＳ硬度１００以下の材質によって構成された加圧部を用いて加圧処理を行い、一枚の半導体基板を形成することを特徴としている。
【００１５】
このように、洗浄処理がなされた二枚の半導体基板の研磨面同士を貼り合わせた後に、加圧部によって加圧しているため、加圧部による荷重が増加するに従い、加圧部と基板との接触が点接触から面接触へと変化し、加圧点、接合点における応力を緩和することができる。
即ち、集中荷重によるダメージを抑制できるため、その結果ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。なお、図１は、二枚の半導体基板（以下、ウエハという）を貼り合わせるための貼り合わせ装置の概略断面図を示している。図２は図１に示した加圧部の側面図、図３は加圧部によるウエハの加圧状態を示す側面図、図４は製造工程を示すフロー図である。
図１の符号Ａは貼り合わせ装置であって、この貼り合わせ装置Ａには、気密室を形成するチャンバー１が設けられている。前記チャンバー１の内底部には支持基板となるウエハＷ２を載置するための載置台２が配設されている。
【００１７】
また、前記載置台２の直上部には、ウエハＷ１を保持する真空チャック３が設けられている。この真空チャック３は、ウエハＷ１を吸着する吸着部３ａと垂直軸３ｂによって構成されている。前記垂直軸３ｂはアクチュエータ４に接続されており、このアクチュエータ４によって真空チャック３が垂直方向に移動可能に構成されている。なお、吸着部３ａから垂直軸３ｂ及びアクチュエータ４を介して、チューブ管５が配設され、チューブ管５は図示しない真空ポンプに接続されている。
このように、前記真空チャック３にウエハＷ１は吸着保持され、吸着保持されたウエハＷ１は下降し、載置台２上のウエハＷ２に貼り合わせられる。
【００１８】
また、前記チャンバー１の側面部には、バルブ機構６と前記バルブ機構６に接続されたチューブ管７が設けられ、前記チューブ管７は、図示しない真空ポンプに接続されている。また前記真空ポンプによってチャンバー内部が略真空状態になると、バルブ機構６が止弁状態となり、真空ポンプの動作が停止するように構成されている。
【００１９】
また、チャンバー１の側面部には加圧部８ｃを有する加圧ピン機構８が設けられている。この加圧ピン機構８はアクチュエータ８ａと、アクチュエータ８ａによって垂直方向に移動可能な垂直軸８ｂと、垂直軸８ｂの先端に設けられた加圧部８ｃと、アクチュエータ８ｂを水平方向に移動するための水平軸８ｄと、前記水平軸８ｃを駆動するアクチュエータ８ｅにより構成されている。
前記した加圧部８ｃは、アクチュエータ８ａ、８ｅによってウエハＷ２の中心部の押圧するよう構成されている。また、ウエハＷ１の表面を所望の圧力及び時間で加圧するため、アクチュエータ８ａ、８ｅの動作を制御する制御部（図示せず）が設けられている。
【００２０】
また、前記垂直軸８ｂは、加圧の際、変形しない材質、例えばＰＥＥＫ樹脂等の硬質樹脂により形成されている。一方、加圧部８ｃは、ＪＩＳ硬度１００以下の材質により構成されている。
この加圧部８ｃによる荷重が増加するに従い、図３の仮想線で示すように、加圧部８ｃとウエハとの接触が点接触から面接触へと変化し、加圧点、接合点における応力を緩和することができる。
即ち、集中荷重によるウエハのダメージを抑制できるため、その結果ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良を抑制できる。
【００２１】
また、前記加圧部８ｃは、図２に示されるように、その先端形状は半球形状であり、基部は円柱形状に形成されている。
前記加圧部８ｃの先端部曲面がＤ／２（Ｄは直径）の曲率半径を有する共に、該曲面が中心角θで９０°〜１８０°の範囲に形成されている。なお、前記中心角θが１８０°未満の場合には、前記曲面と円柱部との間は傾斜面となる。
このように、加圧部８ｃの先端部の形状が半球状に形成されているため、加圧部８ｃと基板との接触状態が点接触から面接触へ、そしてより大きな面接触へと変化する。したがって、加圧点、接合点における応力をより緩和することができる。
【００２２】
また、前記加圧部８ｃの材質は、例えばシリコンゴムやフッ素ゴム等の軟質樹脂により形成される。このように、前記加圧部８ｃの材質がシリコンゴムあるいはフッ素ゴムである場合には、ウエハの汚染を抑制することができる。
【００２３】
次に、図１、図３、図４に基づいて、本発明にかかる実施形態の動作について説明する。
先ず、図示しない洗浄装置により基板の洗浄処理が行われた後（図４のＳ１）、図１に示す貼り合わせ装置を用いて、ウエハＷ１とウエハＷ２が貼り合わされる（図４のＳ２）。このとき、先ず、図示しない搬送機構によりウエハＷ２が載置台２に搬送されて載置台２上に載置される。このウエハＷ２の上側表面は、既に鏡面加工処理されている。
一方、図示しない搬送機構により搬送されたウエハＷ１を真空チャック３で保持する。この保持は吸着部３ａの吸着によってなされる。このウエハＷ１の下側表面も、既に鏡面加工処理されている。
【００２４】
次いで、弁機構６が開弁状態となり、図示しない真空ポンプの駆動によって、チャンバー１内が略真空状態とされる。このようにチャンバー１内を略真空状態にするのは、ウエハＷ１とウエハＷ２との接合面に空気溜まりを抑制するためである。
そして、アクチュエータ４の駆動により、真空チャック３ａが降下し、ウエハＷ１とウエハＷ２の鏡面側同士が貼り合わされる。その後、真空チャック３はウエハＷ１の保持を解除し、吸着部３ａはチャンバー１内の最上部まで移動する。
【００２５】
次いで、加圧ピン機構８による圧着処理がなされる（図４のＳ３）。ここで、アクチュエータ８ａ、垂直軸８ｂ、加圧部８ｃは、アクチュエータ８ｅの駆動によって水平軸８ｄが横方向に伸びて、貼り合わされたウエハＷ１、Ｗ２の中心部の直上部に移動する。
そして、アクチュエータ８ａの駆動によって、前記垂直軸８ｂが降下し、圧着処理が行なわれる。
このとき、加圧部８ｃの形状は、図３に示すように、加圧力（荷重）が増加するにつれて変形し、点接触から徐々に大きな面接触となる。その結果、ウエハＷ１表面に対する集中応力が抑制され、ウエハＷ１、Ｗ２ヘのダメージが抑制される。
【００２６】
次いで、図示しない拡散炉によって接合部熱処理が行われ（図４のＳ４）、素子形成側のウエハの研削処理（Ｓ５）、面取り処理（Ｓ６）、鏡面研磨処理（Ｓ７）が施された後、最後に洗浄処理（Ｓ８）によって最終的な貼り合わせ基板が得られる。
【００２７】
【実施例】
次に、硬質の樹脂材の加圧部を用いた場合と、軟質の樹脂材の加圧部を用いた場合について、その貼り合わせ基板におけるボイドの発生枚数、スリップの発生枚数を検証した。
【００２８】
主な実験条件は、次の通りである。
使用したウエハは、直径１５０ｍｍ、厚さ６２６μｍ、Ｐタイプ、オリエンテーション・フラット＜１００＞のものを素子形成基板、支持基板共通に使用した。基板貼り合わせ前の洗浄工程においては、過酸化水素水とフッ化アンモニウムを所定の比率で混合した薬液（８０℃）に所定時間、例えば１０分間浸漬し、超音波による洗浄、揺動による洗浄を行った。
【００２９】
そして、基板貼り合わせ工程においては、図１に示した貼り合わせ装置に用いられている加圧ピン機構８を用い、常温大気圧下で基板貼り合わせを実施した。この加圧部は、比較例１としてＪＩＳ硬度１５０の硬質樹脂成形ピン（ＰＥＥＫ樹脂）と、比較例２としてＪＩＳ硬度２００の硬質樹脂成形ピン（ＰＥＥＫ樹脂）と、実施例１としてＪＩＳ硬度１００の軟質樹脂成形ピン（シリコンゴム）と、実施例２としてＪＩＳ硬度８０の軟質樹脂成形ピン（シリコンゴム）とを用いた。
これら加圧部は、図２に示すように、先端部が半球状であり、基部が円柱状に形成した。また、前記円柱状の直径Ｄは、９．０ｍｍ、先端部曲面の曲率半径は、４．５ｍｍ、該曲面の中心角は１８０°とした。
【００３０】
そして、加圧荷重は１Ｎ、５Ｎ、１０Ｎの３条件とし、加圧時間は１０秒とし、ウエハの中心を加圧した。そして、貼り合わせ基板の接合部熱処理においては、横型拡散炉を用いて、加熱温度１，１００℃、処理時間１２０分で実施した。
【００３１】
このようにして製造した各荷重の基板１０枚を超音波探傷検査し、ボイドの発生枚数を計測した。その結果を表１に示す。また同様に、製造した各荷重の基板１０枚をＸ線トポグラフ検査し、スリップの発生枚数を計測した。その結果を表２に示す。
【００３２】
【表１】
2004221447.tif 000003
【００３３】
上記実験結果から明らかなように、比較例１、２にあってはいずれの荷重においてもボイドが発生した。一方、実施例１の荷重が１０Ｎのときに２枚のウエハにボイド発生が見られたが、その他の荷重のときには、ボイドの発生は確認されなかった。
【００３４】
【表２】
2004221447.tif 000004
【００３５】
また、スリップについては、比較例１、２において、いずれの荷重においてもスリップが発生した。また、実施例１において、荷重が１０Ｎのときに４枚のウエハに、スリップの発生が見られたが、その他の荷重のときには、スリップの発生は確認されなかった。
【００３６】
次に、実施例１の条件において、加圧荷重を１０Ｎ、加圧時間は１０秒とし、ウエハの中心から５５ｍｍの円周上を、１８０度の間隔をおいて、２点で加圧した（実施例３）。同様に、ウエハの中心から５５ｍｍの円周上を、１２０度の間隔をおいて、３点で加圧した（実施例３）。
このようにして、製造した基板１０枚におけるボイドの発生を超音波探傷検査し、その枚数を計測した。また、同様に製造した基板１０枚におけるスリップの発生をＸ線トポグラフ検査し、その枚数を計測した。これらの結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】
2004221447.tif 000005
【００３８】
このように、ウエハ表面の加圧箇所を増やすことにより、ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥不良を抑制することができることが確認された。
【００３９】
以上、説明したように、加圧部の材質を軟質な材料で成形することにより、ボイドやスリップ等の欠陥発生を抑制することができる。
即ち、加圧部が軟質な材質であれば、貼り合わされた基板の接合界面及び加圧箇所における集中応力が緩和されるため、ボイド、転移、スリップ等の欠陥発生を抑止することができる。その結果、製品歩留まりの向上が図れ、高品質な貼り合わせ基板を得ることができる。
【００４０】
尚、上記実施例にあっては、大気圧中で貼り合わせ作業を行ったが図１に示すような気圧制御可能なチャンバー内で基板の貼り合わせ作業を行うことにより、本発明の効果をより期待できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ボイド、転移欠陥、スリップ等の欠陥を発生せず安定して高品位な貼り合わせ半導体基板を製造することのできる装置及び貼り合わせ基板の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基板貼り合わせ装置の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る加圧部の先端部分の拡大図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る加圧部で貼り合わせ基板を加圧する状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態にかかる貼り合わせ基板の製造工程を示すフロー図である。
【図５】従来の貼り合わせ基板の製造工程を示すフロー図である。
【図６】従来の基板貼り合わせ工程を示す工程図である。
【符号の説明】
１      チャンバー
２      戴置台
３      真空チャック
３ａ    吸着部
３ｂ    垂直軸
４      アクチュエータ
８      加圧ピン機構
８ａ    アクチュエータ
８ｂ    垂直軸
８ｃ    加圧部
８ｄ    水平軸
８ｅ    アクチュエータ
Ａ      貼り合わせ装置
Ｗｌ    ウエハ
Ｗ２    ウエハ
【図１】
2004221447.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004221447.tif 000009
【図５】
2004221447.tif 000010
【図６】
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