(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の基板を洗浄した後に接合する方法であって、
（ａ）相互に平行および対向状態にある基板間で間隙（ZR）を形成するように２枚の基板を基板ホルダー（1a，2a）に配置して、洗浄基板（１，２）上に噴射するノズルを少なくとも１つ挿入することができる広さの間隙を形成する工程、
（ｂ）基板ホルダー（1a，2a）に保持された前記基板（１，２）を中心軸（Ａ）のまわりで回転させ、基板上方においてノズルを移動させ、基板面上に向かって斜め方向又は垂直方向に洗浄液を噴射する工程、
（ｃ）基板ホルダー（1a，2a）に保持された前記基板を乾燥させる工程、
（ｄ）基板ホルダー（1a，2a）に保持された前記基板（１，２）を直接接合する工程、よりなる方法。
【請求項２】
各基板面に対してそれぞれ１つのノズル（3a）又は（3b）を用いて洗浄液が噴射されて、洗浄が行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記方法における工程（ｃ）において、中心軸（Ａ）のまわりで基板を回転させることにより、残った洗浄液を吹き飛ばして基板を乾燥させる、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
基板面上方を基板（１，２）の中心軸に対して半径方向にノズル（3a，3b）が移動する、請求項１，２又は３記載の方法。
【請求項５】
微粒子を含まないクリーン空間で行われる、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
上記工程（ａ）〜（ｃ）又は工程（ａ）〜（ｄ）において、基板（１，２）が、ハウジング（４）内にある、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
微粒子を含まないクリーン空間が、シールド面（５）により仕切られ、このシールド面（５）は、基板ホルダー（1a）の回転軸（A1）と結合し、基板ホルダー（1a）とともに、又は基板ホルダー（1a）として基板（１，２）間の距離（ａ）が変化する方向に移動する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
工程（ｃ）中又は工程（ｃ）直後、赤外線ヒーターにより基板（１，２）を乾燥させる、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
工程（ａ）および（ｂ）において、基板（１，２）間の距離（ａ）が50〜250mmに調整されている、請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
工程（ｃ）において、基板（１，２）間の距離（ａ）が2〜10mmまでに調整されている、請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも２つの超音波ノズル（3a，3b）が使用される、請求項１〜10のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも２つのメガソニック超音波ノズル（3a，3b）が使用される、請求項11記載の方法。
【請求項１３】
１MHz以上の周波数でメガソニック超音波ノズル（3a，3b）が作動する、請求項12記載の方法。
【請求項１４】
不活性ガスを注入して、少なくとも基板（１，２）間の間隙（ZR）を含むシールド面内部の空間（６）に不活性ガスを充填する、請求項１〜13のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
乾燥工程（ｃ）の後に基板（１，２）同士を接触させる、請求項１〜14のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
工程（ｃ）と（ｄ）との間に、中心軸（Ａ）を傾けて基板（１，２）を振動させることにより、基板（１，２）が互いに重なり合い、共通のストッパ10に到達するまで相互の基板上を基板（１，２）がスライドする、請求項１〜15のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
端部、中央部又は他の位置で押圧ピン（11）を基板に点状接触させ、又は平面接触させることにより接合を行う、請求項１〜16のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｄ）において、接合処理が観察され、接合処理終了時に基板（１，２）間の接合の品質が判定される、請求項１〜17のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
基板（１，２）を通過する赤外光を用いて、接合処理が観察される、請求項18記載の方法。
【請求項２０】
基板（１）から出る赤外光が、赤外線カメラにより感知され、赤外光のコントラストを確認することにより、基板接合の品質が判定される、請求項19記載の方法。
【請求項２１】
２枚の基板を洗浄した後に接合する装置であって、
（ａ）外部ハウジング（４）、
（ｂ）それぞれ１つの回転軸（A1，A2）に配置され、回転軸（A1，A2）の方向に互いに移動し、基板（１，２）をそれぞれ支持するために使用され、平行および対向状態にある２つの基板ホルダー（1a，2a）、
（ｃ）基板（１，２）上に洗浄液を噴射するために基板ホルダー（1a，2a）間の間隙（ZR）に配置された少なくとも１つのノズル（3a，3b）、
（ｄ）１つの回転軸（A1）と結合され、基板（１，２）の表面上に微粒子が付着するのを防止するために１つの基板ホルダー（1a）とともに移動可能であり、飛沫よけとして機能し、回転中、不活性ガス（８）が注入される、任意要素としてのシールド面（５）、
（ｅ）基板ホルダー（1a，2a）上に配置された基板を直接接合するための手段、からなる装置。
【請求項２２】
ハウジング（４）は、不活性ガスの排出口（７）および供給口（８）を有し、少なくとも間隙（ZR）を含むシールド（５）内部の空間（６）に微粒子を含まないクリーン空間が作り出される、請求項21記載の装置。
【請求項２３】
シールド面（５）が、回転軸（A1）に対して同軸にあるカバープレート（5a）と、外側に円錐状に延在する側壁（5b）とからなる、請求項21又は22記載の装置。
【請求項２４】
基板（１，２）を乾燥させるために、赤外線加熱装置（９）が設けられている、請求項21〜23のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２５】
回転軸（A1，A2）を傾斜させて、基板面に対して平行な基板ホルダー（1a，2a）上で基板（１，２）を振動させ、接合のためのストッパ（10）において重ね合わせるための手段が設けられている、請求項21〜24のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２６】
接合手段として、両方の基板（１，２）を押圧する押圧ピン（11）を備えている、請求項21〜25のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２７】
接合中の接合処理を観察し、基板（１，２）間の接合の品質を判定するための手段を備えている、請求項21〜26のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２８】
接合処理を観察する手段として、赤外光源と、基板（１，２）を通過した赤外光を感知する赤外線カメラ（12）を備える、請求項27に記載の装置。
【請求項２９】
１つ以上の赤外光源（13）がシールド面（５）に対向する面上にある下方の基板（２）より下に配置され、赤外線カメラは、上方の基板とシールド面（５）の間に配置される、請求項28に記載の装置。
【請求項３０】
少なくとも部分的に赤外光を通過させる部材からなる基板ホルダー（2a）に赤外光が照射される、請求項29記載の装置。
【請求項３１】
赤外光は、１つ以上の光ファイバー（14-1，14-2）を通って基板ホルダー（2a）内に入って拡散し、本質的に均一の強さで基板ホルダー（2a）の表面（2a’）から出て、接合基板（１，２）を通過し、赤外線カメラで基板（１，２）の接合層の画像が映し出される、請求項30記載の装置。
【請求項３２】
請求項21〜30のいずれか１つに記載の装置を使用して実行される、請求項１〜20のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景および分野）
本発明は、基板（ウェハ）を洗浄した後に接合するための方法および装置に関する。本発明は、直接接合又は融合接合に使用されるのが好ましいが、ウェハ洗浄を行い、続いて別の接合機械で接合するのに使用されてもよい。
【０００２】
例えば、ＳＯＩウェハを接合するには、サイズが0.2μｍを超える微粒子を接合面から除去することが必要とされる。ウェハ生成段階でこのような高い清浄度を実現することは困難である。たとえ、清浄度が非常に高いウェハが生成されたとしても、接合前に新たな微粒子が直接接合面に付着する。この微粒子が、接合表面間に気泡を生み出す原因となる。
【０００３】
米国特許4,883,215号には、気泡を含まずにシリコンウェハを接合させる方法が開示されている。この方法は、第一ウェハと第二ウェハを狭い間隔をあけて相互に平行になるように配置する工程、２つの接合面間の間隙に洗浄液を注入する工程、洗浄液を流し出す工程、洗浄面を乾燥させる工程、そして、両ウェハを接触するまで移動させて接合する工程、からなる。両ウェハは、例えば、厚さ約550μｍのテフロン（登録商標）スペーサを用いて支持されている。その後、ウェハ間の間隙は、表面が互いに平行な２枚のウェハ間を流れる水流にさらされる。ウェハが、水流に対して回転させられることが好ましく、又は水流が、ウェハに対して回転させられる。この特許文献によれば、この方法は、クリーン空間設備の外部で行うことができる点で有効である。
【０００４】
技術的な背景に関して言えば、特開昭60-72234号、特開平9-213666号、米国特許5,131,968号、同6,051,481号、同5,804,494号、同6,008,113号、および同5,129,827号の従来技術が参照される。
【０００５】
本発明の目的は、これらの従来技術に比較して、接合されるべき面の表面品質を向上させ、装置をコンパクト化し、実質的な処理能力を増大させる基板接合装置および方法を提供することである。
【０００６】
この目的は、特許請求の範囲の特徴を有することにより達成される。この目的を達成するために、本発明は、後述の基本的な着想に基づいている。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の方法では、少なくとも２枚の基板が、平行状態および相互に対向した状態で配置されている。これらの基板間には間隙が形成されており、この間隙は、洗浄液（例えば、純度の高い蒸留水又は別の適切な液）を基板面上に向って垂直方向に吹きかけるノズルを挿入することができる広さとなっている。基板は、洗浄状態に応じて、一定速度で又は速度を変化させながら中心軸のまわりを回転する。ノズルは、例えば、基板上を半径方向に移動し、洗浄液が、基板面上に向って斜め方向又は垂直方向に噴射される。その後、中心軸のまわりに基板を回転させて、残存液を吹き飛ばすことが好ましい。そのとき、基板間の距離を接近させておいてもよい。その後、基板を互いに接触させて直接接合する。洗浄、乾燥、および接合の間、基板が処理される場所にミクロクリーン空間の状態が維持されていることが好ましい。このことは、不活性ガスの供給、およびそれに対応したシールドによって達成することができる。このシールドは、その内部空間（特に、基板間の間隙）において、微粒子を含まない状態を確保する。また、このシールドは、洗浄液の飛沫よけとして機能し、回転中（すなわち洗浄液の吹き飛ばしによる乾燥中）は、同時に不活性ガスを供給している。
【０００８】
接合中、接合工程は、（オンラインで）視覚観察できることが好ましく、それにより、基板間の接合の品質が最終的に判定されることになる。
【０００９】
本発明の装置は、回転軸上に配置されていて互いに移動可能な少なくとも２つの基板ホルダー、基板ホルダーの間の空間中を移動できる少なくとも１つのノズル、および基板ホルダー上に配置された基板を接合するための手段からなる。外部ハウジングおよびシールドが設けられていることが好ましい。シールドは、回転軸の１つに結合され、１つの基板ホルダーから所定の距離をおいて配置されている。また、シールドは、基板ホルダーとともに移動することができ、供給される不活性ガスとともに基板ホルダーのまわりにミクロクリーン空間を作り出す。接合工程を視覚で観察でき、基板間の接合の品質を判定できる手段が設けられていることが好ましい。
【００１０】
液体ジェットを用いて基板面に対して斜め方向又は垂直方向に噴射して基板を洗浄することにより、微粒子がまったく発見できないほど高洗浄された基板面を得ることができる。赤外線テストでは、接合された基板に気泡は含まれていなかった。装置はコンパクトであって、自身がミクロクリーン空間を有しているので、基板接合の方法の成否が、クリーン空間箇所の質によって決定されるという依存状態を緩和することができる。さらに、小型装置で各工程を一体化するため、各工程間に中断がないので、ウェハ処理能力を向上することができる。接合前は、ウェハが空気に触れないようにしてあるので、現在まで研究所でのみ実質的な努力をはらって使用されてきた接合方法を、商業上において使用することができる。接合工程を観察することにより、基板間の不十分な接合があった場合には、接合後に直接判定することができ、次の工程に進んでしまうことを回避することができる。
【００１１】
（好ましい実施例の詳細な説明）
図１に示されている本発明の実施例である装置は、外部ハウジング４を備える。ハウジングの内部には、２枚の基板１，２が、間隙ZRを形成するように他方の基板と一定の距離をおいて、基板ホルダー1aおよび2a上にそれぞれ配置されている。基板１，２は、それぞれ回転軸A1，A2のまわりを回転することができ、互いに軸方向に移動することができる。２本の軸A1，A2のいずれも、他方の軸とは無関係に回転してもよく、又は２つの駆動を機械的に連動させたり、電子的に同調さてもよい。図１は、基板表面を洗浄する工程を示している。このため、超音波ノズル、とりわけメガソニック超音波ノズル3a，3bが、中心軸Ａに対して、好ましくは半径方向（矢印Ｄ方向）に間隙ZRの中で移動する。さらに、基板面上に向って斜め方向又は垂直方向に洗浄液が噴射される。したがって、基板間の距離として、ノズル3a，3bを間隙ZRに挿入できるような広さでなければならない。シールド（シールド面）５は、回転軸A1に配置され、距離aが変化する際に、基板ホルダー1aとともに移動する。カバープレート5aおよび外方向に円錐状に延在する側壁5bからなるシールド５を設けることにより、シールド内部の空間６および間隙ZRの中で、ミクロクリーン空間を確実に作り出すことができる。この方法を採用すると、基板１，２の表面に微粒子が付着することを確実に回避することができる。開口部７は、ハウジング内部を空にする、あるいは不活性ガスを排出するのに使用される。ハウジングカバー4aは、基板ホルダー1a上にある基板１とともに垂直方向に移動することができ、洗浄後に基板を乾燥する工程を迅速化するために赤外線ランプを有していてもよい。
【００１２】
次に、本発明の方法を図２〜５に基づいて説明する。
【００１３】
この図２〜５においては、シールド５が、上部の基板ホルダー1aとしての役割も果たしている。
【００１４】
図２は、メガソニック超音波ノズル3a，3bを用いて基板１,２を洗浄している状態を示している。このメガソニック超音波ノズル3a，3bは、中心軸Ａに対して半径方向（矢印Ｄ）に基板表面上を移動し、メガソニック超音波により基板表面に向かって垂直方向に洗浄液を排出する。この工程では、基板１，２間の距離は、50〜250mmに調整されている。洗浄工程中、基板１，２が、回転軸A1，A2のまわりをそれぞれ回転する。
【００１５】
図３に示しているように、乾燥工程中、基板１，２間の距離は、2〜10mmに調整されている。液を吹き飛ばすことができるように、基板は加速度をつけて回転する。同時に、部分的なミクロクリーン空間を作り出すために、基板のまわりの領域は、不活性ガスで充填されるか、不活性ガスで洗浄される。例えば、ハウジングカバー4aに設けられている赤外線ランプ９を使用して、乾燥工程を迅速化してもよい。
【００１６】
乾燥後、基板２の上に向かって基板１を下降させることにより、基板１，２は接触する。図４に示すように、基板１，２は、接合のために相互に重ね合わされる。ハウジング全体を傾斜させ、移動させて、この基板の重ね合わせが行われる。図４に示すように、例えば、回転軸Ａは、矢印Ｅ方向に傾斜し、基板１，２は、互いの表面に対して平行に振動させられる。この結果、基板は、他方の基板上を浮遊又は移動し、接合のために重ね合わさるようにストッパ10においてともに停止する。
【００１７】
図５は、接合工程を示している。この接合工程では、軸が傾斜し、押圧ピン11で横方向に基板１，２を押圧する。この後、端部から開始する直接接合（端部接合）を行う。この場合、接合領域は、矢印Ｆ方向に向って基板上を移動する。しかしながら、接合は、基板中央から開始してもよい（中央接合）。
【００１８】
基板１を基板２上に載せた後にシールド面５を上昇させ、基板１とシールド面５との間に赤外線（ＩＲ）カメラ12を挿入してもよい。赤外光が、赤外光源13を用いて発光され、好ましくは１つ以上の光導体14-1，14-2を通って基板ホルダー2aに照射され、赤外線カメラ12が、この赤外光を感知する。赤外光は、対応して選択された基板ホルダ2aの材質（又はそのような一層）によって拡散し、基板ホルダー2aの表面2a’から出て基板２内に入り、基板２と基板１の接合面を通過した後、基板１を通過する。最終的に、赤外光は、基板１の自由表面から出た後、赤外線カメラ12により感知される。基板接合の品質は、赤外線カメラ12での赤外光のコントラストにより視認することができる。例えば、接合面間に含まれる物質によりコントラストが変化するので、赤外光のコントラストは基板接合の品質を測定する基準となる。
【００１９】
本発明の方法および装置を使用すると、サイズが100〜200mm以上の基板（ウェハ）を加工することができる。全工程の所要時間は、５分が標準とされるが、この時間は、具体的に行われる処理により変動する。１MHzの周波数であれば、メガソニック超音波ノズルにより、直径0.1μｍまでの微粒子を除去することができ、３MHzの周波数であれば、直径0.03μｍまでの微粒子を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
添付の図面とともに、後述において本発明を詳細に説明する。
【図１】  本発明の実施例に係る装置の原理を示す図である。
【図２】  本発明の方法における工程を示している。
【図３】  本発明の方法における工程を示している。
【図４】  本発明の方法における工程を示している。
【図５】  本発明の方法における工程を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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