JP2010034445A

JP2010034445A - ウェーハ自動貼合せ装置およびウェーハ自動貼合せ方法

Info

Publication number: JP2010034445A
Application number: JP2008197448A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Morikawa; 靖之森川
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】貼合せボイド不良を低減させることができるウェーハ自動貼合せ装置およびウェーハ自動貼合せ方法を提供する。
【解決手段】第１ウェーハを保持するステージと、前記第１ウェーハ上に、貼合せが開始しない状態で載置した第２ウェーハの外周部を押圧する押圧手段と、前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハを挟んで、前記押圧手段による押圧位置と対向位置に設けられ、前記押圧手段による押圧により前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの貼合せを開始し、前記押圧位置から前記対向位置に向かって前記貼合せが進行し、完了する際の前記両ウェーハ間でのエアー内封を防止するエアー内封防止手段とを具えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばＳＯＩウェーハなどの半導体ウェーハを製造するための、ウェーハ自動貼合せ装置およびウェーハ自動貼合せ方法に関する。

従来、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウェーハは、ＩＣの高集積化、高性能化および放射線耐性に優れ、半導体デバイス用基板として注目されている。このＳＯＩウェーハの製造方法には、代表的なものとして、ＳＩＭＯＸ(Separation by IMplanted OXygen)法や貼合せ法が挙げられる。ＳＩＭＯＸ法は、シリコン単結晶ウェーハに高エネルギーで酸素をイオン注入し、その後の熱処理でシリコンと結合させ、ウェーハ表面から数μｍ内部に酸化膜(SiO₂)を形成し、ＳＯＩウェーハを製造する方法である。一方、貼合せ法は、表面に酸化膜(SiO₂)を形成したシリコンウェーハと、他のシリコンウェーハとを熱または圧力で接着した後、他のシリコンウェーハを所定厚さまで研削および除去することによりＳＯＩウェーハを製造する方法である。

これら製造方法のうち、貼合せ法は、他の方法と比較して、デバイス作製領域の結晶性が良いこと、熱酸化した側の界面をデバイス側に用いることによりSi−SiO₂界面が安定であること、量産のための設備が廉価であること等の利点を有することから、広く一般的に用いられている方法である。

特許文献１には、第１ウェーハおよび第２ウェーハのうち少なくとも一方を湾曲変形させながらそれらの接合面同士を重ね合わせる半導体ウェーハの貼合せ方法において、上記第１ウェーハの周辺部の一点と第２ウェーハの周辺部の一点とを合致させて接合開始点とし、これらのウェーハの接合面の中心点を挟んでこの接合開始点の反対側の対極点を接合終了点として、この接合開始点から接合終了点に向かって順次接合を進行させることを特徴とする半導体ウェーハの貼合せ方法が開示されている。

特開平５−２７５３００号公報

しかしながら、図１に示すように、特許文献１に開示されるような従来のＳＯＩウェーハの貼合せにおいては、外力による貼合せ押圧位置から貼合せが開始され、ウェーハ全面に貼合せが伝播し拡大する（図１においてはウェーハの左から右へ伝播する）こととなるが、ウェーハの表面状態や形状が影響し、その終端部分にはエアーが内封され、ボイド不良の主要因となっていた。この貼合せボイド不良は、２枚のウェーハ表面の親水性や、微少な表面平坦度に影響するため、これらのウェーハ加工精度の向上および制御が困難であった。また、この貼合せボイド不良が発生すると、再度剥離して再貼合せする事となるため、ＳＯＩウェーハ生産性に大きく寄与する問題であった。

本発明の目的は、貼合せボイド不良を低減させることができるウェーハ自動貼合せ装置およびウェーハ自動貼合せ方法を提供することにある。

本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）第１ウェーハを保持するステージと、前記第１ウェーハ上に、貼合せが開始しない状態で載置した第２ウェーハの外周部を押圧する押圧手段と、前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハを挟んで、前記押圧手段による押圧位置と対向位置に設けられ、前記押圧手段による押圧により前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの貼合せを開始し、前記押圧位置から前記対向位置に向かって前記貼合せが進行し、完了する際の前記両ウェーハ間でのエアー内封を防止するエアー内封防止手段とを具えることを特徴とするウェーハ自動貼合せ装置。

（２）前記ステージの周囲に設けられ、前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハのズレを修正するズレ修正手段をさらに具える上記（１）に記載のウェーハ自動貼合せ装置。

（３）前記ズレ修正手段は、オリフラ・ノッチガイドおよび一対のピンガイドを有する上記（２）に記載のウェーハ自動貼合せ装置。

（４）前記エアー内封防止手段は、貼合せ伝播状態に影響を及ぼさないようエアーを抜き取る制御手段をさらに有する上記（１）、（２）または（３）に記載のウェーハ自動貼合せ装置。

（５）前記エアー内封防止手段は、前記第１ウェーハと前記第２ウェーハとの間でかつ前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの外周部の一ヶ所以上に介挿される介挿治具を有する上記（１）〜（４）のいずれか一に記載のウェーハ自動貼合せ装置。

（６）前記ステージが、前記第１ウェーハを保持するための吸着保持機構を有し、
前記エアー内封防止手段が、前記第１ウェーハの貼合せ面とは反対側の面および前記第２ウェーハの貼合せ面とは反対側の面の少なくとも一方を真空吸着し、強制的に前記第１ウェーハおよび／または前記第２ウェーハを変形させる上記（１）〜（４）のいずれか一に記載のウェーハ自動貼合せ装置。

（７）前記ステージが、前記第１ウェーハを保持するための吸着保持機構を有し、
前記エアー内封防止手段が、前記第１ウェーハと前記第２ウェーハとの間でかつ前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの外周部の一ヶ所以上に、圧空噴射による貼合阻害機構を有する上記（１）〜（４）のいずれか一に記載のウェーハ自動貼合せ装置。

（８）ステージ上に保持された第１ウェーハ上に、貼合せが開始しない状態で載置した第２ウェーハの外周部を押圧して、前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの貼合せを開始し、押圧位置から、前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハを挟んで、前記押圧位置とは対向位置に向かって前記貼合せを進行させ、前記対向位置に予め設けられたエアー内封防止手段を用いて、前記貼合せが完了する際の前記両ウェーハ間でのエアー内封を防止することを特徴とするウェーハ自動貼合せ方法。

本発明のウェーハ自動貼合せ装置およびウェーハ自動貼合せ方法は、押圧手段による押圧位置をウェーハの外周部分に設定し、そこから伝播する貼合せ終端位置を、ウェーハの貼合せ開始位置とは対向位置に限定することでエアーを集約し、その集められたエアーを、ボイドや歪みが発生しないよう、エアー内封防止手段により自動でウェーハ外部に開放することにより、貼合せウェーハのボイド不良を低減させ、生産歩留まりを向上させることができる。また、ボイド不良を低減させることにより、ボイド不良が発生した際の剥離による表面キズ、再洗浄による貼合せ面のラフネス悪化等の貼合せ品質低下が改善され安定すると共に、修正作業が無くなる事によって生産性を向上させることができる。

次に、本発明のウェーハ自動貼合せ装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の第１実施形態に従うウェーハ自動貼合せ装置を示す模式図である。また、図３および図４は、それぞれ本発明の第２および第３実施形態に従うウェーハ自動貼合せ装置の断面を示す模式図である。

図２に示すように、本発明の第１実施形態に従うウェーハ自動貼合せ装置１００は、第１ウェーハ１を保持するステージ２と、前記第１ウェーハ１上に、貼合せが開始しない状態で載置した第２ウェーハ３の外周部を押圧する押圧手段４と、前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３を挟んで、前記押圧手段４による押圧位置と対向位置に設けられ、前記押圧手段４による押圧により前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３の貼合せを開始し、前記押圧位置から前記対向位置に向かって前記貼合せが進行し、完了する際の前記両ウェーハ１，３間でのエアー内封を防止するエアー内封防止手段５とを具え、かかる構成を採用することにより、貼合せウェーハのボイド不良を低減させることができるものである。

前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３は、ウェーハ外周部が中央部と比較して鏡面の反対側面に向かって反っているロールオフ形状や、中央部と比較して鏡面側に向かって反っているロールアップ形状等、どのような形状のものでも用いることができる。また、前記押圧手段４としては、錘、圧力制御機構を有した加圧装置、シリンダーによる押圧装置等が挙げられる。

本発明に従うウェーハ自動貼合せ装置１００は、前記ステージ２の周囲に設けられ、前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３のズレを修正するズレ修正手段６をさらに具えるのが好ましい。前記第２ウェーハ３は、前記第１ウェーハ１上に自然落下させることができるが、前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３の間にズレが生じている場合、ボイド不良を十分に低減させることができないためである。

また、前記ズレ修正手段６は、オリフラ・ノッチガイド６ａおよび一対のピンガイド６ｂを有するのが好ましい。面方位を揃えることで、ウェーハ間の均質性を確保するためである。

さらに、図２には示されないが、前記エアー内封防止手段５は、貼合せ伝播状態に影響を及ぼさないようエアーを抜き取る制御手段をさらに有するのが好ましい。貼合せ伝播を途中で停止させると、その境界部分に歪みが発生する場合があることがわかっている。そのため、前記エアー内封防止手段５の動作が、前記貼合せ伝播を停止させることを防ぐべく、貼合せ伝播状態に影響を及ぼさないようエアーを抜き取る制御手段を設けたものである。なお、この制御手段としては、例えば、タイマーが挙げられ、錘が降りてから１〜２秒後に、エアーを抜き取る処理を開始するのが好ましい。

また、前記エアー内封防止手段５は、前記第１ウェーハ１と前記第２ウェーハ３との間でかつ前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３の外周部の一ヶ所以上に介挿される介挿治具５Ａを有するのが好ましい。この介挿治具５Ａは、両ウェーハ１，３の鏡面に接しない、ウェーハの面取り部分に接するよう調整されたものであれば、どのような形状としてもよく、例えば、図２に示されるような爪状部材５Ａとすることができる。また、図２では、前記爪状部材５Ａがオリフラ・ノッチガイド６ａに設けられている例を示しているが、前記押圧手段４による押圧位置と対向位置に設けられていればよい。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２実施形態に従うウェーハ自動貼合せ装置２００ａおよび２００ｂを示したものであり、前記ステージ２は、前記第１ウェーハ１を保持するための吸着保持機構７を有し、前記エアー内封防止手段５Ｂが、前記第１ウェーハ１の貼合せ面とは反対側の面および前記第２ウェーハ３の貼合せ面とは反対側の面の少なくとも一方を真空吸着し、強制的に前記第１ウェーハ１および／または前記第２ウェーハ３を変形させるのが好ましい。なお、図３（ａ）は、前記第１ウェーハ１のみを変形させる例を示し、図３（ｂ）は、前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３をいずれも変形させる例を示したものである。ウェーハ形状がそれぞれのウェーハで異なるので、前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３をいずれも吸着してウェーハを変形させるのがより好ましい。

前記吸着保持機構７としては、例えばステージにパターン溝を設けその溝部分を吸引する方法等が挙げられ、前記第１ウェーハ１が、エアー内封防止手段５Ｂによる真空吸着によって、ステージ２から落下するのを防ぐことができる。また、前記エアー内封防止手段５Ｂとしては、弾性変形の大きい物質、例えばゴム系材質（シリコンゴム等）や、樹脂系材質等が挙げられるが、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、吸盤を介して吸着するのが好ましい。吸盤を介して吸着することにより、ウェーハを容易に大きく変形させることができるためである。

図４は、本発明の第３実施形態に従うウェーハ自動貼合せ装置３００を示したものであり、前記ステージ２は、前記第１ウェーハ１を保持するための吸着保持機構７を有し、前記エアー内封防止手段５Ｃが、前記第１ウェーハ１と前記第２ウェーハ３との間でかつ前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３の外周部の一ヶ所以上に、圧空噴射による貼合阻害機構を有するのが好ましい。

前記エアー内封防止手段５Ｃは、前記第１ウェーハ１と前記第２ウェーハ３との間でかつ前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３の外周部の一ヶ所以上に圧空噴射を行うことにより、両ウェーハ１，３の貼合せを阻害することができるものである。また、圧空噴射するガスとしては、安価で扱いやすく、高純度であるＮ_２ガスを用いるのが好ましい。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、本発明に従うエアー内封防止手段を設けた場合の貼合せ伝播モデルおよび従来の方法に従うエアー内封防止手段を設けない場合の貼合せ伝播モデルを示す図である。図中、ウェーハの面上の線は貼合せの伝播状態を示し、ウェーハ外周の白抜き矢印は、伝播面とウェーハ外周縁との交点、すなわちウェーハ外周部分におけるウェーハ外周の伝播進行方向ベクトルを示し、黒抜きの矢印はウェーハ外周部分での伝播面の法線ベクトルを示す。図５（ａ）および図５（ｂ）からわかるとおり、エアー内封防止手段を押圧位置と対向位置に設けることにより、貼合せ伝播状態を変化させ、貼合せで押し出されてきたエアーをエアー内封防止手段の付近に集めることができ、第１実施形態においては前記介挿治具を引き抜くことにより、第２実施形態においては前記真空吸着を開放することにより、そして、第３実施形態においては、前記圧空噴射を徐々に弱めることにより、エアーを全てウェーハの外周部分に開放することができ、ボイド不良を低減させることができるものである。

次に、本発明のウェーハ自動貼合せ方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図２に一例として示されるように、本発明のウェーハ自動貼合せ方法は、ステージ２上に保持された第１ウェーハ１上に、貼合せが開始しない状態で載置した第２ウェーハ３の外周部を押圧して、前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３の貼合せを開始し、前記押圧位置から、前記第１ウェーハ１および前記第２ウェーハ３を挟んで、前記押圧位置とは対向位置に向かって前記貼合せを進行させ、前記対向位置に予め設けられたエアー内封防止手段５を用いて、前記貼合せが完了する際の前記両ウェーハ１，３間でのエアー内封を防止し、かかる構成を有することにより、貼合せウェーハのボイド不良を低減させることができるものである。なお、この方法は、上述したウェーハ自動貼合せ装置を用いて行うのが好ましい。

なお、図１〜図５は、代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

（実施例１）
図２に示す本発明の実施形態１に従うウェーハ自動貼合せ装置を用いて貼合せウェーハ（直径２００ｍｍ）を製造した。第１ウェーハおよび第２ウェーハのズレは、オリフラ・ノッチガイドおよび一対のピンガイドにより修正した。また、押圧手段には錘を用い、エアー内封防止手段としては、押圧位置と対向位置にあるオリフラ・ノッチガイドに設けた爪状部材を用いた。なお、第２ウェーハは、前記第１ウェーハ上に自然落下させることにより載置した。また、制御手段としては、タイマーによるシーケンス制御を用い、錘が降りてから１〜２秒後に、エアーを抜き取る処理を開始した。

（実施例２）
図３（ａ）に示す本発明の実施形態２に従うウェーハ自動貼合せ装置を用いて貼合せウェーハ（直径２００ｍｍ）を製造した。吸着保持機構には、ステージにパターン溝を設けその溝部分を吸引する方法を用い、エアー内封防止手段には、シリコンゴム製の吸盤を用いた。また、第１ウェーハおよび第２ウェーハのズレは、オリフラ・ノッチガイドおよび一対のピンガイドにより修正した。また、押圧手段には錘を用い、第２ウェーハは、前記第１ウェーハ上に自然落下させることにより載置した。また、制御手段としては、タイマーによるシーケンス制御を用い、錘が降りてから１〜２秒後に、吸着保持機構により吸引を開始し、貼合の伝播を停止しないように徐々に吸引を停止する方法をとった。

（実施例３）
本発明の実施形態１に従うウェーハ自動貼合せ装置を用いて貼合せウェーハ（直径３００ｍｍ）を製造した。第１ウェーハおよび第２ウェーハのズレは、オリフラ・ノッチガイドおよび一対のピンガイドにより修正した。また、押圧手段には錘を用い、エアー内封防止手段としては、押圧位置と対向位置にあるオリフラ・ノッチガイドに設けた爪状部材を用いた。なお、第２ウェーハは、前記第１ウェーハ上に自然落下させることにより載置した。また、制御手段としては、タイマーによるシーケンス制御を用い、錘が降りてから２〜４秒後に、エアーを抜き取る処理を開始した。

（比較例１）
従来の方法に従うエアー内封防止手段を設けないウェーハ自動貼合せ装置を用いて貼合せウェーハ（直径２００ｍｍ）を製造した。

（比較例２）
エアー内封防止手段を、押圧位置と対向位置ではなく、９０度の位置に設けたこと以外は、実施例１と同様のウェーハ自動貼合せ装置を用いて貼合せウェーハ（直径２００ｍｍ）を製造した。

（評価）
実施例１〜３および比較例１〜２の貼合せウェーハに対して、超音波検査を行い、３００ミクロン径以上のボイドの数を測定した。表１に示す値は、各実施例につき２５枚の貼合せウェーハを製造し、それぞれ測定したボイド数の平均値を求めたものである。

表１からわかるとおり、本発明に従う実施例１〜３は、比較例１〜２と比較してボイド不良を十分に低減できていることがわかる。

図１は、従来のＳＯＩウェーハの貼合せを示す模式図である。図２は、本発明の第１実施形態に従うウェーハ自動貼合せ装置を示す模式図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の第２実施形態に従うウェーハ自動貼合せ装置の断面を示す模式図である。図４は、本発明の第３実施形態に従うウェーハ自動貼合せ装置の断面を示す模式図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、本発明に従うエアー内封防止手段を設けた場合の貼合せ伝播モデルおよび従来の方法に従うエアー内封防止手段を設けない場合の貼合せ伝播モデルを示す図である。

符号の説明

１００ウェーハ自動貼合せ装置
２００ａ，ｂウェーハ自動貼合せ装置
３００ウェーハ自動貼合せ装置
１第１ウェーハ
２ステージ
３第２ウェーハ
４押圧手段
５エアー内封防止手段
６ズレ修正手段
７吸着保持機構

Claims

第１ウェーハを保持するステージと、
前記第１ウェーハ上に、貼合せが開始しない状態で載置した第２ウェーハの外周部を押圧する押圧手段と、
前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハを挟んで、前記押圧手段による押圧位置と対向位置に設けられ、前記押圧手段による押圧により前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの貼合せを開始し、前記押圧位置から前記対向位置に向かって前記貼合せが進行し、完了する際の前記両ウェーハ間でのエアー内封を防止するエアー内封防止手段と
を具えることを特徴とするウェーハ自動貼合せ装置。
前記ステージの周囲に設けられ、前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハのズレを修正するズレ修正手段をさらに具える請求項１に記載のウェーハ自動貼合せ装置。
前記ズレ修正手段は、オリフラ・ノッチガイドおよび一対のピンガイドを有する請求項２に記載のウェーハ自動貼合せ装置。
前記エアー内封防止手段は、貼合せ伝播状態に影響を及ぼさないようエアーを抜き取る制御手段をさらに有する請求項１、２または３に記載のウェーハ自動貼合せ装置。
前記エアー内封防止手段は、前記第１ウェーハと前記第２ウェーハとの間でかつ前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの外周部の一ヶ所以上に介挿される介挿治具を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載のウェーハ自動貼合せ装置。
前記ステージが、前記第１ウェーハを保持するための吸着保持機構を有し、
前記エアー内封防止手段が、前記第１ウェーハの貼合せ面とは反対側の面および前記第２ウェーハの貼合せ面とは反対側の面の少なくとも一方を真空吸着し、強制的に前記第１ウェーハおよび／または前記第２ウェーハを変形させる請求項１〜４のいずれか一項に記載のウェーハ自動貼合せ装置。
前記ステージが、前記第１ウェーハを保持するための吸着保持機構を有し、
前記エアー内封防止手段が、前記第１ウェーハと前記第２ウェーハとの間でかつ前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの外周部の一ヶ所以上に、圧空噴射による貼合阻害機構を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載のウェーハ自動貼合せ装置。
ステージ上に保持された第１ウェーハ上に、貼合せが開始しない状態で載置した第２ウェーハの外周部を押圧して、前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハの貼合せを開始し、押圧位置から、前記第１ウェーハおよび前記第２ウェーハを挟んで、前記押圧位置とは対向位置に向かって前記貼合せを進行させ、前記対向位置に予め設けられたエアー内封防止手段を用いて、前記貼合せが完了する際の前記両ウェーハ間でのエアー内封を防止することを特徴とするウェーハ自動貼合せ方法。