JPH0824099B2 - Alignment device - Google Patents

Alignment device

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JPH0824099B2
JPH0824099B2 JP13310289A JP13310289A JPH0824099B2 JP H0824099 B2 JPH0824099 B2 JP H0824099B2 JP 13310289 A JP13310289 A JP 13310289A JP 13310289 A JP13310289 A JP 13310289A JP H0824099 B2 JPH0824099 B2 JP H0824099B2
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aligning
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン半導体デバイスの高精度接着のた
めの目合わせ、仮止め接合を行う装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for aligning and temporarily fixing joints for highly accurate bonding of silicon semiconductor devices.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、従来からの集積回路の高密度化に対して限界が
見えはじめており、デバイス層を積層することにより更
なる高密度を目指す方法が研究されている。
In recent years, the limit for increasing the density of conventional integrated circuits is beginning to be seen, and a method of aiming for higher density by stacking device layers is being researched.

特に、通常のシリコンデバイスプロセスで作成された
デバイスを薄膜化する方法が例えば、日経エレクトロニ
クス1986.10.6号76ページに「LSIを0.5〜1μmと薄く
研磨し絶縁板に張り付けるSOI技術を開発」として発表
された論文の中で述べられているように開発されてお
り、これを積層することにより積層デバイスが実現でき
る。
In particular, a method of thinning a device made by a normal silicon device process is described in “Development of SOI technology for polishing thin LSI of 0.5 to 1 μm and sticking to insulating plate” on page 76 of Nikkei Electronics 1986.10.6. It has been developed as described in the published paper, and a stacked device can be realized by stacking these.

このようにして作成されたデバイスは結晶性が良いと
いう利点があり、今後発展が期待される。
The device thus manufactured has the advantage of good crystallinity and is expected to grow in the future.

第2図(a)〜(f)は薄膜化積層方式による2層デ
バイス構造の作成方法の工程順に示したシリコン基板の
断面図である。まず、シリコン基板12上に、第2図
(a)に示すように、第2層能動層13を形成する。
FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views of the silicon substrate, which are shown in the order of steps of the method for forming a two-layer device structure by the thin film stacking method. First, as shown in FIG. 2A, the second active layer 13 is formed on the silicon substrate 12.

次に、第2図(b)に示すように、第2層能動層13の
上面に接着剤14を用いてシリコン単結晶の支持基板15を
接着する。この後、シリコン基板12を、第2図(c)に
示すように、粗研磨と機械化学的研磨により第2層能動
層13のみを残して除去する。次に、第2図(d)に示す
ように、第1層能動層16を形成したシリコン基板17の上
に設置し、第1層能動層17と第2層能動層13の互いの位
置を合わせる目合わせを行う。そして、第2図(e)に
示すように、接着剤18で接着する。最後に第2図(f)
に示すように、支持基板15を粗研磨と機械化学的研磨に
より除去後、第2層能動層13上に残った接着剤14をプラ
ズマ灰化等の手段で除去して2層デバイス構造が完成す
る。
Next, as shown in FIG. 2B, a silicon single crystal support substrate 15 is bonded to the upper surface of the second active layer 13 using an adhesive 14. Thereafter, as shown in FIG. 2C, the silicon substrate 12 is removed by rough polishing and mechanochemical polishing, leaving only the second active layer 13. Next, as shown in FIG. 2 (d), the first active layer 16 is placed on a silicon substrate 17 on which the first active layer 17 and the second active layer 13 are positioned relative to each other. Make an alignment. Then, as shown in FIG. 2 (e), the adhesive 18 is used for adhesion. Finally, Fig. 2 (f)
After the supporting substrate 15 is removed by rough polishing and mechanochemical polishing, the adhesive 14 remaining on the second active layer 13 is removed by means such as plasma ashing to complete a two-layer device structure, as shown in FIG. To do.

ここでは2層デバイスの作成方法について述べたが、
同様の工程を繰り返すことにより、更に多層のデバイス
構造が出来ることは言うまでもない。
I explained how to create a two-layer device here,
Needless to say, by repeating the same steps, a device structure having a further multilayer structure can be formed.

しかし、この方法で薄膜化されたデバイスを積層する
場合、第2図(d)に示す様にシリコン単結晶ウェハの
支持基板を通して上下の位置合わせを行う必要があり、
可視光では観察出来ないため、通常の顕微鏡等が使用出
来ず、精密位置合わせは不可能であった。ここで、支持
基板をガラスや石英等の透明な基板に変えれば、可視光
による目合わせが可能となるが、ウェハを接着する場
合、支持基板とシリコンの熱膨張率が異なると、接着等
で熱をかけた時に膨張率の違いによってデバイス層の伸
縮が生じてしまうという問題点が生じていた。
However, when laminating devices thinned by this method, it is necessary to perform vertical alignment through a supporting substrate of a silicon single crystal wafer as shown in FIG. 2 (d),
Since it cannot be observed with visible light, a normal microscope etc. could not be used and precise alignment was impossible. Here, if the support substrate is changed to a transparent substrate such as glass or quartz, alignment with visible light is possible, but when the wafer is bonded, if the thermal expansion coefficient of the support substrate and silicon are different, bonding or the like may occur. There is a problem that the device layer expands and contracts due to the difference in expansion coefficient when heat is applied.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上述したように、従来から用いられている可視光を用
いた目合わせ方法では、接合面を観察することが出来ず
目合わせは不可能である。また、ウェハを接着すること
が困難であった。
As described above, in the conventional alignment method using visible light, the joint surface cannot be observed and alignment is impossible. Further, it was difficult to bond the wafer.

本発明の目的は、従来の上記欠点を解消して薄膜化積
層法によるデバイス積層時の目合わせがμm単位で行え
る目合わせ装置及びウェハの接着方法を提供することに
ある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the related art and to provide an aligning apparatus and a wafer bonding method that can perform alignment in μm unit when laminating devices by a thin film laminating method.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

1.本発明の目合わせ装置は、デバイスが作成された2
枚のウェハを互いにデバイス形成面を対向させて保持す
る機構と、少なくとも一方のウェハを水平面内で精密移
動させて互いの位置合せを行う機構と、赤外線顕微鏡を
用いた目合わせの光学系と、少なくとも一方のウェハを
上下方向に移動させて2枚のウェハを加圧密着させる機
構を備えて構成される。
1. The aligning device of the present invention is a device created 2
A mechanism for holding the wafers with the device forming surfaces facing each other, a mechanism for precisely moving at least one of the wafers in a horizontal plane to align each other, and an optical system for alignment using an infrared microscope, It is provided with a mechanism for moving at least one of the wafers in the vertical direction to bring the two wafers into pressure contact with each other.

2.本発明のウェハの接着方法は、1項に記載の目合わ
せ装置を用いて2枚のウェハの少なくとも一方のデバイ
ス形成面上にはポリイミド樹脂が塗布された後にプレベ
ークされた状態で接着することを特徴とする。
2. The wafer bonding method of the present invention uses the aligning device described in item 1 to bond the two wafers in a pre-baked state after the polyimide resin has been applied to at least one of the device forming surfaces. It is characterized by

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の目合わせ装置の一実施例を示す一部
断面正面図である。この目合わせ装置は、ウェハを保持
する上下チャック3及び6と、下チャック6をX及びY
方向に移動したり、回転させたりする移動テーブル7
と、この移動テーブル7を上下駆動するZステージ8
と、上チャックを保持するホルダ4と、上チャック3の
上方を顕微鏡移動ステージ11により移動する赤外線顕微
鏡9とから構成されている。ここで、下ウェハ1はデバ
イスが作成され、デバイス面を上向きに保持されてい
る。また、上ウェハ2は薄膜化されて支持基板に接着保
持され、デバイス面を下向きに保持されている。この下
ウェハ1と上ウェハ2の関係は、第2図(d)に示した
関係と同様である。
FIG. 1 is a partially sectional front view showing an embodiment of the aligning device of the present invention. This aligning device includes upper and lower chucks 3 and 6 for holding a wafer and a lower chuck 6 for X and Y.
Moving table 7 that can be moved or rotated in any direction
And a Z stage 8 for vertically moving the moving table 7.
And a holder 4 for holding the upper chuck, and an infrared microscope 9 that moves above the upper chuck 3 by a microscope moving stage 11. Here, a device is created on the lower wafer 1 and the device surface is held upward. The upper wafer 2 is made into a thin film and is adhesively held on a supporting substrate so that the device surface is held downward. The relationship between the lower wafer 1 and the upper wafer 2 is similar to the relationship shown in FIG.

一方、上チャック3は上ウェハ2の上面を真空チャッ
ク、接着等の方法で保持するもので、十分な剛性を有し
赤外線の透過率の良い石英ガラスやサファイヤ等の材料
で構成される。また、ホルダ4は上チャック3を外周部
で支持するもので、本体5に固定されている。さらに、
下チャック6は下ウェハ1の下面を真空チャック、接着
等の方法で保持するもので、下チャック6は下ウェハ1
の下面を真空チャック、接着等の方法で保持するもので
下ウェハ1を水平面内でX・Y・θ方向に精密移動可能
に保持する移動テーブル7の上に設置されている。この
移動テーブル7はZステージ8の上に設置されており、
Zステージ8は下ウェハ1を上方に移動させて下ウェハ
1を上ウェハ2に密着させる構造となっている。上チャ
ック3上の赤外線顕微鏡9は下ウェハ1と上ウェハ2の
位置関係を上チャックを透過して観察し、モニタ10上に
表示する。例えば、波長1.2μm以上の赤外線はシリコ
ンに対する透過率が良く。Siの支持基板を透過して2枚
のデバイス層を観察、目合わせすることが可能となる。
また、顕微鏡移動ステージ11は赤外線顕微鏡9を移動さ
せてウェハ上の複数の位置で目合わせを行うための移動
機構であり、本体5に固定されている。
On the other hand, the upper chuck 3 holds the upper surface of the upper wafer 2 by a method such as vacuum chucking or adhesion, and is made of a material such as quartz glass or sapphire having sufficient rigidity and good infrared transmittance. The holder 4 supports the upper chuck 3 on the outer peripheral portion thereof and is fixed to the main body 5. further,
The lower chuck 6 holds the lower surface of the lower wafer 1 by a method such as vacuum chuck or adhesion.
The lower surface of the lower wafer 1 is held by a method such as vacuum chucking or adhesion, and is set on a moving table 7 that holds the lower wafer 1 so that it can be precisely moved in the X, Y, and θ directions in a horizontal plane. This moving table 7 is installed on the Z stage 8,
The Z stage 8 has a structure in which the lower wafer 1 is moved upward to bring the lower wafer 1 into close contact with the upper wafer 2. The infrared microscope 9 on the upper chuck 3 observes the positional relationship between the lower wafer 1 and the upper wafer 2 through the upper chuck and displays it on the monitor 10. For example, infrared rays with a wavelength of 1.2 μm or more have good transmittance for silicon. It is possible to observe and align the two device layers through the Si support substrate.
The microscope moving stage 11 is a moving mechanism for moving the infrared microscope 9 to perform alignment at a plurality of positions on the wafer, and is fixed to the main body 5.

次に、この目合わせ装置の動作を説明する。いま下ウ
ェハ1及び上ウェハ2の少なくとも一方のデバイスが形
成されている面上には、例えば、接着剤としてポリイミ
ド樹脂(例、デュポン社製2570)をスピオンした後に、
プレベーク(例えば、110℃、1時間)して均一なポリ
イミド樹脂層を形成しておく(図示せず)。次に、この
状態のウェハを単位面積当たり100g/cm2程度の圧力で加
圧すると密着して固定される。固定された2枚のウェハ
の集合体は目合わせ装置から取り外し、別の加圧、加熱
装置に搬送して本接着を行う。この結果、ウェハのデバ
イス形成面には、割れとか欠損等の発生が見られなかっ
た。
Next, the operation of this aligning device will be described. On the surface of at least one of the lower wafer 1 and the upper wafer 2 on which the device is formed, for example, a polyimide resin (eg, DuPont 2570) is spun on as an adhesive,
Prebaking (for example, 110 ° C., 1 hour) is performed to form a uniform polyimide resin layer (not shown). Next, when the wafer in this state is pressed with a pressure of about 100 g / cm 2 per unit area, the wafer is fixed in close contact. The fixed assembly of the two wafers is removed from the aligning device and is transferred to another pressurizing / heating device for main bonding. As a result, no cracks or defects were found on the device formation surface of the wafer.

なお、本実施例では、上ウェハ2として薄膜化されて
支持基板に接着されたウェハを用いる場合を述べている
が、2層のデバイスのみを構成する場合には通常のシリ
コン基板上に形成されたデバイスをデバイス面を下向き
に保持して目合わせ接合しても良い。また、2枚のウェ
ハの位置合わせ、及び密着を下ウェハの移動で行った
が、同様の効果が得られるならば、これらの一部、又は
全部を上ウェハの移動によって行っても良い。さらに、
赤外線顕微鏡9を1台使用して移動させながら目合わせ
を行う構造であるが、複数の顕微鏡を使用、あるいは対
物レンズが双眼の顕微鏡を使用することによって目合わ
せがさらに容易になることは言うまでもない。一方、上
チャック3の構造として赤外線に対する透過率の良い材
料を使用して上ウェハの上面全面を保持する場合を述べ
たが、不透明材料を使用しても、目合わせを行う部分の
み貫通穴を設ける等の構造を採ることにより可能であ
る。このように赤外線顕微鏡を使用すると、12インチモ
ニタ上で約500倍にして観察した場合、解像度は2μm
程度となり、高精度な目合わせ積層が実現できる。
In the present embodiment, the case where a thin film wafer bonded to the supporting substrate is used as the upper wafer 2 is described. However, when only a two-layer device is formed, it is formed on a normal silicon substrate. It is also possible to hold the device surface downward and join the devices by aligning. Further, the two wafers are aligned and brought into close contact with each other by moving the lower wafer, but if similar effects can be obtained, part or all of them may be moved by moving the upper wafer. further,
The structure is such that one infrared microscope 9 is used for alignment while moving, but it goes without saying that alignment can be made easier by using a plurality of microscopes or by using a binocular microscope as the objective lens. . On the other hand, as the structure of the upper chuck 3, a case has been described in which a material having a high infrared transmittance is used to hold the entire upper surface of the upper wafer. This is possible by adopting a structure such as provision. In this way, when using an infrared microscope, the resolution is 2 μm when observed at about 500 times on a 12-inch monitor.
As a result, it is possible to realize highly accurate laminated stacking.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の目合わせ装置によれ
ば、従来不可能であったシリコンウェハを透過した精密
目合わせが可能となり、また、特別の固定治具を用いな
くても位置合わせ後の加圧により2枚のウェハが密着し
て互いに固定されるため後のハンドリングも容易であ
る。さらに、接着剤としてポリイミド樹脂を用いること
によって、割れの発生しないウェハの接着方法が得られ
るばかりか、この目合わせ装置は優れた特徴があり、薄
膜化デバイスの積層を行う場合に極めて有効である。
As described above, according to the alignment apparatus of the present invention, it is possible to perform precision alignment through a silicon wafer, which has been impossible in the past, and to perform alignment after alignment without using a special fixing jig. The two wafers are brought into close contact with each other by pressure and fixed to each other, so that subsequent handling is easy. Furthermore, by using a polyimide resin as an adhesive, not only a wafer bonding method that does not cause cracks can be obtained, but this aligning device has excellent characteristics and is extremely effective when laminating thin film devices. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の目合わせ装置の一実施例を示す一部断
面正面図、第2図(a)〜(f)は薄膜化積層方式によ
る2層デバイス構造の作成方法の工程順に示したシリコ
ン基板の断面図である。 1……下ウェハ、2……上ウェハ、3……上チャック、
4……ホルダ、5……本体、6……下チャック、7……
移動ステージ、8……Zステージ、9……赤外線顕微
鏡、10……モニタ、11……顕微鏡移動ステージ、12……
シリコン基板、13……第2層能動層、14……接着剤、15
……支持基板、16……第1層能動層、17……シリコン基
板、18……接着剤。
FIG. 1 is a partial cross-sectional front view showing an embodiment of the alignment apparatus of the present invention, and FIGS. It is sectional drawing of a silicon substrate. 1 ... Lower wafer, 2 ... Upper wafer, 3 ... Upper chuck,
4 ... Holder, 5 ... Main body, 6 ... Lower chuck, 7 ...
Moving stage, 8 ... Z stage, 9 ... Infrared microscope, 10 ... Monitor, 11 ... Microscope moving stage, 12 ...
Silicon substrate, 13 ... Second active layer, 14 ... Adhesive, 15
…… Support substrate, 16 …… First active layer, 17 …… Silicon substrate, 18 …… Adhesive.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】デバイスが作成された2枚のウェハを互い
にデバイス形成面を対向させて保持する機構と、少なく
とも一方のウェハを水平面内で精密移動させて互いの位
置合せを行う機構と、赤外線顕微鏡を用いた目合わせの
光学系と、少なくとも一方のウェハを上下方向に移動さ
せて2枚のウェハを加圧密着させる機構を備えることを
特徴とする目合わせ装置。
1. A mechanism for holding two wafers on which devices are formed with their device formation surfaces facing each other, a mechanism for precisely moving at least one of the wafers in a horizontal plane to align each other, and infrared rays. An aligning device comprising: an optical system for aligning using a microscope; and a mechanism for moving at least one wafer in the vertical direction to bring the two wafers into pressure contact with each other.
【請求項2】請求項1に記載の目合わせ装置を用いて2
枚のウェハの少なくとも一方のデバイス形成面上にはポ
リイミド樹脂が塗布された後にプレベークされた状態で
接着することを特徴とするウェハ接着方法。
2. Using the aligning device according to claim 1,
A wafer bonding method characterized in that a polyimide resin is applied to at least one device formation surface of a single wafer and then bonded in a pre-baked state.
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