JP2007201196A - Wafer laminating device and wafer laminating method - Google Patents

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JP2007201196A JP2006018185A JP2006018185A JP2007201196A JP 2007201196 A JP2007201196 A JP 2007201196A JP 2006018185 A JP2006018185 A JP 2006018185A JP 2006018185 A JP2006018185 A JP 2006018185A JP 2007201196 A JP2007201196 A JP 2007201196A
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宜志 竹川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wafer laminating device and a wafer laminating method, wherein a normal-temperature laminating process of laminating wafers together at a normal temperature can be improved in throughput. <P>SOLUTION: The wafer laminating device is composed of a wafer introduction chamber 40 where the wafers Wa as laminating targets are introduced; a laminating chamber 60 in which the laminating surfaces of the wafers Wa and Wa are activated, and then the wafers Wa and Wa are laminated together at normal temperatures; a transfer chamber 50 in which a transfer means for transferring the wafers Wa and Wa that are not laminated together yet, and also transferring a laminate composed of two wafers Wa and Wa that have been laminated together already in the laminating chamber 60 is housed; and a degassing chamber 70 where an infrared lamp 75 is provided as a degassing means for removing a gas component adsorbed by the wafer Wa, before the wafer Wa introduced into the introduction chamber 40 is transferred to the laminating chamber 60, and the above chambers are formed of separate vacuum tanks. The wafers Wa and Wa as laminating targets are subjected to a degassing treatment in the degassing chamber 70 and then sent into the laminating chamber 60. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、ウェハ同士を接合するウェハ接合装置およびウェハ接合方法に関するものである。   The present invention relates to a wafer bonding apparatus and a wafer bonding method for bonding wafers, for example.

従来からマイクロマシンニング技術を利用して形成したセンサ素子としてMEMS(Micro Electro Mechanical System)が知られており、近年、マイクロマシンニング技術およびウェハレベルパッケージング技術を利用して形成したセンサ素子が研究開発されている。   Conventionally, MEMS (Micro Electro Mechanical System) has been known as a sensor element formed using micromachining technology. In recent years, sensor elements formed using micromachining technology and wafer level packaging technology have been researched and developed. ing.

ところで、上述のMEMSは、シリコンウェハやSOIウェハなどを用いてフレーム部および可動部を有するセンサ基板を形成することが多いので、センサ基板と同じサイズのパッケージ用基板をセンサ基板に接合することでセンサ素子を構成する場合、シリコンウェハを用いてパッケージ用基板を形成するとともに、シリコンウェハ同士を接合する常温接合法(例えば、特許文献1参照)を利用してパッケージ用基板とセンサ基板とを接合することが考えられる。   By the way, since the above-mentioned MEMS often forms a sensor substrate having a frame part and a movable part using a silicon wafer, an SOI wafer, or the like, by bonding a package substrate having the same size as the sensor substrate to the sensor substrate. When a sensor element is configured, a package substrate is formed using a silicon wafer, and the package substrate and the sensor substrate are bonded using a room temperature bonding method (for example, see Patent Document 1) in which silicon wafers are bonded to each other. It is possible to do.

ここにおいて、上記特許文献1には、ウェハ接合装置として、図14に示すように、接合対象のウェハWaが導入されるウェハ導入室40と、ウェハWa,Wa同士の互いの接合面それぞれを活性化してから常温下でウェハWa,Wa同士を接合する接合室60と、ウェハ導入室40と接合室60との間でウェハWa,Waや接合された2つのウェハWa,Waの積層体を搬送するロボットなどが収納された搬送室50とが別々の真空槽により構成されたものが提案されている。なお、図14に示した構成のウェハ接合装置は、ウェハ導入室40と搬送室50との間にゲートバルブ91が設けられるとともに、搬送室50と接合室60との間にゲートバルブ92が設けられている。   Here, in Patent Document 1, as a wafer bonding apparatus, as shown in FIG. 14, a wafer introduction chamber 40 into which a wafer Wa to be bonded is introduced and each bonding surface between the wafers Wa and Wa are activated. The wafer Wa, Wa and a laminated body of the two bonded wafers Wa, Wa are transported between the wafer introduction chamber 40 and the bonding chamber 60. There has been proposed one in which the transfer chamber 50 in which a robot or the like is housed is constituted by separate vacuum chambers. In the wafer bonding apparatus having the configuration shown in FIG. 14, a gate valve 91 is provided between the wafer introduction chamber 40 and the transfer chamber 50, and a gate valve 92 is provided between the transfer chamber 50 and the bonding chamber 60. It has been.

上述のウェハ接合装置を用いて2つのウェハWa,Waを常温接合する常温接合工程では、ウェハ導入室40内へウェハWa,Waを導入してウェハ導入室40内を真空排気する第1の真空排気工程、搬送室50を介して接合室60内へウェハWa,Waを搬送した後で接合室60内を所望の真空度に到達するまで真空排気する第2の真空排気工程、接合室60内で2つのウェハ保持部材65,66それぞれに保持された2つのウェハWa,Waそれぞれの接合面に互いに異なるビーム照射装置(図示せず)から例えば不活性ガスイオンビームを照射することで接合面を活性化する表面活性化工程、上側のウェハ保持部材66を下側のウェハ保持部材65に近づける向き(図14中の矢印Eの向き)に押し下げるプッシュロッド67を駆動して常温下で両ウェハWa,Waの接合面同士を突き合わせることで両ウェハWa,Waを接合する接合工程、が順次行われる。なお、上記特許文献1には、ウェハWa,Waの接合面を活性化する表面活性化工程において、不活性ガスイオンビームの代わりに、不活性ガス原子ビームを照射することも記載されているが、不活性ガスイオンビームや不活性ガス原子ビームを利用した技術以外に、プラズマ照射により接合面の活性化を行う技術が従来から知られている。   In the room temperature bonding process of bonding the two wafers Wa and Wa at room temperature using the wafer bonding apparatus described above, the first vacuum for introducing the wafers Wa and Wa into the wafer introduction chamber 40 and evacuating the wafer introduction chamber 40. In the second evacuation step, in which the wafer Wa is transferred to the bonding chamber 60 via the transfer chamber 50 and then evacuated in the bonding chamber 60 until the desired degree of vacuum is reached. In this case, for example, an inert gas ion beam is irradiated onto the bonding surfaces of the two wafers Wa and Wa held by the two wafer holding members 65 and 66 from different beam irradiation devices (not shown) to thereby form the bonding surfaces. In the surface activation process to be activated, the push rod 67 is driven to push down the upper wafer holding member 66 in a direction approaching the lower wafer holding member 65 (direction of arrow E in FIG. 14). Both wafers Wa at room temperature, Wa both wafers Wa by matching the bonding surfaces of the bonding process for bonding the Wa, but it performed sequentially. In addition, although the said patent document 1 describes also irradiating an inert gas atom beam instead of an inert gas ion beam in the surface activation process which activates the joint surface of wafer Wa and Wa. In addition to a technique using an inert gas ion beam or an inert gas atom beam, a technique for activating a bonding surface by plasma irradiation is conventionally known.

上述の接合室60内においてウェハWa,Waの接合面を活性化するためには、接合室60内を高真空としてから活性化処理を行う必要があるので、図14に示した構成のウェハ接合装置では、ウェハ導入室40と接合室60とを別々の真空槽に分けることで、スループットの向上、歩留まりの向上、および接合特性の向上を図っている。
特開平10−92702号公報
In order to activate the bonding surfaces of the wafers Wa and Wa in the above-described bonding chamber 60, it is necessary to perform an activation process after setting the inside of the bonding chamber 60 to a high vacuum, and thus the wafer bonding having the configuration shown in FIG. In the apparatus, the wafer introduction chamber 40 and the bonding chamber 60 are divided into separate vacuum chambers, thereby improving throughput, yield, and bonding characteristics.
JP-A-10-92702

ところで、上述のウェハ接合装置を用いた常温接合工程において良好な接合特性を歩留まり良く得るためには、接合室60内の水分などの不純物を低減することが重要であり、接合構造や接合材料によっては、1×10−4Pa以下の真空度が必要とされるが、上述のウェハ導入室40を利用しても、ウェハWa,Waに吸着している水分などの影響により、接合室60内が所望の真空度に達するのに長時間を要するので、より一層のスループットの向上が望まれている。 By the way, it is important to reduce impurities such as moisture in the bonding chamber 60 in order to obtain good bonding characteristics with high yield in the room temperature bonding process using the wafer bonding apparatus described above, depending on the bonding structure and bonding material. Although a vacuum degree of 1 × 10 −4 Pa or less is required, even if the wafer introduction chamber 40 is used, the inside of the bonding chamber 60 is affected by the moisture adsorbed on the wafers Wa and Wa. Since it takes a long time to reach the desired degree of vacuum, further improvement in throughput is desired.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ウェハ同士を常温接合する常温接合工程のスループットの向上を図れるウェハ接合装置およびウェハ接合方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide a wafer bonding apparatus and a wafer bonding method capable of improving the throughput of a room temperature bonding process for bonding wafers at room temperature.

請求項1の発明は、接合対象のウェハが導入されるウェハ導入室と、ウェハ同士の互いの接合面それぞれを活性化してから常温下でウェハ同士を接合する接合室とが別々の真空槽により構成された多槽構造のウェハ接合装置であって、ウェハ導入室内に導入されたウェハを接合室内へ搬送する前にウェハに吸着しているガス成分を除去する脱ガス手段が設けられてなることを特徴とする。   In the invention of claim 1, the wafer introduction chamber into which the wafers to be bonded are introduced and the bonding chamber in which the wafers are bonded to each other at room temperature after the respective bonding surfaces of the wafers are activated by separate vacuum chambers. A multi-tank structure wafer bonding apparatus, comprising a degassing means for removing gas components adsorbed on the wafer before the wafer introduced into the wafer introduction chamber is transported to the bonding chamber. It is characterized by.

この発明によれば、ウェハ導入室内に導入されたウェハを接合室内へ搬送する前にウェハに吸着しているガス成分を除去する脱ガス手段が設けられているので、接合室内に搬送されるウェハに吸着している水分などのガス成分を低減することが可能になり、接合室内の真空度が所望の真空度に到達するまでの時間を短縮すること可能で、スループットの向上が可能になる。また、接合室内に搬送されるウェハに吸着している水分などのガス成分を低減できることによって、従来に比べて接合室内をより高真空にすることが可能となり、センサ素子などの気密パッケージ内をより高真空にすることが可能となるので、感度を高めるために気密パッケージ内を高真空とすることが望ましいセンサ素子の高感度化を図れる。   According to the present invention, the degassing means for removing the gas component adsorbed on the wafer before the wafer introduced into the wafer introduction chamber is carried into the bonding chamber is provided. It is possible to reduce gas components such as moisture adsorbed on the substrate, shorten the time until the degree of vacuum in the bonding chamber reaches a desired degree of vacuum, and improve throughput. In addition, the ability to reduce gas components such as moisture adsorbed on the wafers transported into the bonding chamber enables a higher vacuum in the bonding chamber than in the past, and further increases the pressure in the airtight package such as the sensor element. Since a high vacuum can be achieved, it is possible to increase the sensitivity of the sensor element, in which it is desirable to set the inside of the hermetic package to a high vacuum in order to increase the sensitivity.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、脱ガス手段は、ウェハを加熱する加熱装置からなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the degassing means comprises a heating device for heating the wafer.

この発明によれば、ウェハに吸着している水分などのガス成分を効果的に除去することができる。   According to the present invention, gas components such as moisture adsorbed on the wafer can be effectively removed.

請求項3の発明は、請求項2の発明において、加熱装置は、ウェハに赤外線もしくは電子ビームもしくはレーザ光を照射することでウェハを加熱する照射加熱装置であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the invention of the second aspect, the heating device is an irradiation heating device that heats the wafer by irradiating the wafer with infrared rays, electron beams, or laser light.

この発明によれば、ウェハの昇温速度および降温速度の制御性を高めることができ、ウェハが熱歪で破損するのを防止することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the controllability of the heating rate and the cooling rate of the wafer, and it is possible to prevent the wafer from being damaged by thermal strain.

請求項4の発明は、請求項2または請求項3の発明において、脱ガス手段によりガス成分を除去したウェハを接合室内へ搬送する前に前記加熱により上昇した当該ウェハの温度を降温させる冷却手段が設けられてなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the invention of the second or third aspect, the cooling means for lowering the temperature of the wafer raised by the heating before the wafer from which the gas component has been removed by the degassing means is transported to the bonding chamber. Is provided.

この発明によれば、接合室内において接合する2つのウェハの温度差を低減できるので、2つのウェハの温度差に起因した応力やウェハの反りが接合後に発生するのを防止することができるとともに、2つのウェハの位置合わせ精度を高めることができる。   According to the present invention, since the temperature difference between the two wafers to be bonded in the bonding chamber can be reduced, it is possible to prevent stress and wafer warpage caused by the temperature difference between the two wafers from occurring after bonding, The alignment accuracy of the two wafers can be increased.

請求項5の発明は、請求項1の発明において、脱ガス手段は、脱ガス処理を行う真空槽へ脱ガス用のガスを導入するガス導入手段と、当該真空槽内の真空排気を行う真空排気手段とで構成されてなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the degassing means includes a gas introducing means for introducing a gas for degassing into a vacuum tank for performing a degassing process, and a vacuum for evacuating the vacuum tank. It is characterized by comprising exhaust means.

この発明によれば、ウェハに吸着している水分などのガス成分をウェハの加熱なしに除去することが可能になる。   According to the present invention, gas components such as moisture adsorbed on the wafer can be removed without heating the wafer.

請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5の発明において、接合室内にて接合したウェハ同士の積層体をウェハ導入室内から取り出すように積層体の搬送経路が設定され、脱ガス手段は、積層体のウェハ導入室内への搬送経路外に設けられてなることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, a conveyance path for the laminated body is set so as to take out the laminated body of wafers bonded in the bonding chamber from the wafer introduction chamber, and the degassing means is The laminated body is provided outside the conveyance path to the wafer introduction chamber.

この発明によれば、接合後の積層体の搬送中にも、接合室へ搬送する接合前のウェハに吸着しているガス成分を脱ガス手段により除去することができる(つまり、脱ガス処理を施すことができる)ので、脱ガス手段が積層体のウェハ導入室内への搬送経路内に設けられている場合に比べて、スループットを向上させることができる。   According to the present invention, the gas component adsorbed on the wafer before bonding transferred to the bonding chamber can be removed by the degassing means even during transfer of the laminated body after bonding (that is, degassing processing is performed). Therefore, the throughput can be improved as compared with the case where the degassing means is provided in the transport path of the laminated body into the wafer introduction chamber.

請求項7の発明は、接合対象のウェハをウェハ導入室内へ導入してからウェハ導入室内を真空排気する第1の真空排気工程と、第1の真空排気工程の後でウェハに吸着しているガス成分を除去する脱ガス工程と、脱ガス工程にてガス成分が除去されたウェハを接合室内に搬送してから接合室内を所望の真空度以下となるように真空排気する第2の真空排気工程と、第2の真空排気工程の後でウェハの接合面に対して活性化処理を施してから常温下でウェハ同士を接合する接合工程とを備えることを特徴とする。   According to the seventh aspect of the present invention, a wafer to be bonded is introduced into the wafer introduction chamber and then the wafer introduction chamber is evacuated, and the wafer is adsorbed on the wafer after the first evacuation step. A degassing step for removing the gas component, and a second vacuum evacuation for transferring the wafer from which the gas component has been removed in the degassing step into the bonding chamber and then evacuating the bonding chamber to a desired degree of vacuum or less. And a bonding step of bonding the wafers at room temperature after the activation process is performed on the bonding surface of the wafer after the second evacuation step.

この発明によれば、第1の真空排気工程と第2の真空排気工程との間に、ウェハに吸着しているガス成分を除去する脱ガス工程が設けられているので、ウェハを接合室内へ搬送する前にウェハに吸着している水分などのガス成分を低減でき、第2の真空排気工程において接合室内が所望の真空度に到達するまでの時間の短縮を図れるから、ウェハ接合装置でのスループットの向上を図れる。   According to the present invention, since the degassing process for removing the gas component adsorbed on the wafer is provided between the first vacuum exhausting process and the second vacuum exhausting process, the wafer is brought into the bonding chamber. Gas components such as moisture adsorbed on the wafer before transfer can be reduced, and in the second evacuation process, the time until the inside of the bonding chamber reaches the desired degree of vacuum can be shortened. Throughput can be improved.

請求項1の発明では、接合室内に搬送されるウェハに吸着している水分などのガス成分を低減することが可能になり、接合室内の真空度が所望の真空度に到達するまでの時間を短縮すること可能で、スループットの向上が可能になるという効果がある。   In the first aspect of the invention, it becomes possible to reduce gas components such as moisture adsorbed on the wafer conveyed into the bonding chamber, and the time until the degree of vacuum in the bonding chamber reaches a desired degree of vacuum. This can be shortened and has the effect of improving the throughput.

請求項7の発明では、ウェハを接合室内へ搬送する前にウェハに吸着している水分などのガス成分を低減でき、第2の真空排気工程において接合室内が所望の真空度に到達するまでの時間の短縮を図れるから、ウェハ接合装置でのスループットの向上を図れるという効果がある。   In invention of Claim 7, gas components, such as the water | moisture content adsorb | sucked to the wafer, before conveying a wafer into a joining chamber can be reduced, and it becomes until a joining chamber reaches | attains a desired vacuum degree in a 2nd vacuum exhaust process. Since the time can be shortened, the throughput of the wafer bonding apparatus can be improved.

本実施形態では、本願発明に係るウェハ接合装置およびウェハ接合方法を利用して製造されるセンサ素子について図3〜図13を参照しながら説明した後、ウェハ接合装置およびウェハ接合方法について説明する。   In this embodiment, a sensor element manufactured using a wafer bonding apparatus and a wafer bonding method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 13, and then the wafer bonding apparatus and the wafer bonding method will be described.

本実施形態において例示するセンサ素子は、加速度センサであり、図3(c)および図4に示すように後述のセンシング部が形成されたセンサ基板1と、センサ基板1のセンシング部に電気的に接続される貫通孔配線24を有しセンサ基板1の一表面側(図3(c)の上面側)に封着された貫通孔配線形成基板(第1のパッケージ用基板)2と、センサ基板1の他表面側(図3(c)の下面側)に封着されたカバー基板(第2のパッケージ用基板)3とを備えている。ここにおいて、センサ基板1および貫通孔配線形成基板2およびカバー基板3の外周形状は矩形状であり、貫通孔配線形成基板2およびカバー基板3はセンサ基板1と同じ外形寸法に形成されている。   The sensor element exemplified in the present embodiment is an acceleration sensor, and is electrically connected to the sensor substrate 1 on which a sensing unit described later is formed and the sensing unit of the sensor substrate 1 as shown in FIGS. A through-hole wiring forming substrate (first package substrate) 2 having a through-hole wiring 24 to be connected and sealed to one surface side (upper surface side in FIG. 3C) of the sensor substrate 1; 1 is provided with a cover substrate (second package substrate) 3 sealed on the other surface side (the lower surface side in FIG. 3C). Here, the outer peripheral shapes of the sensor substrate 1, the through-hole wiring formation substrate 2, and the cover substrate 3 are rectangular, and the through-hole wiring formation substrate 2 and the cover substrate 3 are formed to have the same outer dimensions as the sensor substrate 1.

上述のセンサ基板1は、シリコン基板からなる支持基板10a上のシリコン酸化膜からなる絶縁層(埋込酸化膜)10b上にn形のシリコン層(活性層)10cを有するSOIウェハを加工することにより形成してあり、貫通孔配線形成基板2は第1のシリコンウェハを加工することにより形成し、カバー基板3は第2のシリコンウェハを加工することにより形成してある。   The sensor substrate 1 described above processes an SOI wafer having an n-type silicon layer (active layer) 10c on an insulating layer (buried oxide film) 10b made of a silicon oxide film on a support substrate 10a made of a silicon substrate. The through-hole wiring forming substrate 2 is formed by processing the first silicon wafer, and the cover substrate 3 is formed by processing the second silicon wafer.

センサ基板1は、図6〜図8に示すように、枠状(図示例では、矩形枠状)のフレーム部11を備え、フレーム部11の内側に配置される重り部12が一表面側(図3(c)および図6(b)の上面側)において可撓性を有する4つの短冊状の撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板1は、枠状のフレーム部11の内側に配置される重り部12が重り部12から四方へ延長された4つの撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部11は、上述のSOIウェハの支持基板10a、絶縁層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部13は、上述のSOIウェハにおけるシリコン層10cを利用して形成してあり、フレーム部11よりも十分に薄肉となっている。   6 to 8, the sensor substrate 1 includes a frame portion 11 having a frame shape (in the illustrated example, a rectangular frame shape), and a weight portion 12 disposed inside the frame portion 11 is on one surface side ( 3 (c) and 6 (b)), the frame portion 11 is swingably supported via four flexible strip-like bent portions 13. In FIG. In other words, the sensor substrate 1 is swingably supported by the frame portion 11 via the four flexure portions 13 in which the weight portion 12 disposed inside the frame-shaped frame portion 11 extends from the weight portion 12 in four directions. Has been. Here, the frame portion 11 is formed using the above-described SOI wafer support substrate 10a, insulating layer 10b, and silicon layer 10c. On the other hand, the bending part 13 is formed using the silicon layer 10c in the above-described SOI wafer, and is sufficiently thinner than the frame part 11.

重り部12は、上述の4つの撓み部13を介してフレーム部11に支持された直方体状のコア部12aと、センサ基板1の上記一表面側から見てコア部12aの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の4つの付随部12bとを有している。言い換えれば、重り部12は、フレーム部11の内側面に一端部が連結された各撓み部13の他端部が外側面に連結されたコア部12aと、コア部12aと一体に形成されコア部12aとフレーム部11との間の空間に配置される4つの付随部12bとを有している。つまり、各付随部12bは、センサ基板1の上記一表面側から見て、フレーム部11とコア部12aと互いに直交する方向に延長された2つの撓み部13,13とで囲まれる空間に配置されており、各付随部12bそれぞれとフレーム部11との間にはスリット14が形成され、撓み部13を挟んで隣り合う付随部12b間の間隔が撓み部13の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部12aは、上述のSOIウェハの支持基板10a、絶縁層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成し、各付随部12bは、SOIウェハの支持基板10aを利用して形成してある。しかして、センサ基板1の上記一表面側において各付随部12bの表面は、コア部12aの表面を含む平面からセンサ基板1の上記他表面側(図3(c)および図6(b)の下面側)へ離間して位置している。なお、センサ基板1の上述のフレーム部11、重り部12、各撓み部13は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。   The weight part 12 is continuously integrated with each of the rectangular parallelepiped core part 12a supported by the frame part 11 via the four flexure parts 13 and the four corners of the core part 12a when viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. And four accompanying portions 12b having a rectangular parallelepiped shape connected to each other. In other words, the weight portion 12 is formed integrally with the core portion 12a and the core portion 12a in which the other end portion of each bending portion 13 whose one end portion is connected to the inner side surface of the frame portion 11 is connected to the outer surface. It has four accompanying parts 12b arranged in the space between the part 12a and the frame part 11. That is, each appendage portion 12b is disposed in a space surrounded by the frame portion 11 and the core portion 12a and the two bent portions 13 and 13 extending in a direction orthogonal to each other when viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. In addition, a slit 14 is formed between each of the accompanying portions 12b and the frame portion 11, and the interval between the adjacent accompanying portions 12b with the bending portion 13 interposed therebetween is longer than the width dimension of the bending portion 13. Yes. Here, the core portion 12a is formed using the above-described SOI wafer support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the silicon layer 10c, and each accompanying portion 12b is formed using the SOI wafer support substrate 10a. It is. Thus, the surface of each associated portion 12b on the one surface side of the sensor substrate 1 is from the plane including the surface of the core portion 12a to the other surface side of the sensor substrate 1 (see FIG. 3C and FIG. 6B). (Lower surface side). Note that the above-described frame portion 11, weight portion 12, and each bending portion 13 of the sensor substrate 1 may be formed using a lithography technique and an etching technique.

ところで、図6(a),(b)それぞれの右下に示したように、センサ基板1の上記一表面に平行な面内でフレーム部11の一辺に沿った一方向をx軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をy軸の正方向、センサ基板1の厚み方向の一方向をz軸の正方向と規定すれば、重り部12は、x軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13と、y軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13とを介してフレーム部11に支持されていることになる。なお、上述のx軸、y軸、z軸の3軸により規定した直交座標では、センサ基板1において上述のシリコン層10cにより形成された部分の表面における重り部12の中心位置を原点としている。   By the way, as shown in the lower right of each of FIGS. 6A and 6B, one direction along one side of the frame portion 11 in a plane parallel to the one surface of the sensor substrate 1 is the positive direction of the x-axis. If one direction along the side orthogonal to the one side is defined as the positive direction of the y-axis and one direction of the thickness direction of the sensor substrate 1 is defined as the positive direction of the z-axis, the weight portion 12 is extended in the x-axis direction. The pair of flexible portions 13 and 13 sandwiching the core portion 12a and the pair of flexible portions 13 and 13 extending in the y-axis direction and sandwiching the core portion 12a are supported by the frame portion 11. Will be. In the orthogonal coordinates defined by the three axes of the above-described x axis, y axis, and z axis, the center position of the weight portion 12 on the surface of the portion of the sensor substrate 1 formed by the silicon layer 10c is the origin.

重り部12のコア部12aからx軸の正方向に延長された撓み部13(図6(a)の右側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のピエゾ抵抗Rx2,Rx4が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのピエゾ抵抗Rz2が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからx軸の負方向に延長された撓み部13(図6(a)の左側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のピエゾ抵抗Rx1,Rx3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのピエゾ抵抗Rz3が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4は、x軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図9における左側のブリッジ回路Bxを構成するように配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線17など)によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4は、x軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。   The bending portion 13 (the bending portion 13 on the right side of FIG. 6A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the x-axis is a pair of piezoresistors Rx2 and Rx4 in the vicinity of the core portion 12a. Is formed, and one piezoresistor Rz2 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the bending portion 13 on the left side of FIG. 6A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the x-axis is a pair of piezoresistors Rx1 in the vicinity of the core portion 12a. , Rx3 are formed, and one piezoresistor Rz3 is formed in the vicinity of the frame portion 11. Here, the four piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the x-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. The wiring is formed so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13 and wiring (diffuse layer wiring, metal wiring 17 formed on the sensor substrate 1 is formed so as to constitute the left bridge circuit Bx in FIG. Etc.). Note that the piezoresistors Rx1 to Rx4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the bent portion 13 when acceleration in the x-axis direction is applied.

また、重り部12のコア部12aからy軸の正方向に延長された撓み部13(図6(a)の上側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のピエゾ抵抗Ry1,Ry3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのピエゾ抵抗Rz1が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからy軸の負方向に延長された撓み部13(図6(a)の下側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のピエゾ抵抗Ry2,Ry4が形成されるとともに、フレーム部11側の端部に1つのピエゾ抵抗Rz4が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのピエゾ抵抗Ry1,Ry2,Ry3,Ry4は、y軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図9における中央のブリッジ回路Byを構成するように配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線17など)によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ry1〜Ry4は、y軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。   Further, the bending portion 13 (the upper bending portion 13 in FIG. 6A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the y-axis is a pair of piezoresistors Ry1, in the vicinity of the core portion 12a. Ry3 is formed, and one piezoresistor Rz1 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the lower bending portion 13 in FIG. 6A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the y-axis is a pair of piezoresistors Ry2 in the vicinity of the core portion 12a. , Ry4 are formed, and one piezoresistor Rz4 is formed at the end on the frame part 11 side. Here, the four piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the y-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. The wiring (the diffusion layer wiring formed on the sensor substrate 1, the metal wiring 17 is formed so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13 and constitutes the central bridge circuit By in FIG. Etc.). Note that the piezoresistors Ry1 to Ry4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the flexure 13 when acceleration in the y-axis direction is applied.

また、フレーム部11近傍に形成された4つのピエゾ抵抗Rz1,Rz2,Rz3,Rz4は、z軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図9における右側のブリッジ回路Bzを構成するように配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線17など)によって接続されている。ただし、2つ1組となる撓み部13,13のうち一方の組の撓み部13,13に形成したピエゾ抵抗Rz1,Rz4は長手方向が撓み部13,13の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部13,13に形成したピエゾ抵抗Rz2,Rz3は長手方向が撓み部13,13の幅方向(短手方向)と一致するように形成されている。なお、図3〜図6では、センサ基板1における金属配線17のうち第1の接続用接合金属層19近傍の部位のみを図示してあり、拡散層配線の図示は省略してある。   Further, the four piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 formed in the vicinity of the frame portion 11 are formed for detecting acceleration in the z-axis direction, and constitute the right bridge circuit Bz in FIG. Thus, they are connected by wiring (a diffusion layer wiring formed on the sensor substrate 1, a metal wiring 17 or the like). However, the piezoresistors Rz1 and Rz4 formed in one set of the bent portions 13 and 13 of the two bent portions 13 and 13 are formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bent portions 13 and 13. On the other hand, the piezoresistors Rz2 and Rz3 formed in the other set of flexures 13 and 13 are formed such that the longitudinal direction coincides with the width direction (short direction) of the flexures 13 and 13. Yes. 3-6, only the site | part of the metal wiring 17 in the sensor board | substrate 1 vicinity of the 1st joining metal layer 19 for connection is shown in figure, and illustration of a diffused layer wiring is abbreviate | omitted.

上述のセンサ基板1は、各ブリッジ回路Bx〜Bzそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ基板1に作用したx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度を検出することができる。また、上述のセンサ基板1では、重り部12と各撓み部13とで可動部を構成しており、各ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4それぞれが、センサ基板1におけるセンシング部を構成している。   The above-described sensor substrate 1 detects accelerations in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction that act on the sensor substrate 1 by detecting changes in the output voltages of the respective bridge circuits Bx to Bz. Can do. In the sensor substrate 1 described above, the weight portion 12 and each bending portion 13 constitute a movable portion, and each of the piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 is a sensing portion in the sensor substrate 1. Is configured.

ところで、センサ基板1は、図9に示すように、上述の3つのブリッジ回路Bx,By,Bzに共通の2つの入力端子VDD,GNDと、ブリッジ回路Bxの2つの出力端子X1,X2と、ブリッジ回路Byの2つの出力端子Y1,Y2と、ブリッジ回路Bzの2つの出力端子Z1,Z2とを備えており、これらの各入力端子VDD,GNDおよび各出力端子X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2が、上記一表面側(つまり、貫通孔配線形成基板2側)に第1の接続用接合金属層19として設けられており、貫通孔配線形成基板2に形成された貫通孔配線24と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板1には、8つの接続用接合金属層19が形成され、貫通孔配線形成基板2には、8つの貫通孔配線24が形成されている。   By the way, as shown in FIG. 9, the sensor substrate 1 includes two input terminals VDD and GND common to the above-described three bridge circuits Bx, By and Bz, two output terminals X1 and X2 of the bridge circuit Bx, Two output terminals Y1 and Y2 of the bridge circuit By and two output terminals Z1 and Z2 of the bridge circuit Bz are provided. These input terminals VDD and GND and output terminals X1, X2, Y1, Y2, and the like. Z1 and Z2 are provided as the first connection bonding metal layer 19 on the one surface side (that is, the through hole wiring forming substrate 2 side), and the through hole wiring 24 formed on the through hole wiring forming substrate 2 is provided. And are electrically connected. That is, eight connecting metal layers 19 for connection are formed on the sensor substrate 1, and eight through-hole wirings 24 are formed on the through-hole wiring forming substrate 2.

また、センサ基板1のフレーム部11上には、フレーム部11よりも開口面積が大きな枠状(矩形枠状)の第1の封止用接合金属層18が形成されており、上述の8つの接続用接合金属層19は、フレーム部11において第1の封止用接合金属層18よりも内側に配置されている。なお、センサ基板1は、上記一表面側において上記シリコン層10c上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜16が形成されており、第1の接続用接合金属層19および第1の封止用接合金属層18および金属配線17は絶縁膜16上に形成されている。   In addition, a frame-shaped (rectangular frame-shaped) first sealing bonding metal layer 18 having a larger opening area than the frame portion 11 is formed on the frame portion 11 of the sensor substrate 1. The connection bonding metal layer 19 is disposed inside the first sealing bonding metal layer 18 in the frame portion 11. In the sensor substrate 1, an insulating film 16 made of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the silicon layer 10c on the one surface side, and a first connecting bonding metal layer 19 and The first sealing bonding metal layer 18 and the metal wiring 17 are formed on the insulating film 16.

また、第1の封止用接合金属層18および第1の接続用接合金属層19は、接合用のAu膜と絶縁膜16との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第1の封止用接合金属層18および第1の接続用接合金属層19は、絶縁膜16上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。   In addition, the first sealing bonding metal layer 18 and the first connecting bonding metal layer 19 have an adhesion improving Ti film interposed between the bonding Au film and the insulating film 16. In other words, the first sealing bonding metal layer 18 and the first connecting bonding metal layer 19 are a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by.

上述の各ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4および上記各拡散層配線は、上記シリコン層10cにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のp形不純物をドーピングすることにより形成されており、上述の金属配線17は、絶縁膜16上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜(例えば、Al膜、Al合金膜など)をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、金属配線17は絶縁膜16に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。また、第1の接続用接合金属層19と金属配線17とは、第1の接続用接合金属層19における金属配線17との接続部位19b(図5(b)参照)が、貫通孔配線形成基板2におけるセンサ基板1との対向面に形成された後述の変位空間形成用凹部21内に位置する形で電気的に接続されている。   Each of the above-described piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, and each of the diffusion layer wirings is formed by doping a p-type impurity with an appropriate concentration in each formation site in the silicon layer 10c. The metal wiring 17 described above is formed by patterning a metal film (for example, an Al film, an Al alloy film, etc.) formed on the insulating film 16 by sputtering or vapor deposition using lithography technology and etching technology. The metal wiring 17 is electrically connected to the diffusion layer wiring through a contact hole provided in the insulating film 16. Further, the first connecting metal layer 19 for connection and the metal wiring 17 are connected to the metal wiring 17 in the first connecting metal layer 19 for connection, as shown in FIG. The substrate 2 is electrically connected so as to be positioned in a later-described displacement space forming recess 21 formed on the surface of the substrate 2 facing the sensor substrate 1.

貫通孔配線形成基板2は、図10〜図12に示すように、センサ基板1側(図3(c)における下面側)の表面に、センサ基板1の重り部12と各撓み部13とで構成される可動部の変位空間を確保する上述の変位空間形成用凹部21が形成されるとともに、変位空間形成用凹部21の周部に厚み方向に貫通する複数(本実施形態では、8つ)の貫通孔22が形成されており、厚み方向の両面および貫通孔22の内面とに跨って熱絶縁膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23が形成され、貫通孔配線24と貫通孔22の内面との間に絶縁膜23の一部が介在している。なお、貫通孔配線24の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Niなどを採用してもよい。   As shown in FIGS. 10 to 12, the through-hole wiring forming substrate 2 is formed on the surface on the sensor substrate 1 side (the lower surface side in FIG. 3C) with the weight portion 12 and each bending portion 13 of the sensor substrate 1. The above-mentioned displacement space forming recesses 21 that secure the displacement space of the movable portion that is configured are formed, and a plurality (eight in the present embodiment) penetrates in the thickness direction in the peripheral portion of the displacement space formation recesses 21. Through-holes 22 are formed, and an insulating film 23 made of a thermal insulating film (silicon oxide film) is formed across both surfaces in the thickness direction and the inner surface of the through-holes 22. A part of the insulating film 23 is interposed between the inner surface and the inner surface. In addition, although Cu is employ | adopted as a material of the through-hole wiring 24, not only Cu but Ni etc. may be employ | adopted, for example.

また、貫通孔配線形成基板2は、センサ基板1側の表面において変位空間形成用凹部21の周部に、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数(本実施形態では、8つ)の第2の接続用接合金属層29が形成されている。貫通孔配線形成基板2は、センサ基板1側の表面の周部には、全周に亘って枠状(矩形枠状)の第2の封止用接合金属層28が形成されており、上述の8つの第2の接続用接合金属層29は、外周形状が細長の長方形状であり、第2の封止用接合金属層28よりも内側に配置されている。ここにおいて、第2の接続用接合金属層29は、長手方向の一端部が貫通孔配線24と接合されており、他端側の部位がセンサ基板1の金属配線17よりも外側でセンサ基板1の第1の接続用接合金属層19と接合されて電気的に接続されるように配置してある。   In addition, the through-hole wiring forming substrate 2 has a plurality (eight in this embodiment, eight) electrically connected to the respective through-hole wirings 24 on the periphery of the displacement space forming concave portion 21 on the surface on the sensor substrate 1 side. ) Second connecting bonding metal layer 29 is formed. The through-hole wiring forming substrate 2 has a frame-shaped (rectangular frame-shaped) second sealing bonding metal layer 28 formed around the entire periphery of the surface on the sensor substrate 1 side. The eight second connecting bonding metal layers 29 have a rectangular shape whose outer peripheral shape is an elongated shape, and are disposed on the inner side of the second sealing bonding metal layer 28. Here, one end of the second connection bonding metal layer 29 is bonded to the through-hole wiring 24, and the other end side is outside the metal wiring 17 of the sensor substrate 1 and the sensor substrate 1. The first connecting bonding metal layer 19 is bonded and electrically connected.

また、第2の封止用接合金属層28および第2の接続用接合金属層29は、接合用のAu膜と絶縁膜23との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第2の封止用接合金属層28および第2の接続用接合金属層29は、絶縁膜23上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。   The second sealing bonding metal layer 28 and the second connecting bonding metal layer 29 have a Ti film for improving adhesion between the bonding Au film and the insulating film 23. In other words, the second sealing bonding metal layer 28 and the second connecting bonding metal layer 29 are a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by.

また、貫通孔配線形成基板2におけるセンサ基板1側とは反対側の表面には、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極25が形成されている。なお、各外部接続用電極25の外周形状は矩形状となっている。   A plurality of external connection electrodes 25 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 are formed on the surface of the through-hole wiring forming substrate 2 opposite to the sensor substrate 1 side. The outer peripheral shape of each external connection electrode 25 is rectangular.

カバー基板3は、図13に示すように、センサ基板1との対向面に、重り部12の変位空間を形成する所定深さ(例えば、5μm〜10μm程度)の凹部31を形成してある。ここにおいて、凹部31は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成してある。なお、本実施形態では、カバー基板3におけるセンサ基板1との対向面に、重り部12の変位空間を形成する凹部31を形成してあるが、重り部12のコア部12aおよび各付随部12bのうち支持基板10aを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部11において支持基板10aを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板1の厚み方向への重り部12の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、カバー基板3に凹部31を形成しなくても、センサ基板1の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部12の変位を可能とする隙間が重り部12とカバー基板3との間に形成される。   As shown in FIG. 13, the cover substrate 3 is formed with a recess 31 having a predetermined depth (for example, about 5 μm to 10 μm) that forms a displacement space of the weight portion 12 on the surface facing the sensor substrate 1. Here, the recess 31 is formed using a lithography technique and an etching technique. In the present embodiment, the concave portion 31 that forms the displacement space of the weight portion 12 is formed on the surface of the cover substrate 3 that faces the sensor substrate 1, but the core portion 12a and each associated portion 12b of the weight portion 12 are formed. The thickness of the portion formed using the support substrate 10a of the sensor substrate 1 is compared with the thickness of the portion formed using the support substrate 10a in the frame portion 11 in the thickness direction of the sensor substrate 1. If the weight 12 is made thinner by the allowable displacement amount, the weight portion in the direction intersecting the other surface is formed on the other surface side of the sensor substrate 1 without forming the recess 31 in the cover substrate 3. A gap that enables the displacement of 12 is formed between the weight portion 12 and the cover substrate 3.

ところで、上述の加速度センサにおけるセンサ基板1と貫通孔配線形成基板2とは、第1の封止用接合金属層18と第2の封止用接合金属層28とが接合されるとともに、第1の接続用接合金属層19と第2の接続用接合金属層29とが接合され、センサ基板1とカバー基板3とは、互いの対向面の周部同士が接合されている。また、上述の加速度センサは、図3(a),(b)に示すように、上述のSOIウェハにセンサ基板1を複数形成したセンサウェハ10と、上述の第1のシリコンウェハに貫通孔配線形成基板2を複数形成した第1のパッケージウェハ20と、上述の第2のシリコンウェハにカバー基板3を複数形成した第2のパッケージウェハ30とを、図1に示す構成のウェハ接合装置を用いてウェハレベルで常温接合する常温接合工程を行うことでウェハレベルパッケージ構造体100を形成してから、個々の加速度センサに分割する分割工程(ダイシング工程)により個々の加速度センサに分割されている(なお、図3(c)は図3(a)に示すウェハレベルパッケージ構造体100のうち丸Aで囲んだ部分の概略断面図である)。したがって、貫通孔配線形成基板2とカバー基板3とがセンサ基板1と同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。ここで、上述の加速度センサでは、センサ基板1のフレーム部11と第1のパッケージ用基板である貫通孔配線形成基板2と第2のパッケージ用基板であるカバー基板3とで気密パッケージを構成しており、当該気密パッケージ内で重り部12と各撓み部13とで構成される可動部が変位可能となっている。なお、図1中のセンサ基板1、第1のパッケージ用基板である貫通孔配線形成基板2、第2のパッケージ用基板であるカバー基板3はそれぞれ、センサウェハ10、第1のパッケージウェハ20、第2のパッケージウェハ30の一部である。   By the way, the sensor substrate 1 and the through-hole wiring formation substrate 2 in the above-described acceleration sensor are joined together with the first sealing bonding metal layer 18 and the second sealing bonding metal layer 28 and the first sealing metal. The connection bonding metal layer 19 and the second connection bonding metal layer 29 are bonded to each other, and the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 are bonded to each other at the peripheral portions of the opposing surfaces. In addition, as shown in FIGS. 3A and 3B, the acceleration sensor described above includes a sensor wafer 10 in which a plurality of sensor substrates 1 are formed on the SOI wafer and a through-hole wiring formed in the first silicon wafer. A first package wafer 20 having a plurality of substrates 2 formed thereon and a second package wafer 30 having a plurality of cover substrates 3 formed on the above-described second silicon wafer, using a wafer bonding apparatus having a configuration shown in FIG. After the wafer level package structure 100 is formed by performing a room temperature bonding process for room temperature bonding at the wafer level, the wafer level package structure 100 is divided into individual acceleration sensors by a dividing process (dicing process) for dividing into individual acceleration sensors. FIG. 3C is a schematic cross-sectional view of a portion surrounded by a circle A in the wafer level package structure 100 shown in FIG. Therefore, the through-hole wiring forming substrate 2 and the cover substrate 3 have the same outer size as the sensor substrate 1, and a small chip size package can be realized and manufacture is facilitated. Here, in the above-described acceleration sensor, an airtight package is configured by the frame portion 11 of the sensor substrate 1, the through-hole wiring forming substrate 2 that is the first package substrate, and the cover substrate 3 that is the second package substrate. The movable part constituted by the weight part 12 and each bending part 13 can be displaced in the airtight package. In FIG. 1, the sensor substrate 1, the through-hole wiring forming substrate 2 that is the first package substrate, and the cover substrate 3 that is the second package substrate are the sensor wafer 10, the first package wafer 20, and the first package wafer, respectively. 2 is a part of the second package wafer 30.

以下、上述のウェハ接合装置について図1を参照しながら説明するが、上述のセンサウェハ10、第1のパッケージウェハ20、第2のパッケージウェハ30などを接合対象のウェハWaとして説明する。   Hereinafter, the above-described wafer bonding apparatus will be described with reference to FIG. 1, but the above-described sensor wafer 10, first package wafer 20, second package wafer 30, and the like will be described as wafers Wa to be bonded.

本実施形態のウェハ接合装置は、接合対象のウェハWaが導入されるウェハ導入室40と、ウェハWa,Wa同士の互いの接合面それぞれを活性化してから常温下でウェハWa,Wa同士を接合する接合室60と、ウェハ導入室40と接合室60との間およびウェハ導入室40と後述の脱ガス室70との間で接合前のウェハWa,Waを搬送するとともに接合室60にて接合された2つのウェハWa,Waの積層体を接合室60とウェハ導入室40との間で搬送する搬送手段(図示せず)が収納された搬送室50と、ウェハ導入室40内に導入されたウェハWaを接合室60内へ搬送する前にウェハWaに吸着しているガス成分を除去する脱ガス手段としての赤外線ランプ75が設けられた脱ガス室70とが別々の真空槽により構成されており、ウェハ導入室40と搬送室50との間にゲートバルブ91が設けられるとともに、搬送室50と接合室60との間にゲートバルブ92が設けられ、搬送室50と脱ガス室70との間にゲートバルブ93が設けらている。   In the wafer bonding apparatus according to the present embodiment, the wafer introduction chamber 40 into which the wafer Wa to be bonded is introduced and the respective bonding surfaces of the wafers Wa and Wa are activated, and then the wafers Wa and Wa are bonded at room temperature. The wafers Wa and Wa before bonding are transported between the bonding chamber 60 to be performed, the wafer introduction chamber 40 and the bonding chamber 60, and between the wafer introduction chamber 40 and a degassing chamber 70 described later, and bonded in the bonding chamber 60. The transferred wafer 50 is introduced into the wafer introduction chamber 40 and a transfer chamber 50 in which a transfer means (not shown) for transferring the stacked wafers Wa and Wa between the bonding chamber 60 and the wafer introduction chamber 40 is stored. A degas chamber 70 provided with an infrared lamp 75 as a degas means for removing gas components adsorbed on the wafer Wa before the transferred wafer Wa is transferred into the bonding chamber 60 is constituted by a separate vacuum chamber. In In addition, a gate valve 91 is provided between the wafer introduction chamber 40 and the transfer chamber 50, and a gate valve 92 is provided between the transfer chamber 50 and the bonding chamber 60, and between the transfer chamber 50 and the degassing chamber 70. Is provided with a gate valve 93.

ウェハ導入室40は、接合室60を大気開放することなく、ウェハWaの導入を行うために設けたものであり、接合室60とは独立して大気開放および真空排気が可能となっている。すなわち、ウェハ導入室40には、図示しない真空排気ポンプなどを含む第1の真空排気系や、大気開放用のガス(例えば,窒素ガスなど)を導入するためのガス配管が接続されている。なお、ウェハ導入室40は、比較的低真空(例えば、10Pa程度の真空度)でも許容されるので、ウェハ導入室40の真空排気に用いる真空排気ポンプとしては、ロータリーポンプやドライポンプを用いてもよいが、これらに限らず、他の真空排気ポンプを用いてもよい。また、ウェハ導入室40は、ウェハWaを導入した後、上記第1の真空排気系により10Pa以下の真空度となるように真空排気すればよいが、真空排気ポンプとしてロータリポンプなどの低真空用のポンプとターボ分子ポンプなどの高真空用のポンプとを用いて0.1Pa以下に真空排気することが望ましい。また、大気開放用のガスは窒素ガスに限らず、他のガスを用いてもよい。   The wafer introduction chamber 40 is provided to introduce the wafer Wa without opening the bonding chamber 60 to the atmosphere, and can be opened to the atmosphere and evacuated independently of the bonding chamber 60. That is, the wafer introduction chamber 40 is connected to a first evacuation system including an evacuation pump (not shown) and a gas pipe for introducing a gas for releasing air (eg, nitrogen gas). Since the wafer introduction chamber 40 is allowed even at a relatively low vacuum (for example, a degree of vacuum of about 10 Pa), a rotary pump or a dry pump is used as a vacuum exhaust pump used for evacuating the wafer introduction chamber 40. However, the present invention is not limited thereto, and other vacuum exhaust pumps may be used. The wafer introduction chamber 40 may be evacuated after introducing the wafer Wa by the first evacuation system so that the degree of vacuum is 10 Pa or less. It is desirable to evacuate to 0.1 Pa or less using a high vacuum pump such as a turbo molecular pump. Further, the gas for opening to the atmosphere is not limited to nitrogen gas, and other gases may be used.

ところで、ウェハ導入室40内に、ウェハWaの搬送時にウェハWaが破損するのを防止するためのウェハホルダを収納しておき、上記搬送手段ではウェハWaを保持したウェハホルダを搬送するようにしてもよい。特に、ウェハWaが上述のセンサウェハ10などのようにマイクロマシンニング技術により形成された3次元構造体(センサ基板1)を含むウェハである場合や薄型化されたウェハである場合には、搬送中にウェハWaが破損するのを防止するためにウェハホルダを用いることが好ましい。要するに、ウェハWaが上述のセンサウェハ10やパッケージウェハ20,30などのMEMS用ウェハである場合には、上述のウェハホルダを用いることが好ましい。なお、このウェハホルダとしては、上記接合機構を構成するウェハ保持部材65,66を兼用して上記搬送手段により搬送するようにしてもよい。   Incidentally, a wafer holder for preventing the wafer Wa from being damaged when the wafer Wa is transferred may be stored in the wafer introduction chamber 40, and the wafer holder holding the wafer Wa may be transferred by the transfer means. . In particular, when the wafer Wa is a wafer including a three-dimensional structure (sensor substrate 1) formed by a micromachining technique, such as the sensor wafer 10 described above, or a thinned wafer, It is preferable to use a wafer holder in order to prevent the wafer Wa from being damaged. In short, when the wafer Wa is a MEMS wafer such as the sensor wafer 10 or the package wafers 20 and 30 described above, it is preferable to use the wafer holder described above. In addition, as this wafer holder, you may make it convey by the said conveyance means combining the wafer holding members 65 and 66 which comprise the said joining mechanism.

搬送室50は、上記搬送手段として1つもしくは2つのウェハWaを搬送するロボットや冶具が収納されており、他の真空槽(ウェハ導入室40、脱ガス室70、接合室60)とは別に独立して真空排気が可能となっている。すなわち、搬送室50には、図示しない真空排気ポンプなどを含む第2の真空排気系が接続されている。なお、本実施形態では、ウェハ導入室40と搬送室50との間に、ゲートバルブ91を設けてあるが、ウェハ接合装置の簡略化および低コスト化のためにゲートバルブ91を省略して上記第1の真空排気系により真空排気するようにしてもよいが、ゲートバルブ91を設けた場合、ウェハWaの導入時にはウェハ導入室40のみを大気開放すればよいので、ウェハWaをウェハ導入室40内に導入した後の真空排気に必要な時間が短くなるという利点がある。   The transfer chamber 50 stores a robot or jig for transferring one or two wafers Wa as the transfer means, and is separate from other vacuum chambers (the wafer introduction chamber 40, the degas chamber 70, and the bonding chamber 60). Independent evacuation is possible. That is, the transfer chamber 50 is connected to a second vacuum exhaust system including a vacuum exhaust pump (not shown). In the present embodiment, the gate valve 91 is provided between the wafer introduction chamber 40 and the transfer chamber 50. However, the gate valve 91 is omitted to simplify and reduce the cost of the wafer bonding apparatus. Although the vacuum evacuation may be performed by the first evacuation system, when the gate valve 91 is provided, only the wafer introduction chamber 40 needs to be opened to the atmosphere when the wafer Wa is introduced, and thus the wafer Wa is removed from the wafer introduction chamber 40. There is an advantage that the time required for evacuation after being introduced into the inside is shortened.

接合室60には、2つのウェハWa,Waそれぞれの接合面を活性化する表面活性化装置(図示せず)、2つのウェハWa,Waそれぞれを保持するウェハ保持部材65,66が収納されており、接合室60内で一方のウェハ保持部材65の上方に位置する他方のウェハ保持部材66を上記一方のウェハ保持部材65に近づける向き(図1中の矢印Eの向き)へ押し下げるプッシュロッド67が設けられるとともに、他の真空槽(ウェハ導入室40、搬送室50、脱ガス室70)とは別に独立して真空排気を可能とするための真空排気ポンプを含む第3の真空排気系が接続されている。ここにおいて、表面活性化装置としては、ウェハWa,Waそれぞれにイオンビームを照射するイオンビーム照射装置や、ウェハWa,Waそれぞれに原子ビームを照射する原子ビーム照射装置や、ウェハWa,Waにプラズマを照射するプラズマ照射装置などを用いることができ、製造するデバイス(上述の例では、加速度センサ)や要求仕様などにより適宜選択すればよい。なお、本実施形態では、2つのウェハ保持部材65,66とプッシュロッド67とで2つのウェハWa,Waを接合するための接合機構を構成している。また、本実施形態では、ウェハWa,Waそれぞれの接合面を活性化した後で速やかにウェハWa,Wa同士を接合することができるようにウェハWa,Waを上記接合機構のウェハ保持部材65,66に保持した状態で接合面の活性化を行なっているが、ウェハWa,Waの接合面の活性化を行う表面活性化工程において、ウェハWa,Wa同士を接合する接合工程で利用するウェハ保持部材65,66とは別のウェハ保持部材を利用し、表面活性化工程の終了後に接合工程で利用するウェハ保持部材65,66にウェハWa,Waを保持させて接合工程を行うようにしてもよい。   In the bonding chamber 60, a surface activation device (not shown) for activating the bonding surfaces of the two wafers Wa and Wa, and wafer holding members 65 and 66 for holding the two wafers Wa and Wa, respectively, are accommodated. The push rod 67 pushes down the other wafer holding member 66 located above the one wafer holding member 65 in the bonding chamber 60 in a direction approaching the one wafer holding member 65 (direction of arrow E in FIG. 1). And a third evacuation system including a evacuation pump for enabling evacuation independently of other vacuum chambers (wafer introduction chamber 40, transfer chamber 50, degassing chamber 70). It is connected. Here, as the surface activation device, an ion beam irradiation device for irradiating each of the wafers Wa and Wa with an ion beam, an atomic beam irradiation device for irradiating each of the wafers Wa and Wa with an atomic beam, or plasma on the wafers Wa and Wa. A plasma irradiation apparatus or the like that irradiates can be used, and may be appropriately selected depending on a device to be manufactured (acceleration sensor in the above example), required specifications, and the like. In the present embodiment, the two wafer holding members 65 and 66 and the push rod 67 constitute a bonding mechanism for bonding the two wafers Wa and Wa. Further, in the present embodiment, the wafers Wa and Wa are bonded to the wafer holding member 65 of the above-described bonding mechanism so that the wafers Wa and Wa can be bonded immediately after the bonding surfaces of the wafers Wa and Wa are activated. In the surface activation process for activating the bonding surfaces of the wafers Wa and Wa, the wafer holding used in the bonding process for bonding the wafers Wa and Wa is performed. A wafer holding member different from the members 65 and 66 is used, and after the surface activation process, the wafers Wa and Wa are held by the wafer holding members 65 and 66 used in the bonding process and the bonding process is performed. Good.

脱ガス室70は、接合前のウェハWaに吸着している水分などのガス成分を除去する脱ガス処理を行うために設けたものであり、当該脱ガス室70には、図示しない真空排気ポンプなどを含む第4の真空排気系が接続されているが、脱ガス室70に第4の真空排気系を接続せずに、上述の第1の真空排気系や第2の真空排気系を通じて脱ガス室70内の真空排気を行うようにしてもよい。   The degas chamber 70 is provided for performing a degas process for removing gas components such as moisture adsorbed on the wafer Wa before bonding. The degas chamber 70 includes a vacuum exhaust pump (not shown). Is connected to the degassing chamber 70 without connecting the fourth evacuation system to the first evacuation system or the second evacuation system. The gas chamber 70 may be evacuated.

なお、本実施形態では、ウェハWaから脱離したガス成分が搬送室50や接合室60へ拡散するのを防止するために、脱ガス室70と搬送室50との間にゲートバルブ93を設け、脱ガス室70に脱ガス室70内を真空排気する第4の真空排気系を接続してあるが、ウェハ接合装置の簡略化および低コスト化のためにゲートバルブ93を省略してもよい。   In this embodiment, a gate valve 93 is provided between the degassing chamber 70 and the transfer chamber 50 in order to prevent the gas component desorbed from the wafer Wa from diffusing into the transfer chamber 50 or the bonding chamber 60. Although the fourth evacuation system for evacuating the inside of the degassing chamber 70 is connected to the degassing chamber 70, the gate valve 93 may be omitted for simplification and cost reduction of the wafer bonding apparatus. .

ところで、本実施形態のウェハ接合装置では、脱ガス手段として上述の赤外線ランプ75を設けてあり、赤外線ランプ75からウェハWaに赤外線を照射することによりウェハWaを加熱してウェハWaに吸着している水分などのガス成分を放出(脱離)させる脱ガス工程を行うことでガス成分を除去する(脱ガスを行う)ようにしてある。ここにおいて、脱ガス工程では、ウェハWaの加熱温度が高い方が脱ガス速度が速くなるが、本実施形態では、ウェハWaへの熱ダメージを回避するために加熱温度を100〜200℃の温度範囲内で設定した。加熱温度は、上記温度範囲に限らず、デバイスの仕様やウェハ接合装置の仕様などに応じて適宜設定すればよい。   By the way, in the wafer bonding apparatus of the present embodiment, the above-described infrared lamp 75 is provided as a degassing means, and the wafer Wa is heated and adsorbed to the wafer Wa by irradiating the wafer Wa with infrared rays from the infrared lamp 75. A gas component is removed (degassing is performed) by performing a degassing step of releasing (desorbing) a gas component such as moisture. Here, in the degassing step, the higher the heating temperature of the wafer Wa, the faster the degassing speed. In this embodiment, the heating temperature is set to a temperature of 100 to 200 ° C. in order to avoid thermal damage to the wafer Wa. Set within range. The heating temperature is not limited to the above temperature range, and may be set as appropriate according to device specifications, wafer bonding apparatus specifications, and the like.

また、本実施形態のウェハ接合装置では、赤外線ランプ75がウェハWaを加熱する加熱装置を構成しているが、加熱装置は、赤外線ランプ75に限らず、ヒータなどの他の加熱装置を用いてもよく、脱ガス手段として、ウェハWaを加熱する加熱装置を用いることにより、ウェハWaに吸着している水分などのガス成分を効果的に除去することができる。ただし、加熱装置としては、赤外線ランプ75のようにウェハWaに赤外線を照射することでウェハWaを加熱したり、ウェハWaに電子ビームを照射することでウェハWaを加熱したり、ウェハWaにレーザ光を照射することでウェハWaを加熱したりするような、照射加熱装置を用いることが望ましく、加熱装置として照射加熱装置を採用することにより、ウェハWaの表面(接合面を含む)に吸着している水分などのガス成分(吸着ガス分子)を効率的に放出させることができ、また、ウェハWaの昇温速度および降温速度の制御性を高めることができてウェハWaが熱歪で破損するのを防止することが可能となる。また、上述のようにウェハWaが上述のウェハホルダに保持されている場合には、ウェハWaの表面を効率的に加熱するために照射加熱装置を用いることが望ましい。   In the wafer bonding apparatus of the present embodiment, the infrared lamp 75 constitutes a heating apparatus that heats the wafer Wa. However, the heating apparatus is not limited to the infrared lamp 75, and other heating apparatuses such as a heater are used. In addition, by using a heating device that heats the wafer Wa as the degassing means, it is possible to effectively remove gas components such as moisture adsorbed on the wafer Wa. However, as the heating device, the wafer Wa is heated by irradiating the wafer Wa with infrared rays, like the infrared lamp 75, the wafer Wa is heated by irradiating the wafer Wa with an electron beam, or the wafer Wa is laser-treated. It is desirable to use an irradiation heating device that heats the wafer Wa by irradiating light, and by using the irradiation heating device as the heating device, the wafer Wa is adsorbed on the surface (including the bonding surface). The gas component (adsorbed gas molecules) such as moisture can be efficiently released, and the controllability of the heating rate and the cooling rate of the wafer Wa can be improved, and the wafer Wa is damaged by thermal strain. Can be prevented. Further, when the wafer Wa is held by the above-described wafer holder as described above, it is desirable to use an irradiation heating device in order to efficiently heat the surface of the wafer Wa.

ところで、本実施形態のウェハ接合装置は、脱ガス手段として、接合前のウェハWaに赤外線を照射することでウェハWaを加熱する赤外線ランプ75のような加熱装置を用いているので、脱ガス手段により脱ガス処理を施したウェハWaを常温よりも温度上昇した状態で接合室60内へ導入してウェハWa,Wa同士の接合を行った場合、2つのウェハWa,Waの温度差に起因する応力やウェハWa,Waの反りが接合後に発生するという懸念や、接合時の2つのウェハWa,Waの位置合わせ精度が低下するという懸念がある。   By the way, the wafer bonding apparatus of the present embodiment uses a heating device such as an infrared lamp 75 that heats the wafer Wa by irradiating the wafer Wa before bonding with infrared rays as the degassing means. When the wafer Wa that has been subjected to the degassing process is introduced into the bonding chamber 60 in a state where the temperature is higher than the normal temperature and the wafers Wa and Wa are bonded to each other, the temperature difference is caused by the temperature difference between the two wafers Wa and Wa. There are concerns that stress and warpage of the wafers Wa and Wa occur after bonding, and there is a concern that the alignment accuracy of the two wafers Wa and Wa at the time of bonding decreases.

そこで、本実施形態のウェハ接合装置では、脱ガス手段によりガス成分を除去したウェハWaを接合室60内へ搬送する前に上記加熱により上昇したウェハWaの温度を降温させる冷却手段80が搬送室50内に設けられている。ここで、冷却手段80は、常温以下の規定温度に維持されたウェハステージにより構成されており、当該ウェハステージ上にウェハWaを設置することで、ウェハWaからウェハステージへの熱伝導によりウェハWaが冷却される。なお、本実施形態では、冷却手段80を搬送室50内に設けてあるが、冷却手段80を設ける場所は搬送室50内に限らず、ウェハ導入室40内でもよい。また、冷却手段80の構成についても他の周知の冷却機構を採用してもよい。   Therefore, in the wafer bonding apparatus according to the present embodiment, the cooling means 80 for lowering the temperature of the wafer Wa raised by the heating before the wafer Wa from which the gas component has been removed by the degassing means is transferred into the bonding chamber 60 is provided in the transfer chamber. 50 is provided. Here, the cooling means 80 is configured by a wafer stage maintained at a specified temperature equal to or lower than normal temperature, and by placing the wafer Wa on the wafer stage, the wafer Wa is transferred by heat conduction from the wafer Wa to the wafer stage. Is cooled. In the present embodiment, the cooling means 80 is provided in the transfer chamber 50, but the place where the cooling means 80 is provided is not limited to the transfer chamber 50 but may be in the wafer introduction chamber 40. In addition, another known cooling mechanism may be adopted for the configuration of the cooling means 80.

しかして、本実施形態のウェハ接合装置では、接合室60内において接合する2つのウェハWa,Waの温度差を低減できるので、2つのウェハWa,Waの温度差に起因した応力やウェハWa,Waの反りが接合後に発生するのを防止することができるとともに、2つのウェハWa,Waの位置合わせ精度を高めることができる。   Thus, in the wafer bonding apparatus according to the present embodiment, the temperature difference between the two wafers Wa and Wa to be bonded in the bonding chamber 60 can be reduced. Therefore, the stress caused by the temperature difference between the two wafers Wa and Wa, the wafer Wa, The warpage of Wa can be prevented from occurring after bonding, and the alignment accuracy of the two wafers Wa and Wa can be increased.

以上説明した本実施形態のウェハ接合装置では、ウェハ導入室40内に導入されたウェハWaを接合室60内へ搬送する前にウェハWaに吸着しているガス成分を除去する脱ガス手段が設けられているので、接合室60内に搬送されるウェハWaに吸着している水分などのガス成分を低減することが可能になり、接合室60内の真空度が所望の真空度に到達するまでの時間を短縮すること可能で、歩留まりおよび接合特性を低下させることなくスループットの向上が可能になる。また、本実施形態のウェハ接合装置では、接合室60内に搬送されるウェハWaに吸着している水分などのガス成分を低減できることによって、従来に比べて接合室60内をより高真空にすることが可能となり、センサ素子などの気密パッケージ内をより高真空にすることが可能となるので、感度を高めるために気密パッケージ内を高真空とすることが望ましいセンサ素子(例えば、ジャイロセンサなど)の高感度化を図れる。   In the wafer bonding apparatus of the present embodiment described above, a degassing unit is provided to remove the gas component adsorbed on the wafer Wa before the wafer Wa introduced into the wafer introduction chamber 40 is transferred into the bonding chamber 60. Therefore, it becomes possible to reduce gas components such as moisture adsorbed on the wafer Wa conveyed in the bonding chamber 60 until the degree of vacuum in the bonding chamber 60 reaches a desired degree of vacuum. Thus, the throughput can be improved without deteriorating the yield and junction characteristics. Further, in the wafer bonding apparatus of the present embodiment, the inside of the bonding chamber 60 can be made to have a higher vacuum than in the prior art by reducing gas components such as moisture adsorbed on the wafer Wa transferred into the bonding chamber 60. Therefore, it is possible to make the inside of the hermetic package such as the sensor element higher in vacuum, so that it is desirable to make the inside of the hermetic package high vacuum in order to increase sensitivity (for example, a gyro sensor). High sensitivity can be achieved.

また、本実施形態のウェハ接合装置では、接合室60内にて接合したウェハWa,Wa同士の積層体からなるウェハWaをウェハ導入室40内から取り出すように積層体からなるウェハWaの搬送経路が設定され、脱ガス手段は、積層体からなるウェハWaのウェハ導入室40内への搬送経路外に設けられているので、接合後の積層体からなるウェハWaの搬送中にも、接合室60へ搬送する接合前のウェハWaに吸着しているガス成分を脱ガス手段により除去することができる(つまり、脱ガス処理を施すことができる)ので、脱ガス手段が積層体からなるウェハWaのウェハ導入室40内への搬送経路内に設けられている場合に比べて、スループットを向上させることができる。なお、図1中に破線で示した矢印は、接合前のウェハWa,Waの搬送経路もしくは積層体からなるウェハWaの搬送経路を示している。   Further, in the wafer bonding apparatus according to the present embodiment, the wafer Wa formed of a stacked body of the wafers Wa and Wa bonded in the bonding chamber 60 is taken out from the wafer introduction chamber 40 so that the wafer Wa is transported. Is set, and the degassing means is provided outside the transfer path of the wafer Wa made of a laminated body into the wafer introduction chamber 40. Therefore, even during the transfer of the wafer Wa made of the laminated body after bonding, Since the gas component adsorbed on the wafer Wa before bonding transferred to 60 can be removed by the degassing means (that is, the degassing process can be performed), the degassing means is a wafer Wa made of a laminate. The throughput can be improved as compared with the case where it is provided in the transfer path to the wafer introduction chamber 40. In addition, the arrow shown with the broken line in FIG. 1 has shown the conveyance path | route of wafer Wa which consists of the conveyance path | route of wafer Wa and Wa before joining, or a laminated body.

ところで、上述のウェハ接合装置では、脱ガス手段として、加熱装置を用いた場合を例示したが、脱ガス手段の構成は加熱装置に限らず、脱ガス処理を行う真空槽である脱ガス室70へ脱ガス用のガスを導入するガス導入手段と、脱ガス室70の真空排気を行う真空排気手段である第4の真空排気系とで構成し、ガス導入と真空排気とを交互に複数回繰り返すようにしたり、ガス導入と真空排気とを同時に行って一定時間維持したりすることにより、脱ガスを行うようにしてもよく、ウェハWaに吸着している水分などのガス成分をウェハWaの加熱なしに除去することが可能になる。なお、脱ガス室70に導入する脱ガス用のガスとしては、例えば、比較的安価で水分などの不純物をほとんど含まない純窒素ガスを用いればよいが、純窒素ガスに限らず、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスや、他のガスを採用してもよい。ここで、脱ガスをより効果的に行うためには、脱ガス用のガスを脱ガス室70への導入時に加熱することが有効であるが、ウェハWaへの熱ダメージを防止するために、脱ガス用ガスの加熱温度は例えば60〜100℃程度の温度範囲内で設定すればよい。脱ガス室70は、効果的な脱ガスを行うために、搬送室50とは別に設けることが望ましいが、脱ガス室70を設けずに、ウェハ導入室40に脱ガス手段として例えば上述の照射加熱装置を設けるようにしてもよい。   By the way, in the above-mentioned wafer bonding apparatus, although the case where the heating apparatus was used was illustrated as a degassing means, the structure of a degassing means is not restricted to a heating apparatus, Degassing chamber 70 which is a vacuum tank which performs a degassing process. And a fourth evacuation system which is a evacuation means for evacuating the degassing chamber 70, and the gas introduction and the evacuation are alternately performed a plurality of times. Degassing may be performed by repeating or by simultaneously introducing gas and evacuating and maintaining for a certain period of time. Gas components such as moisture adsorbed on the wafer Wa may be removed from the wafer Wa. It can be removed without heating. As the degassing gas introduced into the degassing chamber 70, for example, pure nitrogen gas that is relatively inexpensive and hardly contains impurities such as moisture may be used. However, the gas is not limited to pure nitrogen gas. An inert gas such as gas or argon gas, or another gas may be employed. Here, in order to perform degassing more effectively, it is effective to heat the gas for degassing when introduced into the degassing chamber 70, but in order to prevent thermal damage to the wafer Wa, What is necessary is just to set the heating temperature of the gas for degassing within the temperature range of about 60-100 degreeC, for example. In order to perform effective degassing, it is desirable to provide the degassing chamber 70 separately from the transfer chamber 50. However, the degassing chamber 70 is not provided, and the wafer introduction chamber 40 is degassed as, for example, the above-described irradiation. A heating device may be provided.

以下、上述のウェハ接合装置を用いたウェハ接合方法について図1および図2を参照しながら説明する。   Hereinafter, a wafer bonding method using the above-described wafer bonding apparatus will be described with reference to FIGS.

まず、ウェハ導入室40を大気開放して接合対象のウェハWaをウェハ導入室40内へ導入してからウェハ導入室40内が所定真空度以下になるようにウェハ導入室40内を上述の第1の真空排気系により真空排気する第1の真空排気工程を行う(S1)。なお、所定真空度は、例えば、10Pa程度の真空度に設定すればよいが、0.1Pa以下に設定することが望ましく、所定真空度を0.1Pa以下の真空度に設定する場合には、第1の真空排気系の真空排気ポンプとして例えばロータリーポンプとターボ分子ポンプとを設ければよい。   First, the wafer introduction chamber 40 is opened to the atmosphere, and the wafer Wa to be bonded is introduced into the wafer introduction chamber 40. A first evacuation process is performed to evacuate the first evacuation system (S1). The predetermined degree of vacuum may be set to a degree of vacuum of about 10 Pa, for example, but is preferably set to 0.1 Pa or less, and when the predetermined degree of vacuum is set to a degree of vacuum of 0.1 Pa or less, For example, a rotary pump and a turbo molecular pump may be provided as the vacuum pump of the first vacuum pumping system.

第1の真空排気工程の後、ウェハ導入室40と搬送室50との間のゲートバルブ91を開いて上記搬送手段によりウェハWaを搬送室50内に搬送してゲートバルブ91を閉じてから、搬送室50と脱ガス室70との間のゲートバルブ93を開いて上記搬送手段によりウェハWaを脱ガス室70へ搬送し、ゲートバルブ93を閉じてから、上述の脱ガス手段である赤外線ランプ75からウェハWaに赤外線を照射してウェハWaを加熱することでウェハWaに吸着しているガス成分を除去する脱ガス工程を行う(S2)。なお、脱ガス手段としては、赤外線ランプ75に限らず、上述の他の脱ガス手段を採用してもよい。   After the first evacuation step, the gate valve 91 between the wafer introduction chamber 40 and the transfer chamber 50 is opened, the wafer Wa is transferred into the transfer chamber 50 by the transfer means, and the gate valve 91 is closed. The gate valve 93 between the transfer chamber 50 and the degas chamber 70 is opened, the wafer Wa is transferred to the degas chamber 70 by the transfer means, the gate valve 93 is closed, and then the infrared lamp as the degas means described above. A degassing step of removing gas components adsorbed on the wafer Wa by irradiating the wafer Wa with infrared rays from 75 to heat the wafer Wa (S2). The degassing means is not limited to the infrared lamp 75, and other degassing means described above may be employed.

脱ガス工程の後、ゲートバルブ93を開いてウェハWaを冷却手段80であるウェハステージに設置してゲートバルブ93を閉じ、ウェハWaを常温まで冷却した後、ゲートバルブ92を開いてウェハWaを接合室40内に搬送してからゲートバルブ92を閉じ、その後、接合室60内を所望の真空度以下となるように真空排気する第2の真空排気工程を行う(S3)。なお、所望の真空度は、ウェハWaの材料、デバイスの仕様などにもよるが、本実施形態では、1×10−4Pa以下の真空度が望ましく、1×10−5Pa以下の真空度がより望ましい。 After the degassing step, the gate valve 93 is opened, the wafer Wa is placed on the wafer stage as the cooling means 80, the gate valve 93 is closed, the wafer Wa is cooled to room temperature, the gate valve 92 is opened, and the wafer Wa is removed. After the transfer into the bonding chamber 40, the gate valve 92 is closed, and then a second vacuum evacuation step is performed to evacuate the bonding chamber 60 to a desired degree of vacuum (S3). The desired degree of vacuum depends on the material of the wafer Wa, the device specifications, etc., but in this embodiment, a degree of vacuum of 1 × 10 −4 Pa or less is desirable, and a degree of vacuum of 1 × 10 −5 Pa or less. Is more desirable.

そして、第2の真空排気工程の後で接合室40内のウェハ保持部材65,66に保持してあるウェハWa,Waそれぞれの接合面に対して活性化処理を施す表面活性化工程を行う(S4)。なお、表面活性化工程では、各ウェハWa,Waそれぞれの接合面に、イオンビームもしくは原子ビームもしくはプラズマを照射することにより、各ウェハWa,Waそれぞれの接合面を活性化する。なお、本実施形態では、表面活性化工程において、アルゴンのイオンビームを各接合面に対して照射するようにしているが、表面活性化工程におでは、イオンビームに限らず、原子ビームやプラズマを照射するようにしてもよく、イオンビーム、原子ビーム、プラズマのうちのどれを照射するかはウェハWa,Waの材料やデバイスの仕様に応じて適宜選択すればよい。ここで、表面活性化工程において用いるガスはアルゴンに限らず、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスであればよい。また、表面活性化工程では、イオンビーム照射、原子ビーム照射、プラズマ照射以外による活性化処理を行うようにしてもよい。なお、本実施形態のウェハ接合方法では、上述の所望の真空度を1×10−4Paに設定してある。 Then, after the second evacuation process, a surface activation process is performed in which an activation process is performed on the bonding surfaces of the wafers Wa and Wa held by the wafer holding members 65 and 66 in the bonding chamber 40 ( S4). In the surface activation step, the bonding surfaces of the wafers Wa and Wa are activated by irradiating the bonding surfaces of the wafers Wa and Wa with an ion beam, an atomic beam, or plasma, respectively. In the present embodiment, each bonding surface is irradiated with an argon ion beam in the surface activation process. However, in the surface activation process, not only the ion beam but also an atomic beam or plasma is used. The ion beam, the atomic beam, or the plasma may be selected as appropriate according to the material of the wafer Wa and Wa and the device specifications. Here, the gas used in the surface activation step is not limited to argon, but may be an inert gas such as nitrogen or helium. In the surface activation step, activation treatment other than ion beam irradiation, atomic beam irradiation, or plasma irradiation may be performed. In the wafer bonding method of this embodiment, the desired degree of vacuum is set to 1 × 10 −4 Pa.

表面活性化工程の後、接合室60内の真空度が規定真空度(例えば、1×10−4Pa)以下になるように接合室60内を真空排気してから、接合室60内において常温下でウェハWa,Wa同士を接触させて接合する接合工程を行う(S5)。なお、接合工程では、プッシュロッド67を図1中の矢印Eの向きに押し下げてウェハWa,Wa同士を接触させ必要に応じて適宜の荷重を印加してウェハWa,Wa同士を接合する。ここにおいて、接合工程にて印加する荷重は、ウェハWa,Waの材料や接合性能の仕様などにより適宜設定すればよい。 After the surface activation step, the inside of the joining chamber 60 is evacuated so that the degree of vacuum in the joining chamber 60 is equal to or lower than a specified degree of vacuum (for example, 1 × 10 −4 Pa). A bonding step is performed in which the wafers Wa and Wa are brought into contact with each other and bonded together (S5). In the bonding step, the push rod 67 is pushed down in the direction of arrow E in FIG. 1 to bring the wafers Wa and Wa into contact with each other, and an appropriate load is applied as necessary to bond the wafers Wa and Wa together. Here, the load applied in the bonding process may be appropriately set depending on the materials of the wafers Wa and Wa, the specifications of the bonding performance, and the like.

接合工程が終了した後、2つのウェハWa,Waの積層体からなるウェハWaをウェハ導入室40まで搬送する際には、ゲートバルブ92を開いて搬送室50内へ搬送してからゲートバルブ92を閉じ、続いて、ゲートバルブ91を開いてウェハ導入室41内へ搬送してゲートバルブ91を閉じればよく、ウェハ導入室40まで搬送した後、ウェハ導入室40内を大気圧まで戻し、ウェハ導入室40から取り出せばよい。   After the bonding process is completed, when the wafer Wa composed of a stack of two wafers Wa and Wa is transferred to the wafer introduction chamber 40, the gate valve 92 is opened and transferred into the transfer chamber 50, and then the gate valve 92 is opened. Then, the gate valve 91 is opened and transferred into the wafer introduction chamber 41 to close the gate valve 91. After the transfer to the wafer introduction chamber 40, the inside of the wafer introduction chamber 40 is returned to atmospheric pressure, What is necessary is just to take out from the introduction chamber 40.

ところで、上述のウェハレベルパッケージ構造体100の製造にあたっては、まず、センサウェハ10と第2のパッケージウェハ30とを接合対象の2つのウェハWa,Waとして上記ウェハ接合装置を用いて常温接合する第1の常温接合工程を行い、その後、センサウェハ10と第2のパッケージウェハ30との積層体からなるウェハと第1のパッケージウェハ20とを接合対象の2つのウェハWa,Waとして上記ウェハ接合装置を用いて常温接合する第2の常温接合工程を行う。ここにおいて、各常温接合工程は、上述の第1の真空排気工程から接合工程までの全ての工程を含んでいる。   By the way, in manufacturing the wafer level package structure 100 described above, first, the sensor wafer 10 and the second package wafer 30 are first bonded at room temperature using the wafer bonding apparatus as two wafers Wa and Wa to be bonded. After that, the wafer bonding apparatus is used as two wafers Wa and Wa to be bonded to the first package wafer 20 and the wafer composed of the laminated body of the sensor wafer 10 and the second package wafer 30. Then, a second room temperature bonding process for room temperature bonding is performed. Here, each room-temperature bonding process includes all the processes from the first evacuation process to the bonding process.

以上説明したウェハ接合方法によれば、第1の真空排気工程と第2の真空排気工程との間に、ウェハWaに吸着しているガス成分を除去する脱ガス工程が設けられているので、ウェハWaを接合室60内へ搬送する前にウェハWaに吸着している水分などのガス成分を低減でき、第2の真空排気工程において接合室60内が所望の真空度に到達するまでの時間の短縮を図れるから、ウェハ接合装置でのスループットの向上を図れる。   According to the wafer bonding method described above, a degassing step for removing a gas component adsorbed on the wafer Wa is provided between the first vacuum exhausting step and the second vacuum exhausting step. Gas components such as moisture adsorbed on the wafer Wa before the wafer Wa is transferred into the bonding chamber 60 can be reduced, and the time until the inside of the bonding chamber 60 reaches a desired degree of vacuum in the second evacuation step. Therefore, the throughput of the wafer bonding apparatus can be improved.

なお、上述のウェハ接合装置およびウェハ接合方法を利用して製造するデバイスは、センサ素子に限らず、例えば、集積回路素子などでもよい。   A device manufactured using the above-described wafer bonding apparatus and wafer bonding method is not limited to a sensor element, and may be, for example, an integrated circuit element.

実施形態におけるウェハ接合装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a wafer bonding apparatus in an embodiment. 同上におけるウェハ接合方法の説明図である。It is explanatory drawing of the wafer bonding method in the same as the above. 同上におけるウェハレベルパッケージ構造体を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略側面図、(c)は要部概略断面図である。The wafer level package structure same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic side view, (c) is a principal part schematic sectional drawing. 同上における加速度センサの概略平面図である。It is a schematic plan view of the acceleration sensor same as the above. 同上における加速度センサを示し、(a)は図3(c)の要部拡大図、(b)は図4のC−C’概略断面図である。The acceleration sensor same as the above is shown, (a) is an enlarged view of a main part of FIG. 同上におけるセンサ基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のB−D’概略断面図である。The sensor board | substrate in the same is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is B-D 'schematic sectional drawing of (a). 同上におけるセンサ基板を示し、(a)は図6(a)のD−D’概略断面図、(b)は図6(a)のC−C’概略断面図である。The sensor board | substrate in the same as the above is shown, (a) is D-D 'schematic sectional drawing of Fig.6 (a), (b) is C-C' schematic sectional drawing of Fig.6 (a). 同上におけるセンサ基板を示す概略下面図である。It is a schematic bottom view which shows the sensor board | substrate in the same as the above. 同上におけるセンサ基板の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor board | substrate in the same as the above. 同上における貫通孔配線形成基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のD−D’概略断面図である。The through-hole wiring formation board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is D-D 'schematic sectional drawing of (a). 同上における貫通孔配線形成基板を示し、図10(b)の要部拡大図である。The through-hole wiring formation board | substrate in the same as the above is shown, and it is a principal part enlarged view of FIG.10 (b). 同上における貫通孔配線形成基板の下面図である。It is a bottom view of the through-hole wiring formation board in the same as the above. 同上におけるカバー基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のD−D’概略断面図である。The cover board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is D-D 'schematic sectional drawing of (a). 従来例を示すウェハ接合装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the wafer bonding apparatus which shows a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

40 ウェハ導入室
50 搬送室
60 接合室
65 ウェハ保持部材
66 ウェハ保持部材
67 プッシュロッド
70 脱ガス室
75 赤外線ランプ
80 冷却装置
91 ゲートバルブ
92 ゲートバルブ
93 ゲートバルブ
Wa ウェハ
40 Wafer introduction chamber 50 Transfer chamber 60 Bonding chamber 65 Wafer holding member 66 Wafer holding member 67 Push rod 70 Degassing chamber 75 Infrared lamp 80 Cooling device 91 Gate valve 92 Gate valve 93 Gate valve Wa Wafer

Claims (7)

接合対象のウェハが導入されるウェハ導入室と、ウェハ同士の互いの接合面それぞれを活性化してから常温下でウェハ同士を接合する接合室とが別々の真空槽により構成された多槽構造のウェハ接合装置であって、ウェハ導入室内に導入されたウェハを接合室内へ搬送する前にウェハに吸着しているガス成分を除去する脱ガス手段が設けられてなることを特徴とするウェハ接合装置。   A multi-tank structure in which a wafer introduction chamber into which wafers to be bonded are introduced and a bonding chamber in which wafers are bonded to each other at room temperature after activation of each bonding surface of the wafers are configured by separate vacuum chambers. A wafer bonding apparatus comprising a degassing means for removing a gas component adsorbed on a wafer before the wafer introduced into the wafer introduction chamber is transported to the bonding chamber. . 脱ガス手段は、ウェハを加熱する加熱装置からなることを特徴とする請求項1記載のウェハ接合装置。   2. The wafer bonding apparatus according to claim 1, wherein the degassing means comprises a heating device for heating the wafer. 加熱装置は、ウェハに赤外線もしくは電子ビームもしくはレーザ光を照射することでウェハを加熱する照射加熱装置であることを特徴とする請求項2記載のウェハ接合装置。   3. The wafer bonding apparatus according to claim 2, wherein the heating device is an irradiation heating device that heats the wafer by irradiating the wafer with infrared rays, electron beams, or laser light. 脱ガス手段によりガス成分を除去したウェハを接合室内へ搬送する前に前記加熱により上昇した当該ウェハの温度を降温させる冷却手段が設けられてなることを特徴とする請求項2または請求項3記載のウェハ接合装置。   4. The cooling means for lowering the temperature of the wafer raised by the heating before the wafer from which the gas component has been removed by the degassing means is transferred into the bonding chamber. Wafer bonding equipment. 脱ガス手段は、脱ガス処理を行う真空槽へ脱ガス用のガスを導入するガス導入手段と、当該真空槽内の真空排気を行う真空排気手段とで構成されてなることを特徴とする請求項1記載のウェハ接合装置。   The degassing means comprises gas introducing means for introducing a gas for degassing into a vacuum chamber for performing degassing processing, and vacuum evacuating means for evacuating the vacuum chamber. Item 2. A wafer bonding apparatus according to Item 1. 接合室内にて接合したウェハ同士の積層体をウェハ導入室内から取り出すように積層体の搬送経路が設定され、脱ガス手段は、積層体のウェハ導入室内への搬送経路外に設けられてなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のウェハ接合装置。   The transport path of the stack is set so that the stack of wafers bonded in the bonding chamber is taken out from the wafer introduction chamber, and the degassing means is provided outside the transport path of the stack to the wafer introduction chamber. The wafer bonding apparatus according to claim 1, wherein: 接合対象のウェハをウェハ導入室内へ導入してからウェハ導入室内を真空排気する第1の真空排気工程と、第1の真空排気工程の後でウェハに吸着しているガス成分を除去する脱ガス工程と、脱ガス工程にてガス成分が除去されたウェハを接合室内に搬送してから接合室内を所望の真空度以下となるように真空排気する第2の真空排気工程と、第2の真空排気工程の後でウェハの接合面に対して活性化処理を施してから常温下でウェハ同士を接合する接合工程とを備えることを特徴とするウェハ接合方法。   A first evacuation step for evacuating the wafer introduction chamber after introducing a wafer to be bonded into the wafer introduction chamber, and a degassing for removing a gas component adsorbed on the wafer after the first evacuation step. A second vacuum evacuation step for transporting the wafer from which the gas component has been removed in the degassing step into the bonding chamber and then evacuating the bonding chamber to a desired degree of vacuum or less, and a second vacuum A wafer bonding method comprising: a bonding step of bonding wafers at room temperature after performing an activation process on a bonding surface of the wafer after the exhausting step.
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