JP2008172093A - Method and apparatus for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method capable of extremely raising positioning precision in pasting different kinds of substrates. <P>SOLUTION: The semiconductor device manufacturing method having a process for pasting the first and second substrates includes: a process for adjacently holding the substrates in a state where one surface of the first substrate faces one substrate of the second substrates; a process for performing positioning in an in-plane direction between one surfaces of the adjacently held first and second substrates; a process for measuring a position deviation distribution in the in-plane direction between one surfaces of the first and second substrates after positioning; a process for bonding one surfaces of the adjacent first and second substrates by pressurization from the other surface side of the first substrate; and a process for partially correcting the position deviation in the in-plane direction between one surfaces of the first and second substrates, based on the position deviation distribution in the in-plane direction in the pressurization state from the other surface side of the first substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus.

近年、半導体装置の集積度が高くなることに伴い、これを構成するLSI素子の回路パターンは、ますます微細化している。このパターンの微細化に伴い、配線の断面積が減少するため、配線抵抗が増大すると共に、隣接する配線間の配線間隔が減少するため、配線間の静電容量が増大することが避けられない。このため、配線の電気抵抗と静電容量との積に比例する信号遅延時間が増大し、回路動作の高速化に多くの困難をもたらす。   In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, the circuit patterns of LSI elements constituting the semiconductor devices have become increasingly finer. Along with the miniaturization of the pattern, the cross-sectional area of the wiring decreases, so that the wiring resistance increases and the wiring interval between adjacent wirings decreases. Therefore, it is inevitable that the capacitance between the wirings increases. . For this reason, the signal delay time proportional to the product of the electrical resistance and the capacitance of the wiring increases, and many difficulties are brought about in speeding up the circuit operation.

従来、信号遅延を軽減させるために、配線層の多層化を用いて信号遅延を軽減させる手法が用いられているが、配線層の総数が増大することはリソグラフィー工程も増加することを意味する。現在の量産コストの多くの部分を占めているのはリソグラフィー工程のコストであるため、配線層の多層化を進めることは製品コストの上昇要因となる。また、電源電圧が一定の場合、配線抵抗を下げることは電流が増加することを意味するので、消費電力の増大を招き、低消費電力化のために別の工夫が必要となる課題が存在する。   Conventionally, in order to reduce the signal delay, a technique of reducing the signal delay by using multilayer wiring layers has been used. However, an increase in the total number of wiring layers means an increase in the lithography process. Lithography process costs account for a large part of the current mass production cost, so that increasing the number of wiring layers increases the product cost. In addition, when the power supply voltage is constant, reducing the wiring resistance means increasing the current, leading to an increase in power consumption, and there is a problem that requires another device for reducing power consumption. .

一方、このような配線の問題を根本的に解決する技術として、電気信号の代わりに光を用いて信号の伝達を行う、光配線の技術が注目されている。光配線では、金属の配線に代えて、光導波路を信号の伝播に使用する。そして、光導波路を伝播する信号の速度は、光導波路の屈折率のみに依存し、通常は真空中の光速の1/2〜1/3程度となる。このため、光配線は、特に長距離の配線を置き換える技術として有望である。そして、このような光配線を用いた光電気混載集積回路が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, as a technique for fundamentally solving such a wiring problem, an optical wiring technique that uses light instead of an electric signal to transmit a signal has been attracting attention. In optical wiring, instead of metal wiring, an optical waveguide is used for signal propagation. The speed of the signal propagating through the optical waveguide depends only on the refractive index of the optical waveguide, and is usually about 1/2 to 1/3 of the speed of light in vacuum. For this reason, optical wiring is particularly promising as a technique for replacing long-distance wiring. An opto-electric hybrid integrated circuit using such an optical wiring has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2006−23777号公報JP 2006-23777 A

しかしながら、上記従来の技術においては、光導波路と組み合わせる発光素子や受光素子は、通常の半導体素子であるシリコンとは異なる原子種である、III−V族半導体で構成されているため、同一基板上に形成するためには、異種基板の貼り合わせ工程が必要となる。さらに、光学素子間に要請される位置合せ精度は、使用する光の波長の1/8程度以下であり、通常の貼り合わせ技術にとっては極めて厳しい値であるが、従来開示されている光電気混載集積回路(例えば、特許文献1参照)では、このような高精度の位置合せへの対応は、課題として認識されていなかった。   However, in the above conventional technique, the light emitting element and the light receiving element combined with the optical waveguide are made of a group III-V semiconductor, which is an atomic species different from silicon, which is a normal semiconductor element, and therefore, on the same substrate. In order to form the substrate, a step of bonding different substrates is required. Further, the alignment accuracy required between the optical elements is about 1/8 or less of the wavelength of the light to be used, which is extremely strict value for a normal bonding technique. In an integrated circuit (for example, refer to Patent Document 1), correspondence to such high-precision alignment has not been recognized as a problem.

すなわち、光電気混載集積回路では、異種基板の貼り合わせ工程が必須であるが、光学素子間に要請される位置合せ精度をウェハ全面で達成することは困難であり、下地基板の面内変形に起因する下地パターンの面内歪や、下地基板表面の平坦面からのずれに誘起される面内歪が無視できない大きさとなることが懸念されている。さらに、シリコン基板は12インチ径が標準となりつつあるが、III−V族半導体基板は高々4インチ径の大きさに過ぎず、単純な1対1の貼り合せでは、シリコンウェハ全面に光電気混載集積回路を形成することは困難である、という問題があった。すなわち、光電気混載集積回路におけるこのような高精度の位置合せ技術は未だ確立されていないのが現状である。   That is, in an opto-electric hybrid integrated circuit, a step of bonding different substrates is indispensable, but it is difficult to achieve the alignment accuracy required between the optical elements over the entire surface of the wafer. There is a concern that the in-plane distortion caused by the underlying pattern and the in-plane distortion induced by the deviation of the underlying substrate surface from the flat surface may be insignificant. Furthermore, silicon substrates with a 12-inch diameter are becoming the norm, but group III-V semiconductor substrates are only 4 inches in diameter at the maximum. With simple one-to-one bonding, photoelectric mixing is performed on the entire surface of the silicon wafer. There is a problem that it is difficult to form an integrated circuit. That is, at present, such a high-precision alignment technique in an opto-electric hybrid integrated circuit has not yet been established.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異種基板の貼り合わせにおける位置合せ精度を大幅に向上させた半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus in which the alignment accuracy in bonding different substrates is greatly improved.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、第1基板と第2基板とを貼り付ける工程を有する半導体装置の製造方法であって、第1の基板の一面と第2の基板の一面とを対向させた状態で近接させて保持する工程と、近接させて保持した第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置合わせを行う工程と、位置合わせ後の第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれ分布を測定する工程と、近接させた第1の基板の一面と第2の基板の一面とを第1の基板の他面側から加圧して接合する工程と、第1の基板の他面側から加圧した状態で、面内方向の位置ずれ分布に基づいて、第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれを部分的に補正する工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a step of bonding a first substrate and a second substrate, A step of holding the first substrate and the second substrate close to each other in a state of facing each other, and an in-plane direction of the first substrate and the second substrate held close to each other A step of aligning, a step of measuring a positional displacement distribution in the in-plane direction between one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate after the alignment, In a state in which one surface of the second substrate is pressed and bonded from the other surface side of the first substrate, and in a state of being pressed from the other surface side of the first substrate, based on the positional deviation distribution in the in-plane direction, Partially correcting the in-plane misalignment between one surface of the first substrate and one surface of the second substrate; Characterized in that it contains.

また、本発明にかかる半導体装置の製造装置は、第1基板と第2基板とを貼り付ける半導体装置の製造装置であって、第1の基板の一面と第2の基板の一面とを対向させた状態で近接させて保持する保持部と、保持した第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置合わせを行う位置合わせ部と、位置合わせ後の第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれ分布を測定する位置ずれ分布測定部と、第1の基板の一面と第2の基板の一面とを第1の基板の他面側から加圧して接合する加圧押し付け部と、第1の基板の他面側から加圧した状態で、面内方向の位置ずれ分布に基づいて、第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれを部分的に補正する補正部と、を含むことを特徴とする。   A semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention is a semiconductor device manufacturing apparatus for bonding a first substrate and a second substrate, wherein one surface of the first substrate and one surface of the second substrate are opposed to each other. A holding unit that is held close to each other in a closed state, an alignment unit that performs in-plane alignment between one surface of the held first substrate and one surface of the second substrate, and the first substrate after alignment A misalignment distribution measuring unit for measuring a misalignment distribution in the in-plane direction between one surface of the first substrate and one surface of the second substrate, and one surface of the first substrate and one surface of the second substrate as the other surface of the first substrate. A pressure pressing unit that pressurizes and bonds from the side, and a surface of the first substrate and a second substrate based on the positional displacement distribution in the in-plane direction in a state where pressure is applied from the other surface side of the first substrate. And a correction unit that partially corrects the positional deviation in the in-plane direction with respect to the one surface.

この発明によれば、第1の基板の一面と第2の基板の一面とを貼り合わせる際の、該第1の基板の一面と第2の基板の一面との位置合わせ精度が大幅に向上する。これにより、第1の基板の一面と第2の基板の一面とを貼り合わせ位置の位置ずれ分布の極めて小さい高品質の貼り合わせを実現した半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することが可能となる、という効果を奏する。   According to the present invention, when the one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate are bonded together, the alignment accuracy between the one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate is greatly improved. . Thus, a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus that realize high-quality bonding with a very small positional deviation distribution of bonding positions between one surface of a first substrate and one surface of a second substrate are provided. There is an effect that it becomes possible.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述により限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   Exemplary embodiments of a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.

図1および図2は本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の概略構成を示す構成図である。この半導体装置の製造装置は、本発明にかかる半導体装置の製造方法を実現する基板貼り合せ装置であり、図1はサイズの異なる基板(ウェハ)同士を貼り合せる際に用いる第1の基板貼り合せ装置であり、図2はサイズがほぼ同じ基板(ウェハ)同士を貼り合せる際に用いる第2の基板貼り合せ装置である。なお、本実施の形態において基板とは、基本的にベース基板上に素子層等の他層が形成されたものを意味するが、本実施の形態で説明する半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置は、ベース基板同士の貼り合わせに対しても適用可能である。   1 and 2 are block diagrams showing a schematic configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. This semiconductor device manufacturing apparatus is a substrate bonding apparatus that realizes the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. FIG. 1 shows a first substrate bonding used when bonding substrates (wafers) of different sizes. FIG. 2 shows a second substrate bonding apparatus used when bonding substrates (wafers) having substantially the same size. Note that the substrate in this embodiment basically means a substrate in which another layer such as an element layer is formed over the base substrate, but the method for manufacturing a semiconductor device and the semiconductor device described in this embodiment The manufacturing apparatus can also be applied to bonding of base substrates.

図1に示すように、第1の基板貼り合せ装置は、ウェハステージ3と、高さ調整部4と、制御部5と、位置ずれ分布測定部6と、演算部7と、基板剥離光照射部8と、加圧押し付け部9と、ウェハチャック10と、格納部11と、を備えて構成される。   As shown in FIG. 1, the first substrate bonding apparatus includes a wafer stage 3, a height adjustment unit 4, a control unit 5, a positional deviation distribution measurement unit 6, a calculation unit 7, and substrate peeling light irradiation. A unit 8, a pressure pressing unit 9, a wafer chuck 10, and a storage unit 11 are provided.

このような本実施の形態にかかる第1の基板貼り合せ装置においては、第一の基板となるウェハ1は加圧押し付け部9に真空吸着により保持され、第二の基板となるウェハ2と対向して配置される。ウェハ2はウェハチャック10により保持され、ウェハステージ3上で該ウェハステージ3の面内方向において移動可能とされている。ウェハチャック10により保持されたウェハ2とウェハステージ3との間の、ウェハ2の素子領域に対応する部分には、格子状に並んでウェハ2の高さを部分的に調節可能な高さ調整部4が備えられる。該高さ調整部4は、格納部11に納められている。また、ウェハステージ3の動作と高さ調整部4の動作は、制御部5により制御される。   In the first substrate bonding apparatus according to the present embodiment, the wafer 1 serving as the first substrate is held by the pressure pressing unit 9 by vacuum suction and is opposed to the wafer 2 serving as the second substrate. Arranged. The wafer 2 is held by a wafer chuck 10 and can move on the wafer stage 3 in the in-plane direction of the wafer stage 3. A height adjustment that allows the height of the wafer 2 to be partially adjusted in a lattice form at a portion corresponding to the element region of the wafer 2 between the wafer 2 held by the wafer chuck 10 and the wafer stage 3. Part 4 is provided. The height adjusting unit 4 is housed in the storage unit 11. The operation of the wafer stage 3 and the operation of the height adjustment unit 4 are controlled by the control unit 5.

加圧押し付け部9は、ウェハ1をウェハ2に近づける動作を行い、加圧押し付けする機能を有する。この加圧押し付け部9がウェハ1をウェハ2に近づける動作は、ウェハ1とウェハ2との間に数十μm以下の間隙が残り接触していない近接状態にまで近づける第一段階と、ウェハ1とウェハ2とが間隙無しで完全に接触している状態に至る第二段階の、二つの段階に分けられる。   The pressure pressing unit 9 has a function of performing the operation of bringing the wafer 1 close to the wafer 2 and pressing the wafer 1. The operation of the pressure pressing unit 9 to bring the wafer 1 close to the wafer 2 is a first stage in which a gap of several tens of μm or less remains between the wafer 1 and the wafer 2 so as to approach the proximity state, and the wafer 1 And the wafer 2 can be divided into two stages, that is, a second stage in which the wafer 2 is in complete contact with no gap.

第一段階において、位置ずれ分布測定部6は、加圧押し付け部9によりウェハ1がウェハ2上に近接した状態で、ウェハ1上のパターンとウェハ2上のパターンとの相対位置ずれを測定する。この測定結果は、演算部7により高さ調整部4の制御用信号に変換されて、制御部5に送られる。   In the first stage, the positional deviation distribution measurement unit 6 measures the relative positional deviation between the pattern on the wafer 1 and the pattern on the wafer 2 in a state where the wafer 1 is close to the wafer 2 by the pressure pressing unit 9. . The measurement result is converted into a control signal for the height adjustment unit 4 by the calculation unit 7 and sent to the control unit 5.

ウェハ1とウェハ2との接合は、接着剤等を介さない直接接合により行われる。これは、被接合面を平坦に研磨しておいて常温で当接することにより、平面間の接合を行うものである。このような接着剤等を介さない直接接合は、加熱工程を含まないので、異種材料を用いた場合でも、高精度の接合が可能となる特徴がある。加圧押し付け部9は、制御部5および演算部7からの信号に基づき、ウェハ1とウェハ2との位置合せが完了した段階で、加圧押し付けを行うことにより、ウェハ1とウェハ2とを当接し、直接接合を行う。   Bonding of the wafer 1 and the wafer 2 is performed by direct bonding without using an adhesive or the like. In this method, the surfaces to be joined are polished flat and brought into contact with each other at room temperature, thereby joining the surfaces. Such direct bonding without using an adhesive or the like does not include a heating step, and therefore has a feature that high-precision bonding is possible even when different materials are used. Based on the signals from the control unit 5 and the calculation unit 7, the pressure pressing unit 9 presses the wafer 1 and the wafer 2 by performing pressure pressing when the alignment between the wafer 1 and the wafer 2 is completed. Abut and perform direct joining.

加圧押し付け部9の動作を二段階に分けたのは、ウェハ1とウェハ2とが一部分でも接触すると、接触した部分で直接接合が開始されてウェハ1とウェハ2との面内方向の相対移動が制約され、面内方向での位置合せの調整が困難になるためである。すなわち、ウェハ1とウェハ2との間隙が数十μm以下の近接状態でウェハ1とウェハ2との面内方向における位置合せの調整を行い、この位置合せが完了したことを確認した後に、第二段階の加圧押し付け動作を行ってウェハ1とウェハ2との直接接合を行うことにより、高位置合せ精度の貼り合せを行うことができる。   The operation of the pressure pressing unit 9 is divided into two stages. When the wafer 1 and the wafer 2 are even in contact with each other, direct bonding is started at the contacted portion, and the relative in the in-plane direction between the wafer 1 and the wafer 2 is determined. This is because the movement is restricted and it is difficult to adjust the alignment in the in-plane direction. That is, after adjusting the alignment in the in-plane direction of the wafer 1 and the wafer 2 in the proximity state where the gap between the wafer 1 and the wafer 2 is several tens of μm or less, and confirming that the alignment is completed, By performing a two-stage pressure pressing operation to directly bond the wafer 1 and the wafer 2, bonding with high alignment accuracy can be performed.

なお、この加圧押し付けの段階で、ウェハ1の貼り合せ部分の真空吸着を解放することにより、接合むらを防ぐことが可能となる。   It is possible to prevent uneven bonding by releasing the vacuum suction of the bonded portion of the wafer 1 at the stage of pressing and pressing.

基板剥離光照射部8は、後述する剥離層に光を照射することにより、素子層と基板との剥離を行う機能を有する。通常は予めウェハ2の素子層と基板との間に剥離層を備えておき、ウェハ1とウェハ2との接合後に光照射を行い、ウェハ2の素子層をウェハ1と接合させた状態で、ウェハ2の基板を分離させる。   The substrate peeling light irradiation unit 8 has a function of peeling the element layer and the substrate by irradiating light to a peeling layer described later. Usually, a release layer is provided in advance between the element layer of the wafer 2 and the substrate, light irradiation is performed after the bonding of the wafer 1 and the wafer 2, and the element layer of the wafer 2 is bonded to the wafer 1, The substrate of the wafer 2 is separated.

図2に示すように、第2の基板貼り合せ装置は、ウェハステージ23と、高さ調整部24と、制御部25と、位置ずれ分布測定部26と、演算部27と、基板剥離光照射部28と、加圧押し付け部29と、ウェハチャック30と、格納部31と、を備えて構成される。   As shown in FIG. 2, the second substrate bonding apparatus includes a wafer stage 23, a height adjustment unit 24, a control unit 25, a misalignment distribution measurement unit 26, a calculation unit 27, and substrate peeling light irradiation. A unit 28, a pressure pressing unit 29, a wafer chuck 30, and a storage unit 31 are provided.

このような本実施の形態にかかる第2の基板貼り合せ装置においては、第一の基板となるウェハ21は加圧押し付け部29に真空吸着により保持され、第二の基板となるウェハ22と対向して配置される。ウェハ22はウェハチャック30に保持され、ウェハステージ23上で該ウェハステージ23の面内方向において移動可能とされている。   In such a second substrate bonding apparatus according to the present embodiment, the wafer 21 serving as the first substrate is held by the pressure pressing unit 29 by vacuum suction and is opposed to the wafer 22 serving as the second substrate. Arranged. The wafer 22 is held by a wafer chuck 30 and can move on the wafer stage 23 in the in-plane direction of the wafer stage 23.

ウェハチャック30により保持されたウェハ22とウェハステージ23との間には、格子状に並んでウェハ22の高さを部分的に調節可能な高さ調整部24が備えられる。該高さ調整部24は、ウェハ22の外周部8mmを除く、ほぼ全面を覆っている。また、高さ調整部24は、格納部31に納められている。なお、高さ調整部24を納める格納部31は、図1の第1の基板貼り合せ装置の場合と比較すると移動距離が極めて小さくてもかまわないので、ウェハチャック30に支点を有する形態で構わない。また、ウェハステージ23の動作と高さ調整部24の動作は、制御部25により制御される。   Between the wafer 22 held by the wafer chuck 30 and the wafer stage 23, there is provided a height adjusting unit 24 which can adjust the height of the wafer 22 in a lattice pattern. The height adjusting unit 24 covers almost the entire surface except for the outer peripheral portion 8 mm of the wafer 22. The height adjustment unit 24 is housed in the storage unit 31. The storage unit 31 for storing the height adjustment unit 24 may have a very small moving distance as compared with the case of the first substrate bonding apparatus of FIG. Absent. The operation of the wafer stage 23 and the operation of the height adjustment unit 24 are controlled by the control unit 25.

加圧押し付け部29は、ウェハ21をウェハ22に近づける動作を行い、加圧押し付けする機能を有する。この加圧押し付け部29がウェハ21をウェハ22に近づける動作は、ウェハ21とウェハ22との間に数十μm以下の間隙が残り接触していない近接状態にまで近づける第一段階と、ウェハ21とウェハ22が間隙無しで完全に接触している状態に至る第二段階の、二つの段階に分けられる。   The pressure pressing unit 29 has a function of pressing and pressing the wafer 21 close to the wafer 22. The operation of the pressure pressing unit 29 to bring the wafer 21 closer to the wafer 22 is a first stage in which a gap of several tens of μm or less remains between the wafer 21 and the wafer 22 so as to approach the proximity state, and the wafer 21. And the wafer 22 is divided into two stages, that is, a second stage in which the wafer 22 is completely in contact with no gap.

第一段階において、位置ずれ分布測定部26は、加圧押し付け部29によりウェハ21がウェハ22上に近接した状態で、ウェハ21上のパターンとウェハ22上のパターンとの相対位置ずれを測定する。この測定結果は、演算部27により高さ調整部24の制御用信号に変換されて、制御部25に送られる。   In the first stage, the positional deviation distribution measuring unit 26 measures the relative positional deviation between the pattern on the wafer 21 and the pattern on the wafer 22 in a state where the wafer 21 is close to the wafer 22 by the pressure pressing unit 29. . The measurement result is converted into a control signal for the height adjustment unit 24 by the calculation unit 27 and sent to the control unit 25.

ウェハ21とウェハ22との接合は、接着剤等を介さない直接接合により行われる。これは、被接合面を平坦に研磨しておいて常温で当接することにより、平面間の接合を行うものである。このような接着剤等を介さない直接接合は、加熱工程を含まないので、異種材料を用いた場合でも、高精度の接合が可能となる特徴がある。加圧押し付け部29は、制御部25および演算部27からの信号に基づき、ウェハ21とウェハ22との位置合せが完了した段階で、加圧押し付けを行うことにより、ウェハ21とウェハ22とを当接し、直接接合を行う。   Bonding of the wafer 21 and the wafer 22 is performed by direct bonding without using an adhesive or the like. In this method, the surfaces to be joined are polished flat and brought into contact with each other at room temperature, thereby joining the surfaces. Such direct bonding without using an adhesive or the like does not include a heating step, and therefore has a feature that high-precision bonding is possible even when different materials are used. The pressure pressing unit 29 presses the wafer 21 and the wafer 22 by performing pressure pressing when the alignment between the wafer 21 and the wafer 22 is completed based on the signals from the control unit 25 and the calculation unit 27. Abut and perform direct joining.

加圧押し付け部29の動作を二段階に分けたのは、ウェハ21とウェハ22とが一部分でも接触すると、接触した部分で直接接合が開始されてウェハ21とウェハ22との面内方向の相対移動が制約される、面内位置合せの調整が困難になるためである。すなわち、ウェハ21とウェハ22との間隙が数十μm以下の近接状態でウェハ21とウェハ22との面内方向における位置合せの調整を行い、この位置合せが完了したことを確認した後に、第二段階の加圧押し付け動作を行ってウェハ21とウェハ22との直接接合を行うことにより、高位置合せ精度の貼り合せを行うことができる。   The operation of the pressure pressing unit 29 is divided into two stages. When the wafer 21 and the wafer 22 are even in contact with each other, direct bonding is started at the contacted portion, and the relative relationship between the wafer 21 and the wafer 22 in the in-plane direction. This is because it is difficult to adjust the in-plane alignment where movement is restricted. That is, after adjusting the alignment in the in-plane direction of the wafer 21 and the wafer 22 in the proximity state where the gap between the wafer 21 and the wafer 22 is several tens of μm or less, and confirming that the alignment is completed, By performing a two-stage pressure pressing operation to directly bond the wafer 21 and the wafer 22, bonding with high alignment accuracy can be performed.

なお、この加圧押し付けの段階で、ウェハ21の真空吸着を解放することにより、接合むらを防ぐことが可能となる。   In addition, it is possible to prevent uneven bonding by releasing the vacuum suction of the wafer 21 at the stage of pressing and pressing.

基板剥離光照射部28は、後述する剥離層に光を照射することにより、素子層と基板との剥離を行う機能を有する。通常は予めウェハ21の素子層と基板との間に剥離層を備えておき、ウェハ21とウェハ22との接合後に光照射を行い、ウェハ21の素子層をウェハ22と接合した状態で、ウェハ21の基板を分離させる。   The substrate peeling light irradiation unit 28 has a function of peeling the element layer and the substrate by irradiating light to a peeling layer described later. Usually, a release layer is provided in advance between the element layer of the wafer 21 and the substrate, light irradiation is performed after the wafer 21 and the wafer 22 are bonded, and the wafer 21 is bonded to the wafer 22 in a state where the element layer of the wafer 21 is bonded to the wafer 22. 21 substrates are separated.

以上のように、図1および図2に示した構成を備える第1の基板貼り合せ装置および第2の基板貼り合せ装置により基板の面内方向の歪補正が可能となることを説明するために、まず図3−1および図3−2を用いて、基板の高さ方向への変形が、位置合わせ精度に与える影響について説明する。図3−1は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造装置における補正の原理を説明するためのウェハWの断面模式図である。また、図3−2は、図3−1における領域Aを拡大して示す図である。   As described above, in order to explain that distortion correction in the in-plane direction of the substrate can be performed by the first substrate bonding apparatus and the second substrate bonding apparatus having the configuration shown in FIGS. First, the influence of the deformation in the height direction of the substrate on the alignment accuracy will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the wafer W for explaining the principle of correction in the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment. FIG. 3B is an enlarged view of region A in FIG. 3-1.

ウェハが高さ方向(ウェハの厚み方向)に変形する場合、体積変形の歪エネルギーは極度に大きいので、通常、体積一定の変形が発生する。このため、ウェハの厚み方向(高さ方向)の中心面が中立面となり、この中心面上では変形前後で横方向(ウェハの面内方向)への変位が発生しない。したがって、この中立面とパターン面との間に発生する横方向への変位が、位置合わせのずれ量を与える。   When the wafer is deformed in the height direction (the thickness direction of the wafer), the strain energy of the volume deformation is extremely large, and therefore, deformation with a constant volume usually occurs. For this reason, the central plane in the thickness direction (height direction) of the wafer is a neutral plane, and no displacement in the lateral direction (in-plane direction of the wafer) occurs before and after deformation on the central plane. Therefore, the lateral displacement generated between the neutral surface and the pattern surface gives a misalignment amount.

ここで、たとえば中立面の形状を、横方向の座標(x、y)を用いて、h(x、y)と記述する。この場合、hが余り大きくない条件では、この位置合わせのずれ量は、図3−2に示すように、h(x、y)の勾配にウェハの厚みtWの半分を乗じ、符号を反転させた、−tW/2*grad(h)で与えられる。一例として、厚み720μmのウェハがあり、横方向1mmあたりの高さの変形量が100nmであったとすると、この場合には36nmの位置合わせずれ量が発生することになる。 Here, for example, the shape of the neutral plane is described as h (x, y) using the horizontal coordinate (x, y). In this case, under the condition that h is not so large, as shown in FIG. 3-2, the misalignment amount is obtained by multiplying the gradient of h (x, y) by half the wafer thickness t W and inverting the sign. Given by −t W / 2 * grad (h). As an example, if there is a wafer having a thickness of 720 μm and the deformation amount of the height per 1 mm in the horizontal direction is 100 nm, in this case, a misalignment amount of 36 nm is generated.

図4−1は、本実施の形態にかかる貼り合せ装置における補正の原理を説明するためのウェハ1(21)とウェハ2(22)との断面模式図である。また、図4−2は、図4−1における領域Bを拡大して示す図である。図1および図2に示す第1の基板貼り合せ装置および第2の基板貼り合せ装置では、ウェハ1(21)がウェハ2(22)に加圧押し付けされるので、ウェハ1(21)の面形状はウェハ2(22)の面形状に沿う。   FIGS. 4-1 is a cross-sectional schematic diagram of the wafer 1 (21) and the wafer 2 (22) for demonstrating the principle of correction | amendment in the bonding apparatus concerning this Embodiment. FIG. 4B is an enlarged view of the region B in FIG. 4-1. In the first substrate bonding apparatus and the second substrate bonding apparatus shown in FIGS. 1 and 2, since the wafer 1 (21) is pressed against the wafer 2 (22), the surface of the wafer 1 (21) The shape follows the surface shape of the wafer 2 (22).

上記において説明した様に、両ウェハ共に、厚み方向の中心面が中立面となるので、ウェハ1(21)のパターンの変形とウェハ2(22)のパターン変形を合わせた、貼り合せ時の位置合せずれ量は、ウェハ1(21)の厚さをtw1、ウェハ2(22)の厚さをtw2とすると、−(tw1+tw2)/2*grad(h)で与えられる。一例として、ウェハ1(21)の厚さが400μm、ウェハ2(22)の厚さが720μm、高さ方向の変形が横方向1mmあたり100nmであったとすると、56nmの位置合せずれ量がもたらされる。 As described above, since the center plane in the thickness direction of both wafers is a neutral plane, the pattern deformation of the wafer 1 (21) and the pattern deformation of the wafer 2 (22) are combined. The misalignment amount is given by − (tw 1 + tw 2 ) / 2 * grad (h), where tw 1 is the thickness of the wafer 1 (21) and tw 2 is the thickness of the wafer 2 (22). As an example, if the thickness of the wafer 1 (21) is 400 μm, the thickness of the wafer 2 (22) is 720 μm, and the deformation in the height direction is 100 nm per 1 mm in the lateral direction, a misalignment amount of 56 nm is brought about. .

したがって、高さ調整機構の調整機能を、±1μm程度の小さな変位を発生できる性能で設計しておくことにより、貼り合せ領域内で数十nmの部分的な位置合せずれの補正が可能となる。一般に、位置合せずれ量の許容値は、信号伝送に用いる光の波長の1/8以下とされているので、可視光帯域の光を用いる場合でも、この程度の位置合せ補正が可能であれば十分である。   Therefore, by designing the adjustment function of the height adjustment mechanism with a performance capable of generating a small displacement of about ± 1 μm, it is possible to correct a partial misalignment of several tens of nanometers within the bonding region. . Generally, the allowable value of the misalignment amount is set to 1/8 or less of the wavelength of light used for signal transmission. Therefore, even when using light in the visible light band, it is possible to perform this degree of alignment correction. It is enough.

また、直接接合による貼り合せでは加圧押し付けが行われる。このため、本実施の形態における高さ調整部4(24)は、単に押し上げる方向の力を備えていれば良く、単純な構成とすることが可能であり、低コストで構成することが可能である。これに対し、加圧押し付けの無い接着剤等を用いる貼り合せでは、ウェハ裏面の高さ調整機構は、凹面を形成する必要のある場合には押し上げるのみでなく、引き込む動作が必要となるので、微小な真空チャックを構成する等の工夫が必要となる。   In addition, pressure bonding is performed in bonding by direct bonding. For this reason, the height adjusting unit 4 (24) in the present embodiment only needs to have a force in the pushing-up direction, and can have a simple configuration and can be configured at low cost. is there. On the other hand, in bonding using an adhesive or the like without pressing and pressing, the height adjustment mechanism on the back surface of the wafer not only pushes up when it is necessary to form a concave surface, but requires a pulling operation. It is necessary to devise such as configuring a minute vacuum chuck.

次に、本実施の形態にかかる貼り合せ装置を用いた実際の基板の貼り合わせ方法を、図5−1および図5−2を参照しながら以下に説明する。図5−1および図5−2は、本実施の形態にかかる基板の貼り合わせ方法の処理フローを説明するためのフローチャートである。まず、III−V族基板からなるウェハ2には、予め発光素子・受光素子・回路パターンと共に、位置合せずれ検出のためのパターンを剥離層上に形成しておく。なお、回路パターンの一部を位置合せずれ検出に利用しても構わない。   Next, an actual substrate bonding method using the bonding apparatus according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 5A and 5B. FIGS. 5A and 5B are flowcharts for explaining the processing flow of the substrate bonding method according to the present embodiment. First, a pattern for detecting misalignment is previously formed on a release layer together with a light emitting element, a light receiving element, and a circuit pattern on a wafer 2 made of a III-V group substrate. A part of the circuit pattern may be used for misregistration detection.

ウェハ2は直径3インチ、厚さ400μmで、周辺部の転写不要な領域は、素子層をエッチング除去してある。また、貼り合せ対象である直径12インチ、膜厚400μmのガラス製ウェハ1には、予め別の剥離層上に下地パターンを形成し、さらにSiO2膜を形成し、表面を研磨しておく。下地パターンは、光導波路パターンと共に、位置合せずれ検出のためのパターンを含むものとする。なお、ここでも、光導波路パターンの一部を位置合せずれ検出に利用しても構わない。 The wafer 2 has a diameter of 3 inches and a thickness of 400 μm, and an element layer is removed by etching in a peripheral area where transfer is unnecessary. In addition, a glass substrate 1 having a diameter of 12 inches and a film thickness of 400 μm to be bonded is preliminarily formed with a ground pattern on another release layer, further formed with a SiO 2 film, and the surface is polished. The base pattern includes an optical waveguide pattern and a pattern for detecting misalignment. In this case as well, a part of the optical waveguide pattern may be used for misalignment detection.

用意されたウェハ1は、図示されていないプリアライメント機構により、水平方向の位置と水平面内の回転の粗調整(プリアライメント)を行った後に(ステップS101)、加圧押し付け部9に真空吸着される。そして、ウェハステージ3上の基準マークを用いて、水平方向位置の位置と回転方向の微調整を行う(ステップS101)。また、ウェハ2についても同様に、図示しないプリアライメント機構により、ノッチを基準として水平方向の位置と水平面内の回転の粗調整(プリアライメント)を行った後に(ステップS102)、ウェハステージ3上のウェハチャック10に固定される。ウェハ2は、該ウェハ2のウェハ周辺部のパターン形成を行わない部分を利用してウェハチャック10に固定される。   The prepared wafer 1 is vacuum-adsorbed to the pressure pressing unit 9 after coarse adjustment (pre-alignment) of the horizontal position and rotation in the horizontal plane by a pre-alignment mechanism (not shown) (step S101). The Then, using the reference mark on the wafer stage 3, fine adjustment of the position in the horizontal direction and the rotation direction is performed (step S101). Similarly, the wafer 2 is also subjected to rough adjustment (pre-alignment) of the horizontal position and rotation in the horizontal plane with reference to the notch by a pre-alignment mechanism (not shown) (step S102), and then on the wafer stage 3. Fixed to the wafer chuck 10. The wafer 2 is fixed to the wafer chuck 10 by using a portion of the wafer 2 where the pattern of the peripheral portion of the wafer is not formed.

次に、ウェハ2上の粗アライメントマークを検出することにより、ウェハ2の水平方向の位置と回転方向の微調整を行う(ステップS102)。そして、この段階で、ウェハ1の精アライメントマークを検出することにより、ウェハ1上の下地パターンの位置座標をウェハステージ座標に対する値として記録し、いわゆるショット中心のマップを作成する。このマップを貼り合せの際の中心座標の値として使用する。なお、ウェハ1はガラス製であるため、アライメント光には、通常の可視光を用いることが可能であり、ウェハ1を通してウェハ2のアライメントマークを検出することができる構成となっている。   Next, fine adjustment of the horizontal position and rotation direction of the wafer 2 is performed by detecting the rough alignment mark on the wafer 2 (step S102). At this stage, by detecting the fine alignment mark of the wafer 1, the position coordinates of the base pattern on the wafer 1 are recorded as values with respect to the wafer stage coordinates, and a so-called shot center map is created. This map is used as the value of the center coordinate at the time of pasting. Since the wafer 1 is made of glass, normal visible light can be used as the alignment light, and the alignment mark of the wafer 2 can be detected through the wafer 1.

一方、高さ調整部4は、1mm毎の格子状に配列されたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなるピエゾ素子により構成されている。そして、ウェハ1上で素子が形成されている領域(50mm×50m)に対応して、53個×53個の計2809個が、格納部11に納められている。図6−1に示すように、高さ調整部4の主要部分であるピエゾ素子12は、52mm角の点線で示された領域Cに配置され、その先端には、硬質フッ素樹脂製のウェハ接触部13が貼り付けられている。図6−1は、高さ調整部4の構成を説明する斜視図である。硬質フッ素樹脂は、金属等の汚染源となりにくく、低発塵性にも優れているので、ウェハと接触する部材として好適である。   On the other hand, the height adjusting unit 4 is constituted by a piezoelectric element made of PZT (lead zirconate titanate) arranged in a grid pattern of 1 mm. Then, a total of 2809 pieces of 53 × 53 pieces are stored in the storage unit 11 corresponding to the region (50 mm × 50 m) where the element is formed on the wafer 1. As shown in FIG. 6A, the piezo element 12 which is a main part of the height adjusting unit 4 is disposed in a region C indicated by a dotted line of 52 mm square, and a wafer contact made of hard fluororesin is provided at the tip thereof. Part 13 is pasted. FIG. 6A is a perspective view illustrating the configuration of the height adjustment unit 4. The hard fluororesin is suitable as a member that comes into contact with the wafer because it is unlikely to be a source of contamination of metals or the like and is excellent in low dust generation.

図6−2は、図6−1における領域Dを拡大して示す拡大図である。図6−2の拡大図に示すように、ピエゾ素子12には、それぞれ二個の接続端子があり、一方は共通電位線(接地電位線)14aに、もう一方は制御線14bに接続される。共通電位線14aと制御線14bは、二層のプリント配線14により形成されており、ノイズの影響を抑制するために、共通電位線14aの方が、ピエゾ素子12に近い構成となっている。制御線14bのプリント配線14での最小配線ピッチは40μmであり、ピエゾ素子12の反対側の面で、配線コネクタ15に接続されている。   FIG. 6B is an enlarged view showing a region D in FIG. As shown in the enlarged view of FIG. 6B, each piezo element 12 has two connection terminals, one connected to a common potential line (ground potential line) 14a and the other connected to a control line 14b. . The common potential line 14a and the control line 14b are formed by two layers of printed wiring 14, and the common potential line 14a is configured closer to the piezo element 12 in order to suppress the influence of noise. The minimum wiring pitch of the control lines 14 b in the printed wiring 14 is 40 μm, and is connected to the wiring connector 15 on the opposite surface of the piezo element 12.

各ピエゾ素子の可動域は±1μmであり、制御部5からの信号に応じて、各ピエゾ素子に所定の電圧が印加され、所望の高さ分布が形成される。具体的には、配線コネクタ15の設けられている面には、各制御線14bへの印加電圧値を保持するメモリが備えられており、制御部5から送られたデジタル信号が直接書き込まれる。メモリの総容量は64Kビットであり、メモリ上の値から、同じ面上に設けられた12ビットのデジタル−アナログ変換器(DA変換アンプ)により、各制御線への印加電圧が生成される。   The movable range of each piezo element is ± 1 μm, and a predetermined voltage is applied to each piezo element in accordance with a signal from the control unit 5 to form a desired height distribution. Specifically, the surface on which the wiring connector 15 is provided is provided with a memory that holds the applied voltage value to each control line 14b, and a digital signal sent from the control unit 5 is directly written therein. The total capacity of the memory is 64K bits, and a voltage applied to each control line is generated from a value on the memory by a 12-bit digital-analog converter (DA conversion amplifier) provided on the same surface.

このような構成とすることにより、配線コネクタ15と制御部5を連結する配線の数量を大幅に削減することが可能となる。すなわち、各ピエゾ素子への印加電圧を、全て制御部5にて生成し、配線により供給する場合には、ピエゾ素子の数+1本の配線が必要であるのに対し、プリント配線基板上で生成する場合には、メモリへの書き込みに必要なアドレス線とデータ線と電源線等のみで十分なので、必要な配線数は高々数十本でかまわない。また、格納部全体が上下方向に移動可能な構成となっており、貼り合せを行わない時、特にウェハステージ3の動作により次の貼り合せ領域へウェハ2を移動させる時に、高さ調整部4を退避させることができる。   By adopting such a configuration, it is possible to greatly reduce the number of wirings connecting the wiring connector 15 and the control unit 5. That is, when all the voltages applied to each piezo element are generated by the control unit 5 and supplied by wiring, the number of piezo elements plus one wiring is required, but generated on the printed wiring board. In this case, since only address lines, data lines, power supply lines and the like necessary for writing to the memory are sufficient, the number of necessary wirings may be several tens at most. Further, the entire storage unit is configured to be movable in the vertical direction, and when the bonding is not performed, particularly when the wafer 2 is moved to the next bonding region by the operation of the wafer stage 3, the height adjusting unit 4 is moved. Can be evacuated.

ウェハ1とウェハ2とが前述の貼り合せ前の所定の状態に置かれた段階で、ウェハ1の第一貼り合せ箇所の中心座標の位置にウェハステージを移動し、第一貼り合せ箇所の中心座標とウェハ2の中心座標を位置合せする。引き続き、格納部11を駆動して高さ調整部4をウェハ2の裏面(ウェハ1との貼り合わせ面との反対面)に近接させる。さらに、加圧押し付け部9に第一段階の駆動を行い、ウェハ1をウェハ2に約5μmの位置まで近接させる。そして、ウェハ1の第一貼り合せ箇所の中心座標とウェハ2の中心座標の位置合せを、ウェハステージの微小移動により微調整し、ウェハ間の精アライメントを行う(ステップS103)。   At the stage where the wafer 1 and the wafer 2 are placed in the predetermined state before the bonding described above, the wafer stage is moved to the position of the center coordinate of the first bonding position of the wafer 1, and the center of the first bonding position is determined. The coordinates and the center coordinates of the wafer 2 are aligned. Subsequently, the storage unit 11 is driven to bring the height adjustment unit 4 close to the back surface of the wafer 2 (the surface opposite to the bonding surface with the wafer 1). Further, the pressure pressing unit 9 is driven in the first stage to bring the wafer 1 close to the wafer 2 to a position of about 5 μm. Then, the alignment of the center coordinates of the first bonding location of the wafer 1 and the center coordinates of the wafer 2 is finely adjusted by fine movement of the wafer stage, and fine alignment between the wafers is performed (step S103).

この状態で、位置ずれ分布測定部6を用いて、ウェハ1の位置合せずれ検出パターンと、ウェハ2の位置合せずれ検出パターンと、の間の位置ずれ量を、光学的に測定し、位置ずれ分布を計測する(ステップS104)。この測定結果をu(x,y)(但し、uは二次元ベクトル量)とすると、得られたu(x,y)から線積分を用いて、h=2/(tw1+tw2)∫udlを求めれば、前述の原理により、位置合せずれu(x,y)を相殺することが可能となる。実際には、u(x,y)は連続値ではなく離散値なので、積分は和で近似され、演算部7では、hの近似値マップh1が得られる。 In this state, the misalignment distribution measuring unit 6 is used to optically measure the misalignment amount between the misalignment detection pattern of the wafer 1 and the misalignment detection pattern of the wafer 2, and the misalignment is measured. Distribution is measured (step S104). If this measurement result is u (x, y) (where u is a two-dimensional vector quantity), h = 2 / (tw 1 + tw 2 ) ∫ using line integration from the obtained u (x, y). If udl is obtained, it is possible to cancel the misalignment u (x, y) according to the principle described above. Actually, since u (x, y) is not a continuous value but a discrete value, the integral is approximated by a sum, and the arithmetic unit 7 obtains an approximate value map h1 of h.

また、位置合わせずれ検出パターンの位置と高さ調整部4の格子位置とが一致しているとは限らない。このため、演算部7では、さらに近似値マップh1に多項式近似を施し、最小二乗法により多項式の各係数を求める。そして、得られた多項式の係数を、制御部5へデータとして送出する。   In addition, the position of the misalignment detection pattern and the grid position of the height adjustment unit 4 are not always the same. For this reason, the calculation unit 7 further performs polynomial approximation on the approximate value map h1, and obtains each coefficient of the polynomial by the least square method. Then, the obtained polynomial coefficients are sent to the control unit 5 as data.

制御部5は、演算部7から受け取った多項式の係数を用いて、位置ずれ分布を補正する高さ分布情報を求め、高さ調整部4の各格子点に与えるべき補正高さ分布情報h2を算出する(ステップS105)。そして、制御部5は、算出した補正高さ分布情報h2を高さ調整部4の各ピエゾ素子に印加すべき電圧に換算するとともに該電圧をピエゾ素子に印加して該ピエゾ素子を駆動し、転写位置の面内における高さ分布の調整を行う(ステップS106)。   The control unit 5 obtains height distribution information for correcting the displacement distribution using the polynomial coefficient received from the calculation unit 7, and obtains the corrected height distribution information h <b> 2 to be given to each lattice point of the height adjustment unit 4. Calculate (step S105). Then, the control unit 5 converts the calculated corrected height distribution information h2 into a voltage to be applied to each piezo element of the height adjustment unit 4, and applies the voltage to the piezo element to drive the piezo element. The height distribution in the surface of the transfer position is adjusted (step S106).

この状態で、加圧押し付け部9の第二段階の駆動を行い、ウェハ1をウェハ2に押し付けると共に、格納部11を駆動し、高さ調整部4をウェハ2の裏面(ウェハ1との貼り合わせ面と反対面)に接触させ、同時にウェハ1の貼り合せ部分の真空吸着を解放する。これにより、位置合せずれが相殺された状態で、ウェハ1上の所定の位置にウェハ2が直接接合される(ステップS107)。なお、高さ調整部4をウェハ2の裏面に接触させた後に、ウェハ1をウェハ2に押しつけても良い。   In this state, the pressure pressing unit 9 is driven in the second stage to press the wafer 1 against the wafer 2, and the storage unit 11 is driven so that the height adjusting unit 4 is attached to the back surface of the wafer 2 (bonding with the wafer 1). At the same time, the vacuum suction of the bonded portion of the wafer 1 is released. Thus, the wafer 2 is directly bonded to a predetermined position on the wafer 1 in a state where the misalignment is canceled (step S107). Note that the wafer 1 may be pressed against the wafer 2 after the height adjusting unit 4 is brought into contact with the back surface of the wafer 2.

そして、この状態で、ウェハ1の裏面(ウエハ2との貼り合わせ面と反対面)から可視光を用いて接合状態の確認を行い、直接接合が形成されていること(ゼロ・コンタクト状態)を確認した後、ウェハチャック10を解放すると共に、格納部11を駆動して高さ調整機構を退避させ、さらに加圧押し付け部9を約5μm退避させる。   In this state, the bonding state is confirmed using visible light from the back surface of the wafer 1 (the surface opposite to the bonding surface with the wafer 2), and it is confirmed that a direct bonding is formed (zero contact state). After confirmation, the wafer chuck 10 is released, the storage unit 11 is driven to retract the height adjustment mechanism, and the pressure pressing unit 9 is retracted by about 5 μm.

引き続き、基板剥離光照射部8を用いてウェハ2の裏面(ウェハ1との貼り合わせ面と反対面)から赤外線領域のパルス光を照射し(ステップS108)、ウェハ2上の剥離層からウェハ2の素子領域を分離する。すなわち、ウェハ1と、ウェハ2の基板部分(基部)を離間させる(ステップS109)。ウェハ1を真空吸着させた状態で、分離したウェハ2の基板部分は、再びウェハチャック10に保持され、ウェハステージ3を駆動して、図示されていないアンロード・ポートに搬出される。   Subsequently, pulse light in the infrared region is irradiated from the back surface of the wafer 2 (the surface opposite to the bonding surface with the wafer 1) using the substrate peeling light irradiation unit 8 (step S108), and the wafer 2 is peeled from the peeling layer on the wafer 2. The device regions are separated. That is, the wafer 1 and the substrate portion (base) of the wafer 2 are separated (step S109). In a state where the wafer 1 is vacuum-sucked, the separated substrate portion of the wafer 2 is again held by the wafer chuck 10, drives the wafer stage 3, and is carried out to an unload port (not shown).

次に、制御部5が、次の接合位置があるか否か、すなわちウェハ1上に未だウェハ2の貼り合せ箇所が残っているか否かを判断する(ステップS110)。次の接合位置があると判断した場合は(ステップS110肯定)、ステップ102に戻り、次のウェハ2を再びロードし、次の貼り合せ中心座標にて、同様の工程を繰り返す。また、次の接合位置がないと判断した場合は(ステップS110否定)、ウェハ1上の全ての貼り合せ箇所の貼り合せ工程が終了後しているので、貼り合せ済のウェハ1を加圧押し付け部9から取り外し(ステップS111)、次のウェハ1の処理に移行する。   Next, the control unit 5 determines whether or not there is a next bonding position, that is, whether or not the bonding portion of the wafer 2 still remains on the wafer 1 (step S110). If it is determined that there is a next bonding position (Yes at Step S110), the process returns to Step 102, the next wafer 2 is loaded again, and the same process is repeated at the next bonding center coordinate. If it is determined that there is no next bonding position (No at step S110), the bonding process for all the bonding points on the wafer 1 has been completed, so the bonded wafer 1 is pressed and pressed. The wafer is removed from the unit 9 (step S111), and the process proceeds to the next wafer 1.

以上の一連の工程により、部分的な歪を補正した、位置ずれ分布の極めて小さい、発光素子・受光素子・回路パターンと光導波路パターンの貼り合せウェハ21を形成することが可能となる。なお、必要に応じて、この貼り合せウェハ21上に、さらに光導波路層を追加することも可能である。   Through the above-described series of steps, it is possible to form a bonded wafer 21 of light emitting elements / light receiving elements / circuit patterns and optical waveguide patterns, in which partial distortion is corrected and the positional deviation distribution is extremely small. If necessary, an optical waveguide layer can be further added on the bonded wafer 21.

次に、直径12インチ、厚さ720μmのシリコン基板上に通常のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路の電気配線部までを形成したウェハ22を用意する。ウェハ22は通常のCMOS回路の製造工程で処理されるので、当然通常の位置合せのためのマークは既に備えられているが、さらに位置合せずれ検出のためのパターンを形成しておく。なお、回路パターンの一部を位置合せずれ検出に利用しても構わない。   Next, a wafer 22 is prepared in which the electrical wiring portion of a normal CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuit is formed on a silicon substrate having a diameter of 12 inches and a thickness of 720 μm. Since the wafer 22 is processed in a normal CMOS circuit manufacturing process, naturally, a mark for normal alignment is already provided, but a pattern for detecting misalignment is further formed. A part of the circuit pattern may be used for misregistration detection.

ウェハ22の最上層には、SiO2膜を形成した後、表面を研磨処理し、直接接合の準備を施しておく。また、前述の発光素子・受光素子・回路パターンと光導波路パターンの貼り合せウェハ21の表面にも、研磨処理を行い、直接接合の準備を施しておく。前述の通り、貼り合せウェハ21には、既に位置合せずれ検出のためのパターンが形成されているので、これを再利用する。 After the SiO 2 film is formed on the uppermost layer of the wafer 22, the surface is polished to prepare for direct bonding. Further, the surface of the bonded wafer 21 of the light emitting element / light receiving element / circuit pattern and the optical waveguide pattern described above is also subjected to a polishing process to prepare for direct bonding. As described above, since a pattern for detecting misalignment has already been formed on the bonded wafer 21, this is reused.

用意されたウェハ21は、図示されていないプリアライメント機構により、水平方向の位置と水平面内の回転の粗調整(プリアライメント)を行った後に、加圧押し付け部29に真空吸着される。そして、ウェハステージ23上の基準マークを用いて、水平方向位置の位置と回転方向の微調整を行う(ステップS201)。   The prepared wafer 21 is vacuum-adsorbed to the pressure pressing unit 29 after coarse adjustment (pre-alignment) of the horizontal position and rotation in the horizontal plane by a pre-alignment mechanism (not shown). Then, using the reference mark on the wafer stage 23, fine adjustment of the position in the horizontal direction and the rotation direction is performed (step S201).

また、ウェハ22も同様に、図示しないプリアライメント機構により、ノッチを基準として水平方向の位置と水平面内の回転の粗調整(プリアライメント)を行った後に(ステップS202)、ウェハステージ23上のウェハチャック30に固定される。ウェハ22は、該ウェハ22のウェハ周辺部のパターン形成を行わない部分を利用してウェハチャック30に固定される。   Similarly, the wafer 22 is also subjected to rough adjustment (pre-alignment) of the horizontal position and rotation in the horizontal plane with reference to the notch by a pre-alignment mechanism (not shown) (step S202), and then the wafer on the wafer stage 23. It is fixed to the chuck 30. The wafer 22 is fixed to the wafer chuck 30 by using a portion of the wafer 22 where patterning is not performed on the peripheral portion of the wafer.

次に、ウェハ22上の粗アライメントマークを検出することにより、ウェハ22の水平方向の位置と回転方向の微調整を行う(ステップS202)。なお、ウェハ21はガラス製であるため、アライメント光には、通常の可視光を用いることが可能であり、ウェハ21を通してウェハ22のアライメントマークを検出することができる構成となっている。   Next, fine adjustment of the horizontal position and rotation direction of the wafer 22 is performed by detecting the rough alignment mark on the wafer 22 (step S202). Since the wafer 21 is made of glass, normal visible light can be used as the alignment light, and the alignment mark of the wafer 22 can be detected through the wafer 21.

一方、高さ調整部24は、1mm毎の格子状に配列されたPZTからなるピエゾ素子により構成されている。そして、ウェハ21、22上で素子が形成されている領域に対応して、計約68000個のピエゾ素子が納められている。図6−3に示すように、高さ調整部24の主要部分であるピエゾ素子32は、点線で示された直径284mmφの領域Eに配置され、その先端には、硬質フッ素樹脂製のウェハ接触部33が貼り付けられている。図6−3は、高さ調整部24の構成を説明する斜視図である。硬質フッ素樹脂は、金属等の汚染源となりにくく、低発塵性にも優れているので、ウェハと接触する部材として好適である。   On the other hand, the height adjusting unit 24 is configured by a piezoelectric element made of PZT arranged in a grid of 1 mm. A total of about 68,000 piezo elements are accommodated corresponding to the areas where the elements are formed on the wafers 21 and 22. As shown in FIG. 6-3, the piezo element 32, which is the main part of the height adjusting unit 24, is disposed in a region E having a diameter of 284 mmφ indicated by a dotted line, and a wafer contact made of hard fluororesin is disposed at the tip thereof. The part 33 is affixed. FIG. 6C is a perspective view illustrating the configuration of the height adjustment unit 24. The hard fluororesin is suitable as a member that comes into contact with the wafer because it is unlikely to be a source of contamination of metals or the like and is excellent in low dust generation.

図6−2に示した拡大図と同様に、ピエゾ素子32には、それぞれ二個の接続端子があり、一方は共通電位線(接地電位線)に、もう一方は制御線に接続される。共通電位線と制御線は、九層のプリント配線により形成されており、ノイズの影響を抑制するために、共通電位線の方が、ピエゾ素子32に最も近い構成となっている。制御線のプリント配線での最小配線ピッチは50μmであり、ピエゾ素子22の反対側の面で、配線コネクタ35に接続されている。   Similar to the enlarged view shown in FIG. 6B, each of the piezo elements 32 has two connection terminals, one connected to a common potential line (ground potential line) and the other connected to a control line. The common potential line and the control line are formed by nine layers of printed wiring, and the common potential line is closest to the piezo element 32 in order to suppress the influence of noise. The minimum wiring pitch of the control lines in the printed wiring is 50 μm, and is connected to the wiring connector 35 on the surface opposite to the piezoelectric element 22.

各ピエゾ素子の可動域は±1μmであり、制御部25からの信号に応じて、各ピエゾ素子に所定の電圧が印加され、所望の高さ分布が形成される。具体的には、配線コネクタ35の設けられている面には、各制御線への印加電圧値を保持するメモリが備えられており、制御部25から送られたデジタル信号が直接書き込まれる。メモリの総容量は1Mビットであり、メモリ上の値から、同じ面上に設けられた12ビットのデジタル−アナログ変換器(DA変換アンプ)により、各制御線への印加電圧が生成される。   The movable range of each piezo element is ± 1 μm, and a predetermined voltage is applied to each piezo element in accordance with a signal from the control unit 25 to form a desired height distribution. Specifically, the surface on which the wiring connector 35 is provided is provided with a memory that holds a voltage value applied to each control line, and a digital signal sent from the control unit 25 is directly written therein. The total capacity of the memory is 1 Mbit, and a voltage applied to each control line is generated from a value on the memory by a 12-bit digital-analog converter (DA conversion amplifier) provided on the same surface.

このような構成とすることにより、配線コネクタ35と制御部25を連結する配線の数量を大幅に削減することが可能となる。すなわち、各ピエゾ素子への印加電圧を、全て制御部25にて生成し、配線により供給する場合には、ピエゾ素子の数+1本の配線が必要であるのに対し、プリント配線基板上で生成する場合には、メモリへの書き込みに必要なアドレス線とデータ線と電源線等のみで十分なので、必要な配線数は高々数十本でかまわない。また、格納部全体が上下方向に移動可能な構成となっており、貼り合せを行わない時、特にウェハステージ23の動作によりウェハ22を移動させる時に、高さ調整部24を退避させることができる。   By adopting such a configuration, it is possible to greatly reduce the number of wires connecting the wiring connector 35 and the control unit 25. That is, when all the voltages applied to each piezo element are generated by the control unit 25 and supplied by wiring, the number of piezo elements plus one wiring is required, whereas it is generated on the printed wiring board. In this case, since only address lines, data lines, power supply lines and the like necessary for writing to the memory are sufficient, the number of necessary wirings may be several tens at most. Further, the entire storage unit is configured to be movable in the vertical direction, and the height adjusting unit 24 can be retracted when bonding is not performed, particularly when the wafer 22 is moved by the operation of the wafer stage 23. .

ウェハ21とウェハ22が前述の貼り合せ前の所定の状態に置かれた段階で、ウェハ21の貼り合せ箇所の中心座標の位置にウェハステージ23を移動し、貼り合せ箇所の中心座標とウェハ22の中心座標を位置合せする。引き続き、格納部31を駆動して高さ調整部24をウェハ22の裏面(ウェハ21との貼り合わせ面と反対面)に近接させる。さらに、加圧押し付け部29に第一段階の駆動を行い、ウェハ21をウェハ22に約5μmの位置まで近接させる。そして、ウェハ21の中心座標とウェハ22の中心座標の位置合せを、ウェハステージの微小移動により微調整し、ウェハ間の精アライメントを行う(ステップS203)。   At the stage where the wafer 21 and the wafer 22 are placed in the predetermined state before bonding, the wafer stage 23 is moved to the position of the center coordinate of the bonding position of the wafer 21, and the center coordinate of the bonding position and the wafer 22 are moved. Align the center coordinates of. Subsequently, the storage unit 31 is driven to bring the height adjustment unit 24 close to the back surface of the wafer 22 (the surface opposite to the bonding surface with the wafer 21). Furthermore, the first-stage driving is performed on the pressure pressing unit 29 to bring the wafer 21 close to the wafer 22 to a position of about 5 μm. Then, the alignment of the center coordinates of the wafer 21 and the center coordinates of the wafer 22 is finely adjusted by fine movement of the wafer stage to perform precise alignment between the wafers (step S203).

この状態で、位置ずれ分布測定部26を用いて、ウェハ21の位置合せずれ検出パターンと、ウェハ22の位置合せずれ検出パターンと、の間の位置ずれ量を、光学的に測定し、位置ずれ分布を計測する(ステップS204)。この測定結果をu(x,y)(但し、uは二次元ベクトル量)とすると、得られたu(x,y)から線積分を用いて、h=2/(tw1+tw2)∫udlを求めれば、前述の原理により、位置合せずれu(x,y)を相殺することが可能となる。実際には、u(x,y)は連続値ではなく離散値なので、積分は和で近似され、演算部27では、hの近似値マップh1が得られる。 In this state, the misalignment distribution measuring unit 26 is used to optically measure the misalignment amount between the misalignment detection pattern of the wafer 21 and the misalignment detection pattern of the wafer 22, and the misalignment is detected. Distribution is measured (step S204). If this measurement result is u (x, y) (where u is a two-dimensional vector quantity), h = 2 / (tw 1 + tw 2 ) ∫ using line integration from the obtained u (x, y). If udl is obtained, it is possible to cancel the misalignment u (x, y) according to the principle described above. Actually, since u (x, y) is not a continuous value but a discrete value, the integral is approximated by a sum, and the arithmetic unit 27 obtains an approximate value map h1 of h.

また、位置合わせずれ検出パターンの位置と高さ調整部24の格子位置とが一致しているとは限らない。このため、演算部27では、さらに近似値マップh1に多項式近似を施し、最小二乗法により多項式の各係数を求める。そして、得られた多項式の係数を、制御部25へデータとして送出する。   In addition, the position of the misalignment detection pattern and the grid position of the height adjustment unit 24 are not always the same. For this reason, the calculation unit 27 further performs polynomial approximation on the approximate value map h1, and obtains each coefficient of the polynomial by the least square method. Then, the obtained polynomial coefficients are sent to the control unit 25 as data.

制御部25は、演算部7から受け取った多項式の係数を用いて、位置ずれ分布を補正する高さ分布情報を求め、高さ調整部4の各格子点に与えるべき補正高さ分布情報h2を算出する(ステップS205)。そして、制御部25は、算出した補正高さ分布情報h2を高さ調整部24の各ピエゾ素子に印加すべき電圧に換算するとともに該電圧をピエゾ素子に印加して該ピエゾ素子を駆動し、転写位置の面内における高さ分布の調整を行う(ステップS206)。   The control unit 25 obtains height distribution information for correcting the displacement distribution using the polynomial coefficient received from the calculation unit 7, and obtains the corrected height distribution information h <b> 2 to be given to each lattice point of the height adjustment unit 4. Calculate (step S205). Then, the control unit 25 converts the calculated corrected height distribution information h2 into a voltage to be applied to each piezo element of the height adjustment unit 24 and applies the voltage to the piezo element to drive the piezo element. The height distribution in the surface of the transfer position is adjusted (step S206).

この状態で、加圧押し付け部29の第二段階の駆動を行い、ウェハ21をウェハ22に押し付けると共に、格納部31を駆動し、高さ調整部24をウェハ22の裏面(ウェハ21との貼り合わせ面と反対面)に接触させ、同時にウェハ21の貼り合せ部分の真空吸着を解放する。これにより、位置合せずれが相殺された状態で、ウェハ21上の所定の位置にウェハ2が直接接合される(ステップS207)。なお、高さ調整部24をウェハ22の裏面に接触させた後に、ウェハ21をウェハ22に押しつけても良い。   In this state, the pressure pressing unit 29 is driven in the second stage to press the wafer 21 against the wafer 22, and the storage unit 31 is driven so that the height adjusting unit 24 is attached to the back surface of the wafer 22 (attachment to the wafer 21. At the same time, the vacuum suction of the bonded portion of the wafer 21 is released. Thereby, the wafer 2 is directly bonded to a predetermined position on the wafer 21 in a state where the misalignment is canceled (step S207). Note that the wafer 21 may be pressed against the wafer 22 after the height adjusting unit 24 is brought into contact with the back surface of the wafer 22.

そして、この状態で、ウェハ21の裏面(ウエハ22との貼り合わせ面と反対面)から可視光を用いて接合状態の確認を行い、直接接合が形成されていること(ゼロ・コンタクト状態)を確認した後、ウェハチャック30を解放すると共に、格納部31を駆動して高さ調整機構を退避させ、さらに加圧押し付け部29を約5μm退避させる。   In this state, the bonding state is confirmed using visible light from the back surface of the wafer 21 (the surface opposite to the bonding surface with the wafer 22), and it is confirmed that a direct bonding is formed (zero contact state). After confirmation, the wafer chuck 30 is released, the storage unit 31 is driven to retract the height adjustment mechanism, and the pressure pressing unit 29 is further retracted by about 5 μm.

引き続き、基板剥離光照射部28を用いてウェハ21の裏面(ウェハ22との貼り合わせ面と反対面)より、基板剥離光照射部8とは異なる波長領域のパルス光を照射し(ステップS208)、ウェハ21上の剥離層からウェハ21の素子領域を分離する。すなわち、ウェハ22と、ウェハ21の基板部分(基部)を離間させる(ステップS209)。分離したウェハ21の基板部分は、再び加圧押し付け部29に全面が真空吸着され、図示されていないアンロード・ポートに搬出される。   Subsequently, pulse light having a wavelength region different from that of the substrate peeling light irradiation unit 8 is irradiated from the back surface of the wafer 21 (the surface opposite to the bonding surface with the wafer 22) using the substrate peeling light irradiation unit 28 (step S208). Then, the element region of the wafer 21 is separated from the release layer on the wafer 21. That is, the wafer 22 is separated from the substrate portion (base) of the wafer 21 (step S209). The whole substrate portion of the separated wafer 21 is again vacuum-sucked by the pressure pressing unit 29 and is carried out to an unload port (not shown).

一方、貼り合せ済のウェハ22は、再びウェハチャック30に保持され、ウェハステージ23を駆動して、図示されていない別のアンロード・ポートに搬出され(ステップS210)、次のウェハの処理に移行する。以上の一連の工程により、部分的な歪を補正した、位置ずれ分布の極めて小さい、発光素子・受光素子・回路パターンと光導波路パターンの貼り合せ基板21と、シリコンCMOS回路基板22を貼り合せた基板を形成することが可能となる。なお、必要に応じて、この貼り合せ基板上に、さらに電気配線層を追加することも可能である。   On the other hand, the bonded wafer 22 is held by the wafer chuck 30 again, the wafer stage 23 is driven, and it is carried out to another unloading port (not shown) (step S210), and the next wafer is processed. Transition. Through the above series of steps, the partial distortion is corrected, the positional deviation distribution is extremely small, and the light emitting element / light receiving element / circuit pattern / optical waveguide pattern bonded substrate 21 and the silicon CMOS circuit substrate 22 are bonded. A substrate can be formed. If necessary, an electric wiring layer can be further added on the bonded substrate.

本実施の形態にかかる貼り合せ装置を用いて上述したような一連の工程を実施することにより、基板における面内方向の部分的な歪を補正して基板121と基板122との位置合わせ精度を大幅に向上させた、位置ずれ分布の極めて小さい高品質の基板の貼り合わせが可能となる。   By performing a series of steps as described above using the bonding apparatus according to the present embodiment, partial distortion in the in-plane direction on the substrate is corrected, and the alignment accuracy between the substrate 121 and the substrate 122 is increased. It is possible to bond a high-quality substrate that is greatly improved and has a very small misalignment distribution.

次に、上述した本実施の形態にかかる第1の基板貼り合せ装置および第2の基板貼り合せ装置を用いて実現される本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について図7−1〜図9−4を参照して説明する。図7−1〜図9−4は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。   Next, a manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment realized by using the first substrate bonding apparatus and the second substrate bonding apparatus according to the present embodiment described above will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to 9-4. 7A to 9D are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.

まず、図7−1に示すように、直径3インチのガリウム砒素(GaAs)基板51に対して、インジウム(In)およびアンチモン(Sb)のイオン注入とアニールとによる結晶性回復処理を行い、GaAs基板51の一面上に剥離層52と緩衝層53とをこの順番で形成する。また、これらは堆積法により形成することも可能である。ついで、図7−2に示すように、III−V族半導体のエピタキシャル成長により、GaInNAs発光層やInGaAs受光層等を含む、光学素子層54を緩衝層53上に形成する。そして、図示されていない引出配線部を形成する。   First, as shown in FIG. 7A, a gallium arsenide (GaAs) substrate 51 having a diameter of 3 inches is subjected to crystallinity recovery treatment by ion implantation and annealing of indium (In) and antimony (Sb), and GaAs A release layer 52 and a buffer layer 53 are formed in this order on one surface of the substrate 51. These can also be formed by a deposition method. Next, as shown in FIG. 7B, an optical element layer 54 including a GaInNAs light emitting layer, an InGaAs light receiving layer, and the like is formed on the buffer layer 53 by epitaxial growth of a group III-V semiconductor. Then, a lead wiring portion (not shown) is formed.

引き続き、図7−3に示すように、スパッタリング法により二酸化シリコン(SiO2)からなる緩衝層55を光学素子層54上に形成し、最上部を研磨する。そして、図7−4に示すように、ウェハ周辺部を含む、光学素子部として不要な部分(緩衝層53、光学素子層54、緩衝層55)をフォトリソグラフィー工程とエッチングにより除去する。これにより得られた基板を基板102と呼ぶ。 Subsequently, as shown in FIG. 7C, a buffer layer 55 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the optical element layer 54 by sputtering, and the uppermost portion is polished. Then, as shown in FIG. 7-4, unnecessary parts (buffer layer 53, optical element layer 54, buffer layer 55) including the peripheral part of the wafer are removed by a photolithography process and etching. The substrate thus obtained is called a substrate 102.

一方、図8−1に示すように、直径12インチのガラス基板61上に、たとえばクロム(Cr)含有ガラスの薄膜を形成し、剥離層62を形成する。ついで、図8−2に示すように、二酸化シリコン(SiO2)膜中に埋め込まれた窒化シリコン(Si1-xx)からなる光導波路層63を形成し、二酸化シリコン(SiO2)膜最上部を研磨しておく。これにより得られた基板を基板101と呼ぶ。 On the other hand, as shown in FIG. 8A, a thin film of, for example, chromium (Cr) -containing glass is formed on a glass substrate 61 having a diameter of 12 inches, and a release layer 62 is formed. Then, as shown in Figure 8-2, an optical waveguide layer 63 made of silicon dioxide silicon nitride (SiO 2) is embedded in the membrane (Si 1-x N x) , silicon dioxide (SiO 2) film Polish the top. The substrate thus obtained is referred to as a substrate 101.

ついで、図8−3に示すように、図7−4に示す基板102を上下反転した状態で使用し、上述した第1の基板貼り合せ装置を用いて位置合せ補正を行って、基板101と貼り合せる。ついで、図8−4に示すように、上述した第1の基板貼り合せ装置に内蔵されている基板剥離光照射装置を用いて、基板51の裏面(貼り合わせ面と反対面)より基板剥離光としてたとえば赤外線領域のパルス光の照射を行い、剥離層52から基板51を分離する。   Next, as shown in FIG. 8-3, the substrate 102 shown in FIG. 7-4 is used in an upside down state, and alignment correction is performed using the first substrate bonding apparatus described above. Paste. Next, as shown in FIG. 8-4, the substrate peeling light is applied from the back surface (the surface opposite to the bonding surface) of the substrate 51 by using the substrate peeling light irradiation device built in the first substrate bonding apparatus described above. For example, irradiation with pulsed light in the infrared region is performed to separate the substrate 51 from the release layer 52.

ついで、図8−5に示すように、基板101上の他の所望の位置にも図7−4に示す基板102を上述した第1の基板貼り合せ装置を用いて順次貼り合せる。そして、図8−6に示すように、テトラエトキシシラン(TEOS)を用いたプラズマCVD法により、基板全面にSiO2膜64を成膜し、表面を研磨して平坦化する。これにより得られた基板を基板121と呼ぶ。 Next, as shown in FIG. 8-5, the substrate 102 shown in FIG. 7-4 is sequentially bonded to another desired position on the substrate 101 by using the first substrate bonding apparatus described above. Then, as shown in FIG. 8-6, a SiO 2 film 64 is formed on the entire surface of the substrate by plasma CVD using tetraethoxysilane (TEOS), and the surface is polished and flattened. The substrate thus obtained is referred to as a substrate 121.

さらに、図9−1に示すように、直径12インチのシリコン(Si)基板71上に、通常のCMOS回路の製造工程を用いて、電気回路配線を含むCMOS回路層72を形成する。ついで、図9−2に示すように、TEOSを用いたプラズマCVD法により、基板全面に二酸化シリコン(SiO2)膜73を成膜し、表面を研磨して平坦化する。これにより得られた基板を基板122と呼ぶ。 Further, as shown in FIG. 9A, a CMOS circuit layer 72 including an electric circuit wiring is formed on a silicon (Si) substrate 71 having a diameter of 12 inches by using a normal CMOS circuit manufacturing process. Next, as shown in FIG. 9B, a silicon dioxide (SiO 2 ) film 73 is formed on the entire surface of the substrate by plasma CVD using TEOS, and the surface is polished and flattened. The substrate thus obtained is referred to as a substrate 122.

ついで、図9−3に示すように、図8−6に示す基板121を上下反転した状態で使用し、上述した第2の基板貼り合せ装置を用いて位置合せ補正を行って、基板122と貼り合せる。ついで、図9−4に示すように、上述した第2の基板貼り合せ装置に内蔵されている、第1の基板貼り合せ装置とは異なる波長の光源を有する基板剥離光照射装置を用いて、基板61の裏面(基板122との貼り合わせ面と反対面)より基板剥離光の照射を行い、剥離層62から基板61を分離する。   Next, as shown in FIG. 9-3, the substrate 121 shown in FIG. 8-6 is used in an upside down state, and alignment correction is performed using the above-described second substrate bonding apparatus. Paste. Next, as shown in FIG. 9-4, using the substrate peeling light irradiation apparatus having a light source having a wavelength different from that of the first substrate bonding apparatus, which is built in the second substrate bonding apparatus described above, The substrate peeling light is irradiated from the back surface of the substrate 61 (the surface opposite to the bonding surface with the substrate 122), and the substrate 61 is separated from the peeling layer 62.

そして、図示されていないが、光学素子層54の素子およびCMOS回路層72の回路を接続する配線層形成工程を行い、最後に、ファイナル・パッシベーション形成、パッド形成等、通常の半導体素子製造工程を経ることにより、光電気混載半導体素子を形成することが可能となる。   Then, although not shown, a wiring layer forming process for connecting the element of the optical element layer 54 and the circuit of the CMOS circuit layer 72 is performed, and finally a normal semiconductor element manufacturing process such as final passivation formation and pad formation is performed. As a result, an opto-electric hybrid semiconductor element can be formed.

本実施の形態にかかる貼り合せ装置を用いて上述したような一連の工程を実施することにより、基板における面内方向の部分的な歪を補正して基板121と基板122との位置合わせ精度を大幅に向上させた、位置ずれ分布の極めて小さい高品質の基板の貼り合わせを行い、高品質の光電気混載半導体素子を形成することが可能となる。   By performing a series of steps as described above using the bonding apparatus according to the present embodiment, partial distortion in the in-plane direction on the substrate is corrected, and the alignment accuracy between the substrate 121 and the substrate 122 is increased. It is possible to form a high-quality opto-electric hybrid semiconductor element by attaching a high-quality substrate with extremely small positional deviation distribution, which is greatly improved.

(変形例)
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。上述した実施の形態では直接接合を基板同士の貼り合せに用いたが、直接接合後に加熱処理を施すことにより接合をより強固にすることも可能であり、接合の際に電界印加と加熱を行う陽極接合を利用することも可能である。さらに、上述した実施の形態ではピエゾ素子としてPZTを用いたが、ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛(PLZT)等の他の材料を用いることも可能である。そして、上述した実施の形態では発光素子と受光素子をIII−V族基板上に形成したが、光源を外部光源とすることにより、発光素子を形成せず、代わりにニオブ酸リチウム等からなる光変調素子を導波路に組み込むことも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
(Modification)
In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. In the above-described embodiment, the direct bonding is used for bonding the substrates to each other. However, it is possible to further strengthen the bonding by performing a heat treatment after the direct bonding, and electric field application and heating are performed at the time of bonding. It is also possible to use anodic bonding. Furthermore, although PZT is used as the piezo element in the above-described embodiment, other materials such as lanthanum-doped lead zirconate titanate (PLZT) can be used. In the above-described embodiment, the light emitting element and the light receiving element are formed on the III-V group substrate. However, by using an external light source as the light source, the light emitting element is not formed, but instead light made of lithium niobate or the like. It is also possible to incorporate a modulation element in the waveguide. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、光配線を用いた半導体装置の製造方法に有用であり、特に、光電気混載の半導体素子の製造に適している。   As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is useful for a method for manufacturing a semiconductor device using an optical wiring, and is particularly suitable for manufacturing an opto-electric hybrid semiconductor element.

本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置であり、サイズの異なる基板(ウェハ)同士を貼り合せる際に用いる第1の基板貼り合せ装置の構成図である。It is a manufacturing apparatus of the semiconductor device concerning an embodiment of the invention, and is a lineblock diagram of the 1st substrate bonding apparatus used when bonding substrates (wafers) from which size differs. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置であり、サイズがほぼ同じ基板(ウェハ)同士を貼り合せる際に用いる第2の基板貼り合せ装置の構成図である。It is a manufacturing apparatus of the semiconductor device concerning an embodiment of the invention, and is a lineblock diagram of the 2nd substrate pasting device used when pasting substrates (wafers) with the same size. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置における補正の原理を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the principle of correction | amendment in the manufacturing apparatus of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 図3−1における領域Aを拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the area | region A in FIGS. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置における補正の原理を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the principle of correction | amendment in the manufacturing apparatus of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 図4−1における領域Bを拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the area | region B in FIGS. 本発明の実施の形態にかかる基板の貼り合わせ方法の処理フローを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the processing flow of the bonding method of the board | substrate concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる基板の貼り合わせ方法の処理フローを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the processing flow of the bonding method of the board | substrate concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる高さ調整部の構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the structure of the height adjustment part concerning embodiment of this invention. 図6−1における領域Dを拡大して示す拡大図である。It is an enlarged view which expands and shows the area | region D in FIGS. 本発明の実施の形態にかかる高さ調整部の構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the structure of the height adjustment part concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、21、22 ウェハ
3、23 ウェハステージ
4、24 高さ調整部
5、25 制御部
6、26 位置ずれ分布測定部
7、27 演算部
8、28 基板剥離光照射部
9、29 加圧押し付け部
10、30 ウェハチャック
11、31 格納部
12、32 ピエゾ素子
13、33 ウェハ接触部
14 プリント配線
15、35 配線コネクタ
51 3インチGaAs基板
52、62 剥離層
53、55 緩衝層
54 光学素子層
61 12インチガラス基板
63 光導波路層
64、73 SiO2
71 12インチSi基板
72 CMOS回路層
101、102、121、122 基板
1, 2, 21, 22 Wafer 3, 23 Wafer stage 4, 24 Height adjustment unit 5, 25 Control unit 6, 26 Misalignment distribution measurement unit 7, 27 Calculation unit 8, 28 Substrate peeling light irradiation unit 9, 29 Addition Pressure pressing part 10, 30 Wafer chuck 11, 31 Storage part 12, 32 Piezo element 13, 33 Wafer contact part 14 Printed wiring 15, 35 Wiring connector 51 3-inch GaAs substrate 52, 62 Peeling layer 53, 55 Buffer layer 54 Optical element Layer 61 12-inch glass substrate 63 Optical waveguide layer 64, 73 SiO 2 film 71 12-inch Si substrate 72 CMOS circuit layer 101, 102, 121, 122 substrate

Claims (12)

第1基板と第2基板とを貼り付ける工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記第1の基板の一面と前記第2の基板の一面とを対向させた状態で近接させて保持する工程と、
前記近接させて保持した第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置合わせを行う工程と、
前記位置合わせ後の第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれ分布を測定する工程と、
前記近接させた第1の基板の一面と第2の基板の一面とを前記第1の基板の他面側から加圧して接合する工程と、
前記第1の基板の他面側から加圧した状態で、前記面内方向の位置ずれ分布に基づいて、第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれを部分的に補正する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a step of attaching a first substrate and a second substrate,
Holding one surface of the first substrate and one surface of the second substrate in close proximity to each other;
Performing in-plane alignment of one surface of the first substrate and one surface of the second substrate held close to each other;
Measuring a positional deviation distribution in an in-plane direction between one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate after the alignment;
Pressurizing and bonding the one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate brought close together from the other surface side of the first substrate;
In a state where pressure is applied from the other surface side of the first substrate, based on the positional displacement distribution in the in-plane direction, the positional displacement in the in-plane direction between one surface of the first substrate and one surface of the second substrate is determined. Partially correcting, and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記面内方向の位置ずれ分布に基づいて前記第2の基板の他面の一部の高さを部分的に調整することにより、前記第2の基板の一面における面内方向の歪みを部分的に調整して該第2の基板の一面における面内方向の位置ずれを部分的に補正すること、
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
By partially adjusting the height of a part of the other surface of the second substrate based on the positional displacement distribution in the in-plane direction, distortion in the in-plane direction on one surface of the second substrate is partially adjusted. To partially correct the positional deviation in the in-plane direction on the one surface of the second substrate,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれ分布を高さ方向の補正量分布に換算する工程をさらに含み、
前記高さ方向の補正量分布に基づいて前記第2の基板の他面の一部の高さを部分的に調整すること、
を特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
A step of converting an in-plane positional displacement distribution between one surface of the first substrate and one surface of the second substrate into a correction amount distribution in the height direction;
Partially adjusting the height of a part of the other surface of the second substrate based on the correction amount distribution in the height direction;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
前記第2の基板は、ベース基板の一面上に素子が形成された素子層が剥離層を介して形成された素子基板であり、
前記第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれを補正した後、前記剥離層を剥離するための基板剥離光を前記第2の基板の他面側から前記第2の基板に照射して前記ベース基板と前記素子層とを分離すること、
を特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
The second substrate is an element substrate in which an element layer in which an element is formed on one surface of a base substrate is formed via a release layer;
After correcting the positional deviation in the in-plane direction between the one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate, the substrate peeling light for peeling the peeling layer is sent from the other surface side of the second substrate. Irradiating a second substrate to separate the base substrate and the element layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
前記第1の基板および第2の基板のうち一方は、電気配線を含むIV族半導体からなる素子を含む基板であり、他方は発光素子または受光素子の少なくとも1つを含むIII−V族半導体からなる素子を含む基板であること、
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
One of the first substrate and the second substrate is a substrate including an element made of a group IV semiconductor including electric wiring, and the other is a group III-V semiconductor including at least one of a light emitting element or a light receiving element. A substrate including an element,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記近接させて保持した第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置合わせを位置合わせ光により行い、
前記第1の基板として前記位置合わせ光を透過する基板を用いること、
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In-plane alignment of one surface of the first substrate and one surface of the second substrate held close to each other is performed by alignment light,
Using a substrate that transmits the alignment light as the first substrate;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記第1の基板を、前記位置合わせ光を透過する第3の基板に接合し、該第3の基板に接合した前記第1の基板を前記第2の基板に接合して貼り付けること、
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Bonding the first substrate to a third substrate that transmits the alignment light, and bonding and bonding the first substrate bonded to the third substrate to the second substrate;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
複数の前記第1の基板を前記第3の基板に接合させて貼り付けた後に、該第3の基板に接合させた複数の前記第1の基板を前記第2の基板に接合して貼り付けること、
を特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
After bonding and pasting a plurality of the first substrates to the third substrate, the plurality of first substrates bonded to the third substrate are bonded and pasted to the second substrate. thing,
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
前記第2の基板の直径が前記第1の基板の直径よりも大であり、前記第2の基板の直径と前記第3の基板の直径とが略等しいこと、
を特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
The diameter of the second substrate is larger than the diameter of the first substrate, and the diameter of the second substrate and the diameter of the third substrate are substantially equal;
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
第1基板と第2基板とを貼り付ける半導体装置の製造装置であって、
前記第1の基板の一面と前記第2の基板の一面とを対向させた状態で近接させて保持する保持部と、
前記保持した第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置合わせを行う位置合わせ部と、
前記位置合わせ後の第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれ分布を測定する位置ずれ分布測定部と、
前記第1の基板の一面と第2の基板の一面とを前記第1の基板の他面側から加圧して接合する加圧押し付け部と、
前記第1の基板の他面側から加圧した状態で、前記面内方向の位置ずれ分布に基づいて、第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれを部分的に補正する補正部と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
A semiconductor device manufacturing apparatus for attaching a first substrate and a second substrate,
A holding portion that holds the one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate in close proximity to each other;
An alignment unit that performs in-plane alignment between one surface of the held first substrate and one surface of the second substrate;
A misalignment distribution measuring unit for measuring a misalignment distribution in an in-plane direction between the one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate after the alignment;
A pressure pressing unit that pressurizes and bonds one surface of the first substrate and one surface of the second substrate from the other surface side of the first substrate;
In a state where pressure is applied from the other surface side of the first substrate, based on the positional displacement distribution in the in-plane direction, the positional displacement in the in-plane direction between one surface of the first substrate and one surface of the second substrate is determined. A correction unit that partially corrects;
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記補正部は、前記面内方向の位置ずれ分布に基づいて前記第2の基板の他面の一部の高さを部分的に調整することにより、前記第2の基板の一面における面内方向の歪みを部分的に調整して該第2の基板の一面における面内方向の位置ずれを部分的に補正すること、
を特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造装置。
The correction unit partially adjusts the height of a part of the other surface of the second substrate based on the positional deviation distribution in the in-plane direction, so that the in-plane direction on the one surface of the second substrate. Partially adjusting the in-plane positional deviation on one surface of the second substrate by partially adjusting the distortion of the second substrate,
The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
前記第2の基板は、ベース基板の一面上に素子が形成された素子層が剥離層を介して形成された素子基板であり、
前記第1の基板の一面と第2の基板の一面との面内方向の位置ずれを補正した後に、前記剥離層を剥離して前記ベース基板と前記素子層とを分離するための基板剥離光を前記第2の基板の他面側から照射する基板剥離光照射部をさらに備えること、
を特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造装置。
The second substrate is an element substrate in which an element layer in which an element is formed on one surface of a base substrate is formed via a release layer;
Substrate peeling light for separating the base substrate and the element layer by peeling the peeling layer after correcting the positional deviation in the in-plane direction between the one surface of the first substrate and the one surface of the second substrate. Further comprising a substrate peeling light irradiating unit for irradiating from the other surface side of the second substrate,
The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
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