JP2731458B2 - ウェーハ貼り合わせ装置 - Google Patents

ウェーハ貼り合わせ装置

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JP2731458B2 JP5953291A JP5953291A JP2731458B2 JP 2731458 B2 JP2731458 B2 JP 2731458B2 JP 5953291 A JP5953291 A JP 5953291A JP 5953291 A JP5953291 A JP 5953291A JP 2731458 B2 JP2731458 B2 JP 2731458B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SOI(シリコン・オ
ン・インシュレーター)関係等で用いられるウェーハ同
士を貼り合わせる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】表面が十分に鏡面研磨された2枚のウェ
ーハの研磨面同士を異物の介在しないクリーンな雰囲気
中で接触させると、強固な接合体ウェーハが得られる。
更にこの接合体を800〜1000℃で熱処理する事に
よりシリコン単体の強度に匹敵する強度を有する接合体
ウェーハが得られる。この直接接合技術を応用すると従
来のエピタキシャルウェーハや拡散ウェーハと電気的、
機械的にも同等の優れた接合部を有する接合体ウェーハ
が得られる。
【0003】このような接合体ウェーハを製造するため
の装置を図4に示す(特開昭61−182239号公報
参照)。
【0004】図4において、符号50は接着すべき第1
のウェーハを凸型にたわませて保持するための支持台で
ある。この支持台50は、基台46とラバー・チェック
45とから構成されている。基台46は金属等でつくら
れ、表面中央部が凸型になるように曲面加工されてお
り、表面に開口する排気孔48が形成されている。排気
孔48の下部には、ウェーハを透過する波長の光を発生
する光源54が配置されている。また基台46の下には
排気管49が設けられている。さらに基台46には、ウ
ェーハを載置するためのラバー・チェック45が被せら
れ、このラバー・チェック45には複数の排気孔48が
形成されている。
【0005】また支持台50の下部には、支持台50の
位置をx方向、y方向、θ方向に微調整するためのステ
ージ53が設けられている。
【0006】支持台50の上部には、接着すべき第2の
ウェーハを保持するためのホルダー51が設置されてい
る。このホルダー51は排気孔47を有しており、この
排気孔47を介して真空吸引することにより、第2のウ
ェーハがホルダー51に保持される。ホルダー51はホ
ルダー駆動機構52によって上下に移動し、支持台50
との間隔を任意に設定できる。ホルダー51の上部に
は、光源54より発せられウェーハを透過してきた光を
検出するための光学系55が設けられている。
【0007】この装置を用いてウェーハを貼り合わせる
場合には、まず光源54と光学系55を用いてウェーハ
の合わせマークと支持台50上に設けられたマークとの
位置合わせを行う。光源54から発生した光は排気孔4
8内を通過し、ウェーハを透過して光学系55で検出さ
れるので、ウェーハ上に形成された位置合わせマークを
見ながらステージ53を微調整してウェーハと支持台と
の位置合わせを行うことができる。
【0008】次いで支持台50上に一方のウェーハを載
せ、排気管49を介して真空吸引を行う。すると、排気
孔48を介してウェーハの外周部が引っ張られてラバー
・チェック45が基台46の表面形状に従ってたわみ、
この結果、ウェーハは中央部が凸型になった状態で支持
台50上に保持される。
【0009】さらに他方のウェーハをホルダー51に保
持し、ホルダー51を下方に移動してウェーハ同士を互
いに近付けた状態で、再び光源54と光学系55を用い
てウェーハ同士の位置合わせを行う。然る後に、ホルダ
ー51に保持したウェーハをもう一方のウェーハに接触
させ、ラバー・チェック45内に空気等を少しづつ導入
してウェーハのたわみを徐々に回復させる。これによ
り、接着面は中央部から周辺部へ向かって広がり、2枚
のウェーハを接着することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな貼り合わせ装置においては、ウェーハが収納された
所定の容器からウェーハを1枚づつ取り出し、ウェーハ
を1枚づつ位置合わせしながらウェーハ同士を貼り合わ
せ、貼り合わせたウェーハを1組づつ所定の容器に収納
するという各動作を手動で行う必要があった。このため
非常に手間が掛かかってしまい、短時間で多数のウェー
ハを連続的に貼り合わせる事が困難であるという課題が
あった。
【0011】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、ウェーハの取り出し、貼り合わせ、収納を短時間で
効率良く自動で行うことができるウェーハ貼り合わせ装
置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載のウェーハ
貼り合わせ装置では、貼り合わせ前のウェーハを収納す
るための少なくとも1個以上の取り出しカセットと、ウ
ェーハ同士を貼り合わせるための貼り合わせ機と、貼り
合わせが終了したウェーハを収納するための収納カセッ
トとを同一円周上に設け、該同一円周を形成する円の中
心部にウェーハを搬送するための搬送手段を設けたこと
を課題解決の手段とした。
【0013】請求項2記載のウェーハ貼り合わせ装置で
は、前記貼り合わせ機が、一方のウェーハを凸型にたわ
ませた状態で内部に保持する容器と、該容器の上部に設
けられ前記の凸型にたわませたウェーハの凸型頂部に接
触可能な状態に他方のウェーハを内部に保持できる前記
容器と一体化が可能な容器蓋とを有し、かつ前記容器に
は一体化した容器内を減圧状態にするための真空装置を
接続して設けることを課題解決の手段とした。
【0014】ここで、一方のウェーハを凸型にたわませ
た状態で容器の内部に保持する手段として、容器の内部
にウェーハを吸着保持するための吸着ステージを設け、
さらにこの吸着ステージの表面にテーパを設けることが
望ましい。また他方ウェーハを容器蓋の内部に保持する
手段としても吸着保持が好適である。このようにウェー
ハの保持に吸着保持を利用した場合は、容器内を減圧し
てウェーハ同士を貼り合わせる場合の容器内圧力を吸着
保持に必要な吸引圧力より低くすることが望ましい。例
えば、ウェーハを真空容器に吸着するための吸引圧力
は、760mmHg〜10mmHgの圧力範囲が好適である。ま
たウェーハ同士を貼り合わせる場合の容器内圧力は、2
0torr〜3×10-2torrの圧力範囲が好適である。
【0015】
【作用】貼り合わせ前のウェーハを収納するための少な
くとも1個以上の取り出しカセットと、ウェーハ同士を
貼り合わせるための貼り合わせ機と、貼り合わせが終了
したウェーハを収納するための収納カセットとを同一円
周上に設け、該同一円周を形成する円の中心部にウェー
ハを搬送するための搬送手段を設けると、取り出しカセ
ット、貼り合わせ機および収納カセット間のウェーハの
移動を最短距離でかつ連続的に行うことができる。
【0016】また前記貼り合わせ機が、一方のウェーハ
を凸型にたわませた状態で内部に保持する容器と、該容
器の上部に設けられ前記の凸型にたわませたウェーハの
凸型頂部に接触可能な状態に他方のウェーハを内部に保
持できる前記容器と一体化が可能な容器蓋とを有し、か
つ前記容器には一体化した容器内を減圧状態にするため
の真空装置が接続して設けられていると、前記容器蓋と
前記容器と一体化して、減圧状態にするとウェーハの凸
型にたわんだ状態が元に戻り、ウェーハ同士が気泡を残
すことなく接合する。
【0017】
【実施例】以下、図面を参照して本発明のウェーハ貼り
合わせ装置について詳しく説明する。
【0018】図1は本発明のウェーハ貼り合わせ装置の
一実施例を示す平面図である。
【0019】図中において、符号1,2は貼り合わせ前
のウェーハを多数(貼り合わせ面は上に)積み重ねてお
くためのカセットがセットされた取り出しカセットステ
ーションである。この取り出しカセットステーション1
の反時計回りに見て隣には、2枚のウェーハを貼り合わ
せた後のウェーハを収納するためのカセットがセットさ
れた収納カセットステーション4が配置され、収納カセ
ットステーション4の反時計回り隣には、取り出しカセ
ットステーション1または2から取り出された各サイズ
のウェーハのOFを揃えるためのOF合わせ機ステーシ
ョン6が配置されている。さらにOF合わせ機ステーシ
ョン6の隣には、反時計回りに見てそれぞれ、6インチ
同士のウェーハを貼り合わせるための6インチウェーハ
貼り合わせステーション8、5インチ同士のウェーハを
貼り合わせるための5インチウェーハ貼り合わせステー
ション10、4インチ同士のウェーハを貼り合わせるた
めの4インチウェーハ貼り合わせステーション12が配
置されている。
【0020】また前記の各ステーションにより形成され
る円の中心部には、各ステーション間にウェーハを搬送
し、かつ搬送中にウェーハ面を反転できるウェーハ搬送
ロボット14が配置されている。
【0021】次に、上記のように配置された各ステーシ
ョンの動作について説明する。
【0022】 まず、ウェーハ搬送ロボット14によ
り取り出しカセットステーション1からミラー面が上に
なったウェーハを1枚取り出し、このウェーハをOF合
わせ機ステーション6に搬送する。
【0023】 OF合わせ機ステーション6におい
て、ウェーハのOFの位置決めを行う。
【0024】 OF合わせ機ステーション6から、位
置決めの終わったウェーハをウェーハ搬送ロボット14
によって取り出し、ウェーハのミラー面が下になるよう
に反転させた後、ウェーハサイズに合ったウェーハ貼り
合わせステーションにセットする。
【0025】 ウェーハ搬送ロボット14により、取
り出しカセットステーション2からミラー面が上になっ
たウェーハを1枚取り出し、このウェーハをOF合わせ
機ステーション6に搬送する。
【0026】 OF合わせ機ステーション6におい
て、ウェーハのOFの位置決めを行う。
【0027】 OF合わせ機ステーション6から、位
置決めの終わったウェーハをウェーハ搬送ロボット14
によって取り出し、前記のウェーハがセットされたウェ
ーハ貼り合わせステーションまで搬送し、前記のウェー
ハの下面にセットする。
【0028】 貼り合わせステーションにおいて、ウ
ェーハのミラー面同士を合わせ、その周りの雰囲気を真
空にしてウェーハ同士を貼り合わせる。
【0029】 ウェーハ搬送ロボット14により、貼
り合わせが終わったウェーハを取り出し、収納カセット
ステーション4に収納する。
【0030】前記の1〜8の工程でウェーハを貼り合わ
せる工程の1サイクルが終了する。
【0031】次いで、ウェーハ貼り合わせステーション
におけるウェーハを貼り合わせる動作について詳しく説
明する。
【0032】図2はウェーハ貼り合わせステーションに
おいて用いられるウェーハ貼り合わせ機の一実施例を示
すものである。
【0033】このウェーハ貼り合わせ機は、図中符号2
0で示される真空容器本体と、この真空容器本体20の
上方に配置された真空容器上蓋30と、真空容器本体2
0の下方に配され前記真空容器20と真空容器上蓋30
を上下に移動させる真空容器移動機構40と、この真空
容器移動機構40の下方に配され前記真空容器本体20
内を減圧状態にしたりウェーハを吸着保持したりするた
めの真空装置(図示せず)によって概略構成されてい
る。
【0034】図3に、真空容器本体20と真空容器上蓋
30の構造についてさらに詳しく示す。
【0035】図3中、真空容器本体20内には、真空容
器本体20に固定された吸着ステージ22が設定されて
いる。この吸着ステージ22の上面にあるテーパー面
(あるいは円弧面)23は、その高さが中心方向内方に
向かって僅かに高くなっていくように設定されている。
吸着ステージ22の図中右側外部には、真空容器本体2
0内全体を排気するための真空排気孔28が設けられて
いる。また吸着ステージ22の内部には、ウェーハを吸
着ステージ22に真空吸着するための真空排気孔24が
設けられている。前記吸着ステージ22の内方には、吸
着ステージ22に対して上下に移動可能なウェーハ移動
用軸25と、その上端に連結されたウェーハ移動用平板
26が配置されている。このウェーハ移動用平板26
は、先端が凸状に形成されたゴム製のパット27を介し
て、貼り合わせ面Aを上に向けた下ウェーハ21を載置
する。
【0036】真空容器本体20の上方に配置されている
真空容器上蓋30は、真空容器本体20に対して移動可
能でかつ真空容器本体20と一体化可能に設定されてい
る。
【0037】この真空容器上蓋30において、真空容器
本体20との対向面には、吸着パット32を介して、貼
り合わせ面Aを下に向けた上ウェーハ31が吸着され
る。さらに真空容器上蓋30内には、真空容器本体20
と一体化した時に容器の周辺部を押さえ付ける周辺押え
スプリング33と、中央部を押さえ付ける中央押えスプ
リング34とが取り付けられている。
【0038】またウェーハ貼り合わせ機の真空容器移動
機構40内において、図2中符号41は真空容器上蓋3
0を上下に移動させるための移動モータであり、符号4
2はウェーハ移動用平板26およびウェーハ移動用軸2
5を上下に移動させるための移動モータである。
【0039】次に前記のウェーハ貼り合わせ機を用いて
ウェーハを貼り合わせる工程について図3に沿って説明
する。
【0040】 まず、ウェーハ搬送ロボット14によ
って搬送されたOF合わせの終了した1枚目のウェーハ
を、貼り合わせ面を下向きにして真空容器上蓋30の吸
着パット32上に吸着保持させる。
【0041】 次に、ウェーハ搬送ロボット14によ
って搬送されたOF合わせの終了した2枚目のウェーハ
を、貼り合わせ面を上向きにして真空容器本体20のパ
ット27上に載せる。
【0042】 パット27上に2枚目のウェーハを載
せた状態で移動モータ42を動作させてウェーハ移動用
軸25を下降させ、吸着ステージ22のテーパー面23
にウェーハの下面を接触させる。さらに真空装置(図示
せず)を動作させ、真空排気孔24を経由して排気を行
い、吸着ステージ22のテーパー面(あるいは円弧面
23にウェーハの下面を吸着させる。この時、前述した
ように吸着ステージ22のテーパー面(あるいは円弧
)23は、その高さが中心方向内方に向かって僅かに
高くなっていくように設定されているため、吸着ステー
ジ22に吸着されたウェーハは凸型にたわんだ状態とな
る。
【0043】 次いで、移動モータ41を動作させて
真空容器上蓋30を下降させることにより上ウェーハ3
1を下降させる。
【0044】 真空容器上蓋30と真空容器本体20
とを一体化させて、上ウェーハ31の下面と下ウェーハ
21の上面とを周辺押えスプリング33と中央押えスプ
リング34とによって押さえ付けながら下ウェーハ21
の凸型頂部と上ウェーハとを接触させた時、真空装置
(図示せず)を動作させて真空排気孔28を通じて一体
化させた真空容器本体20内の真空引きを行う。
【0045】真空容器本体20内の容器内圧力を20to
rr〜3×10-2torrとして、下ウェーハ21を吸着ステー
ジ22に吸着するための吸着圧力と上ウェーハ31を真
空容器上蓋30に吸着するための圧力(760mmHg〜1
0mmHg)より低くすると、下ウェーハ21の凸型にたわ
んだ状態が元に戻り、上ウェーハ31と下ウェーハ21
とが気泡を残すことなく接合する。
【0046】 真空容器上蓋30と一体化した真空容
器本体20内の容器内圧力および、上ウェーハ31と下
ウェーハ21の吸着圧力を常圧に戻し、真空容器上蓋3
0を上昇させる。
【0047】 ウェーハ移動用軸25を上昇させ、貼
り合わせの終了したウェーハをウェーハ搬送ロボット1
4により収納カセットステーション4に搬送する。
【0048】以上のようにしてウェーハを貼り合わせる
1サイクルが終了し、さらに1に戻ってサイクルが繰り
返される。
【0049】以上説明したようにこのウェーハ貼り合わ
せ装置においては、貼り合わせ前のウェーハを収納する
ための取り出しカセットがセットされた取り出しカセッ
トステーション1,2と、ウェーハ同士を貼り合わせる
ための貼り合わせ機がセットされたウェーハ貼り合わせ
ステーション8,10,12と、貼り合わせが終了した
ウェーハを収納するための収納カセットがセットされた
収納カセットステーション4と、ウェーハのOFを揃え
るためのOF合わせ機ステーションとを同一円周上に設
け、該同一円周を形成する円の中心部に前記ウェーハを
搬送するためのウェーハ搬送ロボットを設けているた
め、各ステーション間のウェーハの移動を最短距離でか
つ連続的に行うことができる。
【0050】従ってこのウェーハ貼り合わせ装置によれ
ば、ウェーハの取り出し、OF合わせ、ウェーハの貼り
合わせ、貼り合わせたウェーハの収納を効果的に行うこ
とができる。
【0051】またこのウェーハ貼り合わせ装置内にセッ
トされたウェーハ貼り合わせ機においては、凸型にたわ
ませた状態で吸着ステージ22に吸着保持された下ウェ
ーハ21の凸型頂部上と上ウェーハ31とを周辺押えス
プリング33と中央押えスプリング34とによって押さ
え付けながら真空容器本体20内の容器内圧力を減圧状
態にできるため、上ウェーハ31と下ウェーハ21とが
気泡等の異物が入ることなく確実に接合する。
【0052】従ってこのウェーハ貼り合わせ機によれ
ば、接合強度に優れた接合ウェーハを提供することがで
きる。
【0053】
【発明の効果】本発明のウェーハ貼り合わせ装置におい
ては、貼り合わせ前のウェーハを収納するための少なく
とも1個以上の取り出しカセットと、ウェーハ同士を貼
り合わせるための貼り合わせ機と、貼り合わせが終了し
たウェーハを収納するための収納カセットとを同一円周
上に設け、該同一円周を形成する円の中心部にウェーハ
を搬送するための搬送手段を設けるているため、取り出
しカセット、貼り合わせ機および収納カセット間のウェ
ーハの移動を最短距離でかつ連続的に行うことができ
る。
【0054】従って本発明のウェーハ貼り合わせ装置に
よれば、ウェーハの取り出し、貼り合わせ、収納を短時
間で効率良く自動で行うことができる。
【0055】また本発明のウェーハ貼り合わせ装置の貼
り合わせ機においては、一方のウェーハを凸型にたわま
せた状態で内部に保持する容器と、該容器の上部に設け
られ前記の凸型にたわませたウェーハの凸型頂部に接触
可能な状態に他方のウェーハを内部に保持できる前記容
器と一体化が可能な容器蓋とを有し、かつ前記容器には
一体化した容器内を減圧状態にするための真空装置が接
続して設けられているため、前記容器蓋と前記容器と一
体化して、減圧状態にするとウェーハの凸型にたわんだ
状態が元に戻り、ウェーハ同士が気泡を残すことなく接
合する。
【0056】従って本発明のウェーハ貼り合わせ装置の
貼り合わせ機によれば、接合強度に優れた接合ウェーハ
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウェーハ貼り合わせ装置の一実施例を
示す平面図である。
【図2】同ウェーハ貼り合わせ装置の貼り合わせ機の一
例を示す断面図である。
【図3】同貼り合わせ機の要部を示す断面図である。
【図4】従来のウェーハ貼り合わせ装置を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1 取り出しカセットステーション 2 取り出しカセットステーション 4 収納カセットステーション 8 6インチウェーハ貼り合わせステーション 10 5インチウェーハ貼り合わせステーション 12 4インチウェーハ貼り合わせステーション 14 ウェーハ搬送ロボット 20 真空容器本体 21 下ウェーハ 30 真空容器上蓋 31 上ウェーハ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 貼り合わせ前のウェーハを収納するため
    の少なくとも1個以上の取り出しカセットと、ウェーハ
    同士を貼り合わせるための貼り合わせ機と、貼り合わせ
    が終了したウェーハを収納するための収納カセットとを
    同一円周上に設け、該同一円周を形成する円の中心部に
    ウェーハを搬送するための搬送手段を設けることを特徴
    とするウェーハ貼り合わせ装置。
  2. 【請求項2】 前記貼り合わせ機が、一方のウェーハを
    凸型にたわませた状態で内部に保持する容器と、該容器
    の上部に設けられ前記の凸型にたわませたウェーハの凸
    型頂部に接触可能な状態に他方のウェーハを内部に保持
    できる前記容器と一体化が可能な容器蓋とを有し、かつ
    前記容器には一体化した容器内を減圧状態にするための
    真空装置が接続して設けられていることを特徴とする請
    求項1記載のウェーハ貼り合わせ装置。
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