JP2929949B2

JP2929949B2 - ウエーハの結合方法

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Publication number: JP2929949B2
Application number: JP22721094A
Authority: JP
Inventors: 好大木; 克夫吉沢; 正雄深美
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JPH0869952A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２枚のシリコンウエー
ハなどのウエーハを結合する方法に関し、詳しくは、ベ
ースウエーハよりも薄物のボンドウエーハを、真空ピン
セットにより重ね合わせて結合する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鏡面研磨された２枚の半導体ウエーハ
を、その鏡面研磨面同士を清浄な条件下で直接または酸
化膜を介して重ね合わせることにより、接着剤を用いる
ことなく結合できることが知られており、この結合方法
は、例えばＳＯＩ構造を有する半導体素子形成用基板の
製造に応用されている。

【０００３】上記半導体素子形成用基板の製造は、例え
ば以下の方法によって行われる。すなわち、図１０
（ａ）に示すように、鏡面加工を施したベースウエーハ
５１と、鏡面加工を施したボンドウエーハ５２のそれぞ
れの全面に熱酸化膜５３を形成した後、図１０（ｂ）に
示す要領でベースウエーハ５１とボンドウエーハ５２を
重ね合わせることにより、図１０（ｃ）に示す１次結合
ウエーハ５４とし、この１次結合ウエーハ５４をＮ₂ま
たはＯ₂雰囲気中５００℃以上に加熱することにより、
上記２枚のウエーハ同士の結合を強固にして２次結合ウ
エーハ（図示せず）とする。その後、この２次結合ウエ
ーハにおけるボンドウエーハ５２の酸化膜５３および、
その下のシリコン層の一部を研削除去し、次いで該研削
面を鏡面仕上げすることにより、図１０（ｄ）に示すＳ
ＯＩ構造の半導体素子形成用基板５５を得る。

【０００４】ここで、上記図１０（ｂ）に示す、１次結
合ウエーハ５４の作製要領を説明すると、ベースウエー
ハ５１を固定部材（真空吸着台）７１上に固定し、真空
ピンセット７２の吸着部７３によりボンドウエーハ５２
の中心部を吸着し、ベースウエーハ５１に対して平行を
保った状態でボンドウエーハ５２を降下させ、ウエーハ
５１，５２の結合面同士の間隔が１ｍｍ程度になったと
ころで吸着部７３の吸着を解除して、ボンドウエーハ５
２を自重によりベースウエーハ５１上に落下させる。と
ころが、この結合方法では、２次結合ウエーハにおいて
ウエーハ５１と５２の間に空気が封じ込められることが
あり、該箇所にボイド（結合不良の空隙）が発生しやす
いという問題があった。

【０００５】この問題を解決した結合方法が、特開平５
−１５２５４９号公報に提案されている。この方法で
は、図１１，１２に示すように、一方のウエーハ５２の
ＯＦ（オリエンテーションフラット）６２の近傍部分を
真空ピンセット７２の吸着部７３により吸着し、このウ
エーハ５２の結合面におけるＯＦ６２側の縁（外周端
部）を、他方のウエーハ５１の結合面におけるＯＦ６１
側の縁（外周端部）と軽く接触させ、その際、ウエーハ
５１，５２のＯＦと反対側の端部６３，６４における結
合面同士の間隔を１ｍｍ以下とし、その後真空ピンセッ
ト７２の吸着を解除して、ボンドウエーハ５２を自重に
よりベースウエーハ５１に接触させるものである。この
結合方法によれば、図１０（ｂ）に示す方法に比べて、
ボイドの発生率が大幅に低下する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１０
（ｄ）の説明にもあるように、結合後のボンドウエーハ
は、その初期厚さの９０％以上が研削で除去される。こ
のため、ボンドウエーハの材料費のみならず研削加工費
の上昇が無視できない。従って、初期に結合されるボン
ドウエーハの厚さはなるべく薄くした方が良い。しか
し、上記従来の方法によって、例えば厚さ５５０μｍの
ベースウエーハに厚さ３００μｍのボンドウエーハを結
合させる場合、ボンドウエーハの真空ピンセットが当た
るＯＦ近傍部にボイドが発生しやすくなる。すなわち、
上記公報記載の結合方法は、肉厚がおおよそ５００μｍ
以上の厚物ウエーハ同士の結合には効果的であるもの
の、肉厚がおおよそ３００μｍ以下である薄物のボンド
ウエーハの結合にはボイド発生防止効果は十分ではな
く、ボイド発生率をゼロまたは、殆どゼロにするのは難
しいという問題があった。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、図１１に示す方法を更に改良すること
により、容易にボイド発生率をゼロにすることができ
る、ウエーハの結合方法を提供することにある。

【０００８】本発明者は、厚さの異なる２枚の薄物ウエ
ーハ同士を結合する場合、下側のウエーハを支持する固
定部材に切欠き部（または貫通孔）を形成し、該切欠き
部の直上に下側ウエーハのＯＦ近傍部を配置し、真空ピ
ンセットにより上下２枚のウエーハの結合面におけるＯ
Ｆ側の外周端部同士を重ね合わせた後、そのまま真空ピ
ンセットの吸着部により、前記切欠き部の直上からその
内部に向く押圧力を前記外周端部に付与することによ
り、ボイドの発生率がゼロになることを知見し、本発明
を完成したものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のウエー
ハの結合方法は、少なくとも片面が鏡面仕上げされ、厚
さは異なるが形状および直径が同一の２枚のウエーハ
を、これらの輪郭線を合致させた状態で、かつ前記鏡面
仕上げ面同士を重ね合わせて結合する方法であって、支
持体となるウエーハ（以下、ベースウエーハという）
を、適宜寸法・形状の切欠き部を外周部に形成した固定
部材上に、結合面を上方に向け、かつ該ベースウエーハ
の外周端近傍部を前記切欠き部の真上に位置させて前記
固定部材により支持した状態で固定し、半導体素子を形
成する層となるウエーハ（以下、ボンドウエーハとい
う）における結合面と反対面の外周端近傍部を、吸着部
の吸着面が前記切欠き部より小さい真空ピンセットで吸
着し、該真空ピンセットを降下させて、前記吸着部を前
記切欠き部の真上に位置させることにより、ボンドウエ
ーハの結合面における真空ピンセットの吸着部直下近傍
の外周端部を、ベースウエーハの結合面における前記切
欠き部の真上の外周端部に接触させ、これらの外周端部
を真空ピンセットの吸着部により前記切欠き部の深さ方
向に、かつボンドウエーハの自重程度の力で押圧すると
ともに、該押圧部と反対側に位置する外周端部ではこれ
らのウエーハ間に適宜寸法の隙間をあけた状態とし、該
状態で前記真空ピンセットの吸着を解除してボンドウエ
ーハの結合面全面をその自重によりベースウエーハの結
合面全面に重ね合わせるのと同時に、真空ピンセットの
吸着部により、前記重ね合わせウエーハの面に対してほ
ぼ直角方向に押圧することにより、ボンドウエーハをベ
ースウエーハに結合することを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載のウエーハの結合方法は、
少なくとも片面が鏡面仕上げされ、厚さは異なるが形状
および直径が同一の２枚のウエーハを、これらの輪郭線
を合致させた状態で、かつ前記鏡面仕上げ面同士を重ね
合わせて結合する方法であって、ベースウエーハを、適
宜寸法・形状の貫通孔を外周部に形成した固定部材上
に、結合面を上方に向け、かつ該ベースウエーハの外周
端近傍部を前記貫通孔の真上に位置させて前記固定部材
により支持した状態で固定し、ボンドウエーハにおける
結合面と反対面の外周端近傍部を、吸着部の吸着面が前
記貫通孔より小さい真空ピンセットで吸着し、該真空ピ
ンセットを降下させて、前記吸着部を前記貫通孔の真上
に位置させることにより、ボンドウエーハの結合面にお
ける真空ピンセットの吸着部直下近傍の外周端部を、ベ
ースウエーハの結合面における前記貫通孔の真上の外周
端部に接触させ、これらの外周端部を真空ピンセットの
吸着部により前記貫通孔の深さ方向に、かつボンドウエ
ーハの自重程度の力で押圧するとともに、該押圧部と反
対側に位置する外周端部ではこれらのウエーハ間に適宜
寸法の隙間をあけた状態とし、該状態で前記真空ピンセ
ットの吸着を解除してボンドウエーハの結合面全面をそ
の自重によりベースウエーハの結合面全面に重ね合わせ
るのと同時に、真空ピンセットの吸着部により、前記重
ね合わせウエーハの面に対してほぼ直角方向に押圧する
ことにより、ボンドウエーハをベースウエーハに結合す
ることを特徴とする。

【００１１】請求項３に記載のウエーハの結合方法は、
少なくとも片面が鏡面仕上げされ、かつその周縁の一方
にＯＦ（オリエンテーションフラット）を設けた、厚さ
は異なるが形状および直径が同一の２枚のウエーハを、
これらの輪郭線を合致させた状態で、かつ前記鏡面仕上
げ面同士を重ね合わせて結合する方法であって、ベース
ウエーハを、その幅が前記ＯＦの長さより狭い切欠き部
を外周部に形成した固定部材上に、その結合面を上方に
向け、かつ該ベースウエーハのＯＦ部を前記切欠き部の
真上に位置させて前記固定部材により支持した状態で固
定し、ボンドウエーハの結合面とは反対面のＯＦ近傍部
を、吸着部の吸着面が前記切欠き部より小さい真空ピン
セットで吸着し、該真空ピンセットを降下させて、前記
吸着部を前記切欠き部の真上に位置させることにより、
ボンドウエーハの結合面における真空ピンセットの吸着
部直下近傍のＯＦ部を、ベースウエーハの結合面におけ
る前記切欠き部真上のＯＦ部に接触させ、これらの外周
端部を真空ピンセットの吸着部により前記切欠き部の深
さ方向に、かつボンドウエーハの自重程度の力で押圧す
るとともに、該押圧部と反対側に位置する外周端部では
これらのウエーハ間に適宜寸法の隙間をあけた状態と
し、該状態で前記真空ピンセットの吸着を解除してボン
ドウエーハの結合面全面をその自重によりベースウエー
ハの結合面全面に重ね合わせるのと同時に、真空ピンセ
ットの吸着部により、前記重ね合わせウエーハの面に対
してほぼ直角方向に押圧することにより、ボンドウエー
ハをベースウエーハに結合することを特徴とする。

【００１２】請求項４に記載のウエーハの結合方法は、
少なくとも片面が鏡面仕上げされ、かつその周縁の一方
にＯＦを設けた、厚さは異なるが形状および直径が同一
の２枚のウエーハを、これらの輪郭線を合致させた状態
で、かつ前記鏡面仕上げ面同士を重ね合わせて結合する
方法であって、ベースウエーハを、その最大直径が前記
ＯＦの長さより小さい貫通孔を外周部に形成した固定部
材上に、その結合面を上方に向け、かつ該ベースウエー
ハのＯＦ部を前記貫通孔の真上に位置させて前記固定部
材により支持した状態で固定し、ボンドウエーハの結合
面とは反対面のＯＦ近傍部を、吸着部の吸着面が前記貫
通孔より小さい真空ピンセットで吸着し、該真空ピンセ
ットを降下させて、前記吸着部を前記貫通孔の真上に位
置させることにより、ボンドウエーハの結合面における
真空ピンセットの吸着部直下近傍のＯＦ部を、ベースウ
エーハの結合面における前記貫通孔真上のＯＦ部に接触
させ、これらの外周端部を真空ピンセットの吸着部によ
り前記貫通孔の深さ方向に、かつボンドウエーハの自重
程度の力で押圧するとともに、該押圧部と反対側に位置
する外周端部ではこれらのウエーハ間に適宜寸法の隙間
をあけた状態とし、該状態で前記真空ピンセットの吸着
を解除してボンドウエーハの結合面全面をその自重によ
りベースウエーハの結合面全面に重ね合わせるのと同時
に、真空ピンセットの吸着部により、前記重ね合わせウ
エーハの面に対してほぼ直角方向に押圧することによ
り、ボンドウエーハをベースウエーハに結合することを
特徴とする。

【００１３】請求項５に記載のウエーハの結合方法は、
請求項１または２において、前記ボンドウエーハは、熱
酸化法によって予めその全表面に熱酸化膜を付したシリ
コン単結晶ウエーハであって、その鏡面仕上げされてい
る面とベースウエーハの鏡面仕上げされている面とを結
合することを特徴とする。

【００１４】請求項６に記載のウエーハの結合方法は、
請求項１または２において、前記ベースウエーハは、熱
酸化法によって予めその全表面に熱酸化膜を付したシリ
コン単結晶もしくはシリコン多結晶からなるウエーハ、
または石英ウエーハであって、その鏡面仕上げされてい
る面とボンドウエーハの鏡面仕上げされている面とを結
合することを特徴とする。

【００１５】

【作用】肉厚が例えば３００μｍ以下の薄物ウエーハは
厚物ウエーハよりも撓みやすいため、図１１の結合方法
によった場合、図１３（ａ）に示すように、肉厚が薄い
方の上側ウエーハ５２を真空ピンセット７２の吸着部７
３で吸着すると、ウエーハ５２の前記吸着近傍部が真空
ピンセット７２側に凸状になる。このような形態の上側
ウエーハ５２を、下面全体が固定部材７１に接触して固
定された下側ウエーハ５１に重ね合わせた場合、図１３
（ｂ）に示すように、前記凸状部分が完全な平坦状に修
正されないまま結合するため、前記凸状部分に空気が残
留するので、ボイドが発生しやすくなるものと考えられ
る。

【００１６】そこで、本発明では請求項１〜４に記載の
結合方法を用いるが、これらは、先に述べた特開平５−
１５２５４９号公報に記載の方法とほぼ同じである。す
なわち、図３（ａ）に示すように上側ボンドウエーハ２
の、真空ピンセット２１の吸着部２２で保持された外周
端部を、固定部材１１に形成した切欠き部１２（または
貫通孔）の直上で下側ベースウエーハ１の外周端部に接
触させ、これらの外周端部を真空ピンセット２１の吸着
部２２で前記切欠き部１２（または貫通孔）の深さ方向
に、かつ上側ウエーハ２の自重程度の力で軽く押圧し、
その後、前記接触部の他端側を閉じて重ね合わせを行
う。更に本発明においては、図３（ｂ）に示すように、
上下のウエーハ２，１が重ね合わさるのと同時に真空ピ
ンセット２１による押圧を、この重ね合わせウエーハの
面に対してほぼ直角方向に行う。この場合、切欠き部１
２が存在するため、上記押圧操作を支障なく行うことが
できる。この結合方法に従うことで、ベースウエーハ１
にかかる力を逃がしながら、前記凸状部分が完全な平坦
状に修正された状態となり、しかも上下のウエーハ２，
１では、最初に真空ピンセット２１の吸着部２２により
前記外周端部が接触した後、吸着部２２により軽く押圧
された前記外周端部の近傍から徐々に結合が結合面全体
に広がるため、上下ウエーハ間の空気が逃げやすくなる
結果、前記吸着部近傍のボイドの発生は勿論、他の部分
におけるボイド発生もゼロにすることができるものと推
察される。

【００１７】本発明では、ウエーハ結合工程において上
記のように一時的に、前記吸着部によるウエーハ接触部
と反対側に位置する外周端部においてウエーハ間に適宜
の間隔をあけた状態とする。この場合、好ましい間隔は
上側ウエーハの材質、直径、肉厚等により異なるが、一
般的には０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内である。

【００１８】本発明の結合方法は、厚さは異なるが形状
および直径が同一の２枚の半導体ウエーハを、これらの
輪郭線を合致させた状態で結合するものであって、真空
ピンセットの吸着部により上下ウエーハが最初に接触す
るのは、その外周端部同士である。この場合、上下ウエ
ーハの位置決め基準を、請求項３のようにＯＦとするこ
とにより該位置決めを、より簡便、かつ確実に行うこと
ができる。

【００１９】また、請求項３に記載されているように、
固定部材の切欠き部の幅をＯＦの長さより狭くすること
によって、ボンドウエーハを固定部材で安定に支持しな
がら、真空ピンセットによる押圧力を逃がすことができ
るし、吸着部の吸着面を切欠き部の幅より小さくするこ
とで、ウエーハ重ね合わせ後の水平方向の押圧の障害物
がなくなるため、ボイド発生防止効果が更に高まる。

【００２０】請求項５に記載の結合方法で得られた結合
ウエーハについて所定の加工を施すことにより、活性層
（ボンドウエーハ）の汚染が少ないＳＯＩ構造の半導体
素子形成用基板を作製することができる。

【００２１】請求項６に記載の結合方法によれば、ベー
スウエーハの材質をその目的に応じて設定したＳＯＩ構
造の半導体素子形成用基板を作製することができる。

【００２２】

【実施例】以下本発明を、図示した実施例により更に詳
細に説明する。実施例１この実施例は、ＯＦを有し互いに合同な２枚のウエーハ
を結合するものであり、図１は上下のウエーハ２（ボン
ドウエーハ）、１（ベースウエーハ）を結合する方法の
説明断面図（図２のＢ−Ｂ線断面図）、図２は図１のＡ
−Ａ線矢視図である。図１，２に示すように、直径がウ
エーハ１，２より大きい円板の外周部に平面視が略長方
形の切欠き部１２を形成して、下側ウエーハ１の固定部
材１１とする。切欠き部１２の幅Ｗは、ＯＦ３，４の長
さより小さくする。また、真空ピンセット２１の吸着部
２２のウエーハ吸着面は円形または正多角形とし、その
直径Ｒは切欠き部１２の幅Ｗより小さく、かつその奥行
きＬより小さくする。

【００２３】ウエーハ１，２の結合に際しては、ウエー
ハ１を固定部材１１上に同心状に、結合面を上方に向け
て、かつそのＯＦ３が切欠き部１２に跨がるように固定
する。これによりウエーハ１は、ＯＦ３近傍の外周端部
が切欠き部１２の直上に位置して、かつ前記外周端部の
両側を固定部材１１により支持した状態で固定される。
なお、図１において３１は作業台である。次に、ウエー
ハ２における結合面と反対面のＯＦ４近傍の外周端部を
真空ピンセット２１の吸着部２２で吸着し、真空ピンセ
ット２１を降下させて、吸着部２２を切欠き部１２の直
上に位置させることにより、ウエーハ２の結合面におけ
るＯＦ４近傍の外周端部を、ウエーハ１の結合面におけ
るＯＦ３近傍の外周端部に接触させるとともに〔このと
き吸着部２２は図２において、ＯＦ３の輪郭線の一部
と、切欠き部１２の輪郭線の一部（破線で示す）とによ
り形成される略長方形の内部にある〕、該接触部と反対
側ではこれらのウエーハ間に適宜寸法の隙間をあけた状
態（図１の状態）とし、該状態で真空ピンセット２１の
吸着を解除し、ウエーハ２を自重によりウエーハ１に直
接重ね合わせると同時に、押圧力をこの重ね合わせウエ
ーハの面に対し、ほぼ直角方向に軽く作用させる。

【００２４】上記結合方法は、２枚のウエーハ外周端部
を固定部材１１の実体部分の上で接触させるようにし
て、上側ウエーハ２の外周端部を、固定部材１１に形成
した切欠き部１２の直上で下側ウエーハ１の外周端部に
重ね、これらの外周端部を真空ピンセット２１の吸着部
２２で切欠き部１２の深さ方向に、ボンドウエーハの自
重程度の力で軽く押圧するものであり、こうすること
で、ウエーハ１，２のＯＦ近傍の結合面間に空気が残留
することがなくなって、結合面全体が密着するため、ボ
イドの発生をゼロにすることができるものと考えられ
る。

【００２５】実施例２この実施例は、図４に示すような、外周部に円形の貫通
孔１３を形成した固定部材１１を用いるものであり、そ
の他の点は、実施例１と同様である。なお、この場合、
真空ピンセット２１の吸着部２２を貫通孔１３と同心状
に位置決めし、かつウエーハ１，２のＯＦ３，４の一部
を貫通孔１３の直上に位置させる。

【００２６】実施例３この実施例は、図５に示すようにＯＦ３，４と反対側の
外周端部を、固定部材１１の切欠き部１２の直上に位置
させるものであり、その他の点は、実施例１と同様であ
る。

【００２７】実施例４，５図６に示す実施例では、ＯＦのないウエーハ１，２を、
切欠き部１２を有する固定部材１１を用いて結合し、図
７に示す実施例は、ＯＦのないウエーハ１，２を、円形
の貫通孔１３を有する固定部材１１を用いて結合するも
のである。

【００２８】［試験例］および［比較例］次に、本発明によるウエーハ結合の試験例と、図１１に
示す従来方法による比較例について説明する。試験例１図１，２に示す方法（上記実施例１についての説明を参
照）に従った。ベースウエーハ１としては直径１２５ｍ
ｍ、肉厚６２５μｍの単結晶シリコンからなるＯＦ付き
のものを、ボンドウエーハ２としては直径１２５ｍｍ、
肉厚３００μｍで、全面に膜厚５００ｎｍの表面酸化膜
を形成したＯＦ付きの単結晶シリコンからなるものを、
それぞれ用いた。真空ピンセット２１の吸着部２２によ
るウエーハ１，２の押圧力は、ボンドウエーハの自重程
度とした。ここで、固定部材１１として石英板を傾斜状
態で固定したものを使用した。なお、この時の、ＯＦの
長さは４２ｍｍ、切欠き部１２の幅Ｗは２０ｍｍ、かつ
その奥行きＬは３０ｍｍとした。

【００２９】上記方法により得られた１次結合ウエーハ
についてＯ₂雰囲気下、１１００℃で１時間熱処理して
２次結合ウエーハとし、この２次結合ウエーハにおけ
る、ＯＦ部のボイドの有無をＸ線トポグラフおよび超音
波探傷法を用いて検出した。そして、直径０．５〜１．
０ｍｍの円形ボイドが一つでも検出されたものは、「Ｏ
Ｆボイド有り」とした。

【００３０】比較例１図８，９に示すように、固定部材１１として、切欠き部
のない単なる円板状の傾斜石英板を用い、特開平５−１
５２５４９号公報に記載の結合方法に従った。なお、図
８は図９のＤ−Ｄ線断面図であり、図９は図８のＣ−Ｃ
線矢視図である。また、サンプルウエーハ１，２として
は、それぞれ試験例１と同一のベースウエーハおよびボ
ンドウエーハを用いた。得られた１次結合ウエーハを試
験例１と同一の条件で処理して２次結合ウエーハとし、
そのＯＦボイドの有無を、試験例１と同一方法で検出し
た。以上の試験例１、比較例１についてのボイド発生状
況を［表１］に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】［表１］から明らかなように、従来方法で
はＯＦ発生率が２３．３％であったのを、本発明方法に
よりゼロ％にすることができた。なお試験例１、比較例
１のいずれもＯＦ近傍部以外の部分には、ボイドの発生
は全く検出されなかった。

【００３３】

【発明の効果】以上に述べたように請求項１〜４に記載
のウエーハ結合方法によれば、切欠き部または貫通孔を
形成したウエーハ固定部材を用い、下側のベースウエー
ハを、その外周端近傍部を前記切欠き部または貫通孔の
直上に位置させた状態で固定し、真空ピンセットの吸着
部により上側のボンドウエーハの外周端近傍部を吸着
し、前記吸着部を降下させて２枚のウエーハの外周端部
同士を接触させ、これらの外周端部を真空ピンセットの
吸着部により前記切欠き部または貫通孔の深さ方向に、
かつボンドウエーハの自重程度の力で押圧するととも
に、該押圧部と反対側に位置する外周端部ではこれらの
ウエーハ間に適宜寸法の隙間をあけた状態とし、該状態
で前記真空ピンセットの吸着を解除してボンドウエーハ
の結合面全面をその自重によりベースウエーハの結合面
全面に重ね合わせるのと同時に、真空ピンセットの吸着
部により、前記重ね合わせウエーハの面に対してほぼ直
角方向に押圧することにより、ボンドウエーハをベース
ウエーハに結合するように構成したので、ＯＦ部のボイ
ドを皆無にすることができる効果がある。なお、本発明
は特に、厚さの異なるウエーハ同士の結合を目的として
いるが、薄物ウエーハ同士または厚物ウエーハ同士の結
合においても、同様の優れた作用効果をあげることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の説明図であって、図２のＢ
−Ｂ線断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】本発明の作用をウエーハの横断面で示した説明
図である。

【図４】実施例２の平面図である。

【図５】実施例３の平面図である。

【図６】実施例４の平面図である。

【図７】実施例５の平面図である。

【図８】図１１に示す従来方法による比較例１を示す説
明図であって、図９のＤ−Ｄ線断面図である。

【図９】図８のＣ−Ｃ線矢視図である。

【図１０】従来方法によるＳＯＩ構造の半導体素子形成
用基板の製造工程をウエーハの横断面で示した説明図で
あり、（ａ）はベースウエーハとボンドウエーハを、
（ｂ）は真空ピンセットによる結合工程を、（ｃ）は１
次結合ウエーハを、（ｄ）は得られた半導体素子形成用
基板を、それぞれ示すものである。

【図１１】図１０（ｂ）の方法を改良したウエーハ結合
方法を、ウエーハの横断面で示した説明図であって、上
側ウエーハのＯＦ側外周端部を下側ウエーハのＯＦ側外
周端部に接触させたときの状態を示すものである。

【図１２】図１１の平面図である。

【図１３】図１１の従来方法を用いて薄物ウエーハを結
合した場合の作用および問題点を、ウエーハの横断面で
示した説明図であり、（ａ）は上側ウエーハのＯＦ側外
周端部を下側ウエーハのＯＦ側外周端部に接触させたと
きの状態を示し、（ｂ）は１次結合ウエーハの結合状態
を示すものである。

【符号の説明】

１，２ウエーハ３，４，６１，６２ＯＦ（オリエンテーションフラッ
ト）１１，７１固定部材１２切欠き部１３貫通孔２１，７２真空ピンセット２２，７３吸着部５１，５２ウエーハ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも片面が鏡面仕上げされ、厚さ
は異なるが形状および直径が同一の２枚のウエーハを、
これらの輪郭線を合致させた状態で、かつ前記鏡面仕上
げ面同士を重ね合わせて結合する方法であって、支持体
となるウエーハ（以下、ベースウエーハという）を、適
宜寸法・形状の切欠き部を外周部に形成した固定部材上
に、結合面を上方に向け、かつ該ベースウエーハの外周
端近傍部を前記切欠き部の真上に位置させて前記固定部
材により支持した状態で固定し、半導体素子を形成する
層となるウエーハ（以下、ボンドウエーハという）にお
ける結合面と反対面の外周端近傍部を、吸着部の吸着面
が前記切欠き部より小さい真空ピンセットで吸着し、該
真空ピンセットを降下させて、前記吸着部を前記切欠き
部の真上に位置させることにより、ボンドウエーハの結
合面における真空ピンセットの吸着部直下近傍の外周端
部を、ベースウエーハの結合面における前記切欠き部の
真上の外周端部に接触させ、これらの外周端部を真空ピ
ンセットの吸着部により前記切欠き部の深さ方向に、か
つボンドウエーハの自重程度の力で押圧するとともに、
該押圧部と反対側に位置する外周端部ではこれらのウエ
ーハ間に適宜寸法の隙間をあけた状態とし、該状態で前
記真空ピンセットの吸着を解除してボンドウエーハの結
合面全面をその自重によりベースウエーハの結合面全面
に重ね合わせるのと同時に、真空ピンセットの吸着部に
より、前記重ね合わせウエーハの面に対してほぼ直角方
向に押圧することにより、ボンドウエーハをベースウエ
ーハに結合することを特徴とするウエーハの結合方法。
【請求項２】少なくとも片面が鏡面仕上げされ、厚さ
は異なるが形状および直径が同一の２枚のウエーハを、
これらの輪郭線を合致させた状態で、かつ前記鏡面仕上
げ面同士を重ね合わせて結合する方法であって、ベース
ウエーハを、適宜寸法・形状の貫通孔を外周部に形成し
た固定部材上に、結合面を上方に向け、かつ該ベースウ
エーハの外周端近傍部を前記貫通孔の真上に位置させて
前記固定部材により支持した状態で固定し、ボンドウエ
ーハにおける結合面と反対面の外周端近傍部を、吸着部
の吸着面が前記貫通孔より小さい真空ピンセットで吸着
し、該真空ピンセットを降下させて、前記吸着部を前記
貫通孔の真上に位置させることにより、ボンドウエーハ
の結合面における真空ピンセットの吸着部直下近傍の外
周端部を、ベースウエーハの結合面における前記貫通孔
の真上の外周端部に接触させ、これらの外周端部を真空
ピンセットの吸着部により前記貫通孔の深さ方向に、か
つボンドウエーハの自重程度の力で押圧するとともに、
該押圧部と反対側に位置する外周端部ではこれらのウエ
ーハ間に適宜寸法の隙間をあけた状態とし、該状態で前
記真空ピンセットの吸着を解除してボンドウエーハの結
合面全面をその自重によりベースウエーハの結合面全面
に重ね合わせるのと同時に、真空ピンセットの吸着部に
より、前記重ね合わせウエーハの面に対してほぼ直角方
向に押圧することにより、ボンドウエーハをベースウエ
ーハに結合することを特徴とするウエーハの結合方法。
【請求項３】少なくとも片面が鏡面仕上げされ、かつ
その周縁の一方にＯＦ（オリエンテーションフラット）
を設けた、厚さは異なるが形状および直径が同一の２枚
のウエーハを、これらの輪郭線を合致させた状態で、か
つ前記鏡面仕上げ面同士を重ね合わせて結合する方法で
あって、ベースウエーハを、その幅が前記ＯＦの長さよ
り狭い切欠き部を外周部に形成した固定部材上に、その
結合面を上方に向け、かつ該ベースウエーハのＯＦ部を
前記切欠き部の真上に位置させて前記固定部材により支
持した状態で固定し、ボンドウエーハの結合面とは反対
面のＯＦ近傍部を、吸着部の吸着面が前記切欠き部より
小さい真空ピンセットで吸着し、該真空ピンセットを降
下させて、前記吸着部を前記切欠き部の真上に位置させ
ることにより、ボンドウエーハの結合面における真空ピ
ンセットの吸着部直下近傍のＯＦ部を、ベースウエーハ
の結合面における前記切欠き部真上のＯＦ部に接触さ
せ、これらの外周端部を真空ピンセットの吸着部により
前記切欠き部の深さ方向に、かつボンドウエーハの自重
程度の力で押圧するとともに、該押圧部と反対側に位置
する外周端部ではこれらのウエーハ間に適宜寸法の隙間
をあけた状態とし、該状態で前記真空ピンセットの吸着
を解除してボンドウエーハの結合面全面をその自重によ
りベースウエーハの結合面全面に重ね合わせるのと同時
に、真空ピンセットの吸着部により、前記重ね合わせウ
エーハの面に対してほぼ直角方向に押圧することによ
り、ボンドウエーハをベースウエーハに結合することを
特徴とするウエーハの結合方法。
【請求項４】少なくとも片面が鏡面仕上げされ、かつ
その周縁の一方にＯＦを設けた、厚さは異なるが形状お
よび直径が同一の２枚のウエーハを、これらの輪郭線を
合致させた状態で、かつ前記鏡面仕上げ面同士を重ね合
わせて結合する方法であって、ベースウエーハを、その
最大直径が前記ＯＦの長さより小さい貫通孔を外周部に
形成した固定部材上に、その結合面を上方に向け、かつ
該ベースウエーハのＯＦ部を前記貫通孔の真上に位置さ
せて前記固定部材により支持した状態で固定し、ボンド
ウエーハの結合面とは反対面のＯＦ近傍部を、吸着部の
吸着面が前記貫通孔より小さい真空ピンセットで吸着
し、該真空ピンセットを降下させて、前記吸着部を前記
貫通孔の真上に位置させることにより、ボンドウエーハ
の結合面における真空ピンセットの吸着部直下近傍のＯ
Ｆ部を、ベースウエーハの結合面における前記貫通孔真
上のＯＦ部に接触させ、これらの外周端部を真空ピンセ
ットの吸着部により前記貫通孔の深さ方向に、かつボン
ドウエーハの自重程度の力で押圧するとともに、該押圧
部と反対側に位置する外周端部ではこれらのウエーハ間
に適宜寸法の隙間をあけた状態とし、該状態で前記真空
ピンセットの吸着を解除してボンドウエーハの結合面全
面をその自重によりベースウエーハの結合面全面に重ね
合わせるのと同時に、真空ピンセットの吸着部により、
前記重ね合わせウエーハの面に対してほぼ直角方向に押
圧することにより、ボンドウエーハをベースウエーハに
結合することを特徴とするウエーハの結合方法。
【請求項５】前記ボンドウエーハは、熱酸化法によっ
て予めその全表面に熱酸化膜を付したシリコン単結晶ウ
エーハであって、その鏡面仕上げされている面とベース
ウエーハの鏡面仕上げされている面とを結合することを
特徴とする請求項１または２に記載のウエーハの結合方
法。
【請求項６】前記ベースウエーハは、熱酸化法によっ
て予めその全表面に熱酸化膜を付したシリコン単結晶も
しくはシリコン多結晶からなるウエーハ、または石英ウ
エーハであって、その鏡面仕上げされている面とボンド
ウエーハの鏡面仕上げされている面とを結合することを
特徴とする請求項１または２に記載のウエーハの結合方
法。