JP3175232B2 - 半導体ウェーハの接着方法 - Google Patents

半導体ウェーハの接着方法

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JP3175232B2 JP27861891A JP27861891A JP3175232B2 JP 3175232 B2 JP3175232 B2 JP 3175232B2 JP 27861891 A JP27861891 A JP 27861891A JP 27861891 A JP27861891 A JP 27861891A JP 3175232 B2 JP3175232 B2 JP 3175232B2
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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、シリコンなどの半導体
ウェーハ同士を直接接着させて接合体ウェーハを得る半
導体ウェーハの接着方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種半導体ウェーハ同士を直接
接着させる方法として、例えば特開昭61−14583
9号公報に示すものがある。
【0003】上記公報に記載される半導体ウェーハの接
着方法は、図2(a)乃至(c)に示すような工程を経
て行われる。即ち、図2(a)に示すように、接着すべ
き鏡面研磨された2枚の半導体ウェーハ11,12をそ
れぞれ治具13,14に保持する。
【0004】ここで用いる一方の治具13は、その表面
が中央部が凸型となる曲面形状に形成されており、真空
吸引により一方の半導体ウェーハ11をその中央部11
aが他方の半導体ウェーハ12側に凸型となる曲面形状
に保持する。また、他方の治具14は、その表面が平坦
に形成され、真空吸着により他方の半導体ウェーハ12
を平坦に保持する。
【0005】そして、図2(b)に示すように、一方の
治具13により、一方の半導体ウェーハ11を中央部が
凸型の曲面形状となるように撓ませ、次いで平坦な他方
の半導体ウェーハ12側に押圧して凸型の中央部11a
を他方の半導体ウェーハ12に接触させる。
【0006】このように中央部11aを接触させた状態
で、治具13の真空吸引を解除すると、図2(c)に示
すように、一方の半導体ウェーハ11の周辺部11bも
他方の半導体ウェーハ12に接触し、2枚の半導体ウェ
ーハ11、12の研磨面同士が接着される。
【0007】このような方法を用いることにより、半導
体ウェーハに反り等が生じていても、周辺部が中央部よ
り先に接着するような事態を防止できる利点を有する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の方法
により2枚の半導体ウェーハ同士を接着する場合、実際
には、一方の半導体ウェーハの撓み状態を解除すると、
周辺部もほとんど瞬間的に他方の半導体ウェーハに接着
してしまう。これでは、2枚の半導体ウェーハ間に気泡
が残った状態で接着されてしまうおそれがあり、この半
導体ウェーハを用いて形成される半導体素子に悪影響を
与える。
【0009】また、瞬間的な接着により、半導体素子に
形成されるパターン等の伸縮に悪影響を与えるおそれも
あるそこで、本願発明は、中心部から周辺部に向かって
徐々に接着させ、内部に気泡が入らないような半導体ウ
ェーハ同士の接着を行うことができる接着方法を提供す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述のような課題を解決
し、上記目的を達成するため、本発明は、2枚の半導体
ウェーハの研磨面同士を直接接着させて接合体ウェーハ
を得る半導体ウェーハの接着方法において、一方の半導
体ウェーハの周辺部を周辺保持機構により保持するとと
もに、他方の半導体ウェーハを保持機構により上記一方
の半導体ウェーハに対向して平坦状態で保持する。次い
で、一方の半導体ウェーハの中央部を駆動押圧部材によ
り押圧し、一方の半導体ウェーハの中央部が凸状に突出
するように曲面状に撓ませるとともに、一方の半導体ウ
ェーハの中央部を他方の半導体ウェーハに接触させる。
その後、駆動押圧部材による一方の半導体ウェーハの押
圧を解除しながら他方の半導体ウェーハを一方の半導体
ウェーハ側に移動させて2枚の半導体ウェーハの接着を
行う。
【0011】
【作用】本発明は、中央部が凸状に突出するように曲面
状に撓ませれた一方の半導体ウェーハの中央部を他方の
半導体ウェーハに接触させた後、一方の半導体ウェーハ
の押圧を解除しながら他方の半導体ウェーハを一方の半
導体ウェーハ側に移動することにより、中央部から周辺
部に向かって徐々に接触して2枚の半導体ウェーハの接
着が行われる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照
して説明する。
【0013】本発明方法によって2枚の半導体ウェーハ
1,2の接着を行うには、図1(a)に示すように、接
合面を対向させて配置される。
【0014】なお、ここで、互いに接着される半導体ウ
ェーハ1、2は、直径を5インチとしたものが用いられ
る。
【0015】ここで、一方の半導体ウェーハ1は、駆動
押圧部材3と周辺部保持機構4とにより保持されてい
る。駆動押圧部材3は、周辺保持機構4によって周辺が
保持された一方の半導体ウェーハ1の一方の面の中央部
1aを他方の半導体ウェーハ2側に向かって押圧するも
ので、上端面3aが図中上方に向かって突出する凸型の
曲面形状に形成されている。
【0016】周辺部保持機構4は、一方の半導体ウェー
ハ1の周辺部1bを真空状態で吸引して保持するもの
で、保持台5とこの保持台5上に取り付けられた弾性可
能なパッキング材6とを備えている。パッキング材6
は、一方の半導体ウェーハ1の一方の面の周辺部1bを
支持するものであって、リング状に形成された内周側突
条片6aと同じくリング状に形成された外周側突条片6
bとから構成されている。これら内周側突条片6aと外
周側突条片6bとは同心円状に立ち上がり形成され、一
方の半導体ウェーハ1の一方の面をリング状に支持す
る。
【0017】なお、パッキング部材6の内周側突条片6
aは、図1(b)に示すように、外周側突条片6bより
高く、すなわち、半導体ウェーハ1が配置される側に向
かって突出するように形成されている。
【0018】周辺保持機構4を構成する保持台5には、
パッキング部材6の内周側突条片6aと外周側突条片6
bとによって構成される空間に連通する排気管7が設け
られている。パッキング部材6の内周側突条片6aと外
周側突条片6bとによって構成される空間は、排気管7
を介して真空吸引手段により吸引されることにより減圧
状態とされる。
【0019】ここで、パッキング部材6の内周側突条片
6a及び外周側突条片6b上に一方の半導体ウェーハ1
を載置する。次いで、排気管7を介して真空吸引手段に
より内周側突条片6aと外周側突条片6bと半導体ウェ
ーハ1とにより囲まれた空間の空気を吸引し減圧状態と
すると、半導体ウェーハ1は、図1(a)に示すよう
に、パッキング部材6上に圧着しながら中央部1aを駆
動押圧部材3の上端面3aに当接させる。このとき、外
周側突条片6bに比し高く形成された内周側突条片6a
は、図1(a)に示すように、半導体ウェーハ1によっ
て内周側に撓まされ、内周側突条片6aと外周側突条片
6bと半導体ウェーハ1とにより囲まれた空間が密閉状
態となる。この密閉状態において、さらに排気管7を介
して真空吸引手段により吸引することにより、半導体ウ
ェーハ1を大きな吸引力で吸引して確実にパッキング部
材6上に保持することができる。
【0020】半導体ウェーハ1を図1(a)に示すよう
にパッキング部材6上に保持させた状態としたところ
で、駆動押圧部材3を図1(b)中矢印A方向に移動さ
せ、凸型の曲面形状に形成されている上端面3aにより
半導体ウェーハ1の中央部1aを押圧し、この半導体ウ
ェーハ1を中央部1aが凸型に湾曲して突出した曲面状
に撓ませる。
【0021】半導体ウェーハ1が中央部1aを突出させ
て湾曲されたとき、半導体ウェーハ1によって弾性変形
されていた内周側突条片6aは、図1(b)に示すよう
に、半導体ウェーハ1の湾曲に倣って弾性復帰して、半
導体ウェーハ1の一方の面を支持する。したがって、内
周側突条片6aと外周側突条片6bと半導体ウェーハ1
とにより囲まれた空間は確実に密閉状態が維持され、こ
の空間が真空吸引手段による吸引が行われることによ
り、半導体ウェーハ1の確実な保持を図ることができ
る。
【0022】他方の半導体ウェーハ2は、略T字状に形
成された上方側の保持機構8に吸引保持される。この保
持機構8は、中央部に平坦な保持面8bが形成され、こ
の保持面8aに他方の半導体ウェーハ2を真空吸引によ
り保持する。半導体ウェーハ2は、保持機構8に設けら
れた排気管8aを介して真空吸引されることにより平坦
な保持面8bに圧着保持される。他方の半導体ウェーハ
2を保持する保持機構8は、駆動押圧部材3側に向かっ
て移動可能とされている。
【0023】そして、一方の半導体ウェーハ1と他方の
半導体ウェーハ2を接着するには、上述したように、駆
動押圧部材3を図1(b)中矢印A方向に移動させ、周
辺保持機構4に保持された一方の半導体ウェーハ1を撓
ませる。このとき、一方の半導体ウェーハ1は、中央部
1aが周辺部1bに対し100μm程度の突出量Lをも
って突出するように湾曲される。
【0024】ここで、さらに駆動押圧部材3を図1
(b)中矢印A方向に移動させ、駆動押圧部材3によっ
て押圧されて湾曲されて突出された一方の半導体ウェー
ハ1の中央部1aを、図1(b)に示すように、他方の
半導体ウェーハ2に接触させる。
【0025】一方の半導体ウェーハ1の中央部1aが、
図1(b)に示すように、他方の半導体ウェーハ2に接
触したところで、次いで、駆動押圧部材3を一方の半導
体ウェーハ1の押圧を解除する方向の図1(c)中矢印
B方向に移動させる。駆動押圧部材3の図1(c)中矢
印B方向への移動とともに他方の半導体ウェーハ2を一
方の半導体ウェーハ1側に移動させる。すなわち、駆動
押圧部材3による一方の半導体ウェーハ1の押圧を解除
しながら他方の半導体ウェーハ2を図1(c)中矢印C
方向の一方の半導体ウェーハ1側に移動する。
【0026】他方の半導体ウェーハ2の一方の半導体ウ
ェーハ1側への移動は、他方の半導体ウェーハ2を保持
した保持機構8を自重により駆動押圧部材3側に降下さ
せることにより行われる。すなわち、保持機構8は、支
持が解除されることにより駆動押圧部材3により支持さ
れた状態となり、駆動押圧部材3の図1(c)中矢印B
方向への移動に伴って移動する。
【0027】駆動押圧部材3による押圧が解除される
と、一方の半導体ウェーハ1は、平坦な状態に復帰し、
この平坦な状態となる一方の半導体ウェーハ1上に平坦
な状態で保持機構8に保持された他方の半導体ウェーハ
2が圧着し、これら2枚の半導体ウェーハ1,2の接着
が行われる。
【0028】ところで、駆動押圧部材3による一方の半
導体ウェーハ1の押圧の解除速度及び保持機構8の降下
速度は、撓み変形された一方の半導体ウェーハ1の平坦
化の速度や2枚の半導体ウェーハ1,2の接着速度に合
わせて機械的に制御される。
【0029】上述のように、駆動押圧部材3による押圧
が解除されると、周辺部保持機構4によって保持された
一方の半導体ウェーハ1は、曲率半径を徐々に大きしな
がら当初の平坦な状態に戻ろうとする。このとき、一方
の半導体ウェーハ1は、他方の半導体ウェーハ2と接着
されるまで周辺部1bが周辺部保持手段4により保持さ
れることにより、同心の輪が外側に向かって拡がるよう
に平坦化していき中央部1aから周辺部1b側に向かっ
て徐々に接着されて行く。
【0030】このように、2枚の半導体ウェーハ1,2
は、中央部から周辺部に向かって接着されていくので、
2枚の半導体ウェーハ1,2間に発生する気泡も、2枚
の半導体ウェーハ1,2の接着に伴って周辺部に逃がさ
れ、2枚の半導体ウェーハ1,2間に気泡が残存したま
ま接着されてしまうことを確実に防止できる。
【0031】
【発明の効果】上述したように、本発明は、互いに接合
される2枚の半導体ウェーハ間に気泡等を残存させるこ
となく接着することができるので、強固に接合した接合
体ウェーハを得ることができ、このウェーハを用いて形
成される半導体素子の信頼性を向上できる。
【0032】さらに、一方の半導体ウェーハの研磨面と
他方の半導体ウェーハの研磨面とが中心部から周辺部に
亘って徐々に接触されるので、確実に平坦化を維持して
2枚の半導体ウェーハを接着することができ、その結
果、これら半導体ウェーハに形成されるパターンの伸縮
に悪影響を与えることもない。
【0033】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体ウェーハの接着方法を示す
工程図であり、(a)は2枚の半導体ウェーハを平坦な
状態で対向させた状態を示し、(b)は一方の半導体ウ
ェーハの湾曲させた中央部を他方の半導体ウェーハに接
触させた状態を示し、(c)は2枚の半導体ウェーハ同
士を接着させた状態を示す図である。
【図2】従来の半導体ウェーハの接着方法を示す工程図
であり、(a)は2枚の半導体ウェーハを各々の治具に
設置した状態を示し、(b)は一方の半導体ウェーハを
他方の半導体ウェーハに接触させた状態を示し、(c)
は2枚の半導体ウェーハ同士を接着させた状態を示す図
である。
【符号の説明】
1 一方の半導体ウェーハ、 1a 一方の半導体ウ
ェーハの中央部、 1b 一方の半導体ウェーハの外周
部、 2 他方の半導体ウェーハ、 3 駆動押圧部
材、 4 周辺部保持機構、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/68 H01L 21/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2枚の半導体ウェーハの研磨面同士を直
    接接着させて接合体ウェーハを得る半導体ウェーハの接
    着方法において、 一方の半導体ウェーハの周辺部を周辺保持機構により保
    持するとともに、他方の半導体ウェーハを保持機構によ
    り上記一方の半導体ウェーハに対向して平坦状態で保持
    し、 次いで、上記一方の半導体ウェーハの中央部を駆動押圧
    部材により押圧し、上記一方の半導体ウェーハの中央部
    が凸状に突出するように曲面状に撓ませるとともに、上
    記一方の半導体ウェーハの中央部を上記他方の半導体ウ
    ェーハに接触させ、 その後、上記駆動押圧部材による上記一方の半導体ウェ
    ーハの押圧を解除しながら上記他方の半導体ウェーハを
    上記一方の半導体ウェーハ側に移動させて上記2枚の半
    導体ウェーハの接着を行う半導体ウェーハの接着方法。
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