JP3318776B2 - Manufacturing method of bonded substrate and bonding device - Google Patents
Manufacturing method of bonded substrate and bonding deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、張り合わせ基板の製造
方法と張り合わせ装置に係り、たとえば半導体ウェーハ
などの半導体基板相互を張り合わせたＳＯＩ（Silicon
on Insulator）構造の張り合わせ基板などを好適に製
造するための方法および装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a bonded substrate and a bonding apparatus, for example, an SOI (Silicon) in which semiconductor substrates such as semiconductor wafers are bonded to each other.
The present invention relates to a method and an apparatus for suitably manufacturing a bonded substrate having an on-insulator structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】たとえば半導体技術の分野では、高集積
化および高密度化を図るため、ＳＯＩ構造の半導体装置
が盛んに開発されている。ＳＯＩ構造の半導体装置を得
るための一手段として、半導体基板相互を張り合わせる
技術が開発されている。2. Description of the Related Art For example, in the field of semiconductor technology, semiconductor devices having an SOI structure have been actively developed in order to achieve higher integration and higher density. As one means for obtaining a semiconductor device having an SOI structure, a technique of bonding semiconductor substrates to each other has been developed.
【０００３】半導体基板相互を張り合わせるには、たと
えば、張り合わせようとする半導体基板相互の面を研磨
し、その研磨面相互を、清浄な条件下で接触させ、両面
に存在する水ないし水酸基の作用による水素結合によっ
て仮接着し、その後、熱処理することなどにより、完全
な張り合わせ基板が完成する。熱処理後の基板相互の張
り合わせ強度は、一般に、２００ｋｇ／ｃｍ2 以上であ
り、場合によっては、２０００ｋｇ／ｃｍ2 にもなる。To bond semiconductor substrates, for example, the surfaces of the semiconductor substrates to be bonded are polished, the polished surfaces are brought into contact with each other under clean conditions, and the action of water or hydroxyl groups existing on both surfaces is performed. A complete bonded substrate is completed by performing temporary bonding by hydrogen bonding based on the above, followed by heat treatment or the like. The bonding strength between the substrates after the heat treatment is generally 200 kg / cm 2 or more, and in some cases, 2000 kg / cm 2 .
【０００４】このような張り合わせ基板の製造方法にお
いては、仮接着時の基板相互の張り合わせ時に、基板の
反りなどのために、基板周辺部相互が先に接触し、張り
合わせ中央部に気泡が取り残されることがしばしばあ
る。張り合わせ部に気泡などが残存すると、その部分が
良好に接着されず、剥がれ易くなると共に、汚染の原因
となり、素子の信頼性を低下させる。In such a method of manufacturing a bonded substrate, when the substrates are bonded to each other at the time of temporary bonding, the peripheral portions of the substrates come into contact with each other first due to warpage of the substrates, and air bubbles are left at the center of the bonded substrates. Often there are. If air bubbles or the like remain in the bonded part, the part is not adhered well, easily peeled off, causes contamination, and lowers the reliability of the element.
【０００５】この対策として、張り合わせを真空中で行
うことも考えられる。しかしながら、このような方法で
は、装置が大がかりとなり、経済的でないという問題点
を有する。そこで、従来では、半導体基板相互を張り合
わせる方法および装置として、たとえば特開昭６１−１
４５８３９号公報および図１１に示す技術が知られてい
る。図１１に示すように、この方法では、一方の半導体
基板１０を固定吸着保持具３により平坦に保持し、他方
の半導体基板８を、その研磨面中央部が凸状になるよう
に保持する可動吸着保持具１で保持する。そして、可動
吸着保持具１を固定吸着保持具３に対して近づけ、半導
体基板８の研磨面中央部を他方の半導体基板１０の研磨
面に接触させ、その後、可動吸着保持具１による吸着を
解除することにより、両半導体基板８，１０相互を、間
に気泡が入らないように仮接着する。As a countermeasure against this, it is conceivable to perform the bonding in a vacuum. However, such a method has a problem that the apparatus becomes large-scale and is not economical. Therefore, conventionally, a method and an apparatus for bonding semiconductor substrates to each other are disclosed in, for example,
The technique shown in Japanese Patent No. 45839 and FIG. 11 is known. As shown in FIG. 11, according to this method, one semiconductor substrate 10 is held flat by a fixed suction holder 3, and the other semiconductor substrate 8 is held so that the center of the polished surface is convex. It is held by the suction holder 1. Then, the movable suction holder 1 is brought closer to the fixed suction holder 3, the central portion of the polishing surface of the semiconductor substrate 8 is brought into contact with the polishing surface of the other semiconductor substrate 10, and then the suction by the movable suction holder 1 is released. By doing so, the two semiconductor substrates 8 and 10 are temporarily bonded to each other so that air bubbles do not enter between them.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の張り合わせ装置を用いた張り合わせ方法では、可
動吸着保持具１による吸着を解除した段階で、基板８の
周辺部が瞬間的に他方の基板１０に対して張り合わされ
ることになり、依然として気泡が残った状態で張り合わ
せが行われるおそれがある。However, in the bonding method using such a conventional bonding device, when the suction by the movable suction holder 1 is released, the peripheral portion of the substrate 8 instantaneously moves to the other substrate. As a result, the bonding may be performed with air bubbles still remaining.
【０００７】また、半導体基板８を反らせた状態から、
瞬間的に張り合わせするため、半導体基板に既に形成し
てあるパターンが伸縮したりするなどのおそれもある。
特に、パターンの微細化が進んでいる今日では、パター
ンの伸縮を生じさせるおそれがあるような張り合わせ方
法は、好ましくない。Further, from the state where the semiconductor substrate 8 is warped,
Because of the instantaneous bonding, there is a possibility that a pattern already formed on the semiconductor substrate may expand or contract.
In particular, today, as patterns are becoming finer, a bonding method that may cause expansion and contraction of the pattern is not preferable.
【０００８】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、基板に対して過度の伸縮を加えることなく、しかも
内部に気泡が入らない状態で良好に接合することが可能
な張り合わせ基板の製造方法および張り合わせ装置を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and a method of manufacturing a bonded substrate capable of performing good bonding without excessive expansion and contraction of the substrate and without bubbles inside. And a bonding device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の張り合わせ基板の製造方法は、少なくとも
一方の基板の外側に磁力発生手段を設置し、この磁力発
生手段の磁力を、基板相互を張り合わせるための加圧力
として用い、この磁力を基板の面方向に沿って変化させ
ることにより、基板相互を張り合わせることを特徴とす
る。磁力発生手段は、電磁石であっても良いし、永久磁
石であっても良い。磁力発生手段は、たとえば、磁力
が、基板の中央から周辺に向けて順次強めるように、あ
るいは基板の一方の端部から他方の端部に向けて順次強
めるように制御される。In order to achieve the above object, a method of manufacturing a bonded substrate according to the present invention comprises providing a magnetic force generating means outside at least one of the substrates, and applying the magnetic force of the magnetic force generating means to the substrate. used as pressure for laminating the other, by varying along the magnetic force in the surface direction of the substrate, and wherein the keying Ri substrate mutual Zhang. The magnetic force generating means may be an electromagnet or a permanent magnet. The magnetic force generating means is controlled, for example, so that the magnetic force is gradually increased from the center to the periphery of the substrate or from one end to the other end of the substrate.
【００１０】本発明の張り合わせ装置は、一方の基板を
吸着固定する吸着盤と、他方の基板の外側に設置された
磁性体と、上記吸着盤の外側に設けられ、基板の面方向
に沿って、基板を貫通して磁性体に作用する磁力を変化
させることが可能な磁力発生手段とを有し、上記磁力発
生手段によって発生する磁力を加圧力として用い、この
磁力を基板の面方向に沿って変化させることにより、基
板相互を張り合わせることを特徴とする。磁力発生手段
は、基板の面方向に沿って、同心状に配列してある複数
の電磁石、あるいは、基板の面方向に沿って、一方の端
部から他方の端部に向けて並列に配列してある電磁石な
どで構成される。これら電磁石の代わりに、永久磁石を
用いることも可能である。その場合には、各永久磁石
を、吸着盤に対して独立して接近離反移動させる移動手
段を設けることが好ましい。また、磁力発生手段は、単
一の永久磁石で構成し、この永久磁石を、吸着盤に沿っ
て、一方の端部から他方の端部に向けて平行に移動させ
るように構成することもできる。[0010] A bonding apparatus according to the present invention comprises a suction plate for sucking and fixing one substrate, a magnetic body provided outside the other substrate, and a magnetic material provided outside the suction plate and extending along the surface of the substrate. Magnetic force generating means capable of changing the magnetic force acting on the magnetic material through the substrate, using the magnetic force generated by the magnetic force generating means as a pressing force, and applying the magnetic force along the surface direction of the substrate. by varying Te, and wherein the keying Ri substrate mutual Zhang. The magnetic force generating means is a plurality of electromagnets arranged concentrically along the surface direction of the substrate, or arranged in parallel from one end to the other end along the surface direction of the substrate. It consists of an electromagnet and the like. Instead of these electromagnets, it is also possible to use permanent magnets. In this case, it is preferable to provide a moving means for moving each of the permanent magnets independently toward and away from the suction disk. Further, the magnetic force generating means may be configured by a single permanent magnet, and the permanent magnet may be configured to move in parallel from one end to the other end along the suction disk. .
【００１１】[0011]
【作用】本発明の張り合わせ基板の製造方法では、磁力
発生手段の磁力を、基板相互を張り合わせるための加圧
力として用い、この磁力を基板の面方向に沿って変化さ
せることにより、基板相互を張り合わせる。たとえば、
最初に基板相互の中央部に磁力をかけて、基板相互の中
央部を、磁力に対応する加圧力で接触させ、徐々に、周
辺方向に磁力を印加して行けば、基板の中央部から周辺
部に向けて徐々に所定の加圧力で接触して行き、基板相
互間の気泡は外側に押し出されながら、基板相互が張り
合わされる。この際に、本発明では、基板相互を吸着盤
などで強制的に曲折することはないので、基板に対して
ほとんど伸縮力が作用せず、この基板上に何らかのパタ
ーンが形成されている場合でも、パターンの伸縮はほと
んどない。あるとしても数ｐｐｍ以下程度のオーダーで
ある。また、磁力を加圧力として用いているため、電磁
石に対する供給電圧の変化あるいは永久磁石の移動など
により、加圧力としての磁力を容易に変化させることが
できると共に、基板面方向の張り合わせ速度の制御も可
能である。その結果、基板条件などに応じて、基板張り
合わせ条件の最適化を図ることも可能であり、常に良好
な張り合わせが可能である。本発明の張り合わせ装置
は、本発明の方法を好適に実現することができる。In the method for manufacturing a bonded substrate according to the present invention, the magnetic force of the magnetic force generating means is used as a pressing force for bonding the substrates to each other, and the magnetic force is changed along the surface direction of the substrates to thereby connect the substrates to each other . Zhang Ri match. For example,
First over a magnetic force to the central portion of the substrate each other, the peripheral and central portion of the substrate each other, is contacted with pressure corresponding to force, gradually, If we apply a magnetic force to the peripheral direction, from the central portion of the substrate towards parts continue to contact with a predetermined pressing force gradually, the air bubbles between the substrates each other while being pushed out, the substrate cross is bonded together. At this time, in the present invention, since the substrates are not forcibly bent by the suction disk or the like, almost no stretching force acts on the substrate, and even if any pattern is formed on this substrate. There is almost no expansion and contraction of the pattern. If so, it is on the order of several ppm or less. Also, since the magnetic force is used as the pressing force, the magnetic force as the pressing force can be easily changed by changing the supply voltage to the electromagnet or moving the permanent magnet, and the bonding speed in the direction of the substrate surface can be controlled. It is possible. As a result, it is possible to optimize the substrate bonding conditions according to the substrate conditions and the like, and good bonding is always possible. The bonding apparatus of the present invention can suitably realize the method of the present invention.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明の一実施例に係る張り合わせ基
板の製造方法および張り合わせ装置について、図面を参
照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係
る張り合わせ基板の製造過程を示す概略断面図、図２は
図１に示すII−II線に沿う電磁石の断面図、図３，４は
張り合わせ工程前の研磨工程の例を示す概略図、図５，
６は本発明の方法で張り合わされる張り合わせ型ＳＯＩ
構造の半導体装置の製造例を示す要部断面図、図７は本
発明の他の実施例で用いる磁力発生手段の変形例を示す
平面側断面図、図８は図７に示す装置を用いた方法を示
す概略断面図、図９は本発明の他の実施例に係る張り合
わせ基板の製造方法を示す概略断面図、図１０は本発明
のさらにその他の実施例に係る張り合わせ基板の製造方
法を示す概略断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing a bonded substrate and a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of a bonded substrate according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of an electromagnet taken along the line II-II shown in FIG. 1, and FIGS. Schematic diagram showing an example of the process, FIG.
6 is a laminated SOI laminated by the method of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a main part showing an example of manufacturing a semiconductor device having a structure, FIG. 7 is a cross-sectional side view showing a modification of a magnetic force generating means used in another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a method, FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a bonded substrate according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows a method for manufacturing a bonded substrate according to still another embodiment of the present invention. It is an outline sectional view.
【００１３】図１〜６に示す実施例は、本発明の一実施
例に係る張り合わせ装置を用いて、半導体基板相互の張
り合わせを実現し、たとえばＳＯＩ構造の半導体装置を
得る例を示している。まず、本発明の一実施例に係る張
り合わせ装置について説明する。図１に示すように、本
実施例の張り合わせ装置は、張り合わせを行おうとする
一方の半導体基板８を吸着固定する吸着盤２を有する。
この吸着盤２には、真空吸引穴４が形成してあり、真空
吸引穴４から真空引きを行い、一方の半導体基板８を、
平坦性を保持しつつ、真空吸着して固定する。The embodiment shown in FIGS. 1 to 6 shows an example in which a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention is used to realize bonding between semiconductor substrates to obtain a semiconductor device having, for example, an SOI structure. First, a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the bonding apparatus according to the present embodiment includes a suction disk 2 for suction-fixing one semiconductor substrate 8 to be bonded.
The suction disk 2 has a vacuum suction hole 4 formed therein, and a vacuum is drawn from the vacuum suction hole 4 so that one semiconductor substrate 8 is removed.
While maintaining flatness, it is fixed by vacuum suction.
【００１４】吸着盤２の外側（半導体基板８と反対側）
には、磁力発生手段としての電磁石Ｍ１〜Ｍ４が配置し
てある。これら電磁石Ｍ１〜Ｍ４は、図２に示すよう
に、同心上に配置してある。これら電磁石Ｍ１〜Ｍ４
は、それぞれ独立に磁力の制御が可能である。これら電
磁石Ｍ１〜Ｍ４の配置数は、いくらでも多くすることが
できる。Outside of suction cup 2 (opposite to semiconductor substrate 8)
Are provided with electromagnets M1 to M4 as magnetic force generating means. These electromagnets M1 to M4 are arranged concentrically as shown in FIG. These electromagnets M1 to M4
Can control the magnetic force independently of each other. The number of these electromagnets M1 to M4 can be increased arbitrarily.
【００１５】他方の半導体基板１０の外側には、磁性体
としての磁性盤６が設置してある。半導体基板１０は、
磁性盤１０に対して弱い力で吸着保持されていても良い
が、単に接触しているだけでも良い。磁性盤６が電磁石
Ｍ１〜Ｍ４の反対側に位置することで、電磁石Ｍ１〜Ｍ
４に磁力が発生した場合に、磁性盤がヨークとして機能
し、両基板８，１０に対して加圧力が作用する。A magnetic disk 6 as a magnetic material is provided outside the other semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10
The magnetic disk 10 may be sucked and held with a weak force, but may be merely in contact with the magnetic disk 10. Since the magnetic disk 6 is located on the opposite side of the electromagnets M1 to M4, the electromagnets M1 to M4
When a magnetic force is generated in the substrate 4, the magnetic disk functions as a yoke, and a pressing force acts on both substrates 8 and 10.
【００１６】本実施例で用いる半導体基板８には、たと
えば図５に示すような方法で薄膜が成膜してある。すな
わち、同図（ａ）に示すように、半導体基板８の表面に
は、素子分離用段差が形成され、同図（ｂ）に示すよう
に、その表面に酸化シリコンなどで構成される絶縁膜２
２が熱酸化などの手段手で成膜される。そして、同図
（ｃ）に示すように、絶縁膜２２の上に、たとえばポリ
シリコン膜などで構成される平坦化層２４がＣＶＤ法な
どで成膜され、同図（ｃ）に示すように、平坦化層２４
の表面が平坦に研磨される。A thin film is formed on the semiconductor substrate 8 used in this embodiment by, for example, a method as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2A, an element isolation step is formed on the surface of the semiconductor substrate 8, and as shown in FIG. 2B, an insulating film made of silicon oxide or the like is formed on the surface. 2
2 is deposited by hand such as thermal oxidation. Then, as shown in FIG. 3C, a planarizing layer 24 made of, for example, a polysilicon film is formed on the insulating film 22 by a CVD method or the like, and as shown in FIG. , Planarization layer 24
Is polished flat.
【００１７】ＳＯＩ構造の半導体装置を製造するために
は、一方の半導体基板８の表面に成膜してある平坦化層
２４の表面を研磨し、その研磨面に対し、図６（ｅ）に
示すように、他方の半導体基板１０の研磨面を張り合わ
せる。張り合わせ後には、同図（ｆ）および（ｇ）に示
すように、一方の半導体基板８の表面を素子分離用段差
部分まで研磨することにより、絶縁膜２２上に分離され
た半導体層８ａを得る。このようなＳＯＩ構造を採用す
ることにより、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭおよびその他の半導
体装置の高集積度化あるいは高性能化などを実現でき
る。In order to manufacture a semiconductor device having an SOI structure, the surface of a planarization layer 24 formed on the surface of one semiconductor substrate 8 is polished, and the polished surface is polished as shown in FIG. As shown, the polished surface of the other semiconductor substrate 10 is bonded. After the bonding, the surface of one semiconductor substrate 8 is polished to the element isolation step to obtain the semiconductor layer 8a separated on the insulating film 22, as shown in FIGS. . By employing such an SOI structure, higher integration or higher performance of SRAM, DRAM, and other semiconductor devices can be realized.
【００１８】本実施例の張り合わせ装置およびそれを用
いた張り合わせ基板の製造方法は、このようなＳＯＩ構
造の半導体装置を得るための一手段として好適に用いる
ことができる。The bonding apparatus of this embodiment and the method of manufacturing a bonded substrate using the same can be suitably used as a means for obtaining such a semiconductor device having an SOI structure.
【００１９】本実施例の張り合わせ装置を用いた張り合
わせ半導体基板の製造方法の一例を次に示す。まず、張
り合わせ工程に先立ち、各半導体基板８，１０における
張り合わせ面の研磨を行う。研磨に際しては、図３に示
す研磨装置を用いることが好ましい。この研磨装置は、
半導体基板１０が保持されるテンプレート１２を有す
る。テンプレート１２の周辺部には、テンプレートガイ
ド１６が設置してあると共に、テンプレート１２と半導
体基板１０との間には、マウンティングシート１４が装
着してある。半導体基板１０は、テンプレートガイド１
６により位置決めされてテンプレート１２に取り付けら
れ、研磨用クロス１８が、半導体基板１０の面方向に沿
って移動することにより、半導体基板１０の表面が研磨
される。An example of a method for manufacturing a bonded semiconductor substrate using the bonding apparatus of this embodiment will be described below. First, prior to the bonding step, the bonding surfaces of the semiconductor substrates 8 and 10 are polished. In polishing, it is preferable to use a polishing apparatus shown in FIG. This polishing device,
It has a template 12 on which a semiconductor substrate 10 is held. A template guide 16 is provided around the template 12, and a mounting sheet 14 is mounted between the template 12 and the semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 includes the template guide 1
The surface of the semiconductor substrate 10 is polished by the polishing cloth 18 moving along the surface direction of the semiconductor substrate 10 while being positioned by the template 6 and attached to the template 12.
【００２０】従来の研磨装置では、図４に示すように、
テンプレートガイド１６とマウンティングシート１４ａ
との隙間ｌ1は、０〜１mmと非常に小さく、このため
に、研磨用クロス１８と半導体基板１０との面圧が、周
辺部で大きく、中心部で小さいという問題点を有してい
る。このために、周辺部での研磨速度が大きく、基板周
辺部において、いわゆるダレが生じるおそれがあった。In a conventional polishing apparatus, as shown in FIG.
Template guide 16 and mounting sheet 14a
Has a problem that the surface pressure between the polishing cloth 18 and the semiconductor substrate 10 is large at the peripheral portion and small at the central portion. For this reason, the polishing rate in the peripheral portion is high, and so-called sagging may occur in the peripheral portion of the substrate.
【００２１】本実施例では、図３に示すように、テンプ
レートガイド１６とマウンティングシートとの隙間ｌ2
を、たとえば５〜２０mmと大きくしてある。そのため、
研磨用クロス１４と半導体基板１０との研磨圧力が周辺
部で大きくなれば、マウンティングシート１４が存在し
ない凹部分に、半導体基板１０の周辺部が逃げることに
なる。その結果、周辺部において、半導体基板１０と研
磨用クロス１８との面圧が減少し、基板の全面にわたり
面圧が均一となる。したがって、基板周辺におけるダレ
が減少する。In this embodiment, as shown in FIG. 3, a gap l2 between the template guide 16 and the mounting sheet is provided.
Is increased to, for example, 5 to 20 mm. for that reason,
If the polishing pressure between the polishing cloth 14 and the semiconductor substrate 10 increases in the peripheral portion, the peripheral portion of the semiconductor substrate 10 escapes to the concave portion where the mounting sheet 14 does not exist. As a result, in the peripheral portion, the surface pressure between the semiconductor substrate 10 and the polishing cloth 18 decreases, and the surface pressure becomes uniform over the entire surface of the substrate. Therefore, sag around the substrate is reduced.
【００２２】図３に示す例では、半導体基板１０の研磨
工程について説明したが、半導体基板８に対しても同様
に研磨する。In the example shown in FIG. 3, the polishing step of the semiconductor substrate 10 has been described, but the semiconductor substrate 8 is polished in the same manner.
【００２３】半導体基板８，１０の研磨が終了した後に
は、これら基板８，１０の研磨面同士の水素結合力を十
分に利用するため、研磨面の親水性処理を行うことが好
ましい。親水性処理は、まずフッ酸などで半導体基板
８，１０の表面を洗浄し、次いて直ちにアンモニア−過
酸化水素水混合液で処理することなどにより行われる。
場合によっては、フッ酸処理は省略しても良い。このよ
うな処理により、基板表面がＯＨリッチとなり、結合力
が高まると考えられる。After the polishing of the semiconductor substrates 8 and 10 is completed, it is preferable to perform a hydrophilic treatment on the polished surfaces in order to make full use of the hydrogen bonding force between the polished surfaces of these substrates 8 and 10. The hydrophilic treatment is performed by first cleaning the surfaces of the semiconductor substrates 8 and 10 with hydrofluoric acid or the like, and then immediately treating the surfaces with a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide.
In some cases, the hydrofluoric acid treatment may be omitted. It is considered that such a treatment makes the substrate surface OH-rich and increases the bonding strength.
【００２４】次に、図１に示すように、一方の半導体基
板８を、その平坦性を保持しつつ、しかも研磨面が上に
位置するように、真空盤２で真空吸着固定する。また、
他方の半導体基板１０は、その研磨面が半導体基板８と
向き合うように、半導体基板８に対して近づける。その
際に、半導体基板１０の外側（図示上では、上側）に
は、磁性盤６を装着する。Next, as shown in FIG. 1, one of the semiconductor substrates 8 is vacuum-adsorbed and fixed on the vacuum plate 2 such that the flatness thereof is maintained while maintaining the flatness. Also,
The other semiconductor substrate 10 is brought closer to the semiconductor substrate 8 so that its polished surface faces the semiconductor substrate 8. At this time, the magnetic disk 6 is mounted outside the semiconductor substrate 10 (upper side in the drawing).
【００２５】磁性盤６が装着してある半導体基板１０
を、上側から、図示しない真空盤などを用いて、半導体
基板８に対して接触しない間隔（数mm〜数μｍ）で近づ
け、その位置で半導体基板１０を保持する真空盤の吸着
固定を解除すると、半導体基板１０は、磁性盤６と共
に、半導体基板８に向けて落下することになるが、数μ
ｍの間隔になると、空気の粘性抵抗および静電気力など
が原因で、基板１０は基板８に対して僅かに浮上した状
態となる。なお、強制的な静電気力を利用して、半導体
基板１０を半導体基板８に対して僅かに浮かせることも
できる。Semiconductor substrate 10 on which magnetic disk 6 is mounted
From the upper side by using a vacuum plate or the like (not shown) at an interval (several mm to several μm) at which the semiconductor substrate 8 is not in contact with the semiconductor substrate 8. The semiconductor substrate 10 falls together with the magnetic disk 6 toward the semiconductor substrate 8,
At an interval of m, the substrate 10 slightly floats with respect to the substrate 8 due to viscous resistance of air, electrostatic force, and the like. The semiconductor substrate 10 can be slightly lifted with respect to the semiconductor substrate 8 by using forced electrostatic force.
【００２６】このような状態から、真空盤２の下方に設
置してある電磁石Ｍ１〜Ｍ４を次のような順序で駆動す
る。すなわち、まず、図１（Ｂ）に示すように、基板の
中央部に位置する電磁石Ｍ１に電力を供給し、磁力を発
生させる。この磁力により、磁性盤６の中央部は、電磁
石Ｍ１側に吸引され、半導体基板８，１０の中央部が、
電磁石の磁力に応じた所定の加圧力で圧接する。その結
果、半導体基板８，１０相互の中央部で水素結合力を利
用した張り合わせが開始する。From such a state, the electromagnets M1 to M4 installed below the vacuum platen 2 are driven in the following order. That is, first, as shown in FIG. 1B, electric power is supplied to the electromagnet M1 located at the center of the substrate to generate a magnetic force. Due to this magnetic force, the central portion of the magnetic disk 6 is attracted to the electromagnet M1 side, and the central portions of the semiconductor substrates 8 and 10
Pressure contact is performed with a predetermined pressure according to the magnetic force of the electromagnet. As a result, the bonding using the hydrogen bonding force starts at the central portion between the semiconductor substrates 8 and 10.
【００２７】その後、順次、電磁石Ｍ２〜Ｍ４を駆動
し、半導体基板８，１０を中央部から周辺部に向けて徐
々に圧接して行く。その結果、基板８，１０相互間の気
泡は外側に押し出されながら、基板８，１０相互が水素
結合力により張り合わされる。[0027] After that, sequentially, to drive the electromagnet M2~M4, gradually toward the peripheral portion of the semiconductor substrate 8 and 10 from the central portion
Pressing each other . As a result, the bubbles between the substrates 8 and 10 are adhered to each other by the hydrogen bonding force while being pushed outward.
【００２８】本実施例では、高精度な平坦度を有する吸
着盤２に固定してある半導体基板８に沿って、半導体基
板１０の張り合わせが成され、半導体基板１０を強制的
に曲折することはないので、基板８，１０に対してほと
んど伸縮力が作用せず、この基板上に何らかのパターン
が形成されている場合でも、パターンの伸縮はほとんど
ない。あるとしても数ｐｐｍ以下程度のオーダーであ
る。その後、アニール用熱処理を行い、両基板８，１０
の張り合わせが完了する。熱処理温度は、特に限定され
ないが、５００〜１２００℃、好ましくは８００〜１１
００℃である。In the present embodiment, the semiconductor substrate 10 is bonded along the semiconductor substrate 8 fixed to the suction plate 2 having a high degree of flatness, and the semiconductor substrate 10 cannot be forcibly bent. Since there is no expansion force, the expansion and contraction force hardly acts on the substrates 8 and 10, and even if a certain pattern is formed on this substrate, the expansion and contraction of the pattern hardly occurs. If so, it is on the order of several ppm or less. Thereafter, a heat treatment for annealing is performed, and both substrates 8 and 10 are heated.
Is completed. The heat treatment temperature is not particularly limited, but is 500 to 1200 ° C., preferably 800 to 11
00 ° C.
【００２９】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図７，８に示すように、この実施例では、吸着盤２
の下方に設置する電磁石Ｍ１０〜Ｍ１７の配列を、半導
体基板８の一方の端部から他方の端部に向けて並列にし
てある。その他の構成は、前述した実施例と同様であ
る。Next, another embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 7 and FIG.
Are arranged in parallel from one end of the semiconductor substrate 8 to the other end. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.
【００３０】この実施例では、半導体基板８の一方の端
部に位置する電磁石Ｍ１０から、他方の端部に位置する
電磁石１７方向に順次駆動して行く。このように電磁石
Ｍ１０〜Ｍ１７を順次駆動することで、図８に示すよう
に、半導体基板８，１０の一方の端部側から、両基板間
の気泡を押し出しながら、電磁石の磁力を加圧力とし
て、両基板８，１０の張り合わせが行われる。In this embodiment, the semiconductor substrate 8 is sequentially driven from the electromagnet M10 located at one end to the electromagnet 17 located at the other end. By sequentially driving the electromagnets M10 to M17 in this manner, as shown in FIG. 8, the magnetic force of the electromagnet is applied as a pressing force while pushing out bubbles between one of the semiconductor substrates 8 and 10 from one end side thereof. Then, the substrates 8 and 10 are bonded to each other.
【００３１】図９に示す実施例では、吸着盤２の下方に
永久磁石Ｍ２０〜Ｍ２３を同心状に配列してある。しか
も、各永久磁石Ｍ２０〜Ｍ２３には、各永久磁石を、吸
着盤２に対して独立して接近離反移動させる移動手段と
してのアクチュエータＰ０〜Ｐ３が装着してある。その
他の構成は、図１に示す実施例と同様である。In the embodiment shown in FIG. 9, permanent magnets M20 to M23 are arranged concentrically below the suction disk 2. Moreover, actuators P0 to P3 are attached to the permanent magnets M20 to M23, respectively, as moving means for moving the permanent magnets toward and away from the suction disk 2 independently. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIG.
【００３２】この実施例では、アクチュエータＰ０〜Ｐ
３を用いて中央側の永久磁石Ｍ２０から順次吸着盤２に
対して近づけ、図１に示す実施例と同様にして、磁力を
加圧力として用いて基板の張り合わせを行う。なお、図
９に示す実施例の変形例として、永久磁石を図７に示す
ように並列に配置し、各永久磁石をアクチュエータなど
により吸着盤２に対して独立して接近離反移動自在とす
ることもできる。In this embodiment, the actuators P0 to P
3, the substrates are sequentially brought closer to the suction disk 2 from the permanent magnet M20 on the center side, and the substrates are bonded using the magnetic force as the pressure as in the embodiment shown in FIG. As a modification of the embodiment shown in FIG. 9, permanent magnets are arranged in parallel as shown in FIG. 7, and each permanent magnet can be independently moved toward and away from the suction disk 2 by an actuator or the like. Can also.
【００３３】図１０に示す実施例では、吸着盤２の下方
に、単一の永久磁石Ｍ３０を、スライド盤３０に沿っ
て、吸着盤２に対して平行に移動自在に設置し、永久磁
石Ｍ３０を、移動手段としてのアクチュエータＰ１０に
よりスライド移動させる。永久磁石Ｍ３０の長さは、半
導体基板８，１０の直径以上の長さであることが好まし
い。その他の構成は、図１に示す実施例と同様である。In the embodiment shown in FIG. 10, a single permanent magnet M30 is provided below the attraction plate 2 so as to be movable along the slide plate 30 in parallel to the attraction plate 2 and the permanent magnet M30. Is slid by an actuator P10 as a moving means. The length of the permanent magnet M30 is preferably longer than the diameter of the semiconductor substrates 8, 10. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIG.
【００３４】この実施例では、永久磁石Ｍ３０を、半導
体基板８，１０の一方の端部から他方の端部に向けて移
動させることにより、両基板８，１０の張り合わせを図
７，８に示す実施例と同様にして行うことができる。In this embodiment, the permanent magnet M30 is moved from one end of the semiconductor substrates 8 and 10 to the other end, so that the substrates 8 and 10 are attached to each other as shown in FIGS. It can be performed in the same manner as in the embodiment.
【００３５】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。例えば、上述した各実施例では、基板とし
て半導体基板を用いたが、本発明は、これに限定され
ず、半導体基板以外で、精密な張り合わせを必要とする
張り合わせ基板の製造方法に適用することも可能であ
る。また、二枚以上の基板を張り合わせる場合にも適用
することができる。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified within the scope of the present invention. For example, in each of the above-described embodiments, a semiconductor substrate is used as a substrate. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to a method of manufacturing a bonded substrate that requires precise bonding other than a semiconductor substrate. It is possible. Further, the present invention can be applied to a case where two or more substrates are bonded.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、基板相互間の気泡は外側に押し出されながら、基板
相互が張り合わされ、接合部に気泡などが存在せず、接
合強度が高く、汚染のない良好な張り合わせ基板を得る
ことができる。また、本発明では、基板相互を吸着盤な
どで強制的に曲折することはないので、基板に対してほ
とんど伸縮力が作用せず、この基板上に半導体パターン
が形成されている場合でも、パターンの伸縮はほとんど
ない。あるとしても数ｐｐｍ以下程度のオーダーであ
る。したがって、本発明の方法は、微細パターンが形成
される半導体基板の張り合わせとして好適に用いること
ができる。As described above, according to the present invention, the air bubbles between the substrates are pushed to the outside and the substrates are bonded to each other. A good bonded substrate free of contamination can be obtained. Further, in the present invention, since the substrates are not forced to bend by the suction cup or the like, almost no stretching force acts on the substrate, and even when a semiconductor pattern is formed on this substrate, There is almost no stretching. If so, it is on the order of several ppm or less. Therefore, the method of the present invention can be suitably used for bonding a semiconductor substrate on which a fine pattern is formed.
【００３７】また、磁力を加圧力として用いているた
め、電磁石に対する供給電圧の変化あるいは永久磁石の
移動などにより、加圧力としての磁力を容易に変化させ
ることができると共に、基板面方向の張り合わせ速度の
制御も可能である。その結果、基板条件などに応じて、
基板張り合わせ条件の最適化を図ることも可能であり、
常に良好な張り合わせが可能である。Further, since the magnetic force is used as the pressing force, the magnetic force as the pressing force can be easily changed by changing the supply voltage to the electromagnet or moving the permanent magnet, and the bonding speed in the substrate surface direction can be easily changed. Control is also possible. As a result, depending on the substrate conditions, etc.,
It is also possible to optimize the substrate bonding conditions,
Good bonding is always possible.
【図１】本発明の一実施例に係る張り合わせ基板の製造
過程を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a process of manufacturing a bonded substrate according to one embodiment of the present invention.
【図２】図１に示すII−II線に沿う電磁石の断面図であ
る。FIG. 2 is a sectional view of the electromagnet taken along line II-II shown in FIG.
【図３】張り合わせ工程前の研磨工程の例を示す概略図
である。FIG. 3 is a schematic view showing an example of a polishing step before a bonding step.
【図４】張り合わせ工程前の研磨工程の例を示す概略図
である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a polishing step before a bonding step.
【図５】本発明の方法で張り合わされる張り合わせ型Ｓ
ＯＩ構造の半導体装置の製造例を示す要部断面図であ
る。FIG. 5 shows a lamination type S laminated by the method of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a principal part illustrating a manufacturing example of a semiconductor device having an OI structure.
【図６】本発明の方法で張り合わされる張り合わせ型Ｓ
ＯＩ構造の半導体装置の製造例を示す要部断面図であ
る。FIG. 6 shows a lamination type S laminated by the method of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a principal part illustrating a manufacturing example of a semiconductor device having an OI structure.
【図７】本発明の他の実施例で用いる磁力発生手段の変
形例を示す平面側断面図である。FIG. 7 is a sectional plan view showing a modification of the magnetic force generating means used in another embodiment of the present invention.
【図８】図７に示す装置を用いた方法を示す概略断面図
である。8 is a schematic sectional view showing a method using the device shown in FIG.
【図９】本発明の他の実施例に係る張り合わせ基板の製
造方法を示す概略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a bonded substrate according to another embodiment of the present invention.
【図１０】本発明のさらにその他の実施例に係る張り合
わせ基板の製造方法を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic sectional view showing a method for manufacturing a bonded substrate according to still another embodiment of the present invention.
【図１１】従来例に係る張り合わせ基板の製造過程を示
す概略図である。FIG. 11 is a schematic view showing a manufacturing process of a bonded substrate according to a conventional example.
２… 吸着盤 ６… 磁性盤 ８… 半導体基板 １０… 半導体基板 Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ１０〜Ｍ１６… 電磁石 Ｍ２０〜Ｍ２３，Ｍ３０… 永久磁石 Ｐ０〜Ｐ３，Ｐ１０… アクチュエータ 2 Suction board 6 Magnetic board 8 Semiconductor substrate 10 Semiconductor substrate M1 to M4, M10 to M16 Electromagnet M20 to M23, M30 Permanent magnet P0 to P3, P10 Actuator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 弘 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/02 H01L 27/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Sato 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21 / 02 H01L 27/12
Claims (11)
り合わせ基板を製造する方法において、 少なくとも一方の基板の外側に磁力発生手段を設置し、
この磁力発生手段の磁力を、基板相互を張り合わせるた
めの加圧力として用い、この磁力を基板の面方向に沿っ
て変化させることにより、基板相互を張り合わせること
を特徴とする張り合わせ基板の製造方法。1. A method of manufacturing a bonded substrate by bonding at least two substrates, wherein a magnetic force generating means is provided outside at least one of the substrates.
The magnetic force of the magnetic force generating means, used as a pressure for laminating the substrate mutually by changing along the magnetic force in the surface direction of the substrate, the manufacture of the substrate bonding and wherein the keying Ri substrate mutual Zhang Method.
項１に記載の張り合わせ基板の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the magnetic force generating means is an electromagnet.
求項１に記載の張り合わせ基板の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the magnetic force generating means is a permanent magnet.
磁力が、基板の中央から周辺に向けて順次強めるように
磁力発生手段を制御する請求項１から３のいずれかに記
載の張り合わせ基板の製造方法。4. The bonded substrate according to claim 1, wherein the magnetic force generating means is controlled so that the magnetic force as a pressing force acting on the substrate is gradually increased from the center to the periphery of the substrate. Production method.
磁力が、基板の一方の端部から他方の端部に向けて順次
強めるように磁力発生手段を制御する請求項１から３の
いずれかに記載の張り合わせ基板の製造方法。5. The magnetic force generating means according to claim 1, wherein the magnetic force generating means controls the magnetic force generating means so that the magnetic force acting as a pressing force acting on the substrate sequentially increases from one end to the other end of the substrate. 3. The method for manufacturing a bonded substrate according to item 1.
り合わせ基板を製造するための張り合わせ装置におい
て、 一方の基板を吸着固定する吸着盤と、 他方の基板の外側に設置された磁性体と、 上記吸着盤の外側に設けられ、基板の面方向に沿って、
基板を貫通して磁性体に作用する磁力を変化させること
が可能な磁力発生手段とを有し、 上記磁力発生手段によって発生する磁力を加圧力として
用い、この磁力を基板の面方向に沿って変化させること
により、基板相互を張り合わせることを特徴とする張り
合わせ装置。6. A laminating apparatus for laminating at least two substrates to produce a laminated substrate, comprising: an adsorption plate for adsorbing and fixing one substrate; a magnetic substance provided outside the other substrate; Provided outside the board, along the surface direction of the board,
Magnetic force generating means capable of changing the magnetic force acting on the magnetic material through the substrate, using the magnetic force generated by the magnetic force generating means as a pressing force, and applying the magnetic force along the surface direction of the substrate. by changing apparatus laminated is characterized by combining Ri substrate mutual Zhang.
って、同心状に配列してある複数の電磁石で構成される
請求項６に記載の張り合わせ装置。7. The bonding apparatus according to claim 6, wherein the magnetic force generating means is constituted by a plurality of electromagnets arranged concentrically along a surface direction of the substrate.
って、一方の端部から他方の端部に向けて並列に配列し
てある電磁石で構成してある請求項６に記載の張り合わ
せ装置。8. The laminating apparatus according to claim 6, wherein the magnetic force generating means is constituted by electromagnets arranged in parallel from one end to the other end along the surface direction of the substrate. apparatus.
って、同心状に配列してある複数の永久磁石であり、各
永久磁石には、各永久磁石を、上記吸着盤に対して独立
して接近離反移動させる移動手段が装着してある請求項
６に記載の張り合わせ装置。9. The magnetic force generating means is a plurality of permanent magnets arranged concentrically along a surface direction of the substrate, and each permanent magnet has its own permanent magnet with respect to the attraction plate. 7. The laminating apparatus according to claim 6, further comprising a moving means for independently moving toward and away from each other.
沿って、一方の端部から他方の端部に向けて並列に配列
してある複数の永久磁石であり、各永久磁石には、各永
久磁石を、上記吸着盤に対して独立して接近離反移動さ
せる移動手段が装着してある請求項６に記載の張り合わ
せ装置。10. The magnetic force generating means is a plurality of permanent magnets arranged in parallel from one end to the other end along a surface direction of the substrate. 7. The laminating apparatus according to claim 6, further comprising a moving means for moving each of the permanent magnets toward and away from the suction disk independently.
であり、この永久磁石には、この永久磁石を、上記吸着
盤に沿って、一方の端部から他方の端部に向けて平行に
移動させる移動手段が装着してある請求項６に記載の張
り合わせ装置。11. The magnetic force generating means is a single permanent magnet, and the permanent magnet is provided with the permanent magnet in parallel from one end to the other end along the suction disk. 7. The bonding apparatus according to claim 6, further comprising a moving means for moving the object.
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|---|---|---|---|
| JP25598192A JP3318776B2 (en) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | Manufacturing method of bonded substrate and bonding device |
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| JPH0684735A JPH0684735A (en) | 1994-03-25 |
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1992
- 1992-08-31 JP JP25598192A patent/JP3318776B2/en not_active Expired - Fee Related
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