JP3463345B2 - 研磨装置および研磨方法と張り合わせ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板を研磨して
鏡面を形成する研磨装置および研磨方法と、ＳＯＩ構造
の半導体基板を製造する際に用いられる張り合わせ方法
に関する。 【０００２】 【従来の技術】例えば、半導体技術の分野では、高性能
化および高集積化を図るため、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製
造するための手段として、半導体基板相互を張り合わせ
る技術が開発されている。半導体基板を張り合わせるに
は、例えば、張り合わせようとする半導体基板相互の面
を研磨して平坦化し、その平坦面相互を、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。 【０００３】このような張り合わせ基板の製造方法にお
いては、半導体基板に平坦面を高精度に形成すること、
および、半導体基板相互の張り合わせを良好に行うこと
が要求される。 【０００４】先ず、従来の張り合わせ基板の製造方法に
おける半導体基板の平坦面の形成方法について説明す
る。半導体基板の平坦面の形成は、例えば、図５（Ｃ）
に示すように、表面に研磨用パッド８を貼り付けた研磨
用定磐９を回転させ、保持具１０でチャックした半導体
基板１の一方の面を、回転した研磨用パッド８に接触さ
せて行う。図５（Ａ）は、図５（Ｃ）に示す保持具１０
の断面図である。図５（Ａ）に示すように、保持具１０
は、いわゆるソフトチャッキング方式の保持具であり、
ワークプレート２の表面にポリウレタンの多孔質弾性パ
ッド３が貼り付けてあり、半導体基板１の外周をガラス
エポキシ樹脂製のリング４で拘束してチャックする。保
持具１０によれば、多孔質弾性パッド３の含水量によっ
て、チャック時に生じる半導体基板１のひずみを低減す
ることを目的とする。 【０００５】従来では、図５（Ａ）に示す保持具１０の
他に、図５（Ｂ）に示す保持具１１も用いられている。
図５（Ｂ）に示すように、保持具１１は、ガイド部６の
内側に外側に向かって突き出た複数の吸引口５を有し、
これらの吸引口５に半導体基板１の一方の面を真空吸着
させて半導体基板１をチャックする。 【０００６】次に、従来の半導体基板の張り合わせ方法
について説明する。図６は、従来の半導体基板の張り合
わせ方法について説明するための断面図である。図６に
示すように、従来では、半導体基板１３を固定吸着保持
具１２により平坦に保持し、他方の半導体基板１４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１５で保持する。そして、可動吸着保持具１５を
固定吸着保持具１２に対して近づけ、半導体基板１４の
研磨面中央部を他方の半導体基板１３の研磨面に接触さ
せ、その後、可動吸着保持具１５による吸着を解除する
ことにより、両半導体基板１３、１４相互を、間に気泡
が入らないように仮吸着する。 【０００７】図７は、従来の張り合わせ基板の製造方法
における半導体基板の張り合わせ方法のその他の例につ
いて説明するための断面図である。この張り合わせ方法
は、張り合わせる一方の半導体基板１８を固定吸着保持
具１９に真空吸着させ、張り合わせる他方の半導体基板
１７を可動吸着保持具１６に真空吸着させる。そして、
可動吸着保持具１６を固定吸着保持具１９に近づけ、半
導体基板１７と半導体基板１８と接触して張り合わせ
る。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した図５
（Ａ）に示す保持具１０を用いた場合、半導体基板１自
身のひずみは十分に低減できず、このひずみによって、
研磨用パッド８側に突き出た部分の研磨量が多くなり、
平坦面に研磨ムラが生じるという問題がある。また、上
述した図５（Ｂ）に示す保持具１１を用いて半導体基板
に平坦面を形成した場合、半導体基板１のうち、吸引口
５に吸着された部分以外の部分が研磨用定磐９に向かっ
て突出し、この部分の研磨量が多くなる。その結果、半
導体基板１の平坦面には凹部が生じ、厚さにバラツキや
ディンプルが生じるという問題がある。 【０００９】また、図６に示す従来の張り合わせ方法で
は、可動吸着保持具１５による吸着を解除した段階で、
半導体基板１４の周辺部が瞬間的に他方の半導体基板１
３に対して張り合わせられることになり、以前として気
泡が残った状態で張り合わせが行われる可能性がある。
また、半導体基板１４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
生じさせるおれれがある張り合わせ方法は、好ましくな
い。 【００１０】さらに、図７に示す従来の張り合わせ方法
では、半導体基板１７と半導体基板１８との間に気泡が
残った状態で張り合わせが行われてしまうという問題が
ある。 【００１１】本発明は、上述した従来技術の問題を解決
し、半導体基板に平坦面を高精度に形成できる研磨装置
およびその方法を提供することを第１の目的とする。ま
た、本発明は、ＳＯＩ構造の半導体基板を張り合わせ方
式で製造する際に、半導体基板相互の張り合わせを良好
に行うことができる張り合わせ方法を提供することを第
２の目的とする。 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明の張り合わせ方法
は、少なくとも二枚の基板を張り合わせて張り合わせ基
板を製造するための張り合わせ方法であって、第１の基
板を第１の吸着手段に吸着固定し、第２の基板に強度を
持たせて基板のソリを制御するフッ素樹脂製チャックを
第２の基板の一方の面に装着し、前記フッ素樹脂製チャ
ックが装着された第２の基板の他方の面を、第１の基板
の表面で浮かせ、前記第１の基板の表面と前記第２の基
板の他方の面とを徐々に接合する。 【００１５】 【００１６】 【作用】本発明の張り合わせ方法では、先ず、第１の基
板が第１の吸着手段に吸着される。補強手段が第２の基
板の一方の面に装着される。そして、フッ素樹脂製チャ
ックが装着された第２の基板の他方の面と、第１の基板
の表面とが近づけられ、第２の基板は第１の基板の表面
で浮いた状態になる。次に、前記第１の基板の表面と前
記第２の基板の他方の面とを、例えば中央部から徐々に
接合を進行させて前記第１の基板と前記第２の基板とが
張り合わさる。この張り合わせの過程において、フッ素
樹脂製チャックによって、第２の基板には所定の強度が
与えられ、第２の基板のソリが制御される。その結果、
基板に形成されたパターンの伸縮を抑制でき、次工程で
のマスク合わせ時のズレが抑制できるため、かかるズレ
による製造歩留りの低下を抑制できる。 【００１７】 【実施例】以下、本発明の一実施例に係わる研磨装置お
よびその方法と、張り合わせ装置およびその方法とを図
面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施例の研磨
装置およびその方法について説明する。図１（Ａ）は本
発明の一実施例に係わる研磨装置に用いられる可動吸着
保持具３０を説明するための概略断面図、図１（Ｂ）は
図１（Ａ）に示す可動吸着保持具３０を用いた本実施例
の研磨装置３６を説明するための概略断面図である。図
１（Ａ）に示すように、可動吸着保持具３０は、上面に
通孔３５を有し内部に多孔質剛性部材３３を格納した円
筒型のガイド部３４と、このガイド部３４の底面部とな
るパッド３２と、通孔３５を介してガイド部３４の内部
に真空吸引力を供給する真空吸引部（図示せず）とを有
する。 【００１８】多孔質剛性部材３３は、多孔質であるポー
ラス状のセラミックを用いて構成され、通孔３５を介し
て供給された真空吸引力をパッド３２に伝達する。多孔
質剛性部材３３は、例えば、ガイド部３４の内部形状に
応じた円柱型をしている。多孔質弾性部材３３は、多孔
質であることと、所定の剛性を有することが要求され、
この要求が満たされれば、多孔質セラミックス以外に、
多孔質硬質剛性樹脂などを用いることができる。 【００１９】ガイド部３４は、真空吸着部から通孔３５
を介して多孔質剛性部材３３に伝達される真空吸引力を
保持する役割を有し、外部との空気の出入りをシールド
する。パッド３２は、多孔質弾性部材であるポーラス状
の発砲ウレタンを用いて構成され、ガイド部３４の底部
となる薄板形状を有し、多孔質剛性部材３３を介して伝
達された真空吸引部からの真空吸引力を外部に伝達す
る。パッド３２は、多孔質であることと、所定の弾性を
有することが要求され、この要求が満たされれば、発泡
ウレタン以外に、その他の軟質多孔質合成樹脂、多孔質
ゴムなどを用いることができる。また、パッド３２は、
多孔質剛性部材３３に比較して薄いことが好ましく、具
体的には、その膜厚は０．２〜１．０ｍｍ程度が好まし
い。 【００２０】本実施例の研磨装置３６は、図１（Ｂ）に
示すように、上述した可動吸着保持具３０と、回転軸３
８ａを中心として回転する研磨用定磐３８と、研磨用定
磐３８の表面に貼り付けられた研磨用パッド３７とを有
する。 【００２１】研磨装置３６の作用について説明する。研
磨用定磐３８は回転軸３８ａを中心として回転する。次
に、可動吸着保持具３０を、真空吸着部からの真空吸引
を行った状態で、パッド３２を半導体基板３１の一方の
面に近づける。パッド３２が半導体基板３１の一方の面
に近づくと、多孔質剛性部材３３およびパッド３２を介
して伝達される真空吸引力によって半導体基板３１の裏
面がパッド３２に吸着され、半導体基板３１のチャック
が行われる。このとき、パッド３２が孔の間隔の密な多
孔質部材であることから、半導体基板３１の裏面には、
真空吸着部からの吸引力がムラなく供給される。また、
パッド３１が弾性部材であることから、半導体基板３１
の裏面にキズを付けることを抑制できる。さらには、パ
ッド３２の一方の面に装着される多孔質剛性部材３３に
よって、パッド３２が変形することが抑制される。ま
た、多孔質剛性部材３３も多孔質なので、吸引手段から
の吸引力がパッド全体に伝達され、吸引ムラが生じるこ
ともない。その結果、半導体基板３１をパッド３２の他
方の面に高い平坦性をもって吸着できる。 【００２２】次に、可動吸着保持具３０を移動し、パッ
ド３２に吸着された半導体基板３１の他方の面を、研磨
用定磐３８に応じて回転する研磨用パッド３７に平坦に
接触させる。これによって、半導体基板３１の他方の面
は、回転する研磨用パッド３７で研磨されて平坦化され
る。このとき、パッド３２は高い弾性を有する発砲ウレ
タンを材質としていることから、研磨用定磐３８の振れ
が生じた場合でも、パッド３２が振れによる衝撃を緩和
する役割を果たす。そのため、研磨用定磐３８に振れが
生じた場合でも、半導体基板３１の研磨面にダメージが
生じることを抑制できる。 【００２３】また、半導体基板３１は高精度な平坦性を
もって可動吸着保持具３０にチャックされているため、
研磨用パッド３７による半導体基板３１の研磨も高精度
な平坦性をもって行われる。その結果、半導体基板３１
には、ディンプルの発生が非常に少ない高精度に平坦化
された研磨面が形成される。特に、研磨時の荷重が軽い
場合には、研磨面は、半導体基板３１のソリの影響を受
けやすくなるが、本実施例では、かかる場合にも、高精
度に平坦化された研磨面を半導体基板に形成できる。 【００２４】次に、本実施例の張り合わせ方法について
説明する。図２（Ａ）は本実施例の張り合わせ方法を説
明するための概略断面図、図３，４は本実施例の張り合
わせ方法を用いてＳＯＩ構造の半導体装置を製造する例
を示す要部断面図である。図２〜４は、本実施例の張り
合わせ方法を用いて、半導体基板相互の張り合わせを実
現し、例えばＳＯＩ構造の半導体基板を得る例を示して
いる。 【００２５】図２（Ａ）に示すように、本実施例の張り
合わせ方法では、張り合わせを行おうとする一方の半導
体基板４２をチャックする固定吸着保持具４１と、張り
合わせを行おうとする他方の半導体基板４３に装着され
る補強部材４４と、半導体基板４３の中央付近の一点を
半導体基板４２に向かって（図中矢印の向きに向かっ
て）押圧する押圧部（図示せず）とを用いる。固定吸着
保持具４１は、一方の半導体基板４２を、平坦性を保持
しつつ固定する。 【００２６】押圧部は、フリーな状態にある半導体基板
４３の一点を半導体基板４２に向かって押圧し、半導体
基板４３と半導体基板４２との間で、水素結合を利用し
た張り合わせを押圧部から周縁部に向かって進行させ
る。このとき、未だ張り合わせが行われていない周縁部
では、基板相互間に数μｍの隙間を有し、この隙間に存
在する空気による反発力によって基板相互間に所定間隔
を保持している。従って、張り合わせが進行している過
程においては、半導体基板４２にはソリが生じている。
このように、半導体基板４２にソリを発生させながら、
押圧部から周縁部に張り合わせを進行させるのは、半導
体基板４２，４３相互間の気泡を外側に押し出せながら
張り合わせを行うことで、張り合わせ面に気泡が残存す
ることを防止するためである。 【００２７】補強部材４４は、例えば、半導体基板４３
の平面方向の形状に応じた形状をしたポリテトラフルオ
ルエチレンなどのフッ素樹脂製の部材で構成され、張り
合わせを行う半導体基板４３に真空状態で装着される。
補強部材４４は、所定の厚みを有し、その厚みに応じて
半導体基板４３のソリを制御する。 【００２８】このように、半導体基板４３のソリを制御
するのは以下の理由による。前述したように、半導体基
板４２にはソリが生じており、このソリに応じて半導体
基板４２は部分的に伸びた状態になっている。従って、
半導体基板４２は部分的に伸ばされながら半導体基板４
３と張り合わされる。一方、半導体基板４３も固定吸着
保持具４１にチャックされた状態では、所定の伸びを有
している。そのため、張り合わせによって半導体基板４
３に伸縮があると、マスク合わせ時に合わせズレが生じ
る。従って、本実施例では、補強部材４４の厚みを調整
することで、張り合わせの際に、半導体基板４３の伸び
を制御し、伸縮を最小限にする。すなわち、補強部材４
４の厚みを調整することで、補強部材４４に吸着された
半導体基板４３の剛性を調整し、これによって、半導体
基板４３のソリを調整する。張り合わせ後には、補強部
材４４と半導体基板４３との真空吸着を解除し、補強部
材４４は取り除く。 【００２９】次に、本実施例の張り合わせ方法が用いら
れるＳＯＩ構造の半導体装置を製造する方法について説
明する。本実施例で用いる半導体基板４２には、例えば
図３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４２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４
５が熱酸化などの手段で成膜される。そして、同図
（ｃ）に示すように、絶縁膜４５の上に、例えばポリシ
リコン膜などで構成される平坦化層４６がＣＶＤ法など
で成膜され、同図（ｃ）に示すように、平坦化層４６の
表面が平坦に研磨される。 【００３０】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４２の表面に成膜しある平坦化層
４６の表面を研磨し、その研磨面に対し、図４（ｅ）に
示すように、他方の半導体基板４３の研磨面を張り合わ
せる。張り合わせ後には、同図（ｆ），（ｇ）に示すよ
うに、一方の半導体基板４２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４５上に分離された
半導体層４２ａ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
体装置の高集積化および高性能化などを実現できる。 【００３１】本実施例の張り合わせ方法は、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用い
ることができる。すなわち、先ず、張り合わせ工程に先
立ち、半導体基板４２，４３の張り合わせ面の研磨を行
う。研磨に際しては、例えば、前述した図１に示す研磨
装置３６を用いることが好ましい。研磨装置３６による
半導体基板４２，４３の研磨が終了した後に、半導体基
板４２，４３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４２，４３の
表面を洗浄し、その後直ちにアンモニア−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。 【００３２】次に、図２（Ａ）に示すように、張り合わ
せる一方の半導体基板４２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、固定吸着保持
具４１でチャックする。このとき、半導体基板４３は所
定の伸びを有した状態で、固定吸着保持具４１に固定さ
れている。また、張り合わせる他方の半導体基板４３の
研磨面の裏面に、補強部材４４を真空密着させる。 【００３３】そして、補強部材４４と共に半導体基板４
３を移動させて、半導体基板４３の研磨面を半導体基板
４２の研磨面に近づける。そして、これらの基板同士が
接触しない距離以上（例えば１ｍｍ）離れた位置で補強
部材４４が装着された半導体４３を半導体基板４２に向
かって落下させる。このとき、半導体基板４２と４３と
が数μｍの間隔になると、空気の粘性抵抗によって、半
導体基板４３が４２の上にわずかな間隔で浮上した状態
（フリーな状態）になる。これは、半導体基板４３と４
２間の静電気力等の作用も寄与していると考えられる。 【００３４】そして、押圧部によって、半導体基板４３
の裏面の中央付近の一点を半導体基板４２に向かって押
圧し、当該押圧部を半導体基板４２に圧接する。これに
よって、半導体基板４２，４３相互間の張り合わせが、
当該押圧部から周縁部に向かって進行する。このとき、
未だ張り合わせが行われていない周縁部では、基板相互
間に数μｍの隙間を有し、この隙間に存在する空気によ
る反発力によって基板相互間に所定間隔を保持してい
る。従って、張り合わせが進行している過程において
は、半導体基板４３にはソリが生じており、半導体基板
４２はソリに応じて部分的に延ばされながら半導体基板
４２に張り合わされる。そのため、半導体基板４３に
は、半導体基板４３と接着後、縮もうとする力が働く。
本実施例では、半導体基板４３のソリは、補強部材４４
の厚みによって接着時のソリが調整される。 【００３５】そのため、半導体基板４２のソリを調整す
ることで、張り合わせの際に、半導体基板４３による伸
縮を抑制でき、結果として半導体基板４２のパターン伸
縮が抑制される。従って、パターンの微細化が進んだＬ
ＳＩに対しても、十分な張り合わせ精度を持つことが可
能となる。 【００３６】半導体基板４２，４３相互間の水素結合に
よる張り合わせが完全に終了すると、半導体基板４３か
ら補強部材４４が外され、次に、固定吸着保持具４１に
よる半導体基板４２の吸着が解除され、張り合わせが完
了する。 【００３７】上述したように、本実施例の張り合わせ方
法によれば、張り合わせを行う半導体基板の伸びを高精
度に制御できる。その結果、半導体基板４２の張り合わ
せを高精度に行うことができ、張り合わせに伴うパター
ンズレに起因する歩留りの低下を抑制できる。また、微
細化が進ＬＳＩの製造にも有効に対応できる。 【００３８】次に、本発明の張り合わせ方法のその他の
実施例について説明する。図２（Ｂ）は、本発明の張り
合わせ方法のその他の実施例を説明するための概略断面
図である。図２（Ｂ）に示すように、本実施例では、半
導体基板４３の一方の面に酸化膜５１を積層し、この酸
化膜５１の厚みを適切に調整することで、酸化膜５１の
剛性によって半導体基板４３のソリを制御する。酸化膜
５１は、張り合わせ終了後に除去されても良いが、デバ
イスの種類によっては、そのまま残しても良い。本実施
例によっても、前述した実施例の同様の効果を得ること
ができる。本実施例では、酸化膜５１以外に、窒化膜、
その他の膜を用いてもよい。 【００３９】また、上述した実施例では、基板相互間の
張り合わせを押圧手段による押圧力によって進行させた
が、例えば、磁力発生装置からの磁力によって基板相互
間の張り合わせを進行させてもよい。 【００４０】 【発明の効果】本発明の張り合わせ方法によれば、張り
合わせ時における第２の基板の伸縮を適切に制御でき
る。そのため、張り合わせ時において、基板に形成され
たパターンが次工程においてズレることを防止でき、当
該ズレによる歩留り低下を抑制できる。その結果、微細
化が進むＬＳＩに対応した張り合わせを行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】（Ａ）は本発明の一実施例に係わる研磨装置に
用いられる可動吸着保持具を説明するための概略断面
図、（Ｂ）は（Ａ）に示す可動吸着保持具を用いた本実
施例の研磨装置を説明するための概略断面図である。 【図２】（Ａ）は本発明の実施例に係わる張り合わせ方
法を説明するための概略断面図、（Ｂ）は本発明の実施
例に係わる張り合わせ方法のその他の例を説明するため
の図である。 【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係わる張
り合わせ方法を用いてＳＯＩ構造の半導体装置を製造す
る例を示す要部断面図である。 【図４】（ｅ）〜（ｇ）は、本発明の実施例に係わる張
り合わせ方法を用いてＳＯＩ構造の半導体装置を製造す
る例を示す要部断面図である。 【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は従来の研磨装置を説明するた
めの図である。 【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は従来の張り合わせ装置を説明
するための図である。 【図７】従来の張り合わせ装置のその他の例を説明する
ための図である。 【符号の説明】 ３０・・・可動吸着保持具 ３１、４２、４３・・・半導体基板 ３２・・・パッド ３３・・・多孔質剛性部材 ３４・・・ガイド部 ３５・・・通孔 ３７・・・研磨用パッド ３８・・・研磨用定磐 ４４・・・補強部材 ４１・・・固定吸着保持具 ５１・・・酸化膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/02 B24B 37/04 H01L 21/304 H01L 27/12

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】少なくとも二枚の基板を張り合わせて張り
   合わせ基板を製造するための張り合わせ方法において、 第１の基板を第１の吸着手段に吸着固定し、 第２の基板に強度を持たせて基板のソリを制御するフッ
   素樹脂製チャックを第２の基板の一方の面に装着し、 前記フッ素樹脂製チャックが装着された第２の基板の他
   方の面を、第１の基板の表面で浮かせ、前記第１の基板
   の表面と前記第２の基板の他方の面とを徐々に接合する
   張り合わせ方法。