JP4549648B2 - 半導体貼り合わせ装置 - Google Patents

Description

この発明は半導体貼り合せ装置に関する。

特開２００１−３３９１００号公報 特開２００１−６８７３１号公報

発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子において高輝度化を図ろうとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。特許文献１をはじめとする種々の公報には、成長用のＧａＡｓ基板を除去する一方、補強用のＳｉ基板（導電性を有するもの）を、反射用のＡｕ層を介して除去面に貼り合わせる技術が開示されている。このＡｕ層は反射率が高く、また、反射率の入射角依存性が小さいので、光取出し効率の向上を図る上で有利である。また、特許文献２には、発光層部の両面から光を取り出すために、一旦ＧａＡｓ基板を剥離し、発光波長域において透明なＧａＰ等の透明導電性基板を新たに貼り合わせる方法が開示されている。

上記の方法においては、いずれも、発光層部や電流拡散層を含む薄い化合物半導体基板を、半導体や金属からなる他の基板に貼り合わせる工程が必須となる。一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をはじめとする発光素子用の化合物半導体は脆く欠けやすい特性を有しており、その薄い基板を他の基板に貼り合わせる際に、その貼り合わせの加圧力が不均一であると、基板に割れや欠けが極めて生じやすく、不良に直結する問題がある。

本発明の課題は、貼り合わせの加圧力を均一に発生させることができ、薄い化合物半導体基板であっても、他の基板への貼り合わせを、割れや欠けを生ずることなく確実に行なうことができる半導体貼り合せ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の半導体貼り合せ装置は、
第一基板に化合物半導体からなる第二基板を重ね合わせた積層体を積層方向に加圧することにより、第一基板と第二基板とを貼り合せる半導体貼り合わせ装置において、
積層体の第一主表面と当接する第一加圧部材と、積層体の第二主表面と当接する第二加圧部材とからなり、それら第一加圧部材と第二加圧部材とにより積層体を厚さ方向に挟圧するとともに、第二加圧部材の加圧面法線方向が可変に構成された１対の加圧部材と、
積層体の第二主表面が第一主表面に対して傾斜している場合に、第一加圧部材の加圧面法線方向が積層体の第一主表面の法線方向と一致し、かつ、第二加圧部材の加圧面法線方向が積層体の第二主表面の法線方向と一致するように、第二加圧部材の積層体に対する加圧姿勢を矯正しつつ加圧駆動する加圧駆動機構と、を備えたことを前提とする。

本発明の前提構成となる半導体貼り合わせ装置を用いると、第一加圧部材と第二加圧部材との間に積層体を配置して厚さ方向に挟圧することにより、第一基板と第二基板とを貼り合せて半導体貼り合せ体を製造することができる。なお、第二基板は、第一基板との積層体の状態で、上記貼り合わせの挟圧力を確実に受け止めることができ、貼り合わせ後は薄層の第一基板部分を強度的に支持する支持体の役割を果たすものであれば、特にその材質は限定されない。例えば第一基板が発光層部を含む化合物半導体基板とされ、得られる積層体に基づいて発光素子を製造する場合には、第二基板を、発光通電経路を形成する導電性基板（具体的には、他の半導体基板や金属板）として構成することができる。また、第二基板に支持体としての機能を付与するためには、該第二基板の剛性が第一基板よりも高いことが当然望ましく、第二基板が第一基板よりも厚く形成されているとさらによい。

図１０に示すように、脆く欠けやすい化合物半導体からなる第二基板８を第一基板７に重ね合わせて加圧しつつ貼り合わせる際には、積層体５０の厚みの面内方向のバラツキが加圧力の面内方向の偏りを生じやすい。例えば、積層体５０に他の部分よりも厚さの大きい部分が生じていると、２つの加圧部材５１，５２はその厚さの大きい部分に偏って当たり、加重が集中する領域とそうでない領域との境界にて、積層体５０（特に化合物半導体基板からなる第一基板８側）に割れや欠けが生じやすくなる。

このことは、積層体５０と加圧部材との位置関係から幾何学的に以下のように考察できる。すなわち、積層体５０の厚さ不均一は、半導体からなる第二基板８ないし第一基板７を製造する際の、研削、研磨ないしエピタキシャル成長の不均一によって生ずることが多い。研削、研磨あるいはエピタキシャル成長が不均一になると、基板の両主表面は互いに平行とならず、一方が他方に対して傾斜することになり、その傾斜の向きに対応して基板厚さの不均一が生じ、これが積層体５０の厚さ不均一となって引き継がれる。他方、プレス機などの従来の加圧装置の場合、２つの加圧部材５１，５２の加圧面法線Ｏ_１，Ｏ_２が可及的に一致するよう調整を行なうのが常識であった。しかし、上記のように厚さが不均一な積層体５０の貼り合わせを行なう場合、この常識がむしろ不都合を招いていたのである。すなわち、図１０に示すように、積層体５０の両主表面の法線Ｏ_３，Ｏ_４が厚さ不均一に対応して傾斜していると、互いに一致するように調整された加圧部材５１，５２の加圧面法線Ｏ_１，Ｏ_２に対し、積層体５０の主表面の法線Ｏ_３，Ｏ_４は少なくとも一方が傾くことになり、この加圧面法線と積層体主表面の法線との不一致が、結果的に加圧力の不均一を引き起こしていたと見ることができる。

そこで、本発明の前提構成となる半導体貼り合せ装置では、第二加圧部材の加圧面法線方向が積層体の第二主表面の法線方向と一致するように、第二加圧部材の積層体に対する加圧姿勢を矯正しつつ加圧駆動する加圧駆動機構を設けた。つまり、図１０に示すように、第一加圧部材の加圧面法線と第二加圧部材の加圧面法線とが一致した状態では、加圧に伴い第一加圧部材に積層体の第一主表面が密着すると、厚さ分布に応じて積層体の第二主表面は第二加圧部材の加圧面に対し傾斜し、隙間を生ずる。この状態では、積層体の第二主表面の法線が第二加圧部材の加圧面法線に対し傾斜する（つまり、不一致となっている）。そこで、上記の加圧駆動機構は、第二加圧部材の積層体に対する加圧姿勢を矯正して、その加圧面法線方向を積層体の第二主表面の法線方向に一致させる。これにより、積層体に対する貼り合わせの加圧力を面内に大幅に均一化することができる。そして、脆く薄い化合物半導体基板であって、かつ、厚さに偏りを生じている場合であっても、他の基板への貼り合わせを、割れや欠けを生ずることなく確実に行なうことができるようになる。

加圧駆動機構は、第二加圧部材を、積層体に面しているのと反対側から流体圧を介して加圧駆動する流体加圧機構として構成することができる。流体圧を用いて第二加圧部材を加圧駆動することにより、第二加圧部材はパスカルの原理により、加圧流体を介して常に均一な圧力で積層体を加圧付勢する。その結果、第二加圧部材の加圧面法線方向が積層体の面法線方向に対し傾斜して圧力分布に偏りが生ずると、該圧力分布が均一化される方向に加圧流体が流動するので、第二加圧部材は積層体に対する加圧姿勢が自己調整され、複雑な機構を用いずとも、積層体に対する貼り合わせの加圧力を、常に均一に発生させることができる。

そして、本発明の第一の半導体貼り合せ装置では、流体加圧機構は、第二加圧部材に対し、積層体に面しているのと反対側に加圧流体の充填空間が形成され、該第二加圧部材とともに充填空間の区画壁の一部をなす充填空間形成体と、該充填空間形成体と第二加圧部材とを充填空間を密閉する形で連結するとともに、充填空間内に加圧流体が圧入されたときの、第二加圧部材の積層体に対する加圧姿勢の変化を吸収する可撓性密閉部材とを有することを特徴とする。上記のような可撓性密閉部材を用いると、可撓性密閉部材の変形により、第二加圧部材の積層体に対する加圧姿勢ひいては圧力分布を均一化するための、加圧流体の流動の自由度が高められ、貼り合わせ加圧力の均一化効果が高められる。

より具体的な構成としては、充填空間となるべき凹部を有するものとして充填空間形成体を構成し、第二加圧部材が凹部の開口内に、該開口の内周縁と自身の外周縁との間に隙間を形成する形で凹部の深さ方向に進退可能に配置され、可撓性密閉部材が該隙間を閉塞する可撓性隔壁部として構成されたものとすることができる。この構成によると、可撓性隔壁部は、流体圧による変形方向が第二加圧部材による積層体の加圧方向に対応しているので、小さな変形量であっても第二加圧部材の加圧面法線方向の矯正代を大きく稼ぐことができ、加圧流体の流動に対する追従性にも優れるので、加圧力均一化の効果をより高めることができる。また、上記のような可撓性隔壁部は、第二加圧部材の加圧方向矯正に必要な変形量が小さく、その変形領域も、凹部と第二加圧部材との間の狭い隙間をふさぐ程度の小面積で狭い面積で済むから、耐久性の面でも有利である。

なお、第二加圧部材に対しては、その加圧姿勢の矯正に伴う加圧面法線方向の変化角度範囲を規制する加圧面法線方向規制部を設けておくことが望ましい。このようにしておくと、例えば両加圧部材間に異物等が噛み込まれた場合などにおいて、正常な加圧方向から極端に傾いた方向に第二加圧部材の加圧姿勢が誤って矯正されようとした場合でも、加圧面法線方向規制部により第二加圧部材の姿勢矯正のための変位が過度に大きくならないよう規制され、可撓性密閉部材の損傷等を防止することができる。

次に、第一加圧部材は、第二加圧部材との間で積層体を挟圧する際に、該挟圧方向の位置を固定とすることができる。このようにしておくと、加圧面法線方向の矯正機構を第二加圧部材側のみに設ければこと足りるので、貼り合せ装置の機械的な構造を単純化することができる。また、第一加圧部材側を加圧力の受け部材に専従させることができるので、加圧状態の安定化と再現性向上にも寄与する。

また、本発明の第二の半導体貼り合せ装置では、第一加圧部材が第二加圧部材との間で積層体を挟圧する際に、該挟圧方向の位置を固定とされる場合、第二加圧部材と第一加圧部材とが上下方向に積層体を挟圧するものであり、第二加圧部材が第一加圧部材よりも下側に配置され、当該第二加圧部材の上面に積層体が載置されるとともに、第一加圧部材が、積層体を第二加圧部材との間で挟圧する第一位置と、第二加圧部材の上方に積層体を載置するための空間を生ずる第二位置との間で進退可能とされていることを特徴とする。第二加圧部材を第一加圧部材よりも下側に配置しておくと、加圧駆動機構の随伴により重厚化しやすい第二加圧部材側の機構を積層体より上方に懸架する必要がなくなり、装置の簡略化と小型化を図ることができる。そして、第一加圧部材を、積層体を挟圧する第一位置から退避可能とすることにより、第二加圧部材上への積層体の載置（ロード）及び貼り合せ後の取出（アンロード）とを簡単に行なうことができる。また、進退可能とされるのが、加圧駆動機構が随伴しない比較的軽量な第一加圧部材側なので、進退機構の軽量化も同時に図ることができる。

第二位置を第一位置よりも上方に設定する場合に、上記効果は特に顕著となる。この場合、積層体の加圧時において第一加圧部材に付加される加圧力を第二位置側からバックアップするとともに、当該バックアップを行なうバックアップ位置と、加圧解除時においては第一加圧部材が第二位置へ退避することを妨げない退避位置との間で移動可能に設けられたバックアップ部材を設けることができる。つまり、該構成では、積層体を加圧する第一位置で、バックアップ部材により該第一加圧部材が加圧方向に補強（バックアップ）されるので、積層体のロード／アンロードのために加圧方向と平行に可動となっているにもかかわらず、第一加圧部材が積層体の加圧力を確実に受け止めることができる。

次に、本発明の半導体貼り合せ装置には、積層体を加熱する加熱機構を設けることができる。積層体を加熱しつつ加圧することにより、第一基板と第二基板とをより確実に貼り合せることができる。この場合、第一加圧部材及び第二加圧部材の少なくともいずれかが、上記加熱機構をなすヒータが内蔵されたヒータ内蔵加圧部材とすることができる。加圧部材側から積層体にヒータからの熱が接触により直接伝達されるので、加熱による貼り合わせ促進をより確実に行なうことができる。また、加圧部材及び積層体を炉などにより外部から加熱する場合と比較して、加熱機構の大幅な小型化及び軽量化を図ることができ、加熱空間も小さくて済むので経済的である。第一加圧部材及び第二加圧部材の双方をヒータ内蔵加圧部材とすれば、積層体をより迅速かつ均一に加熱することができる。

この場合、ヒータ内蔵加圧部材は金属本体を有し、ヒータを該金属本体に埋設しておけば、ヒータからの発熱が熱伝導率の良好な金属本体を介して積層体に速やかに伝えられ、また、加熱が不要なタイミングにおいては、ヒータへの通電を停止すれば、金属本体を介しての放熱・冷却もまた速やかに行なうことができる。金属本体は、特に熱伝導率が良好で、軽量かつ安価なアルミニウム又はその合金にて構成することが望ましく、特にアルミニウム又はその合金によりヒータを鋳ぐるんだ構造とすれば、ヒータとアルミニウム又はその合金からなる金属本体との接触状態が良好となり、上記の効果が一層顕著となる。

本発明の半導体貼り合せ装置を用いると、第一基板に化合物半導体からなる第二基板を重ね合わせた積層体の第二主表面側が下となるように、該積層体を第二加圧部材上に配置し、第一加圧部材を積層体の第一主表面の上方に隙間を生じた状態で固定し、その状態で第二加圧部材を、積層体に面しているのと反対側から流体圧を介して加圧駆動することにより、積層体の第一主表面を第一加圧部材に押し付けて第一加圧部材の加圧面法線方向を積層体の第一主表面の法線方向と一致させるとともに、積層体の第二主表面が第一主表面に対して傾斜している場合には、第二加圧部材の加圧面法線方向が積層体の第二主表面の法線方向と一致するように、第二加圧部材の積層体に対する加圧姿勢を矯正しつつ該積層体を積層方向に加圧することにより、第一基板と第二基板とを貼り合せて半導体貼り合せ体を製造することができる。

流体圧機構を用いて第二加圧部材の加圧面法線方向を矯正することにより、積層体に対する貼り合わせの加圧力を面内に大幅に均一化することができる。また、第一加圧部材を積層体の第一主表面に最初から当接させるのではなく、該第一主表面の上方に隙間を生じた状態で固定し、その状態で第二加圧部材を加圧駆動することで、積層体に第一加圧部材を位置決めする際に、第一加圧部材が積層体に不用意に当たり、その衝撃によって積層体を傷つけたりする心配がない。他方、積層体の上方に適度な隙間を形成しつつ待機させることで、流体加圧機構による第二加圧部材の加圧ストロークが小さい場合でも、第一加圧部材に対し積層体を容易に密着させることができ、ひいては貼り合わせの加圧力を積層体に確実に印加することができる。この場合、上記隙間を生ずる位置を、積層体を第二加圧部材との間で挟圧する第一位置として定め、前述のごとく、第二加圧部材の上方に積層体を載置するための空間を生ずる第二位置との間で進退可能としておけば、第二加圧部材上への積層体のロード／アンロードも極めて容易に行なうことができる。

本発明の適用対象となる半導体貼り合せ体は、発光層部を含む化合物半導体層を有した第一基板と、素子基板からなる第二基板とを貼り合わせたものとすることができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体貼り合せ装置の一例を示す正面図である。該半導体貼り合せ装置２００は、積層体５０を積層方向に加圧しつつ加熱することにより、積層体５０をなす第一基板７と化合物半導体からなる第二基板８とを貼り合せるためのものである。装置の要部は、積層体５０の第一主表面ＭＰ１と当接する第一加圧部材５１と、第二主表面ＭＰ２と当接する第二加圧部材５２とからなり、第一加圧部材５１にて第二加圧部材５２からの加圧力を受け止めつつ積層体５０を厚さ方向に挟圧する。図９（工程１）に示すように、第一加圧部材５１の加圧面法線方向Ｏ_１が固定とされる一方、第二加圧部材５２は加圧面法線方向Ｏ_２が可変に構成されている。また、第二加圧部材の加圧面法線Ｏ_２方向が積層体５０の第二主表面ＭＰ２の法線方向Ｏ_４と一致するように（結果的に、第一加圧部材５１の加圧面法線Ｏ_１方向も積層体５０の第一主表面ＭＰ１の法線Ｏ_３と一致した状態となる）、該第二加圧部材５２の積層体５０に対する加圧姿勢を矯正しつつ加圧駆動する加圧駆動機構５３を有している。また、加圧状態の積層体５０を加熱する加熱機構４９を備える。

図５に示すように、加圧駆動機構５３は、第二加圧部材５２を、積層体５０に面しているのと反対側から流体圧を介して加圧駆動する流体加圧機構として構成されている。該加圧駆動機構５３の要部は、充填空間形成体５５と可撓性密閉部材５６とからなる。充填空間形成体５５は、装置の基体を兼用するものであり、第二加圧部材５２に対し、積層体５０に面しているのと反対側に加圧流体Ｆの充填空間５４が形成され、該第二加圧部材５２とともに充填空間５４の区画壁の一部をなす。また、可撓性密閉部材５６は、充填空間形成体５５と第二加圧部材５２とを充填空間５４を密閉する形で連結するとともに、充填空間５４内に加圧流体Ｆが圧入されたときの、第二加圧部材５２の積層体５０に対する加圧姿勢の変化を吸収する働きをなす。なお、本実施形態では加圧流体Ｆとして空気等の気体が用いられているが、油や水などの液体を用いてもよい。

充填空間形成体５５は充填空間５４となるべき凹部５７を有する。第二加圧部材５２は、凹部５７の開口内に、該開口の内周縁と自身の外周縁との間に隙間ｇを形成する形で、凹部５７の深さ方向に進退可能に配置されている。そして、可撓性密閉部材５６は、隙間ｇを閉塞する可撓性隔壁部（以下、可撓性隔壁部５６ともいう）として構成されている。本実施形態では、可撓性隔壁部５６はゴム等の弾性材料からなり、第二加圧部材５２の周方向に沿う環状に形成されている。第二加圧部材５２は凹部５７内に配置されるベースプレート５２ａ上に、ガラス繊維等からなる耐熱層８５を介して、ボルト８０等の締結部材を用いて組みつけられている。可撓性隔壁部５６は、該ベースプレート５２ａの裏面外周縁部（本実施形態ではリブをなしている）に上面側内周縁部が重ね合わされる形で配置され、その下側に配置される環状の第一押さえ部材５８とベースプレート５２ａとの間で、ボルト８１による締結力にて挟圧される形で固定されている。他方、可撓性隔壁部５６の下面側外周縁部は、充填空間形成体５５の上面の、凹部５７の開口周縁部に重ね合わされる形で配置され、その上側に配置される環状の第二押さえ部材５９と充填空間形成体５５との間で、ボルト８２による締結力にて挟圧される形で固定されている。

図１に示すように、充填空間形成体５５には、凹部５７に連通する流体導入通路６２と同じく流体排出通路６３とが形成されている。流体導入通路６２には、充填空間５４に加圧流体Ｆを圧送するコンプレッサー６４（又はポンプ）が接続されている。さらに、流体排出通路６３には、充填空間５４からの加圧流体Ｆの排出を規制するバルブ６５が設けられている。

図５に戻り、凹部５７の深さ方向において、第二加圧部材５２が第一加圧部材５１からの離間する向きを退避方向ＤＤ、同じく接近する向きを加圧方向ＵＤとして、該第二加圧部材５２の退避方向ＤＤの移動限度を規定する退避方向ストッパ６０と、同じく加圧方向ＵＤの移動限度を規定する加圧方向ストッパ６１とが設けられている。加圧方向ストッパ６１は、加圧方向ＵＤに可撓性隔壁部５６が過度に変形することを防止する。また、退避方向ストッパ６０は、充填空間５４内の圧力が開放されたときに、落下する第二加圧部材５２を下側から支えて位置を安定化させ、例えば第二加圧部材５２上における積層体５０の載置ないし取出しを容易にする働きをなす。本実施形態では、退避方向ストッパ６０は、凹部５７の底面から突出する形態で形成されている。

また、加圧方向ストッパ６１は、凹部５７の開口周縁に、該凹部５７の内側に突出する形態で設けられている。具体的には、加圧方向ストッパ６１は、第二押さえ部材５９の内周縁から突出する環状リブとして形成され、ベースプレート５２ａの上面外周縁に形成された周方向の切欠５２ｃと係合する形で第二加圧部材５２の加圧方向の移動を規制している。

図１に戻り、半導体貼り合せ装置２００には、第二加圧部材５２の加圧姿勢の矯正に伴う、加圧面法線方向Ｏ２の変化角度範囲を規制する加圧面法線方向規制部６５が設けられている。図３に示すように、加圧面法線方向規制部６５は、第二加圧部材５２の下面と凹部５７の底面の一方から突出して設けられた規制軸部６６と、同じく他方から突出して設けられるとともに規制軸部６６が挿入されるスリーブ６７とを有する。スリーブ６７の内周面と規制軸部６６の外周面との間には隙間ｑが形成され、該隙間ｑの範囲内で規制軸部６６が可動となることにより、加圧面法線方向Ｏ２の変化角度範囲が規制される。本実施形態では、スリーブ６７の内周面には、規制軸部６６の上端側及び下端側にてそれぞれ拡径する形態を有する軸受け用ボールブッシュ６８が埋設されている。

図１に戻り、第一加圧部材５１は、第二加圧部材５２との間で積層体５０を挟圧する際に、該挟圧方向の位置が固定とされている。具体的には、第二加圧部材５２と第一加圧部材５１とは上下方向に積層体５０を挟圧するものであり、第二加圧部材５２が第一加圧部材５１よりも下側に配置されている。積層体５０は、第二加圧部材５２の上面に載置される。また、第一加圧部材５１は、積層体５０を第二加圧部材５２との間で挟圧する第一位置Ｐ１と、第二加圧部材５２の上方に積層体５０を載置するための空間ＳＬを生ずる第二位置Ｐ２との間で進退可能とされている。

第一加圧部材５１の進退機構は、該第一加圧部材５１が先端に取り付けられるピストンロッド７０と、該第一加圧部材５１を第一位置Ｐ１と第二位置Ｐ２との間で移動させるために、ピストンロッド７０を伸縮させる第一シリンダ７１とを有する。本実施形態では、ピストンロッド７０の先端にベースプレート８７が取り付けられ、該ベースプレート８７の下面に第一加圧部材５１が、ガラス繊維等からなる耐熱層８６を介してボルト８８により取り付けられている。

図１に示すように、第二位置Ｐ２は第一位置Ｐ１よりも上方に設定されている。また、第一加圧部材５１側にはバックアップ部材６９が設けられている。該バックアップ部材６９は、図６に示す積層体５０の加圧時において、第一加圧部材５１に付加される加圧力をバックアップするためのものであり、当該バックアップを行なうバックアップ位置Ｐ３と、図１に示す加圧解除時において、第一加圧部材５１が第二位置Ｐ２へ退避することを妨げない退避位置Ｐ４との間で移動可能に設けられている。バックアップ部材６９は、ピストンロッド７０が伸張して第一加圧部材５１が第一位置Ｐ１に移動した際に、該ピストンロッド７０の後端面７１ｂに当接することにより、該ピストンロッド７０を介して第一加圧部材５１をバックアップする。

具体的には、充填空間形成体５５の上面にて凹部５７の周囲に立設される複数の支柱７２（本実施形態では、凹部５７の両側に２本設けられている）と、該支柱７２の上端部にまたがる形で設けられた上部フレーム７３とが設けられている。第一シリンダ７１は、凹部５７の直上位置において上部フレーム７３に固定されている。また、バックアップ部材６９は、図４に示すように、ピストンロッド７０の後端面に当接するバックアップ位置Ｐ３と、図１に示すように、ピストンロッド７０の伸縮方向と交差する向きにて該ピストンロッド７０と干渉しない退避位置Ｐ４との間で移動可能とされている。

バックアップ部材６９は、上部フレーム７３内にて水平方向にスライド可能に配置されるとともに、第一シリンダ７１は上部フレーム７３の下面に懸架状態で支持されている。そして、ピストンロッド７０は第一加圧部材５１を第一位置Ｐ１に移動させるために伸張した際に、その後端面がバックアップ部材６９のスライド面ＳＰよりも下方に位置するように、ピストンロッド７０の伸縮ストロークが定められている。具体的には、上部フレーム７３は、上面がバックアップ部材６９のスライド面ＳＰとされるベースプレート７３ａを有し、該ベースプレート７３ａに孔設された貫通孔７３ｈ内にてピストンロッド７０の後端部が昇降する。そして、ベースプレート７３ａ上には、バックアップ部材６９をピストンロッド９１によりスライド移動させるための第二シリンダ９０が取り付けられている。

本実施形態では、第一シリンダ７１はボルト８３によりベースプレート７３ａの下面に締結されるとともに、その先端面外周縁が補助フレーム８５（上端部がボルト８４により、ベースプレート７３ａの下面に同様に取り付けられている）にて補助支持されている。また、ベースプレート７３ａの上方に、バックアップ部材６９のスライド空間を隔てる形でピストンロッド７０の後端部が挿通される貫通孔７３ｊを有したカバープレート７３ｂが設けられている。

次に、図２に示すように、第一加圧部材５１及び第二加圧部材５２は、いずれも、加熱機構４９をなすヒータ（以下、ヒータ４９ともいう）が内蔵されたヒータ内蔵加圧部材とされている。該ヒータ内蔵加圧部材は金属本体７４を有し、ヒータ４９は該金属本体７４に埋設されている。ヒータ４９は、ニクロム線等の抵抗発熱線からなる発熱部４９ｒと、その外側を覆う絶縁シース４９ｉとを有し、面内方向の発熱分布を均一化するため、発熱部４９ｒは金属本体７４内にて加圧面ＰＰに沿うように配置されている。なお、金属本体７４内においてヒータ４９の近傍には、熱電対等からなる温度センサ８９が埋設されている。なお、ヒータ内蔵加圧部材内には冷却機構７５を内蔵させることもできる。例えば水流式の冷却機構の場合、冷却水流通用の配管（例えばＣｕパイプ等からなる）を、金属本体７４内に埋設することができる。なお、金属本体７４の積層体５０との当接面は、積層体５０の擦れや金属本体７４との反応を防止するために、フッ素樹脂層７６にてコーティングされている。

金属本体７４は、アルミニウム又はその合金により、ヒータ４９に対する鋳ぐるみ金属部として形成されている。具体的には、鋳型内の所定位置にヒータ４９（及び温度センサ８９あるいは冷却機構７５）を配置し、該鋳型内にアルミニウム又はその合金の溶湯を流し入れて冷却凝固させることにより、金属本体７４をなす鋳ぐるみ金属部を形成することができる。

以下、半導体貼り合せ装置２００の動作について説明する。
図１４の工程３に示すごとく、第一基板７と第二基板８とを重ね合わせて積層体５０とし、図１に示すように、第一加圧部材５１を上昇させて第二位置Ｐ２に位置させた状態で、その積層体５０を第二加圧部材５２の上面に載置する。次に、図１及び図４に示すように、第一シリンダ７１によりピストンロッド７０を伸張させて第一加圧部材５１を下降させる。このとき、積層体５０に不要な加圧力や衝撃力が加わることを防止するために、図５に示すように、第一加圧部材５１の下面と積層体５０の第一主表面ＭＰ１との間に適当な隙間が生ずるように、ピストンロッド７０の下降限を定めておく。そして、図４に示すように、第二シリンダ９０を作動させてバックアップ部材６９をバックアップ位置Ｐ３へ移動させる。

次に、図４においてバルブ６５を閉じた状態とし、さらにコンプレッサー６４を作動させて、充填空間５４内に加圧流体（空気）Ｆを送り込む。すると、図６に示すように、第二加圧部材５２は、その流体圧により可撓性隔壁部５６を変形させつつ上昇する。これにより、積層体５０は持ち上げられて、その第一主表面ＭＰ１を第一加圧部材５１の下面に密着し、第二加圧部材５２と第一加圧部材５１との間で挟圧力Ｐにより加圧される。このとき、積層体５０に対する加圧力が、５ｋＰａ以上１０００ｋＰａ未満となるように、加圧流体Ｆによる流体圧を調整する。

図１０に示すように、脆く欠けやすい化合物半導体からなる第二基板８を第一基板７に重ね合わせて加圧しつつ貼り合わせる際に、厚さ不均一により積層体５０の主表面が傾斜していると、加圧力の面内方向の偏りを生じやすい。例えば、積層体５０に他の部分よりも厚さの大きい部分が生じていると、２つの加圧部材５１，５２はその厚さの大きい部分に偏って当たり、加重が集中する領域とそうでない領域との境界にて、積層体５０（特に化合物半導体基板からなる第二基板８側）に割れや欠けが生じやすくなる。図１０を用いて既に説明した通り、第一加圧部材５１の加圧面法線Ｏ_１と第二加圧部材５２の加圧面法線Ｏ_２とが一致した状態では、加圧に伴い第一加圧部材５１に積層体５０の第一主表面が密着すると、厚さ分布に応じて積層体５０の第二主表面は第二加圧部材５２の加圧面に対し傾斜し、隙間を生ずる。この状態では、積層体５０の第二主表面の法線Ｏ_４が第二加圧部材５１の加圧面法線Ｏ_２に対し傾斜する（つまり、不一致となる）。

しかし、上記のように、流体圧を用いて第二加圧部材５２を加圧駆動することにより、第二加圧部材５２はパスカルの原理により、加圧流体Ｆを介して常に均一な圧力で積層体５０を加圧付勢する。その結果、図９の工程１に示すように、第二加圧部材５２の加圧面法線Ｏ_２方向が積層体５０の第二主表面の法線Ｏ_４方向に対し傾斜して圧力分布に偏りが生ずると、該圧力分布が均一化される方向に加圧流体Ｆが流動するので、第二加圧部材５２の積層体５０に対する加圧姿勢は、工程２に示すように、第二加圧部材５２の加圧面法線方向Ｏ２が積層体５０の第二主表面の法線Ｏ_４方向に一致するように矯正される。これにより、積層体５０に対し、貼り合わせの加圧力を均一に発生させることができ、薄い化合物半導体基板であっても、他の基板への貼り合わせを、割れや欠けを生ずることなく確実に行なうことができるようになる。なお、第一加圧部材５１側も、第二加圧部材５２側と同様の流体加圧機構等を用いて加圧面法線方向を可変に構成してもよい。

なお、可撓性密閉部材として可撓性隔壁部５６を用いているので、流体圧による可撓性隔壁部５６の変形方向が第二加圧部材５２による積層体５０の加圧方向に対応し、小さな変形量であっても第二加圧部材５２の加圧面法線方向Ｏ２の矯正代を大きく稼ぐことができる。また、加圧流体Ｆの流動に対する追従性にも優れるので、加圧力均一化の効果をより高めることができる。また、上記のような可撓性隔壁部５６は、第二加圧部材５２の加圧方向矯正に必要な変形量が小さく、その変形領域も、凹部５７と第二加圧部材５２との間の狭い隙間ｇをふさぐ程度の小面積で済むから、耐久性の面でも有利である。さらに、加圧面法線方向規制部６５が設けられているので、例えば両加圧部材間に異物等が噛み込まれた場合などにおいて、正常な加圧方向から極端に傾いた方向に第二加圧部材５２の加圧姿勢が誤って矯正されようとした場合でも、加圧面法線方向規制部６５により第二加圧部材５２の姿勢矯正のための変位が過度に大きくならないよう規制され、可撓性密閉部材５６の損傷等を防止することができる。

次に、図７に示すように、上記の挟圧力Ｐを維持した状態でヒータ４９に通電して発熱させ、積層体５０を加熱する。この加熱により、第一基板７と第二基板８とが結合される。

また、第一加圧部材５１及び第二加圧部材５２がいずれも、加熱機構をなすヒータ４９が内蔵されたヒータ内蔵加圧部材とされており、加圧部材５１，５２側から積層体５０にヒータ４９からの熱が接触により直接伝達されるので、積層体５０をより迅速かつ均一に加熱することができる。いずれも、金属本体７４にヒータ４９が鋳ぐるみにより埋設された構造なので、ヒータ４９からの発熱が熱伝導率の良好な金属本体７４を介して積層体５０に速やかに伝えられる。

加熱が終了すれば、ヒータ４９への通電を停止し、図８に示すごとく、第一シリンダ７１を作動させて第一加圧部材５１を第二位置Ｐ２へ退避させる。そして、コンプレッサー６４（図１）による加圧流体の圧送を停止し、バルブ６５を開いて加圧流体Ｆを開放する。これにより、第二加圧部材５２は下降して退避方向ストッパ６０により支持される。この状態で、貼り合わせ後の積層体５０を第二加圧部材５２の上面から回収する。金属本体７４は、放熱性のよいアルミニウムにて構成されているので、次の貼り合わせに際しての放熱・冷却も速やかに行なうことができる。なお、この冷却を強制的に行ないたい場合は、冷却機構７５に冷却水ｗを流通するか、あるいは、冷却機構７５を用いない場合は、冷却ファンによる送風により冷却を行なってもよい。また、アルミニウム等の金属からなる放熱板を、いわばダミーとして第一加圧部材５１と第二加圧部材５２との間で挟圧させ、該放熱板により熱を吸収して冷却するようにしても良い。また、この放熱板の中に循環冷却水を流して冷却をさらに促進することもできる。

なお、以上説明した実施形態では、第一加圧部材５１と第二加圧部材５２との間に積層体５０を１つのみ配して貼り合わせを行なうようにしていたが、図１１に示すように、第一加圧部材５１と第二加圧部材５２との間に複数個の積層体５０を配して、それらの貼り合わせを同時に行なうようにしてもよい。また、図１２に示すように、可撓性密閉部材１５６は蛇腹部材（ベローズ）１５６とすることもできる。この場合、該蛇腹部材１５６の上側の開口が第二加圧部材５２にて塞がれ、同じく下側の開口が充填空間形成体５５にて塞がれる形となる。

本発明の半導体貼り合せ装置の一実施形態を示す正面断面図。 ヒータ内蔵加圧部材の一例を示す正面断面図。 加圧面法線方向規制部の一例を示す正面断面図。 図１の半導体貼り合せ装置の別動作状態を示す正面断面図。 図１の半導体貼り合せ装置の動作説明図。 図５に続く説明図。 図６に続く説明図。 図７に続く説明図。 図１の半導体貼り合せ装置の動作の、さらに要部を示す説明図。 積層体の加圧力に偏りが生ずる理由を説明する図。 本発明の半導体貼り合せ装置の第一変形例を模式的に示す図。 同じく第二変形例を模式的に示す図。

符号の説明

７ 第一基板
８ 第二基板
４９ ヒータ（加熱機構）
５０ 積層体
５１ 第一加圧部材
Ｏ１ 加圧面法線方向
Ｏ２ 加圧面法線方向
５２ 第二加圧部材
ＭＰ１ 第一主表面
ＭＰ２ 第二主表面
５３ 加圧駆動機構
Ｆ 加圧流体
５４ 充填空間
５５ 充填空間形成体
５６ 可撓性隔壁部
５７ 凹部
ｇ 隙間
６５ 加圧面法線方向規制部
ＳＬ 空間
Ｐ１ 第一位置
Ｐ２ 第二位置
６９ バックアップ部材
Ｐ３ バックアップ位置
Ｐ４ 退避位置
７４ 金属本体
１５６ 蛇腹部材（可撓性密閉部材）
２００ 半導体貼り合せ装置

Claims (12)

1. 第一基板に化合物半導体からなる第二基板を重ね合わせた積層体を積層方向に加圧することにより、前記第一基板と前記第二基板とを貼り合せる半導体貼り合わせ装置において、
   前記積層体の第一主表面と当接する第一加圧部材と、前記積層体の第二主表面と当接する第二加圧部材とからなり、それら第一加圧部材と前記第二加圧部材とにより前記積層体を厚さ方向に挟圧するとともに、前記第二加圧部材の加圧面法線方向が可変に構成された１対の加圧部材と、
   前記積層体の第二主表面が第一主表面に対して傾斜している場合に、前記第一加圧部材の加圧面法線方向が前記積層体の第一主表面の法線方向と一致し、かつ、前記第二加圧部材の加圧面法線方向が前記積層体の第二主表面の法線方向と一致するように、前記第二加圧部材の前記積層体に対する加圧姿勢を矯正しつつ加圧駆動する加圧駆動機構と、
   を備え、
   前記加圧駆動機構は、前記第二加圧部材を、前記積層体に面しているのと反対側から流体圧を介して加圧駆動する流体加圧機構として構成され、
   前記流体加圧機構は、前記第二加圧部材に対し、前記積層体に面しているのと反対側に加圧流体の充填空間が形成され、該第二加圧部材とともに前記充填空間の区画壁の一部をなす充填空間形成体と、該充填空間形成体と前記第二加圧部材とを前記充填空間を密閉する形で連結するとともに、前記充填空間内に前記加圧流体が圧入されたときの、前記第二加圧部材の前記積層体に対する加圧姿勢の変化を吸収する可撓性密閉部材とを有することを特徴とする半導体貼り合せ装置。
2. 前記充填空間形成体は前記充填空間となるべき凹部を有し、前記第二加圧部材は、前記凹部の開口内に、該開口の内周縁と自身の外周縁との間に隙間を形成する形で、前記凹部の深さ方向に進退可能に配置され、前記可撓性密閉部材は、前記隙間を閉塞する可撓性隔壁部として構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体貼り合わせ装置。
3. 前記第二加圧部材の加圧姿勢の矯正に伴う、前記加圧面法線方向の変化角度範囲を規制する加圧面法線方向規制部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体貼り合せ装置。
4. 前記第一加圧部材は、前記第二加圧部材との間で前記積層体を挟圧する際に、該挟圧方向の位置が固定とされることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体貼り合わせ装置。
5. 前記第二加圧部材と前記第一加圧部材とは上下方向に前記積層体を挟圧するものであり、前記第二加圧部材が前記第一加圧部材よりも下側に配置され、当該第二加圧部材の上面に前記積層体が載置されるとともに、前記第一加圧部材は、前記積層体を前記第二加圧部材との間で挟圧する第一位置と、前記第二加圧部材の上方に前記積層体を載置するための空間を生ずる第二位置との間で進退可能とされていることを特徴とする請求項４記載の半導体貼り合わせ装置。
6. 第一基板に化合物半導体からなる第二基板を重ね合わせた積層体を積層方向に加圧することにより、前記第一基板と前記第二基板とを貼り合せる半導体貼り合わせ装置において、
   前記積層体の第一主表面と当接する第一加圧部材と、前記積層体の第二主表面と当接する第二加圧部材とからなり、それら第一加圧部材と前記第二加圧部材とにより前記積層体を厚さ方向に挟圧するとともに、前記第二加圧部材の加圧面法線方向が可変に構成された１対の加圧部材と、
   前記積層体の第二主表面が第一主表面に対して傾斜している場合に、前記第一加圧部材の加圧面法線方向が前記積層体の第一主表面の法線方向と一致し、かつ、前記第二加圧部材の加圧面法線方向が前記積層体の第二主表面の法線方向と一致するように、前記第二加圧部材の前記積層体に対する加圧姿勢を矯正しつつ加圧駆動する加圧駆動機構と、
   を備え、
   前記第一加圧部材は、前記第二加圧部材との間で前記積層体を挟圧する際に、該挟圧方向の位置が固定とされ、
   前記第二加圧部材と前記第一加圧部材とは上下方向に前記積層体を挟圧するものであり、前記第二加圧部材が前記第一加圧部材よりも下側に配置され、当該第二加圧部材の上面に前記積層体が載置されるとともに、前記第一加圧部材は、前記積層体を前記第二加圧部材との間で挟圧する第一位置と、前記第二加圧部材の上方に前記積層体を載置するための空間を生ずる第二位置との間で進退可能とされていることを特徴とする半導体貼り合わせ装置。
7. 前記第二位置は前記第一位置よりも上方に設定され、
   前記積層体の加圧時において前記第一加圧部材に付加される加圧力を前記第二位置側からバックアップするとともに、当該バックアップを行なうバックアップ位置と、加圧解除時においては前記第一加圧部材が前記第二位置へ退避することを妨げない退避位置との間で移動可能に設けられたバックアップ部材を有する請求項５又は請求項６に記載の半導体貼り合せ装置。
8. 前記積層体を加熱する加熱機構を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体貼り合せ装置。
9. 前記第一加圧部材及び前記第二加圧部材の少なくともいずれかが、前記加熱機構をなすヒータが内蔵されたヒータ内蔵加圧部材とされていることを特徴とする請求項８に記載の半導体貼り合せ装置。
10. 前記ヒータ内蔵加圧部材は金属本体を有し、前記ヒータは該金属本体に埋設されてなることを特徴とする請求項９記載の半導体貼り合せ装置。
11. 前記金属本体はアルミニウム又はその合金からなることを特徴とする請求項１０記載の半導体貼り合せ装置。
12. 前記第一加圧部材及び前記第二加圧部材の双方が前記ヒータ内蔵加圧部材とされてなることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の半導体貼り合せ装置。

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