JP4615202B2 - 半導体薄膜の貼着方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に半導体薄膜を貼着する方法及び装置に関し、特に貼着時環境の気圧の制御を行う技術に関わる。

従来、ホール素子などの半導体素子を製造する際に、公知の基板上に半導体薄膜を成長させる技術や、半導体を直接蒸着する技術の他に、半導体薄膜と基板を貼り合わせる技術が知られている。従来の技術では、図１に示すように接着剤としての接着用樹脂（１０）をディスペンサー（１１）より半導体薄膜（１２）上に滴下する。このとき、半導体薄膜（１２）は表面平滑な台（１３）上に載置されている。

そして、半導体薄膜（１２）の上方から、基板把持機構（１５）に把持されたフェライト基板（１６）を押し当て、その圧力で接着用樹脂（１０）をフェライト基板（１６）上全体に広げるようにしている。このとき、樹脂は加温して粘度を下げておく必要がある。このように形成された接着層（１７）は、平均７μｍに対し０〜５０μｍものバラツキが生じており、均一な厚さを得ることが非常に難しい。
半導体薄膜（１２）上の半導体薄膜が貼り合わされたフェライト基板（１６）は、複数重ね合わされて容器に収納され、上部から重り（１８）による荷重をかけて所定の加温条件の下で数時間かけて硬化させる。

以上が従来における半導体薄膜転写基板の製造方法であるが、本方法によると、接着用樹脂を基板の中心に滴下し、それを圧力で押し広げる為に、樹脂厚が均一にならない問題があった。樹脂厚は製造される半導体素子の特性に大きな影響を及ぼし、例えばホール素子においては、薄いほど感度が良好である反面、十分な接着強度を維持する為に０．３μｍ以上であることが望ましい。従って、接着用樹脂膜は最適な厚みでかつ均一であることが望ましい。

また、従来の方法では、最初に滴下する接着用樹脂の質量は十分に基板に行き渡る量を確保するために、やや多めに滴下せざるを得ず、そのためにフェライト基板を押圧したときに基板の端部から接着用樹脂がはみ出し、さらに端部を伝わって基板裏面まで回り込むことがあった。基板裏面まで接着用樹脂が回り込んだ部分は不良品となり、製造効率が悪い。また、回り込みを防ぐ為の工程を必要としたり、コストの増加を招き、好ましくない。

さらに、塗布樹脂量を最適にできないことは、樹脂量が少ない場合には樹脂が完全に行き渡らず半導体薄膜の貼着されていない不良部分が増加したり、霧状のピンホールが発生する原因ともなる。また、加熱環境で行う際に、気泡を巻き込んで丸状のピンホールが生じて貼着不良を起こすこともある。
このように、従来の接着用樹脂を滴下、加圧して基板面に広げて貼着する方法は、樹脂量を最適にすることが困難で、得られた接着剤層の厚みも均一にならない問題がある。
なお、ホール素子の製造方法を開示した技術として特許文献１及び特許文献２が知られている。
特開平５−９５１３９号公報 特開２００３−１４２７５２号公報

本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、その目的は、基板と半導体薄膜を貼着する際に、接着用樹脂の厚みを均一に形成して半導体素子の性能向上を図るとともに、適切に貼着を行うことにより製造効率を向上させることを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明による半導体薄膜の貼着方法は次の特徴を備える。
すなわち、請求項１に記載の基板と半導体薄膜とを貼着する貼着方法は、あらかじめ該基板上又は該半導体薄膜上の少なくともいずれかに接着用樹脂を塗布し、大気圧よりも低気圧な低気圧環境下において基板と半導体薄膜とを接触させることにより両者を貼着するとともに、前記基板又は前記半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持しながら両者の貼着位置合わせを行い、前記低気圧環境における環境気圧と、前記吸着把持するときの吸着圧との大小関係を調整自在に構成して、貼着位置合わせ時には基板又は半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持する一方、貼着時には吸着圧と環境気圧の差を変じ、吸着把持を解除して両者を接触させることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記貼着方法において、前記基板及び前記半導体薄膜を所定の間隔まで接近させた状態で貼着位置合わせを行い、位置合わせ完了後に該環境を減圧して両者を貼着するものである。

請求項３に記載の発明は、前記貼着方法において、基板及び半導体薄膜の接触後に、低気圧環境下において加圧密着させ、両者を貼着するものである。
さらに、請求項４に記載の発明は、接着用樹脂の樹脂厚を２〜３０μｍとし、その厚み誤差を概ね±１．５μｍ以内とするものである。なお、樹脂厚とは接着硬化後の接着用樹脂の厚さである。
請求項５に記載の発明は、前記貼着位置合わせ時の基板及び半導体薄膜の間隔を約１ｍｍとすることを特徴とするものである。

本発明は次のような半導体薄膜の貼着装置を提供することができる。
すなわち、請求項６に記載の発明は、基板と半導体薄膜とを貼着する貼着装置であって、該基板上又は該半導体薄膜上の少なくともいずれかに接着用樹脂を塗布する接着剤塗布手段と、該基板及び該半導体薄膜を互いに対向させてそれぞれ把持し、その少なくとも一方は把持対象を吸引して把持する構成の１組の把持手段と、該基板及び該半導体薄膜を加圧密着させ、両者を貼着する加圧手段と、該基板及び、該半導体薄膜、該把持手段の少なくとも把持を行う部分、該加圧手段の少なくとも加圧を行う部分、を内装して密閉内部の気圧を変化可能にした密閉貼着空間とを少なくとも備え、大気圧よりも低気圧な低気圧環境下における環境気圧と、前記基板又は前記半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持するときの吸着圧との大小関係を調整自在に構成して、貼着位置合わせ時には基板又は半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持する一方、貼着時には吸着圧と環境気圧の差を変じ、吸着把持を解除して両者を接触させたことを特徴とする。

以上の手段により次の効果を奏する。すなわち、請求項１の発明によると、あらかじめ該基板上又は該半導体薄膜上の少なくともいずれかに接着用樹脂を塗布することで、均一な厚みの接着用樹脂の層を形成することができ、製品特性の向上及び均質化を図る製造方法に寄与する。また、大気圧よりも低気圧な低気圧環境下において基板と半導体薄膜とを接触させることで、貼着面内に気泡の発生を防止し、貼着不良を低減することができる。
予め接着用樹脂を塗布することで、従来のように貼着時に加温する必要がなく、常温環境で行えるため、構造や動作制御が簡易かつ低コストであり、製造時間の短縮を図ることができる。また、基板又は半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持することにより、把持機構の簡素化が図られるばかりでなく、把持状態の着脱が容易であり、シンプルかつ高速な製造方法に寄与することができる。さらには、上記の吸着把持する構成において、貼着位置合わせ時には基板又は半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持する一方、貼着時には吸着圧と環境気圧の差を変じ、吸着圧によって基板又は半導体薄膜が把持できなくなるように調整するだけで、吸着が自然に解除され、基板と半導体薄膜を接触させるように構成できる。これにより、貼着位置合わせ時にはエアーギャップを有して対向していた両者が、排気を行うことで気泡発生の防止を図りながら接触し、上記本発明の技術を簡便に実現することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、基板及び半導体薄膜を所定の間隔まで接近させた状態で貼着位置合わせを行い、位置合わせ完了後に該環境を減圧して両者を貼着することで、半導体薄膜側と基板側の両方を対面させて、所定の間隔のエアーギャップを保つことにより貼着位置を高精度に制御できる。

請求項３に記載の発明によれば、低気圧環境下において基板及び半導体薄膜の接触させた後に、該低気圧環境のまま加圧密着させ、両者を貼着することにより、常圧よりもより強固に密着させて、気泡の無い状態で貼着することができる。
さらに、請求項４に記載の発明によると、接着用樹脂の樹脂厚を２〜３０μｍとし、その厚み誤差を概ね±１．５μｍ以内とすることにより、製品の高品質化、均質化を図ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、位置合わせ時に最適なエアーギャップを保つことができるので、貼着位置を高精度に制御することが可能である。

また、請求項６に記載の半導体薄膜の貼着装置によれば、上記に述べたような半導体薄膜と基板の貼着方法を簡便に実現できる貼着装置を提供することができる。

以下、本発明の最良と考えられる実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
本発明に用いられる基板は特に限定されないが、収磁効果のあるフェライトやパーマロイ、あるいはシリコーン基板や、ＧａＡｓ基板、アルミナ基板なども好ましい例である。
また、本発明で用いられる接着用樹脂としては半導体薄膜と基板を接着できるものであれば何でもよいが熱硬化型の樹脂であるエポキシ系やイミド系の樹脂はガラス転移温度が高く、接着性も高いため特に好ましい例である。
さらに、半導体薄膜は半導体であればなんでもよいが、例えばホール素子を構成する場合には、Ｉｎ，Ｓｂ，Ｇａ、Ｓｂを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物やＳｉ、Ｇｅが好ましい。またこれらの混合物であっても良い。また半導体薄膜の膜厚は２μm以下が好ましい。

図２は、本発明に係る貼着方法を説明する説明図である。本発明では貼着時にその環境を大気圧よりも低気圧な状態にするために、密閉空間（２０）内において貼着を行う。密閉空間（２０）内は第１排気ポンプ（２１）を用いて自在に気圧を変化させることができる。
また、密閉空間（２０）内には、基板（２２）を吸着把持する基板把持装置（２３）と、マイカ膜に蒸着された半導体薄膜（以下、半導体薄膜と呼ぶ）（２４）を吸着把持する薄膜把持装置（２５）とが配設され、それらは上下に対向して対峙している。
基板には予め接着用樹脂を均一に塗布しておく。この時、塗布する接着用樹脂の量を、硬化後の接着用樹脂厚が２〜３０μｍとなるように調整する。なお、本発明では樹脂厚を任意に設定できることを特徴とし、上記範囲において特に２〜１０μｍとするのが好ましい。
塗布には例えばスクリーン印刷を用いることで均一な厚み、例えば好適な例として±１．５μｍの厚み誤差を得ることができる。

基板把持装置（２３）及び薄膜把持装置（２５）は、それぞれ第２排気ポンプ（２６）に接続され、該排気圧により基板（２２）と半導体薄膜（２４）とがそれぞれ吸着把持されている。
さらに、基板把持装置（２３）又は薄膜把持装置（２５）は、水平面において位置調整可能であり、ここで貼り合わせ位置を０．５ｍｍ程度の精度で調整制御する。また、該調整時には、基板（２２）と半導体薄膜（２４）とが約１ｍｍの間隔をおいて対峙する距離にする。

その上で、第１ポンプ（２１）を稼働させて密閉空間（２０）内を排気し、略真空状態にする。真空状態としては、少なくとも６６７Ｐａ以下、望ましくは２６７Ｐａ以下の気圧が望ましい。なお、本発明の実施にはできるだけ高真空であることが望ましいが、高真空状態を作出するためには、該状態まで減圧するのに要する時間や、ポンプの高性能化に伴うコスト上昇を伴うため、概ね２６７Ｐａの真空状態が好適である。

ここで、該密閉空間（２０）内の略真空の気圧をＰ₀、基板及び半導体薄膜を各把持装置（２３）（２５）が吸着する吸着圧をＰ₁とそれぞれ表すとき、基板を把持する吸着力はＰ₁−Ｐ₀となる。基板（２２）の自重を考慮すると、第２排気ポンプ（２６）が排気を開始して、吸着力が自重よりも小さくなると基板（２２）は半導体薄膜（２４）上に落下する。

このようにして真空状態下で基板と半導体薄膜が接触した後、図３に示す加圧装置により、基板から半導体薄膜に向けて加圧密着させ、強固に貼着させる。
すなわち、本加圧装置（３０）は上部に図示しないエアシリンダーを備えて下方に力を作用し、密閉空間（２０）に配置されたプレス板（３１）により、基板（２２）を押圧する。基板に加える圧力は、基板の剛性を考慮して１．４ＭＰａ以下、特に０．３〜１．４ＭＰａの範囲とするのが望ましい。
プレス板（３１）はフリージョイント（３２）により多少の向きが変動可能であるため、常に基板と垂直に接触するようになっている。また、プレス板（３１）の表面は基板に傷がつかないように表面処理されている。

所定の時間加圧した後、密閉空間（２０）内を大気解放して常圧に戻すが、このときにも加圧をしばらく続けることで、貼着部内への大気の侵入を防ぐようにする。
以上の工程を経て本発明では基板上に半導体薄膜を貼着する方法を提供し、貼着後には公知のように加温しながら硬化させて半導体薄膜の貼着された基板が完成する。

本発明の半導体薄膜の貼着方法を実施した装置を図４に示す。以下、本装置における作業工程に従い説述する。
まず、図５に示すように、基板（２２）が多数重層した基板マガジン（４０）から基板取出器（４１）によって基板を１枚ずつ吸着して取り出す。取り出された基板（２２）は吸着把持器（４２）上に移載される。このとき、位置調整器（４３）で吸着把持位置のセンタリングを行う。

そして、吸着把持器（４２）ごと、スクリーン印刷器（４４）に移して、接着用樹脂、例えば接着用樹脂を基板（２２）上に塗布する。
図６に示すように、スクリーン（４５）を用い、上方から接着用樹脂（４６）を滴下しながら延ばすことで、樹脂厚６μｍの均一な接着層を形成する。

スクリーン印刷の終了後、吸着把持器（４２）からターンテーブル（４７）上の反転器（４８）に移載され、反転器（４８）によって図７のように上下を反転する。反転器（４８）は吸圧路（４９）を内部に貫通し、上記第２排気ポンプと連結しているので先端の基板（２２）を吸着把持できるようになっている。
反転した反転器（４８）及び基板（２２）は、内部に密閉空間を有する密閉器（５０）内にその基板及び把持する部分を嵌入する。密閉器（５０）外面と、反転器（４８）のシールド部（５１）は密着してシールドされているので、密閉空間内を減圧しても外部と空気は流通しない。

ここで、上記接着用樹脂の塗布工程と同時に、作業者（１００）が半導体薄膜（５２）を密閉器（５０）内の半導体薄膜把持器（５３）にセットしているので、反転器（４８）及び基板（２２）の嵌入時には、基板の下方に対向して半導体薄膜（５２）が待機している。
半導体薄膜把持器（５３）は、マイカ膜側を上記第２排気ポンプの作用により吸着把持すると共に、密閉器（５０）内において図７の左右方向にスライド移動可能である。

そして、上述したように基板（２２）と半導体薄膜（５２）が対向して対峙した後に、排気口（５４）から第１排気ポンプにより排気して、密閉器（５０）内の気圧を略真空状態になるまで減圧する。このとき、反転器（４８）の吸着圧と、該密閉器内の気圧の差が、基板（２２）を把持できない程度まで小さくなると、基板（２２）が半導体薄膜（５２）上に落下して接触する。

さらに、図８のように半導体薄膜把持器（５３）が右方にスライドすることにより、加圧器（５５）の下方に基板（２２）と半導体薄膜（５２）が移動する。
この状態で、上述したように加圧器（５５）のプレス板（３１）により基板と半導体薄膜を密着加圧して貼着させる。
加圧器（５５）が加圧した状態で、上記反転器（４８）を取り外すことで密閉器（５０）は大気解放されて常圧に戻り、その後加圧を終了する。反転器（４８）は再び新たな基板（２２）を吸着把持して次の製造に用いられる。

ターンテーブル（４７）は各処理時間に合わせて回転しており、加圧が終了した時点では最初に移載された位置から１８０度回転している。この状態は図９のようになっており、再び半導体薄膜把持器（５３）が右方（図７・図８では左方）にスライドする。
そして、ワーク取出器（５６）が吸着把持しながら半導体薄膜が貼着された基板（ワーク）（５７）を取り出し、ワークマガジン（５８）内に収納する。ワークマガジン（５８）内にはガラス基板（５９）が交互に収納されてワーク（５７）と積層している。
得られたワークマガジン（５８）はワークボックス（６０）に複数まとめられて図１０のようにオーブン（６１）内で加熱硬化される。

本発明は以上のように構成することができるが、上記に限定されるものではない。例えば、半導体薄膜と基板の両方を吸着把持せず、例えば半導体薄膜は別な把持方法によってもよい。また、密閉空間内は必ずしも真空状態にせず、大気圧よりも低い気圧であれば、本発明を構成することができる。

従来の技術における半導体薄膜の貼着方法を説明する図である。 本発明に係る吸着圧及び密閉空間内の気圧の関係を説明する図である。 同、加圧装置の構成を説明する図である。 本発明の実施例における装置の全体図である。 同装置における基板マガジンからの取り出し工程の説明図である。 同装置におけるスクリーン印刷工程の説明図である。 同装置における密閉器への基板の嵌入工程の説明図である。 同装置における加圧工程の説明図である。 同装置におけるワーク取り出し工程の説明図である。 同装置における加熱硬化工程の説明図である。

符号の説明

２０ 密閉空間
２２ 基板
２３ 基板把持装置
２４ 半導体薄膜
２５ 半導体薄膜把持装置

Claims (6)

1. 基板と半導体薄膜とを貼着する貼着方法であって、あらかじめ該基板上又は該半導体薄膜上の少なくともいずれかに接着用樹脂を塗布し、大気圧よりも低気圧な低気圧環境下において基板と半導体薄膜とを接触させることにより両者を貼着するとともに、前記基板又は前記半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持しながら両者の貼着位置合わせを行い、前記低気圧環境における環境気圧と、前記吸着把持するときの吸着圧との大小関係を調整自在に構成して、貼着位置合わせ時には基板又は半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持する一方、貼着時には吸着圧と環境気圧の差を変じ、吸着把持を解除して両者を接触させることを特徴とする基板と半導体薄膜との貼着方法。
2. 前記貼着方法において、前記基板及び前記半導体薄膜を所定の間隔まで接近させた状態で貼着位置合わせを行い、位置合わせ完了後に該環境を減圧して両者を貼着する請求項１に記載の基板と半導体薄膜との貼着方法。
3. 前記貼着方法において、前記基板及び前記半導体薄膜の接触後に、該低気圧環境下において加圧密着させ、両者を貼着する請求項１に記載の基板と半導体薄膜との貼着方法。
4. 前記接着用樹脂の樹脂厚を２〜３０μｍとし、その厚み誤差を概ね±１．５μｍ以内とする請求項１ないし３に記載の基板と半導体薄膜との貼着方法。
5. 前記貼着位置合わせ時の前記基板及び前記半導体薄膜の間隔を約１ｍｍとする請求項１ないし４に記載の基板と半導体薄膜との貼着方法。
6. 基板と半導体薄膜とを貼着する貼着装置であって、該基板上又は該半導体薄膜上の少なくともいずれかに接着用樹脂を塗布する接着剤塗布手段と、該基板及び該半導体薄膜を互いに対向させてそれぞれ把持し、その少なくとも一方は把持対象を吸引して把持する構成の１組の把持手段と、該基板及び該半導体薄膜を加圧密着させ、両者を貼着する加圧手段と、該基板及び、該半導体薄膜、該把持手段の少なくとも把持を行う部分、該加圧手段の少なくとも加圧を行う部分、を内装して密閉内部の気圧を変化可能にした密閉貼着空間とを少なくとも備え、大気圧よりも低気圧な低気圧環境下における環境気圧と、前記基板又は前記半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持するときの吸着圧との大小関係を調整自在に構成して、貼着位置合わせ時には基板又は半導体薄膜の少なくともいずれかを吸着把持する一方、貼着時には吸着圧と環境気圧の差を変じ、吸着把持を解除して両者を接触させたことを特徴とする基板と半導体薄膜との貼着装置。

Images