JP4821091B2 - Wafer bonding equipment - Google Patents

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JP4821091B2 JP2004113924A JP2004113924A JP4821091B2 JP 4821091 B2 JP4821091 B2 JP 4821091B2 JP 2004113924 A JP2004113924 A JP 2004113924A JP 2004113924 A JP2004113924 A JP 2004113924A JP 4821091 B2 JP4821091 B2 JP 4821091B2
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Description

本発明は、複数のウェハを重ね合わせ、電極同士を接合して半導体機能デバイスを製造する装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor functional device by superposing a plurality of wafers and joining electrodes together.

近年携帯型の電子機器、例えば携帯電話やノートパソコン、携帯型オーディオ機器、デジタルカメラの進歩が著しい。これに伴って、用いられる半導体集積回路に対して更なる高密度化、微細化、高速駆動化が求められている。   In recent years, portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, portable audio devices, and digital cameras have made remarkable progress. Accordingly, further increase in density, miniaturization, and high-speed driving are required for the semiconductor integrated circuit used.

半導体回路の微細化は進んで来たが、45nmノードのデバイス製造の準備は遅れつつある。その主原因は、ゲート用絶縁体用High-k材料(高誘電率材)、配線用Low-k材料(低誘電率材)の開発遅れ、デバイス発熱量の増大、などである。また、必要な露光装置の開発期間の長期化、価格高騰などの問題が予想されており、従来から続いて来た回路の微細化の速度は、今後は落とさざるを得ない状況にある。 このような状況下においても、半導体デバイスの動作速度向上、機能高度化、大容量化などの市場要求が続いており、これに答えて行かなければならない。   Although miniaturization of semiconductor circuits has progressed, preparations for manufacturing a 45 nm node device are being delayed. The main causes are a delay in development of a high-k material (high dielectric constant material) for a gate insulator, a low-k material (low dielectric constant material) for wiring, and an increase in device heat generation. In addition, problems such as a prolonged development period of a necessary exposure apparatus and a price increase are expected, and the speed of circuit miniaturization that has been conventionally continued is inevitably reduced. Even under such circumstances, market demands such as improvement in the operation speed of semiconductor devices, advancement of functions, increase in capacity, etc. continue, and this must be answered.

この要求に答える手段として、チップ自体の性能向上に加え、チップの実装技術においても改良を加え、特に、チップ実装面積の低減と半導体デバイスの高速駆動化を実現する工夫が行われてきている。   In order to meet this requirement, in addition to improving the performance of the chip itself, improvements have been made in the chip mounting technology, and in particular, efforts have been made to reduce the chip mounting area and increase the driving speed of semiconductor devices.

チップ実装面積の低減のためには、チップを積層することにより実装面積を増加させずに実装チップ量を増加させ、実効的な実装面積の低減をはかることが行われている。例えば、 特許文献1(特開2001−257307)、特許文献2(2002−050735号)、特許文献3(特開2000−349228)にはこのような技術が開示されている。文献1は、チップとチップやチップと実装基板をワイヤによって接続するワイヤボンド方式によるものである。文献2は、チップの裏面に設けられたマイクロバンプを介して、チップとチップやチップと実装基板を接続するフリップチップ方式によるものである。文献3は、ワイアボンド方式、フリップチップ方式の双方を用いて、チップとチップやチップと実装基板を接続するものである。   In order to reduce the chip mounting area, by stacking chips, the mounting chip amount is increased without increasing the mounting area, and the effective mounting area is reduced. For example, Patent Literature 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-257307), Patent Literature 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-050735), and Patent Literature 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-349228) disclose such techniques. Document 1 is based on a wire bond system in which a chip and a chip or a chip and a mounting substrate are connected by a wire. Document 2 is based on a flip chip system in which a chip and a chip or a chip and a mounting substrate are connected via a micro bump provided on the back surface of the chip. Document 3 uses a wire bond method and a flip chip method to connect a chip and a chip or a chip and a mounting substrate.

半導体デバイスの高速駆動化のためには、チップの厚さを薄くし、貫通電極を用いることにより実現する方法が有力である。例えば、厚さをミクロン単位にして実装する例が特許文献4(特開2000−208702)に示されている。   In order to increase the driving speed of a semiconductor device, a method realized by reducing the thickness of the chip and using a through electrode is effective. For example, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-208702) shows an example in which the thickness is mounted in units of microns.

ワイヤボンド方式は半導体ベアチップの周囲にワイヤを張るため半導体ベアチップ自体の占有面積以上の大きな占有面積を必要とし、またワイヤは1本づつ張るので時間がかかる。これに対して、フリップチップ方式では半導体ベアチップの裏面に形成されたマイクロバンプにより接続するため、接続のための面積を特には必要とすることがなく、半導体ベアチップの実装に必要な面積は半導体ベアチップ自体の占有面積にほぼ等しく出来る。また1つの面が全てのバンプを有するように出来るため、配線基板との接続は一括して行える。従ってフリップチップ方式は半導体ベアチップの実装に必要な占有面積を極小化して高密度実装化し、電子機器の小型化を図ると共に工期短縮ためには最も適する方法となっている。   The wire bonding method requires a large occupied area larger than the occupied area of the semiconductor bare chip itself in order to stretch the wire around the semiconductor bare chip, and takes a long time because the wires are stretched one by one. On the other hand, in the flip-chip method, since the connection is made by the micro bump formed on the back surface of the semiconductor bare chip, the area for connection is not particularly required, and the area necessary for mounting the semiconductor bare chip is the semiconductor bare chip. It can be almost equal to its own area. Further, since one surface can have all the bumps, connection to the wiring board can be performed in a lump. Therefore, the flip-chip method is the most suitable method for minimizing the occupation area necessary for mounting the semiconductor bare chip to achieve high-density mounting, reducing the size of the electronic device and shortening the construction period.

このようなチップと実装基板、及びチップとチップ間の接続方法の改良に加え、製造コスト面を低減する手段として、実装工程において、半導体チップが形成されたウェハを個々のチップに分離する前に再配線層や接続バンプの形成、場合によっては樹脂による封止が行われている。このウェハレベルでの処理が有効である半導体デバイスは、製造の歩留まりが高く、ピン数が少ない半導体デバイスであり、特にメモリの生産に利点が多い。(NIKKEI MICRODEVICE 2000年2月号,56頁 及び NIKKEI ELECTRONICS 2003.9.1 P.127)。   In addition to the improvement of the chip and the mounting substrate and the connection method between the chip and the chip, as a means of reducing the manufacturing cost, before separating the wafer on which the semiconductor chip is formed into individual chips in the mounting process. Rewiring layers and connection bumps are formed, and in some cases, sealing with resin is performed. A semiconductor device in which processing at the wafer level is effective is a semiconductor device having a high manufacturing yield and a small number of pins, and is particularly advantageous in the production of memory. (NIKKEI MICRODEVICE February 2000, page 56 and NIKKEI ELECTRONICS 2003.9.1 P.127).

従って、半導体基板内部に貫通した導線を設けたウェハを積層して導線を接続・薄加工することにより、回路の配線長を短く出来、デバイスの高速化と低発熱化を実現出来る。また、ウェハ積層の層数を増すことにより、回路の機能を高め、メモリの容量を増やすことが出来る。   Therefore, by laminating a wafer provided with a lead wire penetrating inside the semiconductor substrate and connecting / thinning the lead wire, the wiring length of the circuit can be shortened, and the speed of the device and the reduction of heat generation can be realized. Further, by increasing the number of wafer lamination layers, the function of the circuit can be improved and the capacity of the memory can be increased.

ウェハの3次元積層を行なうには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、2枚のウェハあるいは既に積層されたウェハと更に積層する次のウェハの電極同士が合うように位置決めして接触させることが必要である。これを行なうのがウェハ接合装置である。そして、このような半導体デバイスを製造するための製造装置の開発も鋭意なされている。例えば、貼り合わせるべきウェハの位置あわせを行って接合するための装置が学術文献1により紹介されている。(P.Lindner等:2002 Electronic Component and Technology Conference P.1439)。他に、特許文献5(特開平9−148207号)にも同様な技術が開示されている。   To perform three-dimensional stacking of wafers, a bonding electrode is formed on the surface of the wafer on which circuit formation has been completed, and positioning is performed so that the electrodes of two wafers or already stacked wafers and the next wafer to be stacked are aligned. Need to be contacted. This is performed by a wafer bonding apparatus. And development of the manufacturing apparatus for manufacturing such a semiconductor device is also earnestly. For example, Academic Literature 1 introduces an apparatus for aligning and bonding wafers to be bonded together. (P. Lindner et al .: 2002 Electronic Component and Technology Conference P.1439). In addition, a similar technique is disclosed in Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-148207).

多数の半導体デバイス(ダイ)を有するウェハ間の電極を接合する場合に重要な点は、電極どうしの均一な接触と電極接合面の適度な活性化である。電極接合面の活性化に関しては、加熱処理を行ったり、接合面に振動を加えることが行われている。一方、均一な加圧に関しては、例えばウェハレベルでの接合ではないが、特許文献6(特開2001−43796)には加圧流体により膨張する弾性シートを使用する方法が、特許文献7(特開2002−43363)には半円球状ゴムシートを用いた方法が開示されている。また、ウェハレベルの接合には、特許文献8(特開2003−249425号)には圧力差を利用した方法が開示されている。
特開2001−257307号 特開2002−050735号 特開2000−349228号 特開2000−208702号 特開平9−148207号 特開2001−43796号 特開2002−43363号 特開2003−249425号
When bonding electrodes between wafers having a large number of semiconductor devices (dies), the important points are uniform contact between the electrodes and appropriate activation of the electrode bonding surfaces. With respect to activation of the electrode bonding surface, heat treatment is performed or vibration is applied to the bonding surface. On the other hand, for uniform pressurization, for example, bonding at the wafer level is not used. However, in Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-43796), a method using an elastic sheet that is expanded by a pressurized fluid is disclosed in Patent Document 7 (Japanese Patent Application Publication No. JP 2002-43363) discloses a method using a semi-spherical rubber sheet. For wafer level bonding, Patent Document 8 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-249425) discloses a method using a pressure difference.
JP 2001-257307 A JP 2002-050735 A JP 2000-349228 A JP 2000-208702 A JP-A-9-148207 JP 2001-43796 A JP 2002-43363 A JP 2003-249425 A

学術文献Academic literature

P.Lindner等:2002 Electronic Component and Technology Conference P.1439
P.Lindner et al .: 2002 Electronic Component and Technology Conference P.1439

異なるウェハ上の電極同士を接合させるにはウェハの変形を防ぎ、位置決め精度を確保することが重要である。従って、平面度のよいウェハホルダにウェハの裏面(非接合面)を真空吸着して表面を出来るだけ平坦に保つことが必要となる。しかし、ウェハの裏面にゴミなどの異物があるとウェハが変形して表面の平面度が劣化し、ウェハ接合時に一部の電極が接触出来ないという問題が発生する。このために、ウェハホルダをピンホルダのように、ウェハとの接触面積を低減したホルダを用いることが考えられる。しかし、このような種類のホルダを用いただけではウェハの電極同士を接触させるときにウェハホルダを介しての加圧に際し、ホルダの接触面の形状により圧力ムラが発生し、一部の電極は接触しても他の部分では接触不良が起こることがある。   In order to join electrodes on different wafers, it is important to prevent deformation of the wafer and ensure positioning accuracy. Therefore, it is necessary to vacuum-suck the back surface (non-bonded surface) of the wafer to a wafer holder with good flatness to keep the surface as flat as possible. However, if there is foreign matter such as dust on the back surface of the wafer, the wafer is deformed and the flatness of the surface is deteriorated, and there is a problem that some electrodes cannot be contacted at the time of wafer bonding. For this purpose, it is conceivable to use a holder having a reduced contact area with the wafer, such as a pin holder. However, when this type of holder is used, when the electrodes of the wafer are brought into contact with each other, pressure is generated due to the shape of the contact surface of the holder when the pressure is applied through the wafer holder, and some of the electrodes are in contact with each other. However, poor contact may occur in other parts.

また、理想的な平面度のウェハホルダを用い、ウェハ裏面に異物が存在しない場合でもウェハ表面には凹凸があり、ウェハの表面にある電極の全てを接触させることが出来ない問題があった。そして、この問題に対して先に記した方法では不十分であることは判り、鋭意検討の結果本発明の着想に至ったものである。   Further, even when a wafer holder with ideal flatness is used and no foreign matter is present on the back surface of the wafer, there is a problem that the wafer surface has irregularities, and all the electrodes on the surface of the wafer cannot be brought into contact. And it turned out that the method described above with respect to this problem is inadequate, and as a result of earnest examination, it came to the idea of this invention.

即ち、本発明ではこれらの問題を解決し、ウェハ全面にわたって一様な圧力で電極を接触させる手段を提供することを目的とする。
That is, an object of the present invention is to solve these problems and to provide means for contacting electrodes with uniform pressure over the entire wafer surface.

本発明では上記課題を解決するために以下の手段を用いている。
本発明の第1の手段は、
少なくとも1つの面に複数の半導体デバイスが形成された2体の半導体ウェハを接合する、接合方法であって、
2体のウェハの少なくとも一方のウェハを、複数の領域ごとに独立に保持力を加えて保持し、
2体のウェハに形成された電極同士の位置合わせを行った後に2体のウェハを接触させ、前記保持領域に加圧力を加えるように切り替えることにより、前記の電極同士の重ね合わせを行うウェハ接合方法である。
The present invention uses the following means in order to solve the above problems.
The first means of the present invention is:
A bonding method for bonding two semiconductor wafers having a plurality of semiconductor devices formed on at least one surface,
Holding at least one of the two wafers by applying a holding force independently for each of a plurality of regions;
Wafer bonding in which the electrodes formed on the two wafers are aligned, and then the two wafers are brought into contact with each other and switched so as to apply pressure to the holding region. Is the method.

2体のウェハを互いに位置あわせした後に必要なことは、互いの位置関係を保ったまま2体のウェハを重ね合わせて保持することである。2体のウェハが接触した段階ではウェハはホルダの正の保持力(ホルダによる吸着する力)により保持されているので、この位置関係にずれは生じない。従来の方法では、次に、接合のために保持力を正から負(他方のウェハに加圧する力)に切り替える。すると、力は例え一瞬といえども零になり、次の瞬間に負の力で急激にウェハは他方のウェハに押しつけられて、位置関係がずれる。これに対して本発明では、ウェハを、複数の領域で、独立に制御可能な力により保持している。保持する力を全体の合力として正から負に切り替えると、合力が零になる極端な場合でも、どこかの領域では力は負となって他方のウェハに押しつけられ、他の領域では力は正でホルダに固定されている。従って、2体のウェハの位置関係にずれは生じない。また、従来のような一括した面全体での加圧では接合される面に凹凸があると凸部には十分な加圧力が加わるが、凹部には十分な加圧力が加わらない。しかしながら、本発明のように領域を分割して加圧することにより接合される面に凹凸があっても凹部にも十分な加圧力を加える事が出来る。   What is necessary after aligning the two wafers with each other is to superimpose and hold the two wafers while maintaining their positional relationship. Since the wafer is held by the positive holding force of the holder (the force attracted by the holder) at the stage where the two wafers are in contact with each other, there is no deviation in this positional relationship. In the conventional method, the holding force is then switched from positive to negative (force to pressurize the other wafer) for bonding. Then, the force becomes zero even for a moment, and the wafer is suddenly pressed against the other wafer by a negative force at the next moment, and the positional relationship is shifted. On the other hand, in the present invention, the wafer is held in a plurality of areas by an independently controllable force. When the holding force is switched from positive to negative as the total resultant force, even in the extreme case where the resultant force is zero, the force is negative in some areas and is pressed against the other wafer, and the force is positive in other areas. It is fixed to the holder with. Accordingly, there is no deviation in the positional relationship between the two wafers. Further, in the conventional pressurization over the entire surface, if there are irregularities on the surfaces to be joined, a sufficient pressing force is applied to the convex portion, but a sufficient pressing force is not applied to the concave portion. However, even if there are irregularities on the surfaces to be joined by dividing and pressing the regions as in the present invention, it is possible to apply sufficient pressure to the concave portions.

本発明の第2の手段は、前記第1の手段を実施する際に、
前記切り替えに際して、前記領域ごとに時間差を持たせて順次切り替えることを行うウェハ接合方法である。
When the second means of the present invention implements the first means,
In the wafer switching method, the switching is performed sequentially with a time difference for each region.

このように切り替えることにより、接触時に好ましい順序で力を切り替えることが出来、ウェハの変形の防止が可能になる。
本発明の第3の手段は、前記第2の手段を実施する際に、
前記切り替えに際して、ウェハの中心部に近い領域から周辺部の領域に順次切り替える
ことを行う接合方法である。
By switching in this way, the force can be switched in a preferable order at the time of contact, and deformation of the wafer can be prevented.
When the third means of the present invention implements the second means,
In the switching, the bonding method is to sequentially switch from a region close to the center of the wafer to a peripheral region.

ウェハを接合する時に、先に周辺部を接合させると、ウェハは接合すべき相手のウェハ面に対して周辺部が先に接触して凹状(他方のウェハに対して凹状)になる。この状態で中心部分に加圧力を加えると、ウェハの周辺部では接触した状態で滑りを生じてウェハに損傷を引き起こす。また、これとは逆に滑りが生じないと、ウェハ中央付近の接触が不完全になる。しかし、本手段を用いると接合すべき相手のウェハ面に対して中央部が先に接触して凸状になり、このような問題が生じなくなる。   When the peripheral portion is bonded first when the wafer is bonded, the peripheral portion comes into contact with the wafer surface to be bonded first and becomes concave (concave with respect to the other wafer). When a pressing force is applied to the central portion in this state, the peripheral portion of the wafer is slipped in contact with the wafer, causing damage to the wafer. On the contrary, if no slip occurs, the contact near the center of the wafer is incomplete. However, when this means is used, the central portion comes into contact with the wafer surface to be bonded first to form a convex shape, and such a problem does not occur.

本発明の第4の手段は、前記第1から第3の手段のいずれかを実施する際に、
前記保持に際して、吸引されるウェハ面の50%以上の面積上を非接触状態で保持する
こととしている。
The fourth means of the present invention, when performing any one of the first to third means,
At the time of the holding, an area of 50% or more of the sucked wafer surface is held in a non-contact state.

接合されるウェハにゴミ等の異物がホルダのウェハ保持領域に介在すると、保持されたウェハは局所的に凸状にならざるを得ない。局所的な凸部が生じると、ウェハの接合が不完全になってしまう。なお、通常50%以上が非接触状態で保持されれば異物の影響は低減されるが、好ましくは75%以上を非接触状態にして保持する。   If foreign matter such as dust is interposed in the wafer holding region of the holder on the wafer to be bonded, the held wafer has to be locally convex. If a local convex part arises, joining of a wafer will become incomplete. Normally, if 50% or more is held in a non-contact state, the influence of foreign matter is reduced, but preferably 75% or more is held in a non-contact state.

本発明の第5の手段は、
少なくとも1つの面に複数の半導体デバイスが形成された半導体ウェハを保持するウェハホルダであって、
前記ウェハホルダの保持面が複数の保持領域を有し、
該保持領域毎に互いに独立に配置された、気体の流路を有するウェハホルダである。
The fifth means of the present invention is:
A wafer holder for holding a semiconductor wafer having a plurality of semiconductor devices formed on at least one surface,
The holding surface of the wafer holder has a plurality of holding regions;
A wafer holder having a gas flow path arranged independently of each other for each holding region.

このようなウェハホルダを使用すると、ウェハの搬送中やウェハのアライメント時には流路より減圧してウェハを固定し、ウェハを貼り合わせる際には流路より加圧してウェハを押しつけることが可能になる。また、保持面が複数の保持領域に分割されているので、ウェハ面を複数の領域毎に保持力を加えることが出来、本発明のウェハ接合方法を容易に実施できる。   When such a wafer holder is used, it is possible to fix the wafer by reducing the pressure from the flow path during wafer transfer or wafer alignment, and to press the wafer by applying pressure from the flow path when bonding the wafers together. Further, since the holding surface is divided into a plurality of holding regions, a holding force can be applied to the wafer surface for each of the plurality of regions, and the wafer bonding method of the present invention can be easily performed.

本発明の第6の手段は、前記第5の手段の装置に対して、
前記保持面が凹凸形状を有し、凹部の面積が全体の50%以上になされていることとしている。
The sixth means of the present invention provides a device for the fifth means,
The holding surface has an uneven shape, and the area of the recess is 50% or more of the whole.

これにより、先の第4の手段を容易に実現でき、所定の効果が得られる。
本発明の第7の手段は、
少なくとも1つの面に複数の半導体デバイスが形成された2体の半導体ウェハを接合するウェハ接合装置であって、
2体のウェハの位置合わせを行うアライメント機構と、
ウェハホルダを支持する支持機構と、
ウェハ移動機構と、
を有し、
前記ウェハを保持する保持力を、保持面内で複数の保持領域毎に独立に制御するコントローラを有するようにしている。
Thereby, the above fourth means can be easily realized, and a predetermined effect can be obtained.
The seventh means of the present invention is:
A wafer bonding apparatus for bonding two semiconductor wafers having a plurality of semiconductor devices formed on at least one surface,
An alignment mechanism for aligning two wafers;
A support mechanism for supporting the wafer holder;
A wafer moving mechanism;
Have
A controller for controlling the holding force for holding the wafer independently for each of a plurality of holding regions within the holding surface is provided.

このコントローラに保持力制御のプログラムを組み込むことにより、保持力の大きさ、方向(保持又は加圧)、印加のタイミングを時間的に制御することが容易になる。
本発明の第8の手段は、
2体のウェハを積層する方法であって、
積層する2体のウェハを準備する工程、
前記2体のウェハを接合する工程、
前記接合されたウェハを加圧・加熱する工程
を有し、
ウェハを接合する前記工程において、第1乃至4の手段のいずれかのウェハ接合方法を用いるウェハ積層方法である。
By incorporating a holding force control program into this controller, it becomes easy to temporally control the magnitude, direction (holding or pressurization), and application timing of the holding force.
The eighth means of the present invention is:
A method of laminating two wafers,
Preparing two wafers to be laminated,
Bonding the two wafers;
And pressurizing and heating the bonded wafer,
In the step of bonding a wafer, a wafer stacking method using any one of the first to fourth means.

このように接合工程に第1乃至4の手段のいずれかを用いことにより電極接合での不具合をウェハ全面にわたって防止でき、製造の歩留まり向上、コスト高の抑制が可能になる。
As described above, by using any one of the first to fourth means in the bonding process, it is possible to prevent defects in the electrode bonding over the entire surface of the wafer, thereby improving the manufacturing yield and suppressing the cost.

以上のように、本発明のウェハ接合方法を用いると、接合するウェハの全面にわたり、横ずれを生じることなく均一な圧力を加えることが出来る。また、本発明の接合装置を用いると容易に本発明の接合方法を実施できる。   As described above, when the wafer bonding method of the present invention is used, a uniform pressure can be applied to the entire surface of the wafer to be bonded without causing a lateral shift. Moreover, when the joining apparatus of the present invention is used, the joining method of the present invention can be easily carried out.

更に、本発明によれば、ピンチャックのようなウェハとホルダ間の接触面積の小さいホルダを用いることが出来るので、ウェハの歪を最小限に保って、重ね合わせの精度が劣化しない。
Furthermore, according to the present invention, since a holder having a small contact area between the wafer and the holder, such as a pin chuck, can be used, the distortion of the wafer is kept to a minimum and the overlay accuracy is not deteriorated.

本発明は、上記の本発明の課題解決手段の説明にも記したように、以下の作用を有している。
ホルダには複数の保持領域(真空吸着又は静圧印加の作用領域)があり、各領域の力を独立に制御することが可能になっている。これにより、ある保持領域で真空吸着力によりウェハをホルダに保持しながら、他の保持領域では気体を入れてウェハを静圧力により加圧することが可能になる。従って、保持力と加圧力の切り替え時に横ずれが起きない。吸着領域を順次真空から加圧に切り替えていけば、横ずれを防止しながら加圧する領域を増やしていける。全ての吸着領域を加圧部分に切り替える時には、接触した部分が加圧されて摩擦力が増しているので、保持力(吸着力)が無くても横ずれが生じない。この結果、ウェハ全面にわたり一様な電極接合が得られる。
As described in the above description of the problem solving means of the present invention, the present invention has the following operations.
The holder has a plurality of holding regions (operation region for vacuum suction or static pressure application), and the force in each region can be controlled independently. This makes it possible to pressurize the wafer with static pressure by putting gas in the other holding area while holding the wafer on the holder by a vacuum suction force in a holding area. Therefore, no lateral deviation occurs when switching between the holding force and the applied pressure. If the suction area is sequentially switched from vacuum to pressurization, the pressurization area can be increased while preventing lateral displacement. When all the suction regions are switched to the pressurizing portion, the contacted portion is pressurized and the frictional force is increased, so that no lateral displacement occurs even if there is no holding force (adsorption force). As a result, uniform electrode bonding can be obtained over the entire wafer surface.

第4図は本発明によるウェハ接合装置を示すものであり、本発明のウェハ接合方法を実施するのに好適な装置である。
本発明の接合装置は、架台11、該架台11の上部に取り付けられた左アライメント顕微鏡12と右アライメント顕微鏡13、アクチュエータ14及び接合するウェハを搬送するウェハ/ウェハホルダ搬送部17と各部の動作を制御するアライメント信号処理部15、圧力制御部16、アクチュエータ駆動部18、中央制御部19を有している。また、ウェハホルダを架台11に固定する固定手段としての真空吸着固定部U(符号22)が架台11に設けられ、同様に、他のウェハホルダをアクチュエータ14に固定する手段としての真空吸着固定部L(符号23)がアクチュエータ14に設けられている。尚、両固定部は不図示の真空装置に接続されている。
FIG. 4 shows a wafer bonding apparatus according to the present invention, which is suitable for carrying out the wafer bonding method of the present invention.
The bonding apparatus of the present invention controls the operation of the gantry 11, the left alignment microscope 12 and the right alignment microscope 13, the actuator 14, the wafer / wafer holder conveyance unit 17 that conveys the wafer to be bonded, and the respective units attached to the gantry 11. An alignment signal processing unit 15, a pressure control unit 16, an actuator driving unit 18, and a central control unit 19. Further, a vacuum suction fixing portion U (reference numeral 22) as a fixing means for fixing the wafer holder to the gantry 11 is provided on the gantry 11, and similarly, a vacuum suction fixing portion L (as a means for fixing other wafer holders to the actuator 14). Reference numeral 23) is provided on the actuator 14. Both fixing parts are connected to a vacuum device (not shown).

本発明では、前記アライメント顕微鏡12,13,前記アクチュエータ14,前記アライメント信号処理部15がウェハの位置あわせを行うアライメント機構になっている。尚、本例ではアライメント顕微鏡を2本用いてフィデュ−シャルマークFMを同時観察しているが、アライメント顕微鏡を1本とし、アクチュエータによりフィデュ−シャルマークFMを移動させて別々に観察しても良い。要求精度により設計される事項である。 本発明のウェハホルダを支持する支持機構は、真空吸着固定部22,23である。本発明のウェハ移動機構はアクチュエータ14であり、このアクチュエータはX,Y(ウェハ面に平行な座標軸)、Z(ウェハ面に垂直な座標軸)シータ(Z軸周りの回転)、ティルト1、ティルト2(X又はY軸周りの回転)の6つの自由度に対してウェハホルダとウェハを位置決めできる。アクチュエータの構成としては、X、Y軸方向の移動にはガイド軸とリニアモータを、Z軸方向の移動及びシータ、チルトの回転にはピエゾ素子を用いることができる。移動距離が小さい場合には、X、Y方向にボイスコイルモータやピエゾを使用することも可能であるし、回転、チルトも複数のリニアモータの出力制御で行うことも可能である。尚、ウェハホルダWHUの上部とウェハホルダWHLの下部に加熱/冷却部を設けることも有るが、図示を省略している。また、ウェハ保持面であるが、ウェハとホルダの接触面を最小にしたピンチャックのような形状のホルダを用いることがウェハの変形を防ぐために好ましい。例えば、接触面積を50%以下とすることがこのましい。ピンチャックに関しては、例えば特開昭60−009626号を参照。   In the present invention, the alignment microscopes 12, 13, the actuator 14, and the alignment signal processing unit 15 constitute an alignment mechanism for aligning the wafer. In this example, the fiducial mark FM is simultaneously observed using two alignment microscopes. However, the fiducial mark FM may be separately observed by moving the fiducial mark FM by an actuator using one alignment microscope. . It is a matter designed according to the required accuracy. The support mechanisms for supporting the wafer holder of the present invention are the vacuum suction fixing portions 22 and 23. The wafer moving mechanism of the present invention is an actuator 14, which is an X, Y (coordinate axis parallel to the wafer surface), Z (coordinate axis perpendicular to the wafer surface) theta (rotation around the Z axis), tilt 1, tilt 2 The wafer holder and wafer can be positioned for six degrees of freedom (rotation about the X or Y axis). As the configuration of the actuator, a guide shaft and a linear motor can be used for movement in the X and Y axis directions, and a piezo element can be used for movement in the Z axis direction and rotation of theta and tilt. When the moving distance is small, a voice coil motor or a piezo can be used in the X and Y directions, and rotation and tilt can also be performed by output control of a plurality of linear motors. In addition, although a heating / cooling part may be provided in the upper part of the wafer holder WHU and the lower part of the wafer holder WHL, illustration is abbreviate | omitted. Moreover, although it is a wafer holding surface, it is preferable in order to prevent a deformation | transformation of a wafer to use the holder of a shape like a pin chuck which made the contact surface of a wafer and a holder the minimum. For example, the contact area is preferably 50% or less. For the pin chuck, see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-009626.

図1は本発明のウェハホルダ(WHU及びWHL)1の保持面2の平面図である。保持面2は複数の保持領域 A1,A2,A3を有している。この分割された保持領域の形状は図示例以外の形状でも良く、例えば同心円状でも碁盤の目状でも良い。各領域はそれぞれが吸引又は加圧を行うポート3(図2参照)を有していて、ホルダの各保持領域を互いに独立に、真空に吸気したり、大気圧に開放したり、空気や窒素などの気体を注入して加圧したりすることが出来るようになっている。   FIG. 1 is a plan view of a holding surface 2 of a wafer holder (WHU and WHL) 1 of the present invention. The holding surface 2 has a plurality of holding areas A1, A2 and A3. The shape of the divided holding region may be a shape other than the illustrated example, for example, a concentric circle shape or a grid shape. Each region has a port 3 (see FIG. 2) for performing suction or pressurization, and each holding region of the holder is independently sucked into vacuum, released to atmospheric pressure, air or nitrogen. It is possible to inject and pressurize such gas.

図2は図1中でのホルダ1のa−a’での断面図である。図2の保持領域のサイズと図1の保持領域のサイズとは正確に対応させていない。本図は分割保持領域の概念を示すことが目的であるからである。先にも記したが、保持領域A1,A2,A3はそれぞれのポート3を有し、ポートは不図示の真空ポンプ、大気開放弁、コンプレッサへ切り替え接続がなされる。ポート3はウェハホルダの側面に抜けるように内部に導管が形成されている。この点に関しては後で再度説明を加える。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line a-a ′ of the holder 1 in FIG. 1. The size of the holding area in FIG. 2 and the size of the holding area in FIG. 1 do not correspond exactly. This is because the purpose of this figure is to show the concept of the divided holding area. As described above, the holding areas A1, A2, and A3 have respective ports 3, and the ports are connected to a vacuum pump, an air release valve, and a compressor (not shown). The port 3 has a conduit formed inside so as to be pulled out to the side surface of the wafer holder. This will be explained later again.

以下に、本発明の上記接合装置を用いて、本発明の接合方法を説明する。
ウェハ/ウェハホルダ搬送部17の働きにより、ウェハWUがウェハホルダWHUに真空吸着された状態で運ばれて架台11に固定部22により固定され、ウェハWLがウェハホルダWHLに真空吸着された状態で運ばれてアクチュエータ14に固定部23により固定される。ホルダWHUと架台11及びホルダWHLとアクチュエータ14との固定は真空吸着固定または静電吸着固定によりなされる。(図4には真空吸着の例を示した。) 図3(a)は保持領域A1,A2,A3及びB1,B2,B3に吸引力が加えられていてウェハWL、ウェハWUが保持されている様子を示している。また、第3図(b)はウェハホルダWHLが保持領域B1,B2,B3を有する分割保持型でウェハWUを保持し、ウェハホルダWHLは全面一括保持型でウェハWLを保持する様子を示している。本発明の請求項1での「独立に」という意味は、各領域の吸引力・加圧力の大きさ及び印加のタイミングはそれぞれが独立に制御されることを意味し、場合によっては吸引力・加圧力とも零の領域が有っても良い。
Below, the joining method of this invention is demonstrated using the said joining apparatus of this invention.
By the function of the wafer / wafer holder transport unit 17, the wafer WU is carried in a state of being vacuum-sucked to the wafer holder WHU and fixed to the frame 11 by the fixing unit 22, and the wafer WL is carried in a state of being vacuum-sucked to the wafer holder WHL. It is fixed to the actuator 14 by a fixing portion 23. The holder WHU and the gantry 11 and the holder WHL and the actuator 14 are fixed by vacuum suction fixing or electrostatic suction fixing. (FIG. 4 shows an example of vacuum suction.) FIG. 3A shows that the holding regions A1, A2, A3 and B1, B2, B3 are attracted to hold the wafer WL and the wafer WU. It shows how it is. FIG. 3 (b) shows a state in which the wafer holder WHL holds the wafer WU by the split holding type having the holding regions B1, B2, and B3, and the wafer holder WHL holds the wafer WL by the whole surface batch holding type. The meaning of “independently” in claim 1 of the present invention means that the magnitude of the suction force / pressurizing force and the application timing of each region are controlled independently. There may be a region in which the pressure is zero.

次に位置決め(アライメント)を行う。先ず、2体のウェハをアクチュエータにより近接させる。間隔は10μ、好ましくは5μである。この値は観察する顕微鏡の焦点深度と電極接合の位置精度の要求値、アクチュエータの移動精度により決まる。ウェハホルダWHU、WHLに設けられたフィデュ−シャルマークFMをアライメント顕微鏡12、13により検出し、互いのマークの位置ズレを測定する。そして、測定結果をアライメント信号処理部15により解析を行い、位置あわせに必要なウェハの移動量(回転量と並進量)を求める。中央制御部19はアクチュエータ14を制御して必要な移動量だけ移動させる。これにより2体のウェハの位置あわせが完了する。   Next, positioning (alignment) is performed. First, two wafers are brought closer to each other by an actuator. The interval is 10μ, preferably 5μ. This value is determined by the required depth of focus of the microscope to be observed, the required position accuracy of the electrode joint, and the movement accuracy of the actuator. The fiducial marks FM provided on the wafer holders WHU and WHL are detected by the alignment microscopes 12 and 13, and the positional deviation between the marks is measured. Then, the measurement result is analyzed by the alignment signal processing unit 15, and the movement amount (rotation amount and translation amount) of the wafer necessary for alignment is obtained. The central control unit 19 controls the actuator 14 to move it by a necessary movement amount. This completes the alignment of the two wafers.

第3図(c)はウェハWUを保持したウェハホルダWHUと、ウェハWLを保持したウェハホルダWHLとを重ね合わせた状態(電極どうしの位置が合って、接触している状態)の拡大した図である。先にも記したように、ウェハホルダWHUとウェハホルダWHLには、対応するほぼ同じ位置にフィデューシャルマークFM1U、FM1LとFM2U、FM2Lがそれぞれ形成され、ウェハホルダWHUのFM1U、FM2UとウェハWU上のアライメントマークの相対位置関係が予め測定されている。ウェハホルダWHLのFM1LとFM2LとウェハWL上のアライメントマークの相対関係も予め測定されている。そして、フィデューシャルマークの位置測定がなされてウェハ上の電極の位置あわせが行われた状態である。この状態で、ウェハを他方のウェハに、位置ズレを生じないようにして、クランプ(加圧)する。   FIG. 3 (c) is an enlarged view of a state in which the wafer holder WHU holding the wafer WU and the wafer holder WHL holding the wafer WL are overlapped (the electrodes are in position and in contact with each other). . As described above, fiducial marks FM1U, FM1L and FM2U, and FM2L are formed on wafer holder WHU and wafer holder WHL at substantially the same corresponding positions, respectively. The relative positional relationship of the marks is measured in advance. The relative relationship between the FM1L and FM2L of the wafer holder WHL and the alignment marks on the wafer WL is also measured in advance. The position of the fiducial mark is measured and the electrodes on the wafer are aligned. In this state, the wafer is clamped (pressurized) on the other wafer so as not to be displaced.

本発明では、このために保持領域の吸引力を加圧力に切り替えている。この時、全ての保持領域を同時に切り替えるのではなく、時間差を持たせて保持領域を順次加圧に切り替えていく。第5図にはウェハホルダWHU、WHLの圧力制御の系統毎の圧力制御のタイムチャートを示す。まず図5(a)のように対向する系統B2を大気圧に開放する。この動作により、系統B3とB1の領域間の緩衝地域の応力を低減する。次に図5(b)のように系統B3を真空(吸着)から加圧状態に変化させる。この動作により、系統A3とB3の領域の上下のウェハは互いに押し付けられ、横ずれに対する摩擦力が大きくなり、横ずれを防止する。次に、図5(c)のように系統B1の領域を大気圧に開放する。この動作により、B1領域の応力が緩和される。次に図5(a)にように系統B2の領域を加圧状態に変化させる。この動作により、領域A2とB2は互いに押し付けられる。最後に図5(c)のように系統B1を加圧状態にすると、ウェハ全面に均等に圧力が加わる。ウェハWUやウェハWLが浮動して移動することはない。   In the present invention, the suction force in the holding area is switched to the applied pressure for this purpose. At this time, not all the holding regions are switched simultaneously, but the holding regions are sequentially switched to pressurization with a time difference. FIG. 5 shows a time chart of pressure control for each system of pressure control of the wafer holders WHU and WHL. First, as shown in FIG. 5A, the opposing system B2 is opened to atmospheric pressure. By this operation, the stress in the buffer area between the areas of the systems B3 and B1 is reduced. Next, as shown in FIG. 5B, the system B3 is changed from a vacuum (adsorption) to a pressurized state. By this operation, the upper and lower wafers in the areas of the systems A3 and B3 are pressed against each other, and the frictional force against the lateral displacement is increased, thereby preventing the lateral displacement. Next, the area | region of system | strain B1 is open | released to atmospheric pressure like FIG.5 (c). By this operation, the stress in the B1 region is relaxed. Next, as shown in FIG. 5A, the region of the system B2 is changed to a pressurized state. By this operation, the areas A2 and B2 are pressed against each other. Finally, when the system B1 is brought into a pressurized state as shown in FIG. 5C, pressure is evenly applied to the entire surface of the wafer. The wafer WU and the wafer WL do not move floating.

このようにタイムシークエンスを、ウェハの中央付近の保持領域を切り替え、次いで周辺領域を切り替えるように制御すると中央部が先に加圧されて位置ズレが生じなくなる。また、同時にウェハの滑りによるウェハの損傷が防止される。   In this way, when the time sequence is controlled so as to switch the holding region near the center of the wafer and then switch the peripheral region, the central portion is pressurized first, so that the positional deviation does not occur. At the same time, the wafer is prevented from being damaged by the sliding of the wafer.

所定の切り替えが終わると、アライメント・接合工程の完了である。
ここで、本発明の保持領域分割型ウェハホルダの製法について説明する。説明は、真空吸着・静圧加圧型ホルダを例にとって、先の保持領域A1の保持領域に対して行う。
When the predetermined switching is completed, the alignment / joining process is completed.
Here, the manufacturing method of the holding | maintenance area | region division type wafer holder of this invention is demonstrated. The description will be made with respect to the holding region of the previous holding region A1, taking a vacuum suction / static pressure press type holder as an example.

直径が保持するウェハよりも大きな2枚のセラミック板を用意し、図6に記されたように、一方のセラミック板には十字の溝を加工し(図6(a))、他方のセラミック板には十字の溝に対応する位置に気体流通用の孔(61)加工を行う(図6(b))。図6(b)に示されているように、この孔加工されたセラミック板のウェハ保持面には保持領域の境界堤(64)、ピン突起構造(62)又はリング突起が形成されている。加工後、2枚のセラミックスをエポキシ樹脂、ガラスなどの無機系接合材、金属接合等により接着し、気体減圧、・加圧用のポートに真空装置への接続端となる金属ブッシュ(63)を埋め込むと完成である。なお、セラミックスの材料であるが、積層するウェハと同じような熱膨張係数を有することが好ましい。例えば、アルミナ、窒化シリコン、炭化珪素等が代表的な材料である。また、厚さは、張り合わせ後に15mm程度とし、吸着や加圧に対して十分剛性を有するようにしている。   Two ceramic plates larger than the wafer holding the diameter are prepared, and as shown in FIG. 6, one ceramic plate is processed with a cross groove (FIG. 6 (a)), and the other ceramic plate. In FIG. 6 (b), a gas flow hole (61) is processed at a position corresponding to the cross groove. As shown in FIG. 6 (b), a boundary holding bank (64), a pin protrusion structure (62) or a ring protrusion of the holding region is formed on the wafer holding surface of the holed ceramic plate. After processing, the two ceramics are bonded together with an inorganic bonding material such as epoxy resin and glass, metal bonding, etc., and a metal bush (63) serving as a connection end to the vacuum apparatus is embedded in the port for gas decompression and pressurization. And completion. Although it is a ceramic material, it preferably has a thermal expansion coefficient similar to that of the wafer to be laminated. For example, alumina, silicon nitride, silicon carbide, etc. are typical materials. The thickness is about 15 mm after pasting so as to have sufficient rigidity against adsorption and pressurization.

記すまでも無いことでは有るが、上記説明でのウェハとは、複数枚のウェハを積層したウェハ積層体も含むものである。即ち、単葉ウェハ、ウェハ積層体のいずれの接合にも適用できうるものである。   Needless to say, the wafer in the above description includes a wafer laminate in which a plurality of wafers are laminated. That is, it can be applied to both the joining of single wafers and wafer laminates.

ここでは、本発明のウェハ接合方法を適用した、ウェハ積層方法を説明する。
第7図にウェハ積層のシーケンスを示す。
S1:接合すべき2体のウェハWU、WLを準備する。これらのウェハの少なくとも1面には半導体デバイスが形成されている。また、ウェハは単葉であっても、複数枚のウェハが積層されたウェハ積層であっても良い。
S2:2体のウェハの少なくとも一方のウェハを、複数の領域ごとに独立に保持力を加えて保持する。
S3:一方のウェハをアクチュエータにより他方のウェハに対して一定のギャップを開けて、平行に対向させる。 ギャップの間隔はアライメント顕微鏡の焦点深度程度であり、例えば5〜10μである。
S4:フィデュ−シャルマークFM1U、FM2U、FM1L、FM2Lの位置を計測して、2体のウェハをアライメントした後、ウェハWLとウェハWUを接触させ、ウェハホルダWHUとウェハホルダWHLをクランプする。
Here, a wafer lamination method to which the wafer bonding method of the present invention is applied will be described.
FIG. 7 shows a wafer stacking sequence.
S1: Two wafers WU and WL to be bonded are prepared. Semiconductor devices are formed on at least one surface of these wafers. The wafer may be a single wafer or a wafer stack in which a plurality of wafers are stacked.
S2: At least one of the two wafers is held by applying a holding force independently for each of the plurality of regions.
S3: One wafer is opposed to the other wafer in parallel by opening a certain gap with respect to the other wafer. The gap interval is about the depth of focus of the alignment microscope, for example, 5 to 10 μm.
S4: After measuring the positions of the fiducial marks FM1U, FM2U, FM1L and FM2L and aligning the two wafers, the wafer WL and the wafer WU are brought into contact with each other, and the wafer holder WHU and the wafer holder WHL are clamped.

このS4の工程には本発明の吸着保持から加圧に切り替える工程が含まれる。先に説明した、3領域の場合の工程を例にとって工程を示す。
S41:領域B2を真空から大気開放に切り替える。
The step of S4 includes a step of switching from adsorption holding to pressurization according to the present invention. The process will be described by taking the process in the case of three regions as described above as an example.
S41: The region B2 is switched from vacuum to atmospheric release.

S42:領域B3を真空から加圧に切り替える。
S43:領域B1を真空から大気開放に切り替える。
S44:領域B2を加圧に切り替える。
S42: The region B3 is switched from vacuum to pressurization.
S43: The region B1 is switched from vacuum to atmospheric release.
S44: The region B2 is switched to pressurization.

S45:領域B1を加圧に切り替える。
S5:クランプされた2体のウェハを加圧・加熱する。
この加圧・加熱工程を実施することにより、上下のウェハ上の電極は互いに押し付けられ、過熱されて金属の共晶を形成して上下の電極が一体化する。
S45: The region B1 is switched to pressurization.
S5: Pressurize and heat two clamped wafers.
By performing this pressurizing / heating step, the electrodes on the upper and lower wafers are pressed against each other and heated to form a metal eutectic so that the upper and lower electrodes are integrated.

このS5の工程には、例えば以下の工程がある。
S51:ウェハホルダWHUとウェハホルダWHLを加熱する。
S52:一定時間ウェハホルダWHUとウェハホルダWHLの温度を保持する。
The step of S5 includes the following steps, for example.
S51: Heat wafer holder WHU and wafer holder WHL.
S52: The temperature of the wafer holder WHU and the wafer holder WHL is maintained for a certain time.

保持時間としては、10〜20秒間、250−400度である。
加熱方法としては、架台11およびアクチュエータ14部にセラミックヒータを埋め込み、このヒータを熱源とする。
S6:ウェハホルダWHUとウェハホルダWHLの温度を常温に戻す。
S7:系統A1、A2、A3、B1、B2、B3を大気圧に変更する。
The holding time is 250 to 400 degrees for 10 to 20 seconds.
As a heating method, a ceramic heater is embedded in the gantry 11 and the actuator 14 and this heater is used as a heat source.
S6: Return the temperature of the wafer holder WHU and the wafer holder WHL to room temperature.
S7: The systems A1, A2, A3, B1, B2, and B3 are changed to atmospheric pressure.

上記の実施例の説明では、重ね合わせ工程と加圧・過熱工程を同じ装置の部分で行なうものとしたが、加圧・加熱工程を別の場所に移して行なう実施形態もある。この場合、加圧・加熱工程に時間が掛かっても、加圧・加熱工程の部分を複数個にすれば接合装置全体の生産性が高く出来るという利点がある。
In the description of the above embodiment, the superposition process and the pressurization / superheating process are performed in the same apparatus, but there is an embodiment in which the pressurization / heating process is performed in a different place. In this case, even if the pressurizing / heating process takes a long time, there is an advantage that the productivity of the entire bonding apparatus can be increased by using a plurality of pressurizing / heating processes.

半導体装置を積層することによって実効的に素子の高密度化を行うことは産業上の顕著な傾向である。この積層には、ウェハ同士のアライメントが必要であり、そのための、より高精度な方法及び装置が求められている。従って、本発明は半導体産業上、必至の技術である。
It is a remarkable industrial trend to effectively increase the density of elements by stacking semiconductor devices. This lamination requires alignment between wafers, and there is a need for a more accurate method and apparatus for that purpose. Therefore, the present invention is an inevitable technique in the semiconductor industry.

は本発明のウェハホルダの断面図である。These are sectional drawings of the wafer holder of the present invention. は本発明のウェハホルダの断面図である。These are sectional drawings of the wafer holder of the present invention. は2体のウェハを所定の間隔で対向させた状態と重ね合わせた状態を示す。Indicates a state in which two wafers are overlapped with each other at a predetermined interval. は本発明のウェハ接合装置の主要部を示す。Shows the main part of the wafer bonding apparatus of the present invention. は本発明の保持領域の力の切り替えを示すタイムチャートである。These are time charts showing the switching of the force of the holding region of the present invention. は本発明のウェハホルダの加工方法を示す図である。These are figures which show the processing method of the wafer holder of this invention. は本発明のウェハ積層工程のシーケンス図である。These are the sequence diagrams of the wafer lamination process of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ・・・・ ウェハホルダ
2 ・・・・ ウェハホルダのウェハ保持面
3 ・・・・ 減圧、加圧ポート
11 ・・・・ 架台
12,13 ・・・・ アライメント顕微鏡
14 ・・・・ アクチュエータ
15 ・・・・ アライメント信号処理部
16 ・・・・ 圧力制御部
17 ・・・・ ウェハ/ウェハホルダ搬送部
18 ・・・・ アクチュエータ駆動部
19 ・・・・ 中央制御部
22,23 ・・・・ 真空吸着固定部
WHU,WHL ・・・・ ウェハホルダ
WU,WL ・・・・ ウェハ
A1,A2,A3 ・・・・ 独立にウェハを保持するウェハ保持領域
B1,B2,B3 ・・・・ 独立にウェハを保持するウェハ保持領域
FM,FM1U,FM2U,FM1L,FM2L ・・・・ フィデュ−シャルマーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... wafer holder 2 ... wafer holding surface of wafer holder 3 ... decompression, pressurization port 11 ... mount 12, 12, ... alignment microscope 14 ... actuator 15 ...・ ・ Alignment signal processing unit 16 ・ ・ ・ ・ Pressure control unit 17 ・ ・ ・ ・ Wafer / wafer holder transport unit 18 ・ ・ ・ ・ Actuator drive unit 19 ・ ・ ・ ・ Central control unit 22, 23 Part
WHU, WHL ・ ・ ・ ・ Wafer holder WU, WL ・ ・ ・ ・ Wafer A1, A2, A3 ・ ・ ・ ・ Wafer holding area for holding wafer independently B1, B2, B3 ・ ・ ・ ・ Wafer for holding wafer independently Holding area
FM, FM1U, FM2U, FM1L, FM2L

Claims (6)

少なくとも1つの面に複数の半導体デバイスが形成された2体の半導体ウェハを接合する、接合方法であって、
2体のウェハの一方のウェハを、保持面が平面の第1ホルダに保持し、
2体のウェハの他方のウェハを、保持面が平面の第2ホルダに、複数の保持領域ごとに独立に保持力を加えて保持し、
2体のウェハに形成された電極同士の位置合わせを行った後に2体のウェハを接触させ、前記第2ホルダの前記保持領域の前記保持力を加圧力に切り替えることにより、前記電極同士を重ね合わせ、
前記複数の保持領域は、中心部、周辺部、および、前記中心部と前記周辺部との間にある中間部を含み、
前記切り替える段階は、順次、
前記中間部の保持力を開放し、
前記中心部の保持力を加圧力に切り替え、
前記周辺部の保持力を開放し、
前記中間部を開放から加圧力を加えた状態に切り替え、
前記周辺部を開放から加圧力を加えた状態に切り替える
ことを含むウェハ接合方法。
A bonding method for bonding two semiconductor wafers having a plurality of semiconductor devices formed on at least one surface,
Holding one of the two wafers in a first holder having a flat holding surface;
The other wafer of the two wafers is held in a second holder having a flat holding surface by applying a holding force independently for each of a plurality of holding regions,
After the electrodes formed on the two wafers are aligned with each other, the two wafers are brought into contact with each other, and the holding force of the holding area of the second holder is switched to a pressurizing force to overlap the electrodes. Together
The plurality of holding regions include a central part, a peripheral part, and an intermediate part between the central part and the peripheral part,
The switching step is sequentially performed.
Release the holding force of the intermediate part,
Switch the holding force of the central part to the applied pressure,
Release the holding force of the peripheral part,
Switch the intermediate part from open to a state where pressure is applied,
Switch the peripheral part from open to applied pressure
A wafer bonding method.
前記第2ホルダの支持は、前記保持面に設けられたポートからの吸引により実行され、
前記切り替えは、前記ポートを大気圧へ開放または気体を注入して加圧することにより実行される請求項1に記載のウェハ接合方法。
Support of the second holder is executed by suction from a port provided on the holding surface,
2. The wafer bonding method according to claim 1, wherein the switching is performed by opening the port to an atmospheric pressure or pressurizing by injecting a gas.
請求項1または2に記載されたウェハ接合方法であって、
前記保持に際して、吸引されるウェハ面の50%以上の面積上を非接触状態で保持する
ことを特徴とするウェハ接合方法。
A wafer bonding method according to claim 1 or 2 , wherein
At the time of the holding, a wafer bonding method characterized by holding the area of 50% or more of the sucked wafer surface in a non-contact state.
電極同士が重ね合わされた前記2体のウェハを加圧・加熱する工程をさらに備える請求項1から3のいずれかに記載のウェハ接合方法。 The wafer bonding method according to claim 1 , further comprising a step of pressurizing and heating the two wafers on which the electrodes are superimposed. 少なくとも1つの面に複数の半導体デバイスが形成された2体の半導体ウェハを接合するウェハ接合装置であって、
2体のウェハの位置合わせを行うアライメント機構と、
平面で2体のウェハをそれぞれ保持する一対のウェハホルダを支持する支持機構と、
ウェハ移動機構と、
を有し、
前記一対のウェハホルダのうちの少なくとも一方について前記ウェハを保持する保持力および前記ウェハを加圧する加圧力を、前記平面内で複数の保持領域毎に独立に切り替えるコントローラを有し、
前記複数の保持領域は、中心部、周辺部、および、前記中心部と前記周辺部との間にある中間部を含み、
前記コントローラは、順次、
前記中間部の保持力を開放し、
前記中心部の保持力を加圧力に切り替え、
前記周辺部の保持力を開放し、
前記中間部を開放から加圧力を加えた状態に切り替え、
前記周辺部を開放から加圧力を加えた状態に切り替える
ことを特徴とするウェハ接合装置。
A wafer bonding apparatus for bonding two semiconductor wafers having a plurality of semiconductor devices formed on at least one surface,
An alignment mechanism for aligning two wafers;
A support mechanism for supporting a pair of wafer holders respectively holding two wafers in a plane;
A wafer moving mechanism;
Have
The holding force and pressure pressurizing the wafer to hold the wafer for at least one of the pair of the wafer holder, have a controller to switch independently for each of a plurality of holding areas in the plane,
The plurality of holding regions include a central part, a peripheral part, and an intermediate part between the central part and the peripheral part,
The controllers are sequentially
Release the holding force of the intermediate part,
Switch the holding force of the central part to the applied pressure,
Release the holding force of the peripheral part,
Switch the intermediate part from open to a state where pressure is applied,
A wafer bonding apparatus, wherein the peripheral portion is switched from an open state to an applied pressure state .
2体のウェハを積層する方法であって、
積層する2体のウェハを準備する工程、
前記2体のウェハを接合する工程、
前記接合されたウェハを加圧・加熱する工程
を有し、
前記ウェハを接合する工程において、
請求項1から4のいずれかに記載されたウェハ接合方法を用いる
ことを特徴とするウェハ積層方法。
A method of laminating two wafers,
Preparing two wafers to be laminated,
Bonding the two wafers;
And pressurizing and heating the bonded wafer,
In the step of bonding the wafer,
A wafer laminating method using the wafer bonding method according to claim 1 .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11855036B2 (en) 2020-02-27 2023-12-26 Kioxia Corporation Bonding apparatus and bonding method

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4618415B2 (en) * 2004-10-14 2011-01-26 Tdk株式会社 IC chip and non-contact IC card manufacturing method
JP4720469B2 (en) * 2005-12-08 2011-07-13 株式会社ニコン Exposure method for manufacturing a bonded semiconductor device
JP5111865B2 (en) * 2007-01-12 2013-01-09 株式会社東芝 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing apparatus
JP4635972B2 (en) * 2006-06-29 2011-02-23 株式会社ニコン Load lock device, method using the same, and wafer bonding system
WO2008001626A1 (en) 2006-06-29 2008-01-03 Nikon Corporation Wafer bonding apparatus
JP5386795B2 (en) * 2007-05-16 2014-01-15 株式会社ニコン Joining apparatus and joining method
TWI533394B (en) * 2007-06-21 2016-05-11 尼康股份有限公司 Conveying method and conveying device
JP5272348B2 (en) * 2007-08-14 2013-08-28 株式会社ニコン Wafer bonding equipment
JP2009049051A (en) 2007-08-14 2009-03-05 Elpida Memory Inc Bonding method of semiconductor substrate and laminate manufactured thereby
JP5104127B2 (en) * 2007-08-29 2012-12-19 株式会社ニコン Wafer transfer apparatus and semiconductor manufacturing apparatus having the same
JP5309503B2 (en) * 2007-08-30 2013-10-09 株式会社ニコン POSITIONING DEVICE, POSITIONING METHOD, AND SEMICONDUCTOR MANUFACTURING DEVICE HAVING THEM
JP5299837B2 (en) * 2007-12-05 2013-09-25 株式会社ニコン SUPPORT DEVICE, HEAT / PRESSURE DEVICE, AND HEAT / PRESSURE METHOD
JP4786693B2 (en) * 2008-09-30 2011-10-05 三菱重工業株式会社 Wafer bonding apparatus and wafer bonding method
WO2010038454A1 (en) * 2008-10-01 2010-04-08 株式会社ニコン Alignment apparatus and alignment method
WO2010055730A1 (en) * 2008-11-14 2010-05-20 東京エレクトロン株式会社 Bonding apparatus and bonding method
KR101650971B1 (en) * 2008-11-16 2016-08-24 수스 마이크로텍 리소그라피 게엠바하 Method and apparatus for wafer bonding with enhanced wafer mating
JP5307669B2 (en) 2009-09-09 2013-10-02 東京エレクトロン株式会社 Method for manufacturing semiconductor device and method for obtaining electrical connection
JP2011221614A (en) * 2010-04-05 2011-11-04 Nikon Corp Pressure reduction valve
FR2961630B1 (en) * 2010-06-22 2013-03-29 Soitec Silicon On Insulator Technologies APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES
EP2704182B1 (en) * 2011-04-26 2018-01-03 Nikon Corporation Substrate bonding apparatus and substrate bonding method
KR20230106735A (en) * 2011-08-12 2023-07-13 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하 Apparatus and method for bonding substrates
JP2013062431A (en) * 2011-09-14 2013-04-04 Tokyo Electron Ltd Joining apparatus, joining method, joining system, program, and computer storage medium
JP2013120902A (en) * 2011-12-08 2013-06-17 Tokyo Electron Ltd Bonding method, program, computer storage medium, bonding device and bonding system
WO2013084509A1 (en) 2011-12-08 2013-06-13 株式会社ニコン Pressurizing apparatus, substrate bonding apparatus, and bonded substrates
JP5606429B2 (en) * 2011-12-08 2014-10-15 東京エレクトロン株式会社 Joining method, program, computer storage medium, joining apparatus and joining system
JP2013187393A (en) * 2012-03-08 2013-09-19 Tokyo Electron Ltd Bonding device and bonding method
JP5516684B2 (en) * 2012-10-02 2014-06-11 株式会社ニコン Wafer bonding method, positioning method, and semiconductor manufacturing apparatus having the same
JP2013191890A (en) * 2013-06-21 2013-09-26 Nikon Corp Positioning device and positioning method, and semiconductor manufacturing device with the same
JP2013232685A (en) * 2013-07-25 2013-11-14 Tokyo Electron Ltd Bonding apparatus
US10586727B2 (en) 2013-09-25 2020-03-10 Shibaura Mechatronics Corporation Suction stage, lamination device, and method for manufacturing laminated substrate
JP2015138929A (en) * 2014-01-24 2015-07-30 東京エレクトロン株式会社 Bonding system, bonding method, program, computer storage medium
JP2018515908A (en) 2015-04-10 2018-06-14 エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー Substrate holder and method for bonding two substrates
JP6727069B2 (en) * 2016-08-09 2020-07-22 東京エレクトロン株式会社 Joining device and joining system
JP6895770B2 (en) * 2017-03-02 2021-06-30 東京エレクトロン株式会社 Joining equipment and joining system
TWI846591B (en) * 2018-01-17 2024-06-21 日商東京威力科創股份有限公司 Bonding device and bonding method
CN109300834A (en) * 2018-12-10 2019-02-01 长江存储科技有限责任公司 A kind of vacuum chuck

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4551192A (en) * 1983-06-30 1985-11-05 International Business Machines Corporation Electrostatic or vacuum pinchuck formed with microcircuit lithography
JPH0476946A (en) * 1990-07-19 1992-03-11 Fujitsu Ltd Wafer integrated circuit device
JP3132029B2 (en) * 1991-03-18 2001-02-05 ソニー株式会社 Wafer bonding equipment
JP3318776B2 (en) * 1992-08-31 2002-08-26 ソニー株式会社 Manufacturing method of bonded substrate and bonding device
JPH0766093A (en) * 1993-08-23 1995-03-10 Sumitomo Sitix Corp Method and apparatus for laminating semiconductor wafers
JPH0766092A (en) * 1993-08-23 1995-03-10 Sumitomo Sitix Corp Method for adhering semiconductor wafer and adhering jig
JPH0794675A (en) * 1993-09-24 1995-04-07 Hitachi Ltd Semiconductor production system
JPH09148207A (en) * 1995-11-22 1997-06-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Stacking device for three-dimensional lsi
JP2001077529A (en) * 1999-09-08 2001-03-23 Canon Inc Method and device for pasting substrate

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11855036B2 (en) 2020-02-27 2023-12-26 Kioxia Corporation Bonding apparatus and bonding method

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