JP7476720B2 - Substrate bonding apparatus and method for manufacturing bonded substrate - Google Patents

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Description

本発明は、基板接合装置および接合基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate bonding device and a method for manufacturing a bonded substrate.

炭化ケイ素は、ケイ素と炭素で構成される、化合物半導体材料である。炭化ケイ素は、絶縁破壊電界強度がケイ素の10倍で、ワイドバンドギャップがケイ素の3倍であり、半導体材料として優れている。さらに、デバイスの作製に必要なp型、n型の制御が広い範囲で可能であることなどから、ケイ素の限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。 Silicon carbide is a compound semiconductor material composed of silicon and carbon. Silicon carbide has a dielectric breakdown field strength ten times that of silicon, and a wide band gap three times that of silicon, making it an excellent semiconductor material. Furthermore, it is possible to control the p-type and n-type required for device fabrication over a wide range, and so it is expected to be a material for power devices that exceeds the limitations of silicon.

また、炭化ケイ素は、より薄い厚さでも高い耐電圧が得られるため、薄く構成することにより、ON抵抗が小さく、低損失の半導体が得られることが特徴である。 In addition, silicon carbide has the advantage that it can achieve high voltage resistance even with a thinner thickness, so by making it thinner, it is possible to obtain a semiconductor with low on-resistance and low loss.

しかしながら、炭化ケイ素半導体は、従来広く普及しているケイ素半導体と比較して、大面積の炭化ケイ素単結晶基板を得ることが難しく、製造工程も複雑である。これらの理由から、炭化ケイ素半導体は、ケイ素半導体と比較して大量生産が難しく、高価であった。 However, compared to silicon semiconductors, which have been widely used up to now, it is difficult to obtain large-area silicon carbide single crystal substrates, and the manufacturing process is complicated. For these reasons, silicon carbide semiconductors are more difficult to mass-produce and more expensive than silicon semiconductors.

これまでにも、炭化ケイ素半導体のコストを下げるために、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献1には、炭化ケイ素基板の製造方法であって、少なくとも、マイクロパイプの密度が30個/cm以下の炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板を準備し、前記炭化ケイ素単結晶基板と前記炭化ケイ素多結晶基板とを貼り合わせる(接合する)工程を行い、その後、単結晶基板を薄膜化する工程を行い、多結晶基板上に単結晶層を形成した基板を製造することが記載されている。 Various efforts have been made to reduce the cost of silicon carbide semiconductors. For example, Patent Document 1 describes a method for manufacturing a silicon carbide substrate, which includes at least preparing a silicon carbide single crystal substrate and a silicon carbide polycrystalline substrate having a micropipe density of 30 pieces/cm2 or less , performing a step of bonding (joining) the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate, and then performing a step of thinning the single crystal substrate to manufacture a substrate in which a single crystal layer is formed on the polycrystalline substrate.

更に、特許文献1には、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、単結晶基板に水素イオン注入を行って水素イオン注入層を形成する工程を行い、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、単結晶基板を薄膜化する工程の前に、350℃以下の温度で熱処理を行い、単結晶基板を薄膜化する工程を、水素イオン注入層にて機械的に剥離する工程とする炭化ケイ素基板の製造方法が記載されている。 Furthermore, Patent Document 1 describes a method for manufacturing a silicon carbide substrate in which a step of implanting hydrogen ions into the single crystal substrate to form a hydrogen ion implanted layer is performed before the step of bonding the single crystal substrate and the polycrystalline substrate, and after the step of bonding the single crystal substrate and the polycrystalline substrate, and before the step of thinning the single crystal substrate, a heat treatment is performed at a temperature of 350°C or less, and the step of thinning the single crystal substrate is a step of mechanically peeling it off at the hydrogen ion implanted layer.

このような方法により、1つの炭化ケイ素単結晶インゴットからより多くの炭化ケイ素貼り合わせ基板が得られるようになった。 This method makes it possible to produce many more bonded silicon carbide substrates from a single silicon carbide single crystal ingot.

特開2009-117533号公報JP 2009-117533 A

特許文献1に記載された炭化ケイ素ウェハの製造方法は、水素イオン注入を行って薄いイオン注入層の形成された炭化ケイ素単結晶基板と、炭化ケイ素多結晶基板と、を貼り合わせたのちに加熱して剥離することによって製造されている。 The method of manufacturing a silicon carbide wafer described in Patent Document 1 involves bonding a silicon carbide single crystal substrate, on which a thin ion-implanted layer has been formed by implanting hydrogen ions, to a silicon carbide polycrystalline substrate, and then heating and peeling the two together.

炭化ケイ素単結晶基板等のワイドバンドギャップ半導体基板と炭化ケイ素多結晶基板等のハンドル基板との貼り合わせでは、常温接合と呼ばれる方法によって、基板を接合させている。一般的には、まず、高真空雰囲気下で、アルゴン(Ar)イオンや、中性のアルゴン粒子をそれぞれの基板の接合面に照射することにより、基板の接合面にある酸素、水素、ヒドロキシル基(OH基)等の界面終端成分を除去して、表面を活性化させる。その後、活性化された接合面同士を接触させることで、それぞれの基板を接合させる方法である。 In bonding a wide band gap semiconductor substrate such as a silicon carbide single crystal substrate and a handle substrate such as a silicon carbide polycrystalline substrate, the substrates are bonded by a method called room temperature bonding. In general, first, argon (Ar) ions or neutral argon particles are irradiated to the bonding surfaces of each substrate under a high vacuum atmosphere to remove interface termination components such as oxygen, hydrogen, and hydroxyl groups (OH groups) on the bonding surfaces of the substrates, thereby activating the surfaces. Then, the activated bonding surfaces are brought into contact with each other to bond the substrates.

従来、前述のように、表面活性化処理には、アルゴンイオンや、中性のアルゴン粒子を照射することで実施していた。しかしながら、これらの粒子の照射では、質量を有する粒子が基板の表面にアタックするため、原理的にスパッタリング現象が起きる。このため照射の際には、(1)スパッタではじかれた基板や真空チャンバーから飛び出した粒子が凝集してパーティクルとなること、また、基板や真空チャンバーから飛び出した粒子がチャンバーの壁面に付着したのち剥離してパーティクルとなることによるパーティクルの発生、(2)真空チャンバー内の物質の金属コンタミ(コンタミネーション)の発生の2つの問題が起こりうる。 Conventionally, as mentioned above, surface activation processing has been performed by irradiating the substrate with argon ions or neutral argon particles. However, when irradiating the substrate with these particles, the particles have mass and attack the substrate surface, which in principle causes the sputtering phenomenon. For this reason, during irradiation, two problems can occur: (1) particles that are repelled by sputtering and ejected from the substrate or vacuum chamber aggregate to form particles, and particles that are ejected from the substrate or vacuum chamber adhere to the chamber walls and then peel off to form particles, resulting in the generation of particles; and (2) metal contamination of materials in the vacuum chamber.

さらに、発生したパーティクルが接合面に挟み込まれることにより、貼り合わせ後の接合面において空隙(ボイド)が発生することがある。また、スパッタリング現象により基板や真空チャンバーより飛び出した粒子によるコンタミは、貼り合わせた基板の不純物として不良原因となりうることが確認されている。このことから、これらの問題を抑制することが、大きな課題となっていた。 Furthermore, if the generated particles become trapped between the bonding surfaces, voids may form at the bonding surface after bonding. It has also been confirmed that contamination by particles ejected from the substrates or vacuum chamber due to the sputtering phenomenon can cause defects as impurities in the bonded substrates. For these reasons, suppressing these problems has been a major challenge.

よって、本発明は、ワイドバンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合する接合基板の製造装置において、ボイドおよびコンタミを低減することができる基板接合装置および接合基板の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a substrate bonding apparatus and a method for manufacturing a bonded substrate that can reduce voids and contamination in an apparatus for manufacturing a bonded substrate that bonds a wide band gap semiconductor substrate and a handle substrate.

本発明の基板接合装置は、ワイドバンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合して接合基板を製造するための基板接合装置であって、内部において、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを接合する接合室と、前記接合室の内部に設けられ、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか一方を保持する第1保持面を有する第1保持部と、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか他方を保持する第2保持面を有する第2保持部と、前記第1保持面および前記第2保持面を、鉛直下向きおよび互いに対向する向きに変えるアームと、を有する基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板の少なくとも一方の接合面に紫外線を照射する紫外線照射装置と、前記接合室内を真空にする真空装置と、を備える。 The substrate bonding apparatus of the present invention is a substrate bonding apparatus for manufacturing a bonded substrate by bonding a wide band gap semiconductor substrate and a handle substrate, and includes: a bonding chamber for bonding the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate; a first holding part provided inside the bonding chamber and having a first holding surface for holding either the wide band gap semiconductor substrate or the handle substrate; a second holding part having a second holding surface for holding the other of the wide band gap semiconductor substrate or the handle substrate; and an arm for changing the first holding surface and the second holding surface to a vertically downward direction and to a direction facing each other; an ultraviolet irradiation device for irradiating ultraviolet light onto at least one of the bonding surfaces of the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate held by the substrate holder; and a vacuum device for creating a vacuum inside the bonding chamber.

本発明の基板接合装置は、前記基板ホルダに保持された前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを加熱するためのヒータをさらに備えてもよい。 The substrate bonding apparatus of the present invention may further include a heater for heating the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate held by the substrate holder.

本発明の基板接合装置は、前記基板ホルダが、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを、前記第1保持面および第2保持面において静電吸着する吸着機構を有してもよい。 In the substrate bonding apparatus of the present invention, the substrate holder may have an adsorption mechanism that electrostatically adsorbs the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate on the first and second holding surfaces.

本発明の基板接合装置は、前記基板ホルダの前記アームが、前記第1保持部を移動させる第1アームと、前記第2保持部を移動させる第2アームと、を有し、前記第1アームと前記第2アームとが、それぞれ、水平方向に延びる上腕部と、前記上腕部の一端部に連結するとともに、前記第1保持部または第2保持部を支持する前腕部と、前記前腕部を前記上腕部に対して回転させる回転軸となる関節軸部と、を有してもよい。 The substrate bonding device of the present invention may be such that the arm of the substrate holder has a first arm that moves the first holding part and a second arm that moves the second holding part, and the first arm and the second arm each have an upper arm portion extending horizontally, a forearm portion connected to one end of the upper arm portion and supporting the first holding part or the second holding part, and a joint shaft portion that serves as a rotation axis for rotating the forearm portion relative to the upper arm portion.

本発明の基板接合装置は、前記紫外線照射装置が、波長170nm~260nmの紫外線を照射する照射源を有してもよい。 The substrate bonding apparatus of the present invention may be configured such that the ultraviolet irradiation device has an irradiation source that irradiates ultraviolet light with a wavelength of 170 nm to 260 nm.

本発明の基板接合装置は、前記ワイドバンドギャップ半導体基板が単結晶基板であり、前記ハンドル基板が多結晶基板であってもよい。 In the substrate bonding apparatus of the present invention, the wide band gap semiconductor substrate may be a single crystal substrate, and the handle substrate may be a polycrystalline substrate.

本発明の基板接合装置は、前記ワイドバンドギャップ半導体基板および前記ハンドル基板が、いずれも、炭化ケイ素基板であってもよい。 In the substrate bonding apparatus of the present invention, both the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate may be silicon carbide substrates.

本発明の接合基板の製造方法は、本発明の基板接合装置を用いて接合基板を製造する方法であって、前記アームにより前記第1保持面および前記第2保持面を鉛直下向きとして、前記ワイドバンドギャップ半導体基板の接合面と前記ハンドル基板の接合面を鉛直下向きに保持して、前記ワイドバンドギャップ半導体基板の接合面と前記ハンドル基板の接合面の少なくとも一方に、前記紫外線照射装置により、真空下において紫外線を照射する活性化処理工程と、前記活性化処理工程の後に、前記アームを駆動させて、前記ワイドバンドギャップ半導体基板の接合面と前記ハンドル基板の接合面を対向させるとともに、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを重ねて接合する接合工程と、を備える。 The manufacturing method of the bonded substrate of the present invention is a method of manufacturing a bonded substrate using the substrate bonding apparatus of the present invention, and includes an activation treatment step of holding the bonding surface of the wide band gap semiconductor substrate and the bonding surface of the handle substrate facing vertically downward with the first holding surface and the second holding surface facing vertically downward by the arm, and irradiating ultraviolet light under vacuum to at least one of the bonding surface of the wide band gap semiconductor substrate and the bonding surface of the handle substrate by the ultraviolet irradiation device, and a bonding step of driving the arm after the activation treatment step to cause the bonding surface of the wide band gap semiconductor substrate to face the bonding surface of the handle substrate and to overlap and bond the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate.

本発明の接合基板の製造方法は、前記接合工程において、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板の接合面の対向方向が、水平方向であってもよい。 In the method for producing a bonded substrate of the present invention, in the bonding step, the bonding surfaces of the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate may face each other in a horizontal direction.

本発明の基板接合装置であれば、ワイドバンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合する接合基板を製造した場合において、接合基板におけるボイドおよびコンタミを低減することができる。 The substrate bonding apparatus of the present invention can reduce voids and contamination in a bonded substrate produced by bonding a wide band gap semiconductor substrate and a handle substrate.

本発明の接合基板の製造方法であれば、ワイドバンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合する接合基板を製造した場合において、接合基板におけるボイドおよびコンタミを低減することができる。 According to the method for manufacturing a bonded substrate of the present invention, when a bonded substrate is manufactured by bonding a wide band gap semiconductor substrate and a handle substrate, voids and contamination in the bonded substrate can be reduced.

本発明の一実施形態にかかる基板接合装置の接合室内を模式的に示す側面図である。1 is a side view showing a schematic view of an interior of a bonding chamber of a substrate bonding apparatus according to an embodiment of the present invention; 図1に示した基板接合装置の接合室内を示す図であり、搬送ロボットの動作を模式的に示す平面図である。2 is a diagram showing the inside of a bonding chamber of the substrate bonding apparatus shown in FIG. 1, and is a plan view showing typically the operation of a transfer robot. FIG. 図1に示した基板接合装置において、搬送ロボットに基板が保持され、基板ホルダに向けて搬送される途中の状態を模式的に示す側面図である。2 is a side view showing a state in which a substrate is held by a transfer robot and is being transferred toward a substrate holder in the substrate bonding apparatus shown in FIG. 1 . FIG. 図1に示した基板接合装置において、搬送された基板が基板ホルダに保持された状態を模式的に示す側面図である。2 is a side view showing a state in which the transported substrates are held by a substrate holder in the substrate bonding apparatus shown in FIG. 1 ; 図1に示した基板接合装置において、基板ホルダに保持された基板に紫外線を照射するときの状態を模式的に示す側面図である。2 is a side view showing a state in which the substrates held by the substrate holders are irradiated with ultraviolet light in the substrate bonding apparatus shown in FIG. 1 ; FIG. 図1に示した基板接合装置において、基板ホルダに保持された基板を対向させた状態を模式的に示す側面図である。2 is a side view showing a state in which substrates held by substrate holders are opposed to each other in the substrate bonding apparatus shown in FIG. 1 ; 図1に示した基板接合装置において、対向させた基板を対向させたのち、重ねた状態を模式的に示す側面図である。2 is a side view showing a schematic state in which the substrates are placed opposite each other and then overlapped in the substrate bonding apparatus shown in FIG. 1 . FIG. 図1に示した基板接合装置において、基板が接合されたあとの状態を模式的に示す側面図である。2 is a side view showing a schematic state after the substrates have been bonded in the substrate bonding apparatus shown in FIG. 1 ; FIG. 図1に示した基板接合装置において、接合基板を搬送するときの状態を模式的に示す側面図である。4 is a side view showing a schematic diagram of a state in which a bonded substrate is being transported in the substrate bonding apparatus shown in FIG. 1. FIG. 図10(A)はボイドが発生した接合基板を模式的に示す平面図であり、図10(B)は接合基板をチップ状に切断して評価する方法を模式的に説明する平面図である。FIG. 10A is a plan view that shows a bonded substrate in which voids have occurred, and FIG. 10B is a plan view that shows a method for cutting the bonded substrate into chips and evaluating them.

[基板接合装置]
本発明の一実施形態にかかる基板接合装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、矢印X方向は水平方向であり、基板接合装置の幅方向、矢印Yは下から上に向かう鉛直方向、矢印Z方向は矢印Xおよび矢印Yに直交する方向であり、基板接合装置の奥行方向を指すものとする。
[Substrate bonding device]
A substrate bonding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiment. Note that in the drawings, the arrow X direction is the horizontal direction and indicates the width direction of the substrate bonding apparatus, the arrow Y is the vertical direction from bottom to top, and the arrow Z direction is the direction perpendicular to the arrows X and Y and indicates the depth direction of the substrate bonding apparatus.

本実施形態の基板接合装置は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを積層することにより、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとが積層した接合基板Wを得る、接合基板Wの製造に適用することができる。 The substrate bonding apparatus of this embodiment can be applied to the manufacture of a bonded substrate W, in which a wide band gap semiconductor substrate S and a handle substrate P are stacked together to obtain a bonded substrate W in which the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are stacked together.

また、本実施形態の基板接合装置を用いた接合基板Wの製造には、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとして単結晶基板を用いて、ハンドル基板Pとして多結晶基板を用いることができる。また、ワイドバンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板Pが、いずれも、炭化ケイ素(SiC)基板、シリコン(Si)基板、および、窒化ガリウム(GaN)基板のいずれかである、接合基板Wを製造する場合に、好適に適用することができる。 Furthermore, in manufacturing the bonded substrate W using the substrate bonding apparatus of this embodiment, a single crystal substrate can be used as the wide band gap semiconductor substrate S, and a polycrystalline substrate can be used as the handle substrate P. This embodiment can be suitably applied to the case of manufacturing a bonded substrate W in which both the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are any of a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon (Si) substrate, and a gallium nitride (GaN) substrate.

具体的には、例えば、接合基板Wとして炭化ケイ素基板を得る場合には、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとして炭化ケイ素単結晶基板を用いて、ハンドル基板Pとして炭化ケイ素多結晶基板を用いることができる。 Specifically, for example, when obtaining a silicon carbide substrate as the bonded substrate W, a silicon carbide single crystal substrate can be used as the wide band gap semiconductor substrate S, and a silicon carbide polycrystalline substrate can be used as the handle substrate P.

ワイドバンドギャップ半導体基板Sとして用いる炭化ケイ素単結晶基板は、例えば、昇華法により作成した炭化ケイ素のバルク単結晶から加工して得た、4H-SiC単結晶基板や、化学的気相蒸着法により単結晶ウェハにエピタキシャル成長させて得た4H-SiC単結晶基板を用いることができる。なお、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとして用いる炭化ケイ素単結晶基板は、窒素やアルミニウム等のドーパントを含んでいてもよい。 The silicon carbide single crystal substrate used as the wide band gap semiconductor substrate S may be, for example, a 4H-SiC single crystal substrate obtained by processing a bulk single crystal of silicon carbide produced by a sublimation method, or a 4H-SiC single crystal substrate obtained by epitaxial growth on a single crystal wafer by a chemical vapor deposition method. The silicon carbide single crystal substrate used as the wide band gap semiconductor substrate S may contain a dopant such as nitrogen or aluminum.

また、ハンドル基板Pとして用いる炭化ケイ素多結晶基板は、例えば、化学的気相蒸着法により炭化ケイ素多結晶を成膜して得た3C-SiC多結晶基板を用いることができる。 The silicon carbide polycrystalline substrate used as the handle substrate P can be, for example, a 3C-SiC polycrystalline substrate obtained by forming a silicon carbide polycrystalline film by chemical vapor deposition.

ワイドバンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板Pの形状としては、例えば円形の平行平板状とすることができる。また、ワイドバンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板Pの厚さは、特に限定されず、例えば、それぞれ200μm~500μm程度とすることができる。 The shape of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P can be, for example, a circular parallel plate shape. The thickness of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P is not particularly limited, and can be, for example, about 200 μm to 500 μm, respectively.

本実施形態の基板接合装置100は、接合室10と、基板ホルダ20と、ヒータ30と、搬送ロボット40と、紫外線照射装置50と、吸着機構60と、真空装置(不図示)と、加圧手段(不図示)と、を備える。図1に示すように、基板ホルダ20、ヒータ30、搬送ロボット40、紫外線照射装置50、吸着機構60、真空装置、加圧手段は接合室10内に設けられている。また、基板接合装置100の接合室10内の各装置は、ステンレスを用いて形成されている。なお、本実施形態において図1の矢印A方向は左右方向(水平方向)であり、矢印E方向および矢印F方向は上下方向(鉛直方向)である。 The substrate bonding apparatus 100 of this embodiment includes a bonding chamber 10, a substrate holder 20, a heater 30, a transport robot 40, an ultraviolet irradiation device 50, a suction mechanism 60, a vacuum device (not shown), and a pressurizing means (not shown). As shown in FIG. 1, the substrate holder 20, the heater 30, the transport robot 40, the ultraviolet irradiation device 50, the suction mechanism 60, the vacuum device, and the pressurizing means are provided in the bonding chamber 10. In addition, each device in the bonding chamber 10 of the substrate bonding apparatus 100 is made of stainless steel. In this embodiment, the direction of the arrow A in FIG. 1 is the left-right direction (horizontal direction), and the directions of the arrows E and F are the up-down direction (vertical direction).

図1、図3~図9は、基板接合装置100の接合室内を模式的に示す側面図であり、図2は、上方向から見た基板接合装置100の接合室内を模式的に示す平面図である。また、図5~図9において、第1搬送台411、第2搬送台421、第1アーム412の一部、および、第2アーム422の一部の図示は省略されている。 Figures 1 and 3 to 9 are side views that show the inside of the bonding chamber of the substrate bonding apparatus 100, and Figure 2 is a plan view that shows the inside of the bonding chamber of the substrate bonding apparatus 100 as seen from above. Also, in Figures 5 to 9, the first conveyor table 411, the second conveyor table 421, part of the first arm 412, and part of the second arm 422 are not shown.

接合室10は、その内部において、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを接合する場である。 The bonding chamber 10 is a place where the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are bonded therein.

基板ホルダ20は、接合室10の内部に設けられ、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを保持するものである。基板ホルダ20は、第1保持部211を有する第1ホルダ21と、第2保持部221を有する第2ホルダ22を有する。基板ホルダ20の第1ホルダ21、第2ホルダ22は、後述するように、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pのいずれか一方を保持する第1保持部211と、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pのいずれか他方を保持する第2保持部221と、第1保持面211aおよび第2保持面221aを、鉛直下向きおよび互いに対向する向きに変えるアーム(後述する第1アーム、第2アーム)を有する。 The substrate holder 20 is provided inside the bonding chamber 10 and holds the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P. The substrate holder 20 has a first holder 21 having a first holding portion 211 and a second holder 22 having a second holding portion 221. As described later, the first holder 21 and the second holder 22 of the substrate holder 20 have the first holding portion 211 that holds either the wide band gap semiconductor substrate S or the handle substrate P, the second holding portion 221 that holds the other of the wide band gap semiconductor substrate S or the handle substrate P, and arms (first arm and second arm described later) that change the orientation of the first holding surface 211a and the second holding surface 221a to a vertically downward direction and to a direction facing each other.

また、基板ホルダ20は、後述するように、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを、第1保持面211aおよび第2保持面221aにおいて静電吸着する吸着機構60を有する。 Furthermore, the substrate holder 20 has an adsorption mechanism 60 that electrostatically adsorbs the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P on the first holding surface 211a and the second holding surface 221a, as will be described later.

第1保持面211aおよび第2保持面221aを、鉛直下向きになるように向きを変えることにより、基板ホルダ20に保持されたワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1に紫外線を照射するときに、接合面S1、P1が鉛直下向きになるように基板を保持することができる。 By changing the orientation of the first holding surface 211a and the second holding surface 221a so that they face vertically downward, when ultraviolet light is irradiated onto the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P held by the substrate holder 20, the substrates can be held so that the bonding surfaces S1, P1 face vertically downward.

本実施形態においては第1保持面211aおよび第2保持面221aを水平方向に対向させるように構成されている。ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとのどちらを第1保持部211に保持するかは特に限定されず、以下の説明においては、第1保持部211にワイドバンドギャップ半導体基板Sを保持させ、第2保持部221にハンドル基板Pを保持させるものとして説明する。 In this embodiment, the first holding surface 211a and the second holding surface 221a are configured to face each other in the horizontal direction. There is no particular limitation as to whether the wide band gap semiconductor substrate S or the handle substrate P is held by the first holding part 211, and in the following description, the first holding part 211 will be described as holding the wide band gap semiconductor substrate S, and the second holding part 221 will be described as holding the handle substrate P.

第1ホルダ21は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sを保持する第1保持面211aを有する第1保持部211と、第1保持部211を移動させる第1アームと、を有する。第1アームは、上腕部213の一端部と第1保持部211に連結する前腕部212、水平方向に延びる上腕部213、第1保持部211および前腕部212を上腕部213に対して回転させる関節軸部214を有する。また、第1アームは、第1保持部211を図1の矢印A方向に沿って伸縮して、第1保持部211を移動させることができる。また、関節軸部214により、第1保持部211を鉛直下向き、および、水平方向で第2ホルダ22側になるように向きを変えることができる。 The first holder 21 has a first holding part 211 having a first holding surface 211a for holding the wide band gap semiconductor substrate S, and a first arm for moving the first holding part 211. The first arm has a forearm part 212 connected to one end of an upper arm part 213 and the first holding part 211, the upper arm part 213 extending in a horizontal direction, and a joint shaft part 214 for rotating the first holding part 211 and the forearm part 212 with respect to the upper arm part 213. The first arm can move the first holding part 211 by expanding and contracting the first holding part 211 along the direction of the arrow A in FIG. 1. The joint shaft part 214 can change the orientation of the first holding part 211 so that it faces vertically downward and horizontally toward the second holder 22.

第2ホルダ22は、ハンドル基板Pを保持する第2保持面221aを有する第2保持部221と、第2保持部221を移動させる第2アームと、を有する。第2アームは、上腕部223の一端部と第2保持部221に連結する前腕部222、水平方向に延びる上腕部223、第2保持部221および前腕部222を上腕部223に対して回転させる関節軸部224を有する。また、関節軸部224により、第2保持部221を鉛直下向き、および、水平方向で第1ホルダ21側になるように向きを変えることができる。 The second holder 22 has a second holding part 221 having a second holding surface 221a that holds the handle substrate P, and a second arm that moves the second holding part 221. The second arm has a forearm part 222 that connects one end of the upper arm part 223 to the second holding part 221, the upper arm part 223 that extends horizontally, and a joint shaft part 224 that rotates the second holding part 221 and the forearm part 222 relative to the upper arm part 223. In addition, the joint shaft part 224 allows the second holding part 221 to be oriented vertically downward and horizontally toward the first holder 21.

なお、本実施形態においては、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを重ねるときに、第1保持部211が第2保持部221に向かって移動する態様であるが、第2保持部が第2保持部に向かって移動する態様でもよいし、第1保持部と第2保持部が互いに近づくように移動する態様でもよい。 In this embodiment, when the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are stacked, the first holding portion 211 moves toward the second holding portion 221, but the second holding portion may move toward the second holding portion, or the first holding portion and the second holding portion may move so as to approach each other.

また、第1保持部211と、第2保持部221の内部には、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを保持するための吸着機構60と、保持されたワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを加熱するヒータ30と、が設けられている。 In addition, inside the first holding part 211 and the second holding part 221, there are provided an adsorption mechanism 60 for holding the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P, and a heater 30 for heating the held wide band gap semiconductor substrate S and handle substrate P.

ヒータ30は、基板ホルダ20に保持されたワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを加熱するものである。ヒータ30は、基板ホルダ20の第1保持部211に設けられた第1ヒータ31と、第2保持部221に設けられた第2ヒータ32と、を有する。ヒータ30が設けられていることにより、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを接合する工程においてワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを加熱して、接合強度を高めることができる。 The heater 30 heats the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P held by the substrate holder 20. The heater 30 has a first heater 31 provided in the first holding portion 211 of the substrate holder 20 and a second heater 32 provided in the second holding portion 221. By providing the heater 30, the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P can be heated in the step of bonding the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P, thereby increasing the bonding strength.

搬送ロボット40は、接合室10内において、ワイドバンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板P、接合基板Wを搬送するものである。 The transfer robot 40 transfers the wide band gap semiconductor substrate S, the handle substrate P, and the bonded substrate W within the bonding chamber 10 .

搬送ロボット40は、第1ホルダ21に向けて基板を搬送する第1ロボット41と、第2ホルダ22に向けて基板を搬送する第2ロボット42と、を有する。 The transport robot 40 has a first robot 41 that transports the substrate toward the first holder 21, and a second robot 42 that transports the substrate toward the second holder 22.

第1ロボット41は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sを保持して搬送する第1搬送台411と、第1搬送台411を移動させる第1アーム412と、第1アーム412が回転する軸となる第1アーム軸部413と、を有する。 The first robot 41 has a first transport table 411 that holds and transports the wide band gap semiconductor substrate S, a first arm 412 that moves the first transport table 411, and a first arm shaft portion 413 that serves as the axis about which the first arm 412 rotates.

第2ロボット42は、ハンドル基板Pを保持して搬送する第2搬送台421と、第2搬送台421を移動させる第2アーム422と、第2アーム422が回転する軸となる第2アーム軸部423と、を有する。 The second robot 42 has a second transport table 421 that holds and transports the handle substrate P, a second arm 422 that moves the second transport table 421, and a second arm shaft portion 423 that serves as the shaft about which the second arm 422 rotates.

第1搬送台411と第2搬送台421には、吸着機構60が設けられており、第1搬送台411の上面である吸着面411aと第2搬送台421の上面である吸着面421aとにワイドバンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板P、接合基板Wを吸着して搬送することができる。 The first conveying table 411 and the second conveying table 421 are provided with an adsorption mechanism 60, which is capable of adsorbing and transporting the wide band gap semiconductor substrate S, the handle substrate P, and the bonded substrate W to the adsorption surface 411a, which is the upper surface of the first conveying table 411, and the adsorption surface 421a, which is the upper surface of the second conveying table 421.

また、図2に示すように、第1アーム412は第1アーム軸部413を中心として、第2アーム422は第2アーム軸部423を中心として回転移動することができる。すなわち、第1アーム412は、図2の矢印Gに沿って動き、第1搬送台411に吸着して保持した基板を搬送することができる。また、第2アーム422は、矢印H、矢印Iに沿って動き、第2搬送台421に吸着して保持した基板を搬送することができる。なお、図2に示す、第1搬送台411のa位置は初期位置、b位置は基板ホルダ20に基板を受け渡す位置である。また、第2搬送台421のc位置は初期位置、d位置は基板ホルダ20に基板を受け渡す位置、e位置は接合基板Wを回収する位置である。 2, the first arm 412 can rotate around the first arm shaft 413, and the second arm 422 can rotate around the second arm shaft 423. That is, the first arm 412 moves along the arrow G in FIG. 2, and can transport a substrate adsorbed and held on the first transport stage 411. The second arm 422 moves along the arrows H and I, and can transport a substrate adsorbed and held on the second transport stage 421. Note that the position a of the first transport stage 411 shown in FIG. 2 is the initial position, and the position b is the position where the substrate is transferred to the substrate holder 20. The position c of the second transport stage 421 is the initial position, the position d is the position where the substrate is transferred to the substrate holder 20, and the position e is the position where the bonded substrate W is retrieved.

紫外線照射装置50は、基板ホルダ20に保持されたワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1に紫外線を照射するものである。なお、紫外線照射装置50は、基板ホルダ20に保持されたワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの少なくとも一方の接合面S1、P1に紫外線を照射するものであってもよいが、基板の接合面をより確実に活性化するために、本実施形態のように、基板ホルダ20に保持されたワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1の両方に向かって紫外線を照射するように構成されていることが好ましい。 The ultraviolet irradiation device 50 irradiates ultraviolet rays onto the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P held by the substrate holder 20. The ultraviolet irradiation device 50 may irradiate ultraviolet rays onto at least one of the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P held by the substrate holder 20, but in order to more reliably activate the bonding surfaces of the substrates, it is preferable that the ultraviolet irradiation device 50 is configured to irradiate ultraviolet rays onto both of the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P held by the substrate holder 20 as in this embodiment.

紫外線照射装置50は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sを照射するために第1保持部211に向かって紫外線を照射する第1照射装置51と、ハンドル基板Pを照射するために第1保持部211に向かって紫外線を照射する第2照射装置52と、を有する。 The ultraviolet irradiation device 50 has a first irradiation device 51 that irradiates ultraviolet light toward the first holding part 211 to irradiate the wide band gap semiconductor substrate S, and a second irradiation device 52 that irradiates ultraviolet light toward the first holding part 211 to irradiate the handle substrate P.

第1照射装置51は、上方のみ開放している枠体511と、枠体511に収められた紫外線ランプ512と、枠体511と紫外線ランプ512を図1の矢印E方向(上下方向)に沿って移動させる紫外線アーム513と、を有する。第2照射装置52は、上方のみ開放している枠体521と、枠体521に収められた紫外線ランプ522と、枠体521と紫外線ランプ522を図1の矢印F方向(上下方向)に沿って移動させる紫外線アーム523と、を有する。紫外線アーム513、523により、基板ホルダに保持された基板と紫外線ランプ512,522とを適切な距離に配置して、効率よく紫外線を照射することができる。 The first irradiation device 51 has a frame 511 that is open only at the top, an ultraviolet lamp 512 housed in the frame 511, and an ultraviolet arm 513 that moves the frame 511 and the ultraviolet lamp 512 in the direction of the arrow E (up and down) in Figure 1. The second irradiation device 52 has a frame 521 that is open only at the top, an ultraviolet lamp 522 housed in the frame 521, and an ultraviolet arm 523 that moves the frame 521 and the ultraviolet lamp 522 in the direction of the arrow F (up and down) in Figure 1. The ultraviolet arms 513 and 523 allow the substrate held by the substrate holder and the ultraviolet lamps 512 and 522 to be positioned at an appropriate distance, allowing efficient irradiation of ultraviolet light.

枠体511、521は、開放された上方向以外には紫外線が照射されないように構成されている。これにより、基板ホルダ20に保持された基板に対して、紫外線を効率よく照射することができる。 The frames 511 and 521 are configured so that ultraviolet light is not irradiated in any direction other than the open upward direction. This allows ultraviolet light to be efficiently irradiated onto the substrate held by the substrate holder 20.

紫外線ランプ512と紫外線ランプ522は、波長10nm~280nmの紫外線を照射する照射源を用いることができ、特に入手しやすい、波長170nm~260nmの紫外線を照射する照射源を好適に用いることができる。本実施形態においては、紫外線ランプ512と紫外線ランプ522は、それぞれ、5本の円柱形のXeエキシマランプにより構成されており、5本のランプは幅方向に並んで設けられている。なお、紫外線照射源は所望の紫外線の波長に合わせて種々変更することができ、Xeエキシマランプ(172nm)に限定されず、例えば、低圧水銀ランプ(254nm、185nm)等を用いることができる。 The ultraviolet lamps 512 and 522 can be irradiation sources that irradiate ultraviolet rays with wavelengths of 10 nm to 280 nm, and preferably use irradiation sources that irradiate ultraviolet rays with wavelengths of 170 nm to 260 nm, which are particularly easy to obtain. In this embodiment, the ultraviolet lamps 512 and 522 are each composed of five cylindrical Xe excimer lamps, and the five lamps are arranged in a line in the width direction. The ultraviolet irradiation source can be changed in various ways according to the desired ultraviolet wavelength, and is not limited to Xe excimer lamps (172 nm), and for example, low-pressure mercury lamps (254 nm, 185 nm) can be used.

なお、本実施形態においては、紫外線照射装置50の紫外線アーム513、523により、紫外線ランプ512,522が移動する態様であるが、基板ホルダを移動させることにより、基板ホルダと紫外線ランプとを適切な距離に配置する態様であってもよい。また、基板ホルダと紫外線照射装置とが互いに近づいて移動する態様であってもよい。 In this embodiment, the ultraviolet lamps 512, 522 are moved by the ultraviolet arms 513, 523 of the ultraviolet irradiation device 50, but the substrate holder may be moved to position the substrate holder and the ultraviolet lamps at an appropriate distance. Also, the substrate holder and the ultraviolet irradiation device may be moved closer to each other.

吸着機構60は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを静電吸着するものであり、これにより、基板を保持することができる。吸着機構60は、基板ホルダ20の第1保持部211、第2保持部221と、搬送ロボット40の第1搬送台411、第2搬送台421とに設けられている。 The suction mechanism 60 electrostatically suctions the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P, thereby enabling the substrates to be held. The suction mechanism 60 is provided on the first holding part 211 and the second holding part 221 of the substrate holder 20 and the first transport table 411 and the second transport table 421 of the transport robot 40.

基板を静電吸着する吸着機構60が設けられていることにより、基板をより確実に保持して、基板の搬送や基板の接合を行うことができる。 By providing an adsorption mechanism 60 that electrostatically adsorbs the substrate, the substrate can be held more securely and transported or joined.

なお、吸着機構60は、基板を下面側に保持する第1保持部211および第2保持部221のみに設けられていてもよい。本実施形態のように、第1搬送台411、第2搬送台421にも吸着機構60が設けられていることにより、より確実に基板を保持することができる。 The suction mechanism 60 may be provided only on the first holding part 211 and the second holding part 221 that hold the substrate on the underside. As in this embodiment, the suction mechanism 60 is also provided on the first conveying table 411 and the second conveying table 421, so that the substrate can be held more reliably.

真空装置は、接合室10内を真空にするものである。真空装置は、ポンプを有して構成されている。ポンプの種類は、接合室10内を所定の真空状態とすることができるものであれば、特に限定されない。ここで、ワイドバンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板Pが、いずれも、炭化ケイ素基板である接合基板Wを製造する場合には、高い真空度が求められることがある。このように、高真空条件が求められる場合には、例えば、ターボ分子ポンプを用いることができる。真空装置は、基板の活性化および接合する場の周辺をより確実に高真空にするために、基板ホルダの近傍に設けてもよい。 The vacuum device is for creating a vacuum in the bonding chamber 10. The vacuum device is configured with a pump. The type of pump is not particularly limited as long as it can create a predetermined vacuum state in the bonding chamber 10. Here, when manufacturing a bonded substrate W in which both the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are silicon carbide substrates, a high degree of vacuum may be required. In this way, when high vacuum conditions are required, for example, a turbo molecular pump can be used. The vacuum device may be provided near the substrate holder in order to more reliably create a high vacuum around the substrate activation and bonding field.

加圧手段は、接合室10内を所定圧力に加圧するものである。加圧方式としては、特に限定されず、例えば、油圧式等を用いることができる。第1ホルダ21に保持されたワイドバンドギャップ半導体基板Sと第2ホルダ22に保持されたハンドル基板Pとを重ねた状態で加圧することにより、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを接合することができる。 The pressurizing means applies a predetermined pressure to the inside of the bonding chamber 10. The pressurizing method is not particularly limited, and for example, a hydraulic method or the like can be used. The wide band gap semiconductor substrate S held by the first holder 21 and the handle substrate P held by the second holder 22 are pressed in an overlapping state, whereby the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P can be bonded to each other.

本実施形態の基板接合装置を用いることにより、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1の活性化と、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合を1つの装置で行うことができる。すなわち、接合面S1、P1の活性化処理から接合までの間の時間を短くすることができ、接合面S1、P1の活性化状態をより確実に維持したまま接合することができる。 By using the substrate bonding apparatus of this embodiment, activation of the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P, and bonding of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P can be performed in one apparatus. That is, the time from the activation process of the bonding surfaces S1, P1 to bonding can be shortened, and bonding can be performed while more reliably maintaining the activated state of the bonding surfaces S1, P1.

[接合基板の製造方法]
次に、本実施形態の接合基板の製造方法について説明する。
[Method of manufacturing bonded substrate]
Next, a method for manufacturing the bonded substrate of this embodiment will be described.

本実施形態の接合基板の製造方法は、前述した実施形態の基板接合装置100を用いて接合基板Wを製造する方法であって、基板ホルダ20のアームにより第1保持面211aおよび第2保持面221aを鉛直下向きとして、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1を鉛直下向きに保持して、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1の少なくとも一方に、紫外線照射装置50により、真空下において紫外線を照射する活性化処理工程と、活性化処理工程の後に、基板ホルダ20のアームを駆動させて、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1を対向させるとともに、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを重ねて接合する接合工程と、を備える。 The manufacturing method of the bonded substrate of the present embodiment is a method of manufacturing a bonded substrate W using the substrate bonding apparatus 100 of the above-described embodiment, and includes an activation treatment step of holding the first holding surface 211a and the second holding surface 221a facing vertically downward with the arm of the substrate holder 20, and holding the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P facing vertically downward, and irradiating ultraviolet rays under vacuum to at least one of the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P by the ultraviolet irradiation device 50, and a bonding step of overlapping and bonding the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P after the activation treatment step by driving the arm of the substrate holder 20 to face the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P.

なお、活性化処理工程において、紫外線の波長は10nm~280nmの波長であることが好ましく、真空は真空度1×10-4Pa以下であることが好ましい。 In the activation treatment step, the wavelength of the ultraviolet light is preferably 10 nm to 280 nm, and the vacuum is preferably 1×10 −4 Pa or less.

すなわち、活性化処理工程においては、従来行われてきたAr等の質量を有する粒子の照射をしないことが好ましく、質量を有する粒子の照射に替えて、紫外線を照射することによりワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1の活性化が行われる。 That is, in the activation treatment step, it is preferable not to irradiate particles having mass such as Ar, as has been conventionally done, and instead of irradiating particles having mass, activation of the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P is performed by irradiating ultraviolet light.

また、活性化処理工程に供する前に、予め、ワイドバンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板Pの接合面S1、P1の鏡面研磨および洗浄を行っておくことが好ましい。 In addition, it is preferable to mirror-polish and clean the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P beforehand, prior to the activation treatment step.

次に、基板接合装置100の動作とともに、接合基板Wの製造方法を説明する。以下に説明する接合基板の製造方法は、本実施形態の基板接合装置100を用いた接合基板の製造方法の一例であり、問題のない範囲で種々の条件等を変更することができる。 Next, the operation of the substrate bonding apparatus 100 and the method for manufacturing the bonded substrate W will be described. The method for manufacturing the bonded substrate W described below is one example of a method for manufacturing a bonded substrate using the substrate bonding apparatus 100 of this embodiment, and various conditions can be changed without causing any problems.

(活性化処理工程)
次に、活性化処理工程について詳細に説明する。
(Activation Treatment Step)
Next, the activation treatment step will be described in detail.

活性化処理工程は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1、および、ハンドル基板Pの接合面P1の少なくとも一方に、真空下において10nm~280nm、すなわち、VUV(10nm~200nm)からUV-C(200~280nm)の波長範囲の紫外線を照射して活性化する工程である。本実施形態においては、接合面S1、P1の両方に紫外線を照射するものとする。両方に紫外線を照射させることにより、より確実に接合面を活性化させて接合強度を高めることができる。 The activation process is a process of irradiating at least one of the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P with ultraviolet light having a wavelength range of 10 nm to 280 nm, i.e., VUV (10 nm to 200 nm) to UV-C (200 to 280 nm) under vacuum to activate them. In this embodiment, ultraviolet light is irradiated to both the bonding surfaces S1 and P1. By irradiating both surfaces with ultraviolet light, the bonding surfaces can be more reliably activated to increase the bonding strength.

ここで、接合面S1、P1の活性化とは、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1にある酸素、水素、ヒドロキシル基(OH基)等の界面終端成分、酸化膜を除去して、ダングリングボンドを形成することを指す。 Here, activation of the bonding surfaces S1, P1 refers to removing interface termination components such as oxygen, hydrogen, and hydroxyl groups (OH groups), as well as oxide films, present on the bonding surfaces S1, P1 between the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P to form dangling bonds.

また、活性化処理工程における紫外線の波長は、10nm~280nmの範囲において照射源となるランプが入手しやすい170nm~260nmとすることができる。紫外線の波長が260nmよりも大きい場合には、エネルギー量が小さく、表面の活性化を促すために十分なエネルギーを接合面S1、P1に与えることができない場合がある。 The wavelength of the ultraviolet light in the activation process can be 170 nm to 260 nm, which is within the range of 10 nm to 280 nm and is the range where lamps that serve as the irradiation source are easily available. If the wavelength of the ultraviolet light is longer than 260 nm, the amount of energy is small, and it may not be possible to provide sufficient energy to the bonding surfaces S1 and P1 to promote surface activation.

活性化処理工程において、紫外線を照射する活性化処理時間は、接合面S1、P1に十分なエネルギーを付与することができる時間であればよい。エネルギー量は紫外線の強度と照射時間との積であることから、照射に必要な時間は、照射する紫外線の強度から算出することができる。具体的には、照射する紫外線の強度が例えば5mW/cmである場合には、2分程度以上とすることができる。 In the activation process, the activation process time for irradiating ultraviolet light may be any time that can provide sufficient energy to the bonding surfaces S1 and P1. Since the amount of energy is the product of the intensity of the ultraviolet light and the irradiation time, the time required for irradiation can be calculated from the intensity of the ultraviolet light to be irradiated. Specifically, when the intensity of the ultraviolet light to be irradiated is, for example, 5 mW/ cm2 , the time can be set to about 2 minutes or more.

また、活性化処理工程において、真空度は、1×10-4Pa(N/m)以下の真空とし、さらに好ましくは、1×10-6Pa以下の超高真空(JIS Z 8126-1)とすることができる。活性化処理工程における真空度が低い場合は、紫外線を照射したのちの活性面(接合面S1、P1)の活性量が低くなることがあり、接合工程において十分な接合強度を得ることができないことがある。 In the activation process, the degree of vacuum can be set to 1×10 −4 Pa (N/m 2 ) or less, and more preferably, ultra-high vacuum (JIS Z 8126-1) of 1×10 −6 Pa or less. If the degree of vacuum in the activation process is low, the amount of activity of the activated surfaces (bonding surfaces S1, P1) after irradiation with ultraviolet light may be low, and sufficient bonding strength may not be obtained in the bonding process.

本実施形態の基板接合装置100を用いた活性化処理工程は以下の手順により行う。 The activation process using the substrate bonding device 100 of this embodiment is carried out according to the following procedure.

活性化処理工程に先立ち、接合室10内部を真空装置により所定の真空度(例えば、5×10-6Pa)まで真空引きしておき、その真空状態を維持しておく。 Prior to the activation process, the inside of the bonding chamber 10 is evacuated to a predetermined vacuum level (for example, 5×10 −6 Pa) by a vacuum device, and the vacuum state is maintained.

まず、基板ホルダ20にワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを保持させる。このとき、第1保持面211aおよび第2保持面221aは基板ホルダ20のアームにより鉛直下向きとされている。はじめに、第1搬送台411の吸着面411aにワイドバンドギャップ半導体基板Sを載置して吸着機構60の静電吸着により保持させ、第2搬送台421の吸着面421aにハンドル基板Pを載置して吸着機構60の静電吸着により保持させる。このとき、第1搬送台411は図2のaの位置にあり、第2搬送台421は図2のcの位置にある。aの位置、cの位置をそれぞれ初期状態の位置とする。 First, the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are held by the substrate holder 20. At this time, the first holding surface 211a and the second holding surface 221a are oriented vertically downward by the arm of the substrate holder 20. First, the wide band gap semiconductor substrate S is placed on the adsorption surface 411a of the first conveyance table 411 and held by electrostatic adsorption of the adsorption mechanism 60, and the handle substrate P is placed on the adsorption surface 421a of the second conveyance table 421 and held by electrostatic adsorption of the adsorption mechanism 60. At this time, the first conveyance table 411 is at the position a in Fig. 2, and the second conveyance table 421 is at the position c in Fig. 2. The positions a and c are respectively assumed to be initial state positions.

その後、第1アーム412を図2の矢印G方向に沿ってbの位置まで基板ホルダ20側に回転させ、第2アーム422を図2の矢印H方向に沿ってdの位置まで基板ホルダ20側に回転させる。これにより、ワイドバンドギャップ半導体基板Sが基板ホルダ20の第1保持部211の直下に移動し、ハンドル基板Pが基板ホルダ20の第2保持部221の直下に移動する(図3)。 Thereafter, the first arm 412 is rotated toward the substrate holder 20 to position b along the direction of arrow G in Fig. 2, and the second arm 422 is rotated toward the substrate holder 20 to position d along the direction of arrow H in Fig. 2. As a result, the wide band gap semiconductor substrate S moves directly below the first holding portion 211 of the substrate holder 20, and the handle substrate P moves directly below the second holding portion 221 of the substrate holder 20 (Fig. 3).

さらに、図4に示すように、第1搬送台411と第2搬送台421の吸着機構60の静電吸着から、基板ホルダ20の第1保持部211と第2保持部221の吸着機構60の静電吸着に切り替えて、ワイドバンドギャップ半導体基板Sを第1保持部211に静電吸着させ、ハンドル基板Pを第2保持部221に静電吸着させて保持する。このとき、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1は下方を向いている(図3)。その後、第1搬送台411と第2搬送台43とを先ほどとは逆方向に回転させることにより初期位置(図2のaの位置、cの位置)まで退避させる。 4, the electrostatic adsorption of the adsorption mechanisms 60 of the first and second conveyance tables 411 and 421 is switched to the electrostatic adsorption of the adsorption mechanisms 60 of the first and second holding parts 211 and 221 of the substrate holder 20, so that the wide band gap semiconductor substrate S is electrostatically adsorbed to the first holding part 211, and the handle substrate P is electrostatically adsorbed to the second holding part 221 and held thereon. At this time, the bonding surfaces S1 and P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P face downward (FIG. 3). Thereafter, the first and second conveyance tables 411 and 43 are rotated in the opposite direction to the previous one to retreat to their initial positions (positions a and c in FIG. 2).

次に、図5に示すように、紫外線照射装置50の第1照射装置51の紫外線アーム513を矢印E1方向に伸ばし、第2照射装置52の紫外線アーム523を矢印F1方向に伸ばして、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1に紫外線ランプ512、522を近づける。このとき、ワイドバンドギャップ半導体基板Sと第1照射装置51、ハンドル基板Pと第2照射装置52は、それぞれ、上下方向に直線状に並んで位置している。 5, the ultraviolet arm 513 of the first irradiation device 51 of the ultraviolet irradiation device 50 is extended in the direction of the arrow E1, and the ultraviolet arm 523 of the second irradiation device 52 is extended in the direction of the arrow F1 to bring the ultraviolet lamps 512, 522 closer to the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P. At this time, the wide band gap semiconductor substrate S and the first irradiation device 51, and the handle substrate P and the second irradiation device 52 are positioned vertically and linearly aligned, respectively.

さらに、紫外線ランプ512,522により、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1、ハンドル基板Pの接合面P1に紫外線を所定の強度(例えば、172nmの紫外線を10mW/cm)、所定時間(例えば、2分間)照射する(図4)。以上により、接合面S1、P1が活性化して、活性化処理工程が終了する。 Furthermore, the ultraviolet lamps 512, 522 irradiate the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P with ultraviolet light at a predetermined intensity (e.g., 172 nm ultraviolet light at 10 mW/ cm2 ) for a predetermined time (e.g., 2 minutes) (FIG. 4). As a result, the bonding surfaces S1, P1 are activated, and the activation process is completed.

ここで、活性化処理工程において、ワイドバンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板Pが、下方向を向いていたことから、活性化した接合面S1、P1に塵等が付着することを抑制することができる。 Here, since the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P face downward in the activation process, it is possible to prevent dust and the like from adhering to the activated bonding surfaces S1 and P1.

なお、上記の説明においては、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1の両方に紫外線を照射する例を示したが、紫外線の照射は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1およびハンドル基板Pの接合面P1の少なくとも一方に行えばよい。 In the above explanation, an example is shown in which ultraviolet light is irradiated to both the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P, but it is sufficient to irradiate ultraviolet light to at least one of the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P.

(接合工程)
次に、接合工程について説明する。
(Joining process)
Next, the joining step will be described.

接合工程は、活性化処理工程の後に、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1を対向させるとともに、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1と、ハンドル基板Pの接合面P1とを接合して、接合基板Wを得る工程である。以下に説明する接合工程において、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1、および、ハンドル基板Pの接合面P1は、活性化処理工程において紫外線が照射された面である。 The bonding step is a step of, after the activation treatment step, opposing the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S to the bonding surface P1 of the handle substrate P and bonding the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S to the bonding surface P1 of the handle substrate P to obtain a bonded substrate W. In the bonding step described below, the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P are surfaces irradiated with ultraviolet light in the activation treatment step.

なお、接合面S1、P1の活性化状態が維持されている間に、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを接合することが好ましく、活性化処理工程と接合工程との間の時間は、数秒~1分以内程度とすることが好ましい。 It is preferable to bond the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P while the activation state of the bonding surfaces S1 and P1 is maintained, and the time between the activation treatment step and the bonding step is preferably within a few seconds to one minute.

また、接合工程における、ワイドバンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板の温度は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとの種類や組み合わせによって最適の条件は異なるが、例えば、200℃~400℃程度とすることができる。 In addition, the temperatures of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate in the bonding process may be, for example, about 200° C. to 400° C., although the optimal conditions vary depending on the types and combinations of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P.

接合工程におけるワイドバンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板の温度が、200℃より低温等の低すぎる場合には、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとの十分な接合強度を得ることができず、ボイドの発生の低減が十分でないことがある。接合工程におけるワイドバンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板の温度が、400℃より高温等の高すぎる場合には、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとの間にひずみが入ることがあり、接合工程後の冷却時に、いずれか一方あるいは両方の基板が割れることがある。 If the temperatures of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate in the bonding process are too low, such as lower than 200° C., it may be impossible to obtain sufficient bonding strength between the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P, and the occurrence of voids may not be sufficiently reduced. If the temperatures of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate in the bonding process are too high, such as higher than 400° C., distortion may occur between the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P, and one or both of the substrates may crack during cooling after the bonding process.

また、接合工程において、加圧手段を用いてワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとに加える圧力は、50kgf~500kgf(0.49kN~4.90kN)とすることができる。 In the bonding step, the pressure applied to the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P by the pressure means can be set to 50 kgf to 500 kgf (0.49 kN to 4.90 kN).

また、接合工程における接合室10内の真空度は、活性化処理工程と同様の条件とすることができる。 The degree of vacuum in the bonding chamber 10 during the bonding process can be the same as that during the activation process.

また、接合工程における処理時間は、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとが十分に接合されれば特に限定されず、例えば、10秒~5分とすることができる。 Furthermore, the processing time in the bonding step is not particularly limited as long as the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are bonded sufficiently, and can be, for example, 10 seconds to 5 minutes.

本実施形態の基板接合装置100を用いた接合工程は以下の手順により行う。 The bonding process using the substrate bonding device 100 of this embodiment is carried out according to the following procedure.

図6に示すように、第1照射装置51の紫外線アーム513を矢印E2方向に縮めて、第2照射装置52の紫外線アーム523を矢印F2方向に縮めて、紫外線照射装置50を退避させる。そして、基板ホルダ20の第1ホルダ21の前腕部212を、関節軸部214を中心として矢印C1方向に90度回転させ、第2ホルダ22の前腕部222を、関節軸部224を中心として矢印D1方向に90度回転させる。これにより、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1とが水平方向に対向する(図6)。 6, the ultraviolet arm 513 of the first irradiation device 51 is retracted in the direction of arrow E2, and the ultraviolet arm 523 of the second irradiation device 52 is retracted in the direction of arrow F2 to retract the ultraviolet irradiation device 50. Then, the forearm 212 of the first holder 21 of the substrate holder 20 is rotated 90 degrees in the direction of arrow C1 around the joint shaft 214, and the forearm 222 of the second holder 22 is rotated 90 degrees in the direction of arrow D1 around the joint shaft 224. As a result, the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P face each other in the horizontal direction (FIG. 6).

ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1を水平方向に対向させることにより、塵等の付着を抑制して、ボイドの発生を抑制することができる。 By horizontally opposing the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P, adhesion of dust and the like can be suppressed, and the occurrence of voids can be suppressed.

さらに、図7に示すように、第1ホルダ21の上腕部213を矢印A1方向に伸ばして、接合面S1、P1が接触して重なる位置まで、第1保持部211に保持されたワイドバンドギャップ半導体基板Sを移動させる。 Furthermore, as shown in FIG. 7, the upper arm portion 213 of the first holder 21 is extended in the direction of the arrow A1, and the wide band gap semiconductor substrate S held by the first holding portion 211 is moved to a position where the bonding surfaces S1 and P1 come into contact and overlap.

接合面S1、P1が接触して重なる位置までワイドバンドギャップ半導体基板Sを移動させたのち、さらに、第1ヒータ31、第2ヒータ32によりワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを加熱する。基板の加熱とともに、重ねたワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを、加圧手段により接合室10内部を所定圧力(例えば、100kgf(0.98kN))に加圧して、所定時間(例えば、3分間)保持することにより、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを接合する。これにより、接合基板Wが形成される。 After the wide band gap semiconductor substrate S is moved to a position where the bonding surfaces S1 and P1 come into contact and overlap, the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are further heated by the first heater 31 and the second heater 32. While the substrates are heated, the overlapped wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are pressurized to a predetermined pressure (e.g., 100 kgf (0.98 kN)) by the pressurizing means inside the bonding chamber 10 and maintained for a predetermined time (e.g., 3 minutes), thereby bonding the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P. As a result, a bonded substrate W is formed.

次に、形成された接合基板Wを回収する。第1保持部211の吸着機構60の静電吸着のみを切り、第2保持部221の吸着機構60の静電吸着のみとして、第2保持部221に接合基板Wを保持させる。そして、図8に示すように、第1ホルダ21の上腕部213を矢印A2方向に縮めるとともに、前腕部212を、関節軸部214を中心として矢印C2方向に90度回転させて下方に向ける。さらに、第2ホルダ22の前腕部222を、関節軸部224を中心として矢印D2方向に90℃回転させて下方に向ける。 Next, the bonded substrate W that has been formed is collected. Only the electrostatic chucking of the chucking mechanism 60 of the first holding part 211 is switched off, and only the electrostatic chucking of the chucking mechanism 60 of the second holding part 221 is switched on, causing the second holding part 221 to hold the bonded substrate W. Then, as shown in FIG. 8, the upper arm 213 of the first holder 21 is contracted in the direction of arrow A2, and the forearm 212 is rotated 90 degrees in the direction of arrow C2 around the joint shaft 214 to face downward. Furthermore, the forearm 222 of the second holder 22 is rotated 90 degrees in the direction of arrow D2 around the joint shaft 224 to face downward.

次に、図9に示すように、図2のc位置にある第2搬送台421を、第2アーム422を矢印H方向に沿ってd位置まで回転させることにより、第2保持部221の直下に移動させる。さらに、第2保持部221の吸着機構60の静電吸着から、第2搬送台421の吸着機構60の静電吸着に切り替えて、接合基板Wを第2搬送台421に静電吸着させて保持する。 9, the second conveyance table 421, which is at position c in FIG. 2, is moved to a position directly below the second holding unit 221 by rotating the second arm 422 along the direction of the arrow H to position d. Furthermore, the electrostatic attraction of the suction mechanism 60 of the second holding unit 221 is switched to the electrostatic attraction of the suction mechanism 60 of the second conveyance table 421, and the bonded substrate W is electrostatically attracted to and held on the second conveyance table 421.

さらに、第2アーム422を矢印I方向に沿って回転させることにより、図2のd位置にある、接合基板Wを保持した第2搬送台421をe位置まで移動させる。ここで接合基板Wを回収する。以上により、接合基板Wの製造が完了する。 Furthermore, the second arm 422 is rotated in the direction of arrow I to move the second transport table 421 holding the bonded substrate W from position d in FIG. 2 to position e. The bonded substrate W is then collected. This completes the production of the bonded substrate W.

(従来の接合基板の製造方法、製造装置との比較)
従来の接合基板の製造方法、製造装置においては、接合面を活性化するために、アルゴン(Ar)イオンや、中性のアルゴン粒子をそれぞれの基板の接合面に照射することにより、基板の接合面にある酸素、水素、ヒドロキシル基(OH基)等の界面終端成分を除去して、表面を活性化させていた。
(Comparison with conventional bonded substrate manufacturing methods and manufacturing equipment)
In conventional methods and apparatus for manufacturing bonded substrates, in order to activate the bonding surfaces, argon (Ar) ions or neutral argon particles are irradiated onto the bonding surfaces of the respective substrates, thereby removing interface termination components such as oxygen, hydrogen, and hydroxyl groups (OH groups) present on the bonding surfaces of the substrates, thereby activating the surfaces.

しかしながら、アルゴンイオンやアルゴン粒子の照射は質量を有する粒子によるアタックであり、原理的にスパッタリング現象が起きることから、(1)スパッタではじかれた粒子に由来するパーティクルの発生、(2)真空チャンバー内の物質の金属コンタミの発生が問題となっていた。また、質量を有する粒子による貼り合わせ面におけるスパッタリング現象により、接合面が不均一な凹凸面となり、これが原因となって貼り合わせ後の接合面において空隙(ボイド、例えば、図10(A)の接合基板700におけるボイドV)の原因となる。また、スパッタリング現象により基板や真空チャンバーより飛び出した粒子によるコンタミは接合基板における不良の原因となっていた。 However, irradiation with argon ions or argon particles is an attack by particles with mass, and in principle, a sputtering phenomenon occurs, which causes problems such as (1) the generation of particles resulting from particles repelled by sputtering, and (2) the generation of metal contamination of materials in the vacuum chamber. In addition, the sputtering phenomenon at the bonding surface caused by particles with mass makes the bonding surface uneven, which causes gaps (voids, for example, void V in bonded substrate 700 in FIG. 10(A)) at the bonding surface after bonding. In addition, contamination caused by particles that fly out of the substrate or vacuum chamber due to the sputtering phenomenon causes defects in the bonded substrate.

なお、接合基板に発生したボイドは、光学顕微鏡、または、レーザー顕微鏡等を用いて観察することができる。 The voids that occur in the bonded substrate can be observed using an optical microscope or a laser microscope.

本発明者らは、ワイドバンドギャップ半導体基板とハンドル基板の接合面に紫外線を照射することによって接合面を活性化することで、アルゴン粒子等のスパッタ粒子によるパーティクルや金属コンタミを生じさせずに、活性化した接合面が得られることを見出した。 The inventors have discovered that by activating the bonding surface between the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate by irradiating the bonding surface with ultraviolet light, an activated bonding surface can be obtained without generating particles or metal contamination due to sputtered particles such as argon particles.

本実施形態の基板接合装置であれば、アルゴン等の質量を有する粒子を用いることなく、ワイドバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1を活性化することができることから、ボイドおよびコンタミを低減した、接合基板Wを得ることができる。さらに、基板の接合面に紫外線を照射するときには、ボイドの原因となり得る塵等が発生することがあることから、第1保持面211a、第2保持面221aを下向きに保持することにより、上向き等の場合と比較して、塵等が基板の接合面に付着することを抑制して、ボイドおよびコンタミをより低減することができる。 The substrate bonding apparatus of this embodiment can activate the bonding surface S1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P without using particles having mass such as argon, and can obtain a bonded substrate W with reduced voids and contamination. Furthermore, since dust and the like that can cause voids may be generated when ultraviolet light is irradiated onto the bonding surfaces of the substrates, by holding the first holding surface 211a and the second holding surface 221a facing downward, it is possible to suppress adhesion of dust and the like to the bonding surfaces of the substrates and further reduce voids and contamination compared to the case of facing upward.

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、前述した実施形態の変形等も本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes other configurations that can achieve the object of the present invention, and also includes modifications of the above-described embodiment.

前述した実施形態の接合基板の製造方法においては、関節軸部214,224において第1アームと第2アームの一部が回転する態様であったが、関節軸部を設けずに、アーム全体が回転して、第1保持面および第2保持面を、鉛直下向きおよび互いに対向する向きになるように、第1ホルダおよび第2ホルダの向きを変える態様であってもよい。 In the manufacturing method of the bonded substrate in the embodiment described above, a portion of the first arm and a portion of the second arm rotate at the joint shaft portions 214, 224. However, it is also possible to adopt an embodiment in which the entire arm rotates without providing a joint shaft portion, and the orientation of the first holder and the second holder is changed so that the first holding surface and the second holding surface face vertically downward and face each other.

また、前述した実施形態においては、アームが上腕部と前腕部と関節軸部を有して構成されていたが、基板の保持部の保持面の向きを変えられれば構成は限定されず、例えば、基板の保持部と関節軸部とを直接連結する態様でもよい。 In addition, in the above-described embodiment, the arm is configured to have an upper arm portion, a forearm portion, and a joint shaft portion, but the configuration is not limited as long as the orientation of the holding surface of the holding portion of the board can be changed. For example, the holding portion of the board and the joint shaft portion may be directly connected.

前述した実施形態の接合基板の製造方法においては、接合工程において、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1を水平方向に対向させる方法を説明したが、他の向きに対向させてもよい。 In the manufacturing method of the bonded substrate of the above-mentioned embodiment, a method has been described in which the bonding surfaces S1, P1 of the wide band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are opposed to each other in the horizontal direction in the bonding process, but they may be opposed to each other in another direction.

また、前述した実施形態においては、ワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを1枚ずつ処理する装置について説明したが、複数枚のワイドバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを扱う基板ホルダや搬送ロボットを用いることにより、複数枚の基板を一度の製造バッチにより処理してもよい。 In addition, in the above-described embodiment, an apparatus for processing wide band gap semiconductor substrates S and handle substrates P one by one was described. However, by using a substrate holder or transport robot that handles multiple wide band gap semiconductor substrates S and handle substrates P, multiple substrates may be processed in a single production batch.

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質等を限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質等の限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。 Although the best configurations and methods for implementing the present invention have been disclosed above, the present invention is not limited thereto. That is, the present invention has been described mainly with respect to specific embodiments, but those skilled in the art can make various modifications to the above-described embodiments in terms of shape, material, quantity, and other detailed configurations without departing from the scope of the technical idea and purpose of the present invention. Therefore, the descriptions limiting the shapes, materials, etc. disclosed above are provided as examples to facilitate understanding of the present invention, and do not limit the present invention. Therefore, descriptions of the names of components that have some or all of the limitations on the shapes, materials, etc. removed are included in the present invention.

以下、本発明の実施例および比較例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されることはない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.

本実施例においては、ワイドバンドギャップ半導体基板として炭化ケイ素単結晶基板を用いて、ハンドル基板として炭化ケイ素多結晶基板を用いて、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板とが接合した、炭化ケイ素接合基板を製造した。また、製造装置として、前述した実施形態の基板接合装置100を用いた。基板接合装置100は、紫外線ランプ512、紫外線ランプ522として、Xeエキシマランプを備える。 In this embodiment, a silicon carbide single crystal substrate was used as the wide band gap semiconductor substrate, and a silicon carbide polycrystalline substrate was used as the handle substrate, and a silicon carbide bonded substrate was manufactured in which a silicon carbide single crystal substrate and a silicon carbide polycrystalline substrate were bonded. In addition, the substrate bonding apparatus 100 of the above-mentioned embodiment was used as the manufacturing apparatus. The substrate bonding apparatus 100 includes Xe excimer lamps as the ultraviolet lamps 512 and 522.

[実施例1]
(炭化ケイ素接合基板の製造)
炭化ケイ素単結晶基板として、昇華法によって作製された、直径寸法が4インチの4H-SiC単結晶基板を用いた。また、炭化ケイ素多結晶基板として、化学的気相蒸着法により炭化ケイ素多結晶を成膜して得た、直径寸法が4インチの3C-SiC多結晶基板を用いた。
[Example 1]
(Manufacture of silicon carbide bonded substrates)
The silicon carbide single crystal substrate used was a 4H-SiC single crystal substrate with a diameter of 4 inches produced by sublimation. The silicon carbide polycrystalline substrate used was a 3C-SiC polycrystalline substrate with a diameter of 4 inches obtained by depositing a silicon carbide polycrystalline film by chemical vapor deposition.

まず、活性化処理工程の前に、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板の接合面について、鏡面研磨加工および洗浄を行った。次に、活性化処理工程として、鏡面研磨加工、洗浄した炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板の接合面に、Arイオン、Ar粒子は照射せずに、紫外線を照射した。 First, prior to the activation process, the bonding surfaces of the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were mirror-polished and cleaned. Next, as an activation process, the mirror-polished and cleaned bonding surfaces of the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were irradiated with ultraviolet light without irradiating with Ar ions or Ar particles.

すなわち、基板ホルダ20に炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板を保持させて、接合室10内を真空度が5×10-6Pa以下の超高真空雰囲気とした。さらに、Xeエキシマランプ(紫外線ランプ512、紫外線ランプ522)により、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板の接合面に、波長172nmの紫外線を10mW/cmの強度で2分間、照射した。 That is, the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were held by the substrate holder 20, and the inside of the bonding chamber 10 was made into an ultra-high vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 5×10 −6 Pa or less. Furthermore, the bonding surfaces of the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 172 nm at an intensity of 10 mW/cm 2 for 2 minutes by the Xe excimer lamps (ultraviolet lamps 512 and 522).

次に、接合工程を行った。炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板とを、活性化された接合面同士が接触するように重ねて、活性化処理工程と同じ真空条件のまま、接合室10内を300℃として、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板とを重ねたものに100kgf(0.98kN)の圧力を加えて、3分間保持した。以上により、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板との接合基板を得た。さらに、接合室10内を常温まで温度を下げたのち、接合室10内を大気圧まで復圧して、接合基板を取り出した。接合基板の製造を50回繰り返して接合基板の評価を行った。 Next, a bonding process was performed. The silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were stacked so that the activated bonding surfaces were in contact with each other, and the bonding chamber 10 was heated to 300°C under the same vacuum conditions as in the activation process. A pressure of 100 kgf (0.98 kN) was applied to the stack of silicon carbide single crystal substrate and silicon carbide polycrystalline substrate, and the substrate was held for 3 minutes. In this manner, a bonded substrate of a silicon carbide single crystal substrate and a silicon carbide polycrystalline substrate was obtained. Furthermore, the temperature in the bonding chamber 10 was lowered to room temperature, and the pressure in the bonding chamber 10 was restored to atmospheric pressure, and the bonded substrate was removed. The production of the bonded substrate was repeated 50 times, and the bonded substrate was evaluated.

(炭化ケイ素接合基板の評価)
得られた接合基板の評価を行った。評価は、ボイドの有無の確認、コンタミの有無の確認、および、接合強度の確認とした。
(Evaluation of Silicon Carbide Bonded Substrates)
The resulting bonded substrate was evaluated for the presence or absence of voids, the presence or absence of contamination, and the bonding strength.

ボイドの有無の確認は、光学顕微鏡を用いて顕微鏡観察を行い、得られた接合基板にボイドが発生したか否かを確認した。接合基板にボイドが発生している場合、図10に示す接合基板700のように、点状のボイドVを確認することができる。 To check for the presence or absence of voids, microscopic observation was performed using an optical microscope to check whether voids had occurred in the resulting bonded substrate. If voids had occurred in the bonded substrate, point-like voids V could be confirmed, as in the bonded substrate 700 shown in Figure 10.

また、接合基板を蛍光X線解析に供することにより、接合基板に不純物が含まれているか否かを確認して、コンタミの有無を評価した。蛍光X線解析装置として、NANOHUNTERII(リガク製)を用いた。 The bonded substrate was also subjected to X-ray fluorescence analysis to check whether it contained impurities and to evaluate the presence or absence of contamination. The X-ray fluorescence analysis device used was a NANOHUNTER II (manufactured by Rigaku).

また、接合強度は、得られた接合基板を5mm角のチップ状に切断して、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板との剥離の有無を確認した。 The bonding strength was also evaluated by cutting the resulting bonded substrate into 5 mm square chips and checking for the presence or absence of peeling between the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate.

なお、接合基板の接合強度が十分であっても、図10(B)に示す接合基板800のように接合基板にボイドVが発生している場合、ボイドVが含まれないチップ(例えば、図10(B)のチップ810)は良品であるが、ボイドVが含まれるチップ(例えば、図10(B)のチップ820、830、840)は後工程に用いると不良の原因となり得る。よって、ボイドVが含まれるチップが多いほど歩留まりが低いと評価することができる。 Even if the bonding strength of the bonding substrate is sufficient, if voids V occur in the bonding substrate as in the bonding substrate 800 shown in FIG. 10(B), a chip that does not contain voids V (e.g., chip 810 in FIG. 10(B)) is a good product, but a chip that contains voids V (e.g., chips 820, 830, 840 in FIG. 10(B)) can cause defects when used in a later process. Therefore, it can be evaluated that the more chips that contain voids V, the lower the yield.

接合基板を評価した結果、ボイドの発生は確認されず、また、金属不純物の測定においても検収限界以下であり、コンタミは確認されなかった。また、接合基板を270個の5mm角のチップ状に切断したところ、50回の製造から製造した50枚の接合基板から形成したチップにおいて剥離は確認されず、接合強度は十分であると判断した。 As a result of evaluating the bonded substrate, no voids were found, and measurements of metal impurities showed that they were below the inspection limit, meaning no contamination was found. In addition, when the bonded substrate was cut into 270 5 mm square chips, no peeling was found in the chips formed from 50 bonded substrates produced from 50 production runs, and it was determined that the bonding strength was sufficient.

[比較例1]
比較例1として、基板接合装置100の上下を逆にして設置し、紫外線を照射するときに、基板ホルダ20の第1保持部211の第1保持面211a、第2保持部221の第2保持面221aが上向きになるように配置したこと以外は実施例1と同様にして、接合基板の製造および接合基板の評価を行った。得られた接合基板を評価した結果、50回の製造から製造した50枚の接合基板から形成したチップにおいて剥離は確認されなかった。しかしながら、5枚の接合基板において接合基板1枚につき1個のチップからボイドが確認された。
[Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, the substrate bonding apparatus 100 was installed upside down, and the first holding surface 211a of the first holding portion 211 of the substrate holder 20 and the second holding surface 221a of the second holding portion 221 of the substrate holder 20 were arranged to face upward when irradiating ultraviolet light, and the manufacturing and evaluation of the bonded substrates were performed in the same manner as in Example 1. As a result of evaluating the obtained bonded substrates, no peeling was confirmed in the chips formed from 50 bonded substrates manufactured from 50 manufacturing runs. However, voids were confirmed in one chip per bonded substrate in five bonded substrates.

本発明の例示的態様である基板接合装置100を用いた実施例1において、Ar等の質量を有する粒子の照射を行わずに、ワイドバンドギャップ半導体基板とハンドル基板の接合面に紫外線照射することで、接合面の活性化を行うことにより、アルゴン粒子等のスパッタ粒子によるパーティクルや金属コンタミを生じさせずに、接合基板におけるボイドおよびコンタミを低減した、接合基板が得られることが示された。また、基板の接合面に紫外線を照射するときに、第1保持面、第2保持面が下向きであることから、上向きの場合と比較して、塵等が基板の接合面に付着することを抑制して、ボイドやコンタミをより低減することができることが示された。 In Example 1 using the substrate bonding apparatus 100, which is an exemplary embodiment of the present invention, it was shown that a bonded substrate having reduced voids and contamination in the bonded substrate can be obtained by irradiating the bonding surfaces of the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate with ultraviolet light without irradiating particles having a mass such as Ar, thereby activating the bonding surfaces and not generating particles or metal contamination due to sputtered particles such as argon particles. In addition, it was shown that when ultraviolet light is irradiated to the bonding surfaces of the substrates, since the first holding surface and the second holding surface are downward, it is possible to suppress adhesion of dust and the like to the bonding surfaces of the substrates and to further reduce voids and contamination compared to the case where they are upward.

100 基板接合装置
10 接合室
20 基板ホルダ
211 第1保持部
211a 第1保持面
221 第2保持部
221a 第2保持面
212,222 前腕部
213,223 上腕部
214,224 関節軸部
30 ヒータ
40 搬送ロボット
50 紫外線照射装置
60 吸着機構
ワイドバンドギャップ半導体基板
S1 ワイドバンドギャップ半導体基板の接合面
P ハンドル基板
P1 ハンドル基板の接合面
W 接合基板
100 Substrate bonding apparatus 10 Bonding chamber 20 Substrate holder 211 First holding portion 211a First holding surface 221 Second holding portion 221a Second holding surface 212, 222 Forearm portion 213, 223 Upper arm portion 214, 224 Joint shaft portion 30 Heater 40 Transport robot 50 Ultraviolet irradiation device 60 Suction mechanism S Wide band gap semiconductor substrate S1 Bonding surface P of wide band gap semiconductor substrate Handle substrate P1 Bonding surface W of handle substrate Bonding substrate

Claims (8)

ワイドバンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合して接合基板を製造するための基板接合装置であって、
内部において、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを接合する接合室と、
前記接合室の内部に設けられ、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか一方を保持する第1保持面を有する第1保持部と、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか他方を保持する第2保持面を有する第2保持部と、前記第1保持面および前記第2保持面を、鉛直下向きおよび互いに対向する向きに変えるアームと、を有する基板ホルダと、
前記基板ホルダに保持された前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板の少なくとも一方の接合面に紫外線を照射する紫外線照射装置と、
前記接合室内を真空にする真空装置と、を備え、
前記基板ホルダの前記アームが、前記第1保持部を移動させる第1アームと、前記第2保持部を移動させる第2アームと、を有し、
前記第1アームと前記第2アームとが、それぞれ、水平方向に延びる上腕部と、前記上腕部の一端部に連結するとともに、前記第1保持部または前記第2保持部を支持する前腕部と、前記前腕部を前記上腕部に対して回転させる回転軸となる関節軸部と、を有する、基板接合装置。
A substrate bonding apparatus for manufacturing a bonded substrate by bonding a wide band gap semiconductor substrate and a handle substrate, comprising:
a bonding chamber for bonding the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate therein;
a substrate holder provided inside the bonding chamber, the substrate holder including a first holding part having a first holding surface for holding either the wide band gap semiconductor substrate or the handle substrate, a second holding part having a second holding surface for holding the other of the wide band gap semiconductor substrate or the handle substrate, and an arm for changing the orientation of the first holding surface and the second holding surface to a vertically downward orientation and to an orientation facing each other;
an ultraviolet irradiation device that irradiates ultraviolet light onto at least one of the bonding surfaces of the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate held by the substrate holder;
a vacuum device for creating a vacuum in the bonding chamber ;
the arm of the substrate holder includes a first arm that moves the first holding part and a second arm that moves the second holding part,
a first arm and a second arm each having an upper arm extending horizontally, a forearm connected to one end of the upper arm and supporting the first holding portion or the second holding portion, and a joint shaft portion that serves as a rotation axis for rotating the forearm relative to the upper arm.
前記基板ホルダに保持された前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを加熱するためのヒータをさらに備える、請求項1に記載の基板接合装置。 The substrate bonding apparatus of claim 1 , further comprising a heater for heating the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate held by the substrate holder. 前記基板ホルダが、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを、前記第1保持面および第2保持面において静電吸着する吸着機構を有する、請求項1または2に記載の基板接合装置。 3. The substrate bonding apparatus according to claim 1, wherein the substrate holder has an adsorption mechanism that electrostatically adsorbs the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate on the first and second holding surfaces. 前記紫外線照射装置が、波長170nm~260nmの紫外線を照射する照射源を有する、請求項1~のいずれか1項に記載の基板接合装置。 4. The substrate bonding apparatus according to claim 1 , wherein the ultraviolet ray irradiation device has an irradiation source that irradiates ultraviolet rays having a wavelength of 170 nm to 260 nm. 前記ワイドバンドギャップ半導体基板が単結晶基板であり、前記ハンドル基板が多結晶基板である、請求項1~のいずれか1項に記載の基板接合装置。 5. The substrate bonding apparatus according to claim 1 , wherein the wide band gap semiconductor substrate is a single crystal substrate, and the handle substrate is a polycrystalline substrate. 前記ワイドバンドギャップ半導体基板および前記ハンドル基板が、いずれも、炭化ケイ素基板である、請求項1~のいずれか1項に記載の基板接合装置。 6. The substrate bonding apparatus according to claim 1 , wherein the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate are both silicon carbide substrates. 板接合装置を用いて接合基板を製造する方法であって、
前記基板接合装置は、ワイドバンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合して接合基板を製造するための基板接合装置であって、
内部において、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを接合する接合室と、
前記接合室の内部に設けられ、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか一方を保持する第1保持面を有する第1保持部と、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか他方を保持する第2保持面を有する第2保持部と、前記第1保持面および前記第2保持面を、鉛直下向きおよび互いに対向する向きに変えるアームと、を有する基板ホルダと、
前記基板ホルダに保持された前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板の少なくとも一方の接合面に紫外線を照射する紫外線照射装置と、
前記接合室内を真空にする真空装置と、を備える、基板接合装置であり、
前記アームにより前記第1保持面および前記第2保持面を鉛直下向きとして、前記ワイドバンドギャップ半導体基板の接合面と前記ハンドル基板の接合面を鉛直下向きに保持して、前記ワイドバンドギャップ半導体基板の接合面と前記ハンドル基板の接合面の少なくとも一方に、前記紫外線照射装置により、真空下において紫外線を照射する活性化処理工程と、
前記活性化処理工程の後に、前記アームを駆動させて、前記ワイドバンドギャップ半導体基板の接合面と前記ハンドル基板の接合面を対向させるとともに、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを重ねて接合する接合工程と、を備える、接合基板の製造方法。
A method for manufacturing a bonded substrate using a substrate bonding apparatus, comprising:
The substrate bonding apparatus is a substrate bonding apparatus for manufacturing a bonded substrate by bonding a wide band gap semiconductor substrate and a handle substrate,
a bonding chamber for bonding the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate therein;
a substrate holder provided inside the bonding chamber, the substrate holder including a first holding part having a first holding surface for holding either the wide band gap semiconductor substrate or the handle substrate, a second holding part having a second holding surface for holding the other of the wide band gap semiconductor substrate or the handle substrate, and an arm for changing the orientation of the first holding surface and the second holding surface to a vertically downward orientation and to an orientation facing each other;
an ultraviolet irradiation device that irradiates ultraviolet light onto at least one of the bonding surfaces of the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate held by the substrate holder;
a vacuum device that creates a vacuum in the bonding chamber,
an activation process in which the first holding surface and the second holding surface are oriented vertically downward by the arm, the bonding surface of the wide band gap semiconductor substrate and the bonding surface of the handle substrate are held vertically downward, and at least one of the bonding surface of the wide band gap semiconductor substrate and the bonding surface of the handle substrate is irradiated with ultraviolet light by the ultraviolet irradiation device under vacuum;
a bonding step of driving the arm after the activation treatment step to cause a bonding surface of the wide band gap semiconductor substrate to face a bonding surface of the handle substrate, and overlapping and bonding the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate.
前記接合工程において、前記ワイドバンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板の接合面の対向方向が、水平方向である、請求項に記載の接合基板の製造方法。 The method for manufacturing a bonded substrate according to claim 7 , wherein in the bonding step, the bonding surfaces of the wide band gap semiconductor substrate and the handle substrate face each other in a horizontal direction.
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