JPS61185916A - 半導体ウエハ−の接合方法及びその接合機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体ウェハー表面に形成した鏡面を清浄な
大気雰囲気内に互いに相対向して配置後、この両鏡面を
密着して一体に接合する技術に関する。

〔発明の技術的背景〕

半導体装置の製造に轟つ【は単結晶半導体基板Ｃ二気相
成長法で特定の導電型を持つ半導体層な形成し、こ＼に
機能素子を形成する技術が広く使用されている。この気
相成長法では下地となる半導体基板から外方拡散する不
純物層の混入を避けるために、種々の工夫がされており
、多くの特許出願がされているのが実情である。

このように、不純物濃度が異なる半導体層を気相成長法
によって形成する場合には表面不純物濃度を正確に調整
することが仲々難かしく、更に堆積法によるためにその
厚さを大きくすることも難かしい。

一方、最近の市場要求は耐圧の大きい素子も要求されて
おり、この観点からすると前記気相成長法は必ずしも満
足できる技術とは言えない。

ところで、特公昭４９−２６４５５号公報には複数の半
導体ウェハーを張合せる技術が開示されている。即ち、
鏡面研磨したシリコンウェハーを酸素と窒素ガスを溝だ
した雰囲気中に配置し、この各鏡面ｃ　１２００　Ｃ３
０分間にわたってオキシ塩化燐を不純物源とした′燐を
拡散する。次いで、このウェハーを１１５０　Ｃで１時
間加熱後、これらの周囲を真空状態にし１５０ｋＰ／ｄ
の圧力を加えて１３００　Ｃで圧着すると、前記鏡面が
張合されると記載されている。このように、高濃度の不
純物層を介してウェハーを張合せるようにしたので、ガ
ラス層を間挿した半導体ウェハー周囲を真空状態とした
後高温で圧力を加えて圧着する手法に比較して、融点が
下がるためにウェハーの部分的な融解が防止できるので
、注目すべき技術と考えられる。

〔背景技術の問題点〕

特公昭４９−２６４５５号公報で開示された技術では研
磨して形成した半導体ウェハー鏡面に１２００Ｃで不純
物を拡散してから１３００　Ｃで圧着して両鏡面を張合
わせている。このように圧着時の温度が拡散工程の温度
より高いことは拡散不純物が再拡散することが想定され
、この結果この不純物層の表面濃度が変化するのは否め
ない。前記半導体ウェハーを張合せるには位置合せが必
要と想定されるが、真空状態で実現するのは仲々難かし
く、たとえできたとしても装置はかなり高価となり、得
られる張合せウェハーも高価格となる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の欠点を除去した新規な半導体ウェハーの
接合方法及びその接合機構を提供するもので、特に簡便
な手法で且つ正確に半導体ウェハーを接合可能にする。

〔発明の概要〕

半導体ウェハー表面を研磨して得られる鏡面を水洗して
から脱水処理を行って過剰な水分を除去後、清浄な雰囲
気内で吸着水分を持つ前記半導体ウェハー鏡面を密着し
て接合する技術は本出願人が既に出願している。この半
導体ウェハー鏡面の接合では一方の半導体ウェハー鏡面
を凸状に形成できる治具を使用すれば良質の接合ができ
ることも本出願人から出願済みである。

この接合技術ではその境界面にボイド（Ｖｏｉｄ）の発
生を避けるために気泡の抱き込みをなくす外に、ゴミが
つもらないような清浄雰囲気が必要であるし、更に凸状
な鏡面が得られる治具により均一な圧力附加が′有効と
なる。ところで、半導体ウェハーの搬送や把持が不可欠
な製造装置の自動化に当ってはこのウェハー板面を被搬
送部分としてその縁部分を避けている。

本発明方法では半導体ウェハーのかけ等による微少物発
生を防止するために鏡面を減圧状態で保持し、更に均等
な圧力を接触面Ｃ二加えるために両生導体ウェハー鏡面
の位置合せを行ってから減圧状態を解除する手法を採用
した。

その実現を図る機構は清浄な雰囲気に設置しなければな
らないが、具体的には一対の中空シャフトを鉛直方向に
対向して移動可能に配置し、この下側の中空シャフトに
は移動距離調整装置を付設する。前記中空シャフト端に
配置したウェハー把持機構によって半導体ウェハー鏡面
を相対向して保持する。前記中空シャフトにはこれを移
動可能にする駆動機構を設置するが、この機構を固定す
る支持部を設置して前記中空シャフトだけを移動可能に
し、この支持部は不動とする。前記中空シャフト端には
ウェハー把持機構を設置し、ここに半導体ウェハー鏡面
を保持するが、両鏡面の接触時期が判明する接触感知機
構を設置する。この設置は接合工程時に不動な前記支持
部と可動の前記中空シャフトの一方に固定する絶縁部と
に　って形成し、更に前記支持部にある圧力が加わるよ
うにする。その−例としては前記支持部及び絶縁部間に
スプリングを架設する。従って、下側に位置する中空シ
ャフトを移動して両生導体クエノ・−鏡面が接触すると
上側の中空シャフトが移動すると共に前記絶縁部も共に
移動するため前記接触感知機構が動作する。更に不動の
前記支持部にはある圧力以上が加わり更にクエハ把持機
構に把持した半導体ウェハー鏡面に伝達される。前記ウ
ェハー把持機構端は圧力変化に追従可能な材料で、前記
半導体ウェハー鏡面に沿った平坦部を設けると共に、こ
れを貫通する透孔な複数個設ける。この把持機構には治
具を設ける。前記平坦部に対向する前記治具部分にはそ
の中央部を突出させた傾斜部を形成する。更に前記中空
シャフトは減圧機構に連結されており、前記透孔もこの
減圧機構に流通可能となってい′るので前記半導体ウェ
ハー鏡面が前記平坦部に保持されるほか減圧解除により
離すことが可能となる。前記移動距離調整機構はＸ。

Ｙ、Ｚ軸及び角度調整も可能であり更に複数の調整も可
能である。

〔発明の実施例〕

第１図から第４図（二示した実施例により本発明を詳述
する３ 本発明に係る接合方法を実現する機構から述べるが、微
妙な接合方法を自動化することをも狙っている。即ち、
第１図に示すように架台（１）にクリーンユニット（２
）及びこれに接する囲い（３）を設け、この内にはモニ
ターテレビ（旬、遠隔操作部（５）１回転アーム用ブラ
ケット（６）及びＸ−Ｙテーブル（７）を配置し、前記
囲い（３）の頂面から５００　ｍの位置にＩＴＶカメラ
（８）をも設ける。

前記クリーンユニット（２）は前記囲い（３）の背面に
設置したので、いわゆるダウン７０り方式による清浄化
に比較して半導体ウェハー鏡面ヘゴ之の堆積が避けられ
ると共にクラス１以下の清浄度が得られる。

この半導体ウェハー接合機構（ＩＧは前記Ｘ−Ｙステー
ジに架設する部分囚と、前記回転アーム用ブラケット（
６）に架設する他部分（Ｊ３）とで構成して、前記ブラ
ケット（６）に固定した他部分（Ｂ）を回転して前記Ｘ
−Ｙステージに架設する部分囚に積層して半導体ウェハ
ー鏡面を接合する。第２図は前記（Ａ）及び（ｉ３）が
一体化されていない状態を示す断面図、第３図は他部分
（Ｂ）を廻転して前記部分（ホ）と僅かに離して固定し
た状態を示す断面図、第４図は前記部分（Ａ）と他部分
但）とを一体化する即ち接合工程時を示す断面図である
。

次に移動距離調整機構（ηはＸ−Ｙテーブル、パルスモ
ータ、螺子機構及びフランジを有する。前記Ｘ−Ｙテー
ブル（７）には夫々の軸を駆動するパルスモータを搭載
するが、Ｙ軸方向移動板にはθ軸駆動用パルスモータ（
Ｌｌ）及び２軸駆動用パルスモータ（１３を積層して設
置する。具体的には鉛直方向に配置した中空シャフト０
にナツト及び螺子機構を介して取り着けるが、前記螺子
機構Ｕ　（ＬＳは前記パルスモータαυα２に夫々設置
する。この中空シャフト（１３は前記鉛直方向に移動可
能となるようにすニヤポールベアリングを組み込んだ駆
動機構αｅを係止し、これらは支持部住ηによって固定
する。この支持部は前記θ軸駆動用パルスモータ、Ｚ軸
駆動用パルスモータ、ナツト及び螺子機構も一体とする
。

前記中空シャフトは一端を減圧機構（図示せず矢印のみ
記載）に連結し、他端を半導体ウェハー把持機構端に接
続する。

この把持機構の上端は圧力変化に追従可能な材質例えば
ゴムで構成し、且つ前記鉛直方向に直交する方向に沿っ
た平坦部霞を形成する。更にこの平坦部を貫通する透孔
（１）を複数個設け、前記減圧機構に流通可能とし、前
記平坦部に載置する半導体ウェハー鏡面を保持する。

また、前記把持機構には、前記半導体ウェハー鏡面中央
を突出させる治具を設置する場合もある。

この治具は前記平坦部に対向する部分の中央を突出さそ
端部にかけて傾斜部を形成し、前記減圧機構と前記透孔
との流通を阻害しないよう配慮する。

一方、前記回転アーム用ブラケット（６）に回転可能に
取り着けた回転アーム＠には前記部分０３）を固定する
。

前記中空シャフト０とで一対となる中空シャフト１２り
を配置し、鉛直方向に移動可能となるように駆動機構（
至）を係止し、これを支持部１２４で固定して一体とす
る。前記駆動機構（至）は９ニヤボールベアリングを組
込んで形成する。前記中空シャフト（２）の一端には半
導体ウェハーの把持機構（ハ）を設置し、前記把持機構
ａ→とで保持した半導体ウェハー鏡面の接合工程を行う
。従って構造は前記把持機構ｔｈｅと同様であり、平坦
部四及び複数の透孔罰を持ち、又治具＠を設け、この治
具（至）には前述のように傾斜部器を有する。前記中空
シャフト（至）の他端は減圧機構（図示せず矢印のみ記
載）ｌ；連結して前記透孔■と流通可能とする。

この実施例では接触感知機構（至）を部分但）に設ける
例を示すが、接触時には可動部品が離れるいわゆるタッ
チセンサーを利用した。即ち、前記駆動機構（至）に隣
接し′て前記中空シャフト（２）に環状の絶縁部Ｇυを
固定する。前記支持部■とこの絶縁部ｃ１１）に　って
前記接触感知機構（至）を形成する。この機構には固定
されて不動の支持部（財）に圧力が加えられるように前
記絶縁部６０間にスプリング（２）を係止しておき前記
中空シャフト（２）の移動（二伴い前記部品が離れると
共に前記支持部に係したスプリング端に圧力が余分シー
加えられて半導体ウェハー鏡面に圧力が伝達される。

接触感知機構としてはこの外に接触に伴う応力を検知す
る方式等の機器があるが、何れも適用可能でありその設
置場所も前述の記載に限定されない。

次に接合機構の動作について説明する。

前記遠隔操作部（５）のスイッチをＯＮして部分囚及び
の）の減圧機構を稼動して前記平坦部に半導体ウェハー
鏡面を保持してから前記回転アーム（２）を回転して第
２図に示すように前記部分（Ｂ）を前記部分（４）より
約１ｍの位置に静止させる。゛引続いて前記ＩＴＶカメ
ラによって撮像されたモニターテレビ（４）の画面を見
ながら前記遠隔操作部（５）の多方向操作スイッチによ
り前記半導体ウェハーの位置合せを行う。この操作はＸ
、Ｙ及びθ軸調整を前記パルスモータにより行いその完
了を確認後次工程の２軸上昇に移る。

前述の位置合せはＩＴＶカメラにより前記半導体ウェハ
ー鏡面のオリ７う部端２点と、このオリフラ部に直角な
点との３点を前記モニターテレビに写し出しこの像を見
ながら前記多方向操作スイツｔにより実施する。

前記Ｚ軸方界も前記遠隔操作部のスイッチにより、上側
の半導体クエ・・−鏡面に下側の半導体クエ・・−に接
触すると前記接触感知機構の部品が離れ、この信号より
前記中空シャフトα１の移動距離を測定し、任意の設定
位置まで上昇することにより接合圧の荷重を管理する。

前記設定位置に前記中空シャフト０が達すると前記減圧
機構が解除されると同時に、２軸即ち。

この中空シャツ）　Ｑｌは停止してから下降して原点復
帰する。その後前記回転アームは逆回転して原点復帰す
る。その後接合した半導体ウェハーを取出す。

次に半導体クエＩ・−の接合方法を述べる。

接合工程以前の前処理としては鏡面研磨、水洗及び洗浄
工程を経る。２枚の半導体ウェハーを用意し、その被接
合面を鏡面研磨して表面粗さ５００１以に形成する。こ
の際半導体クエ・・−の表面状態Ｃ二よっては　Ｈ，Ｏ
，＋　Ｈ，Ｓ　Ｏ，→ＨＦ→稀ＨＦ’処理に続いて脱脂
及びこの半導体ウェハー表面に被着するスティンフィル
ムを除去する。次いで、この半導体ウェハー鏡面を清浄
な水で数分程度洗浄後室温のもとでスピンナー処理のよ
うな脱水処理をする。この処理工程は前記半導体ウェハ
ー鏡面に吸着していると想定される水分をそのｉ＼残し
て過剰な水分を除去するもので、この吸着水分が殆んど
揮散する１００　Ｃ以上の加熱乾燥は避ける。この工程
に半導体ウェハーはクラス１以下の清浄雰囲気中で前記
接合機構により接合するが、前述のように前記把持機構
の平坦部に載置後、前記減圧機構の稼動により前記半導
体ウェハー鏡面を保持する。

前記治具の傾斜部と前記平坦部を構成するゴムの弾性力
、ならびに前記透孔な介する減圧例えばＩＱ　　ｔｏｒ
ｒｌ二よって前記半導体鏡面中央が突出した形状になる
。一方の中空シャフトα優の前記平坦部にも他の半導体
ウェハー鏡面が同様な原理で保持されるが、前述のよう
にその中央部が突出した場合と平坦な場合がある。何れ
の場合も、先ず両生導体ウェハー間距離がＩＷ程度の割
合近距離に保持して位置合せを行う。

次いで、前述のように接合工程を施して両生導体ウェハ
が一体となった複合半導体ウェハーを得る。前記接合工
程では前記接触感知機構の動作？二よって接触圧力を均
等にする外、前記減圧機構の動作解除により前記鏡面中
央部からその周辺に同って接合される。

〔発明の効果〕

前述のようにこの接合工程はボイドの発生を防ぐことが
肝要であり、このため本発明方法では両生導体ウェハー
鏡面中央部の位置合せを行って、接合が中央部か′ら中
央部から周辺に向って形成されるように配慮した。両生
導体ウェハー鏡面が突出していた場合位置合せにより気
体の抱き込みが防止され、前記接触感知機構の存在によ
って接触時の圧力を均一にしたので、ボイド発生を減少
出来、複合半導体ウェハーの歩留りを向上出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る接合機構の一部を除いた見取り図
、第２図は接合機構のうち接合工程前の配置を示す断面
図、第３図は接合工程直前の接合機構断面図、第４図は
接合工程時の接合機構断面図である。 ヱ：移動距離調整機構　１３：第１の中空シャフト１６
．２３：駆動機構　１７，２４：支持部１ｇ、２５：把
持機構　１９．２６：平坦部２０．２７：透孔　　　２
２：第２の中空シャフト２８：治具　　　　　２９，２
９’：傾斜部３２：接触感知機構 代理人　弁理士　　井　上　−男 第１図 第　　２　　図 第　　３　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハーに形成した鏡面を清浄な雰囲気内
   に相対向して配置する工程と、この相対向する半導体ウ
   ェハー鏡面を減圧状態で保持する工程と、この半導体ウ
   ェハー鏡面の少くとも一方をその中央部が突出するよう
   に変形する工程と、この半導体ウェハー鏡面を位置合せ
   する工程と、この半導体ウェハー鏡面中央部の接触を感
   知する工程と、前記半導体ウェハー鏡面の減圧状態を解
   除する工程とを具備することを特徴とする半導体ウェハ
   ーの接合方法。
2. （２）清浄な雰囲気内に配置し、鉛直方向に相対向して
   設ける第１及び第２の中空シャフトと、これらに連結す
   る減圧機構と、前記第１及び第２の中空シャフトに接続
   するウェハー把持機構と、この機構の相対向する部分を
   圧力変化に追従可能な材料で形成する平坦部と、前記第
   １及び第２の中空シャフトに流通可能にこの平坦部を貫
   通して設ける透孔と、少くとも一方の前記把持機構内に
   設ける治具と、前記平坦部に対向するこの治具部分の中
   央部を突出して形成する傾斜部と、前記第１及び第２の
   中空シャフトに係止し移動可能にする駆動機構と、この
   駆動機構を固定する支持部と、前記第１、第２の中空シ
   ャフトの何れか一方に係止する接触感知機構と、前記第
   ２の中空シャフトに係止する移動距離調整機構とを具備
   することを特徴とする半導体ウェハーの接合機構。