JPH061790B2 - 半導体基板の接着装置 - Google Patents

半導体基板の接着装置

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JPH061790B2
JPH061790B2 JP60021880A JP2188085A JPH061790B2 JP H061790 B2 JPH061790 B2 JP H061790B2 JP 60021880 A JP60021880 A JP 60021880A JP 2188085 A JP2188085 A JP 2188085A JP H061790 B2 JPH061790 B2 JP H061790B2
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JP
Japan
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semiconductor wafer
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semiconductor
wafer
holder
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JP60021880A
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JPS61182239A (ja
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孝 四戸
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/70Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping
    • H10P72/78Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using vacuum or suction, e.g. Bernoulli chucks
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/50Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for positioning, orientation or alignment

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、シリコンなどの半導体ウエハ同士を直接接着
させるための装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
鏡面研磨されたシリコンなどの2枚の半導体ウエハを、
その研磨面同士を清浄な条件下で接触させると強固な接
合体ウエハが得られる。この方法は、ウエハ間に接着剤
等の異種物質を介在させる必要がないため、その後の高
温処理や各種化学処理を1枚の半導体ウエハと全く同様
に行うことができる。また、この方法によれば、種々の
不純物濃度,厚さ,拡散層等を有する2枚の半導体ウエ
ハを比較的低温(200℃以上)で直接接着し、1枚の半
導体ウエハとすることができるので、エピタキシヤル成
長法などの従来方法では製造困難、もしくは製造不可能
であつた素子構造をも実現することが可能となつた。
しかしながら、この方法で半導体ウエハを接着させる場
合、ウエハの反り等のため周辺部が先に接着し、接着部
に気泡が取り残されるという問題があり、リソグラフイ
ーに使用するマスクアライナーのような装置で接着を行
うと均一な接着ができなかつた。従つて、従来はたかだ
か1枚の半導体ウエハにパターニングされた場合にのみ
限られ、各々パターニングされた2枚の半導体ウエハを
接着することは不可能であつた。
〔発明の目的〕
本発明は、各々パターニングされた2枚の半導体ウエハ
を、相互の位置関係を合わせ、接着面に気泡を残すこと
なく接着する装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明の装置は、各々パターニングされた2枚の半導体
ウエハを、その相互の位置関係を合せ接着するにあたつ
て、一方の半導体ウエハをその中央部が凸型となるよう
にたわませた状態でその凸型面を他方の半導体ウエハに
接触させて、両ウエハの接着を行うことを特徴としてい
る。
本発明の装置を構成する部品である支持台は、上記のよ
うに一方に半導体ウエハ中央部を凸型にたわませて保持
するためのものであり、表面中央部が凸型となるように
テーパ面または曲面成型されその表面に開口する排気孔
を有する基台と、この基台に重ねられ、半導体ウエハが
載置される面の外周部に溝が形成されかつその溝に沿つ
て前記基台の排気孔と連通する複数個の排気孔が形成さ
れた弾性体からなるチヤツクを備える。そしてチヤツク
上に載せられた半導体ウエハを、チヤツクの排気孔およ
び基台の排気孔を介して真空吸引することにより、チヤ
ツクと共に半導体ウエハを基台の表面形状を反映して中
央部が凸型となる状態で保持するようにしたものであ
る。
このような支持台に凸型状にたわませた状態で保持され
た一方の半導体ウエハと、ホルダーにたわみのない状態
で保持された他方の半導体ウエハとの相対位置を調整す
る操作では、たわみのない半導体ウエハ同士の場合には
ないいくつかの解決すべき問題が生じる。まず、第1の
問題点は、半導体ウエハを凸型状にたわませると上方か
ら見た場合に合わせマークの位置が内側に移動すること
である。従つて、各々の半導体ウエハ上の同じ位置に合
わせマークをつけただけではこのずれのために相互の合
わせができなくなる。第2の問題点は、一方の半導体ウ
エハが支持台に保持される時に半導体ウエハの中心が支
持台の凸部の頂点からずれると、上方から見た合わせマ
ークの形状が歪み、正確な合わせができなくなることで
ある。これらの問題を解決するために本発明の装置では
いくつかの対策を考えてある。以下、順を追つて説明す
る。
まず第1に、たわみによる合わせマークの移動に対して
は、接着すべき2枚の半導体ウエハの対応する合わせマ
ークの少なくとも一方を半導体ウエハの半径方向に長い
形状とするなどの方法で合わせマークが移動しても対応
する合わせマークの少なくとも一部は重なりを持つよう
にすることで対拠できる。第2に、たわみによる合わせ
マーク歪みは、接触すべき2枚の半導体ウエハ同士の合
わせの前に支持台の中心と支持台に保持される半導体ウ
エハの中心とを合わせる操作を導入することによつて解
消する。この操作を具体的に説明すると、まず最終的に
支持台に保持されるべき一方の半導体ウエハを接着面側
どホルダーに保持し、ホルダーと支持台を近接させた状
態にて半導体ウエハの合わせマークと、支持台上に設け
られたマークとの位置合わせを行い、次に半導体ウエハ
と支持台を接触させ、ホルダー側の真空吸着を解除し支
持台側の真空吸着を開始して、凸型にたわませた状態で
支持台上に保持する。上記のように、半導体ウエハを接
着面側で保持する場合には、接着面の汚染を防ぐために
半導体ウエハの中央部はホルダーに接触させず、半導体
ウエハの周辺部だけで真空吸着し保持することが望まし
い。あるいは、支持台よりも大きな内径を持つ円筒状の
可動機構を備えた支持柱を別に設けて、半導体ウエハを
非接着面で保持するようにしてもよい。
第3に、凸型にたわんだ状態での合わせ精度を改善する
ために、少なくとも3箇所で位置合わせを行う。たわみ
による合わせマークの移動量は支持台の形状によつて決
まるので、この大きさを考慮して合わせマークを形成す
れば、2箇所だけでも位置あわせをすることは可能であ
るが、この移動量は半導体ウエハの厚さなどによつて微
妙に変化するので合わせ精度を規定熱囲内におさめるこ
とは困難である。位置合わせを3箇所で行うようにすれ
ば、たわみによる合わせマークの半径方向への移動を考
慮せずに合わせマークを設計しても円周方向の合わせマ
ークのずれを調整するだけで正確に相対位置を合わせる
ことができる。
更に、本発明ではこれら凸型にたわんだ状態で合わせを
行うために生じる問題を解決する別個の方法として、支
持台に半導体ウエハが凸型にたわむ状態とたわまない状
態の2つの状態で保持できる機構を持たせ、たわまない
状態で2枚の半導体ウエハの位置合わせを行い、然る後
に支持台に保持されている半導体ウエハを凸型にたわま
せ、ホルダーに保持されている半導体ウエハを接触さ
せ、支持台の真空吸着を解除して2枚の半導体ウエハを
接着させる方法を提供する。この方法によれば、2枚の
半導体ウエハともたわまない状態で位置合わせを行える
ので、従来のマスクアライナーと全く同様にして接着面
に気泡を残すことなく接着することができる。従つて、
位置合わせが1回で済むので、大幅な時間短縮が可能と
なる。但し、位置合わせをした後に支持台上に保持され
た半導体ウエハを一度凸型にたわませて、また戻すとい
う操作が入いるために、凸型にたわませた状態で位置合
わせを行い、すぐに接着させる前述の方法に比べると位
置合わせの精度は低い。
〔発明の効果〕
本発明の装置を用いることにより、各々パターニングさ
れた2枚の半導体ウエハを、相互の位置関係を合わせ、
接着面に気泡を残すことなく接着することが初めて可能
となる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例の装置を示す図である。図に
おいて、14は接着すべき第1の半導体ウエハを凸型にた
わませて保持するための支持台、13は接着すべき第2の
半導体ウエハを保持するためのホルダーであり、22のホ
ルダー駆動機構によつて上下に移動し、支持台13との間
隔を任意に設定できる。23は支持台14の位置をx方向,
y方向,θ方向に微調整するためのステージで、20は半
導体ウエハを透過する波長の光を発生する光源であり、
21は半導体ウエハを透過してきた光を検出するための光
学系である。光源20から発生した光は排気孔18内を通過
し、支持台14もしくはホルダー13に保持された半導体ウ
エハを透過して光学系21で検出されるので、半導体ウエ
ハ上に形成された位置合わせマークを見ながらステージ
23を微調整して位置合わせを行うことができる。
支持台14は、基台16とラバー・チヤツク15とから構成さ
れている。基台16は金属等でつくられ、表面中央部が凸
型となるように曲面加工されており、表面に開口する排
気孔18が形成されている。15は基台16上に被せられる、
半導体ウエハを載置するためのラバー・チヤツクであ
る。このラバー・チヤツク15には複数の排気孔18が形成
されている。基台16の下に排気管19が設けられており、
この排気管19を介して真空吸引することにより、排気孔
18を介して半導体ウエハの外周部が引つ張られてラバー
・チヤツク15が基台16の表面形状に従つてたわみ、この
結果、半導体ウエハは中央部が凸型になつた状態で保持
される。このようにして保持した半導体ウエハをもう一
方の半導体ウエハに接触させ、ラバー・チヤツク15内に
空気等を少しずつ導入して半導体ウエハのたわみを徐々
に回復させる。これにより、接着面は中央部から周辺部
に向かつて広がり、気泡を取り込むことなく2枚の半導
体ウエハを接着することができる。特許請求の範囲第6
項記載の装置の場合には、例えばウエハの周辺を支持台
14上に機械的に保持し、中央部を押すことによつてウエ
ハをたわませる方法を使えば、たわまない状態で保持す
ることも可能である。あるいは、ラバー・チヤツク15の
代りに形状記憶合金を用い、ヒーターで熱することによ
りウエハをたわんだ状態とたわまない状態の2つの状態
で保持する等の方法をとつてもよい。
第2図は、本発明の装置を用いて接着を行う第1の方法
を説明するための図である。これらの図において、11,
12は接着すべき2枚の半導体ウエハであり、13は上下す
る駆動機構を備えたホルダーであり、14は半導体ウエハ
を凸型にたわませて保持する支持台である。ホルダー13
は支持する軸のまわりに回転して、ウエハ11を接着面を
上向きにした状態で保持し、その後に再び回転してウエ
ハを下向きに保持する等の機構を持つことが実用上望ま
しい。このようにしてウエハ11を接着面を下向きにして
ホルダー13に保持し((a)図)、ホルダー13を下方に移
動してウエハ11と支持台14の表面を近づけた状態でウエ
ハ11と支持台14の中心を合わせる位置合わせを行い
((b)図)、然る後にウエハ11と支持台14を接触させ
((c)図)、ホルダー13の真空吸引を止めて支持台14の
真空吸引を開始し、ウエハ11を凸型にたわませた状態で
支持台14に保持しホルダー13を上方に移動する((d)
図)。次にウエハ12を接着面を下向きにしてホルダー13
に保持し((e)図)、ホルダー13を下方に移動してウエ
ハ11とウエハ12の表面を近づけた状態で位置合わせを行
い((f)図)、然る後にウエハ11とウエハ12を接触させ
((g)図)、支持台14によるウエハ11の保持を解除する
ことにより、ウエハ11,12を接着させる。この方法によ
れば、各々パターニングされた半導体ウエハ11,12を残
留ガスなしに全面確実に接着させて強固な接合体ウエハ
を得ることができる。
第3図(a),(b)は、以上述べてきた方法で接着を行う半
導体ウエハに形成する位置合わせマークの例を示す図で
ある。これらの図において、凸型形状のウエハを位置合
わせする精度を上げるため位置合わせマーク24,25は3
箇所に形成されている。第3図(c)は、2枚のウエハを
重ねて位置合わせをした時の位置合わせマークの重なつ
ている様子を示す図である。前述したように一方のウエ
ハが凸型にたわまされると位置合わせマークは半径方向
に移動するので第3図に示したような形状の位置合わせ
マークで十分である。
第4図は、本発明の装置を用いて接着を行う第2の方法
を説明するための図である。前述した方法では、一方の
半導体ウエハを凸型にたわませた状態でウエハ同士の位
置合わせを行つたのに対し、これから述べる方法では接
着すべき半導体ウエハを2枚ともたわませずに位置合わ
せをするので操作は極めて簡単である。まず、ウエハ11
を接着面を上向きにして支持台14にたわまない状態で保
持し((a)図)、ホルダー13にウエハ12を接着面を下向
きにして保持し((b)図)、ホルダー13を下方に移動し
てウエハ11と12の表面を近づけた状態で位置合わせを行
い((c)図)、然る後に支持台14を凸型形状にしてウエ
ハ11を反らせ((d)図)、ウエハ11とウエハ12を接触さ
せ((e)図)、支持台14を平らにしてウエハ11,12を接
着させる。この方法によれば極めて簡便に通常のマスク
アライナと同様の操作で接着をすることができる。
本発明は上記実施例に限られない。例えば第2図の方法
では、半導体ウエハ12は平坦に支持したが、これも半導
体ウエハ11と同様に中央部が凸型となるようにたわませ
て保持してもよい。また第1図の支持台14において、ラ
バー・チヤツク15は他の弾性材料を用いて構成すること
ができる。また基台16の表面は必ずしも曲面でなくても
よく、例えば中央部が凸型となるテーパ面であつてもよ
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の装置を示す図、第2図,第
4図は本発明の装置を用いて装着を行う方法を説明する
ための図、第3図は本発明の装置を用いて接着を行う半
導体ウエハに形成する位置合わせマークの例を示す図で
ある。 11,12…半導体ウエハ 13…ホルダー 14…支持台 15…ラバー・チヤツク 16…基台 17,18…排気孔 19…排気管 20…光源 21…光学系 22…ホルダー駆動機構 23…x,y,θステージ 24…半導体ウエハ11上の位置合わせマーク 25…半導体ウエハ12上の位置合わせマーク

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一方の半導体ウエハを、中央部が凸型とな
    るようにたわませて保持する支持台と、他方の半導体ウ
    エハを前記支持台に対向して保持するホルダーと、支持
    台とホルダーとの間隔を変化する機構と、支持台とホル
    ダーのうち少なくとも一方の位置を微調整する機構と、
    前記半導体ウエハに光が照射された時前記半導体ウエハ
    における光吸収係数を極めて小さくし得る長波長の光ビ
    ームを発生する光源と、前記光源から発せられ前記半導
    体ウエハを透過した光を検出する手段とを有してなるこ
    とを特徴とする半導体基板の接着装置。
  2. 【請求項2】前記支持台は、基台、チャックおよび光源
    からなり、基台は表面中央部が凸型となるようにテーパ
    面または曲面成型され、その表面に開口する排気孔を有
    し、チャックは前記基台に重ねられ、前記一方の半導体
    ウエハが保持される面の外周部に前記基台の排気孔と連
    通する複数個の排気口が形成された弾性体からなり、光
    源は半導体ウエハを透過する波長の光を発生し、前記チ
    ャック上に載せられた前記一方の半導体ウエハを、チャ
    ックの排気孔および基台の排気孔を介して真空吸引して
    その中央部が凸部となる状態で保持するようにしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体基板の
    接着装置。
  3. 【請求項3】前記一方の半導体ウエハを支持台に保持す
    るにあたり、前記一方の半導体ウエハと支持台との相対
    位置を調整する手段を有することを特徴とする特許請求
    の範囲第2項記載の半導体基板の接着装置。
  4. 【請求項4】各々の半導体ウエハ上には、少なくとも1
    個の合わせマークがあり、一方の半導体ウエハが凸型と
    なる状態で支持台に保持される時に、前記一方の半導体
    ウエハの合わせマークを、ホルダーに保持された他方の
    半導体ウエハ上に、前記他方の半導体ウエハ表面に垂直
    な方向から投影して得られる図形と、前記他方の半導体
    ウエハの合わせマークとが重なりを持つように合わせマ
    ークを形成し、特許請求の範囲第1項記載の装置を用い
    て接着を行うことを特徴とする半導体基板の接着方法。
  5. 【請求項5】前記一方の半導体ウエハと前記他方の半導
    体ウエハとの位置合わせを少なくとも3箇所で行うこと
    を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体基板の
    接着装置。
  6. 【請求項6】前記支持台は、半導体ウエハの中央部が凸
    型となる状態と、半導体ウエハがたわまない状態の2つ
    の状態で半導体ウエハを保持するようにしたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体基板の接着装
    置。
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