JP2004266052A

JP2004266052A - 重ね合わせ装置

Info

Publication number: JP2004266052A
Application number: JP2003053895A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Yanagida; 一隆柳田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】基板の重ね合わせの自由度を高めること。
【解決手段】第１基板５０１と第２基板５０３とを重ね合わせる重ね合わせ装置であって、前記第１基板５０１を第１回転軸を中心として回動させる回動機構と、前記第１回転軸の位置を変更する変更機構と、を備え、前記回動機構及び前記変更機構により、第１基板５０１を移動させて第２基板５０３に重ね合わせることを特徴とする重ね合わせ装置。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に基板を重ね合わせる重ね合わせ装置に関し、より詳細には、基板を貼り合せて貼り合わせ基板を作製することに関連する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスでは、貼り合わせ手法を用いてＳＯＩ基板を作製する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、多孔質Ｓｉ上に成長させたＳｉエピタキシャル層を、酸化膜を介して非晶質基板又は単結晶Ｓｉ基板にはり合せる、ウエハ直接貼り合わせ技術を応用したものである。
【０００３】
基板を貼り合わせる際には、貼り合わせ面に気泡を混入させずに貼り合わせことが重要である。貼り合わせの一例としては、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、第一のウエハ２０１を保持するウエハ支持具２０２を、回転中心２０５を中心として回動させ、第二のウエハ支持具２０４に保持された第二のウエハ２０３に重ね合わせる装置がある。また、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第一のウエハ３０１を保持するウエハ支持具３０２を、第一のウエハ３０１の端にある回転中心３０５を中心として回動させ、コンタクトウエーブを制御しながら第二のウエハ支持具３０４に保持された第二のウエハ３０３に重ね合わせる装置がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２１３３８号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示すような位置に回転中心２０５がある場合には、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）へと第一のウエハ２０１を回動させ、図２（ｃ）に示す状態となり第一のウエハ２０１と第二のウエハ２０３とが面内で同時に重ね合わせられる際に、気泡の混入を招くおそれがある。また、図３に示すように、第一のウエハ３０１の端に回転中心３０５がある場合には、第一のウエハ３０１の端で第二のウエハ２０３と重ね合った部分において、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）、（ｃ）の状態へと、重ね合わせが進むにつれてストレスがかかり、割れを引き起こす原因となりうる。
【０００５】
また、Ｓｉ基板同士を重ね合わせる場合などでは、図２Ｃに示すようにＳｉウエハを重ね合わせる際に、Ｓｉウエハ同士の間に数ミクロンのエアーによるギャップを持たせ、その後、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、Ｓｉウエハをピンで押すことによって、コンタクトウエーブ４０２を順次広げることができる。
【０００６】
しかしながら、この場合では、コンタクトウエーブ４０２の進行を制御することができない。例えば、図４（ａ）に示すように、Ｓｉウエハの表面に、表面が周りと比べて粗い個所４０１があった場合には、その部分のコンタクトウエーブ４０２は、周りと比べてその進行が遅くなる（図４（ｂ）参照）。その結果、コンタクトウエーブ４０２の巻き込み４０３が生じ（図４（ｃ）参照）、その部分がボイド４０４となりうる図４（ｄ）参照）。
【０００７】
また、この手法では、Ｓｉウエハ同士が接触する面積は、コンタクトウエーブの進行に依存するため、Ｓｉウエハの外周部の形状によっては、外周部の端まで重なり合わない可能性もあり、歩留まり低下の原因になりうる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、基板の重ね合わせの自由度を高めることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、第１基板と第２基板とを重ね合わせる重ね合わせ装置に係り、前記第１基板を第１回転軸を中心として回動させる回動機構と、前記第１回転軸の位置を変更する変更機構と、を備え、前記回動機構及び前記変更機構により、前記第１基板を移動させて前記第２基板に重ね合わせることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記変更機構は、第２回転軸を中心として前記第１回転軸を回動させる機構を含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の側面は、第１基板と第２基板とを重ね合わせる重ね合わせ装置に係り、前記第１基板を保持する保持部と、前記保持部に連結され、複数のジョイントを有するアームと、前記複数のジョイントにそれぞれ連結され、前記複数のジョイントの位置をそれぞれ変更する複数のアクチュエータと、を備え、前記複数のアクチュエータによって前記第１基板の姿勢を変化させて前記第２基板に重ね合わせることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の側面は、半導体基板の製造方法に係り、基板に多孔質層を形成する工程と、前記多孔質層の上に移設層を形成する工程と、上記の重ね合わせ装置を利用して前記基板を他の基板とを重ね合わせて、貼り合わせ基板を作製する工程と、前記貼り合わせ基板を前記多孔質層の部分で分離する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な第１の実施の形態に係る重ね合わせ装置について説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の好適な第１の実施の形態に係る重ね合わせ装置の例を示す概略図である。
【００１５】
この重ね合わせ装置は、第１基板５０１を保持する第１保持部材５０２と、第２基板５０３を保持する第２保持部材５０４と、第１基板５０１を移動させて第２保持部材５０４に重ね合わせる駆動部５０５と、が設けられている。
【００１６】
第１基板５０１及び第２基板５０３は、重ね合せ基板の被処理対象である基板の一例であり、第１基板５０１としては、例えば、Ｓｉ基板、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２層を形成した基板等が用いられ、好適には、単結晶Ｓｉ基板上の形成された多孔質Ｓｉ層の上に非多孔質の単結晶Ｓｉ層がエピタキシャル成長され、更にその表面にＳｉＯ_２層が形成されたものを用いるのが望ましい。また、第２基板５０３としては、Ｓｉ基板、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２層を形成した基板、石英等の光透過性の基板、サファイヤ等が好適である。しかしながら、第１基板５０１及び第２基板５０３は、これらの材料に限られず、種々の材料を採用することができる。
【００１７】
第１保持部材５０２は、第１基板５０１の裏面を吸着して保持するように構成されるのが望ましい。これによって、処理すべき基板の表面（重ね合せ面）が汚染されたり、損傷を与えたりすることを防止することができる。また、第２保持部材５０４は、第２基板５０３の裏面を吸着して保持するように構成される。このような吸着機構としては、例えば、真空ポンプに接続された吸引孔を有し基板を吸引孔で吸着する真空チャックや、保持部材の上に誘電層を有し基板と保持部材との間に電圧を印加して基板を吸着する静電チャック等を用いることができる。
【００１８】
駆動部５０５は、部材を移動させるためのものであり、第１基板５０１を第１回転軸５０６を中心として回動させる回動機構５０５ａと、第１回転軸の位置を変更する変更機構５０５ｂと、を備える。また、回動機構５０５ａと変更機構５０５ｂとは、別々に動作させてもよいし、同時に動作させてもよい。変更機構５０５ｂは、第２回転軸５０７を中心として、第１基板を移動させるのが好ましいが、これに限定されず、第１基板を任意の方向に移動させてもよい。
【００１９】
次に、本発明の好適な第１の実施の形態に係る重ね合わせ装置の動作について説明する。まず、図５（ａ）に示すように、第１基板５０１が第１保持部材５０２に保持され、第２基板５０３が第２保持部材５０４に保持される。そして、回動機構５０５ａが第１回転軸５０６を支点にして、第１保持部材５０２を回動させ、第１基板５０１を第２基板５０３に近づける。
【００２０】
次に、図５（ｂ）に示すように、変更機構５０５ｂが、第２回転軸５０７を中心として第１回転軸を回動させ、第１基板５０１と第２基板５０３の外周とを接触させる。回動機構５０５ａ及び変更機構５０５ｂは、第１回転軸５０６及び第２回転軸５０７をそれぞれ中心として、順次微量づつ連続して第１保持部材５０２を回動させていくことによって、ウエハに大きな負荷をかけることなく、最外周まではりあわせ領域を広げることができる（図５（ｃ）参照）。この際に、基板が重ね合わせにくいものであったり、基板の面内で荒さの程度が異なるものであったりする場合等においては、回動機構５０５ａ及び変更機構５０５ｂが、第１回転軸５０６及び第２回転軸５０７の回動の程度をそれぞれ適量に制御し、はり合わせ速度やウエハに与える負荷をコントロールすることができる。
【００２１】
以上のように、本実施形態では、変更機構５０５ｂが第２回転軸５０７を中心として第１回転軸を回動させることによって、基板の重ね合わせの自由度を高めることができる。
【００２２】
すなわち、第１回転軸５０６を中心として第１保持部材５０２を回動させた場合には、第１回転軸５０６の位置は固定されたままであるのに対して、本実施形態では、第１回転軸５０６だけでなく第２回転軸５０７を中心として、第１保持部材５０２回動させることができるため、基板を重ね合せる際に基板表面の状態に基づいて、第１保持部材５０２の向きを自由に変化させることができる。また、装置の構成を変えることなく、基板毎に第１保持部材５０２の向きを自由に変化させることができる。
【００２３】
従って、本実施形態によれば、基板を重ね合わせるときに、基板同士が面内で同時に重ね合うことを避けられため、重ね合わせが基板同士の間に気泡が混入する恐れがない。また、基板を重ね合せる際に、基板を保持する保持部の回動中心自体の位置を変更して、重ね合わせ速度や基板に与える負荷を制御しながら重ね合わせが進めることができるため、基板の端で重ね合った部分に対して、基板にストレスがかかることを防止することができる。
【００２４】
また、基板表面に表面の荒さが周りと比べて大きい個所がある場合でも、基板を保持する保持部の回動中心自体の位置を変更して、コンタクトウエーブの進行を制御し、外周部の端まで基板を重なり合わせることができる。
【００２５】
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、駆動部５０５として、回動機構５０５ａと変更機構５０５ｂとを採用したが、駆動部としては、他の回動機構を採用することができる。
【００２６】
このような駆動部の一例を、本発明の好適な第２の実施形態として、図６に示す。図６（ａ）は、本発明の好適な第２の実施形態に係る重ね合わせ装置の駆動部近傍を横から見た断面図であり、図６（ａ）は、本発明の好適な第２の実施形態に係る重ね合わせ装置の駆動部近傍を正面から見た断面図である。
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の好適な第２の実施形態に係る重ね合わせ装置は、基板を保持する保持部５０２’と、保持部５０２’に連結され、複数のジョイントを有するアーム６１３とを備え、アーム６１３は、例えば３つのジョイントを有し、それぞれ３つのユニバーサルジョイント６０７、６０８、６０９に回動自在に接続されている。更に、アクチュエータとしての３つのモータ６０１、６０２、６０３が、ユニバーサルジョイント６０７、６０８、６０９にそれぞれ連結され、ユニバーサルジョイント６０７、６０８、６０９の外周側には、カバー６０９が設けられている。
【００２７】
モータ６０１、６０２、６０３は、それぞれネジ６０４、６０５、６０６に接続されており、このネジ６０４、６０５、６０６の先端部分には、ユニバーサルジョイント６０７、６０８、６０９が連結されている。また、これらのネジ６０４、６０５、６０６の外周側には、それぞれナット６１０、６１１、６１２が配置されている。このような構成において、モータ６０１、６０２、６０３を回転させることによって、保持部５０２’で保持される基板の姿勢を変化させて、基板を重ね合わせることができる。
【００２８】
次に、本発明の好適な第２の実施の形態に係る重ね合わせ装置の動作について説明する。
【００２９】
まず、モータ６０１、６０２、６０３が回転すると、モータ６０１、６０２、６０３に直結しているネジ６０４、６０５、６０６が回転し、ネジ６０４、６０５、６０６の外周側に配置されたナット６１０、６１１、６１２がネジ６０４、６０５、６０６の回転により直進し、その結果、ユニバーサルジョイント６０７、６０８、６０９がそれぞれ前進又は後退する。
【００３０】
このような回転機構を用いることによって、ユニバーサルジョイント６０７、６０８、６０９に接続された保持部５０２’が回動するときの中心点を、図７に示すように他の中心点に変更することができる。すなわち、持部５０２’は、１つの中心点だけでなく、その中心点自体を他の中心点を中心として回動することができるとともに、３つの中心点のそれぞれを中心として回動することもできる。従って、本実施形態によれば、基板の重ね合わせの自由度を更に高めることができる。
【００３１】
［重ね合わせ装置の適用例］
以下、本発明の好適な実施の形態に係る重ね合わせ装置を基板の製造方法に適用した例として、ＳＯＩ基板の製造方法を例示的に説明する。図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明の好適な実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法を概略的に説明するための模式図である。
【００３２】
図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明の好適な実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法を概略的に説明するための模式図である。
【００３３】
まず、図１（ａ）に示す工程では、単結晶Ｓｉ基板１１を準備して、その表面に陽極化成処理等により多孔質Ｓｉ層１２を形成する。
【００３４】
次いで、図１（ｂ）に示す工程では、多孔質Ｓｉ層１２の上に非多孔質の単結晶Ｓｉ層１３をエピタキシャル成長法により形成する。その後、その表面を酸化することにより絶縁層（ＳｉＯ_２層）１４を形成する。これにより、第１の基板１０が形成される。ここで、多孔質Ｓｉ層１２は、例えば、単結晶Ｓｉ基板１１に水素、ヘリウム又は不活性ガス等のイオンを注入する方法（イオン注入法）により形成してもよい。この方法により形成される多孔質Ｓｉ層は、多数の微小空洞を有し、微小空洞（ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ）層とも呼ばれる。
【００３５】
次に、図１（ｃ）に示す工程では、本発明の好適な実施の形態に係る重ね合わせ装置を用いて、単結晶Ｓｉからなる第２の基板２０を準備し、第１の基板１０と第２の基板２０とを、第２の基板２０と絶縁層１４とが面するように室温で密着させて貼り合わせ基板５０を作成する。本発明の好適な実施の形態に係る、基板の重ね合わせの自由度の高い重ね合わせ装置を用いることによって、貼り合わせ基板５０の歩留まりを向上させることができる。
【００３６】
なお、絶縁層１４は、上記のように第１の基板の単結晶Ｓｉ層１３側に形成しても良いし、第２の基板２０上に形成しても良く、両者に形成しても良く、結果として、第１の基板と第２の基板を密着させた際に、図１（ｃ）に示す状態になれば良い。しかしながら、上記のように、絶縁層１４を活性層となる単結晶Ｓｉ層１３側に形成することにより、第１の基板１０と第２の基板２０との貼り合わせ界面を活性層から遠ざけることができるため、より高品位のＳＯＩ基板を得ることができる。
【００３７】
次いで、図１（ｄ）に示す工程では、多孔質Ｓｉ層１２を分離処理して、貼り合わせ基板５０を新たな第１の基板１０’と新たな第２の基板３０に分離する。このときの分離方法としては多孔質Ｓｉ層１２付近にクサビを挿入する方法、高圧流体を多孔質Ｓｉ層１２付近に吹き付ける方法などがある。
【００３８】
その後、図１（ｅ）に示す工程では、多孔質層１２’’と単結晶Ｓｉ層１３で選択比の高いエッチングを行うことによりによりほぼ単結晶Ｓｉ層１３の膜減りを起こさずに後多孔質層１２’を除去しＳＯＩ基板４０が作成される。以上の方法により移設層としての単結晶Ｓｉ層１３及び絶縁層１４を、第２の基板３０に移設することができる。更に水素雰囲気中でアニールすることで極めて表面が平坦なＳＯＩ基板とすることが可能である。
【００３９】
このように、本発明の好適な実施の形態に係る重ね合わせ装置を基板の製造方法に適用することによって、貼り合わせ基板５０の歩留まりを向上させることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板の重ね合わせの自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法を概略的に説明するための模式図である。
【図２】従来の重ね合わせ装置の構成を示す概略図である。
【図３】従来の重ね合わせ装置の構成を示す概略図である。
【図４】コンタクトウエーブの進行を示す概略図である。
【図５】本発明の好適な第１の実施の形態に係る重ね合わせ装置の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の好適な第２の実施形態に係る重ね合わせ装置の駆動部近傍の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の好適な第２の実施形態に係る重ね合わせ装置の駆動部近傍の構成を示す概略図である。

Claims

第１基板と第２基板とを重ね合わせる重ね合わせ装置であって、
前記第１基板を第１回転軸を中心として回動させる回動機構と、
前記第１回転軸の位置を変更する変更機構と、
を備え、前記回動機構及び前記変更機構により、前記第１基板を移動させて前記第２基板に重ね合わせることを特徴とする重ね合わせ装置。