JP2005310939A - Fixture for wafer junction and wafer joining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウェハ同士の貼り合わせ、特に半導体ウェハの貼り合わせに用いるウェハ接合用治具に関する。本発明のウェハ接合用治具は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハに放熱性が優れた基板を貼り合わせる構成をとる大電流通電型のＬＥＤ、いわゆるハイパワーＬＥＤを作製する際において、そのウェハを接合するウェハ接合用治具として利用される。 The present invention relates to a wafer bonding jig used for bonding wafers, particularly for bonding semiconductor wafers. The wafer bonding jig according to the present invention is, for example, in producing a high current LED, a so-called high power LED having a structure in which a substrate having excellent heat dissipation is bonded to a light emitting diode (LED) epitaxial wafer. Used as a wafer bonding jig for bonding wafers.
近年、発光ダイオードを主とする光半導体産業では年々高出力化が進む一方で、その構造や作製方法などが多数提案されてきている。通常、発光ダイオードでは、大体直径３mm〜１０mm程度の砲弾型のランプ形状や平型の物が多く使用されている。これらは、数ｍＡ〜２０ｍＡ程度の比較的低電流で使用されることが多く、発光ダイオードのサイズは大体０．２mm〜０．３mmといった所である。 In recent years, in the optical semiconductor industry mainly including light-emitting diodes, while the output has been increasing year by year, many structures and manufacturing methods have been proposed. In general, light emitting diodes are often used in the shape of a bullet-shaped lamp or a flat type having a diameter of about 3 mm to 10 mm. These are often used at a relatively low current of about several mA to 20 mA, and the size of the light emitting diode is about 0.2 mm to 0.3 mm.
しかし、ここ数年で提案されてきた高出力の発光ダイオードにおいては、殆どが高放熱性と大電流駆動がキーワードとして掲げられ、１つの発光ダイオードチップで高い出力を得る物が主流となっている。 However, in the high output light emitting diodes proposed in the past few years, most of them are high heat dissipation and large current drive as keywords, and the ones that obtain high output with one light emitting diode chip are the mainstream. .
例えば、赤色から緑色までの発光を可能とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードでは、特開２００２−２１７４５０号公報（特許文献１）に記されている様に、超高出力の発光ダイオードの構造が開示されている。これに記載された発光ダイオードの最大の特徴は、出発基板とされるＧａＡｓ基板に代わり、高熱伝導率基板（文中ではＳｉ基板）を金属層を介して新規に貼り付けた構造を採ることにある。このような超高出力の発光ダイオードは、通常の発光ダイオードの製造工程と比較して特別な過程を経ることが多く、その結果、製造原価は高くなっている。また、未だ簡略化されていないプロセスが多い他、通常よりも工程が多くなることから、当然、製造の歩留りも通常の発光ダイオードと比較すると低くなっている。これも製造原価を上げる要因の一つである。
従って本発明の目的は、上記の様にエピタキシャル層、エピタキシャルウェハ、あるいはその他の基板に対し、もう一方の基板を貼り合わせる工程を行う際のプロセスを、大掛かりな設備等を必要とせず、安全、且つ簡便な治具を用いて簡略化し、その製造に関わる歩留りを含めた製造原価を低減することにあり、その為のウェハ接合用治具を提供するものである。 Therefore, the object of the present invention is to perform the process of bonding the other substrate to the epitaxial layer, epitaxial wafer, or other substrate as described above, without requiring a large-scale facility, etc. In addition, the present invention provides a jig for wafer bonding for simplification by using a simple jig and reducing the manufacturing cost including the yield related to the manufacture.
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
請求項１の発明に係るウェハ接合用治具は、ウェハ同士を貼り合わせる際に、ウェハ同士を上下方向から包含する様に挟み込む上部ホルダと下部ホルダから成るウェハ接合用治具において、上記上部ホルダと下部ホルダとの間に位置され、且つ密着する方向に所望の圧力が掛けられたウェハの加圧密着状態を保持すべく、上部ホルダと下部ホルダとの間を固定して上記加圧密着状態を保持する機構を設けたことを特徴とする。
The wafer bonding jig according to the invention of
請求項２の発明は、請求項１に記載のウェハ接合用治具において、上記下部ホルダの片面に、重ね合わせたウェハ同士が収まるべきサイズと深さを持ち合わせた凹部を設け、上記上部ホルダの片面に、当該凹部の寸法とほぼ同等の凸部を設けたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the wafer bonding jig according to the first aspect of the present invention, a concave portion having a size and a depth to accommodate the stacked wafers is provided on one side of the lower holder, A convex portion substantially equal to the size of the concave portion is provided on one surface.
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のウェハ接合用治具において、上記加圧密着状態を保持する機構として、上部ホルダと下部ホルダに両者を固定する為の貫通孔を設けると共に、該貫通孔に挿通させて締結するボルトとナットを設けたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the wafer bonding jig according to the first or second aspect, as a mechanism for maintaining the pressure contact state, a through hole is provided for fixing both the upper holder and the lower holder. And a bolt and a nut that are inserted into the through hole and fastened.
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載のウェハ接合用治具において、上記加圧密着状態を保持する機構として、上部ホルダと下部ホルダに両者を固定する為の凹み部又は溝部を設けると共に、該凹み部又は溝部にて係合し上部ホルダと下部ホルダを固定する金属製のクランパを設けたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the wafer bonding jig according to the first or second aspect, as a mechanism for maintaining the pressure contact state, a concave portion or a groove portion for fixing both to the upper holder and the lower holder is provided. And a metal clamper that is engaged with the recess or groove to fix the upper holder and the lower holder.
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のウェハ接合用治具において、上記ウェハ接合用治具に圧力を掛けた状態で、上記加圧密着状態を保持する機構により上部ホルダと下部ホルダを固定する固定箇所が、上記上部ホルダと下部ホルダの平面部の周囲に当たるフランジ部分に設けられ、その固定箇所が、フランジ部分の周方向に等間隔の位置、若しくは対角線上でほぼ等しくなる位置にあり、且つ少なくとも３点以上の固定箇所を有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the wafer bonding jig according to any one of the first to fourth aspects, the mechanism is configured such that the pressure bonding state is maintained while the pressure is applied to the wafer bonding jig. A fixing portion for fixing the holder and the lower holder is provided in a flange portion that touches the periphery of the flat portion of the upper holder and the lower holder, and the fixing portion is substantially equidistant in the circumferential direction of the flange portion or on a diagonal line. It is in the position which becomes equal, and has at least 3 fixed points or more.
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のウェハ接合用治具において、貼り合わせるウェハが、金属ウェハ、半導体ウェハ、絶縁体ウェハのいずれかであり、更にこれらのウェハの接合面に該当する主表面に金属膜が形成されていることを特徴とする。
The invention of
請求項７の発明は、請求項６に記載のウェハ接合用治具において、貼り合わせるウェハ同士の主表面に形成される上記金属膜が少なくとも金（Ａｕ）を含むことを特徴とする。
The invention of claim 7 is the wafer bonding jig according to
請求項８の発明に係るウェハ接合方法は、治具を用いてウェハ同士を上下方向から包含する様に挟み込むことによりウェハ同士を貼り合わせるウェハ接合方法において、圧力印加装置により、治具が密着する方向に所望の圧力を掛け、この加圧密着状態を保持すべく、治具を固定することを特徴とする。 A wafer bonding method according to an eighth aspect of the invention is a wafer bonding method in which wafers are bonded together by sandwiching the wafers from above and below using a jig, and the jigs are brought into close contact with each other by a pressure application device. A desired pressure is applied in the direction, and a jig is fixed so as to maintain this pressure contact state.
このとき、圧力印加装置としては油圧式プレス機などが考えられるが、特にこれに限定されるものではなく、適切に必要な圧力を掛けられる装置であるならば、どのようなものを用いても良い。 At this time, a hydraulic press machine or the like can be considered as the pressure application device, but is not particularly limited to this, and any device can be used as long as it can apply a necessary pressure appropriately. good.
請求項９の発明は、請求項８に記載のウェハ接合方法において、上記治具が、上部ホルダと下部ホルダからなることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the wafer bonding method according to the eighth aspect, the jig includes an upper holder and a lower holder.
請求項１０の発明は、請求項９に記載のウェハ接合方法において、上記治具の固定が、上記上部ホルダと下部ホルダに設けられた両者を固定する為の貫通孔にボルトとナットを挿通させて締結することにより行われることを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the wafer bonding method according to the ninth aspect, wherein the jig is fixed by inserting a bolt and a nut into a through hole for fixing both of the upper holder and the lower holder. It is characterized by being carried out by fastening.
請求項１１の発明は、請求項８〜１０に記載のウェハ接合方法において、上記加圧密着状態を保持すべく治具を固定した後に、加熱処理が行われることを特徴とする。 An eleventh aspect of the invention is characterized in that, in the wafer bonding method according to the eighth to tenth aspects, a heat treatment is performed after a jig is fixed to maintain the pressure contact state.
請求項１２の発明は、請求項１１に記載のウェハ接合方法において、上記加熱処理が真空中で行われることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the wafer bonding method according to the eleventh aspect, the heat treatment is performed in a vacuum.
＜発明の要点＞
本発明は、大掛かりな装置等を必要とせず、極めて簡便な構成の治具を提供することで、上述した超高出力発光ダイオードの製造を主目的としたウェハ接合プロセスにおける製造原価を大幅に低減する。
<Key points of the invention>
The present invention does not require a large-scale apparatus or the like, and provides a jig with an extremely simple configuration, thereby greatly reducing the manufacturing cost in the wafer bonding process whose main purpose is to manufacture the ultra-high power light emitting diode described above. To do.
本発明のウェハ接合用治具は、ウェハを包含する様に構成された上部ホルダと下部ホルダから成り、これらの上方向、下方向、若しくはその両方向から圧力が印加される。圧力の印加された状態で、該治具に設けられた上部ホルダと下部ホルダを固定する為の貫通孔、凹み部、溝部のいずれかに、ボルトとナット、若しくは金属製のクランパ等の固定手段からなる保持機構を用いて、その印加圧力を保持する。これにより、固定された圧力印加装置、例えば液圧式プレス機、空気圧式プレス機などから独立した状態でも所望の圧力が印加された状態が保持される。この状態の治具を、熱処理炉の様なものの中にセットし、これを加熱処理することで容易にウェハ接合プロセスを完了させることが出来る。 The wafer bonding jig according to the present invention includes an upper holder and a lower holder configured to include a wafer, and pressure is applied from above, below, or both directions. Fixing means such as bolts and nuts or metal clampers in any of through holes, recesses, and grooves for fixing the upper and lower holders provided in the jig in a state where pressure is applied The applied pressure is held using a holding mechanism consisting of As a result, a state in which a desired pressure is applied is maintained even in a state independent of a fixed pressure application device such as a hydraulic press or a pneumatic press. The wafer bonding process can be easily completed by setting the jig in this state in a heat treatment furnace and heating it.
ウェハ接合用治具に圧力を掛けた状態で上部ホルダと下部ホルダを固定する際の固定箇所は、上記ウェハ接合用治具の平面部の周囲に当たる部分の全体、若しくは、対角線上でほぼ等しくなる位置にあり、且つ少なくとも３点以上の固定箇所を有することが好ましい。ウェハに相当の圧力を印加する為、重要な技術として、ウェハの面に均一に圧力を掛けていくことが必須である。例えば半導体ウェハが対象であれば、非常に脆く割れ易いので、少しでも圧力印加に偏りがあれば、ウェハを損傷し、良好なウェハ接合が実現出来なくなってしまう。従って、均一に圧力を印加する為には、その圧力を保持する為の固定部材を設ける箇所がウェハ接合用治具の平面部の周囲に満遍なくあることが好ましく、少なくとも３点以上の固定箇所が必要である。 The fixing position when the upper holder and the lower holder are fixed in a state where pressure is applied to the wafer bonding jig is substantially equal on the entire portion of the flat portion of the wafer bonding jig or on the diagonal line. It is preferable to have at least three or more fixed locations. In order to apply a considerable pressure to the wafer, it is essential to apply a uniform pressure to the wafer surface as an important technique. For example, if the target is a semiconductor wafer, it is very brittle and easily cracked. Therefore, if there is a bias in the application of pressure even a little, the wafer will be damaged and good wafer bonding cannot be realized. Therefore, in order to apply the pressure uniformly, it is preferable that the places where the fixing members for holding the pressure are provided are uniformly around the flat portion of the wafer bonding jig, and there are at least three or more fixing places. is necessary.
本発明のウェハ接合における各ウェハ同士の接する主表面には、金属膜、好ましくは金（Ａｕ）系の金属膜が形成されていると良い。本発明のウェハ接合用治具を用いたウェハ接合方法の代表例は、金属同士の熱圧着を応用したものであり、これは例えば半導体同士でのウェハ接合を行うよりも比較的低温でのウェハ接合を実現出来る構造を採る。そして、更にこの金属膜を、酸化などの反応が起き難いＡｕ系の金属で形成することにより、より低温でのウェハ接合を可能とするものである。 In the wafer bonding of the present invention, a metal film, preferably a gold (Au) -based metal film, is preferably formed on the main surface of the wafers in contact with each other. A typical example of the wafer bonding method using the wafer bonding jig of the present invention is an application of thermocompression bonding between metals, which is, for example, a wafer at a relatively low temperature compared to wafer bonding between semiconductors. Use a structure that can achieve bonding. Further, by forming this metal film with an Au-based metal which is unlikely to undergo a reaction such as oxidation, wafer bonding at a lower temperature is enabled.
本発明のウェハ接合用治具は、上部ホルダと下部ホルダ間に位置され、且つ密着する方向に所望の圧力が掛けられたウェハの加圧密着状態を保持すべく、上部ホルダと下部ホルダ間を固定して上記加圧密着状態を保持する機構、例えばボルト、ナット等の保持機構を具備するものである。 The wafer bonding jig according to the present invention is positioned between the upper holder and the lower holder, and between the upper holder and the lower holder, in order to maintain the pressure contact state of the wafer applied with a desired pressure in the direction of contact. A mechanism for fixing and holding the pressure contact state, for example, a holding mechanism such as a bolt or a nut is provided.
従って、本発明のウェハ接合用治具によれば、ウェハ接合用治具にウェハ同士をセットし、更に当該治具の上方向、下方向、又はその両方向からウェハに所望の圧力を掛けた後、この圧力を掛けた状態を、このボルト、ナット等の保持機構により保持することにより、圧力を掛けた状態でウェハ接合用治具を真空中に置き、そこで加熱処理してウェハ同士を貼り合わせることができる。よって、本発明の極めて簡便な構造のウェハ接合用治具と周辺設備のみを用いて、容易にウェハ同士の貼り合わせを行うことが出来る。また本技術を応用すれば、例えば高出力の大電流駆動型発光ダイオードなどが極めて安価に製造することが出来る。 Therefore, according to the wafer bonding jig of the present invention, after wafers are set in the wafer bonding jig, and further, a desired pressure is applied to the wafer from above, below, or both directions of the jig. By holding the pressure applied state with a holding mechanism such as a bolt or nut, the wafer bonding jig is placed in a vacuum with the pressure applied, and the wafers are bonded together by heat treatment. be able to. Therefore, the wafers can be easily bonded to each other using only the wafer bonding jig having a very simple structure and peripheral equipment of the present invention. Further, if this technology is applied, for example, a high-output large current drive type light emitting diode can be manufactured at a very low cost.
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
図１に示すウェハ接合用治具は、ウェハ同士を貼り合わせる際に、ウェハ同士を上下方向から包含する様に挟み込む上部ホルダ１０と下部ホルダ２０を具備すると共に、この上部ホルダ１０と下部ホルダ２０間に位置され、且つ密着する方向に所望の圧力が掛けられたウェハ４０の加圧密着状態を保持すべく、上部ホルダ１０と下部ホルダ２０間を固定して上記加圧密着状態を保持する機構３０を具備する。
The wafer bonding jig shown in FIG. 1 includes an
下部ホルダ２０は、図３に示すように、その上面に、重ね合わせたウェハ同士が収まるべきサイズと深さを持ち合わせた凹部２１を有し、また上部ホルダ１０は、図２に示すように、その下面に、上記凹部２１の寸法とほぼ同等の凸部１１を有する。下部ホルダ２０下面には、ボルト、ナット等の固定手段からなる保持機構の操作を容易にするため、台座２２が突設されている。また、上部ホルダ１０の上面は、プレス機の加圧を容易に受ける構成とするため、平面１２として形成されている。
As shown in FIG. 3, the
従って、上部ホルダ１０と下部ホルダ２０の平面１２の周囲に当たる部分には、凸部１１又は台座２２から半径方向外側に延在する形で、フランジ部分１３、２３が形成されている。
Accordingly,
この実施形態の場合、上記加圧密着状態を保持する機構３０として、上部ホルダ１０と下部ホルダ２０に両者を固定する為の貫通孔３１、３２をフランジ部分１３、２３に設けると共に、該貫通孔３１、３２に挿通させて締結するボルト６０とナット７０を有する。しかし、加圧密着状態を保持する機構３０として、上部ホルダ１０と下部ホルダ２０に両者を固定する為の凹み部又は溝部をフランジ部分１３、２３に設けると共に、該凹み部又は溝部にて係合し上部ホルダと下部ホルダを固定する金属製のクランパを設けて、上部ホルダ１０と下部ホルダ２０を固定する構成とすることもできる。
In the case of this embodiment, as the
上記ボルト６０とナット７０により上部ホルダ１０と下部ホルダ２０を固定する固定箇所は、上部ホルダ１０と下部ホルダ２０のフランジ部分１３、２３において、周方向に等間隔の位置、若しくは対角線上でほぼ等しくなる位置に、且つ少なくとも３点以上設けられる。この実施形態の場合、図２及び図３に示すように、計８箇所設けられている。
The fixing points where the
本発明のウェハ接合用治具を用いたウェハ接合方法では、あらかじめ液圧式プレス、空気圧式プレス、機械式プレスを用いて、ウェハ接合用治具に圧力を印加し、この状態を保持する様に上記ボルトとナット、若しくは金属製のクランパ等の保持機構を用いてウェハ接合用治具を固定する。この状態で上記の圧力印加装置からウェハ接合用治具をリリースすれば、当該装置で印加した圧力は保持され、そしてウェハ接合用治具はプレス機等から独立することが出来る。 In the wafer bonding method using the wafer bonding jig of the present invention, a pressure is applied to the wafer bonding jig in advance using a hydraulic press, a pneumatic press, or a mechanical press, and this state is maintained. The wafer bonding jig is fixed using a holding mechanism such as the bolt and nut or a metal clamper. If the wafer bonding jig is released from the pressure applying device in this state, the pressure applied by the device is maintained, and the wafer bonding jig can be independent of a press machine or the like.
ウェハ接合を低温で行うには、貼り合わせたウェハ同士に相当な貼り合わせ圧力を印加した状態で行うと良い。従って、前述した本発明の方法によれば、ウェハ接合用治具に所望の圧力が印加された状態で、独立したウェハ接合用治具が多数個作製出来る。こうすることで、圧力印加と加熱処理のプロセスを同時に行う為の装置を、加熱処理だけのプロセスを行えば良い装置とすることが出来、ウェハ接合に関わる工程に必要な設備を安価に抑えることが可能となる。また、圧力印加を行わなくて良いので、装置内のスペースの大部分をウェハ配置箇所に与えることが出来るので小規模な加熱装置であっても多数個のサンプルを処理することが可能となり、より一層のスループット向上、設備費用低減が図れ、ウェハ貼り合わせに掛かるコストを極めて安価にすることが出来る。 In order to perform the wafer bonding at a low temperature, the bonding may be performed in a state in which a considerable bonding pressure is applied between the bonded wafers. Therefore, according to the method of the present invention described above, a large number of independent wafer bonding jigs can be produced in a state where a desired pressure is applied to the wafer bonding jig. By doing so, the device for performing the pressure application and the heat treatment process at the same time can be a device that only needs to perform the heat treatment process, and the equipment necessary for the process related to wafer bonding can be kept at a low cost. Is possible. In addition, since it is not necessary to apply pressure, a large part of the space in the apparatus can be given to the wafer arrangement location, so that even a small heating apparatus can process a large number of samples. Further throughput improvement and facility cost reduction can be achieved, and the cost for wafer bonding can be made extremely low.
従って、本発明の意図する重要な部位は、サンプル、つまりウェハ接合用治具に圧力を掛けた状態が、ボルトとナット、若しくは金属製のクランパ等による補助部材によって達成されていることが特徴と言える。 Therefore, an important part intended by the present invention is characterized in that a state where pressure is applied to a sample, that is, a wafer bonding jig, is achieved by an auxiliary member such as a bolt and nut or a metal clamper. I can say that.
また、ウェハ接合用治具にウェハをセットした状態で圧力を掛け、これを固定したサンプルを作製し、更にこれを加熱装置内で加熱処理し、ウェハ接合する方法において、加熱処理する雰囲気は、ほぼ完全に置換された不活性ガス中か、より好ましくは真空中が良い。真空中で加熱処理をすることでサンプル、及びウェハ接合用治具の酸化反応を抑止し、更にウェハ同士の貼り合わされた面の隙間等に存在する種々のガスを除去することが出来る為、よりウェハ接合のし易い条件とすることが出来る。 In addition, in the method of applying a pressure in a state where the wafer is set on the wafer bonding jig, preparing a sample in which the wafer is fixed, and further heating the sample in a heating apparatus to bond the wafer, In an inert gas that is almost completely replaced, or more preferably in a vacuum. Heat treatment in vacuum suppresses the oxidation reaction of the sample and the wafer bonding jig, and further removes various gases present in the gaps between the bonded surfaces of the wafers. Conditions that facilitate wafer bonding can be obtained.
本発明のウェハ接合における各ウェハ同士の接する主表面には、金属膜、好ましくはＡｕ系の金属膜が形成されていると良い。本発明のウェハ接合用治具を用いたウェハ接合方法の代表例は、金属同士の熱圧着を応用したものであり、これは例えば半導体同士でのウェハ接合を行うよりも比較的低温でのウェハ接合を実現出来る構造を採る。そして、更にこの金属膜を、酸化などの反応が起き難いＡｕ系の金属で形成することにより、より低温でのウェハ接合を可能とするものである。 In the wafer bonding according to the present invention, a metal film, preferably an Au-based metal film, may be formed on the main surface of the wafers in contact with each other. A typical example of the wafer bonding method using the wafer bonding jig of the present invention is an application of thermocompression bonding between metals, which is, for example, a wafer at a relatively low temperature compared to wafer bonding between semiconductors. Use a structure that can achieve bonding. Further, by forming this metal film with an Au-based metal which is unlikely to undergo a reaction such as oxidation, wafer bonding at a lower temperature is enabled.
＜実施例：メタルボンディング＞
本実施例は、いわゆるハイパワーＬＥＤを作製する為のウェハ貼り合わせに本発明のウェハ接合用治具を利用した例である。
<Example: Metal bonding>
In this example, the wafer bonding jig of the present invention is used for wafer bonding for producing a so-called high power LED.
先ず、本実施例では、図２及び図３に示す様に、ウェハ接合用治具として、例えばモリブデン製の上部ホルダ１０及び下部ホルダ２０を用いる。
First, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, for example, an
上部ホルダ１０及び下部ホルダ２０には、その治具の周囲を囲む様に貫通孔３１、３２が設けられている。貫通孔３１、３２は例えばＭ１０のボルトを通す為のサイズでその貫通孔の径が決まっている。また、下部ホルダ２０には、重ね合わされた２枚のウェハが丁度収まる様なサイズの深さと径とを有する凹部２１が設けられており、更に上部ホルダ１０には、上記下部ホルダ２０に設けられた凹部２１とほぼ同サイズの径を有した凸部１１が設けられている。この凸部１１の高さは、上記下部ホルダ２０に設けられた凹部２１の深さよりも若干小さい。また、本実施例の凸部１１及び凹部２１の径は直径約３インチの丸となっている。これは、現在主流となっている発光ダイオード用エピタキシャルウェハのサイズが直径約３インチの丸だからである。
The
ここで、上記のウェハ接合用治具にセットされるべきウェハは、例えばＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード用エピタキシャルウェハと導電性Ｓｉ基板である。これらは、それぞれのウェハ接合されるべき主表面に一様に金属接合層が形成されている。例えば、この金属接合層は真空蒸着法や、スパッタ法など、周知の技術を用いて形成することが可能である。 Here, the wafers to be set on the wafer bonding jig are, for example, an AlGaInP light emitting diode epitaxial wafer and a conductive Si substrate. As for these, the metal joining layer is uniformly formed in the main surface which should be joined to each wafer. For example, the metal bonding layer can be formed using a known technique such as a vacuum deposition method or a sputtering method.
次に、本実施例を図を順に追いながら説明する。 Next, this embodiment will be described with reference to the drawings in order.
図４（ａ）は、下部ホルダ２０に２枚の重ね合わされたウェハ４０が先ずセットされ、それを覆い、押さえ込む様に上部ホルダ１０が上から乗せられる。下部ホルダ２０の凹部２１の深さは約２mmであり、これに対する上部ホルダ１０の凸部１１の高さも大体２mmである。そして、これらにセットされた２枚の重ね合わされたウェハの総厚は約０．５mmである。従って、上部ホルダ１０はしっかりと下部ホルダ２０に収まる様に重ね合わされ、セットされたウェハ２枚も、包含された状態で、殆ど動く様な余地は無い。
In FIG. 4 (a), two
次に図４（ｂ）では、重ね合わされた２枚のウェハ４０をセットしたウェハ接合用治具を、当該治具の上方向から液圧式プレス機、本実施例では油圧式プレス機５０を用いて、圧力を印加した。印加した圧力（加重）は、直径７６．２mmのウェハに対し、約８ｋｇ／cm2の圧力となる様に、約１１６ｋｇの圧力（加重）を印加した。圧力（加重）の測定方法としては、油圧式プレス機５０に付属の圧力計からも読み取れるが、より小さい値で読み取るには、ウェハ接合用治具の土台としてロードセルなどを用いると尚、小さいスケールでの圧力設定が可能となるのでより好ましい。
Next, in FIG. 4B, a wafer bonding jig in which two
次に図４（ｃ）では、図４（ｂ）で印加した圧力（加重）を保持した状態で、ウェハ接合用治具の周囲に設けられた貫通孔３１、３２にボルト６０を通し、これをナット７０で止める。この時のボルト及びナットはモリブデン製とした。これによって、油圧式プレス機５０によって印加した圧力をボルト、ナットによって保持することが可能となる。
Next, in FIG. 4C, with the pressure (weight) applied in FIG. 4B maintained,
図２及び図３に示したように、本実施例では、ウェハ接合用治具の周囲に計８個の貫通孔３１、３２が設けられており、それぞれ対角線上にほぼ規則正しく配置されている。この貫通孔３１、３２にボルト６０を通し、これをナット７０で止める箇所は、少なくとも対角線上で結ばれた３箇所以上であることが、安定した状態で圧力を保持する為には好ましい。上記した圧力をウェハに印加する場合、均一に加重が掛からなければウェハに割れや欠けが生じてしまう虞がある。
As shown in FIGS. 2 and 3, in this embodiment, a total of eight through
次に図４（ｄ）では、油圧式プレス機５０で印加していた圧力（加重）をリリースした状態になっている。しかし、ウェハ接合用治具に掛かる圧力（加重）は、図４（ｃ）の工程で行ったボルト、ナットによる固定によって保持された状態になっている。つまり、油圧式プレス機から独立した状態にあってもウェハには８ｋｇ／cm2の圧力が印加された状態が保持されているのである。
Next, in FIG. 4D, the pressure (weight) applied by the
次に上記の様に作製されたウェハ接合用治具及びサンプルを、熱処理炉の様な、サンプルを加熱処理出来る設備の中にセットする。この設備では、好ましくは減圧状態が出来る様な設備であることが好ましい。真空中での加熱工程とすることで、窒素中などの雰囲気で行うウェハ接合よりも低い加熱温度でウェハ接合が可能となる。次に、この設備の中でウェハ接合用治具を約３００〜４００℃に加熱する。所望の温度になってから数分乃至数十分保持し、その後冷却工程を経てウェハ接合用治具を当該設備より取り出す。次にウェハ接合用治具に設けられたボルトとナットを外し、印加した圧力から開放する。 Next, the wafer bonding jig and the sample manufactured as described above are set in a facility such as a heat treatment furnace that can heat-process the sample. In this equipment, it is preferable that the equipment can be in a reduced pressure state. By performing the heating process in vacuum, wafer bonding can be performed at a lower heating temperature than wafer bonding performed in an atmosphere such as nitrogen. Next, the wafer bonding jig is heated to about 300 to 400 ° C. in this facility. After reaching the desired temperature, the temperature is maintained for several minutes to several tens of minutes, and then the wafer bonding jig is taken out from the equipment through a cooling process. Next, the bolts and nuts provided on the wafer bonding jig are removed and released from the applied pressure.
この様に、上記の工程を経ることで非常に簡便にウェハ貼り合わせが完成する。 In this way, wafer bonding is completed very easily through the above-described steps.
上記したサンプルを加熱処理する設備は、例えば図５に示す様な装置が考えられる。これは、真空排気の出来るチャンバー８０の中に、ドーム状のサンプルホルダ９０が取り付けられた構造で、これらは自公転が可能である。このサンプルホルダ９０には、上述のウェハ接合用治具１１０が複数個取り付けられる。これらのウェハ接合用治具、つまりサンプルを加熱処理する方法は、当該チャンバーの床面に設けられたランプヒータ１００によって行われる構造とする。
For example, an apparatus as shown in FIG. This is a structure in which a dome-shaped
この様な装置構造と、本実施例に示したウェハ接合用治具及びウェハ接合方法を採ることにより、極めて安価な装置を用いて一度に大量のサンプルを処理出来る為、ウェハ貼り合わせに掛かるコストを極めて低く抑えることが出来る。
＜他の実施例、変形例＞
上記実施例では、ウェハ接合用治具に関わる部材を全てモリブデン製としたが、例えばステンレスや、タングステンなどの材質を用いても本発明の意図する効果は容易に得られる。
By adopting such an apparatus structure and the wafer bonding jig and wafer bonding method shown in this embodiment, it is possible to process a large number of samples at once using an extremely inexpensive apparatus. Can be kept very low.
<Other embodiments and modifications>
In the above embodiment, all the members related to the wafer bonding jig are made of molybdenum. However, even if a material such as stainless steel or tungsten is used, the intended effect of the present invention can be easily obtained.
また上記実施例では、ウェハ接合用治具に対し印加した圧力を保持する手段としてボルト及びナットを用いたが、例えばその他の方法として、例えばテーパーのついたクランプを用いた方法でも、本発明の意図するウェハ接合用治具を得ることが出来る。 In the above embodiment, bolts and nuts are used as means for holding the pressure applied to the wafer bonding jig. However, for example, other methods such as a method using a tapered clamp may also be used. An intended wafer bonding jig can be obtained.
１０ 上部ホルダ
１１ 凸部
２０ 下部ホルダ
２１ 凹部
１３、２３ フランジ部分
３０ 加圧密着状態を保持する機構
３１、３２ 貫通孔
４０ ２枚の重ね合わされたウェハ
５０ 油圧式プレス機
６０ ボルト
７０ ナット
１１０ ウェハ接合用治具
DESCRIPTION OF
60
Claims (12)
上記上部ホルダと下部ホルダとの間に位置され、且つ密着する方向に所望の圧力が掛けられたウェハの加圧密着状態を保持すべく、上部ホルダと下部ホルダとの間を固定して上記加圧密着状態を保持する機構を設けたことを特徴とするウェハ接合用治具。 When bonding wafers together, in a wafer bonding jig consisting of an upper holder and a lower holder that sandwich the wafers from above and below,
In order to maintain the pressure contact state of the wafer, which is located between the upper holder and the lower holder and is applied with a desired pressure in the direction of close contact, the upper holder and the lower holder are fixed to each other to A wafer bonding jig comprising a mechanism for maintaining a pressure contact state.
上記下部ホルダの片面に、重ね合わせたウェハ同士が収まるべきサイズと深さを持ち合わせた凹部を設け、上記上部ホルダの片面に、当該凹部の寸法とほぼ同等の凸部を設けたことを特徴とするウェハ接合用治具。 The wafer bonding jig according to claim 1,
Provided on one side of the lower holder is a recess having a size and depth that can accommodate the stacked wafers, and on one side of the upper holder is provided a convex part that is approximately the same as the size of the recess. Wafer bonding jig.
上記加圧密着状態を保持する機構として、上部ホルダと下部ホルダに両者を固定する為の貫通孔を設けると共に、該貫通孔に挿通させて締結するボルトとナットを設けたことを特徴とするウェハ接合用治具。 In the wafer bonding jig according to claim 1 or 2,
A wafer characterized in that as a mechanism for maintaining the pressure contact state, a through hole for fixing both of the upper holder and the lower holder is provided, and a bolt and a nut that are inserted into the through hole and fastened are provided. Joining jig.
上記加圧密着状態を保持する機構として、上部ホルダと下部ホルダに両者を固定する為の凹み部又は溝部を設けると共に、該凹み部又は溝部にて係合し上部ホルダと下部ホルダを固定する金属製のクランパを設けたことを特徴とするウェハ接合用治具。 In the wafer bonding jig according to claim 1 or 2,
As a mechanism for maintaining the pressure contact state, a metal is provided for fixing the upper holder and the lower holder by providing a recess or groove for fixing the upper holder and the lower holder, and engaging with the recess or the groove. A wafer bonding jig provided with a made clamper.
上記ウェハ接合用治具に圧力を掛けた状態で、上記加圧密着状態を保持する機構により上部ホルダと下部ホルダを固定する固定箇所が、上記上部ホルダと下部ホルダの平面部の周囲に当たるフランジ部分に設けられ、その固定箇所が、フランジ部分の周方向に等間隔の位置、若しくは対角線上でほぼ等しくなる位置にあり、且つ少なくとも３点以上の固定箇所を有することを特徴とするウェハ接合用治具。 In the wafer bonding jig according to any one of claims 1 to 4,
A flange portion where a fixing portion for fixing the upper holder and the lower holder by a mechanism for holding the pressure contact state is applied to the periphery of the flat portion of the upper holder and the lower holder while pressure is applied to the wafer bonding jig. The fixing points are at equal intervals in the circumferential direction of the flange portion or at substantially equal positions on the diagonal, and have at least three fixing points. Ingredients.
貼り合わせるウェハが、金属ウェハ、半導体ウェハ、絶縁体ウェハのいずれかであり、更にこれらのウェハの接合面に該当する主表面に金属膜が形成されていることを特徴とするウェハ接合用治具。 The wafer bonding jig according to any one of claims 1 to 5,
The wafer bonding jig, wherein the wafer to be bonded is any one of a metal wafer, a semiconductor wafer, and an insulator wafer, and a metal film is formed on a main surface corresponding to a bonding surface of these wafers .
貼り合わせるウェハ同士の主表面に形成される上記金属膜が少なくとも金を含むことを特徴とするウェハ接合用治具。 In the wafer bonding jig according to claim 6,
A wafer bonding jig, wherein the metal film formed on the main surfaces of wafers to be bonded contains at least gold.
圧力印加装置により、治具が密着する方向に所望の圧力を掛け、この加圧密着状態を保持すべく治具を固定することを特徴とするウェハ接合方法。 In the wafer bonding method of bonding wafers together by sandwiching the wafers from above and below using a jig,
A wafer bonding method, wherein a desired pressure is applied in a direction in which the jig is brought into close contact with a pressure applying device, and the jig is fixed so as to maintain the pressure contact state.
上記治具が、上部ホルダと下部ホルダからなることを特徴とするウェハ接合方法。 The wafer bonding method according to claim 8, wherein
A wafer bonding method, wherein the jig comprises an upper holder and a lower holder.
上記治具の固定が、上記上部ホルダと下部ホルダに設けられた両者を固定する為の貫通孔にボルトとナットを挿通させて締結することにより行われることを特徴とするウェハ接合方法。 The wafer bonding method according to claim 9, wherein
A wafer bonding method, wherein the jig is fixed by inserting a bolt and a nut through a through hole for fixing both the upper holder and the lower holder and fastening them.
上記加圧密着状態を保持すべく治具を固定した後に、加熱処理が行われることを特徴とするウェハ接合方法。 In the wafer bonding method according to claim 8-10,
A wafer bonding method, wherein a heat treatment is performed after fixing a jig so as to maintain the pressure contact state.
上記加熱処理が真空中で行われることを特徴とするウェハ接合方法。
The wafer bonding method according to claim 11,
A wafer bonding method, wherein the heat treatment is performed in a vacuum.
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| JP2004123796A JP2005310939A (en) | 2004-04-20 | 2004-04-20 | Fixture for wafer junction and wafer joining method |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011074274A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | 株式会社ニコン | Pair of substrate holders, method for manufacturing device, separation device, method for separating substrates, substrate holder, and device for positioning substrate |
| JP2013229619A (en) * | 2013-06-13 | 2013-11-07 | Nikon Corp | Substrate holder and bonding device |
| CN105470365A (en) * | 2014-09-05 | 2016-04-06 | 无锡华润华晶微电子有限公司 | LED chip positioning device and positioning method and LED chip manufacturing method |
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- 2004-04-20 JP JP2004123796A patent/JP2005310939A/en active Pending
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