JP4821091B2 - ウェハの接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のウェハを重ね合わせ、電極同士を接合して半導体機能デバイスを製造する装置に関するものである。

近年携帯型の電子機器、例えば携帯電話やノートパソコン、携帯型オーディオ機器、デジタルカメラの進歩が著しい。これに伴って、用いられる半導体集積回路に対して更なる高密度化、微細化、高速駆動化が求められている。

半導体回路の微細化は進んで来たが、４５nmノードのデバイス製造の準備は遅れつつある。その主原因は、ゲート用絶縁体用High-ｋ材料（高誘電率材）、配線用Low-k材料（低誘電率材）の開発遅れ、デバイス発熱量の増大、などである。また、必要な露光装置の開発期間の長期化、価格高騰などの問題が予想されており、従来から続いて来た回路の微細化の速度は、今後は落とさざるを得ない状況にある。 このような状況下においても、半導体デバイスの動作速度向上、機能高度化、大容量化などの市場要求が続いており、これに答えて行かなければならない。

この要求に答える手段として、チップ自体の性能向上に加え、チップの実装技術においても改良を加え、特に、チップ実装面積の低減と半導体デバイスの高速駆動化を実現する工夫が行われてきている。

チップ実装面積の低減のためには、チップを積層することにより実装面積を増加させずに実装チップ量を増加させ、実効的な実装面積の低減をはかることが行われている。例えば、 特許文献１（特開２００１−２５７３０７）、特許文献２（２００２−０５０７３５号）、特許文献３（特開２０００−３４９２２８）にはこのような技術が開示されている。文献１は、チップとチップやチップと実装基板をワイヤによって接続するワイヤボンド方式によるものである。文献２は、チップの裏面に設けられたマイクロバンプを介して、チップとチップやチップと実装基板を接続するフリップチップ方式によるものである。文献３は、ワイアボンド方式、フリップチップ方式の双方を用いて、チップとチップやチップと実装基板を接続するものである。

半導体デバイスの高速駆動化のためには、チップの厚さを薄くし、貫通電極を用いることにより実現する方法が有力である。例えば、厚さをミクロン単位にして実装する例が特許文献４（特開２０００−２０８７０２）に示されている。

ワイヤボンド方式は半導体ベアチップの周囲にワイヤを張るため半導体ベアチップ自体の占有面積以上の大きな占有面積を必要とし、またワイヤは１本づつ張るので時間がかかる。これに対して、フリップチップ方式では半導体ベアチップの裏面に形成されたマイクロバンプにより接続するため、接続のための面積を特には必要とすることがなく、半導体ベアチップの実装に必要な面積は半導体ベアチップ自体の占有面積にほぼ等しく出来る。また１つの面が全てのバンプを有するように出来るため、配線基板との接続は一括して行える。従ってフリップチップ方式は半導体ベアチップの実装に必要な占有面積を極小化して高密度実装化し、電子機器の小型化を図ると共に工期短縮ためには最も適する方法となっている。

このようなチップと実装基板、及びチップとチップ間の接続方法の改良に加え、製造コスト面を低減する手段として、実装工程において、半導体チップが形成されたウェハを個々のチップに分離する前に再配線層や接続バンプの形成、場合によっては樹脂による封止が行われている。このウェハレベルでの処理が有効である半導体デバイスは、製造の歩留まりが高く、ピン数が少ない半導体デバイスであり、特にメモリの生産に利点が多い。（NIKKEI MICRODEVICE 2000年2月号,56頁 及び NIKKEI ELECTRONICS 2003.9.1 P.127）。

従って、半導体基板内部に貫通した導線を設けたウェハを積層して導線を接続・薄加工することにより、回路の配線長を短く出来、デバイスの高速化と低発熱化を実現出来る。また、ウェハ積層の層数を増すことにより、回路の機能を高め、メモリの容量を増やすことが出来る。

ウェハの３次元積層を行なうには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、２枚のウェハあるいは既に積層されたウェハと更に積層する次のウェハの電極同士が合うように位置決めして接触させることが必要である。これを行なうのがウェハ接合装置である。そして、このような半導体デバイスを製造するための製造装置の開発も鋭意なされている。例えば、貼り合わせるべきウェハの位置あわせを行って接合するための装置が学術文献１により紹介されている。（P.Lindner等：2002 Electronic Component and Technology Conference P.1439）。他に、特許文献５（特開平９−１４８２０７号）にも同様な技術が開示されている。

多数の半導体デバイス（ダイ）を有するウェハ間の電極を接合する場合に重要な点は、電極どうしの均一な接触と電極接合面の適度な活性化である。電極接合面の活性化に関しては、加熱処理を行ったり、接合面に振動を加えることが行われている。一方、均一な加圧に関しては、例えばウェハレベルでの接合ではないが、特許文献６（特開２００１−４３７９６）には加圧流体により膨張する弾性シートを使用する方法が、特許文献７（特開２００２−４３３６３）には半円球状ゴムシートを用いた方法が開示されている。また、ウェハレベルの接合には、特許文献８（特開２００３−２４９４２５号）には圧力差を利用した方法が開示されている。
特開２００１−２５７３０７号 特開２００２−０５０７３５号 特開２０００−３４９２２８号 特開２０００−２０８７０２号 特開平９−１４８２０７号 特開２００１−４３７９６号 特開２００２−４３３６３号 特開２００３−２４９４２５号

学術文献

P.Lindner等：2002 Electronic Component and Technology Conference P.1439

異なるウェハ上の電極同士を接合させるにはウェハの変形を防ぎ、位置決め精度を確保することが重要である。従って、平面度のよいウェハホルダにウェハの裏面（非接合面）を真空吸着して表面を出来るだけ平坦に保つことが必要となる。しかし、ウェハの裏面にゴミなどの異物があるとウェハが変形して表面の平面度が劣化し、ウェハ接合時に一部の電極が接触出来ないという問題が発生する。このために、ウェハホルダをピンホルダのように、ウェハとの接触面積を低減したホルダを用いることが考えられる。しかし、このような種類のホルダを用いただけではウェハの電極同士を接触させるときにウェハホルダを介しての加圧に際し、ホルダの接触面の形状により圧力ムラが発生し、一部の電極は接触しても他の部分では接触不良が起こることがある。

また、理想的な平面度のウェハホルダを用い、ウェハ裏面に異物が存在しない場合でもウェハ表面には凹凸があり、ウェハの表面にある電極の全てを接触させることが出来ない問題があった。そして、この問題に対して先に記した方法では不十分であることは判り、鋭意検討の結果本発明の着想に至ったものである。

即ち、本発明ではこれらの問題を解決し、ウェハ全面にわたって一様な圧力で電極を接触させる手段を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために以下の手段を用いている。
本発明の第１の手段は、
少なくとも１つの面に複数の半導体デバイスが形成された２体の半導体ウェハを接合する、接合方法であって、
２体のウェハの少なくとも一方のウェハを、複数の領域ごとに独立に保持力を加えて保持し、
２体のウェハに形成された電極同士の位置合わせを行った後に２体のウェハを接触させ、前記保持領域に加圧力を加えるように切り替えることにより、前記の電極同士の重ね合わせを行うウェハ接合方法である。

２体のウェハを互いに位置あわせした後に必要なことは、互いの位置関係を保ったまま２体のウェハを重ね合わせて保持することである。２体のウェハが接触した段階ではウェハはホルダの正の保持力（ホルダによる吸着する力）により保持されているので、この位置関係にずれは生じない。従来の方法では、次に、接合のために保持力を正から負（他方のウェハに加圧する力）に切り替える。すると、力は例え一瞬といえども零になり、次の瞬間に負の力で急激にウェハは他方のウェハに押しつけられて、位置関係がずれる。これに対して本発明では、ウェハを、複数の領域で、独立に制御可能な力により保持している。保持する力を全体の合力として正から負に切り替えると、合力が零になる極端な場合でも、どこかの領域では力は負となって他方のウェハに押しつけられ、他の領域では力は正でホルダに固定されている。従って、２体のウェハの位置関係にずれは生じない。また、従来のような一括した面全体での加圧では接合される面に凹凸があると凸部には十分な加圧力が加わるが、凹部には十分な加圧力が加わらない。しかしながら、本発明のように領域を分割して加圧することにより接合される面に凹凸があっても凹部にも十分な加圧力を加える事が出来る。

本発明の第２の手段は、前記第１の手段を実施する際に、
前記切り替えに際して、前記領域ごとに時間差を持たせて順次切り替えることを行うウェハ接合方法である。

このように切り替えることにより、接触時に好ましい順序で力を切り替えることが出来、ウェハの変形の防止が可能になる。
本発明の第３の手段は、前記第２の手段を実施する際に、
前記切り替えに際して、ウェハの中心部に近い領域から周辺部の領域に順次切り替える
ことを行う接合方法である。

ウェハを接合する時に、先に周辺部を接合させると、ウェハは接合すべき相手のウェハ面に対して周辺部が先に接触して凹状（他方のウェハに対して凹状）になる。この状態で中心部分に加圧力を加えると、ウェハの周辺部では接触した状態で滑りを生じてウェハに損傷を引き起こす。また、これとは逆に滑りが生じないと、ウェハ中央付近の接触が不完全になる。しかし、本手段を用いると接合すべき相手のウェハ面に対して中央部が先に接触して凸状になり、このような問題が生じなくなる。

本発明の第４の手段は、前記第１から第３の手段のいずれかを実施する際に、
前記保持に際して、吸引されるウェハ面の５０％以上の面積上を非接触状態で保持する
こととしている。

接合されるウェハにゴミ等の異物がホルダのウェハ保持領域に介在すると、保持されたウェハは局所的に凸状にならざるを得ない。局所的な凸部が生じると、ウェハの接合が不完全になってしまう。なお、通常５０％以上が非接触状態で保持されれば異物の影響は低減されるが、好ましくは７５％以上を非接触状態にして保持する。

本発明の第５の手段は、
少なくとも１つの面に複数の半導体デバイスが形成された半導体ウェハを保持するウェハホルダであって、
前記ウェハホルダの保持面が複数の保持領域を有し、
該保持領域毎に互いに独立に配置された、気体の流路を有するウェハホルダである。

このようなウェハホルダを使用すると、ウェハの搬送中やウェハのアライメント時には流路より減圧してウェハを固定し、ウェハを貼り合わせる際には流路より加圧してウェハを押しつけることが可能になる。また、保持面が複数の保持領域に分割されているので、ウェハ面を複数の領域毎に保持力を加えることが出来、本発明のウェハ接合方法を容易に実施できる。

本発明の第６の手段は、前記第５の手段の装置に対して、
前記保持面が凹凸形状を有し、凹部の面積が全体の５０％以上になされていることとしている。

これにより、先の第４の手段を容易に実現でき、所定の効果が得られる。
本発明の第７の手段は、
少なくとも１つの面に複数の半導体デバイスが形成された２体の半導体ウェハを接合するウェハ接合装置であって、
２体のウェハの位置合わせを行うアライメント機構と、
ウェハホルダを支持する支持機構と、
ウェハ移動機構と、
を有し、
前記ウェハを保持する保持力を、保持面内で複数の保持領域毎に独立に制御するコントローラを有するようにしている。

このコントローラに保持力制御のプログラムを組み込むことにより、保持力の大きさ、方向（保持又は加圧）、印加のタイミングを時間的に制御することが容易になる。
本発明の第８の手段は、
２体のウェハを積層する方法であって、
積層する２体のウェハを準備する工程、
前記２体のウェハを接合する工程、
前記接合されたウェハを加圧・加熱する工程
を有し、
ウェハを接合する前記工程において、第１乃至４の手段のいずれかのウェハ接合方法を用いるウェハ積層方法である。

このように接合工程に第１乃至４の手段のいずれかを用いことにより電極接合での不具合をウェハ全面にわたって防止でき、製造の歩留まり向上、コスト高の抑制が可能になる。

以上のように、本発明のウェハ接合方法を用いると、接合するウェハの全面にわたり、横ずれを生じることなく均一な圧力を加えることが出来る。また、本発明の接合装置を用いると容易に本発明の接合方法を実施できる。

更に、本発明によれば、ピンチャックのようなウェハとホルダ間の接触面積の小さいホルダを用いることが出来るので、ウェハの歪を最小限に保って、重ね合わせの精度が劣化しない。

本発明は、上記の本発明の課題解決手段の説明にも記したように、以下の作用を有している。
ホルダには複数の保持領域（真空吸着又は静圧印加の作用領域）があり、各領域の力を独立に制御することが可能になっている。これにより、ある保持領域で真空吸着力によりウェハをホルダに保持しながら、他の保持領域では気体を入れてウェハを静圧力により加圧することが可能になる。従って、保持力と加圧力の切り替え時に横ずれが起きない。吸着領域を順次真空から加圧に切り替えていけば、横ずれを防止しながら加圧する領域を増やしていける。全ての吸着領域を加圧部分に切り替える時には、接触した部分が加圧されて摩擦力が増しているので、保持力（吸着力）が無くても横ずれが生じない。この結果、ウェハ全面にわたり一様な電極接合が得られる。

第4図は本発明によるウェハ接合装置を示すものであり、本発明のウェハ接合方法を実施するのに好適な装置である。
本発明の接合装置は、架台１１、該架台１１の上部に取り付けられた左アライメント顕微鏡12と右アライメント顕微鏡13、アクチュエータ14及び接合するウェハを搬送するウェハ/ウェハホルダ搬送部17と各部の動作を制御するアライメント信号処理部15、圧力制御部16、アクチュエータ駆動部18、中央制御部19を有している。また、ウェハホルダを架台１１に固定する固定手段としての真空吸着固定部Ｕ（符号２２）が架台１１に設けられ、同様に、他のウェハホルダをアクチュエータ１４に固定する手段としての真空吸着固定部Ｌ（符号２３）がアクチュエータ１４に設けられている。尚、両固定部は不図示の真空装置に接続されている。

本発明では、前記アライメント顕微鏡１２，１３，前記アクチュエータ１４，前記アライメント信号処理部１５がウェハの位置あわせを行うアライメント機構になっている。尚、本例ではアライメント顕微鏡を２本用いてフィデュ−シャルマークＦＭを同時観察しているが、アライメント顕微鏡を１本とし、アクチュエータによりフィデュ−シャルマークＦＭを移動させて別々に観察しても良い。要求精度により設計される事項である。 本発明のウェハホルダを支持する支持機構は、真空吸着固定部２２，２３である。本発明のウェハ移動機構はアクチュエータ14であり、このアクチュエータはＸ，Ｙ（ウェハ面に平行な座標軸）、Ｚ（ウェハ面に垂直な座標軸）シータ（Ｚ軸周りの回転）、ティルト１、ティルト２（Ｘ又はＹ軸周りの回転）の６つの自由度に対してウェハホルダとウェハを位置決めできる。アクチュエータの構成としては、Ｘ、Ｙ軸方向の移動にはガイド軸とリニアモータを、Ｚ軸方向の移動及びシータ、チルトの回転にはピエゾ素子を用いることができる。移動距離が小さい場合には、Ｘ、Ｙ方向にボイスコイルモータやピエゾを使用することも可能であるし、回転、チルトも複数のリニアモータの出力制御で行うことも可能である。尚、ウェハホルダWHＵの上部とウェハホルダWHＬの下部に加熱/冷却部を設けることも有るが、図示を省略している。また、ウェハ保持面であるが、ウェハとホルダの接触面を最小にしたピンチャックのような形状のホルダを用いることがウェハの変形を防ぐために好ましい。例えば、接触面積を５０％以下とすることがこのましい。ピンチャックに関しては、例えば特開昭６０−００９６２６号を参照。

図１は本発明のウェハホルダ（WHU及びWHL）１の保持面２の平面図である。保持面２は複数の保持領域 Ａ１，Ａ２，Ａ３を有している。この分割された保持領域の形状は図示例以外の形状でも良く、例えば同心円状でも碁盤の目状でも良い。各領域はそれぞれが吸引又は加圧を行うポート３（図２参照）を有していて、ホルダの各保持領域を互いに独立に、真空に吸気したり、大気圧に開放したり、空気や窒素などの気体を注入して加圧したりすることが出来るようになっている。

図２は図１中でのホルダ１のa−a’での断面図である。図２の保持領域のサイズと図１の保持領域のサイズとは正確に対応させていない。本図は分割保持領域の概念を示すことが目的であるからである。先にも記したが、保持領域Ａ１，Ａ２，Ａ３はそれぞれのポート３を有し、ポートは不図示の真空ポンプ、大気開放弁、コンプレッサへ切り替え接続がなされる。ポート３はウェハホルダの側面に抜けるように内部に導管が形成されている。この点に関しては後で再度説明を加える。

以下に、本発明の上記接合装置を用いて、本発明の接合方法を説明する。
ウェハ/ウェハホルダ搬送部17の働きにより、ウェハWＵがウェハホルダWHＵに真空吸着された状態で運ばれて架台11に固定部２２により固定され、ウェハWＬがウェハホルダWHＬに真空吸着された状態で運ばれてアクチュエータ14に固定部２３により固定される。ホルダWHＵと架台１１及びホルダWHＬとアクチュエータ１４との固定は真空吸着固定または静電吸着固定によりなされる。（図４には真空吸着の例を示した。） 図３（ａ）は保持領域Ａ１，Ａ２，Ａ３及びＢ１，Ｂ２，Ｂ３に吸引力が加えられていてウェハWＬ、ウェハWＵが保持されている様子を示している。また、第３図（ｂ）はウェハホルダWHLが保持領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を有する分割保持型でウェハWUを保持し、ウェハホルダWHＬは全面一括保持型でウェハWＬを保持する様子を示している。本発明の請求項１での「独立に」という意味は、各領域の吸引力・加圧力の大きさ及び印加のタイミングはそれぞれが独立に制御されることを意味し、場合によっては吸引力・加圧力とも零の領域が有っても良い。

次に位置決め（アライメント）を行う。先ず、２体のウェハをアクチュエータにより近接させる。間隔は１０μ、好ましくは５μである。この値は観察する顕微鏡の焦点深度と電極接合の位置精度の要求値、アクチュエータの移動精度により決まる。ウェハホルダWHＵ、WHＬに設けられたフィデュ−シャルマークＦＭをアライメント顕微鏡１２、１３により検出し、互いのマークの位置ズレを測定する。そして、測定結果をアライメント信号処理部１５により解析を行い、位置あわせに必要なウェハの移動量（回転量と並進量）を求める。中央制御部１９はアクチュエータ１４を制御して必要な移動量だけ移動させる。これにより２体のウェハの位置あわせが完了する。

第３図（ｃ）はウェハWＵを保持したウェハホルダWHＵと、ウェハWＬを保持したウェハホルダWHＬとを重ね合わせた状態（電極どうしの位置が合って、接触している状態）の拡大した図である。先にも記したように、ウェハホルダWHＵとウェハホルダWHＬには、対応するほぼ同じ位置にフィデューシャルマークＦＭ１Ｕ、ＦＭ１ＬとＦＭ２Ｕ、ＦＭ２Ｌがそれぞれ形成され、ウェハホルダWHＵのＦＭ１Ｕ、ＦＭ２ＵとウェハWＵ上のアライメントマークの相対位置関係が予め測定されている。ウェハホルダWHＬのＦＭ１ＬとＦＭ２ＬとウェハWＬ上のアライメントマークの相対関係も予め測定されている。そして、フィデューシャルマークの位置測定がなされてウェハ上の電極の位置あわせが行われた状態である。この状態で、ウェハを他方のウェハに、位置ズレを生じないようにして、クランプ（加圧）する。

本発明では、このために保持領域の吸引力を加圧力に切り替えている。この時、全ての保持領域を同時に切り替えるのではなく、時間差を持たせて保持領域を順次加圧に切り替えていく。第５図にはウェハホルダWHＵ、WHＬの圧力制御の系統毎の圧力制御のタイムチャートを示す。まず図５(ａ)のように対向する系統Ｂ２を大気圧に開放する。この動作により、系統B３とB１の領域間の緩衝地域の応力を低減する。次に図５（ｂ）のように系統Ｂ３を真空（吸着）から加圧状態に変化させる。この動作により、系統Ａ３とＢ３の領域の上下のウェハは互いに押し付けられ、横ずれに対する摩擦力が大きくなり、横ずれを防止する。次に、図５（ｃ）のように系統B１の領域を大気圧に開放する。この動作により、B1領域の応力が緩和される。次に図５（ａ）にように系統Ｂ２の領域を加圧状態に変化させる。この動作により、領域Ａ２とＢ２は互いに押し付けられる。最後に図５（ｃ）のように系統Ｂ１を加圧状態にすると、ウェハ全面に均等に圧力が加わる。ウェハWＵやウェハWＬが浮動して移動することはない。

このようにタイムシークエンスを、ウェハの中央付近の保持領域を切り替え、次いで周辺領域を切り替えるように制御すると中央部が先に加圧されて位置ズレが生じなくなる。また、同時にウェハの滑りによるウェハの損傷が防止される。

所定の切り替えが終わると、アライメント・接合工程の完了である。
ここで、本発明の保持領域分割型ウェハホルダの製法について説明する。説明は、真空吸着・静圧加圧型ホルダを例にとって、先の保持領域Ａ１の保持領域に対して行う。

直径が保持するウェハよりも大きな２枚のセラミック板を用意し、図６に記されたように、一方のセラミック板には十字の溝を加工し（図６（ａ））、他方のセラミック板には十字の溝に対応する位置に気体流通用の孔（６１）加工を行う（図６（ｂ））。図６（ｂ）に示されているように、この孔加工されたセラミック板のウェハ保持面には保持領域の境界堤（６４）、ピン突起構造（６２）又はリング突起が形成されている。加工後、２枚のセラミックスをエポキシ樹脂、ガラスなどの無機系接合材、金属接合等により接着し、気体減圧、・加圧用のポートに真空装置への接続端となる金属ブッシュ（６３）を埋め込むと完成である。なお、セラミックスの材料であるが、積層するウェハと同じような熱膨張係数を有することが好ましい。例えば、アルミナ、窒化シリコン、炭化珪素等が代表的な材料である。また、厚さは、張り合わせ後に１５mm程度とし、吸着や加圧に対して十分剛性を有するようにしている。

記すまでも無いことでは有るが、上記説明でのウェハとは、複数枚のウェハを積層したウェハ積層体も含むものである。即ち、単葉ウェハ、ウェハ積層体のいずれの接合にも適用できうるものである。

ここでは、本発明のウェハ接合方法を適用した、ウェハ積層方法を説明する。
第７図にウェハ積層のシーケンスを示す。
Ｓ１：接合すべき２体のウェハＷＵ、ＷＬを準備する。これらのウェハの少なくとも１面には半導体デバイスが形成されている。また、ウェハは単葉であっても、複数枚のウェハが積層されたウェハ積層であっても良い。
Ｓ２：２体のウェハの少なくとも一方のウェハを、複数の領域ごとに独立に保持力を加えて保持する。
Ｓ３：一方のウェハをアクチュエータにより他方のウェハに対して一定のギャップを開けて、平行に対向させる。 ギャップの間隔はアライメント顕微鏡の焦点深度程度であり、例えば５〜１０μである。
Ｓ４：フィデュ−シャルマークFM1U、FM２U、FM１L、FM２Lの位置を計測して、２体のウェハをアライメントした後、ウェハＷLとウェハＷUを接触させ、ウェハホルダＷＨUとウェハホルダＷＨLをクランプする。

このＳ４の工程には本発明の吸着保持から加圧に切り替える工程が含まれる。先に説明した、３領域の場合の工程を例にとって工程を示す。
Ｓ４１：領域Ｂ２を真空から大気開放に切り替える。

Ｓ４２：領域Ｂ３を真空から加圧に切り替える。
Ｓ４３：領域Ｂ１を真空から大気開放に切り替える。
Ｓ４４：領域Ｂ２を加圧に切り替える。

Ｓ４５：領域Ｂ１を加圧に切り替える。
Ｓ５：クランプされた２体のウェハを加圧・加熱する。
この加圧・加熱工程を実施することにより、上下のウェハ上の電極は互いに押し付けられ、過熱されて金属の共晶を形成して上下の電極が一体化する。

このＳ５の工程には、例えば以下の工程がある。
Ｓ５１：ウェハホルダWＨUとウェハホルダWＨLを加熱する。
Ｓ５２：一定時間ウェハホルダWＨUとウェハホルダWＨLの温度を保持する。

保持時間としては、１０〜２０秒間、２５０−４００度である。
加熱方法としては、架台１１およびアクチュエータ１４部にセラミックヒータを埋め込み、このヒータを熱源とする。
Ｓ６：ウェハホルダWＨUとウェハホルダWＨLの温度を常温に戻す。
Ｓ７：系統A1、A2、A3、B1、B2、B3を大気圧に変更する。

上記の実施例の説明では、重ね合わせ工程と加圧・過熱工程を同じ装置の部分で行なうものとしたが、加圧・加熱工程を別の場所に移して行なう実施形態もある。この場合、加圧・加熱工程に時間が掛かっても、加圧・加熱工程の部分を複数個にすれば接合装置全体の生産性が高く出来るという利点がある。

半導体装置を積層することによって実効的に素子の高密度化を行うことは産業上の顕著な傾向である。この積層には、ウェハ同士のアライメントが必要であり、そのための、より高精度な方法及び装置が求められている。従って、本発明は半導体産業上、必至の技術である。

は本発明のウェハホルダの断面図である。 は本発明のウェハホルダの断面図である。 は２体のウェハを所定の間隔で対向させた状態と重ね合わせた状態を示す。 は本発明のウェハ接合装置の主要部を示す。 は本発明の保持領域の力の切り替えを示すタイムチャートである。 は本発明のウェハホルダの加工方法を示す図である。 は本発明のウェハ積層工程のシーケンス図である。

符号の説明

１ ・・・・ ウェハホルダ
２ ・・・・ ウェハホルダのウェハ保持面
３ ・・・・ 減圧、加圧ポート
１１ ・・・・ 架台
１２，１３ ・・・・ アライメント顕微鏡
１４ ・・・・ アクチュエータ
１５ ・・・・ アライメント信号処理部
１６ ・・・・ 圧力制御部
１７ ・・・・ ウェハ/ウェハホルダ搬送部
１８ ・・・・ アクチュエータ駆動部
１９ ・・・・ 中央制御部
２２，２３ ・・・・ 真空吸着固定部
WHU，WHＬ ・・・・ ウェハホルダ
ＷＵ，ＷＬ ・・・・ ウェハ
Ａ１，Ａ２，Ａ３ ・・・・ 独立にウェハを保持するウェハ保持領域
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ・・・・ 独立にウェハを保持するウェハ保持領域
FM，FM1U，FM２U，FM１L，FM２L ・・・・ フィデュ−シャルマーク

Claims (6)

1. 少なくとも１つの面に複数の半導体デバイスが形成された２体の半導体ウェハを接合する、接合方法であって、
   ２体のウェハの一方のウェハを、保持面が平面の第１ホルダに保持し、
   ２体のウェハの他方のウェハを、保持面が平面の第２ホルダに、複数の保持領域ごとに独立に保持力を加えて保持し、
   ２体のウェハに形成された電極同士の位置合わせを行った後に２体のウェハを接触させ、前記第２ホルダの前記保持領域の前記保持力を加圧力に切り替えることにより、前記電極同士を重ね合わせ、
   前記複数の保持領域は、中心部、周辺部、および、前記中心部と前記周辺部との間にある中間部を含み、
   前記切り替える段階は、順次、
   前記中間部の保持力を開放し、
   前記中心部の保持力を加圧力に切り替え、
   前記周辺部の保持力を開放し、
   前記中間部を開放から加圧力を加えた状態に切り替え、
   前記周辺部を開放から加圧力を加えた状態に切り替える
   ことを含むウェハ接合方法。
2. 前記第２ホルダの支持は、前記保持面に設けられたポートからの吸引により実行され、
   前記切り替えは、前記ポートを大気圧へ開放または気体を注入して加圧することにより実行される請求項１に記載のウェハ接合方法。
3. 請求項１または２に記載されたウェハ接合方法であって、
   前記保持に際して、吸引されるウェハ面の５０％以上の面積上を非接触状態で保持する
   ことを特徴とするウェハ接合方法。
4. 電極同士が重ね合わされた前記２体のウェハを加圧・加熱する工程をさらに備える請求項１から３のいずれかに記載のウェハ接合方法。
5. 少なくとも１つの面に複数の半導体デバイスが形成された２体の半導体ウェハを接合するウェハ接合装置であって、
   ２体のウェハの位置合わせを行うアライメント機構と、
   平面で２体のウェハをそれぞれ保持する一対のウェハホルダを支持する支持機構と、
   ウェハ移動機構と、
   を有し、
   前記一対のウェハホルダのうちの少なくとも一方について前記ウェハを保持する保持力および前記ウェハを加圧する加圧力を、前記平面内で複数の保持領域毎に独立に切り替えるコントローラを有し、
   前記複数の保持領域は、中心部、周辺部、および、前記中心部と前記周辺部との間にある中間部を含み、
   前記コントローラは、順次、
   前記中間部の保持力を開放し、
   前記中心部の保持力を加圧力に切り替え、
   前記周辺部の保持力を開放し、
   前記中間部を開放から加圧力を加えた状態に切り替え、
   前記周辺部を開放から加圧力を加えた状態に切り替える
   ことを特徴とするウェハ接合装置。
6. ２体のウェハを積層する方法であって、
   積層する２体のウェハを準備する工程、
   前記２体のウェハを接合する工程、
   前記接合されたウェハを加圧・加熱する工程
   を有し、
   前記ウェハを接合する工程において、
   請求項１から４のいずれかに記載されたウェハ接合方法を用いる
   ことを特徴とするウェハ積層方法。