JP7512761B2 - Substrate Bonding Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、基板接合装置に関する。 The present invention relates to a substrate bonding device.
炭化ケイ素は、ケイ素と炭素で構成される、化合物半導体材料である。炭化ケイ素は、絶縁破壊電界強度がケイ素の10倍で、バンドギャップがケイ素の3倍であり、半導体材料として優れている。さらに、デバイスの作製に必要なp型、n型の制御が広い範囲で可能であることなどから、ケイ素の限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。 Silicon carbide is a compound semiconductor material composed of silicon and carbon. Silicon carbide has a dielectric breakdown field strength ten times that of silicon, and a band gap three times that of silicon, making it an excellent semiconductor material. Furthermore, it is possible to control the p-type and n-type required for device fabrication over a wide range, and so it is expected to be a material for power devices that surpasses the limitations of silicon.
また、炭化ケイ素は、より薄い厚さでも高い耐電圧が得られるため、薄く構成することにより、ON抵抗が小さく、低損失の半導体が得られることが特徴である。 In addition, silicon carbide has the advantage that it can achieve high voltage resistance even with a thinner thickness, so by making it thinner, it is possible to obtain a semiconductor with low on-resistance and low loss.
しかしながら、炭化ケイ素半導体は、従来広く普及しているケイ素半導体と比較して、大面積の炭化ケイ素単結晶基板を得ることが難しく、製造工程も複雑である。これらの理由から、炭化ケイ素半導体は、ケイ素半導体と比較して大量生産が難しく、高価であった。 However, compared to silicon semiconductors, which have been widely used up to now, it is difficult to obtain large-area silicon carbide single crystal substrates, and the manufacturing process is complicated. For these reasons, silicon carbide semiconductors are more difficult to mass-produce and more expensive than silicon semiconductors.
これまでにも、炭化ケイ素半導体のコストを下げるために、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献1には、炭化ケイ素基板の製造方法であって、少なくとも、マイクロパイプの密度が30個/cm2以下の炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板を準備し、前記炭化ケイ素単結晶基板と前記炭化ケイ素多結晶基板とを貼り合わせる(接合する)工程を行い、その後、単結晶基板を薄膜化する工程を行い、多結晶基板上に単結晶層を形成した基板を製造することが記載されている。
Various efforts have been made to reduce the cost of silicon carbide semiconductors. For example,
更に、特許文献1には、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、単結晶基板に水素イオン注入を行って水素イオン注入層を形成する工程を行い、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、単結晶基板を薄膜化する工程の前に、350℃以下の温度で熱処理を行い、単結晶基板を薄膜化する工程を、水素イオン注入層にて機械的に剥離する工程とする炭化ケイ素基板の製造方法が記載されている。
Furthermore,
このような方法により、1つの炭化ケイ素単結晶インゴットからより多くの炭化ケイ素貼り合わせ基板が得られるようになった。 This method makes it possible to produce many more bonded silicon carbide substrates from a single silicon carbide single crystal ingot.
特許文献1に記載された炭化ケイ素ウェハの製造方法は、水素イオン注入を行って薄いイオン注入層の形成された炭化ケイ素単結晶基板と、炭化ケイ素多結晶基板と、を貼り合わせたのちに加熱して剥離することによって製造されている。
The method of manufacturing a silicon carbide wafer described in
炭化ケイ素単結晶基板等のバンドギャップ半導体基板と炭化ケイ素多結晶基板等のハンドル基板との貼り合わせでは、常温接合と呼ばれる方法によって、基板を接合させている。一般的には、まず、高真空雰囲気下で、アルゴン(Ar)イオンや、中性のアルゴン粒子をそれぞれの基板の接合面に照射することにより、基板の接合面にある酸素、水素、ヒドロキシル基(OH基)等の界面終端成分を除去して、表面を活性化させる。その後、活性化された接合面同士を接触させることで、それぞれの基板を接合させる方法である。 When bonding a band gap semiconductor substrate such as a silicon carbide single crystal substrate to a handle substrate such as a silicon carbide polycrystalline substrate, the substrates are bonded by a method called room temperature bonding. In general, argon (Ar) ions or neutral argon particles are first irradiated onto the bonding surfaces of each substrate in a high vacuum atmosphere to remove interface termination components such as oxygen, hydrogen, and hydroxyl groups (OH groups) present on the bonding surfaces of the substrates, activating the surfaces. The activated bonding surfaces are then brought into contact with each other to bond the substrates.
従来、前述のように、表面活性化処理には、アルゴンイオンや、中性のアルゴン粒子を照射することで実施していた。しかしながら、これらの粒子の照射では、質量を有する粒子が基板の表面にアタックするため、原理的にスパッタリング現象が起きる。このため照射の際には、(1)スパッタではじかれた基板や真空チャンバーから飛び出した粒子が凝集してパーティクルとなること、また、基板や真空チャンバーから飛び出した粒子がチャンバーの壁面に付着したのち剥離してパーティクルとなることによるパーティクルの発生、(2)真空チャンバー内の物質の金属コンタミ(コンタミネーション)の発生の2つの問題が起こりうる。 Conventionally, as mentioned above, surface activation processing has been performed by irradiating the substrate with argon ions or neutral argon particles. However, when irradiating the substrate with these particles, the particles have mass and attack the substrate surface, which in principle causes the sputtering phenomenon. For this reason, during irradiation, two problems can occur: (1) particles that are repelled by sputtering and ejected from the substrate or vacuum chamber aggregate to form particles, and particles that are ejected from the substrate or vacuum chamber adhere to the chamber walls and then peel off to form particles, resulting in the generation of particles; and (2) metal contamination of materials in the vacuum chamber.
さらに、発生したパーティクルが接合面に挟み込まれることにより、貼り合わせ後の接合面において空隙(ボイド)が発生することがある。また、スパッタリング現象により基板や真空チャンバーより飛び出した粒子によるコンタミは、貼り合わせた基板の不純物として不良原因となりうることが確認されている。このことから、これらの問題を抑制することが、大きな課題となっていた。 Furthermore, if the generated particles become trapped between the bonding surfaces, voids may form at the bonding surface after bonding. It has also been confirmed that contamination by particles ejected from the substrates or vacuum chamber due to the sputtering phenomenon can cause defects as impurities in the bonded substrates. For these reasons, preventing these problems has been a major challenge.
よって、本発明は、バンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合する接合基板の製造装置において、ボイドおよびコンタミを低減することができる基板接合装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a substrate bonding device capable of reducing voids and contamination in a bonded substrate manufacturing device that bonds a band gap semiconductor substrate and a handle substrate.
本発明の基板接合装置は、バンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合して接合基板を製造するための基板接合装置であって、内部において、前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを接合する接合室と、前記接合室の内部に設けられ、前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか一方を保持する第1ホルダと、前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか他方を保持する第2ホルダと、を有する基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板の少なくとも一方の接合面に紫外線を照射する紫外線照射装置と、前記接合室内を真空にする真空装置と、を備える。 The substrate bonding apparatus of the present invention is a substrate bonding apparatus for manufacturing a bonded substrate by bonding a band gap semiconductor substrate and a handle substrate, and includes a bonding chamber for bonding the band gap semiconductor substrate and the handle substrate, a substrate holder provided in the bonding chamber and having a first holder for holding either the band gap semiconductor substrate or the handle substrate and a second holder for holding the other of the band gap semiconductor substrate or the handle substrate, an ultraviolet irradiation device for irradiating ultraviolet light onto at least one of the bonding surfaces of the band gap semiconductor substrate and the handle substrate held by the substrate holder, and a vacuum device for creating a vacuum inside the bonding chamber.
本発明の基板接合装置は、前記基板ホルダに保持された前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを加熱するためのヒータをさらに備えてもよい。 The substrate bonding apparatus of the present invention may further include a heater for heating the band gap semiconductor substrate and the handle substrate held by the substrate holder.
本発明の基板接合装置は、前記基板ホルダが、前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを静電吸着する吸着機構を有してもよい。 The substrate bonding device of the present invention may have a suction mechanism in which the substrate holder electrostatically suctions the band gap semiconductor substrate and the handle substrate.
本発明の基板接合装置は、前記基板ホルダにおいて、前記第1ホルダの保持面と、前記第2ホルダの保持面とが互いに対向しており、前記紫外線照射装置を、前記第1ホルダの保持面と、前記第2ホルダの保持面との間に配置する、基板ホルダ駆動手段と紫外線照射装置駆動手段の少なくとも一方をさらに備えてもよい。 The substrate bonding device of the present invention may further include at least one of a substrate holder driving means and an ultraviolet irradiation device driving means, in which the holding surface of the first holder and the holding surface of the second holder face each other in the substrate holder, and the ultraviolet irradiation device is disposed between the holding surface of the first holder and the holding surface of the second holder.
本発明の基板接合装置は、前記真空装置が、前記第1ホルダと前記第2ホルダとのそれぞれの近傍に設けられたターボ分子ポンプを有してもよい。 In the substrate bonding apparatus of the present invention, the vacuum device may have a turbomolecular pump provided near each of the first holder and the second holder.
本発明の基板接合装置は、前記紫外線照射装置が、波長170nm~260nmの紫外線を照射する照射源を有してもよい。 The substrate bonding apparatus of the present invention may be configured such that the ultraviolet irradiation device has an irradiation source that irradiates ultraviolet light with a wavelength of 170 nm to 260 nm.
本発明の基板接合装置は、前記バンドギャップ半導体基板が単結晶基板であり、前記ハンドル基板が多結晶基板であってもよい。 The substrate bonding device of the present invention may be such that the band gap semiconductor substrate is a single crystal substrate and the handle substrate is a polycrystalline substrate.
本発明の基板接合装置は、前記バンドギャップ半導体基板および前記ハンドル基板が、いずれも、炭化ケイ素基板であってもよい。 In the substrate bonding device of the present invention, the band gap semiconductor substrate and the handle substrate may both be silicon carbide substrates.
本発明の基板接合装置であれば、バンドギャップ半導体基板とハンドル基板とを接合する接合基板を製造した場合において、接合基板におけるボイドおよびコンタミを低減することができる。 The substrate bonding device of the present invention can reduce voids and contamination in a bonded substrate produced by bonding a band gap semiconductor substrate and a handle substrate.
[基板接合装置]
本発明の一実施形態にかかる基板接合装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
[Substrate bonding device]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A substrate bonding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment.
本実施形態の基板接合装置は、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを積層することにより、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとが積層した接合基板Wを得る、接合基板Wの製造に適用することができる。 The substrate bonding apparatus of this embodiment can be applied to the manufacture of a bonded substrate W, in which a bandgap semiconductor substrate S and a handle substrate P are stacked together to obtain a bonded substrate W in which the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate P are stacked together.
また、本実施形態の基板接合装置を用いた接合基板Wの製造には、バンドギャップ半導体基板Sとして単結晶基板を用いて、ハンドル基板Pとして多結晶基板を用いることができる。また、バンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板Pが、いずれも、炭化ケイ素(SiC)基板、シリコン(Si)基板、および、窒化ガリウム(GaN)基板のいずれかである、接合基板Wを製造する場合に、好適に適用することができる。 In addition, when manufacturing a bonded substrate W using the substrate bonding apparatus of this embodiment, a single crystal substrate can be used as the band gap semiconductor substrate S, and a polycrystalline substrate can be used as the handle substrate P. In addition, this embodiment can be suitably applied to the case of manufacturing a bonded substrate W in which the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are both silicon carbide (SiC) substrates, silicon (Si) substrates, or gallium nitride (GaN) substrates.
具体的には、例えば、接合基板Wとして炭化ケイ素基板を得る場合には、バンドギャップ半導体基板Sとして炭化ケイ素単結晶基板を用いて、ハンドル基板Pとして炭化ケイ素多結晶基板を用いることができる。 Specifically, for example, when obtaining a silicon carbide substrate as the bonded substrate W, a silicon carbide single crystal substrate can be used as the band gap semiconductor substrate S, and a silicon carbide polycrystalline substrate can be used as the handle substrate P.
バンドギャップ半導体基板Sとして用いる炭化ケイ素単結晶基板は、例えば、昇華法により作成した炭化ケイ素のバルク単結晶から加工して得た、4H-SiC単結晶基板や、化学的気相蒸着法により単結晶ウェハにエピタキシャル成長させて得た4H-SiC単結晶基板を用いることができる。なお、バンドギャップ半導体基板Sとして用いる炭化ケイ素単結晶基板は、窒素やアルミニウム等のドーパントを含んでいてもよい。 The silicon carbide single crystal substrate used as the band gap semiconductor substrate S may be, for example, a 4H-SiC single crystal substrate obtained by processing a bulk single crystal of silicon carbide created by sublimation, or a 4H-SiC single crystal substrate obtained by epitaxial growth on a single crystal wafer by chemical vapor deposition. The silicon carbide single crystal substrate used as the band gap semiconductor substrate S may contain dopants such as nitrogen and aluminum.
また、ハンドル基板Pとして用いる炭化ケイ素多結晶基板は、例えば、化学的気相蒸着法により炭化ケイ素多結晶を成膜して得た3C-SiC多結晶基板を用いることができる。 The silicon carbide polycrystalline substrate used as the handle substrate P can be, for example, a 3C-SiC polycrystalline substrate obtained by forming a silicon carbide polycrystalline film by chemical vapor deposition.
バンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板Pの形状としては、例えば円形の平行平板状とすることができる。また、バンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板Pの厚さは、特に限定されず、例えば、それぞれ200μm~500μm程度とすることができる。 The shape of the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate P can be, for example, a circular parallel plate shape. The thickness of the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate P is not particularly limited, and can be, for example, about 200 μm to 500 μm each.
本実施形態の基板接合装置100は、接合室10と、基板ホルダ20と、ヒータ30と、搬送ロボット40と、紫外線照射装置50と、吸着機構60と、真空装置70と、加圧手段(不図示)と、を備える。図1に示すように、基板ホルダ20、ヒータ30、搬送ロボット40、紫外線照射装置50、吸着機構60、真空装置70、加圧手段は接合室10内に設けられている。また、基板接合装置100の接合室10内の各装置は、ステンレスを用いて形成されている。なお、本実施形態において図1の矢印A方向は上下方向であり、基板接合装置100においてバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとは上下に対向して保持されるが、矢印A方向は上下に限定されない。例えば、矢印A方向が水平方向(左右方向)であってもよい。
The
図1、図3~図7は、基板接合装置100の接合室内を模式的に示す側面図であり、図2は、上方向から見た基板接合装置100の接合室内を模式的に示す平面図である。また、図3~図6において、第1搬送台41、第2搬送台43、第1アーム42の一部、および、第2アーム44の一部、真空装置70の図示は省略されている。
Figures 1 and 3 to 7 are side views that show the inside of the bonding chamber of the
接合室10は、その内部において、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを接合する場である。
The
基板ホルダ20は、接合室10の内部に設けられ、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを保持するものである。基板ホルダ20は、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pのいずれか一方を保持する第1ホルダ21と、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pのいずれか他方を保持する第2ホルダ22と、を有する。バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとのどちらを第1ホルダ21に保持するかは特に限定されないが、バンドギャップ半導体基板Sに対して塵等の付着が抑制されることがより求められることから、以下の説明においては、第1ホルダ21にバンドギャップ半導体基板Sを保持させるものとして説明する。
The
第1ホルダ21は、バンドギャップ半導体基板Sを保持する第1保持部211と、第1保持部211を図1の矢印Aに沿って移動させる移動手段である第1アーム212と、を有する。第2ホルダ22は、第2保持部221を有する。
The
また、第1保持部211と、第2保持部221の内部には、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを保持するための吸着機構60と、保持されたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを加熱するヒータ30と、が設けられている。
In addition, inside the
また、第1保持部211と第2保持部221とは、第1保持部211の保持面211aと第2保持部221の保持面221aとが互いに対向するように設けられている。これにより、基板ホルダ20は、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1が互いに対向するように保持することができる。
The
ヒータ30は、基板ホルダ20に保持されたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを加熱するものである。ヒータ30は、基板ホルダ20の第1保持部211に設けられた第1ヒータ31と、第2保持部221に設けられた第2ヒータ32と、を有する。ヒータ30が設けられていることにより、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを接合する工程においてバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを加熱して、接合強度を高めることができる。
The
搬送ロボット40は、接合室10内において、バンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板P、接合基板Wを搬送するものである。
The
搬送ロボット40は、バンドギャップ半導体基板Sを保持して搬送する第1搬送台41と、第1搬送台41を移動させる第1アーム42と、ハンドル基板Pを保持して搬送する第2搬送台43と、第2搬送台43を移動させる第2アーム44と、第1アーム42および第2アーム44が回転する軸となるアーム軸部45と、を有する。
The
第1搬送台41と第2搬送台43には、吸着機構60が設けられており、第1搬送台41の上面である吸着面41aと第2搬送台43の下面である吸着面43aとにバンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板P、接合基板Wを吸着して搬送することができる。
The
また、図2に示すように、第1アーム42と第2アーム44は、アーム軸部45を中心として回転移動することができる。すなわち、第1アーム42は、矢印Bに沿って動き、第1搬送台41に吸着して保持したバンドギャップ半導体基板S、接合基板Wを搬送することができる。また、第2アーム44は、矢印Cに沿って動き、第2搬送台43に吸着して保持したハンドル基板Pを搬送することができる。
As shown in FIG. 2, the
紫外線照射装置50は、基板ホルダ20に保持されたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1に紫外線を照射するものである。なお、紫外線照射装置50は、基板ホルダ20に保持されたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの少なくとも一方の接合面S1、P1に紫外線を照射するものであってもよいが、基板の接合面をより確実に活性化するために、本実施形態のように、基板ホルダ20に保持されたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1の両方に向かって紫外線を照射するように構成されていることが好ましい。
The
紫外線照射装置50は、バンドギャップ半導体基板Sを照射するために上方に紫外線を照射する第1照射装置51と、ハンドル基板Pを照射するために下方に紫外線を照射する第2照射装置52と、第1照射装置51および第2照射装置52を図1の矢印D方向に移動するアーム53と、を有する。図1に示すように、第1照射装置51と第2照射装置52は上下に一体となっている。
The
また、第1照射装置51は、上方のみ開放している枠体511と、枠体511に収められた紫外線ランプ512と、を有する。第2照射装置52は、下方のみ開放している枠体521と枠体521に収められた紫外線ランプ522と、を有する。枠体511、521は、開放された上下方向以外には紫外線が照射されないように構成されている。これにより、基板ホルダ20に保持された基板に対して、紫外線を効率よく照射することができる。
The
紫外線ランプ512と紫外線ランプ522は、波長10nm~280nmの紫外線を照射する照射源を用いることができ、特に入手しやすい、波長170nm~260nmの紫外線を照射する照射源を好適に用いることができる。本実施形態においては、図1、図2に示すように、紫外線ランプ512と紫外線ランプ522は、それぞれ、5本の円柱形のXeエキシマランプにより構成されており、5本のランプは幅方向に並んで設けられている。なお、紫外線照射源は所望の紫外線の波長に合わせて種々変更することができ、Xeエキシマランプ(172nm)に限定されず、例えば、低圧水銀ランプ(254nm、185nm)等を用いることができる。
The
アーム53(紫外線照射装置駆動手段)は、図1の矢印D方向に収縮可能に構成されており、これにより、第1照射装置51および第2照射装置52を図1の矢印D方向に移動させて、第1照射装置51および第2照射装置52を、第1保持部211の保持面211aと第2保持部221の保持面221aとの間に挿入することができる。すなわち、紫外線照射装置50は、第1照射装置51および第2照射装置52を、アーム53(紫外線照射装置駆動手段)により、基板ホルダ20に対向して保持されたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1間配置することができる。また、これにより、接合面S1、P1に対して、第1照射装置51および第2照射装置52の紫外線照射方向が垂直となる。
The arm 53 (ultraviolet ray irradiation device driving means) is configured to be contractible in the direction of the arrow D in FIG. 1, so that the
紫外線照射装置50が基板ホルダ20に対向して保持されたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1間に挿入することができることから、接合面S1、P1に対して、第1照射装置51および第2照射装置52の紫外線照射方向を垂直にすることができ、斜め方向から紫外線を照射する場合に比べて、接合面S1、P1の全体に紫外線を均一に照射することができる。接合面S1、P1に紫外線を均一に照射することにより、紫外線を斜め方向に照射する場合に比べて、接合面S1、P1の全体を活性化することができる。
Since the
なお、本実施形態においては、紫外線照射装置50のアーム53(紫外線照射装置駆動手段)により、第1照射装置51、第2照射装置52が移動する態様であるが、基板接合装置が基板ホルダ駆動手段を備えて、紫外線照射装置が基板同士の間に位置するように、基板ホルダが移動する態様であってもよい。また、基板接合装置が基板ホルダ駆動手段と紫外線照射装置駆動手段の両方を備えて、紫外線照射装置が基板同士の間に位置するように、基板ホルダと紫外線照射装置とが互いに近づいて移動する態様であってもよい。
In this embodiment, the
吸着機構60は、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを静電吸着するものであり、これにより、基板を保持することができる。吸着機構60は、基板ホルダ20の第1保持部211、第2保持部221と、搬送ロボット40の第1搬送台41、第2搬送台43とに設けられている。
The
基板を静電吸着する吸着機構60が設けられていることにより、基板をより確実に保持して、基板の搬送や基板の接合を行うことができる。
By providing an
なお、吸着機構60は、基板を下面側に保持する第1保持部211および第2搬送台43のみに設けられていてもよい。本実施形態のように、第1搬送台41、第2保持部221にも吸着機構60が設けられていることにより、より確実に基板を保持することができる。
The
真空装置70は、接合室10内を真空にするものである。また、真空装置70は、基板ホルダ20の第1ホルダ21と第2ホルダ22の近傍に設けられたターボ分子ポンプ71、72を有する。すなわち、ターボ分子ポンプ71、72は、基板ホルダ20に保持されたバンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板Pのそれぞれの近傍に設けられている。
The
ここで、例えば、バンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板Pが、いずれも、炭化ケイ素基板である接合基板Wを製造する場合には、接合室10内においてシリコン基板等を接合する場合よりも高い真空度が求められる場合がある。このような場合においても、真空装置70が基板ホルダ20の第1ホルダ21と第2ホルダ22の近傍に設けられたターボ分子ポンプ71、72を有することにより、基板の活性化および接合する場の周辺をより確実に高真空にすることができる。
Here, for example, when manufacturing a bonded substrate W in which both the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are silicon carbide substrates, a higher degree of vacuum may be required than when bonding silicon substrates or the like in the
加圧手段は、接合室10内を所定圧力に加圧するものである。加圧方式としては、特に限定されず、例えば、油圧式等を用いることができる。第1ホルダ21に保持されたバンドギャップ半導体基板Sと第2ホルダ22に保持されたハンドル基板Pとを重ねた状態で加圧することにより、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを接合することができる。
The pressurizing means applies pressure to the inside of the
本実施形態の基板接合装置を用いることにより、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1の活性化と、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合を1つの装置で行うことができる。すなわち、接合面S1、P1の活性化処理から接合までの間の時間を短くすることができ、接合面S1、P1の活性化状態をより確実に維持したまま接合することができる。 By using the substrate bonding apparatus of this embodiment, activation of the bonding surfaces S1, P1 of the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P, and bonding of the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P can be performed in one apparatus. In other words, the time from activation processing of the bonding surfaces S1, P1 to bonding can be shortened, and bonding can be performed while more reliably maintaining the activated state of the bonding surfaces S1, P1.
[接合基板の製造方法]
次に、基板接合装置の動作とともに、接合基板の製造方法を説明する。以下に説明する接合基板の製造方法は、本実施形態の基板接合装置100を用いた接合基板の製造方法の一例であり、問題のない範囲で種々の条件等を変更することができる。
[Method of manufacturing bonded substrate]
Next, the operation of the substrate bonding apparatus and the method for manufacturing the bonded substrate will be described. The method for manufacturing the bonded substrate described below is one example of the method for manufacturing the bonded substrate using the
本実施形態の基板接合装置を用いた接合基板の製造方法において、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1、および、ハンドル基板Pの接合面P1に、真空下においての紫外線を照射して活性化する、活性化処理工程と、活性化処理工程の後に、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1と、ハンドル基板Pの接合面P1とを重ねて接合する、接合工程と、を行うことにより、接合基板Wを製造することができる。 In the method for manufacturing a bonded substrate using the substrate bonding apparatus of this embodiment, a bonded substrate W can be manufactured by performing an activation process in which the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P are activated by irradiating them with ultraviolet light in a vacuum, and a bonding process in which the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P are overlapped and bonded after the activation process.
なお、活性化処理工程において、紫外線の波長は10nm~280nmの波長であることが好ましく、真空は真空度1×10-4Pa以下であることが好ましい。 In the activation treatment step, the wavelength of the ultraviolet light is preferably 10 nm to 280 nm, and the vacuum is preferably 1×10 −4 Pa or less.
すなわち、活性化処理工程においては、従来行われてきたAr等の質量を有する粒子の照射をしないことが好ましく、質量を有する粒子の照射に替えて、紫外線を照射することによりバンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1の活性化が行われる。 In other words, in the activation process, it is preferable not to irradiate particles having mass, such as Ar, as has been done in the past. Instead of irradiating particles having mass, the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P are activated by irradiating with ultraviolet light.
また、活性化処理工程に供する前に、予め、バンドギャップ半導体基板S、ハンドル基板Pの接合面S1、P1の鏡面研磨および洗浄を行っておくことが好ましい。 In addition, it is preferable to mirror-polish and clean the bonding surfaces S1 and P1 of the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P before subjecting them to the activation process.
(活性化処理工程)
次に、活性化処理工程について詳細に説明する。
(Activation Treatment Step)
Next, the activation treatment step will be described in detail.
活性化処理工程は、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1、および、ハンドル基板Pの接合面P1の少なくとも一方に、真空下において10nm~280nm、すなわち、VUV(10nm~200nm)からUV-C(200~280nm)の波長範囲の紫外線を照射して活性化する工程である。 The activation process is a process in which at least one of the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P is activated by irradiating them with ultraviolet light in a wavelength range of 10 nm to 280 nm, i.e., VUV (10 nm to 200 nm) to UV-C (200 to 280 nm), under vacuum.
ここで、接合面S1、P1の活性化とは、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1にある酸素、水素、ヒドロキシル基(OH基)等の界面終端成分、酸化膜を除去して、ダングリングボンドを形成することを指す。 Here, activation of the bonding surfaces S1 and P1 refers to removing interface termination components such as oxygen, hydrogen, and hydroxyl groups (OH groups) and oxide films present on the bonding surfaces S1 and P1 between the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P to form dangling bonds.
また、活性化処理工程における紫外線の波長は、10nm~280nmの範囲において照射源となるランプが入手しやすい170nm~260nmとすることができる。紫外線の波長が260nmよりも大きい場合には、エネルギー量が小さく、表面の活性化を促すために十分なエネルギーを接合面S1、P1に与えることができない場合がある。 The wavelength of the ultraviolet light in the activation process can be 170 nm to 260 nm, which is within the range of 10 nm to 280 nm and is the range where lamps that serve as the irradiation source are easily available. If the wavelength of the ultraviolet light is longer than 260 nm, the amount of energy is small, and it may not be possible to provide sufficient energy to the bonding surfaces S1 and P1 to promote surface activation.
活性化処理工程において、紫外線を照射する活性化処理時間は、接合面S1、P1に十分なエネルギーを付与することができる時間であればよい。エネルギー量は紫外線の強度と照射時間との積であることから、照射に必要な時間は、照射する紫外線の強度から算出することができる。具体的には、照射する紫外線の強度が例えば5mW/cm2である場合には、2分程度以上とすることができる。 In the activation process, the activation process time for irradiating ultraviolet light may be any time that can provide sufficient energy to the bonding surfaces S1 and P1. Since the amount of energy is the product of the intensity of the ultraviolet light and the irradiation time, the time required for irradiation can be calculated from the intensity of the ultraviolet light to be irradiated. Specifically, when the intensity of the ultraviolet light to be irradiated is, for example, 5 mW/ cm2 , the time can be set to about 2 minutes or more.
また、活性化処理工程において、真空度は、1×10-4Pa(N/m2)以下の真空とし、さらに好ましくは、1×10-6Pa以下の超高真空(JIS Z 8126-1)とすることができる。活性化処理工程における真空度が低い場合は、紫外線を照射したのちの活性面(接合面S1、P1)の活性量が低くなることがあり、接合工程において十分な接合強度を得ることができないことがある。 In the activation process, the degree of vacuum can be set to 1×10 −4 Pa (N/m 2 ) or less, and more preferably, ultra-high vacuum (JIS Z 8126-1) of 1×10 −6 Pa or less. If the degree of vacuum in the activation process is low, the amount of activity of the activated surfaces (bonding surfaces S1, P1) after irradiation with ultraviolet light may be low, and sufficient bonding strength may not be obtained in the bonding process.
本実施形態の基板接合装置100を用いた活性化処理工程は以下の手順により行う。
The activation process using the
活性化処理工程に先立ち、接合室10内部を真空装置70により所定の真空度(例えば、5×10-6Pa)まで真空引きしておき、その真空状態を維持しておく。
Prior to the activation process, the inside of the
まず、基板ホルダ20にバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを保持させる。はじめに、第1搬送台41の上面の吸着面41aにバンドギャップ半導体基板Sを載置して静電吸着により保持させ、第2搬送台43の下面の吸着面43aにハンドル基板Pを静電吸着により保持させる。このとき、第1搬送台41と第2搬送台43は、図2の位置(初期状態の位置)にある。
First, the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate P are held by the
その後、第1アーム42を図2の矢印B方向に沿って基板ホルダ20側に移動させ、第2アーム44を図2の矢印C方向に沿って基板ホルダ20側に移動させる。これにより、バンドギャップ半導体基板Sが基板ホルダ20の第1保持部211の直下に移動し、ハンドル基板Pが基板ホルダ20の第2保持部221の直上に移動する。
Then, the
さらに、第1搬送台41と第2搬送台43の吸着機構60の静電吸着から、基板ホルダ20の第1保持部211と第2保持部221の吸着機構60の静電吸着に切り替えて、バンドギャップ半導体基板Sを第1保持部211に静電吸着させ、ハンドル基板Pを第2保持部221に静電吸着させて保持する。このとき、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1が対向している(図3)。その後、第1搬送台41と第2搬送台43とを先ほどとは逆方向に移動させることにより初期位置まで退避させる。
Furthermore, the electrostatic adsorption of the
次に、図4に示すように、紫外線照射装置50のアーム53を伸ばして第1照射装置51および第2照射装置52を矢印D1方向に沿って移動させて、基板ホルダ20に対向して保持されたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pの接合面S1、P1間に挿入する。このとき、バンドギャップ半導体基板S、第1照射装置51、第2照射装置52、ハンドル基板Pは、上下方向に直線状に並んで位置している。
Next, as shown in FIG. 4, the
さらに、紫外線ランプ512,522により、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1、ハンドル基板Pの接合面P1に紫外線を所定の強度(例えば、172nmの紫外線を10mW/cm2)、所定時間(例えば、2分間)照射する(図4)。以上により、接合面S1、P1が活性化して、活性化処理工程が終了する。
Furthermore, the
なお、上記の説明においては、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1の両方に紫外線を照射する例を示したが、紫外線の照射は、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1およびハンドル基板Pの接合面P1の少なくとも一方に行えばよい。 In the above explanation, an example is shown in which ultraviolet light is irradiated onto both the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P, but ultraviolet light may be irradiated onto at least one of the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P.
(接合工程)
次に、接合工程について説明する。
(Joining process)
Next, the joining step will be described.
接合工程は、活性化処理工程の後に、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1と、ハンドル基板Pの接合面P1とを接合して、接合基板Wを得る工程である。以下に説明する接合工程において、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1、および、ハンドル基板Pの接合面P1は、活性化処理工程において紫外線が照射された面である。 The bonding process is a process in which, after the activation process, the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P are bonded to obtain a bonded substrate W. In the bonding process described below, the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P are surfaces that are irradiated with ultraviolet light in the activation process.
なお、接合面S1、P1の活性化状態が維持されている間に、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを接合することが好ましく、活性化処理工程と接合工程との間の時間は、数秒~1分以内程度とすることが好ましい。 It is preferable to bond the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P while the bonding surfaces S1 and P1 are maintained in an activated state, and the time between the activation process and the bonding process is preferably within a few seconds to one minute.
また、接合工程における、バンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板の温度は、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとの種類や組み合わせによって最適の条件は異なるが、例えば、200℃~400℃程度とすることができる。 The temperature of the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate during the bonding process can be, for example, about 200°C to 400°C, although the optimal conditions vary depending on the type and combination of the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate P.
接合工程におけるバンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板の温度が、200℃より低温等の低すぎる場合には、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとの十分な接合強度を得ることができず、ボイドの発生の低減が十分でないことがある。接合工程におけるバンドギャップ半導体基板Sおよびハンドル基板の温度が、400℃より高温等の高すぎる場合には、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとの間にひずみが入ることがあり、接合工程後の冷却時に、いずれか一方あるいは両方の基板が割れることがある。 If the temperature of the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate in the bonding process is too low, such as below 200°C, sufficient bonding strength between the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate P cannot be obtained, and the occurrence of voids may not be sufficiently reduced. If the temperature of the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate in the bonding process is too high, such as above 400°C, distortion may occur between the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate P, and one or both of the substrates may crack when cooled after the bonding process.
また、接合工程において、加圧手段を用いてバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとに加える圧力は、50kgf~500kgf(0.49kN~4.90kN)とすることができる。 In addition, in the bonding process, the pressure applied to the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P using the pressure means can be 50 kgf to 500 kgf (0.49 kN to 4.90 kN).
また、接合工程における接合室10内の真空度は、活性化処理工程と同様の条件とすることができる。
The degree of vacuum in the
また、接合工程における処理時間は、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとが十分に接合されれば特に限定されず、例えば、10秒~5分とすることができる。 The processing time for the bonding process is not particularly limited as long as the band gap semiconductor substrate S and the handle substrate P are sufficiently bonded, and can be, for example, 10 seconds to 5 minutes.
本実施形態の基板接合装置100を用いた接合工程は以下の手順により行う。
The bonding process using the
図5に示すように、紫外線照射装置50のアーム53を縮めて、第1照射装置51および第2照射装置52を矢印D1方向に沿って移動させて、紫外線照射装置50を退避させる。そして、基板ホルダ20の第1アーム212を伸ばして、図5の矢印A1方向に沿って、接合面S1、P1が接触して重なる位置まで、第1保持部211に保持されたバンドギャップ半導体基板Sを移動させる。
As shown in FIG. 5, the
ここで、活性化処理工程において、バンドギャップ半導体基板S、第1照射装置51、第2照射装置52、ハンドル基板Pが、上下方向に一直線上に並んでいたことから、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを重ねる移動を必要最低限の時間および距離で行うことができ、活性化処理工程と接合工程との間の時間を短くするとともに、活性化した接合面S1、P1に塵等が付着することを抑制することができる。
Here, in the activation process, the band gap semiconductor substrate S, the
接合面S1、P1が接触して重なる位置までバンドギャップ半導体基板Sを移動させたのち、さらに、第1ヒータ31、第2ヒータ32によりバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを加熱する。基板の加熱とともに、重ねたバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを、加圧手段により接合室10内部を所定圧力(例えば、100kgf(0.98kN))に加圧して、所定時間(例えば、3分間)保持することにより、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pを接合する。これにより、接合基板Wが形成される。
After the bandgap semiconductor substrate S is moved to a position where the bonding surfaces S1 and P1 come into contact and overlap, the bandgap semiconductor substrate S and the handle substrate P are further heated by the
次に、形成された接合基板Wを回収する。第2保持部221の吸着機構60の静電吸着のみを切り、第1保持部211に接合基板Wを静電吸着により保持させたのち、図6に示すように、第1アーム212を縮めて第1保持部211を図6の矢印A1方向に沿って初期位置に戻す。次に、図7に示すように、第1アーム42を図2の矢印B方向に沿って基板ホルダ20側に動かして、基板ホルダ20の第1保持部211の直下まで第1搬送台41を移動させる。そして、第1保持部211の吸着機構60から第1搬送台41の吸着機構60に切り替えて、接合基板Wを第1搬送台41に保持させる。最後に、第1アーム42を先ほどとは反対方向に動かして第1搬送台41を初期位置に戻して接合基板Wを回収する。以上により、接合基板Wの製造が完了する。
Next, the bonded substrate W is collected. After the electrostatic adsorption of the
(従来の接合基板の製造方法、製造装置との比較)
従来の接合基板の製造方法、製造装置においては、接合面を活性化するために、アルゴン(Ar)イオンや、中性のアルゴン粒子をそれぞれの基板の接合面に照射することにより、基板の接合面にある酸素、水素、ヒドロキシル基(OH基)等の界面終端成分を除去して、表面を活性化させていた。
(Comparison with conventional bonded substrate manufacturing methods and manufacturing equipment)
In conventional methods and apparatus for manufacturing bonded substrates, in order to activate the bonding surfaces, argon (Ar) ions or neutral argon particles are irradiated onto the bonding surfaces of the respective substrates, thereby removing interface termination components such as oxygen, hydrogen, and hydroxyl groups (OH groups) present on the bonding surfaces of the substrates, thereby activating the surfaces.
しかしながら、アルゴンイオンやアルゴン粒子の照射は質量を有する粒子によるアタックであり、原理的にスパッタリング現象が起きることから、(1)スパッタではじかれた粒子に由来するパーティクルの発生、(2)真空チャンバー内の物質の金属コンタミの発生が問題となっていた。また、質量を有する粒子による貼り合わせ面におけるスパッタリング現象により、接合面が不均一な凹凸面となり、これが原因となって貼り合わせ後の接合面において空隙(ボイド、例えば、図9(A)の接合基板700におけるボイドV)の原因となる。また、スパッタリング現象により基板や真空チャンバーより飛び出した粒子によるコンタミは接合基板における不良の原因となっていた。
However, irradiation with argon ions or argon particles is an attack by particles with mass, and in principle causes a sputtering phenomenon, which causes problems such as (1) the generation of particles derived from particles repelled by sputtering, and (2) the generation of metal contamination of materials in the vacuum chamber. In addition, the sputtering phenomenon on the bonding surfaces caused by particles with mass causes the bonding surfaces to become unevenly textured, which causes gaps (voids, for example, void V in bonded
なお、接合基板に発生したボイドは、光学顕微鏡、または、レーザー顕微鏡等を用いて観察することができる。 The voids that occur in the bonded substrate can be observed using an optical microscope or a laser microscope.
本発明者らは、バンドギャップ半導体基板とハンドル基板の接合面に紫外線を照射することによって接合面を活性化することで、アルゴン粒子等のスパッタ粒子によるパーティクルや金属コンタミを生じさせずに、活性化した接合面が得られることを見出した。 The inventors discovered that by activating the bonding surfaces between the band gap semiconductor substrate and the handle substrate by irradiating them with ultraviolet light, an activated bonding surface can be obtained without generating particles or metal contamination caused by sputtered particles such as argon particles.
本実施形態の基板接合装置であれば、アルゴン等の質量を有する粒子を用いることなく、バンドギャップ半導体基板Sの接合面S1とハンドル基板Pの接合面P1を活性化することができることから、ボイドおよびコンタミを低減した、接合基板Wを得ることができる。 The substrate bonding apparatus of this embodiment can activate the bonding surface S1 of the band gap semiconductor substrate S and the bonding surface P1 of the handle substrate P without using particles with mass such as argon, making it possible to obtain a bonded substrate W with reduced voids and contamination.
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、前述した実施形態の変形等も本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes other configurations that can achieve the object of the present invention, and also includes modifications of the above-described embodiment.
例えば、図8に示す基板接合装置100Aは、第1搬送台41と第2搬送台43の移動方向が、前述した実施形態の基板接合装置100とは異なるものである。すなわち、搬送ロボット40Aは、第1搬送台41と、第1アーム42Aと、第2搬送台43と、第2アーム44Aと、アーム支持部45Aとを有する。図8に示す変形例においては、第1アーム42Aは矢印E方向に伸縮し、第2アームは矢印F方向に伸縮することにより、第1搬送台41および第2搬送台43を移動させることができる。このように、第1搬送台と第2搬送台の移動方法は、前述した実施形態や本変形例に限定されるものではなく、搬送ロボットと基板ホルダとの間で基板を移動させることができるものであれば、どのような構成でもよい。
For example, the
また、前述した実施形態においては、バンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを1枚ずつ処理する装置について説明したが、複数枚のバンドギャップ半導体基板Sとハンドル基板Pとを扱う基板ホルダや搬送ロボットを用いることにより、複数枚の基板を一度の製造バッチにより処理してもよい。 In addition, in the above-described embodiment, an apparatus for processing band gap semiconductor substrates S and handle substrates P one by one has been described, but multiple substrates may be processed in a single manufacturing batch by using a substrate holder or a transport robot that handles multiple band gap semiconductor substrates S and handle substrates P.
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質等を限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質等の限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。 Although the best configurations and methods for implementing the present invention have been disclosed above, the present invention is not limited thereto. That is, the present invention has been described mainly with respect to specific embodiments, but those skilled in the art can make various modifications to the above-described embodiments in terms of shape, material, quantity, and other detailed configurations without departing from the scope of the technical idea and purpose of the present invention. Therefore, the descriptions limiting the shapes, materials, etc. disclosed above are provided as examples to facilitate understanding of the present invention, and do not limit the present invention. Therefore, descriptions of the names of components that have some or all of the limitations on the shapes, materials, etc. removed are included in the present invention.
以下、本発明の実施例および比較例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されることはない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.
本実施例においては、バンドギャップ半導体基板として炭化ケイ素単結晶基板を用いて、ハンドル基板として炭化ケイ素多結晶基板を用いて、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板とが接合した、炭化ケイ素接合基板を製造した。また、製造装置として、前述した実施形態の基板接合装置100を用いた。基板接合装置100は、紫外線ランプ512、紫外線ランプ522として、Xeエキシマランプを備える。
In this example, a silicon carbide single crystal substrate was used as the band gap semiconductor substrate, and a silicon carbide polycrystalline substrate was used as the handle substrate to manufacture a silicon carbide bonded substrate in which a silicon carbide single crystal substrate and a silicon carbide polycrystalline substrate were bonded. In addition, the
[実施例1]
(炭化ケイ素接合基板の製造)
炭化ケイ素単結晶基板として、昇華法によって作製された、直径寸法が4インチの4H-SiC単結晶基板を用いた。また、炭化ケイ素多結晶基板として、化学的気相蒸着法により炭化ケイ素多結晶を成膜して得た、直径寸法が4インチの3C-SiC多結晶基板を用いた。
[Example 1]
(Manufacture of silicon carbide bonded substrates)
The silicon carbide single crystal substrate used was a 4H-SiC single crystal substrate with a diameter of 4 inches produced by sublimation. The silicon carbide polycrystalline substrate used was a 3C-SiC polycrystalline substrate with a diameter of 4 inches obtained by depositing a silicon carbide polycrystalline film by chemical vapor deposition.
まず、活性化処理工程の前に、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板の接合面について、鏡面研磨加工および洗浄を行った。次に、活性化処理工程として、鏡面研磨加工、洗浄した炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板の接合面に、Arイオン、Ar粒子は照射せずに、紫外線を照射した。 First, prior to the activation process, the bonding surfaces of the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were mirror-polished and cleaned. Next, as an activation process, the mirror-polished and cleaned bonding surfaces of the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were irradiated with ultraviolet light without irradiating with Ar ions or Ar particles.
すなわち、基板ホルダ20に炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板を保持させて、接合室10内を真空度が5×10-6Pa以下の超高真空雰囲気とした。さらに、Xeエキシマランプ(紫外線ランプ512、紫外線ランプ522)により、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板の接合面に、波長172nmの紫外線を10mW/cm2の強度で2分間、照射した。
That is, the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were held by the
次に、接合工程を行った。炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板とを、活性化された接合面同士が接触するように重ねて、活性化処理工程と同じ真空条件のまま、接合室10内を300℃として、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板とを重ねたものに100kgf(0.98kN)の圧力を加えて、3分間保持した。以上により、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板との接合基板を得た。さらに、接合室10内を常温まで温度を下げたのち、接合室10内を大気圧まで復圧して、接合基板を取り出して、接合基板の評価を行った。
Next, a bonding process was carried out. The silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate were stacked so that the activated bonding surfaces were in contact with each other, and the
(炭化ケイ素接合基板の評価)
得られた接合基板の評価を行った。評価は、ボイドの有無の確認、コンタミの有無の確認、および、接合強度の確認とした。
(Evaluation of Silicon Carbide Bonded Substrates)
The resulting bonded substrate was evaluated for the presence or absence of voids, the presence or absence of contamination, and the bonding strength.
ボイドの有無の確認は、光学顕微鏡を用いて顕微鏡観察を行い、得られた接合基板にボイドが発生したか否かを確認した。接合基板にボイドが発生している場合、図9に示す接合基板700のように、点状のボイドVを確認することができる。
To check for the presence or absence of voids, microscopic observation was performed using an optical microscope to check whether voids occurred in the resulting bonded substrate. If voids occurred in the bonded substrate, point-like voids V could be confirmed, as in the bonded
また、接合基板を蛍光X線解析に供することにより、接合基板に不純物が含まれているか否かを確認して、コンタミの有無を評価した。蛍光X線解析装置として、NANOHUNTERII(リガク製)を用いた。 The bonded substrate was also subjected to X-ray fluorescence analysis to check whether it contained impurities and to evaluate the presence or absence of contamination. The X-ray fluorescence analysis device used was a NANOHUNTER II (manufactured by Rigaku).
また、接合強度は、得られた接合基板を5mm角のチップ状に切断して、炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板との剥離の有無を確認して、剥離が270個中3個以下である場合には接合強度が十分であり、5個より多い場合には接合強度が不十分であると評価した。 The bond strength was also evaluated by cutting the resulting bonded substrate into chips of 5 mm square and checking for the presence or absence of delamination between the silicon carbide single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate. If there were 3 or fewer delaminations out of 270, the bond strength was deemed sufficient, and if there were more than 5 delaminations, the bond strength was deemed insufficient.
なお、接合基板の接合強度が十分であっても、図9(B)に示す接合基板800のように接合基板にボイドVが発生している場合、ボイドVが含まれないチップ(例えば、図9(B)のチップ810)は良品であるが、ボイドVが含まれるチップ(例えば、図9(B)のチップ820、830、840)は後工程に用いると不良の原因となり得る。よって、ボイドVが含まれるチップが多いほど歩留まりが低いと評価することができる。
Even if the bonding strength of the bonding substrate is sufficient, if voids V occur in the bonding substrate as in the
接合基板を評価した結果、ボイドの発生は確認されず、また、金属不純物の測定においても検収限界以下であり、コンタミは確認されなかった。また、接合基板を270個の5mm角のチップ状に切断したところ、剥離は確認されず、接合強度は十分であると判断した。 As a result of evaluating the bonded substrate, no voids were found, and measurements of metal impurities showed that they were below the inspection limit, meaning no contamination was found. Furthermore, when the bonded substrate was cut into 270 5 mm square chips, no peeling was found, and the bonding strength was determined to be sufficient.
[実施例2]
実施例2として、基板接合装置100のXeエキシマランプを基板に対して斜め方向から照射すること以外は実施例1と同様にして、接合基板の製造および接合基板の評価を行った。得られた接合基板を評価した結果、ボイドの発生は確認されず、また、金属不純物の測定においては検収限界以下であり、コンタミは確認されなかった。また、接合基板を5mm角のチップ状に切断したところ、剥離は270個中1個のチップにのみ確認された。以上により、接合強度は十分であるが、紫外線を基板に対して垂直方向に照射することにより、より接合強度を高くすることかできることが示された。
[Example 2]
In Example 2, a bonded substrate was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the Xe excimer lamp of the
本発明の例示的態様である基板接合装置100を用いた実施例1、実施例2において、Ar等の質量を有する粒子の照射を行わずに、バンドギャップ半導体基板とハンドル基板の接合面に紫外線照射することで、接合面の活性化を行うことにより、アルゴン粒子等のスパッタ粒子によるパーティクルや金属コンタミを生じさせずに、接合基板におけるボイドおよびコンタミを低減した、接合基板が得られることが示された。
In Examples 1 and 2 using the
100 基板接合装置
10 接合室
20 基板ホルダ
30 ヒータ
40 搬送ロボット
50 紫外線照射装置
53 アーム(紫外線照射装置駆動手段)
60 吸着機構
70 真空装置
71、72 ターボ分子ポンプ
S バンドギャップ半導体基板
S1 バンドギャップ半導体基板の接合面
P ハンドル基板
P1 ハンドル基板の接合面
W 接合基板
100
60
Claims (8)
内部において、前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板とを接合する接合室と、
前記接合室の内部に設けられ、前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか一方を保持する第1ホルダと、前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板のいずれか他方を保持する第2ホルダと、を有する基板ホルダと、
前記基板ホルダに保持された前記バンドギャップ半導体基板と前記ハンドル基板の少なくとも一方の接合面に紫外線を照射する紫外線照射装置と、
前記接合室内を真空にする真空装置と、を備え、
前記紫外線照射装置は、紫外線ランプを備える第1照射装置と、紫外線ランプを備える第2照射装置を有し、対向して配された前記バンドギャップ半導体基板の接合面と前記ハンドル基板の接合面との間に前記紫外線照射装置が配され、前記バンドギャップ半導体基板、前記第1照射装置、前記第2照射装置、前記ハンドル基板が、直線状に並んで位置した状態で紫外線を照射する装置である、基板接合装置。 A substrate bonding apparatus for manufacturing a bonded substrate by bonding a band gap semiconductor substrate and a handle substrate, comprising:
a bonding chamber for bonding the band gap semiconductor substrate and the handle substrate therein;
a substrate holder provided inside the bonding chamber, the substrate holder including a first holder for holding one of the band gap semiconductor substrate and the handle substrate, and a second holder for holding the other of the band gap semiconductor substrate and the handle substrate;
an ultraviolet irradiation device that irradiates ultraviolet light onto at least one of the bonding surfaces of the band gap semiconductor substrate and the handle substrate held by the substrate holder;
a vacuum device for creating a vacuum in the bonding chamber ;
The ultraviolet irradiation device has a first irradiation device equipped with an ultraviolet lamp and a second irradiation device equipped with an ultraviolet lamp, and the ultraviolet irradiation device is disposed between a bonding surface of the band gap semiconductor substrate and a bonding surface of the handle substrate which are arranged opposite each other, and is a substrate bonding device that irradiates ultraviolet rays while the band gap semiconductor substrate, the first irradiation device, the second irradiation device, and the handle substrate are positioned in a straight line .
前記紫外線照射装置を、前記第1ホルダの保持面と、前記第2ホルダの保持面との間に配置する、基板ホルダ駆動手段と紫外線照射装置駆動手段の少なくとも一方をさらに備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の基板接合装置。 In the substrate holder, a holding surface of the first holder and a holding surface of the second holder face each other,
A substrate bonding apparatus as described in any one of claims 1 to 3, further comprising at least one of a substrate holder driving means and an ultraviolet irradiation device driving means for positioning the ultraviolet irradiation device between a holding surface of the first holder and a holding surface of the second holder.
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