JP6640546B2 - Joining apparatus, joining system and joining method - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、接合装置、接合システムおよび接合方法に関する。 The disclosed embodiments relate to a joining apparatus, a joining system, and a joining method.
従来、半導体ウェハ等の基板同士を接合する接合装置として、分子間力によって基板同士を接合する接合装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a bonding device for bonding substrates such as semiconductor wafers, a bonding device for bonding substrates by intermolecular force is known.
この種の接合装置は、表面を改質および親水化させた2枚の基板を上下に対向配置させ、上方に配置した基板(以下、上側基板と記載する)の中心部をピンで押し下げて、下方に配置した基板(以下、下側基板と記載する)の中心部に接触させる。これにより、まず、上側基板の中心部と下側基板の中心部とが分子間力によって接合され、さらに、接合領域が中心部から外周部に拡大していくことで、上側基板と下側基板との全面が接合される(特許文献1参照)。 In this type of bonding apparatus, two substrates whose surfaces have been modified and hydrophilically arranged are vertically opposed to each other, and a central portion of a substrate arranged above (hereinafter, referred to as an upper substrate) is pushed down with a pin, It is brought into contact with the center of a substrate disposed below (hereinafter referred to as a lower substrate). As a result, first, the center of the upper substrate and the center of the lower substrate are joined by an intermolecular force, and further, the joining region expands from the center to the outer periphery, so that the upper substrate and the lower substrate are joined. (See Patent Document 1).
しかしながら、上述した従来技術では、上側基板の中心部をピンで押し下げる方式を採用していることから、上側基板が変形した状態で下側基板と接合されることとなるため、接合後の基板に歪みが生じるおそれがある。 However, in the above-described conventional technology, since the method of pressing down the center portion of the upper substrate with a pin is adopted, the upper substrate is bonded to the lower substrate in a deformed state, so that the bonded substrate is Distortion may occur.
実施形態の一態様は、接合後の基板に生じる歪みを低減することができる接合装置、接合システムおよび接合方法を提供することを目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a bonding apparatus, a bonding system, and a bonding method that can reduce distortion generated in a substrate after bonding.
実施形態の一態様に係る接合装置は、第1保持部と、第2保持部と、押動部と、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造とを備える。第1保持部は、ヤング率に異方性を有する基板を含む2つの基板のうち、第1基板を下面に吸着保持する。第2保持部は、第1保持部の下方に設けられ、上記2つの基板のうち、第2基板を上面に吸着保持する。押動部は、第1基板の中心部を上方から押圧して第2基板に接触させる。ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造は、押動部による第1基板の押圧によって生じる第1基板と第2基板との変形量の差のうち、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す。 A joining device according to an aspect of an embodiment includes a first holding unit, a second holding unit, a pushing unit, and a structure for canceling a difference in deformation amount due to anisotropy of Young's modulus. The first holding unit sucks and holds the first substrate of the two substrates including the substrate having the anisotropic Young's modulus on the lower surface. The second holding unit is provided below the first holding unit, and sucks and holds the second substrate of the two substrates on the upper surface. The pressing portion presses the central portion of the first substrate from above to contact the second substrate. The structure for canceling the difference in the amount of deformation due to the anisotropy of the Young's modulus is based on the anisotropy of the Young's modulus among the difference in the amount of deformation between the first substrate and the second substrate caused by the pressing of the first substrate. Cancels out the difference in the amount of deformation associated with
実施形態の一態様によれば、接合後の基板に生じる歪みを低減することができる。 According to one aspect of the embodiment, it is possible to reduce distortion generated in the substrate after bonding.
以下、添付図面を参照して、本願の開示する接合装置、接合システムおよび接合方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a joining apparatus, a joining system, and a joining method disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited by the embodiments described below.
<1.接合方法>
まず、実施形態に係る接合方法について図1および図2を参照して説明する。図1は、実施形態に係る接合方法の説明図である。また、図2は、第1基板と第2基板との変形量の差を説明するための図である。なお、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きをZ軸の正方向とする直交座標系を示す場合がある。
<1. Joining method>
First, a bonding method according to an embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory diagram of a joining method according to the embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining a difference in the amount of deformation between the first substrate and the second substrate. In each of the drawings referred to below, an orthogonal coordinate system in which a vertically upward direction is the positive direction of the Z-axis may be shown for easy understanding.
実施形態に係る接合方法は、第1基板W1と第2基板W2とを分子間力によって接合する。具体的には、第1基板W1および第2基板W2の接合される表面を親水化および改質した後、図1の上図に示すように、上チャック230の下面に第1基板W1を吸着保持し、下チャック231の上面に第2基板W2を吸着保持する。
In the bonding method according to the embodiment, the first substrate W1 and the second substrate W2 are bonded by an intermolecular force. Specifically, after the surfaces to be bonded of the first substrate W1 and the second substrate W2 are hydrophilized and modified, the first substrate W1 is adsorbed on the lower surface of the
つづいて、押動ピン251を用いて第1基板W1の中心部を押し下げて第2基板W2の中心部に接触させる。これにより、図1の下図に示すように、まず、第1基板W1の中心部と第2基板W2の中心部とが分子間力により接合される。その後、第1基板W1と第2基板W2との接合領域が中心部から外周部に拡大していくことで、第1基板W1と第2基板W2とは接合される。
Subsequently, the center of the first substrate W1 is pushed down using the
このように、実施形態に係る接合方法では、第1基板W1の中心部を押動ピン251で押し下げる方式を採用している。このため、図2に示すように、第1基板W1は、全体的に伸びた状態で第2基板W2と接合されることとなる。第1基板W1の伸び量は、たとえば直径が300mmである場合において1〜2μm程度である。
As described above, the bonding method according to the embodiment employs a method in which the center of the first substrate W1 is pushed down by the
ここで、本願発明者らは、第1基板W1が真円状ではなく、図2に示すように不均一に伸びることを発見した。そして、本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、その原因が、第1基板W1が有するヤング率の異方性によるものであることを見出した。 Here, the present inventors have discovered that the first substrate W1 does not have a perfect circular shape but extends non-uniformly as shown in FIG. As a result of intensive studies, the present inventors have found that the cause is due to the anisotropy of the Young's modulus of the first substrate W1.
すなわち、第1基板W1を押動ピン251で押し下げることによって、第1基板W1には変形(伸び)が生じるが、たとえば第1基板W1のヤング率に異方性がある場合には、その変形量(伸び量)が、ヤング率が高い方向と低い方向とで異なることを本願発明者らは見出した。このように、第1基板W1がヤング率の異方性により不均一に伸びた状態で第2基板W2と接合されることにより、接合後の基板には歪みが生じることとなる。
That is, when the first substrate W1 is pressed down by the
そこで、実施形態に係る接合方法では、押動ピン251による第1基板W1の押圧によって生じる第1基板W1と第2基板W2との変形量の差のうち、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消すことで、接合後の基板に生じる歪みを低減することとした。
Therefore, in the bonding method according to the embodiment, of the difference in the amount of deformation between the first substrate W1 and the second substrate W2 caused by the pressing of the first substrate W1 by the
たとえば、ヤング率の異方性に伴う第1基板W1と第2基板W2との変形量の差は、第2基板W2を第1基板W1と同じように伸ばすことによって打ち消すことができる。かかる点については、第1の実施形態において説明する。 For example, the difference in the amount of deformation between the first substrate W1 and the second substrate W2 due to the anisotropy of the Young's modulus can be canceled by extending the second substrate W2 in the same manner as the first substrate W1. This will be described in the first embodiment.
また、ヤング率の異方性に伴う第1基板W1と第2基板W2との変形量の差は、第1基板W1が真円状に伸びるように第1基板W1の伸びを制御することによっても打ち消すことができる。かかる点については、第2の実施形態および第3の実施形態において説明する。 The difference in the amount of deformation between the first substrate W1 and the second substrate W2 due to the anisotropy of the Young's modulus is controlled by controlling the elongation of the first substrate W1 so that the first substrate W1 extends in a perfect circle. Can also be countered. This point will be described in the second embodiment and the third embodiment.
なお、接合後の基板には、第1基板W1のヤング率に異方性がなく、第2基板W2のヤング率に異方性がある場合にも歪みが生じるおそれがある。すなわち、第1基板W1は、押動ピン251によって伸ばされた状態で第2基板W2と接合されるため、第2基板W2と接合された後、元に戻ろうとする(縮もうとする)。このとき、第2基板W2のヤング率に異方性があると、第1基板W1の変形(縮み)に伴って変形する(縮む)過程で、変形量(縮み量)に差が生じ、この結果、接合後の基板に歪みが生じることとなる。この場合においても、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消すことで、接合後の基板に生じる歪みを低減することが可能である。 Note that the bonded substrate may have distortion even when the first substrate W1 has no anisotropy in Young's modulus and the second substrate W2 has anisotropy in Young's modulus. That is, since the first substrate W1 is joined to the second substrate W2 in a state where the first substrate W1 is extended by the push pins 251, the first substrate W1 tries to return to its original state (try to shrink) after being joined to the second substrate W2. At this time, if the Young's modulus of the second substrate W2 is anisotropic, a difference occurs in the deformation amount (shrinkage amount) in the process of deforming (shrinking) along with the deformation (shrinkage) of the first substrate W1. As a result, the bonded substrate is distorted. Also in this case, it is possible to reduce the distortion generated in the bonded substrate by canceling the difference in the deformation amount due to the anisotropy of the Young's modulus.
(第1の実施形態)
<2.接合システムの構成>
まず、第1の実施形態に係る接合システムの構成について、図3〜図5を参照して説明する。図3は、本実施形態に係る接合システムの構成を示す模式平面図であり、図4は、同模式側面図である。また、図5は、上ウェハおよび下ウェハの模式側面図である。
(First embodiment)
<2. Configuration of joining system>
First, the configuration of the joining system according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of the joining system according to the present embodiment, and FIG. 4 is a schematic side view of the same. FIG. 5 is a schematic side view of the upper wafer and the lower wafer.
図3に示す本実施形態に係る接合システム1は、第1基板W1と第2基板W2とを接合することによって重合ウェハTを形成する(図5参照)。
The
第1基板W1および第2基板W2は、単結晶シリコンウェハである。第1基板W1および第2基板W2の一方または両方には、電子回路が形成される。 First substrate W1 and second substrate W2 are single-crystal silicon wafers. An electronic circuit is formed on one or both of the first substrate W1 and the second substrate W2.
以下では、第1基板W1を「上ウェハW1」と記載し、第2基板W2を「下ウェハW2」と記載する。 Hereinafter, the first substrate W1 is described as “upper wafer W1”, and the second substrate W2 is described as “lower wafer W2”.
また、以下では、図5に示すように、上ウェハW1の板面のうち、下ウェハW2と接合される側の板面を「接合面W1j」と記載し、接合面W1jとは反対側の板面を「非接合面W1n」と記載する。また、下ウェハW2の板面のうち、上ウェハW1と接合される側の板面を「接合面W2j」と記載し、接合面W2jとは反対側の板面を「非接合面W2n」と記載する。 Further, in the following, as shown in FIG. 5, the plate surface of the upper wafer W1 on the side bonded to the lower wafer W2 is referred to as “bonding surface W1j”, and the opposite side of the bonding surface W1j. The plate surface is referred to as “non-joining surface W1n”. Further, among the plate surfaces of the lower wafer W2, the plate surface on the side bonded to the upper wafer W1 is referred to as “bonding surface W2j”, and the plate surface on the opposite side to the bonding surface W2j is referred to as “non-bonding surface W2n”. Describe.
また、図3に示すように、接合システム1は、搬入出ステーション2と、処理ステーション3とを備える。搬入出ステーション2および処理ステーション3は、X軸正方向に沿って、搬入出ステーション2および処理ステーション3の順番で並べて配置される。また、搬入出ステーション2および処理ステーション3は、一体的に接続される。
Further, as shown in FIG. 3, the joining
搬入出ステーション2は、載置台10と、搬送領域20とを備える。載置台10は、複数の載置板11を備える。各載置板11には、複数枚(例えば、25枚)の基板を水平状態で収容するカセットC1,C2,C3がそれぞれ載置される。例えば、カセットC1は上ウェハW1を収容するカセットであり、カセットC2は下ウェハW2を収容するカセットであり、カセットC3は重合ウェハTを収容するカセットである。
The loading /
搬送領域20は、載置台10のX軸正方向側に隣接して配置される。かかる搬送領域20には、Y軸方向に延在する搬送路21と、この搬送路21に沿って移動可能な搬送装置22とが設けられる。搬送装置22は、Y軸方向だけでなく、X軸方向にも移動可能かつZ軸周りに旋回可能であり、載置板11に載置されたカセットC1〜C3と、後述する処理ステーション3の第3処理ブロックG3との間で、上ウェハW1、下ウェハW2および重合ウェハTの搬送を行う。
The transfer area 20 is arranged adjacent to the mounting table 10 on the X-axis positive direction side. In the transfer area 20, a transfer path 21 extending in the Y-axis direction and a
なお、載置板11に載置されるカセットC1〜C3の個数は、図示のものに限定されない。また、載置板11には、カセットC1,C2,C3以外に、不具合が生じた基板を回収するためのカセット等が載置されてもよい。
The number of the cassettes C1 to C3 mounted on the mounting
処理ステーション3には、各種装置を備えた複数の処理ブロック、例えば3つの処理ブロックG1,G2,G3が設けられる。例えば処理ステーション3の正面側(図3のY軸負方向側)には、第1処理ブロックG1が設けられ、処理ステーション3の背面側(図3のY軸正方向側)には、第2処理ブロックG2が設けられる。また、処理ステーション3の搬入出ステーション2側(図3のX軸負方向側)には、第3処理ブロックG3が設けられる。
The
第1処理ブロックG1には、上ウェハW1および下ウェハW2の接合面W1j,W2jを改質する表面改質装置30が配置される。表面改質装置30は、上ウェハW1および下ウェハW2の接合面W1j,W2jにおけるSiO2の結合を切断して単結合のSiOとすることで、その後親水化されやすくするように当該接合面W1j,W2jを改質する。
In the first processing block G1, a
なお、表面改質装置30では、例えば減圧雰囲気下において処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。そして、かかる酸素イオンが、上ウェハW1および下ウェハW2の接合面W1j,W2jに照射されることにより、接合面W1j,W2jがプラズマ処理されて改質される。
In the
第2処理ブロックG2には、表面親水化装置40と、接合装置41とが配置される。表面親水化装置40は、例えば純水によって上ウェハW1および下ウェハW2の接合面W1j,W2jを親水化するとともに、接合面W1j,W2jを洗浄する。表面親水化装置40では、例えばスピンチャックに保持された上ウェハW1または下ウェハW2を回転させながら、当該上ウェハW1または下ウェハW2上に純水を供給する。これにより、上ウェハW1または下ウェハW2上に供給された純水が上ウェハW1または下ウェハW2の接合面W1j,W2j上を拡散し、接合面W1j,W2jが親水化される。接合装置41は、上ウェハW1および下ウェハW2を接合する。接合装置41の構成については、後述する。
In the second processing block G2, a surface hydrophilizing device 40 and a joining
第3処理ブロックG3には、図4に示すように、上ウェハW1、下ウェハW2および重合ウェハTのトランジション(TRS)装置50,51が下から順に2段に設けられる。
As shown in FIG. 4, in the third processing block G3, transition (TRS)
また、図3に示すように、第1処理ブロックG1、第2処理ブロックG2および第3処理ブロックG3に囲まれた領域には、搬送領域60が形成される。搬送領域60には、搬送装置61が配置される。搬送装置61は、例えば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。かかる搬送装置61は、搬送領域60内を移動し、搬送領域60に隣接する第1処理ブロックG1、第2処理ブロックG2および第3処理ブロックG3内の所定の装置に上ウェハW1、下ウェハW2および重合ウェハTを搬送する。
In addition, as shown in FIG. 3, a transport area 60 is formed in an area surrounded by the first processing block G1, the second processing block G2, and the third processing block G3. In the transfer area 60, a
また、図3に示すように、接合システム1は、制御装置70を備える。制御装置70は、接合システム1の動作を制御する。かかる制御装置70は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのCPUは、ROMに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、後述する制御を実現する。
In addition, as shown in FIG. 3, the joining
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置70の記憶部にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、例えばハードディスク(HD)、フレキシブルディスク(FD)、コンパクトディスク(CD)、マグネットオプティカルディスク(MO)、メモリカードなどがある。 Note that such a program is recorded on a computer-readable recording medium, and may be installed in the storage unit of the control device 70 from the recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include a hard disk (HD), a flexible disk (FD), a compact disk (CD), a magnet optical disk (MO), and a memory card.
<3.接合装置の構成>
次に、接合装置41の構成について図6〜図13を参照して説明する。図6は、接合装置41の構成を示す模式平面図であり、図7は、同模式側面図である。また、図8は、位置調節機構210の構成を示す模式側面図である。また、図9は、反転機構220の構成を示す模式平面図であり、図10および図11は、同模式側面図(その1)および(その2)である。また、図12は、保持アーム221および保持部材222の構成を示す模式側面図であり、図13は、接合装置41の内部構成を示す模式側面図である。
<3. Configuration of joining device>
Next, the configuration of the joining
図6に示すように、接合装置41は、内部を密閉可能な処理容器190を有する。処理容器190の搬送領域60側の側面には、上ウェハW1、下ウェハW2および重合ウェハTの搬入出口191が形成され、当該搬入出口191には開閉シャッタ192が設けられる。
As shown in FIG. 6, the joining
処理容器190の内部は、内壁193によって搬送領域T1と処理領域T2に区画される。上述した搬入出口191は、搬送領域T1における処理容器190の側面に形成される。また、内壁193にも、上ウェハW1、下ウェハW2および重合ウェハTの搬入出口194が形成される。
The inside of the
搬送領域T1のY軸負方向側には、上ウェハW1、下ウェハW2および重合ウェハTを一時的に載置するためのトランジション200が設けられる。トランジション200は、例えば2段に形成され、上ウェハW1、下ウェハW2および重合ウェハTのいずれか2つを同時に載置することができる。
A
搬送領域T1には、搬送機構201が設けられる。搬送機構201は、例えば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。そして、搬送機構201は、搬送領域T1内、または搬送領域T1と処理領域T2との間で上ウェハW1、下ウェハW2および重合ウェハTを搬送する。
The
搬送領域T1のY軸正方向側には、上ウェハW1および下ウェハW2の水平方向の向きを調節する位置調節機構210が設けられる。位置調節機構210は、図8に示すように基台211と、上ウェハW1および下ウェハW2を吸着保持して回転させる保持部212と、上ウェハW1および下ウェハW2のノッチ部の位置を検出する検出部213とを有する。
A
かかる位置調節機構210では、保持部212に吸着保持された上ウェハW1および下ウェハW2を回転させながら検出部213で上ウェハW1および下ウェハW2のノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節して上ウェハW1および下ウェハW2の水平方向の向きを調節する。これにより、上ウェハW1および下ウェハW2は、結晶方向が互いに一致した状態、すなわち、伸びやすい方向および伸びにくい方向が一致した状態で、上チャック230および下チャック231に保持されることとなる。
In the
また、搬送領域T1には、上ウェハW1の表裏面を反転させる反転機構220が設けられる。反転機構220は、図9〜図12に示すように上ウェハW1を保持する保持アーム221を有する。
In addition, a reversing
保持アーム221は、水平方向に延在する。また保持アーム221には、上ウェハW1を保持する保持部材222が例えば4箇所に設けられる。保持部材222は、図12に示すように保持アーム221に対して水平方向に移動可能に構成されている。また保持部材222の側面には、上ウェハW1の外周部を保持するための切り欠き223が形成される。これら保持部材222は、上ウェハW1を挟み込んで保持することができる。
The holding
保持アーム221は、図9〜図11に示すように、例えばモータなどを備えた第1駆動部224に支持される。保持アーム221は、この第1駆動部224によって、水平軸周りに回動自在である。また保持アーム221は、第1駆動部224を中心に回動自在であると共に、水平方向に移動自在である。
As shown in FIGS. 9 to 11, the holding
第1駆動部224の下方には、例えばモータなどを備えた第2駆動部225が設けられる。第1駆動部224は、この第2駆動部225によって、鉛直方向に延在する支持柱226に沿って鉛直方向に移動可能である。
Below the
このように、保持部材222に保持された上ウェハW1は、第1駆動部224と第2駆動部225によって、水平軸周りに回動することができるとともに鉛直方向および水平方向に移動することができる。また、保持部材222に保持された上ウェハW1は、第1駆動部224を中心に回動して、位置調節機構210から後述する上チャック230との間を移動することができる。
As described above, the upper wafer W1 held by the holding
また、図7に示すように、処理領域T2には、上チャック230と下チャック231とが設けられる。上チャック230は、上ウェハW1を上方から吸着保持する。また、下チャック231は、上チャック230の下方に設けられ、下ウェハW2を下方から吸着保持する。
Further, as shown in FIG. 7, an
上チャック230は、図7に示すように、処理容器190の天井面に設けられた支持部材280に支持される。支持部材280には、下チャック231に保持された下ウェハW2の接合面W2jを撮像する上部撮像部281(図13参照)が設けられる。上部撮像部281は、上チャック230に隣接して設けられる。
The
また、図6、図7および図13に示すように、下チャック231は、当該下チャック231の下方に設けられた第1下チャック移動部290に支持される。第1下チャック移動部290は、後述するように下チャック231を水平方向(Y軸方向)に移動させる。また、第1下チャック移動部290は、下チャック231を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成される。
6, 7, and 13, the
第1下チャック移動部290には、上チャック230に保持された上ウェハW1の接合面W1jを撮像する下部撮像部291が設けられている。下部撮像部291は、下チャック231に隣接して設けられる。
The first lower
また、図6、図7および図13に示すように、第1下チャック移動部290は、当該第1下チャック移動部290の下面側に設けられ、水平方向(Y軸方向)に延伸する一対のレール295に取り付けられる。第1下チャック移動部290は、レール295に沿って移動自在に構成される。
As shown in FIGS. 6, 7, and 13, the first lower
一対のレール295は、第2下チャック移動部296に設けられる。第2下チャック移動部296は、当該第2下チャック移動部296の下面側に設けられ、水平方向(X軸方向)に延伸する一対のレール297に取り付けられる。そして、第2下チャック移動部296は、レール297に沿って移動自在に、すなわち下チャック231を水平方向(X軸方向)に移動させるように構成される。なお、一対のレール297は、処理容器190の底面に設けられた載置台298上に設けられる。
The pair of
ここで、上ウェハW1および下ウェハW2が有するヤング率の異方性について図14および図15を参照して説明する。図14は、上ウェハW1および下ウェハW2の結晶方向を示す図である。また、図15は、上ウェハW1および下ウェハW2の結晶方向とヤング率との関係を示す図である。なお、図15では、原点Oから離れるほどヤング率が高いことを示している。 Here, the anisotropy of the Young's modulus of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a diagram showing the crystal directions of the upper wafer W1 and the lower wafer W2. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the crystal directions of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 and the Young's modulus. FIG. 15 shows that the Young's modulus increases as the distance from the origin O increases.
図14に示すように、単結晶シリコンウェハである上ウェハW1および下ウェハW2は、たとえば、表面の結晶方向(Z軸正方向に沿った方向)が[100]であり、面内方向が[110]及び[1(上線)10]である。ここでは、[110]方向がX軸正方向と一致し、[1(上線)10]方向がY軸正方向と一致するものとする。 As shown in FIG. 14, the upper wafer W1 and the lower wafer W2, which are single-crystal silicon wafers, have a surface crystal direction (direction along the positive Z-axis direction) of [100] and an in-plane direction of [100]. 110] and [1 (overline) 10]. Here, it is assumed that the [110] direction matches the X-axis positive direction, and the [1 (overline) 10] direction matches the Y-axis positive direction.
図15に示すように、上ウェハW1および下ウェハW2のヤング率は、[110]方向を0°とした場合に、90°周期の方向(0°、90°、180°、270°の方向)において最も高くなり、45°周期の方向(45°、135°、225°、315°の方向)において最も低くなる。 As shown in FIG. 15, the Young's modulus of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 is a 90 ° period (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) when the [110] direction is 0 °. ), And the lowest in the direction of the 45 ° cycle (45 °, 135 °, 225 °, 315 ° direction).
本願発明者らは、ヤング率に異方性を有する基板について、ヤング率が最も高くなる方向すなわち90°周期の方向における変形量が、ヤング率が最も低くなる方向すなわち45°周期の方向における変形量よりも大きくなることを見出した。 The inventors of the present invention have found that, for a substrate having an anisotropic Young's modulus, the deformation amount in the direction in which the Young's modulus is the highest, that is, in the direction of the 90 ° cycle, is changed in the direction in which the Young's modulus is the lowest, that is, the direction of the 45 ° cycle. Found to be larger than the amount.
次に、上チャック230および下チャック231の構成について図16および図17を参照して説明する。図16は、上チャック230および下チャック231の構成を示す模式側面図である。図17は、上チャック230を下方から見た場合の模式平面図である。
Next, configurations of the
図16に示すように、接合装置41は、上チャック230と、下チャック231と、押動機構250とを備える。
As shown in FIG. 16, the joining
上チャック230は、上ウェハW1を下面に吸着保持する。図17に示すように、上チャック230の下面は、複数、たとえば2つの領域230a,230bに区画される。これら領域230a,230bは、上チャック230の中心部から周縁部(外周部)に向けてこの順で設けられる。領域230aは平面視において円形状を有し、領域230bは平面視において環状形状を有する。
The
各領域230a,230bには、上ウェハW1を吸着保持するための吸引管240a,240bがそれぞれ独立して設けられる。各吸引管240a,240bには、異なる真空ポンプ241a,241bがそれぞれ接続される。このように、上チャック230は、各領域230a,230b毎に上ウェハW1の真空引きを設定可能に構成されている。
上ウェハW1は、[110]方向がX軸正方向と一致し、[1(上線)10]方向がY軸正方向と一致するように上チャック230に吸着保持される。
The upper wafer W1 is suction-held by the
上チャック230の中心部には、上チャック230を厚み方向に貫通する貫通孔243が形成される。この上チャック230の中心部は、上チャック230に吸着保持される上ウェハW1の中心部に対応している。そして、貫通孔243には、押動機構250の押動ピン251が挿通されるようになっている。
At the center of the
押動機構250は、上チャック230に吸着保持された上ウェハW1の中心部を押圧する。押動機構250は、たとえばシリンダ構造を有しており、押動ピン251と押動ピン251が昇降する際のガイドとなる外筒252とを備える。押動ピン251は、たとえばモータを内蔵した駆動部(図示せず)によって、貫通孔243を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。
The pushing
下チャック231は、下ウェハW2を上面232に吸着保持する。下ウェハW2は、[110]方向がX軸正方向と一致し、[1(上線)10]方向がY軸正方向と一致するように、かつ、中心位置が上チャックW1の中心位置とZ軸方向において一致するように下チャック231に吸着保持される。
The
第1の実施形態に係る下チャックの上面232は、平面状ではなく角錐状に形成される。かかる下チャック231の上面232の形状について図18を参照して説明する。図18は、下チャック231の上面232の形状の一例を示す模式平面図である。
The
図18に示すように、下チャック231の上面232は、下ウェハW2のヤング率が最も低くなる方向、すなわち、[110]方向を0°とした場合における45°周期の方向に沿った辺232a〜232dを有する角錐状に突出する。かかる形状とすることにより、下ウェハW2を上面232に吸着させた際に、下ウェハW2のヤング率が最も高い方向と最も低い方向とで下ウェハW2の変形量を異ならせることができる。したがって、下ウェハW2を不均一に伸ばすことができる。
As shown in FIG. 18, the
つづいて、下チャック231の吸着領域について図19を参照して説明する。図19は、下チャック231の吸着領域の一例を示す模式平面図である。
Subsequently, the suction area of the
図19に示すように、下ウェハW2の上面232に形成される吸着領域は、第1吸着領域231aと、第2吸着領域231bとに区画される。第1吸着領域231aは、下ウェハW2の吸着領域のうち、上述した辺232a〜232dを含む吸着領域である。また、第2吸着領域231bは、下ウェハW2の吸着領域のうち、第1吸着領域231a以外の吸着領域である。
As shown in FIG. 19, the suction area formed on the
第1吸着領域231aおよび第2吸着領域231bには、下ウェハW2を吸着保持するための吸引管260a,260bがそれぞれ独立して設けられる。各吸引管260a,260bには、異なる真空ポンプ261a,261bがそれぞれ接続される(図16参照)。このように、下チャック231は、第1吸着領域231aおよび第2吸着領域231b毎に下ウェハW2の真空引きを設定可能に構成されている。
In the
制御装置70は、第1吸着領域231aによる下ウェハW2の吸着と、第2吸着領域231bによる下ウェハW2の吸着とを異なるタイミングで開始させる。ここで、制御装置70による下ウェハW2の吸着処理の一例について図20および図21を参照して説明する。図20は、下ウェハW2の吸着処理の一例を示すフローチャートである。図21は、第1の実施形態に係る上ウェハW1と下ウェハW2との変形量の差を説明するための図である。
The control device 70 starts the suction of the lower wafer W2 by the
図20に示すように、制御装置70は、まず、第1吸着領域231aによる下ウェハW2の吸着を開始させ(ステップS101)、その後、第2吸着領域231bによる下ウェハW2の吸着を開始させる(ステップS102)。
As shown in FIG. 20, the control device 70 first starts the suction of the lower wafer W2 by the
このように、制御装置70は、ヤング率が最も低い45°周期の方向に沿った下ウェハW2の部位を先に下チャック231に吸着保持させる。これにより、45°周期の方向に沿った部位は、下チャック231に固定された状態となってその伸びが抑制される。そして、この状態で、第2吸着領域231bによる45°周期の方向に沿った部位以外の部位の吸着保持が開始されることで、45°周期の方向に沿った部位以外の部位が上面232の形状に従って伸ばされることとなる。
As described above, the control device 70 causes the
これにより、下ウェハW2は、図21に示すように、上ウェハW1と同じように不均一に伸びることとなる。この結果、上ウェハW1と下ウェハW2との変形量の差が少なくなり、接合後の基板である重合ウェハTに生じる歪みが低減される。 Thereby, as shown in FIG. 21, the lower wafer W2 extends non-uniformly like the upper wafer W1. As a result, the difference in the amount of deformation between the upper wafer W1 and the lower wafer W2 is reduced, and the distortion generated in the bonded wafer T, which is the bonded substrate, is reduced.
なお、ここでは、下チャック231が、ヤング率が最も低い方向に沿った辺232a〜232dを有する角錐状の上面232を備える場合の例について説明したが、下チャック231は、ヤング率が最も高い方向すなわち90°周期の方向に沿った辺を有する角錐状の上面を備えていてもよい。この場合、制御装置70は、第2吸着領域231bによる下ウェハW2の吸着を開始させた後、第1吸着領域231aによる下ウェハW2の吸着を開始させればよい。
Here, an example in which the
次に、下チャック231の変形例について図22および図23を参照して説明する。図22は、第1変形例に係る下チャック231の上面232の形状を示す模式側面図である。図23は、第2変形例に係る下チャック231の上面232の形状を示す模式側面図である。
Next, a modified example of the
図22に示すように、下チャック231の上面232は、凹状の角錐面233を有していてもよい。かかる形状とすることにより、上面232の突出高さを低く抑えつつ、下ウェハW2を大きく変形させることができる。
As shown in FIG. 22, the
また、図23に示すように、下チャック231の上面232は、凸状の角錐面234を有していてもよい。かかる形状とすることによっても、上面232の突出高さを低く抑えつつ、下ウェハW2を大きく変形させることができる。
In addition, as shown in FIG. 23, the
<4.接合システムの具体的動作>
次に、接合システム1の具体的な動作について図24を参照して説明する。図24は、接合システム1が実行する処理の一部を示すフローチャートである。図24に示す各種の処理は、制御装置70による制御に基づいて実行される。
<4. Specific operation of joining system>
Next, a specific operation of the joining
まず、複数枚の上ウェハW1を収容したカセットC1、複数枚の下ウェハW2を収容したカセットC2、および空のカセットC3が、搬入出ステーション2の所定の載置板11に載置される。その後、搬送装置22によりカセットC1内の上ウェハW1が取り出され、処理ステーション3の第3処理ブロックG3のトランジション装置50に搬送される。
First, a cassette C1 accommodating a plurality of upper wafers W1, a cassette C2 accommodating a plurality of lower wafers W2, and an empty cassette C3 are mounted on a predetermined mounting
次に、上ウェハW1は、搬送装置61によって第1処理ブロックG1の表面改質装置30に搬送される。表面改質装置30では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンが上ウェハW1の接合面W1jに照射されて、当該接合面W1jがプラズマ処理される。これにより、上ウェハW1の接合面W1jが改質される(ステップS201)。
Next, the upper wafer W1 is transferred by the
次に、上ウェハW1は、搬送装置61によって第2処理ブロックG2の表面親水化装置40に搬送される。表面親水化装置40では、スピンチャックに保持された上ウェハW1を回転させながら、当該上ウェハW1上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は上ウェハW1の接合面W1j上を拡散し、表面改質装置30において改質された上ウェハW1の接合面W1jに水酸基(シラノール基)が付着して当該接合面W1jが親水化される。また、当該純水によって、上ウェハW1の接合面W1jが洗浄される(ステップS202)。
Next, the upper wafer W1 is transferred by the
次に、上ウェハW1は、搬送装置61によって第2処理ブロックG2の接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された上ウェハW1は、トランジション200を介して搬送機構201により位置調節機構210に搬送される。そして位置調節機構210によって、上ウェハW1の水平方向の向きが調節される(ステップS203)。
Next, the upper wafer W1 is transferred by the
その後、位置調節機構210から反転機構220の保持アーム221に上ウェハW1が受け渡される。続いて搬送領域T1において、保持アーム221を反転させることにより、上ウェハW1の表裏面が反転される(ステップS204)。すなわち、上ウェハW1の接合面W1jが下方に向けられる。
Thereafter, the upper wafer W1 is transferred from the
その後、反転機構220の保持アーム221が、第1駆動部224を中心に回動して上チャック230の下方に移動する。そして、反転機構220から上チャック230に上ウェハW1が受け渡される。上ウェハW1は、上チャック230にその非接合面W1nが吸着保持される(ステップS205)。
Thereafter, the holding
このとき、すべての真空ポンプ241a,241bを作動させ、上チャック230のすべての領域230a,230bにおいて、上ウェハW1を吸着保持する。上ウェハW1は、後述する下ウェハW2が接合装置41に搬送されるまで上チャック230で待機する。
At this time, all the
上ウェハW1に上述したステップS201〜S205の処理が行われている間、下ウェハW2の処理が行われる。まず、搬送装置22によりカセットC2内の下ウェハW2が取り出され、処理ステーション3のトランジション装置50に搬送される。
While the processing of steps S201 to S205 described above is being performed on the upper wafer W1, the processing of the lower wafer W2 is performed. First, the lower wafer W2 in the cassette C2 is taken out by the
次に、下ウェハW2は、搬送装置61によって表面改質装置30に搬送され、下ウェハW2の接合面W2jが改質される(ステップS206)。なお、ステップS206における下ウェハW2の接合面W2jの改質は、上述したステップS201と同様である。
Next, the lower wafer W2 is transferred to the
その後、下ウェハW2は、搬送装置61によって表面親水化装置40に搬送され、下ウェハW2の接合面W2jが親水化されるとともに当該接合面W2jが洗浄される(ステップS207)。なお、ステップS207における下ウェハW2の接合面W2jの親水化および洗浄は、上述したステップS202と同様である。
Thereafter, the lower wafer W2 is transferred by the
その後、下ウェハW2は、搬送装置61によって接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された下ウェハW2は、トランジション200を介して搬送機構201により位置調節機構210に搬送される。そして位置調節機構210によって、下ウェハW2の水平方向の向きが調節される(ステップS208)。
After that, the lower wafer W2 is transferred to the
その後、下ウェハW2は、搬送機構201によって下チャック231に搬送され、下チャック231に吸着保持される(ステップS209)。このとき、制御装置70は、図20を参照して説明したように、まず、真空ポンプ261aを作動させて第1吸着領域231aによる下ウェハW2の吸着保持を開始させた後、真空ポンプ261bを作動させて第2吸着領域231bによる下ウェハW2の吸着保持を開始させる。下ウェハW2は、接合面W2jが上方を向くように、非接合面W2nが下チャック231に吸着保持される。
Thereafter, the lower wafer W2 is transferred to the
次に、上チャック230に保持された上ウェハW1と下チャック231に保持された下ウェハW2との水平方向の位置調節が行われる(ステップS210)。
Next, horizontal position adjustment of the upper wafer W1 held by the
次に、上チャック230に保持された上ウェハW1と下チャック231に保持された下ウェハW2との鉛直方向位置の調節を行う(ステップS211)。これは、たとえば、第1下チャック移動部290によって下チャック231を鉛直上方に移動させることによって行われる。これにより、下ウェハW2の接合面W2jと上ウェハW1の接合面W1jとの間の間隔は所定の距離、たとえば80μm〜200μmに調整される。
Next, the vertical positions of the upper wafer W1 held by the
次に、上ウェハW1と下ウェハW2の接合処理が行われる。具体的には、真空ポンプ241aの作動を停止して、領域230aにおける吸引管240aからの上ウェハW1の真空引きを停止する。その後、押動機構250の押動ピン251を下降させることによって、上ウェハW1の中心部を押し下げて下ウェハW2に接触させる。そして、押動機構250の押動ピン251によって、上ウェハW1の中心部と下ウェハW2の中心部とを押圧する(ステップS212)。
Next, a bonding process of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 is performed. Specifically, the operation of the
そうすると、押圧された上ウェハW1の中心部と下ウェハW2の中心部との間で接合が開始する。すなわち、上ウェハW1の接合面W1jと下ウェハW2の接合面W2jはそれぞれステップS201,S206において改質されているため、まず、接合面W1j,W2j間にファンデルワールス力(分子間力)が生じ、当該接合面W1j,W2j同士が接合される。さらに、上ウェハW1の接合面W1jと下ウェハW2の接合面W2jはそれぞれステップS202,S207において親水化されているため、接合面W1j,W2j間の親水基が水素結合し、接合面W1j,W2j同士が強固に接合される。 Then, bonding starts between the pressed central portion of the upper wafer W1 and the central portion of the lower wafer W2. That is, since the bonding surface W1j of the upper wafer W1 and the bonding surface W2j of the lower wafer W2 have been modified in steps S201 and S206, respectively, first, van der Waals force (intermolecular force) is generated between the bonding surfaces W1j and W2j. Then, the joining surfaces W1j and W2j are joined. Furthermore, since the bonding surface W1j of the upper wafer W1 and the bonding surface W2j of the lower wafer W2 have been hydrophilized in steps S202 and S207, respectively, the hydrophilic groups between the bonding surfaces W1j and W2j are hydrogen-bonded, and the bonding surfaces W1j and W2j are formed. They are firmly joined.
その後、押動ピン251によって上ウェハW1の中心部と下ウェハW2の中心部を押圧した状態で、真空ポンプ241bの作動を停止して、領域230bにおける吸引管240bからの上ウェハW1の真空引きを停止する。
Thereafter, while the center of the upper wafer W1 and the center of the lower wafer W2 are pressed by the push pins 251, the operation of the
そうすると、領域230bに保持されていた上ウェハW1が下ウェハW2上に落下する。これにより、上述した接合面W1j,W2j間のファンデルワールス力と水素結合による接合が上ウェハW1および下ウェハW2の中心部から周縁部に向けて順次拡がる。こうして、上ウェハW1の接合面W1jと下ウェハW2の接合面W2jが全面で当接し、上ウェハW1と下ウェハW2が接合される(ステップS213)。
Then, upper wafer W1 held in
その後、押動ピン251を上チャック230まで上昇させる。また、下チャック231において吸引管260a、260bからの下ウェハW2の真空引きを停止して、下チャック231による下ウェハW2の吸着保持を解除する。これにより、接合装置41での接合処理が終了する。
Thereafter, the
上述してきたように、第1の実施形態に係る接合装置41は、上チャック230(第1保持部の一例)と、下チャック231(第2保持部の一例)と、押動ピン251(押動部の一例)と、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造とを備える。上チャック230は、ヤング率に異方性を有する2つの基板のうち、上ウェハW1(第1基板の一例)を下面に吸着保持する。下チャック231は、上チャック230の下方に設けられ、上記2つの基板のうち、下ウェハW2(第2基板の一例)を上面232に吸着保持する。押動ピン251は、上ウェハW1の中心部を上方から押圧して下ウェハW2に接触させる。ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造は、押動ピン251による上ウェハW1の押圧によって生じる上ウェハW1と下ウェハW2との変形量の差のうち、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す。
As described above, the
したがって、第1の実施形態に係る接合装置41によれば、接合後の基板である重合ウェハTに生じる歪みを低減することができる。
Therefore, according to the
また、下チャック231は、ヤング率が最も高い方向または最も低い方向に沿った辺232a〜232dを有する角錐状の上面232を、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造として備える。
In addition, the
これにより、下チャック231の上面232に下ウェハW2を吸着させた場合に、下ウェハW2のヤング率が最も高い方向における変形量と、ヤング率が最も低い方向における変形量とを異ならせることができる。
Thereby, when the lower wafer W2 is attracted to the
また、接合装置41は、下チャック231による下ウェハW2の吸着動作を制御する制御装置70(第2保持部制御部の一例)を備える。また、下チャック231は、下ウェハW2の吸着領域のうち、上記辺232a〜232dを含む第1吸着領域231aと、下ウェハW2の吸着領域のうち、第1吸着領域231a以外の領域である第2吸着領域231bとを備える。そして、制御装置70は、第1吸着領域231aによる下ウェハW2の吸着と、第2吸着領域231bによる下ウェハW2の吸着とを異なるタイミングで開始させる。
In addition, the
これにより、第1吸着領域231aおよび第2吸着領域231bのうち、後に吸着を開始させた領域に対応する下ウェハW2の部位を伸ばすことができる。たとえば、下チャック231の上面232の辺232a〜232dが、ヤング率が最も低い方向に沿って形成されている場合には、第1吸着領域231aによる吸着動作を先に開始させることによって、第2吸着領域231bに対応する下ウェハW2の部位、すなわち、ヤング率が最も高い方向に沿った部位を伸ばすことができる。これにより、下ウェハW2を上ウェハW1と同じように不均一に伸ばすことができるため、ヤング率の異方性に伴う上ウェハW1と下ウェハW2との変形量の差が打ち消されて、接合後の基板である重合ウェハTに生じる歪みを低減することができる。
Accordingly, the portion of the lower wafer W2 corresponding to the region where the suction is started later, of the
また、下チャックの上面232は、凹状または凸状の角錐面233,234を有していてもよい。これにより、上面232の突出高さを低く抑えつつ、下ウェハW2を大きく変形させることができる。
In addition, the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る上チャックおよび下チャックの構成について図25および図26を参照して説明する。図25は、第2の実施形態に係る上チャックおよび下チャックの構成を示す模式側面図である。図26は、第2の実施形態に係る上チャックを下方から見た場合の模式平面図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, configurations of the upper chuck and the lower chuck according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 25 is a schematic side view showing the configuration of the upper chuck and the lower chuck according to the second embodiment. FIG. 26 is a schematic plan view when the upper chuck according to the second embodiment is viewed from below. In the following description, the same parts as those already described are denoted by the same reference numerals as those already described, and redundant description will be omitted.
図25に示すように、第2の実施形態に係る接合装置41Aは、上チャック230Aと、下チャック231Aと、押動機構250とを備える。
As shown in FIG. 25, the joining
下チャック231Aは、平坦面である上面に下ウェハW2を吸着保持する。下チャック231Aには、下ウェハW2を吸着保持するための吸引管260cが設けられ、吸引管260cには、真空ポンプ261cが接続される。
The
上チャック230Aは、平坦面である下面に上ウェハW1を吸着保持する。ここで、上チャック230Aの下面に形成される吸着領域の構成について図26を参照して説明する。図26は、第2の実施形態に係る上チャック230Aを下方から見た場合の模式平面図である。
The
図26に示すように、上チャック230Aは、複数の第3吸着領域230c,230dと、複数の第4吸着領域230e,230fとを備える。
As shown in FIG. 26, the
第3吸着領域230c,230dは、ヤング率が最も高い方向すなわち90°周期の方向に沿って配置される。第3吸着領域230cは、上チャック230Aの中心部に近い位置に配置され、第3吸着領域230dは、第3吸着領域230cよりも上チャック230Aの中心部から遠い位置に配置される。第3吸着領域230cには、吸引管240cが設けられ(図25参照)、吸引管240cには、真空ポンプ241cが接続される。また、第3吸着領域230dには、吸引管240dが設けられ、吸引管240dには、真空ポンプ241dが接続される。
The
第4吸着領域230e,230fは、ヤング率が最も低い方向すなわち45°周期の方向に沿って配置される。第4吸着領域230eは、上チャック230Aの中心部に近い位置に配置され、第4吸着領域230fは、第4吸着領域230eよりも上チャック230Aの中心部から遠い位置に配置される。第4吸着領域230eには、吸引管240eが設けられ(図25参照)、吸引管240eには、真空ポンプ241eが接続される。また、第4吸着領域230fには、吸引管240fが設けられ、吸引管240fには、真空ポンプ241fが接続される。
The
第3吸着領域230cと第4吸着領域230eとは、同心円状に配置され、第3吸着領域230dと第4吸着領域230fとは、同心円状に配置される。なお、第3吸着領域230c,230dおよび第4吸着領域230e,230fの個数は、図示のものに限定されない。
The
制御装置70は、押動ピン251を用いて上ウェハW1を押し下げる際に、第3吸着領域230cによる下ウェハW2の吸着解除と、第3吸着領域230dによる下ウェハW2の吸着解除と、第4吸着領域230eによる下ウェハW2の吸着解除と、第4吸着領域230fによる下ウェハW2の吸着解除とをそれぞれ異なるタイミングで開始させる。
When pushing down the upper wafer W1 using the push pins 251, the controller 70 releases the suction of the lower wafer W2 by the
ここで、制御装置70による上ウェハW1の吸着解除処理の一例について図27および図28を参照して説明する。図27は、上ウェハW1の吸着解除処理の一例を示すフローチャートである。図28は、第2の実施形態に係る上ウェハW1と下ウェハW2との変形量の差を説明するための図である。なお、図27に示す吸着解除処理は、第3吸着領域230c,230dおよび第4吸着領域230e,230fの全てを用いて上ウェハW1を吸着した後、押動ピン251を用いて上ウェハW1を押し下げる動作中に実行させる。
Here, an example of the suction release processing of the upper wafer W1 by the control device 70 will be described with reference to FIGS. FIG. 27 is a flowchart illustrating an example of the suction release processing of the upper wafer W1. FIG. 28 is a diagram for explaining a difference in the amount of deformation between the upper wafer W1 and the lower wafer W2 according to the second embodiment. In the suction releasing process shown in FIG. 27, the upper wafer W1 is suctioned using all of the
図27に示すように、制御装置70は、まず、第4吸着領域230eによる上ウェハW1の吸着保持を解除し(ステップS301)、その後、第3吸着領域230cによる上ウェハW1の吸着保持を解除する(ステップS302)。
As shown in FIG. 27, the control device 70 first releases the suction holding of the upper wafer W1 by the
このように、制御装置70は、上ウェハW1の中心部に近い位置に同心円状に配置される第3吸着領域230cおよび第4吸着領域230eのうち、ヤング率が最も低い方向に沿って配置される第4吸着領域230eの吸着動作を先に解除する。第4吸着領域230eの吸着動作を解除することで、上ウェハW1は、ヤング率が最も低い方向すなわち伸びにくい方向(45°周期の方向)に伸び始める。このとき、ヤング率が最も高い方向に沿って配置される第3吸着領域230cの吸着動作は未だ解除されていないため、ヤング率が最も高い方向すなわち伸びやすい方向への上ウェハW1の伸びは第3吸着領域230cによって抑制されることとなる。この結果、上ウェハW1は、図28に示すように、第3吸着領域230cの吸着動作と第4吸着領域230eの吸着動作とを同時に解除する場合と比較して、伸びの不均一さが低下し、真円に近い状態で伸びるようになる。
As described above, the control device 70 is disposed along the direction in which the Young's modulus is the lowest among the
つづいて、制御装置70は、同心円状に配置される第3吸着領域230dおよび第4吸着領域230fのうち、ヤング率が最も低い方向に沿って配置される第4吸着領域230fの吸着動作を解除した後(ステップS303)、第3吸着領域230dの吸着動作を解除する(ステップS304)。これにより、上ウェハW1は、第4吸着領域230fの吸着動作の解除後において、ヤング率が最も高い方向すなわち伸びやすい方向への伸びが第3吸着領域230dによって抑制され、この結果、伸びの不均一性が低下して真円に近い状態で伸びるようになる。
Subsequently, the control device 70 cancels the suction operation of the
なお、ここでは、上チャック230Aが、第3吸着領域230c,230dと第4吸着領域230e,230fとを備える場合の例について説明したが、上チャック230Aは、第3吸着領域230c,230dのみを備える構成であってもよい。かかる場合、制御装置70は、第3吸着領域230cによる上ウェハW1の吸着保持を解除した後、第3吸着領域230dによる上ウェハW1の吸着保持を解除する。これによっても、ヤング率が最も高い方向すなわち伸びやすい方向への伸びを抑制することが可能である。
Here, an example in which the
上述してきたように、第2の実施形態に係る接合装置41Aは、上チャック230Aによる上ウェハW1の吸着動作を制御する制御装置70(第1保持部制御部の一例)を備える。また、上チャック230Aは、ヤング率が最も高い方向に沿って配置された複数の第3吸着領域230c,230dを、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造として備える。そして、制御装置70は、押動ピン251による上ウェハW1の押圧中に、複数の第3吸着領域230c,230dによる上ウェハW1の吸着を上ウェハW1の中心部から順次解除する。
As described above, the
このように、上ウェハW1が均等に伸びるように、伸び量(変形量)が最も大きい方向すなわちヤング率が最も高い方向への上ウェハW1の伸び(変形)を第3吸着領域230c,230dを用いて抑制することで、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消すことができ、これにより、接合後の基板に生じる歪みを低減することが可能となる。 In this way, the upper wafer W1 is extended (deformed) in the direction in which the elongation amount (deformation amount) is the largest, that is, in the direction in which the Young's modulus is the highest, so that the upper wafer W1 is evenly extended. By using such a material, the difference in the amount of deformation due to the anisotropy of the Young's modulus can be canceled out, whereby the distortion generated in the bonded substrate can be reduced.
また、上チャック230Aは、ヤング率が最も低い方向に沿って配置された複数の第4吸着領域230e,230fを備える。そして、制御装置70は、押動ピン251による上ウェハW1の押圧中に、複数の第4吸着領域230e,230fのうち、上ウェハW1の中心部に最も近い位置に配置された第4吸着領域230eによる上ウェハW1の吸着を解除した後で、複数の第3吸着領域230c,230dのうち、上ウェハW1の中心部に最も近い位置に配置された第3吸着領域230cによる上ウェハW1の吸着を解除する。
Further, the
このように、変形しやすい方向の吸着解除を変形しにくい方向の吸着解除よりも遅らせることで、上ウェハW1をより均一に変形させることができる。 In this way, by delaying the suction release in the direction in which the deformation is easy, and the suction release in the direction in which the deformation is difficult, the upper wafer W1 can be more uniformly deformed.
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る接合装置の構成について図29を参照して説明する。図29は、第3の実施形態に係る接合装置が備える押圧部材の構成の一例を示す図である。
(Third embodiment)
Next, the configuration of a joining device according to a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 29 is a diagram illustrating an example of a configuration of a pressing member included in the joining device according to the third embodiment.
図29に示すように、第3の実施形態に係る接合装置41Bは、押圧部材270を備える。押圧部材270は、ヤング率が最も低い方向すなわち45°周期の方向に沿って延在する平面視略十字状の部材であり、たとえばゴム等の柔軟性を有する部材で形成される。
As shown in FIG. 29, the joining
押圧部材270は、上ウェハW1の上方に配置され、図示しない昇降機構によって昇降可能に構成される。なお、上チャックによる上ウェハW1の吸着保持を阻害しないように、たとえば、上チャックの上面に略十字状の溝を形成し、かかる溝に押圧部材270を収納しておくようにしてもよい。押圧部材270の中央部には、押動ピン251を挿通させるための貫通孔271が形成される。
The pressing
制御装置70は、たとえば、押動ピン251による上ウェハW1の押圧中に、押圧部材270を降下させて、上ウェハW1をヤング率が最も低い方向すなわち45°周期の方向に沿って上方から押圧する。これにより、ヤング率が最も低い方向すなわち伸びにくい方向への上ウェハW1の伸びが促進されて、上ウェハW1が真円状に伸びるようになるため、ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消すことができる。
The control device 70 lowers the
上述してきたように、第3の実施形態に係る接合装置41Bは、ヤング率が最も低い方向に沿って延在し、上ウェハW1を上方から押圧する押圧部材270を備える。これにより、上ウェハW1における変形しにくい方向の部位を押圧部材270で強制的に伸ばすことで、上ウェハW1をできるだけ均一に変形させることができる。したがって、第3の実施形態に係る接合装置41Bによれば、ヤング率の異方性に伴う上ウェハW1と下ウェハW2との変形量の差を打ち消すことができ、接合後の基板である重合ウェハTに生じる歪みを低減することができる。
As described above, the
なお、上述してきた各実施形態では、上ウェハW1および下ウェハW2の両方が、ヤング率に異方性を有する単結晶シリコンウェハであるものとしたが、上ウェハW1および下ウェハW2のいずれか一方のみが単結晶シリコンウェハであってもよい。また、上ウェハW1および/または下ウェハW2は、単結晶シリコンウェハに限らず、ヤング率に異方性を有する他の基板であってもよい。 In each of the above-described embodiments, both the upper wafer W1 and the lower wafer W2 are single crystal silicon wafers having anisotropy in Young's modulus. However, any one of the upper wafer W1 and the lower wafer W2 is used. Only one may be a single crystal silicon wafer. Further, upper wafer W1 and / or lower wafer W2 are not limited to single-crystal silicon wafers, and may be other substrates having anisotropic Young's modulus.
また、接合装置は、第1の実施形態に係る下チャック231と、第2の実施形態に係る上チャック230Aとを備える構成であってもよい。
Further, the joining device may be configured to include the
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. For this reason, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.
W1 上ウェハ(第1基板)
W2 下ウェハ(第2基板)
1 接合システム
41 接合装置
70 制御装置
230 上チャック(第1保持部)
231 下チャック(第2保持部)
232 下チャックの上面
250 押動機構
251 押動ピン(押動部材)
231a 第1吸着領域
231b 第2吸着領域
230c,230d 第3吸着領域
230e,230f 第4吸着領域
W1 Upper wafer (first substrate)
W2 Lower wafer (second substrate)
DESCRIPTION OF
231 Lower chuck (second holding unit)
232
231a
Claims (8)
前記第1保持部の下方に設けられ、前記2つの基板のうち、第2基板を上面に吸着保持する第2保持部と、
前記第1基板の中心部を上方から押圧して前記第2基板に接触させる押動部と、
前記押動部による前記第1基板の押圧によって生じる前記第1基板と前記第2基板との変形量の差のうち、前記ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造と、
前記第2保持部による前記第2基板の吸着動作を制御する第2保持部制御部と
を備え、
前記第2保持部は、
ヤング率が最も高い方向または最も低い方向に沿った辺を有する前記上面を前記構造として備えており、前記第2基板の吸着領域のうち、前記辺を含む第1吸着領域と、前記第2基板の吸着領域のうち、前記第1吸着領域以外の第2吸着領域とを備え、
前記第2保持部制御部は、
前記第1吸着領域による前記第2基板の吸着と、前記第2吸着領域による前記第2基板の吸着とを異なるタイミングで開始させることを特徴とする接合装置。 A first holding unit that sucks and holds the first substrate on the lower surface of the two substrates including the substrate having anisotropy in Young's modulus;
A second holding unit provided below the first holding unit, the second holding unit adsorbing and holding a second substrate of the two substrates on an upper surface;
A pushing portion that presses a central portion of the first substrate from above to contact the second substrate;
A structure for canceling a difference in the amount of deformation due to the anisotropy of the Young's modulus among the difference in the amount of deformation between the first substrate and the second substrate caused by the pressing of the first substrate by the pressing portion ;
A second holding unit control unit that controls a suction operation of the second substrate by the second holding unit ,
The second holding unit includes:
The structure includes the upper surface having a side along a direction in which the Young's modulus is the highest or the lowest, and a first suction region including the side of the suction region of the second substrate; A second adsorption area other than the first adsorption area,
The second holding unit control unit includes:
A bonding apparatus , wherein suction of the second substrate by the first suction region and suction of the second substrate by the second suction region are started at different timings .
凹状または凸状の角錐面を有すること
を特徴とする請求項1に記載の接合装置。 The upper surface is
The joining device according to claim 1 , wherein the joining device has a concave or convex pyramid surface.
前記第1保持部の下方に設けられ、前記2つの基板のうち、第2基板を上面に吸着保持する第2保持部と、
前記第1基板の中心部を上方から押圧して前記第2基板に接触させる押動部と、
前記押動部による前記第1基板の押圧によって生じる前記第1基板と前記第2基板との変形量の差のうち、前記ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造と、
前記第1保持部による前記第1基板の吸着動作を制御する第1保持部制御部と
を備え、
前記第1保持部は、
前記ヤング率が最も高い方向に沿って配置された複数の第3吸着領域
を前記構造として備え、
前記第1保持部制御部は、
前記押動部による前記第1基板の押圧中に、前記複数の第3吸着領域による前記第1基板の吸着を前記第1基板の中心部から順次解除することを特徴とする接合装置。 A first holding unit that sucks and holds the first substrate on the lower surface of the two substrates including the substrate having anisotropy in Young's modulus;
A second holding unit provided below the first holding unit, the second holding unit adsorbing and holding a second substrate of the two substrates on an upper surface;
A pushing portion that presses a central portion of the first substrate from above to contact the second substrate;
A structure for canceling a difference in the amount of deformation due to the anisotropy of the Young's modulus among the difference in the amount of deformation between the first substrate and the second substrate caused by the pressing of the first substrate by the pressing portion ;
A first holding unit control unit that controls a suction operation of the first substrate by the first holding unit ,
The first holding unit includes:
A plurality of third adsorption regions arranged along a direction having the highest Young's modulus
Comprising as the structure,
The first holding unit control unit includes:
The bonding apparatus according to claim 1, wherein, while the first substrate is being pressed by the pushing portion, the plurality of third suction regions sequentially release the suction of the first substrate from a central portion of the first substrate .
前記ヤング率が最も低い方向に沿って配置された複数の第4吸着領域
を備え、
前記第1保持部制御部は、
前記押動部による前記第1基板の押圧中に、前記複数の第4吸着領域のうち、前記第1基板の中心部に最も近い位置に配置された前記第4吸着領域による前記第1基板の吸着を解除した後で、前記複数の第3吸着領域のうち、前記第1基板の中心部に最も近い位置に配置された前記第3吸着領域による前記第1基板の吸着を解除すること
を特徴とする請求項3に記載の接合装置。 The first holding unit includes:
A plurality of fourth suction regions arranged along a direction in which the Young's modulus is lowest,
The first holding unit control unit includes:
During the pressing of the first substrate by the pressing portion, of the plurality of fourth suction regions, the first substrate is positioned by the fourth suction region disposed at a position closest to the center of the first substrate. After releasing the suction, the suction of the first substrate by the third suction region arranged at a position closest to the center of the first substrate among the plurality of third suction regions is released. The bonding apparatus according to claim 3 , wherein
前記第1保持部の下方に設けられ、前記2つの基板のうち、第2基板を上面に吸着保持する第2保持部と、
前記第1基板の中心部を上方から押圧して前記第2基板に接触させる押動部と、
前記押動部による前記第1基板の押圧によって生じる前記第1基板と前記第2基板との変形量の差のうち、前記ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造と
を備え、
前記ヤング率が最も低い方向に沿って延在し、前記押動部による押圧中の前記第1基板を上方から押圧する押圧部材を前記構造として備えることを特徴とする接合装置。 A first holding unit that sucks and holds the first substrate on the lower surface of the two substrates including the substrate having anisotropy in Young's modulus;
A second holding unit provided below the first holding unit, the second holding unit adsorbing and holding a second substrate of the two substrates on an upper surface;
A pushing portion that presses a central portion of the first substrate from above to contact the second substrate;
A structure for canceling a difference in the amount of deformation caused by the anisotropy of the Young's modulus among the difference in the amount of deformation between the first substrate and the second substrate caused by the pressing of the first substrate by the pressing portion. ,
A bonding apparatus comprising: a pressing member that extends in a direction in which the Young's modulus is lowest and that presses the first substrate from above while being pressed by the pressing portion, as the structure .
表面の結晶方向が[100]である単結晶シリコンウェハであること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の接合装置。 The substrate having anisotropic Young's modulus,
The bonding apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the bonding apparatus is a single crystal silicon wafer whose surface has a crystal direction of [100].
改質された前記第1基板および前記第2基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
親水化された前記第1基板と前記第2基板とを分子間力により接合する接合装置と
を備え、
前記接合装置は、
前記第1基板を下面に吸着保持する第1保持部と、
前記第1保持部の下方に設けられ、前記第2基板を上面に吸着保持する第2保持部と、
前記第1基板の中心部を上方から押圧して前記第2基板に接触させる押動部と、
前記押動部による前記第1基板の押圧によって生じる前記第1基板と前記第2基板との変形量の差のうち、前記ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す構造と、
前記第2保持部による前記第2基板の吸着動作を制御する第2保持部制御部と
を備え、
前記第2保持部は、
ヤング率が最も高い方向または最も低い方向に沿った辺を有する前記上面を前記構造として備えており、前記第2基板の吸着領域のうち、前記辺を含む第1吸着領域と、前記第2基板の吸着領域のうち、前記第1吸着領域以外の第2吸着領域とを備え、
前記第2保持部制御部は、
前記第1吸着領域による前記第2基板の吸着と、前記第2吸着領域による前記第2基板の吸着とを異なるタイミングで開始させることを特徴とする接合システム。 A surface modification device for modifying the surfaces of a first substrate and a second substrate, which are two substrates including a substrate having anisotropy in Young's modulus;
A surface hydrophilizing device for hydrophilizing the surfaces of the modified first substrate and the second substrate,
A bonding device for bonding the first substrate and the second substrate that have been hydrophilized by an intermolecular force;
The joining device,
A first holding unit that sucks and holds the first substrate on a lower surface;
A second holding unit provided below the first holding unit and holding the second substrate by suction on an upper surface;
A pushing portion that presses a central portion of the first substrate from above to contact the second substrate;
A structure for canceling a difference in the amount of deformation due to the anisotropy of the Young's modulus among the difference in the amount of deformation between the first substrate and the second substrate caused by the pressing of the first substrate by the pressing portion ;
A second holding unit control unit that controls a suction operation of the second substrate by the second holding unit ,
The second holding unit includes:
The structure includes the upper surface having a side along a direction in which the Young's modulus is the highest or the lowest, and a first suction region including the side of the suction region of the second substrate; A second adsorption area other than the first adsorption area,
The second holding unit control unit includes:
A bonding system , wherein the suction of the second substrate by the first suction region and the suction of the second substrate by the second suction region are started at different timings .
前記第1保持部の下方に設けられ、前記2つの基板のうち、第2基板を上面に吸着保持する第2保持部を用い、前記第2基板を吸着保持する第2保持工程と、
前記第1基板の中心部を上方から押圧して前記第2基板に接触させる接触工程と、
前記接触工程において生じる前記第1基板と前記第2基板との変形量の差のうち、前記ヤング率の異方性に伴う変形量の差を打ち消す打消工程と
を含み、
前記第2保持部は、
ヤング率が最も高い方向または最も低い方向に沿った辺を有する前記上面を備えており、前記第2基板の吸着領域のうち、前記辺を含む第1吸着領域と、前記第2基板の吸着領域のうち、前記第1吸着領域以外の第2吸着領域とを備え、
前記打消工程は、
前記第2保持工程において、前記第1吸着領域による前記第2基板の吸着と、前記第2吸着領域による前記第2基板の吸着とを異なるタイミングで開始させることを特徴とする接合方法。 A first holding step of sucking and holding the first substrate by using a first holding unit that sucks and holds the first substrate on a lower surface of the two substrates including a substrate having anisotropy in Young's modulus;
A second holding step that is provided below the first holding unit and that sucks and holds the second substrate, using a second holding unit that sucks and holds the second substrate on the upper surface of the two substrates;
A contact step of pressing a central portion of the first substrate from above to contact the second substrate;
The contact of the deformation amount of the difference between the first substrate and the second substrate resulting in the process, see contains a bucking step of canceling the difference in deformation amount due to the anisotropy of the Young's modulus,
The second holding unit includes:
A first suction area including the side and a suction area of the second substrate among the suction areas of the second substrate, the upper surface having sides along a direction in which the Young's modulus is highest or lowest. And a second suction area other than the first suction area,
The cancellation step includes:
The bonding method, wherein in the second holding step, the suction of the second substrate by the first suction region and the suction of the second substrate by the second suction region are started at different timings .
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