JP2007005335A - 基板接合方法および基板接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内の構造を簡素化しつつ第１基板と第２基板とを高い位置精度にて接合する。
【解決手段】基板接合装置１は、大気中において第１基板９１を第２基板９２上に載置する基板載置機構２、および、減圧環境下または不活性ガス環境下において第１基板９１と第２基板９２とを接合する接合機構３を備える。基板接合装置１では、第１基板９１および第２基板９２の位置合わせが大気中において行われ、第１基板９１の下面９１１を第２基板９２の上面９２１上に重ねつつ第１基板９１が第２基板９２上に載置された状態で接合機構３のチャンバ３１内に搬入される。このため、位置合わせに係る機構をチャンバ３１内に設ける必要がなく、チャンバ３１内の構造を簡素化することができる。また、位置合わせに係る機構に減圧環境の影響による歪みが生じることが防止されるため、第１基板９１と第２基板９２とを高い位置精度にて接合することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの基板の主面を接合する技術に関する。

従来より、多層デバイス等の製造において、半導体基板等の２枚の基板の主面を接合する技術が知られている。基板の接合を行う装置では通常、両基板の位置合わせを行った後、基板の主面同士を接触させることにより２枚の基板が接合される。

このような装置では、接合の質を向上するための様々な技術が提案されており、例えば、特許文献１の半導体基板貼付装置では、２枚の半導体基板を貼り合わせた多層デバイスを製造する装置を真空容器内に収納し、真空雰囲気下において両半導体基板の位置合わせを行った後にこれらを貼り合わせることにより、半導体基板間における気泡の発生や水分、塵埃等の付着を防止する技術が開示されている。

また、特許文献２の基板貼り合わせ装置では、２枚の基板を所定の間隔をあけて保持する基板ホルダを真空容器中に配置し、２枚の基板の外周部に接触して基板のセンターを出すガイドを基板ホルダに設けることにより、真空中において２枚の基板を同時に位置決めする技術が開示されている。
特開平５−１９０４０６号公報 特開２００４−２９６９０７号公報

ところで、特許文献１の装置では、真空容器内に設けられたカメラにより２枚の半導体基板をそれぞれ真空中にて撮像して位置合わせが行われるが、このような装置では通常、半導体基板を保持する貼付部材とカメラとの相対位置等の調整は大気中にて行われる。このため、真空容器内を真空状態にした際に、真空容器やカメラを保持する取付部材等が調整時の状態から歪んでしまい、位置合わせの精度が低下してしまう恐れがある。

また、特許文献１の装置では、位置合わせに係る機構（例えば、半導体基板を水平方向および垂直方向に移動する移動機構や半導体基板を撮像するカメラ）が真空容器内に設けられているため、真空容器の内部の構造が複雑化してしまう。一方、真空容器の内部の構造を簡素化するためにカメラを真空容器外に設けると、内部を真空状態にした際の真空容器の歪み等によりカメラと真空容器内部の機構との相対位置が変化してしまい、位置合わせの精度が低下してしまう恐れがある。

特許文献２の装置では、基板ホルダと接触することにより２枚の基板の位置合わせが行われるため、撮像による位置合わせに比べて位置決めの精度が低下してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、チャンバ内の構造を簡素化しつつ第１基板と第２基板とを高い位置精度にて接合することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、２つの基板の主面を接合する基板接合方法であって、ａ）大気中において第１基板を第２基板に対して対向させ、前記第１基板の前記第２基板に対する相対位置を調整する工程と、ｂ）前記第１基板の主面上の第１接合部位を前記第２基板の主面上の第２接合部位上に重ねつつ前記第１基板を前記第２基板上に載置する工程と、ｃ）前記第１基板および前記第２基板をチャンバ内に搬入し、前記第１基板および前記第２基板を外気から隔離する工程と、ｄ）前記チャンバ内を減圧または不活性ガス環境とする工程と、ｅ）前記チャンバ内において前記第１基板を前記第２基板から離れる方向に相対的に移動する工程と、ｆ）前記第１接合部位および前記第２接合部位の少なくともいずれか一方にエネルギー波を照射する工程と、ｇ）前記第１基板を前記第２基板に相対的に近づけて前記第１接合部位と前記第２接合部位とを接触させて前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板接合方法であって、前記ｂ）工程と前記ｃ）工程との間に、前記第１基板を前記第２基板に付勢して仮固定する工程と、前記ｄ）工程と前記ｅ）工程との間に、または、前記ｅ）工程と並行して、前記第１基板の前記第２基板に対する仮固定を解除する工程とをさらに備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板接合方法であって、前記ａ）工程において、前記第１基板の前記第２基板に対する相対位置のずれ量が、前記第１基板および前記第２基板のそれぞれに設けられたパターンを撮像することにより求められる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板接合方法であって、前記エネルギー波がプラズマである。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板接合方法であって、前記第１基板および前記第２基板の少なくともいずれか一方が半導体基板である。

請求項６に記載の発明は、２つの基板の主面を接合する基板接合装置であって、第１基板および第２基板が、前記第１基板の主面上の第１接合部位を前記第２基板の主面上の第２接合部位上に重ねつつ前記第１基板が前記第２基板上に載置された状態で搬入され、前記第１基板および前記第２基板を外気から隔離するチャンバと、前記チャンバ内において前記第１基板および前記第２基板をそれぞれ保持する第１保持部および第２保持部と、前記チャンバ内において前記第１保持部を前記第２保持部に対して相対的に離れる方向および近づく方向に移動する保持部移動機構と、前記チャンバ内を減圧または不活性ガス環境とする環境調整機構と、前記チャンバ内において、前記第１基板を保持する前記第１保持部および前記第２基板を保持する前記第２保持部が離間した状態で前記第１接合部位および前記第２接合部位の少なくともいずれか一方にエネルギー波を照射するエネルギー波照射機構と、前記環境調整機構、前記保持部移動機構および前記エネルギー波照射機構を制御することにより、前記第１基板および前記第２基板が搬入された後に前記チャンバ内を減圧または不活性ガス環境とし、前記第１基板および前記第２基板を離間して前記エネルギー波照射機構を能動化し、前記第１基板を前記第２基板に相対的に近づけて前記第１接合部位と前記第２接合部位とを接触させて前記第１基板と前記第２基板とを接合する制御部とを備える。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の基板接合装置であって、前記第１基板および前記第２基板が、前記第１基板を前記第２基板に付勢して仮固定する仮固定治具と共に前記チャンバに搬入され、前記基板接合装置が、前記チャンバ内において前記仮固定治具による仮固定を解除する仮固定解除部をさらに備える。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の基板接合装置であって、前記チャンバ外において、前記第１基板を前記第２基板に対して対向させ、前記第１基板の前記第２基板に対する相対位置を調整した上で前記第１接合部位を前記第２接合部位上に重ねつつ前記第１基板を前記第２基板上に載置する基板載置機構と、前記チャンバ外において前記第１基板および前記第２基板のそれぞれに設けられたパターンを撮像する撮像部と、前記撮像部により取得された画像に基づいて前記基板載置機構において前記第１基板と前記第２基板とを対向させた際の前記第１基板の前記第２基板に対する相対位置のずれ量を求めるずれ量取得部とをさらに備える。

本発明では、チャンバ内の構造を簡素化しつつ第１基板と第２基板とを高い位置精度にて接合することができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板接合装置１の構成を示す正面図である。基板接合装置１は、２つの略円板状の半導体基板（以下、「第１基板９１」および「第２基板９２」という。）の主面を接合する装置であり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス等の製造に利用される。図１中では、図示の都合上、基板接合装置１の構成の一部を断面にて描いている（図２、図５および図６においても同様）。

図１に示すように、基板接合装置１は、大気中において第１基板９１を第２基板９２上に載置する基板載置機構２、減圧環境下または不活性ガス環境下において第１基板９１と第２基板９２とを接合する接合機構３、基板載置機構２と接合機構３との間に配置されるとともに第１基板９１および第２基板９２を基板載置機構２から接合機構３へと搬送する搬送機構４、基板載置機構２において保持される第１基板９１および第２基板９２を撮像する撮像部５、並びに、これらの機構を制御する制御部６を備える。

基板載置機構２は、第１基板９１の（＋Ｚ）側の主面を吸着して保持する略円板状の基板吸着部２１、および、第２基板９２が略円環状の仮固定治具９３と共に載置される載置部２２を備え、載置部２２は、仮固定治具９３の内径よりも小さい直径を有する略円板状であって第２基板９２の（−Ｚ）側の主面に当接して第２基板９２を保持する。仮固定治具９３は、第２基板９２上に第１基板９１を載置した後に第１基板９１を第２基板９２に付勢して仮固定する治具であり、載置部２２の外周に設けられた円環状の鍔部２２１上に載置される。基板載置機構２では、基板吸着部２１に保持された第１基板９１の（−Ｚ）側の主面（以下、「下面」という。）９１１が、載置部２２に保持された第２基板９２の（＋Ｚ）側の主面（以下、「上面」という。）９２１に対向する。

図１に示すように、基板載置機構２は、基板吸着部２１を図１中のＺ方向に移動（すなわち、昇降）する吸着部昇降機構２１１（シャフトのみ図示）、載置部２２をＸ方向およびＹ方向に移動する載置部移動機構２２２、並びに、載置部２２の中心を通ってＺ方向に伸びる回転軸を中心に載置部２２を回動する載置部回動機構２２３をさらに備える。基板載置機構２では、載置部移動機構２２２および載置部回動機構２２３により第２基板９２の位置および向きが調整された後、吸着部昇降機構２１１により第１基板９１が下降して第２基板９２上に載置される。

これにより、第１基板９１の下面９１１上の接合予定の部位（以下、「接合部位」という。）と第２基板９２の上面９２１上の接合部位とが重ね合わされる。なお、本実施の形態では、第１基板９１の接合部位はほぼ下面９１１全体に広がり、第２基板９２の接合部位はほぼ上面９２１全体に広がるため、第１基板９１の下面９１１および第２基板９２の上面９２１をこれらの基板の接合部位として捉えることができ、以下の説明では、第１基板９１の接合部位を下面９１１と呼び、第２基板の接合部位を上面９２１と呼ぶ場合がある。第１基板９１の第２基板９２上への載置が完了すると、仮固定治具９３により第１基板９１と第２基板９２とが仮固定される。

図２および図３は、仮固定治具９３を示す縦断面図および平面図である。図２および図３では、第１基板９１および第２基板９２を二点鎖線にて描いている。図２および図３に示すように、仮固定治具９３は、所定の中心軸９３０を中心とする円環状の薄板である治具本体９３１、および、治具本体９３１の（＋Ｚ）側の主面上に設けられる３つの付勢部９３２を備える。治具本体９３１の内径は第１基板９１および第２基板９２の直径よりも小さくされる。付勢部９３２は、中心軸９３０を中心とする周方向において等間隔に配置され、第１基板９１を第２基板９２に対して付勢する。なお、図３では、３つの付勢部９３２のうち、（−Ｘ）側の１つのみを描いている（図１、図５および図６においても同様）。

各付勢部９３２は、略中央部にて折り曲げられた薄板状であって折り曲げられた部位を通る回転軸を中心に回動する付勢部材９３３、および、付勢部材９３３の中心軸９３０側とは反対側において付勢部材９３３と治具本体９３１との間に取り付けられる弾性部材（本実施の形態では、バネ）９３４を備える。付勢部９３２では、弾性部材９３４の反発力により、付勢部材９３３が回動して付勢部材９３３の中心軸９３０側の部位が治具本体９３１に近づき、当該部位が治具本体９３１上に載置された第１基板９１の（＋Ｚ）側の主面を押圧することにより、第１基板９１が第２基板９２に付勢される。

図１に示すように、接合機構３は、第１基板９１および第２基板９２を仮固定治具９３と共に内部に収容して外気から隔離する略円柱状のチャンバ３１、チャンバ３１内において第１基板９１および第２基板９２をそれぞれ吸着して保持する第１保持部３２および第２保持部３３、チャンバ３１内において第１保持部３２を第２保持部３３に対して相対的に離れる方向および近づく方向に移動する（すなわち、Ｚ方向に昇降する）保持部移動機構３２１（シャフトのみ図示）、仮固定治具９３による仮固定をチャンバ３１内において解除する仮固定解除部３４、並びに、チャンバ３１内を減圧環境または不活性ガス環境とする環境調整機構３５を備える。

チャンバ３１は、（＋Ｚ）側に開口を有する有底円筒状の下部チャンバ部材３１１、および、（−Ｚ）側に開口を有する有底円筒状の上部チャンバ部材３１２を備え、上部チャンバ部材３１２はＺ方向に移動可能とされる。接合機構３では、図１に示すように、上部チャンバ部材３１２と下部チャンバ部材３１１とが離間している状態で、第１基板９１および第２基板９２のチャンバ３１内への搬入、並びに、チャンバ３１外への搬出が行われる。また、上部チャンバ部材３１２が図１に示す状態から（−Ｚ）側に移動して上部チャンバ部材３１２の下端縁と下部チャンバ部材３１１の上端縁とが当接することにより、上部チャンバ部材３１２および下部チャンバ部材３１１の開口が閉塞されてチャンバ３１が構成され、チャンバ３１内の空間が外気から隔離される。

略円板状の第１保持部３２は、Ｚ方向において第２保持部３３と対向して配置されるとともに第１基板９１の（＋Ｚ）側の主面を吸着して保持する。第２保持部３３は、仮固定治具９３の内径よりも小さい直径を有する略円柱状であり、第２基板９２の（−Ｚ）側の主面を吸着して第２基板９２を保持する。また、第２保持部３３の外周に設けられた円環状の鍔部３３１により、仮固定治具９３の治具本体９３１（図２参照）が（−Ｚ）側から支持される。

仮固定解除部３４は、鍔部３３１上に載置された仮固定治具９３の３つの付勢部９３２（図３参照）のそれぞれの上方において上部チャンバ部材３１２を貫通してＺ方向に伸びる棒状の部材であり、上部チャンバ部材３１２と共にＺ方向に移動したり、上部チャンバ部材３１２から独立してＺ方向に移動することも可能とされる。図１では、付勢部９３２と同様に、３つの仮固定解除部３４のうち、（−Ｘ）側の１つのみを描いている（図５および図６においても同様）。

接合機構３は、第１保持部３２内に設けられた電極に接続される高周波電源３６をさらに備え、第２保持部３３内に設けられた電極は接地されている。接合機構３では、第１基板９１および第２基板９２の接合の過程において、所定の減圧環境または不活性ガス環境とされたチャンバ３１内において、第１保持部３２および第２保持部３３により第１基板９１および第２基板９２が離間した状態で保持され、この状態で高周波電源３６から第１保持部３２に高周波の電圧が付与されることにより、第１保持部３２と第２保持部３３との間に高周波電圧が印加されてプラズマが発生する。これにより、第１基板９１の下面９１１および第２基板９２の上面９２１（すなわち、両基板の接合部位）にプラズマが照射され、両基板の接合部位上に付着している水や有機物等の不要物質が除去されるとともに接合部位の表面改質が行われる。

換言すれば、接合機構３では、高周波電源３６、第１保持部３２内の電極および第２保持部３３内の電極が、第１基板９１および第２基板９２の接合部位にエネルギー波であるプラズマを照射するエネルギー波照射機構となり、エネルギー波照射機構が能動化されることにより、両基板の接合部位にいわゆるプラズマ洗浄処理が行われる。なお、第１保持部３２が金属等の導電体により形成されている場合には、第１保持部３２内に電極が設けられる必要はなく、第１保持部３２全体が、第１基板９１および第２基板９２を挟んで配置される１対の電極の一方となる（第２保持部３３についても同様）。

搬送機構４は、第１基板９１および第２基板９２を仮固定治具９３と共に保持する伸縮自在のアーム４１を備え、アーム４１が回転軸４２を中心として水平に（すなわち、図１中のＸＹ面に平行に）回動することにより、第１基板９１および第２基板９２が基板載置機構２から接合機構３のチャンバ３１内へと搬送される。図１では搬送機構４は実際よりも大幅に小さく描いている。撮像部５は、（＋Ｚ）側および（−Ｚ）側を撮像するための２つの撮像窓５１を備え、２つの撮像窓５１はＸ方向に一体的に進退可能とされる。

図４．Ａおよび図４．Ｂは、基板接合装置１による第１基板９１と第２基板９２との接合動作の流れを示す図である。基板接合装置１により基板の接合が行われる際には、まず、図１に示す基板載置機構２（すなわち、接合機構３のチャンバ３１外）において、基板吸着部２１および載置部２２により第１基板９１および第２基板９２が個別に保持され、基板吸着部２１が載置部２２の上方へと移動することにより第１基板９１および第２基板９２が離間した状態で保持される（ステップＳ１１）。これにより、第１基板９１の下面９１１は、第２基板９２の上面９２１に対してＺ方向において対向する（すなわち、両基板の接合部位が対向する）。また、載置部２２の鍔部２２１には、第２基板９２が保持されるよりも前に仮固定治具９３が予め載置されており、仮固定治具９３の付勢部９３２では、別途設けられた昇降ピン２４により弾性部材９３４が圧縮されて付勢部材９３３の中心軸９３０（図２参照）側の部位が（＋Ｚ）方向に移動した状態で付勢部材９３３が固定されている。

第１基板９１および第２基板９２が保持されると、基板載置機構２の（＋Ｘ）側に位置する撮像部５が（−Ｘ）方向に移動し、図１中に二点鎖線にて示す位置に位置する。２つの撮像窓５１は、対向する第１基板９１と第２基板９２との間に位置し、（＋Ｚ）側の撮像窓５１を介して第１基板９１の下面９１１に設けられたパターン（例えば、配線パターンや位置合わせ用の印）が撮像され、これと同時に（−Ｚ）側の撮像窓５１を介して第２基板９２の上面９２１に設けられたパターンが撮像される（ステップＳ１２）。

撮像部５により取得された第１基板９１および第２基板９２の画像は、制御部６のずれ量取得部６１（図１参照）に送られ、当該画像に基づいて第１基板９１の第２基板９２に対する相対位置のずれ量がずれ量取得部６１により求められる。そして、載置部移動機構２２２および載置部回動機構２２３により、相対位置のずれ量に基づいて載置部２２に保持された第２基板９２が大気中において移動および回動され、第１基板９１の第２基板９２に対する相対的な位置および向きが調整されて第１基板９１および第２基板９２の位置合わせ（いわゆる、アライメント）が完了する（ステップＳ１３）。

第１基板９１および第２基板９２の位置合わせが行われると、撮像部５の２つの撮像窓５１が一体的に（＋Ｘ）方向に移動し、第１基板９１および第２基板９２の間から退避する。続いて、吸着部昇降機構２１１により基板吸着部２１が下降することにより、第１基板９１が、大気中において下面９１１上の接合部位を第２基板９２の上面９２１上の接合部位に重ねつつ第２基板９２上に載置される（ステップＳ１４）。

第１基板９１が第２基板９２上に載置されると、仮固定治具９３の付勢部９３２において昇降ピン２４による付勢部材９３３の固定が解除され、弾性部材９３４の反発力により付勢部材９３３の中心軸９３０側の部位が（−Ｚ）方向に移動して第１基板９１を押圧する。これにより、第１基板９１が第２基板９２に対して付勢されて仮固定される（ステップＳ１５）。

続いて、搬送機構４のアーム４１により仮固定治具９３が保持され、第１基板９１が第２基板９２上に載置されて仮固定された状態の第１基板９１および第２基板９２と共に、離間している下部チャンバ部材３１１および上部チャンバ部材３１２の間の空間へと搬送されて（すなわち、下部チャンバ部材３１１と上部チャンバ部材３１２とにより形成されるチャンバ３１内に搬入されて）第２保持部３３上に載置される。そして、第２基板９２の（−Ｚ）側の主面が第２保持部３３により吸着された後、上部チャンバ部材３１２が（−Ｚ）側に移動してチャンバ３１の内部空間が形成され、チャンバ３１内に収容された第１基板９１および第２基板９２が外気から隔離される（ステップＳ１６）。

上記動作により、第１基板９１および第２基板９２が仮固定治具９３と共にチャンバ３１内に搬入されると、制御部６により制御される環境調整機構３５（例えば、真空ポンプおよびガス供給機構）により、チャンバ３１内のエアが排気され、アルゴン（Ａｒ）ガス等の処理ガスが供給されてチャンバ３１内が所定の減圧環境（または、不活性ガス環境）とされる（ステップＳ１７）。なお、上部チャンバ部材３１２と、この部材を貫通する保持部移動機構３２１のシャフトや仮固定解除部３４との間は適宜シールされている。

図５および図６は、第１基板９１および第２基板９２の接合途上における接合機構３を示す正面図である。チャンバ３１内が減圧環境下とされると、図５に示すように、保持部移動機構３２１により第１保持部３２が（−Ｚ）方向に移動して第１基板９１の（＋Ｚ）側の主面に当接し、第１基板９１が第１保持部３２により吸着される（ステップＳ１８）。なお、第１保持部３２による第１基板９１の吸着は、チャンバ３１内を減圧環境とする工程と並行して、あるいは、当該工程の前に行われてもよい。

第１基板９１の吸着が完了すると、図６に示すように、仮固定解除部３４が仮固定治具９３の付勢部９３２に向かって（−Ｚ）方向に移動し、付勢部材９３３の中心軸９３０（図２参照）側とは反対側の部位を（−Ｚ）方向に押し下げる。これにより、付勢部材９３３の中心軸９３０側の部位が、第１基板９１の（＋Ｚ）側の主面から離れて（＋Ｚ）方向に移動し、付勢部９３２による第１基板９１の第２基板９２に対する仮固定が解除される（ステップＳ２１）。

仮固定が解除されると、制御部６（図１参照）に制御される保持部移動機構３２１により第１保持部３２がチャンバ３１内において（＋Ｚ）方向に移動することにより、第１基板９１が第２基板９２から離れる方向（すなわち、（＋Ｚ）方向）に移動する（ステップＳ２２）。なお、仮固定解除部３４による仮固定の解除は、第１基板９１の（＋Ｚ）方向への移動と並行して（例えば、第１保持部３２の（＋Ｚ）方向への移動と連動して）行われてもよい。

チャンバ３１内において第１基板９１と第２基板９２とが離間すると、制御部６により高周波電源３６が能動化され、減圧環境下において第１基板９１の下面９１１および第２基板９２の上面９２１にプラズマが照射されて第１基板９１および第２基板９２に対するプラズマ洗浄処理が行われる（ステップＳ２３）。

プラズマ洗浄処理が完了すると、保持部移動機構３２１により第１保持部３２が（−Ｚ）方向に移動して第１基板９１が第２基板９２に対して相対的に近づけられ、第１基板９１の下面９１１と第２基板９２の上面９２１とが接触することにより第１基板９１と第２基板９２とが接合される（ステップＳ２４）。なお、接合機構３では、第２保持部３３のみ、あるいは、第１保持部３２および第２保持部３３の双方がＺ方向に移動することにより、第１基板９１が第２基板９２に対して相対的に近づけられて第１基板９１と第２基板９２との接合が行われてもよい。

第１基板９１と第２基板９２との接合が完了すると、仮固定解除部３４が（＋Ｚ）方向に移動することにより、図５に示す状態と同様に、仮固定治具９３の付勢部材９３３が再び第１基板９１に当接し、付勢部材９３３と治具本体９３１との間で第１基板９１および第２基板９２が挟まれて仮固定治具９３に対して固定される（ステップＳ２５）。続いて、第１保持部３２による第１基板９１の吸着が解除され、第１保持部３２が（＋Ｚ）側へと上昇して第１基板９１から離れる（ステップＳ２６）。なお、第１保持部３２の（＋Ｚ）側への移動は、仮固定解除部３４の（＋Ｚ）側への移動と並行して（例えば、仮固定解除部３４の移動と連動して）行われてもよい。

第１保持部３２が第１基板９１から離れると、図１に示す環境調整機構３５によりチャンバ３１内にエアが供給された後、上部チャンバ部材３１２が（＋Ｚ）側に移動して下部チャンバ部材３１１から離れ、搬送機構４または他の搬送機構等により、第１基板９１および第２基板９２が仮固定治具９３と共にチャンバ３１外に搬出されて第１基板９１および第２基板９２の接合が終了する（ステップＳ２７）。

以上に説明したように、基板接合装置１では、大気中において第１基板９１の第２基板９２に対する相対位置が調整され、両基板の接合部位を重ねつつ第２基板９２上に第１基板９１が載置された状態で仮固定治具９３により仮固定される。そして、第１基板９１および第２基板９２が仮固定治具９３と共にチャンバ３１内に搬入され、減圧環境下において仮固定が解除された後、両基板を一旦離間して接合部位に対してプラズマ洗浄処理を行い、さらに、接合部位同士を再度接触させることにより第１基板９１と第２基板９２との接合が行われる。

このように、基板接合装置１では、第１基板９１および第２基板９２の位置合わせが大気中において行われるため、位置合わせに係る機構（すなわち、載置部移動機構２２２、載置部回動機構２２３および撮像部５）をチャンバ３１内に設ける必要がなく、チャンバ３１内の構造を簡素化することができる。その結果、第１基板９１および第２基板９２に対して照射されるプラズマの分布の均一性を向上して第１基板９１および第２基板９２の接合の質を向上することができる。また、チャンバ３１内におけるプラズマの異常放電を防止することもできる。さらには、接合機構３や位置合わせに係る機構の調整やメンテナンスを簡素化することもできる。

また、大気中における位置合わせにより、位置合わせに係る機構に減圧環境の影響による歪みが生じることが防止されるため、第１基板９１と第２基板９２とを高い位置精度にて接合することができる。基板接合装置１では、仮固定治具９３により第１基板９１が第２基板９２に対して仮固定されることにより、位置合わせ後の第１基板９１および第２基板９２の相対位置が、チャンバ３１への搬送中等にずれてしまうことを確実に防止することができる。このため、第１基板９１と第２基板９２とをより高い位置精度にて接合することができる。

基板載置機構２では、第１基板９１および第２基板９２の位置合わせが、両基板にそれぞれ設けられたパターンの撮像結果に基づいて行われる。このため、両基板をガイド等に接触させて位置を規正することにより行われる位置合わせ（いわゆる、機械的な位置合わせ）に比べて、第１基板９１および第２基板９２の位置合わせをさらに高い精度にて行うことができる。仮に、チャンバ３１内において撮像による位置合わせを行うとすると、チャンバ３１内の構造は複雑化してしまう。したがって、基板接合装置１の構成は、チャンバ内の構造を簡素化しつつ撮像により高い位置精度にて２つの基板を位置合わせして接合する接合装置に特に適している。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、仮固定治具９３では、付勢部９３２の個数は３つには限定されないが、第１基板９１を第２基板９２に対してより確実に仮固定するという観点からは、３つ以上の付勢部９３２が仮固定治具９３に設けられることが好ましく、これらの付勢部９３２が、中心軸９３０を中心とする周方向において等間隔にて配置されることがさらに好ましい。

第１保持部３２において第１基板９１を保持する機構は、プラズマ洗浄処理が行われる減圧環境下または不活性ガス環境下において第１基板９１を上側から保持することができるのであれば、真空ポンプに連結された吸引路による吸引吸着であってもよく、静電気力により第１基板９１を吸着する静電チャックであってもよい。また、メカニカルチャックにより第１基板９１が保持されてもよい（第２保持部３３における第２基板９２の保持機構についても同様）。

チャンバ３１内において第１基板９１の下面９１１および第２基板９２の上面９２１に照射されるエネルギー波は、必ずしもプラズマには限定されず、例えば、高速原子ビーム（ＦＡＢ（Fast Atom Beam））やイオンビーム等により両基板の接合部位に対する洗浄処理が行われてもよい。また、両基板の接合部位に紫外線を照射して洗浄処理を行った後、基板に熱または超音波を付与しつつ接合部位を接触させることにより、両基板の接合が行われてもよい。洗浄処理に使用されるガスはアルゴンには限定されず、窒素、酸素、フッ素、水素等であってもよい。また、エネルギー波の照射は、第１基板９１および第２基板９２のいずれか一方の接合部位のみに対して行われてもよい。第１基板９１の接合部位は、必ずしも下面９１１全面には限定されず、例えば、下面９１１に設けられたバンプの下面であってもよい（第２基板９２においても同様）。

第１基板９１と第２基板９２とを高い位置精度にて接合するという観点のみからは、位置合わせに係る機構（すなわち、載置部移動機構２２２、載置部回動機構２２３および撮像部５）が接合機構３のチャンバ３１内部に設けられてもよい。この場合であっても、第１基板９１および第２基板９２の位置合わせが大気中において行われることにより、位置合わせに係る機構を減圧環境仕様（すなわち、減圧環境下であっても正常に稼働可能である仕様）とする必要がないため、チャンバ３１内の構造をある程度簡素化することができる。逆に、基板載置機構２および撮像部５は、基板接合装置１の外部に（すなわち、接合機構３とは別の装置として）設けられてもよい。

基板接合装置１は、半導体基板同士の接合に利用される他、半導体基板と他の種類の基板（例えば、セラミック基板）との接合に利用されてもよく、また、半導体基板以外の他の種類の基板（例えば、金属基板）同士の接合に利用されてもよい。また、基板接合装置１により接合される基板は、円板状以外の他の形状（例えば、矩形の薄板状）であってもよい。

本発明は、基板の主面にエネルギー波を照射した後に２つの基板を接触させることにより接合する様々な技術に利用することができる。

基板接合装置の構成を示す正面図 仮固定治具を示す縦断面図 仮固定治具を示す平面図 第１基板と第２基板との接合動作の流れを示す図 第１基板と第２基板との接合動作の流れを示す図 接合機構を示す正面図 接合機構を示す正面図

符号の説明

１ 基板接合装置
２ 基板載置機構
５ 撮像部
６ 制御部
３１ チャンバ
３２ 第１保持部
３３ 第２保持部
３４ 仮固定解除部
３５ 環境調整機構
３６ 高周波電源
６１ ずれ量取得部
９１ 第１基板
９２ 第２基板
９３ 仮固定治具
３２１ 保持部移動機構
９１１ 下面
９２１ 上面
Ｓ１１〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２７ ステップ

Claims (8)

1. ２つの基板の主面を接合する基板接合方法であって、
   ａ）大気中において第１基板を第２基板に対して対向させ、前記第１基板の前記第２基板に対する相対位置を調整する工程と、
   ｂ）前記第１基板の主面上の第１接合部位を前記第２基板の主面上の第２接合部位上に重ねつつ前記第１基板を前記第２基板上に載置する工程と、
   ｃ）前記第１基板および前記第２基板をチャンバ内に搬入し、前記第１基板および前記第２基板を外気から隔離する工程と、
   ｄ）前記チャンバ内を減圧または不活性ガス環境とする工程と、
   ｅ）前記チャンバ内において前記第１基板を前記第２基板から離れる方向に相対的に移動する工程と、
   ｆ）前記第１接合部位および前記第２接合部位の少なくともいずれか一方にエネルギー波を照射する工程と、
   ｇ）前記第１基板を前記第２基板に相対的に近づけて前記第１接合部位と前記第２接合部位とを接触させて前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程と、
   を備えることを特徴とする基板接合方法。
2. 請求項１に記載の基板接合方法であって、
   前記ｂ）工程と前記ｃ）工程との間に、前記第１基板を前記第２基板に付勢して仮固定する工程と、
   前記ｄ）工程と前記ｅ）工程との間に、または、前記ｅ）工程と並行して、前記第１基板の前記第２基板に対する仮固定を解除する工程と、
   をさらに備えることを特徴とする基板接合方法。
3. 請求項１または２に記載の基板接合方法であって、
   前記ａ）工程において、前記第１基板の前記第２基板に対する相対位置のずれ量が、前記第１基板および前記第２基板のそれぞれに設けられたパターンを撮像することにより求められることを特徴とする基板接合方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の基板接合方法であって、
   前記エネルギー波がプラズマであることを特徴とする基板接合方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板接合方法であって、
   前記第１基板および前記第２基板の少なくともいずれか一方が半導体基板であることを特徴とする基板接合方法。
6. ２つの基板の主面を接合する基板接合装置であって、
   第１基板および第２基板が、前記第１基板の主面上の第１接合部位を前記第２基板の主面上の第２接合部位上に重ねつつ前記第１基板が前記第２基板上に載置された状態で搬入され、前記第１基板および前記第２基板を外気から隔離するチャンバと、
   前記チャンバ内において前記第１基板および前記第２基板をそれぞれ保持する第１保持部および第２保持部と、
   前記チャンバ内において前記第１保持部を前記第２保持部に対して相対的に離れる方向および近づく方向に移動する保持部移動機構と、
   前記チャンバ内を減圧または不活性ガス環境とする環境調整機構と、
   前記チャンバ内において、前記第１基板を保持する前記第１保持部および前記第２基板を保持する前記第２保持部が離間した状態で前記第１接合部位および前記第２接合部位の少なくともいずれか一方にエネルギー波を照射するエネルギー波照射機構と、
   前記環境調整機構、前記保持部移動機構および前記エネルギー波照射機構を制御することにより、前記第１基板および前記第２基板が搬入された後に前記チャンバ内を減圧または不活性ガス環境とし、前記第１基板および前記第２基板を離間して前記エネルギー波照射機構を能動化し、前記第１基板を前記第２基板に相対的に近づけて前記第１接合部位と前記第２接合部位とを接触させて前記第１基板と前記第２基板とを接合する制御部と、
   を備えることを特徴とする基板接合装置。
7. 請求項６に記載の基板接合装置であって、
   前記第１基板および前記第２基板が、前記第１基板を前記第２基板に付勢して仮固定する仮固定治具と共に前記チャンバに搬入され、
   前記基板接合装置が、前記チャンバ内において前記仮固定治具による仮固定を解除する仮固定解除部をさらに備えることを特徴とする基板接合装置。
8. 請求項６または７に記載の基板接合装置であって、
   前記チャンバ外において、前記第１基板を前記第２基板に対して対向させ、前記第１基板の前記第２基板に対する相対位置を調整した上で前記第１接合部位を前記第２接合部位上に重ねつつ前記第１基板を前記第２基板上に載置する基板載置機構と、
   前記チャンバ外において前記第１基板および前記第２基板のそれぞれに設けられたパターンを撮像する撮像部と、
   前記撮像部により取得された画像に基づいて前記基板載置機構において前記第１基板と前記第２基板とを対向させた際の前記第１基板の前記第２基板に対する相対位置のずれ量を求めるずれ量取得部と、
   をさらに備えることを特徴とする基板接合装置。

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