JP2008258426A - 基板接合装置、基板接合方法および基板ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】接合した基板の間に空気だまりが発生しないようにしながら、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことのできる基板接合装置を提供する。
【解決手段】基板接合装置は、第１の組の基板（Ｗ１）を保持する第１の基板保持手段（１０１）と、第２の組の基板（Ｗ２）を保持する第２の基板保持手段（２０１）と、基板を接合させるように、前記第１および第２の基板保持手段に力を作用させる加圧手段（２５０）と、前記力を制御する制御手段（３００）と、を備える。前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方は、基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、前記第１および第２の組の基板を接合させる際に、前記凸の部分に対応する基板の部分が最初に接触し、次第に基板の接触面積が広がるように構成されている。前記制御手段は、前記接触面積にしたがって前記力を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の基板を位置合わせして接合させる基板接合装置、基板接合方法および基板接合装置用基板ホルダに関する。

半導体集積回路を使用するノートパソコンや携帯電話などは、近年、ますます高度の機能を備えるようになっている。この結果、半導体集積回路の高密度化、高機能化の要求が高まっている。

半導体集積回路の高密度化、高機能化のための一つの方法は、ウエハなどの基板を接合し、基板を積層させることである。

基板を接合させる場合には、たとえば、ウエハの電極同士を接合させる必要があるので、互いに位置合わせして接合させる必要がある。基板を位置合わせして接合させるには、一対の基板保持手段を備える基板接合装置を使用する。ここで、接合させる基板を第１および第２の基板とする。まず、第１および第２の基板を、それぞれ一対の基板保持手段に位置合わせして保持させる。つぎに、一対の基板保持手段を位置合わせした状態で、一対の基板保持手段の少なくとも一方を移動させることによって第１および第２の基板を接合させる。

上記のような基板接合装置は、たとえば、特許文献１に記載されている。

特開２００５−３０２８５８号公報

しかし、上記のような基板接合装置によって基板を接合させる際に、基板（たとえば、ウエハ）表面の平坦度のばらつきや塗布した樹脂の厚みむらなどにより、接合した基板の間に空気だまり（ボイド）が発生することがある。このような空気だまりを発生させないように、基板表面の中央部分が凸になるような状態で基板を接触させ、中央部分から徐々に接触面積を広げる接合方法が知られている。ところが、基板表面の中央部分が凸になるような状態で接合を行った場合、接合のために加える力が中央部分（接触部分）のみに集中し、基板の面全体にわたり接合が均一に行われないという問題があった。

そこで、接合した基板の間に空気だまりが発生しないようにしながら、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことのできる基板接合装置、基板接合方法および基板ホルダに対するニーズがある。

本発明による基板接合装置は、第１の組の基板および第２の組の基板を接合させる基板接合装置である。本発明による基板接合装置は、前記第１の組の基板を保持する第１の基板保持手段と、前記第２の組の基板を保持する第２の基板保持手段と、前記第１および第２の組の基板を接合させるように、前記第１および第２の基板保持手段に力を作用させる加圧手段と、前記第１および第２の基板保持手段に作用させる前記力を制御する制御手段と、を備える。前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方は、基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、前記第１および第２の組の基板を接合させる際に、前記凸の部分に対応する基板の部分が最初に接触し、次第に基板の接触面積が広がるように構成されている。前記制御手段は、前記接触面積にしたがって前記第１および第２の基板保持手段に作用させる前記力を制御することを特徴とする。

本発明による基板接合装置によれば、制御手段は、基板の接触面積にしたがって第１および第２の基板保持手段に作用させる力を制御するので、接合のために加える力が接触部分のみに集中することはなく、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる。

本発明による基板接合方法は、第１の組の基板および第２の組の基板を、それぞれ第１の基板保持手段および第２の基板保持手段に保持させ、前記第１および第２の基板保持手段に力を作用させて、前記第１の組の基板および前記第２の組の基板を接合させる基板接合方法である。本発明による基板接合方法において、前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方は、基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、前記第１および第２の組の基板を接合させる際に、前記凸の部分に対応する基板の部分が最初に接触し、次第に基板の接触面積が広がるように構成されている。本発明による基板接合方法は、前記接触面積にしたがって前記第１および第２の基板保持手段に作用させる力を制御することを特徴とする。

本発明による基板接合方法によれば、基板の接触面積にしたがって第１および第２の基板保持手段に作用させる力を制御するので、接合のために加える力が接触部分のみに集中することはなく、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる。

本発明による基板接合装置用基板ホルダは、基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、基板を保持する面に弾性材料を備えたことを特徴とする。

本発明による基板接合装置用基板ホルダは、基板を保持する面に弾性材料を備えているので、基板面の一部のみが接触した場合に、弾性材料が変形し、基板の形状が変化するので、基板面の接触した部分のみに過大な力が作用するのを防止できる。

本発明による基板接合装置用基板ホルダは、基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、気体または液体を充填した、中空部を備えたことを特徴とする。

本発明による基板接合装置用基板ホルダは、気体または液体を充填した、中空部を備えているので、基板面の一部のみが接触した場合に、中空部内の気体または液体の圧力は均一となるので、基板面の接触した部分のみにおいて圧力が過大になるのが防止される。

本発明によれば、接合した基板の間に空気だまりが発生しないようにしながら、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことのできる基板接合装置、基板接合方法および基板ホルダが得られる。

図１は、本発明の一実施形態による、基板接合装置の構成を示す図である。本実施形態による基板接合装置は、上部フレーム３０１と下部フレーム３０３とを備える。上部フレーム３０１に第１のプレート１０３が設置され、第１のプレート１０３に第１の基板ホルダ１０１が設置される。第１の基板ホルダ１０１は、第１の基板Ｗ１を保持する。下部フレーム３０３に加圧装置２５０が設置され、加圧装置２５０に第２のプレート２０３が備わり、第２のプレート２０３に第２の基板ホルダ２０１が設置される。第２の基板ホルダ２０１は、第２の基板Ｗ２を保持する。

加圧装置２５０が第２のプレート２０３を上昇させることにより、第２の基板ホルダ２０１が上昇し、第１の基板ホルダ１０１に保持された第１の基板Ｗ１と第２の基板ホルダ２０１に保持された第２の基板Ｗ２とが接合される。基板がウエハである場合に、予めウエハの接合面に樹脂を塗布しておき、ウエハによって樹脂を挟み込むことでウエハを接合してもよい。なお、本明細書および特許請求の範囲において「加圧」とは、基板を最初に接合するために基板に力を加えることをいう。

さらに、本実施形態による基板接合装置は、加圧装置２５０を制御するための制御装置３００を備える。

基板接合装置の第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１を含む空間Ｓを密閉して、真空度を上げてもよい。真空度を上げれば、接合の際に基板の間の空気だまりが生じにくくなる。

図２は、本発明の一実施形態による、加圧装置２５０および制御装置３００の詳細な構成を示す図である。加圧装置２５０は、ベース部２５１と昇降部２５３とからなり、昇降部２５３には、第２のプレート２０３が備わる。制御装置３００は、電空レギュレータ３０１と加圧力設定装置３０３とからなる。加圧装置２５０のベース部２５１の内部の圧力を変化させ、昇降部２５３を昇降させる。制御装置３００によって、ベース部２５１の内部の圧力を制御する。具体的には、制御装置３００の加圧力設定装置３０３が設定した加圧力を実現するように、制御装置３００の電空レギュレータ３０１がベース部２５１の内部の圧力を制御する。

昇降部２５３は、ストロークガイド２０７に沿って昇降するように構成されており、ストロークガイド２０７には昇降部２５３の位置を検出するための位置測定器（たとえば、リニアガイドなど）３０５が設置されている。位置測定器３０５によって測定された位置の測定値は、制御装置３００の加圧力設定装置３０３に送られる。加圧力設定装置３０３については、後で詳細に説明する。

加圧装置２５０のベース部２５１を支持するようにロードセル３０７を設置し、加圧装置２５０による加圧力を測定するようにしてもよい。電空レギュレータ３０１は、ロードセル３０７によって測定された加圧力の測定値を使用して加圧力を制御してもよい。

加圧装置２５０の駆動源は、モータなど他のものであってもよい。また、加圧装置によって第１の基板ホルダ１０１を昇降させるように構成してもよい。

図３は、本発明の一実施形態による第１の基板ホルダ１０１Ａおよび第２の基板ホルダ２０１Ａの構成を示す図である。第１の基板ホルダ１０１Ａおよび第２の基板ホルダ２０１Ａは、静電チャックまたは真空チャックによって基板を保持するように構成してもよい。

第１の基板ホルダ１０１Ａの基板を保持する面は平面であるが、第２の基板ホルダ１０２Ａの基板を保持する面は中央部分が凸になるように構成されている。このため、基板を接合する際に、第２の基板ホルダ１０２Ａに保持される第２の基板Ｗ２の中央部分が凸になるので、第２の基板Ｗ２の中央部分と第１の基板Ｗ１の中央部分とが最初に接触し、次第に接触面積が広がるように接合される。基板の接合が円滑に行われるように、第２の基板ホルダ１０２の基板を保持する面の曲率は面全体にわたり大きく変化しないのが好ましい。基板を保持する面の曲率は、空気だまりを生じることなく基板の接合が円滑に行われるように定める。

他の実施形態において、第１の基板ホルダ１０１Ａの基板を保持する面の中央部分が凸になるように構成してもよい。あるいは、両方の基板ホルダの基板を保持する面の中央部分が凸になるように構成してもよい。

さらに、一方または両方の基板ホルダの基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く部分が凸になるように構成し、基板を接合させる際に、該凸の部分に対応する基板の部分が最初に接触し、凸でない周縁部の少なくとも一部から空気が除かれるようにしてもよい。

また、図３に示すように、第１の基板ホルダ１０１Ａおよび第２の基板ホルダ２０１Ａの基板を保持する面は、弾性材料１０１１および２０１１を備える。本実施形態によれば、基板面の一部のみが接触した場合に、第１の基板ホルダ１０１Ａの弾性材料１０１１および第２の基板ホルダ２０１Ａの弾性材料２０１１が変形し、基板の形状が変化するので、基板面の接触した部分のみに過大な力が作用するのを防止できる。弾性材料１０１１および２０１１は、導電性のフィラー、樹脂、銅など柔らかい金属の箔などである。弾性材料１０１１、２０１１の材質および厚さは、弾性率などを考慮して基板面の一部のみが接触した状態で、基板面の接触した部分に過大な力がかからないように定める。

他の実施形態において、一方の基板ホルダのみが弾性材料を備えてもよい。

このように、基板を保持する面の中央部分が凸になるように構成し、基板を保持する面に弾性材料を備えた基板ホルダを使用して接合を行えば、基板面の一部のみが接触した場合に、基板の弾性材料が変形し、基板の形状が変化するので、基板面の接触した部分のみに過大な力が作用するのを防止できる。

図４は、本発明の他の実施形態による第１の基板ホルダ１０１Ｂおよび第２の基板ホルダ２０１Ｂの構成を示す図である。図３に示した実施形態と同様に、第１の基板ホルダ１０１Ｂの基板を保持する面は平面であるが、第２の基板ホルダ２０１Ｂの基板を保持する面の中央部分が凸になるように構成されている。本実施形態において、第２の基板ホルダ２０１Ｂは中空部２０１３を備える。中空部２０１３には、所定の圧力を有するように気体または液体を充填する。本実施形態によれば、基板面の一部のみが接触した場合に、中空部２０１３内の気体または液体の圧力は均一となるので、基板面の接触した部分のみにおいて圧力が過大になるのが防止される。

他の実施形態において、第１の基板ホルダ１０１Ｂの基板を保持する面の中央部分が凸になるように構成してもよい。あるいは、両方の基板ホルダの基板を保持する面の中央部分が凸になるように構成してもよい。

さらに、一方または両方の基板ホルダの基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く部分が凸になるように構成し、基板を接合させる際に、該凸の部分に対応する基板の部分が最初に接触し、凸でない周縁部の少なくとも一部から空気が除かれるようにしてもよい。

また、第１の基板ホルダ１０１Ｂが中空部を備えるように構成してもよい。あるいは、両方の基板ホルダが中空部を備えるように構成してもよい。

このように、基板を保持する面の中央部分が凸になるように構成し、所定の圧力を有する気体または液体を充填した、中空部を備えた基板ホルダを使用して接合を行えば、中空部内の気体または流体の圧力は均一となるので、接触面の局所において圧力が過大になるのが防止される。

図５は、本発明の一実施形態による基板接合方法を示す流れ図である。

図５のステップＳ５０１０において、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２を、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１に保持させる。ここで、第１基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の各々は、既に接合された複数の基板の組であってもよい。基板ホルダと基板とをフィデューシャルマークなどを使用して予め位置合わせしておいてもよい。

図５のステップＳ５０２０において、制御装置３００が加圧装置２５０を駆動して、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２が互いに接触するまで、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１を接近させる。

図５のステップＳ５０３０において、制御装置３００の加圧力設定装置３０３が第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１に作用させる力の目標値を求める。第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１に作用させる力の目標値は、基板の接触面積が変化する間に、常に単位面積あたりの加圧力（圧力）が所望の値となるように定める。圧力が所望の値となるようにするには、基板の接触面積を推定し、推定した接触面積に所望の圧力値を乗じて加圧力を定めればよい。ここで、所望の圧力値は経験値から定めてもよい。

以下に、加圧力設定装置３０３の機能を詳細に説明する。

加圧力設定装置３０３は、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１に作用させる力の目標値を求める際に、第２の基板ホルダ２０１の位置から接触面積を推定してもよい。第１の基板ホルダ１０１の位置は固定であり既知である。また、第１および第２の基板ホルダならびに基板の寸法および弾性率などの物理的性質は既知である。したがって、第２の基板ホルダ２０１の位置がわかれば、接触による基板の変形および接触面積を推定することができる。

具体的に、加圧力設定装置３０３は、ストロークガイド２０７に設置された、昇降部２５３の位置を検出するための位置検出器（たとえば、リニアガイドなど）３０５からの位置の測定値により、第２の基板ホルダ２０１の位置を求め、第２の基板ホルダ２０１の位置から基板の接触面積を推定する。

また、他の実施形態において、加圧力設定装置３０３は、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１の一方または両方に取り付けたレーザ距離計などの距離センサにより、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１の間の距離を測定し、該距離から基板の接触面積を推定してもよい。

さらに、基板がガラス基板のような透明な基板である他の実施形態において、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１の材質も透明な材質とし、加圧力設定装置３０３は、基板接触部分の画像を取得することにより、直接接触面積を測定してもよい。

加圧力設定装置３０３は、推定した接触面積に所望の圧力値を乗じて、加圧力の目標値を求め、電空レギュレータ３０１に設定する。ここで、所望の圧力値は、接触面積にかかわらず一定としてもよい。あるいは、接触面積にしたがって変化させてもよい。

図５のステップＳ５０４０において、制御装置３００の電空レギュレータ３０１が、加圧力の目標値にしたがって第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１に作用させる力を制御する。

本実施形態の基板接合方法によれば、基板の接触面に所望の圧力値を作用することができるので、空気だまりを発生させないように、基板の一部のみを最初に接触させて接触面積を広げるように基板の接合を行っても、基板の接触面に過度の圧力が作用するのが防止される。

このように本発明によれば、接合した基板の間に空気だまりが発生しないようにしながら、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことのできる基板接合装置、基板接合方法および基板ホルダが得られる。

本発明の一実施形態は、第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方の基板を保持する面の中央部分が凸であることを特徴とする。

本実施形態によれば、基板の中央部分から接触面積を徐々に広げて基板間に空気だまりを生じさせないように接合を行うことができる。

本発明の他の実施形態は、第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方が、弾性材料を備えたことを特徴とする。

本実施形態によれば、基板面の一部のみが接触した場合に、弾性材料が変形し、基板の形状が変化するので、基板面の接触した部分のみに過大な力が作用するのを防止できる。

本発明の他の実施形態は、第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方が、中空部を備えたことを特徴とする。

本実施形態によれば、基板面の一部のみが接触した場合に、中空部内の気体または液体の圧力は均一となるので、基板面の接触した部分のみにおいて圧力が過大になるのが防止される。

本発明の他の実施形態は、第１および第２の基板保持手段の位置にしたがって、基板面の接触面積が推定されることを特徴とする。

本実施形態によれば、第１および第２の基板保持手段の位置にしたがって、基板面の接触面積を、確実かつ容易に推定される。

本発明の一実施形態による、基板接合装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態による、加圧装置および制御装置の詳細な構成を示す図である。 本発明の一実施形態による第１の基板ホルダおよび第２の基板ホルダの構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による第１の基板ホルダおよび第２の基板ホルダの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による基板接合方法を示す流れ図である。

符号の説明

１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ…第１の基板ホルダ、２０１，２０１Ａ，２０１Ｂ…第２の基板ホルダ、２５０…加圧装置、３００…制御装置

Claims (14)

1. 第１の組の基板および第２の組の基板を接合させる基板接合装置であって、
   前記第１の組の基板を保持する第１の基板保持手段と、
   前記第２の組の基板を保持する第２の基板保持手段と、
   前記第１および第２の組の基板を接合させるように、前記第１および第２の基板保持手段に力を作用させる加圧手段と、
   前記第１および第２の基板保持手段に作用させる前記力を制御する制御手段と、を備え、
   前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方は、基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、前記第１および第２の組の基板を接合させる際に、前記凸の部分に対応する基板の部分が最初に接触し、次第に基板の接触面積が広がるように構成されており、
   前記制御手段は、前記接触面積にしたがって前記第１および第２の基板保持手段に作用させる前記力を制御することを特徴とする基板接合装置。
2. 前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方の基板を保持する面の中央部分が凸であることを特徴とする請求項１に記載の基板接合装置。
3. 前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方が、弾性材料を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板接合装置。
4. 前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方が、気体または液体を充填した、中空部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板接合装置。
5. 前記制御手段は、前記第１および第２の基板保持手段の位置にしたがって、前記接触面積を推定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の基板接合装置。
6. 第１の組の基板および第２の組の基板を、それぞれ第１の基板保持手段および第２の基板保持手段に保持させ、
   前記第１および第２の基板保持手段に力を作用させて、前記第１の組の基板および前記第２の組の基板を接合させる基板接合方法であって、
   前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方は、基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、前記第１および第２の組の基板を接合させる際に、前記凸の部分に対応する基板の部分が最初に接触し、次第に基板の接触面積が広がるように構成されており、
   前記接触面積にしたがって前記第１および第２の基板保持手段に作用させる力を制御することを特徴とする基板接合方法。
7. 前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方の、基板を保持する面の中央部分が凸であることを特徴とする請求項６に記載の基板接合方法。
8. 前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方が、弾性材料を備えたことを特徴とする請求項６または７に記載の基板接合方法。
9. 前記第１および第２の基板保持手段の少なくとも一方が、気体または液体を充填した、中空部を備えたことを特徴とする請求項６または７に記載の基板接合方法。
10. 前記第１および第２の基板保持手段の位置にしたがって、前記接触面積を推定することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の基板接合方法。
11. 基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、基板を保持する面に弾性材料を備えたことを特徴とする基板接合装置用基板ホルダ。
12. 基板を保持する面の中央部分に凸の部分を有することを特徴とする請求項１１に記載の基板接合装置用基板ホルダ。
13. 基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を除く領域に凸の部分を有し、気体または液体を充填した、中空部を備えたことを特徴とする基板接合装置用基板ホルダ。
14. 基板を保持する面の中央部分に凸の部分を有することを特徴とする請求項１３に記載の基板接合装置用基板ホルダ。

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