JP2009141173A - 貼り合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の剛性を確保することができ、しかも、大掛かりな設備等の設置を要しない貼り合わせ装置を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハＷと、排気孔３１を備えた基材２の表面の複数の突起を変形可能な保持層５により被覆した基板保持具１とを対向させ、これらＷ・１を貼り合わせる装置であって、半導体ウェーハＷを搭載するステージ１０と、ステージ１０に搭載された半導体ウェーハＷを包囲するエンドレスの周壁２０と、基板保持具１の基材２を保持して周壁２０に支持される蓋体３０とを備える。ステージ１０と周壁２０との間に、エンドレスのシールゴム２１と周壁２０支持用の複数のコイルバネ２２とをそれぞれ介在し、複数のコイルバネ２２により周壁２０をステージ１０から離隔する上方向に弾圧付勢する。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウェーハや石英ガラス等からなる基板と基板保持具とを対向させ、これらを貼り合わせる貼り合わせ装置に関するものである。

従来、半導体製造工程の半導体ウェーハに各種の加工を施したり、ハンドリングしたり、あるいは搬送等する場合には、図示しない固定キャリアに半導体ウェーハを搭載支持させ、薄く脆く割れ易い半導体ウェーハの損傷を未然に抑制防止する方法が採用されている（特許文献１参照）。

固定キャリアに半導体ウェーハを搭載支持させる具体的な方法としては、（１）半導体ウェーハに可撓性を有する固定キャリアを圧着ローラ等により空気を排除しながら積層密着する方法、（２）大型の真空室内に半導体ウェーハと固定キャリアとを対向させて配置し、下方に位置する半導体ウェーハに固定キャリアを真空雰囲気下で上方から真空密着する方法があげられる。
特開２００５−３３３１００号公報

しかしながら、（１）の方法の場合には、反りやすい可撓性の固定キャリアを使用しなければならないので、半導体ウェーハに剛性を付与することができないという大きな問題が新たに生じることとなる。また、（２）の方法の場合には、従来のラインに大掛かりな設備を新たに設置したり、大型の真空室を用意したり、半導体ウェーハをチャックする複雑な構成の静電チャック装置を真空室内に設置せざるを得ないという問題がある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、基板の剛性を確保することができ、しかも、大掛かりな設備等の設置を要しない貼り合わせ装置を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、基板と、排気孔を備えた基材の表面の複数の突起を変形可能な保持層により被覆した基板保持具とを対向させ、基板に基板保持具の保持層を接近させて貼り合わせるものであって、
基板を搭載するステージと、このステージに搭載された基板を包囲する周壁と、基板保持具の基材を保持して周壁に支持される蓋体とを備え、ステージと周壁との間に、シール部材と周壁支持用のバネ部材とをそれぞれ介在し、このバネ部材により周壁をステージから離隔（離れ隔てる）する方向に付勢するようにしたことを特徴としている。

なお、ステージ、周壁、蓋体、及びシール部材に区画される空間内の気体を外部に排気する排気装置を備え、この排気装置に弁を付設（付属的に設ける）することが好ましい。
また、基板保持具の基材を保持する蓋体の排気孔に接続される排気装置を備え、この排気装置に複数の弁を付設（付属的に設ける）することが好ましい。

また、ステージと周壁の少なくともいずれか一方に、蓋体用の位置決めピンを取り付けると良い。
さらに、周壁と蓋体の対向面のいずれか一方に、Ｏリングを取り付けると良い。

ここで、特許請求の範囲における基板には、少なくとも各種サイズ（例えば直径２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ）の半導体ウェーハ、液晶基板、石英ガラス等が含まれる。バネ部材は、板バネやコイルバネ等からなり、単数複数を特に問うものではない。位置決めピンも単数複数を問うものではない。さらに、排気装置は、ステージ、周壁、蓋体、及びシール部材に区画される空間内の気体を外部に排気する装置と、蓋体の排気孔に接続される装置とが同一でも良いし、そうでなくても良い。この排気装置には、気体の吸引に好適な各種のポンプを使用することができる。

本発明によれば、基板保持具に基板を支持させる場合には、先ず、ステージに基板をセットし、蓋体に基板保持具の基材を重ねて保持層を露出させ、排気装置付属の複数の弁等を開放して排気装置を駆動する。排気装置を駆動したら、排気装置付属の複数の弁等を閉じて蓋体に基板保持具を保持させ、周壁に蓋体を支持させて貼り合わせ装置を密閉する。

次いで、排気装置付属の弁等を開放して排気装置を駆動し、ステージ、周壁、シール部材、及び蓋体に区画される空間内の気体を貼り合わせ装置の外部に排気する。すると、蓋体を支持した周壁がシール部材とバネ部材とを変形させつつステージ方向に移動し、排気装置の吸引力とバネ部材の力との釣り合いにより、基板に対向する基板保持具の保持層が密着する。

そして、排気装置付属の弁等を開放して蓋体と基板保持具との固定を解除し、排気装置付属の弁等を徐々に閉じて負圧状態を解除し、周壁がバネ部材により元の位置に復帰した後に、周壁から蓋体を取り外せば、蓋体から取り外した基板保持具に基板を支持させることができる。

本発明によれば、基板の剛性を確保することができ、しかも、大掛かりな設備等の設置を特に要しない貼り合わせ装置を提供することができるという効果がある。
また、基板保持具の基材を保持する蓋体の排気孔に接続される排気装置を備えれば、構成の複雑なチャック装置等を使用することなく、負圧作用を利用して基板保持具と蓋体とを適切に固定することができる。

また、ステージと周壁の少なくともいずれか一方に、蓋体用の位置決めピンを取り付ければ、基板に対して蓋体に保持された基板保持具を適切に位置決めし、位置ズレを抑制することができる。
さらに、周壁と蓋体の対向面のいずれか一方に、Ｏリングを取り付ければ、周壁と蓋体との間の密封状態を容易に得ることが可能となり、これらの間から気体が漏れるのを防ぐことができる。

以下、図面を参照して本発明に係る貼り合わせ装置の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における貼り合わせ装置は、図１ないし図９に示すように、薄い半導体ウェーハＷと基板保持具１とを対向させ、これらＷ・１を貼り合わせる装置で、半導体ウェーハＷを搭載するステージ１０と、このステージ１０に搭載された半導体ウェーハＷを包囲するエンドレスの周壁２０と、基板保持具１を保持して周壁２０に支持される蓋体３０とを備えるようにしている。

半導体ウェーハＷは、図１等に示すように、例えば薄く脆く割れ易い口径１２インチ（直径３００ｍｍ）のシリコンウェーハタイプからなり、表裏面がそれぞれ鏡面に形成されており、薄く加工する観点から表面の切り代に所定の厚さで溝入れして先ダイシングされる。

基板保持具１は、図１等に示すように、薄い基材２を備え、この基材２の平坦な表面に平面円形の凹部３が凹み形成されてその内部には複数の突起４が配列形成されており、基材２の表面周縁部には、凹部３や複数の突起４を被覆する弾性変形可能な保持層５が接着される。基材２は、例えば剛性に優れる所定の薄板材料（例えばＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、アルミニウム合金、マグネシウム合金等）を使用して半導体ウェーハＷや保持層５よりも拡径の平面円形に形成され、凹部３に連通する排気孔６が厚さ方向に穿孔されており、この排気孔６に真空ポンプ７が着脱自在に接続される。

複数の突起４は、間隔をおいて配列形成され、各突起４が円柱形や円錐台形等に形成されており、この突起４の平坦な上面に保持層５が接着される。また、保持層５は、所定の薄いエラストマー（例えばシリコーン系、ウレタン系、オレフィン系、フッ素系エラストマー等）を使用して半導体ウェーハＷよりも拡径の平面円形に形成され、平坦な状態で半導体ウェーハＷの表面に密着するとともに、真空ポンプ７の駆動に基づき複数の突起４に応じて凹凸に変形し、半導体ウェーハＷとの密着を解除する。

ステージ１０は、図２や図３等に示すように、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等の所定の材料を用いて半導体ウェーハＷや蓋体３０よりも幅広の平面矩形に形成され、表面の中央部には、半導体ウェーハＷを水平に搭載する丸い搭載プレート１１が装着されており、表面の両側部には、握持操作用のハンドル１２がそれぞれ装着される。搭載プレート１１の周縁部と周壁２０とには、蓋体３０用の複数の位置決めピン１３が間隔をおいて立設される。

周壁２０は、図２や図３等に示すように、平面リング形に形成され、搭載プレート１１の表面周縁部に対向配置されており、この搭載プレート１１の表面周縁部との間に弾性変形可能なシールゴム２１と複数（本実施形態では１２本）のコイルバネ２２とがそれぞれ介在される。この周壁２０の蓋体３０に対向する平坦な上面には、取付溝穴２３が周方向に穿孔され、この取付溝穴２３には、蓋体３０の裏面周縁部に接触する真空用のＯリング２４が嵌入される。

周壁２０の所定部分には、排気口２５が内外方向に穿孔され、この排気口２５には、コイルバネ２２を圧縮する真空ポンプ等からなる排気装置２６がライン２７を介して接続される。このライン２７には、真空計２８と電磁弁２９とがそれぞれ装着され、この電磁弁２９がライン２７における空気の流通を制御する。

シールゴム２１は、例えば反発弾性や耐候性等に優れるＥＰＤＭを使用して平面リング形に形成され、搭載プレート１１の表面周縁部に接着されて複数のコイルバネ２２の内側に位置する。また、複数のコイルバネ２２は、搭載プレート１１の表面周縁部に埋設されて上下方向に伸び、搭載プレート１１の周方向に間隔をおいて配列されており、周壁２０を下方から嵌入支持してステージ１０から離隔する方向、換言すれば、上方向に弾圧付勢するよう機能する。

蓋体３０は、図２や図３等に示すように、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等の材料を用いて基板保持具１よりも拡径の平面円板形に形成され、周壁２０の上部に搭載支持されることにより、ステージ１０、周壁２０、及びシールゴム２１との間に空間を区画して密閉し、基板保持具１の基材２裏面を保持して保持層５を半導体ウェーハＷ方向に向けるよう機能する。

蓋体３０の中心部には、基板保持具１保持用の排気孔３１が厚さ方向に穿孔され、この排気孔３１には、排気装置２６がライン３２を介して接続されており、このライン３２には複数の電磁弁３３・３３Ａが装着される。この複数の電磁弁３３・３３Ａは、ライン３２における空気の流通を制御する。

上記構成において、固定キャリアである基板保持具１に半導体ウェーハＷを支持させる場合には、先ず、ステージ１０の搭載プレート１１上に先ダイシングされた半導体ウェーハＷを適切にセットし、蓋体３０の平坦な裏面に基板保持具１の基材２を積層して保持層５を露出させ、複数の電磁弁３３・３３Ａを開放するとともに、排気装置２６を駆動する（図４参照）。

こうして排気装置２６を駆動し、真空計２８が所定の値（例えば−９０ｋｐａ以下）を示したら、複数の電磁弁３３・３３Ａを順次閉じて蓋体３０に基板保持具１を吸着保持させ（図５参照）、周壁２０に蓋体３０を位置決めピン１３やエンドレスのＯリング２４を介し接離可能に位置決め支持させて貼り合わせ装置を密閉し、基板保持具１と半導体ウェーハＷとを対向させて貼り合わせ作業の準備を完了する（図６参照）。

次いで、閉じていた電磁弁２９を開放するとともに、排気装置２６を駆動し、ステージ１０、周壁２０、シールゴム２１、及び蓋体３０に区画された空間内の空気を貼り合わせ装置の外部に排気する。すると、蓋体３０を支持した周壁２０がシールゴム２１と複数のコイルバネ２２とを変形させつつ下降し、排気装置２６の吸引力と複数のコイルバネ２２のバネ力との釣り合いにより、半導体ウェーハＷに基板保持具１の平坦な保持層５が接近・密着する（図７参照）。

そして、複数の電磁弁３３・３３Ａ中、電磁弁３３を開放して蓋体３０と基板保持具１との固定状態を解除し（図８参照）、その後、電磁弁２９を徐々に閉じて真空状態を解除し、周壁２０が圧縮していた複数のコイルバネ２２の復元力により元の位置に上昇復帰した後、周壁２０から蓋体３０を取り外せば、蓋体３０から取り外した基板保持具１に半導体ウェーハＷを支持させることができる（図９参照）。

上記構成によれば、反りやすい可撓性の固定キャリアを使用するのではなく、剛性の基板保持具１を使用するので、半導体ウェーハＷの剛性を確保して各種の加工を施したり、ハンドリングしたり、あるいは搬送等することができる。また、従来のラインに大掛かりな設備を新たに設置したり、大型の真空室を用意したり、半導体ウェーハＷをチャックする複雑な構成の静電チャック装置を真空室内に設置する必要が全くなく、構成の簡素化が大いに期待できる。

さらに、先ダイシングされた半導体ウェーハＷと基板保持具１の保持層５との単なる密着には、半導体ウェーハＷの表面に空気を流通させる溝が加工されている関係上、ときに支障をきたすことが考えられるが、本実施形態によれば、半導体ウェーハＷと保持層５とを容易、かつ確実に密着させることができる。

なお、上記実施形態では蓋体３０の裏面に基板保持具１の基材２を単に積層したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、蓋体３０の裏面に排気孔６を包囲する平坦な位置決めリングを装着し、この位置決めリングに基板保持具１の基材２を位置決めして積層しても良い。また、搭載プレート１１のみに蓋体３０用の位置決めピン１３を立設しても良いし、周壁２０のみに蓋体３０用の位置決めピン１３を立設しても良い。

本発明に係る貼り合わせ装置の実施形態における半導体ウェーハと基板保持具とを模式的に示す説明図である。 本発明に係る貼り合わせ装置の実施形態を模式的に示す平面説明図である。 本発明に係る貼り合わせ装置の実施形態を模式的に示す側面説明図である。 本発明に係る貼り合わせ装置の実施形態におけるステージ上に半導体ウェーハをセットし、蓋体に基板保持具を積層した状態を模式的に示す説明図である。 図４の蓋体に基板保持具を吸着保持させた状態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る貼り合わせ装置の実施形態における周壁に蓋体を位置決め支持させた状態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る貼り合わせ装置の実施形態における半導体ウェーハに基板保持具の保持層が密着する状態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る貼り合わせ装置の実施形態における蓋体と基板保持具の固定状態を解除する状態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る貼り合わせ装置の実施形態における周壁から蓋体を取り外す状態を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ 基板保持具
２ 基材
４ 突起
５ 保持層
１０ ステージ
１１ 搭載プレート
１３ 位置決めピン
２０ 周壁
２１ シールゴム（シール部材）
２２ コイルバネ（バネ部材）
２４ Ｏリング
２６ 排気装置
２７ ライン
２９ 電磁弁（弁）
３０ 蓋体
３１ 排気孔
３２ ライン
３３ 電磁弁（弁）
３３Ａ 電磁弁（弁）
Ｗ 半導体ウェーハ（基板）

Claims (5)

1. 基板と、排気孔を備えた基材の表面の複数の突起を変形可能な保持層により被覆した基板保持具とを対向させ、基板に基板保持具の保持層を接近させて貼り合わせる貼り合わせ装置であって、
   基板を搭載するステージと、このステージに搭載された基板を包囲する周壁と、基板保持具の基材を保持して周壁に支持される蓋体とを備え、ステージと周壁との間に、シール部材と周壁支持用のバネ部材とをそれぞれ介在し、このバネ部材により周壁をステージから離隔する方向に付勢するようにしたことを特徴とする貼り合わせ装置。
2. ステージ、周壁、蓋体、及びシール部材に区画される空間内の気体を外部に排気する排気装置を備え、この排気装置に弁を付設した請求項１記載の貼り合わせ装置。
3. 基板保持具の基材を保持する蓋体の排気孔に接続される排気装置を備え、この排気装置に複数の弁を付設した請求項１又は２記載の貼り合わせ装置。
4. ステージと周壁の少なくともいずれか一方に、蓋体用の位置決めピンを取り付けた請求項１、２、又は３記載の貼り合わせ装置。
5. 周壁と蓋体の対向面のいずれか一方に、Ｏリングを取り付けた請求項１ないし４いずれかに記載の貼り合わせ装置。

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