JP2009194264A - 基板貼り合わせ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ボイドの発生を無くし、さらに数十μm以下に精度良く貼り合わすことのできる基板貼り合わせ装置を提供する。
【解決手段】 基板貼り合わせ装置は、第1基板(W1)と第2基板(W2)とを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部(50)と、第1基板及び第2基板の周縁部に配置され、先端の摩擦係数が小さくなる構造を有する複数のピン(P1)と、重ね合わせた第1基板と第2基板とに予備加圧をかける予備加圧部(70)と、この予備加圧中に、第1基板及び第2基板の周縁部からピンを抜くピン抜き部(65)と、を備える。
【選択図】図6
【解決手段】 基板貼り合わせ装置は、第1基板(W1)と第2基板(W2)とを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部(50)と、第1基板及び第2基板の周縁部に配置され、先端の摩擦係数が小さくなる構造を有する複数のピン(P1)と、重ね合わせた第1基板と第2基板とに予備加圧をかける予備加圧部(70)と、この予備加圧中に、第1基板及び第2基板の周縁部からピンを抜くピン抜き部(65)と、を備える。
【選択図】図6
Description
本発明は、半導体ウエハなどの基板を貼り合わせる装置に関するもので、特に基板間にボイド(気泡)の発生を防ぐ貼り合わせ装置に関するものである。
近年、携帯電話やICカード等の電子機器の高機能化に伴い、その内部に実装される半導体デバイス(LSI、ICなど)の薄型化又は小型化が進んでいる。また、線幅を狭くすることなく記憶容量を増すために半導体ウエハを数層重ね合わせた三次元実装タイプの半導体デバイス、例えばSDカード又はMEMSなどが増えつつある。また光ディスクの分野においても多層化することで記憶容量を増加させている。このため多層化するための基板の貼り合わせ技術は高精度の位置あわせ技術と、ボイドの発生を防ぐ技術とが望まれている。
特許文献1の貼り合わせ装置は接着剤を中間材として2枚の基板を上下より近づけ、真空雰囲気で圧着することでボイドの発生を防いでいた。この貼り合わせ装置の手順は上下の基板ホルダに基板を固定し、上下に向かい合わせ真空雰囲気にして圧着している。
しかしながら、従来の貼り合わせ装置は基板を基板ホルダに固定する段階で上部の基板及び下部の基板の位置が決定し、圧着の工程までの移動及び機械的な誤差で十数μmから数百μmのずれが発生してしまう。このため、従来の貼り合わせ装置はより微細な基板構造、及び基板配線を貼り合わせる要望に対して十分な性能を持ち合わせてないという問題があった。
本発明の貼り合わせ装置は中間材を挟み込む2枚の基板の接合に際し、ボイドの発生を無くし、さらに数十μm以下に精度良く貼り合わすことのできる装置を提供することができる。
第1の観点の基板貼り合わせ装置は、第1基板と第2基板とを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部と、第1基板及び第2基板の周縁部に配置され、先端の摩擦係数が小さくなる構造を有する複数のピンと、重ね合わせた第1基板と第2基板とに予備加圧をかける予備加圧部と、この予備加圧中に、第1基板及び第2基板の周縁部からピンを抜くピン抜き部と、を備える。
この構成により、第1基板及び第2基板の周縁部からピンを抜く際に、基板をずらすことなくピンを抜くことができ、位置合わせした基板の状態を維持することができる。
この構成により、第1基板及び第2基板の周縁部からピンを抜く際に、基板をずらすことなくピンを抜くことができ、位置合わせした基板の状態を維持することができる。
第2の観点の基板貼り合わせ装置は、被加工領域を有する第1基板と第2基板とを貼り合わせる基板貼り合わせ装置において、第1基板を保持する第1基板保持部と、第2基板を保持する第2基板保持部と、第1基板と第2基板とを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部と、第1基板保持部及び第2基板保持部の周縁部に配置され、先端の摩擦係数が小さくなる構造を有する複数のピンと、重ね合わせた第1基板と第2基板とに予備加圧をかける予備加圧部と、この予備加圧中に、第1基板保持部及び第2基板保持部の周縁部からピンを抜くピン抜き部と、を備える。
この構成により、第1基板保持部及び第2基板保持部の周縁部からピンを抜く際に、基板をずらすことなくピンを抜くことができ、位置合わせした基板の状態を維持することができる。
この構成により、第1基板保持部及び第2基板保持部の周縁部からピンを抜く際に、基板をずらすことなくピンを抜くことができ、位置合わせした基板の状態を維持することができる。
本発明のウエハ貼り合わせ装置は、半導体ウエハのボイドを除去し、半導体ウエハを高精度で重ね合わせることのできる装置を提供することができる。また本発明の貼り合わせ装置は高精度に半導体ウエハの位置合わせを行い、ウエハ間にピンを挿入して固定し真空雰囲気でピンを排出する。その際に、ピンの先端部の形状を摩擦の少ない形状とすることで、ピンを半導体ウエハ間から排出の際の半導体ウエハのずれを最小にすることができる。
<<実施形態1>>
本発明のウエハ貼り合わせ装置100は基板の配線の線幅精度にウエハを重ね合わせて貼り合わせを行う装置で、特に中間材59を挟みボイドの発生を防ぎながら高精度に貼り合わすことのできる装置を示す。なお、貼り合わす基板は精密さを必要とする半導体ウエハWについて示すが、他の基板も使用することができる。
本発明のウエハ貼り合わせ装置100は基板の配線の線幅精度にウエハを重ね合わせて貼り合わせを行う装置で、特に中間材59を挟みボイドの発生を防ぎながら高精度に貼り合わすことのできる装置を示す。なお、貼り合わす基板は精密さを必要とする半導体ウエハWについて示すが、他の基板も使用することができる。
<ウエハ貼り合わせ装置の全体構成>
図1はウエハ貼り合わせ装置100の上面概略図である。
ウエハ貼り合わせ装置100は、ウエハローダWL及びウエハホルダローダWHLを有している。ウエハローダWL及びウエハホルダローダWHLは、多関節ロボットであり六自由度方向(X,Y,Z,θX,θY,θZ)に移動可能である。さらにウエハローダWLはレールRAに沿ってY方向に長い距離移動可能であり、ウエハホルダローダWHLはレールRAに沿ってX方向に長い距離移動可能である。
図1はウエハ貼り合わせ装置100の上面概略図である。
ウエハ貼り合わせ装置100は、ウエハローダWL及びウエハホルダローダWHLを有している。ウエハローダWL及びウエハホルダローダWHLは、多関節ロボットであり六自由度方向(X,Y,Z,θX,θY,θZ)に移動可能である。さらにウエハローダWLはレールRAに沿ってY方向に長い距離移動可能であり、ウエハホルダローダWHLはレールRAに沿ってX方向に長い距離移動可能である。
ウエハ貼り合わせ装置100は、その周辺に半導体ウエハWを複数枚収納するウエハストッカー10を有している。ウエハ貼り合わせ装置100は、第1ウエハW1と第2ウエハW2とを貼り合わせるため、第1ウエハW1を収納するウエハストッカー10−1と第2ウエハW2を収納するウエハストッカー10−2とが用意されている。また、ウエハストッカー10の近郊に半導体ウエハWをプリアライメントするウエハプリアライメント装置20が設けられている。ウエハローダWLによりウエハストッカー10から取り出された半導体ウエハWがウエハプリアライメント装置20に送られる。ウエハプリアライメント装置20の詳細は後述する。
ウエハ貼り合わせ装置100は、ウエハホルダWHを複数枚収納するウエハホルダストッカー30を有している。ウエハホルダWHは第1ウエハW1用の第1ウエハホルダWH1を有し、第2ウエハW2に対しても第2ウエハホルダWH2を有している。このため、ウエハ貼り合わせ装置100は第1ウエハホルダWH1用と、第2ウエハホルダWH2用とのウエハホルダストッカー30を収容するか、ウエハホルダストッカー30内部を分割するなどして第1ウエハホルダWH1と第2ウエハホルダWH2とを分ける。ウエハホルダWHを分けることはウエハホルダWHに固定機能を内蔵させた場合に対応できる。なお、ウエハホルダWHは半導体ウエハWを吸着し、ウエハ同士を貼り合わすための支持体として利用され、繰り返し何度も使用される部品である。ウエハホルダWHは、アルミナ(Al2O3)又は窒化アルミニウム(AlN)などのセラミック材料から構成される。特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高いので半導体ウエハWの加熱又は冷却に適している。
ウエハ貼り合わせ装置100は、ウエハホルダストッカー30の近郊にウエハホルダWHをプリアライメントするウエハホルダプリアライメント装置40が設けられている。ウエハホルダローダWHLによりウエハホルダストッカー30から取り出されたウエハホルダWHがウエハホルダプリアライメント装置40に送られる。ウエハホルダプリアライメント装置40では、プリアライメントされたウエハホルダWHに対して、プリアライメントされた半導体ウエハWがウエハローダWLにより載置される。ウエハホルダプリアライメント装置40の詳細は後述する。
ウエハ貼り合わせ装置100は、一対の半導体ウエハWを載置したウエハホルダWHをアライメントし、2枚の半導体ウエハWを半導体チップの線幅精度で重ね合わせるアライナー50を有している。アライナー50にはウエハホルダプリアライメント装置40から半導体ウエハWを載置したウエハホルダWHがウエハホルダローダWHLにより送られてくる。このアライナー50では第1ウエハW1と第2ウエハW2とで精度良い重ねあわせと、第1ウエハW1と第2ウエハW2とが接触しないようにピンPを差し込んで予備加圧して固定具で固定する。アライナー50の詳細な説明は後述する。予備加圧をかけ固定具で固定した第1ウエハホルダWH1と第2ウエハホルダWH2とはウエハホルダローダWHLにより加熱加圧装置70に送られる。
ウエハ貼り合わせ装置100の加熱加圧装置70では、真空雰囲気にして予備加圧をかけ、固定具で固定した第1ウエハW1と第2ウエハW2との間に挟みこんだピンPを監視しながら抜き、加熱加圧することで精度良く及びボイドのない貼り合わせをすることができる。加熱加圧装置70の詳細な説明は後述する。
ウエハ貼り合わせ装置100は加熱加圧装置70の隣に分離冷却ユニット80を有している。分離冷却ユニット80は、貼り合わされた半導体ウエハWをウエハホルダWHから外すとともに、貼り合わされた半導体ウエハWを所定温度まで冷却する。冷却された半導体ウエハWはウエハローダWLにより分離冷却ユニット80から取り出され、貼り合わせウエハ用ストッカー85に送られる。冷却されたウエハホルダWHはウエハホルダローダWHLにより分離冷却ユニット80から取り出され、再びウエハホルダストッカー30に戻される。
ウエハ貼り合わせ装置100は、ウエハ貼り合わせ装置100全体の制御を行う主制御装置90が設けられている。主制御装置90は、ウエハローダWL、ウエハホルダローダWHL、ウエハプリアライメント装置20、及びウエハホルダプリアライメント装置40などの各装置を制御する制御装置と信号の受け渡しを行い全体の制御を行う。
<ウエハプリアライメント装置20の構成>
図2(a)はウエハプリアライメント装置20を示した上面図であり、図2(b)はその概略断面図である。
図2(a)はウエハプリアライメント装置20を示した上面図であり、図2(b)はその概略断面図である。
ウエハプリアライメント装置20は第1XYθステージ25を有している。第1XYθステージ25は矢印ARRの示すようにX方向、Y方向及びθ方向にサーボ制御により移動及び回転可能である。また第1XYθステージ25は半導体ウエハWを吸着するため真空チャック23を有しており、不図示の真空ポンプで半導体ウエハWを第1XYθステージ25に吸着したり離脱させたりすることができる。また、第1XYθステージ25は、半導体ウエハWをウエハローダWLに受け渡しするために、不図示の3本のリフトピンを有している。
半導体ウエハWは、その周囲の一部に半導体ウエハWの結晶方向性を示すノッチNCが形成されている。また、貼り合わせられる半導体ウエハWには数十ショット〜数百ショット程度に半導体チップ領域CHが形成されている。半導体チップ領域CHの周辺には、フォトリソグラフィ工程に必要なアライメントマークAMが複数形成されている。アライメントマークAMは十字形状及び円形状で形成されている。
第1XYθステージ25上には、ウエハ用アライメントカメラCA1が固定されている。ウエハ用アライメントカメラCA1は倍率が約10倍から25倍程度であり、必要に応じてオートフォカス機構を備えてもよい。第1XYθステージ25は、ウエハ用アライメントカメラCA1がアライメントマークAMを観察できるように、ウエハ用アライメントカメラCA1の直下にアライメントマークAMが来るようにX及びY方向に移動可能である。なお、本実施形態では、フォトリソグラフィ工程で使用されたアライメントマークAMを使用して半導体ウエハWのプリアライメントを行うが、別のマークを使用してもよい。
第1XYθステージ25は、第1レーザ光波干渉式測長器(以下、第1干渉計という。)22によって常時位置が検出される。第1干渉計22で検出された第1XYθステージ25の位置は、ウエハプリアライメント制御装置21に送られる。また、ウエハ用アライメントカメラCA1が観察したアライメントマークAMの位置信号もウエハプリアライメント制御装置21に送られる。
ウエハプリアライメント制御装置21は、半導体ウエハWが所定位置からX方向、Y方向及びθ方向のずれ量を計算し、その計算結果に基づいて第1XYθステージ25を移動及び回転させる。これによりプリアライメントされた半導体ウエハWは、設計基準値から例えば10μm以下の範囲に位置決めされる。なお、ウエハプリアライメント制御装置21は、ウエハ用アライメントカメラCA1に2箇所以上のアライメントマークAMを観察させる。
<ウエハホルダプリアライメント装置40の構成>
図3(a)はウエハホルダプリアライメント装置40を示した上面図であり、図3(b)は(a)の概略側面図である。
図3(a)はウエハホルダプリアライメント装置40を示した上面図であり、図3(b)は(a)の概略側面図である。
ウエハホルダプリアライメント装置40は第2XYθステージ45を有している。第2XYθステージ45は矢印ARRの示すようにX方向、Y方向及びθ方向にサーボ制御により移動及び回転可能である。また第2XYθステージ45はウエハホルダWHを吸着するため真空チャック43を有しており、不図示の真空ポンプでウエハホルダWHを第2XYθステージ45に吸着したり離脱させたりすることができる。また、第2XYθステージ45は、ウエハホルダWHをウエハホルダローダWHLと受け渡しするために、不図示の3本のホルダ用リフトピンを有している。さらに第2XYθステージ45は、ウエハホルダWHに形成された3つの孔部を介して半導体ウエハWを受け渡しするためのウエハ用リフトピン46を有している。
ウエハホルダWHは、絶縁体であるアルミナセラミックで円形形状に構成され、一部に切り欠け部NTが形成されている。ウエハホルダWHの中央内部には、半導体ウエハWを静電吸着するための印加電極ELが内蔵されている。ウエハホルダWHの表面は研磨されており、その中央で半導体ウエハWを静電吸着する。第2XYθステージ45には、印加電極ELで直流を印加するための直流電源DCが設けられている。
ウエハホルダWHはその周囲にフィディシャルマークFMを有している。フィディシャルマークFMは、ウエハホルダWHの中心を対称に一対設けられており、透明な石英ガラス上に十字形状又は円形状のマークが形成されている。ウエハホルダWHのフィディシャルマークFM部分は開口部となっており、フィディシャルマークFMは、ウエハホルダWHを表裏面側の両方から観察できる。また、ウエハホルダWHには半導体ウエハWのアライメントマークAMを監視するための監視窓SWを設ける。監視窓SWは加熱加圧装置70においてピンの抜き取り工程でずれが発生しないように監視するための窓であり、熱で変性しにくい石英ガラスなどの透明な材料で形成される。図3(a)に示した監視窓SWは2箇所であるが、3箇所以上を設置することもできる。
第2XYθステージ45上には、ウエハホルダ用アライメントカメラCA2が固定されている。ウエハホルダ用アライメントカメラCA2は倍率が約10倍から25倍程度であり、必要に応じてオートフォカス機構を備えてもよい。第2XYθステージ45は、ウエハホルダ用アライメントカメラCA2がフィディシャルマークFMを観察できるように、ウエハホルダ用アライメントカメラCA2の直下にフィディシャルマークFMが来るようにX及びY方向に移動可能である。
第2XYθステージ45は、第2レーザ光波干渉式測長器(以下、第2干渉計という。)42によって常時位置が検出される。第2干渉計42で検出された第2XYθステージ45の位置は、ウエハホルダプリアライメント制御装置41に送られる。また、ウエハホルダ用アライメントカメラCA2は2つのフィディシャルマークFMを観察し、観察されたフィディシャルマークFMの位置信号もウエハホルダプリアライメント制御装置41に送られる。
ウエハホルダプリアライメント制御装置41は、ウエハホルダWHが所定位置からX方向、Y方向及びθ方向にどれだけの量ずれているかを計算し、その計算結果に基づいて第2XYθステージ45を移動及び回転させる。これによりプリアライメントされたウエハホルダWHは、設計基準値から例えば10μm以下の範囲に位置決めされる。
所定位置からずれた量だけ移動及び回転されたウエハホルダWHは、正しい位置にプリアライメントされ、その位置で待機状態となる。ウエハホルダWHからウエハ用リフトピン46が上昇し、そこにウエハプリアライメント装置20でプリアライメントされた半導体ウエハWを所定の位置になるよう載置して、ウエハ用リフトピン46を下降し、ウエハホルダWHは印加電極ELに印加することによって半導体ウエハWを静電吸着する。
以上の動作により、プリアライメントされたウエハホルダWHにプリアライメントされた半導体ウエハWが精度良く載置される。つまり、ウエハホルダWHのフィディシャルマークFMに対して半導体ウエハWのアライメントマークAMを所定範囲内に位置決めすることができる。以上によりウエハホルダWH上の半導体ウエハWは、設計基準値から例えば20μm以下の範囲に位置決めされる。このため、後述するアライナー50でフィディシャルマークFMを基準としてアライメントマークAMを検出する際に問題なく高倍率の高精度アライメントカメラCA3(図4参照)で観察することができる。
<アライナー50の構成>
図4(a)は、アライナー50を横から見た構成図である。図4(b)は(a)に示す半導体ウエハWの外縁に設置したピン挿入部60の拡大図である。第1ウエハW1は第1ウエハホルダWH1に載置した状態で、第2ウエハW2は第2ウエハホルダWH2に載置した状態で、ウエハホルダローダWHLによってウエハホルダプリアライメント装置40からアライナー50に送られる。
図4(a)は、アライナー50を横から見た構成図である。図4(b)は(a)に示す半導体ウエハWの外縁に設置したピン挿入部60の拡大図である。第1ウエハW1は第1ウエハホルダWH1に載置した状態で、第2ウエハW2は第2ウエハホルダWH2に載置した状態で、ウエハホルダローダWHLによってウエハホルダプリアライメント装置40からアライナー50に送られる。
アライナー50は、第1テーブル54と第2テーブル56とを有しており、第1テーブル54のホルダ保持面と第2テーブル56のホルダ保持面とは互いに向かい合うようになっている。第1ウエハホルダWH1は第1テーブル54に固定され、第2ウエハホルダWH2は第2テーブル56に固定される。つまり、第1ウエハW1と第2ウエハW2とは互いの重ね合わせ面が向かい合うようにセットされる。第1テーブル54は第1駆動装置55に結合されており第1テーブル54を微動させる機能を有する。第2テーブル56は第2駆動装置53により少なくともX、Y方向に移動させられ、第2テーブル56の移動量は第3レーザ光波干渉式測長器(以下、第3干渉計という)52により測定される。なお、ウエハホルダローダWHLによって送られてくる第1ウエハホルダWH1も最初は第2テーブル56に固定され、それから所定の測定を行った後に第2テーブル56から第1テーブル54に移されて固定される。
アライナー50は、アライメントマークAM及びフィディシャルマークFMを観察する高精度アライメントカメラCA3が天井に配置されている。高精度アライメントカメラCA3は倍率が約40倍から100倍程度であり、倍率が高い分視野が狭くなっている。
第3干渉計52によって検出された第2テーブル56の位置は、アライナー制御装置51に送られる。また、高精度アライメントカメラCA3が観察したアライメントマークAM及びフィディシャルマークFMの位置信号もアライナー制御装置51に送られる。アライナー制御装置51はそれらの信号に基づいて、第1駆動装置55又は第2駆動装置53に駆動信号を送る。
さて、高精度アライメントカメラCA3は、第1テーブル54に保持された第1ウエハホルダWH1のフィディシャルマークFMを第1ウエハホルダWH1の裏面からも観察できるものであり、同ウエハホルダWHが保持された時にフィディシャルマークFMが顕微鏡の光学系の物面になるように調整されている。また、高精度アライメントカメラCA3は、第2ウエハホルダWH2のフィディシャルマークFMを第1ウエハホルダWH1の裏面より観察する。フィディシャルマークFMの高さが異なるため、高さ方向の調節が必要になる。このため、高精度アライメントカメラCA3は不図示のピエゾ素子を有しており、必要に応じて高さ方向の調整を行っている。
またアライナー50は図4(b)で示すように高精度に位置合わせを済ませたウエハホルダ及び半導体ウエハWの間に必要に応じて中間材59である接着シート、絶縁材及び樹脂などを挿入する不図示の中間材挿入装置を備える。この中間材挿入装置はウエハホルダプリアライメント装置40とアライナー50との間に配置されていてもよい。
半導体ウエハWと中間材59を備えた半導体ウエハWとを接合する際に、半導体ウエハWの周縁部が接合し後から半導体ウエハWの中央部が接合すると、中間材59と半導体ウエハとの間にボイドが発生した状態のまま接合されてしまう。このため、半導体ウエハWの間にピンPを配置するためのピン挿入装置60を備える。ピンPを挿入した半導体ウエハWは不図示の固定具を取り付けて固定する。本実施形態のピンPは先端を面取した円形を成し、排出時の急激な半導体ウエハW及びウエハホルダWHの動きを抑えることができる。固定具はウエハホルダWHに脱着するタイプを取り付けてもよいが、ウエハホルダWHに固定具を備えることもできるし、ウエハホルダWH自体に固定機能を内蔵させてもよい。
ピン挿入部60は、図4(b)に示すように第1ピンP1と、第1ピンP1を挟み固定する第1クランプ61と、第1ピンP1を駆動させる第1ピンアクチュエータ62と、第1クランプ61第1ピンアクチュエータ62とを連結する支持アーム64と、挿入量を検出する第1静電容量センサー63とを備えている。ピン挿入部60の配置は図5(a)で示すようにウエハホルダWHの周縁を120度ごとに均等に配置することで第1ピンP1を半導体ウエハWにバランスよく配置することができる。また、ピン挿入部60の配置は図5(b)に示すようにウエハホルダWHの周縁を90度ごとに均等に配置する方法でもよい。
図6はピン挿入部60の例を示した拡大図である。第1ピンP1はピン本体PHの先端に回転部が備えられている。このため、第1ピンP1の先端部は半導体ウエハWで挟まれた状態でもスムーズに排出される。したがって半導体ウエハWがずれたりするおそれがない。
例えば図6(a)に示すように回転部はローラR1及びローラR2と、それぞれの回転軸AX1及び回転軸AX2とから構成され、回転部が幅を持つローラ形状でありピン本体PHの内側に収まる形状となっている。図6(b)は、図6(a)のローラR1、ローラR2が円板状でピン本体PHの外側に取り付けた形状となった変形例である。ピン本体PHには第1クランプ61又は第2クランプ66(図9参照)で第1ピンP1を確実にクランプできるようにナーリング(ローリング)加工が施されており摩擦が大きくなるように形成されている。また、第1ピンP1の形状は図6(c)に示すようにローラR1とローラR2との外側の厚みTH1はピン本体PHの厚みTH2より厚い形状となっている。なお、図6(c)は図6(b)の側面図である。
図7はアライナー50の位置合わせからウエハホルダWHの固定までのフローチャートである。
ステップS11において、第1ウエハホルダWH1を第2のテーブル56上に保持し、アライナー制御装置51は第2の駆動装置53を動作させて、高精度アライメントカメラCA3により第1ウエハホルダWH1上のフィディシャルマークFMを検出する。
ステップS11において、第1ウエハホルダWH1を第2のテーブル56上に保持し、アライナー制御装置51は第2の駆動装置53を動作させて、高精度アライメントカメラCA3により第1ウエハホルダWH1上のフィディシャルマークFMを検出する。
ステップS12において、アライナー制御装置51は第2の駆動装置53を動作させることで、第2テーブル56を移動させて第1ウエハW1上のアライメントマークAMを検出する。
ステップS13では、第3干渉計52により第2テーブル56の移動量を検出することで、第1ウエハホルダWH1及び第1ウエハW1のフィディシャルマークFMとアライメントマークAMとの位置関係を求める。
ステップS14において、アライナー50は位置関係が定まった第1ウエハW1及び第1ウエハホルダWH1を第2のテーブル56より取り外し、ウエハホルダローダWHLで第1テーブル54に反転させて固定する
ステップS15において、ウエハホルダローダWHLは、空いた第2テーブル56に第2ウエハW2を保持している第2ウエハホルダWH2を送り込み、第2ウエハホルダWH2を第2テーブル56に固定する。アライナー制御装置51は第2の駆動装置53を動作させて、第3干渉計52により第2テーブル56の位置を計測しながら、高精度アライメントカメラCA3に第2ウエハホルダWH2のフィディシャルマークFMを観察させる。
ステップS16において、アライナー制御装置51は第2ウエハW2上のアライメントマークAMを順次、高精度アライメントカメラCA3の視野内に移動させ、第3干渉計52により第2テーブル56の位置を計測する。
ステップS17において、第3干渉計52により第2テーブル56の移動量を検出することで、第2ウエハホルダWH2及び第2ウエハW2のフィディシャルマークFMとアライメントマークAMとの位置関係を求める。
ステップS18において、アライナー制御装置51は、第1ウエハW1上のアライメントマークAMと第2ウエハW2上のアライメントマークAMとの位置より重ね合わせ位置を調整する。このとき、アライナー制御装置51は第1ウエハW1と第2ウエハW2とのアライメントマークAMの位置誤差が最小になるように最小自乗法で計算を行う。この結果に基づいてアライナー制御装置51は第2テーブル56を移動させる。なお、2枚の半導体ウエハW上のアライメントマークAMの位置関係から最適化処理を行ったが、半導体ウエハWを重ね合わせる位置及び半導体ウエハWの姿勢を基準座標系にあらかじめ設定し各半導体ウエハWの位置と姿勢を求めて良い。この場合には、アライメントマークAMの位置は2枚の半導体ウエハW間で異なっていても構わない。
ステップS19において、第1ウエハW1及び第2ウエハW2の位置関係が決められると、アライナー50は中間材59の挿入を行う。中間材59は図4(b)に示すように接着シート、絶縁材及び樹脂などを選択することができ、第2ウエハW2の上に載置される。また第1ウエハW1及び第2ウエハW2は位置合わせ処理が終了しているため不透明な中間材59を用いることができる。なお、透明な中間材を使用する場合は第1ウエハW1及び第2ウエハW2の位置合わせ処理の前に中間材を挿入することもできる。この中間材はウエハホルダプリアライメント装置40とアライナー50との間で、第2ウエハW2の上に載置されてもよい。
ステップS20において、中間材59の挿入が終了した第1ウエハW1及び第2ウエハW2は第1ピンP1を挿入して移動中のずれが発生しないように固定処理する。固定処理は中間材59が対向する半導体ウエハWに接触しないように第1ピンP1を挿入する。第1ピンP1の挿入はピン挿入部60により挿入量を第1静電容量センサー63で観察しながら均等に挿入する。なお、第1ピンP1を挿入する際には多少の差異が生じても支障ないので第1静電容量センサー63を用意しなくてもよい。
ステップS21において、第1ピンP1を挿入した2つの半導体ウエハWはアライナー制御装置51で制御しながら駆動装置53により互いに近接させずれが発生しない程度の予備圧力で加圧する。 このとき、アライナー制御装置51は、移動する第2の第1テーブル56のXY面内の変動を第3干渉計52により測定し、所定のずれの範囲内に収まるように第2の駆動装置53にフィードバックをかけながら近接させる。そしてアライナー50は固定具で第1ウエハホルダWH1と第2ウエハホルダWHとをクランプする。
ステップS22において、第1ウエハホルダWH1と第2ウエハホルダWHとがクランプされたのち、第1ピンP1を固定していた第1クランプ61を固定解除することでピン挿入部60と切り離す。第1ピンP1の挿入されたクランプ後の第1ウエハホルダWH1と第2ウエハホルダWHとは、ウエハホルダローダWHLによってアライナー50から加圧装置70に送られる。
<加熱加圧装置70の構成>
図8(a)は加熱加圧装置70を横から見た構成図である。図8(b)は半導体ウエハWの外縁に設置したピン排出部65の拡大図である。
第1ウエハW1は第1ウエハホルダWH1にて−Z方向に保持されている。第1ウエハホルダWH1は第1トッププレートTP1に支えられている。第1トッププレートTP1はヒータ及び冷却配管を備えた高熱伝導の高い材料で構成された第1温度調整プレートAT1に支えられている。さらに第1温度調整プレートAT1は第1ベースプレートBP1に支えられて、この第1ベースプレートBP1は加熱加圧装置70のフレーム71に備え付けられている。第1トッププレートTP1には第1トッププレートTP1を貫通するように高精度監視カメラCA4を設置している。第1ウエハホルダWH1には高精度監視カメラCA4で半導体ウエハWのアライメントマークAMを監視するための監視窓SWが形成されている。なお、高精度監視カメラCA4は赤外線を用いることで第1ウエハW1の裏面から表面側のアライメントマークAMを観察することができる。
図8(a)は加熱加圧装置70を横から見た構成図である。図8(b)は半導体ウエハWの外縁に設置したピン排出部65の拡大図である。
第1ウエハW1は第1ウエハホルダWH1にて−Z方向に保持されている。第1ウエハホルダWH1は第1トッププレートTP1に支えられている。第1トッププレートTP1はヒータ及び冷却配管を備えた高熱伝導の高い材料で構成された第1温度調整プレートAT1に支えられている。さらに第1温度調整プレートAT1は第1ベースプレートBP1に支えられて、この第1ベースプレートBP1は加熱加圧装置70のフレーム71に備え付けられている。第1トッププレートTP1には第1トッププレートTP1を貫通するように高精度監視カメラCA4を設置している。第1ウエハホルダWH1には高精度監視カメラCA4で半導体ウエハWのアライメントマークAMを監視するための監視窓SWが形成されている。なお、高精度監視カメラCA4は赤外線を用いることで第1ウエハW1の裏面から表面側のアライメントマークAMを観察することができる。
一方、第2ウエハW2は第2ホルダWH2にてZ方向に保持されている。第2ウエハホルダWH2は第2トッププレートTP2により着脱可能に支えられ、この第2トッププレートTP2はヒータ及び冷却配管を備えた高熱伝導の高い材料で構成された第2温度調整プレートAT2に支えられている。さらに第2温度調整プレートAT2は第2ベースプレートBP2に備え付けられている。第2ベースプレートBP2は、内側加圧アクチュエータ73と外側加圧アクチュエータ75とで支えられている。
加熱加圧装置70は真空配管74を有しており、不図示の真空ポンプで吸引することで加熱加圧装置70全体を真空雰囲気にする。加熱加圧制御装置72は加熱加圧装置70を真空雰囲気にした後、搬送された第1ウエハW1と第2ウエハW2とに挿入した第1ピンP1を高精度監視カメラCA4で制御しながら抜くことで、半導体ウエハWのずれを最小にする。加熱加圧制御装置72は第1ウエハW1及び第2ウエハW2を内側加圧アクチュエータ73と外側加圧アクチュエータ75とを個々に圧力を制御しながら加圧することができる。また加熱加圧制御装置72は第1ウエハW1及び第2ウエハW2をそれぞれ第1温度調整プレートAT1及び第2温度調整プレートAT内のヒータで制御しながら加熱する。
加熱加圧装置70はアライナー50で挿入した第1ピンP1を抜くために、第1及び第2ウエハホルダWH1及びWH2の周縁に均等に配置したピン排出部65を備える。ピン排出部65は図5(a)に示したようにアライナー50のピン挿入部60と同様にウエハホルダの周縁を120度ごと、または図5(b)に示したように90度ごとに均等に配置する。ピン排出部65はピン挿入部60と同様に第1ピンP1と、第1ピンP1を挟み固定する第2クランプ66と、ピンを駆動する第2ピンアクチュエータ67と、第2クランプ66と第2ピンアクチュエータ67とを連結する第2支持アーム69と、排出量を検出する第2静電容量センサー68とを備えている。加熱加圧制御装置72で制御するピン排出部65は第1ピンP1をクランプ66で挟み、高精度監視カメラCA4で半導体ウエハWのアライメントマークAMを監視しながら第2ピンアクチュエータ67の排出速度を制御し、ずれが最小になるように第1ピンP1を排出する。例えば、図6(c)に示すように左矢印LARの方向に第1ピンP1を排出すると、第1ピンP1の先端のローラR1及びローラR2は回転矢印RARの方向に回りながら排出することができるため、ほぼ摩擦抵抗を発生することなく第1ピンP1を排出することができる。このため、ピン排出部65が原因となっていた第1ウエハW1と第2ウエハW2とのずれの発生は僅かとなり、加熱加圧制御装置72で制御不可能な位置ずれが発生することを防ぐことで、高精度に第1ウエハW1と第2ウエハW2とを貼り合せることができる。
図9は加熱加圧装置70における処理のフローチャートである。
ステップS31において、加熱加圧装置70はアライナー50から第1ピンP1を挿入した状態で搬送されてくるウエハホルダWHを第2トッププレートTP2に載置して固定する。
ステップS31において、加熱加圧装置70はアライナー50から第1ピンP1を挿入した状態で搬送されてくるウエハホルダWHを第2トッププレートTP2に載置して固定する。
ステップS32において、加熱加圧装置70はチャンバ内の空気を真空配管74より真空ポンプで排気することでチャンバ内を真空にする。
ステップS33において、加熱加圧制御装置72は第2トッププレートTP2に内側加圧アクチュエータ73で予備加圧をかける。加熱加圧装置70は内側加圧アクチュエータ73で予備加圧を加えることで図8(b)に示すように第2ウエハホルダWHの中央部が湾曲して凸形状になり、第2ウエハW2も連動して凸形状になる。加熱加圧装置70は内側加圧アクチュエータ73で予備加圧をすることで周縁部にかかる圧力を中心部より弱くすることで第1ピンP1を抜きやすくさせ、ずれの発生を抑えることができる。また半導体ウエハWの中心部に圧力を加えることで半導体ウエハWの中心部が周縁部より突出するために中心部より接合され第1ピンP1を制御しながら徐々に抜くことでボイドが発生することなく、接着シート、絶縁材又は樹脂を周縁部へ押し広げるように接着することができる。
ステップS34において、加熱加圧制御装置72は高精度監視カメラCA4でフィディシャルマークFM又は各アライメントマークAMの情報より、ずれが発生していないかを監視してずれの調整を行う。加熱加圧制御装置72は数μmのずれを感知すると、ずれを修正する制御値を算出する。加熱加圧制御装置72は算出値よりどの方向からどれだけの量を移動させるかをピン排出部65に伝える。
ステップS35では、各ピン排出部65の第1ピンP1を徐々に抜く。120度ごと又は90度ごとに設置したピン排出部65は加熱加圧制御装置72の制御値に基づいて第1ピンP1を徐々に抜く。第1ピンP1のずれの方向によって第1ピンP1の移動を停止したり、第1ピンP1の移動速度を遅くしたり速くしたりする。これにより第1ウエハW1及び第2ウエハW2の位置ずれを防止する。
ステップS36において、加熱加圧制御装置72はフィディシャルマークFM又は各アライメントマークAMが正しい位置にあるかどうかを判断する。ずれが発生している場合はステップ34に戻りずれを修正する。正しい位置でずれが発生していない場合はステップS37に移る。
ステップS37では、全ての第1ピンP1を抜いたかを判断する。全ての第1ピンP1が抜けていない場合はステップ34に戻り第1ピンP1の排出と位置の調整とを行う。全ての第1ピンP1が抜けた場合はステップS38に移り、内側加圧アクチュエータ73と外側加圧アクチュエータ75とで半導体ウエハWの全面で均一な圧力になるように加圧し、所定の圧力まで所定時間を加圧する。
ステップS39において、加熱加圧装置70は所定の圧力に達した段階で所定の温度に所定時間を加熱することで2枚の半導体ウエハWを接合することができる。
<<実施形態2>>
本実施形態の第2ピンP2は先端部が先細りの形状にすることで、第1ウエハW1と第2ウエハW2とに挿入した第2ピンP2を排出する摩擦抵抗を減少させることができる。例えば、第2ピンP2は図10(a)に示すように円柱状のピン本体PHの先端に先細りとなる円錐先端部CNが形成された形状や、図10(b)に示すように四角柱のピン本体PHの先端に先細りとなる楔型先端部WGが形成された形状でもよい。なお、楔型先端部WGは四角錐の形状でもよい。
本実施形態の第2ピンP2は先端部が先細りの形状にすることで、第1ウエハW1と第2ウエハW2とに挿入した第2ピンP2を排出する摩擦抵抗を減少させることができる。例えば、第2ピンP2は図10(a)に示すように円柱状のピン本体PHの先端に先細りとなる円錐先端部CNが形成された形状や、図10(b)に示すように四角柱のピン本体PHの先端に先細りとなる楔型先端部WGが形成された形状でもよい。なお、楔型先端部WGは四角錐の形状でもよい。
第2ピンP2は第1ピンP1と比べると先端形状が異なるだけであり、ピン挿入部60及びピン排出部65をそのまま使用することができる。このため、本実施形態の貼り合わせ装置100は実施形態1と同様な工程で半導体ウエハWの貼り合わせを行うことができる。
<<実施形態3>>
本実施形態の貼り合わせ装置100は図11(a)に示すように第1ピンP1の形状を大きくした第3ピンP3を用いて、半導体ウエハWと半導体ウエハWとが接触しない距離でウエハホルダWHとウエハホルダWHとの間に第3ピンP3を挿入する。
本実施形態の貼り合わせ装置100は図11(a)に示すように第1ピンP1の形状を大きくした第3ピンP3を用いて、半導体ウエハWと半導体ウエハWとが接触しない距離でウエハホルダWHとウエハホルダWHとの間に第3ピンP3を挿入する。
ウエハホルダWHの間に第3ピンP3を挿入する方法も、図11(a)に示すように内側加圧アクチュエータ73によりウエハホルダWHの中央部に圧力をかけることで、ウエハホルダWHと第2ウエハW2とが中央部で湾曲し凸形状となり、第1ウエハホルダWH1と第2ウエハホルダWH2とを近接させることで中央部より接合することができ、ボイドの発生を防ぎながら高精度に半導体ウエハWを接着することができる。さらにウエハホルダWHの間にピンを挿入する方法は半導体ウエハWと半導体ウエハWとの間に直接第3ピンP3を挿入する必要がないために、第3ピンP3のローラR1及びローラR2に接着材や樹脂が付着するおそれが少ない。
第3ピンP3を用いることで、ピン挿入部60は半導体ウエハWの間に余分なゴミを挿入するおそれが少なくなり、またピン排出部65はピンの排出時の摩擦抵抗をさらに減らすことができるため、ずれのおそれを減少させることができる。つまり、ウエハホルダWHの間に第3ピンP3を挿入する方法は安定して半導体ウエハWと半導体ウエハWとを貼り付けすることができるために、歩留まりが向上する。
また、図11(b)に示すように実施形態2で示した先細りの第2ピンP2においても同様に第2ピンP2の形状を大きくした第4ピンP4を用いる。第4ピンP4を用いる方法も半導体ウエハWと半導体ウエハWとが接触しない距離でウエハホルダWHとウエハホルダWHとの間に第4ピンP4を挿入することで、加熱加圧装置70において摩擦抵抗を減らして第4ピンP4を排出することができる。加熱加圧装置70では第4ピンP4の先端に達する前に第1ウエハW1と第2ウエハW2とが接合するため、加圧により変形しやすい先端部はウエハW又はウエハホルダWHと接触しないため変形しにくい。
本実施形態のピン挿入部及びピン排出部の構成は実施形態1と同様であり、ピンの大きさが違うだけである。またピンの挿入方法及び排出方法も同様に行うことができる。
AM … アライメントマーク
AT1 … 第1温度調整プレート、AT2 … 第2温度調整プレート
AX1 … 回転軸、AX2 … 回転軸
BP1 … 第1ベースプレート、BP2 … 第2ベースプレート
CA1 … ウエハ用アライメントカメラ、CA2 … ウエハホルダ用アライメントカメラ、CA3 … 高精度アライメントカメラ、CA4 … 高精度監視カメラ
CN … 円錐先端部
CH … 半導体チップ領域
FM … フィディシャルマーク
KN … ナーリング(ローレット)
NC … ノッチ
NT … 切り欠け部
P1 … 第1ピン、P2 … 第2ピン、P3 … 第3ピン、P4 … 第4ピン
PH … ピン本体
R1 … 回転部、R2 … 回転部
SW … 監視窓
TH1 … ローラR1とローラR2との厚み
TH2 … ピン本体PHの厚み
TP1 … 第1トッププレート、TP2 … 第2トッププレート
W … 半導体ウエハ(W1 … 第1ウエハ、W2 … 第2ウエハ)
WG … 楔型先端部
WH … ウエハホルダ(WH1 … 第1ウエハホルダ、WH2 … 第2ウエハホルダ)
WL … ウエハローダ、WHL … ウエハホルダローダ
20 … ウエハプリアライメント装置
22 … 第1干渉計、25 … 第1XYθステージ
30 … ウエハホルダストッカー
40 … ウエハホルダプリアライメント装置
42 … 第2干渉計、45 … 第2XYθステージ
46 … ウエハ用リフトピン
50 … アライナー、51 … アライナー制御装置
52 … 第3干渉計
53 … 第2駆動装置
54 … 第1テーブル
55 … 第1駆動装置
56 … 第2テーブル
59 … 中間材
60 … ピン挿入部、61 … 第1クランプ、62 … 第1ピンアクチュエータ
63 … 第1静電容量センサー、64 … 第1支持アーム
65 … ピン排出部、66 … 第2クランプ、67 … 第2ピンアクチュエータ
68 … 第2静電容量センサー、69 … 第2支持アーム
70 … 加熱加圧装置
73 … 内側加圧アクチュエータ、75 … 外側加圧アクチュエータ
80 … 分離冷却ユニット
100 … ウエハ貼り合わせ装置
AT1 … 第1温度調整プレート、AT2 … 第2温度調整プレート
AX1 … 回転軸、AX2 … 回転軸
BP1 … 第1ベースプレート、BP2 … 第2ベースプレート
CA1 … ウエハ用アライメントカメラ、CA2 … ウエハホルダ用アライメントカメラ、CA3 … 高精度アライメントカメラ、CA4 … 高精度監視カメラ
CN … 円錐先端部
CH … 半導体チップ領域
FM … フィディシャルマーク
KN … ナーリング(ローレット)
NC … ノッチ
NT … 切り欠け部
P1 … 第1ピン、P2 … 第2ピン、P3 … 第3ピン、P4 … 第4ピン
PH … ピン本体
R1 … 回転部、R2 … 回転部
SW … 監視窓
TH1 … ローラR1とローラR2との厚み
TH2 … ピン本体PHの厚み
TP1 … 第1トッププレート、TP2 … 第2トッププレート
W … 半導体ウエハ(W1 … 第1ウエハ、W2 … 第2ウエハ)
WG … 楔型先端部
WH … ウエハホルダ(WH1 … 第1ウエハホルダ、WH2 … 第2ウエハホルダ)
WL … ウエハローダ、WHL … ウエハホルダローダ
20 … ウエハプリアライメント装置
22 … 第1干渉計、25 … 第1XYθステージ
30 … ウエハホルダストッカー
40 … ウエハホルダプリアライメント装置
42 … 第2干渉計、45 … 第2XYθステージ
46 … ウエハ用リフトピン
50 … アライナー、51 … アライナー制御装置
52 … 第3干渉計
53 … 第2駆動装置
54 … 第1テーブル
55 … 第1駆動装置
56 … 第2テーブル
59 … 中間材
60 … ピン挿入部、61 … 第1クランプ、62 … 第1ピンアクチュエータ
63 … 第1静電容量センサー、64 … 第1支持アーム
65 … ピン排出部、66 … 第2クランプ、67 … 第2ピンアクチュエータ
68 … 第2静電容量センサー、69 … 第2支持アーム
70 … 加熱加圧装置
73 … 内側加圧アクチュエータ、75 … 外側加圧アクチュエータ
80 … 分離冷却ユニット
100 … ウエハ貼り合わせ装置
Claims (5)
- 被加工領域を有する第1基板と第2基板とを貼り合わせる基板貼り合わせ装置において、
前記第1基板と前記第2基板とを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部と、
前記第1基板及び第2基板の周縁部に配置され、先端の摩擦係数が小さくなる構造を有する複数のピンと、
重ね合わせた前記第1基板と前記第2基板とに予備加圧をかける予備加圧部と、
この予備加圧中に、前記第1基板及び前記第2基板の周縁部から前記ピンを抜くピン抜き部と、
を備えることを特徴とする基板貼り合わせ装置。 - 前記ピンは、先端になると直径が小さくなることを特徴とする請求項1に記載の基板貼り合わせ装置。
- 前記ピンは、先端にローラが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の基板貼り合わせ装置。
- 前記第1基板と前記第2基板との間には、中間材が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
- 被加工領域を有する第1基板と第2基板とを貼り合わせる基板貼り合わせ装置において、
前記第1基板を保持する第1基板保持部と、
前記第2基板を保持する第2基板保持部と、
前記第1基板と前記第2基板とを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部と、
前記第1基板保持部及び第2基板保持部の周縁部に配置され、先端の摩擦係数が小さくなる構造を有する複数のピンと、
重ね合わせた前記第1基板と前記第2基板とに予備加圧をかける予備加圧部と、
この予備加圧中に、前記第1基板保持部及び前記第2基板保持部の周縁部から前記ピンを抜くピン抜き部と、
を備えることを特徴とする基板貼り合わせ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008035409A JP2009194264A (ja) | 2008-02-18 | 2008-02-18 | 基板貼り合わせ装置 |
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JP2008035409A JP2009194264A (ja) | 2008-02-18 | 2008-02-18 | 基板貼り合わせ装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2008
- 2008-02-18 JP JP2008035409A patent/JP2009194264A/ja active Pending
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CN109003932B (zh) * | 2017-06-06 | 2023-10-31 | 苏斯微技术光刻有限公司 | 用于处理对准的基板对的系统和相关技术 |
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