JP2010010628A - 接合装置および接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合装置のスループットを向上させる。
【解決手段】複数の基板を重ねて接合する基板接合装置であって、複数の基板を保持する複数の基板ホルダを加熱しつつ加圧する加圧部と、加圧部から搬出され、保持していた基板を離した基板ホルダの熱分布を、放置する場合よりも早く均一にする温度制御部とを備える。温度制御部は、気体の冷媒を用いてもよい。加圧部から搬出され、基板を保持している基板ホルダを冷却する冷却室をさらに備えてもよい。冷却室は、液体の冷媒を用いてもよい。
【選択図】図５

Description

本発明は、接合装置および接合方法に関する。より詳細には、ウエハ等の基板を積層して接合する接合装置および接合方法に関する。

各々に素子、回路等が形成された半導体基板を積層して製造された積層型半導体装置がある（特許文献１参照）。積層型半導体装置は、立体的な構造により、素子面積を拡大することなく実効的に高い集積密度を有する。また、積層された基板相互の配線が短いので、動作速度の向上及び消費電力の低減も期待される。

基板を貼り合わせる場合には、互いに平行に保持された一対の基板を、半導体回路の線幅精度で精密に位置決めして積層した後、基板全体に加熱、加圧して接合させる。このため、一対の基板を位置決めする位置決め装置（特許文献２参照）と、加熱加圧して接合を恒久的に保持する加熱加圧装置（特許文献３）とを組み合わせた接合装置が用いられる。

また、接合装置等において基板を取り扱う場合は、基板を保護すると共に、基板全体を均一に加圧する目的で、基板ホルダが用いられる（特許文献４）。基板ホルダは、位置決め装置に搬入される前の基板に装着され、加熱加圧装置から搬出された後に基板から取り外されて、接合装置の内部で繰り返し使用される。
特開平１１−２６１０００号公報 特開２００５−２５１９７２号公報 特開２００７−１１５９７８号公報 特開２００４−１２８２４９号公報

接合装置において、高い精度が要求される位置決め装置は、室温に近い温度環境に管理して使用される。一方、基板ホルダは、加熱加圧装置において基板と共に数百度まで加熱される。このため、一旦使用された基板ホルダは、次に使用されるまでの間に、位置決め装置の温度管理を阻害しない程度の温度まで冷却される。しかしながら、基板ホルダを十分に冷却するには時間がかかるので、接合装置のスループットを低下させる要因のひとつになっている。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、複数の基板を重ねて接合する基板接合装置であって、複数の基板を保持する複数の基板ホルダを加熱しつつ加圧する加圧部と、加圧部から搬出され、保持していた基板を離した基板ホルダの熱分布を、放置する場合よりも早く均一にする温度制御部とを備える接合装置が提供される。

本発明の第２の形態として、複数の基板を保持した基板ホルダを加熱および加圧して接合する接合段階と、接合段階の後に、保持していた基板を離した基板ホルダの熱分布を、放置する場合よりも早く均一にする温度制御段階とを備える接合方法が提供される。

なお、上記の発明の概要は、発明の全ての特徴を列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決に必須であるとは限らない。

図１は、接合装置１００の構造を模式的に示す平面図である。接合装置１００は、共通の筐体１０１の内部に形成された常温部１０２および高温部２０２を含む。

常温部１０２は、筐体１０１の外部に面して、複数の基板カセット１１１、１１２、１１３と、操作盤１２０とを有する。操作盤１２０は、接合装置１００の電源投入、各種設定等をする場合にユーザが外部から操作する操作部を有する。また配備された他の機器と接続する接続部を含む場合もある。

基板カセット１１１、１１２、１１３は、接合装置１００において接合される基板１８０、あるいは、接合装置１００において接合された基板１８０を収容する。また、基板カセット１１１、１１２、１１３は、筐体１０１に対して脱着自在に装着される。これにより、複数の基板１８０を一括して接合装置１００に装填できる。また、接合装置１００において接合された基板１８０を一括して回収できる。

常温部１０２は、筐体１０１の内側に配された、プリアライナ１３０、位置決め部１４０、基板ホルダラック１５０および基板取り外し部１６０と、一対のロボットアーム１７１、１７２とを備える。筐体１０１の内部は、接合装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。これにより、位置決め部１４０の精度が安定するので、位置決めを精密にできる。

プリアライナ１３０は、高精度であるが故に狭い位置決め部１４０の調整範囲に基板１８０の位置が収まるように、個々の基板１８０の位置を仮合わせする。これにより、位置決め部１４０における位置決めを確実にすることができる。

基板ホルダラック１５０は、複数の基板ホルダ１９０を収容して待機させる。また、基板ホルダ１９０による基板１８０の保持は、例えば静電吸着による。更に、基板ホルダラック１５０は、均熱室１５２を含む。

位置決め部１４０は、上ステージ１４１、下ステージ１４２および干渉計１４４を含む。また、位置決め部１４０を包囲する断熱壁１４５およびシャッタ１４６が設けられる。断熱壁１４５およびシャッタ１４６に包囲された空間は空調機１４７に連通して温度管理されている。

なお、温度管理の一環として、断熱壁１４５およびシャッタ１４６に包囲された空間内に更に温度センサ１４９を設けてもよい。また、本実施形態では、常温部１０２の筐体１０１内部に位置決め部１４０を配置したが、筐体１０１の外部に配置してもよい。

位置決め部１４０において、下ステージ１４２は、基板ホルダ１９０と共に基板１８０を搭載して移動する。これに対して、上ステージ１４１は固定された状態で、基板ホルダ１９０および基板１８０を保持する。干渉計１４４は、互いに交差する方向について、基板１８０または基板ホルダ１９０の位置を検出する。干渉計１４４の検出結果を参照しつつ、下ステージ１４２を移動させることにより、基板１８０を精密に位置決めできる。なお、干渉計１４４に替えて、他の測定器を使用することもできる。

基板取り外し部１６０は、後述する加圧部２４０から搬出された基板ホルダ１９０から、接合された基板１８０を取り出す。基板ホルダ１９０から取り出された基板１８０は、基板カセット１１１、１１２、１１３のうちのひとつに収容される。また、基板１８０を取り出された基板ホルダ１９０は、基板ホルダラック１５０に戻される。

なお、接合装置１００に装填される基板１８０は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものでもよい。また、装填された基板１８０が、既に複数のウエハを積層して形成された積層基板である場合もある。

ロボットアーム１７１、１７２は、常温部１０２の内部において基板１８０等を搬送する。基板カセット１１１、１１２、１１３に近い側に配置されたロボットアーム１７１は、基板カセット１１１、１１２、１１３、プリアライナ１３０および位置決め部１４０の間で基板１８０を搬送する。また、ロボットアーム１７１は、接合する基板１８０の一方を裏返す機能も有する。これにより、基板１８０において回路、素子、端子等が形成された面を対向させて接合することができる。

基板カセット１１１、１１２、１１３から遠い側に配置されたロボットアーム１７２は、位置決め部１４０、基板ホルダラック１５０、基板取り外し部１６０、基板ホルダラック１５０およびエアロック２２０の間で基板１８０および基板ホルダ１９０を搬送する。また、ロボットアーム１７２は、基板ホルダラック１５０における均熱室１５２に対する基板ホルダ１９０の搬入および搬出も担う。

更に、ロボットアーム１７２は、基板取り外し部１６０における冷却室１６２に対する基板１８０および基板ホルダ１９０の搬入および搬出も担う。なお、ロボットアーム１７２に温度センサ１７９を設けて、保持した基板ホルダ１９０から高い温度を検出した場合に、その基板ホルダ１９０の使用を待つようにしてもよい。

高温部２０２は、断熱壁２１０、エアロック２２０、ロボットアーム２３０および複数の加圧部２４０を有する。断熱壁２１０は、高温部２０２を包囲して、高温部２０２の高い内部温度を維持すると共に、高温部２０２の外部への熱輻射を遮断する。これにより、高温部２０２の温度が常温部１０２に及ぼす影響を抑制できる。

ロボットアーム２３０は、加圧部２４０のいずれかとエアロック２２０との間で基板１８０および基板ホルダ１９０を搬送する。エアロック２２０は、常温部１０２側と高温部２０２側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。

基板１８０および基板ホルダ１９０が常温部１０２から高温部２０２に搬入する場合、まず、常温部１０２側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１７２が基板１８０および基板ホルダ１９０をエアロック２２０に搬入する。次に、常温部１０２側のシャッタ２２２が閉じられ、高温部２０２側のシャッタ２２４が開かれる。続いて、ロボットアーム２３０が、エアロック２２０から基板１８０および基板ホルダ１９０を搬出して、加圧部２４０のいずれかに装入する。

高温部２０２から常温部１０２に基板１８０および基板ホルダ１９０を搬出する場合は、上記の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、高温部２０２の内部雰囲気を常温部１０２側に漏らすことなく、基板１８０および基板ホルダ１９０を高温部２０２に搬入または搬出できる。

加圧部２４０は、基板ホルダ１９０に挟まれた状態で加圧部に搬入された基板１８０を熱間で加圧する。これにより、基板１８０は恒久的に接合される。

接合された基板１８０は、予備冷却部２４４に予備冷却目標温度まで冷却された後に搬出される。これにより、基板１８０および基板ホルダ１９０は、位置決め部１４０に対する熱輻射の影響が低減された状態で高温部２０２から常温部１０２に搬送される。なお、予備冷却目標温度は、搬出された基板１８０および基板ホルダ１９０からの熱輻射が、常温部１０２において周囲に与える影響を防止できる程度に設定される。

図２は、接合装置１００における基板１８０および基板ホルダ１９０の態様の変遷を示す図である。接合装置１００が稼動を開始する当初は、図２（Ａ）に示すように、基板１８０の各々は個別に、基板カセット１１１、１１２、１１３のいずれかに収容されている。また、基板ホルダ１９０も、基板ホルダラック１５０に各々個別に収容されている。

接合装置１００が稼動を開始すると、ロボットアーム１７１により基板１８０が一枚ずつ搬入され、基板ホルダラック１５０においてプリアライメントされた基板ホルダ１９０に、位置決め部１４０の上ステージ１４１及び下ステージ１４２上で搭載される。搭載された基板１８０は、それぞれ基板ホルダ１９０により保持される。こうして、図２（Ｂ）に示すように、それぞれが基板１８０を保持した一対の基板ホルダ１９０が用意される。

位置決め部１４０において位置決めされた基板１８０および基板ホルダ１９０は、図２（Ｃ）に示すように、側面に形成された溝１９１に嵌められた複数の止め具１９２により連結されて、位置決めされた状態を維持する。連結された基板１８０および基板ホルダ１９０は、一体に搬送されて加圧部２４０に装入される。

加圧部２４０において加熱および加圧されることにより、基板１８０は互いに接合されて一体になる。その後、基板１８０および基板ホルダ１９０は、高温部２０２から搬出されて、冷却室１６２において冷却される。なお、このような使用方法に鑑みて、接合装置１００において、基板ホルダ１９０は２枚１組で使用される。

更に、図２（Ｄ）に示すように、基板取り外し部１６０において、接合された基板１８０が基板ホルダ１９０から分離される。また、基板ホルダ１９０も相互に分離されて、個別の基板ホルダ１９０として基板ホルダラック１５０に戻される。接合された基板１８０は、基板カセット１１１、１１２、１１３のいずれかに搬送される。

図３は、加圧部２４０の構造を模式的に示す図である。加圧部２４０は、一対のプレス部材２４６と、プレス部材２４６の各々に設けられた加熱部２４２および予備冷却部２４４とを有する。

プレス部材２４６は、互いに対向する押圧面を接近させることにより、間に挟んだ基板１８０および基板ホルダ１９０を加圧する。加熱部２４２は、例えば電熱線により発生した熱を、基板ホルダ１９０に接したプレス部材２４６を介して伝えることにより基板１８０を加熱する。

予備冷却部２４４は、例えば、外部に配置された図示されていない熱交換器に連通する冷却水循環路として形成される。これにより加圧後の基板１８０および基板ホルダ１９０を冷却することより、加圧後に常温部１０２に戻された基板１８０および基板ホルダ１９０からの輻射熱を抑制し、常温部１０２の温度管理を容易にする。

図４は、冷却室１６２の構造を模式的に示す図である。冷却室１６２は、高温部２０２から搬出された基板１８０および基板ホルダ１９０を一組ずつ載せる複数の冷却台１６４を有する。また、冷却室１６２は、冷却台１６４の前方に、それぞれ開口１６１を有して、基板１８０および基板ホルダ１９０を搬入または搬出できる。冷却台１６４の各々の内部には、冷媒を流通させる冷媒管１６６が埋設される。冷媒管１６６は、筐体１０１の外部に配置された熱交換器１６８に連通する。

更に、冷却台１６４および熱交換器１６８の間で、冷媒管１６６の各々には循環ポンプ１６５が装着される。これにより、冷却台１６４および熱交換器１６８の間で冷媒を循環させ、冷却台１６４に載せられた基板１８０および基板ホルダ１９０を高い冷却速度で冷却することができる。なお、冷媒としては、熱容量の大きな水等の液体を好ましく例示できるが、これに限定されるわけではない。

冷却室１６２における基板１８０および基板ホルダ１９０の冷却は、常温部１０２の雰囲気温度、即ち、例えば室温を目標温度とする。冷却室１６２における冷却の完了は、例えば冷却時間により管理できる。即ち、加圧部２４０における加熱温度および予備冷却の目標温度は予め決まっている。また、冷却室１６２の冷却性能も予め判っている。従って、基板１８０および基板ホルダ１９０を、例えば室温である目標温度まで冷却するのに求められる冷却時間を予め想定することができる。なお、冷却室１６２に温度センサ１６９を更に設けて温度管理してもよい。

このような管理により、目標温度近傍、例えば目標温度の前後１度程度まで冷却できる。冷却が完了すると、基板ホルダ１９０は搬出されて、基板取り外し部１６０に搬入される。

これにより、冷却室１６２において、冷却効率が高く、高い冷却速度が得られる冷却装置を用いることができる。また、予備冷却部２４４は、加圧部２４０自体と基板ホルダ１９０および基板１８０とを併せて冷却しなければならない。これに対して、冷却室１６２では、基板ホルダ１９０および基板１８０を冷却すればよいので冷却効率が高い。また、冷却室１６２において冷却することにより、加圧部２４０を早期に空けることができるので、接合装置１００全体のスループットを向上させることができる。

なお、接合装置１００の筐体１０１の内部において、冷却室１６２は、基板取り外し部１６０とは重ねて配置される。このように、冷却室１６２および基板取り外し部１６０は、互いに隣接して配置されてもよい。また、基板ホルダ１９０が後述する均熱室１５２に搬入される前に、冷却室１６２から搬出された基板ホルダ１９０から基板１８０を取り外す基板取り外し部１６０を更に備えてもよい。これにより、筐体１０１の内部における占有面積を小さくできるので、接合装置１００の設置面積縮小にも寄与する。

図５は、基板ホルダラック１５０に形成される均熱室１５２の構造を模式的に示す図である。基板ホルダラック１５０は、複数の棚板１５６を有して、各々の段が基板ホルダ１９０を１枚ずつ収容する。また、基板ホルダラック１５０の各段は、均熱室１５２を兼ねる。

なお、図上の基板ホルダラック１５０が収容する基板ホルダ１９０の数は模式的なものであって、実際には、全ての加圧部２４０で加圧を実行できる枚数の基板ホルダ１９０を収容できる容量を有する。更に、基板ホルダ１９０の冷却および均熱にかかる時間を考慮すると、加圧部２４０の数よりも２以上多い枚数の基板ホルダ１９０が用意されることが好ましい。

図中で左側にあたる基板ホルダラック１５０の前面は、搬出または搬入する場合に基板ホルダ１９０が通過するように開いている。また、基板ホルダラック１５０の背面はダクト１５１を介して送風扇１５３に連通するので、均熱室１５２の各々では、後方から前方に向かって室温に管理された空気が吹き抜ける。

これにより、基板ホルダラック１５０に載置された基板ホルダ１９０は、空気よりも温度が高い部分は冷却され、空気よりも温度が低い部分は加熱される。従って、基板ホルダ１９０の各部の温度が急速に均され、基板ホルダ１９０が放冷された場合に比較すると温度分布は急速に解消される。

前記したように、冷却室１６２では、例えば室温を目標温度として基板ホルダ１９０を積極的に冷却して、例えば、所与の冷却時間が経過した後に搬出される。これにより、冷却室１６２から搬出された基板ホルダ１９０は、略室温まで冷却されている。

しかしながら、冷却室１６２から搬出された基板ホルダ１９０には熱分布が残っており、基板ホルダ１９０全体が室温になっているわけではない。また、冷却室１６２において、室温よりも低い温度の冷媒を用いた場合は、基板ホルダ１９０の一部が目標温度よりも低くなっている場合もある。温度分布の残る基板ホルダ１９０を用いて位置決め部１４０において位置決めを実行した場合は位置決め精度が低下する。

これに対して、均熱室１５２では、連続的に送風する室温の空気に触れさせつつ基板ホルダ１９０を基板ホルダラック１５０に保管する。基板ホルダ１９０に室温よりも高い温度の部分がある場合は、当該部分を冷却して急速に室温に近づける。また、基板ホルダ１９０に室温よりも温度が低い部分がある場合は、当該部分を加熱して急速に室温に近づける。これにより、熱分布の残る基板ホルダ１９０を室温雰囲気に放置した場合よりも急速に温度分布が解消される。

なお、図４および図５を参照して説明したように、冷却室１６２は液体の冷媒を用いて冷却し、均熱室１５２は気体を冷媒として用いている。これにより、冷却室１６２において、基板ホルダ１９０は高い冷却速度で冷却される。一方、均熱室１５２では、基板ホルダ１９０の表裏に広い面積で冷媒を触れさせて、急速に温度分布を解消することができる。

また、均熱室１５２の内部において、経験的に温度分布が大きくなる位置に温度センサ１５９を設けて温度分布の解消を確認してもよい。更に、温度センサ１５９が、室温から大きくはずれた温度を検出した場合は、送風扇１５３の回転速度を上げて、均熱処理の速度を上げさせてもよい。

このようにして、複数の基板１８０を重ねて接合する接合装置１００であって、複数の基板１８０を保持する複数の基板ホルダ１９０を加熱しつつ加圧する加圧部２４０と、加圧部２４０から搬出され、保持していた基板１８０を離した基板ホルダ１９０の熱分布を、放置する場合よりも早く均一にする均熱室１５２とを備える接合装置１００が形成される。

これにより、加圧部２４０で加熱された基板ホルダ１９０を迅速に搬出して、加圧部２４０の稼動効率を向上させることができる。また、冷却室１６２において迅速に冷却するので、基板ホルダ１９０の冷却に要する時間を短縮でき、アイドルタイムを短縮できる。基板ホルダ１９０が接合に関与できる時間が長くなるので、稼動効率を向上させると共に、接合装置１００のスループットを向上させることができる。

更に、基板ホルダ１９０自体の利用効率も向上させることができるので、接合装置１００に装備させる基板ホルダ１９０の数を削減することもできる。ただし、加圧部２４０から搬出されてから、冷却室１６２および均熱室１５２における温度制御を経て、再び使用されるまでの期間を確保するには、接合装置１００に、複数の加圧部２４０の数よりも２以上多い基板ホルダ１９０を装備させることが好ましい。

なお、本実施形態に係る接合装置１００においては、基板ホルダラック１５０は、その棚板１５６により形成された各段に、バーコードリーダ１５８を有する。また、この接合装置１００で使用される基板ホルダ１９０は、それぞれが固有のバーコードを有する。これにより、基板ホルダ１９０を識別して各々の稼動時間等を記録することにより、使用状況に応じて基板ホルダ１９０を適切に検査または交換することができる。

また、接合に使用する基板ホルダ１９０を基板ホルダラック１５０から位置決め部１４０に向かって搬出する場合に、基板ホルダ１９０が識別されているので、均熱室１５２に最後に搬入された基板ホルダ１９０を除いてから搬出する基板ホルダ１９０を選択できる。これにより、均熱室１５２で十分に冷却および均熱された基板ホルダ１９０を使用できる。また、搬入された基板ホルダ１９０に対しては、長い冷却時間をとることができる。

図６および図７は、接合装置１００の制御手順を示す流れ図である。まず、図６に示す制御手順について説明する。

接合装置１００が動作を開始すると、まず、ロボットアーム１７１により、基板カセット１１１、１１２の何れかから１枚の基板１８０を搬出させ、プリアライナ１３０に搬送させる（ステップＳ１０１）。プリアライナ１３０において、基板１８０はプリアライメントされる。なお、本実施例では、基板カセット１１１、１１２に個別の基板１８０が装填されており、基板カセット１１３には接合された基板１８０が回収される。

次に、ロボットアーム１７２により、基板ホルダラック１５０から１枚の基板ホルダ１９０を搬出させ、位置決め部１４０に搬送させる（ステップＳ１０２）。続いて、ロボットアーム１７１により、プリアライメントされた基板１８０を、プリアライナ１３０から位置決め部１４０に搬送させる（ステップＳ１０５）。

ここで、位置決め部１４０に装填された基板１８０および基板ホルダ１９０が２組目か否かを検査する（ステップＳ１０６）。装填された基板１８０および基板ホルダ１９０がまだ１組目であった場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）は、ステップＳ１０１からステップＳ１０５までの一連の動作を繰り返す。これにより、位置決め部１４０に、基板１８０を保持した基板ホルダ１９０が一対装填される。装填された基板１８０および基板ホルダ１９０が２組目であった場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）は、位置決め部１４０に、基板ホルダ１９０が位置決めさせる（ステップＳ１０７）。

上記のように重ねて位置決めされた基板１８０および基板ホルダ１９０は、ロボットアーム１７２により加圧部２４０のひとつに搬送させる（ステップＳ１０８）。また、基板１８０および基板ホルダ１９０を装填された加圧部２４０に、加熱および加圧を開始させる（ステップＳ１０９）。

ここで、複数の加圧部２４０の全てに基板１８０および基板ホルダ１９０が装填されたか否かを検査する（ステップＳ１１０）。加圧部２４０の全てが既に基板１８０および基板ホルダ１９０を装填されている場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）は、加圧部２４０のいずれかが空くまで待機する。

加圧部２４０にまだ空きがある場合あるいは空きが生じた場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）は、ステップＳ１０１からステップＳ１０９までの一連の手順を繰り返させる。このような一連の手順により、複数の加圧部２４０の稼動率を向上させ、基板１８０の接合を連続的に実行できる。

次に、図７に示す制御手順について説明する。基板１８０および基板ホルダ１９０を加熱および加圧して基板１８０が接合されると、まず、加熱部２４２を停止すると共に予備冷却部２４４を動作させて、基板１８０および基板ホルダ１９０を予備冷却目標温度まで冷却させる（ステップＳ１１１）。

続いて、ロボットアーム２３０および１７２により、予備冷却目標温度まで冷却された基板１８０および基板ホルダ１９０を冷却室１６２に搬送させる（ステップＳ１１２）。更に、冷却室１６２において、基板１８０および基板ホルダ１９０を、目標温度まで急速に冷却する（ステップＳ１１３）。

基板１８０および基板ホルダ１９０が目標温度に達すると、ロボットアーム１７２により、基板１８０および基板ホルダ１９０を、基板取り外し部１６０に搬送させる（ステップＳ１１４）。次に、基板ホルダ１９０から、接合された基板１８０を取り出させる（ステップＳ１１５）。接合された状態で取り出された基板１８０は、基板カセット１１３に搬送させる（ステップＳ１１６）。こうして、接合された基板１８０は、基板カセット１１３に蓄積される。

一方、基板取り外し部１６０において基板１８０を取り出された基板ホルダ１９０は、ロボットアーム１７２により、均熱室１５２へと１枚ずつ搬送される（ステップＳ１１７）。均熱室１５２では、基板ホルダ１９０の温度分布を急速に解消させる。（ステップＳ１１８）。

図５を参照して既に説明したように、この実施形態においては、均熱室１５２は、基板ホルダラック１５０を兼ねるので、均熱化された基板ホルダ１９０は、次回の使用まで均熱室１５２で待機する。

このようにして、複数の基板１８０を保持した基板ホルダ１９０を加熱および加圧して接合する接合段階と、接合段階の後に、保持していた基板１８０を取り外した基板ホルダ１９０の熱分布を、放置する場合よりも早く均一にする温度制御段階とを備える接合方法が実施される。これにより、接合装置１００全体のスループットを向上させることができる。また、位置決め部１４０における位置決め精度を向上させることができる。

図８は、既に稼動している接合装置１００において、加圧部２４０に空きが生じた場合に付加される手順を示す流れ図である。このような場合は、接合装置１００に装備された基板ホルダ１９０の一部は加圧部２４０において使用されている。しかしながら、加圧部２４０の数よりも多数の基板ホルダ１９０を装備させることにより、加圧部２４０に空きができ次第、直ちに次の基板１８０の接合に着手できる。本実施形態においては、図６に示したステップＳ１０１およびステップＳ１０２の間に付加的な手順を加えることができる。

即ち、ステップＳ１０２において基板ホルダ１９０を搬送させる前に、基板ホルダラック１５０に複数の基板ホルダ１９０が残っているか否かを検査する（ステップＳ１１９）。基板ホルダラック１５０に１組の基板ホルダ１９０しか残っていない場合（ステップＳ１１９：ＮＯ）は、その基板ホルダ１９０を使用せざるを得ない。ただし、基板ホルダ１９０の温度が下がり切っていない場合は、均熱室１５２において熱分布の解消が完了するのを待つことが好ましい。

一方、基板ホルダラック１５０に複数の基板ホルダ１９０が残っている場合（ステップＳ１１９：ＹＥＳ）は、残っている基板ホルダ１９０のうち、最後に均熱室１５２に装填された基板ホルダ１９０を特定させる（ステップＳ１２０）。続いて、最後に装填された基板ホルダ１９０を除く基板ホルダ１９０のうちから、次に位置決め部１４０に搬送させる基板ホルダ１９０を選択する（ステップＳ１２１）。

このように、複数の加圧部２４０と、加圧部２４０の数よりも２以上多い数の基板ホルダ１９０とを備え、複数の基板ホルダのうち、均熱室に最後に搬入された基板ホルダを除く基板ホルダが加圧部に搬入してもよい。

このように、複数の加圧部２４０を備えた接合装置１００に、加圧部２４０の数よりも２以上多い数の基板ホルダ１９０を装備させて、新たな基板１８０の接合を開始した場合に、基板ホルダ１９０のうち、均熱室１５２に最後に搬入された基板ホルダ１９０を除く基板ホルダ１９０から選択された基板ホルダ１９０を使用してもよい。これにより、使用する基板ホルダ１９０の均熱室１５２における処理時間を長くして、基板ホルダ１９０の温度分布を略完璧に解消できる。従って、位置決め部１４０における精度を向上させることができる。

図９は、上記制御手順を実行した場合に基板ホルダ１９０に生じる温度プロファイルを示すグラフである。図示のように、当初基板ホルダラック１５０に収容されている基板ホルダ１９０の温度は、常温部１０２の雰囲気と同じ温度、即ち、室温になっている。

しかしながら、タイミングＴ１に基板ホルダラック１５０から搬出された基板ホルダ１９０は、タイミングＴ２に加圧部２４０に搬入されると、加熱部２４２により加熱されて、最大数百度程度まで加熱される。タイミングＴ３に加熱部２４２により加熱が終了すると、基板ホルダ１９０は予備冷却部２４４により冷却される。しかしながら、予備冷却部２４４は、基板ホルダ１９０を室温まで冷却することは求められない。従って、加圧部２４０からは早めのタイミングＴ４に加圧部２４０から搬出できる。

続いて、タイミングＴ５からは、冷却室１６２において基板ホルダ１９０は急速に冷却される。更に、タイミングＴ６に冷却室１６２から搬出された後、タイミングＴ７から、均熱室１５２において均熱化される。なお、冷却室１６２における目標温度が室温よりも低めの場合、タイミングＴ７からタイミングＴ８に至る温度勾配は、平坦あるいは上昇する。こうして、タイミングＴ８には、基板ホルダ１９０全体の温度が均一に室温になる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

接合装置１００の構造を模式的に示す平面図である。 基板１８０および基板ホルダ１９０の態様を示す図である。 加圧部２４０の構造を模式的に示す縦断面図である。 冷却室１６２の構造を模式的に示す縦断面図である。 均熱室１５２の構造を模式的に示す縦断面図である。 接合装置１００の制御手順の一部を示す流れ図である。 接合装置１００の制御手順を図６に続いて示す流れ図である。 接合装置１００の制御手順の一部を示す流れ図である。 基板ホルダ１９０の温度プロファイルを示すグラフである。

符号の説明

１００ 接合装置、１０１ 筐体、１０２ 常温部、１１１、１１２、１１３ 基板カセット、１２０ 操作盤、１３０ プリアライナ、１４０ 位置決め部、１４１ 上ステージ、１４２ 下ステージ、１４４ 干渉計、１４５、２１０ 断熱壁、１４６、２２２、２２４ シャッタ、１４７ 空調機、１４９、１５９、１６９、１７９ 温度センサ、１５０ 基板ホルダラック、１５１ ダクト、１５２ 均熱室、１５３ 送風扇、１５６ 棚板、１５８ バーコードリーダ、１６０ 基板取り外し部、１６１ 開口、１６２ 冷却室、１６４ 冷却台、１６５ 循環ポンプ、１６６ 冷媒管、１６８ 熱交換器、１７１、１７２、２３０ ロボットアーム、１８０ 基板、１９０ 基板ホルダ、１９１ 溝、１９２ 止め具、２０２ 高温部、２２０ エアロック、２４０ 加圧部、２４２ 加熱部、２４４ 予備冷却部、２４６ プレス部材

Claims (11)

1. 複数の基板を重ねて接合する基板接合装置であって、
   前記複数の基板を保持する複数の基板ホルダを加熱しつつ加圧する加圧部と、
   前記加圧部から搬出され、保持していた前記基板を離した前記基板ホルダの熱分布を均一にする温度制御部と
   を備える接合装置。
2. 前記温度制御部は、気体の冷媒を用いる請求項１に記載の接合装置。
3. 前記加圧部から搬出され、前記基板を保持している前記基板ホルダを冷却する冷却室をさらに備える請求項１または２に記載の接合装置。
4. 前記冷却室は、液体の冷媒を用いる請求項３に記載の接合装置。
5. 前記冷却室から搬出された前記基板ホルダから前記複数の基板を取り外す基板取り外し部を更に備える請求項３または４に記載の接合装置。
6. 前記冷却室および前記基板取り外し部は、互いに隣接して配置される請求項５に記載の接合装置。
7. 前記加圧部は、前記複数の基板ホルダを冷却する冷却部を有する請求項１から６のいずれかに記載の接合装置。
8. 前記加圧部を、前記温度制御部から断熱する断熱壁をさらに備える請求項１から７のいずれかに記載の接合装置。
9. 前記複数の基板ホルダに保持された前記複数の基板を互いに位置決めする位置決め部と、
   前記位置決め部を、前記加圧部、前記温度制御部から断熱する断熱壁と
   をさらに備える請求項８に記載の接合装置。
10. 複数の基板を保持した基板ホルダを加熱および加圧して接合する接合段階と、
    接合段階の後に、保持していた前記基板を離した前記基板ホルダの熱分布を、放置する場合よりも早く均一にする温度制御段階と
    を備える接合方法。
11. 複数の加圧部を備えた接合装置に、前記加圧部の数よりも２以上多い数の前記基板ホルダを装備させて、
    新たな基板の接合を開始した場合に、前記基板ホルダのうち、前記温度制御段階を最後に開始した基板ホルダ以外の前記基板ホルダを選択して次の前記接合段階を開始する請求項１０に記載の接合方法。

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