JP2011071331A - Method and device for peeling substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein a substrate and a substrate holder may be fixed to each other, in a process of a plurality of pressing and heating substrates to be joined to one another. <P>SOLUTION: This method for peeling a substrate includes: a heating process of heating a holder with a substrate held thereto; and a peeling process of peeling the substrate from the holder by cooling the heated holder by providing a temperature gradient. The heating process includes processes of: sandwiching a plurality of substrates between a pair of holders in the thickness direction to be held; heating the pair of holders and the plurality of substrates; and sticking the plurality of substrates to one another by pressing the pair of holders. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板剥離方法及び基板剥離装置に関する。   The present invention relates to a substrate peeling method and a substrate peeling apparatus.

特許文献１には、回路が形成された２枚のウエハを、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて、加圧及び加熱することにより当該２枚のウエハを接合することが記載されている。ここで、接合すべき電極同士が接触するように、２枚のウエハを位置合せして重ね合わせた後、加圧と加熱により接合するまで、２枚のウエハに位置ずれを生じさせない目的、および、接合段階における圧力及び温度の均一性を高める目的で、２枚のウエハホルダにより上下から当該２枚のウエハを挟んで保持する。   Patent Document 1 describes that two wafers on which circuits are formed are overlapped so that the electrodes to be joined are in contact with each other, and the two wafers are joined by pressing and heating. ing. Here, after the two wafers are aligned and overlapped so that the electrodes to be bonded are in contact with each other, the purpose is not to cause positional deviation between the two wafers until they are bonded by pressing and heating, and The two wafers are sandwiched and held from above and below by two wafer holders in order to increase the uniformity of pressure and temperature in the bonding stage.

特開２００５−３０２８５８号公報JP 2005-302858 A

上記ウエハ接合方法において、ウエハとウエハホルダの間に、パーティクルなどの微細な異物が付着した状態で加圧及び加熱によりウエハを接合した場合に、ウエハとウエハホルダの間に当該異物に起因する固着が生じて、ウエハとウエハホルダの分離が困難となる。この場合に、過度な分離荷重によりウエハが破壊するおそれがある。   In the above wafer bonding method, when a wafer is bonded by pressurization and heating while fine foreign matters such as particles are adhered between the wafer and the wafer holder, sticking due to the foreign matter occurs between the wafer and the wafer holder. This makes it difficult to separate the wafer and the wafer holder. In this case, the wafer may be destroyed by an excessive separation load.

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、基板を保持したホルダを加熱する加熱工程と、加熱されたホルダを、温度勾配をつけて冷却することにより、基板をホルダから剥離する剥離工程とを備える基板剥離方法が提供される。   In order to solve the above-described problem, in the first aspect of the present invention, the substrate is removed from the holder by heating the holder holding the substrate and cooling the heated holder with a temperature gradient. There is provided a substrate peeling method comprising a peeling step for peeling.

本発明の第２の態様においては、基板を保持したホルダを加熱する加熱部と、加熱されたホルダを、温度勾配をつけて冷却する冷却部とを備え、ホルダを、温度勾配をつけて冷却することにより、基板をホルダから剥離する基板剥離装置が提供される。   In the second aspect of the present invention, the apparatus includes a heating unit that heats the holder holding the substrate, and a cooling unit that cools the heated holder with a temperature gradient, and cools the holder with a temperature gradient. By doing so, a substrate peeling apparatus for peeling the substrate from the holder is provided.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全て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また、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

基板貼り合せ装置１００の構造を模式的に示す平面図である。2 is a plan view schematically showing the structure of the substrate bonding apparatus 100. FIG. 加熱加圧装置１４０の構造を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the heating-pressing apparatus 140 typically. 上基板ホルダ２０２を上方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the upper board | substrate holder 202 from upper direction. 上基板ホルダ２０２を下方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the upper board | substrate holder 202 from the downward direction. 下基板ホルダ２０４を上方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the lower board | substrate holder 204 from upper direction. 下ステージ２２０における下温度調整部２２２を示す上面図である。4 is a top view showing a lower temperature adjustment unit 222 in the lower stage 220. FIG. 基板剥離方法のフローチャートを示す。The flowchart of a board | substrate peeling method is shown. 加熱加圧装置１４０において基板を剥離する過程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the process in which a board | substrate is peeled in the heating-pressing apparatus. 基板剥離過程の各段階におけるステージの温度変化を概略的に示す。The temperature change of the stage in each step of the substrate peeling process is schematically shown. 加熱加圧装置１４０において基板を剥離する過程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the process in which a board | substrate is peeled in the heating-pressing apparatus. 加熱加圧装置１４０において基板を剥離する過程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the process in which a board | substrate is peeled in the heating-pressing apparatus. 加熱加圧装置１４０において基板を剥離する過程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the process in which a board | substrate is peeled in the heating-pressing apparatus. 加熱加圧装置１４０において基板を剥離する過程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the process in which a board | substrate is peeled in the heating-pressing apparatus. 加熱加圧装置１４０において基板を剥離する過程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the process in which a board | substrate is peeled in the heating-pressing apparatus.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかか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の全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図１は、一実施形態の基板貼り合せ装置１００の構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合せ装置１００は、ロボットアーム１０２と、真空室１１０と、エアロックチャンバ１２０と、ロボットアーム１３０と、複数の加熱加圧装置１４０と、冷却装置１５０とを備える。   FIG. 1 is a plan view schematically showing the structure of a substrate bonding apparatus 100 according to an embodiment. The substrate bonding apparatus 100 includes a robot arm 102, a vacuum chamber 110, an air lock chamber 120, a robot arm 130, a plurality of heating and pressing apparatuses 140, and a cooling apparatus 150.

接合すべき２枚の基板２０６は、基板貼り合せ装置１００とは別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられる。さらに、当該２枚の基板２０６は、上基板ホルダ２０２と下基板ホルダ２０４により、位置ずれが起こらないように仮接合された状態で保持される。以下、この状態にある基板及び基板ホルダを「基板−基板ホルダユニット」と称する。基板−基板ホルダユニットが加熱加圧装置１４０に装入され、加熱加圧状態で基板２０６の貼り合せが行われる。   The two substrates 206 to be bonded are aligned and overlapped by an aligner provided separately from the substrate bonding apparatus 100 so that the electrodes to be bonded are in contact with each other. Further, the two substrates 206 are held in a temporarily bonded state by the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 so as not to be displaced. Hereinafter, the substrate and the substrate holder in this state are referred to as “substrate-substrate holder unit”. The substrate-substrate holder unit is inserted into the heating and pressing apparatus 140, and the substrates 206 are bonded together in the heating and pressing state.

真空室１１０は、エアロックチャンバ１２０、ロボットアーム１３０、加熱加圧装置１４０及び冷却装置１５０を内部に収容する。真空室１１０は、気密室を構成し、基板２０６の貼り合せ過程における基板２０６の酸化及び汚染を防ぐ目的で、その内部が一定の真空度及び一定のクリーン度に維持される。図１に示すように、真空室１１０は、ロボットアーム１３０を中心として、複数の加熱加圧装置１４０、冷却装置１５０及びエアロックチャンバ１２０が円周方向に並べて配置されている。真空室１１０の内部と外部の間は、エアロックチャンバ１２０を通じて基板−基板ホルダユニットの出し入れが行われる。   The vacuum chamber 110 accommodates the air lock chamber 120, the robot arm 130, the heating / pressurizing device 140, and the cooling device 150 therein. The vacuum chamber 110 constitutes a hermetic chamber, and the inside thereof is maintained at a certain degree of vacuum and a certain degree of cleanness for the purpose of preventing oxidation and contamination of the substrate 206 during the bonding process of the substrates 206. As shown in FIG. 1, the vacuum chamber 110 has a plurality of heating and pressurizing devices 140, a cooling device 150, and an air lock chamber 120 arranged in a circumferential direction around a robot arm 130. Between the inside and the outside of the vacuum chamber 110, the substrate-substrate holder unit is taken in and out through the air lock chamber 120.

ロボットアーム１３０は、加熱加圧装置１４０と、冷却装置１５０と、エアロックチャンバ１２０との間で基板−基板ホルダユニットを搬送する。エアロックチャンバ１２０は、真空室１１０の外部側と内部側に、交互に開閉するシャッタ１２２、１２４を有する。   The robot arm 130 conveys the substrate-substrate holder unit between the heating / pressurizing device 140, the cooling device 150, and the air lock chamber 120. The air lock chamber 120 has shutters 122 and 124 that open and close alternately on the outside and inside of the vacuum chamber 110.

基板−基板ホルダユニットが真空室１１０の外部から内部に搬入される場合、まず、外部側のシャッタ１２２が開かれ、ロボットアーム１０２が基板−基板ホルダユニットをエアロックチャンバ１２０に搬入する。次に、外部側のシャッタ１２２が閉じられ、内部側のシャッタ１２４が開かれる。   When the substrate-substrate holder unit is carried into the vacuum chamber 110 from the outside, first, the external shutter 122 is opened, and the robot arm 102 carries the substrate-substrate holder unit into the air lock chamber 120. Next, the external shutter 122 is closed and the internal shutter 124 is opened.

続いて、ロボットアーム１３０が、エアロックチャンバ１２０から基板−基板ホルダユニットを搬出して、加熱加圧装置１４０のいずれかに装入する。加熱加圧装置１４０は、基板−基板ホルダユニットについて加熱及び加圧をして、基板２０６を本接合する。   Subsequently, the robot arm 130 unloads the substrate-substrate holder unit from the air lock chamber 120 and loads it into one of the heating and pressing devices 140. The heating / pressurizing device 140 heats and pressurizes the substrate-substrate holder unit to bond the substrates 206 to each other.

真空室１１０の内部から外部に基板−基板ホルダユニットを搬出する場合は、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、真空室１１０の内部の真空度を維持しながら、基板−基板ホルダユニットを真空室１１０に搬入又は搬出できる。   When the substrate-substrate holder unit is carried out from the inside of the vacuum chamber 110 to the outside, the above series of operations are executed in reverse order. With these series of operations, the substrate-substrate holder unit can be carried into or out of the vacuum chamber 110 while maintaining the degree of vacuum inside the vacuum chamber 110.

なお、基板貼り合せ装置１００に装填される基板２０６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あってよい。装填された基板２０６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。   The substrate 206 loaded in the substrate bonding apparatus 100 may be a single silicon wafer, compound semiconductor wafer, glass substrate, or the like, in which elements, circuits, terminals, and the like are formed. In some cases, the loaded substrate 206 is a laminated substrate formed by already laminating a plurality of wafers.

図２は、加熱加圧装置１４０の構造を模式的に示す正面図である。加熱加圧装置１４０は、断熱室２００と、上ステージ２１０と、下ステージ２２０と、昇降部２３０とを備える。断熱室２００は、上ステージ２１０、下ステージ２２０及び昇降部２３０を内部に収容する。   FIG. 2 is a front view schematically showing the structure of the heating and pressing apparatus 140. The heating and pressing apparatus 140 includes a heat insulating chamber 200, an upper stage 210, a lower stage 220, and an elevating unit 230. The heat insulation chamber 200 accommodates the upper stage 210, the lower stage 220, and the elevating unit 230 therein.

断熱室２００は、断熱材から形成される断熱壁を有し、基板−基板ホルダユニットを加熱する場合に、外部への熱輻射が遮断され、ロボットアーム等周辺に存在する装置、機器への悪影響を防ぐことができる。断熱室２００において、その天板に上ステージ２１０が固定され、その底板に昇降部２３０のベースが固定される。断熱室２００は、上ステージ２１０と下ステージ２２０により基板２０６に加圧する場合に、装置の反力により変形すること防ぐ目的で、高剛性材料により形成される。   The heat insulating chamber 200 has a heat insulating wall formed of a heat insulating material, and when the substrate-substrate holder unit is heated, heat radiation to the outside is blocked, and adverse effects on devices and equipment existing around the robot arm and the like. Can be prevented. In the heat insulating chamber 200, the upper stage 210 is fixed to the top plate, and the base of the elevating unit 230 is fixed to the bottom plate. The heat insulation chamber 200 is formed of a highly rigid material for the purpose of preventing deformation due to the reaction force of the apparatus when the substrate 206 is pressed by the upper stage 210 and the lower stage 220.

上ステージ２１０は、上温度調整部２１２を有する。上温度調整部２１２は、上ステージ２１０の内部に設けられ、加熱又は冷却する機能を有し、基板−基板ホルダユニットを加熱又は冷却することができる。   The upper stage 210 has an upper temperature adjustment unit 212. The upper temperature adjustment unit 212 is provided inside the upper stage 210, has a function of heating or cooling, and can heat or cool the substrate-substrate holder unit.

昇降部２３０は、ベースに固定されたシリンダ２３４と、そのシリンダに結合するピストン２３２を含む。ピストン２３２は、外部からの制御信号により上下昇降する。   The elevating unit 230 includes a cylinder 234 fixed to the base and a piston 232 coupled to the cylinder. The piston 232 moves up and down by a control signal from the outside.

下ステージ２２０は、ピストン２３２の上面に設置される。下ステージ２２０は、ピストン２３２と共に上下に移動することができる。下ステージ２２０は、下温度調整部２２２を有する。下温度調整部２２２は、下ステージ２２０の内部に設けられ、加熱又は冷却する機能を有し、基板−基板ホルダユニットを加熱又は冷却することができる。   The lower stage 220 is installed on the upper surface of the piston 232. The lower stage 220 can move up and down together with the piston 232. The lower stage 220 has a lower temperature adjustment unit 222. The lower temperature adjusting unit 222 is provided in the lower stage 220, has a function of heating or cooling, and can heat or cool the substrate-substrate holder unit.

図２は、基板−基板ホルダユニットが加熱加圧装置１４０に装填され、下ステージ２２０に設置された状態を示す。当該基板−基板ホルダユニットは、上基板ホルダ２０２と、下基板ホルダ２０４と、その２枚の基板ホルダに挟まれて保持された２枚の基板２０６とを含む。基板−基板ホルダユニットを下ステージ２２０に載置した後、ピストン２３２を上昇させると、上ステージ２１０及び下ステージ２２０により基板−基板ホルダユニットを挟む状態になる。   FIG. 2 shows a state in which the substrate-substrate holder unit is loaded in the heating / pressurizing apparatus 140 and installed on the lower stage 220. The substrate-substrate holder unit includes an upper substrate holder 202, a lower substrate holder 204, and two substrates 206 held between the two substrate holders. After the substrate-substrate holder unit is placed on the lower stage 220, when the piston 232 is raised, the substrate-substrate holder unit is sandwiched between the upper stage 210 and the lower stage 220.

２枚の基板２０６を本接合する場合には、加熱加圧装置１４０は、加圧制御信号に従って、更にピストン２３２を上昇させ、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４を介して、２枚の基板２０６に所定の圧力を加えて、本接合する。加圧することにより、２枚の基板２０６の間に接合すべき電極同士を均一に接触させることができ、均一な接合が実現できる。   When the two substrates 206 are to be joined, the heating and pressurizing device 140 further raises the piston 232 in accordance with the pressurization control signal, and the two substrates are connected via the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204. A predetermined pressure is applied to 206 to perform the main joining. By applying pressure, the electrodes to be bonded can be brought into uniform contact between the two substrates 206, and uniform bonding can be realized.

上温度調整部２１２及び下温度調整部２２２は、上ステージ２１０及び下ステージ２２０により基板−基板ホルダユニットを挟む状態において、基板−基板ホルダユニットを加熱又は冷却することができる。上温度調整部２１２及び下温度調整部２２２の加熱により、接合する２枚の基板２０６における電極接合面を活性化することができ、電極同士を確実に接合することができる。   The upper temperature adjustment unit 212 and the lower temperature adjustment unit 222 can heat or cool the substrate-substrate holder unit in a state where the substrate-substrate holder unit is sandwiched between the upper stage 210 and the lower stage 220. By heating the upper temperature adjustment unit 212 and the lower temperature adjustment unit 222, the electrode bonding surfaces of the two substrates 206 to be bonded can be activated, and the electrodes can be bonded reliably.

基板２０６を本接合した後、上温度調整部２１２及び下温度調整部２２２の積極的な冷却により、基板−基板ホルダユニットの温度がロボットアームにより取り出せる温度になるまでの時間が短縮される。よって、接合後の基板２０６を取り出して次の基板−基板ホルダユニットを迅速に投入できるので、生産のスループットを向上することができる。更に、上温度調整部２１２及び下温度調整部２２２の冷却方法を制御することにより、本接合した後の基板２０６を上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４から分離することができる。   After the main substrate 206 is joined, the time until the temperature of the substrate-substrate holder unit reaches a temperature that can be taken out by the robot arm is shortened by the active cooling of the upper temperature adjusting unit 212 and the lower temperature adjusting unit 222. Therefore, since the substrate 206 after bonding can be taken out and the next substrate-substrate holder unit can be quickly put in, the production throughput can be improved. Furthermore, by controlling the cooling method of the upper temperature adjusting unit 212 and the lower temperature adjusting unit 222, the substrate 206 after the main bonding can be separated from the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204.

図３は、上基板ホルダ２０２を上方から見た斜視図である。図４は、上基板ホルダ２０２を下方から見た斜視図である。上基板ホルダ２０２は、基板２０６をその下面に保持する。上基板ホルダ２０２は、上基板ホルダ本体２４２と、永久磁石２４４と、電圧印加端子２４６とを有する。   FIG. 3 is a perspective view of the upper substrate holder 202 as viewed from above. FIG. 4 is a perspective view of the upper substrate holder 202 as viewed from below. The upper substrate holder 202 holds the substrate 206 on its lower surface. The upper substrate holder 202 includes an upper substrate holder main body 242, a permanent magnet 244, and a voltage application terminal 246.

上基板ホルダ２０２の外形は、基板２０６よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。上基板ホルダ本体２４２は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形されてよい。上基板ホルダ本体２４２の材料として、窒化珪素、窒化アルミニウム等が例示できる。   The outer shape of the upper substrate holder 202 has a disk shape whose diameter is slightly larger than that of the substrate 206. The upper substrate holder main body 242 may be integrally formed of a highly rigid material such as ceramic or metal. Examples of the material of the upper substrate holder main body 242 include silicon nitride and aluminum nitride.

上基板ホルダ本体２４２は、その下面において基板２０６を保持する基板保持領域を有する。上基板ホルダ本体２４２は、当該領域において、静電吸着により基板２０６を保持する。図４は、基板保持領域に基板２０６を保持した状態の上基板ホルダ２０２を示す。   The upper substrate holder main body 242 has a substrate holding region for holding the substrate 206 on the lower surface thereof. The upper substrate holder main body 242 holds the substrate 206 by electrostatic adsorption in the region. FIG. 4 shows the upper substrate holder 202 with the substrate 206 held in the substrate holding region.

上基板ホルダ本体２４２における基板保持領域は、基板接合の過程において、基板２０６の全面に均一に加圧する目的で、高い平坦性を有する。しかし、その高い平坦性が、上基板ホルダ２０２と基板２０６との間に鏡面吸着をもたらすので、基板２０６を本接合した後に、基板２０６を上基板ホルダ２０２から分離しにくい要因の一つでもある。   The substrate holding region in the upper substrate holder main body 242 has high flatness for the purpose of uniformly pressing the entire surface of the substrate 206 during the substrate bonding process. However, since the high flatness brings about specular adsorption between the upper substrate holder 202 and the substrate 206, it is also one of the factors that makes it difficult to separate the substrate 206 from the upper substrate holder 202 after the substrate 206 is fully bonded. .

永久磁石２４４は、基板保持領域の外周に複数配される。図４においては二つ一組の永久磁石２４４が、基板保持領域の外周において互いに１２０度間隔で三組配される。永久磁石２４４は、上基板ホルダ本体２４２に保持された基板２０６の表面と共通の平面内に、永久磁石２４４の下面が位置するように配されてよい。   A plurality of permanent magnets 244 are arranged on the outer periphery of the substrate holding area. In FIG. 4, three pairs of permanent magnets 244 are arranged at intervals of 120 degrees on the outer periphery of the substrate holding region. The permanent magnet 244 may be arranged such that the lower surface of the permanent magnet 244 is located in a plane common to the surface of the substrate 206 held by the upper substrate holder main body 242.

電圧印加端子２４６は、基板２０６を保持する下面と反対の裏面において、上基板ホルダ本体２４２に埋め込まれる。電圧印加端子２４６を介して電圧を印加することにより、上基板ホルダ２０２と基板２０６との間に電位差を生じさせて、基板２０６を上基板ホルダ２０２に静電吸着する。   The voltage application terminal 246 is embedded in the upper substrate holder main body 242 on the back surface opposite to the lower surface that holds the substrate 206. By applying a voltage via the voltage application terminal 246, a potential difference is generated between the upper substrate holder 202 and the substrate 206, and the substrate 206 is electrostatically attracted to the upper substrate holder 202.

図５は、下基板ホルダ２０４を上方から見た斜視図である。下基板ホルダ２０４の上面には、基板２０６が保持されている。下基板ホルダ２０４は、下基板ホルダ本体２５２及び吸着子２５４を有する。   FIG. 5 is a perspective view of the lower substrate holder 204 as viewed from above. A substrate 206 is held on the upper surface of the lower substrate holder 204. The lower substrate holder 204 includes a lower substrate holder main body 252 and an adsorber 254.

下基板ホルダ２０４の外形は、基板２０６よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。下基板ホルダ本体２５２は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形されてよい。下基板ホルダ本体２５２の材料として、窒化珪素、窒化アルミニウム等が例示できる。   The outer shape of the lower substrate holder 204 has a disk shape whose diameter is slightly larger than that of the substrate 206. The lower substrate holder main body 252 may be integrally formed of a highly rigid material such as ceramic or metal. Examples of the material of the lower substrate holder main body 252 include silicon nitride and aluminum nitride.

下基板ホルダ本体２５２は、その上面において基板２０６を保持する基板保持領域を有する。下基板ホルダ本体２５２は、当該領域において、静電吸着により基板２０６を保持する。下基板ホルダ本体２５２における基板保持領域は、基板接合の過程において、基板２０６の全面に均一に加圧する目的で、高い平坦性を有する。   The lower substrate holder main body 252 has a substrate holding region for holding the substrate 206 on the upper surface thereof. The lower substrate holder main body 252 holds the substrate 206 by electrostatic adsorption in the region. The substrate holding region in the lower substrate holder main body 252 has high flatness for the purpose of uniformly pressing the entire surface of the substrate 206 during the substrate bonding process.

吸着子２５４は、磁性体材料により形成され、基板２０６を保持する表面において、保持した基板２０６よりも外側に複数配されてよい。吸着子２５４は、基板２０６を保持する平面と略同じ平面内に、吸着子２５４の上面が位置するように、下基板ホルダ本体２５２に形成された陥没領域に配されてよい。吸着子２５４は、板ばね２５６を介して下基板ホルダ本体２５２に設けられる。   The adsorbers 254 may be formed of a magnetic material, and a plurality of the adsorbers 254 may be arranged outside the held substrate 206 on the surface holding the substrate 206. The adsorber 254 may be disposed in a depressed region formed in the lower substrate holder main body 252 so that the upper surface of the adsorber 254 is located in substantially the same plane as the plane that holds the substrate 206. The adsorber 254 is provided on the lower substrate holder main body 252 via a leaf spring 256.

上基板ホルダ２０２に設けられた永久磁石２４４は、下基板ホルダ２０４に設けられた吸着子２５４を磁力により吸着して、上基板ホルダ２０２と下基板ホルダ２０４とを結合させる。これにより、上基板ホルダ２０２と下基板ホルダ２０４との間に保持された基板２０６の位置を維持する。   The permanent magnet 244 provided on the upper substrate holder 202 adsorbs the attractor 254 provided on the lower substrate holder 204 by a magnetic force to couple the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 together. Accordingly, the position of the substrate 206 held between the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 is maintained.

下基板ホルダ本体２５２は、基板２０６を保持する表面に対する裏面において、更に電圧印加端子を有する。当該電圧印加端子を介して電圧を印加することにより、下基板ホルダ２０４と基板２０６との間に電位差を生じさせて、基板２０６を下基板ホルダ２０４に静電吸着する。下ステージ２２０は、更に基板ホルダ本体の電圧印加端子と接触して、静電吸着用電力を提供できる端子を有してよい。その場合に、下ステージ２２０は、加熱加圧装置１４０が基板−基板ホルダユニットを加圧する前に、下ステージ２２０に載置された基板−基板ホルダユニットの基板ホルダに静電吸着用電力を供給することによって、基板の移動を防止する効果を高めることができる。   The lower substrate holder main body 252 further has a voltage application terminal on the back surface with respect to the front surface holding the substrate 206. By applying a voltage via the voltage application terminal, a potential difference is generated between the lower substrate holder 204 and the substrate 206, and the substrate 206 is electrostatically attracted to the lower substrate holder 204. The lower stage 220 may further include a terminal that can contact the voltage application terminal of the substrate holder body and provide electric power for electrostatic attraction. In that case, the lower stage 220 supplies electrostatic adsorption power to the substrate holder of the substrate-substrate holder unit placed on the lower stage 220 before the heating and pressurizing device 140 pressurizes the substrate-substrate holder unit. By doing so, the effect of preventing the movement of the substrate can be enhanced.

図６は、下ステージ２２０における下温度調整部２２２を示す上面図である。下温度調整部２２２は、加熱部材として複数のヒータプレート３０２、３０４、３０６を含む。ヒータプレート３０２、３０４及び３０６は、例えば銅を素材として形成され、それぞれの内部に電熱ヒータが埋め込まれている。   FIG. 6 is a top view showing the lower temperature adjusting unit 222 in the lower stage 220. The lower temperature adjustment unit 222 includes a plurality of heater plates 302, 304, and 306 as heating members. The heater plates 302, 304, and 306 are made of, for example, copper, and an electric heater is embedded in each of them.

ヒータプレート３０２、３０４及び３０６によって覆われる平面領域は、下ステージ２２０に載置される下基板ホルダ２０４の載置面に対応する領域よりも広い。各ヒータプレートは、個別に温度制御される。すなわち、下ステージ２２０は、ヒータプレート３０２、３０４及び３０６の数分だけ複数の区域に分けられて、細かく温度制御される。よって、下ステージ２２０は、下基板ホルダ２０４を載置する領域において、全面にわたって下基板ホルダ２０４の裏面に対して均一に加熱することができる。   The planar area covered by the heater plates 302, 304 and 306 is wider than the area corresponding to the placement surface of the lower substrate holder 204 placed on the lower stage 220. Each heater plate is individually temperature controlled. That is, the lower stage 220 is divided into a plurality of areas by the number of heater plates 302, 304, and 306, and the temperature is finely controlled. Therefore, the lower stage 220 can uniformly heat the back surface of the lower substrate holder 204 over the entire surface in the region where the lower substrate holder 204 is placed.

下温度調整部２２２は、また、冷却部材として冷却管３１２、３１４、３１６、３１８を含む。各冷却管は、ヒータプレート３０２、３０４及び３０６の一つ以上を冷却するように配管される。例えば、図６に示すようにヒータプレート３０２、３０４及び３０６のいずれかと接するように冷却管３１２、３１４、３１６及び３１８が張り巡らされ、その中を冷媒が循環するように外部のポンプが制御される。冷却管の素材としては、ヒータプレート３０２、３０４及び３０６と同じ素材が好ましい。同じ素材でなくても、線膨張率が同じであれば、接触面において温度変化による熱摺動が生じないので、冷却管の素材として適用できる。   The lower temperature adjustment unit 222 also includes cooling pipes 312, 314, 316, and 318 as cooling members. Each cooling pipe is piped to cool one or more of the heater plates 302, 304 and 306. For example, as shown in FIG. 6, cooling pipes 312, 314, 316, and 318 are stretched so as to be in contact with any of the heater plates 302, 304, and 306, and an external pump is controlled so that the refrigerant circulates therein. The The material for the cooling pipe is preferably the same material as the heater plates 302, 304, and 306. Even if it is not the same material, if the linear expansion coefficient is the same, thermal sliding due to a temperature change does not occur on the contact surface, so that it can be applied as a material for a cooling pipe.

上ステージ２１０は、下ステージ２２０と同じ構造を有し、下温度調整部２２２と同じ上温度調整部２１２を含む。よって、上ステージ２１０についての説明を省略する。   The upper stage 210 has the same structure as the lower stage 220 and includes an upper temperature adjustment unit 212 that is the same as the lower temperature adjustment unit 222. Therefore, the description about the upper stage 210 is omitted.

冷却装置１５０は、上下ステージにおける温度調整部に加熱部材がない点を除けば、加熱加圧装置１４０と同じ構造を有してよい。冷却プロセスにおいて、冷却装置１５０の下ステージ２２０は、基板−基板ホルダユニットを載せてから、上昇して、基板−基板ホルダユニットを上ステージ２１０に当接させる。上ステージ２１０と下ステージ２２０により基板−基板ホルダユニットを挟む状態で、冷却部材により基板２０６を冷却する。冷却効果を上げる目的で、基板２０６に一定の圧力を加えることが好ましいが、接合段階のような強い圧力を加えなくてよい。   The cooling device 150 may have the same structure as the heating and pressurizing device 140 except that the temperature adjusting unit in the upper and lower stages has no heating member. In the cooling process, the lower stage 220 of the cooling device 150 moves up after placing the substrate-substrate holder unit, and brings the substrate-substrate holder unit into contact with the upper stage 210. In a state where the substrate-substrate holder unit is sandwiched between the upper stage 210 and the lower stage 220, the substrate 206 is cooled by the cooling member. In order to increase the cooling effect, it is preferable to apply a certain pressure to the substrate 206, but it is not necessary to apply a strong pressure as in the bonding step.

加熱加圧装置１４０において、加熱加圧して基板２０６を接合した後の加熱加圧装置１４０で基板−基板ホルダユニットを室温まで冷却しようとすると、多量の冷却媒体を用いることになり、かつ、冷却時間が長くかかる。そこで、冷却温度勾配の高い高温領域の冷却だけを加熱加圧装置１４０内で行い、基板−基板ホルダユニットの温度がロボットアームにより搬送できる温度まで冷却したら、基板−基板ホルダユニットを取り出して、別途設けられる冷却装置１５０に搬入して、室温近傍まで冷却することが好ましい。   When the substrate-substrate holder unit is cooled to room temperature by the heating / pressurizing device 140 after the substrate 206 is bonded by heating / pressing in the heating / pressurizing device 140, a large amount of cooling medium is used and the cooling is performed. It takes a long time. Therefore, only the high temperature region with a high cooling temperature gradient is cooled in the heating and pressurizing apparatus 140, and when the temperature of the substrate-substrate holder unit is cooled to a temperature that can be transferred by the robot arm, the substrate-substrate holder unit is taken out and separately It is preferable to carry in the cooling device 150 provided and to cool to near room temperature.

例えば、４００℃以上の温度で基板２０６を接合した後に加熱加圧装置１４０において基板−基板ホルダユニットを２００℃まで冷却してから、基板−基板ホルダユニットをロボットアームにより冷却装置１５０に搬入して冷却する。これにより、冷却時間を大きく短縮できる。さらに、加熱加圧装置１４０の回転率を上げることができるので、生産スループットを高めることができる。   For example, after the substrate 206 is bonded at a temperature of 400 ° C. or higher, the substrate-substrate holder unit is cooled to 200 ° C. in the heating and pressurizing device 140, and then the substrate-substrate holder unit is carried into the cooling device 150 by the robot arm. Cooling. Thereby, the cooling time can be greatly shortened. Furthermore, since the rotation rate of the heating and pressing apparatus 140 can be increased, the production throughput can be increased.

加熱加圧装置１４０及び冷却装置１５０は、基板剥離装置の一例である。以下、加熱加圧装置１４０を用いて、接合後の基板２０６を上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４から剥離する方法を説明する。   The heating and pressing device 140 and the cooling device 150 are examples of a substrate peeling device. Hereinafter, a method of peeling the bonded substrate 206 from the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 using the heating and pressing apparatus 140 will be described.

図７は、一実施形態である基板剥離方法のフローチャートを示す。当該基板剥離方法は、複数の基板を仮接合してステージに設置する段階Ｓ０１０と、基板を本接合する段階Ｓ０２０と、一方のステージを冷却して上下ステージの間に温度勾配を形成する段階Ｓ０３０と、他方のステージを冷却して上下ステージの間に温度勾配を形成する段階Ｓ０４０と、各ステージにおいて基板ホルダに接する面内に温度勾配を形成する段階Ｓ０５０と、基板を取り出す段階Ｓ０６０とを備える。   FIG. 7 shows a flowchart of a substrate peeling method according to an embodiment. The substrate peeling method includes a step S010 in which a plurality of substrates are temporarily bonded and placed on a stage, a step S020 in which a substrate is finally bonded, and a step in which one stage is cooled to form a temperature gradient between upper and lower stages. And a step S040 for cooling the other stage to form a temperature gradient between the upper and lower stages, a step S050 for forming a temperature gradient in a plane in contact with the substrate holder in each stage, and a step S060 for taking out the substrate. .

まず、複数の基板２０６を仮接合してステージに設置する（Ｓ０１０）。段階Ｓ０１０において、回路パターンが周期的に複数形成され、互いに接合することにより３次元積層半導体装置が形成できる複数の基板２０６を用意する。ウエハに回路パターンを形成し、パッシベーションした後、表面に接合電極を形成して、接合用の基板２０６とする。   First, a plurality of substrates 206 are temporarily bonded and placed on the stage (S010). In step S010, a plurality of substrates 206 on which a plurality of circuit patterns are periodically formed and bonded to each other to form a three-dimensional stacked semiconductor device are prepared. After a circuit pattern is formed on the wafer and passivation is performed, a bonding electrode is formed on the surface to form a bonding substrate 206.

次に、接合すべき一対の基板２０６は、別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられ、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４により、位置ずれが起こらないように厚み方向に挟まれ仮接合される状態で保持される。即ち、基板−基板ホルダユニットが組まれ、ロボットアームにより下ステージ２２０に載置される。   Next, the pair of substrates 206 to be joined is aligned and overlapped by an aligner provided separately so that the electrodes to be joined are in contact with each other, and the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 are displaced. It is held in a state of being temporarily joined by being sandwiched in the thickness direction so as not to occur. That is, the substrate-substrate holder unit is assembled and placed on the lower stage 220 by the robot arm.

基板２０６を本接合する（Ｓ０２０）。段階Ｓ０２０において、下ステージ２２０が上昇して、基板−基板ホルダユニットを上ステージ２１０に当接させ、上ステージ２１０と下ステージ２２０の間に挟む。下ステージ２２０は、加圧制御信号に従って、更に上昇して、基板−基板ホルダユニットに所定の圧力を加える。この加圧により、２枚の基板２０６の間に接合すべき電極同士が均一に接触することができ、基板２０６の均一な貼り合せが実現できる。下ステージ２２０が基板ホルダに静電吸着の電力を供給した場合に、加圧後静電吸着を解除してよい。   The substrate 206 is finally joined (S020). In step S 020, the lower stage 220 is raised to bring the substrate-substrate holder unit into contact with the upper stage 210 and sandwiched between the upper stage 210 and the lower stage 220. The lower stage 220 further moves up according to the pressurization control signal and applies a predetermined pressure to the substrate-substrate holder unit. By this pressurization, the electrodes to be bonded can be uniformly contacted between the two substrates 206, and uniform bonding of the substrates 206 can be realized. When the lower stage 220 supplies electric power for electrostatic attraction to the substrate holder, the electrostatic attraction after pressurization may be released.

更に、上ステージ２１０及び下ステージ２２０のヒートプレートにより、基板−基板ホルダユニットを加熱する。温度を制御しながら、一定時間に渡って、基板２０６に所定の圧力を加えることによって、基板２０６の本接合を行う。加熱が本接合する２枚の基板２０６における電極接合面を活性化することができるので、電極同士が確実に接合することができる。   Further, the substrate-substrate holder unit is heated by the heat plates of the upper stage 210 and the lower stage 220. The substrate 206 is finally bonded by applying a predetermined pressure to the substrate 206 over a certain period of time while controlling the temperature. Since heating can activate the electrode bonding surfaces of the two substrates 206 to be bonded to each other, the electrodes can be bonded reliably.

一方のステージを冷却して上下ステージの間に温度勾配を形成する（Ｓ０３０）。段階Ｓ０３０において、例えば、下ステージ２２０だけを冷却して、上ステージ２１０と下ステージ２２０の間に温度勾配を形成する。   One stage is cooled to form a temperature gradient between the upper and lower stages (S030). In step S030, for example, only the lower stage 220 is cooled to form a temperature gradient between the upper stage 210 and the lower stage 220.

図８は、加熱加圧装置１４０において基板２０６を剥離する過程を概略的に示す断面図である。図８には、加熱加圧装置１４０として、上ステージ２１０、下ステージ２２０及び各ステージに配設された冷却管だけを概略的に示す。上ステージ２１０は、下ステージ２２０における冷却管３１２、３１４、３１６及び３１８に対応して、冷却管４１２、４１４、４１６、４１８を有する。   FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a process of peeling the substrate 206 in the heating and pressing apparatus 140. FIG. 8 schematically shows only the upper stage 210, the lower stage 220, and the cooling pipes arranged in each stage as the heating and pressurizing device 140. The upper stage 210 has cooling pipes 412, 414, 416 and 418 corresponding to the cooling pipes 312, 314, 316 and 318 in the lower stage 220.

図８において、基板２０６を本接合した後、基板−基板ホルダユニットに加圧しながら、下ステージ２２０における冷却管３１２、３１４、３１６及び３１８に冷媒を流して下基板ホルダ２０４を冷却する一方で、上ステージ２１０における冷却管４１２、４１４、４１６及び４１８に冷媒を流さないことにより、基板−基板ホルダユニットの厚み方向に温度勾配をつける。但し、この段階の加圧は、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４がそれぞれ上ステージ２１０及び下ステージ２２０によく接触させて、冷却効果を確保することを目的とするので、基板２０６を本接合する段階Ｓ０２０のような大きい圧力を加えなくてよい。例えば、０．１Ｍｐａの圧力を加えてよい。   In FIG. 8, after the main substrate 206 is joined, the lower substrate holder 204 is cooled by flowing a coolant through the cooling pipes 312, 314, 316 and 318 in the lower stage 220 while pressurizing the substrate-substrate holder unit. By not flowing the coolant through the cooling pipes 412, 414, 416 and 418 in the upper stage 210, a temperature gradient is provided in the thickness direction of the substrate-substrate holder unit. However, the pressurization at this stage is intended to ensure that the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 are in good contact with the upper stage 210 and the lower stage 220, respectively, so as to ensure a cooling effect. It is not necessary to apply a large pressure as in step S020. For example, a pressure of 0.1 Mpa may be applied.

図９は、基板剥離過程の各段階における上ステージ２１０及び下ステージ２２０の温度変化を概略的に示す。曲線５０２及び曲線５０４は、それぞれ上ステージ２１０及び下ステージ２２０の温度変化を示す。   FIG. 9 schematically shows temperature changes of the upper stage 210 and the lower stage 220 at each stage of the substrate peeling process. A curve 502 and a curve 504 indicate temperature changes of the upper stage 210 and the lower stage 220, respectively.

図８に示すように、下ステージ２２０だけを冷却する場合に、まず下ステージ２２０の温度が急激に下がり（図９の曲線５０４）、上ステージ２１０の温度（曲線５０２）との間に大きい差が生じる。よって、両ステージの間に挟まれた基板−基板ホルダユニットが厚み方向に温度勾配が生じる。   As shown in FIG. 8, when only the lower stage 220 is cooled, first, the temperature of the lower stage 220 rapidly decreases (curve 504 in FIG. 9), and there is a large difference between the temperature of the upper stage 210 (curve 502). Occurs. Therefore, a temperature gradient occurs in the thickness direction of the substrate-substrate holder unit sandwiched between both stages.

基板−基板ホルダユニットの冷却において熱応力が発生する。特に、基板２０６と上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４との熱膨張率の違いにより、基板２０６と上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４の界面において、せん断応力が発生する。   Thermal stress is generated in cooling the substrate-substrate holder unit. In particular, shear stress is generated at the interface between the substrate 206 and the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 206 and the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204.

図１０は、熱変形を概念的に示す図面である。図１０に示すように、基板−基板ホルダユニットに上記温度勾配が生じた時点で、例えば、冷却開始から時間ｔ１（図９）を経過した時点で、ステージの加圧力を解除すると、基板−基板ホルダユニットが熱応力により変形する。下ステージ２２０に接する下基板ホルダ２０４が最も温度が低く、収縮量が最も大きい。従って、基板−基板ホルダユニットの下の面が凹むように変形して、上述の熱応力、特にせん断応力により、基板２０６と上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４との固着が解除される。 FIG. 10 is a diagram conceptually showing thermal deformation. As shown in FIG. 10, when the temperature gradient is generated in the substrate-substrate holder unit, for example, when the time t 1 (FIG. 9) has elapsed from the start of cooling, The substrate holder unit is deformed by thermal stress. The lower substrate holder 204 in contact with the lower stage 220 has the lowest temperature and the largest amount of shrinkage. Accordingly, the lower surface of the substrate-substrate holder unit is deformed so that the substrate 206 is fixed to the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 by the above-described thermal stress, particularly shear stress.

基板２０６が剥離できたか否かは、静電吸着のリーク電流によって判断できる。例えば、下ステージ２２０から下基板ホルダ２０４の静電吸着端子に電圧を印加したとき、基板２０６が下基板ホルダ２０４に吸着されている場合に比べて、リーク電流が小さいと、基板２０６が下基板ホルダ２０４から剥離できたことが判断できる。反って、リーク電流が通常の静電吸着時と同じレベルであれば、基板２０６がまだ下基板ホルダ２０４から剥離されていないことが分かる。   Whether or not the substrate 206 can be peeled off can be determined by a leakage current of electrostatic adsorption. For example, when a voltage is applied from the lower stage 220 to the electrostatic adsorption terminal of the lower substrate holder 204, the leakage current is smaller than when the substrate 206 is attracted to the lower substrate holder 204. It can be determined that the holder 204 can be peeled off. On the other hand, if the leakage current is at the same level as during normal electrostatic attraction, it can be seen that the substrate 206 has not yet been peeled from the lower substrate holder 204.

次に、他方のステージを冷却して上下ステージの間に温度勾配を形成する（Ｓ０４０）。段階Ｓ０４０において、まず、冷却効果を上げる目的で、下ステージ２２０を上昇させて、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４がそれぞれ上ステージ２１０及び下ステージ２２０によく接触するように、再び基板−基板ホルダユニットに加圧する。この場合の圧力は、段階Ｓ０３０と同様に、０．１Ｍｐａ程度の小さい圧力でよい。そして、下ステージ２２０の冷却を停止して、上ステージ２１０の冷却管４１２、４１４、４１６及び４１８だけに冷媒を流して、上基板ホルダ２０２を冷却することにより、基板−基板ホルダユニットの厚み方向に段階Ｓ０３０と逆の温度勾配をつける。   Next, the other stage is cooled to form a temperature gradient between the upper and lower stages (S040). In step S040, first, for the purpose of increasing the cooling effect, the lower stage 220 is moved up so that the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 are in good contact with the upper stage 210 and the lower stage 220, respectively. Pressurize the holder unit. The pressure in this case may be a small pressure of about 0.1 Mpa, as in step S030. Then, the cooling of the lower stage 220 is stopped, and the coolant flows through only the cooling pipes 412, 414, 416, and 418 of the upper stage 210 to cool the upper substrate holder 202, whereby the substrate-substrate holder unit thickness direction Is provided with a temperature gradient opposite to that in step S030.

図１１は、熱変形を概念的に示す図面である。図１１に示すように、基板−基板ホルダユニットの厚み方向に温度勾配が生じた時点で、例えば、冷却開始から時間ｔ２（図９）を経過した時点で、ステージの加圧力を解除すると、基板−基板ホルダユニットが熱応力により変形する。この場合に上ステージ２１０に接する上基板ホルダ２０２が最も温度が低く、収縮量が最も大きい。従って、基板−基板ホルダユニットの上の面が凹むように変形する。上述の熱応力、特にせん断応力により、基板２０６と上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４との固着のうち、前の段階によって解除できなかった部分が更に解除される。 FIG. 11 is a diagram conceptually showing thermal deformation. As shown in FIG. 11, when the temperature gradient is generated in the thickness direction of the substrate-substrate holder unit, for example, when the time t 2 (FIG. 9) has elapsed from the start of cooling, The substrate-substrate holder unit is deformed by thermal stress. In this case, the upper substrate holder 202 in contact with the upper stage 210 has the lowest temperature and the largest amount of shrinkage. Accordingly, the upper surface of the substrate-substrate holder unit is deformed so as to be recessed. Due to the above-described thermal stress, particularly shear stress, a portion of the fixation between the substrate 206 and the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 that could not be released in the previous stage is further released.

更に、各ステージにおいて基板ホルダに接する面内に温度勾配を形成する（Ｓ０５０）。段階Ｓ０５０において、まず、冷却効果を上げる目的で、下ステージ２２０を上昇させて、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４がそれぞれ上ステージ２１０及び下ステージ２２０によく接触するように、再び基板−基板ホルダユニットに加圧する。そして、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４の厚み方向に直交する方向に、即ち、上ステージ２１０及び下ステージ２２０に接する面内おいてさらに温度勾配をつけるように、基板−基板ホルダユニットを冷却する。   Further, a temperature gradient is formed in the surface in contact with the substrate holder in each stage (S050). In step S050, first, for the purpose of increasing the cooling effect, the lower stage 220 is moved up so that the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 are in good contact with the upper stage 210 and the lower stage 220, respectively. Pressurize the holder unit. Then, the substrate-substrate holder unit is cooled so as to further increase the temperature gradient in the direction orthogonal to the thickness direction of the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204, that is, in the plane in contact with the upper stage 210 and the lower stage 220. To do.

図１２は、基板−基板ホルダユニットに現れる熱変形を概念的に示す。図１２に示すように、上ステージ２１０において、冷却管４１２と４１６に冷媒を流さず、冷却管４１４と４１８だけに冷媒を流し、下ステージ２２０において、冷却管３１４と３１８に冷媒を流さず、冷却管３１２と３１６だけに冷媒を流す。このような冷却方法によって、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４が、面内だけでなく、厚さ方向にも一定の温度勾配が形成できる。基板−基板ホルダユニットに当該温度勾配が生じた時点で、例えば、冷却開始から時間ｔ３（図９）を経過した時点で、ステージの加圧力を解除することにより、基板−基板ホルダユニットが波状に変形する。上述の熱応力、特にせん断応力により、基板２０６と上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４との固着であって、前の段階によって解除できなかった部分が更に解除される。 FIG. 12 conceptually shows thermal deformation that appears in the substrate-substrate holder unit. As shown in FIG. 12, in the upper stage 210, the refrigerant is not passed through the cooling pipes 412 and 416, the refrigerant is passed only through the cooling pipes 414 and 418, and the lower stage 220 is not passed through the cooling pipes 314 and 318, The refrigerant is allowed to flow only through the cooling pipes 312 and 316. By such a cooling method, the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 can form a constant temperature gradient not only in the plane but also in the thickness direction. When the temperature gradient is generated in the substrate-substrate holder unit, for example, when the time t 3 (FIG. 9) has elapsed from the start of cooling, the substrate-substrate holder unit is waved by releasing the applied pressure of the stage. Transforms into Due to the above-described thermal stress, particularly shear stress, the portion of the substrate 206 that is fixed to the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 that cannot be released in the previous stage is further released.

図１３に示すように、この段階において、上ステージ２１０において、冷却管４１４と４１８に冷媒を流さないで、冷却管４１２と４１６だけに冷媒を流し、下ステージ２２０において、冷却管３１２と３１６に冷媒を流さないで、冷却管３１４と３１８だけに冷媒を流して、基板−基板ホルダユニットを冷却してもよい。この場合でも、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４が、面内だけでなく、厚さ方向にも一定の温度勾配が形成できる。よって、基板−基板ホルダユニットが波状に変形する。上述の熱応力、特にせん断応力により、基板２０６と上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４との固着であって、前の段階によって解除できなかった部分が更に解除される。   As shown in FIG. 13, in this stage, in the upper stage 210, the refrigerant is caused to flow only in the cooling pipes 412 and 416 without flowing in the cooling pipes 414 and 418, and in the lower stage 220, the refrigerant is passed through the cooling pipes 312 and 316. The substrate-substrate holder unit may be cooled by flowing the refrigerant only through the cooling pipes 314 and 318 without flowing the refrigerant. Even in this case, the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 can form a constant temperature gradient not only in the plane but also in the thickness direction. Therefore, the substrate-substrate holder unit is deformed into a wave shape. Due to the above-described thermal stress, particularly shear stress, the portion of the substrate 206 that is fixed to the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 that cannot be released in the previous stage is further released.

図１４に示すように、この段階において、上ステージ２１０において、冷却管４１２と４１６に冷媒を流さないで、冷却管４１４と４１８だけに冷媒を流し、下ステージ２２０において、冷却管３１２と３１６に冷媒を流さないで、冷却管３１４と３１８だけに冷媒を流して、基板−基板ホルダユニットを冷却してもよい。この場合は、上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４が、面内にだけ温度勾配が形成できる。基板−基板ホルダユニットが、図１４に示すような波状に変形する。上述の熱応力、特にせん断応力により、基板２０６と上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４との固着であって、前の段階によって解除できなかった部分が更に解除される。   As shown in FIG. 14, in this stage, in the upper stage 210, the refrigerant is allowed to flow only in the cooling pipes 414 and 418 without flowing in the cooling pipes 412 and 416, and in the lower stage 220, the refrigerant is passed through the cooling pipes 312 and 316. The substrate-substrate holder unit may be cooled by flowing the refrigerant only through the cooling pipes 314 and 318 without flowing the refrigerant. In this case, the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 can form a temperature gradient only in the plane. The substrate-substrate holder unit is deformed into a wave shape as shown in FIG. Due to the above-described thermal stress, particularly shear stress, the portion of the substrate 206 that is fixed to the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 that cannot be released in the previous stage is further released.

この段階において、基板−基板ホルダユニットを挟む上ステージ２１０と下ステージ２２０に互いに反対向きに冷媒を流すことによって、温度勾配を形成してもよい。例えば、図６に示すステージにおける４本の冷却管について、上ステージ２１０では、左から右に冷媒を流し、下ステージ２２０では、右から左に冷媒を流すと、同じステージにおける冷媒の入口と出口の間に温度勾配が形成される。なお、上ステージ２１０と下ステージ２２０において、冷媒を流す方向が逆であるので、冷媒の入口と出口の温度差により、基板−基板ホルダユニットの厚さ方向にも温度勾配が形成される。   In this stage, a temperature gradient may be formed by flowing a coolant in opposite directions to the upper stage 210 and the lower stage 220 that sandwich the substrate-substrate holder unit. For example, with respect to the four cooling pipes in the stage shown in FIG. 6, if the refrigerant flows from left to right in the upper stage 210 and the refrigerant flows from right to left in the lower stage 220, the refrigerant inlet and outlet in the same stage A temperature gradient is formed during In the upper stage 210 and the lower stage 220, the direction in which the refrigerant flows is opposite, so that a temperature gradient is also formed in the thickness direction of the substrate-substrate holder unit due to the temperature difference between the inlet and the outlet of the refrigerant.

冷却管が長いほど、この方法により形成できる温度勾配が大きい。その温度勾配により基板−基板ホルダユニットに熱応力及びせん断応力を誘起して、基板２０６と上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４との固着であって、前の段階によって解除できなかった部分が更に解除される。   The longer the cooling tube, the greater the temperature gradient that can be formed by this method. Thermal stress and shear stress are induced in the substrate-substrate holder unit by the temperature gradient, and the substrate 206 and the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 are fixed to each other. Canceled.

上述の各段階において、上基板ホルダ２０２に設けられた永久磁石２４４は、下基板ホルダ２０４に設けられた吸着子２５４を磁力により吸着して、上基板ホルダ２０２と下基板ホルダ２０４とを結合させ、上基板ホルダ２０２と下基板ホルダ２０４との間に保持された基板２０６の位置を維持する。基板−基板ホルダユニットが熱変形する場合にも、板ばね２５６が弾性変形によって熱変形を吸収して、結合を維持できるので、基板２０６の大きな位置ずれを防ぐことができる。   In each of the above-described steps, the permanent magnet 244 provided on the upper substrate holder 202 adsorbs the attractor 254 provided on the lower substrate holder 204 by a magnetic force to couple the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 together. The position of the substrate 206 held between the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 is maintained. Even when the substrate-substrate holder unit is thermally deformed, the leaf spring 256 can absorb the heat deformation by elastic deformation and maintain the coupling, so that a large displacement of the substrate 206 can be prevented.

最後に 基板２０６を取り出す（Ｓ０６０）。段階Ｓ０６０において、下ステージ２２０がピストン２３２に伴って降下して、基板２０６に加えた圧力を解除する。ピストン２３２が更に降下して、ロボットアームにより基板−基板ホルダユニットを出し入りできる位置で停止する。ロボットアームは、加熱加圧装置１４０から基板−基板ホルダユニットを取り出して、冷却装置１５０に装填して更に冷却する。その後、本接合された基板２０６が上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４から分離され、個片化されて、３次元積層半導体装置が完成する。   Finally, the substrate 206 is taken out (S060). In step S060, the lower stage 220 descends with the piston 232 to release the pressure applied to the substrate 206. The piston 232 further moves down and stops at a position where the substrate-substrate holder unit can be taken in and out by the robot arm. The robot arm takes out the substrate-substrate holder unit from the heating / pressurizing device 140, and loads it into the cooling device 150 to further cool it. Thereafter, the main bonded substrate 206 is separated from the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 and separated into individual pieces to complete a three-dimensional stacked semiconductor device.

上述の基板剥離方法において、段階Ｓ０３０、Ｓ０４０及びＳ０５０の何れか一つの段階だけを実施してもよく、何れかの二つの段階を組み合わせてもよく、各段階を実施する順序を入れ替えてもよく、何れかの段階を数回繰り返してもよい。   In the substrate peeling method described above, only one of steps S030, S040, and S050 may be performed, any two steps may be combined, or the order of performing each step may be changed. Any of the steps may be repeated several times.

段階Ｓ０３０、Ｓ０４０及びＳ０５０は、接合基板２０６の冷却過程を利用して、基板の剥離を実現する。冷却過程において、冷媒液体を飽和温度（沸点）以上の温度で蒸発させ、冷媒が吸収する蒸発熱を利用することが最も冷却効果が大きい。その冷却効果を利用すれば、大きい温度勾配及びそれに起因する大きい熱応力を形成できるので、基板−基板ホルダユニットが飽和温度以上の高い温度にあるときに、段階Ｓ０３０、Ｓ０４０及びＳ０５０を実施することが望ましい。また、段階Ｓ０３０、Ｓ０４０及びＳ０５０は、接合基板製造過程の全体のスループットを考慮して、短時間で実施することが望ましい。例えば、各段階が１分程度でよい。また、基板−基板ホルダユニットに生じる温度勾配は、基板−基板ホルダユニットにおける弾性変形の領域内であることが好ましく、例えば１０℃程度であってよい。   Steps S 030, S 040, and S 050 use a cooling process of the bonding substrate 206 to realize substrate peeling. In the cooling process, it is most effective to evaporate the refrigerant liquid at a temperature equal to or higher than the saturation temperature (boiling point) and use the heat of evaporation absorbed by the refrigerant. If the cooling effect is used, a large temperature gradient and a large thermal stress resulting therefrom can be formed. Therefore, when the substrate-substrate holder unit is at a temperature higher than the saturation temperature, steps S030, S040, and S050 are performed. Is desirable. Further, it is desirable that steps S030, S040, and S050 be performed in a short time in consideration of the overall throughput of the bonded substrate manufacturing process. For example, each stage may be about 1 minute. Further, the temperature gradient generated in the substrate-substrate holder unit is preferably in the region of elastic deformation in the substrate-substrate holder unit, and may be about 10 ° C., for example.

以上、加熱加圧装置１４０を用いて、接合後の基板２０６を上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４から剥離する方法を説明したが、図７に示すフローチャートにおける段階Ｓ０３０以降を、冷却装置１５０を用いて行ってもよい。   As described above, the method of peeling the bonded substrate 206 from the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 using the heating and pressing device 140 has been described. However, the cooling device 150 is changed from step S030 in the flowchart shown in FIG. May be used.

以上、本実施形態によれば、加熱加圧装置１４０において、本接合が完了した後、基板−基板ホルダユニットの温度がロボットアームにより搬送できる温度まで冷却したら、基板−基板ホルダユニットを取り出して、冷却装置１５０に搬入する。そして、冷却装置１５０において、前述の基板剥離方法の段階Ｓ０３０からＳ０６０のプロセスを実施することによって、接合後の基板２０６を上基板ホルダ２０２及び下基板ホルダ２０４から剥離することができる。   As described above, according to the present embodiment, after the main bonding is completed in the heating and pressing apparatus 140, when the temperature of the substrate-substrate holder unit is cooled to a temperature that can be transported by the robot arm, the substrate-substrate holder unit is taken out, It is carried into the cooling device 150. Then, in the cooling device 150, the bonded substrate 206 can be peeled from the upper substrate holder 202 and the lower substrate holder 204 by performing the processes of steps S030 to S060 of the substrate peeling method described above.

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。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又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。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The execution order of each process such as operation, procedure, step, and stage in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the specification, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for the sake of convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

１００ 基板貼り合せ装置、１０２ ロボットアーム、１１０ 真空室、１２０ エアロックチャンバ、１２２ シャッタ、１２４ シャッタ、１３０ ロボットアーム、１４０ 加熱加圧装置、１５０ 冷却装置、２００ 断熱室、２０２ 上基板ホルダ、２０４ 下基板ホルダ、２０６ 基板、２１０ 上ステージ、２１２ 上温度調整部、２２０ 下ステージ、２２２ 下温度調整部、２３０ 昇降部、２３２ ピストン、２３４ シリンダ、２４２ 上基板ホルダ本体、２４４ 永久磁石、２４６ 電圧印加端子、２５２ 下基板ホルダ本体、２５４ 吸着子、２５６ 板ばね、３０２ ヒータプレート、３０４ ヒータプレート、３０６ ヒータプレート、３１２ 冷却管、３１４ 冷却管、３１６ 冷却管、３１８ 冷却管、４１２ 冷却管、４１４ 冷却管、４１６ 冷却管、４１８ 冷却管、５０２ 曲線、５０４ 曲線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Substrate bonding apparatus, 102 Robot arm, 110 Vacuum chamber, 120 Air lock chamber, 122 Shutter, 124 Shutter, 130 Robot arm, 140 Heating and pressurizing device, 150 Cooling device, 200 Heat insulation chamber, 202 Upper substrate holder, 204 Bottom Substrate holder, 206 Substrate, 210 Upper stage, 212 Upper temperature adjustment unit, 220 Lower stage, 222 Lower temperature adjustment unit, 230 Lifting unit, 232 Piston, 234 cylinder, 242 Upper substrate holder body, 244 Permanent magnet, 246 Voltage application terminal , 252 Lower substrate holder main body, 254 Adsorber, 256 Leaf spring, 302 Heater plate, 304 Heater plate, 306 Heater plate, 312 Cooling pipe, 314 Cooling pipe, 316 Cooling pipe, 318 Cooling pipe, 412 Cooling pipe, 414 Cooling Rejection pipe, 416 cooling pipe, 418 cooling pipe, 502 curve, 504 curve

Claims (9)

基板を保持したホルダを加熱する加熱工程と、
加熱された前記ホルダを、温度勾配をつけて冷却することにより、前記基板を前記ホルダから剥離する剥離工程と
を備える基板剥離方法。 A heating step of heating the holder holding the substrate;
A substrate peeling method comprising: a peeling step of peeling the substrate from the holder by cooling the heated holder with a temperature gradient. 前記加熱工程は、
一対の前記ホルダで複数の前記基板を厚み方向に挟んで保持する工程と、
前記一対のホルダ及び前記複数の基板を加熱する工程と、
前記一対のホルダを加圧することにより前記複数の基板を貼り合わせる工程と
を有する請求項１に記載の基板剥離方法。 The heating step includes
Holding a plurality of the substrates in the thickness direction with a pair of holders;
Heating the pair of holders and the plurality of substrates;
The substrate peeling method according to claim 1, further comprising a step of bonding the plurality of substrates by pressing the pair of holders. 前記剥離工程は、前記一対のホルダの一方を冷却することにより、前記一対のホルダの前記厚み方向に温度勾配をつけて、前記一対のホルダから前記複数の基板を剥離する請求項２に記載の基板剥離方法。   The said peeling process attaches a temperature gradient to the said thickness direction of the said pair of holder by cooling one side of the said pair of holder, The said several board | substrate is peeled from the said pair of holder. Substrate peeling method. 前記剥離工程は、さらに、前記一対のホルダの他方を冷却することにより、前記一対のホルダの前記厚み方向に温度勾配をつけて、前記一対のホルダから前記複数の基板を剥離する請求項３に記載の基板剥離方法。   The peeling step further includes cooling the other of the pair of holders to create a temperature gradient in the thickness direction of the pair of holders and peeling the plurality of substrates from the pair of holders. The board | substrate peeling method of description. 前記ホルダが静電吸着により前記基板を保持する工程をさらに有し、
前記剥離工程において、前記一対のホルダの前記静電吸着が解除されている請求項３又は４に記載の基板剥離方法。 The holder further holds the substrate by electrostatic attraction;
The substrate peeling method according to claim 3 or 4, wherein, in the peeling step, the electrostatic adsorption of the pair of holders is released. 前記剥離工程において、前記一対のホルダの前記厚み方向に直交する方向にさらに温度勾配をつけて、前記一対のホルダの少なくとも一方を冷却する請求項２から５のいずれかに記載の基板剥離方法。   6. The substrate peeling method according to claim 2, wherein, in the peeling step, at least one of the pair of holders is cooled by further providing a temperature gradient in a direction orthogonal to the thickness direction of the pair of holders. 前記剥離工程において、前記一対のホルダをそれぞれ支持する一対のステージに互いに反対向きに冷却媒体を流す請求項６に記載の基板剥離方法。   The substrate peeling method according to claim 6, wherein in the peeling step, a cooling medium is caused to flow in opposite directions to a pair of stages that respectively support the pair of holders. 前記剥離工程において、前記一対のホルダは互いに磁石により連結されている請求項２から７のいずれかに記載の基板剥離方法。   The substrate peeling method according to claim 2, wherein in the peeling step, the pair of holders are connected to each other by a magnet. 基板を保持したホルダを加熱する加熱部と、
加熱された前記ホルダを、温度勾配をつけて冷却する冷却部と
を備え、
前記ホルダを、温度勾配をつけて冷却することにより、前記基板を前記ホルダから剥離する基板剥離装置。 A heating unit for heating the holder holding the substrate;
A cooling unit that cools the heated holder with a temperature gradient;
A substrate peeling apparatus for peeling the substrate from the holder by cooling the holder with a temperature gradient.
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