JP2011082367A

JP2011082367A - 加圧加熱モジュール

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Publication number: JP2011082367A
Application number: JP2009233884A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Izumi; 重人泉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】ウェハの直径が大きくなる傾向にある近年、重ねあわされる互いのウェハ全面において均一に加圧加熱することが困難になってきている。
【解決手段】ウェハを加圧加熱する加圧加熱モジュールは、軸方向に押圧力を発生させるアクチュエータに接続された支柱部と、押圧力を受けた支柱部に押圧されるヒータプレートと、ヒータプレートに押圧及び加熱されるステージ部を備え、支柱部がヒータプレートを押圧する第１の押圧面は、ヒータプレートがステージを押圧する第２の押圧面より小さい。
【選択図】図５

Description

本発明は、加圧加熱モジュールに関する。

半導体装置の実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、複数の半導体チップを積層させた立体構造がある。特に、半導体基板であるウェハの状態で複数枚を積層して、接合した後に個片化する手順により製造される半導体チップが、その生産性の高さから、近年注目を集めている。２枚のウェハを重ね合わせて接合する場合、互いの電極同士を接触させて加熱および加圧する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５−３０２８５８号公報

ウェハの直径が大きくなる傾向にある近年、重ねあわされる互いのウェハ全面において均一に加圧加熱することが困難になってきている。ウェハに加えられる圧力、温度に分布が生じると回路領域ごとに接合条件が異なることになり、一部の領域では過加圧による破損を招き、一部の領域では圧不足、温度不足による接触不良を招く。特に、ウェハ自体にも厚さのばらつきが存在するので、このようなばらつきも吸収した上で、ウェハ全体を均一に加圧加熱できる装置が望まれている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における加圧加熱モジュールは、軸方向に押圧力を発生させるアクチュエータに接続された支柱部と、押圧力を受けた支柱部に押圧されるヒータプレートと、ヒータプレートに押圧及び加熱されるステージ部を備え、支柱部がヒータプレートを押圧する第１の押圧面は、ヒータプレートがステージを押圧する第２の押圧面より小さい。

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。

貼り合わせ装置の全体構造を模式的に示す平面図である。基板ホルダを上方から見下ろした様子を示す斜視図である。基板ホルダを下方から見上げた様子を示す斜視図である。加圧装置の全体構造を模式的に示す正面図である。下部加圧モジュールの構造を概略的に示す断面図である。ヒータプレートの形状および配置を示す下部ヒートモジュールの上面図である。ヒータプレート、フレームおよび支柱部の位置関係を示す下部ヒートモジュールの上面図である。ロードセルの上面図と正面図である。電熱ヒータの配線を説明する断面図である。昇降モジュールの構造を概略的に示す断面図である。下部サブルームの体積を増加させてメインピストンを上昇させた様子を示す断面図である。

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。

図１は、加圧装置２４０を含む貼り合わせ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。貼り合わせ装置１００は、共通の筐体１０１の内部に形成された大気環境部１０２および真空環境部２０２を含む。

大気環境部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、制御盤１２０とを有する。貼り合わせ装置１００に含まれる各装置の各要素は、貼り合わせ装置１００全体の制御および演算を司る制御盤１２０、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御を行うことにより動作する。また、制御盤１２０は、貼り合わせ装置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。更に、制御盤１２０は、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、貼り合わせ装置１００において接合される基板１８０、あるいは、貼り合わせ装置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を一括して貼り合わせ装置１００に装填できる。また、貼り合わせ装置１００において接合された基板１８０を一括して回収できる。

大気環境部１０２は、筐体１０１の内側にそれぞれ配された、プリアライナ１３０、仮接合装置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、貼り合わせ装置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、仮接合装置１４０の精度が安定するので、位置決めを精確にできる。

仮接合装置１４０は、対向する２枚の基板１８０に対して精確に位置合わせを行い、互いに重ね合わせる装置であるので、その調整範囲は非常に狭い。そこで、仮接合装置１４０への搬入に先立ち、仮接合装置１４０の調整範囲に基板１８０の位置が収まるように、プリアライナ１３０で個々の基板１８０の位置をおよそ把握する。仮接合装置１４０へは、プリアライナ１３０でおよそ把握した位置に基づいて向きを調整しつつロボットアーム１７２へ搬入する。これにより、仮接合装置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。なお、基板ホルダ１９０は、静電吸着により基板１８０を保持するが、具体的な構成については後述する。

仮接合装置１４０は、固定ステージ１４１、移動ステージ１４２および干渉計１４４を含む。また、仮接合装置１４０を包囲して断熱壁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等に連通して温度管理され、仮接合装置１４０における位置合わせ精度を維持する。

仮接合装置１４０において、移動ステージ１４２は、基板１８０または基板１８０を保持した基板ホルダ１９０を搬送する。これに対して、固定ステージ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。

基板取り外し部１６０は、後述する加圧装置２４０から搬出された基板ホルダ１９０から、当該基板ホルダ１９０に挟まれて接合された基板１８０を取り出す。基板ホルダ１９０から取り出された基板１８０は、ロボットアーム１７２、１７１および移動ステージ１４２により基板カセット１１３に戻されて収容される。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に戻されて待機する。

なお、貼り合わせ装置１００に装填される基板１８０は、既に回路パターンが複数周期的に形成されている単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ等である。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。

一対のロボットアーム１７１、１７２のうち、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および仮接合装置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。

一方、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、仮接合装置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およびエアロックチャンバ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に対する基板ホルダ１９０の搬入および搬出も担う。

真空環境部２０２は、断熱壁２１０、エアロックチャンバ２２０、ロボットアーム２３０および複数の加圧装置２４０を有する。断熱壁２１０は、真空環境部２０２を包囲して、真空環境部２０２の高い内部温度を維持すると共に、真空環境部２０２の外部への熱輻射を遮断する。これにより、真空環境部２０２の熱が大気環境部１０２に及ぼす影響を抑制できる。

ロボットアーム２３０は、加圧装置２４０のいずれかとエアロックチャンバ２２０との間で基板１８０および基板ホルダ１９０を搬送する。エアロックチャンバ２２０は、大気環境部１０２側と真空環境部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が大気環境部１０２から真空環境部２０２に搬入される場合、まず、大気環境部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をエアロックチャンバ２２０に搬入する。次に、大気環境部１０２側のシャッタ２２２が閉じられ、真空環境部２０２側のシャッタ２２４が開かれる。

エアロックチャンバ２２０にはヒータ２２１が設けられており、搬入される基板１８０および基板ホルダ１９０は、加圧装置２４０で加圧加熱されるに先立って、ヒータ２２１で予備加熱される。すなわち、エアロックチャンバ２２０において雰囲気を交換する時間を利用して、加圧装置２４０に搬入される前に基板１８０および基板ホルダ１９０をある程度温めることで、加圧装置２４０のスループットを向上させる。なお、エアロックチャンバ２２０内の加熱は、基板１８０および基板ホルダ１９０がエアロックチャンバ２２０に搬入される前から行うことが好ましい。これにより、基板１８０および基板ホルダ１９０をエアロックチャンバ２２０に滞留させる時間を短縮できる。

続いて、ロボットアーム２３０が、エアロックチャンバ２２０から基板１８０および基板ホルダ１９０を搬出して、加圧装置２４０のいずれかに装入する。加圧装置２４０は、基板ホルダ１９０に挟まれた状態で加圧装置２４０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。具体的な処理及び構成については後述する。

加圧装置２４０は、基板１８０および基板ホルダ１９０を加圧する本体と、本体を配置する加圧チャンバとを含む。また、ロボットアーム２３０は、ロボットアームチャンバに設置される。すなわち、真空環境部２０２を構成する複数の加圧チャンバ、ロボットアームチャンバ、エアロックチャンバ２２０は、それぞれ個別に仕切られ、別々に雰囲気を調整することができる。また、図に示すように、真空環境部２０２は、ロボットアームチャンバを中心として、複数の加圧チャンバとエアロックチャンバ２２０が円周方向に並べて配置されている。

真空環境部２０２から大気環境部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、真空環境部２０２の内部雰囲気を大気環境部１０２側に漏らすことなく、基板１８０および基板ホルダ１９０を真空環境部２０２に搬入または搬出できる。

なお、複数の加圧装置２４０の一つを冷却装置に置き換えることもできる。このとき、冷却装置を設置する冷却チャンバもロボットアームチャンバの周囲に配置される。冷却装置は、加圧装置２４０で熱せられた基板１８０および基板ホルダ１９０が搬入され、これらを一定の温度まで冷やす役割を担う。冷却装置は、熱せられた基板１８０および基板ホルダ１９０が搬入されるに先立って、冷却チャンバを予め冷却しておくことが好ましい。

ここで、２枚の基板１８０が重ね合わされて一体化されるまでの流れを簡単に説明する。貼り合わせ装置１００が稼動を開始すると、ロボットアーム１７１により基板１８０が一枚ずつプリアライナ１３０に搬入され、プリアラインされる。このとき、まず、接合面が下向きとなる基板１８０からプリアラインを行う。プリアラインに並行して、ロボットアーム１７２は、基板１８０を保持する面を下向きにして収納されている基板ホルダ１９０を基板ホルダラック１５０から取り出し、載置面が下向きである固定ステージ１４１に搬送する。固定ステージ１４１は、搬送されてきた基板ホルダ１９０を真空吸着により固定する。なお、固定ステージ１４１は、移動ステージ１４２よりも上方に位置する。

その後、ロボットアーム１７１は、プリアラインされた基板１８０をプリアライナーから取り出し、搬送途中で反転機構を用いて接合面を下向きにして、移動ステージ１４２から突出された複数のプッシュアップピン上に仮置きする。プッシュアップピン上に仮置きされた基板１８０は、プッシュアップピンによって固定ステージ１４１側に持ち上げられて、既に固定ステージ１４１に固定されている基板ホルダ１９０の載置面に押し当てられる。基板ホルダ１９０は、固定ステージ１４１から電力を供給されて、基板１８０を静電吸着して固定する。

次に接合面が上向きとなる基板１８０がプリアラインされる。これに並行して、ロボットアーム１７２は、基板１８０を保持する面が上向きである基板ホルダ１９０を基板ホルダラック１５０から取り出し、載置面が上向きである移動ステージ１４２に搬送する。移動ステージ１４２は、搬送されてきた基板ホルダ１９０を真空吸着により固定する。なお、基板１８０を保持する面が上向きである基板ホルダ１９０が移動ステージ１４２に搬送されるときには、プッシュアップピンは、移動ステージ１４２のステージ面から退避している。

その後、ロボットアーム１７１は、プリアラインされた基板１８０をプリアライナーから取り出し、既に移動ステージ１４２に固定されている基板ホルダ１９０の載置面に載置する。基板ホルダ１９０は、移動ステージ１４２から電力を供給されて、基板１８０を静電吸着して固定する。このようにして、それぞれのステージに基板ホルダ１９０と基板１８０が、互いの接合面が対向するように固定される。

互いの接合面が対向するように固定されると、移動ステージ１４２を、干渉計１４４によりその位置を監視しつつ精密に移動させて、載置された基板１８０の接合面を固定ステージ１４１に保持された基板１８０の接合面に対して位置合わせする。位置合わせが完了すると、移動ステージ１４２を固定ステージ１４１側へ移動させ、接合面同士を接触させて仮接合する。仮接合は、向かい合う２つの基板ホルダ１９０のそれぞれに設けられた吸着機構を作用させて一体化することにより実現する。

仮接合されて一体化された２つの基板１８０と２つの基板ホルダ１９０は、ロボットアーム１７２によりエアロックチャンバ２２０に搬送される。エアロックチャンバ２２０に搬送された基板１８０および基板ホルダ１９０は、ロボットアーム２３０により加圧装置２４０に装入される。

加圧装置２４０において加熱および加圧されることにより、２つの基板１８０は互いに接合されて恒久的に一体となる。その後、基板１８０および基板ホルダ１９０は、真空環境部２０２から搬出されて、基板取り外し部１６０に運び込まれ、基板取り外し部１６０で基板１８０と基板ホルダ１９０は互いに分離される。

貼り合わされた基板１８０は、基板カセット１１３に搬送して収容される。この場合、移動ステージ１４２は、ロボットアーム１７２からロボットアーム１７１への搬送にも携わる。また、基板ホルダ１９０は、ロボットアーム１７２により基板ホルダラック１５０へ戻される。

次に、基板ホルダ１９０について説明する。図２は、基板ホルダ１９０を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。図では、基板ホルダ１９０の上面に基板１８０が保持されている。また、図３は、基板ホルダ１９０を下方から見上げた様子を示す斜視図である。

基板ホルダ１９０は、ホルダ本体１９１、吸着子１９２および電圧印加端子１９４を有して、全体としては基板１８０よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体１９１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る。吸着子１９２は、強磁性体により形成され、基板１８０を保持する保持面において、保持した基板１８０よりも外側である外周領域に複数配される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個の吸着子１９２が配されている。電圧印加端子１９４は、基板１８０を保持する面の裏面に埋設される。

ホルダ本体１９１は、その保持面において高い平面性を有する。また、ホルダ本体１９１は、保持した基板１８０を静電吸着する領域の外側に、ホルダ本体１９１を表裏に貫通して形成された、それぞれ複数の位置決め穴１９３を有する。更に、ホルダ本体１９１は、保持した基板１８０を静電吸着する領域の内側に、ホルダ本体１９１を表裏に貫通して形成された、複数の挿通孔１９５を有する。挿通孔１９５にはプッシュアップピンが挿通され、基板１８０を基板ホルダ１９０から離脱させることができる。

位置決め穴１９３は、固定ステージ１４１等に設けられている位置決めピンに嵌合して、基板ホルダ１９０の位置決めに利用される。吸着子１９２は、保持面と略同じ平面内に上面が位置するように、ホルダ本体１９１に形成された陥没領域に配設される。電圧印加端子１９４は、ホルダ本体１９１の裏面に埋め込まれる。電圧印加端子１９４を介して電圧を供給することにより、基板ホルダ１９０と基板１８０との間に電位差を生じさせて、基板１８０を基板ホルダ１９０に静電吸着する。固定ステージ１４１等にはそれぞれ電圧供給端子が設けられており、基板１８０と基板ホルダ１９０の静電吸着を維持できる。

移動ステージ１４２に載置する基板ホルダ１９０と、固定ステージ１４１に載置する基板ホルダ１９０は、若干構成が異なる。具体的には、吸着子１９２に替えて、吸着子１９２に対向するように複数のマグネットが配されている。吸着子１９２とマグネットが結合することにより、２枚の基板１８０を挟持して２つの基板ホルダ１９０が一体化される。以下、一体化された２枚の基板１８０と２つの基板ホルダ１９０を基板ホルダ対と呼ぶ。

次に加圧装置２４０の構造について詳細に説明する。図４は、加圧装置２４０の全体構造を模式的に示す正面図である。加圧装置２４０は、上述のように真空環境下に調整された加圧チャンバ内に設置されている。加圧装置２４０は、天井側に設置される上部トッププレート３１、上部ヒートモジュール４１および上部圧力制御モジュール５１と、床面側に設置される下部トッププレート３２、下部ヒートモジュール４２、下部圧力制御モジュール５２および昇降モジュール６０によって構成される。上部トッププレート３１、上部ヒートモジュール４１および上部圧力制御モジュール５１は、上部加圧モジュールを形成し、下部トッププレート３２、下部ヒートモジュール４２および下部圧力制御モジュール５２は、下部加圧モジュールを形成する。なお、本実施形態においては、上部ヒートモジュール４１および下部ヒートモジュール４２により、上部トッププレート３１および下部トッププレート３２を加熱する機能を有するので、上部加圧モジュールおよび下部加圧モジュールは、それぞれ加熱モジュールとしての役割も同時に担うことができる。

下部トッププレート３２には、２枚の基板１８０を挟持して２つの基板ホルダ１９０が一体化された基板ホルダ対が、ロボットアーム２３０によって搬入され、載置される。基板ホルダ対は、昇降モジュール６０が上昇することにより上部トッププレート３１と接触し、上部加圧モジュールと下部加圧モジュールに挟さまれて加圧、加熱される。

対向して設置される上部加圧モジュールと下部加圧モジュールは、同一の構造を備えるモジュールである。そこで、下部加圧モジュールを代表としてその構造を以下に説明する。

図５は、下部加圧モジュールの構造を概略的に示す断面図である。なお、図は主要な構造物を簡略化して一部を省略しつつ示す。

基板ホルダ体を載置するステージ部としての役割を担う下部トッププレート３２は、炭化珪素からなる円形状のプレートであり、周縁部において下部ヒートモジュール４２にビス止めされる。下部ヒートモジュール４２は、円筒形状の内部に、下部トッププレート３２の基板ホルダ体を載置する面とは反対側の面において接する複数のヒータプレート４０１、４０２、４０３を備えて構成される。ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、加熱部であり、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４０４が埋め込まれている。電熱ヒータ４０４は導線４０５により電力が供給されるが、その被覆としては高熱に耐えられるように、例えばセラミックにより形成されるビーズ４０６が用いられる。ビーズ４０６は、複数個連なって導線４０５を貫通させ、加熱空間から非加熱空間へ導出する。

ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、加熱制御時には電熱ヒータ４０４により加熱されてその熱を下部トッププレート３２へ伝達させる。また、加熱終了後の冷却制御時には、クーラとして機能する冷却管４０７により冷却される。ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、下部トッププレート３２の中心を通る中心軸から放射状に形成されたフレーム４１０により支持、固定されている。

フレーム４１０は、複数の支柱部４１１によりその軸方向の一端に連結されて支持されている。そして、各々の支柱部４１１の他端は、それぞれロードセル４１２に連結されている。それぞれのロードセル４１２は、支柱部４１１が連結される面とは反対側の面において、下部圧力制御モジュール５２の主要な要素である中空加圧部５０１の外側で接するように設置される。ロードセル４１２は、圧力検出部であり、中空加圧部５０１と支柱部４１１に介在して中空加圧部５０１が支柱部４１１を押圧する圧力を検出する。

下部ヒートモジュール４２の内部空間は、下部トッププレート３２の基板ホルダ対の載置面に対して平行に設置される遮熱プレート４２０により、上下に加熱空間と非加熱空間に分割される。遮熱プレート４２０は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３によって熱せられる加熱空間の熱を、高温を嫌う中空加圧部５０１、ロードセル４１２等が設置される非加熱空間へできる限り伝えない機能を担う仕切り板である。遮熱プレート４２０には、支柱部４１１を貫通させる貫通孔が設けられている。すなわち、支柱部４１１は加熱空間と非加熱空間にまたがって存在する。また、遮熱プレート４２０には、導線４０５を貫通させる貫通孔も設けられており、その貫通孔の周囲には、導線４０５を貫通孔から引き出す方向とは異なる方向へ導出させるキャップ４２１が設置されている。

遮熱プレート４２０と中空加圧部５０１の間には、遮熱プレート４２０と平行に、熱反射板４２２が互いに離間して複数設置される。熱反射板４２２にも、遮熱プレート４２０と同様に、支柱部４１１を貫通させる貫通孔が設けられている。これらの熱反射板４２２は、例えばアルミニウムなどの金属板により形成される。そして、少なくともその１枚の加熱空間側の表面には、下部トッププレート３２の目標加熱温度近傍の輻射線の波長を反射する多層膜が形成される。下部トッププレート３２の目標加熱温度は、例えばウェハである基板１８０を接合する場合には４５０℃〜５００℃である。熱反射板４２２は、目標加熱温度に応じて取り替えられるように構成しても良い。これにより、ヒータプレート４０１、４０２、４０３から中空加圧部５０１への熱の伝達を緩和することができる。また、遮熱プレート４２０と平行に設けるだけでなく、支柱部４１１の軸方向と平行にも設けても良い。これにより下部ヒートモジュール４２から外部への熱漏れも緩和することができる。

中空加圧部５０１は、ゴムシート等から形成される袋状の圧力制御部であり、その内部は、流体により充填されている。流体としては、空気、水、オイルが用いられる。例えば、環境特性に優れたハイドロフルオロエーテルなどが用いられる。そして、内部に充填する流体量を、中空加圧部５０１と供給管５０３とに設置されたバルブ５０２を制御することにより調整する。具体的には、供給管５０３の他端は、図示しないポンプに接続されており、バルブ５０２と共にポンプを制御することで、中空加圧部５０１の内部の流体量を増減させる。中空加圧部５０１は、内部の流体量により膨張または収縮する。特に、下部圧力制御モジュール５２が昇降モジュール６０から受ける圧力との関係において、バルブ５０２を介して内部に流入出させる流体量を調整すると、複数のロードセル４１２と接する面を、フラットにしたり、周縁部を凸状にしたり、中心部を凸状にコントロールすることができる。

中空加圧部５０１は、ゴムシートのような弾性素材により袋を形成するだけでなく、例えば、複数のロードセル４１２と接する面側を変形板とし、昇降モジュール６０側と外周側を高剛性板として形成する箱状の形態であっても良い。このような形態であっても、内部を気密な袋状に保てば、外部から出入させる流体を制御して内圧を調整することができ、ロードセル４１２と接する面に対して圧力をコントロールすることができる。

次に、ヒータプレート４０１、４０２、４０３の形状および配置について説明する。図６は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３の形状および配置を示す下部ヒートモジュール４２の上面図である。

図示するように、下部トッププレート３２の中心を通る中心軸を中心として、真中に位置する円形のヒータプレート４０１が１個、その外周部に扇形のヒータプレート４０２が６個、さらにその外周部に扇形のヒータプレート４０３が１２個配置されている。ヒータプレート４０２、４０３の扇形は、中心のヒータプレート４０１と同心円の弧を有する。

ヒータプレート４０１、４０２、４０３によって覆われる平面領域は、下部トッププレート３２に載置される基板ホルダ１９０の載置面に対応する領域よりも広い。これにより、基板ホルダ１９０の裏面に対して均一に加熱することができる。また、ヒータプレート４０１、４０２、４０３のそれぞれは、互いに平行を保って離間して配置される。これにより、ヒータプレート４０１、４０２、４０３がそれぞれに埋め込まれている電熱ヒータ４０４により熱せられて膨張しても、互いに接触することを回避できる。互いの間隔は、目標加熱温度等によって予め設定されるが、例えば、ヒータプレート４０１、４０２、４０３が銅により形成され、下部トッププレート３２の径が約３３０ｍｍであって、目標加熱温度が４５０℃である場合には、１ｍｍ程度に設定される。

また、それぞれのヒータプレート４０１、４０２、４０３の加熱面は、互いに同じ面積を有する。したがって円形および扇形の形状は、互いに同じ面積となるように径、中心角等が設計される。また、図の例では径方向を３段に設定してそれぞれ個数を定めたが、径方向の段数も、一段あたりの個数も任意に設定することができる。さらにそれぞれのヒータプレート４０１、４０２、４０３の厚さも同一とすれば、それぞれの熱容量も同一となるので、より好ましい。

クーラとして機能する冷却管４０７は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３のひとつ以上を冷却するように配管される。例えば、図示するようにヒータプレート４０２、４０３のいずれかと接するように冷却管４０７としてのパイプが張り巡らされ、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。パイプの素材としては、ヒータプレート４０１、４０２、４０３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、パイプの素材として適用できる。

図７は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３、フレーム４１０および支柱部４１１の位置関係を示す下部ヒートモジュール４２の上面図である。フレーム４１０は、中心部分に設けられた円環部から放射状に複数の腕部を伸ばした形状をなす。そして、円環部でビス４０８によりヒータプレート４０１を固定し、腕部で同様にビス４０８によりヒータプレート４０２、４０３を固定している。ビス４０８は、図示するように、それぞれのヒータプレート４０１、４０２、４０３において中心線上、回転対称または左右対称となる位置に配置することが好ましい。

中空加圧部５０１からの圧力は、複数の支柱部４１１およびフレーム４１０を介してヒータプレート４０１、４０２、４０３に伝達される。そして、ヒータプレート４０１、４０２、４０３が下部トッププレート３２を押圧すると共に加熱する。中空加圧部５０１を支柱部４１１の軸方向に押圧力を発生させるアクチュエータとみなせば、この押圧力は、例えば一つのヒータプレート４０２を押圧する支柱部４１１に着目すると、支柱部４１１→ヒータプレート４０２→下部トッププレート３２の順に伝達される。そして、その押圧面の関係について言えば、支柱部４１１がヒータプレート４０２に対して押圧する押圧面は、ヒータプレート４０２が下部トッププレート３２に対して押圧する押圧面よりも小さい。つまり、押圧力は伝達する方向に向かって広がりつつ伝えられる。換言すれば、局在的な圧力が、徐々に分散されて伝えられる。このようにして中空加圧部５０１で発生させた圧力を下部トッププレート３２へ伝えることにより、下部トッププレート３２上に均一な押圧力を発生させる、あるいは、基板１８０の全体を均一に加圧できるように下部トッププレート３２上に意図的ななだらかな圧力分布を発生させることができる。なお、本実施形態においては、ヒータプレート４０１、４０２、４０３と支柱部４１１の間にはフレーム４１０が介在するが、それぞれの支柱部４１１近傍に着目すれば、局在的な圧力が徐々に分散されて伝えられることに変わりはない。

また、本実施形態においては、内部の流体量を調整することにより膨張または収縮する単一の中空加圧部５０１を用いて複数の支柱部４１１を押圧する構成を説明するが、支柱部４１１のそれぞれを個別に押圧するアクチュエータを用いて構成する場合にも応用できる。すなわち、アクチュエータによって発生される押圧力が局在的であっても、徐々に押圧力を分散させて、広い面で下部トッププレート３２を押圧することができる。

次に、中空加圧部５０１の外側で接して、支柱部４１１との間に介在するロードセル４１２について説明する。図８は、ロードセル４１２の上面図と正面図である。ロードセル４１２の上面の２箇所に圧電素子である歪みゲージ４１３を貼着し、同様に下面にも２箇所に歪みゲージ４１３を貼着する。４箇所に貼着された歪みゲージの出力線は、側面の端子部４１４にまとめられて、導線４１５を介して外部へ接続される。

上面の中心付近には、支柱部４１１を連結するビス穴４１６が設けられている。また、ビス穴４１６に対して対称となるように、２つのビス穴４１７が設けられている。このビス穴４１７を介して、ロードセル４１２を中空加圧部５０１に固定する。

このようにして設けられた複数のロードセル４１２の出力を監視することにより、それぞれの支柱部４１１に加えられる圧力を検出することができる。そして、検出された圧力に応じて、中空加圧部５０１の圧力を調整したり、昇降モジュール６０の昇降を調整したりすることができる。また、想定される範囲を超える異常圧力を検出した場合には、加圧を停止する制御を行うこともできる。

また、圧電素子は、圧力が加えられるとその大きさに応じて電位差を生じるので加えられた圧力を検出することができる一方、逆に電力を加えると物理的な変形を生じさせることができる。そこで、支柱部４１１の圧力を検出しつつ、特定の領域に圧力分布が生じたときには、その領域またはその領域以外の領域のロードセル４１２の歪みゲージ４１３に電力を供給して、支柱部４１１に加えられる圧力を増加させるように制御できる。このようにロードセル４１２を補助アクチュエータとして作用させることにより、より精密な圧力制御を実現することができる。特に、下部トッププレート３２に載置された基板ホルダ体を均等に押圧する場合に好適である。なお、ロードセル４１２の配置は上記の位置に限らず、例えば昇降モジュール６０の上に複数設けて、下部圧力制御モジュールに加えれらる圧力に対して圧力を調整するように構成しても良い。

図９は、電熱ヒータ４０４の配線を説明する断面図である。ここでは、ヒータプレート４０１を代表例として説明するが、ヒータプレート４０２、４０３の構成も同様である。

図示するように、ヒータプレート４０１に埋め込まれた電熱ヒータ４０４から導線４０５が引き出されている。それほど高温にならない環境下においては、導線は通常ビニール皮膜により保護されているが、本実施形態においては、ヒータプレート４０１は４５０℃〜５００℃にまで熱せられるので、ビニール皮膜は用いることができない。また、導線周りの加熱空間および非加熱空間は真空雰囲気であるので、真空雰囲気下においてガスを発生する樹脂などの素材を用いることもできない。そこで、加熱空間の温度よりも高い融点を有し、かつ、真空雰囲気下でもガスを発生しない絶縁素材により形成されたビーズ４０６を、導線４０５の保護材として用いる。例えば、素材としてはセラミックが好適である。導線４０５を保護するビーズ４０６は、導線４０５が曲折できるように、導線４０５を貫通させて、加熱空間から非加熱空間に亘り複数個が連なって構成される。

加熱空間と非加熱空間は遮熱プレート４２０により分割されているが、遮熱プレート４２０には、導線４０５を挿通させる貫通孔４２３が設けられている。そして、貫通孔４２３の周縁部には、フランジ４２４が設けられている。フランジ４２４は、導線４０５の挿通方向に折り曲げられて形成された立上部である。貫通孔４２３とフランジ４２４により貫通部を構成する。

ビーズ４０６は、導線４０５が曲折されるように、互いに若干の隙間を持って連なっている。つまり、ビーズ４０６は導線４０５に沿って移動できるよう、それぞれ可動量を有する。ここで、可動量が、貫通部の高さｈよりも大きいと、導線４０５が直接貫通部に接触してしまう恐れがある。そこで、この可動量は、貫通部の高さｈよりも小さくなるように設定されている。

次に昇降モジュール６０の構造について説明する。図１０は、昇降モジュール６０の構造を概略的に示す断面図である。なお、図は主要な構造物を簡略化して一部を省略しつつ示す。

昇降モジュール６０は、上下に２段の構造をとる。下部圧力制御モジュール５２側のメインＥＶ部６１０と床面側のサブＥＶ部６２０である。メインＥＶ部６１０は、ステージ６１１で下部圧力制御モジュール５２に締結される。昇降モジュール６０全体としては、このステージ６１１が床面に対して昇降することにより、下部圧力制御モジュール５２を上下させ、ひいては基板ホルダ体に圧力を加えることができる。

メインＥＶ部６１０は、径の大きな１つのシリンダ−ピストン機構から構成され、サブＥＶ部６２０は、径の小さな３つのシリンダ−ピストン機構が、上方から見たときに円周方向に１２０°間隔に配置されて構成される。ただし、メインＥＶ部６１０とサブＥＶ部６２０は、互いに独立して上下に積み重なったものではなく、相互に作用を及ぼしながらステージ６１１を昇降させるように工夫されている。以下にそれぞれの構造について説明する。

メインＥＶ部６１０は、ステージ６１１をその上面とするメインピストン６１２、メインピストンに外嵌するメインシリンダ６１３、およびメインシリンダ６１３に接続されメインピストン６１２の昇降に追従するベローズ６１４を備える。メインシリンダ６１３とメインピストン６１２の間に形成される空間であるメインルーム６１５は、メインシリンダ６１３が昇降しても気密に保たれる。メインルーム６１５に対しては、メインバルブ６１６が接続されており、外部から流体が流入出される。メインルーム６１５は流体で満たされており、この流体の流入出をメインバルブ６１６を制御することにより、メインルーム６１５の流体量を変化させることができる。メインルーム６１５の流体量を変化させることにより、メインピストン６１２を上下させることができる。

サブＥＶ部６２０は、本実施形態においては上述のように３つ備えるが、それぞれがサブピストン６２１、およびサブピストン６２１に外嵌するサブシリンダ６２４を備える。サブピストン６２１は、メインシリンダ６１３の外側からから、メインシリンダ６１３に設けられたピストンガイド６１７の内部に挿通され、メインルーム６１５内に到達している。そして、メインルーム６１５の内部に位置するサブピストン６２１の先端に、メインピストン６１２と固定する固定部６２２が設けられている。固定部６２２により、サブピストン６２１は、メインピストン６１２に締結されている。

サブピストン６２１は、固定部６２２が設けられる端とは反対の端に、サブシリンダ６２４と外嵌するピストンディスク６２３を備える。そして、サブシリンダ６２４内の空間は、ピストンディスク６２３により、メインシリンダ６１３側に位置する上部サブルーム６２５と、床面側に位置する下部サブルーム６２６とに分割される。

上部サブルーム６２５も下部サブルーム６２６も共に気密に保たれている。そして、上部サブルーム６２５に対しては、上部サブバルブ６２７が接続されており、外部から流体が流入出される。また、下部サブルームに６２６に対しては、下部サブバルブ６２８が接続されており、外部から流体が流入出される。上部サブルーム６２５と下部サブルーム６２６は流体で満たされている。また、上部サブルーム６２５と下部サブルーム６２６の体積の総和は常に一定であるので、上部サブバルブ６２７と下部サブバルブ６２８を協調制御して、上部サブルーム６２５と下部サブルーム６２６の体積比を変化させる。

上部サブルーム６２５の体積を増やせば、下部サブルーム６２６の体積が減少し、サブピストン６２１は下降する。そして、サブピストン６２１はメインピストン６１２に接続されているので、メインピストン６１２も下降する。このとき、メインバルブ６１６も協調制御され、メインピストン６１２の下降に伴うメインルーム６１５の体積減少分だけ流体が外部に放出される。

逆に、下部サブルーム６２６の体積を増やせば、上部サブルーム６２５の体積が減少し、サブピストン６２１は上昇する。そして、メインピストン６１２も上昇する。このとき、メインバルブ６１６も協調制御され、メインピストン６１２の上昇に伴うメインルーム６１５の体積増加分だけ流体をメインルーム６１５内へ流入させる。図１１は、下部サブルーム６２６の体積を増加させてメインピストン６１２を上昇させた様子を示す断面図である。

なお、メインバルブ６１６を用いてメインルーム６１５内の流体量を調整してメインピストン６１２を昇降させるときにも、サブピストン６２１が追従する。したがって、このときにも、上部サブバルブ６２７と下部サブバルブ６２８を協調制御し、サブピストン６２１の追従に伴う上部サブルーム６２５と下部サブルーム６２６の体積変化を許容する。

また、メインルーム６１５、上部サブルーム６２５および下部サブルーム６２６に充填される流体は、空気、水、オイルが用いられる。例えば、環境特性に優れたハイドロフルオロエーテルなどが用いられる。

このように昇降モジュール６０を、メインＥＶ部６１０とサブＥＶ部６２０の２段で構成することにより、ステージ６１１をどのように昇降させたいかにより制御を異ならせることができる。具体的には、所定の速度以上の速さで移動させたいときには、小体積の流入出により大きな変位が得られるサブＥＶ部６２０の流体を制御し、所定の圧力以上の圧力を加えたいときには、大体積の流入出によっても僅かな変位に留まるメインＥＶ部６１０の流体を制御する。また、所定の速度未満の速さで移動させたいときにも、メインＥＶ部６１０の流体を制御すれば良い。

以上の加圧装置２４０の実施形態によれば、詳細に説明した加圧モジュールと同一構造を備える上部加圧モジュールを互いに対向させて配置し、昇降モジュール６０により、下部加圧モジュール上に載置された基板ホルダ体を上部加圧モジュールに接触させて、加圧加熱する。しかし、実施形態はこれに限らず、例えば天井側に上部加圧モジュールを設置する代わりに平面定盤を設置して、単に下方から上方へ押し付ける構造であっても、ある程度の圧力均一性を期待することができる。

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。上記実施の形態に、多様な変更また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。

３１上部トッププレート、３２下部トッププレート、４１上部ヒートモジュール、４２下部ヒートモジュール、５１上部圧力制御モジュール、５２下部圧力制御モジュール、６０昇降モジュール、１００貼り合わせ装置、１０１筐体、１０２大気環境部、１１１、１１２、１１３基板カセット、１２０制御盤、１３０プリアライナ、１４０仮接合装置、１４１固定ステージ、１４２移動ステージ、１４４干渉計、１４５断熱壁、１４６、２２２、２２４シャッタ、１５０基板ホルダラック、１６０基板取り外し部、１７１、１７２、２３０ロボットアーム、１８０基板、１９０基板ホルダ、１９１ホルダ本体、１９２吸着子、１９３位置決め穴、１９４電圧印加端子、１９５挿通孔、２０２真空環境部、２１０断熱壁、２２０エアロックチャンバ、２２１ヒータ、２４０加圧装置、４０１、４０２、４０３ヒータプレート、４０４電熱ヒータ、４０５導線、４０６ビーズ、４０７冷却管、４１０フレーム、４１１支柱部、４１２ロードセル、４１３歪みゲージ、４１４端子部、
４１５導線、４１６、４１７ビス穴、４２０遮熱プレート、４２１キャップ、４２２熱反射板、４２３貫通孔、４２４フランジ、５０１中空加圧部、５０２バルブ、６１０メインＥＶ部、６１１ステージ、６１２メインピストン、６１３メインシリンダ、６１４ベローズ、６１５メインルーム、６１６メインバルブ、６１７ピストンガイド、６２０サブＥＶ部、６２１サブピストン、６２２固定部、６２３ピストンディスク、６２４サブシリンダ、６２５上部サブルーム、６２６下部サブルーム、６２７上部サブバルブ、６２８下部サブバルブ

Claims

軸方向に押圧力を発生させるアクチュエータに接続された支柱部と、
前記押圧力を受けた前記支柱部に押圧されるヒータプレートと、
前記ヒータプレートに押圧及び加熱されるステージ部を備え、
前記支柱部が前記ヒータプレートを押圧する第１の押圧面は、前記ヒータプレートが前記ステージを押圧する第２の押圧面より小さい加圧加熱モジュール。
前記ステージ部は、複数の前記ヒータプレートにより押圧及び加熱される請求項１に記載の加圧加熱モジュール。
複数の前記ヒータプレートを支持するフレームを更に備え、
前記ヒータプレートは、前記フレームを介して前記支柱部に押圧される請求項１または２に記載の加圧加熱モジュール。
前記ヒータプレートの前記第２の押圧面は、それぞれ同じ面積を有する請求項２または３に記載の加圧加熱モジュール。
被処理体を載置する前記ステージ部の載置面は円形であり、前記ヒータプレートの各々の外形は、前記円形の周方向及び径方向に沿って形成される扇形または円形である請求項２から４のいずれか１項に記載の加圧加熱モジュール。
前記ヒータプレートの各々は、同じ熱容量有する請求項２から５のいずれか１項に記載の加圧加熱モジュール。
前記ヒータプレートの少なくとも一つを冷却するクーラを更に備える請求項２から６のいずれか１項に記載の加圧加熱モジュール。
前記クーラは、前記ヒータプレートの少なくとも一つに接するパイプと、前記パイプに循環させる冷媒を備える請求項７に記載の加圧加熱モジュール。
前記パイプは、前記ヒータプレートと同じ線膨張率を有する素材からなる請求項８に記載の加圧加熱モジュール。