JP2011146656A

JP2011146656A - ウェハ処理装置及びデバイスの製造方法

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Publication number: JP2011146656A
Application number: JP2010008466A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 慶一田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-18
Also published as: JP5445160B2

Abstract

【課題】２枚のウェハに加工を加えてから重ね合わせる場合において、製品歩留まりを向上させる目的で、効率的にウェハを加工して重ね合わせる構成が求められている。
【解決手段】第１ウェハを保持する第１ステージと、第１ステージに対向して配置され、第１ステージと対向する面内の少なくとも一方向に第１ステージと相対的に移動する、第２ウェハを保持する第２ステージと、第１ステージに対して相対的に固定され、第２ステージに保持される第２ウェハに対して加工を行う第１加工装置と、第１ステージ及び第２ステージの相対移動時に第１加工装置が第２ウェハに対して行う加工を制御する制御部とを備えるウェハ処理装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ処理装置及びデバイスの製造方法に関する。

デバイス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る場合、互いの表面を顕微鏡で測定しながら位置合わせをする（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５−２５１９７２号公報

２枚のウェハに加工を加えてから重ね合わせる場合において、製品歩留まりを向上させる目的で、効率的にウェハを加工して重ね合わせる構成が求められている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るウェハ処理装置は、第１ウェハを保持する第１ステージと、第１ステージに対向して配置され、第１ステージと対向する面内の少なくとも一方向に第１ステージと相対的に移動する、第２ウェハを保持する第２ステージと、第１ステージに対して相対的に固定され、第２ステージに保持される第２ウェハに対して加工を行う第１加工装置と、第１ステージ及び第２ステージの相対移動時に第１加工装置が第２ウェハに対して行う加工を制御する制御部とを備える。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様に係るデバイスの製造方法は、複数のウェハを重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、複数のウェハを重ね合わせる工程は、第１ステージに第１ウェハを載置する第１載置工程と、第１ステージに対向して配置され第１ステージと対向する面内の少なくとも一方向に第１ステージと相対的に移動する第２ステージに第２ウェハを載置する第２載置工程と、第１ステージに対して相対的に固定された第１加工装置により、第１ステージおよび第２ステージの相対移動時に第２ウェハに対して加工を行う加工工程とを有する。

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。

ウェハ処理装置の全体構造を概略的に示す平面図である。搬送装置の構造を概略的に示す斜視図である。搬送装置の構造を概略的に示す斜視図である。上ステージ及び第２移動ステージの構造を概略的に示す断面図である。上活性化装置及び下活性化装置の構造を概略的に示す斜視図である。上ステージ及び第２移動ステージの動作を概略的に示す断面図である。上ステージ及び第２移動ステージの動作を概略的に示す断面図である。ウェハ処理装置の制御手順を示すフローチャートである。加熱装置を備えた上ステージ及び第２移動ステージの構造を概略的に示す断面図である。

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、本実施形態に係るウェハ処理装置１００の全体構造を概略的に示す平面図である。本実施形態においてウェハ処理装置１００は、真空環境下において、２つのウェハを接合面を対向させて精密に位置合わせするとともに、それぞれのウェハ接合面を活性化させて接合する重ね合わせ装置である。ウェハ処理装置１００は、共通の筐体１０１の内部に大気環境部１０２及び真空環境部２０２を含む。

大気環境部１０２は、筐体１０１の外部に面してＥＦＥＭ（ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＦｒｏｎｔＥｎｄＭｏｄｕｌｅ）１０５及びホルダラック１１０を備える。ＥＦＥＭ１０５は３つのロードポート１０６、１０７、１０８及びロボットアーム１０９を備える。そして、各ロードポートにはＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎｉｎｇＵｎｉｆｉｅｄＰｏｄ）が装着される。ＦＯＵＰは密閉型の基板格納用ポッドであり、複数のウェハ１２０を収容することができる。

ロードポート１０６、１０７に装着されたＦＯＵＰには複数のウェハ１２０が収容されており、ロボットアーム１０９によって大気環境部１０２に搬入される。このように構成することで、ウェハ１２０を外気にさらすことなくＦＯＵＰから大気環境部１０２に搬送することができ、ウェハ１２０への塵埃の付着を防止することができる。真空環境部２０２によって接合された２つのウェハ１２０は、ロードポート１０８に装着されたＦＯＵＰに格納される。

なお、ここでいうウェハ１２０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、化合物半導体ウェハ等である。また、装填されたウェハ１２０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。

ホルダラック１１０は、ウェハホルダ１３０を収容するホルダケース１１１を複数載置する棚を備える。ホルダケース１１１は、棚から引き出すことが可能であり、ユーザは棚からホルダケース１１１を引き出すことで、ウェハホルダ１３０をホルダケース１１１に対して出し入れする。またホルダケース１１１は、大気環境部１０２側に開閉扉を備えており、後述するホルダスライダ１５２がウェハホルダ１３０を出し入れするときに、開閉扉が開閉される。

大気環境部１０２は、筐体１０１の内側にそれぞれ配置された、プリアライナ１４０、ウェハ搭載部１５０、ロボットアーム１６０、ロードロック室１７０、１８０及び制御部１９０を備える。筐体１０１の内部には、周知のエアフィルタが備えられており、高いクリーン度が保たれる。

プリアライナ１４０は、ターンテーブル１４１及び撮像部１４２を備える。ターンテーブル１４１には、ＥＦＥＭ１０５のロボットアーム１０９によってＦＯＵＰから搬出されたウェハ１２０が載置される。撮像部１４２は、例えばプリアライナ１４０の天井フレームなど、振動の影響をうけにくい場所に固定されており、ターンテーブル１４１に載置されたウェハ１２０を撮像して撮像画像を取得する。そしてプリアライナ１４０は、この撮像画像に基づいてターンテーブル１４１を制御することで、ウェハ１２０の回転方向の位置合わせをする。

ウェハ搭載部１５０は、支持ピンを有するアーム１５１と、アーム１５１をＹ方向にスライドさせるホルダスライダ１５２を備える。ウェハ搭載部１５０は、アーム１５１及びホルダスライダ１５２をＺ方向に昇降させることで、ホルダラック１１０の各ホルダケース１１１の高さに位置を合わせる。そして、ホルダスライダ１５２によってアーム１５１をＹ方向にスライドさせてウェハホルダ１３０を支持し、アーム１５１及びホルダスライダ１５２を定位置に戻して待機する。

定位置で待機するウェハホルダ１３０の上には、ロボットアーム１０９によって、プリアライナ１４０による位置合わせ後のウェハ１２０が載置される。ウェハホルダ１３０を支持する支持ピンの先端には電力供給ピンが設けられており、ウェハホルダ１３０の裏面に設けられた電力供給端子と接続して、ウェハホルダ１３０に電力が供給される。電力を供給されたウェハホルダ１３０は、その内部に設けられた静電チャックによりウェハ保持面に電位差を生じさせ、ウェハ１２０を静電吸着する。このようにして一体化されたウェハ１２０及びウェハホルダ１３０を、合わせてワークと呼ぶ。

ロボットアーム１６０は、ウェハホルダ１３０又はワークを把持する把持部１６１及び把持したウェハホルダ１３０又はワークを反転する反転部１６２を備える。把持部１６１はウェハホルダ１３０又はワークを吸着可能なように真空、負圧による吸引部を備えており、この吸引部による吸引を制御することによりウェハホルダ１３０又はワークを着脱する。なお、把持部１６１による把持は、吸引に限らず、例えば静電吸着による吸着をするように構成しても良い。

反転部１６２は、ウェハホルダ１３０又はワークを把持した把持部１６１を、回転モータによって回転させて、ウェハホルダ１３０又はワークを反転する。ロボットアーム１６０は、把持したウェハホルダ１３０又はワークを、ウェハ搭載部１５０及びロードロック室１７０、１８０の間で搬送する。

ロードロック室１７０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１７１、１７２を有する。ワークが大気環境部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１７１が開かれ、ロボットアーム１６０が、ウェハ搭載部１５０から搬出したワークをロードロック室１７０に搬入する。次に大気環境部１０２側のシャッタ１７１を閉じ、ロードロック室１７０内の空気を排出することで、真空状態にする。

ロードロック室１７０の中が真空状態になった後、真空環境部２０２側のシャッタ１７２が開かれ、後述する搬送装置２１０によってワークが真空環境部２０２に搬入される。このような真空環境部２０２への搬入動作により、大気環境部１０２の内部雰囲気を真空環境部２０２側に漏らすことなく、ワークを真空環境部２０２に搬入できる。

ロードロック室１８０は、シャッタ１８１、１８２、１８３及び分離機構１８４を備える。シャッタ１８１はロボットアーム１６０側に、シャッタ１８２は真空環境部２０２側に、シャッタ１８３はＥＦＥＭ１０５側にそれぞれ設けられる。分離機構１８４はロードロック室１８０の内部に設置されており、真空環境部２０２において接合された２つのウェハ１２０を、２つのウェハホルダ１３０から分離する。真空環境部２０２において、２つのワークを対向して接合した後の２つのウェハ１２０及び２つのウェハホルダ１３０をまとめてワーク対と呼ぶ。分離機構１８４は、その上部にウェハホルダ１３０、ワーク又はワーク対を支持する支持ピンを有する。

ワークが大気環境部１０２から真空環境部２０２に搬入される場合、まずロボットアーム１６０側のシャッタ１８１が開かれ、ロボットアーム１６０が、ウェハ搭載部１５０から搬出したワークをロードロック室１８０に搬入して、分離機構１８４上部の支持ピンの上に載置する。ロードロック室１８０は、シャッタ１８１を閉じ、内部の空気を排出することで真空状態にする。ロードロック室１８０の中が真空状態になった後、真空環境部２０２側のシャッタ１８２が開かれ、後述する搬送装置２１０がワークを真空環境部２０２に搬入する。

ワーク対が真空環境部２０２から大気環境部１０２に搬出される場合は、まずロードロック室１８０の中が真空の状態で、シャッタ１８２が開かれる。そして搬送装置２１０がワーク対を分離機構１８４に搬入して、分離機構１８４が、接合されたウェハ１２０をウェハホルダ１３０から分離する。

その後上ワークを構成していたウェハホルダ１３０がロボットアーム１６０によって搬出され、ウェハ搭載部１５０に搬入される。ウェハ搭載部１５０は、ウェハホルダ１３０をホルダラック１１０に戻す。次にロボットアーム１０９が、接合されたウェハ１２０を分離機構１８４から搬出して、ロードポート１０８に装着されたＦＯＵＰに格納する。

下ワークを構成していたウェハホルダ１３０は、ロボットアーム１６０によって分離機構１８４から搬出され、ウェハ搭載部１５０に搬入される。ウェハ搭載部１５０に搬入されたウェハホルダ１３０は、次のウェハ１２０を保持するべく待機するか、ホルダラック１１０に戻される。

制御部１９０は、ウェハ処理装置１００の全体の制御及び演算を司る。ウェハ処理装置１００に含まれる各装置の各要素は、制御部１９０又は要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御をすることにより動作する。

真空環境部２０２は、真空チャンバ２０３、搬送装置２１０、第１移動ステージ２３０、上ステージ２２０及び第２移動ステージ２４０を備える。真空チャンバ２０３は、排気口及び真空ポンプを備え、真空ポンプが真空チャンバ２０３内の気体を排気口から排気することで、真空チャンバ２０３内を真空状態にする。搬送装置２１０、第１移動ステージ２３０、上ステージ２２０及び第２移動ステージ２４０は真空チャンバ２０３内に設置される。

搬送装置２１０は、真空チャンバ２０３の天井部に固定されており、ロードロック室１７０、１８０からワークを搬出して真空環境部２０２に搬入する。また搬送装置２１０は、ワーク対を真空環境部２０２から大気環境部１０２へ搬出する。搬送装置２１０の具体的な構成については後述する。

上ステージ２２０は、真空チャンバ２０３の天井部に設置されており、ウェハ保持面を下向きにしたワークを保持する。上ステージ２２０に保持されるワークを上ワークと呼び、上ワークを構成するウェハ１２０を上ウェハ１２１と呼ぶ。第１移動ステージ２３０は、ＸＹ平面内を移動することができる。ここでは、図示された位置を初期位置とする。第１移動ステージ２３０は、初期位置からＸ方向に移動することで、搬送装置２１０の直下に移動する。そして、搬送装置２１０の直下でプッシュアップピンを上昇させることで、搬送装置２１０が保持する上ワークを受け取る。プッシュアップピンは、上ワークのウェハ保持面よりも外側を支持する位置に設定されている。

上ワークを支持した第１移動ステージ２３０は、上ステージ２２０の直下まで移動してプッシュアップピンを上昇させることで、上ワークを上ステージ２２０に押し当てる。プッシュアップピンの先端には電力供給端子が設置されており、上ワークを上ステージ２２０に押し当てた状態で上ワークに電力を供給することで、上ワークと上ステージ２２０を静電吸着によって固定する。このようにして上ステージ２２０は、上ワークを構成するウェハホルダ１３０を介して上ウェハ１２１を保持する。

第２移動ステージ２４０はＸＹ平面内を移動することができる。ここでは、図示された位置を初期位置とする。第２移動ステージ２４０は、初期位置から−Ｙ方向に移動することで、搬送装置２１０の直下に移動する。そして、搬送装置２１０の直下でプッシュアップピンを上昇させることで、搬送装置２１０が保持するワークを受け取る。このように第２移動ステージ２４０は、ワークを構成するウェハホルダ１３０を介してウェハ１２０を保持する。第２移動ステージ２４０が支持するワークを下ワークと呼び、下ワークを構成するウェハ１２０を下ウェハ１２２と呼ぶ。

上ステージ２２０は、第２移動ステージ２４０に保持される下ウェハ１２２の表面を活性化させる上活性化装置２２４を備える。また第２移動ステージ２４０は、上ステージ２２０に保持される上ウェハ１２１の表面を活性化させる下活性化装置２４５を備える。そして、第２移動ステージ２４０を上ステージ２２０の直下に向かって移動させながら、上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５はそれぞれ、下ウェハ１２２及び上ウェハ１２１の表面を活性化させる。詳細については後述する。

第２移動ステージ２４０は、上ステージ２２０の直下に移動した後で下ワークを上昇させて、活性化された上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面を接触させて接合する。接合された上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２を合わせて接合ウェハ１２３と呼ぶ。こうして形成されたワーク対は、第２移動ステージ２４０によって搬送装置２１０の直下まで搬送される。搬送装置２１０は、ワーク対を保持してロードロック室１８０に搬入する。

ロードロック室１８０の分離機構１８４は、ワーク対を構成する２つのウェハホルダ１３０から、接合ウェハ１２３を分離する。分離された後接合ウェハ１２３はロボットアーム１０９によってＦＯＵＰに格納され、ウェハホルダ１３０は、ロボットアーム１６０及びホルダスライダ１５２によってホルダラック１１０に戻される。

図２は搬送装置２１０の構造を概略的に示す斜視図である。搬送装置２１０は、保持部２１１、スライダ２１２、回転駆動部２１３及び撮像部２１４を備える。保持部２１１は吸着部２１５を備えており、保持部２１１上に載置されたワーク又はワーク対を吸着して固定する。スライダ２１２は、保持部２１１と連結しており、リニアモータによって長手方向に移動することができる。

回転駆動部２１３は回転モータによって構成され、中心軸２１６を中心としてスライダ２１２全体を回転することができる。スライダ２１２は、少なくとも保持部２１１に保持したワーク又はワーク対の中心軸と回転駆動部２１３の回転の中心軸２１６が一致する位置まで保持部２１１を移動させることができる。この位置まで移動した状態で回転駆動部２１３が保持部２１１及びスライダ２１２を回転させることで、ワーク又はワーク対の中心軸を中心としてワーク又はワーク対を回転させることができる。

撮像部２１４は、保持部２１１上に保持したワーク又はワーク対の一部を撮像することができる。ワーク又はワーク対を構成するウェハホルダ１３０は、その外周の一部に切欠を有しており、撮像部２１４は、ウェハホルダ１３０の切欠を撮像できる位置に配置されている。搬送装置２１０は、保持したワークを構成するウェハホルダ１３０の切欠を撮像部２１４で撮像することで、ウェハホルダ１３０を基準としたウェハ１２０の位置調整を行う位置調整機構を備える。

図３は、上ワークを保持した状態の搬送装置２１０を概略的に示す斜視図である。上ワークは搬送装置２１０によってウェハ保持面が下向きに保持される。ウェハホルダ１３０の切欠１３１が撮像部２１４の撮像視野内に位置しており、撮像部２１４は切欠１３１を撮像する。

搬送装置２１０は、撮像部２１４の撮像画像から、切欠１３１の位置、角度を分析することで、ウェハホルダ１３０の位置を基準としてウェハ１２０の位置を把握する。ここで位置ずれが生じている場合は、回転駆動部２１３により位置調整が行われる。

図４は、上ステージ２２０及び第２移動ステージ２４０の構造を概略的に示す断面図である。上ステージ２２０は、上基台２２１、上載置台２２２及び上顕微鏡２２３を備える。上載置台２２２は、第１移動ステージ２３０によって押し当てられて静電吸着された上ワークを保持する。上顕微鏡２２３は、第２移動ステージ２４０に保持されるウェハ１２０の表面を観察する観察装置である。

また上活性化装置２２４及び上捕獲部２２６が、上ステージ２２０に対して相対的に固定されている。本実施形態では、上活性化装置２２４及び上捕獲部２２６は上基台２２１上に固定されるが、例えば真空チャンバ２０３の天井部に固定されるよう構成してもかまわない。上活性化装置２２４は、第２移動ステージ２４０に保持される下ウェハ１２２に対して加工を行う加工装置の一例であり、下ウェハ１２２の表面を活性化させる装置である。

第２移動ステージ２４０は、下基台２４１、プッシュアップピン２４２、下載置台２４３及び下顕微鏡２４４を備える。下基台２４１は、第２移動ステージ２４０をＸＹ方向に駆動させる駆動部を備える。プッシュアップピン２４２は、Ｚ方向に昇降可能なピンであり、搬送装置２１０が保持するワークを持ち上げて保持する。プッシュアップピン２４２がワークを保持したままで下降することにより、ワークが下載置台２４３上に載置される。下顕微鏡２４４は、上ステージ２２０に載置された上ワークを構成するウェハ１２０の表面を観察する観察装置である。

また下活性化装置２４５及び下捕獲部２４６が、第２移動ステージに対して相対的に固定されている。本実施形態では、下活性化装置２４５及び下捕獲部２４６は下基台２４１上に固定されるが、第２移動ステージの動きと連動する他の部材に固定されるよう構成してもかまわない。

下活性化装置２４５は、上活性化装置２２４が行う加工と同一種類の加工を上ステージ２２０に保持される上ウェハ１２１に対して行う。具体的には、上ウェハ１２１の表面に不活性ガスを照射して、上ウェハ１２１の表面の一部を削り飛ばすことにより上ウェハ１２１の表面を活性化させる。

一般に、ウェハ１２０の表面には自然酸化膜が存在しており、従来は２つのウェハ１２０の接合面を対向させて接触し、高温に加熱するとともに、高圧で加圧することによって接合していた。本実施形態では、第２移動ステージ２４０が上ステージ２２０の直下に移動する間に、上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５が、上ウェハ１２１と下ウェハ１２２に不活性ガスを照射する。この不活性ガスによって、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面の一部である自然酸化膜が削り飛ばされ、電極金属が露出される。

そして、電極金属が露出した状態で上ウェハ１２１と下ウェハ１２２を接触させる。このように構成することで、従来に対して低温、定圧で接合面を接合することができる。なお電極金属とは、特に具体的な記載をしない限り、積層するウェハの接合面における接触部である金属を言う。例えば、ウェハの表面に形成されたバンプなどが相当する。したがって、「接合面を接合する」という場合、これらの表面金属同士が接合することを意味する。

ここで、削り飛ばした上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２の表面の一部が、上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２の表面に付着してしまうと、接合が均一に行われない等の不具合が発生する場合がある。そこで、上捕獲部２２６及び下捕獲部２４６が上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５によって削り飛ばされた上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面の一部を捕獲する。具体的には上捕獲部２２６は上粘着層２２７を、下捕獲部２４６は下粘着層２４７備え、削り飛ばされた上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面の一部を粘着して捕獲する。

図５は、上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５の構造を概略的に示す斜視図である。上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５は、ライン状の照射口２２５、２４８を備え、上活性化装置２２４は下ウェハ１２２に、下活性化装置２４５は上ウェハ１２１に、不活性ガスをライン状に照射する。照射口２２５、２４８のライン方向の長さは、ウェハ１２０の直径よりも長い。

第２移動ステージ２４０が上ステージ２２０の直下に移動しながら、上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５は不活性ガスを照射するので、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面は端から順番に活性化されていき、第２移動ステージ２４０が上ステージの直下に到達した時点では、表面全体が活性化される。

本実施形態では、このような構成とすることで、上ウェハ１２１と下ウェハ１２２の表面全体が活性化された直後に上ウェハ１２１と下ウェハ１２２を接触させて接合することができる。これにより時間経過による上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面の汚染を抑えることができる。

ここで、ウェハ１２０の表面を活性化させる手法として、接合面全体に不活性ガスを一度に照射する構成も考えられる。しかしながらこの場合、照射口からの距離の違いによって、ウェハ１２０の表面上の位置によって照射される不活性ガスの強度及び照射量が異なるので、ウェハ１２０の表面が均一に活性化されない。本実施形態では、照射口２２５と照射を受けるウェハ１２０の表面の距離は常に一定であるので、照射される不活性ガスの強度及び照射量を一定とすることができる。

図６は、上ステージ２２０と第２移動ステージ２４０の動作を概略的に示す断面図である。第２移動ステージ２４０は、制御部１９０の制御によって、上ステージ２２０の直下に向かって移動する。制御部１９０は、第２移動ステージ２４０の移動に同期して、上顕微鏡２２３による、下ウェハ１２２の表面の観察及び、下顕微鏡２４４による上ウェハ１２１の表面の観察を行う。

なお、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２は、その表面に、アライメントの基準となるアライメントマークを有する。ただし、アライメントマークは、専用に設けられた図形等であるとは限らず、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２に形成された配線、バンプ、スクライブラインなどであっても良い。

制御部１９０は、第２移動ステージ２４０を上ステージ２２０の直下に向けて移動させながら、上活性化装置２２４が第２移動ステージ２４０に保持される下ウェハ１２２に対して行う活性化、及び、下活性化装置２４５が上ステージ２２０に保持される上ウェハ１２１に対して行う活性化を同時に作動させるよう制御する。

上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５は、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２に対して、垂直ではなく一定の角度をもって不活性ガスを照射する。垂直に照射した場合、不活性ガスによって削り飛ばされた上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面の一部が浮遊して、不活性ガスの照射領域に入ってしまう可能性が高い。不活性ガスの照射領域に入ってしまうと、上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２に向かう力が付加され、表面に付着してしまうことになる。

それに対して、本実施形態のように一定の角度をもって不活性ガスを照射すると、削り飛ばされた上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面の一部は、その反射方向に進行するので、不活性ガスの照射領域に入ることを防止できる。

また本実施形態では、第２移動ステージ２４０の初期位置において、上活性化装置２２４の照射口２２５は下ウェハ１２２の方向を向く傾斜角を有し、下活性化装置２４５の照射口２４８は上ウェハ１２１の方向を向く傾斜角を有する。このように構成すれば、不活性ガスの上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２の表面に対する反射方向の先に上ウェハ１２１も下ウェハ１２２も存在しないことになるので、削り飛ばされた表面の一部が付着することを防止できる。

上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５が一定の角度をもって不活性ガスを照射するのにあわせて、上捕獲部２２６及び下捕獲部２４６も、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面に対して平行ではなく、一定の角度を備える。この角度は、照射された不活性ガスが上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２に反射された方向に垂直となるよう調整されている。

また、上粘着層２２７は下ウェハ１２２に対して、下粘着層２４７は上ウェハ１２１に対して近傍に配置されるのが望ましい。近傍に配置することにより、削り飛ばされた上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面の一部が拡散する前に捕獲することができるからである。削り飛ばされた表面の一部が拡散してしまうと、そのまま上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２の表面に付着してしまう場合がある。また、上活性化装置２２４又は下活性化装置２４５の照射領域に入ることで上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２に向かう力が加わり、上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２の表面に付着する場合もある。

そこで上粘着層２２７を下ウェハ１２２に対して近傍に、下粘着層２４７を上ウェハ１２１に対して近傍に設置する。なお、粘着層ではなく、冷却板を備えるよう構成してもよい。この場合、熱泳動現象を利用して、削り飛ばされた表面の一部を捕獲できる。

図７は、上ステージ２２０及び第２移動ステージ２４０の動作を概略的に示す断面図である。第２移動ステージ２４０は、上ステージ２２０の直下まで移動したら、上顕微鏡２２３及び下顕微鏡２４４が観察した上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２のアライメントマークに基づいて、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２が対向するよう精密に位置合わせをする。第２移動ステージ２４０は、位置合わせ後、下載置台２４３を上昇させて、下ウェハ１２２と、上ステージ２２０に保持される上ウェハ１２１と接触させて接合する。

なお本実施形態では、ライン状に不活性ガスを照射し、第２移動ステージ２４０が移動することによって上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の表面が端から順々に活性化され、これによって表面全体に均一に不活性ガスが照射されることになる。しかしながら、上活性化装置２２４と下活性化装置２４５が、近接する位置に存在してともに不活性ガスを照射すると、局所的に不活性ガスの濃度が高くなり、不均一になってしまうことが考えられる。

そこで制御部１９０によって、上活性化装置２２４と下活性化装置２４５の相互の距離が近いほど上活性化装置２２４と下活性化装置２４５の少なくとも一方の不活性ガス照射濃度を小さくするよう制御しても良い。このように制御することで、上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２の表面全体が接する不活性ガスの量が均一化され、活性化が均一に行われる。

また、制御部１９０によって、上活性化装置２２４と下活性化装置２４５の相互の距離が近いほど、第２移動ステージ２４０の移動速度を早くするよう制御しても良い。このように制御することで、上ウェハ１２１又は下ウェハ１２２の表面全体が接する不活性ガスの量が均一化され、活性化が均一に行われる。なお、上活性化装置２２４と下活性化装置２４５の相互の距離が近いほど、第２移動ステージ２４０の移動速度を早くするとともに、不活性ガス照射濃度を小さくするよう制御しても良い。

また、接合面全体に不活性ガスを一度に照射する場合、真空チャンバ２０３内に多量の不活性ガスが存在することになるので真空度が下がってしまう。それに対して本実施形態では、不活性ガスをライン状に照射することで、一度に照射される不活性ガスの量が減り、真空チャンバ２０３の真空度を保ちやすくなる。

図８は、ウェハ処理装置１００の制御手順を示すフローチャートである。各制御は、制御部１９０が主体となり、ウェハ処理装置１００に含まれる各装置が備える制御部との協調制御、統合制御により実行される。ステップＳ８０１では、ＥＦＥＭ１０５のロボットアーム１０９が、ロードポート１０６に装着されたＦＯＵＰからウェハ１２０を搬出してプリアライナ１４０に搬入する。プリアライナ１４０は、搬入されたウェハ１２０を撮像部１４２で撮像して、ターンテーブル１４１によって回転方向の位置合わせをする。

ステップＳ８０２では、ロボットアーム１０９が、位置合わせ後のウェハ１２０をプリアライナ１４０から搬出して、ウェハ搭載部１５０に載置されたウェハホルダ１３０上に載置する。ウェハホルダ１３０は、ウェハ１２０の搬出及び位置合わせと並行して、ホルダスライダ１５２がホルダラック１１０から搬出しておく。ウェハホルダ１３０は、ウェハ搭載部１５０から電力を供給されてウェハ１２０を静電吸着する。

ステップＳ８０３では、ロボットアーム１６０が上ワークをウェハ搭載部１５０から搬出し、反転してウェハ保持面を下にした状態でロードロック室１７０に搬入する。ロードロック室１７０はシャッタ１７１を閉じて空気を排出することで、ロードロック室１７０内を真空状態にする。

ステップＳ８０４では、搬送装置２１０が、シャッタ１７２が開かれたロードロック室１７０から上ワークを搬出して、真空環境部２０２に搬入する。搬送装置２１０は、上ワークを構成するウェハホルダ１３０を基準としてウェハ１２０の位置調整を行う。

ステップＳ８０５では、第１移動ステージ２３０がプッシュアップピンによって上ワークを保持する。第１移動ステージ２３０は、上ワークを保持したまま上ステージ２２０の直下まで移動する。そして、第１移動ステージ２３０は、上ワークを上昇させて、上ステージ２２０に押し付ける。上ワークはプッシュアップピンによって電力を供給され、静電吸着によって上ステージ２２０に保持される。

ステップＳ８０６では、搬送装置２１０が、ロードロック室１８０から下ワークを搬出して真空環境部２０２に搬入する。下ワークは搬送装置２１０によって精確に位置調整される。なお下ワークは、ここまでの工程の少なくとも一部の工程と並行して形成され、ロードロック室１８０に搬入される。具体的にはまず、ウェハ１２０がロボットアーム１０９によってプリアライナ１４０に搬入される。プリアライナ１４０で位置合わせされた後、ウェハ１２０はロボットアーム１０９によって、ウェハ搭載部１５０のアーム１５１に支持されたウェハホルダ１３０に載置される。

アーム１５１から電力の供給を受けて、ウェハホルダ１３０はウェハ１２０を静電吸着する。こうして形成された下ワークは、ロボットアーム１６０によってロードロック室１７０に搬入される。本実施形態では、ロードロック室１７０及びロードロック室１８０の２つのロードロック室を備えることで、上ワークの形成及び下ワークの形成の少なくとも一部の工程を並行させることができ、処理の効率化を図ることができる。

ステップＳ８０７では、第２移動ステージ２４０が下ワークを保持する。この工程は、第１移動ステージ２３０が、上ワークを搬送装置２１０から搬出した後であれば、上ワークの搬送と並行して実行することができる。そして、第２移動ステージ２４０は初期位置まで戻る。

ステップＳ８０８では、第２移動ステージ２４０が上ステージ２２０の直下へ移動するのに伴って、上顕微鏡２２３および下顕微鏡２４４によるアライメントマークの検出と、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の活性化を開始する。ステップＳ８０９では、上活性化装置２２４と下活性化装置２４５の距離ｄを計測して所定の閾値Ｄと比較し、所定の閾値Ｄよりも小さければステップＳ８１０へ、所定の閾値Ｄよりも大きければステップＳ８１１へ進む。

ステップＳ８１０では、制御部１９０が、第２移動ステージ２４０を移動速度Ｖ１で移動させる。ステップＳ８１１では、制御部１９０が、第２移動ステージ２４０を移動速度Ｖ１よりも速い移動速度Ｖ２で移動させる。ステップＳ８１２では、活性化及び位置検出が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ８０９に戻って活性化及び位置検出を継続し、完了していればステップＳ８１３に進む。このように制御することで、上活性化装置２２４と下活性化装置２４５の距離が近い場合よりも遠い場合のほうが、第２移動ステージ２４０の移動速度は速くなる。

ステップＳ８１３では、制御部１９０が、上顕微鏡２２３及び下顕微鏡２４４が検出した位置情報に基づいて第２移動ステージ２４０を駆動させることで、上ウェハ１２１と下ウェハ１２２を精確に位置合わせする。ステップＳ８１４では、第２移動ステージ２４０が下ウェハ１２２を上昇させることで、上ウェハ１２１と下ウェハ１２２の接合面を接触させて接合する。

ステップＳ８１５では、ワーク対を真空環境部２０２から搬出する。搬出されたワーク対は、ロードロック室１８０に搬入され、分離機構１８４によって接合ウェハ１２３がウェハホルダ１３０から分離される。そして接合ウェハ１２３は、ロボットアーム１０９によって、ロードポート１０８に装着されたＦＯＵＰに格納される。

上記実施形態では、制御部１９０が、上活性化装置２２４が第２移動ステージ２４０に保持される下ウェハ１２２に対して行う活性化、及び、下活性化装置２４５が上ステージ２２０に保持される上ウェハ１２１に対して行う活性化を同時に作動させるよう制御する例を挙げて説明したが、制御部１９０が行う動作制御はこれに限らない。第２移動ステージ２４０の移動時に、上活性化装置２２４又は下活性化装置２４５のいずれか一方を作動させるように制御しても良い。

その場合、上ステージ２２０が上ウェハ１２１を保持し、第２移動ステージ２４０が下ワークを保持した後の処理の流れは、例えば次のようになる。まず第２移動ステージ２４０が、上ステージ２２０の直下に移動する。そして、第２移動ステージ２４０が初期位置に向かって移動するのに伴って、上活性化装置２２４が下ウェハ１２２を活性化する。そして第２移動ステージ２４０が初期位置まで移動した後、再び上ステージ２２０の直下に向かって移動し、この移動に伴って下活性化装置２４５が上ウェハ１２１を活性化させる。なお、上顕微鏡２２３及び下顕微鏡２４４によるアライメントマークの検出はいずれかの移動に伴って実行する。

このように、上活性化装置２２４及び下活性化装置２４５による活性化を片方ずつ実行するように制御することで、同時に実行するのに対して一度に照射される不活性ガスの全体量を半減することができるので、真空チャンバ２０３内の真空度が下がるのを軽減することができる。また更に、他方の活性化装置により照射される不活性ガスの影響を考慮せずに、活性化を行うことができる。

また、上活性化装置２２４又は下活性化装置２４５のいずれか一方を備えるように構成して、第２移動ステージ２４０の移動時にその活性化装置を作動させるように制御しても良い。例えば下活性化装置２４５を備えず、上活性化装置２２４を備えるように構成した場合、次のように制御する。なお、ここでは上記実施形態とは異なる制御をする部分について特に説明し、共通する部分については説明を省略する。まずロボットアーム１６０が、ウェハ搭載部１５０から搬出した上ワークを反転せずにロードロック室１７０に搬入する。そして、搬送装置２１０が上ワークを真空環境部２０２に搬入し、それを第２移動ステージ２４０が保持する。

第２移動ステージ２４０が初期位置に戻ってから上ステージ２２０の直下に移動する間に、上活性化装置２２４が、第２移動ステージ２４０が保持する上ワークを構成する上ウェハ１２１を活性化する。その後第２移動ステージ２４０が搬送装置２１０の直下に移動し、再び搬送装置２１０が上ワークを保持する。そして、第１移動ステージ２３０が搬送装置２１０から上ワークを受け取る。ここで、搬送装置２１０又は第１移動ステージ２３０が反転機構を備え、第１移動ステージ２３０は上ワークを反転した状態で保持する。第１移動ステージ２３０は上ステージ２２０の直下に移動し、上ステージ２２０によって上ワークが保持される。

続いて搬送装置２１０によって真空環境部２０２に搬入された下ワークが、第２移動ステージ２４０によって保持される。そして第２ステージが初期位置に戻ってから上ステージ２２０の直下へ移動するのに伴って、上顕微鏡２２３および下顕微鏡２４４による上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２のアライメントマークの検出と、下ウェハ１２２の活性化を実行する。

その後、制御部１９０が、上顕微鏡２２３および下顕微鏡２４４が検出したアライメントマークの位置情報に基づいて第２移動ステージ２４０を駆動させることで上ウェハ１２１と下ウェハ１２２が精確に位置合わせして、上ウェハ１２１と下ウェハ１２２が接合される。このように下活性化装置２４５を備えず、上活性化装置２２４を備えるように構成することで、上記実施形態に対して第２移動ステージ２４０の構造を簡略化することができる。

また上記実施形態では、上ステージ２２０が真空チャンバ２０３の天井部に固定されている例を挙げて説明したがこれに限らない。上ステージ２２０が駆動部を備え、ＸＹ平面方向に移動できるように構成しても良い。そのように構成することで、上ステージ２２０及び第２移動ステージ２４０を相対的に移動させることができ、上ステージ２２０及び第２移動ステージの相対移動時に、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２を活性化するように制御することができる。

また、上ステージ２２０をＸＹ平面方向に移動できるように構成するとともに第２移動ステージ２４０を固定して、上ステージ２２０を第２移動ステージ２４０の直上に移動するのに伴って、上ウェハ１２１及び下ウェハ１２２の活性化を実行するように構成しても良い。

また上記実施形態では、加工装置の例として、ウェハ１２０に不活性ガスを照射して活性化させる活性化装置を挙げて説明したが、これに限らず、ウェハ１２０の表面を加熱する加熱装置としても良い。

図９は、加熱装置を備えた上ステージと第２移動ステージの構造及び動作を概略的に示す断面図である。捕獲部がないことを除いて、加熱装置以外の要素は上記実施形態と同様であるので、同じ符番としている。加熱装置９０１は上基台２２１上に固定され、第２移動ステージ２４０に保持されるウェハ１２０の表面を加熱する。加熱装置９０２は、下基台２４１上に固定され、上ステージ２２０に保持されるウェハ１２０の表面を加熱する。

ウェハ１２０の表面を直接加熱するので熱量が少なくて良く、２つのウェハ１２０を同時に加熱するので、加熱後すぐに接合することができる。なお、手前から順番に熱していくので、先に熱した部位が後に熱した部位よりも温度が低くなってしまい、接合が均一に行われない場合がある。そこで、加熱する温度を徐々に下げることで、加熱後の温度を均一に保つ。このように構成することにより、接合時に表面温度が均一になり、精度の高い接合を実現することができる。

また、加工装置の例として、洗浄装置を挙げることもできる。洗浄装置とする場合は、加熱装置９０１及び加熱装置９０２の代わりに、洗浄ノズル及び洗浄液を収集する収集部を備える洗浄装置を設置して、ウェハ１２０に対して洗浄液を吹き付ける構成とする。このように構成することで、顕微鏡によるウェハ１２０の観察とウェハ１２０の表面の洗浄を並行して実現することができる。

また上記実施形態では、上ステージ２２０及び第２移動ステージ２４０が同一種類の加工を行う加工装置を備える例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、上ステージ２２０が下ウェハ１２２を活性化する活性化装置を備え、第２移動ステージが上ウェハ１２１を加熱する加熱装置を備えるように構成してもよい。

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。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、およ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、およ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。

１００ウェハ処理装置、１０１筐体、１０２大気環境部、１０５ＥＦＥＭ、１０６、１０７、１０８ロードポート、１０９ロボットアーム、１１０ホルダラック、１１１ホルダケース、１２０ウェハ、１２１上ウェハ、１２２下ウェハ、１２３接合ウェハ、１３０ウェハホルダ、１３１切欠、１４０プリアライナ、１４１ターンテーブル、１４２撮像部、１５０ウェハ搭載部、１５１アーム、１５２ホルダスライダ、１６０ロボットアーム、１６１把持部、１６２反転部、１７０ロードロック室、１７１、１７２シャッタ、１８０ロードロック室、１８１、１８２、１８３シャッタ、１８４分離機構、１９０制御部、２０２真空環境部、２０３真空チャンバ、２１０搬送装置、２１１保持部、２１２スライダ、２１３回転駆動部、２１４撮像部、２１５吸着部、２１６中心軸、２２０上ステージ、２２１上基台、２２２上載置台、２２３上顕微鏡、２２４上活性化装置、２２５、２４８照射口、２２６上捕獲部、２２７上粘着層、２３０第１移動ステージ、２４０第２移動ステージ、２４１下基台、２４２プッシュアップピン、２４３下載置台、２４４下顕微鏡、２４５下活性化装置、２４６下捕獲部、２４７下粘着層、９０１、９０２加熱装置

Claims

第１ウェハを保持する第１ステージと、
前記第１ステージに対向して配置され、前記第１ステージと対向する面内の少なくとも一方向に前記第１ステージと相対的に移動する、第２ウェハを保持する第２ステージと、
前記第１ステージに対して相対的に固定され、前記第２ステージに保持される前記第２ウェハに対して加工を行う第１加工装置と、
前記第１ステージ及び前記第２ステージの相対移動時に前記第１加工装置が前記第２ウェハに対して行う加工を制御する制御部と
を備えるウェハ処理装置。
前記第２ステージに対して相対的に固定され、前記第１ステージに保持される前記第１ウェハに対して加工を行う第２加工装置を備え、
前記制御部は、前記第１ステージ及び前記第２ステージの相対移動時に前記第２加工装置が前記第１ウェハに対して行う加工を制御する請求項１に記載のウェハ処理装置。
前記第２加工装置が行う加工は、前記第１加工装置が行う加工と同一種類の加工である請求項２に記載のウェハ処理装置。
前記第１加工装置は、前記第２ウェハの表面へ不活性ガスを照射して、前記第２ウェハの表面の一部を削り飛ばすことにより前記第２ウェハの表面を活性化させる第１活性化装置であり、
前記第２加工装置は、前記第１ウェハの表面へ不活性ガスを照射して、前記第１ウェハの表面の一部を削り飛ばすことにより前記第１ウェハの表面を活性化させる第２活性化装置である請求項３に記載のウェハ処理装置。
前記第１ステージに対して相対的に固定され、前記第１活性化装置の不活性ガスの照射により削り飛ばされた前記第２ウェハの表面の一部を捕獲する第１捕獲部を備える請求項４に記載のウェハ処理装置。
前記第２ステージに対して相対的に固定され、前記第２活性化装置の不活性ガスの照射により削り飛ばされた前記第１ウェハの表面の一部を捕獲する第２捕獲部を備える請求項４または５に記載のウェハ処理装置。
前記制御部は、前記第２ステージを移動させながら前記第１活性化装置と前記第２活性化装置を同時に作動させる請求項４から６のいずれか１項に記載のウェハ処理装置。
前記制御部は、前記第１活性化装置と前記第２活性化装置の相互の距離が近いほど前記第２ステージの移動速度を早くする請求項７に記載のウェハ処理装置。
前記制御部は、前記第１活性化装置と前記第２活性化装置の相互の距離が近いほど前記第１活性化装置と前記第２活性化装置の少なくとも一方の不活性ガス照射濃度を小さくする請求項７または８に記載のウェハ処理装置。
前記第１ステージおよび前記第２ステージの少なくとも一方は、前記第１ウェハと前記第２ウェハの位置合わせを行って重ね合わせる重ね合わせ装置のステージである請求項４から９のいずれか１項に記載のウェハ処理装置。
前記位置合わせを行うための観察装置を備え、
前記制御部は、前記第２ステージの移動に同期して前記観察装置による観察を行う請求項１０に記載のウェハ処理装置。
前記第１ステージ、前記第２ステージ、前記第１活性化装置および前記第２活性化装置は真空チャンバに設置されている請求項４から１１のいずれか１項に記載のウェハ処理装置。
前記真空チャンバに設置され、前記第１ウェハを保持する第１ウェハホルダおよび前記第２ウェハを保持する第２ウェハホルダを搬送する搬送装置を備え、
前記搬送装置は、前記第１ウェハの位置を前記第１ウェハホルダを基準として位置調整を行い、前記第２ウェハの位置を前記第２ウェハホルダを基準として位置調整を行うことができる位置調整機構を有する請求項１２に記載のウェハ処理装置。
前記第１加工装置は、前記第２ウェハの表面を加熱する第１加熱装置であり、
前記第２加工装置は、前記第１ウェハの表面を加熱する第２加熱装置である請求項３に記載のウェハ処理装置。
前記第１加工装置は、前記第２ウェハの表面を洗浄する第１洗浄装置であり、
前記第２加工装置は、前記第１ウェハの表面を洗浄する第２洗浄装置である請求項３に記載のウェハ処理装置。
複数のウェハを重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、
前記複数のウェハを重ね合わせる工程は、
第１ステージに第１ウェハを載置する第１載置工程と、
前記第１ステージに対向して配置され前記第１ステージと対向する面内の少なくとも一方向に前記第１ステージと相対的に移動する第２ステージに第２ウェハを載置する第２載置工程と、
前記第１ステージに対して相対的に固定された第１加工装置により、前記第１ステージおよび前記第２ステージの相対移動時に前記第２ウェハに対して加工を行う加工工程と
を有するデバイスの製造方法。