JP2011151127A - 接合装置、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

接合装置、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】金属の接合部を有する基板同士の接合を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させる。
【解決手段】接合装置４０は、前熱処理ユニット７０、接合ユニット７１、後熱処理ユニット７２を一体に接続した構成を有している。前熱処理ユニット７０は、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第１の熱処理板９０を有している。接合ユニット７１は、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第２の熱処理板１４０と、第２の熱処理板１４０上の重合ウェハＷＴを押圧する加圧機構１２０とを有している。後熱処理ユニット７２は、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第３の熱処理板１７０を有している。各ユニット７０、７１、７２は、その内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧可能になっている。第１の熱処理板９０と第３の熱処理板１７０は、それぞれユニット７０、７１間とユニット７１、７２間で移動可能に構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。
近年、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。高集積化した複数の半導体デバイスを水平面内で配置し、これら半導体デバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、また配線遅延が大きくなることが懸念される。
そこで、半導体デバイスを３次元に積層する３次元集積技術を用いることが提案されている。この３次元集積技術においては、例えば貼り合わせ装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の貼り合わせが行われる。貼り合わせ装置は、例えば上面にウェハを載置する固定テーブルと、この固定テーブルに対向して配置され、下面にウェハを吸着保持して昇降可能な可動テーブルとを有している。固定テーブルと可動テーブル内には、それぞれヒータが内蔵されている。そしてこの貼り合わせ装置では、２枚のウェハを重ね合わせた後、ヒータによりウェハを加熱しながら、固定テーブルと可動テーブルにより荷重をかけてウェハを押圧し、２枚のウェハが貼り合わせられる（特許文献１）。
特開２００４−２０７４３６号公報
ところで、２枚のウェハを接合する際、ウェハ表面に形成された金属の接合部同士を接合する場合がある。かかる場合、接合部を高温の所定の温度で加熱しながら押圧する必要がある。すなわち、先ずウェハを所定の温度まで加熱する前熱処理工程と、その後ウェハの温度を所定の温度に維持した状態で当該ウェハを押圧する接合工程と、その後ウェハを冷却する後熱処理工程とを順次行う必要がある。
しかしながら、この場合、特許文献１の貼り合わせ装置を用いると、２枚のウェハを接合するのに多大な時間を要する。
先ず前熱処理工程において、前記所定の温度が高温であるため、ウェハを所定の温度まで加熱するのに時間がかかる。しかも、ウェハを急速に加熱すると接合部同士が均一に加熱されないおそれがあるため、所定の加熱速度以下でウェハを冷却する必要がある。また、前記所定の温度が高温であるため、後熱処理工程でも高温のウェハを冷却するのに時間がかかる。しかも、接合部同士を合金化して接合する場合、ウェハを急速に冷却すると接合部の強度や物性が変わるおそれがあるため、所定の冷却速度以下でウェハを冷却する必要がある。さらに、接合工程にかかる時間は、接合部に用いられる材料等によって決まるため短縮することができない。
このように金属の接合部を有するウェハ同士の接合には多大な時間を要するため、ウェハ接合処理のスループットの低下を招いていた。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属の接合部を有する基板同士の接合を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置であって、前記接合部を当接させて基板を重ねた重合基板を載置して熱処理する第１の熱処理板と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第１の減圧機構とを備えた前熱処理ユニットと、前記前熱処理ユニットで処理された重合基板を載置して熱処理する第２の熱処理板と、前記第２の熱処理板上の重合基板を当該第２の熱処理板側に押圧する加圧機構と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第２の減圧機構とを備えた接合ユニットと、前記接合ユニットで処理された重合基板を載置して熱処理する第３の熱処理板と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第３の減圧機構とを備えた後熱処理ユニットと、を有し、前記前熱処理ユニットと前記後熱処理ユニットは、それぞれ気密に前記接合ユニットに接続されていることを特徴としている。
本発明の接合装置によれば、前熱処理ユニット、接合ユニット、後熱処理ユニットにおいて、重合基板を順次処理することができる。すなわち、先ず、前熱処理ユニットにおいて、重合基板を第１の熱処理板に載置して加熱する。その後、内部の雰囲気を所定の真空度とした接合ユニットにおいて、重合基板を第２の熱処理板に載置して当該重合基板を所定の温度に維持しながら、重合基板を第２の熱処理板側に押圧して当該重合基板を接合する。その後、後熱処理ユニットにおいて、重合基板を第３の熱処理板に載置して冷却する。そして、接合ユニットにおいて一の重合基板を処理している間、少なくとも前熱処理ユニット又は後熱処理ユニットにおいて他の重合基板を並行して処理することができる。このように本発明によれば、前記所定の温度が高温であっても、２つ又は３つの重合基板に対して同時に効率よく処理を行うことができるので、基板接合処理のスループットを向上させることができる。
前記前熱処理ユニットは、前記接合ユニットとの間で前記第１の熱処理板を移動させる移動機構を有し、前記後熱処理ユニットは、前記接合ユニットとの間で前記第３の熱処理板を移動させる移動機構を有していてもよい。
前記加圧機構は、前記第２の熱処理板上の重合基板に当接して熱処理しつつ、当該重合基板を押圧する押圧部材を有していてもよい。
前記接合ユニットは、前記第２の熱処理板上の重合基板を冷却する冷却板を有していてもよい。
前記後熱処理ユニットは、前記第３の熱処理板上の重合基板を冷却する冷却板を有していてもよい。
前記加圧機構は前記接合ユニットの天板に設けられ、前記天板は鉛直方向に移動自在であってもよい。
別な観点による本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する接合方法であって、前熱処理ユニットにおいて、前記接合部を当接させて基板を重ねた重合基板を第１の熱処理板に載置して当該重合基板を第１の温度まで加熱する前熱処理工程と、その後、内部の雰囲気を所定の真空度とした接合ユニットにおいて、前記重合基板を第２の熱処理板に載置して当該重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度に維持しながら、前記重合基板を前記第２の熱処理板側に押圧して当該重合基板を接合する接合工程と、その後、後熱処理ユニットにおいて、前記重合基板を第３の熱処理板に載置して当該重合基板を前記第２の温度よりも低い第３の温度に冷却する後熱処理工程と、を有し、一の重合基板に前記接合工程を行っている間、他の重合基板に前記前熱処理工程又は前記後熱処理工程を行うことを特徴としている。
前記前熱処理工程において、前記第１の熱処理板は、前記熱処理ユニットから前記接合ユニットに前記重合基板を搬送しながら当該重合基板を加熱し、前記後熱処理工程において、前記第３の熱処理板は、前記接合ユニットから前記後熱処理ユニットに前記重合基板を搬送しながら当該重合基板を冷却してもよい。
また別な観点による本発明によれば、前記接合方法を接合装置によって実行させるために、当該接合装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。
さらに別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。
本発明によれば、金属の接合部を有する基板同士の接合を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させることができる。
本実施の形態にかかる接合装置を備えた接合システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる接合システムの内部構成の概略を示す側面図である。 重合ウェハの断面図である。 接合装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 保持アームの保持部が第２の熱処理板に収容され、重合ウェハが第２の熱処理板に載置される様子を示す説明図である。 後熱処理ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。 ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。 接合装置における重合ウェハの温度、重合ウェハにかけられる荷重、及び各ユニット内の雰囲気の圧力の経時変化を示すグラフである。 第１の熱処理板から保持アームに重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。 保持アームから第２の熱処理板に重合ウェハが載置される様子を示す説明図である。 第２の熱処理板上の重合ウェハが押圧され接合される様子を示す説明図である。 第２の熱処理板から保持アームに重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。 保持アームから第３の熱処理板に重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる接合システムの構成の概略を示す平面図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる接合装置を有する接合システム１の構成の概略を示す平面図である。図２は、接合システム１の内部構成の概略を示す側面図である。
接合システム１では、図３に示すように例えば２枚の基板としてのウェハＷＵ、ＷＬを接合する。以下、上側に配置されるウェハを「上ウェハＷＵ」といい、下側に配置されるウェハを「下ウェハＷＬ」という場合がある。各ウェハＷＵ、ＷＬは、金属の接合部ＪＵ、ＪＬをそれぞれ複数有している。そして、各接合部ＪＵ、ＪＬを当接させウェハＷＵ、ＷＬを重ね合わせて重合基板としての重合ウェハＷＴを形成し、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を接合する。なお、本実施の形態では、例えば接合部ＪＵにはアルミニウムが用いられ、接合部ＪＬにはゲルマニウムが用いられる。
接合システム１は、図１に示すように例えば外部との間で複数のウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴをそれぞれ収容可能なカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴが搬入出されるカセットステーション２と、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。
カセットステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０には、複数、例えば３つのカセット載置板１１が設けられている。カセット載置板１１は、水平方向のＸ方向（図１中の上下方向）に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板１１には、接合システム１の外部に対してカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴを搬入出する際に、カセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴを載置することができる。
カセットステーション２には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２０上を移動自在なウェハ搬送装置２１が設けられている。ウェハ搬送装置２１は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板１１上のカセットＣＵ、ＣＬ、ＣＴと、後述する処理ステーション３の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
処理ステーション３には、各種装置を備えた複数例えば３つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３のカセットステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられている。
例えば第１の処理ブロックＧ１には、例えば純水などの洗浄液によってウェハＷＵ、ＷＬの表面を洗浄する洗浄装置３０、ウェハＷＵ、ＷＬの位置調整をして重ね合わせ、これらウェハＷＵ、ＷＬを仮接合して重合ウェハＷＴを形成するアライメント装置３１がカセットステーション２側からこの順で配置されている。
例えば第２の処理ブロックＧ２には、重合ウェハＷＴを接合する複数、例えば４つの接合装置４０〜４３が設けられている。接合装置４０〜４３は、水平方向のＹ方向（図１中の左右方向）に一列に並べて配置されている。
例えば第３の処理ブロックＧ３には、図２に示すようにウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴのトランジション装置５０、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの熱処理を行う熱処理装置５１〜５３が下から順に４段に設けられている。
図１に示すように第１のブロックＧ１〜第３のブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばウェハ搬送装置６０が配置されている。
ウェハ搬送装置６０は、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置６０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２及び第３のブロックＧ３内の所定の装置にウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。
次に、上述した接合装置４０〜４３の構成について説明する。接合装置４０は、図４及び図５に示すように前熱処理ユニット７０、接合ユニット７１、後熱処理ユニット７２を水平方向のＹ方向（図４及び図５中の左右方向）にこの順で並べて一体に接続した構成を有している。すなわち、前熱処理ユニット７０と後熱処理ユニット７２は、それぞれゲートバルブ７３、７４を介して接合ユニット７１に気密に接続されている。
前熱処理ユニット７０は、内部を密閉することができる処理容器８０を有している。処理容器８０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口８１が形成され、当該搬入出口８１にはゲートバルブ８２が設けられている。また、処理容器８０の接合ユニット７１側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口８３が形成され、当該搬入出口８３には上述したゲートバルブ７３が設けられている。
処理容器８０の底面には吸気口８４が形成されている。吸気口８４には、処理容器８０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ８５に連通する吸気管８６が接続されている。なお、本実施の形態においては、吸気口８４、真空ポンプ８５、吸気管８６で第１の減圧機構を構成している。
処理容器８０の内部には、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第１の熱処理板９０が設けられている。第１の熱処理板９０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第１の熱処理板９０の加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。
第１の熱処理板９０の下方には、重合ウェハＷＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン９１が例えば３本設けられている。昇降ピン９１は、昇降駆動部９２により上下動できる。第１の熱処理板９０の中央部付近には、当該第１の熱処理板９０を厚み方向に貫通する貫通孔９３が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン９１は貫通孔９３を挿通し、第１の熱処理板９０の上面から突出可能になっている。また、第１の熱処理板９０の外周部には、後述する保持アーム１３０の保持部１３２を通過させるための切欠き部９４が例えば４箇所に形成されている。
第１の熱処理板９０は、支持部材１００に支持されている。支持部材１００の基端部には、Ｙ方向に沿って延伸するレール１０１上を移動自在の駆動部１０２が取り付けられている。この駆動部１０２により、第１の熱処理板９０は、前熱処理ユニット７０と接合ユニット７１との間を移動自在になっている。なお、本実施の形態においては、支持部材１００、レール１０１、駆動部１０２で移動機構を構成している。
接合ユニット７１は、内部を密閉することができる処理容器１１０を有している。処理容器１１０は、容器本体１１１と天板１１２がシールドベローズ１１３によって接続された構成を有している。シールドベローズ１１３は鉛直方向に伸縮自在に構成され、このシールドベローズ１１３によって天板１１２は鉛直方向に移動自在になっている。
容器本体１１１の前熱処理ユニット７０側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口１１４が形成され、当該搬入出口１１４には上述したゲートバルブ７３が設けられている。また、容器本体１１１の後熱処理ユニット７２側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口１１５が形成され、当該搬入出口１１５には上述したゲートバルブ７４が設けられている。
容器本体１１１の側面には吸気口１１６が形成されている。吸気口１１６には、処理容器１１０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ１１７に連通する吸気管１１８が接続されている。なお、本実施の形態においては、吸気口１１６、真空ポンプ１１７、吸気管１１８で第２の減圧機構を構成している。
処理容器１１０の内部であって天板１１２には、後述する第２の熱処理板１４０上の重合ウェハＷＴを第２の熱処理板１４０側に押圧する加圧機構１２０が設けられている。加圧機構１２０は、重合ウェハＷＴに当接して押圧する押圧部材１２１と、天板１１２に環状に取り付けられた支持部材１２２と、押圧部材１２１と支持部材１２２を接続し、鉛直方向に伸縮自在の加圧ベローズ１２３とを有している。押圧部材１２１の内部には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。そして、加圧機構１２０の内部、すなわち押圧部材１２１、加圧ベローズ１２３、支持部材１２２及び天板１１２で囲まれた内部空間に例えば圧縮空気を給気又は吸気することで、加圧ベローズ１２３が伸縮し押圧部材１２１が鉛直方向に移動自在になっている。なお、加圧機構１２０の内部には圧縮空気が封入されるため、この圧縮空気による内圧に耐えるように、加圧機構１２０の加圧ベローズ１２３の剛性は、処理容器１１０のシールドベローズ１１３の剛性より大きくなっている。
また、処理容器１１０の内部であって天板１１２には、第１の熱処理板９０又は後述する第３の熱処理板１７０と第２の熱処理板１４０との間で重合ウェハＷＴを受け渡すための保持アーム１３０が設けられている。したがって、保持アーム１３０は、天板１１２の移動に伴って鉛直方向に移動自在になっている。保持アーム１３０は、例えば重合ウェハＷＴの同一円周上に等間隔に４本設けられ、当該重合ウェハＷＴの外周部を４箇所で保持するようになっている。保持アーム１３０は、図６に示すように天板１１２から鉛直方向下方に延伸し、その下端部が屈曲して水平方向内側に延伸した支持部１３１と、支持部１３１に支持され、重合ウェハＷＴを保持する保持部１３２とを有している。保持部１３２は、水平方向内側に突出し、重合ウェハＷＴの外周部下面を保持する突出部材１３３と、当該突出部材１３３から鉛直方向上方に延伸し、重合ウェハＷＴの外周部側面をガイドするガイド部材１３４とを有している。また、ガイド部材１３４上端の内側面は、下側から上側に向かってテーパ状に拡大している。
図５に示すように処理容器１１０の内部であって加圧機構１２０の下方には、当該加圧機構１２０に対向する位置に、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第２の熱処理板１４０が設けられている。第２の熱処理板１４０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第２の熱処理板１４０の加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。また、第２の熱処理板１４０の外周部には、図６に示すように保持アーム１３０から第２の熱処理板１４０に重合ウェハＷＴを受け渡した状態で、当該保持アーム１３０の保持部１３２を収容するための切欠き溝１４１が形成されている。切欠き溝１４１は、図４に示すように第２の熱処理板１４０の外周部に例えば４箇所に形成されている。
図５に示すように第２の熱処理板１４０の下面側には、重合ウェハＷＴを冷却する冷却板１５０が設けられている。冷却板１５０には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板１５０の冷却温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。
後熱処理ユニット７２は、前熱処理ユニット７０とほぼ同様の構成を有している。すなわち、図４及び図５に示すように後熱処理ユニット７２は、内部を密閉することができる処理容器１６０を有している。処理容器１６０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口１６１が形成され、当該搬入出口１６１にはゲートバルブ１６２が設けられている。また、処理容器１６０の接合ユニット７１側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口１６３が形成され、当該搬入出口１６３には上述したゲートバルブ７４が設けられている。
処理容器１６０の底面には吸気口１６４が形成されている。吸気口１６４には、処理容器１６０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ１６５に連通する吸気管１６６が接続されている。なお、本実施の形態においては、吸気口１６４、真空ポンプ１６５、吸気管１６６で第３の減圧機構を構成している。
処理容器１６０の内部には、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第３の熱処理板１７０が設けられている。第３の熱処理板１７０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第３の熱処理板１７０の加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。
第３の熱処理板１７０の下方には、重合ウェハＷＴを冷却する冷却板１７１が設けられている。冷却板１７１には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板１７１の冷却温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。また、冷却板１７１は、昇降駆動部（図示せず）により上下動可能に構成されている。
第３の熱処理板１７０及び冷却板１７１の下方には、重合ウェハＷＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン１７２が例えば３本設けられている。昇降ピン１７２は、昇降駆動部１７３により上下動できる。第３の熱処理板１７０の中央部付近には、当該第３の熱処理板１７０を厚み方向に貫通する貫通孔１７４が例えば３箇所に形成されている。また、冷却板１７１の中央部付近にも、当該冷却板１７１を厚み方向に貫通する貫通孔１７５が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン１７２は貫通孔１７４、１７５を挿通し、第３の熱処理板１７０の上面から突出可能になっている。また、第３の熱処理板１７０の外周部には、保持アーム１３０の保持部１３２を通過させるための切欠き部１７６が例えば４箇所に形成されている。
第３の熱処理板１７０は、支持部材１８０に支持されている。支持部材１８０の基端部には、Ｙ方向に沿って延伸するレール１８１上を移動自在の駆動部１８２が取り付けられている。この駆動部１８２により、第３の熱処理板１７０は、後熱処理ユニット７２と接合ユニット７１との間を移動自在になっている。なお、本実施の形態においては、支持部材１８０、レール１８１、駆動部１８２で移動機構を構成している。また、支持部材１８０は、図７に示すように冷却板１７１に干渉しないように駆動部１８２から鉛直方向に延伸し、その上端部が屈曲して水平方向に延伸している。
なお、接合装置４１〜４３の構成は、上述した接合装置４０の構成と同様であるので説明を省略する。
以上の接合システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合装置４０〜４３における重合ウェハＷＴの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述の接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。
次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われる重合ウェハＷＴの接合処理方法について説明する。図８は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。
先ず、複数枚の上ウェハＷＵを収容したカセットＣＵ、下ウェハＷＬを収容したカセットＣＬ、及び空のカセットＣＴが、カセットステーション２の所定のカセット載置板１１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２１によりカセットＣＵ内の上ウェハＷＵが取り出され、処理ステーション３の第３のブロックＧ３の例えばトランジション装置５０に搬送される。
次に上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６０によって第１のブロックＧ１の洗浄装置３０に搬送され、洗浄液によって上ウェハＷＵの表面が洗浄される（図８の工程Ｓ１）。その後上ウェハＷＵは、ウェハ搬送装置６０によってアライメント装置３１に搬送される。
上ウェハＷＵに続いて、ウェハ搬送装置２１によりカセットＣＬ内の下ウェハＷＬが取り出され、トランジション装置５０に搬送される。次に下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６０によって洗浄装置３０に搬送され、洗浄液によって下ウェハＷＬの表面が洗浄される（図８の工程Ｓ２）。その後下ウェハＷＬは、ウェハ搬送装置６０によってアライメント装置３１に搬送される。
上ウェハＷＵと下ウェハＷＬがアライメント装置３１に搬送されると、これらウェハＷＵ、ＷＬは位置調整され重ね合わされる。なお、ウェハＷＵ、ＷＬの一方又は双方にはこれらを重ね合わせる前に例えば接着剤を予め塗布しておき、重ね合わせ時に接着することで仮接合され、重合ウェハＷＴが形成される（図８の工程Ｓ３）。
その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によって第２のブロックＧ２の接合装置４０に搬送される。図９は、接合装置４０における重合ウェハＷＴの温度（図９中の“Ｔｅｍｐ”）、重合ウェハＷＴにかけられる荷重（図９中の“Ｆｏｒｃｅ”）、及び各ユニット７０、７１、７２内の雰囲気の圧力（図９中の“ＶＡＣ”）の経時変化を示している。
接合装置４０では、先ず、前熱処理ユニット７０のゲートバルブ８２を開き、ウェハ搬送装置６０によって重合ウェハＷＴが第１の熱処理板９０の上方に搬入される。続いて昇降ピン９１を上昇させ、重合ウェハＷＴをウェハ搬送装置６０から昇降ピン９１に受け渡した後、昇降ピン９１を下降させ、重合ウェハＷＴを第１の熱処理板９０に載置する。このとき、ゲートバルブ８２を閉じ、真空ポンプ８５によって処理容器８０の内部の雰囲気が減圧される。その後、第１の熱処理板９０によって重合ウェハＷＴが第１の温度、例えば３５０℃まで加熱される（図８の工程Ｓ４）。このとき、重合ウェハＷＴの接合部ＪＵ、ＪＬ同士を均一に加熱するため、所定の加熱速度、例えば１０〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。また、前熱処理ユニット７０内の圧力は、接合ユニット７１内の圧力にまで減圧される。
重合ウェハＷＴが第１の温度まで加熱されると、ゲートバルブ７３を開く。続いて、駆動部１０２によって重合ウェハＷＴを載置した第１の熱処理板９０を接合ユニット７１に移動させ、重合ウェハＷＴが第２の熱処理板１４０の上方に搬送される。このとき、保持アーム１３０は、第１の熱処理板９０の下方に待機している。
なお、第１の熱処理板９０によって重合ウェハＷＴを前熱処理ユニット７０から接合ユニット７１に搬送中に、当該重合ウェハＷＴを加熱してもよい。
その後、図１０に示すように保持アーム１３０を上昇させ、保持アーム１３０を第１の熱処理板９０の切欠き部９４を通過させて、第１の熱処理板９０から保持アーム１３０の保持部１３２に重合ウェハＷＴが受け渡される。このとき、保持部１３２のガイド部材１３４上端の内側面が下側から上側に向かってテーパ状に拡大しているため、例えば第１の熱処理板９０上の重合ウェハＷＴがガイド部材１３４の内側面からずれて配置されていても、重合ウェハＷＴはガイド部材１３４に円滑に保持される。その後、第１の熱処理板９０を前熱処理ユニット７０に移動させ、ゲートバルブ７３を閉じる。
その後、図１１に示すように保持アーム１３０を下降させて、重合ウェハＷＴを第２の熱処理板１４０に載置する。このとき、保持アーム１３０の保持部１３２は、第２の熱処理板１４０の切欠き溝１４１に収容される。
その後、第１の熱処理板９０によって重合ウェハＷＴが第２の温度、例えば４３０℃まで加熱される。重合ウェハＷＴは、例えば１０〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。なお、処理容器１１０の内部の雰囲気は、所定の真空度、例えば０．１Ｐａの真空度に維持されている。
その後、重合ウェハＷＴの温度を第２の温度に維持しながら、図１２に示すように加圧機構１２０に圧縮空気を供給し、押圧部材１２１を下降させる。そして、押圧部材１２１を重合ウェハＷＴに当接させ、当該重合ウェハＷＴを所定の荷重、例えば５０ｋＮで第２の熱処理板１４０側に押圧する。そして、重合ウェハＷＴが所定の時間、例えば１０分間押圧され、重合ウェハＷＴが接合される（図８の工程Ｓ５）。なお、重合ウェハＷＴの温度は、例えば押圧部材１２１内のヒータや冷却板１５０を用いて第２の温度に維持してもよい。
その後、第２の熱処理板１４０によって重合ウェハＷＴが例えば３５０℃まで冷却される。重合ウェハＷＴは、接合部ＪＵ、ＪＬの強度や物性が変わるのを防止するため、所定の冷却速度、例えば１０〜５０℃／分の冷却速度で冷却される。なお、重合ウェハＷＴの冷却は、例えば押圧部材１２１内のヒータや冷却板１５０を用いてもよい。
重合ウェハＷＴが３５０℃まで冷却されると、図１３に示すように保持アーム１３０を上昇させ、第２の熱処理板１４０から保持アーム１３０に重合ウェハＷＴが受け渡される。続いて、保持アーム１３０をさらに上昇させると共に、ゲートバルブ７４を開く。そして、駆動部１８２によって後熱処理ユニット７２の第３の熱処理板１７０を保持アーム１３０の下方であって第２の熱処理板１４０の上方に移動させる。なお、後熱処理ユニット７２内の圧力は、予め接合ユニット７１内の圧力に減圧されている。
その後、図１４に示すように保持アーム１３０を下降させ、保持アーム１３０を第３の熱処理板１７０の切欠き部１７６を通過させて、重合ウェハＷＴを第３の熱処理板１７０に載置する。
その後、第３の熱処理板１７０を後熱処理ユニット７２に移動させ、ゲートバルブ７４を閉じる。その後、第３の熱処理板１７０によって重合ウェハＷＴが第３の温度、例えば２００℃まで冷却される（図８の工程Ｓ６）。このとき、冷却板１７１が第３の熱処理板１７０に当接するまで当該冷却板１７１を上昇させて、冷却板１７１によって重合ウェハＷＴを冷却してもよい。
なお、第３の熱処理板１７０によって重合ウェハＷＴを接合ユニット７１から後熱処理ユニット７２に搬送中に、当該重合ウェハＷＴを冷却してもよい。
その後、後熱処理ユニット７２内の圧力を大気圧まで開放し、昇降ピン１７２を上昇させ、第３の熱処理板１７０から昇降ピン１７２に重合ウェハＷＴが受け渡される。続いて、ゲートバルブ１６２を開き、昇降ピン１７２からウェハ搬送装置６０に受け渡され、接合装置４０から重合ウェハＷＴが搬出される。
その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によって第３のブロックＧ３の熱処理装置５１に搬送され、所定の温度に温度調節される（図８の工程Ｓ７）。その後、重合ウェハＷＴは、ウェハ搬送装置６０によってトランジション装置５０に搬送され、その後カセットステーション２のウェハ搬送装置２１によって所定のカセット載置板１１のカセットＣＴに搬送される。こうして、一連の重合ウェハＷＴの接合処理が終了する。
なお、接合装置４０では、接合ユニット７１において一の重合ウェハＷＴに工程Ｓ５の接合処理が行われている間、前熱処理ユニット７０において他の重合ウェハＷＴに工程Ｓ４の前熱処理が行われていてもよい。また、このとき、後熱処理ユニット７２においても他の重合ウェハＷＴに工程Ｓ６の後熱処理が行われてもよい。すなわち、一の接合装置４０において、２つ又は３つの重合ウェハＷＴに対する処理が並行して行われる。
以上の実施の接合装置１によれば、前熱処理ユニット７０、接合ユニット７１、後熱処理ユニット７２において、重合ウェハＷＴを順次処理することができる。すなわち、先ず、前熱処理ユニット７０で行われる工程Ｓ４において、重合ウェハＷＴを第１の熱処理板９０に載置して第１の温度に加熱する。その後、接合ユニット７１で行われる工程Ｓ５において、重合ウェハＷＴを第２の熱処理板１４０に載置して当該重合ウェハＷＴを所定の温度である第２の温度に維持しながら、加圧機構１２０によって重合ウェハＷＴを第２の熱処理板１４０側に押圧して当該重合ウェハＷＴを接合する。その後、後熱処理ユニット７２で行われる工程Ｓ６において、重合ウェハＷＴを第３の熱処理板１７０に載置して冷却する。そして、接合ユニット７１において一の重合ウェハＷＴを処理している間、少なくとも前熱処理ユニット７０又は後熱処理ユニット７２において他の重合ウェハＷＴを並行して処理することができる。このように本実施の形態によれば、第２の温度が高温であっても、２つ又は３つの重合ウェハＷＴに対して同時に効率よく処理を行うことができるので、ウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。
また、加圧機構１２０の押圧部材１２１の内部にはヒータが内蔵され、接合ユニット７１には冷却板１５０が設けられているので、接合ユニット７１で行われる工程Ｓ５において、重合ウェハＷＴの温度の微調整を行うことができ、当該重合ウェハＷＴの温度を確実に第２の温度に維持することができる。また、重合ウェハＷＴの加熱又は冷却も迅速に行うことができる。
また、後熱処理ユニット７２には冷却板１７１が設けられているので、後熱処理ユニット７２で行われる工程Ｓ６において、重合ウェハＷＴの温度の微調整を行うことができ、重合ウェハＷＴの冷却速度を所定の冷却速度に維持することができる。したがって、重合ウェハＷＴにおける接合部ＪＵ、ＪＬの強度や物性が変わるのを防止することができる。
また、第１の熱処理板９０は前熱処理ユニット７０から接合ユニット７１に重合ウェハＷＴを搬送可能であるので、重合ウェハＷＴを搬送しながら当該重合ウェハＷＴを加熱することができる。さらに、第３の熱処理板１７０は、接合ユニット７１から後熱処理ユニット７２に重合ウェハＷＴを搬送可能であるので、重合ウェハＷＴを搬送しながら当該重合ウェハＷＴを冷却することができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをさらに向上させることができる。また、前熱処理ユニット７０と接合ユニット７１との間、又は接合ユニット７１と後熱処理ユニット７２との間で重合ウェハＷＴを搬送するための搬送機構を別途設ける必要がないので、接合装置４０〜４３の構成を簡素化し、接合装置４０〜４３の製造コストを低廉化することができる。
また、加圧機構１２０は処理容器１１０の天板１１２に設けられ、天板１１２と加圧機構１２０は一体的に鉛直方向に移動自在になっている。ここで、上述したように、加圧機構１２０の加圧ベローズ１２３の剛性は処理容器１１０のシールドベローズ１１３の剛性より大きくなっている。本実施の形態によれば、天板１１２を下降させた上で、加圧機構１２０の押圧部材１２１を下降させることができるので、加圧ベローズ１２３の剛性の剛性が大きくても重合ウェハＷＴを所定の荷重で確実に押圧することができる。
以上の実施の形態の接合システム１において、図１５に示すように第１の処理ブロックＧ１に検査装置２１０をさらに設けてもよい。検査装置２１０は、接合装置４０〜４３で接合された重合ウェハＷＴが適切に接合されているかどうかを検査することができる。かかる場合、検査装置２１０において重合ウェハＷＴが適切に接合されていないと判断された場合、例えば接合装置４０〜４３における処理条件を補正することができる。
また、以上の実施の形態の接合システム１において、図１５に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣に、ウェハ搬送装置２２０を設けてもよい。ウェハ搬送装置２２０は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置２１０は、ウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを支持した状態で上下に移動して、第３の処理ブロックＧ３内のトランジション装置５０、熱処理装置５１〜５３にウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴを搬送できる。かかる場合、第３の処理ブロックＧ３内でのウェハＷＵ、ＷＬ、重合ウェハＷＴの搬送にウェハ搬送装置６０を用いる必要がないので、ウェハ接合処理のスループットをさらに向上させることができる。
また、以上の実施の形態では、接合システム１に４つの接合装置４０〜４３が設けられていたが、接合装置の数は任意に変更することができる。
また、以上の実施の形態では、洗浄装置３０においてウェハＷＵ、ＷＬの表面を洗浄液によって洗浄していた、すなわちウェット洗浄していたが、ドライ洗浄を行ってもよい。ドライ洗浄をする場合、例えば洗浄装置３０内にプラズマを励起させ、当該プラズマによってウェハＷＵ、ＷＬの表面を洗浄してもよい。
また、以上の実施の形態では、接合部ＪＵ、ＪＬにそれぞれアルミニウムとゲルマニウムが用いられていたが、他の金属を用いた場合にも本発明を適用することができる。かかる場合、接合部ＪＵ、ＪＬに用いられる金属の種類に応じて、接合ユニット７１における処理条件、例えば重合ウェハＷＴの加熱温度や押圧荷重などが決定される。また、以上の実施の形態では、ウェハＷＵ、ＷＬに金属の接合部ＪＵ、ＪＬが設けられていたが、基板自体が金属の場合にも本発明を適用することができる。さらに、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも本発明を適用することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する際に有用である。
１ 接合システム
２ カセットステーション
３ 処理ステーション
３０ 洗浄装置
３１ アライメント装置
４０〜４３ 接合装置
５０ トランジション装置
５１〜５３ 熱処理装置
７０ 前熱処理ユニット
７１ 接合ユニット
７２ 後熱処理ユニット
８０ 処理容器
８４ 吸気口
８５ 真空ポンプ
８６ 吸気管
９０ 第１の熱処理板
１００ 支持部材
１０１ レール
１０２ 駆動部
１１０ 処理容器
１１１ 容器本体
１１２ 天板
１１３ シールドベローズ
１１６ 吸気口
１１７ 真空ポンプ
１１８ 給気管
１２０ 加圧機構
１２１ 押圧部材
１２２ 支持部材
１２３ 加圧ベローズ
１３０ 保持アーム
１４０ 第２の熱処理板
１５０ 冷却板
１６０ 処理容器
１６４ 吸気口
１６５ 真空ポンプ
１６６ 給気管
１７０ 第３の熱処理板
１７１ 冷却板
１８０ 支持部材
１８１ レール
１８２ 駆動部
２００ 制御部
ＪＵ、ＪＬ 接合部
ＷＵ 上ウェハ
ＷＬ 下ウェハ
ＷＴ 重合ウェハ

Claims (10)

  1. 金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置であって、
    前記接合部を当接させて基板を重ねた重合基板を載置して熱処理する第１の熱処理板と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第１の減圧機構とを備えた前熱処理ユニットと、
    前記前熱処理ユニットで処理された重合基板を載置して熱処理する第２の熱処理板と、前記第２の熱処理板上の重合基板を当該第２の熱処理板側に押圧する加圧機構と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第２の減圧機構とを備えた接合ユニットと、
    前記接合ユニットで処理された重合基板を載置して熱処理する第３の熱処理板と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第３の減圧機構とを備えた後熱処理ユニットと、を有し、
    前記前熱処理ユニットと前記後熱処理ユニットは、それぞれ気密に前記接合ユニットに接続されていることを特徴とする、接合装置。
  2. 前記前熱処理ユニットは、前記接合ユニットとの間で前記第１の熱処理板を移動させる移動機構を有し、
    前記後熱処理ユニットは、前記接合ユニットとの間で前記第３の熱処理板を移動させる移動機構を有することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
  3. 前記加圧機構は、前記第２の熱処理板上の重合基板に当接して熱処理しつつ、当該重合基板を押圧する押圧部材を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合装置。
  4. 前記接合ユニットは、前記第２の熱処理板上の重合基板を冷却する冷却板を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接合装置。
  5. 前記後熱処理ユニットは、前記第３の熱処理板上の重合基板を冷却する冷却板を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合装置。
  6. 前記加圧機構は前記接合ユニットの天板に設けられ、
    前記天板は鉛直方向に移動自在であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の接合装置。
  7. 金属の接合部を有する基板同士を接合する接合方法であって、
    前熱処理ユニットにおいて、前記接合部を当接させて基板を重ねた重合基板を第１の熱処理板に載置して当該重合基板を第１の温度まで加熱する前熱処理工程と、
    その後、内部の雰囲気を所定の真空度とした接合ユニットにおいて、前記重合基板を第２の熱処理板に載置して当該重合基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度に維持しながら、前記重合基板を前記第２の熱処理板側に押圧して当該重合基板を接合する接合工程と、
    その後、後熱処理ユニットにおいて、前記重合基板を第３の熱処理板に載置して当該重合基板を前記第２の温度よりも低い第３の温度に冷却する後熱処理工程と、を有し、
    一の重合基板に前記接合工程を行っている間、他の重合基板に前記前熱処理工程又は前記後熱処理工程を行うことを特徴とする、接合方法。
  8. 前記前熱処理工程において、前記第１の熱処理板は、前記熱処理ユニットから前記接合ユニットに前記重合基板を搬送しながら当該重合基板を加熱し、
    前記後熱処理工程において、前記第３の熱処理板は、前記接合ユニットから前記後熱処理ユニットに前記重合基板を搬送しながら当該重合基板を冷却することを特徴とする、請求項７に記載の接合方法。
  9. 請求項７又は８のいずかに記載の接合方法を接合装置によって実行させるために、当該接合装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
  10. 請求項９に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
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