JP2011181632A - 接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板間のボイドの発生を抑制しつつ、基板の同士の接合を適切に効率よく行う。
【解決手段】上ウェハと下ウェハは、表面活性化(工程S1、S5)、表面親水化及び洗浄(工程S2、S6)が行われ、接合装置に搬送される。接合装置では、上ウェハと下ウェハの水平方向の向きが調節され(工程S3、S7)、上部チャックと下部チャックにそれぞれ保持される。このとき、上ウェハの表裏面が反転される(工程S4)。その後、下ウェハと上ウェハの水平方向の位置を調節した後(工程S8)、下ウェハと上ウェハとを所定の間隔で対向配置する(工程S9)。その後、下ウェハの一端部と上ウェハの一端部とを当接させて押圧する(工程S10)。その後、下ウェハの一端部と上ウェハの一端部が押圧された状態で、上ウェハの一端部側から他端部側に向けて、当該上ウェハを下ウェハに順次当接させ、上ウェハと下ウェハを接合する(工程S11)。
【選択図】図11
【解決手段】上ウェハと下ウェハは、表面活性化(工程S1、S5)、表面親水化及び洗浄(工程S2、S6)が行われ、接合装置に搬送される。接合装置では、上ウェハと下ウェハの水平方向の向きが調節され(工程S3、S7)、上部チャックと下部チャックにそれぞれ保持される。このとき、上ウェハの表裏面が反転される(工程S4)。その後、下ウェハと上ウェハの水平方向の位置を調節した後(工程S8)、下ウェハと上ウェハとを所定の間隔で対向配置する(工程S9)。その後、下ウェハの一端部と上ウェハの一端部とを当接させて押圧する(工程S10)。その後、下ウェハの一端部と上ウェハの一端部が押圧された状態で、上ウェハの一端部側から他端部側に向けて、当該上ウェハを下ウェハに順次当接させ、上ウェハと下ウェハを接合する(工程S11)。
【選択図】図11
Description
本発明は、基板同士を接合する接合方法、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。)の接合が行われる。例えば貼り合わせ装置は、2枚のウェハを上下に配置した状態(以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。)で収容するチャンバーと、チャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部分を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有している。かかる貼り合わせ装置を用いた場合、ウェハ間のボイドの発生を抑制するため、チャンバー内を真空雰囲気にしてウェハ同士の接合が行われる。具体的には、先ず、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧し、当該中心部分を下ウェハに当接させる。その後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させて貼り合わせる(特許文献1)。
しかしながら、特許文献1に記載の貼り合わせ装置を用いた場合、チャンバー内全体を真空雰囲気にする必要があるため、ウェハをチャンバー内に収容してから真空雰囲気を形成するのに多大な時間を要する。この結果、ウェハ接合処理全体のスループットが低下することがあった。
また、かかる貼り合わせ装置を用いた場合、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧する際、当該上ウェハはスペーサで支持されているだけなので、下ウェハに対する上ウェハの位置がずれるおそれがあった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板間のボイドの発生を抑制しつつ、基板の同士の接合を適切に効率よく行うことを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を接合する接合方法であって、第1の保持部材に保持された第1の基板と、前記第1の保持部材の上方に設けられた第2の保持部材に保持された第2の基板とを、所定の間隔で対向配置する配置工程と、その後、第1の基板の一端部と、当該第1の基板の一端部に対向する第2の基板の一端部とを当接させて押圧する押圧工程と、その後、前記第1の基板の一端部と第2の基板の一端部が押圧された状態で、前記第2の基板の一端部側から他端部側に向けて、当該第2の基板を第1の基板に順次当接させ、第1の基板と第2の基板を接合する接合工程と、を有することを特徴としている。
本発明によれば、第1の基板の一端部と第2の基板の一端部が押圧された状態で、第2の基板の一端部側から他端部側に向けて、当該第2の基板を第1の基板に順次当接させている。したがって、例えば第1の基板と第2の基板との間にボイドとなりうる空気が存在している場合でも、空気は第2の基板が第1の基板と当接している箇所より常に外側、すなわち他端部側に存在することになり、当該空気を基板間から一方向に逃がすことができる。したがって、本発明によれば、基板間のボイドの発生を抑制しつつ、基板同士を適切に接合することができる。しかも、本発明によれば、従来のように基板を接合する際の雰囲気を真空雰囲気にする必要がないので、基板の接合を短時間で効率よく行うことができ、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。さらに本発明によれば、第2の基板が第2の保持部材に保持された状態で、第2の基板の一端部と第1の基板の一端部に当接させることができるので、第1の基板に対する第2の基板の位置がずれることがなく、基板の接合を適切に行うことができる。
前記配置工程前に、第1の基板の表面と第2の基板の表面は、それぞれ活性化され且つ親水化され、前記接合工程において、第1の基板と第2の基板をファンデルワールス力及び水素結合によって接合してもよい。なお、基板の表面とは、基板が接合される接合面をいう。
第2の保持部材は、第2の基板を真空引きして吸着保持し、且つ当該第2の保持部材は、複数の領域に区画され、当該領域毎に第2の基板の真空引きを設定可能であり、前記接合工程において、前記第2の基板の一端部側から他端部側に向けて、前記領域毎に第2の基板の真空引きを順次停止し、当該第2の基板を第1の基板に当接させてもよい。
前記接合方法は、外部の圧力に対して陽圧の雰囲気下で行われてもよい。
少なくとも前記第1の保持部材又は前記第2の保持部材は、少なくとも第1の基板又は第2の基板を冷却する冷却機構を有し、前記接合工程は、前記冷却機構によって少なくとも第1の基板又は第2の基板を冷却しながら行われてもよい。
前記配置工程前に、第1の基板の水平方向の向きと第2の基板の水平方向の向きを調節してもよい。
前記接合工程において、前記第2の基板の他端部を支持し、且つ水平方向に移動自在のガイド部材が配置され、第2の基板を第1の基板に当接させる際に、前記ガイド部材を前記第2の基板の一端部側から他端部側に向けて移動させてもよい。
前記配置工程前に、第1の基板の表面と第2の基板の表面をそれぞれ撮像し、撮像された画像における第1の基板の基準点と撮像された画像における第2の基板の基準点とが合致するように第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を調節してもよい。
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。
また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、基板間のボイドの発生を抑制しつつ、基板の同士の接合を適切に効率よく行うことができる。
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方法を実施する接合装置を備えた接合システム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、第2の基板としての「上ウェハWU」といい、下側に配置されるウェハを、第1の基板としての「下ウェハWL」という。また、上ウェハWUが接合される接合面を「表面WU1」といい、当該表面WU1と反対側の面を「裏面WU2」という。同様に、下ウェハWLが接合される接合面を「表面WL1」といい、当該表面WL1と反対側の面を「裏面WL2」という。そして、接合システム1では、上ウェハWUと下ウェハWLを接合して、重合基板としての重合ウェハWTを形成する。
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、複数の重合ウェハWTをそれぞれ収容可能なカセットCU、CL、CTが搬入出される搬入出ステーション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。
搬入出ステーション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4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。このように、搬入出ステーション2は、複数の上ウェハWU、複数の下ウェハWL、複数の重合ウェハWTを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板11の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。また、カセットの1つを不具合ウェハの回収用として用いてもよい。すなわち、種々の要因で上ウェハWUと下ウェハWLとの接合に不具合が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハWTと分離することができるカセットである。本実施の形態においては、複数のカセットCTのうち、1つのカセットCTを不具合ウェハの回収用として用い、他のカセットCTを正常な重合ウェハWTの収容用として用いている。
搬入出ステーション2には、カセット載置台10に隣接してウェハ搬送部20が設けられている。ウェハ搬送部20には、X方向に延伸する搬送路21上を移動自在なウェハ搬送装置22が設けられている。ウェハ搬送装置22は、鉛直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の処理ブロックG3のトランジション装置50、51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つの処理ブロック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の処理ブロック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の処理ブロックG2が設けられている。また、処理ステーション3の搬入出ステーション2側(図1のY方向負方向側)には、第3の処理ブロックG3が設けられている。
例えば第1の処理ブロックG1には、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1を活性化する表面活性化装置30が配置されている。
例えば第2の処理ブロックG2には、例えば純水によってウェハWU、WLの表面WU1、WL1を親水化すると共に当該表面WU1、WL1を洗浄する表面親水化装置40、ウェハWU、WLを接合する接合装置41が、搬入出ステーション2側からこの順で水平方向のY方向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、51が下から順に2段に設けられている。
図1に示すように第1の処理ブロックG1〜第3の処理ブロックG3に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域60が形成されている。ウェハ搬送領域60には、例えばウェハ搬送装置61が配置されている。
ウェハ搬送装置61は、例えば鉛直方向、水平方向(Y方向、X方向)及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置61は、ウェハ搬送領域60内を移動し、周囲の第1の処理ブロックG1、第2の処理ブロックG2及び第3の処理ブロック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41の構成について説明する。接合装置41は、図4に示すように内部を密閉可能な処理容器70を有している。処理容器70のウェハ搬送領域60側の側面には、ウェハWU、WL、重合ウェハWTの搬入出口71が形成され、当該搬入出口71には開閉シャッタ72が設けられている。なお、処理容器70の内部には、ダウンフローと呼ばれる鉛直下方向に向かう気流を発生させている。そして、処理容器70の内部の雰囲気は、後述する搬送領域T1の底面に形成された排気口73から排気される。
処理容器70の内部は、内壁74によって、搬送領域T1と処理領域T2に区画されている。上述した搬入出口71は、搬送領域T1における処理容器70の側面に形成されている。また、内壁74にも、ウェハWU、WL、重合ウェハWTの搬入出口75が形成されている。
搬送領域T1のX方向正方向側には、ウェハWU、WL、重合ウェハWTを一時的に載置するためのトランジション80が設けられている。トランジション80は、例えば2段に形成され、ウェハWU、WL、重合ウェハWTのいずれか2つを同時に載置することができる。
搬送領域T1には、X方向に延伸する搬送路81上を移動自在なウェハ搬送体82が設けられている。ウェハ搬送体は、図4及び図5に示すように鉛直方向及び鉛直軸周りにも移動自在であり、搬送領域T1内、又は搬送領域T1と処理領域T2との間でウェハWU、WL、重合ウェハWTを搬送できる。
搬送領域T1のX方向負方向側には、ウェハWU、WLの水平方向の向きを調節する位置調節機構90が設けられている。位置調節機構90は、図6に示すように基台91と、ウェハWU、WLを吸着保持して回転させる保持部92と、ウェハWU、WLのノッチ部の位置を検出する検出部93と、を有している。そして、位置調節機構90では、保持部92に吸着保持されたウェハWU、WLを回転させながら検出部93でウェハWU、WLのノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節してウェハWU、WLの水平方向の向きを調節している。
処理領域T2には、図4及び図5に示すように下ウェハWLを上面で載置して保持する第1の保持部材としての下部チャック100と、上ウェハWUを下面で吸着保持する第2の保持部材としての上部チャック101とが設けられている。上部チャック101は、下部チャック100の上方に設けられ、下部チャック100と対向配置可能に構成されている。すなわち、下部チャック100に保持された下ウェハWLと上部チャック101に保持された上ウェハWUは対向して配置可能となっている。
下部チャック100の内部には、真空ポンプ(図示せず)に連通する吸引管(図示せず)が設けられている。この吸引管からの吸引により、下ウェハWLを下部チャック100の上面に吸着保持できる。
下部チャック100の下方には、図5に示すようにシャフト102を介してチャック駆動部103が設けられている。このチャック駆動部103により、下部チャック100は昇降自在になっている。なお、チャック駆動部103によって、下部チャック100は水平方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。
上部チャック101には、図7に示すように2つの切欠き部110、111が形成されている。第1の切欠き部110は、後述する反転機構130の保持アーム131と干渉しないように形成されている。また、第2の切欠き部111は、後述する押動部材120と干渉しないように形成されている。
上部チャック101の内部は、図8に示すように複数、例えば3つの領域101a、101b、101cに区画されている。各領域101a、101b、101cには、上ウェハWUを吸着保持するための吸引管112a、112b、112cがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管112a、112b、112cには、異なる真空ポンプ113a、113b、113cにそれぞれ接続されている。したがって、上部チャック101は、各領域101a、101b、101c毎に上ウェハWUの真空引きを設定可能に構成されている。
上部チャック101の上方には、図5に示すようにY方向に沿って延伸するレール114が設けられている。上部チャック101は、チャック駆動部115によりレール114上を移動自在になっている。なお、チャック駆動部115によって、上部チャック101は鉛直方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。
処理領域T2には、図4及び図5に示すように押動部材120が設けられている。押動部材120は、例えばシリンダ等の駆動部121によって昇降自在に構成されている。そして、押動部材120は、後述するウェハWU、WLの接合時に、下ウェハWLの一端部と、当該下ウェハWLの一端部に対向する上ウェハWUの一端部とを当接させて押圧することができる。
搬送領域T1には、当該搬送領域T1と処理領域T2との間を移動し、且つ上ウェハWUの表裏面を反転させる反転機構130が設けられている。反転機構130は、図9に示すように上ウェハWUを保持する保持アーム131を有している。保持アーム131上には、上ウェハWUを吸着して水平に保持する吸着パッド132が設けられている。保持アーム131は、第1の駆動部133に支持されている。この第1の駆動部133により、保持アーム131は水平軸周りに回動自在であり、且つ水平方向に伸縮できる。第1の駆動部133の下方には、第2の駆動部134が設けられている。この第2の駆動部134により、第1の駆動部133は鉛直軸周りに回転自在であり、且つ鉛直方向に昇降できる。さらに、第2の駆動部134は、図4及び図5に示すY方向に延伸するレール135に取り付けられている。レール135は、処理領域T2から搬送領域T1まで延伸している。この第2の駆動部134により、反転機構130は、レール135に沿って位置調節機構90と上部チャック101との間を移動可能になっている。なお、反転機構130の構成は、上記実施の形態の構成に限定されず、上ウェハWUの表裏面を反転させることができればよい。また、反転機構130は、処理領域T2に設けられていてもよい。また、ウェハ搬送体82に反転機構を付与し、反転機構130の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
なお、処理領域T2には、後述するように下部チャック100に保持された下ウェハWLと上部チャック101に保持された上ウェハWUとの水平方向の位置調節を行うため、後述する下ウェハWLの表面WL1を撮像する下部撮像部材と上ウェハWUの表面WU1を撮像する上部撮像部材とが設けられている。下部撮像部材と上部撮像部材には、例えば広角型のCCDカメラが用いられる。
次に、以上のように構成された接合装置41においてウェハWU、WLを接合する際、接合装置41と、当該接合装置41の外部、すなわちウェハ搬送領域60との間に生じる気流、及び接合装置41内に生じる気流について図10に基づいて説明する。なお、図10中の矢印は気流の方向を示している。
接合装置41内の圧力は、ウェハ搬送領域60内の圧力に対して陽圧となっている。したがって、開閉シャッタ71を開けると、接合装置41からウェハ搬送領域60に向かう気流が生じる。
また、接合装置41内において、処理容器70の内部の雰囲気は搬送領域T1の排気口73から排気される。したがって、処理領域T2から搬入出口75を介して搬送領域T1に向かう気流が生じる。
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、接合システム1におけるウェハWU、WL、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を用いて行われるウェハWU、WLの接合処理方法について説明する。図11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、複数枚の下ウェハWLを収容したカセットCL、及び空のカセットCTが、搬入出ステーション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22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の処理ブロックG3の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61によって第1の処理ブロックG1の表面活性化装置30に搬送される。表面活性化装置30では、例えば処理ガスをプラズマ励起させたラジカルを用いてウェハWUの表面WU1が活性化される(図11の工程S1)。
次に上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61によって第2の処理ブロックG2の表面親水化装置40に搬送される。表面親水化装置40では、例えば上ウェハWU上に純水を供給して、当該上ウェハWUの表面WU1に水酸基が付着して当該表面WU1が親水化される。また、この純水によって上ウェハWUの表面WU1が洗浄される(図11の工程S2)。
次に上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61によって第2の処理ブロックG2の接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された上ウェハWUは、トランジション80を介してウェハ搬送体82により位置調節機構90に搬送される。そして位置調節機構90によって、上ウェハWUの水平方向の向きが調節される(図11の工程S3)。
その後、位置調節機構90から反転機構130の保持アーム131に上ウェハWUが受け渡される。続いて搬送領域T1において、保持アーム131を反転させることにより、上ウェハWUの表裏面が反転される(図11の工程S4)。すなわち、上ウェハWUの表面WU1が下方に向けられる。その後、反転機構130が上部チャック101側に移動し、反転機構130から上部チャック101に上ウェハWUが受け渡される。上ウェハWUは、上部チャック101にその裏面WU2が吸着保持される。その後、上部チャック101は、チャック駆動部115によって下部チャック100の上方であって当該下部チャック100に対向する位置まで移動する。そして、上ウェハWUは、後述する下ウェハWLが接合装置41に搬送されるまで上部チャック101で待機する。なお、上ウェハWUの表裏面の反転は、反転機構130の移動中に行われてもよい。
上ウェハWUに上述した工程S1〜S4の処理が行われている間、当該上ウェハWUに続いて下ウェハWLの処理が行われる。先ず、ウェハ搬送装置22によりカセットCL内の下ウェハWLが取り出され、処理ステーション3の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61によって表面活性化装置30に搬送され、下ウェハWLの表面WL1が活性化される(図11の工程S5)。なお、工程S5における下ウェハWLの表面WL1の活性化は、上述した工程S1と同様である。
その後、下ウェハWLは、ウェハ搬送装置61によって表面親水化装置40に搬送され、下ウェハWLの表面WL1が親水化される共に当該表面WL1が洗浄される(図11の工程S6)。なお、工程S6における下ウェハWLの表面WL1の親水化及び洗浄は、上述した工程S2と同様である。
その後、下ウェハWLは、ウェハ搬送装置61によって接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された下ウェハWLは、トランジション80を介してウェハ搬送体82により位置調節機構90に搬送される。そして位置調節機構90によって、下ウェハWLの水平方向の向きが調節される(図11の工程S7)。
その後、下ウェハWLは、ウェハ搬送体82によって下部チャック100に搬送され、下部チャック100に吸着保持される。このとき、下ウェハWLの表面WL1が上方を向くように、当該下ウェハWLの裏面WL2が下部チャック100に保持される。なお、下部チャック100の上面にはウェハ搬送体82の形状に適合する溝(図示せず)が形成され、下ウェハWLの受け渡しの際にウェハ搬送体82と下部チャック100とが干渉するのを避けるようにしてもよい。
次に、下部チャック100に保持された下ウェハWLと上部チャック101に保持された上ウェハWUとの水平方向の位置調節を行う。図12に示すように下ウェハWLの表面WL1には予め定められた複数の基準点Aが形成され、同様に上ウェハWUの表面WU1には予め定められた複数の基準点Bが形成されている。そして、下部撮像部材140を水平方向に移動させ、下ウェハWLの表面WL1が撮像される。また、上部撮像部材141を水平方向に移動させ、上ウェハWUの表面WU1が撮像される。その後、下部撮像部材140が撮像した画像に表示される下ウェハWLの基準点Aの位置と、上部撮像部材141が撮像した画像に表示される上ウェハWUの基準点Bの位置とが合致するように、上部チャック101によって上ウェハWUの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハWUと下ウェハWLとの水平方向の位置が調節される(図11の工程S8)。なお、下部チャック100がチャック駆動部103によって水平方向に移動自在である場合には、当該下部チャック100によって下ウェハWLの水平方向の位置を調節してもよく、また下部チャック100及び上部チャック101の両方で下ウェハWLと上ウェハWUの相対的な水平方向の位置を調節してもよい。
その後、チャック駆動部103によって、図13に示すように下部チャック100を上昇させ、下ウェハWLを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハWLの表面WL1と上ウェハWUの表面WU1との間の間隔Dが所定の距離、例えば0.5mmになるように、下ウェハWLを配置する。こうして上ウェハWUと下ウェハWLとの鉛直方向の位置が調節される(図11の工程S9)。
その後、図14に示すように押動部材120を下降させ下ウェハWLの一端部と上ウェハWUの一端部とを当接させて押圧する(図11の工程S10)。このとき、上部チャック101のすべての領域101a、101b、101cにおいて、上ウェハWUを真空引きしている。
その後、図15に示すように押動部材120によって下ウェハWLの一端部と上ウェハWUの一端部が押圧された状態で、上部チャック101の領域101aにおける上ウェハWUの真空引きを停止する。そうすると、領域101aに保持されていた上ウェハWUが下ウェハWL上に落下する。そして、上ウェハWUの一端側から他端側に向けて、領域101a、101b、101cの順で上ウェハWUの真空引きを停止し、上ウェハWUを下ウェハWLに順次当接させる。こうして、図16に示すように上ウェハWUの表面WU1と下ウェハWLの表面WL1が全面で当接する。当接した上ウェハWUの表面WU1と下ウェハWLの表面WL1はそれぞれ工程S1、S5において活性化されているため、先ず、表面WU1、WL1間にファンデルワールス力が生じ、当該表面WU1、WL1同士が接合される。その後、上ウェハWUの表面WU1と下ウェハWLの表面WL1はそれぞれ工程S2、S6において親水化されているため、表面WU1、WL1間の親水基が水素結合し、表面WU1、WL1同士が強固に接合される。こうして上ウェハWUと下ウェハWLが接合される(図11の工程S11)。
なお、本実施の形態では領域101a、101b、101cの順で上ウェハWUの真空引きを停止したが、真空引きの停止方法はこれに限定されない。例えば領域101a、101bにおいて同時に真空引きを停止し、その後領域101cにおいて真空引きを停止してもよい。また、各領域101a、101b、101c間における真空引きを停止する時間間隔を変えてもよい。例えば領域101aでの真空引きを停止してから1秒後に領域101bでの真空引きを停止し、さらにこの領域101bでの真空引きを停止してから2秒後に領域101cでの真空引きの停止をしてもよい。
上ウェハWUと下ウェハWLが接合された重合ウェハWTは、ウェハ搬送装置61によってトランジション装置51に搬送され、その後搬入出ステーション2のウェハ搬送装置22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、一連のウェハWU、WLの接合処理が終了する。
以上の実施の形態によれば、接合装置41での工程S11において、下ウェハWLの一端部と上ウェハWUの一端部が押圧された状態で、上ウェハWUの一端部側から他端部側に向けて、当該上ウェハWUを下ウェハWLに順次当接させている。したがって、例えば下ウェハWLと上ウェハWUとの間にボイドとなりうる空気が存在している場合でも、空気は上ウェハWUが下ウェハWLと当接している箇所より常に外側、すなわち他端部側に存在することになり、当該空気をウェハWU、WL間から一方向に逃がすことができる。したがって、本実施の形態によれば、ウェハWU、WL間のボイドの発生を抑制しつつ、ウェハWU、WL同士を適切に接合することができる。しかも、本実施の形態によれば、従来のようにウェハWU、WLを接合する際の雰囲気を真空雰囲気にする必要がないので、ウェハWU、WLの接合を短時間で効率よく行うことができ、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。さらに本実施の形態によれば、上ウェハWUが上部チャック101に保持された状態で、上ウェハWUの一端部と下ウェハWLの一端部に当接させることができるので、下ウェハWLに対する上ウェハWUの位置がずれることがなく、ウェハWU、WLの接合を適切に行うことができる。
また、接合装置41の上部チャック101は、複数の領域101a、101b、101cに区画され、当該領域101a、101b、101c毎に上ウェハWUの真空引きを設定可能であるので、工程S11において、上ウェハWUの一端部側から他端部側に向けて、当該上ウェハWUを下ウェハWLに確実に順次当接させることができる。したがって、ウェハWU、WL間の空気を逃がし、当該ウェハWU、WL間のボイドの発生を確実に抑制することができる。
また、表面活性化装置30での工程S1、S4においてウェハWU、WLの表面を活性化し、表面親水化装置40での工程S2、S5においてウェハWU、WLの表面WU1、WL1を親水化して当該表面WU1、WL1に水酸基している。このため、接合装置41での工程S11において、活性化したウェハWU、WLの表面WU1、WL1同士をファンデルワールス力によって接合した後、親水化したウェハWU、WLの表面WU1、WL1の水酸基を水素結合させて、ウェハWU、WL同士を強固に接合することができる。したがって、例えばウェハを重ね合わせた状態で押圧する必要がない。このため、押圧によるウェハの破損を抑制することができる。さらに、ウェハWU、WL同士はファンデルワールス力と水素結合のみによって接合されるので、接合に要する時間を短縮することができ、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、接合装置41での工程S3、S6においてウェハWU、WLの水平方向の向きをそれぞれ調節し、工程S8、S9においてウェハWU、WLの水平方向及び鉛直方向の位置を調節している。したがって、その後工程S11においてウェハWU、WLを適切に接合することができる。
また、接合システム1において、接合装置41内の圧力はウェハ搬送領域60内の圧力に対して陽圧となっているので、接合装置41からウェハ搬送領域60に向かう気流が生じる。すなわち、接合装置41内に外部から雰囲気が流入することがない。したがって、接合装置41内に外部からパーティクル等が流入することがなく、ウェハWU、WLの接合を適切に行うことができる。
以上の実施の形態の接合装置41において、下部チャック100の下面側に冷却機構210を設け、上部チャック101の上面側に冷却機構211を設けてもよい。冷却機構210、211には、例えば冷却水やペルチェ素子などの冷却部材(図示せず)が内蔵されている。冷却板410の冷却温度は例えば制御部200により制御され、下部チャック100に保持された下ウェハWLが常温(23℃)以下の所定の温度に冷却され、また上部チャック101に保持された上ウェハWUが常温(23℃)以下の所定の温度に冷却される。なお、本実施の形態では、下部チャック100と上部チャック101の両方に冷却機構210、211が設けられているが、下部チャック100にのみ冷却機構210を設けてもよく、また上部チャック101にのみ冷却機構211を設けてもよい。さらに、これら冷却機構210、211に代えて、処理ステーション3の第3の処理ブロックG3内に、接合された重合ウェハWTを冷却する冷却装置をトランジション装置50、51に積層して設けてもよい。
かかる場合、上述した工程S11において、下部チャック100に保持された下ウェハWLと上部チャック101に保持された上ウェハWUをそれぞれ所定の温度、例えば10℃に冷却しながら、ウェハWU、WLが接合される。このとき、ウェハWU、WLが常温以下に冷却されているので、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1のファンデルワールス力による接合と水素結合が促進される。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。
以上の実施の形態の接合装置41において、図18に示すように下部チャック100と上部チャック101の間で水平方向に移動自在のガイド部材220を配置してもよい。ガイド部材220は、押動部材120に対向して配置されている。また、ガイド部材220は、上部チャック101に保持された上ウェハWUの他端部、すなわち押動部材120に押圧された上ウェハWUの一端部に対向する端部を支持している。このガイド部材210における上ウェハWUの支持面は、水平方向から傾斜している。さらに、ガイド部材220は、下部チャック100に保持された下ウェハWLに当接しないように設けられている。
かかる場合、上述した工程S11において、上ウェハWUの一端部側から他端部側に向けて、当該上ウェハWUを下ウェハWLに順次当接させる際、上ウェハWUの動きに合わせて、ガイド部材220を上ウェハWUの一端部側から他端部側に向けて移動させる。本実施の形態によれば、ガイド部材220により、上ウェハWUの一端部側から他端部側に向けて、上ウェハWUを下ウェハWLに確実に順次当接させることができる。したがって、ウェハWU、WL間の空気を逃がし、当該ウェハWU、WL間のボイドの発生を確実に抑制することができる。
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。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。
例えば以上の実施の形態では、接合装置41を用いてウェハWU、WL同士を接合したが、工程S11を実行できる構成であれば接合装置41以外の接合装置にも本発明を適用できる。すなわち、上ウェハWUの一端部側から他端部側に向けて、上ウェハWUを下ウェハWLに確実に順次当接させることができれば、接合装置41の構成は本実施の形態に限定されない。
また、以上の実施の形態では、基板がウェハWU、WLである場合について説明したが、本発明は、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適用できる。
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板同士を接合する際に有用である。
1 接合システム
30 表面活性化装置
40 表面親水化装置
41 接合装置
70 処理容器
73 排気口
80 トランジション
81 搬送路
82 ウェハ搬送体
90 位置調節機構
100 下部チャック
101 上部チャック
101a、101b、101c 領域
112a、112b、112c 吸引管
113a、113b、113c 真空ポンプ
120 押動機構
130 反転機構
140 下部撮像部材
141 上部撮像部材
200 制御部
210、211 冷却機構
220 ガイド部材
A、B 基準点
WU 上ウェハ
WU1 表面
WL 下ウェハ
WL1 表面
WT 重合ウェハ
30 表面活性化装置
40 表面親水化装置
41 接合装置
70 処理容器
73 排気口
80 トランジション
81 搬送路
82 ウェハ搬送体
90 位置調節機構
100 下部チャック
101 上部チャック
101a、101b、101c 領域
112a、112b、112c 吸引管
113a、113b、113c 真空ポンプ
120 押動機構
130 反転機構
140 下部撮像部材
141 上部撮像部材
200 制御部
210、211 冷却機構
220 ガイド部材
A、B 基準点
WU 上ウェハ
WU1 表面
WL 下ウェハ
WL1 表面
WT 重合ウェハ
Claims (10)
- 基板同士を接合する接合方法であって、
第1の保持部材に保持された第1の基板と、前記第1の保持部材の上方に設けられた第2の保持部材に保持された第2の基板とを、所定の間隔で対向配置する配置工程と、
その後、第1の基板の一端部と、当該第1の基板の一端部に対向する第2の基板の一端部とを当接させて押圧する押圧工程と、
その後、前記第1の基板の一端部と第2の基板の一端部が押圧された状態で、前記第2の基板の一端部側から他端部側に向けて、当該第2の基板を第1の基板に順次当接させ、第1の基板と第2の基板を接合する接合工程と、を有することを特徴とする、接合方法。 - 前記配置工程前に、第1の基板の表面と第2の基板の表面は、それぞれ活性化され且つ親水化され、
前記接合工程において、第1の基板と第2の基板をファンデルワールス力及び水素結合によって接合することを特徴とする、請求項1に記載の接合方法。 - 第2の保持部材は、第2の基板を真空引きして吸着保持し、且つ当該第2の保持部材は、複数の領域に区画され、当該領域毎に第2の基板の真空引きを設定可能であり、
前記接合工程において、前記第2の基板の一端部側から他端部側に向けて、前記領域毎に第2の基板の真空引きを順次停止し、当該第2の基板を第1の基板に当接させることを特徴とする、請求項1又は2に記載の接合方法。 - 前記接合方法は、外部の圧力に対して陽圧の雰囲気下で行われ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方法。
- 少なくとも前記第1の保持部材又は前記第2の保持部材は、少なくとも第1の基板又は第2の基板を冷却する冷却機構を有し、
前記接合工程は、前記冷却機構によって少なくとも第1の基板又は第2の基板を冷却しながら行われ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方法。 - 前記配置工程前に、第1の基板の水平方向の向きと第2の基板の水平方向の向きを調節す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方法。
- 前記接合工程において、前記第2の基板の他端部を支持し、且つ水平方向に移動自在のガイド部材が配置され、第2の基板を第1の基板に当接させる際に、前記ガイド部材を前記第2の基板の一端部側から他端部側に向けて移動させることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の接合方法。
- 前記配置工程前に、第1の基板の表面と第2の基板の表面をそれぞれ撮像し、撮像された画像における第1の基板の基準点と撮像された画像における第2の基板の基準点とが合致するように第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を調節することを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の接合方法。
- 請求項1〜8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。
- 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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