JP2012059758A - 貼り合わせ装置および貼り合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く貼り合わせを行うことが可能な貼り合わせ装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る貼り合わせ装置は、ウエハ４２とガラス４１とを貼り合わせる装置であり、ウエハ４２とガラス４１との貼り合わせに先立ってウエハ４２とガラス４１との位置合わせを行う位置合わせ手段を有する、減圧可能なロードロック室６と、位置合わせされたウエハ４２とガラス４１とを貼り合わせる貼り合わせ手段を有する、減圧可能な接合室７とを備えている。ロードロック室６および接合室７は、位置合わせされた少なくとも一組のウエハ４２およびガラス４１が、ロードロック室６から接合室７に減圧下で移動可能となるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板と支持体との貼り合わせに用いられる、貼り合わせ装置および貼り合わせ方法に関する。

携帯電話、デジタルＡＶ機器およびＩＣカード等の高機能化に伴い、搭載される半導体シリコンチップ（以下、チップ）を小型化および薄板化することによって、パッケージ内にチップを高集積化する要求が高まっている。パッケージ内のチップの高集積化を実現するためには、チップの厚さを２５〜１５０μｍの範囲にまで薄くする必要がある。

しかしながら、チップのベースとなる半導体ウエハ（以下、ウエハ）は、研削することにより薄化され、その強度は弱くなり、ウエハにクラックまたは反りが生じやすくなる。また、薄板化することによって強度が弱くなったウエハを自動搬送することは困難であるため、人手によって搬送しなければならず、その取り扱いが煩雑であった。

そのため、研削するウエハにサポートプレートと呼ばれる、ガラスまたは硬質プラスチック等からなるプレートを貼り合わせることによって、ウエハの強度を保持し、クラックの発生およびウエハの反りを防止するウエハサポートシステムが開発されている。ウエハサポートシステムによりウエハの強度を維持することができるため、薄板化した半導体ウエハの搬送を自動化することができる。

ウエハとサポートプレートとは、粘着テープ、熱可塑性樹脂および接着剤等を用いて貼り合わせられている。サポートプレートが貼り付けられたウエハを薄板化した後、ウエハをダイシングする前にサポートプレートを基板から剥離する。

ウエハにサポートプレートを貼り合わせる手段としては、貼り合わせ装置がある。この貼り合わせ装置は、接着剤をウエハに塗布する塗布ユニット、接着剤を加熱して硬化させるベークユニット、ウエハとサポートプレートとを貼り合わせる貼り合わせユニット等により構成されている。さらに特許文献１には、ウエハとサポートプレートとを貼り合わせる前にウエハとサポートプレートとを所定位置で重ね合わせる、重ね合わせユニットを備えた貼り合わせ装置が開示されている。

特開２００８−１８２１２７号公報（２００８年８月７日公開） 特開２００９−２１２１９６号公報（２００９年９月１７日公開）

ウエハなどの基板上の回路段差が高くなるにつれ、真空中において基板と支持体（サポートプレート）とを貼り合わせることが必要になってくる。そのため、貼り合わせ装置、特に、実際に貼り合わせを行う部分を真空にする必要がある。

本発明者らが検討した結果、貼り合わせの工程において貼り合わせ装置における貼り合わせ部分を真空処理した後、支持体に貼り合わされた基板を次の工程に搬送するために真空を解除して大気開放されると、貼り合わせ部分の貼り合わせステージの温度が変化して不安定となり、貼り合わせの精度が低下してしまう問題を見出した。

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、真空処理を行う場合でも精度良く貼り合わせを行うことができる貼り合わせ装置を提供することにある。

本発明に係る貼り合わせ装置は、上記課題を解決するために、基板と支持体とを貼り合わせる貼り合わせ装置において、上記基板と上記支持体との貼り合わせに先立って上記基板と上記支持体との位置合わせを行う位置合わせ手段を有する、減圧可能な第１の処理室と、位置合わせされた上記基板と上記支持体とを貼り合わせる貼り合わせ手段を有する、減圧可能な第２の処理室とを備えており、上記第１の処理室および上記第２の処理室は、位置合わせされた少なくとも一組の上記基板および上記支持体が、上記第１の処理室から上記第２の処理室に減圧下で移動可能となるように形成されている構成である。

本発明に係る貼り合わせ装置は、位置合わせ手段を有する減圧可能な第１の処理室と、貼り合わせ手段を有する減圧可能な第２の処理室とを備えており、位置合わせされた基板および支持体が、第１の処理室から第２の処理室に減圧下で移動可能である。そのため、貼り合わせ手段を有する第２の処理室を常時減圧状態に保ちつつ、基板および支持体の搬送および位置合わせが可能となる。したがって、貼り合わせ手段の温度安定性が向上し、これにより貼り合わせ精度の低下を防ぐことができる。

一実施形態における本発明の貼り合わせ装置の要部の構成を示す図である。 一実施形態における本発明の貼り合わせ装置の全体の構成を示す図である。 一実施形態における本発明の貼り合わせ装置の内部搬送アームの構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 一実施形態における本発明の貼り合わせ装置の、２つの内部搬送アームの位置関係を表す図であり、（ａ）および（ｂ）は、２つの内部搬送アームが互いに異なる処理室に位置している例を示している。 一実施形態におけるロードロック室内部の位置合わせ手段の構成を示す図であり、ロードロック室内部を側面側から見た図である。 本発明の貼り合わせ装置の一実施形態における外径合わせ機構の構成を示す図である。 本発明の貼り合わせ方法の一実施形態における各工程での貼り合わせ装置の各構成の状態を、工程順に示す図である。 本発明の貼り合わせ方法の一実施形態における各工程での貼り合わせ装置の各構成の状態を、工程順に示す図である。 一実施形態におけるスペーサ機構を上面から見た図である。

本発明に係る貼り合わせ装置および貼り合わせ方法の一実施形態について、図１〜図９に基づいて説明すれば以下の通りである。

〔１．貼り合わせ装置〕
本発明に係る貼り合わせ装置は、基板と支持体とを貼り合わせる装置であって、減圧可能な第１の処理室と、減圧可能な第２の処理室とを備えている。第１の処理室は、基板と支持体との貼り合わせに先立って基板と支持体との位置合わせを行う位置合わせ手段を有している。一方、第２の処理室は、第１の処理室において位置合わせされた基板と支持体とを貼り合わせる貼り合わせ手段を有している。第１の処理室および第２の処理室は、第１の処理室において位置合わせされた少なくとも一組の基板および支持体が、第１の処理室から第２の処理室に減圧下で移動可能となるように形成されている。

本実施の形態では、ウエハサポートシステムのためにサポートプレートであるガラス（支持板）にウエハ（基板）を一時的に貼り合わせる処理を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。なお、本明細書では、ガラスとウエハとを重ね合わせたものを本接合の前後に関わらず「ガラス積層ウエハ」と呼ぶ。

図２は、本実施の形態における貼り合わせ装置１を示す構成図であり、貼り合わせ装置１を真上から見た概略構成を示している。図２に示されるように、貼り合わせ装置１は、貼り合わせユニット２、プリアライナー３、第１外部搬送手段４および第１外部搬送手段走行路５を備えている構成である。図２には、さらに、貼り合わせ装置１が備えているＦＯＵＰオープナー５０、ウエハに接着層を塗布するスピンナー５２、塗布された接着層を硬化させるベークプレート５１、第２外部搬送手段５４、ウエハを第１外部搬送手段４に引き渡すためのパスライン５３、が図示されている。

貼り合わせユニット２は、減圧可能なロードロック室（第１の処理室）６および減圧可能な接合室（第２の処理室）７を含んで構成されている。ロードロック室６および接合室７は、一つの処理室の内部を二つの処理室に仕切る壁を設けた構造となっている。このほかにもロードロック室６および接合室７は、ロードロック室６と接合室７とがそれぞれの側面において隙間なく互いに接している構造であってもよい。ロードロック室６および接合室７の境界には、ロードロック室６および接合室７間でガラス積層ウエハの受け渡しを行うためのゲート８が設けられている。ゲート８はシャッターによって開閉が制御されている。また、ロードロック室６には、貼り合わせユニット２と外部搬送手段４との間でガラス、ウエハおよびガラス積層ウエハの受け渡しを行うための開閉可能な受け渡し窓９が設けられている。ロードロック室６および接合室７にはそれぞれ、公知の減圧手段が設けられており（図示せず）、各室の内部圧の状態を独立に制御することができる。

接合室７が減圧可能な構成であるため、減圧雰囲気下においてウエハとガラスとを接着剤層を介して貼り合わせることができる。減圧雰囲気下において接着剤層にウエハを圧着させることによって、ウエハ表面の凹凸パターンの窪みに空気が存在しない状態において、接着剤層を当該窪みに入り込ませることができるため、接着剤層とウエハとの間の気泡の発生をより確実に防止することが可能である。

ゲート８は、シャッターが開いた状態で、位置合わせがなされたガラス積層ウエハをロードロック室６から接合室７に移動させることができるように、また、接合後のガラス積層ウエハを接合室７からロードロック室６に移動させることができるように形成されている。ロードロック室６および接合室７の何れも減圧させた状態でシャッターを開けることにより、接合前のガラス積層ウエハをロードロック室６から接合室７に減圧下で移動させることができる構造となっている。

貼り合わせユニット２にはさらにゲート８を介してロードロック室６および接合室７間でガラス積層ウエハの受け渡しを行う内部搬送手段（図１中の１０）が設けられている。内部搬送手段の詳細は後述する。

ロードロック室６は、ウエハとガラスとの貼り合わせに先立ってウエハとガラスとの位置合わせを行う位置合わせ手段を有している。位置合わせ手段の詳細は後述する。

接合室７は、位置合わせを行って重ね合わされたウエハとガラスとを貼り合わせる貼り合わせ手段を有している。貼り合わせ手段としては、ウエハとガラスとを接着剤層を介して熱圧着により貼り合わせる構成が可能である。例えば、接合室７内部の上下にプレスプレートを設け、この上下のプレスプレート間に、接合前のガラス積層ウエハを挟み込めるようにする構成が可能である。

上述の構成を有する貼り合わせユニット２によれば、接合室７内部の圧状態とロードロック室６内部の圧状態とを独立に制御することができる。すなわち、接合室７を常に真空状態にしておく一方で、ロードロック室６内部を真空にしたり大気圧にしたりすることができる。そのため、貼り合わせユニット２が外部搬送手段５との間で、ウエハ、ガラスおよびガラス積層ウエハの受け渡しを行うために大気圧にしておく必要がある場合には、ロードロック室６のみを大気圧にして、貼り合わせ手段を有する接合室７を真空状態に維持しておくことができる。そして、ロードロック室６と接合室７との間でガラス積層ウエハの受け渡しを行う際には、ロードロック室６を真空状態にした後でゲート８のシャッターを開けることにより、接合室７を真空状態に維持した状態で受け渡しを行うことができる。以上によれば、貼り合わせ手段を有する接合室７を常に真空とすることができるため、貼り合わせ手段に温度変化が生じるのを防ぐことができ、これにより貼り合わせの精度が低下することを防ぐことができる。

また、ロードロック室６を大気開放し、再び真空にする間にも、接合室７においては真空中でウエハとガラスとの貼り合わせ（接合）を行うことができる。これに対し、ガラス積層ウエハの次工程への搬送のために貼り合わせ部分も大気開放する必要がある構成では、大気開放してガラス積層ウエハの次工程へ搬送している間、貼り合わせの処理を進めることができない。そのため、貼り合わせ装置１は、貼り合わせ部分も大気開放する必要がある構成と比較して、全体の処理時間を短縮することができる。

具体例を挙げて説明すれば、貼り合わせ部分も大気開放する必要がある構成を用いた場合、全体の処理時間は、貼り合わせ時間のほかにその他の動作時間として３分間を要していた。一方で、貼り合わせ装置１を用いた場合には、貼り合わせ時間のほかのその他の動作時間は１分間であった。すなわち、１回の貼り合わせ処理において、処理時間を２分間短縮することができている。

プリアライナー３としては、上記特許文献２に開示された吸着装置をガラスおよびウエハのアラインメントのために用いることができる。

外部搬送手段４は、ガラス、ウエハおよびガラス積層ウエハを持ち運びできる構成を有しており、貼り合わせユニット２との間で、ガラス、ウエハおよびガラス積層ウエハの受け渡しが可能な構成となっている。外部搬送手段４は外部搬送手段走行路５上を移動する。このような機能を担う外部搬送手段４および外部搬送手段走行路５は従来公知の技術によって準備することができる。

ベークプレート５１は、ウエハに塗布した接着層を硬化させるユニットである。

＜内部搬送手段＞
貼り合わせユニット２は、ロードロック室６と接合室７との間でガラス積層ウエハを移動させる内部搬送手段１０を備えている。図１は、内部搬送手段１０を含めた貼り合わせユニット２の内部構成を上方から見た構成図である。内部搬送手段１０は、ガラス積層ウエハをロードロック室６と接合室７との間で移動させることができる構成である限り、具体的な機構に特に制限はない。本実施の形態では、図１に示すように、内部搬送手段１０は、内部搬送アーム１１およびアーム旋回軸１２によって構成されている。内部搬送手段１０は、ガラス積層ウエハ４０をその下面から支持できる内部搬送アーム１１のアーム旋回軸１２を回転中心とした回動によって、ガラス積層ウエハ４０を移動させる機構となっている。詳しくは後述するが、本実施の形態では、回動の旋回軸が共通する２つの内部搬送手段１０が設けられている。アーム旋回軸１２はロードロック室６側に設けられているが、接合室７側に設けられた構成であってもよい。ロードロック室６と外部搬送手段４との間での受け渡しのストロークを短くすることができるという観点から、アーム旋回軸１２は、受け渡し窓９が形成されている側面に近い側に形成されていることが好ましい。図１中、「Ｂ」で示す二点鎖線は、内部搬送アーム１１の待機位置を表しており、「Ｃ」で示す二点鎖線は、内部搬送アーム１１の接合室７での位置（接合室受け渡し位置）を表している。

内部搬送アーム１１の回動速度は状況に応じた速度を設定することができる。そのため、内部搬送アーム１１がガラス積層ウエハ４０を保持しているときには、内部搬送アーム１１を低速で回動させることができ、ガラス積層ウエハ４０を保持していないときには、内部搬送アーム１１を高速で回動させることができる。また、内部搬送アーム１１の回動の立ち上がりと停止とがスムーズになるように加減速を制御することができる。

図１に示すように、ゲート８は、シャッターが開いた状態において、回動する内部搬送アーム１１がゲート８を通過してガラス積層ウエハ４０を接合室受け渡し位置Ｃにまで運べるような幅の開口となっている。ゲート８の開閉には従来公知の手段を用いることができ、例えばゲートバルブ構造を適用できる。

図３は、ガラス積層ウエハを保持している状態の内部搬送アーム１１を示す図であり、（ａ）は上面を図示しており、（ｂ）は側面を図示している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、内部搬送アーム１１は、搬送アーム本体１３と、搬送アーム本体１３下部に設けられている搬送アーム対象保持部１４とによって形成されている。内部搬送アーム１１は、搬送アーム対象保持部１４によって、ガラス積層ウエハ４０を、その下面から支持することによって保持する構成となっている。

搬送アーム対象保持部１４における基板との接触部分には、基板のズレを防止するためのズレ防止部材１５が形成されている。ズレ防止部材１５は耐熱性材料によって形成されていることが好ましく、２５０℃において耐熱性を有していることがより好ましい。なお、基板のズレ防止手段がなくても基板のズレが生じない場合には、ズレ防止部材１５などを形成しなくてもよい。

搬送アーム対象保持部１４には、さらに落下防止ガイド１６が設けられている。

搬送アーム対象保持部１４の大きさは、内部搬送に干渉しない限り制限はなく、ガラス積層ウエハ４０を安定して保持できるという観点からは、搬送アーム対象保持部１４は大きい方が好ましい。そのため、内部搬送に干渉しない範囲で、可能な限り大きく設計することが好ましい。なお、ガラス積層ウエハ４０と内部搬送アーム１１との不要な接触を避けるために、内部搬送アーム１１が受け渡し位置にある状態（ガラス積層ウエハ４０を支持する前）のときに、ガラス積層ウエハ４０の上面と搬送アーム本体１３の下面との間隔ｄ_１ が２ｍｍ以上であって、ガラス積層ウエハ４０の下面と搬送アーム対象保持部１４におけるガラス積層ウエハ支持面との間隔ｄ_２ が２ｍｍ以上となる構成であることが好ましい。

上述のように、本実施の形態では、内部搬送手段１０が２つ設けられており（内部搬送手段１０ａ、内部搬送手段１０ｂ）、鉛直方向における位置を互いに違えて設けられている。図４は、２つの内部搬送手段１０ａ，１０ｂの位置関係を説明するための図であり、ロードロック室６および接合室７の内部の一部の構成を示しており、貼り合わせユニット２の受け渡し窓９が形成されている側面側から見たときの図である。図４（ａ）は、内部搬送手段１０ａがロードロック室６側にあり、内部搬送手段１０ｂが接合室７側にある状態を示している。一方、図４（ｂ）は、内部搬送手段１０ａが接合室７側にあり、内部搬送手段１０ｂがロードロック室６側にある状態を示している。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、内部搬送手段１０ａおよび内部搬送手段１０ｂは、貼り合わせユニット２の床面３２からの高さが異なって設けられている。それぞれの回動の中心軸３３は同一である。

図４（ａ）では、内部搬送手段１０ａは、ロードロック室６内にある昇降ステージ２１が内部搬送下アーム受け渡し位置にある状態に対応した位置となっており、内部搬送手段１０ｂは、接合室７内にある昇降ピン３１が内部搬送上アーム受け渡し位置にある状態に対応した位置となっている。昇降ピン３１は、上下一組のプレスプレートの下側のプレスプレート３４に取り付けられている。一方、図４（ｂ）では、内部搬送手段１０ａは、昇降ピン３１が内部搬送下アーム受け渡し位置にある状態に対応した位置となっており、内部搬送手段１０ｂは、昇降ステージ２１が内部搬送上アーム受け渡し位置にある状態に対応した位置となっている。すなわち、内部搬送手段１０ａは、内部搬送下アーム受け渡し位置にあるガラス積層ウエハ４０を、ロードロック室６および接合室７間で移動させる役割を果たしている。また、内部搬送手段１０ｂは、内部搬送上アーム受け渡し位置にあるガラス積層ウエハ４０を、ロードロック室６および接合室７間で移動させる役割を果たしている。

＜位置合わせ手段＞
ロードロック室６内に設けられている、ウエハとガラスとの位置合わせを行う位置合わせ手段について説明する。図５は、本実施の形態における位置合わせ手段の具体的構成を説明するための図であり、ロードロック室６の内部を示している。図５に示すように、ロードロック室６内部には、上下動可能な昇降ステージ（昇降部材）２１、水平方向に移動可能な外径合わせ機構（位置調節手段）２２、水平方向に移動可能なスペーサ機構（位置固定手段、保持部材）２３および上下動可能な仮押さえ具（位置固定手段、押し当て部材）２４によって構成された位置合わせ手段が設けられている。なお説明の便宜上、図５では、外径合わせ機構２２、スペーサ機構２３および仮押さえ具２４を保持または制御するためのそれぞれの部材については、その図示を省略している。

（昇降ステージ）
昇降ステージ２１は、位置合わせの対象となるガラスもしくはウエハ、またはこれらを重ね合わせたガラス積層ウエハをその底面から保持する部材である。昇降ステージ２１は、鉛直方向上下に移動可能であり、これにより、保持するガラス、ウエハおよびガラス積層ウエハ４０を鉛直方向上下に移動させることができる。貼り合わせ装置１における昇降ステージ２１の停止位置は、鉛直下方から順に、外径合わせ位置、内部搬送下アーム受け渡し位置、内部搬送上アーム受け渡し位置、仮接合位置およびスペーサ挿入位置である。

外径合わせ位置は、昇降ステージ２１に載せられているガラスおよびウエハについて、外径合わせ機構２２を用いて外径合わせを行うときの位置である。内部搬送下アーム受け渡し位置は、昇降ステージ２１と内部搬送アーム１０ａとの間でガラス積層ウエハ４０の受け渡しを行うときの位置である。内部搬送上アーム受け渡し位置は、昇降ステージ２１と内部搬送アーム１０ｂとの間でガラス積層ウエハ４０の受け渡しを行うときの位置である。仮接合位置は、仮押さえ具２４を用いてウエハとガラスとの仮接合を行うときの位置である。スペーサ挿入位置は、外径合わせを行ったガラスを仮接合の前にスペーサ機構２３に保持させるときの位置である。なお、このほかの停止位置として外部搬送手段受け渡し位置があるが、本実施の形態では、外部搬送手段受け渡し位置は、内部搬送下アーム受け渡し位置と同じ高さ位置である。

（外径合わせ機構）
外径合わせ機構２２は、位置合わせのために、位置合わせの対象となるガラスおよびウエハの水平方向における位置を調節する部材である。ガラスおよびウエハの水平方向における位置を適切に調節できる限り、すなわち、ガラスおよびウエハを所望の水平位置に移動させることができる限り、外径合わせ機構２２の具体的な機構は特に制限されない。本実施の形態において外径合わせ機構２２は、図６に示すように、スプリングが備え付けられている複数のエアシリンダ（押圧部材）２５ａ，２５ｂ、スプリンが備え付けられている別のエアシリンダ２８、ならびに複数のステッピングモータ（押圧部材）２６ａ，２６ｂによって構成されている。

エアシリンダ２５ａ，２５ｂおよびステッピングモータ２６ａ，２６ｂは、ステッピングモータ２６ａとエアシリンダ２５ａとで一対の組を形成しており、同様にステッピングモータ２６ｂとエアシリンダ２５ｂとで一対の組を形成している。ステッピングモータ２６ａ（２６ｂ）は、外径合わせ位置にあるガラスまたはウエハをその周縁から内側に向かって押すことができるように配置されており、対応するエアシリンダ２５ａ（２５ｂ）がステッピングモータ２６ａ（２６ｂ）の対向位置にあり、ガラスまたはウエハに対して、ステッピングモータ２６ａ（２６ｂ）が押す方向と反対方向へ応力を加えることができるように配置されている。

また、エアシリンダ２５ａ，２５ｂおよびステッピングモータ２６ａ，２６ｂは、ステッピングモータ２６ａとエアシリンダ２５ａとを結ぶ直線と、ステッピングモータ２６ｂとエアシリンダ２５ｂとを結ぶ直線とが互いに直交するようにそれぞれ配置されている。これにより、ガラスおよびウエハを水平面上所望の位置に移動させることができる。

エアシリンダ２８は、ノッチ合わせを行うために設けられている。エアシリンダ２８の先端には、ガラスおよびウエハに設けられたノッチ（切り欠き）４３に嵌まり込む部品が取り付けられている。

エアシリンダ２５ａ，２５ｂ、ステッピングモータ２６ａ，２６ｂ、およびエアシリンダ２８のそれぞれは、自身がガラスおよびウエハを押す方向と平行な方向に進退移動できるように設けられている。すなわち、これらの各部材は、その部材自体が、図６中で各部材の隣に示した両端矢印の方向に移動することができる。本明細書では、外径合わせ機構２２の各部材を水平放射方向に移動させて、ガラスまたはウエハから遠ざけた状態にある場合を、外径合わせ機構２２が「開いた状態」と呼ぶ。また、外径合わせ機構２２の各部材が互いに近づく方向にそれぞれを移動させて、ガラスまたはウエハを押すことができる状態にある場合を、外径合わせ機構２２が「閉じた状態」と呼ぶ。

プリアライナー３内には、ＣＣＤカメラが設置されている。ＣＣＤカメラは、プリアライナー３内に置かれているガラスまたはウエハの外周部を検出する。ステッピングモータ２６ａ，２６ｂの制御部（不図示）は、予めＣＣＤカメラから入力された検出結果に基づいて、ステッピングモータ２６ａ，２６ｂを制御して、ガラスまたはウエハの水平位置を所定の位置に調整する。本実の施形態ではＣＣＤカメラを用いてガラスまたはウエハの外周部を検出しているが、ガラスまたはウエハの直径を検出できるセンサであればよく、一般的な透過センサを用いることができる。

（スペーサ機構）
スペーサ機構２３は、外径合わせを行ったガラス（ウエハの外径合わせを先に行う場合には、ウエハ）を、その水平位置を変化させずに仮接合を行うまで保持しておく部材である。図９は、スペーサ機構２３を上面側から見た図である。スペーサ機構２３は、ガラス４１の周縁部の一部をその下側から支持することによって、ガラス４１を安定に保持する。スペーサ機構２３は、水平方向に移動可能である。ガラス４１が昇降ステージ２１に載ってスペーサ挿入位置まで運ばれるときには、スペーサ機構２３をガラス４１と一切重ならない位置に移動させておく。本明細書では、この状態のとき、スペーサ機構２３が「抜き位置」にあると呼ぶ。ガラス４１がスペーサ挿入位置に運び込まれた後、スペーサ機構２３によってガラスを支持できるように、スペーサ機構２３をガラスと重なる位置に戻す。本明細書では、この状態のとき、スペーサ機構２３が「挿入位置」にあると呼ぶ。図９は、スペーサ機構２３が「挿入位置」にある状態を示している。スペーサ機構２３が挿入位置にあるときの、スペーサ機構２３のガラス４１を支持する各部材とガラスとの重なりの幅ｄ_３は、非限定的に、ガラスの周縁から内側にかけて１〜５ｍｍ程度であり得る。好適には５ｍｍである。また、スペーサ機構２３の大きさは、例えば、横幅ｄ_４が５ｍｍであり得るが、これに限定されるものではない。

スペーサ機構２３の材質は特に限定されるものではなく、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を使用できる。

（仮押さえ具）
仮押さえ具２４は、ガラスとウエハとを重ね合わせる際に、ガラスをウエハに押し当てることによって重ね合わせの際に生じ得る水平方向の位置ズレを防止する部材である。仮押さえ具２４は、スペーサ機構２３よりも鉛直上方に設けられており、上下への移動が可能な構成となっている。仮押さえ具２４が下方に移動しておらず、そのためスペーサ機構２３に保持されているガラスとは接触しない位置にあることを、本明細書では、仮押さえ具２４が「待機位置」にあるという。これに対し、仮押さえ具２４が下方に移動し、その結果、スペーサ機構２３に保持されているガラス表面を押圧している位置にあることを、本明細書では、仮押さえ具２４が「接合位置」にあるという。仮押さえ具２４は、仮押さえ具２４が接合位置にあるときにガラス表面の中心部分と接触するように設けられている。

仮押さえ具２４は、ウエハと接触するため、ウエハに傷がつくことを防止できる材料によって形成されていることが好ましく、例えば樹脂を用いることができる。中でも、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂が好ましい。仮押さえ具２４の形状に特に制限はないが、例えば、ウエハとの接触面が直径２０ｍｍの円形である円柱状であり得る。

上述の構成を有する位置合わせ手段によれば、外径合わせ機構２２を用いて、ガラスの水平位置を調整することができる。また、ガラスの位置調整が済んだ後に、昇降ステージ２１を用いてガラスを上方に移動させて、その水平位置を変化させずにスペーサ機構２３に保持させることができる。位置合わせの済んだガラスをスペーサ機構２３に渡すことにより、昇降ステージ２１にウエハを載せて、外径合わせ機構２２を用いて、ウエハの水平位置を調節することができるようになる。昇降ステージ２１をそのまま上昇させることにより、位置合わせが済んだウエハを、水平位置を変化させずに仮接合位置まで運ぶことができる。スペーサ機構２３を抜き位置にしてガラスをウエハに重ね合わせる直前に、仮押さえ具２４を用いてガラスを押圧して、押圧部分の裏面をウエハに押し当てることができる。これにより、スペーサ機構２３を抜き位置にしてガラスをウエハに重ね合わせるときに、ガラスの水平位置が変化することを防ぐことができる。したがって、以上により、ウエハとガラスとを精度良く重ね合わせることができる。

〔２．貼り合わせ方法〕
本発明に係る貼り合わせ方法は、基板と支持体とを貼り合わせる方法であって、第１の処理室において基板と支持体との位置合わせを行う第１処理工程と、位置合わせされた基板および支持体を第１の処理室から第２の処理室に移動させる移動工程と、移動してきた少なくとも一組の基板と支持体とを第２の処理室において貼り合わせる第２処理工程とを含んでいる構成である。第１処理工程における位置合わせは、減圧状態にある第１の処理室において行われる。第２処理工程における貼り合わせは、減圧状態にある第２の処理室において行われる。第１の処理室から第２の処理室への基板および支持体の移動は減圧下で行われる。

本実施の形態では、上述の貼り合わせ装置１を用いて本発明に係る貼り合わせ方法を行う場合について説明する。

図７および図８は、本実施の形態における貼り合わせ方法での各工程の状態を順に説明するための図であり、ロードロック室６の内部の構成を表している図である。なお説明の便宜上、図５と同様に、外径合わせ機構２２、スペーサ機構２３および仮押さえ具２４を保持または制御するためのそれぞれの部材については、その図示を省略している。以下、図７および図８を参照して、本実施の形態における貼り合わせ方法での各工程を順に説明する。

（１．ガラス搬入）
まず、昇降ステージ２１を外部搬送手段受け渡し位置に移動させる。そして、外部搬送手段４を用いて、ガラス４１を、受け渡し窓９を介してロードロック室６内部に搬入し、昇降ステージ２１上に載置する（図７（ａ）参照）。外径合わせ機構２２は開いた状態にしておく。なお、この時点において、スペーサ機構２３は抜き位置にしておき、仮押さえ具２４は待機位置にしておくことが好ましい。したがって、このときの位置合わせ手段における各構成の状態は下記の通りである：
・スペーサ機構２３：抜き位置
・外径合わせ機構２２：開
・昇降ステージ２１：外部搬送手段受け渡し位置
・仮押さえ具２４：待機位置。

（２．ガラス外径合わせ）
次に、ガラス４１を載せた昇降ステージ２１を、外径合わせ位置まで移動させる。昇降ステージ２１が外径合わせ位置まで移動した後、外径合わせ機構２２を閉じた状態にして、ガラス４１の外径合わせを行って水平方向における位置を調節し、ガラス４１を適切な位置に移動させる（図７（ｂ）参照）。このときの位置合わせ手段における各構成の状態は下記の通りである：
・スペーサ機構２３：抜き位置
・外径合わせ機構２２：閉
・昇降ステージ２１：外径合わせ位置
・仮押さえ具２４：待機位置。

（３．スペーサ挿入−ガラス受け渡し）
ガラス４１の外径合わせが終了した後、外径合わせ機構２２を開いた状態に戻す。次いで、外径合わせを終えたガラス４１を載せた昇降ステージ２１を、スペーサ挿入位置まで上昇させる。昇降ステージ２１がスペーサ挿入位置まで移動した後、スペーサ機構２３を挿入位置に移動させる（図７（ｃ）参照）。これにより、外径合わせを終えたガラス４１の水平方向の位置を変えずにスペーサ機構２３によって保持させて、昇降ステージ２１を再び下降させることができるようになる。スペーサ機構２３を挿入位置に移動させた後の位置合わせ手段における各構成の状態は下記の通りである：
・スペーサ機構２３：挿入位置
・外径合わせ機構２２：開
・昇降ステージ２１：スペーサ挿入位置
・仮押さえ具２４：待機位置。

（４．ウエハ搬入）
スペーサ機構２３を挿入位置に移動させた後、昇降ステージ２１を下降させて、外部搬送手段受け渡し位置まで移動させる。このとき、外径合わせを終えているガラス４１は、その水平方向の位置を変えずにスペーサ機構２３に支持された状態となる。昇降ステージ２１を外部搬送手段受け渡し位置まで移動させた後、外部搬送手段４を用いて、ウエハ４２を、受け渡し窓９を介してロードロック室６内部に搬入し、昇降ステージ２１上に配置させる（図７（ｄ）参照）。ウエハ４２をロードロック室６内に搬入し終えて、受け渡し窓９を閉じた後に、ロードロック室６の減圧を開始する。ロードロック室６の減圧は、仮接合が終了した時点におけるロードロック室６の減圧状態および接合室７の減圧状態が、互いにほぼ同じ状態になるように行えばよい。好適には、１０Ｐａ以下である。ウエハ４２を搬入した後の位置合わせ手段における各構成の状態は下記の通りである：
・スペーサ機構２３：挿入位置
・外径合わせ機構２２：開
・昇降ステージ２１：外部搬送手段受け渡し位置
・仮押さえ具２４：待機位置。

（５．ウエハ外径合わせ）
ウエハ４２を配置させた後、ウエハ４２を載せた昇降ステージ２１を、外径合わせ位置まで移動させる。昇降ステージ２１が外径合わせ位置まで移動した後、外径合わせ機構２２を閉じた状態にして、ウエハ４２の外径合わせを行って水平方向における位置を調節し、ウエハ４２を適切な位置に移動させる（図７（ｅ）参照）。このときの位置合わせ手段における各構成の状態は下記の通りである：
・スペーサ機構２３：挿入位置
・外径合わせ機構２２：閉
・昇降ステージ２１：外径合わせ位置
・仮押さえ具２４：待機位置。

（６．仮押さえ）
ウエハ４２の外径合わせが終了した後、外径合わせ機構２２を開いた状態に戻す。次いで、外径合わせを終えたウエハ４２を載せた昇降ステージ２１を、仮接合位置まで上昇させる。昇降ステージ２１が仮接合位置に到達した後、仮押さえ具２４を接合位置に移動させる。これにより、仮押さえ具２４の底面（ガラス４１に対向している面）がガラス４１の表面に接して、ガラス４１の表面を押圧した状態になる。表面が押圧されているガラス４１は押圧部分を中心として撓みが生じ、撓んだ部分においてウエハ４２に押し当てられた状態となる（図７（ｆ）参照）。したがって、スペーサ機構２３を抜き位置に戻してガラス４１とウエハ４２とを重ね合わせるときに、互いの水平方向の相対位置がずれてしまうことを防ぐことができる。仮押さえ具２４が接合位置に移動した後における、位置合わせ手段の各構成の状態は下記の通りである：
・スペーサ機構２３：挿入位置
・外径合わせ機構２２：開
・昇降ステージ２１：仮接合位置
・仮押さえ具２４：接合位置。

（７．スペーサ抜き：仮接合）
仮押さえ具２４によってガラス４１がウエハ４２に押し当てられた状態となった後に、スペーサ機構２３を抜き位置に戻す。これにより、ガラス４１とウエハ４２とが重なる部分の全体において、両者が重ね合わされた状態となる（図７（ｇ）参照）。このとき、ガラス４１の一部がウエハ４２に押し当てられていたため、互いの水平方向の相対位置を変えずにガラス４１とウエハ４２とを接触させることができる。したがって、それぞれの外径合わせを行った結果の水平位置を保った状態で、ガラス４１をウエハ４２と重ね合わせることができる。スペーサ機構２３を抜き位置に戻して、ガラス４１をウエハ４２と重ね合わせた後における、位置合わせ手段の各構成の状態は下記の通りである：
・スペーサ機構２３：抜き位置
・外径合わせ機構２２：開
・昇降ステージ２１：仮接合位置
・仮押さえ具２４：接合位置。

（８．仮接合終了）
ガラス４１をウエハ４２とを重ね合わせた後、仮押さえ具２４を待機位置に戻す。次いで、ガラス４１とウエハ４２とを重ね合わせたガラス積層ウエハ４０を載せた昇降ステージ２１を下降させて、内部搬送下アーム受け渡し位置まで移動させる。以上により、仮接合が終了し、ガラス積層ウエハ４０を本接合に移行できる状態となる（図７（ｈ）参照）。仮接合作業が終了したときの位置合わせ手段における各構成の状態は下記の通りである：
・スペーサ機構２３：抜き位置
・外径合わせ機構２２：開
・昇降ステージ２１：仮接合位置
・仮押さえ具２４：接合位置。

これまでの工程において、２つの内部搬送手段１０ａ，１０ｂのそれぞれの内部搬送アーム１１ａ，１１ｂはいずれも、待機位置にある。仮接合を終えた後、内部搬送手段１０ａ，１０ｂを用いて、ロードロック室６と接合室７との間で、ガラス積層ウエハ４０の受け渡し作業を行う。

（９．内部搬送差し替え１）
ガラス積層ウエハ４０を本接合に移行できる状態（図８（ａ）参照）となった後、内部搬送アーム１１ａをロードロック室受け渡し位置まで移動させる（図８（ｂ）参照）。このときゲート８のシャッターを開いて、内部搬送アーム１１ｂを接合室受け渡し位置まで移動させる。

（１０．内部搬送差し替え２）
次いで、昇降ステージ２１を外径合わせ位置まで下降させる。これにより、ガラス積層ウエハ４０が昇降ステージ２１から離れて、内部搬送アーム１１ａの搬送アーム対象保持部１４ａに支持された状態へと遷移する（図８（ｃ）参照）。内部搬送アーム１１ａ自体は、ロードロック室受け渡し位置のままである。一方、接合室７でも、本接合済みのガラス積層ウエハ４０’を保持している昇降ピン３１を下降させ、ガラス積層ウエハ４０’が内部搬送アーム１１ｂの搬送アーム対象保持部１４ｂに支持された状態へと遷移させる。

（１１．内部搬送差し替え３）
内部搬送アーム１１ａがガラス積層ウエハ４０を保持した状態で、内部搬送アーム１１ａを接合室７の接合室受け渡し位置まで回動させる。なお、これに先立って、接合室７の昇降ピン３１を、内部搬送アーム１１ａによる受け渡しが行われる位置よりも鉛直下方に下降させておく。一方、ガラス積層ウエハ４０’を保持している内部搬送アーム１１ｂを、接合室受け渡し位置からロードロック室受け渡し位置まで回動させる。これにより、仮接合状態のガラス積層ウエハ４０が接合室７に搬送され、本接合後のガラス積層ウエハ４０’がロードロック室６に搬送された状態となる（図８（ｄ）参照）。

（１２．内部搬送差し替え４）
本接合後のガラス積層ウエハ４０’がロードロック室６に搬送された後、昇降ステージ２１を上昇させ、内部搬送上受け渡し位置まで移動させる。これにより、ガラス積層ウエハ４０’は、内部搬送アーム１１ｂから離れて、内部搬送アーム１１ｂに支持された状態から昇降ステージ２１に支持された状態へと切り替わる（図８（ｅ）参照）。一方、接合室７では、昇降ピン３１を上昇させて、ガラス積層ウエハ４０を昇降ピン３１によって支持する状態に遷移させる。これによりガラス積層ウエハ４０は、内部搬送アーム１１ａから離れた状態となる。

（１３．内部搬送差し替え終了）
本接合後のガラス積層ウエハ４０’を昇降ステージ２１の上面に載せた後、内部搬送アーム１１ａを回動させて待機位置まで移動させる。同様に、仮接合状態のガラス積層ウエハ４０を昇降ピン３１に載せた後、内部搬送アーム１１ｂを回動させて待機位置まで移動させる。接合室受け渡し位置にあった内部搬送アーム１１ｂを待機位置に戻した後、ゲート８のシャッターを再び閉じる。以上により、仮接合状態のガラス積層ウエハ４０が接合室７において本接合され得る状態となり、本接合後のガラス積層ウエハ４０’がロードロック室６にあって外部搬送手段４に受け渡しできる状態となり、ロードロック室６および接合室７間でのガラス積層ウエハの差し替えが終了する（図８（ｆ）参照）。

（１４．外部搬送手段受け渡し）
ゲート８のシャッターを閉じたのち、ロードロック室６の減圧を解いて、内部を大気圧に戻す。昇降ステージ２１を下降させて外部搬送手段受け渡し位置まで移動させる（図８（ｇ）参照）。ロードロック室６の内部が大気圧に戻った後に、受け渡し窓９を開けて、昇降ステージ２１上の本接合後のガラス積層ウエハ４０’を外部搬送手段４に受け渡す。これにより、外部搬送手段４への受け渡しが完了する。連続処理を行う場合には、この状態で再び、外部搬送手段４を用いてガラス４１をロードロック室６内部に搬入し、外部搬送手段受け渡し位置にある昇降ステージ２１上にガラス４１を配置させて、上述の一連の処理を繰り返す。一方、本接合後のガラス積層ウエハ４０’を外部搬送手段４に受け渡して処理を終了とする場合には、受け渡し窓９を閉じて、昇降ステージ２１を下降させて外径合わせ位置まで移動させて、処理終了とする（図８（ｈ）参照）。

内部搬送差し替えの各工程においては、スペーサ機構２３、外径合わせ機構２２および仮押さえ具２４は操作されず、スペーサ機構２３：抜き位置、外径合わせ機構２２：開、および仮押さえ具２４：待機位置、の状態にある。

以上の貼り合わせ方法によれば、ウエハ４２とガラス４１との位置合わせおよび貼り合わせ（接合）の期間、および貼り合わせユニット２と外部搬送手段４との間でのウエハ４２、ガラス４１およびガラス積層ウエハ４０，４０’の受け渡しの期間、貼り合わせを行う接合室７を、常に、真空にしておくことができる。したがって、貼り合わせ手段、特に、プレスプレートの温度を一定に保つことができ、これにより、温度変化により生じ得る貼り合わせ精度の低下を防ぐことができる。

さらに、以上の貼り合わせ方法によれば、ウエハ４２とガラス４１との位置合わせを行った後、貼り合わせに先立ってこれらを重ね合わせる際に、その水平位置を保ったまま両者を重ね合わせることができる。そのため、貼り合わせの精度をより向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、真空における基板および支持板の貼り合わせの精度を向上させることができるため、工業製品の製造分野に幅広く利用することができる。

１ 貼り合わせ装置
２ 貼り合わせユニット
３ プリアライナー
４ 外部搬送手段
５ 外部搬送手段走行路
６ ロードロック室（第１の処理室）
７ 接合室（第２の処理室）
８ ゲート
９ 受け渡し窓
１０，１０ａ，１０ｂ 内部搬送手段（搬送手段）
１１，１１ａ，１１ｂ 内部搬送アーム
１２ アーム旋回軸
１３ 搬送アーム本体
１４ 搬送アーム対象保持部
１５ ずれ防止部材
１６ 落下防止ガイド
２１ 昇降ステージ（昇降部材）
２２ 外径合わせ機構（位置調節手段）
２３ スペーサ機構（位置固定手段、保持部材）
２４ 仮押さえ具（位置固定手段、押し当て部材）
２５ａ，２５ｂ エアシリンダ（押圧部材）
２６ａ，２６ｂ ステッピングモータ（押圧部材）
２８ エアシリンダ
３２ 床面
３４ プレスプレート
４０ ガラス積層ウエハ
４０’ 本接合後のガラス積層ウエハ
４１ ガラス（支持体）
４２ ウエハ（基板）
４３ ノッチ
５０ ＦＯＵＰオープナー
５１ ベークプレート
５２ スピンナー
５３ パスライン
５４ 第２外部搬送手段
Ｂ 待機位置
Ｃ 接合室受け渡し位置

Claims (9)

1. 基板と支持体とを貼り合わせる貼り合わせ装置において、
   上記基板と上記支持体との貼り合わせに先立って上記基板と上記支持体との位置合わせを行う位置合わせ手段を有する、減圧可能な第１の処理室と、
   位置合わせされた上記基板と上記支持体とを貼り合わせる貼り合わせ手段を有する、減圧可能な第２の処理室とを備えており、
   上記第１の処理室および上記第２の処理室は、位置合わせされた少なくとも一組の上記基板および上記支持体が、上記第１の処理室から上記第２の処理室に減圧下で移動可能となるように形成されていることを特徴とする貼り合わせ装置。
2. 上記少なくとも一組の上記基板および上記支持体を上記第１の処理室から上記第２の処理室に移動させる、搬送手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせ装置。
3. 上記位置合わせ手段が、
   上記基板の水平方向における位置および上記支持体の水平方向における位置を調節する、位置調節手段と、
   水平方向における位置が調節された上記基板および上記支持体を重ね合わせるときに、該基板または該支持体の水平方向における位置を固定する、位置固定手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の貼り合わせ装置。
4. 上記位置調節手段が、上記基板または上記支持体を該基板または該支持体の外周部から水平方向に押圧する複数の押圧部材を有していることを特徴とする請求項３に記載の貼り合わせ装置。
5. 上記複数の押圧部材のそれぞれが、押圧する方向と平行な方向に進退移動可能であることを特徴とする請求項４に記載の貼り合わせ装置。
6. 上記位置固定手段が、上記基板および上記支持体のうちの一方の部材の表面を押圧して他方の部材に押し当てる、押し当て部材を有していることを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の貼り合わせ装置。
7. 上記位置合わせ手段が、
   水平方向における位置が調節された上記基板または上記支持体を、水平方向における位置を維持した状態で鉛直上方に移動させる昇降部材と、
   鉛直上方に移動させた上記基板または上記支持体を、鉛直上方で保持する保持部材とをさらに備えており、
   上記位置調節手段は、上記保持部材が上記基板または上記支持体を保持した状態で、上記基板および上記支持体の他方の水平方向における位置を調節することによって、上記基板と上記支持体との位置合わせを行うようになっていることを特徴とする請求項３〜６の何れか１項に記載の貼り合わせ装置。
8. 基板と支持体とを貼り合わせる貼り合わせ方法において、
   減圧状態にある第１の処理室において上記基板と上記支持体との位置合わせを行う、第１処理工程と、
   位置合わせされた少なくとも一組の上記基板および上記支持体を、上記第１の処理室から、減圧状態にある第２の処理室に減圧下で移動させる、移動工程と、
   減圧状態にある上記第２の処理室において上記少なくとも一組の上記基板と上記支持体とを貼り合わせる、第２処理工程と、
   を含むことを特徴とする貼り合わせ方法。
9. 上記第１処理工程では、
   位置調節手段によって、上記基板および上記支持体のうちの一方の部材の水平方向における位置を調節し、
   昇降部材によって、該一方の部材を、その水平方向における位置を保持した状態で鉛直上方に移動させ、
   上記位置調節手段によって、上記基板および上記支持体のうちの他方の部材の水平方向における位置を調節し、
   位置固定手段によって上記基板および上記支持体の上記一方の部材の水平方向における位置を固定した状態で、上記基板および上記支持体を重ね合わせることを特徴とする請求項８に記載の貼り合わせ方法。

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