JP2013070066A - ウェハ接合装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウェハ接合装置は、上部ユニット101Uと下部ユニット101Lの間に、接合される複数のウェハを配置し、上部ユニットと下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行う。ウェハ接合装置は、トッププレート111と、圧力プロファイル制御モジュールと、トッププレートと圧力プロファイル制御モジュールとの間に配置された加熱用のヒータ部と、を備える。ウェハ接合装置は、圧力プロファイル制御モジュールの表面に発生させた形状の変化がトッププレートの表面にもたらされる。
【選択図】図1
Description
ウェハ接合装置に関する。特に、複数のウェハに加熱および加圧を行いながらウェハを接
合する装置に関する。
能を備えるようになっている。この結果、半導体集積回路の高密度化、高機能化の要求が
高まっている。
ある。ウェハの積層を行うには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、2
枚のウェハあるいは既に積層されたウェハとさらに積層するつぎのウェハの電極同士を接
触させ、接合することが必要である。ウェハの電極同士を接合する場合に重要な点は、電
極同士を均一に接触させることと電極接合面を活性化させることである。電極同士を均一
に接触させるには、接合面の平面度を上げることが必要である。また、電極接合面を活性
化させるには、たとえば、加熱を行う。
とえば、特開2005-302858号公報)。
ェハの表面には、3乃至5ミクロンの凹凸が存在する(図15A)。この凹凸は、ウェハ
厚のばらつきに起因するものである。ウェハの接合面の平面度を上げるには、重ね合わせ
た二つのウェハ201Uおよび201Lの両側から圧力をかける。この場合、ウェハの接
合面が平坦になると、ウェハ厚のばらつきが、ウェハの接合面と反対側の面に現れる(図
15B)。したがって、ウェハ厚のばらつきの、ウェハの接合面の平面度への影響を除去
するには、加圧および加熱を行うと共に、ウェハ厚のばらつきを吸収する必要がある。
ある。
、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収するような、ウェハの接合装置は
開発されていなかった。
を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収する、ウェハ接合装置に対するニーズがある。
のウェハを配置し、上部ユニットと下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウ
ェハの接合を行う。本発明によるウェハ接合装置は、前記上部ユニットと前記下部ユニッ
トとの間で前記複数のウェハを加圧する加圧ユニットと、前記複数のウェハが載置される
トッププレートと、表面の形状を変化させることができるように構成された圧力プロファ
イル制御モジュールと、前記トッププレートと前記圧力プロファイル制御モジュールとの
間に配置された加熱用のヒータ部と、を備え、前記加圧ユニットで加圧を行いながら、前
記圧力プロファイル制御モジュールの前記表面に発生させた形状の変化が前記トッププレ
ートの表面にもたらされることにより、前記加圧ユニットから前記トッププレートを介し
て前記複数のウェハに作用する圧力分布を変更できるように構成されていることを特徴と
する。
化させることにより、加圧面であるトッププレートの表面の形状を変化させることができ
る。したがって、ウェハの接合面の平面度を上げることができる。
部を設け、当該中空部内の圧力を制御できるように構成し、ウェハ厚みのばらつきを吸収
して接合面の平面度を向上させるようにしたことを特徴とする。
内の圧力を制御することにより、圧力プロファイル制御モジュールが変形して、ウェハ厚
みのばらつきを吸収して接合面の平面度を向上させることができる。
らなることを特徴とする。
変形をトッププレートに忠実に伝えることができる。また、ウェハ厚のばらつきに起因す
るトッププレートの変形を圧力プロファイル制御モジュールに忠実に伝えることができ、
圧力プロファイル制御モジュールが、確実にウェハ厚みのばらつき吸収することができる
。
に、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収する、ウェハ接合装置が得られ
る。
られた、加圧ユニット141およびベース151を備える。加圧ユニット141は、加圧
ユニットのベース145および加圧ユニットの昇降部143を備える。加圧ユニットの昇
降部143には、下部ヒータユニット101Lが取り付けられている。ベース151には
、上部ヒータユニット101Uが取り付けられている。
Hに保持されたウェハが配置され、加圧ユニットの昇降部143が上昇することによって
上部ヒータユニット101Uおよび下部ヒータユニット101Lの間で加圧されるととも
に、加熱される。
す図である。以下において、上部および下部のヒータユニットを単にヒータユニット10
1と呼称する。
のヒートモジュール121と、ヒートモジュール支持部材125と、断熱部材127と、
圧力プロファイル制御モジュール131とを備える。圧力プロファイル制御モジュール1
31には、中空部133が設けられ、中空部133には、エア配管135が接続され、図
示しない電空レギュレータにより内部圧力が制御できるように構成されている。また、圧
力プロファイル制御モジュール131には、冷却部137および冷却用配管139が設け
られている。
炭化ケイ素からなる。
タで炭化ケイ素からなる。
熱伝導率のセラミックからなる断熱リングを設けてもよい。
される。3枚の板は、それぞれ、一例として、直径225ミリメータ、厚さ10ミリメー
タで炭化ケイ素からなる。中空部133の厚さは、一例として2ミリメータである。
数のヒートモジュール121と、トッププレート支持部材126と、断熱部材127と、
圧力プロファイル制御モジュール131とを備える。本変形例においては、圧力プロファ
イル制御モジュール131に固定されたトッププレート支持部材126が、トッププレー
ト111を支持している。トッププレート支持部材126は、ヒートモジュール121に
設けられた開口部を貫通している。
圧力プロファイル制御モジュール131の構成は、ヒータユニット101の対応部と同様
である。
て、トッププレート111の中心に対応する位置(中心部)に1個、その周囲(中間部)
に6個、さらにその周囲(周縁部)に12個のヒートモジュールが配置されている。
するトッププレート111の変形を吸収しやすくなる。また、後に説明するように、個別
に温度制御を行うことができる。さらに、後に説明するように、トッププレート111の
表面の形状を制御することが容易になる。
薄くして変形しやすくすれば、一体型のヒータを使用してもよい。
状は、たとえば、六角形であってもよい。ヒートモジュールの厚さは一例として10ミリ
メータである。
ジュール121に対応する位置に、熱電対または測温抵抗体などの温度計を設置し、電熱
ヒータ123の出力を操作して温度制御を行うように構成してもよい。
よってフィードバック制御を行ってもよい。温度制御は、ヒートモジュールごとに行って
もよい。また、中心部(1個)、中間部(6個)、周縁部(12個)にグループ化して、
グループごとに行ってもよい。
ートモジュール121を示す図である。ヒートモジュール121は、トッププレート11
1の、ウェハに対向する面の反対側の面へリーマーボルト1211Aと耐熱スプリング1
213を使用して取り付けられる。
213を使用して取り付けられた、ヒートモジュール121の熱変形を示す図である。電
熱ヒータ123付近の温度が最も高いので、ヒートモジュール121の電熱ヒータ123
周辺の熱膨張が最も大きい。したがって、ヒートモジュール121のトッププレート11
1に対向する面が湾曲する。本実施形態においては、ヒートモジュール121の熱変形に
より耐熱スプリング1213が圧縮されて、図17に示すように、ヒートモジュール12
1とトッププレート111の間に隙間が生じる。また、ヒートモジュール121とトップ
プレート111の間にすべりが発生するので、一例として銅(Cu)からなるヒートモジ
ュール121と、一例として炭化珪素(SiC)からなるトッププレート111の熱膨張
率の差によってテンションが発生することはない。この結果、トッププレートの変形は生
じない。
、ヒートモジュール121の熱変形を示す図である。ヒートモジュール121のトッププ
レート111に対向する面が湾曲し、トッププレート111に矢印で示す方向の応力が発
生する。この結果、トッププレート111も変形してしまい都合が悪い。
し行う際には、加熱および冷却を繰り返す必要があり、スループットを向上するには、効
率的に冷却を行う必要がある。冷却用配管はヒートモジュール121を貫通するように配
置される。本実施形態において、冷却は水冷であり、冷却用配管は、4系統から成る。そ
れぞれの系統の入口(IN)と出口(OUT)とを数字(1乃至4)で示している。
持部材125は、ヒートモジュール121ごとに設けられる。このように、ヒートモジュ
ール支持部材125を、ヒートモジュール121ごとに設けることにより、ウェハ厚のば
らつきに起因するトッププレート111の変形を圧力プロファイル制御モジュール131
に伝えることが容易になる。
とするのは、断面積を小さくして、ヒートモジュール121から圧力プロファイル制御モ
ジュール131に移動する熱量をできるだけ小さくするためである。ヒートモジュール支
持部材125の材質は、セラミックスが好ましく、特に、熱伝導率が低い低熱膨張セラミ
ックス(コージライト系セラミックス)などが好ましい。また、ヒートモジュール支持部
材125にくびれ部を設けて変形しやすくするのが好ましい。
支持部材125用の開口部128を備える。断熱部材によって、ヒートモジュール121
から圧力プロファイル制御モジュール131に移動する熱量をできるだけ小さくする。
1は、加圧ユニットのベース145および加圧ユニットの昇降部143を備える。加圧ユ
ニットのベース145の内部圧力を増加させ、加圧ユニットの昇降部143を昇降させる
。加圧ユニットのベース145の内部圧力を制御するために、電空レギュレータ149を
使用してもよい。加圧ユニットの昇降部143は、ストロークガイド148に沿って昇降
するように構成されている。
置し、加圧時には、圧力検出値を制御量として、フィードバック制御により電空レギュレ
ータを操作するようにしてもよい。また、リニアスケールなど、加圧ユニットの昇降部1
43の位置検出センサを設置し、加圧ユニットの昇降部143の昇降時には、位置検出値
に基づいて昇降速度を目標値とするように、別の電空レギュレータを操作するようにして
もよい。
。以下の説明において、接合されるウェハをワークと呼称する。
所定の温度、たとえば、400℃まで上昇させる。
縁部から加圧し、その後全体を加圧する。トッププレートの面圧は、たとえば、最大40
0キロパスカルである。
トッププレートの設置した温度計の温度によって、ワーク全体の温度が均一に保持される
ように温度制御を行う。具体的には、中心部のヒートモジュール、中間部のヒートモジュ
ール、周縁部のヒートモジュールの温度を個別に制御する。
縁部を加圧する方法について詳細に説明する。
。簡単のため、下部の板は図示していない。中空部133には、エア配管135が接続さ
れており、図示しない電空レギュレータにより中空部133の圧力が制御される。中空部
133の圧力にしたがって、上部の板の中心部が変位する。図9は、中空部133の厚さ
が増加するように、上部の板の中心部が変位した状態を示している。中空部の厚さは、上
述のように、一例として2ミリメータである。中空部の厚さの変形量は、一例として、増
加および減少それぞれ、20マイクロメータである。
1を設けてもよい。一例として、溝の幅は10ミリメータ、深さは6ミリメータである。
この溝1311によって、上部の板の中心が変位した場合であっても、上部の板の周縁部
の集中荷重が避けられる。
上に溝1311を設けた、上部の板の変形例を示す図である。
11を設け、溝1311より中止に近い領域の厚さを周縁部より薄くした、上部の板の変
形例を示す図である。
プロファイル制御モジュール131の中空部133の圧力P1による力をF1、加圧ユニ
ット141の圧力P2による力をF2とする。圧力プロファイル制御モジュール131の
中空部133の圧力P1および加圧ユニット141の圧力P2の、電空レギュレータの制
御範囲は、たとえば、−101乃至350キロパスカルである。
ロファイル制御モジュール131の形状は、凸型となり、トッププレート111の表面の
中心部が凸となり、ワークの中心部が加圧される。
ロファイル制御モジュール131の形状は、凹型となり、トッププレート111の表面の
中心部が凹となり、ワークの周縁部が加圧される。
ファイル制御モジュール131の形状は、平坦となり、トッププレート111の表面が平
坦となり、ワーク全体が加圧される。
る。
プロファイル制御モジュール131aの構成を示す概念図である。圧力プロファイル制御
モジュールの中空部133は、ベローズなどにより数箇所に区分されている。たとえば、
図11に示すように、中心部133a、中間部133bおよび周縁部133cに区分して
もよい。中心部133a、中間部133bおよび周縁部133cには、それぞれ配管を設
けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力Pa、PbおよびPcを制御できるように
構成する。たとえば、中心部133aの圧力Paを他の部分の圧力PbおよびPcより高
くすることによって、圧力プロファイル制御モジュール131aの中心部が凸になるよう
にすることができる。この結果、トッププレート111の表面の中心部が凸になる。
る圧力プロファイル制御モジュール131bおよび131cの構成を示す概念図である。
dの内部に、区分された中空部133eを設ける。中空部133dおよび中空部133e
には、それぞれ配管を設けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力を制御できるよう
に構成する。たとえば、区分された中空部133eの圧力Peを中空部133dの圧力P
dより高くすることによって、圧力プロファイル制御モジュール131bの中心部が凸に
なるようにすることができる。この結果、トッププレート111の表面の中心部が凸にな
る。
fの内部に、区分された中空部133gを設け、さらに、中空部133gの内部に、区分
された中空部133hを設ける。中空部133f、中空部133gおよび中空部133h
には、それぞれ配管を設けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力を制御できるよう
に構成する。たとえば、区分された中空部133hの圧力Phを中空部133gの圧力P
gより高くし、中空部133gの圧力Pgを中空部133fの圧力Pfより高くすること
によって、圧力プロファイル制御モジュール131cの中心部が凸になるようにすること
ができる。この結果、トッププレート111の表面の中心部が凸になる。
1の形状を変化させることにより、トッププレート111の表面の形状を変化させている
。圧力プロファイル制御モジュール131の形状の変化をトッププレート111の表面の
形状に伝えるには、トッププレート111と圧力プロファイル制御モジュール131との
間のヒータ部が複数のヒートモジュール121に分割され、それぞれのヒートモジュール
121が個別のヒートモジュール支持部材125を介して圧力プロファイル制御モジュー
ル131に支持されている構成が好ましい。
ある。トッププレート111の外周に嵌合する加圧リング115を設け、加圧リング11
5を、シリンダー117によって下方向に引くことにより、トッププレート111の周縁
部の形状を変化させる。
イル制御モジュールの表面の形状を変化させ、ヒートモジュールを介して、トッププレー
トの表面の形状を変化させることができる。また、ウェハ厚のばらつきを、トッププレー
トから、ヒートモジュールを介して、圧力プロファイル制御モジュールに伝え、圧力プロ
ファイル制御モジュールの圧力を制御することにより吸収することができる。
加圧圧力を適切に制御することにより、圧力プロファイル制御モジュールの形状を変化さ
せ、ヒートモジュールを介して、トッププレートの表面形状を変化させることができる。
また、ウェハ厚のばらつきを、トッププレートから、ヒートモジュールを介して、圧力プ
ロファイル制御モジュールに伝え、圧力プロファイル制御モジュールの中空部の圧力を適
切に制御することにより吸収することができる。
Claims (14)
- 上部ユニットと下部ユニットの間に、接合される複数のウェハを配置し、上部ユニット
と下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行うウェハ接合装置
であって、
前記上部ユニットと前記下部ユニットとの間で前記複数のウェハを加圧する加圧ユニッ
トと、
前記複数のウェハが載置されるトッププレートと、
表面の形状を変化させることができるように構成された圧力プロファイル制御モジュー
ルと、
前記トッププレートと前記圧力プロファイル制御モジュールとの間に配置された加熱用
のヒータ部と、を備え、
前記加圧ユニットで加圧を行いながら、前記圧力プロファイル制御モジュールの前記表
面に発生させた形状の変化が前記トッププレートの表面にもたらされることにより、前記
加圧ユニットから前記トッププレートを介して前記複数のウェハに作用する圧力分布を変
更できるように構成されていることを特徴とするウェハ接合装置。 - 前記圧力プロファイル制御モジュールに中空部を設け、当該中空部内の圧力を制御でき
るように構成し、ウェハ厚のばらつきを吸収して接合面の平面度を向上させるようにした
ことを特徴とする請求項1に記載のウェハ接合装置。 - 前記ヒータ部は複数のヒートモジュールからなることを特徴とする請求項1または2に
記載のウェハ接合装置。 - 前記複数のヒートモジュールを複数のグループに分割し、当該グループごとに温度制御
を行うように構成したことを特徴とする請求項3に記載のウェハ接合装置。 - 前記複数のヒートモジュールと圧力プロファイル制御モジュールの間に、ヒートモジュ
ールごとにヒートモジュール支持部材を設けたことを特徴とする請求項3または4に記載
のウェハ接合装置。 - 前記複数のヒートモジュールを、前記トッププレートの、ウェハに対向する面の反対側
の面に、リーマーボルトとスプリングを使用して取り付けたことを特徴とする請求項3か
ら5のいずれかに記載のウェハ接合装置。 - 前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記加圧ユニット
により加圧する圧力と、前記中空部内の圧力とを個別に制御できるように構成したことを
特徴とする請求項2に記載のウェハ接合装置。 - 前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記中空部を複数
のゾーンに分割し、ゾーンごとに内部圧力を制御できるように構成したことを特徴とする
請求項2に記載のウェハ接合装置。 - 前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記中空部内に、
圧力室を設け、当該圧力室内の内部圧力と、当該圧力室外の前記中空部の内部圧力とを個
別に制御できるように構成したことを特徴とする請求項2に記載のウェハ接合装置。 - トッププレートの周縁部にリングを設け、当該リングにシリンダーを接続し、当該シリ
ンダーを操作することにより、トッププレートの周縁部の形状を制御できるように構成し
たことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のウェハ接合装置。 - 前記ヒータ部に冷却用配管を備えたことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記
載のウェハ接合装置。 - 前記加圧ユニットは、前記圧力プロファイル制御モジュールを介して前記複数のウェハ
を加圧する請求項1から11に記載のウェハ接合装置。 - 請求項1から12のいずれかに記載のウェハ接合装置によってウェハを接合する方法で
あって、上部ユニットのトッププレートと下部ユニットのトッププレートとの間に接合す
るウェハを配置し、トッププレートを所定の温度まで加熱し、トッププレートによって接
合するウェハに加圧し、接合するウェハを加圧および加熱した状態で所定の時間保持する
、ウェハを接合する方法。 - 接合するウェハを加圧および加熱した状態で所定の時間保持した後、トッププレートに
よる、接合するウェハに対する圧力を解除し、トッププレートを冷却する請求項13に記
載のウェハを接合する方法。
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