JP2013191789A - Joining device, joining system, joining method, program, and computer storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板同士を分子間力によって接合する接合装置、当該接合装置を備えた接合システム、当該接合装置を用いた接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。 The present invention relates to a bonding apparatus that bonds substrates by intermolecular force, a bonding system including the bonding apparatus, a bonding method using the bonding apparatus, a program, and a computer storage medium.
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。 In recent years, semiconductor devices have been highly integrated. When a plurality of highly integrated semiconductor devices are arranged in a horizontal plane and these semiconductor devices are connected by wiring to produce a product, the wiring length increases, thereby increasing the wiring resistance and wiring delay. There is concern about becoming.
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、例えば接合システムを用いて、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。例えば接合システムは、基板の接合される表面を親水化する表面親水化装置と、当該表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、を有している。かかる接合システムでは、表面親水化装置において基板の表面に純水を供給して当該基板の表面を親水化した後、接合装置において基板同士をファンデルワールス力及び水素結合(分子間力)によって接合する(特許文献1)。 Thus, it has been proposed to use a three-dimensional integration technique in which semiconductor devices are stacked three-dimensionally. In this three-dimensional integration technique, two semiconductor wafers (hereinafter referred to as “wafers”) are bonded using, for example, a bonding system. For example, the bonding system includes a surface hydrophilizing device that hydrophilizes the surfaces to which the substrates are bonded, and a bonding device that bonds the substrates whose surfaces are hydrophilized by the surface hydrophilizing device. In such a bonding system, pure water is supplied to the surface of the substrate in the surface hydrophilizing device to make the surface of the substrate hydrophilic, and then the substrates are bonded together by van der Waals force and hydrogen bond (intermolecular force) in the bonding device. (Patent Document 1).
しかしながら、発明者らが鋭意検討したところ、特許文献1に記載した接合システムを用いた場合、接合された基板間の外周部に気泡が発生する場合があることが分かった。なお、この基板間の外周部に気泡が発生するメカニズムについては、後述において説明する。 However, as a result of extensive studies by the inventors, it has been found that when the bonding system described in Patent Document 1 is used, bubbles may be generated in the outer peripheral portion between the bonded substrates. Note that the mechanism by which bubbles are generated in the outer peripheral portion between the substrates will be described later.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板間の外周部に気泡が発生するのを抑制して、基板同士を適切に接合することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to appropriately bond the substrates by suppressing the generation of bubbles in the outer peripheral portion between the substrates.
前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を分子間力によって接合する接合装置であって、下面に第1の基板を真空引きして吸着保持する第1の保持部材と、前記第1の保持部材の下方に設けられ、上面に第2の基板を真空引きして吸着保持する第2の保持部材と、有し、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の基板を所定の温度に加熱する加熱機構を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a joining apparatus for joining substrates together by intermolecular force, the first holding member for vacuum-holding and holding the first substrate on the lower surface, and the first A second holding member that is provided below the first holding member and vacuum-holds and holds the second substrate on the upper surface, and at least the first holding member or the second holding member includes: It has a heating mechanism for heating at least the first substrate or the second substrate to a predetermined temperature.
発明者らが鋭意検討したところ、例えば上述した特許文献1の接合システムを用いた場合のように基板同士を分子間力によって接合する際、基板間の外周部の気泡は、基板の表面を親水化する際に供給される純水に起因して発生することが分かった。基板の表面を親水化するため供給される純水には、基板同士の接合に用いられる純水と、その他の余剰分の純水とが含まれる。そして、例えば基板間の結合は基板の中心部から外周部に向けて拡散するが、この拡散する接合、いわゆるボンディングウェーブによって、余剰分の純水は基板の表面に浮上し、且つ基板の外周部に到達する。この余剰分の純水が残存し、さらに純水が空気になることで、基板間の外周部において気泡が発生すると推察される。 When the inventors diligently studied, for example, when the substrates are bonded to each other by intermolecular force as in the case of the above-described bonding system of Patent Document 1, bubbles in the outer peripheral portion between the substrates cause the surface of the substrate to be hydrophilic. It has been found that this occurs due to the pure water supplied during the conversion. The pure water supplied to make the surfaces of the substrates hydrophilic includes pure water used for bonding the substrates and other excess pure water. And, for example, the bond between the substrates diffuses from the central portion of the substrate toward the outer peripheral portion. Due to this diffusion bonding, so-called bonding wave, excess pure water floats on the surface of the substrate, and the outer peripheral portion of the substrate. To reach. It is inferred that air bubbles are generated in the outer peripheral portion between the substrates when the surplus pure water remains and the pure water becomes air.
そこで、本発明によれば、第1の保持部材に保持された第1の基板と、第2の保持部材に保持された第2の基板とを接合する際に、少なくとも第1の基板又は第2の基板を所定の温度に加熱することができる。かかる加熱によって、第1の基板と第2の基板の表面に供給された余剰分の純水を、当該第1の基板と第2の基板の表面から除去することができる。したがって、基板間の外周部に気泡が発生するのを抑制して、基板同士を分子間力によって適切に接合することができる。 Therefore, according to the present invention, when joining the first substrate held by the first holding member and the second substrate held by the second holding member, at least the first substrate or the second substrate is bonded. The two substrates can be heated to a predetermined temperature. By such heating, excess pure water supplied to the surfaces of the first substrate and the second substrate can be removed from the surfaces of the first substrate and the second substrate. Therefore, generation | occurrence | production of a bubble on the outer peripheral part between board | substrates can be suppressed, and board | substrates can be joined appropriately by intermolecular force.
前記第1の保持部材は第1の基板を加熱する第1の加熱機構を有し、前記第2の保持部材は第2の基板を加熱する第2の加熱機構を有し、前記第1の加熱機構と前記第2の加熱機構には、前記第1の加熱機構による第1の基板の加熱温度と、前記第2の加熱機構による第2の基板の加熱温度とを異なる温度に制御する制御部が設けられていてもよい。 The first holding member has a first heating mechanism that heats the first substrate, the second holding member has a second heating mechanism that heats the second substrate, and the first The heating mechanism and the second heating mechanism include a control for controlling the heating temperature of the first substrate by the first heating mechanism and the heating temperature of the second substrate by the second heating mechanism to different temperatures. A part may be provided.
かかる場合、前記第1の基板の加熱温度と前記第2の基板の加熱温度の温度差は、10℃〜20℃であってもよい。 In this case, the temperature difference between the heating temperature of the first substrate and the heating temperature of the second substrate may be 10 ° C. to 20 ° C.
前記第1の保持部材は第1の基板を加熱する第1の加熱機構を有し、前記第2の保持部材は第2の基板を加熱する第2の加熱機構を有し、前記第1の加熱機構と前記第2の加熱機構には、前記第1の保持部材に保持された第1の基板と、前記第2の保持部材に保持された第2の基板との少なくとも鉛直方向又は水平方向の位置調節をしながら、第1の基板と第2の基板を加熱するように制御する制御部が設けられていてもよい。 The first holding member has a first heating mechanism that heats the first substrate, the second holding member has a second heating mechanism that heats the second substrate, and the first The heating mechanism and the second heating mechanism include at least a vertical direction or a horizontal direction of the first substrate held by the first holding member and the second substrate held by the second holding member. A control unit may be provided that controls the first substrate and the second substrate to be heated while adjusting the position of the first substrate and the second substrate.
前記所定の温度は、50℃〜100℃であってもよい。 The predetermined temperature may be 50 ° C to 100 ° C.
別な観点による本発明は、前記接合装置を備えた接合システムであって、前記接合装置を備えた処理ステーションと、第1の基板、第2の基板又は第1の基板と第2の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第1の基板、第2の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、前記処理ステーションは、第1の基板又は第2の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、前記表面改質装置で改質された第1の基板又は第2の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第1の基板、第2の基板又は重合基板を搬送するための搬送領域と、を有し、前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第1の基板と第2の基板を接合することを特徴としている。 Another aspect of the present invention is a bonding system including the bonding apparatus, wherein a processing station including the bonding apparatus, a first substrate, a second substrate, or a first substrate and a second substrate are provided. A plurality of bonded superposed substrates, and a loading / unloading station for loading / unloading the first substrate, the second substrate, or the superposed substrate to / from the processing station. Surface modifying device for modifying the surface to which the substrate or the second substrate is bonded, and surface hydrophilization for hydrophilizing the surface of the first substrate or the second substrate modified by the surface modifying device An apparatus, and a transfer region for transferring the first substrate, the second substrate, or the superposed substrate to the surface modification device, the surface hydrophilization device, and the bonding device, and the bonding device In the surface hydrophilizing device, the surface is hydrophilic. It is characterized by bonding a first substrate and a second substrate that is.
また別な観点による本発明は、基板同士を分子間力によって接合する接合方法であって、第1の保持部材の下面に吸着保持された第1の基板と、前記第1の保持部材の下方に設けられた第2の保持部材の上面に吸着保持された第2の基板とを接合する際に、少なくとも第1の基板又は第2の基板を所定の温度に加熱することを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a bonding method for bonding substrates by intermolecular force, the first substrate held by suction on the lower surface of the first holding member, and the lower side of the first holding member. When the second substrate adsorbed and held on the upper surface of the second holding member provided on the substrate is bonded, at least the first substrate or the second substrate is heated to a predetermined temperature.
前記第1の保持部材に保持された第1の基板と前記第2の保持部材に保持された第2の基板を接合する際、第1の基板と第2の基板を共に加熱し、且つ第1の基板と第2の基板を異なる温度に加熱してもよい。 When joining the first substrate held by the first holding member and the second substrate held by the second holding member, the first substrate and the second substrate are heated together, and the first substrate The first substrate and the second substrate may be heated to different temperatures.
かかる場合、前記第1の基板の加熱温度と前記第2の基板の加熱温度の温度差は、10℃〜20℃であってもよい。 In this case, the temperature difference between the heating temperature of the first substrate and the heating temperature of the second substrate may be 10 ° C. to 20 ° C.
前記第1の保持部材に保持された第1の基板と、前記第2の保持部材に保持された第2の基板との少なくとも鉛直方向又は水平方向の位置調節をしながら、第1の基板と第2の基板を共に加熱してもよい。 While adjusting at least the vertical direction or the horizontal direction of the first substrate held by the first holding member and the second substrate held by the second holding member, The second substrate may be heated together.
前記所定の温度は、50℃〜100℃であってもよい。 The predetermined temperature may be 50 ° C to 100 ° C.
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。 According to another aspect of the present invention, there is provided a program that operates on a computer of a control unit that controls the joining apparatus in order to cause the joining apparatus to execute the joining method.
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。 According to another aspect of the present invention, a readable computer storage medium storing the program is provided.
本発明によれば、基板間の外周部に気泡が発生するのを抑制して、基板同士を分子間力によって適切に接合することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the generation of bubbles in the outer peripheral portion between the substrates and to appropriately bond the substrates to each other by intermolecular force.
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。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a plan view showing the outline of the configuration of the joining system 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a side view illustrating the outline of the internal configuration of the joining system 1.
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1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2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。 In the interface system 1, bonding the wafer W U, W L as substrate, for example two as shown in FIG. Hereinafter, the wafer disposed on the upper side is referred to as “upper wafer W U ” as the first substrate, and the wafer disposed on the lower side is referred to as “lower wafer W L ” as the second substrate. Further, a bonding surface to which the upper wafer W U is bonded is referred to as “front surface W U1 ”, and a surface opposite to the front surface W U1 is referred to as “back surface W U2 ”. Similarly, the bonding surface to which the lower wafer W L is bonded is referred to as “front surface W L1 ”, and the surface opposite to the front surface W L1 is referred to as “back surface W L2 ”. Then, in the bonding system 1, by joining the upper wafer W U and the lower wafer W L, to form the overlapped wafer W T as a polymerization substrate.
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。
As shown in FIG. 1, the bonding system 1 carries in and out cassettes C U , C L , and C T that can accommodate a plurality of wafers W U and W L and a plurality of superposed wafers W T , respectively, with the outside. The loading /
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、任意に設定することができる。また、カセットの1つを異常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との接合に異常が生じたウェハを、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を異常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。
The loading /
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。
In the loading /
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。
The
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を改質する表面改質装置30が配置されている。本実施の形態では、表面改質装置30において、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1におけるSiO2の結合を切断して単結合のSiOとすることで、その後親水化されやすくするように当該表面WU1、WL1を改質する。
For example, in the first processing block G1, a
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。
For example, the second processing block G2 includes, for example, a
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。
For example, the third processing block G3, the wafer W U as shown in FIG. 2, W L, a
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。
As shown in FIG. 1, a
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。
The
次に、上述した表面改質装置30の構成について説明する。表面改質装置30は、図4に示すように処理容器100を有している。処理容器100の上面は開口し、当該上面開口部に後述するラジアルラインスロットアンテナ120が配置されて、処理容器100は内部を密閉可能に構成されている。
Next, the configuration of the
処理容器100のウェハ搬送領域60側の側面には、ウェハWU、WLの搬入出口101が形成され、当該搬入出口101にはゲートバルブ102が設けられている。
The side surface of the
処理容器100の底面には、吸気口103が形成されている。吸気口103には、処理容器100の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する吸気装置104に連通する吸気管105が接続されている。
An
また、処理容器100の底面には、ウェハWU、WLを載置する載置台110が設けられている。載置台110は、例えば静電吸着や真空吸着によってウェハWU、WLを載置することができる。載置台110には、後述するように載置台110上のウェハWU、WLに照射される処理ガスのイオン(酸素イオン)によって生じるイオン電流を測定するイオン電流計111が設けられている。
In addition, on the bottom surface of the
載置台110には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構112が内蔵されている。温度調節機構112は、冷却媒体の温度を調節する液温調節部113に接続されている。そして、液温調節部113によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台110の温度を制御できる。この結果、載置台110上に載置されたウェハWを所定の温度に維持できる。
In the mounting table 110, for example, a temperature adjustment mechanism 112 for circulating a cooling medium is incorporated. The temperature adjustment mechanism 112 is connected to a liquid
なお、載置台110の下方には、ウェハWU、WLを下方から支持し昇降させるための昇降ピン(図示せず)が設けられている。昇降ピンは、載置台110に形成された貫通孔(図示せず)を挿通し載置台110の上面から突出可能になっている。 Incidentally, below the mounting table 110, the wafer W U, the lift pins for supporting and elevating the the W L from below (not shown) is provided. The elevating pins can be protruded from the upper surface of the mounting table 110 through a through hole (not shown) formed in the mounting table 110.
処理容器100の上面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ120(RLSA:Radial Line Slot Antenna)が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ120は、下面が開口したアンテナ本体121を備えている。アンテナ本体121の内部には、例えば冷却媒体を流通させる流通路(図示せず)が設けられている。
A radial line slot antenna 120 (RLSA: Radial Line Slot Antenna) that supplies microwaves for plasma generation is provided in the upper surface opening of the
アンテナ本体121の下面の開口部には、複数のスロットが形成され、アンテナとして機能するスロット板122が設けられている。スロット板122の材料には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。アンテナ本体121内のスロット板122の上部には、遅相板123が設けられている。遅相板123の材料には、低損失誘電体材料、例えば石英、アルミナ、窒化アルミニウム等が用いられる。
A plurality of slots are formed in the opening on the lower surface of the
アンテナ本体121及びスロット板122の下方には、マイクロ波透過板124が設けられている。マイクロ波透過板124は、例えばOリング等のシール材(図示せず)を介して、処理容器100の内部を塞ぐように配置されている。マイクロ波透過板124の材料には、誘電体、例えば石英やAl2O3等が用いられる。
A
アンテナ本体121の上部には、マイクロ波発振装置125に通じる同軸導波管126が接続されている。マイクロ波発振装置125は、処理容器100の外部に設置されており、ラジアルラインスロットアンテナ120に対し、所定周波数、例えば2.45GHzのマイクロ波を発振できる。
A
かかる構成により、マイクロ波発振装置125から発振されたマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナ120内に伝搬され、遅相板123で圧縮され短波長化され、スロット板122で円偏波を発生させた後、マイクロ波透過板124を透過して処理容器100内に向けて放射される。
With this configuration, the microwave oscillated from the
処理容器100の側面には、当該処理容器100内に処理ガスとしての酸素ガスを供給するガス供給管130が接続されている。ガス供給管130は、後述するイオン通過構造体140の上方に配置され、処理容器100内のプラズマ生成領域R1に酸素ガスを供給する。また、ガス供給管130には、内部に酸素ガスを貯留するガス供給源131に連通している。ガス供給管130には、酸素ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群132が設けられている。
A
処理容器100内の載置台110とラジアルラインスロットアンテナ120との間には、イオン通過構造体140が設けられている。すなわち、イオン通過構造体140は、処理容器100の内部を、ガス供給管130から供給された酸素ガスをラジアルラインスロットアンテナ120から放射されたマイクロ波によってプラズマ化するプラズマ生成領域R1と、プラズマ生成領域R1で生成された酸素イオンを用いて載置台110上のウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質する処理領域R2に区画するように設けられている。
An
イオン通過構造体140は、一対の電極141、142を有している。以下、上部に配置された電極を「上部電極141」といい、下部に配置された電極を「下部電極142」という場合がある。一対の電極141、142間には、当該一対の電極141、142を電気的に絶縁する絶縁材143が設けられている。
The
各電極141、142は、図4及び図5に示すように平面視においてウェハWU、WLの径よりも大きい円形状を有している。また、各電極141、142には、プラズマ生成領域R1から処理領域R2に酸素イオンが通過する開口部144が複数形成されている。これら複数の開口部144は、例えば格子状に配置されている。なお、複数の開口部144の形状や配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。
Each of the
ここで、各開口部144の寸法は、例えばラジアルラインスロットアンテナ120から放射されるマイクロ波の波長よりも短く設定されるのが好ましい。こうすることによって、ラジアルラインスロットアンテナ120から供給されたマイクロ波がイオン通過構造体140で反射され、マイクロ波の処理領域R2への進入を抑制できる。この結果、載置台110上のウェハWU、WLがマイクロ波に直接曝されることがなく、マイクロ波によるウェハWU、WLの損傷を防止できる。
Here, the dimension of each
イオン通過構造体140には、一対の電極141、142間に所定の電圧を印加する電源145が接続されている。この電源145によって印加される所定の電圧は、後述する制御部300によって制御され、最大電圧は例えば1KeVである。また、イオン通過構造体140には、一対の電極141、142間を流れる電流を測定する電流計146が接続されている。
A
次に、上述した表面親水化装置40の構成について説明する。表面親水化装置40は、図6に示すように内部を密閉可能な処理容器150を有している。処理容器150のウェハ搬送領域60側の側面には、図7に示すようにウェハWU、WLの搬入出口151が形成され、当該搬入出口151には開閉シャッタ152が設けられている。
Next, the structure of the
処理容器150内の中央部には、図6に示すようにウェハWU、WLを保持して回転させるスピンチャック160が設けられている。スピンチャック160は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハWU、WLを吸引する吸引口(図示せず)が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハWU、WLをスピンチャック160上に吸着保持できる。
A
スピンチャック160は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部161を有し、そのチャック駆動部161により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部161には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック160は昇降自在になっている。
The
スピンチャック160の周囲には、ウェハWU、WLから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ162が設けられている。カップ162の下面には、回収した液体を排出する排出管163と、カップ162内の雰囲気を真空引きして排気する排気管164が接続されている。
Around the
図7に示すようにカップ162のX方向負方向(図7の下方向)側には、Y方向(図7の左右方向)に沿って延伸するレール170が形成されている。レール170は、例えばカップ162のY方向負方向(図7の左方向)側の外方からY方向正方向(図7の右方向)側の外方まで形成されている。レール170には、例えばノズルアーム171とスクラブアーム172が取り付けられている。
As shown in FIG. 7, a
ノズルアーム171には、図6及び図7に示すようにウェハWU、WLに純水を供給する純水ノズル173が支持されている。ノズルアーム171は、図7に示すノズル駆動部174により、レール170上を移動自在である。これにより、純水ノズル173は、カップ162のY方向正方向側の外方に設置された待機部175からカップ162内のウェハWU、WLの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハWU、WL上をウェハWU、WLの径方向に移動できる。また、ノズルアーム171は、ノズル駆動部174によって昇降自在であり、純水ノズル173の高さを調節できる。
The
純水ノズル173には、図6に示すように当該純水ノズル173に純水を供給する供給管176が接続されている。供給管176は、内部に純水を貯留する純水供給源177に連通している。また、供給管176には、純水の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群178が設けられている。
As shown in FIG. 6, a
スクラブアーム172には、スクラブ洗浄具180が支持されている。スクラブ洗浄具180の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ180aが設けられている。スクラブアーム172は、図7に示す洗浄具駆動部181によってレール170上を移動自在であり、スクラブ洗浄具180を、カップ162のY方向負方向側の外方からカップ162内のウェハWU、WLの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部181によって、スクラブアーム172は昇降自在であり、スクラブ洗浄具180の高さを調節できる。
A
なお、以上の構成では、純水ノズル173とスクラブ洗浄具180が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持されていてもよい。また、純水ノズル173を省略して、スクラブ洗浄具180から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ162を省略して、処理容器150の底面に液体を排出する排出管と、処理容器150内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置40において、帯電防止用のイオナイザ(図示せず)を設けてもよい。
In the above configuration, the
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8に示すように内部を密閉可能な処理容器190を有している。処理容器190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191が形成され、当該搬入出口191には開閉シャッタ192が設けられている。
Next, the structure of the joining
処理容器190の内部は、内壁193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191は、搬送領域T1における処理容器190の側面に形成されている。また、内壁193にも、ウェハWU、WL、重合ウェハWTの搬入出口194が形成されている。
The inside of the
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200が設けられている。トランジション200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。
A
搬送領域T1には、ウェハ搬送機構201が設けられている。ウェハ搬送機構201は、図8及び図9に示すように例えば鉛直方向、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。そして、ウェハ搬送機構201は、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。
A
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210が設けられている。位置調節機構210は、図10に示すように基台211と、ウェハWU、WLを吸着保持して回転させる保持部212と、ウェハWU、WLのノッチ部の位置を検出する検出部213と、を有している。そして、位置調節機構210では、保持部212に吸着保持されたウェハWU、WLを回転させながら検出部213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。
A
また、搬送領域T1には、上ウェハWUの表裏面を反転させる反転機構220が設けられている。反転機構220は、図11〜図13に示すように上ウェハWUを保持する保持アーム221を有している。保持アーム221は、水平方向(図11及び図12中のY方向)に延伸している。また保持アーム221には、上ウェハWUを保持する保持部材222が例えば4箇所に設けられている。保持部材222は、図14に示すように保持アーム221に対して水平方向に移動可能に構成されている。また保持部材222の側面には、上ウェハWUの外周部を保持するための切り欠き223が形成されている。そして、これら保持部材222は、上ウェハWUを挟み込んで保持することができる。
Further, in the transfer region T1 is inverting
保持アーム221は、図11〜図13に示すように例えばモータなどを備えた第1の駆動部224に支持されている。この第1の駆動部224によって、保持アーム221は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム221は、第1の駆動部224を中心に回動自在であると共に、水平方向(図11及び図12中のY方向)に移動自在である。第1の駆動部224の下方には、例えばモータなどを備えた第2の駆動部225が設けられている。この第2の駆動部225によって、第1の駆動部224は鉛直方向に延伸する支持柱226に沿って鉛直方向に移動できる。このように第1の駆動部224と第2の駆動部225によって、保持部材222に保持された上ウェハWUは、水平軸周りに回動できると共に鉛直方向及び水平方向に移動できる。また、保持部材222に保持された上ウェハWUは、第1の駆動部224を中心に回動して、位置調節機構210から後述する上チャック230との間を移動できる。
As shown in FIGS. 11 to 13, the holding
処理領域T2には、図8及び図9に示すように上ウェハWUを下面で吸着保持する第1の保持部材としての上チャック230と、下ウェハWLを上面で載置して吸着保持する第2の保持部材としての下チャック231とが設けられている。下チャック231は、上チャック230の下方に設けられ、上チャック230と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック230に保持された上ウェハWUと下チャック231に保持された下ウェハWLは対向して配置可能となっている。
The processing region T2, a
上チャック230は、図9に示すように処理容器190の天井面に設けられた支持部材232に支持されている。支持部材232は、上チャック230の上面外周部を支持している。下チャック231の下方には、シャフト233を介してチャック駆動部234が設けられている。このチャック駆動部234により、下チャック231は鉛直方向に昇降自在、且つ水平方向に移動自在になっている。また、チャック駆動部234によって、下チャック231は鉛直軸周りに回転自在になっている。また、下チャック231の下方には、下ウェハWLを下方から支持し昇降させるための昇降ピン(図示せず)が設けられている。昇降ピンは、下チャック231に形成された貫通孔(図示せず)を挿通し、下チャック231の上面から突出可能になっている。
The
上チャック230は、図15に示すように複数、例えば3つの領域230a、230b、230cに区画されている。これら領域230a、230b、230cは、図16に示すように上チャック230の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域230aは平面視において円形状を有し、領域230b、230cは平面視において環状形状を有している。各領域230a、230b、230cには、図15に示すように上ウェハWUを吸着保持するための吸引管240a、240b、240cがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管240a、240b、240cには、異なる真空ポンプ241a、241b、241cがそれぞれ接続されている。したがって、上チャック230は、各領域230a、230b、230c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。
As shown in FIG. 15, the
なお、以下において、上述した3つの領域230a、230b、230cを、それぞれ第1の領域230a、第2の領域230b、第3の領域230cという場合がある。また、吸引管240a、240b、240cを、それぞれ第1の吸引管240a、第2の吸引管240b、第3の吸引管240cという場合がある。さらに、真空ポンプ241a、241b、241cを、それぞれ第1の真空ポンプ241a、第2の真空ポンプ241b、第3の真空ポンプ241cという場合がある。
In the following, the three
上チャック230の内部には、上ウェハWUを加熱する第1の加熱機構242が設けられている。なお、第1の加熱機構242には、例えばヒータが用いられる。
Inside the
上チャック230の中心部には、当該上チャック230を厚み方向に貫通する貫通孔243が形成されている。この上チャック230の中心部は、当該上チャック230に吸着保持される上ウェハWUの中心部に対応している。そして、貫通孔243には、後述する押動部材250の押動ピン251が挿通するようになっている。
A through
上チャック230の上面には、上ウェハWUの中心部を押圧する押動部材250が設けられている。押動部材250は、シリンダ構造を有し、押動ピン251と当該押動ピン251が昇降する際のガイドとなる外筒252とを有している。押動ピン251は、例えばモータを内蔵した駆動部(図示せず)によって、貫通孔243を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。そして、押動部材250は、後述するウェハWU、WLの接合時に、上ウェハWUの中心部と下ウェハWLの中心部とを当接させて押圧することができる。
On the upper surface of the
上チャック230には、下ウェハWLの表面WL1を撮像する上部撮像部材253が設けられている。上部撮像部材253には、例えば広角型のCCDカメラが用いられる。なお、上部撮像部材253は、上チャック230上に設けられていてもよい。
The
下チャック231は、図17に示すように複数、例えば2つの領域231a、231bに区画されている。これら領域231a、231bは、下チャック231の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域231aは平面視において円形状を有し、領域231bは平面視において環状形状を有している。各領域231a、231bには、図15に示すように下ウェハWLを吸着保持するための吸引管260a、260bがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管260a、260bには、異なる真空ポンプ261a、261bがそれぞれ接続されている。したがって、下チャック231は、各領域231a、231b毎に下ウェハWLの真空引きを設定可能に構成されている。
As shown in FIG. 17, the
下チャック231の内部には、下ウェハWLを加熱する第2の加熱機構262が設けられている。なお、第2の加熱機構262には、例えばヒータが用いられる。
Inside the
下チャック231の外周部には、ウェハWU、WL、重合ウェハWTが当該下チャック231から飛び出したり、滑落するのを防止するストッパ部材263が設けられている。ストッパ部材263は、その頂部が少なくとも下チャック231上の重合ウェハWTよりも上方に位置するように鉛直方向に延伸している。また、ストッパ部材263は、図17に示すように下チャック231の外周部に複数個所、例えば5箇所に設けられている。
The outer peripheral portion of the
下チャック231には、図15に示すように上ウェハWUの表面WU1を撮像する下部撮像部材264が設けられている。下部撮像部材264には、例えば広角型のCCDカメラが用いられる。なお、下部撮像部材264は、下チャック231上に設けられていてもよい。
As shown in FIG. 15, the
以上の接合システム1には、図1に示すように制御部300が設けられている。制御部300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における後述のウェハ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300にインストールされたものであってもよい。
The above joining system 1 is provided with a
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18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。 Next, a method for bonding the wafers W U and W L performed using the bonding system 1 configured as described above will be described. FIG. 18 is a flowchart showing an example of main steps of the wafer bonding process.
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。
First, the cassette C U, the cassette C L accommodating the lower wafer W L of the plurality, and the empty cassette C T is a predetermined
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の表面改質装置30に搬送される。表面改質装置30に搬入された上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61から載置台110の上面に受け渡され載置される。その後、ウェハ搬送装置61が表面改質装置30から退出し、ゲートバルブ102が閉じられる。なお、載置台110に載置された上ウェハWUは、温度調節機構112によって所定の温度、例えば25℃〜30℃に維持される。
Then the upper wafer W U is transferred to the
その後、吸気装置104を作動させ、吸気口103を介して処理容器100の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば67Pa〜333Pa(0.5Torr〜2.5Torr)まで減圧される。そして、後述するように上ウェハWUを処理中、処理容器100内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。
Thereafter, the
その後、ガス供給管130から処理容器100内のプラズマ生成領域R1に向けて、酸素ガスが供給される。また、ラジアルラインスロットアンテナ120からプラズマ生成領域R1に向けて、例えば2.45GHzのマイクロ波が放射される。このマイクロ波の放射によって、プラズマ生成領域R1内において酸素ガスが励起されてプラズマ化され、例えば酸素ガスがイオン化する。このとき、下方に進行するマイクロ波は、イオン通過構造体140で反射し、プラズマ生成領域R1内に留まる。この結果、プラズマ生成領域R1内には、高密度のプラズマが生成される。
Thereafter, oxygen gas is supplied from the
続いて、イオン通過構造体140において、電源145により一対の電極141、142に所定の電圧を印加する。そうすると、この一対の電極141、142によって、プラズマ生成領域R1で生成された酸素イオンのみが、イオン通過構造体140の開口部144を通過して処理領域R2に流入する。
Subsequently, in the
このとき、制御部300によって、一対の電極141、142間に印加され電圧を制御することで、当該一対の電極141、142を通過する酸素イオンに付与されるエネルギーが制御される。この酸素イオンに付与されるエネルギーは、上ウェハWUの表面WU1のSiO2の二重結合を切断して単結合のSiOとするのに十分なエネルギーであって、当該表面WU1が損傷しないエネルギーに設定される。
At this time, the energy applied to the oxygen ions passing through the pair of
またこのとき、電流計146によって一対の電極141、142間を流れる電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、イオン通過構造体140を通過する酸素イオンの通過量が把握される。そして、制御部300では、把握された酸素イオンの通過量に基づいて、当該通過量が所定の値になるように、ガス供給管130からの酸素ガスの供給量や、一対の電極141、142間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
At this time, the current value of the current flowing between the pair of
その後、処理領域R2に導入された酸素イオンは、載置台110上の上ウェハWUの表面WU1に照射されて注入される。そして、照射された酸素イオンによって、表面WU1におけるSiO2の二重結合が切断されて単結合のSiOとなる。また、この表面WU1の改質には酸素イオンが用いられているため、上ウェハWUの表面WU1に照射された酸素イオン自体がSiOの結合に寄与する。こうして、上ウェハWUの表面WU1が改質される(図18の工程S1)。 Then, oxygen ions are introduced into the processing region R2 is injected is irradiated onto the surface W U1 of the upper wafer W U on the mounting table 110. Then, the irradiated oxygen ions, a double bond of SiO 2 is cut in the surface W U1 a single bond SiO. Also, because this is the modification of the surface W U1 it has been used oxygen ions, oxygen ions themselves which are applied to the surface W U1 of the upper wafer W U contributes to the binding of SiO. Thus, the surface W U1 of the upper wafer W U is modified (Step S1 in FIG. 18).
このとき、イオン電流計111によって、上ウェハWUの表面WU1に照射された酸素イオンによって生じるイオン電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、上ウェハWUの表面WU1に照射される酸素イオンの照射量が把握される。そして、制御部300では、把握された酸素イオンの照射量に基づいて、当該照射量が所定の値になるように、ガス供給管130からの酸素ガスの供給量や、一対の電極141、142間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
At this time, the
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に搬入された上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61からスピンチャック160に受け渡され吸着保持される。
Then the upper wafer W U is transferred to a
続いて、ノズルアーム171によって待機部175の純水ノズル173を上ウェハWUの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム172によってスクラブ洗浄具180を上ウェハWU上に移動させる。その後、スピンチャック160によって上ウェハWUを回転させながら、純水ノズル173から上ウェハWU上に純水を供給する。そうすると、表面改質装置30において改質された上ウェハWUの表面WU1に水酸基(シラノール基)が付着して当該表面WU1が親水化される。また、純水ノズル173からの純水とスクラブ洗浄具180によって、上ウェハWUの表面WU1が洗浄される(図18の工程S2)。なお、上ウェハWUの表面WU1に供給された純水のうち、一部の純水は上述したように表面WU1を親水化するため、すなわち後述するようにウェハWU、WLを接合するために用いられるが、残りの余剰分の純水は上ウェハWUの表面WU1に残存している。
Subsequently, the
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200を介してウェハ搬送機構201により位置調節機構210に搬送される。そして位置調節機構210によって、上ウェハWUの水平方向の向きが調節される(図18の工程S3)。
Then the upper wafer W U is transferred to the
その後、位置調節機構210から反転機構220の保持アーム221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221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18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。
Thereafter, the upper wafer W U is transferred from the
その後、反転機構220の保持アーム221が、第1の駆動部224を中心に回動して上チャック230の下方に移動する。そして、反転機構220から上チャック230に上ウェハWUが受け渡される。上ウェハWUは、上チャック230にその裏面WU2が吸着保持される(図18の工程S5)。このとき、すべての真空ポンプ241a、241b、241cを作動させ、上チャック230のすべての領域230a、230b、230cにおいて、上ウェハWUを真空引きしている。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チャック230で待機する。
Thereafter, the holding
上ウェハWUに上述した工程S1〜S5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。
During the processing of steps S1~S5 described above on the wafer W U is being performed, the processing of the lower wafer W L Following the on wafer W U is performed. First, the lower wafer W L in the cassette C L is taken out by the
次に下ウェハWLは、ウェハ搬送装置61によって表面改質装置30に搬送され、下ウェハWLの表面WL1が改質される(図18の工程S6)。なお、工程S6における下ウェハWLの表面WL1の改質は、上述した工程S1と同様である。
Lower wafer W L then is conveyed to the
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18の工程S7)。なお、工程S7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と同様であるので詳細な説明を省略する。また、下ウェハWLの表面WL1に供給された純水のうち、一部の純水は表面WL1を親水化するため、すなわち後述するようにウェハWU、WLを接合するために用いられるが、残りの余剰分の純水は下ウェハWLの表面WL1に残存している。
Thereafter, the lower wafer W L is transferred to the
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200を介してウェハ搬送機構201により位置調節機構210に搬送される。そして位置調節機構210によって、下ウェハWLの水平方向の向きが調節される(図18の工程S8)。
Thereafter, the lower wafer W L is transported to the
その後、下ウェハWLは、ウェハ搬送機構201によって下チャック231に搬送され、下チャック231に吸着保持される(図18の工程S9)。このとき、すべての真空ポンプ261a、261bを作動させ、下チャック231のすべての領域231a、231bにおいて、下ウェハWLを真空引きしている。そして、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が下チャック231に吸着保持される。
Thereafter, the lower wafer W L is transferred to the
次に、上チャック230に保持された上ウェハWUと下チャック231に保持された下ウェハWLとの水平方向の位置調節を行う。図19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、例えば4点以上の基準点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、例えば4点以上の基準点Bが形成されている。これら基準点A、Bとしては、例えばウェハWL、WU上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。そして、上部撮像部材253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、下部撮像部材264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、上部撮像部材253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、下部撮像部材264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、下チャック231によって下ウェハWLの水平方向の位置(水平方向の向きを含む)が調節される。すなわち、チャック駆動部234によって、下チャック231を水平方向に移動させて、下ウェハWL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18の工程S10)。なお、上部撮像部材256と下部撮像部材264を移動させる代わりに、下チャック230を移動させてもよい。
Next, the adjusted horizontal position of the wafer W U and the lower wafer held by the lower chuck 231 W L after being held by the
なお、ウェハWU、WLの水平方向きは、工程S3、S8において位置調節機構210によって調節されているが、工程S10において微調節が行われる。また、本実施の形態の工程S10では、基準点A、Bとして、ウェハWL、WU上に形成された所定のパターンを用いていたが、その他の基準点を用いることもできる。例えばウェハWL、WUの外周部とノッチ部を基準点として用いることができる。
The horizontal direction of the wafers W U and W L is adjusted by the
その後、チャック駆動部234によって、図20に示すように下チャック231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との間の間隔が所定の距離、例えば80μm〜200μm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18の工程S11)。なお、工程S5〜工程S11において、上チャック230のすべての領域230a、230b、230cにおいて、上ウェハWUを真空引きしている。同様に工程S9〜工程S11において、下チャック231のすべての領域231a、231bにおいて、下ウェハWLを真空引きしている。
Thereafter, the
このように工程S10、S11において上ウェハWUと下ウェハWLとの水平方向と鉛直方向の位置が調節されている間、上ウェハWUは第1の加熱機構242によって所定の温度に加熱され、下ウェハWLは第2の加熱機構262によって所定の温度に加熱される。本実施の形態では、上ウェハWUと下ウェハWLが加熱される所定の温度はそれぞれ例えば50℃〜100℃であって、上ウェハWUと下ウェハWLは同じ温度に加熱される。この所定の温度50℃〜100℃は、発明者らが鋭意検討した結果に見出した温度であり、後述するように余剰分の純水を除去できる温度である。なお、余剰分の純水を除去できる温度であれば、所定の温度は本実施の形態に限定されず、種々の温度を取り得る。
Heating this way while the horizontal and vertical positions of the upper wafer W U and the lower wafer W L is adjusted in step S10, S11, the upper wafer W U to a predetermined temperature by the
ここで工程S2、S7においてウェハWU、WLに供給された純水のうち、上述したように上ウェハWUの表面WU1と下ウェハWLの表面WL1には、それぞれ余剰分の純水が残存している。そこで、工程S10、S11において上述のように上ウェハWUと下ウェハWLをそれぞれ所定の温度に加熱することによって、この余剰分の純水を除去することができる。そして、上ウェハWUと下ウェハWLを所定時間加熱して余剰分の純水がすべて除去されると、上ウェハWUと下ウェハWLの加熱が停止される。 Here, of the pure water supplied to the wafers W U and W L in the steps S2 and S7, as described above, the surface W U1 of the upper wafer W U and the surface W L1 of the lower wafer W L respectively have surplus amounts. Pure water remains. Therefore, step S10, described above in S11 as the upper wafer W U and the lower wafer W L by heating to a predetermined temperature, respectively, can be removed with pure water of the surplus. When the upper wafer W U and the lower wafer W L by heating a predetermined time pure water surplus is completely removed, the heating of the upper wafer W U and the lower wafer W L is stopped.
その後、第1の真空ポンプ241aの作動を停止して、図21に示すように第1の領域230aにおける第1の吸引管240aからの上ウェハWUの真空引きを停止する。このとき、第2の領域230bと第3の領域230cでは、上ウェハWUが真空引きされて吸着保持されている。その後、押動部材250の押動ピン251を下降させることによって、上ウェハWUの中心部を押圧しながら当該上ウェハWUを下降させる。このとき、押動ピン251には、上ウェハWUがない状態で当該押動ピン251が70μm移動するような荷重、例えば200gがかけられる。そして、押動部材250によって、上ウェハWUの中心部と下ウェハWLの中心部を当接させて押圧する(図18の工程S12)。
Then, stop the operation of the
そうすると、押圧された上ウェハWUの中心部と下ウェハWLの中心部との間で接合が開始する(図21中の太線部)。すなわち、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、S6において改質されているため、先ず、表面WU1、WL1間にファンデルワールス力(分子間力)が生じ、当該表面WU1、WL1同士が接合される。さらに、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、S7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(分子間力)、表面WU1、WL1同士が強固に接合される。 Then, the bonding is started between the central portion of the central portion and the lower wafer W L of the upper wafer W U which pressed (thick line portion in FIG. 21). That is, since the surface W U1 of the upper wafer W U and the surface W L1 of the lower wafer W L are modified in steps S1 and S6, respectively, first, the van der Waals force (intermolecular) between the surfaces W U1 and W L1. Force) is generated, and the surfaces W U1 and W L1 are joined to each other. Furthermore, since the surface W U1 of the upper wafer W U and the surface W L1 of the lower wafer W L are hydrophilized in steps S2 and S7, respectively, hydrophilic groups between the surfaces W U1 and W L1 are hydrogen bonded (intermolecular). Force), the surfaces W U1 and W L1 are firmly bonded to each other.
その後、図22に示すように押動部材250によって上ウェハWUの中心部と下ウェハWLの中心部を押圧した状態で、第2の真空ポンプ241bの作動を停止して、第2の領域230bにおける第2の吸引管240bからの上ウェハWUの真空引きを停止する。そうすると、第2の領域230b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。さらにその後、第3の真空ポンプ241cの作動を停止して、第3の領域230cにおける第3の吸引管240cからの上ウェハWUの真空引きを停止する。このように上ウェハWUの中心部から外周部に向けて、上ウェハWUの真空引きを停止し、上ウェハWUが下ウェハWL上に順次落下して当接する。そして、上述した表面WU1、WL1間のファンデルワールス力と水素結合による接合が順次拡がる。こうして、図23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が全面で当接し、上ウェハWUと下ウェハWLが接合される(図18の工程S13)。
Then, while pressing the center portion of the center and lower wafer W L of the upper wafer W U by pressing
この工程S13では、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1の拡散する接合、いわゆるボンディングウェーブが生じるが、工程S10、S11において上ウェハWUと下ウェハWLを加熱することにより余剰分の純水が除去されているので、従来のように余剰分の純水がウェハWU、WLの外周部に拡散することはない。 In this step S13, diffusion of the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L , so-called bonding wave is generated. However, in steps S10 and S11, the upper wafer W U and the lower wafer W L are heated to surplus. Therefore, excess pure water does not diffuse to the outer peripheral portions of the wafers W U and W L as in the conventional case.
その後、図24に示すように押動部材250を上チャック230まで上昇させる。また、下チャック231において吸引管260a、260bからの下ウェハWLの真空引きを停止して、下チャック231による下ウェハWLの吸着保持を停止する。
Thereafter, the pushing
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。
The upper wafer W U and the lower wafer W L overlapped wafer bonded W T is transferred to the
以上の実施の形態によれば、工程S10、S11において、上チャック230に保持された上ウェハWUと、下チャック231に保持された下ウェハWLを所定の温度に加熱する。かかる加熱によって、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1上の余剰分の純水を、当該表面WU1、WL1から除去することができる。したがって、従来のように余剰分の純水がウェハWU、WLの外周部に拡散することがなく、ウェハWU、WL間の外周部に気泡(Edge Void)が発生するのを抑制することができる。そして、ウェハWU、WL同士をファンデルワールス力と水素結合(分子間力)によって適切に接合することができる。
According to the above embodiment, in step S10, S11, heating the upper wafer W U which is held by the
また、工程S10、S11において上チャック230に保持された上ウェハWUと、下チャック231に保持された下ウェハWLとを水平方向と鉛直方向に位置調節しながら、ウェハWU、WLの加熱が行われるので、当該ウェハWU、WLの加熱を効率よく行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。なお、ウェハWU、WLの加熱は、工程S10又は工程S11のいずれか一方の工程において行ってもよい。また、ウェハWU、WLの加熱は、工程S5、S9において上ウェハWUが上チャック230に保持され、下ウェハWLが下チャック231に保持される際に行ってもよい。
Further, the upper wafer W U which is held by the
また、接合システム1は、接合装置41に加えて、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質する表面改質装置と、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も備えているので、一のシステム内でウェハWU、WLの接合を効率よく行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをより向上させることができる。
The joining system 1, in addition to the
以上の実施の形態では、第1の加熱機構242と第2の加熱機構262によって上ウェハWUと下ウェハWLを両方加熱していたが、上ウェハWU又は下ウェハWLのいずれか一方のみを加熱してもよい。そして、第1の加熱機構242又は第2の加熱機構262のいずれか一方を省略してもよい。かかる場合、例えば上ウェハWUのみを加熱して所定の時間、例えば30秒経過させることで、上ウェハWUの熱が下ウェハWLに伝達し、下ウェハWLも同一の温度に加熱される。また下ウェハWLのみを加熱する場合も同様に、所定の時間経過後、上ウェハWUも同一の温度に加熱される。いずれの場合でも、上ウェハWUと下ウェハWLの温度が所定の温度に加熱されるので、ウェハWU、WL間の外周部に気泡が発生するのが抑制され、ウェハWU、WL同士を適切に接合することができる。なお、上ウェハWU又は下ウェハWLのいずれか一方を加熱する時間は、ウェハ接合処理のスループットに影響のない範囲で設定される。
In the above embodiment, the
以上の実施の形態では、第1の加熱機構242と第2の加熱機構262によって上ウェハWUと下ウェハWLを同一の温度に加熱していたが、上ウェハWUと下ウェハWLを異なる温度に加熱してもよい。例えば工程S10、S11において、上ウェハWUの加熱温度と下ウェハWLの加熱温度の温度差が、例えば10℃〜20℃となるように、上ウェハWUと下ウェハWLを加熱する。
In the above embodiment, the
ここで、上チャック230の表面又は下チャック231の表面に凹凸が存在したり、或いは上チャック230の表面又は下チャック231の表面にパーティクル等が存在して、当該上チャック230の表面又は下チャック231の表面が平坦でない場合がある。かかる場合、上ウェハWUと下ウェハWLを接合すると、接合界面の残留応力により、接合された重合ウェハWTに鉛直方向の歪み(Distortion)が生じる。
Here, irregularities exist on the surface of the
本実施の形態では、上ウェハWUと下ウェハWLが異なる温度に加熱されるので、上チャック230の表面と下チャック231の表面の状態に合わせて、上ウェハWUと下ウェハWLをそれぞれ異なる形状に変形させることができる。例えば上ウェハWUを下ウェハWLより高い温度で加熱すれば、上ウェハWUを下ウェハWLより膨張させることができる。同様に下ウェハWLを上ウェハWUより高い温度で加熱すれば、下ウェハWLを上ウェハWUより膨張させることができる。このように上ウェハWUと下ウェハWLの反り状態を、上チャック230の表面と下チャック231の表面の状態に合わせることにより、重合ウェハWTに鉛直方向の歪みを抑制することができる。したがって、その後工程S12、S13において、上ウェハWUと下ウェハWLを適切に接合することができる。
In this embodiment, since the upper wafer W U and the lower wafer W L is heated to different temperatures, in accordance with the state of the surface of the surface and the
なお、上ウェハWUの加熱温度と下ウェハWLの加熱温度の温度差10℃〜20℃は、発明者らが鋭意検討した結果に見出した温度であり、重合ウェハWTに鉛直方向の歪みを十分に抑制できる温度である。
The
以上の実施の形態で述べたとおり、少なくとも上ウェハWU又は下ウェハWLを所定の温度50℃〜100℃に加熱すると、ウェハWU、WL間の外周部に気泡(Edge Void)が発生するのを抑制することができる。このようにEdge Voidを抑制することは、例えば表面にSiO2からなる絶縁膜が形成されたSOI(Silicon On Insulater)ウェハに有用である。また、上ウェハWUの加熱温度と下ウェハWLの加熱温度の温度差を10℃〜20℃にすると、重合ウェハWTの鉛直方向の歪み(Distortion)を抑制することができる。このようにDistortionを抑制することは、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサのウェハのウェハやBSIモデル(Back Side Illumination)のウェハに有用である。さらに、Edge VoidとDistortionの両方の改善が要求される場合には、少なくとも上ウェハWU又は下ウェハWLを所定の温度50℃〜100℃に加熱しつつ、上ウェハWUの加熱温度と下ウェハWLの加熱温度の温度差を10℃〜20℃にすればよい。
As described in the above embodiment, when at least the upper wafer W U or the lower wafer W L is heated to a predetermined temperature of 50 ° C. to 100 ° C., bubbles (Edge Void) are formed in the outer peripheral portion between the wafers W U and W L. Generation | occurrence | production can be suppressed. Suppressing Edge Void in this way is useful for, for example, an SOI (Silicon On Insulator) wafer having an insulating film made of SiO 2 on the surface. Further, it is possible to suppress when the temperature difference between the heating temperature of the upper wafer W U heating temperature and the lower wafer W L of the 10 ° C. to 20 ° C., the vertical distortion of the overlapped wafer W T to (Distortion). Such suppression of the distortion is useful, for example, for a wafer of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor wafer or a wafer of a BSI model (Back Side Illumination). Further, when the improvement of both the Edge Void and Distortion is required, while heating the upper wafer W U or the lower wafer W L to a
以上の実施の形態では、工程S10、S11において、上チャック230の第1の加熱機構242は上ウェハWUをウェハ面内で均一な温度に加熱していたが、例えば上チャック230の領域230a、230b、230c毎に異なる温度で上ウェハWUを加熱してもよい。同様に下チャック231の第2の加熱機構262は下ウェハWLをウェハ面内で均一な温度に加熱していたが、例えば下チャック231の領域231a、231b毎に異なる温度で下ウェハWLを加熱してもよい。かかる場合、上チャック230の表面と下チャック231の表面の状態に合わせて、上ウェハWUと下ウェハWLをより適切な形状に変形させることができる。したがって、上ウェハWUと下ウェハWLをより適切に接合することができる。なお、上チャック230と下チャック231を区画する数や区画される領域の配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。
In the above embodiment, in step S10, S11, although the
以上の実施の形態では、チャック駆動部234によって下チャック231が鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在になっていたが、上チャック230を鉛直方向に昇降自在にし、あるいは水平方向に移動自在に構成してもよい。また、上チャック230と下チャック231の両方が、鉛直方向に昇降自在且つ水平方向に移動自在に構成されていてもよい。
In the above embodiment, the
以上の実施の形態の接合システム1において、接合装置41でウェハWU、WLを接合した後、さらに接合された重合ウェハWTを所定の温度で加熱してもよい。重合ウェハWTにかかる加熱処理を行うことで、接合界面をより強固に結合させることができる。
In the bonding system 1 of the above embodiment, after bonding the wafers W U and W L with the
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。本発明は、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適用できる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood. The present invention is not limited to this example and can take various forms. The present invention can also be applied to a case where the substrate is another substrate such as an FPD (flat panel display) other than a wafer or a mask reticle for a photomask.
1 接合システム
2 搬入出ステーション
3 処理ステーション
30 表面改質装置
40 表面親水化装置
41 接合装置
60 ウェハ搬送領域
230 上チャック
231 下チャック
242 第1の加熱機構
262 第2の加熱機構
300 制御部
WU 上ウェハ
WL 下ウェハ
WT 重合ウェハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joining
Claims (13)
下面に第1の基板を真空引きして吸着保持する第1の保持部材と、
前記第1の保持部材の下方に設けられ、上面に第2の基板を真空引きして吸着保持する第2の保持部材と、有し、
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の基板を所定の温度に加熱する加熱機構を有することを特徴とする、接合装置。 A joining device for joining substrates by intermolecular force,
A first holding member that evacuates and holds the first substrate on the lower surface;
A second holding member which is provided below the first holding member and vacuum-holds and holds the second substrate on the upper surface;
At least the first holding member or the second holding member includes a heating mechanism that heats at least the first substrate or the second substrate to a predetermined temperature.
前記第2の保持部材は第2の基板を加熱する第2の加熱機構を有し、
前記第1の加熱機構と前記第2の加熱機構には、前記第1の加熱機構による第1の基板の加熱温度と、前記第2の加熱機構による第2の基板の加熱温度とを異なる温度に制御する制御部が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の接合装置。 The first holding member has a first heating mechanism for heating the first substrate;
The second holding member has a second heating mechanism for heating the second substrate;
In the first heating mechanism and the second heating mechanism, the heating temperature of the first substrate by the first heating mechanism is different from the heating temperature of the second substrate by the second heating mechanism. The bonding apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that controls the apparatus.
前記第2の保持部材は第2の基板を加熱する第2の加熱機構を有し、
前記第1の加熱機構と前記第2の加熱機構には、前記第1の保持部材に保持された第1の基板と、前記第2の保持部材に保持された第2の基板との少なくとも鉛直方向又は水平方向の位置調節をしながら、第1の基板と第2の基板を加熱するように制御する制御部が設けられてい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。 The first holding member has a first heating mechanism for heating the first substrate;
The second holding member has a second heating mechanism for heating the second substrate;
The first heating mechanism and the second heating mechanism include at least a vertical of a first substrate held by the first holding member and a second substrate held by the second holding member. The control part which controls to heat a 1st board | substrate and a 2nd board | substrate, adjusting the position of a direction or a horizontal direction is provided, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Joining equipment.
前記接合装置を備えた処理ステーションと、
第1の基板、第2の基板又は第1の基板と第2の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第1の基板、第2の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、
前記処理ステーションは、
第1の基板又は第2の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
前記表面改質装置で改質された第1の基板又は第2の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第1の基板、第2の基板又は重合基板を搬送するための搬送領域と、を有し、
前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第1の基板と第2の基板を接合することを特徴とする、接合システム。 A joining system comprising the joining device according to claim 1,
A processing station comprising the joining device;
Each of the first substrate, the second substrate, or a plurality of superposed substrates bonded with the first substrate and the second substrate can be held, and the first substrate, the second substrate, or the superposed over the processing station. A loading / unloading station for loading and unloading substrates,
The processing station is
A surface modification device for modifying a surface to which the first substrate or the second substrate is bonded;
A surface hydrophilizing device for hydrophilizing the surface of the first substrate or the second substrate modified by the surface modifying device;
A transport region for transporting the first substrate, the second substrate, or the polymerization substrate to the surface modification device, the surface hydrophilization device, and the bonding device;
In the bonding apparatus, the first substrate and the second substrate whose surfaces have been hydrophilized by the surface hydrophilizing apparatus are bonded to each other.
第1の保持部材の下面に吸着保持された第1の基板と、前記第1の保持部材の下方に設けられた第2の保持部材の上面に吸着保持された第2の基板とを接合する際に、少なくとも第1の基板又は第2の基板を所定の温度に加熱することを特徴とする、接合方法。 A bonding method for bonding substrates by intermolecular force,
The first substrate sucked and held on the lower surface of the first holding member is joined to the second substrate sucked and held on the upper surface of the second holding member provided below the first holding member. In this case, at least the first substrate or the second substrate is heated to a predetermined temperature.
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