JP2015228449A - Substrate bonding method and substrate bonding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板接合方法および基板接合装置に関する。 The present invention relates to a substrate bonding method and a substrate bonding apparatus.
一対の基板の表面を活性化して接合する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2013−098186号公報
There is a method of activating and bonding the surfaces of a pair of substrates (see, for example, Patent Document 1).
接合した基板の間に挟まれた雰囲気によりボイドが形成される場合がある。 Voids may be formed by the atmosphere sandwiched between the bonded substrates.
本発明の第1の態様においては、一対の基板を重ねて接合する基板接合方法であって、一対の基板の接合面を相互に接触させて重ね合わせる重ね段階と、重ね合された一対の基板の間の気体を脱気する脱気段階とを備える基板接合方法が提供される。 In the first aspect of the present invention, there is provided a substrate bonding method in which a pair of substrates are stacked and bonded together, a stacking step in which the bonding surfaces of the pair of substrates are brought into contact with each other, and a pair of stacked substrates And a degassing step of degassing the gas between the substrates.
本発明の第2の態様においては、一対の基板を重ね合わせて接合する基板接合装置であって、一対の基板の接合面を相互に接触させて重ね合わせる重ね合わせ部と、重ね合わせ部が重ね合わせた一対の基板の間の気体を脱気する脱気部とを備える基板接合装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate bonding apparatus for overlapping and bonding a pair of substrates, wherein an overlapping portion that overlaps the bonding surfaces of the pair of substrates with each other and an overlapping portion overlap each other. There is provided a substrate bonding apparatus including a deaeration unit for degassing a gas between a pair of combined substrates.
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。 The above summary of the present invention does not enumerate all of the features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Not all combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.
図1は、接合装置100の模式的平面図である。接合装置100は、筐体110と、筐体110に外側に配された基板カセット120、130および制御部150と、筐体110内部に配された搬送ロボット140および接合部300を備え、一対の基板を重ねて接合する。
FIG. 1 is a schematic plan view of the
一方の基板カセット120は、接合する前の基板210を収容する。他方の基板カセット130は、基板210を貼り合わせて作製された積層基板230を収容する。基板カセット120、130は、筐体110に対して個別に着脱できるので、基板カセット120を用いることにより、複数の基板210を一括して接合装置100に搬入できる。また、基板カセット130を用いることにより、複数の積層基板230を一括して接合装置100から搬出できる。
One
搬送ロボット140は、筐体110内で移動して、基板210を、基板カセット120から接合部300に搬送する。また、搬送ロボット140は、接合部300にて形成された積層基板230を接合部300から基板カセット130に搬送する。
The
接合部300は、一対の基板210を個別に保持する一対のステージを有し、一対の基板210を相互に位置合わせして接合する。少なくとも接合部300の内部は、室温に近い温度に温度管理され、位置合わせ精度が維持されている。
The
なお、基板210は薄く脆いので、接合装置100の内部においては、より高い強度を有する基板ホルダ220に基板210を保持させて、両者を併せて取り扱う。基板ホルダ220は、アルミナセラミックス等の硬質材料で形成され、接合装置100の内部において使い回される。
Since the
制御部150は、接合装置100の各部を相互に連携させて統括的に制御する。また、制御部150は、外部からユーザの指示を受け入れると共に、接合装置100の動作状態を外部に向かって表示するユーザインターフェイスを形成する。
The
図2は、接合装置100において貼り合わせる基板210の模式的平面図である。基板210は、単一のノッチ214と、複数の素子領域216および複数のアライメントマーク218とを有する。
FIG. 2 is a schematic plan view of the
ノッチ214は、基板210の結晶配向性等を示す指標として設けられる。よって、ノッチ214の位置を検出することにより、基板210における素子領域216の方向を検知できる。
The
素子領域216は、基板210の表面に周期的に配される。素子領域216の各々には、フォトリソグラフィ技術等より形成された半導体装置が配置される。また、素子領域216には、基板210を他の基板210、リードフレーム等に電気的に接続する場合に接続端子となるパッド、バンプ等も配される。
The
アライメントマーク218は、素子領域216が形成されていないブランク領域に配され、基板210を位置合わせする場合の指標となる。ブランク領域には、素子領域216を切り分けてダイにする過程で切断されるスクライブライン212も配される。スクライブライン212は、基板210をダイシングする過程で鋸代となって消滅するので、アライメントマーク218を設けることにより、基板210の利用効率を損ねることなくアライメントマーク218を設けることができる。
The
接合装置100においては、上記のように、素子、回路、端子等が形成された基板210の他に、未加工のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等を接合することもできる。接合は、回路基板と未加工基板であっても、未加工基板同士であってもよい。また、接合される基板210は、それ自体が、既に複数の基板を積層して形成された積層基板230であってもよい。
In the
なお、接合装置100は、底板312に対して垂直な回転軸の回りに下ステージ332を回転させる回転駆動部、および、下ステージ332を揺動させる揺動駆動部を更に備えてもよい。これにより、下ステージ332を上ステージ322に対して平行にすると共に、下ステージ332に保持された基板210を回転させて、基板210の位置合わせ精度を向上させることができる。
The joining
図3は、基板210を保持した基板ホルダ220の模式的断面図である。基板ホルダ220は、保持部222および縁部224を有する。保持部222は、保持する基板210の面積と略同じ広さを有し、静電チャック等により基板210を吸着して保持する。これにより、基板210は保持部222に密着した状態になる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
縁部224は、保持部222によりも径方向外側に延在する。これにより、基板ホルダ220の保持部222に保持された基板210に直接に接触することなく、基板ホルダ220を外部から取り扱うことができる。
The
図4は、接合装置100における接合部300の模式的縦断面図である。接合部300は、枠体310、上ステージ322および下ステージ332を備える。
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of the
枠体310は、水平な床面301に対して平行な底板312および天板316と、床板に対して垂直な複数の支柱314とを有する。底板312、支柱314および天板316は、接合部300の他の部材を収容する直方体の枠体310を形成する。
The
上ステージ322は、天板316の図中下面に、やはり下向きに固定される。上ステージ322は、真空チャック、静電チャック等の保持機能を有し、基板210を保持した基板ホルダ220を保持できる。
The
また、天板316の下面には、顕微鏡324、活性化装置326が上ステージ322の側方に固定される。顕微鏡324は、後述する下ステージ332に保持された基板210の上面を観察できる。活性化装置326は、下ステージ332に保持された基板210の上面を清浄化するプラズマを発生する。
A
なお、活性化装置326は、底板312に対して傾斜して設けられる。これにより、活性化装置326から発生したプラズマは、顕微鏡324から遠ざかる方向に放射される。よって、プラズマを照射された基板210から発生した破片による顕微鏡324の汚染が防止される。
The
下ステージ332は、底板312の上面に配されたX方向駆動部331に重ねられたY方向駆動部333の図中上面に搭載される。X方向駆動部331は、底板312と平行に、図中に矢印Xで示す方向に移動する。Y方向駆動部333は、X方向駆動部331上で、底板312と平行に、図中に矢印Yで示す方向に移動する。これら、X方向駆動部331およびY方向駆動部333の移動を組み合わせることにより、下ステージ332は、底板312と平行に、二次元的に移動できる。
The
また、下ステージ332は、底板312に対して垂直に、矢印Zで示す方向に昇降する昇降駆動部338により支持される。これにより、下ステージ332は、Y方向駆動部333に対して昇降できる。
The
なお、X方向駆動部331、Y方向駆動部333および昇降駆動部338による下ステージ332の移動量は、干渉計等を用いて精密に計測される。また、X方向駆動部331およびY方向駆動部333は、粗動部と微動部との2段構成としてもよい。これにより、高精度な位置合わせと、高いスループットとを両立させて、下ステージ332に搭載された基板210の移動を精度よく高速に接合できる。
Note that the amount of movement of the
Y方向駆動部333には、顕微鏡334および活性化装置326が、それぞれ下ステージ332の側方に更に搭載される。顕微鏡334は、上ステージ322に保持された下向きの基板210の下面を観察できる。活性化装置336は、上ステージ322に保持された基板210の下面を清浄化するプラズマを発生する。
A
また更に、Y方向駆動部333は、下ステージ332を貫通して垂直に昇降する複数のプッシュアップピン339を有する。プッシュアップピン339は、下ステージ332から図中上方に突出した場合に、基板ホルダ220の縁部を支持して、基板210および基板ホルダ220を下ステージ332に対して昇降させる。
Furthermore, the Y-
図5は、上記のような接合部300を含む接合装置100を用いて実行できる基板210の接合方法を示す流れ図である。一対の基板210を重ねて接合する場合、制御部150は、まず、搬送ロボット140により、基板カセット120から接合部300に基板210を搬入する(ステップS101)。接合される一対の基板210は、上ステージ322と下ステージ332に一枚ずつ保持される。以下、他の図を参照して接合部300の動作を説明しつつ、図5を随時参照する。
FIG. 5 is a flowchart showing a bonding method of the
図6は、一枚目の基板210を接合部300に搬入する動作を示す図である。制御部150は、下ステージ332を、上ステージ322の直下からずれた位置に移動させて、下ステージ332の上方が開放された状態にする。また、制御部150は、プッシュアップピン339を上昇させた状態で基板210を待ち受ける。制御部150は、搬送ロボット140を用いて、下ステージ332から図中上方に突出したプッシュアップピン339の上端に、基板210を保持した基板ホルダ220を載せる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation for carrying the
搬送ロボット140は、基板210および基板ホルダ220を反転させて、基板210が基板ホルダ220の下面に保持された状態で、基板ホルダ220をプッシュアップピン339の上端に載せる。プッシュアップピン339は、基板210の周囲から側方に突出した基板ホルダ220の縁部224に当接するので、プッシュアップピン339は、基板210に接触することなく基板ホルダ220を介して基板210を支持する。
The
次に、図7に示すように、制御部150は、プッシュアップピン339により基板ホルダ220を持ち上げた状態を維持したまま、下ステージ332を移動させて、基板ホルダ220を上ステージ322の直下に移動させる。次いで、制御部150は、プッシュアップピン339を更に上昇させて、基板ホルダ220の上面を上ステージ322の下面に向かって押し付ける。更に、制御部150は、真空チャック、静電チャック等の保持機構を動作させることにより、基板ホルダ220および基板210を上ステージ322に保持させる。
Next, as illustrated in FIG. 7, the
次に、制御部150は、図8に示すように、他の基板ホルダ220に保持された他の基板210を下ステージ332に載せる。まず、下ステージ332を当初の位置に戻して、搬送ロボット140から上昇したプッシュアップピン339に、上面に基板210を保持した基板ホルダ220を受け渡し、次いで、プッシュアップピン339を下降させる。更に、制御部150は、真空チャック、静電チャック等の保持機構を動作させて、下ステージ332に、基板ホルダ220および基板210を保持させる。
Next, as shown in FIG. 8, the
次に、制御部150は、図8に併せて示すように、顕微鏡324、334を較正する(ステップS102)。まず、下ステージ332を搭載したX方向駆動部331およびY方向駆動部333を移動させることにより、顕微鏡324、334が互いを観察できる状態にする。これにより、顕微鏡324、334の位置が相互に一致した場合の、下ステージ332の位置を検出する。制御部150は、この状態の下ステージ332の位置を初期位置として記憶して、下ステージ332の移動量を制御する場合の基準とする。
Next, the
次に、制御部150は、顕微鏡324、334を用いて、基板210の各々におけるアライメントマーク218を検出する(ステップS103)。即ち、図9に示すように、制御部150は、下ステージ332を移動させながら顕微鏡324、334により基板210を観察して、基板210の各々に設けられたアライメントマーク218を検出する。
Next, the
次いで、制御部150は、顕微鏡324、334の各々と上ステージ322または下ステージ332との相対位置が予め判っているので、アライメントマーク218を検出した時点の下ステージ332の位置に基づいて、一対の基板210の相対位置を算出して記憶する。これにより、制御部150は、ステップS102において検出した初期位置と、ステップS103において検出した基板210の相対位置とに基づいて、一対の基板210のアライメントマーク218が一致するように、基板210の位置合わせできる状態になる。
Next, since the relative position between each of the
次に、制御部150は、基板210の位置合わせをさせる場合の上方を保持したまま、X方向駆動部331およびY方向駆動部333を動作させて、下ステージ332の位置を初期位置にリセットする(ステップS104)。これにより、図10に示すように、上ステージ322と下ステージ332は、互いにずれた位置に移動する。
Next, the
次に、制御部150は、一対の基板210の各々の接合面を活性化する(ステップS105)。即ち、図11に示すように、活性化装置326、336を動作させながら、図中に矢印Sで示すように下ステージ332を水平に移動させて、活性化装置326、336により走査することにより、基板210の接合面全体を活性化する。なお、基板210に、素子、回路、端子等が形成されている場合、接合面は、その回路等が形成された面であってもよい。
Next, the
基板210の活性化方法としては、例えば、下ステージ332に保持された基板210を、天板316に支持された活性化装置326で発生したプラズマPに暴露して、基板210の表面を清浄化する。また、上ステージ322に保持された基板210を、Y方向駆動部333に搭載された活性化装置336で発生したプラズマPに暴露して、基板210の表面を清浄化する。これにより、一対の基板210は、清浄化された表面を接触させると互いに接合する状態になる。
As a method for activating the
なお、図示の接合部300は、基板210を活性化する場合に使用する活性化装置326を備えている。しかしながら、別途用意された活性化装置326を用いて予め活性化した基板210を搬入することにより、接合部300の活性化装置326を省略した構造にすることもできる。また、この場合は、基板210を発生するプラズマを真空環境で発生させることができる。
Note that the illustrated
基板210は、プラズマに暴露する方法の他に、不活性ガスを用いたスパッタエッチング等によりを活性化することもできる。また、紫外線照射、オゾンアッシャー等により基板210を活性化することもできる。更に、例えば、液体または気体のエッチャントを用いて、基板210の表面を化学的に清浄化することにより活性化してもよい。
The
次に、制御部150は、下ステージ332に保持された基板210を、上ステージ322に保持された基板210に対して位置合わせする(ステップS106)。即ち、制御部150は、ステップS102において検出した初期位置と、ステップS103において検出した基板210の相対位置とに基づいて、一対の基板210のアライメントマーク218の面方向の位置が一致するように、下ステージ332を移動させて、図12に示すように、一対の基板210を相互に位置合わせする。
Next, the
次に、制御部150は、下ステージ332を上昇させて、一対の基板210を相互に接合する(ステップS107)。即ち、図13に示すように、昇降駆動部338を動作させることにより下ステージ332を上昇させて、一対の基板210の接合面を相互に接触させる。一対の基板210の接合面は、ステップS105において活性化されているので、接触した基板210は互いに接合する。
Next, the
こうして、一対の基板210は、積層基板230となる。しかしながら、雰囲気中、例えば大気中で基板210を接合した場合、積層基板230の内部に気体が取り残されて、ボイド等と呼ばれる気泡232が形成される場合がある。そこで、接合装置100において制御部150は、接合部300により積層基板230から気泡232を除去する脱気を実行する(ステップS108)。
Thus, the pair of
図14は、気泡232を含む積層基板230の模式的断面図である。また、図15は、図14に示した気泡を有する積層基板230の模式的平面図である。図示の積層基板230においては、積層基板230の略中央に気泡232が形成されている。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the
なお、図面は誇張して描かれており、気泡232が生じた場合であっても基板210が全く離れてしまうことは少ない。しかしながら、気泡232が生じている領域とその周辺は、他の領域に比較すると基板210の接合が相対的に弱い。
Note that the drawings are exaggerated, and even when the
このため、基板210の接合を安定化する目的で積層基板230を加圧した場合に、気泡232により接合が弱い領域に応力が集中して、基板210が損傷を受ける場合がある。また、気泡232が存在する領域では基板210の接合が不十分になり、積層基板230をダイシングしてダイにした場合に剥離して、歩留りが低下する場合がある。
For this reason, when the
そこで、接合装置100において制御部150は、昇降駆動部338を更に動作させて、基板210を接合する場合の加圧力よりも高い加圧力で、積層基板230を加圧する。これにより、一対の基板210に挟まれた気体を積層基板230の縁部から押し出して、気泡232を解消することができる。
Therefore, in the
ただし、基板210の間に気体が閉じ込められた状態で積層基板230を加圧した場合は、圧縮された気泡232の圧力により基板210が損傷を受ける場合がある。よって、積層基板230の内部から気泡232を押し出す場合は、積層基板230を形成する一対の基板210の間で気体が移動することを許容した状態で積層基板230を加圧する。
However, when the
積層基板230において、基板210の接合面が完全に接合されてしまった場合は、積層基板230の内部に取り残された気体の移動が妨げられる。よって、気泡232から積層基板230の外縁までの間の少なくとも一部において基板210の接合強度を低くすることにより、脱気する目的で積層基板230を加圧した場合に、圧縮された気体の圧力により基板210の接合面が局部的に引き離され、気体の移動を許容できるようになる。
In the
そこで、例えば、気泡232から積層基板230の外縁までの間の少なくとも一部において基板210における接合面の活性化の程度を低くして、基板210を接合した直後の接合強度を低下させることができる。基板210の接合強度を低下させる方法としては、基板210の表面を活性化した後に放置して、活性化後に時間を経過させてから接合する方法がある。基板210の活性化の程度は、時間の経過に従って低下するので、活性化後の時間に応じて、接合直後の接合強度を調節できる。また、冷却等により基板210の温度を低下させることにより、基板の活性化の程度を低下させた状態で基板210を接合してもよい。
Therefore, for example, the degree of activation of the bonding surface of the
また、基板210の接合面を活性化する場合に、気泡が存在する位置と積層基板230の外縁との間に、部分的に活性化しない非活性化領域を設けることも、気体が移動できるようにする手法のひとつとして挙げることができる。非活性化領域においては基板210が接合されないので、気泡232を形成する気体の圧力が上昇した場合に、気体が非活性化領域に沿って移動する。非活性化領域は、基板210の内側から縁部まで連続して形成される。
In addition, when the bonding surface of the
非活性化領域は、例えば、マスクにより基板210の一部を覆った状態でプラズマに暴露して、マスクに覆われた基板210の一部を活性化しない方法により形成できる。また、非活性化領域は、例えば、基板210においてスクライブライン212上に設けることにより、積層基板230の実効的な面積を減らすことを防止できる。
The non-activated region can be formed by, for example, a method in which a part of the
なお、接合直後の接合強度が低い場合であっても、基板210が接合された状態を保持することにより、時間の経過と共に接合強度が上昇する場合がある。また、積層基板230を脱気した後に、積層基板230を加圧する等して、接合強度を向上させてもよい。更に、積層基板230の加圧と併せて加熱することにより、基板210の接合強度を向上させることもできる。
Note that even if the bonding strength immediately after bonding is low, the bonding strength may increase over time by maintaining the bonded state of the
ところで、上記のように、積層基板230における基板210の接合強度を調節したとしても、積層基板230が加圧されている場合には、基板210相互の間における気体の移動が基板210自体により妨げられる場合がある。そこで、脱気することを目的として積層基板230を加圧する場合には、積層基板230に対する加圧力に分布を設け、加圧力の高い領域で気体を押し、加圧力の低い領域で気体を移動させてもよい。
By the way, as described above, even if the bonding strength of the
図16は、基板ホルダ220、221に挟まれた積層基板230の模式的断面図である。基板ホルダ220、221は共に略一定の厚さを有するが、積層基板230を下方から支持する一方の基板ホルダ221は、縁部224が平坦であるのに対して、保持部222の中央が隆起した形状を有する。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the
ただし、図16において、基板ホルダ220の保持部222の隆起は誇張して描かれている。保持部222は、例えば、接合部300において加圧した場合に、基板ホルダ221および基板210が折損することなく、加圧された場合に基板ホルダ221が弾性変形して平坦になる程度の隆起を有している。よって、基板ホルダ220に保持された基板210を重ねた状態で加圧した場合は、基板210の面方向中央の領域で加圧力が大きくなる。
However, in FIG. 16, the protrusion of the holding
基板ホルダ221の隆起が上記のように微細な場合、積層基板230は、加圧されても接合された状態を維持する。しかしながら、基板ホルダ220、221の間で、基板210の中央においては加圧力が大きく、縁部に近づくほど加圧力が漸減する加圧力分布が形成されるので、積層基板230内に形成された気泡234は、加圧力の低い領域に縁部側に向かって移動する。このため、気泡234が通過する場合に、積層基板230を形成する基板210が一時的に分離され、気泡234が通過した後に再び接合される。
When the bulge of the
図17は、上記のように中央が隆起した基板ホルダ221を使用して加圧された積層基板230における、脱気段階途中の気泡234の状態を示す図である。基板210を接合する場合に、中央が隆起した基板ホルダ220を使用すると、気泡232が形成された基板210の中央に付近に、他の領域よりも加圧力が高い加圧領域238が形成され、これにより気泡232が加圧される。このように、積層基板230において、気泡232の位置を含む領域に加圧領域238を設定してもよい。
FIG. 17 is a diagram showing the state of the
積層基板230において加圧領域238の周辺は、加圧領域238に対して相対的に加圧力が低いので、加圧領域238において加圧された気体は、基板210の間を通じて、加圧力が低い周縁部に向かって押し出される。これにより、積層基板230の内部では、分裂した複数の気泡234が、積層基板230の径方向外側に向かって移動する。
In the
また、積層基板230においては、基板210が相互に密着した領域の縁であるボンディングウエイブ236が、拡散する気泡234の後を追って、積層基板230の内側から周縁部に向かって拡大する。よって、積層基板230を加圧した状態を維持することにより、加圧領域238は、積層基板230の面方向について内側から外側に向かって拡大し、最終的に気泡234は積層基板230の縁部から押し出される。
Further, in the
なお、上記の脱気段階に先立って、積層基板230における気泡234の位置、大きさ、分布等を検出する検出段階を設けて、積層基板230における気泡234の位置に応じて加圧領域を設定してもよい。これにより、積層基板230に生じた気泡234を、より効率よく脱気できる。
Prior to the degassing step, a detection step for detecting the position, size, distribution, and the like of the
積層基板230における気泡234は、例えば、基板ホルダ220を取り外して、CCDカメラ等により観察して検出できる。また、積層基板230を一面から加熱または冷却して、他の面から温度分布または温度変化を監視することにより、伝熱を阻害する気泡234の位置、大きさ、分布等を検出できる。
The
更に、積層基板230を形成する前の段階で、積層基板230を形成する基板210の形状等を計測して、気泡234が生じる位置を予測してもよい。例えば、接合部300において一対の基板210を位置合わせする場合に、基板210の面方向の位置の他に、基板210の厚さ方向の変位も併せて測定することにより、基板210の立体的な形状を把握できる。よって、この基板210を重ね合わせた場合に気泡234が生じる位置も、基板210が積層基板230を形成する前に予測できる。
Furthermore, the position where the
これにより、気泡234が発生している領域を狙って加圧して、効率よく気泡234を脱気できる。この場合、積層基板230を加圧する装置において加圧分布を生じさせてもよいし、予め定まった加圧分布を有する加圧装置に対して、積層基板の装入位置を調節してもよい。また、検出した気泡234の状態を記録して蓄積することにより、気泡234の発生に関する接合部300の特性を把握して、接合部300における気泡234発生を抑制する対策を立てることもできる。
Thereby, it can pressurize aiming at the field where
更に、予め加圧分布の癖が把握された複数の加圧装置が用意されている場合に、検出された気泡234の脱気に好適な特性を有する加圧装置を選択して脱気段階を実行することもできる。また更に、脱気する場合に、検出された気泡234の位置、大きさ等に応じて、加圧領域を変化または移動させる速度、方向等を制御して、脱気段階の効率をより高くすることができる。
Furthermore, when a plurality of pressurization devices whose pressure distributions are known in advance are prepared, a depressurization step is performed by selecting a pressurization device having characteristics suitable for degassing the detected bubbles 234. It can also be executed. Furthermore, in the case of degassing, the efficiency and efficiency of the degassing step are increased by controlling the speed, direction, etc., of changing or moving the pressurization region according to the position, size, etc. of the detected
気泡234を脱気する目的で積層基板230を加圧する場合、接合部300の他に、専ら脱気段階に使用する加圧装置を別途用意してもよい。積層基板230の気泡234を脱気する場合に用いる脱気用の加圧装置は、基板210に対して加える圧力が均一になる、あるいは、連続的に変化する構造を有することが好ましい。
When pressurizing the
また、脱気段階を真空環境または減圧環境で実行することも、効率よく脱気するという観点から好ましい。更に、基板210を重ね合わせる場合に、大気よりも粘性係数が低い二酸化炭素等を雰囲気として作業することにより、脱気しやすい気体により気泡234を発生させることもできる。これにより、脱気段階の効率を向上させることができる。
It is also preferable to perform the deaeration step in a vacuum environment or a reduced pressure environment from the viewpoint of efficient deaeration. Further, when the
図18は、上記のようにして脱気された積層基板230の模式的断面図である。図示のように、積層基板230において、基板210の間から気泡234が除かれており、基板210は全面にわたって密着して積層基板230を形成する。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of the
なお、積層基板230を脱気した後に、積層基板230における基板210の接合強度を向上させるべく、積層基板230を継続的に加圧した状態を維持する加圧段階を更に設けてもよい。また、上記の例では、積層基板230の図中下側に位置する基板ホルダ221が隆起形状を有する。しかしながら、積層基板230の図中上側に、隆起形状の基板ホルダ221を用いてもよい。更に、積層基板230の図中上下両方に隆起形状の基板ホルダ221を用いてもよい。
In addition, after deaeration of the
更に、上記の加圧による脱気段階において、気泡232、234を含む積層基板230を加熱してもよい。これにより、気泡232、234を形成する気体を膨張させ、積層基板230から気泡232、234を押し出す力を増加させることできる。
Furthermore, the
また更に、上記の加圧による脱気段階を、減圧環境または真空環境において実施してもよい。これにより、積層基板230からの脱気を更に促進できる。上記の例では、接合部300において脱気段階も実行しているが、真空環境を別途用意して脱気段階を実行してもよい。真空環境で積層基板230を加熱する設備を備えた接合装置100では、積層基板230を真空環境に搬入する場合に通過するロードロック内で脱気処理を実行してもよい。
Furthermore, the degassing step by pressurization may be performed in a reduced pressure environment or a vacuum environment. Thereby, the deaeration from the
図19は、積層基板230から気泡232を除去する場合の他の方法を説明する模式的断面図である。図示の例において、積層基板230を挟む一対の基板ホルダ220は、いずれも一定の厚さを有する平坦な形状を有する。よって、基板ホルダ220の厚さの変化により、積層基板230に加圧領域238を形成することはできない。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view illustrating another method for removing
しかしながら、図示の例においては、積層基板230の図中下側において、基板ホルダ220と積層基板230との間に、シムシート226が挟まれている。シムシート226は、樹脂、銅、アルミニウム等の柔らかく薄い材料により形成される。これにより、平坦な基板ホルダ220が加圧された場合、シムシート226が配された領域において、積層基板230の他の領域よりも大きな加圧力が積層基板230にかかる加圧領域238が形成される。
However, in the illustrated example, a
なお、積層基板230と基板ホルダ220との間に挟むシムシート226の枚数および個々の厚さを変更することにより、積層基板230における加圧領域238にかかる加圧力の多寡を調節できる。また、基板ホルダ220における面方向のシムシート226の配置を変更することにより、加圧領域238の位置を変更することもできる。
Note that by changing the number of
上記のようにして脱気された積層基板230は、次に、基接合部300から搬出される(ステップS109)。まず、図20に示すように、制御部150は、まず、上ステージの保持機構を停止した上で昇降駆動部338を動作させることにより下ステージ332を下降させる。これにより、積層基板230と積層基板230を挟む一対の基板ホルダ220とが上ステージ322から引き離される。
The
次に、図21に示すように、制御部150は、X方向駆動部331およびY方向駆動部333を動作させることにより下ステージ332を初期位置に移動させた上で、プッシュアップピン339を上昇させて、基板ホルダ220および積層基板230を持ち上げる。次いで、制御部150は、持ち上げられた基板ホルダ220および積層基板230を搬送ロボット140に搬送させ、積層基板230を基板カセット130に回収させる。こうして、基板カセット120により接合装置100に搬入された基板210は、積層基板230となって接合装置100から搬出される。
Next, as shown in FIG. 21, the
図22は、基板210を接合する他の手順を示す流れ図である。なお、図22において、ステップS101の基板210の搬入から、ステップS107の基板210の接合までの段階は、図5に示した手順と変わらない。よって、以下、一対の基板210を接合したステップS107よりも後の段階について説明する。
FIG. 22 is a flowchart showing another procedure for bonding the
図示の手順において、基板210を接合した後、制御部150は、積層基板230を接合部300から搬出する(ステップS201)。次に、積層基板230を挟む一対の基板ホルダ220の一方を、積層基板230から取り外す(ステップS202)。
In the illustrated procedure, after the
図23は、一方の基板ホルダ220を取り外した積層基板230の断面図である。図示のように、一方の基板ホルダ220を取り外すことにより、積層基板230が外部に露出する。よって、赤外線、超音波等の透過または反射を利用して、積層基板230に形成された気泡234の位置を検出できる。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the
図示の例では、積層基板230の周縁部近傍に気泡234が形成されていることが判る。このように、積層基板230を脱気する前に気泡234の位置が検出されるので、接合装置100において、制御部150は、気泡234の位置を配慮して積層基板230を脱気できる(ステップS204)。
In the illustrated example, it can be seen that bubbles 234 are formed in the vicinity of the peripheral edge of the
図24は、図23に示した積層基板230を脱気する方法を説明する、積層基板230の模式的平面図である。図示のように、積層基板230は、周縁部近傍に気泡234を有する。そこで、気泡234の位置を通過して積層基板230の中心Oと周縁部とを結ぶ径R上において、気泡234よりも中心Oに近い側に、積層基板230の一部であって、他の領域よりも加圧力が高い加圧領域238を設定する。これにより、加圧領域238を加圧した場合に、気泡234が、積層基板230の径方向内側から外側に向かって押し出される。
FIG. 24 is a schematic plan view of the
次に、当該加圧領域238において積層基板230に加圧力を加えることにより、気泡234を積層基板230の外側に押し出して、積層基板230を脱気できる。例えば、昇降する下ステージ332により積層基板230を加圧できる接合部300か、それと同等の加圧装置において、加圧領域238となる領域にシムシート226を貼り付けることにより、加圧領域238を形成できる。
Next, by applying pressure to the
図25は、図23に示した積層基板230を脱気する他の方法を説明する、積層基板230の模式的平面図である。図示の方法では、積層基板230の周縁部近傍に位置する気泡234に対して、線状の加圧領域238が設定され、気泡234よりも積層基板230の中心に近い側から気泡234を周縁部に向かって押し出す。これにより、気泡234を効率よく取り除くことができる。
FIG. 25 is a schematic plan view of the
なお、図示のような線状の加圧領域238は、例えば、ローラ状の加圧装置を用いて形成できる。即ち、平坦で固い面の上に積層基板230を置き、積層基板230の直径よりも長いローラを積層基板230上で回転させることにより、気泡234を積層基板230の外側に、容易に押し出すことができる。また、ローラ状の加圧装置は、気泡234が取り除かれた箇所において基板210を再接合して、気泡234がなく、全体が密着した積層基板230を形成できる。
In addition, the linear pressurization area |
図26は、図23に示した積層基板230を脱気する、また他の方法を説明する、積層基板230の模式的断面図である。図示の方法では、気泡234が存在する位置において、接合された積層基板230の一部を引き離して、気泡234を外部に対して開放する。これにより気泡234を形成する気体は基板210間から開放されるので、引き離した基板210を再び接合することにより、気泡234のない積層基板230を形成できる。
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of the
ここで、積層基板230は、一部が接合された状態を保持したまま、他の一部を引き離して気泡234を取り除く。よって、ステップS106における基板210の位置合わせは維持される。なお、積層基板230の一部を分離させる場合は、積層基板230を重力加速度Gと平行な方向、即ち、垂直に保った状態で作業することが好ましい。これにより、基板210の変形に対する重力Gの影響が2枚の基板210に対して均等になる。
Here, the
このように、積層基板230においては、様々な方法により、気泡232、234を取り除くことができる。こうして脱気された積層基板230は、基板カセット130に回収され、接合装置100から搬出される(ステップS205)。
Thus, in the
なお、積層基板230に気泡234が形成される原因のひとつに、積層基板230を形成する基板210の間に塵芥等の固体の異物が挟まれている場合がある。このような場合、異物の周囲では基板210を密着させることができないので、積層基板230を大きな圧力で加圧しても、気泡234が抜けないばかりか基板210を傷める場合がある。
Note that one of the causes of the formation of the
しかしながら、図26を参照して説明したように、積層基板230を形成する基板210の一部を分離することにより、気泡234の発生原因となった異物を除去できる。これにより、基板210を密着させて、積層基板230の歩留りを向上させることができる。
However, as described with reference to FIG. 26, by separating a part of the
図27は、積層基板230を脱気するまた他の方法を説明する模式的断面図である。ここまでに説明した例では、気泡234を積層基板230の縁から外へ押し出すことにより脱気した。しかしながら、図示のように、一対の基板210の少なくとも一方に、基板210を貫通する脱気孔231を設け、当該脱気孔231を通じて気泡を形成する気体を積層基板の外部に排出してもよい。
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view for explaining another method for degassing the
脱気孔231を成形する穿孔段階は、基板210を重ね合わせる前であっても、基板210を重ね合わせた後であってもよい。脱気孔を穿孔する位置は、最終製品において除去される基板210のスクライブライン212に重なる位置としてもよい。また、基板210を重ね合わせた後に脱気孔を穿孔する場合は、積層基板230の内部に生じた気泡234の位置に応じて脱気孔231を穿孔する位置を決めてもよい。
The perforating step for forming the deaeration holes 231 may be before the
なお、穿孔段階において、脱気孔231は、積層基板を形成する基板210のいずれか一方に形成すれば足りるが、後工程においていずれかの基板210をCMP等により薄化することが予定されている場合は、当該基板210とは異なる基板に脱気孔231を穿孔することが好ましい。これにより、基板210に対する薄化による機械的なダメージを抑制できる。
In the perforation stage, it is sufficient to form the deaeration holes 231 in any one of the
また、積層基板230を脱気した後に、基板210に穿孔された脱気孔231を封止する封止段階を設けてもよい。封止段階では、例えば、基板210と同質の材料で脱気孔231を埋めたり、基板210を支持するサポート基板を基板210に貼り合わせたりすることにより、脱気孔231を封止する。これにより、後工程において洗浄液の浸入を防止できると共に、基板210に堆積された金属材料等が積層基板の外部に漏洩して環境を汚染することを防止できる。
In addition, a sealing step of sealing the deaeration holes 231 drilled in the
なお、脱気段階(ステップS204)は、上記のように様々な方法で実施できるので、ステップS203において検出された気泡234の位置、形状、大きさ等に応じて、いずれかの方法を選択して実行してもよい。また、形成された気泡232、234の形状、大きさ、数等に応じて、複数の方法を併用することもできる。
Since the deaeration stage (step S204) can be performed by various methods as described above, one of the methods is selected according to the position, shape, size, etc. of the
また、ここまでに説明した例では、発生した気泡232、234を、それぞれ基板210の径方向外側に押し出して積層基板230を脱気した。しかしながら、脱気段階の途中の段階として、積層基板に生じた複数の気泡232を併合させて、大きなひとつの気泡にした上で、積層基板230の外側に押し出してもよい。この場合、相対的に小さな気泡を、相対的に大きな気泡に併合させるように移動させることにより、脱気段階の作業効率を向上させることができる。
Further, in the example described so far, the generated bubbles 232 and 234 are respectively pushed outward in the radial direction of the
上記の例では、素子領域216を有する基板210を位置合わせして接合する場合について説明した。しかしながら、回路が形成されていない位置合わせが不要の基板210を接合する場合にも、気泡232、234を脱気することにより、利用効率の高い積層基板を製造できる。
In the above example, the case where the
更に、上記の例では、基板ホルダ220により基板210を保持しつつ接合して積層基板230を作製した。しかしながら、基板ホルダ220を用いることなく、基板210を直接に取り扱って接合する接合装置100においても、上記の脱気段階を実行できる。
Further, in the above example, the
更に、上記の例では、基板210を重ね合わせて接合した積層基板230を脱気段階の処理対象とした。しかしながら、互いに重ね合わされてはいるが接合されていない一対の基板210の間に気体が挟まれた状態であれば、接合または仮接合されていない基板210であっても、脱気段階の処理対象となり得る。
Furthermore, in the above example, the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
100 接合装置、110 筐体、120、130 基板カセット、140 搬送ロボット、150 制御部、210 基板、212 スクライブライン、214 ノッチ、216 素子領域、218 アライメントマーク、220、221 基板ホルダ、222 保持部、224 縁部、226 シムシート、230 積層基板、231 脱気孔、232、234 気泡、236 ボンディングウエイブ、238 加圧領域、300 接合部、301 床面、310 枠体、312 底板、314 支柱、316 天板、322 上ステージ、324、334 顕微鏡、326、336 活性化装置、331 X方向駆動部、332 下ステージ、333 Y方向駆動部、338 昇降駆動部、339 プッシュアップピン
100 Bonding device, 110 Housing, 120, 130 Substrate cassette, 140 Transport robot, 150 Control unit, 210 Substrate, 212 Scribe line, 214 Notch, 216 Element area, 218 Alignment mark, 220, 221 Substrate holder, 222 Holding unit, 224 Edge portion, 226 Shim sheet, 230 Laminated substrate, 231 Deaeration hole, 232, 234 Air bubble, 236 Bonding wave, 238 Pressure area, 300 Joint portion, 301 Floor surface, 310 Frame body, 312 Bottom plate, 314 Post, 316
Claims (30)
前記一対の基板の接合面を相互に接触させて重ね合わせる重ね合わせ段階と、
重ね合わされた前記一対の基板の間の気体を脱気する脱気段階と
を備える基板接合方法。 A substrate bonding method in which a pair of substrates are overlapped and bonded,
A superposition step of superposing the bonding surfaces of the pair of substrates in contact with each other;
A substrate bonding method comprising: a degassing step of degassing a gas between the pair of stacked substrates.
前記脱気段階は、前記検出段階で検出された前記気泡の位置に基づいて脱気を行う請求項1から14までのいずれか一項に記載の基板接合方法。 A detection step of detecting a position of a bubble formed by gas between the pair of substrates;
The substrate bonding method according to claim 1, wherein the deaeration step performs deaeration based on the position of the bubble detected in the detection step.
前記一対の基板の接合面を相互に接触させて重ね合わせる重ね合わせ部と、
前記重ね合わせ部が重ね合わせた前記一対の基板の間の気体を脱気する脱気部と
を備える基板接合装置。 A substrate bonding apparatus for overlapping and bonding a pair of substrates,
An overlapping portion for overlapping the bonding surfaces of the pair of substrates in contact with each other;
A substrate bonding apparatus comprising: a deaeration unit that degass the gas between the pair of substrates overlapped by the overlapping unit.
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