JP2016129196A

JP2016129196A - 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体

Info

Publication number: JP2016129196A
Application number: JP2015003442A
Authority: JP
Inventors: 勲小篠; Isao Koshino
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2016-07-14

Abstract

【課題】基板上に配置された複数のチップを当該基板と適切に接合する。
【解決手段】接合装置３０は、上部チャンバ１０１と下部チャンバ１０２を備え、当該上部チャンバ１０１と下部チャンバ１０２で密閉空間を形成する処理チャンバ１００と、処理チャンバ１００の内部に設けられ、ウェハＷを載置する載置台１５０と、載置台１５０に設けられ、ウェハＷを加熱する加熱機構と、処理チャンバ１００の内部に加圧ガスを供給するガス供給機構１７０と、上部チャンバ１０１を支持する上部チャンバベース１１０と、下部チャンバ１０２を支持する下部チャンバベース１２０と、上部チャンバベース１１０を冷却する上部冷却機構１１２と、下部チャンバベース１２０を冷却する下部冷却機構１２１と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板上に配置された複数のチップを当該基板と接合する接合装置、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。

近年、半導体デバイスにおいて、半導体チップ（以下、「チップ」という。）の高集積化が進んでいる。高集積化した複数のチップを水平面内で配置し、これらチップを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、また配線遅延が大きくなることが懸念される。

そこで、チップを３次元に積層する３次元集積技術を用いて、半導体デバイスを製造することが提案されている。この３次元集積技術では、積層されるチップのバンプ同士が接合されて、当該積層されたチップが電気的に接続される。

３次元集積方法としては、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に複数のチップを接合して積層する方法が用いられる。この方法では、特許文献１に示す接合装置を用いて、ウェハとチップを加熱しながら押圧して接合する。すなわち、ウェハ上に複数のチップを配置し、当該複数のチップ上に板状体を接触させた後、ウェハとチップを加熱しながら、ウェハと板状体を押圧して、ウェハと複数のチップを接合する。

特開２００４−１２２２１６号公報

しかしながら、ウェハ上に複数のチップを配置した際、複数のチップの高さがばらつく場合がある。かかる場合、特許文献１のように板状体を用いると、ウェハと複数のチップを均一に押圧することができない。例えばウェハとチップを押圧する際の圧力が小さ過ぎると、当該ウェハとチップの接合強度が不十分になる。一方、例えばウェハとチップを押圧する際の圧力が大き過ぎると、バンプが変形するおそれがあり、さらには半導体デバイスが損傷を被るおそれもある。

そこで、例えば処理チャンバの内部において、載置台上のウェハを加熱しながら、当該処理チャンバの内部に加圧ガスを供給して、ウェハと複数のチップを押圧することが考えられる。かかる場合、例えばウェハ上の複数のチップの高さがばらついていても、当該複数のチップは処理チャンバの内部に充填された加圧ガスによって押圧されるので、ウェハと複数のチップを均一に適切な圧力で押圧することができる。

上述したようにウェハを加熱すると、処理チャンバが加熱され、さらに処理チャンバを支持するチャンバベースにも熱が伝達される。そうすると、チャンバベースが熱膨張するため、処理チャンバを適切に支持することができず、当該処理チャンバの内部を適切に密閉できないおそれがある。かかる場合、ウェハと複数のチップを適切に接合することができない。

また、例えば処理チャンバが鉛直方向に上部チャンバと下部チャンバに分割されている場合には、上部チャンバを昇降させるための昇降機構が設けられる場合がある。昇降機構は、例えば上部チャンバを支持するチャンバベースの外周部に設けられた複数のシャフトを有し、これらシャフトを昇降させることで上部チャンバを昇降させる。かかる構成において、上述したようにチャンバベースが熱膨張すると、シャフトが径方向外側に移動して軸ずれする場合がある。また、チャンバベースの熱がさらにシャフトにも伝達し、例えばシャフトに塗られたグリスが剥がれ、動作不良が生じる場合がある。そうすると、ウェハと複数のチップを適切に接合することができない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上に配置された複数のチップを当該基板と適切に接合することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板上に配置された複数のチップを当該基板と接合する接合装置であって、第１のチャンバと第２のチャンバを備え、当該第１のチャンバと第２のチャンバで密閉空間を形成する処理チャンバと、前記処理チャンバの内部に設けられ、基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられ、基板を加熱する加熱機構と、前記処理チャンバの内部に加圧ガスを供給するガス供給機構と、前記第１のチャンバを支持する第１のチャンバベースと、前記第２のチャンバを支持する第２のチャンバベースと、前記第１のチャンバベースを冷却する第１の冷却機構と、前記第２のチャンバベースを冷却する第２の冷却機構と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、処理チャンバの内部に基板を搬入し、第１のチャンバと第２のチャンバを閉じて処理チャンバの内部を密閉した後、加熱機構によって所定の温度に加熱された載置台に基板を載置する。その後、ガス供給機構から処理チャンバの内部に加圧ガスを供給し、当該処理チャンバの内部を所定の圧力に加圧する。そうすると、基板と複数のチップを所定の温度に加熱しながら所定の圧力で押圧することで、基板と複数のチップを適切に接合することができる。

しかも、このように接合処理を行う際、第１のチャンバベースは第１の冷却機構によって冷却され、且つ第２のチャンバベースは第２の冷却機構によって冷却されるので、これら第１のチャンバベースと第２のチャンバベースが熱膨張するのを抑制できる。このため、接合処理中の処理チャンバの内部を適切に密閉することができ、また上述したように例えば第１のチャンバベースの外周部に、第１のチャンバを昇降させるための昇降機構のシャフトが設けられていても、当該シャフトの軸ずれや動作不良を抑制することができる。したがって、基板と複数のチップをより適切に接合することができる。

前記第２のチャンバは前記第１のチャンバの下方に設けられ、且つ前記第２のチャンバの下面は開口して前記第２のチャンバベースによって支持され、前記載置台は、複数のロッドを介して、前記第２のチャンバベース上に載置された載置台ベースに支持されていてもよい。

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、前記接合装置と、前記接合装置で複数のチップが接合された基板の温度を調節する温度調節装置とを備えた処理ステーションと、基板を複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して基板を搬入出する搬入出ステーションと、を有することを特徴としている。

また別な観点による本発明は、基板上に配置された複数のチップを当該基板と接合する接合方法であって、第１のチャンバと第２のチャンバを備える処理チャンバの内部に基板を搬入し、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバを閉じて前記処理チャンバの内部を密閉した後、加熱機構によって所定の温度に加熱された載置台に基板を載置する第１の工程と、ガス供給機構から前記処理チャンバの内部に加圧ガスを供給し、当該処理チャンバの内部を所定の圧力に加圧して、基板と複数のチップを接合する第２の工程と、を有し、前記第１の工程と前記第２の工程において、前記第１のチャンバを支持する第１のチャンバベースは第１の冷却機構によって冷却され、且つ前記第２のチャンバを支持する第２のチャンバベースは第２の冷却機構によって冷却されることを特徴としている。

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ように、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。

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。

本発明によれば、基板上に配置された複数のチップを当該基板と適切に接合することができる。

本実施の形態にかかる接合システムの構成の概略を示す平面図である。本実施の形態にかかる接合システムの内部構成の概略を示す側面図である。ウェハと複数のチップの斜視図である。ウェハと複数のチップの側面図である。接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。接合装置の内部構成を上方から見た平面図である。接合装置の内部構成を下方から見た平面図である。処理チャンバの内部構成の概略を示す縦断面図である。上部冷却機構（下部冷却機構）の構成の概略を示す説明図である。接合処理の主な工程を示すフローチャートである。接合処理の各工程における、上部冷却機構及び下部冷却機構を流通する冷却媒体の温度、加熱機構の温度、ウェハの温度、及び処理チャンバの内部圧力を示す説明図である。接合装置による接合動作の説明図である。接合装置による接合動作の説明図である。接合装置による接合動作の説明図である。接合装置による接合動作の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜１．接合システムの構成＞
先ず、本実施の形態に係る接合システムの構成について説明する。図１は、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。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

接合システム１では、図３及び図４に示すように基板としてのウェハＷと複数のチップＣを接合する。ウェハＷは、例えばシリコンウェハや化合物半導体ウェハなどにデバイスが形成された半導体ウェハ（デバイスウェハ）である。ウェハＷの表面には複数のバンプが形成されている。また、チップＣの表面にも複数のバンプが形成され、この複数のバンプが形成された表面がウェハＷ側に向けられるように、チップＣは裏返して配置されている。すなわち、ウェハＷにおいて複数のバンプが形成された表面と、チップＣにおいて複数のバンプが形成された表面は、対向して配置されている。ウェハＷのバンプとチップＣのバンプはそれぞれ対応する位置に形成され、これらバンプが接合されることでウェハＷと複数のチップＣが接合される。なお、バンプは例えば銅からなり、この場合、ウェハＷと複数のチップＣの接合は銅と銅の接合となる。

接合システム１に搬入されるウェハＷの表面には、予め複数のチップＣが所定の位置に配置されている。そして、複数のチップＣの上からフィルムＦが貼られて、ウェハＷに対して複数のチップＣの位置が固定されている。なお、ウェハＷに対して複数のチップＣを固定する手段は、フィルムＦに限定されず、例えばコーティングなど、任意の手段を用いることができる。

図１に示すように接合システム１は、例えば外部との間で複数のウェハＷを収容可能なカセットＣｓが搬入出される搬入出ステーション２と、複数のチップＣが搭載されたウェハＷに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。

搬入出ステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０には、複数、例えば２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、Ｙ軸方向（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Ｃｓを搬入出する際に、カセットＣｓ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、複数のウェハＷを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板１１の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。

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、Ｙ軸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Ｃｓと、後述する処理ステーション３の位置調節装置３２及びトランジション装置３３との間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション３には、接合装置３０、温度調節装置３１、位置調節装置３２、トランジション装置３３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中のＹ軸方向負方向側）には接合装置３０が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１中のＹ軸方向正方向側）には、温度調節装置３１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中のＸ軸方向正方向側）には、位置調節装置３２とトランジション装置３３が設けられている。位置調節装置３２とトランジション装置３３は、図２に示すように上からこの順で２段に設けられている。なお、接合装置３０、温度調節装置３１、位置調節装置３２、トランジション装置３３の装置数や配置は任意に設定することができる。

接合装置３０は、ウェハＷと複数のチップＣを接合する装置である。この接合装置３０の構成については後述する。

温度調節装置３１は、接合装置３０で加熱されたウェハＷの温度調節を行う装置である。温度調節装置３１は、例えばペルチェ素子などの冷却部材を内蔵し、温度調節可能な温度調節板（図示せず）を備えている。

位置調節装置３２は、ウェハＷの周方向の向きを調節する装置である。位置調節装置３２は、ウェハＷを回転保持するチャック（図示せず）と、ウェハＷのノッチ部の位置を検出する検出部（図示せず）を有している。そして、位置調節装置３２では、チャックに保持されたウェハＷを回転させながら、検出部でウェハＷ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Ｗの周方向の向きを調節している。

トランジション装置３３は、ウェハＷを一時的に載置するための装置である。

図１に示すように接合装置３０、温度調節装置３１、位置調節装置３２、トランジション装置３３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域４０が形成されている。ウェハ搬送領域４０には、例えばウェハ搬送装置４１が配置されている。

ウェハ搬送装置４１は、例えば鉛直方向、水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）及び鉛直軸周り（θ方向）に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置４１は、ウェハ搬送領域４０内を移動し、周囲の接合装置３０、温度調節装置３１、位置調節装置３２、トランジション装置３３にウェハＷを搬送できる。

以上の接合システム１には、制御部５０が設けられている。制御部５０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Ｗと複数のチップＣの接合処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述の接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部５０にインストールされたものであってもよい。

＜２．接合装置の構成＞
次に、上述した接合装置３０の構成について説明する。図５は、接合装置３０の構成の概略を示す縦断面図である。図６は、接合装置３０の内部構成を上方から見た平面図である。図７は、接合装置３０の内部構成を下方から見た平面図である。

図５に示すように接合装置３０は、内部を密閉可能な処理チャンバ１００を有している。処理チャンバ１００は、第１のチャンバとしての上部チャンバ１０１と、第２のチャンバとしての下部チャンバ１０２とを有している。上部チャンバ１０１は下部チャンバ１０２の上方に設けられている。

図８に示すように上部チャンバ１０１は、下面の内側が開口した中空構造を有している。上部チャンバ１０１の下面には、処理チャンバ１００の内部の気密性を保持するためのシール材１０３が環状に設けられている。シール材１０３は、上部チャンバ１０１の下面から突出して設けられている。また、下部チャンバ１０２は、上面の内側と下面の内側がそれぞれ開口した中空構造を有している。上部チャンバ１０１の下面と下部チャンバ１０２の上面は、対向して配置されている。そして、シール材１０３と下部チャンバ１０２の上面を当接させることで、処理チャンバ１００の内部が密閉空間に形成される。

図５に示すように上部チャンバ１０１は、上部チャンバ１０１の上面に設けられた第１のチャンバベースとしての上部チャンバベース１１０に支持されている。上部チャンバベース１１０は、上部チャンバ１０１の上面より大きい径を有している。

また、上部チャンバ１０１は、上方から下方に向かって同心円状に径が拡大するテーパ形状を有し、且つ側面視においてテーパ部分が内側に凸の形状を有している。上部チャンバ１０１の外周部には、上部チャンバベース１１０との間において、リブ１１１が例えば４箇所に設けられている。すなわち、上部チャンバベース１１０には、上部チャンバ１０１とリブ１１１が固定されて支持されている。

ここで、上部チャンバ１０１は上部チャンバベース１１０の中央部で支持されているため、例えば処理チャンバ１００の内部が加圧された場合、リブ１１１がないと、上部チャンバベース１１０の中央部に応力が集中する。この点、本実施の形態では、処理チャンバ１００の内部圧力は、上部チャンバ１０１とリブ１１１を介して、上部チャンバベース１１０の中央部と外周部に分散して伝達される。このため、上部チャンバベース１１０の特定箇所に応力が集中するのを抑制することができる。

図６に示すように上部チャンバベース１１０の上面の中央部には、上部チャンバベース１１０を冷却する第１の冷却機構としての上部冷却機構１１２が設けられている。より詳細には、上部チャンバベース１１０の上面の中央部には、上部チャンバベース１１０の軽量化を図るために窪み部が形成され、上部冷却機構１１２は当該窪み部に設けられている。

図９に示すように上部冷却機構１１２は、例えば平面視において略四角形状を有している。上部冷却機構１１２の内部には、例えば冷却水などの冷却媒体が流通する冷媒流路１１３が形成されている。冷却媒体の温度は常温、例えば２５℃である。冷媒流路１１３は例えば図面の左右方向に１本延伸し、上下方向に２本延伸して形成され、それぞれが側面において開口している。一の側面に開口した冷媒流路１１３、１１３には、それぞれ冷媒供給装置１１４と冷媒排出装置１１５が接続されている。冷媒供給装置１１４は、内部に冷却媒体を貯留し、当該冷却媒体を冷媒流路１１３に供給する。冷媒排出装置１１５には、例えば真空ポンプ等が用いられる。また、他の３つの側面に開口した冷媒流路１１３には、止水栓１１６が設けられている。そして、上部冷却機構１１２では、冷媒供給装置１１４と冷媒排出装置１１５の間において、冷媒流路１１３の内部を冷却媒体が流通することで、上部チャンバベース１１０が冷却される。

なお、上部冷却機構１１２は、本実施の形態に限定されず、上部チャンバベース１１０を冷却できれば種々の構成を取り得る。例えば上部冷却機構１１２には、ペルチェ素子などの冷却部材が内蔵されていてもよい。

図５に示すように下部チャンバ１０２は、下部チャンバ１０２の下面に設けられた第２のチャンバベースとしての下部チャンバベース１２０に支持されている。下部チャンバベース１２０は、下部チャンバ１０２の下面より大きい径を有している。

図７に示すように下部チャンバベース１２０の下面の中央部には、下部チャンバベース１２０を冷却する第２の冷却機構としての下部冷却機構１２１が設けられている。下部冷却機構１２１の構成は、図９に示した上部冷却機構１１２の構成と同様であり、下部冷却機構１２１の内部には、例えば冷却水などの冷却媒体が流通する冷媒流路１１３が形成されている。

なお、下部冷却機構１２１は、本実施の形態に限定されず、下部チャンバベース１２０を冷却できれば種々の構成を取り得る。例えば下部冷却機構１２１には、ペルチェ素子などの冷却部材が内蔵されていてもよい。

図５に示すように上部チャンバベース１１０には、上部チャンバベース１１０、すなわち上部チャンバ１０１を鉛直方向に移動させる移動機構１３０が設けられている。移動機構１３０は、シャフト１３１、支持板１３２、及び鉛直移動部１３３を有している。シャフト１３１は、上部チャンバベース１１０の外周部に例えば４箇所設けられている。また、各シャフト１３１は鉛直方向に延伸し、下部チャンバベース１２０を貫通して、当該下部チャンバベース１２０の下方に設けられた支持板１３２に支持されている。支持板１３２には、例えばエアシリンダ等の鉛直移動部１３３が設けられている。この鉛直移動部１３３によって、支持板１３２とシャフト１３１が鉛直方向に移動し、さらに上部チャンバベース１１０と上部チャンバ１０１は鉛直方向に移動自在に構成されている。

シャフト１３１には、シャフト１３１の移動を制限するロック機構１４０が設けられている。図６に示すようにロック機構１４０は、シャフト１３１に対応して例えば４箇所に設けられている。また、ロック機構１４０は、下部チャンバベース１２０上に設けられている。

図５及び図６に示すようにロック機構１４０は、ロックピン１４１、水平移動部１４２、及びケーシング１４３を有している。ロックピン１４１は、シャフト１３１に形成された貫通孔に挿入される。ロックピン１４１の基端部には、ロックピン１４１を水平方向に移動させる、例えばエアシリンダ等の水平移動部１４２が設けられている。シャフト１３１の外周面には、シャフト１３１の貫通孔に挿入されたロックピン１４１を支持するケーシング１４３が設けられている。

図８に示すように処理チャンバ１００の内部には、ウェハＷを載置する載置台１５０が設けられている。載置台１５０上には複数のギャップピン（図示せず）が設けられ、当該複数のギャップピンがウェハＷを支持する。また、載置台１５０上には複数のガイドピン（図示せず）が設けられ、当該複数のガイドピンによってウェハＷの水平方向の位置が固定される。載置台１５０の内部には、ウェハＷを加熱する加熱機構１５１が設けられている。加熱機構１５１としては、例えばヒータが用いられる。なお、載置台１５０は複数の領域に区画され、当該区画された領域に対応するように、加熱機構１５１は複数に分割されていてもよい。かかる場合、載置台１５０が区画された複数の領域は、当該領域毎に温度調節可能となる。

なお、載置台１５０の下方には、断熱板（図示せず）が設けられていてもよい。この断熱板により、加熱機構１５１でウェハＷを加熱する際の熱が、後述する載置台ベース１５３や下部チャンバベース１２０に伝達されるのを抑制することができる。

載置台１５０は、複数のロッド１５２を介して、載置台１５０の下方に設けられた載置台ベース１５３に支持されている。載置台ベース１５３は、下部チャンバベース１２０上に載置されている。そして、このように載置台１５０と載置台ベース１５３の間に空気層を設けることにより、加熱機構１５１でウェハＷを加熱する際の熱が、載置台ベース１５３や下部チャンバベース１２０に伝達されるのを抑制することができる。

載置台ベース１５３は、下部チャンバベース１２０に固定されていない。かかる場合、例えば接合処理中に処理チャンバ１００の内部が加熱されても、載置台ベース１５３を自由に熱膨張させることができ、固定することで発生し得る熱応力や撓みを抑制することができる。

図５に示すように載置台１５０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン１６０が例えば３箇所に設けられている。昇降ピン１６０は、載置台１５０、載置台ベース１５３、下部チャンバベース１２０、下部冷却機構１２１を挿通し、下部冷却機構１２１の下方に設けられた支持板１６１に支持されている。支持板１６１には、例えばモータ等を内蔵した昇降駆動部１６２が設けられている。この昇降駆動部１６２によって、支持板１６１と昇降ピン１６０は昇降し、昇降ピン１６０は載置台１５０の上面から突出可能になっている。

処理チャンバ１００には、処理チャンバ１００の内部に加圧ガスを供給するガス供給機構１７０が設けられている。ガス供給機構１７０は、ガス供給部１７１、ガス供給ライン１７２、及びガス供給装置１７３を有している。ガス供給部１７１は、載置台１５０の上方に設けられ、処理チャンバ１００の内部に加圧ガスを供給する。ガス供給部１７１は、ガス供給ライン１７２を介して、ガス供給装置１７３に連通している。ガス供給ライン１７２は、上部チャンバ１０１、上部チャンバベース１１０、上部冷却機構１１２を貫通して設けられている。ガス供給装置１７３は、内部に加圧ガスを貯留し、当該加圧ガスをガス供給部１７１に供給する。

処理チャンバ１００には、処理チャンバの内部を排気する排気機構１８０が設けられている。排気機構１８０は、排気ライン１８１と排気装置１８２を有している。排気ライン１８１は、下部チャンバベース１２０の上面において例えば２箇所に形成された排気口に接続され、下部チャンバベース１２０と下部冷却機構１２１を貫通して設けられている。また、排気ライン１８１は、例えば真空ポンプ等の排気装置１８２に接続されている。

なお、接合装置３０における各部の動作は、上述した制御部５０によって制御される。

＜３．接合システムの動作＞
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Ｗと複数のチップＣの接合処理方法について説明する。図１０は、かかる接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。図１１は、接合処理の各工程における上部冷却機構１１２及び下部冷却機構１２１を流通する冷却媒体の温度、加熱機構１５１（載置台１５０）の温度、ウェハＷの温度、及び処理チャンバ１００の内部の圧力を示す説明図である。

なお、本実施の形態において、接合システム１に搬入されるウェハＷの表面には、図３及び図４に示したように予め複数のチップＣが所定の位置に配置され、さらにフィルムＦによって複数のチップＣの位置が固定されている。

先ず、複数枚のウェハＷを収容したカセットＣｓ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Ｃｓ内のウェハＷが取り出され、処理ステーション３の位置調節装置３２に搬送される。位置調節装置３２では、ウェハＷのノッチ部の位置を調節して、当該ウェハＷの周方向の向きが調節される（図１０の工程Ｓ１）。このように工程Ｓ１でウェハＷの周方向の向きを調節することによって、例えば後述する工程Ｓ２〜Ｓ８の接合処理に不良が生じた場合、ウェハ履歴を追って不良の原因を特定しやすくなり、接合処理の条件を改善することができる。

工程Ｓ１では、図１１に示すように接合装置３０において、上部冷却機構１１２と下部冷却機構１２１を流通する冷却媒体の温度は、それぞれ常温、例えば２５℃に維持されている。加熱機構１５１の温度は所定の温度、例えば２５０℃に維持されている。ウェハＷの温度は常温、例えば２５℃である。処理チャンバ１００は閉じられているが、その内部の圧力は例えば０．１ＭＰａ（大気圧）となっている。

加熱機構１５１の温度は、接合処理を通して（後述する工程Ｓ２〜Ｓ８）、所定の温度に維持される。そうすると、加熱機構１５１による熱は、処理チャンバ１００の内部雰囲気と処理チャンバ１００を介して、上部チャンバベース１１０と下部チャンバベース１２０に伝達される。これら上部チャンバベース１１０と下部チャンバベース１２０が熱膨張するため、処理チャンバ１００を適切に支持することができず、当該処理チャンバ１００の内部を適切に密閉できないおそれがある。また、上部チャンバベース１１０が熱膨張することにより、上部チャンバベース１１０の外周部に設けられたシャフト１３１が径方向外側に移動し、シャフト１３１が軸ずれするおそれがある。

そこで、接合処理を通して（後述する工程Ｓ２〜Ｓ８）、上部冷却機構１１２と下部冷却機構１２１を流通する冷却媒体の温度をそれぞれ２５℃に維持することで、上部チャンバベース１１０と下部チャンバベース１２０が熱膨張するのを抑制することができる。そうすると、処理チャンバ１００の内部を適切に密閉することができ、またシャフト１３１の軸ずれを抑制することができる。

その後、接合装置３０では、図１２に示すように移動機構１３０によって上部チャンバ１０１を上方に移動させ、処理チャンバ１００が開けられる。そして、ウェハＷは、ウェハ搬送装置４１によって処理チャンバ１００の内部に搬入され、予め上昇して待機していた昇降ピン１６０に受け渡される。

続いて、図１３に示すように移動機構１３０によって上部チャンバ１０１を下方に移動させ、処理チャンバ１００が閉じられる。このとき、シール材１０３と下部チャンバ１０２の上面を当接させて、処理チャンバ１００の内部が密閉される（図１０の工程Ｓ２）。このとき、上述したように上部冷却機構１１２の温度と下部冷却機構１２１によって、上部チャンバベース１１０と下部チャンバベース１２０が熱膨張するのが抑制されるので、処理チャンバ１００を適切に支持することができ、当該処理チャンバ１００の内部を適切に密閉することができる。

その後、図１３に示すように昇降駆動部１６２によって昇降ピン１６０を下降させながら、ウェハＷの温度を調節し、いわゆるウェハＷの温度ならしを行う（図１０の工程Ｓ３）。工程Ｓ３では、処理チャンバ１００の内部の雰囲気が加熱機構１５１によって加熱されているため、ウェハＷも加熱される。そして、載置台１５０に載置される直前には、ウェハＷは約２５０℃に調節される。なお、ウェハＷの温度調節は、昇降ピン１６０の下降速度を調節することで制御してもよいし、あるいは昇降ピン１６０を段階的に下降させることで調節してもよい。

ここで、工程Ｓ３において、ウェハＷの温度ならしをせず、ウェハＷを加熱された載置台１５０に載置すると、ウェハＷの温度が急激に上昇し、当該ウェハＷが反ってしまう。この点、ウェハＷの温度ならしを行うことによって、当該ウェハＷの反りを抑制することができる。そして、ウェハＷの反り抑制という観点からは、ウェハＷは２５０℃付近まで加熱されればよく、厳密に２５０℃に調節される必要はない。

その後、図１４に示すように載置台１５０にウェハＷを載置する。そうすると、ウェハＷが２５０℃に加熱される。

ウェハＷが２５０℃まで加熱されると、ロック機構１４０の水平移動部１４２によってロックピン１４１をシャフト１３１の貫通孔に挿入する。そうすると、シャフト１３１が鉛直方向に固定される（図１０の工程Ｓ４）。

なお、このロック機構１４０によるシャフト１３１の固定は、後述する工程Ｓ５においてガス供給部１７１から処理チャンバ１００の内部に加圧ガスを供給する直前に行われる。上部チャンバ１０１は、加熱機構１５１からの熱によって熱膨張する。そこで、上部チャンバ１０１の熱膨張が安定した状態で、シャフト１３１を固定することにより、当該上部チャンバ１０１の位置を適切に固定できる。

その後、図１５に示すようにガス供給部１７１から処理チャンバ１００の内部に加圧ガスを供給し、当該処理チャンバ１００の内部を所定の圧力、例えば０．９ＭＰａに加圧する（図１０の工程Ｓ５）。この加圧は、例えば一定の加圧速度で行われてもよいし、所定時間の圧力維持と圧力上昇を繰り返し行い、段階的に行ってもよい。また、この加圧の制御は、例えばガス供給ライン１７２に設けられたバルブ（図示せず）の開度を調節することによって行ってもよいし、あるいはガス供給ライン１７２に設けられた電空レギュレータ（図示せず）を制御することで行ってもよい。

なお、工程Ｓ５において、上部チャンバ１０１には鉛直上方に圧力がかかり、さらに上部チャンバベース１１０にも鉛直上方の力が作用する。この点、上述したようにロックピン１４１が貫通孔に挿入されているので、当該ロックピン１４１の下面が貫通孔の下面と当接し、シャフト１３１は鉛直上方に移動しない。このため、上部チャンバベース１１０と上部チャンバ１０１も鉛直上方に移動せず、処理チャンバ１００の内部を適切に密閉することができ、内部圧力を所定の圧力に維持することができる。

そして、処理チャンバ１００の内部を０．９ＭＰａに例えば３０分間維持する。そうすると、ウェハＷ上の複数のチップＣの高さがばらついていても、当該複数のチップＣは処理チャンバ１００の内部に充填された加圧ガスによって押圧されるので、ウェハＷと複数のチップＣを均一に適切な圧力で押圧することができる。このため、ウェハＷと複数のチップＣを所定の温度に加熱しながら適切に押圧することができ、当該ウェハＷと複数のチップＣが適切に接合される（図１０の工程Ｓ６）。

その後、ガス供給機構１７０からの加圧ガスの供給を停止し、排気機構１８０によって処理チャンバ１００の内部を排気する（図１０の工程Ｓ７）。そして、処理チャンバ１００の内部は０．１ＭＰａまで減圧される。なお、この減圧は、例えば一定の減圧速度で行われてもよいし、所定時間の圧力維持と圧力下降を繰り返し行い、段階的に行ってもよい。また、この減圧の制御は、例えばガス供給ライン１７２に設けられたバルブ（図示せず）の開度を調節することによって行ってもよいし、あるいはガス供給ライン１７２に設けられた電空レギュレータ（図示せず）を制御することで行ってもよい。

なお、工程Ｓ７では、昇降ピン１６０によってウェハＷを上昇させる。このとき、ウェハＷは冷却される。

そして、処理チャンバ１００の内部が０．１ＭＰａまで減圧されると、ロック機構１４０によるシャフト１３１の固定を解除し、さらに移動機構１３０によって上部チャンバ１０１を上方に移動させて、処理チャンバ１００が開けられる。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置４１によって処理チャンバ１００の外部に搬出される。なお、ウェハＷが処理チャンバ１００から搬出されると、再び処理チャンバ１００が閉じられる。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置４１によって温度調節装置３１に搬送される。温度調節装置３１では、ウェハＷは常温、例えば２５℃に温度調節される図１０の工程Ｓ８）。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置４１によってトランジション装置３３に搬送され、さらに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Ｃｓに搬送される。こうして、一連のウェハＷと複数のチップＣの接合処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、工程Ｓ５において、処理チャンバ１００の内部に供給された加圧ガスによって当該処理チャンバ１００の内部を所定の圧力に加圧するので、例えばウェハＷ上の複数のチップＣの高さがばらついていても、ウェハＷと複数のチップＣを均一に適切な圧力で押圧することができる。したがって、ウェハＷと複数のチップＣを所定の温度に加熱しながら所定の圧力で適切に押圧することができ、当該ウェハＷと複数のチップＣを適切に接合することができる。

しかも、工程Ｓ１〜Ｓ８の接合処理において、上部チャンバベース１１０と下部チャンバベース１２０は、それぞれ上部冷却機構１１２と下部冷却機構１２１によって冷却されるので、これら上部チャンバベース１１０と下部チャンバベース１２０が熱膨張するのを抑制できる。そうすると、接合処理中の処理チャンバ１００の内部を適切に密閉することができ、またシャフト１３１の軸ずれを抑制することができる。したがって、ウェハＷと複数のチップＣをより適切に接合することができる。

さらに、加熱機構１５１が設けられた載置台１５０は、複数のロッド１５２を介して、載置台１５０の下方に設けられた載置台ベース１５３に支持されているので、載置台１５０と載置台ベース１５３の間に空気層が設けられる。そうすると、加熱機構１５１でウェハＷを加熱する際の熱が、下部チャンバベース１２０に伝達されるのを抑制することができ、下部チャンバベース１２０が熱膨張するのをさらに抑制することができる。

また、接合システム１において、搬入出ステーション２は複数のウェハＷを保有でき、当該搬入出ステーション２から処理ステーション３にウェハＷを連続して搬送することができる。しかも、接合システム１は、接合装置３０と温度調節装置３１を有しているので、上述した工程Ｓ１〜Ｓ８を順次行って、ウェハＷと複数のチップＣを連続して接合することができる。また、一の接合装置３０において所定の処理を行っている間、他の温度調節装置３１において別の処理を行うこともできる。すなわち、接合システム１内で複数のウェハＷを並行して処理することができる。したがって、ウェハＷと複数のチップＣの接合を効率よく行うことができ、接合処理のスループットを向上させることができる。

＜４．その他の実施の形態＞
以上の実施の形態では、接合装置３０において、移動機構１３０は上部チャンバ１０１を移動させていたが、上部チャンバ１０１と下部チャンバ１０２を相対的に移動させればよい。例えば移動機構１３０は、下部チャンバ１０２を移動させてもよいし、あるいは上部チャンバ１０１と下部チャンバ１０２を両方移動させてもよい。

また、処理チャンバ１００は、上部チャンバ１０１と下部チャンバ１０２に鉛直方向に分割されていたが、水平方向に分割されていてもよい。

また、載置台１５０はウェハＷを単に載置するものであったが、例えばウェハＷを真空吸着してもよいし、あるいはウェハＷを静電吸着してもよい。

なお、以上の実施の形態の接合処理において、上部冷却機構１１２と下部冷却機構１２１を流通する冷却媒体の温度（２５℃）、加熱機構１５１の温度（２５０℃）、処理チャンバ１００の内部の加圧圧力（０．９ＭＰａ）、処理チャンバ１００の内部の加圧時間（３０分間）はそれぞれ例示であって、種々の条件によって任意に設定される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

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接合装置
３１温度調節装置
３２位置調節装置
３３トランジション装置
４１ウェハ搬送装置
５０制御部
１００処理チャンバ
１０１上部チャンバ
１０２下部チャンバ
１１０上部チャンバベース
１１２上部冷却機構
１２０下部チャンバベース
１２１下部冷却機構
１５０載置台
１５１加熱機構
１５２ロッド
１５３載置台ベース
１７０ガス供給機構
Ｃチップ
Ｆフィルム
Ｗウェハ

Claims

基板上に配置された複数のチップを当該基板と接合する接合装置であって、
第１のチャンバと第２のチャンバを備え、当該第１のチャンバと第２のチャンバで密閉空間を形成する処理チャンバと、
前記処理チャンバの内部に設けられ、基板を載置する載置台と、
前記載置台に設けられ、基板を加熱する加熱機構と、
前記処理チャンバの内部に加圧ガスを供給するガス供給機構と、
前記第１のチャンバを支持する第１のチャンバベースと、
前記第２のチャンバを支持する第２のチャンバベースと、
前記第１のチャンバベースを冷却する第１の冷却機構と、
前記第２のチャンバベースを冷却する第２の冷却機構と、を有することを特徴とする、接合装置。
前記第２のチャンバは前記第１のチャンバの下方に設けられ、且つ前記第２のチャンバの下面は開口して前記第２のチャンバベースによって支持され、
前記載置台は、複数のロッドを介して、前記第２のチャンバベース上に載置された載置台ベースに支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
請求項１又は２に記載の接合装置を備えた接合システムであって、
前記接合装置と、前記接合装置で複数のチップが接合された基板の温度を調節する温度調節装置とを備えた処理ステーションと、
基板を複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して基板を搬入出する搬入出ステーションと、を有することを特徴とする、接合システム。
基板上に配置された複数のチップを当該基板と接合する接合方法であって、
第１のチャンバと第２のチャンバを備える処理チャンバの内部に基板を搬入し、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバを閉じて前記処理チャンバの内部を密閉した後、加熱機構によって所定の温度に加熱された載置台に基板を載置する第１の工程と、
ガス供給機構から前記処理チャンバの内部に加圧ガスを供給し、当該処理チャンバの内部を所定の圧力に加圧して、基板と複数のチップを接合する第２の工程と、を有し、
前記第１の工程と前記第２の工程において、前記第１のチャンバを支持する第１のチャンバベースは第１の冷却機構によって冷却され、且つ前記第２のチャンバを支持する第２のチャンバベースは第２の冷却機構によって冷却されることを特徴とする、接合方法。
前記第２のチャンバは前記第１のチャンバの下方に設けられ、且つ前記第２のチャンバの下面は開口して前記第２のチャンバベースによって支持され、
前記載置台は、複数のロッドを介して、前記第２のチャンバベース上に載置された載置台ベースに支持されていることを特徴とする、請求項４に記載の接合方法。
請求項４又５に記載の接合方法を接合装置によって実行させるように、当該接合装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
請求項６に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。