JP2022135105A - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスの安定化を図ることができる半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態の半導体製造装置は、第１チャンバと、第２チャンバと、流体圧力調整部とを持つ。第１チャンバは、変形可能な第１膜と、第１膜を変形させる非圧縮性流体を収容する収容部とを持つ。第２チャンバは、第１膜に向い合う変形可能な第２膜と、第２膜を変形させる非圧縮性流体を収容する収容部とを持つ。流体圧力調整部は、第１チャンバと第２チャンバとの間に複数の基板が配置された状態で複数の基板を貼り合わせるように、第１チャンバ及び第２チャンバの各々の非圧縮性流体に圧力を加えて第１膜及び第２膜を変形させる。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。

半導体製造工程においては、２つの基板を接合する接合装置が知られている。

特開２０１８－１９０８２６号公報

本発明が解決しようとする課題は、プロセスの安定化を図ることができる半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することを目的とする。

実施形態の半導体製造装置は、第１チャンバと、第２チャンバと、流体圧力調整部とを持つ。前記第１チャンバは、変形可能な第１膜と、前記第１膜を変形させる非圧縮性流体を収容する収容部とを持つ。第２チャンバは、前記第１膜に向い合う変形可能な第２膜と、前記第２膜を変形させる非圧縮性流体を収容する収容部とを持つ。流体圧力調整部は、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に複数の基板が配置された状態で前記複数の基板を貼り合わせるように、前記第１チャンバ及び前記第２チャンバの各々の前記非圧縮性流体に圧力を加えて前記第１膜及び前記第２膜を変形させる。

実施形態に係る半導体製造装置の全体構成を示す模式平面図。 実施形態に係る基板貼り合わせ装置によって貼り合わされる基板積層体を示す断面図。 実施形態に係る基板貼り合わせ装置の構成を示す模式断面図。 実施形態に係る基板貼り合わせ装置を構成する基板吸着構造を示す部分断面図。 実施形態に係る基板貼り合わせ装置を構成する基板吸着構造を示す平面図。 実施形態に係る基板貼り合わせ装置の構成を示す模式断面図。 実施形態に係る基板貼り合わせ装置を構成する第１膜及び第２膜、及び、第１膜及び第２膜に挟持された基板積層体を示す部分断面図。

以下、実施形態の基板貼り合わせ装置を備える半導体製造装置及び基板貼り合わせ方法（半導体製造方法）を、図面を参照して説明する。
以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。図面は模式的又は概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率等は、必ずしも現実のものと同一とは限らない。

先に、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及び径方向について定義する。
Ｘ方向及びＹ方向は、後述する基板積層体１００の表面に沿う方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向とは交差する（例えば直交する）方向である。換言すると、Ｚ方向は、基板積層体１００の厚さ方向であり、基板積層体１００に対して垂直な方向である。Ｚ方向において、後述する第１膜１１から第２膜２１に向かう方向を平面視と称する場合ある。
径方向は、基板積層体１００をＺ方向から見た場合において、基板積層体１００の中心から基板積層体１００の周縁に向かう方向、または、基板積層体１００の周縁から基板積層体１００の中心に向かう方向を意味する。さらに、径方向に関し、基板積層体１００の中心から基板積層体１００の周縁に向かう方向を「径方向外側に向けて」と称し、基板積層体１００の周縁から基板積層体１００の中心に向かう方向を「径方向内側に向けて」と称する場合がある。

（実施形態）
＜半導体製造装置の全体構成＞
まず、実施形態の半導体製造装置１の全体構成について説明する。
図１は、半導体製造装置１の構成を示す模式平面図である。
半導体製造装置１は、例えば、処理ユニットＵ１～Ｕ４と、第１搬送装置３Ａと、第２搬送装置３Ｂと、４つの基板カセット４Ａ～４Ｄと、制御部５とを含む。本実施形態において、処理ユニットＵ１～Ｕ４は、例えば、基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄ（２）である。

図１は、半導体製造装置１が４つの基板貼り合わせ装置２を備えた構成を示しているが、基板貼り合わせ装置２の個数は限定されない。半導体製造装置１においては、成膜装置、エッチング装置、アニール装置等の公知の処理ユニットと、基板貼り合わせ装置２との組み合わせによって構成されてもよい。また、半導体製造装置１において、処理ユニットの個数は、限定されず、５以上の処理ユニットを備えてもよい。
また、半導体製造装置１を構成する複数の処理ユニットＵ１～Ｕ４のうちの一つは、複数の基板から基板積層体１００を形成する前処理装置であってもよい。

第１搬送装置３Ａは、基板貼り合わせ処理が施される前の処理前基板２０１を第２搬送装置３Ｂに渡したり、基板貼り合わせ処理が施された後の処理後基板２０２を第２搬送装置３Ｂから受けたりする。

第２搬送装置３Ｂは、処理前基板２０１を４つの基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄのいずれかに搬送したり、処理後基板２０２を４つの基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄから搬出したりする。

４つの基板カセット４Ａ～４Ｄのうち、例えば、基板カセット４Ａ、４Ｂは、処理前基板２０１を保管する。基板カセット４Ｃ、４Ｄは、処理後基板２０２を保管する。

制御部５は、基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄ、第１搬送装置３Ａ、第２搬送装置３Ｂ、及び基板カセット４Ａ～４Ｄに電気的に接続されており、半導体製造装置１を統括的に制御する。制御部５は、例えば、コンピュータであり、後述する基板貼り合わせ方法の複数のステップを行うためプログラムが保存された記録媒体を有する。制御部５は、基板貼り合わせ方法の各ステップを実行する。

＜基板貼り合わせ装置＞
以下の説明では、４つの基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄのうち一つである、基板貼り合わせ装置２Ａ（２）について説明する。その他の基板貼り合わせ装置２Ｂ～２Ｄの構造は、基板貼り合わせ装置２Ａと同じであるため、説明を省略する。

基板貼り合わせ装置２は、第１搬送装置３Ａによって搬送された処理前基板２０１に貼り合わせ処理を施す装置である。換言すると、基板貼り合わせ装置２は、複数の基板が予め積層された状態で、複数の基板を厚さ方向に加圧し、これによって、複数の基板を貼り合わせる装置である。このため、基板貼り合わせ装置２によって貼り合わせ処理が施される処理対象である「複数の基板」を、以下の説明では、「基板積層体」と称する場合がある。

＜基板積層体＞
図２は、基板貼り合わせ装置２によって貼り合わされる基板積層体１００を示す断面図である。
基板積層体１００は、第１基板１１０と第２基板１２０とによって構成されている。第１基板１１０及び第２基板１２０の各々は、例えば、円盤状の公知の半導体ウエハである。

第２基板１２０に対向する第１基板１１０の第１基板面１１１上には、例えば、論理回路を有する複数のセル１１３と、第１接続端子１１２とが形成されている。
第１基板１１０に対向する第２基板１２０の第２基板面１２１上には、例えば、メモリセル回路を有する複数のセル１２３と、第２接続端子１２２とが形成されている。
第１接続端子１１２及び第２接続端子１２２は、銅等の金属端子である。
Ｚ方向において、第１接続端子１１２の位置は、第２接続端子１２２の位置に対応している。
後述する基板貼り合わせ装置２によって基板積層体１００をＺ方向に加圧することで、第１接続端子１１２及び第２接続端子１２２は互いに結合される。

なお、以下の説明における「複数の基板」の各々は、第１基板１１０及び第２基板１２０であるが、基板積層体１００を構成する基板の枚数は、２枚に限定されず、３枚以上であってもよい。

図３は、基板貼り合わせ装置２の構成を示す模式断面図である。
基板貼り合わせ装置２は、例えば、第１チャンバ１０と、第２チャンバ２０と、流路構造体３０と、流体圧力調整部４０とを含む。

＜第１チャンバ＞
第１チャンバ１０は、変形可能な第１膜１１と、第１膜１１を変形させる非圧縮性流体Ｌを収容する第１収容部１２とを有する。第１収容部１２を構成する壁部（側壁及び上壁）は、公知の金属材料により構成されており、第１収容部１２の内部を密閉する。

第１収容部１２の上壁の一部には、後述する第１流路部３１に連通する第１接続開口１２Ｕが形成されている。第１収容部１２及び第１流路部３１の内部には、第１収容部１２と第１流路部３１との間で流動可能な非圧縮性流体Ｌが満たされている。流体圧力調整部４０によって発生される非圧縮性流体Ｌの圧力は、第１流路部３１を介して、第１収容部１２内の非圧縮性流体Ｌに伝達することが可能となっている。

第１収容部１２は、第２チャンバ２０の第２収容部２２の第２外周端部２３に面する第１外周端部１３を有する。第１膜１１の外周部は、第１外周端部１３に固定されている。第１膜１１の変形を妨げなければ、第１膜１１を第１外周端部１３に固定する固定構造は限定されない。なお、第１外周端部１３には、後述するシール部７０を構成する第１シール部７１が設けられている。

＜第２チャンバ＞
第２チャンバ２０は、第１膜１１に向い合う変形可能な第２膜２１と、第２膜２１を変形させる非圧縮性流体Ｌを収容する第２収容部２２とを有する。第２収容部２２を構成する壁部（側壁及び下壁）は、第１収容部１２と同様に、公知の金属材料により構成されており、第２収容部２２の内部を密閉する。

第２収容部２２の下壁の一部には、後述する第２流路部３２に連通する第２接続開口２２Ｌが形成されている。第２収容部２２及び第２流路部３２の内部には、第２収容部２２と第２流路部３２との間で流動可能な非圧縮性流体Ｌが満たされている。流体圧力調整部４０によって発生される非圧縮性流体Ｌの圧力は、第２流路部３２を介して、第２収容部２２内の非圧縮性流体Ｌに伝達することが可能となっている。

第２収容部２２は、第１チャンバ１０の第１収容部１２の第１外周端部１３に面する第２外周端部２３を有する。第２膜２１の外周部は、第２外周端部２３に固定されている。第２膜２１の変形を妨げなければ、第２膜２１を第２外周端部２３に固定する固定構造は限定されない。なお、第２外周端部２３には、後述するシール部７０を構成する第２シール部７２が設けられている。

第２外周端部２３には、第２シール部７２の内側の領域における第２シール部７２と第２膜２１との間の位置に、内側排気口２４が形成されている。第２収容部２２の側壁の内部には、Ｚ方向及びＸ方向に延在する内部排気路２５が形成されている。第２収容部２２の側壁の外面には、外側排気口２６が形成されている。内側排気口２４は、内部排気路２５及び外側排気口２６に連通している。外側排気口２６は、後述する第１減圧部７５に接続されている。

なお、本実施形態では、内側排気口２４、内部排気路２５、及び外側排気口２６が第２チャンバに形成されている場合について説明するが、内側排気口２４、内部排気路２５、及び外側排気口２６は、第１チャンバ１０に形成されてもよい。

＜第１膜、第２膜＞
第１膜１１及び第２膜２１を構成する材料は、互いに同じであってもよいし、異なってもよい。第１膜１１及び第２膜２１を構成する材料としては、可撓性を有する材料、例えば、シリコンゴム等が採用される。このような材料の種類は、シリコンゴムに限定されない。基板積層体１００を加熱する場合には、耐熱性を有する材料（例えば、耐熱ゴム等）によって第１膜１１及び第２膜２１が構成されていることが好ましい。

第１膜１１及び第２膜２１の各々の膜厚や直径は、加圧された非圧縮性流体Ｌによる第１膜１１及び第２膜２１の変形に伴って基板積層体１００に均一な圧力が付与することができれば、限定されない。
また、後述する図４及び図５に示すように、第１膜１１及び第２膜２１の各々は、基板積層体１００を吸着して保持する基板吸着構造８０を有する。

＜非圧縮性流体＞
非圧縮性流体Ｌとしては、水（純水等）、油（鉱物油等）、溶媒（有機溶媒、例えば、ポリエチレングリコールモノエーテル系溶媒）等の流体が挙げられる。本実施形態では、非圧縮性流体Ｌとして油が用いられる。非圧縮性流体Ｌの材料は、流体圧力調整部４０において発生する圧力が第１膜１１及び第２膜２１に伝達させることができれば、限定されない。

＜流路構造体＞
流路構造体３０は、第１チャンバ１０及び第２チャンバ２０の各々と流体圧力調整部４０との間に設けられている。具体的に、流路構造体３０は、主流路部３０Ｍと、流路分岐部３０Ｂと、第１流路部３１と、第２流路部３２とを有する。流路分岐部３０Ｂは、主流路部３０Ｍを第１流路部３１及び第２流路部３２に分岐している。

第１流路部３１は、第１チャンバ１０の第１接続開口１２Ｕに接続されており、第１収容部１２の内部に連通している。第２流路部３２は、第２チャンバ２０の第２接続開口２２Ｌに接続されており、第２収容部２２の内部に連通している。第１流路部３１の内部及び第２流路部３２の内部には非圧縮性流体Ｌが充填されている。
流体圧力調整部によって非圧縮性流体Ｌに圧力が付与された際に、その圧力は、第１流路部３１及び第２流路部３２の各々の内部に充填された非圧縮性流体Ｌに伝達される。

＜流体圧力調整部＞
流体圧力調整部４０は、制御部５に電気的に接続されている。流体圧力調整部４０の動作は、制御部５によって制御される。
流体圧力調整部４０は、流路構造体３０の主流路部３０Ｍに連通している。
流体圧力調整部４０は、非圧縮性流体Ｌを貯留するマスターリザーバーとして機能する。流体圧力調整部４０は、公知の油圧シリンダ構造を有しており、非圧縮性流体Ｌが充填されたシリンダと、シリンダの内部で往復運動可能なピストンとを備える。流体圧力調整部４０においては、ピストンが非圧縮性流体Ｌを押圧すると、シリンダの内部に充填された非圧縮性流体Ｌに圧力が付与され、その圧力が流路構造体３０の内部に充填された非圧縮性流体Ｌに伝達される。

＜温度センサ＞
温度センサ１４は、第１膜１１及び第２膜２１のうち少なくとも一方の温度を測定する。本実施形態では、第１膜１１に温度センサ１４が設けられている。これにより、温度センサ１４は、非圧縮性流体Ｌの温度を、第１膜１１を介して測定することが可能である。本実施形態では、温度センサ１４は第１膜１１のみに設けられているが、温度センサ１４は第２膜２１のみに配置されてもよいし、第１膜１１及び第２膜２１の両方に配置されてもよい。温度センサ１４としては、熱電対等の公知のセンサが用いられ、温度センサ１４の種類は限定されない。

＜温度調整部＞
温度調整部５０は、温度センサ１４及び制御部５に電気的に接続されている。温度調整部５０の動作は、制御部５によって制御される。
温度調整部５０は、流体圧力調整部４０に設けられており、流体圧力調整部４０を構成するシリンダの内部の非圧縮性流体Ｌの温度を制御する。
温度調整部５０は、流体圧力調整部４０により第１膜１１及び第２膜２１を変形させて基板積層体１００を貼り合わせる場合に、温度センサ１４によって得られた測定結果に基づいて、第１チャンバ１０及び第２チャンバ２０の各々の非圧縮性流体Ｌの温度を調整する。

＜移動部＞
移動部６０は、第１チャンバ１０をＺ方向に移動する駆動装置である。移動部６０は、第１膜１１と第２膜２１との間の距離を調整し、第１膜１１を第２膜２１に近接させたり、第２膜２１から第１膜１１を遠ざけたりすることが可能である。
移動部６０は、制御部５に電気的に接続されている。移動部６０の動作は、制御部５によって制御される。

本実施形態においては、Ｚ方向における第２チャンバ２０の位置は固定されており、移動部６０が第２チャンバ２０に対して相対的にＺ方向に第１チャンバ１０を移動させているが、本実施形態は、このような構造に限定されない。第１膜１１と第２膜２１との間の距離を調整することが可能であれば、例えば、Ｚ方向における第１チャンバ１０の位置を固定し、第１チャンバ１０に対して相対的にＺ方向に第２チャンバ２０を移動させてもよい。また、Ｚ方向において、第１チャンバ１０及び第２チャンバ２０の両方を相対的に移動させてもよい。

＜シール部＞
シール部７０は、第１収容部１２の第１外周端部１３に設けられている第１シール部７１と、第２収容部２２の第２外周端部２３に設けられている第２シール部７２とによって構成されている。つまり、シール部７０は、第１チャンバ１０と第２チャンバ２０との間に設けられている。第１チャンバ１０と第２チャンバ２０とが互いに近づくように移動することで、第１シール部７１及び第２シール部７２で構成されたシール部７０は、第１膜１１及び第２膜２１の周囲を囲む。第１シール部７１及び第２シール部７２が互いに接触した際に、シール部７０は、第１膜１１、第２膜２１、及びシール部７０によって囲まれた空間７６を密閉することが可能である。

シール部７０としては、例えば、第１シール部７１及び第２シール部７２の各々がシールゴムで形成された構成が挙げられる。このシールゴムの材料は、空間７６の気密性が得られる材料であれば、限定されない。

なお、第１シール部７１及び第２シール部７２の各々の材料がシールゴムでなくてもよい。例えば、シール部７０として、第１収容部１２の第１外周端部１３に設けられたＯリング（第１シール部７１）と、第２収容部２２の第２外周端部２３に位置するとともにＯリングを押圧可能な押圧面（第２シール部７２）とが組み合わされた構造が採用されてもよい。
また、シール部７０の構成は、このような構造に限定されない。第１膜１１と第２膜２１との間の空間７６を密閉することが可能であれば、公知のシール構造がシール部７０に適用可能である。

＜第１減圧部＞
第１減圧部７５は、第１膜１１、第２膜２１、及びシール部７０で囲まれた気密な空間７６の内部を減圧する。第１減圧部７５は、第２収容部２２の側壁に形成された外側排気口２６に接続されている。第１減圧部７５は、内側排気口２４、内部排気路２５、及び外側排気口２６を通じて、空間７６の内部を減圧する。

第１減圧部７５は、制御部５に電気的に接続されている。第１減圧部７５の動作は、制御部５によって制御される。第１減圧部７５は、公知の真空ポンプと公知の真空バルブを備える。真空バルブの開閉動作に応じて、空間７６の内部を減圧するか否かが制御される。

＜基板吸着構造＞
図４は、基板吸着構造８０を示す部分断面図である。図５は、基板吸着構造８０を示す平面図である。なお、図５は、平面視における第２膜２１を示している。図５に示す第２膜２１の構造は、第１膜１１の構造と同じであるため、図５を参照した説明では、第１膜１１の説明を省略する。

図４に示すように、第１膜１１及び第２膜２１の各々は、基板吸着構造８０を有する。
基板吸着構造８０は、第１膜１１と第２膜２１との間の空間７７に配置される基板積層体１００の一部を吸着して保持する。基板吸着構造８０は、内部孔８１と、吸着路８２と、外部孔８３とを備える。

内部孔８１は、第１膜１１と第２膜２１との間の空間７７に連通する。吸着路８２は、内部孔８１に連通するとともにＺ方向に延びる縦吸着路８２Ａと、縦吸着路８２Ａに連通するとともに径方向に向けて延在する横吸着路８２Ｂとを有する。外部孔８３は、吸着路８２の横吸着路８２Ｂに連通し、基板吸着構造８０の外側に開口する。

換言すると、第１膜１１は、第２膜２１に面する第１面１１Ｓを有しており、第１面１１Ｓには、内部孔８１に対応する第１内部孔１１Ａが形成されている。第１膜１１の内部には、吸着路８２に対応する第１吸着路１１Ｂが形成されている。

第１吸着路１１Ｂは、第１内部孔１１Ａに連通するとともにＺ方向に延びる第１縦吸着路１１Ｃ（縦吸着路８２Ａ）と、第１縦吸着路１１Ｃに連通するとともに径方向に向けて延在する第１横吸着路１１Ｄ（横吸着路８２Ｂ）とを有する。第１膜１１の側面１１Ｅには、外部孔８３に対応する第１外部孔１１Ｆが形成されている。第１外部孔１１Ｆは、第１横吸着路１１Ｄに連通する。

同様に、第２膜２１は、第１膜１１に面する第２面２１Ｓを有しており、第２面２１Ｓには、内部孔８１に対応する第２内部孔２１Ａが形成されている。第２膜２１の内部には、吸着路８２に対応する第２吸着路２１Ｂが形成されている。

第２吸着路２１Ｂは、第２内部孔２１Ａに連通するとともにＺ方向に延びる第２縦吸着路２１Ｃ（縦吸着路８２Ａ）と、第２縦吸着路２１Ｃに連通するとともに径方向に向けて延在する第２横吸着路２１Ｄ（横吸着路８２Ｂ）とを有する。第２膜２１の側面２１Ｅには、外部孔８３に対応する第２外部孔２１Ｆが形成されている。第２外部孔２１Ｆは、第２横吸着路２１Ｄに連通する。

図５に示すように、第２膜２１を平面視した場合、３つの第２内部孔２１Ａが第２面２１Ｓ上に形成されている。各第２内部孔２１Ａには、第２面２１Ｓの中心から径方向外側に向けて延びる第２吸着路２１Ｂが接続されている。
３つの第２内部孔２１Ａは、第２面２１Ｓの中心Ｐから等しい距離で離間した位置に配置されている。

第２膜２１の側面２１Ｅ（周縁）において、第２膜２１の周方向において等間隔で離間された位置に３つの第２外部孔２１Ｆが形成されている。本実施形態において、３つの第２外部孔２１Ｆの配置ピッチは、１２０°である。

第２内部孔２１Ａの位置、第２吸着路２１Ｂの経路、及び第２外部孔２１Ｆの配置ピッチ等を含む吸着経路パターン（基板吸着構造８０の３次元形状）は、図４及び図５に示す構造に限定されない。例えば、１つの吸着路を複数の吸着路に分岐する分岐部が第２膜２１の内部に形成されてもよい。

加圧された非圧縮性流体Ｌによる第１膜１１及び第２膜２１の変形に伴って基板積層体１００に均一な圧力が付与することができれば、第１膜１１及び第２膜２１に形成される基板吸着構造８０の吸着経路パターンは、限定されない。

本実施形態では、第１膜１１及び第２膜２１の両方が基板吸着構造８０を有する場合について説明したが、第１膜１１及び第２膜２１の一方のみが基板吸着構造８０を備えてもよい。なお、後述する基板貼り合わせ方法においては、第１膜１１による吸着を行わず、第２膜２１による吸着を行う場合を説明している。

＜第２減圧部＞
第２減圧部８５は、基板吸着構造８０に接続されており、すなわち、第１外部孔１１Ｆ及び第２外部孔２１Ｆに接続されている。第２減圧部８５の動作によって、基板吸着構造８０の吸着路８２の内部を減圧することができ、すなわち、第１膜１１の第１面１１Ｓ又は第２膜２１の第２面２１Ｓに接触する基板積層体１００の一部を吸着して保持することが可能である。

第２減圧部８５は、制御部５に電気的に接続されている。第２減圧部８５の動作は、制御部５によって制御される。第２減圧部８５は、公知の真空ポンプと公知の真空バルブを備える。真空バルブの開閉動作に応じて、基板吸着構造８０の内部を減圧するか否かが制御される。

図４に示す構造では、第１膜１１及び第２膜２１の各々に第２減圧部８５が接続されているが、本実施形態はこの構造に限定されない。例えば、第１膜１１及び第２膜２１の各々に対応する第１真空バルブと第２真空バルブと、各真空バルブに接続された一つの真空ポンプによって第２減圧部８５が構成されてもよい。この場合、第１真空バルブと第２真空バルブの各々の開閉動作に応じて、第１膜１１及び第２膜２１の各々における基板吸着動作が制御される。

さらに、本実施形態においては、第２減圧部８５は第１減圧部７５とは別体であるが、本実施形態は、このような構造に限定されない。例えば、第１減圧部７５の動作を実現する真空バルブと、第２減圧部８５の動作を実現する真空バルブと、１つの真空ポンプとを備える集中減圧部を用いてもよい。この場合、例えば、１つの真空ポンプを稼働させた状態で、複数の真空バルブの各々の開閉動作を制御することで、第１減圧部７５及び第２減圧部８５の各々の動作を実現することができる。

＜基板貼り合わせ方法＞
次に、実施形態の基板貼り合わせ装置２を用いた基板貼り合わせ方法について説明する。図６及び図７は、基板貼り合わせ方法を説明する図である。なお、図６においては、流路構造体３０が省略されている。

基板貼り合わせ方法は、以下のステップ１～１１を有する。
（ステップ１）基板積層体１００の搬入
（ステップ２）第２チャンバ２０の第２膜２１による基板積層体１００の吸着
（ステップ３）第１チャンバ１０の下方への移動
（ステップ４）空間７６の減圧
（ステップ５）非圧縮性流体Ｌの温度調整
（ステップ６）基板積層体１００に対する圧力の付加
（ステップ７）基板積層体１００の圧力付加の解除
（ステップ８）空間７６の減圧の解除
（ステップ９）第１チャンバ１０の上方への移動
（ステップ１０）第２チャンバ２０の第２膜２１による基板積層体１００の吸着の解除
（ステップ１１）基板積層体１００の搬出

次に、上記ステップ１～１１を順に説明する。
なお、ステップ１～１１の各々において、変形例を説明する場合がある。
以下の説明では、「基板貼り合わせ装置２Ａ」を「基板貼り合わせ装置２」と称する場合がある。また、「基板貼り合わせ装置２Ｂ～２Ｄ」の各々は、「基板貼り合わせ装置２」と同じ構成を有する。

（ステップ１：基板積層体１００の搬入）
図１に示す半導体製造装置１においては、貼り合わせ処理が施されていない複数の基板積層体１００が基板カセット４Ａ、４Ｂに保管されている。第１搬送装置３Ａは、基板カセット４Ａ、４Ｂから基板積層体１００を取り出す。第２搬送装置３Ｂは、第１搬送装置３Ａによって取り出された基板積層体１００を基板貼り合わせ装置２Ａに搬送する。

（ステップ１の変形例）
なお、基板カセット４Ａ、４Ｂにおいては、基板積層体１００に代えて、重ね合わされていない第１基板１１０及び第２基板１２０の各々が保管されてもよい。この場合、例えば、半導体製造装置１を構成する処理ユニットＵ１～Ｕ４のうちの一つが、基板積層体１００を形成する前処理装置である。第１搬送装置３Ａ及び第２搬送装置３Ｂの搬送動作によって第１基板１１０及び第２基板１２０が前処理装置に搬送される。

前処理装置においては、第１基板１１０及び第２基板１２０のＸ方向及びＹ方向における位置決めが行われ、複数の基板をＺ方向に重ね合わせて基板積層体１００を形成する。この前処理装置においては、第１基板１１０及び第２基板１２０が加圧による接合がされておらず、基板貼り合わせ装置２Ａによる基板貼り合わせが必要である。
第２搬送装置３Ｂは、前処理装置から基板積層体１００を搬出し、基板貼り合わせ装置２Ａに搬送する。

（ステップ２：第２チャンバ２０の第２膜２１による基板積層体１００の吸着）
基板貼り合わせ装置２Ａに搬送された基板積層体１００は、第２チャンバ２０の第２膜２１上に載置される。第２減圧部８５の駆動により、基板積層体１００の下面（第２基板１２０の下面）と第２面２１Ｓとの間の空間（隙間）が吸引され、基板積層体１００と第２膜２１とが密着する（図３参照）。

（ステップ３：第１チャンバ１０の下方への移動）
次に、移動部６０の駆動により、第１チャンバ１０がＺ方向における下方向に移動する。第１チャンバ１０の移動に伴って、第１膜１１が第２膜２１に徐々に近づき、その後、第１膜１１の第１面１１Ｓは、基板積層体１００の上面（第１基板１１０の上面）に接触する。

第１チャンバ１０が第２チャンバ２０に向けて移動すると、第１シール部７１が第２シール部７２に接触し、第１外周端部１３と第２外周端部２３との間の距離が縮まり、第１外周端部１３と第２外周端部２３との間において第１シール部７１及び第２シール部７２が圧縮される。これにより、第１膜１１、第２膜２１、第１シール部７１、及び第２シール部７２によって囲まれた空間７６が密閉される。

（ステップ４：空間７６の減圧）
次に、第１減圧部７５の駆動により、空間７６が減圧される。
このような減圧ステップは、加圧された非圧縮性流体Ｌによって基板積層体１００に圧力が付加されている状態において、継続的に行われてもよい。あるいは、空間７６の内部が所望の圧力に達した後に、第１減圧部７５による減圧動作を停止してもよい。

このステップ４を行うことで、基板積層体１００を構成する第１基板１１０と第２基板１２０との間に入り込んだエアを除去し、第１基板１１０と第２基板１２０との間の密着性を向上させることができる。この効果に加えて、第１膜１１及び第２膜２１の各々に対する基板積層体１００の密着性を向上することができる。
第１基板１１０と第２基板１２０の間の密着性の向上、及び、第１膜１１及び第２膜２１の各々に対する基板積層体１００の密着性の向上は、加圧された非圧縮性流体Ｌによって基板積層体１００に付与される圧力分布の均一化に寄与する。

（ステップ５：非圧縮性流体Ｌの温度調整）
温度センサ１４によって得られた測定結果に基づいて、温度調整部５０は、非圧縮性流体Ｌを加熱する。温度調整部５０は、流体圧力調整部４０に設けられているため、流体圧力調整部４０に貯留されている非圧縮性流体Ｌの温度を調整する。流体圧力調整部４０の非圧縮性流体Ｌの熱は、流路構造体３０の内部に充填されている非圧縮性流体Ｌを伝達し、さらに、第１収容部１２及び第２収容部２２に収容されている非圧縮性流体Ｌに伝達する。非圧縮性流体Ｌの熱は、第１膜１１及び第２膜２１にも伝達し、第１膜１１及び第２膜２１に接触している基板積層体１００に熱が加わる。これによって基板積層体１００の温度が制御される。

（ステップ５の変形例１）
なお、このステップ５は、必ずしも、ステップ４の後に行う必要はない。
ステップ５は、基板貼り合わせ装置２Ａによる基板貼り合わせ処理が行われる前に、すなわち、基板貼り合わせ装置２Ａのアイドリング状態において、行われてもよい。

基板貼り合わせ装置２Ａに基板積層体１００が搬送される前において、非圧縮性流体Ｌの温度を所定の温度に予め設定しておくことで、後述するステップ６～１２を速やかに行うことが可能となる。

（ステップ５の変形例２）
ステップ５は、４つの基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄの各々において同時に行われてもよい。この場合、例えば、４つの基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄにおける非圧縮性流体Ｌの温度を異ならせてもよい。具体的に、４つの基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄで用いられる非圧縮性流体Ｌの各々の温度を２００℃、２５０℃、３００℃、及び３５０℃に設定してもよい。加熱によって基板積層体１００の温度が徐々に高くなるように、最初に、２００℃に設定された状態で基板貼り合わせ処理を行い、その後、温度が高くなる順番で、２５０℃、３００℃、及び３５０℃の温度条件で、基板積層体１００に対して基板貼り合わせ処理を行ってもよい。このように基板積層体１００に対して段階的に熱を与えつつ基板貼り合わせ処理を行うには、第２搬送装置３Ｂによる４つの基板貼り合わせ装置２Ａ～２Ｄへの搬送によって実現される。

（ステップ６：基板積層体１００に対する圧力の付加）
流体圧力調整部４０の駆動することで、流体圧力調整部４０は、非圧縮性流体Ｌに圧力を加える。非圧縮性流体Ｌが加圧されると、その圧力は、第１流路部３１及び第１収容部１２に充填された非圧縮性流体Ｌに加わり、第２流路部３２及び第２収容部２２に充填された非圧縮性流体Ｌに加わる。このような圧力伝達の作用により、第１膜１１は基板積層体１００に向けて膨出するように変形し、第２膜２１は基板積層体１００に向けて膨出するように変形する。

これによって、図６に示すように、基板積層体１００の両面は、第１膜１１及び第２膜２１によって加圧される。さらに、上述したステップ５によって、非圧縮性流体Ｌの熱は、基板積層体１００に伝達し、基板積層体１００が加熱される。

図７は、非圧縮性流体Ｌによって基板積層体１００が加圧されている状態を示している。第１膜１１及び第２膜２１を介して非圧縮性流体Ｌが基板積層体１００を加圧すると、Ｚ方向の力が基板積層体１００に作用するだけでなく、基板積層体１００の周縁部においては、Ｚ方向に対して斜め方向Ｄの力が基板積層体１００に作用する。

ここで、斜め方向Ｄの力とは、Ｚ方向及びＸ方向に対して傾斜する方向、或いは、Ｚ方向及びＹ方向に対して傾斜する方向である。換言すると、基板積層体１００にして等方的な力が、第１膜１１と基板積層体１００との間に作用し、かつ、第２膜２１と基板積層体１００との間に作用する。
この結果、基板積層体１００を加熱しながら基板積層体１００が加圧されるので、第１基板１１０の第１接続端子１１２と、第２基板１２０の第２接続端子１２２とが接合される。ここで、「接合」とは、金属結合や水素結合が挙げられる。

（ステップ７：基板積層体１００の圧力付加の解除）
ステップ６が終了した後、流体圧力調整部４０の駆動により、非圧縮性流体Ｌによる基板積層体１００の圧力の付加が解除される。

（ステップ８：空間７６の減圧の解除）
第１減圧部７５の駆動を停止し、公知のパージングにより、空間７６の圧力が大気圧になる。

（ステップ９：第１チャンバ１０の上方への移動）
移動部６０の駆動により、第１チャンバ１０がＺ方向における上方向に移動する。第１チャンバ１０の移動に伴って、第１膜１１が第２膜２１から離間する。

（ステップ１０：第２チャンバ２０の第２膜２１による基板積層体１００の吸着の解除）
公知のパージングにより、第１膜１１と基板積層体１００との間の空間の圧力を大気圧にする。

（ステップ１１：基板積層体１００の搬出）
第２搬送装置３Ｂは、基板積層体１００を基板貼り合わせ装置２Ａから搬出する。

上述した半導体製造装置１によれば、基板積層体１００に局所的（ピンポイント）に圧力が加わることが抑制され、第１膜１１及び第２膜２１の各々から基板積層体１００に付与される圧力の分布を均一にすることができる。この結果、第１接続端子１１２及び第２接続端子１２２を均一な圧力で接合することができる。

非圧縮性流体Ｌによって基板積層体１００が加熱されるので、第１接続端子１１２及び第２接続端子１２２の接合に要求される加熱温度を維持しながら、第１基板１１０の第１接続端子１１２及び第２基板１２０の第２接続端子１２２を加圧接合することができる。
さらに、流体圧力調整部４０の駆動によって非圧縮性流体Ｌの圧力を容易に調整することができ、さらに、温度調整部５０によって非圧縮性流体Ｌの温度を容易に調整することができるため、基板貼り合わせ装置２による基板貼り合わせ処理の制御性を向上させることができる。

さらに、基板積層体１００を加熱及び加圧しながら、第１接続端子１１２及び第２接続端子１２２を短時間で接合することができるので、半導体製造装置１及び基板貼り合わせ装置２のスループットの向上に寄与する。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第１膜と前記第２膜との間に基板積層体が配置された状態で基板積層体を構成する複数の基板を貼り合わせるように、加圧された非圧縮性流体が第１膜及び第２膜を変形させて基板積層体を加圧する。これにより、プロセスの安定化を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…半導体製造装置、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…基板貼り合わせ装置、３Ａ…第１搬送装置、３Ｂ…第２搬送装置、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ…基板カセット、５…制御部、１０…第１チャンバ、１１…第１膜、１１Ａ…第１内部孔、１１Ｂ…第１吸着路、１１Ｃ…第１縦吸着路、１１Ｄ…第１横吸着路、１１Ｅ…側面、１１Ｆ…第１外部孔、１１Ｓ…第１面、１２…第１収容部、１２Ｕ…第１接続開口、１３…第１外周端部、１４…温度センサ、２０…第２チャンバ、２１…第２膜、２１Ａ…第２内部孔、２１Ｂ…第２吸着路、２１Ｃ…第２縦吸着路、２１Ｄ…第２横吸着路、２１Ｅ…側面、２１Ｆ…第２外部孔、２１Ｓ…第２面、２２…第２収容部、２２Ｌ…第２接続開口、２３…第２外周端部、２４…内側排気口、２５…内部排気路、２６…外側排気口、３０…流路構造体、３０Ｂ…流路分岐部、３０Ｍ…主流路部、３１…第１流路部、３２…第２流路部、４０…流体圧力調整部、５０…温度調整部、６０…移動部、７０…シール部、７１…第１シール部、７２…第２シール部、７５…第１減圧部、７６…空間、７７…空間、８０…基板吸着構造、８１…内部孔、８２…吸着路、８２Ａ…縦吸着路、８２Ｂ…横吸着路、８３…外部孔、８５…第２減圧部、１００…基板積層体、１１０…第１基板、１１１…第１基板面、１１２…第１接続端子、１１３…セル、１２０…第２基板、１２１…第２基板面、１２２…第２接続端子、１２３…セル、２０１…処理前基板、２０２…処理後基板、Ｄ…方向、Ｌ…非圧縮性流体、Ｐ…中心、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４…処理ユニット

Claims (10)

1. 変形可能な第１膜と、前記第１膜を変形させる非圧縮性流体を収容する第１収容部とを有した第１チャンバと、
   前記第１膜に向い合う変形可能な第２膜と、前記第２膜を変形させる非圧縮性流体を収容する第２収容部とを有した第２チャンバと、
   前記第１膜と前記第２膜との間に複数の基板が配置された状態で前記複数の基板を貼り合わせるように、前記第１チャンバ及び前記第２チャンバの各々の前記非圧縮性流体に圧力を加えて前記第１膜及び前記第２膜を変形させる流体圧力調整部と、
   を備える、半導体製造装置。
2. 前記第１チャンバ及び前記第２チャンバの各々と前記流体圧力調整部との間に設けられ、前記流体圧力調整部が前記第１チャンバ及び前記第２チャンバの各々の前記非圧縮性流体に加えた圧力を前記第１膜及び前記第２膜に伝達させる流路構造体、
   を備える、
   請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記第１膜及び前記第２膜のうち少なくとも一方の温度を測定する温度センサと、
   前記流体圧力調整部により前記第１膜及び前記第２膜を変形させて前記複数の基板を貼り合わせる場合に、前記温度センサによって得られた測定結果に基づいて、前記第１チャンバ及び前記第２チャンバの各々の前記非圧縮性流体の温度を調整する温度調整部と、
   を備える、請求項１又は請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に設けられ、前記第１膜及び前記第２膜の周囲を囲むシール部と、
   前記第１膜、前記第２膜、及び前記シール部で囲まれた空間の内部を減圧する第１減圧部と、
   を備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
5. 前記第１膜及び前記第２膜の少なくとも一方は、
   前記第１膜と前記第２膜との間の空間に配置される前記複数の基板の一部を吸着して保持する基板吸着構造を有し、
   前記基板吸着構造は、
   前記第１膜と前記第２膜との間の前記空間に連通する内部孔と、
   前記内部孔に連通するとともに径方向に向けて延在する吸着路と、
   前記吸着路に連通する外部孔と、
   を備え、
   前記半導体製造装置は、前記外部孔に接続される第２減圧部を備える、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
6. 前記第１膜と前記第２膜との間の距離を調整する移動部を有する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
7. 変形可能な第１膜を有する第１チャンバと、変形可能な第２膜を有する第２チャンバとの間に複数の基板を配置し、
   前記複数の基板を貼り合わせるように、前記第１チャンバ及び前記第２チャンバの各々に非圧縮性流体を供給して前記第１膜および前記第２膜を変形させる、
   半導体製造方法。
8. 前記第１膜及び前記第２膜のうち少なくとも一方の温度を測定して得られた測定結果に基づいて、前記第１チャンバ及び前記第２チャンバの前記非圧縮性流体の温度を調整する、
   請求項７に記載の半導体製造方法。
9. 前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に設けられたシール部と、前記第１膜と、前記第２膜とで囲まれた空間の内部に前記複数の基板を配置した状態で、前記空間を減圧する、
   請求項７又は請求項８に記載の半導体製造方法。
10. 前記第１膜及び前記第２膜の少なくとも一方に設けられた基板吸着構造を通じて、前記複数の基板の一部を吸着する、
    請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の半導体製造方法。

Images