JP2023077671A - 接合装置、及び接合方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023077671000001
【課題】基板同士の接合精度を向上する、技術を提供する。
【解決手段】接合装置は、第1基板と第2基板を接合する。前記接合装置は、第1保持部と、第2保持部と、移動部と、第1変形部と、第2変形部と、制御部と、を備える。前記第1保持部は、前記第1基板を上方から吸着保持する。前記第2保持部は、前記第1保持部よりも下方にて、前記第2基板を下方から吸着保持する。前記移動部は、前記第1保持部と前記第2保持部を相対的に移動させる。前記第1変形部は、前記第1保持部に保持されている前記第1基板の中央部を下方に突出させる。前記第2変形部は、前記第2保持部に保持されている前記第2基板の中央部を上方に突出させる。前記制御部は、前記移動部、前記第1変形部、及び前記第2変形部を制御することで、前記第1基板と前記第2基板の中央部同士を接触させる制御を行う。前記制御部は、前記第2基板の中央部の突出量に応じて、前記第1基板の中央部の突出量を変更する制御を行う。
【選択図】図12

Description

本開示は、接合装置、及び接合方法に関する。
特許文献1に記載の接合装置は、上ウェハと下ウェハを接合する際に、上ウェハの中央部を下方に変形させて、上ウェハと下ウェハの中央部同士を接触させ、上ウェハと下ウェハの接触する領域を中央部から周縁部に広げる。
特開2014-229787号公報
本開示の一態様は、基板同士の接合精度を向上する、技術を提供する。
本開示の一態様に係る接合装置は、第1基板と第2基板を接合する。前記接合装置は、第1保持部と、第2保持部と、移動部と、第1変形部と、第2変形部と、制御部と、を備える。前記第1保持部は、前記第1基板を上方から吸着保持する。前記第2保持部は、前記第1保持部よりも下方にて、前記第2基板を下方から吸着保持する。前記移動部は、前記第1保持部と前記第2保持部を相対的に移動させる。前記第1変形部は、前記第1保持部に保持されている前記第1基板の中央部を下方に突出させる。前記第2変形部は、前記第2保持部に保持されている前記第2基板の中央部を上方に突出させる。前記制御部は、前記移動部、前記第1変形部、及び前記第2変形部を制御することで、前記第1基板と前記第2基板の中央部同士を接触させる制御を行う。前記制御部は、前記第2基板の中央部の突出量に応じて、前記第1基板の中央部の突出量を変更する制御を行う。
本開示の一態様によれば、基板同士の接合精度を向上できる。
図1は、一実施形態に係る接合システムを示す平面図である。 図2は、図1の接合システムの側面図である。 図3は、第1基板及び第2基板の一例を示す側面図である。 図4は、一実施形態に係る接合方法を示すフローチャートである。 図5は、接合装置の一例を示す側面図である。 図6は、上チャック及び下チャックの一例を示す断面図である。 図7は、図4のステップS109の詳細を示すフローチャートである。 図8(A)はステップS112における動作の一例を示す側面図であり、図8(B)は図8(A)に続く動作を示す側面図であり、図8(C)は図8(B)に続く動作を示す側面図である。 図9は、ステップS112の完了時の状態の一例を示す断面図である。 図10は、ステップS113の完了時の状態の一例を示す断面図である。 図11は、ステップS114の完了時の状態の一例を示す断面図である。 図12は、ステップS114とステップS115の途中の状態の一例を示す断面図である。 図13は、ステップS115の完了時の状態の一例を示す断面図である。 図14は、ΔZ1とΔZ2とΔZ3の関係の一例を示す図である。 図15は、上ウェハの反りの一例を示す斜視図である。 図16は、下チャックの吸着面の一例を示す平面図である。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。また、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は互いに垂直な方向であり、X軸方向及びY軸方向は水平方向、Z軸方向は鉛直方向である。
先ず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る接合システム1について説明する。接合システム1は、図3に示す第1基板W1と第2基板W2とを接合し、重合基板Tを作製する。第1基板W1及び第2基板W2の少なくとも1つは、例えばシリコンウェハ又は化合物半導体ウェハなどの半導体基板に複数のデバイスが形成された基板である。デバイスは、電子回路を含む。第1基板W1及び第2基板W2の1つは、デバイスが形成されていないベアウェハであってもよい。第1基板W1と第2基板W2とは、略同径を有する。化合物半導体ウェハは、特に限定されないが、例えばGaAsウェハ、SiCウェハ、GaNウェハ、又はInPウェハである。なお、半導体基板の代わりに、ガラス基板が用いられてもよい。
以下、第1基板W1を「上ウェハW1」と記載し、第2基板W2を「下ウェハW2」、重合基板Tを「重合ウェハT」と記載する場合がある。図3に示すように、上ウェハW1の板面のうち、下ウェハW2と接合される側の板面を「接合面W1j」と記載し、接合面W1jとは反対側の板面を「非接合面W1n」と記載する。また、下ウェハW2の板面のうち、上ウェハW1と接合される側の板面を「接合面W2j」と記載し、接合面W2jとは反対側の板面を「非接合面W2n」と記載する。
図1に示すように、接合システム1は、搬入出ステーション2と、処理ステーション3とを備える。搬入出ステーション2及び処理ステーション3は、Y軸負方向に沿って、搬入出ステーション2及び処理ステーション3の順番で並べて配置される。また、搬入出ステーション2及び処理ステーション3は、一体的に接続される。
搬入出ステーション2は、載置台10と、搬送領域20とを備える。載置台10は、複数の載置板11を備える。各載置板11には、複数枚(例えば、25枚)の基板を水平状態で収容するカセットC1、C2、C3がそれぞれ載置される。カセットC1は上ウェハW1を収容するカセットであり、カセットC2は下ウェハW2を収容するカセットであり、カセットC3は重合ウェハTを収容するカセットである。なお、カセットC1、C2において、上ウェハW1及び下ウェハW2は、それぞれ接合面W1j、W2jを上面にした状態で向きを揃えて収容される。
搬送領域20は、載置台10のY軸負方向側に隣接して配置される。かかる搬送領域20には、X軸方向に延在する搬送路21と、この搬送路21に沿って移動可能な搬送装置22とが設けられる。搬送装置22は、Y軸方向にも移動可能かつZ軸周りに旋回可能であり、載置台10上に載置されたカセットC1~C3と、後述する処理ステーション3の第3処理ブロックG3との間で、上ウェハW1、下ウェハW2及び重合ウェハTの搬送を行う。
なお、載置台10上に載置されるカセットC1~C3の個数は、図示のものに限定されない。また、載置台10上には、カセットC1、C2、C3以外に、不具合が生じた基板を回収するためのカセット等が載置されてもよい。
処理ステーション3には、例えば3つの処理ブロックG1、G2、G3が設けられる。例えば処理ステーション3の背面側(図1のX軸正方向側)には、第1処理ブロックG1が設けられ、処理ステーション3の正面側(図1のX軸負方向側)には、第2処理ブロックG2が設けられる。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軸正方向側)には、第3処理ブロックG3が設けられる。
また、第1処理ブロックG1~第3処理ブロックG3に囲まれた領域には、搬送領域60が形成される。搬送領域60には、搬送装置61が配置される。搬送装置61は、例えば鉛直方向、水平方向及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。
搬送装置61は、搬送領域60内を移動し、搬送領域60に隣接する第1処理ブロックG1、第2処理ブロックG2及び第3処理ブロックG3内の所定の装置に上ウェハW1、下ウェハW2及び重合ウェハTを搬送する。
第1処理ブロックG1には、例えば、表面改質装置33と、表面親水化装置34と、が配置される。表面改質装置33は、上ウェハW1の接合面W1j及び下ウェハW2の接合面W2jを改質する。表面親水化装置34は、改質された上ウェハW1の接合面W1j及び下ウェハW2の接合面W2jを親水化する。
例えば、表面改質装置33は、接合面W1j、W2jにおけるSiOの結合を切断し、Siの未結合手を形成し、その後の親水化を可能にする。表面改質装置33では、例えば減圧雰囲気下において処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。そして、酸素イオンが、上ウェハW1の接合面W1j及び下ウェハW2の接合面W2jに照射されることにより、接合面W1j、W2jがプラズマ処理されて改質される。処理ガスは、酸素ガスには限定されず、例えば窒素ガスなどでもよい。
表面親水化装置34は、例えば純水等の親水化処理液によって上ウェハW1の接合面W1j及び下ウェハW2のW2jを親水化する。表面親水化装置34は、例えばスピンチャックに保持されている上ウェハW1又は下ウェハW2を回転させながら、当該上ウェハW1又は下ウェハW2上に純水を供給する。純水は、遠心力によって接合面W1j、W2j上を拡散し、Siの未結合手にOH基を付与し、接合面W1j、W2jを親水化する。表面親水化装置34は、接合面W1j、W2jを洗浄する役割も有する。
第2処理ブロックG2には、例えば、接合装置41と、第1温度調節装置42と、第2温度調節装置43と、が配置される。接合装置41は、親水化された上ウェハW1と下ウェハW2とを接合し、重合ウェハTを作製する。第1温度調節装置42は、接合前、つまり、下ウェハW2との接触前に、上ウェハW1の温度分布を調節する。第2温度調節装置43は、接合前、つまり、上ウェハW1との接触前に、下ウェハW2の温度分布を調節する。なお、本実施形態では、第1温度調節装置42及び第2温度調節装置43は、接合装置41とは別に設けられるが、接合装置41の一部として設けられてもよい。
第3処理ブロックG3には、例えば、上方から下方に向けて、第1位置調節装置51、第2位置調節装置52、及びトランジション装置53、54がこの順で積層されて配置される(図2参照)。なお、第3処理ブロックG3における各装置の配置場所は、図2に示す配置場所には限定されない。第1位置調節装置51は、上ウェハW1を鉛直軸周りに回転することで上ウェハW1の水平方向の向きを調節し、上ウェハW1を上下反転することで上ウェハW1の接合面W1jを下向きにする。第2位置調節装置52は、下ウェハW2を鉛直軸周りに回転することで下ウェハW2の水平方向の向きを調節する。トランジション装置53には、上ウェハW1が一時的に載置される。また、トランジション装置54には、下ウェハW2や重合ウェハTが一時的に載置される。なお、本実施形態では、第1位置調節装置51及び第2位置調節装置52が、接合装置41とは別に設けられるが、接合装置41の一部として設けられてもよい。
接合システム1は、制御装置90を備える。制御装置90は、例えばコンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)91と、メモリ等の記憶媒体92とを備える。記憶媒体92には、接合システム1において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御装置90は、記憶媒体92に記憶されたプログラムをCPU91に実行させることにより、接合システム1の動作を制御する。
次に、図4を参照して、本実施形態の接合方法について説明する。接合方法は、例えばステップS101~S109を有する。ステップS101~S109は、制御装置90による制御下で実施される。なお、接合方法は、ステップS101~S109の全てを有しなくてもよく、例えば、ステップS104及びS108を有しなくてもよい。また、接合方法は、ステップS101~S109以外の処理を有してもよい。
先ず、複数枚の上ウェハW1を収容したカセットC1、複数枚の下ウェハW2を収容したカセットC2、及び空のカセットC3が、搬入出ステーション2の載置台10上に載置される。
次に、搬送装置22が、カセットC1内の上ウェハW1を取り出し、処理ステーション3の第3処理ブロックG3のトランジション装置53に搬送する。その後、搬送装置61が、トランジション装置53から上ウェハW1を取り出し、第1処理ブロックG1の表面改質装置33に搬送する。
次に、表面改質装置33が、上ウェハW1の接合面W1jを改質する(ステップS101)。接合面W1jの改質は、接合面W1jを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置61が、表面改質装置33から上ウェハW1を取り出し、表面親水化装置34に搬送する。
次に、表面親水化装置34が、上ウェハW1の接合面W1jを親水化する(ステップS102)。接合面W1jの親水化は、接合面W1jを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置61が、表面親水化装置34から上ウェハW1を取り出し、第3処理ブロックG3の第1位置調節装置51に搬送する。
次に、第1位置調節装置51が、上ウェハW1を鉛直軸周りに回転することで上ウェハW1の水平方向の向きを調節し、上ウェハW1の上下を反転する(ステップS103)。その結果、上ウェハW1のノッチが所定の方位に向けられ、上ウェハW1の接合面W1jが下に向けられる。その後、搬送装置61が、第1位置調節装置51から上ウェハW1を取り出し、第2処理ブロックG2の第1温度調節装置42に搬送する。
次に、第1温度調節装置42が、上ウェハW1の温度を調節する(ステップS104)。上ウェハW1の温調は、上ウェハW1の接合面W1jを下に向けた状態で実施される。その後、搬送装置61が、第1温度調節装置42から上ウェハW1を取り出し、接合装置41に搬送する。
上ウェハW1に対する上記の処理と並行して、下ウェハW2に対する下記の処理が実施される。先ず、搬送装置22が、カセットC2内の下ウェハW2を取り出し、処理ステーション3の第3処理ブロックG3のトランジション装置54に搬送する。その後、搬送装置61が、トランジション装置54から下ウェハW2を取り出し、第1処理ブロックG1の表面改質装置33に搬送する。
次に、表面改質装置33が、下ウェハW2の接合面W2jを改質する(ステップS105)。接合面W2jの改質は、接合面W2jを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置61が、表面改質装置33から下ウェハW2を取り出し、表面親水化装置34に搬送する。
次に、表面親水化装置34が、下ウェハW2の接合面W2jを親水化する(ステップS106)。接合面W2jの親水化は、接合面W2jを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置61が、表面親水化装置34から下ウェハW2を取り出し、第3処理ブロックG3の第2位置調節装置52に搬送する。
次に、第2位置調節装置52が、下ウェハW2を鉛直軸周りに回転することで下ウェハW2の水平方向の向きを調節する(ステップS107)。その結果、下ウェハW2のノッチが所定の方位に向けられる。その後、搬送装置61が、第2位置調節装置52から下ウェハW2を取り出し、第2処理ブロックG2の第2温度調節装置43に搬送する。
次に、第2温度調節装置43が、下ウェハW2の温度を調節する(ステップS108)。下ウェハW2の温調は、下ウェハW2の接合面W2jを上に向けた状態で実施される。その後、搬送装置61が、第2温度調節装置43から下ウェハW2を取り出し、接合装置41に搬送する。
次に、接合装置41が、上ウェハW1と下ウェハW2を接合し、重合ウェハTを製造する(ステップS109)。その後、搬送装置61が、接合装置41から重合ウェハTを取り出し、第3処理ブロックG3のトランジション装置54に搬送する。
最後に、搬送装置22が、トランジション装置54から重合ウェハTを取り出し、載置台10上のカセットC3に搬送する。これにより、一連の処理が終了する。
次に、図5を参照して、接合装置41の一例について説明する。図5に示すように、接合装置41は、例えば、支持フレーム101と、上チャック110と、下チャック120と、移動部130と、を備える。上チャック110が特許請求の範囲に記載の第1保持部に相当し、下チャック120が特許請求の範囲に記載の第2保持部に相当する。
支持フレーム101は、例えば、上チャック110、下チャック120、及び移動部130を支持する。支持フレーム101は、載置台102と、載置台102の上面に立設された複数の支柱103と、複数の支柱103の上端に固定された上部フレーム104と、含む。
上部フレーム104は、上チャック110を上方から支持する。上チャック110は、上ウェハW1を上方から吸着保持する。一方、下チャック120は、上チャック110よりも下方に設けられ、下ウェハW2を下方から吸着保持する。
移動部130は、上チャック110と下チャック120を相対的に移動させる。例えば、移動部130は、下チャック120をX軸方向に移動させる第1移動部131を備える。また、移動部130は、下チャック120をY軸方向に移動させる第2移動部132を備える。
第1移動部131は、X軸方向に延在する一対の第1レール131aに沿って移動するように構成されている。一対の第1レール131aは、第2移動部132の上面に設けられる。移動部130は、第1移動部131をX軸方向に移動させることにより、下チャック120をX軸方向に移動させる。
第2移動部132は、Y軸方向に延在する一対の第2レール132aに沿って移動するように構成されている。一対の第2レール132aは、載置台102の上面に設けられる。移動部130は、第2移動部132をY軸方向に移動させることで、第1移動部131及び下チャック120をY軸方向に移動させる。
下チャック120は、第1移動部131に取り付けられており、第1移動部131と共にX軸方向及びY軸方向に移動する。なお、第1移動部131は、下チャック120を鉛直方向に移動するように構成されてもよい。さらに、第1移動部131は、下チャック120を鉛直軸周りに回転するように構成されてもよい。鉛直軸を回転中心とする回転方向をθ方向と呼ぶ場合がある。
移動部130は、下チャック120をX軸方向、Y軸方向及びθ方向に移動させることにより、上チャック110に保持されている上ウェハW1と、下チャック120に保持されている下ウェハW2との水平方向における位置合わせを行う。また、移動部130は、下チャック120をZ軸方向に移動させることにより、上チャック110に保持されている上ウェハW1と、下チャック120に保持されている下ウェハW2との鉛直方向における位置合わせを行う。
なお、移動部130は、上チャック110と下チャック120とを相対的にX軸方向、Y軸方向及びθ方向に移動させることができればよい。例えば、移動部130は、上チャック110をX軸方向、Y軸方向及びθ方向に移動させてもよい。また、移動部130は、下チャック120をX軸方向及びY軸方向に移動させると共に、上チャック110をθ方向に移動させてもよい。
移動部130は、上チャック110と下チャック120の相対位置を、基板受渡位置と、接合位置との間で移動させる。基板受渡位置は、上チャック110が上ウェハW1を搬送装置61から受け取り、また、下チャック120が下ウェハW2を搬送装置61から受け取り、下チャック120が重合ウェハTを搬送装置61に渡す位置である。基板受渡位置は、n(nは1以上の自然数)回目の接合で作製された重合ウェハTの搬出と、n+1回目の接合で接合される上ウェハW1及び下ウェハW2の搬入とが連続して行われる位置である。
搬送装置61は、上ウェハW1を上チャック110に渡す際に、上チャック110の真下に進入する。また、搬送装置61は、重合ウェハTを下チャック120から受け取り、下ウェハW2を下チャック120に渡す際に、下チャック120の真上に進入する。搬送装置61が進入しやすいように、上チャック110と下チャック120とは横にずらされており、上チャック110と下チャック120の鉛直方向の間隔も大きい。
一方、接合位置は、上ウェハW1と下ウェハW2とを所定の間隔をおいて向かい合わせ、接合する位置である。接合位置は、例えば図9に示す位置である。接合位置では、基板受渡位置に比べて、鉛直方向における上ウェハW1と下ウェハW2との間隔Gが狭い。また、接合位置では、基板受渡位置とは異なり、鉛直方向視にて上ウェハW1と下ウェハW2とが重なる。
次に、図6を参照して、上チャック110と下チャック120について説明する。上チャック110は、径方向に、複数(例えば2つ)の領域110a、110bに区画される。これら領域110a、110bは、上チャック110の中心部から周縁部に向けてこの順で設けられる。領域110aは平面視において円形状を有し、領域110bは平面視において環状形状を有する。各領域110a、110bには、異なる真空ポンプ112a、112bがそれぞれ接続される。上チャック110は、各領域110a、110b毎に、上ウェハW1を真空吸着可能である。上チャック110は、真空ポンプ112a、112bの作動によって、上ウェハW1を水平に真空吸着する。
接合装置41は、上チャック110に保持されている上ウェハW1を変形させることで、上ウェハW1の中央部を下方に突出させる第1変形部180を備える。第1変形部180は、例えば、押動ピン181と、当該押動ピン181を昇降させる駆動部182とを有する。押動ピン181は、上チャック110の中心部を鉛直方向に貫通する貫通孔113に挿通される。駆動部182は、押動ピン181を下降させることで、上ウェハW1の中央部を下方に突出させる。上ウェハW1の中央部は、上ウェハW1の周縁部よりも下方に突出させられる。上ウェハW1の中央部の突出量ΔZ1(図11参照)は、押動ピン181の位置で調整可能である。
下チャック120は、径方向に、複数(例えば3つ)の領域120a、120b、120cに区画される。これら領域120a、120b、120cは、下チャック120の中心部から周縁部に向けてこの順で設けられる。そして、領域120aは平面視において円形状を有し、領域120b、120cは平面視において環状形状を有する。各領域120a、120b、120cには、異なる真空ポンプ122a、122b、122cがそれぞれ接続される。下チャック120は、各領域120a、120b、120c毎に、下ウェハW2を真空吸着可能である。下チャック120は、真空ポンプ122a、122b、122cの作動によって、下ウェハW2を水平に真空吸着する。
下チャック120は、例えば、基台部123と、吸着部124と、を備える。吸着部124は、基台部123の上方に設けられ、下ウェハW2を下方から吸着保持する。上方から見て、吸着部124は、例えば円形である。吸着部124の周囲には、固定リング126が設けられる。吸着部124の周縁部は、固定リング126によって基台部123に固定される。基台部123の上面と吸着部124の下面との間には、圧力可変空間125が形成される。圧力可変空間125は密閉されている。
吸着部124は、下ウェハW2の直径よりも大きい円形の上面を有する。吸着部124の上面には、リブ127が設けられる。リブ127は、複数の領域120a、120b、120cを区画する。リブ127は、環状形状の領域120b、120cを、周方向に沿って複数(例えば8つ)の扇形状のサブ領域に区画してもよい(図16参照)。サブ領域ごとに、下ウェハW2の吸着圧を変更可能である。なお、リブ127の数及び配置は、図16に示す数及び配置には限定されない。
接合装置41は、下チャック120に保持されている下ウェハW2を変形させることで、下ウェハW2の中央部を上方に突出させる第2変形部190を備える。第2変形部190は、圧力可変空間125の圧力を変更することで、吸着部124を弾性変形させる。吸着部124の材質は、例えば、アルミナ又は炭化ケイ素などのセラミックである。第2変形部190は、真空ポンプ191と、電空レギュレータ192とを備える。第2変形部190は、切替バルブ193をも備えてもよい。
真空ポンプ191は、圧力可変空間125のガスを排出することで、圧力可変空間125を減圧する。圧力可変空間125の減圧によって、吸着部124の上面が水平面になり、吸着部124に吸着されている下ウェハW2が水平になる。電空レギュレータ192は、圧力可変空間125にガスを供給することで、圧力可変空間125を加圧する。圧力可変空間125の加圧によって、吸着部124の上面が上に凸の曲面になり、吸着部124に吸着されている下ウェハW2が上に凸になる。切替バルブ193は、圧力可変空間125を、真空ポンプ191に接続した状態と、電空レギュレータ192に接続した状態とに切り替える。
第2変形部190は、圧力可変空間125を加圧することで、下チャック120に保持されている下ウェハW2の中央部を上方に向けて突出させる。下ウェハW2の中央部は、下ウェハW2の周縁部よりも上方に突出させられる。下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2(図10参照)は、圧力可変空間125の圧力で調整可能である。
測定部140は、下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2を測定する。測定部140の測定ターゲット141は、下ウェハW2の中央部と共に昇降する。測定部140は、例えば、静電容量センサである。静電容量センサは、測定ターゲット141との距離に応じて変化する静電容量を検出することで、突出量ΔZ2を測定する。基台部123には、測定部140を収容する収容室123aと、測定ターゲット141が挿入される挿入穴123bとが形成される。収容室123aと挿入穴123bは、基台部123の中央に形成される。測定ターゲット141は、吸着部124の下面中央に固定されており、挿入穴123bの内部で昇降する。
次に、図7~図14を参照して、図4のステップS109の詳細について説明する。先ず、搬送装置61が、接合装置41に対する上ウェハW1と下ウェハW2の搬入を行う(ステップS111)。ステップS111の際、上チャック110と下チャック120の相対位置は、図5に示す基板受渡位置である。上チャック110が上ウェハW1を上方から水平に吸着保持すると共に、下チャック120が下ウェハW2を下方から水平に吸着保持する。
次に、移動部130が、上チャック110と下チャック120の相対位置を、図5に示す基板受渡位置から、図9に示す接合位置に移動する(ステップS112)。ステップS112では、上ウェハW1と下ウェハW2の位置合わせが行われる。位置合わせには、図8に示すように第1カメラS1と第2カメラS2が用いられる。
第1カメラS1は、上チャック110に対して固定されており、下チャック120に保持されている下ウェハW2を撮像する。下ウェハW2の接合面W2jには、予め複数の基準点P21~P23が形成される。基準点P21~P23としては、電子回路等のパターンが用いられる。基準点の数は、任意に設定可能である。
一方、第2カメラS2は、下チャック120に対して固定されており、上チャック110に保持されている上ウェハW1を撮像する。上ウェハW1の接合面W1jには、予め複数の基準点P11~P13が形成されている。基準点P11~P13としては、電子回路等のパターンが用いられる。基準点の数は、任意に設定可能である。
先ず、図8(A)に示すように、移動部130が、第1カメラS1と第2カメラS2の相対的な水平方向位置の調節を行う。具体的には、第2カメラS2が第1カメラS1の略真下に位置するように、移動部130が下チャック120を水平方向に移動させる。そして、第1カメラS1と第2カメラS2とが共通のターゲットXを撮像し、第1カメラS1と第2カメラS2の水平方向位置が一致するように、移動部130が第2カメラS2の水平方向位置を微調節する。これにより、第1カメラS1と第2カメラS2の位置合わせが完了する。
次に、図8(B)に示すように、移動部130が、下チャック120を鉛直上方に移動させ、続いて、上チャック110と下チャック120の水平方向位置を調節する。具体的には、移動部130が下チャック120を水平方向に移動させながら、第1カメラS1が下ウェハW2の基準点P21~P23を順次撮像すると共に、第2カメラS2が上ウェハW1の基準点P11~P13を順次撮像する。なお、図8(B)は、第1カメラS1が下ウェハW2の基準点P21を撮像すると共に、第2カメラS2が上ウェハW1の基準点P11を撮像する様子を示している。
第1カメラS1及び第2カメラS2は、撮像した画像データを、制御装置90に送信する。制御装置90は、第1カメラS1で撮像した画像データと第2カメラS2で撮像した画像データとに基づいて移動部130を制御し、鉛直方向視にて上ウェハW1の基準点P11~P13と下ウェハW2の基準点P21~P23とが合致するように下チャック120の水平方向位置を調節する。
次に、図8(C)に示すように、移動部130が下チャック120を鉛直上方に移動させる。その結果、下ウェハW2の接合面W2jと上ウェハW1の接合面W1jとの間隔G(図9参照)は、予め定められた距離、例えば80μm~200μmになる。間隔Gの調節には、第1変位計S3と、第2変位計S4とが用いられる。
第1変位計S3は、第1カメラS1と同様に、上チャック110に対して固定されており、下チャック120に保持されている下ウェハW2の厚みを測定する。第1変位計S3は、例えば下ウェハW2に対して光を照射し、下ウェハW2の上下両面で反射された反射光を受光し、下ウェハW2の厚みを測定する。その厚みの測定は、例えば移動部130が下チャック120を水平方向に移動させる際に実施される。第1変位計S3の測定方式は、例えば共焦点方式、分光干渉方式、又は三角測距方式等である。第1変位計S3の光源は、LED又はレーザである。
一方、第2変位計S4は、第2カメラS2と同様に、下チャック120に対して固定されており、上チャック110に保持されている上ウェハW1の厚みを測定する。第2変位計S4は、例えば上ウェハW1に対して光を照射し、上ウェハW1の上下両面で反射された反射光を受光し、上ウェハW1の厚みを測定する。その厚みの測定は、例えば移動部130が下チャック120を水平方向に移動させる際に実施される。第2変位計S4の測定方式は、例えば共焦点方式、分光干渉方式、又は三角測距方式等である。第2変位計S4の光源は、LED又はレーザである。
第1変位計S3及び第2変位計S4は、測定したデータを、制御装置90に送信する。制御装置90は、第1変位計S3で測定したデータと第2変位計S4で測定したデータとに基づいて移動部130を制御し、間隔Gが設定値ΔZ3(ΔZ3=ΔZ1+ΔZ2)になるように下チャック120の鉛直方向位置を調節する。ここで、ΔZ1はステップS113における下ウェハW2の中央部の突出量であり、ΔZ2はステップS114における上ウェハW1の中央部の突出量である。
次に、図10に示すように、制御装置90は、第2変形部190を制御することで、下ウェハW2の中央部を上方に突出させる(ステップS113)。制御装置90は、圧力可変空間125を加圧することで、吸着部124に保持されている下ウェハW2の中央部を上方に向けて突出させる。測定部140によって突出量ΔZ2を測定し、その測定値が設定値になるように圧力可変空間125の圧力を制御する。
なお、本実施形態では下ウェハW2を下チャック120に吸着した後に下チャック120を変形させるが、下チャック120を変形させた後に下ウェハW2を下チャック120に吸着してもよい。後者の場合、前者の場合に比べて、下ウェハW2の曲げ精度を向上でき、下ウェハW2の基準点P21~P23の意図しない位置ずれを抑制でき、接合精度を向上できる。
次に、図11に示すように、制御装置90は、真空ポンプ112aの作動を停止させ、領域110aにおける上ウェハW1の真空吸着を解除させる。その後、制御装置90は、第1変形部180の押動ピン181を下降させることで、上ウェハW1の中央部を下方に突出させる(ステップS114)。その結果、上ウェハW1と下ウェハW2の中央部同士が接触し、上ウェハW1と下ウェハW2の中央部同士が接合される。なお、ステップS113とステップS114の順序は逆でもよい。
上ウェハW1の接合面W1jと下ウェハW2の接合面W2jはそれぞれ改質されているため、まず、接合面W1j、W2j間にファンデルワールス力(分子間力)が生じ、当該接合面W1j、W2j同士が接合される。さらに、上ウェハW1の接合面W1jと下ウェハW2の接合面W2jはそれぞれ親水化済みであるので、親水基(例えばOH基)が水素結合し、接合面W1j、W2j同士が強固に接合される。
ファンデルワールス力は、上ウェハW1と下ウェハW2の間に隙間の存在する状態でも生じる。隙間が狭いほど、ファンデルワールス力が大きい。ファンデルワールス力は、上ウェハW1と下ウェハW2を引き付け合う。従って、図11に示すように上ウェハW1と下ウェハW2の中央部同士が接触した後、図12に示すように上ウェハW1と下ウェハW2の互いに接触する領域Aが広がる。但し、上ウェハW1の周縁部は上チャック110に吸着保持されているので、領域Aの拡大は上ウェハW1の中央部から周縁部の途中で一時停止する。
次に、図13に示すように、制御装置90は、真空ポンプ112bの作動を停止させ、領域110bにおける上ウェハW1の真空吸着を解除させることで、上ウェハW1の周縁部を落下させる(ステップS115)。その結果、領域Aが周縁部にまで拡大し、上ウェハW1の接合面W1jと下ウェハW2の接合面W2jが全面で当接し、重合ウェハTが得られる。
本実施形態によれば、図11に示すように、上ウェハW1の中央部を上ウェハW1の周縁部よりも下方に突出させることで上ウェハW1を下に凸の形状に反らせると共に、下ウェハW2の中央部を下ウェハW2の周縁部よりも上方に突出させることで下ウェハW2を上に凸の形状に反らせる。上ウェハW1と下ウェハW2を上下対称の形状に反らせることで、上ウェハW1と下ウェハW2の伸び率の差を小さくできる。その結果、接合後に、鉛直方向視にて上ウェハW1の基準点P11~P13と下ウェハW2の基準点P21~P23とのずれを小さくできる。
重合ウェハTが得られた後、制御装置90は、第1変形部180の押動ピン181を上昇させる。また、制御装置90は、下チャック120の圧力可変空間125を減圧し、下ウェハW2の変形を解除する。下チャック120は、重合ウェハTを下方から水平に吸着保持する。
次に、移動部130が、上チャック110と下チャック120の相対位置を、接合位置から基板受渡位置に移動する(ステップS116)。例えば、移動部130は、先ず下チャック120を下降させ、下チャック120と上チャック110の鉛直方向の間隔を広げる。続いて、移動部130は、下チャック120を横に移動させ、下チャック120と上チャック110を横にずらす。
次に、搬送装置61が、接合装置41に対する重合ウェハTの搬出を行う(ステップS117)。具体的には、先ず、下チャック120が、重合ウェハTの吸着保持を解除する。続いて、搬送装置61が、下チャック120から重合ウェハTを受け取り、接合装置41の外部に搬出する。
ところで、下ウェハW2の伸び率などを変更する目的などで、下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2を変更することがある。なお、突出量ΔZ2を変更する目的は、特に限定されない。突出量ΔZ2を変更する際に、上ウェハW1の中央部の突出量ΔZ1を変更することなく一定に維持すると、領域Aの拡大の挙動が変わってしまう。
例えば、ΔZ1が同じままで、ΔZ2が小さくなると、ΔZ1とΔZ2の合計ΔZ3が小さくなる。従って、図11に示すように上ウェハW1と下ウェハW2の中央部同士が接触した時の、上ウェハW1と下ウェハW2の周縁部同士の隙間が狭くなる。その隙間が狭いほど、ファンデルワールス力が大きく、領域Aが広がりやすい。従って、図12に示すように領域Aの拡大が一時停止した時の領域Aの大きさが大きくなる。
このように、ΔZ2を変更する際に、ΔZ1を変更することなく一定に維持すると、領域Aの拡大の挙動が変わってしまう。領域Aの拡大の挙動が変わってしまうと、接合精度が低下してしまい、接合後に、鉛直方向視にて上ウェハW1の基準点P11~P13と下ウェハW2の基準点P21~P23とのずれが大きくなってしまうことがある。
本実施形態の制御装置90は、下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2に応じて、上ウェハW1の中央部の突出量ΔZ1を変更する。これによって、領域Aの拡大の挙動を一定に維持でき、接合精度を向上できる。制御装置90は、ΔZ2に応じて、ΔZ1とΔZ2の合計ΔZ3(ΔZ3=ΔZ1+ΔZ2)を変更してもよい。
次に、図14を参照して、ΔZ1、ΔZ2及びΔZ3の関係の一例について説明する。制御装置90は、図14に示すように、例えば、ΔZ2が大きくなるほど、ΔZ1を小さくする制御を行う。これにより、ΔZ1とΔZ2の合計ΔZ3の変化を抑制でき、図12に示すように領域Aの拡大が一時停止した時の領域Aの大きさを一定に維持できる。領域Aの拡大の挙動を一定に維持でき、接合精度を向上できる。
制御装置90は、下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2が大きくなるほど、ΔZ1とΔZ2の合計ΔZ3を大きくする制御を行ってもよい。ΔZ2の増加率に比べて、ΔZ1の減少率が小さければ、ΔZ3が大きくなる。これにより、上下ウェハの隙間に起因するファンデルワールス力の変化を抑制でき、図12に示すように領域Aの拡大が一時停止した時の領域Aの大きさを一定に維持できる。領域Aの拡大の挙動を一定に維持でき、接合精度を向上できる。
制御装置90は、下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2の設定を変更する機能を有してもよい。例えば、制御装置90は、図15に示すような無負荷での上ウェハW1の反りのデータを取得し、無負荷での上ウェハW1の反りに応じて下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2を変更してもよい。無負荷とは、基板表面の応力が実質的にゼロの状態を意味し、例えば吸着圧力が生じていない状態を意味する。なお、図15において、グレースケールは高低差を表す。無負荷での上ウェハW1の反りは、図15に示す反りには限定されない。
図11に示すように上ウェハW1と下ウェハW2の中央部同士が接触した時の、上ウェハW1の中央部から周縁部までの断面形状は、無負荷での上ウェハW1の反りに応じて変わる。従って、無負荷での上ウェハW1の反りが変われば、領域Aの拡大の挙動が変わりうる。
制御装置90が無負荷での上ウェハW1の反りに応じて下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2を変更すれば、領域Aの拡大の挙動を一定に維持でき、接合精度を向上できる。なお、無負荷での上ウェハW1の反りと、下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2の関係は、予め実験などで決められ、予め記憶媒体92に記憶媒体に記憶されたものを読み出して用いる。
無負荷での上ウェハW1の反りは、不図示の測定装置で測定すればよい。測定装置としては、市販の三次元形状測定器などが用いられる。測定装置は、接合システム1の内部に設けられてもよいし、接合システム1の外部に設けられてもよい。測定装置が反りの測定データを制御装置90に送信し、測定装置の送信した反りの測定データを制御装置90が受信する。
制御装置90は、上ウェハW1の接合面W1jに形成された基準点P11~P13の位置ずれのデータを取得し、基準点P11~P13の位置ずれに応じて下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2を変更してもよい。基準点P11~P13の位置ずれは、基準点P11~P13を接合面W1jに形成する時の目標位置からの位置ずれでもよいし、下ウェハW2の接合面W2jに形成された基準点P21~P23に対する位置ずれでもよい。前者の場合、位置ずれのデータは、基準点P11~P13を形成する装置、例えば電子回路を形成する装置から取得する。後者の場合、位置ずれのデータは、第1カメラS1と第2カメラS2を用いて取得可能である。
同様に、制御装置90は、下ウェハW2の接合面W2jに形成された基準点P21~P23の位置ずれのデータを取得し、基準点P21~P23の位置ずれに応じて下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2を変更してもよい。基準点P21~P23の位置ずれは、基準点P21~P23を接合面W2jに形成する時の目標位置からの位置ずれでもよいし、上ウェハW1の接合面W1jに形成された基準点P11~P13に対する位置ずれでもよい。前者の場合、位置ずれのデータは、基準点P21~P23を形成する装置、例えば電子回路を形成する装置から取得する。後者の場合、位置ずれのデータは、第1カメラS1と第2カメラS2を用いて取得可能である。
なお、制御装置90は、領域Aの拡大の挙動を一定に維持する制御を行うべく、(A)上ウェハW1の中央部の突出量ΔZ1、又は(B)下ウェハW2の中央部の突出量ΔZ2の他にも、(C)上チャック110の吸着力、(D)下チャック120の吸着力、又は(E)押動ピン181を下降させる駆動力などを制御してもよい。(D)下チャック120の吸着力は、下チャック120の吸着圧力の分布をも含む。
以上、本開示に係る接合装置、及び接合方法の実施形態等について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
41 接合装置
90 制御装置(制御部)
110 上チャック(第1保持部)
120 下チャック(第2保持部)
130 移動部
180 第1変形部
190 第2変形部
W1 上ウェハ(第1基板)
W2 下ウェハ(第2基板)

Claims (12)

  1. 第1基板と第2基板を接合する、接合装置であって、
    前記第1基板を上方から吸着保持する第1保持部と、
    前記第1保持部よりも下方にて、前記第2基板を下方から吸着保持する第2保持部と、
    前記第1保持部と前記第2保持部を相対的に移動させる移動部と、
    前記第1保持部に保持されている前記第1基板の中央部を下方に突出させる第1変形部と、
    前記第2保持部に保持されている前記第2基板の中央部を上方に突出させる第2変形部と、
    前記移動部、前記第1変形部、及び前記第2変形部を制御することで、前記第1基板と前記第2基板の中央部同士を接触させる制御を行う制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記第2基板の中央部の突出量に応じて、前記第1基板の中央部の突出量を変更する制御を行う、接合装置。
  2. 前記制御部は、前記第2基板の中央部の突出量が大きくなるほど、前記第1基板の中央部の突出量を小さくする制御を行う、請求項1に記載の接合装置。
  3. 前記制御部は、前記第2基板の中央部の突出量に応じて、前記第1基板の中央部の突出量と前記第2基板の中央部の突出量の合計を変更する制御を行う、請求項1又は2に記載の接合装置。
  4. 前記制御部は、前記第2基板の中央部の突出量が大きくなるほど、前記第1基板の中央部の突出量と前記第2基板の中央部の突出量の合計を大きくする制御を行う、請求項3に記載の接合装置。
  5. 前記制御部は、無負荷での前記第1基板の反りのデータを取得し、無負荷での前記第1基板の反りに応じて前記第2基板の中央部の突出量を変更する、請求項1~4のいずれか1項に記載の接合装置。
  6. 前記制御部は、前記第1基板又は前記第2基板の接合面に形成された基準点の位置ずれのデータを取得し、前記基準点の位置ずれに応じて前記第2基板の中央部の突出量を変更する、請求項1~5のいずれか1項に記載の接合装置。
  7. 第1基板と第2基板を接合する接合方法であって、
    前記第1基板を第1保持部によって上方から吸着保持することと、
    前記第1保持部よりも下方にて、前記第2基板を第2保持部によって下方から吸着保持することと、
    前記第1保持部と前記第2保持部を相対的に移動させることと、
    前記第2保持部に保持されている前記第2基板の中央部を上方に突出させると共に、前記第1保持部に保持されている前記第1基板の中央部を下方に突出させることで、前記第1基板と前記第2基板の中央部同士を接触させることと、
    を有し、
    前記第2基板の中央部の突出量に応じて、前記第1基板の中央部の突出量を変更することを有する、接合方法。
  8. 前記第2基板の中央部の突出量が大きくなるほど、前記第1基板の中央部の突出量を小さくすることを有する、請求項7に記載の接合方法。
  9. 前記第2基板の中央部の突出量に応じて、前記第1基板の中央部の突出量と前記第2基板の中央部の突出量の合計を変更することを有する、請求項7又は8に記載の接合方法。
  10. 前記第2基板の中央部の突出量が大きくなるほど、前記第1基板の中央部の突出量と前記第2基板の中央部の突出量の合計を大きくすることを有する、請求項9に記載の接合方法。
  11. 無負荷での前記第1基板の反りのデータを取得し、無負荷での前記第1基板の反りに応じて前記第2基板の中央部の突出量を変更することを有する、請求項7~10のいずれか1項に記載の接合方法。
  12. 前記第1基板又は前記第2基板の接合面に形成された基準点の位置ずれのデータを取得し、前記基準点の位置ずれに応じて前記第2基板の中央部の突出量を変更することを有する、請求項7~11のいずれか1項に記載の接合方法。
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