JP2023138901A - 接合装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】撮像部の撮像精度を高めて、基板同士の接合精度を向上できる接合装置を提供する。
【解決手段】
第１基板１４を保持する第１保持部１８と、第２基板１６を保持する第２保持部２０と、第１保持部１８で第１基板１４を保持する保持面と反対側に位置する撮像部２２と、第２保持部２０に配置され第２基板１６を第１基板１４側に押圧する押圧部２４と、を有する接合装置１０であって、撮像部２２は、第１光源２３を有し、押圧部２４は、第２光源３４を有し、第１保持部１８は、当該第１保持部１８を鉛直方向に貫通した光路部２８を備え、第２光源３４から出射された赤外光が前記光路部２８を通って撮像部２２に入射可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば半導体ウェハやガラス基板等の基板同士を接合する接合装置に関する。
従来から半導体ウェハやガラス基板等の基板同士を接合する技術が知られている。例えば、接合装置は、第１保持部と、第２保持部と、チャンバと、撮像部と、光源と、水平位置調整部と、制御部と、を備えている。第１保持部は、第１基板を吸着保持する。第２保持部は、第１基板に接合される第２基板を吸着保持する。撮像部は、チャンバの外部に配置され、チャンバの外部からチャンバ及び第１保持部に形成された貫通孔を介して第１基板及び第２基板に設けられたアライメントマークを撮像する。光源は、チャンバの外部に配置され、チャンバの外部からチャンバ及び第２保持部に形成された貫通孔を介して光を照射する。制御部は、チャンバの内部を減圧した状態で第１基板及び第２基板のアライメントマークを撮像する撮像処理を撮像部に対して実行させ、その後、撮像部の撮像結果に基づいて第１保持部の水平位置を調整する調整処理を水平位置調整部に対して実行させる。
特開２０１６－１３４４５９号公報
しかしながら、撮像部は、少なくともＺ軸方向に移動する構成であり、当該移動に伴い撮像精度が悪くなる傾向がある。この結果、基板同士の接合精度が低下する技術的課題があった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、撮像部の撮像精度を高めて、基板同士の接合精度を向上できる接合装置を提供することを目的とする。
本発明は、第１基板を保持する第１保持部と、第２基板を保持する第２保持部と、前記第１保持部で前記第１基板を保持する保持面と反対側に位置する撮像部と、前記第２保持部に配置され前記第２基板を前記第１基板側に押圧する押圧部と、を有する接合装置であって、前記撮像部は、第１光源を有し、前記押圧部は、第２光源を有し、前記第１保持部は、当該第１保持部を鉛直方向に貫通した光路部を備え、前記第２光源から出射された赤外光が前記光路部を通って前記撮像部に入射可能となる。
本発明によれば、撮像部の撮像精度を高めて、基板同士の接合精度を向上できる。
本発明の接合装置のプッシュピン構造が用いられる接合装置の構成図である。 本発明の接合装置のプッシュピン構造が設けられる第２保持部の構成図である。 本発明の接合装置のプッシュピン構造が設けられる第２保持部の各プレートの分解図である。 本発明の接合装置で実行される基板の接合処理のフロー図である。
本発明の一実施形態に係る接合装置のプッシュピン構造について説明する。
図１に示すように、接合装置１０は、半導体ウェハやガラス基板等の基板同士を接合させるための装置である。接合装置１０は、主として、筐体となるフレーム１２と、フレーム１２に設けられ第１基板１４を保持する第１保持部１８と、フレーム１２に設けられた撮像部２２と、第２基板１６を保持する第２保持部２０と、第２保持部２０に設けられ第２基板１６を第１基板１４側に押圧する押圧部２４（図２、図３参照）と、これらを制御する制御部（図示省略）と、を有している。なお、図１では第１基板１４と第２基板１６とが接合した状態を示す。
第１基板１４及び第２基板１６は、例えば、半導体ウェハやガラス基板等の基板であるが、特に限定されるものではない。
フレーム１２は、接合装置１０の筐体となる構造体である。
第１保持部１８は、フレーム１２に固定されて設けられている。第１保持部１８は、第１基板１４を保持する第１保持面１８Ａを有している。第１保持部１８による第１基板１４を保持する原理は、従来の接合装置における基板の吸着原理と同様である。
なお、第１保持面１８Ａは、本発明の「保持面」の一実施態様である。
具体的には、第１保持部１８は、例えば、静電チャック、加熱部、冷却部（いずれも図示省略）等を備えている。静電チャックは、内部電極と誘電体とを有し、内部電極に電圧を印加することによって発生する静電気力を用いて第１基板１４を第１保持面１８Ａに吸着させる。このため、当該第１保持面１８Ａは、第１基板１４の吸着面として機能する。
加熱部は、例えばセラミックヒータなどのヒータであり、静電チャックに内蔵されている。加熱部が静電チャックを加熱することにより、静電チャックに保持された第１基板１４を加熱する。
冷却部は、既存のものであり、第１基板１４と第２基板１６の接合後、第１基板１４と第２基板１６が接合して生成された重合基板を冷却する。
第１保持部１８には、孔又は隙間で形成された光路部２８が設けられている。このため、光路部２８は第１保持部１８を鉛直方向に貫通しており、後述する第２光源３４から出射された赤外光が光路部２８を通って撮像部２２に入射可能となる。
撮像部２２は、第１駆動機構２６を介してフレーム１２に設けられている。撮像部２２は、第１基板１４及び第２基板１６に設けられたアライメントマークを撮像する。撮像部２２は、第１保持部１８の吸着面側と鉛直方向（Ｚ方向）の反対側に位置している。このため、撮像部２２は、第１保持部１８に設けられた光路部２８を介して、第１基板１４及び第２基板１６に設けられたアライメントマークを撮像可能となる。
撮像部２２は、例えば、赤外線カメラ（ＩＲカメラ）が用いられる。撮像部２２の焦点深度は、例えば６μｍである。また、撮像部２２は、撮像データなどに基づいてアライメント処理又は接合処理が可能な制御部を内蔵している構成でもよい。また、撮像部２２は、外部の制御システムに撮像データを送信し、外部の制御システムにより基板のアライメント処理又は接合処理が実行されるように構成してもよい。
撮像部２２は、例えば赤外光を出射する第１光源２３を備えている。第１光源２３は、例えば撮像部２２に内蔵されており、少なくとも第１基板１４のプリ・アライメント時において点灯し、撮像可能としている。このように、撮像部２２は、同軸照明が可能となる。
なお、第１光源２３は、従来から知られている赤外線ＬＥＤ素子又はハロゲンランプなどが用いられる。また、第１光源２３は、例えば１０００～１２００ナノメートル（ｎｍ）の波長の光を出射する。第１光源２３は、シリコンウェハを含む半導体ウェハ等の基板を透過できる波長の光を出射できるものが用いられる。
第１駆動機構２６は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に沿って撮像部２２を移動可能にするものである。例えば、Ｘ方向とは図１に示す水平方向、Ｙ方向とは図１に示す垂直方向、Ｚ方向とは図１に示す鉛直方向を指す。
なお、第１駆動機構２６は、駆動機構として従来から知られている技術が用いられる。
第２保持部２０は、ステージ３０に設けられている。第２保持部２０は、第２基板１６を保持する第２保持面２０Ａを有している。第２保持部２０による第２基板１６を保持する原理は、従来の接合装置における基板の吸着原理と同様である。
具体的には、第２保持部２０は、例えば、静電チャック、加熱部、冷却部（いずれも図示省略）等を備えている。静電チャックは、内部電極と誘電体とを有し、内部電極に電圧を印加することによって発生する静電気力を用いて第２基板１６を第２保持面２０Ａに吸着させる。このため、当該第２保持面２０Ａは、第２基板１６の吸着面として機能する。
加熱部は、例えばセラミックヒータなどのヒータであり、静電チャックに内蔵されている。加熱部が静電チャックを加熱することにより、静電チャックに保持された第２基板１６を加熱する。
冷却部は、既存のものであり、第１基板１４と第２基板１６の接合後、第１基板１４と第２基板１６が接合して生成された重合基板を冷却する。
ステージ３０は、フレーム１２側に機械的に連結されている。ステージ３０は、第２駆動機構３２によりＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に沿って移動可能となるように構成されている。例えば、Ｘ方向とは図１に示す水平方向、Ｙ方向とは図１に示す垂直方向、Ｚ方向とは図１に示す鉛直方向を指す。加えて、第２駆動機構３２は、モータ及び回転軸を有し、モータの回転駆動力を受けて回転軸が回転する。これにより、ステージ３０がＺ軸回りに回転駆動し、第２保持部２０のＺ軸回りの回転が可能になる。
なお、第２駆動機構３２は、駆動機構として、従来から知られている技術が用いられる。
第２保持部２０は、鉛直下方に配置されたステージ３０により支持されている。このため、第２保持部２０は、ステージ３０と共にＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に沿って移動可能になる。加えて、第２保持部２０は、ステージ３０と共に、Ｚ軸回りに回転する。
図２及び図３に示すように、第２保持部２０は、相互に分離可能な第１プレート３６と第２プレート３８とを有している。第１プレート３６は第１保持部１８側に位置しており、第２プレート３８はステージ３０（第２駆動機構３２）側に位置している。このため、第１プレート３６と第２プレート３８とは水平方向に沿って形成された接合面４０を境界として鉛直方向（Ｚ方向）に分離可能となる。
第１プレート３６と第２プレート３８は、ボルト及びナット等の固着具により相互に固定され、又は分離可能となっている。
第１プレート３６の内部には、押圧部２４が配置されている。具体的には、第１プレート３６には鉛直方向（Ｚ方向）に貫通した開孔部４２が形成されている。この開孔部４２には、押圧部２４が配置されている。
押圧部２４は、いわゆるプッシュロッド（プッシュピンともいう）であり、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って昇降するように構成されている。押圧部２４の先端部は、赤外光等を透過可能な透明の石英で形成されている。透明の石英で構成される部位は、押圧部２４の先端部に限られるものではなく、押圧部２４の筐体のすべての部位が透明の石英で形成されていてもよい。また、赤外光を透過する透明部材であれば、石英の材質に限定されるものではない。
押圧部２４には、図示しない駆動部が機械的に接続されている。駆動部は、押圧部２４を鉛直方向（Ｚ方向）に沿って駆動させるものである。これにより、押圧部２４は、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って昇降することが可能になる。駆動部は、例えば第１プレート３６に設けられている。
なお、駆動部は、例えば、空気圧シリンダ又は油圧シリンダ若しくはモータ及びピエゾアクチュエータ等が用いられる。
第２プレート３８の内部には、第２光源３４が配置されている。具体的には、第２プレート３８には鉛直方向（Ｚ方向）に貫通した空間部４４が形成されている。この空間部４４に第２光源３４が配置されている。第１プレート３６と第２プレート３８が接合したときに、第１プレート３６側の開孔部４２と第２プレート３８側の空間部４４が鉛直方向に連通してひとつの部屋が形成される。
第２光源３４は、第２プレート３８の内部であって撮像部２２の鉛直下方側に位置している。このため、撮像部２２と、第１プレート３６側の開孔部４２と第２プレート３８側の空間部４４が鉛直方向に沿って連通し、さらには第１保持部１８の光路部２８と連通した状態になるため、第２光源３４から照射された赤外光が撮像部２２に入射可能になる。
第２プレート３８の内部には、第２光源３４を固定するための光源固定部４６が設けられている。第２光源３４は、光源固定部４６に着脱可能となるように配置されている。また、光源固定部４６には電力が供給されており、光源固定部４６に電気的に接続された第２光源３４から赤外光が出射される。
このように、押圧部２４の先端部の透明部位から、第２光源３４から出射された赤外光が撮像部２２に向かって照射されるため、押圧部２４に照明機能を兼備させた構成となる。換言すれば、押圧部２４の収納スペースの一部を利用して第２光源３４が配置しているため、第２光源３４を配置するための専用スペースを装置の内部に別途設ける必要がなくなり、接合装置１０を小型化することができる。
加えて、押圧部２４に照明機能を兼備させた構成となることから、撮像部２２と第２光源３４との離間距離が小さくなるため、第２光源３４から出射された赤外光が途中の障害物等で干渉されずに、撮像部２２に入射する。これにより、撮像部２２に入射する赤外光の光量を十分に確保することができるため、撮像部２２での撮像精度が高くなる。この結果、基板同士の接合精度を高めることができる。
第１プレート３６と第２プレート３８が接合面４０を境にして分離可能になるが、第１プレート３６が第２プレート３８に対して接合面４０で分離されたときに、第２光源３４が第２プレート３８の接合面４０上に露出するように構成されている。これにより、第２光源３４の交換作業が容易になる。
なお、第２光源３４は、従来から知られている赤外線ＬＥＤ素子又はハロゲンランプなどが用いられる。また、第２光源３４は、例えば１０００～１２００ナノメートル（ｎｍ）の波長の光を出射する。第２光源３４は、シリコンウェハを含む半導体ウェハ等の基板を透過できる波長の光を出射できるものが用いられる。
次に、接合装置１０を用いた基板の接合処理について説明する。
図４に示すように、基板の接合処理は、主として、第１基板１４のプリ・アライメント工程Ｓ１００と、第２基板１６のプリ・アライメント工程Ｓ２００と、位置ずれ確認工程Ｓ３００と、各基板１４、１６の同時撮像工程Ｓ６００と、各基板１４、１６の接合工程Ｓ７００と、を有している。
なお、第１基板１４が第１保持部１８で保持され、第２基板１６が第２保持部２０で保持された状態を前提に説明する。
第１基板１４のプリ・アライメント工程Ｓ１００では、撮像部２２の基本設定位置で、撮像部２２の軸線が第１基板１４に設けられたアライメントマーク上に位置し、かつ第１基板１４を撮像部２２の焦点深度の範囲内であって第２基板１６を撮像部２２の焦点深度の範囲外とした状態で、第１光源２３が点灯して赤外光を出射して、第１基板１４上のアライメントマークを撮像し、第１基板１４のプリ・アライメントを実行する。
なお、第１基板１４のプリ・アライメント工程Ｓ１００では、撮像部２２が第１駆動機構２６によりＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動し、基本設定位置に到達する。
第２基板１６のプリ・アライメント工程Ｓ２００では、撮像部２２が第１駆動機構２６によりＺ方向に移動して、第１基板１４が撮像部２２の焦点深度の範囲外とし、かつ第２基板１６が撮像部２２の焦点深度の範囲内に位置した状態となる。そして、第２光源３４が点灯して赤外光を出射した状態で、第２保持部２０で保持された第２基板１６がＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動し、さらにはＺ軸回りに適宜回転しながら、第１基板１４のプリ・アライメント工程Ｓ１００で認識された第１基板１４のアライメントマークの中心位置に、第２基板１６上のアライメントマークを位置させる。そして、撮像部２２で第２基板１６上のアライメントマークを撮像し、第２基板１６のプリ・アライメントを実行する。
第２基板１６のプリ・アライメント工程Ｓ２００では、第２光源３４から出射された赤外光は、押圧部２４の先端部の透明部位を透過して、第１プレート３６側の開孔部４２と第２プレート３８側の空間部４４で形成された部屋を通過する。当該部屋を通過した赤外光は、第１基板１４及び第２基板１６を透過して第１保持部１８に形成された光路部２８を通り、撮像部２２に入射する。これにより、第２基板１６の位置を鮮明かつ明確に撮像することができる。
なお、第２基板１６のプリ・アライメント工程Ｓ２００では、ステージ３０の駆動は、第２駆動機構３２により行う。
位置ずれ確認工程Ｓ３００では、撮像部２２が鉛直方向（Ｚ方向）に移動して基本設定位置に戻り、第１基板１４上のアライメントマークを撮像し、第１基板１４のプリ・アライメント工程Ｓ１００における撮像結果と比較して位置ずれを確認する。位置ずれ確認工程Ｓ３００では、第１光源２３のみが点灯して赤外光を出射した状態で行われる。位置ずれが認められれば、以下の位置ずれ補正工程Ｓ４００において、当該位置ずれを補正する。
位置ずれ補正工程Ｓ４００では、撮像部２２の基本設定位置における第１基板１４のアライメントマーク位置のズレ量を認識してデータとして保管し、第２駆動機構により第２保持部２０のステージ３０を当該ズレ量だけＸ方向又はＹ方向に移動し、第１基板１４のアライメントマークと第２基板１６のアライメントマークを合わせる。これにより、第１基板１４のアライメントマークの中心と第２基板１６のアライメントマークの中心が合致したことにより、位置ずれが解消する。位置ずれ補正工程Ｓ４００では、第１光源２３と第２光源３４がそれぞれ点灯して赤外光を出射した状態、又は第２光源３４のみが点灯して赤外光を出射した状態で行われる。いずれの状態で位置ずれ補正工程Ｓ４００を行うかについては、第１基板１４又は第２基板１６の状態を考慮して所定の基準に基づいて接合装置１０の制御部又は撮像部２２の制御部が判断する。
なお、位置ずれ補正工程４００は、同時撮像工程Ｓ５００の終了後であって接合工程Ｓ６００の直前に実行してもよい。
同時撮像工程Ｓ５００では、第１基板１４と第２基板１６が共に撮像部２２の焦点深度の範囲内となるように近接させ、撮像部２２により第１基板１４上のアライメントマークと第２基板１６上のアライメントマークを同時に撮像する。同時撮像工程Ｓ５００では、第１光源２３と第２光源３４がそれぞれ点灯して赤外光を出射した状態、又は第２光源３４のみが点灯して赤外光を出射した状態で行われる。いずれの状態で同時撮像工程Ｓ５００を行うかについては、第１基板１４又は第２基板１６の状態を考慮して所定の基準に基づいて接合装置１０の制御部又は撮像部２２の制御部が判断する。
ここで、第１基板１４と第２基板１６との離間距離は、例えば２～５マイクロメートル（μｍ）である。
第１基板１４と第２基板１６との近接は、第２基板１６側を第１基板１４に近づけることにより行われる。第２基板１６を第１基板１４に近づける方法としては、第２駆動機構３２によりステージを鉛直方向（Ｚ方向）に移動し、又は／及び押圧部２４を鉛直方向に駆動することにより実行される。
接合工程Ｓ６００では、押圧部２４で第２基板１６を鉛直方向（Ｚ方向）に沿って押し上げ、第１基板１４と第２基板１６を接合する。これにより、重合基板が生成される。接合工程Ｓ６００では、第１光源２３と第２光源３４がそれぞれ点灯して赤外光を出射した状態、又は第２光源３４のみが点灯して赤外光を出射した状態で行われる。いずれの状態で接合工程Ｓ６００を行うかについては、第１基板１４又は第２基板１６の状態を考慮して所定の基準に基づいて接合装置１０の制御部又は撮像部２２の制御部が判断する。
以上のように、本実施形態の各基板の接合方法によれば、撮像部２２の移動の影響をほとんど受けないため、基板同士の接合精度を格段に向上することができる。
次に、接合装置１０に設けられた第２光源３４を交換するときのメンテナンス方法について説明する。
第２光源３４を交換する場合には、固着具を解除して、第１プレート３６を第２プレート３８から分離する。第１プレート３６を第２プレート３８から分離すると、第２プレート３８側の接合面４０上に第２光源３４が露出する。第２光源３４を光源固定部４６から取り外し、新しい光源を光源固定部４６に取り付けることにより、第２光源３４の交換作業が可能となる。これにより、接合装置１０のメンテナンスが格段に容易になる。
なお、本実施形態及び実施例は、本発明の一態様を示したものであり、本発明がこれに限られるものではない。本実施形態及び実施例に対する設計変更程度の差異は、当然に、本発明の技術的思想の範囲内に含まれる。
１０ 接合装置
１２ フレーム
１４ 第１基板
１６ 第２基板
１８ 第１保持部
１８Ａ 第１保持面
２０ 第２保持部
２０Ａ 第２保持面
２２ 撮像部
２３ 第1光源（光源）
２４ 押圧部
２６ 第１駆動機構
２８ 光路部
３０ ステージ
３２ 第２駆動機構
３４ 第２光源（光源）
３６ 第１プレート
３８ 第２プレート
４０ 接合面
４２ 開孔部
４４ 空間部
４６ 光源固定部

Claims (3)

  1. 第１基板を保持する第１保持部と、第２基板を保持する第２保持部と、前記第１保持部で前記第１基板を保持する保持面と反対側に位置する撮像部と、前記第２保持部に配置され前記第２基板を前記第１基板側に押圧する押圧部と、を有する接合装置であって、
    前記撮像部は、第１光源を有し、
    前記押圧部は、第２光源を有し、
    前記第１保持部は、当該第１保持部を鉛直方向に貫通した光路部を備え、前記第２光源から出射された赤外光が前記光路部を通って前記撮像部に入射可能となる、接合装置。
  2. 前記第２保持部は、相互に分離可能な第１プレートと、第２プレートと、を有し、
    前記第１プレートは、鉛直方向に貫通した開孔部を有し、
    前記第２プレートは、鉛直方向に貫通した空間部を有し、
    前記第１プレートと前記第２プレートが接合したときに、前記開孔部と前記空間部が鉛直方向に連通してひとつの部屋が形成される、請求項１に記載の接合装置。
  3. 前記押圧部が前記第１プレートの前記開孔部に配置され、前記第２光源が前記第２プレートの前記空間部に配置されている、請求項２に記載の接合装置。

JP2022182964A 2022-03-21 2022-11-15 接合装置 Active JP7217417B1 (ja)

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