JP4563748B2

JP4563748B2 - 接着剤注入装置および接着剤注入方法

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Publication number: JP4563748B2
Application number: JP2004225949A
Authority: JP
Inventors: 宣明宮川; 宏至戸島; 夏雄中村; 高博木村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: EP1624477A3; EP1624477A2; JP2006049441A; US20060021706A1; EP1624477B1; US7594805B2

Description

本発明は、接着剤注入装置および接着剤注入方法に関し、特に、３次元半導体集積回路装置等を製造するときに用いられる接着剤注入装置および接着剤注入方法に関するものである。

従来より、半導体装置または半導体集積回路装置が予め作製された２枚以上のウェハを上下に積層し、上下の半導体装置または半導体集積回路装置の間を垂直配線で電気接続した構成の３次元半導体集積回路装置が知られている。例えば、特許文献１では、まず、半導体装置または半導体集積回路装置が作製された上層のウェハにトレンチ（深溝）を形成し、その内部に埋込配線をした後に埋込配線の端面にバンプを形成し、それらのバンプを介して下層の半導体装置または半導体集積回路装置が形成されたウェハを貼り合わせ、バンプのみで貼り合わせ積層化した上下２層のウェハ間に絶縁性接着剤を注入して３次元半導体集積回路装置を製造する方法が開示されている。

この製造方法によれば、上下２層のウェハ間に絶縁性接着剤を注入するときには、まず、接着剤の注入口以外を壁で密閉し、貼り合わせた積層ウェハを容器内に格納する。そして、容器内を真空状態にする。その後、積層ウェハを降下させて接着剤の注入口側を接着剤に浸す。次に、積層ウェハの接着剤の注入口を浸した状態で容器内を大気圧に戻す。それにより、積層ウェハのウェハ間の隙間内の圧力と容器内の圧力との圧力差を生じさせ、積層ウェハの注入口から接着剤を積層ウェハのウェハ間の隙間内に注入させていく。そして、積層ウェハの隙間内に注入された接着剤が硬化することで３次元半導体集積回路装置が強固になり、電気配線の密閉性も維持される。

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術を用いる場合、積層ウェハは接着剤が注入される注入口以外の部分を封止枠で囲う必要がある。積層された２枚のウェハ間において接着剤注入口以外の部分に封止部を形成するためには加工工数の増加を要する。積層ウェハの封止部の上下およびウェハ周縁の部分は無駄になってしまい、積層ウェハの接着剤注入口と反対の外側の封止部の近辺部分には接着剤が注入されない部分が形成されるという問題もある。

また、上記特許文献１に開示された技術では、接着剤の注入口が積層ウェハの端部の１ヶ所に設けられているため、接着剤は注入口から最長で積層ウェハのほぼ直径分移動する必要があり、注入時間が長時間になってしまうという問題があった。注入接着剤の最長の移動距離が長いと、接着剤の注入口から近い部分と遠い部分では、接着剤の移動時間の差が大きくなり接着剤の量に不均一性が生じてしまい、また、接着剤の粘性の調整も難しくなる。近年、半導体技術の分野ではウェハの大口径化が進行しているので、上述の従来技術では注入時間の長時間化などの問題点がますます顕著になっていくことは明らかである。

さらに、上記特許文献１に開示された技術では、容器内で積層ウェハを上下に移動させるための可動機構が必要であった。接着剤を注入する前の積層ウェハについては、その微細加工部の保護のためにもできるだけ移動や外部との機械接触を避けたいという要請もある。
特開平１１−２６１００１号公報

本発明の課題は、従来の技術における積層された２枚のウェハ間において接着剤注入口以外の部分に封止部を形成するために加工工数が増加するという問題と、積層ウェハの封止部の上下およびウェハ周縁の部分は無駄になってしまい、かつ積層ウェハの外側部分で接着剤が均一に注入されないという問題を解消することにある。また、従来の技術における接着剤の注入口が積層ウェハの端部の１ヶ所に設けられているため、接着剤は注入口から最長で積層ウェハの直径分移動する必要があり、注入時間が長時間になってしまうという問題を解消することにある。さらに、注入接着剤の最長の移動距離が長いと、接着剤の注入口から近い部分と遠い部分では、接着剤の移動時間の差が大きくなり接着剤の量に不均一性が生じてしまい、また、接着剤の粘性の調整も難しくなるという問題を解消することにある。さらに、従来の技術における容器内で積層ウェハを上下に移動させるための可動機構の必要性をなくし、接着剤で封止される前の積層ウェハについては、その微細加工部の保護のためにもできるだけ移動や外部との機械接触を避けるということも課題である。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、積層ウェハ間に接着剤を短時間に容易かつ均一に注入することのできる接着剤注入装置および接着剤注入方法を提供することにある。

本発明に係る接着剤注入装置および接着剤注入方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

第１の接着剤注入装置（請求項１に対応）は、複数層からなる平板部材の隙間に接着剤を注入するための接着剤注入装置であって、真空チャンバと、真空チャンバ内に固定され、隙間を保つ治具を介して平板部材を収納し、真空チャンバ内が真空排気されたときに、内部が真空排気される程度の隙間を有する容器と、容器内および平板部材の隙間内を排気する排気手段と、容器内に接着剤を供給する接着剤供給手段と、容器内にガスを導入することによって容器内と平板部材の隙間内に圧力差を生じさせて、平板部材の全周から接着剤を注入させるガス導入手段とを備えたことで特徴づけられる。

第２の接着剤注入装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは容器は、水平状態で平板部材を収納することで特徴づけられる。

第３の接着剤注入装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくはさらに容器を加熱する加熱手段を有することで特徴づけられる。

第４の接着剤注入装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは加熱手段は、平板部材の平面積、平板部材の隙間の大きさ、接着剤の粘性、圧力差のいずれかに応じて加熱温度を変更することで特徴づけられる。

第５の接着剤注入装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは排気手段は、容器内を真空排気するポンプであることで特徴づけられる。

第６の接着剤注入装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは複数層からなる平板部材は、各層に半導体集積回路が形成され、上下層が垂直配線で接続された積層ウェハであることで特徴づけられる。

第１の接着剤注入方法（請求項７に対応）は、複数層からなる平板部材の隙間に接着剤を注入するための接着剤注入方法であって、平板部材を、真空チャンバ内に固定され、真空チャンバ内が真空排気されたときに内部が真空排気される程度の隙間を有する容器内に、平板部材の隙間を保つ治具を介して収納する平板部材収納工程と、容器内および平板部材の隙間内を排気する排気工程と、容器内に接着剤を供給する接着剤供給工程と、容器内にガスを導入することによって容器内と平板部材の隙間内に圧力差を生じさせて、平板部材の全周から接着剤を注入させるガス導入工程とを備えたことで特徴づけられる。

第２の接着剤注入方法（請求項８に対応）は、上記の方法において、好ましくは容器は、水平状態で平板部材を収納することで特徴づけられる。

第３の接着剤注入方法（請求項９に対応）は、上記の方法において、好ましくはさらに容器を加熱する加熱工程を有することで特徴づけられる。

第４の接着剤注入方法（請求項１０に対応）は、上記の方法において、好ましくは加熱工程は、平板部材の平面積、平板部材の隙間の大きさ、接着剤の粘性、圧力差のいずれかに応じて加熱温度を変更することで特徴づけられる。

第５の接着剤注入方法（請求項１１に対応）は、上記の方法において、好ましくは排気工程は、容器内を真空排気することで特徴づけられる。

第６の接着剤注入方法（請求項１２に対応）は、上記の方法において、好ましくは複数層からなる平板部材は、各層に半導体集積回路が形成され、上下層が垂直配線で接続された積層ウェハであることで特徴づけられる。

本発明によれば、積層ウェハ内の封止部を設ける必要がないので、そのための加工工数を必要とせず、ウェハの周縁部も無駄にならない。また、積層ウェハの全周から中心部に向かって接着剤が注入されるので、接着剤の移動距離が従来に比して短く、接着剤注入工程の短時間化、接着剤の均一注入化が実現する。さらに、真空チャンバ内で積層ウェハを上下に移動させるための可動機構を必要とせず、接着剤の注入処理中に積層ウェハの上下移動がない。また、積層ウェハを安定した治具の支持部上に単に載置するのみなので、余分な機械的負荷がウェハにかからない。さらに、接着剤の注入処理中は積層ウェハを加熱し続ける点にも特徴がある。加熱処理によって接着剤の粘性が低下し、速やかな注入が可能となる。また、真空チャンバ内を大気圧に戻すまでポンプによるガス抜きを継続するので、積層ウェハの加熱や接着剤の注入によって発生するガス（ウェハの表面を汚染したり、真空度の向上などの接着剤注入処理に悪影響を与えるガス）を早期に排気して、その悪影響を低減させることができるようになっている。さらに、水平に静止させた積層ウェハに対して全周から接着剤を注入するので、重力や移動加速度の影響を受けず、非常に均一に接着剤がウェハ間に注入される。以上のように、本発明によれば、積層ウェハ間に接着剤を短時間に容易かつ均一に注入でき、歩留まりが良く低コストの接着剤注入装置および接着剤注入方法を提供することができる。また、本発明によれば、積層ウェハに限らず、複数の面間に形成される非常に狭い隙間に効率良く接着剤を注入することができる。

以下、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る接着剤注入装置の構成を示す図である。接着剤注入装置１０は、真空チャンバ１１、接着剤供給部１２、上下ステージ（固定部）１３，１４、加熱装置１５，１６、上治具１８ａと下治具１８ｂからなる容器１８、真空排気装置１９、不活性ガス導入部２０、を有する。

接着剤供給部１２は、容器１８内に接着剤Ｅを供給するための装置であり、ピストン部２１、供給路２２、バルブ２３、注入部２４を含む。容器１８は、治具１８ａ，１８ｂからなり、積層されたウェハ２５などの複数層からなる平板部材を収納し、装填するためのものであり、注入部２４を取り付け可能となっている。容器１８は、上方から見ると円形であり、嵌合部１８ｃは、容器１８の円周に沿って設けられている。そして、水平状態で積層されたウェハ２５などの複数層からなる平板部材を収納するようになっている。なお嵌合部１８ｃは、一つではなく同心円状に複数設けて密閉性をより向上させてもよい。また、容器１８は、内部の密閉性を高めるために周縁に嵌合部１８ｃが設けられている。また、上治具１８ａと下治具１８ｂには積層されたウェハ２５を水平に載置可能にする支持部１８ｄ，１８ｅが設けられている。この容器１８は、真空チャンバ１１内が真空排気されるとき、容器内も真空排気される程度に上治具１８ａと下治具１８ｂの間には、隙間を有している。

上下ステージ１３，１４は、チャンバ１１内に容器１８を固定し、また、容器１８を加熱するためのものであり、熱伝導性の良い材料（例えば、金属材料等）でできており、それらの内部にはヒータ部（加熱装置）１５，１６を有する。ヒータ部（加熱装置）１５，１６は、平板部材の平面積、平板部材の隙間の大きさ、接着剤Ｅの粘性、圧力差のいずれかに応じて加熱温度を変更することができるようになっている。

真空チャンバ１１は接着剤Ｅの注入部２４およびポンプ（真空排気装置）１９の排気部１９ａと不活性ガス導入部２０のみで外部に開口しており、非常に密閉性の高いものとなっている。ポンプ１９は、容器１８内および平板部材の隙間内を排気するためのものである。また、不活性ガス導入部２０は、不活性ガス導入管２０ａとバルブ２０ｂを備えており、Ｎ_２ガスなど（大気でも良い）を真空チャンバ１１内に導入する。不活性ガス導入部２０により容器１８内にガスを導入することによって容器１８内と平板部材の隙間内に圧力差を生じさせて、平板部材の全周から接着剤Ｅを注入する。なお、積層ウェハ２５を治具１８ｂ上に載置する際には、真空チャンバ１１および容器１８を開けて積層ウェハ２５を中に入れるが、真空チャンバ１１等の開閉機構は本発明の要部ではないので、図１では省略した。

図１では、１つのポンプ１９のみを図示しているが、真空チャンバ１１内の真空状態を効率良く作り出すために、２つ以上のポンプ（例えば、油回転ポンプ、拡散ポンプなど）を用い、内部の圧力に応じて使用するポンプのタイプを使い分けても良い。

図２は、複数層からなる平板部材の例としての積層ウェハ２５を上から見た様子を示す平面図である。積層ウェハ２５は治具１８ｂの支持部１８ｄによってバランス良く水平に支持されている。広い支持部１８ｄの面で支持されるため、積層ウェハ２５に不要な集中応力がかからないようになっている。

図３は、積層ウェハ２５の縦断面図である。積層ウェハ２５は、各層に半導体集積回路が形成され、上下層が垂直配線で接続されている。図３に示すように、積層ウェハ２５のウェハ２６，２７，２８には既にシリコン基板への膜形成、エッチング等によって多数のＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）２９などによる集積回路が構成されている。そして、さらにトレンチおよび埋め込み配線部３０の形成を行い、埋め込み配線部３０の開口部にＡｕ／Ｉｎ合金のマイクロバンプ３１を設け、マイクロバンプ３１の熱圧着によって３枚のウェハ２６，２７，２８を積層固定している。そして、積層ウェハ２５には、隙間３２，３３が形成されている。なお、積層ウェハ２５を構成する材料および製造工程の詳細な記載については、本発明の要点ではないので省略する。

次に、本発明による接着剤注入処理について説明する。

図４は、本発明による接着剤注入装置１０を用いた接着剤注入処理の流れを示すフローチャートである。接着剤注入処理工程は、容器内に積層されたウェハを水平に載置するウェハ載置工程（平板部材収納工程）と、容器内を加熱する加熱工程と、容器を真空排気する真空排気工程と、容器内に接着剤を注入する接着剤注入工程（接着剤供給工程）と、容器内に不活性ガスを導入し大気圧に戻す不活性ガス導入工程から成っている。

ウェハ載置工程は、ステップＳ１０１とステップＳ１０２からなる。ステップＳ１０１では、既に複数枚のウェハが積層された図３に示すような積層ウェハ（平板部材）２５を下治具１８ｂ上に水平状態で載置する。

ステップＳ１０２では、上治具１８ａを下治具１８ｂ上に嵌合させ、真空チャンバ１１内を密閉する。

加熱工程はステップＳ１０３で示し、上下ステージ１３，１４内のヒータ部１５，１６によって積層ウェハ２５の加熱を開始する。このとき、加熱工程は、平板部材の平面積、平板部材の隙間の大きさ、接着剤Ｅの粘性、圧力差のいずれかに応じて加熱温度を変更する。すなわち、接着剤Ｅの特性、上下ステージ１３、１４や上治具１８ａと下治具１８ｂの材質および形状、ウェハの口径、ウェハ間の隙間などに応じた接着剤Ｅの最適粘性を考慮して、ヒータ部１５，１６による加熱温度を決定する。本発明では接着剤Ｅの特性やウェハ間の隙間の大きさ、接着剤Ｅの注入状況等に応じて適宜加熱温度を変化させることで、より速やかに接着剤Ｅを注入することが可能となる。

真空排気工程は、ステップＳ１０４，Ｓ１０５で示し、ポンプ１９による排気を開始して真空チャンバ１１内の気圧を真空圧（例えば、８インチウェハで１０^−４ｍｂａｒ）に近づけていく。

接着剤注入工程は、ステップＳ１０６，Ｓ１０７で示し、バルブ２３を開にして、ピストン部２１によって所定圧が加えられた接着剤Ｅを、供給路２２および注入部２３を介して治具１８ｂ内に注入する。このときの注入量はシリンダ部２１ａにおける目盛り（図示せず）で判断できる。ただし、バルブ２３の開時間やバルブ２３におけるフローメータ等他の方法で接着剤Ｅの注入量を判断するようにしても良い。上記の注入量は、不活性ガス導入工程で容器内を大気圧に戻したときに、積層ウェハ内の隙間全体に接着剤Ｅが充填されるまでの量であればよい。例えば、この容器では、積層ウェハ全体が接着剤Ｅによって浸されるまでの量であればよい。

不活性ガス導入工程は、ステップＳ１０８，Ｓ１０９で示し、バルブ２３を閉にして、さらに、真空チャンバ１１内を不活性ガス導入部２０からＮ_２ガスを導入してＮ_２ガスで大気圧に戻す。これにより、容器内にガスを導入することによって容器内と平板部材である積層ウェハ２５の隙間内に圧力差を生じさせて、積層ウェハの全周から接着剤Ｅを注入させる。なお、Ｎ_２ガスではなく大気を使用しても良い。

ステップＳ１１０では、所定時間が経過したか否かを判定する。これは、接着剤Ｅが積層ウェハ２５の中心部まで十分に行き渡ったか否かを判定するための処理である。「所定時間」は接着剤Ｅの粘性および注入圧力等から算出される移動速度、積層ウェハ間の隙間（ギャップ）、ウェハの口径などに基づいて決定される。なお、他の方法、例えば下治具１８ｂ内に貯留された接着剤Ｅの減量分から積層ウェハ内に注入された接着剤Ｅの量を判断するようにしても良い。

ステップＳ１１１では、ヒータ部１５，１６による加熱を停止する。

ステップＳ１１２では、真空チャンバ１１を開放し、上治具１８ａと下治具１８ｂの嵌合を解き、積層ウェハ２５を真空チャンバ１１外に取り出して、後工程に進める。

図５は、ステップＳ１０９〜Ｓ１１０の処理によって、接着剤Ｅが積層ウェハ２５の内部に注入されている様子を表すイメージ図である．矢印３４が接着剤Ｅが注入されいく方向を示している。図５で示すように積層ウェハの全周から中心部に向かって接着剤Ｅが注入されるので、接着剤Ｅの移動距離が従来例に比して短く、接着剤注入工程の短時間化、接着剤Ｅの均一注入化が実現する。なお、２層に限らず、多数の積層でも同時に注入することが可能である。

本実施例によれば、８インチの積層ウェハを用いた場合、ウェハ間の隙間が例えば３μｍ以下のような非常に狭い場合であっても効率良く接着剤が注入できた。

なお、本実施例では、図１、図２等に示すように支持部１８ｄ、１８ｅの方が積層ウェハ２５の平面積よりも大きい場合を説明したが、積層ウェハ２５よりも支持部１８ｄ、１８ｅの平面積の方が小さいように構成しても良い。

本発明は、積層ウェハに限らず、複数の面間に形成される非常に狭い隙間に効率良く接着剤を注入する必要があるものに広く適用可能である。

本発明の実施形態に係る接着剤注入装置の構成を示す図である。積層ウェハを上から見た様子を示す平面図である。積層ウェハの縦断面図である。本発明による接着剤注入装置を用いた接着剤注入処理の流れを示すフローチャートである。接着剤が積層ウェハのウェハ間の隙間に注入されている様子を表すイメージ図である。

符号の説明

１０接着剤注入装置
１１真空チャンバ
１２接着剤供給部
１３上ステージ
１４下ステージ
１５加熱装置
１６加熱装置
１８容器
１８ａ上治具
１８ｂ下治具
１９真空排気装置
２０不活性ガス導入部
２１ピストン部
２２供給路
２３バルブ
２４注入部
２５積層ウェハ
Ｅ接着剤

Claims

複数層からなる平板部材の隙間に接着剤を注入するための接着剤注入装置であって、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に固定され、前記隙間を保つ治具を介して前記平板部材を収納し、前記真空チャンバ内が真空排気されたときに、内部が真空排気される程度の隙間を有する容器と、
前記容器内および前記平板部材の隙間内を排気する排気手段と、
前記容器内に接着剤を供給する接着剤供給手段と、
前記容器内にガスを導入することによって前記容器内と前記平板部材の隙間内に圧力差を生じさせて、前記平板部材の全周から接着剤を注入させるガス導入手段とを備えたことを特徴とする接着剤注入装置。
請求項１記載の接着剤注入装置であって、
前記容器は、水平状態で前記平板部材を収納することを特徴とする接着剤注入装置。
請求項１または２記載の接着剤注入装置であって、
さらに前記容器を加熱する加熱手段を有することを特徴とする接着剤注入装置。
請求項３記載の接着剤注入装置であって、
前記加熱手段は、前記平板部材の平面積、前記平板部材の隙間の大きさ、前記接着剤の粘性、前記圧力差のいずれかに応じて加熱温度を変更することを特徴とする接着剤注入装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の接着剤注入装置であって、
前記排気手段は、前記容器内を真空排気するポンプであることを特徴とする接着剤注入装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の接着剤注入装置であって、
前記複数層からなる平板部材は、各層に半導体集積回路が形成され、上下層が垂直配線で接続された積層ウェハであることを特徴とする接着剤注入装置。
複数層からなる平板部材の隙間に接着剤を注入するための接着剤注入方法であって、
前記平板部材を、真空チャンバ内に固定され、前記真空チャンバ内が真空排気されたときに内部が真空排気される程度の隙間を有する容器内に、前記平板部材の隙間を保つ治具を介して収納する平板部材収納工程と、
前記容器内および前記平板部材の隙間内を排気する排気工程と、
前記容器内に接着剤を供給する接着剤供給工程と、
前記容器内にガスを導入することによって前記容器内と前記平板部材の隙間内に圧力差を生じさせて、前記平板部材の全周から接着剤を注入させるガス導入工程とを備えたことを特徴とする接着剤注入方法。
請求項７記載の接着剤注入方法であって、
前記容器は、水平状態で前記平板部材を収納することを特徴とする接着剤注入方法。
請求項７または８記載の接着剤注入方法であって、
さらに前記容器を加熱する加熱工程を有することを特徴とする接着剤注入方法。
請求項９記載の接着剤注入方法であって、
前記加熱工程は、前記平板部材の平面積、前記平板部材の隙間の大きさ、前記接着剤の粘性、前記圧力差のいずれかに応じて加熱温度を変更することを特徴とする接着剤注入方法。
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の接着剤注入方法であって、
前記排気工程は、前記容器内を真空排気することを特徴とする接着剤注入方法。
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の接着剤注入方法であって、
前記複数層からなる平板部材は、各層に半導体集積回路が形成され、上下層が垂直配線で接続された積層ウェハであることを特徴とする接着剤注入方法。