JP5115082B2 - 基板接合装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の基板を位置合わせして接合させる基板接合装置に関する。
半導体集積回路を使用するノートパソコンや携帯電話などは、近年、ますます高度の機能を備えるようになっている。この結果、半導体集積回路の高密度化、高機能化の要求が高まっている。半導体集積回路の高密度化、高機能化のための一つの方法は、ウエハなどの基板を接合し、基板を積層させることである。
基板を接合させる場合には、たとえば、ウエハの電極同士を接合させる必要があるので、互いに位置合わせして接合する必要があり、一対の基板保持手段を備える基板接合装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３０２８５８号公報
従来の基板接合装置では、一対の基板を接合させる際に、基板(たとえば、ウエハ)表面の平坦度のばらつきや塗布した樹脂の厚みむらなどにより、接合した基板の間に空気だまり(ボイド)が発生することがある。このような空気だまりを発生させないように、基板表面の中央部分が凸になるような状態で基板を接触させ、中央部分から徐々に接触面積を広げる接合方法が知られている。ところが、基板表面の中央部分が凸になるような状態で接合を行った場合、接合のために加える力が中央部分(接触部分)のみに集中し、基板の面全体にわたり接合が均一に行われないという問題があった。
上記課題を解決するために、本発明は、第１の基板を保持する第１の基板保持手段と、第２の基板を保持する第２の基板保持手段と、前記第１および前記第２の基板保持手段を介して前記第１の基板および前記第２の基板を加圧する加圧手段と、前記加圧手段の前記加圧力を制御する制御手段と、前記第１及び前記第２の基板位置を検出する位置検出手段とを備え、前記第１および前記第２の基板保持手段の前記基板を保持する少なくとも一方の面は凸状に形成され、前記制御手段は、前記第１および第２の基板を接合させる際に、前記凸状の頂点近傍の前記基板部分が最初に接触し、前記加圧力の増加に伴い前記基板の接触面積が広がるように、前記位置検出手段からの基板位置情報と、前記凸状の曲率、及び前記基板の弾性率に基づき算出された接触面積から前記加圧力を制御することを特徴とする基板接合装置を提供する。
本発明によれば、接合した基板の間に空気だまりが発生しないようにしながら、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことのできる基板接合装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施の形態にかかる基板接合装置について図面を参照しつつ説明する。
図１は、実施の形態にかかる基板接合装置の概略構成図を示す。図２は基板接合装置に用いられる基板ホルダの概略構成図を示す。
図１において、基板接合装置１は、上部フレーム１１と下部フレーム１２とを備える。上部フレーム１１に上プレート１３が設置され、上プレート１３に第1の基板ホルダ１４が設置される。第１の基板ホルダ１４は、第１の基板Ｗｌを保持する。下部フレーム１２に加圧装置１５が設置され、加圧装置１５に下プレート１６が配置され、下プレート１６に第２の基板ホルダ１７が設置される。第２の基板ホルダ１７は、第２の基板Ｗ２を保持する。また、加圧装置１５には、不図示のロードセルが内蔵され、印加される加圧力の
測定を可能にしている。
第１及び第２の基板ホルダ１４、１７は、静電吸着により基板を吸着保持する機構を有しており、このための配線１４ａ、１７ａがそれぞれ設けられている。
また、下部フレーム１２には、加圧装置１５による加圧に伴う下プレート１６の移動量を検出する位置検出部１８が配置されている。また、静電吸着のＯＮ／ＯＦＦ、位置検出部１８、及び加圧装置１５（ロードセルを含む）等の信号処理及び駆動を制御する制御装置２０が配置されている。
また、基板接合装置１は、不図示のアライメント機構を有し、第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とをアライメントした後、制御装置２０のコントロールに基づき、加圧装置１５が下プレート１６を上昇させることにより、第２の基板ホルダ１７が上昇し、第１の基板ホルダ１４に保持された第１の基板Ｗｌと第２の基板ホルダ１７に保持された第２の基板Ｗ２とが接合される。
なお、基板の接合には、予めウエハの接合面に樹脂を塗布しておき、ウエハによって樹脂を挟み込むことでウエハを接合してもよし、対向する電極を接合してもよい。また、基板接合装置１の内部を真空チャンバで構成し、基板接合時にチャンバ内を真空にするように構成してもよい。
図２は、基板接合装置１に用いられる基板ホルダの一例を示す。
第１の基板ホルダ１４および第２の基板ホルダ１７、静電チャック用の電極１４ｂ、１７ｂを有する。なお、静電チャック以外の真空チャックによって基板を保持するように構成してもよい。
第１の基板ホルダ１４の基板を保持する面は平面であるが、第２の基板ホルダ１７の基板を保持する面は凸面状に形成されている。このため、基板を接合する際に、第２の基板ホルダ１４に保持される第２の基板Ｗ２が凸に変形し、第２の基板Ｗ２の凸部と第１の基板Ｗｌとが最初に接触し、加圧と共に第２の基板Ｗ２が第１の基板Ｗ１押圧され、次第に接触面積が広がるように接合される。
なお、基板の接合が円滑に行われるように、第２の基板ホルダ１７の基板を保持する面の曲率は面全体にわたり大きく変化しないのが好ましい。また基板を保持する面の曲率は、基板の弾性率を考慮して基板の変形がスムーズに行われるような形状とし、空気だまりを生じることがないように定めることが好ましい。
なお、第１の基板ホルダ１４の基板を保持する面が凸になるように構成してもよい。あるいは、両方の基板ホルダの基板を保持する面が凸になるように構成してもよい。
また、一方または両方の基板ホルダの基板を保持する面の周縁部の少なくとも一部を
除く部分が凸になるように構成し、基板を接合させる際に、該凸の部分に対応する基板の
部分が最初に接触し、凸でない周縁部の少なくとも一部から空気が除かれるようにしても
よい。
実施の形態にかかる基板接合装置１では、制御装置２０は、加圧装置１５が上昇し第１の基板Ｗ１と第２の基板Ｗ２とが接した位置から第２の基板Ｗ２が上昇した距離を位置検出装置１８で検出し、第２の基板ホルダ１７の凸面の曲率、基板の弾性率、及び上昇した記距離を用いて、基板接触部の面積を算出する。この算出された面積を用いて、単位面積あたりの加圧力がほぼ一定になるように加圧装置１５の加圧力を制御する。これにより、接合初期から接合終了時まで単位面積あたりの加圧力をほぼ一定にすることができ、より均一な接合を行うことができる。また、接合中、基板の一部に過大な加圧力が加わらないため、基板の破損等を防ぐことができる。
なお、位置検出部１８に代えて、基板Ｗ１と基板Ｗ２とのギャップを測定可能に構成し、ギャップの変化から接触面積を算出するようにしてもよい。或いは、ガラス基板のような透明な基板の場合は、基板ホルダを透明な部材で構成し、裏面から光学的に基板間の距離を測定するように構成してもよい。
（基板ホルダの変形例）
図３は、実施の形態にかかる基板接合装置１に使用する基板ホルダの変形例を示す。
図３において、第１の基板ホルダ１４は図２と同等であるが、第２の基板ホルダ２７は、基板Ｗ２を保持する面に弾性部材２７ａを配置し、基板Ｗ２の変形を容易にするよう形成されている。
この例の場合の接触面積は、制御装置２０が上記と同様に算出するが、算出において弾性部材の弾性率も考慮して接触面積を算出することが上記と異なっている。
なお、弾性部材２７ａの代わりに、内部に気体或いは液体を充填した風船状の部材を配置してもよい。この場合も、風船状の部材の弾性率を考慮して接触面積を算出することは言うまでもない。
以上述べたように、実施の形態にかかる基板接合装置によれば、基板接合の際に、基板間に空気だまりを生じさせることなく均一な基板接合を達成することが可能となる。
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
実施形態にかかる、基板接合装置の概略構成図を示す。 基板接合装置に用いられる基板ホルダの概略構成図を示す。 実施の形態にかかる基板接合装置に使用する基板ホルダの変形例を示す。
符号の説明
１ 基板接合装置
１１ 上部フレーム
１２ 下部フレーム
１３ 上プレート
１４ 第１基板ホルダ
１５ 加圧装置
１６ 下プレート
１７、２７ 第２基板ホルダ
１８ 位置検出部
２０ 制御装置
Ｗ１、Ｗ２ 基板

Claims (4)

  1. 第１の基板を保持する第１の基板保持手段と、
    第２の基板を保持する第２の基板保持手段と、
    前記第１および前記第２の基板保持手段を介して前記第１の基板および前記第２の基板を加圧する加圧手段と、
    前記加圧手段の前記加圧力を制御する制御手段と、
    前記第１及び前記第２の基板位置を検出する位置検出手段と、を備え、
    前記第１および前記第２の基板保持手段の前記基板を保持する少なくとも一方の面は凸状に形成され、
    前記制御手段は、前記第１および前記第２の基板を接合させる際に、前記凸状の頂点近傍の前記基板部分が最初に接触し、前記加圧力の増加に伴い前記基板の接触面積が広がるように、前記位置検出手段からの基板位置情報と、前記凸状の曲率、及び前記基板の弾性率に基づき算出された接触面積から前記加圧力を制御することを特徴とする基板接合装置。
  2. 前記制御手段は、単位面積当りの前記加圧力を略一定値に制御することを特徴とする請求項１に記載の基板接合装置。
  3. 前記第１および前記第２の基板保持手段の少なくとも一方が弾性材料を備え、前記接触面積の算出に前記弾性部材の弾性率を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載の基板接合装置。
  4. 前記第１および前記第２の基板保持手段の少なくとも一方に、気体または液体が充填され、前記接触面積の算出に前記充填材の弾性率を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載の基板接合装置。
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