JP5134673B2 - 貼り合わせ装置及び貼り合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄板状の２つの部材を貼り合わせる貼り合わせ装置及びその貼り合わせ装置を用いた貼り合わせ方法に関する。

近年、例えば半導体デバイスやＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）の製造分野においては、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」とする）の大口径化が進んでいる。また、実装などの特定の工程においては、ウェハの薄型化が求められている。ただし、例えば大口径で薄いウェハを、そのまま搬送したり、研磨処理したりすると、ウェハに反りや割れが生じるおそれがある。そこで、ウェハを補強するために、当該ウェハと、補強用基板、例えば同形同大の他のウェハとを貼り合わせることが行われている。かかるウェハの貼り合わせは、通常、接着剤を用いて行なわれる。

しかしながら、接着剤を用いてウェハと他のウェハとを貼り合わせると、ウェハ間に空気が入り込み、ボイドが発生するおそれがある。ウェハ間にボイドが発生すると、製造される半導体デバイスの性能が悪くなるおそれがあるため、かかるボイドの発生を抑制することが必要である。

そこで、従来より、２つのウェハを上下に配置した状態（以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。）で収容するチャンバーと、このチャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部分を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有する貼り合わせ装置が提案されている（特許文献１）。

かかる貼り合わせ装置を用いた場合、ウェハ間のボイドの発生を抑制するため、チャンバー内を排気して、減圧した状態でウェハの貼り合わせが行われる。ウェハの貼り合わせは、先ず、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンによって上ウェハの中心部分を押圧して、当該中心部分を下ウェハに当接させ、その後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させることによって行なわれる。

しかしながら、前記した貼り合わせ装置を用いた場合、貼り合わせの際にはチャンバー内全体を所定の減圧状態にしておく必要がある。そのため、ウェハをチャンバー内に収容してから当該チャンバー内全体を排気して所定の圧力まで減圧するのに多大な時間を要する。その結果、ウェハ処理全体のスループットが低下する。

そこで、上ウェハを保持する上部チャックを所定の圧力で中心部が撓むように構成し、上部チャックと下部チャックとを密着させてその間に狭小な密閉空間を形成した状態で当該空間内を排気することで上部チャックの中心部を撓ませ、これによって上ウェハの中心部と、補強用基板や下ウェハとの中心部を先ず当接させ、その後中心部からウェハの径方向外側に向かって順次当接させて貼り合わせを行うことが提案されている（特許文献２）。

なお、上述のウェハの貼り合わせにおいては、通常、融点以上の温度に接着剤を加熱して、当該接着剤を液状に溶融させた状態で貼り合わせが行なわれる。そのため、特許文献２にも示されているように、例えば下部チャックには加熱機構としてのヒータが内蔵されており、下ウェハに塗布された接着剤を当該ヒータによって加熱することが行なわれている。

特開２００４−２０７４３６号公報 ＷＯ２０１０／０５５７３０号公報

しかしながら、本発明者らが特許文献２に開示された方法によりウェハの貼り合わせを行ったところ、減圧された空間内での貼り合わせであるにもかかわらず、ウェハ間にボイドが発生する場合があった。

この点について本発明者らが鋭意調査したところ、ヒータによる加熱に伴う下部チャックの熱膨張が、ボイド発生の原因であることが確認された。このことを図を参照しながら詳しく説明すると、図１５に示すように、ヒータ１００が内蔵された下部チャック１０１は、ステンレススチール製の円環状の支持台１０２によって、周辺部が支持されている。支持台１０２の材質は、例えばステンレススチールである。下部チャック１０１と支持台１０２とは同心円状に配置された複数のボルト１０３によって固定されている。なお、支持台１０２は複数の他のボルトによって台座（図示せず）と固定されている。

そして、ヒータ１００を昇温させると、下部チャック１０１上面の外周縁部が、波打った状態に変形していることが確認された。これについて、本発明者らが、ヒータ１００を２１０℃に昇温した場合の下部チャック１０１上面の外周縁部における変位量を、数値解析を用いたシミュレーションにより算出したところ、図１６の表に示すような結果が得られた。なお、このシミュレーションには、例えば汎用の熱構造解析用ソフトを用いることができる。図１６における左側の図中のＸ１〜Ｘ１２で示した箇所が、変位量の測定点であり、図１６における右側の表に記載した数値が、各測定点での鉛直方向における変位量（単位μｍ）である。なお、図１６に示す下部チャック１０１は、６本のボルト１０３によって支持台１０２と固定されている。

この結果からわかるように、ボルト１０３に対応する位置では熱膨張による変位量が相対的に小さく、ボルト１０３と他のボルト１０３との間の位置では、ボルト１０３に対応する位置と比較して、最大で３０μｍ程度変位量が大きくなっている。ボルト１０３に対応する位置において熱膨張による変位量が小さくなるのは、熱膨張による下部チャック１０１の伸びが、ボルト１０３によって拘束されるためである。そのため、前記した下部チャック１０１上面の外周縁部が波打った状態に変形したものと考えられる。その結果、ボルト１０３に対応する位置における、上部チャックと下部チャックとの密着による気密性が損なわれ、当該位置近傍で、ウェハにボイドが発生しやすくなっていたと推察される。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、接着剤を用いて２つの薄板状の部材を貼り合わせる際に、これら部材間にボイドが発生することを防止することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、接着剤を用いて２つの薄板部材を貼り合わせる貼り合わせ装置であって、上面に第１の薄板部材を載置して保持する第１の保持部と、前記第１の保持部の内部に設けられた加熱機構と、前記第１の保持部の上方に当該第１の保持部と対向して設けられ、下面に第２の薄板部材を保持する第２の保持部と、前記第１の保持部と前記第２の保持部が当接した際に前記第１の保持部と前記第２の保持部で囲まれる空間内を排気する排気機構と、前記第２の保持部の上面側に設けられ、前記第２の保持部を下方に押圧する押圧機構と、前記第１の保持部の外周部の下面を支持する、複数の第１の支持部材を環状に組み合わせて形成された第１の支持台と、前記第１の支持台の下面を支持する、複数の第２の支持部材を環状に組み合わせて形成された第２の支持台と、を有し、前記第２の保持部は、所定の圧力で当該第２の保持部の一箇所が撓むように構成され、前記第２の支持台と前記第１の保持部は、前記各第２の支持部材に対してそれぞれ１つずつ設けられた固定部材により固定され、前記各固定部材は、前記各第１の支持部材に形成された前記固定部材の直径より大きい貫通孔と、前記各第２の支持部材に形成された前記固定部材の直径より大きい貫通孔とを挿通していることを特徴としている。

本発明によれば、第１の保持部と第２の支持台とが、当該第２の支持台を構成する複数の第２の支持部材に対して一つずつ設けられた固定部材により固定され、各固定部材は、各第２の支持部材に形成された固定部材の直径より大きい貫通孔を挿通しているので、例えば熱膨張により第１の保持部の体積が変化した場合であっても、各固定部材は第１の保持部の体積変化に追従して移動することができる。これにより、第１の薄板部材と第２の薄板部材の貼り合わせを行う際に第１の保持部上面の外周縁部が、波打ったように変形することを防止でき、それに伴って、第１の薄板部材と第２の薄板部材との間にボイドが発生することを防止できる。

なお、前記貼り合わせ装置は、前記第１の保持部と前記第２の保持部間の空間の気密性を保持するための気密性保持機構を有していてもよい。

前記気密性保持機構は、前記第２の部材の外周下面に沿って設けられ、当該外周下面から下方に突出する突出部と、前記突出部の下面に環状に設けられ、前記第１の保持部、第２の保持部及び前記突出部に囲まれた空間の気密性を保持するシール材と、前記シール材の外側に設けられ、前記突出部の下面に当接して前記第１の部材と前記第２の部材間の鉛直方向の距離を調整可能な高さ調整機構と、を有していてもよい。

前記押圧機構は、少なくとも前記第２の部材を覆うように設けられた鉛直方向に伸縮自在の容器を有し、当該容器内に流体を導入することで前記第２の保持部を押圧してもよい。

本発明によれば、２つの部材を貼り合わせる際に、部材間にボイドが発生することを防止できる。

本実施の形態にかかる貼り合わせ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 上部チャックを下降させた様子を示す説明図である。 断熱リング及び支持リングの構成の概略を示す斜視図である。 断熱リング及び支持リング近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 支持リング及び台座近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 下部チャック近傍の構成の概略を示す平面図である。 高さ調整機構の構成の概略を示す平面図である。 高さ調整機構の構成の概略を示す側面図である。 偏心ロールと回転シャフトとの関係を示した説明図である。 貼り合わせ装置の各機器の動作状態を示すタイムチャートである。 上部チャックの中心部が撓んだ様子を示す説明図である。 上ウェハの全面が下ウェハの全面に当接した様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハを貼り合わせた様子を示す説明図である。 下部チャック上面周辺部の熱膨張による変位を示す説明図である。 従来の支持台の構成の概略を示す説明図である。 下部チャック上面周辺部の熱膨張による変位を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる貼り合わせ装置１の構成の概略を示す縦断面図である。

貼り合わせ装置１は、第１の薄板部材としての下ウェハＷ_Ｌを上面で載置して保持する第１の保持部としての下部チャック１０と、第２の薄板部材としての上ウェハＷ_Ｕを下面で吸着保持する第２の保持部としての上部チャック１１を有している。上部チャック１１は、下部チャック１０と対向するように、当該下部チャック１０の上方に配置されている。したがって、下部チャック１０に保持された下ウェハＷ_Ｌと、上部チャック１１に保持された上ウェハＷ_Ｕは対向する。なお、本実施の形態においては、下ウェハＷ_Ｌと上ウェハＷ_Ｕは、同じ直径を有している。

上部チャック１１の上面には、当該上部チャック１１を鉛直下方に押圧する押圧機構１２が設けられている。押圧機構１２の構成の詳細は後述する。下部チャック１０の下面には、例えばセラミックスなどの断熱性に優れた材料により円環状に形成された、第１の支持台としての断熱リング１３が設けられている。下部チャック１０は、この断熱リング１３により外周縁部の下面を支持されている。断熱リング１３の下面には、第２の支持台としての支持リング１４が設けられている。支持リング１４の下面は台座１５により支持されている。支持リング１４及び台座１５の材質は、例えばステンレススチールである。

上部チャック１１の下面外周縁部には、円環状に下方に突出する突出部１６が設けられている。この突出部１６は、上部チャック１１と一体に形成されていてもよい。突出部１６の下面には、円環状の溝１６ａが形成されている。この溝１６ａには、同じく円環状のシール材１７が配置されている。したがって、上部チャック１１を下方に移動させて、突出部１６又は突出部１６のシール材１７と下部チャック１０上面の周縁部を密着させると、上部チャック１１、突出部１６及び下部チャック１０とで囲まれた領域に、図２に示すように、下ウェハＷ_Ｌと上ウェハＷ_Ｕを貼り合わせるための貼り合わせ空間Ｓが形成される。なお、円環状の溝１６ａは、その体積がシール材１７の体積より大きくなるように形成されている。このため、後述の加圧容器７１によって上部チャック１１を下部チャック１０の方向に向けて押圧した際に、弾性変形したシール材１７は溝１６ａの内部に収容される。

上部チャック１１は、当該上部チャック１１の上面に所定の圧力がかかると、上面の一部分が下方に凸状に撓むように材質の選定と厚さの設定がなされている。本実施の形態における上部チャック１１は、例えばアルミニウムにより構成されており、上部チャック１１の厚さは１６ｍｍである。これにより、上部チャック１１の上面に例えば０．０７ＭＰａの圧力がかかると、中心部が下方に凸状に０．２ｍｍ撓む。なお、本実施の形態における圧力は、特記なき限りゲージ圧で表記している。即ち、大気圧＝０（ゼロ）ＭＰａであり、例えば前記の０．０７ＭＰａは、大気圧＋０．０７ＭＰａを表している。

上部チャック１１の内部には、上ウェハＷ_Ｕを吸着保持するための吸引管１８と、前述した貼り合わせ空間Ｓの内部を排気するための排気管１９が設けられている。吸引管１８及び排気管１９は、例えば真空ポンプなどの排気装置２０、２１にそれぞれ接続されている。なお、排気管１９の一端は、上部チャック１１の下面における上ウェハＷ_Ｕが保持されない場所、例えば突出部１６の近傍に連通している。本実施の形態における排気機構は、排気管１９と排気装置２１とで構成されている。

下部チャック１０の内部には、図１に示すように下ウェハＷ_Ｌを加熱する加熱機構２２と、下ウェハＷ_Ｌを吸着保持するための吸引管２３が設けられている。加熱機構２２には、例えばヒータが用いられる。吸引管２３は、吸引管１８と同様に、真空ポンプなどの排気装置２４に接続されている。なお、下部チャック１０は例えばアルミニウムにより構成されており、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの貼り合わせの際に押圧機構１２により荷重がかけられても変形しないようにその厚さが設定されている。

下部チャック１０の下面を支持する断熱リング１３は、例えば図３に示すように、略円弧状に形成された第１の支持部材としての断熱部材３０を複数組み合わせて略円環状に形成されている。また、断熱リング１３の下面を支持する支持リング１４は、略円弧状に形成された第２の支持部材としての支持部材３１を複数組み合わせて略円環状に形成されている。なお、図３においては、６つの断熱部材３０が組み合わされた断熱リング１３、及び３つの支持部材３１が組み合わされた支持リング１４を描図しているが、断熱リング１３と支持リング１４をそれぞれいくつの断熱部材３０と支持部材３１とを組み合わせて形成するかは本実施の形態に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。

各断熱部材３０及び各支持部材３１には、図４にも示すように、貫通孔３０ａ、３１ａがそれぞれ形成されている。この貫通孔３０ａ、３１ａは、各断熱部材３０及び各支持部材３１をそれぞれ鉛直方向に貫通している。そして、貫通孔３０ａと、貫通孔３１ａとをそれぞれ挿通する固定部材、例えばボルト４０を、下部チャック１０の下面に形成されたネジ孔１０ａに螺合することで、下部チャック１０と各支持部材３１が固定されている。各支持部材３１は、図３に示すように、それぞれ１つのボルト４０により下部チャック１０に固定されている。前記した貫通孔３０ａ、３１ａの直径はそれぞれボルト４０の直径より大きい。このため、各断熱部材３０はボルト４０により直接固定されておらず、ボルト４０の締め付けによって各支持部材３１と下部チャック１０との間に挟み込まれた状態となっている。

また、図３に示すように、各支持部材３１の外側面には、当該支持部材３１の直径方向外方に突出したブラケット部４１が設けられている。このブラケット部４１には、当該ブラケット部４１を鉛直方向に貫通する貫通孔４１ａが形成されている。そして、図５にも示すように、この貫通孔４１ａを挿通するボルト４２を台座１５の上面に形成されたネジ孔１５ａに螺合することで、各支持部材３１は台座１５に取り付けられている。なお、この貫通孔４１ａの直径は、ボルト４２の直径より大きい。

このように、１つの支持部材３１が１つのボルト４０により下部チャック１０に固定され、且つボルト４０は当該ボルト４０の直径より大きい貫通孔３０ａ、３１ａを挿通しているので、例えば熱膨張により下部チャック１０の体積が変化した場合であっても、各支持部材３１と各断熱部材３０は下部チャック１０の体積変化に追従して移動することができる。このため、熱膨張により下部チャック１０に伸びが生じても、この伸びがボルト４０により拘束されることを防止できる。また、支持部材３１と台座１５も、ボルト４２が当該ボルト４２の直径より大きい貫通孔４１ａを挿通しているので、この点からも、下部チャック１０に伸びが生じても、ボルト４２により当該伸びが拘束されることもない。

なお、本実施の形態では、支持リング１４が３つの支持部材３１により形成されているので、支持リング１４と下部チャック１０とは３つのボルト４０により固定される。その一方、断熱リング１３は６つの断熱部材３０により形成されている。この場合、６つの断熱部材３０のうちボルト４０が挿通するのは３つの断熱部材３０のみであるため、貫通孔３０ａは３つの断熱部材３０に形成されていれば足りる。しかしながら、例えば図３に示すように６つの断熱部材３０全てに貫通孔３０ａが形成されていてもよい。

台座１５の上面であって、平面視において下部チャック１０の外周に沿った位置には、図６に示すように、高さ調整機構５０が同心円状に複数個所、例えば３箇所に設けられている。高さ調整機構５０は、突出部１６の周辺部を支持して上部チャック１１の高さを調整することにより、下ウェハＷ_Ｌと上ウェハＷ_Ｕ間の鉛直方向の距離を高精度に調整するものである。

高さ調整機構５０は、例えば図７及び図８に示すように、回転シャフト５１により固定された、円盤状の偏心ロール５２を有している。回転シャフト５１は、台座１５の上面に設けられたロール支持枠５３に支持されている。回転シャフト５１の一端部には、当該回転シャフト５１を回転させる回転駆動部５４が接続されている。回転シャフト５１の中心Ｃ１は、例えば図９に示すように、偏心ロール５２の中心Ｃ２から偏心している。したがって、回転シャフト５１を回転させると、偏心ロール５２の鉛直方向の頂点の高さ、すなわち突出部１６との接触点の高さを調整することができる。これにより、上部チャック１１の高さ方向の位置を高精度に調整することができる。高さ調整機構５０は、例えば図２に示すように、偏心ロール５２が突出部１６におけるシール材１７の外側の位置と当接するように配置されている。なお、本実施の形態においては、突出部１６、シール材１７及び高さ調整機構５０で気密性保持機構が構成されている。また、高さ調整機構５０の数は本実施の形態に限定されないが、３箇所以上に設けられていることが好ましい。

押圧機構１２は、図１に示すように上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを覆うように設けられた、内部が中空な略円柱形状の加圧容器７１と、加圧容器７１の内部に流体として例えば圧縮空気を供給する流体供給管７２と、を有している。加圧容器７１は、内部に供給される圧縮空気の圧力により破損せず、且つ鉛直方向に伸縮自在な、例えばステンレススチール製のベローズにより構成されている。加圧容器７１の下面は、上部チャック１１の上面に当接している。また、加圧容器７１の上面は、上部チャック１１の上方に設けられた支持板７３の下面に取り付けられている。

流体供給管７２は、その一端が加圧容器７１に接続され、他端が流体供給源７４に接続されている。そして、流体供給管７２を介して流体供給源７４から、例えば圧縮空気を加圧容器７１に供給することで、加圧容器７１が伸長する。この際、加圧容器７１の上面と支持板７３の下面とが当接しているので、加圧容器７１は下方向にのみ伸長し、加圧容器７１の下面に設けられた上部チャック１１を下方に押圧することができる。また、加圧容器７１の内部は流体により加圧されているので、加圧容器７１は上部チャック１１の面内を均一に押圧することができる。上部チャック１１を押圧する際の荷重の調節は、加圧容器７１に供給する圧縮空気の圧力を調整することで行われる。なお、支持板７３は、加圧容器７１により上部チャック１１を押圧する際の反力を受けても変形しないように、材質の選定と厚さの設定がなされている。

支持板７３の上面には当該支持板７３を昇降させる昇降機構７５が設けられている。したがって、昇降機構７５により支持板７３を昇降させることにより、支持板７３ごと加圧容器７１、及び上部チャック１１を昇降させることができる。これにより下部チャック１０の下面の突出部１６と上部チャック１１の上面との距離を調整することができる。なお、加圧容器７１が上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを覆うとは、例えば加圧容器７１の直径が上ウェハＷ_Ｕ及び下ウェハＷ_Ｌの直径と同じであることをいう。ここでいう加圧容器７１の直径は、加圧容器７１が上部チャック１１と接触する部分の直径を指す。このように、加圧容器７１の直径と上ウェハＷ_Ｕ及び下ウェハＷ_Ｌの直径を同じにすることで、加圧容器７１により上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを押圧した際に、上ウェハＷ_Ｕ及び下ウェハＷ_Ｌの面内に均一に圧力がかかる。

本実施の形態にかかる貼り合わせ装置１は以上のように構成されており、次にこの貼り合わせ装置１で行われる下ウェハＷ_Ｌと上ウェハＷ_Ｕとの貼り合わせ方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、貼り合わせ装置１の各機器の動作状態を縦軸に、時間の経過（ｔ_０〜ｔ_１３）を横軸にそれぞれ表したタイムチャートである。

なお、当該貼り合わせ方法を実施するにあたっては、予め、下ウェハＷ_Ｌの上面に接着剤が塗布されている。

また、下ウェハＷ_Ｌと上ウェハＷ_Ｕとの貼り合わせを行うに先立ち、加熱機構２２を所定の温度まで昇温させる。所定の温度としては、接着剤の融点以上の温度、例えば２５０℃を例示できる。加熱機構２２を昇温させると、下部チャック１０の体積が熱膨張により増加する。しかしながら、本実施の形態では、既述したように、断熱リング１３を構成する各断熱部材３０、及び支持リング１４を構成する各支持部材３１は、各々１つのボルト４０によって下部チャック１０に固定され、しかもこのボルト４０は、当該ボルト４０の直径より大きい貫通孔３０ａ、３１ａを挿通している。したがって、ボルト４０及び断熱リング１３は下部チャック１０の熱膨張による体積変化に追従して移動することが可能となっている。また、支持部材３１と台座１５を固定するボルト４２も、ボルト４２の直径より大きい貫通孔４１ａを挿通している。したがって、下部チャック１０は、これらボルト４０及びボルト４２によって定点に拘束されることはなく、全方位に均等に伸びることができる。したがって、従来技術に見られたような、下部チャック１０の上面周縁部が波打ったように変形することを防止できる。

そして、先ず図１０に示す時間ｔ_１において、図１に示すような、下部チャック１０と上部チャック１１が上下方向に離れた状態で、下部チャック１０に下ウェハＷ_Ｌを載置して吸着保持させる。それと共に、上ウェハＷ_Ｕ上部チャック１１に吸着保持させる。この際、上ウェハＷ_Ｕは上部チャック１１により−０．０９ＭＰａの負圧で吸着保持される。

次に、時間ｔ_２において、高さ調整機構５０の偏心ロール５２を回転させて、当該偏心ロール５２の上端が所定の高さとなるように調整する。なお、この所定の高さとは、上部チャック１１の突出部１６の下面を偏心ロール５２の上端に当接させた場合に、シール材１７が下部チャック１０に接触し、且つ上部チャック１１の上面に所定の圧力をかけることにより当該上部チャック１１に吸着保持される上ウェハＷ_Ｕの中心部が撓んだ際に、上ウェハＷ_Ｕの中心部が下ウェハＷ_Ｌに接触する高さである。なお、図１０においてはこの高さを「上昇位置」として表記している。また、図１０に表記する「下降位置」は、突出部１６の下面と下部チャック１０の上面とを当接させても偏心ロール５２が突出部１６の下面と当接しない高さを意味している。

次いで、時間ｔ_３において、昇降機構７５を作動させて上部チャック１１を下降させ、図２に示すように、突出部１６の下面を高さ調整機構５０の偏心ロール５２の上端に当接させる。この段階で、突出部１６のシール材１７が下部チャック１０上面の周辺部と密着し、下部チャック１０と上部チャック１１との間に、密閉された貼り合わせ空間Ｓが形成される。

その後、時間ｔ_４において、加圧容器７１の内部に対して、圧力０．０７ＭＰａの圧縮空気の供給を開始し、上部チャック１１の上面を押圧機構１２により０．０７ＭＰａの圧力で押圧する。そうすると、図１１に示すように上部チャック１１の中心部が下方に凸に撓み、それに伴って上部チャック１１に吸着保持された上ウェハＷ_Ｕの中心部も下方に凸に撓む。これにより下ウェハＷ_Ｌと上ウェハＷ_Ｕの中央部が当接する。この間、貼り合わせ空間Ｓ内の圧力は未だ大気圧なので、上ウェハＷ_Ｕは上部チャック１１に吸着保持された状態を保っている。

次いで、時間ｔ_５において、排気管１９を通じて貼り合わせ空間Ｓ内の排気を開始する。そして、貼り合わせ空間Ｓ内の圧力が−０．０９ＭＰａ以下になると（時間ｔ_６）、上部チャック１１が上ウェハＷ_Ｕを吸着保持することができなくなる。このため、上部チャック１１に吸着されることにより上部チャック１１に沿って撓んでいた上ウェハＷ_Ｕが平らな状態に戻り始める。そして、それに伴って、上ウェハＷ_Ｕは、下ウェハＷ_Ｌに当接した中心部から径方向外側に向かって順次当接していき、やがて、図１２に示すように、上ウェハＷ_Ｕの全面が下ウェハＷ_Ｌの全面に当接する。これにより、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌは接着剤により接着される。

その後、時間ｔ_７において、図１３に示すように高さ調整機構５０により偏心ロール５２の高さを下降位置に調整し、上ウェハＷ_Ｕの全面に上部チャック１１の下面を接触させる。このとき、シール材１７は、弾性変形して突出部１６の溝１６ａに収容され、突出部１６の下面全てが下部チャック１０の上面に密着する。

そして、時間ｔ_８において、加圧容器７１に供給する圧縮空気の圧力を上げ始め、上部チャック１１を所定の圧力、例えば０．７５ＭＰａで所定の時間、下方に押圧する。これにより、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌがより強固に接着され、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとが貼り合わせられる。

このようにして、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの貼り合わせが完了すると、時間ｔ_９において圧縮空気の供給が停止され、加圧容器７１内の圧力が大気圧に戻される。次に時間ｔ_１０において、排気管１９による排気が停止され、貼り合わせ空間Ｓが大気圧に戻される。また、吸引管１８による上ウェハＷ_Ｕの吸引も停止される

その後、時間ｔ_１１において、昇降機構７５によって支持板７３を上昇させ、下部チャック１０と上部チャック１１が分離される。次いで時間ｔ_１２において、下ウェハＷ_Ｌの吸着保持を停止する。その後、貼り合わせられた状態の上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが貼り合わせ装置１から搬出される。

以上のように、本実施の形態によれば、貼り合わせ当初は、貼り合わせ空間Ｓ内は大気圧の状態であり、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部とは、加圧容器７１による押圧によって当接する。そして、上ウェハＷ_Ｕの中心部と下ウェハＷ_Ｌの中心部とが当接した後は、貼り合わせ空間Ｓ内が排気されて減圧状態になっていき、それに伴って中心部から径方向外側へと次第に当接部分が広がっていき、遂には上ウェハＷ_Ｕの全面が下ウェハＷ_Ｌの全面に当接する。したがって、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの間にボイドが発生することを防止できる。

また、下部チャック１０と支持リング１４とが、当該支持リング１４を構成する各支持部材３０に対して１つずつ設けられたボルト４０により固定され、且つボルト４０は当該ボルト４０の直径より大きい貫通孔３０ａ、３１ａを挿通しているので、熱膨張により当該下部チャック１０の体積が変化した場合であっても、各ボルト４０は下部チャック１０の体積変化に追従して移動することができる。このため、熱膨張により下部チャック１０に伸びが生じても、この伸びがボルト４０により拘束されることを防止できる。したがって、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの貼り合わせを行う際に下部チャック１０上面の外周縁部が熱膨張によって波打つことが防止でき、既述したような、下部チャック１０の外周縁部が波打った形状に変形することによるボイドの発生を防止することができる。

また、下部チャック１０と支持リング１４との間に、断熱性に優れるセラミックスなどにより構成された断熱リング１３を配置しているので、下部チャック１０から外部に伝達する熱を最小限に抑えることができる。

なお、本発明者らは、本実施の形態にかかる断熱リング１３と支持リング１４を用いて、下部チャック１０をボルト４０により固定した場合の、下部チャック１０の上面における熱膨張による変位量を、数値解析を用いたシミュレーションにより算出した。このシミュレーションには、例えば汎用の熱構造解析用ソフトを用いることができる。このときの下部チャック１０の加熱温度は２５０℃とした。その結果を図１４に示す。図１４における左側の図に示すＹ１〜Ｙ７は変位量の測定点であり、図１４における右側に示した表に記載の各数値は、Ｙ１〜Ｙ７における下部チャック１０の上面の変位量（単位μｍ）である。図１４に示すように、熱膨張による下部チャック１０の変位量は、ボルト４０により固定されている箇所（Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）とそれ以外の箇所（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６）との間で、その差が２μｍ程度に抑えられることが確認された。

ところで、断熱リング１３を、例えば一体形の円環状のセラミックスで形成した場合、当該一体形の断熱リング１３は、熱膨張により下部チャック１０に生じる体積変化に追従して自由に移動することができない。その結果、当該断熱リング１３に割れが生じて破損する恐れがある。セラミックスは脆く割れやすいためである。この点、本実施の形態にかかる断熱リング１３は、複数の断熱部材３０に分割して構成され、且つ下部チャック１０と支持リング１４とにより挟み込まれているだけである。したがって、下部チャック１０が熱膨張してその体積が変化した場合であっても、断熱リング１３を構成する各断熱部材３０は、下部チャック１０の体積変化に追従して移動することができる。したがって、本実施の形態にかかる断熱リング１３は、下部チャック１０に熱膨張が生じても割れたり、破損したりすることはない。

ところで、従来の貼り合わせ方法においては、先ず貼り合わせ空間Ｓ内を排気し、当該貼り合わせ空間Ｓ内外の圧力差を用いて上部チャック１１を下方に凸状に撓ませているが、本実施の形態においては、貼り合わせ空間Ｓ内を排気するに先立って、当該貼り合わせ空間Ｓ内が大気圧状態のときに先ず押圧機構１２により上部チャック１１を押圧して上部チャック１１を撓ませている。

本実施の形態にかかる貼り合わせ装置１においては、貼り合わせ空間Ｓ内が排気されると、貼り合わせ空間Ｓ内の圧力と貼り合わせ空間Ｓの外部の圧力との差により、下部チャック１０を上方に押し上げる力が作用する。そして、下部チャック１０を上方に押し上げる力が作用すると、この上向きの力により下部チャック１０が上方に浮き上がってしまうおそれがある。この浮き上がりの原因は、下部チャック１０を上方に押し上げる力によりボルト４０を介して支持部材３１が上方に引っ張られ、それにより当該支持部材３１と台座１５とを固定するボルト４２を支点にして、支持部材３１が上方に撓むためである。そうすると、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌの全面が同時に当接してしまい、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの間にボイドが発生してしまうおそれがある。この点、本実施の形態においては、前述したように貼り合わせ空間Ｓ内が大気圧の状態において、換言すれば排気を開始する時間ｔ_５より前に、押圧機構１２の加圧容器７１によって上部チャック１１を押圧し、その状態を維持する。したがって、時間ｔ_６において貼り合わせ空間Ｓ内の排気を開始しても、下部チャック１０が浮き上がることがない。したがって、かかる点からも、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの間にボイドが発生することを防止できる。

以上の実施の形態における上部チャック１１は、所定の圧力で上面の中心部が撓むように構成されていたが、上部チャック１１上面は必ずしも中心部が撓む必要はなく、他の箇所、例えば上部チャック１１の中心部から所定の距離離れた箇所が撓むようにしてもよい。上部チャック１１上面の一箇所が撓むようにすれば、上部チャック１１に保持された上ウェハＷ_Ｕは、貼り合わせ空間Ｓを排気することにより、その撓んだ部分から径方向外側に向かって順次下ウェハＷ_Ｌに当接する。したがって、かかる場合においても、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの間にボイドが発生することを防止できる。

なお、以上の実施の形態においては、下部チャック１０にのみ加熱機構２２を設けていたが、上部チャック１１の内部にも加熱機構を設けて上ウェハＷ_Ｕも加熱するようにしてもよい。

以上の実施の形態では、貼り合わせ装置を用いて下ウェハと上ウェハを貼り合せていたが、本実施の形態の貼り合わせ装置は、ウェハとガラス基板を貼り合わせる場合にも用いることができる。また、半導体デバイスを複数積層する際に、ウェハとウェハを貼り合せる場合やチップとチップを貼り合わせる場合にも、貼り合わせ装置を用いることができる。さらに、貼り合わせる部材が、ウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の部材である場合にも、本発明の貼り合わせ装置を用いることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、薄板状の２つの部材を貼り合わせる際に有用である。

１ 貼り合わせ装置
１０ 下部チャック
１１ 上部チャック
１２ 押圧機構
１３ 断熱リング
１４ 支持リング
１５ 台座
１６ 突出部
１６ａ 溝
１７ シール材
１８ 吸引管
１９ 排気管
２０ 排気装置
２１ 排気装置
２２ 加熱機構
２３ 吸引管
２４ 排気装置
３０ 断熱部材
３１ 支持部材
４０ ボルト
４１ ブラケット部
４２ ボルト
５０ 高さ調整機構
５１ 回転シャフト
５２ 偏心ロール
５３ ロール支持枠
５４ 回転駆動部
５５ モータ
５６ 回転駆動部
７１ 加圧容器
７２ 流体供給管
７３ 支持板
７４ 流体供給源
７５ 昇降機構
Ｇ ガラス基板
Ｓ 貼り合わせ空間
Ｗ ウェハ

Claims (4)

1. 接着剤を用いて２つの薄板部材を貼り合わせる貼り合わせ装置であって、
   上面に第１の薄板部材を載置して保持する第１の保持部と、
   前記第１の保持部の内部に設けられた加熱機構と、
   前記第１の保持部の上方に当該第１の保持部と対向して設けられ、下面に第２の薄板部材を保持する第２の保持部と、
   前記第１の保持部と前記第２の保持部が当接した際に前記第１の保持部と前記第２の保持部で囲まれる空間内を排気する排気機構と、
   前記第２の保持部の上面側に設けられ、前記第２の保持部を下方に押圧する押圧機構と、
   前記第１の保持部の外周部の下面を支持する、複数の第１の支持部材を環状に組み合わせて形成された第１の支持台と、
   前記第１の支持台の下面を支持する、複数の第２の支持部材を環状に組み合わせて形成された第２の支持台と、を有し、
   前記第２の保持部は、所定の圧力で当該第２の保持部の一箇所が撓むように構成され、
   前記第２の支持台と前記第１の保持部は、前記各第２の支持部材に対してそれぞれ１つずつ設けられた固定部材により固定され、
   前記各固定部材は、前記各第１の支持部材に形成された前記固定部材の直径より大きい貫通孔と、前記各第２の支持部材に形成された前記固定部材の直径より大きい貫通孔とを挿通していることを特徴とする、貼り合わせ装置。
2. 前記第１の保持部と前記第２の保持部間の空間の気密性を保持するための気密性保持機構を有することを特徴とする、請求項１に記載の貼り合わせ装置。
3. 前記気密性保持機構は、
   前記第２の部材の外周下面に沿って設けられ、当該外周下面から下方に突出する突出部と、
   前記突出部の下面に環状に設けられ、前記第１の保持部、第２の保持部及び前記突出部に囲まれた空間の気密性を保持するシール材と、
   前記シール材の外側に設けられ、前記突出部の下面に当接して前記第１の部材と前記第２の部材間の鉛直方向の距離を調整可能な高さ調整機構と、を有することを特徴とする、請求項２に記載の貼り合わせ装置。
4. 前記押圧機構は、少なくとも前記第２の部材を覆うように設けられた鉛直方向に伸縮自在の容器を有し、当該容器内に流体を導入することで前記第２の保持部を押圧することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の貼り合わせ装置。
   

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