JP5145126B2 - 接着装置及び接着方法 - Google Patents

Description

本発明は、接着装置及び接着方法に関し、より詳しくは、搬送トレイに予め貼付されている熱剥離性の接着シートに処理すべき基板をその全面に亘って接着するための接着装置及び接着方法に関する。

ＣＶＤ装置、スパッタリング装置や反応性イオンエッチング装置などの各種真空処理装置では、処理すべき基板（被処理体）の温度が処理速度などに大きな影響を与えることから、基板をその全面に亘って略均一な温度に制御することが求められる。このため、真空処理装置の処理室内に基板の載置を可能とするステージを設け、このステージに加熱手段を組付けると共に、その基板載置面に、基板裏面との間で所定の空間を置いて基板を載置できる凹部を形成し、この空間にヘリウムガスなどの冷却ガスを循環させ、基板の加熱と冷却による基板の温度制御を可能としたものが知られている。

他方で、このような真空処理装置では、生産性を高めるため複数枚の基板を処理室に同時搬送して処理したり、または、装置構成を変更することなく外形寸法の異なる基板に対し同一の処理を行うために、複数枚の基板を保持できる搬送トレイを用いることが知られている。このような場合には、基板の温度制御が搬送トレイを介して行われることになるが、搬送トレイに対する基板の接触が不十分になり易く、両者間に微小な隙間が生じる虞がある。

つまり、搬送トレイ及び基板の可搬性を重視して、単に基板を搬送トレイに形成した凹部に落とし込んでセットしただけでは、減圧下では両者の間が真空断熱され、基板とステージとの間の熱交換が不十分になる。そこで、搬送トレイと基板とを発泡剥離性の接着シート（熱剥離性の接着部材）を介在させて接着することが特許文献１で知られている。

上記特許文献１には、搬送トレイと基板とを接着する接着装置として、搬送トレイが載置される載置台と、載置台を覆う蓋と、載置台及び蓋を上下に重ねた状態で固定するクランプとを備えたものが開示されている。

この特許文献１記載の接着装置においては、載置台の上面中央部が、載置台を蓋で覆うことによりこの中央部に排気室が形成されるように周囲よりも一段低く形成されていると共に、搬送トレイを嵌め込むための窪みが形成されている。中央部内の窪みから離れた位置には、排出口が設けられ、排気室内の気密を保つためにＯリングが設けられている。他方で、蓋は、載置台に被せた際に上記窪みの直上になる位置に各窪みに対応させて蓋の下面よりも上側に窪んで成る与圧室が形成され、各与圧室に、気体を注入するための気体注入口が連通し、また、窪みに基板を載置したときに当該基板の上面周囲に対応する位置には他のＯリングが設けられている。

そして、窪みにトレイを嵌め込み、トレイの上に接着シートを介して基板を載置して仮着した後、蓋を装着し、クランプにより両者を固定する。次に、排出口から空気を排出して排気室内を減圧すると共に、気体注入口から各与圧室に窒素ガスなどの気体を供給して基板の表面に均一な圧力を加えて基板を接着シートに接着させている。

然し、上記特許文献１記載のものでは、クランプにより載置台及び蓋を重ねた状態で固定したとき、蓋に設けたＯリングにより基板の外周が押圧されることで先ずその領域で基板が接着シートに接着され、この状態で基板の中央領域に気体を吹き付けている。このため、接着シート表面に基板を載置して仮着したときに、接着シート及び基板間に残留する空気が排出され難いという不具合がある。また、上記のものは、載置台や蓋に排出口や気体注入口を形成しているため、その形状が複雑であり、しかも、蓋やクランプを用いることで部品点数が増加してコスト高を招くと共に、基板をトレイに接着させる作業工程も多い。
特開２００５−２９０５５０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、搬送トレイに貼付されている接着シートに基板をその全面に亘って効率よく接着できる簡単かつ低コストの接着装置及び接着方法を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の接着装置は、搬送トレイの所定位置に貼付した接着シート表面に被処理体を載置して仮着したものを収容する脱気室と、脱気室を真空引きする真空排気手段とを備え、前記脱気室は、前記被処理体に対向させて形成された通気孔を有し、真空排気手段により脱気室を真空引きしたとき、この通気孔から吸引した気流で被処理体に押圧力を加えるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、搬送トレイの所定位置に接着シート（好ましくは、熱剥離性の接着シード）を貼付する。このとき、押圧ローラ等を用いた公知の方法で搬送トレイと接着シートとの間に気体が残留しないようにする。そして、貼付した接着シート表面に被処理体を載置して仮着し、この状態で脱気室に搬送し、被処理体が脱気室に形成した通気孔に対向するように、搬送トレイを位置決めして脱気室にセットする。そして、真空排気手段を作動させて脱気室を真空引きすると、通気孔から吸引された気流によって被処理体が接着シート表面に対して押圧されて接着する。尚、通気孔と被処理体との間の間隔は、通気孔からの気流により負圧が発生したときにその周辺の空気が誘引されるのに伴って被処理体が通気孔に向かって吸い上げられない範囲で最少に設定される。

このように本発明の接着装置は、真空排気手段を備えた脱気室に、被処理体に対向させて通気孔を設けた構成であるため、その構成は簡単であり、かつ、部品点数を少なくして低コストで製作できる。しかも、接着シート表面に被処理体を載置して仮着したものを脱気室に搬送して位置決め配置するだけであるため、接着作業も簡単である。

また、本発明においては、前記通気孔は、搬送トレイの所定位置に貼付した接着シート表面に被処理体を載置して仮着したものを収容する脱気室と、脱気室を真空引きする真空排気手段とを備え、前記脱気室は、前記被処理体に対向させて形成された通気孔を有し、この通気孔は、被処理体の中央領域に対向する中央孔と、中央孔と同心の少なくとも１個の仮想円周上に所定の間隔を存して形成された複数個の周辺孔とから構成されていれば、被処理体の略全面に亘って押圧力を加える構成を実現でき、接着シート及び被処理体間に気体が残留することなしに両者を接着できる。

さらに、本発明においては、前記通気孔のうち中央孔の開口面積を最大とした構成を採用すれば、被処理体の中央領域の加わる押圧力がその周辺と比較して多くなり、被処理体の中央領域が先ず接着シートに接着され、その径方向へと拡がって接着されていくようになる。その結果、接着シート及び被処理体間に気体が残留することが確実に防止できる。

この場合、前記周辺孔を被処理体の外周縁部に対向する仮想円周上に形成しておけば、被処理体の最外周まで確実に接着できてよい。なお、被処理体の外周縁部に対向する仮想円周上に形成する周辺孔の開口面積を他の仮想円周上に形成したものより大きくして、被処理体の外周縁部に加わる押圧力を局所的に多くするようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の接着方法は、搬送トレイの所定位置に接着シートを貼付し、この貼付した接着シート表面に被処理体を載置して仮着し、この被処理体を仮着したものを脱気室に搬送し、前記脱気室内でこの脱気室に形成した通気孔に対向するように位置決めし、真空排気手段を作動させて脱気室を真空引きし、通気孔から吸引した気流で被処理体に押圧力を加えて接着シート表面に被処理体を接着することを特徴とする。

以下に図面を参照して、５０〜１００ｍｍの径を有するサファイヤ等の化合物半導体基板（以下、「基板Ｗ」という）を被処理体とし、この基板Ｗを４枚保持できるように構成した搬送トレイＴの台座に熱剥離性の接着シートＡＳを貼付し、この貼付した接着シートＡＳ表面に基板Ｗを載置して仮着した後、両者を接着する本発明の実施の形態の接着装置を説明する。

図１に示すように、搬送トレイＴは、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置や反応性イオンエッチング装置などの真空処理装置（図示せず）で実施される所定の処理に応じて、熱伝導が良く、その処理に影響を与えない材料から適宜形成され、例えば、酸化シリコン、ステンレスやアルミニウム等の材料製である。搬送トレイＴの円板状のトレイ本体Ｔ１の片面（図１では上面）には、後述の接着シートＡＳの貼付作業が容易となるように、上面形状が基板Ｗの外形に一致させている突出部（台座）Ｔ２が形成され、その上面が台座Ｔ３を構成する。

座面Ｔ３には、基板Ｗの載置に先立って、市販の貼付装置により接着シートＡＳが、内部に気体が残留しないようにその全面に亘って貼付される。ここで、接着シートＡＳとしては、常温では粘着性を有するものの、所定温度（例えば、１２０℃）の熱を加えることで含有成分が発泡してその粘着性を喪失する公知の熱剥離性の接着シートが用いられる。そして、この貼付した接着シートＡＳ表面に基板Ｗを載置して仮着した後、本実施の形態の接着装置を用いて、基板Ｗと接着シートＡＳとが相互に接着される。

図２に示すように、本発明の実施の形態の接着装置１は、脱気室を構成する円筒形状のチャンバ２を備える。チャンバの２下部には、搬送トレイＴが載置されるステージ３が設けられている。ステージ３には、図示省略した複数本のピンが立設されており、ステージ３上に搬送トレイＴをセットする場合に、搬送トレイＴの裏面に開設した孔（図示せず）にピンを挿入させることで、搬送トレイＴが位置決めされるようになっている。なお、ステージ３が図示省略の直動モータなどの昇降手段を備える構成を採用し、後述の通気口と基板Ｗとの間の距離を調節できるようにしてもよい。

チャンバ２の底面には排気口４が形成され、排気口４は、排気管５を介してロータリーポンプなどの低真空用の真空ポンプ６に接続されている。排気口５の形成位置は特に限定されるものではなく、チャンバ２の側壁に形成したり、また、チャンバ２の壁面に複数個の排気口を設ける構成を採用できる。

チャンバ２の上面には、ステージ３に搬送トレイＴが位置決めして設置されたときに、搬送トレイＴ上の基板Ｗに対向する位置に円形開口７（本実施の形態では４個）が形成されている。円形開口７の開口面積は基板Ｗの表面積より大きく設定され、円形開口７の下部には径方向内側に向かって延出させてフランジ部７ａが形成されている。円形開口７には、フランジ部７ａで支持されるように円形の通気板８が上方からそれぞれ着脱自在に嵌着されている。この場合、通気板８の下面外周縁部には、フランジ部７ａに当接するＯリング等のシール手段９が設けられ、また、円形開口７に通気板８を嵌着した後、環状のクランプリング１０で固定されるようになっている。

図３に示すように、通気板８には、複数個の通気孔８ａ、８ｂ、８ｃが形成されている。通気孔は、基板Ｗの中央領域に対向する中央孔８ａと、中央孔８ａと同心の第１の仮想円周Ｃ１上に９０度間隔で中心が形成された第１の周辺孔８ｂ及び中央孔８ａと同心の第２の仮想円周Ｃ２上に４５度間隔で中心が形成された第２の周辺孔８ｃとから構成されている。この場合、第２の仮想円周Ｃ２は、基板Ｗの外周縁部に対向するように設定され、第１の円周Ｃ１は、第２の仮想円周Ｃ２の半径の半分または半径の半分より大きく設定されている。

中央孔８ａ及び周辺孔８ｂ、８ｃの各々の開口面積、仮想円周の数や形成する個数は、基板Ｗの面積に応じて適宜選択される。この場合、中央孔８ａ及び周辺孔８ｂ、８ｃの各々の開口面積は、１０ｍｍ２（孔径が３ｍｍ以下）〜３０ｍｍ２（孔径が１０ｍｍ以上）以下の範囲で適宜選択される。開口面積が１０ｍｍ２より小さいと、形成すべき中央孔８ａ及び周辺孔８ｂ、８ｃの個数が多くなり過ぎ、通気板８の加工が面倒となり、他方で、５０ｍｍ２より大きくなると、基板Ｗに作用する押圧力が弱くなりすぎ、効率よく接着できない。また、周辺孔８ｂ、８ｃの形成し得る個数については、基板Ｗに作用する押圧力が弱くなりすぎないように、周辺孔８ｂ、８ｃの開口面積の総和が、通気板８の面積の５〜２０％の範囲となるように設定され、また、仮想円周相互間の間隔は、５０ｍｍ以下に設定される。さらに、中央孔８ａ及び周辺孔８ｂ、８ｃの外形は、円形に限定されるものではなく、矩形であってもよい。

中央孔８ａと周辺孔８ｂ、８ｃとではその開口面積が相互に異なるように形成されている。即ち、中央孔８ａの開口面積を周辺孔８ｂ、８ｃの各々の開口面積より大きく設定している。これにより、基板Ｗの中央領域の加わる押圧力がその周辺と比較して多くなり、基板Ｗの中央領域が接着シートＡＳに先ず接着され、その径方向へと拡がって接着されていくようになる。その結果、接着シートＡＳ及び基板Ｗ間に気体が残留することが確実に防止できる。

また、第２の仮想円周Ｃ２上の周辺孔８ｃの開口面積を第１の仮想円周Ｃ１上の周辺孔８ｂより大きく設定し、基板Ｗの外周縁部に加わる押圧力を局所的に多くするようにし、基板の最外周まで確実に接着されるようにしてもよい。この場合、周辺孔８ｃの開口面積は、中央孔８ａの開口面積と同等またはそれより小さく設定される。

通気板８と基板Ｗとの間の間隔ｈは、通気孔８ａ、８ｂ、８ｃからの気流により負圧が発生したときにその周辺の空気が誘引されるのに伴って基板Ｗが通気板８に向かって吸い上げられない範囲で最少に設定される。

このように本実施の形態の接着装置１によれば、真空ポンプ６を備えたチャンバ２に、基板Ｗに対向させて通気孔８ａ、８ｂ、８ｃを有する通気板８を設けた構成であるため、その構成は簡単であり、部品点数を少なくして低コストで製作できる。しかも、接着シートＡＳ表面に基板Ｗを載置して仮着したものをチャンバ２に搬送して位置決め配置するだけであるため、その作業も簡単である。

尚、本実施の形態では、真空チャンバ２に着脱自在な通気板８を用いたものを例に説明したが、通気孔８ａ、８ｂ、８ｃは、真空チャンバ２の壁面に直接形成してもよい。また、本実施の形態では、通気板８に形成する周辺孔８ｂ、８ｃを同一の仮想円周上に形成したものを例について説明したが、これに限定されるものではなく、正五角形や正八角形等の仮想の正多角形の各辺上に所定の間隔を存して形成するようにしてもよい。さらに、本実施の形態では、平面視円形の基板を例に説明したが、矩形の基板に対しても本発明を適用して接着シート及び基板間に気体が残留することなく、両者を接着できる。

次に、本発明の接着方法により搬送トレイＴの台座Ｔ３に貼付した接着シートＡＳに基板Ｗを接着した後、所定の真空処理を実施し、搬送トレイＴから基板を剥離する一連の処理について説明する。図４に示すように、真空処理システムは、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置や反応性イオンエッチング装置などの真空処理装置Ａを備え、この真空処理装置Ａの前方には、基板Ｗの複数枚をストックできる基板用のストッカＢ１及び搬送トレイＴの複数枚をストックできるトレイ用のストッカＢ２が並設されている。また、真空処理装置Ａと両ストッカＢ１、Ｂ２との間には、公知の構造を有し、基板Ｗ及び搬送トレイＴを搬送できる多関節式の搬送ロボットＲが配置されている。また、真空処理装置Ａと両ストッカＢ１、Ｂ２とを結ぶ線に直交する方向で搬送ロボットＲの両側には、市販の貼付装置Ｃと、本発明の接着装置１及び加熱装置Ｄが配置されている。

所定の真空処理を実施するのに際しては、搬送ロボットＲによりストッカＢ２から一枚の搬送トレイＴを取り出し、貼付装置Ｃに搬送する。貼付装置では、先ず、４個の台座の座面Ｔ３に熱剥離性の接着シートＡＳが、座面Ｔ３の形状に合わせてかつ内部に気体が残留しないようにその全面に亘ってそれぞれ貼付される。座面Ｔ３に接着シートＡＳがそれぞれ貼付されると、搬送ロボットＲによりストッカＢ１から基板Ｗを取り出し、接着シートＡＳ表面に基板Ｗを載置して仮着する。そして、各座面Ｔ３に貼付した接着シートＡＳに基板Ｗがそれぞれ仮着されると、この搬送トレイＴを搬送ロボットＲにより本発明の接着装置１へと搬送する。

接着装置１では、搬送ロボットＲにより搬送トレイＴがステージ３に位置決めしてセットされた後、搬送ロボットＲの進退用に設けた開閉扉（図示せず）が閉められてチャンバ２が隔絶される。そして、真空ポンプ６を作動させてチャンバ２内を真空引きする。これにより、通気孔８ａ、８ｂ、８ｃから吸引された気流によって基板Ｗが接着シートＡＳ表面に押圧されて接着する。このとき、中央孔８ａの開口面積を周辺孔８ｂ、８ｃの各々の開口面積より大きく設定していることで、基板Ｗの中央領域の加わる押圧力がその周辺と比較して多くなり、基板Ｗの中央領域が接着シートＡＳに先ず接着され、その径方向へと拡がって接着されていくようになる。その結果、接着シートＡＳ及び基板Ｗ間に気体が残留することが確実に防止できる。なお、真空ポンプ６を作動させて接着を行う時間は基板Ｗの面積等に応じて適宜設定され、上記化合物半導体基板Ｗの場合には、１０分程度に設定される。

接着装置１により４個の台座の座面Ｔ３に貼付した熱剥離性の接着シートＡＳに基板Ｗが接着されると、搬送ロボットＲにより接着装置１から搬送トレイ１が取り出され、真空処理装置Ａへと搬送され、公知の方法でスパッタリング、ＣＶＤによる成膜処理やエッチング処理が行われる。

所定の真空処理が終了すると、搬送ロボットＲにより真空処理装置Ａから搬送トレイＴが取り出され、加熱装置Ｄへと搬送される。加熱装置Ｄは、特に図示しないが、搬送トレイＴを設置できるステージと、搬送トレイを所定温度に加熱する赤外線ランプ等の加熱手段を備えたものであり、処理後の基板Ｗを保持している搬送トレイＴを所定温度（例えば、１２０℃）に加熱する。これにより、接着シートＡＳは含有成分が発泡してその粘着性を喪失する。そして、搬送ロボットＲにより、搬送トレイ３の座面Ｔ３から処理後の基板Ｗのみを剥離してストッカＢ１へと搬送する。最後に、接着シートＡＳを搬送トレイＴをストッカＢ２に戻して一連の処理が終了する。

実施例１では、図１に示す接着装置１を用いて搬送トレイＴの座面Ｔ３に貼付した粘着シートＡＳと基板Ｗとを接着した。この場合、基板Ｗとしては、φ１００ｍｍのサファイヤ基板を用い、粘着シートＡＳとしては、日東電工株式会社製、「リバアルファ（登録商標）」を用いた。また、通気板８の径をφ１２０ｍｍ、形成した中央孔の径をφ５ｍｍ、周辺孔８ｂ、８ｃを形成する仮想円周Ｃ１及びＣ２の径をφ４８ｍｍ、φ７２ｍｍ、周辺孔の径をφ２ｍｍ、φ３ｍｍにそれぞれ設定した。また、脱気室内の容積は、３７００ｃｍ３であり、また、真空ポンプとしては、１３００Ｌ／ｍｉｎの排気速度を持つロータリーポンプを用いた。

比較例として、図１に示す通気板８に代えて、φ５ｍｍの中央孔を形成すると共に、基板の外周縁部（φ８０ｍｍの位置）に対応させて４５度間隔でφ６ｍｍの周辺孔を形成した通気板８Ａ（比較例１：図５（ａ）参照）、及び、φ１０ｍｍの中央孔を形成すると共に、φ４８ｍｍの第１の仮想円周上に９０度間隔でφ４ｍｍの第１の周辺孔とφ７２ｍｍの第２の仮想円周上に４５度間隔でφ２ｍｍの第２の周辺孔を形成した通気板８Ｂ（比較例２：図５（ｂ）参照）を用い、実施例１と同条件で接着した。

図６は、真空ポンプを作動させてチャンバ内を脱気する時間を５、１０ｍｉｎにそれぞれ設定して接着処理を行ったときの外観写真である。併せて、粘着シートに基板を載置して仮着した状態の外観写真も示す。これによれば、比較例２では、その全面に亘って気泡がみられ、中央孔の径が大きすぎると両者を良好に接着できないことが判る。また、比較例１では、接着時間を１０ｍｉｎに設定すれば、ほぼ気泡がない状態で基板Ｗを接着シートＡＳに接着させることができる。それに対して、実施例１では、接着時間を５ｍｉｎに設定しても、ほぼ気泡がない状態で基板を接着シートに接着できたことが判る。

本発明の接着装置を用いて基板を接着保持する搬送トレイの構成を説明する斜視図。 本発明の接着装置の構成を説明する模式断面図。 通気板の構成を説明する平面図。 本発明の接着装置を用いて接着した基板への真空処理を説明する図。 （ａ）及び（ｂ）は、比較例１及び比較例２で用いた通気板の構成を説明する平面図。 実施例１、比較例１及び比較例２で接着シートへの基板を接着を行ったときの外観写真。

１ 接着装置
２ 真空チャンバ（脱気室）
６ 真空ポンプ（真空排気手段）
８ 通気板
８ａ 中央孔
８ｂ、８ｃ 周辺孔
ＡＳ 接着シート
Ｃ１、Ｃ２ 仮想円周
Ｔ 搬送トレイ
Ｗ 基板（被処理体）

Claims (5)

1. 搬送トレイの所定位置に貼付した接着シート表面に被処理体を載置して仮着したものを収容する脱気室と、脱気室を真空引きする真空排気手段とを備え、
   前記脱気室は、前記被処理体に対向させて形成された通気孔を有し、真空排気手段により脱気室を真空引きしたとき、この通気孔から吸引した気流で被処理体に押圧力を加えるようにしたことを特徴とする接着装置。
2. 搬送トレイの所定位置に貼付した接着シート表面に被処理体を載置して仮着したものを収容する脱気室と、脱気室を真空引きする真空排気手段とを備え、前記脱気室は、前記被処理体に対向させて形成された通気孔を有し、前記通気孔は、前記被処理体の中央領域に対向する中央孔と、中央孔と同心の少なくとも１個の仮想円周上に所定の間隔を存して形成された複数個の周辺孔とから構成されていることを特徴とする接着装置。
3. 前記通気孔のうち中央孔の開口面積を最大としたことを特徴とする請求項２記載の接着装置。
4. 前記周辺孔を被処理体の外周縁部に対向する仮想円周上に形成したことを特徴とする請求項２または請求項３記載の接着装置。
5. 搬送トレイの所定位置に接着シートを貼付し、
   この貼付した接着シート表面に被処理体を載置して仮着し、
   この被処理体を仮着したものを脱気室に搬送し、前記脱気室内でこの脱気室に形成した通気孔に対向するように位置決めし、
   真空排気手段を作動させて脱気室を真空引きし、通気孔から吸引した気流で被処理体に押圧力を加えて接着シート表面に被処理体を接着することを特徴とする接着方法。