JP5299837B2 - 支持装置、加熱加圧装置及び加熱加圧方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板との熱伝導率を高めた支持装置、並びに基板と基板とを加熱加圧してバンプを接合する加熱加圧装置及び加圧加熱方法に関するものである。

近年、携帯電話やＩＣカード等の電子機器の高機能化に伴い、その内部に実装される半導体デバイス（ＬＳＩ、ＩＣなど）の薄型化又は小型化が進んでいる。また、線幅を狭くすることなく記憶容量を増すために半導体ウエハを数層重ね合わせた三次元実装タイプの半導体デバイス、例えばＳＤカード又はＭＥＭＳなどが増えつつある。

これら半導体デバイスの製造工程の中において、特許文献１は生産性を上げるため、１つ１つのチップではなく半導体ウエハ同士を重ね合わせて接合する加熱加圧システムが提案されている。特許文献１に示すような加熱加圧システムにおいては、１枚の半導体ウエハを載置した１枚のウエハホルダを一対用意してそれぞれを向かい合わせに加熱し、真空中で加圧することで三次元実装タイプの半導体デバイスを製造している。

特許文献１に開示されるように、半導体ウエハを加熱するために加熱加圧システムはヒーターなどの加熱部を備えている。また、半導体ウエハ又はウエハホルダの基板は真空吸着されることが多い。真空吸着することは断熱機能を有する真空領域が基板とヒーターなどの加熱部との間に存在することになる。
特開２００６−３３９１９１号公報

しかしながら、その加熱部から半導体ウエハに至る接触部分に接触熱抵抗が存在するため、常温から例えば４００°Ｃ以上に温度を上げるには時間が必要である。また、加熱加圧により接合した半導体ウエハを常温に戻すにも相当の時間がかかる。つまり、加熱又は冷却するまでの時間が必要以上にかかったりすると効率的に三次元実装タイプの半導体デバイスを製造することができない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、基板（半導体ウエハ又はウエハホルダ）を真空吸着する際にも熱伝導効率を向上させることにより、経済的でスループットの良い基板の支持装置、加熱加圧装置及び加熱加圧方法を提供することを目的としている。

第１の観点に係る支持装置は、基板が載置される保持面と、保持面から凹んだ空間を真空にするための真空配管と、凹んだ空間に気体を供給する供給配管と、凹んだ空間を挟んで保持面の反対側に配置されたヒーター部と、を備える。
このような構成によれば、凹んだ空間に気体が供給されることによって、保持面を介してヒーター部の熱を効率よく基板に伝えることができる。

第２の観点に係る加熱加圧方法は、第１基板と第２基板とを加熱し且つ加圧する。そして加熱加圧方法は、第１基板と第２基板とをそれぞれの保持面で真空吸着する第１吸着工程と、保持面を介して第１基板と第２基板とを加圧する加圧工程と、この加圧工程後に、真空吸着を停止するとともに保持面と第１基板及び第２基板との間の空間に気体を供給する第１供給工程と、基板を加熱する加熱工程と、を備える。
このような構成によれば、加圧工程を経た後に真空吸着を停止するとともに保持面と第１基板及び第２基板との間の空間に気体を供給するため、気体の供給によって基板がずれたりすることがない。また、気体が供給されてから加熱するため、熱を効率よく基板に伝えることができる。

本発明の支持装置は、気体の熱伝導も使って加熱するため基板の温度を短い時間で目的温度まで上げることができる。また、

＜ウエハ張り合わせ装置の全体構成＞
図１はウエハ張り合わせ装置１００の全体斜視図であり、図２はウエハ張り合わせ装置１００の上面概略図である。
ウエハ張り合わせ装置１００は、ウエハローダーＷＬ及びウエハホルダローダーＷＨＬを有している。ウエハローダーＷＬ及びウエハホルダローダーＷＨＬは、多関節ロボットであり六自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θＸ，θＹ，θＺ）に移動可能である。さらにウエハローダーＷＬはレールＲＡに沿ってＹ方向に長い距離移動可能であり、ウエハホルダローダーＷＨＬはレールＲＡに沿ってＸ方向に長い距離移動可能である。

ウエハ張り合わせ装置１００は、その周辺に半導体ウエハＷを複数枚収納するウエハストッカー１０を有している。ウエハ張り合わせ装置１００は、第１半導体ウエハＷ１と第２半導体ウエハＷ２とを張り合わせるため、第１半導体ウエハＷ１を収納するウエハストッカー１０−１と第２半導体ウエハＷ２を収納するウエハストッカー１０−２とが用意されている。また、ウエハストッカー１０の近郊に半導体ウエハＷをプリアライメントするウエハプリアライメント装置２０が設けられている。ウエハローダーＷＬによりウエハストッカー１０から取り出された半導体ウエハＷがウエハプリアライメント装置２０に送られる。なお、以下の説明では、特に第１半導体ウエハＷ１と第２半導体ウエハＷ２とを区別する必要のないときには半導体ウエハＷという。

ウエハ張り合わせ装置１００は、ウエハホルダＷＨを複数枚収納するウエハホルダストッカー３０を有している。ウエハホルダＷＨは第１半導体ウエハＷ１に対しても第２半導体ウエハＷ２に対しても共用して使用することができるため、ウエハホルダストッカー３０は一箇所である。また、ウエハホルダストッカー３０の近郊にウエハホルダＷＨをプリアライメントするウエハホダルプリアライメント装置４０が設けられている。ウエハホルダローダーＷＨＬによりウエハホルダストッカー３０から取り出されたウエハホルダＷＨがウエハホルダプリアライメント装置４０に送られる。ウエハホルダプリアライメント装置４０では、プリアライメントされたウエハホルダＷＨに対して、プリアライメントされた半導体ウエハＷがウエハローダーＷＬにより載置される。

ウエハ張り合わせ装置１００は、一対の半導体ウエハＷを載置したウエハホルダＷＨをアライメントし、２枚の半導体ウエハＷを半導体装置の線幅精度で重ね合わせるアライナー５０を有している。アライナー５０にはウエハホルダプリアライメント装置４０から半導体ウエハＷを載置したウエハホルダＷＨがウエハホルダローダーＷＨＬにより送られてくる。アライナー５０は２枚の半導体ウエハＷを重ね合わせた後にウエハホルダＷＨ同士を固定具ＦＩ（図３参照）で固定される。固定具ＦＬで固定された半導体ウエハＷを載置したウエハホルダＷＨはウエハホルダローダーＷＨＬにより加熱加圧装置７０に送られる。

ウエハ張り合わせ装置１００の加熱加圧装置７０は、ウエハホルダＷＨを介してアライナー５０で重ね合わされた半導体ウエハＷ同士を加熱し加圧し接合する。加熱加圧装置７０は、ヒーターにより半導体ウエハＷを所定温度まで加熱し、且つ加圧アクチュエータにより所定の圧力を所定の時間加えることで、半導体ウエハＷ上のＣｕなどの金属バンプ同士を接合する。この時半導体ウエハＷ間に樹脂を封入して加熱することもある。加熱加圧装置７０の詳細は後述する。

ウエハ張り合わせ装置１００は加熱加圧装置７０の隣に分離ユニット８０を有している。分離ユニット８０は、張り合わされた半導体ウエハＷをウエハホルダＷＨから外す。冷却された半導体ウエハＷはウエハローダーＷＬにより分離冷却ユニット８０から取り出され、張り合わせウエハ用ストッカー８５に送られる。冷却されたウエハホルダＷＨはウエハホルダローダーＷＨＬにより分離冷却ユニット８０から取り出され、再びウエハホルダストッカー３０に戻される。張り合わされた半導体ウエハＷはその後ダイシングされ個々の半導体装置に切り取られる。

ウエハ張り合わせ装置１００は、ウエハ張り合わせ装置１００全体の制御を行う主制御装置９０が設けられている。主制御装置９０は、ウエハローダーＷＬ、ウエハホルダローダーＷＨＬ、ウエハプリアライメント装置２０、及びウエハホルダプリアライメント装置４０などの各装置を制御する制御装置と信号の受け渡しを行い全体の制御を行う。

＜加熱加圧装置７０の構成＞
図３は加熱加圧装置７０を示した側面の概念図である。

加熱加圧装置７０はアライナー５０で位置合わして固定具ＦＩで固定された第１半導体ウエハＷ１及び第２半導体ウエハＷ２を加熱加圧する。第１半導体ウエハＷ１は第１ウエハホルダＷＨ１にて−Ｚ方向に保持されている。第１ウエハホルダＷＨ１は第１トッププレートＴＰ１に支えられ、第１トッププレートＴＰ１は高熱伝導の高い材料で構成された第１温度調整プレートＡＴ１に支えられている。第１温度調整プレートＡＴ１はヒーターＨＴ及び冷却配管ＣＬを備えている。さらに第１温度調整プレートＡＴ１は第１ベースプレートＢＰ１に支えられて、この第１ベースプレートＢＰ１は加熱加圧装置７０のフレーム７１に備え付けられている。

一方、第２半導体ウエハＷ２は第２ウエハホルダＷＨ２にて＋Ｚ方向に保持されている。第２ウエハホルダＷＨ２は第２トッププレートＴＰ２により着脱可能に支えられ、この第２トッププレートＴＰ２は高熱伝導の高い材料で構成された第２温度調整プレートＡＴ２に支えられている。第２温度調整プレートＡＴ２もヒーターＨＴ及び冷却配管ＣＬを備えている。さらに第２温度調整プレートＡＴ２は第２ベースプレートＢＰ２に備え付けられている。第２ベースプレートＢＰ２は、内側加圧アクチュエータ７３と外側加圧アクチュエータ７５とで支えられている。

第１半導体ウエハＷ１及び第２半導体ウエハＷ２はそれぞれ第１温度調整プレートＡＴ１及び第２温度調整プレートＡＴ２内のヒーターＨＴで加熱されるようになっている。また第１半導体ウエハＷ１及び第２半導体ウエハＷ２は内側加圧アクチュエータ７３と外側加圧アクチュエータ７５により半導体ウエハＷに均等に圧力がかかるように加圧される。

図４は第２半導体ウエハＷ２から第２ベースプレートＢＰ２の構成を示した概念図である。以下は特に指定しない限り第２半導体ウエハＷ２から第２ベースプレートＢＰ２までは第１半導体ウエハＷ１から第１ベースプレートＢＰ１と同じであるため、半導体ウエハＷからベースプレートＢＰまでの構成を区別しないで表記する。

ウエハホルダＷＨは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料から構成される。特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高いので半導体ウエハＷの加熱又は冷却には適している。

トッププレートＴＰは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又は窒化アルミニウムなどのセラミック材で構成され高熱伝導率又は均熱特性を持つ。トッププレートＴＰの表面には、例えば無数のピン状の突起ＰＪが形成され、ウエハホルダＷＨと合体することで気体が通過する空間を確保している。例えば、ウエハホルダＷＨはトッププレートＴＰに載置してから、ガス配管ＡＬより真空引きすることで固定することができる。

図５は、温度調整プレートＡＴ内のヒーターＨＴ及び冷却配管ＣＬを上面から見た透視図である。
ヒーターＨＴはヒーターモジュールＨＭの中に設置されており、図５（ａ）で示すように例えば１２個のヒーターモジュールＨＭで構成する。ヒーターＨＴは複数のヒーターモジュールＨＭで分割し個別に温度制御することにより、ウエハ全体を均一に温度制御することができる。例えば、温度調整プレートＡＴ内の周囲は放熱のため温度調整プレートＡＴ内の中央より温度が低くなりがちである。このため、周囲のヒーターＨＴを中央の温度より高めに設定する。

また、複数のヒーターモジュールＨＭに分割することはウエハ厚のばらつきによるトッププレートＴＰの歪みを吸収しやすくなる。図４に示すようにヒーターモジュールＨＭの下部にはヒーターモジュール支持体ＨＭＳがあり、ヒーターモジュール支持体ＨＭＳとヒーターモジュール支持体ＨＭＳとの境には断熱体ＩＳで仕切られ、ヒーターモジュール支持体ＨＭＳとごとの温度管理を可能にしている。

ヒーターモジュールＨＭの中には冷却用の配管も設置する。冷却配管ＣＬは図５（ｂ）で示すように熱の発生源であるヒーター付近を例えば３重に囲むように設置することで冷却効果を上げている。また、冷却配管ＣＬは、例えば４箇所の冷媒の入り口ＩＮと出口ＯＵＴとを備え、冷媒の温度が上昇しすぎないように設計する。冷媒には、例えば２０℃の純水を用いる。

温度調整プレートＡＴは、ヒーターＨＴから又は冷却配管ＣＬへの熱伝達を向上させるために高熱伝達率の材料、例えば銅又はアルミニウム合金から構成される。
ベースプレートＢＰは、耐摩耗用又は耐衝撃用に優れている合金から構成されている。

＜熱伝導率の向上構成例１＞
上記のように高熱伝導率で構成するトッププレートＴＰを用いても、図４で示したようにウエハホルダＷＨとトッププレートＴＰとの間は真空吸着するための空間ができる。真空吸着するために、熱伝導はトッププレートＴＰの突起ＰＪを介してしか伝わることができない。つまり、熱伝導はウエハホルダＷＨとトッププレートＴＰとの真空領域が熱伝導率を低下させている。このため、本発明の加熱加圧装置７０はウエハホルダＷＨとトッププレートＴＰとの間の真空空間に気体を充満させることで、熱伝導率を上げる。以下はその実施例を示す。

図６（ａ）はトッププレートＴＰの半分を上面より見た図である。図６（ｂ）はＡ−Ａ断面を横から見たトッププレートＴＰと、温度調整プレートＡＴとベースプレートＢＰとを示した図である。

トッププレートＴＰは、図６（ａ）に示すように無数のピン状の突起ＰＪとリング状の土手部ＲＢとを形成している。このような形状の真空チェックはピンチャンクと呼ばれている。１個のピン状の突起ＰＪの大きさは、例えば直径１ｍｍで、中心間距離は１．６ｍｍで構成される。このため、ウエハホルダＷＨがトッププレートＴＰに載置された場合には空間領域が形成される。トッププレートＴＰは図６（ａ）中の＋で示した部分の中央に真空吸着するためのエア孔ＡＨが設置されている。ピン状の突起ＰＪではなく、リング状の突起を形成したチャックであっても良い。

このエア孔ＡＨは図６（ｂ）で示す横配管ＡＰと接続され、横配管ＡＰは第１ガス配管ＡＬ１と第２ガス配管ＡＬ２と接続されている。第１ガス配管ＡＬ１は不図示の真空ポンプと接続されており、その途中に第１仕切り弁ＰＶ１が配置されている。また、第２ガス配管ＡＬ２は不図示の不活性ガスボンベ例えば窒素ガスボンベと接続されており、その途中に第２仕切り弁ＰＶ２が配置されている。

ウエハホルダＷＨを載置した状態で図示しない真空ポンプでエアＡＲを吸引する。真空吸引は第１ガス配管ＡＬ１に付属する第１仕切り弁ＰＶ１を開け、第２ガス配管ＡＬ２に付属する第２仕切り弁ＰＶ２を閉じておくことで、トッププレートＴＰとウエハホルダＷＨとの空間が真空状態になり、ウエハホルダＷＨが吸着固定される。

図７は、図３のトッププレートＴＰ付近を拡大した断面図である。図７では図３と同様に、第１半導体ウエハＷ１、第１ウエハホルダＷＨ１及び第１トッププレートＴＰ１と第２半導体ウエハＷ２、第２ウエハホルダＷＨ２及び第２トッププレートＴＰ２とを区別して説明する。

加熱加圧装置７０は、固定具ＦＩでクランプされている第２ウエハホルダＷＨ２を吸着固定した後に第１ウエハホルダＷＨ１を加圧する。加圧後は第１ウエハホルダＷＨ１又は第２ウエハホルダＷＨ２がそれぞれ第１トッププレートＴＰ１又は第２トッププレートＴＰ２からずれるおそれがなくなるため真空を解除してもよい。

続いて加熱加圧装置７０は、不活性ガス、例えば窒素ガスＮ２を供給することで第１トッププレートＴＰ１と第１ウエハホルダＷＨ１との空間に窒素ガスＮ２を充満させる。また同様に、加熱加圧装置７０は不活性ガス、例えば窒素ガスＮ２を供給することで第２トッププレートＴＰ２と第２ウエハホルダＷＨ２との空間に窒素ガスＮ２を充満させる。加熱加圧装置７０は第１ウエハホルダＷＨ１と第２ウエハホルダＷＨ２とを加圧する力は、窒素ガスＮ２を供給しても第１ウエハホルダＷＨ１又は第２ウエハホルダＷＨ２が外れない程度あればよく、第１半導体ウエハＷ１と第２半導体ウエハＷ２とを接合するに必要な加圧力まで必要ない。

窒素ガスＮ２の注入は、第２ガス配管ＡＬ２の仕切り弁ＰＶ２を開放すれば、空間が真空状態であったため自然に充満される。第１トッププレートＴＰ１と第１ウエハホルダＷＨ１との空間及び第１トッププレートＴＰ１と第１ウエハホルダＷＨ１との空間に窒素ガスＮ２が充満されると、空間の熱伝導が改善される。

第１ウエハホルダＷＨ１と第１トッププレートＴＰ１との間の真空領域又は第２ウエハホルダＷＨ２と第２トッププレートＴＰ２との間の真空領域は、ヒーターＨＴから第１半導体ウエハＷ１又は２半導体ウエハＷ２との熱伝導率を低下させている。一方、それらの真空領域に不活性ガスが供給されると、不活性ガスの熱伝導率によってヒーターＨＴの熱が第１半導体ウエハＷ１又は２半導体ウエハＷ２に伝わり易くなる。すなわち、熱伝導の向上によって加熱時間を短くすることができる。

また、冷却配管ＣＬにより第１半導体ウエハＷ１又は２半導体ウエハＷ２を冷却時間も短くすることができる。

図８は、ウエハ張り合わせ装置１００におけるウエハ張り合わせのフローチャートである。
ステップＳ３１において、ウエハホルダプリアライメント装置４０は第１ウエハＷ１と第１ウエハホルダＷＨ１とを位置合わせをしてから第１ウエハＷ１を静電吸着、真空吸着又は機械的な固定をする。また、ウエハホルダプリアライメント装置４０も第２ウエハＷ２と第２ウエハホルダＷＨ２とを位置合わせしてから静電吸着などして固定する。

ステップＳ３２において、アライナー５０は第１ウエハホルダＷＨ１と第２ウエハホルダＷＨ２とをウエハＷが線幅精度で重なるよう位置合わせし、固定具ＦＩで動かないようにクランプする。ステップ３３において、ウエハホルダローダーＷＨＬは固定具ＦＩでクランプした一対のウエハホルダＷＨを加熱加圧装置７０へ搬送する。

ステップＳ３４において、加熱加圧装置７０は搬送された一対のウエハホルダＷＨをトッププレートＴＰに載置し真空吸着することで固定する。図６で示したように、第２仕切り弁ＰＶ２を閉め第１ガス配管ＡＬ１より真空引きすることで真空吸着させる。真空吸着後は第１仕切り弁ＰＶ１を閉じることで吸引状態を維持してもよく、また第１仕切り弁ＰＶ１を開けたまま真空吸着をし続けても良い。

ステップＳ３５において、加熱加圧装置７０は一対のウエハホルダＷＨを加圧し、チャンバー内を真空にする。
ステップＳ３６において、加熱加圧装置７０は一対のウエハホルダＷＨの加圧途中、もしくは加圧終了後にトッププレートＴＰの真空吸着を止め、代わりに不活性ガスを供給する。不活性ガスの供給後は第２仕切り弁ＰＶ２を閉じておく。本実施例では、第２ガス配管ＡＬ２の先に接続された窒素ガスボンベの間に設置した第２仕切り弁ＰＶ２を開放することで窒素ガスを供給している。

ステップＳ３７において、加熱加圧装置７０はヒーターモジュールＨＭを加熱することでトッププレートＴＰを均一に所定温度まで加熱し、所定時間まで加熱を続ける。
ステップＳ３８において、加熱加圧装置７０は所定時間の加熱終了後に冷却配管ＣＬに冷媒を流すことでトッププレートＴＰを所定温度まで冷却する。

ステップＳ３９において、加熱加圧装置７０は第１仕切り弁ＰＶ１を開けて真空引きすることで、不活性ガスを除去し、一対のウエハホルダＷＨを真空吸着する。ウエハホルダＷＨの真空吸着後は第１仕切り弁ＰＶ１を閉じ、真空吸着状態を維持する。
ステップＳ４０において、一対のウエハホルダＷＨの加圧を解除する。加熱加圧装置７０はステップＳ３９でウエハホルダＷＨを真空吸着しているため、加圧を解除してもウエハホルダＷＨの不用意な動きを抑える事ができる。また、加熱加圧装置７０はチャンバー内の真空を解除する。

ステップＳ４１において、加熱加圧装置７０はトッププレートＴＰの真空吸着を止め、第２仕切り弁ＰＶ２を開くことで不活性ガスを供給する。これにより、ウエハホルダＷＨをトッププレートＴＰから剥離しやすくする。

ステップＳ４２において、ウエハホルダローダーＷＨＬは接合したウエハＷ１とウエハＷ２とをウエハホルダＷＨから取り出すため、次の分離ユニット８０へ搬送する。

＜熱伝導率の向上構成例２＞
上記の構成例１では、第１ガス配管ＡＬ１で真空引きし、第２ガス配管ＡＬ２で不活性ガスの供給をしていたが、本構成例２では図６で示すような温度調整プレートＡＴ、またはベースプレートＢＰ中の配管をなくし一本のガス配管ＡＬで真空吸引と不活性ガスの供給とを行う方法を示す。

図９（ａ）はトッププレートＴＰを上面より見た拡大図である。図９（ｂ）はＢ−Ｂ断面を横から見たトッププレートＴＰ、温度調整プレートＡＴ、及びベースプレートＢＰを示した図である。図９（ｂ）ではガス配管ＡＲをトッププレートＴＰに接合するために、温度調整プレートＡＴ及びベースプレートＢＰの中を配管する必要が無く構造を簡単にすることができる。

ガス配管ＡＬは真空吸引と不活性ガスの供給とを行うため、外部でＹ字型に分岐し、真空吸引する第１ガス配管ＡＬ１と不活性ガスを供給する第２ガス配管ＡＬ２とに分ける。ウエハホルダＷＨの真空吸着方法は構成例１と同様に、第２仕切り弁ＰＶ２を閉じた状態で、第１仕切り弁ＰＶ１を開け真空ポンプでエアＡＲを吸引する。また、不活性ガスを供給する方法も構成例１と同様に、ウエハホルダＷＨの加圧後に第２仕切り弁ＰＶ２を開き不活性ガスを充満させる。

ウエハＷの加熱加圧処理、および冷却処理も図８のフローチャートと同様に処理することができる。

構成例１と構成例２とで真空吸引と不活性ガスとの供給とを行うが、ウエハホルダＷＨとトッププレートＴＰのリング状の土手部ＲＢとの密閉性が問題となることがある。ウエハホルダＷＨとトッププレートＴＰとの材質は共に硬い物質のため、傷又は歪みにより密閉されないおそれがある。このためリング状の土手部ＲＢの材質をグラファイトＧＰにすることで密閉されやすくなる。以下は詳細を図で説明する。

図１０は、図８のフローチャートにおけるステップＳ３５の状態を示し、図の上部と下部より圧力Ｐをかけた状態であり、周りは真空状態である。灰色で塗りつぶしたガス配管ＡＬ部分とトッププレートＴＰとウエハホルダＷＨとの空間とは不活性ガス、例えば窒素ガスＮ２で充満している状態を示している。ウエハホルダＷＨと土手部ＲＢとはシールされた状態でないと不活性ガスが漏れてチャンバー内の真空が保たれなくなる。

シール状態を保つためにウエハホルダＷＨと土手部ＲＢとが接する面は互いに鏡面状に仕上げておく必要がある。図１０で示すようにリング状の土手部ＲＢをグラファイトＧＰなどで形成することで密着性が高まる。

グラファイトＧＰはトッププレートＴＰの材質であるセラミック材と比べ、弾性変形しやすく比較的柔らかいため、トッププレートＴＰのピン状の突起部より０．２ｍｍ程度高く設定することで、加圧時のシール性を高めることができる。

本実施形態では、アライナー５０と加熱加圧装置７０とが別々の装置である場合を説明したが、アライナー５０と加熱加圧装置７０とが一体化した装置であってもよい。アライナー機能をもつ加熱加圧装置７０は、第２トッププレートＴＰ２の表面に吸着させた第２ウエハＷ２と対面の第１トッププレートＴＰ１に吸着させた第１ウエハＷとをアライメントし、精度よく合致した後そのまま加熱、加圧し第１ウエハＷ１と第２ウエハＷ２とを接合する。つまり、ウエハ張り合わせ装置１００はウエハホルダＷＨを用いることなく直接ウエハＷを真空吸着し、アライメント処理と加熱加圧処理とをすることができる。これによりウエハ張り合わせ装置１００は工程を短縮することができ、設置スペースを少なくすることができる。

また本実施形態において、半導体ウエハ及び半導体ウエハとの組合せとして、Ｓｉ基板−Ｓｉ基板を前提に説明してきた。しかし、半導体ウエハをダイシングした半導体チップ同士でもよく、また半導体ウエハとインターポーザ、Ｓｉ基板とプリント配線基板、Ｓｉ基板−化合物半導体基板（ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の基板）、化合物半導体基板とプリント配線基板などの組合せであってもよい。

また本実施形態では、トッププレートＴＰに不活性ガスを供給して熱伝導率を高めたが、これは半導体ウエハのバンプなどに酸化膜などができると加圧加熱接合に問題が生じるからである。接合に問題が生じなければ、不活性ガス以外のガスを使用しても良い。

ウエハ張り合わせ装置１００の全体斜視図である。 ウエハ張り合わせ装置１００の上面概略図である。 加熱加圧装置７０を示した側面図である。 温度調整プレートＡＴ近傍の断面図を示した図である。 （ａ）は、ヒーターモジュールＨＭの構成を示した図である。 （ｂ）は、ヒーターモジュールＨＭの冷却配管ＣＬの構成を示した図である。 （ａ）は、トッププレートＴＰの上面の半分をより見を示した図である。 （ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面を示し、ガス配管ＡＬの構成を示した図である。 図３のトッププレートＴＰ付近を拡大した断面図である。 ウエハの張り合わせ工程を示したフローチャートである。 （ａ）は、トッププレートＴＰの上面を拡大した図である。 （ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面を示し、ガス配管ＡＬを１本にまとめた図である。 土手部ＲＢをグラファイトＧＰで形成したトッププレートＴＰの断面図である。

符号の説明

ＡＨ … エア孔
ＡＬ … ガス配管（ＡＬ１ … 第１ガス配管、ＡＬ２ … 第２ガス配管）
ＡＲ … エア
ＡＴ … 温度調整プレート
ＢＰ … ベースプレート
ＣＬ … 冷却配管
ＧＰ … グラファイト
ＨＴ … ヒーター
ＨＭ … ヒーターモジュール
ＨＭＳ … ヒーターモジュール支持体
ＩＳ … 断熱体
Ｎ２ … 窒素ガス
Ｐ … 圧力
ＰＶ … 仕切り弁（ＰＶ１ … 第１仕切り弁、ＡＬ２ … 第２仕切り弁）
ＲＢ … 土手部
ＴＰ … トッププレート
ＴＳ … 温度センサー
Ｗ … 半導体ウエハ （Ｗ１ … 第１半導体ウエハ、Ｗ２ … 第２半導体ウエハ）
ＷＨ … ウエハホルダ（ＷＨ１ … 第１ウエハホルダ、ＷＨ２ … 第２ウエハホルダ）
ＷＬ … ウエハローダー
ＷＨＬ … ウエハホルダローダー
１０ … ウエハストッカー
２０ … ウエハプリアライメント装置
３０ … ウエハホルダストッカー
４０ … ウエハホルダプリアライメント装置
５０ … アライナー
７０ … 加圧装置（７３ … 内側加圧アクチュエータ、７５ … 外側加圧アクチュエータ）
８０ … 分離冷却ユニット
７０ … 加圧装置
８０ … 分離冷却ユニット
９０ … 主制御装置
１００ … ウエハ張り合わせ装置

Claims (14)

1. 真空中で基板を支持する支持装置であって、
   基板が載置される保持面と、
   前記保持面から凹んだ空間に気体を供給する供給配管と、
   前記凹んだ空間を挟んで前記保持面の反対側に配置されたヒーター部と、を備え、
   前記ヒーター部は、前記基板のうち前記保持面に接触していない領域を前記凹んだ空間に供給された気体を介して加熱し、前記保持面に接触している領域を前記保持面を介して加熱する支持装置。
2. 前記凹んだ空間を真空にするための真空配管を備え、
   前記真空配管と前記供給配管とが共用されていることを特徴とする請求項１に記載の支持装置。
3. 前記保持面は、複数の突起面で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の支持装置。
4. 前記基板の外周付近に接する前記保持面には、環状の突起面が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の支持装置。
5. 前記環状の突起面は、他の複数の突起面よりも弾性変形しやすいことを特徴とする請求項４に記載の支持装置。
6. さらに、前記凹んだ空間を挟んで前記保持面の反対側に配置された冷却部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の支持装置。
7. 前記基板は半導体ウエハ又はこの半導体ウエハを保持するウエハホルダであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の支持装置。
8. 少なくとも２つの基板を加熱し且つ加圧する加熱加圧装置であって、
   請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の支持装置を一対有し、
   前記一対の支持装置で前記少なくとも２つの基板を加圧している最中は、前記供給配管を介して前記気体を供給するとともに、前記ヒーター部により前記基板を加熱することを特徴とする加熱加圧装置。
9. 少なくとも２つの基板を加熱し且つ加圧する加熱加圧装置であって、
   請求項２に記載の支持装置を一対有し、
   前記一対の支持装置で前記少なくとも２つの基板を加圧する前は、前記真空配管を介して前記基板を吸着し、
   前記一対の支持装置で前記少なくとも２つの基板を加圧している最中は、前記供給配管を介して前記気体を供給するとともに、前記ヒーター部により前記基板を加熱することを特徴とする加熱加圧装置。
10. 第１基板と第２基板とを加熱し且つ加圧する加熱加圧方法において、
    第１保持面に形成された凹んだ空間を真空にすることにより前記第１基板を前記第１保持面で真空吸着し、且つ、第２保持面に形成された凹んだ空間を真空にすることにより前記第２基板を前記第２保持面で真空吸着する第１吸着工程と、
    前記第１保持面及び前記第２保持面を介して前記第１基板と前記第２基板とを加圧する加圧工程と、
    前記第１基板、前記第２基板、前記第１保持面及び前記第２保持面を含むチャンバー内を真空にする真空工程と、
    前記加圧工程及び前記真空工程後に、加圧した状態で、前記真空吸着を停止するとともに前記第１保持面と前記第２保持面とのそれぞれの前記凹んだ空間に気体を供給する第１供給工程と、
    前記基板のうち前記第１及び第２保持面に接触していない領域を前記凹んだ空間に供給された気体を介して加熱し、前記第１及び第２保持面に接触している領域を前記保持面を介して加熱する加熱工程と、
    を備えることを特徴とする加熱加圧方法。
11. 前記第１供給工程後に加熱工程は前記基板を加熱することを特徴とする請求項１０に記載の加熱加圧方法。
12. 前記加熱工程後に前記第１基板及び第２基板を冷却する冷却工程と、
    前記冷却工程後に前記気体の供給を停止するとともに前記第１基板及び第２基板とを真空吸着する第２吸着工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の加熱加圧方法。
13. 前記第２吸着工程後に前記加圧工程を停止することを特徴とする請求項１２に記載の加熱加圧方法。
14. 前記第２吸着工程後に、前記真空吸着を停止するとともに前記第１保持面と前記第１基板との間の空間及び前記第２保持面と第２基板との間の空間に気体を供給する第２供給工程を備えることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の加熱加圧方法。