JP5323730B2 - 接合装置、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。高集積化した複数の半導体デバイスを水平面内で配置し、これら半導体デバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、また配線遅延が大きくなることが懸念される。

そこで、半導体デバイスを３次元に積層する３次元集積技術を用いることが提案されている。この３次元集積技術においては、例えば貼り合わせ装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の貼り合わせが行われる。貼り合わせ装置は、例えば上面にウェハを載置する固定テーブルと、この固定テーブルに対向して配置され、下面にウェハを吸着保持して昇降可能な可動テーブルとを有している。固定テーブルと可動テーブル内には、それぞれヒータが内蔵されている。そしてこの貼り合わせ装置では、２枚のウェハを重ね合わせた後、ヒータによりウェハを加熱しながら、固定テーブルと可動テーブルにより荷重をかけてウェハを押圧し、２枚のウェハが貼り合わせられる（特許文献１）。

特開２００４−２０７４３６号公報

ところで、２枚のウェハを接合する際、ウェハ表面に形成された金属の接合部同士を接合する場合がある。かかる場合、接合部を高温の所定の温度で加熱しながら押圧する必要がある。すなわち、先ずウェハを所定の温度まで加熱する前熱処理工程と、その後ウェハの温度を所定の温度に維持した状態で当該ウェハを押圧する接合工程と、その後ウェハを冷却する後熱処理工程とを順次行う必要がある。

しかしながら、この場合、特許文献１の貼り合わせ装置を用いると、２枚のウェハを接合するのに多大な時間を要する。

先ず前熱処理工程において、前記所定の温度が高温であるため、ウェハを所定の温度まで加熱するのに時間がかかる。しかも、ウェハを急速に加熱すると接合部同士が均一に加熱されないおそれがあるため、所定の加熱速度以下でウェハを冷却する必要がある。また、前記所定の温度が高温であるため、後熱処理工程でも高温のウェハを冷却するのに時間がかかる。しかも、接合部同士を合金化して接合する場合、ウェハを急速に冷却すると接合部の強度や物性が変わるおそれがあるため、所定の冷却速度以下でウェハを冷却する必要がある。さらに、接合工程にかかる時間は、接合部に用いられる材料等によって決まるため短縮することができない。

このように金属の接合部を有するウェハ同士の接合には多大な時間を要するため、ウェハ接合処理のスループットの低下を招いていた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属の接合部を有する基板同士の接合を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させ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、金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置であって、前記接合部を当接させて基板を重ねた重合基板を、押圧によって基板の接合部の金属同士が接合する温度で熱処理する第１の熱処理板と、前記第１の熱処理板上の重合基板を当該第１の熱処理板側に押圧する加圧機構と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第１の減圧機構とを備えた接合ユニットと、前記接合ユニットで処理される前の重合基板を熱処理する第２の熱処理板と、前記接合ユニットで処理された後の重合基板を熱処理する第３の熱処理板と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第２の減圧機構とを備えた熱処理ユニットと、を有し、前記接合ユニットと前記熱処理ユニットは、気密に接続され、
前記第２の熱処理板は前記第３の熱処理板の上方に対向して配置され、前記第２の熱処理板は前記重合基板を吸着保持して熱処理し、前記第３の熱処理板は前記重合基板を載置して熱処理することを特徴としている。

本発明の接合装置によれば、接合ユニットと熱処理ユニットにおいて、重合基板を順次処理することができる。すなわち、先ず、熱処理ユニットにおいて、重合基板を第２の熱処理板によって加熱する。その後、接合ユニットに重合基板を搬送し、当該接合ユニットにおいて、所定の真空度の雰囲気下で、重合基板を第１の熱処理板に載置して当該重合基板を所定の温度に維持しながら、重合基板を前記第１の熱処理板側に押圧して当該重合基板を接合する。その後、熱処理ユニットに重合基板を搬送し、当該熱処理ユニットにおいて、重合基板を第３の熱処理板によって冷却する。そして、接合ユニットにおいて一の重合基板を処理している間、熱処理ユニットにおいて他の重合基板を並行して処理することができる。このように本発明によれば、前記所定の温度が高温であっても、２つの重合基板に対して同時に効率よく処理を行うことができるので、基板接合処理のスループットを向上させることができる。

前記熱処理ユニットは、当該熱処理ユニットと前記接合ユニットとの間で前記重合基板を水平方向に搬送し、且つ前記第２の熱処理板と前記第３の熱処理板との間で前記重合基板を鉛直方向に搬送する搬送アームを有していてもよい。

前記搬送アームは、鉛直方向に２本配置されていてもよい。

前記加圧機構は、前記第１の熱処理板上の重合基板に当接して熱処理しつつ、当該重合基板を押圧する押圧部材を有していてもよい。

前記接合ユニットは、前記第１の熱処理板上の重合基板を冷却する冷却板を有していてもよい。

前記熱処理ユニットは、前記第３の熱処理板上の重合基板を冷却する冷却板を有していてもよい。

前記加圧機構は前記接合ユニットの天板に設けられ、前記天板は鉛直方向に移動自在でああってもよい。

別な観点による本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する接合方法であって、熱処理ユニットにおいて、前記接合部を当接させて基板を重ねた重合基板を第１の温度まで加熱する前熱処理工程と、その後、接合ユニットに前記重合基板を搬送し、当該接合ユニットにおいて、所定の真空度の雰囲気下で、前記重合基板を第１の熱処理板に載置して当該重合基板を前記第１の温度よりも高い、押圧によって基板の接合部の金属同士が接合する第２の温度に維持しながら、前記重合基板を前記第１の熱処理板側に押圧して当該重合基板を接合する接合工程と、その後、前記熱処理ユニットに前記重合基板を搬送し、当該熱処理ユニットにおいて、前記重合基板を前記第２の温度よりも低い第３の温度に冷却する後熱処理工程と、を有し、一の重合基板に前記接合工程を行っている間、他の重合基板に前記前熱処理工程又は前記後熱処理工程を行うことを特徴としている。

また別な観点による本発明によれば、前記接合方法を接合装置によって実行させるために、当該接合装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

さらに別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、金属の接合部を有する基板同士の接合を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させることができる。

本実施の形態にかかる接合装置を備えた接合システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる接合システムの内部構成の概略を示す側面図である。 重合ウェハの断面図である。 接合装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 保持アームの保持部が第２の熱処理板に収容され、重合ウェハが第２の熱処理板に載置される様子を示す説明図である。 ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。 接合装置における重合ウェハの温度、重合ウェハにかけられる荷重、及び各ユニット内の雰囲気の圧力の経時変化を示すグラフである。 第２の熱処理板に重合ウェハが吸着保持される様子を示す説明図である。 第１の搬送アームから保持アームに重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。 保持アームから第１の熱処理板に重合ウェハが載置される様子を示す説明図である。 第１の熱処理板上の重合ウェハが押圧され接合される様子を示す説明図である。 保持アームから第２の搬送アームに重合ウェハが受け渡される様子を示す説明図である。 第２の搬送アームから第３の熱処理板に重合ウェハが載置される様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる熱処理ユニットの構成の概略を示す横断面図である。 他の実施の形態にかかる熱処理ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかる接合システムの構成の概略を示す平面図である。

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接合装置を有する接合システム１の構成の概略を示す平面図である。図２は、接合システム１の内部構成の概略を示す側面図である。

接合システム１では、図３に示すように例えば２枚の基板としてのウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する。以下、上側に配置されるウェハを「上ウェハＷ_Ｕ」といい、下側に配置されるウェハを「下ウェハＷ_Ｌ」という場合がある。各ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌは、金属の接合部Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌをそれぞれ複数有している。そして、各接合部Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌを当接させウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを重ね合わせて重合基板としての重合ウェハＷ_Ｔを形成し、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士を接合する。なお、本実施の形態では、例えば接合部Ｊ_Ｕにはアルミニウムが用いられ、接合部Ｊ_Ｌにはゲルマニウムが用いられる。

接合システム１は、図１に示すように例えば外部との間で複数のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔをそれぞれ収容可能なカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔが搬入出されるカセットステーション２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０には、複数、例えば３つのカセット載置板１１が設けられている。カセット載置板１１は、水平方向のＸ方向（図１中の上下方向）に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板１１には、接合システム１の外部に対してカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを搬入出する際に、カセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを載置することができる。

カセットステーション２には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２０上を移動自在なウェハ搬送装置２１が設けられている。ウェハ搬送装置２１は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板１１上のカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔと、後述する処理ステーション３の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

処理ステーション３には、各種装置を備えた複数例えば３つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３のカセットステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられている。

例えば第１の処理ブロックＧ１には、例えば純水などの洗浄液によってウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面を洗浄する洗浄装置３０、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの位置調整をして重ね合わせ、これらウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを仮接合して重合ウェハＷ_Ｔを形成するアライメント装置３１がカセットステーション２側からこの順で配置されている。

例えば第２の処理ブロックＧ２には、重合ウェハＷ_Ｔを接合する複数、例えば４つの接合装置４０〜４３が設けられている。接合装置４０〜４３は、水平方向のＹ方向（図１中の左右方向）に一列に並べて配置されている。

例えば第３の処理ブロックＧ３には、図２に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔのトランジション装置５０、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの熱処理を行う熱処理装置５１〜５３が下から順に４段に設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第３のブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばウェハ搬送装置６０が配置されている。

ウェハ搬送装置６０は、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置６０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２及び第３のブロックＧ３内の所定の装置にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

次に、上述した接合装置４０〜４３の構成について説明する。接合装置４０は、図４及び図５に示すように接合ユニット７０と熱処理ユニット７１とを有している。接合ユニット７０と熱処理ユニット７１は、ゲートバルブ７２を介して、水平方向のＹ方向（図４及び図５中の左右方向）に並べて一体且つ気密に接続されている。

接合ユニット７０は、内部を密閉することができる処理容器８０を有している。処理容器８０は、容器本体８１と天板８２がシールドベローズ８３によって接続された構成を有している。シールドベローズ８３は鉛直方向に伸縮自在に構成され、このシールドベローズ８３によって天板８２は鉛直方向に移動自在になっている。

容器本体８１の熱処理ユニット７１側の側面には重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口８４が形成され、当該搬入出口８４には上述したゲートバルブ７２が設けられている。

容器本体８１の側面には吸気口８５が形成されている。吸気口８５には、処理容器８０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ８６に連通する吸気管８７が接続されている。なお、本実施の形態においては、吸気口８５、真空ポンプ８６、吸気管８７で第１の減圧機構を構成している。

処理容器８０の内部であって天板８２には、後述する第１の熱処理板１１０上の重合ウェハＷ_Ｔを第１の熱処理板１１０側に押圧する加圧機構９０が設けられている。加圧機構９０は、重合ウェハＷ_Ｔに当接して押圧する押圧部材９１と、天板８２に環状に取り付けられた支持部材９２と、押圧部材９１と支持部材９２を接続し、鉛直方向に伸縮自在の加圧ベローズ９３とを有している。押圧部材９１の内部には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。そして、加圧機構９０の内部、すなわち押圧部材９１、加圧ベローズ９３、支持部材９２及び天板８２で囲まれた内部空間に例えば圧縮空気を給気又は吸気することで、加圧ベローズ９３が伸縮し押圧部材９１が鉛直方向に移動自在になっている。なお、加圧機構９０の内部には圧縮空気が封入されるため、この圧縮空気による内圧に耐えるように、加圧機構９０の加圧ベローズ９３の剛性は、処理容器８０のシールドベローズ８３の剛性より大きくなっている。

また、処理容器８０の内部であって天板８２には、後述する第１の搬送アーム１６０又は第２の搬送アーム１６１と第１の熱処理板１１０との間で重合ウェハＷ_Ｔを受け渡すための保持アーム１００が設けられている。したがって、保持アーム１００は、天板８２の移動に伴って鉛直方向に移動自在になっている。保持アーム１００は、例えば重合ウェハＷ_Ｔの同一円周上に等間隔に４本設けられ、当該重合ウェハＷ_Ｔの外周部を４箇所で保持するようになっている。保持アーム１００は、図６に示すように天板８２から鉛直方向下方に延伸し、その下端部が屈曲して水平方向内側に延伸した支持部１０１と、支持部１０１に支持され、重合ウェハＷ_Ｔを保持する保持部１０２とを有している。保持部１０２は、水平方向内側に突出し、重合ウェハＷ_Ｔの外周部下面を保持する突出部材１０３と、当該突出部材１０３から鉛直方向上方に延伸し、重合ウェハＷ_Ｔの外周部側面をガイドするガイド部材１０４とを有している。また、ガイド部材１０４上端の内側面は、下側から上側に向かってテーパ状に拡大している。

図５に示すように処理容器８０の内部であって加圧機構９０の下方には、当該加圧機構９０に対向する位置に、重合ウェハＷ_Ｔを載置して熱処理する第１の熱処理板１１０が設けられている。第１の熱処理板１１０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第１の熱処理板１１０の加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。また、第１の熱処理板１１０の外周部には、図６に示すように保持アーム１００から第１の熱処理板１１０に重合ウェハＷ_Ｔを受け渡した状態で、当該保持アーム１００の保持部１０２を収容するための切欠き溝１１１が形成されている。切欠き溝１１１は、図４に示すように第１の熱処理板１１０の外周部に例えば４箇所に形成されている。

図５に示すように第１の熱処理板１１０の下面側には、重合ウェハＷ_Ｔを冷却する冷却板１２０が設けられている。冷却板１２０には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板１２０の冷却温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。

熱処理ユニット７１は、図４及び図５に示すように内部を密閉することができる処理容器１３０を有している。処理容器１３０のウェハ搬送領域Ｄ側の側面には重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１３１が形成され、当該搬入出口１３１にはゲートバルブ１３２が設けられている。また、処理容器１３０の接合ユニット７０側の側面には重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口１３３が形成され、当該搬入出口１３３には上述したゲートバルブ７２が設けられている。

処理容器１３０の底面には吸気口１３４が形成されている。吸気口１３４には、処理容器１３０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ１３５に連通する吸気管１３６が接続されている。なお、本実施の形態においては、吸気口１３４、真空ポンプ１３５、吸気管１３６で第２の減圧機構を構成している。

処理容器１３０の内部であって天井面には、重合ウェハＷ_Ｔを熱処理する第２の熱処理板１４０が設けられている。第２の熱処理板１４０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。第２の熱処理板１４０の加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。また、第２の熱処理板１４０の下面には、重合ウェハＷ_Ｔを吸引して吸着保持するための吸引口１４１が複数形成されている。

処理容器１３０の内部であって底面には、第２の熱処理板１４０に対向する位置に重合ウェハＷ_Ｔを熱処理する第３の熱処理板１５０が設けられている。第３の熱処理板１５０には、例えば給電により発熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。また、第３の熱処理板１５０には、後述する第２の搬送アーム１６１から第３の熱処理板１５０に重合ウェハＷ_Ｔを受け渡した状態で、当該第２の搬送アーム１６１のアーム部１７４を収容するための切欠き溝１５１が形成されている。切欠き溝１５１は、Ｙ方向（図４及び図５の左右方向）に延伸し、例えば２箇所に形成されている。

第３の熱処理板１５０の下面側には、重合ウェハＷ_Ｔを冷却する冷却板１５２が設けられている。冷却板１５２には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板１５２の冷却温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。

第２の熱処理板１４０と第３の熱処理板１５０との間には、例えば２本の搬送アーム１６０、１６１が鉛直方向に配置されている。以下、上側に配置される搬送アームを「第１の搬送アーム１６０」といい、下側に配置される搬送アームを「第２の搬送アーム１６１」という場合がある。なお、搬送アームの数は２本に限定されず、例えば１本であってもよい

第１の搬送アーム１６０は、重合ウェハＷ_Ｔの裏面を保持し、Ｙ方向に延伸する２本のアーム部１７０、１７０と、当該アーム部１７０、１７０を支持する支持部１７１とを有している。アーム部１７０は、重合ウェハＷ_Ｔの裏面、すなわち下ウェハＷ_Ｌの裏面に形成された溝（図示せず）に配置されて当該重合ウェハＷ_Ｔを保持できる。支持部１７１の基端部には、処理容器１３０の天井面に設けられＹ方向に沿って延伸するレール１７２上を移動自在の駆動部１７３が取り付けられている。この駆動部１７３により、第１の搬送アーム１６０は、熱処理ユニット７１と接合ユニットとの間を水平方向に移動自在であると共に、第２の熱処理板１４０と第３の熱処理板１５０との間を鉛直方向に移動自在になっている。なお、アーム部１７０は、重合ウェハＷ_Ｔの裏面を吸着保持する吸着パッドを有していてもよい。

第２の搬送アーム１６１も、第１の搬送アーム１６０と同様の構成を有している。すなわち、第２の搬送アーム１６１は、重合ウェハＷ_Ｔの裏面を保持し、Ｙ方向に延伸する２本のアーム部１７４、１７４と、当該アーム部１７４、１７４を支持する支持部１７５とを有している。アーム部１７４は、重合ウェハＷ_Ｔの裏面に形成された溝（図示せず）に配置されて当該重合ウェハＷ_Ｔを保持できる。支持部１７５の基端部には、処理容器１３０の底面に設けられＹ方向に沿って延伸するレール１７６上を移動自在の駆動部１７７が取り付けられている。この駆動部１７７により、第２の搬送アーム１６１は、熱処理ユニット７１と接合ユニットとの間を水平方向に移動自在であると共に、第２の熱処理板１４０と第３の熱処理板１５０との間を鉛直方向に移動自在になっている。なお、アーム部１７４も、重合ウェハＷ_Ｔの裏面を吸着保持する吸着パッドを有していてもよい。

なお、接合装置４１〜４３の構成は、上述した接合装置４０の構成と同様であるので説明を省略する。

以上の接合システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合装置４０〜４３における重合ウェハＷ_Ｔの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述の接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われる重合ウェハＷ_Ｔの接合処理方法について説明する。図７は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。

先ず、複数枚の上ウェハＷ_Ｕを収容したカセットＣ_Ｕ、下ウェハＷ_Ｌを収容したカセットＣ_Ｌ、及び空のカセットＣ_Ｔが、カセットステーション２の所定のカセット載置板１１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２１によりカセットＣ_Ｕ内の上ウェハＷ_Ｕが取り出され、処理ステーション３の第３のブロックＧ３の例えばトランジション装置５０に搬送される。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６０によって第１のブロックＧ１の洗浄装置３０に搬送され、洗浄液によって上ウェハＷ_Ｕの表面が洗浄される（図７の工程Ｓ１）。その後上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６０によってアライメント装置３１に搬送される。

上ウェハＷ_Ｕに続いて、ウェハ搬送装置２１によりカセットＣ_Ｌ内の下ウェハＷ_Ｌが取り出され、トランジション装置５０に搬送される。次に下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６０によって洗浄装置３０に搬送され、洗浄液によって下ウェハＷ_Ｌの表面が洗浄される（図７の工程Ｓ２）。その後下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６０によってアライメント装置３１に搬送される。

上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌがアライメント装置３１に搬送されると、これらウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌは位置調整され重ね合わされる。なお、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの一方又は双方にはこれらを重ね合わせる前に例えば接着剤を予め塗布しておき、重ね合わせ時に接着することで仮接合され、重合ウェハＷ_Ｔが形成される（図７の工程Ｓ３）。

その後、重合ウェハＷ_Ｔは、ウェハ搬送装置６０によって第２のブロックＧ２の接合装置４０に搬送される。図８は、接合装置４０における重合ウェハＷ_Ｔの温度（図８中の“Ｔｅｍｐ”）、重合ウェハＷ_Ｔにかけられる荷重（図８中の“Ｆｏｒｃｅ”）、及び各ユニット７０、７１内の雰囲気の圧力（図８中の“ＶＡＣ”）の経時変化を示している。

接合装置４０では、先ず、熱処理ユニット７１のゲートバルブ１３２を開き、ウェハ搬送装置６０によって重合ウェハＷ_Ｔが第２の熱処理板１４０の下方に搬入される。続いて、図９に示すように重合ウェハＷ_Ｔをウェハ搬送装置６０から第１の搬送アーム１６０に受け渡した後、第１の搬送アーム１６０を上昇させ、重合ウェハＷ_Ｔを第２の熱処理板１４０の下面に当接させる。そして、第２の熱処理板１４０の吸引口１４１から重合ウェハＷ_Ｔを吸引し、第２の熱処理板１４０の下面で重合ウェハＷ_Ｔを吸着保持する。その後、ゲートバルブ１３２を閉じ、真空ポンプ１３５によって処理容器８０の内部の雰囲気が減圧される。その後、第２の熱処理板１４０によって重合ウェハＷ_Ｔが第１の温度、例えば３５０℃まで加熱される（図７の工程Ｓ４）。このとき、重合ウェハＷ_Ｔの接合部Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌ同士を均一に加熱するため、所定の加熱速度、例えば１０〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。なお、処理容器８０の内部を接合ユニット７０内の圧力にまで減圧されると、吸引口１４１からの重合ウェハＷ_Ｔの吸引を停止する。このとき、重合ウェハＷ_Ｔは第１の搬送アーム１６０により第２の熱処理板１４０の下面に当接維持される。

重合ウェハＷ_Ｔが第１の温度まで加熱されると、ゲートバルブ７２を開く。続いて、駆動部１７３によって第１の搬送アーム１６０を下降させた後、当該第１の搬送アーム１６０を接合ユニット７０に移動させ、重合ウェハＷ_Ｔが第１の熱処理板１１０の上方に搬送される。このとき、保持アーム１００は、第１の搬送アーム１６０の下方に待機している。

その後、図１０に示すように保持アーム１００を上昇させるか、又は第１の搬送アーム１６０を下降させ、第１の搬送アーム１６０から保持アーム１００の保持部１０２に重合ウェハＷ_Ｔが受け渡される。このとき、保持部１０２のガイド部材１０４上端の内側面が下側から上側に向かってテーパ状に拡大しているため、例えば第１の搬送アーム１６０上の重合ウェハＷ_Ｔがガイド部材１０４の内側面からずれて配置されていても、重合ウェハＷ_Ｔはガイド部材１０４に円滑に保持される。その後、第１の搬送アーム１６０を熱処理ユニット７１に移動させ、ゲートバルブ７２を閉じる。

その後、図１１に示すように保持アーム１００を下降させて、重合ウェハＷ_Ｔを第１の熱処理板１１０に載置する。このとき、保持アーム１００の保持部１０２は、第１の熱処理板１１０の切欠き溝１１１に収容される。

その後、第１の熱処理板１１０によって重合ウェハＷ_Ｔが第２の温度、例えば４３０℃まで加熱される。重合ウェハＷ_Ｔは、例えば１０〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。なお、処理容器８０の内部の雰囲気は、所定の真空度、例えば０．１Ｐａの真空度に維持されている。

その後、重合ウェハＷ_Ｔの温度を第２の温度に維持しながら、図１２に示すように加圧機構９０に圧縮空気を供給し、押圧部材９１を下降させる。そして、押圧部材９１を重合ウェハＷ_Ｔに当接させ、当該重合ウェハＷ_Ｔを所定の荷重、例えば５０ｋＮで第１の熱処理板１１０側に押圧する。そして、重合ウェハＷ_Ｔが所定の時間、例えば１０分間押圧され、重合ウェハＷ_Ｔが接合される（図７の工程Ｓ５）。なお、重合ウェハＷ_Ｔの温度は、例えば押圧部材９１内のヒータや冷却板１２０を用いて第２の温度に維持してもよい。

その後、第１の熱処理板１１０によって重合ウェハＷ_Ｔが例えば３５０℃まで冷却される。重合ウェハＷ_Ｔは、接合部Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌの強度や物性が変わるのを防止するため、所定の冷却速度、例えば１０〜５０℃／分の冷却速度で冷却される。なお、重合ウェハＷ_Ｔの冷却は、例えば押圧部材９１内のヒータや冷却板１２０を用いてもよい。

重合ウェハＷ_Ｔが３５０℃まで冷却されると、保持アーム１００を上昇させ、第１の熱処理板１１０から保持アーム１００に重合ウェハＷ_Ｔが受け渡される。続いて、ゲートバルブ７４を開く。そして、駆動部１７７によって第２の搬送アーム１６１を保持アーム１００の下方であって第１の熱処理板１１０の上方に移動させる

その後、図１３に示すように保持アーム１００を下降させるか、又は第２の搬送アーム１６１を上昇させ、保持アーム１００から第２の搬送アーム１６１に重合ウェハＷ_Ｔが受け渡される。その後、第２の搬送アーム１６１を熱処理ユニット７１に移動させ、ゲートバルブ７２を閉じる。

その後、図１４に示すように第２の搬送アーム１６１を下降させて、重合ウェハＷ_Ｔを第３の熱処理板１５０上に載置する。このとき、第２の搬送アーム１６１のアーム部１７４は、第３の熱処理板１５０の切欠き溝１５１に収容される。そして、第３の熱処理板１５０によって重合ウェハＷ_Ｔが第３の温度、例えば２００℃まで冷却される（図７の工程Ｓ６）。このとき、冷却板１５２によって重合ウェハＷ_Ｔを冷却してもよい。

その後、第２の搬送アーム１６１を上昇させ、第３の熱処理板１５０から第２の搬送アーム１６１に重合ウェハＷ_Ｔが受け渡される。また、熱処理ユニット７１内の圧力を大気圧に開放した後に、続いてゲートバルブ１３２を開き、第２の搬送アーム１６１からウェハ搬送装置６０に受け渡され、接合装置４０から重合ウェハＷ_Ｔが搬出される。

その後、重合ウェハＷ_Ｔは、ウェハ搬送装置６０によって第３のブロックＧ３の熱処理装置５１に搬送され、所定の温度に温度調節される（図７の工程Ｓ７）。その後、重合ウェハＷ_Ｔは、ウェハ搬送装置６０によってトランジション装置５０に搬送され、その後カセットステーション２のウェハ搬送装置２１によって所定のカセット載置板１１のカセットＣ_Ｔに搬送される。こうして、一連の重合ウェハＷ_Ｔの接合処理が終了する。

なお、接合装置４０では、接合ユニット７０において一の重合ウェハＷ_Ｔに工程Ｓ５の接合処理が行われている間、熱処理ユニット７１において他の重合ウェハＷ_Ｔに工程Ｓ４の前熱処理又は工程Ｓ６の後熱処理が行われる。かかる場合、先ず、接合ユニット７０において重合ウェハＷ_Ｔ１に工程Ｓ５の接合処理が行われている間、熱処理ユニット７１において重合ウェハＷ_Ｔ２に工程Ｓ４の前熱処理が行われる。その後、第２の搬送アーム１６１によって工程Ｓ５の接合処理が行われた重合ウェハＷ_Ｔ１を接合ユニット７０から熱処理ユニット７１へ搬送した後、第１の搬送アーム１６０によって工程Ｓ４の前熱処理が行われた重合ウェハＷ_Ｔ２を熱処理ユニット７１から接合ユニット７０へ搬送する。そして、重合ウェハＷ_Ｔ２に工程Ｓ５の接合処理が行われている間、重合ウェハＷ_Ｔ１に工程Ｓ６の後熱処理が行われる。また、重合ウェハＷ_Ｔ２に工程Ｓ５の接合処理が行われている間、工程Ｓ６の後熱処理が行われた重合ウェハＷ_Ｔ１を熱処理ユニット７１から搬出すると共に、次の重合ウェハＷ_Ｔ３を熱処理ユニット７１に搬入し、当該重合ウェハＷ_Ｔ３に工程Ｓ４の前熱処理が行われる。こうして一の接合装置４０において、２つの重合ウェハＷ_Ｔに対する処理が並行して行われる。

以上の実施の接合装置１によれば、接合ユニット７０と熱処理ユニット７１において、重合ウェハＷ_Ｔを順次処理することができる。すなわち、先ず、熱処理ユニット７１で行われる工程Ｓ４において、重合ウェハＷ_Ｔを第２の熱処理板１４０の下面に吸着保持して第１の温度に加熱する。その後、接合ユニット７０で行われる工程Ｓ５において、重合ウェハＷ_Ｔを第１の熱処理板１１０に載置して当該重合ウェハＷ_Ｔを所定の温度である第２の温度に維持しながら、加圧機構９０によって重合ウェハＷ_Ｔを第１の熱処理板１１０側に押圧して当該重合ウェハＷ_Ｔを接合する。その後、熱処理ユニット７１で行われる工程Ｓ６において、重合ウェハＷ_Ｔを第３の熱処理板１７０に載置して冷却する。そして、接合ユニット７０において一の重合ウェハＷ_Ｔを処理している間、熱処理ユニット７１において他の重合ウェハＷ_Ｔを並行して処理することができる。また、熱処理ユニット７１での工程Ｓ６の終了後、当該熱処理ユニット７１内の圧力を大気圧に開放してゲートバルブ１３２を開き、重合ウェハＷ_Ｔを搬出し、続いてゲートバルブ１３２を開けたまま重合ウェハＷ_Ｔを搬入して工程Ｓ４を開始することにより、さらにスループットが向上する。このように本実施の形態によれば、第２の温度が高温であっても、２つの重合ウェハＷ_Ｔに対して同時に効率よく処理を行うことができるので、ウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。

また、加圧機構９０の押圧部材９１の内部にはヒータが内蔵され、接合ユニット７０には冷却板１２０が設けられているので、接合ユニット７０で行われる工程Ｓ５において、重合ウェハＷ_Ｔの温度の微調整を行うことができ、当該重合ウェハＷ_Ｔの温度を確実に第２の温度に維持することができる。また、重合ウェハＷ_Ｔの加熱又は冷却も迅速に行うことができる。

また、熱処理ユニット７１には冷却板１５２が設けられているので、熱処理ユニット７１で行われる工程Ｓ６において、重合ウェハＷ_Ｔの温度の微調整を行うことができ、重合ウェハＷ_Ｔの冷却速度を所定の冷却速度に維持することができる。したがって、重合ウェハＷ_Ｔにおける接合部Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌの強度や物性が変わるのを防止することができる。

また、熱処理ユニット７１に第２の熱処理板１４０と第３の熱処理板１５０が設けられているので、一の熱処理ユニット７１において工程Ｓ４の重合ウェハＷ_Ｔの前熱処理と工程Ｓ６の重合ウェハＷ_Ｔの後熱処理を共に行うことができる。したがって、これら工程Ｓ４と工程Ｓ６を別のユニットで行う必要がないので、接合装置４０〜４３のフットプリントを小さくすることができる。また、接合装置４０〜４３の構成を簡素化し、接合装置４０〜４３の製造コストを低廉化することもできる。

また、熱処理ユニット７１は、２本の搬送アーム１６０、１６１を有しているので、接合ユニット７０と熱処理ニット７１との間の重合ウェハＷ_Ｔの搬送を効率よく行うことができる。これによって、ウェハ接合処理のスループットをさらに向上させることができる。

また、加圧機構９０は処理容器８０の天板８２に設けられ、天板８２と加圧機構９０は一体的に鉛直方向に移動自在になっている。ここで、上述したように、加圧機構９０の加圧ベローズ９３の剛性は処理容器８０のシールドベローズ８３の剛性より大きくなっている。本実施の形態によれば、天板８２を下降させた上で、加圧機構９０の押圧部材９１を下降させることができるので、加圧ベローズ９３の剛性の剛性が大きくても重合ウェハＷ_Ｔを所定の荷重で確実に押圧することができる。

以上の実施の形態の接合装置４０〜４３では、第１の搬送アーム１６０のレール１７２と第２の搬送アーム１６１のレール１７６は、それぞれ熱処理ユニット７１の処理容器１３０の天井面と底面に設けられていたが、図１５及び図１６に示すようにレール１７２、１７６は共に処理容器１３０の底面に設けられていてもよい。かかる場合、レール１７２がレール１７６の外側に配置される。また、支持部１７１、１７５は、それぞれ駆動部１７３、１７７から鉛直方向に延伸し、その上端部が屈曲して水平方向に延伸している。かかる構成により、支持部１７１、１７５は、互いに干渉することなく水平方向及び鉛直方向に移動することができる。

以上の実施の形態の接合装置４０〜４３において、第２の熱処理板１４０と第３の熱処理板１５０との間に遮熱板を設けてもよい。この遮蔽板によって、第２の熱処理板１４０によって重合ウェハＷ_Ｔに工程Ｓ４の前熱処理を行う際に、第３の熱処理板１５０からの熱が影響を及ぼすことがない。また、第３の熱処理板１５０によって重合ウェハＷ_Ｔに工程Ｓ６の後熱処理を行う際にも、第２の熱処理板１４０からの熱が影響を及ぼすことがない。

以上の実施の形態の接合システム１において、図１７に示すように第１の処理ブロックＧ１に検査装置２１０をさらに設けてもよい。検査装置２１０は、接合装置４０〜４３で接合された重合ウェハＷ_Ｔが適切に接合されているかどうかを検査することができる。かかる場合、検査装置２１０において重合ウェハＷ_Ｔが適切に接合されていないと判断された場合、例えば接合装置４０〜４３における処理条件を補正することができる。

また、以上の実施の形態の接合システム１において、図１７に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣に、ウェハ搬送装置２２０を設けてもよい。ウェハ搬送装置２２０は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置２２０は、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを支持した状態で上下に移動して、第３の処理ブロックＧ３内のトランジション装置５０、熱処理装置５１〜５３にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。かかる場合、第３の処理ブロックＧ３内でのウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬送にウェハ搬送装置６０を用いる必要がないので、ウェハ接合処理のスループットをさらに向上させることができる。

また、以上の実施の形態では、接合システム１に４つの接合装置４０〜４３が設けられていたが、接合装置の数は任意に変更することができる。

また、以上の実施の形態では、洗浄装置３０においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面を洗浄液によって洗浄、すなわちウェット洗浄していたが、ドライ洗浄を行ってもよい。ドライ洗浄をする場合、例えば洗浄装置３０内にプラズマを励起させ、当該プラズマによってウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面を洗浄してもよい。

また、以上の実施の形態では、接合部Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌにそれぞれアルミニウムとゲルマニウムが用いられていたが、他の金属を用いた場合にも本発明を適用することができる。かかる場合、接合部Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌに用いられる金属の種類に応じて、接合ユニット７０における処理条件、例えば重合ウェハＷ_Ｔの加熱温度や押圧荷重などが決定される。また、以上の実施の形態では、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌに金属の接合部Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌが設けられていたが、基板自体が金属の場合にも本発明を適用することができる。さらに、基板がウェハ以外の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基板である場合にも本発明を適用することができる。

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、金属の接合部を有する基板同士を接合する際に有用である。

１ 接合システム
２ カセットステーション
３ 処理ステーション
３０ 洗浄装置
３１ アライメント装置
４０〜４３ 接合装置
５０ トランジション装置
５１〜５３ 熱処理装置
７０ 接合ユニット
７１ 熱処理ユニット
８０ 処理容器
８１ 容器本体
８２ 天板
８３ シールドベローズ
８５ 吸気口
８６ 真空ポンプ
８７ 給気管
９０ 加圧機構
９１ 押圧部材
９２ 支持部材
９３ 加圧ベローズ
１００ 保持アーム
１１０ 第１の熱処理板
１２０ 冷却板
１３０ 処理容器
１３４ 吸気口
１３５ 真空ポンプ
１３６ 吸気管
１４０ 第２の熱処理板
１５０ 第３の熱処理板
１５２ 冷却板
１６０ 第１の搬送アーム
１６１ 第２の搬送アーム
１７０ アーム部
１７１ 支持部
１７２ レール
１７３ 駆動部
１７４ アーム部
１７５ 支持部
１７６ レール
１７７ 駆動部
２００ 制御部
Ｊ_Ｕ、Ｊ_Ｌ 接合部
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (10)

1. 金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置であって、
   前記接合部を当接させて基板を重ねた重合基板を、押圧によって基板の接合部の金属同士が接合する温度で熱処理する第１の熱処理板と、前記第１の熱処理板上の重合基板を当該第１の熱処理板側に押圧する加圧機構と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第１の減圧機構とを備えた接合ユニットと、
   前記接合ユニットで処理される前の重合基板を熱処理する第２の熱処理板と、前記接合ユニットで処理された後の重合基板を熱処理する第３の熱処理板と、内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する第２の減圧機構とを備えた熱処理ユニットと、を有し、
   前記接合ユニットと前記熱処理ユニットは、気密に接続され、
   前記第２の熱処理板は前記第３の熱処理板の上方に対向して配置され、
   前記第２の熱処理板は前記重合基板を吸着保持して熱処理し、
   前記第３の熱処理板は前記重合基板を載置して熱処理することを特徴とする、接合装置。
2. 前記熱処理ユニットは、当該熱処理ユニットと前記接合ユニットとの間で前記重合基板を水平方向に搬送し、且つ前記第２の熱処理板と前記第３の熱処理板との間で前記重合基板を鉛直方向に搬送する搬送アームを有することを特徴とする、請求項１に記載の接合装置。
3. 前記搬送アームは、鉛直方向に２本配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の接合装置。
4. 前記加圧機構は、前記第１の熱処理板上の重合基板に当接して熱処理しつつ、当該重合基板を押圧する押圧部材を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接合装置。
5. 前記接合ユニットは、前記第１の熱処理板上の重合基板を冷却する冷却板を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合装置。
6. 前記熱処理ユニットは、前記第３の熱処理板上の重合基板を冷却する冷却板を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の接合装置。
7. 前記加圧機構は前記接合ユニットの天板に設けられ、
   前記天板は鉛直方向に移動自在であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の接合装置。
8. 金属の接合部を有する基板同士を接合する接合方法であって、
   熱処理ユニットにおいて、前記接合部を当接させて基板を重ねた重合基板を第１の温度まで加熱する前熱処理工程と、
   その後、接合ユニットに前記重合基板を搬送し、当該接合ユニットにおいて、所定の真空度の雰囲気下で、前記重合基板を第１の熱処理板に載置して当該重合基板を前記第１の温度よりも高い、押圧によって基板の接合部の金属同士が接合する第２の温度に維持しながら、前記重合基板を前記第１の熱処理板側に押圧して当該重合基板を接合する接合工程と、
   その後、前記熱処理ユニットに前記重合基板を搬送し、当該熱処理ユニットにおいて、前記重合基板を前記第２の温度よりも低い第３の温度に冷却する後熱処理工程と、を有し、
   一の重合基板に前記接合工程を行っている間、他の重合基板に前記前熱処理工程又は前記後熱処理工程を行うことを特徴とする、接合方法。
9. 請求項８に記載の接合方法を接合装置によって実行させるために、当該接合装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。

Images