JP5440106B2

JP5440106B2 - 基板貼り合せ装置および積層半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP5440106B2
Application number: JP2009255522A
Authority: JP
Inventors: 正博吉橋; 義昭鬼頭
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: JP2011100902A

Description

本発明は、基板分離装置、基板貼り合せ装置及び積層半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、回路が形成された２枚のウェハを、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて、加圧及び加熱を行いながら当該２枚のウェハを接合するウェハ接合方法及びその装置が記載されている。ここで、接合すべき電極同士が接触するように、２枚のウェハを位置合せして重ね合わせた後、加圧と加熱により当該２枚のウェハを接合するまで、２枚のウェハに位置ずれが生じさせない目的で、更に、接合段階における圧力及び温度の均一性を高める目的で、２枚のウェハホルダにより上下から当該２枚のウェハを挟んで保持する。

特開２００５−３０２８５８号公報

上記ウェハ接合方法において、ウェハとウェハホルダの間に、パーティクルなどの微細な異物が付着した状態で加圧及び加熱によりウェハを接合した場合に、ウェハとウェハホルダの間に当該異物に起因する固着が生じると、ウェハとウェハホルダの分離が困難となる。ウェハとウェハホルダを分離する方法として、リフトピンを有するステージに固着したウェハ及びウェハホルダを配置して、下のウェハホルダを固定して、ウェハホルダに設けた孔を通じて、リフトピンによって下からウェハの裏面を押し上げて、ウェハホルダからウェハを剥がす方法がある。しかし、この場合に、剥がれたウェハが跳ねて、リフトピンから離れて落ちる可能性がある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、貼り合わされた複数の基板の一の面を保持する基板ホルダを固定するホルダステージと、複数の基板の少なくともいずれかに当接して複数の基板を基板ホルダから分離する分離部と、分離部により複数の基板が分離される場合に、複数の基板における一の面に対する裏面に当接する当接部材とを備える基板分離装置が提供される。

本発明の第２の態様においては、上記基板分離装置を含む基板貼り合せ装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

貼り合せ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。基板ホルダにより基板を保持する状態を概略的に示す。一の実施形態である基板分離装置３００の構造を概略的に示す。ラインセンサにより基板分離状況を検知する機構を概略的に示す。ラインセンサにより基板分離状況を検知する機構の他の例を概略的に示す。他の実施形態である基板分離装置４００の構造を概略的に示す。基板分離装置４００により基板ホルダから接合基板を分離する過程を概略的に示す。他の実施形態である基板分離装置５００の構造を概略的に示す。他の実施形態である基板分離装置６００の構造を概略的に示す。基板分離装置６００により基板ホルダから接合基板を分離する過程を概略的に示す。基板分離装置６００により基板ホルダから接合基板を分離する過程を概略的に示す。他の実施形態である基板分離装置７００の構造を概略的に示す。積層半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、貼り合せ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。貼り合せ装置１００は、共通の筐体１０２の内部に形成された常温部１０４及び高温部１０６を含む。

貼り合せ装置１００は、さらに筐体１０２の常温部１０４側の外部に面して複数の基板カセット１１２、１１４、１１６を有する。基板カセット１１２、１１４、１１６は、貼り合せ装置１００において接合される基板１２２を収容する。基板カセット１１２、１１４、１１６は、筐体１０２に対して脱着自在に装着される。

常温部１０４は、プリアライナ１２６、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８及び基板分離装置３００、並びに、一対のロボットアーム１３２、１３４を備える。常温部１０４の内部は、貼り合せ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。

プリアライナ１２６は、高精度であるが故に狭いステージ装置１４０の調整範囲に基板１２２の位置が収まるように、個々の基板１２２の位置を仮合わせする。これにより、ステージ装置１４０における位置決めを確実にすることができる。また、プリアライナ１２６は、基板を接合した後に、基板を基板ホルダから分離する機能を兼ねて持ってもよい。

基板ホルダラック１２８は、複数の基板ホルダ１２４を収容して待機させる。基板ホルダ１２４による基板１２２の保持は、例えば静電吸着による。

ステージ装置１４０は、上ステージ１４１及び下ステージ１４２を含む。また、ステージ装置１４０を包囲して断熱壁１４５及びシャッタ１４６が設けられる。断熱壁１４５及びシャッタ１４６に包囲された空間は、空調機等に連通して温度管理されており、これによりステージ装置１４０における位置合わせ精度を維持する。

ステージ装置１４０において、下ステージ１４２は、基板１２２を保持した基板ホルダ１２４を移動する。これに対して、上ステージ１４１は固定された状態で、基板ホルダ１２４及び基板１２２を保持する。さらにステージ装置１４０において、下ステージ１４２を上昇させることにより、２枚の基板ホルダ１２４の間に一対の基板１２２を挟む。

基板分離装置３００は、高温部１０６の加圧部２４０から搬出された２枚の基板ホルダ１２４に挟まれて接合された基板１２２を分離する。基板ホルダから取り出された基板１２２は、ロボットアーム１３４、１３２及び下ステージ１４２により基板カセット１１２、１１４、１１６のうちのひとつに戻されて収容される。基板１２２を取り出された基板ホルダ１２４は、基板ホルダラック１２８に戻されて待機する。

なお、貼り合せ装置１００に装填される基板１２２は、単体のシリコンウェハ、化合物半導体ウェハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものであってよい。装填された基板１２２が、既に複数のウェハを積層して形成された積層基板である場合もある。

一対のロボットアーム１３２、１３４のうち、基板カセット１１２、１１４、１１６に近い側に配置されたロボットアーム１３２は、基板カセット１１２、１１４、１１６、プリアライナ１２６及びステージ装置１４０の間で基板１２２及び基板ホルダ１２４を搬送する。また、ロボットアーム１３２は、接合する基板１２２の一方を裏返す機能も有する。これにより、基板１２２において回路、素子、端子等が形成された面を対向させて接合することができる。

一方、基板カセット１１２、１１４、１１６から遠い側に配置されたロボットアーム１３４は、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８、基板分離装置３００、基板ホルダラック１２８及びエアロック２２０の間で基板１２２及び基板ホルダ１２４を搬送する。ロボットアーム１３４は、基板ホルダラック１２８に対して、基板ホルダ１２４を搬入及び搬出する。

高温部１０６は、断熱壁１０８、エアロック２２０、ロボットアーム２３０及び複数の加圧部２４０を有する。断熱壁１０８は、高温部１０６を包囲して、高温部１０６の高い内部温度を維持すると共に、高温部１０６の外部への熱輻射を遮断する。

ロボットアーム２３０は、加圧部２４０のいずれかとエアロック２２０との間で基板１２２及び基板ホルダ１２４を搬送する。エアロック２２０は、常温部１０４側と高温部１０６側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。

基板１２２及び基板ホルダ１２４が常温部１０４から高温部１０６に搬入される場合、まず、常温部１０４側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１３４が基板１２２及び基板ホルダ１２４をエアロック２２０に搬入する。次に、常温部１０４側のシャッタ２２２が閉じられ、高温部１０６側のシャッタ２２４が開かれる。

続いて、ロボットアーム２３０が、エアロック２２０から基板１２２及び基板ホルダ１２４を搬出して、加圧部２４０のいずれかに装入する。加圧部２４０は、基板ホルダ１２４に挟まれた状態で加圧部２４０に搬入された基板１２２を加熱及び加圧する。これにより基板１２２は接合される。なお、加圧部２４０は、基板１２２を加熱せずに加圧することで基板１２２を接合してもよい。

高温部１０６から常温部１０４に基板１２２及び基板ホルダ１２４を搬出する場合は、上記の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、高温部１０６の内部雰囲気を常温部１０４側に漏らすことなく、基板１２２及び基板ホルダ１２４を高温部１０６に搬入又は搬出できる。

このように、貼り合せ装置１００内の多くの領域において、基板ホルダ１２４は、基板１２２を保持した状態でロボットアーム１３２、１３４、２３０及び下ステージ１４２に搬送される。基板１２２を保持した基板ホルダ１２４が搬送される場合、ロボットアーム１３２、１３４及び２３０は、真空吸着、静電吸着等により基板ホルダ１２４を吸着して保持してよい。また、基板ホルダ１２４は、静電吸着により基板１２２を吸着して保持してよい。

図２は、基板ホルダにより基板を保持する状態を概略的に示す。例えば、ステージ装置１４０において、上ステージ１４１が、真空吸着により１枚の基板ホルダ１２４を保持し、更に当該基板ホルダ１２４を介して静電吸着により１枚の基板１２２を保持する。下ステージ１４２がそれに載置された他の１枚の基板ホルダ１２４を真空吸着し、更に当該基板ホルダ１２４を介して静電吸着により他の１枚の基板１２２を保持する。上ステージ１４１に保持された基板１２２の位置に合わせて、下ステージ１４２が移動して、２枚の基板１２２の位置についてグローバルアライメントを行う。そして、下ステージ１４２が上昇して、２枚の基板１２２を重ね合わせる。なおいずれの基板ホルダ１２４においても、既に積層された複数の基板１２２を保持してもよい。

基板１２２の上下にある２枚の基板ホルダ１２４は、それぞれ固定部材１６２と１６４を有する。２枚の基板ホルダ１２４は、固定部材１６２と固定部材１６４の結合により、位置合せした２枚の基板１２２に位置ずれが生じないように、それを挟んで保持できる。そこで、２枚の基板ホルダ１２４に保持される２枚の基板１２２は、位置ずれが生じずに加圧部２４０に搬送され、加圧及び加熱され接合されることができる。固定部材１６２及び１６４は、例えば、一方が磁石で、他方が磁性体であって、互いに磁力により結合できる構成を有してよい。以下、記述の便利の目的で、基板ホルダ１２４により複数の基板が保持された組み合わせを「基板−基板ホルダユニット」を称する。

図３は、一の実施形態である基板分離装置３００の構造を概略的に示す。基板分離装置３００は、ホルダステージ３０２と、上ステージ３０４とを備える。ホルダステージ３０２は、接合された複数の基板１２２の一の面を保持する基板ホルダ１２４を、真空吸着により固定することができる。上ステージ３０４は、昇降部を有し、上下に移動できる。

図３は、基板接合後に、基板分離装置３００が基板−基板ホルダユニットから上の基板ホルダ１２４を分離した状態を示す。まず、基板−基板ホルダユニットがホルダステージ３０２の上に載置されて、真空吸着により下の基板ホルダ１２４が吸着されて固定される。下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との間の静電吸着が維持されながら、上の基板ホルダ１２４と上の基板１２２との間の静電吸着が解除される。上ステージ３０４が降下して、上ステージ３０４に内蔵されたロードセル等の検知器により、上の基板ホルダ１２４との当接が検知されたら、上ステージ３０４が停止する。

上ステージ３０４は、上の基板ホルダ１２４を真空吸着して、上昇する。下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との間の静電吸着が維持され、上の基板ホルダ１２４と上の基板１２２との間の静電吸着が解除されたので、上の基板ホルダ１２４と上の基板１２２との結合力が下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との結合力より弱い。よって、上ステージ３０４の上昇時に、上の基板ホルダ１２４に与える真空吸着力により、上の基板ホルダ１２４を上の基板１２２から引き離すことができる。

上ステージ３０４は、更に水平面上に移動できる機構を有してよい。分離した基板ホルダ１２４は、上ステージ３０４に保持され、基板ホルダラック１２８に搬送され収容されてよい。また、分離した基板ホルダ１２４は、他の搬送機構により基板ホルダラック１２８に収容されてもよい。

上ステージ３０４は、分離した基板ホルダ１２４を収容して、再びホルダステージ３０２の上部に戻る。上ステージ３０４は、降下して、基板１２２に当接して停止する。下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との間の静電吸着が解除される。上ステージ３０４は、上の基板１２２を真空吸着して上昇することにより、接合した２枚の基板を下の基板ホルダ１２４から引き離すことができる。

この場合、２枚の基板１２２の表面１２１が接合され、上ステージ３０４が吸着するのは上の基板１２２の裏面１２３であるので、上ステージ３０４との接触による基板１２２に与える悪影響が殆どない。また、上ステージ３０４が真空吸着により接合基板１２２に与える吸着力の方向が、接合基板１２２が基板ホルダ１２４から引き離されたときの移動方向と同じ（上向き）であるので、上ステージ３０４が停止するときにも、接合基板１２２が上ステージ３０４から離脱して落ちることはない。

基板分離装置３００において、上ステージ３０４は、複数の基板１２２に当接して当該複数の基板１２２を基板ホルダ１２４から分離する分離部であり、複数の基板１２２における一の裏面に当接する当接部材でもある。分離された基板は、ロボットアーム１３４、ステージ装置１４０の下ステージ１４２及びロボットアーム１３２を通じて、基板カセット１１２、１１４又は１１６のいずれかに収容される。

上ステージ３０４は、更に荷重検知器を有し、基板ホルダ１２４又は基板１２２を引き離すときに、基板−基板ホルダユニットに与える力を検知できる機構を含んでよい。上ステージ３０４は、検知した力が基板同士の接合力より大きくなるおそれがある場合に、上記引き離す過程を中止するように、制御されることが好ましい。このような制御によって、予想外の要因により、基板ホルダ１２４と基板１２２との固着力が基板同士間の接合力より大きくなった場合に、上ステージ３０４から過大な力が加えられ、基板同士の接合が破壊する事態を防ぐことができる。上記荷重検知器の例として、ロードセルが挙げられる。

上ステージ３０４は、上記分離過程により、基板ホルダ１２４又は基板１２２が着実に分離できたかどうかを検知できる機構を更に有してよい。例えば、上ステージ３０４は、上ステージ３０４における真空吸着系統の真空度の変化により分離状況を検知する機構を有してよい。上ステージ３０４は、上記の荷重検知器により、吸着した基板ホルダ１２４又は基板１２２の荷重を検知して、分離状況を判断する機構を有してよい。上ステージ３０４は、基板ホルダ１２４に静電吸着用電圧を印加して、リーク電流の値を測定することによって、分離状況を検知する機構を有してよい。また、基板分離装置３００は、ラインセンサにより分離状況を検知する機構を有してよい。

図４は、ラインセンサにより基板分離状況を検知する機構を概略的に示す。ラインセンサは、複数の発光素子が並んだラインセンサ発光部３１２と、複数の受光素子が並んだラインセンサ受光部３１４とを含む。図４は、ラインセンサ発光部３１２及びラインセンサ受光部３１４が水平に設置された場合、即ち紙面に垂直する方向に設置された場合に、ラインセンサにより基板分離状況を検知するメカニズムを示す。図３に示めすように、接合された基板１２２が上の基板ホルダ１２４から完全に分離したときは、ラインセンサ発光部３１２から発した光が基板１２２と上の基板ホルダ１２４との間の間隙を通過してラインセンサ受光部３１４に到達できる。図４に示すように、接合された基板１２２が上の基板ホルダ１２４から完全に分離できなかったときは、ラインセンサ発光部３１２から発した光が基板１２２により遮断される。従って、ラインセンサ受光部３１４の受光状況により、基板１２２が上の基板ホルダ１２４から分離できたか否かを検知することができる。

図５は、ラインセンサにより基板分離状況を検知する機構の他の例を概略的に示す。図４が基板分離装置３００の正面図である場合に、図５は基板分離装置３００の左側面図に該当する。図４はラインセンサ発光部３１２及びラインセンサ受光部３１４が水平に設置されたのに対して、図５はラインセンサ発光部３１２及びラインセンサ受光部３１４が斜めに設置された例を示す。ラインセンサ受光部３１４の受光状況、即ちラインセンサ発光部３１２から発した光が基板１２２により遮断された部位等により、基板１２２が基板ホルダ１２４から分離できたか否かを検知することができる。ラインセンサ発光部３１２及びラインセンサ受光部３１４の傾斜角度は、基板１２２を基板ホルダ１２４から分離させる目的で、上下の基板ホルダ１２４を互いに最大に離間させたときに、ラインセンサ発光部３１２が発する光が上下の基板ホルダ１２４の間を通るように設定されてよい。また、ラインセンサ発光部３１２及びラインセンサ受光部３１４が、ホルダステージ３０２及び上ステージ３０４における基板ホルダ１２４を載置する面に垂直するように設置されてもよい。

図１の貼り合せ装置１００において、基板分離装置３００に代えて、プリアライナ１２６が、上記基板分離装置３００の構成を更に兼有してもよい。この場合に、接合後の基板−基板ホルダユニットは、ロボットアーム２３０、１３４、ステージ装置１４０の下ステージ１４２及びロボットアーム１３２を通じて、プリアライナ１２６に搬送されて、分離される。分離された基板ホルダ１２４は、ロボットアーム１３２、ステージ装置１４０の下ステージ１４２及びロボットアーム１３４を通じて、基板ホルダラック１２８に収容される。分離された基板は、ロボットアーム１３２を通じて、基板カセット１１２、１１４又は１１６のいずれかに収容される。

図６は、他の実施形態である基板分離装置４００の構造を概略的に示す。基板分離装置４００は、ホルダステージ３０２と、上ステージ４０２と、吸盤４０４とを備える。上ステージ４０２は、昇降部を有し、上下に移動できる。吸盤４０４は、リフトピンより広い面積で基板ホルダ１２４又は基板１２２を負圧により吸着して、分離することができる。図６は、上の基板ホルダ１２４が分離され、上ステージ４０２が降下して、吸盤４０４が上基板１２２の裏面１２３に当接して、それを吸着した状態を示す。

図７は、基板分離装置４００により、下の基板ホルダ１２４から、接合した基板１２２を分離した状態を示す。基板分離装置４００は、上述した基板分離装置３００の分離プロセスと同様に、下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との間の静電吸着が解除され、上ステージ４０２が上昇して、吸盤４０４の吸着力により、接合した２枚の基板を下の基板ホルダ１２４から引き離すことができる。基板分離装置４００において、吸盤４０４は、複数の基板１２２に当接して当該複数の基板を基板ホルダ１２４から分離する分離部であり、複数の基板１２２における一の裏面に当接する当接部材でもある。吸盤４０４は、大面積で基板を吸着するので、安定に基板を保持することができる。貼り合せ装置１００は、基板分離装置３００に代えて、基板分離装置４００を有してよい。

図８は、他の実施形態である基板分離装置５００の構造を概略的に示す。基板分離装置５００は、ホルダステージ３０２と、上ステージ５０２と、吸着ヘッド５１０とを備える。吸着ヘッド５１０は、排気孔５１２と、多孔質パッド５１４とを有する。図８は、上の基板ホルダ１２４が分離され、上ステージ５０２が降下して、吸着ヘッド５１０が上基板１２２の裏面１２３に当接した状態を示す。

排気孔５１２は、図示していない上ステージ５０２における真空排気系統と多孔質パッド５１４とをつなぐ貫通孔である。上ステージ５０２における真空排気系統は、排気孔５１２を通じて、多孔質パッド５１４の細孔を真空に引き、その多孔質パッド５１４に当接する基板１２２を吸着するので、広い面積にわたって基板１２２の吸着でき、安定な吸着が実現できる。基板分離装置５００は、基板分離装置３００と同様のプロセスにより基板を分離できるので、その説明を省略する。貼り合せ装置１００は、基板分離装置３００に代えて、基板分離装置５００を有してよい。

図９は、他の実施形態である基板分離装置６００の構造を概略的に示す。基板分離装置６００は、ホルダステージ３０２と、上ステージ６０２と、プレート６０４と、爪６０６とを備える。

図９に示す基板は、基板６１２、６１４、６１６及び６１８により接合された４枚接合の基板である。また、図９は、上の基板ホルダ１２４が分離され、上ステージ６０２及び爪６０６が待機位置にある状態を示す。

上ステージ６０２は、昇降部を有し、上下に移動できる。プレート６０４は、上ステージ６０２に固定され、上ステージ６０２と一体となって上下に移動して、ホルダステージ３０２に対して近接及び離間ができる。爪６０６は、プレート６０４の下面に設けられる。図９に示すように、爪６０６は、アクチュエータにより、プレート６０４の下面に沿って、接合された基板６１２等の中心が位置する中心線に向かって、基板の半径に平行する方向で進退できる。即ち、図１０に示すように、上ステージ６０２が降下した場合に、爪６０６は、接合基板の側面に近接及び離間する方向に移動することができる。

図９において、説明の便利を考慮して、二つの爪６０６は、基板の両側に配置されるように示したが、爪６０６は、プレート６０４の下面と基板６１２等の中心線との交点を中心として、円周上に３個又は更に多く、等間隔に配置されてよい。例えば、爪６０６は、円周上に１２０°間隔で３個配置されてよい。爪６０６は、接合基板を基板ホルダ１２４から分離する分離部である。プレート６０４の下面は、接合基板の一の裏面に当接する当接部材である。

接合された４枚の基板は、まず基板６１２と基板６１４が接合されて、基板６１４の裏面が研磨され薄化される。薄くなった基板６１４は、予想外の接触により破損することを防ぐ目的で、エッジがカッティングされて、基板６１２より一回り小さい基板となる。その上に、基板６１６が接合され、同様に研磨され、エッジがカッティングされる。最後に基板６１８が接合されて、図９に示す４枚接合の基板となる。上下にある基板６１２と６１８は、研磨されていないので、本来の厚みを有し、エッジが円弧状であるので、衝撃に強く、間に挟んだ基板６１４と６１６を保護することができる。

図１０及び図１１は、基板分離装置６００により基板ホルダから接合基板を分離する過程を概略的に示す。図１０において、上ステージ６０２は、降下して、プレート６０４の下面が基板６１８の裏面６１９に当接した位置で停止する。爪６０６は、基板中心に向かって進出して、基板６１８のエッジに当接して、接合基板を保持する。基板ホルダ１２４と基板６１２との間の静電吸着が解除される。

図１１においては、上ステージ６０２が上昇して、爪６０６は、基板６１８のエッジを保持して、接合基板を持ち上げて基板ホルダ１２４から引き離す。貼り合せ装置１００は、基板分離装置３００に代えて、基板分離装置６００を有してよい。分離された接合基板は、前述通り、ロボットアーム等により基板カセット１１２、１１４又は１１６のいずれかに収容される。

図１２は、他の実施形態である基板分離装置７００の構造を概略的に示す。基板分離装置７００は、ホルダステージ３０２と、上ステージ７０２と、当接部材７０４と、リフトピン７１２とを備える。

上ステージ７０２は、昇降部を有し、上下に移動できる。当接部材７０４は、上ステージ７０２に固定され、上ステージ７０２と一体として上下に移動できる。当接部材７０４は、ゴム等弾性材料により構成される。

リフトピン７１２は、アクチュエータにより上下に伸縮できる。リフトピン７１２は、基板ホルダ１２４を貫通する孔を通じて、下の基板１２２の裏面１２３に当接して、接合基板を押し上げて、基板ホルダ１２４から接合基板を分離することができる。

基板ホルダ１２４から接合基板を分離する場合に、基板ホルダ１２４と下の基板１２２との間の静電吸着が解除され、リフトピン７１２が上昇して、接合基板を押し上げる。当接部材７０４は、接合基板が跳ねることを防ぐ目的で、事前に上の基板１２２の裏面１２３との間に、数ミリの間隔をおいて接合基板上部に待機する。

リフトピン７１２により押上げた接合基板が跳ねた場合に、弾性材料の当接部材７０４に当たり、大きな位置ずれが生じずにもとの位置に戻ることができる。弾性材料の当接部材７０４は、接合基板にダメージを与えずに、基板が跳ねることによる位置ずれを防止することができる。よって、ロボットアームによる基板の搬送も順調に進むことができる。貼り合せ装置１００は、基板分離装置３００に代えて、基板分離装置７００を有してよい。

上述の基板分離装置４００、５００、６００及び７００は、基板分離装置３００と同様に、更に荷重検知器を備えて、基板ホルダ又は接合基板を引き離すときに、基板同士の接合力より大きい力を加えられないように制御されてよい。基板分離装置４００、５００、６００及び７００は、基板分離装置３００と同様に、真空吸着系統の真空度の変化、吸着した基板ホルダ又は基板の荷重、又は静電吸着のリーク電流の変化を検知することにより、基板の分離状況を判断することができる。

上述の各実施形態における分離部及び当接部材等は、ロボットに適用してよい。例えば、ホルダステージ３０２は、基板−基板ホルダユニットを保持して、３次元的に移動できる搬送ロボットであってよい。また、上ステージは、吸盤４０４、吸着ヘッド５１０又は爪６０６等を有するロボットであってよい。

図１３は、図１の貼り合せ装置１００を用いて、積層半導体装置を製造する一実施形態である製造方法のフローチャートを示す。当該積層半導体装置の製造方法は、複数の基板を貼り合せるステップ（Ｓ０１０）と、貼り合わされた複数の基板を保持する一の基板ホルダをホルダステージに固定するステップ（Ｓ０２０）と、貼り合わされた複数の基板を基板ホルダから分離するステップ（Ｓ０３０）と、分離された基板を個片化するステップ（Ｓ０４０）とを備える。

まず、複数の基板を貼り合せる（Ｓ０１０）。ステップＳ０１０において、回路パターンが複数形成され、互いに接合することにより３次元積層半導体装置が形成できる複数の基板１２２を用意する。ウェハに回路パターンを形成し、パッシベーションした後、表面に接合電極を形成して、接合用の基板１２２とする。

ロボットアーム１３２により、基板カセット１１２、１１４、１１６のいずれかに収容されている基板１２２が一枚ずつプリアライナ１２６に搬入され、プリアラインされる。一方、ロボットアーム１３４は、一枚の基板ホルダ１２４を下ステージ１４２に搭載して、ロボットアーム１３２の近傍まで搬送させる。ロボットアーム１３２は、この基板ホルダ１２４に、プリアラインされた基板１２２を搭載して保持させる。

下ステージ１４２が再びロボットアーム１３４の側に移動する。ロボットアーム１３４が基板１２２を保持した基板ホルダ１２４を裏返して、基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に近づけて、真空吸着等により基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に保持させる。

ロボットアーム１３４は、他の基板ホルダ１２４を下ステージ１４２に搭載して、ロボットアーム１３２の近傍まで搬送させる。ロボットアーム１３２は、この基板ホルダ１２４に、プリアラインされた基板１２２を搭載して保持させる。下ステージ１４２を精密に移動させて、基板ホルダ１２４を介して上ステージ１４１に保持された基板１２２に対して、下ステージ１４２に搭載された基板ホルダ１２４に保持された基板１２２の位置を合わせて、両基板を当接させる。

当接した二枚の基板１２２を挟んだ上下基板ホルダ１２４は、ロボットアーム１３４によりエアロック２２０に搬送される。エアロック２２０に搬送された基板１２２及び上下基板ホルダ１２４は加圧部２４０に装入される。加圧部２４０において加熱及び加圧されることにより、二枚の基板１２２は互いに貼り合わされて一体になる。

貼り合わされた複数の基板を保持する一の基板ホルダをホルダステージに固定する（Ｓ０２０）。ステップＳ０２０において、貼り合わされた基板１２２を含む基板−基板ホルダユニットは、高温部１０６から搬出されて、基板分離装置３００に搬送され、ホルダステージ３０２の上に載置されて、真空吸着により下の基板ホルダ１２４が吸着されて固定される。ここで、基板分離装置３００は、上述の基板分離装置４００、５００、６００又は７００のいずれかの構造を有しても良い。

貼り合わされた複数の基板を基板ホルダから分離する（Ｓ０３０）。ステップＳ０３０において、下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との間の静電吸着が維持されながら、上の基板ホルダ１２４と上の基板１２２との間の静電吸着が解除される。上ステージ３０４が降下して、上の基板ホルダ１２４に当接して、上の基板ホルダ１２４を真空吸着して、上昇する。この場合、下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との間の静電吸着が維持され、上の基板ホルダ１２４と上の基板１２２との間の静電吸着が解除されたので、上の基板ホルダ１２４と上の基板１２２との結合力が下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との結合力より弱い。よって、上ステージ３０４の上昇時に、図３に示すように、上の基板ホルダ１２４に与える真空吸着力により、上の基板ホルダ１２４を上の基板１２２から引き離すことができる。

次に、下の基板ホルダ１２４と下の基板１２２との間の静電吸着が解除される。上ステージ３０４は、分離された基板ホルダ１２４が基板ホルダラック１２８に収容されてから、再び降下して、基板１２２に当接して基板１２２を真空吸着して上昇することにより、接合された基板１２２を下の基板ホルダ１２４から引き離す。分離された基板１２２は、ロボットアーム１３４、ステージ装置１４０の下ステージ１４２及びロボットアーム１３２を通じて、基板カセット１１２、１１４又は１１６のいずれかに収容される。

基板分離装置３００において、上ステージ３０４は、複数の基板１２２に当接して当該複数の基板１２２を基板ホルダ１２４から分離する分離部であり、複数の基板１２２における一の裏面に当接する当接部材でもある。基板を基板ホルダから分離する過程において、上ステージ３０４は、まず当接部材として接合された基板１２２の上向きの裏面に当接してから、分離部として基板１２２を真空吸着して、基板ホルダ１２４から基板１２２を分離する。基板分離装置４００、５００においても、同様に分離部と当接部材が一体となり、当接部材が接合された基板１２２の上向きの裏面に当接してから、分離部として基板１２２を基板ホルダ１２４から分離する。

一方、図９に示すように、基板分離装置６００においては、分離部及び当接部材として、それぞれ爪６０６及びプレート６０４が存在する。この場合に、基板を基板ホルダから分離するステップは、当接部材が複数の基板における一の裏面に当接するステップと分離部が基板を基板ホルダから分離するステップとの二つのステップに更に分けることができる。前のステップでは、当接部材であるプレート６０４が基板６１８の裏面６１９に当接して、後のステップでは、分離部である爪６０６が基板ホルダ１２４から貼り合わされた基板を分離する。

また、図１２に示す基板分離装置７００のように、分離部が基板を基板ホルダから分離するステップは先に完成して、当接部材が複数の基板１２２における一の裏面に当接するステップは後に完成してもよい。基板分離装置７００において、基板を基板ホルダから分離するステップでは、分離部であるリフトピン７１２が基板１２２を押し上げることにより、基板ホルダ１２４から分離して、当接部材が複数の基板１２２における一の裏面に当接するステップでは、当接部材７０４が跳ねる基板１２２に当接して、大きな位置ずれを防止する。

最後に、分離された基板を個片化する（Ｓ０４０）。ステップＳ０４０において、ダイシング等により分離された基板をチップごとに個片化して、積層半導体装置を完成できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００貼り合せ装置、１０２筐体、１０４常温部、１０６高温部、１０８断熱壁、１１２基板カセット、１１４基板カセット、１１６基板カセット、１２１表面、１２２基板、１２３裏面、１２４基板ホルダ、１２６プリアライナ、１２８基板ホルダラック、１３２ロボットアーム、１３４ロボットアーム、１４０ステージ装置、１４１上ステージ、１４２下ステージ、１４５断熱壁、１４６シャッタ、１６２固定部材、１６４固定部材、２２０エアロック、２２２シャッタ、２２４シャッタ、２３０ロボットアーム、２４０加圧部、３００基板分離装置、３０２ホルダステージ、３０４上ステージ、３１２ラインセンサ発光部、３１４ラインセンサ受光部、４００基板分離装置、４０２上ステージ、４０４吸盤、５００基板分離装置、５０２上ステージ、５１０吸着ヘッド、５１２排気孔、５１４多孔質パッド、６００基板分離装置、６０２上ステージ、６０４プレート、６０６爪、６１２基板、６１４基板、６１６基板、６１８基板、６１９裏面、７００基板分離装置、７０２上ステージ、７０４当接部材、７１２リフトピン

Claims

第１の基板ホルダに保持された第１の半導体ウエハと、第２の基板ホルダに保持された第２の半導体ウエハとを、互いに位置合わせして重ね合せる位置合わせ部と、
前記位置合わせされた前記第１の半導体ウエハと前記第２の半導体ウエハとを接合することにより積層基板を形成する接合部と、
前記積層基板に当接して、前記積層基板を前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの少なくとも一方から分離する分離部を有する分離装置と、
前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方と前記積層基板との間を通過した光を受光する光センサを有して、前記積層基板が前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの少なくとも前記一方から分離したことを検知する分離検知部と
を備える基板貼り合せ装置。
前記光センサは、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方において前記積層基板を保持する保持面と平行に配されたラインセンサを含む請求項１に記載の基板貼り合せ装置。
前記光センサは、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方において前記積層基板を保持する保持面に対して傾斜して配されたラインセンサを含む請求項１に記載の基板貼り合せ装置。
前記光センサは、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方から前記積層基板が引き離される場合の移動方向と平行に配されたラインセンサを含む請求項１に記載の基板貼り合せ装置。
前記ラインセンサは、分離された前記積層基板が前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方から最も遠ざかった場合に、前記積層基板の位置に一端を、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方の位置に他端がそれぞれ位置する傾きを有する請求項３または請求項４に記載の基板貼り合せ装置。
前記分離検知部は、前記ラインセンサにおいて前記光を受光した位置に基づいて、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方および前記積層基板の分離状態を検知する請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
第１の基板ホルダに保持された第１の半導体ウエハと、第２の基板ホルダに保持された第２の半導体ウエハとを、互いに位置合わせして重ね合せる位置合わせ部と、
前記位置合わせされた前記第１の半導体ウエハと前記第２の半導体ウエハとを接合することにより積層基板を形成する接合部と、
前記積層基板に当接して、前記積層基板を前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの少なくとも一方から分離する分離部を有する分離装置と、
前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方を吸着する真空吸着系統の真空度の変化に基づいて前記積層基板が前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの少なくとも前記一方から分離したことを検知する分離検知部と
を備える基板貼り合せ装置。
第１の基板ホルダに保持された第１の半導体ウエハと、第２の基板ホルダに保持された第２の半導体ウエハとを、互いに位置合わせして重ね合せる位置合わせ部と、
前記位置合わせされた前記第１の半導体ウエハと前記第２の半導体ウエハとを接合することにより積層基板を形成する接合部と、
前記積層基板に当接して、前記積層基板を前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの少なくとも一方から分離する分離部を有する分離装置と、
互いに分離された前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方と前記積層基板との少なくとも一方による荷重の変化に基づいて前記積層基板が前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの少なくとも前記一方から分離したことを検知する分離検知部と
を備える基板貼り合せ装置。
第１の基板ホルダに保持された第１の半導体ウエハと、第２の基板ホルダに保持された第２の半導体ウエハとを、互いに位置合わせして重ね合せる位置合わせ部と、
前記位置合わせされた前記第１の半導体ウエハと前記第２の半導体ウエハとを接合することにより積層基板を形成する接合部と、
前記積層基板に当接して、前記積層基板を前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの少なくとも一方から分離する分離部を有する分離装置と、
前記積層基板を吸着する静電吸着電圧の変化に基づいて前記積層基板が前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの少なくとも前記一方から分離したことを検知する分離検知部と
を備える基板貼り合せ装置。
前記分離部は、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方において前記積層基板を保持する保持面と反対側に位置する面を保持するホルダステージを更に備える請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
前記分離部は、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方を貫通して前記積層基板を押し上げるリフトピンを有する請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
前記分離部は、前記積層基板において、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方と反対側に位置する他の面に当接する当接部材を更に有する請求項１１に記載の基板貼り合せ装置。
前記分離部は、前記積層基板において、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方と反対側に位置する他の面を負圧により吸着する吸盤および多孔質パッドのいずれかを有する請求項１０または請求項１１に記載の基板貼り合せ装置。
前記分離部は、前記積層基板の側面に当接する爪を有する請求項１０または請求項１１に記載の基板貼り合せ装置。
前記爪は、前記積層基板の前記側面に近接及び離間する方向に移動する請求項１４に記載の基板貼り合せ装置。
前記分離部は、前記積層基板において前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方と反対側に位置する他の面を保持する保持面を有する前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの他方を、前記保持面と反対側に位置する他の面において保持するホルダステージを有する請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
前記分離部は、前記第１の基板ホルダおよび前記第２の基板ホルダの前記一方を吸着して移動する昇降ステージを有する請求項１６に記載の基板貼り合せ装置。
前記分離装置は、前記第１の半導体ウエハを前記第１の基板ホルダに保持させ、前記第２の半導体ウエハを前記第２の基板ホルダに保持させるプリアライナを兼ねる請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
積層半導体装置の製造方法であって、
回路が形成された複数の基板を貼り合せて積層基板にする貼り合せステップと、
前記積層基板の一面を保持する基板ホルダをホルダステージに固定する固定ステップと、
前記積層基板に分離部を当接させて前記積層基板を前記基板ホルダから分離する分離ステップと、
前記基板ホルダと前記積層基板との間を通過した光を受光する光センサにより前記積層基板が前記基板ホルダから分離されたことを検知する検知ステップと、
前記基板ホルダから分離された前記積層基板を複数の積層半導体装置に個片化する個片化ステップと
を備える積層半導体装置の製造方法。
前記分離ステップにおいて、前記積層基板および前記基板ホルダに与える力が前記複数の基板を貼り合わせる接合力よりも大きくなる場合に、前記分離ステップを中止する中止ステップを更に備える請求項１９に記載の積層半導体装置の製造方法。