JP5493399B2

JP5493399B2 - 製造装置、及び、半導体装置の製造方法

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Publication number: JP5493399B2
Application number: JP2009060189A
Authority: JP
Inventors: 創三ッ石; 新吾松岡
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: JP2010207908A

Description

本発明は、半導体装置を製造する製造装置及び半導体装置を製造する製造方法に関する。

携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の携帯電子機器の製造にとって、メモリ、ＭＰＵ等の電子部品を高密度に実装する技術は最も重要な技術の一つである。このための技術としてフリップチップ実装技術の開発が従来から行われており、最近ではこの技術を利用して半導体チップを積層して更なる高密度電子装置を得るための開発が盛んに行われている。このフリップチップ技術による実装では半導体チップを配線基板に接合するとき、あるいは、半導体チップを半導体チップ上に重ねて接合するときに、接合電極としてバンプを形成することが行われている。このバンプ形成にあたっては、電極材として金、銀、アルミニウム等が使用されているが、導電性、及び酸化されにくいという点、更に価格の点から銅が一般的に使用されている。

このような電極接合を行う一般的な方法として加圧と加熱による拡散接合方式がとられている。しかしながら、電極接合をチップレベルで行う場合には問題ないが、ウェハレベルで接合を行う場合には接合物間の熱膨張率の違いによる電極位置ずれの問題が発生する。この問題点を解消する方法として、加熱により生じる熱膨張を伴わない常温接合方式が検討されている。この方式は物質が本来有している原子間結合力を利用するもので、接合面を清浄して接合面どうしを数ｎｍ以下の間隔にすることにより実現される。したがって、この接合方法を用いる場合の条件は、（１）接合面が平坦面であること、（２）接合面には酸化層、及び異物の付着がないこと、である。このような条件を満足させた接合装置が、例えば特許文献１に提案されている。
特開平１−１４８４８１号公報

しかしながら、従来の接合装置では、電極の平坦化及びＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇの略：化学的機械的研磨法）処理以降の工程における電極表面酸化により、十分な接合を達成できないことがあった。

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、複数の半導体基板がそれぞれの接合面で接合されて積層された半導体装置を製造する製造装置であって、接合面を活性化する活性化装置と、重ね合わせた半導体基板を加圧及び加熱の少なくともいずれかにより接合する接合装置と、接合装置で接合される前の接合面の表面粗さを計測する計測器と、活性化装置、接合装置及び計測器のそれぞれに対して制御を行う制御部と、を備える。

また、本発明の第２の態様においては、複数の半導体基板がそれぞれの接合面で接合されて積層された半導体装置を製造する製造方法であって、接合面を活性化する活性化ステップと、活性化ステップにより活性化され、かつ、重ね合わされた複数の半導体基板を、加圧及び加熱の少なくともいずれかにより接合する接合ステップと、接合ステップで接合される前の接合面の表面粗さを計測する計測ステップと、計測ステップにより計測した表面粗さにより、計測後のプロセスを変更する変更ステップと、を備える。

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。

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。

はじめに、常温近傍における活性化接合（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｔｉｖａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）について説明する。なお、以下において電極金属とは、特に具体的な記載をしない限り、積層するウェハの接合面における接触部である金属を言う。例えば、ウェハの表面に形成された配線パターン、バンプなどが相当する。したがって、「接合面を接合する」という場合、これらの表面金属同士が接合することを意味する。

ＣＭＰにより平坦化された表面は一般的には研磨前に存在していた表面酸化層は除去され、電極金属の表面が露出される。しかし、研磨工程の研磨により露出した金属面も、大気中に曝されると再び酸化されていく。例えば、銅の場合、時間と共に、電極金属の表面に亜酸化銅Ｃｕ_２Ｏからなる酸化層が形成される。この状態では、表面に凹凸が生じ、亜酸化銅が生じる前後で表面の銅材には体積変化が生じる。酸化によってＣｕ_２Ｏが生じると、体積が２．６７倍になる。この結果、表面近くの銅の原子が亜酸化されるに伴って表面粗さが増加することになる。そして、表面は亜酸化銅層に覆われた凸凹状態となる。また、活性なＣｕ原子が露出している活性化表面は、酸化が進行することによりＣｕ_２Ｏで覆われて不活性な面となる。この凸凹状態、不活性な状態の接合面を接触、加圧しても接合面間には本来の原子間力が作用しないことになり、常温活性化接合はできない。

次工程の活性化工程では、例えばアルゴンイオンの照射によりスパッタ作用を受けてこの表面の亜酸化銅層を除去する。この場合、表面の平面度の低下が極力抑えられるように亜酸化銅層のみを除去して、活性な銅が表面に現れるように制御される。そして、この活性化工程を行う活性化装置は、チャンバ内の雰囲気を所定の状態に設定できるので、ウェハがこのチャンバ内に載置されている限り酸化されない又は酸化の進行を極めて遅くすることができる。

しかし、次工程であるウェハどうしの重ね合わせ等を行うアライメント工程においては、重ね合わせ等を行うアライメント装置のチャンバ内を、銅の酸化を阻止する雰囲気にすることが困難である。これは、ウェハどうしの厳密な位置合わせを行うために必要なステージの存在等による。したがって、アライメント工程においては、ウェハの酸化が再び進行することになる。

次工程の接合工程は、重ね合わせたウェハを接合装置に搬入して行う。接合装置は、活性化装置と同じく、チャンバ内の雰囲気を所定の状態に設定できるので、ウェハを接合装置内に搬入すれば、再び酸化の進行を食い止めることができる。上述の通り、時間と共に電極金属の表面に亜酸化銅Ｃｕ_２Ｏが形成されるので、アライメント工程をの通過時間を管理することで、不活性な亜酸化銅層の成長を抑え、表面の凸凹を一定のレベル内に抑制することができる。表面の不活性な亜酸化銅層の厚さである酸化膜厚、及び亜酸化銅層の凸凹である表面粗さが一定のレベル内であれば、常温活性化接合に近い条件での接合、すなわち、一般的な拡散接合方式における加圧圧力、加熱温度までは必要としない接合ができる。

次に、本実施形態に係る半導体装置を製造する製造装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る製造装置１００の概略構成図である。製造装置１００は、異なる工程をそれぞれ担う構成装置として研磨装置２００、活性化装置３００、アライメント装置４００及び接合装置５００を備える。そして、ウェハの接合面の表面粗さを計測する工程を担う構成装置として、表面粗さ計測器８００を活性化装置３００のチャンバ内に備える。更に製造装置１００は、研磨装置２００と活性化装置３００、活性化装置３００とアライメント装置４００、アライメント装置４００と接合装置５００の間を接続する空間であるロードロックチャンバ６１０、６２０、６３０と、各構成装置及び各ロードロックチャンバを制御する制御盤７００を備える。

各ロードロックチャンバには、ウェハもしくはウェハホルダを搬送する搬送装置６７０が配置されている。なお、ここで言うウェハホルダは、ウェハを保持した状態のウェハホルダも含むものとする。搬送装置６７０は複数の腕部６７１を有し、その接続部においてアクチュエータを備えている。このアクチュエータの作用により、搬送装置６７０は、その把持部６７２で把持した例えばウェハ６８０を回転もしくは進退させ、隣接する構成装置に搬入し、もしくは隣接する構成装置から搬出する。また、搬送装置６７０は把持部６７２の付け根にもアクチュエータを備えており、把持部６７２がウェハもしくはウェハホルダを保持した状態で、把持部６７２を回転させ、ウェハもしくはウェハホルダを反転させることができる。

把持部６７２は、ウェハもしくはウェハホルダを吸着可能なように真空、負圧による吸引部を備えており、この吸引部による吸引を制御することによりウェハもしくはウェハホルダを着脱する。なお、把持部６７２による把持は、吸引に限らず、例えば静電吸着により吸着するように構成しても良い。

搬送装置６７０は、以上のような動作により、ウェハもしくはウェハホルダを隣接する構成装置間で搬送し、かつ、上向きもしくは下向きである予定された向きで各構成装置に引き渡すことができる。なお、搬送装置６７０の動作は、制御部である制御盤７００からの指示により制御される。

各ロードロックチャンバの隣接する構成装置との境界には、それぞれゲートバルブが設けられている。具体的には、ロードロックチャンバ６１０と研磨装置２００、活性化装置３００との間にはそれぞれゲートバルブ６１１、６１２が、ロードロックチャンバ６２０と活性化装置３００、アライメント装置４００との間にはそれぞれゲートバルブ６２１、６２２が、ロードロックチャンバ６３０とアライメント装置４００、接合装置５００との間にはそれぞれゲートバルブ６３１、６３２が設けられている。それぞれのゲートバルブは、制御盤７００からの指示により開閉される。

各ロードロックチャンバは、隣接するそれぞれの構成装置における加工雰囲気が異なる場合に、構成装置間でウェハもしくはウェハホルダを問題なく受け渡しするために配置されている。例えば、研磨装置２００において大気中で処理されるウェハ６８０を、真空雰囲気である活性化装置３００に取り込む場合、まず、ゲートバルブ６１２を閉じた状態でゲートバルブ６１１を開いて、ウェハ６８０をロードロックチャンバ６１０内に搬送する。そして、ゲートバルブ６１１を閉じてロードロックチャンバ６１０内を接続されている真空装置により真空化する。所定の真空度になったときに、ゲートバルブ６１２を開いてウェハ６８０を真空状態の隣接する活性化装置に移す。このような動作により、研磨装置２００において大気中に置かれたウェハを、真空状態である活性化装置３００に、活性化装置の真空状態を保ったまま、移すことができる。

ゲートバルブ６０１は、外部装置と研磨装置２００との境界に設けられ、また、ゲートバルブ６４１は、接合装置５００と外部装置との境界に設けられている。これらのゲートバルブは、加工前後のウェハ、及びウェハホルダの搬入出の時に開閉されるものであり、外界の塵埃の侵入を防ぎ、製造装置１００内の加工雰囲気を保つ役割を担う。

制御盤７００は、各構成装置及び各ロードロックチャンバを制御すると共に、製造装置１００内で加工中のウェハ、及び加工中のウェハを保持するウェハホルダの管理も行う。特に、表面粗さ計測器８００によって計測されたウェハの表面粗さによりその後の処理を変更する判断を行い、その処理を実行する指示を各構成要素および各ロードロックチャンバに対して送信する。具体的な判断、及びその後の処理の変更については後述する。

次に各構成装置について説明する。図２は、研磨装置２００の構造を模式的に示す断面図である。本実施形態においては、研磨装置２００として例えば液体供給装置を備えるＣＭＰ装置を用いる。研磨装置２００は、被研磨物であるウェハＷをその表面が上向きに露出する状態で吸着により保持する回転定盤２０５と、この回転定盤２０５の上方に設置され、回転定盤２０５に保持されたウェハＷの表面である被研磨面と対向する研磨パッド２２１を下面に有した研磨ヘッド２２０とを備えて構成されている。この研磨装置２００では、研磨パッド２２１の直径はウェハＷの直径よりも小さく、研磨パッド２２１をウェハＷに上方から接触させた状態で双方を相対移動させることによりウェハＷの表面全体を研磨できるようになっている。ウェハＷは外部装置から搬入され、回転定盤２０５に載置される。なお、ここでウェハＷは単独の１枚の状態で回転定盤２０５に載置されてその表面が研磨されても良いし、すでに積層されたウェハが載置されてその最外面を構成するウェハの表面が研磨されても良い。

回転定盤２０５及び研磨ヘッド２２０を支持する支持フレーム２０２は、水平な基台２０３と、この基台２０３上に紙面に垂直な方向であるＹ方向に延びて設けられたレール上を移動自在に設けられた第１ステージ２０６と、この第１ステージ２０６から垂直に延びて設けられた垂直フレーム２０７と、この垂直フレーム２０７上を移動自在に設けられた第２ステージ２０８と、この第２ステージ２０８から水平に延びて設けられた水平フレーム２０９と、この水平フレーム２０９上を移動自在に設けられた第３ステージ２１０とを有して構成されている。

第１ステージ２０６内にはモータＭ１が設けられており、これを制御装置により回転駆動することにより第１ステージ２０６を上記レールに沿って、すなわちＹ方向に移動させることができる。第２ステージ２０８内にはモータＭ２が設けられており、これを制御装置により回転駆動することにより第２ステージ２０８を垂直フレーム２０７に沿って、すなわちＺ方向に移動させることができる。また、第３ステージ２１０内にはモータＭ３が設けられており、これを制御装置により回転駆動することにより第３ステージ２１０を水平フレーム２０９に沿って、すなわちＸ方向に移動させることができる。このため、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３の回転動作を組み合わせることにより、第３ステージ２１０を回転定盤２０５上方の任意の位置に移動させることができる。

回転定盤２０５は、基台２０３上に設けられたテーブル支持部２０４から上方に延びて設けられた回転軸２１１の上端部に水平に取り付けられている。この回転軸２１１はテーブル支持部２０４内に設けられたモータＭ４を制御装置により回転駆動することによりＺ軸回りに回転させることができ、これにより回転定盤２０５をＸＹ面内で回転させることができる。

研磨ヘッド２２０は第３ステージ２１０から下方に延びて設けられたスピンドル２１６の下端部に取り付けられている。このスピンドル２１６は第３ステージ２１０内に設けられたモータＭ５を制御装置により回転駆動することによりＺ軸回りに回転させることができ、これにより研磨ヘッド２２０全体を回転させて研磨パッド２２１をＸＹ面内で回転させることができる。また、スピンドル２１６は第３ステージ２１０内に設けられた研磨ヘッド２２０を昇降移動させる昇降機構としてのエアシリンダ２１７の駆動により上下方向に移動可能となっている。

回転定盤２０５に載置されたウェハＷに対し、所定の接触圧で研磨パッド２２１を押し当て、モータＭ１、Ｍ２を駆動して研磨ヘッド２２０をＸＹ方向に揺動させる。ウェハＷの研磨中には、研磨液供給装置より研磨液であるシリカ粒を含んだスラリーを圧送して研磨パッド２２１の下面側に研磨液が供給される。このようにウェハＷの表面は、研磨液の供給を受けつつウェハＷ自身の回転運動と研磨ヘッド２２０の、すなわち研磨パッド２２１の回転及び揺動運動とにより満遍なく研磨される。

なお、研磨装置２００は、研磨するＣＭＰ装置本体に連続して、研磨後のウェハＷを洗浄する洗浄装置および洗浄後のウェハＷを乾燥する乾燥装置を備えている。したがって、搬送装置６７０によってロードロックチャンバ６１０へ搬出されるウェハＷは、研磨された後に洗浄及び乾燥を施された、異物の付着のないウェハである。ただし、研磨装置２００において加工されるウェハは、大気もしくは乾燥工程中のＩＰＡ（ＩｓｏｐｒｏｐｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）蒸気、窒素混合ガス等に曝された状態にあるので、研磨直後から酸化が進行する。

図３は、活性化装置３００の一例としての第１の活性化装置３１０の構造を模式的に示す断面図である。第１の活性化装置３１０は、前段の研磨工程との接続に関してロードロックチャンバ６１０と隣接しており、その境界にはゲートバルブ６１２が設けられている。また、後段のアライメント工程との接続に関してロードロックチャンバ６２０と隣接しており、その境界にはゲートバルブ６２１が設けられている。また、この第１の活性化装置３１０に真空装置３８０を取り付けて、チャンバ内の雰囲気を所定の状態に設定できるようになっている。チャンバ内の雰囲気を大気圧より低圧である所定の真空度の状態に設定することで、酸化されない又は酸化の進行を極めて遅くすることができる。

第１の活性化装置３１０は、ウェハＷをその表面が上向きに露出する状態で吸着により保持する回転定盤３０５を備える。回転定盤３０５は、テーブル支持部３０４から上方に延びて設けられた回転軸３０３の上端部に水平に取り付けられている。この回転軸３０３はテーブル支持部３０４内に設けられたモータＭを制御装置により回転駆動することによりＺ軸回りに回転させることができ、これにより回転定盤３０５をＸＹ面内で回転させることができる。

第１の活性化装置３１０は、回転定盤３０５に保持され、回転されるウェハＷに対して、流入された不活性ガスをイオンガン３１１によりイオン化した粒子を照射する。不活性ガスとしてはアルゴンガスが一般的である。これにより、ウェハＷの表面の亜酸化銅層が除去される。この第１の活性化装置３１０としては、例えば、ビーコ社のイオン照射装置を用いることができる。

なお、第１の活性化装置３１０のチャンバ内には、粒子の照射を受けない空間に表面粗さ計測器８００が並置されている。回転定盤３０５と表面粗さ計測器８００との間のウェハの搬送は、第１の活性化装置３１０内に搬送装置を設けて行っても良いし、隣接するロードロックチャンバ６１０、６２０に設置されている搬送装置６７０を用いて行っても良い。搬送装置６７０を用いて搬送を行う場合は、ロードロックチャンバ６１０、６２０の雰囲気を第１の活性化装置３１０の雰囲気と同一にした上で、ゲートバルブ６１２、６２１を開放し、把持部６７２を第１の活性化装置３１０のチャンバ内に進入させて行う。表面粗さ計測器８００の具体的な構成は後述する。また、第１の活性化装置３１０のチャンバ内には、活性化および表面粗さ計測前後のウェハを複数ストックするウェハストッカーが設置されているが、ウェハのウェハストッカーへの搬入もしくはウェハストッカーからの搬出も同様に行う。

図４は、活性化装置３００の別の一例としての第２の活性化装置３２０の構造を模式的に示す断面図である。第１の活性化装置３１０は、前段の研磨工程との接続に関してロードロックチャンバ６１０と隣接しており、その境界にはゲートバルブ６１２が設けられている。また、後段のアライメント工程との接続に関してロードロックチャンバ６２０と隣接しており、その境界にはゲートバルブ６２１が設けられている。また、この第１の活性化装置３１０に真空装置３８０を取り付けて、チャンバ内の雰囲気を所定の状態に設定できるようになっている。チャンバ内の雰囲気を所定の状態に設定することで、酸化されない又は酸化の進行を極めて遅くすることができる。

第２の活性化装置３２０は、ウェハＷをその表面が上向きに露出する状態で吸着により保持する回転定盤３０５を備える。回転定盤３０５は、テーブル支持部３０４から上方に延びて設けられた回転軸３０３の上端部に水平に取り付けられている。この回転軸３０３はテーブル支持部３０４内に設けられたモータＭを制御装置により回転駆動することによりＺ軸回りに回転させることができ、これにより回転定盤３０５をＸＹ面内で回転させることができる。

第２の活性化装置３２０は、流入された不活性ガスを放電電極３２１、３２２、放電電源３２３によりプラズマ状態にし、このプラズマ中に回転定盤３０５に保持され、回転されるウェハＷを置くことにより洗浄活性化する。これにより、ウェハＷの表面の亜酸化銅層が除去される。

なお、第１の活性化装置３１０と同様に、第２の活性化装置３２０のチャンバ内には、プラズマに曝されない空間に表面粗さ計測器８００が並置されている。回転定盤３０５と表面粗さ計測器８００との間のウェハの搬送は、第２の活性化装置３２０内に搬送装置を設けて行っても良いし、隣接するロードロックチャンバ６１０、６２０に設置されている搬送装置６７０を用いて行っても良い。搬送装置６７０を用いて搬送を行う場合は、ロードロックチャンバ６１０、６２０の雰囲気を第２の活性化装置３２０の雰囲気と同一にした上で、ゲートバルブ６１２、６２１を開放し、把持部６７２を第２の活性化装置３２０のチャンバ内に進入させて行う。表面粗さ計測器８００の具体的な構成は後述する。また、第２の活性化装置３２０のチャンバ内には、活性化および表面粗さ計測前後のウェハを複数ストックするウェハストッカーが設置されているが、ウェハのウェハストッカーへの搬入もしくはウェハストッカーからの搬出も同様に行う。

図５は、アライメント装置４００の構造を模式的に示す断面図である。アライメント装置４００は、枠体４１１の内側に配された固定ステージ４２１、移動ステージ４２２及び昇降部４６０を備える。アライメント装置４００は、前段の活性化工程との接続に関してロードロックチャンバ６２０と隣接しており、その境界にはゲートバルブ６２２が設けられている。また、後段の接合工程との接続に関してロードロックチャンバ６３０と隣接しており、その境界にはゲートバルブ６３１が設けられている。アライメント装置４００には、チャンバ内をＮ２雰囲気にするための調整器４８０が備えられている。なお、アライメント装置４００は調整器４８０を備えてない場合も想定され、その場合は大気に曝されることになる。

枠体４１１は、互いに平行で水平な天板４１２及び底板４１６と、天板４１２及び底板４１６を結合する複数の支柱４１４とを備える。天板４１２、支柱４１４及び底板４１６は、それぞれ高剛性な材料により形成され、内部機構の動作に係る反力が作用した場合も変形を生じない。

固定ステージ４２１は、天板４１２の下面に固定され、ウェハホルダＷＨに保持されたウェハＷを下面に保持する。ウェハＷは、静電吸着により、ウェハホルダＷＨの下面に保持されて、後述するアラインメントの対象の一方となる。

移動ステージ４２２は、底板４１６の上に載置され、底板４１６に対して固定されたガイドレール４５２に案内されつつＸ方向に移動するＸステージ４５４と、Ｘステージ４５４の上でＹ方向に移動するＹステージ４５６とを有する。これにより、移動ステージ４２２に搭載された部材を、ＸＹ平面上の任意の方向に移動できる。

昇降部４６０は、移動ステージ４２２上に搭載され、シリンダ４６２及びピストン４６４を有する。ピストン４６４は、外部からの指示に応じて、シリンダ４６２内をＺ方向に昇降する。ピストン４６４の上面には、ウェハホルダＷＨが保持される。更に、ウェハホルダＷＨ上にウェハＷが保持される。当該ウェハＷは、後述するアラインメントの対象の一方となる。

なお、ウェハＷは、その表面（図上では下面）に、アラインメントの基準となるアラインメントマークＭを有する。ただし、アラインメントマークＭは、そのために設けられた図形等であるとは限らず、ウェハＷに形成された配線、バンプ、スクライブライン等でもあり得る。

アライメント装置４００は、更に、一対の顕微鏡４４２、４４４と、反射鏡４７２とを有する。一方の顕微鏡４４２は、天板４１２の下面に、固定ステージ４２１に対して所定の間隔をおいて固定される。

他方の顕微鏡４４４及び反射鏡４７２は、移動ステージ４２２に、昇降部４６０と共に搭載される。これにより顕微鏡４４４及び反射鏡４７２は、昇降部４６０と共に、ＸＹ平面上を移動する。移動ステージ４２２が静止状態にある場合、顕微鏡４４４及び反射鏡４７２と昇降部４６０とは既知の間隔を有する。また、昇降部４６０の中心と顕微鏡４４４との間隔は、固定ステージ４２１の中心と顕微鏡４４２との間隔に一致する。

アライメント装置４００が図示の状態にある場合に、顕微鏡４４２、４４４を用いて、対向するウェハＷのアラインメントマークＭを同時にもしくは別々に観察できる。従って、例えば、顕微鏡４４２により得られた映像から、移動ステージ４２２に載置されたウェハＷの正確な位置を知ることができる。また、顕微鏡４４４により得られた映像から、固定ステージ４２１に載置されたウェハＷの正確な位置を知ることができる。

反射鏡４７２は、干渉計等の計測装置を用いて移動ステージ４２２の移動量を測定する場合に用いられる。なお、図４では、紙面に直角に配された反射鏡４７２が示されるが、Ｙ方向の移動を検出する他の反射鏡４７２も装備している。

図６は、アライメント装置４００の動作を示す図である。同図に示すように、移動ステージ４２２がＸ方向に移動される。ここで、移動ステージ４２２の移動量を、昇降部４６０の中心と顕微鏡４４４の中心との間隔と同じにすることにより、移動ステージ４２２上のウェハＷが、固定ステージ４２１に保持されたウェハＷの直下に搬送される。このとき、上下のウェハＷのアラインメントマークＭは、ひとつの鉛直線上に位置する。

この状態で互いのウェハＷが接触するまで昇降部４６０を押し上げ、ウェハホルダＷＨに設けられた吸着子を作用させることにより、２枚のウェハを正確な位置合わせをした状態で固定することができる。この状態では、２枚のウェハホルダが、２枚のウェハを挟み込んだ状態で一体的に固定されている。

なお、ここでは単に２枚のウェハを位置合わせするものとして説明したが、他方がすでに積層されたウェハであっても良い。積層されたウェハであっても、その表面にはアライメントマークＭが存在するので、同様に位置合わせができる。

図７は、接合装置５００の概略構成を示す側断面図である。この図に示すように、接合装置５００は、枠体５４４の内側に配置された、押圧部５４６、加圧ステージ５４８、受圧ステージ５５０、圧力検知部５５２を備える。接合装置５００は、前段のアライメント工程との接続に関してロードロックチャンバ６３０と隣接しており、その境界にはゲートバルブ６３２が設けられている。また、さらに後段の工程である外部装置との接続に関して、その境界にはゲートバルブ６４１が設けられている。

枠体５４４は、互いに平行で水平な天板５５４及び底板５５６と、天板５５４及び底板５５６を結合する複数の支柱５５８とを備える。天板５５４、支柱５５８及び底板５５６は、ウェハＷ及びウェハホルダＷＨへの加圧の反力が作用した場合に変形が生じない程度の剛性を有する。また、この接合装置５００に真空装置５９０を取り付けて、チャンバ内の雰囲気を所定の状態に設定できるようになっている。チャンバ内の雰囲気を所定の状態に設定することで、酸化されない又は酸化の進行を極めて遅くすることができる。

枠体５４４の内側において、底板５５６の上には、押圧部５４６が配置される。押圧部５４６は、底板５５６の上面に固定されたシリンダ５６０と、シリンダ５６０の内側に配置されたピストン５６２とを有する。ピストン５６２は、図示されていない空圧駆動部により駆動されて、図中に矢印Ｚにより示す、底板５５６に対して直角な方向に昇降する。

ピストン５６２の上端には、加圧ステージ５４８が搭載される。加圧ステージ５４８は、ピストン５６２の上端に結合された水平な板状の支持部５６６と、支持部５６６に平行な板状の基板保持部５６８とを有する。

基板保持部５６８は、複数のアクチュエータ５６７を介して、支持部５６６から支持される。アクチュエータ５６７は、図示された一対のアクチュエータ５６７の他に、紙面に対して前方及び後方にも配置される。また、これらアクチュエータ５６７の各々は、相互に独立して動作させることができる。このような構造により、アクチュエータ５６７を適宜動作させることにより、基板保持部５６８の傾斜を任意に変えることができる。また、基板保持部５６８は、ヒータ５７０を有しており、当該ヒータ５７０により加熱される。

アライメント装置４００で位置合わせされた２枚のウェハＷを挟み込んで一体となっている２枚のウェハホルダＷＨは、ロードロックチャンバ６３０に設置された搬送装置６７０により、基板保持部５６８に載置される。載置されたウェハホルダＷＨは、真空吸着等により基板保持部５６８の上面に吸着される。これにより、ウェハＷは、ウェハホルダＷＨ及び基板保持部５６８と共に揺動する一方、基板保持部５６８からの移動あるいは脱落を防止される。

受圧ステージ５５０は、基板接触部５７２及び複数の懸架部５７４を有する。懸架部５７４は、天板５５４の下面から垂下される。基板接触部５７２は、懸架部５７４の下端近傍において下方から支持され、加圧ステージ５４８に対向して配置される。基板接触部５７２は、ヒータ５７６を有する。

基板接触部５７２は、下方から懸架部５７４により支持される一方、上方への移動は規制されない。ただし、天板５５４及び基板接触部５７２の間には、複数のロードセル５７８、５８０、５８２が挟まれる。複数のロードセル５７８、５８０、５８２は、圧力検知部５５２の一部を形成して、基板接触部５７２の上方移動を規制すると共に、基板接触部５７２に対して上方に印加された圧力を検出する。

ウェハＷ及びウェハホルダＷＨが基板保持部５６８に載置された状態で押圧部５４６を駆動すると、加圧ステージ５４８が受圧ステージ５５０に向かって上昇して、２枚のウェハＷを挟み込んで一体となっている２枚のウェハホルダＷＨを押圧する。さらに、押圧中に、ヒータ５７０、５７６により加圧ステージ５４８及び受圧ステージ５５０を加熱することで、ウェハＷ同士の接合が行われる。

接合装置５００の加圧圧力および加熱温度は、制御盤７００からの制御により設定される。この加圧圧力および加熱温度は、一般的な拡散接合方式に比較して低圧、低温に設定され、常温活性化接合に近い条件で接合される。設定圧力及び設定温度は、ウェハＷの表面の酸化膜厚及び表面粗さに依存するものであり、例えば、表面粗さが４ｎｍであるときには、Ｃｕ−Ｃｕ接合に対して、１ｋＰａ、２５０℃が設定される。表面粗さと設定圧力及び設定温度との関係については後述する。

図８は、表面粗さ計測器８００の構造を模式的に示す断面図である。ウェハの接合面の表面粗さの計測は、ナノオーダーでの計測ができればどのような機器を用いても良いが、ここでは、一例として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いる。ＡＦＭは、板ばね状の形状を呈するカンチレバーのように、可撓性を有する部材の先端に設けられた探針を、計測対象である試料の表面状で、試料に対して相対的に移動させて走査する。そして、走査中における探針の上下の変位量を測定することによって、試料の表面形状を計測する。

図８に示す表面粗さ計測器８００は、光てこ方式のＡＦＭである。この表面粗さ計測器８００は、可撓性を有するカンチレバー８３１と、カンチレバー８３１の先端部に設けられた探針８３２、ウェハＷをＸＹＺ方向に微小移動させるためのアクチュエータ８８３、カンチレバー８３１の背面に設けられた反射面８３０に、レーザ光を照射する光源８３６を備える。アクチュエータ８８３は、例えば、円筒型のチューブの外周上にＰＺＴからなる４つの電極を分割して貼り付け、ＸＹＺ方向の動きを可能にしたチューブスキャナにより構成される。なお、アクチュエータ８８３は、その上面にウェハＷを載置する載置面を有し、載置したウェハＷを吸着により保持する機能を備える。

また、表面粗さ計測器８００は、レーザ光を所定エリアに照射するためにレーザ光を集光するためのレンズ８４１、反射面８３０で反射したレーザ光を受光する、２つの受光部からなる二分割光検出器８３７を備える。更に、アクチュエータ８８３を支持するテーブル８０５を有し、テーブル８０５は、シリンダ８０３及びＸＹステージ８０４がモータＭにより駆動されることにより、ＸＹＺ方向に粗動する。これらによって構成される表面粗さ計測器８００は、上述のように活性化装置３００のチャンバ内に活性化装置と共に並置される。

本実施形態においては、例えばウェハＷの中心部分と周辺部分４箇所の、合計５箇所の微小エリアにおいて表面粗さを計測する。この場合、それぞれの箇所の移動はテーブル８０５の粗動により行い、それぞれの箇所における微小エリア内の移動は深さ方向の計測を行いながらアクチュエータ８８３による走査により行う。ウェハの表面粗さとしては、例えば、まず各微小エリアごとにＰＶ値（ＰｅａｋｔｏＶａｌｌｅｙ値）として最深部と最浅部の差を計測し、計測された５箇所の差のうち最大の値を採用する。なお、微小エリアの数、及び各微小エリア内において計測するポイントの数は、スループットを考慮して適宜設定される。粗さの指標としては、ＰＶ値の他にも、算術平均粗さであるＲａ値、二乗平均粗さであるＲｍｓ値などを用いることもできる。

本実施形態における図１に示す製造装置１００は、各構成装置間にロードロックチャンバを設けて、直列的に配置している。しかし、各構成装置のレイアウトはこれに限られるものではない。例えば一つのロードロックチャンバに一つの搬送装置を設置して、各構成装置はこのロードロックチャンバに接続するように、つまり、並列的に配置しても良い。この場合は、搬送装置を共有することができ、また、ロードロックチャンバと各構成装置との境界に設けるゲートバルブの数も削減することができる。

次に、互いに接合されるウェハが、それぞれ研磨されてから接合されるまでの、製造装置１００を用いた加工手順について３つの実施例を用いて説明する。なお、以下の説明において、ウェハホルダの着脱、及び各ゲートバルブの開閉などの付随する作業については、特に必要な場合を除き説明を省略するが、必要に応じてこのような作業を経るものとする。また、３枚以上のウェハを接合してなる半導体装置を製造する場合は、既に２枚以上が接合して積層されたウェハに、新たな一枚のウェハを接合することになるが、以下の実施例においては、このような場合も含むものとする。

（第１実施例）
図９は、第１実施例を示すフロー図である。まず１枚目のウェハであるウェハ１が外部装置から研磨装置２００に搬入され、ステップＳ１０１で、研磨装置２００によりウェハ１の表面を平坦化する。ここでは、例えば表面粗さが３ｎｍ以下となるように目標値を設定して平坦化する。ウェハ１に対する研磨工程が完了すると、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、ウェハ１を研磨装置２００から搬出し、ロードロックチャンバ６１０を介して活性化装置３００へ搬入する。

ウェハ１を研磨装置２００から搬出すると、次にステップＳ１０３では、ウェハ１と同様に、２枚目のウェハであるウェハ２が外部装置から研磨装置２００に搬入され、研磨装置２００によりウェハ２の表面を平坦化する。ここでも、例えば表面粗さが３ｎｍ以下となるように目標値を設定して平坦化する。ウェハ２に対する研磨工程が完了すると、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、ウェハ２を研磨装置２００から搬出し、ロードロックチャンバ６１０を介して活性化装置３００へ搬入する。

ステップＳ１０５では、ウェハ１及びウェハ２を活性化装置３００により活性化する。活性化装置３００のチャンバ内は、上述のように、酸化されない又は酸化の進行が極めて遅い雰囲気に設定されている。したがって、ウェハ１及びウェハ２の活性化の手順は幾通りか考えられる。まず先に搬入されるウェハ１を活性化してその後チャンバ内に設置されたウェハストッカーに仮置きし、その後搬入されるウェハ２を活性化することで、ウェハ１及びウェハ２を共に活性化された状態にすることができる。あるいは、活性化装置３００へウェハ２が搬入されてくるまでウェハ１を活性化装置内で待機させ、ウェハ１及びウェハ２を同時に回転定盤３０５に載置して活性化することもできる。つまり、ステップＳ１０５では、ウェハ１及びウェハ２が共に活性化されるまでは、活性化装置３００内に留めるようにし、ウェハ２が活性化される前に活性化されたウェハ１をアライメント装置４００の加工雰囲気に曝させないことが重要である。

次にステップＳ１０６では、表面粗さ計測器８００によりウェハ１の表面粗さを計測する。計測した表面粗さは制御盤７００の記憶部に記憶する。計測が終われば、ステップＳ１０６に進み、ウェハ１及びウェハ２を活性化装置３００から搬出する。ウェハ１及びウェハ２は、ロードロックチャンバ６２０において、活性化装置３００の雰囲気からアライメント装置４００の雰囲気に置換された時点から、再び酸化が進行する。

アライメント装置４００には、ウェハ１及びウェハ２がそれぞれウェハホルダに保持された状態で、固定ステージ４２１、移動ステージ４２２に載置される。そして、正確な位置合わせを行った後に重ねあわされて、２枚のウェハホルダが、２枚のウェハを挟み込んだ状態で一体的に固定されている（ステップＳ１０８）。

重ねあわされた２枚のウェハは、ステップＳ１０９で、アライメント装置４００から搬出される。ここでの搬出とは、アライメント装置４００からロードロックチャンバ６３０へ運び出され、ゲートバルブ６３１及びゲートバルブ６３２が共に閉じられた状態であることを言う。この状態でロードロックチャンバ内の雰囲気は、アライメント装置４００の雰囲気から、接合装置５００の雰囲気に置換される。この過程において、重ねあわされた２枚のウェハは、接合装置５００の雰囲気である、酸化の進行を妨げる雰囲気に置かれることになる。

ステップＳ１１０では、制御盤７００の記憶部において記憶されたウェハ１の表面粗さにより、その後のプロセスを変更する。本実施例において具体的には、接合装置５００における加圧、加熱条件を変更する。記憶部には更に、計測した表面粗さに対する加圧圧力、加熱温度の参照テーブルが予め記憶されている。表面粗さが大きいということは、それだけ接触条件が悪いことになり、常温活性接合に近い条件での接合ができなくなる。つまり、表面粗さが大きいほど、一般的な拡散接合方式における加圧圧力、加熱温度に近い条件になる。したがって、記憶されている参照テーブルは、表面粗さが大きくなるほど加圧圧力が大きく、または、加熱温度が高くなる関係が成立する。具体的な数値は、表面粗さ計測器８００によるウェハ１の表面粗さの計測後の工程における酸化の進行を加味した上で、各構成装置の加工雰囲気下で接合が実現される実測結果もしくはシミュレーション結果により、予め定められる。そして、制御盤７００により決定された加圧圧力、加熱温度が接合装置５００に対して設定され、ステップＳ１１１において重ね合わされたウェハ１及びウェハ２が接合される。接合されたウェハ１及びウェハ２は、ゲートバルブ６４１を介して外部装置に搬出され、一連の工程を終了する。

（第２実施例）
図１０は、第２実施例を示すフロー図である。第２実施例のうち、第１実施例と共通するフローについては、同じ符番を付し、その説明を省略する。

ステップＳ１２１では、活性化装置３００内に搬入されたウェハ１の表面粗さを、表面粗さ計測器８００により計測する。そしてステップＳ１２２で、制御盤７００において、計測された表面粗さｈが予め定められた表面粗さｈ_０よりも大きいか否かを判断する。接合装置５００による接合時の加圧圧力及び加熱温度は予め所定の値に設定されている。このとき、予め設定された加圧圧力および加熱温度で接合を実現するためには、接合されるウェハの表面粗さが所定の粗さ以下でなければならない。活性化装置３００により低下した表面粗さは所定の範囲に限られ、また、アライメント工程による酸化の進行を加味すると、活性化装置３００に搬入された時点でｈ_０よりも大きな表面粗さを有していると、予め設定された加圧圧力および加熱温度で接合できない。このようなｈ_０の具体的な値は、各構成装置の加工雰囲気下で接合が実現される実測結果もしくはシミュレーション結果により、予め定められる。

表面粗さ計測器８００により計測された表面粗さｈが予め定められた表面粗さｈ_０よりも大きい場合には、接合装置５００による接合を禁止すべく、再び研磨装置２００へ戻す。そして、ウェハ１の平坦化であるステップＳ１０１からやり直す。表面粗さ計測器８００により計測された表面粗さｈが予め定められた表面粗さｈ_０よりも大きくない場合には、接合装置５００による接合が実現できるので、ステップＳ１０３へ進む。

ウェハ２についても同様の作業を行う。すなわち、ステップＳ１２３で表面粗さ計測器８００により計測された表面粗さｈが、予め定められた表面粗さｈ_０よりも大きい場合には、接合装置５００による接合を禁止すべく、再び研磨装置２００へ戻す。そして、ウェハ２の平坦化であるステップＳ１０３からやり直す。表面粗さ計測器８００により計測された表面粗さｈが予め定められた表面粗さｈ_０よりも大きくない場合には、接合装置５００による接合が実現できるので、ステップＳ１０５へ進む。

このようにして条件を満たすウェハのみを先の工程に進め、接合工程までを行う（ステップＳ１０５、Ｓ１０７〜Ｓ１０９，Ｓ１１１）。接合されたウェハ１及びウェハ２は、ゲートバルブ６４１を介して外部装置に搬出され、一連の工程を終了する。

（第３実施例）
図１１は、第３実施例を示すフロー図である。第３実施例のうち、第１実施例と共通するフローについては、同じ符番を付し、その説明を省略する。

第３実施例では、同一ロットのウェハであって、研磨装置２００において同じ条件で平坦化された複数のウェハを一つのグループとして扱う。これらのウェハは、活性化装置３００に搬入された時点では、同じ表面粗さであると期待できる。ステップＳ１３１及びステップＳ１３２では、その１枚１枚について研磨装置２００による平坦化及び活性化装置３００への搬入を行う。そして、ステップＳ１３３で、制御盤７００はグループに属する全てのウェハの搬入が完了したかを判断し、まだ完了していなければステップＳ１３１へ戻って、全てのウェハの搬入が完了するまで繰り返す。完了していれば、ステップＳ１３４へ進む。

ステップＳ１３４では、これら搬入されたウェハの１枚を選択してモニターウェハとし、これを代表のウェハとして表面粗さ計測器８００により表面粗さを計測する。このときの表面粗さをｈ_ｂとして制御盤７００の記憶部に記憶する。そして、活性化装置３００によりモニターウェハの活性化を行う（ステップＳ１３５）。ステップＳ１３６では、活性化を終えたモニターウェハを再度表面粗さ計測器８００により表面粗さを計測する。このときの表面粗さをｈ_ａとする。すると、このｈ_ａと記憶部に記憶されているｈ_ｂとの差を求めることにより、活性化装置３００により低下した表面粗さが求められる。これにより、モニターウェハと同じグループに属する、モニターウェハ以外の他のウェハに対する、活性化装置３００の最適な活性化条件を設定することができる。そして、この最適な条件で活性化されることを前提として、その後の工程における酸化の進行を加味した上で、モニターウェハ以外の他のウェハに対する接合装置５００における加圧、加熱条件を変更する。具体的には、制御盤７００は、記憶部に予め記憶された、活性化後の表面粗さに対する加圧圧力、加熱温度の参照テーブルを用いて、加圧圧力、加熱温度を決定し、接合装置５００に対してそれらを設定する。このように制御することにより、他のウェハについては比較的時間のかかる表面粗さ計測を省略することができ、これにより全体のスループットを向上させることができる。

再設定された活性化装置３００の活性化条件、及び参照テーブルを用いて設定された接合装置５００の加圧、加熱条件のもと、他のウェハは活性化以降の工程を行う（ステップＳ１０５、Ｓ１０７〜Ｓ１０９，Ｓ１１１）。そして、ステップＳ１３８で、制御盤７００はグループに属する全ての他のウェハの接合が完了したかを判断し、まだ完了していなければステップＳ１０５へ戻って、全ての他のウェハの接合が完了するまで繰り返す。完了していれば、接合したウェハ群をゲートバルブ６４１を介して外部装置に搬出し、一連の工程を終了する。

以上の実施例においては、チャンバ内の雰囲気を所定の状態に設定することで、接合面が酸化されない又は酸化の進行を極めて遅くすることができるという利点から、表面粗さ計測器８００を、活性化装置３００のチャンバ内に設置するようにした。これは、比較的時間がかかる表面粗さ計測中に酸化を進めないためである。一方で、接合工程に関わるプロセスを変更する観点からは、表面粗さの計測は、接合工程に近い段階で行うことも好ましい。この観点からすると、アライメント装置４００のチャンバ内に配置しても良い。ただし、この場合は接合面の酸化が進行する雰囲気下にあるので、表面粗さの計測を迅速に行うことが肝要である。このように構成した場合は、例えば、第２実施例のステップＳ１２２およびステップＳ１２４の判断は、ステップＳ１０８における重ね合わせの前に行われることになる。この場合は、研磨装置２００へ戻す場合に限らず、活性化装置３００へ戻すように構成しても良い。

（変形例１）
以上の実施例においては、表面粗さ計測器８００の一例としてＡＦＭを用いて説明したが、これに限らない。その他の例としては、共焦点光学系を有するレーザ顕微鏡を利用することもできる。特に、アライメント装置４００には位置合せのための顕微鏡４４２、４４４が備えられているので、この顕微鏡４４２、４４４を共用してレーザ顕微鏡を構成することができる。

図１２は、顕微鏡４４２をレーザ顕微鏡に共用する場合の構成を示す概略図である。まず、共焦点光学系９０１について説明する。共焦点光学系９０１は、ウェハＷの深さに関する情報を検出するもので、たとえば赤色のレーザ光Ｌ１を出射するＨｅ−Ｎｅレーザ９１０を光源としている。このレーザ９１０の光軸上には、ビームエキスパンダ９１１、ガルバノミラー９１２およびｆθレンズ９１３が設けられている。レーザ光Ｌ１はｆθレンズ９１３により点光源となり、この点光源となったレーザ光Ｌ１の光軸上には、ビームスプリッタ９１４、１／４波長板９１５、第１のハーフミラー９１６、結像レンズ９１７および対物レンズ９１８が、順次配設されている。

対物レンズ９１８はレーザ光Ｌ１をウェハＷの表面に集光させる。レーザ光Ｌ１はウェハＷで反射され、対物レンズ９１８、結像レンズ９１７を透過する。この結像レンズ９１７の焦点位置には、たとえばＣＣＤラインセンサのような一次元イメージセンサ９１９が配設されており、結像レンズ９１７を透過したレーザ光Ｌ１は、第１のハーフミラー９１６およびビームスプリッタ９１４で反射されて、一次元イメージセンサ９１９の表面に集光する。

ガルバノミラー９１２は、駆動装置により回転駆動され、レーザ光Ｌ１を偏向させることで、ウェハＷへの集光位置を紙面に直角な方向Ｙに一次元的に走査する。この走査方向Ｙに対応する方向に一次元イメージセンサ９１９の長手方向が設定されている。

つぎに、観察用光学系９０２について説明する。観察用光学系９０２は、ウェハＷの外観を拡大して観察するためのもので、たとえば白色光Ｌ２を出射するランプ９２０を光源としている。ランプ９２０の光軸上には、集光レンズ９２１および第２のハーフミラー９２３が配設されており、第２のハーフミラー９２３において観察用光学系９０２の光軸と共焦点光学系９０１の光軸とが合致するように、観察用光学系９０２が配設されている。

第２のハーフミラー９２３は対物レンズ９１８の光軸上にあり、白色光Ｌ２はウェハＷの表面の所定の領域に集光されて照射される。ウェハＷで反射された白色光Ｌ２１は、対物レンズ９１８、結像レンズ９１７および第１のハーフミラー９１６を通過して、ＣＣＤカメラ９２４に入射する。ＣＣＤカメラ９２４で撮像された画像は、ウェハＷのＸＹ平面上での位置合わせに用いられる。このＸＹ平面上での位置合わせは、アライメント装置としての位置合せと同様の機能である。

アライメント装置４００は、図８におけるアクチュエータ８８３のような、Ｚ方向に微小駆動させるための駆動装置を備え、ウェハＷをＺ方向に微小駆動することができる。共焦点光学系９０１において、一次元イメージセンサ９１９は、結像レンズ９１７の焦点位置に配設されており、一方、一次元イメージセンサ９１９の各素子は極めて微小であるから、レーザ光Ｌ１がウェハＷ上で焦点を結ぶと、その反射光Ｌ１が一次元イメージセンサ９１９上で結像し、一次元イメージセンサ９１９の１つの受光素子における受光光量が著しく大きくなる。逆に、レーザ光Ｌ１がウェハＷ上で拡がっていると、その反射光Ｌ１も一次元イメージセンサ９１９上で拡がるので、当該素子の受光光量が著しく小さくなる。したがって、ウェハＷをＺ軸方向に上下させると、その受光光量Ｉは、ピントの合ったＺ軸の位置で最大となる。最大位置を一次元イメージセンサ９１９の各素子について求めることにより、紙面に垂直な方向Ｙについての深さの情報、つまり、表面形状を求めることができる。

以上のように顕微鏡４４２、４４４を共用してレーザ顕微鏡を構成すると、ウェハのアライメント工程に並行して表面粗さを計測することができるので、接合工程に近い段階で、かつ、迅速に計測を行うことができる。なお、このようにアライメント工程において表面粗さを計測する場合は、図９を用いて説明した第１実施例のように、制御盤７００は、計測した結果に応じて参照テーブルを参照し、接合装置５００の加圧、加熱条件を変更することができる。また、図１０を用いて説明した第２実施例のように、制御盤７００は、計測した表面粗さが所定の表面粗さよりも大きい場合に、接合を禁止する制御を行うこともできる。

なお、以上の実施形態においては、接合装置５００において、加圧及び加熱によりウェハの接合を行ったが、加圧を行わずに加熱だけを行う、もしくは、加熱を行わずに加圧だけを行うことにより接合を実現しても良い。また、ステップＳ１１０においては、計測した表面粗さにより加圧、加熱条件を変更したが、加圧圧力及び加熱温度の条件は同じにしたまま、加圧時間もしくは加熱時間を変更しても良い。すなわち、計測された表面粗さが大きいほど加圧時間もしくは加熱時間を長くするように参照テーブルを構築しても良い。

さらには、通常は加圧のみを行い表面粗さが大きくなった場合には加熱を行うようにしても良い。なお、アライメント装置４００が調整器４８０を備える場合と備えない場合では、一般的に調整器４８０を備えず大気に曝される場合の方が、参照テーブルの加圧圧力を大きく、加熱温度を高く、もしくは加圧時間、加熱時間の時間を長く設定するのが好ましい。これは、それぞれの雰囲気下で行われる実測結果もしくはシミュレーション結果にも現れるが、大気下のほうが接合面の酸化が進みやすいからである。

（変形例２）
上記の実施例においては、製造装置１００の制御部である制御盤７００が更に計時部を備えても良い。計時部は、例えば、加工されるウェハごとに、ロードロックチャンバ６２０の内部がアライメント装置４００と同等の雰囲気になった時点から、ロードロックチャンバ６３０の内部が接合装置５００と同等の雰囲気になった時点までを計時する。つまり、加工されるウェハが、銅の酸化が進行する雰囲気に曝される時間を計時する。そして、制御盤７００は、表面粗さ計測器８００によって計測されたウェハ接合面の表面粗さに、この計時部によって計時された時間を考慮して、その後の処理を変更する判断を行う。

計時時間が長いということは、それだけ酸化層が形成される雰囲気に曝されたことになるので、不活性な酸化膜が厚く、表面粗さが粗いことになり、常温活性接合に近い条件での接合ができなくなる。つまり、計時時間が長ければ長いほど、一般的な拡散接合方式における加圧圧力、加熱温度に近い条件になる。したがって、記憶されている参照テーブルは、計時した時間が長くなるほど加圧圧力が大きく、または、加熱温度が高くなる関係が成立する。この関係が満たされるように、表面粗さに対する条件に加味する形で、参照テーブルが用意される。具体的な数値は、各構成装置の加工雰囲気下で接合が実現される実測結果もしくはシミュレーション結果により、予め定められる。

具体的には、例えば第１実施例に適用する場合、ステップＳ１０７で活性化装置３００からウェハ１、２を搬出する時点で計時を開始し、ステップＳ１０９でアライメント装置４００から搬出する時点で計時を終了する。そしてステップＳ１１０において、この計時時間に対応する条件を参照テーブルから抽出し、接合装置５００の接合条件を設定する。

以上の全ての実施例では共通して、アライメント装置４００の加工雰囲気が、酸化が進行する雰囲気であるものとして説明したが、アライメント装置４００がある程度酸化の進行が抑制される雰囲気に調整されている構成であっても良い。いずれにしても、ウェハが活性化されてから接合されるまでにはタイムラグが生じ、雰囲気が調整されていたとしても、多少なりとも酸化が進行するからである。その意味で、各構成装置のチャンバ内が、厳密に酸化が進行しない雰囲気に調整されていない限り、上記の各実施例の形態が適用できる。

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、多様な変更また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。その様な変更また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。

製造装置１００の概略構成図である。研磨装置２００の構造を模式的に示す断面図である。活性化装置３００の一例としての第１の活性化装置３１０の構造を模式的に示す断面図である。活性化装置３００の別の一例としての第２の活性化装置３２０の構造を模式的に示す断面図である。アライメント装置４００の構造を模式的に示す断面図である。アライメント装置４００の動作を示す図である。接合装置５００の構造を模式的に示す断面図である。表面粗さ計測器８００の構造を模式的に示す断面図である。第１実施例を示すフロー図である。第２実施例を示すフロー図である。第３実施例を示すフロー図である。顕微鏡４４２をレーザ顕微鏡に共用する場合の構成を示す概略図である。

１００製造装置、２００研磨装置、２０２支持フレーム、２０３基台、２０４テーブル支持部、２０５回転定盤、２０６第１ステージ、２０７垂直フレーム、２０８第２ステージ、２０９水平フレーム、２１０第３ステージ、２１１回転軸、２１６スピンドル、２１７エアシリンダ、２２０研磨ヘッド、２２１研磨パッド、３００活性化装置、３０３回転軸、３０４テーブル支持部、３０５回転定盤、３１０第１の活性化装置、３１１イオンガン、３２０第２の活性化装置、３２１、３２２放電電極、３２３放電電源、３８０真空装置、４００アライメント装置、４１１枠体、４１２天板、４１４支柱、４１６底板、４２１固定ステージ、４２２移動ステージ、４４２、４４４顕微鏡、４５２ガイドレール、４５４Ｘステージ、４５６Ｙステージ、４６０昇降部、４６２シリンダ、４６４ピストン、４７２反射鏡、４８０調整器、５００接合装置、５４４枠体、５４６押圧部、５４８加圧ステージ、５５０受圧ステージ、５５２圧力検知部、５５４天板、５５６底板、５５８支柱、５６０シリンダ、５６２ピストン、５６６支持部、５６７アクチュエータ、５６８基板保持部、５７０ヒータ、５７２基板接触部、５７４懸架部、５７６ヒータ、５７８、５８０、５８２ロードセル、５９０真空装置、６０１、６１１、６１２、６２１、６２２、６３１、６３２、６４１ゲートバルブ、６１０、６２０、６３０ロードロックチャンバ、６７０搬送装置、６７１腕部、６７２把持部、６８０ウェハ、７００制御盤、８００表面粗さ計測器、８０３シリンダ、８０４ＸＹステージ、８０５テーブル、８３０反射面、８３１カンチレバー、８３２探針、８３６光源、８３７二分割光検出器、８４１レンズ、８８３アクチュエータ、９０１共焦点光学系、９０２観察用光学系、９１０レーザ、９１１ビームエキスパンダ、９１２ガルバノミラー、９１３ｆθレンズ、９１４ビームスプリッタ、９１５１／４波長板、９１６第１のハーフミラー、９１７結像レンズ、９１８対物レンズ、９１９一次元イメージセンサ、９２０ランプ、９２１集光レンズ、９２３第２のハーフミラー、９２４ＣＣＤカメラ

Claims

積層された二つの基板を有する半導体装置を製造する製造装置であって、
前記二つの基板の接合面をそれぞれ活性化する活性化装置と、
前記活性化装置により前記接合面が活性化された前記二つの基板を、加圧及び加熱の少なくとも一方により接合する接合装置と、
前記接合面が前記活性化装置によって前記活性化されてから前記接合装置により接合されるまでの間の前記接合面の表面粗さに基づいて、前記接合装置による接合を含む活性化後のプロセスの条件の少なくとも一部を変更する制御部と、
を備える製造装置。
前記接合装置で接合される前に前記接合面の表面粗さを計測する計測器を備え、
前記制御部は、前記計測器により計測した表面粗さに基づいて、計測後のプロセスを変更する請求項１に記載の製造装置。
前記制御部は、前記計測器により計測した表面粗さが大きくなるほど前記接合装置における加圧圧力を大きく設定する、加熱温度を高くする、および接合時間を長くする、の少なくとも一つを設定する請求項２に記載の製造装置。
前記制御部は、前記計測器により計測した表面粗さが、予め定められた表面粗さより大きくなったときには、前記接合装置による接合を禁止する請求項２または３に記載の製造装置。
前記制御部は、前記接合装置への搬入が禁止された前記基板を、前記活性化装置または研磨装置へ搬送する請求項４に記載の製造装置。
前記活性化装置および前記接合装置のチャンバ内部は真空装置により前記接合面が酸化されない又は酸化の進行を極めて遅くする雰囲気に設定されており、
前記計測器は、前記基板が、前記活性化装置における活性化を完了してから前記接合装置に搬入されるまでの間に前記接合面の表面粗さを計測する請求項２から５のいずれか一項に記載の製造装置。
前記計測器は、前記活性化装置内に設置されている請求項２から６のいずれか一項に記載の製造装置。
前記活性化装置と前記接合装置の間に、前記接合面同士の位置合わせを行い互いの基板を重ね合わせるアライメント装置を備え、前記計測器は、前記アライメント装置内に設けられている請求項２から６のいずれか一項に記載の製造装置。
前記計測器は、前記アライメント装置の顕微鏡を共用して、レーザー顕微鏡測定を行う請求項８に記載の製造装置。
前記アライメント装置は、前記接合面が酸化される酸化雰囲気に設置されている請求項８または９に記載の製造装置。
前記活性化装置と前記アライメント装置の間、および前記アライメント装置と前記接合装置の間には、それぞれ搬送装置が配置されるロードロックチャンバを備え、
前記ロードロックチャンバは、前記活性化装置、前記アライメント装置、前記接合装置との境界にゲートバルブを有し、
前記制御部は、前記ゲートバルブの開閉を制御して、隣接する装置間の雰囲気を置換する請求項８から１０のいずれか一項に記載の製造装置。
前記制御部は、前記接合面が酸化される酸化雰囲気に曝される時間を計時する計時部を含み、前記計時部によって計時した時間を考慮して前記プロセスを変更する請求項１から１１のいずれか一項に記載の製造装置。
前記制御部は、前記計時部により計時した時間が長くなるほど前記接合装置における加圧圧力を大きくする、加熱温度を高くする、および接合時間を長くする、の少なくとも一つを設定する請求項１２に記載の製造装置。
積層された二つの基板を有する半導体装置の製造方法であって、
前記二つの基板の接合面を活性化する活性化ステップと、
前記活性化ステップにより活性化され、かつ、重ね合わされた複数の基板を、加圧及び加熱の少なくとも一方により接合する接合ステップと、
前記活性化ステップによる前記活性化から前記接合ステップによる前記接合までの間の前記接合面の表面粗さに基づいて、前記接合ステップによる接合を含む活性化後のプロセスの条件の少なくとも一部を変更する変更ステップと、
を含む半導体装置の製造方法。
前記接合ステップで接合される前に前記接合面の表面粗さを計測する計測ステップを含み、
前記変更ステップでは、前記計測ステップで計測した表面粗さに基づいて、計測後のプロセスを変更する請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
同じ条件で平坦化される複数の前記基板をグループ化するステップを含み、
前記計測ステップでは、前記グループにおいて定められるモニター基板の表面粗さを計測することにより他のウェハの表面粗さの計測を省略し、
前記変更ステップでは、前記他のウェハのプロセスの変更を、前記モニター基板の計測結果に基づいて変更する請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
前記計測ステップでは、前記モニター基板の表面粗さを、前記活性化の前後で計測する請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。