JP5569623B2

JP5569623B2 - Wafer bonding equipment

Info

Publication number: JP5569623B2
Application number: JP2013102181A
Authority: JP
Inventors: 重人泉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2027-08-14
Also published as: JP2013201443A

Description

本発明は、複数のウェハを重ね合わせ、電極同士を接合して半導体集積回路を製造するウェハ接合装置に関する。 The present invention relates to a wafer bonding apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit by overlapping a plurality of wafers and bonding electrodes together.

半導体集積回路を使用するノートパソコンや携帯電話などは、近年、ますます高度の機能を備えるようになり、半導体集積回路の高密度化、高機能化の要求が高まっている。 In recent years, notebook computers and mobile phones that use semiconductor integrated circuits have more and more advanced functions, and demands for higher density and higher functionality of semiconductor integrated circuits are increasing.

半導体集積回路の高密度化、高機能化のための一つの方法は、ウェハを積層することである。ウェハの積層を行うには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、２枚のウェハあるいは既に積層されたウェハとさらに積層するつぎのウェハの電極同士を接触させ、接合することが必要である。ウェハの電極同士を接合する場合に重要な点は、電極同士を均一に接触させることと電極接合面を活性化させることである。電極同士を均一に接触させるには、接合面の平面度を上げると共にウェハを加圧することが必要である。また、電極接合面を活性化させるには、たとえば、加熱を行うことが必要である。 One method for increasing the density and functionality of semiconductor integrated circuits is to stack wafers. In order to stack the wafers, a bonding electrode is formed on the surface of the wafer on which the circuit has been formed, and the electrodes of two wafers or an already stacked wafer and another wafer to be stacked are brought into contact with each other and bonded. is necessary. When bonding the electrodes of the wafer, the important points are to bring the electrodes into uniform contact and to activate the electrode bonding surface. In order to bring the electrodes into uniform contact, it is necessary to increase the flatness of the bonding surface and pressurize the wafer. Further, in order to activate the electrode bonding surface, for example, heating is required.

このため、加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行う装置が開発されている（た
とえば、特許文献１）。 For this reason, an apparatus for bonding wafers while applying pressure and heating has been developed (for example, Patent Document 1).

特開２００５−３０２８５８号公報JP 2005-302858 A

一般に、接合されるウェハにの表面には、ウェハ厚さのばらつきに起因する３乃至５ミクロンの凹凸が存在し、加圧して接合するとこの凸凹がウェハの接合面と反対側の面に現れる。したがって、ウェハ厚さのばらづきに起因するウェハの接合面の平面度への影響を除去するには、加圧および加熱を行うと共に、ウェハ厚さのばらつきを吸収する必要がある。また、ウェハの接合面の平面度を上げるには、加圧面の形状を変化させることも必要である。 In general, the surface of the wafer to be bonded has unevenness of 3 to 5 microns due to variations in wafer thickness, and when pressed and bonded, this unevenness appears on the surface opposite to the bonding surface of the wafer. Therefore, in order to remove the influence on the flatness of the bonded surface of the wafer due to the variation in the wafer thickness, it is necessary to apply pressure and heat and absorb the variation in the wafer thickness. Further, in order to increase the flatness of the bonding surface of the wafer, it is necessary to change the shape of the pressing surface.

しかし、従来、加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるように、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚さのばらつきを吸収するようなウェハの接合装置は開発されておらず、このようなウェハ接合装置が望まれている。 However, conventionally, a wafer bonding apparatus has been developed that absorbs variations in wafer thickness by changing the shape of the pressure surface so as to increase the flatness of the wafer bonding surface while applying pressure and heating. Such a wafer bonding apparatus is desired.

上記課題を解決するため、本発明は、
２体のウェハを接合するウェハ接合装置において、
前記２体のウェハの少なくとも一方を保持するトッププレートと、
前記トッププレートを介して前記２体のウェハを加圧する加圧ユニットと、
を有し、
前記加圧ユニットは、
気体または液体を注入するシリンダー部と、
気体または液体の圧力で移動するピストン部と、
前記ピストン部の傾斜を防止するベアリング部と、
を有し、
前記トッププレートを支持し、気体または液体を注入する中空部を有する圧力プロファイル制御モジュールを有し、
前記加圧ユニットは、前記圧力プロファイル制御モジュールを支持し、当該圧力プロファイル制御モジュール及び前記トッププレートを介して前記２体のウェハを加圧することを特徴とするウェハ接合装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
In a wafer bonding apparatus for bonding two wafers,
A top plate for holding at least one of the two wafers;
A pressure unit that pressurizes the two wafers via the top plate;
Have
The pressure unit is
A cylinder for injecting gas or liquid;
A piston that moves with gas or liquid pressure;
A bearing portion for preventing inclination of the piston portion;
I have a,
A pressure profile control module that supports the top plate and has a hollow portion for injecting gas or liquid;
The pressurizing unit supports the pressure profile control module and pressurizes the two wafers via the pressure profile control module and the top plate .

本発明によれば、加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるように、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚さのばらつきを吸収可能なウェハの接合装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a wafer bonding apparatus capable of absorbing pressure variation by changing the shape of a pressure surface so as to increase the flatness of the wafer bonding surface while performing pressure and heating. be able to.

本発明の一実施形態による、ウェハの接合装置全体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the whole wafer bonding apparatus by one Embodiment of this invention. ヒータユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a heater unit. ヒータユニットの変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the modification of a heater unit. 複数のヒートモジュールの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of a several heat module. ヒートモジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a heat module. ヒートモジュールの冷却用配管の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of piping for cooling of a heat module. ヒートモジュール支持部材の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of a heat module support member. 断熱部材の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of a heat insulation member. 加圧ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a pressurization unit. 図９のダイヤフラムベローズ近傍（Ａ部）の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the diaphragm bellows vicinity (A part) of FIG. 加圧ユニット底部の配管の配置状態を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning state of piping of a pressurization unit bottom part. 圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the shape of the pressure profile control module 131. 加圧状態におけるヒータユニット１０１の形状を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the shape of the heater unit 101 in a pressurization state. ワークの加圧および加熱方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the pressurization and heating method of a workpiece | work. 接合される二つのウェハの断面例を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional example of two wafers joined.

以下、本発明の一実施の形態にかかるウェハ接合装置について図面を参照しつつ説明する。 A wafer bonding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、実施の形態にかかるウェハ接合装置の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a wafer bonding apparatus according to an embodiment.

図１において、ウェハ接合装置１００は、真空チャンバ１６１に収納され、真空チャンバ１６１に取り付けられた、加圧ユニット１４１およびベース１５１を備える。加圧ユニット１４１は、加圧ユニットのベース１４５および加圧ユニットの昇降部１４３を備える。加圧ユニットの昇降部１４３には、下部ヒータユニット１０１Ｌが取り付けられている。ベース１５１には、上部ヒータユニット１０１Ｕが取り付けられている。 In FIG. 1, the wafer bonding apparatus 100 includes a pressurizing unit 141 and a base 151 housed in a vacuum chamber 161 and attached to the vacuum chamber 161. The pressurizing unit 141 includes a base 145 of the pressurizing unit and a lifting unit 143 of the pressurizing unit. A lower heater unit 101L is attached to the lifting unit 143 of the pressure unit. The upper heater unit 101U is attached to the base 151.

上部ヒータユニット１０１Ｕと下部ヒータユニット１０１Ｌの間には、ウェハホルダＷＨに保持されたウェハが配置され、加圧ユニット１４１の昇降部１４３が上昇することによって上部ヒータユニット１０１Ｕおよび下部ヒータユニット１０１Ｌの間で加圧されるとともに、加熱される。また、ウェハ接合時の、加圧力、加熱温度等を制御する制御装置１６０を有している。 A wafer held by the wafer holder WH is disposed between the upper heater unit 101U and the lower heater unit 101L, and the elevating part 143 of the pressurizing unit 141 is raised to move between the upper heater unit 101U and the lower heater unit 101L. Pressurized and heated. Moreover, it has the control apparatus 160 which controls a pressurizing force, heating temperature, etc. at the time of wafer bonding.

図２は、上部ヒータユニット１０１Ｕおよび下部ヒータユニット１０１Ｌの構成を示す図である。以下において、上部および下部のヒータユニットを単にヒータユニット１０１と呼称する。 FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the upper heater unit 101U and the lower heater unit 101L. Hereinafter, the upper and lower heater units are simply referred to as a heater unit 101.

ヒータユニット１０１は、トッププレート１１１、トッププレートカバー１１３、複数のヒートモジュール１２１と、ヒートモジュール支持部材１２５と、断熱部材１２７と、圧力プロファイル制御モジュール１３１とを備える。圧力プロファイル制御モジュール１３１には、中空部１３３が設けられ、中空部１３３には、エア配管１３５が接続され、図示しない電空レギュレータにより内部圧力が制御できるように構成されている。また、圧力プロファイル制御モジュール１３１には、冷却部１３７および冷却用配管１３９が設けられている。 The heater unit 101 includes a top plate 111, a top plate cover 113, a plurality of heat modules 121, a heat module support member 125, a heat insulating member 127, and a pressure profile control module 131. The pressure profile control module 131 is provided with a hollow portion 133, and an air pipe 135 is connected to the hollow portion 133 so that the internal pressure can be controlled by an electropneumatic regulator (not shown). The pressure profile control module 131 is provided with a cooling unit 137 and a cooling pipe 139.

トッププレート１１１は、一例として、直径２２０ミリメータ、厚さ１０ミリメータで炭化ケイ素からなる。 For example, the top plate 111 is made of silicon carbide having a diameter of 220 mm and a thickness of 10 mm.

トッププレートカバー１１３は、一例として、直径３２０ミリメータ、厚さ１ミリメータで炭化ケイ素からなる。 As an example, the top plate cover 113 is made of silicon carbide having a diameter of 320 millimeters and a thickness of 1 millimeter.

トッププレート１１１の周縁部とトッププレートカバー１１３との間に、図示しない低熱伝導率のセラミヅクからなる断熱リングを設けてもよい。 A heat insulating ring made of a ceramic having a low thermal conductivity (not shown) may be provided between the peripheral edge of the top plate 111 and the top plate cover 113.

圧力プロファイル制御モジュール１３１は、上部、中間および下部の３枚の板から構成される。３枚の板は、それぞれ、一例として、直径２２５ミリメータ、厚さ１０ミリメータでアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。中空部１３３の厚さは、一例として２ミリメータである。 The pressure profile control module 131 includes three plates, an upper part, an intermediate part, and a lower part. As an example, each of the three plates has a diameter of 225 mm and a thickness of 10 mm and is made of alumina (Al ₂ O ₃ ). The thickness of the hollow part 133 is 2 millimeters as an example.

図３は、ヒータユニットの変形例１０１Ａの構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a modification 101A of the heater unit.

ヒータユニット１０１Ａは、トッププレート１１１、トッププレートカバー１１３、複数のヒートモジュール１２１と、トッププレート支持部材１２６と、断熱部材１２７と、圧力プロファイル制御モジュール１３１とを備える。本変形例においては、圧力プロファイル制御モジュール１３１に固定されたトッププレート支持部材１２６が、トッププレート１１１を支持している。トッププレート支持部材１２６は、ヒートモジュール１２１に設けられた開口部を貫通している。 The heater unit 101A includes a top plate 111, a top plate cover 113, a plurality of heat modules 121, a top plate support member 126, a heat insulating member 127, and a pressure profile control module 131. In this modification, a top plate support member 126 fixed to the pressure profile control module 131 supports the top plate 111. The top plate support member 126 passes through an opening provided in the heat module 121.

ヒータユニット１０１Ａのトッププレート１１１、トッププレートカバー１１３および圧力プロファイル制御モジュール１３１の構成は、ヒータユニット１０１の対応部と同様である。 The configurations of the top plate 111, the top plate cover 113, and the pressure profile control module 131 of the heater unit 101A are the same as the corresponding parts of the heater unit 101.

以下において、図２に示したヒータユニット１０１について説明する。 Hereinafter, the heater unit 101 shown in FIG. 2 will be described.

図４は、複数のヒートモジュール１２１の平面配置を示す図である。本実施形態において、トッププレート１１１の中心に対応する位置(中心部)に１個、その周囲(中間部)に６個、さらにその周囲(周縁部)に１２個のヒートモジュール１２１が配置されている。 FIG. 4 is a diagram illustrating a planar arrangement of the plurality of heat modules 121. In the present embodiment, one heat module 121 is arranged at a position (center part) corresponding to the center of the top plate 111, six around the periphery (intermediate part), and twelve heat modules 121 around the periphery (peripheral part). Yes.

ヒータ部を複数のヒートモジュール１２１に分割することにより、ウェハ厚のばらつきに起因するトッププレート１１１の変形を吸収しやすくなる。また、後に説明するように、個別に温度制御を行うことができる。さらに、後に説明するように、トッププレート１１１の表面の形状を制御することが容易になる。 By dividing the heater section into a plurality of heat modules 121, it becomes easy to absorb the deformation of the top plate 111 caused by the variation in wafer thickness. Further, as described later, temperature control can be performed individually. Furthermore, as will be described later, it becomes easy to control the shape of the surface of the top plate 111.

このように、ヒータ部は、複数のヒートモジュール１２１に分割するのが好ましいが、厚みを薄くして変形しやすくすれば、一体型のヒータを使用してもよい。 As described above, the heater section is preferably divided into a plurality of heat modules 121, but an integrated heater may be used as long as the thickness is reduced to facilitate deformation.

図５は、ヒートモジュール１２１の構成を示す図である。ヒートモジュール１２１の形
状は、たとえば、六角形であってもよい。ヒートモジュール１２１の厚さは一例として１０ミリメータである。 FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the heat module 121. The shape of the heat module 121 may be a hexagon, for example. The thickness of the heat module 121 is 10 millimeters as an example.

ヒートモジュール１２１は、電熱ヒータ１２３を備える。トッププレート１１１の、ヒートモジュール１２１に対応する位置に、熱電対または測温抵抗体などの温度計を設置し、電熱ヒータ１２３の出力を操作して温度制御を行うように構成してもよい。 The heat module 121 includes an electric heater 123. A thermometer such as a thermocouple or a resistance temperature detector may be installed at a position of the top plate 111 corresponding to the heat module 121, and the temperature control may be performed by operating the output of the electric heater 123.

電熱ヒータ１２３による温度制御は、温度計の測定値を制御量として、位相制御方式によってフィードバック制御を行ってもよい。温度制御は、ヒートモジュール１２１ごとに行ってもよい。また、中心部(１個)、中間部(６個)、周縁部(１２個)にグループ化して、グループごとに行ってもよい。 The temperature control by the electric heater 123 may be feedback control by a phase control method using the measured value of the thermometer as a control amount. The temperature control may be performed for each heat module 121. Further, it may be grouped into a central portion (1 piece), an intermediate portion (6 pieces), and a peripheral portion (12 pieces), and this may be done for each group.

図６は、ヒートモジュール１２１の冷却用配管の構成を示す図である。ウェハの接合を繰り返し行う際には、加熱および冷却を繰り返す必要があり、スループットを向上するには、効率的に冷却を行う必要がある。冷却用配管はヒートモジュール１２１を貫通するように配置される。本実施形態において、冷却は水冷であり、冷却用配管は、４系統から成る。それぞれの系統の入口(ＩＮ)と出口(ＯＵＴ)とを数字(１乃至４)で示している。 FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a cooling pipe of the heat module 121. When wafer bonding is repeatedly performed, it is necessary to repeat heating and cooling. In order to improve throughput, it is necessary to efficiently perform cooling. The cooling pipe is disposed so as to penetrate the heat module 121. In this embodiment, the cooling is water cooling, and the cooling pipes are composed of four systems. The inlet (IN) and outlet (OUT) of each system are indicated by numerals (1 to 4).

図７は、ヒートモジュール支持部材１２５の形状を示す図である。ヒートモジュール支持部材１２５は、ヒートモジュール１２１ごとに設けられる。このように、ヒートモジュール支持部材１２５を、ヒートモジュール１２１ごとに設けることにより、ウェハ厚のばらつきに起因するトッププレート１１１の変形を圧力プロファイル制御モジュール１３１に伝えることが容易になる。 FIG. 7 is a view showing the shape of the heat module support member 125. The heat module support member 125 is provided for each heat module 121. Thus, by providing the heat module support member 125 for each heat module 121, it becomes easy to transmit the deformation of the top plate 111 due to the variation in wafer thickness to the pressure profile control module 131.

ヒートモジュール支持部材１２５は、枠状、すなわち、中空の口の字形状である。枠状とするのは、断面積を小さくして、ヒートモジュール１２１から圧力プロファイル制御モジュール１３１に移動する熱量をできるだけ小さくするためである。ヒートモジュール支持部材１２５の材質は、セラミックスが好ましく、特に、熱伝導率が低い低熱膨張セラミックス(例えば、コージライト系セラミックス)などが好ましい。また、ヒートモジュール支持部材１２５にくびれ部を設けて変形しやすくするのが好ましい。 The heat module support member 125 has a frame shape, that is, a hollow mouth shape. The frame shape is used to reduce the cross-sectional area and minimize the amount of heat transferred from the heat module 121 to the pressure profile control module 131. The material of the heat module support member 125 is preferably ceramics, and in particular, low thermal expansion ceramics (for example, cordierite ceramics) with low thermal conductivity are preferable. Moreover, it is preferable to provide a constriction part in the heat module support member 125 to facilitate deformation.

図８は、断熱部材１２７の形状を示す図である。断熱部材１２７は、ヒートモジュール支持部材１２５用の開口部１２８を備える。断熱部材によって、ヒートモジュール１２１から圧力プロファイル制御モジュール１３１に移動する熱量をできるだけ小さくする。 FIG. 8 is a view showing the shape of the heat insulating member 127. The heat insulating member 127 includes an opening 128 for the heat module support member 125. The amount of heat transferred from the heat module 121 to the pressure profile control module 131 is minimized by the heat insulating member.

次に、加圧ユニット１４１について詳説する。 Next, the pressurizing unit 141 will be described in detail.

図９は、加圧ユニット１４１の概略構成図で、ピストン部が一番下まで下がった状態と、一番上まで上がった状態を重ねて図示してある。図１０は、図９のダイヤフラムベローズ近傍（Ａ部）の部分拡大図である。図１１は、加圧ユニット底部の配管の配置状態を示す図である。 FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the pressurizing unit 141, and shows a state where the piston portion is lowered to the bottom and a state where the piston portion is raised to the top. FIG. 10 is a partially enlarged view of the vicinity of the diaphragm bellows (part A) in FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating an arrangement state of piping at the bottom of the pressurizing unit.

図９において、加圧ユニット１４１は、断面が略Ｕ字状のベース（以後、下部シリンダーと記す）１４５と、下部シリンダー１４５内に配置され、加圧ユニット１４１に注入された気体または液体の圧力（以後、気体を用いた場合について代表して説明する）によって上昇する断面が略逆Ｕ字状のピストン部１４３と、下部シリンダー１４５の外周に固定されピストン部１４３の外周を移動可能に支持する断面略Ｌ字状の円筒状支持部材１４２とから構成されている。支持部材１４２は、下部シリンダー１４５に複数のねじ１４５ａで固定されている。また、支持部材１４２と下部シリンダー１４５の間にＯリング１４５ｂが設けられ、Ｏリング１４５ｂでシリンダー内の気密を保持している。 In FIG. 9, the pressurizing unit 141 includes a base (hereinafter referred to as a lower cylinder) 145 having a substantially U-shaped cross section, and a pressure of a gas or a liquid that is disposed in the lower cylinder 145 and injected into the pressurizing unit 141. (Hereinafter, the case where gas is used will be described as a representative) The piston section 143 whose ascending section is fixed to the outer periphery of the substantially inverted U-shape and the lower cylinder 145 is movably supported. The cylindrical support member 142 has a substantially L-shaped cross section. The support member 142 is fixed to the lower cylinder 145 with a plurality of screws 145a. Further, an O-ring 145b is provided between the support member 142 and the lower cylinder 145, and the O-ring 145b keeps the airtightness in the cylinder.

また、図１０に示すように、支持部材１４２とピストン部１４３の間には、シリンダー内に注入される気体が外部に漏れるのを防止するダイアフラムベローズ（以後、単にベローズと記す）１４４が配置され、ベローズ１４４の一端部のビート１４４ａは、支持部材１４２の下端部１４２ａに固定部材１４２ｂにより挟み込まれて固定され、他端部のビート１４４ｂはピストン部１４３の下端部１４３ａに固定部材１４３ｂにより挟み込まれて固定されている。固定部材１４２ｂは支持部材１４２に複数のねじ１４２ｃで固定され、固定部材１４３ｂはピストン部１４３の下端部１４３ａに複数のねじ１４３ｃで固定されている。このように、下部シリンダー１４５とピストン部１４３で形成されるシリンダー内部は、Ｏリング１４５ｂとベローズ１４４で気密シールされ、気体導入部１４６（図９参照）を介して導入された気体の圧力によって、ピストン部１４３が押し上げられる構成である。 Further, as shown in FIG. 10, a diaphragm bellows (hereinafter simply referred to as a bellows) 144 is arranged between the support member 142 and the piston portion 143 to prevent the gas injected into the cylinder from leaking outside. The beat 144a at one end of the bellows 144 is sandwiched and fixed to the lower end 142a of the support member 142 by the fixing member 142b, and the beat 144b at the other end is sandwiched by the lower end 143a of the piston 143 by the fixing member 143b. Is fixed. The fixing member 142b is fixed to the support member 142 with a plurality of screws 142c, and the fixing member 143b is fixed to the lower end portion 143a of the piston portion 143 with a plurality of screws 143c. Thus, the inside of the cylinder formed by the lower cylinder 145 and the piston portion 143 is hermetically sealed by the O-ring 145b and the bellows 144, and by the pressure of the gas introduced through the gas introduction portion 146 (see FIG. 9), The piston part 143 is pushed up.

また、図１０に示すように、ピストン部が一番下まで下がった状態から一番上まで上がった状態までの距離Ｂを移動する間に、ベローズ１４４のプリーツ部１４４ｃは支持部材１４２の内周部とピストン部１４３の外周部の間を距離Ｃを移動する。距離Ｂは距離Ｃのほぼ２倍移動するように構成されている。 Further, as shown in FIG. 10, the pleat portion 144 c of the bellows 144 moves the inner periphery of the support member 142 while moving the distance B from the state where the piston portion is lowered to the top to the state where it is raised to the top. The distance C is moved between the outer peripheral portion of the piston portion 143 and the piston portion 143. The distance B is configured to move approximately twice the distance C.

また、図９に示すように、加圧ユニット１４１には、ピストン部１４３の上部内側面１４３ｄに固定され、下部シリンダー１４の円筒状部分１４５ｂに挿入されて、ピストン部１４３を上下方向のみの移動に規制するベアリング部１４７が配置されている。円筒状部分１４５ｂの底部には、カバー部材１４７ａが設けられている。このカバー部材１４７ａは下部シリンダー１４５の底面にＯリング１４７ｂを介して複数のねじ１４７ｃで固定されている。Ｏリング１４７ｃで気密が保たれている。 9, the pressure unit 141 is fixed to the upper inner surface 143d of the piston portion 143 and inserted into the cylindrical portion 145b of the lower cylinder 14, so that the piston portion 143 moves only in the vertical direction. A bearing portion 147 for restricting to the above is disposed. A cover member 147a is provided at the bottom of the cylindrical portion 145b. The cover member 147a is fixed to the bottom surface of the lower cylinder 145 with a plurality of screws 147c via an O-ring 147b. Airtightness is maintained by the O-ring 147c.

また、ベアリング部１４７の下部には、ストッパー部材１４７ｄがベアリング部１４７の軸１４７ｅにねじ止めされ、気体の圧力でピストン部１４３が上昇した際、ベアリング部１４７の外カバー部１４７ｆの下部に当接してピストン部１４３の上昇を止める構成となっている。 Further, a stopper member 147d is screwed to the shaft 147e of the bearing portion 147 at the lower portion of the bearing portion 147. When the piston portion 143 is raised by the gas pressure, the stopper member 147d contacts the lower portion of the outer cover portion 147f of the bearing portion 147. The piston portion 143 is prevented from rising.

なお、ベアリング部１４７は、加圧ユニット１４１の中心軸を中心として周方向に等角度に少なくとも２つ配置することが好ましい。等角度でベアリング部１４７を配置することで、ピストン部１４３の傾斜を防止することができる。本実施の形態では、ベアリング部１４７は１２０度間隙で３つ配置されている。 In addition, it is preferable to arrange at least two bearing portions 147 at equal angles in the circumferential direction around the central axis of the pressure unit 141. By disposing the bearing portion 147 at an equal angle, the inclination of the piston portion 143 can be prevented. In the present embodiment, three bearing portions 147 are arranged with a 120-degree gap.

このような構成にすることで、ピストン部１４３の直径ＲＰ（図９参照）に亘り均一な加圧力を発生することが可能になる。また、シリンダー内の圧力が、ピストン部１４３の上面１４３ｅによりほぼ均一に加えられるため、上面１４３ｅの変形も抑制することができる。 With such a configuration, it is possible to generate a uniform applied pressure over the diameter RP (see FIG. 9) of the piston portion 143. Further, since the pressure in the cylinder is applied almost uniformly by the upper surface 143e of the piston portion 143, deformation of the upper surface 143e can be suppressed.

また、図１１に示すように、気体や液体を輸送する各配管は、下部シリンダー１４５の底面から下部シリンダー１４５の内部に導入される。配管の１つはシリンダー内に圧力を加えるための配管１５５である。また１つは上記圧力プロファイル制御モジュール１３１の中空部１３３に圧力を与えるための気体を注入及び排気するためのエア配管１５６でヒータユニット１０１のエア配管１３５に接続される。また冷却部１３７に冷却水を注入、排水するための配管１３９、１３９に接続される冷却用配管１５７、１５７が配置されている。 Further, as shown in FIG. 11, each pipe for transporting gas or liquid is introduced from the bottom surface of the lower cylinder 145 into the lower cylinder 145. One of the pipes is a pipe 155 for applying pressure in the cylinder. One is an air pipe 156 for injecting and exhausting a gas for applying pressure to the hollow portion 133 of the pressure profile control module 131 and is connected to the air pipe 135 of the heater unit 101. Cooling pipes 157 and 157 connected to pipes 139 and 139 for injecting and draining cooling water into the cooling unit 137 are arranged.

エア配管１５６、冷却用配管１５７、１５７の３つの配管は、下部シリンダー１４５の内部を取り回された後、ピストン部１４３の中心付近に集められ、ピストン部１４３の上部内面１４３ｄに設けられた配管接合部にそれぞれ接合される。 The three pipes of the air pipe 156 and the cooling pipes 157 and 157 are routed around the inside of the lower cylinder 145, and then collected near the center of the piston part 143 and provided on the upper inner surface 143d of the piston part 143. Each is joined to the joint.

ヒータユニット１０１はピストン部１４３の上面１４３ｅ（図９参照）にねじ止めされ、各配管はピストン部１４３の上面１４３ｅを介して接続される。 The heater unit 101 is screwed to the upper surface 143e (see FIG. 9) of the piston portion 143, and each pipe is connected via the upper surface 143e of the piston portion 143.

シリンダー内の圧力、或いは中空部１３３の圧力は、図１に示す制御部１６０を介してそれぞれ接続された真空レギュレータを制御することで制御される。 The pressure in the cylinder or the pressure in the hollow portion 133 is controlled by controlling the vacuum regulators respectively connected via the control unit 160 shown in FIG.

なお、ロードセルＬＣなどの圧力センサを、加圧ユニット１４１の下部シリンダー１４５を支持するように設置し、加圧時には、圧力検出値を制御量として、制御部１６０でフィードバック制御により不図示の電空レギュレータを操作するようにしてもよい。また、リニアスケールなど、加圧ユニット１４１のピストン部１４３の位置検出センサを設置し、加圧ユニット１４１のピストン部１４３の昇降時には、位置検出値に基づいて昇降速度を目標値とするように、別の真空レギュレータを操作するようにしてもよい。 A pressure sensor such as a load cell LC is installed so as to support the lower cylinder 145 of the pressurizing unit 141. At the time of pressurization, a pressure detection value is used as a control amount, and a control unit 160 performs electro-pneumatic (not shown) by feedback control. The regulator may be operated. In addition, a position detection sensor for the piston part 143 of the pressurizing unit 141 such as a linear scale is installed, and when the piston part 143 of the pressurizing unit 141 moves up and down, the lifting speed is set as a target value based on the position detection value. Another vacuum regulator may be operated.

次に、実施の形態による、ウェハの接合装置の動作について説明する。 Next, the operation of the wafer bonding apparatus according to the embodiment will be described.

接合される複数のウェハは、ウェハホルダＷＨ（図１参照）に保持され、アライメントされたものである。以下の説明において、接合されるウェハをワークと呼称する。 The plurality of wafers to be bonded are held by the wafer holder WH (see FIG. 1) and aligned. In the following description, a wafer to be bonded is referred to as a workpiece.

図１４は、ワークの加圧および加熱方法の一例を示すフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a method for pressurizing and heating a workpiece.

ステップＳ０１０において、下部ヒータユニット１０１Ｌの上に接合する２枚のワーク（基板、ウェハなど）を不図示の移載装置（例えば、移載ロボットなど）により載置する。 In step S010, two workpieces (substrate, wafer, etc.) joined on the lower heater unit 101L are placed by a transfer device (not shown) (eg, a transfer robot).

ステップＳ０２０において、下部ヒータユニット１０１Ｌを加圧ユニット１４５を上昇させて、上部ヒータユニット１０１Ｕと下部ヒータユニット１０１Ｌでワークを挟み込む。 In step S020, the lower heater unit 101L is lifted by the pressure unit 145, and the workpiece is sandwiched between the upper heater unit 101U and the lower heater unit 101L.

ステップＳ０３０において、下部ヒータユニットを上昇させる圧力を所定の接合圧力まで上昇させる。このときの圧力は、例えば３００ｋＰａ〜３０ＭＰａである。 In step S030, the pressure for raising the lower heater unit is raised to a predetermined joining pressure. The pressure at this time is, for example, 300 kPa to 30 MPa.

ステップＳ０４０において、上下のヒータユニット１０１Ｕ、１０１Ｌの温度を上昇させ、加熱温度を所定の温度（例えば、４００℃）になるように制御部１６０がヒータの出力を絶えず調整する（ＰＩＤ制御）。このときトッププレート１１１の設置した温度計の温度によって、ワーク全体の温度が均一に保持されるように温度制御を行う。具体的には、中心部のヒートモジュール、中間部のヒートモジュール、周縁部のヒートモジュールの温度を個別に制御する。 In step S040, the temperature of the upper and lower heater units 101U and 101L is increased, and the controller 160 constantly adjusts the heater output so that the heating temperature becomes a predetermined temperature (for example, 400 ° C.) (PID control). At this time, temperature control is performed so that the temperature of the entire workpiece is uniformly maintained by the temperature of the thermometer installed on the top plate 111. Specifically, the temperatures of the center heat module, the intermediate heat module, and the peripheral heat module are individually controlled.

ステップＳ０５０において、ワークを加圧および加熱した状態で所定の時間保持（例えば、１分〜３０分）し、時間が経過した後上下ヒータユニット１０１Ｕ、１０１Ｌへの出力をＯＦＦにする。 In step S050, the work is pressurized and heated and held for a predetermined time (for example, 1 to 30 minutes), and the output to the upper and lower heater units 101U and 101L is turned OFF after the time has elapsed.

ステップＳ０６０において、ワークを冷却する。冷却は、所定の冷却方法（例えば、空冷、水冷など）により上下のヒータユニット１０１Ｕ、１０１Ｌの冷却を開始する。上下のヒータユニット１０１Ｕ、１０１Ｌが所定の温度以下（例えば、６０℃以下）となったら、冷却を停止し、冷却配管１３９内をエアー等でパージする。 In step S060, the work is cooled. For cooling, cooling of the upper and lower heater units 101U, 101L is started by a predetermined cooling method (for example, air cooling, water cooling, etc.). When the upper and lower heater units 101U and 101L are at a predetermined temperature or lower (for example, 60 ° C. or lower), cooling is stopped and the inside of the cooling pipe 139 is purged with air or the like.

ステップＳ０７０において、ワークの接合が完了したので、加圧ユニット１４５の圧力を下げて、下部ヒータユニット１０１Ｌを下降させる。その後、不図示の移載装置によってワークを下部ヒータユニット１０１Ｌ上からワークホルダに移載する。 In step S070, since the joining of the workpieces is completed, the pressure of the pressurizing unit 145 is lowered and the lower heater unit 101L is lowered. Thereafter, the work is transferred from the lower heater unit 101L to the work holder by a transfer device (not shown).

図１２は、圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状を概念的に示す図である。簡単のため、図１２（ａ）を除いて下部の板１３１ｂは図示していない。中空部１３３には、エア配管１３５が接続されており、図示しない電空レギュレータにより中空部１３３の圧力が制御される。中空部１３３の圧力にしたがって、上部の板１３１ａの中心部が変位する。 FIG. 12 is a diagram conceptually showing the shape of the pressure profile control module 131. For simplicity, the lower plate 131b is not shown except for FIG. An air pipe 135 is connected to the hollow portion 133, and the pressure of the hollow portion 133 is controlled by an electropneumatic regulator (not shown). According to the pressure of the hollow part 133, the center part of the upper plate 131a is displaced.

図１２（ａ）は、中空部１３３の厚さが増加するように、上部の板１３１ａの中心部が変位した状態を示している。中空部の厚さは、上述のように、一例として２ミリメータである。中空部の厚さの変形量は、一例として、増加および減少それぞれ、２０マイクロメータである。 FIG. 12A shows a state in which the central portion of the upper plate 131a is displaced so that the thickness of the hollow portion 133 increases. As described above, the thickness of the hollow portion is 2 millimeters as an example. As an example, the deformation amount of the thickness of the hollow portion is 20 micrometers, each of increase and decrease.

上部の板１３１ａの、外面の周縁部において、上部の板の中心を中心とする同心円上に溝１３１１を設けてもよい。一例として、溝１３１１の幅は１０ミリメータ、深さは６ミリメータである。 A groove 1311 may be provided on a concentric circle centering on the center of the upper plate at the outer peripheral edge of the upper plate 131a. As an example, the groove 1311 has a width of 10 millimeters and a depth of 6 millimeters.

この溝１３１１によって、上部の板１３１ａの中心が変位した場合であっても、上部の板の周縁部の集中荷重が避けられる。 Even if the center of the upper plate 131a is displaced by this groove 1311, concentrated load on the peripheral edge of the upper plate can be avoided.

図１２(ｂ)は、外面および内面の周縁部において、上部の板１３１ｃの中心を中心とする同心円上に溝１３１１を設けた、上部の板の変形例を示す図である。 FIG. 12B is a diagram showing a modified example of the upper plate in which grooves 1311 are provided on concentric circles centering on the center of the upper plate 131c at the peripheral portions of the outer surface and the inner surface.

図１２（ｃ）は、外面の周縁部において、上部の板１３１ｄの中心を中心とする同心円上に溝１３１１を設け、溝１３１１より中心に近い領域の厚さを周縁部より薄くした、上部の板１３１ｄの変形例を示す図である。 FIG. 12 (c) shows a case where a groove 1311 is provided on a concentric circle centering on the center of the upper plate 131d at the peripheral edge of the outer surface, and the thickness of the region closer to the center than the groove 1311 is made thinner than the peripheral edge. It is a figure which shows the modification of board 131d.

図１３は、加圧状態におけるヒータユニット１０１の形状を概念的に示す図である。圧力プロファイル制御モジュール１３１の中空部１３３の圧力Ｐ１による力をＦ１、加圧ユニット１４１シリンダーの圧力Ｐ２による力をＦ２とする。圧力プロファイル制御モジュール１３１の中空部１３３の圧力Ｐ１および加圧ユニット１４１の圧力Ｐ２の、電空レギュレータの制御範囲は、たとえば、−１０１乃至３５０キロパスカルである。 FIG. 13 is a diagram conceptually showing the shape of the heater unit 101 in a pressurized state. The force due to the pressure P1 of the hollow portion 133 of the pressure profile control module 131 is F1, and the force due to the pressure P2 of the pressure unit 141 cylinder is F2. The control range of the electropneumatic regulator for the pressure P1 of the hollow portion 133 and the pressure P2 of the pressurizing unit 141 of the pressure profile control module 131 is, for example, −101 to 350 kilopascals.

また、図２、図３に示すヒータユニット１０１、１０１Ａの中空部１３３の直径ＲＨと、図９に示す加圧ユニット１４１のピストン部１４３の直径ＲＰとが、ほぼ等しく形成されていることが望ましい。このように、ほぼ等しく形成することで、それぞれの力Ｆ１、力Ｆ２の制御を、それぞれの圧力Ｐ１、圧力Ｐ２の制御により達成することができる。 Further, it is desirable that the diameter RH of the hollow portion 133 of the heater units 101 and 101A shown in FIGS. 2 and 3 and the diameter RP of the piston portion 143 of the pressurizing unit 141 shown in FIG. . Thus, by forming substantially equal, control of each force F1 and force F2 can be achieved by control of each pressure P1 and pressure P2.

図１３(ａ)に示すように、Ｆ１（Ｐ１）がＦ２（Ｐ２）よりも大きければ、中空部１３３を含む圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状は、凸型となり、トッププレート１１１の表面の中心部が凸となり、ワークの中心部が加圧される。 As shown in FIG. 13A, when F1 (P1) is larger than F2 (P2), the shape of the pressure profile control module 131 including the hollow portion 133 is a convex shape, and the center portion of the surface of the top plate 111 is formed. Becomes convex, and the center of the workpiece is pressurized.

図１３(ｃ)に示すように、Ｆ２（Ｐ２）がＦ１（Ｐ１）よりも大きければ、中空部１３３を含む圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状は、凹型となり、トッププレート１１１の表面の中心部が凹型となり、ワークの周縁部が加圧される。 As shown in FIG. 13C, when F2 (P2) is larger than F1 (P1), the shape of the pressure profile control module 131 including the hollow portion 133 is concave, and the center portion of the surface of the top plate 111 is It becomes a concave shape, and the peripheral edge of the workpiece is pressurized.

図１３(ｂ)に示すように、Ｆ１（Ｐ１）とＦ２（Ｐ２）とが等しければ、中空部１３３を含む圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状は、平坦となり、トッププレート１１１の表面が平坦となり、ワーク全体が加圧される。 As shown in FIG. 13B, if F1 (P1) and F2 (P2) are equal, the shape of the pressure profile control module 131 including the hollow portion 133 becomes flat, and the surface of the top plate 111 becomes flat, The entire workpiece is pressurized.

本実施の形態にかかるウェハ接合装置では、圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状を変化させることにより、トッププレート１１１の表面の形状を変化させている。圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状の変化をトッププレート１１１の表面の形状に伝えるには、トッププレート１１１と圧力プロファイル制御モジュールユ１３１との間のヒータ部が複数のヒートモジュール１２１に分割され、それぞれのヒートモジュール１２１が個別のヒートモジュール支持部材１２５を介して圧力プロファイル制御モジュール１３１に支持される構成が好ましい。 In the wafer bonding apparatus according to the present embodiment, the shape of the surface of the top plate 111 is changed by changing the shape of the pressure profile control module 131. In order to convey the change in the shape of the pressure profile control module 131 to the shape of the surface of the top plate 111, the heater section between the top plate 111 and the pressure profile control module unit 131 is divided into a plurality of heat modules 121, A configuration in which the heat module 121 is supported by the pressure profile control module 131 via an individual heat module support member 125 is preferable.

図１５は、接合される二つのウェハ２０１Ｕおよび２０１Ｌの断面例を示す図である。 FIG. 15 is a diagram illustrating a cross-sectional example of two wafers 201U and 201L to be bonded.

ウェハの表面には、ウェハ厚のばらつきに起因する３ないし５ミクロンの凹凸が存在する(図１５（ａ）参照)。重ね合わせた二つのウェハ２０１Ｕおよび２０１Ｌの両側から圧力をかける場合、ウェハの接合面が平坦になると、ウェハ厚のばらつきが、ウェハの接合面と反対側の面に現れる(図１５（ｂ）参照)。したがって、ウェハの接合面の平面度への影響を除去するには、加圧および加熱を行う際に、ウェハの接合面と反対側の面に現れるウェハ厚のばらつきを吸収する必要がある。 On the surface of the wafer, unevenness of 3 to 5 microns due to variations in wafer thickness exists (see FIG. 15A). When pressure is applied from both sides of the two superimposed wafers 201U and 201L, when the bonded surface of the wafer becomes flat, a variation in wafer thickness appears on the surface opposite to the bonded surface of the wafer (see FIG. 15B). ). Therefore, in order to remove the influence on the flatness of the bonding surface of the wafer, it is necessary to absorb the variation in the wafer thickness that appears on the surface opposite to the bonding surface of the wafer when pressing and heating are performed.

本実施の形態にかかるウェハ接合装置では、圧力プロファイル制御モジュール１３１の中空部１３３の圧力Ｐ１と加圧ユニット１４１のシリンダーの圧力Ｐ２を制御部１６０によりそれぞれ制御することで、ウェハの接合面と反対側の面に現れるウェハの厚みのばらつきを補正し、接合面を略平面にし、２体のウェハを良好に接合することができる。 In the wafer bonding apparatus according to the present embodiment, the pressure P1 of the hollow part 133 of the pressure profile control module 131 and the pressure P2 of the cylinder of the pressurizing unit 141 are controlled by the control unit 160, respectively. The variation in the thickness of the wafer appearing on the side surface can be corrected, the joining surface can be made substantially flat, and the two wafers can be joined well.

また、ウェハの接合面の平面度を上げるように、圧力プロファイル制御モジュールの表面の形状を変化させ、ヒートモジュールを介して、トッププレートの表面の形状を変化させることができる。また、ウェハ厚のばらつきを、トッププレートから、ヒートモジュールを介して、圧力プロファイル制御モジュールに伝え、圧力プロファイル制御モジュールの圧力を制御することにより吸収することができる。 Further, the shape of the surface of the pressure profile control module can be changed so as to increase the flatness of the bonding surface of the wafer, and the shape of the surface of the top plate can be changed via the heat module. Further, the wafer thickness variation can be absorbed from the top plate through the heat module to the pressure profile control module and by controlling the pressure of the pressure profile control module.

また、圧力プロファイル制御モジュールの中空部の圧力および加圧圧力を適切に制御することにより、圧力プロファイル制御モジュールの形状を変化させ、ヒートモジュールを介して、トッププレートの表面形状を変化させることができる。 In addition, by appropriately controlling the pressure and pressure of the hollow portion of the pressure profile control module, the shape of the pressure profile control module can be changed, and the surface shape of the top plate can be changed via the heat module. .

また、ウェハ厚のばらつきを、トッププレートから、ヒートモジュールを介して、圧力プロファイル制御モジュールに伝え、圧力プロファイル制御モジュールの中空部の圧力を適切に制御することにより吸収することができる。 Further, the wafer thickness variation can be transmitted from the top plate to the pressure profile control module via the heat module, and absorbed by appropriately controlling the pressure in the hollow portion of the pressure profile control module.

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。 The above-described embodiment is merely an example, and is not limited to the above-described configuration and shape, and can be appropriately modified and changed within the scope of the present invention.

１００ウェハ接合装置
１０１ヒータユニット
１１１トッププレート
１２１ヒートモジュール
１３１圧力プロファイル制御モジュール
１３３中空部
１４１加圧ユニット
１４２支持部材
１４３昇降部（ピストン部）
１４４ダイアフラムベローズ
１４５下部シリンダー
１４７ベアリング部
１５５、１５７配管
１６０制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Wafer bonding apparatus 101 Heater unit 111 Top plate 121 Heat module 131 Pressure profile control module 133 Hollow part 141 Pressurization unit 142 Support member 143 Lifting part (piston part)
144 Diaphragm bellows 145 Lower cylinder 147 Bearing part 155, 157 Piping 160 Control part

Claims

In a wafer bonding apparatus for bonding two wafers,
A top plate for holding at least one of the two wafers;
A pressure unit that pressurizes the two wafers via the top plate;
Have
The pressure unit is
A cylinder for injecting gas or liquid;
A piston that moves with gas or liquid pressure;
A bearing portion for preventing inclination of the piston portion;
I have a,
A pressure profile control module that supports the top plate and has a hollow portion for injecting gas or liquid;
The pressure bonding unit supports the pressure profile control module and pressurizes the two wafers via the pressure profile control module and the top plate .

2. The wafer bonding apparatus according to claim 1, wherein the pressurizing unit has a stopper portion that limits a movement amount of the piston portion.

The bearing portion includes a shaft portion provided in the piston portion, and a cylindrical portion provided in the cylinder portion and having the shaft portion inserted therein.
The wafer bonding apparatus according to claim 2, wherein the stopper portion includes a locking portion provided on the shaft portion and a locked portion provided on the cylindrical portion.

Any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a transmitting member for transmitting the surface shape variation of the pressure profile control module by gaseous or liquid injected into the hollow portion on the surface of the top plate The wafer bonding apparatus described in 1.

A heating heater disposed between the top plate and the pressure profile control module;
A cooling unit disposed adjacent to the heater unit and cooling the top plate from the heater unit;
The wafer bonding apparatus according to claim 1 , wherein the wafer bonding apparatus includes:

The piping for transporting a gas or liquid to the hollow portion, the piping for transporting the cooling gas or liquid to the cooling portion, and the piping for discharging the cooling gas or liquid. 5. The wafer bonding apparatus according to 5 .

In order to control the shape of the top plate surface, it has a control part for controlling the pressure of the gas or liquid injected into the hollow part and the pressure of the gas or liquid injected into the cylinder part, respectively. wafer bonding apparatus according to any one of claims 1 to 6 to.

Wherein, in accordance with the shape of the surface opposite the bonding surface of the two bodies of the wafer, according to claim 7, characterized in that to control the pressure of the gas or liquid is injected into the hollow portion Wafer bonding equipment.

The pressurizing unit, the wafer bonding apparatus according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises at least two said bearing portions.

The wafer bonding apparatus according to claim 9 , wherein the at least two bearing portions are arranged at an equal angle in a circumferential direction of the cylinder portion.

The pressure unit is
A support member fixed to the cylinder portion so as to seal gas or liquid, and supporting the piston portion;
One end portion is fixed to the lower end portion of the support member, the other end portion is fixed to the lower end portion of the piston portion, disposed between the piston portion and the support member, and gas or liquid is sealed in the cylinder portion Diaphragm bellows,
Wafer bonding apparatus according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises a.

The wafer bonding apparatus according to claim 11 , wherein a diameter of an outer peripheral portion of the piston portion sealed by the diaphragm bellows is formed to be substantially equal to a diameter of the hollow portion.