JP5935542B2 - 基板貼り合わせ装置および基板貼り合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板貼り合わせ装置、基板貼り合わせ方法及び貼り合わせ基板に関する。

基板の温度を調整しつつ、複数の基板を貼り合わせることができる基板貼り合わせ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［特許文献１］ 特開２０１２−４３２２

しかしながら、上述の装置では、複数の領域のうち、いずれかの領域の複数の基板間で温度差が生じて、位置合わせ、または、貼り合わされた複数の基板が剥離等によって破損するといった課題がある。

本発明の第１の態様においては、複数の基板を挟んで加圧する加圧部と、前記加圧部に配された前記複数の基板の面方向における複数の領域のそれぞれにおいて、前記複数の基板の間の温度差が予め定められた範囲になるように、前記複数の基板の前記複数の領域のそれぞれを個別に加熱または冷却する温調部とを備える基板貼り合せ装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、複数の基板を挟んで加圧する加圧段階と、前記加圧部に配された前記複数の基板の面方向における複数の領域のそれぞれにおいて、前記複数の基板の間の温度差が予め定められた範囲になるように、前記複数の基板の前記複数の領域のそれぞれを個別に加熱または冷却する温調段階とを備える基板貼り合わせ方法。

本発明の第３の態様においては、上述の基板貼り合わせ方法によって貼り合わされた複数の基板を備える貼り合わせ基板。

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。

基板貼り合わせ装置１０の全体構成図である。 基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合せ工程を説明する図である。 基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合せ工程を説明する図である。 基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合せ工程を説明する図である。 基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合せ工程を説明する図である。 加熱加圧装置５６の全体構造を示す正面図である。 下部圧力制御部６８及び下部加熱モジュール７０の内部構造を示す断面図である。 下部加熱モジュール７０の上面図である。 温調部１００の概略構成図である。 温調部１００の制御系を説明するブロック図である。

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。

図１は、基板貼り合わせ装置１０の全体構成図である。基板貼り合わせ装置１０は、２枚の基板９０、９０を貼り合わせて、貼り合わせ基板９５を製造する。尚、基板貼り合わせ装置１０が、一度に３枚以上の基板９０を貼り合わせて、貼り合わせ基板９５を製造してもよい。

図１に示すように、基板貼り合わせ装置１０は、大気環境部１４と、真空環境部１６と、制御部１８とを備える。

大気環境部１４は、環境チャンバ１２と、複数の基板カセット２０と、基板ホルダラック２２と、ロボットアーム２４と、プリアライナ２６と、アライナ２８と、ロボットアーム３０とを有する。環境チャンバ１２は、大気環境部１４を囲むように形成されている。

基板カセット２０は、基板貼り合わせ装置１０において貼り合わされる基板９０及び貼り合わせ基板９５を収容する。基板貼り合わせ装置１０によって貼り合わされる基板９０は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されていてもよい。

基板ホルダラック２２は、重ね合わせ基板９２及び貼り合わせ基板９５を上下方向から保持する複数対の基板ホルダ９４を収容する。尚、重ね合わせ基板９２とは、貼り合わされる前の重ね合わされた一対の基板９０のことである。基板ホルダ９４は、基板９０を静電吸着により保持する。

ロボットアーム２４は、基板カセット２０に装填されている基板９０をプリアライナ２６に搬送する。ロボットアーム２４は、プリアライナ２６の基板９０を、後述するアライナ２８の移動ステージ３８に載置された基板ホルダ９４へと搬送する。ロボットアーム２４は、貼り合わされた後、移動ステージ３８まで搬送された貼り合わせ基板９５を基板カセット２０の何れかに搬送する。

プリアライナ２６は、アライナ２８に基板９０を装填する場合に、高精度であるがゆえに、狭いアライナ２８の調整範囲にそれぞれの基板９０が装填されるように、個々の基板９０の位置を仮合わせする。これにより、アライナ２８における基板９０の位置決めが、迅速且つ正確にできる。

アライナ２８は、ロボットアーム２４とロボットアーム３０との間に配置されている。アライナ２８は、枠体３４と、固定ステージ３６と、移動ステージ３８と、一対のシャッタ４０及びシャッタ４２とを有する。

枠体３４は、固定ステージ３６及び移動ステージ３８を囲むように形成されている。枠体３４の基板カセット２０側の面と、真空環境部１６側の面には、基板９０、重ね合わせ基板９２及び貼り合わせ基板９５を搬入及び搬出可能に、開口が形成されている。

固定ステージ３６の下面は、基板９０を保持した状態で、ロボットアーム３０により移動ステージ３８から搬送される基板ホルダ９４を真空吸着する。

移動ステージ３８の上面は、基板９０及び基板ホルダ９４を真空吸着する。移動ステージ３８は、枠体３４の内部で水平方向及び鉛直方向に移動する。これにより、移動ステージ３８が移動することによって、固定ステージ３６に保持された基板９０及び基板ホルダ９４と、移動ステージ３８に保持された基板９０及び基板ホルダ９４とが位置合わせされ、重ね合わされた状態で仮接合される。基板９０と基板９０は、接着剤によって仮接合してもよく、プラズマによって仮接合してもよい。尚、基板９０と基板９０は、単に重ね合わせただけでもよい。

シャッタ４０は、枠体３４の基板カセット２０側の開口を開閉する。シャッタ４２は、枠体３４の真空環境部１６側の開口を開閉する。枠体３４及びシャッタ４０、４２に囲まれた領域は、空気調整機等に連通されて、温度管理される。これにより、基板９０と基板９０との位置合わせの精度が向上する。

ロボットアーム３０は、基板ホルダラック２２に収容されている基板ホルダ９４を移動ステージ３８へと搬送する。ロボットアーム３０は、移動ステージ３８上に載置され、基板９０を保持する基板ホルダ９４を、裏返して固定ステージ３６へと搬送する。ロボットアーム３０は、移動ステージ３８によって位置合わせされた一対の基板９０を含む基板ホルダ９４を真空吸着して、真空環境部１６へと搬送する。ロボットアーム３０は、貼り合わせ基板９５を真空環境部１６から移動ステージ３８へと搬送する。

真空環境部１６は、基板貼り合わせ装置１０の貼り合わせ工程において、高温且つ真空状態に設定される。真空環境部１６は、ロードロック室４８と、一対のアクセスドア５０及びゲートバルブ５２と、ロボットアーム５４と、３個の収容室５５と、３個の加熱加圧装置５６と、ロボットアーム５８と、冷却室６０とを備える。尚、加熱加圧装置５６の個数は、３個に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

ロードロック室４８は、大気環境部１４と真空環境部１６とを連結する。ロードロック室４８は、真空状態及び大気圧に設定できる。ロードロック室４８の大気環境部１４側及び真空環境部１６側には、一対の基板ホルダ９４に保持された一対の基板９０を含む重ね合わせ基板９２及び貼り合わせ基板９５を搬送可能に開口が形成されている。

アクセスドア５０は、ロードロック室４８の大気環境部１４側の開口を開閉する。ゲートバルブ５２は、ロードロック室４８の真空環境部１６側の開口を開閉する。ロボットアーム５４は、ロボットアーム３０によりロードロック室４８に搬入された重ね合わせ基板９２を何れかの加熱加圧装置５６へと搬入する。

収容室５５は、ゲートバルブ５７を介してロボットチャンバ５３と連結されている。収容室５５は、重ね合わせ基板９２及び貼り合わせ基板９５を搬入及び搬出するために、ゲートバルブ５７を開閉する。

３個の加熱加圧装置５６は、ロボットアーム５４を中心として放射状に配置されている。加熱加圧装置５６は、重ね合わせ基板９２を挟みつつ加熱及び加圧して貼り合わせる。加熱加圧装置５６は、ロードロック室４８から搬入された重ね合わせ基板９２を貼り合わせることができる。

ロボットアーム５８は、ロボットチャンバ５３の中心に回動可能に配置されている。これにより、ロボットアーム５８は、貼り合わせ基板９５を加熱加圧装置５６から冷却室６０へと搬送できる。また、ロボットアーム５８は、貼り合わせ基板９５を冷却室６０からロードロック室４８へと搬送できる。

冷却室６０は、冷却機能を有する。これにより、冷却室６０は、ロボットアーム５８によって結合された高温の貼り合わせ基板９５を冷却できる。冷却室６０は、ゲートバルブ５７を介してロボットチャンバ５３と連結されている。制御部１８は、基板貼り合わせ装置１０の全体の動作を制御する。

図２から図５は、基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合せ工程を説明する図である。貼り合わせ工程では、まず、図２に示すように、ロボットアーム３０が、基板ホルダラック２２から基板ホルダ９４を移動ステージ３８へと搬送する。ロボットアーム２４は、基板カセット２０の何れかからプリアライナ２６を経由させて基板９０を、移動ステージ３８に載置された基板ホルダ９４上に載置する。

ロボットアーム３０は、基板９０を保持する基板ホルダ９４を移動ステージ３８から固定ステージ３６へと裏返して搬送する。図３に示すように、固定ステージ３６は、基板９０とともに基板ホルダ９４をロボットアーム３０から受け取った後、基板ホルダ９４を真空吸着により保持する。

次に、同様の動作によって、ロボットアーム３０が移動ステージ３８に基板ホルダ９４を搬送した後、ロボットアーム２４が移動ステージ３８上の基板ホルダ９４に基板９０を搬送する。移動ステージ３８は、基板９０及び基板ホルダ９４を保持しつつ、基板９０及び基板ホルダ９４を保持する固定ステージ３６の下方へと移動する。これにより、移動ステージ３８の基板９０と、固定ステージ３６の基板９０とが互いに位置決めされる。

次に、図４に示すように、移動ステージ３８が、上方へと移動して、移動ステージ３８の基板９０の上面と固定ステージ３６の基板９０の下面とが合わされる。この後、ロボットアーム３０が、移動ステージ３８上の重ね合わせ基板９２をロードロック室４８へと搬送する。この後、ロボットアーム５４が、重ね合わせ基板９２をロードロック室４８から加熱加圧装置５６へと搬入する。

次に、貼り合わせ段階において、加熱加圧装置５６は、重ね合わせ基板９２を結合温度まで加熱した後、結合温度を維持しつつ、重ね合わせ基板９２を上下方向から加圧する。これにより、重ね合わせ基板９２の基板９０、９０が、貼り合わされて貼り合わせ基板９５となる。この後、貼り合わせ基板９５を、一定の温度まで冷却した後、ロボットアーム５８が、貼り合わせ基板９５を冷却室６０へと搬入する。冷却室６０は貼り合わせ基板９５を更に冷却する。ロボットアーム５８は冷却された貼り合わせ基板９５を基板ホルダ９４とともに、冷却室６０からロードロック室４８へと搬送する。

次に、ロボットアーム３０が、貼り合わせ基板９５をロードロック室４８から移動ステージ３８へと搬送する。図５に示すように、移動ステージ３８上にて、ロボットアーム３０により、貼り合わせ基板９５が基板ホルダ９４から分離される。この後、ロボットアーム２４が、貼り合わせ基板９５を基板カセット２０の何れかに搬出する。これにより、基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ工程が終了して、貼り合わせ基板９５が完成する。この後、図５に示す点線に沿って、貼り合わせ基板９５が個片化されて積層半導体装置９６が完成する。

図６は、加熱加圧装置５６の全体構造を示す正面図である。図６に示すように、加熱加圧装置５６は、床面側に配置される下部モジュール６２と、天井側に配置される上部モジュール６４とを有する。

下部モジュール６２は、昇降部６６と、下部圧力制御部６８と、下部加熱モジュール７０と、下部トッププレート７２とを有する。

昇降部６６は、一対の基板ホルダ９４及び基板９０とともに、下部加熱モジュール７０、下部圧力制御部６８及び下部トッププレート７２を昇降させる。また、昇降部６６は、上部モジュール６４の下面に基板ホルダ９４が接触した後、一対の基板９０を加圧して貼り合わせる。

下部圧力制御部６８は、昇降部６６によって加圧される基板９０の加圧力のうち面方向の分布を制御する。

下部加熱モジュール７０は、下部圧力制御部６８の上部に配置されている。下部加熱モジュール７０は、一対の基板９０を加熱または冷却可能に構成されている。

下部トッププレート７２は、下部加熱モジュール７０の上面に配置されている。下部トッププレート７２は、基板９０よりも直径の大きい円板状に形成されている。下部トッププレート７２の上面は、積層された一対の基板９０を保持する。下部トッププレート７２は、昇降部６６によって往復移動される。

上部モジュール６４は、上部圧力制御部７４と、上部加熱モジュール７６と、上部トッププレート７８とを有する。上部加熱モジュール７６及び上部圧力制御部７４は、それぞれ下部加熱モジュール７０及び下部圧力制御部６８と略同様の構成である。上部トッププレート７８は、下部トッププレート７２と対向する位置に配置され、下部トッププレート７２との協働によって一対の基板９０を加圧する。

図７は、下部圧力制御部６８及び下部加熱モジュール７０の内部構造を示す断面図である。図７に示すように、下部圧力制御部６８は、中空加圧部１０２と、複数のロードセル１０４と、複数の支柱部１０６とを有する。

中空加圧部１０２は、ゴムシート等により構成される袋状に形成されている。中空加圧部１０２の内部には、空気、水、オイル等の流体が充填されている。中空加圧部１０２の内部の流体の量は、供給管１０８を介して供給または排出される流体により調整される。これにより、中空加圧部１０２の上面は、平面、周縁部または中心部が突出した面等に変化させて、面方向の圧力分布を制御する。

複数のロードセル１０４は、中空加圧部１０２の上面に設けられている。複数のロードセル１０４は、平面視において、下部トッププレート７２の中心または中心軸を挟み対称に配置することが好ましい。ロードセル１０４は、中空加圧部１０２と支柱部１０６との間に作用する圧力を検出する。

複数の支柱部１０６の上端は、後述するフレーム１１４に連結されている。複数の支柱部１０６の下端は、ロードセル１０４の上端部と連結されている。これにより、支柱部１０６は、中空加圧部１０２の上面の形状に対応して、フレーム１１４へと昇降部６６の圧力を伝達する。

下部加熱モジュール７０は、複数の熱反射板１１０と、遮熱板１１２と、フレーム１１４と、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０と、複数の下流体管路１２２と、複数の下熱移動部１２３とを有する。下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０と、複数の下流体管路１２２と、複数の下熱移動部１２３は、温調部１００の構成の一部である。

複数の熱反射板１１０は、板状であって、下部トッププレート７２の上面と略平行に配置されている。複数の熱反射板１１０には、支柱部１０６を貫通させる貫通穴が形成されている。熱反射板１１０は、アルミニウム等の金属板によって形成される。熱反射板１１０の下部トッププレート７２側の面には、下部トッププレート７２の目標加熱温度近傍の輻射線の波長を反射する多層膜が形成されている。下部トッププレート７２の目標加熱温度は、基板９０を接合する場合、例えば４００℃である。

遮熱板１１２は、板状であって、下部トッププレート７２の上面と略平行に配置されている。遮熱板１１２には、支柱部１０６を貫通させる貫通穴が形成されている。遮熱板１１２は、熱反射板１１０よりも上方であって、上下方向における支柱部１０６の中央部に配置されている。遮熱板１１２は、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０によって発生した熱の下方への伝達を遮断する。これにより、下部トッププレート７２を挟み基板９０と反対側の領域である、下部トッププレート７２の下方の領域は、遮熱板１１２の上方の高温領域１２４と、遮熱板１１２の下方の低温領域１２６とに分割される。低温領域１２６は、高温領域１２４よりも低温であって、高温領域１２４よりも下部トッププレート７２から離間している。

フレーム１１４は、平面視において、下部トッププレート７２と略同形状に形成されている。フレーム１１４は、複数の支柱部１０６の上端によって支持されている。

下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０は、加熱部の一例である。下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０は、フレーム１１４の上面に配置されている。下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０の上面には、下部トッププレート７２が載置されている。各下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０は、電熱ヒータ１２８を有する。下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０は、電熱ヒータ１２８の加熱より生じた熱を下部トッププレート７２へと伝達させる。

複数の下流体管路１２２は、流体が流れる中空の管状に形成されている。流体の一例は、水である。複数の下流体管路１２２は、複数の下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０の下面と間隔をあけて配置されている。下流体管路１２２は、下給排管１３０と連結されている。下流体管路１２２は、下給排管１３０を介して、流体が供給されるとともに、流体を排出する。

下熱移動部１２３は、冷却部の一例である。複数の下熱移動部１２３は、各下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０のいずれかの下面と下流体管路１２２との間に設けられている。これにより、下熱移動部１２３は、各下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０と下流体管路１２２とを熱的に接続する。下熱移動部１２３の一例は、ペルチェ素子である。下熱移動部１２３は、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０と下流体管路１２２との間で熱を移動させる。例えば、基板９０を冷却する場合、下熱移動部１２３は、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０から下流体管路１２２へと熱を移動させる。一方、基板９０を加熱する場合、下流体管路１２２から下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０へと熱を移動させる。

図８は、下部加熱モジュール７０の上面図である。図８に示すように、下部ヒートブロック１１６は、円形状に形成されている。下部ヒートブロック１１６の中心は、下部トッププレート７２の中心に合わせて配置されている。下部ヒートブロック１１８は、扇形状に形成されている。下部ヒートブロック１１８は、下部ヒートブロック１１６の外周側に配置されている。下部ヒートブロック１２０は、下部ヒートブロック１１８よりも半径の大きい扇形状に形成されている。下部ヒートブロック１２０は、下部ヒートブロック１２０の外周側に配置されている。下部ヒートブロック１１８、１２０の扇形の内周及び外周は、下部ヒートブロック１１６と同心の円弧に形成されている。それぞれの下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０は、間隔をあけて配置されている。これにより、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０が加熱により膨張しても、互いが接触することを防止できる。

各下流体管路１２２は、複数の下熱移動部１２３及び複数の下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０の下方を通るように配置されている。

各下熱移動部１２３は、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０のいずれかと対応付けて配置されている。ここで、下熱移動部１２３は、支柱部１０６と重複する個所においては、支柱部１０６を避けるように形成されている。尚、１個の下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０に対して、複数の下熱移動部１２３を配置してもよい。

図９は、温調部１００の概略構成図である。温調部１００は、加熱加圧装置５６に配されて加圧されている複数の基板９０の面方向における複数の領域のそれぞれにおいて、複数の基板９０の間の温度差が予め定められた範囲になるように、複数の基板９０の複数の領域のそれぞれを個別に加熱または冷却する。尚、複数の基板９０間の温度差の予め定められた範囲は、少なくとも基板９０の外周部分のバンプ同士が完全に外れる変形量（＝バンプの径以上の大きさ）で基板９０が変形しない温度範囲である。例えば、温度差の予め定められた範囲は、±５℃である。複数の領域の一例は、複数の下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４によって区切られた領域である。図９に示すように、温調部１００は、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０と、複数の下流体管路１２２と、複数の下熱移動部１２３と、下給排管１３０と、下ポンプ１３２と、下部流体冷却部１３４と、下部流体加熱部１３６と、加熱部の一例である上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４と、複数の上流体管路１４６と、冷却部の一例である複数の上熱移動部１４８と、上給排管１５０と、上ポンプ１５２と、上部流体冷却部１５４と、上部流体加熱部１５６とを有する。

下給排管１３０及び下流体管路１２２は、循環可能な環状に形成されている。尚、下給排管１３０及び下流体管路１２２の経路上に、流体を溜めるタンク等を設けてもよい。

下ポンプ１３２は、下給排管１３０または下流体管路１２２の途中部に設けられている。下ポンプ１３２は、下給排管１３０及び下流体管路１２２に充填されている流体を循環させる。

下部流体冷却部１３４は、下流体管路１２２を流れる流体を冷却する。下部流体加熱部１３６は、下流体管路１２２を流れる流体を加熱する。

上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４、複数の上流体管路１４６、複数の上熱移動部１４８、上給排管１５０、上ポンプ１５２、上部流体冷却部１５４及び上部流体加熱部１５６は、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０、複数の下流体管路１２２、複数の下熱移動部１２３、下給排管１３０、下ポンプ１３２、下部流体冷却部１３４及び下部流体加熱部１３６と同様の構成である。

図１０は、温調部１００の制御系を説明するブロック図である。図１０に示すように、温調部１００は、更に、複数の下温度センサ１６０と、複数の上温度センサ１６２と、温調制御部１６４とを有する。

下温度センサ１６０には、熱電対型センサ、赤外線により温度を検出するパイロセンサ等を適用できる。下温度センサ１６０は、各下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０に１個ずつ設けられている。下温度センサ１６０は、各下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０により区切られた複数の領域の温度を検出して、検出した温度を温度情報として温調制御部１６４へと出力する。同様に、上温度センサ１６２は、各上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４に１個ずつ設けられ、各上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４のより区切られた複数の領域の温度情報を温調制御部１６４へと出力する。

温調制御部１６４は、温調部１００の制御全般を司る。温調制御部１６４は、制御部１８が兼ねてもよい。温調制御部１６４は、下温度センサ１６０及び上温度センサ１６２から取得した温度情報に基づいて、平面視における同じ領域の複数の基板９０間の温度差が予め定められた範囲であるか否かを判定する。具体的には、温調制御部１６４は、同じ領域の下温度センサ１６０により検出された温度と、上温度センサ１６２により検出された温度との差を算出して、温度差が予め定められた範囲であるか否かを判定する。温度差を判定する閾値の一例は、２℃以上である。温調制御部１６４は、温度情報及び温度差に基づいて、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０、上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４、下熱移動部１２３、上熱移動部１４８を複数の領域のそれぞれに対応させて個別に制御して、基板９０の複数の領域を個別に加熱及び冷却する。これにより、温調制御部１６４は、同じ領域の複数の基板９０の間の温度差が予め定められた範囲となるようにして、温度差を小さくする。以下、温調制御部１６４による温調部１００の加熱処理及び冷却処理について説明する。

まず、加熱処理について説明する。温調制御部１６４は、複数の基板９０を貼り合わせる場合に、複数の基板９０を下部トッププレート７２及び上部トッププレート７８の間で加圧しつつ、加熱処理を実行する。

加熱処理では、温調制御部１６４は、各下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び各上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４をオンにして、下部トッププレート７２及び上部トッププレート７８の間で加圧されている複数の基板９０を加熱する。この後、温調制御部１６４は、下温度センサ１６０及び上温度センサ１６２から温度情報を取得して、同じ領域の複数の基板９０間の温度差を検出する。温調制御部１６４は、温度差が予め定められた範囲を超えていると判定すると領域ごとに、当該温度差が小さくなるように温度を調整する。

例えば、温調制御部１６４は、温度差が生じている領域において、上側の基板９０の温度が低いと判定すると、温度差が予め定められた範囲となるように、当該領域を加熱している下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０の加熱温度を低くして、温度差を小さくする。

また、別の方法として、温調制御部１６４は、下ポンプ１３２及び上ポンプ１５２を駆動させて流体を循環させた状態で、温度差が予め定められた範囲を超えている領域のうち、温度が高い方の下熱移動部１２３または上熱移動部１４８を駆動させる。例えば、温調制御部１６４は、上側の基板９０の温度が高いと判定すると、上熱移動部１４８を駆動させる。これにより、温度差が予め定められた範囲を超えている領域において、温調制御部１６４は、温度の高い上側の基板９０の熱を上熱移動部１４８により上流体管路１４６を流れる流体へと移動させる。この結果、温調制御部１６４は、温度差が予め定められた範囲となるように、上側の基板９０を冷却して、当該領域の温度差を小さくする。

更に、別の方法として、温調制御部１６４は、下部流体加熱部１３６及び上部流体加熱部１５６を駆動させて流体を加熱しつつ、下ポンプ１３２及び上ポンプ１５２を駆動させて流体を循環させる。この状態で、温調制御部１６４は、温度差が予め定められた範囲を超えている領域のうち、温度が低い方の下熱移動部１２３または上熱移動部１４８を駆動させる。例えば、下側の基板９０の温度が低いと判定すると、下熱移動部１２３を駆動させる。これにより、温度差が予め定められた範囲を超えている領域において、温調制御部１６４は、下熱移動部１２３により、下流体管路１２２を流れる加熱された流体の熱を下側の基板９０に移動させる。この結果、温調制御部１６４は、温度差が予め定められた範囲となるように、下側の基板９０を加熱して、当該領域の温度差を小さくする。

尚、加熱処理において、温調制御部１６４は、同じ領域の複数の基板９０間の温度差が予め定められた範囲を超えていないと判定した場合、全ての下熱移動部１２３及び上熱移動部１４８を駆動させて、下流体管路１２２及び上流体管路１４６の流体から各下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び各上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４へと熱を移動させてもよい。この場合、温調制御部１６４は、下部流体加熱部１３６及び上部流体加熱部１５６を駆動させて流体を加熱しつつ、下ポンプ１３２及び上ポンプ１５２を駆動させて、流体を下流体管路１２２及び上流体管路１４６内部で循環させることが好ましい。

次に、冷却処理について説明する。温調制御部１６４は、複数の基板９０を加圧及び加熱することによって貼り合わせた後に、冷却処理を実行する。尚、冷却処理は、複数の基板９０が、下部トッププレート７２及び上部トッププレート７８の間で加圧された状態で実行される。

冷却処理では、まず、温調制御部１６４は、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４をオフに切り替える。温調制御部１６４は、下部流体冷却部１３４及び上部流体冷却部１５４を駆動させて、流体を冷却するとともに、下ポンプ１３２及び上ポンプ１５２を駆動させて、流体を下流体管路１２２及び上流体管路１４６に循環させる。次に、温調制御部１６４は、下熱移動部１２３及び上熱移動部１４８を駆動させて、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４の熱を下流体管路１２２及び上流体管路１４６の流体へと移動させる。これにより、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４が冷却されることによって、基板９０が冷却される。

この状態で、温調制御部１６４は、下温度センサ１６０及び上温度センサ１６２から温度情報を取得して、同じ領域の複数の基板９０間の温度差を検出する。温調制御部１６４は、温度差が予め定められた範囲を超えていると判定すると領域ごとに温度を調整して、温度差を小さくする。

例えば、温調制御部１６４は、温度差が予め定められた範囲を超えている領域において、下の基板９０の温度が低いと判定すると、下熱移動部１２３を停止させて、下の基板９０から下流体管路１２２への熱の移動を停止する。これにより、温度差が予め定められた範囲を超えている領域において、温度の低い基板９０の熱の移動が低減されるので、温度差が小さくなる。この後、温調制御部１６４は、同じ領域の複数の基板９０間の温度差が予め定められた範囲を超えていないと判定すると、停止させた下熱移動部１２３または上熱移動部１４８の駆動を再開させる。

また、温調制御部１６４は、温度差が予め定められた範囲を超えている領域において、下の基板９０の温度が低いと判定すると、温度差が予め定められた範囲を超えている領域の上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４を駆動させて、温度差が予め定められた範囲となるように、上の基板９０を加熱して、温度差を小さくしてもよい。

上述したように、基板貼り合わせ装置１０では、温調部１００の温調制御部１６４が、同じ領域の複数の基板９０間の温度差を検出すると、温度差が予め定められた範囲になるように、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０、上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４、下熱移動部１２３、上熱移動部１４８を個別に制御する。これにより、当該温度差が小さくなるので、温度差により生じる基板９０の伸縮量の差を低減できるので、複数の基板９０間の剥離及び位置ずれ等に起因する破損を低減できる。

上述した実施形態の構成の形状、配置、個数、機能、制御方法等は適宜変更してよい。

例えば、温調制御部１６４が、温度差が予め定められた範囲となるように、領域ごとに圧力を制御することによって、温度差を小さくしてもよい。温調制御部１６４は、中空加圧部１０２の形状を制御することにより、領域ごとに圧力を制御できる。これにより、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４と、下部トッププレート７２及び上部トッププレート７８にとの間に作用する圧力が、面内で偏るので、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４と、下部トッププレート７２及び上部トッププレート７８との間で熱の伝達が偏る。この結果、温調制御部１６４は、温度差を低減できる。

温調制御部１６４が、昇降部６６を制御できるように構成してもよい。この場合、温調制御部１６４は、温度差が予め定められた範囲を超えている場合、複数の基板９０間の圧力を低減させることにより、例えば、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４との間で生じている温度差に起因する複数の基板９０間の温度差を低減することができる。

上述の実施形態では、温調制御部１６４が、下熱移動部１２３及び上熱移動部１４８を駆動・停止で切り替える例を示したが、下熱移動部１２３及び上熱移動部１４８による熱の移動量を電圧によって制御するように構成してもよい。更に、温調制御部１６４は、下流体管路１２２及び上流体管路１４６に流れる流体によって、粗い温度の冷却を実行して、下熱移動部１２３及び上熱移動部１４８を制御する電圧によって、細かい温度の冷却を実行してもよい。

上述の実施形態では、下流体管路１２２及び上流体管路１４６に流体を流したが、支柱部１０６に流体を流してもよい。この場合、支柱部１０６は、例えば、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４の内部にて互いに連結することが好ましい。

また、上述の実施形態では、各下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び各上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４に１個ずつ下温度センサ１６０及び上温度センサ１６２を設けたが、各ヒートブロックに複数の温度センサを設けてもよい。

上述の実施形態では、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４に電熱ヒータ１２８を設けたが、下部トッププレート７２及び上部トッププレート７８に電熱ヒータを更に設けてもよい。この場合、一方の電熱ヒータを補助的に使用することが好ましい。

また、温調制御部１６４は、平面視における同じ領域の下温度センサ１６０及び上温度センサ１６２により検出された２つの温度の平均温度と等しくなるよう２つの温度を調整して、複数の基板９０間の温度差を小さくしてもよい。この場合、温調制御部１６４は、下部ヒートブロック１１６、１１８、１２０及び上部ヒートブロック１４０、１４２、１４４のうち、平均温度よりも温度が低い側のヒートブロックをオン状態にして、温度差を小さくする。また、温調制御部１６４は、下熱移動部１２３及び上熱移動部１４８のうち、平均温度よりも温度が高い側の熱移動部を駆動させて、熱を流体に移動させることにより温度差を小さくしてもよい。更に、温調制御部１６４は、平均温度よりも温度が低い側の流体の流量を停止、流動のいずれかを適宜設定して、温度差を小さくしてもよい。

上述の実施形態では、温調部１００を加熱加圧装置５６に設ける例を示したが、冷却室６０に温調部１００を設けてもよい。

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。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、およ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、およ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。

１０ 基板貼り合わせ装置、 １２ 環境チャンバ、 １４ 大気環境部、 １６ 真空環境部、 １８ 制御部、 ２０ 基板カセット、 ２２ 基板ホルダラック、 ２４ ロボットアーム、 ２６ プリアライナ、 ２８ アライナ、 ３０ ロボットアーム、 ３４ 枠体、 ３６ 固定ステージ、 ３８ 移動ステージ、 ４０ シャッタ、 ４２ シャッタ、 ４８ ロードロック室、 ５０ アクセスドア、 ５２ ゲートバルブ、 ５３ ロボットチャンバ、 ５４ ロボットアーム、 ５５ 収容室、 ５６ 加熱加圧装置、 ５７ ゲートバルブ、 ５８ ロボットアーム、 ６０ 冷却室、 ６２ 下部モジュール、 ６４ 上部モジュール、 ６６ 昇降部、 ６８ 下部圧力制御部、 ７０ 下部加熱モジュール、 ７２ 下部トッププレート、 ７４ 上部圧力制御部、 ７６ 上部加熱モジュール、 ７８ 上部トッププレート、 ９０ 基板、 ９２ 重ね合わせ基板、 ９４ 基板ホルダ、 ９５ 貼り合わせ基板、 ９６ 積層半導体装置、 １００ 温調部、 １０２ 中空加圧部、 １０４ ロードセル、 １０６ 支柱部、 １０８ 供給管、 １１０ 熱反射板、 １１２ 遮熱板、 １１４ フレーム、 １１６ 下部ヒートブロック、 １１８ 下部ヒートブロック、 １２０ 下部ヒートブロック、 １２２ 下流体管路、 １２３ 下熱移動部、 １２４ 高温領域、 １２６ 低温領域、 １２８ 電熱ヒータ、 １３０ 下給排管、 １３２ 下ポンプ、 １３４ 下部流体冷却部、 １３６ 下部流体加熱部、 １４０ 上部ヒートブロック、 １４２ 上部ヒートブロック、 １４４ 上部ヒートブロック、 １４６ 上流体管路、 １４８ 上熱移動部、 １５０ 上給排管、 １５２ 上ポンプ、 １５４ 上部流体冷却部、 １５６ 上部流体加熱部、 １６０ 下温度センサ、 １６２ 上温度センサ、 １６４ 温調制御部

Claims (6)

1. 複数の基板を挟んで加圧する加圧部と、
   前記複数の基板をそれぞれ温調する温調部と、
   前記複数の基板のそれぞれの面内における複数の領域のそれぞれにおいて、前記複数の基板の間の温度差が予め定められた範囲になるように、前記複数の領域ごとに前記加圧部の圧力を制御する制御部と
   を備える基板貼り合わせ装置。
2. 前記加圧部は、前記複数の基板を保持する保持面を有し、
   前記制御部は、前記保持面の形状を変化させることにより、前記複数の領域ごとに前記加圧部の前記圧力を制御する請求項１に記載の基板貼り合わせ装置。
3. 前記複数の領域の温度を検出する温度検出部を更に備え、
   前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度に基づいて、前記加圧部の圧力を制御する
   請求項１または２に記載の基板貼り合わせ装置。
4. 前記基板を冷却する冷却部を更に備え、
   前記温調部は、前記冷却部を前記複数の領域のそれぞれに対応させて個別に制御する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
5. 前記基板を加熱する加熱部を更に備え、
   前記温調部は、前記加熱部を前記複数の領域のそれぞれに対応させて個別に制御する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の基板貼り合わせ装置。
6. 複数の基板を挟んで加圧する加圧段階と、
   前記複数の基板をそれぞれ温調する温調段階と、
   前記複数の基板のそれぞれの面内における複数の領域のそれぞれにおいて、前記複数の基板の間の温度差が予め定められた範囲になるように、前記複数の領域ごとに前記加圧段階における圧力を制御する制御段階と
   を備える基板貼り合わせ方法。

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