JP6120749B2 - 接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システム - Google Patents

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Description

本発明は、基板同士を接合する接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システムに関する。
近年、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。高集積化した複数の半導体デバイスを水平面内で配置し、これら半導体デバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、また配線遅延が大きくなることが懸念される。
そこで、半導体デバイスを3次元に積層する3次元集積技術を用いることが提案されている。この3次元集積技術においては、例えば特許文献1に記載の接合システムを用いて、2枚の半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という。)の接合が行われる。例えば接合システムは、ウェハの接合される表面を改質する表面改質装置(表面活性化装置)と、当該表面改質装置で改質されたウェハの表面を親水化する表面親水化装置と、当該表面親水化装置で表面が親水化されたウェハ同士を接合する接合装置と、を有している。この接合システムでは、表面改質装置においてウェハの表面に対してプラズマ処理を行い当該表面を改質し、さらに表面親水化装置においてウェハの表面に純水を供給して当該表面を親水化した後、接合装置においてウェハ同士をファンデルワールス力及び水素結合(分子間力)によって接合する。
上記接合装置は、下面に一のウェハ(以下、「上ウェハ」という。)を保持する上チャックと、上チャックの下方に設けられ、上面に他のウェハ(以下、「下ウェハ」という。)を保持する下チャックと、上チャックに設けられ、上ウェハの中心部を押圧する押動部材と、を有している。かかる接合装置では、上チャックに保持された上ウェハと下チャックに保持された下ウェハを対向配置した状態で、押動部材によって上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を押圧して当接させた後、上ウェハの中心部と下ウェハの中心部が当接した状態で、上ウェハの中心部から外周部に向けて、上ウェハと下ウェハを順次接合する。
特開2012−175043号公報
しかしながら、発明者らが鋭意検討した結果、特許文献1に記載された方法で上ウェハと下ウェハを接合する場合、接合する際の諸条件の最適化には至っておらず、接合される上ウェハと下ウェハの水平方向の位置調節に改善の余地があることが分かった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を適切に調節し、基板同士の接合処理を適切に行うことを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、前記接合装置は、下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記接合方法は、前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、を有し、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御することを特徴としている。
発明者らが鋭意検討した結果、本発明のように第1の基板と第2の基板を接合する際に、接合される第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を適切に調節するためには、上記押圧荷重と上記作動時間(押動部材と第1の保持部の作動時間)を制御すればよいことを見出した。
本発明の押圧工程において、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を当接させるには、押圧部材によって第1の基板の中心部を第2の基板の中心部側に移動させる必要がある。このように第1の基板の中心部を移動させるという観点から、上記押圧荷重は決定される。
一方、本発明の押圧工程において、押動部材を所定の位置まで降下させた直後には、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部の間に空気が存在し、かかる空気を基板の外周方向に押し出すのに時間がかかる。上記作動時間が短いと、すなわち第1の保持部の真空引きを停止するタイミングを早くしすぎると、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部の間の空気を押し出しきれず、これら中心部が当接していない状態で、第1の基板が第2の基板側に落下する。そうすると、第1の基板と第2の基板の間に存在する空気によって第1の基板が水平方向に移動し、第2の基板に対する第1の基板の水平方向の位置がずれてしまう。したがって、押圧工程において第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が確実に当接するように、上記作動時間は決定される。
以上のように上記押圧荷重と上記作動時間を制御すれば、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を確実に当接させることができる。そうすると、接合される第1の基板と第2の基板が位置ずれすることなく、これら第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を適切に調節することができ、当該第1の基板と第2の基板の接合処理を適切に行うことができる。
別な観点による本発明は、接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、前記接合装置は、下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記接合方法は、前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、を有し、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御し、前記押圧荷重の下限値と前記作動時間の下限値を制御して、前記押圧工程における第1の基板の中心部と第2の基板の中心部の当接開始時期を制御することを特徴としている。
別な観点による本発明は、接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、前記接合装置は、下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、前記接合方法は、前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、を有し、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御し、前記押圧荷重の上限値と前記作動時間の上限値を制御して、第1の基板と第2の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを制御することを特徴としている。
前記押圧荷重は230g〜250gであり、前記作動時間は8秒〜11秒であってもよい。
前記押動部材は、第1の基板の中心部と当接して前記押圧荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有し、前記押圧工程において、前記シリンダ部によって前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部を第1の基板の中心部に当接させつつ、前記アクチュエータ部によって前記押圧荷重を制御して、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧してもよい。
前記第1の保持部は、中心部から外周部に向けて複数の領域に区画され、当該領域毎に第1の基板の真空引きを設定可能であり、前記押圧工程において、前記第1の保持部の中心部の領域による第1の基板の真空引きを停止し、前記接合工程において、前記第1の保持部の外周部の領域による第1の基板の真空引きを停止してもよい。
別な観点による本発明によれば、前記接合方法を接合装置によって実行させるように、当該接合装置を制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。
また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。
さらに別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、実行するように前記第1の保持部、前記第2の保持部及び前記押動部材を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御することを特徴としている。
別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、実行するように前記第1の保持部、前記第2の保持部及び前記押動部材を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御し、前記制御部は、前記押圧荷重の下限値と前記作動時間の下限値を制御して、前記押圧工程における第1の基板の中心部と第2の基板の中心部の当接開始時期を制御することを特徴としている。
別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、実行するように前記第1の保持部、前記第2の保持部及び前記押動部材を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御し、前記制御部は、前記押圧荷重の上限値と前記作動時間の上限値を制御して、第1の基板と第2の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを制御することを特徴としている。
前記押圧荷重は230g〜250gであり、前記作動時間は8秒〜11秒であってもよい。
前記押動部材は、第1の基板の中心部と当接して前記押圧荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有していてもよい。
前記第1の保持部は、中心部から外周部に向けて複数の領域に区画され、当該領域毎に第1の基板の真空引きを設定可能であり、前記制御部は、前記押圧工程において、前記第1の保持部の中心部の領域による第1の基板の真空引きを停止し、前記接合工程において、前記第1の保持部の外周部の領域による第1の基板の真空引きを停止するように、前記第1の保持部を制御してもよい。
また別な観点による本発明は、前記接合装置を備えた接合システムであって、前記接合装置を備えた処理ステーションと、第1の基板、第2の基板又は第1の基板と第2の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第1の基板、第2の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、前記処理ステーションは、第1の基板又は第2の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、前記表面改質装置で改質された第1の基板又は第2の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第1の基板、第2の基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有し、前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第1の基板と第2の基板を接合することを特徴としている。
本発明によれば、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を適切に調節し、基板同士の接合処理を適切に行うことができる。
本実施の形態にかかる接合システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる接合システムの内部構成の概略を示す側面図である。 上ウェハと下ウェハの構成の概略を示す側面図である。 接合装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 位置調節機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す平面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 反転機構の構成の概略を示す側面図である。 保持アームと保持部材の構成の概略を示す側面図である。 接合装置の内部構成の概略を示す側面図である。 上チャックと下チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 上チャックを下方から見た平面図である。 押動部材の構成の概略を示す斜視図である。 下チャックを上方から見た平面図である。 ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。 上部撮像部と下部撮像部の水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上チャックと下チャックの水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上チャックと下チャックの水平方向位置を調節する様子を示す説明図である。 上チャックと下チャックの鉛直方向位置を調節する様子を示す説明図である。 押動部材を下降させた様子を示す説明図である。 上ウェハの中心部と下ウェハの中心部を押圧して当接させる様子を示す説明図である。 上ウェハを下ウェハに順次当接させる様子を示す説明図である。 上ウェハの表面と下ウェハの表面を当接させた様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハが接合された様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる上チャックの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態において上チャックを下方から見た平面図である。 他の実施の形態において上チャックで上ウェハを吸着保持する様子を示す説明図である。 他の実施の形態において押動部材を下降させた様子を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態にかかる接合システム1の構成の概略を示す平面図である。図2は、接合システム1の内部構成の概略を示す側面図である。
接合システム1では、図3に示すように例えば2枚の基板としてのウェハW、Wを接合する。以下、上側に配置されるウェハを、第1の基板としての「上ウェハW」といい、下側に配置されるウェハを、第2の基板としての「下ウェハW」という。また、上ウェハWが接合される接合面を「表面WU1」といい、当該表面WU1と反対側の面を「裏面WU2」という。同様に、下ウェハWが接合される接合面を「表面WL1」といい、当該表面WL1と反対側の面を「裏面WL2」という。そして、接合システム1では、上ウェハWと下ウェハWを接合して、重合基板としての重合ウェハWを形成する。
接合システム1は、図1に示すように例えば外部との間で複数のウェハW、W、複数の重合ウェハWをそれぞれ収容可能なカセットC、C、Cが搬入出される搬入出ステーション2と、ウェハW、W、重合ウェハWに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション3とを一体に接続した構成を有している。
搬入出ステーション2には、カセット載置台10が設けられている。カセット載置台10には、複数、例えば4つのカセット載置板11が設けられている。カセット載置板11は、水平方向のX方向(図1中の上下方向)に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板11には、接合システム1の外部に対してカセットC、C、Cを搬入出する際に、カセットC、C、Cを載置することができる。このように、搬入出ステーション2は、複数の上ウェハW、複数の下ウェハW、複数の重合ウェハWを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板11の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。また、カセットの1つを異常ウェハの回収用として用いてもよい。すなわち、種々の要因で上ウェハWと下ウェハWとの接合に異常が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハWと分離することができるカセットである。本実施の形態においては、複数のカセットCのうち、1つのカセットCを異常ウェハの回収用として用い、他のカセットCを正常な重合ウェハWの収容用として用いている。
搬入出ステーション2には、カセット載置台10に隣接してウェハ搬送部20が設けられている。ウェハ搬送部20には、X方向に延伸する搬送路21上を移動自在なウェハ搬送装置22が設けられている。ウェハ搬送装置22は、鉛直方向及び鉛直軸周り(θ方向)にも移動自在であり、各カセット載置板11上のカセットC、C、Cと、後述する処理ステーション3の第3の処理ブロックG3のトランジション装置50、51との間でウェハW、W、重合ウェハWを搬送できる。
処理ステーション3には、各種装置を備えた複数例えば3つの処理ブロックG1、G2、G3が設けられている。例えば処理ステーション3の正面側(図1のX方向負方向側)には、第1の処理ブロックG1が設けられ、処理ステーション3の背面側(図1のX方向正方向側)には、第2の処理ブロックG2が設けられている。また、処理ステーション3の搬入出ステーション2側(図1のY方向負方向側)には、第3の処理ブロックG3が設けられている。
例えば第1の処理ブロックG1には、ウェハW、Wの表面WU1、WL1を改質する表面改質装置30が配置されている。表面改質装置30では、例えば減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスと窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンと窒素イオンが表面WU1、WL1に照射されて、表面WU1、WL1がプラズマ処理され、改質される。
例えば第2の処理ブロックG2には、例えば純水によってウェハW、Wの表面WU1、WL1を親水化すると共に当該表面WU1、WL1を洗浄する表面親水化装置40、ウェハW、Wを接合する接合装置41が、搬入出ステーション2側からこの順で水平方向のY方向に並べて配置されている。
表面親水化装置40では、例えばスピンチャックに保持されたウェハW、Wを回転させながら、当該ウェハW、W上に純水を供給する。そうすると、供給された純水はウェハW、Wの表面WU1、WL1上を拡散し、表面WU1、WL1が親水化される。なお、接合装置41の構成については後述する。
例えば第3の処理ブロックG3には、図2に示すようにウェハW、W、重合ウェハWのトランジション装置50、51が下から順に2段に設けられている。
図1に示すように第1の処理ブロックG1〜第3の処理ブロックG3に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域60が形成されている。ウェハ搬送領域60には、例えばウェハ搬送装置61が配置されている。
ウェハ搬送装置61は、例えば鉛直方向、水平方向(Y方向、X方向)及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置61は、ウェハ搬送領域60内を移動し、周囲の第1の処理ブロックG1、第2の処理ブロックG2及び第3の処理ブロックG3内の所定の装置にウェハW、W、重合ウェハWを搬送できる。
以上の接合システム1には、図1に示すように制御部70が設けられている。制御部70は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、接合システム1におけるウェハW、W、重合ウェハWの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム1における後述のウェハ接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク(HD)、フレキシブルディスク(FD)、コンパクトディスク(CD)、マグネットオプティカルデスク(MO)、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Hに記録されていたものであって、その記憶媒体Hから制御部70にインストールされたものであってもよい。
次に、上述した接合装置41の構成について説明する。接合装置41は、図4に示すように内部を密閉可能な処理容器100を有している。処理容器100のウェハ搬送領域60側の側面には、ウェハW、W、重合ウェハWの搬入出口101が形成され、当該搬入出口101には開閉シャッタ102が設けられている。
処理容器100の内部は、内壁103によって、搬送領域T1と処理領域T2に区画されている。上述した搬入出口101は、搬送領域T1における処理容器100の側面に形成されている。また、内壁103にも、ウェハW、W、重合ウェハWの搬入出口104が形成されている。
搬送領域T1のX方向正方向側には、ウェハW、W、重合ウェハWを一時的に載置するためのトランジション110が設けられている。トランジション110は、例えば2段に形成され、ウェハW、W、重合ウェハWのいずれか2つを同時に載置することができる。
搬送領域T1には、ウェハ搬送機構111が設けられている。ウェハ搬送機構111は、図4及び図5に示すように例えば鉛直方向、水平方向(Y方向、X方向)及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。そして、ウェハ搬送機構111は、搬送領域T1内、又は搬送領域T1と処理領域T2との間でウェハW、W、重合ウェハWを搬送できる。
搬送領域T1のX方向負方向側には、ウェハW、Wの水平方向の向きを調節する位置調節機構120が設けられている。位置調節機構120は、図6に示すように基台121と、ウェハW、Wをピンチャック方式で保持し、且つ回転させる保持部122と、ウェハW、Wのノッチ部の位置を検出する検出部123と、を有している。なお、保持部122のピンチャック方式は、後述する上チャック140と下チャック141におけるピンチャック方式と同様であるので説明を省略する。そして、位置調節機構120では、保持部122に保持されたウェハW、Wを回転させながら検出部123でウェハW、Wのノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節してウェハW、Wの水平方向の向きを調節している。
また、搬送領域T1には、図4及び図5に示すように上ウェハWの表裏面を反転させる反転機構130が設けられている。反転機構130は、図7〜図9に示すように上ウェハWを保持する保持アーム131を有している。保持アーム131は、水平方向(図7及び図8中のY方向)に延伸している。また保持アーム131には、上ウェハWを保持する保持部材132が例えば4箇所に設けられている。保持部材132は、図10に示すように保持アーム131に対して水平方向に移動可能に構成されている。また保持部材132の側面には、上ウェハWの外周部を保持するための切り欠き133が形成されている。そして、これら保持部材132は、上ウェハWを挟み込んで保持することができる。
保持アーム131は、図7〜図9に示すように例えばモータなどを備えた第1の駆動部134に支持されている。この第1の駆動部134によって、保持アーム131は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム131は、第1の駆動部134を中心に回動自在であると共に、水平方向(図7及び図8中のY方向)に移動自在である。第1の駆動部134の下方には、例えばモータなどを備えた第2の駆動部135が設けられている。この第2の駆動部135によって、第1の駆動部134は鉛直方向に延伸する支持柱136に沿って鉛直方向に移動できる。このように第1の駆動部134と第2の駆動部135によって、保持部材132に保持された上ウェハWは、水平軸周りに回動できると共に鉛直方向及び水平方向に移動できる。また、保持部材132に保持された上ウェハWは、第1の駆動部134を中心に回動して、位置調節機構120から後述する上チャック140との間を移動できる。
処理領域T2には、図4及び図5に示すように上ウェハWを下面で吸着保持する第1の保持部としての上チャック140と、下ウェハWを上面で載置して吸着保持する第2の保持部としての下チャック141とが設けられている。下チャック141は、上チャック140の下方に設けられ、上チャック140と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック140に保持された上ウェハWと下チャック141に保持された下ウェハWは対向して配置可能となっている。
図4、図5及び図11に示すように上チャック140は、当該上チャック140の上方に設けられた上チャック支持部150に支持されている。上チャック支持部150は、処理容器100の天井面に設けられている。すなわち、上チャック140は、上チャック支持部150を介して処理容器100に固定されて設けられている。
上チャック支持部150には、下チャック141に保持された下ウェハWの表面WL1を撮像する上部撮像部151が設けられている。すなわち、上部撮像部151は上チャック140に隣接して設けられている。上部撮像部151には、例えばCCDカメラが用いられる。
図4、図5及び図11に示すように下チャック141は、当該下チャック141の下方に設けられた第1の下チャック移動部160に支持されている。第1の下チャック移動部160は、後述するように下チャック141を水平方向(Y方向)に移動させるように構成されている。また、第1の下チャック移動部160は、下チャック141を鉛直方向に移動自在、且つ鉛直軸回りに回転可能に構成されている。
第1の下チャック移動部160には、上チャック140に保持された上ウェハWの表面WU1を撮像する下部撮像部161が設けられている。すなわち、下部撮像部161は下チャック141に隣接して設けられている。下部撮像部161には、例えばCCDカメラが用いられる。
図4、図5及び図11に示すように第1の下チャック移動部160は、当該第1の下チャック移動部160の下面側に設けられ、水平方向(Y方向)に延伸する一対のレール162、162に取り付けられている。そして、第1の下チャック移動部160は、レール162に沿って移動自在に構成されている。
一対のレール162、162は、第2の下チャック移動部163に配設されている。第2の下チャック移動部163は、当該第2の下チャック移動部163の下面側に設けられ、水平方向(X方向)に延伸する一対のレール164、164に取り付けられている。そして、第2の下チャック移動部163は、レール164に沿って移動自在に構成され、すなわち下チャック141を水平方向(X方向)に移動させるように構成されている。なお、一対のレール164、164は、処理容器100の底面に設けられた載置台165上に配設されている。
次に、接合装置41の上チャック140と下チャック141の詳細な構成について説明する。
上チャック140には、図12及び図13に示すようにピンチャック方式が採用されている。上チャック140は、平面視において少なくとも上ウェハWより大きい径を有する本体部170を有している。本体部170の下面には、上ウェハWの裏面WU2に接触する複数のピン171が設けられている。また本体部170の下面には、上ウェハWの裏面WU2の外周部を支持する外壁部172が設けられている。外壁部172は、複数のピン171の外側に環状に設けられている。
本体部170の下面には、外壁部172の内側の領域173(以下、吸引領域173という場合がある。)において、上ウェハWを真空引きするための吸引口174が形成されている。吸引口174は、例えば吸引領域173の外周部に2箇所に形成されている。吸引口174には、本体部170の内部に設けられた吸引管175が接続されている。さらに吸引管175には、継手を介して真空ポンプ176が接続されている。
そして、上ウェハW、本体部170及び外壁部172に囲まれて形成された吸引領域173を吸引口174から真空引きし、吸引領域173を減圧する。このとき、吸引領域173の外部の雰囲気が大気圧であるため、上ウェハWは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域173側に押され、上チャック140に上ウェハWが吸着保持される。
かかる場合、複数のピン171の高さが均一なので、上チャック140の下面の平面度を小さくすることができる。このように上チャック140の下面を平坦にして(下面の平面度を小さくして)、上チャック140に保持された上ウェハWの鉛直方向の歪みを抑制することができる。また上ウェハWの裏面WU2は複数のピン171に支持されているので、上チャック140による上ウェハWの真空引きを解除する際、当該上ウェハWが上チャック140から剥がれ易くなる。
本体部170の中心部には、当該本体部170を厚み方向に貫通する貫通孔177が形成されている。この本体部170の中心部は、上チャック140に吸着保持される上ウェハWの中心部に対応している。そして貫通孔177には、後述する押動部材180におけるアクチュエータ部181の先端部181aが挿通するようになっている。
上チャック140の上面には、上ウェハWの中心部を押圧する押動部材180が設けられている。押動部材180は、アクチュエータ部181とシリンダ部182とを有している。
アクチュエータ部181には、図14に示すようにアクチュエータ部181に対して所定の圧力の空気を供給する電空レギュレータ183が設けられている。アクチュエータ部181は、この電空レギュレータ183から供給される空気により一定方向に一定の圧力を発生させるもので、圧力の作用点の位置によらず当該圧力を一定に発生させることができる。そして、電空レギュレータ183からの空気によって、アクチュエータ部181は、上ウェハWの中心部と当接して当該上ウェハWの中心部にかかる押圧荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部181の先端部181aは、電空レギュレータ183からの空気によって、貫通孔177を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。
アクチュエータ部181は、ブランケット184を介してシリンダ部182に支持されている。シリンダ部182は、例えばモータを内蔵した駆動部によってアクチュエータ部181を鉛直方向に移動させることができる。
以上のように押動部材180は、アクチュエータ部181によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部182によってアクチュエータ部181の移動の制御をしている。そして、押動部材180は、後述するウェハW、Wの接合時に、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部とを当接させて押圧することができる。
下チャック141には、図12及び図15に示すように上チャック140と同様にピンチャック方式が採用されている。下チャック141は、平面視において少なくとも下ウェハWより大きい径を有する本体部190を有している。本体部190の上面には、下ウェハWの裏面WL2に接触する複数のピン191が設けられている。また本体部190の上面には、下ウェハWの裏面WL2の外周部を支持する外壁部192が設けられている。外壁部192は、複数のピン191の外側に環状に設けられている。
本体部190の上面には、外壁部192の内側の領域193(以下、吸引領域193という場合がある。)において、下ウェハWを真空引きするための吸引口194が複数形成されている。吸引口194には、本体部190の内部に設けられた吸引管195が接続されている。吸引管195は、例えば2本設けられている。さらに吸引管195には、真空ポンプ196が接続されている。
そして、下ウェハW、本体部190及び外壁部192に囲まれて形成された吸引領域193を吸引口194から真空引きし、吸引領域193を減圧する。このとき、吸引領域193の外部の雰囲気が大気圧であるため、下ウェハWは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域193側に押され、下チャック141に下ウェハWが吸着保持される。
かかる場合、複数のピン191の高さが均一なので、下チャック141の上面の平面度を小さくすることができる。また例えば処理容器100内にパーティクルが存在する場合でも、隣り合うピン191の間隔が適切であるため、下チャック141の上面にパーティクルが存在するのを抑制することができる。このように下チャック141の上面を平坦にして(上面の平面度を小さくして)、下チャック141に保持された下ウェハWの鉛直方向の歪みを抑制することができる。また下ウェハWの裏面WL2は複数のピン191に支持されているので、下チャック141による下ウェハWの真空引きを解除する際、当該下ウェハWが下チャック141から剥がれ易くなる。
本体部190の中心部付近には、当該本体部190を厚み方向に貫通する貫通孔197が例えば3箇所に形成されている。そして貫通孔197には、第1の下チャック移動部160の下方に設けられた昇降ピンが挿通するようになっている。
本体部190の外周部には、ウェハW、W、重合ウェハWが下チャック141から飛び出したり、滑落するのを防止するガイド部材198が設けられている。ガイド部材198は、本体部190の外周部に複数個所、例えば4箇所に等間隔に設けられている。
なお、接合装置41における各部の動作は、上述した制御部70によって制御される。
次に、以上のように構成された接合システム1を用いて行われるウェハW、Wの接合処理方法について説明する。図16は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。
先ず、複数枚の上ウェハWを収容したカセットC、複数枚の下ウェハWを収容したカセットC、及び空のカセットCが、搬入出ステーション2の所定のカセット載置板11に載置される。その後、ウェハ搬送装置22によりカセットC内の上ウェハWが取り出され、処理ステーション3の第3の処理ブロックG3のトランジション装置50に搬送される。
次に上ウェハWは、ウェハ搬送装置61によって第1の処理ブロックG1の表面改質装置30に搬送される。表面改質装置30では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスと窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンと窒素イオンが上ウェハWの表面WU1に照射されて、当該表面WU1がプラズマ処理される。そして、上ウェハWの表面WU1が改質される(図16の工程S1)。
次に上ウェハWは、ウェハ搬送装置61によって第2の処理ブロックG2の表面親水化装置40に搬送される。表面親水化装置40では、スピンチャックに保持された上ウェハWを回転させながら、当該上ウェハW上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は上ウェハWの表面WU1上を拡散し、表面改質装置30において改質された上ウェハWの表面WU1に水酸基(シラノール基)が付着して当該表面WU1が親水化される。また、当該純水によって、上ウェハWの表面WU1が洗浄される(図16の工程S2)。
次に上ウェハWは、ウェハ搬送装置61によって第2の処理ブロックG2の接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された上ウェハWは、トランジション110を介してウェハ搬送機構111により位置調節機構120に搬送される。そして位置調節機構120によって、上ウェハWの水平方向の向きが調節される(図16の工程S3)。
その後、位置調節機構120から反転機構130の保持アーム131に上ウェハWが受け渡される。続いて搬送領域T1において、保持アーム131を反転させることにより、上ウェハWの表裏面が反転される(図16の工程S4)。すなわち、上ウェハWの表面WU1が下方に向けられる。
その後、反転機構130の保持アーム131が、第1の駆動部134を中心に回動して上チャック140の下方に移動する。そして、反転機構130から上チャック140に上ウェハWが受け渡される。上ウェハWは、上チャック140にその裏面WU2が吸着保持される(図16の工程S5)。具体的には、真空ポンプ176を作動させ、吸引領域173を吸引口174から真空引きし、上ウェハWが上チャック140に吸着保持される。
上ウェハWに上述した工程S1〜S5の処理が行われている間、当該上ウェハWに続いて下ウェハWの処理が行われる。先ず、ウェハ搬送装置22によりカセットC内の下ウェハWが取り出され、処理ステーション3のトランジション装置50に搬送される。
次に下ウェハWは、ウェハ搬送装置61によって表面改質装置30に搬送され、下ウェハWの表面WL1が改質される(図16の工程S6)。なお、工程S6における下ウェハWの表面WL1の改質は、上述した工程S1と同様である。
その後、下ウェハWは、ウェハ搬送装置61によって表面親水化装置40に搬送され、下ウェハWの表面WL1が親水化される共に当該表面WL1が洗浄される(図16の工程S7)。なお、工程S7における下ウェハWの表面WL1の親水化及び洗浄は、上述した工程S2と同様である。
その後、下ウェハWは、ウェハ搬送装置61によって接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された下ウェハWは、トランジション110を介してウェハ搬送機構111により位置調節機構120に搬送される。そして位置調節機構120によって、下ウェハWの水平方向の向きが調節される(図16の工程S8)。
その後、下ウェハWは、ウェハ搬送機構111によって下チャック141に搬送され、下チャック141にその裏面WL2が吸着保持される(図16の工程S9)。具体的には、真空ポンプ196を作動させ、吸引領域193を吸引口194から真空引きし、下ウェハWが下チャック141に吸着保持される。
次に、図17に示すように上部撮像部151と下部撮像部161の水平方向位置の調節を行う。具体的には、下部撮像部161が上部撮像部151の略下方に位置するように、第1の下チャック移動部160と第2の下チャック移動部163によって下チャック141を水平方向(X方向及びY方向)に移動させる。そして、上部撮像部151と下部撮像部161で共通のターゲットTを確認し、上部撮像部151と下部撮像部161の水平方向位置が一致するように、下部撮像部161の水平方向位置が調節される。このとき、上部撮像部151は処理容器100に固定されているので、下部撮像部161のみを移動させればよく、上部撮像部151と下部撮像部161の水平方向位置を適切に調節できる。
次に、図18に示すように第1の下チャック移動部160によって下チャック141を鉛直上方に移動させた後、上チャック140と下チャック141の水平方向位置の調節を行い、当該上チャック140に保持された上ウェハWと下チャック141に保持された下ウェハWとの水平方向位置の調節を行う。
なお、上ウェハWの表面WU1には予め定められた複数、例えば3点の基準点A1〜A3が形成され、同様に下ウェハWの表面WL1には予め定められた複数、例えば3点の基準点B1〜B3が形成されている。基準点A1、A3とB1、B3はそれぞれウェハW、Wの外周部の基準点であり、基準点A2とB2はそれぞれウェハW、Wの中心部の基準点である。なお、これら基準点A1〜A3、B1〜B3としては、例えばウェハW、W上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。
図18及び図19に示すように、第1の下チャック移動部160と第2の下チャック移動部163によって下チャック141を水平方向(X方向及びY方向)に移動させ、上部撮像部151を用いて下ウェハWの表面WL1の基準点B1〜B3を順次撮像する。同時に、下部撮像部161を用いて上ウェハWの表面WU1の基準点A1〜A3を順次撮像する。撮像された画像は、制御部70に出力される。制御部70では、上部撮像部151で撮像された画像と下部撮像部161で撮像された画像に基づいて、上ウェハWの基準点A1〜A3と下ウェハWの基準点B1〜B3がそれぞれ合致するような位置に、第1の下チャック移動部160と第2の下チャック移動部163によって下チャック141を移動させる。こうして上ウェハWと下ウェハWの水平方向位置が調節される(図16の工程S10)。このとき、上チャック140は処理容器100に固定されているので、下チャック141のみを移動させればよく、上チャック140と下チャック141の水平方向位置を適切に調節でき、上ウェハWと下ウェハWとの水平方向位置を適切に調節できる。
その後、図20に示すように第1の下チャック移動部160によって下チャック141を鉛直上方に移動させて、上チャック140と下チャック141の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック140に保持された上ウェハWと下チャック141に保持された下ウェハWとの鉛直方向位置の調節を行う(図16の工程S11)。このとき、下ウェハWの表面WL1と上ウェハWの表面WU1との間の間隔は所定の距離、本実施の形態においては例えば50μmになっている。
次に、上チャック140に保持された上ウェハWと下チャック141に保持された下ウェハWの接合処理が行われる。
先ず、図21に示すように押動部材180のシリンダ部182によってアクチュエータ部181を下降させる(図16の工程S12)。そうすると、このアクチュエータ部181の下降に伴い、上ウェハWの中心部が押圧されて下降する。このとき、電空レギュレータ183から供給される空気によって、アクチュエータ部181には、所定の押圧荷重、例えば230g〜250gがかけられる。このとき、上チャック140の吸引口174は吸引領域173の外周部に形成されているので、押動部材180で上ウェハWの中心部を押圧する際にも、上チャック140によって上ウェハWの外周部を保持することができる。
この工程S12において、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部の間には空気Aが存在しているため、押動部材180のアクチュエータ部181を下降させた直後には、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部は当接しない。そして、押動部材180によって上ウェハWの中心部を押圧した状態で所定の時間経過後、この空気Aがウェハの外周方向に完全に押し出され、図22に示すように上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部が当接する(図16の工程S13)。
上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部が当接すると、押圧された上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部との間で接合が開始する(図22中の太線部)。すなわち、上ウェハWの表面WU1と下ウェハWの表面WL1はそれぞれ工程S1、S6において改質されているため、先ず、表面WU1、WL1間にファンデルワールス力(分子間力)が生じ、当該表面WU1、WL1同士が接合される。さらに、上ウェハWの表面WU1と下ウェハWの表面WL1はそれぞれ工程S2、S7において親水化されているため、表面WU1、WL1間の親水基が水素結合し(分子間力)、表面WU1、WL1同士が強固に接合される。
その後、図23に示すように押動部材180によって上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部を押圧して当接させた状態で、真空ポンプ176の作動を停止して、吸引領域173における上ウェハWの真空引きを停止する(図16の工程S14)。このとき、工程S12において押動部材180のアクチュエータ部181を下降させてから、工程S14において上チャック140による上ウェハWの真空引きを停止までの作動時間は、例えば8秒〜11秒に制御される。この作動時間とは、押動部材180と上チャック140が作動する時間を指し、この間には上ウェハWが下方に反った状態になるので、反り時間(Bend Time)と呼ばれることもある。
このように上チャック140による上ウェハWの真空引きを停止すると、上ウェハWが下ウェハW上に落下する。このとき、上ウェハWの裏面WU2は複数のピン171に支持されているので、上チャック140による上ウェハWの真空引きを解除した際、当該上ウェハWが上チャック140から剥がれ易くなっている。そして上ウェハWの中心部から外周部に向けて、上ウェハWの真空引きを停止し、上ウェハWが下ウェハW上に順次落下して当接し、上述した表面WU1、WL1間のファンデルワールス力と水素結合による接合が順次拡がる。こうして、図24に示すように上ウェハWの表面WU1と下ウェハWの表面WL1が全面で当接し、上ウェハWと下ウェハWが接合される(図16の工程S15)。
その後、図25に示すように押動部材180のアクチュエータ部181を上チャック140まで上昇させる。また、真空ポンプ196の作動を停止し、吸引領域193における下ウェハWの真空引きを停止して、下チャック141による下ウェハWの吸着保持を停止する。このとき、下ウェハWの裏面WL2は複数のピン191に支持されているので、下チャック141による下ウェハWの真空引きを解除した際、当該下ウェハWが下チャック141から剥がれ易くなっている。
上ウェハWと下ウェハWが接合された重合ウェハWは、ウェハ搬送装置61によってトランジション装置51に搬送され、その後搬入出ステーション2のウェハ搬送装置22によって所定のカセット載置板11のカセットCに搬送される。こうして、一連のウェハW、Wの接合処理が終了する。
本実施の形態の接合処理においては上ウェハWと下ウェハWの相対的な水平方向の位置を適切に調節するため、2つのパラメータを最適化している。
1つ目のパラメータは、工程S12において押動部材180が上ウェハWの中心部を押圧する押圧荷重である。
押圧荷重が小さすぎると、押動部材180によって上ウェハWの中心部を十分に押圧できない。そうすると、上ウェハWが適切に反らず、上ウェハWの中心部が下ウェハWの中心部に当接するまで移動しない虞がある。このため、押圧荷重の下限値は、上ウェハWの中心部が下ウェハWの中心部に当接する位置まで移動するように決定される。
一方、押圧荷重が大きすぎると、接合された重合ウェハWに応力が残存し、当該重合ウェハWの鉛直方向の歪みが生じる恐れがある。また、押圧荷重が大きすぎると、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部にかかる力が大きくなるため、これら上ウェハWと下ウェハWが損傷を被る虞もある。このため、押圧荷重の上限値は、重合ウェハWの鉛直方向の歪みを所定の許容範囲内に抑制しつつ、上ウェハWと下ウェハWが損傷を被らないように決定される。
押圧荷重の最適値は上記のように決定されるが、発明者らが鋭意検討した結果、本実施の形態のように上ウェハWの表面WU1と下ウェハWの表面WL1との間の間隔が50μmである場合、押圧荷重は230g〜250gが最適であることが分かった。具体的には、発明者らは、押圧荷重を変更して複数のウェハW、Wを接合する実験を行った。そして、押圧荷重を230g〜250gとした場合、複数の重合ウェハWに対して、上ウェハWと下ウェハWの相対的な水平方向の位置ずれは±5μmの範囲内(許容範囲内)に収まることを見出した。
2つ目のパラメータは、工程S12において押動部材180のアクチュエータ部181を下降させてから、工程S14において上チャック140による上ウェハWの真空引きを停止までの作動時間である。
作動時間が短すぎると、すなわち上チャック140による上ウェハWの真空引きを停止するタイミングを早くしすぎると、図21に示した上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部の間に存在する空気Aを押し出しきれない。そうすると、図22に示したように上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部が当接する前に、上ウェハWが下ウェハW上に落下する。かかる場合、上ウェハWと下ウェハWの間の空気Aによって上ウェハWが水平方向に移動し、下ウェハWに対する下ウェハWの水平方向の位置がずれてしまう。このため、作動時間の下限値は、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部が確実に当接するように決定される。
一方、作動時間が長すぎると、接合された重合ウェハWに応力が残存し、当該重合ウェハWの鉛直方向の歪みが生じる恐れがある。このため、作動時間の上限値は、重合ウェハWの鉛直方向の歪みを所定の許容範囲内に抑制するように決定される。
作動時間の最適値は上記のように決定されるが、発明者らが鋭意検討した結果、本実施の形態のように上ウェハWの表面WU1と下ウェハWの表面WL1との間の間隔が50μmであり、押動部材180による押圧荷重が230g〜250gである場合、作動時間は8秒〜11秒が最適であることが分かった。具体的には、発明者らは、作動時間を変更して複数のウェハW、Wを接合する実験を行った。そして、作動時間を8秒〜11秒とした場合、複数の重合ウェハWに対して、上ウェハWと下ウェハWの相対的な水平方向の位置ずれは±5μmの範囲内(許容範囲内)に収まることを見出した。
なお、上記押圧荷重と作動時間は相互に関係している。上ウェハWと下ウェハWの相対的な水平方向の位置を適切に調節するため、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部が確実に当接させるためには、押圧荷重を大きくすれば、作動時間は短くすることができる。一方、作動時間を長くすれば、押圧荷重を小さくすることができる。
以上のように押圧荷重の下限値と作動時間の下限値を制御すれば、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部を確実に当接させることができ、すなわち当該中心部の当接開始時期を制御することができる。また、押圧荷重の上限値と作動時間の上限値を制御すれば、重合ウェハWの鉛直方向の歪みを許容範囲内に制御することができる。
以上の本実施の形態によれば、押圧荷重と作動時間が最適化されて、上ウェハWと下ウェハWは接合される。そうすると、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部を確実に当接させることができので、これら上ウェハWと下ウェハWが位置ずれすることなく、上ウェハWと下ウェハWの相対的な水平方向の位置を適切に調節することができる。したがって、ウェハW、Wの接合処理を適切に行うことができる。
また、本実施の形態においては、押動部材180がアクチュエータ部181とシリンダ部182を有しているので、工程S12において、シリンダ部182によってアクチュエータ部181を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部181を上ウェハWの中心部に当接させつつ、アクチュエータ部181によって上ウェハWの中心部にかかる押圧荷重を制御して、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部を押圧することができる。すなわち、押動部材180は、アクチュエータ部181によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部182によってアクチュエータ部181の移動の制御をしている。このように本実施の形態の押動部材180は、押圧荷重の制御と移動の制御を別の機構181、182で制御しているため、上ウェハWの中心部にかかる押圧荷重を厳密に制御することができる。しかも、アクチュエータ部181の押圧荷重の制御は、厳密な圧力制御が可能な電空レギュレータ183から供給される空気によって行われるため、上ウェハWの中心部にかかる押圧荷重をより厳密に制御することができる。そして、工程S14、S15において、このように適切な押圧荷重で上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部が押圧された状態で、上ウェハWの中心部から外周部に向けて、上ウェハWと下ウェハWを順次接合できる。したがって、ウェハW、Wの接合処理をより適切に行うことができる。
また、発明者らは、本実施の形態の押動部材180が、従来の押動部材と比較して高い分解能を有することを見出した。従来の押動部材とは、本実施の形態のアクチュエータ部181を備えず、1つのシリンダ部のみを有する押動部材である。このシリンダ部に例えば金属が用いられるため、シリンダとピストンとの間の摺動抵抗が大きくなる。これに対して、本実施の形態の押動部材180のアクチュエータ部181は空気によって移動し、摺動抵抗がほぼゼロになる。このため、上述したように本実施の形態の押動部材180の分解能は、従来の押動部材の分解能よりも高くなる。具体的に発明者が調べたところ、従来の押動部材の分解能が8.2g/kPaであったのに対し、本実施の形態の押動部材180の分解能は5.1g/kPaであった。
なお、アクチュエータ部181の大きさは小さい方が好ましい。アクチュエータ部181が小さいほど、押動部材180の分解能は向上する。
そして、このように押動部材180の分解能を高くすると、複数の押動部材180間の押圧荷重のばらつきを低減することができる。具体的に発明者が調べたところ、従来の複数の押動部材間の押圧荷重のばらつきが5.0gであったのに対し、本実施の形態の複数の押動部材180間の押圧荷重のばらつきは2.0gであった。かかる場合、押動部材180の押圧荷重をより厳密に最適化して、上ウェハWと下ウェハWの相対的な水平方向の位置をより適切に調節することができる。
さらに接合システム1は、接合装置41に加えて、ウェハW、Wの表面WU1、WL1を改質する表面改質装置30と、表面WU1、WL1を親水化すると共に当該表面WU1、WL1を洗浄する表面親水化装置40も備えているので、一のシステム内でウェハW、Wの接合を効率よく行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをより向上させることができる。
以上の実施の形態の接合装置41において、上チャック140は、その中心部から外周部に向けて複数の領域に区画されていてもよい。図26及び図27に示すように上チャック140の本体部170の下面には、隔壁部200が設けられている。隔壁部200は、外壁部172の内側(吸引領域173)に設けられている。また隔壁部200は、外壁部172と同心円状に環状に設けられている。そして吸引領域173は、隔壁部200の内側の第1の吸引領域173aと、隔壁部200の外側の第2の吸引領域173bとに区画されている。すなわち、上チャック140は、中心部の領域と外周部の領域の2つの領域に区画されている。なお、上チャック140を区画する領域の数は、本実施の形態の2つに限定されず、任意に設定することができる。
第1の吸引領域173aと第2の吸引領域173bには、それぞれ第1の吸引口174aと第2の吸引口174bが形成されている。第1の吸引口174aと第2の吸引口174bには、それぞれ異なる第1の真空ポンプ176aと第2の真空ポンプ176bに連通する第1の吸引管175aと第2の吸引管175bが接続されている。このように上チャック140は、第1の吸引領域173aと第2の吸引領域173b毎に上ウェハWを真空引き可能に構成されている。
かかる場合、上述した工程S5において上チャック140で上ウェハWを吸着保持する際、図28に示すように真空ポンプ176a、176bを作動させ、吸引領域173a、173bをそれぞれ吸引口174a、174bから真空引きする。そして、上ウェハWの全面が上チャック140に吸着保持される。その後、工程S6〜S11まで、この状態で上ウェハWは上チャック140に吸着保持される。
その後、工程S12において押動部材180のアクチュエータ部181を下降させる際、図29に示すように第1の真空ポンプ176aの作動を停止して、第1の吸引領域173aにおける第1の吸引管175aからの上ウェハWの真空引きを停止する。このとき、第2の真空ポンプ176bは作動させたままにし、第2の吸引領域173bを第2の吸引口174bから真空引きする。そして、上ウェハWの外周部が真空引きされて吸着保持されている。
その後、上述した工程S13〜S15が行われ、上ウェハWと下ウェハWが接合される。
本実施の形態によれば、上チャック140が複数の領域に区画され、当該領域毎に上ウェハWの真空引きを設定可能に構成されているので、当該上チャック140による上ウェハWの吸着保持をより厳密に制御することができる。すなわち、上ウェハWを全面で吸着保持する場合と、上ウェハWを外周部のみで吸着保持する場合とを、上チャック140で厳密に制御することができる。したがって、ウェハW、Wの接合処理をより適切に行うことができる。
以上の実施の形態の接合装置41では、上チャック140を処理容器100に固定し、且つ下チャック141を水平方向及び鉛直方向に移動させていたが、反対に上チャック140を水平方向及び鉛直方向に移動させ、且つ下チャック141を処理容器100に固定してもよい。但し、上チャック140を移動させる方が、移動機構が大掛かりになるため、上記実施の形態のように上チャック140を処理容器100に固定する方が好ましい。
以上の実施の形態の接合システム1において、接合装置41でウェハW、Wを接合した後、さらに接合された重合ウェハWを所定の温度で加熱(アニール処理)してもよい。重合ウェハWにかかる加熱処理を行うことで、接合界面をより強固に結合させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のFPD(フラットパネルディスプレイ)、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。
1 接合システム
2 搬入出ステーション
3 処理ステーション
30 表面改質装置
40 表面親水化装置
41 接合装置
61 ウェハ搬送装置
70 制御部
140 上チャック
141 下チャック
173 吸引領域
173a 第1の吸引領域
173b 第2の吸引領域
176 真空ポンプ
176a 第1の真空ポンプ
176b 第2の真空ポンプ
180 押動部材
181 アクチュエータ部
182 シリンダ部
上ウェハ
下ウェハ
重合ウェハ

Claims (15)

  1. 接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、
    前記接合装置は、
    下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、
    前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、
    前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
    前記接合方法は、
    前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、
    その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、
    その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、を有し、
    前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御することを特徴とする、接合方法。
  2. 接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、
    前記接合装置は、
    下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、
    前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、
    前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
    前記接合方法は、
    前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、
    その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、
    その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、を有し、
    前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御し、
    前記押圧荷重の下限値と前記作動時間の下限値を制御して、前記押圧工程における第1の基板の中心部と第2の基板の中心部の当接開始時期を制御することを特徴とする、接合方法。
  3. 接合装置を用いて基板同士を接合する接合方法であって、
    前記接合装置は、
    下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、
    前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、
    前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、を有し、
    前記接合方法は、
    前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、
    その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、
    その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、を有し、
    前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御し、
    前記押圧荷重の上限値と前記作動時間の上限値を制御して、第1の基板と第2の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを制御することを特徴とする、接合方法。
  4. 前記押圧荷重は230g〜250gであり、前記作動時間は8秒〜11秒であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の接合方法。
  5. 前記押動部材は、第1の基板の中心部と当接して前記押圧荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有し、
    前記押圧工程において、前記シリンダ部によって前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させて当該アクチュエータ部を第1の基板の中心部に当接させつつ、前記アクチュエータ部によって前記押圧荷重を制御して、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧することを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の接合方法。
  6. 前記第1の保持部は、中心部から外周部に向けて複数の領域に区画され、当該領域毎に第1の基板の真空引きを設定可能であり、
    前記押圧工程において、前記第1の保持部の中心部の領域による第1の基板の真空引きを停止し、
    前記接合工程において、前記第1の保持部の外周部の領域による第1の基板の真空引きを停止することを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の接合方法。
  7. 請求項1〜のいずれか一項に記載の接合方法を接合装置によって実行させるように、当該接合装置を制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラム。
  8. 請求項に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
  9. 基板同士を接合する接合装置であって、
    下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、
    前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、
    前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、
    前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、実行するように前記第1の保持部、前記第2の保持部及び前記押動部材を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御することを特徴とする、接合装置。
  10. 基板同士を接合する接合装置であって、
    下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、
    前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、
    前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、
    前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、実行するように前記第1の保持部、前記第2の保持部及び前記押動部材を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御し、
    前記制御部は、前記押圧荷重の下限値と前記作動時間の下限値を制御して、前記押圧工程における第1の基板の中心部と第2の基板の中心部の当接開始時期を制御することを特徴とする、接合装置。
  11. 基板同士を接合する接合装置であって、
    下面に第1の基板を真空引きして保持する第1の保持部と、
    前記第1の保持部の下方に設けられ、上面に第2の基板を保持する第2の保持部と、
    前記第1の保持部に設けられ、第1の基板の中心部を押圧する押動部材と、
    前記第1の保持部に保持された第1の基板と、前記第2の保持部に保持された第2の基板とを対向配置する配置工程と、その後、前記押動部材を降下させ、当該押動部材によって第1の基板の中心部と第2の基板の中心部を押圧して当接させる押圧工程と、その後、第1の基板の中心部と第2の基板の中心部が当接した状態で、前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止し、第1の基板の中心部から外周部に向けて、第1の基板と第2の基板を順次接合する接合工程と、実行するように前記第1の保持部、前記第2の保持部及び前記押動部材を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記押圧工程において前記押動部材により第1の基板の中心部にかかる押圧荷重と、前記押圧工程において前記押動部材を降下させてから前記接合工程において前記第1の保持部による第1の基板の真空引きを停止するまでの作動時間とを制御して、第1の基板と第2の基板の相対的な水平方向の位置を制御し、
    前記制御部は、前記押圧荷重の上限値と前記作動時間の上限値を制御して、第1の基板と第2の基板が接合された重合基板の鉛直方向の歪みを制御することを特徴とする、接合装置。
  12. 前記押圧荷重は230g〜250gであり、前記作動時間は8秒〜11秒であることを特徴とする、請求項9〜11のいずれか一項に記載の接合装置。
  13. 前記押動部材は、第1の基板の中心部と当接して前記押圧荷重を制御するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部を鉛直方向に移動させるシリンダ部とを有することを特徴とする、請求項12のいずれか一項に記載の接合装置。
  14. 前記第1の保持部は、中心部から外周部に向けて複数の領域に区画され、当該領域毎に第1の基板の真空引きを設定可能であり、
    前記制御部は、前記押圧工程において、前記第1の保持部の中心部の領域による第1の基板の真空引きを停止し、前記接合工程において、前記第1の保持部の外周部の領域による第1の基板の真空引きを停止するように、前記第1の保持部を制御することを特徴とする、請求項13のいずれか一項に記載の接合装置。
  15. 請求項14のいずれか一項に記載の接合装置を備えた接合システムであって、
    前記接合装置を備えた処理ステーションと、
    第1の基板、第2の基板又は第1の基板と第2の基板が接合された重合基板をそれぞれ複数保有可能で、且つ前記処理ステーションに対して第1の基板、第2の基板又は重合基板を搬入出する搬入出ステーションと、を備え、
    前記処理ステーションは、
    第1の基板又は第2の基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、
    前記表面改質装置で改質された第1の基板又は第2の基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
    前記表面改質装置、前記表面親水化装置及び前記接合装置に対して、第1の基板、第2の基板又は重合基板を搬送するための搬送装置と、を有し、
    前記接合装置では、前記表面親水化装置で表面が親水化された第1の基板と第2の基板を接合することを特徴とする、接合システム。
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