JP6317933B2 - 貼合基板製造装置及び貼合基板製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、半導体のデバイス基板と支持基板のように、一対の基板を直接貼り合わせる貼合基板製造技術に関する。

半導体の製造において、一対の基板同士を、接着剤等を介在させずに貼り合わせる直接接合方式の貼合方法が実施されている。この直接接合方式は、２枚の基板に親水化処理を施し、対向配置した後、一方の基板の一部を加圧することにより、両基板の表面同士を直接接触させて貼り合わせる方式である。

その原理は、一対の基板の表面において、加圧により接触した部分から、水酸基や吸着水分子の間で発生する水素結合によって接合が進行して行き、全体が接合するというものである。

このような直接接合方式の貼り合わせは、例えば、半導体素子の製造に用いられる貼合基板の製造プロセスに用いられる。

特開２０１３−８９２１号公報

上記のような直接接合方式の貼り合わせは、常温の大気中で行われるものであり、接着剤を介して貼合したり、真空中で加圧貼合する場合とは異なり、温度を積極的に管理することを前提としていない。つまり、直接接合方式の貼合装置は、通常の室温制御以外の温度制御を必要としていなかった。

しかし、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサは、高画素になればなる程、干渉縞等の問題が生じる率が高くなる。この要因の１つとして、基板の面内の温度分布が均一となっていないために、歪みのない貼り合わせが阻害されていることが想定される。ここで、特許文献１には、下基板の温度をエアバッグで調節し、下基板の面内の温度分布差を小さくすることが提案されている。また、特許文献１には、下基板と上基板の間に気体を噴射し、下基板と上基板の温度差を小さくすることが提案されている。

ところが、基板に温度変化を生じさせる外的要因は様々である。例えば、貼り合わせ用のステージにおいては、基板の周囲に位置決め等のための各種のセンサが配置されている。これらのセンサは、レーザ等を用いるために熱源となる。さらに、貼り合わせを行う室内の位置に応じて、空気の滞留等が生じることにより、温度の相違が生じる。

基板の面内の温度差、基板間の温度差は、たとえ５℃程度であっても、温度分布によって基板に歪みが生じる。このため、基板の面内、基板間に温度差がある状態では、歪んだ状態で貼り合わされる可能性が生じる。単純にエアバックで一方の基板を温調したり、上基板と下基板との間に気体を噴射する等によっては、目標とするレベルでの温度差の解消には至らない可能性がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、一対の基板を、歪みなく直接貼合することが可能な貼合基板製造装置及び貼合基板製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、一対の基板の一方を載置する貼合ステージと、 前記貼合ステージに載置された一方の基板に離間して対向する位置に、他方の基板を保持する保持部と、前記一対の基板の温度分布において、前記一対の基板のそれぞれにおける温度差が低減するとともに、前記一対の基板同士に生じる温度差が低減するように、前記貼合ステージの上方に設けられた気流発生源からの気体の当たる位置を制御する気流制御部と、前記一対の基板の一方または他方の一部に荷重をかけることにより、前記一対の基板を直接貼り合わせる加圧部と、を有することを特徴とする。

前記気流制御部は、前記温度分布において相対的に高温又は低温の箇所に気体が当たる方向に、気流発生源からの気体の風向を制御してもよい。

前記気流制御部は、駆動機構により角度変更可能に設けられ、気流発生源からの風向を制御する風向調整板を有してもよい。

前記気流制御部は、前記貼合ステージに載置された一方の基板の表面及び前記保持部に保持された他方の基板の表面に、気体を吹き付ける吹付部を有してもよい。

前記気流制御部は、前記温度分布において相対的に高温の箇所に当たる気体は低温となり、相対的に低温の箇所に当たる気体は高温となるように、気体の温度を調節する気体温度調節部を有してもよい。

前記貼合ステージの温度を調節するステージ温度調節部を有し、前記気流制御部は、前記ステージ温度調節部により調節される温度に応じて、気体の当たる位置を制御してもよい。

前記保持部は、前記他方の基板を下側縁部から支持するシャッターピンを有し、前記シャッターピンは、前記気流制御部の一部として、前記一対の基板の間に気体を吹き出す吹出部としてもよい。

前記一対の基板の少なくとも一方の温度分布を検出する検出部を有してもよい。

なお、上記の各態様は、貼合基板製造方法の発明としても捉えることができる。

以上のような本発明によれば、一対の基板を、歪みなく直接貼合することが可能な貼合基板製造装置及び貼合基板製造方法を提供することができる。

実施形態の基板貼合装置を示す断面図である。 風光調整板の例を示す下面図である。 実施形態の制御装置を示すブロック図である。 実施形態の貼合手順を示すフローチャートである。 基板の温度分布例を示す説明図である。 下側の基板に対する気流の制御態様を示す説明図である。 上側の基板に対する気流の制御態様を示す説明図である。 加圧による貼り合わせを示す説明図である。 吹付部によるガスの吹き付けを示す説明図である。 温度調整部を有する貼合ステージを示す説明図である。 温度調整部を有する貼合ステージを示す説明図である。 吹付部によるガスの突き付けの他の態様を示す説明図である。 シャッターピンからのガスの吹き付けの態様を示す説明図である。

本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具体的に説明する。

［基板］
まず、本実施形態の貼り合わせ対象となる一対の基板Ｓ１、Ｓ２を説明する。一方の基板Ｓ１は、半導体のデバイス基板である。デバイス基板は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサの場合、シリコン基板の表面に受光センサであるフォトダイオードを含む半導体層及び配線層を形成した基板である。他方の基板Ｓ２は、例えば、シリコン製の支持基板である。このような基板Ｓ１、Ｓ２は、θ方向の位置決めのための切欠きであるノッチを有している。

［構成］
次に、本実施形態の貼合基板製造装置の構成を説明する。本実施形態は、図１〜図３に示すように、チャンバー１内に配設された貼合ステージ１１、加圧部１２、保持部１３、アライメントモジュール１４、搬送装置１５、検出部１６、気流制御部１７、制御装置１８を有する。

［チャンバー］
チャンバー１は、内部が大気圧の空間である収容室である。このチャンバー１内は、基板Ｓ１、Ｓ２の貼合に適した清浄度が維持されたクリーンルームを構成している。このクリーンルームを実現するために、チャンバー１の上部には、ファンフィルターユニット１ａが取り付けられている。

［ファンフィルターユニット］
ファンフィルターユニット１ａは、清浄な空気を供給することにより、クリーンルームを実現する気流発生源である。ファンフィルターユニット１ａは、図示しない送風機とフィルターを有する。送風機は、複数のファン、ファンを回転させるモータ、モータの作動を制御する制御回路を有する。フィルターとしては、例えば、ＨＥＰＡフィルター、ＵＬＰＡフィルターを用いる。

ファンの回転により送出される空気は、フィルターにより清浄化されてチャンバー１内に供給される。ファンフィルターユニット１ａは、チャンバー１の上部の全面から、概略均等な風量で清浄空気を供給する。供給された空気は、チャンバー１の下部から外部に排気されるか、リターンスペースを介して循環供給される。ファンフィルターユニット１ａは、送出する空気の温度調節は行わないが、チャンバーの設置場所における空調機が気温を調節することにより、所望の温度とすることができる。

［貼合ステージ］
貼合ステージ１１は、貼合対象となる基板Ｓ１が載置されるテーブルである。この貼合ステージ１１には、図示しないバキュームチャック又は静電チャック等の吸着機構が構成され、上面に基板Ｓ１を吸着保持する構造となっている。また、貼合ステージ１１は、図示しない駆動機構により、ＸＹθ方向に変位可能に設けられている。

さらに、貼合ステージ１１の周囲には、図示しない各種のセンサが配設されている。センサとしては、例えば、精度測定センサ、外周センサ、ＣＣＤカメラがある。精度測定センサは、貼り合わせられた基板Ｓ１、Ｓ２の位置精度を測定するセンサである。外周センサは、基板Ｓ１、Ｓ２の外周位置を検出するセンサである。ＣＣＤカメラは、ノッチ位置を検出するセンサである。

一般に、精度測定センサ、外周センサとしては、レーザセンサを用いるため、光源等からの発熱により高温となる。また、ＣＣＤカメラも、撮像素子への電流の印加により、レーザほどではないが熱を帯びる。そして、これらのセンサは、基板Ｓ１、Ｓ２の周縁を検出するため、基板Ｓ１、Ｓ２の周縁に重なる位置に配置される。例えば、センサの検出部分の外形が、略コの字状となっていて、そのコの字の内部に基板Ｓ１、Ｓ２の周縁が入り込むように配置される。このため、これらのセンサは、基板Ｓ１、Ｓ２をその周縁から加熱する熱源となる。

［加圧部］
加圧部１２は、基板Ｓ２の一部に荷重をかける装置である。この加圧部１２は、貼合ステージ１１の上部に配設された加圧ピン１２ａを有する。加圧ピン１２ａは、図示しない駆動機構によって昇降可能に設けられた垂直方向の棒状部材である。加圧ピン１２ａが下降することにより、その下端が基板Ｓ２に接して押圧し、基板Ｓ１に対する直接貼合を開始させる。

［保持部］
保持部１３は、基板Ｓ２を保持し、貼合ステージ１１上の基板Ｓ１に僅かに離間して対向させる装置である。保持部１３は、シャッターピン１３ａとガイドピン１３ｂを有する。シャッターピン１３ａは、貼合ステージ１１上に搬送された基板Ｓ２の周囲に複数配設され、図示しない駆動機構によって、基板Ｓ２の径方向に進退することにより、基板Ｓ２の下側縁部に接離可能に設けられている。シャッターピン１３ａが基板Ｓ２側に進出した場合、基板Ｓ２の下側縁部に接することにより、基板Ｓ２が保持される。

ガイドピン１３ｂは、シャッターピン１３ａに支持される基板Ｓ２の周囲に複数配設され、図示しない駆動機構によって、基板Ｓ２の径方向に進退することにより、先端が基板Ｓ２の側面に接離可能に設けられている。ガイドピン１３ｂが基板Ｓ２側に進出した場合、基板Ｓ２の側面に接することにより、シャッターピン１３ａが退避した後でも、基板Ｓ２が保持される。

［アライメントモジュール］
アライメントモジュール１４は、貼合ステージ１１及び保持部１３に搬送される前の基板Ｓ１、Ｓ２の位置決めを行う装置である。このアライメントモジュール１４は、図示しない駆動機構により、ＸＹθ方向に変位可能なテーブルを有している。これにより、アライメントモジュール１４に載置された基板Ｓ１、Ｓ２は、センタリング及びノッチの位置合わせ等のアライメントがなされる。なお、ここでのアライメントは、搬送装置１５による搬送前になされる大まかな位置決めであり、最終的な正確な位置決めは、貼合ステージ１１においてなされる。

［搬送装置］
搬送装置１５は、アライメントモジュール１４から保持部１３に基板Ｓ２を搬送する装置である。この搬送装置１５は、架台１５ａ、アーム部１５ｂ、ハンド部１５ｃを有する。架台１５ａは、図示しない駆動機構によって回転駆動される。アーム部１５ｂは、架台１５ａに連結され、アライメントモジュール１４、貼合ステージ１１との間で伸縮自在に構成されている。ハンド部１５ｃは、アーム部１５ｂの先端に設けられ、基板Ｓ２を把持する。アーム部１５ｂ又はハンド部１５ｃは、把持した基板Ｓ２を反転させるように回動することができる。また、基板Ｓ１は図示しない別の搬送装置により、アライメントモジュール１４から反転させずに搬送され、貼合ステージ１１に載置される。

［検出部］
検出部１６は、基板Ｓ１、Ｓ２及びその周囲の温度分布を検出するサーモビューアである。サーモビューアは、撮像部と生成部を有する。撮像部は、撮像対象から放射される赤外線を検出する。生成部は、検出された赤外線に基づいて、撮像対象における各部の温度を判定した温度データを作成し、温度に応じて色分けされた熱画像を生成する。撮像部は、貼合ステージ１１の上方から、基板Ｓ１、Ｓ２の全体及びその周囲を撮像可能となる位置に設置されている。検出部１６は、温度データ及び熱画像を、後述する制御装置１８に出力する。

［気流制御部］
気流制御部１７は、ファンフィルターユニット１ａからの気流を、検出部１６により検出された温度分布において、基板Ｓ１、Ｓ２のそれぞれにおいて生じる温度差を低減させるとともに、基板Ｓ１、Ｓ２同士に生じる温度差を低減させる手段である。この気流制御部１７は、チャンバー１の天井における貼合ステージ１１の上方に、角度変更可能に設けられた複数枚の風向調整板１７ａを有する。風向調整板１７ａは、図示しない駆動機構によって、角度が変わり、気流の方向を変えることができる。複数枚の風向調整板１７ａは、それぞれ独立に角度変更するように制御してもよいし、複数枚毎に連動して角度変更するように制御してもよい。なお、風向調整板１７ａの材質としては、低発塵性のものを用いることが望ましい。

風向調整板１７ａは、例えば、貼合ステージ１１の上方に、多角形状に囲まれた領域を形成するように配置されていると、基板Ｓ１、Ｓ２の外周に風を当てる、内側に風を当てる等の調整ができるのでよい。このような調整は、例えば、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、少なくとも矩形の四辺又は三角形の三辺に沿って、風向調整板１７ａが配置されていれば可能となる。

［制御装置］
制御装置１８は、貼合基板製造装置の動作を制御する装置である。特に、本実施形態においては、制御装置１８は、検出部１６によって検出された温度分布に応じて、駆動機構を制御することにより、風向調整板１７ａの角度を変える。例えば、基板Ｓ１、Ｓ２の温度分布において、相対的に高温の部分に、空気がより多く当たるように風向を制御することにより、基板Ｓ１、Ｓ２の温度を均一化させることができる。なお、制御装置１８は、ファンフィルターユニット１ａにおけるモータを制御することにより、ファンが送出する空気の風速、つまり送出する風量を制御できる。

このような機能を実現するため、制御装置１８は、図２に示すように、判定部１８ａ、風向制御部１８ｂ、風量制御部１８ｃ、機構制御部１８ｄ、入出力制御部１８ｅを有する。判定部１８ａは、検出部１６からの熱画像及び温度データに基づいて、所定のしきい値を超える温度差が生じているか否かを判定する処理部である。

風向制御部１８ｂは、判定部１８ａによりしきい値を超える温度差が生じていると判定された場合に、相対的に高温となっている箇所に風が当たるように、駆動機構に風向調整板１７ａの角度を指示する処理部である。風量制御部１８ｃは、風量の増減を、ファンフィルターユニット１ａのモータの制御回路に指示する処理部である。

機構制御部１８ｄは、貼合ステージ１１、加圧部１２、保持部１３、アライメントモジュール１４、搬送装置１５等の駆動機構を制御する処理部である。入出力制御部１８ｅは、制御対象となる各部との間での信号の変換や入出力を制御するインタフェースである。

上記の制御装置１８には、出力部１８ｆが接続されている。この出力部１８ｆは、熱画像等、貼合基板製造装置における処理の対象となる情報を、運用者等のユーザが認識可能となるように出力する構成部である。この出力部１８ｆとしては、例えば、表示装置、プリンタ等が考えられる。ただし、現在又は将来において利用可能なあらゆる出力装置を含む。

また、制御装置１８には、図示はしないが、入力部が接続されている。この入力部は、貼合基板製造装置に必要な情報の入力、処理の選択や指示等を行う構成部である。入力部としては、例えば、スイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等が考えられる。ただし、現在又は将来において利用可能なあらゆる入力装置を含む。

さらに、制御装置１８には、図示はしないが、貼合基板製造装置の処理に必要な各種の情報を記憶する記憶部が構成されている。この記憶部に記憶される情報には、各部の処理のための演算式、パラメータ、しきい値等も含まれる。また、温度分布も記憶部に記憶される情報に含まれる。この温度分布は、リアルタイムに検出された情報も、後述のように実験データ等により予め分かっている情報も含まれる。記憶部の記憶態様は、長時間記憶が保持される態様のみならず、処理のために一時的に記憶され、短時間で消去又は更新される態様も含まれる。ネットワークを介して外部から入力される情報も、記憶部に記憶される情報に含まれる。

なお、制御装置１８は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって実現できる。

［作用］
以上のような本実施形態の動作を、図４のフローチャート、図５〜図８の説明図を参照して以下に説明する。なお、チャンバー１への基板Ｓ１、Ｓ２の搬入手段、搬出手段及びその動作については、説明を省略する。

まず、チャンバー１内に搬入された基板Ｓ１は、貼り合わせ面を上にして、アライメントモジュール１４のテーブルに載置されて吸着される。ここでは、基板Ｓ１のセンタリング及びノッチの位置合わせをするアライメントが行われる（ステップＳ１１）。

そして、アライメントモジュール１４における吸着が解除された基板Ｓ１を、図示しない搬送装置が、貼合ステージ１１に搬送して載置する（ステップＳ１２）。貼合ステージ１１においては、吸着機構によって基板Ｓ１が吸着される。

ここで、検出部１６によって基板Ｓ１の温度分布が検出され（ステップＳ１３）、判定部１８ａによって、所定のしきい値を超える温度差が生じているか否かが判定される（ステップＳ１４）。しきい値を超える温度差が生じていない場合には（ステップＳ１４のＹＥＳ）、温度制御は不要として、次の処理に進む。

しきい値を超える温度差が生じている場合には（ステップＳ１４のＮＯ）、風向制御部１８ｂは、温度が相対的に高い位置に風が当たるように、風向調整板１７ａの駆動機構に、角度変更を指示することにより風向を制御する（ステップＳ１５）。

例えば、図５（Ａ）に示すように、基板Ｓ１の温度が、周囲にあるセンサにより高温となっているとする。この場合、図６に示すように、風向制御部１８ｂは、風向調整板１７ａの角度が、基板Ｓ１の外周側に風が当たる角度となるように指示する。なお、風量制御部１８ｃは、図３のグラフに示すように、基板温度が高い程、ファンのモータの制御出力が高くなるように制御して、風を重点的に当てる箇所の風量を上昇させてもよい。

このような風向及び風量の制御は、図５（Ｂ）に示すように、判定部１８ａが、温度差がしきい値以下となったと判定するまで継続する（ステップＳ１４のＮＯ）。判定部１８ａが、温度差がしきい値以下となったと判定した場合には（ステップＳ１４のＹＥＳ）、次の処理に進む。

なお、上記のように、装置内の室温を一定としておくことにより、基板Ｓ１に当てる空気の温度が一定となり、基板Ｓ１の温度も一定にすることができる。

一方、チャンバー１内に搬入された基板Ｓ２も、貼り合わせ面を上にして、アライメントモジュール１４のテーブルに載置されて吸着される。そして、基板Ｓ２に対しても、アライメントが行われる（ステップＳ１６）。

そして、アライメントモジュール１４の吸着が解除された基板Ｓ２を、搬送装置１５が、貼り合わせ面が下になるように反転して、シャッターピン１３ｂに載置する。これにより、基板Ｓ２は、基板Ｓ１に対して、僅かに離間して対向した状態で保持される（ステップＳ１７）。基板Ｓ２の側面も、ガイドピン１３ａによって保持される。

ここで、検出部１６によって基板Ｓ２の温度分布が検出され（ステップＳ１８）、判定部１８ａによって、所定のしきい値を超える温度差が生じているか否かが判定される（ステップＳ１９）。しきい値を超える温度差が生じていない場合には（ステップＳ１９のＹＥＳ）、温度制御は不要として、次の処理に進む。

しきい値を超える温度差が生じている場合には（ステップＳ１９のＮＯ）、風向制御部１８ｂは、温度が相対的に高い位置に風が当たるように、風向調整板１７ａの駆動機構に、角度変更を指示することにより風向を制御する（ステップＳ２０）。

例えば、上記のように、基板Ｓ２の温度が、基板Ｓ１と同様に、周囲にあるセンサにより高温となっているとすると、図７に示すように、風向制御部１８ｂは、風向調整板１８ａの角度が、基板Ｓ２の外周側に風が当たる角度となるように指示する。なお、風量制御部１８ｃが、ファンの風量を上昇させてもよい。

このような風向及び風量の制御は、判定部１８ａが、温度差がしきい値以下となったと判定するまで継続する（ステップＳ１９のＮＯ）。目標とする基板Ｓ２の温度は、上記の基板Ｓ１と同様であり、これも装置の設置場所の気温により一定とすることができる。判定部１８ａが、温度差がしきい値以下となったと判定した場合には（ステップＳ１９のＹＥＳ）、次の処理に進む。

次に、貼合ステージ１１は、基板Ｓ２に対する基板Ｓ１の位置合わせを行う（ステップＳ２１）。つまり、貼合ステージ１１は、ＣＣＤカメラにより検出されたノッチ位置により、基板Ｓ２に対して、基板Ｓ１のθ方向の位置を合わせる。また、貼合ステージ１１は、外周センサにより検出された基板Ｓ１、Ｓ２の外周位置により、Ｘ、Ｙ方向の位置を合わせる。

なお、アライメントモジュール１４におけるアライメントにより、基板Ｓ１、Ｓ２の位置は、ほぼ一致している。例えば、ＣＣＤカメラの撮像範囲内に、基板Ｓ１、Ｓ２のノッチは収まっているので、貼合ステージ１１の移動によって多少のずれを修正すればよい。

そして、加圧部１２によって、基板Ｓ１、Ｓ２の貼り合わせを行う（ステップＳ２２）。この基板Ｓ１、Ｓ２の貼り合わせ手順は、以下の通りである。まず、貼合ステージ１１には、基板Ｓ１が吸着されている。一方、シャッターピン１３ａは、基板Ｓ２の下側縁部を支え、ガイドピン１３ｂは、基板Ｓ２の側面を保持している。そして、シャッターピン１３ａを外方へ移動させることにより、基板Ｓ２は自重により基板Ｓ１の方向に落下し、ホバリング状態で保持される。ホバリング状態とは、基板Ｓ１と基板Ｓ２との間の空気層によって、基板Ｓ２が宙に浮いている状態をいう。

この状態で、図８に示すように、加圧ピン１２ａが下降することによって、加圧ピン１２ａの下端が基板Ｓ２の上面の一点を押す。すると、まず、押された一点が基板Ｓ１に着いて、そこから付着が展延して行き、基板Ｓ２の周縁がガイドピン１３ｂから外れて全面が貼合される。こうして、基板Ｓ１と基板Ｓ２との貼合基板が形成される。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、あらかじめ基板Ｓ１、Ｓ２の温度分布を検出した上で、基板Ｓ１内、基板Ｓ２内の温度差及び基板Ｓ１、Ｓ２同士の温度差を低減させた状態で、直接貼合を行うことができる。このため、種々の状況においても、基板Ｓ１、Ｓ２を、歪みなく貼合することができる。

例えば、基板Ｓ１、Ｓ２の外周が高温であれば外周に風を当て、内側が高温であれば内側に風を当てることにより、温度を均一にすることができる。また、基板Ｓ１、Ｓ２の周囲の機器が高温であれば、それらの機器に風を当てることにより、温度の均一化を図ることもできる。さらに、チャンバー１内における基板Ｓ１、Ｓ２の周囲に高温の箇所がある場合に、このような箇所に風を当てることにより、基板Ｓ１、Ｓ２の温度を均一化することができる。

気流発生源として、既存のクリーンルームに備えられているファンフィルターユニット１ａを利用し、風向調整板１７ａを用いて、その風向を制御することにより、気流による温度制御を実現できる。このため、既存の製品においても、低コストで基板Ｓ１、Ｓ２の歪みのない貼合が可能な装置を構成することができる。さらに、風向調整板１７ａとして低発塵性の材料を用いることにより、室内の清浄度を維持して、基板Ｓ１、Ｓ２に与える影響を抑えることができる。

［第２の実施形態］
［構成］
本発明の第２の実施形態を、図９を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様の部材は、同一の符号を付して、説明を省略する。本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態は、気流制御部１９として、図９に示すように、吹付部１９ａを有する点が異なる。

この吹付部１９ａは、貼合ステージ１１の上方に、貼合ステージ１１の載置面に対して直交する方向に設けられた直管形状のノズルである。吹付部１９ａには、配管を介してガス供給装置が接続されている。ガス供給装置は、気体を貯蔵する容器、供給を制御するバルブ、温度を調節する温度調節部を有する。気体としては、Ｎ_２等の不活性ガスとすることが好ましい。また、吹付部１９ａは、図示しない駆動機構によって、水平方向に移動可能に、且つ昇降可能に設けられている。なお、吹付部１９ａは必ずしも移動する必要はなく、固定してもよい。また、移動は、吹付部１９ａと貼合ステージ１１の相対的な移動でよい。つまり、吹付部１９ａと貼合ステージ１１の少なくとも一方を移動させればよい。例えば、上記のように、Ｘ、Ｙ方向に移動可能な貼合ステージ１１によっても、吹付部１９ａの相対移動を実現できる。さらに、吹付部１９ａは、図示しない駆動機構によって気体の吹付け角度を調整可能に設けられている。

吹付部１９ａは、制御装置１８が、ガス供給装置、駆動機構を制御することにより、基板Ｓ１、Ｓ２の上方の所望の位置に移動して、そのノズルの先端から、基板Ｓ１、Ｓ２に対して、気体を吹き付けることができる。

このため、制御装置１８は、吹付位置制御部、気体温度制御部、吹付指示部を有している。吹付位置制御部は、判定部１８ａがしきい値を超える温度差が生じていると判定した場合に、相対的に高温又は低温となっている箇所に吹付部１９ａが移動するように、駆動機構に指示する処理部である。

気体温度制御部は、ガス供給装置の温度調節部の温度を、目標とする高温又は低温とする処理部である。吹付指示部は、バルブの開閉を指示することにより、気体の供給タイミングを制御する処理部である。例えば、温度調節が必要な所望の位置に移動してから、気体を供給することができる。すなわち、所望の位置に移動する間は、気体を供給しないようにすることができる。

さらに、本実施形態においては、吹付部１９ａが、上記の実施形態の加圧部としての機能を有している。つまり、吹付部１９ａによる気体の吹き付けによって基板Ｓ２を加圧することにより、基板Ｓ１と基板Ｓ２の一部を接触させ、直接貼合を開始させることができる。この場合、吹付部１９ａは供給する気体の圧力を制御することで、基板Ｓ１と基板Ｓ２の一部が接触するために十分な圧力の気体を基板Ｓ２に供給することができる。また、吹付部１９ａは、角度を調整して供給する空気の方向を制御することで、基板Ｓ２に対する荷重の方向を制御することができる。

［作用］
以上のような本実施形態の作用は、以下の通りである。なお、上記の第１の実施形態と同様の作用については、説明を簡略化する。まず、貼合ステージ１１に基板Ｓ１が載置された状態で、基板Ｓ１の温度分布を検出する。この温度分布から、しきい値を超える温度差が生じている場合には、高温又は低温の箇所に、吹付部１９ａが移動して、気体を吹き付ける。

例えば、前工程等において、基板Ｓ１の中央部分が高温となっている場合には、図９（Ａ）に示すように、当該部分に低温の気体を吹き付けて、基板Ｓ１の温度を均一化させる。一方、基板Ｓ１の中央部分が低温となっている場合には、当該部分に高温の気体を吹き付けて、基板Ｓ１の温度を均一化させる。

次に、保持部１３に保持された基板Ｓ２についても、温度分布を検出して、その温度分布から、しきい値を超える温度差が生じている場合には、高温又は低温の箇所に、吹付部１９ａが移動して、気体を吹き付ける。

例えば、上記の基板Ｓ１と同様に、基板Ｓ２の中央部分が高温となっている場合には、図９（Ｂ）に示すように、当該部分に、低温の気体を吹き付けて、基板Ｓ２の温度を均一化させる。

このように、基板Ｓ１、Ｓ２の温度を均一化した後、図９（Ｃ）に示すように、シャッターピン１３ａを基板Ｓ２から退避させ、バルブ制御によって、気体の吹き付け圧力を強くして、基板Ｓ２の一部を基板Ｓ２側に加圧する。すると、上記の加圧ピン１２ａによる場合と同様に、基板Ｓ２の基板Ｓ１への付着が展延して行き、基板Ｓ２の周縁がガイドピン１３ｂから外れて全面が貼合する。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、温度調節された気体を、所望の箇所に吹き付けることができるので、基板Ｓ１、Ｓ２の積極的な温度調節が可能となる。このため、基板Ｓ１、Ｓ２のそれぞれの温度差、基板Ｓ１と基板Ｓ２間の温度差をより高速に低減して、歪みのない均一な貼合を実現できる。

また、気体による加圧により貼合させるため、基板Ｓ２に部材を接触させることなく加圧することができる。このため、部材の当接時の衝撃等がなく、局所的な歪みが生じ難くなるため、基板Ｓ２に与える影響が少ない。特に、貼合の進展速度が緩やかになるため、歪みが出にくい。

［第３の実施形態］
［構成］
本発明の第３の実施形態を、図１０、図１１を参照して説明する。本実施形態は、上記の第１の実施形態及び第２の実施形態における貼合ステージ１１が、ステージ温度調節部２０を有する。このステージ温度調節部２０は、伝熱部２０ａ、調温部２０ｂを有する。

伝熱部２０ａは、貼合ステージ１１に内蔵された熱媒体の循環経路、発熱体又は冷却体である。例えば、循環経路としてはコイルチューブ、発熱体としてはヒーター、冷却体としてはチラーとすることができる。コイルチューブは、例えば、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、貼合ステージ１１に、蛇行又は渦巻状となるように内蔵することが考えられる。発熱体、冷却体は、図１１に示すように、貼合ステージ１１の側面に巻回することが考えられる。発熱体、冷却体としては、例えば、ペルチェ素子を用いることができる。

調温部２０ｂは、伝熱部２０ａを介して貼合ステージ１１の温度を調節する装置である。調温部２０ｂとしては、例えば、コイルチューブへの熱媒体の循環と加熱又は冷却を行うサーキュレータ、発熱体、冷却体への電圧の印加を行う電源装置等とすることができる。一方、制御装置１８は、調温部２０ｂによる加熱又は冷却温度を制御するステージ温度制御部を有している。

［作用］
以上のような本実施形態では、制御装置１８のステージ温度制御部が、あらかじめ調温部２０ｂによる加熱又は冷却温度を、所定の温度とすることにより、貼合ステージ１１を所定の温度に調節しておく。これにより、貼合ステージ１１に載置された基板Ｓ１が、均一な温度となる。

一方、保持部１３に保持された基板Ｓ２は、制御装置１８の風向制御部１８ｂ及び風量制御部１８ｃ、又は吹付位置制御部及び気体温度制御部は、調温部２０ｂによる制御温度に応じて、風向、風量、吹付位置、気体温度等を調節して、基板Ｓ１の温度に基板Ｓ２の温度を合わせる。基板Ｓ２の温度が均一となり、基板Ｓ１と同等の温度となった場合に、上記のように、直接貼合を行う。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、あらかじめ貼合ステージ１１により基板Ｓ１を均一な温度としておくことにより、基板Ｓ１側について、温度分布の検出と、気体の吹き付けによる温度調節の手間が省ける。基板Ｓ２の温度は、調温部２０ｂの制御温度に合わせればよいので、制御が容易となる。

［他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせて、風向調整板によるファンフィルターユニットからの気流制御と、吹付部による気体の吹き付けを併用することも可能である。この場合、広範囲の温度制御は風向調整板により、局所的な温度制御は吹付部が行うことができ、より精度の高い基板の温度制御が可能となる。

また、上記の実施形態では、基板に対して熱が加わる外的要因として、センサ、アライメントモジュール、チャンバー内温度を挙げたが、これらは例示であり、前工程等における要因も考えられる。例えば、スピン洗浄により、基板は冷却されている場合もある。

気体を吹き付ける位置については、図１２に示すように、貼合ステージ１１の周囲に放射状に配置された複数の水平方向の吹付ノズル１９ａを用いて、基板Ｓ１、Ｓ２の間に気体を吹き付ける構成としてもよい。この場合、制御装置１８が、検出された温度分布に応じて、各吹付部１９ａから吹き付ける気体の速度、温度等を調節することにより、基板Ｓ１、Ｓ２の温度を均一にすることができる。例えば、センサ等の熱源の近傍に吹付部１９ａを配置することにより、冷却効率を高めることができる。また、温度分布に応じて、吹き付けを行う吹付部１９ａと、吹き付けを行わない吹付部１９ａを選択的に制御することもできる。

さらに、図１３に示すように、シャッターピン１３ａを、気体の吹出部として、気流制御部の機能を有する構造とすることもできる。つまり、シャッターピン１３ａをノズル形状として、ガス供給装置に接続してもよい。これにより、シャッターピン１３ａから吹き出す気体を、基板Ｓ１上又は基板Ｓ１を基板Ｓ２との間に吹き付けることができるので、吹付ノズル１９ａを別途設ける必要がなくなる。

吹付部により吹き付けられる気体は、水素結合に影響を与えない気体であればよい。例えば、不活性ガスが好ましいが、空気、酸素等、他の気体であってもよい。

気流は、必ずしも基板に直接当たる必要はなく、センサ類、チャンバー内における高温又は低温の領域に当てることにより、間接的に基板の温度を変えることができる。例えば、隅の方が気流が滞留しやすく暖かくなり易いので、そのような箇所に風を送る等、室内の温度分布も考慮して気流を制御するとよい。また、上記の実施形態では、貼合ステージ上の基板と保持部に保持された基板の温度を別々に調節していたが、気流制御により、両者の温度を同時に調節してもよい。例えば、風向調整板１７ａ又は吹付部１９ａ等の気流制御部の角度を調整することで、保持部に保持された基板の貼合面とは反対側の面、および貼合ステージに保持された基板の貼合面に、同時に流れる空気の気流を作ることにより、両者の温度を同時に調節することができる。

基板を加熱するか冷却するかも、調節前の基板自体の温度、周囲の温度等によっても異なる。例えば、基板自体が熱を持っていれば冷やす必要があり、全体的に冷えている場合には、温める必要がある。温度分布において高温の部分を冷やすことにより目標温度としても、低温の部分を加温することにより目標温度としてもよい。本発明は、単純に気体を吹き付けるのではなく、温度分布に応じて、種々の態様に柔軟に対応できる利点がある。

基板Ｓ１を載置する前に、検出部により貼合ステージの温度分布を検出しておき、これに基づいて、風向、風量、吹付位置、気体温度等を調節して、あらかじめ貼合ステージの温度を均一としてもよい。また、「一対の基板の温度分布」には、リアルタイムに検出された情報ばかりでなく、基板の温度分布として推定される情報も含まれる。例えば、実験データ等により、一対の基板の温度分布が予め分かっているならば、該データに即して、上記実施形態における温度制御を行うことができる。その場合、検出部を必ずしも設ける必要はない。また、検出部を設ける場合でも、少なくとも一方の基板の温度分布の検出が可能であればよい。例えば、一方の基板の温度分布が予め分かっているならば、一対の基板それぞれの温度分布の検出を行う必要はなく、他方の基板の温度分布の検出が可能であればよい。

貼合のために基板に荷重をかける箇所は、基板の中心には限定されず、基板のいずれの箇所であってもよい。また、上記実施形態においては基板Ｓ２に荷重をかけたが、載置台の内部に加圧部を設け、貼合ステージ１１に載置した基板Ｓ１における貼合する面とは逆の面に対して荷重をかけてもよい。

貼合の対象となる基板は、直接接合により貼合されるべき基板であれば、その大きさ、形状、材質等は自由であり、どのような基板であってもよい。例えば、ＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板の他、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）基板の貼合に適用することができる。また、基板は、円板状の基板には限定されず、平面状の製品を広く含む。

１ チャンバー
１ａ ファンフィルターユニット
１１ 貼合ステージ
１２ 加圧部
１２ａ 加圧ピン
１３ 保持部
１３ａ シャッターピン
１３ｂ ガイドピン
１４ アライメントモジュール
１５ 搬送装置
１５ａ 架台
１５ｂ アーム部
１５ｃ ハンド部
１６ 検出部
１７、１９ 気流制御部
１７ａ 風向調整板
１８ 制御装置
１８ａ 判定部
１８ｂ 風向制御部
１８ｃ 風量制御部
１８ｄ 機構制御部
１８ｅ 入出力制御部
１８ｆ 出力部
１９ａ 吹付部
２０ ステージ温度調節部
２０ａ 伝熱部
２０ｂ 調温部
Ｓ１、Ｓ２ 基板

Claims (10)

1. 一対の基板の一方を載置する貼合ステージと、
   前記貼合ステージに載置された一方の基板に離間して対向する位置に、他方の基板を保持する保持部と、
   前記一対の基板の温度分布において、前記一対の基板のそれぞれにおける温度差が低減するとともに、前記一対の基板同士に生じる温度差が低減するように、前記貼合ステージの上方に設けられた気流発生源からの気体の当たる位置を制御する気流制御部と、
   前記一対の基板の一方または他方の一部に荷重をかけることにより、前記一対の基板を直接貼り合わせる加圧部と、
   を有することを特徴とする貼合基板製造装置。
2. 前記気流制御部は、前記温度分布において相対的に高温又は低温の箇所に気体が当たる方向に、気流発生源からの気体の風向を制御することを特徴とする請求項１記載の貼合基板製造装置。
3. 前記気流制御部は、駆動機構により角度変更可能に設けられて気流発生源からの風向を制御する風向調整板を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の貼合基板製造装置。
4. 前記気流制御部は、前記貼合ステージに載置された一方の基板の表面及び前記保持部に保持された他方の基板の表面に、気体を吹き付ける吹付部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の貼合基板製造装置。
5. 前記気流制御部は、前記温度分布において相対的に高温の箇所に当たる気体は低温となり、相対的に低温の箇所に当たる気体は高温となるように、気体の温度を調節する気体温度調節部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の貼合基板製造装置。
6. 前記貼合ステージの温度を調節するステージ温度調節部を有し、
   前記気流制御部は、前記ステージ温度調節部により調節される温度に応じて、気体の当たる位置を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の貼合基板製造装置。
7. 前記加圧部は、前記吹付部から吹き付けられる気体であることを特徴とする請求項４記載の貼合基板製造装置。
8. 前記保持部は、前記他方の基板を下側縁部から支持するシャッターピンを有し、
   前記シャッターピンは、前記気流制御部の一部として、前記一対の基板の間に気体を吹き出す吹出部であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の貼合基板製造装置。
9. 前記一対の基板の少なくとも一方の温度分布を検出する検出部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の貼合基板製造装置。
10. 一対の基板の一方を貼合ステージに載置し、
    保持部が、前記貼合ステージに載置された一方の基板に離間して対向する位置に、他方の基板を保持し、
    気流制御部が、前記一対の基板の温度分布において、前記一対の基板のそれぞれにおける温度差が低減するとともに、前記一対の基板同士に生じる温度差が低減するように、前記貼合ステージの上方に設けられた気流発生源からの気体の当たる位置を制御し、
    加圧部が、前記一対の基板の一方または他方の一部に荷重をかけることにより、前記一対の基板を直接貼り合わせることを特徴とする貼合基板製造方法。