JP6471426B2

JP6471426B2 - 基板

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Publication number: JP6471426B2
Application number: JP2014162073A
Authority: JP
Inventors: 菅谷　功; 功菅谷; 岡本　和也; 和也岡本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: JP2016039271A

Description

本発明は、基板に関する。

複数の基板を積層して積層体を製造する方法がある（例えば、特許文献１参照）。複数の基板を積層する前に、互いに接触する面をＣＭＰ等で平坦化する方法がある。
特許文献１特開２０１３−０９８１８６号公報

平坦化によって巨視的には平坦になっても、微視的には凹凸ができてしまい、積層時に凹部において気泡が溜り、当該領域が接合されないという課題がある。

本発明の第１の態様においては、電気的な導通路として用いられる第１の領域と、電気的な導通路として用いられない第２の領域とを有する基板であって、第２の領域および第２の領域に形成された構造物の少なくとも一方におけるボイドの発生を抑制するボイド抑制部を備える基板が提供される。

本発明の第２の態様においては、電気的な導通路として用いられる第１の領域と、電気的な導通路として用いられない第２の領域とを有する基板であって、第２の領域および第２の領域に形成された構造物の少なくとも一方において発生したボイドを排除するボイド排除部を備える基板が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。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得る。

基板積層装置１００の模式図である。基板２１０の模式的平面図である。基板２１０を積層する手順を示す流れ図である。位置合わせ部３００の模式的断面図である。位置合わせ部３００の模式的断面図である。位置合わせ部３００の模式的断面図である。位置合わせ部３００の模式的断面図である。位置合わせ部３００の模式的断面図である。位置合わせ部３００の模式的断面図である。ロードロック４００の模式的断面図である。加圧部５００の模式的断面図である。加圧部５００の模式的断面図である。基板２１０の一部を拡大した模式的平面図である。基板２１０の一部を拡大した模式的断面図である。積層体２４０の模式的断面図である。基板２１０の一部を拡大した模式的断面図である。基板２１０の一部を拡大した模式的平面図である。積層体２４０の一部を拡大した模式的断面図である。基板２１０の模式的平面図である。基板２１０の一部を拡大した模式的平面図である。

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。実施の形態において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、基板積層装置１００の模式的平面図である。基板積層装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に外側に配された基板カセット１２０、１３０および制御部１５０と、筐体１１０内部に配された搬送ロボット１４０、１６０、位置合わせ部３００、ロードロック４００および加圧部５００を備え、複数の基板を積層する。

一方の基板カセット１２０は、接合する前の基板２１０を収容する。他方の基板カセット１３０は、基板２１０を積層して作製された積層構造基板２３０を収容する。基板カセット１２０、１３０は、筐体１１０に対して個別に着脱できるので、基板カセット１２０を用いることにより、複数の基板２１０を一括して基板積層装置１００に搬入できる。また、基板カセット１３０を用いることにより、複数の積層構造基板２３０を一括して基板積層装置１００から搬出できる。

基板カセット１２０、１３０の近傍に配された搬送ロボット１４０は、筐体１１０内で基板２１０を、基板カセット１２０から位置合わせ部３００に搬送する。また、搬送ロボット１４０は、位置合わせ部３００において位置合わせして重ね合わされた基板２１０を、位置合わせ部３００からロードロック４００に搬送する。更に、搬送ロボット１４０は、加圧部５００で加圧された積層構造基板２３０を、ロードロック４００から基板カセット１３０に搬送する。

位置合わせ部３００は、各々が基板２１０を個別に保持する一対のステージを有し、ステージに保持した基板２１０を相互に位置合わせして重ね合わせる。基板積層装置１００において、少なくとも位置合わせ部３００の内部は、室温等に温度管理される。

基板積層装置１００においては、搬入された基板２１０を、より高い強度を有する基板ホルダ２２０に保持させて、両者を併せて取り扱う。基板ホルダ２２０は、アルミナセラミックス等の硬質材料で形成される。

基板ホルダ２２０は、基板２１０の面積と略同じ広さを有する保持部と、保持部の外側に配された縁部とを有する。保持部は、静電チャック等により基板２１０を吸着して保持する。縁部は、保持部に対して径方向外側に延在するので、基板ホルダ２２０の保持部に保持された基板２１０に直接に接触することなく、基板ホルダ２２０を外部から取り扱うことができる。

ロードロック４００は、位置合わせ部３００において重ね合わされた基板２１０を受け入れるゲートと、搬入された基板２１０をロードロック４００から加圧部５００に渡す場合に通過するゲートとを有する。また、これらのゲートは、加圧部５００から積層構造基板２３０を搬出する場合にも使用される。

ロードロック４００は、それぞれのゲートに、個別に開閉するシャッタを有する。これにより、筐体１１０の内部と、加圧部５００の内部環境を、筐体１１０の内部環境と遮断しつつ、基板２１０または積層構造基板２３０を加圧部５００に搬入および搬出することを可能にしている。

加圧部５００は、減圧環境下で、重ね合わされた基板２１０を加圧する。また、加圧する基板２１０を加熱することもできる。よって、ロードロック４００を経由して基板２１０を加圧部５００に搬入する場合は、基板２１０を搬入されたロードロック４００の内部は大気圧環境から減圧環境に移行する。また、加圧部５００から積層構造基板２３０を搬出する場合は、ロードロック４００の内部が減圧環境から大気圧環境に移行する。なお、加圧部５００には、加熱して接合された積層構造基板２３０を冷却する冷却部が設けられる場合もある。

加圧部５００には、もう１基の搬送ロボット１６０が配される。搬送ロボット１６０は、ロードロック４００と加圧部５００との間での基板２１０または積層構造基板２３０の搬送を担う。

制御部１５０は、基板積層装置１００の各部を相互に連携させて統括的に制御する。また、制御部１５０は、外部からユーザの指示を受け入れると共に、基板積層装置１００の動作状態を外部に向かって表示するユーザインターフェイスを形成する。

上記基板積層装置１００においては、素子、回路、端子等が形成された基板２１０の他に、未加工のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等を接合することもできる。接合は、回路基板と未加工基板であっても、未加工基板同士であってもよい。接合される基板２１０は、それ自体が、既に複数の基板を積層して形成された積層構造基板２３０であってもよい。

図２は、基板積層装置１００において貼り合わせる基板２１０の模式的平面図である。基板２１０は、単一のノッチ２０１と、複数の素子領域２１６および複数のアライメントマーク２１８を有する。

ノッチ２０１は、全体として略円形の基板２１０の集縁に形成されて、基板２１０の結晶配向性等を示す指標となる。基板２１０を取り扱う場合は、ノッチ２０１の位置を検出することにより、基板２１０における素子領域２１６の配列方向等も知ることができる。

素子領域２１６は、基板２１０の面方向に周期的に配される。素子領域２１６の各々には、フォトリソグラフィ技術等より形成された半導体装置が設けられる。素子領域２１６には、基板２１０を他の基板２１０、リードフレーム等に電気的に接続する場合に接続端子となるパッド、バンプ等も配される。

アライメントマーク２１８は、基板２１０の表面に形成された構造物の一例であり、素子領域２１６相互の間に配されたスクライブライン２１２に重ねて配される。アライメントマーク２１８は、この基板２１０を積層対象である他の基板２１０と位置合わせする場合に指標として利用される。スクライブライン２１２は、素子領域２１６を切り分けてダイにする過程で鋸代として消尽される。

なお、基板２１０に設けられる構造物は、アライメントマークに限らない。他の構造物としては、基板２１０を他の基板２１０と積層した後に、位置合わせ精度を評価する場合に利用する評価マークを例示できる。基板２１０のロット、仕様等を示すバーコード、識別記号等も、構造物の一例である。更に、素子領域２１６を包囲して形成されるシールリングも構造物の一例である。これら構造物は、素子領域２１６を形成する過程で、金属膜、酸化物膜等を組み合わせて形成される。

図３は、基板積層装置１００において基板２１０を積層して積層構造基板２３０を作製する手順を示す流れ図である。また、図４から図１３は、基板積層装置１００の各部の構造と動作を説明する図である。これらの図を参照しつつ、基板２１０を積層する場合の基板積層装置１００の動作を順次説明する。

図４は、基板積層装置１００における位置合わせ部３００の構造を示す模式的断面図である。位置合わせ部３００は、位置合わせ部３００は、枠体３１０、上ステージ３２２および下ステージ３３２を備える。

枠体３１０は、水平な床面３０１に対して平行な底板３１２および天板３１６と、床板に対して垂直な複数の支柱３１４とを有する。底板３１２、支柱３１４および天板３１６は、位置合わせ部３００の他の部材を収容する直方体の枠体３１０を形成する。

上ステージ３２２は、天板３１６の図中下面に下向きに固定される。上ステージ３２２は、真空チャック、静電チャック等の保持機能を有し、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を保持する。

天板３１６の下面には、顕微鏡３２４および活性化装置３２６が上ステージ３２２の側方に固定される。顕微鏡３２４は、後述する下ステージ３３２に保持された基板２１０の上面を観察できる。活性化装置３２６は、下ステージ３３２に保持された基板２１０の上面を清浄化するプラズマを発生する。

活性化装置３２６は、底板３１２に対して傾斜して設けられる。これにより、活性化装置３２６から発生したプラズマは、顕微鏡３２４から遠ざかる方向に放射される。よって、プラズマを照射された基板２１０から発生した破片による顕微鏡３２４の汚染が防止される。

下ステージ３３２は、底板３１２の上面に配されたＸ方向駆動部３３１に重ねられたＹ方向駆動部３３３の図中上面に搭載される。Ｘ方向駆動部３３１は、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｘで示す方向に移動する。Ｙ方向駆動部３３３は、Ｘ方向駆動部３３１上で、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｙで示す方向に移動する。これら、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３の移動を組み合わせることにより、下ステージ３３２は、底板３１２と平行に、二次元的に移動できる。

また、下ステージ３３２は、底板３１２に対して垂直に、矢印Ｚで示す方向に昇降する昇降駆動部３３８により支持される。これにより、下ステージ３３２は、Ｙ方向駆動部３３３に対して昇降できる。

Ｘ方向駆動部３３１、Ｙ方向駆動部３３３および昇降駆動部３３８による下ステージ３３２の移動量は、干渉計等を用いて精密に計測される。また、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３は、粗動部と微動部との２段構成としてもよい。これにより、高精度な位置合わせと、高いスループットとを両立させて、下ステージ３３２に搭載された基板２１０の移動を精度よく高速に接合できる。

Ｙ方向駆動部３３３には、顕微鏡３３４および活性化装置３２６が、それぞれ下ステージ３３２の側方に更に搭載される。顕微鏡３３４は、上ステージ３２２に保持された下向きの基板２１０の下面を観察できる。活性化装置３３６は、上ステージ３２２に保持された基板２１０の下面を清浄化するプラズマを発生する。

更に、Ｙ方向駆動部３３３は、下ステージ３３２を貫通して垂直に昇降する複数のプッシュアップピン３３９を有する。プッシュアップピン３３９は、下ステージ３３２から図中上方に突出した場合に、基板ホルダ２２０の縁部を支持して、基板２１０および基板ホルダ２２０を下ステージ３３２に対して昇降させる。

なお、基板積層装置１００は、底板３１２に対して垂直な回転軸の回りに下ステージ３３２を回転させる回転駆動部、および、下ステージ３３２を揺動させる揺動駆動部を更に備えてもよい。これにより、下ステージ３３２を上ステージ３２２に対して平行にすると共に、下ステージ３３２に保持された基板２１０を回転させて、基板２１０の位置合わせ精度を向上させることができる。

一対の基板２１０を積層する場合、図３に示すように、制御部１５０は、搬送ロボット１４０により、基板２１０を、基板カセット１２０から位置合わせ部３００に搬入する（Ｓ１０１）。基板２１０の搬入は、次のように実行される。

まず、図４に示すように、制御部１５０は、下ステージ３３２を、上ステージ３２２の直下からずれた位置に移動させて、下ステージ３３２の上方が開放された状態にする。また、制御部１５０は、プッシュアップピン３３９を上昇させた状態で基板２１０を待ち受ける。制御部１５０は、搬送ロボット１４０を用いて、下ステージ３３２から図中上方に突出したプッシュアップピン３３９の上端に、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を載せる。

搬送ロボット１４０は、基板２１０および基板ホルダ２２０を反転させて、基板２１０が基板ホルダ２２０の下面に保持された状態で、基板ホルダ２２０をプッシュアップピン３３９の上端に載せる。プッシュアップピン３３９は、基板２１０の周囲から側方に突出した基板ホルダ２２０の縁部に当接するので、プッシュアップピン３３９は、基板２１０に接触することなく基板ホルダ２２０を介して基板２１０を支持する。

制御部１５０は、プッシュアップピン３３９により基板ホルダ２２０を持ち上げた状態を維持したまま、下ステージ３３２を移動させて、基板ホルダ２２０を上ステージ３２２の直下に移動させる。制御部１５０は、プッシュアップピン３３９を更に上昇させて、基板ホルダ２２０の上面を上ステージ３２２の下面に向かって押し付ける。制御部１５０は、真空チャック、静電チャック等の保持機構を動作させることにより、図５に示すように、基板ホルダ２２０および基板２１０を上ステージ３２２に保持させる。

制御部１５０は、下ステージ３３２を当初の位置に戻して、他の基板ホルダ２２０に保持された他の基板２１０を下ステージ３３２に載せる。搬送ロボット１４０から上昇したプッシュアップピン３３９に、上面に基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を受け渡し、次いでプッシュアップピン３３９を下降させる。制御部１５０は、真空チャック、静電チャック等の保持機構を動作させて、図５に併せて示すように、下ステージ３３２に、基板ホルダ２２０および基板２１０を保持させる。

制御部１５０は、位置合わせ部３００の顕微鏡３２４、３３４を較正する（Ｓ１０２）。顕微鏡３２４、３３４は、図５に併せて示すように、顕微鏡３２４、３３４の焦点を相互に合わせることにより較正される。これにより、位置合わせ部３００における一対の顕微鏡３２４、３３４の相対位置が測定される。

制御部１５０は、基板２１０各々に設けられたアライメントマーク２１８を検出させる（Ｓ１０３）。アライメントマーク２１８は、図６に示すように、顕微鏡３２４、３３４で基板２１０の表面を観察することにより検出される。こうして、ステップＳ１０２において相対位置が既知となっている顕微鏡３２４、３３４により基板２１０の各々のアライメントマーク２１８の位置を検出することにより、アライメントマーク２１８を用いて基板２１０を位置合わせできる状態になる。

制御部１５０は、一対の基板２１０の各々の接合面を活性化する（Ｓ１０５）。即ち、制御部１５０は、図７に示すように、下ステージ３３２の位置を初期位置にリセットした後に水平に移動させて、活性化装置３２６、３３６により走査する。

基板２１０の活性化方法としては、例えば、下ステージ３３２に保持された基板２１０を、天板３１６に支持された活性化装置３２６で発生したプラズマＰに暴露して、基板２１０の表面を清浄化する。また、上ステージ３２２に保持された基板２１０を、Ｙ方向駆動部３３３に搭載された活性化装置３３６で発生したプラズマＰに暴露して、基板２１０の表面を清浄化する。これにより、一対の基板２１０の接合面全体が活性化される。

なお、上記活性化を実行する間、制御部１５０は、基板２１０を位置合わせさせるための情報を保持し続ける。また、活性化装置３２６、３３６により清浄化された基板２１０の表面は、互いに接触させると接合する状態になるが、基板２１０が完全に接合されてしまうと、基板２１０の間に形成された気泡等によるボイドを除去しにくくなくなる。よって、この段階における基板２１０の活性化は、基板２１０が重ね合わされた場合に、その重ね合わされた位置を保持できる程度に留めることが好ましい。

また、図示の位置合わせ部３００は、基板２１０を活性化する場合に使用する活性化装置３２６を備えている。別途用意された活性化装置３２６を用いて予め活性化した基板２１０を搬入することにより、位置合わせ部３００の活性化装置３２６を省略した構造にすることもできる。これらに代えて、活性化自体を省略してもよい。

更に、基板２１０は、プラズマに暴露する方法の他に、不活性ガスを用いたスパッタエッチング等によりを活性化することもできる。また、紫外線照射、オゾンアッシャー等により基板２１０を活性化することもできる。更に、例えば、液体または気体のエッチャントを用いて、基板２１０の表面を化学的に清浄化することにより活性化してもよい。

基板２１０を位置合わせした上で（Ｓ１０５）、相互に重ね合わせる（Ｓ１０６）。基板２１０の位置合わせは、図８に示すように、ステップＳ１０２において検出した顕微鏡３２４、３３４の初期位置と、ステップＳ１０３において検出した基板２１０のアライメントマーク２１８の位置とに基づいて、基板２１０のアライメントマーク２１８の面方向の位置が一致するように、下ステージ３３２を移動させる。

図９に示すように、制御部１５０は、下ステージ３３２を上昇させて、一対の基板２１０を相互に接合する（Ｓ１０７）。即ち、図１３に示すように、昇降駆動部３３８を動作させることにより下ステージ３３２を上昇させて、一対の基板２１０の接合面を相互に接触させる。これにより、上ステージ３２２と下ステージ３３２との間に、重ね合わされた一対の基板２１０と、一対の基板２１０を挟む一対の基板ホルダ２２０とにより積層体２４０が形成される。積層体２４０は、基板２１０が一体的に固着して積層構造基板２３０になるまでの間はひとまとめに取り扱われる。

制御部１５０は、積層体２４０を脱気する（Ｓ１０７）。即ち、位置合わせ部３００において重ね合わされた基板２１０は、積層体２４０として搬送ロボット１４０により搬送され、ロードロック４００に搬入され、ロードロック４００において脱気される。

図１０は、ロードロック４００の模式的断面図である。ロードロック４００は、気密室４１０、シャッタ４１２、４１４、排気孔４２０、給気孔４３０およびテーブル４４０を有する。

気密室４１０は、位置合わせ部３００から積層体２４０を搬送した搬送ロボット１４０が出入りする位置合わせ部３００側の開口４１３と、加圧部５００の内部に連通した加圧部５００側の開口４１５を有する。一方のシャッタ４１２は位置合わせ部３００側の開口４１３を、他方のシャッタ４１４は加圧部５００側の開口４１５を、それぞれ個別に開放または閉鎖する。シャッタ４１２、４１４は開口４１３、４１５を気密に閉鎖できる。

排気孔４２０は、制御部１５０が開閉を制御するバルブ４２２を介して、気密室４１０を減圧源４２４に連通させる。また、給気孔４３０は、制御部１５０が開閉を制御するバルブ４３２を介して、気密室４１０を大気に連通させる。

図３に示したステップＳ１０７においては、まず、気密室４１０の内部が大気圧になった状態で位置合わせ部３００側のシャッタ４１２が開放され、積層体２４０が搬送ロボット１４０により搬入される。搬入された積層体２４０は、テーブル４４０の上面に置かれる。

つづいて、制御部１５０は、シャッタ４１２、４１４を両方とも閉じた状態でバルブ４２２を開放して気密室４１０内を減圧する。これにより、気密室４１０の内部は、加圧部５００の内部と同じ真空度まで減圧される。また、気密室４１０内に置かれた積層体２４０が脱気され、基板２１０の間に挟まれていた気体が気密室４１０内に拡散される。次いで、制御部１５０は、制御部加圧部５００側のシャッタ４１４を開いて、搬送ロボット１６０を用いて積層体２４０をロードロック４００から加圧部５００に搬入する。

制御部１５０は、加圧部５００において、積層体２４０を加熱し（Ｓ１０８）、更に加圧する（Ｓ１０９）。なお、ステップＳ１０８の加熱とステップＳ１０９の加圧とは、順序を入れ換えても、あるいは、同時に実行してもよい。

図１１は、加圧部５００の模式的断面図である。加圧部５００は、断熱容器５１０の内部に形成される。断熱容器５１０は、開口５１２を有し、積層体２４０を搬入または搬出できる。

加圧部５００は、断熱容器５１０の内部に配された下ステージ５３０および上ステージ５６０を有する。上ステージ５６０は、上部を断熱容器５１０の天井面に対して固定される。また、上ステージ５６０の下面には、ヒータプレート５６２が配される。ヒータプレート５６２は、外部から電力を供給された場合に発熱する。なお、ヒータプレート５６２の下面は、開口５１２よりも高い位置に配される。

下ステージ５３０は、アクチュエータ５４０を介して、断熱容器５１０の底面に配される。また、下ステージ５３０の上面には、ヒータプレート５６２が配される。ヒータプレート５６２は、外部から電力を供給された場合に発熱する。また、下ステージ５３０は、アクチュエータ５４０の動作により昇降する。制御部１５０は、下ステージ５３０を降下させた状態で、搬送ロボット１６０により、開口５１２を通じて下ステージ５３０に積層体２４０を載置する。

図１２は、加圧部５００の他の状態を示す模式的断面図である。図示の加圧部５００においては、アクチュエータ５４０の作用により、下ステージ５３０が上昇している。これにより、上ステージ５６０と下ステージ５３０との間隔が狭くなる。よって、下ステージ５３０に積層体２４０が載置されている場合は、積層体２４０が加圧される。

また、上記の加圧に先立って、あるいは加圧している間に、ヒータプレート５３２、５６２を動作させることにより、基板２１０を軟化させて、加圧の効果を均一にすることができる。こうして、積層体２４０を加圧することにより、重ね合わされた基板２１０を接合して一体的な積層構造基板２３０とすることができる。作製された積層構造基板２３０は、搬送ロボット１６０、１４０に順次搬送されて基板カセット１３０に回収され、図３に示したように搬出される（Ｓ１１０）。

なお、上記の例では、素子領域２１６を有する基板２１０を位置合わせして接合する場合について説明した。しかしながら、回路が形成されていない位置合わせが不要の基板２１０を接合する場合にも、積層体２４０を脱気することにより、品質の高い積層構造基板を製造できる。

また、上記の例では、基板ホルダ２２０により基板２１０を保持しつつ接合して積層構造基板２３０を作製した。しかしながら、基板ホルダ２２０を用いることなく、基板２１０を直接に取り扱って接合する基板積層装置１００においても、上記の脱気段階を実行できる。

基板２１０を積層して作製した積層構造基板２３０には、ボイド等と呼ばれる気体が基板２１０間に残留する場合がある。ボイドが残留した箇所においては基板２１０の接合が不十分になり、後工程における薄化等の加工のストレスがかかった場合に、基板２１０の剥がれ等の事故が生じる場合がある。また、積層構造基板２３０の温度が変化した場合に、ボイドが膨張して、薄化された基板２１０を損傷する場合がある。

ボイドが発生する原因のひとつとして、基板２１０の接合面の微細な凹凸があげられる。接合面は、化学機械研磨等の平坦化加工により巨視的には平坦化されているが、微視的には凹凸が生じる場合がある。例えば、シリコン酸化膜中に金属の接続端子が埋め込まれている面を化学機械研磨すると、金属に対してシリコン酸化膜が数十μｍ凹んだ状態になることがある。この凹部内にボイドが入り込むことにより、積層された基板２１０間にボイドが残留する。よって、本実施形態では、基板積層装置１００は、平坦化により構造物を含む領域に形成された凹部が、積層される他方の基板２１０に接触する加圧条件を設定する設定部を備える。加圧部５００は、ステップＳ１０９において、設定部により設定された加圧条件で加圧することにより、平坦化により構造物を含む領域に形成された凹部が、積層される他方の基板２１０に接触する圧力で積層体２４０を加圧する。これにより、凹部によって形成された空洞内のボイドを残留させることなく基板２１０を積層できる。

積層する基板２１０と同じ仕様の基板２１０を積層した後、設定部は、超音波の反射等により空洞またはボイドの有無を検出することにより、一方の基板２１０の凹部の内面が他方の基板２１０に接触する加圧力を予め測定する。これに代えて、設定部は、実際に基板２１０を積層しなくても、一方の基板２１０の凹部の内面が他方の基板２１０に接触する加圧力をシミュレーションにより算出してもよい。これらに代えて、設定部は、上記積層体２４０の加圧中に空洞またはボイドの有無を観察して、これらがなくなる加圧力を設定してもよい。

基板積層装置１００の加圧部５００の制御は、設定した加圧力を発生させるオープン制御でもよいし、加圧部５００にロードセル等の圧力センサを設けてフィードバック制御してもよい。更に、次に説明するように、基板２１０に、基板２１０間のボイドを排気する排気路を設けることにより、積層体２４０を効率よく加圧することができる。

図１３は、基板２１０の接合面の一部を拡大して示す模式的平面図である。基板２１０において、素子領域２１６の内部には他の基板との電気的な導通路として用いられるＣｕバンプ等の構造物が配される。これら電気的な電通路を構成する構造物を第１の領域と呼ぶ。

一方、基板２１０の表面は、それ自体が電気的な導通路として用いられない構造物も形成されており、これらを第２の領域と呼ぶ。第２の領域の例は、スクライブライン２１２、スクライブライン２１２の上に配された複数のアライメントマーク２１１、２１４、２１８、２１９、素子領域２１６に設けられた略環状のパターンを有するシールリング２１５等である。

アライメントマーク２１１、２１４、２１８、２１９も、第２の領域の一例である。シールリング２１５も、第２の領域の一例である。

スクライブライン２１２は、基板２１０の表面に対して陥没しているので、基板２１０が積層された場合には、スクライブライン２１２は、基板２１０の周縁まで連通する管状の排気路を形成する。よって、スクライブライン２１２を通じて、ボイドから外部へ気体を排出できる。なお、積層体２４０のスクライブライン２１２同士も最終的には加圧により接触されて接合される。

図示の基板２１０においては、シールリング２１５の各々に、連通路２１７が設けられている。シールリング２１５は、多くの場合、通気性のない金属膜等により形成されるので、基板２１０を積層して環状のシールリング２１５の内側にボイドが生じた場合は、ボイドを形成する気体を排出することができない。しかしながら、連通路２１７を設けることにより、環状のシールリング２１５の内側と、排気路としてのスクライブライン２１２とを連通させて、シールリング２１５内側に生じたボイドからも排気することができる。

シールリング２１５の内側において、ボイドが生じやすい領域が判っている場合は、シールリング２１５において当該領域の近くに連通路２１７を開口させることが好ましい。

図示の基板２１０には、複数のアライメントマーク２１１、２１４、２１８、２１９が設けられている。後述するように複数のアライメントマークを含む領域に形成された凹部内にボイドが残留すると、そのボイドが例えば加熱により膨張した場合、凹部からボイドがその周囲に流出する。凹部から流出した気体が複数のアライメントマークによって挟まれた領域に流入すると、気体の圧力によりその領域において二つの基板２１０が押し広げられて基板２１０間に空間が形成され、また、その空間に流入した気体の逃げ道がないため、複数のアライメントマークで挟まれた領域にボイドが残留してしまう。従って、アライメントマーク２１１上、その周囲、および二つのアライメントマーク２１１等に挟まれた領域にはボイドが発生しやすい。そこで、本実施形態ではアライメントマーク２１１等の配置および構成を下記の通りとした。

アライメントマーク２１４、２１８、２１９の幅はスクライブライン２１２よりも狭くしている。これにより、複数のアライメントマークにより挟まれた領域ができないように、または、挟まれた領域ができたとしてもボイドの排気路を確保するようにした。

なお、図中右側に配されたアライメントマーク２１４は、複数の構造物に分解して配することにより、スクライブライン２１２を塞ぐことなく、大きなアライメントマーク２１４を形成している。大型のアライメントマーク２１４を設けることが望まれる場合は、複数の小型パターンに分割し、あるいは、スクライブライン２１２の側壁に寄せて配置することにより、ボイドからの排気路を確保することが望ましい。このように、基板２１０に排気路を設けることにより、積層体２４０を加圧してボイドを形成する気体を効率よく排出して、積層構造基板２３０におけるボイドを脱気できる。

アライメントマーク２１１の幅は、スクライブライン２１２の幅と等しくい。そこで、アライメントマーク２１１の前後のスクライブライン２１２を他のスクライブライン２１２に各々直結させた。すなわち、スクライブライン２１２の幅いっぱいに設けられた複数のアライメントマークで塞がれた領域を形成しないようにした。

図１４は、図１３に示した基板２１０の一部を拡大して示す模式的断面図である。図１６は、図１３において点線で示す断面Ｓ_１を示す。

基板２１０において、アライメントマーク２１１、２１４、２１８、２１９のそれぞれは、金属膜と酸化物膜のように、互いに物性が異なる材料を組み合わせて形成される。このため、基板２１０を積層する前に、化学機械研磨等により表面を平坦化することにより、アライメントマーク２１１、２１４、２１８、２１９等の構造物を含む領域には、材料毎の研磨効率の相違により凹部２０９が形成される。更に、凹部２０９は、当該凹部２０９が生じた領域に配された構造物の大きさに応じて、凹部２０９の深さＤ_１、Ｄ_２もそれぞれに異なる。

図１５は、積層される基板２１０の模式的断面図である。図１５は、基板２１０を積層する場合に、基板２１０の凹部２０９が脱気され、更に、基板２１０の凹部２０９が他方の基板２１０に接触する様子を示す。

図３に示した手順のステップＳ１０６までに基板２１０が重ね合わされた当初、一方の基板２１０に形成された凹部２０９の内部には、基板積層装置１００における位置合わせ部３００の雰囲気が充填されている。しかしながら、ステップＳ１０７でロードロック４００において積層体２４０を脱気することにより、凹部２０９の内部から気体は排出される。凹部２０９から排出された気体は、スクライブライン２１２等により形成された排気路を通じて、積層体２４０の外部に排出される。

次に、ステップＳ１０９で加圧部５００において加圧されることにより、凹部２０９の内部も含めて、基板２１０は相互に、略全面で接触して接合される。ここで、凹部２０９の内部は排気されて減圧状態にあるので、凹部２０９の内部が対向する基板２１０の表面に接触することを妨げるものがない。よって、加圧された基板２１０は、加圧部５００において加圧されることにより、凹部２０９を対向する面に接触して接合される。

なお、図１に示した基板積層装置１００においては、ロードロック４００において脱気した積層体２４０は、引き続き減圧環境下で加圧部５００において加圧される。しかしながら、いったん脱気された積層体２４０は、大気圧環境に戻しても、雰囲気が積層体２４０の内部に入り込むまでに時間がかかる。よって、ロードロック４００において脱気した後に、大気圧環境で積層体２４０を加圧してもよい。

このように、基板２１０を重ね合わせた状態で、基板２１０の間を脱気した後に加圧することにより、積層構造基板２３０の内部に気泡が残ることを抑制できると共に、基板２１０どうしの接触を容易にすることができる。なお、基板積層装置１００においては、加圧する場合に加熱することにより基板２１０の剛性を低下させ、凹部２０９を含む基板２１０の接触を容易にできる。

ただし、積層体２４０を加圧して基板２１０を積層する過程においては、排気路として用いていたスクライブライン２１２もやがて、対向する基板２１０に接触して、排気路として利用できなくなる。このため、基板２１０に形成された凹部２０９の容量が大きいと、積層体２４０を脱気し切れない場合がある。また、対向する基板２１０の面に接触させる場合の基板２１０の変形が大きくなるので、凹部２０９の深さが著しく大きいことは好ましくない。

一例として、基板２１０に形成された凹部２０９の深さが１０μｍ以上の場合は、積層体２４０を脱気し切ることができず、最終的に積層構造基板２３０にボイドが残る場合があることが判った。よって、基板２１０に形成される凹部２０９の深さが１０μｍ未満となるように、構造物の形状、寸法、配置等を調整することが好ましい。また、凹部２０９の深さが１０μｍ未満であると、加圧により凹部２０９の内面を他方の基板２１０に接触させ易くなる。

図１６は、積層体２４０の模式的断面図である。図１６には、加圧前の積層体２４０の一部を拡大した断面が示される。

図示の積層体２４０においては、積層される基板２１０の各々に凹部２０９が形成されている。ただし、この積層体２４０の凹部２０９は、基板２１０相互で、互いに異なる位置に設けられている。よって、それぞれの凹部２０９の深さＤは、個別の凹部２０９の深さが上限となる。

ここで、仮に、図中に点線で示すように、一対の基板２１０の凹部２０９が互いに同じ位置に形成されていた場合、一対の凹部２０９を合わせた深さは、単独の凹部２０９の深さＤの２倍（２Ｄ）になる。よって、大型のアライメントマーク２１８等を基板に設ける場合は、基板相互で異なる位置に設けることが好ましい。これにより、積層体２４０の脱気の確実性を向上させる、ボイドの発生を抑制できる。

図１７は、図１３に示した基板２１０の一部を拡大して示す模式的断面図である。図１７は、図１３において点線で示す断面Ｓ_２を示す。

図示の断面Ｓ_２には、アライメントマーク２１８の他に、シールリング２１５が含まれる。シールリング２１５も、周囲の基板２１０材料とは異なる材料で形成されるので、シールリング２１５、アライメントマーク２１８およびその他の領域は、それぞれに異なる深さの凹部２０９を形成する。

ここで、シールリング２１５は、基板２１０における素子領域２１６の接合強度を向上させて、化学機械研磨等の機械的ストレスが素子領域２１６にかかることを緩和する。また、シールリング２１５は、素子領域２１６に、水分が浸入することを阻止する機能も果たす。一方、基板２１０の接合においては、既に説明した通り、構造物としてのシールリング２１５を貫通する連通路２１７を設けることが好ましい。

図１８は、上記のような要求に応じた連通路２１７の構造を示す、積層構造基板２３０の模式的断面図である。図示の積層構造基板２３０においては、積層された一対の基板２１０の一方に限って連通路２１７が形成される。これにより、高さが極めて小さい連通路２１７は、気体に関しては連通するものの、液体の通過は遮断する。よって、積層のために加圧する場合は、連通路２１７を通じてボイドの気体を排出することができ、積層後は、素子領域２１６に対する液体の浸入を阻止できる。

なお、図中には、連通路２１７を単純な形状に記載しているが、気体を通過させつつ液体を遮断するという役割に鑑みて、連通路２１７の形状を変更してもよい。即ち、連通路２１７を、小さな屈曲を繰り返すラビリンス形状にしたり、連通路２１７の一部の内径が著しく小さくなる形状としても。また、ＭＥＭＳにより形成した弁構造を設けてもよい。

図１９は、基板２１０の模式的平面図である。図示の基板２１０には、スクライブライン２１２上に、複数のアライメントマーク２１８が設けられている。ここで、排気路として機能するスクライブライン２１２の一部の区間が一対のアライメントマーク２１８により挟まれた場合、当該区間のスクライブライン２１２の排気路としての性能が劣化する。

図示の例では、基板２１０を積層して作製した積層構造基板２３０において、濃い斜線により示す区間にボイド２０６が形成される場合がある。よって、基板２１０においては、スクライブライン２１２等の排気路の一端がアライメントマーク２１８等の構造物に突き当たった場合、当該排気路の他端は、基板２１０の周縁に直接に連通することが好ましい。

図２０は、基板２１０に形成されるアライメントマーク２１８のひとつを拡大して示す模式的平面図である。アライメントマーク２１８は、矩形の酸化物膜パターン２０５と、酸化物膜パターン２０５の内側に配された複数の金属膜パターン２０７、２０８とを有する。

互いに平行な線状の金属膜パターン２０８は、アライメントマーク２１８としての位置指標を形成する。点状の金属膜パターン２０７は、線状の金属膜パターン２０８を包囲して配置されたダミーパターンであり、アライメントマーク２１８としての機能には寄与しない。

アライメントマーク２１８において、線状の金属膜パターン２０８の周囲に、ダミーパターンとしての点状の金属膜パターン２０７を設けることにより、アライメントマーク２１８の金属膜パターン２０８の周囲の硬さを酸化物膜パターン２０５の硬さよりも硬くすることができる。これにより、化学機械研磨等により表面を平坦化したときに、酸化物膜パターン２０５内において金属膜パターン２０８の周囲が削られ難くなる。このため、構造物としてのアライメントマーク２１８の存在により基板２１０に形成される凹部２０９の深さを低減することができる。これにより、基板２１０に形成される凹部２０９の深さを抑制して、ボイドの発生を抑制することができる。

なお、上記した実施例では、基板２１０を重ね合わせた後であって加圧する前に脱気（図３のＳ１０７）を行った例を示したが、加圧の前の脱気を行わず、一方の基板２１０に形成された凹部２０９の内面が他方の基板２１０に接触するように二つの基板２１０を加圧することにより、凹部２０９内のボイドを凹部２０９の外側に押し出すことによって脱気してもよい。この場合、凹部２０９から排出された気体は、スクライブライン２１２等により形成された排気路を通じて、積層体２４０の外部に排出される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

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。

１００基板積層装置、１１０筐体、１２０、１３０基板カセット、１４０、１６０搬送ロボット、１５０制御部、２０１ノッチ、２０５酸化物膜パターン、２０６ボイド、２０７、２０８金属膜パターン、２０９凹部、２１０基板、２１２スクライブライン、２１６素子領域、２１１、２１４、２１８、２１９アライメントマーク、２１５シールリング、２１７連通路、２２０基板ホルダ、２３０積層構造基板、２４０積層体、３００位置合わせ部、３０１床面、３１０枠体、３１２底板、３１４支柱、３１６天板、３２２上ステージ、３２４、３３４顕微鏡、３２６、３３６活性化装置、３３１Ｘ方向駆動部、３３２下ステージ、３３３Ｙ方向駆動部、３３８昇降駆動部、３３９プッシュアップピン、４００ロードロック、４１０気密室、４１２、４１４シャッタ、４１３、４１５、５１２開口、４２０排気孔、４２２、４３２バルブ、４２４減圧源、４３０給気孔、４４０テーブル、５００加圧部、５１０断熱容器、５３０下ステージ、５４０アクチュエータ、５３２、５６２ヒータプレート、５６０上ステージ

Claims

電気的な導通路として用いられる第１の領域と、電気的な導通路として用いられない第２の領域とを有する基板であって、
前記第２の領域および前記第２の領域に形成された構造物の少なくとも一方におけるボイドの発生を抑制するボイド抑制部を備え、
前記ボイドは、前記基板の接合面と前記基板に積層される他の基板の接合面との間に発生するボイドであり、
前記構造物はアライメントマークを含み、前記アライメントマークを含む領域には凹部が形成され、
前記凹部は、前記基板の前記接合面と前記他の基板の前記接合面とのそれぞれに形成されており、
前記ボイド抑制部は、前記基板における前記凹部とは異なる位置に前記凹部を有する前記他の基板が積層されることにより構成される、基板。
前記第２の領域は、回路が形成された回路領域内の電気的回路が形成されていない領域、および、前記回路領域の外側に配されたスクライブラインの少なくとも一方である請求項１に記載の基板。
前記構造物を含む領域に形成された凹部の、前記基板の表面からの深さが１０μｍ未満である請求項１または２に記載の基板。
電気的な導通路として用いられる第１の領域と、電気的な導通路として用いられない第２の領域とを有する基板であって、
前記第２の領域および前記第２の領域に形成された構造物の少なくとも一方において発生したボイドを排除するボイド排除部を備え、
前記ボイドは、前記基板の接合面と前記基板に積層される他の基板の接合面との間に発生するボイドであり、
前記ボイド排除部は、前記基板の周縁に連通して前記ボイドを排気する排気路を備え、回路が形成された回路領域を包囲する環状パターンと、
前記環状パターンの内側を前記排気路に対して、気体に関して連通させ、且つ、液体に関して遮断する連通路と、を更に備える基板。
前記第２の領域は、回路が形成された前記回路領域内の電気的回路が形成されていない領域、および、前記回路領域の外側に配されたスクライブラインの少なくとも一方である請求項４に記載の基板。
前記構造物に一端が突き当たる前記排気路の他端は、前記基板の周縁に直接に連通する請求項４又は５に記載の基板。
前記構造物は、前記排気路の幅方向の両端の少なくとも一方との間に隙間をおいて前記排気路に形成される請求項４から６のいずれか１項に記載の基板。
前記環状パターンにおいて、互いに離れた位置に配された複数の前記連通路を有する請求項４から７のいずれか１項に記載の基板。
前記構造物に隣接して配置され、前記構造物の周囲の材料よりも硬い材料で形成されたダミー構造物を有する請求項１から８のいずれか一項に記載の基板。