JP6596288B2 - 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

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 Download PDF

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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に記載の接合装置を用いて、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。例えば接合装置は、2枚のウェハを上下に配置した状態(以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。)で収容するチャンバーと、チャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有している。この貼り合わせ装置では、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンにより上ウェハの中心部を押圧し、当該中心部を下ウェハに当接させた後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させて貼り合わせる。
また、特許文献2には、2枚のウェハの接合を行う接合システムが開示されている。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。
また、上記接合装置は、下面に上ウェハを保持する上チャックと、上チャックの下方に設けられ、上面に下ウェハを保持する下チャックと、上チャックに設けられ、上ウェハの一端部を押圧する押動部材と、を有している。この接合装置では、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部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一端部と下ウェハの一端部を押圧して当接させた後、上ウェハの一端部と下ウェハの一端部が当接した状態で、上ウェハの一端部から他端部に向けて、上ウェハと下ウェハを順次接合する。
特開2004−207436号公報 特開2011−187716号公報
上述した特許文献1と特許文献2のいずれの接合装置でも、ウェハの接合状態を検査することについては考慮されていない。また、この接合状態の検査を行うため、接合装置の外部に別途設けられた検査装置を用いることも考えられる。しかしながら、かかる検査装置を別途設けるにはコストがかかる。したがって、従来のウェハ同士の接合処理には改善の余地があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板の接合処理の状態を検査し、当該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、基板同士を接合する接合方法であって、第1の保持部の下面に保持された第1の基板と第2の保持部の上面に保持された第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を下降させ、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、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、前記押圧工程と前記接合工程において、前記第2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、前記押圧工程における前記負荷を検出して、前記押動部材にかかる荷重を検査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、上記移動機構の駆動部にかかる負荷又は上記第1の保持部にかかる負荷を検出することで、接合処理の状態を検査できることを見出した。この接合処理の状態には、例えば基板の接合状態や押動部材にかかる荷重などが含まれる。
例えば接合処理前には第2の保持部の上面に第2の基板が保持されており、駆動部には所定の負荷がかかっている。その後、接合処理が完了すると、第2の基板は第1の基板側、すなわち上方に引っ張られるため、駆動部にかかる負荷は小さくなる。したがって、駆動部にかかる負荷が、上記所定の負荷(閾値)より小さくなると、基板の接合処理が適切に完了したと判断できる。なお、第1の保持部にかかる負荷を基準にする場合、当該負荷が所定の負荷より大きくなると、基板の接合処理が適切に完了したと判断できる。
以上のように移動機構の駆動部にかかる負荷又は第1の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査することができる。そうすると、例えば接合処理の状態が正常である場合、そのままの処理条件で接合処理を継続すれば良い。一方、接合処理の状態が異常である場合、処理条件を補正して後続の接合処理を行えば良い。したがって、本発明によれば、基板の接合処理を適切に行うことができる。
しかも、駆動部にかかる負荷又は第1の保持部にかかる負荷の検出と接合処理の状態の検査は、接合処理が行われる接合装置内で行うことができるので、検査のための新たな装置が不要である。したがって、基板の接合処理を効率よく行うことができる。
前記押圧工程において、前記負荷が所定の許容範囲内に収まるように、前記押動部材にかかる荷重を制御してもよい。
別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合方法であって、第1の保持部の下面に保持された第1の基板と第2の保持部の上面に保持された第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を下降させ、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、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、前記押圧工程と前記接合工程において、前記第2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、前記接合工程における前記負荷を検出して、基板の接合状態を検査することを特徴としている
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、前記接合工程において、前記負荷が所定の閾値に達した際、前記第1の保持部において外周部の領域の第1の基板の真空引きを停止してもよい。
前記接合工程における前記負荷が所定の閾値に達した際、前記移動機構によって前記第2の保持部を上昇させてもよい。
別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合方法であって、第1の保持部の下面に保持された第1の基板と第2の保持部の上面に保持された第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を下降させ、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、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、前記押圧工程と前記接合工程において、前記第2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、前記押圧工程と前記接合工程において、前記駆動部の負荷を検出する場合、当該駆動部の負荷は、電流値又はトルクであることを特徴としている
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2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、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、前記押動部材を下降させ、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、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、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第1の保持部、前記第2の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記押圧工程における前記負荷を検出して、前記押動部材にかかる荷重を検査することを特徴としている。
前記制御部は、前記押圧工程において、前記負荷が所定の許容範囲内に収まるように、前記押動部材にかかる荷重を制御することを特徴してもよい。
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2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、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、前記押動部材を下降させ、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、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、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第1の保持部、前記第2の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記接合工程における前記負荷を検出して、基板の接合状態を検査することを特徴としている
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、前記接合工程において、前記負荷が所定の閾値に達した際、前記第1の保持部において外周部の領域の第1の基板の真空引きを停止させてもよい。
前記制御部は、前記接合工程における前記負荷が所定の閾値に達した際、前記移動機構によって前記第2の保持部を上昇させてもよい。
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2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、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、前記押動部材を下降させ、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、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、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第1の保持部、前記第2の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、前記検出部が前記駆動部の負荷を検出する場合、当該駆動部の負荷は、電流値又はトルクであることを特徴としている
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、基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切且つ効率よく行うことができる。
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。 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。 下チャックを上方から見た平面図である。 第1の下チャック移動部の構成の概略を示す側面図である。 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。 上ウェハと下ウェハを対向配置し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。 上ウェハと下ウェハの接合を中心部から外周部に拡散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。 本実施の形態において駆動部のモータの電流値の経時的変動を示したグラフである。 駆動部のモータの電流値の経時的変動(実験結果)を示したグラフである。 駆動部のモータの電流値の経時的変動(実験結果)を示したグラフである。 駆動部のモータの電流値の経時的変動(実験結果)を示したグラフである。 他の実施の形態において電流値が閾値より小さくなった際、下チャックを上昇させる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、任意に設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又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが表面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、ウェハW、Wを保持して回転させる保持部(図示せず)を備えた基台121と、ウェハW、Wのノッチ部の位置を検出する検出部122と、を有している。そして、位置調節機構120では、基台121に保持されたウェハW、Wを回転させながら検出部122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。なお、基台121においてウェハW、Wを保持する方式は特に限定されるものではなく、例えばピンチャック方式やスピンチャック方式など、種々の方式が用いられる。
また、搬送領域T1には、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、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(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。
保持アーム131は、例えばモータなどを備えた駆動部133に支持されている。この駆動部133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、駆動部133を中心に回動自在であると共に、水平方向(Y方向)に移動自在である。駆動部133の下方には、例えばモータなどを備えた他の駆動部(図示せず)が設けられている。この他の駆動部によって、駆動部133は鉛直方向に延伸する支持柱134に沿って鉛直方向に移動できる。このように駆動部133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、駆動部133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、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。
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。
下チャック141は、当該下チャック141の下方に設けられた、移動機構としての第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。
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6及び図7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リブ172が設けられている。リブ172は、複数のピン171の外側に環状に設けられている。
また、本体部170の下面には、リブ172の内側において別のリブ173が設けられている。リブ173は、リブ172と同心円状に環状に設けられている。そして、リブ172の内側の領域174(以下、吸引領域174という場合がある。)は、リブ173の内側の第1の吸引領域174aと、リブ173の外側の第2の吸引領域174bとに区画されている。
本体部170の下面には、第1の吸引領域174aにおいて、上ウェハWを真空引きするための第1の吸引口175aが形成されている。第1の吸引口175aは、例えば第1の吸引領域174aにおいて4箇所に形成されている。第1の吸引口175aには、本体部170の内部に設けられた第1の吸引管176aが接続されている。さらに第1の吸引管176aには、継手を介して第1の真空ポンプ177aが接続されている。
また、本体部170の下面には、第2の吸引領域174bにおいて、上ウェハWを真空引きするための第2の吸引口175bが形成されている。第2の吸引口175bは、例えば第2の吸引領域174bにおいて2箇所に形成されている。第2の吸引口175bには、本体部170の内部に設けられた第2の吸引管176bが接続されている。さらに第2の吸引管176bには、継手を介して第2の真空ポンプ177bが接続されている。
そして、上ウェハW、本体部170及びリブ172に囲まれて形成された吸引領域174a、174bをそれぞれ吸引口175a、175bから真空引きし、吸引領域174a、174bを減圧する。このとき、吸引領域174a、174b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174a、174b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。また、上チャック140は、第1の吸引領域174aと第2の吸引領域174b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、リブ172が上ウェハWの裏面WU2の外周部を支持するので、上ウェハWはその外周部まで適切に真空引きされる。このため、上チャック140に上ウェハWの全面が吸着保持され、当該上ウェハWの平面度を小さくして、上ウェハWを平坦にすることができる。
しかも、複数のピン171の高さが均一なので、上チャック140の下面の平面度をさらに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。
上チャック140において、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178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178には、後述する押動部180におけるアクチュエータ部181の先端部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180が設けられている。押動部180は、押動部材としてのアクチュエータ部181とシリンダ部182とを有している。
アクチュエータ部181は、電空レギュレータ(図示せず)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の先端部は、電空レギュレータからの空気によって、貫通孔178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、シリンダ部182に支持されている。シリンダ部182は、例えばモータを備え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6及び図8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リブ192が設けられている。リブ192は、複数のピン191の外側に環状に設けられている。
また、本体部190の上面には、リブ192の内側において別のリブ193が設けられている。リブ193は、リブ192と同心円状に環状に設けられている。そして、リブ192の内側の領域194(以下、吸引領域194という場合がある。)は、リブ193の内側の第1の吸引領域194aと、リブ193の外側の第2の吸引領域194bとに区画されている。
本体部190の上面には、第1の吸引領域194aにおいて、下ウェハWを真空引きするための第1の吸引口195aが形成されている。第1の吸引口195aは、例えば第1の吸引領域194aにおいて1箇所に形成されている。第1の吸引口195aには、本体部190の内部に設けられた第1の吸引管196aが接続されている。さらに第1の吸引管196aには、継手を介して第1の真空ポンプ197aが接続されている。
また、本体部190の上面には、第2の吸引領域194bにおいて、下ウェハWを真空引きするための第2の吸引口195bが形成されている。第2の吸引口195bは、例えば第2の吸引領域194bにおいて2箇所に形成されている。第2の吸引口195bには、本体部190の内部に設けられた第2の吸引管196bが接続されている。さらに第2の吸引管196bには、継手を介して第2の真空ポンプ197bが接続されている。
そして、下ウェハW、本体部190及びリブ192に囲まれて形成された吸引領域194a、194bをそれぞれ吸引口195a、195bから真空引きし、吸引領域194a、194bを減圧する。このとき、吸引領域194a、194b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194a、194b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。また、下チャック141は、第1の吸引領域194aと第2の吸引領域194b毎に下ウェハWを真空引き可能に構成されている。
かかる場合、リブ192が下ウェハWの裏面WL2の外周部を支持するので、下ウェハWはその外周部まで適切に真空引きされる。このため、下チャック141に下ウェハWの全面が吸着保持され、当該下ウェハWの平面度を小さくして、下ウェハWを平坦にすることができる。
しかも、複数のピン191の高さが均一なので、下チャック141の上面の平面度をさらに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(上面の平坦度を小さくして)、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。
下チャック141において、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198が例えば3箇所に形成されている。そして貫通孔198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199が設けられている。ガイド部材199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。
次に、接合装置41の第1の下チャック移動部160の詳細な構成について説明する。
第1の下チャック移動部160は、図9に示すように上面が傾斜した三角柱状の基台200を有する。基台200の上面には、レール201が配設されている。基台200上には、レール201に沿って移動自在のリニアガイド202が設けられている。リニアガイド202の上面には、下チャック141を保持するホルダ203が設けられている。
リニアガイド202には、支持部材204を介して駆動部205が取り付けられている。駆動部205は、例えばモータを備え、水平方向に移動自在に構成されている。かかる駆動部205の水平方向の移動に伴い、リニアガイド202はレール201に沿って水平方向及び鉛直方向に移動する。そして、このリニアガイド202の鉛直方向の移動により、ホルダ203に保持された下チャック141も鉛直方向に移動自在になっている。
駆動部205には、検出部としてのオシロスコープ(図示せず)が接続されている。駆動部205のモータの電流値は、このオシロスコープにより検出することができる。
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10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又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は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10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10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10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10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、駆動部133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10の工程S5)。具体的には、真空ポンプ177a、177bを作動させ、吸引領域174a、174bにおいて吸引口175a、175bを介して上ウェハWを真空引きし、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10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10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10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10の工程S9)。具体的には、真空ポンプ197a、197bを作動させ、吸引領域194a、194bにおいて吸引口195a、195bを介して下ウェハWを真空引きし、下ウェハWが下チャック141に吸着保持される。
次に、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との水平方向の位置調節を行う。具体的には、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上の予め定められた基準点を順次撮像する。同時に、下部撮像部161を用いて、上ウェハWの表面WU1上の予め定められた基準点を順次撮像する。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の基準点と下ウェハWの基準点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10の工程S10)。
その後、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10の工程S11)。そして、図11に示すように上ウェハWと下ウェハWが所定の位置に対向配置される。
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12に示すように押動部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。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200g〜250gがかけられる。そして、押動部180によって、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部を当接させて押圧する(図10の工程S12)。このとき、第1の真空ポンプ177aの作動を停止して、第1の吸引領域174aにおける第1の吸引口175aからの上ウェハWの真空引きを停止すると共に、第2の真空ポンプ177bは作動させたままにし、第2の吸引領域174bを第2の吸引口175bから真空引きする。そして、押動部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。
そうすると、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12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。
そして、図13に示すように表面WU1、表面WL1間のファンデルワールス力と水素結合による接合は中心部から外周部に拡散し、所定の時間経過後、その外周部を除いて、表面WU1、WL1の接合がほぼ全面で完了する(図10の工程S13)。すなわち、上ウェハWにおいて、第2の吸引口175bから真空引きされた第2の吸引領域174b以外の領域で、表面WU1、WL1の接合が完了する。
その後、図14に示すように押動部180によって上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部を押圧した状態で第2の真空ポンプ177bの作動を停止して、第2の吸引領域174bにおける第2の吸引管176bからの上ウェハWの真空引きを停止する(図10の工程S14)。そうすると、上ウェハWの外周部が下ウェハW上に落下する。そして、図14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10の工程S15)。
その後、図15に示すように押動部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197a、197bの作動を停止し、吸引領域194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。
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。
ここで、上述したように発明者らは鋭意検討した結果、第1の下チャック移動部160の駆動部205の負荷を検出することで、接合処理の状態を検査できる知見を得た。次に、接合装置41で行われる接合処理(工程S5、S9〜S15)において、駆動部205のモータの負荷である電流値(以下、単に「電流値」という場合がある。)の変動について説明する。
図16は、本実施の形態において、駆動部205のモータの電流値の経時的変動を示したグラフである。図16中、縦軸は電流値を示し、横軸はプロセス時間を示している。また、図17〜図19は、発明者らが上記知見を得るに際し、実際にモータの電流値変動を計測した結果である。なお、図17〜図19において、実際に測定した値はマイナスの電流値であるが、説明を容易にするため、縦軸にはその絶対値を表記している。
工程S9〜S11において、下チャック141に保持された下ウェハWは、上ウェハWと接合される前の状態であり、電流値はほぼ一定である。以下、この接合前の電流値を閾値Mという。
その後、工程S12において、押動部180によって上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部を押圧する。この際、アクチュエータ部181にかかる荷重が下チャック141にかかるので、駆動部205への負荷が大きくなり、電流値が大きくなる。
その後、工程S12から工程S13において、上ウェハWの表面WU1と下ウェハWの表面WL1間の接合が中心部から外周部まで拡散する際、下ウェハWは上ウェハW側、すなわち上方に引っ張られるため、駆動部205にかかる負荷は小さくなり、電流値は小さくなる。そして、工程S13において表面WU1、表面WL1間の接合が外周部まで達すると、電流値は閾値Mに達して、さらに小さくなる。なお、本実施の形態において、電流値が閾値Mに達するときと、閾値Mより小さくなるときはほぼ同じであり、以下の説明においては同じときを指すものとして説明する。
その後、工程S14において、上ウェハWの外周部(第2の吸引領域174b)の真空引きを停止すると、アクチュエータ部181にかかる荷重がすべて下チャック141にかかるので、駆動部205への負荷が大きくなり、電流値が大きくなる。
その後、工程S15において、上ウェハWと下ウェハWが全面で接合されると、電流値はほぼ一定となる。このとき、下チャック141には上ウェハWと下ウェハWの2枚分の荷重がかかるので、電流値は閾値Mより大きくなる。また、図16において電流値は一旦下がっているが、これはアクチュエータ部181を上昇させたことに起因するものである。
以上のように接合処理における電流値は変動し、この電流値変動を検出することで、接合処理の状態の検査として、次の検査を行うことができる。
1つ目の検査として、工程S12における電流値を検出することで、押動部180においてアクチュエータ部181にかかる荷重を検査することができる。図17は、荷重が123gの電流値を示し、図18は、荷重が225gの電流値を示し、図19は、荷重が328gの電流値を示している。
図17に示すようにアクチュエータ部181にかかる荷重が適正荷重より小さい場合、工程S12においてウェハW、Wの中心部を押圧してから、工程S13において電流値が閾値Mより小さくなるまでに時間がかかる。したがって、接合処理のスループットが低下する。また、このように時間がかかると、上ウェハWと下ウェハWのアライメントがずれて、上ウェハWと下ウェハWが適切に接合されない場合がある。
図19に示すようにアクチュエータ部181にかかる荷重が適正荷重より大きい場合、駆動部205のモータにかかる負荷が大きくなるため、メンテナンス頻度が多くなったり、さらにはモータの故障を引き起こすおそれがある。また、ウェハ中心部へのディストーション(歪み)が大きくなり、プロセス不良の原因にもなる。
これに対して、図18に示すようにアクチュエータ部181にかかる荷重が適正荷重の範囲内に収まっているとき、工程S12から工程S13にかけて電流値は滑らかに小さくなり、上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部において、短時間で適切な接合を行うことができる。
そこで、予め、適正荷重に対応する電流値の適正範囲(許容範囲)を導出しておく。そして、実際にウェハW、Wを接合する際、工程S12で検出される電流値と上記適正範囲を比較することで、アクチュエータ部181にかかる荷重を検査することができる。
工程S12で検出される電流値が上記適正範囲内である場合、アクチュエータ部181にかかる荷重が正常であると判断され、後続の処理が行われる。
一方、工程S12で検出される電流値が上記適正範囲外である場合、アクチュエータ部181にかかる荷重が異常であると判断される。かかる場合、当該ウェハW、Wの接合処理を中止してこれらを回収し、次のウェハW、Wの接合処理を適切に行うため、アクチュエータ部181にかかる荷重が適正荷重になるように押動部180を調整してもよい。あるいは、当該ウェハW、Wの工程S12において、アクチュエータ部181にかかる荷重が適正荷重になるように、リアルタイムで押動部180をフィードバック制御してもよい。
2つ目の検査として、工程S13における電流値を検出することで、ウェハW、Wの接合状態を検査することができる。
工程S13で検出される電流値が閾値Mより小さい場合、ウェハW、Wの接合状態は正常であると判断され、後続の処理が行われる。
一方、工程S13で検出される電流値が閾値Mより大きい場合、ウェハW、Wの接合状態は異常であると判断される。かかる場合、当該ウェハW、Wの接合処理を中止してこれらを回収し、次のウェハW、Wの接合処理を適切に行うため、接合システム1における種々の処理条件を調整する。
また、このようにウェハW、Wの接合状態を検査することで、工程S14における上ウェハWの外周部の真空引きを停止するタイミングを自動化することが可能となる。すなわち、検出される電流値が閾値Mより小さくなった際、上ウェハWの外周部の真空引きを停止するようにプログラムしておけばよい。
かかる場合、上ウェハWの外周部の真空引きを停止する際、ウェハW、Wの接合状態を確実に正常にできる。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、工程S13で検出される電流値が閾値Mより小さくなると、直ちに工程S14において上ウェハWの外周部の真空引きを停止するので、いわゆるスケーリングの悪化を抑制することができる。ここで、工程S12からS13では、上チャック140で上ウェハWの外周部を保持した状態で、上ウェハWの中心部を押圧するので、当該上ウェハWは下方に凸に反って伸びる。そうすると、ウェハW、W同士が接合された重合ウェハWにおいて、上ウェハWと下ウェハWの中心部が合致していても、その外周部では水平方向に位置ずれが生じる場合がある。この位置ずれをスケーリングという。本実施の形態のように、工程S13から工程S14までを短時間で行うことにより、スケーリングの悪化を抑制することができる。
なお、図17〜図19においては、工程S13の後、一定の時間が経過してから工程S14を行っているが、この一定の時間は実験のために確保された時間であり、接合処理に必要な時間ではない。
以上の実施の形態によれば、駆動部205のモータの電流値を検出することにより、アクチュエータ部181にかかる荷重やウェハW、Wの接合状態を検査することができるので、ウェハW、Wの接合処理を適切に行うことができる。しかも、電流値の検出と上記検査は、接合処理が行われる接合装置41内で行うことができるので、検査のための新たな装置が不要である。したがって、ウェハW、Wの接合処理を効率よく行うことができる。
また、本実施の形態の接合システム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。
なお、以上の実施の形態では、駆動部205にかかる負荷として、モータの電流値を検出していたが、これに限定されず、例えばモータのトルクを検出してもよい。モータのトルクも電流値と同様の挙動を示すので、上記実施の形態の効果を享受できる。
以上の実施の形態において、工程S13において電流値が閾値Mより小さくなった際、図20に示すように下チャック141を上昇させてもよい。かかる場合、図13に示した場合と比べて、上ウェハWと下ウェハWの間隔が小さくなるので、スケーリングの悪化をさらに抑制することができる。
以上の実施の形態では、アクチュエータ部181にかかる荷重やウェハW、Wの接合状態を検査するに際し、駆動部205にかかる負荷(モータの電流値又はトルク)を検出していたが、これに代えて、上チャック140にかかる負荷を検出してもよい。かかる場合、上チャック140には、検出部としての負荷検出手段、例えば荷重測定センサ(図示せず)が設けられる。そして荷重測定センサによって、上チャック140にかかる負荷として、上チャック140にかかる荷重が測定される。
上チャック140にかかる負荷(荷重)は、駆動部205にかかる負荷(モータの電流値又はトルク)の挙動と逆の挙動を示す。
すなわち、工程S12において、押動部180によって上ウェハWの中心部と下ウェハWの中心部を押圧すると、上ウェハWの中心部の荷重が下チャック141にかかるので、上チャック140にかかる荷重が小さくなる。
その後、工程S12から工程S13において、上ウェハWの表面WU1と下ウェハWの表面WL1間の接合が中心部から外周部まで拡散する際、下ウェハWは上ウェハW側、すなわち上方に引っ張られるため、上チャック140にかかる荷重は大きくなる。そして、工程S13において表面WU1、表面WL1間の接合が外周部まで達すると、上チャック140にかかる荷重は閾値に達して、さらに大きくなる。
その後、工程S14において、上ウェハWの外周部(第2の吸引領域174b)の真空引きを停止すると、上チャック140にかかる荷重は小さくなる。その後、工程S15において、上ウェハWと下ウェハWが全面で接合されると、上チャック140にかかる荷重はほぼ一定となる。
以上のように上チャック140にかかる荷重は駆動部205にかかる負荷の挙動と逆の挙動を示し、上チャック140にかかる荷重変動を検出することにより、上記実施の形態と同様の効果を享受できる。すなわち、アクチュエータ部181にかかる荷重やウェハW、Wの接合状態を検査することができるので、ウェハW、Wの接合処理を適切に行うことができる。しかも、上チャック140にかかる荷重の検出と上記検査は、接合処理が行われる接合装置41内で行うことができるので、検査のための新たな装置が不要である。したがって、ウェハW、Wの接合処理を効率よく行うことができる。
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
160 第1の下チャック移動部
180 押動部
181 アクチュエータ部
205 駆動部
上ウェハ
下ウェハ
重合ウェハ

Claims (15)

  1. 基板同士を接合する接合方法であって、
    第1の保持部の下面に保持された第1の基板と第2の保持部の上面に保持された第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を下降させ、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、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、
    前記押圧工程と前記接合工程において、前記第2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、
    前記押圧工程における前記負荷を検出して、前記押動部材にかかる荷重を検査することを特徴とする、接合方法。
  2. 前記押圧工程において、前記負荷が所定の許容範囲内に収まるように、前記押動部材にかかる荷重を制御することを特徴とする、請求項に記載の接合方法。
  3. 基板同士を接合する接合方法であって、
    第1の保持部の下面に保持された第1の基板と第2の保持部の上面に保持された第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を下降させ、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、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、
    前記押圧工程と前記接合工程において、前記第2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、
    前記接合工程における前記負荷を検出して、基板の接合状態を検査することを特徴とする、接合方法。
  4. 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、
    前記接合工程において、前記負荷が所定の閾値に達した際、前記第1の保持部において外周部の領域の第1の基板の真空引きを停止することを特徴とする、請求項に記載の接合方法。
  5. 前記接合工程における前記負荷が所定の閾値に達した際、前記移動機構によって前記第2の保持部を上昇させることを特徴とする、請求項又はに記載の接合方法。
  6. 基板同士を接合する接合方法であって、
    第1の保持部の下面に保持された第1の基板と第2の保持部の上面に保持された第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を下降させ、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、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、
    前記押圧工程と前記接合工程において、前記第2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出して、接合処理の状態を検査し、
    前記押圧工程と前記接合工程において、前記駆動部の負荷を検出する場合、当該駆動部の負荷は、電流値又はトルクであることを特徴とする、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2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、
    前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、
    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、前記押動部材を下降させ、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、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、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第1の保持部、前記第2の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記押圧工程における前記負荷を検出して、前記押動部材にかかる荷重を検査することを特徴とする、接合装置。
  10. 前記制御部は、前記押圧工程において、前記負荷が所定の許容範囲内に収まるように、前記押動部材にかかる荷重を制御することを特徴とする、請求項に記載の接合装置。
  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2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、
    前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、
    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、前記押動部材を下降させ、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、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、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第1の保持部、前記第2の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記接合工程における前記負荷を検出して、基板の接合状態を検査することを特徴とする、接合装置。
  12. 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、前記接合工程において、前記負荷が所定の閾値に達した際、前記第1の保持部において外周部の領域の第1の基板の真空引きを停止させることを特徴とする、請求項11に記載の接合装置。
  13. 前記制御部は、前記接合工程における前記負荷が所定の閾値に達した際、前記移動機構によって前記第2の保持部を上昇させることを特徴とする、請求項11又は12に記載の接合装置。
  14. 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2の保持部を鉛直方向に移動させる移動機構と、
    前記移動機構の駆動部にかかる負荷又は前記第1の保持部にかかる負荷を検出する検出部と、
    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、前記押動部材を下降させ、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、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、を行い、前記押圧工程と前記接合工程において、前記検出部によって前記負荷を検出して、接合処理の状態を検査するように、前記第1の保持部、前記第2の保持部、前記押動部材、前記移動機構及び前記検出部を制御する制御部と、を有し、
    前記検出部が前記駆動部の負荷を検出する場合、当該駆動部の負荷は、電流値又はトルクであることを特徴とする、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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