JPWO2009119096A1 - 接合装置および接合方法 - Google Patents

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Abstract

一対の基板を接合する場合に生じる水平位置のずれを抑制する。一対の基板の一方の基板を保持固定する第1の基板保持部材と、一対の基板の他方の基板を該基板の接合面が一方の基板の接合面に対向するように保持し、両基板の接合面が互いに接合されるように第1の基板保持部材に対して相対移動可能な第2の基板保持部材と、第1および第2の各基板保持部材を互いに結合する結合部と、第1の基板保持部材および第2の基板保持部材の一方を、該一方の基板保持部材に保持された基板の接合面に近接した揺動中心の周りに揺動させる揺動部と、を備える。

Description

本発明は、接合装置および接合方法に関する。より詳細には、ウエハ等の基板を貼り合わせる場合に用いる接合装置と、当該接合装置を用いた基板の接合方法とに関する。なお、本出願は、下記の日本出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の一部とする。
特願2008−083118 出願日 2008年3月27日
各々に素子および回路が形成された基板を積層した積層型の半導体装置がある(特許文献1参照)。積層型の半導体装置は、立体的な構造を形成することにより、実装面積を拡大することなく実効的に高い実装密度を有する。また、積層された基板相互の配線が短いので、動作速度の向上にも寄与するといわれている。
基板を貼り合わせる場合には、互いに平行に保持された一対の基板を加圧して圧接させる。このため、一対の基板を平行に保持して加圧する接合装置が用いられる(特許文献2参照)。
特開平11−261000号公報 特開2005−251972号公報
接合する一対の基板を完全に平行にすることは難しく、一方の基板が僅かに傾斜した状態で加圧が開始される場合がある。このような場合、傾いた基板が加圧された状態で揺動して、基板の面と平行な方向に位置ずれが生じる場合がある。このようなずれが、接合面に形成されたバンプの径よりも大きい場合は基板相互の電気的接続がとれず、積層半導体装置としての機能が得られない。また、接合装置による基板の保持が強固な場合は、位置ずれを生じる応力が基板自体に作用して、基板が損傷する場合もある。
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第1の形態として、一対の基板の一方の基板を保持固定する第1の基板保持部材と、一対の基板の他方の基板を該基板の接合面が一方の基板の接合面に対向するように保持し、両基板の接合面が互いに接合されるように第1の基板保持部材に対して相対移動可能な第2の基板保持部材と、第1および第2の各基板保持部材を互いに結合する結合部と、第1の基板保持部材および第2の基板保持部材の一方を、該一方の基板保持部材に保持された基板の接合面に近接した揺動中心の周りに揺動させる揺動部と、を備える接合装置が提供される。
また、本発明の第2の形態として、一対の基板の一方を第1の基板保持部材に保持する段階と、他方の基板を該基板の接合面が一方の基板の接合面に対向するように第2の基板保持部材に保持する段階と、他方の基板の接合面に近接した揺動中心の周りに第2の基板保持部材を揺動させて、一対の基板を互いに平行にする段階と、第2の基板保持部材を第1の基板保持部材に向かって変位させて、一対の基板を互いに接合させる段階と、第1の基板保持部材および第2の基板保持部材を互いに結合する段階と、を含む接合方法が提供される。これにより、ウエハの揺動中心をウエハの接合面に合わせて、揺動した場合の水平方向の変位を抑制できる。
更に、本発明の第3の形態として、第1基板保持部に保持された第1基板を、第1基板保持部を介して保持する固定された第1テーブルと、第2基板保持部に保持された第2基板を、第1基板保持部に対向させて、第2基板保持部を介して保持する第2基板テーブルと、第2基板テーブルを第1基板テーブルに向かって変位させることにより、第1基板および第2基板の互いに対向する接合面を接合させる駆動部と第1基板テーブルおよび第2基板テーブルの一方を、接合面に近接した揺動中心の廻りに第1基板または第2基板を揺動させる揺動部と、を備える接合装置が提供される。
なお、上記の発明の概要は、発明の全ての特徴を列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下に記載する実施形態は、請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決に必須であるとは限らない。
図1は、接合装置101の構造を模式的に示す断面図である。接合装置101は、枠体110の内側に配置された、駆動部120、昇降テーブル130、固定テーブル140およびロードセル150を備える。
枠体110は、互いに平行で水平な天板112および底板116と、天板112および底板116を結合する複数の支柱114とを備える。天板112、支柱114および底板116は、それぞれ高剛性な材料により形成され、後述する接合におけるウエハ162、164への加圧の反力が作用した場合も変形が生じない。
枠体110の内側において、底板116の上には、駆動部120が配置される。駆動部120は、底板116の上面に固定されたシリンダ124と、シリンダ124の内側に配置されたピストン122とを有する。ピストン122は、図示されていない流体回路、カム、輪列等により駆動されて、図中に矢印Zにより示す、底板116に対して直角な方向に昇降する。また、ピストン122は、複数の水平なキー126を有する平面を上端に有する。キー126は紙面に対して奥行き方向に形成される。
ピストン122の上端には、第2テーブルの一例である昇降テーブル130が装着される。昇降テーブル130は、基板保持部材131、伸縮部132、球面座134、Xステージ136およびYステージ138を有する。Yステージ138は、キー126と嵌合するキー溝を下面に有して、ピストン122の上面に装着される。これにより、Yステージ138は、ピストン122の頂部において紙面に直交する方向に変位する。
Xステージ136は、Yステージ138の上面に装着され、紙面と平行に形成された嵌め合い構造によりYステージ138と嵌合する。これにより、Xステージ136は、紙面と平行に変位する。これらXステージ136およびYステージ138の動作を併せることにより、X−Y平面上の任意の変位が得られる。球面座134は、Xステージ136の上面に形成された球面状の凹部と相補的な形状の下面を有し、Xステージ136上で揺動する。
球面座134の上面には、伸縮部132を介して基板保持部材131が搭載される。基板保持部材131は、静電吸着、負圧吸着等によりウエハホルダ163を保持する保持面133を上面に有する。これにより、基板保持部材131に保持されたウエハホルダ163の移動または脱落が抑制される。
保持面133に保持されたウエハホルダ163は、接合面168を上に向けてウエハ164を吸着している。ウエハ164およびウエハホルダ163を一体的に取り扱うことにより、ウエハ164の操作が容易になると共に、ウエハ164の損傷等が防止される。
なお、接合面168は、ウエハ164の概ね上面に相当するが、ウエハ164の表面に形成され、対向するウエハ162(後述)に向かって突出するバンプ、パッド等の頂面を含む平面である。これらバンプ等が対向するウエハ162のバンプ等に結合されることにより、ウエハ164上の回路とウエハ162上の回路とが結合される。ウエハ162、164にバンプ等が形成されておらず、ウエハ162,164の回路が形成された表面同士が直接接合される場合は、ウエハ162,164の前記表面が接合面168となる。
また、球面座134の揺動により基板保持部材131が揺動した場合は、基板保持部材131に吸着されたウエハホルダ163およびウエハ164も基板保持部材131と共に揺動する。すなわち、球面座134およびXステージの凹部とで、基板保持部材131を揺動させる揺動部を構成する。
一方、第1テーブルの一例である固定テーブル140は、基板保持部材141および複数の懸架部144を有する。懸架部144は、天板112の下面から垂下される。基板保持部材141は、懸架部144の下端近傍において下方から支持され、昇降テーブル130に対向して配置される。
基板保持部材141は、下面に設けられた保持面143に、静電吸着、負圧吸着等によりウエハホルダ161を吸着して保持する。ウエハホルダ161は、下面にウエハ164を保持する。これにより、ウエハ162は接合面166を下方に向けて保持される。こうして、ウエハ162、164は、接合面166、168を互いに対向させて保持される。
なお、懸架部144は、基板保持部材141を下方から支持する一方、上方への移動は規制しない。しかしながら、基板保持部材141および天板112の間には、複数のロードセル150が挟まれる。これにより、基板保持部材141の保持面143に保持されたウエハ162に印加された圧力が検出されると共に、基板保持部材141の上方への変位が規制される。
図示の状態は、接合装置101の動作において初期状態に相当する。この状態では、駆動部120のピストン122がシリンダ124の中に引き込まれており、昇降テーブル130は降下している。従って、昇降テーブル130および固定テーブル140に保持されたウエハ162、164の間には広い間隙がある。接合の対象となる一対のウエハ162、164は、上記間隙に対して側方から装入されて、昇降テーブル130または固定テーブル140に保持される。
次いで、Xステージ136およびYステージ138を動作させることにより、昇降テーブル130に保持されたウエハ164を水平に移動させて、ウエハ162、164の中心位置を相互に一致させることができる。更に、球面座134によりウエハ164を揺動させて、ウエハ162、164を相互に平行にすることができる。こうして、位置合わせされ、且つ、平行にされた状態で駆動部120により加圧することにより、ウエハ162、164を接合できる。
なお、ウエハホルダ161、163の各々は、結合部材165、167を有する。結合部材165、167は、例えば、互いに吸着するように極性が調整された永久磁石であり、ウエハ162、164が接合された場合に相互に結合し合って、ウエハ162、164を挟持した状態になる。これにより、ウエハ162、164は、接合状態を維持された状態で、例えば、加熱加圧する設備に搬送される。
接合されたウエハ162、164では、各々の表面に形成された信号端子が相互に接続され、全体でひとつの回路を形成する。このようにして、積層型半導体装置を製造できる。なお、積層型半導体装置の製造工程においては、ウエハ162、164の間を接着材等により接着して、接合を恒久的にする段階が導入される場合もある。
図示の例では、球面座134の球面を含む球の中心すなわち球面座134の揺動中心Cは、基板保持部材131が球面座134上に配置された状態で、基板保持部材131の保持面133からウエハ164の厚さ方向に離れた位置に設定されている。基板保持部材131の保持面133から揺動中心Cまでの距離の値は、図示の例では、ウエハ164の厚さ寸法の値よりも大きい。
図2は、位置調節部201の動作を説明する図である。即ち、接合装置101は、基板保持部材131に保持されたウエハ164の接合面168を、揺動中心Cに近接させる位置調節部201を備える。
位置調節部201は、図示の例では、基板保持部材131に保持されたウエハ164を、その厚さ方向に変位させるための基板駆動部である伸縮部132を有する。伸縮部132は、球面座134の上面に該上面と基板保持部材131との間で設けられており、球面座134の上面に垂直な方向(図中に矢印Lで示す方向である。)に沿って伸縮する。
ウエハ164を保持した基板保持部材131は、伸縮部132を介して球面座134に支持される。ウエハ164を昇降テーブル130に載せた場合は、まず、伸縮部132を動作させて、ウエハ164の上面に相当する接合面168上に球面座134の揺動中心Cが位置するように、基板保持部材131を移動させる。これにより、ウエハ164の厚さ寸法に拘らず、ウエハ164の接合面168上に揺動中心Cを容易に配置することができ、ウエハ164は、その接合面168上の揺動中心Cを中心として揺動可能となる。
図3は、位置調節部201として動作する伸縮部132の内部構造を模式的に示す図である。伸縮部132は、支持部210、ベローズ216および被駆動部218を有する。
支持部210は、球面座134の上面に対して固定される。また、支持部210の内側略中央には、案内筒213が直立する。更に、支持部210の内部は、気密に接続された耐圧管211を通じて圧力源214に連通する。耐圧管211の中間には制御バルブ212が配され、制御バルブ212を開閉することにより、支持部210の内部の圧力を変化させることができる。
被駆動部218は、基板保持部材131の下面に対して固定される。また、被駆動部218の内側中央の下面からは、案内軸215が下方に向かって延在する。案内軸215の下端側は、案内筒213の内部に挿通される。これにより、被駆動部218は、支持部210に対して垂直に変位可能になると共に、傾きを規制される。
支持部210および被駆動部218は、伸縮自在なベローズ216により気密に結合される。これにより、支持部210内部の圧力が高圧になった場合は、当該圧力が被駆動部218に作用し、被駆動部218と共に基板保持部材131が上昇する。また、支持部210内部の圧力が低圧になった場合は、被駆動部218が降下する。
なお、案内筒213の上端には制動部217が配される。制動部217が動作した場合は、案内軸215を把持して、案内軸215の案内筒213に対する変位が制止される。よって、制動部217を動作させることにより、被駆動部218および基板保持部材131の高さを保持させることができる。
このようにして、基板保持部材131を昇降させることにより、基板保持部材131に保持されたウエハ164の位置を変化させて、ウエハ164の接合面168と、球面座134の揺動中心Cとを一致させることができる。また、制動部217により、揺動中心Cに接合面168を一致させたウエハ164の位置を保持できる。なお、制御バルブ212および制動部217の動作は、外部に設けられた制御部から制御される。
なお、伸縮部132の構造は上記の構造に限られるわけではなく、硬質材料により形成されたエアアクチュエータ、圧電素子、ボールネジ等の他の駆動機構を用いることができることはいうまでもない。エアアクチュエータを用いる場合は、シリンダおよびピストンの間をエアベアリング等により潤滑することが好ましい。これにより、磨耗粉を生じる金属どうしの摺動を避けて磨耗粉の発生を防止できる。
また、圧電素子を用いる場合は、圧電素子自体の伸縮量が小さいので、梃子等を利用して基板保持部材131の移動量を大きくすることが好ましい。更に、ボールネジを用いた場合は、摺動部をベローズ型のカバーで覆い、部材の摺動粉のウエハ164への付着を防止することが好ましい。また、ボールネジを回転駆動させるアクチュエータとしてステッピングモータ等を用いることにより、ウエハ164の昇降量を外部から精密に制御できる。
いずれのアクチュエータを用いた場合も、圧電素子、ステッピングモータ等を制御する制御部219を設け、制御部219に適切な目標値を与えることにより、基板保持部材131に保持されたウエハ164の位置を変化させて、ウエハ164の接合面168と、球面座134の揺動中心Cとを一致させることができる。球面座134の揺動中心Cの位置、基板保持部材131の初期位置等は接合装置101毎に既知なので、適切な目標値を設定するには、ウエハ164の厚さが判ればよい。
基板保持部材131に搭載するウエハ164の厚さが既知の場合、または、接合装置101の外部でウエハ164の厚さを測定した場合は、制御部219に、ウエハ164の厚さを直接に知らせればよい。また、ウエハ164の厚さが、例えば、半導体基板の積層数に依存する場合は、積層枚数を制御部219に知らせることにより、制御部219に目標値を設定できる。更に、以下に例示する厚さ検出部等を用いて、接合装置101においてウエハ164の厚さを検出することもできる。
図4は、基板保持部材131に搭載されたウエハ164の厚さを検出する厚さ検出部220の構造を模式的に示す図である。厚さ検出部220は、接合装置101の天板112に対して固定された、下向きの顕微鏡222を含む。なお、顕微鏡222は、ウエハ162、164の水平方向(X−Y方向)の位置合わせにも用いられる。
顕微鏡222は自動合焦機能を備え、自身の位置から観察対象までの距離Dを知ることができる。従って、例えば、基板保持部材131上でウエハホルダ163に搭載されたウエハ164の表面を観察することにより、顕微鏡222とウエハ164上面との間の距離D1を測定できる。
次に、Xステージ136を動作させてウエハ164を移動させた後、顕微鏡222によりウエハホルダ163の保持面(上面)を観察する。これにより、顕微鏡222とウエハ164上面との間の距離Dを測定できる。これら距離DおよびDの差分Dを算出することにより、ウエハ164の厚さを算出できる。
なお、基板保持部材131が傾いていた場合には、ウエハ164の厚さを正確に検出できない場合がある。しかしながら、ウエハ164の周囲に沿って観察位置を移動させて、複数個所で距離Dを観察することにより、ウエハ164の正確な厚さを検出することができる。
なお、顕微鏡222を用いた厚さ検出部220は、接合装置101の外部に設けることもできる。また、顕微鏡222以外の測定装置を用いても、特定の基準位置からウエハ164の表面および基板保持部材131の表面までの各距離を測定できる。具体的には、レーザ測長器、ラインセンサ、画像処理等により、各距離を正確に測定することもできる。
上記のようにしてウエハ164の厚さが検出された場合、制御部219は、当該厚さを有するウエハ164の接合面が、球面座134の揺動中心Cに一致するように、基板保持部材131を昇降させる。昇降量が正確に制御されていれば、アクチュエータに対して動作を指示すれば足りるが、ウエハ164の表面の位置を検出して、揺動中心Cと正確に一致しているか否かを確認することも好ましい。
ウエハ164の位置を検出する位置検出部としては、顕微鏡222の他、例えば、レーザ測長器、ラインセンサ、撮像装置等を用いることができる。即ち、既に説明した通り、位置検出部としての顕微鏡222等からの距離を測定することにより、ウエハ164の接合面168が、接合装置101毎に既知の揺動中心Cに位置しているか否かが判る。また、顕微鏡222、撮像装置等によりウエハ164を水平方向から観察することにより、ウエハ164の位置を検出することもできる。
更に、球面座134の揺動中心Cの水平位置は接合装置101毎に既知なので、次のような方法でウエハ164の位置調節を確認することもできる。まず、顕微鏡222等から鉛直に垂下した位置に揺動中心Cを移動させて、ウエハ164の接合面168までの距離を測定する。ここで、ウエハ164の接合面168が揺動中心Cに一致している場合は、ウエハ164を揺動させても、測定される距離は変化しない。しかしながら、接合面168および揺動中心が一致していない場合は、ウエハ164を揺動させると、測定値が変化する。
図5は、他の厚さ検出部230の構造を模式的に示す図である。厚さ検出部230は、基板保持部材131およびウエハホルダ163の間に挟まれ、支持部232およびロードセル234を有する。
支持部232は、全体としては円盤状をなし、上面から陥没した複数の収容部231を有する。支持部232の上面において、収容部231が形成されていない領域は同じ高さを有して押圧部233を形成する。
収容部231の各々には、ロードセル234が収容される。また、収容部231の深さは、ロードセル234の高さよりも僅かに小さい。これにより、ロードセル234の上端は、支持部232の上から上方に僅かに突出してウエハホルダ163を支持する。
上記のような厚さ検出部230の上に、ウエハ164を搭載したウエハホルダ163が載せられた場合、ロードセル234は受けた荷重を検出して、ウエハホルダ163およびウエハ164を合わせた重量を正確に検出する。ウエハホルダ163の重量は既知なので、検出した荷重とウエハホルダ163の重量との差分から、ウエハ164の重量を検知できる。更に、ウエハ164の密度は既知なので、検知された重量からウエハ164の厚さを算出できる。
なお、接合装置101においてウエハ162、164を加圧して仮接合する場合には、ロードセル234に大きな荷重がかかることになる。しかしながら、荷重が大きくなった場合はロードセル234の起歪体が収縮して収容部231の内部に入り込む。これにより、以降は支持部232の押圧部233がウエハホルダ163を押し上げる。従って、過大な荷重を受けたロードセル234が劣化することが防止される。
図6は、一方が傾斜したウエハ162、164を当接させて加圧した場合に生じる現象を説明する図である。ここでは、水平なウエハ162に対して、傾斜角度θで傾斜したウエハ164が当接した場合を例に挙げて、ウエハ164縁部の当接点Mが、ウエハ162の縁部に対して生じた位置ずれEについて説明する。また、傾斜したウエハ164の揺動中心Cが、ウエハ164の接合面168から距離Δh離れているものとして、揺動中心Cのずれが当接点Mの位置ずれEに与える影響についても説明する。
位置ずれEは、ウエハ162、164の寸法(半径D)およびウエハ164の傾斜角度θに依存する位置ずれEと、ウエハ164の接合面168および揺動中心Cの間隔Δh並びに傾斜角度θに依存する位置ずれEとを含み、下記の式に示す関係を有する。
E=E+E
=D(1−cosθ)
=Δh・sinθ
図7は、一方のウエハ164の傾斜角度θを変化させながら接合して、ウエハ162、164に発生した水平方向の位置ずれEを測定した結果を示す。なお、ウエハ162、164は、いずれも直径300mm、厚さ775μmであった。
ウエハ164の傾斜角度θが大きくなるにつれて、位置ずれEの要素となる位置ずれE、Eはいずれも大きくなる。その結果、全体の位置ずれEも大きくなることが判る。
また、ウエハ164の傾斜角度θが0.6°よりも小さい範囲では、位置ずれEの影響が大きくなる。一方、ウエハ164の傾斜角度θが0.6°を越えると、位置ずれEの影響が大きくなる。この測定結果から、ウエハ164の傾斜角度θが小さい領域では、位置ずれEを抑制することにより、全体の位置ずれEを効果的に低減できることが判る。
図8は、互いに厚さの異なる傾斜したウエハ164を水平なウエハ162に接合した場合に生じるウエハ162、164の位置ずれEを測定した結果を示すグラフである。なお、ウエハ162、164の直径は300mmであり、ウエハ164の傾斜角度θは1°に固定した。
傾斜角度θを固定してウエハ164の厚さを変化させた場合、ウエハ164の揺動中心Cが昇降テーブル130の基板保持部材131の表面にあるので、位置ずれEは、ウエハ164の厚さに関わりなく一定になる。一方、揺動中心Cと接合面168との間隔Δhに依存する位置ずれEは、ウエハ164の厚さが増加するにつれて大きくなる。換言すれば、揺動中心Cをウエハ164の表面に近接させて、間隔Δhを小さくすることにより、全体の位置ずれEを効果的に抑制できることが判る。
このような現象に対して、接合装置101は、伸縮部132の動作により基板保持部材131の高さをウエハ164の厚さ方向に変位させて、異なる厚さのウエハ164が装入された場合においても、揺動中心Cの位置をウエハ164の接合面168に一致させることができる。これにより、揺動中心Cとの間隔Δhを小さくして、位置ずれEを抑制できることが判る。
このように、一対のウエハ162、164の一方を水平に固定する段階と、一対のウエハ162、164の他方を、一方のウエハ162に対向させて保持する段階と、他方のウエハ164を、ウエハ162に対向する接合面168に近接した揺動中心Cの周りに揺動させて、一対のウエハ162、164を互いに平行にする段階と、他方のウエハ164を一方のウエハ162に向かって変位させて、一対のウエハ162、164を互いに接合させる段階とを含む接合方法が実行される。これにより、ウエハ162、164の位置ずれEに起因する接合不良が低減される。
この接合方法を実行する際、一対のウエハ162、164をそれぞれ保持した後、一対のウエハ162、164を互いに平行にするに先立って、他方のウエハ164を一方のウエハ162に向けて変位させて該一方のウエハに当接させ、他方のウエハ164の一部が一方のウエハ162に当接したときに、他方のウエハ164を一方のウエハ162から離反させることができる。
図9は、接合装置101に装入されるウエハ162、164の状態を示す図である。なお、以下に説明する部分を除くと、位置調節部201およびそれを含む接合装置101の構造は、図1および図2に示した接合装置101と共通の構造を有する。そこで、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
この位置調節部201において、揺動中心Cは、基板保持部材131の上面近傍に位置する。既に説明した通り、伸縮部132を動作させることにより、基板保持部材131の保持面133とウエハ164の接合面168との間隔を変化させることができるので、厚さが異なるウエハ164が載せられた場合においても、ウエハ164の接合面168を揺動中心Cに一致させることができる。
しかしながら、例えば、研磨等により薄化されたウエハと通常のウエハを接合する場合、既に積層されたウエハと単一のウエハとを接合する場合等は、接合に係るウエハ162、164の厚さが大きく異なる。このような場合には、基板保持部材131に搭載した場合に、接合面168が揺動中心Cにより近くなる方のウエハ164を昇降テーブル130側に載せることにより、伸縮部132の動作量を低減できる。
初期状態において揺動中心Cが基板保持部材131の近傍に位置する接合装置101では、積層ウエハ等の厚さの大きいウエハ162を、固定テーブル140側の基板保持部材141に保持させた方が伸縮部132の昇降量が小さくなり、接合装置101における作業のスループットを向上させることができる。
このように、一対の基板のうち、基板保持部材131に保持された場合に接合面168が揺動中心Cにより近くなる厚さを有する基板を基板保持部材131に保持してもよい。これにより、揺動による基板の水平方向の変位が小さくなる。また、基板の接合面168を揺動中心Cに合わせる場合にも、調整代が小さくなる。
また、接合面168と揺動中心Cとの乖離が同程度になる場合は、ウエハ162、164のうち、より薄い方を、昇降テーブル130の基板保持部材131に保持させることが好ましい。これにより、基板保持部材131を揺動させた場合に生じる接合面168の水平方向への変位が小さくなり、位置ずれEに与える影響を小さくすることができる。
図10は、接合装置101に装入されるウエハ162、164の他の形態を示す図である。位置調節部201およびそれを含む接合装置101の構造は、図8に示したものと共通であり、以下の説明は、同じ接合装置101の異なる使用方法を示す。
図示のように、既に積層されて大きな厚さを有するウエハ164と、その上に更に積層される他のウエハ162とを積層する場合に、既に積層されたウエハ164を下側の基板保持部材131に搭載し、単層のウエハ162を上側の基板保持部材141に保持させることもできる。
これにより、積層されて重量の大きなウエハ164を反転させて上側の基板保持部材141に保持させる作業を省くことができる。また、多層のウエハ164が何らかの原因で基板保持部材141から落下して傷んだ場合に生じる損害額を抑制することができる。
ここまで、位置調節部201の基板駆動部が伸縮部132である例を示したが、これに代えて、基板保持部材131に保持されたウエハ164をその厚さ方向に変位させることができれば、伸縮部132以外の構造で基板駆動部を形成することができる。
図11は、また他の形態に係る接合装置102の構造を模式的に示す断面図である。以下に説明する部分を除くと、接合装置102の構造は、図1、図2に示した接合装置101、102と共通の構造を有する。そこで、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
接合装置102は、接合装置101と同じ構造の枠体110、駆動部120、固定テーブル140およびロードセル150を有する。一方、昇降テーブル130は、固有の構造を有する。
接合装置102において、昇降テーブル130は、ピストン122の頂部に順次積層された、Yステージ138、Xステージ136、球面座134および基板保持部材131を備える。ただし、基板保持部材131は、球面座134に直接に装着され、伸縮部132は省かれている。また、図11に示す例では、位置調節部202は、伸縮部132に代えて、基板保持部材131の上面において、ウエハ164および基板保持部材131の間に挿入されたスペーサ170を備える。
スペーサ170は、ウエハ164よりも一回り大きな平面寸法を有しており、ウエハ164の下面全体を支持する。また、スペーサ170は交換でき、基板保持部材131に搭載されたウエハ164の厚さに応じて、異なる厚さのスペーサ170を装着することができる。一方、球面座134の揺動中心Cは、基板保持部材131の上面に相当する保持面133に対して、固定テーブル140側に近い位置、即ち、上方に離れた位置に設定されている。
このような構造により、厚さの異なるウエハ164が基板保持部材131に保持された場合も、適切な厚さのスペーサ170を装着することにより、球面座134の揺動中心Cを、ウエハ164の接合面168上に一致させることができる。このように、位置調節部202は、基板保持部材131の保持面133から、ウエハ164の厚さ方向に離れた揺動中心Cを有する昇降テーブル130と、保持面133およびウエハ164の間に間挿してウエハ164の接合面168を揺動中心Cに近接させるスペーサ170とを含んでもよい。これにより、簡潔な構造で、位置調節部202を形成できる。
本実施の形態では、基板保持部材131に保持されたウエハ164の接合面168と揺動中心Cとを互いに一致させた例を示したが、揺動中心Cをウエハ164の接合面168からずれた位置に設定することができる。この場合、例えば、基板保持部材131に保持されたウエハ164の接合面168を基準(0)としたときに、接合面168からその基板保持部材131側と反対側へウエハ164の厚さ寸法の距離離れた位置よりも接合面168に接近した位置と、接合面168からその基板保持部材131側へウエハ164の厚さ寸法の距離離れた位置よりも接合面168に接近した位置との間の範囲内に、揺動中心Cを設定する。すなわち、接合面168からの揺動中心Cの距離をΔhとし、ウエハ164の厚さ寸法をdとすると、Δhの値は、−d<Δh<dの範囲内で取り得る。従って、本発明において「揺動中心Cがウエハ164の接合面168に近接する」とは、揺動中心Cが前記した範囲内に位置することを意味しているだけでなく、揺動中心Cが接合面168に一致することも意味する。
また、本実施の形態では、接合装置101が位置調節部201、202を備える例を示したが、これに代えて、基板保持部材131に保持されたウエハ164の接合面168と基板保持部材131の上面との間の距離が一定である場合には、位置調節部201、202を不要とし、ウエハ164の接合面168上に揺動中心Cが位置するように、球面座134を設計することができる。
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。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、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、請求の範囲の記載から明らかである。
一つの実施形態に係る接合装置101の構造を模式的に示す断面図である。 位置調節部201の動作を説明する図である。 伸縮部132の内部構造を模式的に示す図である。 厚さ検出部220の構造を模式的に示す図である。 厚さ検出部220の他の構造を模式的に示す図である。 ウエハ162、164を当接させた場合に生じる位置ずれを説明する図である。 揺動中心Cのずれとウエハ162、164の位置ずれとの関係を示すグラフである。 ウエハ162、164の厚さと位置ずれとの関係を示すグラフである。 接合装置101に装入されたウエハ162、164を示す図である。 接合装置101に装入されたウエハ162、164を示す図である。 接合装置102の構造を模式的に示す断面図である。
符号の説明
101、102 接合装置、110 枠体、112 天板、114 支柱、116 底板、120 駆動部、122 ピストン、124 シリンダ、126 キー、130 昇降テーブル、131、141 基板保持部材、132 伸縮部、133、143 保持面、134 球面座、136 Xステージ、138 Yステージ、140 固定テーブル、144 懸架部、150 ロードセル、161、163 ウエハホルダ、162、164 ウエハ、165、167 結合部材、166、168 接合面、170 スペーサ、201、202 位置調節部、210、232 支持部、211 耐圧管、212 制御バルブ、213 案内筒、214 圧力源、215 案内軸、216 ベローズ、217 制動部、218 被駆動部、219 制御部、220、230 厚さ検出部、222 顕微鏡、231 収容部、233 押圧部、234 ロードセル

Claims (15)

  1. 一対の基板の一方の基板を保持固定する第1の基板保持部材と、
    前記一対の基板の他方の基板を該基板の接合面が前記一方の基板の接合面に対向するように保持し、前記一対の基板の各々の前記接合面が互いに接合されるように前記第1の基板保持部材に対して相対移動可能な第2の基板保持部材と、
    前記第1の基板保持部材および前記第2の基板保持部材を互いに結合する結合部と、
    前記第1の基板保持部材および前記第2の基板保持部材の一方を、該一方の基板保持部材に保持された前記基板の前記接合面に近接した揺動中心の周りに揺動させる揺動部と、
    を備える接合装置。
  2. 前記揺動中心は、前記一方の基板保持部材に保持された前記基板の前記接合面を基準としたときに、前記接合面から前記一方の基板保持部材側と反対側へ前記基板の厚さ寸法の距離離れた位置よりも前記接合面に接近した位置と、前記接合面から前記一方の基板保持部材側へ前記基板の厚さ寸法の距離離れた位置よりも前記接合面に接近した位置との間の範囲内に設定される請求項1に記載の接合装置。
  3. 前記一方の基板保持部材に保持された前記基板の前記接合面を、前記揺動中心に近接させる位置調節部を更に備える請求項1または請求項2に記載の接合装置。
  4. 前記位置調節部は、前記一方の基板保持部材に保持された前記基板を、当該基板の厚さ方向に変位させて、当該基板の前記接合面を前記揺動中心に近接させる基板駆動部を含む請求項3に記載の接合装置。
  5. 前記位置調節部は、前記基板の厚さを入力されることより、前記一方の基板保持部材に保持された前記基板の前記接合面を前記揺動中心に近接させるべく前記基板を駆動する請求項4に記載の接合装置。
  6. 前記位置調節部は、前記基板の積層数を入力されることより、前記一方の基板保持部材に保持された前記基板の前記接合面を前記揺動中心に近接させるべく前記基板を駆動する請求項4に記載の接合装置。
  7. 前記一方の基板保持部材に保持された前記基板の厚さを検出して、当該厚さの値を前記位置調節部に入力する厚さ検出部を更に備える請求項5に記載の接合装置。
  8. 前記厚さ検出部は、
    前記一方の基板保持部材が前記基板を保持する保持面から、前記保持面に保持された前記基板の表面までの間隔を測定する間隔測定部と、
    前記間隔測定部が測定した前記間隔から、前記一方の基板保持部材に保持された前記基板の厚さを算出する厚さ算出部と
    を更に備える請求項7に記載の接合装置。
  9. 前記厚さ検出部は、
    前記一方の基板保持部材に保持された前記基板が前記一方の基板保持部材に掛ける荷重を測定する荷重測定部と、
    前記荷重測定部が測定した荷重から、前記一方の基板保持部材に保持された前記基板の厚さを算出する厚さ算出部と
    を更に備える請求項7に記載の接合装置。
  10. 前記一方の基板保持部材に保持された前記基板の前記接合面の、前記揺動中心に対する相対位置を検出する位置検出部を更に備える請求項1から請求項9までのいずれかに記載の接合装置。
  11. 前記一方の基板保持部材は、前記一方の基板保持部材が前記基板を保持する保持面から前記基板の厚さ方向に離間した揺動中心の回りに揺動し、
    前記位置調節部は、前記保持面および前記基板の間に間挿されて当該基板の接合面を前記揺動中心に近接させるスペーサを含む請求項3に記載の接合装置。
  12. 一対の基板の一方を第1の基板保持部材に保持する段階と、
    他方の基板を該基板の接合面が前記一方の基板の接合面に対向するように第2の基板保持部材に保持する段階と、
    前記他方の基板の前記接合面に近接した揺動中心の周りに前記第2の基板保持部材を揺動させて、前記一対の基板を互いに平行にする段階と、
    前記第2の基板保持部材を前記第1の基板保持部材に向かって変位させて、前記一対の基板を互いに接合させる段階と、
    前記第1の基板保持部材および前記第2の基板保持部材を互いに結合する段階と、
    を含む接合方法。
  13. 前記一方の基板を前記第1の基板保持部材に保持する段階、および、前記他方の基板を前記第2の基板保持部材に保持する段階において、
    前記一対の基板のうち、前記第2の基板保持部材に保持された場合に前記接合面が前記揺動中心により近くなる厚さを有する基板を前記基板保持部材に保持させる請求項12に記載の接合方法。
  14. 前記一対の基板を互いに平行にする段階に先立って、前記他方の基板を前記一方の基板に向けて変位させて該一方の基板に当接させる段階と、前記他方の基板の一部が前記一方の基板に当接したときに、前記他方の基板を前記一方の基板から離反させる段階とを更に含む請求項12または13に記載の接合方法。
  15. 第1基板保持部に保持された第1基板を、前記第1基板保持部を介して保持する固定された第1基板テーブルと、
    第2基板保持部に保持された第2基板を、前記第1基板保持部に対向させて、前記第2基板保持部を介して保持する第2基板テーブルと、
    前記第2基板テーブルを前記第1基板テーブルに向かって変位させることにより、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する接合面を接合させる駆動部と
    前記第1基板テーブルおよび前記第2基板テーブルの一方を、前記接合面に近接した揺動中心の廻りに前記第1基板または前記第2基板を揺動させる揺動部と、
    を備える接合装置。
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