JPWO2013084761A1 - 貼り合せ装置および貼り合せ方法 - Google Patents

Abstract

安価な装置構成により貼り合せ後の積層体の総厚の面内ばらつきを改善する。ステージ（５０）上に支持された、接着剤が上面に均一に塗布された第１円板（Ｗ１）の上方に、中心合わせがなされた第２円板（Ｗ２）が対向保持され、第１円板（Ｗ１）および第２円板（Ｗ２）と中心合わせがなされた加圧円板（６０）により第２円板（Ｗ２）の上面を均等な力で加圧して第１円板（Ｗ１）および第２円板（Ｗ２）を貼り合せて円板積層体を作製する。加圧円板（６０）の直径寸法は、半径方向の前記円形積層体の厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの最適化が図られる寸法に設定される。

Description

本発明は、２枚の円板を貼り合せて、円板積層体を作製する貼り合せ装置および貼り合せ方法に関し、詳しくは平面研削・研磨加工により、半導体基板などの円形被加工体を薄片化するうえで、あらかじめ、該円形被加工体に対して略同径の円形支持体を中心合わせおよび角度合わせをした上で貼り合せを行う貼り合せ装置および貼り合せ方法に関する。

TSV（Through Silicon Via=シリコン貫通電極）プロセスに代表される半導体３次元積層プロセスでは、半導体基板などの円形被加工体を平面研削・研磨加工により薄片化する技術が不可欠である。薄片化は例えば、直径300ｍｍのシリコンウェーハに対して、厚さを30〜50μｍまで薄くすることが要求されている。このように平面寸法に対して極端に厚みが薄片化した円形被加工体は、自らの剛性では内部応力、自重により平面形状を単体で維持することができない。そこで、特許文献１に記載されているように、平面研削・研磨加工の前段において、あらかじめ円形支持体を円形被加工体の非加工面側に接着剤を介して貼り合せる工程が必要である。

この貼り合せ工程は、まず、薄片加工前の円形被加工体の非加工面側もしくは円形支持体の接着面側に液状接着剤が全面に均一に塗布される。接着剤は一般に熱硬化性樹脂、UV硬化性樹脂が使用され、貼り合せ後の熱処理、UV照射により固着することが可能である。また、円形支持体はあらかじめ平面度が精密に加工され、円形被加工体と略同径、薄片化前の円形被加工体と略同厚の耐熱性ガラスもしくは、シリコンウェーハが使用される。貼り合せ処理は、円形被加工体、円形支持体を間に挟んで下方にステージ、上方に加圧円板を配した真空チャンバ内で行われる。ステージと加圧円板はそれぞれ、高精度に平面度が加工されたものを使用し、真空チャンバ内において互いに平行度も精密に調整されている。また、ステージと加圧円板の直径は、円形被加工体およびこれに略同径の円形支持体に対して、小さくすることにより、貼り合せ時に外縁部で生じる接着剤のはみ出しによって汚損されないよう工夫されている。すなわち加圧円板の直径は、外縁にはみ出した接着剤が付着・汚損しない寸法値が経験的に使用されている。

一方、貼り合せ工程では、円形支持体、接着剤層および円形被加工体から構成される貼り合せ後の積層体の総厚において、薄片加工後の円形被加工体の厚みの略１割程度の面内ばらつきに抑えることが要求されている。

このため、前述したように高精度にステージおよび加圧円板を平面度加工、平行度調整することはもとより、上方に配する加圧円板にピエゾアクチュエータを面内適所に内装し、面内の厚み、荷重分布をモニタリングしながら加圧円板の平面形状を能動的に変化させて貼り合せを行う機構が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００５−１５９１５５号公報（段落００１５，００１６および図２参照。） 特開２００４−２６８１１３号公報（段落００３３〜００５０参照。）

しかし、貼り合せ後、接着剤固化前に接着剤層の面内厚み分布を平坦化するには、平面サイズが直径300ｍｍの円形被加工体で1000ｋｇｆクラスの荷重を付与する必要があり、駆動部および、これらを支持する部材の高剛性化、如いては装置の重長高大化が避けられない。また、平面状態を高精度かつ、アクティブに監視するセンサ機材の高コスト化、およびその出力をフィードバックして反映する装置は制御が複雑化し、十分な応答性が得られないなど、高い生産性が求められる半導体製造装置にあって、これにそぐわない多くの問題点が露呈している。

さらに、加圧処理工程での円形被加工体の外縁部は、接着剤層の流動特性に関して、それより内側とは半径方向における境界条件が異なり、自由端である。このため、接着剤層の端縁へのはみ出しによって生じる円形被加工体と円形支持体との間の体積減少は、直接、同部位における局所的な厚みの減少となる。この厚み減少の半径方向の範囲は、外周エッジより最大10ｍｍ内側にまでおよび、中心部に比して−8μｍから−14μｍもの厚みの落ち込みを呈することが明らかになっている。

本願発明者は、貼り合せ後の積層体の半径方向の厚みのプロファイルを精査したところ、当該プロファイルに高次の凹凸形状モード（波打ち）が見られることを突き止め、当該凹凸形状モードが加圧円板の直径寸法を可変させることで変化することを確かめ、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、加圧円板の直径寸法を調整することにより、貼り合せ後の積層体の半径方向の厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの最適化を図り、もって、安価な装置構成により貼り合せ後の積層体の総厚の面内ばらつきを改善することを目的とする。

本発明の貼り合せ装置は、第１円板および第２円板があらかじめ中心合わせがなされると共に、前記第１円板の上面または前記第２円板の下面に接着剤が均一塗布されており、前記第１円板および前記第２円板を上下方向に加圧することにより、前記第１円板上に接着剤層を介して前記第２円板が貼り合された円板積層体を作製するものである。

このような貼り合せ装置は、具体的な構成として、気密性を有する処理室と、前記処理室内に配置され、前記第１円板を支持するステージと、前記処理室内の前記ステージの上方に対向配置され、前記第１円板および前記第２円板に対して中心合わせがなされた加圧円板と、前記加圧円板を昇降可能に支持する昇降機構と、前記第２円板を、前記ステージの上方、かつ、前記加圧円板の下方に離脱可能に保持する保持機構と、を有する。そして、本発明の貼り合せ装置は、このような構成において、前記加圧円板の直径寸法は、前記第２円板の直径寸法よりも小さく、かつ、円板積層体の半径方向の厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの最適化が図られた寸法に設定されている。

この貼り合せ装置の構成によると、前記処理室内で、前記加圧円板を前記昇降機構により下降させるとともに、前記保持機構から前記第２円板を離脱させると、前記第２円板の上面が前記加圧円板により前記ステージ上で均等な力で加圧され、前記第１円板の上面とおよび前記第２円板の下面が接着剤層を介して貼り合された円板積層体が作製される。前記第１円板、前記第２円板および前記加圧円板はあらかじめ中心合わせがなされており、前記加圧円板の直径寸法は、前記円板積層体の半径方向の厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの最適化が図られた寸法に設定されている。このため、貼り合せ後の円板積層体の総厚の面内ばらつきが改善される。

前記保持機構は、具体的構成の一例として、前記第２円板の側面の一箇所に当接する１本の可動ピンと、前記第２円板の側面の複数箇所に当接する複数本の不動ピンと、前記可動ピンを前記第２円板の半径方向に往復移動させる移動機構と、を備える。

この保持機構の構成によると、移動機構を往方向動作させて可動ピンを第２円板の半径方向において中心に近づく方向に移動させることで、可動ピンが第２円板の側面に押圧され、可動ピンおよび不動ピンによって第２円板の側面が把持される。逆に、移動機構を復方向動作させて可動ピンを第２円板の中心から離れる方向に移動させることで、可動ピンが第２円板の側面から離間され、第２円板の側面の把持が解除され、第２円板は離脱される。

前記可動ピンを前記第２円板の側面の一箇所に設けられた角度合わせ用ノッチに係合させるようにすれば、第２円板の把持と同時に、第２円板の角度位置も決まる。

前記保持機構は、具体的構成の他の例として、前記第２円板の上面を前記加圧円板の加圧面に吸着させる吸引機構を備えても良い。これよると、吸引機構を動作させることで、吸引吸着力が第２円板に作用し、加圧円板の加圧面に第２円板の上面が吸着される。逆に、吸引機構を停止させれば、第２円板は加圧円板から離脱する。この保持機構の構成では、加圧円板自体に第２円板が保持されるので、別の保持部材が不要であり、保持機構を簡素化できる。

貼り合せ装置が前記処理室内を減圧する減圧機構を有する場合は、前記吸引機構により達成される真空度が、前記減圧機構により達成される真空チャンバ内の真空度よりも小さくなるように、前記真空チャンバ内の圧力を調整する圧力調整機構を備える必要がある。これにより、加圧処理の前に吸引機構による保持力が弱まって第２円板が落下するのを防ぐことが出来る。

また、前記加圧円板の中心を位置決めして前記昇降機構に着脱自在に支持させる着脱機構を備えると、加圧円板の交換が簡便に行え、円板積層体のロット変更に容易に対応することが可能となる。

また、本発明の貼り合せ方法は、ステージ上に支持された、接着剤が上面に均一に塗布された第１円板の上方に、中心合わせがなされた第２円板が対向保持され、前記第１円板および前記第２円板と中心合わせがなされた加圧円板により前記第２円板の上面を均等な力で加圧して前記第１円板および前記第２円板を貼り合せて円板積層体を作製するものである。そして、本発明の貼り合せ方法では、加圧処理工程で、半径方向の前記円形積層体の厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの最適化された直径寸法を有する加圧円板を使用する。

接着剤層に気泡を挟まないようには貼り合せは真空下で行う必要がある。

なお、前記第２円板の直径寸法を、前記第１円板の直径寸法より大きく設定すると、加圧処理の際に、第１円板の上面に塗布された接着剤層が第１円板の外側にはみ出しても、当該第１円板よりもひとまわり大きな第２円板の下面の外縁部に流動してそこに付着して留まるため、第１円板の側面に接着剤が付着することがない。したがって、貼り合せ後の第１円板の直径寸法が周方向で不均一になることが防止される。

最適な直径寸法を有する加圧円板は前記円板積層体のロット毎に異なる。したがって、ロット毎に加圧円板の最適な直径寸法を管理しておけば、ロットが変更されたときは対応する加圧円板に交換するだけで容易に対応出来る。

前記第１円板は一例としてシリコンウェーハが用いられ、前記第２円板は一例としてガラス製の支持体が用いられる。前記接着剤は一例として、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂が用いられる。

この発明によれば、安価な装置構成により貼り合せ後の積層体の総厚の面内ばらつきを改善することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る貼り合せ装置の概略構成を示す側面図であり、第１円板および第２円板に対する加圧処理実行前の状態を示している。 同上貼り合せ装置の概略構成を示す側面図であり、第１円板および第２円板に対する加圧処理実施中の状態を示している。 第２円板の保持機構を説明する平面図である。 図４（Ａ）は可動ピンの移動機構を説明する側面図であり、第２円板の側面に可動ピンを押圧させて第２円板を保持した状態を示している。図４（Ｂ）は可動ピンの移動機構を説明する側面図であり、第２円板の側面から可動ピンを離間させて第２円板の保持を解除した状態を示している。 貼り合せ後の円板積層体の半径方向の厚みプロファイルを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る貼り合せ装置の概略構成を示す側面図である。

以下、本発明を具現化した第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る貼り合せ装置の概略構成を示す正面図である。この貼り合せ装置では、あらかじめいずれか一方に接着剤が均一塗布されて対向配置される２種類の第１円板Ｗ１および第２円板Ｗ２を貼り合せて円板積層体を作製する。第１円板は一例としてシリコンウェーハなどの半導体製の円形被加工体であり、第２円板は一例としてガラス製の円形支持体である。

図１に示すように、貼り合せ装置１０は、主要な構成要素として、チャンバ（処理室）２０、減圧機構３０、開閉機構４０、ステージ５０、加圧円板６０、昇降機構７０および保持機構８０を備える。

この貼り合せ装置１０には、ベース板１１および該ベース板１１に固定された門型の支持フレーム１２が備えられる。なお、ベース板１１および支持フレーム１２は十分に高い剛性を有する材質にて形成されている。支持フレーム１２の内側には処理室としてのチャンバ２０が備えられる。チャンバ２０は上下に分割され、上側容器２０Ａと下側容器２０Ｂとから構成されている。チャンバ２０の開口部、すなわち、上側容器２０Ａと下側容器２０Ｂが当接する箇所には、それらの間をシールしてチャンバ２０内の気密を保つためのＯリング２１が設けられている。

下側容器２０Ｂはベース板１１に支持されている。上側容器２０Ａは支持フレーム１２に吊下支持されており、かつ、開閉機構４０によって昇降（上下動）可能に構成されている。

開閉機構４０は、アクチュエータ４１、昇降板４２および支柱４３を備える。アクチュエータ４１はピストン４１１およびシリンダ４１２を有する。ピストン４１１はアクチュエータ４１の不動部であり、支持フレーム１２の天井壁上面中央に垂直に立設される。シリンダ４１２はアクチュエータ４１の可動部であり、ピストン４１１に沿って上下動可能に構成される。アクチュエータ４１は一例としてソレノイドや油圧、空圧などを動力として駆動され、制御機構（不図示）を用いて電気的な信号によって制御可能に構成される。昇降板４２はアクチュエータ４１のシリンダ４１２に固定され、シリンダ４１２と共に水平を保ったまま上下動可能である。ピストン４１１は昇降板４２の中心に挿通されている。

昇降板４２の下面外縁部には、垂直に垂下する複数の支柱４３の上端が固定されている。支柱４３は支持フレーム１２の天井壁を貫通され、その下端は上側容器２０Ａの上面に固定されている。これによって、上側容器２０Ａは支柱４３を介して昇降板４２に吊下支持される。

上記の開閉機構４０の構成において、アクチュエータ４１が駆動されると、そのシリンダ４１２の上下動に連動して、上側容器２０Ａが下側容器２０Ｂに対して上下動される。これにより、チャンバ２０の開閉動作が行われるようになっている。図１はチャンバ２０が開かれた状態を示し、図２はチャンバ２０が閉じられた状態を示している。

減圧機構３０は真空ライン３１、ベントライン３２、真空ポンプ３３、真空バルブ３４およびベントバルブ３５を備える。真空ライン３１は真空材料にて作製された配管で形成され、吸気側は下側容器２０Ｂを貫通させて取付けられる。これにより、真空ライン３１はチャンバ２０内に連通している。真空ライン３１には真空ポンプ３３および真空バルブ３４が設けられる。ベントライン３２は真空バルブ３４の上流側で真空ライン３１から分岐され、不活性ガス（例えば、窒素）を収容する耐圧容器に連結されている。ベントライン３２は配管で形成される。ベントライン３２にはベントバルブ３５が設けられる。

上記の減圧機構３０の構成で、図２のようにチャンバ２０を閉じられた状態で真空バルブ３４を開にして、真空ポンプ３３を駆動するとチャンバ２０内の空気が真空ライン３１を通って排気される。これによってチャンバ２０内が減圧され、高真空が得られる。ベントバルブ３５は、窒素などの不活性ガスをベントライン３２を通じてチャンバ２０内にリークさせてチャンバ２０内の圧力を常圧に戻す際に開かれる。チャンバ２０内の圧力は、上側容器２０Ａの外側に取付けられた真空計１７により監視される。

チャンバ２０内には、第１円板Ｗ１を支持する支持板としてのステージ５０および第２円板Ｗ２を加圧する加圧円板６０が対向して配置されている。ステージ５０は、吸引吸着力または静電吸着力のうち少なくとも一方を作用させて第１円板Ｗ１を吸着保持する機構を有する。

加圧円板６０は、上側容器２０Ａに設けられた昇降機構７０によって昇降可能に支持されている。昇降機構７０は、アクチュエータ７１、取付台７２、支軸７３および円板磁石７４を備える。加圧円板６０はステージ５０に対して4μｍ以下の平行度で取付け調整されている。

アクチュエータ７１はピストン７１１およびシリンダ７１２を有する。シリンダ７１２はアクチュエータ７１の不動部であり、その軸方向が垂直に配向され、上側容器２０Ａの天井壁に固定された取付台７２に取付けられている。ピストン７１１はアクチュエータ７１の可動部であり、取付台７２を貫通し、シリンダ７１２の軸方向に移動可能、すなわち上下動可能に構成される。アクチュエータ７１は一例としてソレノイドや油圧、空圧などを動力として駆動され、制御機構（不図示）を用いて電気的な信号によって制御可能に構成される。

支軸７３の上端はアクチュエータ７１のピストン７１１の下端に同軸に固定される。支軸７３は円柱状に形成されており、上側容器２０Ａの天井壁中心に設けられた貫通孔に挿通される。上側容器２０Ａの貫通孔には軸シール１４が備えられ、その軸シール１４により上側容器２０Ａと支軸７３との間をシールするようになっている。支軸７３の下端には円板磁石７４が水平に取付けられる。円板磁石７４は、その中心が同軸設定されている、ピストン７１１および支軸７３の軸線に精密に位置合わせなされた状態で取付けられている。加圧円板６０は磁性を有する材質（例えば、磁性材料を含む合金など）で形成されており、円板磁石７４の磁性吸着力を作用させて吸着保持させることが可能である。

加圧円板６０の直径寸法および加圧面（下面）の平滑性は極めて高精度に加工されている。加圧円板６０の上面にはその中心および中心まわりの円周方向に複数の位置決め突起（不図示）が形成されている。一方、円板磁石７４の下面の位置決め突起に対応する箇所には複数の位置決め穴が形成されている。したがって、加圧円板６０上面の各位置決め突起を円板磁石７４下面の対応する各位置決め穴に嵌合させるように、加圧円板６０を円板磁石７４に吸着保持させると、加圧円板６０は位置ずれが防止された状態で、かつ、その中心がピストン７１１および支軸７３の軸線に合わせれて装着される。

円板磁石７４およびその位置決め穴、ならびに加圧円板６０の位置決め突起は加圧円板６０を着脱自在にする着脱機構の一例である。この磁性吸着を利用した着脱機構では、ビスなどの固定部品が不要であるため、着脱作業がワンタッチで極めて簡便に行える。特に、円板積層体のロット毎に加圧円板６０の交換が必要になる本発明の加圧方式では交換が容易に行えるため、非常に有用な着脱機構となる。

上記の昇降機構７０の構成において、アクチュエータ７１が制御機構によって駆動されると、そのピストン７１１の上下動に連動して、加圧円板６０がステージ５０に対して上下動される。したがって、図２に示すように、チャンバ２０が閉じられた状態で、加圧円板６０を下降させることで、加圧円板６０とステージ５０との間に挟まれた被加圧物、すなわち第１円板Ｗ１および第２円板Ｗ２に対して上下方向の圧力が付与される。

ステージ５０は下側容器２０Ｂに支持されている。ステージ５０には、下方から複数のリフトピン１３が貫通されている。複数のリフトピン１３は支持部材１６上に垂直に立設される。支持部材１６は昇降機構９０により上下動可能であり、これによってステージ５０の支持面（上面）からリフトピン１３の先端部を出没可能に構成される。昇降機構９０の構成は上述した加圧円板６０の昇降機構７０と同様である。

第１円板Ｗ１はアライメント装置（不図示）を用いて予め中心合わせおよび角度合わせがなされた状態で、ロボットアームを備えた搬送装置（不図示）によってステージ５０の上方に搬送され、ステージ５０上に突出するリフトピン１３に支持される。この状態でリフトピン１３を下降させると第１円板Ｗ１はステージ５０の支持面の定位置に支持される。

第２円板Ｗ２は、保持機構８０によって、ステージ５０の上方、かつ、加圧円板６０の下方に離脱可能に保持される。本実施の形態では、保持機構８０は第２円板Ｗ２の側面を把持可能に構成されている。保持機構８０は可動ピン８１、不動ピン８２および移動機構（装置）８３を備える。

図３は保持機構８０を説明する平面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は可動ピン８１の移動機構８３を説明する側面図である。保持機構８０の詳細を図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）を参照して説明する。図３に示すように、可動ピン８１は、第２円板Ｗ２の側面の一箇所に形成された角度合わせ用ノッチＮに係合され、２本の不動ピン８２は第２円板Ｗ２の側面の２箇所に当接される。１本の可動ピン８１および２本の不動ピン８２は中心角１２０°で第２円板Ｗ２の円周を３等分した平面配置で設けられる。可動ピンおよび不動ピン８２は一例として円柱状に形成されている。図１に示すように、不動ピン８２は上側容器２０Ａの天井壁内面に、軸方向を垂直にして固定される。

移動機構８３は可動ピン８１を第２円板Ｗ２の半径方向に往復移動可能に構成される。図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、移動機構８３はステッピングモータ８３１、ボールスクリューナット８３２、ボールスクリュー８３３、ステム８３４、支軸８３５、ストッパー８３６、フランジ８３７、圧縮コイルバネ８３８および軸受８３９を備える。

ステッピングモータ８３１は上側容器２０Ａの天井壁外面に、その駆動軸が第２円板Ｗ２の半径方向において中心から離れる方向に配向されて固定される。ステッピングモータ８３１はパルス駆動によって正逆両方向に駆動軸を回転可能に構成され、その駆動力はボールスクリューナット８３２に伝達され、ボールスクリューナット８３２を正方向または逆方向に所定量だけ回転させる。ボールスクリューナット８３２の回転運動は、ボールスクリュー８３３の直線運動に変換される。ボールスクリュー８３３の先端は垂直に延びるステム８３４の上部に取り付けられる。ステム８３４の下部には、ボールスクリュー８３３と平行に延びる支軸８３５の基端が取り付けられる。

支軸８３５は上側容器２０Ａの側壁の貫通孔に挿通される。上側容器２０Ａの貫通孔には軸シール１４が備えられ、その軸シール１４により上側容器２０Ａと支軸８３５との間をシールするようになっている。支軸８３５の軸方向において上側容器２０Ａの内側に位置する部分にはフランジ８３７が形成される。支軸８３５の先端部は可動ピン８１の貫通孔に挿通される。可動ピン８１の貫通孔には軸受８３９が備えられ、その軸受８３９により可動ピン８１の支軸８３５に沿ったスライドを可能としている。

支軸８３５の軸方向においてフランジ８３７と可動ピン８１との間の部分には圧縮コイルバネ８３８が備えられ、その圧縮コイルバネ８３８により可動ピン８１を支軸８３５の先端側へ付勢している。支軸８３５の先端にはストッパー８３６が取り付けられており、そのストッパー８３６により可動ピン８１は支軸８３５から抜け止めされている。

このような移動機構８３の構成で、ステッピングモータ８３１が正回転駆動されると、図４（Ａ）の矢印で示すように支軸８３５が第２円板Ｗ２の半径方向において中心に近づく方向に移動する。これによって、圧縮コイルバネ８３８で付勢される可動ピン８１が第２円板Ｗ２の側面に押圧され、この可動ピン８１と２本の不動ピン８２によって第２円板Ｗ２が側面の３カ所で把持される。なお、図３に示すように、第２円板Ｗ２の中心は、加圧円板６０の中心に合わされるように不動ピン８２の取付位置は設定されているものとする。このとき、可動ピン８１を第２円板Ｗ２の側面の一カ所に設けたノッチＮに係合させれば、第２円板Ｗ２の角度合わせも行える。

一方、ステッピングモータ８３１が逆回転駆動されると、図４（Ｂ）の矢印で示すように、支軸８３５が第２円板Ｗ２の半径方向において中心から離れる方向に移動する。これによって、可動ピン８１が第２円板Ｗ２の側面から離間され、第２円板Ｗ２は離脱する。加圧円板６０により第２円板Ｗ２を、第１円板Ｗ１に対してステージ５０上で加圧する際は、図４（Ｂ）のように第２円板Ｗ２を離脱された状態にしてもよいし、図４（Ａ）のように第２円板Ｗ２がピンに把持された状態で加圧を行ってもよい。後者の場合は加圧持の第２円板Ｗ２の位置ズレを防ぐのに効果的がある。第２円板Ｗ２の把持力は圧縮コイルバネ８３８のバネ定数で調整が可能である。

上記のように構成される貼り合せ装置１０の使用方法について説明する。まず準備段階として、チャンバ２０が開かれた状態で保持機構８０に第２円板Ｗ２を保持させるとともに、この第２円板Ｗ２を位置合わせの基準にして、第１円板Ｗ１をステージ５０上に支持させる。これにより、チャンバ２０内で第１円板Ｗ１と第２円板Ｗ２が上下方向で対向配置される。なお、第１円板Ｗ１の上面には、上面に接着剤が所定の膜厚で均等に塗布されている。そして、開閉機構４０により上側容器２０Ａを下降させてチャンバ２０を閉じた後、減圧機構３０を動作させてチャンバ２０内を高真空に保つ。

加圧処理工程では、加圧円板６０を昇降機構７０により下降させるとともに、保持機構８０から第２円板Ｗ２を離脱させる。これにより、第２円板Ｗ２の上面が加圧円板６０によりステージ５０上で均等な力で加圧され、第１円板Ｗ１の上面とおよび第２円板Ｗ２の下面が接着剤層を介して貼り合された円板積層体が作製される。第１円板Ｗ１、第２円板Ｗ２および加圧円板６０はあらかじめ中心合わせがなされている。また、後述するように、加圧円板６０の直径寸法は、円板積層体の半径方向の厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの最適化が図られた寸法に設定されている。このため、貼り合せ後の円板積層体の総厚の面内ばらつきが改善される。

接着剤は一例として熱硬化性樹脂やUV硬化性樹脂が用いられる。貼り合せ後の円板積層体は貼り合せ装置１０から取出され、次工程で加熱あるいやUV照射を行うことにより、接着剤層が固化されて製品となる。

本発明の貼り合せ装置１０では、凹凸形状モードの最適化が図られた直径寸法を有する加圧円板を使用して加圧処理を行うことで、簡便な装置構成で貼り合せ後の円板積層体の総厚の面内ばらつきを抑えられる。以下、加圧円板の寸法設定手順を例を挙げて説明する。

第１円板Ｗ１である同一のシリコンウェーハ（直径300ｍｍ、厚み775μｍ）と、第２円板Ｗ２である同一のガラス円板（直径301ｍｍ、厚み675μｍ）を５枚ずつ用意し、各シリコンウェーハの非加工面に同一種類の接着剤を同一膜厚（50μｍ）で均一塗布する。そして、直径寸法の異なる５種類（296ｍｍ、290ｍｍ、285ｍｍ、280ｍｍ、270ｍｍ）の加圧円板６０を用意し、各加圧円板６０を装着した上記の貼り合せ装置１０を用いてシリコンウェーハとガラス円板の貼り合せを行った。加圧時の圧力はいずれの加圧円板６０でも同一になるように設定した。得られた円板積層体の半径方向の厚みプロファイルを図５に示す。ステージの直径寸法は296ｍｍとする。

図５に示すように、いずれのプロファイルも中心線に対して線対称な、高次の凹凸形状モードを呈することが分かった。この凹凸形状モードを分析したものを表１にまとめる。

図５および表１に示すように、実験で調べられた加圧円板の直径範囲はいずれも被加工体であるシリコンウェーハの直径（300ｍｍ）よりも小さく、５種類すべての直径寸法について、厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの極大点の数は３つ（中心の１つと左右の２つ）で変化はなく共通している。一方、極小点の数は、296ｍｍ、290ｍｍおよび285ｍｍでは２つで、280ｍｍおよび270ｍｍでは外側に２つ増え４つとなる。

詳細に見ると、加圧円板の直径が296ｍｍと290ｍｍのときは、半径方向において中心から最も離れた特異点（最外特異点）が極大点となり、それより外側では単調に減少する結果、外周エッジが最小の厚みとなる。冒頭で述べたように、直径の大きな加圧円板を用いたことにより、自由端であるシリコンウェーハの外縁部に作用する圧力で同部位における接着剤が端縁へはみ出し、同部位における局所的な厚みの落ち込みが生ずるからである。

加圧円板の直径寸法が285ｍｍに小径化されると、プロファイル自体は296ｍｍと290ｍｍのときと大きく変わらないが、半径方向において中心から最も離れた極大点のさらに外側に変曲点が現れ、その変曲点より外側での厚みの減少が抑えられている。

さらに小径化され加圧円板の直径寸法が280ｍｍと270ｍｍになると、半径方向において中心から最も離れた極大点のさらに外側に極小点が現れ、最小の厚みを与える箇所が半径方向において外周エッジから内側へシフトする。直径の小さな加圧円板を用いたことにより、シリコンウェーハの外縁部の境界条件が変わり、この外縁部に作用する圧力が減少することにより、接着剤のはみ出しも低減され、同部位の凹凸形状モードが落ち込みから上昇へと転ずる。

このように、半径方向において中心から最も離れた特異点（最外特異点）が、極大点から極小点へと移り変わる中間の加圧円板の直径寸法が285ｍｍであり、この直径寸法を挟んで厚みプロファイル凹凸形状モードが大きく転換していることが分かる。本例ではこの転換点に当たる直径寸法で、貼り合せ後の円板積層体の総厚の面内ばらつきが最小となっている。

ただし、円板積層体の総厚の面内ばらつきが最小となる加圧円板の直径寸法がプロファイルの転換点に当たる直径寸法になるとは限らず、用いるシリコンウェーハとガラス板の直径寸法や厚み、さらには接着剤の種類や膜厚（すなわち、円板積層体のロット）によって最適な直径寸法は変わってくる。このため、加圧円板の最適な直径寸法は円板積層体のロット毎に、直径寸法の異なる複数の加圧円板で試して上記のように厚みプロファイルの凹凸形状モードの変化を追跡しながら実験的に決定するしかない。しかし、最適な直径寸法が決定されたなら、同じ装置でそのロットを作製する際に必要な加圧円板が一義的に定まる。したがって、最適な直径寸法を円板積層体の種々のロットに対応付けて管理しておけば、ロットが変わっても対応する直径寸法を有する加圧円板に交換するだけで良く、装置の制御パラメータを変更することもいらないので、本発明は非常に簡便であり、有用である。

図６は本発明の第２の実施形態に係る貼り合せ装置の概略構成を示す正面図である。この第２の実施形態では、加圧処理の前段階において第２円板Ｗ２を保持する保持機構が、第２円板Ｗ２に吸引吸着力を作用させて加圧円板６０に吸着保持させる吸引機構１８０を備える。

吸引機構１８０は、真空ライン１８１、真空ポンプ１８２、真空バルブ１８３を備える。真空ライン１８１の吸気側は昇降機構７０の支軸７３の内側を軸方向に通されて加圧円板６０の加圧面（下面）に達し、吸気孔として開口している。真空ライン１８１の真空度は、真空計１９で監視される。この吸引機構１８０は、チャンバ２０内の真空を達成する減圧機構３０と同様の構成である。

チャンバ２０内の圧力が常圧であれば、上記構成によって第２円板Ｗ２を吸着保持可能であるが、加圧処理工程で、チャンバ２０内の圧力環境は高真空にされるので、上記の構成ではチャンバ２０内の真空度が上がり、真空ライン１８１の真空度よりも高くなると、保持力が弱まり、加圧円板６０を下降させる前に第２円板Ｗ２が落下してしまうおそれがある。このような事態を防ぐために、圧力調整機構１００が追加で設けられる。

圧力調整機構１００は、吸引機構１８０の真空ライン１８１の真空度を、チャンバ２０内の真空度よりも高く維持するためのもので、窒素ガス導入ライン１０１、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０２およびスロットバルブ１０３を備える。窒素ガス導入ライン１０１は配管で形成され、ガス導入側は上側容器２０Ａを貫通して取付けられている。これによって、窒素ガス導入ラインはチャンバ２０内に連通している。スロットバルブ１０３は減圧機構３０の真空ライン３１に追加で設けられた開度を動的調整可能に構成されたバルブである。

上記圧力調整機構１００の構成で、マスフローコントローラ１０２を使用して、窒素ガスをチャンバ２０内に導入しつつ、スロットバルブ１０３の開度を動的に調整しながら減圧機構３０を動作させることにより、チャンバ２０内の真空度を所定の圧力に維持することが出来る。これにより、吸引機構１８０の真空ライン１８１の真空度がチャンバ２０内の真空度よりも高く維持され、第２円板Ｗ２の吸着が可能となる。

加圧処理工程で、加圧円板６０に吸着保持された第２円板Ｗ２を離脱させるには、真空ライン１８１に設けられた真空バルブ１８３を閉制御し、真空ポンプ１８２の吸引力を強制遮断する。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…貼り合せ装置
２０…チャンバ
３０…減圧機構
４０…開閉機構
５０…ステージ
６０…加圧円板
７０…昇降機構
７４…円板磁石（着脱機構）
８０…保持機構
８３…移動機構
１００…圧力調整機構
１８０…吸引機構
Ｗ１…第１円板
Ｗ２…第２円板

Claims (15)

1. 第１円板および第２円板があらかじめ中心合わせがなされると共に、前記第１円板の上面または前記第２円板の下面に接着剤が均一塗布されており、前記第１円板および前記第２円板を上下方向に加圧することにより、前記第１円板上に接着剤層を介して前記第２円板が貼り合された円板積層体を作製する貼り合せ装置であって、
   気密性を有する処理室と、
   前記処理室内に配置され、前記第１円板を支持するステージと、
   前記処理室内の前記ステージの上方に対向配置され、前記第１円板および前記第２円板に対して中心合わせがなされた加圧円板と、
   前記加圧円板を昇降可能に支持する昇降機構と、
   前記第２円板を、前記ステージの上方、かつ、前記加圧円板の下方に離脱可能に保持する保持機構と、
   を有し、
   前記加圧円板の直径寸法は、前記第２円板の直径寸法よりも小さく、かつ、円板積層体の半径方向の厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの最適化が図られた寸法に設定されている、貼り合せ装置。
2. 前記保持機構は、前記第２円板の側面の一箇所に当接する１本の可動ピンと、前記第２円板の側面の複数箇所に当接する複数本の不動ピンと、前記可動ピンを前記第２円板の半径方向に往復移動させる移動機構と、を備える、請求項１に記載の貼り合せ装置。
3. 前記可動ピンは前記第２円板の側面の一箇所に設けられた角度合わせ用ノッチに係合される、請求項２に記載の貼り合せ装置。
4. 前記保持機構は、前記加圧円板に前記第２円板の上面を吸着させる吸引機構を備える、請求項１に記載の貼り合せ装置。
5. 前記処理室内を減圧する減圧機構を有し、前記吸引機構により達成される真空度が、前記減圧機構により達成される真空チャンバ内の真空度よりも小さくなるように、前記真空チャンバ内の圧力を調整する圧力調整機構をさらに備える、請求項４に記載の貼り合せ装置。
6. 前記昇降機構は、前記加圧円板の中心を位置決めして着脱自在に支持する着脱機構を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の貼り合せ装置。
7. ステージ上に支持された、接着剤が上面に均一に塗布された第１円板の上方に、中心合わせがなされた第２円板が対向保持され、前記第１円板および前記第２円板と中心合わせがなされた加圧円板により前記第２円板の上面を均等な力で加圧して前記第１円板および前記第２円板を貼り合せて円板積層体を作製する貼り合せ方法において、
   前記加圧円板の直径寸法が、前記第２円板の直径寸法よりも小さく、かつ、円板積層体の半径方向の厚みプロファイルに見られる凹凸形状モードの最適化が図られた寸法に設定された、貼り合せ方法。
8. 前記加圧円板による加圧処理を高真空下で行う、請求項７に記載の貼り合せ方法。
9. 前記第２円板の直径寸法は、前記第１円板の直径寸法より大きい、請求項７に記載の貼り合せ方法。
10. 前記第２円板の直径寸法は、前記第１円板の直径寸法より大きい、請求項８に記載の貼り合せ方法。
11. 前記円板積層体のロット毎に、対応する直径寸法を有する前記加圧円板に交換する、請求項８に記載の貼り合せ方法。
12. 前記円板積層体のロット毎に、対応する直径寸法を有する前記加圧円板に交換する、請求項９に記載の貼り合せ方法。
13. 前記円板積層体のロット毎に、対応する直径寸法を有する前記加圧円板に交換する、請求項１０に記載の貼り合せ方法。
14. 前記第１円板がシリコンウェーハであり、前記第２円板がガラス製の支持体である、請求項１１に記載の貼り合せ方法。
15. 前記接着剤が光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂である、請求項１４に記載の貼り合せ方法。

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