KR101255919B1

KR101255919B1 - 웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법

Info

Publication number: KR101255919B1
Application number: KR1020117007262A
Authority: KR
Inventors: 다케시 츠노; 다카유키 고토; 마사토 기노우치; 겐스케 이데; 다케노리 스즈키
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2013-04-17
Also published as: WO2010038487A1; CN102159356A; TWI407498B; US20110207291A1; TW201013761A; KR20110061595A; JP2010087278A; CN102159356B; CA2739239C; CA2739239A1; US9130000B2; JP4786693B2

Abstract

전압을 상측 유지 기구(7)에 인가하는 것에 의해 제 1 기판을 상측 유지 기구(7)에 유지하는 단계와, 그 제 1 기판과 하측 유지 기구(8)에 유지된 제 2 기판을 접합하는 것에 의해 접합 기판을 생성하는 단계와, 교번하면서 감쇠하는 전압을 상측 유지 기구(7)에 인가한 후에 상측 유지 기구(7)로부터 그 접합 기판을 디척킹하는 단계를 구비하고 있다. 그 접합 기판은, 교번하면서 감쇠하는 전압이 상측 유지 기구(7)에 인가되는 것에 의해, 상측 유지 기구(7)와의 잔류 흡착력이 저감하여, 보다 확실하고 또한 보다 단시간에 상측 유지 기구(7)로부터 디척킹될 수 있다. 이 결과, 웨이퍼 접합 장치(1)는 제 1 기판과 제 2 기판을 보다 단시간에 접합할 수 있다.

Description

웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법{WAFER BONDING APPARATUS AND WAFER BONDING METHOD}

본 발명은 웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법에 관한 것으로, 특히, 기판끼리를 접합하는 웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법에 관한 것이다.

미세한 전기 부품이나 기계 부품을 집적화한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)가 알려져 있다. 그 MEMS로서는, 마이크로 머신, 압력 센서, 초소형 모터 등이 예시된다. 그 MEMS는 캔틸레버(cantilever)로 예시되는 진동 구조가 밀봉되어 형성되어 있다. 이러한 MEMS는 패턴이 형성된 기판끼리를 접합하는 것에 의해 제조된다.

일본 특허 제3970304호 공보에는, 상온(常溫) 접합을 이용하여 제품을 대량으로 생산하는 상온 접합 장치가 개시되어 있다. 그 상온 접합 장치는, 상측 기판과 하측 기판을 상온 접합하기 위한 진공 분위기를 생성하는 접합 챔버와, 상기 접합 챔버의 내부에 설치되고, 상기 상측 기판을 상기 진공 분위기에 지지하는 상측 스테이지와, 상기 접합 챔버의 내부에 설치되고, 상기 하측 기판을 상기 진공 분위기에 지지하는 캐리지(carriage)와, 상기 캐리지에 동체(同體)로 접합되는 탄성 가이드와, 상기 접합 챔버의 내부에 설치되고, 수평 방향으로 이동 가능하게 상기 탄성 가이드를 지지하는 위치 결정 스테이지와, 상기 탄성 가이드를 구동하여 상기 수평 방향으로 상기 캐리지를 이동하는 제 1 기구와, 상기 수평 방향에 수직인 상하 방향으로 상기 상측 스테이지를 이동하는 제 2 기구와, 상기 접합 챔버의 내부에 설치되고, 상기 하측 기판과 상기 상측 기판이 압접(壓接)될 때에, 상기 상측 스테이지가 이동하는 방향으로 상기 캐리지를 지지하는 캐리지 지지대를 구비하며, 상기 탄성 가이드는, 상기 하측 기판과 상기 상측 기판이 접촉하지 않을 때에 상기 캐리지가 상기 캐리지 지지대에 접촉하지 않도록 상기 캐리지를 지지하고, 상기 하측 기판과 상기 상측 기판이 압접될 때에 상기 캐리지가 상기 캐리지 지지대에 접촉하도록 탄성 변형한다.

이러한 상온 접합 장치에서는, 그 접합되는 2개의 기판은 주로 정전 인력에 의해 정전 척으로 유지되고, 접합된다. 이러한 접합을 이용하여 제품을 대량으로 생산할 때에는, 기판을 보다 확실하고 보다 단시간에 접합하는 것이 요구되고 있다.

일본 특허 공개 평01-112745호 공보에는, 처리가 종료된 웨이퍼를, 용이하고 또한 웨이퍼를 손상하는 일없이 정전 척으로부터 확실히 이탈시킬 수 있는 방법이 개시되어 있다. 그 반도체 제조 장치에서의 웨이퍼 이탈 방법은, 반도체 제조 장치의 정전 척으로의 인가 전압을 정지할 때에, 인가 전압의 극성을 교번시키면서 OFF로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 평10-270539호 공보에는, 웨이퍼를 용이하게 정전 척으로부터 이탈시킬 수 있음과 아울러, 웨이퍼에 이물질이 부착하지 않는 정전 척의 사용 방법이 개시되어 있다. 그 정전 척의 사용 방법은, 2개의 전극을 갖고 이 전극에 전압을 인가하는 것에 의해 웨이퍼를 흡착, 이탈하는 정전 척의 사용 방법에서, 상기 웨이퍼를 정전 척으로부터 이탈시킬 때에, 상기 2개의 전극간에 전위차가 생기고 또한 상기 웨이퍼의 전위가 상기 웨이퍼에 대전한 전하의 극성과 반대인 극성으로 되도록 상기 2개의 전극에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 평10-284583호 공보에는, 반도체 웨이퍼를 확실히 이탈시킬 수 있는 정전 척 제전(除電) 방법이 개시되어 있다. 그 정전 척 제전 방법은, 챔버 내에 대향 배치된 1쌍의 전극의 한쪽의 인가 전압에 따라 반도체 웨이퍼를 충방전하는 것에 의해 당해 반도체 웨이퍼를 흡착 및 이탈하는 것이 가능한 유전체로 이루어지는 정전 척을 구비한 것에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼를 상기 정전 척에 의해 이탈시키는 경우에, 상기 인가 전압을 정전압(正電壓) 또는 부전압(負電壓)으로 형성되는 단극의 감쇠 구형파로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 제1645440호 공보에는, 정전 척에 의해 고정된 피처리물을 확실히 이탈시킬 수 있는 피처리물의 이탈 장치가 개시되어 있다. 그 피처리물의 이탈 장치는 피처리물을 정전적으로 고정하는 정전 척의 전극과, 이 전극의 상기 피처리물 고정측면에 접착된 유전체막을 관통하는 구멍부를 상기 피처리물의 고정 위치에 마련하고, 상기 구멍부에 가스 공급관 및 가스 배기관을 접속하게 되고, 상기 정전 척에 고정된 피처리물의 고정면에, 상기 가스 공급관으로부터 보내어지는 가스를 상기 구멍부로부터 내뿜는 것에 의해 상기 유전체막에 축적하는 전하를 방전시켜 피처리물을 이탈시키도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 소62-18727호 공보에는, 피처리물을 정전 척에 의해 확실히 고정하고, 또한 피처리물의 이탈을 확실히 행하는 것이 가능한 정전 척 기구를 구비한 반도체 처리 장치가 개시되어 있다. 그 반도체 처리 장치는, 상부가 개방된 도전성의 챔버와, 이 챔버 상부에 절연재을 사이에 두고 배치된 정전 척 전극과, 상기 절연재에 바로 접하는 쪽의 상기 정전 척 표면에 마련된 유전체막과, 상기 유전체막 및 정전 척 전극을 관통하여 천공되어, 가스의 공급과 배기가 이루어지는 구멍부와, 상기 챔버 내에 배치된 피처리물을 위쪽으로 이동시키는 지지대를 구비한 반도체 처리 장치에 있어서, 적어도 상기 정전 척 전극 및 유전체막에 걸치는 구멍부 부분에 통 형상의 절연 부재를 매설한 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 소62-277234호 공보에는, 웨이퍼 등의 피흡착물을 이탈시키고자 할 때에 흡착면으로부터의 피흡착물의 이탈이 즉시 가능해지도록 잔류 흡착력에 대향하는 강제 이탈력을 피흡착물에 작용시킬 수 있고, 더구나 흡착면 손상시 등의 전극 교환을 용이하게 하는 것도 가능한 정전 척 장치가 개시되어 있다. 그 정전 척 장치는 피흡착물을 이탈시키기 위해서 피흡착부와 흡착면 사이에 가압 기체를 분출하는 기체 방출 수단을 갖는 정전 흡착 기판을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 제2590571호 공보에는, 블로우(blow) 가스압을 낮게 억제하면서, 안정 자세를 유지하여 정전 척으로부터 웨이퍼를 강제 이탈할 수 있도록 한 신뢰성이 높은 반도체 웨이퍼 처리 장치의 웨이퍼 유지 기구가 개시되어 있다. 그 반도체 웨이퍼 처리 장치의 웨이퍼 유지 기구는, 프로세스 처리실 내에 설치한 척 유지구의 선단(先端)에 정전 척을 장착하고, 실 내로 반입된 반도체 웨이퍼를 상기 정전 척에 흡착 유지하여 소정의 프로세스 처리를 행하는 반도체 웨이퍼 처리 장치의 웨이퍼 유지 기구에 있어서, 척 본체의 척면 상에 형성한 링 형상 패턴의 가스 분출구, 및 해당 가스 토출구와 연통해서 척 본체에 천공한 가스 도입 구멍을 갖는 정전 척과, 척 유지구의 내부를 통해 상기 정전 척의 가이드 도입 구멍에 배관 접속한 블로우 가스 공급 수단을 구비하며, 웨이퍼의 흡착 유지 상태에서 정전 척으로의 전압 인가를 정지한 후에, 블로우 가스 공급 수단으로부터 공급한 블로우 가스를 상기 가스 분출구의 전체 둘레 영역에 도입하고, 그 블로우 가스압으로 웨이퍼를 정전 척의 척면으로부터 강제 이탈시키는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 제2974303호 공보에는, 생산성이 높고 신뢰성도 구비한 저비용의 피처리체의 이탈 방법이 개시되어 있다. 그 피처리체의 이탈 방법은, 정전 척에 피처리체를 유지하여 피처리체에 가공을 실시한 후에, 상기 정전 척과 피처리체 사이에 형성된 간극에 대해, 물 또는 알코올, 또는 물 또는 알코올을 포함하는 혼합 가스 중 적어도 어느 하나를 도입하여 피처리체를 정전 척으로부터 이탈하는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 제2002-231800호 공보에는, 플라즈마 처리된 기판의 상부 전극으로의 부착을 방지하여, 양품률과 가동률의 향상을 도모할 수 있는 기판 처리 방법이 개시되어 있다. 그 기판 처리 방법은, 대향하여 배치된 상부 전극과 하부 전극 사이에 플라즈마를 발생시켜 상기 하부 전극에 탑재된 기판에 플라즈마 처리를 실시하고, 처리 후의 기판을 취출함에 있어, 상기 처리 후의 기판에 상부 전극의 측으로부터 하부 전극의 측으로 향하는 가스를 내뿜어 상기 기판의 상부 전극에의 잔류 전하에 의한 흡착을 방지하고 있다.

일본 특허 제3758979호 공보에는, 기판의 균열성(均烈性)과 높은 흡착력을 유지하면서, 이탈 응답성과 가스 리크가 적은 정전 척이 개시되어 있다. 그 정전 척은, 세라믹 유전체층과, 상기 세라믹 유전체층의 표면에 마련되고, 피유지물을 유지하기 위한 탑재면과, 해당 탑재면과 반대측의 표면에 대향하도록 마련된 유지 전극을 구비하여 이루어지는 정전 척에 있어서, 상기 탑재면이 가스 분출구에 의해서 탑재면 외주 영역과 탑재면 중심 영역으로 분리되고, 표면 조도 Ra가, 상기 탑재면 중심 영역에서 0.6~1.5㎛, 상기 탑재면 외주 영역에서 0.7㎛ 이하임과 아울러, 상기 탑재면 외주 영역의 표면 조도가 상기 탑재면 중심 영역의 표면 조도보다 작고, 또한 상기 탑재면 외주 영역의 높이가 상기 탑재면 중심 영역의 높이보다 0.6㎛~10㎛ 높은 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 제3810300호 공보에는, 휘거나 변형된 웨이퍼라도 강고하게 흡착하고, 웨이퍼 표면의 온도 분포를 균일하게 할 수 있음과 아울러, 냉각 가스의 가스 누출이 적고, 또 웨이퍼의 이탈 응답성이 우수한 정전 척이 개시되어 있다. 그 정전 척은, 판 형상 세라믹체의 한쪽 주면(主面)에, 웨이퍼의 제 2 유지면으로 되는 정상면을 갖는 외주부를 남기고, 깊이가 3㎛~10㎛이고, 주연부를 제외한 중앙 영역의 바닥면이 상기 웨이퍼의 흡착 영역인 제 1 유지면으로 되는 오목부를 구비함과 아울러, 해당 오목부 바닥면의 상기 주연부에 가스구를 구비하여 이루어지고, 상기 제 1 유지면의 아래쪽으로서, 상기 제 2 유지면보다 내측의 판 형상 세라믹체 내 또는 판 형상 세라믹체의 다른쪽의 주면에 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척으로서, 상기 제 2 유지면에서의 파면이 1㎛~3㎛인 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공표 제2003-504871호 공보에는, 세라믹층의 휨 및 냉각 가스의 누출을 방지하고, 또한 정전 흡착력을 크게 하는 동시에 이탈에도 시간이 필요하지 않는 정전 척이 개시되어 있다. 그 정전 척은, 정전 척으로서, 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에 접착제층을 통해 접착되는 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 세라믹층과, 상기 세라믹층의 두께 방향의 중앙에서 상기 세라믹층 내에 매설된 평면 형상의 전극과, 상기 전극의 상부이고, 또한 외측 단부보다 내측에서 상기 세라믹층의 표면에 형성된 냉각 가스구를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 제2005-191338호 공보에는, 웨이퍼 등의 기판의 고정을 고정밀도로 행하고, 또한 기판의 이탈시에 기판으로의 손상을 작게 할 수 있는 기판 유지 장치가 개시되어 있다. 그 기판 유지 장치는, 중공부를 감압하여 기판의 적어도 외주 영역을 제 1 유지면에 흡착 유지 가능한 제 1 고정 지그(治具)와, 상기 중공부 내에 배치되고, 흡착구를 감압하여 기판을 제 2 유지면에 흡착 유지 가능한 제 2 고정 지그와, 상기 제 1 고정 지그 및 제 2 고정 지그의 적어도 한쪽을 승강시켜 제 1 유지면과 제 2 유지면의 상하 위치를 변위시키는 지그 승강 장치와, 상기 제 1 고정 지그의 중공부와 상기 제 2 고정 지그의 흡착구에 접속되어 기판을 제 1 유지면 및 제 2 유지면의 적어도 한쪽에 흡착 해방 가능한 흡착 장치를 구비하며, 상기 흡착 장치에 의해 제 1 고정 지그와 제 2 고정 지그로의 흡착과 개방이 각각 독립적으로 제어됨과 아울러, 상기 지그 승강 장치에 의해 기판을 제 1 유지면과 제 2 유지면에 당접 이격시키도록 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 제2006-49356호 공보에는, 플라즈마에 노출된 후에도 평활한 면을 유지할 수 있고 그 결과, 실리콘 웨이퍼 등의 피흡착물에 대한 파티클 오염을 억제할 수 있고, 또한 피흡착체의 흡착, 이탈 특성이 우수한 정전 척이 개시되어 있다. 그 정전 척은, 알루미나가 99.4wt% 이상, 산화티탄이 0.2wt%보다 크고 0.6wt% 이하, 평균 입자 직경이 2㎛ 이하 또한 체적 저항율이 실온에서 10⁸~10¹¹Ω㎝인 것을 특징으로 하고 있는 정전 척용 유전체를 구비하며, 100℃ 이하의 저온에서 사용되는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 제2007-214287호 공보에는, 플라즈마에 노출된 후에도 평활한 면을 유지할 수 있고 그 결과, 실리콘 웨이퍼 등의 피흡착물에 대하는 파티클 오염을 억제할 수 있고, 또한 피흡착체의 흡착, 이탈 특성이 우수하고, 저온 소성으로 제작하는 것이 용이한 정전 척이 개시되어 있다. 그 정전 척은, 알루미나가 99.4wt% 이상, 산화티탄이 0.2wt%보다 크고 0.6wt% 이하, 체적 저항율이 실온에서 10⁸~10¹¹Ω㎝, 또한 알루미나 입자의 입계(粒界)(grain boundary)에 산화티탄이 편석(偏析)한 구조의 정전 척용 유전체를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 제2007-311462호 공보에는, 피가공물에 접착된 보호 테이프에 대전되어 있는 정전기를 제거하는 기능을 구비한 정전 척 테이블 기구가 개시되어 있다. 그 정전 척 테이블 기구는, 피가공물을 유지하는 유지면을 구비한 척 테이블과, 해당 척 테이블의 내부에 배치되고 전압이 인가되는 것에 의해 전하를 발생하는 전극과, 해당 전극에 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 구비하는 정전 척 테이블 기구에 있어서, 해당 척 테이블에 형성되고 해당 유지면에 개구되는 에어 공급 통로와, 해당 에어 공급 통로에 이온화된 에어를 공급하는 이온화 에어 공급 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

일본 특허 공개 제2008-47564호 공보에는, 기판에 대한 진공 처리의 운용 등에 있어서 정전 척의 사용 개시 전에, 유전체층의 절연 상태를 진단하는 것이 가능한 진공 처리 장치가 개시되어 있다. 그 진공 처리 장치는, 진공 용기 내의 탑재대에 마련된 정전 척에 기판을 탑재하고, 척 전극에 척 전압을 인가하여 기판을 정전 척에 정전 흡착시키고, 기판에 대해 처리를 행하는 진공 처리 장치에 있어서, 상기 척 전극에, 진공 처리시에 있어서의 척 전압보다 낮은 진단 전압을 인가하기 위한 전원과, 상기 척 전극에 진단 전압을 인가했을 때에 정전 척의 전기적 특성을 측정하고, 그 측정 데이터를 취득하기 위한 측정부와, 이 측정부을 통해 취득한 상기 측정 데이터와 미리 설정한 설정 데이터에 근거하여, 상기 정전 척의 사용이 가능한지 여부를 진단하는 진단부를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 선행기술 문헌에 기재되는 정전 척으로부터 기판을 보다 확실히 이탈시키는 기술은 기판을 접합하는 기술에 적용되어 있지 않다.

본 발명의 과제는 기판을 보다 단시간에 접합하는 웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 과제는 유지 기구로부터 기판을 보다 확실하게 이탈시키는 웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 과제는 기판을 접합하는 분위기가 악화하는 것을 방지하는 웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은, 전압을 유지 기구에 인가하는 것에 의해 제 1 기판을 유지 기구에 유지하는 단계와, 그 제 1 기판과 제 2 기판을 접합하는 것에 의해 접합 기판을 생성하는 단계와, 교번하면서 감쇠하는 전압을 유지 기구에 인가한 후에 유지 기구로부터 그 접합 기판을 디척킹(dechucking)하는 단계를 구비하고 있다. 그 접합 기판은, 교번하면서 감쇠하는 전압이 유지 기구에 인가되는 것에 의해, 유지 기구와의 잔류 흡착력이 저감하여, 보다 확실히 유지 기구로부터 디척킹될 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은 그 접합 기판과 유지 기구 사이에 가스를 공급하는 단계를 더 구비하고 있다. 이러한 웨이퍼 접합 방법에 의하면, 교번하면서 감쇠하는 전압을 유지 기구에 인가하는 것만으로 그 접합 기판이 디척킹되지 않을 때에도, 그 접합 기판을 디척킹할 수 있다.

그 가스는, 그 제 2 기판을 유지하고 있던 다른 유지 기구가 그 접합 기판으로부터 떨어져 있을 때에, 그 접합 기판과 유지 기구 사이에 공급되는 것이 바람직하다.

그 접합 기판은, 유지 기구로부터 디척킹되었을 때에, 그 접합 기판에 걸리는 중력에 의해 다른 유지 기구에 유지되도록 이동한다. 즉, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은 그 접합 기판이 유지 기구의 연직(鉛直) 하측에 유지될 때에 적합하다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은, 유지 기구로부터 그 접합 기판이 디척킹되었는지 여부를 검출하는 단계와, 유지 기구로부터 그 접합 기판이 디척킹되지 않을 때에, 그 가스의 압력보다 큰 압력으로 가스를 그 접합 기판과 유지 기구 사이에 공급하는 단계를 더 구비하고 있다. 이 때, 그 가스는 과잉으로 이용되는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은, 다른 유지 기구가 그 접합 기판을 유지하고 있을 때에, 즉, 유지 기구로부터 그 접합 기판이 디척킹된 후에, 유지 기구와 다른 유지 기구를 이격하는 단계와, 유지 기구와 다른 유지 기구를 이격한 후에 그 접합 기판을 반송하는 단계를 더 구비하고 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은, 그 제 1 기판과 다른 제 3 기판을 유지 기구에 유지하는 단계와, 그 제 3 기판과 제 4 기판을 접합하는 것에 의해 다른 접합 기판을 생성하는 단계와, 교번하면서 감쇠하는 전압을 유지 기구에 인가한 후에, 유지 기구로부터 그 접합 기판이 디척킹했을 때에 유지 기구와 그 접합 기판 사이에 공급된 가스의 압력 가스를 다른 접합 기판과 유지 기구 사이에 공급하는 단계를 더 구비하고 있다. 이 때, 그 제 3 기판과 제 4 기판을 접합하는 동작은 그 제 1 기판과 제 2 기판을 접합하는 동작에 비교하여, 보다 단시간에 실행될 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은, 유지 기구로부터 그 접합 기판이 디척킹되었을 때에 유지 기구와 그 접합 기판 사이에 공급된 가스의 압력에 근거하여, 유지 기구가 그 접합 기판을 유지하는 흡착력을 산출하는 단계를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은 교번하면서 감쇠하는 전압을 유지 기구에 인가한 후에 그 접합 기판을 접지하는 단계를 더 구비하고 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은 그 제 1 기판과 그 제 2 기판을 접합하기 전에 그 제 1 기판과 그 제 2 기판을 청정화하는 단계를 더 구비하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은 그 제 1 기판과 그 제 2 기판을 소위 상온 접합에 의해 접합하는 것에 적용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치는, 전극을 구비하고 있는 유지 기구와, 유지 기구에 유지되는 제 1 기판이 제 2 기판에 접합되도록, 그 제 2 기판에 대해 유지 기구를 구동하는 구동 기구와, 전원 장치를 구비하고 있다. 전원 장치는, 유지 기구가 그 제 1 기판을 유지하도록 전압을 전극에 인가하는 기판 유지 모드와, 교번하면서 감쇠하는 전압을 전극에 인가하는 교번 감쇠 모드를 갖고 있다. 그 접합 기판은, 교번하면서 감쇠하는 전압이 유지 기구에 인가되는 것에 의해, 유지 기구와의 잔류 흡착력이 저감하여, 보다 확실히 유지 기구로부터 디척킹될 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치는 가스를 출력하는 가스 디척킹 장치를 더 구비하고 있다. 유지 기구는, 그 제 1 기판에 접촉하는 흡착면과, 가스 디척킹 장치로부터 흡착면으로 그 가스를 유통시키는 유로가 형성된다. 이러한 웨이퍼 접합 장치는 교번하면서 감쇠하는 전압을 유지 기구에 인가하는 것만으로 그 접합 기판이 디척킹될 때에도, 그 접합 기판을 디척킹할 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치는 유지 기구에 기판이 유지되어 있는지 여부를 검출하는 센서를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.

가스 디척킹 장치는 그 가스를 임의의 압력으로 출력한다. 이 때, 웨이퍼 접합 장치는, 가스의 공급에 의해 유지 기구로부터 그 접합 기판이 디척킹될 때에, 그 가스의 압력보다 큰 압력으로 가스를 그 접합 기판과 유지 기구 사이에 공급하는 동작을 실행할 수 있어, 그 가스를 과도하게 이용하는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치는 유지 기구에 유지되는 기판을 접지하는 기구를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치는 그 제 1 기판과 그 제 2 기판을 청정화하는 청정화 장치를 더 구비하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치는 그 제 1 기판과 그 제 2 기판을 소위 상온 접합에 의해 접합하는 것에 적용되는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치의 실시 형태를 나타내는 단면도,
도 2는 상측 유지 기구를 나타내는 사시도,
도 3은 정전 척을 나타내는 단면도,
도 4는 전극에 인가되는 전압의 변화를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법의 실시 형태를 나타내는 흐름도,
도 6은 기판을 반입했을 때의 웨이퍼 접합 장치의 상태를 나타내는 도면,
도 7은 상온 접합할 때의 웨이퍼 접합 장치의 상태를 나타내는 도면,
도 8은 교번 감쇠 모드일 때의 웨이퍼 접합 장치의 상태를 나타내는 도면,
도 9는 접지 모드일 때의 웨이퍼 접합 장치의 상태를 나타내는 도면,
도 10은 기판을 반출할 때의 웨이퍼 접합 장치의 상태를 나타내는 도면,
도 11은 제 1 디척킹 시퀀스를 나타내는 흐름도,
도 12는 제 2 디척킹 시퀀스를 나타내는 흐름도,
도 13은 다른 정전 척을 나타내는 사시도이다.

도면을 참조하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치의 실시 형태를 기재한다. 그 웨이퍼 접합 장치(1)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 접합 챔버(2)와 로드록 챔버(3)를 구비하고 있다. 접합 챔버(2)와 로드록 챔버(3)는 내부를 환경으로부터 밀폐하는 용기이다. 웨이퍼 접합 장치(1)는 게이트 밸브(5)를 더 구비하고 있다. 게이트 밸브(5)는, 접합 챔버(2)와 로드록 챔버(3) 사이에 마련되어, 접합 챔버(2)의 내부와 로드록 챔버(3)의 내부를 접속하는 게이트를 폐쇄하거나 또는 그 게이트를 개방한다.

로드록 챔버(3)는 도시되어 있지 않은 덮개와 진공 펌프를 구비하고 있다. 그 덮개는 로드록 챔버(3)의 외부와 내부를 접속하는 게이트를 폐쇄하거나 또는 그 게이트를 개방한다. 그 진공 펌프는 로드록 챔버(3)의 내부로부터 기체를 배기한다. 그 진공 펌프로서는, 터보 분자 펌프, 크라이오 펌프(cryopump), 기름 확산 펌프가 예시된다.

로드록 챔버(3)는 반송 장치(6)를 내부에 더 구비하고 있다. 반송 장치(6)는 게이트 밸브(5)를 통해 로드록 챔버(3)의 내부에 배치된 기판을 접합 챔버(2)로 반송하거나, 또는, 게이트 밸브(5)를 통해 접합 챔버(2)에 배치된 기판을 로드록 챔버(3)의 내부로 반송한다.

접합 챔버(2)는 상측 유지 기구(7)와, 하측 유지 기구(8)와, 압접 기구(11)와, 위치 맞춤 기구(12)를 구비하고 있다. 하측 유지 기구(8)는, 접합 챔버(2)의 내부에 배치되고, 수평 방향으로 평행 이동 가능하고, 또한, 연직 방향에 평행한 회전축을 중심으로 회전 이동 가능하게 접합 챔버(2)에 지지되어 있다. 하측 유지 기구(8)는 기판을 유지하는 것에 이용된다. 위치 맞춤 기구(12)는, 하측 유지 기구(8)에 의해 지지되는 기판이 수평 방향으로 평행 이동하거나, 또는, 연직 방향에 평행한 회전축을 중심으로 회전 이동하도록, 하측 유지 기구(8)를 구동한다. 상측 유지 기구(7)는, 접합 챔버(2)의 내부에 배치되고, 연직 방향으로 평행 이동 가능하게 접합 챔버(2)에 지지되어 있다. 상측 유지 기구(7)는 기판을 유지하는 것에 이용된다. 압접 기구(11)는 상측 유지 기구(7)에 의해 지지되는 기판이 연직 방향으로 평행 이동하도록, 상측 유지 기구(7)를 구동한다.

접합 챔버(2)는 이온 건(14)을 더 구비하고 있다. 이온 건(14)은 아르곤 이온을 가속시켜 방출한다. 이온 건(14)은, 상측 유지 기구(7)에 지지되는 기판과 하측 유지 기구(8)에 지지되는 기판이 떨어져 있을 때에, 상측 유지 기구(7)에 지지되는 기판과 하측 유지 기구(8)에 지지되는 기판 사이의 공간으로 향하고, 접합 챔버(2)의 내측 표면쪽으로 향하고 있다. 즉, 이온 건(14)의 조사 방향은, 상측 유지 기구(7)에 지지되는 기판과 하측 유지 기구(8)에 지지되는 기판 사이를 통해, 접합 챔버(2)의 내측 표면에 교차한다. 또, 이온 건(14)은 기판 표면을 청정화하는 다른 청정화 장치로 치환될 수 있다. 그 청정화 장치로서는, 플라즈마 건, 고속 원자빔원 등이 예시된다.

도 2는 상측 유지 기구(7)를 나타내고 있다. 상측 유지 기구(7)는 베이스재(21)와 정전 척(22)을 구비하고 있다. 베이스재(21)는 압접 기구(11)에 의해 구동되는 부분이다. 정전 척(22)은, 세라믹으로 형성되고, 원주 형상으로 형성되어 있다. 정전 척(22)은, 그 원주의 하나의 바닥면이 베이스재(21)에 접합되고, 베이스재(21)에 고정되어 있다. 정전 척(22)은 흡착면(23)과 가스 구멍(24)이 더 형성되어 있다. 흡착면(23)은, 그 원주의 또 하나의 바닥면이고, 평탄하며, 또한, 평활한 면에 형성되어 있다. 가스 구멍(24)은 흡착면(23)에 복수개 형성되어 있다.

도 3은 정전 척(22)을 나타내고 있다. 정전 척(22)은 전극(26-1~26-2)과 가스 유로(27)를 구비하고 있다. 전극(26-1~26-2)은, 도체로 형성되고, 정전 척(22) 내에 매설되어 있다. 가스 유로(27)는, 정전 척(22) 내에 매설되고, 일단(一端)이 가스 구멍(24)에 접속되어 있다.

웨이퍼 접합 장치(1)는 전원 장치(31)와, 가스 디척킹 장치(32)와, 센서(33)를 더 구비하고 있다. 전원 장치(31)는, 전극(26-1~26-2)에 전압을 인가하거나, 또는, 전극(26-1~26-2)을 접지한다. 전원 장치(31)는, 정전 척(22)의 흡착면(23)에 접촉하는 기판(29)이 중력에 의해 낙하하지 않도록 기판(29)을 정전 척(22)에 파지(把持)시키는 것에 이용되거나, 또는, 정전 척(22)에 파지되는 기판(29)을 정전 척(22)으로부터 이탈시키는 것에 이용된다. 전원 장치(31)는 또한 하측 유지 기구(8)를 상시 접지하는 것에 의해, 하측 유지 기구(8)에 유지(접촉)되는 기판을 상시 접지한다. 가스 디척킹 장치(32)는, 가스 유로(27)에 소정의 압력의 아르곤 가스를 공급하거나, 또는, 가스 유로(27)로의 그 아르곤 가스의 공급을 정지한다. 가스 디척킹 장치(32)는 정전 척(22)에 파지되는 기판(29)을 정전 척(22)으로부터 이탈시키는 것에 이용된다. 또, 가스 디척킹 장치(32)는, 아르곤 가스 대신에, 영향이 작은 다른 가스를 공급할 수도 있다. 그 가스로서는 질소가 예시된다. 센서(33)는 포토디텍터(photo detector)로 형성되고, 흡착면(23)의 근방에 광을 조사하는 것에 의해, 정전 척(22)에 기판(29)이 파지되어 있는지 여부를 검출한다. 또, 센서(33)는 정전 척(22)에 기판(29)이 파지되어 있는지 여부를 검출하는 다른 센서로 치환될 수 있다. 그 센서로서는, 정전 척(22)에 기판(29)이 파지될 때에 변형하는 것에 의해, 정전 척(22)에 기판(29)이 파지되어 있는지 여부를 검출하는 기계적(mechanical) 센서가 예시된다.

도 4는 전원 장치(31)에 의해 전극(26-1)에 인가되는 전압의 변화를 나타내고 있다. 그 변화(41)는, 복수의 구간(43~45)에서 전압의 변동 방식이 서로 다른 것을 나타내며, 전원 장치(31)가 복수의 동작 모드를 갖고 있는 것을 나타내고 있다. 그 복수의 동작 모드는 기판 유지 모드와 교번 감쇠 모드와 접지 모드를 포함하고 있다. 구간(43)은 전원 장치(31)가 기판 유지 모드에서 동작하고 있는 기간에 대응하고 있다. 구간(44)은 전원 장치(31)가 교번 감쇠 모드에서 동작하고 있는 기간에 대응하고 있다. 구간(45)은 전원 장치(31)가 접지 모드에서 동작하고 있는 기간에 대응하고 있다. 변화(41)는 교번 감쇠 모드의 동작이 기판 유지 모드의 동작 직후에 실행되는 것을 또한 나타내고 있다. 변화(41)는 접지 모드의 동작이 교번 감쇠 모드의 동작 직후에 실행되는 것을 또한 나타내고 있다.

변화(41)는, 구간(43)에서 전극(26-1)에 인가되는 전압이 전압 +E로 일정한 것을 나타내고, 전원 장치(31)가 기판 유지 모드에서 일정한 전압 +E를 전극(26-1)에 인가하는 것을 나타내고 있다. 변화(41)는, 구간(45)에서 전극(26-1)에 인가되는 전압이 전압 0으로 일정한 것을 나타내고, 전원 장치(31)가 접지 모드에서 전극(26-1)을 접지하는 것을 나타내고 있다.

변화(41)는 구간(44)에서 전극(26-1)에 인가되는 전압이 교번하면서 감쇠하는 것을 나타내고 있다. 예컨대, 구간(44)은 서로 동일한 복수의 주기적 구간(46-1~46-3)으로 형성되어 있다. 주기적 구간(46-1~46-3) 각각의 길이로서는, 2초가 예시된다. 전극(26-1)은, 주기적 구간(46-1~46-3)의 각각에서, 접지 전압 0보다 큰 정(正)의 전압이 인가된 후에, 접지 전압 0보다 작은 부(負)의 전압이 인가된다. 접지 전압 0은 하측 유지 기구(8)에 유지되는 기판에 인가되는 전압에 일치하고 있다. 또, 주기적 구간(46-1)에서 전극(26-1)에 인가되는 전압의 최대값은 전압 +E보다 작고, 주기적 구간(46-1)에서 전극(26-1)에 인가되는 전압의 최소값은 전압 -E보다 크다. 주기적 구간(46-2)에서의 전압의 최대값은 주기적 구간(46-1)에서의 전압의 최대값보다 작고, 주기적 구간(46-2)에서의 전압의 최소값은 주기적 구간(46-1)에서의 전압의 최소값보다 크다. 주기적 구간(46-3)에서의 전압의 최대값은 주기적 구간(46-2)에서의 전압의 최대값보다 작고, 주기적 구간(46-3)에서의 전압의 최소값은 주기적 구간(46-2)에서의 전압의 최소값보다 크다.

또, 구간(44)은 3개의 주기적 구간(46-1~46-3)과 다른 n개(n=4, 5, 6,…)의 주기적 구간(46-1~46-n)으로 분할되는 것도 가능하다. 이 때, 주기적 구간(46-i)(i=2, 3, …, n)에서의 전압의 최대값은 주기적 구간(46-(i-1))에서의 전압의 최대값보다 작고, 주기적 구간(46-i)에서의 전압의 최소값은 주기적 구간(46-(i-1))에서의 전압의 최소값보다 크다.

도 4는 전원 장치(31)에 의해 전극(26-2)에 인가되는 전압의 변화를 더 나타내고 있다. 그 변화(42)는 전극(26-2)에 인가되는 전압이 접지 전압 0에 대해 전극(26-1)에 인가되는 전압에 대칭인 것을 나타내고 있다. 즉, 변화(42)는, 구간(43)에서 전극(26-2)에 인가되는 전압이 전압 -E로 일정한 것을 나타내고, 전원 장치(31)가 기판 유지 모드에서 일정한 전압 -E를 전극(26-2)에 인가하는 것을 나타내고 있다. 변화(42)는, 구간(45)에서 전극(26-2)에 인가되는 전압이 전압 0으로 일정한 것을 나타내고, 전원 장치(31)가 접지 모드에서 전극(26-2)을 접지하는 것을 나타내고 있다.

변화(42)는 구간(44)에서 전극(26-2)에 인가되는 전압이 교번하면서 감쇠하는 것을 나타내고 있다. 예컨대, 구간(44)은 서로 동일한 복수의 주기적 구간(46-1~46-3)으로 형성되어 있다. 전극(26-2)은, 주기적 구간(46-1~46-3)의 각각에서, 접지 전압보다 작은 부(負)의 전압이 인가된 후에, 그 접지 전압보다 큰 정(正)의 전압이 인가된다. 그 접지 전압은 하측 유지 기구(8)에 유지되는 기판에 인가되는 전압에 일치하고 있다. 또, 주기적 구간(46-1)에서 전극(26-2)에 인가되는 전압의 최대값은 전압 +E보다 작고, 주기적 구간(46-1)에서 전극(26-2)에 인가되는 전압의 최소값은 전압 -E보다 크다. 주기적 구간(46-2)에서의 전압의 최대값은 주기적 구간(46-1)에서의 전압의 최대값보다 작고, 주기적 구간(46-2)에서의 전압의 최소값은 주기적 구간(46-1)에서의 전압의 최소값보다 크다. 주기적 구간(46-3)에서의 전압의 최대값은 주기적 구간(46-2)에서의 전압의 최대값보다 작고, 주기적 구간(46-3)에서의 전압의 최소값은 주기적 구간(46-2)에서의 전압의 최소값보다 크다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법의 실시 형태를 나타내고 있다. 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은 웨이퍼 접합 장치(1)를 이용하여 실행된다. 사용자는, 우선 게이트 밸브(5)를 폐쇄한 후에, 접합 챔버(2)의 내부에 진공 분위기를 생성하고, 로드록 챔버(3)의 내부에 대기압 분위기를 생성한다. 사용자는, 로드록 챔버(3)의 덮개를 열어서, 복수의 기판을 로드록 챔버(3)의 내부에 배치한다. 사용자는, 로드록 챔버(3)의 덮개를 닫아, 로드록 챔버(3)의 내부에 진공 분위기를 생성한다.

사용자는, 게이트 밸브(5)를 개방한 후에, 도 6에 나타내어져 있는 바와 같이, 반송 장치(6)를 이용하여, 로드록 챔버(3)의 내부에 배치된 기판 중 1장의 하측 기판을 하측 유지 기구(8)에 배치하고, 로드록 챔버(3)의 내부에 배치된 기판 중 다른 1장의 상측 기판을 상측 유지 기구(7)에 배치한다. 이 때, 전원 장치(31)는, 그 상측 기판이 상측 유지 기구(7)의 정전 척(22)에 접촉했을 때에, 접지 모드로부터 기판 유지 모드로 전환되고, 전극(26-1)에 전압 +E를 인가하고, 전극(26-2)에 전압 -E를 인가한다. 이러한 전압의 인가에 의하면, 전극(26-1~26-2)과 상측 기판이 서로 끌어당기는 정전력이 발생하고, 정전 척(22)은 그 정전력에 의해, 그 상측 기판이 정전 척(22)의 흡착면(23)으로부터 중력에 의해 낙하하지 않도록, 그 상측 기판을 유지한다(단계 S1).

웨이퍼 접합 장치(1)는, 하측 유지 기구(8)에 하측 기판이 유지되고, 상측 유지 기구(7)에 상측 기판이 유지된 후에, 게이트 밸브(5)를 폐쇄하여, 그 상측 기판과 하측 기판을 상온 접합한다. 즉, 사용자는 우선 접합 챔버(2)의 내부에 소정의 진공도의 진공 분위기를 생성한다. 사용자는, 그 상측 기판과 하측 기판이 떨어진 상태에서, 이온 건(14)을 이용하여, 그 상측 기판과 하측 기판 사이로 향해 아르곤 이온을 방출한다. 그 아르곤 이온은, 그 상측 기판과 하측 기판에 조사되어, 그 상측 기판과 하측 기판의 표면에 형성되는 산화물 등을 제거하고, 그 상측 기판과 하측 기판의 표면에 부착되어 있는 불순물을 제거한다.

사용자는, 압접 기구(11)를 조작하여, 상측 유지 기구(7)를 연직 아래 바향으로 하강시켜, 그 상측 기판과 하측 기판을 근접시킨다. 사용자는, 위치 맞춤 기구(12)를 조작하여, 그 상측 기판과 하측 기판의 수평면 내의 상대 위치가 설계한 대로 접합되도록, 하측 유지 기구(8)의 위치를 이동시킨다. 사용자는, 또한, 기판이 한창 위치 맞춤되고 있는 중에, 접합 챔버(2)의 내부의 압력이 목표 압력으로 되도록 제어한다.

사용자는, 그 상측 기판과 하측 기판이 위치 맞춤되고, 또한, 접합 챔버(2)의 내부의 압력이 목표 압력으로 안정되었을 때에, 압접 기구(11)를 조작하여, 상측 유지 기구(7)를 연직 아래 방향으로 하강시켜, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 그 상측 기판과 하측 기판을 접촉시킨다. 그 상측 기판과 하측 기판은 그 접촉에 의해 접합되어, 1장의 접합 기판에 형성된다(단계 S2).

사용자는, 그 접합 기판이 형성된 후에, 디척킹 시퀀스를 실행하는 것에 의해, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 그 접합 기판을 하측 유지 기구(8)에 배치한다(단계 S3). 사용자는, 다음으로, 반송 장치(6)가 그 접합 기판을 반출할 수 있도록, 압접 기구(11)를 이용하여 상측 유지 기구(7)를 연직 위쪽 방향으로 상승시켜, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 상측 유지 기구(7)와 하측 유지 기구(8)를 이격시킨다(단계 S4). 사용자는, 상측 유지 기구(7)와 하측 유지 기구(8)를 이격시킨 후에, 게이트 밸브(5)를 개방하여, 반송 장치(6)를 이용해서 하측 유지 기구(8)에 배치되어 있는 접합 기판을 로드록 챔버(3)의 내부로 반송시킨다(단계 S5).

단계 S1~단계 S5의 동작은 로드록 챔버(3)의 내부에 초기적으로 장전된 기판이 전부 상온 접합될 때까지 반복 실행된다. 사용자는, 로드록 챔버(3)의 내부에 초기적으로 장전된 기판이 전부 상온 접합되면, 게이트 밸브(5)를 폐쇄하여, 로드록 챔버(3)의 내부에 대기압 분위기를 생성시킨다. 사용자는, 로드록 챔버(3)의 덮개를 닫아서, 상온 접합된 복수의 접합 기판을 로드록 챔버(3)로부터 취출한다.

단계 S3에서는, 제 1 디척킹 시퀀스 또는 제 2 디척킹 시퀀스 중 한쪽이 실행된다. 예컨대, 그 제 1 디척킹 시퀀스는 로드록 챔버(3)의 내부에 배치된 복수의 기판에 대해 실행되는 복수의 상온 접합 중 1회째의 상온 접합 직후에 실행된다. 그 제 2 디척킹 시퀀스는 그 복수의 상온 접합 중 2회째 이후의 상온 접합 직후에 실행된다.

도 11은 그 제 1 디척킹 시퀀스를 나타내고 있다. 전원 장치(31)는, 상온 접합한 직후에, 우선 기판 유지 모드로부터 교번 감쇠 모드로 전환된다. 이 때, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 상온 접합시와 동일한 위치에 상측 유지 기구(7)가 배치되어 있는 상태에서, 전극(26-1)에는 교번하면서 감쇠하는 전압이 인가되고, 전극(26-2)에는 교번하면서 감쇠하는 전압이 인가된다. 전원 장치(31)는 그 교번을 소정의 회수 반복한 후에, 교번 감쇠 모드로부터 접지 모드로 전환된다. 이 때, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 전극(26-1)은 접지되고, 전극(26-2)은 접지된다. 압접 기구(11)는, 전극(26-1~26-2)이 접지된 후에, 상측 유지 기구(7)를 0.5㎜만큼 상승시킨다(단계 S11).

정전 척(22)은, 전극(26-1~26-2)에 교번하면서 감쇠하는 전압이 인가되는 것에 의해, 정전 척(22)의 흡착면(23)에 잔류하는 전하의 치우침이 배제된다. 즉, 정전 척(22)의 흡착면(23)에 잔류하는 잔류 전하는 상쇄되어, 흡착면(23)은 새롭게 전하가 축적되는 것이 방지된다. 이 때문에, 전극(26-1~26-2)이 접지되어 있을 때에 정전 척(22)이 그 접합 기판을 유지하는 잔류 흡착력은 감소한다. 또, 그 접합 기판은, 하측 유지 기구(8)에 의해 접지되어 있는 것에 의해, 전하가 잔류하는 것이 방지된다. 이 때문에, 그 잔류 흡착력은 더욱 감소한다. 그 접합 기판은, 그 잔류 흡착력의 절대값이 그 접합 기판에 인가되는 중력의 절대값보다 클 때에, 상측 유지 기구(7)에 유지된 채로 된다. 그 접합 기판은, 그 잔류 흡착력이 그 중력보다 작을 때에, 그 중력에 의해 하측 유지 기구(8)로 이동하여, 그 중력에 의해 하측 유지 기구(8)에 유지된다.

센서(33)는, 상측 유지 기구(7)가 0.5㎜만큼 상승한 후에, 정전 척(22)에 그 접합 기판이 파지되어 있는지 여부를 검출한다(단계 S12). 가스 디척킹 장치(32)는, 정전 척(22)에 그 접합 기판이 파지되어 있을 때에(단계 S12, 예), 가스 유로(27)와 가스 구멍(24)을 통해 비교적 낮은 가스 공급압의 아르곤 가스를 정전 척(22)과 그 접합 기판 사이에 공급한다(단계 S13).

센서(33)는, 아르곤 가스를 정전 척(22)과 그 접합 기판 사이에 공급한 후에, 재차 정전 척(22)에 그 접합 기판이 파지되어 있는지 여부를 검출한다(단계 S14). 가스 디척킹 장치(32)는, 정전 척(22)에 그 접합 기판이 파지되어 있을 때에(단계 S14, 예), 이전에 공급한 아르곤 가스의 가스 공급압보다 조금 큰 가스 공급압으로 아르곤 가스를 정전 척(22)과 그 접합 기판 사이에 공급한다(단계 S15, 단계 S13). 단계 S15와 단계 S13의 동작은 그 접합 기판이 정전 척(22)으로부터 이탈할 때까지 반복하여 실행된다.

또, 정전 척(22)으로부터 그 접합 기판이 이탈했을 때에(단계 S14, 아니오), 잔류 흡착력이 산출된다. 그 잔류 흡착력 f는 가스 압력 p과 가스압 인가 면적 s를 이용하여, 다음 식

f=p×s

에 의해 표현된다. 여기서, 가스 압력 p는, 정전 척(22)으로부터 그 접합 기판이 이탈했을 때에, 가스 디척킹 장치(32)에 의해 정전 척(22)과 그 접합 기판 사이에 공급되는 아르곤 가스의 가스 공급압을 나타내고 있다. 가스압 인가 면적 s는 가스 구멍(24)의 총면적을 나타내며, 즉, 정전 척(22)이 접합 기판을 유지하고 있을 때에 그 접합 기판이 가스 디척킹 장치(32)로부터 공급되는 아르곤 가스에 접촉하고 있는 면적을 나타내고 있다.

단계 S13~S15의 동작은, 단계 S11가 실행된 후에 정전 척(22)에 그 접합 기판이 이탈되어 있을 때에(단계 S12, 아니오), 실행되지 않는다.

이러한 제 1 디척킹 시퀀스에 의하면, 상측 유지 기구(7)는 그 접합 기판을 보다 확실히 디척킹할 수 있다. 즉, 전극(26-1~26-2)에 교번하면서 감쇠하는 전압이 인가되는 것에 의해, 정전 척(22)이 그 접합 기판을 유지하는 잔류 흡착력은 저감되어 있다. 이 때문에, 단계 S13~S15의 동작을 실행하는 일없이, 그 접합 기판이 디척킹되는 경우가 있다. 그 잔류 흡착력이 충분히 저감되어 있지 않는 경우이더라도, 단계 S13~S15의 동작을 실행하는 것에 의해, 그 접합 기판은 보다 확실하게 단시간에 디척킹될 수 있다. 또, 단계 S13에서 공급되는 아르곤 가스의 가스 공급압은 그 잔류 흡착력의 저감에 의해 저감된다. 이 때문에, 접합 챔버(2)의 내부에 아르곤 가스가 과도하게 공급되는 것이 방지된다.

이러한 제 1 디척킹 시퀀스에 의하면, 그 잔류 흡착력의 크기의 추정이 곤란할 때에도, 보다 작은 압력의 아르곤 가스로 그 접합 기판을 디척킹할 수 있어, 접합 챔버(2)의 내부에 아르곤 가스가 과도하게 공급되는 것이 방지된다. 이러한 제 1 디척킹 시퀀스에 의하면, 정전 척(22)이 그 접합 기판을 유지하는 흡착력을 측정할 수도 있다. 그 흡착력은 상측 유지 기구(7)가 기판을 유지하기 위한 인가 전압을 산출하기 위해 이용될 수도 있다. 또한, 웨이퍼 접합 장치(1)는 그 잔류 흡착력을 측정하기 위한 센서(예컨대, 로드 셀)를 별도로 구비할 필요가 없어, 바람직하다.

도 12는 그 제 2 디척킹 시퀀스를 나타내고 있다. 전원 장치(31)는, 상온 접합한 직후에, 우선 기판 유지 모드로부터 교번 감쇠 모드로 전환된다. 이 때, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 상온 접합시와 동일한 위치에 상측 유지 기구(7)가 배치되어 있는 상태에서, 전극(26-1)에는 교번하면서 감쇠하는 전압이 인가되고, 전극(26-2)에는 교번하면서 감쇠하는 전압이 인가된다. 전원 장치(31)는, 그 교번을 소정의 회수 반복한 후에, 교번 감쇠 모드로부터 접지 모드로 전환된다. 이 때, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 전극(26-1)은 접지되고, 전극(26-2)은 접지된다. 압접 기구(11)는, 전극(26-1~26-2)이 접지된 후에, 상측 유지 기구(7)를 0.5㎜만큼 상승시킨다(단계 S21).

이러한 동작에 의해, 도 11의 단계 S11와 동일하게 해서, 전극(26-1~26-2)이 접지되어 있을 때에 정전 척(22)이 그 접합 기판을 유지하는 잔류 흡착력은 감소한다. 그 접합 기판은, 그 잔류 흡착력의 절대값이 그 접합 기판에 인가되는 중력의 절대값보다 클 때에, 상측 유지 기구(7)에 유지된 채로 된다. 그 접합 기판은, 그 잔류 흡착력이 그 중력보다 작을 때에, 그 중력에 의해 하측 유지 기구(8)로 이동하여, 그 중력에 의해 하측 유지 기구(8)에 유지된다.

센서(33)는, 상측 유지 기구(7)가 0.5㎜만큼 상승한 후에, 정전 척(22)에 그 접합 기판이 파지되어 있는지 여부를 검출한다(단계 S22). 가스 디척킹 장치(32)는, 정전 척(22)에 그 접합 기판이 파지되어 있을 때에(단계 S22, 예), 그 제 1 디척킹 시퀀스에서 정전 척(22)으로부터 그 접합 기판이 이탈했을 때의 가스 공급압에서의 아르곤 가스를 정전 척(22)과 그 접합 기판 사이에 공급한다(단계 S23). 아르곤 가스의 공급은, 단계 S21가 실행된 후에 정전 척(22)에 그 접합 기판이 이탈되어 있을 때에(단계 S22, 아니오), 실행되지 않는다.

이러한 제 2 디척킹 시퀀스에 의하면, 제 1 디척킹 시퀀스와 동일하게 해서, 그 접합 기판을 보다 확실히 디척킹할 수 있고, 또한, 아르곤 가스가 과도하게 공급되는 것이 방지된다. 그 결과, 접합 챔버(2)의 내부의 진공도가 열화되는 것이 방지된다. 이러한 제 2 디척킹 시퀀스는 또한, 제 1 디척킹 시퀀스에 비교하여, 보다 단시간에 실행될 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은, 단계 S3에서 제 1 디척킹 시퀀스를 매회 실행하는 것에 비교하여, 보다 단시간에 실행될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 방법은, 그 접합 기판을 디척킹하기 위한 가스 공급압이 기지(旣知)일 때에, 처음부터 단계 S3에서 제 2 디척킹 시퀀스를 실행할 수 있어, 제 1 디척킹 시퀀스를 실행할 필요가 없다.

또, 전원 장치(31)는 임의의 타이밍에서 하측 유지 기구(8)에 소정의 전압을 인가할 수 있는 다른 전원 장치로 치환되는 것도 가능하다. 그 전원 장치는, 예컨대, 하측 기판이 하측 유지 기구(8)에 배치되었을 때에, 하측 유지 기구(8)가 그 하측 기판을 유지하도록 하측 유지 기구(8)에 일정한 전압을 인가한다. 그 전원 장치는, 또한, 교번하면서 감쇠하는 전압이 상측 유지 기구(7)에 인가되어 있을 때에, 하측 유지 기구(8)를 접지한다. 이러한 웨이퍼 접합 장치는, 기술(旣述)한 실시 형태에 있어서의 웨이퍼 접합 장치(1)와 동일하게 해서, 접합 기판을 보다 확실히 디척킹할 수 있어, 기판을 보다 단시간에 접합할 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치는 상측 유지 기구(7)에 유지되는 기판에 직접적으로 접촉하는 전극을 통해 그 기판을 접지하는 기구를 더 구비하는 것도 가능하다. 그 기구는 단계 S11과 단계 S21에서, 상측 유지 기구(7)에 유지되는 접합 기판을 접지한다. 그 기구는, 또한, 단계 S13, S15와 단계 S23에서, 상측 유지 기구(7)에 유지되는 접합 기판을 접지할 수도 있다. 이러한 웨이퍼 접합 장치는, 기술한 실시 형태에 있어서의 웨이퍼 접합 장치(1)와 동일하게 해서, 상측 유지 기구(7)에 유지되는 접합 기판을 보다 확실히 접지하는 것에 의해, 그 접합 기판을 보다 확실히 디척킹할 수 있어, 기판을 보다 단시간에 접합할 수 있다.

정전 척(52)은 다른 정전 척(22)으로 치환될 수도 있다. 그 정전 척(52)은, 세라믹으로 형성되고, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 원주 형상으로 형성되어 있다. 정전 척(52)은, 그 원주의 하나의 바닥면이 베이스재(21)에 접합되고, 베이스재(21)에 고정되어 있다. 정전 척(52)은 흡착면(53)과, 가스 구멍(54)과 홈(55)이 더 형성되어 있다. 흡착면(53)은, 그 원주의 또 하나의 바닥면이고, 평탄하고, 또한, 평활한 면에 형성되어 있다. 가스 구멍(54)은 흡착면(53)에 형성되어 있다. 홈(55)은 가스 구멍(54)에 접속되도록, 또한, 흡착면(53) 중 기판이 접촉하는 영역으로 넓어져 배치되도록 형성되어 있다.

이러한 정전 척(52)은, 기술한 실시 형태에 있어서의 정전 척(22)과 동일하게 해서, 유지되는 기판을 보다 확실히 이탈시키는 것에 유효하다. 이러한 정전 척(52)은, 또한 정전 척(22)과 같이 복수의 가스 구멍(24)을 분산하여 배치할 수 없는 경우에 적합하다.

또, 정전 척(22)은 정전 척(22)에 유지되는 기판을 정전 척(22)으로부터 기계적으로 이탈시키는 다른 장치를 구비할 수도 있다. 그 장치로서는, 정전 척(22)으로부터 기계적으로 그 기판을 이탈시키는 가동 핀이 예시된다. 이러한 웨이퍼 접합 장치는, 기술한 실시 형태와 동일하게 해서, 정전 척(22)으로부터 그 기판을 보다 확실히 이탈시킬 수 있다. 이러한 웨이퍼 접합 장치는, 또한, 정전 척(22)에 형성되는 가스 구멍(24)과 유로(27)가 불필요하고, 가스 디척킹 장치(32)가 불필요하여, 바람직하다.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법은, 교번하면서 감쇠하는 전압을 유지 기구에 인가하는 것에 의해, 그 유지 기구가 기판을 유지하는 잔류 흡착력을 저감하여, 그 유지 기구로부터 그 기판을보다 확실하고, 또한, 보다 단시간에 디척킹할 수 있다. 이 결과, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 장치 및 웨이퍼 접합 방법은 기판끼리를 보다 단시간에 접합할 수 있다.

Claims

전압을 유지 기구에 인가하는 것에 의해 상측의 제 1 기판을 상기 유지 기구에 유지하는 단계와,
상기 제 1 기판과 하측의 제 2 기판을 접합하는 것에 의해 접합 기판을 생성하는 단계와,
교번(交番)하면서 감쇠하는 전압을 상기 유지 기구에 인가한 후에 상기 유지 기구로부터 상기 접합 기판을 디척킹(dechucking)하는 단계와,
상기 접합 기판과 상기 유지 기구 사이에 가스를 공급하는 단계
를 구비하는 웨이퍼 접합 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 가스는, 상기 제 2 기판을 유지하고 있던 다른 유지 기구가 상기 접합 기판으로부터 떨어져 있을 때에, 상기 접합 기판과 상기 유지 기구 사이에 공급되는 웨이퍼 접합 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 접합 기판은, 상기 유지 기구로부터 디척킹되었을 때에, 상기 접합 기판에 걸리는 중력에 의해 상기 다른 유지 기구에 유지되도록 이동하는 웨이퍼 접합 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 유지 기구로부터 상기 접합 기판이 디척킹되었는지 여부를 검출하는 단계와,
상기 유지 기구로부터 상기 접합 기판이 디척킹되지 않을 때에, 상기 가스의 압력보다 큰 압력으로 가스를 상기 접합 기판과 상기 유지 기구 사이에 공급하는 단계
를 더 구비하는 웨이퍼 접합 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 다른 유지 기구가 상기 접합 기판을 유지하고 있을 때에, 상기 유지 기구와 상기 다른 유지 기구를 이격하는 단계와,
상기 유지 기구와 상기 다른 유지 기구를 이격한 후에 상기 접합 기판을 반송하는 단계
를 더 구비하는 웨이퍼 접합 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 다른 제 3 기판을 상기 유지 기구에 유지하는 단계와,
상기 제 3 기판과 제 4 기판을 접합하는 것에 의해 다른 접합 기판을 생성하는 단계와,
교번하면서 감쇠하는 전압을 상기 유지 기구에 인가한 후에, 상기 유지 기구로부터 상기 접합 기판이 디척킹했을 때에 상기 유지 기구와 상기 접합 기판 사이에 공급된 가스의 압력으로 가스를 상기 다른 접합 기판과 상기 유지 기구 사이에 공급하는 단계
를 더 구비하는 웨이퍼 접합 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 유지 기구로부터 상기 접합 기판이 디척킹했을 때에 상기 유지 기구와 상기 접합 기판 사이에 공급된 가스의 압력에 근거하여, 상기 유지 기구가 상기 접합 기판을 유지하는 흡착력을 산출하는 단계
를 더 구비하는 웨이퍼 접합 방법.
제 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
교번하면서 감쇠하는 전압을 상기 유지 기구에 인가한 후에 상기 접합 기판을 접지하는 단계를 더 구비하는 웨이퍼 접합 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 접합하기 전에 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 청정화하는 단계를 더 구비하는 웨이퍼 접합 방법.
전극을 구비하는 유지 기구와,
상기 유지 기구에 유지되는 상측의 제 1 기판이 하측의 제 2 기판에 접합되도록, 상기 제 2 기판에 대해 상기 유지 기구를 구동하는 구동 기구와,
전원 장치와,
가스를 출력하는 가스 디척킹 장치
를 구비하되,
상기 유지 기구는,
상기 제 1 기판에 접촉하는 흡착면과,
상기 가스 디척킹 장치로부터 상기 흡착면에 상기 가스를 유통시키는 유로가 형성되고,
상기 전원 장치는,
상기 유지 기구가 상기 제 1 기판을 유지하도록 전압을 상기 전극에 인가하는 기판 유지 모드와,
교번하면서 감쇠하는 전압을 상기 전극에 인가하는 교번 감쇠 모드를 갖는
웨이퍼 접합 장치.
삭제
제 11 항에 있어서,
상기 유지 기구에 기판이 유지되어 있는지 여부를 검출하는 센서를 더 구비하는 웨이퍼 접합 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 가스 디척킹 장치는 상기 가스를 임의의 압력으로 출력하는 웨이퍼 접합 장치.
제 11, 13, 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유지 기구에 유지되는 기판을 접지하는 기구를 더 구비하는 웨이퍼 접합 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 청정화하는 청정화 장치를 더 구비하는 웨이퍼 접합 장치.