KR101299845B1 - 접합 장치 - Google Patents

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KR101299845B1
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나오끼 아끼야마
마사히꼬 스기야마
하지메 후루야
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

금속의 접합부를 갖는 기판끼리의 온도 조정을 효율적으로 행하고, 기판 접합 처리의 처리량을 향상시킨다. 접합 장치(10)는, 하면에 개구(78)가 형성된 처리 용기(70)와, 처리 용기(70) 내에 배치된, 중합 웨이퍼 WT를 적재하여 열처리하는 제2 열처리판(90)과, 처리 용기(70) 내에 제2 열처리판(90)에 대향하여 설치되고, 중합 웨이퍼 WT를 제2 열처리판(90)측에 압박하는 가압 기구(80)와, 처리 용기(70)의 내면에 당해 처리 용기(70)의 개구(78)를 따라 설치되고, 처리 용기(70)와 제2 열처리판(90) 사이를 기밀하게 막는 환형상의 지지대(95)와, 제2 열처리판(90)의 하방이며 지지대(95)의 내측에 설치된 냉각 기구(100)를 갖고 있다. 냉각 기구(100)는, 그 상면이 제2 열처리판(90)과 평행하게 설치된 냉각판과, 냉각판의 내부에 연통되고 당해 냉각판의 내부에 공기를 공급하는 연통관과, 냉각판을 상하 이동시키는 승강 기구를 구비하고 있다.

Description

접합 장치{BONDING APPARATUS}
본 발명은, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 압박하여 접합하는 접합 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스(이하,「디바이스」라고 함)의 제조에 있어서는, 디바이스의 고집적화가 진행되고 있다. 그 한편, 고집적화된 복수의 디바이스를 배선으로 접속하여 제품화할 경우, 배선 길이가 증대되고, 그에 의한 배선의 저항이 커짐 및 배선 지연이 커짐이 문제가 된다.
따라서, 반도체 디바이스를 3차원에 적층하는 3차원 집적 기술을 사용하는 것이 제안되고 있다. 이 3차원 집적 기술에 있어서는, 예를 들어 접합 장치를 사용하여, 2매의 반도체 웨이퍼(이하,「웨이퍼」라고 함)의 접합이 행해진다. 접합 장치는, 예를 들어 상면에 웨이퍼를 적재하는 고정 테이블과, 이 고정 테이블에 대향하여 배치되어, 하면에 웨이퍼를 흡착 유지하여 승강 가능한 가동 테이블을 갖고 있다. 고정 테이블과 가동 테이블 내에는, 각각 히터가 내장되어 있다. 그리고 이 접합 장치로는, 2매의 웨이퍼를 포갠 후, 히터에 의해 웨이퍼를 가열하면서, 고정 테이블과 가동 테이블에 의해 하중을 걸어 웨이퍼를 압박하여, 2매의 웨이퍼를 접합할 수 있다(특허 문헌 1).
일본 특허 출원 공개 제2004-207436호 공보
그런데 2매의 웨이퍼를 접합할 때, 웨이퍼 표면에 형성된 금속의 접합부끼리를 접합하는 경우가 있다. 이러한 경우, 접합부를 고온의 소정의 온도에서 가열하면서 압박할 필요가 있다. 즉, 우선 웨이퍼를 소정의 온도까지 가열하는 전(前) 열처리 공정과, 그 후 웨이퍼의 온도를 소정의 온도로 유지한 상태에서 당해 웨이퍼를 압박하는 접합 공정과, 그 후 웨이퍼를 냉각하는 후(後) 열처리 공정을 순차 행할 필요가 있다.
그러나 전 열처리 공정에 있어서, 상기 소정의 온도가 고온이기 때문에, 특허 문헌 1의 접합 장치를 사용하면, 웨이퍼를 소정의 온도까지 가열하는데 시간이 걸린다. 게다가, 웨이퍼를 급속하게 가열하면 접합부끼리가 균일하게 가열되지 않을 우려가 있기 때문에, 소정의 가열 속도 이하로 웨이퍼를 가열할 필요가 있다. 또한, 상기 소정의 온도가 고온이기 때문에, 후 열처리 공정에서도 고온의 웨이퍼를 냉각하는데 시간이 걸린다. 게다가, 접합부끼리를 합금화하여 접합할 경우, 웨이퍼를 급속하게 냉각하면 접합부의 강도나 물성이 바뀔 우려가 있기 때문에, 소정의 냉각 속도 이하로 웨이퍼를 냉각할 필요가 있다. 또한, 접합 공정에 걸리는 시간은, 접합부에 사용되는 재료 등에 의해 결정되기 때문에 단축할 수 없다.
이와 같이 금속의 접합부를 갖는 웨이퍼끼리의 접합에 있어서, 웨이퍼의 온도 조정을 행할 필요가 있기 때문에, 결과적으로 웨이퍼끼리의 접합에는 많은 시간을 필요로 하고 있었다. 이로 인해, 웨이퍼 접합 처리의 처리량의 저하를 초래하고 있었다.
본 발명은, 이러한 점에 비추어 이루어진 것이며, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리의 온도 조정을 효율적으로 행하고, 기판 접합 처리의 처리량을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 접합하는 접합 장치이며, 하면에 개구가 형성된 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 배치된, 상기 기판을 적재하여 열처리하는 열처리판과, 상기 처리 용기 내에 상기 열처리판에 대향하여 설치되고, 상기 기판을 상기 열처리판측에 압박하는 가압 기구와, 상기 처리 용기의 내면에 당해 처리 용기의 개구를 따라 설치되고, 상기 처리 용기와 상기 열처리판의 사이를 기밀하게 막는, 상기 열처리판을 지지하는 환형상의 지지대와, 상기 열처리판의 하방이며 상기 지지대의 내측에 설치된, 상기 열처리판을 냉각하는 냉각 기구를 갖고, 상기 냉각 기구는, 그 상면이 상기 열처리판과 평행하게 설치된, 내부가 중공인 냉각판과, 상기 냉각판의 내부에 연통되어 당해 냉각판의 내부에 공기를 공급하는 연통관과, 상기 냉각판을 상하로 움직이게 하는 승강 기구를 구비하고, 상기 냉각판의 하면에는, 당해 냉각판의 내부에 연통되는 복수의 관통 구멍이 형성되고, 상기 연통관으로부터 상기 냉각판의 내부에 공급된 공기는, 상기 냉각판의 관통 구멍으로부터 배출되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 열처리판의 하방에 당해 열처리판을 냉각하는 냉각 기구가 설치되어 있으므로, 기판의 온도를 효율적으로 조정할 수 있다. 즉, 열처리판에 의해 기판을 소정의 온도로 가열할 때, 소정의 가열 속도를 초과할 것 같거나, 소정의 온도를 초과할 것 같은 경우에는, 예를 들어 냉각 기구를 상승시켜 열처리판의 하면에 접촉시킴으로써 열처리판을 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 기구에 공급하는 공기의 양을 조정함으로써, 또한 냉각 기구에 의한 냉각 속도를 조정할 수 있으므로, 기판의 온도 조정을 효율적으로 행할 수 있다.
상기 냉각 기구는, 상기 냉각판의 하방에 당해 처리 용기의 개구의 전체면을 막도록 설치된, 그 내부에 냉각수를 유통하는 냉각수로가 형성된 냉각수 유통판을 더 갖고, 상기 냉각수 유통판에는, 당해 냉각수 유통판을 연직 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성되고, 상기 냉각판의 관통 구멍으로부터 배출된 공기는, 상기 냉각수 유통판의 관통 구멍을 통과하여 당해 냉각수 유통판의 상면으로부터 하면을 향해 배출되어도 좋다.
상기 가압 기구는, 상기 처리 용기의 천장판에 기밀하게 접속된 탄성 부재와, 상기 탄성 부재의 하단부에 기밀하게 접속된 압박 부재와, 상기 처리 용기의 천장판, 상기 탄성 부재 및 상기 압박 부재로 둘러싸인 공간에 압축 공기를 공급하는 공기 공급관과, 공급된 압축 공기를 배출하는 공기 배출관을 갖고, 상기 공기 배출관에는, 당해 공기 배출관의 내부를 유통하는 압축 공기를 냉각하는 냉각 재킷이 설치되어 있어도 좋다.
본 발명에 따르면, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리의 온도 조정을 효율적으로 행하고, 기판 접합 처리의 처리량을 향상시킬 수 있다.
도 1은 압박용 어댑터를 갖는 접합 장치의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.
도 2는 압박용 어댑터를 갖는 접합 장치의 구성의 개략을 도시하는 횡단면도.
도 3은 중합 웨이퍼의 단면도.
도 4는 제1 열처리판의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.
도 5는 반송 기구 및 반송 링의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.
도 6은 반송 기구 및 반송 링의 구성의 개략을 도시하는 사시도.
도 7은 반송 기구에 의해 반송 링을 보유 지지하는 모습을 도시하는 설명도.
도 8은 접합 방법의 개략을 도시하는 종단면도.
도 9는 접합 방법의 개략을 도시하는 종단면도.
도 10은 압박용 어댑터의 재질 및 잘록량과 최대 응력차의 관계를 도시하는 그래프.
도 11은 웨이퍼의 직경과, 압박용 어댑터의 잘록량과, 최대 응력차의 관계를 도시하는 그래프.
도 12는 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도.
도 13은 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도.
도 14는 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도.
도 15는 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도.
도 16은 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도.
도 17은 냉각 기구 근방의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.
도 18은 걸림 부재 근방의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.
도 19는 걸림 부재가 휘어진 상태를 도시하는 설명도.
도 20은 웨이퍼 접합 처리의 주요한 공정을 도시하는 흐름도.
도 21은 접합 장치의 각 기기의 동작 상태를 도시하는 타임차트.
도 22는 종래의 접합 방법의 개략을 도시하는 종단면도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은, 압박용 어댑터(1)를 갖는 접합 장치(10)의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다. 도 2는 압박용 어댑터(1)를 갖는 접합 장치(10)의 구성의 개략을 도시하는 횡단면도이다.
접합 장치(10)에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 예를 들어 2매의 기판인 웨이퍼 WU, WL을 접합한다. 이하, 상측에 배치되는 웨이퍼를 「상측 웨이퍼 WU」라 하고, 하측에 배치되는 웨이퍼를 「하측 웨이퍼 WL」라 하는 경우가 있다. 각 웨이퍼 WU, WL은, 금속의 접합부 JU, JL을 각각 복수 갖고 있다. 그리고 각 접합부 JU, JL을 접촉시켜 웨이퍼 WU, WL을 포개어 중합 기판인 중합 웨이퍼 WT를 형성하고, 웨이퍼 WU, WL끼리를 접합한다. 또한, 웨이퍼 WU, WL끼리의 접합이 행해지기 전의 상태에 있어서는, 도 3에 도시한 바와 같이 웨이퍼 WU, WL의 사이에 접착제(2)가 도포되고, 웨이퍼 WU, WL이 당해 접착제(2)에 의해 가접합된 상태로 되어 있다. 이와 같이, 접착제(2)에 의해 가접합함으로써, 웨이퍼 WU, WL의 얼라인먼트를 행한 후에 당해 웨이퍼 WU, WL의 반송을 행해도, 웨이퍼 WU, WL에 어긋남이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 가접합된 상태에서는, 접합부 JU, JL 사이에는 간극이 형성된 상태로 되어 있다. 이에 의해, 접합 시의 진공화가 행해질 때에 접합부 JU, JL 사이의 분위기가 흡인되어, 접합부 JU, JL 사이에 보이드가 발생하는 것을 방지할 수 있다는 효과도 얻을 수 있다. 또한, 접착제(2)에는, 접합 시의 열처리에 의해 증발하여 승화되는 것이 사용된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 접합부 JU에는 알루미늄이 사용되고, 접합부 JL에는 게르마늄이 사용된다.
접합 장치(10)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 열처리 유닛(20) 및 접합 유닛(21)을 수평 방향인 Y 방향에 이 순으로 나열하여 일체로 접속한 구성을 갖고 있다. 열처리 유닛(20)과 접합 유닛(21)은, 게이트 밸브(22)를 통해 기밀하게 접속되어 있다.
열처리 유닛(20)은, 내부를 밀폐할 수 있는 처리 용기(30)를 갖고 있다. 처리 용기(30) 측면에는 중합 웨이퍼 WT의 반입출구(31)가 형성되고, 당해 반입출구(31)에는 게이트 밸브(32)가 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(30)의 접합 유닛(21)측의 측면에는 중합 웨이퍼 WT의 반입출구(33)가 형성되고, 당해 반입출구(33)에는 상술한 게이트 밸브(22)가 설치되어 있다.
처리 용기(30)의 저면에는 흡기구(34)가 형성되어 있다. 흡기구(34)에는, 처리 용기(30)의 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하는 진공 펌프(35)에 연통되는 흡기관(36)이 접속되어 있다.
처리 용기(30)의 내부에는, 중합 웨이퍼 WT를 적재하여 가열 및 냉각을 행하는 제1 열처리판(40)과 제1 열처리판(40)에 적재된 중합 웨이퍼 WT를 상방으로부터 가열하는 상부 가열 수단(41)과, 열처리 유닛(20)과 접합 유닛(21) 사이에서, 후술하는 반송 링(60)과 함께 중합 웨이퍼 WT를 반송하는 반송 기구(42)가 설치되어 있다. 상부 가열 수단(41)으로서는, 예를 들어 복사 열에 의해 가열을 행하는 할로겐 히터나 혹은 전기 히터 등이 사용된다. 제1 열처리판(40)에는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 급전에 의해 발열하는 가열 기구로서의 히터(43) 및 그 내부에 냉매를 유통시킴으로써 열처리판(40)을 냉각하는 냉각 기구로서의 냉매 유로(44)가 내장되어 있다. 냉매 유로(44)는, 히터(43)의 상방에 배치되어 있다.
냉매 유로(44)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 당해 냉매 유로(44)에 냉매를 공급하는 냉매 공급관(45)과, 당해 냉매 유로(44)로부터 냉매를 배출하는 냉매 배출관(46)이 각각 접속되어 있다. 냉매로서는, 건조 공기에 안개 형상의 물을 혼합시킨 것이 사용된다. 냉매 공급관(45)에는, 당해 냉매 공급관(45)에 냉매로서의 건조 공기와 물을 공급하는 공기원(47)과 냉각수원(48)이 각각 접속되어 있다. 건조 공기와 물이 합류하는 개소에는 믹서(49)가 설치되고, 당해 믹서(49)에 의해 건조 공기와 물을 혼합함으로써 물이 안개화되어, 냉매로서 냉매 공급관(45)을 통해 냉매 유로(44)에 공급된다. 냉매 배출관(46)에는 냉매 유로(44)를 통과한 후의 냉매를 냉각하는 열교환기(50)가 설치되고, 냉매 배출관(46) 내를 흐르는 냉매를 냉각함으로써 당해 냉매 중의 물을 응축하고, 드레인으로서 회수한다. 회수된 드레인은, 순환 배관(51)을 통해 냉매 공급관(45)에 있어서의 믹서(49)의 상류에 공급되고, 다시 믹서(49)에서 건조 공기와 혼합되어 다시 냉매로서 이용된다. 또한, 열교환기(50)로서는, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이 냉동기(52)에 접속된 것이 사용된다. 또한, 제1 열처리판(40)의 가열 온도 및 냉각 온도나 상부 가열 수단(41)에 의한 가열 온도는, 예를 들어 후술하는 제어부(200)에 의해 제어된다.
제1 열처리판(40)의 하방에는, 중합 웨이퍼 WT를 하방으로부터 지지하여 승강시키기 위한 승강 핀(53)이 예를 들어 3개 설치되어 있다. 승강 핀(53)은, 도시하지 않은 승강 구동부에 의해 상하 이동할 수 있다. 제1 열처리판(40)의 중앙부 부근에는, 당해 제1 열처리판(40)을 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(54)이 예를 들어 3 개소에 형성되어 있다. 그리고 승강 핀(53)은 관통 구멍(54)을 삽입 관통하고, 제1 열처리판(40)의 상면으로부터 돌출 가능하게 되어 있다.
반송 기구(42)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상하 방향에 수평으로 각각 설치된 상부 반송 기구(42a)와 하부 반송 기구(42b)를 갖고 있다. 상부 반송 기구(42a)와 하부 반송 기구(42b)는, 동일 형상이다. 상부 반송 기구(42a)와 하부 반송 기구(42b)는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해, 각각 독립하여 수평 방향 및 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 상부 반송 기구(42a) 및 하부 반송 기구(42b)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 대략 U자 형상의 단면 형상을 갖는 보유 지지부(55)를, U자의 개구 부분이 마주 보도록 접속되어 형성되고 있다. 상부 반송 기구(42a) 및 하부 반송 기구(42b)는, 보유 지지부(55)에 의해 반송 링(60)을 보유 지지함으로써, 당해 반송 링(60)과 함께 중합 웨이퍼 WT를 반송할 수 있게 구성되어 있다. 반송 링(60)은, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 중합 웨이퍼 WT의 직경보다 약간 큰 직경의 개구가 설치된 대략 원반 형상으로 형성되어 있고, 반송 링(60)의 저면이며, 개구의 내주연부에는 중합 웨이퍼 WT를 보유 지지하기 위해 보유 지지 부재(61)가 설치되어 있다. 반송 링(60)의 외주부에는, 도 6에 도시한 바와 같이 한 쌍의 돌출부(62)가 설치되어 있고, 이 돌출부(62)가 반송 기구(42)의 보유 지지부(55)에 의해 보유 지지된다. 반송 기구(42)에 의해 반송 링(60)을 보유 지지하는 데 있어서는, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 보유 지지부(55)의 개구 부분의 사이에 반송 링(60)이 위치하는 높이에 반송 기구(42)를 이동시키고, 이어서 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 그 높이를 유지한 채 반송 기구(42)를 또한 수평 방향으로 이동시킨다. 그 후, 반송 기구(42)를 상승시키고, 보유 지지부(55)에 의해 반송 링(60)의 돌출부(62)를 보유 지지함으로써, 반송 기구(42)에 의해 반송 링(60)이 보유 지지된다[도 7의 (c)].
접합 유닛(21)은, 내부를 밀폐할 수 있는 처리 용기(70)를 갖고 있다. 처리 용기(70)는, 용기 본체(71)와 천장판(72)이 실드 벨로즈(73)에 의해 접속된 구성을 갖고 있다. 실드 벨로즈(73)는 연직 방향으로 신축 가능하게 구성되고, 이 실드 벨로즈(73)에 의해 천장판(72)은 연직 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
용기 본체(71)의 열처리 유닛(20)측의 측면에는 중합 웨이퍼 WT의 반입출구(74)가 형성되고, 당해 반입출구(74)에는 상술한 게이트 밸브(22)가 설치되어 있다. 용기 본체(71)의 측면에는 흡기구(75)가 형성되어 있다. 흡기구(75)에는, 처리 용기(70)의 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하는 진공 펌프(76)에 연통되는 흡기관(77)이 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 흡기구(75), 진공 펌프(76), 흡기관(77)으로 제2 감압 기구를 구성하고 있다. 또한, 용기 본체(71)의 저면에는 후술하는 냉각 기구(100)를 설치하기 위한, 예를 들어 원형의 저부 개구(78)가 형성되어 있다.
처리 용기(70)의 내부이며 천장판(72)에는, 후술하는 제2 열처리판(90) 상의 중합 웨이퍼 WT를 제2 열처리판(90)측에 압박하는 가압 기구(80)가 설치되어 있다. 가압 기구(80)는, 압박용 어댑터(1)를 개재하여 중합 웨이퍼 WT를 압박하는 압박 부재(81)와, 천장판(72)에 환형상으로 설치된 지지 부재(82)와, 압박 부재(81)와 지지 부재(82)를 접속하고, 연직 방향으로 신축 가능한 가압 벨로즈(83)를 갖고 있다. 압박 부재(81)의 직경은, 중합 웨이퍼 WT의 직경보다 크게 구성되어 있다. 가압 벨로즈(83)에는, 가압 기구(80)의 내부, 즉 압박 부재(81), 가압 벨로즈(83), 지지 부재(82) 및 천장판(72)으로 둘러싸인 내부 공간에, 예를 들어 압축 공기를 공급하는 공기 공급관(83a)과, 내부 공간에 공급된 공기를 배출하는 공기 배출관(83b)이 설치되어 있다. 이로 인해, 공기 공급관(83a)을 통해 가압 기구(80)의 내부 공간에, 압축 공기를 공급함으로써, 가압 벨로즈(83)가 신축하고 압박 부재(81)가 연직 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 공기 배출관(83b)에는, 당해 공기 배출관(83b)의 내부를 유통하여 배기되는 공기를 냉각하는 냉각 재킷(83c)이 설치되어 있다. 냉각 재킷(83c)은, 예를 들어 수냉식의 쉘 앤드 튜브식의 열교환기와 같은 것을 사용할 수 있다. 공기 배출관(83b)에는, 당해 공기 배출관(83b)으로부터 배출되는 공기의 양을 조정하기 위한 조정 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이로 인해, 공기 공급관(83a)에 의해 공급하는 압축 공기의 공급량, 공급 압력 및 공기 배출관(83b)으로부터 배출하는 공기의 양을 조정함으로써, 공기 배출관(83b)으로부터 압축 공기를 배출하면서 가압 벨로즈(83) 내의 압력을 소정의 압력으로 조정할 수 있다. 바꾸어 말하면 가압 벨로즈(83) 내의 압력과 가압 벨로즈(83) 내를 유통하는 압축 공기의 양을, 각각 독립으로 제어할 수 있다. 또한, 압박 부재(81)의 내부에는, 예를 들어 급전에 의해 발열하는 히터(81a)가 내장되어 있어, 가압 벨로즈(83)에 공급하는 압축 공기의 양을 조정함으로써, 히터(81a)로부터 가압 벨로즈(83) 내의 압축 공기에 방산하는 열량을 조정할 수 있다. 따라서, 가압 벨로즈(83) 내에 공급하는 압축 공기의 유량 및 히터(81a)의 온도 조정을 각각 행함으로써 압박 부재(81)에 의한 열전달을 통해 압박용 어댑터(1)의 온도를 원하는 온도로 할 수 있다. 또한, 가압 기구(80)의 내부에는 압축 공기가 봉입되기 때문에, 이 압축 공기에 의한 내압에 견디도록, 가압 기구(80)의 가압 벨로즈(83)의 강성은, 처리 용기(70)의 실드 벨로즈(73)의 강성보다 크게 되어 있다.
압박용 어댑터(1)는, 압박 부재(81)의 하면에 접속되어 있다. 압박용 어댑터(1)는, 중합 웨이퍼 WT보다 큰 직경을 갖는 압박 부재(81)를 사용하여, 중합 웨이퍼 WT를 면내 균일한 하중으로 압박하는 것을 목적으로 하여 설치되는 것이며, 도 1에 도시한 바와 같이, 대략 원반 형상의 상부 어댑터(84)와, 대략 원추 사다리꼴 형상의 하부 어댑터(85)가 일체로 형성된 구성으로 되어 있다. 상부 어댑터(84)와 하부 어댑터(85)는, 평면에서 볼 때 동심원 형상으로 배치되어 있다. 또한, 대략 원추 사다리꼴 형상을 갖는 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경은 중합 웨이퍼 WT와 동일한 직경을 갖고, 하부 어댑터(85)의 상측 바닥은 상부 어댑터의 직경보다도 작은 직경을 갖고, 이에 의해, 압박용 어댑터(1)는 중간부로서의 잘록부(86)를 갖는 형상으로 되어 있다.
압박용 어댑터(1)의 형상에 대해서 상세하게 서술한다. 상술한 바와 같이, 본 발명자들에 의하면 도 22에 도시되는 대략 원추 사다리꼴 형상의 어댑터(301)를 사다리꼴의 상측 바닥을 하방을 향하여 배치하고, 웨이퍼 W보다도 큰 직경을 갖는 압박 부재(302)에 의해, 웨이퍼 W와 다른 직경을 갖는 어댑터(301)를 통해 압박한 경우에 있어서도, 여전히 중합 웨이퍼 WT의 주연부에 하중이 집중되는 것이 확인되어 있다. 이 점에 대해서 본 발명들이 검증을 행한바, 어댑터(301)를 사용하여 중합 웨이퍼 WT를 압박하면, 어댑터(301)의 외주연부에, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같은 응력 F1이 걸림으로써 어댑터(301)에 휘어짐이 발생하고, 그에 의해 어댑터(3O1)의 중심 부근에 있어서는 상향의 응력 F2가, 어댑터(3O1)의 외주연부에 있어서는 하향의 응력 F3이 집중되고, 중합 웨이퍼 WT를 압박 시 면내 균일한 하중을 얻을 수 없다는 것을 알았다.
이 점에 대해서 본 발명자들은, 어댑터(301)와 마찬가지로 대략 원추 사다리꼴 형상의 어댑터를 사용하였을 경우이어도, 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이, 대략 원추 사다리꼴 형상의 어댑터(310)를, 상측 바닥을 상방을 향하여 배치하면, 당해 어댑터(310)에 작용하는 응력 F4는 어댑터(310) 하측 바닥에 분산되어, 어댑터(310)의 외주연부에 응력이 집중되는 것을 피할 수 있다는 것을 확인하였다. 그러나 어댑터(310)와 어댑터(301)를 비교하였을 경우, 어댑터(310)의 상측 바닥의 면적은 어댑터(301)보다도 작기 때문에, 어댑터(310)에 의해 소정의 압박 하중을 얻기 위해서는, 어댑터(301)를 사용할 경우보다도 벨로즈(300)에 공급하는 가압용 공기의 압력을 높일 필요가 있어, 공기원 설비의 면에서 문제가 있다.
따라서 본 발명자들은, 압박용의 벨로즈와 어댑터의 접촉 면적을 크게 하면서, 압박할 때에 면내 균일한 하중을 얻을 수 있는 형상으로서, 대략 원반 형상의 상부 어댑터(84)와 거의 원추 사다리꼴 형상의 하부 어댑터(85)를 일체로 형성하고, 상부 어댑터(84)와 하부 어댑터(85) 사이에 중간부로서의 잘록부(86)를 설치한 압박용 어댑터(1)와 같은 형상이 유효하다고 생각하였다. 그리고 상부 어댑터(84) 및 하부 어댑터(85)의 치수를 각각 변경하고, 중합 웨이퍼 WT의 압박을 행한 결과, 중합 웨이퍼 WT의 직경과 잘록부(86)의 직경과의 비가, 0.7:1 내지 1:1이면 중합 웨이퍼 WT의 압박을 양호하게 행할 수 있는 것이 시험에 의해 확인되었다.
이하에, 본 발명자들이 실시한 시험에 대해서 서술한다. 압박용 어댑터(1)를 사용하여 중합 웨이퍼 WT의 접합을 행하는 데 있어서, 압박용 어댑터(1)를 구성하는 재료의 탄성률 및 상부 어댑터(84)의 직경, 하부 어댑터(85)의 직경 및 중합 웨이퍼 WT의 직경을 변화시키고, 중합 웨이퍼 WT의 면내에 작용하는 하중에 대해서 확인 시험을 행하였다. 이때, 제1 열처리판(40) 및 상부 가열 수단(41)에 있어서의 가열 온도는 350℃, 후술하는 제2 열처리판(90)에 있어서의 가열 온도는 430℃로 하였다. 또한, 상부 가열 수단(41)으로서는, 할로겐 히터를 사용하였다.
압박용 어댑터(1)의 형상은, 상부 어댑터(84)의 직경을 350mm, 중합 웨이퍼 WT의 직경 및 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경을 200mm, 압박용 어댑터(1)의 높이, 바꾸어 말하면 상부 어댑터(84)의 상면으로부터 하부 어댑터(85) 하측 바닥까지의 거리를 35mm로 하고, 하부 어댑터(85) 하측 바닥으로부터 잘록부(86)까지의 높이, 바꾸어 말하면 하부 어댑터(85) 하측 바닥으로부터 상측 바닥으로부터까지의 거리는 19mm로 하였다. 또한, 압박용 어댑터(1)의 재질은, 각각 탄성률이 200GPa인 스테인리스, 탄성률이 410GPa인 탄화규소(SiC), 탄성률이 620GPa인 초경합금으로 하고, 각각의 재질에 의해 형성된 압박용 어댑터(1)에 있어서 잘록부(86)의 직경 X를 100mm 내지 200mm 사이에서 변화시켰을 경우에, 중합 웨이퍼 WT의 면내에 걸리는 응력의 최대치와 최소값의 차, 즉 최대 응력차를 확인하였다. 그 결과를 도 10에 도시한다.
도 10은, 잘록부(86)의 직경 X를 잘록량으로 하여 횡축에 나타내고, 최대 응력차를 종축으로 하여 탄성률이 다른 각 압박용 어댑터(1)를 사용하여 중합 웨이퍼 WT를 압박하였을 때의 최대 응력차와 잘록량의 관계를 도시한 것이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 잘록량을 160 내지 180mm로 하였을 경우에, 압박용 어댑터(1)의 탄성률에 의하지 않고, 각 압박용 어댑터(1)에 있어서의 최대 응력차가 극소가 되는 것이 확인되었다. 이 결과로부터, 압박용 어댑터(1)의 잘록량에는, 최적인 값이 존재하고, 이 최적의 잘록량은 압박용 어댑터(1)를 형성하는 재료의 탄성률에 의존하지 않는 것을 알았다.
다음으로, 탄성률이 410GPa인 질화규소를 사용한 압박용 어댑터(1)에 있어서, 상부 어댑터(84)의 직경을 350mm, 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경 및 중합 웨이퍼 WT의 직경을 300mm로 하였을 경우, 상부 어댑터(84)의 직경을 525mm, 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경 및 중합 웨이퍼 WT의 직경을 300mm으로 하였을 경우 및 상부 어댑터(84)의 직경을 350mm, 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경 및 중합 웨이퍼 WT의 직경을 200mm로 하였을 경우에, 각 압박용 어댑터(1)의 잘록량을 변화시키고, 그때의 중합 웨이퍼 WT의 면내에 있어서의 최대 응력차를 확인하였다. 이러한 응력의 최대치와 최소값의 차, 즉 최대 응력차를 확인하였다. 그 결과를 도 11에 도시한다.
도 11은, 잘록량과 중합 웨이퍼 WT의 직경[하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경]의 비를 횡축에 나타내고, 최대 응력차를 종축으로 하여, 중합 웨이퍼 WT를 각 압박용 어댑터(1)에 의해 압박하였을 때의 최대 응력차와, 잘록량과 중합 웨이퍼 WT의 직경과의 비의 관계를 도시한 것이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 잘록량과 중합 웨이퍼 WT의 직경과의 비를 대강 0.7:1 내지 1:1로 함으로써, 상부 어댑터(84)의 직경이나, 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경의 치수에 의하지 않고, 각 압박용 어댑터(1)에 있어서의 최대 응력차가 극소가 되는 것이 확인되었다. 따라서, 도 10 및 도 11에 도시되는 결과로부터, 압박용 어댑터(1)는, 당해 압박용 어댑터(1)를 형성하는 재료의 탄성률이나 상부 어댑터(84)의 직경 및 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경의 치수에 의하지 않고, 잘록량과 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경의 비를 소정의 값으로 함으로써, 중합 웨이퍼 WT의 면내에 있어서의 최대 응력차를 극소로 할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 중합 웨이퍼 WT의 면내에 있어서의 최대 응력차는, 15MPa 이내이면 면내 균일한 하중으로의 압박이 행해지고 있는 것이라고 판단해도 된다. 따라서, 중합 웨이퍼 WT보다 큰 직경을 갖는 압박 부재(81)를 사용하여, 중합 웨이퍼 WT를 면내 균일한 하중으로 압박하기 위해서는, 압박용 어댑터(1)의 잘록량, 즉 잘록부(86)의 직경과, 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경의 비는, 0.7:1 내지 1:1로 하면 되고, 더욱 바람직하게는, 0.8:1 내지 0.9:1이면 된다.
또한, 상기의 시험에 있어서는, 상부 어댑터(84)와 하부 어댑터(85)를 일체로 형성한, 잘록부(86)를 갖는 압박용 어댑터(1)를 사용하였지만, 압박용 어댑터(1)의 형상은 이상의 실시 형태에 한정되지 않는다. 압박용 어댑터(1) 대신에, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 상부 어댑터(84)와 하부 어댑터(85) 사이에, 중간부로서의 잘록부(86)를 형성하는 데 있어서, 원통 형상의 접속부(87)를 갖는 형상의 압박용 어댑터(210)를 사용해도 되고, 도 13에 도시한 바와 같이, 하부 어댑터(85) 하측 바닥의 직경과 동일한 직경을 갖는 대략 원반 형상의 원반부(88)가, 하부 어댑터(85)의 저면과 일체로 형성된 압박용 어댑터(220)를 사용해도 되는 것이 본 발명자들에 의해 확인되어 있다. 또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 중간부(87) 및 원반부(88) 둘 다 갖는 어댑터(230)를 사용해도 된다. 어느 쪽의 어댑터를 사용해도, 큰 면적에 가해져 있었던 균일 하중을, 작은 면적에 균일하게 가할 수 있다.
또한, 잘록부(86)의 형상은, 예각이나 직각으로 형성되어 있었지만, 잘록부(86)는, 소정의 곡률을 갖는 구 형상으로 형성되어 있어도 된다. 어댑터(230)를 예로 하여 말하면, 도 15에 도시한 바와 같이, 측면에서 볼 때 접속부(87)의 외주부를 당해 접속부(87)의 중심 방향으로 향하여 쑥 들어간 형상으로 함으로써, 잘록부(86)를 반원 형상으로 형성해도 된다. 이러한 경우, 잘록부(86)에 압박 하중에 의한 응력이 집중됨으로써 압박용 어댑터(1, 210, 220, 230)의 잘록부(86)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이상의 압박용 어댑터는, 가압 기구(80)의 압박 부재(81)와 따로따로 형성되어 있었지만, 압박 부재(81)와 압박용 어댑터를 일체로 형성해도 된다. 구체적으로는, 예를 들어 도 16에 도시한 바와 같이, 압박 부재(81)의 하면에, 압박용 어댑터(1) 중 하부 어댑터(85)의 부분만을 접합하도록 해도 된다. 이러한 경우, 압박 부재(81)에 내장되어 있었던 히터(81a) 대신에, 하부 어댑터(85)에 히터(85a)를 내장하도록 해도 된다. 하부 어댑터(85)에 히터(85a)를 내장하였을 경우, 히터(81a) 중합 웨이퍼 WT와의 사이에 개재하고 있었던 압박용 어댑터(1)의 열용량을 고려할 필요가 없어지기 때문에, 보다 고정밀도로 중합 웨이퍼 WT의 온도 제어가 가능해지고, 또한, 중합 웨이퍼 WT의 승온에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 게다가, 압박 부재(81)와 압박용 어댑터(1)를 일체로 형성함으로써, 압박 부재(81)와 압박용 어댑터(1)의 접촉면에서의 열전달의 로스도 발생하지 않기 때문에, 히터(85a)에 의한 중합 웨이퍼 WT로의 열전달의 효율도 향상된다. 또한, 도 16에 있어서는, 압박용 어댑터(1)와 압박 부재(81)를 일체로 형성하였을 경우를 도시하고 있지만, 당연히, 압박용 어댑터(210, 220, 230)와 압박 부재(81)를 일체로 형성해도 된다.
다음으로 제2 열처리판(90)에 대해서 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이 처리 용기(70)의 내부이며 가압 기구(80)의 하방에는, 당해 가압 기구(80)에 대향하는 위치에, 중합 웨이퍼 WT를 적재하여 열처리하는 적재부로서의 제2 열처리판(90)이 설치되어 있다. 제2 열처리판(90)에는, 예를 들어 급전에 의해 발열하는 히터(91)가 내장되어 있다. 제2 열처리판(90)의 재료에는, 예를 들어 질화 알루미늄과 같은 세라믹스가 사용된다. 히터(91)는, 예를 들어 중합 웨이퍼 WT에 대응하는 위치에 내장된 내주 히터(92)와, 내주 히터(92)의 외측에 동심원 형상으로 설치된, 내주 히터(92)와 독립하여 온도 제어 가능한 외주 히터(93)로 구성되어 있다. 내주 히터(92) 및 외주 히터(93)의 가열 온도는, 예를 들어 후술하는 제어부(200)에 의해 제어된다. 또한, 제2 열처리판(90)의 외주부에는, 도 1에 도시한 바와 같이 반송 기구(42)에 의해 반송된 반송 링(60)의 보유 지지 부재(61)를 수용하기 위한 절결 홈(94)이 형성되어 있다. 절결 홈(94)은, 도 2에 도시한 바와 같이 제2 열처리판(90)의 외주부이며, 반송 링(60)의 보유 지지 부재(61)에 대응하는 위치에 3 개소 형성되어 있다.
도 1 및 도 17에 도시한 바와 같이 제2 열처리판(90)은, 용기 본체(71)의 내면이며 당해 용기 본체(71)의 저부 개구(78)에 따라 설치된, 예를 들어 원환상의 지지대(95)의 상면에 의해 그 외주부가 지지되고 있다. 따라서, 제2 열처리판(90)의 하면은, 저부 개구(78)를 통해 처리 용기(71)의 외부에 노출한 상태로 된다. 제2 열처리판(90)의 하면측, 바꾸어 말하면 처리 용기(70)의 외부에는, 중합 웨이퍼 WT를 냉각하는 냉각 기구(100)가 설치되어 있다. 지지대(95)는, 열처리판(90)으로부터의 열이 용기 본체(71)에 전달되는 것을 방지하기 위한 부재이며, 대략 원통 형상을 갖고, 예를 들어 단열성을 갖는 질화 실리콘과 같은 세라믹스에 의해 구성되어 있다. 지지대(95)의 제2 열처리판(90)에 대향하는 면에는, 오목하게 쑥 들어간 홈부(101)가 제2 열처리판(90)과 동심원 형상으로 형성되어 있다. 홈부(101)에는 시일재(102)가 배치되고, 지지대(95)와 열처리판(90) 사이가 기밀하게 유지되어 있다. 시일재(102)로서는, 예를 들어 내열성의 금속 O 링 등이 사용된다.
제2 열처리판(90)과 지지대(95)의 외주연부에는, 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이 각각 플랜지부(90a, 95a)가 형성되어 있다. 플랜지부(90a) 및 플랜지부(95a)는, 시일재(102)를 압박하는 방향으로 힘이 작용하도록, 걸림 부재(103)에 의해 파지되어 있다. 걸림 부재(103)는, 예를 들어 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이, 플랜지부(90a)와 접촉하는 상부 걸림부(104)와, 플랜지부(95a)와 접촉하는 하부 걸림부(105)와, 상부 걸림부(104)와 하부 걸림부(105)를 연결하는 연결부(106)를 갖고 있다. 연결부(106)는, 예를 들어 나사산을 갖는 수나사이며, 상부 걸림부(104) 및 하부 걸림부(105)에 설치된 도시하지 않은 암나사와 나사 결합함으로써, 상부 걸림부(104) 및 하부 걸림부(105)에 의해 시일재(102)를 압박하는 방향으로 힘을 작용시켜, 이에 의해 처리 용기(70) 내의 기밀을 유지할 수 있다. 또한, 상부 걸림부(104)와 하부 걸림부(105) 및 연결부(106)는, 예를 들어 스테인리스 등의, 걸림 부재로서의 필요한 강도를 갖고 또한 탄성을 갖는 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 연결부(106)에 탄성을 갖는 재료가 사용됨으로써, 제2 열처리판(90)을 히터(91)에 의해 가열하고, 제2 열처리판(90)과 지지대(95) 사이에 열팽창 차가 발생하였을 때에, 예를 들어 도 19에 도시한 바와 같이, 연결부(106)가 휘어짐으로써 걸림 부재(103)가 파괴되는 것을 방지하면서, 제2 열처리판(90)과 지지대(95) 사이의 기밀을 유지할 수 있다. 또한, 도 18에 도시한 바와 같이, 상부 걸림부(104)에는 플랜지부(90a)의 상면을 향하여 돌출된 갈고리(104a)가, 하부 걸림부(105)에는 플랜지부(95a)의 하면을 향하여 돌출된 갈고리(105a)가 각각 설치되고, 도 19에 도시한 바와 같이, 연결부(106)가 휘어진 경우에 있어서도, 걸림 부재(103)가 각 플랜지부(90a, 95a)로부터 탈락하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.
냉각 기구(100)는, 도 17에 도시한 바와 같이, 열처리판(90)에 평행하게 설치되어 내부가 중공인 거의 원반 형상의 냉각판(110)과, 연직 방향으로 연장하여 설치되어 냉각판(110)의 중공 부분에 연통되는 연통관(111)과, 냉각판(110)의 하방에 당해 냉각판(100)에 평행하게 설치된 냉각수 유통판(112)을 갖고 있다. 냉각판(110), 연통관(111) 및 냉각수 유통판(112)은, 열전도성이 우수한, 예를 들어 동합금 등에 의해 형성되어 있다.
냉각판(110)은, 열처리판(90)의 이면과 평행하게 설치되고, 열처리판(90)의 이면과 접촉함으로써 열처리판을 냉각하는 접촉부(120)와, 접촉부(120)에 평행하게 설치되어 소정의 배치로 관통 구멍이 형성된 방열부(121)와, 접촉부(120)와 방열부(121)의 외주를 둘러싸는 외주부(122)에 의해 구성되어 있다. 방열부(121)에는 냉각판(110)의 내부에 연통되는 복수의 관통 구멍(123)이 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 방열부(121)의 중심에는, 연통관(111)이 연통하여 설치되어 있다. 또한, 연통관(111)은 냉각수 유통판(112)을 삽입 관통하고 또한 냉각수 유통판(112)에 대하여 미끄럼 이동 가능하게 설치되어 있다. 이에 의해, 도시하지 않은 승강 기구에 의해 연통관(111)을 상하 이동시킴으로써, 냉각판(110)을 상하 이동시킬 수 있도록 구성되어 있다.
연통관(111)에는 냉각판(110)에 냉매로서의 공기를 공급하는 공기원(도시하지 않음)이 접속되어 있다. 연통관(111)을 통해 냉각판(110)의 중공 부분에 공급된 공기는, 방열부(121)의 관통 구멍(123)으로부터 배출된다.
방열부(121) 하면에는, 하방에 볼록하게 돌출된 돌출부(124)가 설치되어 있다. 또한, 외주부(122)도, 돌출부(124)의 선단과 같은 위치까지 연장하여 형성되어 있고, 냉각판(110)을 하강시켰을 때에, 돌출부(124), 외주부(122) 및 냉각수 유통판(112)에 둘러싸인 공간 S를 형성할 수 있게 구성되어 있다.
냉각수 유통판(112)에는, 도 17에 도시한 바와 같이, 그 내부에 냉각수를 유통시키는 냉각수로(130)가 형성되어 있다. 냉각수로(130)에는, 냉각수원(도시하지 않음)으로부터 공급되는 냉각수를 냉각수로(130)에 공급하는 냉각수관(131)이 접속되어 있다. 또한, 냉각수 유통판(112)에는, 방열부(121)와 마찬가지로 소정의 패턴으로 관통 구멍(132)이 형성되어 있고, 방열부(121)에서 배출된 냉매로서의 공기를 냉각 기구(100)의 외부로 배출할 수 있다. 따라서, 냉각 기구(100)는, 연통관(111)을 통해 그 내부에 냉매로서의 공기를 공급함으로써, 냉각판(11O)을 냉각할 수 있고, 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 연통관(111)을 상승시켜 냉각판(110)을 제2 열처리판(90)의 하면에 접촉시킴으로써, 열처리판(90)을 냉각판(110)에 의해 냉각할 수 있다. 이때, 냉각수 유통판(112)의 냉각수로(130)에 냉각수를 공급하여 냉각수 유통판(112)을 냉각함으로써, 관통 구멍(132)을 통과하는 공기를 냉각하고, 냉각 기구(100)의 외부에 고온의 공기가 배출되는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 연통관(111)을 하강시켜, 방열부(121)의 하면의 돌출부(124)와 냉각수 유통판(112)을 접촉시킴으로써, 냉각판(110)을 연통관(111)에 공급되는 공기와 함께 효율적으로 냉각할 수 있다.
이상의 접합 장치(10)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 제어부(200)가 설치되어 있다. 제어부(200)는, 예를 들어 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 접합 장치(10)에 있어서의 중합 웨이퍼 WT의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 프로그램 저장부에는, 상술한 각종 처리 장치나 반송 장치 등의 구동계의 동작을 제어하고, 접합 시스템(1)에 있어서의 후술하는 접합 처리를 실현시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 예를 들어 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티칼 데스크(M0), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체 H에 기록되어 있었던 것이며, 그 기억 매체 H로부터 제어부(200)에 인스톨된 것이어도 된다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 접합 시스템(1)을 사용하여 행해지는 중합 웨이퍼 WT의 접합 처리 방법에 대해서 설명한다. 도 20은, 이러한 웨이퍼 접합 처리의 주요한 공정의 예를 나타내는 흐름도이며, 도 21은, 접합 장치(10)의 각 기기의 동작 상태를 도시하는 타임차트이다. 도 21은, 접합 장치(10)에 있어서의 중합 웨이퍼 WT의 가열 온도, 가압 기구(80)의 가압 벨로즈(83) 내에 공급하는 압축 공기의 압력, 바꾸어 말하면 중합 웨이퍼 WT에 가해지는 하중, 열처리 유닛(20) 내의 분위기의 압력 및 접합 유닛(21) 내의 분위기의 압력의 시간에 따른 변화를 도시하고 있다.
우선, 외부의 얼라인먼트 장치(도시하지 않음)에 있어서 상측 웨이퍼 WU와 하측 웨이퍼 WL이 위치 조정되어 포개진다. 이때, 웨이퍼 WU, WL의 한쪽 또는 양쪽에는 이들을 포개기 전에 미리 접착제(2)가 도포되고, 포개진 때에 접착함으로써 가접합되어, 중합 웨이퍼 WU가 형성된다(도 20의 공정 S1).
그 후, 중합 웨이퍼 WU는, 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 접합 장치(10)에 반송된다.
접합 장치(10)에서는, 우선, 열처리 유닛(20)의 게이트 밸브(32)를 개방하고, 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 중합 웨이퍼 WT1이 제1 열처리판(40)의 상방에 반입된다. 계속해서 승강 핀(53)을 상승시키고, 중합 웨이퍼 WT1을 도시하지 않은 웨이퍼 반송 장치로부터 승강 핀(53)에 전달한 후, 승강 핀(53)을 하강시켜, 제1 열처리판(40)에 미리 적재되어 있었던 반송 링(60)의 상면에 중합 웨이퍼 WT1을 적재한다. 그 후, 게이트 밸브(32)를 폐쇄하고, 진공 펌프(35)에 의해 처리 용기(30)의 내부의 분위기가 감압된다. 그 후, 제1 열처리판(40)에 의해 중합 웨이퍼 WT1이 제1 온도, 예를 들어 350℃까지 가열된다(도 20 및 도 21의 공정 S2). 이때, 중합 웨이퍼 WT1의 접합부JU, JL끼리를 균일하게 가열하기 위해, 소정의 가열 속도, 예를 들어 10 내지 50℃／분의 가열 속도로 가열된다. 이때, 제1 열처리판(40)에 의한 가열과 병행하여, 상부 가열 수단(41)에 의한 가열도 행해진다. 이에 의해, 중합 웨이퍼 WT1에 있어서의 상측 웨이퍼 WU와 하측 웨이퍼 WL 사이에 온도차가 발생하지 않도록 가열이 행해진다. 또한, 열처리 유닛(20) 내의 압력은, 소정의 진공도, 예를 들어 10Pa까지 감압된다.
중합 웨이퍼 WT1가 제1 온도까지 가열되면, 게이트 밸브(22)을 개방한다. 계속해서, 반송 기구(42)에 의해 제1 열처리판(40)에 반송 링(60)과 함께 적재된 중합 웨이퍼 WT1을 접합 유닛(21)으로 이동시키고, 중합 웨이퍼 WT1이 반송 링(60)과 함께 제2 열처리판(90)에 적재된다. 중합 웨이퍼 WT1가 반송 링(60)과 함께 제2 열처리판(90)에 적재되면, 반송 기구(42)가 접합 유닛(21)으로부터 열처리 유닛(20)에 대피하고, 게이트 밸브(22)가 폐쇄된다.
그 후, 제2 열처리판(90)에 의해 중합 웨이퍼 WT1이 제2 온도, 예를 들어 430℃까지 가열된다. 중합 웨이퍼 WT1은, 예를 들어 10 내지 50℃／분의 가열 속도로 가열된다. 또한, 처리 용기(70)의 내부의 분위기는, 게이트 밸브(22)가 폐쇄된 후에 소정의 진공도, 예를 들어 O.001Pa까지 감압되고, 그 진공도로 유지되어 있다. 이때, 처리 용기(70)의 내부가 부압이 됨으로써, 예를 들어 천장판(72)에 걸리는 압력과 처리 용기(72)의 내부의 압력의 차에 의해 천장판(70)에 대하여 하향의 힘이 작용한다. 이에 의해 실드 벨로즈(73)가 잘록되고, 압박용 어댑터(1)와 중합 웨이퍼 WT1이 소정의 거리까지 접근한다. 또한, 도 21에 도시한 바와 같이, 가압 기구(80), 즉 가압 벨로즈(83) 내로의 압축 공기의 공급 전이며 처리 용기(70) 내의 압력이 감압되어 있는 상태에 있어서는, 가압 기구(80) 내부의 압력도 소정의 압력으로 감압된 상태로 유지된다. 가압 기구(80) 내부의 압력과 처리 용기(70)의 압력차에 의해, 의도하지 않는 타이밍에서 중합 웨이퍼 WT1에 하중이 걸리는 것을 피하기 위해서이다.
그 후, 중합 웨이퍼 WT1의 온도를 제2 온도로 유지하면서, 가압 기구(80)에 압축 공기를 공급하고, 압박 부재(81)를 하강시킨다. 이에 의해, 압박 부재(81)의 하면에 접속된 압박용 어댑터(1)의 하부 어댑터(85)를 중합 웨이퍼 WT1에 접촉시켜, 당해 중합 웨이퍼 WT를 소정의 하중, 예를 들어 50kN으로 제2 열처리판(90)측으로 압박한다. 그리고 중합 웨이퍼 WT1이 소정의 시간, 예를 들어 10분간 압박되고, 중합 웨이퍼 WT1이 접합된다(도 20 및 도 21의 공정 S3). 이때, 처리 용기 내의 분위기가 부압이 되어 있기 때문에, 접합부 JU, JL 사이의 분위기가 흡인되고, 접합부 JU, JL 사이에 보이드가 발생하는 일 없이 접합이 행해진다. 또한, 중합 웨이퍼 WT1의 온도는, 예를 들어 압박 부재(81) 내의 히터나 냉각 기구(100)를 또한 사용하여 제2 온도로 유지해도 된다. 또한, 가압 벨로즈(83) 내에 공급하는 압축 공기의 양을 조정함으로써 압박 부재(81)의 온도를 조정하고, 중합 웨이퍼 WT1의 상측 웨이퍼 WU와 하측 웨이퍼 WL의 온도를 동기시키도록 해도 된다.
접합 유닛(21)에서의 중합 웨이퍼 WT1의 접합과 병행하고, 열처리 유닛(20)에는 새로운 중합 웨이퍼 WT2가 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 반입되어, 제1 열처리판(40) 상에 적재된다. 또한, 중합 웨이퍼 WT2의 열처리 유닛(20)으로의 반입에 있어서는, 열처리판(40)과 중합 웨이퍼 WT2의 온도차를 작게 하기 위해, 열처리판(40)의 온도는 예를 들어 150℃까지 냉각되어 있다. 제1 열처리판(40) 상에 적재되면, 제1 열처리판(40) 및 상부 가열 수단(41)에 의해 중합 웨이퍼 WT2가 제1 온도, 예를 들어 350℃까지 가열된다(도 20 및 도 21의 공정 T1).
그 후, 중합 웨이퍼 WT1은 제2 열처리판(90)에 적재된 상태에서 예를 들어 제1 온도인 350℃까지 냉각된다. 중합 웨이퍼 WT1은, 접합부 JU, JL의 강도나 물성이 바뀌는 것을 방지하기 위해, 소정의 냉각 속도, 예를 들어 10 내지 50℃／분의 냉각 속도로 냉각된다. 중합 웨이퍼 WT1의 냉각은, 냉각 기구(100)의 냉각판(110)을 상승시키고, 당해 냉각판(110)을 제2 열처리판(90)의 하면에 접촉시킴으로써 행해진다.
중합 웨이퍼 WT1이 350℃까지 냉각되면, 우선, 제2 열처리판(90)에 적재되어 350℃까지 가열된 중합 웨이퍼 WT2가 상부 반송 기구(42a)에 의해 보유 지지된다. 이어서, 게이트 밸브(22)를 개방하고, 하부 반송 기구(42b)에 의해 접합이 종료된 중합 웨이퍼 WT1을 반송 링(60)과 함께 제2 열처리판(90)으로부터 열처리 유닛(20)에 반송한다. 계속해서, 게이트 밸브(22)를 개방한 상태를 유지하고, 상부 반송 기구(42a)에 보유 지지되어 있는 중합 웨이퍼 WT2를 접합 유닛(21)에 반송하고, 제2 열처리판(90)에 보유 지지 링(60)마다 적재한다. 이어서, 상부 반송 기구(42a)가 열처리 유닛(20)에 대피하고, 게이트 밸브(22)가 폐쇄된다. 그 후, 제2 열처리판(90)에 의해 중합 웨이퍼 WT2가 제2 온도인 430℃까지 가열되고, 압박 부재(80) 및 압박용 어댑터(1)에 의해 중합 웨이퍼 WT2가 압박되어 접합된다(도 20 및 도 21의 공정 T2). 중합 웨이퍼 WT2의 압박과 병행하여, 열처리 유닛(20)에서는, 상부 반송 기구(42a)에 보유 지지 되고 있는 중합 웨이퍼 WT1이 제1 열처리판(40)에 보유 지지 링(60)마다 적재된다.
접합 유닛(21)에 있어서 중합 웨이퍼 WT2의 접합이 행해지고 있는 사이에, 접합 유닛(21)에 있어서 접합을 종료하고 제1 열처리판(40)에 적재된 상태의 중합 웨이퍼 WT1은, 제1 열처리판(40)에 의해 제3 온도, 예를 들어 150℃까지 냉각된다(도 20 및 도 21의 공정 S4). 이때, 제1 열처리판(40)의 냉매 유로(44)에는, 건조 공기로 안개화된 물을 혼합한 것이 공급된다.
그 후, 열처리 유닛(20) 내의 압력을 대기압까지 개방하고, 승강 핀(53)을 상승시켜, 제1 열처리판(40)으로부터 승강 핀(53)에 중합 웨이퍼 WT가 전달된다. 계속해서, 게이트 밸브(32)를 개방하고, 중합 웨이퍼 WT1이 승강 핀(53)으로부터 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 전달되어, 접합 장치(10)로부터 중합 웨이퍼 WT1이 반출된다.
열처리 유닛(20)으로부터 중합 웨이퍼 WT1이 반출되면, 계속해서 게이트 밸브(32)를 개방한 상태에서 새로운 중합 웨이퍼 WT3가 승강 핀(53)에 전달되고, 이어서 제1 열처리판(40)에 적재된다. 그리고 제1 열처리판(40) 및 상부 가열 수단(41)에 의해 중합 웨이퍼 WT3가 제1 온도인 350℃까지 가열된다(도 20 및 도 21의 공정 U1).
그리고 접합 유닛(21)에 있어서의 중합 웨이퍼 WT2의 접합이 종료하면, 중합 웨이퍼 WT2는 중합 웨이퍼 WT1과 마찬가지로 제2 열처리판(90)에 적재된 상태에서 350℃까지 냉각된다. 이어서, 제2 열처리판(90)에 적재되어 350℃까지 가열된 중합 웨이퍼 WT3가 상부 반송 기구(42a)에 의해 보유 지지된다. 그 후, 게이트 밸브(22)을 개방하고, 중합 웨이퍼 WT2가 하부 반송 기구(42b)에 의해 접합 유닛(21)으로부터 반출된다. 계속해서, 게이트 밸브(22)를 개방한 상태를 유지하고, 상부 반송 기구(42a)에 보유 지지된 중합 웨이퍼 WT3가 접합 유닛(21) 내로 반입되어, 제2 열처리판(90) 상에 적재된다. 접합 유닛(21)의 제2 열처리판(90)에 중합 웨이퍼 WT3가 적재되면, 상부 반송 기구(42a)가 열처리 유닛(20)에 대피하고, 게이트 밸브(22)가 폐쇄된다. 그 후, 당해 중합 웨이퍼 WT3이 압박용 어댑터(1)에 의해 압박되어 접합된다(도 20 및 도 21의 공정 U2).
접합 유닛(21)에 있어서 중합 웨이퍼 WT3의 접합이 행해지고 있는 사이에, 제1 열처리판(40)에 적재된 상태의 중합 웨이퍼 WT2는, 제1 열처리판(40)에 의해 제3 온도, 예를 들어 150℃까지 냉각된다(도 20 및 도 21 공정 T3). 이어서, 열처리 유닛(20) 내의 압력을 대기압까지 개방하고, 승강 핀(53)을 상승시키고, 제1 열처리판(40)으로부터 승강 핀(53)에 중합 웨이퍼 WT2가 전달되고, 계속해서, 게이트 밸브(32)를 개방하고, 중합 웨이퍼 WT2가 승강 핀(53)으로부터 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 전달되어, 접합 장치(10)로부터 중합 웨이퍼 WT2이 반출된다. 그 후, 계속해서 게이트 밸브(32)를 개방한 상태에서 새로운 중합 웨이퍼 WT4가 승강 핀(53)에 전달되고, 이어서 제1 열처리판(40)에 적재된다. 이렇게 하여, 일련의 중합 웨이퍼 WT의 접합 처리가 계속하여 행해지고, 하나의 접합 장치(10)에 있어서, 복수의 중합 웨이퍼 WT에 대한 처리가 병행하여 행해진다.
이상의 실시 형태에 따르면, 접합 유닛(21)의 제2 열처리판(90)의 하방에 제2 열처리판(90)을 냉각하는 냉각 기구(100)가 설치되어 있으므로, 중합 웨이퍼 WT의 온도를 효율적으로 조정할 수 있다. 즉, 제2 열처리판(90)에 의해 중합 웨이퍼 WT 를 소정의 온도로 가열할 때, 소정의 가열 속도를 초과할 것 같거나, 소정의 온도를 초과할 것 같은 경우에는, 냉각 기구(100)를 상승시켜 제2 열처리판(90)의 하면에 접촉시킴으로써 제2 열처리판(90)을 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 기구(100)에 공급하는 공기의 양을 조정함으로써, 또한 냉각 기구(100)에 의한 냉각 속도를 조정할 수 있으므로, 중합 웨이퍼 WT의 온도 조정을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 가압 기구(80)의 압박 부재(81)의 내부에는 히터(81a)가 내장되고, 그 한쪽에서 가압 벨로즈(83)에 공급하는 압축 공기의 양 및 가압 벨로즈(83)로부터 배출되는 압축 공기의 양을 조정함으로써, 가압 벨로즈(83) 내의 압력을 원하는 값으로 유지하면서 히터(81a)로부터 가압 벨로즈(83) 내의 압축 공기에 방산하는 열량을 조정하고, 압박 부재(81)의 온도를 조정할 수 있으므로, 중합 웨이퍼 WT의 상측 웨이퍼 WU와 하측 웨이퍼 WL의 온도의 동기를 취할 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 상측 웨이퍼 WU와 하측 웨이퍼 WL이 다른 온도 프로파일로 됨으로써, 접합부의 강도나 물성이 바뀌는 것을 방지할 수 있다.
이상의 실시 형태에서는, 접합부 JU, JL에 각각 알루미늄과 게르마늄이 사용되고 있었지만, 다른 금속을 사용하였을 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이러한 경우, 접합부 JU, JL에 사용되는 금속의 종류에 따라, 접합 유닛(71)에 있어서의 처리 조건, 예를 들어 중합 웨이퍼 WT의 가열 온도나 압박 하중 등이 결정된다. 또한, 이상의 실시 형태에서는, 웨이퍼 WU, WL에 금속의 접합부 JU, JL이 설치되고 있었지만, 기판 자체가 금속인 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 기판이 웨이퍼 이외의 FPD(플랫 패널 디스플레이), 포토마스크용의 마스터 레티클 등의 다른 기판일 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경 예 또는 수정 예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.
본 발명은, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 접합할 때에 유용하다.
1 : 압박용 어댑터
10 : 접합 장치
20 : 열처리 유닛
21 : 접합 유닛
22 : 게이트 밸브
30 : 처리 용기
35 : 진공 펌프
40 : 제1 열처리판
41 : 상부 가열 수단
42 : 반송 기구
43 : 히터
44 : 냉매 유로
45 : 냉매 공급관
46 : 냉매 배출관
47 : 공기원
48 : 냉각수원
49 : 믹서
50 : 열교환기
51 : 순환 배관
52 : 냉동기
53 : 승강 핀
54 : 관통 구멍
55 : 보유 지지부
60 : 반송 링
61 : 보유 지지 부재
62 : 돌출부
70 : 처리 용기
71 : 용기 본체
72 : 천장판
73 : 실드 벨로즈
74 : 반입출구
75 : 흡기구
76 : 진공 펌프
77 : 흡기관
78 : 저부 개구
80 : 가압 기구
81 : 압박 부재
81a : 히터
82 : 지지 부재
83 : 가압 벨로즈
83a 공기 공급관
83b : 공기 배출관
83c : 냉각 재킷
84 : 상부 어댑터
85 : 하부 어댑터
86 : 잘록부
87 : 중간부
88 : 원반부
90 : 제2 열처리판
95 : 지지대
100 : 냉각 기구
101 : 홈부
102 : 시일재
103 : 걸림 부재
104 : 상부 걸림 부재
105 : 하부 걸림 부재
106 : 연결부
110 : 냉각판
111 : 연통관
112 : 냉각수 유통판
120 : 접촉부
121 : 방열부
122 : 외주부
123 : 관통 구멍
124 : 돌출부
130 : 냉각수로
131 : 냉각수관
200 : 제어부
JU, JL : 접합부
WU : 상측 웨이퍼
WL : 하측 웨이퍼
WT : 중합 웨이퍼

Claims (3)

  1. 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 접합하는 접합 장치이며,
    하면에 개구가 형성된 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 배치된, 상기 기판을 적재하여 열처리하는 열처리판과,
    상기 처리 용기 내에 상기 열처리판에 대향하여 설치되고, 상기 기판을 상기 열처리판측에 압박하는 가압 기구와,
    상기 처리 용기의 내면에 상기 처리 용기의 개구를 따라 설치되고, 상기 처리 용기와 상기 열처리판 사이를 기밀하게 막는, 상기 열처리판을 지지하는 환형상의 지지대와,
    상기 열처리판의 하방이며 상기 지지대의 내측에 설치된, 상기 열처리판을 냉각하는 냉각 기구를 갖고,
    상기 냉각 기구는, 그 상면이 상기 열처리판과 평행하게 설치된, 내부가 중공인 냉각판과, 상기 냉각판의 내부에 연통되고 상기 냉각판의 내부에 공기를 공급하는 연통관과, 상기 냉각판을 상하 이동시키는 승강 기구를 구비하고,
    상기 냉각판의 하면에는, 상기 냉각판의 내부에 연통되는 복수의 관통 구멍이 형성되고,
    상기 연통관으로부터 상기 냉각판의 내부에 공급된 공기는, 상기 냉각판의 관통 구멍으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는, 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 기구는, 상기 냉각판의 하방에 상기 처리 용기의 개구의 전체면을 막도록 설치된, 그 내부에 냉각수를 유통하는 냉각수로가 형성된 냉각수 유통판을 더 갖고,
    상기 냉각수 유통판에는, 상기 냉각수 유통판을 연직 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성되고,
    상기 냉각판의 관통 구멍으로부터 배출된 공기는, 상기 냉각수 유통판의 관통 구멍을 통과하여 상기 냉각수 유통판의 상면으로부터 하면을 향해 배출되는 것을 특징으로 하는, 접합 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가압 기구는, 상기 처리 용기의 천장판에 기밀하게 접속된 탄성 부재와, 상기 탄성 부재의 하단부에 기밀하게 접속된 압박 부재와, 상기 처리 용기의 천장판, 상기 탄성 부재 및 상기 압박 부재로 둘러싸인 공간에 압축 공기를 공급하는 공기 공급관과, 공급된 압축 공기를 배출하는 공기 배출관을 갖고,
    상기 공기 배출관에는, 상기 공기 배출관의 내부를 유통하는 압축 공기를 냉각하는 냉각 재킷이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 접합 장치.
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