KR102436811B1 - 접합 장치 및 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

접합 후의 기판에 발생하는 국소적인 변형을 저감하는 것이다. 실시 형태에 따른 접합 장치는, 제 1 유지부와, 제 2 유지부와, 스트라이커와, 이동부와, 온도 조절부를 구비한다. 제 1 유지부는 제 1 기판을 상방으로부터 흡착 유지한다. 제 2 유지부는 제 2 기판을 하방으로부터 흡착 유지한다. 스트라이커는, 제 1 기판의 중심부를 상방으로부터 눌러 제 2 기판에 접촉시킨다. 이동부는, 제 1 유지부와 대향하지 않는 비대향 위치와 제 1 유지부와 대향하는 대향 위치와의 사이에서 제 2 유지부를 이동시킨다. 온도 조절부는, 비대향 위치에 배치된 제 2 유지부와 대향하여, 제 2 유지부에 흡착 유지된 제 2 기판의 온도를 국소적으로 조절한다.

Description

접합 장치 및 접합 방법 {BONDING APPARATUS AND BONDING METHOD}
본 실시 형태는 접합 장치 및 접합 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 웨이퍼 등의 기판끼리를 접합하는 방법으로서, 분자간 힘을 이용하여 2 매의 기판을 반영구적으로 접합하는 방법이 알려져 있다.
이 방법에 있어서는, 2 매의 기판을 상하 방향으로 대향 배치시킨 후, 상측의 기판(상측 기판)의 중심부를 눌러 내려 하측의 기판(하측 기판)의 중심부에 접촉시킨다. 이에 따라, 먼저, 상측 기판 및 하측 기판의 중심부끼리가 분자간 힘에 의해 접합되어 접합 영역이 형성되고, 그 후, 기판의 외주부를 향해 접합 영역이 확대됨으로써, 상측 기판과 하측 기판이 전체 면에서 접합된다.
여기서, 상측 기판은 휘어진 상태로 하측 기판과 붙여졌기 때문에, 상측 기판에 불필요한 스트레스가 가해지고, 이 스트레스에 의해 접합 후의 기판에 변형이 발생할 우려가 있다.
이 문제를 해결하기 위하여, 예를 들면, 하측 기판을 유지하는 유지부의 유지면을 볼록 형상으로 함으로써, 하측 기판을 휘게 한 상태로 유지하는 것이 제안되고 있다(특허 문헌 1 참조). 이 기술에 의하면, 상측 기판과 마찬가지로 하측 기판도 휘어지게 함으로써, 접합 후의 기판에 발생하는 변형을 저감할 수 있다.
일본특허공개공보 2016-39254호
그러나, 가령 종래 기술과 같은 대책을 행했다고 해도, 접합 후의 기판에는 국소적인 변형이 발생하는 경우가 있다.
실시 형태의 일태양은, 접합 후의 기판에 발생하는 국소적인 변형을 저감할 수 있는 접합 장치 및 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 형태의 일태양에 따른 접합 장치는, 제 1 유지부와, 제 2 유지부와, 스트라이커와, 이동부와, 온도 조절부를 구비한다. 제 1 유지부는 제 1 기판을 상방으로부터 흡착 유지한다. 제 2 유지부는 제 2 기판을 하방으로부터 흡착 유지한다. 스트라이커는, 제 1 기판의 중심부를 상방으로부터 눌러 제 2 기판에 접촉시킨다. 이동부는, 제 1 유지부와 대향하지 않는 비대향 위치와 제 1 유지부와 대향하는 대향 위치와의 사이에서 제 2 유지부를 이동시킨다. 온도 조절부는, 비대향 위치에 배치된 제 2 유지부와 대향하고, 제 2 유지부에 흡착 유지된 제 2 기판의 온도를 국소적으로 조절한다.
실시 형태의 일태양에 따르면, 접합 후의 기판에 발생하는 국소적인 변형을 저감할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 접합 시스템의 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 접합 시스템의 구성을 나타내는 모식 측면도이다.
도 3은 제 1 기판 및 제 2 기판의 모식 측면도이다.
도 4는 접합 장치의 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
도 5는 접합 장치의 구성을 나타내는 모식 측면도이다.
도 6a는 본체부의 모식 측단면도이다.
도 6b는 가열부의 모식 저면도이다.
도 6c는 도 6a에 나타내는 H부의 모식 확대도이다.
도 7은 상측 척 및 하측 척의 구성을 나타내는 모식 측단면도이다.
도 8은 접합 시스템이 실행하는 처리의 일부를 나타내는 순서도이다.
도 9는 온도 조절 및 변형 보정 처리의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 10a는 온도 조절 및 변형 보정 처리의 동작 설명도이다.
도 10b는 온도 조절 및 변형 보정 처리의 동작 설명도이다.
도 10c는 온도 조절 및 변형 보정 처리의 동작 설명도이다.
도 10d는 온도 조절 및 변형 보정 처리의 동작 설명도이다.
도 11a는 접합 처리의 동작 설명도이다.
도 11b는 접합 처리의 동작 설명도이다.
도 11c는 접합 처리의 동작 설명도이다.
도 11d는 접합 처리의 동작 설명도이다.
도 11e는 접합 처리의 동작 설명도이다.
도 11f는 접합 처리의 동작 설명도이다.
도 11g는 접합 처리의 동작 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본원이 개시하는 접합 장치 및 접합 방법의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<1. 접합 시스템의 구성>
먼저, 실시 형태에 따른 접합 시스템의 구성에 대하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 따른 접합 시스템의 구성을 나타내는 모식 평면도이며, 도 2는 모식 측면도이다. 또한, 도 3은 제 1 기판 및 제 2 기판의 모식 측면도이다. 또한, 이하에 있어서는, 위치 관계를 명확하게 하기 위하여, 서로 직교하는 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향을 규정하고, Z 축 정방향을 연직 상측을 향하는 방향으로 한다. 또한, 도 1 ∼ 3을 포함하는 각 도면에서는, 설명에 필요한 구성 요소만을 나타내고 있으며, 일반적인 구성 요소에 대한 기재를 생략하는 경우가 있다.
도 1에 나타내는 실시 형태에 따른 접합 시스템(1)은, 제 1 기판(W1)과 제 2 기판(W2)을 접합함으로써 중합 기판(T)을 형성한다(도 3 참조).
제 1 기판(W1)은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 또는 화합물 반도체 웨이퍼 등의 반도체 기판에 복수의 전자 회로가 형성된 기판이다. 또한, 제 2 기판(W2)은, 예를 들면 전자 회로가 형성되어 있지 않은 베어 웨이퍼(bare wafer)이다. 제 1 기판(W1)과 제 2 기판(W2)은, 대략 동일한 직경을 가진다.
또한, 제 1 기판(W1)뿐만 아니라, 제 2 기판(W2)에도 전자 회로가 형성되는 경우가 있을 수 있다. 또한, 상술한 화합물 반도체 웨이퍼로서는, 예를 들면 비화 갈륨, 탄화 실리콘, 질화 갈륨 및 인화 인듐 등을 포함하는 웨이퍼를 이용할 수 있다.
이하에서는, 제 1 기판(W1)을 '상측 웨이퍼(W1)'로 기재하고, 제 2 기판(W2)을 '하측 웨이퍼(W2)', 중합 기판(T)을 '중합 웨이퍼(T)'로 기재하는 경우가 있다.
또한, 이하에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상측 웨이퍼(W1)의 판면 중, 하측 웨이퍼(W2)와 접합되는 측의 판면을 '접합면(W1j)'으로 기재하고, 접합면(W1j)과는 반대측의 판면을 '비접합면(W1n)'으로 기재한다. 또한, 하측 웨이퍼(W2)의 판면 중, 상측 웨이퍼(W1)와 접합되는 측의 판면을 '접합면(W2j)'으로 기재하고, 접합면(W2j)과는 반대측의 판면을 '비접합면(W2n)'으로 기재한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 접합 시스템(1)은 반입반출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)은, X 축 정방향을 따라, 반입반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)의 순서로 나열하여 배치된다. 또한, 반입반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)은, 일체적으로 접속된다.
반입반출 스테이션(2)은, 배치대(10)와, 반송 영역(20)을 구비한다. 배치대(10)는 복수의 배치판(11)을 구비한다. 각 배치판(11)에는, 복수 매(예를 들면, 25 매)의 기판을 수평 상태로 수용하는 카세트(C1, C2, C3)가 각각 배치된다. 예를 들면, 카세트(C1)는 상측 웨이퍼(W1)를 수용하는 카세트이고, 카세트(C2)는 하측 웨이퍼(W2)를 수용하는 카세트이며, 카세트(C3)는 중합 웨이퍼(T)를 수용하는 카세트이다.
반송 영역(20)은, 배치대(10)의 X 축 정방향측에 인접하여 배치된다. 이러한 반송 영역(20)에는, Y 축 방향으로 연장되는 반송로(21)와, 이 반송로(21)를 따라 이동 가능한 반송 장치(22)가 마련된다. 반송 장치(22)는, Y 축 방향뿐만 아니라, X 축 방향으로도 이동 가능하고 또한 Z 축 둘레로 선회 가능하며, 배치판(11)에 배치된 카세트(C1 ∼ C3)와, 후술하는 처리 스테이션(3)의 제 3 처리 블록(G3)과의 사이에서, 상측 웨이퍼(W1), 하측 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)의 반송을 행한다.
또한, 배치판(11)에 배치되는 카세트(C1 ∼ C3)의 개수는, 도시의 것에 한정되지 않는다. 또한, 배치판(11)에는, 카세트(C1, C2, C3) 이외에, 문제가 발생한 기판을 회수하기 위한 카세트 등이 배치되어도 된다.
처리 스테이션(3)에는, 각종 장치를 구비한 복수의 처리 블록, 예를 들면 3 개의 처리 블록(G1, G2, G3)이 마련된다. 예를 들면 처리 스테이션(3)의 정면측(도 1의 Y 축 부방향측)에는 제 1 처리 블록(G1)이 마련되고, 처리 스테이션(3)의 배면측(도 1의 Y 축 정방향측)에는 제 2 처리 블록(G2)이 마련된다. 또한, 처리 스테이션(3)의 반입반출 스테이션(2)측(도 1의 X 축 부방향측)에는, 제 3 처리 블록(G3)이 마련된다.
제 1 처리 블록(G1)에는, 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j)을 개질하는 표면 개질 장치(30)가 배치된다. 표면 개질 장치(30)는, 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j)에 있어서의 SiO2의 결합을 절단하여 단결합의 SiO로 함으로써, 그 후 친수화되기 쉽게 하도록 당해 접합면(W1j, W2j)을 개질한다.
또한, 표면 개질 장치(30)에서는, 예를 들면 감압 분위기하에서 처리 가스인 산소 가스 또는 질소 가스가 여기되어 플라즈마화되고, 이온화된다. 그리고, 이러한 산소 이온 또는 질소 이온이, 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j)에 조사됨으로써, 접합면(W1j, W2j)이 플라즈마 처리되어 개질된다.
제 2 처리 블록(G2)에는, 표면 친수화 장치(40)와, 접합 장치(41)와, 기판 온도 조절 장치(42)가 배치된다. 표면 친수화 장치(40)는, 예를 들면 순수에 의해 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j)을 친수화한다. 이러한 표면 친수화 장치(40)에서는, 예를 들면 스핀 척에 유지된 상측 웨이퍼(W1) 또는 하측 웨이퍼(W2)를 회전시키면서, 당해 상측 웨이퍼(W1) 또는 하측 웨이퍼(W2) 상에 순수를 공급한다. 이에 따라, 상측 웨이퍼(W1) 또는 하측 웨이퍼(W2) 상에 공급된 순수가 상측 웨이퍼(W1) 또는 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j) 상에 확산되어, 접합면(W1j, W2j)이 친수화된다.
접합 장치(41)는, 친수화된 상측 웨이퍼(W1)와 하측 웨이퍼(W2)를 분자간 힘에 의해 접합한다. 접합 장치(41)의 구성에 대해서는 후술한다.
기판 온도 조절 장치(42)는, 접합 전의 상측 웨이퍼(W1)의 온도를 조절한다. 예를 들면, 기판 온도 조절 장치(42)는, 상측 웨이퍼(W1)를 배치하는 배치부와, 배치부에 배치된 상측 웨이퍼(W1)의 온도를 조절하는 온도 조절 기구를 구비한다. 온도 조절 기구에는, 예를 들면, 온도 조절된 냉각수 등의 냉매가 유통되고 있으며, 냉각수의 온도를 조절함으로써, 상측 웨이퍼(W1)의 온도를 조절하는 것이 가능하다.
또한, 하측 웨이퍼(W2)의 온도 조절에 대해서는, 상술한 기판 온도 조절 장치(42)가 아닌, 접합 장치(41)에 마련된 온도 조절부에 의해 행해진다. 이러한 온도 조절부에 있어서는, 하측 웨이퍼(W2)의 온도를 조절하는 처리가, 하측 웨이퍼(W2)의 국소적인 변형을 보정하는 처리와 병행하여 실시되지만, 이 점에 대해서는 후술한다.
제 3 처리 블록(G3)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상측 웨이퍼(W1), 하측 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)의 트랜지션(TRS) 장치(50, 51)가 아래에서부터 차례로 2 단으로 마련된다. 또한, 트랜지션 장치(50, 51)의 개수는 2 개로 한정되지 않는다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 처리 블록(G1), 제 2 처리 블록(G2) 및 제 3 처리 블록(G3)에 둘러싸인 영역에는, 반송 영역(60)이 형성된다. 반송 영역(60)에는 반송 장치(61)가 배치된다. 반송 장치(61)는, 예를 들면 연직 방향, 수평 방향 및 연직축 둘레로 이동 가능한 반송 암을 가진다. 이러한 반송 장치(61)는, 반송 영역(60) 내를 이동하고, 반송 영역(60)에 인접하는 제 1 처리 블록(G1), 제 2 처리 블록(G2) 및 제 3 처리 블록(G3) 내의 정해진 장치에 상측 웨이퍼(W1), 하측 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)를 반송한다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 접합 시스템(1)은 제어 장치(70)를 구비한다. 제어 장치(70)는 접합 시스템(1)의 동작을 제어한다. 이러한 제어 장치(70)는, 예를 들면 컴퓨터이며, 도시하지 않은 제어부 및 기억부를 구비한다. 제어부는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 입출력 포트 등을 가지는 마이크로 컴퓨터 또는 각종의 회로를 포함한다. 이러한 마이크로 컴퓨터 CPU는, ROM에 기억되어 있는 프로그램을 읽어내어 실행함으로써, 후술하는 제어를 실현한다. 또한, 기억부는, 예를 들면, RAM, 플래시 메모리(Flash Memory) 등의 반도체 메모리 소자, 또는, 하드 디스크, 광 디스크 등의 기억 장치에 의해 실현된다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기록 매체로부터 제어 장치(70)의 기억부에 인스톨된 것이어도 된다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체로서는, 예를 들면 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
<2. 접합 장치의 구성>
이어서, 접합 장치(41)의 구성에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 접합 장치(41)의 구성을 나타내는 모식 평면도이다. 도 5는 접합 장치(41)의 구성을 나타내는 모식 측면도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 접합 장치(41)는 내부를 밀폐 가능한 처리 용기(100)를 가진다. 처리 용기(100)의 반송 영역(60)측의 측면에는, 상측 웨이퍼(W1), 하측 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)의 반입반출구(101)가 형성되고, 당해 반입반출구(101)에는 개폐 셔터(102)가 마련되어 있다.
처리 용기(100)의 내부는, 내벽(103)에 의해, 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2)으로 구획된다. 상술한 반입반출구(101)는, 반송 영역(T1)에 있어서의 처리 용기(100)의 측면에 형성된다. 또한, 내벽(103)에도, 상측 웨이퍼(W1), 하측 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)의 반입반출구(104)가 형성된다.
반송 영역(T1)에는, 트랜지션(110), 웨이퍼 반송 기구(111), 반전 기구(130) 및 위치 조절 기구(120)가, 예를 들면 반입반출구(101)측으로부터 이 순서로 나열되어 배치된다.
트랜지션(110)은, 상측 웨이퍼(W1), 하측 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)를 일시적으로 배치한다. 트랜지션(110)은, 예를 들면 2 단으로 형성되고, 상측 웨이퍼(W1), 하측 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T) 중 어느 2 개를 동시에 배치할 수 있다.
웨이퍼 반송 기구(111)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 연직 방향(Z 축 방향), 수평 방향(Y 축 방향, X 축 방향) 및 연직축 둘레로 이동 가능한 반송 암을 가진다. 웨이퍼 반송 기구(111)는, 반송 영역(T1) 내, 또는 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2)의 사이에서 상측 웨이퍼(W1), 하측 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)를 반송하는 것이 가능하다.
위치 조절 기구(120)는, 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 방향을 조절한다. 구체적으로는, 위치 조절 기구(120)는, 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)를 유지하여 회전시키는 도시하지 않은 유지부를 구비한 기대(基臺)(121)와, 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 노치부의 위치를 검출하는 검출부(122)를 가진다. 위치 조절 기구(120)는, 기대(121)에 유지된 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)를 회전시키면서 검출부(122)를 이용하여 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 노치부의 위치를 검출함으로써, 노치부의 위치를 조절한다. 이에 따라, 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 방향이 조절된다.
반전 기구(130)는 상측 웨이퍼(W1)의 표리면을 반전시킨다. 구체적으로는, 반전 기구(130)는, 상측 웨이퍼(W1)를 유지하는 유지 암(131)을 가진다. 유지 암(131)은 수평 방향(X 축 방향)으로 연장된다. 또한 유지 암(131)에는, 상측 웨이퍼(W1)를 유지하는 유지 부재(132)가 예를 들면 4 개소에 마련되어 있다.
유지 암(131)은, 예를 들면 모터 등을 구비한 구동부(133)에 지지된다. 유지 암(131)은, 이러한 구동부(133)에 의해 수평축 둘레로 회전 운동 가능하다. 또한, 유지 암(131)은, 구동부(133)를 중심으로 회전 운동 가능함과 함께, 수평 방향(X 축 방향)으로 이동 가능하다. 구동부(133)의 하방에는, 예를 들면 모터 등을 구비한 다른 구동부 (도시하지 않음)가 마련된다. 이 외의 구동부에 의해, 구동부(133)는, 연직 방향으로 연장되는 지지 컬럼(134)을 따라 연직 방향으로 이동할 수 있다.
이와 같이, 유지 부재(132)에 유지된 상측 웨이퍼(W1)는, 구동부(133)에 의해 수평축 둘레로 회전할 수 있음과 함께 연직 방향 및 수평 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 유지 부재(132)에 유지된 상측 웨이퍼(W1)는, 구동부(133)를 중심으로 회전 운동하여, 위치 조절 기구(120)와 후술하는 상측 척(140)의 사이를 이동할 수 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 처리 영역(T2)에는, 상측 척(140)과, 하측 척(141)과, 온도 조절부(500)가 마련된다.
상측 척(140)과 온도 조절부(500)는, 공통의 수평 프레임(600)에 고정되어 있으며, 하측 척(141)은, 이들 상측 척(140) 및 온도 조절부(500)보다 하방에 배치된다.
상측 척(140)은, 상측 웨이퍼(W1)의 상면(비접합면(W1n))을 상방으로부터 흡착 유지한다. 상측 척(140)은, 상측 척(140)의 상부에 설치된 지지 부재(180)를 통하여 수평 프레임(600)에 고정된다.
지지 부재(180)에는, 하측 척(141)에 유지된 하측 웨이퍼(W2)의 상면(접합면(W2j))을 촬상하는 상부 촬상부(151)가 마련되어 있다. 상부 촬상부(151)에는, 예를 들면 CCD(Charge Coupled Device) 카메라가 이용된다.
하측 척(141)은, 하측 웨이퍼(W2)를 배치하여 하측 웨이퍼(W2)의 하면(비접합면(W2n))을 하방으로부터 흡착 유지한다.
하측 척(141)은, 하측 척(141)의 하방에 마련된 제 1 하측 척 이동부(160)에 지지된다. 제 1 하측 척 이동부(160)는, 후술하는 바와 같이 하측 척(141)을 수평 방향(X 축 방향)으로 이동시킨다. 또한, 제 1 하측 척 이동부(160)는, 하측 척(141)을 연직 방향으로 이동 가능하고, 또한 연직축 둘레로 회전 가능하게 구성된다. 제 1 하측 척 이동부(160)는, 하측 척(141)을 승강시키는 제 2 승강부의 일례이다.
제 1 하측 척 이동부(160)에는, 상측 척(140)에 유지된 상측 웨이퍼(W1)의 하면(접합면(W1j))을 촬상하는 하부 촬상부(161)가 마련되어 있다(도 5 참조). 하부 촬상부(161)에는, 예를 들면 CCD 카메라가 이용된다.
제 1 하측 척 이동부(160)는, 제 1 하측 척 이동부(160)의 하면측에 마련되어, 수평 방향(X 축 방향)으로 연장되는 한 쌍의 레일(162, 162)에 장착되어 있다. 제 1 하측 척 이동부(160)는, 레일(162)을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다.
한 쌍의 레일(162, 162)은, 제 2 하측 척 이동부(163)에 마련되어 있다. 제 2 하측 척 이동부(163)는, 당해 제 2 하측 척 이동부(163)의 하면측에 마련되어, 수평 방향(Y 축 방향)으로 연장되는 한 쌍의 레일(164, 164)에 장착되어 있다. 그리고, 제 2 하측 척 이동부(163)는, 레일(164)을 따라 수평 방향(Y 축 방향)으로 이동 가능하게 구성된다. 한 쌍의 레일(164, 164)은, 예를 들면 처리 용기(100)의 바닥면에 마련된 배치대(165) 상에 마련된다.
접합 장치(41)는, 제 1 하측 척 이동부(160) 및 제 2 하측 척 이동부(163)에 의해, 하측 척(141)을 상측 척(140)과 대향하는 대향 위치와, 상측 척(140)과 대향하지 않는 비대향 위치와의 사이에서 이동시키는 것이 가능하다.
온도 조절부(500)는, 비대향 위치에 배치된 하측 척(141)과 대향하는 위치에 마련된다. 또한, 도 5 중, 실선으로 나타낸 하측 척(141)의 위치가 '비대향 위치'이며, 파선으로 나타낸 하측 척(141)의 위치가 '대향 위치'이다.
온도 조절부(500)는, 하측 척(141)에 흡착 유지된 하측 웨이퍼(W2)의 온도를 국소적으로 조절한다. 구체적으로는, 온도 조절부(500)는, 하측 웨이퍼(W2)보다 대경(大徑)의 하면을 가지는 본체부(510)와, 본체부(510)를 상방으로부터 지지하는 지지부(520)와, 지지부(520)를 연직 방향으로 이동시키는 승강부(530)를 구비한다. 또한, 온도 조절부(500)는, 기준 위치로부터 하측 척(141)에 설정된 계측 위치까지의 거리를 계측하는 계측부(540)를 구비한다.
지지부(支柱部)(520)는, 본체부(510)에 접속되는 복수의 지지 기둥 부재(521)와, 복수의 지지 기둥 부재(521)의 상부에 마련되는 천장판(522)을 구비한다. 승강부(530)는, 실린더 등의 구동원(531)과, 구동원(531)에 의해 승강하는 로드(532)를 구비한다. 로드(532)는 천장판(522)의 하면에 접속된다. 구동원(531)에 의해 로드(532)를 승강하면, 로드(532)에 접속된 천장판(522)이 승강하고, 천장판(522)에 접속된 복수의 지지 기둥 부재(521)가 승강된다. 이에 따라, 복수의 지지 기둥 부재(521)에 지지된 본체부(510)를 승강시킬 수 있다. 승강부(530)는 본체부(510)를 승강시키는 제 1 승강부의 일례이다.
계측부(540)는, 예를 들면, 복수의 지지 기둥 부재(521) 중 하나에 장착되어 있으며, 본체부(510)와 함께 승강한다. 또한, 하측 척(141)의 측면에는, 상부에 수평면을 가지는 계측 부재(545)가 마련되어 있으며, 계측 부재(545)는, 하측 척(141)이 비대향 위치에 배치되었을 때에 계측부(540)의 하방에 위치하도록 되어 있다.
이러한 계측부(540)는, 예를 들면 계측부(540)의 하단을 기준 위치로 하고, 계측 부재(545)의 상면을 측정 위치로 하여, 기준 위치에서부터 측정 위치까지의 수직 거리를 계측하여, 계측 결과를 제어 장치(70)로 출력한다.
이어서, 온도 조절부(500)의 구성에 대하여 도 6a ∼ 도 6c를 더 참조하여 설명한다. 도 6a는 본체부(510)의 모식 측단면도이며, 도 6b는 가열부의 모식 저면도이고, 도 6c는 도 6a에 나타내는 H부의 모식 확대도이다.
도 6a에 나타내는 바와 같이, 온도 조절부(500)는, 냉각부(550)와 가열부(560)를 구비한다. 냉각부(550)는, 예를 들면, 본체부(510)의 내부에 형성된 유로이며, 냉각수 등의 냉매를 냉각부(550)에 유입시키는 유입관(551)과, 냉각부(550)로부터 냉매를 유출시키는 유출관(552)에 접속되어 있다. 이러한 냉각부(550)는, 온도 조절된 냉매를 유통시킴으로써, 하측 웨이퍼(W2)를 전체 면적 또한 균일하게 냉각한다.
한편, 가열부(560)는, 하측 웨이퍼(W2)를 국소적으로 가열하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 가열부(560)는, 복수의 독립된 발열 영역(561a)을 가지고 있으며, 이들 복수의 발열 영역(561a)을 선택적으로 발열시킴으로써, 하측 웨이퍼(W2)의 일부 또는 전체를 가열할 수 있다.
또한, 여기서는, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 복수의 발열 영역(561a)이, 원주 형상으로 나열됨과 함께 동심원 형상으로 다단으로 배치되는 것으로 하지만, 복수의 발열 영역(561a)의 배치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수의 발열 영역(561a)은, 그리드 형상으로 나열하여 배치되어도 된다.
가열부(560)는, 냉각부(550)보다 하측 웨이퍼(W2)에 가까운 위치에 배치된다. 구체적으로는, 냉각부(550)가 본체부(510)의 내부에 마련되는 것에 반하여, 가열부(560)는 본체부(510)의 하면 즉 하측 웨이퍼(W2)와의 대향면에 장착된다. 이러한 구성으로 함으로써, 가열부(560)를 하측 웨이퍼(W2)에 보다 근접시킬 수 있어, 하측 웨이퍼(W2)를 더 효율적으로 가열하는 것이 가능하다. 또한, 도 6c에 나타내는 바와 같이, 예를들면 폴리이미드 면 형상 히터 등의 면 형상 발열체이며, 알루미늄 시트(570)에 의해 상하 방향으로부터 개재된 상태로 본체부(510)에 장착된다.
이와 같이, 가열부(560)를 냉각부(550)보다 하측 웨이퍼(W2)에 가까운 위치에 배치함으로써, 하측 웨이퍼(W2)를 효율적으로 가열할 수 있다.
이어서, 접합 장치(41)의 상측 척(140)과 하측 척(141)의 구성에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은, 상측 척(140) 및 하측 척(141)의 구성을 나타내는 모식 측단면도이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 상측 척(140)은, 상측 웨이퍼(W1)와 동일한 직경 혹은 상측 웨이퍼(W1)보다 큰 직경을 가지는 본체부(170)를 가진다.
본체부(170)는 지지 부재(180)에 의해 지지된다. 지지 부재(180)는, 평면에서 볼 때 적어도 본체부(170)의 상면을 덮도록 마련되고, 또한 본체부(170)에 대하여 예를 들면 나사 고정에 의해 고정된다.
지지 부재(180) 및 본체부(170)의 중심부에는, 지지 부재(180) 및 본체부(170)를 연직 방향으로 관통하는 관통 홀(178)이 형성된다. 관통 홀(178)의 위치는, 상측 척(140)에 흡착 유지되는 상측 웨이퍼(W1)의 중심부에 대응하고 있다. 그리고, 관통 홀(178)에는, 스트라이커(190)의 누름 핀(191)이 삽입 통과된다.
스트라이커(190)는, 지지 부재(180)의 상면에 배치되고, 누름 핀(191)과, 액추에이터부(192)와, 직동 기구(193)를 구비한다. 누름 핀(191)은, 연직 방향을 따라 연장 되는 원기둥 형상의 부재이며, 액추에이터부(192)에 의해 지지된다.
액추에이터부(192)는, 예를 들면 전공 레귤레이터(도시하지 않음)로부터 공급되는 공기에 의해 일정 방향(여기서는 연직 하방)으로 일정한 압력을 발생시킨다. 액추에이터부(192)는, 전공 레귤레이터로부터 공급되는 공기에 의해, 상측 웨이퍼(W1)의 중심부와 접촉하여 당해 상측 웨이퍼(W1)의 중심부에 가해지는 누름 하중을 제어할 수 있다. 또한, 누름 핀(191)의 선단부는, 전공 레귤레이터로부터의 공기에 의해, 관통 홀(178)을 삽입 통과하여 연직 방향으로 승강 가능하게 되어 있다.
액추에이터부(192)는 직동 기구(193)에 지지된다. 직동 기구(193)는, 예를 들면 모터를 내장한 구동부에 의해 액추에이터부(192)를 연직 방향으로 이동시킨다.
상기한 바와 같이 구성된 스트라이커(190)는, 직동 기구(193)에 의해 액추에이터부(192)의 이동을 제어하고, 액추에이터부(192)에 의해 누름 핀(191)에 의한 상측 웨이퍼(W1)의 누름 하중을 제어한다.
본체부(170)의 하면에는, 상측 웨이퍼(W1)의 이면(비접합면(W1n))에 접촉하는 복수의 핀(171)이 마련되어 있다. 또한, 본체부(170)의 하면에는, 상측 웨이퍼(W1)의 이면(비접합면(W1n))의 외주부를 지지하는 리브(172)가 마련되어 있다. 리브(172)는, 복수의 핀(171)의 외측에 환(環) 형상으로 마련되어 있다.
또한, 본체부(170)의 하면에는, 리브(172)의 내측에 있어서 별도의 리브(173)가 마련되어 있다. 리브(173)는 리브(172)와 동심원 형상으로 환 형상으로 마련되어 있다. 그리고, 리브(172)의 내측의 영역은, 리브(173)의 내측의 제 1 흡인 영역(174a)과, 리브(173)의 외측의 제 2 흡인 영역(174b)으로 구획된다.
제 1 흡인 영역(174a)에는 복수의 흡인관(175a)이 마련된다. 복수의 흡인관(175a)에는, 압력 조정기(176a)를 개재하여 진공 펌프(177a)가 접속된다. 또한, 제 2 흡인 영역(174b)에는 복수의 흡인관(175b)이 마련된다. 복수의 흡인관(175b)에는, 압력 조정기(176b)를 개재하여 진공 펌프(177b)가 접속된다.
그리고, 상측 웨이퍼(W1), 본체부(170) 및 리브(172)에 둘러싸여 형성된 흡인 영역(174a, 174b)을 각각 흡인관(175a, 175b)을 통하여 진공 배기하여, 흡인 영역(174a, 174b)을 감압한다. 이 때, 흡인 영역(174a, 174b)의 외부의 분위기가 대기압이기 때문에, 상측 웨이퍼(W1)는 감압된 분만큼 대기압에 의해 흡인 영역(174a, 174b)측으로 눌려, 상측 척(140)에 상측 웨이퍼(W1)가 흡착 유지된다. 상측 척(140)은, 제 1 흡인 영역(174a)과 제 2 흡인 영역(174b)마다 상측 웨이퍼(W1)를 진공 배기 가능하다.
이러한 경우, 리브(172)가 상측 웨이퍼(W1)의 이면(비접합면(W1n))의 외주부를 지지하므로, 상측 웨이퍼(W1)는 그 외주부까지 적절하게 진공 배기된다. 이 때문에, 상측 척(140)에 상측 웨이퍼(W1)의 전체 면이 흡착 유지되고, 당해 상측 웨이퍼(W1)의 평면도를 작게 하여, 상측 웨이퍼(W1)를 평탄하게 할 수 있다.
게다가, 복수의 핀(171)의 높이가 균일하므로, 상측 척(140)의 하면의 평면도를 더 작게 할 수 있다. 이와 같이 상측 척(140)의 하면을 평탄하게 하여(하면의 평면도를 작게 하여), 상측 척(140)에 유지된 상측 웨이퍼(W1)의 연직 방향의 변형을 억제할 수 있다. 또한, 상측 웨이퍼(W1)의 이면(비접합면(W1n))은 복수의 핀(171)에 지지되기 때문에, 상측 척(140)에 의한 상측 웨이퍼(W1)의 진공 배기를 해제할 때, 당해 상측 웨이퍼(W1)가 상측 척(140)으로부터 분리되기 쉬워진다.
계속해서, 하측 척(141)의 구성에 대하여 설명한다. 하측 척(141)에는, 상측 척(140)과 마찬가지로 핀 척 방식이 채용되고 있다. 하측 척(141)은, 하측 웨이퍼(W2)와 동일한 직경 혹은 하측 웨이퍼(W2)보다 큰 직경을 가지는 본체부(250)를 가지고 있다. 본체부(250)의 상면에는, 하측 웨이퍼(W2)의 이면(비접합면(W2n))에 접촉하는 복수의 핀(251)이 마련되어 있다. 또한 본체부(250)의 상면에는, 하측 웨이퍼(W2)의 이면(비접합면(W2n))의 외주부를 지지하는 리브(252)가 마련되어 있다. 리브(252)는, 복수의 핀(251)의 외측에 환 형상으로 마련되어 있다.
본체부(250)에 있어서의 리브(252)보다 내측의 영역에는, 복수의 흡인관(255)이 마련된다. 복수의 흡인관(255)은, 압력 조정기(256)를 개재하여 진공 펌프(257)에 접속된다.
그리고, 하측 웨이퍼(W2), 본체부(250) 및 리브(252)에 둘러싸여 형성된 흡인 영역(254)을 복수의 흡인관(255)을 통하여 진공 배기함으로써 감압된다. 이 때, 흡인 영역(254)의 외부의 분위기가 대기압이기 때문에, 하측 웨이퍼(W2)는 감압된 분만큼 대기압에 의해 흡인 영역(254)측으로 눌려, 하측 척(141)에 하측 웨이퍼(W2)가 수평으로 흡착 유지된다.
이러한 경우, 리브(252)가 하측 웨이퍼(W2)의 이면의 외주부를 지지하기 때문에, 하측 웨이퍼(W2)는 그 외주부까지 적절하게 진공 배기된다. 이 때문에, 하측 척(141)에 하측 웨이퍼(W2)의 전체 면이 흡착 유지되고, 당해 하측 웨이퍼(W2)의 평면도를 작게 하여, 하측 웨이퍼(W2)를 평탄하게 할 수 있다. 또한, 하측 웨이퍼(W2)의 이면은 복수의 핀(251)에 지지되어 있으므로 하측 척(141)에 의한 하측 웨이퍼(W2)의 진공 배기를 해제할 때, 당해 하측 웨이퍼(W2)가 하측 척(141)으로부터 분리되기 쉬워진다.
<3. 접합 시스템의 구체적 동작>
이어서, 접합 시스템(1)의 구체적인 동작에 대하여 도 8 ∼ 도 11g를 참조하여 설명한다. 도 8은 접합 시스템(1)이 실행하는 처리의 일부를 나타내는 순서도이며, 도 9는 온도 조절 및 변형 보정 처리의 순서를 나타내는 순서도이다. 또한, 도 10a ∼ 도 10d는, 온도 조절 및 변형 보정 처리의 동작 설명도이며, 도 11a ∼ 도 11g는 접합 처리의 동작 설명도이다. 또한, 도 8 및 도 9에 나타내는 각종의 처리는, 제어 장치(70)에 의한 제어에 의거하여 실행된다.
먼저, 복수 매의 상측 웨이퍼(W1)를 수용한 카세트(C1), 복수 매의 하측 웨이퍼(W2)를 수용한 카세트(C2), 및 빈 카세트(C3)가, 반입반출 스테이션(2)의 정해진 배치판(11)에 배치된다. 그 후, 반송 장치(22)에 의해 카세트(C1) 내의 상측 웨이퍼(W1)가 취출되어, 처리 스테이션(3)의 제 3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(50)에 반송된다.
이어서, 상측 웨이퍼(W1)는, 반송 장치(61)에 의해 제 1 처리 블록(G1)의 표면 개질 장치(30)에 반송된다. 표면 개질 장치(30)에서는, 정해진 감압 분위기하에서, 처리 가스인 산소 가스가 여기되어 플라즈마화되고, 이온화된다. 이 산소 이온이 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)에 조사되어, 당해 접합면(W1j)이 플라즈마 처리된다. 이에 따라, 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)이 개질된다(단계(S101)).
이어서, 상측 웨이퍼(W1)는, 반송 장치(61)에 의해 제 2 처리 블록(G2)의 표면 친수화 장치(40)에 반송된다. 표면 친수화 장치(40)에서는, 스핀 척에 유지된 상측 웨이퍼(W1)를 회전시키면서, 당해 상측 웨이퍼(W1) 상에 순수를 공급한다. 그렇게 하면, 공급된 순수는 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j) 상을 확산하고, 표면 개질 장치(30)에 있어서 개질된 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)에 수산기(실라놀기)가 부착되어 당해 접합면(W1j)이 친수화된다. 또한, 당해 순수에 의해, 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)이 세정된다(단계(S102)).
이어서, 상측 웨이퍼(W1)는, 반송 장치(61)에 의해 제 2 처리 블록(G2)의 기판 온도 조절 장치(42)에 반송되고, 기판 온도 조절 장치(42)에 의해 온도가 조절된다(단계(S103)).
이어서, 상측 웨이퍼(W1)는, 반송 장치(61)에 의해 제 2 처리 블록(G2)의 접합 장치(41)에 반송된다. 접합 장치(41)에 반입된 상측 웨이퍼(W1)는, 트랜지션(110)을 통하여 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 위치 조절 기구(120)에 반송된다. 그리고 위치 조절 기구(120)에 의해, 상측 웨이퍼(W1)의 수평 방향의 방향이 조절된다(단계(S104)).
그 후, 위치 조절 기구(120)로부터 반전 기구(130)의 유지 암(131)에 상측 웨이퍼(W1)가 전달된다. 계속해서 반송 영역(T1)에 있어서, 유지 암(131)을 반전시킴으로써, 상측 웨이퍼(W1)의 표리면이 반전된다(단계(S105)). 즉, 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)이 하방을 향하게 된다.
그 후, 반전 기구(130)의 유지 암(131)이 회전 운동하여 상측 척(140)의 하방으로 이동한다. 그리고, 반전 기구(130)로부터 상측 척(140)으로 상측 웨이퍼(W1)가 전달된다. 상측 웨이퍼(W1)는, 노치부를 미리 결정된 방향을 향한 상태에서, 상측 척(140)에 그 비접합면(W1n)이 흡착 유지된다(단계(S106)).
상측 웨이퍼(W1)에 상술한 단계(S101 ∼ S106)의 처리가 행해지고 있는 동안, 하측 웨이퍼(W2)의 처리가 행해진다. 우선, 반송 장치(22)에 의해 카세트(C2) 내의 하측 웨이퍼(W2)가 취출되어, 처리 스테이션(3)의 트랜지션 장치(50)에 반송된다.
이어서, 하측 웨이퍼(W2)는, 반송 장치(61)에 의해 표면 개질 장치(30)에 반송되어, 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)이 개질된다(단계(S107)). 또한, 단계(S107)에 있어서의 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)의 개질은, 상술한 단계(S101)와 동일하다.
그 후, 하측 웨이퍼(W2)는, 반송 장치(61)에 의해 표면 친수화 장치(40)에 반송되어, 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)이 친수화됨과 함께 당해 접합면(W2j)이 세정된다(단계(S108)). 또한, 단계(S108)에 있어서의 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)의 친수화 및 세정은, 상술한 단계(S102)와 동일하다.
그 후, 하측 웨이퍼(W2)는, 반송 장치(61)에 의해 접합 장치(41)에 반송된다. 접합 장치(41)에 반입된 하측 웨이퍼(W2)는, 트랜지션(110)을 통하여 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 위치 조절 기구(120)에 반송된다. 그리고 위치 조절 기구(120)에 의해, 하측 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 방향이 조절된다(단계(S109)).
그 후, 하측 웨이퍼(W2)는, 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 하측 척(141)에 반송되어, 하측 척(141)에 흡착 유지된다(단계(S110)). 하측 웨이퍼(W2)는, 노치부를 미리 결정된 방향을 향한 상태에서, 하측 척(141)에 그 비접합면(W2n)이 흡착 유지된다.
계속해서, 접합 장치(41)에서는, 하측 웨이퍼(W2)의 온도 조절을 행하면서 하측 웨이퍼(W2)의 국소적인 변형을 보정하는 처리가 행해진다(단계(S111)).
여기서, 단계(S111)에 나타내는 온도 조절 및 변형 보정 처리의 내용에 대하여 도 9 및 도 10a ∼도 10d를 참조하여 설명한다. 또한, 단계(S111)의 처리는, 하측 웨이퍼(W2)가 비대향 위치에 배치된 상태, 즉, 온도 조절부(500)와 대향한 상태에서 행해진다. 또한, 단계(S111)의 처리가 개시되기 전에, 온도 조절부(500)의 냉각부(550)에는 냉각수가 유통되는 상태로 되어 있다. 냉각부(550)에 냉각수가 유통되는 상태는, 적어도 단계(S111)의 처리가 종료될 때까지 유지된다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 단계(S111)의 처리가 개시되면, 먼저, 온도 조절부(500)의 가열부(560)가 ON된다(단계(S201)). 구체적으로는, 가열부(560)에 마련된 복수의 발열 영역(561a) 중 적어도 일부에 대하여 통전이 이루어지고, 통전된 발열 영역(561a)이 발열한다.
이와 같이, 하측 웨이퍼(W2)를 흡착 유지한 후(도 8의 단계(S110)의 후)에, 가열부(560)에 대한 통전을 개시함으로써, 통전되고 있지 않은 발열 영역(561a)이, 통전되고 있는 발열 영역(561a)으로부터의 열에 의해 가열되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 하측 웨이퍼(W2)의 가열시키고 싶은 영역(즉, 변형을 보정하고 싶은 영역) 이외의 영역이 가열되어버리는 것을 억제할 수 있다.
계속해서, 제 1 접근 처리가 행해진다(단계(S202)). 제 1 접근 처리에서는, 승강부(530)를 이용하여 본체부(510)를 미리 설정된 거리만큼 하강시킴으로써, 본체부(510)를 하측 척(141)에 흡착 유지된 하측 웨이퍼(W2)에 접근시킨다(도 10a 참조). 제 1 접근 처리에 의해, 온도 조절부(500)의 본체부(510)는, 예를 들면 상측 척(140)의 본체부(170)와 동일한 정도의 높이 위치까지 하강한다.
여기서, 단계(S201) 및 단계(S202)의 시점에 있어서는, 하측 웨이퍼(W2)와 가열부(560)와의 거리가 떨어져 있기 때문에, 하측 웨이퍼(W2)의 온도는 상승하지 않는다.
계속해서, 계측 처리가 행해진(단계(S203)). 계측 처리에서는, 계측부(540)를 이용하여 기준 위치에서부터 계측 위치인 계측 부재(545)의 상면까지의 거리를 계측한다(도 10a 참조).
계속해서, 제 2 접근 처리가 행해진다(단계(S204)). 제 2 접근 처리에서는, 단계(S203)에 있어서의 계측 처리의 결과에 따라 제 1 하측 척 이동부(160)에 의해 하측 척(141)을 상승시킴으로써, 가열부(560)에 의해 하측 웨이퍼(W2)가 가열되는 위치까지 하측 웨이퍼(W2)를 온도 조절부(500)의 본체부(510)에 접근시킨다.
여기서, 본 발명자들은, 가열부(560)를 하측 웨이퍼(W2)로부터 5 mm의 거리에 설치하여 설정 온도 40℃로 가열을 행한 바, 하측 웨이퍼(W2)의 온도가 대부분 변화되지 않는다는 실험 결과를 얻었다. 또한, 본 발명자들은, 가열부(560)를 하측 웨이퍼(W2)로부터 1 mm의 거리에 설치하여 설정 온도 40℃로 가열을 행한 바, 하측 웨이퍼(W2)의 온도를 23℃에서 28℃로 상승시킬 수 있었다.
이와 같이, 하측 웨이퍼(W2)를 가열하기 위해서는, 하측 웨이퍼(W2)를 가열부(560)에 대하여 상당히 접근시킬 필요가 있다.
따라서, 제 2 접근 처리에서는, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 하측 웨이퍼(W2)와 온도 조절부(500)의 가열부(560)와의 간격(D)이 5 mm 미만이 되도록 하측 웨이퍼(W2)를 가열부(560)(도 6a 참조)에 접근시킨다. 이에 따라, 하측 웨이퍼(W2)는 가열부(560)에 의해 가열된다. 또한, 하측 웨이퍼(W2)와 온도 조절부(500)의 가열부(560)와의 간격(D)은 1 mm 이하, 보다 구체적으로는 500 μm 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 간격(D)을 500 μm 이하로 설정함으로써, 후술하는 가열 처리의 처리 시간이 단축되는 점에서, 일련의 접합 처리의 택트 타임을 짧게 하는 것이 가능하다.
제 1 하측 척 이동부(160)는, 후술하는 접합 처리에 있어서 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 연직 방향에 있어서의 위치를 조정할 때에 이용되는 것이며, 비교적 고정밀도인 위치 결정을 행하는 것이 가능하다. 이러한 제 1 하측 척 이동부(160)를 이용하여 상기 간격(D)의 조정을 행하도록 함으로써, 온도 조절부(500)에 대하여 고정밀도인 승강부가 불필요해진다. 따라서, 온도 조절부(500)의 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 제 2 접근 처리는, 하측 웨이퍼(W2)가 하측 척(141)에 흡착 유지된 상태 즉 휨이 교정된 상태로 행해진다. 따라서, 제 2 접근 처리에 있어서, 하측 웨이퍼(W2)를 가열부(560)에 대하여 근접시킨 경우에, 하측 웨이퍼(W2)가 가열부(560)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
계속해서, 가열 처리가 행해진다(단계(S205)). 가열 처리에서는, 하측 웨이퍼(W2)와 가열부(560)를 근접시킨 상태를 정해진 시간 유지함으로써, 하측 웨이퍼(W2)를 국소적으로 가열한다. 이 때, 하측 웨이퍼(W2)의 면내 영역 중, 발열 영역(561a)에 의해 가열되는 영역 이외의 영역은, 냉각부(550)에 의해 온도가 조절된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 접합 장치(41)에 의하면, 가열부(560)에 의한 하측 웨이퍼(W2)의 국소적인 가열과 냉각부(550)에 의한 하측 웨이퍼(W2)의 온도 조절을 동시에 실시할 수 있다. 가열 처리를 끝내면, 가열부(560)에 대한 통전이 정지된다.
계속해서, 이격 처리가 행해진다(단계(S206)). 이격 처리에서는, 승강부(530)를 이용하여 온도 조절부(500)의 본체부(510)를 상승시킴으로써, 본체부(510)를 하측 웨이퍼(W2)로부터 격리시킨다. 또한, 이격 처리에 있어서는, 제 1 하측 척 이동부(160)를 이용하여 하측 척(141)을 하강시킴으로써, 하측 웨이퍼(W2)를 온도 조절부(500)의 본체부(510)로부터 격리시켜도 된다.
계속해서, 흡착 해제 처리가 행해진다(단계(S207)). 흡착 해제 처리에서는, 하측 척(141)에 의한 하측 웨이퍼(W2)의 흡착 유지를 해제한다.
이에 따라, 하측 웨이퍼(W2)가 하측 척(141)에 구속된 상태가 해제되고, 가열 처리에 있어서 가열된 하측 웨이퍼(W2)의 영역이 신장(伸張)되어 하측 웨이퍼(W2)의 국소적인 변형이 보정된다(도 10c 참조).
계속해서, 재흡착 처리가 행해진다(단계(S208)). 재흡착 처리에서는, 하측 척(141)을 이용하여 하측 웨이퍼(W2)를 다시 흡착 유지한다(도 10d 참조). 이에 따라, 하측 웨이퍼(W2)의 국소적인 변형이 보정된 상태를 유지할 수 있다.
재흡착 처리는, 하측 웨이퍼(W2)의 온도 분포가 균일화되기 전에 행해지는 것이 바람직하다. 이 때문에, 흡착 해제 처리에 있어서 하측 웨이퍼(W2)의 흡착 유지를 해제한 후 재흡착 처리에 있어서 하측 웨이퍼(W2)를 다시 흡착 유지할 때까지의 시간은, 예를 들면 1 초 이하로 설정된다.
이어서, 상측 척(140)에 유지된 상측 웨이퍼(W1)와 하측 척(141)에 유지된 하측 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 위치 조절이 행해진다(도 8의 단계(S112)).
도 11a에 나타내는 바와 같이, 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)에는 미리 정해진 복수, 예를 들면 3 점의 기준점(A1 ∼ A3)이 형성되고, 마찬가지로 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)에는 미리 정해진 복수, 예를 들면 3 점의 기준점(B1 ∼ B3)이 형성된다. 이들 기준점(A1 ∼ A3, B1 ∼ B3)으로서는, 예를 들면 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2) 상에 형성된 정해진 패턴이 각각 이용된다. 또한, 기준점의 수는 임의로 설정 가능하다.
먼저, 도 11a에 나타내는 바와 같이, 상부 촬상부(151) 및 하부 촬상부(161)의 수평 방향 위치의 조절을 행한다. 구체적으로는, 하부 촬상부(161)가 상부 촬상부(151)의 대략 하방에 위치하도록, 제 1 하측 척 이동부(160)와 제 2 하측 척 이동부(163)에 의해 하측 척(141)을 수평 방향으로 이동시킨다. 그리고, 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(161)에서 공통의 타깃(X)을 확인하고, 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(161)의 수평 방향 위치가 일치하도록, 하부 촬상부(161)의 수평 방향 위치가 미세 조절된다.
이어서, 도 11b에 나타내는 바와 같이, 제 1 하측 척 이동부(160)에 의해 하측 척(141)을 연직 상방으로 이동시킨 후, 상측 척(140)과 하측 척(141)의 수평 방향 위치의 조절이 행해진다.
구체적으로는, 제 1 하측 척 이동부(160)와 제 2 하측 척 이동부(163)에 의해 하측 척(141)을 수평 방향으로 이동시키면서, 상부 촬상부(151)을 이용하여 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)의 기준점(B1 ∼ B3)을 순차 촬상한다. 동시에, 하측 척(141)을 수평 방향으로 이동시키면서, 하부 촬상부(161)를 이용하여 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)의 기준점(A1 ∼ A3)을 순차 촬상한다. 또한, 도 11b는 상부 촬상부(151)에 의해 하측 웨이퍼(W2)의 기준점(B1)을 촬상함과 함께, 하부 촬상부(161)에 의해 상측 웨이퍼(W1)의 기준점(A1)을 촬상하는 모습을 나타내고 있다.
촬상된 화상 데이터는 제어 장치(70)로 출력된다. 제어 장치(70)에서는, 상부 촬상부(151)에서 촬상된 화상 데이터와 하부 촬상부(161)에서 촬상된 화상 데이터에 의거하여, 상측 웨이퍼(W1)의 기준점(A1 ∼ A3)과 하측 웨이퍼(W2)의 기준점(B1 ∼ B3)이 각각 합치하도록, 제 1 하측 척 이동부(160) 및 제 2 하측 척 이동부(163)에 의해 하측 척(141)의 수평 방향 위치를 조절시킨다. 이와 같이 하여 상측 척(140)과 하측 척(141)의 수평 방향 위치가 조절되어, 상측 웨이퍼(W1)와 하측 웨이퍼(W2)의 수평 방향 위치가 조절된다.
이어서, 도 11c에 나타내는 바와 같이, 제 1 하측 척 이동부(160)에 의해 하측 척(141)을 연직 상방으로 이동시켜, 상측 척(140)과 하측 척(141)의 연직 방향 위치의 조절이 행해지고, 당해 상측 척(140)에 유지된 상측 웨이퍼(W1)와 하측 척(141)에 유지된 하측 웨이퍼(W2)의 연직 방향 위치의 조절이 행해진다(단계(S113)). 이 때, 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)과 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)의 간격은 정해진 거리, 예를 들면 80 μm ∼ 200 μm로 되어 있다(도 11d 참조).
이어서, 상측 척(140)에 유지된 상측 웨이퍼(W1)와 하측 척(141)에 유지된 하측 웨이퍼(W2)의 접합 처리가 행해진다(단계(S114)).
먼저, 도 11e에 나타내는 바와 같이, 진공 펌프(177a)(도 7 참조)를 정지시켜, 제 1 흡인 영역(174a)에 있어서의 상측 웨이퍼(W1)의 흡착 유지를 해제한 후, 스트라이커(190)의 누름 핀(191)을 하강시킴으로써, 상측 웨이퍼(W1)의 중심부를 눌러 내려, 상측 웨이퍼(W1)의 중심부와 하측 웨이퍼(W2)의 중심부를 접촉시켜 누른다.
이에 따라, 눌려진 상측 웨이퍼(W1)의 중심부와 하측 웨이퍼(W2)의 중심부의 사이에서 접합이 개시된다. 구체적으로는, 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)은 각각 단계(S101, S107)에 있어서 개질되어 있기 때문에, 먼저, 접합면(W1j, W2j)간에 반데르발스 힘(분자간 힘)이 발생하여, 당해 접합면(W1j, W2j)끼리가 접합된다. 또한, 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)은 각각 단계(S102, S108)에 있어서 친수화되어 있기 때문에, 접합면(W1j, W2j)간의 친수기가 수소 결합되어, 접합면(W1j, W2j)끼리가 강고하게 접합된다.
그 후, 도 11f에 나타내는 바와 같이, 상측 웨이퍼(W1)와 하측 웨이퍼(W2)와의 접합 영역은, 상측 웨이퍼(W1) 및 하측 웨이퍼(W2)의 중심부로부터 외주부로 확대되어 간다.
그 후, 도 11g에 나타내는 바와 같이, 진공 펌프(177b)(도 7 참조)의 작동을 정지하여, 제 2 흡인 영역(174b)에 있어서의 상측 웨이퍼(W1)의 흡착 유지를 해제한다. 그렇게 하면, 상측 웨이퍼(W1)의 외주부가 하측 웨이퍼(W2) 상에 낙하한다. 이에 따라, 상측 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과 하측 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)이 전체 면에서 접촉하여, 상측 웨이퍼(W1)와 하측 웨이퍼(W2)가 접합된다.
그 후, 중합 웨이퍼(T)는, 반송 장치(61)에 의해 트랜지션 장치(51)에 반송된 후, 반입반출 스테이션(2)의 반송 장치(22)에 의해 카세트(C3)에 반송된다. 이와 같이 하여, 일련의 접합 처리가 종료된다.
상기한 바와 같이, 실시 형태에 따른 접합 장치(41)는, 상측 척(140)(제 1 유지부의 일례)과, 하측 척(141)(제 2 유지부의 일례)과, 스트라이커(190)와, 제 1 하측 척 이동부(160)(이동부의 일례)와, 온도 조절부(500)를 구비한다. 상측 척(140)은, 상측 웨이퍼(W1)(제 1 기판의 일례)를 상방으로부터 흡착 유지한다. 하측 척(141)은, 하측 웨이퍼(W2)(제 2 기판의 일례)를 하방으로부터 흡착 유지한다. 스트라이커(190)는, 상측 웨이퍼(W1)의 중심부를 상방으로부터 눌러 하측 웨이퍼(W2)에 접촉시킨다. 제 1 하측 척 이동부(160)는, 상측 척(140)과 대향하지 않는 비대향 위치와 상측 척(140)과 대향하는 대향 위치와의 사이에서 하측 척(141)을 이동시킨다. 온도 조절부(500)는, 비대향 위치에 배치된 하측 척(141)과 대향하여, 하측 척(141)에 흡착 유지된 하측 웨이퍼(W2)의 온도를 국소적으로 조절한다.
따라서, 실시 형태에 따른 접합 장치(41)에 의하면, 접합 전에 하측 웨이퍼(W2)의 국소적인 변형을 보정할 수 있어, 접합 후의 중합 웨이퍼(T)에 발생하는 국소적인 변형을 저감할 수 있다.
새로운 효과 또는 변형예는, 당업자에 의해 용이하게 도출할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 보다 광범한 양태는, 이상과 같이 나타내고 또한 기술한 특정의 상세 및 대표적인 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 첨부의 특허 청구의 범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 총괄적인 발명의 개념의 정신 또는 범위로부터 일탈하지 않고, 다양한 변경이 가능하다.
W1 : 상측 웨이퍼
W2 : 하측 웨이퍼
T : 중합 웨이퍼
1 : 접합 시스템
30 : 표면 개질 장치
40 : 표면 친수화 장치
41 : 접합 장치
70 : 제어 장치
140 : 상측 척
141 : 하측 척
250 : 본체부
251 : 핀

Claims (8)

  1. 제 1 기판을 상방으로부터 흡착 유지하는 제 1 유지부와,
    제 2 기판을 하방으로부터 흡착 유지하는 제 2 유지부와,
    상기 제 1 기판의 중심부를 상방으로부터 눌러 상기 제 2 기판에 접촉시키는 스트라이커와,
    상기 제 1 유지부와 대향하지 않는 비대향 위치와 상기 제 1 유지부와 대향하는 대향 위치와의 사이에서 상기 제 2 유지부를 이동시키는 이동부와,
    상기 비대향 위치에 배치된 상기 제 2 유지부와 대향하고, 상기 제 2 유지부에 흡착 유지된 상기 제 2 기판의 온도를 국소적으로 조절 가능한 온도 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절부는,
    상기 제 2 기판을 전면적으로 냉각하는 냉각부와,
    상기 제 2 기판을 국소적으로 가열 가능한 가열부를 구비하고,
    상기 가열부는,
    상기 냉각부보다 상기 제 2 기판에 가까운 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 조절부는,
    상기 냉각부를 내장하는 본체부를 구비하고,
    상기 가열부는,
    면 형상의 발열체이며, 상기 본체부에 있어서의 상기 제 2 기판과의 대향면에 장착되는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이동부 및 상기 온도 조절부를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 온도 조절부는,
    상기 본체부를 승강시키는 제 1 승강부와,
    상기 제 1 승강부에 의해 상기 본체부와 함께 승강하고, 기준 위치에서부터 상기 제 2 유지부에 설정된 계측 위치까지의 거리를 계측하는 계측부를 구비하며,
    상기 이동부는,
    상기 제 2 유지부를 승강시키는 제 2 승강부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 온도 조절부를 제어함으로써, 상기 제 1 승강부를 이용하여 상기 본체부를 하강시켜 상기 본체부를 상기 제 2 기판에 접근시키는 제 1 접근 처리와, 상기 이동부를 제어함으로써, 상기 제 1 접근 처리 후에 있어서의 상기 계측부에 의한 계측 결과에 따라 상기 제 2 승강부를 이용하여 상기 제 2 유지부를 상승시켜 상기 제 2 기판을 상기 본체부에 접근시키는 제 2 접근 처리를 실행시키는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 2 접근 처리에 있어서, 상기 제 2 기판과 상기 가열부의 간격이 5 mm 미만이 되도록 상기 제 2 기판을 상기 본체부에 접근시키는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도 조절부 및 상기 제 2 유지부를 제어함으로써, 상기 제 2 유지부를 이용하여 상기 제 2 기판을 흡착 유지시킨 상태에서, 상기 가열부를 이용하여 상기 제 2 기판을 가열하는 가열 처리와, 상기 가열 처리 후, 상기 제 2 유지부에 의한 상기 제 2 기판의 흡착 유지를 해제하는 흡착 해제 처리와, 상기 흡착 해제 처리 후, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 접합 전에, 상기 제 2 유지부를 이용하여 상기 제 2 기판을 다시 흡착 유지시키는 재흡착 처리를 실행시키는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가열 처리에 있어서, 상기 제 2 유지부를 이용하여 상기 제 2 기판을 흡착 유지시킨 상태에서, 상기 가열부에 대한 통전을 개시하는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  8. 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서,
    제 1 기판을 상방으로부터 흡착 유지하는 제 1 유지부를 이용하여, 상기 제 1 기판을 상방으로부터 흡착 유지하는 제 1 유지 공정과,
    상기 제 1 유지부와 대향하지 않는 비대향 위치에 배치되고, 제 2 기판을 하방으로부터 흡착 유지하는 제 2 유지부를 이용하여, 상기 제 2 기판을 하방으로부터 흡착 유지하는 제 2 유지 공정과,
    상기 비대향 위치에 배치된 상기 제 2 유지부와 대향하고, 상기 제 2 유지부에 흡착 유지된 상기 제 2 기판의 온도를 국소적으로 조절 가능한 온도 조절부를 이용하여, 상기 제 2 기판의 온도를 국소적으로 조절하는 온도 조절 공정과,
    상기 온도 조절 공정 후, 상기 비대향 위치와 상기 제 1 유지부와 대향하는 대향 위치와의 사이에서 상기 제 2 유지부를 이동시키는 이동부를 이용하여, 상기 제 2 유지부를 상기 대향 위치로 이동시키는 이동 공정과,
    상기 이동 공정 후, 상기 제 1 기판의 중심부를 상방으로부터 눌러 상기 제 2 기판에 접촉시키는 스트라이커를 이용하여, 상기 제 1 기판의 중심부를 상방으로부터 눌러 상기 제 2 기판에 접촉시키는 접촉 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
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