KR102500726B1 - 표면 개질 방법, 컴퓨터 기억 매체, 표면 개질 장치 및 접합 시스템 - Google Patents

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아츠시 나가타
노리히코 오카모토
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Abstract

표면 개질 장치의 손상을 억제하면서, 당해 표면 개질 장치에 있어서 기판의 표면을 적절하게 개질한다.
표면 개질 장치(30)는 처리 용기(100) 내에 배치되어, 기판(SU, SL)이 적재되는 하부 전극(110)과, 처리 용기(100) 내에서 하부 전극(110)에 대향해서 배치되는 상부 전극(140)을 갖는다. 하부 전극(110)은 플라즈마 생성용의 소정 주파수의 전압을 인가하기 위한 고주파 전원(134)에 접속되고, 상부 전극(140)은 접지되어 있다. 소정 주파수는, 13MHz 내지 100MHz 중 어느 하나이다.

Description

표면 개질 방법, 컴퓨터 기억 매체, 표면 개질 장치 및 접합 시스템{METHOD OF MODIFYING SURFACE, COMPUTER STORAGE MEDIUM, APPARATUS FOR MODIFYING SURFACE AND JOINING SYSTEM}
본 발명은 기판끼리를 접합하기 전에, 표면 개질 장치에 있어서 기판이 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 방법, 프로그램, 컴퓨터 기억 매체, 표면 개질 장치 및 접합 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 디바이스의 고집적화가 진행되고 있다. 고집적화한 복수의 반도체 디바이스를 수평면 내에서 배치하고, 이들 반도체 디바이스를 배선으로 접속해서 제품화할 경우, 배선 길이가 증대하고, 그에 의해 배선의 저항이 커지는 것, 또한 배선 지연이 커지는 것이 염려된다.
따라서, 반도체 디바이스를 3차원으로 적층하는 3차원 집적 기술을 사용하는 것이 제안되어 있다. 이 3차원 집적 기술에 있어서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 접합 시스템을 사용하여, 2매의 반도체 기판(이하, 「기판」이라고 함)의 접합이 행하여진다. 예를 들어 접합 시스템은, 기판이 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 장치(표면 활성화 장치)와, 당해 표면 개질 장치로 개질된 기판의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와, 당해 표면 친수화 장치로 표면이 친수화된 기판끼리를 접합하는 접합 장치를 갖고 있다. 이 접합 시스템에서는, 표면 개질 장치에 있어서 기판의 표면에 대하여 플라즈마 처리를 행하여 당해 표면을 개질하고, 또한 표면 친수화 장치에 있어서 기판의 표면에 순수를 공급해서 당해 표면을 친수화한 후, 접합 장치에 있어서 기판끼리를 반데르발스력 및 수소 결합(분자간력)에 의해 접합한다.
상기 표면 개질 장치는, 처리 용기 내에 대향해서 배치된 하부 전극과 상부 전극을 갖고, 또한 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구를 갖고 있다. 하부 전극은 제1 고주파 전원에 접속되고, 상부 전극은 제2 고주파 전원에 접속되어 있다. 이러한 표면 개질 장치에서는, 하부 전극에 기판을 정전 흡착시킨 후, 가스 공급 기구로부터 처리 가스가 공급된다. 그리고 제1 고주파 전원으로부터 하부 전극에, 예를 들어 2MHz의 고주파 전압이 인가되고, 제2 고주파 전원으로부터 상부 전극에, 예를 들어 60MHz의 고주파 전압이 인가된다. 그렇게 하면, 하부 전극과 상부 전극 사이에 전계가 형성되고, 이 전계에 의해 처리 용기의 내부에 공급된 처리 가스가 플라즈마화된다. 이 처리 가스의 플라즈마를 사용해서 기판의 표면이 개질된다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2012-49266호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 표면 개질 장치를 사용한 경우, 플라즈마 처리 시에는, 하부 전극과 상부 전극 사이에 있어서의 처리 가스의 플라즈마에 의해, 처리 용기 내에 노출된 상부 전극의 하면이 손상을 입을 우려가 있다.
여기서, 접합되는 기판에는, 그 상부에 절연막과 금속부로 이루어지는 처리막이 형성되어 있는 경우가 있다. 그리고 기판끼리를 접합할 때에는, 절연막끼리가 대응하고, 또한 금속부끼리가 대응하도록 처리막끼리가 접합된다. 이러한 경우, 기판끼리를 적절하게 접합하기 위해서는, 절연막끼리의 접합 강도를 확보하면서, 금속부끼리의 도통을 확보하기 위해서, 각 금속부의 표면이 산화하는 것을 억제할 필요가 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 표면 개질 장치에서는, 이와 같이 절연막끼리의 접합 강도를 확보하면서, 금속부의 산화를 억제하는 것까지 고려되어 있지 않고, 접합 처리에 개선의 여지가 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 표면 개질 장치의 손상을 억제하면서, 당해 표면 개질 장치에 있어서 기판의 표면을 적절하게 개질하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기판끼리를 접합하기 전에, 표면 개질 장치에 있어서 기판이 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 방법이며, 상기 표면 개질 장치는, 처리 용기 내에 배치되어, 기판이 적재되는 하부 전극과, 상기 처리 용기 내에 있어서 상기 하부 전극에 대향해서 배치되는 상부 전극과, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내를 소정 압력까지 감압하는 감압 기구를 갖고, 상기 하부 전극은 전원에 접속되고, 또한 상기 상부 전극은 접지되고, 상기 표면 개질 방법에서는, 상기 가스 공급 기구로부터 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하고, 상기 감압 기구에 의해 당해 처리 용기 내를 상기 소정 압력으로 감압한 상태에서, 상기 전원으로부터 상기 하부 전극에 소정 주파수의 전압을 인가해서 상기 처리 가스를 플라즈마화하고, 당해 처리 가스의 플라즈마를 사용해서 기판의 표면을 개질하고, 상기 소정 주파수는 상기 소정 압력을 조절해서 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 처리 가스의 플라즈마를 사용해서 기판의 표면을 개질할 때, 상부 전극은 접지되고, 즉 접지 전위에 접속되어 있으므로, 상부 전극의 하면(처리 용기 내부측의 면)의 손상을 억제할 수 있다. 이로 인해, 상부 전극의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 이와 같이 손상을 억제함으로써, 파티클을 경감할 수 있어, 제품의 수율을 향상시킬 수도 있다.
또한, 전원으로부터 하부 전극에 전압을 인가함으로써, 처리 용기의 내부에 공급된 처리 가스가 플라즈마화되고, 당해 처리 가스의 플라즈마를 사용해서 기판의 표면이 적절하게 개질된다.
특히 상술한 절연막과 금속부로 이루어지는 처리막끼리를 접합하는 경우에 있어서는, 발명자들이 예의 검토한 결과, 처리 용기 내의 소정 압력을 조절하면, 절연막끼리의 접합 강도를 확보하면서, 금속부의 산화를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 처리 용기 내의 소정 압력을 조절하여, 전원으로부터 하부 전극에 인가되는 전압의 소정 주파수를 설정함으로써, 기판의 표면을 적절하게 개질하여, 기판끼리를 적절하게 접합할 수 있다. 또한, 이렇게 기판의 표면을 적절하게 개질하기 위해서 조절해야 할 파라미터가, 처리 용기 내의 소정 압력인 이유에 대해서는, 후술하는 실시 형태에 있어서 설명한다.
상기 소정 주파수는, 13MHz 내지 100MHz 중 어느 하나라도 된다.
각 기판에는, 절연막과 금속부로 이루어지는 처리막이 형성되어 있고, 기판끼리를 접합할 때에는 상기 절연막끼리가 대응하고, 또한 상기 금속부끼리가 대응하도록, 상기 처리막끼리가 접합되고, 상기 표면 개질 장치에서는 상기 처리막의 표면을 개질해도 좋다.
상기 처리 용기에 기판을 반입 및 반출할 때에는, 당해 처리 용기 내를 대기압에 개방해도 좋다.
다른 관점에 의한 본 발명에 따르면, 상기 표면 개질 방법을 표면 개질 장치에 의해 실행시키도록, 당해 표면 개질 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터 상에서 동작하는 프로그램이 제공된다.
또 다른 관점에 의한 본 발명에 따르면, 상기 프로그램을 저장한 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체가 제공된다.
또 다른 관점에 의한 본 발명은, 기판끼리를 접합하기 전에, 당해 기판이 접합되는 표면을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질하는 표면 개질 장치이며, 처리 용기 내에 배치되어, 기판이 적재되는 하부 전극과, 상기 처리 용기 내에서 상기 하부 전극에 대향해서 배치되는 상부 전극을 갖고, 상기 하부 전극은 플라즈마 생성용의 소정 주파수의 전압을 인가하기 위한 전원에 접속되고, 상기 상부 전극은 접지되고, 상기 소정 주파수는 13MHz 내지 100MHz 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고 있다.
각 기판에는, 절연막과 금속부로 이루어지는 처리막이 형성되어 있고, 기판끼리를 접합할 때에는 상기 절연막끼리가 대응하고, 또한 상기 금속부끼리가 대응하도록 상기 처리막끼리가 접합되고, 상기 표면 개질 장치에서는 상기 처리막의 표면을 개질해도 좋다.
상기 표면 개질 장치는, 상기 처리 용기 내에 상기 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내를 소정 압력까지 감압하는 감압 기구와, 상기 처리 용기 내의 압력을 제어하는 제어부를 더 갖고, 상기 제어부는, 상기 처리 용기에 기판을 반입 및 반출할 때에는, 당해 처리 용기 내를 대기압에 개방하고, 상기 처리 용기 내를 밀폐하고 상기 처리 가스의 플라즈마를 사용해서 기판의 표면을 개질할 때에는, 당해 처리 용기 내를 상기 소정 압력까지 감압시키도록, 상기 가스 공급과 상기 감압 기구를 제어해도 좋다.
또 다른 관점에 의한 본 발명은 상기 표면 개질 장치를 구비한 접합 시스템이며, 상기 표면 개질 장치를 구비한 처리 스테이션과, 기판 또는 기판끼리가 접합된 중합 기판을 각각 복수 보유 가능하고, 또한 상기 처리 스테이션에 대하여 기판 또는 중합 기판을 반입출하는 반입출 스테이션을 구비하고, 상기 처리 스테이션은, 상기 표면 개질 장치로 개질된 기판의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와, 상기 표면 친수화 장치로 표면이 친수화된 기판끼리를 접합하는 접합 장치와, 상기 표면 개질 장치, 상기 표면 친수화 장치 및 상기 접합 장치에 대하여 기판 또는 중합 기판을 반송하기 위한 반송 장치를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 표면 개질 장치의 손상을 억제하면서, 당해 표면 개질 장치에 있어서 기판의 표면을 적절하게 개질할 수 있고, 또한 기판끼리를 적절하게 접합할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 접합 시스템의 구성 개략을 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 접합 시스템의 내부 구성의 개략을 도시하는 측면도이다.
도 3은 상측 기판과 하측 기판의 구성 개략을 도시하는 측면도이다.
도 4는 표면 개질 장치의 구성 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 5는 하부 전극의 평면도이다.
도 6은 접합 장치의 구성 개략을 도시하는 횡단면도이다.
도 7은 접합 장치의 구성 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 8은 상부 척, 척 보유 지지부 및 하부 척의 구성 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 9는 기판 접합 처리의 주된 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 상측 기판의 중심부와 하측 기판의 중심부를 가압해서 접촉시키는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 11은 하부 전극에 인가되는 고주파 전압의 주파수가 13MHz인 경우에 있어서, 표면 개질 처리의 처리 조건을 변화시켰을 때의, 절연막의 접합 강도와 금속부의 산화막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 하부 전극에 인가되는 고주파 전압의 주파수가 100MHz인 경우에 있어서, 표면 개질 처리의 처리 조건을 변화시켰을 때의, 절연막의 접합 강도와 금속부의 산화막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 접합 시스템(1)의 구성 개략을 도시하는 평면도이다. 도 2는, 접합 시스템(1)의 내부 구성의 개략을 도시하는 측면도이다.
접합 시스템(1)에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 2매의 기판(SU, SL)을 접합한다. 이하, 상측에 배치되는 기판을 「상측 기판(SU)」이라고 하고, 하측에 배치되는 기판을 「하측 기판(SL)」이라고 한다.
상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)은 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 즉, 기판(SU, SL)은 각각, 예를 들어 실리콘 웨이퍼나 화합물 반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼(WU, WL) 위에 처리막(FU, FL)이 형성된 기판이다. 처리막(FU, FL)은 각각, 절연막(DU, DL)에 금속부(MU, ML)가 관통해서 설치된 구성을 갖고 있다. 절연막(DU, DL)에는, 예를 들어 실리콘 단질화막(SiCN막)이 사용되고, 금속부(MU, ML)에는 예를 들어 구리(Cu)가 사용된다. 이하, 기판(SU, SL)에 있어서, 접합되는 면을 표면(SU1, SL1)이라 하고, 표면(SU1, SL1)은 처리막(FU, FL)에 있어서 웨이퍼(WU, WL)와 반대측인 면이다. 또한, 표면(SU1, SL1)의 반대측의 면을 이면(SU2, SL2)이라 하고, 이면(SU2, SL2)은, 웨이퍼(WU, WL)에 있어서 처리막(FU, FL)과 반대측의 면이다.
그리고 접합 시스템(1)에서는, 상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)을 접합하여, 중합 기판(ST)을 형성한다. 이때, 절연막(DU, DL)끼리가 대응하고, 또한 금속부(MU, ML)끼리가 대응하도록, 처리막(FU, FL)끼리가 접합된다.
접합 시스템(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이 예를 들어 외부와의 사이에서 복수의 기판(SU, SL), 복수의 중합 기판(ST)을 각각 수용 가능한 카세트(CU, CL, CT)가 반입출되는 반입출 스테이션(2)과, 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)에 대하여 소정의 처리를 실시하는 각종 처리 장치를 구비한 처리 스테이션(3)을 일체로 접속한 구성을 갖고 있다.
반입출 스테이션(2)에는, 카세트 적재대(10)가 설치되어 있다. 카세트 적재대(10)에는, 복수, 예를 들어 4개의 카세트 적재판(11)이 설치되어 있다. 카세트 적재판(11)은 수평 방향의 X 방향(도 1 중 상하 방향)으로 일렬로 나란히 배치되어 있다. 이들 카세트 적재판(11)에는, 접합 시스템(1)의 외부에 대하여 카세트(CU, CL, CT)를 반입출할 때에 카세트(CU, CL, CT)를 적재할 수 있다. 이와 같이, 반입출 스테이션(2)은 복수의 상측 기판(SU), 복수의 하측 기판(SL), 복수의 중합 기판(ST)을 보유 가능하게 구성되어 있다. 또한, 카세트 적재판(11)의 개수는, 본 실시 형태에 한정되지 않고, 임의로 설정할 수 있다. 또한, 카세트 중 1개를 이상 기판의 회수용으로서 사용해도 좋다. 즉, 여러 가지 요인으로 상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)의 접합에 이상이 발생한 기판을, 다른 정상적인 중합 기판(ST)과 분리할 수 있는 카세트이다. 본 실시 형태에 있어서는, 복수의 카세트(CT) 중, 1개의 카세트(CT)를 이상 기판의 회수용으로서 사용하고, 다른 카세트(CT)를 정상적인 중합 기판(ST)의 수용용으로서 사용하고 있다.
반입출 스테이션(2)에는, 카세트 적재대(10)에 인접해서 기판 반송부(20)가 설치되어 있다. 기판 반송부(20)에는, X 방향으로 연신하는 반송로(21) 상을 이동 가능한 기판 반송 장치(22)가 설치되어 있다. 기판 반송 장치(22)는 연직 방향 및 연직 축 둘레(θ 방향)로도 이동 가능하며, 각 카세트 적재판(11) 상의 카세트(CU, CL, CT)와, 후술하는 처리 스테이션(3)의 제3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(50, 51)와의 사이에서 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)을 반송할 수 있다.
처리 스테이션(3)에는, 각종 장치를 구비한 복수 예를 들어 3개의 처리 블록(G1, G2, G3)이 설치되어 있다. 예를 들어 처리 스테이션(3)의 정면측(도 1의 X 방향 마이너스 방향측)에는 제1 처리 블록(G1)이 설치되고, 처리 스테이션(3)의 배면측(도 1의 X 방향 플러스 방향측)에는 제2 처리 블록(G2)이 설치되어 있다. 또한, 처리 스테이션(3)의 반입출 스테이션(2)측(도 1의 Y 방향 마이너스 방향측)에는 제3 처리 블록(G3)이 설치되어 있다.
예를 들어 제1 처리 블록(G1)에는, 기판(SU, SL)의 표면(SU1, SL1)을 개질하는 표면 개질 장치(30)가 배치되어 있다. 표면 개질 장치(30)에서는, 예를 들어 감압 분위기 하에 있어서 처리 가스가 플라즈마화되고, 이 처리 가스의 플라즈마에 의해 표면(SU1, SL1)이 개질된다. 또한, 표면 개질 장치(30)의 구성에 대해서는 후술한다.
예를 들어 제2 처리 블록(G2)에는, 예를 들어 순수에 의해 기판(SU, SL)의 표면(SU1, SL1)을 친수화함과 함께 당해 표면(SU1, SL1)을 세정하는 표면 친수화 장치(40), 기판(SU, SL)을 접합하는 접합 장치(41)가 반입출 스테이션(2)측으로부터 이 순서로 수평 방향의 Y 방향으로 나란히 배치되어 있다. 또한, 표면 친수화 장치(40), 접합 장치(41)의 수나 배치는 본 실시 형태에 한정되지 않고, 임의로 설정할 수 있다.
표면 친수화 장치(40)에서는, 예를 들어 스핀 척에 보유 지지된 기판(SU, SL)을 회전시키면서, 당해 기판(SU, SL) 상에 순수를 공급한다. 그렇게 하면, 공급된 순수는 기판(SU, SL)의 표면(SU1, SL1) 상을 확산하고, 표면(SU1, SL1)이 친수화된다.
또한, 접합 장치(41)의 구성에 대해서는 후술한다.
예를 들어 제3 처리 블록(G3)에는, 도 2에 도시한 바와 같이 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)의 트랜지션 장치(50, 51)가 밑에서부터 순서대로 2단으로 설치되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 제1 처리 블록(G1) 내지 제3 처리 블록(G3)에 둘러싸인 영역에는, 기판 반송 영역(60)이 형성되어 있다. 기판 반송 영역(60)에는, 예를 들어 기판 반송 장치(61)가 배치되어 있다.
기판 반송 장치(61)는, 예를 들어 연직 방향, 수평 방향(Y 방향, X 방향) 및 연직 축 둘레로 이동 가능한 반송 아암을 갖고 있다. 기판 반송 장치(61)는, 기판 반송 영역(60) 내를 이동하고, 주위의 제1 처리 블록(G1), 제2 처리 블록(G2) 및 제3 처리 블록(G3) 내의 소정의 장치에 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)을 반송할 수 있다.
이상의 접합 시스템(1)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 제어부(70)가 설치되어 있다. 제어부(70)는 예를 들어 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 접합 시스템(1)에 있어서의 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 프로그램 저장부에는, 상술한 각종 처리 장치나 반송 장치 등의 구동계 동작을 제어하여, 접합 시스템(1)에 있어서의 후술하는 기판 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 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체(H)에 기록되어 있던 것으로, 그 기억 매체(H)로부터 제어부(70)에 인스톨된 것이어도 좋다.
또한, 접합 시스템(1)의 외부에는, 중합 기판(ST)을 열 처리하는 열 처리 장치(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 열 처리 장치는 다양한 구성을 취할 수 있지만, 예를 들어 중합 기판(ST)을 가열 처리하는 가열부와, 중합 기판(ST)을 온도 조절하는 온도 조절부를 갖고 있다. 열 처리 장치에서는, 우선 가열부에 의해 중합 기판(ST)이 소정의 온도까지 가열된 후, 온도 조절부에 의해 소정의 온도, 예를 들어 상온(25℃)으로 조절된다.
이어서, 상술한 표면 개질 장치(30)의 구성에 대해서 설명한다. 표면 개질 장치(30)는, 도 4에 도시한 바와 같이 내부를 밀폐 가능한 처리 용기(100)를 갖고 있다. 처리 용기(100)의 기판 반송 영역(60)측의 측면에는, 기판(SU, SL)의 반입출구(101)가 형성되고, 당해 반입출구(101)에는 게이트 밸브(102)가 설치되어 있다.
처리 용기(100)의 내부에는, 기판(SU, SL)을 적재시키기 위한 하부 전극(110)이 설치되어 있다. 하부 전극(110)은, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료로 구성된다. 하부 전극(110)의 하방에는, 예를 들어 모터 등을 구비한 구동부(111)가 설치되어 있다. 이 구동부(111)에 의해, 하부 전극(110)은 승강 가능하게 되어 있다.
하부 전극(110)의 상부는, 기판(SU, SL)을 적재하는 적재부(120)에 구성되어 있다.
하부 전극(110)의 상면 주위에는, 도 5에 도시한 바와 같이 하부 전극(110)의 상면에 적재된 기판(SU, SL)의 외주를 둘러싸도록, 환형의 포커스 링(121)이 배치되어 있다. 포커스 링(121)은 반응성 이온을 끌어당기지 않는 절연성 또는 도전성의 재료, 예를 들어 석영으로 이루어지고, 반응성 이온을, 내측의 기판(SU, SL)에만 효과적으로 입사시키도록 작용한다. 즉, 이 포커스 링(121)에 의해, 반응성 이온의 균일성이 최적화된다.
도 4에 도시한 바와 같이 하부 전극(110)과 처리 용기(100)의 측벽 사이에는, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지는 셔터(130)가 설치되어 있다. 셔터(130)는 처리 용기(100)의 내부에 있어서, 하부 전극(110)과 후술하는 상부 전극(140) 사이를 전기적으로 차단해서 플라즈마 영역을 형성하기 위해서 설치된다.
또한, 하부 전극(110)과 처리 용기(100)의 측벽과의 사이에 있어서, 셔터(130)의 하방에는, 복수의 배플 구멍이 마련된 배기판(131)이 배치되어 있다. 배기판(131)은 측면에서 보아, 처리 용기(100)측으로부터 하부 전극(110)측을 향해 하방으로 경사져 있다. 배기판(131)은 예를 들어 알루미늄으로 이루어진다. 이 배기판(131)에 의해, 처리 용기(100) 내의 분위기가 처리 용기(100) 내로부터 균일하게 배기된다. 또한, 이 배기판(131)에 의해, 플라즈마를 생성하는 영역[하부 전극(110)과 상부 전극(140) 사이의 영역]과 플라즈마를 생성하지 않는 영역[하부 전극(110)보다 하방의 영역] 사이에 압력차가 형성되어, 상기 플라즈마를 생성하는 영역에만 플라즈마가 생성된다.
하부 전극(110)의 하면에는, 중공으로 성형된 도체로 이루어지는 급전 막대(132)가 접속되어 있다. 급전 막대(132)에는, 예를 들어 블로킹 콘덴서 등으로 이루어지는 정합기(133)를 개재하여, 고주파 전원(134)이 접속되어 있다. 플라즈마 처리 시에는, 고주파 전원(134)으로부터, 소정 주파수, 예를 들어 13MHz 내지 100MHz 중 어느 한 고주파 전압이, 하부 전극(110)에 인가된다. 또한, 이 소정 주파수의 설정 방법에 대해서는 후술한다. 또한, 하부 전극(110)에 고주파 전압을 인가하는 고주파 전원(134)은 상술한 제어부(70)에 의해 제어된다.
하부 전극(110)의 상방에는, 상부 전극(140)이 배치되어 있다. 하부 전극(110)의 상면과 상부 전극(140)의 하면은, 서로 평행하게, 소정의 간격을 두고 대향해서 배치되어 있다. 하부 전극(110)의 상면과 상부 전극(140)의 하면 간격은, 구동부(111)에 의해 조정된다. 상부 전극(140)은, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료로 구성된다.
상부 전극(140)은 접지되어, 접지 전위에 접속되어 있다. 이렇게 상부 전극(140)이 접지되어 있으므로, 플라즈마 처리 중, 상부 전극(140)의 하면 손상을 억제할 수 있다.
또한, 상부 전극(140)의 하면 면적은, 하부 전극(110)의 상면 면적보다 크다. 여기서, 하부 전극(110)의 상면 면적을 A1, 하부 전극(110)의 자기 바이어스 전위를 Vdc1로 하고, 상부 전극(140)의 하면 면적을 A2, 상부 전극(140)의 자기 바이어스 전위를 Vdc2로 하면, 하기식(1)이 성립된다.
Vdc1/Vdc2=(A2/A1)4 … (1)
상기 식(1)에 의하면, 본 실시 형태와 같이 하부 전극(110)에 대하여 상부 전극(140)의 면적을 크게 한 경우, 기판(SU, SL)에 대하여 충분한 자기 바이어스 전위 Vdc를 취할 수 있다. 그렇게 하면, 플라즈마 처리를 적절하게 행할 수 있다. 또한, 상부 전극(140)의 Vdc를 작게 할 수 있으므로, 당해 상부 전극의 10의 하면 손상을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 상부 전극(140)과 하부 전극(110) 사이에 있어서, 처리 용기(100)의 측벽과 배기판(131)도 접지되어, 접지 전위에 접속되어 있다. 이로 인해, 이들 처리 용기(100)의 측벽과 배기판(131)의 손상도 억제할 수 있다. 특히 배기판(131)은, 측면에서 보아 처리 용기(100)측으로부터 하부 전극(110)측을 향해 하방으로 경사져 있고, 그 표면적이 크기 때문에, 당해 배기판(131)의 손상을 더 억제할 수 있다.
상부 전극(140)의 하면에는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 상부 전극 커버(141)가 설치되어 있다. 이 상부 전극 커버(141)에 의해, 플라즈마 처리 중, 상부 전극(140)의 하면 손상을 더 억제할 수 있다.
상부 전극(140)의 내부에는 중공부(150)가 형성되어 있다. 중공부(150)에는, 가스 공급관(151)이 접속되어 있다. 가스 공급관(151)은, 내부에 처리 가스를 저류하는 가스 공급원(152)에 연통하고 있다. 또한, 가스 공급관(151)에는 처리 가스의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(153)이 설치되어 있다. 그리고 가스 공급원(152)으로부터 공급된 처리 가스는, 공급 기기 군(153)에 의해 유량 제어되어, 가스 공급관(151)을 거쳐, 상부 전극(140)의 중공부(150)로 도입된다. 또한, 처리 가스에는, 예를 들어 산소 가스나 질소 가스 등이 사용된다.
중공부(150)의 내부에는, 처리 가스의 균일 확산을 촉진하기 위한 배플판(154)이 설치되어 있다. 배플판(154)에는, 다수의 작은 구멍이 마련되어 있다. 상부 전극 커버(141)의 하면에는, 상부 전극(140)의 중공부(150)로부터 처리 용기(100)의 내부에 처리 가스를 분출시키는 다수의 가스 분출구(155)가 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 이들 중공부(150), 가스 공급관(151), 가스 공급원(152), 공급 기기군(153), 배플판(154) 및 가스 분출구(155)가 가스 공급 기구를 구성하고 있다.
처리 용기(100)의 하방에는, 흡기구(160)가 형성되어 있다. 흡기구(160)에는, 처리 용기(100)의 내부 분위기를 소정 압력까지 감압하는 진공 펌프(161)에 연통하는 흡기관(162)이 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 이들 흡기구(160), 진공 펌프(161) 및 흡기관(162)이 감압 기구를 구성하고 있다.
하부 전극(110)의 하방에는, 기판(SU, SL)을 하방으로부터 지지하여 승강시키기 위한 승강 핀(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 승강 핀은, 하부 전극(110)에 형성된 관통 구멍(도시하지 않음)을 삽입 관통하고, 하부 전극(110)의 상면으로부터 돌출 가능하게 되어 있다.
또한, 표면 개질 장치(30)에 있어서의 각 부의 동작은, 상술한 제어부(70)에 의해 제어된다.
이어서, 상술한 접합 장치(41)의 구성에 대해서 설명한다. 접합 장치(41)는 도 6에 도시한 바와 같이 내부를 밀폐 가능한 처리 용기(200)를 갖고 있다. 처리 용기(200)의 기판 반송 영역(60)측의 측면에는, 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)의 반입출구(201)가 형성되고, 당해 반입출구(201)에는 개폐 셔터(202)가 설치되어 있다.
처리 용기(200)의 내부는, 내벽(203)에 의해 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2)으로 구획되어 있다. 상술한 반입출구(201)는 반송 영역(T1)에 있어서의 처리 용기(200)의 측면에 형성되어 있다. 또한, 내벽(203)에도 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)의 반입출구(204)가 형성되어 있다.
반송 영역(T1)의 X 방향 플러스 방향측에는, 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)을 일시적으로 적재하기 위한 트랜지션(210)이 설치되어 있다. 트랜지션(210)은, 예를 들어 2단으로 형성되고, 기판(SU, SL), 중합 기판(ST) 중 2개를 동시에 적재할 수 있다.
반송 영역(T1)에는, 기판 반송 기구(211)가 설치되어 있다. 기판 반송 기구(211)는, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 예를 들어 연직 방향, 수평 방향(Y 방향, X 방향) 및 연직 축 둘레로 이동 가능한 반송 아암을 갖고 있다. 그리고 기판 반송 기구(211)는 반송 영역(T1) 내, 또는 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2) 사이에서 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)을 반송할 수 있다.
반송 영역(T1)의 X 방향 마이너스 방향측에는, 기판(SU, SL)의 수평 방향의 방향을 조절하는 위치 조절 기구(220)가 설치되어 있다. 위치 조절 기구(220)는 기판(SU, SL)을 보유 지지해서 회전시키는 보유 지지부(도시하지 않음)를 구비한 베이스(221)와, 기판(SU, SL)의 노치부의 위치를 검출하는 검출부(222)를 갖고 있다. 그리고 위치 조절 기구(220)에서는, 베이스(221)에 보유 지지된 기판(SU, SL)을 회전시키면서 검출부(222)에서 기판(SU, SL)의 노치부의 위치를 검출함으로써, 당해 노치부의 위치를 조절해서 기판(SU, SL)의 수평 방향의 방향을 조절하고 있다. 또한, 베이스(221)에 있어서 기판(SU, SL)을 보유 지지하는 구조는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 핀 척 구조나 스핀 척 구조 등, 여러 가지 구조가 사용된다.
또한, 반송 영역(T1)에는, 상측 기판(SU)의 표리면을 반전시키는 반전 기구(230)가 설치되어 있다. 반전 기구(230)는 상측 기판(SU)을 보유 지지하는 보유 지지 아암(231)을 갖고 있다. 보유 지지 아암(231)은 수평 방향(Y 방향)으로 연신하고 있다. 또한 보유 지지 아암(231)에는, 상측 기판(SU)을 보유 지지하는 보유 지지 부재(232)가 예를 들어 4개소에 설치되어 있다.
보유 지지 아암(231)은, 예를 들어 모터 등을 구비한 구동부(233)에 지지되어 있다. 이 구동부(233)에 의해, 보유 지지 아암(231)은 수평축 주위로 회동 가능하다. 또한 보유 지지 아암(231)은 구동부(233)를 중심으로 회동 가능함과 함께, 수평 방향(Y 방향)으로 이동 가능하다. 구동부(233)의 하방에는, 예를 들어 모터 등을 구비한 다른 구동부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 밖의 구동부에 의해, 구동부(233)는 연직 방향으로 연신하는 지지 기둥(234)을 따라 연직 방향으로 이동할 수 있다. 이렇게 구동부(233)에 의해, 보유 지지 부재(232)에 보유 지지된 상측 기판(SU)은, 수평축 주위로 회동할 수 있음과 함께 연직 방향 및 수평 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 보유 지지 부재(232)에 보유 지지된 상측 기판(SU)은, 구동부(233)를 중심으로 회동하여, 위치 조절 기구(220)로부터 후술하는 상부 척(240)과의 사이를 이동할 수 있다.
처리 영역(T2)에는, 상측 기판(SU)을 하면에서 흡착 보유 지지하는 상부 척(240)과, 하측 기판(SL)을 상면에서 적재해서 흡착 보유 지지하는 하부 척(241)이 설치되어 있다. 하부 척(241)은 상부 척(240)의 하방에 설치되고, 상부 척(240)과 대향 배치 가능하게 구성되어 있다. 즉, 상부 척(240)에 보유 지지된 상측 기판(SU)과 하부 척(241)에 보유 지지된 하측 기판(SL)은 대향해서 배치 가능하게 되어 있다.
상부 척(240)은 당해 상부 척(240)의 상방에 설치된 상부 척 보유 지지부(250)에 보유 지지되어 있다. 상부 척 보유 지지부(250)는 처리 용기(200)의 천장면에 설치되어 있다. 즉, 상부 척(240)은 상부 척 보유 지지부(250)를 거쳐 처리 용기(200)에 고정되어서 설치되어 있다.
상부 척 보유 지지부(250)에는, 하부 척(241)에 보유 지지된 하측 기판(SL)의 표면(SL1)을 촬상하는 상부 촬상부(251)가 설치되어 있다. 즉, 상부 촬상부(251)는 상부 척(240)에 인접해서 설치되어 있다. 상부 촬상부(251)에는, 예를 들어 CCD 카메라가 사용된다.
하부 척(241)은 당해 하부 척(241)의 하방에 설치된 제1 하부 척 이동부(260)에 지지되어 있다. 제1 하부 척 이동부(260)는, 후술하는 바와 같이 하부 척(241)을 수평 방향(Y 방향)으로 이동시키도록 구성되어 있다. 또한, 제1 하부 척 이동부(260)는, 하부 척(241)을 연직 방향으로 이동 가능하고, 또한 연직축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다.
제1 하부 척 이동부(260)에는, 상부 척(240)에 보유 지지된 상측 기판(SU)의 표면(SU1)을 촬상하는 하부 촬상부(261)가 설치되어 있다. 즉, 하부 촬상부(261)는 하부 척(241)에 인접해서 설치되어 있다. 하부 촬상부(261)에는, 예를 들어 CCD 카메라가 사용된다.
제1 하부 척 이동부(260)는 당해 제1 하부 척 이동부(260)의 하면측에 설치되고, 수평 방향(Y 방향)으로 연신하는 한 쌍의 레일(262, 262)에 설치되어 있다. 그리고 제1 하부 척 이동부(260)는 레일(262)을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다.
한 쌍의 레일(262, 262)은 제2 하부 척 이동부(263)에 배치되어 있다. 제2 하부 척 이동부(263)는 당해 제2 하부 척 이동부(263)의 하면측에 설치되고, 수평 방향(X 방향)으로 연신하는 한 쌍의 레일(264, 264)에 설치되어 있다. 그리고 제2 하부 척 이동부(263)는 레일(264)을 따라 이동 가능하게 구성되고, 즉 하부 척(241)을 수평 방향(X 방향)으로 이동시키도록 구성되어 있다. 또한, 한 쌍의 레일(264, 264)은 처리 용기(200)의 저면에 설치된 적재대(265) 상에 배치되어 있다.
이어서, 접합 장치(41)의 상부 척(240)과 상부 척 보유 지지부(250)의 상세한 구성에 대해서 설명한다.
상부 척(240)에는, 도 8에 도시한 바와 같이 핀 척 방식이 채용되어 있다. 상부 척(240)은, 평면에서 보아 상측 기판(SU)의 직경 이상의 직경을 갖는 본체부(270)를 갖고 있다. 본체부(270)의 하면에는, 상측 기판(SU)의 이면(SU2)에 접촉하는 복수의 핀(271)이 설치되어 있다. 또한, 본체부(270)의 하면 외주부에는, 핀(271)과 동일한 높이를 갖고, 상측 기판(SU)의 이면(SU2)의 외주부를 지지하는 외측 리브(272)가 설치되어 있다. 외측 리브(272)는 복수의 핀(271)의 외측에 환형으로 설치되어 있다.
또한, 본체부(270)의 하면에는 외측 리브(272)의 내측에 있어서, 핀(271)과 동일한 높이를 갖고, 상측 기판(SU)의 이면(SU2)을 지지하는 내측 리브(273)가 설치되어 있다. 내측 리브(273)는 외측 리브(272)와 동심원 형상으로 환형으로 설치되어 있다. 그리고 외측 리브(272)의 내측 영역(274)[이하, 흡인 영역(274)이라고 하는 경우가 있음]은 내측 리브(273)의 내측 제1 흡인 영역(274a)과, 내측 리브(273)의 외측 제2 흡인 영역(274b)으로 구획되어 있다.
본체부(270)의 하면에는, 제1 흡인 영역(274a)에 있어서, 상측 기판(SU)을 진공화하기 위한 제1 흡인구(275a)가 형성되어 있다. 제1 흡인구(275a)는, 예를 들어 제1 흡인 영역(274a)에 있어서 4개소에 형성되어 있다. 제1 흡인구(275a)에는, 본체부(270)의 내부에 설치된 제1 흡인관(276a)이 접속되어 있다. 또한 제1 흡인관(276a)에는, 제1 진공 펌프(277a)가 접속되어 있다.
또한, 본체부(270)의 하면에는, 제2 흡인 영역(274b)에 있어서, 상측 기판(SU)을 진공화하기 위한 제2 흡인구(275b)가 형성되어 있다. 제2 흡인구(275b)는, 예를 들어 제2 흡인 영역(274b)에 있어서 2개소에 형성되어 있다. 제2 흡인구(275b)에는, 본체부(270)의 내부에 설치된 제2 흡인관(276b)이 접속되어 있다. 또한 제2 흡인관(276b)에는, 제2 진공 펌프(277b)가 접속되어 있다.
그리고 상측 기판(SU), 본체부(270) 및 외측 리브(272)에 둘러싸여서 형성된 흡인 영역(274a, 274b)을 각각 흡인구(275a, 275b)로부터 진공화하고, 흡인 영역(274a, 274b)을 감압한다. 이때, 흡인 영역(274a, 274b)의 외부 분위기가 대기압이므로, 상측 기판(SU)은 감압된 분만큼 대기압에 의해 흡인 영역(274a, 274b)측으로 눌리고, 상부 척(240)에 상측 기판(SU)이 흡착 보유 지지된다. 또한, 상 척(240)은 제1 흡인 영역(274a)과 제2 흡인 영역(274b)마다 상측 기판(SU)을 진공화 가능하게 구성되어 있다.
이러한 경우, 외측 리브(272)가 상측 기판(SU)의 이면(SU2)의 외주부를 지지하므로, 상측 기판(SU)은 그 외주부까지 적절하게 진공화된다. 이로 인해, 상부 척(240)에 상측 기판(SU)의 전체면이 흡착 보유 지지되어, 당해 상측 기판(SU)의 평면도를 작게 하여, 상측 기판(SU)을 평탄하게 할 수 있다.
게다가, 복수의 핀(271)의 높이가 균일하므로, 상부 척(240)의 하면 평면도를 더욱 작게 할 수 있다. 이렇게 상부 척(240)의 하면을 평탄하게 해서(하면의 평면도를 작게 해서), 상부 척(240)에 보유 지지된 상측 기판(SU)의 연직 방향의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 상측 기판(SU)의 이면(SU2)은 복수의 핀(271)에 지지되어 있으므로, 상부 척(240)에 의한 상측 기판(SU)의 진공화를 해제할 때, 당해 상측 기판(SU)이 상부 척(240)으로부터 박리되기 쉬워진다.
상부 척(240)에 있어서, 본체부(270)의 중심부에는, 당해 본체부(270)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(278)이 형성되어 있다. 이 본체부(270)의 중심부는, 상부 척(240)에 흡착 보유 지지되는 상측 기판(SU)의 중심부에 대응하고 있다. 그리고 관통 구멍(278)에는, 후술하는 압동 부재(290)에 있어서의 액추에이터부(291)의 선단부가 삽입 관통하도록 되어 있다.
상부 척 보유 지지부(250)는, 도 7에 도시한 바와 같이 상부 척(240)의 본체부(270)의 상면에 설치된 지지 부재(280)를 갖고 있다. 지지 부재(280)는 평면에서 보아 적어도 본체부(270)의 상면을 덮도록 설치되고, 또한 본체부(270)에 대하여 예를 들어 나사 고정에 의해 고정되어 있다. 지지 부재(280)는 처리 용기(200)의 천장면에 설치된 복수의 지지 기둥(281)에 지지되어 있다.
지지 부재(280)의 상면에는, 도 8에 도시한 바와 같이 상측 기판(SU)의 중심부를 가압하는 압동 부재(290)가 더 설치되어 있다. 압동 부재(290)는 액추에이터부(291)와 실린더부(292)를 갖고 있다.
액추에이터부(291)는, 전공 레귤레이터(도시하지 않음)로부터 공급되는 공기에 의해 일정 방향으로 일정한 압력을 발생시키는 것으로, 압력의 작용점 위치에 상관없이 당해 압력을 일정하게 발생시킬 수 있다. 그리고 전공 레귤레이터로부터의 공기에 의해, 액추에이터부(291)는 상측 기판(SU)의 중심부와 접촉해서 당해 상측 기판(SU)의 중심부에 가해지는 가압 하중을 제어할 수 있다. 또한, 액추에이터부(291)의 선단부는, 전공 레귤레이터로부터의 공기에 의해, 관통 구멍(278)을 삽입 관통해서 연직 방향으로 승강 가능하게 되어 있다.
액추에이터부(291)는 실린더부(292)에 지지되어 있다. 실린더부(292)는, 예를 들어 모터를 내장한 구동부에 의해 액추에이터부(291)를 연직 방향으로 이동시킬 수 있다.
이상과 같이 압동 부재(290)는 액추에이터부(291)에 의해 가압 하중의 제어를 하고, 실린더부(292)에 의해 액추에이터부(291)의 이동 제어를 하고 있다. 그리고 압동 부재(290)는, 후술하는 기판(SU, SL)의 접합 시에, 상측 기판(SU)의 중심부와 하측 기판(SL)의 중심부를 접촉시켜서 가압할 수 있다.
이어서, 접합 장치(41)의 하부 척(241)의 상세한 구성에 대해서 설명한다.
하부 척(241)에는, 도 8에 도시한 바와 같이 상부 척(240)과 마찬가지로 핀 척 방식이 채용되어 있다. 하부 척(241)은, 평면에서 보아 하측 기판(SL)의 직경 이상의 직경을 갖는 본체부(300)를 갖고 있다. 본체부(300)의 상면에는, 하측 기판(SL)의 이면(SL2)에 접촉하는 복수의 핀(301)이 설치되어 있다. 또한, 본체부(300)의 상면 외주부에는, 핀(301)과 동일한 높이를 갖고, 하측 기판(SL)의 이면(SL2)의 외주부를 지지하는 외측 리브(302)가 설치되어 있다. 외측 리브(302)는 복수의 핀(301)의 외측에 환형으로 설치되어 있다.
또한, 본체부(300)의 상면에는, 외측 리브(302)의 내측에 있어서, 핀(301)과 동일한 높이를 갖고, 하측 기판(SL)의 이면(SL2)을 지지하는 내측 리브(303)가 설치되어 있다. 내측 리브(303)는 외측 리브(302)와 동심원 형상으로 환형으로 설치되어 있다. 그리고 외측 리브(302)의 내측 영역(304)[이하, 흡인 영역(304)이라고 하는 경우가 있음]은 내측 리브(303)의 내측 제1 흡인 영역(304a)과, 내측 리브(303)의 외측 제2 흡인 영역(304b)으로 구획되어 있다.
본체부(300)의 상면에는, 제1 흡인 영역(304a)에 있어서, 하측 기판(SL)을 진공화하기 위한 제1 흡인구(305a)가 형성되어 있다. 제1 흡인구(305a)는, 예를 들어 제1 흡인 영역(304a)에 있어서 1개소에 형성되어 있다. 제1 흡인구(305a)에는, 본체부(300)의 내부에 설치된 제1 흡인관(306a)이 접속되어 있다. 또한 제1 흡인관(306a)에는, 제1 진공 펌프(307a)가 접속되어 있다.
또한, 본체부(300)의 상면에는, 제2 흡인 영역(304b)에 있어서, 하측 기판(SL)을 진공화하기 위한 제2 흡인구(305b)가 형성되어 있다. 제2 흡인구(305b)는, 예를 들어 제2 흡인 영역(304b)에 있어서 2개소에 형성되어 있다. 제2 흡인구(305b)에는, 본체부(300)의 내부에 설치된 제2 흡인관(306b)이 접속되어 있다. 또한 제2 흡인관(306b)에는, 제2 진공 펌프(307b)가 접속되어 있다.
그리고 하측 기판(SL), 본체부(300) 및 외측 리브(302)에 둘러싸여서 형성된 흡인 영역(304a, 304b)을 각각 흡인구(305a, 305b)로부터 진공화하고, 흡인 영역(304a, 304b)을 감압한다. 이때, 흡인 영역(304a, 304b)의 외부 분위기가 대기압이므로, 하측 기판(SL)은 감압된 분만큼 대기압에 의해 흡인 영역(304a, 304b)측으로 눌리고, 하부 척(241)에 하측 기판(SL)이 흡착 보유 지지된다. 또한, 하부 척(241)은 제1 흡인 영역(304a)과 제2 흡인 영역(304b)마다 하측 기판(SL)을 진공화 가능하게 구성되어 있다.
이러한 경우, 외측 리브(302)가 하측 기판(SL)의 이면(SL2)의 외주부를 지지하므로, 하측 기판(SL)은 그 외주부까지 적절하게 진공화된다. 이로 인해, 하부 척(241)에 하측 기판(SL)의 전체면이 흡착 보유 지지되어, 당해 하측 기판(SL)의 평면도를 작게 하여, 하측 기판(SL)을 평탄하게 할 수 있다.
게다가, 복수의 핀(301)의 높이가 균일하므로, 하부 척(241)의 상면의 평면도를 더욱 작게 할 수 있다. 이렇게 하부 척(241)의 상면을 평탄하게 해서(상면의 평탄도를 작게 해서), 하부 척(241)에 보유 지지된 하측 기판(SL)의 연직 방향의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 하측 기판(SL)의 이면(SL2)은 복수의 핀(301)에 지지되어 있으므로 하부 척(241)에 의한 하측 기판(SL)의 진공화를 해제할 때, 당해 하측 기판(SL)이 하부 척(241)으로부터 박리되기 쉬워진다.
하부 척(241)에 있어서, 본체부(300)의 중심부 부근에는, 당해 본체부(300)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 예를 들어 3개소에 형성되어 있다. 그리고 관통 구멍에는, 제1 하부 척 이동부(260)의 하방에 설치된 승강 핀이 삽입 관통하도록 되어 있다.
본체부(300)의 외주부에는, 기판(SU, SL), 중합 기판(ST)이 하부 척(241)으로부터 튀어나오거나, 미끌어져 떨어지는 것을 방지하는 가이드 부재(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 가이드 부재는, 본체부(300)의 외주부에 복수 개소, 예를 들어 4개소에 등간격으로 설치되어 있다.
또한, 접합 장치(41)에 있어서의 각 부의 동작은, 상술한 제어부(70)에 의해 제어된다.
이어서, 이상과 같이 구성된 접합 시스템(1) 및 열 처리 장치를 사용해서 행하여지는 기판(SU, SL)의 접합 처리 방법에 대해서 설명한다. 도 9는, 이러한 기판 접합 처리의 주된 공정의 예를 나타내는 흐름도이다.
우선, 복수매의 상측 기판(SU)을 수용한 카세트(CU), 복수매의 하측 기판(SL)을 수용한 카세트(CL) 및 빈 카세트(CT)가, 반입출 스테이션(2)의 소정의 카세트 적재판(11)에 적재된다. 그 후, 기판 반송 장치(22)에 의해 카세트(CU) 내의 상측 기판(SU)이 취출되어, 처리 스테이션(3)의 제3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(50)로 반송된다.
이어서 상측 기판(SU)은, 기판 반송 장치(61)에 의해 제1 처리 블록(G1)의 표면 개질 장치(30)로 반송된다. 이때, 게이트 밸브(102)와 셔터(130)가 개방되어 있고, 처리 용기(100) 내가 대기압에 개방되어 있다. 상측 기판(SU)은 표면 개질 장치(30)로 반입되면, 기판 반송 장치(61)로부터, 미리 상승하고 있던 승강 핀에 주고 받아진다. 그 후, 판 반송 장치(61)가 표면 개질 장치(30)로부터 퇴출되고, 게이트 밸브(102)와 셔터(130)가 폐쇄된다.
그 후, 상측 기판(SU)을 승강 핀으로 보유 지지한 상태에서, 진공 펌프(161)를 작동시켜, 흡기구(160)를 거쳐 처리 용기(100)의 내부 분위기가 소정 압력, 예를 들어 2.6Pa(20mTorr)까지 감압된다. 계속해서, 승강 핀이 하강하고, 상측 기판(SU)이 하부 전극(110)의 상면에 적재된다. 대기압 하에서 상측 기판(SU)을 하부 전극(110)의 상면에 적재하려고 하면, 당해 상측 기판(SU)이 수평 방향으로 어긋날 우려가 있으므로, 이와 같이 소정 압력까지 감압된 후에 상측 기판(SU)이 하부 전극(110)에 적재된다. 그리고 후술하는 바와 같이 상측 기판(SU)을 처리 중, 처리 용기(100) 내의 분위기는 상기 소정 압력으로 유지된다.
그 후, 가스 공급원(152)으로부터 공급된 처리 가스가, 상부 전극(140)의 하면 가스 분출구(155)로부터, 처리 용기(100)의 내부에 균일하게 공급된다. 그리고 고주파 전원(134)으로부터 하부 전극(110)에, 예를 들어 13MHz 내지 100MHz 중 어느 하나의 고주파 전압이 인가된다. 그렇게 하면, 상부 전극(140)과 하부 전극(110) 사이에 전계가 형성되고, 이 전계에 의해 처리 용기(100)의 내부에 공급된 처리 가스가 플라즈마화된다.
이 처리 가스의 플라즈마에 의해, 하부 전극(110) 상의 상측 기판(SU)의 표면(SU1)이 개질된다. 구체적으로는, 산소 플라즈마나 질소 플라즈마에 의해 댕글링 본드가 형성되고, 상측 기판(SU)의 처리막(FU, FL)의 표면이 개질된다(도 9의 공정 S1).
상측 기판(SU)의 표면(SU1)이 개질되면, 처리 용기(100) 내로의 처리 가스의 공급을 정지함과 함께, 고주파 전원(134)으로부터 하부 전극(110)으로의 고주파 전압의 인가를 정지한다.
그 후, 진공 펌프(161)를 정지하고, 처리 용기(100) 내의 감압을 정지한다. 계속해서, 게이트 밸브(102)와 셔터(130)가 개방된 후, 즉 처리 용기(100) 내가 대기압에 개방된 후, 승강 핀을 상승시켜 하부 전극(110)으로부터 기판 반송 장치(61)에 상측 기판(SU)이 주고 받아져서, 처리 용기(100)로부터 반출된다.
이어서 상측 기판(SU)은, 기판 반송 장치(61)에 의해 제2 처리 블록(G2)의 표면 친수화 장치(40)로 반송된다. 표면 친수화 장치(40)에서는, 스핀 척에 보유 지지된 상측 기판(SU)을 회전시키면서, 당해 상측 기판(SU) 상에 순수를 공급한다. 그렇게 하면, 공급된 순수는 상측 기판(SU)의 표면(SU1) 상을 확산하고, 표면 개질 장치(30)에 있어서 개질된 상측 기판(SU)의 표면(SU1)에 수산기(실라놀기)가 부착되어서 당해 표면(SU1)이 친수화된다. 또한, 당해 순수에 의해, 상측 기판(SU)의 표면(SU1)이 세정된다(도 9의 공정 S2).
이어서 상측 기판(SU)은, 기판 반송 장치(61)에 의해 제2 처리 블록(G2)의 접합 장치(41)로 반송된다. 접합 장치(41)로 반입된 상측 기판(SU)은, 트랜지션(210)을 거쳐 기판 반송 기구(211)에 의해 위치 조절 기구(220)로 반송된다. 그리고 위치 조절 기구(220)에 의해, 상측 기판(SU)의 수평 방향의 방향이 조절된다(도 9의 공정 S3).
그 후, 위치 조절 기구(220)로부터 반전 기구(230)의 보유 지지 아암(231)에 상측 기판(SU)이 주고 받아진다. 계속해서 반송 영역(T1)에 있어서, 보유 지지 아암(231)을 반전시킴으로써, 상측 기판(SU)의 표리면이 반전된다(도 9의 공정 S4). 즉, 상측 기판(SU)의 표면(SU1)이 하방을 향하게 된다.
그 후, 반전 기구(230)의 보유 지지 아암(231)이 구동부(233)를 중심으로 회동해서 상부 척(240)의 하방으로 이동한다. 그리고 반전 기구(230)로부터 상부 척(240)에 상측 기판(SU)이 주고 받아진다. 상측 기판(SU)은, 상부 척(240)에 그 이면(SU2)이 흡착 보유 지지된다(도 9의 공정 S5). 구체적으로는, 진공 펌프(277a, 277b)를 작동시켜, 흡인 영역(274a, 274b)에 있어서 흡인구(275a, 275b)를 거쳐 상측 기판(SU)을 진공화하고, 상측 기판(SU)이 상부 척(240)에 흡착 보유 지지된다.
상측 기판(SU)에 상술한 공정 S1 내지 S5의 처리가 행하여지고 있는 동안, 당해 상측 기판(SU)에 이어서 하측 기판(SL)의 처리가 행하여진다. 우선, 기판 반송 장치(22)에 의해 카세트(CL) 내의 하측 기판(SL)이 취출되어, 처리 스테이션(3)의 트랜지션 장치(50)로 반송된다.
이어서 하측 기판(SL)은, 기판 반송 장치(61)에 의해 표면 개질 장치(30)로 반송되고, 하측 기판(SL)의 표면(SL1)이 개질된다(도 9의 공정 S6). 또한, 공정 S6에 있어서의 하측 기판(SL)의 표면(SL1)의 개질은, 상술한 공정 S1과 마찬가지이다.
그 후, 하측 기판(SL)은 기판 반송 장치(61)에 의해 표면 친수화 장치(40)로 반송되고, 하측 기판(SL)의 표면(SL1)이 친수화됨과 함께 당해 표면(SL1)이 세정된다(도 9의 공정 S7). 또한, 공정 S7에 있어서의 하측 기판(SL)의 표면(SL1)의 친수화 및 세정은, 상술한 공정 S2와 마찬가지이다.
그 후, 하측 기판(SL)은, 기판 반송 장치(61)에 의해 접합 장치(41)로 반송된다. 접합 장치(41)로 반입된 하측 기판(SL)은, 트랜지션(210)을 거쳐 기판 반송 기구(211)에 의해 위치 조절 기구(220)로 반송된다. 그리고 위치 조절 기구(220)에 의해, 하측 기판(SL)의 수평 방향의 방향이 조절된다(도 9의 공정 S8).
그 후, 하측 기판(SL)은 기판 반송 기구(211)에 의해 하부 척(241)으로 반송되고, 하부 척(241)에 그 이면(SL2)이 흡착 보유 지지된다(도 9의 공정 S9). 구체적으로는, 진공 펌프(307a, 307b)를 작동시켜, 흡인 영역(304a, 304b)에 있어서 흡인구(305a, 305b)를 거쳐 하측 기판(SL)을 진공화하고, 하측 기판(SL)이 하부 척(241)에 흡착 보유 지지된다.
이어서, 상부 척(240)에 보유 지지된 상측 기판(SU)과 하부 척(241)에 보유 지지된 하측 기판(SL)과의 수평 방향의 위치 조절을 행한다. 구체적으로는, 제1 하부 척 이동부(260)와 제2 하부 척 이동부(263)에 의해 하부 척(241)을 수평 방향(X 방향 및 Y 방향)으로 이동시켜, 상부 촬상부(251)를 사용하여, 하측 기판(SL)의 표면(SL1) 상의 미리 정해진 기준점을 차례로 촬상한다. 동시에, 하부 촬상부(261)를 사용하여, 상측 기판(SU)의 표면(SU1) 상의 미리 정해진 기준점을 차례로 촬상한다. 촬상된 화상은, 제어부(70)에 출력된다. 제어부(70)에서는, 상부 촬상부(251)에서 촬상된 화상과 하부 촬상부(261)에서 촬상된 화상에 기초하여, 상측 기판(SU)의 기준점과 하측 기판(SL)의 기준점이 각각 합치하는 위치에, 제1 하부 척 이동부(260)와 제2 하부 척 이동부(263)에 의해 하부 척(241)을 이동시킨다. 이렇게 해서 상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)의 수평 방향 위치가 조절된다(도 9의 공정 S10).
그 후, 제1 하부 척 이동부(260)에 의해 하부 척(241)을 연직 상방으로 이동시켜서, 상부 척(240)과 하부 척(241)의 연직 방향 위치의 조절을 행하고, 당해 상부 척(240)에 보유 지지된 상측 기판(SU)과 하부 척(241)에 보유 지지된 하측 기판(SL)과의 연직 방향 위치의 조절을 행한다(도 9의 공정 S11). 그리고 상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)이 소정의 위치에 대향 배치된다.
이어서, 상부 척(240)에 보유 지지된 상측 기판(SU)과 하부 척(241)에 보유 지지된 하측 기판(SL)의 접합 처리가 행하여진다.
우선, 도 10에 도시한 바와 같이 압동 부재(290)의 실린더부(292)에 의해 액추에이터부(291)를 하강시킨다. 그렇게 하면, 이 액추에이터부(291)의 하강에 수반하여, 상측 기판(SU)의 중심부가 가압되어서 하강한다. 이때, 전공 레귤레이터로부터 공급되는 공기에 의해, 액추에이터부(291)에는, 소정의 가압 하중을 가할 수 있다. 그리고 압동 부재(290)에 의해, 상측 기판(SU)의 중심부와 하측 기판(SL)의 중심부를 접촉시켜서 가압한다(도 9의 공정 S12). 이때, 제1 진공 펌프(277a)의 작동을 정지하여, 제1 흡인 영역(274a)에 있어서의 제1 흡인구(275a)로부터의 상측 기판(SU)의 진공화를 정지함과 함께, 제2 진공 펌프(277b)는 작동시킨 상태로 하고, 제2 흡인 영역(274b)을 제2 흡인구(275b)로부터 진공화한다. 그리고 압동 부재(290)로 상측 기판(SU)의 중심부를 가압할 때에도, 상부 척(240)에 의해 상측 기판(SU)의 외주부를 보유 지지할 수 있다.
그렇게 하면, 가압된 상측 기판(SU)의 중심부와 하측 기판(SL)의 중심부 사이에서 접합이 개시한다(도 10 중의 굵은선부). 즉, 상측 기판(SU)의 표면(SU1)과 하측 기판(SL)의 표면(SL1)은 각각 공정 S1, S6에 있어서 개질되어 있으므로, 우선, 표면(SU1, SL1) 사이에 반데르발스력(분자간력)이 발생하고, 당해 표면(SU1, SL1)끼리가 접합된다. 또한, 상측 기판(SU)의 표면(SU1)과 하측 기판(SL)의 표면(SL1)은 각각 공정 S2, S7에 있어서 친수화되어 있으므로, 표면(SU1, SL1) 사이의 친수기가 수소 결합해서(분자간력), 표면(SU1, SL1)끼리가 견고하게 접합된다.
그 후, 압동 부재(290)에 의해 상측 기판(SU)의 중심부와 하측 기판(SL)의 중심부를 가압한 상태에서 제2 진공 펌프(277b)의 작동을 정지하고, 제2 흡인 영역(274b)에 있어서의 제2 흡인구(275b)로부터의 상측 기판(SU)의 진공화를 정지한다. 그렇게 하면, 상측 기판(SU)이 하측 기판(SL) 상으로 낙하한다. 그리고 상측 기판(SU)이 하측 기판(SL) 상으로 차례로 낙하해서 접촉하고, 상술한 표면(SU1, SL1) 사이의 반데르발스력과 수소 결합에 의한 접합이 차례로 넓어진다. 이렇게 해서, 상측 기판(SU)의 표면(SU1)과 하측 기판(SL)의 표면(SL1)이 전체면으로 접촉하고, 상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)이 접합된다(도 9의 공정 S13).
이 공정 S13에서는, 상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)에 있어서, 절연막(DU, DL)끼리가 대응하고, 또한 금속부(MU, ML)끼리가 대응하도록, 처리막(FU, FL)끼리가 접합된다. 여기서, 접합 전의 기판(SU, SL)의 처리막(FU, FL)에 있어서, 금속부(MU, ML)는 절연막(DU, DL)에 비해 오목해져 있는 경우가 있다. 이러한 경우, 절연막(DU, DL) 사이에 상술한 반데르발스력이 발생한다. 그리고 금속부(MU, ML)끼리는, 후술하는 공정 S14의 열 처리에 있어서 접합되어, 그 도통이 확보된다.
또한, 공정 S13에 있어서, 상측 기판(SU)의 이면(SU2)은 복수의 핀(271)에 지지되어 있으므로, 상부 척(240)에 의한 상측 기판(SU)의 진공화를 해제했을 때, 당해 상측 기판(SU)이 상부 척(240)으로부터 박리되기 쉬워지고 있다. 이로 인해, 상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)의 접합 확대(본딩 웨이브)가 진원 형상이 되어, 상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)이 적절하게 접합된다.
그 후, 압동 부재(290)의 액추에이터부(291)를 상부 척(240)까지 상승시킨다. 또한, 진공 펌프(307a, 307b)의 작동을 정지하고, 흡인 영역(304)에 있어서의 하측 기판(SL)의 진공화를 정지하여, 하부 척(241)에 의한 하측 기판(SL)의 흡착 보유 지지를 정지한다. 이때, 하측 기판(SL)의 이면(SL2)은 복수의 핀(301)에 지지되어 있으므로, 하부 척(241)에 의한 하측 기판(SL)의 진공화를 해제했을 때, 당해 하측 기판(SL)이 하부 척(241)으로부터 박리되기 쉬워지고 있다.
상측 기판(SU)과 하측 기판(SL)이 접합된 중합 기판(ST)은, 기판 반송 장치(61)에 의해 트랜지션 장치(51)로 반송되고, 그 후 반입출 스테이션(2)의 기판 반송 장치(22)에 의해 소정의 카세트 적재판(11)의 카세트(CT)로 반송된다.
그 후, 중합 기판(ST)은 접합 시스템(1)으로부터 반출되어, 접합 시스템(1)의 외부의 열 처리 장치로 반송된다. 열 처리 장치에서는, 우선 가열부에 의해 중합 기판(ST)이 예를 들어 200℃까지 가열되고, 이에 의해 절연막(DU, DL)의 접합 강도가 커진다. 또한 가열 온도를 상승시켜, 중합 기판(ST)은 예를 들어 350℃까지 가열된다. 그렇게 하면, 예를 들어 상술한 바와 같이 금속부(MU, ML)가 절연막(DU, DL)에 비해 오목해져 있는 경우에도, 당해 금속부(MU, ML)가 열 팽창해서 접합되어, 금속부(MU, ML) 사이의 도통이 확보된다. 그 후, 온도 조절부에 의해, 중합 기판(ST)은, 소정의 온도, 예를 들어 상온(25℃)으로 조절된다(도 9의 공정 S14). 이렇게 해서, 일련의 기판(SU, SL)의 접합 처리가 종료된다.
이상의 실시 형태에 의하면, 공정 S1에 있어서, 고주파 전원(134)으로부터 하부 전극(110)에 고주파 전압을 인가함으로써, 처리 용기(100)의 내부에 공급된 처리 가스가 플라즈마화되어, 당해 처리 가스의 플라즈마를 사용해서 기판(SU, SL)의 표면(SU1, SL1)을 적절하게 개질할 수 있다. 또한, 상부 전극(140)의 하면 면적이 하부 전극(110)의 상면 면적보다 크므로, 기판(SU, SL)에 대하여 충분한 자기 바이어스 전위 Vdc를 취할 수 있어, 플라즈마 처리를 보다 적절하게 행할 수 있다.
이때, 상부 전극(140)은 접지되고, 접지 전위에 접속되어 있으므로, 플라즈마 처리 중, 상부 전극(140)의 하면 손상을 억제할 수 있다. 또한, 상부 전극(140)의 하면 면적이 하부 전극(110)의 상면 면적보다 크므로, 상부 전극(140)의 하면 손상을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 상부 전극(140)의 하면에는 상부 전극 커버(141)가 설치되어 있으므로, 상부 전극(140)의 하면 손상을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 상부 전극(140)과 하부 전극(110) 사이에 있어서, 처리 용기(100)의 측벽과 배기판(131)도 접지되고, 접지 전위에 접속되어 있으므로, 처리 용기(100)의 측벽과 배기판(131)의 손상을 억제할 수 있다. 특히 배기판(131)은, 측면에서 보아 처리 용기(100)측으로부터 하부 전극(110)측을 향해 하방으로 경사져 있고, 그 표면적이 크기 때문에, 당해 배기판(131)의 손상을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 하부 전극(110)의 상면 주위에는, 석영으로 이루어지는 포커스 링(121)이 설치되어 있으므로, 처리 가스의 플라즈마는 기판(SU, SL)의 표면(SU1, SL1)으로만 입사하고, 당해 플라즈마의 하부 전극(110)으로의 충돌이 억제된다. 이로 인해, 하부 전극(110)의 손상을 억제할 수 있다.
이렇게 상부 전극(140), 처리 용기(100)의 측벽, 배기판(131) 및 하부 전극(110)의 손상을 억제할 수 있으므로, 이들의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 이와 같이 손상을 억제함으로써, 파티클을 경감할 수 있어, 제품의 수율을 향상시킬 수도 있다.
또한, 본 실시 형태의 접합 시스템(1)은 표면 개질 장치(30), 표면 친수화 장치(40) 및 접합 장치(41)를 구비하고 있으므로, 하나의 시스템 내에서 기판(SU, SL)의 접합을 효율적으로 행할 수 있다. 따라서, 기판 접합 처리의 처리량을 보다 향상시킬 수 있다.
이어서, 이상의 실시 형태의 표면 개질 장치(30)에 있어서, 고주파 전원(134)으로부터 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전압의 소정 주파수의 설정 방법에 대해서 설명한다.
상술한 바와 같이 기판(SU, SL)의 접합 처리에 있어서, 절연막(DU, DL)은 공정 S13의 접합 처리에 있어서 반데르발스력에 의해 접합되고, 또한 공정 S14의 열 처리에 있어서 그 접합이 견고한 것이 된다. 이러한 경우, 절연막(DU, DL)의 접합 강도는 크면 클수록 바람직하다. 한편, 금속부(MU, ML)는 공정 S14의 열 처리에 있어서 열 팽창해서 접합된다. 이러한 경우, 금속부(MU, ML)의 도통을 확보하기 위해서는, 당해 금속부(MU, ML)의 산화를 억제할 필요가 있다.
따라서 발명자들은, 이들 절연막(DU, DL)의 접합 강도 향상과, 금속부(MU, ML)의 산화 억제를 만족하기 위해, 우선 소정 주파수를 설정할 때에 조절해야 할 파라미터를 살피었다.
구체적으로 발명자들은, 접합 시스템(1)을 사용해서 실험을 행하고, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이 표면 개질 장치(30)에 있어서의 처리 조건을 변화시켜, 접합 처리 후의 중합 기판(ST)에 있어서의 절연막(DU, DL)의 접합 강도(SiCN막의 접합 강도)와, 금속부(MU, ML)의 산화막의 두께(Cu2O막의 두께)를 측정하였다. 변화시킨 처리 조건은, 처리 용기(100) 내의 압력, 고주파 전원(134)의 전력, 처리 시간[고주파 전원(134)으로부터 하부 전극(110)에 고주파 전압을 인가하는 시간]이다.
실험을 행한 결과를 도 11 및 도 12에 도시한다. 도 11은 13MHz의 고주파 전압을 사용한 경우의 결과이며, 도 12는 100MHz의 고주파 전압을 사용한 경우의 결과이다. 도 11 및 도 12에는 각각 6개의 그래프가 포함되어 있고, 각 그래프의 횡축은 처리 용기(100) 내의 압력(Press), 고주파 전원(134)의 전력(Power), 처리 시간(Time)이며, 종축은 절연막(DU, DL)의 접합 강도(SiCN Strength), 금속부(MU, ML)의 산화막의 두께(Cu2O Thickness)이다. 또한, 각 그래프에 있어서는, 각각의 파라미터의 변화 경향만을 나타내고, 그 절댓값은 나타내고 있지 않다.
도 11을 참조하면, 처리 용기(100) 내의 압력을 크게 하면, 절연막(DU, DL)의 접합 강도가 커지고, 또한 금속부(MU, ML)의 산화막의 두께가 작아진다. 이에 반해, 고주파 전원(134)의 전력과 처리 시간을 크게 하면, 절연막(DU, DL)의 접합 강도와 금속부(MU, ML)의 산화막의 두께가 모두 커져 버린다.
도 12를 참조하면, 처리 용기(100) 내의 압력을 작게 하면, 절연막(DU, DL)의 접합 강도가 커지고, 또한 금속부(MU, ML)의 산화막의 두께가 작아진다. 이에 반해, 고주파 전원(134)의 전력과 처리 시간을 크게 하면, 절연막(DU, DL)의 접합 강도와 금속부(MU, ML)의 산화막의 두께가 모두 커져 버린다.
이상에서, 절연막(DU, DL)의 접합 강도 향상과 금속부(MU, ML)의 산화 억제는, 처리 용기(100) 내의 압력을 조절하면 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한 발명자들은, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전압의 가장 적절한 소정 주파수를 찾기 위해, 접합 시스템(1)을 사용해서 실험을 행하였다. 이 실험에서는, 고주파 전압의 주파수(Freq)를 380kMHz, 13MHz, 100MHz로 변화시키고, 접합 후의 중합 기판(ST)의 수율(Yield)을 측정하였다. 중합 기판(ST)의 수율은, 금속부(MU, ML)끼리가 적절하게 접합되어 있는지 여부를 기준으로 하고 있다. 구체적으로는, 접합된 복수의 금속부(MU, ML)의 저항값을 측정한다. 이 금속부(MU, ML)의 저항값은, 당해 금속부(MU, ML)의 도통이 적절하게 취해져 있는지 여부를 나타낸다. 그리고 측정된 저항값이 기준 저항값(허용되는 저항값) 이하가 되는 금속부(MU, ML)의 수의, 금속부(MU, ML)의 전체수에 대한 비율이, 중합 기판(ST)의 수율로서 표현된다.
실험을 행한 결과, 주파수가 380kHz인 경우, 중합 기판(ST)의 수율은 약 60%로 좋지 않았다. 한편, 주파수가 13MHz인 경우, 중합 기판(ST)의 수율은 약 90%이며, 주파수가 100MHz인 경우, 중합 기판(ST)의 수율은 약 100%였다.
즉, 주파수가 13MHz, 100MHz인 경우, 수율은 향상되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전압의 가장 적절한 소정 주파수는, 13MHz 내지 100MHz 중 어느 하나가 된다.
이상의 실시 형태에서는, 중합 기판(ST)을 열 처리하는 열 처리 장치는, 접합 시스템(1)의 외부에 설치되어 있었지만, 접합 시스템(1)의 내부에 설치되어도 좋다.
이상의 실시 형태는, 웨이퍼(WU, WL) 상에 처리막(FU, FL)이 형성된 기판(SU, SL)을 접합하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명이 적용되는 기판은 이에 한정되지 않는다.
본 발명은, 예를 들어 웨이퍼 상에 절연막이 형성된 기판과 베어 실리콘으로 이루어지는 기판을 접합하는 경우나, 웨이퍼 상에 절연막이 형성된 기판끼리를 접합하는 경우에도 적용할 수 있다. 발명자들이 예의 검토한 결과, 이 경우에도, 본 발명을 적용하면 상술한 효과가 얻어지는 것을 확인하고 있다. 또한, 이들의 경우, 상술한 열 처리 장치를 생략해도 좋다.
또한 본 발명은 기판이 웨이퍼 이외의 FPD(플랫 패널 디스플레이), 포토마스크용의 마스크 레티클 등의 다른 기판인 경우에도 적용할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다. 본 발명은 본 예에 한정되지 않고 다양한 형태를 채용할 수 있는 것이다.
1 : 접합 시스템
2 : 반입출 스테이션
3 : 처리 스테이션
30 : 표면 개질 장치
40 : 표면 친수화 장치
41 : 접합 장치
61 : 기판 반송 장치
70 : 제어부
100 : 처리 용기
110 : 하부 전극
134 : 고주파 전원
140 : 상부 전극
150 : 중공부
151 : 가스 공급관
152 : 가스 공급원
153 : 공급 기기군
154 : 배플판
155 : 가스 분출구
160 : 흡기구
161 : 진공 펌프
162 : 흡기관
DU, DL : 절연막
FU, FL : 처리막
MU, ML : 금속부
SU : 상측 기판
SL : 하측 기판
ST : 중합 기판
WU, WL : 웨이퍼

Claims (9)

  1. 기판끼리를 접합하기 전에, 표면 개질 장치에 있어서 기판이 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 방법이며,
    각 기판에는, 절연막과 금속부로 이루어지는 처리막이 형성되어 있고,
    기판끼리를 접합할 때에는, 상기 절연막끼리가 대응하고, 또한 상기 금속부끼리가 대응하도록, 상기 처리막끼리가 접합되고,
    상기 표면 개질 장치는,
    처리 용기 내에 배치되어, 기판이 적재되는 하부 전극과,
    상기 처리 용기 내에서 상기 하부 전극에 대향해서 배치되는 상부 전극과,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내를 소정 압력까지 감압하는 감압 기구를 갖고,
    상기 하부 전극은 전원에 접속되고, 또한 상기 상부 전극은 접지되고,
    상기 표면 개질 방법에서는,
    상기 가스 공급 기구로부터 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하고, 상기 감압 기구에 의해 당해 처리 용기 내를 상기 소정 압력으로 감압한 상태에서, 상기 전원으로부터 상기 하부 전극에 소정 주파수의 전압을 인가해서 상기 처리 가스를 플라즈마화하고, 당해 처리 가스의 플라즈마를 사용해서 상기 처리막의 표면을 개질하고,
    상기 소정 주파수는 상기 소정 압력을 조절해서 설정되는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정 주파수는, 13MHz 내지 100MHz 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 표면 개질 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 용기에 기판을 반입 및 반출할 때에는, 당해 처리 용기 내를 대기압에 개방하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 기재된 표면 개질 방법을 표면 개질 장치에 의해 실행시키도록, 당해 표면 개질 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터 상에서 동작하는, 프로그램을 저장한 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체.
  5. 기판끼리를 접합하기 전에, 당해 기판이 접합되는 표면을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질하는 표면 개질 장치이며,
    각 기판에는 절연막과 금속부로 이루어지는 처리막이 형성되어 있고,
    기판끼리를 접합할 때에는, 상기 절연막끼리가 대응하고, 또한 상기 금속부끼리가 대응하도록, 상기 처리막끼리가 접합되고,
    상기 표면 개질 장치에서는, 상기 처리막의 표면을 개질하고,
    처리 용기 내에 배치되어, 기판이 적재되는 하부 전극과,
    상기 처리 용기 내에서 상기 하부 전극에 대향해서 배치되는 상부 전극을 갖고,
    상기 하부 전극은, 플라즈마 생성용의 소정 주파수의 전압을 인가하기 위한 전원에 접속되고,
    상기 상부 전극은 접지되고,
    상기 소정 주파수는, 13MHz 내지 100MHz 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 표면 개질 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 처리 용기 내에 상기 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내를 소정 압력까지 감압하는 감압 기구와,
    상기 처리 용기 내의 압력을 제어하는 제어부를 더 갖고,
    상기 제어부는, 상기 처리 용기에 기판을 반입 및 반출할 때에는, 당해 처리 용기 내를 대기압에 개방하고, 상기 처리 용기 내를 밀폐하여 상기 처리 가스의 플라즈마를 사용해서 기판의 표면을 개질할 때에는, 당해 처리 용기 내를 상기 소정 압력까지 감압시키도록, 상기 가스 공급 기구와 상기 감압 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 기재된 표면 개질 장치를 구비한 접합 시스템이며,
    상기 표면 개질 장치를 구비한 처리 스테이션과,
    기판 또는 기판끼리가 접합된 중합 기판을 각각 복수 보유 가능하고, 또한 상기 처리 스테이션에 대하여 기판 또는 중합 기판을 반입출하는 반입출 스테이션을 구비하고,
    상기 처리 스테이션은,
    상기 표면 개질 장치로 개질된 기판의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와,
    상기 표면 친수화 장치로 표면이 친수화된 기판끼리를 접합하는 접합 장치와,
    상기 표면 개질 장치, 상기 표면 친수화 장치 및 상기 접합 장치에 대하여, 기판 또는 중합 기판을 반송하기 위한 반송 장치를 갖는 것을 특징으로 하는, 접합 시스템.
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