KR102505676B1 - 접합 장치, 접합 시스템, 접합 방법 및 컴퓨터 기억 매체 - Google Patents

접합 장치, 접합 시스템, 접합 방법 및 컴퓨터 기억 매체 Download PDF

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히로아키 후사노
스미 다나카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 접합되는 기판끼리의 수평 방향 위치를 적절히 조절하여, 상기 기판끼리의 접합 처리를 적절히 행하는 것을 목적으로 한다.
접합 장치는, 하면에 상부 웨이퍼(WU)를 진공화하여 흡착 유지하는 상부 척(140)과, 상부 척(140)의 하방에 설치되고, 상면에 하부 웨이퍼(WL)를 진공화하여 흡착 유지하는 하부 척(141)을 갖는다. 하부 척(141)은, 하부 웨이퍼(WL)를 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부(200)와, 배치부(200)에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부(200)를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구(210)를 갖는다.

Description

접합 장치, 접합 시스템, 접합 방법 및 컴퓨터 기억 매체{BONDING APPARATUS, BONDING SYSTEM, BONDING METHOD AND COMPUTER STORAGE MEDIUM}
본 발명은 기판끼리를 접합하는 접합 장치, 상기 접합 장치를 구비한 접합 시스템, 상기 접합 장치를 이용한 접합 방법, 프로그램 및 컴퓨터 기억 매체에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화가 진행되고 있다. 고집적화된 복수의 반도체 디바이스를 수평면 내에서 배치하고, 이들 반도체 디바이스를 배선으로 접속하여 제품화하는 경우, 배선 길이가 증대하여, 이에 의해 배선의 저항이 커지는 것, 또한 배선 지연이 커지는 것이 염려된다.
그래서, 반도체 디바이스를 3차원으로 적층하는 3차원 집적 기술을 이용하는 것이 제안되어 있다. 이 3차원 집적 기술에 있어서는, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 접합 시스템을 이용하여, 2장의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 한다.)의 접합이 행해진다. 예컨대 접합 시스템은, 웨이퍼의 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 장치와, 상기 표면 개질 장치에 의해 개질된 웨이퍼의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와, 상기 표면 친수화 장치에 의해 표면이 친수화된 웨이퍼끼리를 접합하는 접합 장치를 갖고 있다. 이 접합 시스템에서는, 표면 개질 장치에 있어서 웨이퍼의 표면에 대해 플라즈마 처리를 행하여 상기 표면을 개질하고, 또한 표면 친수화 장치에 있어서 웨이퍼의 표면에 순수를 공급하여 상기 표면을 친수화한 후, 접합 장치에 있어서 웨이퍼끼리를 반데르발스 힘(van der waals force) 및 수소 결합(분자간력)에 의해 접합한다.
상기 접합 장치는, 하면에 하나의 웨이퍼(이하, 「상부 웨이퍼」라고 한다.)를 유지하는 상부 척과, 상부 척의 하방에 설치되고, 상면에 다른 웨이퍼(이하, 「하부 웨이퍼」라고 한다.)를 유지하는 하부 척과, 상부 척에 설치되고, 상부 웨이퍼의 중심부를 압박하는 압동(押動) 기구를 갖고 있다. 이러한 접합 장치에서는, 상부 척에 유지된 상부 웨이퍼와 하부 척에 유지된 하부 웨이퍼를 대향 배치한 상태에서, 압동 기구에 의해 상부 웨이퍼의 중심부와 하부 웨이퍼의 중심부를 압박하여 접촉시킨 후, 상부 웨이퍼의 중심부와 하부 웨이퍼의 중심부가 접촉한 상태에서, 상부 웨이퍼의 중심부로부터 외주부를 향해, 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼를 순차 접합한다.
그런데, 상기한 접합 방법에서는, 상부 척으로 상부 웨이퍼의 외주부를 유지한 상태에서, 압동 기구에 의해 상부 웨이퍼의 중심부를 하부 웨이퍼의 중심부측으로 하강시키기 때문에, 상기 상부 웨이퍼는 하방으로 볼록하게 휘어져 신장된다. 그러면, 웨이퍼끼리를 접합할 때, 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼가 수평 방향으로 어긋나 접합되는 경우가 있다. 예컨대 접합된 웨이퍼(이하, 「중합 웨이퍼」라고 한다.)에 있어서, 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼의 중심부가 합치하고 있어도, 그 외주부에서는 수평 방향으로 위치 어긋남(스케일링)이 발생한다.
그래서, 상기 접합 장치는, 상부 척에 유지되기 전의 상부 웨이퍼를 제1 온도로 조절하는 제1 온도 조절부와, 하부 척에 유지되기 전의 하부 웨이퍼를 제2 온도로 조절하는 제2 온도 조절부를 더 갖고 있다. 그리고, 제2 온도를 제1 온도보다 높게 하여, 하부 웨이퍼를 상부 웨이퍼보다 크게 팽창시킴으로써, 전술한 스케일링의 억제를 도모하고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2015-15269호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 접합 방법에서는, 제1 온도로 온도 조절된 상부 웨이퍼는, 제1 온도 조절부로부터 상부 척에 반송되어 유지되기까지의 사이에, 외주부로부터 온도가 저하되어 온도 불균일이 발생한다. 마찬가지로 제2 온도로 온도 조절된 하부 웨이퍼도, 하부 척에 유지되기까지의 사이에 온도 불균일이 발생한다. 이러한 경우, 스케일링을 억제할 수 없다.
이 온도 불균일의 개선 방법으로서, 발명자들은, 예컨대 하부 척을 온도 조절해 두고, 상기 하부 척에 하부 웨이퍼를 반송한 후에, 하부 웨이퍼를 팽창시키는 방법을 생각하였다. 그러나, 웨이퍼끼리를 접합할 때, 상부 척과 하부 척의 간격이 매우 작기 때문에, 하부 척의 열이 상부 척에 전달되어, 상부 웨이퍼도 열팽창해 버린다. 그러면, 스케일링을 효율적으로 억제할 수 없다.
따라서, 종래의 웨이퍼끼리의 접합 처리에는 개선의 여지가 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 접합되는 기판끼리의 수평 방향 위치를 적절히 조절하여, 상기 기판끼리의 접합 처리를 적절히 행하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기판끼리를 접합하는 접합 장치로서, 하면에 제1 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제1 유지부와, 상기 제1 유지부의 하방에 설치되고, 상면에 제2 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제2 유지부를 가지며, 상기 제2 유지부는, 제2 기판을 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부와, 상기 배치부에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
다른 관점에 의한 본 발명은 상기 접합 장치를 구비한 접합 시스템으로서, 상기 접합 장치를 구비한 처리 스테이션과, 제1 기판, 제2 기판 또는 제1 기판과 제2 기판이 접합된 중합 기판을 각각 복수 보유 가능하고, 또한 상기 처리 스테이션에 대해 제1 기판, 제2 기판 또는 중합 기판을 반입 및 반출하는 반입 반출 스테이션을 구비하며, 상기 처리 스테이션은, 제1 기판 또는 제2 기판의 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 장치와, 상기 표면 개질 장치에 의해 개질된 제1 기판 또는 제2 기판의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와, 상기 표면 개질 장치, 상기 표면 친수화 장치 및 상기 접합 장치에 대해, 제1 기판, 제2 기판 또는 중합 기판을 반송하기 위한 반송 장치를 갖고, 상기 접합 장치에서는, 상기 표면 친수화 장치에 의해 표면이 친수화된 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 다른 관점에 의한 본 발명은 접합 장치를 이용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서, 상기 접합 장치는, 하면에 제1 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제1 유지부와, 상기 제1 유지부의 하방에 설치되고, 상면에 제2 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제2 유지부와, 상기 제1 유지부에 설치되고, 제1 기판의 중심부를 압박하는 압동 기구를 가지며, 상기 제2 유지부는, 제2 기판을 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부와, 상기 배치부에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구를 갖고, 상기 접합 방법은, 상기 제1 유지부에 의해 제1 기판을 유지하는 제1 유지 공정과, 상기 변형 기구에 의해 상기 배치부의 중심부를 상방으로 돌출시킨 상태에서, 상기 제2 유지부에 의해 제2 기판을 유지하는 제2 유지 공정과, 그 후, 상기 제1 유지부에 유지된 제1 기판과 상기 제2 유지부에 유지된 제2 기판을 대향 배치하는 배치 공정과, 그 후, 상기 압동 기구를 강하시켜, 상기 압동 기구에 의해 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부를 압박하여 접촉시키는 압박 공정과, 그 후, 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부가 접촉한 상태에서, 상기 제1 유지부에 의한 제1 기판의 진공화를 정지하고, 제1 기판의 중심부로부터 외주부를 향해, 제1 기판과 제2 기판을 순차 접합하는 접합 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 다른 관점에 의한 본 발명에 의하면, 상기 접합 방법을 접합 장치에 의해 실행시키도록, 상기 접합 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터상에서 동작하는 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기억 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 접합되는 기판끼리의 수평 방향 위치를 적절히 조절하면서, 중합 기판의 보이드의 발생을 억제하여, 상기 기판끼리의 접합 처리를 적절히 행할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 접합 시스템의 구성의 개략을 도시한 평면도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 접합 시스템의 내부 구성의 개략을 도시한 측면도이다.
도 3은 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼의 구성의 개략을 도시한 측면도이다.
도 4는 접합 장치의 구성의 개략을 도시한 횡단면도이다.
도 5는 접합 장치의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
도 6은 상부 척, 척 유지부, 및 하부 척의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
도 7은 배치부의 변위량이 0(제로)인 경우의 하부 척의 모습을 도시한 설명도이다.
도 8은 하부 척을 변형시킨 모습을 도시한 설명도이다.
도 9는 웨이퍼 접합 처리의 주된 공정을 도시한 흐름도이다.
도 10은 하부 척을 변형시킨 모습을 도시한 설명도이다.
도 11은 하부 척으로 하부 웨이퍼를 흡착 유지한 모습을 도시한 설명도이다.
도 12는 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼를 대향 배치한 모습을 도시한 설명도이다.
도 13은 상부 웨이퍼의 중심부와 하부 웨이퍼의 중심부를 압박하여 접촉시키는 모습을 도시한 설명도이다.
도 14는 상부 웨이퍼를 하부 웨이퍼에 순차 접촉시키는 모습을 도시한 설명도이다.
도 15는 상부 웨이퍼의 표면과 하부 웨이퍼의 표면을 접촉시킨 모습을 도시한 설명도이다.
도 16은 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼가 접합된 모습을 도시한 설명도이다.
도 17은 다른 실시형태에 있어서의 하부 척의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
도 18은 다른 실시형태에 있어서 하부 척을 변형시킨 모습을 도시한 설명도이다.
도 19는 다른 실시형태에 있어서의 하부 척의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
도 20은 다른 실시형태에 있어서의 하부 척의 구성의 개략을 도시한 설명도이다.
도 21은 다른 실시형태에 있어서 배치부의 변위량이 0(제로)인 경우의 하부 척의 모습을 도시한 설명도이다.
도 22는 다른 실시형태에 있어서 하부 척을 변형시킨 모습을 도시한 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 접합 시스템(1)의 구성의 개략을 도시한 평면도이다. 도 2는 접합 시스템(1)의 내부 구성의 개략을 도시한 측면도이다.
접합 시스템(1)에서는, 도 3에 도시된 바와 같이 예컨대 2장의 기판으로서의 웨이퍼(WU, WL)를 접합한다. 이하, 상측에 배치되는 웨이퍼를, 제1 기판으로서의 「상부 웨이퍼(WU)」라고 하고, 하측에 배치되는 웨이퍼를, 제2 기판으로서의 「하부 웨이퍼(WL)」라고 한다. 또한, 상부 웨이퍼(WU)가 접합되는 접합면을 「표면(WU1)」이라고 하고, 상기 표면(WU1)과 반대측의 면을 「이면(WU2)」이라고 한다. 마찬가지로, 하부 웨이퍼(WL)가 접합되는 접합면을 「표면(WL1)」이라고 하고, 상기 표면(WL1)과 반대측의 면을 「이면(WL2)」이라고 한다. 그리고, 접합 시스템(1)에서는, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)를 접합하여, 중합 기판으로서의 중합 웨이퍼(WT)를 형성한다.
접합 시스템(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이 예컨대 외부와의 사이에서 복수의 웨이퍼(WU, WL), 복수의 중합 웨이퍼(WT)를 각각 수용 가능한 카세트(CU, CL, CT)가 반입 및 반출되는 반입 반출 스테이션(2)과, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)에 대해 소정의 처리를 실시하는 각종 처리 장치를 구비한 처리 스테이션(3)을 일체로 접속한 구성을 갖고 있다.
반입 반출 스테이션(2)에는, 카세트 배치대(10)가 설치되어 있다. 카세트 배치대(10)에는, 복수, 예컨대 4개의 카세트 배치판(11)이 설치되어 있다. 카세트 배치판(11)은, 수평 방향의 X방향(도 1 중 상하 방향)으로 일렬로 나란히 배치되어 있다. 이들 카세트 배치판(11)에는, 접합 시스템(1)의 외부에 대해 카세트(CU, CL, CT)를 반입 및 반출할 때에, 카세트(CU, CL, CT)를 배치할 수 있다. 이와 같이, 반입 반출 스테이션(2)은, 복수의 상부 웨이퍼(WU), 복수의 하부 웨이퍼(WL), 복수의 중합 웨이퍼(WT)를 보유 가능하게 구성되어 있다. 한편, 카세트 배치판(11)의 개수는, 본 실시형태에 한정되지 않고, 임의로 설정할 수 있다. 또한, 카세트 중 하나를 이상(異常) 웨이퍼의 회수용으로서 이용해도 좋다. 즉, 여러 가지 요인으로 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 접합에 이상이 발생한 웨이퍼를, 다른 정상적인 중합 웨이퍼(WT)와 분리할 수 있는 카세트이다. 본 실시형태에서는, 복수의 카세트(CT) 중, 하나의 카세트(CT)를 이상 웨이퍼의 회수용으로서 이용하고, 다른 카세트(CT)를 정상적인 중합 웨이퍼(WT)의 수용용으로서 이용하고 있다.
반입 반출 스테이션(2)에는, 카세트 배치대(10)에 인접하여 웨이퍼 반송부(20)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송부(20)에는, X방향으로 연장되는 반송로(21) 상을 이동 가능한 웨이퍼 반송 장치(22)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(22)는, 연직 방향 및 연직축 주위(θ방향)로도 이동 가능하며, 각 카세트 배치판(11) 상의 카세트(CU, CL, CT)와, 후술하는 처리 스테이션(3)의 제3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(50, 51) 사이에서 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)를 반송할 수 있다.
처리 스테이션(3)에는, 각종 장치를 구비한 복수 예컨대 3개의 처리 블록(G1, G2, G3)이 설치되어 있다. 예컨대 처리 스테이션(3)의 정면측(도 1의 X방향 부방향측)에는, 제1 처리 블록(G1)이 설치되고, 처리 스테이션(3)의 배면측(도 1의 X방향 정방향측)에는, 제2 처리 블록(G2)이 설치되어 있다. 또한, 처리 스테이션(3)의 반입 반출 스테이션(2)측(도 1의 Y방향 부방향측)에는, 제3 처리 블록(G3)이 설치되어 있다.
예컨대 제1 처리 블록(G1)에는, 웨이퍼(WU, WL)의 표면(WU1, WL1)을 개질하는 표면 개질 장치(30)가 배치되어 있다. 표면 개질 장치(30)에서는, 예컨대 감압 분위기하에 있어서, 처리 가스인 산소 가스 또는 질소 가스가 여기되어 플라즈마화되고, 이온화된다. 이 산소 이온 또는 질소 이온이 표면(WU1, WL1)에 조사되고, 표면(WU1, WL1)이 플라즈마 처리되어, 개질된다.
예컨대 제2 처리 블록(G2)에는, 예컨대 순수에 의해 웨이퍼(WU, WL)의 표면(WU1, WL1)을 친수화하고, 상기 표면(WU1, WL1)을 세정하는 표면 친수화 장치(40), 웨이퍼(WU, WL)를 접합하는 접합 장치(41)가, 반입 반출 스테이션(2)측으로부터 이 순서로 수평 방향의 Y방향으로 나란히 배치되어 있다.
표면 친수화 장치(40)에서는, 예컨대 스핀 척에 유지된 웨이퍼(WU, WL)를 회전시키면서, 상기 웨이퍼(WU, WL) 상에 순수를 공급한다. 그러면, 공급된 순수는 웨이퍼(WU, WL)의 표면(WU1, WL1) 상에서 확산되어, 표면(WU1, WL1)이 친수화된다. 한편, 접합 장치(41)의 구성에 대해서는 후술한다.
예컨대 제3 처리 블록(G3)에는, 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)의 트랜지션 장치(50, 51)가 아래로부터 순서대로 2단으로 설치되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1 처리 블록(G1)∼제3 처리 블록(G3)으로 둘러싸인 영역에는, 웨이퍼 반송 영역(60)이 형성되어 있다. 웨이퍼 반송 영역(60)에는, 예컨대 웨이퍼 반송 장치(61)가 배치되어 있다.
웨이퍼 반송 장치(61)는, 예컨대 연직 방향, 수평 방향(Y방향, X방향) 및 연직축 주위로 이동 가능한 반송 아암을 갖고 있다. 웨이퍼 반송 장치(61)는, 웨이퍼 반송 영역(60) 내를 이동하여, 주위의 제1 처리 블록(G1), 제2 처리 블록(G2) 및 제3 처리 블록(G3) 내의 소정의 장치에 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)를 반송할 수 있다.
이상의 접합 시스템(1)에는, 도 1에 도시된 바와 같이 제어부(70)가 설치되어 있다. 제어부(70)는, 예컨대 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 접합 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 프로그램 저장부에는, 전술한 각종 처리 장치나 반송 장치 등의 구동계의 동작을 제어하여, 접합 시스템(1)에 있어서의 후술하는 웨이퍼 접합 처리를 실현시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다. 한편, 상기 프로그램은, 예컨대 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체(H)에 기록되어 있던 것이며, 그 기억 매체(H)로부터 제어부(70)에 인스톨된 것이어도 좋다.
다음으로, 전술한 접합 장치(41)의 구성에 대해 설명한다. 접합 장치(41)는, 도 4에 도시된 바와 같이 내부를 밀폐 가능한 처리 용기(100)를 갖고 있다. 처리 용기(100)의 웨이퍼 반송 영역(60)측의 측면에는, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)의 반입 반출구(101)가 형성되고, 상기 반입 반출구(101)에는 개폐 셔터(102)가 설치되어 있다.
처리 용기(100)의 내부는, 내벽(103)에 의해, 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2)으로 구획되어 있다. 전술한 반입 반출구(101)는, 반송 영역(T1)에 있어서의 처리 용기(100)의 측면에 형성되어 있다. 또한, 내벽(103)에도, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)의 반입 반출구(104)가 형성되어 있다.
반송 영역(T1)의 X방향 정방향측에는, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)를 일시적으로 배치하기 위한 트랜지션(110)이 설치되어 있다. 트랜지션(110)은, 예컨대 2단으로 형성되고, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT) 중 어느 2개를 동시에 배치할 수 있다.
반송 영역(T1)에는, 웨이퍼 반송 기구(111)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송 기구(111)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 예컨대 연직 방향, 수평 방향(Y방향, X방향) 및 연직축 주위로 이동 가능한 반송 아암을 갖고 있다. 그리고, 웨이퍼 반송 기구(111)는, 반송 영역(T1) 내, 또는 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2) 사이에서 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)를 반송할 수 있다.
반송 영역(T1)의 X방향 부방향측에는, 웨이퍼(WU, WL)의 수평 방향의 방향을 조절하는 위치 조절 기구(120)가 설치되어 있다. 위치 조절 기구(120)는, 웨이퍼(WU, WL)를 유지하여 회전시키는 유지부(도시하지 않음)를 구비한 베이스(121)와, 웨이퍼(WU, WL)의 노치부의 위치를 검출하는 검출부(122)를 갖고 있다. 그리고, 위치 조절 기구(120)에서는, 베이스(121)에 유지된 웨이퍼(WU, WL)를 회전시키면서 검출부(122)에 의해 웨이퍼(WU, WL)의 노치부의 위치를 검출함으로써, 상기 노치부의 위치를 조절하여 웨이퍼(WU, WL)의 수평 방향의 방향을 조절하고 있다. 한편, 베이스(121)에 있어서 웨이퍼(WU, WL)를 유지하는 구조는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대 핀 척 구조나 스핀 척 구조 등, 여러 가지 구조가 이용된다.
또한, 반송 영역(T1)에는, 상부 웨이퍼(WU)의 표리면을 반전시키는 반전 기구(130)가 설치되어 있다. 반전 기구(130)는, 상부 웨이퍼(WU)를 유지하는 유지 아암(131)을 갖고 있다. 유지 아암(131)은, 수평 방향(Y방향)으로 연장되어 있다. 또한 유지 아암(131)에는, 상부 웨이퍼(WU)를 유지하는 유지 부재(132)가 예컨대 4부위에 설치되어 있다.
유지 아암(131)은, 예컨대 모터 등을 구비한 구동부(133)에 지지되어 있다. 이 구동부(133)에 의해, 유지 아암(131)은 수평축 주위로 회동 가능하다. 또한 유지 아암(131)은, 구동부(133)를 중심으로 회동 가능하고, 수평 방향(Y방향)으로 이동 가능하다. 구동부(133)의 하방에는, 예컨대 모터 등을 구비한 다른 구동부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 다른 구동부에 의해, 구동부(133)는 연직 방향으로 연장되는 지지 기둥(134)을 따라 연직 방향으로 이동할 수 있다. 이와 같이 구동부(133)에 의해, 유지 부재(132)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)는, 수평축 주위로 회동할 수 있고, 연직 방향 및 수평 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 유지 부재(132)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)는, 구동부(133)를 중심으로 회동하여, 위치 조절 기구(120)로부터 후술하는 상부 척(140) 사이를 이동할 수 있다.
처리 영역(T2)에는, 상부 웨이퍼(WU)를 하면에서 흡착 유지하는 제1 유지부로서의 상부 척(140)과, 하부 웨이퍼(WL)를 상면에서 배치하여 흡착 유지하는 제2 유지부로서의 하부 척(141)이 설치되어 있다. 하부 척(141)은, 상부 척(140)의 하방에 설치되고, 상부 척(140)과 대향 배치 가능하게 구성되어 있다. 즉, 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)와 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)는 대향하여 배치 가능하게 되어 있다.
상부 척(140)은, 상기 상부 척(140)의 상방에 설치된 상부 척 지지부(150)에 지지되어 있다. 상부 척 지지부(150)는, 처리 용기(100)의 천장면에 설치되어 있다. 즉, 상부 척(140)은, 상부 척 지지부(150)를 통해 처리 용기(100)에 고정되어 설치되어 있다.
상부 척 지지부(150)에는, 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)을 촬상하는 상부 촬상부(151)가 설치되어 있다. 즉, 상부 촬상부(151)는 상부 척(140)에 인접하여 설치되어 있다. 상부 촬상부(151)에는, 예컨대 CCD 카메라가 이용된다.
하부 척(141)은, 상기 하부 척(141)의 하방에 설치된 제1 하부 척 이동부(160)에 지지되어 있다. 제1 하부 척 이동부(160)는, 후술하는 바와 같이 하부 척(141)을 수평 방향(Y방향)으로 이동시키도록 구성되어 있다. 또한, 제1 하부 척 이동부(160)는, 하부 척(141)을 연직 방향으로 이동 가능하게, 또한 연직축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다.
제1 하부 척 이동부(160)에는, 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)을 촬상하는 하부 촬상부(161)가 설치되어 있다. 즉, 하부 촬상부(161)는 하부 척(141)에 인접하여 설치되어 있다. 하부 촬상부(161)에는, 예컨대 CCD 카메라가 이용된다.
제1 하부 척 이동부(160)는, 상기 제1 하부 척 이동부(160)의 하면측에 설치되고, 수평 방향(Y방향)으로 연장되는 한 쌍의 레일(162, 162)에 부착되어 있다. 그리고, 제1 하부 척 이동부(160)는, 레일(162)을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다.
한 쌍의 레일(162, 162)은, 제2 하부 척 이동부(163)에 배치되어 있다. 제2 하부 척 이동부(163)는, 상기 제2 하부 척 이동부(163)의 하면측에 설치되고, 수평 방향(X방향)으로 연장되는 한 쌍의 레일(164, 164)에 부착되어 있다. 그리고, 제2 하부 척 이동부(163)는, 레일(164)을 따라 이동 가능하게 구성되고, 즉 하부 척(141)을 수평 방향(X방향)으로 이동시키도록 구성되어 있다. 한편, 한 쌍의 레일(164, 164)은, 처리 용기(100)의 바닥면에 설치된 배치대(165) 상에 배치되어 있다.
다음으로, 접합 장치(41)의 상부 척(140)과 상부 척 지지부(150)의 상세한 구성에 대해 설명한다.
상부 척(140)에는, 도 6에 도시된 바와 같이 핀 척 방식이 채용되어 있다. 상부 척(140)은, 평면에서 보아 상부 웨이퍼(WU)의 직경 이상의 직경을 갖는 본체부(170)를 갖고 있다. 본체부(170)의 하면에는, 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)에 접촉하는 복수의 핀(171)이 설치되어 있다. 또한, 본체부(170)의 하면의 외주부에는, 핀(171)과 동일한 높이를 갖고, 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)의 외주부를 지지하는 외측 리브(172)가 설치되어 있다. 외측 리브(172)는, 복수의 핀(171)의 외측에 환형으로 설치되어 있다.
또한, 본체부(170)의 하면에는, 외측 리브(172)의 내측에 있어서, 핀(171)과 동일한 높이를 갖고, 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)을 지지하는 내측 리브(173)가 설치되어 있다. 내측 리브(173)는, 외측 리브(172)와 동심원 형상으로 환형으로 설치되어 있다. 그리고, 외측 리브(172)의 내측의 영역(174)[이하, 흡인 영역(174)이라고 하는 경우가 있다.]은, 내측 리브(173)의 내측의 제1 흡인 영역(174a)과, 내측 리브(173)의 외측의 제2 흡인 영역(174b)으로 구획되어 있다.
본체부(170)의 하면에는, 제1 흡인 영역(174a)에 있어서, 상부 웨이퍼(WU)를 진공화하기 위한 제1 흡인구(175a)가 형성되어 있다. 제1 흡인구(175a)는, 예컨대 제1 흡인 영역(174a)에 있어서 4부위에 형성되어 있다. 제1 흡인구(175a)에는, 본체부(170)의 내부에 설치된 제1 흡인관(176a)이 접속되어 있다. 또한 제1 흡인관(176a)에는, 제1 진공 펌프(177a)가 접속되어 있다.
또한, 본체부(170)의 하면에는, 제2 흡인 영역(174b)에 있어서, 상부 웨이퍼(WU)를 진공화하기 위한 제2 흡인구(175b)가 형성되어 있다. 제2 흡인구(175b)는, 예컨대 제2 흡인 영역(174b)에 있어서 2부위에 형성되어 있다. 제2 흡인구(175b)에는, 본체부(170)의 내부에 설치된 제2 흡인관(176b)이 접속되어 있다. 또한 제2 흡인관(176b)에는, 제2 진공 펌프(177b)가 접속되어 있다.
그리고, 상부 웨이퍼(WU), 본체부(170) 및 외측 리브(172)로 둘러싸여 형성된 흡인 영역(174a, 174b)을 각각 흡인구(175a, 175b)로부터 진공화하여, 흡인 영역(174a, 174b)을 감압한다. 이때, 흡인 영역(174a, 174b)의 외부의 분위기가 대기압이기 때문에, 상부 웨이퍼(WU)는 감압된 분만큼 대기압에 의해 흡인 영역(174a, 174b)측으로 밀려, 상부 척(140)에 상부 웨이퍼(WU)가 흡착 유지된다. 또한, 상부 척(140)은, 제1 흡인 영역(174a)과 제2 흡인 영역(174b)마다 상부 웨이퍼(WU)를 진공화 가능하게 구성되어 있다.
이러한 경우, 외측 리브(172)가 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)의 외주부를 지지하기 때문에, 상부 웨이퍼(WU)는 그 외주부까지 적절히 진공화된다. 이 때문에, 상부 척(140)에 상부 웨이퍼(WU)의 전체면이 흡착 유지되고, 상기 상부 웨이퍼(WU)의 평면도(平面度)를 작게 하여, 상부 웨이퍼(WU)를 평탄하게 할 수 있다.
게다가, 복수의 핀(171)의 높이가 균일하기 때문에, 상부 척(140)의 하면의 평면도를 더욱 작게 할 수 있다. 이와 같이 상부 척(140)의 하면을 평탄하게 하여 (하면의 평면도를 작게 하여), 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)의 연직 방향의 왜곡을 억제할 수 있다.
또한, 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)은 복수의 핀(171)에 지지되어 있기 때문에, 상부 척(140)에 의한 상부 웨이퍼(WU)의 진공화를 해제할 때, 상기 상부 웨이퍼(WU)가 상부 척(140)으로부터 박리되기 쉬워진다.
상부 척(140)에 있어서, 본체부(170)의 중심부에는, 상기 본체부(170)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(178)이 형성되어 있다. 이 본체부(170)의 중심부는, 상부 척(140)에 흡착 유지되는 상부 웨이퍼(WU)의 중심부에 대응하고 있다. 그리고 관통 구멍(178)에는, 후술하는 압동 기구(190)에 있어서의 액추에이터(191)의 선단부가 삽입 관통하도록 되어 있다.
상부 척 지지부(150)는, 도 5에 도시된 바와 같이 상부 척(140)의 본체부(170)의 상면에 설치된 지지 부재(180)를 갖고 있다. 지지 부재(180)는, 평면에서 보아 적어도 본체부(170)의 상면을 덮도록 설치되고, 또한 본체부(170)에 대해 예컨대 나사 고정에 의해 고정되어 있다. 지지 부재(180)는, 처리 용기(100)의 천장면에 설치된 복수의 지지 기둥(181)에 지지되어 있다.
지지 부재(180)의 상면에는, 도 6에 도시된 바와 같이 상부 웨이퍼(WU)의 중심부를 압박하는 압동 기구(190)가 더 설치되어 있다. 압동 기구(190)는, 액추에이터(191)와 실린더(192)를 갖고 있다.
액추에이터(191)는, 전공(電空) 레귤레이터(도시하지 않음)로부터 공급되는 공기에 의해 일정 방향으로 일정한 압력을 발생시키는 것으로, 압력의 작용점의 위치에 상관없이 상기 압력을 일정하게 발생시킬 수 있다. 그리고, 전공 레귤레이터로부터의 공기에 의해, 액추에이터(191)는, 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 접촉하여 상기 상부 웨이퍼(WU)의 중심부에 가해지는 압박 하중을 제어할 수 있다. 또한, 액추에이터(191)의 선단부는, 전공 레귤레이터로부터의 공기에 의해, 관통 구멍(178)을 삽입 관통하여 연직 방향으로 승강 가능하게 되어 있다.
액추에이터(191)는, 실린더(192)에 지지되어 있다. 실린더(192)는, 예컨대 모터를 내장한 구동부에 의해 액추에이터(191)를 연직 방향으로 이동시킬 수 있다.
이상과 같이 압동 기구(190)는, 액추에이터(191)에 의해 압박 하중을 제어하고, 실린더(192)에 의해 액추에이터(191)의 이동을 제어하고 있다. 그리고, 압동 기구(190)는, 후술하는 웨이퍼(WU, WL)의 접합시에, 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부를 접촉시켜 압박할 수 있다.
다음으로, 접합 장치(41)의 하부 척(141)의 상세한 구성에 대해 설명한다.
하부 척(141)은, 하부 웨이퍼(WL)를 배치하는 배치부(200)와, 상기 배치부(200)를 지지하는 베이스부(201)를 갖고 있다. 베이스부(201)는 배치부(200)의 하방에 설치되고, 또한 배치부(200) 주위에는 고정 링(202)이 설치되어 있다. 그리고, 배치부(200)의 외주부가 고정 링(202)에 의해 베이스부(201)에 고정되어 있다.
배치부(200)에는, 예컨대 알루미나 세라믹이나 SIC 등 세라믹 재료가 이용된다. 이 때문에, 배치부(200)는 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능하고, 또한 고정밀도의 평면, 또한, 높은 복원성을 실현할 수 있다. 또한 베이스부(201)에도, 예컨대 알루미나 세라믹이나 SIC 등 세라믹 재료가 이용된다.
배치부(200)는 평면에서 보아 하부 웨이퍼(WL)의 직경 이상의 직경을 갖고, 그 중심부의 두께가 외주부의 두께보다 크게 되어 있다. 배치부(200)의 하면에는, 환형의 리브(203)가 복수 설치되어 있다. 각 리브(203)는, 배치부(200)의 상면을 평탄하게 한 상태에서, 베이스부(201)의 상면에 접촉하도록 설치되어 있다.
배치부(200)의 상면에는, 하부 웨이퍼(WL)를 진공화하기 위한 흡인홈(204)이 형성되어 있다. 흡인홈(204)의 레이아웃은 임의로 설정할 수 있다. 흡인홈(204)에는, 배치부(200)와 베이스부(201)에 설치된 흡인관(205)이 접속되어 있다. 베이스부(201)의 상면에는, 흡인관(205) 주위에 시일재(206), 예컨대 V링이 설치되어 있다. 이에 의해, 후술하는 압력 가변 공간(208)의 기밀성이 확보된다. 또한 흡인관(205)에는, 진공 펌프(207)가 접속되어 있다.
배치부(200)의 하면과 베이스부(201)의 상면 사이에는, 밀폐된 압력 가변 공간(208)이 형성되어 있다. 압력 가변 공간(208)에는, 변형 기구(210)가 설치되어 있다. 변형 기구(210)는, 압력 가변 공간에 대해 가압 또는 감압하여, 배치부(200)의 형상을 조절할 수 있다.
베이스부(201)의 상면에는 급배기구(211)가 형성되고, 변형 기구(210)는 급배기구(211)에 접속된 급배기관(212)을 갖고 있다. 베이스부(201)의 상면에는, 급배기관(212) 주위에 시일재(213), 예컨대 V링이 설치되어 있다. 급배기관(212)에는, 전환 밸브(214)를 통해, 압력 가변 공간(208)에 공기를 공급하는 전공 레귤레이터(215)와, 압력 가변 공간(208)의 공기를 배출하기 위한 진공 펌프(216)가 접속되어 있다.
베이스부(201)에는, 배치부(200)의 변위량을 측정하는 측정부(220)가 설치되어 있다. 측정부(220)에는, 예컨대 정전 용량계나 와전식(渦電式)의 변위 센서가 이용된다. 베이스부(201)의 상면에는, 측정부(220) 주위에 시일재(221), 예컨대 V링이 설치되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 변형 기구(210)의 진공 펌프(216)에 의해 압력 가변 공간(208)의 내부를 진공화하여 감압하면(예컨대 -10 ㎪), 베이스부(201)에 배치부(200)가 흡착된다. 그리고 이 상태에서, 배치부(200)의 상면의 평면 형상이 평탄하게 되도록 조절한다. 즉, 측정부(220)에 있어서의 배치부(200)의 변위량이 0(제로)이 되도록, 배치부(200)의 상면의 평면 형상이 조절된다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 변형 기구(210)의 전공 레귤레이터(215)에 의해 압력 가변 공간(208)의 내부에 공기를 공급하여 가압하면(예컨대 0 ㎪∼100 ㎪), 배치부(200)가 하방으로부터 압박된다. 배치부(200)의 외주부는 고정 링(202)에 의해 베이스부(201)에 고정되어 있기 때문에, 배치부(200)는 그 중심부가 외주부보다 돌출되며, 즉 상방으로 볼록 형상으로 변형한다.
이 배치부(200)의 변위량은, 변형 기구(210)에 의해 배치부(200)에 가해지는 압력에 의해 조절할 수 있다. 구체적으로는, 측정부(220)에 의해 측정된 배치부(200)의 변위량이 적절한 변위량이 되도록, 변형 기구(210)로부터의 공기압을 조절한다.
한편, 전술한 바와 같이 배치부(200)는, 그 중심부의 두께가 외주부의 두께보다 크게 되어 있다. 이와 같이 배치부(200)의 강도 분포를 적정하게 함으로써, 도 8에 도시된 바와 같이 배치부(200)가 상방으로 볼록 형상으로 변형한 경우에 있어서, 배치부(200)의 상면을 적절히 구면(球面) 변위시킬 수 있다. 덧붙여서 말하면, 이 배치부(200)의 제작시에는, 배치부(200)의 상면의 수평 방향의 변위가 직경 방향으로 선형에 가까워지도록, 배치부(200)의 두께를 조절한다.
한편, 변형 기구(210)가 압력 가변 공간(208)의 가압 또는 감압을 제어할 때에는, 공기가 아니라, 다른 유체를 이용해도 좋다.
또한, 접합 장치(41)에 있어서의 각부의 동작은, 전술한 제어부(70)에 의해 제어된다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 접합 시스템(1)을 이용하여 행해지는 웨이퍼(WU, WL)의 접합 처리 방법에 대해 설명한다. 도 9는 이러한 웨이퍼 접합 처리의 주된 공정의 예를 도시한 흐름도이다.
먼저, 복수 장의 상부 웨이퍼(WU)를 수용한 카세트(CU), 복수 장의 하부 웨이퍼(WL)를 수용한 카세트(CL), 및 빈 카세트(CT)가, 반입 반출 스테이션(2)의 소정의 카세트 배치판(11)에 배치된다. 그 후, 웨이퍼 반송 장치(22)에 의해 카세트(CU) 내의 상부 웨이퍼(WU)가 취출되어, 처리 스테이션(3)의 제3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(50)에 반송된다.
다음으로 상부 웨이퍼(WU)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 제1 처리 블록(G1)의 표면 개질 장치(30)에 반송된다. 표면 개질 장치(30)에서는, 소정의 감압 분위기하에 있어서, 처리 가스인 산소 가스 또는 질소 가스가 여기되어 플라즈마화되고, 이온화된다. 이 산소 이온 또는 질소 이온이 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)에 조사되어, 상기 표면(WU1)이 플라즈마 처리된다. 그리고, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)이 개질된다(도 9의 공정 S1).
다음으로 상부 웨이퍼(WU)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 제2 처리 블록(G2)의 표면 친수화 장치(40)에 반송된다. 표면 친수화 장치(40)에서는, 스핀 척에 유지된 상부 웨이퍼(WU)를 회전시키면서, 상기 상부 웨이퍼(WU) 상에 순수를 공급한다. 그러면, 공급된 순수는 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1) 상에서 확산되고, 표면 개질 장치(30)에 있어서 개질된 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)에 수산기(실라놀기)가 부착되어 상기 표면(WU1)이 친수화된다. 또한, 상기 순수에 의해, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)이 세정된다(도 9의 공정 S2).
다음으로 상부 웨이퍼(WU)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 제2 처리 블록(G2)의 접합 장치(41)에 반송된다. 접합 장치(41)에 반입된 상부 웨이퍼(WU)는, 트랜지션(110)을 통해 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 위치 조절 기구(120)에 반송된다. 그리고 위치 조절 기구(120)에 의해, 상부 웨이퍼(WU)의 수평 방향의 방향이 조절된다(도 9의 공정 S3).
그 후, 위치 조절 기구(120)로부터 반전 기구(130)의 유지 아암(131)에 상부 웨이퍼(WU)가 전달된다. 계속해서 반송 영역(T1)에 있어서, 유지 아암(131)을 반전시킴으로써, 상부 웨이퍼(WU)의 표리면이 반전된다(도 9의 공정 S4). 즉, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)이 하방으로 향하게 된다.
그 후, 반전 기구(130)의 유지 아암(131)이, 구동부(133)를 중심으로 회동하여 상부 척(140)의 하방으로 이동한다. 그리고, 반전 기구(130)로부터 상부 척(140)에 상부 웨이퍼(WU)가 전달된다. 상부 웨이퍼(WU)는, 상부 척(140)에 그 이면(WU2)이 흡착 유지된다(도 9의 공정 S5). 구체적으로는, 진공 펌프(177a, 177b)를 작동시켜, 흡인 영역(174a, 174b)에 있어서 흡인구(175a, 175b)를 통해 상부 웨이퍼(WU)를 진공화하여, 상부 웨이퍼(WU)가 상부 척(140)에 흡착 유지된다.
상부 웨이퍼(WU)에 전술한 공정 S1∼S5의 처리가 행해지고 있는 동안, 상기 상부 웨이퍼(WU)에 이어서 하부 웨이퍼(WL)의 처리가 행해진다. 먼저, 웨이퍼 반송 장치(22)에 의해 카세트(CL) 내의 하부 웨이퍼(WL)가 취출되어, 처리 스테이션(3)의 트랜지션 장치(50)에 반송된다.
다음으로 하부 웨이퍼(WL)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 표면 개질 장치(30)에 반송되어, 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)이 개질된다(도 9의 공정 S6). 한편, 공정 S6에서의 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)의 개질은, 전술한 공정 S1과 동일하다.
그 후, 하부 웨이퍼(WL)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 표면 친수화 장치(40)에 반송되어, 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)이 친수화되고, 상기 표면(WL1)이 세정된다(도 9의 공정 S7). 한편, 공정 S7에서의 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)의 친수화 및 세정은, 전술한 공정 S2와 동일하다.
그 후, 하부 웨이퍼(WL)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 접합 장치(41)에 반송된다. 접합 장치(41)에 반입된 하부 웨이퍼(WL)는, 트랜지션(110)을 통해 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 위치 조절 기구(120)에 반송된다. 그리고 위치 조절 기구(120)에 의해, 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향의 방향이 조절된다(도 9의 공정 S8).
그 후, 하부 웨이퍼(WL)는, 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 하부 척(141)에 반송되고, 하부 척(141)에 그 이면(WL2)이 흡착 유지된다(도 9의 공정 S9). 이때, 도 10에 도시된 바와 같이 변형 기구(210)에 의해 압력 가변 공간(208)의 내부가 가압되어, 배치부(200)가 하방으로부터 압박된다. 그리고, 배치부(200)는 그 중심부가 외주부보다 돌출되며, 즉 상방으로 볼록 형상으로 변형하고 있다. 배치부(200)의 변위량은 측정부(220)에 의해 감시되고, 적절한 변위량이 되도록, 변형 기구(210)로부터 압력 가변 공간(208)으로의 공기압이 제어된다. 한편, 공정 S9 전에는 미리, 도 7에 도시된 바와 같이 변형 기구(210)에 의해 압력 가변 공간(208)의 내부가 감압되어, 배치부(200)의 평면 형상이 조절되어 있다.
공정 S9에서는, 먼저, 진공 펌프(207)를 작동시켜, 하부 웨이퍼(WL)의 중심부가 진공화되고, 그 후 중심부로부터 외주부로 순차 진공화되어, 도 11에 도시된 바와 같이 하부 웨이퍼(WL)가 전체면에서 하부 척(141)에 흡착 유지된다. 이때, 전술한 바와 같이 배치부(200)의 상면을 따라, 하부 웨이퍼(WL)는 그 중심부가 외주부에 비해 돌출되도록 유지된다.
다음으로, 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)와 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향의 위치 조절을 행한다. 구체적으로는, 제1 하부 척 이동부(160)와 제2 하부 척 이동부(163)에 의해 하부 척(141)을 수평 방향(X방향 및 Y방향)으로 이동시키고, 상부 촬상부(151)를 이용하여, 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1) 상의 미리 정해진 기준점을 순차 촬상한다. 동시에, 하부 촬상부(161)를 이용하여, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1) 상의 미리 정해진 기준점을 순차 촬상한다. 촬상된 화상은 제어부(70)에 출력된다. 제어부(70)에서는, 상부 촬상부(151)에 의해 촬상된 화상과 하부 촬상부(161)에 의해 촬상된 화상에 기초하여, 상부 웨이퍼(WU)의 기준점과 하부 웨이퍼(WL)의 기준점이 각각 합치하는 것과 같은 위치로, 제1 하부 척 이동부(160)와 제2 하부 척 이동부(163)에 의해 하부 척(141)을 이동시킨다. 이렇게 해서 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향 위치가 조절된다(도 9의 공정 S10).
그 후, 제1 하부 척 이동부(160)에 의해 하부 척(141)을 연직 상방으로 이동시켜, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 연직 방향 위치의 조절을 행하여, 상기 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)와 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 연직 방향 위치의 조절을 행한다(도 9의 공정 S11). 그리고, 도 12에 도시된 바와 같이 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 소정의 위치에 대향 배치된다.
다음으로, 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)와 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 접합 처리가 행해진다.
먼저, 도 13에 도시된 바와 같이 압동 기구(190)의 실린더(192)에 의해 액추에이터(191)를 하강시킨다. 그러면, 이 액추에이터(191)의 하강에 따라, 상부 웨이퍼(WU)의 중심부가 압박되어 하강한다. 이때, 전공 레귤레이터로부터 공급되는 공기에 의해, 액추에이터(191)에는, 소정의 압박 하중이 가해진다. 그리고, 압동 기구(190)에 의해, 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부를 접촉시켜 압박한다(도 9의 공정 S12). 이때, 제1 진공 펌프(177a)의 작동을 정지하여, 제1 흡인 영역(174a)에서의 제1 흡인구(175a)로부터의 상부 웨이퍼(WU)의 진공화를 정지하고, 제2 진공 펌프(177b)는 작동시킨 채로 하여, 제2 흡인 영역(174b)을 제2 흡인구(175b)로부터 진공화한다. 그리고, 압동 기구(190)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 중심부를 압박할 때에도, 상부 척(140)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 외주부를 유지할 수 있다.
그러면, 압박된 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부 사이에서 접합이 개시된다(도 13 중 굵은선부). 즉, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)과 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)은 각각 공정 S1, S6에 있어서 개질되어 있기 때문에, 먼저, 표면(WU1, WL1) 사이에 반데르발스 힘(분자간력)이 발생하여, 상기 표면(WU1, WL1)끼리가 접합된다. 또한, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)과 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)은 각각 공정 S2, S7에 있어서 친수화되어 있기 때문에, 표면(WU1, WL1) 사이의 친수기가 수소 결합하여(분자간력), 표면(WU1, WL1)끼리가 강고히 접합된다.
이 공정 S12에서는, 상부 웨이퍼(WU)의 중심부가 압박되어 하강하면서, 그 외주부가 상부 척(140)에 유지되어, 상부 웨이퍼(WU)는 하방으로 볼록하게 휘어져 신장된다. 한편, 하부 웨이퍼(WL)는, 하부 척(141)의 상면을 따라 중심부가 외주부에 비해 돌출되어, 상방으로 볼록하게 휘어져 신장된다. 그러면, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)를 대략 상하 대칭의 형상으로 할 수 있고, 이들 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 신장량을 거의 동일하게 할 수 있다. 이 때문에, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 접합될 때의 수평 방향의 위치 어긋남(스케일링)을 억제할 수 있다.
그 후, 도 14에 도시된 바와 같이 압동 기구(190)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부를 압박한 상태에서 제2 진공 펌프(177b)의 작동을 정지하여, 제2 흡인 영역(174b)에서의 제2 흡인관(176b)으로부터의 상부 웨이퍼(WU)의 진공화를 정지한다. 그러면, 상부 웨이퍼(WU)가 하부 웨이퍼(WL) 상에 낙하한다. 이때, 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)은 복수의 핀(171)에 지지되어 있기 때문에, 상부 척(140)에 의한 상부 웨이퍼(WU)의 진공화를 해제했을 때, 상기 상부 웨이퍼(WU)가 상부 척(140)으로부터 박리되기 쉬워진다. 그리고 상부 웨이퍼(WU)가 하부 웨이퍼(WL) 상에 순차 낙하하여 접촉하고, 전술한 표면(WU1, WL1) 사이의 반데르발스 힘과 수소 결합에 의한 접합이 순차 확대된다. 이렇게 해서, 도 15에 도시된 바와 같이 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)과 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)이 전체면에서 접촉하여, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 접합된다(도 9의 공정 S13).
여기서, 전술한 공정 S12에 있어서 하부 척(141)에 의해 하부 웨이퍼(WL)는 상방으로 볼록하게 유지되기 때문에, 압동 기구(190)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부를 확실하게 접촉시킬 수 있다. 그러면, 공정 S13에 있어서 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)를 중심부로부터 외주부를 향해 순차 접촉시킬 때, 이들 상하 웨이퍼(WU, WL) 사이의 공기를 중심부로부터 외주부로 확실하게 유출시킬 수 있어, 접합 후의 중합 웨이퍼(WT)에 보이드가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
그 후, 도 16에 도시된 바와 같이 압동 기구(190)의 액추에이터(191)를 상부 척(140)까지 상승시킨다. 또한, 진공 펌프(207)의 작동을 정지하여, 배치부(200)에 있어서의 하부 웨이퍼(WL)의 진공화를 정지하고, 하부 척(141)에 의한 하부 웨이퍼(WL)의 흡착 유지를 정지한다.
상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 접합된 중합 웨이퍼(WT)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 트랜지션 장치(51)에 반송되고, 그 후 반입 반출 스테이션(2)의 웨이퍼 반송 장치(22)에 의해 소정의 카세트 배치판(11)의 카세트(CT)에 반송된다. 이렇게 해서, 일련의 웨이퍼(WU, WL)의 접합 처리가 종료된다.
이상의 실시형태에 의하면, 변형 기구(210)에 의해 배치부(200)를 압박하여 변형시킴으로써, 배치부(200)는 그 중심부가 외주부에 비해 돌출되고, 하부 웨이퍼(WL)는 배치부(200)의 상면을 따라 유지된다. 즉, 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)도, 그 중심부가 외주부에 비해 돌출된다. 이러한 경우, 압동 기구(190)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 중심부가 압박되어, 상부 웨이퍼(WU)가 하방으로 볼록하게 휘어져 신장되어도, 상기 상부 웨이퍼(WU)와 대략 상하 대칭의 형상으로 하부 웨이퍼(WL)도 상방으로 볼록하게 휘어져 신장된다. 이 때문에, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향의 위치 어긋남(스케일링)을 억제할 수 있다.
또한, 예컨대 웨이퍼(WU, WL)의 종류가 변화한 경우, 웨이퍼(WU, WL)의 휘어짐 상태가 변화하고, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향의 위치 어긋남량(스케일링량)도 변화한다고 생각된다. 그러면, 예컨대 하부 척(141)의 상면의 형상이 고정이면, 이러한 웨이퍼(WU, WL)의 종류 변경에 대응할 수 없다. 이 점, 본 실시형태에 의하면, 변형 기구(210)로부터 공급되는 공기압을 조절하여, 압력 가변 공간(208)의 내부의 압력을 조절함으로써, 웨이퍼(WU, WL)에 따라 배치부(200)의 변위량을 조절할 수 있어, 스케일링을 억제할 수 있다.
한편, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)는, 디바이스 웨이퍼와 서포트 웨이퍼의 어느 것이어도 좋다. 디바이스 웨이퍼는 제품이 되는 반도체 웨이퍼이며, 예컨대 그 표면에 복수의 전자 회로 등을 구비한 디바이스가 형성되어 있다. 또한, 서포트 웨이퍼는 디바이스 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼이며, 그 표면에 디바이스는 형성되어 있지 않다. 그리고, 본 발명은 디바이스 웨이퍼와 서포트 웨이퍼의 접합 처리와, 디바이스 웨이퍼끼리의 접합 처리의 어느 것에도 적용 가능하다. 단, 디바이스 웨이퍼끼리를 접합하는 경우, 접합 후의 중합 웨이퍼(WT)를 제품으로서 적절히 기능시키기 위해서는, 상부 웨이퍼(WU)의 전자 회로와 하부 웨이퍼(WL)의 전자 회로를 적절히 대응시킬 필요가 있다. 이 때문에, 전술한 바와 같이 스케일링을 억제하는 것은, 디바이스 웨이퍼끼리의 접합 처리에 특히 유용해진다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 이와 같이 스케일링을 억제하여, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향의 신장의 균일성이 개선된다. 여기서, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 상이한 신장을 갖고 있으면, 이들 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)를 접합한 중합 웨이퍼(WT)에 연직 방향의 왜곡(디스토션)이 발생할 우려가 있다. 이 점, 본 실시형태에서는, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향의 신장이 균일해지고, 게다가 신장량이 작기 때문에, 디스토션도 억제할 수 있다.
또한, 하부 척(141)에 있어서 하부 웨이퍼(WL)는 상방으로 볼록하게 유지되기 때문에, 공정 S12에 있어서 압동 기구(190)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부를 확실하게 접촉시킬 수 있다. 이 때문에, 공정 S13에 있어서 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)를 접촉시킬 때, 이들 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL) 사이의 공기를 중심부로부터 외주부로 확실하게 유출시킬 수 있어, 접합 후의 중합 웨이퍼(WT)에 보이드가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향의 위치를 적절히 조절하면서, 중합 웨이퍼(WT)의 보이드의 발생을 억제하여, 상기 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 접합 처리를 적절히 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 접합 시스템(1)은, 접합 장치(41)에 더하여, 웨이퍼(WU, WL)의 표면(WU1, WL1)을 개질하는 표면 개질 장치(30)와, 표면(WU1, WL1)을 친수화하고, 상기 표면(WU1, WL1)을 세정하는 표면 친수화 장치(40)도 구비하고 있기 때문에, 하나의 시스템 내에서 웨이퍼(WU, WL)의 접합을 효율적으로 행할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 접합 처리의 스루풋을 보다 향상시킬 수 있다.
이상의 실시형태에 있어서, 도 17에 도시된 바와 같이 하부 척(141)에 있어서 압력 가변 공간(208)이 복수의 영역으로 구획되어 있어도 좋다. 배치부(200)의 하면에는, 복수, 예컨대 2개의 칸막이벽(230, 230)이 설치되어 있다. 칸막이벽(230, 230)은, 각각 배치부(200)의 동심원 형상으로 환형으로 설치되어 있다. 이 칸막이벽(230)에 의해, 압력 가변 공간(208)이 3개의 압력 가변 공간(208a, 208b, 208c)으로 구획되어 있다.
각 압력 가변 공간(208a, 208b, 208c)에는, 변형 기구(210a, 210b, 210c)가 각각 설치되어 있다. 각 변형 기구(210a, 210b, 210c)의 구성은, 상기 실시형태의 변형 기구(210)의 구성과 동일하다. 즉, 각 변형 기구(210a, 210b, 210c)는, 각각 급배기구(211a, 211b, 211c), 급배기관(212a, 212b, 212c), 시일재(213a, 213b, 213c), 전환 밸브(214a, 214b, 214c), 전공 레귤레이터(215a, 215b, 215c), 진공 펌프(216a, 216b, 216c)를 갖고 있다.
이들 변형 기구(210a, 210b, 210c)에 의해, 각 압력 가변 공간(208a, 208b, 208c)의 내부의 압력을 개별적으로 설정 가능하게 되어 있다.
그리고 도 18에 도시된 바와 같이, 각 변형 기구(210a, 210b, 210c)로부터 압력 가변 공간(208a, 208b, 208c)의 내부를 공급하여 가압하면, 배치부(200)는 하방으로부터 압박되어, 상방으로 볼록 형상으로 변형한다.
본 실시형태에 있어서도, 상기 실시형태와 동일한 효과를 향수할 수 있다. 게다가, 압력 가변 공간(208a, 208b, 208c)마다 압력을 가변으로 할 수 있기 때문에, 배치부(200)의 형상(프로파일)을 보다 적절히 조절할 수 있다.
한편, 상기 실시형태의 배치부(200)는, 그 중심부의 두께가 외주부의 두께보다 크게 되어 있었는데, 이것은 배치부(200)의 상면을 적절히 구면 변위시키기 위함이었다. 본 실시형태에서는, 각 압력 가변 공간(208a, 208b, 208c)에서 개별의 적절한 압력으로 배치부(200)를 압박할 수 있기 때문에, 배치부(200)는 면내에서 균일한 두께여도 좋다.
다음으로, 하부 척(141)의 다른 실시형태에 대해 설명한다. 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 하부 척(141)은, 하부 웨이퍼(WL)를 배치하는 배치부(300)와, 상기 배치부(300)를 지지하는 베이스부(301)를 갖고 있다. 베이스부(301)는 배치부(300)의 하방에 설치되고, 또한 배치부(300) 주위에는 고정 링(302)이 설치되어 있다. 그리고, 배치부(300)의 외주부가 고정 링(302)에 의해 베이스부(301)에 고정되어 있다.
배치부(300)에는, 예컨대 알루미나 세라믹이나 SIC 등 세라믹 재료가 이용된다. 이 때문에, 배치부(300)는 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능하고, 또한 고정밀도의 평면, 또한, 높은 복원성을 실현할 수 있다. 또한 베이스부(301)에도, 예컨대 알루미나 세라믹이나 SIC 등 세라믹 재료가 이용된다.
배치부(300)는 평면에서 보아 하부 웨이퍼(WL)의 직경 이상의 직경을 갖고 있다. 또한 배치부(300)의 상면에는, 하부 웨이퍼(WL)를 진공화하기 위한 흡인홈(303)이 형성되어 있다. 흡인홈(303)의 레이아웃은 임의로 설정할 수 있다. 흡인홈(303)에는, 배치부(300)와 베이스부(301)에 설치된 흡인관(304)이 접속되어 있다. 흡인관(304)에는, 진공 펌프(305)가 접속되어 있다.
베이스부(301)의 상면에는, 배치부(300)를 진공화하기 위한 흡인홈(306)이 형성되어 있다. 흡인홈(306)의 레이아웃은 임의로 설정할 수 있다. 흡인홈(306)에는, 베이스부(301)에 설치된 흡인관(307)이 접속되어 있다. 흡인관(307)에는, 진공 펌프(308)가 접속되어 있다.
베이스부(301)에는, 배치부(300)를 변형시키기 위한 변형 기구(310)가 설치되어 있다. 변형 기구(310)는, 복수의 액추에이터(311)를 갖고 있다. 액추에이터(311)에는 임의의 액추에이터를 이용할 수 있으나, 예컨대 피에조 액추에이터가 이용된다. 그리고 각 액추에이터(311)는, 배치부(300)의 하면을 소정의 압력으로 압박할 수 있다.
복수의 액추에이터(311)는, 베이스부(301)의 내부에 있어서 중심부와 외주부에 설치된다. 중심부에는 하나의 액추에이터(311a)가 설치되고, 액추에이터(311a)는 배치부(300)의 중심부를 압박한다. 외주부에는 4개의 액추에이터(311b)가 등간격으로 설치되고, 이들 액추에이터(311b)는 배치부(300)의 외주부를 압박한다.
각 액추에이터(311)의 상부에는 하중 확산판(312)이 설치되어 있다. 중심부의 액추에이터(311a)의 상방에 설치된 하중 확산판(312a)은, 평면에서 보아 액추에이터(311a)보다 큰 직경의 대략 원반 형상을 갖고 있다. 하중 확산판(312a)은, 베이스부(301)의 상면으로부터 노출되어, 배치부(300)의 하면의 중심부에 접촉한다. 그리고, 액추에이터(311a)로부터의 하중은 하중 확산판(312a)에 의해 분산되어, 배치부(300)의 중심부가 압박된다. 이에 의해, 배치부(300)의 중심부에 하중이 과도하게 집중되는 것을 억제할 수 있다.
외주부의 액추에이터(311b)의 상방에 설치된 하중 확산판(312b)은, 평면에서 보아 환형 형상을 갖고 있다. 하중 확산판(312b)은, 베이스부(301)의 상면으로부터 노출되어, 배치부(300)의 하면의 외주부에 접촉한다. 그리고, 4개의 액추에이터(311b)로부터의 하중은 하중 확산판(312b)에 의해 분산되어, 배치부(300)의 외주부가 압박된다. 이에 의해, 배치부(300)의 외주부에 하중이 과도하게 집중되는 것을 억제할 수 있다.
베이스부(301)에는, 배치부(300)의 변위량을 측정하는 측정부(320)가 설치되어 있다. 측정부(320)는, 예컨대 베이스부(301)의 중심부와 외주부에 복수 설치되어 있다. 또한, 측정부(320)에는, 예컨대 정전 용량계나 와전식의 변위 센서가 이용된다.
도 21에 도시된 바와 같이, 진공 펌프(308)에 의해 배치부(300)를 진공화하면, 베이스부(301)에 배치부(300)가 흡착된다. 그리고 이 상태에서, 배치부(300)의 상면의 평면 형상이 평탄하게 되도록 조절한다. 즉, 측정부(320)에 있어서의 배치부(300)의 변위량이 0(제로)이 되도록, 배치부(300)의 상면의 평면 형상이 조절된다. 한편, 이 배치부(300)의 상면의 평면 형상의 조절은, 접합 처리 전에 행해지며, 즉 상기 실시형태에 있어서의 공정 S9 전에 행해진다.
또한, 도 22에 도시된 바와 같이, 변형 기구(310)의 액추에이터(311)가 하중 확산판(312)을 통해 배치부(300)를 압박하면, 배치부(300)는 그 중심부가 외주부보다 돌출되어, 즉 상방으로 볼록 형상으로 변형한다. 이 배치부(300)의 변위량은, 변형 기구(310)에 의해 배치부(300)에 가해지는 압력에 의해 조절할 수 있다. 구체적으로는, 측정부(320)에 의해 측정된 배치부(300)의 변위량이 적절한 변위량이 되도록, 각 액추에이터(311)의 하중을 조절한다. 그리고, 상기 실시형태의 공정 S9에 있어서, 배치부(300)의 상면을 따라, 하부 웨이퍼(WL)는 그 중심부가 외주부에 비해 돌출되도록 유지된다.
한편, 배치부(300)의 형상(프로파일)을 조절하기 위해서, 중심부의 액추에이터(311a)와 외주부의 액추에이터(311b)는 개별적으로 제어된다. 여기서, 발명자들은 이들 액추에이터(311a, 311b)의 제어에 의한 배치부(300)의 형상에 대한 영향에 대해 조사하였다. 구체적으로는, 중심부의 액추에이터(311a)만을 이용하여 배치부(300)를 변형시킨 경우와, 외주부의 액추에이터(311b)만을 이용하여 배치부(300)를 변형시킨 경우를 비교하였다. 그 결과, 중심부의 액추에이터(311a)보다 외주부의 액추에이터(311b) 쪽이, 배치부(300)의 형상(프로파일)을 조절할 때에 주는 영향이 큰 것을 알 수 있었다. 따라서, 배치부(300)의 형상을 조절할 때에는, 외주부의 액추에이터(311b)를 주로 제어하고, 중심부의 액추에이터(311a)는 배치부(300)의 형상의 미세 조정을 위해서 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서도, 상기 실시형태와 동일한 효과를 향수할 수 있다.
이상의 실시형태의 하부 척(141)에서는, 배치부(200, 300)에 직접, 하부 웨이퍼(WL)를 배치하고 있었으나, 예컨대 상부 척(140)과 마찬가지로 핀 척 방식을 이용해도 좋다. 또한, 상부 척(140)도 핀 척 방식에 한정되지 않고, 진공 척 방식[상부 웨이퍼(WU)를 진공화하여 흡착 유지하는 방식]을 이용해도 좋다.
이상의 실시형태의 접합 시스템(1)에 있어서, 접합 장치(41)에 의해 웨이퍼(WU, WL)를 접합한 후, 또한 접합된 중합 웨이퍼(WT)를 소정의 온도로 가열(어닐링 처리)해도 좋다. 중합 웨이퍼(WT)에 이러한 가열 처리를 행함으로써, 접합 계면을 보다 강고히 결합시킬 수 있다. 다른 예로서, 상부 척[상부 척(140)]에, 하부 척(141)과 동일한 구조를 이용해도 좋다. 이 경우에는, 압동 기구(190)는 생략 가능하며, 상부 척의 중앙부를 아래로 볼록 형상으로 변형시킴으로써, 압동 기구(190)를 대신하게 된다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다. 본 발명은 이 예에 한하지 않고 여러 가지 양태를 채용할 수 있는 것이다. 본 발명은 기판이 웨이퍼 이외의 FPD(플랫 패널 디스플레이), 포토마스크용의 마스크 레티클 등의 다른 기판인 경우에도 적용할 수 있다.
1: 접합 시스템 2: 반입 반출 스테이션
3: 처리 스테이션 30: 표면 개질 장치
40: 표면 친수화 장치 41: 접합 장치
61: 웨이퍼 반송 장치 70: 제어부
140: 상부 척 141: 하부 척
190: 압동 기구 200: 배치부
201: 베이스부
208(208a, 208b, 208c): 압력 가변 공간
210(210a, 210b, 210c): 변형 기구
211(211a, 211b, 211c): 급배기구
212(212a, 212b, 212c): 급배기관
213(213a, 213b, 213c): 시일재
214(214a, 214b, 214c): 전환 밸브
215(215a, 215b, 215c): 전공 레귤레이터
216(216a, 216b, 216c): 진공 펌프
220: 측정부 300: 배치부
301: 베이스부 306: 흡인홈
310: 변형 기구 311(311a, 311b): 액추에이터
312(312a, 312b): 하중 분산판 320: 측정부
WU: 상부 웨이퍼 WL: 하부 웨이퍼
WT: 중합 웨이퍼

Claims (24)

  1. 기판끼리를 접합하는 접합 장치로서
    하면에 제1 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되고, 상면에 제2 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제2 유지부를 가지며,
    상기 제2 유지부는,
    제2 기판을 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부와,
    상기 배치부에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구를 갖고,
    상기 변형 기구는, 상기 배치부의 하면측의 압력 가변 공간을 가압하여, 상기 배치부를 압박하고,
    상기 배치부에 있어서 중심부의 두께는 외주부의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배치부의 하면은 복수의 영역으로 구획되고,
    상기 변형 기구는, 상기 영역마다 상기 배치부에 가해지는 압력을 설정 가능한 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변형 기구는, 상기 압력 가변 공간을 감압하는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  4. 기판끼리를 접합하는 접합 장치로서
    하면에 제1 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되고, 상면에 제2 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제2 유지부를 가지며,
    상기 제2 유지부는,
    제2 기판을 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부와,
    상기 배치부에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구를 갖고,
    상기 변형 기구는, 복수의 액추에이터를 갖고,
    상기 액추에이터는, 상기 배치부에 가해지는 하중을 분산시키기 위한 하중 분산판을 통해, 상기 배치부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 액추에이터 중, 하나의 액추에이터는 상기 배치부의 중심부를 압박하고,
    다른 복수의 액추에이터는 상기 배치부의 외주부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2 유지부는, 상기 배치부를 지지하는 베이스부를 더 갖고,
    상기 베이스부의 상면에는, 상기 배치부를 진공화하여 흡착 유지하기 위한 흡인홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유지부에 설치되고, 제1 기판의 중심부를 압박하는 압동(押動) 기구를 더 갖고,
    상기 변형 기구는, 상기 압동 기구에 의해 중심부가 압박된 제1 기판과 상하 대칭의 형상으로 제2 기판을 변형시키도록, 상기 배치부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 유지부는, 상기 배치부의 변위량을 측정하는 측정부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 접합 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 접합 장치를 구비한 접합 시스템으로서,
    상기 접합 장치를 구비한 처리 스테이션과,
    제1 기판, 제2 기판 또는 제1 기판과 제2 기판이 접합된 중합 기판을 각각 복수 보유 가능하고, 또한 상기 처리 스테이션에 대해 제1 기판, 제2 기판 또는 중합 기판을 반입 및 반출하는 반입 반출 스테이션을 구비하며,
    상기 처리 스테이션은,
    제1 기판 또는 제2 기판의 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 장치와,
    상기 표면 개질 장치에 의해 개질된 제1 기판 또는 제2 기판의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와,
    상기 표면 개질 장치, 상기 표면 친수화 장치 및 상기 접합 장치에 대해, 제1 기판, 제2 기판 또는 중합 기판을 반송하기 위한 반송 장치를 갖고,
    상기 접합 장치에서는, 상기 표면 친수화 장치에 의해 표면이 친수화된 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 것을 특징으로 하는 접합 시스템.
  10. 접합 장치를 이용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서,
    상기 접합 장치는,
    하면에 제1 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되고, 상면에 제2 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제2 유지부와,
    상기 제1 유지부에 설치되고, 제1 기판의 중심부를 압박하는 압동 기구를 가지며,
    상기 제2 유지부는,
    제2 기판을 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부와,
    상기 배치부에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구를 갖고,
    상기 배치부에 있어서 중심부의 두께는 외주부의 두께보다 크고,
    상기 접합 방법은,
    상기 제1 유지부에 의해 제1 기판을 유지하는 제1 유지 공정과,
    상기 변형 기구에 의해 상기 배치부의 중심부를 상방으로 돌출시킨 상태에서, 상기 제2 유지부에 의해 제2 기판을 유지하는 제2 유지 공정과,
    그 후, 상기 제1 유지부에 유지된 제1 기판과 상기 제2 유지부에 유지된 제2 기판을 대향 배치하는 배치 공정과,
    그 후, 상기 압동 기구를 강하시켜, 상기 압동 기구에 의해 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부를 압박하여 접촉시키는 압박 공정과,
    그 후, 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부가 접촉한 상태에서, 상기 제1 유지부에 의한 제1 기판의 진공화를 정지하고, 제1 기판의 중심부로부터 외주부를 향해, 제1 기판과 제2 기판을 순차 접합하는 접합 공정을 갖고,
    상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 변형 기구는, 상기 배치부의 하면측의 압력 가변 공간을 가압하여, 상기 배치부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 배치부의 하면은 복수의 영역으로 구획되고,
    상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 변형 기구는, 상기 영역마다 압력을 설정하여 상기 배치부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제2 유지부는, 상기 배치부를 지지하는 베이스부를 더 갖고,
    상기 제2 유지 공정 전에, 상기 변형 기구에 의해 상기 압력 가변 공간을 감압하여, 상기 베이스부에 상기 배치부를 흡착한 상태에서, 상기 배치부의 상면의 평면 형상을 조절하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  13. 접합 장치를 이용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서,
    상기 접합 장치는,
    하면에 제1 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되고, 상면에 제2 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제2 유지부와,
    상기 제1 유지부에 설치되고, 제1 기판의 중심부를 압박하는 압동 기구를 가지며,
    상기 제2 유지부는,
    제2 기판을 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부와,
    상기 배치부에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구를 갖고,
    상기 변형 기구는, 복수의 액추에이터를 갖고,
    상기 액추에이터는, 상기 배치부에 가해지는 하중을 분산시키기 위한 하중 분산판을 통해, 상기 배치부를 압박하고,
    상기 접합 방법은,
    상기 제1 유지부에 의해 제1 기판을 유지하는 제1 유지 공정과,
    상기 변형 기구에 의해 상기 배치부의 중심부를 상방으로 돌출시킨 상태에서, 상기 제2 유지부에 의해 제2 기판을 유지하는 제2 유지 공정과,
    그 후, 상기 제1 유지부에 유지된 제1 기판과 상기 제2 유지부에 유지된 제2 기판을 대향 배치하는 배치 공정과,
    그 후, 상기 압동 기구를 강하시켜, 상기 압동 기구에 의해 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부를 압박하여 접촉시키는 압박 공정과,
    그 후, 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부가 접촉한 상태에서, 상기 제1 유지부에 의한 제1 기판의 진공화를 정지하고, 제1 기판의 중심부로부터 외주부를 향해, 제1 기판과 제2 기판을 순차 접합하는 접합 공정을 갖고,
    상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 복수의 액추에이터가 상기 배치부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  14. 접합 장치를 이용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서,
    상기 접합 장치는,
    하면에 제1 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되고, 상면에 제2 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제2 유지부와,
    상기 제1 유지부에 설치되고, 제1 기판의 중심부를 압박하는 압동 기구를 가지며,
    상기 제2 유지부는,
    제2 기판을 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부와,
    상기 배치부에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구와,
    상기 배치부를 지지하는 베이스부를 갖고,
    상기 변형 기구는, 복수의 액추에이터를 갖고,
    상기 베이스부의 상면에는, 상기 배치부를 진공화하여 흡착 유지하기 위한 흡인홈이 형성되며,
    상기 접합 방법은,
    상기 제1 유지부에 의해 제1 기판을 유지하는 제1 유지 공정과,
    상기 변형 기구에 의해 상기 배치부의 중심부를 상방으로 돌출시킨 상태에서, 상기 제2 유지부에 의해 제2 기판을 유지하는 제2 유지 공정과,
    그 후, 상기 제1 유지부에 유지된 제1 기판과 상기 제2 유지부에 유지된 제2 기판을 대향 배치하는 배치 공정과,
    그 후, 상기 압동 기구를 강하시켜, 상기 압동 기구에 의해 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부를 압박하여 접촉시키는 압박 공정과,
    그 후, 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부가 접촉한 상태에서, 상기 제1 유지부에 의한 제1 기판의 진공화를 정지하고, 제1 기판의 중심부로부터 외주부를 향해, 제1 기판과 제2 기판을 순차 접합하는 접합 공정을 갖고,
    상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 복수의 액추에이터가 상기 배치부를 압박하고,
    상기 제2 유지 공정 전에, 상기 흡인홈을 통해 상기 베이스부에 상기 배치부를 흡착한 상태에서, 상기 배치부의 상면의 평면 형상을 조절하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 복수의 액추에이터 중, 하나의 액추에이터는 상기 배치부의 중심부를 압박하고,
    다른 복수의 액추에이터는 상기 배치부의 외주부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  16. 접합 장치를 이용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서,
    상기 접합 장치는,
    하면에 제1 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되고, 상면에 제2 기판을 진공화하여 흡착 유지하는 제2 유지부와,
    상기 제1 유지부에 설치되고, 제1 기판의 중심부를 압박하는 압동 기구를 가지며,
    상기 제2 유지부는,
    제2 기판을 배치하고, 연직 방향 및 수평 방향으로 신축 가능한 배치부와,
    상기 배치부에 있어서 중심부의 높이가 외주부의 높이보다 높아지도록, 상기 배치부를 하방으로부터 압박하여 변형시키는 변형 기구와,
    상기 배치부의 변위량을 측정하는 측정부를 갖고,
    상기 접합 방법은,
    상기 제1 유지부에 의해 제1 기판을 유지하는 제1 유지 공정과,
    상기 변형 기구에 의해 상기 배치부의 중심부를 상방으로 돌출시킨 상태에서, 상기 제2 유지부에 의해 제2 기판을 유지하는 제2 유지 공정과,
    그 후, 상기 제1 유지부에 유지된 제1 기판과 상기 제2 유지부에 유지된 제2 기판을 대향 배치하는 배치 공정과,
    그 후, 상기 압동 기구를 강하시켜, 상기 압동 기구에 의해 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부를 압박하여 접촉시키는 압박 공정과,
    그 후, 제1 기판의 중심부와 제2 기판의 중심부가 접촉한 상태에서, 상기 제1 유지부에 의한 제1 기판의 진공화를 정지하고, 제1 기판의 중심부로부터 외주부를 향해, 제1 기판과 제2 기판을 순차 접합하는 접합 공정을 갖고,
    상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 배치부의 변위량에 기초하여, 상기 변형 기구의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 변형 기구는, 상기 배치부의 하면측의 압력 가변 공간을 가압하여, 상기 배치부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 배치부에 있어서 중심부의 두께는 외주부의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 배치부의 하면은 복수의 영역으로 구획되고,
    상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 변형 기구는, 상기 영역마다 압력을 설정하여 상기 배치부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 제2 유지부는, 상기 배치부를 지지하는 베이스부를 더 갖고,
    상기 제2 유지 공정 전에, 상기 변형 기구에 의해 상기 압력 가변 공간을 감압하여, 상기 베이스부에 상기 배치부를 흡착한 상태에서, 상기 배치부의 상면의 평면 형상을 조절하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 변형 기구는, 복수의 액추에이터를 갖고,
    상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 복수의 액추에이터가 상기 배치부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 복수의 액추에이터 중, 하나의 액추에이터는 상기 배치부의 중심부를 압박하고,
    다른 복수의 액추에이터는 상기 배치부의 외주부를 압박하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  23. 제10항, 제11항, 제13항, 제14항, 제16항 내지 제18항, 제21항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 유지 공정에 있어서, 상기 변형 기구에 의해 중심부가 상방으로 돌출된 상기 배치부에 배치된 제2 기판의 형상은,
    상기 압박 공정에 있어서, 상기 압동 기구에 의해 중심부가 압박된 제1 기판의 형상과 상하 대칭인 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  24. 제10항, 제11항, 제13항, 제14항, 제16항 내지 제18항, 제21항 및 제22항 중 어느 한 항에 기재된 접합 방법을 접합 장치에 의해 실행시키도록, 상기 접합 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터상에서 동작하는 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기억 매체.
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