KR20120040113A - 접합 장치 및 접합 방법 - Google Patents

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마사히꼬 스기야마
미찌까즈 나까무라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리의 접합을 효율적으로 행하여, 기판 접합 처리의 처리량을 향상시키는 것이다. 접합 장치(10)는, 열처리 유닛(20), 접합 유닛(21)을 일체로 접속한 구성을 갖고 있다. 열처리 유닛(20)은, 중합 웨이퍼(WT)를 적재하여 열처리하는 제1 열처리판(40)을 갖고 있다. 접합 유닛(21)은, 중합 웨이퍼(WT)를 적재하여 열처리하는 제2 열처리판(90)과, 제2 열처리판(90) 상의 중합 웨이퍼(WT)를 압박하는 가압 기구(80)를 갖고 있다. 제1 열처리판(40)은, 당해 제1 열처리판(40) 상의 중합 웨이퍼(WT)를 냉각하는 냉매 유로(44)를 갖고 있다. 각 유닛(20, 21) 그 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압 가능하게 되어 있다. 열처리 유닛(20)은, 접합 유닛(21)과의 사이에서 웨이퍼(WT)를 반송하는 반송 기구(42)를 복수 갖고 있다.

Description

접합 장치 및 접합 방법{BONDING APPARATUS AND BONDING METHOD}
본 발명은, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 압박하여 접합하는 접합 장치 및 접합 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스(이하, 「디바이스」라고 함)의 제조에 있어서는, 디바이스의 고집적화가 진행되고 있다. 그 한편으로, 고집적화된 복수의 디바이스를 배선으로 접속하여 제품화하는 경우, 배선 길이가 증대하고, 그에 의해 배선의 저항이 커지는 것 및 배선 지연이 커지는 것이 문제가 된다.
따라서 반도체 디바이스를 3차원으로 적층하는 3차원 집적 기술을 사용하는 것이 제안되어 있다. 이 3차원 집적 기술에 있어서는, 예를 들어 접합 장치를 사용하여, 2매의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)의 접합이 행해진다. 접합 장치는, 예를 들어 상면에 웨이퍼를 적재하는 고정 테이블과, 이 고정 테이블에 대향하여 배치되어, 하면에 웨이퍼를 흡착 유지하여 승강 가능한 가동 테이블을 갖고 있다. 고정 테이블과 가동 테이블 내에는, 각각 히터가 내장되어 있다. 그리고 이 접합 장치에서는 2매의 웨이퍼를 포갠 후, 히터에 의해 웨이퍼를 가열하면서, 고정 테이블과 가동 테이블에 의해 하중을 가하여 웨이퍼를 압박하여, 2매의 웨이퍼를 접합할 수 있다(특허 문헌 1).
일본 특허 출원 공개 제2004-207436호 공보
그런데 2매의 웨이퍼를 접합할 때, 웨이퍼 표면에 형성된 금속의 접합부끼리를 접합하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 접합부를 고온의 소정의 온도로 가열하면서 압박할 필요가 있다. 즉, 우선 웨이퍼를 소정의 온도까지 가열하는 전 열처리 공정과, 그 후 웨이퍼의 온도를 소정의 온도로 유지한 상태에서 당해 웨이퍼를 압박하는 접합 공정과, 그 후 웨이퍼를 냉각하는 후 열처리 공정을 순차 행할 필요가 있다.
그러나 이 경우, 특허 문헌 1의 접합 장치를 사용하면, 2매의 웨이퍼를 접합하는 데에도 많은 시간을 필요로 한다.
우선 전 열처리 공정에 있어서, 상기 소정의 온도가 고온이므로, 웨이퍼를 소정의 온도까지 가열하는 데에 시간이 걸린다. 게다가 웨이퍼를 급속하게 가열하면 접합부끼리가 균일하게 가열되지 않을 우려가 있으므로, 소정의 가열 속도 이하로 웨이퍼를 가열할 필요가 있다. 또한, 상기 소정의 온도가 고온이므로, 후 열처리 공정에서도 고온의 웨이퍼를 냉각하는 데에 시간이 걸린다. 게다가 접합부끼리를 합금화하여 접합하는 경우, 웨이퍼를 급속하게 냉각하면 접합부의 강도나 물성이 바뀔 우려가 있으므로, 소정의 냉각 속도 이하로 웨이퍼를 냉각할 필요가 있다. 또한, 접합 공정에 드는 시간은, 접합부에 사용되는 재료 등에 의해 결정되므로 단축할 수 없다.
이와 같이 금속의 접합부를 갖는 웨이퍼끼리의 접합에는 많은 시간을 필요로 하므로, 웨이퍼 접합 처리의 처리량의 저하를 초래하고 있었다.
본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리의 접합을 효율적으로 행하여, 기판 접합 처리의 처리량을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 접합하는 접합 장치이며, 상기 접합부를 접촉시켜 기판을 포갠 중합 기판을 적재하여 열처리하는 제1 열처리판과, 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하는 제1 감압 기구를 구비한 열처리 유닛과, 상기 열처리 유닛에서 처리된 중합 기판을 적재하여 열처리하는 제2 열처리판과, 상기 제2 열처리판 상의 중합 기판을 당해 제2 열처리판측으로 압박하는 가압 기구와, 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하는 제2 감압 기구를 구비한 접합 유닛을 갖고, 상기 전 열처리 유닛과 상기 후 열처리 유닛은, 각각 기밀하게 상기 접합 유닛에 접속되고, 상기 제1 열처리판은, 상기 제1 열처리판 상의 중합 기판을 냉각하는 냉각 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 열처리 유닛, 접합 유닛에 있어서, 중합 기판을 순차 처리할 수 있다. 즉, 우선 열처리 유닛에 있어서, 중합 기판을 제1 열처리판에 적재하여 가열한다. 그 후, 내부의 분위기를 소정의 진공도로 한 접합 유닛에 있어서, 중합 기판을 제2 열처리판에 적재하여 당해 중합 기판을 소정의 온도로 유지하면서, 중합 기판을 제2 열처리판측으로 압박하여 당해 중합 기판을 접합한다. 그 후, 다시 열처리 유닛에 있어서, 중합 기판을 제1 열처리판에 적재하여 냉각한다. 그리고 접합 유닛에 있어서 하나의 중합 기판을 처리하고 있는 동안, 열처리 유닛에 있어서 다른 중합 기판을 병행하여 처리할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 상기 소정의 온도가 고온이어도, 열처리 유닛과 접합 유닛을 별개로 설치하였으므로, 2개의 중합 기판에 대해 동시에 효율적으로 처리를 행할 수 있다. 따라서 기판 접합 처리의 처리량을 향상시킬 수 있다.
상기 열처리 유닛은, 상기 접합 유닛과의 사이에서 중합 기판을 반송하는 반송 기구를 복수 갖고 있어도 좋다.
상기 접합 유닛은, 상기 제2 열처리판 상의 중합 기판을 냉각하는 냉각 기구를 갖고 있어도 좋다.
다른 관점에 의한 본 발명은, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 접합하는 접합 방법이며, 열처리 유닛에 있어서, 상기 접합부를 접촉시켜 기판을 포갠 중합 기판을 제1 열처리판에 적재하여 당해 중합 기판을 제1 온도까지 가열하는 공정과, 그 후 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압한 접합 유닛에 있어서, 상기 중합 기판을 제2 열처리판에 적재하여 당해 중합 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 유지하면서, 상기 중합 기판을 상기 제2 열처리판측으로 압박하여 당해 중합 기판을 접합하는 공정과, 상기 제2 열처리판에 적재된 접합 후의 중합 기판을 상기 제1 온도까지 냉각하는 공정과, 그 후 상기 열처리 유닛에 있어서, 상기 중합 기판을 제1 열처리판에 적재하여 당해 중합 기판을 상기 제1 온도보다도 낮은 제3 온도로 냉각하는 공정을 갖고, 상기 접합 유닛에 있어서 하나의 중합 기판을 접합하고 있는 동안, 상기 열처리 유닛에 있어서, 다른 중합 기판을 상기 제1 온도까지 가열하는 공정 또는 다른 중합 기판을 상기 제3 온도까지 냉각하는 공정의 적어도 어느 한쪽을 행하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리의 접합을 효율적으로 행하여, 기판 접합 처리의 처리량을 향상시킬 수 있다.
도 1은 압박용 어댑터를 갖는 접합 장치의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 압박용 어댑터를 갖는 접합 장치의 구성의 개략을 도시하는 횡단면도이다.
도 3은 중합 웨이퍼의 단면도이다.
도 4는 제1 열처리판의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 5는 반송 기구 및 반송 링의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 6은 반송 기구 및 반송 링의 구성의 개략을 도시하는 사시도이다.
도 7은 반송 기구에 의해 반송 링을 보유 지지하는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 8은 접합 방법의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 9는 접합 방법의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 10은 압박용 어댑터의 재질 및 잘록량과 최대 응력차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 웨이퍼의 직경과, 압박용 어댑터의 잘록량과, 최대 응력차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도이다.
도 13은 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도이다.
도 14는 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도이다.
도 15는 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도이다.
도 16은 다른 압박용 어댑터를 도시하는 측면도이다.
도 17은 냉각 기구 근방의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 18은 걸림 부재 근방의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 19는 걸림 부재가 휜 상태를 도시하는 설명도이다.
도 20은 웨이퍼 접합 처리의 주요 공정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 21은 접합 장치의 각 기기의 동작 상태를 도시하는 타임 차트이다.
도 22는 종래의 접합 방법의 개략을 도시하는 종단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1은, 압박용 어댑터(1)를 갖는 접합 장치(10)의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다. 도 2는 압박용 어댑터(1)를 갖는 접합 장치(10)의 구성의 개략을 도시하는 횡단면도이다.
접합 장치(10)에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 2매의 기판으로서의 웨이퍼(WU, WL)를 접합한다. 이하, 상측에 배치되는 웨이퍼를 「상측 웨이퍼(WU)」라고 하고, 하측에 배치되는 웨이퍼를 「하측 웨이퍼(WL)」라고 하는 경우가 있다. 각 웨이퍼(WU, WL)는, 금속의 접합부(JU, JL)를 각각 복수 갖고 있다. 그리고 각 접합부(JU, JL)를 접촉시켜 웨이퍼(WU, WL)를 서로 포개어 중합 기판으로서의 중합 웨이퍼(WT)를 형성하여, 웨이퍼(WU, WL)끼리를 접합한다. 또한, 웨이퍼(WU, WL)끼리의 접합이 행해지기 전의 상태에 있어서는, 도 3에 도시한 바와 같이 웨이퍼(WU, WL) 사이에 접착제(2)가 도포되고, 웨이퍼(WU, WL)가 당해 접착제(2)에 의해 가접합된 상태로 되어 있다. 이와 같이, 접착제(2)에 의해 가접합함으로써, 웨이퍼(WU, WL)의 얼라이먼트를 행한 후에 당해 웨이퍼(WU, WL)의 반송을 행해도, 웨이퍼(WU, WL)에 어긋남이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 가접합된 상태에서는, 접합부(JU, JL) 사이에는 간극이 형성된 상태로 되어 있다. 이에 의해, 접합 시의 진공화가 행해질 때에 접합부(JU, JL) 사이의 분위기가 흡인되어, 접합부(JU, JL) 사이에 보이드가 발생하는 것을 막을 수 있다고 하는 효과도 얻을 수 있다. 또한, 접착제(2)에는 접합 시의 열처리에 의해 증발하여 승화되는 것이 사용된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 접합부(JU)에는 알루미늄이 사용되고, 접합부(JL)에는 게르마늄이 사용된다.
접합 장치(10)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 열처리 유닛(20) 및 접합 유닛(21)을 수평 방향인 Y 방향으로 이 순으로 배열하여 일체로 접속한 구성을 갖고 있다. 열처리 유닛(20)과 접합 유닛(21)은, 게이트 밸브(22)를 통해 기밀하게 접속되어 있다.
열처리 유닛(20)은, 내부를 밀폐할 수 있는 처리 용기(30)를 갖고 있다. 처리 용기(30) 측면에는 중합 웨이퍼(WT)의 반입출구(31)가 형성되고, 당해 반입출구(31)에는 게이트 밸브(32)가 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(30)의 접합 유닛(21)측의 측면에는 중합 웨이퍼(WT)의 반입출구(33)가 형성되고, 당해 반입출구(33)에는 상술한 게이트 밸브(22)가 설치되어 있다.
처리 용기(30)의 저면에는 흡기구(34)가 형성되어 있다. 흡기구(34)에는, 처리 용기(30)의 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하는 진공 펌프(35)에 연통하는 흡기관(36)이 접속되어 있다.
처리 용기(30)의 내부에는, 중합 웨이퍼(WT)를 적재하여 가열 및 냉각을 행하는 제1 열처리판(40)과 제1 열처리판(40)에 적재된 중합 웨이퍼(WT)를 상방으로부터 가열하는 상부 가열 수단(41)과, 열처리 유닛(20)과 접합 유닛(21) 사이에서, 후술하는 반송 링(60)과 함께 중합 웨이퍼(WT)를 반송하는 반송 기구(42)가 설치되어 있다. 상부 가열 수단(41)으로서는, 예를 들어 복사열에 의해 가열을 행하는 할로겐 히터나 혹은 전기 히터 등이 사용된다. 제1 열처리판(40)에는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 급전에 의해 발열하는 가열 기구로서의 히터(43) 및 그 내부에 냉매를 유통시킴으로써 열처리판(40)을 냉각하는 냉각 기구로서의 냉매 유로(44)가 내장되어 있다. 냉매 유로(44)는, 히터(43)의 상방에 배치되어 있다.
냉매 유로(44)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 당해 냉매 유로(44)에 냉매를 공급하는 냉매 공급관(45)과, 당해 냉매 유로(44)로부터 냉매를 배출하는 냉매 배출관(46)이 각각 접속되어 있다. 냉매로서는, 건조 공기에 안개 형상의 물을 혼합시킨 것이 사용된다. 냉매 공급관(45)에는, 당해 냉매 공급관(45)에 냉매로서의 건조 공기와 물을 공급하는 공기원(47)과 냉각수원(48)이 각각 접속되어 있다. 건조 공기와 물이 합류하는 개소에는 믹서(49)가 설치되고, 당해 믹서(49)에 의해 건조 공기와 물을 혼합함으로써 물이 안개화되어, 냉매로서 냉매 공급관(45)을 통해 냉매 유로(44)로 공급된다. 냉매 배출관(46)에는 냉매 유로(44)를 통과한 후의 냉매를 냉각하는 열교환기(50)가 설치되고, 냉매 배출관(46) 내를 흐르는 냉매를 냉각함으로써 당해 냉매 중의 물을 응축하여, 드레인으로서 회수한다. 회수된 드레인은, 순환 배관(51)을 통해 냉매 공급관(45)에 있어서의 믹서(49)의 상류로 공급되고, 다시 믹서(49)에서 건조 공기와 혼합되어 다시 냉매로서 이용된다. 또한, 열교환기(50)로서는, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이 냉동기(52)에 접속된 것이 사용된다. 또한, 제1 열처리판(40)의 가열 온도 및 냉각 온도나 상부 가열 수단(41)에 의한 가열 온도는, 예를 들어 후술하는 제어부(200)에 의해 제어된다.
제1 열처리판(40)의 하방에는, 중합 웨이퍼(WT)를 하방으로부터 지지하여 승강시키기 위한 승강 핀(53)이, 예를 들어 3개 설치되어 있다. 승강 핀(53)은, 도시하지 않은 승강 구동부에 의해 상하 이동할 수 있다. 제1 열처리판(40)의 중앙부 부근에는, 당해 제1 열처리판(40)을 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(54)이, 예를 들어 3개소에 형성되어 있다. 그리고 승강 핀(53)은 관통 구멍(54)을 삽입 관통하여, 제1 열처리판(40)의 상면으로부터 돌출 가능하게 되어 있다.
반송 기구(42)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상하 방향에 수평으로 각각 설치된 상부 반송 기구(42a)와 하부 반송 기구(42b)를 갖고 있다. 상부 반송 기구(42a)와 하부 반송 기구(42b)는, 동일 형상이다. 상부 반송 기구(42a)와 하부 반송 기구(42b)는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해, 각각 독립하여 수평 방향, 및 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 상부 반송 기구(42a) 및 하부 반송 기구(42b)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 대략 U자 형상의 단면 형상을 갖는 보유 지지부(55)를, U자의 개구 부분이 마주보도록 접속되어 형성되어 있다. 상부 반송 기구(42a) 및 하부 반송 기구(42b)는, 보유 지지부(55)에 의해 반송 링(60)을 보유 지지함으로써, 당해 반송 링(60)과 함께 중합 웨이퍼(WT)를 반송할 수 있도록 구성되어 있다. 반송 링(60)은, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 중합 웨이퍼(WT)의 직경보다 약간 큰 직경의 개구가 형성된 대략 원반 형상으로 형성되어 있고, 반송 링(60)의 저면이며, 개구의 내주연부에는 중합 웨이퍼(WT)를 보유 지지하기 위해 보유 지지 부재(61)가 설치되어 있다. 반송 링(60)의 외주부에는, 도 6에 도시한 바와 같이 한 쌍의 돌출부(62)가 설치되어 있고, 이 돌출부(62)가 반송 기구(42)의 보유 지지부(55)에 의해 보유 지지된다. 반송 기구(42)에 의해 반송 링(60)을 보유 지지하는 데 있어서는, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 보유 지지부(55)의 개구 부분 사이에 반송 링(60)이 위치하는 높이로 반송 기구(42)를 이동시키고, 계속하여 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 그 높이를 유지한 채 반송 기구(42)를 다시 수평 방향으로 이동시킨다. 그 후, 반송 기구(42)를 상승시켜, 보유 지지부(55)에 의해 반송 링(60)의 돌출부(62)를 보유 지지함으로써, 반송 기구(42)에 의해 반송 링(60)이 보유 지지된다[도 7의 (c)].
접합 유닛(21)은, 내부를 밀폐할 수 있는 처리 용기(70)를 갖고 있다. 처리 용기(70)는, 용기 본체(71)와 천장판(72)이 실드 벨로즈(73)에 의해 접속된 구성을 갖고 있다. 실드 벨로즈(73)는 연직 방향으로 신축 가능하게 구성되고, 이 실드 벨로즈(73)에 의해 천장판(72)은 연직 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
용기 본체(71)의 열처리 유닛(20)측의 측면에는 중합 웨이퍼(WT)의 반입출구(74)가 형성되고, 당해 반입출구(74)에는 상술한 게이트 밸브(22)가 설치되어 있다. 용기 본체(71)의 측면에는 흡기구(75)가 형성되어 있다. 흡기구(75)에는, 처리 용기(70)의 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하는 진공 펌프(76)에 연통하는 흡기관(77)이 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 흡기구(75), 진공 펌프(76), 흡기관(77)으로 제2 감압 기구를 구성하고 있다. 또한, 용기 본체(71)의 저면에는 후술하는 냉각 기구(100)를 설치하기 위한, 예를 들어 원형의 저부 개구(78)가 형성되어 있다.
처리 용기(70)의 내부이며 천장판(72)에는, 후술하는 제2 열처리판(90) 상의 중합 웨이퍼(WT)를 제2 열처리판(90)측으로 압박하는 가압 기구(80)가 설치되어 있다. 가압 기구(80)는, 압박용 어댑터(1)를 개재하여 중합 웨이퍼(WT)를 압박하는 압박 부재(81)와, 천장판(72)에 환 형상으로 설치된 지지 부재(82)와, 압박 부재(81)와 지지 부재(82)를 접속하고, 연직 방향으로 신축 가능한 가압 벨로즈(83)를 갖고 있다. 압박 부재(81)의 직경은, 중합 웨이퍼(WT)의 직경보다 크게 구성되어 있다. 가압 벨로즈(83)에는, 가압 기구(80)의 내부, 즉 압박 부재(81), 가압 벨로즈(83), 지지 부재(82) 및 천장판(72)으로 둘러싸인 내부 공간에, 예를 들어 압축 공기를 공급하는 공기 공급관(83a)과, 내부 공간에 공급된 공기를 배출하는 공기 배출관(83b)이 설치되어 있다. 이로 인해, 공기 공급관(83a)을 통해 가압 기구(80)의 내부 공간에 압축 공기를 공급함으로써, 가압 벨로즈(83)가 신축하여 압박 부재(81)가 연직 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 공기 배출관(83b)에는, 당해 공기 배출관(83b)의 내부를 유통하여 배기되는 공기를 냉각하는 냉각 재킷(83c)이 설치되어 있다. 냉각 재킷(83c)은, 예를 들어 수냉식의 쉘 앤드 튜브식의 열교환기 등의 것을 사용할 수 있다. 공기 배출관(83b)에는, 당해 공기 배출관(83b)으로부터 배출되는 공기의 양을 조정하기 위한 조정 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이로 인해, 공기 공급관(83a)에 의해 공급하는 압축 공기의 공급량, 공급 압력 및 공기 배출관(83b)으로부터 배출하는 공기의 양을 조정함으로써, 공기 배출관(83b)으로부터 압축 공기를 배출하면서 가압 벨로즈(83) 내의 압력을 소정의 압력으로 조정할 수 있다. 환언하면, 가압 벨로즈(83) 내의 압력과 가압 벨로즈(83) 내를 유통하는 압축 공기의 양을, 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 또한, 압박 부재(81)의 내부에는, 예를 들어 급전에 의해 발열하는 히터(81a)가 내장되어 있어, 가압 벨로즈(83)에 공급하는 압축 공기의 양을 조정함으로써, 히터(81a)로부터 가압 벨로즈(83) 내의 압축 공기로 방산하는 열량을 조정할 수 있다. 따라서 가압 벨로즈(83) 내에 공급하는 압축 공기의 유량 및 히터(81a)의 온도 조정을 각각 행함으로써 압박 부재(81)에 의한 열전달을 통해 압박용 어댑터(1)의 온도를 원하는 온도로 할 수 있다. 또한, 가압 기구(80)의 내부에는 압축 공기가 밀봉되므로, 이 압축 공기에 의한 내압에 견디도록, 가압 기구(80)의 가압 벨로즈(83)의 강성은, 처리 용기(70)의 실드 벨로즈(73)의 강성보다 크게 되어 있다.
압박용 어댑터(1)는, 압박 부재(81)의 하면에 접속되어 있다. 압박용 어댑터(1)는, 중합 웨이퍼(WT)보다 큰 직경을 갖는 압박 부재(81)를 사용하여, 중합 웨이퍼(WT)를 면 내 균일한 하중으로 압박하는 것을 목적으로 하여 설치되는 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 대략 원반 형상의 상부 어댑터(84)와, 대략 원추 사다리꼴 형상의 하부 어댑터(85)가 일체로 형성된 구성으로 되어 있다. 상부 어댑터(84)와 하부 어댑터(85)는, 평면에서 보아 동심원 형상으로 배치되어 있다. 또한, 대략 원추 사다리꼴 형상을 갖는 하부 어댑터(85)의 하부 바닥의 직경은 중합 웨이퍼(WT)와 동일한 직경을 갖고, 하부 어댑터(85)의 상부 바닥은 상부 어댑터의 직경보다도 작은 직경을 갖고, 이에 의해 압박용 어댑터(1)는 중간부로서의 잘록부(86)를 갖는 형상으로 되어 있다.
압박용 어댑터(1)의 형상에 대해 상세하게 서술한다. 상술한 바와 같이, 본 발명자들에 따르면 도 22에 도시되는 대략 원추 사다리꼴 형상의 어댑터(301)를 사다리꼴의 상부 바닥을 하방을 향하여 배치하고, 웨이퍼(W)보다도 큰 직경을 갖는 압박 부재(302)에 의해, 웨이퍼(W)와 다른 직경을 갖는 어댑터(301)를 통해 압박한 경우에 있어서도, 여전히 중합 웨이퍼(WT)의 주연부에 하중이 집중되는 것이 확인되어 있다. 이 점에 대해 본 발명자들이 검증을 행한 바, 어댑터(301)를 사용하여 중합 웨이퍼(WT)를 압박하면, 어댑터(301)의 외주연부에, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같은 응력 F1이 가해짐으로써 어댑터(301)에 휨이 발생하고, 그에 의해 어댑터(3O1)의 중심 부근에 있어서는 상향의 응력 F2가, 어댑터(3O1)의 외주연부에 있어서는 하향의 응력 F3이 집중되어, 중합 웨이퍼(WT)를 압박할 때 면 내 균일한 하중을 얻을 수 없는 것을 알 수 있었다.
이 점에 대해 본 발명자들은, 어댑터(301)와 마찬가지로 대략 원추 사다리꼴 형상의 어댑터를 사용한 경우라도, 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이, 대략 원추 사다리꼴 형상의 어댑터(310)를, 상부 바닥을 상방을 향하여 배치하면, 당해 어댑터(310)에 작용하는 응력 F4는 어댑터(310) 하부 바닥에 분산되어, 어댑터(310)의 외주연부에 응력이 집중하는 것을 피할 수 있는 것을 확인하였다. 그러나 어댑터(310)와 어댑터(301)를 비교한 경우, 어댑터(310)의 상부 바닥의 면적은 어댑터(301)보다도 작으므로, 어댑터(310)에 의해 소정의 압박 하중을 얻기 위해서는, 어댑터(301)를 사용하는 경우보다도 벨로즈(300)에 공급하는 가압용 공기의 압력을 높일 필요가 있어, 공기원 설비의 면에서 문제가 있다.
따라서 본 발명자들은, 압박용의 벨로즈와 어댑터의 접촉 면적을 크게 하면서, 압박할 때에 면 내 균일한 하중을 얻을 수 있는 형상으로서, 대략 원반 형상의 상부 어댑터(84)와 대략 원추 사다리꼴 형상의 하부 어댑터(85)를 일체로 형성하고, 상부 어댑터(84)와 하부 어댑터(85) 사이에 중간부로서의 잘록부(86)를 설치한 압박용 어댑터(1)와 같은 형상이 유효하다고 생각하였다. 그리고 상부 어댑터(84) 및 하부 어댑터(85)의 치수를 각각 변경하여, 중합 웨이퍼(WT)의 압박을 행한 결과, 중합 웨이퍼(WT)의 직경과 잘록부(86)의 직경의 비가, 0.7 : 1 내지 1 : 1이면 중합 웨이퍼(WT)의 압박을 양호하게 행할 수 있는 것이 시험에 의해 확인되었다.
이하에, 본 발명자들이 실시한 시험에 대해 서술한다. 압박용 어댑터(1)를 사용하여 중합 웨이퍼(WT)의 접합을 행하는데 있어서, 압박용 어댑터(1)를 구성하는 재료의 탄성률 및 상부 어댑터(84)의 직경, 하부 어댑터(85)의 직경 및 중합 웨이퍼(WT)의 직경을 변화시켜, 중합 웨이퍼(WT)의 면 내에 작용하는 하중에 대해 확인 시험을 행하였다. 이때, 제1 열처리판(40) 및 상부 가열 수단(41)에 있어서의 가열 온도는 350℃, 후술하는 제2 열처리판(90)에 있어서의 가열 온도는 430℃로 하였다. 또한, 상부 가열 수단(41)으로서는, 할로겐 히터를 사용하였다.
압박용 어댑터(1)의 형상은, 상부 어댑터(84)의 직경을 350㎜, 중합 웨이퍼(WT)의 직경 및 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경을 200㎜, 압박용 어댑터(1)의 높이, 환언하면 상부 어댑터(84)의 상면으로부터 하부 어댑터(85) 하부 바닥까지의 거리를 35㎜로 하고, 하부 어댑터(85)의 하부 바닥으로부터 잘록부(86)까지의 높이, 환언하면 하부 어댑터(85) 하부 바닥으로부터 상부 바닥까지의 거리는 19㎜로 하였다. 또한, 압박용 어댑터(1)의 재질은, 각각 탄성률이 20O㎬의 스테인리스, 탄성률이 410㎬의 탄화규소(SiC), 탄성률이 620㎬의 초경합금으로 하고, 각각의 재질에 의해 형성된 압박용 어댑터(1)에 있어서 잘록부(86)의 직경 X를 100㎜ 내지 200㎜ 사이에서 변화시켰을 경우에, 중합 웨이퍼(WT)의 면 내에 가해지는 응력의 최대치와 최소값의 차, 즉 최대 응력차를 확인하였다. 그 결과를 도 10에 나타낸다.
도 10은, 잘록부(86)의 직경 X를 잘록량으로 하여 횡축에 나타내고, 최대 응력차를 종축으로 하여 탄성률이 다른 각 압박용 어댑터(1)를 사용하여 중합 웨이퍼(WT)를 압박하였을 때의 최대 응력차와 잘록량의 관계를 나타낸 것이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 잘록량을 160 내지 180㎜로 한 경우에, 압박용 어댑터(1)의 탄성률에 의하지 않고, 각 압박용 어댑터(1)에 있어서의 최대 응력차가 극소로 되는 것이 확인되었다. 이 결과로부터, 압박용 어댑터(1)의 잘록량에는, 최적의 값이 존재하고, 이 최적의 잘록량은 압박용 어댑터(1)를 형성하는 재료의 탄성률에 의존하지 않는 것을 알 수 있었다.
다음에, 탄성률이 41O㎬의 질화규소를 사용한 압박용 어댑터(1)에 있어서, 상부 어댑터(84)의 직경을 350㎜, 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경 및 중합 웨이퍼(WT)의 직경을 300㎜로 한 경우, 상부 어댑터(84)의 직경을 525㎜, 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경 및 중합 웨이퍼(WT)의 직경을 300㎜로 한 경우 및 상부 어댑터(84)의 직경을 350㎜, 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경 및 중합 웨이퍼(WT)의 직경을 200㎜로 한 경우에, 각 압박용 어댑터(1)의 잘록량을 변화시키고, 그때의 중합 웨이퍼(WT)의 면 내에 있어서의 최대 응력차를 확인하였다. 이러한 응력의 최대값과 최소값의 차, 즉 최대 응력차를 확인하였다. 그 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11은, 잘록량과 중합 웨이퍼(WT)의 직경[하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경]의 비를 횡축에 나타내고, 최대 응력차를 종축으로 하고, 중합 웨이퍼(WT)를 각 압박용 어댑터(1)에 의해 압박하였을 때의 최대 응력차와, 잘록량과 중합 웨이퍼(WT)의 직경의 비의 관계를 나타낸 것이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 잘록량과 중합 웨이퍼(WT)의 직경의 비를 대강 0.7 : 1 내지 1 : 1로 함으로써, 상부 어댑터(84)의 직경이나, 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경의 치수에 의하지 않고, 각 압박용 어댑터(1)에 있어서의 최대 응력차가 극소로 되는 것이 확인되었다. 따라서 도 10 및 도 11에 나타난 결과로부터, 압박용 어댑터(1)는, 당해 압박용 어댑터(1)를 형성하는 재료의 탄성률이나 상부 어댑터(84)의 직경 및 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경의 치수에 의하지 않고, 잘록량과 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경의 비를 소정의 값으로 함으로써, 중합 웨이퍼(WT)의 면 내에 있어서의 최대 응력차를 극소로 할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 중합 웨이퍼(WT)의 면 내에 있어서의 최대 응력차는, 15㎫ 이내라면 면 내 균일한 하중에 의한 압박이 행해지고 있는 것이라고 판단해도 좋다. 따라서 중합 웨이퍼(WT)보다 큰 직경을 갖는 압박 부재(81)를 사용하여, 중합 웨이퍼(WT)를 면 내 균일한 하중으로 압박하기 위해서는, 압박용 어댑터(1)의 잘록량, 즉 잘록부(86)의 직경과, 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경의 비는, 0.7 : 1 내지 1 : 1로 하면 되고, 보다 바람직하게는, 0.8 : 1 내지 0.9 : 1이면 된다.
또한, 상기한 시험에 있어서는, 상부 어댑터(84)와 하부 어댑터(85)를 일체로 형성한, 잘록부(86)를 갖는 압박용 어댑터(1)를 사용하였지만, 압박용 어댑터(1)의 형상은 이상의 실시 형태로 한정되지 않는다. 압박용 어댑터(1) 대신에, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 상부 어댑터(84)와 하부 어댑터(85) 사이에, 중간부로서의 잘록부(86)를 형성하는 데 있어서, 원통 형상의 접속부(87)를 갖는 형상의 압박용 어댑터(210)를 사용해도 되고, 도 13에 도시한 바와 같이, 하부 어댑터(85) 하부 바닥의 직경과 동일한 직경을 갖는 대략 원반 형상의 원반부(88)가, 하부 어댑터(85)의 저면과 일체로 형성된 압박용 어댑터(220)를 사용해도 되는 것이 본 발명자들에 의해 확인되어 있다. 또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 중간부(87) 및 원반부(88)의 양쪽을 갖는 어댑터(230)를 사용해도 된다. 어느 어댑터를 사용해도, 큰 면적에 가해지고 있던 균일 하중을, 작은 면적에 균일하게 가할 수 있다.
또한, 잘록부(86)의 형상은 예각이나 직각으로 형성되어 있었지만, 잘록부(86)는 소정의 곡률을 갖는 구 형상으로 형성되어 있어도 된다. 어댑터(230)를 예로 하면, 도 15에 도시한 바와 같이, 측면에서 보아 접속부(87)의 외주부를 당해 접속부(87)의 중심 방향을 향하여 오목한 형상으로 함으로써, 잘록부(86)를 반원 형상으로 형성해도 된다. 이와 같은 경우, 잘록부(86)에 압박 하중에 의한 응력이 집중됨으로써 압박용 어댑터(1, 210, 220, 230)의 잘록부(86)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이상의 압박용 어댑터는, 가압 기구(80)의 압박 부재(81)와 별도로 형성되어 있었지만, 압박 부재(81)와 압박용 어댑터를 일체로 형성해도 된다. 구체적으로는, 예를 들어 도 16에 도시한 바와 같이, 압박 부재(81)의 하면에, 압박용 어댑터(1) 중 하부 어댑터(85)의 부분만을 접합하도록 해도 된다. 이러한 경우, 압박 부재(81)에 내장되어 있었던 히터(81a) 대신에, 하부 어댑터(85)에 히터(85a)를 내장하도록 해도 된다. 하부 어댑터(85)에 히터(85a)를 내장한 경우, 히터(81a)와 중합 웨이퍼(WT) 사이에 개재하고 있었던 압박용 어댑터(1)의 열용량을 고려할 필요가 없어지므로, 보다 고정밀도로 중합 웨이퍼(WT)의 온도 제어가 가능해지고, 또한 중합 웨이퍼(WT)의 승온에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 압박 부재(81)와 압박용 어댑터(1)를 일체로 형성함으로써, 압박 부재(81)와 압박용 어댑터(1)의 접촉면에서의 열전달의 로스도 발생하지 않으므로, 히터(85a)에 의한 중합 웨이퍼(WT)로의 열전달의 효율도 향상한다. 또한, 도 16에 있어서는, 압박용 어댑터(1)와 압박 부재(81)를 일체로 형성한 경우를 도시하고 있지만, 당연히 압박용 어댑터(210, 220, 230)와 압박 부재(81)를 일체로 형성해도 된다.
다음에, 제2 열처리판(90)에 대해 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이 처리 용기(70)의 내부이며 가압 기구(80)의 하방에는, 당해 가압 기구(80)에 대향하는 위치에, 중합 웨이퍼(WT)를 적재하여 열처리하는 적재부로서의 제2 열처리판(90)이 설치되어 있다. 제2 열처리판(90)에는, 예를 들어 급전에 의해 발열하는 히터(91)가 내장되어 있다. 제2 열처리판(90)의 재료에는, 예를 들어 질화 알루미늄 등의 세라믹스가 사용된다. 히터(91)는, 예를 들어 중합 웨이퍼(WT)에 대응하는 위치에 내장된 내주 히터(92)와, 내주 히터(92)의 외측에 동심원 형상으로 설치된, 내주 히터(92)와 독립하여 온도 제어 가능한 외주 히터(93)에 의해 구성되어 있다. 내주 히터(92) 및 외주 히터(93)의 가열 온도는, 예를 들어 후술하는 제어부(200)에 의해 제어된다. 또한, 제2 열처리판(90)의 외주부에는, 도 1에 도시한 바와 같이 반송 기구(42)에 의해 반송된 반송 링(60)의 보유 지지 부재(61)를 수용하기 위한 절결 홈(94)이 형성되어 있다. 절결 홈(94)은, 도 2에 도시한 바와 같이 제2 열처리판(90)의 외주부이며, 반송 링(60)의 보유 지지 부재(61)에 대응하는 위치에 3개소 형성되어 있다.
도 1 및 도 17에 도시한 바와 같이 제2 열처리판(90)은, 용기 본체(71)의 내면이며 당해 용기 본체(71)의 저부 개구(78)를 따라 설치된, 예를 들어 원환 형상의 지지대(95)의 상면에 의해 그 외주부가 지지되어 있다. 따라서 제2 열처리판(90)의 하면은, 저부 개구(78)를 통해 처리 용기(71)의 외부에 노출된 상태로 된다. 제2 열처리판(90)의 하면측, 환언하면 처리 용기(70)의 외부에는, 중합 웨이퍼(WT)를 냉각하는 냉각 기구(100)가 설치되어 있다. 지지대(95)는, 열처리판(90)으로부터의 열이 용기 본체(71)에 전달되는 것을 방지하기 위한 부재로, 대략 원통 형상을 갖고, 예를 들어 단열성을 갖는 질화 실리콘 등의 세라믹스에 의해 구성되어 있다. 지지대(95)의 제2 열처리판(90)에 대향하는 면에는, 오목으로 패인 홈부(101)가 제2 열처리판(90)과 동심원 형상으로 형성되어 있다. 홈부(101)에는 시일재(102)가 배치되어, 지지대(95)와 열처리판(90) 사이가 기밀하게 보유 지지되어 있다. 시일재(102)로서는, 예를 들어 내열성의 금속 O링 등이 사용된다.
제2 열처리판(90)과 지지대(95)의 외주연부에는, 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이 각각 플랜지부(90a, 95a)가 형성되어 있다. 플랜지부(90a) 및 플랜지부(95a)는, 시일재(102)를 압박하는 방향으로 힘이 작용하도록, 걸림 부재(103)에 의해 파지되어 있다. 걸림 부재(103)는, 예를 들어 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이, 플랜지부(90a)와 접촉하는 상부 걸림부(104)와, 플랜지부(95a)와 접촉하는 하부 걸림부(105)와, 상부 걸림부(104)와 하부 걸림부(105)를 연결하는 연결부(106)를 갖고 있다. 연결부(106)는, 예를 들어 나사산을 갖는 수나사로, 상부 걸림부(104) 및 하부 걸림부(105)에 설치된 도시하지 않은 암나사와 나사 결합함으로써, 상부 걸림부(104) 및 하부 걸림부(105)에 의해 시일재(102)를 압박하는 방향으로 힘을 작용시켜, 이에 의해 처리 용기(70) 내의 기밀을 유지할 수 있다. 또한, 상부 걸림부(104)와 하부 걸림부(105) 및 연결부(106)는, 예를 들어 스테인리스 등의, 걸림 부재로서의 필요한 강도를 갖고, 또한 탄성을 갖는 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 연결부(106)에 탄성을 갖는 재료가 사용됨으로써, 제2 열처리판(90)을 히터(91)에 의해 가열하여, 제2 열처리판(90)과 지지대(95) 사이에 열팽창 차가 발생하였을 때에, 예를 들어 도 19에 도시한 바와 같이, 연결부(106)가 휨으로써 걸림 부재(103)가 파괴되는 것을 방지하면서, 제2 열처리판(90)과 지지대(95) 사이의 기밀을 보유 지지할 수 있다. 또한, 도 18에 도시한 바와 같이, 상부 걸림부(104)에는 플랜지부(90a)의 상면을 향하여 돌출된 갈고리(104a)가, 하부 걸림부(105)에는 플랜지부(95a)의 하면을 향하여 돌출된 갈고리(105a)가 각각 설치되어, 도 19에 도시한 바와 같이, 연결부(106)가 휜 경우에 있어서도, 걸림 부재(103)가 각 플랜지부(90a, 95a)로부터 탈락하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.
냉각 기구(100)는, 도 17에 도시한 바와 같이, 열처리판(90)에 평행하게 설치되어 내부가 중공의 대략 원반 형상의 냉각판(110)과, 연직 방향으로 연신하여 설치되어 냉각판(110)의 중공 부분에 연통하는 연통관(111)과, 냉각판(110)의 하방에 당해 냉각판(100)에 평행하게 설치된 냉각수 유통판(112)을 갖고 있다. 냉각판(110), 연통관(111) 및 냉각수 유통판(112)은, 열전도성이 우수한, 예를 들어 동합금 등에 의해 형성되어 있다.
냉각판(110)은, 열처리판(90)의 이면과 평행하게 설치되고, 열처리판(90)의 이면과 접촉함으로써 열처리판을 냉각하는 접촉부(120)와, 접촉부(120)에 평행하게 설치되어 소정의 배치로 관통 구멍이 형성된 방열부(121)와, 접촉부(120)와 방열부(121)의 외주를 둘러싸는 외주부(122)에 의해 구성되어 있다. 방열부(121)에는 냉각판(110)의 내부에 연통하는 복수의 관통 구멍(123)이 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 방열부(121)의 중심에는, 연통관(111)이 연통하여 설치되어 있다. 또한, 연통관(111)은 냉각수 유통판(112)을 삽입 관통하고, 또한 냉각수 유통판(112)에 대해 미끄럼 이동 가능하게 설치되어 있다. 이에 의해, 도시하지 않은 승강 기구에 의해 연통관(111)을 상하 이동 시킴으로써, 냉각판(110)을 상하 이동시킬 수 있도록 구성되어 있다.
연통관(111)에는 냉각판(110)에 냉매로서의 공기를 공급하는 공기원(도시하지 않음)이 접속되어 있다. 연통관(111)을 통해 냉각판(110)의 중공 부분에 공급된 공기는, 방열부(121)의 관통 구멍(123)으로부터 배출된다.
방열부(121) 하면에는, 하방에 볼록 형상으로 돌출한 돌출부(124)가 설치되어 있다. 또한, 외주부(122)도, 돌출부(124)의 선단과 동일한 위치까지 연신되어 형성되어 있어, 냉각판(110)을 하강시켰을 때에, 돌출부(124), 외주부(122) 및 냉각수 유통판(112)에 둘러싸인 공간 S를 형성할 수 있도록 구성되어 있다.
냉각수 유통판(112)에는, 도 17에 도시한 바와 같이, 그 내부에 냉각수를 유통시키는 냉각수로(130)가 형성되어 있다. 냉각수로(130)에는, 냉각수원(도시하지 않음)으로부터 공급되는 냉각수를 냉각수로(130)로 공급하는 냉각수관(131)이 접속되어 있다. 또한, 냉각수 유통판(112)에는, 방열부(121)와 마찬가지로 소정의 패턴으로 관통 구멍(132)이 형성되어 있고, 방열부(121)로부터 배출된 냉매로서의 공기를 냉각 기구(100)의 외부로 배출할 수 있다. 따라서 냉각 기구(100)는, 연통관(111)을 통해 그 내부에 냉매로서의 공기를 공급함으로써, 냉각판(110)을 냉각할 수 있고, 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 연통관(111)을 상승시켜 냉각판(110)을 제2 열처리판(90)의 하면에 접촉시킴으로써, 열처리판(90)을 냉각판(110)에 의해 냉각할 수 있다. 이때, 냉각수 유통판(112)의 냉각수로(130)에 냉각수를 공급하여 냉각수 유통판(112)을 냉각함으로써, 관통 구멍(132)을 통과하는 공기를 냉각하여, 냉각 기구(100)의 외부로 고온의 공기가 배출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연통관(111)을 하강시키고, 방열부(121) 하면의 돌출부(124)와 냉각수 유통판(112)을 접촉시킴으로써, 냉각판(110)을 연통관(111)으로 공급되는 공기와 함께 효율적으로 냉각할 수 있다.
이상의 접합 장치(10)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 제어부(200)가 설치되어 있다. 제어부(200)는, 예를 들어 컴퓨터이고, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 접합 장치(10)에 있어서의 중합 웨이퍼(WT)의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 프로그램 저장부에는, 상술한 각종 처리 장치나 반송 장치 등의 구동계의 동작을 제어하여, 접합 시스템(1)에 있어서의 후술하는 접합 처리를 실현시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 예를 들어 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(M0), 메모리 카드 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체 H에 기록되어 있었던 것이며, 그 기억 매체 H로부터 제어부(200)에 인스톨된 것이어도 된다.
다음에, 이상과 같이 구성된 접합 시스템(1)을 사용하여 행해지는 중합 웨이퍼(WT)의 접합 처리 방법에 대해 설명한다. 도 20은 이러한 웨이퍼 접합 처리의 주요 공정의 예를 나타내는 플로우 차트이며, 도 21은 접합 장치(10)의 각 기기의 동작 상태를 나타내는 타임 차트이다. 도 21은 접합 장치(10)에 있어서의 중합 웨이퍼(WT)의 가열 온도, 가압 기구(80)의 가압 벨로즈(83) 내로 공급하는 압축 공기의 압력, 환언하면 중합 웨이퍼(WT)에 가해지는 하중, 열처리 유닛(20) 내의 분위기의 압력 및 접합 유닛(21) 내의 분위기의 압력의 경시 변화를 나타내고 있다.
우선, 외부의 얼라이먼트 장치(도시하지 않음)에 있어서 상측 웨이퍼(WU)와 하측 웨이퍼(WL)가 위치 조정되어 포개어진다. 이때, 웨이퍼(WU, WL)의 한쪽 또는 양쪽에는 이들을 포개기 전에 미리 접착제(2)가 도포되고, 포갤 때에 접착함으로써 가접합되어, 중합 웨이퍼(WT1)가 형성된다(도 20의 공정 S1).
그 후, 중합 웨이퍼(WT1)는, 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 접합 장치(10)로 반송된다.
접합 장치(10)에서는, 우선 열처리 유닛(20)의 게이트 밸브(32)를 개방하고, 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 중합 웨이퍼(WT1)가 제1 열처리판(40)의 상방으로 반입된다. 이어서 승강 핀(53)을 상승시키고, 중합 웨이퍼(WT1)를 도시하지 않은 웨이퍼 반송 장치로부터 승강 핀(53)으로 전달한 후, 승강 핀(53)을 하강시키고, 제1 열처리판(40)에 미리 적재되어 있었던 반송 링(60)의 상면에 중합 웨이퍼(WT1)를 적재한다. 그 후, 게이트 밸브(32)를 폐쇄하고, 진공 펌프(35)에 의해 처리 용기(30)의 내부의 분위기가 감압된다. 그 후, 제1 열처리판(40)에 의해 중합 웨이퍼(WT1)가 제1 온도, 예를 들어 350℃까지 가열된다(도 20 및 도 21의 공정 S2). 이때, 중합 웨이퍼(WT1)의 접합부(JU, JL)끼리를 균일하게 가열하기 위해, 소정의 가열 속도, 예를 들어 10 내지 50℃/분의 가열 속도로 가열된다. 이때, 제1 열처리판(40)에 의한 가열과 병행하여, 상부 가열 수단(41)에 의한 가열도 행해진다. 이에 의해, 중합 웨이퍼(WT1)에 있어서의 상측 웨이퍼(WU)와 하측 웨이퍼(WL) 사이에 온도차가 발생하지 않도록 가열이 행해진다. 또한, 열처리 유닛(20) 내의 압력은, 소정의 진공도, 예를 들어 1O㎩까지 감압된다.
중합 웨이퍼(WT1)가 제1 온도까지 가열되면, 게이트 밸브(22)를 개방한다. 이어서, 반송 기구(42)에 의해 제1 열처리판(40)에 반송 링(60)과 함께 적재된 중합 웨이퍼(WT1)를 접합 유닛(21)으로 이동시키고, 중합 웨이퍼(WT1)가 반송 링(60)과 함께 제2 열처리판(90)에 적재된다. 중합 웨이퍼(WT1)가 반송 링(60)과 함께 제2 열처리판(90)에 적재되면, 반송 기구(42)가 접합 유닛(21)으로부터 열처리 유닛(20)으로 퇴피하고, 게이트 밸브(22)가 폐쇄된다.
그 후, 제2 열처리판(90)에 의해 중합 웨이퍼(WT1)가 제2 온도, 예를 들어 430℃까지 가열된다. 중합 웨이퍼(WT1)는, 예를 들어 10 내지 50℃/분의 가열 속도로 가열된다. 또한, 처리 용기(70)의 내부의 분위기는, 게이트 밸브(22)가 폐쇄된 후에 소정의 진공도, 예를 들어 O.OO1㎩까지 감압되어, 그 진공도로 유지되어 있다. 이때, 처리 용기(70)의 내부가 부압으로 됨으로써, 예를 들어 천장판(72)에 가해지는 압력과 처리 용기(70)의 내부의 압력의 차에 의해 천장판(72)에 대해 하향의 힘이 작용한다. 이에 의해 실드 벨로즈(73)가 줄어들어, 압박용 어댑터(1)와 중합 웨이퍼(WT1)가 소정의 거리까지 접근한다. 또한, 도 21에 도시한 바와 같이, 가압 기구(80), 즉 가압 벨로즈(83) 내로의 압축 공기의 공급 전이며 처리 용기(70) 내의 압력이 감압되어 있는 상태에 있어서는, 가압 기구(80) 내부의 압력도 소정의 압력으로 감압된 상태로 유지된다. 가압 기구(80) 내부의 압력과 처리 용기(70)의 압력차에 의해, 의도하지 않는 타이밍에 중합 웨이퍼(WT1)에 하중이 가해지는 것을 회피하기 위해서이다.
그 후, 중합 웨이퍼(WT1)의 온도를 제2 온도로 유지하면서, 가압 기구(80)에 압축 공기를 공급하여, 압박 부재(81)를 하강시킨다. 이에 의해, 압박 부재(81)의 하면에 접속된 압박용 어댑터(1)의 하부 어댑터(85)를 중합 웨이퍼(WT1)에 접촉시켜, 당해 중합 웨이퍼(WT)를 소정의 하중, 예를 들어 50kN으로 제2 열처리판(90)측으로 압박한다. 그리고 중합 웨이퍼(WT1)가 소정의 시간, 예를 들어 10분간 압박되어, 중합 웨이퍼(WT1)가 접합된다(도 20 및 도 21의 공정 S3). 이때, 처리 용기 내의 분위기가 부압으로 되어 있으므로, 접합부(JU, JL) 사이의 분위기가 흡인되고, 접합부(JU, JL) 사이에 보이드가 발생하는 일 없이 접합이 행해진다. 또한, 중합 웨이퍼(WT1)의 온도는, 예를 들어 압박 부재(81) 내의 히터나 냉각 기구(100)를 더 사용하여 제2 온도로 유지해도 된다. 또한, 가압 벨로즈(83) 내에 공급하는 압축 공기의 양을 조정함으로써 압박 부재(81)의 온도를 조정하고, 중합 웨이퍼(WT1)의 상측 웨이퍼(WU)와 하측 웨이퍼(WL)의 온도를 동기시키도록 해도 된다.
접합 유닛(21)에서의 중합 웨이퍼(WT1)의 접합과 병행하여, 열처리 유닛(20)에는 새로운 중합 웨이퍼(WT2)가 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 반입되어, 제1 열처리판(40) 상에 적재된다. 또한, 중합 웨이퍼(WT2)의 열처리 유닛(20)으로의 반입 시에는, 열처리판(40)과 중합 웨이퍼(WT2)의 온도차를 작게 하기 위해, 열처리판(40)의 온도는, 예를 들어 150℃까지 냉각되어 있다. 제1 열처리판(40) 상에 적재되면, 제1 열처리판(40) 및 상부 가열 수단(41)에 의해 중합 웨이퍼(WT2)가 제1 온도, 예를 들어 350℃까지 가열된다(도 20 및 도 21의 공정 T1).
그 후, 중합 웨이퍼(WT1)는 제2 열처리판(90)에 적재된 상태에서, 예를 들어 제1 온도인 350℃까지 냉각된다. 중합 웨이퍼(WT1)는, 접합부(JU, JL)의 강도나 물성이 바뀌는 것을 방지하기 위해, 소정의 냉각 속도, 예를 들어 10 내지 50℃/분의 냉각 속도로 냉각된다. 중합 웨이퍼(WT1)의 냉각은, 냉각 기구(100)의 냉각판(110)을 상승시켜, 당해 냉각판(110)을 제2 열처리판(90)의 하면에 접촉시킴으로써 행해진다.
중합 웨이퍼(WT1)가 350℃까지 냉각되면, 우선 제2 열처리판(90)에 적재되어 350℃까지 가열된 중합 웨이퍼(WT2)가 상부 반송 기구(42a)에 의해 보유 지지 된다. 이어서, 게이트 밸브(22)를 개방하고, 하부 반송 기구(42b)에 의해 접합이 종료된 중합 웨이퍼(WT1)를 반송 링(60)과 함께 제2 열처리판(90)으로부터 열처리 유닛(20)으로 반송한다. 이어서, 게이트 밸브(22)를 개방한 상태를 유지하고, 상부 반송 기구(42a)에 보유 지지되어 있는 중합 웨이퍼(WT2)를 접합 유닛(21)으로 반송하고, 제2 열처리판(90)에 보유 지지 링(60) 채로 적재한다. 이어서, 상부 반송 기구(42a)가 열처리 유닛(20)으로 퇴피하고, 게이트 밸브(22)가 폐쇄된다. 그 후, 제2 열처리판(90)에 의해 중합 웨이퍼(WT2)가 제2 온도인 430℃까지 가열되어, 압박 부재(80) 및 압박용 어댑터(1)에 의해 중합 웨이퍼(WT2)가 압박되어 접합된다(도 2O 및 도 21의 공정 T2). 중합 웨이퍼(WT2)의 압박과 병행하여, 열처리 유닛(20)에서는, 상부 반송 기구(42a)에 보유 지지되어 있는 중합 웨이퍼(WT1)가 제1 열처리판(40)에 보유 지지 링(60) 채로 적재된다.
접합 유닛(21)에 있어서 중합 웨이퍼(WT2)의 접합이 행해지고 있는 동안에, 접합 유닛(21)에 있어서 접합을 종료하여 제1 열처리판(40)에 적재된 상태의 중합 웨이퍼(WT1)는, 제1 열처리판(40)에 의해 제3 온도, 예를 들어 150℃까지 냉각된다(도 20 및 도 21의 공정 S4). 이때, 제1 열처리판(40)의 냉매 유로(44)에는, 건조 공기에 안개화한 물을 혼합한 것이 공급된다.
그 후, 열처리 유닛(20) 내의 압력을 대기압까지 개방하고, 승강 핀(53)을 상승시키고, 제1 열처리판(40)으로부터 승강 핀(53)으로 중합 웨이퍼(WT)가 전달된다. 이어서, 게이트 밸브(32)를 개방하고, 중합 웨이퍼(WT1)가 승강 핀(53)으로부터 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 전달되고, 접합 장치(10)로부터 중합 웨이퍼(WT1)가 반출된다.
열처리 유닛(20)으로부터 중합 웨이퍼(WT1)가 반출되면, 계속하여 게이트 밸브(32)를 개방한 상태에서 새로운 중합 웨이퍼(WT3)가 승강 핀(53)에 전달되어, 계속하여 제1 열처리판(40)에 적재된다. 그리고 제1 열처리판(40) 및 상부 가열 수단(41)에 의해 중합 웨이퍼(WT3)가 제1 온도인 350℃까지 가열된다(도 20 및 도 21의 공정 U1).
그리고 접합 유닛(21)에 있어서의 중합 웨이퍼(WT2)의 접합이 종료되면, 중합 웨이퍼(WT2)는 중합 웨이퍼(WT1)와 마찬가지로 제2 열처리판(90)에 적재된 상태에서 350℃까지 냉각된다. 이어서, 제2 열처리판(90)에 적재되어 350℃까지 가열된 중합 웨이퍼(WT3)가 상부 반송 기구(42a)에 의해 보유 지지된다. 그 후, 게이트 밸브(22)를 개방하고, 중합 웨이퍼(WT2)가 하부 반송 기구(42b)에 의해 접합 유닛(21)으로부터 반출된다. 이어서, 게이트 밸브(22)를 개방한 상태를 유지하고, 상부 반송 기구(42a)에 보유 지지된 중합 웨이퍼(WT3)가 접합 유닛(21) 내로 반입되고, 제2 열처리판(90) 상에 적재된다. 접합 유닛(21)의 제2 열처리판(90)에 중합 웨이퍼(WT3)가 적재되면, 상부 반송 기구(42a)가 열처리 유닛(20)으로 퇴피하고, 게이트 밸브(22)가 폐쇄된다. 그 후, 당해 중합 웨이퍼(WT3)가 압박용 어댑터(1)에 의해 압박되어 접합된다(도 20 및 도 21의 공정 U2).
접합 유닛(21)에 있어서 중합 웨이퍼(WT3)의 접합이 행해지고 있는 동안에, 제1 열처리판(40)에 적재된 상태의 중합 웨이퍼(WT2)는, 제1 열처리판(40)에 의해 제3 온도, 예를 들어 150℃까지 냉각된다(도 20 및 도 21의 공정 T3). 이어서, 열처리 유닛(20) 내의 압력을 대기압까지 개방하고, 승강 핀(53)을 상승시키고, 제1 열처리판(40)으로부터 승강 핀(53)으로 중합 웨이퍼(WT2)가 전달되고, 이어서 게이트 밸브(32)를 개방하고, 중합 웨이퍼(WT2)가 승강 핀(53)으로부터 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 전달되고, 접합 장치(10)로부터 중합 웨이퍼(WT2)가 반출된다. 그 후, 계속해서 게이트 밸브(32)를 개방한 상태에서 새로운 중합 웨이퍼(WT4)가 승강 핀(53)에 전달되고, 이어서 제1 열처리판(40)에 적재된다. 이와 같이, 일련의 중합 웨이퍼(WT)의 접합 처리가 계속하여 행해지고, 하나의 접합 장치(10)에 있어서, 복수의 중합 웨이퍼(WT)에 대한 처리가 병행하여 행해진다.
이상의 실시 형태에 따르면, 열처리 유닛(20)과 접합 유닛(21)을 각각 별개로 설치하였으므로, 열처리 유닛(20)과 접합 유닛(21)에 있어서, 중합 웨이퍼(WT)를 순차 처리할 수 있다. 즉, 우선 열처리 유닛(20)에 있어서, 중합 웨이퍼(WT)를 제1 열처리판(40)에 적재하여 가열한다. 그 후, 내부의 분위기를 소정의 진공도로 한 접합 유닛(21)에 있어서, 중합 웨이퍼(WT)를 제2 열처리판(90)에 적재하여 웨이퍼(WT)를 소정의 온도로 유지하면서, 중합 웨이퍼(WT)를 제2 열처리판(90)측으로 압박하여 당해 중합 웨이퍼(WT)를 접합한다. 그 후, 다시 열처리 유닛(20)에 있어서, 중합 웨이퍼(WT)를 제1 열처리판(40)에 적재하여 냉각 기구로서의 냉매 유로(44)에 냉매를 공급함으로써 냉각한다. 그리고 접합 유닛(21)에 있어서 하나의 중합 웨이퍼(WT)를 처리하고 있는 동안, 열처리 유닛(20)에 있어서 다른 중합 웨이퍼(WT)를 병행하여 처리할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 소정의 온도가 고온이어도, 열처리 유닛(20)과 접합 유닛(21)을 별개로 설치하였으므로, 2개의 중합 웨이퍼(WT)에 대해 동시에 효율적으로 처리를 행할 수 있다. 따라서 기판 접합 처리의 처리량을 향상시킬 수 있다.
또한, 가압 기구(80)의 압박 부재(81)의 내부에는 히터(81a)가 내장되고, 접합 유닛(21)에는 냉각 기구(100)가 설치되어 있으므로, 접합 유닛(21)에서 행해지는 공정 S3, T2, U2에 있어서, 중합 웨이퍼(WT)의 온도의 미세 조정을 행할 수 있어, 당해 중합 웨이퍼(WT)의 온도를 확실하게 제2 온도로 유지할 수 있다. 또한, 중합 웨이퍼(WT)의 가열 또는 냉각도 신속히 행할 수 있다.
또한, 열처리 유닛(20)의 제1 열처리판(40)에는, 중합 웨이퍼(WT)의 가열을 행하는 히터(43)와 냉각 기구로서의 냉매 유로(44) 양쪽이 설치되어 있으므로, 열처리 유닛(20)에서 행해지는 공정 S4, T3에 있어서, 중합 웨이퍼(WT)의 온도의 미세 조정을 행할 수 있어, 중합 웨이퍼(WT)의 냉각 속도를 소정의 냉각 속도로 유지할 수 있다. 따라서 중합 웨이퍼(WT)에 있어서의 접합부(JU, JL)의 강도나 물성이 바뀌는 것을 방지할 수 있다. 또한, 열처리 유닛(20)의 제1 열처리판(40)에 히터(43)와 냉매 유로(44) 양쪽이 설치되어 있으므로, 접합 장치(10)에 냉각용과 가열용의 2개의 열처리 유닛을 설치할 필요가 없다. 이로 인해, 접합 장치(10)의 설비비용을 저감할 수 있는 동시에, 접합 장치(10)의 설치 면적을 최소한의 크기로 할 수 있다.
이상의 실시 형태에서는, 접합부(JU, JL)에 각각 알루미늄과 게르마늄이 사용되고 있었지만, 다른 금속을 사용한 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이러한 경우, 접합부(JU, JL)에 사용되는 금속의 종류에 따라, 접합 유닛(21)에 있어서의 처리 조건, 예를 들어 중합 웨이퍼(WT)의 가열 온도나 압박 하중 등이 결정된다. 또한, 이상의 실시 형태에서는, 웨이퍼(WU, WL)에 금속의 접합부(JU, JL)가 설치되어 있었지만, 기판 자체가 금속인 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 기판이 웨이퍼 이외의 FPD(플랫 패널 디스플레이), 포토 마스크용의 마스크 레티클 등의 다른 기판인 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이와 같은 예로 한정되지 않는다. 당업자라면 특허 청구의 범위에 기재된 사상의 범위 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
본 발명은, 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 접합할 때에 유용하다.
1 : 압박용 어댑터
10 : 접합 장치
20 : 열처리 유닛
21 : 접합 유닛
22 : 게이트 밸브
30 : 처리 용기
35 : 진공 펌프
40 : 제1 열처리판
41 : 상부 가열 수단
42 : 반송 기구
43 : 히터
44 : 냉매 유로
45 : 냉매 공급관
46 : 냉매 배출관
47 : 공기원
48 : 냉각수원
49 : 믹서
50 : 열교환기
51 : 순환 배관
52 : 냉동기
53 : 승강 핀
54 : 관통 구멍
55 : 보유 지지부
60 : 반송 링
61 : 보유 지지 부재
62 : 돌출부
70 : 처리 용기
71 : 용기 본체
72 : 천장판
73 : 실드 벨로즈
74 : 반입출구
75 : 흡기구
76 : 진공 펌프
77 : 흡기관
78 : 저부 개구
80 : 가압 기구
81 : 압박 부재
81a : 히터
82 : 지지 부재
83 : 가압 벨로즈
83a : 공기 공급관
83b : 공기 배출관
83c : 냉각 재킷
84 : 상부 어댑터
85 : 하부 어댑터
86 : 잘록부
87 : 중간부
88 : 원반부
90 : 제2 열처리판
95 : 지지대
100 : 냉각 기구
101 : 홈부
102 : 시일재
103 : 걸림 부재
104 : 상부 걸림 부재
105 : 하부 걸림 부재
106 : 연결부
110 : 냉각판
111 : 연통관
112 : 냉각수 유통판
120 : 접촉부
121 : 방열부
122 : 외주부
123 : 관통 구멍
124 : 돌출부
130 : 냉각수로
131 : 냉각수관
200 : 제어부
JU, JL : 접합부
WU : 상측 웨이퍼
WL : 하측 웨이퍼
WT : 중합 웨이퍼

Claims (4)

  1. 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 접합하는 접합 장치이며,
    상기 접합부를 접촉시켜 기판을 포갠 중합 기판을 적재하여 열처리하는 제1 열처리판과, 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하는 제1 감압 기구를 구비한 열처리 유닛과,
    상기 열처리 유닛에서 처리된 중합 기판을 적재하여 열처리하는 제2 열처리판과, 상기 제2 열처리판 상의 중합 기판을 당해 제2 열처리판측으로 압박하는 가압 기구와, 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하는 제2 감압 기구를 구비한 접합 유닛을 갖고,
    상기 열처리 유닛은, 기밀하게 상기 접합 유닛에 접속되고,
    상기 제1 열처리판은, 상기 제1 열처리판 상의 중합 기판을 냉각하는 냉각 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열처리 유닛은 상기 접합 유닛과의 사이에서 중합 기판을 반송하는 반송 기구를 복수 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 접합 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합 유닛은 상기 제2 열처리판 상의 중합 기판을 냉각하는 냉각 기구를 갖는 것을 특징으로 하는, 접합 장치.
  4. 금속의 접합부를 갖는 기판끼리를 접합하는 접합 방법이며,
    열처리 유닛에 있어서, 상기 접합부를 접촉시켜 기판을 포갠 중합 기판을 제1 열처리판에 적재하여 당해 중합 기판을 제1 온도까지 가열하는 공정과,
    그 후, 내부의 분위기를 소정의 진공도까지 감압한 접합 유닛에 있어서, 상기 중합 기판을 제2 열처리판에 적재하여 당해 중합 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 유지하면서, 상기 중합 기판을 상기 제2 열처리판측으로 압박하여 당해 중합 기판을 접합하는 공정과,
    상기 제2 열처리판에 적재된 접합 후의 중합 기판을 상기 제1 온도까지 냉각하는 공정과,
    그 후 상기 열처리 유닛에 있어서, 상기 중합 기판을 제1 열처리판에 적재하여 당해 중합 기판을 상기 제1 온도보다도 낮은 제3 온도로 냉각하는 공정을 갖고,
    상기 접합 유닛에 있어서 하나의 중합 기판을 접합하고 있는 동안, 상기 열처리 유닛에 있어서, 다른 중합 기판을 상기 제1 온도까지 가열하는 공정 또는 다른 중합 기판을 상기 제3 온도까지 냉각하는 공정 중 적어도 어느 한쪽을 행하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
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