KR20220158625A - 접합 장치 및 접합 방법 - Google Patents

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KR20220158625A
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interferometer
wafer
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holding
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테츠야 마키
타츠미 오오니시
토시후미 이나마스
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판끼리의 접합 정밀도를 향상시키는, 기술을 제공한다. 접합 장치는 제 1 유지부와, 제 2 유지부와, 제 1 간섭계와, 하우징과, 가스 공급부와, 기류 제어 커버를 구비한다. 상기 제 1 유지부는, 상기 제 1 기판을 흡착 유지한다. 상기 제 2 유지부는, 상기 제 2 기판을 흡착 유지한다. 상기 제 1 간섭계는, 상기 제 2 유지부 또는 상기 제 2 유지부와 함께 상기 제 1 수평 방향으로 이동하는 제 1 물체에 대하여 광을 조사함으로써, 상기 제 2 유지부 또는 상기 제 1 물체까지의 상기 제 1 수평 방향에 있어서의 거리를 측정한다. 상기 하우징은, 상기 제 1 유지부, 상기 제 2 유지부 및 상기 제 1 간섭계를 수용한다. 상기 가스 공급부는, 상기 하우징의 측면에 마련되어, 상기 하우징의 내부로 가스를 공급한다. 상기 기류 제어 커버는, 상기 하우징의 내부에 마련되어, 상기 가스 공급부로부터 공급된 상기 가스의 흐름의 일부를, 상기 제 1 간섭계로부터 조사되는 광의 제 1 경로를 향해 방향 전환한다.

Description

접합 장치 및 접합 방법 {BONDING APPARATUS AND BONDING METHOD}
본 개시는 접합 장치 및 접합 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 디바이스의 고집적화의 요청에 응하기 위하여, 반도체 디바이스를 3차원으로 적층하는 3차원 집적 기술을 이용하는 것이 제안되고 있다. 이 3차원 집적 기술 중 하나로서, 반도체 웨이퍼 등의 기판끼리를 접합하는 접합 기술이 알려져 있다.
국제공개 제2018/088094호
본 개시의 일태양은, 기판끼리의 접합 정밀도를 향상시키는, 기술을 제공한다.
본 개시의 일태양에 따른 접합 장치는, 제 1 기판과 제 2 기판을 접합한다. 상기 접합 장치는 제 1 유지부와, 제 2 유지부와, 제 1 이동부와, 제 1 간섭계와, 하우징과, 가스 공급부와, 기류 제어 커버를 구비한다. 상기 제 1 유지부는, 상기 제 1 기판을 흡착 유지한다. 상기 제 2 유지부는, 상기 제 2 기판을 흡착 유지한다. 상기 제 1 이동부는, 상기 제 1 유지부에 대하여 상기 제 2 유지부를 제 1 수평 방향으로 이동시킨다. 상기 제 1 간섭계는, 상기 제 2 유지부 또는 상기 제 2 유지부와 함께 상기 제 1 수평 방향으로 이동하는 제 1 물체에 대하여 광을 조사함으로써, 상기 제 2 유지부 또는 상기 제 1 물체까지의 상기 제 1 수평 방향에 있어서의 거리를 측정한다. 상기 하우징은, 상기 제 1 유지부, 상기 제 2 유지부, 상기 제 1 이동부 및 상기 제 1 간섭계를 수용한다. 상기 가스 공급부는, 상기 하우징의 측면에 마련되어, 상기 하우징의 내부로 가스를 공급한다. 상기 기류 제어 커버는, 상기 하우징의 내부에 마련되어, 상기 가스 공급부로부터 공급된 상기 가스의 흐름의 일부를, 상기 제 1 간섭계로부터 조사되는 광의 제 1 경로를 향해 방향 전환한다.
본 개시의 일태양에 따르면, 제 2 유지부의 위치 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있어, 기판끼리의 접합 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일실시 형태에 따른 접합 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 접합 시스템의 측면도이다.
도 3은 제 1 기판 및 제 2 기판의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 4는 일실시 형태에 따른 접합 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 접합 장치의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5의 접합 장치의 측면도이다.
도 7은 상 척 및 하 척의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 4의 단계(S109)의 상세를 나타내는 순서도이다.
도 9의 (A)는 단계(S112)에 있어서의 동작의 일례를 나타내는 측면도이며, 도 9의 (B)는 도 9의 (A)에 이어지는 동작을 나타내는 측면도이며, 도 9의 (C)는 도 9의 (B)에 이어지는 동작을 나타내는 측면도이다.
도 10의 (A)는 단계(S113)에 있어서의 동작의 일례를 나타내는 단면도이며, 도 10의 (B)는 단계(S114)에 있어서의 동작의 일례를 나타내는 단면도이며, 도 10의 (C)는 도 10의 (B)에 이어지는 동작을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향은 서로 수직인 방향이며, X축 방향 및 Y축 방향은 수평 방향, Z축 방향은 연직 방향이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시 형태에 따른 접합 시스템(1)에 대하여 설명한다. 접합 시스템(1)은, 도 3에 나타내는 제 1 기판(W1)과 제 2 기판(W2)을 접합하여, 중합 기판(T)을 제작한다. 제 1 기판(W1) 및 제 2 기판(W2) 중 적어도 하나는, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 또는 화합물 반도체 웨이퍼 등의 반도체 기판에 복수의 전자 회로가 형성된 기판이다. 제 1 기판(W1) 및 제 2 기판(W2) 중 하나는, 전자 회로가 형성되어 있지 않은 베어 웨이퍼여도 된다. 제 1 기판(W1)과 제 2 기판(W2)은 대략 동일 직경을 가진다. 화합물 반도체 웨이퍼는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 GaAs 웨이퍼, SiC 웨이퍼, GaN 웨이퍼, 또는 InP 웨이퍼이다. 또한, 반도체 기판 대신에, 글라스 기판이 이용되어도 된다.
이하, 제 1 기판(W1)을 '상 웨이퍼(W1)'라 기재하고, 제 2 기판(W2)을 '하 웨이퍼(W2)', 중합 기판(T)을 '중합 웨이퍼(T)'라 기재하는 경우가 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 상 웨이퍼(W1)의 판면 중, 하 웨이퍼(W2)와 접합되는 측의 판면을 '접합면(W1j)'이라 기재하고, 접합면(W1j)과는 반대측의 판면을 '비접합면(W1n)'이라 기재한다. 또한, 하 웨이퍼(W2)의 판면 중, 상 웨이퍼(W1)와 접합되는 측의 판면을 '접합면(W2j)'이라 기재하고, 접합면(W2j)과는 반대측의 판면을 '비접합면(W2n)'이라 기재한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 접합 시스템(1)은 반입반출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)은, Y축 부방향을 따라, 반입반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)의 순서로 배열되어 배치된다. 또한, 반입반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)은, 일체적으로 접속된다.
반입반출 스테이션(2)은 배치대(10)와, 반송 영역(20)을 구비한다. 배치대(10)는 복수의 배치판(11)을 구비한다. 각 배치판(11)에는, 복수 매(예를 들면, 25 매)의 기판을 수평 상태로 수용하는 카세트(C1, C2, C3)가 각각 배치된다. 카세트(C1)는 상 웨이퍼(W1)를 수용하는 카세트이며, 카세트(C2)는 하 웨이퍼(W2)를 수용하는 카세트이며, 카세트(C3)는 중합 웨이퍼(T)를 수용하는 카세트이다. 또한, 카세트(C1, C2)에 있어서, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)는, 각각 접합면(W1j, W2j)을 상면으로 한 상태로 방향을 일치시켜 수용된다.
반송 영역(20)은, 배치대(10)의 Y축 부방향측에 인접하여 배치된다. 이러한 반송 영역(20)에는, X축 방향으로 연장되는 반송로(21)와, 이 반송로(21)를 따라 이동 가능한 반송 장치(22)가 마련된다. 반송 장치(22)는, Y축 방향으로도 이동 가능 또한 Z축 둘레로 선회 가능하며, 배치대(10) 상에 배치된 카세트(C1 ~ C3)와, 후술하는 처리 스테이션(3)의 제 3 처리 블록(G3)과의 사이에서, 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)의 반송을 행한다.
또한, 배치대(10) 상에 배치되는 카세트(C1 ~ C3)의 개수는, 도시의 것에 한정되지 않는다. 또한, 배치대(10) 상에는, 카세트(C1, C2, C3) 이외에, 문제가 생긴 기판을 회수하기 위한 카세트 등이 배치되어도 된다.
처리 스테이션(3)에는, 예를 들면 3 개의 처리 블록(G1, G2, G3)이 마련된다. 예를 들면 처리 스테이션(3)의 배면측(도 1의 X축 정방향측)에는, 제 1 처리 블록(G1)이 마련되고, 처리 스테이션(3)의 정면측(도 1의 X축 부방향측)에는, 제 2 처리 블록(G2)이 마련된다. 또한, 처리 스테이션(3)의 반입반출 스테이션(2)측(도 1의 Y축 정방향측)에는, 제 3 처리 블록(G3)이 마련된다.
또한, 제 1 처리 블록(G1) ~ 제 3 처리 블록(G3)으로 둘러싸인 영역에는, 반송 영역(60)이 형성된다. 반송 영역(60)에는, 반송 장치(61)가 배치된다. 반송 장치(61)는, 예를 들면 연직 방향, 수평 방향 및 연직축 둘레로 이동 가능한 반송 암을 가진다.
반송 장치(61)는, 반송 영역(60) 내를 이동하여, 반송 영역(60)에 인접하는 제 1 처리 블록(G1), 제 2 처리 블록(G2) 및 제 3 처리 블록(G3) 내의 정해진 장치로 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)를 반송한다.
제 1 처리 블록(G1)에는, 예를 들면, 표면 개질 장치(33)와, 표면 친수화 장치(34)가 배치된다. 표면 개질 장치(33)는, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j) 및 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)을 개질한다. 표면 친수화 장치(34)는, 개질된 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j) 및 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)을 친수화한다.
예를 들면, 표면 개질 장치(33)는, 접합면(W1j, W2j)에 있어서의 SiO2의 결합을 절단하고, Si의 미결합수를 형성하여, 그 후의 친수화를 가능하게 한다. 표면 개질 장치(33)에서는, 예를 들면 감압 분위기 하에 있어서 처리 가스인 산소 가스가 여기되어 플라즈마화되고, 이온화된다. 그리고, 산소 이온이, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j) 및 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)에 조사됨으로써, 접합면(W1j, W2j)이 플라즈마 처리되어 개질된다. 처리 가스는 산소 가스에는 한정되지 않고, 예를 들면 질소 가스 등이어도 된다.
표면 친수화 장치(34)는, 예를 들면 순수 등의 친수화 처리액에 의해 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j) 및 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)을 친수화한다. 표면 친수화 장치(34)는, 접합면(W1j, W2j)을 세정하는 역할도 가진다. 표면 친수화 장치(34)에서는, 예를 들면 스핀 척에 유지되어 있는 상 웨이퍼(W1) 또는 하 웨이퍼(W2)를 회전시키면서, 당해 상 웨이퍼(W1) 또는 하 웨이퍼(W2) 상에 순수를 공급한다. 이에 의해, 순수가 접합면(W1j, W2j) 상을 확산하여, Si의 미결합수에 OH기가 붙어, 접합면(W1j, W2j)이 친수화된다.
제 2 처리 블록(G2)에는, 예를 들면, 접합 장치(41)와, 제 1 온도 조절 장치(42)와, 제 2 온도 조절 장치(43)가 배치된다. 접합 장치(41)는, 친수화된 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)를 접합하여, 중합 웨이퍼(T)를 제작한다. 제 1 온도 조절 장치(42)는 접합 전, 즉, 하 웨이퍼(W2)와의 접촉 전에, 상 웨이퍼(W1)의 온도 분포를 조절한다. 제 2 온도 조절 장치(43)는 접합 전, 즉, 상 웨이퍼(W1)와의 접촉 전에, 하 웨이퍼(W2)의 온도 분포를 조절한다. 또한 본 실시 형태에서는, 제 1 온도 조절 장치(42) 및 제 2 온도 조절 장치(43)는, 접합 장치(41)와는 별개로 마련되지만, 접합 장치(41)의 일부로서 마련되어도 된다.
제 3 처리 블록(G3)에는, 예를 들면, 상방으로부터 하방을 향해, 제 1 위치 조절 장치(51), 제 2 위치 조절 장치(52) 및 트랜지션 장치(53, 54)가 이 순으로 적층되어 배치된다(도 2 참조). 또한, 제 3 처리 블록(G3)에 있어서의 각 장치의 배치 장소는, 도 2에 나타내는 배치 장소에는 한정되지 않는다. 제 1 위치 조절 장치(51)는, 상 웨이퍼(W1)를 연직축 둘레로 회전함으로써 상 웨이퍼(W1)의 수평 방향의 방향을 조절하고, 상 웨이퍼(W1)를 상하 반전함으로써 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)을 하향으로 한다. 제 2 위치 조절 장치(52)는, 하 웨이퍼(W2)를 연직축 둘레로 회전함으로써 하 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 방향을 조절한다. 트랜지션 장치(53)에는, 상 웨이퍼(W1)가 일시적으로 배치된다. 또한, 트랜지션 장치(54)에는, 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)가 일시적으로 배치된다. 또한 본 실시 형태에서는, 제 1 위치 조절 장치(51) 및 제 2 위치 조절 장치(52)가, 접합 장치(41)와는 별개로 마련되지만, 접합 장치(41)의 일부로서 마련되어도 된다.
접합 시스템(1)은 제어 장치(90)를 구비한다. 제어 장치(90)는 예를 들면 컴퓨터이며, CPU(Central Processing Unit)(91)와, 메모리 등의 기억 매체(92)를 구비한다. 기억 매체(92)에는, 접합 시스템(1)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어 장치(90)는, 기억 매체(92)에 기억된 프로그램을 CPU(91)에 실행시킴으로써, 접합 시스템(1)의 동작을 제어한다.
이어서, 도 4를 참조하여, 본 실시 형태의 접합 방법에 대하여 설명한다. 접합 방법은, 예를 들면 단계(S101 ~ S109)를 가진다. 단계(S101 ~ S109)는, 제어 장치(90)에 의한 제어 하에서 실시된다. 또한 접합 방법은, 단계(S101 ~ S109) 전부를 가지지 않아도 되며, 예를 들면, 단계(S104 및 S108)를 가지지 않아도 된다. 또한, 접합 방법은, 단계(S101 ~ S109) 이외의 처리를 가져도 된다.
먼저, 복수 매의 상 웨이퍼(W1)를 수용한 카세트(C1), 복수 매의 하 웨이퍼(W2)를 수용한 카세트(C2), 및 빈 카세트(C3)가, 반입반출 스테이션(2)의 배치대(10) 상에 배치된다.
이어서, 반송 장치(22)가, 카세트(C1) 내의 상 웨이퍼(W1)를 취출하여, 처리 스테이션(3)의 제 3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(53)로 반송한다. 이 후, 반송 장치(61)가, 트랜지션 장치(53)로부터 상 웨이퍼(W1)를 취출하여, 제 1 처리 블록(G1)의 표면 개질 장치(33)로 반송한다.
이어서, 표면 개질 장치(33)가, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)을 개질한다(단계(S101)). 접합면(W1j)의 개질은, 접합면(W1j)을 위로 향한 상태에서 실시된다. 이 후, 반송 장치(61)가, 표면 개질 장치(33)로부터 상 웨이퍼(W1)를 취출하여, 표면 친수화 장치(34)로 반송한다.
이어서, 표면 친수화 장치(34)가, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)을 친수화한다(단계(S102)). 접합면(W1j)의 친수화는, 접합면(W1j)을 위로 향한 상태에서 실시된다. 이 후, 반송 장치(61)가, 표면 친수화 장치(34)로부터 상 웨이퍼(W1)를 취출하여, 제 3 처리 블록(G3)의 제 1 위치 조절 장치(51)로 반송한다.
이어서, 제 1 위치 조절 장치(51)가, 상 웨이퍼(W1)를 연직축 둘레로 회전함으로써 상 웨이퍼(W1)의 수평 방향의 방향을 조절하고, 상 웨이퍼(W1)의 상하를 반전한다(단계(S103)). 그 결과, 상 웨이퍼(W1)의 노치가 정해진 방위로 향해지고, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)이 아래로 향해진다. 이 후, 반송 장치(61)가, 제 1 위치 조절 장치(51)로부터 상 웨이퍼(W1)를 취출하여, 제 2 처리 블록(G2)의 제 1 온도 조절 장치(42)로 반송한다.
이어서, 제 1 온도 조절 장치(42)가, 상 웨이퍼(W1)의 온도를 조절한다(단계(S104)). 상 웨이퍼(W1)의 온조(溫調)는, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)을 아래로 향한 상태에서 실시된다. 이 후, 반송 장치(61)가, 제 1 온도 조절 장치(42)로부터 상 웨이퍼(W1)를 취출하여, 접합 장치(41)로 반송한다.
상 웨이퍼(W1)에 대한 상기의 처리와 병행하여, 하 웨이퍼(W2)에 대한 하기의 처리가 실시된다. 먼저, 반송 장치(22)가, 카세트(C2) 내의 하 웨이퍼(W2)를 취출하여, 처리 스테이션(3)의 제 3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(54)로 반송한다. 이 후, 반송 장치(61)가, 트랜지션 장치(54)로부터 하 웨이퍼(W2)를 취출하여, 제 1 처리 블록(G1)의 표면 개질 장치(33)로 반송한다.
이어서, 표면 개질 장치(33)가, 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)을 개질한다(단계(S105)). 접합면(W2j)의 개질은, 접합면(W2j)을 위로 향한 상태에서 실시된다. 이 후, 반송 장치(61)가, 표면 개질 장치(33)로부터 하 웨이퍼(W2)를 취출하여, 표면 친수화 장치(34)로 반송한다.
이어서, 표면 친수화 장치(34)가, 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)을 친수화한다(단계(S106)). 접합면(W2j)의 친수화는, 접합면(W2j)을 위로 향한 상태에서 실시된다. 이 후, 반송 장치(61)가, 표면 친수화 장치(34)로부터 하 웨이퍼(W2)를 취출하여, 제 3 처리 블록(G3)의 제 2 위치 조절 장치(52)로 반송한다.
이어서, 제 2 위치 조절 장치(52)가, 하 웨이퍼(W2)를 연직축 둘레로 회전함으로써 하 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 방향을 조절한다(단계(S107)). 그 결과, 하 웨이퍼(W2)의 노치가 정해진 방위로 향해진다. 이 후, 반송 장치(61)가, 제 2 위치 조절 장치(52)로부터 하 웨이퍼(W2)를 취출하여, 제 2 처리 블록(G2)의 제 2 온도 조절 장치(43)로 반송한다.
이어서, 제 2 온도 조절 장치(43)가, 하 웨이퍼(W2)의 온도를 조절한다(단계(S108)). 하 웨이퍼(W2)의 온조는, 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)을 위로 향한 상태에서 실시된다. 이 후, 반송 장치(61)가, 제 2 온도 조절 장치(43)로부터 하 웨이퍼(W2)를 취출하여, 접합 장치(41)로 반송한다.
이어서, 접합 장치(41)가, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)를 접합하여, 중합 웨이퍼(T)를 제조한다(단계(S109)). 이 후, 반송 장치(61)가, 접합 장치(41)로부터 중합 웨이퍼(T)를 취출하여, 제 3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(54)로 반송한다.
마지막으로, 반송 장치(22)가, 트랜지션 장치(54)로부터 중합 웨이퍼(T)를 취출하여, 배치대(10) 상의 카세트(C3)로 반송한다. 이에 의해, 일련의 처리가 종료된다.
이어서, 도 5 및 도 6을 참조하여, 접합 장치(41)의 일례에 대하여 설명한다. 접합 장치(41)는, 예를 들면, 하우징(100)과, 상 척(110)과, 하 척(120)과, 이동부(130)와, 가스 공급부(140)와, 배기부(150)와, 제 1 간섭계(161)와, 제 2 간섭계(162)와, 기류 제어 커버(170)를 구비한다.
하우징(100)은, 예를 들면 평면에서 봤을 때 직사각형 형상의 상자체이다. 하우징(100)의 반송 영역(60)측의 측면에는 미도시의 반입반출구가 형성되고, 당해 반입반출구에는 개폐 셔터가 마련된다. 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)는, 반입반출구를 거쳐 반입반출된다.
하우징(100)은, 예를 들면, 지지 프레임(101), 상 척(110), 하 척(120), 이동부(130), 가스 공급부(140), 배기부(150), 제 1 간섭계(161), 제 2 간섭계(162) 및 기류 제어 커버(170)를 수용한다.
지지 프레임(101)은, 예를 들면, 상 척(110), 하 척(120), 이동부(130), 제 1 간섭계(161), 제 2 간섭계(162) 및 기류 제어 커버(170)를 지지한다. 지지 프레임(101)은, 배치대(102)와 배치대(102)의 상면에 세워 설치된 복수의 지주(支柱)(103)와, 복수의 지주(103)의 상단에 고정된 상부 프레임(104)을 포함한다.
상부 프레임(104)은, 상 척(110)을 상방으로부터 지지한다. 상 척(110)은, 상 웨이퍼(W1)의 상면(비접합면(W1n))을 상방으로부터 흡착 유지한다. 한편, 하 척(120)은, 상 척(110)보다 하방에 마련되고, 하 웨이퍼(W2)의 하면(비접합면(W2n))을 하방으로부터 흡착 유지한다.
이동부(130)는, 하 척(120)을 수평 방향으로 이동시킨다. 예를 들면, 이동부(130)는, 하 척(120)을 X축 방향으로 이동시키는 제 1 이동부(131)를 구비한다. 또한, 이동부(130)는, 하 척(120)을 Y축 방향으로 이동시키는 제 2 이동부(132)를 구비한다.
제 1 이동부(131)는, X축 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 레일(131a)을 따라 이동하도록 구성되어 있다. 한 쌍의 제 1 레일(131a)은, 제 2 이동부(132)의 상면에 마련된다. 이동부(130)는, 제 1 이동부(131)를 X축 방향으로 이동시킴으로써, 하 척(120)을 X축 방향으로 이동시킨다.
제 2 이동부(132)는, Y축 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 2 레일(132a)을 따라 이동하도록 구성되어 있다. 한 쌍의 제 2 레일(132a)은, 배치대(102)의 상면에 마련된다. 이동부(130)는, 제 2 이동부(132)를 Y축 방향으로 이동시킴으로써, 제 1 이동부(131) 및 하 척(120)을 Y축 방향으로 이동시킨다.
하 척(120)은, 제 1 이동부(131)에 장착되어 있고, 제 1 이동부(131)와 함께 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동한다. 또한 제 1 이동부(131)는, 하 척(120)을 연직 방향으로 이동하도록 구성되어도 된다. 또한 제 1 이동부(131)는, 하 척(120)을 연직축 둘레로 회전하도록 구성되어도 된다. 연직축을 회전 중심으로 하는 회전 방향을 θ 방향이라 부르는 경우가 있다.
이동부(130)는, 하 척(120)을 X축 방향, Y축 방향 및 θ 방향으로 이동시킴으로써, 상 척(110)에 유지되어 있는 상 웨이퍼(W1)와, 하 척(120)에 유지되어 있는 하 웨이퍼(W2)와의 수평 방향에 있어서의 위치 맞춤을 행한다. 또한, 이동부(130)는, 하 척(120)을 Z축 방향으로 이동시킴으로써, 상 척(110)에 유지되어 있는 상 웨이퍼(W1)와, 하 척(120)에 유지되어 있는 하 웨이퍼(W2)와의 연직 방향에 있어서의 위치 맞춤을 행한다.
또한 이동부(130)는, 상 척(110)과 하 척(120)을 상대적으로 X축 방향, Y축 방향 및 θ 방향으로 이동시킬 수 있으면 된다. 예를 들면, 이동부(130)는, 상 척(110)을 X축 방향, Y축 방향 및 θ 방향으로 이동시켜도 된다. 또한, 이동부(130)는, 하 척(120)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키고, 또한 상 척(110)을 θ 방향으로 이동시켜도 된다.
상 척(110)과 하 척(120) 중, 이동부(130)에 의해 X축 방향으로 이동되는 것(본 실시 형태에서는 하 척(120))이 특허 청구의 범위에 기재된 제 2 유지부에 상당하고, 나머지의 것(본 실시 형태에서는 상 척(110))이 특허 청구의 범위에 기재된 제 1 유지부에 상당한다. 또한, X축 방향이 특허 청구의 범위에 기재된 제 1 수평 방향에 상당하고, Y축 방향이 특허 청구의 범위에 기재된 제 2 수평 방향에 상당한다.
이동부(130)는, 상 척(110)과 하 척(120)의 상대 위치를, 기판 전달 위치와 접합 위치와의 사이에서 이동시킨다. 기판 전달 위치는, 상 척(110)이 상 웨이퍼(W1)를 반송 장치(61)로부터 수취하고, 또한, 하 척(120)이 하 웨이퍼(W2)를 반송 장치(61)로부터 수취하고, 하 척(120)이 중합 웨이퍼(T)를 반송 장치(61)에 건네는 위치이다. 기판 전달 위치는, n(n은 1 이상의 자연수) 회째의 접합으로 제작된 중합 웨이퍼(T)의 반출과, n+1 회째의 접합으로 접합되는 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 반입이 연속하여 행해지는 위치이다. 기판 전달 위치는, 예를 들면 도 5 및 도 6에 나타내는 위치이다.
반송 장치(61)는, 상 웨이퍼(W1)를 상 척(110)에 건넬 시에, 상 척(110)의 바로 아래로 진입한다. 또한, 반송 장치(61)는, 중합 웨이퍼(T)를 하 척(120)으로부터 수취하고, 하 웨이퍼(W2)를 하 척(120)에 건넬 시에, 하 척(120)의 바로 위로 진입한다. 반송 장치(61)가 진입하기 쉽도록, 상 척(110)과 하 척(120)은 옆으로 비켜져 있고, 상 척(110)과 하 척(120)의 연직 방향의 간격도 크다.
한편, 접합 위치는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)를 정해진 간격을 두고 마주 보게 하여, 접합하는 위치이다. 접합 위치는, 예를 들면 도 7에 나타내는 위치이다. 접합 위치에서는, 기판 전달 위치에 비해, 연직 방향에 있어서의 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 간격(G)이 좁다. 또한, 접합 위치에서는, 기판 전달 위치와는 달리, 연직 방향에서 봤을 때 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)가 겹친다.
가스 공급부(140)는, 하우징(100)의 내부로 가스를 공급한다. 가스는, 예를 들면 드라이 에어 또는 질소 가스 또는 아르곤 가스 등의 불활성 가스이다. 가스 공급부(140)는 예를 들면 FFU(Fan Filter Unit)이며, 청정화된 가스를 공급한다.
가스 공급부(140)는, 설정 온도로 조절된 가스를 공급한다. 설정 온도는, 예를 들면 상온이며, 23℃이다. 가스 공급부(140)는 온도 센서(149), 온조기(141) 및 밸브(142)를 개재하여 가스 공급원(143)에 접속되어 있다. 온도 센서(149)는, 가스의 온도를 측정하고, 측정한 데이터를 제어 장치(90)에 출력한다. 제어 장치(90)는, 온도 센서(149)의 측정 온도가 설정 온도가 되도록 온조기(141)를 제어한다.
가스 공급부(140)는, 설정 습도로 조절된 가스를 공급해도 된다.
가스 공급부(140)는, 하우징(100)이 가지는 복수의 측면 중, Y축 방향에 직교하는 측면(100a)에 마련되어, Y축 방향(구체적으로, Y축 정방향)으로 가스를 토출한다.
배기부(150)는, 하우징(100)이 가지는 복수의 측면 중, 가스 공급부(140)가 장착되는 측면(100a)과 대향하는 측면(100b)에 마련된다. 배기부(150)는, 진공 펌프 등의 도시하지 않는 흡인 장치에 접속되어 있고, 이러한 흡인 장치의 흡인력을 이용하여 하우징(100)의 내부를 배기한다.
가스 공급부(140)와 배기부(150)는, 하우징(100)의 내부에 사이드 플로우를 형성한다.
제 1 간섭계(161)는, 제 2 유지부인 하 척(120)과 함께 X축 방향으로 이동하는 제 1 물체(163)에 대하여 광을 조사함으로써, 제 1 간섭계(161)의 기준점으로부터 제 1 물체(163)까지의 X축 방향에 있어서의 거리를 측정한다. 제 1 물체(163)는, 예를 들면 제 1 이동부(131)에 장착된다.
제 1 간섭계(161)는, 제 1 물체(163)와 동일한 높이에 마련된다. 제 1 물체(163)는 예를 들면 미러이며, X축 방향에 직교하는 광 반사면을 가진다. 제 1 간섭계(161)는, 제 1 물체(163)에서 반사된 광을 수광함으로써, 제 1 간섭계(161)의 기준점으로부터 제 1 물체(163)까지의 X축 방향에 있어서의 거리를 측정한다.
또한, 제 1 간섭계(161)는, 제 2 유지부인 하 척(120)에 광을 조사함으로써, 하 척(120)까지의 X축 방향에 있어서의 거리를 측정해도 된다.
제 1 간섭계(161)는, 측정한 데이터를 제어 장치(90)에 출력한다. 제어 장치(90)는, 제 1 간섭계(161)가 측정한 데이터를 이용하여 이동부(130)를 제어하고, 하 척(120)의 X축 방향 위치를 제어한다. 위치 제어는 속도 제어를 포함한다. 또한 제어 장치(90)는, 하 척(120)의 X축 방향 위치를 제어할 시에, 미도시의 리니어 스케일도 사용해도 된다.
제 1 간섭계(161)는, 하우징(100)이 가지는 복수의 측면 중, X축 방향에 직교하는 측면(100c)과 제 1 이동부(131)와의 사이에 배치된다. 제 1 간섭계(161)는, 사이드 플로우의 흐름 방향(Y축 방향, 상세하게는 Y축 정방향)과 직교하는 방향(X축 방향, 상세하게는 X축 정방향)으로 광을 조사한다. 즉, 제 1 간섭계(161)로부터 조사되는 광의 제 1 경로(LP1)는, 가스 공급부(140)의 가스를 토출하는 방향(Y축 방향, 상세하게는 Y축 정방향)에 대하여 직교한다.
제 2 간섭계(162)는, 제 2 유지부인 하 척(120)과 함께 Y축 방향으로 이동하는 제 2 물체(164)에 대하여 광을 조사함으로써, 제 2 간섭계(162)의 기준점으로부터 제 2 물체(164)까지의 Y축 방향에 있어서의 거리를 측정한다. 제 2 물체(164)는, 예를 들면 제 1 이동부(131)에 장착된다.
제 2 간섭계(162)는, 제 2 물체(164)와 동일한 높이에 마련된다. 제 2 물체(164)는 예를 들면 미러이며, Y축 방향에 직교하는 광 반사면을 가진다. 제 2 간섭계(162)는, 제 2 물체(164)에서 반사된 광을 수광함으로써, 제 2 간섭계(162)의 기준점으로부터 제 2 물체(164)까지의 Y축 방향에 있어서의 거리를 측정한다.
또한 제 2 간섭계(162)는, 제 2 유지부인 하 척(120)에 광을 조사함으로써, 하 척(120)까지의 Y축 방향에 있어서의 거리를 측정해도 된다.
제 2 간섭계(162)는, 측정한 데이터를 제어 장치(90)에 출력한다. 제어 장치(90)는, 제 2 간섭계(162)가 측정한 데이터를 이용하여 이동부(130)를 제어하고, 하 척(120)의 Y축 방향 위치를 제어한다. 위치 제어는 속도 제어를 포함한다. 또한 제어 장치(90)는, 하 척(120)의 Y축 방향 위치를 제어할 시에, 미도시의 리니어 스케일도 사용해도 된다.
제 2 간섭계(162)는, 하우징(100)이 가지는 복수의 측면 중, Y축 방향에 직교하는 측면(100a)과 제 1 이동부(131)와의 사이에 배치되고, 가스 공급부(140)와 제 1 이동부(131)와의 사이에 배치된다. 제 2 간섭계(162)는, 사이드 플로우의 흐름 방향(Y축 방향, 상세하게는 Y축 정방향)과 동일한 방향으로 광을 조사한다. 즉, 제 2 간섭계(162)로부터 조사되는 광의 제 2 경로(LP2)는, 가스 공급부(140)의 가스를 토출하는 방향에 대하여 평행이다.
제 1 간섭계(161) 및 제 2 간섭계(162)는 예를 들면 레이저 간섭계이며, 레이저광을 조사한다. 또한, 제 1 간섭계(161) 및 제 2 간섭계(162)로부터 조사되는 광은, 레이저광이 아니어도 되며, 일정한 주기를 가진 지향성이 있는 광이면 된다.
그런데, 제 1 경로(LP1)에 있어서, 온도, 습도, 또는 기압 등이 변동하면, 공기의 굴절률이 변동하고, 광로 길이(경로 길이와 굴절률의 곱)가 변동한다. 그 결과, 제 1 간섭계(161)의 측정값이 변동하여, 측정 오차가 생긴다. 예를 들면, 제 1 경로(LP1)의 길이가 300 mm인 경우에, 온도의 변동폭이 0.1℃이면, 이론적인 측정값의 변동폭이 약 28 nm이다. 여기서, 변동폭이란, 최대값과 최소값의 차이다.
제 1 간섭계(161)의 측정 오차를 작게 하기 위해서는, 제 1 경로(LP1)에 있어서, 온도, 습도 및 기압의 변동을 작게 하는 것이 유효하며, 안정된 기류를 형성하는 것이 유효하다. 마찬가지로, 제 2 간섭계(162)의 측정 오차를 작게 하기 위해서는, 제 2 경로(LP2)에 있어서, 온도, 습도 및 기압의 변동을 작게 하는 것이 유효하며, 안정된 기류를 형성하는 것이 유효하다.
제 1 경로(LP1) 및 제 2 경로(LP2)와 동일한 높이에는, 모터, 앰프, 레이저 광원, 또는 카메라 등의 전장품이 마련된다. 전장품은, 가스의 온도를 변동시키는 열원, 또는 가스의 흐름을 흐트러뜨리는 장애물이 될 수 있다. 전장품 외에, 지지 프레임(101)의 지주(103) 등도 장애물이 될 수 있다. 장애물은, 정지물뿐 아니라, 가동물도 포함한다. 가동물의 예로서, 제 1 이동부(131)를 들 수 있다. 가동물은, 정지 시에 장애물이 되는 것뿐 아니라, 이동 시에 새로운 가스의 흐름을 발생시킬 수 있다.
가스 공급부(140)는, Y축 정방향으로 가스를 토출하고, Y축 정방향으로 흐르는 사이드 플로우를 형성한다. 사이드 플로우는, 전장품의 열, 또는 하우징(100)의 외부로부터의 전열 등에 의해 X축 방향으로 온도 분포를 가지고 있다. 또한, 사이드 플로우는, 장애물에 의해 방향을 흐뜨러지는 경우가 있다. 따라서, 사이드 플로우는, 온도도 방향도 항상 요동하고 있다.
제 2 경로(LP2)가 사이드 플로우와 평행인데 대하여, 제 1 경로(LP1)는 사이드 플로우와 직교한다. 제 1 경로(LP1)는, 사이드 플로우를 횡단하므로, 사이드 플로우의 요동의 영향을 받기 쉽다. 이 때문에, 종래, 제 1 간섭계(161)의 측정 오차가, 제 2 간섭계(162)의 측정 오차보다 컸다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 기류 제어 커버(170)를 이용하여, 가스 공급부(140)로부터 공급된 가스의 흐름의 일부를 제 1 경로(LP1)로 방향 전환한다. 열원 및 장애물의 영향이 작은 가스를 제 1 경로(LP1)를 향해 방향 전환할 수 있어, 온도 및 방향이 안정된 기류를 제 1 경로(LP1)에 형성할 수 있다. 그 결과, 제 1 간섭계(161)의 측정값의 변동폭을 작게 할 수 있어, 제 1 간섭계(161)의 측정 오차를 저감시킬 수 있다. 따라서, 하 척(120)의 위치 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있어, 하 웨이퍼(W2)와 상 웨이퍼(W1)의 접합 정밀도를 향상시킬 수 있다. 기류 제어 커버(170)를 이용하면, 제 1 간섭계(161)의 측정값의 변동폭을 10 nm 미만으로 억제하는 것도 가능하다.
본 개시의 기술과는 다른 기술로서, 예를 들면, 제 1 경로(LP1)를 통 형상의 커버로 둘러싸는 것도 고려된다. 이 경우, 통 형상의 커버를 하 척(120)과 함께 이동시킬 필요가 있어, 통 형상의 커버와 다른 부품이 간섭하지 않도록, 접합 장치(41)의 구조가 복잡화될 우려가 있다. 또한, 하 척(120)의 가동 범위가 제한되기 쉽다.
또한, 본 개시의 기술과는 다른 기술로서, 제 1 경로(LP1)를, 통 형상의 스폿 기류로 둘러싸는 것도 고려된다. 이 경우, 스폿 기류를 형성하는 제 2 가스 공급부가 가스 공급부(140)와는 별개로 필요하게 된다. 또한, 스폿 기류와 사이드 플로우와의 온도 차, 또는 압력 차 등이 문제가 될 우려가 있다.
또한, 본 개시의 기술과는 다른 기술로서, 하우징(100)의 내부 전체에 다운 플로우를 형성하는 것도 고려된다. 이 경우, 다운 플로우의 형성을 방해하는 장애물이 많아져, 기류가 흐트러지기 쉽다. 또한, 다운 플로우를 안정화하기 위하여, 하우징(100)의 하면의 네 모퉁이 전부에 배기부(150)를 마련하는 것은 현실적이지는 않다.
이들에 대하여, 본 개시의 일태양에 따르면, 기류 제어 커버(170)를 이용하여 가스 공급부(140)로부터 공급된 가스의 흐름의 일부를 제 1 경로(LP1)로 방향 전환하여, 제 1 경로(LP1)에 온도 및 방향이 안정된 기류를 형성한다. 그러므로, 제 1 경로(LP1)를 둘러싸는 통 형상의 커버를 이용하는 경우와 비교하여, 하 척(120)의 가동 범위가 제한되기 어렵고, 접합 장치(41)의 구조도 간소하다. 또한, 제 1 경로(LP1)를 둘러싸는 통 형상의 스폿 기류를 형성하는 경우와는 달리, 스폿 기류와 사이드 플로우와의 온도 차, 또는 압력 차가 문제가 되지는 않으며, 제 2 가스 공급부도 불필요하다. 또한, 하우징(100)의 내부 전체에 다운 플로우를 형성하는 경우에 비해, 장애물이 적어, 안정된 기류가 형성되기 쉽다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 기류 제어 커버(170)는, 제 1 경로(LP1)의 경사진 상방으로부터, 제 1 경로(LP1)를 향해, 가스의 흐름의 일부를 방향 전환해도 된다. 제 1 경로(LP1)와는 상이한 높이에는, 열원도 장애물(정지물과 가동물의 양방을 포함함)도 적다. 따라서, 온도 및 방향이 안정된 가스를, 제 1 경로(LP1)를 향해 방향 전환할 수 있다.
예를 들면, 기류 제어 커버(170)는, 지지 프레임(101)보다 상방으로부터, 제 1 경로(LP1)를 향해, 가스의 흐름의 일부를 방향 전환한다. 지지 프레임(101)보다 상방에는, 열원도 장애물도 특히 적다. 따라서, 온도 및 방향의 특별히 안정된 가스를, 제 1 경로(LP1)를 향해 방향 전환할 수 있다.
기류 제어 커버(170)는, 예를 들면, 가스 공급부(140)의 가스를 토출하는 방향(Y축 정방향)을 향할수록 하방으로 경사지는 경사판(171)을 포함해도 된다. 경사판(171)에 의해, 가스의 흐름을 원활하게 방향 전환할 수 있다. 경사판(171)은, 본 실시 형태에서는 평판이지만, 만곡판이어도 된다.
지지 프레임(101)의 상부 프레임(104)에는, 경사판(171)이 통해지는 개구부(105)가 형성된다. 경사판(171)에 의해 방향 전환된 가스는, 상부 프레임(104)의 개구부(105)를 지나, 제 1 경로(LP1)로 유도된다.
경사판(171)의 상단은, 상부 프레임(104)보다 상방에 배치되고, 하우징(100)의 천장보다 하방에 배치된다. 한편, 경사판(171)의 하단은, 상부 프레임(104)의 하방에 배치되고, 상 척(110)의 상 웨이퍼(W1)를 흡착 유지하는 하면보다 상방에 배치된다.
경사판(171)의 하단이 상 척(110)의 하면보다 상방에 배치되어 있으면, 상 웨이퍼(W1)의 반입반출 시에 상 웨이퍼(W1)와 경사판(171)과의 간섭을 방지할 수 있다. 또한, 하 척(120)의 이동 시에, 하 척(120) 또는 하 척(120)에 유지되어 있는 하 웨이퍼(W2)와 경사판(171)과의 간섭도 방지할 수 있다.
기류 제어 커버(170)는, 경사판(171) 외에, 수평판(172)과 연직판(173)을 포함해도 된다. 연직판(173)은, X축 방향에 직교하도록 배치되고, X축 방향으로 간격을 두고 한 쌍 마련된다. 연직판(173)은, 예를 들면 직각 사다리꼴 형상이다.
수평판(172)과 한 쌍의 연직판(173)과 상부 프레임(104)은, 가스의 취입구(174)를 형성한다. 가스 공급부(140)가 토출한 가스는, 취입구(174)를 통과한 후, 경사판(171)을 따라 경사진 하향으로 흐른다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 기류 제어 커버(170)의 X축 방향 치수는, 상부 프레임(104)의 X축 방향 치수보다 작아도 된다. 상부 프레임(104)의 위에, 전기 배선 등의 스페이스를 확보할 수 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 상방에서 봤을 때에, 기류 제어 커버(170)는, 제 2 간섭계(162)로부터 조사되는 광의 제 2 경로(LP2)와 겹쳐도 된다. 도 6에 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 제 1 이동부(131)가 제 2 간섭계(162)로부터 멀어, 제 2 경로(LP2)의 길이가 긴 경우에는, 기류 제어 커버(170)로 방향 전환한 가스를 제 2 경로(LP2)로도 공급할 수 있다. 따라서, 온도 및 방향이 안정된 기류를 제 2 경로(LP2)에도 형성할 수 있다. 그 결과, 제 2 간섭계(162)의 측정값의 변동폭을 작게 할 수 있어, 제 2 간섭계(162)의 측정 오차를 저감할 수 있다.
이어서, 도 7을 참조하여, 상 척(110)과 하 척(120)에 대하여 설명한다. 상 척(110)은, 복수(예를 들면 3 개)의 영역(110a, 110b, 110c)으로 구획된다. 이들 영역(110a, 110b, 110c)은, 상 척(110)의 중심부로부터 주연부를 향해 이 순으로 마련된다. 영역(110a)은 평면에서 봤을 때 원형 형상을 가지고, 영역(110b, 110c)은 평면에서 봤을 때 환상(環狀) 형상을 가진다.
각 영역(110a, 110b, 110c)에는, 흡인관(111a, 111b, 111c)이 각각 독립하여 마련된다. 각 흡인관(111a, 111b, 111c)에는, 상이한 진공 펌프(112a, 112b, 112c)가 각각 접속된다. 상 척(110)은, 각 영역(110a, 110b, 110c)마다, 상 웨이퍼(W1)를 진공 흡착 가능하다.
상 척(110)에는, 연직 방향으로 승강 가능한 복수의 유지 핀(115)이 마련된다. 복수의 유지 핀(115)은, 진공 펌프(116)에 접속되고, 진공 펌프(116)의 작동에 의해 상 웨이퍼(W1)를 진공 흡착한다. 상 웨이퍼(W1)는, 복수의 유지 핀(115)의 하단에 진공 흡착된다. 복수의 유지 핀(115) 대신에, 링 형상의 흡착 패드가 이용되어도 된다.
복수의 유지 핀(115)은, 하강함으로써, 상 척(110)의 유지면으로부터 돌출된다. 그 상태에서, 복수의 유지 핀(115)은, 상 웨이퍼(W1)를 진공 흡착하고, 반송 장치(61)로부터 수취한다. 이 후, 복수의 유지 핀(115)이 상승하여, 상 웨이퍼(W1)가 상 척(110)의 유지면에 접촉된다. 이어서, 상 척(110)은, 진공 펌프(112a, 112b, 112c)의 작동에 의해, 각 영역(110a, 110b, 110c)에 있어서 상 웨이퍼(W1)를 수평으로 진공 흡착한다.
또한, 상 척(110)의 중심부에는, 당해 상 척(110)을 연직 방향으로 관통하는 관통 홀(113)이 형성된다. 관통 홀(113)에는, 후술하는 압동부(押動部)(190)가 삽입 관통된다. 압동부(190)는, 하 웨이퍼(W2)와 간격을 두고 배치된 상 웨이퍼(W1)의 중심을 눌러, 하 웨이퍼(W2)에 접촉시킨다.
압동부(190)는, 압동 핀(191)과, 당해 압동 핀(191)의 승강 가이드인 외통(192)을 가진다. 압동 핀(191)은, 예를 들면 모터를 내장한 구동부(도시하지 않음)에 의해, 관통 홀(113)에 삽입 관통되고, 상 척(110)의 유지면으로부터 돌출되어, 상 웨이퍼(W1)의 중심을 누른다.
하 척(120)은, 복수(예를 들면 2 개)의 영역(120a, 120b)으로 구획된다. 이들 영역(120a, 120b)은, 하 척(120)의 중심부로부터 주연부를 향해 이 순으로 마련된다. 그리고, 영역(120a)은 평면에서 봤을 때 원형 형상을 가지고, 영역(120b)은 평면에서 봤을 때 환상 형상을 가진다.
각 영역(120a, 120b)에는, 흡인관(121a, 121b)이 각각 독립하여 마련된다. 각 흡인관(121a, 121b)에는, 상이한 진공 펌프(122a, 122b)가 각각 접속된다. 하 척(120)은, 각 영역(120a, 120b)마다, 하 웨이퍼(W2)를 진공 흡착 가능하다.
하 척(120)에는, 연직 방향으로 승강 가능한 복수의 유지 핀(125)이 마련된다. 하 웨이퍼(W2)는, 복수의 유지 핀(125)의 상단에 배치된다. 또한 하 웨이퍼(W2)는, 복수의 유지 핀(125)의 상단에 진공 흡착되어도 된다.
복수의 유지 핀(125)은, 상승함으로써, 하 척(120)의 유지면으로부터 돌출된다. 그 상태에서, 복수의 유지 핀(125)은, 하 웨이퍼(W2)를 반송 장치(61)로부터 수취한다. 이 후, 복수의 유지 핀(125)이 하강하여, 하 웨이퍼(W2)가 하 척(120)의 유지면에 접촉된다. 이어서, 하 척(120)은, 진공 펌프(122a, 122b)의 작동에 의해, 각 영역(120a, 120b)에 있어서 하 웨이퍼(W2)를 수평으로 진공 흡착한다.
이어서, 도 8 ~ 도 10을 참조하여, 도 4의 단계(S109)의 상세에 대하여 설명한다. 먼저, 반송 장치(61)가, 접합 장치(41)에 대한 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)의 반입을 행한다(단계(S111)). 단계(S111) 시, 상 척(110)과 하 척(120)의 상대 위치는, 도 5 및 도 6에 나타내는 기판 전달 위치이다.
이어서, 이동부(130)가, 상 척(110)과 하 척(120)의 상대 위치를, 도 5 및 도 6에 나타내는 기판 전달 위치로부터, 도 7에 나타내는 접합 위치로 이동한다(단계(S112)). 단계(S112)에서는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)의 위치 맞춤이 행해진다. 위치 맞춤에는, 도 9에 나타내는 바와 같이 제 1 카메라(S1)와 제 2 카메라(S2)가 이용된다.
제 1 카메라(S1)는, 상 척(110)에 대하여 고정되어 있고, 하 척(120)에 유지되어 있는 하 웨이퍼(W2)를 촬상한다. 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)에는, 미리 복수의 기준점(P21 ~ P23)이 형성된다. 기준점(P21 ~ P23)으로서는, 전자 회로 등의 패턴이 이용된다. 기준점의 수는, 임의로 설정 가능하다.
한편, 제 2 카메라(S2)는, 하 척(120)에 대하여 고정되어 있고, 상 척(110)에 유지되어 있는 상 웨이퍼(W1)를 촬상한다. 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)에는, 미리 복수의 기준점(P11 ~ P13)이 형성되어 있다. 기준점(P11 ~ P13)으로서는, 전자 회로 등의 패턴이 이용된다. 기준점의 수는, 임의로 설정 가능하다.
먼저, 도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이, 이동부(130)가, 제 1 카메라(S1)와 제 2 카메라(S2)의 상대적인 수평 방향 위치의 조절을 행한다. 구체적으로, 제 2 카메라(S2)가 제 1 카메라(S1)의 대략 바로 아래에 위치하도록, 이동부(130)가 하 척(120)을 수평 방향으로 이동시킨다. 그리고, 제 1 카메라(S1)와 제 2 카메라(S2)가 공통의 타겟(X)을 촬상하고, 제 1 카메라(S1)와 제 2 카메라(S2)의 수평 방향 위치가 일치하도록, 이동부(130)가 제 2 카메라(S2)의 수평 방향 위치를 미세 조절한다. 이에 의해, 제 1 카메라(S1)와 제 2 카메라(S2)의 위치 맞춤이 완료된다.
이어서, 도 9의 (B)에 나타내는 바와 같이, 이동부(130)가, 하 척(120)을 연직 상방으로 이동시키고, 이어서, 상 척(110)과 하 척(120)의 수평 방향 위치를 조절한다. 구체적으로, 이동부(130)가 하 척(120)을 수평 방향으로 이동시키면서, 제 1 카메라(S1)가 하 웨이퍼(W2)의 기준점(P21 ~ P23)을 순차 촬상하고, 또한 제 2 카메라(S2)가 상 웨이퍼(W1)의 기준점(P11 ~ P13)을 순차 촬상한다. 또한 도 9의 (B)는, 제 1 카메라(S1)가 하 웨이퍼(W2)의 기준점(P21)을 촬상하고, 또한 제 2 카메라(S2)가 상 웨이퍼(W1)의 기준점(P11)을 촬상하는 모습을 나타내고 있다.
제 1 카메라(S1) 및 제 2 카메라(S2)는, 촬상한 화상 데이터를, 제어 장치(90)로 송신한다. 제어 장치(90)는, 제 1 카메라(S1)로 촬상한 화상 데이터와 제 2 카메라(S2)로 촬상한 화상 데이터에 기초하여 이동부(130)를 제어하고, 연직 방향에서 봤을 때 상 웨이퍼(W1)의 기준점(P11 ~ P13)과 하 웨이퍼(W2)의 기준점(P21 ~ P23)이 합치되도록 하 척(120)의 수평 방향 위치를 조절한다.
이어서, 도 9의 (C)에 나타내는 바와 같이, 이동부(130)가 하 척(120)을 연직 상방으로 이동시킨다. 그 결과, 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)과 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과의 간격(G)(도 7 참조)은 미리 정해진 거리, 예를 들면 80 μm ~ 200 μm가 된다. 간격(G)의 조절에는, 제 1 변위계(S3)와 제 2 변위계(S4)가 이용된다.
제 1 변위계(S3)는, 제 1 카메라(S1)와 마찬가지로, 상 척(110)에 대하여 고정되어 있고, 하 척(120)에 유지되어 있는 하 웨이퍼(W2)의 두께를 측정한다. 제 1 변위계(S3)는, 예를 들면 하 웨이퍼(W2)에 대하여 광을 조사하고, 하 웨이퍼(W2)의 상하 양면에서 반사된 반사광을 수광하여, 하 웨이퍼(W2)의 두께를 측정한다. 그 두께의 측정은, 예를 들면 이동부(130)가 하 척(120)을 수평 방향으로 이동시킬 시에 실시된다. 제 1 변위계(S3)의 측정 방식은, 예를 들면 공초점 방식, 분광 간섭 방식 또는 삼각 측거 방식 등이다. 제 1 변위계(S3)의 광원은 LED 또는 레이저이다.
한편, 제 2 변위계(S4)는, 제 2 카메라(S2)와 마찬가지로, 하 척(120)에 대하여 고정되어 있고, 상 척(110)에 유지되어 있는 상 웨이퍼(W1)의 두께를 측정한다. 제 2 변위계(S4)는, 예를 들면 상 웨이퍼(W1)에 대하여 광을 조사하고, 상 웨이퍼(W1)의 상하 양면에서 반사된 반사광을 수광하여, 상 웨이퍼(W1)의 두께를 측정한다. 그 두께의 측정은, 예를 들면 이동부(130)가 하 척(120)을 수평 방향으로 이동시킬 시에 실시된다. 제 2 변위계(S4)의 측정 방식은, 예를 들면 공초점 방식, 분광 간섭 방식 또는 삼각 측거 방식 등이다. 제 2 변위계(S4)의 광원은 LED 또는 레이저이다.
제 1 변위계(S3) 및 제 2 변위계(S4)는, 측정한 데이터를, 제어 장치(90)로 송신한다. 제어 장치(90)는, 제 1 변위계(S3)로 측정한 데이터와 제 2 변위계(S4)로 측정한 데이터에 기초하여 이동부(130)를 제어하고, 간격(G)이 설정값이 되도록 하 척(120)의 연직 방향 위치를 조절한다.
이어서, 진공 펌프(112a)의 작동이 정지되고, 도 10의 (A)에 나타내는 바와 같이, 영역(110a)에 있어서의 상 웨이퍼(W1)의 진공 흡착이 해제된다. 이 후, 압동부(190)의 압동 핀(191)이 하강하고, 상 웨이퍼(W1)의 중심을 눌러, 하 웨이퍼(W2)에 접촉시킨다(단계(S113)). 그 결과, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)의 중심끼리가 접합된다.
상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)은 각각 개질되어 있기 때문에, 먼저, 접합면(W1j, W2j) 간에 반데르발스력(분자간력)이 생겨, 당해 접합면(W1j, W2j)끼리가 접합된다. 또한, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)은 각각 친수화가 끝난 상태이므로, 친수기(예를 들면 OH기)가 수소 결합하여, 접합면(W1j, W2j)끼리가 강고하게 접합된다.
이어서, 진공 펌프(112b)의 작동이 정지되고, 도 10의 (B)에 나타내는 바와 같이, 영역(110b)에 있어서의 상 웨이퍼(W1)의 진공 흡착이 해제된다. 이어서, 진공 펌프(112c)의 작동이 정지되고, 도 10의 (C)에 나타내는 바와 같이, 영역(110c)에 있어서의 상 웨이퍼(W1)의 진공 흡착이 해제된다.
이와 같이, 상 웨이퍼(W1)의 중심으로부터 주연을 향해, 상 웨이퍼(W1)의 진공 흡착이 단계적으로 해제되고, 상 웨이퍼(W1)가 하 웨이퍼(W2)로 단계적으로 낙하하여 접촉한다. 그리고, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)의 접합은, 중심으로부터 주연을 향해 순차 진행된다(단계(S114)). 그 결과, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)이 전면에서 접촉하여, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)가 접합되고, 중합 웨이퍼(T)가 얻어진다. 이 후, 압동 핀(191)은, 원래의 위치까지 상승된다.
이어서, 이동부(130)가, 상 척(110)과 하 척(120)의 상대 위치를, 도 7에 나타내는 접합 위치로부터, 도 5 및 도 6에 나타내는 기판 전달 위치로 이동한다(단계(S115)). 예를 들면, 이동부(130)는, 먼저 하 척(120)을 하강시켜, 하 척(120)과 상 척(110)의 연직 방향의 간격을 넓힌다. 이어서, 이동부(130)는, 하 척(120)을 횡으로 이동시켜, 하 척(120)과 상 척(110)을 횡으로 비켜 놓는다.
이어서, 반송 장치(61)가, 접합 장치(41)에 대한 중합 웨이퍼(T)의 반출을 행한다(단계(S116)). 구체적으로, 먼저, 하 척(120)이, 중합 웨이퍼(T)의 유지를 해제한다. 이어서, 복수의 유지 핀(125)이, 상승하여, 중합 웨이퍼(T)를 반송 장치(61)에 건넨다. 이 후, 복수의 유지 핀(125)이, 원래의 위치까지 하강한다.
이상, 본 개시에 따른 접합 장치 및 접합 방법의 실시 형태 등에 대하여 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되지 않는다. 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경, 수정, 치환, 부가, 삭제 및 조합이 가능하다. 그들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 제 1 기판과 제 2 기판을 접합하는 접합 장치로서,
    상기 제 1 기판을 흡착 유지하는 제 1 유지부와,
    상기 제 2 기판을 흡착 유지하는 제 2 유지부와,
    상기 제 1 유지부에 대하여 상기 제 2 유지부를 제 1 수평 방향으로 이동시키는 제 1 이동부와,
    상기 제 2 유지부 또는 상기 제 2 유지부와 함께 상기 제 1 수평 방향으로 이동하는 제 1 물체에 대하여 광을 조사함으로써, 상기 제 2 유지부 또는 상기 제 1 물체까지의 상기 제 1 수평 방향에 있어서의 거리를 측정하는 제 1 간섭계와,
    상기 제 1 유지부, 상기 제 2 유지부, 상기 제 1 이동부 및 상기 제 1 간섭계를 수용하는 하우징과,
    상기 하우징의 측면에 마련되어, 상기 하우징의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 하우징의 내부에 마련되어, 상기 가스 공급부로부터 공급된 상기 가스의 흐름의 일부를, 상기 제 1 간섭계로부터 조사되는 광의 제 1 경로를 향해 방향 전환하는 기류 제어 커버
    를 구비하는, 접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기류 제어 커버는, 상기 제 1 경로의 경사진 상방으로부터, 상기 제 1 경로를 향해, 상기 가스의 흐름의 일부를 방향 전환하는, 접합 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기류 제어 커버는, 상기 가스 공급부의 상기 가스를 토출하는 방향을 향할수록 하방으로 경사지는 경사판을 포함하는, 접합 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에, 상기 제 1 유지부와 상기 제 2 유지부와 상기 제 1 이동부와 상기 제 1 간섭계와 상기 기류 제어 커버를 지지하는 지지 프레임을 구비하고,
    상기 기류 제어 커버는, 상기 지지 프레임보다 상방으로부터, 상기 제 1 경로를 향해, 상기 가스의 흐름의 일부를 방향 전환하는, 접합 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지 프레임은, 배치대와, 상기 배치대의 상면에 세워 설치되는 복수의 지주와, 상기 지주의 상단에 수평으로 마련되는 상부 프레임을 포함하고,
    상기 기류 제어 커버는, 상기 가스 공급부의 상기 가스를 토출하는 방향을 향할수록 하방으로 경사지는 경사판을 포함하고,
    상기 상부 프레임에는, 상기 경사판이 통해지는 개구부가 형성되는, 접합 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 프레임은 상기 제 1 유지부를 상방으로부터 유지하고, 상기 제 1 유지부는 상기 제 1 기판을 상방으로부터 유지하고, 상기 제 2 유지부는 상기 제 2 기판을 하방으로부터 유지하고,
    상기 경사판의 하단은, 상기 제 1 유지부의 상기 제 1 기판을 흡착 유지하는 하면보다, 상방에 마련되는, 접합 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 기류 제어 커버의 상기 제 1 수평 방향에 있어서의 치수는, 상기 상부 프레임의 상기 제 1 수평 방향에 있어서의 치수보다 작은, 접합 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 하우징의 내부에 대하여, 상기 제 1 수평 방향에 직교하는 제 2 수평 방향으로 상기 가스를 토출하고,
    상기 제 1 경로는, 상기 가스 공급부의 상기 가스를 토출하는 방향에 대하여 직교하는, 접합 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 간섭계는, 레이저 간섭계인, 접합 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 마련되고, 상기 제 1 유지부에 대하여 상기 제 2 유지부를 상기 제 1 수평 방향에 직교하는 제 2 수평 방향으로 이동시키는 제 2 이동부와,
    상기 하우징의 내부에 마련되고, 상기 제 2 유지부 또는 상기 제 2 유지부와 함께 상기 제 2 수평 방향으로 이동하는 제 2 물체에 대하여 광을 조사함으로써, 상기 제 2 유지부 또는 상기 제 2 물체까지의 상기 제 2 수평 방향에 있어서의 거리를 측정하는 제 2 간섭계
    를 구비하는, 접합 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상방에서 봤을 때에, 상기 기류 제어 커버는, 상기 제 2 간섭계로부터 조사되는 광의 제 2 경로와 겹치는, 접합 장치.
  12. 제 1 기판과 제 2 기판을 접합하는 접합 방법으로서,
    상기 제 1 기판을 제 1 유지부에 의해 흡착 유지하는 것과,
    상기 제 2 기판을 제 2 유지부에 의해 흡착 유지하는 것과,
    상기 제 1 유지부에 대하여 상기 제 2 유지부를 제 1 수평 방향으로 이동시키는 제 1 이동부를 이용하여, 상기 제 2 유지부를 이동시키는 것과,
    상기 제 2 유지부 또는 상기 제 2 유지부와 함께 상기 제 1 수평 방향으로 이동하는 제 1 물체에 대하여 제 1 간섭계로부터 광을 조사함으로써, 상기 제 1 간섭계로부터 상기 제 2 유지부 또는 상기 제 1 물체까지의 상기 제 1 수평 방향에 있어서의 거리를 측정하는 것과,
    상기 제 1 유지부, 상기 제 2 유지부, 상기 제 1 이동부 및 상기 제 1 간섭계를 수용하는 하우징의 측면에 마련되는 가스 공급부에 의해, 상기 하우징의 내부로 가스를 공급하는 것과,
    상기 하우징의 내부에 마련된 기류 제어 커버를 이용하여, 상기 가스 공급부로부터 공급된 상기 가스의 흐름의 일부를, 상기 제 1 간섭계로부터 조사되는 광의 제 1 경로로 방향 전환하는 것
    을 가지는, 접합 방법.
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