KR20230134542A - 표면 개질 장치 및 접합 강도 판정 방법 - Google Patents
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Abstract
표면 개질 장치는, 기판의 다른 기판과 접합되는 접합면을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질하는 표면 개질 장치이다. 표면 개질 장치는 처리 용기와, 측정부와, 각 부를 제어하는 제어부를 구비한다. 처리 용기는, 기판을 수용 가능하게 구성된다. 측정부는, 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값을 측정한다. 제어부는, 측정부에 의해 측정된 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값에 기초하여, 처리 용기 내에서 개질한 기판을 다른 기판과 접합했다고 가정한 경우에 있어서의 기판과 다른 기판과의 사이의 접합 강도의 양부를 판정한다.
Description
표면 개질 장치 및 접합 강도 판정 방법
종래, 반도체 웨이퍼 등의 기판끼리를 접합하는 방법으로서, 기판의 접합되는 표면을 개질하고, 개질된 기판의 표면을 친수화하여, 친수화된 기판끼리를 반데르발스력 및 수소 결합(분자간력)에 의해 접합하는 방법이 알려져 있다.
기판의 표면 개질은, 표면 개질 장치를 이용하여 행해진다. 표면 개질 장치는, 처리 용기 내에 기판을 수용하고, 수용한 기판의 표면을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질한다.
본 개시는, 기판 간을 접합하기 전에, 접합되는 기판 간의 접합 강도의 양부를 판정할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일태양에 따른 표면 개질 장치는, 기판의 다른 기판과 접합되는 접합면을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질하는 표면 개질 장치이다. 표면 개질 장치는 처리 용기와, 측정부와, 각 부를 제어하는 제어부를 구비한다. 처리 용기는, 기판을 수용 가능하게 구성된다. 측정부는, 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값을 측정한다. 제어부는, 측정부에 의해 측정된 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값에 기초하여, 처리 용기 내에서 개질한 기판을 다른 기판과 접합했다고 가정한 경우에 있어서의 기판과 다른 기판과의 사이의 접합 강도의 양부를 판정한다.
본 개시에 따르면, 기판 간을 접합하기 전에, 접합되는 기판 간의 접합 강도의 양부를 판정할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 실시 형태에 따른 접합 시스템의 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 접합 시스템의 구성을 나타내는 모식 측면도이다.
도 3은 실시 형태에 따른 상 웨이퍼 및 하 웨이퍼의 모식 측면도이다.
도 4는 실시 형태에 따른 표면 개질 장치의 구성을 나타내는 모식 단면도이다.
도 5는 실시 형태에 따른 접합 장치의 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
도 6은 실시 형태에 따른 접합 장치의 구성을 나타내는 모식 측면도이다.
도 7은 실시 형태에 따른 상 척 및 하 척을 나타내는 모식도이다.
도 8은 실시 형태에 따른 접합 시스템이 실행하는 처리의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 9는 처리 용기 내의 수분량의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 10은 처리 용기 내의 수분량의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 처리 용기 내의 수분량의 측정 결과의 다른 일례를 나타내는 도이다.
도 12는 실시 형태에 따른 접합 처리의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 접합 시스템의 구성을 나타내는 모식 측면도이다.
도 3은 실시 형태에 따른 상 웨이퍼 및 하 웨이퍼의 모식 측면도이다.
도 4는 실시 형태에 따른 표면 개질 장치의 구성을 나타내는 모식 단면도이다.
도 5는 실시 형태에 따른 접합 장치의 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
도 6은 실시 형태에 따른 접합 장치의 구성을 나타내는 모식 측면도이다.
도 7은 실시 형태에 따른 상 척 및 하 척을 나타내는 모식도이다.
도 8은 실시 형태에 따른 접합 시스템이 실행하는 처리의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 9는 처리 용기 내의 수분량의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 10은 처리 용기 내의 수분량의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 처리 용기 내의 수분량의 측정 결과의 다른 일례를 나타내는 도이다.
도 12는 실시 형태에 따른 접합 처리의 순서를 나타내는 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 각종 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 의해 개시 기술이 한정되는 것은 아니다.
그런데, 표면 개질 장치의 처리 용기 내에서 기판의 표면 개질이 반복하여 행해지면, 진공 배기 등에 의해 처리 용기 내의 수분량이 서서히 감소한다. 처리 용기 내의 수분량이 감소하면, 처리 용기 내에서 생성되는 처리 가스의 플라즈마의 상태가 변화하기 때문에, 기판의 표면 개질이 충분히 행해지지 않는다. 그 결과, 개질이 끝난 기판과 다른 기판을 접합한 경우에 얻어지는, 기판 간의 접합 강도가 저하되는 경우가 있다. 접합 강도의 저하는, 기판의 박리 등의 문제를 발생시키는 요인이 되어, 바람직하지 않다.
이러한 접합 강도의 양부는, 기판 간의 접합이 행해진 후에 검사 장치 등을 이용하여 판정되는 것이 일반적이다. 그러나, 기판 간의 접합이 행해진 후에 접합 강도의 양부를 판정하는 방법은, 생산성을 향상시키는 관점에서 효율적이지는 않다. 이에, 기판 간을 접합하기 전에, 접합되는 기판 간의 접합 강도의 양부를 판정할 수 있는 기술이 기대되고 있다.
<접합 시스템의 구성>
먼저, 실시 형태에 따른 접합 시스템(1)의 구성에 대하여, 도 1 ~ 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 따른 접합 시스템(1)의 구성을 나타내는 모식 평면도이며, 도 2는 동일 모식 측면도이다. 또한, 도 3은 실시 형태에 따른 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 모식 측면도이다. 또한, 이하 참조하는 각 도면에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위하여, 연직 상향을 Z축의 정방향으로 하는 직교 좌표계를 나타내는 경우가 있다.
도 1에 나타내는 접합 시스템(1)은, 제 1 기판(W1)과 제 2 기판(W2)을 접합하는 것에 의해 중합 웨이퍼(T)를 형성한다.
제 1 기판(W1)은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 또는 화합물 반도체 웨이퍼 등의 반도체 기판에 복수의 전자 회로가 형성된 기판이다. 또한, 제 2 기판(W2)은, 예를 들면 전자 회로가 형성되어 있지 않은 베어 웨이퍼이다. 제 1 기판(W1)과 제 2 기판(W2)은 대략 동일 직경을 가진다. 또한, 제 2 기판(W2)에 전자 회로가 형성되어 있어도 된다.
이하에서는, 제 1 기판(W1)을 '상 웨이퍼(W1)'라 기재하고, 제 2 기판(W2)을 '하 웨이퍼(W2)'라 기재한다. 즉, 상 웨이퍼(W1)는 제 1 기판의 일례이며, 하 웨이퍼(W2)는 제 2 기판의 일례이다. 또한, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)를 총칭하는 경우, '웨이퍼(W)'라 기재하는 경우가 있다.
또한, 이하에서는, 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, X축 정방향을 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. 예를 들면, 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.
반송 영역(20)은, 배치대(10)의 X축 정방향측에 인접하여 배치된다. 이러한 반송 영역(20)에는, Y축 방향으로 연장되는 반송로(21)와, 이 반송로(21)를 따라 이동 가능한 반송 장치(22)가 마련된다.
반송 장치(22)는 Y축 방향뿐 아니라, X축 방향으로도 이동 가능 또한 Z축 둘레로 선회 가능하다. 그리고, 반송 장치(22)는, 배치판(11)에 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, 배치판(11)에 배치되는 카세트(C1 ~ C3)의 개수는, 도시한 것에 한정되지 않는다. 또한, 배치판(11)에는, 카세트(C1, C2, C3) 이외에, 문제가 생긴 기판을 회수하기 위한 카세트 등이 배치되어도 된다.
처리 스테이션(3)에는, 각종 장치를 구비한 복수의 처리 블록, 예를 들면 3 개의 처리 블록(G1, G2, G3)이 마련된다. 예를 들면 처리 스테이션(3)의 정면측(도 1의 Y축 부방향측)에는, 제 1 처리 블록(G1)이 마련되고, 처리 스테이션(3)의 배면측(도 1의 Y축 정방향측)에는, 제 2 처리 블록(G2)이 마련된다. 또한, 처리 스테이션(3)의 반입반출 스테이션(2)측(도 1의 X축 부방향측)에는, 제 3 처리 블록(G3)이 마련된다.
제 1 처리 블록(G1)에는, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j)을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질하는 표면 개질 장치(30)가 배치된다. 표면 개질 장치(30)는, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j)에 있어서, 플라즈마 조사에 의해 미결합수(단글링 본드)를 형성함으로써, 이 후 친수화되기 쉽게 하도록 당해 접합면(W1j, W2j)을 개질한다.
또한, 표면 개질 장치(30)에서는, 예를 들면, 감압 분위기 하에 있어서 소여의 처리 가스가 여기되어 플라즈마화되고, 이온화된다. 그리고, 이러한 처리 가스에 포함되는 원소의 이온이, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j)에 조사되는 것에 의해, 접합면(W1j, W2j)이 플라즈마 처리되어 개질된다. 이러한 표면 개질 장치(30)의 상세에 대해서는 후술한다.
제 2 처리 블록(G2)에는, 표면 친수화 장치(40)와, 접합 장치(41)가 배치된다. 표면 친수화 장치(40)는, 예를 들면 순수에 의해 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j)을 친수화하고, 또한 접합면(W1j, W2j)을 세정한다.
표면 친수화 장치(40)에서는, 예를 들면 스핀 척에 유지된 상 웨이퍼(W1) 또는 하 웨이퍼(W2)를 회전시키면서, 당해 상 웨이퍼(W1) 또는 하 웨이퍼(W2) 상에 순수를 공급한다. 이에 의해, 상 웨이퍼(W1) 또는 하 웨이퍼(W2) 상에 공급된 순수가 상 웨이퍼(W1) 또는 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W1j, W2j) 상을 확산하여, 접합면(W1j, W2j)이 친수화된다.
접합 장치(41)는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)를 접합한다. 이러한 접합 장치(41)의 상세에 대해서는 후술한다.
제 3 처리 블록(G3)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)의 트랜지션(TRS) 장치(50, 51)가 아래로부터 차례로 2 단으로 마련된다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 처리 블록(G1), 제 2 처리 블록(G2) 및 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.
이러한 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 소여의 장치로 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)를 반송한다.
또한, 접합 시스템(1)은 제어 장치(4)를 구비한다. 제어 장치(4)는, 접합 시스템(1)의 동작을 제어한다. 이러한 제어 장치(4)는, 예를 들면 컴퓨터이며, 제어부(5) 및 기억부(6)를 구비한다. 기억부(6)에는, 접합 처리 등의 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(5)는, 기억부(6)에 기억된 프로그램을 읽어내 실행하는 것에 의해 접합 시스템(1)의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록되어 있던 것으로, 그 기록 매체로부터 제어 장치(4)의 기억부(6)에 인스톨된 것이어도 된다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체로서는, 예를 들면 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
<표면 개질 장치의 구성>
다음으로, 표면 개질 장치(30)의 구성에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 실시 형태에 따른 표면 개질 장치(30)의 구성을 나타내는 모식 단면도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 표면 개질 장치(30)는, 내부를 밀폐 가능한 처리 용기(70)를 가진다. 처리 용기(70)의 반송 영역(60)(도 1 참조)측의 측면에는, 상 웨이퍼(W1) 또는 하 웨이퍼(W2)의 반입반출구(71)가 형성되고, 당해 반입반출구(71)에는 게이트 밸브(72)가 마련된다.
처리 용기(70)의 내부에는, 스테이지(80)가 배치된다. 스테이지(80)는 예를 들면 하부 전극이며, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료로 구성된다. 스테이지(80)에는, 미도시의 핀용 관통 홀이 형성되고, 이러한 핀용 관통 홀에는, 미도시의 리프터 핀이 수용된다. 리프터 핀은, 미도시의 승강 기구에 의해 상하 방향으로 승강 가능하게 구성된다.
스테이지(80)의 상면은, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)보다 큰 직경을 가지는 평면에서 봤을 때 원형의 수평면이다. 이러한 스테이지(80)의 상면에는 스테이지 커버(90)가 배치되고, 상 웨이퍼(W1) 또는 하 웨이퍼(W2)는, 이러한 스테이지 커버(90)의 배치부(91) 상에 배치된다.
스테이지(80)와 처리 용기(70)의 내벽과의 사이에는, 복수의 배플 홀이 마련된, 링 형상의 구획 판(103)이 배치된다. 구획 판(103)은, 배기 링이라고도 불린다. 구획 판(103)에 의해, 배치부(91)를 경계로서 처리 용기(70)의 내부 공간이 상하로 구획된다. 또한, 구획 판(103)에 의해, 처리 용기(70) 내의 분위기가 처리 용기(70) 내로부터 균일하게 배기된다.
스테이지(80)의 하면에는, 도체로 형성된 급전봉(104)이 접속된다. 급전봉(104)에는, 예를 들면 블로킹 콘덴서 등으로 이루어지는 정합기(105)를 개재하여, 제 1 고주파 전원(106)이 접속된다. 플라즈마 처리 시에는, 제 1 고주파 전원(106)으로부터 소여의 고주파 전압이 스테이지(80)에 인가된다.
처리 용기(70)의 내부에는, 상부 전극(110)이 배치된다. 스테이지(80)의 상면과 상부 전극(110)의 하면은 서로 평행하게, 소여의 간격을 두고 대향하여 배치되어 있다. 스테이지(80)의 상면과 상부 전극(110)의 하면과의 간격은, 구동부(81)에 의해 조정된다.
상부 전극(110)은 접지되어, 그라운드 전위에 접속되어 있다. 이와 같이 상부 전극(110)이 접지되어 있기 때문에, 플라즈마 처리 중, 상부 전극(110)의 하면의 손상을 억제할 수 있다.
이와 같이, 제 1 고주파 전원(106)으로부터 하부 전극인 스테이지(80)에, 고주파 전압이 인가되는 것에 의해, 처리 용기(70)의 내부에 플라즈마가 발생한다.
실시 형태에 있어서, 스테이지(80), 급전봉(104), 정합기(105), 제 1 고주파 전원(106), 상부 전극(110) 및 정합기는, 처리 용기(70) 내에 처리 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 기구의 일례이다. 또한, 제 1 고주파 전원(106)은, 상술한 제어 장치(4)의 제어부(5)에 의해 제어된다.
상부 전극(110)의 내부에는 중공부(120)가 형성되어 있다. 중공부(120)에는, 가스 공급관(121)이 접속되어 있다. 가스 공급관(121)에는, 처리 가스 공급 기구(122), 불활성 가스 공급 기구(123) 및 가습 가스 공급 기구(124)가 접속되어 있다.
처리 가스 공급 기구(122)는, 가스 공급관(121)을 거쳐 상부 전극(110)의 중공부(120)로 처리 가스를 공급한다. 처리 가스로서는, 예를 들면 산소 가스, 질소 가스, 아르곤 가스 등이 이용된다. 처리 가스 공급 기구(122)는 처리 가스 공급원(122a)과, 유량 조정기(122b)와, 밸브(122c)를 가진다. 그리고, 처리 가스 공급원(122a)으로부터 공급된 처리 가스는, 유량 조정기(122b) 및 밸브(122c)로 유량 제어되고, 가스 공급관(121)을 거쳐 상부 전극(110)의 중공부(120)로 공급된다. 처리 가스 공급 기구(122)는, 제 1 가스 공급부의 일례이다.
불활성 가스 공급 기구(123)는, 가스 공급관(121)을 거쳐 상부 전극(110)의 중공부(120)로 불활성 가스를 공급한다. 불활성 가스로서는, 예를 들면 질소 가스 또는 아르곤 가스 등이 이용된다. 불활성 가스 공급 기구(123)는 불활성 가스 공급원(123a)과, 유량 조정기(123b)와, 밸브(123c)를 가진다. 그리고, 불활성 가스 공급원(123a)으로부터 공급된 불활성 가스는, 유량 조정기(123b) 및 밸브(123c)로 유량 제어되고, 가스 공급관(121)을 거쳐 상부 전극(110)의 중공부(120)로 공급된다.
가습 가스 공급 기구(124)는, 가스 공급관(121)을 거쳐 상부 전극(110)의 중공부(120)로 가습된 가스(이하 '가습 가스'라 함)를 공급한다. 가습 가스로서는, 예를 들면, 가습된 질소 가스 또는 가습된 아르곤 가스 등이 이용된다. 또한, 가습 가스로서, 온도 및 습도가 조정된 공기 등이 이용되어도 된다. 가습 가스 공급 기구(124)는 가습 가스 공급원(124a)과, 유량 조정기(124b)와, 밸브(124c)를 가진다. 그리고, 가습 가스 공급원(124a)으로부터 공급된 가습 가스는, 유량 조정기(124b) 및 밸브(124c)로 유량 제어되고, 가스 공급관(121)을 거쳐 상부 전극(110)의 중공부(120)로 공급된다. 가습 가스 공급 기구(124)는, 제 2 가스 공급부의 일례이다.
중공부(120)의 내부에는, 처리 가스, 불활성 가스 및 가습 가스의 균일 확산을 촉진하기 위한 배플 판(126)이 마련되어 있다. 배플 판(126)에는, 다수의 작은 홀이 마련되어 있다. 상부 전극(110)의 하면에는, 중공부(120)로부터 처리 용기(70)의 내부로 처리 가스, 불활성 가스 및 가습 가스를 분출시키는 다수의 가스 분출구(125)가 형성되어 있다.
처리 용기(70)에는, 흡기구(130)가 형성된다. 흡기구(130)에는, 처리 용기(70)의 내부의 분위기를 소여의 진공도까지 감압하는 진공 펌프(131)에 연통하는 흡기관(132)이 접속된다. 흡기관(132)에는, APC(Auto Pressure Controller) 밸브(133)가 마련된다. 진공 펌프(131)에 의해 처리 용기(70) 내가 배기되어, APC 밸브(133)의 개도가 조정되는 것에 의해, 처리 용기(70) 내의 압력이 정해진 압력으로 유지된다.
처리 용기(70)에는, 처리 용기(70) 내의 각 파장의 발광 데이터를 측정 가능한 분광 광도계(141)가 장착되어 있다. 구체적으로, 분광 광도계(141)는, 배치부(91)보다 상방이고 또한 가스 분출구(125)보다 하방에 배치되어 처리 용기(70)에 장착되어 있다. 분광 광도계(141)는, 예를 들면 OES(Optical Emission Spectroscopy) 센서이며, 처리 용기(70) 내에서 생성되는 플라즈마의 발광 상태를 측정할 수 있다. 분광 광도계(141)는, 자신이 유지하는 챔버 내에서 플라즈마를 생성하여 플라즈마의 발광 상태를 측정 가능한 셀프 바이어스식 OES 센서여도 된다. 분광 광도계(141)는, 처리 용기(70) 내로 공급되는 처리 가스의 발광 데이터를 취득하고, 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값을 측정한다. 분광 광도계(141)는, 측정된 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값의 데이터를 제어 장치(4)의 제어부(5)에 출력한다. 분광 광도계(141)는, 측정부의 일례이다.
또한, 처리 용기(70)에는, 처리 용기(70) 내의 분위기를 특정의 물질의 질량수에 관하여 분석 가능한 질량 분석계(142)가 장착되어 있다. 구체적으로, 질량 분석계(142)는, 구획 판(103)보다 하방에 배치되어 처리 용기(70)에 장착되어 있다. 질량 분석계(142)는, 예를 들면 사중극 질량 분석계(Quadrupole Mass Spectrometer : QMS)이며, 처리 용기(70) 내의 분위기를 특정의 물질의 질량수에 관하여 분석한 분석값을 측정한다. 질량 분석계(142)는, 측정된 분석값의 데이터를 제어 장치(4)의 제어부(5)에 출력한다. 질량 분석계(142)가 구획 판(103)보다 하방에 배치되어 있는 것에 의해, 플라즈마에 의한 질량 분석계(142)의 파손을 방지할 수 있다. 질량 분석계(142)는, 측정부의 일례이다.
<접합 장치의 구성>
다음으로, 접합 장치(41)의 구성에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 실시 형태에 따른 접합 장치(41)의 구성을 나타내는 모식 평면도이며, 도 6은 실시 형태에 따른 접합 장치(41)의 구성을 나타내는 모식 측면도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 접합 장치(41)는, 내부를 밀폐 가능한 처리 용기(190)를 가진다. 처리 용기(190)의 반송 영역(60)측의 측면에는, 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)의 반입반출구(191)가 형성되고, 당해 반입반출구(191)에는 개폐 셔터(192)가 마련되어 있다.
처리 용기(190)의 내부는, 내벽(193)에 의해 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2)으로 구획된다. 상술한 반입반출구(191)는, 반송 영역(T1)에 있어서의 처리 용기(190)의 측면에 형성된다. 또한, 내벽(193)에도, 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)의 반입반출구(194)가 형성된다.
반송 영역(T1)에는, 트랜지션(200), 기판 반송 기구(201), 반전 기구(220) 및 위치 조절 기구(210)가, 예를 들면 반입반출구(191)측으로부터 이 순서로 배열되어 배치된다.
트랜지션(200)은, 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)를 일시적으로 배치한다. 트랜지션(200)은, 예를 들면 2 단으로 형성되고, 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T) 중 어느 2 개를 동시에 배치할 수 있다.
기판 반송 기구(201)는, 예를 들면 연직 방향(Z축 방향), 수평 방향(Y축 방향, X축 방향) 및 연직축 둘레의 방향(θ 방향)으로 이동 가능한 반송 암을 가진다. 기판 반송 기구(201)는, 반송 영역(T1) 내 또는 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2)과의 사이에서 상 웨이퍼(W1), 하 웨이퍼(W2) 및 중합 웨이퍼(T)를 반송하는 것이 가능하다.
위치 조절 기구(210)는, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 방향을 조절한다. 구체적으로, 위치 조절 기구(210)는, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)를 유지하여 회전시키는 도시하지 않는 유지부를 구비한 기대(211)와, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 노치부의 위치를 검출하는 검출부(212)를 가진다. 위치 조절 기구(210)는, 기대(211)에 유지된 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)를 회전시키면서 검출부(212)를 이용하여 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 노치부의 위치를 검출하는 것에 의해, 노치부의 위치를 조절한다. 이에 의해, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 방향이 조절된다.
반전 기구(220)는, 상 웨이퍼(W1)의 표리를 반전시킨다. 구체적으로, 반전 기구(220)는, 상 웨이퍼(W1)를 유지하는 유지 암(221)을 가진다. 유지 암(221)은, 수평 방향(X축 방향)으로 연신한다. 또한, 유지 암(221)에는, 상 웨이퍼(W1)를 유지하는 유지 부재(222)가 예를 들면 4 개소에 마련되어 있다.
유지 암(221)은, 예를 들면 모터 등을 구비한 구동부(223)에 지지된다. 유지 암(221)은, 이러한 구동부(223)에 의해 수평축 둘레로 회동 가능하다. 또한, 유지 암(221)은, 구동부(223)를 중심으로 회동 가능하며, 또한 수평 방향(X축 방향)으로 이동 가능하다. 구동부(223)의 하방에는, 예를 들면 모터 등을 구비한 다른 구동부(도시하지 않음)가 마련된다. 이 다른 구동부에 의해, 구동부(223)는, 연직 방향으로 연신하는 지지 기둥(224)을 따라 연직 방향으로 이동할 수 있다.
이와 같이, 유지 부재(222)에 유지된 상 웨이퍼(W1)는, 구동부(223)에 의해 수평축 둘레로 회동할 수 있고 또한 연직 방향 및 수평 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 유지 부재(222)에 유지된 상 웨이퍼(W1)는, 구동부(223)를 중심으로 회동하여, 위치 조절 기구(210)와 후술하는 상 척(230)과의 사이를 이동할 수 있다.
처리 영역(T2)에는, 상 웨이퍼(W1)의 상면(비접합면(W1n))을 상방으로부터 흡착 유지하는 상 척(230)과, 하 웨이퍼(W2)의 하면(비접합면(W2n))을 하방으로부터 흡착 유지하는 하 척(231)이 마련된다. 하 척(231)은, 상 척(230)보다 하방에 마련되고, 상 척(230)과 대향 배치 가능하게 구성된다. 상 척(230) 및 하 척(231)은, 예를 들면 진공 척이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 상 척(230)은, 상 척(230)의 상방에 마련된 지지 부재(270)에 의해 지지된다. 지지 부재(270)는, 예를 들면, 복수의 지지 기둥(271)을 개재하여 처리 용기(190)의 천장면에 고정된다.
상 척(230)의 측방에는, 하 척(231)에 유지된 하 웨이퍼(W2)의 상면(접합면(W2j))을 촬상하는 상부 촬상부(235)가 마련되어 있다. 상부 촬상부(235)에는, 예를 들면 CCD 카메라가 이용된다.
하 척(231)은, 하 척(231)의 하방에 마련된 제 1 이동부(250)에 지지된다. 제 1 이동부(250)는, 후술하는 바와 같이 하 척(231)을 수평 방향(X축 방향)으로 이동시킨다. 또한, 제 1 이동부(250)는, 하 척(231)을 연직 방향으로 이동 가능, 또한 연직축 둘레로 회전 가능하게 구성된다.
제 1 이동부(250)에는, 상 척(230)에 유지된 제 1 기판(W1)의 하면(접합면(W1j))을 촬상하는 하부 촬상부(236)가 마련되어 있다. 하부 촬상부(236)에는, 예를 들면 CCD 카메라가 이용된다.
제 1 이동부(250)는, 한 쌍의 레일(252, 252)에 장착되어 있다. 한 쌍의 레일(252, 252)은, 제 1 이동부(250)의 하면측에 마련되고, 수평 방향(X축 방향)으로 연신한다. 제 1 이동부(250)는, 레일(252)을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다.
한 쌍의 레일(252, 252)은, 제 2 이동부(253)에 배치되어 있다. 제 2 이동부(253)는, 한 쌍의 레일(254, 254)에 장착되어 있다. 한 쌍의 레일(254, 254)은, 제 2 이동부(253)의 하면측에 마련되고, 수평 방향(Y축 방향)으로 연신한다. 제 2 이동부(253)는, 레일(254)을 따라 수평 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 구성된다. 또한, 한 쌍의 레일(254, 254)은, 처리 용기(190)의 저면에 마련된 배치대(255) 상에 배치되어 있다.
제 1 이동부(250) 및 제 2 이동부(253) 등에 의해, 위치 맞춤부(256)가 구성된다. 위치 맞춤부(256)는, 하 척(231)을 X축 방향, Y축 방향 및 θ 방향으로 이동시키는 것에 의해, 상 척(230)에 유지되어 있는 상 웨이퍼(W1)와, 하 척(231)에 유지되어 있는 하 웨이퍼(W2)와의 수평 방향 위치 맞춤을 행한다. 또한, 위치 맞춤부(256)는, 하 척(231)을 Z축 방향으로 이동시키는 것에 의해, 상 척(230)에 유지되어 있는 상 웨이퍼(W1)와, 하 척(231)에 유지되어 있는 하 웨이퍼(W2)와의 연직 방향 위치 맞춤을 행한다.
또한 여기서는, 하 척(231)을 X축 방향, Y축 방향 및 θ 방향으로 이동시키는 것으로 했지만, 위치 맞춤부(256)는, 예를 들면, 하 척(231)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키고, 상 척(230)을 θ 방향으로 이동시켜도 된다. 또한, 여기서는, 하 척(231)을 Z축 방향으로 이동시키는 것으로 했지만, 위치 맞춤부(256)는, 예를 들면, 상 척(230)을 Z축 방향으로 이동시켜도 된다.
다음으로, 상 척(230) 및 하 척(231)의 구성에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 실시 형태에 따른 상 척(230) 및 하 척(231)을 나타내는 모식도이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 상 척(230)은 본체부(260)를 가진다. 본체부(260)는, 지지 부재(270)에 의해 지지된다. 지지 부재(270) 및 본체부(260)에는, 지지 부재(270) 및 본체부(260)를 연직 방향으로 관통하는 관통 홀(266)이 형성된다. 관통 홀(266)의 위치는, 상 척(230)에 흡착 유지되는 상 웨이퍼(W1)의 중심부에 대응하고 있다. 관통 홀(266)에는, 스트라이커(280)의 가압 핀(281)이 삽입 관통된다.
스트라이커(280)는, 지지 부재(270)의 상면에 배치되고, 가압 핀(281)과, 액츄에이터부(282)와, 직동 기구(283)를 구비한다. 가압 핀(281)은, 연직 방향을 따라 연장되는 원기둥 형상의 부재이며, 액츄에이터부(282)에 의해 지지된다.
액츄에이터부(282)는, 예를 들면 전공 레귤레이터(도시하지 않음)로부터 공급되는 공기에 의해 일정 방향(여기서는 연직 하방)으로 일정한 압력을 발생시킨다. 액츄에이터부(282)는, 전공 레귤레이터로부터 공급되는 공기에 의해, 상 웨이퍼(W1)의 중심부와 접촉하여 당해 상 웨이퍼(W1)의 중심부에 걸리는 가압 하중을 제어할 수 있다. 또한, 액츄에이터부(282)의 선단부는, 전공 레귤레이터로부터의 공기에 의해, 관통 홀(266)을 삽입 관통하여 연직 방향으로 승강 가능하게 되어 있다.
액츄에이터부(282)는, 직동 기구(283)에 지지된다. 직동 기구(283)는, 예를 들면 모터를 내장한 구동부에 의해 액츄에이터부(282)를 연직 방향을 따라 이동시킨다.
스트라이커(280)는, 이상과 같이 구성되어 있고, 직동 기구(283)에 의해 액츄에이터부(282)의 이동을 제어하고, 액츄에이터부(282)에 의해 가압 핀(281)에 의한 상 웨이퍼(W1)의 가압 하중을 제어한다. 이에 의해, 스트라이커(280)는, 상 척(230)에 흡착 유지된 상 웨이퍼(W1)의 중심부를 가압하여 하 웨이퍼(W2)에 접촉시킨다.
본체부(260)의 하면에는, 상 웨이퍼(W1)의 상면(비접합면(W1n))에 접촉하는 복수의 핀(261)이 마련되어 있다. 복수의 핀(261)은, 예를 들면 직경 치수가 0.1 mm ~ 1 mm이며, 높이가 수십 μm ~ 수백 μm이다. 복수의 핀(261)은, 예를 들면 2 mm의 간격으로 균등하게 배치된다.
상 척(230)은, 이들 복수의 핀(261)이 마련되어 있는 영역 중 일부의 영역에, 상 웨이퍼(W1)를 흡착하는 복수의 흡착부를 구비한다. 구체적으로, 상 척(230)에 있어서의 본체부(260)의 하면에는, 상 웨이퍼(W1)를 진공 배기하여 흡착하는 복수의 외측 흡착부(391) 및 복수의 내측 흡착부(392)가 마련되어 있다. 복수의 외측 흡착부(391) 및 복수의 내측 흡착부(392)는, 평면에서 봤을 때 원호 형상의 흡착 영역을 가진다. 복수의 외측 흡착부(391) 및 복수의 내측 흡착부(392)는, 핀(261)과 동일한 높이를 가진다.
복수의 외측 흡착부(391)는, 본체부(260)의 외주부에 배치된다. 복수의 외측 흡착부(391)는, 진공 펌프 등의 도시하지 않는 흡인 장치에 접속되고, 진공 배기에 의해 상 웨이퍼(W1)의 외주부를 흡착한다.
복수의 내측 흡착부(392)는, 복수의 외측 흡착부(391)보다 본체부(260)의 직경 방향 내방에 있어서, 둘레 방향을 따라 배열되어 배치된다. 복수의 내측 흡착부(392)는, 진공 펌프 등의 도시하지 않는 흡인 장치에 접속되고, 진공 배기에 의해 상 웨이퍼(W1)의 외주부와 중심부와의 사이의 영역을 흡착한다.
하 척(231)은, 하 웨이퍼(W2)와 동일 직경 혹은 하 웨이퍼(W2)보다 큰 직경을 가지는 본체부(290)를 가진다. 여기서는, 하 웨이퍼(W2)보다 큰 직경을 가지는 하 척(231)을 나타내고 있다. 본체부(290)의 상면은, 하 웨이퍼(W2)의 하면(비접합면(W2n))과 대향하는 대향면이다.
본체부(290)의 상면에는, 하 웨이퍼(W2)의 하면(비접합면(Wn2))에 접촉하는 복수의 핀(291)이 마련되어 있다. 복수의 핀(291)은, 예를 들면 직경 치수가 0.1 mm ~ 1 mm이며, 높이가 수십 μm ~ 수백 μm이다. 복수의 핀(291)은, 예를 들면 2 mm의 간격으로 균등하게 배치된다.
또한, 본체부(290)의 상면에는, 하측 리브(292)가 복수의 핀(291)의 외측에 환상(環狀)으로 마련되어 있다. 하측 리브(292)는 환상으로 형성되고, 하 웨이퍼(W2)의 외주부를 전둘레에 걸쳐 지지한다.
또한, 본체부(290)는 복수의 하측 흡인구(293)를 가진다. 복수의 하측 흡인구(293)는, 하측 리브(292)에 의해 둘러싸인 흡착 영역에 복수 마련된다. 복수의 하측 흡인구(293)는, 도시하지 않는 흡인관을 개재하여 진공 펌프 등의 도시하지 않는 흡인 장치에 접속된다.
하 척(231)은, 하측 리브(292)에 의해 둘러싸인 흡착 영역을 복수의 하측 흡인구(293)로부터 진공 배기하는 것에 의해 흡착 영역을 감압한다. 이에 의해, 흡착 영역에 배치된 하 웨이퍼(W2)는, 하 척(231)에 흡착 유지된다.
하측 리브(292)가 하 웨이퍼(W2)의 하면의 외주부를 전둘레에 걸쳐 지지하기 때문에, 하 웨이퍼(W2)는 외주부까지 적절히 진공 배기된다. 이에 의해, 하 웨이퍼(W2)의 전면을 흡착 유지할 수 있다. 또한, 하 웨이퍼(W2)의 하면은 복수의 핀(291)에 지지되기 때문에, 하 웨이퍼(W2)의 진공 배기를 해제했을 시에, 하 웨이퍼(W2)가 하 척(231)으로부터 떼어내기 쉬워진다.
<접합 시스템의 구체적 동작>
본원 발명자는, 예의 연구 결과, 표면 개질 장치(30)에 있어서의 처리 용기(70) 내의 수분량과, 처리 용기(70) 내에서 개질된 상 웨이퍼(W1)를 하 웨이퍼(W2)와 접합한 경우에 얻어지는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 상관 관계를 가지는 것을 발견했다.
예를 들면, 표면 개질 장치(30)에서는, 처리 용기(70) 내에서 표면 개질 처리가 반복하여 행해지면, 진공 배기 등에 의해 처리 용기(70) 내의 수분량이 서서히 감소한다. 처리 용기(70) 내의 수분량이 감소하면, 처리 용기(70) 내에서 생성되는 처리 가스의 플라즈마의 상태가 변화하기 때문에, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 표면 개질이 충분히 행해지지 않는다. 그리고, 이 불충분한 표면 개질이, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도를 저하시키는 요인이 된다고 상정된다.
이에, 실시 형태에 따른 접합 시스템(1)에서는, 일련의 접합 처리를 행하기 전에, 분광 광도계(141) 등의 측정기를 이용하여 처리 용기(70) 내의 수분량을 나타내는 값을 측정하고, 측정한 처리 용기(70) 내의 수분량을 나타내는 값에 기초하여, 접합 강도의 양부를 판정하는 것으로 했다.
이하, 접합 시스템(1)에 의해 실행되는 접합 강도 판정 처리의 순서에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 실시 형태에 따른 접합 시스템(1)이 실행하는 처리의 순서를 나타내는 순서도이다. 또한, 도 8에 나타내는 각종 처리는, 제어 장치(4)의 제어부(5)에 의한 제어에 기초하여 실행된다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 제어부(5)는, 처리 용기(70) 내의 수분량을 나타내는 값을 측정한다(단계(S101)). 예를 들면, 제어부(5)는, 분광 광도계(141) 및 처리 가스 공급 기구(122)를 제어하여, 처리 용기(70) 내로 공급되는 처리 가스의 발광 데이터를 취득하고, 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값을 처리 용기(70) 내의 수분량을 나타내는 값으로서 측정한다.
또한 제어부(5)는, 질량 분석계(142)를 제어하여, 처리 용기(70) 내의 분위기를 물의 질량수에 관하여 분석한 분석값을 처리 용기(70) 내의 수분량을 나타내는 값으로서 더 측정해도 된다.
다음으로, 제어부(5)는, 측정된 처리 용기(70) 내의 수분량을 나타내는 값에 기초하여, 처리 용기(70) 내에서 개질된 상 웨이퍼(W1)를 하 웨이퍼(W2)와 접합했다고 가정한 경우에 있어서의 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도의 양부를 판정한다(단계(S102)).
여기서, 도 9 및 도 10을 참조하여, 처리 용기(70) 내의 수분량을 나타내는 값에 기초하는 접합 강도의 양부의 판정의 일례에 대하여 설명한다. 도 9 및 도 10은 처리 용기(70) 내의 수분량의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 9는 메인터넌스 시에 대기 개방된 직후의 처리 용기(70) 내의 각 파장의 발광 데이터를 나타내고 있다. 도 9에는, 처리 용기(70) 내에서 처리 가스인 질소 가스의 플라즈마를 생성한 경우에 분광 광도계(141)에 의해 측정되는 발광 데이터가 나타나 있다. 질소 가스의 플라즈마에는, 제 1 여기 준위(1st POS)의 질소 이온과, 제 1 여기 준위의 질소 이온보다 활성도가 높은 제 2 여기 준위(2st POS)의 질소 이온이 포함되어 있다. 제 1 여기 준위의 질소 이온의 파장은, 약 530 nm ~ 800 nm의 범위 내이며, 제 2 여기 준위의 질소 이온의 파장은, 약 280 nm ~ 440 nm의 범위 내이다. 도 9에 나타내는 발광 데이터는, 메인터넌스 시에 처리 용기(70)가 대기 개방된 경우, 제 1 여기 준위의 질소 이온이 거의 발생하고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 이는, 대기 개방에 의해 처리 용기(70) 내의 수분량이 상승하고, 제 1 여기 준위의 질소 이온의 에너지가 처리 용기(70) 내에 존재하는 수분(H2O)으로 전이하는 것에 의해, 제 1 여기 준위의 질소 이온이 처리 용기(70) 내로부터 소실되었기 때문이라고 상정된다.
도 10은 상 웨이퍼(W1)의 표면 개질이 정해진 횟수 반복하여 행해진 후의 처리 용기(70) 내의 각 파장의 발광 데이터를 나타내고 있다. 도 10에는, 처리 용기(70) 내에서 처리 가스인 질소 가스의 플라즈마를 생성한 경우에 분광 광도계(141)에 의해 측정되는 발광 데이터가 나타나 있다. 도 10에 나타내는 발광 데이터는, 처리 용기(70) 내에서 상 웨이퍼(W1)의 표면 개질이 반복하여 행해진 경우, 제 1 여기 준위의 질소 이온의 양이 증대하는 것을 나타내고 있다. 이는, 표면 개질이 반복하여 행해지면, 진공 배기 등에 의해 처리 용기(70) 내의 수분량이 하강하여, 제 1 여기 준위의 질소 이온의 에너지가 수분(H2O)으로 전이되기 어려워져, 잔존하는 제 1 여기 준위의 질소 이온이 증대하기 때문이라고 상정된다.
제어부(5)는, 분광 광도계(141)로 측정된 발광 데이터의 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값에 기초하여, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도의 양부를 판정한다. 처리 용기(70) 내의 수분량이 감소함에 따라, 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값이 증대한다. 이 때문에, 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값으로부터, 처리 용기(70) 내의 수분량의 감소에 기인하여, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위보다 저하되는지 여부를 판정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(5)는, 분광 광도계(141)로 측정된 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값이 제 1 임계치 이상이 되어 있는지 여부를 판정한다. 제 1 임계치는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위보다 저하되었다고 간주할 수 있는 값으로 한다. 예를 들면, 제 1 임계치는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위에 들어갈 시에 발생하는 복수의 피크의 값으로부터 임의로 선정되는 하나의 피크의 값이다. 제어부(5)는, 분광 광도계(141)로 측정된 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값이 제 1 임계치 이상이 된 경우, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위보다 저하되어, 불량이라고 판정한다. 한편, 제어부(5)는, 분광 광도계(141)로 측정된 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값이 제 1 임계치 미만인 경우, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위 내에 들어가, 양호하다고 판정한다.
또한 제어부(5)는, 질량 분석계(142)로 처리 용기(70) 내의 분위기를 물의 질량수에 관하여 분석한 분석값을 처리 용기(70) 내의 수분량을 나타내는 값으로서 측정하는 경우, 이러한 분석값을 더 이용하여 접합 강도의 양부를 판정해도 된다.
도 11은 처리 용기(70) 내의 수분량의 측정 결과의 다른 일례를 나타내는 도이다. 도 11은 처리 용기(70)를 대기 개방한 후에, 처리 용기(70) 내에서 진공 배기를 행한 경우의 처리 용기(70) 내의 분위기를 물(H2O)의 질량수(m/z = 18)에 관하여 분석한 분석값의 데이터를 나타내고 있다. 도 11에는, 질량 분석계(142)에 의해 측정되는 분석값의 데이터가 나타나 있다. 도 11에 나타내는 분석값의 데이터는, 처리 용기(70) 내에서 상 웨이퍼(W1)의 표면 개질이 정해진 횟수 반복하여 행해진 경우, 진공 배기에 의해 처리 용기(70) 내의 수분량이 서서히 감소하는 것을 나타내고 있다.
제어부(5)는, 분광 광도계(141)로 측정된 발광 데이터의 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값과, 질량 분석계(142)로 측정된 분석값에 기초하여, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도의 양부를 판정한다. 처리 용기(70) 내의 수분량이 감소함에 따라, 분석값이 감소한다. 이 때문에, 분석값으로부터, 처리 용기(70) 내의 수분량의 감소에 기인하여, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위보다 저하되는지 여부를 판정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(5)는, 분광 광도계(141)로 측정된 발광 데이터의 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값이 제 1 임계치 미만인 경우, 질량 분석계(142)로 측정된 분석값이 제 2 임계치 이하가 되어 있는지 여부를 더 판정한다. 제 2 임계치는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위보다 저하되었다고 간주할 수 있는 값으로 한다. 예를 들면, 제 2 임계치는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위에 들어갈 시에 측정되는 분석값이다. 제어부(5)는, 질량 분석계(142)로 측정된 분석값이 제 2 임계치 이하가 된 경우, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위보다 저하되어, 불량이라고 판정한다. 한편, 제어부(5)는, 질량 분석계(142)로 측정된 분석값이 제 2 임계치보다 큰 경우, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 정상인 범위 내에 들어가, 양호하다고 판정한다. 이와 같이, 제어부(5)는, 분광 광도계(141)에 따른 측정 결과 및 질량 분석계(142)에 따른 측정 결과의 양방을 이용함으로써, 접합 강도의 양부를 보다 고정밀도로 판정할 수 있다.
도 8의 설명으로 돌아온다. 제어부(5)는, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 불량이라고 판정한 경우(단계(S103)；Yes), 가습 가스 공급 기구(124)로부터 처리 용기(70) 내로 가습 가스를 공급하는 것에 의해, 처리 용기(70) 내의 수분량을 조정한다(단계(S104)). 이에 의해, 제어부(5)는, 일련의 접합 처리를 행하기 전에, 처리 용기(70) 내의 수분량의 감소에 기인한 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다. 이 후, 제어부(5)는, 접합 강도가 양호해질 때까지 단계(S101 ~ S104)의 처리를 반복한다.
제어부(5)에 의해 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이의 접합 강도가 양호하다고 판정된 경우(단계(S103)；No), 접합 시스템(1)에서는, 접합 처리가 행해진다(단계(S105)). 여기서, 접합 처리의 순서에 대하여 도 12를 참조하여 설명한다. 도 12는 실시 형태에 따른 접합 처리의 순서를 나타내는 순서도이다.
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 정해진 배치판(11)에 배치된다. 이 후, 반송 장치(22)에 의해 카세트(C1) 내의 상 웨이퍼(W1)가 취출되어, 제 3 처리 블록(G3)에 배치된 트랜지션 장치(50)로 반송된다.
다음으로, 상 웨이퍼(W1)는, 반송 장치(61)에 의해 제 1 처리 블록(G1)의 표면 개질 장치(30)로 반송된다. 표면 개질 장치(30)에서는, 정해진 감압 분위기 하에 있어서, 처리 가스인 질소 가스가 여기되어 플라즈마화되고, 이온화된다. 이 질소 이온이 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)에 조사되어, 당해 접합면(W1j)이 플라즈마 처리된다. 이에 의해, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)이 개질된다(단계(S201)).
다음으로, 상 웨이퍼(W1)는, 반송 장치(61)에 의해 제 1 처리 블록(G1)의 표면 친수화 장치(40)로 반송된다. 표면 친수화 장치(40)에서는, 스핀 척에 유지된 상 웨이퍼(W1)를 회전시키면서, 상 웨이퍼(W1) 상에 순수를 공급한다. 이에 의해, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)이 친수화된다. 또한, 당해 순수에 의해, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)이 세정된다(단계(S202)).
다음으로, 상 웨이퍼(W1)는, 반송 장치(61)에 의해 제 2 처리 블록(G2)의 접합 장치(41)로 반송된다. 접합 장치(41)로 반입된 상 웨이퍼(W1)는, 트랜지션(200)을 개재하여 위치 조절 기구(210)로 반송되고, 위치 조절 기구(210)에 의해 수평 방향의 방향이 조절된다(단계(S203)).
이 후, 위치 조절 기구(210)로부터 반전 기구(220)로 상 웨이퍼(W1)가 전달되고, 반전 기구(220)에 의해 상 웨이퍼(W1)의 표리면이 반전된다(단계(S204)). 구체적으로, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)이 하방을 향해진다.
이어서, 반전 기구(220)로부터 상 척(230)으로 상 웨이퍼(W1)가 전달되고, 상 척(230)에 의해 상 웨이퍼(W1)가 흡착 유지된다(단계(S205)).
상 웨이퍼(W1)에 대한 단계(S101 ~ S105)의 처리와 중복하여, 하 웨이퍼(W2)의 처리가 행해진다. 먼저, 반송 장치(22)에 의해 카세트(C2) 내의 하 웨이퍼(W2)가 취출되어, 제 3 처리 블록(G3)에 배치된 트랜지션 장치(50)로 반송된다.
다음으로, 하 웨이퍼(W2)는, 반송 장치(61)에 의해 표면 개질 장치(30)로 반송되어, 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)이 개질된다(단계(S206)). 또한, 단계(S206)에 있어서의 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)의 개질은, 상술한 단계(S201)와 동일하다.
이 후, 하 웨이퍼(W2)는, 반송 장치(61)에 의해 표면 친수화 장치(40)로 반송되어, 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)이 친수화되고 또한 당해 접합면(W2j)이 세정된다(단계(S207)). 또한, 단계(S207)에 있어서의 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)의 친수화 및 세정은, 상술한 단계(S202)와 동일하다.
이 후, 하 웨이퍼(W2)는, 반송 장치(61)에 의해 접합 장치(41)로 반송된다. 접합 장치(41)로 반입된 하 웨이퍼(W2)는, 트랜지션(200)을 개재하여 위치 조절 기구(210)로 반송된다. 그리고, 위치 조절 기구(210)에 의해, 하 웨이퍼(W2)의 수평 방향의 방향이 조절된다(단계(S208)).
이 후, 하 웨이퍼(W2)는, 하 척(231)으로 반송되어, 노치부를 미리 정해진 방향으로 향하게 한 상태로 하 척(231)에 흡착 유지된다(단계(S209)).
이어서, 상 척(230)에 유지된 상 웨이퍼(W1)와 하 척(231)에 유지된 하 웨이퍼(W2)와의 수평 방향의 위치 조절이 행해진다(단계(S210)).
다음으로, 상 척(230)에 유지된 상 웨이퍼(W1)와 하 척(231)에 유지된 하 웨이퍼(W2)와의 연직 방향 위치의 조절을 행한다(단계(S211)). 구체적으로, 제 1 이동부(250)가 하 척(231)을 연직 상방으로 이동시키는 것에 의해, 하 웨이퍼(W2)를 상 웨이퍼(W1)에 접근시킨다.
다음으로, 복수의 내측 흡착부(392)에 의한 상 웨이퍼(W1)의 흡착 유지를 해제한 후(단계(S212)), 스트라이커(280)의 가압 핀(281)을 하강시키는 것에 의해, 상 웨이퍼(W1)의 중심부를 누른다(단계(S213)).
상 웨이퍼(W1)의 중심부가 하 웨이퍼(W2)의 중심부에 접촉하여, 상 웨이퍼(W1)의 중심부와 하 웨이퍼(W2)의 중심부가 스트라이커(280)에 의해 정해진 힘으로 가압되면, 가압된 상 웨이퍼(W1)의 중심부와 하 웨이퍼(W2)의 중심부와의 사이에서 접합이 개시된다. 즉, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)은 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 친수화되어 있기 때문에, 접합면(W1j, W2j) 간의 친수기가 수소 결합하여, 접합면(W1j, W2j)끼리가 강고하게 접합된다. 이와 같이 하여, 접합 영역이 형성된다.
이 후, 상 웨이퍼(W1)와 하 웨이퍼(W2)와의 사이에서는, 상 웨이퍼(W1) 및 하 웨이퍼(W2)의 중심부로부터 외주부를 향해 접합 영역이 확대되어 가는 본딩 웨이브가 발생한다. 이 후, 복수의 외측 흡착부(391)에 의한 상 웨이퍼(W1)의 흡착 유지가 해제된다(단계(S214)). 이에 의해, 외측 흡착부(391)에 의해 흡착 유지되어 있던 상 웨이퍼(W1)의 외주부가 낙하한다. 그 결과, 상 웨이퍼(W1)의 접합면(W1j)과 하 웨이퍼(W2)의 접합면(W2j)이 전면에서 접촉하여, 중합 웨이퍼(T)가 형성된다.
이 후, 가압 핀(281)을 상 척(230)까지 상승시켜, 하 척(231)에 의한 하 웨이퍼(W2)의 흡착 유지를 해제한다. 이 후, 중합 웨이퍼(T)는, 반송 장치(61)에 의해 접합 장치(41)로부터 반출된다. 이렇게 하여, 일련의 접합 처리가 종료된다.
<효과>
실시 형태에 따른 표면 개질 장치(예를 들면, 표면 개질 장치(30))는, 기판(예를 들면, 상 웨이퍼(W1))의 다른 기판(예를 들면, 하 웨이퍼(W2))과 접합되는 접합면(예를 들면, 접합면(W1j))을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질하는 표면 개질 장치이다. 표면 개질 장치는, 처리 용기(예를 들면, 처리 용기(70))와, 측정부(예를 들면, 분광 광도계(141), 질량 분석계(142))와, 각 부를 제어하는 제어부(예를 들면, 제어부(5))를 구비한다. 처리 용기는, 기판을 수용 가능하게 구성된다. 측정부는, 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값을 측정한다. 제어부는, 측정부에 의해 측정된 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값에 기초하여, 처리 용기 내에서 개질한 기판을 다른 기판과 접합했다고 가정한 경우에 있어서의 기판과 다른 기판과의 사이의 접합 강도의 양부를 판정한다. 이에 의해, 기판 간을 접합하기 전에, 접합되는 기판 간의 접합 강도의 양부를 판정할 수 있다.
또한, 측정부(예를 들면, 분광 광도계(141))는, 처리 용기 내로 공급되는 처리 가스의 발광 데이터를 취득하고, 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값을 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값으로서 측정해도 된다. 제어부는, 측정부에 의해 측정된 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값에 기초하여, 접합 강도의 양부를 판정해도 된다. 이에 의해, 예를 들면, 발광 데이터의 제 1 여기 준위의 질소 이온에 대응하는 파장에 발생하는 피크의 값으로부터, 접합 강도의 양부를 고정밀도로 판정할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따른 표면 개질 장치는, 복수의 측정부를 구비하고 있어도 된다. 복수의 측정부는, 제 1 측정부(예를 들면, 분광 광도계(141))와, 제 2 측정부(예를 들면, 질량 분석계(142))를 구비하고 있어도 된다. 제 1 측정부는, 처리 용기 내로 공급되는 처리 가스의 발광 데이터를 취득하고, 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값을 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값으로서 측정해도 된다. 제 2 측정부는, 처리 용기 내의 분위기를 물의 질량수에 관하여 분석한 분석값을 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값으로서 더 측정해도 된다. 제어부는, 제 1 측정부에 의해 측정된 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값과, 제 2 측정부에 의해 측정된 분석값에 기초하여, 접합 강도의 양부를 판정해도 된다. 이에 의해, 제 1 측정부에 따른 측정 결과와 제 2 측정부에 따른 측정 결과의 양방을 이용하는 점에서, 접합 강도의 양부를 보다 고정밀도로 판정할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따른 표면 개질 장치는, 처리 용기 내로 가습된 가스를 공급하는 가습 가스 공급부(예를 들면, 가습 가스 공급 기구(124))를 더 구비하고 있어도 된다. 제어부는, 접합 강도가 불량이라고 판정한 경우에, 가습 가스 공급부로부터 처리 용기 내로 가습된 가스를 공급하는 것에 의해, 처리 용기 내의 수분량을 조정해도 된다. 이에 의해, 기판 간을 접합하기 전에, 처리 용기 내의 수분량의 감소에 기인한 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다.
금회 개시된 각 실시 형태는, 모든 점에서 예시로 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형체로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들면, 상기의 실시 형태에서는, 가습 가스 공급 기구(124)를 동작시켜 처리 용기(70) 내로 가습 가스를 공급하는 경우를 예로 설명했지만, 개시의 기술은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 처리 용기(70)를 대기 개방하는 것에 의해, 대기 중의 수분을 포함하는 가스를 가습 가스로서 처리 용기(70) 내로 공급해도 된다.
1 : 접합 시스템
5 : 제어부
30 : 표면 개질 장치
41 : 접합 장치
70 : 처리 용기
122 : 처리 가스 공급 기구
123 : 불활성 가스 공급 기구
124 : 가습 가스 공급 기구
141 : 분광 광도계
142 : 질량 분석계
W1 : 상 웨이퍼
W2 : 하 웨이퍼
5 : 제어부
30 : 표면 개질 장치
41 : 접합 장치
70 : 처리 용기
122 : 처리 가스 공급 기구
123 : 불활성 가스 공급 기구
124 : 가습 가스 공급 기구
141 : 분광 광도계
142 : 질량 분석계
W1 : 상 웨이퍼
W2 : 하 웨이퍼
Claims (7)
- 기판의 다른 기판과 접합되는 접합면을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질하는 표면 개질 장치로서,
상기 기판을 수용 가능한 처리 용기와,
상기 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값을 측정하는 측정부와,
각 부를 제어하는 제어부
를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 측정부에 의해 측정된 상기 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값에 기초하여, 상기 처리 용기 내에서 개질한 상기 기판을 상기 다른 기판과 접합했다고 가정한 경우에 있어서의 상기 기판과 상기 다른 기판과의 사이의 접합 강도의 양부를 판정하는
표면 개질 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 측정부는, 상기 처리 용기 내로 공급되는 상기 처리 가스의 발광 데이터를 취득하고, 상기 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값을 상기 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값으로서 측정하고,
상기 제어부는, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값에 기초하여, 상기 접합 강도의 양부를 판정하는, 표면 개질 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 처리 용기에는, 상기 기판을 배치하는 배치부와, 상기 배치부의 상방에 배치되어, 상기 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부로 분출하는 가스 분출구가 마련되고,
상기 측정부는, 상기 배치부보다 상방이고 또한 상기 가스 분출구보다 하방에 배치되는, 표면 개질 장치. - 제 1 항에 있어서,
복수의 상기 측정부를 구비하고,
복수의 상기 측정부는,
상기 처리 용기 내로 공급되는 상기 처리 가스의 발광 데이터를 취득하고, 상기 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값을 상기 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값으로서 측정하는 제 1 측정부와,
상기 처리 용기 내의 분위기를 물의 질량수에 관하여 분석한 분석값을 상기 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값으로서 더 측정하는 제 2 측정부
를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 제 1 측정부에 의해 측정된 상기 발광 데이터의 특정의 파장에 발생하는 피크의 값과, 상기 제 2 측정부에 의해 측정된 상기 분석값에 기초하여, 상기 접합 강도의 양부를 판정하는, 표면 개질 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 처리 용기에는, 상기 기판을 배치하는 배치부와, 상기 배치부의 상방에 배치되어, 상기 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부로 분출하는 가스 분출구와, 상기 배치부를 경계로서 상기 처리 용기의 내부 공간을 상하로 구획하는 구획 판이 마련되고,
상기 제 1 측정부는, 상기 배치부보다 상방이고 또한 상기 가스 분출구보다 하방에 배치되고,
상기 제 2 측정부는, 상기 구획 판보다 하방에 배치되는, 표면 개질 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 용기 내로 가습된 가스를 공급하는 가습 가스 공급부를 더 구비하고,
상기 제어부는, 상기 접합 강도가 불량이라고 판정한 경우에, 상기 가습 가스 공급부로부터 상기 처리 용기 내로 상기 가습된 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 처리 용기 내의 수분량을 조정하는, 표면 개질 장치. - 기판의 다른 기판과 접합되는 접합면을 처리 가스의 플라즈마에 의해 개질하는 표면 개질 장치에 있어서의 상기 기판을 수용 가능한 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값을 측정하는 측정 공정과,
측정된 상기 처리 용기 내의 수분량을 나타내는 값에 기초하여, 상기 처리 용기 내에서 개질한 상기 기판을 상기 다른 기판과 접합했다고 가정한 경우에 있어서의 상기 기판과 상기 다른 기판과의 사이의 접합 강도의 양부를 판정하는
접합 강도 판정 방법.
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