TWI493647B - 接合裝置、接合方法、程式及電腦記憶媒體 - Google Patents

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Description

接合裝置、接合方法、程式及電腦記憶媒體
本發明係關於一種將具有金屬的接合部之各基板互相接合之接合裝置、接合方法、程式及電腦記憶媒體。
近年來，半導體裝置的高積體化持續進行。在將高積體化的複數個半導體裝置配置於水平面內，將此等半導體裝置以配線連接而商品化的情形，則配線長度增加，因此配線的電阻變大，又配線延遲變大，此皆令人擔憂。
所以，有人提出了使用將半導體裝置3次元堆疊之3次元積體技術。在此3次元積體技術之中，使用例如貼合裝置，進行2片半導體晶圓(以下簡稱晶圓)之貼合。貼合裝置，具有例如在上面載置晶圓的固定平台，與配置成面對此固定平台而在下面固持吸附晶圓而可升降之可動平台。在固定平台與可動平台內，各自嵌入有加熱器。而此貼合裝置，在重疊2片晶圓之後，一面由加熱器加熱晶圓，一面藉由固定平台與可動平台施加負載推壓晶圓，而將2片晶圓貼合(專利文獻1)。
[習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2004-207436號公報
然而，在接合2片晶圓時，有將形成於晶圓表面的金屬之各接合部互相接合的情形。在這種情形，有必要一面在高溫的既定溫度加熱接合部一面推壓接合部。亦即，有必要依序進行下列步驟：首先，前熱處理步驟，將晶圓加熱至既定的溫度；其後，接合步驟，在晶圓的溫度維持於既定的溫度之狀態下推壓該晶圓；其後，後熱處理步驟，冷卻晶圓。
但是，在此情形，若使用專利文獻1的貼合裝置，則接合2片晶圓需要許多的時間。
首先在前熱處理步驟中，因為上述既定的溫度為高溫，所以欲加熱晶圓至既定的溫度係很費時。而且，若急速加熱晶圓則各接合部有無法均勻受熱之虞，所以有必要在既定的加熱速度以下加熱晶圓。又，因為上述既定的溫度為高溫，所以即使在後熱處理步驟中欲冷卻高溫的晶圓係很費時。而且，將在各接合部合金化來互相接合的情形，若晶圓急速冷卻則接合部的強度或物性會起變化，有其疑慮在，所以有必要在既定的冷卻速度以下冷卻晶圓。再者，接合步驟所花費的時間，因為係依接合部所用之材料等而定，所以無法縮短。
因為像這樣將具有金屬的接合部之各晶圓互相接合係需要許多的時間，所以招致晶圓接合處理之處理量的低下。
本發明，鑑於此問題點，以有效率地進行具有金屬的接合部之各基板互相之接合，來提升基板接合處理的處理量為目的。
為了達成上述目的，本發明係一種將具有金屬的接合部之各基板互相接合之接合裝置，其特徵為包含：前熱處理單元，具有第1熱處理板，其載置使該接合部互相抵接以重疊基板而成之疊合基板以進行熱處理，與第1減壓機構，其將內部的氣壓減壓至既定的真空度；接合單元，具有第2熱處理板，其載置於該前熱處理單元所處理之疊合基板以進行熱處理，與加壓機構，其將該第2熱處理板上的疊合基板推壓至該第2熱處理板側，與第2減壓機構，其將內部的氣壓減壓至既定的真空度；以及後熱處理單元，具有第3熱處理板，其載置於該接合單元所處理之疊合基板以進行熱處理，與第3減壓機構，其將內部的氣壓減壓至既定的真空度；該前熱處理單元與該後熱處理單元，分別氣密地連接於該接合單元。
根據本發明的接合裝置，可在前熱處理單元、接合單元、後熱處理單元中，依序處理疊合基板。亦即，首先，在前熱處理單元中，將疊合基板載置於第1熱處理板以進行加熱。其後，在將內部的氣壓定為既定的真空度之接合單元中，在將疊合基板載置於第2熱處理板，將該疊合基板維持於既定的溫度狀態下，將疊合基板推壓至第2熱處理板側而接合該疊合基板。其後，在後熱處理單元中，將疊合基板載置於第3熱處理板以進行冷卻。而在接合單元中處理一個疊合基板時，至少在前熱處理單元或是後熱處理單元中可並行處理其他的疊合基板。像這樣根據本發明，即使該既定溫度為高溫，因為能對2個或3個的疊合基板同時且有效率地進行處理，所以能提升基板接合處理的處理量。
該前熱處理單元，具有移動機構，其令該第1熱處理板在該前熱處理單元與該接合單元之間移動；該後熱處理單元，亦可具有移動機構，其令該第3熱處理板在該後熱處理單元與該接合單元之間移動。
該加壓機構，亦可具有推壓構件，該推壓構件抵接於該第2熱處理板上的疊合基板一面進行熱處理一面推壓該疊合基板。
該接合單元，亦可具有冷卻板，該冷卻板冷卻該第2熱處理板上的疊合基板。
該後熱處理單元，亦可具有冷卻板，該冷卻板冷卻該第3熱處理板上的疊合基板。
該加壓機構設於該接合機構的頂板，該頂板亦可於垂直方向自由移動。
從別的觀點來看，本發明係一種將具有金屬的接合部之各基板互相接合之接合方法，其特徵為包含：前熱處理步驟，在前熱處理單元中，將使該接合部互相抵接以重疊基板而成之疊合基板載置於第1熱處理板，將該疊合基板加熱至第1溫度；其後為，接合步驟，在將內部的氣壓定為既定的真空度之接合單元中，在將該疊合基板載置於第2熱處理板，將該疊合基板維持於高於該第1溫度的第2溫度之狀態下，將該疊合基板推壓至該第2熱處理板側以接合該疊合基板；及其後為，後熱處理步驟，在後熱處理單元中，將該疊合基板載置於第3熱處理板，將該疊合基板冷卻至低於該第2溫度的第3溫度；在對一個疊合基板進行該接合步驟時，對其他的疊合基板進行該前熱處理步驟或是該後熱處理步驟。
在該前熱處理步驟中，該第1熱處理板，一邊將該疊合基板從該前熱處理單元運送至該接合單元，一邊加熱該疊合基板；在該後熱處理步驟中，該第3熱處理板，亦可一邊將該疊合基板從該接合處理單元運送至該後熱處理單元，一邊冷卻該疊合基板。
又，從別的觀點來看，本發明係提供一種可讀取之電腦記憶媒體，其儲存有程式，該程式可基於利用接合裝置實行該接合方法之目的，而在控制該接合裝置的控制部之電腦上操作。
根據本發明，可有效率地進行具有金屬的接合部之各基板互相的接合，來提升基板接合處理的處理量。
以下針對本發明的實施形態做說明。圖1係顯示依本發明的形態之具有接合裝置的接合系統1的構成的概略之平面圖。圖2係顯示接合系統1的內部構成的概略之側視圖。
在接合系統1，如圖3所示將例如2片作為基板之晶圓WU 、WL 接合。以下的情形係將配置於上側的晶圓稱為「上晶圓WU 」，配置於下側的晶圓稱為「下晶圓WL 」。各晶圓WU 、WL ，各自具有複數個金屬的接合部JU 、JL 。而使各接合部JU 、JL 互相抵接以疊合晶圓WU 、WL ，而形成作為疊合基板的疊合晶圓WT ，以將各晶圓WU 、WL 互相接合。另外，在本實施形態，例如接合部JU 使用鋁，而接合部JL 使用鍺。
接合系統1，如圖1所示，具有成一體連接的構造，其包含：例如晶圓匣盒裝卸站2，在與外部之間，將可分別收納複數個晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 之晶圓匣盒CU 、CL 、CT 送入送出；以及處理站3，具有對晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 施以既定的處理之各種處理裝置。
於晶圓匣盒裝卸站2，設有晶圓匣盒載置台10。於晶圓匣盒載置台10，設有複數個例如3個晶圓匣盒載置板11。晶圓匣盒載置板11，於水平方向的X方向(圖1中的上下方向)成一列並排配置。於此等晶圓匣盒載置板11，對接合系統1的外部送入送出晶圓匣盒CU 、CL 、CT 時，能載置晶圓匣盒CU 、CL 、CT 。
於晶圓匣盒裝卸站2，如圖1所示，設有在朝X方向延伸之運送通路20上自由移動之晶圓運送裝置21。晶圓運送裝置21，可在上下方向及繞著垂直軸周圍(θ方向)自由移動，可在各晶圓匣盒載置板11上的晶圓匣盒CU 、CL 、CT ，與後述之處理站3的第3區塊G3的傳遞裝置之間，運送晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 。
於處理站3，設有具有各種處理裝置之複數個例如3個區塊G1、G2、G3。例如於處理站3的正面側(圖1的X方向的負方向側)，設有第1區塊G1；於處理站3的背面側(圖1的X方向的正方向側)，設有第2區塊G2。又於處理站3的晶圓匣盒裝卸站2側(圖1的Y方向負方向側)，設有第3區塊G3。
例如於第1處理區塊G1，從晶圓匣盒裝卸站2側開始依此順序配置：清洗裝置30，藉由例如純水等清洗液清洗晶圓WU 、WL 的表面；及對準裝置31，將晶圓WU 、WL 的位置調整而疊合之，將此等晶圓WU 、WL 暫時接合，形成疊合晶圓WT 。
例如於第2處理區塊G2，設有接合疊合晶圓WT 的複數個例如4個接合裝置40~43。接合裝置40~43，於水平方向的Y方向(圖1中的左右方向)成一列並排配置。
例如於第3處理區塊G3，如圖2所示從下到上依序設有四層：晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 的傳送裝置50；進行晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 的熱處理之熱處理裝置51~53。
如圖1所示，在第1區塊G1~第3區塊G3所包圍的區域，形成晶圓運送區域D。在晶圓運送區域D，配置有例如晶圓運送裝置60。
晶圓運送裝置60，例如具有可在Y方向、X方向、θ方向自由移動及上下方向自由移動的運送臂。晶圓運送裝置60，在晶圓運送區域D內移動，能將晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 運送至周圍的第1區塊G1、第2區塊G2及第3區塊G3內之既定的裝置。
接下來，針對上述接合裝置40~43的構成做說明。接合裝置40，如圖4及圖5所示，具有下述構造：將前熱處理單元70、接合單元71、後熱處理單元72於水平方向的Y方向(圖4及圖5中的左右方向)依此順序並排成一體連接。亦即，前熱處理單元70與後熱處理單元72，分別藉由閘閥73、74氣密地連接於接合單元71。
前熱處理單元70，具有可密封內部之處理容器80。於處理容器80的晶圓運送區域D側的側面形成疊合晶圓WT 的送入送出口81，於該送入送出口81設有閘閥82。又，於處理容器80的接合單元71側的側面形成疊合晶圓WT 的送入送出口83，於該送入送出口83設有上述之閘閥73。
於處理容器80的底面形成吸氣口84。於吸氣口84，連接著吸氣管86，該吸氣管86連通至將處理容器80的內部的氣壓減壓至既定的真空度之真空泵浦85。另外，在本實施形態中，以吸氣口84、真空泵浦85、吸氣管86構成第1減壓機構。
於處理容器80的內部，設有載置疊合晶圓WT 以進行熱處理之第1熱處理板90。於第1熱處理板90，嵌入有例如由供電而發熱之加熱器(未圖示)。第1熱處理板90的加熱溫度，由例如後述之控制部200所控制。
在第1熱處理板90的下方，設有例如3個用以從下方支持疊合晶圓WT 而使其升降之升降銷91。升降銷91，可藉由升降驅動部92上下移動。於第1熱處理板90的中央部附近，例如於3個地方形成將該第1熱處理板90於厚度方向貫通之貫通孔93。而升降銷91貫穿貫通孔93，可突出於第1熱處理板90的上面。又，於第1熱處理板90的外周部，例如於4個地方形成用以通過後述之固持臂130的固持部132之缺口部94。
第1熱處理板90，由支持構件100所支持。於支持構件100的基端部，設有可在沿著Y方向延伸的軌道101上自由移動的驅動部102。藉由此驅動部102，第1熱處理板90，可於前熱處理單元70與接合單元71之間自由移動。另外，在本實施形態中，以支持構件100、軌道101、驅動部102構成移動機構。
接合單元71，具有可密封內部的處理容器110。處理容器110，具有容器本體111與頂板112由遮蔽伸縮囊113所連接之構成。遮蔽伸縮囊113構成為可於垂直方向自由伸縮，藉由此遮蔽伸縮囊113頂板112可於垂直方向自由移動。
於容器本體111的前熱處理單元70側的側面，形成疊合晶圓WT 的送入送出口114，於該送入送出口114設有閘閥73。又，於容器本體111的後熱處理單元72側的側面，形成疊合晶圓WT 的送入送出口115，於該送入送出口115設有閘閥74。
於容器本體111的側面形成吸氣口116。於吸氣口116，連接著吸氣管118，該吸氣管118連通至將處理容器110的內部的氣壓減壓至既定的真空度之真空泵浦117。另外，在本實施形態中，以吸氣口116、真空泵浦117、吸氣管118構成第2減壓機構。
於處理容器110的內部之頂板112，設有將後述之第2熱處理板140上的疊合晶圓WT 推壓至第2熱處理板140側之加壓機構120。加壓機構120，包含：推壓構件121，抵接於疊合晶圓WT 而推壓；支持構件122，成環狀安裝於頂板112；以及加壓伸縮囊123，連接推壓構件121與支持構件122，可於垂直方向自由伸縮。於推壓構件121的內部，嵌入有例如由供電而發熱的加熱器(未圖示)。而對加壓機構120的內部，亦即在推壓構件121、加壓伸縮囊123、支持構件122及頂板112所包圍的內部空間供給或是吸入例如壓縮空氣，藉此加壓伸縮囊123伸縮而推壓構件121可於垂直方向自由移動。另外，因為於加壓機構120的內部封入壓縮空氣，所以加壓機構120的加壓伸縮囊123的剛性，大於處理容器110的遮蔽伸縮囊113，以使其能承受由此壓縮空氣所造成之內壓。
又，於處理容器110的內部之頂板112，設有用以於第1熱處理板90或是後述之第3熱處理板170與第2熱處理板140之間傳遞疊合晶圓WT 的固持臂130。因此，固持臂130，隨著頂板112的移動可於垂直方向自由移動。固持臂130，例如於疊合晶圓WT 的同一圓周上相等間隔地設有4個，能以4個地方固持該疊合晶圓WT 的外周部。固持臂130，如圖6所示具有：支持部131，從頂板112延伸至垂直方向下方，其下端部彎曲且延伸至水平方向內側；與固持部132，其由支持部131支持，以固持疊合晶圓WT 。固持部132具有：突出構件133，突出於水平方向內側，以固持疊合晶圓WT 的外周部下面；與導引構件134，從該突出構件133延伸至垂直方向上方，以導引疊合晶圓WT 的外周部側面。又，導引構件134上端的內側面，從下側到上側成推拔狀逐漸擴大。
如圖5所示在處理容器110的內部之加壓機構120的下方，於面對該加壓機構120的位置，設有載置疊合晶圓WT 以進行熱處理之第2熱處理板140。於第2熱處理板140，嵌入有例如由供電而發熱之加熱器(未圖示)。第2熱處理板140的加熱溫度，由例如後述之控制部200所控制。又，在第2熱處理板140的外周部，如圖6所示，在將疊合晶圓WT 從該固持臂130傳遞至第2熱處理板140的狀態下，形成用以收納該固持臂130的固持部132之溝槽141。溝槽141，如圖4所示於第2熱處理板140的外周部形成於例如4個地方。
如圖5所示於第2熱處理板140的下面側，設有冷卻疊合晶圓WT 的冷卻板150。於冷卻板150，嵌入有例如珀耳帖元件或水冷套等冷卻構件(未圖示)。冷卻板150的冷卻溫度，例如由後述之控制部200所控制。
後熱處理單元72，具有與前熱處理單元70幾乎相同的構成。亦即，如圖4及圖5所示後熱處理單元72，具有可密封內部之處理容器160。於處理容器160的晶圓運送區域D側的側面形成疊合晶圓WT 的送入送出口161，於該送入送出口161設有閘閥162。又，於處理容器160的接合單元71側的側面形成疊合晶圓WT 的送入送出口163，於該送入送出口163設有上述之閘閥74。
於處理容器160的底面形成吸氣口164。於吸氣口164，連接著吸氣管166，該吸氣管166連通至將處理容器160的內部的氣壓減壓至既定的真空度之真空泵浦165。另外，在本實施形態中，以吸氣口164、真空泵浦165、吸氣管166構成第3減壓機構。
於處理容器160的內部，設有載置疊合晶圓WT 以進行熱處理之第3熱處理板170。於第3熱處理板170，嵌入有例如由供電而發熱之加熱器(未圖示)。第3熱處理板170的加熱溫度，例如由後述之控制部200所控制。
在第3熱處理板170的下方，設有冷卻疊合晶圓WT 的冷卻板171。於冷卻板171，嵌入有例如珀耳帖元件或水冷套等冷卻構件(未圖示)。冷卻板171的冷卻溫度，例如由後述之控制部200所控制。又，冷卻板171之構成為：藉由升降驅動部(未圖示)可上下移動。
在第3熱處理板170及冷卻板171的下方，設有例如3個用以從下方支持疊合晶圓WT 以使其升降之升降銷172。升降銷172，可藉由升降驅動部173上下移動。於第3熱處理板170的中央部附近，例如於3個地方形成將該第3熱處理板170於厚度方向貫通之貫通孔174。又，亦於冷卻板171的中央部附近，例如於3個地方形成將該冷卻板171於厚度方向貫通之貫通孔175。而升降銷172貫穿貫通孔174、175，可突出於第3熱處理板170的上面。又，於第3熱處理板170的外周部，例如於4個地方形成用以通過後述之固持臂130的固持部132之缺口部176。
第3熱處理板170，由支持構件180所支持。於支持構件180的基端部，設有可在沿著Y方向延伸的軌道181上自由移動的驅動部182。藉由此驅動部182，第3熱處理板170，可於後熱處理單元72與接合單元71之間自由移動。另外，在本實施形態中，以支持構件180、軌道181、驅動部182構成移動機構。又，支持構件180，如圖7所示從驅動部182朝垂直方向延伸，而其上端部彎曲並朝水平方向延伸，以使其不會干涉到冷卻板171。
另外，接合裝置41~43的構成，因為與上述之接合裝置40的構成相同所以省略說明。
在以上的接合系統1，如圖1所示設有控制部200。控制部200，例如為電腦，具有程式儲存部(未圖示)。於程式儲存部，儲存程式，其特徵為：控制在接合裝置40~43中的疊合晶圓WT 的處理。又，於程式儲存部，亦儲存程式，其用以控制上述的各種處理裝置或運送裝置等驅動系的操作，以實施在接合系統1中的後述之接合處理。另外，上述程式儲存於可於電腦進行讀取之記憶媒體H，其包含例如：可於電腦讀取的硬碟(HD)、軟性磁碟(FD)、光碟(CD)、磁光碟(MO)、記憶卡等，其記憶媒體H亦可安裝於控制部200。
接下來，針對使用如以上構成的接合系統1進行疊合晶圓WT 的接合處理方法做說明。圖8係顯示此晶圓接合處理的主要步驟的實施例之流程圖。
首先，將收納複數片的上晶圓WU 之晶圓匣盒CU 、收納下晶圓WL 之晶圓匣盒CL 、及空的晶圓匣盒CT ，載置於晶圓匣盒裝卸站2的既定的晶圓匣盒載置板11。其後，藉由晶圓運送裝置21取出晶圓匣盒CU 內的上晶圓WU ，運送至處理站3的第3區塊G3之例如傳送裝置50。
接下來上晶圓WU ，由晶圓運送裝置60運送至第1區塊G1的清洗裝置30，藉由清洗液清洗上晶圓WU 的表面(圖8的步驟S1)。其後上晶圓WU ，由晶圓運送裝置60送至對準裝置31。
繼上晶圓WU 之後，藉由晶圓運送裝置21取出晶圓匣盒CL 內的下晶圓WL ，運送至傳送裝置50。接下來下晶圓WL ，由晶圓運送裝置60運送至清洗裝置30，以清洗液清洗下晶圓WL 的表面(圖8的步驟S2)。其後下晶圓WL ，由晶圓運送裝置60送至對準裝置31。
一旦將上晶圓WU 與下晶圓WL 運送至對準裝置31後，即將此等晶圓WU 、WL 的位置調整而疊合之。另外，在疊合晶圓WU 、WL 之前，對此等的一方或是雙方預先塗佈例如黏接劑，在疊合時以黏接的方式暫時接合，而形成疊合晶圓WT (圖8的步驟S3)。
其後，疊合晶圓WT ，由晶圓運送裝置60運送至第2區塊G2的接合裝置40。圖9係顯示在接合裝置中40中疊合晶圓WT 的溫度(圖9中的Temp)、對疊合晶圓WT 所施之負載(圖9中的Force)、以及各單元70、71、72內的氣壓的壓力(圖9中的VAC)之隨著時間的變化。
在接合裝置40，首先，開啟前熱處理單元70的閘閥82，藉由晶圓運送裝置60將疊合晶圓WT 送入第1熱處理板90的上方。接下來使升降銷91上升，將疊合晶圓WT 從晶圓運送裝置60傳遞至升降銷91之後，使升降銷91下降，而將疊合晶圓WT 載置於第1熱處理板90。此時，關閉閘閥82，藉由真空泵浦85減壓處理容器80內部的氣壓。其後，藉由第1熱處理板將疊合晶圓WT 加熱至第1溫度例如350℃(圖8的步驟S4)。此時，為了均勻地加熱疊合晶圓WT 的各接合部JU 、JL ，以既定的加熱速度例如10~50℃/分鐘的加熱速度加熱。又，將前熱處理單元70內的壓力，減壓至接合單元71內的壓力。
若將疊合晶圓WT 加熱至第1溫度，則開啟閘閥73。接下來，藉由驅動部102將載置疊合晶圓WT 之第1熱處理板90移動至接合單元71，將疊合晶圓WT 運送至第2熱處理板140的上方。此時，固持臂130，於第1熱處理板90的下方待機。
另外，在藉由第1熱處理板90將疊合晶圓WT 從前熱處理單元70運送至接合單元71的期間，亦可加熱該疊合晶圓WT 。
其後，如圖10所示使固持臂130上升，使固持臂130通過第1熱處理板90的缺口部94，疊合晶圓WT 從第1熱處理板90傳遞至固持臂130的固持部132。此時，因為固持部132的導引構件134上端的內側面，從下側往上側成推拔狀逐漸擴大，所以即使例如第1熱處理板90上的疊合晶圓WT ，從導引構件134的內側面偏移而配置著，疊合晶圓WT 亦能順利地固持於導引構件134。其後，使第1熱處理板90移動至前熱處理單元70，並關閉閘閥73。
其後，如圖11所示，使固持臂130下降，將疊合晶圓WT 載置於第2熱處理板140。此時，固持臂130的固持部132，收納於第2熱板140的溝槽141。
其後，藉由第2熱處理板140加熱疊合晶圓WT 至第2溫度例如430℃。疊合晶圓WT ，以例如10~50℃/分鐘的加熱速度加熱。另外，處理容器110的內部的氣壓，維持於既定的真空度例如0.1Pa的真空度。
其後，一面將疊合晶圓WT 的溫度維持於第2溫度，一面如圖12所示對加壓機構120供給壓縮空氣，使推壓構件121下降。而推壓構件121抵接於疊合晶圓WT ，將該疊合晶圓WT 以既定的負載，例如50kN推壓至第2熱處理板140側。疊合晶圓WT 受到推壓既定的時間，例如10分鐘，以將疊合晶圓WT 接合(圖8的流程S5)。另外，疊合晶圓WT 的溫度亦可使用例如推壓構件121內的加熱器或冷卻板150，維持於第2溫度。
其後，藉由第2熱處理板140將疊合晶圓WT 冷卻至350℃。為了防止接合部JU 、JL 的強度或物性起變化，則以既定的冷卻速度例如10~50℃/分鐘冷卻疊合晶圓WT 。另外，疊合晶圓WT 的冷卻，亦可使用例如推壓構件121內的加熱器或冷卻板150。
若疊合晶圓WT 冷卻至350℃，則如圖13所示使固持臂130上升，疊合晶圓WT 從第2熱處理板140傳遞至固持臂130。接下來，使固持臂130更加地上升，並開啟閘閥74。藉由驅動部182將後熱處理單元72的第3熱處理板170移動至固持臂130的下方即第2熱處理板140的上方。另外，將後熱處理單元72內的壓力，預先減壓至接合單元71內的壓力。
其後，如圖14所示，使固持臂130下降，使固持臂130通過第3熱處理板170的缺口部176，將疊合晶圓WT 載置於第3熱處理板170。
其後，將第3熱處理板170移動至後熱處理單元72，關閉閘閥74。其後，藉由第3熱處理板170將疊合晶圓WT 冷卻至第3溫度例如200℃(圖8的步驟S6)。此時，亦可使該冷卻板171上升，冷卻板171抵接至第3熱處理板170，藉由冷卻板171冷卻疊合晶圓WT 。
另外，在藉由第3熱處理板170將疊合晶圓WT 從接合單元71運送至後熱處理單元72的期間，亦可冷卻該疊合晶圓WT 。
其後，將後熱處理單元72的壓力開放至大氣壓，使升降銷172上升，疊合晶圓WT 從第3熱處理板170傳遞至升降銷172。接下來，開啟閘閥162，疊合晶圓WT 從升降銷172傳遞至晶圓運送裝置60，從接合裝置40運送出來。
其後，疊合晶圓WT 由晶圓運送裝置60運送至第3處理區塊G3的熱處理裝置51，並調節溫度至既定的溫度(圖8的步驟S7)。其後，疊合晶圓WT 由晶圓運送裝置60運送至傳送裝置50，其後由晶圓匣盒裝卸站2的晶圓運送裝置21運送至既定的晶圓匣盒載置板11的晶圓匣盒CT 。如此，結束一連串的疊合晶圓WT 的接合處理。
另外，在接合裝置40，在接合單元71中，對一個疊合晶圓WT 進行步驟S5的接合處理時，亦可在前熱處理單元70中，對其他的疊合晶圓WT 進行步驟S4的前熱處理。又，此時亦可在後熱處理單元72中，對其他的疊合晶圓WT 進行步驟S6的後熱處理。亦即，在一個接合裝置40中，可對2個或3個疊合晶圓WT 並行處理。
根據以上的實施的接合裝置1，可在前熱處理單元70、接合單元71、後熱處理單元72中，依序處理疊合晶圓WT 。亦即，首先在進行前熱處理單元70的步驟S4中，將疊合晶圓WT 載置於第1熱處理板90以加熱至第1溫度。其後，在接合單元71所進行的步驟S5中，將疊合晶圓WT 載置於第2熱處理板140，將該疊合晶圓WT 維持於既定的溫度即第2溫度之狀態下，由加壓機構120將疊合晶圓WT 推押至第2熱處理板140側而接合該疊合晶圓WT 。其後，在後熱處理單元72所進行的步驟S6中，將疊合晶圓WT 載置於第3熱處理板170以進行冷卻。而在接合單元71中在處理一個疊合晶圓WT 時，至少在前熱處理單元70或是後熱處理單元72中，可並行處理其他的疊合晶圓WT 。像這樣根據本實施形態，即使第2溫度為高溫，因為可同時對2個或是3個疊合晶圓WT 有效率地進行處理，所以可提升晶圓接合處理的處理量。
又，因為於加壓機構120的推壓構件121的內部嵌入有加熱器，且於接合單元71設有冷卻板150，所以在接合單元71所進行的步驟S5中，可進行疊合晶圓WT 的溫度的微調，可確實地將該疊合晶圓WT 的溫度維持於第2溫度。又，亦可迅速地進行疊合晶圓WT 的加熱或是冷卻。
又，因為於後熱處理單元72設有冷卻板171，所以在後熱處理單元72所進行的步驟S6中，可進行疊合晶圓WT 的溫度的微調，可將疊合晶圓WT 的冷卻速度維持在既定的冷卻速度。因此，可防止在疊合晶圓WT 中的接合部JU 、JL 的強度或物性起變化。
又，因為第1熱處理板90可將疊合晶圓WT 從前熱處理單元70運送至接合單元71，所以可一邊運送疊合晶圓WT 一邊加熱該疊合晶圓WT 。再者，因為第3熱處理板170，可將疊合晶圓WT 從接合單元71運送至後熱處理單元72，所以可一邊運送疊合晶圓WT 一邊冷卻疊合晶圓WT 。因此，可提升晶圓接合處理的處理量。又，因為在前熱處理單元70與接合單元71之間，或是在接合單元71與後熱處理單元72之間，沒有必要另外設置用以運送疊合晶圓WT 之運送機構，所以可簡化接合裝置40~43的構成，可降低接合裝置40~43的製造成本。
又，加壓機構120設於處理容器110的頂板112，頂板112與加壓機構120可成一體地於垂直方向自由移動。在此，如上所述，加壓機構120的加壓伸縮囊123的剛性大於處理容器110的遮蔽伸縮囊113的剛性。根據本實施形態，因為在使頂板112下降之後，可使加壓機構120的推壓構件121下降，所以即使加壓伸縮囊123的剛性較大，亦能以既定的負載確實地推壓疊合晶圓WT 。
在以上的實施形態的接合系統1中，如圖15所示，亦可於第1處理區塊G1更設置檢查裝置210。檢查裝置210，可檢查在接合裝置40~43接合的疊合晶圓WT 是否適當地接合。在此情形，在檢查裝置210中判斷疊合晶圓WT 沒有適當地接合的情形，可於例如接合裝置40~43中修正處理條件。
又，在以上的實施形態的接合系統1中，如圖15所示在第3區塊G3的X方向的正方向側的旁邊，亦可設置晶圓運送裝置220。晶圓運送裝置220，具有可於例如X方向、θ方向及上下方向自由移動的運送臂。晶圓運送裝置220，可於支持晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 的狀態下上下移動，可將晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 運送至第3處理區塊G3內的傳送裝置50、熱處理裝置51~53。在此情形，因為於第3處理區塊G3內運送晶圓WU 、WL 、疊合晶圓WT 無需使用到晶圓運送裝置60，所以能更加提升晶圓接合處理的處理量。
又，在以上的實施形態，雖然於接合系統1設有4個接合裝置40~43，但亦可任意變更接合裝置的數量。
又，在以上的實施形態，在清洗裝置30中以清洗液清洗晶圓WU 、WL 的表面，亦即施以濕洗，但亦可進行乾洗。施以乾洗的情形，亦可例如於清洗裝置30內激發電漿，藉由該離子清洗晶圓WU 、WL 的表面。
又，在以上的實施形態中，雖然接合部JU 、JL 各自使用鋁與鍺，但本發明亦可適用於使用其他金屬的情形。在此情形，按照於接合部JU 、JL 所用金屬之種類，決定在接合單元71的處理條件，例如疊合晶圓WT 的加熱溫度或推壓負載等。又，在以上的實施形態，雖然於晶圓WU 、WL 設有金屬的接合部JU 、JL ，但本發明亦可適用於基版本身為金屬的情形。再者，本發明亦可適用於基板為晶圓以外的FPD(平面顯示器)、光罩用的倍縮光罩等其他基板的情形。
以上，參照附圖說明了有關本發明的較佳的實施之形態，但本發明並不限定於此種實施例。我們了解到只要是熟習本技術領域者，於此申請專利範圍所記載之思想的範疇內，很明顯地能想到各種變更實施例或是修正實施例，有關其等當然亦屬於本發明之技術性的範圍。
[產業上利用性]
本發明可應用於在將具有金屬的接合部之各基板互相結合時。
1‧‧‧接合系統
2‧‧‧晶圓匣盒裝卸站
3．．．處理站
10．．．晶圓匣盒載置台
11．．．晶圓匣盒載置板
20．．．運送通路
21．．．晶圓運送裝置
30．．．清洗裝置
31．．．對準裝置
40~43．．．接合裝置
50．．．傳送裝置
51~53．．．熱處理裝置
60．．．晶圓運送裝置
70．．．前熱處理單元
71．．．接合單元
72．．．後熱處理單元
73．．．閘閥
74．．．閘閥
80．．．處理容器
81．．．送入送出口
82．．．閘閥
83．．．送入送出口
84．．．吸氣口
85．．．真空泵浦
86．．．吸氣管
90．．．第1熱處理板
91．．．升降銷
92．．．升降驅動部
93．．．貫通孔
94．．．缺口部
100．．．支持構件
101．．．軌道
102．．．驅動部
110．．．處理容器
111．．．容器本體
112．．．頂板
113．．．遮蔽伸縮囊
114．．．送入送出口
115．．．送入送出口
116．．．吸氣口
117．．．真空泵浦
118．．．吸氣管
120．．．加壓機構
121．．．推壓構件
122．．．支持構件
123．．．加壓伸縮囊
130．．．固持臂
131．．．支持部
132．．．固持部
133．．．突出構件
134．．．導引構件
140．．．第2熱處理板
141．．．溝槽
150．．．冷卻板
160．．．處理容器
161．．．送入送出口
162．．．閘閥
163．．．送入送出口
164．．．吸氣口
165．．．真空泵浦
166．．．吸氣管
170．．．第3熱處理板
171．．．冷卻板
172．．．升降銷
173．．．升降驅動部
174．．．貫通孔
175．．．貫通孔
176．．．缺口部
180．．．支持構件
181．．．軌道
182．．．驅動部
200．．．控制部
210．．．檢查裝置
220．．．晶圓運送裝置
CU ．．．上晶圓匣盒
CL ．．．下晶圓匣盒
CT ．．．疊合晶圓匣盒
D．．．晶圓運送區域
G1．．．第1處理區塊
G2．．．第2處理區塊
G3．．．第3處理區塊
H．．．記憶媒體
JU 、JL ．．．接合部
WU ．．．上晶圓
WL ．．．下晶圓
WT ．．．疊合晶圓
Temp．．．在接合裝置中40中疊合晶圓WT 的溫度
Force．．．對疊合晶圓WT 所施之負載
VAC．．．各單元70、71、72內的氣壓的壓力
S1~S7．．．步驟
圖1係顯示依本實施形態之具有接合裝置的接合系統的構成的概略之平面圖。
圖2係顯示依本實施形態之接合系統的內部構成的概略之側視圖。
圖3係疊合晶圓的剖面圖。
圖4係顯示接合裝置的構成的概略之橫剖面圖。
圖5係顯示接合裝置的構成的概略之縱剖面圖。
圖6係顯示固持臂的固持部收納於第2熱處理板，疊合晶圓載置於第2熱處理板的情況之說明圖。
圖7係顯示後熱處理單元的構成的概略之縱剖面圖。
圖8係顯示晶圓接合處理的主要步驟之流程圖。
圖9係顯示在接合裝置中疊合晶圓的溫度、疊合晶圓所受之負載、以及各單元內的氣壓的壓力之隨著時間的變化。
圖10係顯示疊合晶圓從第1熱處理板傳遞至固持臂的情況之說明圖。
圖11係顯示疊合晶圓從固持臂載置於第2熱處理板的情況之說明圖。
圖12係顯示推壓而接合第2熱處理板上的疊合晶圓的情況之說明圖。
圖13係顯示疊合晶圓從第2熱處理板傳遞至固持臂的情況之說明圖。
圖14係顯示疊合晶圓從固持臂傳遞至第3熱處理板的情況之說明圖。
圖15係顯示依其他的實施形態之接合系統的構成的概略之平面圖。
40．．．接合裝置
70．．．前熱處理單元
71．．．接合單元
72．．．後熱處理單元
73．．．閘閥
74．．．閘閥
80．．．處理容器
83．．．送入送出口
84．．．吸氣口
85．．．真空泵浦
86．．．吸氣管
90．．．第1熱處理板
91．．．升降銷
92．．．升降驅動部
93．．．貫通孔
94．．．缺口部
100．．．支持構件
101．．．軌道
102．．．驅動部
110．．．處理容器
111．．．容器本體
112．．．頂板
113．．．遮蔽伸縮囊
114．．．送入送出口
115．．．送入送出口
120．．．加壓機構
121．．．推壓構件
122．．．支持構件
123．．．加壓伸縮囊
130．．．固持臂
140．．．第2熱處理板
141．．．溝槽
150．．．冷卻板
160．．．處理容器
163．．．送入送出口
164．．．吸氣口
165．．．真空泵浦
166．．．吸氣管
170．．．第3熱處理板
171．．．冷卻板
172．．．升降銷
173．．．升降驅動部
174．．．貫通孔
175．．．貫通孔
176．．．缺口部
180．．．支持構件
181．．．軌道
182．．．驅動部
WT ．．．疊合晶圓

Claims (9)

  1. 一種接合裝置，其將具有金屬的接合部之各基板互相接合，該接合裝置的特徵為包含：前熱處理單元，具有：第1熱處理板，其載置使該接合部互相抵接以重疊基板而成之疊合基板以進行熱處理，與第1減壓機構，其將內部的氣壓減壓至既定的真空度；接合單元，具有：第2熱處理板，其載置於該前熱處理單元所處理過之疊合基板以進行熱處理；與加壓機構，其將該第2熱處理板上的疊合基板推壓至該第2熱處理板側；與第2減壓機構，其將內部的氣壓減壓至既定的真空度；以及後熱處理單元，具有：第3熱處理板，其載置於該接合單元所處理之疊合基板以進行熱處理，與第3減壓機構，其將內部的氣壓減壓至既定的真空度；該前熱處理單元與該後熱處理單元，分別氣密地連接於該接合單元。
  2. 如申請專利範圍第1項之接合裝置，其中，該前熱處理單元，具有移動機構，其令該第1熱處理板在該前熱處理單元與該接合單元之間移動；該後熱處理單元，具有移動機構，其令該第3熱處理板在該後熱處理單元與該接合單元之間移動。
  3. 如申請專利範圍第2項之接合裝置，其中，該加壓機構，具有推壓構件，該推壓構件抵接於該第2熱處理板上的疊合基板，一面進行熱處理一面推壓該疊合基板。
  4. 如申請專利範圍第3項之接合裝置，其中，該接合單元具有用來冷卻該第2熱處理板上之疊合基板的冷卻板。
  5. 如申請專利範圍第4項之接合裝置，其中，該後熱處理單元具有用來冷卻該第3熱處理板上之疊合基板的冷卻板。
  6. 如申請專利範圍第5項之接合裝置，其中，該加壓機構設於該接合機構的頂板，而該頂板可於垂直方向自由移動。
  7. 一種接合方法，其將具有金屬的接合部之各基板互相接合，該接合方法的特徵為包含：前熱處理步驟，在前熱處理單元中，將使該接合部互相抵接以重疊基板而成之疊合基板載置於第1熱處理板，將該疊合基板加熱至第1溫度；其後為接合步驟，在將內部的氣壓定為既定的真空度之接合單元中，在將該疊合基板載置於第2熱處理板，將該疊合基板維持於高於該第1溫度的第2溫度之狀態下，將該疊合基板推壓至該第2熱處理板側以接合該疊合基板；其後為後熱處理步驟，在後熱處理單元中，將該疊合基板載置於第3熱處理板，將該疊合基板冷卻至低於該第2溫度的第3溫度；在對一個疊合基板進行該接合步驟時，對其他的疊合基板進行該前熱處理步驟或是該後熱處理步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項之接合方法，其中，在該前熱處理步驟中，該第1熱處理板一邊將該疊合基板從該前熱處理單元運送至該接合單元，一邊加熱該疊合基板；在該後熱處理步驟中，該第3熱處理板一邊將該疊合基板從該接合處理單元運送至該後熱處理單元，一邊冷卻該疊合基板。
  9. 一種可讀取之電腦記憶媒體，儲存有程式，該程式基於利用接合裝置實行申請專利範圍第7項之接合方法之目的，而在控制該接合裝置的控制部之電腦上操作。
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