WO2025225404A1 - 接合装置及び接合方法 - Google Patents
接合装置及び接合方法Info
- Publication number
- WO2025225404A1 WO2025225404A1 PCT/JP2025/014338 JP2025014338W WO2025225404A1 WO 2025225404 A1 WO2025225404 A1 WO 2025225404A1 JP 2025014338 W JP2025014338 W JP 2025014338W WO 2025225404 A1 WO2025225404 A1 WO 2025225404A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- substrate
- suction
- unit
- holding
- displacement sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
- H10P72/70—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
Definitions
- This disclosure relates to a joining device and a joining method.
- Patent Document 1 discloses a bonding device for bonding substrates together, in which a substrate detector detects a bonding wave when a first substrate held by a first holder is released from the first holder.
- the technology disclosed herein inspects the state of the substrate bonding process and performs the bonding process appropriately.
- One aspect of the present disclosure is a bonding device for bonding a first substrate and a second substrate, comprising: a first holding section that sucks and holds the first substrate on its upper surface by vacuuming; a second holding section that is provided above the first holding section and sucks and holds the second substrate on its lower surface by vacuuming; a pressing member that is provided on the second holding section and presses the center of the second substrate; a plurality of first detection sections and a plurality of second detection sections that are provided on the second holding section and detect the detachment of the second substrate from the second holding section; wherein the first detection sections comprise displacement sensors that are capable of detecting the distance between the second holding section and the second substrate when the second substrate detaches from the second holding section at least at positions corresponding to the first detection sections; and the second detection sections comprise fiber sensors that are capable of detecting whether the second substrate has detached from the second holding section at least at positions corresponding to the second detection sections.
- This disclosure makes it possible to inspect the state of substrate bonding processing and perform the bonding processing appropriately.
- FIG. 1 is a plan view showing an outline of a configuration example of a joining system.
- FIG. 2 is a side view showing an outline of an example of the internal configuration of the joining system.
- FIG. 2 is a side view showing an outline of an example of the configuration of a second substrate and a first substrate.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing an outline of a configuration example of a joining device.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a configuration example of a joining device. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an outline of an example of the configuration of an upper chuck, an upper chuck holding portion, and a lower chuck.
- FIG. FIG. 2 is a plan view of the upper chuck as seen from below.
- FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration example of a suction unit, a suction pipe, and a vacuum pump.
- FIG. 1 is a flowchart showing main steps of a bonding process.
- FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a state in a joining process.
- FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a state in a joining process.
- FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a state in a joining process.
- FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a state in a joining process.
- FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a state in a joining process.
- the bonding system may include a surface modification device that modifies the surfaces of the substrates to be bonded, a surface hydrophilization device that hydrophilizes the surfaces of the substrates modified by the surface modification device, and a bonding device that bonds the substrates whose surfaces have been hydrophilized by the surface hydrophilization device.
- the surface modification device performs plasma treatment on the substrate surfaces to modify the surfaces, and the surface hydrophilization device further supplies pure water to the substrate surfaces to hydrophilize them.
- the substrates are then bonded together in the bonding device using van der Waals forces and hydrogen bonds (intermolecular forces).
- the bonding device has a lower chuck that holds one substrate (hereinafter referred to as the "first substrate”) on its upper surface, an upper chuck that is located above the lower chuck and holds another substrate (hereinafter referred to as the "second substrate”) on its lower surface, and a pressing member that is located on the upper chuck and presses the center of the second substrate.
- the second substrate held by the upper chuck and the first substrate held by the lower chuck are positioned opposite each other, and the pressing member presses the centers of the second substrate and the first substrate together, bonding the centers together and forming a bonding region.
- a so-called bonding wave is then generated, causing the bonding region to expand (propagate) from the center of the substrate toward the periphery.
- the second substrate and first substrate are then bonded.
- the bonding wave In order to reduce distortion of the laminated substrates after bonding, it is preferable for the bonding wave to expand evenly, i.e., concentrically, from the center of the substrate to the periphery.
- the bonding apparatus described in the above-mentioned Patent Document 1 discloses a substrate detection unit that monitors the bonding wave. In order to monitor the propagation behavior of the bonding wave in more detail, it is necessary to provide substrate detection units at more points on the upper chuck. However, because the upper chuck is provided with various components in addition to the substrate detection unit, providing more substrate detection units may reduce the design freedom of the other components. In other words, when other components are taken into consideration, it is difficult to provide more substrate detection units. Therefore, there is room for improvement in conventional substrate bonding processes.
- Fig. 1 is a plan view showing an outline of the configuration of the bonding system 1.
- Fig. 2 is a side view showing an outline of the internal configuration of the bonding system 1.
- mutually orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are defined, and the positive Z-axis direction is defined as the vertically upward direction.
- first substrate W and the second substrate S are bonded to obtain a laminated substrate T.
- first substrate W and the second substrate S may be collectively referred to simply as "substrates.”
- the surface bonded to the second substrate S is referred to as the front surface Wa
- the surface opposite the front surface Wa is referred to as the back surface Wb.
- the surface bonded to the first substrate W is referred to as the front surface Sa
- the surface opposite the front surface Sa is referred to as the back surface Sb.
- the first substrate W is a semiconductor substrate such as a silicon wafer, and has a device layer D including multiple circuits formed on its surface Wa.
- the second substrate S is a substrate that supports the first substrate W.
- the second substrate S is made of a material that transmits visible light of the desired wavelength, such as a silicon wafer.
- the combination of two substrates bonded by the bonding system 1 is not limited to the above, and any desired combination of substrates can be bonded.
- the first substrate and the second substrate are both device wafers.
- the first substrate W is a device wafer
- the second substrate is an epitaxial wafer.
- the first substrate W is placed on the lower side and the second substrate S is placed on the upper side.
- this arrangement is for the convenience of explanation and is not limited to this.
- the bonding system 1 has a configuration in which, for example, a load/unload station 2 through which FOUPs F W , F S , and F T each capable of accommodating a plurality of substrates W and S and a plurality of laminated substrates T are loaded and unloaded from the outside, and a processing station 3 equipped with various processing devices for performing desired processing on the substrates W and S and the laminated substrate T.
- a processing station 3 equipped with various processing devices for performing desired processing on the substrates W and S and the laminated substrate T.
- an inspection station 4 is provided adjacent to the processing station 3.
- the carry-in/out station 2 is provided with a FOUP mounting table 10.
- the FOUP mounting table 10 is provided with a plurality of, for example, four FOUP mounting plates 11.
- the FOUP mounting plates 11 are arranged in a row in the horizontal Y-axis direction (the up-down direction in FIG. 1 ). These FOUP mounting plates 11 can be used to mount the FOUPs F W , F S , and F T when they are carried in or out of the bonding system 1.
- the carry-in/out station 2 is configured to hold a plurality of first substrates W , a plurality of second substrates S, and a plurality of overlapped substrates T.
- the number of FOUP mounting plates 11 is not limited to that in this embodiment and can be set as desired.
- one of the FOUPs may be used for recovering defective substrates.
- this FOUP can separate a substrate in which an abnormality has occurred in the bonding between the second substrate S and the first substrate W due to various factors from the other normal overlapped substrates T.
- one of the plurality of FOUPs FT is used for collecting abnormal substrates, and the other FOUPs FT are used for storing normal laminated substrates T.
- the loading/unloading station 2 is provided with a substrate transport section 20 adjacent to the FOUP mounting table 10.
- the substrate transport section 20 is provided with a substrate transport device 22 that is movable on a transport path 21 extending in the Y-axis direction.
- the substrate transport device 22 is also movable in the vertical direction and around the vertical axis (Z-axis) (in the ⁇ direction).
- the substrate transport device 22 can transport substrates W, S, and superimposed substrates T between the FOUPs F W , F S , and F T on each FOUP mounting plate 11 and transition devices 50 and 51 in the third processing block G3 of the processing station 3, which will be described later.
- Processing station 3 is provided with multiple processing blocks, for example, three processing blocks G1, G2, and G3, each equipped with various devices.
- a first processing block G1 is provided on the front side of processing station 3 (negative Y-axis side in Figure 1)
- a second processing block G2 is provided on the back side of processing station 3 (positive Y-axis side in Figure 1).
- a third processing block G3 is provided on the loading/unloading station 2 side of processing station 3 (negative X-axis side in Figure 1).
- the first processing block G1 is equipped with a surface modification device 30 that modifies, for example, the surfaces Wa and Sa of substrates W and S.
- the processing gas oxygen gas or nitrogen gas
- the processing gas is excited into plasma and ionized, for example, in a reduced pressure atmosphere.
- oxygen ions or nitrogen ions are irradiated onto the surfaces Wa and Sa, subjecting them to plasma processing and modification.
- a surface hydrophilization device 40 that hydrophilizes the surfaces Wa, Sa of the substrates W, S using, for example, pure water and cleans the surfaces Wa, Sa, and a bonding device 41 that bonds the substrates W, S are arranged in this order in the horizontal X-axis direction from the loading/unloading station 2 side.
- the configuration of the bonding device 41 will be described later.
- pure water is supplied onto the substrates W, S while the substrates W, S are rotated, for example, while being held by a spin chuck.
- the supplied pure water then spreads over the surfaces Wa, Sa of the substrates W, S, making the surfaces Wa, Sa hydrophilic.
- transition devices 50 and 51 for substrates W and S and laminated substrate T are provided in two stages from bottom to top, as shown in FIG. 2, for example.
- a substrate transfer area 60 is formed in the area surrounded by the first processing block G1 to the third processing block G3.
- a substrate transfer device 61 for example, is disposed in the substrate transfer area 60.
- the substrate transfer device 61 has a transfer arm that is movable, for example, vertically, horizontally (X-axis direction, Y-axis direction), and around the vertical axis (Z-axis).
- the substrate transfer device 61 moves within the substrate transfer area 60 and can transfer substrates W, S, and superimposed substrates T to desired devices in the surrounding first processing block G1, second processing block G2, and third processing block G3.
- the substrate transfer device 61 can also transport substrates W, S, and superimposed substrates T to the inspection station 4.
- the above-described bonding system 1 is provided with at least one control unit 70, as shown in FIG. 1.
- the control unit 70 processes computer-executable instructions that cause the bonding system 1 to perform the various processes described in this disclosure.
- the control unit 70 may be configured to control each element of the bonding system 1 to perform the various processes described herein. In one embodiment, some or all of the control unit 70 may be included in the bonding system 1.
- the control unit 70 may include a processing unit, a memory unit, and a communication interface.
- the control unit 70 is realized, for example, by a computer.
- the processing unit may be configured to read from the memory unit a program that provides logic or routines that enable various control operations to be performed, and to perform various control operations by executing the read program.
- This program may be stored in the memory unit in advance, or may be acquired via a medium when needed.
- the acquired program is stored in the memory unit and read from the memory unit by the processing unit for execution.
- the medium may be various computer-readable storage media, or may be a communication line connected to the communication interface.
- the storage medium may be temporary or non-temporary.
- the processing unit may be a CPU (Central Processing Unit) or one or more circuits.
- the storage unit may include RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), or a combination thereof.
- the communication interface may communicate with the bonding system 1 via a communication line such as a LAN (Local Area Network).
- the bonding apparatus 41 has a processing vessel 100 whose interior can be sealed, as shown in Figures 4 and 5.
- a loading/unloading port 101 for the substrates W, S, and the laminated substrate T is formed on the side surface of the processing vessel 100 on the side facing the substrate transfer region 60, and the loading/unloading port 101 is provided with an opening/closing shutter 102.
- the interior of the processing vessel 100 is divided into a transfer region R1 and a processing region R2 by an inner wall 103.
- the above-mentioned loading/unloading port 101 is formed on the side of the processing vessel 100 in the transfer region R1.
- loading/unloading ports 104 for the substrates W, S, and the laminated substrate T are also formed on the inner wall 103.
- a transition 110 is provided for temporarily placing substrates W, S, and superimposed substrates T.
- the transition 110 is formed, for example, in two stages, and any two of the substrates W, S, and superimposed substrates T can be placed on it at the same time.
- a substrate transport mechanism 111 is provided in the transport region R1.
- the substrate transport mechanism 111 has a transport arm that can move, for example, vertically, horizontally (X-axis direction, Y-axis direction), and around the vertical axis (Z-axis).
- the substrate transport mechanism 111 can transport substrates W, S, and laminated substrates T within the transport region R1 or between the transport region R1 and the processing region R2.
- a position adjustment mechanism 120 that adjusts the horizontal orientation of substrates W and S is provided on the negative Y-axis side of the transport region R1.
- the position adjustment mechanism 120 has a base 121 equipped with a holder (not shown) that holds and rotates the substrates W and S, and a detector 122 that detects the position of the notch portion of the substrates W and S.
- the position adjustment mechanism 120 rotates the substrates W and S held on the base 121 while detecting the position of the notch portion of the substrates W and S using the detector 122, thereby adjusting the position of the notch portion and adjusting the horizontal orientation of the substrates W and S.
- the structure that holds the substrates W and S on the base 121 is not particularly limited, and various structures may be used, such as a pin chuck structure or a spin chuck structure.
- the transport region R1 is provided with an inversion mechanism 130 that inverts the front and back surfaces of the second substrate S.
- the inversion mechanism 130 has a holding arm 131 that holds the second substrate S.
- the holding arm 131 extends horizontally (in the X-axis direction).
- the holding arm 131 is provided with holding members 132 that hold the second substrate S, for example, at four locations.
- the holding arm 131 is supported by a drive unit 133 equipped with, for example, a motor.
- This drive unit 133 allows the holding arm 131 to rotate around a horizontal axis.
- the holding arm 131 is also rotatable around the drive unit 133 and movable horizontally (in the X-axis direction).
- another drive unit (not shown) equipped with, for example, a motor is provided below the drive unit 133.
- This other drive unit allows the drive unit 133 to move vertically along a support column 134 extending vertically.
- the drive unit 133 allows the second substrate S held by the holding member 132 to rotate around a horizontal axis and move vertically and horizontally.
- the second substrate S held by the holding member 132 can also rotate around the drive unit 133 and move between the position adjustment mechanism 120 and the upper chuck 141, which will be described later.
- Processing region R2 is provided with a lower chuck 140 as a first holding part that places and suction-holds a first substrate W on its upper surface, and an upper chuck 141 as a second holding part that suction-holds a second substrate S on its lower surface.
- the lower chuck 140 is provided below the upper chuck 141 and is configured so that it can be positioned opposite the upper chuck 141. In other words, the first substrate W held by the lower chuck 140 and the second substrate S held by the upper chuck 141 can be positioned opposite each other.
- the upper chuck 141 is supported by an upper chuck stage 150 provided above the upper chuck 141.
- the upper chuck stage 150 is provided with an upper imaging unit 151 that captures an image of the front surface Wa of the first substrate W held by the lower chuck 140.
- the upper imaging unit 151 is provided adjacent to the upper chuck 141.
- the upper imaging unit 151 is, for example, a CCD camera.
- the upper chuck stage 150 is supported by a rotating unit 153, which serves as a movement mechanism, and is provided on the ceiling surface of the processing vessel 100 via multiple support members above the upper chuck stage 150.
- the rotating unit 153 is configured to rotate the upper chuck stage 150 and the upper chuck 141 around the vertical axis (Z axis).
- the rotating unit 153 incorporates, for example, a servo driver (not shown) and a servo motor (not shown).
- the rotating unit 153 is provided with a linear scale 154 as a measuring unit.
- the linear scale 154 measures the ⁇ azimuth angle (position in the Z-axis rotation direction) of the upper chuck 141. Note that while the linear scale 154 measures the ⁇ azimuth angle of the rotating unit 153, the rotating unit 153, support member 152, upper chuck stage 150, and upper chuck 141 are rigid bodies, and the linear scale 154 essentially measures the ⁇ azimuth angle of the upper chuck 141.
- the configuration for rotating the upper chuck 141 and the configuration for measuring the ⁇ azimuth angle of the upper chuck 141 are not limited to this embodiment and can be designed as desired.
- the lower chuck 140 is supported by a lower chuck stage 160 provided below the lower chuck 140.
- the lower chuck stage 160 is provided with a lower imaging unit 161 that captures an image of the surface Sa of the second substrate S held by the upper chuck 141.
- the lower imaging unit 161 is provided adjacent to the lower chuck 140.
- the lower imaging unit 161 is, for example, a CCD camera.
- the lower chuck stage 160 is supported by a first lower chuck moving unit 164, which serves as a moving mechanism and is provided below the lower chuck stage 160.
- the first lower chuck moving unit 164 is configured to move the lower chuck 140 in the horizontal direction (X-axis direction).
- the first lower chuck moving unit 164 is also configured to move the lower chuck 140 in the vertical direction (Z-axis direction).
- the first lower chuck moving unit 164 incorporates, for example, a servo driver (not shown) and a servo motor (not shown).
- the first lower chuck moving unit 164 moves the lower chuck 140 in the X-axis direction and the Z-axis direction, but separate moving units may be provided to move the lower chuck 140 in the X-axis direction and the Z-axis direction.
- the first lower chuck moving part 164 is provided on the underside of the first lower chuck moving part 164 and is attached to a pair of rails 165, 165 extending horizontally (in the X-axis direction).
- the first lower chuck moving part 164 is configured to be freely movable along the rails 165.
- the pair of rails 165, 165 are arranged on a second lower chuck moving part 166, which serves as a movement mechanism.
- the second lower chuck moving part 166 is attached to a pair of rails 167, 167 that are provided on the underside of the second lower chuck moving part 166 and extend horizontally (in the Y-axis direction).
- the second lower chuck moving part 166 is configured to be movable along the rails 167, i.e., to move the lower chuck 140 horizontally (in the Y-axis direction).
- the second lower chuck moving part 166 incorporates, for example, a servo driver and a servo motor.
- the pair of rails 167, 167 are arranged on a mounting table 168 provided on the bottom surface of the processing vessel 100.
- the configuration for moving the lower chuck 140 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and the configuration for measuring the X-axis, Y-axis, and Z-axis positions of the lower chuck 140 are not limited to this embodiment and can be designed as desired.
- the upper chuck 141 employs a pin chuck system as shown in Fig. 6.
- the upper chuck 141 has a main body 170 having a diameter equal to or greater than the diameter of the second substrate S in a plan view.
- a plurality of pins 171 that come into contact with the back surface Sb of the second substrate S are provided on the lower surface of the main body 170. Note that the pins 171 are not shown in Fig. 7.
- a through-hole 172 is formed in the center of the main body 170, penetrating the main body 170 in the thickness direction.
- the center of this main body 170 corresponds to the center of the second substrate S, which is held by suction on the upper chuck 141.
- the tip (striker 193) of the actuator 191 which serves as a pushing member in the pushing unit 190 (described below), is inserted into the through-hole 172.
- first to fifth suction sections 181 to 185 which serve as multiple suction sections that vacuum and adsorb the second substrate S.
- the first to fifth suction sections 181 to 185 each have the same height as the pin 171, and come into contact with the back surface Sb of the second substrate S.
- Figure 6 is a cross-sectional view passing through the first suction section 181 and the third suction section 183, and only these are shown.
- the first suction portion 181, the second suction portion 182, the third suction portion 183, and the fourth suction portion 184 each have an arc shape in a plan view.
- the first suction portions 181 and second suction portions 182 are arranged at predetermined intervals in a circumferential direction on the outer periphery of the main body portion 170, on a circle concentric with the main body portion 170.
- a desired number of first suction portions 181 are provided in each of the 90° directions described below in FIG. 7, five in each direction in this embodiment, for a total of 20.
- a desired number of second suction portions 182 are provided in each of the 45° directions described below in FIG. 7, five in each direction in this embodiment, for a total of 20.
- the third suction portion 183 and the fourth suction portion 184 are arranged in multiples at predetermined intervals in the circumferential direction on a circle concentric with the main body portion 170, inside the first suction portion 181 and the second suction portion 182 and outside the fifth suction portion 185.
- a desired number of third suction portions 183 are provided in each of the 90° directions described below in FIG. 7, five in each direction in this embodiment, for a total of 20.
- a desired number of fourth suction portions 184 are provided in each of the 45° directions described below in FIG. 7, five in each direction in this embodiment, for a total of 20.
- the fifth suction portion 185 has a circular ring shape in a plan view.
- the fifth suction portion 185 is arranged radially in multiple numbers (for example, three) on a circumference concentric with the main body portion 170, closer to the inner periphery of the main body portion 170 than the first to fourth suction portions 181 to 184, and spaced a predetermined distance apart.
- the centers of the first to fourth suction portions 181 to 184 and the center of the fifth suction portion 185 are located on the center line of the main body portion 170.
- the first to fifth suction units 181 to 185 are connected to the first to fifth vacuum pumps 181b to 185b via the first to fifth suction pipes 181a to 185a, respectively.
- the first to fifth suction pipes 181a to 185a each have a branching section to which the first to fifth suction units 181 to 185 are connected, and a junction section where the branching sections join together and are connected to the first to fifth vacuum pumps 181b to 185b.
- the first to fifth suction units 181 to 185 can individually adsorb the second substrate S.
- a pressing unit 190 that presses the center of the second substrate S is provided on the upper surface of the upper chuck stage 150.
- the pressing unit 190 has an actuator unit 191 and a cylinder unit 192 as abutment members. Note that the pressing unit 190 is not shown in Figure 7.
- the actuator unit 191 generates a constant pressure in a fixed direction using air supplied from an electro-pneumatic regulator (not shown), and can generate this pressure at a constant level regardless of the position of the pressure application point.
- the air from the electro-pneumatic regulator allows the actuator unit 191 to abut against the center of the second substrate S, thereby controlling the pressure load applied to the center of the second substrate S.
- the striker 193 serving as a pushing member provided at the tip of the actuator unit 191 is able to be raised and lowered vertically by passing through the through-hole 172 using the air from the electro-pneumatic regulator.
- the actuator unit 191 is supported by a cylinder unit 192.
- the cylinder unit 192 can move the actuator unit 191 vertically using, for example, a drive unit (not shown) that has a built-in motor.
- the pushing unit 190 controls the pressing load using the actuator unit 191, and controls the movement of the actuator unit 191 using the cylinder unit 192.
- the pushing unit 190 can then bring the center of the second substrate S into contact with the center of the first substrate W and press them together when bonding the substrates W and S, as described below.
- the lower chuck 140 like the upper chuck 141, employs a pin chuck system.
- the lower chuck 140 has a main body 200 whose diameter is equal to or greater than the diameter of the first substrate W in a plan view.
- a plurality of pins 201 that contact the back surface Sb of the first substrate W are provided on the upper surface of the main body 200.
- an outer rib 202 that has the same height as the pins 201 and supports the outer periphery of the back surface Sb of the first substrate W is provided on the outer periphery of the upper surface of the main body 200.
- the outer rib 202 is provided in a ring shape around the outside of the plurality of pins 201.
- an inner rib 203 is provided inside the outer rib 202.
- the inner rib 203 has the same height as the pins 201 and supports the back surface Sb of the first substrate W.
- the inner rib 203 is provided in a ring shape concentric with the outer rib 202.
- the region 204 inside the outer rib 202 (hereinafter sometimes referred to as the suction region 204) is divided into a first suction region 204a inside the inner rib 203 and a second suction region 204b outside the inner rib 203.
- a first suction port 205a is formed on the top surface of the main body 200 in the first suction region 204a for vacuuming the first substrate W.
- the first suction port 205a is formed, for example, at one location in the first suction region 204a.
- a first suction pipe 206a provided inside the main body 200 is connected to the first suction port 205a.
- a first vacuum pump 207a is connected to the first suction pipe 206a.
- second suction ports 205b are formed on the upper surface of the main body 200 in the second suction region 204b for vacuuming the first substrate W.
- the second suction ports 205b are formed, for example, in two locations in the second suction region 204b.
- a second suction pipe 206b provided inside the main body 200 is connected to the second suction ports 205b.
- a second vacuum pump 207b is connected to the second suction pipe 206b.
- suction areas 204a and 204b formed by the first substrate W, main body 200, and outer rib 202 are vacuumed through suction ports 205a and 205b, respectively, to reduce the pressure in suction areas 204a and 204b.
- the atmosphere outside suction areas 204a and 204b is atmospheric pressure
- the first substrate W is pushed toward suction areas 204a and 204b by the atmospheric pressure in proportion to the reduced pressure, and the first substrate W is adsorbed and held by the lower chuck 140.
- the lower chuck 140 is configured to be able to vacuum the first substrate W for each of the first suction area 204a and second suction area 204b.
- through-holes (not shown) that penetrate the main body 200 in the thickness direction are formed in, for example, three locations. Lifting pins provided below the first lower chuck moving part 164 are inserted into the through-holes.
- Guide members are provided on the outer periphery of the main body 200 to prevent the substrates W, S, and the laminated substrate T from jumping out or sliding off the lower chuck 140.
- the guide members are provided at multiple locations, for example, four locations, at equal intervals on the outer periphery of the main body 200. The operation of each part of the welding device 41 is controlled by the control unit 70 described above.
- Second detection unit and second detection unit As will be described later, when bonding the second substrate S and the first substrate W, first, the pressing portion 190 presses down the center of the second substrate S. Then, the center of the second substrate S is brought into contact with the center of the first substrate W, and the centers of the second substrate S and the first substrate W are bonded by intermolecular forces, thereby forming a bonded region at the centers of both substrates. After that, a bonding wave is generated that propagates from the centers of both substrates W and S toward their outer peripheries, bonding the entire surfaces Sa and Wa of the second substrate S and the first substrate W together.
- the main body 170 is provided with a first detection unit and a second detection unit to detect this bonding wave.
- the main body 170 is provided with a displacement sensor 210 as a first detection unit that detects the detachment of the second substrate S from the main body 170.
- the displacement sensors 210 are arranged on the outer periphery of the main body 170 between the first and second suction units 181, 182 and the third and fourth suction units 183, 184.
- Multiple displacement sensors 210 e.g., eight are arranged circumferentially and spaced 45° apart on a circle concentric with the main body 170.
- One displacement sensor 210 is also arranged near the center of the main body 170, e.g., near the through-hole 172.
- the displacement sensor 210 arranged between the first and second suction units 181, 182 and the third and fourth suction units 183, 184 may be referred to as the outer periphery displacement sensor 210e, and the displacement sensor 210 arranged in the center of the main body 170 may be referred to as the central displacement sensor 210c.
- the displacement sensor 210 may be, for example, a capacitance sensor or a distance measurement sensor.
- a capacitance sensor When a capacitance sensor is used, the distance between the upper chuck 141 and the second substrate S can be measured by measuring the capacitance with the second substrate S.
- the displacement sensor 210 emits laser light toward the second substrate S and the displacement sensor 210 receives the reflected light, thereby measuring the distance between the upper chuck 141 and the second substrate S.
- the sensor 175 can detect the contact state between the second substrate S and the first substrate W (in other words, the release state of the second substrate S from the upper chuck 141). This makes it possible to grasp the bonding wave.
- the lower chuck 140 is configured so that the central and peripheral portions have different heights, with the peripheral portion being lower than the central portion.
- the lower chuck 140 in one embodiment is configured so that the peripheral portion is farther from the upper chuck 141 than the central portion. Even in this case, by providing the central displacement sensor 210c and peripheral displacement sensor 210e, it is possible to detect the movement distance of the second substrate S at the central and peripheral portions, which are at different heights, and to grasp the bonding wave.
- a fluid sensor for example, may be used as the displacement sensor 210.
- a suction pad (not shown) is provided on the main body 170, i.e., at the position indicated by the reference numeral "210" in Figures 6 and 7, and the displacement sensor 210 is provided on a suction tube (not shown) connected to this suction pad.
- the suction pad is not intended to suction and hold the second substrate S; rather, it evacuates the second substrate S at a minute pressure, for example, approximately -10 kPa, that does not affect the bonding wave.
- the displacement sensor 210 measures the flow rate or pressure of the gas flowing through each suction tube.
- the displacement sensor 210 measures the change in the air flow in this suction tube and can detect the detachment of the second substrate S from the upper chuck 141 (in other words, the abutment state between the second substrate S and the first substrate W). Furthermore, the distance between the upper chuck 141 and the second substrate S can be determined from the flow rate or pressure value. In this case, the relationship between the flow rate or pressure value of the gas flowing through the suction pipe and the distance between the upper chuck 141 and the second substrate S may be obtained in advance. This allows the bonding wave to be determined.
- the displacement sensor 210 may be provided for each of the first to fifth suction pipes 181a to 185a.
- the reference numeral "210" shown in FIGS. 6 and 7 is an air jetting unit instead of the suction pad.
- An air supply pipe is connected to the air jetting unit, and a fluid sensor serving as the displacement sensor 210 is provided in the air supply pipe.
- the air jetting unit is configured to jet air toward the second substrate S with a very low pressure that does not affect the bonding wave.
- the displacement sensor 210 measures the flow rate or pressure of the air flowing through each air supply pipe. The distance between the upper chuck 141 and the second substrate S can be determined from the flow rate or pressure value.
- the central displacement sensor 210c is included in the pushing unit 190.
- the pushing unit 190 is equipped with a measurement unit (not shown) that can measure the movement distance of the striker 193 in the actuator unit 191.
- the measurement result of the movement distance of the striker 193 by the measurement unit is output to the control unit 70.
- the control unit 70 determines the output movement distance of the striker 193 as the distance between the main body unit 170 and the second substrate S. Therefore, the measurement unit in the pushing unit 190 functions as the central displacement sensor 210c in one embodiment.
- the main body 170 is also provided with a fiber sensor 220 as a second detection unit that detects detachment of the second substrate S from the main body 170.
- the fiber sensor 220 includes an outer fiber sensor 220e, an intermediate fiber sensor 220m, and an inner fiber sensor 220c.
- the outer fiber sensors 220e are arranged in multiple numbers (e.g., eight) on a circle concentric with the main body 170, between the first and second suction units 181, 182 and the third and fourth suction units 183, 184, lined up circumferentially at 45° intervals.
- the outer fiber sensors 220e and the outer displacement sensors 210e are arranged alternately in the circumferential direction.
- the intermediate fiber sensors 220m and the inner fiber sensors 220c are arranged in multiple numbers on a circle concentric with the main body 170, lined up circumferentially at predetermined intervals, between the multiple fifth suction units 185.
- a plurality of intermediate fiber sensors 220m e.g., 16 sensors
- a plurality of inner fiber sensors 220c e.g., eight sensors
- multiple intermediate fiber sensors 220m and inner fiber sensors 220c are provided closer to the outer periphery than the central displacement sensor 210c and closer to the center than the outer periphery displacement sensor 210e.
- the intermediate fiber sensors 220m and inner fiber sensors 220c are also arranged radially at a predetermined interval on the center line of the main body 170 between the central displacement sensor 210c and the outer periphery displacement sensor 210e.
- a reflective fiber sensor is used as the fiber sensor 220.
- the fiber sensor 220 emits light toward the second substrate S, and then receives the reflected light and measures the amount of light received.
- the orthogonality between the optical axis and the second substrate S can be determined. That is, when the amount of reflected light is small, the orthogonality between the optical axis and the second substrate S is large (the tilt of the second substrate S is large), meaning that the second substrate S has been released from the upper chuck 141 but is not in contact with the first substrate W.
- the amount of reflected light is large, the orthogonality between the optical axis and the second substrate S is small (the tilt of the second substrate S is small), meaning that the second substrate S has been released from the upper chuck 141 and is in contact with the first substrate W. Therefore, by measuring the amount of reflected light with the fiber sensor 220, it is possible to detect the contact state between the second substrate S and the first substrate W at the position of the fiber sensor 220 (in other words, the release state of the second substrate S from the upper chuck 141). This makes it possible to grasp the bonding wave.
- a reflective fiber sensor as the fiber sensor 220 generally occupies a smaller area of the main body 170 than a capacitance sensor or distance measurement sensor as the displacement sensor 210. This allows for greater design freedom for the other components of the upper chuck 141 than if the same number of displacement sensors 210 were provided. In other words, by using fiber sensors 220, it is possible to place detection units at more points than if all detection units were made up of displacement sensors 210. This makes it possible to grasp the propagation behavior of the bonding wave in more detail.
- the fiber sensor 220 uses one that emits white light (referred to herein as a "white fiber sensor").
- white fiber sensor a white fiber sensor
- the detection sensitivity of white light is less affected by the type of film that may be formed on the surface of the second substrate S.
- conventional fiber sensors use red light for luminous efficiency reasons, but it has been found that certain film types have high absorbance of red light and low reflectance of red light for those film types.
- the white fiber sensor as the fiber sensor 220, the desired reflectance can be ensured regardless of the type of film on the second substrate S, and the desired detection sensitivity can be obtained.
- the white fiber sensor 220 has sufficient detection sensitivity to detect the release of the second substrate S, even when taking into account the effect of variation in the difference in light amount.
- the displacement sensor 210 and fiber sensor 220 are arranged on the center line (dash-dotted line in Figure 7) passing through the center of the main body 170 so as to be rotationally symmetric, for example, 45 degrees rotationally symmetric, about the center of the main body 170.
- the second substrate S is, for example, a single-crystal silicon substrate whose crystal orientation in the direction perpendicular to the surface Sa is [100].
- the second substrate S is adsorbed to the upper chuck 141 using a notch formed on the outer edge of the [011] crystal orientation of the second substrate S as a reference.
- the bonding wave propagates faster in the 45°, 135°, 225°, and 315° directions (sometimes referred to as "45° directions" in this specification) shown in FIG.
- FIG. 7 which are based on the direction from the center of the second substrate S toward the [010] crystal orientation parallel to the surface Sa of the second substrate S, compared to the 0°, 90°, 180°, and 270° directions (sometimes referred to as "90° directions" in this specification) shown in FIG. 7 , which are based on the direction from the center of the second substrate S toward the [011] crystal orientation parallel to the surface Sa of the second substrate S.
- eight displacement sensors 210 are provided concentrically with the main body 170, i.e., in both the 90° and 45° directions. Therefore, by using these displacement sensors 210 to detect the separation of the second substrate S from the upper chuck 141, it is possible to understand the behavior of the bonding wave, which propagates at different speeds in the 90° and 45° directions.
- the fiber sensor 220 it is possible to grasp the propagation behavior of the bonding wave in more detail.
- the detection results from the fiber sensor 220 provided midway from the central displacement sensor 210c to the peripheral displacement sensor 210e can be used to supplement the detection results between the displacement sensors 210 in each direction.
- the fiber sensor 220 is also positioned on the center line in the intermediate direction between the 90° and 45° directions. By using the detection results from the fiber sensor 220 in this intermediate direction, it is possible to grasp the behavior of the bonding wave in more detail.
- the detection results of the displacement sensor 210 and fiber sensor 220 are output to the control unit 70.
- the control unit 70 controls the operation of the first to fifth suction units 181 to 185 based on the detection results of the displacement sensor 210 and fiber sensor 220.
- the bonding wave propagates from the central displacement sensor 210c through the fifth suction unit 185, inner peripheral fiber sensor 220c, fifth suction unit 185, intermediate fiber sensor 220m, fifth suction unit 185, third suction unit 183, outer peripheral displacement sensor 210e, and first suction unit 181, in that order.
- a displacement sensor 210 or fiber sensor 220 is disposed between each of the multiple fifth suction units 185, first suction unit 181, and third suction unit 183.
- control unit 70 to perform real-time control, for example, as follows: That is, after the central displacement sensor 210c detects the release of the second substrate S from the upper chuck 141, the suction of the fifth vacuum pump 185b on the multiple fifth suction units 185 is stopped, and the second substrate S is released from the fifth suction unit 185.
- the bonding wave then propagates, and the inner peripheral fiber sensor 220c and the intermediate fiber sensor 220m sequentially detect the detachment of the second substrate S from the upper chuck 141. After the intermediate fiber sensor 220m detects the detachment, the suction of the third vacuum pump 183b for the third suction unit 183 is stopped, and the second substrate S is detached from the third suction unit 183.
- the outer peripheral displacement sensor 210e detects the detachment of the second substrate S from the upper chuck 141. Further thereafter, the suction of the first vacuum pump 181b for the first suction unit 181 is stopped, and the second substrate S is detached from the first suction unit 181. At the same time, this real-time control is also performed for each of the other 90° and 45° directions. As a result, even if the propagation speed of the bonding wave differs in each direction, the second substrate S can be detached from the first to fourth suction units 181 to 184 after the bonding wave has propagated until just before the first to fourth suction units 181 to 184.
- the collision force when the second substrate S and the first substrate W come into contact can be reduced compared to when the second substrate S is released from the first to fourth suction sections 181 to 184 before the bonding wave reaches just before the first to fourth suction sections 181 to 184. This allows for appropriate contact.
- Fig. 10 is a flowchart showing an example of main steps of such a substrate bonding process.
- a FOUP F S containing a plurality of second substrates S, a FOUP F W containing a plurality of first substrates W, and an empty FOUP F T are placed on a predetermined FOUP placement plate 11 in the carry-in/out station 2. Thereafter, the second substrates S in the FOUP F S are removed by the substrate transport device 22 and transported to the transition device 50 in the third processing block G3 of the processing station 3.
- the second substrate S is transported by the substrate transport device 61 to the surface modification device 30 in the first processing block G1.
- the processing gas oxygen gas or nitrogen gas
- the processing gas is excited into plasma and ionized in a predetermined reduced pressure atmosphere.
- oxygen ions or nitrogen ions are irradiated onto the surface Sa of the second substrate S, and the surface Sa is plasma-processed.
- the surface Sa of the second substrate S is then modified (step St1 in Figure 10).
- the second substrate S is transported by the substrate transport device 61 to the surface hydrophilization device 40 in the second processing block G2.
- pure water is supplied onto the second substrate S while the second substrate S held by the spin chuck is being rotated.
- the supplied pure water then diffuses over the surface Sa of the second substrate S, and hydroxyl groups (silanol groups) adhere to the surface Sa of the second substrate S, which has been modified in the surface modification device 30, thereby hydrophilizing the surface Sa.
- the surface Sa of the second substrate S is also cleaned with the pure water (step St2 in Figure 10).
- the second substrate S is transported by the substrate transport device 61 to the bonding device 41 in the second processing block G2. After being transported into the bonding device 41, the second substrate S is transported by the substrate transport mechanism 111 via the transition 110 to the position adjustment mechanism 120. The horizontal orientation of the second substrate S is then adjusted by the position adjustment mechanism 120 (step St3 in Figure 10).
- the second substrate S is transferred from the position adjustment mechanism 120 to the holding arm 131 of the reversing mechanism 130.
- the holding arm 131 is reversed, thereby reversing the front and back surfaces of the second substrate S (step St4 in Figure 10).
- the front surface Sa of the second substrate S is faced downward.
- the holding arm 131 of the inversion mechanism 130 rotates around the drive unit 133 and moves below the upper chuck 141.
- the second substrate S is then transferred from the inversion mechanism 130 to the upper chuck 141.
- the back surface Sb of the second substrate S is suction-held by the upper chuck 141 (step St5 in Figure 10).
- the first to fifth vacuum pumps 181b to 185b are operated, and the second substrate S is vacuum-suctioned by the first to fifth suction units 181 to 185, and the second substrate S is suction-held by the upper chuck 141.
- the substrate transport device 22 removes the first substrate W from the FOUP F W and transports it to the transition device 50 in the processing station 3.
- the first substrate W is then transported by the substrate transport device 61 to the surface modification device 30, where the surface Wa of the first substrate W is modified (step St6 in FIG. 10). Note that the modification of the surface Wa of the first substrate W in step St6 is the same as in step St1 described above.
- step St7 the first substrate W is transported by the substrate transport device 61 to the surface hydrophilization device 40, where the surface Wa of the first substrate W is hydrophilized and the surface Wa is cleaned (step St7 in FIG. 10). Note that the hydrophilization and cleaning of the surface Wa of the first substrate W in step St7 are similar to step St2 described above.
- the first substrate W is transported to the bonding device 41 by the substrate transport device 61.
- the first substrate W is transported to the position adjustment mechanism 120 by the substrate transport mechanism 111 via the transition 110.
- the horizontal orientation of the first substrate W is then adjusted by the position adjustment mechanism 120 (step St8 in Figure 10).
- the first substrate W is transported to the lower chuck 140 by the substrate transport mechanism 111, and its back surface Wb is suction-held by the lower chuck 140 (step St9 in Figure 10).
- the vacuum pumps 207a and 207b are operated to suction the first substrate W through the suction ports 205a and 205b in the suction regions 204a and 204b, and the first substrate W is suction-held by the lower chuck 140.
- the horizontal positions of the second substrate S held by the upper chuck 141 and the first substrate W held by the lower chuck 140 are adjusted.
- the first lower chuck moving unit 164 and the second lower chuck moving unit 166 move the lower chuck 140 horizontally (X and Y directions), and the upper imaging unit 151 sequentially captures images of predetermined reference points on the surface Wa of the first substrate W.
- the lower imaging unit 161 sequentially captures images of predetermined reference points on the surface Sa of the second substrate S.
- the captured images are output to the control unit 70.
- the control unit 70 moves the lower chuck 140 to a position where the reference points of the second substrate S and the first substrate W coincide with each other.
- the movement of the lower chuck 140 is performed by the first lower chuck moving unit 164 and the second lower chuck moving unit 166. In this way, the horizontal positions of the second substrate S and the first substrate W are adjusted (step St10 in Figure 10).
- step St10 the lower chuck 140 is moved horizontally as described above, and the first lower chuck moving unit 164 rotates the lower chuck 140, thereby adjusting the rotational position of the lower chuck 140 (the orientation of the lower chuck 140).
- the lower chuck 140 is moved vertically upward by the first lower chuck moving unit 164. Then, the vertical positions of the upper chuck 141 and the lower chuck 140 are adjusted, and the vertical positions of the second substrate S held by the upper chuck 141 and the first substrate W held by the lower chuck 140 are adjusted (step St11 in Figure 10).
- the distance between the surface Wa of the first substrate W and the surface Sa of the second substrate S is adjusted to a predetermined distance, for example, 20 ⁇ m to 400 ⁇ m.
- the second substrate S and the first substrate W are arranged facing each other at predetermined positions, as shown in Figure 10.
- the second substrate S held by the upper chuck 141 and the first substrate W held by the lower chuck 140 are bonded together.
- the bonding process is not limited to real-time control, and the timing for stopping suction by the first to fifth suction units 181 to 185 may be set in advance. That is, for example, the displacement sensor 210 and fiber sensor 220 detect the propagation of the bonding wave for the second substrate S of the previous lot. Then, based on the detection results, the timing for stopping suction by the first to fifth suction units 181 to 185 for the second substrate S of the current lot can be set.
- a lowering command is output from the control unit 70 to the pushing unit 190 (St12 in FIG. 9 ). Based on this lowering command, the pushing unit 190 lowers the actuator unit 191 using the cylinder unit 192. As the actuator unit 191 descends, the striker 193 contacts the center of the back surface Sb of the second substrate S (St13 in FIG. 9 ), and then the center Sc of the second substrate S is pressed down and lowered (St14 in FIG. 9 ). Then, as shown in FIG. 11 , the striker 193 contacts and presses the center of the second substrate S against the center We of the first substrate W (St15 in FIG. 9 ).
- the center displacement sensor 210c detects that the front surface Sa of the second substrate S has been released from the upper chuck 141. After the release is detected, the fifth vacuum pump 185b is stopped, and suction of the second substrate S by the fifth suction unit 185 is stopped. At the same time, the first and third vacuum pumps 181b and 183b remain operating, continuing suction at the first and third suction units 181 and 183. Even when the striker 193 presses the center Sc of the second substrate S, the upper chuck 141 can hold the outer periphery of the second substrate S. Information on the detection results of the center displacement sensor 210c is output to, for example, the control unit 70, and is used to set the timing for stopping suction at the first through fifth suction units 181 through 185 during the bonding process for the next lot.
- a bonding wave is generated between the second substrate S and the first substrate W, with the bonding area A expanding from the center toward the periphery.
- the inner peripheral fiber sensor 220c and the middle fiber sensor 220m detect that the surface Sa of the second substrate S has been released from the upper chuck 141.
- the third vacuum pump 183b is stopped, stopping suction of the second substrate S in the third suction unit 183.
- the first vacuum pump 181b remains operating, continuing suction in the first suction unit 181.
- the timing at which suction in the third suction unit 183 stops differs in the 45° direction from the timing at which suction of the second substrate S in the fourth suction unit 184 stops.
- Information on the detection results of the inner fiber sensor 220c and the intermediate fiber sensor 220m is output to, for example, the control unit 70, and used to set the timing at which suction is stopped in the first to fifth suction units 181 to 185 in the bonding process for the next lot.
- the bonding area A further spreads toward the outer periphery, as shown in FIG. 13.
- the outer periphery displacement sensor 210e detects that the surface Sa of the second substrate S has separated from the upper chuck 141.
- the operation of the first vacuum pump 181b is stopped, and suction of the second substrate S in the first suction unit 181 stops.
- the timing at which suction in the first suction unit 181 stops differs in the 45° direction from the timing at which suction of the second substrate S in the second suction unit 182 stops.
- Information on the detection results of the outer periphery displacement sensor 210e is output to, for example, the control unit 70, and is used to set the timing at which suction is stopped in the first to fifth suction units 181 to 185 in the bonding process for the next lot.
- the outer periphery of the second substrate S drops onto the first substrate W, and the entire surfaces Sa of the second substrate S and Wa of the first substrate W come into contact, bonding the second substrate S and the first substrate W (St17 in FIG. 9).
- the outer periphery fiber sensor 220e detects whether the surface Sa of the second substrate S has separated from the upper chuck 141. For example, if the outer periphery displacement sensor 210e detects separation and the outer periphery fiber sensor 220e also detects separation at the same time, it can be determined that the bonding wave has simultaneously propagated in directions between the 90° and 45° directions. Information on the detection results of the outer periphery fiber sensor 220e is output to, for example, the control unit 70 and used to set the timing for stopping suction by the first to fifth suction units 181 to 185 in the bonding process for the next lot.
- the actuator part 191 of the pushing part 190 is raised to the upper chuck 141. Furthermore, the operation of the vacuum pumps 207a and 207b is stopped, the vacuum pumping of the first substrate W in the suction region 204 is stopped, and the suction and holding of the first substrate W by the lower chuck 140 is stopped.
- the laminated substrate T in which the second substrate S and the first substrate W are bonded together, is transported by the substrate transport device 61 to the transition device 51, and then transported by the substrate transport device 22 of the carry-in/out station 2 to the desired FOUP F T on the FOUP mounting plate 11. In this way, the series of processes for bonding the substrates W and S is completed.
- the timing at which the third suction unit 183 releases the second substrate S in the 90° direction is set earlier than the timing at which the fourth suction unit 184 releases the second substrate S in the 45° direction. Furthermore, the timing at which the first suction unit 181 releases the second substrate S in the 90° direction is set earlier than the timing at which the second suction unit 182 releases the second substrate S in the 45° direction. This allows the timing at which the bonding region A advances to be approximately the same in the 90° direction and the 45° direction, making the bonding wave uniform. Making the bonding wave uniform reduces distortion of the bonded laminated substrates T.
- step St16 the displacement sensor 210 and fiber sensor 220 are used to monitor the bonding wave and inspect the bonded state of the second substrate S and the first substrate W.
- various disturbances may cause the bonding wave to become uneven.
- a warning can be issued to improve product yield.
- the timing for stopping suction by the first to fifth suction units 181 to 185 when bonding the subsequent second substrate S and first substrate W can be corrected based on the detection results of the displacement sensor 210 and fiber sensor 220.
- another suction unit connected to another vacuum pump may be provided between the first suction unit 181 and the second suction unit 182.
- this other suction unit By providing this other suction unit in a direction between the 90° and 45° directions, the bonding wave can be controlled in directions between the 90° and 45° directions by controlling the timing at which the other suction unit stops suction. This allows for more uniform bonding waves.
- the detection result of the peripheral fiber sensor 220e may be used to control this other suction unit. For example, after the peripheral fiber sensor 220e detects that the second substrate S has been released from the upper chuck 141, the suction of this other suction unit is stopped. This allows for more precise control of the bonding wave in directions between the 90° and 45° directions.
- Bonding device 140 Lower chuck 141 Upper chuck 190 Pushing portion 193 Striker 210 Displacement sensor 220 Fiber sensor W First substrate S Second substrate
Landscapes
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Combinations Of Printed Boards (AREA)
Abstract
第1基板と第2基板を接合する接合装置であって、上面に前記第1基板を真空引きして吸着保持する第1保持部と、前記第1保持部の上方に設けられ、下面に前記第2基板を真空引きして吸着保持する第2保持部と、前記第2保持部に設けられ、前記第2基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第2保持部に設けられ、当該第2保持部からの第2基板の離脱を検出する複数の第1検出部と、複数の第2検出部と、を備え、前記第1検出部は、少なくとも当該第1検出部に対応した位置において前記第2保持部から前記第2基板が離脱した際の前記第2保持部と前記第2基板との距離を検出することが可能な変位センサを備え、前記第2検出部は、少なくとも当該第2検出部に対応した位置において前記第2保持部から前記第2基板の離脱したか否かを検出することが可能なファイバセンサを備える。
Description
本開示は、接合装置及び接合方法に関する。
特許文献1には、基板同士を接合する接合装置であって、基板検出部によって、第1保持部に保持された第1基板が、当該第1保持部から離脱する際のボンディングウェーブを検出する接合装置が開示されている。
本開示にかかる技術は、基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切に行う。
本開示の一態様は、第1基板と第2基板を接合する接合装置であって、上面に前記第1基板を真空引きして吸着保持する第1保持部と、前記第1保持部の上方に設けられ、下面に前記第2基板を真空引きして吸着保持する第2保持部と、前記第2保持部に設けられ、前記第2基板の中心部を押圧する押動部材と、前記第2保持部に設けられ、当該第2保持部からの第2基板の離脱を検出する複数の第1検出部と、複数の第2検出部と、を備え、前記第1検出部は、少なくとも当該第1検出部に対応した位置において前記第2保持部から前記第2基板が離脱した際の前記第2保持部と前記第2基板との距離を検出することが可能な変位センサを備え、前記第2検出部は、少なくとも当該第2検出部に対応した位置において前記第2保持部から前記第2基板の離脱したか否かを検出することが可能なファイバセンサを備える。
本開示によれば、基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切に行うことができる。
近年、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。高集積化した複数の半導体デバイスを水平面内で配置し、これら半導体デバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、また配線遅延が大きくなることが懸念される。
そこで、半導体デバイスを3次元に積層する3次元集積技術を用いることが提案されている。この3次元集積技術においては、例えば特許文献1に記載の接合システムを用いて、2枚の半導体基板(以下、「基板」という。)の接合が行われる。例えば接合システムは、基板の接合される表面を改質する表面改質装置と、当該表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、当該表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、を有している。この接合システムでは、表面改質装置において基板の表面に対してプラズマ処理を行い当該表面を改質し、さらに表面親水化装置において基板の表面に純水を供給して当該表面を親水化する。その後、接合装置において基板同士をファンデルワールス力及び水素結合(分子間力)によって接合する。
上記接合装置は、上面に一の基板(以下「第1基板」という)を保持する下チャックと、下チャックの上方に設けられ下面に他の基板(以下「第2基板」という)を保持する上チャックと、上チャックに設けられ、第2基板の中心部を押圧する押動部材と、を有する。かかる接合装置では、上チャックに保持された第2基板と下チャックに保持された第1基板を対向配置した状態で、押動部材によって第2基板の中心部と第1基板の中心部を押圧して当接させ、当該中心部同士が接合して接合領域が形成される。その後、基板の中心部から外周部に向けて、接合領域が拡大(伝搬)していく、いわゆるボンディングウェーブが発生する。そして、第2基板と第1基板が接合される。
接合後の重合基板の歪みを抑えるためには、ボンディングウェーブが、基板の中心部から外周部に向けて均等に、すなわち同心円状に拡大していくことが好ましい。上述した特許文献1に記載された接合装置では、ボンディングウェーブをモニタリングする基板検出部が開示されている。これについて、より詳細にボンディングウェーブの伝搬の挙動をモニタリングするために、基板検出部を上チャックにおけるより多くの地点に設けることが求められている。しかしながら、上チャックにおいては基板検出部以外にも種々の構成要素が設けられるため、基板検出部をより多く設ける場合には、他の構成要素の設計自由度を低下させる恐れがある。換言すれば、他の構成要素を考慮すると、基板検出部をより多く設けることが困難である。したがって、従来の基板の接合処理には改善の余地があった。
そこで、本開示にかかる技術は、基板の接合処理の状態を検査し、当該接合処理を適切に行う。以下、本実施形態にかかる接合システムの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<接合システムの構成>
先ず、本実施の形態にかかる接合システムの構成について説明する。図1は、接合システム1の構成の概略を示す平面図である。図2は、接合システム1の内部構成の概略を示す側面図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向を規定し、Z軸正方向を鉛直上向き方向とする。
先ず、本実施の形態にかかる接合システムの構成について説明する。図1は、接合システム1の構成の概略を示す平面図である。図2は、接合システム1の内部構成の概略を示す側面図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向を規定し、Z軸正方向を鉛直上向き方向とする。
接合システム1では、図3に示すように例えば2枚の基板としての第1基板Wと第2基板Sを接合して重合基板Tを得る。なお、以下の説明において、第1基板W及び第2基板Sをあわせて、単に「基板」と称する場合がある。第1基板Wにおいて、第2基板Sと接合された面を表面Waといい、表面Waと反対側の面を裏面Wbという。同様に、第2基板Sにおいて、第1基板Wに接合された面を表面Saといい、表面Saと反対側の面を裏面Sbという。
第1基板Wは、例えばシリコンウェハなどの半導体基板であって、表面Waに複数の回路等を含むデバイス層Dが形成されている。第2基板Sは、第1基板Wを支持する基板である。第2基板Sには、所望の波長の可視光が透過する材料が用いられ、例えばシリコンウェハが用いられる。
なお、接合システム1によって接合される2枚の基板の組み合わせは上記に限定されず、所望の組み合わせの基板を接合することができる。一実施形態において、第1基板と第2基板は、ともにデバイスウェハである。また他の一実施形態において、第1基板Wはデバイスウェハであり、第2基板はエピタキシャルウェハである。
以下の説明において、第1基板Wが下側に配置され、第2基板Sが上側に配置されるものとする。ただし、かかる配置は説明の便宜上のものであって、これに限定されない。
接合システム1は、図1に示すように例えば外部との間で複数の基板W、S、複数の重合基板Tをそれぞれ収容可能なフープFW、FS、FTが搬入出される搬入出ステーション2と、基板W、S、重合基板Tに対して所望の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション3とを一体に接続した構成を有している。また、一実施形態において、処理ステーション3に隣接して、検査ステーション4が設けられる。
搬入出ステーション2には、フープ載置台10が設けられている。フープ載置台10には、複数、例えば4つのフープ載置板11が設けられている。フープ載置板11は、水平方向のY軸方向(図1中の上下方向)に一列に並べて配置されている。これらのフープ載置板11には、接合システム1の外部に対してフープFW、FS、FTを搬入出する際に、フープFW、FS、FTを載置することができる。このように、搬入出ステーション2は、複数の第1基板W、複数の第2基板S、複数の重合基板Tを保有可能に構成されている。なお、フープ載置板11の個数は、本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。また、フープの1つを異常基板の回収用として用いてもよい。すなわち、種々の要因で第2基板Sと第1基板Wとの接合に異常が生じた基板を、他の正常な重合基板Tと分離することができるフープである。本実施形態においては、複数のフープFTのうち、1つのフープFTを異常基板の回収用として用い、他のフープFTを正常な重合基板Tの収容用として用いている。
搬入出ステーション2には、フープ載置台10に隣接して基板搬送部20が設けられている。基板搬送部20には、Y軸方向に延伸する搬送路21上を移動自在な基板搬送装置22が設けられている。基板搬送装置22は、鉛直方向及び鉛直軸(Z軸)周り(θ方向)にも移動自在である。また基板搬送装置22は、各フープ載置板11上のフープFW、FS、FTと、後述する処理ステーション3の第3の処理ブロックG3のトランジション装置50、51との間で基板W、S、重合基板Tを搬送できる。
処理ステーション3には、各種装置を備えた複数例えば3つの処理ブロックG1、G2、G3が設けられている。例えば処理ステーション3の正面側(図1のY軸負方向側)には、第1処理ブロックG1が設けられ、処理ステーション3の背面側(図1のY軸正方向側)には、第2処理ブロックG2が設けられている。また、処理ステーション3の搬入出ステーション2側(図1のX軸負方向側)には、第3の処理ブロックG3が設けられている。
第1処理ブロックG1には、例えば基板W、Sの表面Wa、Saを改質する表面改質装置30が配置されている。表面改質装置30では、例えば減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガス又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが表面Wa、Saに照射されて、表面Wa、Saがプラズマ処理され、改質される。
第2処理ブロックG2には、例えば純水によって基板W、Sの表面Wa、Saを親水化すると共に当該表面Wa、Saを洗浄する表面親水化装置40、基板W、Sを接合する接合装置41が、搬入出ステーション2側からこの順で水平方向のX軸方向に並べて配置されている。なお、接合装置41の構成については後述する。
表面親水化装置40では、例えばスピンチャックに保持された基板W、Sを回転させながら、当該基板W、S上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は基板W、Sの表面Wa、Sa上を拡散し、表面Wa、Saが親水化される。
第3の処理ブロックG3には、例えば図2に示すように基板W、S、重合基板Tのトランジション装置50、51が下から順に2段に設けられている。
図1に示すように第1処理ブロックG1~第3の処理ブロックG3に囲まれた領域には、基板搬送領域60が形成されている。基板搬送領域60には、例えば基板搬送装置61が配置されている。基板搬送装置61は、例えば鉛直方向、水平方向(X軸方向、Y軸方向)及び鉛直軸(Z軸)周りに移動自在な搬送アームを有している。基板搬送装置61は、基板搬送領域60内を移動し、周囲の第1処理ブロックG1、第2処理ブロックG2及び第3の処理ブロックG3内の所望の装置に基板W、S、重合基板Tを搬送できる。また、基板搬送装置61は、検査ステーション4に基板W、S、重合基板Tを搬送できる。
以上の接合システム1には、図1に示すように少なくとも1つの制御部70が設けられている。制御部70は、本開示において述べられる種々の工程を接合システム1に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部70は、ここで述べられる種々の工程を実行するように接合システム1の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部70の一部又は全てが接合システム1に含まれてもよい。制御部70は、処理部、記憶部及び通信インターフェースを含んでもよい。制御部70は、例えばコンピュータにより実現される。処理部は、記憶部から種々の制御動作を行うことを可能にするロジック又はルーチンを提供するプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部に格納され、処理部によって記憶部から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェースに接続されている通信回線であってもよい。記憶媒体は、一時的なものであっても非一時的なものであってもよい。処理部は、CPU(Central Processing Unit)であってもよく、1つ又は複数の回路であってもよい。記憶部は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェースは、LAN(Local Area Network)等の通信回線を介して接合システム1との間で通信してもよい。
<接合装置の構成>
(接合装置の全体構成)
次に、上述した接合装置41の構成について説明する。接合装置41は、図4及び図5に示すように内部を密閉可能な処理容器100を有している。処理容器100の基板搬送領域60側の側面には、基板W、S、重合基板Tの搬入出口101が形成され、当該搬入出口101には開閉シャッタ102が設けられている。
(接合装置の全体構成)
次に、上述した接合装置41の構成について説明する。接合装置41は、図4及び図5に示すように内部を密閉可能な処理容器100を有している。処理容器100の基板搬送領域60側の側面には、基板W、S、重合基板Tの搬入出口101が形成され、当該搬入出口101には開閉シャッタ102が設けられている。
処理容器100の内部は、内壁103によって、搬送領域R1と処理領域R2に区画されている。上述した搬入出口101は、搬送領域R1における処理容器100の側面に形成されている。また、内壁103にも、基板W、S、重合基板Tの搬入出口104が形成されている。
搬送領域R1のY軸正方向側には、基板W、S、重合基板Tを一時的に載置するためのトランジション110が設けられている。トランジション110は、例えば2段に形成され、基板W、S、重合基板Tのいずれか2つを同時に載置することができる。
搬送領域R1には、基板搬送機構111が設けられている。基板搬送機構111は、例えば鉛直方向、水平方向(X軸方向、Y軸方向)及び鉛直軸(Z軸)周りに移動自在な搬送アームを有している。そして、基板搬送機構111は、搬送領域R1内、又は搬送領域R1と処理領域R2との間で基板W、S、重合基板Tを搬送できる。
搬送領域R1のY軸負方向側には、基板W、Sの水平方向の向きを調節する位置調節機構120が設けられている。位置調節機構120は、基板W、Sを保持して回転させる保持部(図示せず)を備えた基台121と、基板W、Sのノッチ部の位置を検出する検出部122と、を有している。そして、位置調節機構120では、基台121に保持された基板W、Sを回転させながら検出部122で基板W、Sのノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節して基板W、Sの水平方向の向きを調節している。なお、基台121において基板W、Sを保持する構造は特に限定されるものではなく、例えばピンチャック構造やスピンチャック構造など、種々の構造が用いられる。
また、搬送領域R1には、第2基板Sの表裏面を反転させる反転機構130が設けられている。反転機構130は、第2基板Sを保持する保持アーム131を有している。保持アーム131は、水平方向(X軸方向)に延伸している。また保持アーム131には、第2基板Sを保持する保持部材132が例えば4箇所に設けられている。
保持アーム131は、例えばモータなどを備えた駆動部133に支持されている。この駆動部133によって、保持アーム131は水平軸周りに回動自在である。また保持アーム131は、駆動部133を中心に回動自在であると共に、水平方向(X軸方向)に移動自在である。駆動部133の下方には、例えばモータなどを備えた他の駆動部(図示せず)が設けられている。この他の駆動部によって、駆動部133は鉛直方向に延伸する支持柱134に沿って鉛直方向に移動できる。このように駆動部133によって、保持部材132に保持された第2基板Sは、水平軸周りに回動できると共に鉛直方向及び水平方向に移動できる。また、保持部材132に保持された第2基板Sは、駆動部133を中心に回動して、位置調節機構120から後述する上チャック141との間を移動できる。
処理領域R2には、第1基板Wを上面で載置して吸着保持する第1保持部としての下チャック140と、第2基板Sを下面で吸着保持する第2保持部としての上チャック141とが設けられている。下チャック140は、上チャック141の下方に設けられ、上チャック141と対向配置可能に構成されている。すなわち、下チャック140に保持された第1基板Wと上チャック141に保持された第2基板Sは対向して配置可能となっている。
上チャック141は、当該上チャック141の上方に設けられた上チャックステージ150に支持されている。上チャックステージ150には、下チャック140に保持された第1基板Wの表面Waを撮像する上部撮像部151が設けられている。すなわち、上部撮像部151は上チャック141に隣接して設けられている。上部撮像部151には、例えばCCDカメラが用いられる。
上チャックステージ150は、当該上チャックステージ150の上方において、複数の支持部材を介して処理容器100の天井面に設けられた、移動機構としての回転部153に支持されている。回転部153は、上チャックステージ150及び上チャック141を鉛直軸(Z軸)周りに回転させるように構成されている。なお、回転部153は、例えば図示しないサーボドライバと、図示しないサーボモータとを内蔵する。
回転部153には、測定部としてのリニアスケール154が設けられている。リニアスケール154は、上チャック141のθ方位角(Z軸回転方向位置)を測定する。なお、リニアスケール154は、回転部153のθ方位角を測定するが、回転部153、支持部材152、上チャックステージ150及び上チャック141は剛体であり、実質的に上チャック141のθ方位角を測定する。
なお、上チャック141を回転させる構成と上チャック141のθ方位角を測定する構成は、本実施形態に限定されず、任意に設計可能である。
下チャック140は、当該下チャック140の下方に設けられた下チャックステージ160に支持されている。下チャックステージ160には、上チャック141に保持された第2基板Sの表面Saを撮像する下部撮像部161が設けられている。すなわち、下部撮像部161は下チャック140に隣接して設けられている。下部撮像部161には、例えばCCDカメラが用いられる。
下チャックステージ160は、当該下チャックステージ160の下方に設けられた、移動機構としての第1下チャック移動部164に支持されている。第1下チャック移動部164は、後述するように下チャック140を水平方向(X軸方向)に移動させるように構成されている。また、第1下チャック移動部164は、下チャック140を鉛直方向(Z軸方向)に移動させるように構成されている。なお、第1下チャック移動部164は、例えば図示しないサーボドライバと、図示しないサーボモータとを内蔵する。また、本実施形態では第1下チャック移動部164が下チャック140をX軸方向とZ軸方向に移動させたが、下チャック140をX軸方向に移動させる移動部とZ軸方向に移動させる移動部が個別に設けられていてもよい。
第1下チャック移動部164は、当該第1下チャック移動部164の下面側に設けられ、水平方向(X軸方向)に延伸する一対のレール165、165に取り付けられている。そして、第1下チャック移動部164は、レール165に沿って移動自在に構成されている。
一対のレール165、165は、移動機構としての第2下チャック移動部166に配設されている。第2下チャック移動部166は、当該第2下チャック移動部166の下面側に設けられ、水平方向(Y軸方向)に延伸する一対のレール167、167に取り付けられている。そして、第2下チャック移動部166は、レール167に沿って移動自在に構成され、すなわち下チャック140を水平方向(Y軸方向)に移動させるように構成されている。なお、第2下チャック移動部166は、例えばサーボドライバと、サーボモータとを内蔵する。また、一対のレール167、167は、処理容器100の底面に設けられた載置台168上に配設されている。
なお、下チャック140をX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に移動させる構成と、下チャック140のX軸方向位置、Y軸方向位置及びZ軸方向位置を測定する構成は、本実施形態に限定されず、任意に設計可能である。
(上チャックと下チャックの構成)
次に、接合装置41の下チャック140と上チャック141の詳細な構成について説明する。上チャック141には、図6に示すようにピンチャック方式が採用されている。上チャック141は、平面視において第2基板Sの径以上の径を有する本体部170を有している。本体部170の下面には、第2基板Sの裏面Sbに接触する複数のピン171が設けられている。なお、図7においては、ピン171の図示を省略している。
次に、接合装置41の下チャック140と上チャック141の詳細な構成について説明する。上チャック141には、図6に示すようにピンチャック方式が採用されている。上チャック141は、平面視において第2基板Sの径以上の径を有する本体部170を有している。本体部170の下面には、第2基板Sの裏面Sbに接触する複数のピン171が設けられている。なお、図7においては、ピン171の図示を省略している。
本体部170の中心部には、当該本体部170を厚み方向に貫通する貫通孔172が形成されている。この本体部170の中心部は、上チャック141に吸着保持される第2基板Sの中心部に対応している。そして貫通孔172には、後述する押動部190における、押動部材としてのアクチュエータ部191の先端部(ストライカ193)が挿通するようになっている。
また、本体部170の下面には、第2基板Sを真空引きして吸着する複数の吸引部としての第1~第5吸引部181~185が設けられている。第1~第5吸引部181~185は、それぞれピン171と同じ高さを有し、第2基板Sの裏面Sbに接触する。なお図6は第1吸引部181及び第3吸引部183を通る断面図であり、これらのみ図示している。
図7に示すように、第1吸引部181、第2吸引部182、第3吸引部183及び第4吸引部184は、それぞれ平面視において円弧形状を有している。
第1吸引部181及び第2吸引部182は、本体部170の外周部において、当該本体部170と同心円の円周上に複数、周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。第1吸引部181は図7の後述する90°方向の各方向において所望の数、本実施形態では各方向に5つずつ、計20個が設けられる。また、第2吸引部182は図7の後述する45°方向の各方向において所望の数、本実施形態では各方向に5つずつ、計20個が設けられる。
第3吸引部183及び第4吸引部184は、第1吸引部181及び第2吸引部182の内側かつ第5吸引部185の外側において、本体部170と同心円の円周上に複数、周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。第3吸引部183は図7の後述する90°方向の各方向において所望の数、本実施形態では各方向に5つずつ、計20個が設けられる。また、第4吸引部184は図7の後述する45°方向の各方向において所望の数、本実施形態では各方向に5つずつ、計20個が設けられる。
第5吸引部185は、平面視において円環形状を有している。第5吸引部185は、第1~第4吸引部181~184よりも本体部170の内周側において、当該本体部170と同心円の円周上に複数、例えば3つ、径方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。なお、第1~第4吸引部181~184の中心部と第5吸引部185の中心部は、本体部170の中心線上に配置されている。
図8に示すように、第1~第5吸引部181~185には、それぞれ第1~第5吸引管181a~185aを介して、第1~第5真空ポンプ181b~185bが接続されている。第1~第5吸引管181a~185aには、それぞれ複数の第1~第5吸引部181~185が接続される分岐部と、分岐部が合流し第1~第5真空ポンプ181b~185bに接続される合流部を備える。第1~5真空ポンプ181b~185bによる真空引きによって、第1~第5吸引部181~185は個別に第2基板Sを吸着することができる。
図6に戻り、上チャックステージ150の上面には、第2基板Sの中心部を押圧する押動部190が設けられている。押動部190は、当接部材としてのアクチュエータ部191とシリンダ部192とを有している。なお、図7においては、押動部190の図示を省略している。
アクチュエータ部191は、電空レギュレータ(図示せず)から供給される空気により一定方向に一定の圧力を発生させるもので、圧力の作用点の位置によらず当該圧力を一定に発生させることができる。そして、電空レギュレータからの空気によって、アクチュエータ部191は、第2基板Sの中心部と当接して当該第2基板Sの中心部にかかる押圧荷重を制御することができる。また、アクチュエータ部191の先端部に設けられた押動部材としてのストライカ193は、電空レギュレータからの空気によって、貫通孔172を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。
アクチュエータ部191は、シリンダ部192に支持されている。シリンダ部192は、例えばモータを内蔵した駆動部(図示せず)によってアクチュエータ部191を鉛直方向に移動させることができる。
以上のように押動部190は、アクチュエータ部191によって押圧荷重の制御をし、シリンダ部192によってアクチュエータ部191の移動の制御をしている。そして、押動部190は、後述する基板W、Sの接合時に、第2基板Sの中心部と第1基板Wの中心部とを当接させて押圧することができる。
下チャック140には、上チャック141と同様にピンチャック方式が採用されている。下チャック140は、平面視において第1基板Wの径以上の径を有する本体部200を有している。本体部200の上面には、第1基板Wの裏面Sbに接触する複数のピン201が設けられている。また、本体部200の上面の外周部には、ピン201と同じ高さを有し、第1基板Wの裏面Sbの外周部を支持する外側リブ202が設けられている。外側リブ202は、複数のピン201の外側に環状に設けられている。
また、本体部200の上面には、外側リブ202の内側において、ピン201と同じ高さを有し、第1基板Wの裏面Sbを支持する内側リブ203が設けられている。内側リブ203は、外側リブ202と同心円状に環状に設けられている。そして、外側リブ202の内側の領域204(以下、吸引領域204という場合がある。)は、内側リブ203の内側の第1吸引領域204aと、内側リブ203の外側の第2吸引領域204bとに区画されている。
本体部200の上面には、第1吸引領域204aにおいて、第1基板Wを真空引きするための第1吸引口205aが形成されている。第1吸引口205aは、例えば第1吸引領域204aにおいて1箇所に形成されている。第1吸引口205aには、本体部200の内部に設けられた第1吸引管206aが接続されている。さらに第1吸引管206aには、第1真空ポンプ207aが接続されている。
また、本体部200の上面には、第2吸引領域204bにおいて、第1基板Wを真空引きするための第2吸引口205bが形成されている。第2吸引口205bは、例えば第2吸引領域204bにおいて2箇所に形成されている。第2吸引口205bには、本体部200の内部に設けられた第2吸引管206bが接続されている。さらに第2吸引管206bには、第2真空ポンプ207bが接続されている。
そして、第1基板W、本体部200及び外側リブ202に囲まれて形成された吸引領域204a、204bをそれぞれ吸引口205a、205bから真空引きし、吸引領域204a、204bを減圧する。このとき、吸引領域204a、204bの外部の雰囲気が大気圧であるため、第1基板Wは減圧された分だけ大気圧によって吸引領域204a、204b側に押され、下チャック140に第1基板Wが吸着保持される。また、下チャック140は、第1吸引領域204aと第2吸引領域204b毎に第1基板Wを真空引き可能に構成されている。
下チャック140において、本体部200の中心部付近には、当該本体部200を厚み方向に貫通する貫通孔(図示せず)が例えば3箇所に形成されている。そして貫通孔には、第1下チャック移動部164の下方に設けられた昇降ピンが挿通するようになっている。
本体部200の外周部には、基板W、S、重合基板Tが下チャック140から飛び出したり、滑落したりするのを防止するガイド部材(図示せず)が設けられている。ガイド部材は、本体部200の外周部に複数個所、例えば4箇所に等間隔に設けられている。
なお、接合装置41における各部の動作は、上述した制御部70によって制御される。
なお、接合装置41における各部の動作は、上述した制御部70によって制御される。
(第1検出部及び第2検出部)
後述するように第2基板Sと第1基板Wを接合する際には、先ず、押動部190によって第2基板Sの中心部を押し下げる。そして第2基板Sの中心部を第1基板Wの中心部に接触させ、第2基板Sの中心部と第1基板Wの中心部とが分子間力により接合されることによって両基板の中心部に接合領域が形成される。その後、接合領域が両基板W、Sの中心部から外周部に向かって伝搬するボンディングウェーブが発生して、第2基板S及び第1基板Wの表面Sa、Wa同士が全面で接合される。
後述するように第2基板Sと第1基板Wを接合する際には、先ず、押動部190によって第2基板Sの中心部を押し下げる。そして第2基板Sの中心部を第1基板Wの中心部に接触させ、第2基板Sの中心部と第1基板Wの中心部とが分子間力により接合されることによって両基板の中心部に接合領域が形成される。その後、接合領域が両基板W、Sの中心部から外周部に向かって伝搬するボンディングウェーブが発生して、第2基板S及び第1基板Wの表面Sa、Wa同士が全面で接合される。
本体部170には、このボンディングウェーブを把握するために、第1検出部及び第2検出部が設けられている。
具体的には、本体部170には、当該本体部170からの第2基板Sの離脱を検出する、第1検出部としての変位センサ210が設けられている。図7に示すように、変位センサ210は、本体部170の外周部であって第1、第2吸引部181、182と第3、4吸引部183、184との間において、本体部170と同心円の円周上に複数、例えば8個、周方向に並べて45°の間隔をあけて配置されている。また、変位センサ210は、本体部170の中心部近傍、例えば貫通孔172の近傍に1つ配置されている。以下の説明において、第1、第2吸引部181、182と第3、4吸引部183、184との間に配置された変位センサ210を外周変位センサ210eと記載し、本体部170の中心部に配置された変位センサ210を中央変位センサ210c記載する場合がある
変位センサ210には、例えば静電容量センサ又は距離測長センサを用いてもよい。静電容量センサを用いる場合、第2基板Sとの静電容量を測定することで、上チャック141と第2基板Sとの距離を測定することができる。また、距離測長センサを用いる場合、変位センサ210から第2基板Sにレーザ光を発し、変位センサ210においてその反射光を受光することで、上チャック141と第2基板Sとの距離を測定することができる。このように上チャック141と第2基板Sとの距離を測定することで、当該センサ175における第2基板Sと第1基板Wの当接状態(換言すれば、上チャック141からの第2基板Sの離脱状態)を検出することができる。これにより、ボンディングウェーブを把握することができる。
一実施形態において、下チャック140は中央部と外周部の高さが異なり、外周部が中央部と比較して低く構成されている。換言すれば、一実施形態にかかる下チャック140は、外周部が中央部と比較して上チャック141から遠くなるように構成されている。この場合であっても、中央変位センサ210c及び外周変位センサ210eが設けられていることにより、高さの異なる中央部と外周部でそれぞれの第2基板Sの移動距離を検出することができ、ボンディングウェーブを把握することができる。
また、変位センサ210には、例えば流体センサを用いてもよい。かかる場合、本体部170には吸着パッド(図示せず)が設けられ、すなわち図6及び図7に示す符号「210」の位置には吸着パッドが設けられ、変位センサ210はこの吸着パッドに接続される吸引管(図示せず)に設けられている。なお、吸着パッドは、第2基板Sを吸着して保持することを目的とするものではなく、ボンディングウェーブに影響しない程度の微小な圧力、例えば-10kPa程度で第2基板Sを真空引きする。そして、変位センサ210は、各吸引管を流れる気体の流量又は圧力を測定する。例えば上チャック141から第2基板Sが離脱した場合、吸引管内の気体の流れが変わり、その気体の流量及び圧力が変化する。変位センサ210は、この吸引管内の気流の変化を測定し、上チャック141からの第2基板Sの離脱(換言すれば、第2基板Sと第1基板Wの当接状態)を検出することができる。また、かかる流量又は圧力の値から、上チャック141及び第2基板Sの距離を決定することができる。この場合、吸引管を流れる気体の流量又は圧力の値と、上チャック141及び第2基板Sの距離との関係は、予め取得していてもよい。これにより、ボンディングウェーブを把握することができる。なお、変位センサ210は、第1~第5吸引管181a~185aにそれぞれ設けられていてもよい。一実施形態において、図6及び図7に示す符号「210」には上記の吸着パッドに代えて、エア噴出部が設けられる。当該エア噴出部にはエア供給管が接続され、変位センサ210としての流体センサは当該エア供給管に設けられる。エア噴出部は、第2基板Sに向かって、ボンディングウェーブに影響しない程度の微小な圧力でエアを噴出するように構成される。そして、上記の場合と同様に、変位センサ210は、各エア供給管を流れる当該エアの流量又は圧力を測定する。かかる流量又は圧力の値から、上チャック141及び第2基板Sの距離を決定することができる。
一実施形態において、中央変位センサ210cは押動部190に含まれる。この場合、一例として、押動部190は、アクチュエータ部191におけるストライカ193の移動距離を測定可能な測定部(図示せず)を備える。当該測定部におけるストライカ193の移動距離の測定結果は、制御部70に出力される。制御部70は、出力されたストライカ193の移動距離を、本体部170と第2基板Sの距離として決定する。したがって、押動部190における当該測定部は、一実施形態にかかる中央変位センサ210cとしての作用を有する。
また本体部170には、当該本体部170からの第2基板Sの離脱を検出する、第2検出部としてのファイバセンサ220が設けられている。本実施形態において、ファイバセンサ220は外周ファイバセンサ220e、中間ファイバセンサ220m、内周ファイバセンサ220cを含む。図7に示すように、外周ファイバセンサ220eは、第1、第2吸引部181、182と第3、4吸引部183、184との間において、本体部170と同心円の円周上に複数、例えば8個、周方向に並べて45°の間隔をあけて配置されている。外周ファイバセンサ220eは、外周変位センサ210eと周方向に交互に配置されている。中間ファイバセンサ220m及び内周ファイバセンサ220cは、複数の第5吸引部185の間において、本体部170と同心円の円周上に複数、周方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。中間ファイバセンサ220mは、最外周の第5吸引部185と中間の第5吸引部185との間において、周方向に複数、例えば16個並べて22.5°の間隔をあけて配置されている。内周ファイバセンサ220cは、中間の第5吸引部185と最内周の第5吸引部185との間において、周方向に複数、例えば8個並べて45°の間隔をあけて配置されている。また、中間ファイバセンサ220m及び内周ファイバセンサ220cは、中央変位センサ210cより外周部側かつ外周変位センサ210eより中央部側に複数設けられる。本実施形態にかかる中間ファイバセンサ220m及び内周ファイバセンサ220cはさらに、本体部170の中心線上において、中央変位センサ210cと外周変位センサ210eとの間に、径方向に並べて所定の間隔をあけて配置されている。
ファイバセンサ220としては、反射式のファイバセンサを用いる。ファイバセンサ220は第2基板Sに向けて光を発し、さらにファイバセンサ220においてその反射光を受光して受光量を測定する。そして、この反射光の受光量を測定することにより、光軸と第2基板Sとの直交度を把握することができる。すなわち、反射光量が小さい場合、光軸と第2基板Sとの直交度が大きく(第2基板Sの傾きが大きく)、第2基板Sは上チャック141から離脱しているものの、第1基板Wと当接していない状態を意味している。一方、反射光量が大きい場合、光軸と第2基板Sとの直交度が小さく(第2基板Sの傾きが小さく)、第2基板Sが上チャック141から離脱し、第1基板Wに当接している状態を意味している。したがって、ファイバセンサ220で反射光量を測定することで、当該ファイバセンサ220の位置における第2基板Sと第1基板Wの当接状態(換言すれば、上チャック141からの第2基板Sの離脱状態)を検出することができる。これにより、ボンディングウェーブを把握することができる。
また、ファイバセンサ220としての反射式のファイバセンサは、一般に変位センサ210としての静電容量センサ又は距離測長センサと比較して、少なくとも本体部170において占有する部分が小さい。このため、変位センサ210を同じ数設けた場合よりも、上チャック141における他の構成要素の設計自由度を向上することができる。換言すれば、検出部の全てを変位センサ210で構成した場合よりも、ファイバセンサ220を用いることで多くの地点に検出部を配置することができる。これにより、より詳細なボンディングウェーブの伝搬の挙動を把握することができる。
一実施形態において、ファイバセンサ220としては、白色光を発するもの(本明細書において「白色ファイバセンサ」と記載する)を用いる。本発明者らが鋭意検討したところ、白色ファイバセンサを用いた場合に以下の利点があることが分かった。
白色光は、検出感度に関し第2基板Sの表面に形成され得る膜種の影響を受けにくい。具体的には、例えば従来のファイバセンサでは発光効率の観点から赤色光が用いられているが、ある膜種は赤色光の吸光度が高く、当該膜種における赤色光の反射率が低いことがわかった。これに対して、ファイバセンサ220として白色ファイバセンサを用いることで、第2基板S上の膜種によらず所望の反射率を確保することができ、所望の検出感度を得ることができる。
また白色光を用いた場合、第2基板Sが上チャック141から離脱しある距離だけ移動したときの、移動前と移動後のファイバセンサ220が受光する光量差が、単位移動量当たりの光量差のばらつきよりも十分に大きくなることがわかった。このため、白色ファイバセンサは、光量差のばらつきの影響を考慮しても、第2基板Sが離脱したことを検知するのに十分な検出感度を備えることがわかった。
かかる変位センサ210及びファイバセンサ220は、本体部170の中心について回転対称、例えば45度の回転対称となるように、本体部170の中心を通る中心線(図7中の1点鎖線)上に配置されている。
ここで、第2基板Sは、例えば表面Saと垂直な方向における結晶方向が[100]である単結晶シリコン基板である。第2基板Sは、第2基板Sの[011]結晶方向の外縁に形成されたノッチ部を基準に上チャック141に吸着されている。ボンディングウェーブは、第2基板Sの中心部から第2基板Sの表面Saに対して平行な[0-11]結晶方向に向かう方向を基準とする、図7に示す0°、90°、180°、270°の方向(本明細書において「90°方向」という場合がある。)と比較し、第2基板Sの中心部から第2基板Sの表面Saに対して平行な[010]結晶方向に向かう方向を基準とする、図7に示す45°、135°、225°、315°の方向(本明細書において「45°方向」という場合がある。)に速く伝搬する。この結果、各吸引部における吸引を同時に停止した場合には、接合開始時(中心部接合時)に円形状であったボンディングウェーブの形状は、伝搬するにつれて45°方向を頂点とする四角形に近づいていくこととなる。
本実施形態では、変位センサ210が本体部170と同心円周上に8つ設けられ、すなわち90°方向と45°方向の両方に設けられている。したがって、これら変位センサ210を用いて上チャック141からの第2基板Sの離脱を検出することで、90°方向と45°方向で異なる速度で伝搬するボンディングウェーブの挙動を把握することができる。
また、ファイバセンサ220が設けられることにより、ボンディングウェーブのより詳細な伝搬の挙動を把握することができる。例えば、90°方向及び45°方向について、中央変位センサ210cから外周変位センサ210eへ向かう途中に設けられたファイバセンサ220による検出結果を用いて、各方向における変位センサ210間の検出結果を補足することができる。また、ファイバセンサ220は90°方向と45°方向との間の中間方向における中心線上にも配置されている。当該中間方向におけるファイバセンサ220による検出結果を用いることで、より詳細にボンディングウェーブの挙動を把握することができる。
かかる変位センサ210及びファイバセンサ220の検出結果は、制御部70に出力される。制御部70では、変位センサ210及びファイバセンサ220の検出結果に基づいて、第1~第5吸引部181~185の動作を制御する。
例えば0°の方向において、ボンディングウェーブは、中央変位センサ210cから、第5吸引部185、内周ファイバセンサ220c、第5吸引部185、中間ファイバセンサ220m、第5吸引部185、第3吸引部183、外周変位センサ210e、及び、第1吸引部181を、この順に伝搬する。複数の第5吸引部185、第1吸引部181及び第3吸引部183のそれぞれの間には、変位センサ210又はファイバセンサ220が配置されている。これにより、制御部70では、例えば以下のようなリアルタイム制御が可能である。すなわち、中央変位センサ210cにおいて上チャック141からの第2基板Sの離脱を検出した後、複数の第5吸引部185に対する第5真空ポンプ185bの吸引を停止し、第5吸引部185から第2基板Sを離脱させる。その後、ボンディングウェーブが伝搬し、内周ファイバセンサ220c及び中間ファイバセンサ220mにおいて順に上チャック141からの第2基板Sの離脱を検出する。中間ファイバセンサ220mにおいて離脱を検出した後、第3吸引部183に対する第3真空ポンプ183bの吸引を停止し、第3吸引部183から第2基板Sを離脱させる。その後、外周変位センサ210eにおいて上チャック141からの第2基板Sの離脱を検出する。さらにその後、第1吸引部181に対する第1真空ポンプ181bの吸引を停止し、第1吸引部181から第2基板Sを離脱させる。同時に、このようなリアルタイム制御を他の90°方向及び45°方向のそれぞれについても実行する。これにより、各方向でボンディングウェーブの伝搬速度が異なる場合であっても、第1~第4吸引部181~184の直前までボンディングウェーブが伝搬した後に、第1~第4吸引部181~184から第2基板Sを離脱させることができる。その結果、第1~第4吸引部181~184の直前までボンディングウェーブが伝搬する前に第1~第4吸引部181~184から第2基板Sを離脱させた場合よりも、第2基板Sと第1基板Wの当接時の衝突力を緩和することができる。これにより、適切に当接を行うことができる。
<接合処理方法>
次に、以上のように構成された接合システム1を用いて行われる基板W、Sの接合方法について説明する。図10は、かかる基板接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。
次に、以上のように構成された接合システム1を用いて行われる基板W、Sの接合方法について説明する。図10は、かかる基板接合処理の主な工程の例を示すフローチャートである。
先ず、複数枚の第2基板Sを収容したフープFS、複数枚の第1基板Wを収容したフープFW、及び空のフープFTが、搬入出ステーション2の所定のフープ載置板11に載置される。その後、基板搬送装置22によりフープFS内の第2基板Sが取り出され、処理ステーション3の第3の処理ブロックG3のトランジション装置50に搬送される。
次に第2基板Sは、基板搬送装置61によって第1処理ブロックG1の表面改質装置30に搬送される。表面改質装置30では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガス又は窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオン又は窒素イオンが第2基板Sの表面Saに照射されて、当該表面Saがプラズマ処理される。そして、第2基板Sの表面Saが改質される(図10の工程St1)。
次に第2基板Sは、基板搬送装置61によって第2処理ブロックG2の表面親水化装置40に搬送される。表面親水化装置40では、スピンチャックに保持された第2基板Sを回転させながら、当該第2基板S上に純水を供給する。そうすると、供給された純水は第2基板Sの表面Sa上を拡散し、表面改質装置30において改質された第2基板Sの表面Saに水酸基(シラノール基)が付着して当該表面Saが親水化される。また、当該純水によって、第2基板Sの表面Saが洗浄される(図10の工程St2)。
次に第2基板Sは、基板搬送装置61によって第2処理ブロックG2の接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された第2基板Sは、トランジション110を介して基板搬送機構111により位置調節機構120に搬送される。そして位置調節機構120によって、第2基板Sの水平方向の向きが調節される(図10の工程St3)。
その後、位置調節機構120から反転機構130の保持アーム131に第2基板Sが受け渡される。続いて搬送領域R1において、保持アーム131を反転させることにより、第2基板Sの表裏面が反転される(図10の工程St4)。すなわち、第2基板Sの表面Saが下方に向けられる。
その後、反転機構130の保持アーム131が、駆動部133を中心に回動して上チャック141の下方に移動する。そして、反転機構130から上チャック141に第2基板Sが受け渡される。第2基板Sは、上チャック141にその裏面Sbが吸着保持される(図10の工程St5)。具体的には、第1~第5真空ポンプ181b~185bを作動させ、第1~第5吸引部181~185で第2基板Sを真空引きし、第2基板Sが上チャック141に吸着保持される。
第2基板Sに上述した工程St1~St5の処理が行われている間、当該第2基板Sに続いて第1基板Wの処理が行われる。先ず、基板搬送装置22によりフープFW内の第1基板Wが取り出され、処理ステーション3のトランジション装置50に搬送される。
次に第1基板Wは、基板搬送装置61によって表面改質装置30に搬送され、第1基板Wの表面Waが改質される(図10の工程St6)。なお、工程St6における第1基板Wの表面Waの改質は、上述した工程St1と同様である。
その後、第1基板Wは、基板搬送装置61によって表面親水化装置40に搬送され、第1基板Wの表面Waが親水化される共に当該表面Waが洗浄される(図10の工程St7)。なお、工程St7における第1基板Wの表面Waの親水化及び洗浄は、上述した工程St2と同様である。
その後、第1基板Wは、基板搬送装置61によって接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された第1基板Wは、トランジション110を介して基板搬送機構111により位置調節機構120に搬送される。そして位置調節機構120によって、第1基板Wの水平方向の向きが調節される(図10の工程St8)。
その後、第1基板Wは、基板搬送機構111によって下チャック140に搬送され、下チャック140にその裏面Wbが吸着保持される(図10の工程St9)。具体的には、真空ポンプ207a、207bを作動させ、吸引領域204a、204bにおいて吸引口205a、205bを介して第1基板Wを真空引きし、第1基板Wが下チャック140に吸着保持される。
次に、上チャック141に保持された第2基板Sと下チャック140に保持された第1基板Wとの水平方向の位置調節を行う。具体的には、第1下チャック移動部164と第2下チャック移動部166によって下チャック140を水平方向(X方向及びY方向)に移動させ、上部撮像部151を用いて、第1基板Wの表面Wa上の予め定められた基準点を順次撮像する。同時に、下部撮像部161を用いて、第2基板Sの表面Sa上の予め定められた基準点を順次撮像する。撮像された画像は、制御部70に出力される。制御部70では、上部撮像部151で撮像された画像と下部撮像部161で撮像された画像に基づいて、第2基板Sの基準点と第1基板Wの基準点がそれぞれ合致するような位置に下チャック140を移動させる。下チャック140の移動は、第1下チャック移動部164と第2下チャック移動部166によって行う。こうして第2基板Sと第1基板Wの水平方向位置が調節される(図10の工程St10)。
なお、工程St10では、上述のように下チャック140を水平方向に移動させると共に、第1下チャック移動部164によって下チャック140を回転させて、当該下チャック140の回転方向位置(下チャック140の向き)も調節される。
その後、第1下チャック移動部164によって下チャック140を鉛直上方に移動させる。そして、上チャック141と下チャック140の鉛直方向位置の調節を行い、当該上チャック141に保持された第2基板Sと下チャック140に保持された第1基板Wとの鉛直方向位置の調節を行う(図10の工程St11)。なお、第1基板Wの表面Waと第2基板Sの表面Saとの間隔は所定の距離、例えば20μm~400μmに調節される。そして、図10に示すように第2基板Sと第1基板Wが所定の位置に対向配置される。
次に、上チャック141に保持された第2基板Sと下チャック140に保持された第1基板Wの接合処理が行われる。
本実施形態では、上述したようにボンディングウェーブが均一になるように、第1~第5吸引部181~185の吸引停止のタイミングをリアルタイム制御する場合について説明する。なお、説明の便宜上、90°方向における第1、第3吸引部181、183の吸引停止のタイミングについて説明するが、45°方向における第2、第4吸引部182、184の吸引停止のタイミングの制御についても同様である。
なお、接合処理においては、リアルタイム制御に限られず、予め第1~第5吸引部181~185の吸引停止のタイミングが設定されていてもよい。すなわち、例えば前ロットの第2基板Sに対して変位センサ210及びファイバセンサ220によりボンディングウェーブの伝搬を検出する。そして、その検出結果に基づいて、今回ロットの第2基板Sに対する、第1~第5吸引部181~185の吸引停止のタイミングが設定され得る。
先ず、制御部70から押動部190に下降指令が出力され(図9のSt12)、押動部190では、この下降指令に基づいてシリンダ部192によってアクチュエータ部191を下降させる。そうすると、アクチュエータ部191の下降に伴い、ストライカ193が第2基板Sの裏面Sbの中心部に当接した後(図9のSt13)、さらに第2基板Sの中心部Scが押圧されて下降する(図9のSt14)。そして、図11に示すように、ストライカ193によって、第2基板Sの中心部と第1基板Wの中心部Wcを当接させて押圧する(図9のSt15)。このとき、中央変位センサ210cにおいて、第2基板Sの表面Saが上チャック141から離脱したことを検出する。離脱の検出後、第5真空ポンプ185bの作動を停止して、第5吸引部185における第2基板Sの吸引を停止する。同時に、第1、第3真空ポンプ181b、183bは作動させたままにし、第1、第3吸引部181、183における吸引を継続する。そして、ストライカ193で第2基板Sの中心部Scを押圧する際にも、上チャック141によって第2基板Sの外周部を保持することができる。また、中央変位センサ210cの検出結果の情報は、例えば制御部70に出力され、次ロットの接合処理における第1~第5吸引部181~185の吸引停止のタイミングの設定に用いられる。
第2基板Sの中心部Scと第1基板Wの中心部Wcを当接させて押圧すると、当該中心部Sc、Wcの間で接合が開始する(図11中の太線部)。すなわち、第2基板Sの表面Saと第1基板Wの表面WaはそれぞれSt1、St6において改質されているため、先ず、表面Wa、Sa間にファンデルワールス力(分子間力)が生じ、当該表面Wa、Sa同士が接合される。さらに、第2基板Sの表面Saと第1基板Wの表面WaはそれぞれSt2、St7において親水化されているため、表面Wa、Sa間の親水基が水素結合し(分子間力)、表面Wa、Sa同士が強固に接合される。そして図12に示すように、上述した表面Wa、表面Sa間のファンデルワールス力と水素結合による接合は、中心部Sc、Wcから外周部に向けて拡散する(図9のSt16)。
その後、第2基板Sと第1基板Wとの間では、中心部から外周部に向けて接合領域Aが拡大していくボンディングウェーブが発生する。ボンディングウェーブが伝搬する際に、内周ファイバセンサ220c及び中間ファイバセンサ220mにおいて、第2基板Sの表面Saが上チャック141から離脱したことを検出する。
内周ファイバセンサ220c及び中間ファイバセンサ220における離脱の検出後、第3真空ポンプ183bの作動を停止して、第3吸引部183における第2基板Sの吸引を停止する。同時に、第1真空ポンプ181bは作動させたままにし、第1吸引部181における吸引を継続する。一実施形態において、第3吸引部183における吸引停止のタイミングは、45°方向において第4吸引部184における第2基板Sの吸引停止のタイミングと異なる。内周ファイバセンサ220c及び中間ファイバセンサ220mの検出結果の情報は、例えば制御部70に出力され、次ロットの接合処理における第1~第5吸引部181~185の吸引停止のタイミングの設定に用いられる。
第3吸引部183における第2基板Sの吸引を停止した後、図13に示すように、接合領域Aは、外周部に向けてさらに拡散する。このとき、外周変位センサ210eにおいて、第2基板Sの表面Saが上チャック141から離脱したことを検出する。離脱の検出後、第1真空ポンプ181bの作動を停止して、第1吸引部181における第2基板Sの吸引を停止する。一実施形態において、第1吸引部181における吸引停止のタイミングは、45°方向において第2吸引部182における第2基板Sの吸引停止のタイミングと異なる。外周変位センサ210eの検出結果の情報は、例えば制御部70に出力され、次ロットの接合処理における第1~第5吸引部181~185の吸引停止のタイミングの設定に用いられる。
その後、図14に示すように、第2基板Sの外周部が第1基板W上に落下し、第2基板Sの表面Saと第1基板Wの表面Waが全面で当接し、第2基板Sと第1基板Wが接合される(図9のSt17)。
一実施形態において、外周変位センサ210eにおいて、第2基板Sの表面Saが上チャック141から離脱したことを検出する際に、外周ファイバセンサ220eにおいて、第2基板Sの表面Saが上チャック141から離脱したか否かを検出する。例えば、外周変位センサ210eにおいて離脱を検出した場合に、同時に外周ファイバセンサ220eにおいても離脱を検出した場合は、90°方向及び45°方向の間の方向においてもボンディングウェーブが同時に伝搬したと判断することができる。外周ファイバセンサ220eの検出結果の情報は、例えば制御部70に出力され、次ロットの接合処理における第1~第5吸引部181~185の吸引停止のタイミングの設定に用いられる。
その後、押動部190のアクチュエータ部191を上チャック141まで上昇させる。また、真空ポンプ207a、207bの作動を停止し、吸引領域204における第1基板Wの真空引きを停止して、下チャック140による第1基板Wの吸着保持を停止する。
第2基板Sと第1基板Wが接合された重合基板Tは、基板搬送装置61によってトランジション装置51に搬送され、その後搬入出ステーション2の基板搬送装置22によって所望のフープ載置板11のフープFTに搬送される。こうして、一連の基板W、Sの接合処理が終了する。
一実施形態において、90°方向における第3吸引部183が第2基板Sを離すタイミングを、45°方向における第4吸引部184が第2基板Sを離すタイミングよりも早くする。また、90°方向における第1吸引部181が第2基板Sを離すタイミングを、45°方向における第2吸引部182が第2基板Sを離すタイミングよりも早くする。これにより、90°方向及び45°方向において接合領域Aが進行するタイミングをほぼ同じにすることができ、ボンディングウェーブを均一にすることができる。ボンディングウェーブを均一にすることで、接合された重合基板Tの歪み(ディストーション)を抑制することができる。
なお、工程St16では、変位センサ210及びファイバセンサ220を用いてボンディングウェーブをモニタリングし、第2基板Sと第1基板Wの接合状態を検査する。この際、種々の外乱によりボンディングウェーブが不均一になる場合がある。かかる場合には、警告を発することで、製品の歩留まりを向上させることができる。また、このようにボンディングウェーブが不均一になる場合、変位センサ210及びファイバセンサ220の検出結果に基づいて、後続の第2基板Sと第1基板Wを接合する際の、第1~第5吸引部181~185の吸引停止のタイミングを補正することができる。
一実施形態において、第1吸引部181と第2吸引部182との間には、他の真空ポンプに接続された他の吸引部を備えていてもよい。90°方向及び45°方向の間の方向に設けられる当該他の吸引部によれば、当該他の吸引部の吸引停止のタイミングを制御することにより、ボンディングウェーブを90°方向及び45°方向の間の方向においても制御することができる。これにより、ボンディングウェーブをより均一にすることができる。一実施形態において、当該他の吸引部を備える場合に、外周ファイバセンサ220eの検出結果を用いて、当該他の吸引部を制御してもよい。例えば、外周ファイバセンサ220eにおいて上チャック141から第2基板Sが離脱したことを検出した後に、当該他の吸引部の吸引を停止する。これにより、ボンディングウェーブを90°方向及び45°方向の間の方向においてさらに詳細に制御することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
41 接合装置
140 下チャック
141 上チャック
190 押動部
193 ストライカ
210 変位センサ
220 ファイバセンサ
W 第1基板
S 第2基板
140 下チャック
141 上チャック
190 押動部
193 ストライカ
210 変位センサ
220 ファイバセンサ
W 第1基板
S 第2基板
Claims (11)
- 第1基板と第2基板を接合する接合装置であって、
上面に前記第1基板を真空引きして吸着保持する第1保持部と、
前記第1保持部の上方に設けられ、下面に前記第2基板を真空引きして吸着保持する第2保持部と、
前記第2保持部に設けられ、前記第2基板の中心部を押圧する押動部材と、
前記第2保持部に設けられ、当該第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出する複数の第1検出部と、複数の第2検出部と、を備え、
前記第1検出部は、少なくとも当該第1検出部に対応した位置において前記第2保持部から前記第2基板が離脱した際の前記第2保持部と前記第2基板との距離を検出することが可能な変位センサを備え、
前記第2検出部は、少なくとも当該第2検出部に対応した位置において前記第2保持部から前記第2基板が離脱したか否かを検出することが可能なファイバセンサを備える、接合装置。 - 前記第2保持部は、前記第2基板に接触して当該第2基板を真空引きして吸着する複数の吸引部を備え、
前記接合装置は、前記第1検出部及び前記第2検出部の検出結果に基づいて、前記吸引部を制御する制御部を備える、請求項1に記載の接合装置。 - 前記第1検出部は、前記第2保持部の中心部に設けられる中央変位センサと、前記第2保持部の外周部における前記第2保持部の同心円周上に設けられる外周変位センサと、を備え、
前記第2検出部のうち少なくとも一部は、前記中央変位センサより外周部側かつ前記外周変位センサより中央部側に複数設けられる、請求項2に記載の接合装置。 - 前記第2検出部のうち少なくとも一部は、前記中央変位センサと前記外周変位センサとを通る前記第2保持部の中心線上であって、前記第2保持部の同心円周上に設けられている、請求項3に記載の接合装置。
- 前記中央変位センサは、前記押動部材の移動を制御する押動部に設けられる、前記押動部材の移動距離を測定する測定部であり、
前記外周変位センサは、静電容量センサ、距離測長センサ又は流体センサのいずれかである、請求項3に記載の接合装置。 - 前記吸引部は、
前記外周変位センサの外側であって、前記第2保持部の90°方向に設けられる第1吸引部と、
前記外周変位センサの外側であって、前記第2保持部の45°方向に設けられる第2吸引部と、
前記外周変位センサと前記第2検出部との間であって、前記第2保持部の90°方向に設けられる第3吸引部と、
前記外周変位センサと前記第2検出部との間であって、前記第2保持部の45°方向に設けられる第4吸引部と、
前記第2検出部と前記中央変位センサとの間に設けられる第5吸引部と、を備え、
前記第1吸引部から前記第5吸引部は、それぞれ異なるタイミングで吸引停止の制御が可能に構成される、請求項3に記載の接合装置。 - 前記外周変位センサは、少なくとも前記第2保持部の90°方向及び45°方向に8個設けられている、請求項6に記載の接合装置。
- 前記制御部は、
前記第2保持部の90°方向について、
前記中央変位センサにおいて前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第5吸引部の吸引を停止し、前記第5吸引部から前記第2基板を離脱させることと、
前記第2検出部において前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第3吸引部の吸引を停止し、前記第3吸引部から前記第2基板を離脱させることと、前記外周変位センサにおいて前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第1吸引部の吸引を停止し、前記第1吸引部から前記第2基板を離脱させることと、を含む制御をこの順に実行し、
前記第2保持部の45°方向について、
前記中央変位センサにおいて前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第5吸引部の吸引を停止し、前記第5吸引部から前記第2基板を離脱させることと、
前記第2検出部において前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第4吸引部の吸引を停止し、前記第4吸引部から前記第2基板を離脱させることと、前記外周変位センサにおいて前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第2吸引部の吸引を停止し、前記第2吸引部から前記第2基板を離脱させることと、を含む制御をこの順に実行する、請求項7に記載の接合装置。 - 前記第2検出部は、白色ファイバセンサを備える、請求項1~8のいずれか一項に記載の接合装置。
- 接合装置を用いて第1基板と第2基板を接合する接合方法であって、
前記接合装置は、
上面に前記第1基板を真空引きして吸着保持する第1保持部と、
前記第1保持部の上方に設けられ、下面に前記第2基板を真空引きして吸着保持する第2保持部と、
前記第2保持部に設けられ、前記第2基板の中心部を押圧する押動部材と、
前記第2保持部に設けられ、当該第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出する複数の第1検出部と、複数の第2検出部と、を備え、
前記第2保持部は、前記第2基板に接触して当該第2基板を真空引きして吸着する複数の吸引部を備え、
前記第1検出部は、少なくとも当該第1検出部に対応した位置において前記第2保持部から前記第2基板が離脱した際の前記第2保持部と前記第2基板との距離を検出することが可能な変位センサを備え、
前記第2検出部は、少なくとも当該第2検出部に対応した位置において前記第2保持部から前記第2基板が離脱したか否かを検出することが可能なファイバセンサを備え、
前記接合方法は、前記第1検出部及び前記第2検出部の検出結果に基づいて、前記吸引部を制御することを含む、接合方法。 - 前記第1検出部は、前記第2保持部の中心部に設けられる中央変位センサと、前記第2保持部の外周部における前記第2保持部の同心円周上に設けられる外周変位センサと、を備え、
前記第2検出部は、前記中央変位センサと前記外周変位センサとを通る前記第2保持部の中心線上であって、前記第2保持部の同心円周上に設けられ、
前記外周変位センサは、少なくとも前記第2保持部の90°方向及び45°方向に8個設けられ、
前記吸引部は、
前記外周変位センサの外側であって、前記第2保持部の90°方向に設けられる第1吸引部と、
前記外周変位センサの外側であって、前記第2保持部の45°方向に設けられる第2吸引部と、
前記外周変位センサと前記第2検出部との間であって、前記第2保持部の90°方向に設けられる第3吸引部と、
前記外周変位センサと前記第2検出部との間であって、前記第2保持部の45°方向に設けられる第4吸引部と、
前記第2検出部と前記中央変位センサとの間に設けられる第5吸引部と、を備え、
前記接合方法は、
前記第2保持部の90°方向について、
前記中央変位センサにおいて前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第5吸引部の吸引を停止し、前記第5吸引部から前記第2基板を離脱させることと、
前記第2検出部において前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第3吸引部の吸引を停止し、前記第3吸引部から前記第2基板を離脱させることと、前記外周変位センサにおいて前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第1吸引部の吸引を停止し、前記第1吸引部から前記第2基板を離脱させることと、をこの順に実行し、
前記第2保持部の45°方向について、
前記中央変位センサにおいて前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第5吸引部の吸引を停止し、前記第5吸引部から前記第2基板を離脱させることと、
前記第2検出部において前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第4吸引部の吸引を停止し、前記第4吸引部から前記第2基板を離脱させることと、前記外周変位センサにおいて前記第2保持部からの前記第2基板の離脱を検出することと、
前記第2吸引部の吸引を停止し、前記第2吸引部から前記第2基板を離脱させることと、をこの順に実行する、請求項10に記載の接合方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024-069583 | 2024-04-23 | ||
| JP2024069583 | 2024-04-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025225404A1 true WO2025225404A1 (ja) | 2025-10-30 |
Family
ID=97489998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2025/014338 Pending WO2025225404A1 (ja) | 2024-04-23 | 2025-04-10 | 接合装置及び接合方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TW202607835A (ja) |
| WO (1) | WO2025225404A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023027400A (ja) * | 2020-09-18 | 2023-03-01 | 東京エレクトロン株式会社 | 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 |
| JP2024042505A (ja) * | 2022-09-15 | 2024-03-28 | 東京エレクトロン株式会社 | 接合装置、および接合方法 |
-
2025
- 2025-04-09 TW TW114113361A patent/TW202607835A/zh unknown
- 2025-04-10 WO PCT/JP2025/014338 patent/WO2025225404A1/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023027400A (ja) * | 2020-09-18 | 2023-03-01 | 東京エレクトロン株式会社 | 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 |
| JP2024042505A (ja) * | 2022-09-15 | 2024-03-28 | 東京エレクトロン株式会社 | 接合装置、および接合方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202607835A (zh) | 2026-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI901930B (zh) | 接合裝置、接合系統、接合方法、接合程式及非暫時的電腦可讀取之記錄媒體 | |
| JP6407803B2 (ja) | 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 | |
| JP6908757B2 (ja) | 接合装置、接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体 | |
| JP7813851B2 (ja) | 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 | |
| JP6703619B2 (ja) | 接合装置、接合システム、接合方法及びコンピュータ記憶媒体 | |
| JP6616181B2 (ja) | 接合装置 | |
| JP2012186243A (ja) | 接合方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体、接合装置及び接合システム | |
| JP6929427B2 (ja) | 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 | |
| TW202607835A (zh) | 接合裝置及接合方法 | |
| CN120998805A (zh) | 基板保持装置和接合系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 25793729 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |