JP4635972B2 - ロードロック装置、それを使用した方法及びウエハ接合システム - Google Patents

Description

本発明は、複数のウェハを重ね合わせ、半導体集積回路を製造するウェハ接合装置用のロードロック装置、及びウェハ接合システムに関する。特に、複数のウェハ接合装置に、接合処理を効率的に実施させることができる、ロードロック装置、及びウェハ接合システムに関する。

半導体集積回路を使用するノートパソコンや携帯電話などは、近年、ますます高度の機能を備えるようになっている。この結果、半導体集積回路の高密度化、高機能化の要求が高まっている。

半導体集積回路の高密度化、高機能化のための一つの方法は、ウェハを積層することである。ウェハの積層を行うには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、２枚のウェハあるいは既に積層されたウェハとさらに積層するつぎのウェハの電極同士を接触させ、接合することが必要である。ウェハの電極同士を接合する場合に重要な点は、電極同士を均一に接触させることと電極接合面を活性化させることである。電極同士を均一に接触させるには、接合面の平面度を上げることが必要である。また、電極接合面を活性化させるには、たとえば、加熱を行う。

このようにウェハを接合するため、加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行う装置が開発されている（たとえば、特許文献１）。

ウェハの加圧および加熱は、真空中で実施するのが好ましいので、ウェハ接合装置は、真空チャンバ内に設置される。そこで、接合処理前のウェハを大気雰囲気から真空チャンバ内へ移動させ、また、接合処理済のウェハを真空チャンバ内から大気雰囲気へ移動させるために、ロードロック装置が使用される。ロードロック装置は、ウェハなどの対象物を密閉した内部に収納して、内部を大気雰囲気から真空雰囲気に、または真空雰囲気から大気雰囲気に切り替えることのできる装置である。

ウェハの接合を効率的に行うには、ウェハ接合装置によってウェハの接合を連続的に行う必要がある。ウェハ接合装置によってウェハの接合を連続的に行うには、ロードロック装置が、接合処理済のウェハを真空チャンバ内のウェハ接合装置から大気雰囲気へ取り出すと共に、接合処理前のウェハを大気雰囲気から真空チャンバ内のウェハ接合装置へ供給する必要がある。さらに、ロードロック装置によって、複数のウェハ接合装置がウェハの接合処理を連続的に実施することができるようにすれば、さらに効率的である。

しかし、複数のウェハ接合装置に、接合処理を効率的に実施させることができる、ロードロック装置は開発されていなかった。

特開2005-302858号公報

複数のウェハ接合装置に、接合処理を効率的に実施させることができる、ロードロック装置、及びウェハ接合システムに対するニーズがある。

本発明によるロードロック装置は、複数のウェハ接合装置から、接合処理済のウェハを受け取ると共に、前記複数のウェハ接合装置へ接合処理前のウェハを供給する。本発明によるロードロック装置は、少なくとも一部の側面に前記複数のウェハ接合装置とのゲートおよび大気雰囲気とのゲートを備える。本発明によるロードロック装置は、少なくとも一対の格納室を備え、一対の格納室の一方が、所定のウェハ接合装置へ供給する接合処理前のウェハを格納する場合に、他方が、所定のウェハ接合装置から受け取った接合処理済のウェハを格納する。一対の格納室は互いに鉛直方向に配置され、一方および他方の格納室は、鉛直方向にゲート位置まで移動し、所定のウェハ接合装置または大気雰囲気との間で、ゲートを通してウェハを水平方向に受け渡しできるように構成されたことを特徴とする。

本発明のロードロック装置によれば、一対の格納室の一方を、ウェハ接合装置とのゲートまで移動させて、ウェハ接合装置から接合処理済のウェハを受け取り格納する動作、および、接合処理前のウェハを格納した、一対の格納室の他方を当該ウェハ接合装置とのゲートまで移動させて、格納したウェハを接合装置へ供給する動作を効率的に行うことができる。

また、ロードロック装置は、少なくとも一部の側面に複数のウェハ接合装置とのゲートおよび大気雰囲気とのゲートを備え、一対の格納室は、互いに鉛直方向に配置するので、ロードロック装置および複数のウェハ接合装置をコンパクトに配置することができる。

本発明の一実施形態によれば、ロードロック装置は、外形が直方体であり、直方体の３個の側面に３個のウェハ接合装置とのゲートが配置され、他の側面に大気雰囲気とのゲートが配置されている。

したがって、ロードロック装置および３台の複数のウェハ接合装置をコンパクトに配置することができる
本発明の他の実施形態によれば、一対の格納室の少なくとも一つが、接合処理済のウェハを冷却するための装置を備えている。

ロードロック装置において、真空雰囲気から大気雰囲気への切替え中に、格納室に格納された処理後のウェハを冷却することにより、ウェハ接合装置による冷却時間を短縮し、ウェハ接合装置のスループットを向上させることができる。

本発明の他の実施形態によれば、一対の格納室の少なくとも一つが、接合処理前のウェハを加熱するための装置を備えている。

ロードロック装置において、大気雰囲気から真空雰囲気への切替え中に、格納された処理前のウェハを加熱することにより、ウェハ接合装置による加熱時間を短縮し、ウェハ接合装置のスループットを向上させることができる。

本発明によるウェハ接合システムは、本発明によるロードロック装置と、複数のウェハ接合装置をと有することを特徴とする。

本発明によれば、複数のウェハ接合装置に、接合処理を効率的に実施させることができる、ロードロック装置が得られる。

図１は、本発明の一実施形態による、ロードロック装置全体、及びウェハ接合システムの構成を示す平面図である。本実施形態において、ロードロック装置１０１は、外形が直方体であり、ロードロック装置１０１の水平断面は矩形である。直方体の３個の側面には、３個の真空チャンバ２０１、２０３および２０５が隣接して配置されている。真空チャンバ内のウェハ接合装置は、加熱・加圧工程によってウェハの接合処理を行う。このため、真空チャンバを加熱加圧チャンバとも呼称する。上記３個の側面は、ロードロック装置１０１とウェハ接合装置の３個の真空チャンバ２０１、２０３および２０５とをそれぞれ接続する、３個のゲートを備える。直方体の他の１個の側面は、大気雰囲気に接している。上記他の１個の側面は、ロードロック装置１０１と大気雰囲気とを接続するゲートを備える。

本実施形態において、ロードロック装置の水平断面は矩形であるが、一般的に隣接する加熱加圧チャンバの数に応じて多角形であってよい。

図２は、本発明の一実施形態による、ロードロック装置全体の構成を示す側面図である。本実施形態において、ロードロック装置１０１は、ウェハを格納する、第１の格納室１０３および第２の格納室１０５を備える。

本実施形態において、ロードロック装置の格納室の数は２個であるが、一般的に３個以上であってもよい。加熱加圧チャンバのウェハ接合装置を連続的に稼働させるには、加熱加圧チャンバのウェハ接合装置からウェハを受け取るための格納室、および加熱加圧チャンバのウェハ接合装置へウェハを供給するための格納室の、一対の格納室が必要であるので、偶数個の格納室を備えるのが好ましい。

本実施形態において、ロードロック装置１０１は、所定の高さにおいて、ゲート１１１を備える。図２において、簡単のため、ロードロック装置１０１の１個の側面のゲートのみを示す。実際には、ロードロック装置１０１の４個の側面に４個のゲートが設けられている。４個のゲートは、３個の真空チャンバ２０１、２０３および２０５ならびに大気雰囲気との間で、ウェハを水平方向に移動させることができるように配置される。本実施形態において、４個のゲートは同じ高さに配置される。

本実施形態において、ゲートを通してウェハを水平方向に移動させるためのアームなどは、ウェハ接合装置および大気雰囲気側に備える。

第１の格納室１０３および第２の格納室１０５は、互いに鉛直方向に配置され、駆動装置１０７によって鉛直方向に移動することができるように構成される。駆動装置１０７は、空気圧駆動のシリンダであってもよい。

一般的に、ウェハを受け取るためおよびウェハを供給するための一対の格納室は、互いに鉛直方向に配置するのが好ましい。さらに、複数対の格納室を互いに鉛直方向に配置しても、互いに水平方向に配置してもよい。

本実施形態において、接合されるウェハは、ウェハホルダＷＨに保持され、アライメントされたものであってもよい。本明細書および特許請求の範囲において、ウェハホルダに保持されたウェハを単にウェハとも呼称する。

図２の（Ａ）において、第１の格納室１０３が、ゲート１１１の位置となるように駆動装置１０７が制御されている。第１の格納室は、ゲート１１１を通してウェハホルダＷＨを受け取り格納する。

図２の（Ｂ）において、第１の格納室１０３および第２の格納室１０５にそれぞれウェハホルダＷＨが格納されている。

図２の（Ｃ）において、第２の格納室１０５が、ゲート１１１の位置となるように駆動装置１０７が制御されている。

このように、ロードロック装置１０１は、第１の格納室１０３が、ゲート１１１の位置となる状態（上昇状態）と第２の格納室１０５が、ゲート１１１の位置となる状態（下降状態）とを有する。

第１の格納室１０３および第２の格納室１０５は、格納したウェハを加熱するための装置または冷却するための装置のいずれかまたは両方を備えてもよい。加熱するための装置は、電熱ヒータで、熱電対または測温抵抗体などのセンサを設置してセンサからの計測値に基づいて温度制御できるようにしてもよい。冷却するための装置は、水冷チラー、気体パージあるいはその組合せであってもよい。

図３は、本実施形態によるロードロック装置１０１の動作（工程）を示す図である。

図３において、冷却バッファは第１の格納室１０３を表わす。後で説明するように、第１の格納室１０３は、接合処理済のウェハを受け取り、冷却するからである。加熱バッファは第２の格納室１０５を表わす。第２の格納室１０５は、後で説明するように、接合処理前のウェハを受け取り予備加熱するからである。ＧＶは、ゲートを表わす。Ｙアームは、ウェハを移送するアームを表わす。

初期状態として、加熱加圧チャンバ２０１（Ｎｏ．１）、２０３（Ｎｏ．２）および２０５（Ｎｏ．３）のウェハ接合装置において、ウェハＷ１、Ｗ２およびＷ３の接合処理が実施されている。

ロードロック装置１０１の工程１において、ロードロック装置１０１は、加熱加圧チャンバＮｏ．１から、接合処理済のウェハＷ１を受け取り、加熱加圧チャンバＮｏ．１へ接合処理前のウェハＷ４を供給する。

図４乃至７は、ロードロック装置１０１の状態を示す図である。

図４（Ａ）は、ロードロック装置１０１の初期状態を示す図である。ロードロック装置１０１は上昇状態であり、第１の格納室１０３がゲートの高さにある。第１の格納室１０３は空であり、第２の格納室１０５が接合処理前のウェハＷ４を格納している。

図８は、ロードロック装置１０１の、工程１にける動作を示す流れ図である。

図８のステップＳ８０１０において、ロードロック装置１０１の第１の格納室１０３が、加熱加圧チャンバＮｏ．１から接合処理済のウェハＷ１を受け取る。

図４（Ｂ）は、ロードロック装置１０１の第１の格納室１０３が、加熱加圧チャンバＮｏ．１から接合処理済のウェハＷ１を受け取っている状態を示す図である。

図４（Ｃ）は、ロードロック装置１０１が上昇状態で、第１の格納室１０３が接合処理済のウェハＷ１を格納し、第２の格納室１０５が接合処理前のウェハＷ４を格納している状態を示す図である。

図８のステップＳ８０２０において、ロードロック装置１０１は、第２の格納室１０５から加熱加圧チャンバＮｏ．１へ接合処理前のウェハＷ４を供給することができるように、上昇状態から下降状態へ移行する。

図５（Ａ）は、ロードロック装置１０１が下降状態で、第１の格納室１０３が接合処理済のウェハＷ１を格納し、第２の格納室１０５が接合処理前のウェハＷ４を格納している状態を示す図である。

図８のステップＳ８０３０において、ロードロック装置１０１の第２の格納室１０５が、加熱加圧チャンバＮｏ．１へ接合処理前のウェハＷ４を供給する。

図５（Ｂ）は、ロードロック装置１０１の第２の格納室１０５が、加熱加圧チャンバＮｏ．１へ接合処理前のウェハＷ４を供給した状態を示す図である。

図８のステップＳ８０４０において、ロードロック装置１０１は、第１格納室１０３が、つぎに接合処理済のウェハＷ１を大気雰囲気へ渡すことができるように、下降状態から上昇状態へ移行する。

ロードロック装置１０１の工程２において、全てのゲートが閉じた状態で、ロードロック装置内の圧力が大気雰囲気に近づけられる。本工程において、第１の格納室１０３に格納された接合処理済のウェハＷ１が冷却されるのが好ましい。

ロードロック装置１０１の工程３において、ロードロック装置内の圧力が十分に大気雰囲気に近づいた状態で窒素パージを行う。

ロードロック装置１０１の工程４および工程５において、ロードロック装置１０１は、大気雰囲気へ接合処理済のウェハ１を渡すと共に、大気雰囲気から接合処理前のウェハＷ５を受け取る。

図６（Ａ）は、ロードロック装置１０１が上昇状態で、第１の格納室１０３が接合処理済のウェハＷ１を保持している状態を示す図である。

図９は、ロードロック装置１０１の、工程４および５にける動作を示す流れ図である。

図９のステップＳ９０１０において、ロードロック装置１０１の第１の格納室１０３が、大気雰囲気へ接合処理済のウェハＷ１を渡す。

図６（Ｂ）は、ロードロック装置１０１の第１の格納室１０３が、大気雰囲気へ接合処理済のウェハＷ１を渡した状態を示す図である。

図９のステップＳ９０２０において、ロードロック装置１０１は、第２の格納室１０５が大気雰囲気から接合処理前のウェハＷ５を受け取ることができるように、上昇状態から下降状態へ移行する。

図９のステップＳ９０３０において、第２の格納室１０５が、大気雰囲気から接合処理前のウェハＷ５を受け取る。

図７（Ａ）は、ロードロック装置１０１が下降状態で、第２の格納室１０５が、大気雰囲気から接合処理前のウェハＷ５を受け取っている状態を示す図である。

図７（Ｂ）は、ロードロック装置１０１の第２の格納室１０５が、接合処理前のウェハＷ５を格納した状態を示す図である。

図９のステップＳ９０４０において、ロードロック装置１０１は、第１格納室１０３が、つぎに接合処理済のウェハを受け取ることができるように、下降状態から上昇状態へ移行する。

図７（Ｃ）は、ロードロック装置１０１が上昇状態で、第２の格納室１０５が接合処理前のウェハＷ５を格納している状態を示す図である。

図９の流れ図に示した動作は、第１の格納室１０３が接合処理済のウェハを格納し、第２の格納室１０５が接合処理前のウェハを格納するようにした場合の動作である。第１の格納室１０３が接合処理済のウェハＷ１を大気雰囲気に渡した後に、第１の格納室１０３が接合処理前のウェハＷ５を大気雰囲気から受け取るようにしてもよい。その場合には、第１の格納室１０３が接合処理済のウェハＷ１を大気雰囲気に渡し、第１の格納室１０３が接合処理前のウェハＷ５を大気雰囲気から受け取る間、ロードロック装置１０１は上昇状態のままでよい。第１の格納室１０３が接合処理前のウェハＷ５を大気雰囲気から受け取った後、第２の格納室１０５が処理済のウェハを受け取ることができるように、ロードロック装置１０１を下降状態とする。

ロードロック装置１０１の工程６において、全てのゲートが閉じた状態で、ロードロック装置内の圧力が真空に近づけられる。本工程において、第２の格納室１０５に格納されている接合処理前のウェハＷ５が加熱されるのが好ましい。

ロードロック装置１０１の工程７において、ロードロック装置１０１は、加熱加圧チャンバＮｏ．２から、接合処理済のウェハＷ２を受け取り、加熱加圧チャンバＮｏ．２へ接合処理前のウェハＷ５を供給する。工程７の動作は、工程１の動作と同じである。これ以降、３台の加熱加圧チャンバに対して、工程１から６と同様の動作を繰り返す。

図１０は、加熱加圧チャンバのウェハ接合装置の動作を示す流れ図である。

図１０のステップＳ１０１０において、ウェハ接合装置は、ロードロック装置（Ｌ／Ｌ）から接合処理前のウェハを受け取る。本ステップは、加熱加圧チャンバＮｏ．１、加熱加圧チャンバＮｏ．２および加熱加圧チャンバＮｏ．３の工程１に対応する。また、本ステップは、ロードロック装置１０１の工程１、７、１２および１７に対応する。

図１０のステップＳ１０２０において、ウェハ接合装置は、受け取ったウェハを所定の温度まで加熱する。本ステップは、加熱加圧チャンバＮｏ．１、加熱加圧チャンバＮｏ．２および加熱加圧チャンバＮｏ．３の工程２乃至６に対応する。

図１０のステップＳ１０３０において、ウェハ接合装置は、ウェハを加圧し、加熱・加圧した状態で保持する。本ステップは、加熱加圧チャンバＮｏ．１、加熱加圧チャンバＮｏ．２および加熱加圧チャンバＮｏ．３の工程７乃至１１に対応する。

図１０のステップＳ１０４０において、ウェハ接合装置は、ウェハの加圧を中止する。

図１０のステップＳ１０５０において、ウェハ接合装置は、ウェハを冷却する。本ステップは、加熱加圧チャンバＮｏ．１、加熱加圧チャンバＮｏ．２および加熱加圧チャンバＮｏ．３の工程１２乃至１６に対応する。

図１０のステップＳ１０６０において、ウェハ接合装置は、接合処理済のウェハをロードロック装置１０１へ渡す。本ステップは、加熱加圧チャンバＮｏ．１、加熱加圧チャンバＮｏ．２および加熱加圧チャンバＮｏ．３の工程１に対応する。また、本ステップは、ロードロック装置１０１の工程４および５、９および１０ならびに１４および１５に対応する。

本実施形態によれば、１台のロードロック装置が、３台のウェハ接合装置に、接合処理を効率的に実施させることができる。さらに、ロードロック装置において、接合処理前のウェハを加熱し、接合処理済のウェハを冷却することにより、ウェハ接合装置の加熱・冷却時間を短縮し、スループットを向上させることができる。

本発明の一実施形態による、ロードロック装置全体の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態による、ロードロック装置全体の構成を示す側面図である。 本実施形態によるロードロック装置の動作を示す図である。 ロードロック装置の状態を示す図である。 ロードロック装置の状態を示す図である。 ロードロック装置の状態を示す図である。 ロードロック装置の状態を示す図である。 ロードロック装置の、工程１にける動作を示す流れ図である。 ロードロック装置の、工程４および５にける動作を示す流れ図である。 ウェハ接合装置の動作を示す流れ図である。

符号の説明

１０１…ロードロック装置、１０３…第１の格納室、１０５…第２の格納室、１０７…駆動装置

Claims (9)

1. 真空状態の複数のウェハ接合装置から、接合処理済のウェハを受け取ると共に、前記複数のウェハ接合装置へ接合処理前のウェハを供給するロードロック装置であって、少なくとも一部の側面に前記複数のウェハ接合装置とのゲートおよび大気雰囲気とのゲートを備え、ロードロック装置は、少なくとも一対の格納室を備え、前記一対の格納室の一方が、所定のウェハ接合装置へ供給する接合処理前のウェハを格納する場合に、他方が、前記所定のウェハ接合装置から受け取った接合処理済のウェハを格納し、前記一対の格納室は互いに鉛直方向に配置され、前記一方および他方の格納室は、鉛直方向にゲート位置まで移動し、前記所定のウェハ接合装置または大気雰囲気との間で、ゲートを通してウェハを水平方向に受け渡しできるように構成されたことを特徴とするロードロック装置。
2. 外形が直方体であり、直方体の３個の側面に３個のウェハ接合装置とのゲートが配置され、他の側面に大気雰囲気とのゲートが配置されたことを特徴とする請求項１に記載のロードロック装置。
3. 前記一対の格納室の少なくとも一つが、接合処理済のウェハを冷却するための装置を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のロードロック装置。
4. 前記一対の格納室の少なくとも一つが、接合処理前のウェハを加熱するための装置を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のロードロック装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のロードロック装置によって、ウェハ接合装置にウェハを供給する方法であって、
   大気雰囲気とのゲートを通してウェハを受け取り、前記一対の格納室のいずれかの格納室に格納するステップと、
   前記いずれかの格納室のウェハを、ゲートを通して前記所定のウェハ接合装置へ供給するステップと、を含む、ウェハ接合装置にウェハを供給する方法。
6. 前記いずれかの格納室においてウェハを加熱することを特徴とする請求項５に記載のウェハ接合装置にウェハを供給する方法。
7. 請求項１から４のいずれかに記載のロードロック装置によって、ウェハ接合装置からウェハを取り出す方法であって、
   ゲートを通して、前記所定のウェハ接合装置から接合処理済のウェハを受け取り、前記一対の格納室のいずれかの格納室に格納するステップと、
   前記いずれかの格納室のウェハを、当該大気雰囲気とのゲートを通して取り出すステップと、を含むウェハ接合装置からウェハを取り出す方法。
8. 前記いずれかの格納室においてウェハを冷却することを特徴とする請求項７に記載のウェハ接合装置からウェハを取り出す方法。
9. 請求項１から４のいずれかに記載のロードロック装置と、
   前記複数のウェハ接合装置とを有することを特徴とするウェハ接合システム。
   
   

Images