JP5355451B2 - 接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板同士を接合する接合装置に関する。

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、例えば貼り合わせ装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の接合が行われる。例えば貼り合わせ装置は、２枚のウェハを上下に配置した状態（以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。）で収容するチャンバーと、チャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部分を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有している。かかる貼り合わせ装置を用いた場合、ウェハ間のボイドの発生を抑制するため、チャンバー内を真空雰囲気にしてウェハ同士の接合が行われる。具体的には、先ず、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧し、当該中心部分を下ウェハに当接させる。その後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させて貼り合わせる（特許文献１）。

特開２００４−２０７４３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の貼り合わせ装置を用いた場合、チャンバー内全体を真空雰囲気にする必要があるため、ウェハをチャンバー内に収容してから真空雰囲気を形成するのに多大な時間を要する。この結果、ウェハ接合処理全体のスループットが低下することがあった。

また、かかる貼り合わせ装置を用いた場合、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧する際、当該上ウェハはスペーサで支持されているだけなので、下ウェハに対する上ウェハの位置がずれるおそれがあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板間のボイドの発生を抑制しつつ、基板の同士の接合を適切に効率よく行うことを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、上面に第１の基板を載置して保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の上方に当該第１の保持部材と対向して設けられ、下面に第２の基板を保持する第２の保持部材と、第１の基板と第２の基板の接合時に、第１の基板の一端部と、当該第１の基板の一端部に対向する第２の基板の一端部とを当接させて押圧する押動部材と、第２の基板の表裏面を反転させる反転機構と、前記接合装置内で第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送する搬送機構と、を有し、第２の保持部材は、第２の基板を真空引きして吸着保持し、当該第２の保持部材は、複数の領域に区画され、当該領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であることを特徴としている。

本発明によれば、先ず第１の基板が第１の保持部材に保持され、続いて反転機構によって第２の基板の表裏面が反転された後、当該第２の基板が第２の保持部材に保持される。その後、第１の基板と第２の基板を所定の間隔で対向配置して、押動部材によって第１の基板の一端部と第２の基板の一端部とを当接させて押圧する。そして、第１の基板の一端部と第２の基板の一端部が押圧された状態で、第２の基板の一端部側から他端部側に向けて、当該第２の基板を第１の基板に順次当接させ、第１の基板と第２の基板を接合することができる。したがって、例えば第１の基板と第２の基板との間にボイドとなりうる空気が存在している場合でも、空気は第２の基板が第１の基板と当接している箇所より常に外側、すなわち他端部側に存在することになり、当該空気を基板間から一方向に逃がすことができる。したがって、本発明によれば、基板間のボイドの発生を抑制しつつ、基板同士を適切に接合することができる。しかも、本発明によれば、従来のように基板を接合する際の雰囲気を真空雰囲気にする必要がないので、基板の接合を短時間で効率よく行うことができ、基板接合処理のスループットを向上させることができる。さらに本発明によれば、第２の基板が第２の保持部材に保持された状態で、第２の基板の一端部と第１を基板の一端部に当接させることができるので、第１の基板に対する第２の基板の位置がずれることがなく、基板の接合を適切に行うことができる。

前記接合装置内の圧力は、外部の圧力に対して陽圧であってもよい。

少なくとも前記第１の保持部材又は前記第２の保持部材は、少なくとも第１の基板又は第２の基板を冷却する冷却機構を有していてもよい。

第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを調節する位置調節機構を有し、前記反転機構は、前記位置調節機構と前記第２の保持部材との間を移動可能であってもよい。

第１の基板、第２の基板又は重合基板を外部との間で搬入出するために、当該第１の基板、第２の基板又は重合基板を一時的に載置するトランジションを有していてもよい。

別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、上面に第１の基板を載置して保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の上方に当該第１の保持部材と対向して設けられ、下面に第２の基板を保持する第２の保持部材と、第１の基板と第２の基板の接合時に、第１の基板の一端部と、当該第１の基板の一端部に対向する第２の基板の一端部とを当接させて押圧する押動部材と、第２の基板の表裏面を反転させる反転機構と、前記接合装置内で第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送する搬送機構と、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の間であって、前記押動部材に対向して配置されるガイド部材と、を有し、前記ガイド部材は、前記第２の保持部材に保持された第２の基板の他端部を支持し、且つ水平方向に移動自在に構成されていることを特徴としている。

また別な観点による本発明は、基板同士を接合する接合装置であって、上面に第１の基板を載置して保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の上方に当該第１の保持部材と対向して設けられ、下面に第２の基板を保持する第２の保持部材と、第１の基板と第２の基板の接合時に、第１の基板の一端部と、当該第１の基板の一端部に対向する第２の基板の一端部とを当接させて押圧する押動部材と、第２の基板の表裏面を反転させる反転機構と、前記接合装置内で第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送する搬送機構と、前記第１の保持部材又は第２の保持部材を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板との水平方向の位置合わせを行うために前記移動機構を制御する他の位置調節機構と、を有し、前記他の位置調節機構は、第１の基板の表面を撮像する第１の撮像部材と、第２の基板の表面を撮像する第２の撮像部材とを有し、前記移動機構は、前記第１の撮像部材によって撮像された画像における第１の基板の基準点と、前記第２の撮像部材によって撮像された画像における第２の基板の基準点と、が合致するように前記第１の保持部材と前記第２の保持部材の相対的な水平方向の位置を調節することをとしている。なお、基板の表面とは、基板が接合される接合面をいう。

本発明によれば、基板間のボイドの発生を抑制しつつ、基板の同士の接合を適切に効率よく行うことができる。

本実施の形態にかかる接合装置を備えた接合システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる接合装置を備えた接合システムの内部構成の概略を示す側面図である。 上ウェハと下ウェハの側面図である。 接合装置の構成の概略を示す横断面図である。 接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 位置調節機構の側面図である。 上部チャックの平面図である。 上部チャックの縦断面図である。 反転機構の側面図である。 接合装置に生じるに生じる気流の説明図である。 ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。 上ウェハと下ウェハの水平方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハの鉛直方向の位置を調節する様子を示す説明図である。 押動部材により上ウェハの一端部と下ウェハの一端部を押圧する様子を示す説明図である。 上部チャックの真空引きを領域毎に停止する様子を示す説明図である。 上ウェハと下ウェハが接合された様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかる接合装置の上部チャック及び下部チャック付近の様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる接合装置を備えた接合システム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。

接合システム１では、図３に示すように例えば２枚の基板としてのウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する。以下、上側に配置されるウェハを、第２の基板としての「上ウェハＷ_Ｕ」といい、下側に配置されるウェハを、第１の基板としての「下ウェハＷ_Ｌ」という。また、上ウェハＷ_Ｕが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｕ１」といい、当該表面Ｗ_Ｕ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｕ２」という。同様に、下ウェハＷ_Ｌが接合される接合面を「表面Ｗ_Ｌ１」といい、当該表面Ｗ_Ｌ１と反対側の面を「裏面Ｗ_Ｌ２」という。そして、接合システム１では、上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌを接合して、重合基板としての重合ウェハＷ_Ｔを形成する。

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ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔをそれぞれ収容可能なカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔが搬入出される搬入出ステーション２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔに対して所定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。

搬入出ステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。カセット載置台１０には、複数、例えば４つのカセット載置板１１が設けられている。カセット載置板１１は、水平方向のＸ方向（図１中の上下方向）に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板１１には、接合システム１の外部に対してカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔを搬入出する際に、カセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔ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、複数の上ウェハＷ_Ｕ、複数の下ウェハＷ_Ｌ、複数の重合ウェハＷ_Ｔを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板１１の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。また、カセットの１つを不具合ウェハの回収用として用いてもよい。すなわち、種々の要因で上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの接合に不具合が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハＷ_Ｔと分離することができるカセットである。本実施の形態においては、複数のカセットＣ_Ｔのうち、１つのカセットＣ_Ｔを不具合ウェハの回収用として用い、他のカセットＣ_Ｔを正常な重合ウェハＷ_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、カセット載置台１０に隣接してウェハ搬送部２０が設けられている。ウェハ搬送部２０には、Ｘ方向に延伸する搬送路２１上を移動自在なウェハ搬送装置２２が設けられている。ウェハ搬送装置２２は、鉛直方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板１１上のカセットＣ_Ｕ、Ｃ_Ｌ、Ｃ_Ｔ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との間でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_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Ｘ方向負方向側）には、第１の処理ブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２の処理ブロック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Ｙ方向負方向側）には、第３の処理ブロックＧ３が設けられている。

例えば第１の処理ブロックＧ１には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を活性化する表面活性化装置３０が配置されている。

例えば第２の処理ブロックＧ２には、例えば純水によってウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化すると共に当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を洗浄する表面親水化装置４０、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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Ｙ方向に並べて配置されている。

例えば第３の処理ブロックＧ３には、図２に示すようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_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の処理ブロックＧ１〜第３の処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域６０が形成されている。ウェハ搬送領域６０には、例えばウェハ搬送装置６１が配置されている。

ウェハ搬送装置６１は、例えば鉛直方向、水平方向（Ｙ方向、Ｘ方向）及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置６１は、ウェハ搬送領域６０内を移動し、周囲の第１の処理ブロックＧ１、第２の処理ブロックＧ２及び第３の処理ブロックＧ３内の所定の装置にウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。

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に示すように内部を密閉可能な処理容器７０を有している。処理容器７０のウェハ搬送領域６０側の側面には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口７１が形成され、当該搬入出口７１には開閉シャッタ７２が設けられている。なお、処理容器７０の内部には、ダウンフローと呼ばれる鉛直下方向に向かう気流を発生させている。そして、処理容器７０の内部の雰囲気は、後述する搬送領域Ｔ１の底面に形成された排気口７３から排気される。

処理容器７０の内部は、内壁７４によって、搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２に区画されている。上述した搬入出口７１は、搬送領域Ｔ１における処理容器７０の側面に形成されている。また、内壁７４にも、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの搬入出口７５が形成されている。

搬送領域Ｔ１のＸ方向正方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを一時的に載置するためのトランジション８０が設けられている。トランジション８０は、例えば２段に形成され、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_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Ｔ１には、Ｘ方向に延伸する搬送路８１上を移動自在なウェハ搬送体８２が設けられている。ウェハ搬送体は、図４及び図５に示すように鉛直方向及び鉛直軸周りにも移動自在であり、搬送領域Ｔ１内、又は搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔを搬送できる。なお、本実施の形態では、搬送路８１及びウェハ搬送体８２で搬送機構を構成している。

搬送領域Ｔ１のＸ方向負方向側には、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きを調節する位置調節機構９０が設けられている。位置調節機構９０は、図６に示すように基台９１と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを吸着保持して回転させる保持部９２と、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌのノッチ部の位置を検出する検出部９３と、を有している。そして、位置調節機構９０では、保持部９２に吸着保持されたウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを回転させながら検出部９３でウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ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ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きを調節している。

処理領域Ｔ２には、図４及び図５に示すように下ウェハＷ_Ｌを上面で載置して保持する第１の保持部材としての下部チャック１００と、上ウェハＷ_Ｕを下面で吸着保持する第２の保持部材としての上部チャック１０１とが設けられている。上部チャック１０１は、下部チャック１００の上方に設けられ、下部チャック１００と対向配置可能に構成されている。すなわち、下部チャック１００に保持された下ウェハＷ_Ｌと上部チャック１０１に保持された上ウェハＷ_Ｕは対向して配置可能となっている。

下部チャック１００の内部には、真空ポンプ（図示せず）に連通する吸引管（図示せず）が設けられている。この吸引管からの吸引により、下ウェハＷ_Ｌを下部チャック１００の上面に吸着保持できる。

下部チャック１００の下方には、図５に示すようにシャフト１０２を介してチャック駆動部１０３が設けられている。このチャック駆動部１０３により、下部チャック１００は昇降自在になっている。なお、チャック駆動部１０３によって、下部チャック１００は水平方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。

上部チャック１０１には、図７に示すように２つの切欠き部１１０、１１１が形成されている。第１の切欠き部１１０は、後述する反転機構１３０の保持アーム１３１と干渉しないように形成されている。また、第２の切欠き部１１１は、後述する押動部材１２０と干渉しないように形成されている。

上部チャック１０１の内部は、図８に示すように複数、例えば３つの領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに区画されている。各領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃには、上ウェハＷ_Ｕを吸着保持するための吸引管１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃには、異なる真空ポンプ１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃにそれぞれ接続されている。したがって、上部チャック１０１は、各領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ毎に上ウェハＷ_Ｕの真空引きを設定可能に構成されている。

上部チャック１０１の上方には、図５に示すようにＹ方向に沿って延伸するレール１１４が設けられている。上部チャック１０１は、チャック駆動部１１５によりレール１１４上を移動自在になっている。なお、チャック駆動部１１５によって、上部チャック１０１は鉛直方向に移動自在であってもよく、さらに鉛直軸周りに回転自在であってもよい。なお、本実施の形態においては、上部チャック１０１、レール１１４、チャック駆動部１１５で移動機構を構成している。

処理領域Ｔ２には、図４及び図５に示すように押動部材１２０が設けられている。押動部材１２０は、例えばシリンダ等の駆動部１２１によって昇降自在に構成されている。そして、押動部材１２０は、後述するウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合時に、下ウェハＷ_Ｌの一端部と、当該下ウェハＷ_Ｌの一端部に対向する上ウェハＷ_Ｕの一端部とを当接させて押圧することができる。

搬送領域Ｔ１には、当該搬送領域Ｔ１と処理領域Ｔ２との間を移動し、且つ上ウェハＷ_Ｕ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、図９に示すように上ウェハＷ_Ｕを保持する保持アーム１３１を有している。保持アーム１３１上には、上ウェハＷ_Ｕを吸着して水平に保持する吸着パッド１３２が設けられている。保持アーム１３１は、第１の駆動部１３３に支持されている。この第１の駆動部１３３により、保持アーム１３１は水平軸周りに回動自在であり、且つ水平方向に伸縮できる。第１の駆動部１３３の下方には、第２の駆動部１３４が設けられている。この第２の駆動部１３４により、第１の駆動部１３３は鉛直軸周りに回転自在であり、且つ鉛直方向に昇降できる。さらに、第２の駆動部１３４は、図４及び図５に示すＹ方向に延伸するレール１３５に取り付けられている。レール１３５は、処理領域Ｔ２から搬送領域Ｔ１まで延伸している。この第２の駆動部１３４により、反転機構１３０は、レール１３５に沿って位置調節機構９０と上部チャック１０１との間を移動可能になっている。なお、反転機構１３０の構成は、上記実施の形態の構成に限定されず、上ウェハＷ_Ｕの表裏面を反転させることができればよい。また、反転機構１３０は、処理領域Ｔ２に設けられていてもよい。さらに、ウェハ搬送体８２に反転機構を付与し、反転機構１３０の位置に別の搬送手段を設けてもよい。

なお、処理領域Ｔ２には、後述するように下部チャック１００に保持された下ウェハＷ_Ｌと上部チャック１０１に保持された上ウェハＷ_Ｕとの水平方向の位置調節を行うため、後述する下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１を撮像する下部撮像部材と上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１を撮像する上部撮像部材とが設けられている。下部撮像部材と上部撮像部材には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられる。

次に、以上のように構成された接合装置４１においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する際、接合装置４１と、当該接合装置４１の外部、すなわちウェハ搬送領域６０との間に生じる気流、及び接合装置４１内に生じる気流について図１０に基づいて説明する。なお、図１０中の矢印は気流の方向を示している。

接合装置４１内の圧力は、ウェハ搬送領域６０内の圧力に対して陽圧となっている。したがって、開閉シャッタ７１を開けると、接合装置４１からウェハ搬送領域６０に向かう気流が生じる。

また、接合装置４１内において、処理容器７０の内部の雰囲気は搬送領域Ｔ１の排気口７３から排気される。したがって、処理領域Ｔ２から搬入出口７５を介して搬送領域Ｔ１に向かう気流が生じる。

以上の接合システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合システム１におけるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ、重合ウェハＷ_Ｔの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述の接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われるウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理方法について説明する。図１１は、かかるウェハ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、複数枚の上ウェハＷ_Ｕを収容したカセットＣ_Ｕ、複数枚の下ウェハＷ_Ｌを収容したカセットＣ_Ｌ、及び空のカセットＣ_Ｔが、搬入出ステーション２の所定のカセット載置板１１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣ_Ｕ内の上ウェハＷ_Ｕ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。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第１の処理ブロックＧ１の表面活性化装置３０に搬送される。表面活性化装置３０では、例えば処理ガスをプラズマ励起させたラジカルを用いてウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が活性化される（図１１の工程Ｓ１）。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第２の処理ブロック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、例えば上ウェハＷ_Ｕ上に純水を供給して、当該上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１に水酸基が付着して当該表面Ｗ_Ｕ１が親水化される。また、この純水によって上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が洗浄される（図１１の工程Ｓ２）。

次に上ウェハＷ_Ｕは、ウェハ搬送装置６１によって第２の処理ブロックＧ２の接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された上ウェハＷ_Ｕは、トランジション８０を介してウェハ搬送体８２により位置調節機構９０に搬送される。そして位置調節機構９０によって、上ウェハＷ_Ｕの水平方向の向きが調節される（図１１の工程Ｓ３）。

その後、位置調節機構９０から反転機構１３０の保持アーム１３１に上ウェハＷ_Ｕが受け渡される。続いて搬送領域Ｔ１において、保持アーム１３１を反転させることにより、上ウェハＷ_Ｕの表裏面が反転される（図１１の工程Ｓ４）。すなわち、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が下方に向けられる。その後、反転機構１３０が上部チャック１０１側に移動し、反転機構１３０から上部チャック１０１に上ウェハＷ_Ｕが受け渡される。上ウェハＷ_Ｕは、上部チャック１０１にその裏面Ｗ_Ｕ２が吸着保持される。その後、上部チャック１０１は、チャック駆動部１１５によって下部チャック１００の上方であって当該下部チャック１００に対向する位置まで移動する。そして、上ウェハＷ_Ｕは、後述する下ウェハＷ_Ｌが接合装置４１に搬送されるまで上部チャック１０１で待機する。なお、上ウェハＷ_Ｕの表裏面の反転は、反転機構１３０の移動中に行われてもよい。

上ウェハＷ_Ｕに上述した工程Ｓ１〜Ｓ４の処理が行われている間、当該上ウェハＷ_Ｕに続いて下ウェハＷ_Ｌの処理が行われる。先ず、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣ_Ｌ内の下ウェハＷ_Ｌ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。

次に下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって表面活性化装置３０に搬送され、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が活性化される（図１１の工程Ｓ５）。なお、工程Ｓ５における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の活性化は、上述した工程Ｓ１と同様である。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送され、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が親水化される共に当該表面Ｗ_Ｌ１が洗浄される（図１１の工程Ｓ６）。なお、工程Ｓ６における下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１の親水化及び洗浄は、上述した工程Ｓ２と同様である。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送装置６１によって接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された下ウェハＷ_Ｌは、トランジション８０を介してウェハ搬送体８２により位置調節機構９０に搬送される。そして位置調節機構９０によって、下ウェハＷ_Ｌの水平方向の向きが調節される（図１１の工程Ｓ７）。

その後、下ウェハＷ_Ｌは、ウェハ搬送体８２によって下部チャック１００に搬送され、下部チャック１００に吸着保持される。このとき、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が上方を向くように、当該下ウェハＷ_Ｌの裏面Ｗ_Ｌ２が下部チャック１００に保持される。なお、下部チャック１００の上面にはウェハ搬送体８２の形状に適合する溝（図示せず）が形成され、下ウェハＷ_Ｌの受け渡しの際にウェハ搬送体８２と下部チャック１００とが干渉するのを避けるようにしてもよい。

次に、下部チャック１００に保持された下ウェハＷ_Ｌと上部チャック１０１に保持された上ウェハＷ_Ｕとの水平方向の位置調節を行う。図１２に示すように下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１には予め定められた複数の基準点Ａが形成され、同様に上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１には予め定められた複数の基準点Ｂが形成されている。そして、下部撮像部材１４０を水平方向に移動させ、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が撮像される。また、上部撮像部材１４１を水平方向に移動させ、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１が撮像される。その後、下部撮像部材１４０が撮像した画像に表示される下ウェハＷ_Ｌの基準点Ａの位置と、上部撮像部材１４１が撮像した画像に表示される上ウェハＷ_Ｕの基準点Ｂの位置とが合致するように、上部チャック１０１によって上ウェハＷ_Ｕの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの水平方向の位置が調節される（図１１の工程Ｓ８）。なお、本実施の形態においては、下部撮像部材１４０と上部撮像部材１４１で他の位置調節機構を構成している。また、下部チャック１００がチャック駆動部１０３によって水平方向に移動自在である場合には、当該下部チャック１００によって下ウェハＷ_Ｌの水平方向の位置を調節してもよく、また下部チャック１００及び上部チャック１０１の両方で下ウェハＷ_Ｌと上ウェハＷ_Ｕの相対的な水平方向の位置を調節してもよい。

その後、チャック駆動部１０３によって、図１３に示すように下部チャック１００を上昇させ、下ウェハＷ_Ｌを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１と上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１との間の間隔Ｄが所定の距離、例えば０．５ｍｍになるように、下ウェハＷ_Ｌを配置する。こうして上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌとの鉛直方向の位置が調節される（図１１の工程Ｓ９）。

その後、図１４に示すように押動部材１２０を下降させ下ウェハＷ_Ｌの一端部と上ウェハＷ_Ｕの一端部とを当接させて押圧する（図１１の工程Ｓ１０）。このとき、上部チャック１０１のすべての領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃにおいて、上ウェハＷ_Ｕを真空引きしている。

その後、図１５に示すように押動部材１２０によって下ウェハＷ_Ｌの一端部と上ウェハＷ_Ｕの一端部が押圧された状態で、上部チャック１０１の領域１０１ａにおける上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止する。そうすると、領域１０１ａに保持されていた上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌ上に落下する。そして、上ウェハＷ_Ｕの一端側から他端側に向けて、領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの順で上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止し、上ウェハＷ_Ｕを下ウェハＷ_Ｌに順次当接させる。こうして、図１６に示すように上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１が全面で当接する。当接した上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１はそれぞれ工程Ｓ１、Ｓ５において活性化されているため、先ず、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間にファンデルワールス力が生じ、当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が接合される。その後、上ウェハＷ_Ｕの表面Ｗ_Ｕ１と下ウェハＷ_Ｌの表面Ｗ_Ｌ１はそれぞれ工程Ｓ２、Ｓ６において親水化されているため、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１間の親水基が水素結合し、表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士が強固に接合される。こうして上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合される（図１１の工程Ｓ１１）。

なお、本実施の形態では領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの順で上ウェハＷ_Ｕの真空引きを停止したが、真空引きの停止方法はこれに限定されない。例えば領域１０１ａ、１０１ｂにおいて同時に真空引きを停止し、その後領域１０１ｃにおいて真空引きを停止してもよい。また、各領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ間における真空引きを停止する時間間隔を変えてもよい。例えば領域１０１ａでの真空引きを停止してから１秒後に領域１０１ｂでの真空引きを停止し、さらにこの領域１０１ｂでの真空引きを停止してから２秒後に領域１０１ｃでの真空引きの停止をしてもよい。

上ウェハＷ_Ｕと下ウェハＷ_Ｌが接合された重合ウェハＷ_Ｔは、ウェハ搬送装置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のウェハ搬送装置２２によって所定のカセット載置板１１のカセットＣ_Ｔに搬送される。こうして、一連のウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、接合装置４１での工程Ｓ１１において、下ウェハＷ_Ｌの一端部と上ウェハＷ_Ｕの一端部が押圧された状態で、上ウェハＷ_Ｕの一端部側から他端部側に向けて、当該上ウェハＷ_Ｕを下ウェハＷ_Ｌに順次当接させている。したがって、例えば下ウェハＷ_Ｌと上ウェハＷ_Ｕとの間にボイドとなりうる空気が存在している場合でも、空気は上ウェハＷ_Ｕが下ウェハＷ_Ｌと当接している箇所より常に外側、すなわち他端部側に存在することになり、当該空気をウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間から一方向に逃がすことができる。したがって、本実施の形態によれば、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間のボイドの発生を抑制しつつ、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士を適切に接合することができる。しかも、本実施の形態によれば、従来のようにウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを接合する際の雰囲気を真空雰囲気にする必要がないので、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合を短時間で効率よく行うことができ、ウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。さらに本実施の形態によれば、上ウェハＷ_Ｕが上部チャック１０１に保持された状態で、上ウェハＷ_Ｕの一端部と下ウェハＷ_Ｌの一端部に当接させることができるので、下ウェハＷ_Ｌに対する上ウェハＷ_Ｕの位置がずれることがなく、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合を適切に行うことができる。

また、接合装置４１の上部チャック１０１は、複数の領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに区画され、当該領域１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ毎に上ウェハＷ_Ｕの真空引きを設定可能であるので、工程Ｓ１１において、上ウェハＷ_Ｕの一端部側から他端部側に向けて、当該上ウェハＷ_Ｕを下ウェハＷ_Ｌに確実に順次当接させることができる。したがって、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間の空気を逃がし、当該ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間のボイドの発生を確実に抑制することができる。

また、表面活性化装置３０での工程Ｓ１、Ｓ４においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面を活性化し、表面親水化装置４０での工程Ｓ２、Ｓ５においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１を親水化して当該表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１に水酸基している。このため、接合装置４１での工程Ｓ１１において、活性化したウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１同士をファンデルワールス力によって接合した後、親水化したウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１の水酸基を水素結合させて、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士を強固に接合することができる。したがって、例えばウェハを重ね合わせた状態で押圧する必要がない。このため、押圧によるウェハの破損を抑制することができる。さらに、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ同士はファンデルワールス力と水素結合のみによって接合されるので、接合に要する時間を短縮することができ、ウェハ接合処理のスループットを向上させることができる。

また、接合装置４１での工程Ｓ３、Ｓ６においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向の向きをそれぞれ調節し、工程Ｓ８、Ｓ９においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの水平方向及び鉛直方向の位置を調節している。したがって、その後工程Ｓ１１においてウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌを適切に接合することができる。

また、接合システム１において、接合装置４１内の圧力はウェハ搬送領域６０内の圧力に対して陽圧となっているので、接合装置４１からウェハ搬送領域６０に向かう気流が生じる。すなわち、接合装置４１内に外部から雰囲気が流入することがない。したがって、接合装置４１内に外部からパーティクル等が流入することがなく、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの接合を適切に行うことができる。

以上の実施の形態の接合装置４１において、下部チャック１００の下面側に冷却機構２１０を設け、上部チャック１０１の上面側に冷却機構２１１を設けてもよい。冷却機構２１０、２１１には、例えば冷却水やペルチェ素子などの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板４１０の冷却温度は例えば制御部２００により制御され、下部チャック１００に保持された下ウェハＷ_Ｌが常温（２３℃）以下の所定の温度に冷却され、また上部チャック１０１に保持された上ウェハＷ_Ｕが常温（２３℃）以下の所定の温度に冷却される。なお、本実施の形態では、下部チャック１００と上部チャック１０１の両方に冷却機構２１０、２１１が設けられているが、下部チャック１００にのみ冷却機構２１０を設けてもよく、また上部チャック１０１にのみ冷却機構２１１を設けてもよい。さらに、これら冷却機構２１０、２１１に代えて、処理ステーション３の第３の処理ブロックＧ３内に、接合された重合ウェハＷ_Ｔを冷却する冷却装置をトランジション装置５０、５１に積層して設けてもよい。

かかる場合、上述した工程Ｓ１１において、下部チャック１００に保持された下ウェハＷ_Ｌと上部チャック１０１に保持された上ウェハＷ_Ｕをそれぞれ所定の温度、例えば１０℃に冷却しながら、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが接合される。このとき、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌが常温以下に冷却されているので、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌの表面Ｗ_Ｕ１、Ｗ_Ｌ１のファンデルワールス力による接合と水素結合が促進される。したがって、ウェハ接合処理のスループットをさらに向上させることができる。

以上の実施の形態の接合装置４１において、図１８に示すように下部チャック１００と上部チャック１０１の間で水平方向に移動自在のガイド部材２２０を配置してもよい。ガイド部材２２０は、押動部材１２０に対向して配置されている。また、ガイド部材２２０は、上部チャック１０１に保持された上ウェハＷ_Ｕの他端部、すなわち押動部材１２０に押圧された上ウェハＷ_Ｕの一端部に対向する端部を支持している。このガイド部材２１０における上ウェハＷ_Ｕの支持面は、水平方向から傾斜している。さらに、ガイド部材２２０は、下部チャック１００に保持された下ウェハＷ_Ｌに当接しないように設けられている。

かかる場合、上述した工程Ｓ１１において、上ウェハＷ_Ｕの一端部側から他端部側に向けて、当該上ウェハＷ_Ｕを下ウェハＷ_Ｌに順次当接させる際、上ウェハＷ_Ｕの動きに合わせて、ガイド部材２２０を上ウェハＷ_Ｕの一端部側から他端部側に向けて移動させる。本実施の形態によれば、ガイド部材２２０により、上ウェハＷ_Ｕの一端部側から他端部側に向けて、上ウェハＷ_Ｕを下ウェハＷ_Ｌに確実に順次当接させることができる。したがって、ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間の空気を逃がし、当該ウェハＷ_Ｕ、Ｗ_Ｌ間のボイドの発生を確実に抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板同士を接合する際に有用である。

１ 接合システム
４１ 接合装置
７０ 処理容器
７３ 排気口
８０ トランジション
８１ 搬送路
８２ ウェハ搬送体
９０ 位置調節機構
１００ 下部チャック
１０１ 上部チャック
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 領域
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ 吸引管
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ 真空ポンプ
１１４ レール
１１５ チャック駆動部
１２０ 押動機構
１３０ 反転機構
１４０ 下部撮像部材
１４１ 上部撮像部材
２００ 制御部
２１０、２１１ 冷却機構
２２０ ガイド部材
Ａ、Ｂ 基準点
Ｗ_Ｕ 上ウェハ
Ｗ_Ｕ１ 表面
Ｗ_Ｌ 下ウェハ
Ｗ_Ｌ１ 表面
Ｗ_Ｔ 重合ウェハ

Claims (7)

1. 基板同士を接合する接合装置であって、
   上面に第１の基板を載置して保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材の上方に当該第１の保持部材と対向して設けられ、下面に第２の基板を保持する第２の保持部材と、
   第１の基板と第２の基板の接合時に、第１の基板の一端部と、当該第１の基板の一端部に対向する第２の基板の一端部とを当接させて押圧する押動部材と、
   第２の基板の表裏面を反転させる反転機構と、
   前記接合装置内で第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送する搬送機構と、を有し、
   第２の保持部材は、第２の基板を真空引きして吸着保持し、
   当該第２の保持部材は、複数の領域に区画され、当該領域毎に第２の基板の真空引きを設定可能であることを特徴とする、接合装置。
2. 基板同士を接合する接合装置であって、
   上面に第１の基板を載置して保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材の上方に当該第１の保持部材と対向して設けられ、下面に第２の基板を保持する第２の保持部材と、
   第１の基板と第２の基板の接合時に、第１の基板の一端部と、当該第１の基板の一端部に対向する第２の基板の一端部とを当接させて押圧する押動部材と、
   第２の基板の表裏面を反転させる反転機構と、
   前記接合装置内で第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送する搬送機構と、
   前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の間であって、前記押動部材に対向して配置されるガイド部材と、を有し、
   前記ガイド部材は、前記第２の保持部材に保持された第２の基板の他端部を支持し、且つ水平方向に移動自在に構成されていることを特徴とする、接合装置。
3. 基板同士を接合する接合装置であって、
   上面に第１の基板を載置して保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材の上方に当該第１の保持部材と対向して設けられ、下面に第２の基板を保持する第２の保持部材と、
   第１の基板と第２の基板の接合時に、第１の基板の一端部と、当該第１の基板の一端部に対向する第２の基板の一端部とを当接させて押圧する押動部材と、
   第２の基板の表裏面を反転させる反転機構と、
   前記接合装置内で第１の基板、第２の基板又は重合基板を搬送する搬送機構と、
   前記第１の保持部材又は第２の保持部材を相対的に水平方向に移動させる移動機構と、
   前記第１の保持部材に保持された第１の基板と、前記第２の保持部材に保持された第２の基板との水平方向の位置合わせを行うために前記移動機構を制御する他の位置調節機構と、を有し、
   前記他の位置調節機構は、第１の基板の表面を撮像する第１の撮像部材と、第２の基板の表面を撮像する第２の撮像部材とを有し、
   前記移動機構は、前記第１の撮像部材によって撮像された画像における第１の基板の基準点と、前記第２の撮像部材によって撮像された画像における第２の基板の基準点と、が合致するように前記第１の保持部材と前記第２の保持部材の相対的な水平方向の位置を調節することを特徴とする、接合装置。
4. 前記接合装置内の圧力は、外部の圧力に対して陽圧であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接合装置。
5. 少なくとも前記第１の保持部材又は前記第２の保持部材は、少なくとも第１の基板又は第２の基板を冷却する冷却機構を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合装置。
6. 第１の基板又は第２の基板の水平方向の向きを調節する位置調節機構を有し、
   前記反転機構は、前記位置調節機構と前記第２の保持部材との間を移動可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の接合装置。
7. 第１の基板、第２の基板又は重合基板を外部との間で搬入出するために、当該第１の基板、第２の基板又は重合基板を一時的に載置するトランジションを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の接合装置。
   

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