JP5476657B2

JP5476657B2 - 基板ホルダ、基板接合装置および基板接合方法

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Publication number: JP5476657B2
Application number: JP2007102699A
Authority: JP
Inventors: 康明田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2027-04-10
Also published as: JP2008262971A

Description

本発明は、複数の基板を接合させる基板接合装置用の基板ホルダ、基板接合装置および基板接合方法に関する。

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、ウエハなどの基板を接合し、基板を積層させることである。

基板を接合させる場合には、たとえば、ウエハの電極同士を接合させる必要があるので、互いに位置合わせして接合させる必要がある。基板を位置合わせして接合させるには、一対の基板保持手段を備える基板接合装置を使用する。ここで、接合させる基板を第１および第２の基板とする。まず、第１および第２の基板を、それぞれ一対の基板保持手段に位置合わせして保持させる。つぎに、一対の基板保持手段を位置合わせした状態で、第１および第２の基板を接触させ、一対の基板保持手段に加圧装置によって加圧力を加えることによって第１および第２の基板に加圧力を加えて接合させる。

上記のような基板接合装置は、たとえば、特許文献１に記載されている。

特開２００５−３０２８５８号公報

しかし、上記のような基板接合装置によって、たとえば、ウエハなどの基板に加圧力を加えて接合させる際に、加圧装置によってウエハの面全体に均一な加圧力を加えた場合、ウエハの外周部で相互に離反するような方向でそりが生じ、ウエハの表面が均一に接触しない状態となる。この結果、ウエハの外周部において、ウエハの十分な接合が行われないという問題が生じる。そこで、加圧装置の基板面を、ウエハの外周部に対応する部分と中央部に対応する部分とに分割し、個別に加圧力制御を行うように構成すれば、上記の問題を解決できる可能性がある。しかし、このような加圧装置は、構造が複雑で大型であり、製造コストも高くなる。

したがって、基板を接合する際に、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができるようにする基板ホルダ、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる、簡単な構造の基板接合装置および簡単な構造の装置によって基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる基板接合方法に対するニーズがある。

本発明の参考形態による基板ホルダは、基板を保持する面を複数の領域に分割し、前記複数の領域の少なくとも一つの領域について、基板の吸着力を個別に設定することができるように構成したことを特徴とする。

本発明の参考形態による基板ホルダは、基板を保持する面の複数の領域の少なくとも一つの領域について、基板の吸着力を個別に設定することができるので、基板接合装置の加圧手段による加圧力が基板全面にわたり均一であっても、複数の領域ごとに全加圧力を変化させることができる。したがって、基板を接合する際に、本発明による基板ホルダを使用すれば、基板の接合状況に合わせて、複数の領域ごとに全加圧力を変化させることによって、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる。

本発明による基板接合装置は、第１の組の基板および第２の組の基板を接合させる基板接合装置である。本発明による基板接合装置は、前記第１の組の基板を保持する第１の基板ホルダと、前記第２の組の基板を保持する第２の基板ホルダと、前記第１および第２の組の基板を接合させるように、前記第１および第２の基板ホルダに力を作用させる加圧手段と、を備える。本発明による基板接合装置は、前記第１および第２の基板ホルダの少なくとも一方が、基板を保持する面が円形であり、前記円形の中心を中心とする同心円によって、前記基板を保持する面が複数の領域に分割され、少なくとも一つの領域に静電チャックが設置され、静電チャックに加える電圧を可変とすることによって、前記少なくとも一つの領域の基板の吸着力を個別に設定することができるように構成され、前記加圧手段による加圧力を、基板を保持する面全体にわたり均一とし、前記少なくとも一つの領域に所定の吸着力を設定することにより、前記少なくとも一つの領域において、前記加圧手段による加圧力から前記静電チャックによる吸着力を差し引いた全加圧力の値を変化させることができるように構成し、基板を接合する際に、中央部分の領域の吸着力を外周部分の領域の吸着力より大きくして、前記外周部分の領域の全加圧力を前記中央部分の領域の全加圧力よりも大きくすることができるように構成したことを特徴とする。

本発明による基板接合装置によれば、本発明による基板ホルダを使用するので、基板接合装置の加圧手段による加圧力が基板全面にわたり均一であっても、複数の領域ごとに吸着力を変化させることにより全加圧力を変化させることができる。したがって、基板の接合状況に合わせて、複数の領域ごとに全加圧力を変化させることによって、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる。

本発明による基板接合方法は、上記の本発明による基板接合装置を使用する基板接合方法である。本発明による基板接合方法は、前記第１および第２の基板ホルダに力を作用させて、前記第１の組の基板および前記第２の組の基板を接合させる際に、前記少なくとも一つの領域に吸着力を個別に設定することによって、前記複数の領域の吸着力が異なるようにすることを特徴とする。

本発明による基板接合方法によれば、本発明による基板ホルダを使用するので、基板接合装置の加圧手段による加圧力が基板全面にわたり均一であっても、複数の領域の吸着力が異なるようにすることにより複数の領域の全加圧力を変化させることができる。したがって、基板の接合状況に合わせて、複数の領域の全加圧力を変化させることによって、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる。

本発明によれば、基板を接合する際に、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができるようにする基板ホルダ、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる、簡単な構造の基板接合装置および基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる基板接合方法が得られる。

図１は、本発明の一実施形態による、基板接合装置の構成を示す図である。本実施形態による基板接合装置は、上部フレーム３０１と下部フレーム３０３とを備える。

上部フレーム３０１にロードセル１０９Ａおよび１０９Ｂを介して加圧装置１０７Ａおよび１０７Ｂが設置される。加圧装置１０７Ａおよび１０７Ｂは、それぞれ加圧シリンダ１０５Ａおよび１０５Ｂを備え、加圧シリンダ１０５Ａおよび１０５Ｂは、第１の加圧プレート１０３に加圧力を加えることができるように接続される。第１の加圧プレート１０３に第１の基板ホルダ１０１が設置され、第１の基板ホルダ１０１は、第１の基板Ｗ１を保持する。

下部フレーム３０３にロードセル２０９Ａおよび２０９Ｂを介して加圧装置２０７Ａおよび２０７Ｂが設置される。加圧装置２０７Ａおよび２０７Ｂは、それぞれ加圧シリンダ２０５Ａおよび２０５Ｂを備え、加圧シリンダ２０５Ａおよび２０５Ｂは、第２の加圧プレート２０３に加圧力を加えることができるように接続される。第２の加圧プレート２０３に第２の基板ホルダ２０１が設置され、第２の基板ホルダ２０１は、第２の基板Ｗ２を保持する。

第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１は、それぞれ、第１の加圧プレート１０３および第２の加圧プレート２０３に固定されている必要はなく、基板ごと着脱することができるようにしてもよい。基板ホルダを基板ごと着脱することができれば、ウエハなどの基板を基板接合装置に設置する前に予め位置合わせしておくことができる。

加圧装置１０７Ａおよび１０７Ｂが加圧シリンダ１０５Ａおよび１０５Ｂによって第１の加圧プレート１０３を下降させ、加圧装置２０７Ａおよび２０７Ｂが加圧シリンダ２０５Ａおよび２０５Ｂによって第２の加圧プレート２０３を上昇させる。その結果、第１の基板ホルダ１０１に保持された第１の基板Ｗ１と第２の基板ホルダ２０１に保持された第２の基板Ｗ２とが加圧されながら接合される。

加圧装置（１０７Ａなど）は、電空レギュレータを含む加圧制御系を備えてもよい。加圧制御系は、ロードセル（１０９Ａなど）の出力が目標値となるようにフィードバック制御により加圧力を制御してもよい。

本実施形態においては、第１および第２の加圧プレートに加圧装置によって加圧力を加えるように構成したが、いずれか一方の加圧プレートのみに加圧装置によって加圧力を加え、他方の加圧プレートは固定して力を受けるように構成してもよい。

図２は、本発明の一実施形態による基板ホルダ１０１Ａの構成を示す図である。基板ホルダ１０１Ａの基板を保持する面は円形である。基板を保持する面は、外周に隣接する外側の領域１０１１と内側の領域１０１３とに分割されている。外側の領域１０１１と内側の領域１０１３との境界は、上記円形の中心を中心とする同心円である。

基板ホルダ１０１Ａは、双極方式の静電チャックを備える。外側の領域１０１１と内側の領域１０１３には、それぞれ外側の静電チャック用電極１０１５および内側の静電チャック用電極１０１７が備わる。外側の静電チャック用電極１０１５は、外側の静電チャック用電源１０１９を備え、外側の静電チャック用電源１０１９の電圧は、外側の静電チャック用電圧制御系１０２３によって制御される。内側の静電チャック用電極１０１７は、内側の静電チャック用電源１０２１を備え、内側の静電チャック用電源１０２１の電圧は、内側の静電チャック用電圧制御系１０２５によって制御される。

本実施形態によれば、外側の静電チャック用電圧制御系１０２３の電圧目標値と内側の静電チャック用電圧制御系１０２５の電圧目標値とを変えることにより、外側の静電チャック用電極１０１５による吸着力と内側の静電チャック用電極１０１７による吸着力とを個別に設定することができる。

チャックによる吸着力は、加圧装置による加圧力と逆向きに作用する。すなわち、加圧装置による加圧力からチャックによる吸着力を差し引いた値が全加圧力となる。そこで、たとえば、加圧装置による加圧力を、基板を保持する面全体にわたり均一として、内側の領域１０１３の吸着力を外側の領域１０１１の吸着力よりも大きくすれば、外側の領域１０１１の全加圧力は、内側の領域１０１３の全加圧力よりも大きくなる。したがって、基板を接合する際に、基板の外周部分に中央部分よりも大きな加圧力を加えることが可能となり、外周部分に生じる反りを押さえ込み基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる。

他の実施形態において、基板ホルダの基板を保持する面の円形の中心を中心とする２以上の同心円によって、基板を保持する面を３以上の領域に分割し、それぞれの領域に個別に電圧を制御することのできる電極を設け、個別に吸着力を設定することができるように構成してもよい。一般に、基板の接合状況は、主に、基板を保持する面の外周部からの距離にしたがって変化すると考えられる。上記の構成によれば、基板を保持する面の外周部からの距離にしたがって、より細かく加圧力を変化させることができるので好ましい。

図３は、本発明の他の実施形態による基板ホルダ１０１Ｂの構成を示す図である。本実施形態においては、内側の領域１０１３のみに静電チャック用電極１０１７を設けている。内側の静電チャック用電極１０１７は、内側の静電チャック用電源１０２１を備え、内側の静電チャック用電源１０２１の電圧は、内側の静電チャック用電圧制御系１０２５によって制御される。内側の静電チャック用電源１０２１に所定の電圧を設定し、内側の領域１０１３に吸着力を作用させれば、外側の領域１０１１に吸着力は作用しないので外側の領域１０１１の全加圧力は、内側の領域１０１３の全加圧力よりも大きくなる。したがって、基板を接合する際に、基板の外周部分に中央部分よりも大きな加圧力を加えることが可能となり、外周部分に生じる反りを押さえ込み基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる。

図４は、本発明の他の実施形態による基板ホルダ１０１Ｃの構成を示す図である。本実施形態においては、外側の領域１０１１のみに静電チャック用電極１０１５を設けている。外側の静電チャック用電極１０１５は、外側の静電チャック用電源１０１９を備え、外側の静電チャック用電源１０１９の電圧は、外側の静電チャック用電圧制御系１０２３によって制御される。外側の静電チャック用電源１０１９に所定の電圧を設定し、外側の領域１０１１に吸着力を作用させれば、内側の領域１０１３に吸着力は作用しないので内側の領域１０１３の全加圧力は、外側の領域１０１１の全加圧力よりも大きくなる。したがって、基板を接合する際に、特定の条件の下で基板の反りが中央部分で大きくなるような場合には、基板の中央部分に外周部分よりも大きな加圧力を加えることによって、中央部分に生じる反りを押さえ込み基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる。

静電チャックは、単極方式または双極方式のいずれであってもよい。

また、静電チャックの代わりに真空チャックを使用してもよい。真空チャックを使用する場合には、基板を保持する面の領域ごとに部屋を設け、各部屋の真空度を変えることができる構成とし、領域ごとに吸着力を個別に設定することができるようにする。

第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１の両方の基板を保持する面を、複数の領域に分割してもよい。あるいは、一方のみの基板を保持する面を、複数の領域に分割してもよい。

図５は、本発明の一実施形態による基板接合方法を示す流れ図である。

図５のステップＳ５０１０において、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２を、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１に保持させる。ここで、第１基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の各々は、既に接合された複数の基板の組であってもよい。

図５のステップＳ５０２０において、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１に加圧力を加えながら、基板を保持する面の複数の領域の吸着力が異なるようにする。

本実施形態の基板接合方法によれば、基板を接合する際の接合状況に応じて、基板を保持する面の複数の領域の吸着力が異なるようにすることによって、基板の面全体にわたり均一な接合を行うことができる。

上述のように本発明によれば、基板を接合する際に、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができるようにする基板ホルダ、基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる、簡単な構造の基板接合装置および簡単な構造の装置によって基板の面全体にわたり接合を均一に行うことができる基板接合方法が得られる。

本発明の一実施形態による基板ホルダは、基板を保持する面の外周部からの距離にしたがって複数の領域に分割したことを特徴とする。

基板の接合状況は、主に、基板を保持する面の外周部からの距離にしたがって変化すると考えられる。本実施形態よれば、基板を保持する面の外周部からの距離にしたがって、吸着力を変化させることができるので好ましい。

本発明の他の実施形態による基板ホルダは、基板を保持する面が円形であり、前記円形の中心を中心とする同心円によって、前記複数の領域を分割したことを特徴とする。

基板を保持する面が円形である場合には、基板の接合状況は、主に、前記円の外周部からの距離にしたがって変化すると考えられる。本実施形態よれば、前記円の外周部からの距離にしたがって吸着力を変化させることができるので好ましい。

本発明の他の実施形態による基板ホルダは、複数の領域の少なくとも一つの領域に静電チャックを設置し、静電チャックに加える電圧を可変とすることによって、前記少なくとも一つの領域の基板の吸着力を個別に設定することができるように構成したことを特徴とする。

本実施形態によれば、複数の領域の少なくとも一つの領域の静電チャックに加える電圧を可変とすることによって、前記少なくとも一つの領域の吸着力を簡単に変えることができる。

本発明の他の実施形態による基板ホルダは、複数の領域の少なくとも一つの領域に真空チャックを設置し、真空チャックの真空度を可変とすることによって、複数の領域の前記少なくとも一つの領域の基板の吸着力を個別に設定することができるように構成したことを特徴とする。

本実施形態によれば、複数の領域の少なくとも一つの領域の真空チャックの真空度を可変とすることによって、前記少なくとも一つの領域の吸着力を簡単に変えることができる。

本発明の一実施形態による基板接合方法は、少なくとも一方の基板ホルダの基板を保持する面は、外周部からの距離にしたがって複数の領域に分割されており、第１の組の基板および第２の組の基板を接合させる際に、外周部からの距離にしたがって複数の領域の吸着力を変化させることを特徴とする。

本実施形態よれば、基板を保持する面の外周部からの距離にしたがって、基板ホルダの吸着力を変化させることができ、全加圧力を変化させることができるので好ましい。

本発明の一実施形態による、基板接合装置の構成を示す図である。本発明の一実施形態による基板ホルダの構成を示す図である。本発明の他の実施形態による基板ホルダの構成を示す図である。本発明の他の実施形態による基板ホルダの構成を示す図である。本発明の一実施形態による基板接合方法を示す流れ図である。

符号の説明

１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ…第１の基板ホルダ、２０１…第２の基板ホルダ

Claims

第１の組の基板および第２の組の基板を接合させる基板接合装置であって、
前記第１の組の基板を保持する第１の基板ホルダと、
前記第２の組の基板を保持する第２の基板ホルダと、
前記第１および第２の組の基板を接合させるように、前記第１および第２の基板ホルダに力を作用させる加圧手段と、を備え、
前記第１および第２の基板ホルダの少なくとも一方が、基板を保持する面が円形であり、前記円形の中心を中心とする同心円によって、前記基板を保持する面が複数の領域に分割され、少なくとも一つの領域に静電チャックが設置され、静電チャックに加える電圧を可変とすることによって、前記少なくとも一つの領域の基板の吸着力を個別に設定することができるように構成され、
前記加圧手段による加圧力を、基板を保持する面全体にわたり均一とし、前記少なくとも一つの領域に所定の吸着力を設定することにより、前記少なくとも一つの領域において、前記加圧手段による加圧力から前記静電チャックによる吸着力を差し引いた全加圧力の値を変化させることができるように構成し、基板を接合する際に、中央部分の領域の吸着力を外周部分の領域の吸着力より大きくして、前記外周部分の領域の全加圧力を前記中央部分の領域の全加圧力よりも大きくすることができるように構成した基板接合装置。
請求項１に記載の基板接合装置を使用する基板接合方法であって、
前記第１および第２の基板ホルダに力を作用させて、前記第１の組の基板および前記第２の組の基板を接合させる際に、前記少なくとも一つの領域に吸着力を個別に設定することによって、前記外周部分の領域の全加圧力を前記中央部分の領域の全加圧力よりも大きくするようにすることを特徴とする基板接合方法。
前記第１の組の基板および前記第２の組の基板を接合させる際に、中央部分の領域の吸着力を外周部分の領域の吸着力より大きくして、前記外周部分の領域の全加圧力を前記中央部分の領域の全加圧力よりも大きくすることを特徴とする請求項２に記載の基板接合方法。