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KR20150007215A - 접합 장치, 접합 시스템, 접합 방법 및 컴퓨터 기억 매체 - Google Patents

접합 장치, 접합 시스템, 접합 방법 및 컴퓨터 기억 매체 Download PDF

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KR20150007215A
KR20150007215A KR1020140079098A KR20140079098A KR20150007215A KR 20150007215 A KR20150007215 A KR 20150007215A KR 1020140079098 A KR1020140079098 A KR 1020140079098A KR 20140079098 A KR20140079098 A KR 20140079098A KR 20150007215 A KR20150007215 A KR 20150007215A
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KR
South Korea
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substrate
holding
wafer
imaging
holding portion
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Withdrawn
Application number
KR1020140079098A
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English (en)
Inventor
나오키 아키야마
마사히코 스기야마
요스케 오모리
신지 아카이케
히데아키 다나카
마사히로 야마모토
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

제1 기판을 유지하는 제1 유지부와 제2 기판을 유지하는 제2 유지부의 수평 방향 위치를 적절하게 조절하여, 기판끼리의 접합 처리를 적절하게 행한다. 접합 장치(41)는, 하면에 상부 웨이퍼(WU)를 유지하는 상부 척(140)과, 상부 척(140)의 하방에 설치되며, 상면에 하부 웨이퍼(WL)를 유지하는 하부 척(141)과, 하부 척(141)을 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는 제1 하부 척 이동부(170) 및 제2 하부 척 이동부(179)와, 상부 척(140)에 설치되며, 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 표면을 촬상하는 상부 촬상부(151)와, 하부 척(141)에 설치되며, 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)의 표면을 촬상하는 하부 촬상부(171)를 갖는다. 상부 촬상부(151)는 적외선 카메라를 구비한다.

Description

접합 장치, 접합 시스템, 접합 방법 및 컴퓨터 기억 매체{JOINING APPARATUS, JOINING SYSTEM, JOINING METHOD AND COMPUTER RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 기판끼리를 접합하는 접합 장치, 접합 시스템, 접합 방법 및 컴퓨터 기억 매체에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화가 진행되고 있다. 고집적화된 복수의 반도체 디바이스를 수평면 내에서 배치하고, 이들 반도체 디바이스를 배선으로 접속하여 제품화하는 경우, 배선 길이가 증대되고, 그것에 의해 배선의 저항이 커지거나 배선 지연이 커지는 것이 우려된다.
따라서, 반도체 디바이스를 3차원으로 적층하는 3차원 집적 기술을 사용하는 것이 제안되어 있다. 이 3차원 집적 기술에 있어서는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 접합 시스템을 사용하여, 2매의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라 함)의 접합이 행해진다. 예를 들면 접합 시스템은, 웨이퍼의 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 장치(표면 활성화 장치)와, 당해 표면 개질 장치에 의해 개질된 웨이퍼의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와, 당해 표면 친수화 장치에 의해 표면이 친수화된 웨이퍼끼리를 접합하는 접합 장치를 갖고 있다. 이 접합 시스템에서는, 표면 개질 장치에 있어서 웨이퍼의 표면에 대하여 플라즈마 처리를 행하여 당해 표면을 개질하고, 또한 표면 친수화 장치에 있어서 웨이퍼의 표면에 순수를 공급하여 당해 표면을 친수화한 후, 접합 장치에 있어서 웨이퍼끼리를 반데르발스힘 및 수소 결합(분자간력)에 의해 접합한다.
상기 접합 장치에서는, 상부 척을 사용하여 하나의 웨이퍼(이하, 「상부 웨이퍼」라 함)를 유지함과 함께, 상부 척의 하방에 설치된 하부 척을 사용하여 다른 웨이퍼(이하, 「하부 웨이퍼」라 함)를 유지한 상태에서, 당해 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼를 접합한다. 그리고, 이와 같이 웨이퍼끼리를 접합하기 전에, 상부 척과 하부 척의 수평 방향 위치의 조절을 행하고 있다. 구체적으로는, 하부 촬상 부재, 예를 들면 가시광 카메라를 수평 방향으로 이동시켜, 당해 하부 촬상 부재에 의해 상부 척에 유지된 상부 웨이퍼의 표면을 촬상함과 함께, 상부 촬상 부재, 예를 들면 가시광 카메라를 수평 방향으로 이동시켜, 당해 상부 촬상 부재에 의해 하부 척에 유지된 하부 웨이퍼의 표면을 촬상하고, 이들 상부 웨이퍼 표면의 기준점과 하부 웨이퍼 표면의 기준점이 합치하도록, 상부 척과 하부 척의 수평 방향 위치를 조절하고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2012-175043호 공보
그런데, 최근, 접합 장치에 있어서 3매 이상의 웨이퍼를 접합하는 요구가 있다. 이러한 경우, 예를 들면 접합되는 하부 웨이퍼는, 미리 2매의 웨이퍼가 적층된 구성을 갖고 있다. 이러한 경우, 하부 웨이퍼에 있어서의 2매의 웨이퍼의 접합면에 기준점이 있고, 즉 하부 웨이퍼의 내부에 기준점이 있고, 하부 웨이퍼의 표면에는 기준점이 존재하지 않는다. 이 때문에, 상술한 특허문헌 1에 기재된 방법으로는, 상부 촬상 부재와 하부 촬상 부재를 사용하여 중합 웨이퍼의 기준점을 촬상할 수 없어, 상부 척과 하부 척의 수평 방향 위치를 조절할 수 없다. 그렇게 되면, 접합되는 웨이퍼끼리의 수평 방향 위치가 어긋날 우려가 있다.
또한, 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼를 접합한 후, 당해 접합된 웨이퍼(이하, 「중합 웨이퍼」라 함)의 접합 정밀도, 즉 접합된 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼의 상대적인 위치 정밀도를 검사한다라고 하는 요구가 있다. 이 중합 웨이퍼의 검사에서는, 예를 들면 상부 웨이퍼의 기준점과 하부 웨이퍼의 기준점이 합치하고 있는지 여부를 검사한다. 그러나, 중합 웨이퍼에 있어서는, 웨이퍼끼리의 접합면에 기준점이 있고, 즉 하부 웨이퍼의 내부에 기준점이 있고, 중합 웨이퍼의 표면에는 기준점이 존재하지 않는다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 상부 촬상 부재와 하부 촬상 부재를 사용하여 중합 웨이퍼의 기준점을 촬상할 수 없어, 당해 중합 웨이퍼의 검사를 행할 수 없다. 그렇게 되면, 접합되는 웨이퍼끼리의 수평 방향 위치가 어긋날 우려가 있다.
또한, 이 중합 웨이퍼의 검사를 행하기 위해서, 접합 장치의 외부에 별도로 설치된 검사 장치를 사용하는 것도 생각된다. 그러나, 이러한 검사 장치를 별도로 설치하기 위해서는 비용이 든다. 또한, 접합 장치에 있어서의 접합 처리부터 검사 장치에 있어서의 검사까지 시간이 걸리기 때문에, 검사 결과를 후속의 접합 처리에 적절한 타이밍에 피드백할 수 없다.
이상과 같이 접합되는 웨이퍼끼리의 수평 방향 위치가 어긋날 우려가 있어, 웨이퍼끼리의 접합 처리에 개선의 여지가 있었다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 제1 기판을 유지하는 제1 유지부와 제2 기판을 유지하는 제2 유지부의 수평 방향 위치를 적절하게 조절하여, 기판끼리의 접합 처리를 적절하게 행하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 기판끼리를 접합하는 접합 장치로서, 하면에 제1 기판을 유지하는 제1 유지부와, 상기 제1 유지부의 하방에 설치되며, 상면에 제2 기판을 유지하는 제2 유지부와, 상기 제1 유지부 또는 상기 제2 유지부를 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는 이동 기구와, 상기 제1 유지부에 설치되며, 상기 제2 유지부에 유지된 상기 제2 기판을 촬상하는 제1 촬상부와, 상기 제2 유지부에 설치되며, 상기 제1 유지부에 유지된 상기 제1 기판을 촬상하는 제2 촬상부를 갖고, 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 중 적어도 하나는, 적외선 카메라를 구비한다.
다른 관점에 의한 본 발명은, 상기 접합 장치를 구비한 접합 시스템으로서, 상기 접합 장치를 구비한 처리 스테이션과, 제1 기판, 제2 기판 또는 제1 기판과 제2 기판이 접합된 중합 기판을 각각 복수 보유 가능하고, 또한 상기 처리 스테이션에 대하여 제1 기판, 제2 기판 또는 중합 기판을 반입출하는 반입출 스테이션을 구비하고, 상기 처리 스테이션은, 제1 기판 또는 제2 기판의 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 장치와, 상기 표면 개질 장치에 의해 개질된 제1 기판 또는 제2 기판의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와, 상기 표면 개질 장치, 상기 표면 친수화 장치 및 상기 접합 장치에 대하여, 제1 기판, 제2 기판 또는 중합 기판을 반송하기 위한 반송 장치를 갖고, 상기 접합 장치에서는, 상기 표면 친수화 장치에 의해 표면이 친수화된 제1 기판과 제2 기판을 접합한다.
또 다른 관점에 의한 본 발명은, 접합 장치를 사용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서, 상기 접합 장치는, 하면에 제1 기판을 유지하는 제1 유지부와, 상기 제1 유지부의 하방에 설치되며, 상면에 제2 기판을 유지하는 제2 유지부와, 상기 제1 유지부 또는 상기 제2 유지부를 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는 이동 기구와, 상기 제1 유지부에 설치되며, 상기 제2 유지부에 유지된 상기 제2 기판을 촬상하는 제1 촬상부와, 상기 제2 유지부에 설치되며, 상기 제1 유지부에 유지된 상기 제1 기판을 촬상하는 제2 촬상부를 갖고, 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 중 적어도 하나는 적외선 카메라를 구비하고, 상기 접합 방법은, 접합 전의 상기 제2 기판을 상기 제1 촬상부에 의해 촬상함과 함께, 접합 전의 상기 제1 기판을 상기 제2 촬상부에 의해 촬상하는 제1 공정과, 상기 제1 공정에서 촬상된 화상에 기초하여, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하는 제2 공정을 갖는다.
또 다른 관점에 의한 본 발명은, 접합 장치를 사용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서, 상기 접합 장치는, 하면에 제1 기판을 유지하는 제1 유지부와, 상기 제1 유지부의 하방에 설치되며, 상면에 제2 기판을 유지하는 제2 유지부와, 상기 제1 유지부 또는 상기 제2 유지부를 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는 이동 기구와, 상기 제1 유지부에 설치되며, 상기 제2 유지부에 유지된 상기 제2 기판을 촬상하는 제1 촬상부와, 상기 제2 유지부에 설치되며, 상기 제1 유지부에 유지된 상기 제1 기판을 촬상하는 제2 촬상부를 갖고, 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 중 적어도 하나는 적외선 카메라를 구비하고, 상기 접합 방법은, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 접합된 중합 기판을 상기 적외선 카메라에 의해 촬상하여 당해 중합 기판을 검사하는 제1 공정과, 상기 제1 공정의 검사 결과에 기초하여, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하는 제2 공정을 갖는다.
또 다른 관점에 의한 본 발명에 의하면, 상기 접합 방법을 접합 장치에 의해 실행시키기 위해서, 당해 접합 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터 상에서 동작하는 프로그램을 저장한 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 적외선은 기판을 투과하므로, 접합된 기판의 내부의 기준점을 적외선 카메라에 의해 촬상할 수 있다.
예를 들면 3매의 기판을 접합하는 경우에 있어서, 제1 기판이 단일의 기판으로 구성되고, 제2 기판이 복수의 기판으로 구성되는 경우, 적외선 카메라를 사용하여 제2 기판의 내부의 기준점을 촬상할 수 있다. 또한, 제1 기판의 표면의 기준점은, 다양한 카메라를 사용하여 촬상할 수 있다. 이러한 경우, 촬상된 화상에 기초하여, 제1 기판의 기준점과 제2 기판의 기준점이 합치하도록, 제1 유지부와 제2 유지부의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있다.
또한, 예를 들면 제1 기판과 제2 기판이 접합된 중합 기판을 검사하는 경우, 적외선 카메라를 사용하여 중합 기판의 내부의 기준점을 촬상할 수 있다. 이러한 경우, 검사 결과에 기초하여, 중합 기판에 있어서 제1 기판의 기준점과 제2 기판의 기준점이 합치하도록, 제1 유지부와 제2 유지부를 피드백 제어할 수 있다. 따라서, 제1 유지부와 제2 유지부의 수평 방향 위치의 조절을 적절하게 행할 수 있다.
또한, 이러한 경우, 접합 장치의 내부에서 중합 기판을 검사할 수 있어, 접합 장치의 외부에 별도로 검사 장치를 설치할 필요가 없기 때문에, 장치의 제조 비용을 저렴화할 수 있다. 또한, 기판끼리를 접합한 직후에 중합 기판을 검사할 수 있으므로, 검사 결과를 후속의 접합 처리에 적절한 타이밍에 피드백할 수 있고, 이에 의해 접합 처리의 정밀도가 향상된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 제1 유지부와 제2 유지부의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있으므로, 당해 제1 유지부에 유지된 제1 기판과 제2 유지부에 유지된 제2 기판의 접합 처리를 적절하게 행할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 접합 시스템의 구성의 개략을 도시하는 평면도.
도 2는 본 실시 형태에 따른 접합 시스템의 내부 구성의 개략을 도시하는 측면도.
도 3은 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼의 구성의 개략을 도시하는 측면도.
도 4는 접합 장치의 구성의 개략을 도시하는 횡단면도.
도 5는 접합 장치의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.
도 6은 위치 조절 기구의 구성의 개략을 도시하는 측면도.
도 7은 반전 기구의 구성의 개략을 도시하는 평면도.
도 8은 반전 기구의 구성의 개략을 도시하는 측면도.
도 9는 반전 기구의 구성의 개략을 도시하는 측면도.
도 10은 유지 아암과 유지 부재의 구성의 개략을 도시하는 측면도.
도 11은 접합 장치의 내부 구성의 개략을 도시하는 측면도.
도 12는 상부 촬상부의 구성의 개략을 도시하는 설명도.
도 13은 하부 촬상부의 구성의 개략을 도시하는 설명도.
도 14는 상부 척과 하부 척의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.
도 15는 상부 척을 하방으로부터 본 평면도.
도 16은 하부 척을 상방으로부터 본 평면도.
도 17은 웨이퍼 접합 처리의 주된 공정을 도시하는 플로우차트.
도 18은 상부 촬상부와 하부 촬상부의 수평 방향 위치를 조절하는 모습을 도시하는 설명도.
도 19는 상부 척과 하부 척의 수평 방향 위치를 조절하는 모습을 도시하는 설명도.
도 20은 상부 척과 하부 척의 수평 방향 위치를 조절하는 모습을 도시하는 설명도.
도 21은 상부 척과 하부 척의 연직 방향 위치를 조절하는 모습을 도시하는 설명도.
도 22는 상부 웨이퍼의 중심부와 하부 웨이퍼의 중심부를 맞닿게 하여 압압하는 모습을 도시하는 설명도.
도 23은 상부 웨이퍼를 하부 웨이퍼에 순차적으로 맞닿게 한 모습을 도시하는 설명도.
도 24는 상부 웨이퍼의 표면과 하부 웨이퍼의 표면을 맞닿게 한 모습을 도시하는 설명도.
도 25는 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼가 접합된 모습을 도시하는 설명도.
도 26은 중합 웨이퍼를 검사하는 모습을 도시하는 설명도.
도 27은 중합 웨이퍼를 검사하는 모습을 도시하는 설명도.
도 28은 다른 실시 형태에 있어서, 상부 촬상부와 하부 촬상부의 수평 방향 위치를 조절하는 모습을 도시하는 설명도.
도 29는 다른 실시 형태에 있어서, 상부 척과 하부 척의 수평 방향 위치를 조절하는 모습을 도시하는 설명도.
도 30은 다른 실시 형태에 있어서, 중합 웨이퍼를 검사하는 모습을 도시하는 설명도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 접합 시스템(1)의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다. 도 2는 접합 시스템(1)의 내부 구성의 개략을 도시하는 측면도이다.
접합 시스템(1)에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 예를 들면 2매의 기판으로서의 웨이퍼(WU, WL)를 접합한다. 이하, 상측에 배치되는 웨이퍼를, 제1 기판으로서의 「상부 웨이퍼(WU)」라 하고, 하측에 배치되는 웨이퍼를, 제2 기판으로서의 「하부 웨이퍼(WL)」라 한다. 또한, 상부 웨이퍼(WU)가 접합되는 접합면을 「표면(WU1)」이라 하고, 당해 표면(WU1)과 반대측의 면을 「이면(WU2)」이라 한다. 마찬가지로, 하부 웨이퍼(WL)가 접합되는 접합면을 「표면(WL1)」이라 하고, 당해 표면(WL1)과 반대측의 면을 「이면(WL2)」이라 한다. 그리고, 접합 시스템(1)에서는, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)를 접합하여, 중합 기판으로서의 중합 웨이퍼(WT)를 형성한다.
접합 시스템(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이 예를 들면 외부와의 사이에서 복수의 웨이퍼(WU, WL), 복수의 중합 웨이퍼(WT)를 각각 수용 가능한 카세트(CU, CL, CT)가 반입출되는 반입출 스테이션(2)과, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)에 대하여 소정의 처리를 실시하는 각종 처리 장치를 구비한 처리 스테이션(3)을 일체로 접속한 구성을 갖고 있다.
반입출 스테이션(2)에는 카세트 재치대(10)가 설치되어 있다. 카세트 재치대(10)에는, 복수, 예를 들면 4개의 카세트 재치판(11)이 설치되어 있다. 카세트 재치판(11)은, 수평 방향의 X 방향(도 1 중의 상하 방향)으로 일렬로 나란히 배치되어 있다. 이들 카세트 재치판(11)에는, 접합 시스템(1)의 외부에 대하여 카세트(CU, CL, CT)를 반입출할 때에, 카세트(CU, CL, CT)를 재치할 수 있다. 이와 같이, 반입출 스테이션(2)은, 복수의 상부 웨이퍼(WU), 복수의 하부 웨이퍼(WL), 복수의 중합 웨이퍼(WT)를 보유 가능하게 구성되어 있다. 또한, 카세트 재치판(11)의 개수는, 본 실시 형태에 한정되지 않고, 임의로 결정할 수 있다. 또한, 카세트 중 1개를 이상 웨이퍼의 회수용으로서 사용해도 된다. 즉, 다양한 요인에 의해 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 접합에 이상이 발생한 웨이퍼를, 다른 정상의 중합 웨이퍼(WT)와 분리할 수 있는 카세트이다. 본 실시 형태에 있어서는, 복수의 카세트(CT) 중, 1개의 카세트(CT)를 이상 웨이퍼의 회수용으로서 사용하고, 다른 카세트(CT)를 정상의 중합 웨이퍼(WT)의 수용용으로서 사용하고 있다.
반입출 스테이션(2)에는 카세트 재치대(10)에 인접하여 웨이퍼 반송부(20)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송부(20)에는 X 방향으로 연신하는 반송로(21) 상을 이동 가능한 웨이퍼 반송 장치(22)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(22)는, 연직 방향 및 연직축 주위(θ 방향)로도 이동 가능하여, 각 카세트 재치판(11) 상의 카세트(CU, CL, CT)와, 후술하는 처리 스테이션(3)의 제3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(50, 51) 사이에서 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)를 반송할 수 있다.
처리 스테이션(3)에는 각종 장치를 구비한 복수 예를 들면 3개의 처리 블록(G1, G2, G3)이 설치되어 있다. 예를 들면 처리 스테이션(3)의 정면측(도 1의 X 방향 부방향측)에는, 제1 처리 블록(G1)이 설치되고, 처리 스테이션(3)의 배면측(도 1의 X 방향 정방향측)에는 제2 처리 블록(G2)가 설치되어 있다. 또한, 처리 스테이션(3)의 반입출 스테이션(2)측(도 1의 Y 방향 부방향측)에는 제3 처리 블록(G3)이 설치되어 있다.
예를 들면 제1 처리 블록(G1)에는, 웨이퍼(WU, WL)의 표면(WU1, WL1)을 개질하는 표면 개질 장치(30)가 배치되어 있다. 표면 개질 장치(30)에서는, 예를 들면 감압 분위기 하에 있어서, 처리 가스인 산소 가스가 여기되어 플라즈마화되어, 이온화된다. 이 산소 이온이 표면(WU1, WL1)에 조사되어, 표면(WU1, WL1)이 플라즈마 처리되어, 개질된다.
예를 들면 제2 처리 블록(G2)에는, 예를 들면 순수에 의해 웨이퍼(WU, WL)의 표면(WU1, WL1)을 친수화함과 함께 당해 표면(WU1, WL1)을 세정하는 표면 친수화 장치(40), 웨이퍼(WU, WL)를 접합하는 접합 장치(41)가, 반입출 스테이션(2)측으로부터 이 순서로 수평 방향의 Y 방향으로 나란히 배치되어 있다.
표면 친수화 장치(40)에서는, 예를 들면 스핀 척에 유지된 웨이퍼(WU, WL)를 회전시키면서, 당해 웨이퍼(WU, WL) 상에 순수를 공급한다. 그렇게 하면, 공급된 순수는 웨이퍼(WU, WL)의 표면(WU1, WL1) 상을 확산하여, 표면(WU1, WL1)이 친수화된다. 또한, 접합 장치(41)의 구성에 대해서는 후술한다.
예를 들면 제3 처리 블록(G3)에는, 도 2에 도시한 바와 같이 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)의 트랜지션 장치(50, 51)가 아래로부터 순서대로 2단으로 설치되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 제1 처리 블록(G1) 내지 제3 처리 블록(G3)으로 둘러싸인 영역에는 웨이퍼 반송 영역(60)이 형성되어 있다. 웨이퍼 반송 영역(60)에는, 예를 들면 웨이퍼 반송 장치(61)가 배치되어 있다.
웨이퍼 반송 장치(61)는, 예를 들면 연직 방향(Z 방향), 수평 방향(Y 방향, X 방향) 및 연직축 주위로 이동 가능한 반송 아암을 갖고 있다. 웨이퍼 반송 장치(61)는, 웨이퍼 반송 영역(60) 내를 이동하여, 주위의 제1 처리 블록(G1), 제2 처리 블록(G2) 및 제3 처리 블록(G3) 내의 소정의 장치에 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)를 반송할 수 있다.
이상의 접합 시스템(1)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 제어부(70)가 설치되어 있다. 제어부(70)는, 예를 들면 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시 생략)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 접합 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 프로그램 저장부에는, 상술한 각종 처리 장치나 반송 장치 등의 구동계의 동작을 제어하여, 접합 시스템(1)에 있어서의 후술하는 웨이퍼 접합 처리를 실현시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 예를 들면 컴퓨터 판독 가능한 하드디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그네토 옵티걸 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체(H)에 기록되어 있었던 것으로서, 그 기억 매체(H)로부터 제어부(70)에 인스톨된 것이어도 된다.
다음에, 상술한 접합 장치(41)의 구성에 대하여 설명한다. 접합 장치(41)는, 도 4에 도시한 바와 같이 내부를 밀폐 가능한 처리 용기(100)를 갖고 있다. 처리 용기(100)의 웨이퍼 반송 영역(60)측의 측면에는, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)의 반입출구(101)가 형성되고, 당해 반입출구(101)에는 개폐 셔터(102)가 설치되어 있다.
처리 용기(100)의 내부는, 내벽(103)에 의해, 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2)으로 구획되어 있다. 상술한 반입출구(101)는, 반송 영역(T1)에 있어서의 처리 용기(100)의 측면에 형성되어 있다. 또한, 내벽(103)에도 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)의 반입출구(104)가 형성되어 있다.
반송 영역(T1)의 X 방향 정방향측에는, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)를 일시적으로 재치하기 위한 트랜지션(110)이 설치되어 있다. 트랜지션(110)은, 예를 들면 2단으로 형성되고, 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT) 중 어느 2개를 동시에 재치할 수 있다.
반송 영역(T1)에는, 웨이퍼 반송 기구(111)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송 기구(111)는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 예를 들면 연직 방향(Z 방향), 수평 방향(Y 방향, X 방향) 및 연직축 주위로 이동 가능한 반송 아암을 갖고 있다. 그리고, 웨이퍼 반송 기구(111)는, 반송 영역(T1) 내, 또는 반송 영역(T1)과 처리 영역(T2) 사이에서 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)를 반송할 수 있다.
반송 영역(T1)의 X 방향 부방향측에는 웨이퍼(WU, WL)의 수평 방향의 배향을 조절하는 위치 조절 기구(120)가 설치되어 있다. 위치 조절 기구(120)는, 도 6에 도시한 바와 같이 베이스(121)와, 웨이퍼(WU, WL)를 핀 척 방식으로 유지하고, 또한 회전시키는 유지부(122)와, 웨이퍼(WU, WL)의 노치부의 위치를 검출하는 검출부(123)를 갖고 있다. 또한, 유지부(122)의 핀 척 방식은, 후술하는 상부 척(140)과 하부 척(141)에 있어서의 핀 척 방식과 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 그리고, 위치 조절 기구(120)에서는, 유지부(122)에 유지된 웨이퍼(WU, WL)를 회전시키면서 검출부(123)에 의해 웨이퍼(WU, WL)의 노치부의 위치를 검출함으로써, 당해 노치부의 위치를 조절하여 웨이퍼(WU, WL)의 수평 방향의 배향을 조절하고 있다.
또한, 반송 영역(T1)에는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 상부 웨이퍼(WU)의 표리면을 반전시키는 반전 기구(130)가 설치되어 있다. 반전 기구(130)는, 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 상부 웨이퍼(WU)를 유지하는 유지 아암(131)을 갖고 있다. 유지 아암(131)은 수평 방향(도 7 및 도 8 중의 Y 방향)으로 연신되어 있다. 또한 유지 아암(131)에는 상부 웨이퍼(WU)를 유지하는 유지 부재(132)가 예를 들면 4개소에 설치되어 있다. 유지 부재(132)는, 도 10에 도시한 바와 같이 유지 아암(131)에 대하여 수평 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한 유지 부재(132)의 측면에는, 상부 웨이퍼(WU)의 외주부를 유지하기 위한 절결(133)이 형성되어 있다. 그리고, 이들 유지 부재(132)는 형성된 절결(133)을 이용하여 상부 웨이퍼(WU)를 사이에 두고 유지할 수 있다.
유지 아암(131)은 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 예를 들면 모터 등을 구비한 제1 구동부(134)에 지지되어 있다. 이 제1 구동부(134)에 의해, 유지 아암(131)은 수평축 주위로 회동 가능하다. 또한 유지 아암(131)은, 제1 구동부(134)를 중심으로 회동 가능함과 함께, 수평 방향(도 7 및 도 8 중의 Y 방향)으로 이동 가능하다. 제1 구동부(134)의 하방에는, 예를 들면 모터 등을 구비한 제2 구동부(135)가 설치되어 있다. 이 제2 구동부(135)에 의해, 제1 구동부(134)는 연직 방향으로 연신하는 지지 기둥(136)을 따라서 연직 방향으로 이동할 수 있다. 이와 같이 제1 구동부(134)와 제2 구동부(135)에 의해, 유지 부재(132)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)는 수평축 주위로 회동할 수 있음과 함께 연직 방향 및 수평 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 유지 부재(132)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)는, 제1 구동부(134)를 중심으로 회동하여, 위치 조절 기구(120)로부터 후술하는 상부 척(140)과의 사이를 이동할 수 있다.
처리 영역(T2)에는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 상부 웨이퍼(WU)를 하면에서 흡착 유지하는 제1 유지부로서의 상부 척(140)과, 하부 웨이퍼(WL)를 상면에서 재치하여 흡착 유지하는 제2 유지부로서의 하부 척(141)이 설치되어 있다. 하부 척(141)은, 상부 척(140)의 하방에 설치되며, 상부 척(140)과 대향 배치 가능하게 구성되어 있다. 즉, 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)와 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)는 대향하여 배치 가능하게 되어 있다.
도 4, 도 5 및 도 11에 도시한 바와 같이 상부 척(140)은 당해 상부 척(140)의 상방에 설치된 상부 척 지지부(150)에 지지되어 있다. 상부 척 지지부(150)는 처리 용기(100)의 천장면에 설치되어 있다. 즉, 상부 척(140)은 상부 척 지지부(150)를 통하여 처리 용기(100)에 고정되어 설치되어 있다.
상부 척 지지부(150)에는 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)을 촬상하는 제1 촬상부로서의 상부 촬상부(151)가 설치되어 있다. 즉, 상부 촬상부(151)는 상부 척(140)에 인접하여 설치되어 있다.
상부 촬상부(151)는 도 12에 도시한 바와 같이 적외선 카메라(152)와 가시광 카메라(153)를 갖고 있다. 적외선 카메라(152)는 적외선 화상을 취득하는 카메라이다. 구체적으로는, 적외선 카메라(152)는 센서(154)와, 센서(154)에 접속되는 마이크로 렌즈(155)와, 센서(154)와 마이크로 렌즈(155) 사이에 설치되는 셔터(156)를 갖고 있다. 가시광 카메라(153)는 가시광 화상을 취득하는 카메라이다. 구체적으로는, 가시광 카메라(153)는 센서(157)와, 센서(157)에 접속되는 마이크로 렌즈(155)와, 센서(157)와 마이크로 렌즈(155) 사이에 설치되는 셔터(158)와, 센서(157)에 접속되는 매크로 렌즈(159)와, 센서(157)와 매크로 렌즈(159) 사이에 설치되는 셔터(160)를 갖고 있다. 또한, 마이크로 렌즈(155)는 적외선 카메라(152)와 가시광 카메라(153)에 공통으로 설치되어 있다. 매크로 렌즈(159)는 촬상 범위가 6.4㎜×4.8㎜로 광범위를 촬상할 수 있지만 해상도는 낮다. 한편, 마이크로 렌즈(155)는 촬상 범위가 0.55㎜×0.4㎜로 촬상할 수 있는 범위는 좁지만 해상도는 높다.
상부 촬상부(151)에서는, 셔터(156, 158, 160)를 개폐시킴으로써, 적외선 카메라(152)에 있어서의 마이크로 렌즈(155)를 사용한 촬상과, 가시광 카메라(153)에 있어서의 마이크로 렌즈(155)를 사용한 촬상과, 가시광 카메라(153)에 있어서의 매크로 렌즈(159)를 사용한 촬상을 각각 행할 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 11에 도시한 바와 같이 하부 척(141)은, 당해 하부 척(141)의 하방에 설치된 제1 하부 척 이동부(170)에 지지되어 있다. 제1 하부 척 이동부(170)는, 후술하는 바와 같이 하부 척(141)을 수평 방향(Y 방향)으로 이동시키도록 구성되어 있다. 또한, 제1 하부 척 이동부(170)는, 하부 척(141)을 연직 방향으로 이동 가능하게, 또한 연직축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다.
제1 하부 척 이동부(170)에는 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)을 촬상하는 제2 촬상부로서의 하부 촬상부(171)가 설치되어 있다. 즉, 하부 촬상부(171)는 하부 척(141)에 인접하여 설치되어 있다.
하부 촬상부(171)는 도 13에 도시한 바와 같이 가시광 카메라(172)를 갖고 있다. 구체적으로는, 가시광 카메라(172)는, 센서(173)와, 센서(173)에 접속되는 마이크로 렌즈(174)와, 센서(173)와 마이크로 렌즈(174) 사이에 설치되는 셔터(175)와, 센서(173)에 접속되는 매크로 렌즈(176)와, 센서(173)와 매크로 렌즈(176) 사이에 설치되는 셔터(177)를 갖고 있다. 또한, 하부 촬상부(171)의 마이크로 렌즈(174)와 매크로 렌즈(176)는 각각 상부 촬상부(151)에 있어서의 마이크로 렌즈(155)와 매크로 렌즈(159)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
하부 촬상부(171)에서는, 셔터(175, 177)를 개폐시킴으로써, 마이크로 렌즈(174)를 사용한 촬상과, 매크로 렌즈(176)를 사용한 촬상을 각각 행할 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 11에 도시한 바와 같이 제1 하부 척 이동부(170)는, 당해 제1 하부 척 이동부(170)의 하면측에 설치되며, 수평 방향(Y 방향)으로 연신하는 한 쌍의 레일(178, 178)에 설치되어 있다. 그리고, 제1 하부 척 이동부(170)는 레일(178)을 따라서 이동 가능하게 구성되어 있다.
한 쌍의 레일(178, 178)은, 제2 하부 척 이동부(179)에 배치되어 있다. 제2 하부 척 이동부(179)는, 당해 제2 하부 척 이동부(179)의 하면측에 설치되며, 수평 방향(X 방향)으로 연신하는 한 쌍의 레일(180, 180)에 설치되어 있다. 그리고, 제2 하부 척 이동부(179)는, 레일(180)을 따라서 이동 가능하게 구성되고, 즉 하부 척(141)을 수평 방향(X 방향)으로 이동시키도록 구성되어 있다. 또한, 한 쌍의 레일(180, 180)은 처리 용기(100)의 저면에 설치된 재치대(181) 상에 배치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)가 본 발명의 이동 기구를 구성하고 있다.
다음에, 접합 장치(41)의 상부 척(140)과 하부 척(141)의 상세한 구성에 대하여 설명한다.
상부 척(140)에는 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이 핀 척 방식이 채용되고 있다. 상부 척(140)은 평면에서 보아 적어도 상부 웨이퍼(WU)보다 큰 직경을 갖는 본체부(190)를 갖고 있다. 본체부(190)의 하면에는 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)에 접촉하는 복수의 핀(191)이 설치되어 있다. 또한 본체부(190)의 하면에는, 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)의 외주부를 지지하는 외벽부(192)가 설치되어 있다. 외벽부(192)는 복수의 핀(191)의 외측에 환 형상으로 설치되어 있다.
본체부(190)의 하면에는, 외벽부(192)의 내측의 영역(193)(이하, 흡인 영역(193)이라 하는 경우가 있음)에 있어서, 상부 웨이퍼(WU)를 진공화하기 위한 흡인구(194)가 형성되어 있다. 흡인구(194)는, 예를 들면 흡인 영역(193)의 외주부에 2개소에 형성되어 있다. 흡인구(194)에는 본체부(190)의 내부에 설치된 흡인관(195)이 접속되어 있다. 또한 흡인관(195)에는 이음매를 통하여 진공 펌프(196)가 접속되어 있다.
그리고, 상부 웨이퍼(WU), 본체부(190) 및 외벽부(192)로 둘러싸여 형성된 흡인 영역(193)을 흡인구(194)로부터 진공화하여, 흡인 영역(193)을 감압한다. 이때, 흡인 영역(193)의 외부의 분위기가 대기압이기 때문에, 상부 웨이퍼(WU)는 감압된 분만큼 대기압에 의해 흡인 영역(193)측으로 눌려져, 상부 척(140)에 상부 웨이퍼(WU)가 흡착 유지된다.
이러한 경우, 복수의 핀(191)의 높이가 균일하므로, 상부 척(140)의 하면의 평면도(???)를 작게 할 수 있다. 이와 같이 상부 척(140)의 하면을 평탄하게 하여(하면의 평면도를 작게 하여), 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)의 연직 방향의 왜곡을 억제할 수 있다. 또한 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)은 복수의 핀(191)에 지지되어 있으므로, 상부 척(140)에 의한 상부 웨이퍼(WU)의 진공화를 해제할 때, 당해 상부 웨이퍼(WU)가 상부 척(140)으로부터 떨어지기 쉬워진다.
본체부(190)의 중심부에는 당해 본체부(190)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(197)이 형성되어 있다. 이 본체부(190)의 중심부는 상부 척(140)에 흡착 유지되는 상부 웨이퍼(WU)의 중심부에 대응하고 있다. 그리고 관통 구멍(197)에는 후술하는 압동(押動) 부재(200)의 압동 핀(201)이 삽입 관통하도록 되어 있다.
상부 척(140)의 상면에는 상부 웨이퍼(WU)의 중심부를 압압하는 압동 부재(200)가 설치되어 있다. 압동 부재(200)는, 실린더 구조를 갖고, 압동 핀(201)과, 당해 압동 핀(201)이 승강할 때의 가이드로 되는 외통(202)을 갖고 있다. 압동 핀(201)은, 예를 들면 모터를 내장한 구동부(도시 생략)에 의해, 관통 구멍(197)을 삽입 관통하여 연직 방향으로 승강 가능하게 되어 있다. 그리고, 압동 부재(200)는, 후술하는 웨이퍼(WU, WL)의 접합 시에, 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부를 맞닿게 하여 압압할 수 있다.
하부 척(141)에는 도 14 및 도 16에 도시한 바와 같이 상부 척(140)과 마찬가지로 핀 척 방식이 채용되고 있다. 하부 척(141)은 평면에서 보아 적어도 하부 웨이퍼(WL)보다 큰 직경을 갖는 본체부(210)를 갖고 있다. 본체부(210)의 상면에는, 하부 웨이퍼(WL)의 이면(WL2)에 접촉하는 복수의 핀(211)이 설치되어 있다. 또한 본체부(210)의 상면에는 하부 웨이퍼(WL)의 이면(WL2)의 외주부를 지지하는 외벽부(212)가 설치되어 있다. 외벽부(212)는 복수의 핀(211)의 외측에 환 형상으로 설치되어 있다.
본체부(210)의 상면에는, 외벽부(212)의 내측의 영역(213)(이하, 흡인 영역(213)이라 하는 경우가 있음)에 있어서, 하부 웨이퍼(WL)를 진공화하기 위한 흡인구(214)가 복수 형성되어 있다. 흡인구(214)에는 본체부(210)의 내부에 설치된 흡인관(215)이 접속되어 있다. 흡인관(215)은, 예를 들면 2개 설치되어 있다. 또한 흡인관(215)에는 진공 펌프(216)가 접속되어 있다.
그리고, 하부 웨이퍼(WL), 본체부(210) 및 외벽부(212)로 둘러싸여 형성된 흡인 영역(213)을 흡인구(214)로부터 진공화하여, 흡인 영역(213)을 감압한다. 이때, 흡인 영역(213)의 외부의 분위기가 대기압이기 때문에, 하부 웨이퍼(WL)는 감압된 분만큼 대기압에 의해 흡인 영역(213)측으로 눌려져, 하부 척(141)에 하부 웨이퍼(WL)가 흡착 유지된다.
이러한 경우, 복수의 핀(211)의 높이가 균일하므로, 하부 척(141)의 상면의 평면도를 작게 할 수 있다. 또한 예를 들면 처리 용기(100) 내에 파티클이 존재하는 경우라도, 인접하는 핀(211)의 간격이 적절하기 때문에, 하부 척(141)의 상면에 파티클이 존재하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이 하부 척(141)의 상면을 평탄하게 하여(상면의 평면도를 작게 하여), 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 연직 방향의 왜곡을 억제할 수 있다. 또한 하부 웨이퍼(WL)의 이면(WL2)은 복수의 핀(211)에 지지되어 있으므로, 하부 척(141)에 의한 하부 웨이퍼(WL)의 진공화를 해제할 때, 당해 하부 웨이퍼(WL)가 하부 척(141)으로부터 떨어지기 쉬워진다.
본체부(210)의 중심부 부근에는 당해 본체부(210)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(217)이 예를 들면 3개소에 형성되어 있다. 그리고 관통 구멍(217)에는 제1 하부 척 이동부(170)의 하방에 설치된 승강 핀이 삽입 관통하도록 되어 있다.
본체부(210)의 외주부에는 웨이퍼(WU, WL), 중합 웨이퍼(WT)가 하부 척(141)으로부터 튀어나오거나, 미끄러져 떨어지는 것을 방지하는 가이드 부재(218)가 설치되어 있다. 가이드 부재(218)는 본체부(210)의 외주부에 복수 개소, 예를 들면 4개소에 등간격으로 설치되어 있다.
또한, 접합 장치(41)에 있어서의 각 부의 동작은, 상술한 제어부(70)에 의해 제어된다.
다음에, 이상과 같이 구성된 접합 시스템(1)을 사용하여 행해지는 웨이퍼(WU, WL)의 접합 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 17은 이러한 웨이퍼 접합 처리의 주된 공정의 예를 도시하는 플로우차트이다.
우선, 복수매의 상부 웨이퍼(WU)를 수용한 카세트(CU), 복수매의 하부 웨이퍼(WL)를 수용한 카세트(CL) 및 빈 카세트(CT)가, 반입출 스테이션(2)의 소정의 카세트 재치판(11)에 재치된다. 그 후, 웨이퍼 반송 장치(22)에 의해 카세트(CU) 내의 상부 웨이퍼(WU)가 취출되어, 처리 스테이션(3)의 제3 처리 블록(G3)의 트랜지션 장치(50)에 반송된다.
다음에 상부 웨이퍼(WU)는 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 제1 처리 블록(G1)의 표면 개질 장치(30)에 반송된다. 표면 개질 장치(30)에서는, 소정의 감압 분위기 하에 있어서, 처리 가스인 산소 가스가 여기되어 플라즈마화되어, 이온화된다. 이 산소 이온이 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)에 조사되어, 당해 표면(WU1)이 플라즈마 처리된다. 그리고, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)이 개질된다(도 17의 공정 S1).
다음에 상부 웨이퍼(WU)는 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 제2 처리 블록(G2)의 표면 친수화 장치(40)에 반송된다. 표면 친수화 장치(40)에서는, 스핀 척에 유지된 상부 웨이퍼(WU)를 회전시키면서, 당해 상부 웨이퍼(WU) 상에 순수를 공급한다. 그렇게 하면, 공급된 순수는 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1) 상을 확산하여, 표면 개질 장치(30)에 있어서 개질된 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)에 수산기(실라놀기)가 부착되어 당해 표면(WU1)이 친수화된다. 또한, 당해 순수에 의해, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)이 세정된다(도 17의 공정 S2).
다음에 상부 웨이퍼(WU)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 제2 처리 블록(G2)의 접합 장치(41)에 반송된다. 접합 장치(41)에 반입된 상부 웨이퍼(WU)는, 트랜지션(110)을 통하여 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 위치 조절 기구(120)에 반송된다. 그리고 위치 조절 기구(120)에 의해, 상부 웨이퍼(WU)의 수평 방향의 배향이 조절된다(도 17의 공정 S3).
그 후, 위치 조절 기구(120)로부터 반전 기구(130)의 유지 아암(131)에 상부 웨이퍼(WU)가 전달된다. 계속해서 반송 영역(T1)에 있어서, 유지 아암(131)을 반전시킴으로써, 상부 웨이퍼(WU)의 표리면이 반전된다(도 17의 공정 S4). 즉, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)이 하방으로 향해진다.
그 후, 반전 기구(130)의 유지 아암(131)이 제1 구동부(134)를 중심으로 회동하여 상부 척(140)의 하방으로 이동한다. 그리고, 반전 기구(130)로부터 상부 척(140)에 상부 웨이퍼(WU)가 전달된다. 상부 웨이퍼(WU)는 상부 척(140)에 그 이면(WU2)이 흡착 유지된다(도 17의 공정 S5). 구체적으로는, 진공 펌프(196)를 작동시켜, 흡인 영역(193)을 흡인구(194)로부터 진공화하여, 상부 웨이퍼(WU)가 상부 척(140)에 흡착 유지된다.
상부 웨이퍼(WU)에 상술한 공정 S1 내지 S5의 처리가 행해지고 있는 동안, 당해 상부 웨이퍼(WU)에 이어서 하부 웨이퍼(WL)의 처리가 행해진다. 우선, 웨이퍼 반송 장치(22)에 의해 카세트(CL) 내의 하부 웨이퍼(WL)가 취출되어, 처리 스테이션(3)의 트랜지션 장치(50)에 반송된다.
다음에 하부 웨이퍼(WL)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 표면 개질 장치(30)에 반송되어, 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)이 개질된다(도 17의 공정 S6). 또한, 공정 S6에 있어서의 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)의 개질은 상술한 공정 S1과 마찬가지이다.
그 후, 하부 웨이퍼(WL)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 표면 친수화 장치(40)에 반송되어, 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)이 친수화됨과 함께 당해 표면(WL1)이 세정된다(도 17의 공정 S7). 또한, 공정 S7에 있어서의 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)의 친수화 및 세정은 상술한 공정 S2와 마찬가지이다.
그 후, 하부 웨이퍼(WL)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 접합 장치(41)에 반송된다. 접합 장치(41)에 반입된 하부 웨이퍼(WL)는 트랜지션(110)을 통하여 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 위치 조절 기구(120)에 반송된다. 그리고 위치 조절 기구(120)에 의해 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향의 배향이 조절된다(도 17의 공정 S8).
그 후, 하부 웨이퍼(WL)는, 웨이퍼 반송 기구(111)에 의해 하부 척(141)에 반송되어, 하부 척(141)에 그 이면(WL2)이 흡착 유지된다(도 17의 공정 S9). 구체적으로는, 진공 펌프(216)를 작동시켜, 흡인 영역(213)을 흡인구(214)로부터 진공화하여, 하부 웨이퍼(WL)가 하부 척(141)에 흡착 유지된다.
다음에, 도 18에 도시한 바와 같이 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)의 수평 방향 위치의 조절을 행한다(도 17의 공정 S10).
공정 S10에서는, 하부 촬상부(171)가 상부 촬상부(151)의 대략 하방에 위치하도록, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)을 수평 방향(X 방향 및 Y 방향)으로 이동시킨다. 그리고, 상부 촬상부(151)의 가시광 카메라(153)와 하부 촬상부(171)의 가시광 카메라(172)로 공통의 타깃(T)을 확인하고, 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)의 수평 방향 위치가 일치하도록, 하부 촬상부(171)의 수평 방향 위치가 미세 조절된다. 이때, 상부 촬상부(151)는 처리 용기(100)에 고정되어 있으므로, 하부 촬상부(171)만을 이동시키면 되어, 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있다.
다음에, 도 19 및 도 20에 도시한 바와 같이 제1 하부 척 이동부(170)에 의해 하부 척(141)을 연직 상방으로 이동시킨 후, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치의 조절을 행하여, 당해 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)와 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향 위치의 조절을 행한다(도 17의 공정 S11 및 S12).
또한, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)에는 미리 정해진 복수, 예를 들면 3점의 기준점 A1 내지 A3이 형성되고, 마찬가지로 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)에는 미리 정해진 복수, 예를 들면 3점의 기준점 B1 내지 B3이 형성되어 있다. 기준점 A1, A3과 B1, B3은 각각 웨이퍼(WU, WL)의 외주부의 기준점이며, 기준점 A2와 B2는 각각 웨이퍼(WU, WL)의 중심부의 기준점이다. 또한, 이들 기준점 A1 내지 A3, B1 내지 B3으로서는, 예를 들면 웨이퍼(WL, WU) 상에 형성된 소정의 패턴이 각각 사용된다.
공정 S11에서는, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)을 수평 방향(X 방향 및 Y 방향)으로 이동시키고, 상부 촬상부(151)의 가시광 카메라(153)의 매크로 렌즈(159)를 사용하여 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)의 외주부 3점을 촬상한다. 그리고 제어부(70)에서는, 촬상된 화상에 기초하여 3점의 수평 방향 위치를 계측하고, 또한 이 계측 결과에 기초하여 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)의 중심부의 수평 방향 위치를 산출한다. 그 후, 하부 척(141)을 수평 방향으로 이동시켜, 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)의 중심부(중심부의 칩)를 촬상한다. 계속해서 하부 척(141)을 수평 방향으로 더 이동시켜, 중심부의 칩에 인접하는 칩을 촬상한다. 그리고 제어부(70)에서는, 이들 중심부의 칩의 화상과 인접하는 칩의 화상에 기초하여, 하부 웨이퍼(WL)의 기울기를 산출한다. 이와 같이 하부 웨이퍼(WL)의 중심부의 수평 방향 위치와 하부 웨이퍼(WL)의 기울기를 취득함으로써, 하부 웨이퍼(WL)의 개략 좌표를 취득할 수 있다. 그리고, 이 하부 웨이퍼(WL)의 개략 좌표에 기초하여, 하부 척(141)의 수평 방향 위치가 개략 조절된다. 이렇게 하여 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향 위치가 개략 조절된다.
또한, 공정 S11에 있어서의 수평 방향 위치의 개략 조절은, 적어도 후술하는 공정 S12에 있어서, 상부 촬상부(151)가 하부 웨이퍼(WL)의 기준점 B1 내지 B3을 촬상할 수 있고, 또한 하부 촬상부(171)가 상부 웨이퍼(WU)의 기준점 A1 내지 A3을 촬상할 수 있는 위치에 행해진다.
계속해서 행해지는 공정 S12에서는, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)을 수평 방향(X 방향 및 Y 방향)으로 이동시키고, 상부 촬상부(151)의 가시광 카메라(153)의 마이크로 렌즈(155)를 사용하여 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)의 기준점 B1 내지 B3을 순차적으로 촬상한다. 동시에, 하부 촬상부(171)의 가시광 카메라(172)의 마이크로 렌즈(174)를 사용하여 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)의 기준점 A1 내지 A3을 순차적으로 촬상한다. 또한, 도 19는 상부 촬상부(151)에 의해 하부 웨이퍼(WL)의 기준점 B1을 촬상함과 함께, 하부 촬상부(171)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)의 기준점 A1을 촬상하는 모습을 도시하고, 도 20은 상부 촬상부(151)에 의해 하부 웨이퍼(WL)의 기준점 B2를 촬상함과 함께, 하부 촬상부(171)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)의 기준점 A2를 촬상하는 모습을 도시하고 있다. 촬상된 가시광 화상은 제어부(70)에 출력된다. 제어부(70)에서는, 상부 촬상부(151)에 의해 촬상된 가시광 화상과 하부 촬상부(171)에 의해 촬상된 가시광 화상에 기초하여, 상부 웨이퍼(WU)의 기준점 A1 내지 A3과 하부 웨이퍼(WL)의 기준점 B1 내지 B3이 각각 합치하는 위치에, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)을 이동시킨다. 이렇게 하여 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향 위치가 미세 조절된다. 이때, 상부 척(140)은 처리 용기(100)에 고정되어 있으므로, 하부 척(141)만을 이동시키면 되어, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있어, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있다.
또한, 공정 S12에 있어서의 수평 방향 위치의 미세 조절은, 상술한 바와 같이 하부 척(141)을 수평 방향(X 방향 및 Y 방향)으로 이동시킴과 함께, 제1 하부 척 이동부(170)에 의해 하부 척(141)을 회전시켜, 당해 하부 척(141)의 배향도 미세 조절된다.
그 후, 도 21에 도시한 바와 같이 제1 하부 척 이동부(170)에 의해 하부 척(141)을 연직 상방으로 이동시켜, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 연직 방향 위치의 조절을 행하여, 당해 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)와 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 연직 방향 위치의 조절을 행한다(도 17의 공정 S13). 이때, 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)과 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1) 사이의 간격은 소정의 거리, 예를 들면 50㎛ 내지 200㎛로 되어 있다.
다음에, 상부 척(140)에 유지된 상부 웨이퍼(WU)와 하부 척(141)에 유지된 하부 웨이퍼(WL)의 접합 처리가 행해진다.
우선, 도 22에 도시한 바와 같이 압동 부재(200)의 압동 핀(201)을 하강시킴으로써, 상부 웨이퍼(WU)의 중심부를 압압하면서 당해 상부 웨이퍼(WU)를 하강시킨다. 이때, 압동 핀(201)에는, 상부 웨이퍼(WU)가 없는 상태에서 당해 압동 핀(201)이 70㎛ 이동하는 하중, 예를 들면 200g이 가해진다. 그리고, 압동 부재(200)에 의해, 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부를 맞닿게 하여 압압한다(도 17의 공정 S14). 이때, 상부 척(140)의 흡인구(194)는 흡인 영역(193)의 외주부에 형성되어 있으므로, 압동 부재(200)로 상부 웨이퍼(WU)의 중심부를 압압할 때에도, 상부 척(140)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 외주부를 유지할 수 있다.
그렇게 하면, 압압된 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부 사이에서 접합이 개시된다(도 22 중의 굵은 선부). 즉, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)과 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)은 각각 공정 S1, S6에 있어서 개질되어 있기 때문에, 우선, 표면(WU1, WL1) 사이에 반데르발스힘(분자간력)이 발생하여, 당해 표면(WU1, WL1)끼리가 접합된다. 또한, 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)과 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)은 각각 공정 S2, S7에 있어서 친수화되어 있기 때문에, 표면(WU1, WL1) 사이의 친수기가 수소 결합하여(분자간력), 표면(WU1, WL1)끼리가 견고하게 접합된다.
그 후, 도 23에 도시한 바와 같이 압동 부재(200)에 의해 상부 웨이퍼(WU)의 중심부와 하부 웨이퍼(WL)의 중심부를 압압한 상태에서 진공 펌프(196)의 작동을 정지하여, 흡인 영역(193)에 있어서의 상부 웨이퍼(WU)의 진공화를 정지한다. 그렇게 하면, 상부 웨이퍼(WU)가 하부 웨이퍼(WL) 상에 낙하한다. 이때, 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2)는 복수의 핀(191)에 지지되어 있으므로, 상부 척(140)에 의한 상부 웨이퍼(WU)의 진공화를 해제하였을 때, 당해 상부 웨이퍼(WU)가 상부 척(140)으로부터 떨어지기 쉽게 되어 있다. 그리고 상부 웨이퍼(WU)의 중심부로부터 외주부를 향하여, 상부 웨이퍼(WU)의 진공화를 정지하여, 상부 웨이퍼(WU)가 하부 웨이퍼(WL) 상에 순차적으로 낙하하여 맞닿아, 상술한 표면(WU1, WL1) 사이의 반데르발스힘과 수소 결합에 의한 접합이 순차적으로 확대된다. 이렇게 하여, 도 24에 도시한 바와 같이 상부 웨이퍼(WU)의 표면(WU1)과 하부 웨이퍼(WL)의 표면(WL1)이 전체면에서 맞닿아, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 접합된다(도 17의 공정 S15).
그 후, 도 25에 도시한 바와 같이 압동 부재(200)의 압동 핀(201)을 상부 척(140)까지 상승시킨다. 또한, 진공 펌프(216)의 작동을 정지하여, 흡인 영역(213)에 있어서의 하부 웨이퍼(WL)의 진공화를 정지하여, 하부 척(141)에 의한 하부 웨이퍼(WL)의 흡착 유지를 정지한다. 이때, 하부 웨이퍼(WL)의 이면(WL2)은 복수의 핀(211)에 지지되어 있으므로, 하부 척(141)에 의한 하부 웨이퍼(WL)의 진공화를 해제하였을 때, 당해 하부 웨이퍼(WL)가 하부 척(141)으로부터 떨어지기 쉽게 되어 있다.
다음에, 도 26 및 도 27에 도시한 바와 같이 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 접합된 중합 웨이퍼(WT)의 검사를 행한다(도 17의 공정 S16). 또한, 중합 웨이퍼(WT) 중의 웨이퍼(WU, WL)의 접합면에 있어서, 상부 웨이퍼(WU)의 기준점 A1 내지 A3과 하부 웨이퍼(WL)의 기준점 B1 내지 B3이 각각 맞닿은 기준점을 C1 내지 C3으로 한다.
공정 S16에서는, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)을 수평 방향(X 방향 및 Y 방향)으로 이동시키면서, 상부 촬상부(151)의 적외선 카메라(152)를 사용하여 중합 웨이퍼(WT)의 내부의 기준점 C1 내지 C3을 순차적으로 촬상한다. 이때, 적외선은 중합 웨이퍼(WT)를 투과하므로, 적외선 카메라(152)에 의해 중합 웨이퍼(WT)의 내부의 기준점 C1 내지 C3을 촬상할 수 있다. 또한, 도 26은 상부 촬상부(151)에 의해 중합 웨이퍼(WT)의 기준점 C1을 촬상하는 모습을 도시하고, 도 27은 상부 촬상부(151)에 의해 중합 웨이퍼(WT)의 기준점 C2를 촬상하는 모습을 도시하고 있다. 촬상된 적외선 화상은 제어부(70)에 출력된다. 제어부(70)에서는, 적외선 카메라(152)에 의해 촬상된 적외선 화상에 기초하여, 중합 웨이퍼(WT)의 검사가 행해진다. 즉, 기준점 C1에 있어서 기준점 A1과 기준점 B1이 합치하고 있는지 여부의 검사가 행해진다. 마찬가지로 다른 기준점 C2, C3에 대해서도, 기준점 A2, A3과 기준점 B2, B3이 각각 합치하고 있는지 여부의 검사가 행해진다. 이렇게 하여 중합 웨이퍼(WT)에 있어서, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 적절한 위치에 접합되어 있는지 여부의 검사가 행해진다.
또한, 이 공정 S16에 있어서의 중합 웨이퍼(WT)의 검사에 있어서, 기준점 A1 내지 A3과 기준점 B1 내지 B3이 합치한다라는 것은, 완전히 합치하는 경우 외에, 각각의 기준점의 위치 어긋남이 원하는 범위 내인 경우도 포함한다.
그 후, 공정 S16에 있어서의 검사 결과에 기초하여, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치의 조절이 행해진다(도 17의 공정 S17). 즉, 이후의 웨이퍼(WU, WL)를 위해서, 상부 척(140)과 하부 척(141)이 피드백 제어된다.
공정 S17에서는, 검사 결과가 정상인 경우, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치의 조절은 행해지지 않는다. 한편, 검사 결과가 이상인 경우, 즉 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)가 수평 방향으로 어긋나 접합되어 있는 경우, 그 어긋남에 의한 보정값을 제어부(70)에 기억해 둔다. 그리고, 이후의 웨이퍼(WU, WL)에 대하여 상기 공정 S12가 행해진 후, 이 보정값분만큼 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)을 이동시킨다. 그렇게 하면, 하부 척(141)의 수평 방향 위치가 적절하게 조절되어, 이후 행해지는 웨이퍼(WU, WL)의 접합 처리를 적절하게 행할 수 있다.
그 후, 검사가 종료된 중합 웨이퍼(WT)는, 웨이퍼 반송 장치(61)에 의해 트랜지션 장치(51)에 반송되고, 그 후 반입출 스테이션(2)의 웨이퍼 반송 장치(22)에 의해 소정의 카세트 재치판(11)의 카세트(CT)에 반송된다. 이렇게 하여, 일련의 웨이퍼(WU, WL)의 접합 처리가 종료된다.
이상의 실시 형태에 의하면, 공정 S16에 있어서 중합 웨이퍼(WT)의 검사를 행할 때, 적외선이 중합 웨이퍼(WT)를 투과하므로, 상부 촬상부(151)의 적외선 카메라(152)에 의해 중합 웨이퍼(WT)의 내부의 기준점 C1 내지 C3을 촬상할 수 있다. 그렇게 하면, 그 후의 공정 S17에 있어서, 검사 결과에 기초하여, 중합 웨이퍼(WT)에 있어서 상부 웨이퍼(WU)의 기준점 A1 내지 A3과 하부 웨이퍼(WL)의 기준점 B1 내지 B3이 합치하도록 상부 척(140)과 하부 척(141)을 피드백 제어할 수 있다. 따라서, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있어, 이후 행해지는 웨이퍼(WU, WL)의 접합 처리를 적절하게 행할 수 있다.
또한, 이와 같이 접합 장치(41) 내에서 중합 웨이퍼(WT)의 검사를 행할 수 있어, 접합 장치(41)의 외부에 별도로 검사 장치를 설치할 필요가 없기 때문에, 장치의 제조 비용을 저렴화할 수 있다. 또한, 웨이퍼(WU, WL)끼리를 접합한 직후에 중합 웨이퍼(WT)를 검사할 수 있으므로, 검사 결과를 후속의 접합 처리에 적절한 타이밍에서 피드백할 수 있고, 이에 의해 접합 처리의 정밀도가 향상된다.
또한, 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)는 각각 가시광 카메라(153, 172)를 구비하고 있으므로, 공정 S10 내지 S12에 있어서, 당해 가시광 카메라(153, 172)에 의해 각각 하부 웨이퍼(WL)를 상부 웨이퍼(WU)를 촬상할 수 있다. 그렇게 하면, 촬상된 가시광 화상에 기초하여, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있다. 따라서, 그 후 공정 S14 및 S15에 있어서, 상부 웨이퍼(WU)와 하부 웨이퍼(WL)의 접합 처리를 적절하게 행할 수 있다.
게다가, 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)는 각각 마이크로 렌즈(155, 174)와 매크로 렌즈(159, 176)를 구비하고 있으므로, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치 조절을 공정 S11과 S12에 있어서 단계적으로 행할 수 있다. 따라서, 당해 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치 조절을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 상부 척(140)은 처리 용기(100)에 고정되고, 상부 촬상부(151)도 처리 용기(100)에 고정되어 있으므로, 이들 상부 척(140)과 상부 촬상부(151)가 경시적으로 이동하는 일이 없다. 그리고 공정 S10에서는, 상부 촬상부(151)는 처리 용기(100)에 고정되어 있으므로, 하부 촬상부(171)만을 이동시키면 되어, 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)의 수평 방향 위치를 보다 적절하게 조절할 수 있다. 또한, 공정 S11 및 S12에서는, 상부 척(140)은 처리 용기(100)에 고정되어 있으므로, 하부 척(141)만을 이동시키면 되어, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치를 보다 적절하게 조절할 수 있다. 즉, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치의 조절 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한 접합 시스템(1)은, 접합 장치(41) 외에, 웨이퍼(WU, WL)의 표면(WU1, WL1)을 개질하는 표면 개질 장치(30)와, 표면(WU1, WL1)을 친수화함과 함께 당해 표면(WU1, WL1)을 세정하는 표면 친수화 장치(40)도 구비하고 있으므로, 하나의 시스템 내에서 웨이퍼(WU, WL)의 접합을 효율적으로 행할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 접합 처리의 스루풋을 보다 향상시킬 수 있다.
이상의 실시 형태의 접합 장치(41)는, 3매 이상의 웨이퍼를 접합하는 경우에도 사용할 수 있다. 이하의 설명에 있어서는, 상기 실시 형태에서 접합된 중합 웨이퍼(WT1)에 또 다른 웨이퍼(WZ)를 접합하는 경우에 대하여 설명한다. 또한, 중합 웨이퍼(WT1)는, 예를 들면 상부 웨이퍼(WU)의 이면(WU2) 또는 하부 웨이퍼(WL)의 이면(WL2)이 연마되어 박화되어 있어도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼(WZ)가 제1 기판이며, 중합 웨이퍼(WT1)가 본 발명의 제2 기판이다.
웨이퍼(WZ)에는 상기 공정 S1 내지 S5가 행해져, 웨이퍼(WZ)는 상부 척(140)에 흡착 유지된다. 한편, 중합 웨이퍼(WT1)에는 상기 공정 S6 내지 S9가 행해져, 중합 웨이퍼(WT1)는 하부 척(141)에 흡착 유지된다. 그 후, 상기 공정 S10에 있어서, 도 28에 도시한 바와 같이 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)의 수평 방향 위치의 조절이 행해진다.
다음에, 공정 S11이 행해져, 상부 촬상부(151)의 가시광 카메라(153)의 매크로 렌즈(159)와 하부 촬상부(171)의 가시광 카메라(172)의 매크로 렌즈(176)를 사용하여, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치의 개략 조절이 행해진다.
다음에, 공정 S12에 있어서, 도 29에 도시한 바와 같이 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치의 조절이 행해진다. 또한, 중합 웨이퍼(WT1)의 내부에는 기준점 C1 내지 C3이 형성되어 있다. 또한, 웨이퍼(WZ)의 표면에도 미리 정해진 기준점 D1 내지 D3이 형성되어 있다.
공정 S12에서는, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)을 수평 방향(X 방향 및 Y 방향)으로 이동시키면서, 상부 촬상부(151)의 적외선 카메라(152)를 사용하여 중합 웨이퍼(WT1)의 내부의 기준점 C1 내지 C3을 순차적으로 촬상한다. 이때, 적외선은 중합 웨이퍼(WT1)를 투과하므로, 적외선 카메라(152)에 의해 중합 웨이퍼(WT1)의 내부의 기준점 C1 내지 C3을 촬상할 수 있다. 동시에, 하부 척(141)을 수평 방향으로 이동시키면서, 하부 촬상부(171)의 가시광 카메라(172)의 마이크로 렌즈(174)를 사용하여 웨이퍼(WZ)의 표면의 기준점 D1 내지 D3을 순차적으로 촬상한다. 또한, 도 29는 상부 촬상부(151)에 의해 중합 웨이퍼(WT1)의 기준점 C1을 촬상함과 함께, 하부 촬상부(171)에 의해 웨이퍼(WZ)의 기준점 D1을 촬상하는 모습을 도시하고 있다. 촬상된 적외선 화상과 가시광 화상은 제어부(70)에 출력된다. 제어부(70)에서는, 상부 촬상부(151)에 의해 촬상된 적외선 화상과 하부 촬상부(171)에 의해 촬상된 가시광 화상에 기초하여, 중합 웨이퍼(WT1)의 기준점 C1 내지 C3과 웨이퍼(WZ)의 기준점 D1 내지 D3이 각각 합치하도록, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)의 수평 방향 위치를 조절시킨다. 이렇게 하여 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치가 조절되어, 웨이퍼(WZ)와 중합 웨이퍼(WT1)의 수평 방향 위치가 조절된다.
그 후, 상기 공정 S13이 행해져, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 연직 방향 위치의 조절이 행해진 후, 상기 공정 S14 및 S15가 행해져, 상부 척(140)에 유지된 웨이퍼(WZ)와 하부 척(141)에 유지된 중합 웨이퍼(WT1)의 접합 처리가 행해진다.
다음에, 공정 S16에 있어서, 도 30에 도시한 바와 같이 웨이퍼(WZ)와 중합 웨이퍼(WT1)가 접합된 중합 웨이퍼(WT2)의 검사를 행한다. 이러한 경우, 제1 하부 척 이동부(170)와 제2 하부 척 이동부(179)에 의해 하부 척(141)을 수평 방향(X 방향 및 Y 방향)으로 이동시키면서, 상부 촬상부(151)의 적외선 카메라(152)를 사용하여 중합 웨이퍼(WT2)의 내부의 기준점 D1 내지 D3(기준점 C1 내지 C3)을 순차적으로 촬상한다. 이때, 적외선은 중합 웨이퍼(WT2)를 투과하므로, 적외선 카메라(152)에 의해 중합 웨이퍼(WT2)의 내부의 기준점 D1 내지 D3을 촬상할 수 있다. 또한, 기준점 D1 내지 D3과 기준점 C1 내지 C3이 수평 방향으로 어긋나 있는 경우에는, 적외선 카메라(152)에 의해 기준점 C1 내지 C3도 촬상된다. 또한, 도 30은 상부 촬상부(151)에 의해 중합 웨이퍼(WT2)의 기준점 D1을 촬상하는 모습을 도시하고 있다. 촬상된 적외선 화상은 제어부(70)에 출력된다. 제어부(70)에서는, 적외선 카메라(152)에 의해 촬상된 적외선 화상에 기초하여, 중합 웨이퍼(WT2)의 검사가 행해진다. 즉, 기준점 D1과 기준점 C1이 합치하고 있는지 여부의 검사가 행해진다. 마찬가지로 다른 기준점 D2, D3과 기준점 C2, C3이 각각 합치하고 있는지 여부의 검사도 행해진다. 이렇게 하여 중합 웨이퍼(WT2)에 있어서, 웨이퍼(WZ)와 중합 웨이퍼(WT1)가 적절한 위치에 접합되어 있는지 여부의 검사가 행해진다.
그 후, 공정 S16에 있어서의 검사 결과에 기초하여, 상기 공정 S17이 행해져, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치의 조절이 행해진다. 즉, 이후의 웨이퍼(WU, WL)를 위해서, 상부 척(140)과 하부 척(141)이 피드백 제어된다.
본 실시 형태에 의하면, 공정 S12에 있어서 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치의 조절을 행할 때, 적외선이 중합 웨이퍼(WT1)를 투과하므로, 상부 촬상부(151)의 적외선 카메라(152)에 의해 중합 웨이퍼(WT1)의 내부의 기준점 C1 내지 C3을 촬상할 수 있다. 한편, 웨이퍼(WZ)의 기준점 D1 내지 D3에 대해서는, 하부 촬상부(171)의 가시광 카메라(172)를 사용하여 촬상할 수 있다. 따라서, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있어, 그 후 공정 S14 및 S15에 있어서, 웨이퍼(WZ)와 중합 웨이퍼(WT1)의 접합 처리를 적절하게 행할 수 있다.
또한, 공정 S16에 있어서 중합 웨이퍼(WT2)의 검사를 행할 때도, 적외선이 중합 웨이퍼(WT2)를 투과하므로, 상부 촬상부(151)의 적외선 카메라(152)에 의해 중합 웨이퍼(WT2)의 내부의 기준점 D1 내지 D3을 촬상할 수 있다. 그렇게 하면, 그 후의 공정 S17에 있어서, 검사 결과에 기초하여, 상부 척(140)과 하부 척(141)을 피드백 제어할 수 있다. 따라서, 상부 척(140)과 하부 척(141)의 수평 방향 위치를 적절하게 조절할 수 있어, 이후 행해지는 웨이퍼(WU, WL)의 접합 처리를 적절하게 행할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 접합 장치(41)에 있어서 3매의 웨이퍼를 접합하는 경우에 대하여 설명하였지만, 당해 접합 장치(41)에서는 4매 이상의 웨이퍼를 접합하는 것도 가능하다.
이상의 실시 형태의 접합 장치(41)에서는, 상부 촬상부(151)에 있어서, 적외선 카메라(152)의 센서(154)와 가시광 카메라(153)의 센서(157)는 따로따로 설치되어 있었지만, 적외선 화상과 가시광 화상을 모두 취득할 수 있는 센서를 공통으로 설치해도 된다.
또한, 적외선 카메라(152)는 상부 촬상부(151)에 설치되어 있었지만, 당해 적외선 카메라(152)를 하부 촬상부(171)에 설치해도 된다. 또한 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)의 양쪽에 적외선 카메라(152)를 각각 설치해도 된다. 상부 촬상부(151)와 하부 촬상부(171)의 양쪽에 적외선 카메라(152)를 설치한 경우, 상부 척(140)과 하부 척(141) 모두, 복수의 웨이퍼가 적층된 중합 웨이퍼를 유지할 수 있어, 접합 처리의 자유도가 향상된다.
이상의 실시 형태의 접합 장치(41)에서는, 상부 척(140)을 처리 용기(100)에 고정하고, 또한 하부 척(141)을 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키고 있었지만, 반대로 상부 척(140)을 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키고, 또한 하부 척(141)을 처리 용기(100)에 고정해도 된다. 혹은, 상부 척(140)과 하부 척(141)을 모두 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시켜도 된다.
이상의 실시 형태의 접합 시스템(1)에 있어서, 접합 장치(41)에 의해 웨이퍼(WU, WL)를 접합한 후, 또한 접합된 중합 웨이퍼(WT)를 소정의 온도로 가열(어닐 처리)해도 된다. 중합 웨이퍼(WT)에 이러한 가열 처리를 행함으로써, 접합 계면을 보다 견고하게 결합시킬 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 본 발명은 이 예에 한하지 않고 다양한 형태를 채용할 수 있는 것이다. 본 발명은, 기판이 웨이퍼 이외의 FPD(플랫 패널 디스플레이), 포토마스크용의 마스크 레티클 등의 다른 기판인 경우에도 적용할 수 있다.
1: 접합 시스템
2: 반입출 스테이션
3: 처리 스테이션
30: 표면 개질 장치
40: 표면 친수화 장치
41: 접합 장치
61: 웨이퍼 반송 장치
70: 제어부
100: 처리 용기
140: 상부 척
141: 하부 척
151: 상부 촬상부
152: 적외선 카메라
153: 가시광 카메라
155: 마이크로 렌즈
159: 매크로 렌즈
170: 제1 하부 척 이동부
171: 하부 촬상부
172: 가시광 카메라
174: 마이크로 렌즈
176: 매크로 렌즈
179: 제2 하부 척 이동부
A1 내지 A3: 기준점
B1 내지 B3: 기준점
C1 내지 C3: 기준점
D1 내지 D3: 기준점
T: 타깃
WU: 상부 웨이퍼
WL: 하부 웨이퍼
WT, WT1, WT2: 중합 웨이퍼
WZ: 웨이퍼

Claims (16)

  1. 기판끼리를 접합하는 접합 장치로서,
    하면에 제1 기판을 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되며, 상면에 제2 기판을 유지하는 제2 유지부와,
    상기 제1 유지부 또는 상기 제2 유지부를 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는 이동 기구와,
    상기 제1 유지부에 설치되며, 상기 제2 유지부에 유지된 상기 제2 기판을 촬상하는 제1 촬상부와,
    상기 제2 유지부에 설치되며, 상기 제1 유지부에 유지된 상기 제1 기판을 촬상하는 제2 촬상부를 갖고,
    상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 중 적어도 하나는 적외선 카메라를 구비하는, 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부는 각각 가시광 카메라를 구비하는, 접합 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적외선 카메라와 상기 가시광 카메라는 공통의 마이크로 렌즈를 구비하고,
    상기 가시광 카메라는 매크로 렌즈를 더 구비하는, 접합 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 기구, 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부의 동작을 제어하는 제어부를 더 갖고,
    상기 제어부는, 접합 전의 상기 제2 기판을 상기 제1 촬상부에 의해 촬상시킴과 함께, 접합 전의 상기 제1 기판을 상기 제2 촬상부에 의해 촬상시킨 후, 상기 제1 촬상부에 의해 촬상된 화상과 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 화상에 기초하여, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절시키는, 접합 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 기구, 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부의 동작을 제어하는 제어부를 더 갖고,
    상기 제어부는, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 접합된 중합 기판을 상기 적외선 카메라에 의해 촬상시켜 중합 기판을 검사한 후, 상기 검사 결과에 기초하여, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절시키는, 접합 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유지부, 상기 제2 유지부, 상기 이동 기구, 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부는 각각 처리 용기의 내부에 설치되고,
    상기 제1 유지부는 상기 처리 용기에 고정되어 설치되고,
    상기 이동 기구는 상기 제2 유지부를 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는, 접합 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 접합 장치를 구비한 접합 시스템으로서,
    상기 접합 장치를 구비한 처리 스테이션과,
    제1 기판, 제2 기판 또는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 접합된 중합 기판을 각각 복수 보유 가능하고, 또한 상기 처리 스테이션에 대하여 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 또는 상기 중합 기판을 반입출하는 반입출 스테이션을 구비하고,
    상기 처리 스테이션은,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판의 접합되는 표면을 개질하는 표면 개질 장치와,
    상기 표면 개질 장치에 의해 개질된 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판의 표면을 친수화하는 표면 친수화 장치와,
    상기 표면 개질 장치, 상기 표면 친수화 장치 및 상기 접합 장치에 대하여, 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 또는 상기 중합 기판을 반송하기 위한 반송 장치를 갖고,
    상기 접합 장치에서는, 상기 표면 친수화 장치에 의해 표면이 친수화된 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하는, 접합 시스템.
  8. 접합 장치를 사용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서,
    상기 접합 장치는,
    하면에 제1 기판을 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되며, 상면에 제2 기판을 유지하는 제2 유지부와,
    상기 제1 유지부 또는 상기 제2 유지부를 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는 이동 기구와,
    상기 제1 유지부에 설치되며, 상기 제2 유지부에 유지된 상기 제2 기판을 촬상하는 제1 촬상부와,
    상기 제2 유지부에 설치되며, 상기 제1 유지부에 유지된 상기 제1 기판을 촬상하는 제2 촬상부를 갖고,
    상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 중 적어도 하나는 적외선 카메라를 구비하고,
    상기 접합 방법은,
    접합 전의 상기 제2 기판을 상기 제1 촬상부에 의해 촬상함과 함께, 접합 전의 상기 제1 기판을 상기 제2 촬상부에 의해 촬상하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정에서 촬상된 화상에 기초하여, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하는 제2 공정을 갖는, 접합 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부는 각각 가시광 카메라를 구비하고,
    상기 제1 공정에 있어서, 상기 적외선 카메라는, 복수의 기판으로 구성되는 상기 제1 기판 또는 복수의 기판으로 구성되는 상기 제2 기판을 촬상하고, 상기 가시광 카메라는, 단일의 기판으로 구성되는 상기 제1 기판 또는 단일의 기판으로 구성되는 상기 제2 기판을 촬상하는, 접합 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적외선 카메라와 상기 가시광 카메라는 공통의 마이크로 렌즈를 구비하고,
    상기 가시광 카메라는 매크로 렌즈를 더 구비하고,
    상기 제1 공정 전에, 상기 제1 촬상부의 상기 매크로 렌즈를 사용하여 상기 제2 기판을 촬상한 후, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하고,
    상기 제1 공정에 있어서, 상기 마이크로 렌즈를 사용하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 촬상하고,
    상기 제2 공정에 있어서, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하는, 접합 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 공정 후, 상기 제1 유지부에 유지된 상기 제1 기판과 상기 제2 유지부에 유지된 상기 제2 기판을 접합하여 중합 기판을 형성하고, 상기 중합 기판을 상기 적외선 카메라에 의해 촬상하여 상기 중합 기판을 검사하고, 상기 검사 결과에 기초하여, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하는, 접합 방법.
  12. 접합 장치를 사용하여 기판끼리를 접합하는 접합 방법으로서,
    상기 접합 장치는,
    하면에 제1 기판을 유지하는 제1 유지부와,
    상기 제1 유지부의 하방에 설치되며, 상면에 제2 기판을 유지하는 제2 유지부와,
    상기 제1 유지부 또는 상기 제2 유지부를 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는 이동 기구와,
    상기 제1 유지부에 설치되며, 상기 제2 유지부에 유지된 상기 제2 기판을 촬상하는 제1 촬상부와,
    상기 제2 유지부에 설치되며, 상기 제1 유지부에 유지된 상기 제1 기판을 촬상하는 제2 촬상부를 갖고,
    상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 중 적어도 하나는 적외선 카메라를 구비하고,
    상기 접합 방법은,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 접합된 중합 기판을 상기 적외선 카메라에 의해 촬상하여 상기 중합 기판을 검사하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정의 검사 결과에 기초하여, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하는 제2 공정을 갖는, 접합 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부는 각각 가시광 카메라를 구비하고,
    상기 접합 방법은, 상기 제1 공정 전에, 접합 전의 상기 제2 기판을 상기 제1 촬상부의 상기 가시광 카메라에 의해 촬상함과 함께, 접합 전의 상기 제1 기판을 상기 제2 촬상부의 상기 가시광 카메라에 의해 촬상한 후, 상기 제1 촬상부에 의해 촬상된 화상과 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 화상에 기초하여, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하는 제3 공정을 더 갖는, 접합 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적외선 카메라와 상기 가시광 카메라는 공통의 마이크로 렌즈를 구비하고,
    상기 가시광 카메라는 매크로 렌즈를 더 구비하고,
    상기 제3 공정에 있어서,
    상기 제1 촬상부의 상기 매크로 렌즈를 사용하여 상기 제2 기판을 촬상한 후, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하고,
    상기 제1 촬상부의 상기 마이크로 렌즈를 사용하여 상기 제2 기판을 촬상함과 함께, 상기 제2 촬상부의 상기 마이크로 렌즈를 사용하여 상기 제1 기판을 촬상한 후, 상기 이동 기구에 의해 상기 제1 유지부와 상기 제2 유지부의 수평 방향 위치를 조절하는, 접합 방법.
  15. 제8항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 유지부, 상기 제2 유지부, 상기 이동 기구, 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부는 각각 처리 용기의 내부에 설치되고,
    상기 제1 유지부는 상기 처리 용기에 고정되어 설치되고,
    상기 이동 기구는 상기 제2 유지부를 수평 방향 및 연직 방향으로 이동시키는, 접합 방법.
  16. 제8항 또는 제12항에 기재된 접합 방법을 접합 장치에 의해 실행시키기 위해서, 상기 접합 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터 상에서 동작하는 프로그램을 저장한 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체.
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