(57)【要約】【課題】ウエハ接合の際に圧力及び熱ともに均一に加えることができ、精度の高いウエハ接合の実現に寄与すること。【解決手段】下ウエハ１０、上ウエハ２０をそれぞれ固定保持する治具３０，４０が装着されたチャンバ５０内で、両ウエハの相対的な移動調整と各ウエハに設けられた位置合わせ用のマークＡＭ１，ＡＭ２に対する光の照射７０及びその検出７２とに基づいて両ウエハ間の位置合わせを行い、両ウエハを接触させてウエハ接合を行うウエハ接合装置１００において、各々の治具３０，４０に、当該ウエハ１０，２０のマークＡＭ１，ＡＭ２に対する光が透過する領域に対応する部分に開口部ＯＰ１，ＯＰ２を設けるとともに、当該ウエハの面全体に直接接触する光透過性部材３２，４２を介在させて当該ウエハ１０，２０を固定保持する。【選択図】図１
2010251410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下ウエハ及び上ウエハをそれぞれ固定保持する治具が装着されたチャンバ内で、両ウエハの相対的な移動調整と各ウエハに設けられた位置合わせ用のマークに対する光の照射及びその検出とに基づいて両ウエハ間の位置合わせを行い、両ウエハを接触させてウエハ接合を行うウエハ接合装置において、
前記下ウエハ及び上ウエハをそれぞれ固定保持する各々の治具は、当該ウエハのマークに対する光が透過する領域に対応する部分に開口部を有するとともに、当該ウエハの面全体に直接接触する光透過性部材を介在させて当該ウエハを固定保持することを特徴とするウエハ接合装置。
【請求項２】
前記光透過性部材は、シリコンからなることを特徴とする請求項１に記載のウエハ接合装置。
【請求項３】
前記光透過性部材は、ヒータ機能を内蔵していることを特徴とする請求項２に記載のウエハ接合装置。
【請求項４】
前記光透過性部材は、静電チャック機能を内蔵していることを特徴とする請求項２に記載のウエハ接合装置。
【請求項５】
下ウエハ及び上ウエハをそれぞれ固定保持する治具が装着されたチャンバ内で、両ウエハの相対的な移動調整と各ウエハに設けられた位置合わせ用のマークに対する光の照射及びその検出とに基づいて両ウエハ間の位置合わせを行い、両ウエハを接触させてウエハ接合を行うウエハ接合装置において、
前記下ウエハ及び上ウエハをそれぞれ固定保持する各々の治具は、少なくとも、当該ウエハのマークに対する光が透過する領域に対応する部分が光透過性部材から構成されており、当該ウエハの面全体に直接接触する光透過性部材を介在させて当該ウエハを固定保持することを特徴とするウエハ接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの積層を行うのに用いられるウエハ接合装置に関し、特に、各ウエハをそれぞれ固定保持する治具が装着されたチャンバ内で両ウエハの加熱を伴う押し当てにより接合を行うウエハ接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術では、例えば、２枚のシリコンウエハを接合する場合、その一つの方法として、ボンディング装置（ウエハ接合装置）の外部で各ウエハをそれぞれ治具で保持し、各ウエハの位置合わせ（アライメント）を行い、治具で固定した後、そのウエハを固定保持した治具を装置の内部（チャンバ内）に装着して、加熱及び加圧処理により両ウエハを接合する方法がある。この方法では、治具に設けられたクランプ部材をウエハ周辺部（治具固定エリア）に係止することで、当該ウエハを治具に固定保持している。
【０００３】
また、ウエハ接合を行う他の方法として、各ウエハのアライメントを装置内部で行う方法もある。この方法では、接合対象の各ウエハの位置合わせを行うに際し、そのウエハの位置ずれを検出してその補正を行うための手段が必要である。その手段としては、両ウエハの相対的な移動調整を行うための機構の他に、ウエハに設けられた位置合わせ用のマーク（アライメントマーク）を照らし出すための光源と、その照らし出されたアライメントマークを読み取るための手段（例えば、ＩＲ（赤外線）カメラ）が必要である。
【０００４】
この場合、ウエハを固定保持する治具は耐熱性を要求されることから、その構成材料としてアルミナセラミックス等（光を透過しない部材）が用いられている。従って、このような治具に保持されるウエハのアライメントを上記の光源とカメラを用いて装置内部で行えるようにするためには、治具の所定の箇所（当該ウエハに設けられたアライメントマークの配設位置に対応する箇所）に観察用窓（開口部）を設けておく必要がある。つまり、このような開口部を設けておくことで、装置外部から入射された光で照らし出されたアライメントマークを外部のカメラで読み取り、それに基づいて所要のウエハアライメントを行うことができる。
【０００５】
かかる従来技術に関連する技術の一例は、下記の特許文献１に記載されている。この文献には、三次元ＬＳＩ積層装置が開示されており、この装置では、石英ガラスに保持された上ウエハの下面に紫外線硬化型接着剤を塗布するとともに、この石英ガラスの変形を防止するバックアップガラスを石英ガラスの上面に設け、この石英ガラスに保持された上ウエハに対して真空チャックに吸着保持された下ウエハを位置決め押圧した状態で、石英ガラスを透過した紫外線を照射して接着剤を硬化させることで、両ウエハを接着して積層三次元ＬＳＩを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１４８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように従来のウエハ接合に係る技術では、ボンディング装置の外部でウエハのアライメントを行ってから装置内部で加熱及び加圧処理によりウエハ接合を行う方法や、装置内部でウエハのアライメントを行ってから同様の加熱及び加圧処理によりウエハ接合を行う方法が用いられている。
【０００８】
しかしながら、前者の方法（装置外部でアライメントを行う方法）では、ウエハ周辺部の治具固定エリアにクランプ部材を係止した状態でウエハの加熱を伴う加圧処理を行っているため、ウエハ周辺部の治具固定エリアと他のエリアとの間でウエハに加わる圧力及び熱ともに不均一となり、ボンディング特性が劣化（つまり、ウエハ接合の精度が低下）するといった問題があった。
【０００９】
一方、後者の方法（ウエハのアライメントも装置内部で行う方法）においても、治具の所定の箇所に観察用窓（開口部）を設ける必要があるため、この開口部と他の治具部分との間でウエハに加わる圧力に差が生じ（不均一な圧力）、また、開口部から熱が逃げることにより熱伝導性が低下するため、ウエハに加わる熱も不均一になるといった問題があった。この場合も同様に、ウエハ接合の精度が低下する。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作されたもので、ウエハ接合の際に圧力及び熱ともに均一に加えることができ、精度の高いウエハ接合の実現に寄与することができるウエハ接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の従来技術の課題を解決するため、本発明によれば、下ウエハ及び上ウエハをそれぞれ固定保持する治具が装着されたチャンバ内で、両ウエハの相対的な移動調整と各ウエハに設けられた位置合わせ用のマークに対する光の照射及びその検出とに基づいて両ウエハ間の位置合わせを行い、両ウエハを接触させてウエハ接合を行うウエハ接合装置において、前記下ウエハ及び上ウエハをそれぞれ固定保持する各々の治具は、当該ウエハのマークに対する光が透過する領域に対応する部分に開口部を有するとともに、当該ウエハの面全体に直接接触する光透過性部材を介在させて当該ウエハを固定保持することを特徴とするウエハ接合装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るウエハ接合装置の構成によれば、それぞれ開口部（上記の観察用窓）が設けられた各々の治具と下ウエハ、上ウエハとの間に、それぞれ対応するウエハの面全体に直接接触するように光透過性部材が介在されているので、ウエハ接合の際に加熱を伴う押圧を行ったときに、各ウエハの面全体に圧力及び熱を均一に加えることができる。これにより、精度の高いウエハ接合を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るウエハ接合装置を正面から見たときの構成を一部模式的に示す図である。
【図２】図１の装置において接合対象とされる一方のウエハ（下ウエハ）の製造工程の一例（その１）を示す断面図である。
【図３】図２の製造工程に続く製造工程（その２）を示す断面図である。
【図４】図１の装置において接合対象とされる他方のウエハ（上ウエハ）の製造工程の一例を示す断面図である。
【図５】図１の装置を用いて上ウエハと下ウエハを接合した状態を示す図である。
【図６】図１の装置に用いられるシリコン治具の一変形例に係るヒータ内蔵シリコン治具の構成を示す図である。
【図７】図１の装置に用いられるシリコン治具の他の変形例に係る静電チャック内蔵シリコン治具の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係るウエハ接合装置の構成を正面図の形態で一部模式的に示したものである。
【００１６】
本実施形態に係るウエハ接合装置１００は、基盤（図示せず）に固設されたチャンバ５０を備えており、このチャンバ５０内に、接合対象とされる下ウエハ１０及び上ウエハ２０をそれぞれ固定的に保持するウエハ固定治具（下治具３０及び上治具４０）が装着されている。各ウエハ１０，２０は、後述するようにチャンバ５０内で相対的に移動調整がなされ、所要の位置合わせがなされた後、加熱を伴う押圧（押し当て）により接合されるようになっている。
【００１７】
下治具３０は、その全体構成を概略断面的に見ると凹部状の形態を有しており、その基本的な構成部材として、治具本体を構成する支持部３０ａと、この支持部３０ａに機械的に結合され、保持すべき下ウエハ１０の大きさ（直径）よりも大きい内径を有した円筒状の側壁部３０ｂと、この側壁部３０ｂの上端部において複数箇所（例えば、２箇所）に着脱自在に設けられたウエハ押え用つめ３０ｃとを備えている。図示の例では、下ウエハ１０の一部分の構成を拡大して模式的に示しているので、ウエハ押え用つめ３０ｃの先端が下ウエハ１０上の回路部分（配線パターン１８）に直接接触しているが、実際には、下ウエハ１０の周囲近傍部分（回路が形成されていない部分）にウエハ押え用つめ３０ｃが係止されている。この係止は、下ウエハ１０を下治具３０にセットしてからチャンバ５０内で所要のアライメント調整が終了し、ウエハ接合（図５参照）が行われる直前まで継続される。本実施形態では、下治具３０を構成する材料としてアルミナセラミックスを用いている。
【００１８】
この下治具３０には、本発明を特徴付けるシリコン治具３２が装着されている。このシリコン治具３２は、接合対象の下ウエハ１０と同様のシリコンウエハからなり、その両面は鏡面仕上げされており、図示のように下ウエハ１０の裏面（アライメントマークＡＭ１が形成されている側と反対側の面）全体に直接接触している。つまり、このシリコン治具３２は、本来のウエハ固定治具（下治具３０）と接合対象の下ウエハ１０との間に介在する形で設けられており、このウエハ１０を直接保持する部材としての役割を果たす。シリコン治具３２の両面を鏡面仕上げしている理由は、アライメントマークＡＭ１の読み取りを正確に行えるようにするためである。また、下ウエハ１０は、例えば、ワックスによってシリコン治具３２上に保持されている。
【００１９】
同様に上治具４０も、概略断面的に見ると凹部状の形態を有しており、その基本的な構成部材として、治具本体を構成する支持部４０ａと、この支持部４０ａに機械的に結合され、保持すべき上ウエハ２０の大きさ（直径）よりも大きい内径を有した円筒状の側壁部４０ｂと、この側壁部４０ｂの上端部において複数箇所（例えば、２箇所）に着脱自在に設けられたウエハ押え用つめ４０ｃとを備えており、さらに、支持部４０ａの外周部において複数箇所（例えば、３箇所）に着脱自在に設けられた治具押え用つめ４０ｄを備えている。この治具押え用つめ４０ｄは、後述するシリコン治具４２が上治具４０の支持部４０ａから脱落するのを防ぐためのものである。同様に、上ウエハ２０についてもその一部分の構成を拡大して示しているので、ウエハ押え用つめ４０ｃの先端が上ウエハ２０上の回路部分（バンプ２６）に直接接触しているが、実際には、上ウエハ２０の周囲近傍部分にウエハ押え用つめ４０ｃが係止されている。同様にこの係止は、ウエハ接合（図５）が行われる直前まで継続される。また、上治具４０も同様に、アルミナセラミックスを用いて構成されている。
【００２０】
この上治具４０にも同様に、本発明を特徴付けるシリコン治具４２が、本来のウエハ固定治具（上治具４０）と接合対象の上ウエハ２０との間に介在する形で設けられている。同様に、このシリコン治具４２もその両面が鏡面仕上げされたシリコンウエハからなっており、図示のように上ウエハ２０の裏面（アライメントマークＡＭ２が形成されている側と反対側の面）全体に直接接触している。シリコン治具４２の両面を鏡面仕上げしている理由は、同様にアライメントマークＡＭ２の読み取りを正確に行えるようにするためである。また、上ウエハ２０も同様に、ワックスによってシリコン治具４２上に保持されている。
【００２１】
チャンバ５０の下方には、Ｚ軸（上下方向）移動の位置決め用のステージ６０が配設され、このステージ６０は基盤（図示せず）に固設されている。このステージ６０には、ロードセル６２を介在させて、Ｚ軸方向に伸縮可能な複数（例えば、４本）の駆動軸６４ａを備えたＺ軸駆動部６４が機械的に結合されている。ロードセル６２は、下ウエハ１０と上ウエハ２０の接合の際に両ウエハの接触圧（密着力）を測定するためのものである。また、Ｚ軸駆動部６４の各駆動軸６４ａの先端には支持板（図示せず）が固定されており、この支持板上に、断熱材３４及びヒータ３６を介在させて、下治具３０（治具本体を構成する支持部３０ａ）が着脱自在に装着されている。ヒータ３６は、ウエハ接合を行う際に用いられる。断熱材３４は、ヒータ３６から発生した熱が外部に逃げるのを遮断するために設けられており、これにより、ヒータ３６から発生した熱をウエハ加熱用として有効に利用することができる。
【００２２】
一方、チャンバ５０内の上部にはＸＹシータ（水平方向）テーブル６６が固設されており、このＸＹシータテーブル６６上に、同様に断熱材４４及びヒータ４６を介在させて、上治具４０（治具本体を構成する支持部４０ａ）が着脱自在に装着されている。断熱材４４及びヒータ４６の機能については、下治具３０側に設けた断熱材３４及びヒータ３６と同様である。
【００２３】
また、下治具３０（支持部３０ａ）には、所定の箇所（下ウエハ１０に設けられたアライメントマークＡＭ１の配設位置に対応する２箇所）に観察用窓（開口部）ＯＰ１が設けられている。この開口部ＯＰ１は、断熱材３４及びヒータ３６の対応する部分を貫通して形成されている。上述したように下治具３０はアルミナセラミックスを用いて構成されているので、この所定の箇所に開口部ＯＰ１を設けておくことで、アライメントマークＡＭ１を照らし出すための外部からの光を通すことができる。
【００２４】
上治具４０（支持部４０ａ）にも同様に、所定の箇所（上ウエハ２０に設けられたアライメントマークＡＭ２の配設位置に対応する２箇所）に観察用窓（開口部）ＯＰ２が設けられている。この開口部ＯＰ２も同様に、断熱材４４及びヒータ４６の対応する部分を貫通して形成されている。上治具４０も同様にアルミナセラミックスを用いて構成されているので、この所定の箇所に開口部ＯＰ２を設けておくことで、外部から入射された光で照らし出された下ウエハ１０のアライメントマークＡＭ１と、上ウエハ２０のアライメントマークＡＭ２とを観察することができる。
【００２５】
また、チャンバ５０の外部には、接合対象の各ウエハ１０，２０の位置ずれを検出してその位置合わせを行う際に用いられる光源７０とＩＲ（赤外線）カメラ７２が配設されている。本実施形態では、光源７０としてＩＲ（赤外線）ランプを使用しており、この光源７０は、チャンバ５０の下部の所定の箇所（下治具３０に設けられた２つの観察用窓ＯＰ１の配設位置に対応する２箇所）に配置されている。また、ＩＲカメラ７２は、ＣＣＤ撮像素子、対物レンズ等の光学素子を内蔵しており、チャンバ５０の上部の所定の箇所（上治具４０に設けられた２つの観察用窓ＯＰ２の配設位置に対応する２箇所）に配置されている。なお、光源７０は、シリコンを透過する波長の光を出力するものであれば十分であり、ＩＲ（赤外線）ランプ以外の光源を使用してもよい。
【００２６】
また、チャンバ５０には、ケーブル用ポート５２、１対のガス導入ポート５４ａ，５４ｂ、排気ポート５６及びリークバルブ５８が付設されている。ケーブル用ポート５２は、チャンバ５０内に配設される機器や装置等が行う動作に必要とされる電源電圧（例えば、ウエハ接合時にヒータ３６，４６を所要の温度に加熱するのに必要とされる電圧など）を供給するためのものである。ガス導入ポート５４ａ，５４ｂは、チャンバ５０内で各ウエハ１０，２０に対し必要とされる加工処理を行うのに用いられる処理用のガスを供給するためのものであり、例えば、ウエハと静電チャック（後述する静電チャック内蔵シリコン治具）の間にヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを流してウエハを冷却させたりする場合に使用される。排気ポート５６は、これに接続された真空ポンプ（図示せず）により、チャンバ５０内から空気を排出して真空雰囲気を作り出すためのものである。リークバルブ５８は、チャンバ５０内で不要となったガスを外部に放出するためのものである。
【００２７】
次に、本実施形態のウエハ接合装置１００において接合対象とされる下ウエハ１０及び上ウエハ２０を製造する方法について、それぞれ製造工程の一例を示す図２、図３及び図４を参照しながら説明する。なお、図２〜図４に示す各工程図では、それぞれ各ウエハの一部分についてその断面構造を拡大して示している。
【００２８】
＜下ウエハ１０の作製……図２、図３参照＞
先ず最初の工程では（図２（ａ）参照）、出発材料となるウエハ（半導体基板）を用意する。例えば、直径が８インチもしくは１２インチで、厚さが７２５μｍ程度のシリコンウエハ１０Ａを用意する。
【００２９】
次の工程では（図２（ｂ）参照）、その用意したシリコンウエハ１０Ａに対し、先ず、裏面研削（バックサイドグラインディング）処理を施して所要の厚さ（例えば、２００〜３００μｍ程度）に薄化する。つまり、ウエハ１０Ａの裏面を「鏡面」に仕上げる。裏面研削は、例えば、化学研磨、化学機械研磨（ＣＭＰ）、プラズマエッチング等の加工技術を用いて行うことができる。
【００３０】
次に、その薄化されたシリコンウエハ１０Ｂの表面（図示の例では、上側）に、パターニング材料を使用してエッチングレジストを形成し、その所要の箇所を開口する（開口部ＯＰ１を備えたレジスト層Ｒ１の形成）。この開口部ＯＰ１は、次の工程で形成されるスルーホールの形状に従ってパターニングされる。パターニング材料としては、感光性のドライフィルム（レジスト材料をポリエステルのカバーシートとポリエチレンのセパレータシートの間に挟んだ構造のフィルム）、又は液状のフォトレジスト（例えば、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂等の液状レジスト）を用いることができる。
【００３１】
例えば、ドライフィルムを使用する場合、先ずシリコンウエハ１０Ｂの表面を洗浄した後、その表面にドライフィルム（セパレータシートを剥離したもの）を熱圧着によりラミネートし、このドライフィルムに対し、所要のスルーホールの形状にパターニングされたマスク（図示せず）を用いて紫外線（ＵＶ）照射による露光を施して硬化させ、さらにカバーシートを剥離した後、所定の現像液（ネガ型のレジストの場合には有機溶剤を含む現像液、ポジ型のレジストの場合にはアルカリ系の現像液）を用いて当該部分をエッチング除去し（開口部ＯＰ１の形成）、所要のレジスト層Ｒ１を形成する。同様に、液状レジストを用いた場合にも、表面洗浄→表面にレジスト塗布→乾燥→露光→現像の工程を経て、所要の形状にパターニングされたレジスト層Ｒ１を形成することができる。
【００３２】
次の工程では（図２（ｃ）参照）、パターニングされたレジスト層Ｒ１が形成されたシリコンウエハ１０Ｂに対し、そのレジスト層Ｒ１をマスクにして、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチング法により、レジスト層Ｒ１の開口部ＯＰ１から露出している部分（ウエハ部分）を厚さ方向に貫通するようにエッチングして、スルーホールＴＨを形成する。ＲＩＥは、六フッ化炭素（ＣＦ６ ）、六フッ化硫黄（ＳＦ６ ）、八フッ化シクロブタン（Ｃ４ Ｆ８ ）等の反応ガスを用いて行うことができるが、このうちＣ４ Ｆ８ ガスを用いてエッチングするのが望ましい。
【００３３】
この後、エッチングレジストとして使用したレジスト層Ｒ１を除去する。例えば、エッチングレジストとしてドライフィルムを使用した場合には、水酸化ナトリウムやモノエタノールアミン系等のアルカリ性の薬液を用いて除去することができ、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂等の液状レジストを使用した場合には、アセトンやアルコール等を用いて除去することができる。これによって、シリコンウエハ１０Ｂの所要の箇所にその厚さ方向に貫通するスルーホールＴＨが形成された構造体が作製されたことになる。
【００３４】
次の工程では（図２（ｄ）参照）、その作製された構造体の表面（スルーホールＴＨの内壁面上を含む）に、例えば、熱酸化法やＣＶＤ法等により、ＳｉＯ２ の絶縁層（シリコン酸化膜）１２を１．５μｍ程度の厚さに形成する。
【００３５】
次の工程では（図２（ｅ）参照）、表面が絶縁層（シリコン酸化膜）１２で覆われたシリコンウエハ１０Ｂに対し、スルーホールＴＨ（図２（ｄ））に導電性材料を充填して貫通電極１４を形成する。例えば、以下のようにして形成することができる。
【００３６】
先ず絶縁層１２の表面に、無電解銅（Ｃｕ）めっきによりシード層を形成し、次にこのシード層（Ｃｕ）を給電層として利用した電解Ｃｕめっきにより、スルーホールＴＨに導体（Ｃｕ）を充填する。あるいは、無電解Ｃｕめっきのみで充填してもよいし、他の方法として、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法やインクジェット法等により、Ｃｕ等の金属を含有する導電性材料をスルーホールＴＨに充填することも可能である。これによって、図示のようにシリコンウエハ１０Ｂの所要の箇所にその厚さ方向に貫通するスルーホール電極（貫通電極）１４が形成されたことになる。
【００３７】
次の工程では（図３（ａ）参照）、表面が絶縁層（シリコン酸化膜）１２で覆われたシリコンウエハ１０Ｂの両面（スルーホール電極１４の両面も含む）に、スパッタリングや無電解めっき等によりシード層１６を形成する。例えば、全面にチタン（Ｔｉ）をスパッタリングにより堆積させ（Ｔｉ層）、さらにその上に銅（Ｃｕ）をスパッタリングにより堆積させて（Ｃｕ層）、２層構造（Ｔｉ／Ｃｕ）のシード層１６を形成する。このシード層１６の下層のＴｉ層は、その下層の絶縁層１２と上層のＣｕ層との密着性を高めるための金属層である。他の金属材料として、クロム（Ｃｒ）を用いてもよい。
【００３８】
次の工程では（図３（ｂ）参照）、両面に形成されたシード層１６上に、図２（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、パターニング材料を使用してめっきレジストを形成し、それぞれ所要の形状にパターニングする（レジスト層Ｒ２の形成）。めっきレジストのパターニングは、形成すべき配線パターン１８の形状（すなわち、スルーホール電極１４を介してウエハ１０Ｂの両面を電気的に接続する所要の形状）に従って行う。パターニング材料としては、同様に感光性のドライフィルムもしくは液状のフォトレジストを用いることができる。
【００３９】
次の工程では（図３（ｃ）参照）、パターニングされたレジスト層Ｒ２をマスクにして各シード層１６上に、それぞれシード層１６を給電層として利用した電解めっきにより、所要の形状に配線パターン（配線層）１８を形成する。
【００４０】
先ず、両面の各シード層（Ｔｉ／Ｃｕ）１６上に、それぞれ銅（Ｃｕ）めっきを施してＣｕ層を形成し、さらに各Ｃｕ層上に、それぞれニッケル（Ｎｉ）めっきを施してＮｉ層を被着させる。これにより、上ウエハ２０に接合される側と反対側の面（図示の例では上側）の配線層（Ｃｕ／Ｎｉ）１８が形成される。ここで、Ｎｉ層は、最終的に露出するシード層（Ｔｉ／Ｃｕ）１６をエッチングする際に、配線層１８のＣｕがエッチングされるのを防ぐためのバリヤ層として機能する。
【００４１】
さらに、上ウエハ２０に接合される側の面（図示の例では下側）に形成されたＮｉ層上に、金（Ａｕ）めっきを施してＡｕ層を被着させる。これにより、上ウエハ２０に接合される側の面の配線層（Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）１８が形成される。ここで、Ａｕ層は、上ウエハ２０側に設けられる電極端子（バンプ）と接合されたときのコンタクト性を良くするために設けられ、また、上記のバリヤ層としての役割も果たす。
【００４２】
最後の工程では（図３（ｄ）参照）、図２（ｃ）の工程で行った処理と同様にして、めっきレジストとして使用したレジスト層Ｒ２を除去した後、ウエットエッチングにより、露出しているシード層（Ｔｉ／Ｃｕ）１６を除去する。この場合、先ずＣｕを溶かすエッチング液でシード層１６の上層部分のＣｕ層を除去し、次にＴｉを溶かすエッチング液で下層部分のＴｉ層を除去する。そして、所定の表面洗浄を行う。
【００４３】
これによって、図示のようにシリコンウエハ１０Ｂの両面にそれぞれ所要の形状に配線パターン１８が形成され、両面の各配線パターン１８がスルーホール電極１４を介して電気的に接続された構造体、すなわち、接合対象とされる一方のウエハ（下ウエハ１０）が作製されたことになる。
【００４４】
図３（ｄ）に示すように、この下ウエハ１０において、上ウエハ２０に接合される側の面に形成された配線パターン１８のうち、一部のパターンはアライメントマークＡＭ１として利用される。このアライメントマークＡＭ１として割り当てられる導体パターンは、上述した図３（ｂ）及び（ｃ）の工程においてめっきレジストのパターニング及び所要のめっき処理（配線パターン１８の形成）を行う際に、ウエハ１０Ｂ上の所定の箇所（図示の例では２箇所）に、他の配線部分には接続されない孤立したランド状の形態で形成される。
【００４５】
＜上ウエハ２０の作製……図４参照＞
先ず最初の工程では（図４（ａ）参照）、同様に出発材料となるウエハ（半導体基板）を用意する。本実施形態では、一方の面側に所要の回路素子が形成されたデバイスウエハ２０Ａを用意する。例えば、所定の大きさ（８インチ、１２インチ等）のシリコンウエハに対し、その一方の面側に所要のデバイスプロセスを施して複数のデバイスをアレイ状に作り込み、そのデバイスが作り込まれている側の面に、デバイス上に所要の形状に形成されたアルミニウム（Ａｌ）等からなる配線パターンの一部分のみを露出させて、窒化シリコン（ＳｉＮ）やリンガラス（ＰＳＧ）等からなるパッシベーション膜（絶縁層）２２を形成する。
【００４６】
この絶縁層２２から露出される配線パターンの一部分には、デバイスの電極端子として利用されるパッド（図示せず）の部分が含まれており、さらに、シリコンウエハ上の所定の箇所（図示の例では２箇所）に孤立したランド状の形態で形成されたアライメントマークＡＭ２が含まれている。各アライメントマークＡＭ２は、下ウエハ１０側に設けられた各アライメントマークＡＭ１の位置にそれぞれ対応する箇所に設けられている。
【００４７】
さらに、このシリコンウエハに対し、図２（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、その裏面（回路素子が形成されている側と反対側の面）を研削して所要の厚さ（２００〜３００μｍ程度）に薄化し、裏面が鏡面仕上げされたデバイスウエハ２０Ａを得る。
【００４８】
次の工程では（図４（ｂ）参照）、このデバイスウエハ２０Ａの絶縁層２２（アライメントマークＡＭ２を含む）が形成されている側の面に、図３（ａ）の工程で行った処理と同様にして、スパッタリング等により、２層構造（Ｔｉ／Ｃｕ）のシード層２４を形成する。
【００４９】
次の工程では（図４（ｃ）参照）、その形成されたシード層２４上に、図３（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、パターニング材料を使用してめっきレジストを形成し、その所要の箇所を開口する（開口部ＯＰ３を備えたレジスト層Ｒ３の形成）。この開口部ＯＰ３は、次の工程で形成される電極端子（バンプ）の形状に従ってパターニングされる。パターニング材料としては、同様に感光性のドライフィルムもしくは液状のフォトレジストを用いることができる。
【００５０】
次の工程では（図４（ｄ）参照）、図３（ｃ）の工程で行った処理と同様にして、パターニングされたレジスト層Ｒ３をマスクにしてシード層２４上に、このシード層２４を給電層として利用した電解めっきにより、所要の形状にバンプ（導体層）２６を形成する。本実施形態では、露出しているシード層（Ｔｉ／Ｃｕ）２４上に、順次、銅（Ｃｕ）めっき、ニッケル（Ｎｉ）めっき、金（Ａｕ）めっき及びインジウム（Ｉｎ）めっきを施して４層構造（Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｉｎ）のバンプ２６を形成する。
【００５１】
最後の工程では（図４（ｅ）参照）、図３（ｄ）の工程で行った処理と同様にして、めっきレジスト（レジスト層Ｒ３）を除去した後、ウエットエッチングにより、露出しているシード層（Ｔｉ／Ｃｕ）２４を除去する。そして、所定の表面洗浄を行う。
【００５２】
これによって、図示のようにデバイスウエハ２０Ａの回路素子が形成されている側の面に所要の形状にバンプ（導体層）２６が形成されるとともに、このバンプ２６の部分とアライメントマークＡＭ２の部分以外の領域が絶縁層２２で覆われた構造体、すなわち、接合対象とされる他方のウエハ（上ウエハ２０）が作製されたことになる。
【００５３】
次に、本実施形態のウエハ接合装置１００において下ウエハ１０と上ウエハ２０を接合する方法について、図５も併せて参照しながら説明する。
【００５４】
先ず図１に示すように、チャンバ５０内の下治具３０に下ウエハ１０をセットする。すなわち、下治具３０の支持部３０ａ上にシリコン治具（シリコンウエハ）３２を載置し、このシリコン治具３２上の側壁部３０ｂ内に、下ウエハ１０のアライメントマークＡＭ１が形成されている側と反対側の面をシリコンウエハ３２の面に接触させて下ウエハ１０を載置した後、ウエハ押え用つめ３０ｃにより下ウエハ１０の周囲近傍部分を係止する。
【００５５】
同様にして、上治具４０に上ウエハ２０をセットする。すなわち、上治具４０の支持部４０ａ上にシリコン治具（シリコンウエハ）４２を載置し、治具押え用つめ４０ｄによりシリコン治具４２の周囲近傍部分を係止した後、このシリコン治具４２上の側壁部４０ｂ内に、上ウエハ２０のアライメントマークＡＭ２が形成されている側と反対側の面をシリコンウエハ４２の面に接触させて上ウエハ２０を載置し、ウエハ押え用つめ４０ｃにより上ウエハ２０の周囲近傍部分を係止する。
【００５６】
次に、シリコン治具３２を介在させて下治具３０に固定保持された下ウエハ１０と、シリコン治具４２を介在させて上治具４０に固定保持された上ウエハ２０との相対的な位置を調整（移動調整）し、さらに、各ウエハ１０，２０に設けられたアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２に対する光の照射及びその検出に基づいて、両ウエハ１０，２０間の位置合わせ（位置補正）を行う。この両ウエハ１０，２０の相対的な移動調整と、各アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２に対する光の照射及びその検出は、チャンバ５０に設けられている各装置（Ｚ軸移動位置決め用のステージ６０、駆動軸６４ａを備えたＺ軸駆動部６４、ＸＹシータテーブル６６、１対の光源７０、１対のＩＲカメラ７２）を用いて行う。
【００５７】
この位置合わせを行う際、下ウエハ１０と上ウエハ２０の配置間隔は、図１に示した状態（各ウエハ１０，２０を各治具３０，４０にセットした状態）での配置間隔よりもさらに近接するよう調整される。この調整は、位置決め用のステージ６０に機械的に結合されたＺ軸駆動部６４を介して駆動軸６４ａを伸長させて（図５において矢印で示す動作）、下ウエハ１０を上側に移動させることにより行われる。
【００５８】
このように下ウエハ１０と上ウエハ２０のアライメントが終了すると、各ウエハ１０，２０の周囲近傍部分に係止されていたウエハ押え用つめ３０ｃ，４０ｃの係止状態を解除する（図５参照）。このとき、各ウエハ１０，２０は、上述したようにワックスによってそれぞれシリコン治具３２，４２上に保持されているので、ウエハ押え用つめ３０ｃ，４０ｃの係止を解除しても、脱落せずに治具上に保持された状態を保っている。
【００５９】
この状態でさらに、Ｚ軸駆動部６４により駆動軸６４ａを伸長させて下ウエハ１０を上側に移動させることで、下ウエハ１０を上ウエハ２０に押し当てる（両ウエハ１０，２０を接触させる）。このとき、Ｚ軸駆動部６４に結合されたロードセル６２により、上ウエハ２０に対する下ウエハ１０の押し当て荷重を検出し、所定の押し当て荷重となるように調整する。
【００６０】
この状態でさらに、下治具３０側、上治具４０側の各ヒータ３６，４６を電源オン状態として、それぞれ対応するウエハ１０，２０を加熱する。このとき、各ヒータ３６，４６から発生した熱は、それぞれ対応するウエハ固定治具３０，４０及びシリコン治具３２，４２を介してウエハ１０，２０に伝達される。このように両ウエハ１０，２０を接触させて加熱を伴う押圧（押し当て）を行うことで、ウエハ接合が行われる。これにより、各ウエハ１０，２０は、一体化されるとともに、それぞれの回路部分（図１に示す配線パターン１８及びバンプ２６）を介して電気的に接続される。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態に係るウエハ接合装置１００（図１）によれば、それぞれ観察用窓ＯＰ１，ＯＰ２が設けられたウエハ固定治具（下治具３０、上治具４０）と接合対象のウエハ１０，２０との間に介在する形でシリコン治具３２，４２が設けられ、各シリコン治具３２，４２は、シリコンウエハからなり、それぞれ対応するウエハ１０，２０の裏面（アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２が形成されている側と反対側の面）全体に直接接触している。
【００６２】
従って、このシリコン治具（シリコンウエハ）３２，４２を介在させて各治具３０，４０により各ウエハ１０，２０を固定保持した状態でウエハの加熱及び加圧処理を行った場合、各ウエハ１０，２０の面全体にシリコンウエハ３２，４２が直接接触しているので、各ウエハ１０，２０の面全体に圧力及び熱を均一に加えることができる。この圧力均一性及び均熱性により、精度の高いウエハ接合を実現することが可能となる。
【００６３】
また、接合対象のウエハ１０，２０と直接接触している部分（シリコンウエハ３２，４２）の熱容量を小さくできるので、ウエハ接合の際に各ウエハ１０，２０の急速昇温が可能である。ちなみに、従来のアルミナセラミックスからなる治具では、熱伝導性があまり良くないので、下からヒータで加熱しても早くは昇温しないが、本実施形態のようにシリコン治具３２，４２を介在させていれば、熱伝導性が良好であるので、接合対象のウエハ１０，２０を早く昇温させることができる。これは、均熱性アップに寄与する。
【００６４】
また、ウエハ１０，２０と直接接触している部分（シリコンウエハ３２，４２）の熱容量を小さくできるので、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを用いてウエハを冷却させたりする場合に、当該ウエハの急速降温も可能である。
【００６５】
また、シリコンウエハ３２，４２を使用することで熱膨張率が低いので、ウエハ１０，２０を高温まで加熱することができる。さらに、接合対象のウエハ１０，２０に接触する部分（シリコン治具３２，４２）の熱膨張係数がウエハ１０，２０のそれと同じであるので、従来のように熱膨張係数の違いに起因して起こり得る位置ずれを防止することも可能である。
【００６６】
＜他の実施形態＞
上述した実施形態では、ウエハ接合装置１００（図１）において接合対象とされる各ウエハ１０，２０を直接保持する部材としてシリコン部材（ウエハ）のみからなるシリコン治具３２，４２を用いた場合を例にとって説明したが、ウエハを直接保持する部材がこの形態に限定されないことはもちろんである。以下、ウエハ直接保持部材の各種変形形態について、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００６７】
図６は、上述した実施形態（図１）において用いられるシリコン治具３２（４２）の一変形例に係るヒータ内蔵シリコン治具の構成を示したものである。図中、（ａ）はそのヒータ内蔵シリコン治具８０の縦断面図、（ｂ）はその平面図である。
【００６８】
本実施形態に係るヒータ内蔵シリコン治具８０は、上述した実施形態におけるシリコン治具３２（４２）と同様にシリコンウエハをベース基材としている。さらに、このシリコン基材８２の一方の面（図示の例では上側）に、絶縁層８４（例えば、熱酸化法やＣＶＤ法等により形成されたシリコン酸化膜）を介在させてヒータ配線（例えば、タングステン等からなる配線パターン）８６が作り込まれており（図６（ａ））、このヒータ配線８６は、シリコン基材８２全面に亘ってパターン形成されている（図６（ｂ））。ただし、このパターン形成に際し、シリコン基材８２上でＩＲ光透過領域に対応する部分（図中、破線で囲んだＴＲの部分）にはヒータ配線８６を設けないように留意する必要がある。
【００６９】
このヒータ内蔵シリコン治具８０は、上述した実施形態におけるシリコン治具３２（４２）の代わりに、チャンバ５０内のウエハ固定治具（下治具３０、上治具４０）にセットして使用することができる。その際、ヒータ配線８６が形成されている側と反対側の面に接合対象のウエハ１０（２０）が接触するようにセットされる。また、その使用の際、シリコン治具８０に作り込まれたヒータ配線（配線パターン）８６の両端に、所要の電源電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖもしくは２００Ｖ）が印加されるようになっている。この電源電圧は、チャンバ５０の外部からケーブル用ポート５２を介して供給される。
【００７０】
このヒータ内蔵シリコン治具８０を使用した場合、上述した実施形態（図１）で得られた効果に加えて、ヒータ３６（４６）を省略できるというメリットがある。
【００７１】
図７は、上述した実施形態（図１）において用いられるシリコン治具３２（４２）の他の変形例に係る静電チャック内蔵シリコン治具の構成を示したものである。図中、（ａ）は静電チャック内蔵シリコン治具９０の縦断面図、（ｂ）はその平面図である。
【００７２】
本実施形態に係る静電チャック内蔵シリコン治具９０は、上述した実施形態におけるシリコン治具３２（４２）と同様にシリコンウエハをベース基材としている。さらに、このシリコン基材９２の一方の面（図示の例では下側）に、それぞれ絶縁層９４（例えば、熱酸化法やＣＶＤ法等により形成されたシリコン酸化膜）を介在させて２種類の電極（配線パターン）９６ａ及び９６ｂが作り込まれており（図７（ａ））、各電極９６ａ，９６ｂは、互いに対向するように点対称のパターン形状に形成されている（図７（ｂ））。さらに、電極９６ａ，９６ｂ上も含めてシリコン基材９２全体を絶縁層９８（シリコン酸化膜等）で被覆している。この場合も同様に、各電極９６ａ，９６ｂのパターン形成に際し、シリコン基材９２上でＩＲ光透過領域に対応する部分（図中、破線で囲んだＴＲの部分）には各配線９６ａ，９６ｂを設けないように留意する必要がある。
【００７３】
この静電チャック内蔵シリコン治具９０は、上述した実施形態におけるシリコン治具３２（４２）の代わりに、チャンバ５０内のウエハ固定治具（下治具３０、上治具４０）にセットして使用することができる。その際、各電極（配線パターン）９６ａ，９６ｂが形成されている側の面に接合対象のウエハ１０（２０）が接触するようにセットされる。また、その使用の際、シリコン治具９０に作り込まれた各電極（配線パターン）９６ａ，９６ｂの一端に、それぞれ正（＋）、負（−）の高圧電圧（例えば、ＤＣ５００Ｖ〜５０ｋＶ）が印加されるようになっている。この高圧電圧は、チャンバ５０の外部に設置された高圧電源部（図示せず）からケーブル用ポート５２を介して供給される。
【００７４】
静電チャック内蔵シリコン治具９０は、各電極９６ａ，９６ｂに正（＋）、負（−）の高圧電圧が印加されると、各電極を被覆している絶縁層９４（誘電体として機能する）の部分にそれぞれ正（＋）電荷、負（−）電荷が蓄積される。これにより、この静電チャックに対向するウエハ（この場合、下ウエハ１０又は上ウエハ２０）側の部分にそれぞれ反対電荷（負（−）電荷  正（＋）電荷）が蓄積され、チャックとウエハ間にクーロン力が発生する。このクーロン力により、シリコン治具９０の電極９６ａ，９６ｂが形成されている側の面にウエハ１０（２０）が吸着される。
【００７５】
この静電チャック内蔵シリコン治具９０を使用した場合、上述した実施形態（図１）で得られた効果に加えて、各治具３０，４０に設けられたウエハ押え用つめ３０ｃ，４０ｃを省略できるというメリットがある。
【００７６】
また、上述した各実施形態では、接合対象とされる各ウエハ１０，２０を間接的に（シリコン治具３２，４２を介在させて）保持する本来のウエハ固定治具（下治具３０、上治具４０）に観察用窓（開口部）ＯＰ１，ＯＰ２を設けているが、かかる観察用窓は省略することも可能である。特に図示はしないが、例えば、ウエハ固定治具（下治具３０、上治具４０）の少なくともＩＲ光透過領域に対応する部分を光透過性の部材で構成すれば、この部分を透かして光源７０からのＩＲ光で照らし出されたアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２をＩＲカメラ７２で読み取ることができる。
【００７７】
なお、ウエハ固定治具（下治具３０、上治具４０）にシリコンウエハを使用した場合、本発明を特徴付けるシリコン治具（シリコンウエハ）３２，４２と併せて２枚のシリコンウエハが積層された形となるため、そのうち一方のシリコンウエハを省略することも技術的には可能である。しかしながら、治具部分の交換の手間を考えると、それぞれ別体の２枚のシリコンウエハ（一方は接合対象のウエハを直接保持する部材、他方は本来のウエハ固定治具）に分けて配設した方が望ましい。その理由は、シリコンウエハは機械的な衝撃に対して比較的脆く、衝撃が加わるとウエハの角の部分が欠け易いからである。つまり、一体ものとしてシリコンウエハを配設した場合（ウエハ直接保持部材とウエハ固定治具の２つの機能を兼用させた場合）、その一部分が欠けていてもそのウエハ自体を交換する必要があるが、２枚に分けて配設した場合、その欠けている一部分を含む方のウエハのみを交換すれば足りるからである。
【００７８】
また、上述した各実施形態では、接合対象とされる各ウエハ１０，２０を直接保持する部材としてシリコン治具３２，４２（ヒータ内蔵シリコン治具８０、静電チャック内蔵シリコン治具９０）を用いた場合を例にとって説明したが、本発明の要旨からも明らかなように、使用する部材はシリコン部材に限定されないことはもちろんである。要は、上下の各ウエハ１０，２０の位置合わせを行う際（ウエハ接合前）に各ウエハのアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２を読み取ることができるように当該部分が光透過性の部材で構成されていれば十分であり、例えば、石英ガラスを使用することも可能である。
【００７９】
ただし、石英ガラスの熱伝導率は約１．３８Ｗ／ｍＫであるのに対し、シリコンの熱伝導率は約１５０Ｗ／ｍＫであり、シリコンを用いた治具の方が熱伝導性の点では有利である。すなわち、上述した各実施形態のようにシリコンを用いた治具の方が均熱性が高く、また、観察用窓を設ける必要がないため、更に均熱性及び加圧性が向上する。シリコンの一部に石英ガラスを用いた治具においても同様である。
【００８０】
また、上述した各実施形態では、デバイスが形成されたウエハ（上ウエハ２０）を接合対象として用いた場合を例にとって説明したが、本接合装置１００（図１）において接合対象とするウエハの形態がこれに限定されないことはもちろんである。例えば、シリコンインターポーザやガラス基板等を接合する場合にも本接合装置１００は同様に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０，２０…（接合対象とされる）ウエハ、
３０，４０…ウエハ固定治具（下治具、上治具）、
３２，４２…シリコン治具（ウエハ直接保持部材／光透過性部材）、
３６，４６…（ウエハ加熱用）ヒータ、
５０…チャンバ、
６４…Ｚ軸駆動部、
６６…ＸＹシータテーブル、
７０…光源、
７２…ＩＲカメラ、
８０…ヒータ内蔵シリコン治具、
９０…静電チャック内蔵シリコン治具、
１００…ウエハ接合装置、
ＡＭ１，ＡＭ２…アライメントマーク（位置合わせ用のマーク）、
ＯＰ１，ＯＰ２…観察用窓（開口部）。
【図１】
2010251410.tif 000003
【図２】
2010251410.tif 000004
【図３】
2010251410.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010251410.tif 000007
【図６】
2010251410.tif 000008
【図７】
2010251410.tif 000009