(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの基板を加熱し且つ加圧し一体基板に加工する加熱加圧システムであって、
前記基板を支持するとともに加圧する加圧プレートと、
前記加圧プレートを介して前記２つの基板を加圧する加圧アクチュエータと、
前記加圧プレートと前記加圧アクチュエータとの間に配置され、少なくとも一つの第１ヒータモジュールを有するとともに前記基板の中央部を加熱する中央ヒータ部と、
前記加圧プレートと前記加圧アクチュエータとの間で前記第１ヒータモジュールを取り囲むように配置された複数の第２ヒータモジュールを有し、前記基板の周縁部を加熱する周縁ヒータ部と、
前記基板が第１温度から第２温度まで加熱される際に、前記中央部付近の温度と前記周縁部付近の温度とが一致するように前記中央ヒータ部と周縁ヒータ部とを制御する温度制御部と、
を備え、
前記加圧アクチュエータは、前記中央ヒータ部の前記第１ヒータモジュール及び前記周縁ヒータ部の前記複数の第２ヒータモジュールの少なくとも一つと前記加圧プレートとを介して、前記２つの基板を加圧することを特徴とする加熱加圧システム。
【請求項２】
前記基板が第１温度から第２温度まで加熱される際に、前記加圧プレート外に配置され、前記基板の周縁部を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の加熱加圧システム。
【請求項３】
前記加熱手段は輻射熱反射板を含むことを特徴とする請求項２に記載の加熱加圧システム。
【請求項４】
前記加熱手段は、温度が前記第２温度である不活性ガスを前記基板の前記周縁部に吹き付けるノズルを含むことを特徴とする請求項２に記載の加熱加圧システム。
【請求項５】
前記温度制御部は前記基板から前記中央ヒータ部又は周縁ヒータ部に至る構成部材同士の接触部分及び構成部材と前記基板との接触部分に存在する接触熱抵抗に基づいて、前記中央ヒータ部と周縁ヒータ部とを制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の加熱加圧システム。
【請求項６】
前記基板の中央部を冷却する中央冷却部と、
前記基板の周縁部を冷却する周縁冷却部と、を備え、
前記温度制御部は前記基板が第２温度から第１温度まで冷却される際に、前記中央部付近の温度と前記周縁部付近の温度とが一致するように前記中央冷却部と周縁冷却部とを制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の加熱加圧システム。
【請求項７】
前記中央冷却部および前記周縁冷却部は、それぞれ前記加圧プレート内に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の加熱加圧システム。
【請求項８】
前記基板の加熱時に、前記周縁ヒータ部の前記ヒータモジュールの発熱量は、前記中央ヒータ部の前記ヒータモジュールの発熱量よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の加熱加圧システム。
【請求項９】
少なくとも２つの基板を加熱し且つ加圧し一体基板に加工し、その後前記基板を冷却する冷却装置であって、
前記基板を支持するとともに加圧する加圧プレートと、
前記基板の中央部を冷却する中央冷却部と、
前記基板の周縁部を冷却する周縁冷却部と、
前記基板が第２温度から第１温度まで冷却される際に、前記中央部付近の温度と前記周縁部付近の温度とが一致するように前記中央冷却部と周縁冷却部とを制御する温度制御部と、を備え、
前記温度制御部は、前記基板の冷却開始期間に、前記基板に歪がでないように冷却することを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
前記基板が第２温度から第１温度まで冷却される際に、前記加圧プレート外に配置され、前記基板の周縁部を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却手段は、温度が前記第１温度である不活性ガスを吹き付けるノズルを含むことを特徴とする請求項１０に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記温度制御部は前記基板から前記中央冷却部又は周縁冷却部に至る構成部材同士の接触部分及び構成部材と前記基板との接触部分に存在する接触熱抵抗に基づいて、前記中央冷却部と周縁冷却部とを制御することを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記基板の中央部を加熱する中央ヒータ部と、
前記基板の周縁部を加熱する周縁ヒータ部と、を備え、
前記温度制御部は前記基板が第１温度から第２温度まで加熱される際に、前記中央部付近の温度と前記周縁部付近の温度とが一致するように前記中央ヒータ部と周縁ヒータ部とを制御することを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記中央ヒータ部および前記周縁ヒータ部は、それぞれ前記加圧プレート内に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置。
【請求項１５】
前記中央冷却部および前記周縁冷却部は、それぞれ前記加圧プレート内に配置されていることを特徴とする請求項９ないし請求項１４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１６】
前記中央冷却部は、リング状に形成され冷媒を流す第１冷却配管を有し、
前記周縁冷却部は、前記第１冷却配管の外周にリング状に形成され冷媒を流す第２冷却配管を有し、
前記基板の冷却時に、前記第１冷却配管に流れる冷媒の流量よりも前記第２冷却配管に流れる冷媒の流量が少ないことを特徴とする請求項９ないし請求項１５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は半導体ウエハなどの基板の積層工程における加熱加圧システムに関するもので、特に基板と基板とを接合する加熱加圧システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やＩＣカード等の電子機器の高機能化に伴い、その内部に実装される半導体デバイス（ＬＳＩ、ＩＣなど）の薄型化又は小型化が進んでいる。また、線幅を狭くすることなく記憶容量を増すために半導体ウエハを数層重ね合わせた三次元実装タイプの半導体デバイス、例えばＳＤカード又はＭＥＭＳなどが増えつつある。
【０００３】
特許文献１は生産性を上げるため、半導体ウエハ同士を重ね合わせて接合する加熱加圧システムが提案されている。つまり、加熱加圧システムは１枚のウエハを載置した１枚のウエハホルダを一対用意してそれぞれを向かい合わせに加熱加圧することで三次元実装タイプの半導体デバイスを製造している。確実に接合するためには、半導体ウエハへ与える圧力と温度がプロセス全体を通して均一であることが極めて重要である。大きな温度分布は熱膨張量分布に直結し、これは２枚の半導体ウエハ間の相対ズレや歪の蓄積を生じる原因となる。このため、特許文献１に示す加熱加圧システムでは、目標温度に到達後の定常状態下で温度分布を均一にした後、半導体ウエハ同士が加熱加圧され接合される。
【特許文献１】特開２００７−１０３２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、加熱加圧システムで所望の電極接合を行うためには、定常状態の温度分布を低減するだけでは足らない。半導体ウエハに最も温度分布が生じるのは「昇温中」又は「冷却中」の過渡中である。過渡中は熱エネルギーの移動が激しいため、定常時（＝熱平衡時）の数倍から数十倍の温度分布が生じることも珍しくない。例えば従来の加熱加圧システムでは図８（ａ）で示すウエハ中心部の測定点Ａと、ウエハ中間部の測定点Ｂと、ウエハ外縁部の測定点Ｃとでウエハの温度を計測すると、図８（ｂ）に示すように加熱開始から終了までの温度曲線が測定点で大きく異なる。例えばウエハ中心部の測定点Ａとウエハ外縁部の測定点Ｃとの昇温時間ＡＴの温度差
【数１】
0005412731.tif 000002
は大きく異なり、また冷却時間ＣＴの温度差
【数２】
0005412731.tif 000003
も大きくなる。特にウエハの外側面はチャンバー内環境に露出しており、輻射熱や対流放熱により熱を奪われることによっていた。
【０００５】
例えば昇温過程で大きな温度分布が生じると、その後の定常時に温度分布を如何に小さくしたとしてもその悪影響は残ってしまう。昇温中に生じた大きな熱膨張分布が半導体ウエハ間との摩擦により保持されたたま定常状態へ移行して接合されてしまったり、昇温中又は冷却中の温度分布が激しいと、半導体ウエハ内に大きな熱歪が生じて素子の特性変動や破壊に繋がったりする。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、「昇温中」及び「冷却中」のうち少なくとも一方の過渡中に、半導体ウエハ同士の接合面の温度を制御するようにして、より最適に半導体ウエハ同士の接合を行うことができる加熱加圧システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１観点に係る加熱加圧システムは、少なくとも２つの基板を加熱し且つ加圧し一体基板に加工する加熱加圧システムである。この加熱加圧システムは、基板を支持するとともに加圧する加圧プレートと、加圧プレート内に配置され、基板の中央部を加熱する中央ヒータ部と、加圧プレート内に配置され、基板の周縁部を加熱する周縁ヒータ部と、基板が第１温度から第２温度まで加熱される際に、中央部付近の温度と周縁部付近の温度とが一致するように中央ヒータ部と周縁ヒータ部とを制御する温度制御部と、を備える。
このような構成によれば、第１温度（低温）から第２温度（高温）への過渡状態に、２つの基板が接合する面の中央部付近と周縁部付近との温度分布が一致するように制御することができるため、２つの基板の接合不良を極めて少なくすることができる。
【０００８】
第２観点に係る加熱加圧システムは、基板を支持するとともに加圧する加圧プレートと、加圧プレート内に配置され、基板の中央部を冷却する中央冷却部と、加圧プレート内に配置され、基板の周縁部を冷却する周縁冷却部と、基板が第２温度から第１温度まで冷却される際に、中央部付近の温度と周縁部付近の温度とが一致するように中央冷却部と周縁冷却部とを制御する温度制御部と、を備える。
このような構成によれば、高温から低温への過渡状態に、２つの基板が接合する面の中央部付近と周縁部付近との温度分布が一致するように制御することができるため、２つの基板の接合不良を極めて少なくすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の加熱加圧システムは、半導体ウエハの中心部と外縁部とでの過渡状態の温度差を少なくするように温度制御することで、安定したウエハの接合をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜ウエハ張り合わせ装置の全体構成＞
図１はウエハ張り合わせ装置１００の全体斜視図である。
ウエハ張り合わせ装置１００は、ウエハローダーＷＬ及びウエハホルダローダーＷＨＬを有している。ウエハローダーＷＬ及びウエハホルダローダーＷＨＬは、多関節ロボットであり六自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θＸ，θＹ，θＺ）に移動可能である。さらにウエハローダーＷＬはレールＲＡに沿ってＹ方向に長い距離移動可能であり、ウエハホルダローダーＷＨＬはレールＲＡに沿ってＸ方向に長い距離移動可能である。
【００１１】
ウエハ張り合わせ装置１００は、その周辺に半導体ウエハＷを複数枚収納するウエハストッカー１０を有している。ウエハ張り合わせ装置１００は、第１半導体ウエハＷ１と第２半導体ウエハＷ２とを張り合わせるため、第１半導体ウエハＷ１を収納するウエハストッカー１０−１と第２半導体ウエハＷ２を収納するウエハストッカー１０−２とが用意されている。また、ウエハストッカー１０の近郊に半導体ウエハＷをプリアライメントするウエハプリアライメント装置２０が設けられている。ウエハローダーＷＬによりウエハストッカー１０から取り出された半導体ウエハＷがウエハプリアライメント装置２０に送られる。
【００１２】
ウエハ張り合わせ装置１００は、ウエハホルダＷＨを複数枚収納するウエハホルダストッカー３０を有している。ウエハホルダＷＨは第１半導体ウエハＷ１に対しても第２半導体ウエハＷ２に対しても共用して使用することができるため、ウエハホルダストッカー３０は一箇所である。また、ウエハホルダストッカー３０の近郊にウエハホルダＷＨをプリアライメントするウエハホダルプリアライメント装置４０が設けられている。ウエハホルダローダーＷＨＬによりウエハホルダストッカー３０から取り出されたウエハホルダＷＨがウエハホルダプリアライメント装置４０に送られる。ウエハホルダプリアライメント装置４０では、プリアライメントされたウエハホルダＷＨに対して、プリアライメントされた半導体ウエハＷがウエハローダーＷＬにより載置される。
【００１３】
ウエハ張り合わせ装置１００は、一対の半導体ウエハＷを載置したウエハホルダＷＨをアライメントし、２枚の半導体ウエハＷを半導体装置の線幅精度で重ね合わせるアライナー５０を有している。アライナー５０にはウエハホルダプリアライメント装置４０から半導体ウエハＷを載置したウエハホルダＷＨがウエハホルダローダーＷＨＬにより送られてくる。また、重ね合わされた半導体ウエハＷを載置したウエハホルダＷＨはウエハホルダローダーＷＨＬにより加熱加圧装置７０に送られる。
【００１４】
ウエハ張り合わせ装置１００の加熱加圧装置７０は、ウエハホルダＷＨを介してアライナー５０で重ね合わされた半導体ウエハＷ同士を加熱し加圧し接合する。加熱加圧装置７０は、ヒータにより半導体ウエハＷで所定温度まで加熱し、且つ加圧アクチュエータにより所定の圧力を所定の時間加えることで、半導体ウエハＷ上の電極であるＣｕなどの金属バンプ同士を接合する。この時半導体ウエハＷ間に樹脂を封入して加熱することもある。また、加熱加圧装置７０内は真空状態又は窒素雰囲気に保持されている。加熱加圧装置７０については図２を使い詳述する。
【００１５】
ウエハ張り合わせ装置１００は加熱加圧装置７０の隣に分離ユニット８０を有している。分離ユニット８０は、張り合わされた半導体ウエハＷをウエハホルダＷＨから外す。冷却された半導体ウエハＷはウエハローダーＷＬにより分離ユニット８０から取り出され、張り合わせウエハ用ストッカー８５に送られる。冷却されたウエハホルダＷＨはウエハホルダローダーＷＨＬにより分離ユニット８０から取り出され、再びウエハホルダストッカー３０に戻される。張り合わされた半導体ウエハＷはその後ダイシングされ個々の半導体装置に切り取られる。
【００１６】
ウエハ張り合わせ装置１００は、ウエハ張り合わせ装置１００全体の制御を行う主制御装置９０が設けられている。主制御装置９０は、ウエハローダーＷＬ、ウエハホルダローダーＷＨＬ、ウエハプリアライメント装置２０、及びウエハホルダプリアライメント装置４０などの各装置を制御する制御装置と信号の受け渡しを行い全体の制御を行う。
【００１７】
＜加熱加圧装置７０の構成＞
図２（ａ）は加熱加圧装置７０を示した側面の概念図である。
【００１８】
加熱加圧装置７０はアライナー５０で位置を合わせ、重ね合わせた第１半導体ウエハＷ１及び第２半導体ウエハＷ２を加熱加圧する。第１半導体ウエハＷ１は第１ウエハホルダＷＨ１にて−Ｚ方向に保持されている。第１ウエハホルダＷＨ１は第１トッププレートＴＰ１に支えられている。第１トッププレートＴＰ１はヒータＨＴ及び冷却配管ＣＬを備えた高熱伝導の高い材料で構成された第１温度調整プレートＡＴ１に支えられている。さらに第１温度調整プレートＡＴ１は第１ベースプレートＢＰ１に支えられて、この第１ベースプレートＢＰ１は加熱加圧装置７０のフレーム７１に備え付けられている。
【００１９】
一方、第２半導体ウエハＷ２は第２ウエハホルダＷＨ２にて＋Ｚ方向に保持されている。第２ウエハホルダＷＨ２は第２トッププレートＴＰ２により着脱可能に支えられ、この第２トッププレートＴＰ２はヒータＨＴ及び冷却配管ＣＬを備えた高熱伝導の高い材料で構成された第２温度調整プレートＡＴ２に支えられている。さらに第２温度調整プレートＡＴ２は第２ベースプレートＢＰ２に備え付けられている。第２ベースプレートＢＰ２は、内側加圧アクチュエータ７３と外側加圧アクチュエータ７５とで支えられている。
【００２０】
第１半導体ウエハＷ１及び第２半導体ウエハＷ２はそれぞれ第１温度調整プレートＡＴ１及び第２温度調整プレートＡＴ内のヒータＨＴで加熱されるようになっている。また第１半導体ウエハＷ１及び第２半導体ウエハＷ２は内側加圧アクチュエータ７３と外側加圧アクチュエータ７５により半導体ウエハＷに均等に圧力がかかるように加圧される。
【００２１】
加熱加圧装置７０の温度調整は温度制御部７７により制御される。例えば温度制御部７７はトッププレートＴＰの温度よりウエハ温度を予測し、ヒータ温度、または冷却水量を調節する。また、温度制御部７７は温度予測部７８を有している。
【００２２】
図２（ｂ）は図２（ａ）に示された第２半導体ウエハＷ２から第２ベースプレートＢＰ２までの構成を拡大した側面の概念図である。なお第１半導体ウエハＷ１から第１ベースプレートＢＰ１も同様な構成であるため、第１半導体ウエハＷ１と第２半導体ウエハＷ２とを特定する必要のない場合は半導体ウエハＷからベースプレートＢＰと区別しないで説明する。
【００２３】
本実施形態のウエハホルダＷＨは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料から構成される。特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高いので半導体ウエハＷの加熱又は冷却には適している。
【００２４】
トッププレートＴＰは、耐摩耗用又は耐衝撃用に優れている合金から構成されている。また、トッププレートＴＰの下部にはヒータモジュールＨＭと、冷却配管ＣＬとが形成され、熱伝導が効率的にできる形状となっている。トッププレートＴＰの近傍には温度センサーＴＳが配置されている。温度センサーＴＳの温度出力によってヒータ温度、または冷却水量のフィードバック制御を行うことができる。
【００２５】
温度センサーＴＳは、トッププレートＴＰの温度をウエハ中心部、ウエハ中間部、ウエハ外縁部の各領域で測定することができるように複数配置されている。なお、温度センサーＴＳは、温度調整プレートＡＴに設けても良い。ヒータモジュールＨＭの下部にはヒータモジュール支持体ＨＭＳがあり、ヒータモジュール支持体ＨＭＳとヒータモジュール支持体ＨＭＳとの境には断熱体ＩＳで仕切られ、ヒータモジュール支持体ＨＭＳごとの温度管理を可能にしている。
【００２６】
図３は、ヒータＨＴ又は冷却配管ＣＬの配置を示した温度調整プレートＡＴの上面透視図である。
温度調整プレートＡＴは、ヒータＨＴから又は冷却配管ＣＬからの熱伝達を向上させるために高熱伝達率の材料、例えば銅又はアルミニウム合金から構成される。
ベースプレートＢＰは、耐摩耗用又は耐衝撃用に優れている合金から構成されている。
【００２７】
温度調整プレートＡＴには、図３（ａ）で示すように複数のヒータモジュールＨＭが均等に配置されており、例えば１２個のヒータモジュールＨＭで構成する。１２個のヒータモジュールＨＭを個別に制御しても良いが、半導体ウエハＷを温度変化が生じやすい領域で分割することにより、ヒータモジュールＨＭを制御しやすくすることもできる。例えばヒータモジュールＨＭを、半導体ウエハＷの中心部に配置される第１ヒータモジュールＨＭ１と、第１ヒータモジュールＨＭ１を取り囲むようにウエハ中間部に配置される複数の第２ヒータモジュールＨＭ２と、第２ヒータモジュールＨＭ２を取り囲むようにウエハ外縁部に配置される複数の第３ヒータモジュールＨＭ３とで構成する。第２及び第３のヒータモジュールＨＭ２、ＨＭ３は、それぞれヒータＨＴを有し、それぞれの該ヒータが全体でリング状になるように配置されている。また複数のヒータモジュールＨＭを分割して配置することはウエハ厚のばらつきによるトッププレートＴＰの歪みを吸収しやすくする効果もある。
【００２８】
冷却配管ＣＬは、図３（ｂ）で示すようにヒータモジュールＨＭの下方、またはヒートモジュールＨＭを貫通するようにリング状に形成されており、熱の発生源であるヒータＨＴと、ウエハホルダＷＨに接するトッププレートＴＰとを効率的に冷却することができる。冷却配管ＣＬも３重構造とし、ウエハ中心部を冷却する第１冷却配管ＣＬ１と、ウエハ中間部を冷却する第２冷却配管ＣＬ２と、ウエハ外縁部を冷却する第３冷却配管ＣＬ３とで形成される。冷却配管ＣＬに例えば２０°Ｃの純水などの冷媒を流すことでヒータＨＴとトッププレートＴＰとを冷却する。また冷却配管ＣＬは、例えば３箇所の冷媒の入り口ＩＮと出口ＯＵＴとを各２箇所ずつ形成することで効率よく冷却することができ、またそれぞれの冷媒の流量を変化させることで半導体ウエハを均一に冷却することができる。
【００２９】
＜昇温中または冷却中である過渡状態の温度調整＞
＜＜実施例１＞＞
本実施例の加熱加圧装置７０は半導体ウエハの全面において定常時間ＨＴにおける所定温度、または所定時間を均一に保持するだけでなく、昇温中または冷却中である過渡状態においても半導体ウエハの全面で均一に温度制御することができる。以下は図を用い説明する。
【００３０】
図４（ａ）は、フィードバック制御した半導体ウエハＷの各測定点の値を示すグラフであり、（ｂ）は、トッププレートＴＰの温度とウエハ温度との関係を示したグラフである。図４においても、図８（ａ）で示したものと同様に、ウエハ中心部を測定点Ａとし、ウエハ中間部を測定点Ｂとし、ウエハ外縁部を測定点Ｃとする。また、図５（ａ）は、ヒータＨＴの発熱量の制御を示したグラフであり、（ｂ）は、冷却配管ＣＬの流量の制御を示したグラフである。
【００３１】
加熱加圧装置７０の温度制御部７７は目標温度Ｔ２を設定し、複数のヒータモジュールＨＭ、または複数の冷却配管ＣＬを個別にフィードバック制御をして温度制御する。図４（ａ）に示すように、常温度Ｔ１から目標温度Ｔ２に亘って、昇温時間ＡＴ、定常時間ＨＴ及び冷却時間ＣＴで均一な温度分布を示すことになる。
【００３２】
温度制御部７７は温度センサーＴＳからの情報をフィードバック制御する。しかし、測定できるのはトッププレートＴＰの温度であり、実際の半導体ウエハＷの温度で無い。半導体ウエハＷの周辺部は外環境に接することで放熱される。また、接触熱抵抗であるトッププレートＴＰから半導体ウエハへの熱の伝わり方は加圧状態により異なる。これらより、実際の半導体ウエハの温度を予測することが難しい。このため、あらかじめＴＣウエハ（センサー埋め込み型温度測定用ウエハ）を用いた実験値を基に補正をかけ、温度制御部７７はヒータＨＴまたは冷却水の制御をする。実験により制御データを複数備えることで、温度制御部７７はウエハ温度をフィードバック制御することができる。
【００３３】
図４（ｂ）は測定点ＢにおいてのトッププレートＴＰの温度と半導体ウエハとの温度の関係を示したグラフである。図で分かるようにトッププレートＴＰから半導体ウエハへの熱伝導に時間がかかるため、ヒータＨＴの発熱量の制御は予測をしながらの制御である。例えば温度制御部７７の温度予測部７８は、トッププレートＴＰの１秒あたりの温度変化率を実験値と照合することで半導体ウエハの温度を予測する。つまり、温度制御部７７の温度予測部７８は、ウエハの測定点ごとで、測定時間における半導体ウエハの温度を予測し、昇温時間ＡＴと定常時間ＨＴとでヒータＨＴの発熱量を制御する。また、温度制御部７７は冷却時間ＣＴについても同様に冷却配管ＣＬの流量を制御する。
【００３４】
ヒータＨＴの発熱量は図４（ａ）に示すように、半導体ウエハの加熱加圧処理の全域にわたり、半導体ウエハの全面の温度を均一にするために、ウエハ中心部のヒータモジュールＨＭ１と、ウエハ中間部のヒータモジュールＨＭ２と、ウエハ外縁部のヒータモジュールＨＭ３とで発熱量を変化させる。
【００３５】
例えば図５（ａ）に示すように、昇温時間ＡＴはウエハ中心部のヒータモジュールＨＭ１にＷｔ４の発熱量を発生させ、ウエハ中間部のヒータモジュールＨＭ２にＷｔ５の発熱量を発生させ、ウエハ外縁部のヒータモジュールＨＭ３にＷｔ６の発熱量を発生させる。
【００３６】
温度制御部７７は定常時間ＨＴに移行する直前に半導体ウエハの温度が上がりすぎないように徐々に発熱量を下げる。例えば定常時間ＨＴはウエハ中心部のヒータモジュールＨＭ１を徐々にＷｔ１の発熱量にし、ウエハ中間部のヒータモジュールＨＭ２を徐々にＷｔ２の発熱量にし、ウエハ外縁部のヒータモジュールＨＭ３を徐々にＷｔ３の発熱量にする。
【００３７】
冷却時間ＣＴは全ての発熱量を０（Ｗｔ０）にする。温度制御部７７はウエハ中心部のヒータモジュールＨＭ１と、ウエハ中間部のヒータモジュールＨＭ２と、ウエハ外縁部のヒータモジュールＨＭ３とで発熱量の低下度合いを変化させることで半導体ウエハの全面の温度を均一に低下させる。
【００３８】
また冷却時間ＣＴは、図５（ｂ）に示すように、冷却配管ＣＬに流れる流量（ｌ／ｍｉｎ）を変化させる。つまり、温度制御部７７は冷却開始においてヒータＨＴの発熱量と冷却配管ＣＬの流量とを制御する。冷却開始期間は半導体ウエハに歪が出やすい期間であるため、急激に冷やさないよう好適な制御でヒータＨＴの発熱量と冷却配管ＣＬに流れる流量とを制御する。
【００３９】
図６は温度制御のフィードバック制御を示すフローチャートである。
ステップＰ３１において、操作者は目標温度Ｔ２、昇温時間ＡＴ、定常時間ＨＴ、冷却時間ＣＴ及び加圧力を設定する。
【００４０】
ステップＰ３２において、温度制御部７７は設定された目標温度Ｔ２、昇温時間ＡＴ、定常時間ＨＴ、冷却時間ＣＴ及び加圧力における実験値など記憶された情報と照合することで、トッププレートＴＰの温度勾配又は温度の補正制御を行う。
【００４１】
ステップＰ３３において、温度制御部７７は温度センサーＴＳよりトッププレートＴＰの温度をウエハ中心部、ウエハ中間部、ウエハ外縁部の各領域で測定する。
【００４２】
ステップＰ３４において、温度制御部７７は単位時間当たりの温度変化を測定し、実験値の温度変化と近似しているかを求める。
【００４３】
ステップＰ３５において、温度制御部７７はトッププレートＴＰが所定時間に所定温度に達しているか、もしくはトッププレートＴＰの温度の時間変化率が正常か、を判断する。
所定通りで無い場合は、ステップＰ３６に進みヒータＨＴの発熱量、または冷却配管ＣＬの流量を実験値に基づき変化させる。
所定通りの場合はステップＰ３７に進む。
【００４４】
ステップＰ３７において、温度制御部７７は加熱冷却工程を終了したかを判断し、終了していない場合はステップＰ３３に戻り、温度のフィードバック制御を続ける。加熱冷却工程を終了した場合は、温度のフィードバック制御を終了し、次の工程へ移る。
【００４５】
＜実施例２＞
本実施例ではウエハ温度が不均一になる放熱の原因を除去することで、ウエハ温度の均一性を保つ。図２（ａ）で示したように第２半導体ウエハＷ２の裏面側は第２ウエハホルダＷＨ２と、第２トッププレートＴＰ２と、第２温度調整プレートＡＴ２と、第２ベースプレートＢＰ２との多層構造でなり、熱の発生源でもある。このため第２半導体ウエハＷ２の裏面側への放熱は考慮する必要が無く、また、第２半導体ウエハＷの表面側は対面する第１半導体ウエハＷ１があるため放熱を考慮する必要が無い。問題となるのはトッププレートＴＰから半導体ウエハＷまでの側面、つまりトッププレートＴＰから半導体ウエハＷまでの外縁と接する領域である。
【００４６】
加熱加圧装置７０のチャンバー内は真空状態であり、例えば半導体ウエハＷは４５０℃まで昇温するため、トッププレートＴＰから半導体ウエハまでの側面から輻射熱が放出されウエハ温度が不均一な状態となる。これは図８（ｂ）で示したようにウエハ外縁部の測定点Ｃの温度上昇及び下降からも理解できるであろう。また、チャンバー内に不活性ガスを注入してガスで覆う場合は対流放熱もおこるため、さらにウエハ温度の不均一性が増す。
【００４７】
図７（ａ）に示す例では、半導体ウエハＷとウエハホルダＷＨとを取り囲むようにリング状の遮熱板ＳＰが配置されている。遮熱板ＳＰの内面には、輻射熱を反射する材質が用いられている。これにより、輻射熱の放出を抑えることができる。また、遮熱板ＳＰの外側に断熱材を形成することで、熱伝導も防ぐことができ、ウエハ温度が均一になる。
【００４８】
図７（ｂ）は、トッププレートＴＰから半導体ウエハＷまでの外縁と接する周囲領域の温度を、ウエハ温度と同等にすることでウエハ温度の均一性を保つ方法を示す図である。外環境の温度をウエハ温度と同等にするために、加熱加圧装置７０はウエハ横に設置されたガスノズルＧＮより高温の不活性ガスＧを半導体ウエハに吹き付ける。半導体ウエハＷの周囲と半導体ウエハＷとは共に近い温度となり、熱平衡状態となる。このため、熱の移動が起きづらくなりウエハ温度が均一になる。なお、加熱加圧装置７０に高温の不活性ガスＧを逃げにくくするためのカバーを設けることで、ウエハの全周にくまなく高温の不活性ガスＧが行き渡るようにすると、さらによい。
【００４９】
＜実施例３＞
本実施例では、計算によりウエハ温度を予測することでヒータＨＴの発熱量を制御する。
【００５０】
本実施例の温度制御部７７は温度予測部７８を持ち、該温度予測部は、計算により半導体ウエハ温度を予測する。温度予測部７８は、加圧状態から半導体ウエハとウエハホルダＷＨとトッププレートＴＰとの接触熱抵抗を算出し、ウエハ温度を予測する。接触熱抵抗は「面粗さ」、「硬度」、「熱伝導率」、「介在流体」などの要因に変化するため、複雑になる。例えば特願２００７−２６８８６７では「橘の式」を用いて接触熱抵抗を算出しているが、他の計算式を用いて抵抗を算出しても良い。また、温度予測部７８は半導体ウエハＷの周辺部の領域における半導体ウエハＷの放熱率を算出する。また半導体ウエハＷの中心部では熱がこもりやすくなるため、熱の充満率を温度予測部７８によって算出する。
このように、計算によりウエハ温度を予測することにより、製造工程で予測を超えた温度変化がおきた場合でも、温度制御部７７で最適な補正をすることができる。また、予定外に加圧条件が変化することにより接触熱抵抗が変わった場合でも、温度制御部７７によって最適な補正をすることができる。
【００５１】
実施例２においても、実施例１と同様にトッププレートＴＰの温度センサーＴＳからの温度をフィードバック制御することで、より正確にウエハ温度を予測することができる。また、フィードバック制御に学習する機能を付加することで、温度予測部７８はより柔軟で正確なウエハ温度の予測をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ウエハ張り合わせ装置１００の全体斜視図である。
【図２】（ａ）は、加熱加圧装置７０の側面の構成図である。  （ｂ）は、半導体ウエハＷからベースプレートＢＰの構成を示した図である。
【図３】（ａ）は、ヒータモジュールＨＭとヒータＨＴとの配置を示した図である。  （ｂ）は、冷却配管ＣＬの配置を示した図である。
【図４】（ａ）は、フィードバック制御した半導体ウエハの各測定点の値を示すグラフである。  （ｂ）は、トッププレートＴＰの温度とウエハ温度との関係を示したグラフである。
【図５】（ａ）は、ヒータＨＴの発熱量の制御を示したグラフである。  （ｂ）は、冷却配管ＣＬの流量の制御を示したグラフである。
【図６】温度調節部７７のフィードバック制御のフローチャートである。
【図７】（ａ）は、半導体ウエハの周囲に遮熱板ＳＰを設置した場合を示す図である。  （ｂ）は、半導体ウエハの周囲にガスノズルＧＮを設置した場合を示す図である。
【図８】（ａ）は、ウエハ温度の測定点を示す図である。  （ｂ）は、従来のウエハ温度の制御における各測定点のグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
ＡＴ  …  温度調整プレート  （ＡＴ１  …  第１温度調整プレート、ＡＴ２  …  第２温度調整プレート）
ＡＴ  …  昇温時間
ＢＰ  …  ベースプレート  （ＢＰ１  …  第１ベースプレート、ＢＰ２  …  第２ベースプレート）
ＣＬ  …  冷却配管
ＣＴ  …  冷却時間
Ｇ    …  高温ガス
ＧＮ  …  ガスノズル
ＨＴ  …  ヒータ
ＨＭ  …  ヒータモジュール
ＨＭＳ…  ヒータモジュール支持体
ＨＴ  …  定常時間
ＩＳ  …  断熱体
ＲＡ  …  レール
ＴＳ  …  温度センサー
ＴＰ  …  トッププレート  （ＴＰ１  …  第１トッププレート、ＴＰ２  …  第２トッププレート）
Ｔ２  …  目標温度
ＴＳ  …  温度センサー
Ｗ    …  半導体ウエハ  （Ｗ１  …  第１半導体ウエハ、Ｗ２  …  第２半導体ウエハ）
ＷＨ  …  ウエハホルダ  （ＷＨ１  …  第１ウエハホルダ、ＷＨ２  …  第２ウエハホルダ）
ＷＬ  …  ウエハローダー
ＷＨＬ  …  ウエハホルダローダー
１０  …  ウエハストッカー
２０  …  ウエハプリアライメント装置
３０  …  ウエハホルダストッカー
４０  …  ウエハホルダプリアライメント装置
５０  …  アライナー
７０  …  加熱加圧装置
７３  …  内側加圧アクチュエータ、
７５  …  外側加圧アクチュエータ
７７  …  温度制御部
７８  …  温度予測部
８０  …  分離ユニット
８５  …  ウエハ用ストッカー
７０  …  加熱加圧装置
８０  …  分離冷却ユニット
９０  …  主制御装置
１００…  ウエハ張り合わせ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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