(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ね合された複数の半導体基板を接合すべく加圧する加圧装置であって、
前記複数の半導体基板を加圧する加圧力を発生する加圧部と、
前記加圧部の圧力分布を変更する圧力制御部と
を備え、
前記圧力制御部は、
前記加圧力を前記複数の半導体基板を載置する載置台に伝達する圧力伝達部と、
前記圧力伝達部を支持する基台部と、
前記圧力伝達部と前記基台部との間に配置され、流体が流入する流入部と
を備え、
前記圧力伝達部は、前記流入部に流入した前記流体から受ける押圧力によって変形することにより前記載置台に伝達する圧力分布を変化させ、
前記圧力伝達部の変形により前記圧力伝達部と前記基台部との間に生じる隙間から前記流入部の前記流体が漏れることを防止する漏れ防止部が設けられている加圧装置。
【請求項２】
前記漏れ防止部は、前記流入部の外側で前記圧力伝達部と前記基台部との間に挟み込まれる弾性シートを有する請求項１に記載の加圧装置。
【請求項３】
前記圧力伝達部および前記基台部の少なくとも一方に形成された凹部を備え、
前記弾性シートは、前記凹部を覆うように配置され、前記凹部の周囲で前記圧力伝達部と前記基台部との間に挟み込まれており、前記流入部に流入する前記流体から受ける押圧力により前記凹部内で移動し、前記圧力伝達部に接触して前記流体による加圧力を伝達する請求項２に記載の加圧装置。
【請求項４】
前記凹部は、前記基台部に形成されて前記流入部の少なくとも一部を構成する請求項３に記載の加圧装置。
【請求項５】
前記凹部内には、前記弾性シートの撓みを防止すべく前記弾性シートを支持する支持部が設けられている請求項４に記載の加圧装置。
【請求項６】
前記流入部の外側で前記圧力伝達部および前記基台部の互いに対向する対向面の少なくとも一方に凸部が設けられており、
前記圧力伝達部と前記基台部とは、前記凸部で互いに接触しており、前記対向面の前記凸部以外の部分で前記弾性シートを挟み込む請求項２から５のいずれか１項に記載の加圧装置。
【請求項７】
前記凸部の内部を貫通して前記圧力伝達部と前記基台部とを互いに締結する締結具を備える請求項６に記載の加圧装置。
【請求項８】
前記弾性シートは前記凸部を貫通させる貫通孔を備える請求項６または７に記載の加圧装置。
【請求項９】
前記漏れ防止部は、前記流入部を取り囲むように配置され、前記弾性シートと前記基台部との間に挟み込まれる弾性リングを有する請求項６から８のいずれか１項に記載の加圧装置。
【請求項１０】
前記弾性リングは、前記凸部と前記流入部との間に配置されている請求項９に記載の加圧装置。
【請求項１１】
前記漏れ防止部は、前記流入部を取り囲むように配置され、前記圧力伝達部と前記基台部との間に挟み込まれる弾性リングを有する請求項１から５のいずれか１項に記載の加圧装置。
【請求項１２】
前記弾性シートは袋部を有し、前記流入部は前記袋部であり、
前記流体が前記袋部に出入されることで、前記圧力伝達部および前記基台部に前記流体を接触させない請求項２に記載の加圧装置。
【請求項１３】
前記圧力伝達部と前記載置台との間に配置される複数の支柱部とを備え、
前記複数の支柱部は、前記圧力伝達部の前記弾性シートが接触する接触面から挿通される固定具により固定される請求項３から９のいずれか１項に記載の加圧装置。
【請求項１４】
前記固定具を覆い、前記接触面を平面に保つキャップを備える請求項１３に記載の加圧装置。
【請求項１５】
前記複数の半導体基板を加熱する加熱部と、
前記基台部に設けられる、前記流入部を冷却する冷却部と
を備える請求項１から１４のいずれか１項に記載の加圧装置。
【請求項１６】
複数の半導体基板を重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、
前記複数の半導体基板を重ね合わせる工程は、
前記複数の半導体基板を加圧する加圧力を発生する加圧部と、前記加圧部の圧力分布を変更する圧力制御部とを備え、前記圧力制御部は、前記加圧力を前記複数の半導体基板を載置する載置台に伝達する圧力伝達部と、前記圧力伝達部を支持する基台部と、前記圧力伝達部と前記基台部との間に配置され、流体が流入する流入部とを備え、前記圧力伝達部は、前記流入部に流入した前記流体から受ける押圧力によって変形することにより前記載置台に伝達する圧力分布を変化させ、前記圧力伝達部の変形により前記圧力伝達部と前記基台部との間に生じる隙間から前記流入部の前記流体が漏れることを防止する漏れ防止部が設けられている加圧装置を用い、
前記加圧部により前記複数の半導体基板を加圧する加圧工程と、
前記流入部に前記流体を流出入して加圧分布を変化させる圧力制御工程と、
前記加圧部による前記複数の半導体基板の加圧を解除する除圧工程と
を含むデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧モジュールおよびデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、半導体基板であるウェハを複数枚積層し、接合した後に個片化する技術が知られている。一方で、ウェハの直径が大きくなる傾向にある近年、重ねあわされる互いのウェハ全面において均一に加圧することが困難になってきている。そこで、ウェハ全体を均一に加圧すべく、加圧部に流体を利用する加圧モジュールが、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０２８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハを加圧する加圧プレートと加圧モジュールの流体部との間には、例えばウェハを加熱する加熱モジュールなどが配置され、加圧モジュールには様々な構造体が取り付けられる。また、ウェハを加圧する圧力は非常に大きく、流体の圧力を受ける圧力伝達部材には一定の剛性が求められる。したがって、圧力伝達部材を単純に弾性体で構成することが困難であり、剛性の高い板状部材の利用が望ましい。すると今度は、圧力伝達部材と圧力伝達部材に取り付けられている他の構造体との境界から、加圧された流体の漏出が問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における加圧モジュールは、外部から出入させる流体を制御することにより被加圧体を加圧する加圧モジュールであって、被加圧体に流体による加圧圧力を伝達する圧力伝達板と、圧力伝達板との間に空間を形成するように圧力伝達板を支持する基台部と、流体が圧力伝達板に直接接触しないように空間に介在し、圧力伝達板に密着して流体による加圧圧力を伝達する圧力シートとを備える。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様におけるデバイスの製造方法は、複数の基板を重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、複数の基板を重ね合わせる工程は、複数の基板に流体による加圧圧力を伝達する圧力伝達板と、圧力伝達板との間に空間を形成するように圧力伝達板を支持する基台部と、流体が圧力伝達板に直接接触しないように空間に介在し、流体による加圧圧力を圧力伝達板に密着して伝達する圧力シートとを備える加圧モジュールを用い、加圧モジュールに流体を流入して複数の基板を加圧する加圧工程と、加圧モジュールから流体を抜出して複数の基板の加圧を解除する除圧工程とを含む。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】加圧装置を含む真空環境ユニットの全体構造を模式的に示す平面図である。
【図２】基板ホルダを上方から見下ろした様子を示す斜視図である。
【図３】基板ホルダを下方から見上げた様子を示す斜視図である。
【図４】加圧装置の全体構造を模式的に示す正面図である。
【図５】下部加圧モジュールの構造を概略的に示す断面図である。
【図６】ヒータプレートの形状および配置を示す下部ヒートモジュールの上面図である。
【図７】ヒータプレート、フレームおよび支柱部の位置関係を示す下部ヒートモジュールの上面図である。
【図８】下部圧力制御モジュールの要部断面図である。
【図９】下部圧力制御モジュールに流体を導入した様子を示す図である。
【図１０】基台部と弾性シートの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、複数の加圧装置２４０を含む真空環境ユニット２０２の全体構造を模式的に示す平面図である。真空環境ユニット２０２に含まれる各装置の各要素は、真空環境ユニット２０２全体の制御および演算を司る制御部、または要素ごとに設けられた制御部が、統合制御、協調制御を行うことにより動作する。
【００１１】
真空環境ユニット２０２は、シャッタ２２２を介して大気環境ユニットと接続されている。大気環境ユニットでは、それぞれ基板ホルダに保持された２枚の基板が精密に位置合わせされて仮接合される。一体化された２枚の基板とこれらを挟持する２つの基板ホルダを基板ホルダ対２０１と呼ぶ。基板は、既に回路パターンが複数周期的に形成されている単体のシリコンウェハ、化合物半導体ウェハ等である。また、装填された基板が、既に複数のウェハを積層して形成された積層基板である場合もある。
【００１２】
真空環境ユニット２０２は、ロボットアームチャンバ２１０、ロードロックチャンバ２２０、ロボットアーム２３０および複数の加圧装置２４０を有する。
【００１３】
ロボットアーム２３０は、加圧装置２４０のいずれかとロードロックチャンバ２２０との間で基板ホルダ対２０１を搬送する。ロードロックチャンバ２２０は、大気環境ユニット側と真空環境ユニット２０２側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。
【００１４】
基板ホルダ対２０１が大気環境ユニットから真空環境ユニット２０２に搬入される場合、まず、大気環境ユニット側のシャッタ２２２が開かれ、大気環境ユニットのロボットアームが基板ホルダ対２０１をロードロックチャンバ２２０に搬入する。次に、大気環境ユニット側のシャッタ２２２が閉じられ、ロードロックチャンバ２２０の真空引きが行われた後、真空環境ユニット２０２側のシャッタ２２４が開かれる。
【００１５】
ロードロックチャンバ２２０にはヒータ２２１が設けられており、搬入される基板ホルダ対２０１は、加圧装置２４０で加圧加熱されるに先立って、ヒータ２２１で予備加熱される。すなわち、ロードロックチャンバ２２０において雰囲気を交換する時間を利用して、加圧装置２４０に搬入される前に基板ホルダ対２０１をある程度温めることで、加圧装置２４０のスループットを向上させる。なお、ロードロックチャンバ２２０内の加熱は、基板ホルダ対２０１がロードロックチャンバ２２０に搬入される前から行うことが好ましい。これにより、基板ホルダ対２０１をロードロックチャンバ２２０に滞留させる時間を短縮できる。
【００１６】
続いて、ロボットアーム２３０が、ロードロックチャンバ２２０から基板ホルダ対２０１を搬出して、加圧装置２４０のいずれかに装入する。加圧装置２４０は、基板ホルダ対２０１の状態で、挟持された２枚の基板を熱間で加圧する。これにより２枚の基板は恒久的に接合される。具体的な処理及び構成については後述する。
【００１７】
ロボットアーム２３０は、ロボットアームチャンバ２１０に設置される。すなわち、真空環境ユニット２０２を構成する複数の加圧チャンバ、ロボットアームチャンバ２１０、ロードロックチャンバ２２０は、それぞれ個別に仕切られ、別々に雰囲気を調整することができる。また、図に示すように、真空環境ユニット２０２は、ロボットアームチャンバ２１０を中心として、複数の加圧チャンバとロードロックチャンバ２２０が円周方向に並べて配置されている。
【００１８】
真空環境ユニット２０２から大気環境ユニットに基板ホルダ対２０１を搬出する場合は、上記の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、真空環境ユニット２０２の内部雰囲気を大気環境ユニット側に漏らすことなく、基板ホルダ対２０１を真空環境ユニット２０２に搬入または搬出できる。
【００１９】
なお、複数の加圧装置２４０の一つを冷却装置に置き換えることもできる。このとき、冷却装置を設置する冷却チャンバもロボットアームチャンバの周囲に配置される。冷却装置は、加圧装置２４０で熱せられた基板ホルダ対２０１が搬入され、これらを一定の温度まで冷やす役割を担う。冷却装置は、熱せられた基板ホルダ対２０１が搬入されるに先立って、冷却チャンバを予め冷却しておくことが好ましい。
【００２０】
次に基板ホルダ対２０１の構成について説明する。図２は、基板ホルダ対２０１を構成する基板ホルダ１９０を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。図では、基板ホルダ１９０の上面に基板１８０が保持されている。また、図３は、基板ホルダ１９０を下方から見上げた様子を示す斜視図である。
【００２１】
基板ホルダ１９０は、ホルダ本体１９１、吸着子１９２および電圧印加端子１９４を有して、全体としては基板１８０よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体１９１は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形される。吸着子１９２は、強磁性体により形成され、基板１８０を保持する保持面において、保持した基板１８０よりも外側である外周領域に複数配される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個の吸着子１９２が配されている。電圧印加端子１９４は、基板１８０を保持する面の裏面に埋設される。
【００２２】
ホルダ本体１９１は、その保持面において高い平面性を有する。また、ホルダ本体１９１は、保持した基板１８０を静電吸着する領域の外側に、ホルダ本体１９１を表裏に貫通して形成された、それぞれ複数の位置決め穴１９３を有する。さらに、ホルダ本体１９１は、保持した基板１８０を静電吸着する領域の内側に、ホルダ本体１９１を表裏に貫通して形成された、複数の挿通孔１９５を有する。挿通孔１９５にはプッシュアップピンが挿通され、基板１８０を基板ホルダ１９０から離脱させることができる。
【００２３】
位置決め穴１９３は、基板ホルダ１９０が載置されるステージ等に設けられている位置決めピンに嵌合して、基板ホルダ１９０の位置決めに利用される。吸着子１９２は、保持面と略同じ平面内に上面が位置するように、ホルダ本体１９１に形成された陥没領域に配設される。電圧印加端子１９４は、ホルダ本体１９１の裏面に埋め込まれる。電圧印加端子１９４を介して電圧を供給することにより、基板ホルダ１９０と基板１８０との間に電位差を生じさせて、基板１８０を基板ホルダ１９０に静電吸着する。ステージ等にはそれぞれ電圧供給端子が設けられており、基板１８０と基板ホルダ１９０の静電吸着を維持できる。
【００２４】
基板ホルダ対２０１は２つの基板ホルダ１９０が２枚の基板１８０を挟持して構成されるが、２つの基板ホルダ１９０は互いに構成が若干異なる。もう一方の基板ホルダ１９０には、吸着子１９２に替えて、吸着子１９２に対向するように複数のマグネットが配されている。吸着子１９２とマグネットが結合することにより、２枚の基板１８０を挟持して２つの基板ホルダ１９０が一体化され、基板ホルダ対２０１を形成する。
【００２５】
次に加圧装置２４０の構造について詳細に説明する。図４は、加圧装置２４０の全体構造を模式的に示す正面図である。加圧装置２４０は、上述のように真空環境下に調整された加圧チャンバ内に設置されている。加圧装置２４０は、天井側に設置される上部トッププレート３１、上部ヒートモジュール４１および上部圧力制御モジュール５１と、床面側に設置される下部トッププレート３２、下部ヒートモジュール４２、下部圧力制御モジュール５２および昇降モジュール６０によって構成される。上部トッププレート３１、上部ヒートモジュール４１および上部圧力制御モジュール５１は、上部加圧モジュールを形成し、下部トッププレート３２、下部ヒートモジュール４２および下部圧力制御モジュール５２は、下部加圧モジュールを形成する。なお、本実施形態においては、上部ヒートモジュール４１および下部ヒートモジュール４２により、上部トッププレート３１および下部トッププレート３２を加熱する機能を有するので、上部加圧モジュールおよび下部加圧モジュールは、それぞれ加熱モジュールとしての役割も同時に担うことができる。
【００２６】
下部トッププレート３２には、２枚の基板１８０を挟持して２つの基板ホルダ１９０が一体化された基板ホルダ対２０１が、ロボットアーム２３０によって搬入され、載置される。基板ホルダ対は、昇降モジュール６０が上昇することにより上部トッププレート３１と接触し、上部加圧モジュールと下部加圧モジュールに挟さまれて加圧、加熱される。
【００２７】
対向して設置される上部加圧モジュールと下部加圧モジュールは、同一の構造を備えるモジュールである。そこで、下部加圧モジュールを代表としてその構造を以下に説明する。
【００２８】
図５は、下部加圧モジュールの構造を概略的に示す断面図である。なお、図は主要な構造物を簡略化して一部を省略しつつ示す。
【００２９】
基板ホルダ対２０１を載置するステージ部としての役割を担う下部トッププレート３２は、炭化珪素からなる円形状のプレートであり、周縁部において下部ヒートモジュール４２にビス止めされる。下部ヒートモジュール４２は、円筒形状の内部に、下部トッププレート３２の基板ホルダ体を載置する面とは反対側の面において接する複数のヒータプレート４０１、４０２、４０３を備えて構成される。ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、加熱部であり、例えば銅を素材として形成され、それぞれの内部に電熱ヒータ４０４が埋め込まれている。電熱ヒータ４０４は導線４０５により電力が供給されるが、その被覆としては高熱に耐えられるように、例えばセラミックにより形成されるビーズ４０６が用いられる。ビーズ４０６は、複数個連なって導線４０５を貫通させ、加熱空間から非加熱空間へ導出する。
【００３０】
ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、加熱制御時には電熱ヒータ４０４により加熱されてその熱を下部トッププレート３２へ伝達させる。また、加熱終了後の冷却制御時には、クーラとして機能する冷却管４０７により冷却される。ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、下部トッププレート３２の中心を通る中心軸から放射状に形成されたフレーム４１０により支持、固定されている。
【００３１】
フレーム４１０は、複数の支柱部４１１によりその軸方向の一端に連結されて支持されている。そして、各々の支柱部４１１の他端は、圧力伝達板５０１の表面に接して、圧力伝達板５０１の裏面側からビス４１２によってビス止めされている。圧力伝達板５０１の裏面側には凹部空間が形成されており、また、圧力伝達板５０１を支持する基台部５０２には、圧力伝達板５０１を支持したときに圧力伝達板５０１の凹部空間に対向する箇所に溝空間が形成されている。つまり、基台部５０２が圧力伝達板５０１を支持すると、境界に閉じた空間が形成される。
【００３２】
基台部５０２は、間に弾性シート５０３を挟み込み、ボルト５０４およびナット５０５を用いて、圧力伝達板５０１と周縁部で固定される。このとき、圧力伝達板５０１と基台部５０２との間の閉じた空間は、弾性シート５０３の介在により２分され、このうち弾性シート５０３と基台部５０２に囲まれた空間は完全な密封空間５０６となる。
【００３３】
密封空間５０６には、基台部５０２に設けられている供給管５３７に接続して設置されるバルブ５３６の制御により、供給管５３７を介して流体が出入される。流体としては、空気、水、オイルが用いられる。例えば、環境特性に優れたハイドロフルオロエーテル、パーフルオロポリエーテルなどが用いられる。バルブ５３６は、装置外の流体貯蔵タンクおよびポンプを含む圧力供給源に接続されている。なお、バルブ５３６を、溝空間の中央付近と基台部５０２の外部へ接続する供給管５３７との間に設けてもよい。
【００３４】
密封空間５０６に流体が導入されると、弾性シート５０３の弾性により密封空間５０６の体積が増大し、やがて、弾性シート５０３が圧力伝達板５０１の裏面に密着する。そして、さらに流体の圧力を制御すれば、圧力伝達板５０１の裏面全体を均一に加圧することができる。この均一化された加圧圧力は、支柱部４１１に伝達され、ひいては下部トッププレート３２に伝達されて、下部トッププレート３２に載置されている基板ホルダ対２０１を均一に加圧することができる。特に、下部圧力制御モジュール５２が昇降モジュール６０から受ける圧力との関係において、バルブ５３６を介して内部に出入させる流体量を調整すると、圧力伝達板５０１の表面を、フラットにしたり、周縁部を凸状にしたり、中心部を凸状にコントロールすることもできる。具体的な構成については後述する。
【００３５】
下部ヒートモジュール４２の内部空間は、下部トッププレート３２の基板ホルダ対２０１の載置面に対して平行に設置される遮熱プレート４２０により、上下に加熱空間と非加熱空間に分割される。遮熱プレート４２０は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３によって熱せられる加熱空間の熱を非加熱空間へできる限り伝えない機能を担う仕切り板である。遮熱プレート４２０には、支柱部４１１を貫通させる貫通孔が設けられている。すなわち、支柱部４１１は加熱空間と非加熱空間にまたがって存在する。また、遮熱プレート４２０には、導線４０５を貫通させる貫通孔も設けられており、その貫通孔の周囲には、導線４０５を貫通孔から引き出す方向とは異なる方向へ導出させるキャップ４２１が設置されている。
【００３６】
遮熱プレート４２０と圧力伝達板５０１の間には、遮熱プレート４２０と平行に、熱反射板４２２が互いに離間して複数設置される。熱反射板４２２にも、遮熱プレート４２０と同様に、支柱部４１１を貫通させる貫通孔が設けられている。これらの熱反射板４２２は、例えばアルミニウムなどの金属板により形成される。そして、少なくともその１枚の加熱空間側の表面には、下部トッププレート３２の目標加熱温度近傍の輻射線の波長を反射する多層膜が形成される。これにより、ヒータプレート４０１、４０２、４０３から圧力伝達板５０１に、真空環境における輻射による熱の移動を緩和することができる。また、遮熱プレート４２０と平行に設けるだけでなく、支柱部４１１の軸方向と平行にも設けても良い。これにより下部ヒートモジュール４２から外部への熱漏れも緩和することができる。
【００３７】
次に、ヒータプレート４０１、４０２、４０３の形状および配置について説明する。図６は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３の形状および配置を示す下部ヒートモジュール４２の上面図である。
【００３８】
図示するように、下部トッププレート３２の中心を通る中心軸を中心として、真中に位置する円形のヒータプレート４０１が１個、その外周部に扇形のヒータプレート４０２が６個、さらにその外周部に扇形のヒータプレート４０３が１２個配置されている。ヒータプレート４０２、４０３の扇形は、中心のヒータプレート４０１と同心円の弧を有する。
【００３９】
ヒータプレート４０１、４０２、４０３によって覆われる平面領域は、下部トッププレート３２に載置される基板ホルダ１９０の載置面に対応する領域よりも広い。これにより、基板ホルダ１９０の裏面に対して均一に加熱することができる。また、ヒータプレート４０１、４０２、４０３のそれぞれは、互いに平行を保って離間して配置される。これにより、ヒータプレート４０１、４０２、４０３がそれぞれに埋め込まれている電熱ヒータ４０４により熱せられて膨張しても、互いに接触することを回避できる。互いの間隔は、目標加熱温度等によって予め設定されるが、例えば、ヒータプレート４０１、４０２、４０３が銅により形成され、下部トッププレート３２の径が約３５０ｍｍであって、目標加熱温度が４５０℃である場合には、０．２〜１ｍｍ程度に設定される。
【００４０】
また、それぞれのヒータプレート４０１、４０２、４０３の加熱面は、互いに同じ面積および体積を有する。したがって円形および扇形の形状は、互いに同じ面積となるように径、中心角等が設計される。また、図の例では径方向を３段に設定してそれぞれ個数を定めたが、径方向の段数も、一段あたりの個数も任意に設定することができる。さらにそれぞれのヒータプレート４０１、４０２、４０３の厚さも同一とすれば、それぞれの熱容量も同一となるので、より好ましい。
【００４１】
クーラとして機能する冷却管４０７は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３のひとつ以上を冷却するように配管される。例えば、図示するようにヒータプレート４０２、４０３のいずれかと接するように冷却管４０７としてのパイプが張り巡らされ、その中を冷媒が循環するように外部のポンプが制御される。パイプの素材としては、ヒータプレート４０１、４０２、４０３と同じ素材が好ましい。同じ素材でなくても、線膨張率が同じであれば、接触面において温度変化による熱摺動が生じないので、パイプの素材として適用できる。
【００４２】
図７は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３、フレーム４１０および支柱部４１１の位置関係を示す下部ヒートモジュール４２の上面図である。フレーム４１０は、中心部分に設けられた円環部から放射状に複数の腕部を伸ばした形状をなす。そして、円環部でビス４０８によりヒータプレート４０１を固定し、腕部で同様にビス４０８によりヒータプレート４０２、４０３を固定している。ビス４０８は、図示するように、それぞれのヒータプレート４０１、４０２、４０３において中心線上、回転対称または左右対称となる位置に配置することが好ましい。
【００４３】
圧力伝達板５０１からの圧力は、複数の支柱部４１１およびフレーム４１０を介してヒータプレート４０１、４０２、４０３に伝達される。そして、ヒータプレート４０１、４０２、４０３が下部トッププレート３２を押圧すると共に加熱する。例えば一つのヒータプレート４０２を押圧する支柱部４１１に着目すると、圧力伝達板５０１を支柱部４１１の軸方向に押圧力を発生させるアクチュエータとみなせば、この押圧力は、支柱部４１１→ヒータプレート４０２→下部トッププレート３２の順に伝達される。そして、その押圧面の関係について言えば、支柱部４１１がヒータプレート４０２に対して押圧する押圧面は、ヒータプレート４０２が下部トッププレート３２に対して押圧する押圧面よりも小さい。つまり、押圧力は伝達する方向に向かって広がりつつ伝えられる。このようにして圧力伝達板５０１で発生させた圧力を下部トッププレート３２へ伝えることにより、下部トッププレート３２上に均一な押圧力を発生させる、あるいは、基板１８０の全体を均一に加圧できるように下部トッププレート３２上に意図的ななだらかな圧力分布を発生させることができる。
【００４４】
図８は、下部圧力制御モジュール５２の要部断面図である。上述のように、弾性シート５０３は、圧力伝達板５０１と基台部５０２に挟まれて固定されている。基台部５０２の周縁部には、圧力伝達板５０１に対する突き当て部としての凸部５０９が複数設けられており、圧力伝達板５０１の周縁部裏面５０８は、凸部５０９により基台部５０２と直接接触している。凸部５０９は、基台部５０２の周縁部平面５１０から円筒状に突出しているが、弾性シート５０３には、凸部５０９に対応する箇所に凸部５０９の外周円より若干大きく貫通孔５１３が設けられている。
【００４５】
凸部５０９の円筒中心部には、基台部５０２の裏面から貫通する締結孔５１１が設けられている。一方、圧力伝達板５０１の対向する位置にも、圧力伝達板５０１の表裏面を貫通する締結孔５１２が設けられている。ボルト５０４は、基台部５０２の裏面側から締結孔５１１および締結孔５１２を貫いて圧力伝達板５０１の表面まで貫通して突出し、ナット５０５と締結される。これにより、圧力伝達板５０１と基台部５０２は互いに固定される。圧力伝達板５０１と基台部５０２の接触部である周縁部裏面５０８と凸部５０９の突き当て面５１９は互いに平行となるように研磨されている。これにより、基台部５０２の周縁部裏面５０８と凸部５０９の突き当て面５１９とが隙間なく当接するので、弾性シート５０３が周縁部裏面５０８と凸部５０９の突き当て面５１９との間に挟みこまれることはない。また、圧力伝達板５０１の上面５３１と周縁部裏面５０８とは互いに平行であり、基台部５０２の下面５３２と凸部５０９の突き当て面５１９とは互いに平行である。これにより、圧力伝達板５０１と基台部５０２は、高い精度で平行に固定される。従って、圧力伝達板５０１の上面５３１と基台部５０２の下面５３２とを平行にすることができる。特に、下部圧力制御モジュール５２の組み立てにおいて、個体差が生じにくく、組み立て管理が容易となる。
【００４６】
周縁部平面５１０からの凸部５０９の高さは１．２ｍｍである。一方、弾性シート５０３の厚さは１．５ｍｍである。したがって、ボルト５０４およびナット５０５により、周縁部裏面５０８と凸部５０９の突き当て面が当接して圧力伝達板５０１と基台部５０２が固定されると、その締め付け力により弾性シート５０３は０．３ｍｍ圧縮され、周縁部裏面５０８と周縁部平面５１０の間に挟み込まれて固定される。このとき、貫通するボルト５０４、凸部５０９の外周円および貫通孔５１３を同心状に設けており、かつ、上下から２つの平面周縁部裏面５０８と周縁部平面５１０で挟み込むので、弾性シート５０３の周縁部に回転モーメントが生じにくい。したがって、弾性シート５０３の周縁部には異常な撓みが生じにくいので、圧力を作用させていないときの圧力伝達板５０１の上面５３１と基台部５０２の下面５３２との間に高い平行度を確保でき、密封空間５０６の気密をより高度に維持できる。なお、本実施形態によれば、凸部５０９は、基台部５０２の周縁部平面５１０から突出するように設けているが、圧力伝達板５０１の周縁部裏面５０８側から突出するように形成しても良い。または、両平面からそれぞれ凸部を突出させて突き当てるように構成しても良い。
【００４７】
上述のように、弾性シート５０３は、周縁部に設けられた複数の貫通孔５１３をボルト５０４が貫通して固定されるが、隣り合う貫通孔５１３に挟まれた領域を局所的に見た場合、貫通孔付近で圧力が大きくその中間が小さいという圧力分布が生じる。圧力分布は、貫通孔５１３およびボルト５０４の数を増やして平均化することもできるが、圧力分布により引き起こされる密封空間５０６の気密性の低下は、基台部５０２と弾性シート５０３の間にＯリング５０７を介在させることにより緩和することができる。具体的には、図示するように、基台部５０２の周縁部平面５１０上であって、凸部５０９より内周側、かつ、圧力伝達板５０１の周縁部裏面５０８に対向する位置に、密封空間５０６の外周を取り囲むように外周溝５１５を設ける。そして、外周溝５１５内にＯリング５０７を設置する。
【００４８】
Ｏリング５０７は断面形状が円形であるが、弾性リングであれば良い。Ｏリング５０７はフッ素ゴム、ニトリルゴム等からなり、断面直径は外周溝５１５の高さよりも大きい。そして、外周溝５１５の底面と弾性シート５０３に挟まれて、外周溝５１５の高さを超える直径分が押し潰される。この押し潰しによって生じる反発力により、弾性シート５０３を圧力伝達板５０１の周縁部裏面５０８に付勢する。したがって、密封空間５０６の気密性は十分確保することができる。なお、Ｏリング５０７の断面直径は、弾性シート５０３の厚さよりも大きいことが望ましい。このように構成することにより、弾性シート５０３に効果的な付勢力を与えることができる。
【００４９】
上述のように、圧力伝達板５０１の裏面側には凹部空間５２１が形成されている。凹部空間５２１は、裏面側で周縁部を構成する周縁部裏面５０８に取り囲まれて構成される空間である。また、圧力伝達板５０１には、凹部空間５２１との境界面である凹部裏面５２３からさらにくり抜くように、支柱部４１１に対応してビス４１２の頭部を収容する収容部５２２が設けられている。収容部５２２は、ビス４１２を貫通して支柱部４１１を圧力伝達板５０１に固定した後には、凹部裏面５２３ができる限りフラットとなるように、キャップ５１４により閉塞される。
【００５０】
基台部５０２には、外周溝５１５よりもさらに内周側に、凹部空間５２１に対向して溝空間５２０が形成されている。
【００５１】
図９は、下部圧力制御モジュール５２に流体を導入した様子を示す図である。図８の状態からバルブ５３６を制御して溝空間５２０に流体を導入すると、弾性シート５０３が持ち上がって凹部空間５２１に侵入し、弾性シート５０３と基台部５０２の間に形成される密封空間５０６に流体が充填されていく。さらに流体が導入されると密封空間５０６が膨張し、弾性シート５０３は、やがて凹部裏面５２３に密着する。
【００５２】
そして、さらに密封空間５０６を満たす流体の圧力を制御すれば、圧力伝達板５０１が支柱部４１１を押圧する押圧力を制御することができる。圧力伝達板５０１は、ニッケルと鉄の合金であるインバー、ステンレス、セラミック等により形成される。凹部空間５２１に対応する部分の厚さは１３ｍｍ程度であるが、その中央部付近においては、流体の圧力を制御することにより無負荷の状態で約１．５ｍｍ持ち上げることができる程度の変形を許容する。
【００５３】
上述のように、凹部裏面５２３には収容部５２２が設けられ、収容部５２２から貫通するビス４１２により、凹部空間５２１は支柱部４１１側の空間と接続されている。もし、弾性シート５０３を介在させずに凹部空間５２１と溝空間５２０で密封空間５０６を形成すれば、流体が収容部５２２およびビス４１２の境界を経由して支柱部４１１側の空間に漏出する恐れがある。一方、本実施形態においては、弾性シート５０３が凹部裏面５２３に密着する。したがって、密封空間５０６は、溝空間５２０と凹部空間５２１の一部とから気密に形成され、流体の漏出の恐れが無い。なお、本実施形態においては、弾性シート５０３により密封空間５０６を形成しているが、流体の漏出を防止する観点においては、弾性を有せずとも、耐圧性を有する圧力シートであれば適用することができる。
【００５４】
図１０は、基台部５０２と弾性シート５０３の関係を示す図である。基台部５０２に載置される弾性シート５０３の一部をめくって両者の構造を示す図である。図示するように、溝空間５２０は、基台部５０２のうちＯリング５０７で囲まれる領域よりも内部に、円周状および放射状に設けられている。そして、溝空間に囲まれる支持台５２４は、その表面が周縁部平面５１０と同一面に形成されており、弾性シート５０３を基台部５０２上に載置するときに、弾性シート５０３を撓ませることなく面一に支持することができる。これにより、圧力伝達板５０１を設置するときに、弾性シート５０３の貫通孔５１３近傍に不都合な撓みを生じさせたまま挟み込むことが無い。
【００５５】
なお、基台部５０２の内部には、冷却管を設けても良い。下部圧力制御モジュール５２は非加熱空間に設置されるが、ヒータプレート４０１、４０２、４０３による熱が若干でも伝達すると、流体の膨張により、制御する圧力に誤差を生じる原因となる。そこで、流体の温度を一定に保つべく、冷却管を設けて冷媒を循環させるように構成しても良い。冷却管は、供給管５３７と同様に基台部５０２から外部に接続される。
【００５６】
上記実施形態によれば、剛性の高い基台部５０２と弾性シート５０３との間で密封空間５０６を形成した。しかし、支柱部４１１側の空間に流体を漏出させない構造は、これに限らない。他の例としては、圧力伝達板５０１と基台部５０２で２枚の弾性シートを挟み込み、この間に流体を出入させる構造、または、シート形状ではなく弾性袋として袋内部に流体を出入させる構造が挙げられる。これらの構造であっても、流体を凹部裏面５２３に直接接触させることなく、流体の圧力を圧力伝達板５０１に伝達させることができる。
【００５７】
昇降モジュール６０は、下部圧力制御モジュール５２を載置して上下させ、ひいては基板ホルダ体に圧力を加えることができる。以上の加圧装置２４０の実施形態によれば、詳細に説明した加圧モジュールと同一構造を備える上部加圧モジュールを互いに対向させて配置し、昇降モジュール６０により、下部加圧モジュール上に載置された基板ホルダ体を上部加圧モジュールに接触させて、加圧加熱する。しかし、実施形態はこれに限らず、例えば天井側に上部加圧モジュールを設置する代わりに平面定盤を設置して、単に下方から上方へ押し付ける構造であっても、ある程度の圧力均一性を期待することができる。
【００５８】
なお、上記加圧モジュールを用いて複数の基板を重ね合わせて製造される半導体デバイスは、加圧モジュールに流体を流入して基板ホルダ対２０１を加圧する加圧工程と、加圧モジュールから流体を抜出して基板ホルダ対２０１の加圧を解除する除圧工程とを含んで構成される。これにより、接合状態が良く歩留まりの良い半導体デバイスの製造工程を構築することができる。
【００５９】
また、上記の実施形態においては、２枚の基板１８０が２つの基板ホルダ１９０に挟持されて基板ホルダ対２０１を構成するものとして説明した。しかし、基板ホルダ１９０を用いず、位置合わせされた状態の２枚の基板１８０が単独で下部トッププレート３２に載置される構成であっても良い。基板ホルダ１９０を用いずに、基板１８０を直接加圧、加熱すれば、圧力および温度の管理が容易となる。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６２】
３１  上部トッププレート、３２  下部トッププレート、４１  上部ヒートモジュール、４２  下部ヒートモジュール、５１  上部圧力制御モジュール、５２  下部圧力制御モジュール、６０  昇降モジュール、１８０  基板、１９０  基板ホルダ、１９１  ホルダ本体、１９２  吸着子、１９３  位置決め穴、１９４  電圧印加端子、１９５  挿通孔、２０１  基板ホルダ対、２０２  真空環境ユニット、２１０  ロボットアームチャンバ、２２０  ロードロックチャンバ、２２１  ヒータ、２４０  加圧装置、４０１、４０２、４０３  ヒータプレート、４０４  電熱ヒータ、４０５  導線、４０６  ビーズ、４０７  冷却管、４１０  フレーム、４１１  支柱部、４１２  ビス、４２０  遮熱プレート、４２１  キャップ、４２２  熱反射板、５０１  圧力伝達板、５０２  基台部、５０３  弾性シート、５０４  ボルト、５０５  ナット、５０６  密封空間、５０７  Ｏリング、５０８  周縁部裏面、５０９  凸部、５１０  周縁部平面、５１１  締結孔、５１２  締結孔、５１３  貫通孔、５１４  キャップ、５１５  外周溝、５１９  突き当て面、５２０  溝空間、５２１  凹部空間、５２２  収容部、５２３  凹部裏面、５２４  支持台、５３１  上面、５３２  下面、５３６  バルブ、５３７  供給管
【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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【図９】
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【図１０】
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