(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに回路が形成された複数の半導体基板を貼り合わせる装置であって、
重ね合わせた前記複数の半導体基板を接合する接合部を備え、
前記接合部は、
前記重ね合わせた半導体基板が搬入される搬入位置から、接合された前記重ね合わせた半導体基板が搬出される搬出位置に前記重ね合わせた半導体基板を搬送する搬送部と、
前記搬送部による搬送過程で前記複数の半導体基板を接合する接合装置と、
を有し、
前記接合装置は、前記複数の重ね合せ基板を個別に加熱する加熱部を有し、
前記接合装置は、前記搬送部により前記複数の重ね合せ基板を搬送しながら、前記加熱部により前記複数の重ね合せ基板を個別に加熱して前記重ね合わせた半導体基板を互いに貼り合わせる基板貼り合わせ装置。
【請求項２】
前記加熱部は、前記複数の重ね合わせた半導体基板のそれぞれに対応して配置され、個別に制御される請求項１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項３】
前記加熱部は、対応する前記重ね合わせた半導体基板を加熱しながら前記重ね合わせた半導体基板と共に移動する請求項２に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項４】
前記加熱部による加熱温度は、前記重ね合わせた半導体基板の位置が前記搬入位置から遠ざかるにしたがって上昇する請求項１から３のいずれか１項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項５】
前記加熱部による加熱温度は、前記複数の半導体基板が接合される温度まで上昇した後、前記搬出位置に向けて移動するに従って下降する請求項４に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項６】
前記接合装置は、前記搬送部による搬送過程で前記重ね合わせた半導体基板を加圧する加圧部を有する請求項１から５のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項７】
前記加圧部は、前記複数の重ね合わせた半導体基板を個別に加圧する請求項６に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項８】
前記加圧部は、前記複数の重ね合わせた半導体基板のそれぞれに対応して配置され、個別に制御される請求項７に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項９】
前記加圧部は、対応する前記重ね合わせた半導体基板を加圧しながら前記重ね合わせた半導体基板と共に移動する請求項８に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１０】
前記加圧部は、外部からの流体の出し入れにより前記重ね合わせた半導体基板を加圧する請求項７から９のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１１】
前記搬送部を収容する真空チャンバーをさらに備え、
前記加圧部は、大気圧と前記真空チャンバーの真空圧との差圧を用いて前記重ね合わせた半導体基板を加圧する請求項７から１０のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１２】
前記加圧部は、前記搬送部の搬送経路に対応する形状を有し、前記複数の重ね合わせた半導体基板を一括して加圧する加圧板を有する請求項６に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１３】
前記搬送部は、前記加圧部によって前記複数の重ね合わせた半導体基板が加圧されているときは搬送せず、前記加圧が行われていないときに搬送する請求項１２に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１４】
前記搬送部の搬送経路は円周である請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１５】
前記接合部での接合前に、前記重ね合わせた半導体基板を第１の時間で加熱して、前記複数の半導体基板を仮接合する仮接合部を備え、
前記搬送部は、前記仮接合部により仮接合された前記重ね合わせ基板を、前記第１の時間よりも長い第２の時間かけて搬送する請求項１から１４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１６】
前記重ね合わせた半導体基板を保持する基板ホルダを備え、
前記重ね合わせた半導体基板は、前記基板ホルダに保持された状態で前記仮接合部により前記複数の半導体基板が仮接合される請求項１５に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１７】
前記基板ホルダと前記重ね合わせた半導体基板とを分離する分離部を備え、
前記接合部は、前記基板ホルダから分離された前記重ね合わせ基板の前記複数の半導体基板を接合する請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１８】
前記搬出位置から搬出された前記重ね合わせた半導体基板を前記第２の時間よりも短い第３の時間かけて冷却する冷却部をさらに備える請求項１５から１７のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１９】
前記搬送部は、搬入された前記複数の重ね合せ基板を支持した状態で移動する搬送テーブルを有し、
前記接合装置は、前記搬送テーブルの移動により前記複数の重ね合せ基板を搬送しながら、前記加熱部により前記複数の重ね合せ基板を個別に加熱して前記重ね合わせた半導体基板を互いに貼り合わせる請求項１から１８のいずれか１項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置を用いた積層半導体の製造方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の製造方法により製造された積層半導体。
【請求項２２】
それぞれに回路が形成された複数の半導体基板を貼り合わせる方法であって、
重ね合わせた前記複数の半導体基板を、搬送部により接合部の搬入位置から搬出位置に搬送する搬送工程と、
前記搬送工程による搬送過程で前記複数の半導体基板を前記接合部で接合する接合工程と、
を含み、
前記接合工程は、前記複数の重ね合せ基板を個別に加熱する加熱工程を有し、
前記加熱工程において、前記搬送部により前記複数の重ね合せ基板を搬送しながら、前記複数の重ね合せ基板を個別に加熱して前記重ね合わせた半導体基板を互いに貼り合わせる基板貼り合わせ方法。
【請求項２３】
前記加熱工程による加熱温度は、前記重ね合わせた半導体基板の位置が前記搬入位置から遠ざかるにしたがって上昇する請求項２２に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項２４】
前記加熱工程による加熱温度は、前記複数の半導体基板が接合される温度まで上昇した後、前記搬出位置に向けて移動するに従って下降する請求項２３に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項２５】
前記接合工程は、前記搬送工程における搬送過程で前記重ね合わせた半導体基板を加圧する加圧工程を含む請求項２２から２４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項２６】
前記加圧工程は、前記複数の重ね合わせた半導体基板を個別に加圧する請求項２５に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項２７】
前記加圧工程は、前記複数の重ね合わせた半導体基板を一括して加圧する請求項２５に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項２８】
前記搬送工程は、前記加圧工程によって前記複数の重ね合わせた半導体基板が加圧されているときは搬送せず、前記加圧が行われていないときに搬送する請求項２７に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項２９】
前記接合工程の前に、前記重ね合わせた半導体基板を第１の時間で加熱して、前記複数の半導体基板を仮接合する仮接合工程を含み、
前記搬送工程は、前記仮接合工程で仮接合された前記重ね合わせ基板を、前記第１の時間よりも長い第２の時間かけて搬送する請求項２２から２８のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３０】
前記重ね合わせた半導体基板を基板ホルダに保持する保持工程を含み、
前記仮接合工程は、前記重ね合わせた半導体基板が前記基板ホルダに保持された状態で仮接合する請求項２９に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３１】
前記基板ホルダと前記重ね合わせた半導体基板とを分離する分離工程を含み、
前記接合工程は、前記基板ホルダから分離された前記重ね合わせた半導体基板の前記複数の半導体基板を接合する請求項３０に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３２】
前記搬出位置から搬出された前記重ね合わせた半導体基板を第２の時間よりも短い第３の時間かけて冷却する冷却工程をさらに含む請求項２２から３１のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３３】
前記接合工程は、複数の前記重ね合わせた半導体基板のそれぞれの前記複数の半導体基板を接合し、
少なくとも一つの前記重ね合わせた半導体基板に対して前記接合工程が行われている間に、他の前記重ね合わせた半導体基板の搬入工程、前記接合工程、及び、搬出工程が行われる請求項２２から３２のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３４】
前記搬送部は、搬入された前記複数の重ね合せ基板を支持した状態で移動する搬送テーブルを有し、
前記加熱工程において、前記搬送テーブルの移動により前記複数の重ね合せ基板を搬送しながら、前記複数の重ね合せ基板を個別に加熱して前記重ね合わせた半導体基板を互いに貼り合わせる請求項２２から３３のいずれか１項に記載の基板貼り合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板貼り合わせ装置、積層半導体の製造方法および積層半導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路が形成された２枚の基板を、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて加熱加圧装置に搬入し、加熱加圧しながら接合する基板貼り合わせ装置がある（例えば、特許文献１を参照）。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献１]  特開２００９−４９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
加熱加圧装置は、重ね合わせた複数の基板が投入される度に、加圧をしながら、室温から予め定められた温度に昇温し、基板が接合するまでその温度で保温し、接合後に室温まで降温して接合基板を取り出すプロセスを繰り返す。この昇温、保温、降温には相当の時間を要するので、この過程は積層半導体を製造するスループットを低下させる１つの要因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る基板貼り合わせ装置は、複数の基板を重ね合わせた重ね合わせ基板を、無限軌道上に複数個支持し、無限軌道の少なくとも一部の上を搬送する搬送部と、無限軌道上の複数の重ね合わせ基板を加熱することにより、複数の重ね合わせ基板のそれぞれにおける複数の基板を互いに貼り合わせる加熱部とを備える。
【０００５】
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】
【０００６】
【図１】基板貼り合わせ装置の構造を概略的に示す平面図である。
【図２】本アライナの構造を概略的に示す断面図である。
【図３】昇温部の構造を概略的に示す断面図である。
【図４】加熱搬送部の構造を概略的に示す断面図である。
【図５】加熱搬送部の支持ステージおよび加圧部材の構造を概略的に示す断面図である。
【図６】加熱搬送部の構造を概略的に示す斜視図である。
【図７】他の実施形態である加熱搬送部の構造を概略的に示す断面図である。
【図８】他の実施形態である加熱搬送部の構造を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
【０００８】
図１は、本実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００の全体構造を概略的に示す平面図である。基板貼り合わせ装置１００は、回路パターンが形成された複数のウェハを、接合すべき電極同士が接触するように貼り合わせて加熱加圧することにより接合する。
【０００９】
基板貼り合わせ装置１００は、共通の筐体１０１の内部に形成された大気環境部１０２および真空環境部２０２を含む。大気環境部１０２は、筐体１０１の外部に面して、制御部１１０およびＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ  Ｍｏｄｕｌｅ）１１２を有する。基板貼り合わせ装置１００に含まれる各装置の各要素は、基板貼り合わせ装置１００全体の制御および演算を司る制御部１１０、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御をすることにより動作する。
【００１０】
ＥＦＥＭ１１２は、３つのロードポート１１３、１１４、１１５およびロボットアーム１１６を備える。各ロードポートには密閉型の基板格納用ポッドであるＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）が装着される。ＦＯＵＰに格納された基板１２０は、ロボットアーム１１６によって出し入れされる。
【００１１】
なお、ここでいう基板１２０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１２０が、既に複数のウェハを積層して形成された積層基板の場合もある。
【００１２】
大気環境部１０２は、筐体１０１の内側にそれぞれ配置された、予備アライナ１３０、本アライナ１４０、ホルダラック１５０および分離機構１６０を備える。予備アライナ１３０は、基板１２０が本アライナ１４０に搬入されたときに、本アライナ１４０が備える顕微鏡の観察視野内に基板１２０に形成されたアライメントマークが収まるように、基板１２０を予備的に位置合わせする装置である。
【００１３】
予備アライナ１３０は、ターンテーブル１３１、ホルダテーブル１３２及び観察器１３３を備える。ターンテーブル１３１にはロボットアーム１１６によって基板１２０が載置される。ターンテーブル１３１は基板１２０の回転方向の位置を調整する。ホルダテーブル１３２には、ホルダラック１５０から搬送された基板ホルダ１９０が載置される。
【００１４】
観察器１３３は、ホルダテーブル１３２上に載置された基板ホルダ１９０及びその上方に配置された基板１２０を観察する。予備アライナ１３０は、観察器１３３で観察しながら基板１２０と基板ホルダ１９０を位置合わせして、基板１２０を基板ホルダ１９０上に載置する。基板ホルダ１９０は、静電チャックにより基板保持面に電位差を生じさせて、基板１２０を静電吸着する。このようにして一体化された基板１２０及び基板ホルダ１９０を、ワークと呼ぶ。予備アライナ１３０で形成されたワークは本アライナ１４０に搬送される。
【００１５】
本アライナ１４０は、２つのワークを対向させて、各ワークの基板１２０に形成された複数のアライメントマークを高精度に位置合わせして重ね合わせる。本アライナ１４０は、下ステージ１４１と上ステージ１４２を備える。下ステージ１４１は、基板１２０が基板ホルダ１９０より上になる向きにワークを保持する。下ステージ１４１に保持されるワークを下ワークと呼び、下ワークを構成する基板１２０を下基板１２１と呼ぶ。
【００１６】
上ステージ１４２は、本アライナ１４０の天井部に固定されており、基板１２０が基板ホルダ１９０より下になる向きにワークを保持する。上ステージ１４２に保持されるワークを上ワークと呼び、上ワークを構成する基板１２０を上基板１２２と呼ぶ。また、本アライナ１４０によって重ね合わされて固定された２つのワークをまとめてワーク対と呼ぶ。本アライナ１４０により形成されたワーク対は、受け渡しポート１７４に搬送され、ロボットアーム１７３によって後述するロードロックチャンバ２０４に搬入される。
【００１７】
真空環境部２０２は、ロボットアーム２０３、ロードロックチャンバ２０４、昇温部２１０、冷却部２４０および加熱搬送部３００を備える。ロボットアーム２０３は、保持したワーク対を、ロードロックチャンバ２０４、昇温部２１０、冷却部２４０および加熱搬送部３００の間で搬送する。
【００１８】
ロードロックチャンバ２０４は、大気環境部１０２側と真空環境部２０２側とに、交互に開閉するシャッタ２０５、２０６を有する。ワーク対が大気環境部１０２から真空環境部２０２に搬入される場合、まず、大気環境部１０２側のシャッタ２０５が開かれ、ロボットアーム１７３がワーク対をロードロックチャンバ２０４に搬入する。次に大気環境部１０２側のシャッタ２０５を閉じ、ロードロックチャンバ２０４内の空気を排出することで、真空状態にする。
【００１９】
ロードロックチャンバ２０４内が真空状態になった後、真空環境部２０２側のシャッタ２０６が開かれ、ロボットアーム２０３がワーク対をロードロックチャンバ２０４から搬出する。このような真空環境部２０２への搬入動作により、大気環境部１０２の内部雰囲気を真空環境部２０２側に漏らすことなく、ワーク対を真空環境部２０２に搬入できる。ロードロックチャンバ２０４は、内部にヒータ２０８を備えており、搬入されたワーク対を加熱する。
【００２０】
次にロボットアーム２０３は、ロードロックチャンバ２０４から搬出したワーク対を昇温部２１０に搬入する。昇温部２１０は、ワーク対を加熱加圧する装置である。本実施形態では昇温部２１０は、搬入されたワーク対を第１の時間で加熱加圧する。第１の時間は、上基板１２２と下基板１２１を仮接合する時間として予め設定されている。
【００２１】
ここで仮接合とは、下基板１２１と上基板１２２が完全に接合する前に加熱加圧を止めて動かしても、下基板１２１と上基板１２２にずれが生じない程度に接合した状態をいう。例えば下基板１２１と上基板１２２を、銅バンプを介して接続する場合は、ワーク対を動かしてもずれが生じない程度に固相拡散が進んだ状態である。昇温部２１０で仮接合されたワーク対は、ロボットアーム２０３によって加熱搬送部３００に搬送される。
【００２２】
加熱搬送部３００は、ワーク対を無限軌道上に複数個支持して、無限軌道の少なくとも一部の上を搬送しながら加熱加圧する装置である。本実施形態では、無限軌道が円周であり、ワーク対を円軌道で搬送する場合を例に挙げて説明する。加熱搬送部３００は、断熱壁３０２、受け渡しポート３０４、搬送テーブル３０６および複数の支持ステージ３０８を備える。断熱壁３０２は断熱材により形成されており、加熱搬送部３００を包囲して、加熱搬送部３００の内部温度を維持すると共に、加熱搬送部３００の外部への熱輻射を遮断する。
【００２３】
受け渡しポート３０４は加熱搬送部３００の内部と外部を遮断する開閉扉を備えている。ロボットアーム２０３は、受け渡しポート３０４を介して、加熱搬送部３００内部との間でワーク対を順次受け渡す。搬送テーブル３０６は円周形状を有しており、搬送テーブル３０６上にはワーク対を支持する支持ステージ３０８が複数設けられている。本実施形態では６つの支持ステージ３０８が設けられた例を図示している。
【００２４】
支持ステージ３０８は載置されたワーク対を吸着して支持する。搬送テーブル３０６は回転軸３１２を中心に回転することができ、ワーク対を支持した支持ステージ３０８を反時計回りに搬送する。また支持ステージ３０８は加熱機構と冷却機構を備えており、載置されたワーク対を加熱および冷却することができる。加熱搬送部３００はまた、各支持ステージ３０８上に載置されたワーク対を上から加圧する加圧部を備える。加熱搬送部３００はワーク対を、支持ステージ３０８および加圧部によって加熱加圧しながら、回転方向に搬送する。
【００２５】
加熱搬送部３００は、ワーク対を加熱加圧しながら、昇温部２１０における昇温時間である第１の時間よりも長い第２の時間をかけて搬送することで、上基板１２２と下基板１２１を本接合する。搬送受け渡しポート３０４に到達したワーク対は、リフト部３１４が加圧部を上昇させることによって加圧が解除され、ロボットアーム２０３によって搬出される。
【００２６】
加熱搬送部３００から搬出されたワーク対は冷却部２４０に搬入される。冷却部２４０は、搬入されたワーク対の温度を室温まで低下させる。なおここでは冷却部２４０は、加熱搬送部３００でワーク対を搬送する第２の時間よりも短い第３の時間で、搬入されたワーク対を冷却する。冷却部２４０により冷却されたワーク対は、ロボットアーム２０３により搬出され、ロードロックチャンバ２０４に搬入される。
【００２７】
ロードロックチャンバ２０４に搬入されたワーク対は、ロボットアーム１７３によって分離機構１６０に搬入される。分離機構１６０は、２つの基板ホルダ１９０に挟持された接合ウェハを分離する。基板ホルダ１９０から分離された接合ウェハは、ロボットアーム１７１およびロボットアーム１１６によってロードポート１１５に装着されたＦＯＵＰに搬入される。
【００２８】
図２は、本アライナ１４０の構造を概略的に示す断面図である。本アライナ１４０の上ステージ１４２は天井に固定される。当該天井には上顕微鏡１４５が固定される。一方、下ステージ１４１は、下載置台１４６、昇降部１４７、台座部１４８及び駆動部１４９を備える。下載置台１４６には、基板１２０を搭載した基板ホルダ１９０が載置される。下載置台１４６は、真空吸着により基板ホルダ１９０を保持する。
【００２９】
昇降部１４７は、下載置台１４６をＺ方向に昇降させる。下載置台１４６上に下顕微鏡１４４が設置される。これにより昇降部１４７によって下載置台１４６が昇降すると、それに合わせて下顕微鏡１４４も昇降する。台座部１４８は駆動部１４９上に設置されており、駆動部１４９によってＸＹ平面方向に移動することができる。
【００３０】
本アライナ１４０には、ロボットアーム１７２によってまず上ワークが搬入される。上ワークは、ロボットアーム１７２によって反転されて下向きの状態で上ステージ１４２に押し当てられる。上ステージ１４２は上ワークを吸着して保持する。
【００３１】
次にロボットアーム１７２が、下ワークを下載置台１４６に載置する。本アライナ１４０は、駆動部１４９により下載置台１４６を移動させながら、上顕微鏡１４５によって、下基板１２１の貼り合わせ面を観察する。そして、下基板１２１の貼り合わせ面に形成された複数のアライメントマークを検出する。次に本アライナ１４０は、駆動部１４９により下載置台１４６を移動させながら、下顕微鏡１４４によって、上基板１２２の貼り合わせ面を観察する。そして、上基板１２２に形成された複数のアライメントマークを検出する。
【００３２】
本アライナ１４０は、検出した上基板１２２のアライメントマークの位置情報と、下基板１２１のアライメントマークの位置情報により下基板１２１と上基板１２２を精密に位置合わせする。そして位置合わせ完了後、下載置台１４６を上昇させることにより下基板１２１と上基板１２２を接触させる。そして、下基板１２１を保持する基板ホルダ１９０に設置された磁性体と、上基板１２２を保持する基板ホルダ１９０に設置されたマグネットの磁力により、下基板１２１と上基板１２２は２つの基板ホルダ１９０によって挟持される。こうして形成されたワーク対は、ロボットアーム１７２によって本アライナ１４０から搬出される。
【００３３】
図３は、昇温部２１０の構造を模式的に示す正面図である。昇温部２１０は、断熱室２１１、上ステージ２１２、下ステージ２２２および昇降部２３２を備える。断熱室２１１は、上ステージ２１２、下ステージ２２２及び昇降部２３２を内部に収容する。
【００３４】
断熱室２１１は、断熱材から形成される断熱壁を備える。これにより、ワーク対を加熱する場合に、外部への熱輻射を遮断して、ロボットアーム２０３等周辺に存在する装置等への悪影響を防ぐ。断熱室２１１において、その天板に上ステージ２１２が固定され、その底板に昇降部２３２のベースが固定される。断熱室２１１は、高剛性材料により形成される上ステージ２１２と下ステージ２２２によりワーク対を加圧する場合に、装置の反力により変形を防ぐ。
【００３５】
上ステージ２１２は内部に加熱機構２１３及び冷却機構２１４を備える。加熱機構２１３は電熱線を備えており、電熱線に電流を印加することで上ステージ２１２を加熱する。また冷却機構２１４は、冷媒管を備えており、冷媒管内に冷媒を循環させることで上ステージ２１２を冷却する。
【００３６】
昇降部２３２は、ベースに固定されたシリンダ２３３と、そのシリンダ２３３に結合するピストン２３４とを含む。下ステージ２２２は、ピストン２３４の上面に設置され、ピストン２３４と共に上下に移動することができる。また下ステージ２２２は加熱機構２２３及び冷却機構２２４を備え、ワーク対を加熱及び冷却することができる。
【００３７】
昇温部２１０は、さらにプッシュアップピン２２５を有する。プッシュアップピン２２５は、シリンダ２３３に固定されており、下ステージ２２２およびピストン２３４に摺動する。ワーク対を搬入する場合、昇温部２１０は、下ステージ２２２を降下させて、プッシュアップピン２２５を下ステージ２２２から突き出でた状態にする。
【００３８】
プッシュアップピン２２５上にワーク対が載置された後、下ステージ２２２を上昇させることで、下ステージ２２２上に、ワーク対が保持される。昇温部２１０は、下ステージ２２２上にワーク対を載置した状態で下ステージ２２２を上昇させることで、上ステージ２１２及び下ステージ２２２によりワーク対を挟む。
【００３９】
昇温部２１０は、ロードセルなどの圧力検知器によりワーク対に加える圧力を検知することで、下基板１２１および上基板１２２に所定の圧力を加えることができる。昇温部２１０は、ワーク対を加圧することによって、下基板１２１および上基板１２２の接合すべき電極同士を均一に接触させて均一な接合を実現できる。
【００４０】
但し、下基板１２１および上基板１２２が完全に接合するまで、昇温部２１０でワーク対を加圧および保温するのは長い時間を要する。そこで本実施形態では、昇温部２１０において短時間で加熱加圧して下基板１２１および上基板１２２を仮接合した時点で、ロボットアーム２０３がワーク対を搬出して、加熱搬送部３００に移す。下基板１２１と上基板１２２とが仮接合しているので、ロボットアーム２０３は、下基板１２１と上基板１２２にずれを生じさせることなく加熱搬送部３００に搬送することができる。
【００４１】
なお冷却部２４０は、昇温部２１０と同様の構造を有してよい。これに代えて、冷却部２４０は上下ステージに加熱機構を持たなくてもよい。
【００４２】
図４は、加熱搬送部３００の構造を概略的に示す断面図である。図４は、図１におけるＡ−Ａの部分の断面を示している。加熱搬送部３００は、断熱壁３０２、回転軸３１２、搬送テーブル３０６および加圧部３２０を備える。断熱壁３０２には吸気口３１３が設けられており、吸気口３１３を介して継続して真空引きされることで、加熱搬送部３００の内部は真空の状態が保たれる。即ち断熱壁３０２が、真空チャンバーの役割を果たす。
【００４３】
加圧部３２０は、回転軸３１２に固定された円盤形状の加圧部本体３２１と、加圧部本体３２１に設けられた穴部に設置された加圧部材３２４を備える。加圧部本体３２１の外周部分３２２は、ベアリングを介して真空環境部２０２の天井部２０７に支持されており、回転軸３１２を中心として回転する。加圧部材３２４は、側面の少なくとも一部がベアリングを介して加圧部本体３２１に支えられており、上下方向に摺動することができる。また加圧部材３２４は、支持ステージ３０８と同数備えられており、各加圧部材３２４は、各支持ステージ３０８と対向する。
【００４４】
加圧部本体３２１および加圧部材３２４の上面は真空環境部２０２の外部に露出しており、大気環境に面している。そして、加圧部本体３２１と加圧部材３２４との間に設けられたベローズ３２８によって、大気環境と真空環境が遮断されている。これにより加圧部材３２４の上面と下面では大気圧と真空圧の差圧が生じて、加圧部材３２４は下向きの力を受ける。加圧部３２０は、この差圧による下向きの力を利用して、支持ステージ３０８に支持されたワーク対を加圧する。なお、差圧による加圧力は、加圧部材３２４の上面の面積と下面の面積との比を変更することによって調整できる。
【００４５】
加熱搬送部３００は、加圧部３２０によってワーク対を加圧したまま、回転軸３１２を中心に、加圧部３２０および搬送テーブル３０６を回転させる。このとき、加圧部３２０は外周部分３２２で真空環境部２０２の天井部２０７に摺動しながら回転する。また搬送テーブル３０６は、その下面に備えられたボールベアリング又はエアベアリング介して回転する。
【００４６】
図５は、加熱搬送部３００の支持ステージ３０８および加圧部材３２４の内部構造を概略的に示す断面図である。搬送テーブル３０６はプッシュアップピン３１５を備える。支持ステージ３０８には貫通孔が設けられており、プッシュアップピン３１５は、支持ステージ３０８の貫通孔内を摺動する。支持ステージ３０８にワーク対を載置する場合、搬送テーブル３０６はプッシュアップピン３１５を上昇させる。そしてロボットアーム２０３によってプッシュアップピン３１５上にワーク対が載置される。その後搬送テーブル３０６はプッシュアップピン３１５を降下させることで、ワーク対を支持ステージ３０８上に載置する。
【００４７】
支持ステージ３０８はその内部に加熱機構３０９および冷却機構３１０を備える。加熱機構３０９は電熱線を備えており、電熱線に電流を印加することで支持ステージ３０８を加熱する。また冷却機構３１０は、回転軸３１２を介して加熱搬送部３００の外部と連通する冷媒管を備えており、冷媒管内に冷媒を循環させることで支持ステージ３０８を冷却する。加熱搬送部３００は、温度計３１１によって支持ステージ３０８の温度を監視しながら、加熱機構３０９および冷却機構３１０を制御することで、支持ステージ３０８の温度を所定の温度に調整する。
【００４８】
加圧部材３２４はその内部に加熱機構３２５、冷却機構３２６および温度計３３２を備える。加熱機構３２５、冷却機構３２６および温度計３３２の構成は、冷却機構３２６が備える冷媒管が加圧部材３２４の上面を介して加熱搬送部３００の外部と連通する点以外は支持ステージ３０８と同様の構成であるので、ここでは説明を省略する。
【００４９】
加圧部材３２４は、横向きに張り出した把持部３３０を有する。加熱搬送部３００は、リフト部３１４によって把持部３３０を把持して持ち上げることで、支持ステージ３０８に対してワーク対を出し入れ可能な状態にする。またリフト部３１４は、支持ステージ３０８載置されたワーク対に加圧部材３２４を接触させるときに、衝撃で基板が破損しないように加圧部材３２４に加える力を調整しながら加圧部材３２４を降下させる。
【００５０】
ロボットアーム２０３が、ワーク対を真空環境部２０２に搬入してから、下基板１２１と上基板１２２を本接合して搬出するまでの流れを説明する。各処理時間の一例として、ワーク対を出し入れする時間を含めて、昇温部２１０での昇温に１０分間、保温によって下基板１２１と上基板１２２が本接合するのに６０分間、冷却部２４０での冷却に１０分間かかるとする。
【００５１】
まずロボットアーム２０３が、ワーク対を昇温部２１０に搬入する。この場合にワーク対をロードロックチャンバ２０４のヒータ２０８で予備加熱しておく。これにより、大気環境部１０２から室温の状態で搬入したワーク対と高温状態の昇温部２１０との間の温度差による熱衝撃による基板の破損を防ぐことができる。
【００５２】
昇温部２１０は、ワーク対の出し入れも含めて１０分間でワーク対を室温から例えば４５０℃まで昇温しつつ加圧する。これにより、ワーク対は仮接合される。仮接合されたワーク対は、昇温部２１０から、ロボットアーム２０３によって加熱搬送部３００に搬入される。
【００５３】
加熱搬送部３００は、加圧部３２０および搬送テーブル３０６の回転を停止して、リフト部３１４によって加圧部材３２４を上昇させる。そして、ロボットアーム２０３が支持ステージ３０８上にワーク対を載置する。加熱搬送部３００は、ロボットアーム２０３を退避させた後、リフト部３１４を駆動して加圧部材３２４を降下させることで、支持ステージ３０８上のワーク対を加圧する。
【００５４】
加熱搬送部３００は、ワーク対の出し入れおよび本接合に要する時間分に対応する６０分間かけて支持ステージ３０８に載置されたワーク対を一周させる。この場合に、搬送テーブル３０６には６つの支持ステージ３０８が等間隔で配置されているので、１０分毎に支持ステージ３０８が受け渡しポート３０４に到達する。昇温部２１０からは１０分毎に仮接合後のワーク対が搬送されるので、加熱搬送部３００には、１０分毎に順次ワーク対が搬入される。
【００５５】
加熱搬送部３００から搬出されたワーク対は、冷却部２４０に搬入されて冷却される。冷却部２４０は、ワーク対の出し入れを含めて１０分間ワーク対を冷却する。冷却部２４０によって室温にまで冷却されたワーク対は、ロボットアーム２０３によって搬出されてロードロックチャンバ２０４に搬入される。
【００５６】
上述した処理によって、最初のワーク対が昇温部２１０に搬入されてから、下基板１２１と上基板１２２が本接合されて降温されるまでに全部で８０分かかり、その後１０分おきに降温を終えたワーク対が搬出されることになる。この流れに従って１００組のワーク対を処理した場合、合計で１０７０分かかる概算となる。
【００５７】
それに対して仮に１台の昇温部２１０で１００組のワーク対を昇温、保温、降温した場合、８０００分かかる概算となり、１００組のワーク対を約１０００分で処理するには、昇温部２１０を８台備えることが求められる。このように本実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００は、加熱搬送部３００を備えることにより昇温部２１０の回転率を高めて、積層半導体を製造する全体のスループットを高めることができる。
【００５８】
なお加熱搬送部３００に支持するワーク対の数は６つに限られない。昇温部２１０での処理後の待ち時間と加熱搬送部３００での処理後の待ち時間とを短くするには、本接合に要する時間で搬送テーブル３０６を一周させるとともに、本接合に要する時間を仮接合に要する時間で除した程度のワーク対の数を加熱搬送部３００に支持することが好ましい。
【００５９】
以上、本実施形態によれば、基板貼り合わせ装置１００は、ワーク対を高い精度で加熱加圧できるように構成されている昇温部２１０で、高い精度の加熱加圧が求められる昇温工程を実行して、高い精度の加熱加圧が求められない加熱搬送部３００で複数のワーク対を並行してその後の工程を実行することにより、昇温部２１０の回転率を高めることができる。これにより、積層半導体を製造する全体のスループットを高めることができる。
【００６０】
上記実施形態では、昇温部２１０で仮接合したワーク対を加熱搬送部３００に搬入して本接合する例を挙げて説明したが、昇温部２１０を備えず、加熱搬送部３００が昇温工程についても実行しても良い。この場合に、支持ステージ３０８に載置されたワーク対を搬送する過程で、支持ステージ３０８および加圧部材３２４の温度を上げていく。即ち、加熱搬送部３００は、搬送テーブル３０６上でワーク対を搬送する場合に、受け渡しポート３０４から遠いほどワーク対を高温に加熱するように制御する。これによりワーク対の搬入および搬出に伴う加熱搬送部３００内の温度低下の影響を抑えることができる。
【００６１】
またさらに加熱搬送部３００は、下基板１２１と上基板１２２が本接合する時間よりも長い時間かけてワーク対を搬送するように搬送速度を調整して、本接合が終了してからワーク対が受け渡しポート３０４に搬送されるまでの間に、支持ステージ３０８および加圧部材３２４の温度を室温にまで下げるように制御してもよい。そのように制御することで、加熱搬送部３００が降温の工程をも実行することになり、冷却部２４０を省略することで、装置の全体構成を簡略化することができる。
【００６２】
また上記実施形態では、加熱搬送部３００が加圧部３２０を備える例を挙げて説明したが、それに限らない。加熱搬送部３００に搬入されるワーク対が加圧なしで本接合できる場合は、加圧部３２０を設けず加熱搬送部３００で加熱のみを実行してもよい。
【００６３】
また上記実施形態では、ワーク対を加熱搬送部３００に搬入する例を挙げて説明したが、仮接合された下基板１２１および上基板１２２から基板ホルダ１９０を分離して、下基板１２１および上基板１２２を加熱搬送部３００に搬入してもよい。その場合例えば、昇温部２１０と加熱搬送部３００の間に分離機構を設ける。仮接合された下基板１２１と上基板１２２を、基板ホルダ１９０を介さずに直接加熱加圧することで、加熱搬送部３００はより短い時間で下基板１２１と上基板１２２を本接合することができる。または加熱搬送部３００は、支持ステージ３０８および加圧部材３２４によって発生する熱量を低く設定することができる。
【００６４】
また上記実施形態では、各支持ステージ３０８に対して、対向する位置に、支持ステージ３０８と同数の加圧部材３２４を備えて、個別にワーク対を加圧する例を挙げて説明したが、それに限らない。支持ステージ３０８に載置された全てのワーク対を同時に加圧する１つの加圧部材を備えるように構成しても良い。
【００６５】
図６は、１つの加圧部材で支持ステージ３０８に載置された全てのワーク対を加圧する加圧部材６０２を有する加熱搬送部６００の構成を示す概念図である。加熱搬送部６００は、支持ステージ３０８に載置されたワーク対を一括して加圧する１つの加圧部材６０２を備える点以外は、加熱搬送部３００と同様の構成を備える。加熱搬送部３００に対応する構成については、加熱搬送部３００と同じ符号で説明する。
【００６６】
加圧部材６０２は、支持ステージ３０８と同数の加圧突起６０４を備える。加圧部３２０と加圧部材６０２との間にはベローズ３２８が設けられており、大気環境と真空環境を遮断する。これにより加圧部材６０２は、大気圧と真空圧の差圧によって、全ての加圧突起６０４に下向きの力を加える。
【００６７】
加熱搬送部６００では、受け渡しポート３０４でワーク対の受け渡しをするときには、加圧部材６０２を上昇させるので、全ての支持ステージ３０８上のワーク対の加圧が解除される。そこで、加圧部材６０２によって加圧をしている間は搬送テーブル３０６を回転させず、ワーク対を受け渡しするために加圧を解除しているときに搬送テーブル３０６を回転するように制御しても良い。
【００６８】
この場合に、まず加熱搬送部６００は、加圧部材６０２を上昇させる。そして、受け渡しポート３０４において、ワーク対を支持ステージ３０８に載置する。載置後、次の支持ステージ３０８が受け渡しポート３０４に到達するまで搬送テーブル３０６を回転させる。そして支持ステージ３０８が受け渡しポート３０４に到達した後、加圧部材６０２を下降させて、既に支持ステージ３０８上に載置されたワーク対を加圧する。
【００６９】
加熱搬送部６００は上述したプロセスを繰り返すことで、順次ワーク対を加熱加圧して、下基板１２１と上基板１２２を本接合する。加圧部材６０２は、回転方向の移動を規制された状態でワーク対を加圧することになるので、加圧部材６０２を回転する機構を省略することで、装置を簡略化することができる。また、搬送テーブル３０６を回転させるときに加圧を解除した状態で回転駆動させるので、駆動の負荷を軽減することができる。
【００７０】
図７は、加熱搬送部３００の別実施形態である加熱搬送部４００の構造を概略的に示す正面図である。加熱搬送部４００は、断熱壁４０１、台座部４０２、搬送テーブル４０４、回転軸４０６、支持ステージ４０８、加圧ブレード４１０、加圧部４１２、回転駆動部４２０を備える。
【００７１】
台座部４０２は円柱形状を有しており、加熱搬送部３００の底面に固定されている。搬送テーブル４０４は台座部４０２よりも径の大きい円柱形状を有しており、ベアリングを介して台座部４０２上に設置されている。また搬送テーブル４０４は、回転軸４０６を中心として回転可能に構成されている。支持ステージ４０８は、搬送テーブル４０４上に複数設置されており、搬送テーブル４０４が回転することによって、反時計回りに搬送される。支持ステージ４０８には、ワーク対が載置される。
【００７２】
加圧ブレード４１０は、搬送テーブル４０４に対応する形状を有し、回転軸４０６を中心として回転可能に構成されている。加圧部４１２は、加熱搬送部３００の天井部に固定されたシリンダ４１４と、そのシリンダ４１４に結合するピストン４１６を含む。加圧部４１２は、外部からの作動油の出し入れによって、油圧によりピストン４１６を昇降させる。加圧ブレード４１０はベアリングを介してピストン４１６の下面に設置されており、ピストン４１６により上下方向に力を受ける。
【００７３】
調整部４１８は、加圧ブレード４１０の下面に、支持ステージ４０８と同数設置されている。各加圧ブレード４１０は、各支持ステージ４０８と対向する位置に設置されている。加圧部４１２により下向きの力が加圧ブレード４１０に加わると、支持ステージ４０８に支持されたワーク対が、支持ステージ４０８と調整部４１８により挟まれて加圧される。
【００７４】
加熱搬送部４００は、複数のワーク対の高さにばらつきがある場合に、調整部４１８の高さを調整することで、支持ステージ４０８に載置された全てのワーク対を均一に加圧する。回転駆動部４２０は円柱形状を有しており、またその側面が歯車形状を有している。搬送テーブル４０４および加圧ブレード４１０も側面が歯車形状を有しており、回転駆動部４２０と、搬送テーブル４０４および加圧ブレード４１０は、歯車形状が噛み合う位置に設置されている。従って、回転駆動部４２０が回転することにより搬送テーブル４０４および加圧ブレード４１０が回転軸４０６を中心として回転する。
【００７５】
搬送テーブル４０４はベアリングを介して台座部４０２に設置されており、加圧ブレード４１０はベアリングを介してピストン４１６に設置されているので、搬送テーブル４０４および加圧ブレード４１０は、加圧部４１２による加圧を受けたままで回転することができる。
【００７６】
なお加熱搬送部４００は、内部を真空環境とせず大気環境としてもよい。真空環境にしないことで、真空環境を形成する形成装置を省略することができ、装置を簡略化することができる。また大気環境とした場合、Ｎ２で満たすように構成しても良い。加熱搬送部４００の内部をＮ２で満たすことで、湿度の制御と温度の制御を容易に実行することができる。
【００７７】
図８は、加熱搬送部３００の別実施形態である加熱搬送部８００の構造を概略的に示す断面図である。加熱搬送部８００の構成のうち加熱搬送部３００に対応する構成については、加熱搬送部３００と同じ符号を用いる。
【００７８】
加熱搬送部３００は、搬送テーブル３０６、回転軸３１２、加圧部８２０、減圧弁８４０およびポンプ８４６を備える。搬送テーブル３０６は、ワーク対を支持する支持ステージ３０８を複数備える。また搬送テーブル３０６は、回転軸３１２を中心に回転する。
【００７９】
加圧部８２０は、配管８２４、シリンダ８２６および加圧部材８２８を備える。配管８２４は、減圧弁８４０が備える供給管８４２と、シリンダ８２６とを接続する。減圧弁８４０は、ポンプ８４６が出力する作動油を、供給管８４２を介して加圧部８２０に供給する。減圧弁８４０によって供給された作動油は、配管８２４を介してシリンダ８２６に到達して、加圧部材８２８に圧力を供給する。
【００８０】
加圧部材８２８は、支持ステージ３０８と同数備えられており、各加圧部材８２８は、各支持ステージ３０８と対向する。加圧部材８２８は、支持ステージ３０８に支持されたワーク対を加圧する。配管８２４は、回転摺動部８３０を介して供給管８４２と連通しており、回転軸３１２を中心に回転する。本実施形態では、回転摺動部８３０としてロータリージョイントを用いる。
【００８１】
また加圧部８２０は、第１電磁弁８３１および第２電磁弁８３２を備える。加熱搬送部８００は、第１電磁弁８３１を開放し、第２電磁弁８３２を閉鎖することで、減圧弁８４０により供給された圧力をシリンダ８２６を通じて加圧部材８２８に伝える。また加熱搬送部８００は、第１電磁弁８３１を閉鎖し、第２電磁弁８３２を開放することで、シリンダ８２６とタンク８３４を連通させて、加圧部材８２８によるワーク対の加圧を解除する。
【００８２】
加熱搬送部８００は、支持ステージ３０８にワーク対が搬入される場合に、第１電磁弁８３１および第２電磁弁８３２を制御することで、その支持ステージ３０８と対向する加圧部材８２８のみの加圧を解除する。その結果、他の支持ステージ３０８に支持されているワーク対の加圧は解除せずに、ワーク対の搬入出を実行できる。また、ワーク対を搬入出するときの時のリフト部３１４の負荷を低減することができ、ワーク対の搬入出にかかる時間を低減することができる。
【００８３】
上記実施形態では、加熱搬送部３００、４００、６００、８００が受け渡しポートを一つ備え、ワーク対を円軌道で搬送する場合を例に挙げて説明したが、それに限らない。加熱搬送部３００、４００、６００、８００の搬送テーブルが無限軌道を描けばよく、ワーク対の搬送経路は当該無限軌道の全部でもよいし、一部であってもよい。例えば、加熱搬送部３００、４００、６００、８００がワーク対を搬入する搬入ポートおよびワーク対を搬出する搬出ポートをそれぞれ別に備えて、ワーク対をＵ字軌道上で搬送するように構成できる。搬入ポートと搬出ポートを別に備えることで、ワーク対の搬入と搬出を並行して実行可能になり、加熱搬送部３００、４００、６００、８００へのワーク対の搬入出時間を短縮できる。
【００８４】
また加熱搬送部３００、４００、６００、８００の搬送テーブルの形状を、円形状ではなく直線形状のベルトコンベア方式としてもよい。直線形状のベルトコンベア方式とした場合、加熱搬送部３００、４００、６００、８００は、直線の始端付近に搬入ポート、直線の終端付近に搬出ポートを備え、搬入ポートから搬入したワーク対を加熱加圧しながら直線軌道で搬送して、搬出ポートから搬出するように構成できる。
【００８５】
上記実施形態では、基板貼り合わせ装置１００が、大気環境部１０２および真空環境部２０２を備える例を挙げて説明したが、それに限らない。大気環境部１０２の構成は他の装置が備え、その装置からワーク対を受け取り、基板貼り合わせ装置１００は真空環境部２０２の構成を備えるように構成しても良い。
【００８６】
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。
【００８７】
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】
【００８８】
１００  基板貼り合わせ装置、１０１  筐体、１０２  大気環境部、１１０  制御部、１１２  ＥＦＥＭ、１１３、１１４、１１５  ロードポート、１１６  ロボットアーム、１２０  基板、１２１  下基板、１２２  上基板、１３０  予備アライナ、１３１  ターンテーブル、１３２  ホルダテーブル、１３３  観察器、１４０  本アライナ、１４１  下ステージ、１４２  上ステージ、１４４  下顕微鏡、１４５  上顕微鏡、１４６  下載置台、１４７  昇降部、１４８  台座部、１４９  駆動部、１５０  ホルダラック、１６０  分離機構、１７１、１７２、１７３  ロボットアーム、１７４  受け渡しポート、１９０  基板ホルダ、２０２  真空環境部、２０３  ロボットアーム、２０４  ロードロックチャンバ、２０５、２０６  シャッタ、２０７  天井部、２０８  ヒータ、２１０  昇温部、２１１  断熱室、２１２  上ステージ、２１３  加熱機構、２１４  冷却機構、２２２  下ステージ、２２３  加熱機構、２２４  冷却機構、２２５  プッシュアップピン、２３２  昇降部、２３３  シリンダ、２３４  ピストン、２４０  冷却部、３００  加熱搬送部、３０２  断熱壁、３０４  受け渡しポート、３０６  搬送テーブル、３０８  支持ステージ、３０９  加熱機構、３１０  冷却機構、３１１  温度計、３１２  回転軸、３１３  吸気口、３１４  リフト部、３１５  プッシュアップピン、３２０  加圧部、３２１  加圧部本体、３２２  外周部分、３２４  加圧部材、３２５  加熱機構、３２６  冷却機構、３２８  ベローズ、３３０  把持部、３３２  温度計、４００  加熱搬送部、４０１  断熱壁、４０２  台座部、４０４  搬送テーブル、４０６  回転軸、４０８  支持ステージ、４１０  加圧ブレード、４１２  加圧部、４１４  シリンダ、４１６  ピストン、４１８  調整部、４２０  回転駆動部、６００  加熱搬送部、６０２  加圧部材、６０４  加圧突起、８００  加熱搬送部、８２０  加圧部、８２４  配管、８２６  シリンダ、８２８  加圧部材、８３０  回転摺動部、８３１  第１電磁弁、８３２  第２電磁弁、８３４  タンク、８４０  減圧弁、８４２  供給管、８４６  ポンプ
【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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