(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせて貼り合わせる基板貼り合せ装置であって、
第１の気圧の下で前記第１基板および前記第２基板を位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部と、
前記第１の気圧よりも真空度が高い第２の気圧下で前記第１基板および前記第２基板を加熱および加圧して貼り合せる加圧部と、
前記重ね合わせ部と前記加圧部とを互いに連結し、前記第１基板および前記第２基板が搬入されるロードロック室と、
前記ロードロック室に搬入された前記第１基板および前記第２基板が前記重ね合せ部の温度になるように前記第１基板および前記第２基板を温調する温調部と
を備える基板貼り合せ装置。
【請求項２】
前記温調部は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方が接触または近接する温調プレートを有する請求項１に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項３】
前記温調プレートを加熱するヒータを備え、前記ヒータにより前記温調プレートを加熱することにより、前記温調プレートに接触または近接する前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方を温調する請求項２に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項４】
前記温調プレートは、冷媒または熱媒を循環させる循環路を有する請求項２または３に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項５】
前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方の温度を測定する温度センサーと、
前記温調部の温調を制御する制御部と
を備え、前記制御部は、前記温度センサーの測定結果に基づいて前記温調部の温調を制御する請求項１から４のいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項６】
前記加圧部で貼り合わされた前記第１基板および前記第２基板は前記ロードロック室に搬入された後、前記ロードロック室から前記第１の気圧の環境に搬出され、
前記温調部は、前記ロードロック室を前記第２の気圧から前記第１の気圧にする場合に導入される気体の温度を調整することにより、前記ロードロック室内の前記第１基板および前記第２基板を温調する請求項２から５のいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項７】
前記温調部は、前記第２の気圧の状態で前記温調プレートにより前記第１基板および前記第２基板の温調を開始し、その後、温度が調整された前記気体により前記第１基板および前記第２基板を温調する請求項６に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項８】
前記加圧部は、加熱された前記第１基板および前記第２基板を冷却する冷却室を有する請求項１から７のいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項９】
前記加圧部で貼り合わされた前記第１基板および前記第２基板は前記ロードロック室に搬入された後、前記ロードロック室から前記第１の気圧の環境に搬出され、
前記温調部は、前記ロードロック室を前記第２の気圧から前記第１の気圧にする場合に導入される気体の温度を調整することにより、前記ロードロック室内の前記第１基板および前記第２基板を温調する請求項１に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項１０】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせて貼り合わせる基板貼り合せ装置であって、
前記第１基板および前記第２基板を位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部と、
重ね合わされた前記第１基板および前記第２基板を加熱および加圧して貼り合せる加圧部と、
前記加圧部で貼り合わされた前記第１基板および前記第２基板を冷却する冷却部と、
前記冷却された前記第１基板および前記第２基板の温度が前記重ね合せ部の温度になるように前記第１基板および前記第２基板を温調する温調部と、
を備える基板貼り合せ装置。
【請求項１１】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせて貼り合わせる基板貼り合せ装置であって、
前記第１基板および前記第２基板を位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部と、
重ね合わされた前記第１基板および前記第２基板を加熱および加圧して貼り合せる加圧部と、
前記加圧部で加熱された前記第１基板および前記第２基板が前記重ね合せ部の温度になるように前記第１基板および前記第２基板を温調する温調部と
を備える基板貼り合せ装置。
【請求項１２】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせて貼り合わせる基板貼り合せ方法であって、
第１の気圧下で前記第１基板および前記第２基板を位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記第１の気圧よりも真空度が高い第２の気圧下で前記第１基板および前記第２基板を加熱および加圧して貼り合せる加圧工程と、
前記重ね合わせ工程と前記加圧工程との間に、ロードロック室に前記第１基板および前記第２基板を搬入する搬入工程と、
前記ロードロック室に搬入された前記第１基板および前記第２基板が前記重ね合せ部の温度になるように前記第１基板および前記第２基板を温調する温調工程と
を含む基板貼り合せ方法。
【請求項１３】
前記温調工程は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方を温調プレートに接触または近接させる請求項１２に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１４】
前記温調工程は、ヒータにより前記温調プレートを加熱することにより、前記温調プレートに接触または近接する前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方を温調する請求項１３に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１５】
前記温調工程は、前記温調プレートに形成された通路に冷媒または熱媒を通す請求項１３または１４に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１６】
前記温調工程は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方の温度を温度センサーで測定し、前記温度センサーの測定結果に基づいて前記温調を制御する請求項１２から１５のいずれか一項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１７】
前記加圧工程で貼り合わされた前記第１基板および前記第２基板は前記ロードロック室に搬入され、前記ロードロック室から前記第１の気圧の環境に搬出され、
前記温調工程は、前記ロードロック室を前記第２の気圧から前記第１の気圧にする場合に導入される気体の温度を調整することにより、前記ロードロック室内の前記第１基板および前記第２基板を温調する請求項１３から１６のいずれか一項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１８】
前記温調工程は、前記第２の気圧の状態で前記温調プレートにより前記第１基板および前記第２基板の温調を開始し、その後、温度が調整された前記気体により前記第１基板および前記第２基板を温調する請求項１７に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１９】
前記加圧工程は、加熱された前記第１基板および前記第２基板を冷却する冷却工程を有する請求項１２から１８のいずれか一項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項２０】
前記加圧工程で貼り合わされた前記第１基板および前記第２基板は前記ロードロック室に搬入され、前記ロードロック室から前記第１の気圧の環境に搬出され、
前記温調工程は、前記ロードロック室を前記第２の気圧から前記第１の気圧にする場合に導入される気体の温度を調整することにより、前記ロードロック室内の前記第１基板および前記第２基板を温調する請求項１２に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項２１】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせて貼り合わせる基板貼り合せ方法であって、
前記第１基板および前記第２基板を位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ工程と、
重ね合わされた前記第１基板および前記第２基板を加熱および加圧して貼り合せる加圧工程と、
前記加圧工程で貼り合わされた前記第１基板および前記第２基板を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却された前記第１基板および前記第２基板の温度が前記重ね合せ工程の温度になるように前記第１基板および前記第２基板を温調する温調工程と、
を含む基板貼り合せ方法。
【請求項２２】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせて貼り合わせる基板貼り合せ方法であって、
前記第１基板および前記第２基板を位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ工程と、
重ね合わされた前記第１基板および前記第２基板を加熱および加圧して貼り合せる加圧工程と、
前記加圧工程で加熱された前記第１基板および前記第２基板が前記重ね合せ部の温度になるように前記第１基板および前記第２基板を温調する温調工程と
を含む基板貼り合せ方法。
【請求項２３】
請求項１２から２２のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法により基板を貼り合せることを含む積層半導体装置製造方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の積層半導体装置製造方法により製造された積層半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板貼り合せ装置、積層半導体装置製造方法及び積層半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の実装密度を高める目的で、電子回路が形成された複数の基板を積層した積層型の半導体装置が注目されている。複数の基板を積層する場合に、基板同士を位置合せして、加熱加圧して基板を貼り合せる（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】
基板貼り合せ装置において、加熱加圧して貼り合せた基板は、冷却過程における温度分布が不均一であると、熱変形による反り、応力集中等が生じて、破壊する恐れがある。
【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の態様においては、大気中で複数の基板を搬送する搬送部と、真空中で複数の基板を加圧して貼り合せる加圧部と、搬送部と加圧部とを連結するロードロック室と、ロードロック室に搬入された複数の基板を温調する温調部とを備える基板貼り合せ装置が提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、上記基板貼り合せ装置により基板を貼り合せることを含む積層半導体装置製造方法が提供される。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、上記積層半導体装置製造方法により製造された積層半導体装置が提供される。
【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】一実施形態である基板貼り合せ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。
【図２】ロードロック室２２０の構造を概略的に示す平面図である。
【図３】ロードロック室２２０の構造を概略的に示す正面断面図である。
【図４】ホルダ対３３０がロードロック室２２０に搬入される過程を概略的に示す。
【図５】ホルダ対３３０がロードロック室２２０内において温度調整される過程を概略的に示す。
【図６】ホルダ対３３０がロードロック室２２０内において温度調整される過程を概略的に示す。
【図７】積層半導体装置の製造方法を概略的に示す。
【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、基板貼り合せ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合せ装置１００は、筐体１０２と、搬送部１０４と、加圧部１０６と、基板カセット１１２、１１４、１１６とを備える。搬送部１０４および加圧部１０６は、共通の筐体１０２の内部に設けられる。
【００１１】
基板カセット１１２、１１４、１１６は、筐体１０２の外部に、筐体１０２に対して脱着自在に装着される。基板カセット１１２、１１４、１１６は、基板貼り合せ装置１００において接合される第１基板１２２および第２基板１２３を収容する。基板カセット１１２、１１４、１１６により、複数の第１基板１２２および第２基板１２３が一括して基板貼り合せ装置１００に装填される。また、基板貼り合せ装置１００において接合された第１基板１２２および第２基板１２３が一括して回収される。
【００１２】
搬送部１０４は、筐体１０２の内側にそれぞれ配された、プリアライナ１２６、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８および基板取り外し部１３０と、一対のロボットアーム１３２、１３４とを備える。筐体１０２の内部は、基板貼り合せ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。搬送部１０４は、大気中で第１基板１２２および第２基板１２３を搬送する。
【００１３】
プリアライナ１２６は、高精度であるが故にステージ装置１４０の狭い調整範囲に第１基板１２２または第２基板１２３の位置が収まるように、個々の第１基板１２２または第２基板１２３の位置を仮合わせする。これにより、ステージ装置１４０が確実に位置決めをすることができる。
【００１４】
基板ホルダラック１２８は、複数の上基板ホルダ１２４および複数の下基板ホルダ１２５を収容して待機させる。上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は、それぞれ、第１基板１２２および第２基板１２３を静電吸着により保持する。
【００１５】
ステージ装置１４０は、貼り合せの対象である第１基板１２２と第２基板１２３における接合すべき電極同士の位置を合わせて、重ね合わせる。ステージ装置１４０を包囲して断熱壁１４５およびシャッタ１４６が設けられる。断熱壁１４５およびシャッタ１４６に包囲された空間は空調機等に連通して温度管理され、ステージ装置１４０における位置合わせ精度を維持する。
【００１６】
ステージ装置１４０は、第１ステージ１４１と、第２ステージ１４２と、制御部１４８とを有する。第１ステージ１４１は、ステージ装置１４０の天板の下面に固定される。第１ステージ１４１の下面が真空吸着により上基板ホルダ１２４を保持する。
【００１７】
第２ステージ１４２は、第１ステージ１４１に対向して、ステージ装置１４０の底板の上に、ＸＹＺ方向に移動可能に配置される。第２ステージ１４２は、傾斜機能を有する。第２ステージ１４２の上面が真空吸着により下基板ホルダ１２５を保持する。
【００１８】
制御部１４８は、第２ステージ１４２の移動を制御する。制御部１４８は、第２ステージ１４２を移動させて、第１ステージ１４１に保持された第１基板１２２に対して、第２基板１２３の位置を合わせる。制御部１４８は、第２ステージ１４２を上昇させて、第１基板１２２と第２基板１２３を重ね合せることができる。その後、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５に挟まれた第１基板１２２と第２基板１２３は、位置止め機構により仮止めされる。上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５及びそれらに挟まれた第１基板１２２と第２基板１２３の組合せを「ホルダ対」と記載することがある。
【００１９】
基板取り外し部１３０は、加圧部１０６から搬出された上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５に挟まれて貼り合わされた第１基板１２２および第２基板１２３を取り出す。貼り合わされた第１基板１２２および第２基板１２３を「積層基板」と記載することがある。上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５から取り出された積層基板は、ロボットアーム１３４、１３２および第２ステージ１４２により基板カセット１１２、１１４、１１６のうちのひとつに戻されて収容される。積層基板を取り出された上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は、基板ホルダラック１２８に戻されて待機する。基板取り外し部１３０は、基板ホルダラック１２８の上方に配される。
【００２０】
なお、基板貼り合せ装置１００に装填される第１基板１２２および第２基板１２３は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウェハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものであってよい。また、装填された第１基板１２２および第２基板１２３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。
【００２１】
一対のロボットアーム１３２、１３４のうち、基板カセット１１２、１１４、１１６に近い側に配置されたロボットアーム１３２は、基板カセット１１２、１１４、１１６、プリアライナ１２６およびステージ装置１４０の間で第１基板１２２および第２基板１２３を搬送する。一方、基板カセット１１２、１１４、１１６から遠い側に配置されたロボットアーム１３４は、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８、基板取り外し部１３０およびロードロック室２２０の間で、第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬送する。
【００２２】
ロボットアーム１３４は、基板ホルダラック１２８に対して、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５の搬入および搬出も担う。また、第１ステージ１４１に第１基板１２２を保持させる場合に、ロボットアーム１３４は、第１基板１２２を静電吸着した上基板ホルダ１２４を裏返して、第１ステージ１４１に近づける。第１ステージ１４１は、真空吸着によりその上基板ホルダ１２４を保持する。
【００２３】
ロボットアーム１３４は、第２ステージ１４２に下基板ホルダ１２５を載置する。ロボットアーム１３２は、その上に第２基板１２３を載置して保持させる。これにより、第１基板１２２において回路等が形成された面と、第２基板１２３において回路等が形成された面は、対向するように配置される。
【００２４】
加圧部１０６は、断熱壁１０８、ロードロック室２２０、ロボットアーム２３０、複数の加圧チャンバー２４０および冷却室２５０を有する。断熱壁１０８は、加圧部１０６を包囲して、加圧部１０６の高い内部温度を維持すると共に、加圧部１０６の外部への熱輻射を遮断する。これにより、加圧部１０６の熱が搬送部１０４に及ぼす影響を抑制する。加圧部１０６は、真空中で第１基板１２２及び第２基板１２３を加熱加圧して貼り合せる。
【００２５】
ロボットアーム２３０は、加圧チャンバー２４０、冷却室２５０とロードロック室２２０との間で第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬送する。
【００２６】
ロードロック室２２０は、搬送部１０４と加圧部１０６とを連結する。ロードロック室２２０は、搬送部１０４側と加圧部１０６側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。
【００２７】
基板貼り合せ装置１００内の多くの領域において、上基板ホルダ１２４が第１基板１２２を保持した状態で、又は下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を保持した状態で、ロボットアーム１３４、２３０および第２ステージ１４２により搬送される。第１基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４又は第２基板１２３を保持した下基板ホルダ１２５が搬送される場合、ロボットアーム１３４、２３０は、真空吸着又は静電吸着により上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５を吸着して保持する。
【００２８】
図２は、ロードロック室２２０の構造を概略的に示す平面図である。図３は、ロードロック室２２０の構造を概略的に示す正面断面図である。ロードロック室２２０は、基板載置部３００と、ブレークフィルタ３２０と、搬送部１０４側のゲート３２２と、加圧部１０６側のゲート３２４と、Ｎ２供給源３２６と、Ｎ２温調部３２８と、昇降機構３４２と、温調プレート３４４と、給電機構３４６を含む。
【００２９】
基板載置部３００は、上置き台３０２と、下置き台３０４と、温度センサー３０５と、接続柱３０６と、突起３０８と、突起３０９とを有する。上置き台３０２は、水平に配置された四角形の枠であり、その上面に３つの突起３０８が設けられる。搬入されるホルダ対３１０は、３つの突起３０８の上に配置され、３つの突起３０８により支えられる。
【００３０】
下置き台３０４は、上置き台３０２の下部に、上置き台３０２に平行に配置された田の字枠である。下置き台３０４の外枠は、上置き台３０２と同じ形状を有してよい。下置き台３０４の外枠の上面に、３つの突起３０９が設けられる。搬入されるホルダ対３３０は、３つの突起３０９の上に配置され、３つの突起３０９により支えられる。上置き台３０２と下置き台３０４は、４本の接続柱３０６により連結される。
【００３１】
下置き台３０４は、田の字枠の中央部において、ロードロック室２２０の下部に設置された昇降機構３４２に連結される。その連結により、基板載置部３００の全体は、昇降機構３４２の駆動により上下に移動できる。下置き台３０４には、温度センサー３０５が設けられる。
【００３２】
上置き台３０２は、３つの突起３０８を介して、搬送部１０４から搬入されるホルダ対３１０を載置する。下置き台３０４は、３つの突起３０９を介して、加圧部１０６から搬入されるホルダ対３３０を載置する。給電機構３４６は、上置き台３０２の上面に設けられた給電端子を通じて、上置き台３０２に載置されたホルダ対３１０に静電吸着の電力を供給する。
【００３３】
温調プレート３４４は、下置き台３０４に載置されるホルダ対３３０より一回り大きい円板状を有する。温調プレート３４４は、ロードロック室２２０の底板に設けられる。温調プレート３４４の上面には、下置き台３０４の枠の位置に対応して、複数の溝３４５が形成される。図３に示すように、基板載置部３００が降下したとき、下置き台３０４が温調プレート３４４の溝３４５に退避して、ホルダ対３３０は温調プレート３４４の上面に載置されることができる。温調プレート３４４は、熱伝導により、その上面に載置されたホルダ対３３０を冷却又は加熱することができる。ホルダ対３３０の温度は、下置き台３０４に設けられた温度センサー３０５により計測される。
【００３４】
温調プレート３４４は、本体が熱伝導性のよい材料により構成され、その内部には温度調整機構を有する。温調プレート３４４の本体の材料として、銅、アルミニウム等の金属及びその合金等が例示できる。温調プレート３４４は、その温度調整機構により高精度に温度制御をすることができる。温調プレート３４４の温度調整機構としては、ペルチエ素子、温調プレート３４４の内部に設けられた循環路に冷媒又は熱媒を循環させる構造、ニクロム線、カンタル線、白金線、炭化珪素、カーボン等で構成されるヒーター等が例示できる。
【００３５】
ブレークフィルタ３２０は、細い管状を有し、下置き台３０４に載置されたホルダ対３３０より高い場所に設置される。ブレークフィルタ３２０は、ロードロック室２２０を真空から大気に戻すＮ２ガスを導入する。ブレークフィルタ３２０は、フィルタにより清浄化されたＮ２をロードロック室２２０に導入する。
【００３６】
Ｎ２供給源３２６は、Ｎ２温調部３２８を介して、ブレークフィルタ３２０に、温度制御されたＮ２ガスを供給する。Ｎ２温調部３２８は、温度センサー３０５が計測した温度に基づいて、供給するＮ２の温度を制御する。ブレークフィルタ３２０は、温度制御されたＮ２ガスを導入することにより、ホルダ対３３０周辺の空間温度を調整して、ホルダ対３３０を上部から温度調整することができる。温度調整の均一性を高める目的で、ブレークフィルタ３２０には複数のガス導入口が設けられる。
【００３７】
第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５が搬送部１０４から加圧部１０６に搬入される場合、まず、搬送部１０４側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１３４がゲート３２２を通じてホルダ対３１０をロードロック室２２０に搬入して、上置き台３０２に載置する。次に、搬送部１０４側のシャッタ２２２が閉じられ、ロードロック室２２０内部が真空に引かれる。ロードロック室２２０内部の真空度が加圧部１０６の真空度になったら、加圧部１０６側のシャッタ２２４が開かれる。
【００３８】
続いて、ロボットアーム２３０が、ロードロック室２２０からホルダ対３１０を搬出して、加圧チャンバー２４０のいずれかに装入する。加圧チャンバー２４０は、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５に挟まれた状態で加圧チャンバー２４０に搬入された第１基板１２２及び第２基板１２３を約３００℃に加熱して、加圧する。これにより第１基板１２２と第２基板１２３が接合されて、貼り合わされる。ロボットアーム２３０が、貼り合わされたホルダ対３１０を加圧チャンバー２４０から冷却室２５０に搬入する。冷却室２５０は、加熱されたホルダ対３１０を冷却する。
【００３９】
次に、図面を用いて、加圧部１０６から搬送部１０４に貼り合わされたホルダ対３３０を搬出する過程を説明する。ホルダ対３３０は、貼り合わされた上記ホルダ対３１０と同等なものであり、貼り合わされる前のホルダ対３１０と区別する目的で、ここでホルダ対３３０とする。
【００４０】
図４に示すように、昇降機構３４２の駆動により、基板載置部３００が上昇して下置き台３０４がホルダ対３３０を受け渡すことのできる高さで停止する。加圧部１０６側のシャッタ２２４が開かれる。ロボットアーム２３０が、予め定まれた温度まで冷却されたホルダ対３３０を冷却室２５０から取り出して、ゲート３２４を通じてロードロック室２２０に搬入して、下置き台３０４に載置する。
【００４１】
ホルダ対３３０が冷却室２５０にて室温まで冷却されると、時間がかかり、基板貼り合せ装置１００全体のスループットが低下する。よって、ホルダ対３３０が予め定まれた温度まで、例えば６０℃〜２０℃程度まで冷えた時点で、ロボットアーム２３０が、ホルダ対３３０を冷却室２５０から取り出して、ロードロック室２２０に搬入して当該ロードロック室２２０で目標温度の範囲内に温調したほうが、全体のスループットを上げることができる。
【００４２】
また、冷却室２５０により冷却されるときは、ホルダ対３３０に形成される温度分布のばらつきが大きく、ホルダ対３３０の内部に熱応力が形成されやすい。ホルダ対３３０をロードロック室２２０に搬入して高精度に温度調整することにより、ホルダ対３３０の熱応力を低減して、それによる欠陥の発生を防ぐことができる。
【００４３】
図５に示すように、昇降機構３４２の駆動により基板載置部３００が降下して、下置き台３０４が温調プレート３４４の溝３４５の中に退避して、ホルダ対３３０が温調プレート３４４の上面に載置される。ホルダ対３３０は、温調プレート３４４の上面と接触して、温調プレート３４４により冷却されながら温度調整される。
【００４４】
図６に示すように、ブレークフィルタ３２０は、温度調整されたＮ２を導入する。ブレークフィルタ３２０は、Ｎ２を導入することにより、真空状態のロードロック室２２０を大気に戻すと同時に、温度調整されたＮ２をホルダ対３３０に吹き付けることにより、ホルダ対３３０の温度を調整する。この場合、開始段階では、伝熱媒体であるＮ２の流れが希釈分子流領域にあるので、除熱効率が悪い。よって、Ｎ２を導入することによりホルダ対３３０を冷却するときは、Ｎ２の温度を目標温度より低く設定して導入したほうがより効果的である。
【００４５】
例えば、温度センサーにより計測したホルダ対３３０の温度が２５℃で、更にホルダ対３３０を２３℃まで冷却したいときは、導入するＮ２の温度を（２１℃−α）に制御してよい。ここで、αは、１〜３℃である。その後、Ｎ２の流れがある程度粘性流領域に移った段階で、Ｎ２の温度を２３℃近傍に戻してよい。
【００４６】
ホルダ対３３０の温度が室温になり、ロードロック室２２０の圧力が大気に戻った段階で、搬送部１０４側のシャッタ２２２が開き、ロボットアーム１３４がホルダ対３３０をロードロック室２２０から搬出して、基板取り外し部１３０に投入する。基板取り外し部１３０は、ホルダ対３３０から上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を取り外し、積層基板を取り出す。取り出された積層基板は、ロボットアーム１３４、１３２および第２ステージ１４２により基板カセット１１２、１１４、１１６のうちのひとつに戻されて収容される。
【００４７】
上述のように、ロードロック室２２０は、ホルダ対３３０を搬出する場合、ブレークフィルタ３２０により室内を真空から大気に戻すと同時に、ホルダ対３３０の冷却及び温度調整（温度均一化）ができるので、積層基板の製造スループットを向上し、装置全体の構造を簡素化できる。
【００４８】
温調プレート３４４は、ホルダ対３３０を下部から冷却又は加熱することができるが、その冷却又は加熱によりホルダ対３３０の厚さ方向に温度勾配が形成され、積層基板の内部に熱応力が生じることがある。ブレークフィルタ３２０は、温度制御されたＮ２ガスを導入して、ホルダ対３３０周辺の空間温度を調整することにより、温調プレート３４４と合せて、ホルダ対３３０の温度を高精度に制御することができる。よって、ホルダ対３３０に生じる温度勾配が緩和され、熱応力による積層基板の破壊を防ぐことができる。なお、この温度制御により、ロードロック室２２０が大気から真空に引かれるとき、又は真空から大気に戻すときに生ずる温度の変動を抑制することもできる。
【００４９】
上述の実施形態において、ホルダ対３３０が直接温調プレート３４４に載置されて、冷却及び温度調整が行われる。ホルダ対３３０は、直接に温調プレート３４４に接触せず、温調プレート３４４に近い距離まで移動され、ホルダ対３３０の輻射熱が温調プレート３４４により吸収される方法で、冷却及び温度調整がなされてもよい。
【００５０】
温調プレート３４４に加えて、又はこれに代えて、もう一つブレークフィルタが設けられてもよい。この場合に、基板載置部３００によりホルダ対３３０を保持する位置が図６に示す位置より高く設定され、ホルダ対３３０より低い位置に、もう一つブレークフィルタが設けられる。ブレークフィルタ３２０と合わせて、二つのブレークフィルタが上下から温度制御されたＮ２ガスを導入して、ホルダ対３３０の両面にＮ２を吹き付けて、冷却及び温度調整をする。また、温度センサー３０５は、温調プレート３４４に設けられてもよく、温調プレート３４４と下置き台３０４の双方に設けられてもよい。
【００５１】
また、ステージ装置１４０の機能が加圧チャンバー２４０に組み込まれ、加圧チャンバー２４０において、第１基板１２２および第２基板１２３が位置合わせされて、重ね合わせされ、更に加圧、加熱されて接合されてもよい。このような構造では、単独のステージ装置１４０を省略した基板貼り合せ装置１００を形成することができる。なお、上記実施形態において上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を用いたが、これらの一方または両方を用いずに、第１基板１２２および第２基板１２３の一方または両方を直接第１ステージ１４１等に保持させてもよい。
【００５２】
図７は、積層半導体装置を製造する製造方法の概略を示す。図７に示すように、積層半導体装置は、当該積層半導体装置の機能・性能設計を行うステップＳ１１０、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップＳ１２０、積層半導体装置の基材である基板を製造するステップＳ１３０、マスクのパターンを用いたリソグラフィを含む基板処理ステップＳ１４０、上記の基板貼り合せ装置を用いた基板貼り合せ工程等を含むデバイス組み立てステップＳ１５０、検査ステップＳ１６０等を経て製造される。なお、デバイス組み立てステップＳ１５０は、基板貼り合せ工程に続いて、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む。
【００５３】
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。
【００５４】
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】
【００５５】
１００  基板貼り合せ装置、１０２  筐体、１０４  搬送部、１０６  加圧部、１０８  断熱壁、１１２  基板カセット、１１４  基板カセット、１１６  基板カセット、１２２  第１基板、１２３  第２基板、１２４  上基板ホルダ、１２５  下基板ホルダ、１２６  プリアライナ、１２８  基板ホルダラック、１３０  基板取り外し部、１３２  ロボットアーム、１３４  ロボットアーム、１４０  ステージ装置、１４１  第１ステージ、１４２  第２ステージ、１４５  断熱壁、１４６  シャッタ、１４８  制御部、２２０  ロードロック室、２２２  シャッタ、２２４  シャッタ、２３０  ロボットアーム、２４０  加圧チャンバー、２５０  冷却室、３００  基板載置部、３０２  上置き台、３０４  下置き台、３０５  温度センサー、３０６  接続柱、３０８  突起、３０９  突起、３１０  ホルダ対、３２０  ブレークフィルタ、３２２  ゲート、３２４  ゲート、３２６  Ｎ２供給源、３２８  Ｎ２温調部、３３０  ホルダ対、３４２  昇降機構、３４４  温調プレート、３４５  溝、３４６  給電機構
【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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