(57)【要約】【課題】製造効率を向上させ、また基板の変形を防いで基板を接合することができる半導体製造装置を提供すること。【解決手段】第１の基板の接合面と第２の基板の接合面とを接合する半導体製造装置であって、接合面同士が対向するように配置された第１の基板と第２の基板とを、第２の基板の接合面の反対面の所定の位置で、第１の基板の接合面と第２の基板の接合面とが接するように加圧する加圧部と、第１の基板の接合面と第２の基板の接合面との間に間隙を設けるように第２の基板を拘束する部材と、第２の基板の接合面の反対面側から、または第１の基板の接合面の反対面側から、第１の基板の平面領域を含む画像を撮像するセンサ部と、画像に基づいて接合界面を求め、また接合界面の時間変化に基づいて接合が正常に行なわれているか否かを判定する処理ユニットと、を備える。【選択図】図１
2011205074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の接合面と第２の基板の接合面とを接合する半導体製造装置であって、
前記接合面同士が対向するように配置された前記第１の基板と前記第２の基板とを、前記第２の基板の接合面の反対面の所定の位置で、前記第１の基板の接合面と前記第２の基板の接合面とが接するように加圧する加圧部と、
前記第１の基板の接合面と前記第２の基板の接合面との間に間隙を設けるように、前記第２の基板を拘束する部材と、
前記第２の基板の接合面の反対面側から、または前記第１の基板の接合面の反対面側から、前記第１の基板の平面領域を含む画像を撮像するセンサ部と、
前記画像に基づいて接合界面を求め、また前記接合界面の時間変化に基づいて接合が正常に行なわれているか否かを判定する処理ユニットと、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記第２の基板を拘束する部材が、前記第１の基板の外周上に、前記第１の基板の接合面と前記第２の基板の接合面との間に位置するよう配置されるスペーサである、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記第２の基板を拘束する部材が、前記第２の基板の接合面とは反対面を吸着する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記処理ユニットは、前記接合界面の時間変化として前記接合界面の移動速度である進展速度を求める、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記処理ユニットは、前記接合界面の進展距離を求め、前記進展距離が所定の範囲に到達したか否かに基づいて、前記第２の基板の拘束を解除するよう制御する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板同士を直接接合する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の表面から光を入射する従来の表面照射型イメージセンサに対して、フォトダイオードの受光面を半導体基板の裏面に設けた裏面照射型イメージセンサが考案されている。裏面照射型イメージセンサでは、受光面に配線や余計な膜を形成する必要が無いため、表面照射型イメージセンサよりも高い感度を得ることができる。
【０００３】
裏面照射型イメージセンサでは、半導体基板の裏面に入射した光を効率良くフォトダイオードに収集するため、半導体基板の薄型化が必要になる。半導体基板の厚さは、受光面で発生した電荷が拡散してフォトダイオードに収集されるまでに解像度が損なわれないような厚さにする必要があり、例えば可視光を入射する場合は２０μｍより薄くする必要がある。
【０００４】
このような裏面照射型イメージセンサは、たとえば以下の方法で形成される。まず、表面にフォトダイオードや集積回路が形成された半導体基板が準備される。半導体基板の表面側にその半導体基板とほぼ同径の支持基板を接合させる。そして、半導体基板を裏面側からフォトダイオード近傍まで薄化し、裏面に受光面を形成する。支持基板は、半導体貴基板を薄化する際の補強体として機能する。次に受光面上に反射防止膜、カラーフィルターおよび集光用マイクロレンズ等を設ける。
【０００５】
さらに、半導体基板の裏面に、表面の集積回路と電気接続された電極部を形成し、その後、半導体基板と支持基板の接合体はダイシングブレードにより切削・分割される。分割されたチップは、セラミックパッケージなどに接着され、ワイヤーボンディングによりチップの電極部とセラミックパッケージに形成された配線とを電気接続することで、半導体装置となる。このようにして、いわゆる裏面照射型イメージセンサとしての機能を有する半導体装置が形成される。
【０００６】
上述の半導体装置では、半導体基板の裏面から表面のフォトダイオードが形成されている層に向かって、薄化が行なわれる。この際、途中までは機械研削や化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）で半導体基板が薄化される。より効率よくエネルギー線をフォトダイオードに収集するためには半導体基板は、できる限り薄くすることが望ましい。ところが、半導体基板を薄くすることで、半導体基板の表面への集積回路（金属配線や絶縁膜で構成される）を形成した際の残留応力が半導体基板と支持基板の接合面側に集中する。したがって、半導体基板と支持基板の接合は、残留応力の影響を少なくするような接合方法により行なわれることが望ましい。また、半導体基板の裏面に電極を形成する際に高温プロセスを必要とするため、半導体基板と支持基板の接合方法は、有機材料を介さない方法が望ましい。以上のことから、半導体基板と支持基板の接合方法は、直接、半導体基板の表面部と支持基板の表面部同士とを無機接続する直接接合方式が望ましい（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００７】
直接接合方式では、所定の１点を加圧することで接合起点が形成され、そこから自発的に接合界面が等方的に進展する。しかしながら、直接接合の接合性は基板表面の状態に大きく依存するため、表面の平坦性や清浄度が悪化すると、接合界面の進展速が度低下し、接合界面の等方的な進展が損なわれ空気層が巻込まれボイドが発生したり、接合界面の進展が途中で止まったりして、未接合部が形成されてしまう。未接合部が形成されると、半導体基板を薄化する際に、半導体基板と支持基板の分離や、薄い半導体基板が破断するなどが生じ、半導体装置生成の歩留まりが低下するという問題があった。また、分離や破断がない場合にも、ボイドが存在すると薄い半導体基板が変形し、受光面が歪み撮像特性が劣化するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，４７９，４４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、製造効率を向上させ、また基板の変形を防いで基板を接合することができる半導体製造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】
【００１０】
実施形態によれば、第１の基板の接合面と第２の基板の接合面とを接合する半導体製造装置であって、接合面同士が対向するように配置された第１の基板と前記第２の基板とを、第２の基板の接合面の反対面の所定の位置で、第１の基板の接合面と前記第２の基板の接合面とが接するように加圧する。そして、前記第２の基板を拘束する部材により第１の基板の接合面と第２の基板の接合面との間に間隙を設ける。そして、第２の基板の接合面の反対面側から、または前記第１の基板の接合面の反対面側から、第１の基板の平面領域を含む画像を撮像するセンサ部と、画像に基づいて接合界面を求め、また接合界面の時間変化に基づいて接合が正常に行なわれているか否かを判定する処理ユニットと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、半導体製造装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、第１の基板と第２の基板との接合状態の一例を示す図である。
【図３】図３は、第１の基板および第２の基板の中心部を加圧した場合の接合状態の一例を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施の形態の半導体製造装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる半導体製造装置を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体製造装置１の構成例を示す図である。本実施の形態の半導体製造装置１は、第１の基板２と、第２の基板３と、を直接接合するための半導体製造装置である。本実施の形態の半導体製造装置１は、スペーサ４と、ステージ５と、加圧部材７と、センサ部１０と、処理ユニット１１と、で構成される。図１では、本実施の形態の半導体製造装置１に、接合対象の第１の基板２と、第２の基板３と、を設置した場合の断面図（第１の基板２と、第２の基板３と、を含む）を示している。
【００１４】
図２は、第１の基板２と第２の基板３との接合状態の一例を示す図である。図２は、本実施の形態の半導体製造装置１を上側（センサ部１０側）から、接合対象の第１の基板２および第２の基板３に向かって見下ろした場合の平面図の一例を示している。なお、図中同一符号は同一の構成要素または同一のパラメータを示す。
【００１５】
ステージ５は、接合対象の基板を支持するための構成要素である。図１では、半導体製造装置１のステージ５上には、接合対象の基板として第１の基板２が搭載されている。また、第１の基板２は、第１の基板２の接合面２ａが、第２の基板３と対応するように配置される。第１の基板２は、どのような素材の基板でも良いが、例えば、半導体基板であっても良い。たとえば、裏面照射型イメージセンサを製造する場合には、第１の基板２は、半導体基板とし、表面にはフォトダイオードやトランジスタが形成された活性層（図示は省略されている）や活性層と電気接続された配線層（図示は省略されている）が形成され、その上を絶縁層で覆われており、絶縁層の表面を接合面２ａとする。
【００１６】
第２の基板３は、第１の基板２と接合される基板であり、スペーサ４を挟んで第１の基板２の上部に、第２の基板３の接合面３ａが第１の基板２の接合面２ａに対向するように搭載される。この際、第２の基板３の接合面３ａは、スペーサ４を挟むことにより、接合面２ａと接合面３ａとの間の距離が所定の値となるような間隙６が形成される。また、接合面２ａと接合面３ａとの間の距離を距離Ｈとする。距離Ｈは、第１の基板２の平面位置によって異なり、スペーサ４の挿入された第１の基板２の外周位置で最も大きく、接合開始点に近づくに従って小さくなる。
【００１７】
スペーサ４は、第１の基板２の接合面２ａに接触していても良く、離間していても良い。また、スペーサ４の形状は板状、傾斜状、円柱状、円錐状等、第１の基板２と第２の基板３の間に間隙６を形成することができればどのような形でも良いが、各接合面との接触面積を極力低減するためには円錐形状が適している。また、スペーサ４の材質は、どのような材質でもよいが、たとえば、ＳＡＳ、アルミ等の金属やセラミック、樹脂材料等が使用可能である。接合対象の基板の金属汚染を防止するには、金属以外を用いることが望ましく、たとえば、フッ素樹脂やポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ（登録商標））等の樹脂材料を用いることができる。
【００１８】
本実施の形態では、上述のように、ステージ５の上に搭載された第１の基板２および第２の基板３を、第２の基板３の裏面（接合面３ａでない方の面）側から加圧部材７によって加圧する。この加圧により、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板３の接合面３ａが接触し、この接触が生じた点を接合開始点８として接合が開始する。図２では、接合している領域を接合界面９（接合している領域の接合していない領域との境界面）として示している。接合界面９は、接合開始点８から等方的に外側（接合開始点８から離れる方向）へ進展する。
【００１９】
なお、加圧部材７の先端形状は平面、針状等、どのような形状でもよい。接合起点を再現性よく形成するには局所的に加圧が望ましいことと、耐磨耗性を有することが望ましいこと、の観点から、加圧部材７の先端形状を、所定曲率を有する半球状とすると効果的である。
【００２０】
本実施の形態では、上述の接合界面９の進展速度を求め、進展速度に基づいて、接合が適切に行なわれているか否かを判定する。接合界面９の進展速度が遅い場合には、表面の平坦性や清浄度が悪く接合が正常に行なわれず、ボイドが発生する可能性が高い。したがって、本実施の形態では、接合界面９の進展速度を監視することにより、正常に接合が行なわれているか否かを判定する。そして、正常に接合が行なわれていない基板を除外して、次の工程に進むことにより、以降の工程での歩留まりを向上させ、半導体装置としての生成効率を向上させることができる。
【００２１】
なお、図１および図２の構成例では、スペーサ４は１つであるが、複数でもよい。スペーサ４を複数の配置する場合には、たとえば、第１の基板２の外周上の互いに異なる位置から、第１の基板２の外周側から中心方向へ向かって接合面２ａと接合面３ａに挟まれるように配置する。なお、スペーサ４を複数配置する場合は、各スペーサ４によって形成される間隙６の大きさ（距離Ｈ）は、互いに異なっていてもよいし同一でもよいが、接合界面９が接合開始点８から等方的に進展するように設定することが望ましい。また、各スペーサ４が形成する距離Ｈを同一とする場合には、接合界面を等方的に進展させるため、接合開始点８との距離Ａを同一とするような配置とすることが望ましい。また、スペーサ４は、第２の基板３と第１の基板２を所定距離離間することが出来れば良く、第１の基板２とは接触しても良く、しなくても良い。
【００２２】
つぎに、本実施の形態の接合速度の算出方法について説明する。図１および図２に示すように、接合開始点８とスペーサ４の端点（接合開始点８側）との距離を距離Ａとし、接合開始点８と接合界面９との距離を進展距離Ｂとし、接合界面９とスペーサ４の端点との距離を距離Ｃとする。
【００２３】
スペーサ４を設置せずに（従来と同様に）接合面２ａおよび接合面３ａを対向させて接合開始点８を加圧した場合、接合界面９は、理想的には、上述のように接合開始点８を中心に等方的に進展する。しかし、実際には、接合面２ａおよび接合面３ａの表面の状態（平坦度等）によっては、加圧した点の近傍の他の点（加圧した点以外の点）の方が接合面２ａと接合面３ａとの距離が近い状態が生じることもある。このような場合、接合の開始点を求めることが困難となり、接合界面９の進展速度を正しく求めることができない。これに対し、本実施の形態では、スペーサ４を接合面２ａと接合面３ａの間に挟み間隙６を形成することにより、加圧した点以外からの接合開始を防ぐ。すなわち、加圧した点を接合開始点８とするためにスペーサ４を用いる。このため、本実施の形態では、加圧した点を接合開始点８として接合界面９の進展速度を求めることができる。
【００２４】
なお、間隙６によって生じる距離Ｈは、第１の基板の大きさ等により適切に設定する。たとえば、第１の基板２の直径３００ｍｍとすると距離Ｈの最大値を１００μｍ〜５００μｍ程度に設定すると適切に進展速度を測定することができる。なお、ここでは、接合面間の距離Ｈの最大値を基準に間隙６の大きさを説明したが、間隙６の大きさは、接合面間の距離Ｈの最大値ではなく、接合面間の距離Ｈの平均値や中間値など他の指標により設定するようにしてもよい。
【００２５】
つぎに、本実施の形態の進展速度の算出方法について説明する。本実施の形態では、センサ部１０が、第２の基板３の裏面側から、接合面２ａおよび接合面３ａを含む領域を撮像し、撮像した画像データを処理ユニット１１へ出力する。処理ユニット１１は、センサ部１０が撮像した画像データに基づいて接合界面９の進展速度を求める。
【００２６】
具体的には、たとえば、センサ部１０が撮像した画像データは、図２で示した接合界面９で輝度の変化が生じる画像データとなる。したがって、処理ユニット１１は、この輝度の変化が生じる位置を算出する。ここでは、接合開始点８とスペーサ４を結ぶ直線上の接合界面９の位置を算出することとする。なお、画像データの更新周期（センサ部１０の撮像周期）は、想定される進展速度に応じて、進展速度が適切な分解能で求められるような更新周期以上に設定しておく。
【００２７】
進展速度の求め方は、所定の時間間隔ごとに接合界面９の移動距離を求め、その移動距離の平均値を求める。なお、ここでは、接合開始点８は加圧した点と一致しているとし、既知の加圧した点を接合開始点８とする。または、接合開始から所定の位置に接合界面９が到達するまでの経過時間で、接合開始点８から所定の位置までの距離を除算する方法等がある。たとえば、接合開始点８とスペーサ４を結ぶ直線上の、接合開始点から距離Ａの１／３だけスペーサ４側の位置を計測位置とし、接合開始から接合界面９が計測位置に到達するまでの時間を経過時間として算出する。そして、１／３×Ａを、経過時間で除することにより進展速度を求めることができる。
【００２８】
この際、接合開始から接合界面９が計測位置に到達するまでの時間は、接合開始時刻から、算出した接合界面９の位置が最初に上記の計測位置を超えた画像データの取得時刻までを経過時間としてもよい。また、算出した接合界面９の位置が最初に上記の計測位置を超えた画像データに基づいて算出した接合界面９の位置と、その直前の画像データに基づいて算出した接合界面９の位置と、に基づいて接合境界面９が計測位置を通過した時刻を推定して、接合開始時刻からその推定した時刻までを経過時間としてもよい。
【００２９】
また、処理ユニット１１は、算出した進展速度に基づいて、接合界面９がスペーサ４の端点に達する時刻を推定し、その推定した時刻に達する前に、スペーサ４を接合面２ａと接合面３ａの間から除去するよう制御する。具体的には、たとえば、スペーサ４を接合開始点８から遠ざかる方向に移動させることにより、スペーサ４を接合面２ａと接合面３ａの間から除去する。このように、スペーサ４は、処理ユニット１１または図示しない他の制御装置による制御により、接合面２ａと接合面３ａの間への挿入と、接合面２ａと接合面３ａの間からの除去を可能とする。
【００３０】
そして、処理ユニット１１は、求めた進展速度が所定の範囲内であるか否かを判定する。この際の所定の範囲は、接合対象の基板の表面の酸化膜の材質等に依存するが、たとえば、１０ｍｍ／ｓ〜５０ｍｍ／ｓの範囲程度に設定する。この所定の範囲の下限は、たとえば、あらかじめ解析や実験等によりボイド等が生じない最小の進展速度を求めておき、その進展速度を下限として定めておく。また、上限については、たとえば、接合界面９がスペーサ４の端点に達するまでにスペーサ４を除去することができるような値を定めておく。なお、どのような進展速度であっても接合界面９がスペーサ４の端点に達するまでにスペーサ４を除去が可能な場合には、上限を設けなくてもよい。
【００３１】
なお、上述の例では、計測位置までの進展速度を求めているが、所定の時間ごとに進展速度を求め、進展速度の時間履歴を求めるようにしてもよい。そして、その時間履歴に基づいて、各進展速度が所定の範囲に入っているか否かの判断を行なってもよい。また、さらに、たとえば、進展速度が急激に変化した場合には、異常と判定する等、進展速度の時間変化に対する制約を設けてもよい。
【００３２】
また、以上の例では、接合開始点８からスペーサ４への一方向の進展速度を求めているが、接合開始点８を中心とした２以上の方向の進展速度を求めるようにしてもよい。その場合、各方向の進展速度がそれぞれ所定の範囲であるか否かを判断してもよいし、各方向の進展速度の平均値が所定の範囲であるか否かをするようにしてもよい。さらに、この場合は、進展速度の方向による差を求めることもできるため、この差を用いて等方的に進展していないような異常を検出することができる。
【００３３】
また、図１および図２の例では、接合開始点８（加圧する点）を、第１の基板２の端部としているが、接合開始点８はこれに限らず、第１の基板２上のどの位置としてもよい。図３は、第１の基板２および第２の基板３の中心部を加圧した場合の接合状態の一例を示す図である。図３の例では、加圧部材７を、第１の基板２の中心の上部となるよう配置し、第１の基板２の中心が接合開始点８となるような配置としている。
【００３４】
このように、中心を加圧する場合には、接合界面を等方的に進展させるために、接合開始点８との距離Ａを同一とするような複数のスペーサを配置することができる。図３の例では、スペーサ４−１〜４−４の４つを配置している。スペーサ４−１〜４−４の機能および材質は上述のスペーサ４と同様である。図３の例では、接合開始点８との距離Ａを同一とするようスペーサ４−１〜４−４を第１の基板２の外周上から接合開始点８に向かって配置している。第１の基板２の中心を加圧する場合は、スペーサを１つとしてもよいが、等方的な進展が行なわれるように、複数のスペーサを用いることが望ましい。スペーサの数は、図３で示した４つに限らず、いくつとしてもよい。
【００３５】
なお、第１の基板２および第２の基板３については、半導体製造装置１に搬入される前に、接合面２ａおよび接合面３ａは、洗浄工程により表面のカーボンなどの有機物やＣｕやＡｌなどの金属汚染物が除去されているとする。このような洗浄工程を行なうことにより、接合面２ａと接合面３ａの表面状態のバラツキが低減されるため、接合界面９の進展速度の算出が容易となる。
【００３６】
洗浄工程は、例えば、アセトンやアルコール、オゾン水（Ｏ３）などの有機洗浄や、フッ酸（ＨＦ）、希フッ酸（ＤＨＦ）、硫酸過酸化水素水、アンモニア過酸化水素水、塩酸化酸化水素水などの酸アルカリ洗浄などのウェットプロセスであってもよい。また、水素、窒素、酸素、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、アルゴン、ヘリウムなどの単一ガスもしくは複数ガスで励起されるプラズマ処理などのドライプロセスであってもよい。さらに、洗浄工程は、ウェットプロセスとドライプロセスの組合せでも良い。また、洗浄工程は、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板３の接合面３ａの両面に対して、施されることが望ましいが、いずれか片方のみ施されていても良い。
【００３７】
センサ部１０は、接合界面（第１の基板と第２の基板の接合面と非接合面の境界）９が検出できるような空間分解能を有する画像データを取得できるセンサであれば、単波長レーザー、可視光、赤外光、Ｘ線、超音波など、どのような波長を用いたセンサを用いてもよい。たとえば、接合対象の基板がシリコン基板のように不可視であり、接合方式が、大気中もしくは真空中での直接接合の場合は、センサ部１０は反射型または透過型の赤外カメラであることが望ましい。また、接合対象の基板がガラス等の材質の透明な基板である場合には、可視光を用いたセンサを用いることができる。
【００３８】
ステージ５の材質は無機材料、金属材料、樹脂材料どれでも選択可能であるが、可視光や赤外光により接合界面９を検出する場合は、ガラス、石英、シリコンなどの無機材料や、樹脂材料で構成されるのが好適である。
【００３９】
また、ステージ５と第１の基板２との間に間隙が生じると、取得した画像データに干渉縞が発生する等により、センサ部１０および処理ユニット１１による進展速度の算出の精度低下の要因となるため、ステージ５は平坦であることが望ましい。
【００４０】
また、第１の基板２に反りが生じている場合等には、ステージ５と第１の基板２との間に間隙が生じ、センサ部１０が撮像する際の焦点がずれることがある。この間隙の発生を防ぐため、ステージ５は、第１の基板２を吸着するための吸着機構を有していても良い。この吸着方式は、真空チャック（多数穴、溝、多孔質やその組み合わせ）、静電チャック等どのような方式でも良い。真空チャックの場合は、ステージ材質はガラス、石英、シリコンや無機材料、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミック材料や、フッ素樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ（登録商標））、カーボンが混入された導電性ＰＥＥＫ（登録商標）などの材樹脂材料や、ステンレス粒などで構成されても良い。ただし、第１の基板２の裏面へのＣｕなどの重金属汚染を防ぐことから、無機材料や樹脂材料で構成されることが望ましい。また、静電チャックの場合は窒化アルミ（ＡｌＮ）、アルミナ、単結晶サファイアなどが好適である。
【００４１】
また、ステージ５は、接合対象の基板を保持する手段であり、平坦度等が要求されるため、専用として半導体製造装置１の構成要素であることが望ましいが、接合対象の基板を平坦に保持する手段が別途用意されている場合等には、半導体製造装置１はステージ５を備えなくてもよい。
【００４２】
なお、本実施の形態では、センサ部１０は、画像データを取得するようにしたが、接合界面９を検出する方法であれば画像データを取得する以外の方法としてもよい。たとえば、単波長レーザー、可視光、赤外光、Ｘ線、超音波などにより、接合開始点８から所定の方向のライン上の輝度を取得し、輝度の変化のあった位置のみを接合界面９の位置として出力するようなセンサであってもよい。
【００４３】
なお、本実施の形態では、第１の基板２および第２の基板３の形状を円としているが、基板の形状は、これに限らずどのような形状でもよい。たとえば、正方形の場合には、中心部から加圧し、各頂点にスペーサ４を設置する、または各辺の中点にスペーサ４を設置すると、接合界面９を等方的に進展させることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、接合の進展度合い（接合力）を示す指標として、接合界面９の進展速度を求め、進展速度に基づいて接合が正常に行なわれているか否かを判定するようにしたが、これに限らず接合界面９の時間変化に基づいて接合が正常に行なわれているか否かを判定する方法であればよい。たとえば、第１の基板２の所定面積（基板全体でも良く、外周数ｍｍを除いた内側領域でも良く、単一もしくは複数の矩形や円形や多角形で構成された領域でも良い）に対する接合面積（接合界面９の内側領域）の割合を所定の時間ごとに求め、接合面積の時間履歴を求めるようにしてもよい。そして、その時間履歴に基づいて、接合面積が所定の範囲に入っているか否かの判断を行なってもよい。また、さらに、たとえば、接合面積が所定面積に満たない場合は、異常と判定する等、接合面積の時間変化に対する制約を設けてもよい。したがって、進展速度以外の接合力を示す指標を画像データ等に基づいて算出し、その指標に基づいて接合が正常に行なわれているか否かを判定するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記の例では、進展速度に基づいてスペーサ４を除去するようにしたが、これに限らず、接合開始点から接合界面までの距離（進展距離）に基づいてスペーサ４を除去するようにしても良い。例えば、処理ユニット１１は、予め設定した接合開始点からの所定の距離に接合界面が到達した時に、スペーサ４を接合面２ａと接合面３ａの間から除去するように制御する。この所定の距離は、たとえば、あらかじめ解析や実験等によりボイド等が生じない最大の接合界面９の進展距離を求めておき、その進展距離より短く定めておく。
【００４６】
たとえば、接合開始点８とスペーサ４を結ぶ直線上の、接合開始点からの距離Ｂを所定の距離とし、接合界面９が距離Ｂの位置（接合開始点からの距離が距離Ｂとなる位置）まで達した場合にスペーサ４を接合開始点８から遠ざかる方向に移動させることにより、スペーサ４を接合面２ａと接合面３ａの間から除去する。
【００４７】
さらに、接合開始時刻から接合界面９が所定の距離Ｂまで達した時間で、所定の距離Ｂを除算することで、接合進展速度を求め、接合進展速度が所定の範囲に入っているか否かの判断を行ってもよい。
【００４８】
また、以上の例では、接合開始点８からスペーサ４への一方向の進展速度を求めているが、接合開始点８を中心とした２以上の方向の進展距離を管理してもよい。その場合、各方向の接合界面９の進展距離が始めに所定の距離Ｂまで達した時に、スペーサ４を接合面２ａと接合面３ａの間から除去するようにするのが望ましい。また、各方向の接合界面９の進展距離が所定の距離Ｂに到達する時間差を用いて等方的に進展していないような異常を検出することができる。
【００４９】
このように、本実施の形態の半導体製造装置１では、スペーサ４によって、接合面２ａと接合面３ａの間に間隙を形成し、センサ部１０が、第２の基板３の裏面側から画像データを撮影する。そして、処理ユニット１１が、画像データに基づいて、加圧した点を接合開始点８として、接合開始点８からの接合界面９の移動の様子に基づいて接合力を求め、接合力（本実施の形態では、進展速度）が所定の範囲内であるか否かによって、接合が正常に行なわれているか否かを判定するようにした。そのため、第１の基板２と第２の基板３との接合界面９に巻き込みボイドが形成されることなく、良好な接合状態の基板を選択することができる。そのため、以降の工程での歩留まりを向上させ、半導体装置の製造効率を向上させることができる。また、正常に接合が行なわれていない基板を除外するため、接合後の基板の変形を防ぐことができる。
【００５０】
また、処理ユニット１１が、接合界面９の進展速度に基づいて、スペーサ４が接合界面９の進展を妨げないようなタイミングでスペーサ４を除去するようにした。そのため、接合の進展を妨げること無く、接合力を求めることができる。
【００５１】
また、ステージ５が吸着機構を備えることにより、第１の基板２が反っていても、ステージ５上で平滑にすることができ、センサ部１０と接合界面９の焦点ズレを抑制することができ、接合界面９の進展距離Ｂを容易に検出することができる。
【００５２】
さらに、センサ部１０として、透過型、もしくは反射型の赤外カメラを備えることで、第２の基板３が光透過性の材質でなくても、接合界面９の進展距離Ｂを容易に検出することが可能となる。さらに、ステージ５をガラス、石英、シリコンなどの無機材料や、樹脂材料で構成されることで、可視光および赤外光を透過しやすくなるため、接合界面９の進展距離Ｂを容易に検出ことが可能となる。また、この場合、センサ部１０をステージ５下部に設置することも可能となるため、装置設計の自由度が高くなる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態にかかる半導体製造装置２０の構成例を示す図である。本実施の形態の半導体製造装置２０は、第１の基板２と、第２の基板３と、を直接接合するための半導体製造装置である。本実施の形態の半導体製造装置２０は、部材２１と、ステージ５と、加圧部材７と、センサ部１０と、処理ユニット１１と、で構成される。
【００５４】
図４において、半導体製造装置２０のステージ５上には、第１の実施の形態と同様の第１の基板２が搭載されている。第１の基板２は例えば、半導体基板であっても良く、表面にはフォトダイオードやトランジスタが形成された活性層（図示は省略されている）や活性層と電気接続された配線層（図示は省略されている）が形成され、その上を接合面となる絶縁層２ａで覆われている。
【００５５】
第２の基板３は、接合面３ａを第１の基板２の接合面２ａと対向するように配置されている。第２の基板３の裏面（接合面３ａの反対側の面）外周は、部材２１で吸着されている。この吸着により、接合面２ａと接合面３ａとの間の距離が所定の値となるような間隙６が形成される。
【００５６】
なお、部材２１は、第１の実施形態で説明した図３のように第２の基板３の重心を中心とした正多角形（三角や四角）の頂点に配置するのが、接合時の第２の基板３の変形を対称にすることができるため望ましいが、複数の任意の場所に配置しても良い。また、部材２１は、リング状の形状でも良い。
【００５７】
また、部材２１はステージ状の吸着機構を有していても良く、吸着方式は、真空チャック（多数穴、溝、多孔質やその組み合わせ）、静電チャック等どれでも良い。真空チャックの場合は、ステージ材質はガラス、石英、シリコンや無機材料、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミック材料や、テフロン（登録商標）やポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、カーボンが混入された導電性ＰＥＥＫなどの材樹脂材料や、ステンレス粒などで構成されても良いが、無機材料や樹脂材料で構成されると、第１の基板２の裏面へのＣｕなどの重金属汚染が無く好適である。静電チャックの場合は窒化アルミ（ＡｌＮ）、アルミナ、単結晶サファイアなどが好適である。
【００５８】
また、部材２１がステージ状の吸着機構を有している場合に、部材２１を石英やアクリルなどの透明材料で形成し、センサ部１０を赤外光などの光を用いるセンサとすれば、第１の実施形態と同様に接合界面９の進展が検出可能となる。また、部材２１にセンサ部１０での測定用の開口を設けるようにすれば、センサ部１０の波長の選択肢が広がる。また、部材２１に、加圧部材７と対応する位置に開口を設けておくことで、加圧部材７で第２の基板３の接合面３ａと反対側の面を加圧できる。また、例えば、部材２１の吸着部（例えば吸着溝等）を、中心から同心円状に複数設けておくと、接合界面の進展に伴い、中心部から吸着を停止することができ、接合界面９の進展を妨げることはない。
【００５９】
処理ユニット１１は、進展速度または進展距離に基づいて、接合を妨げないように部材２１による第２の基板３の吸着を解除する。例えば、処理ユニット１１は、第１の実施の形態でスペーサ４を除去する場合と同様に、進展距離が距離Ｂとなった場合に吸着を解除する。本実施の形態の動作は、スペーサ４の代わりに部材２１を用いて間隙６を形成してスペーサ４の除去の変わりに部材２１の吸着を解除する以外は、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
本実施の形態の半導体製造装置２０によれば、第１の実施の形態と同様の効果に加えて、部材２１が第２の基板３の裏面を吸着することで、スペーサ４と第２の基板３の接合面３ａとの摩擦の影響によるスペーサ４の除去タイミングの遅れの懸念が無くなるため、第１の実施形態に比べ接合界面９の進展をより妨げること無く、高い接合力を求めることができる。
【００６１】
以上、本実施形態で説明した構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本実施の形態の技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態により実現することができる。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１，２０  半導体製造装置、２  第１の基板、２ａ，３ａ  接合面、３  第２の基板、４，４−１〜４−４  スペーサ、５  ステージ、６  間隙、７  加圧部材、１０  センサ部、１１  処理ユニット、２１  部材。
【図１】
2011205074.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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