(57)【要約】【課題】半導体基板へのダメージが抑制され、且つ、半導体基板間の隙間に樹脂を均一且つ短時間に注入できる樹脂注入装置を提供する。【解決手段】積層された複数の半導体基板を格納するチャンバーと、積層された複数の半導体基板を、半導体基板の厚さ方向に両側から挟み込む第１及び第２の主面シール部と、積層された複数の半導体基板の側周面の上部を覆って配置され、厚さ方向に延伸する非接触領域を除いて非接触領域の周囲で側周面に接し、且つ第１の主面シール部と第２の主面シール部間を連結する側周シール部と、非接触領域を介して複数の半導体基板間の隙間を排気する排気機構と、チャンバー内を減圧する減圧機構とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の半導体基板間の隙間に樹脂を真空差圧法によって注入する樹脂注入装置であって、
前記積層された複数の半導体基板を格納するチャンバーと、
前記積層された複数の半導体基板を、前記半導体基板の厚さ方向に両側から挟み込む第１及び第２の主面シール部と、
前記積層された複数の半導体基板の側周面の上部を覆って配置され、前記厚さ方向に延伸する非接触領域を除いて前記非接触領域の周囲で前記側周面に接し、且つ前記第１の主面シール部と前記第２の主面シール部間を連結する側周シール部と、
前記非接触領域を介して前記複数の半導体基板間の前記隙間を排気する排気機構と、
前記チャンバー内を減圧する減圧機構と
を備え、前記半導体基板それぞれの下部が前記樹脂に浸漬された状態で前記排気機構が前記半導体基板間の前記隙間を排気することで前記樹脂を前記半導体基板間に注入することを特徴とする樹脂注入装置。
【請求項２】
前記非接触領域に連結する開口部が、前記第２の主面シール部を貫通して形成され、
前記排気機構が、前記非接触領域及び前記開口部を介して前記複数の半導体基板間の前記隙間を排気することを特徴とする請求項１に記載の樹脂注入装置。
【請求項３】
前記側周面の上部に面する前記側周シール部の領域の一部を切欠き加工して、前記非接触領域が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂注入装置。
【請求項４】
両端が前記第１の主面シール部に固定された帯状の支持具を更に有し、前記積層された複数の半導体基板が前記支持具によって下方から支持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の樹脂注入装置。
【請求項５】
前記積層された複数の半導体基板の前記側周面に形成されたシール樹脂膜によって前記半導体基板間の隙間がシールされ、前記シール樹脂膜の下端部に前記樹脂を前記半導体基板間に注入するための注入口が形成され、前記シール樹脂膜の上端部に前記半導体基板間を排気するための排気口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の樹脂注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層された半導体基板間に樹脂を注入する樹脂注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路などがそれぞれ形成された複数の半導体基板を積層することによって、３次元半導体集積回路を有する半導体装置を実現できる。このとき、半導体基板間に注入した樹脂を接着剤として使用する方法が採用されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
樹脂を注入する方法では、積層した半導体基板の下部を樹脂で充填した樹脂皿に浸漬させ、半導体基板の下方から樹脂を半導体基板間に注入する方法を採用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体基板間の上方まで隙間全体に樹脂を均一且つ短時間で注入するために、半導体基板間の隙間を排気することが有効である。これにより、樹脂から排出されたガスなどによって樹脂注入が阻害されることなどを防止できる。このため、真空シールされた半導体基板間から半導体基板間の隙間を排気する方法がある。しかし、面積の広い基板主面側は十分にシールできても、半導体基板の側周面を十分にシールすることが難しいという問題があった。その結果、半導体基板間の隙間に樹脂を均一且つ短時間に注入することが困難であった。
【０００６】
また、真空シールする際に半導体基板にダメージを与えてしまうという問題があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、半導体基板へのダメージが抑制され、且つ、半導体基板間の隙間に樹脂を均一且つ短時間に注入できる樹脂注入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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、積層された複数の半導体基板間の隙間に樹脂を真空差圧法によって注入する樹脂注入装置であって、（イ）積層された複数の半導体基板を格納するチャンバーと、（ロ）積層された複数の半導体基板を、半導体基板の厚さ方向に両側から挟み込む第１及び第２の主面シール部と、（ハ）積層された複数の半導体基板の側周面の上部を覆って配置され、厚さ方向に延伸する非接触領域を除いて側周面に接し、且つ第１の主面シール部と第２の主面シール部間を連結する側周シール部と、（ニ）非接触領域を介して複数の半導体基板間の隙間を排気する排気機構と、（ホ）チャンバー内を減圧する減圧機構とを備え、半導体基板それぞれの下部が樹脂に浸漬された状態で排気機構が半導体基板間の隙間を排気することで樹脂を半導体基板間に注入する樹脂注入装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体基板へのダメージが抑制され、且つ、半導体基板間の隙間に樹脂を均一且つ短時間に注入できる樹脂注入装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂注入装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る樹脂注入装置のシール部の構成を示す模式的な側面図である。
【図３】積層基板のシール樹脂膜を示す模式図であり、図３（ａ）は基板主面方向からみた正面図、図３（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る樹脂注入装置の第１の主面シール部を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る樹脂注入装置の側周シール部を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る樹脂注入装置の第２の主面シール部を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る樹脂注入装置の動作を説明するための模式図である。
【図８】比較例の樹脂注入装置での基板保持具を示す模式図である。
【図９】比較例の樹脂注入装置での基板保持方法を示す模式図であり、図９（ａ）は締め込み前の状態を示し、図９（ｂ）は締め込み後の状態を示す。
【図１０】本発明のその他の実施形態に係る樹脂注入装置のシール部の構成を示す模式的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１２】
本発明の実施形態に係る樹脂注入装置１は、積層された複数の半導体基板１００間に樹脂２００を真空差圧法によって注入する。樹脂注入装置１は、図１及び図２に示すように、積層された半導体基板１００を格納するチャンバー２０と、積層された半導体基板１００を半導体基板の厚さ方向に両側から挟み込む第１の主面シール部１１及び第２の主面シール部１２と、積層された半導体基板１００の側周面１１５の上部を覆って配置され、第１の主面シール部１１と第２の主面シール部１２間を連結する側周シール部１３と、半導体基板１００間の隙間を排気する排気機構４０と、チャンバー２０内を減圧する減圧機構３０とを備える。
【００１３】
樹脂注入装置１は、半導体基板１００それぞれの下部が樹脂２００に浸漬された状態で排気機構４０によって半導体基板１００間の隙間を排気することで樹脂２００を半導体基板１００間に注入する。
【００１４】
以下において、第１の主面シール部１１、第２の主面シール部１２及び側周シール部１３を、総称して「シール部１０」という。詳細は後述するが、シール部１０に囲まれた領域が真空シールされる。シール部１０には、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素ゴム（バイトン）、ポリイミドなどを採用可能である。第１の主面シール部１１、第２の主面シール部１２及び側周シール部１３は、例えばネジ止めによって相互に接続される。
【００１５】
チャンバー２０内において、樹脂容器５０に充填された樹脂２００に、半導体基板１００の下部がそれぞれ浸漬される。これにより、半導体基板１００間の隙間に、樹脂２００が下方から注入される。
【００１６】
減圧機構３０は、チャンバー２０に接続する減圧バルブ３１、及び減圧バルブ３１に接続する真空ポンプ３２を有する。即ち、真空ポンプ３２を駆動し、減圧バルブ３１を開くことで、チャンバー２０内が減圧される。
【００１７】
積層された半導体基板１００は、図２に示すように、基板主面の面法線方向に沿って、隣接する半導体基板１００の基板主面が互いに対向して配置されている。以下において、積層された複数の半導体基板１００の全体を「積層基板１１０」という。
【００１８】
半導体基板１００は、例えば、半導体集積回路などがそれぞれ形成されたウェハなどである。積層された半導体基板１００にそれぞれ形成された半導体集積回路を電気的に接続することによって、３次元半導体集積回路を有する半導体装置が構成される。１組の積層基板１１０に含まれる半導体基板１００の枚数は任意であるが、所望の３次元半導体集積回路を構成できるように半導体基板１００が積層される。半導体基板１００の間隔は、各半導体基板１００にそれぞれ形成された半導体集積回路を相互に電気接続する配線（図示略）を配置できる程度の距離である。例えばバンプによって半導体集積回路間を接続する場合、半導体基板１００間の距離は数μｍ程度である。
【００１９】
半導体基板１００間に注入された樹脂２００が硬化することにより、複数の半導体基板１００が接着された積層基板１１０が形成される。半導体基板１００間に注入された樹脂２００は、接着剤として機能すると共に、積層基板１１０の強度向上、半導体基板間の絶縁、放熱などの機能を果たす。
【００２０】
以下において、積層基板１１０の最前列に配置された半導体基板１００の、他の半導体基板１００と対向せずに露出している基板主面を「第１の主面１１１」という。また、積層基板１１０の最後列に配置された半導体基板１００の、他の半導体基板１００と対向せずに露出している基板主面を「第２の主面１１２」という。第２の主面シール部１２は第１の主面１１１に接して配置され、第１の主面シール部１１は第２の主面１１２に接して配置されている。
【００２１】
図１及び図２では図示を省略したが、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、積層基板１１０の側周面にはシール樹脂膜３００が形成されている。シール樹脂膜３００によって半導体基板１００間の隙間はシールされている。ただし、シール樹脂膜３００の下端部には、樹脂２００を半導体基板１００間に注入するための注入口３０１が形成されている。また、シール樹脂膜３００の上端部には、半導体基板１００間を排気するための排気口３０２が形成されている。シール樹脂膜３００によって半導体基板１００間の隙間がシールされているため、差圧によって半導体基板１００間の隙間に樹脂２００が注入される。
【００２２】
樹脂注入装置１では、第１の主面シール部１１と積層基板１１０の第１の主面とを接触させ、第２の主面シール部１２と積層基板１１０の第２の主面１１２とを接触させ、更に、第１の主面シール部１１及び第２の主面シール部１２と側周シール部１３とを接触させることによって、シール部１０に囲まれた領域をシールする。
【００２３】
側周シール部１３は、積層基板１１０の側周面１１５の少なくとも上部を覆うように配置される。そして、図２に示すように、側周面１１５の上端部に面する非接触領域１３０を除いて、非接触領域１３０の周囲全体で側周面１１５に接するように、側周シール部１３が配置されている。非接触領域１３０は、半導体基板１００の基板厚さ方向に延伸している。即ち、側周シール部１３によって、第１の主面１１１から第２の主面１１２に渡り、積層基板１１０の側周面１１５の上方の一部に閉じた空間が形成されている。この空間が形成された領域以外の領域では、側周シール部１３は側周面１１５に接している。
【００２４】
より具体的には、側周シール部１３は、非接触領域１３０が排気口３０２に連結するように、排気口３０２を覆って配置される。そして、側周面１１５の非接触領域１３０及び排気口３０２を介して、排気機構４０が半導体基板１００間の隙間を排気する。
【００２５】
積層基板１１０は、両端が第１の主面シール部１１に固定された帯状の支持具１５０によってチャンバー２０内で保持されている。具体的には、第１の主面シール部１１と支持具１５０とによって積層基板１１０が前後から挟まれ、積層基板１１０の外縁が支持具１５０によって下方から支えられている。以下に、第１の主面シール部１１、第２の主面シール部１２及び側周シール部１３の形状例について説明する。
【００２６】
図４に示すように、第１の主面シール部１１は、半導体基板１００の上端から下方まで延伸する。これは、積層基板１１０を支持する支持具１５０を第１の主面シール部１１に固定するためである。したがって、他の方法で積層基板１１０を保持する場合には、第１の主面シール部１１の面積をもっと小さくしてもよい。第１の主面シール部１１は、第２の主面シール部１２及び側周シール部１３と連結して排気口３０２を覆うように配置されていればよい。
【００２７】
図５に示すように、積層基板１１０の側周面１１５と側周シール部１３間の一部に空間を形成するように、側周面１１５の上部に面する側周シール部１３の領域の一部に非接触領域１３０が形成されている。非接触領域１３０以外では、積層基板１１０の側周面１１５と側周シール部１３とが接触するように、側周面１１５に沿った形状に側周シール部１３の形状が加工されている。例えば、側周シール部１３に切欠き加工を行って、非接触領域１３０を形成する。
【００２８】
図６に示すように、第２の主面シール部１２と側周シール部１３とを重ねた状態において非接触領域１３０に対応する位置に、第２の主面シール部１２に排気用の開口部１２０が形成されている。開口部１２０は、第２の主面シール部１２を厚さ方向に貫通している。
【００２９】
排気機構４０は、半導体基板１００間の隙間に樹脂２００を注入する際に、開口部１２０及び非接触領域１３０を介して、半導体基板１００間の隙間を排気する。排気機構４０は、図１及び図２に示したように、第２の主面シール部１２の開口部１２０に装着された排気ヘッド４１、及び排気ヘッド４１と真空ポンプ３２間に配置された排気バルブ４２を有する。第２の主面シール部１２の開口部１２０に対応する領域に、排気ヘッド４１に貫通孔（図示略）が設けられている。この貫通孔に排気バルブ４２が接続されている。このため、真空ポンプ３２を駆動させ、排気バルブ４２を開くことによって、半導体基板１００間の隙間が排気される。
【００３０】
樹脂注入装置１では、第１の主面シール部１１及び第２の主面シール部１２と側周シール部１３とを接触させることによって、積層基板１１０の側周面１１５が十分に真空シールされている。このため、半導体基板１００間の隙間を効率よく排気できる。特に、側周シール部１３に非接触領域１３０が形成されているために、半導体基板１００間の隙間を上方から十分に排気できる。
【００３１】
上記のように半導体基板１００間の隙間を排気することにより、半導体基板１００に残留したガスや注入中に樹脂２００から排出されるガスなどに起因して樹脂注入が阻害されることが防止される。その結果、半導体基板１００間の上方まで隙間全体に樹脂２００を均一に注入できると共に、樹脂注入に要する時間を短縮できる。
【００３２】
樹脂注入装置１では、容器移動機構５００によってチャンバー２０内で樹脂容器５０が上下動する。具体的には、容器移動機構５００は、樹脂容器５０内の樹脂２００に半導体基板１００の下部が浸漬される位置と、樹脂２００が半導体基板１００から離間した位置との間で、樹脂容器５０を上下方向に移動させる。容器移動機構５００は、樹脂容器５０を支持し、支持台５０２に固定された支持棒５０１を伸縮させることによって、樹脂容器５０の位置を変化させる。
【００３３】
即ち、半導体基板１００間に樹脂２００を注入させる場合には、容器移動機構５００によって樹脂容器５０を上昇させ、図１に示したように樹脂容器５０内の樹脂２００に半導体基板１００の下部を浸漬させる。一方、半導体基板１００間に樹脂２００を注入した後は、図７に示したように、容器移動機構５００によって樹脂容器５０を下降させて、樹脂２００を半導体基板１００から離間させる。
【００３４】
以下に、樹脂注入装置１を用いた樹脂注入方法の例を説明する。
【００３５】
先ず、シール部１０を装着した積層基板１１０をチャンバー２０内に格納する。そして、真空ポンプ３２を駆動して減圧バルブ３１を開放することによって、チャンバー２０内を真空にする。チャンバー２０内の圧力は例えば数パスカル程度である。この工程によって、半導体基板１００の脱ガスや脱水分が行われる。
【００３６】
その後、容器移動機構５００によって樹脂容器５０を上昇させ、積層基板１１０の半導体基板１００それぞれの下部を樹脂容器５０中の樹脂２００に浸漬させる。
【００３７】
次いで、チャンバー２０内の真空を破り、例えばチャンバー２０内を大気圧にすると同時に排気機構４０を稼動させて、半導体基板１００間の隙間を排気する。これにより、真空時の脱ガスで排気されずに半導体基板１００に残ったガスや注入時に樹脂２００から発生するガスが排気される。その結果、均一且つ短時間で半導体基板１００間に樹脂２００を注入することができる。例えば、半導体基板１００間の上端まで樹脂２００が注入される時間を予め調査しておくことにより、半導体基板１００間の全体に樹脂２００を注入することができる。
【００３８】
半導体基板１００間に樹脂２００が注入された後、積層基板１１０を樹脂２００から引き出す。即ち、半導体基板１００が樹脂２００から離間するまで、容器移動機構５００によって樹脂容器５０を下降させる。以上により、積層基板１１０の半導体基板１００間に樹脂２００を注入することができる。
【００３９】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る樹脂注入装置１では、積層基板１１０の側周面１１５を十分にシールするために、積層基板１１０のトータルの厚みに相当する長さの側周シール部１３を、積層基板１１０の側周面１１５に沿った形状に加工する。この側周シール部１３を積層基板１１０の側周面１１５に接触させた状態で、第１の主面シール部１１と第２の主面シール部１２によって積層基板１１０と側周シール部１３とを同時に挟み込む。この方法によれば、第１の主面シール部１１及び第２の主面シール部１２と、積層基板１１０の第１の主面１１１、第２の主面１１２及び側周シール部１３とを接触させるだけで、積層基板１１０の周囲のシール性能を保つことができ、且つ、負荷が積層基板１１０にかかりにくいために積層基板１１０のダメージが抑制される。その結果、樹脂注入装置１によれば、半導体基板１００へのダメージが抑制され、且つ、半導体基板１００間の隙間に樹脂２００を均一且つ短時間に注入できる。
【００４０】
これに対し、例えば図８に示すような、ゴム板６０のネジによる締め込みによって積層基板１１０をシールする方法などがある。図８に示した比較例の樹脂注入装置での基板保持は、ゴム板６０に形成したゴム穴６００に積層基板１１０をはめ込む方法である。具体的には、図９（ａ）に示したように積層基板１１０をゴム穴６００に挿入した後、締め込みによってゴム穴６００の形状を図９（ｂ）に示すように狭める。この締め込みによって、積層基板１１０が保持されると共に、ゴム穴６００が塞がれて半導体基板間がシールされる。しかし、図９（ｂ）に示すように、ゴムの変形ではゴム穴６００に隙間６０１が残ってしまい、この隙間６０１からリークが生じて、十分に半導体基板１００間をシールすることができない。また、締め込みによって、半導体基板１００がダメージを受ける。
【００４１】
上記の比較例に比べて、図１に示した樹脂注入装置１によれば、積層基板１１０を低負荷でシールすることができる。
【００４２】
従来は、シール部材との接触面積が広い積層基板１１０の基板主面では十分にシール性能を保つことができる一方で、側周面１１５についてはシールすることが困難であり、シールするために基板に対して負荷がかかった。しかし、樹脂注入装置１によれば、積層基板１１０の側周面１１５に沿った形状を有する側周シール部１３で第１の主面シール部１１と第２の主面シール部１２間を連結するによって、積層基板１１０の側周面１１５を十分にシールすることができ、シール時に基板に対して負荷を少なくできる。このため、真空差圧法によって半導体基板１００間の隙間の全体に樹脂を容易に注入できる。そして、積層基板１１０の上部から半導体基板１００間の隙間を排気する場合に、基板保持箇所からのリークを抑制することができる。このため、十分な差圧が得られ、樹脂２００の注入時間を短縮できる。
【００４３】
また、排気量を調整することによって、差圧の大きさを制御できる。このため、適切な排気条件を選定することによって、樹脂２００が均一且つ短時間で注入されるように、樹脂２００の注入状態を良好に設定できる。例えば、樹脂２００の粘度が低い場合に注入速度が速すぎると、半導体基板１００間の樹脂分布にムラが生じやすい。この場合には、排気量を小さくすることが好ましい。また、半導体基板１００間の距離によっても、注入速度は変化する。したがって、樹脂２００の粘度や半導体基板１００間の距離に応じて、排気量を調整する。
【００４４】
なお、第１の主面シール部１１、第２の主面シール部１２、及び側周シール部１３を個別の部材として用意するのではなく、シール部１０を１つ又は２つの部材に一体化してもよい。一体化の方法としては、シール部材同士の張り合わせ、或いはブロック材からの切り出しなどが考えられる。なお、シール部材同士の隙間や端面形状については、積層基板１１０の仕様に合わせて設定される。
【００４５】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４６】
上記では、積層基板１１０が２枚の半導体基板１００で構成された例を示したが、３枚以上の半導体基板１００によって積層基板１１０を構成してもよい。なお、第２の主面シール部１２を介して半導体基板１００間を排気する例を示したが、排気装置４０が側周シール部１３から直接に半導体基板１００間を排気してもよい。
【００４７】
また、１組の積層基板１１０だけがチャンバー２０内に格納され、樹脂注入を行う例を説明した。しかし、複数の積層基板１１０をチャンバー２０内に保持して、同時に２組以上の半導体基板１００間に樹脂２００を注入してもよい。例えば図１０に示すように、それぞれの積層基板１１０に装着させた第２の主面シール部１２と側周シール部１３を順次連結し、これらの第２の主面シール部１２及び側周シール部１３と第１の主面シール部１１とによって複数の積層基板１１０を同時にシールする。このとき、複数の積層基板１１０について使用される第１の主面シール部１１、第２の主面シール部１２、及び側周シール部１３を、１つ又は２つの部材に一体化してもよい。
【００４８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１…樹脂注入装置
１０…シール部
１１…第１の主面シール部
１２…第２の主面シール部
１３…側周シール部
２０…チャンバー
３０…減圧機構
３１…減圧バルブ
３２…真空ポンプ
４０…排気機構
４１…排気ヘッド
４２…排気バルブ
５０…樹脂容器
１００…半導体基板
１１０…積層基板
１１１…第１の主面
１１２…第２の主面
１１５…側周面
１２０…開口部
１３０…非接触領域
１５０…支持具
２００…樹脂
３００…シール樹脂膜
３０１…注入口
３０２…排気口
５００…容器移動機構
【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】
2015005585.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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