(57)【要約】【課題】一つの実施形態は、接合歩留まりを向上することのできる半導体製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】実施の形態によれば、第１及び第２の基板２、６の親水化処理が施された接合面２ａ、６ａ同士を一点接触させて水素結合による接合開始点１１を形成し、接合を接合開始点１１から周囲に進展させて第１の基板２と第２の基板６とを全面で接合する。半導体製造装置１は、第１の基板２を保持する第１の部材３と、第２の基板６の接合面６ａを第１の基板２の接合面２ａと対向させて、第２の基板２を保持する第２の部材４と、接合面２ａと接合面６ａとの距離を検出する第１のセンサ８及び処理ユニット９と、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとの距離を調整する可変機構５と、第２の基板６を接合面６ａとは反対側の面の一点を加圧し、第１の基板２と第２の基板６との間に接合開始点１１を形成する第３の部材１０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合面を有する第１及び第２の半導体基板の前記接合面同士を一点接触させて接合開始点を形成し、前記接合を前記接合開始点から周囲に進展させて前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを全面で接合する半導体製造装置であって、
前記第１の半導体基板を保持する第１の部材と、
前記第２の半導体基板の接合面を前記第１の部材に保持された前記第１の半導体基板の接合面と対向させて、前記第２の半導体基板を保持する第２の部材と、
前記第１の部材に保持された前記第１の半導体基板の接合面と、前記第２の部材に保持された前記第２の半導体基板の接合面との距離を検出する距離検出手段と、
前記距離検出手段の検出結果に基づいて前記第１及び第２の部材の少なくとも一方を移動させて、前記第１の半導体基板の接合面と前記第２の半導体基板の接合面との距離を予め定められた値に調整する調整手段と、
前記第２の部材から予め定められた距離を離して設置され、前記第１及び第２の半導体基板の一方の前記接合面とは反対側の面の一点を加圧し、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間に前記接合開始点を形成する第３の部材と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記距離検出手段は、
前記第１の部材に保持された前記第１の半導体基板の接合面と、前記第２の部材に保持された前記第２の半導体基板の接合面とは反対側との面との距離を測定する第１のセンサを含み、
前記第１のセンサの測定結果と、前記第２の半導体基板の厚さ寸法として予め登録されている値とに基づいて、前記第１の部材に保持された前記第１の半導体基板の接合面と、前記第２の部材に保持された前記第２の半導体基板の接合面との距離を算出することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記距離検出手段は、
前記第１部材に保持された前記第１の半導体基板の接合面と、前記第２の部材に保持された前記第２の半導体基板の接合面とは反対側との面との距離を測定する第１のセンサと、前記第２の半導体基板の厚さを測定する第２のセンサとを含み、
前記第１のセンサの測定結果から、前記第２のセンサの測定結果を減算することにより、前記第１部材に保持された前記第１の半導体基板の接合面と、前記第２の部材に保持された前記第２の半導体基板の接合面との距離を算出することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記第２の部材は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間に介在し、かつ前記第１の基板の外周部を複数個所で覆い、前記第１の半導体基板と対向する面と反対側に前記第２の半導体基板を載置して保持することを特徴とする請求項２又は３記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記第２の部材は、前記第２の半導体基板の接合面と反対側の面を吸着して前記第２の半導体基板を保持することを特徴とする請求項２又は３記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記第１のセンサは、前記第２の半導体基板の中央部と外周部とで前記第２の半導体基板の接合面とは反対側の面と前記第１の半導体基板の接合面との距離を測定し、
前記調整手段は、前記第２の半導体基板の接合面と前記第１の半導体基板の接合面との距離が、前記第２の半導体基板の中央部において予め定められた値となるように、前記第２の部材を移動させることを特徴とする請求項４又は５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、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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を製造する際には、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の表側にほぼ同径の支持基板を直接接合させ、半導体基板の裏面からフォトダイオードが形成されている表面に向かって機械研削や化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing:CMP）を行って半導体基板を薄くする手法が用いられている。
【０００３】
半導体基板と支持基板とを接合する際に、支持基板が変形していたり、半導体基板と支持基板との間隔のバラツキが大きいと、結合界面形成のタイミングがずれたり、結合界面の等方的な進展が損なわれ、ボイドや未接合部が形成される原因となる。半導体基板と支持基板との間にボイドや未接合部が存在すると、半導体基板と支持基板とが分離したり、半導体基板が破断したりして歩留まりが低下する原因となる。また、接合時に支持基板が変形すると半導体基板も変形してしまう。裏面照射型イメージセンサの場合には、半導体基板が変形すると、裏面に形成されるカラーフィルタやマイクロレンズと、表面に形成されるフォトダイオードや集積回路との位置ずれが生じ、撮像特性が劣化してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−６９４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一つの実施形態は、接合歩留まりを向上することの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】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、接合面を有する第１及び第２の半導体基板の接合面同士を一点接触させて接合開始点を形成し、接合を接合開始点から周囲に進展させて第１の半導体基板と第２の半導体基板とを全面で接合する半導体製造装置である。半導体製造装置は、第１の半導体基板を保持する第１の部材と、第２の半導体基板の接合面を第１の部材に保持された第１の半導体基板の接合面と対向させて、第２の半導体基板を保持する第２の部材と、第１の部材に保持された第１の半導体基板の接合面と、第２の部材に保持された第２の半導体基板の接合面との距離を検出する距離検出手段と、距離検出手段の検出結果に基づいて第１及び第２の部材の少なくとも一方を移動させて、第１の半導体基板の接合面と第２の半導体基板の接合面との距離を予め定められた値に調整する調整手段と、第２の部材から予め定められた距離を離して設置され、第１及び第２の半導体基板の一方の接合面とは反対側の面の一点を加圧し、第１の半導体基板と第２の半導体基板との間に接合開始点を形成する第３の部材とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置の断面図。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る半導体製造装置の部分平面図。
【図３】図３は、接合開始時の半導体製造装置の断面図。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る半導体製造装置の断面図。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る半導体製造装置の断面図。
【図６】図６は、第４の実施形態に係る半導体製造装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置の断面図である。図２は、第１の実施形態に係る半導体製造装置の部分平面図である。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１０】
半導体製造装置１は、第１の半導体基板としての第１の基板２と第２の半導体基板としての第２の基板６とを接合する装置である。半導体製造装置１は、第１の部材３、第２の部材４、可変機構５、第１のセンサ８、処理ユニット９及び第３の部材１０を有する。
【００１１】
第１の部材３は、上に第１の基板２が搭載される。第１の基板２は、例えばシリコンなどの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）や、活性層と電気接続された配線層（図示は省略）が形成され、その上は接合面２ａとなる絶縁層で覆われている。接合面２ａは、親水化処理が施されており、表面には水酸基が付着している。
【００１２】
第２の部材４は、第１の基板２の接合面２ａの外周を覆うように設置されている。第２の部材４には可変機構５が連結されている。さらに、第２の部材４上には、第２の基板６が接合面６ａを第１の基板２の接合面２ａと対向するように搭載される。これにより、第１の基板２と第２の基板６との間には間隙７が形成される。第２の基板６は、第１の基板２の補強体として機能させるための部材であり、例えばシリコンで形成される。接合面６ａは、親水化処理が施されており、表面には水酸基が付着している。
【００１３】
第２の部材４は、２箇所以上に設けられており、間隙７を一定に保つ。第２の部材４は、任意の複数個所で第２の基板６を載置して保持するように設置することが可能であるが、第２の基板６の重心を中心とした正多角形（正三角形や図２に示すような正方形）の頂点で第２の基板６を保持することで、接合時の第２の基板６の変形を対称とすることができる。
【００１４】
第２の部材４の形状は、第１の基板２と第２の基板６との間に間隙７を形成することができるのであればどのような形状でも良い。一例を挙げると、第２の部材４は、板状、傾斜状、円柱状、円錐状などの形状に形成可能である。第２の部材４は、各基板の接合面２ａ、６ａとの接触面積を極力低減するためには円錐形状であることが好ましい。
【００１５】
また、第２の部材４の材質は、任意に選択可能であり、例えばアルミ等の金属やセラミック、樹脂材料（例えば、ＳＡＳ（シリコーンゴム−アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂）。）等を使用可能である。接合対象の基板（第１の基板２及び第２の基板６）の金属汚染を防止するには、第２の部材４の材質としては金属以外を用いることが望ましく、例えば、フッ素樹脂やポリエーテル・エーテル・ケトン等の樹脂材料を用いることで金属汚染を防止できる。
【００１６】
間隙７は、第１のセンサ８によって、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとの距離Ｈとして測定される。具体的には、例えば、第１の部材３に第１の基板２が搭載された後、第１のセンサ８で第１の基板２の接合面２ａとの距離ｈ１を測定する。次に、第２の基板６が第２の部材４に保持された後、第１のセンサ８で第２の基板６の裏面６ｂとの距離ｈ２が測定される。次に、処理ユニット９により、第２の基板６の厚さをｔとして、Ｈ＝ｈ１−ｈ２−ｔの演算により間隙７の距離Ｈが算出される。なお、ｔは所定値として予め処理ユニット９に設定される。このように、本実施形態においては、第１のセンサ８と処理ユニット９とによって距離検出手段が実現される。
【００１７】
また、処理ユニット９は、可変機構５とも電気的に接続されており、可変機構５を動作させて間隙７が所望の距離となるように調整可能である。すなわち、本実施形態においては、処理ユニット９と可変機構５とによって調整手段が実現される。
【００１８】
第１の部材３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、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）やポリエーテル・エーテル・ケトン、カーボンが混入された導電性ポリエーテル・エーテル・ケトンなどの樹脂材料や、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形成することで、第１の基板２の裏面へのＣｕなどの重金属汚染を無くすことができる。静電チャックの場合は、窒化アルミ（ＡｌＮ）、アルミナ、単結晶サファイヤなどを用いることができる。
【００１９】
第１の部材３が平坦なステージ状の吸着機構を備えることにより、第１の基板２が歪んでいたとしても、これを平坦に矯正した上で接合を行える。第１の基板２がフォトダイオードやトランジスタに加えて配線が形成された基板である場合、配線を形成する金属の表面応力により、第１の基板２は薄くするほど反りが生じやすくなる。このため、第１の部材３に吸着させて第１の基板２の反りを矯正すれば、接合不良を発生しにくくできる。一方、補強体として機能させる第２の基板６は表面に保護膜などが設けられることはあるものの、基本的には単なる半導体ウェハ（例えばベアシリコンウェハ）であるため、一般的に反りは小さい。したがって、フォトダイオードやトランジスタ、配線などが形成された第１の基板２を、平坦なステージ状の第１の部材３に吸着させた方が、補強体として機能させる第２の基板６を吸着させる場合よりも接合不良の発生を防止する効果は高くなる。
【００２０】
図３は、接合開始時の半導体製造装置の断面図である。図３に示すように、第２の基板６の裏面６ｂ側を第２の部材４から所定の距離離れて設置された第３の部材１０によって加圧し、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとを一点接触させることで、接合面２ａに付着している水酸基と接合面６ａに付着している水酸基とが水素結合し、接合開始点１１が形成される。水素結合が接合開始点１１から周囲へ広がっていくことにより、等方的に接合界面１２が進展し、第１の基板２と第２の基板６とが全面で接合される。なお、第３の部材１０の先端形状は平面でも針状でも良いが、接合開始点１１を再現性良く形成するには局所的な加圧が望ましいことと、耐摩耗性の観点から、所定曲率を持った半球状が好適である。接合開始点１１を形成したタイミングで第２の部材４を第１の基板２と第２の基板６との間から退避させれば、第２の部材４が接合界面１２の進展を妨げることはない。なお、第１の部材３が吸着機構を備える場合には、同じタイミングで吸着を停止させれば、接合界面１２の進展を妨げることはない。
【００２１】
また、図３では接合開始点１１は、第１の基板２及び第２の基板６の中心で形成されている。接合開始点１１は、第２の部材４と所定距離離間できればどこに形成しても良いが、第２の部材４を複数配置する場合は、接合時に第２の基板６を対称に変形し接合界面を等方的に進展させるためには、接合開始点１１は第２の基板６の重心（中心）と同軸であることが好ましい。
【００２２】
なお、第１の基板２や第２の基板６は、半導体製造装置１に搬入される前に、洗浄が施され、接合面２ａ、６ａの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る。つまり、接合面２ａ、６ａの表面状態のバラツキが低減されるため、接合界面１２の進展速度の算出が容易となる。したがって、接合開始点１１が形成されてから接合界面１２が第２の部材４へ到達するまでの時間は予測可能であるから、処理ユニット９は、接合界面１２が到達する前に可変機構５を駆動して第２の部材４を外周方向へ退避させ、空気層が巻き込まれてボイドが発生したり、接合界面の進展が途中で止まり未接合部が形成されてしまうことを防止する。
【００２３】
洗浄工程は、例えば、アセトンやアルコール、オゾン水（Ｏ３）などを用いた有機洗浄や、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、塩酸過酸化水素水などを用いた酸アルカリ洗浄などのウエットプロセスでも良い。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又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も良い。洗浄工程はウエットプロセスとドライプロセスとの組み合わせでも良い。洗浄工程では、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとの両面が処理されることが好適ではあるが、いずれか片方のみ処理されても良い。
【００２４】
第１のセンサ８は、第１の基板２の接合面２ａや第２の基板６の裏面６ｂとの距離が測定できれば、単波長レーザ、可視光、赤外光、Ｘ線、超音波などのいずれを用いるものも適用可能である。また、第２の基板６がシリコンのように可視光を透過しない場合、上記実施例のように、第２の基板６を設置する前に第１の基板２の接合面２ａまでの距離ｈ１を測定しておくことが望ましいが、赤外光など第２の基板６を透過可能な波長の光を用いて、第２の基板６の設置後に第２の基板６の裏面６ｂとの距離ｈ２を同時測定しても良い。
【００２５】
また、第２の基板６の接合面６ａと第１のセンサ８との距離ｈ３を直接測定しても良い。その場合、間隙７の距離Ｈは、Ｈ＝ｈ１−ｈ３で算出され、第２の基板６の厚さを予め所定値として設定しておいたり、測定したりする必要がない。
【００２６】
また、第１のセンサ８は接触式のセンサであっても良い。さらに本実施形態では、可変機構５を用いて第２の部材４の位置を変化させているが、第１の部材３の位置を可変として間隙７を所望の距離に調整できるように構成しても良い。また、第１の部材３及び第２の部材４の両方の位置を調整できるようにしても良い。
【００２７】
本実施形態に係る半導体製造装置１によれば、第１の部材３で第１の基板２を保持し、第２の部材４で第２の基板６を保持し、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとを対向させるとともに、第３の部材１０で加圧される第２の基板６の裏面６ｂと第１の基板２の接合面２ａとの距離を第１のセンサ８で測定する。そして、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとの距離Ｈを算出し、第１の部材３と第２の部材４との少なくとも一方を移動させて、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６との接合面６ａとの距離を小さく調整する。これにより、第３の部材１０で加圧する際の第２の基板６の変形を低減できる。
【００２８】
また、第３の部材１０によって加圧・変形される第２の基板６の反発力が小さくなるため、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとを加圧によって近接させやすくなり、接合界面１２の形成タイミングのズレが小さくなる。このため、第２の部材４が接合界面１２の進展を妨げることが無くなり、第１の基板２と第２の基板６との接合界面１２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が得られる。また、接合後の第１、第２の基板２、６の歪みを低減することが可能となる。
【００２９】
さらに、第２の部材４が、第１の基板２と第２の基板６との間に介在し、かつ第１の基板２の外周の少なくとも２箇所を覆うとともに、第１の基板２と対向する面と反対面に第２の基板６を搭載することで、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとの距離を容易に調整できる。
【００３０】
ここで、裏面照射型イメージセンサに関して説明を補足する。
【００３１】
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。この際、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には、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に、例えば可視光を入射する場合は２０μｍよりも薄くする必要がある。
【００３２】
このような裏面照射型イメージセンサを備えた半導体装置は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ほぼ同径の支持基板を接合させる。この支持基板は、半導体基板の裏面側からフォトダイオード近傍まで薄化し受光面を形成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、カラーフィルタ及び集光用マイクロレンズを設けることで、裏面から照射される光や電子等のエネルギー線を受光してフォトダイオードに収集する、いわゆる裏面照射型イメージセンサとなる。さらに半導体基板の裏面に集積回路と電気的に接続された電極部を形成した後、半導体基板と支持基板との接合体はダイシングブレードにより切断され、チップに分割される。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電気的に接続することで半導体装置となる。
【００３３】
上記の半導体装置では、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、途中まで機械研削や化学機械研磨で半導体基板が薄化されるが、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。
【００３４】
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）を形成時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。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との接合方法は、有機材料を介さないで直接、半導体基板の表面部と支持基板の表面部とを無機接続する直接接合方式が望ましい。
【００３５】
本実施形態における直接接合方式は、親水化処理が施された接合面同士の所定の１点を加圧することで接合起点（接合開始点）が形成され、そこから水素結合による接合界面が自発的かつ等方的に進展する。しかしながら、加圧時に半導体基板や支持基板が変形していたり、半導体基板と支持基板との間隔のバラツキが大きいと、接合界面形成のタイミングがズレたり、接合界面の等方的な進展が損なわれ空気層が巻き込まれてボイドが発生したり、接合界面の進展が途中で止まり未接合部が形成されてしまう。接合界面に形成されるボイドや、未接合部はできる限り小さくしないと、半導体基板を薄化する際に、半導体基板と支持基板との分離や、薄い半導体基板が破断するなど、歩留まりが低下する。また、分離や破断がなくても、接合時の支持基板が変形の影響で、半導体基板に形成された集積回路が歪んでしまい、半導体基板の裏面にカラーフィルタやマイクロレンズを形成する際に合わせズレが発生し、撮像特性が劣化する。
【００３６】
しかし、従来の半導体製造装置では、接合する基板同士間の間隔を小さくすると、意図せずに基板同士が接触して接合が開始されてしまう可能性があるため、基板の間隔を小さくすることが困難であった。
【００３７】
本実施形態に係る半導体製造装置によれば、接合する基板同士の間隔を検出することが可能であるため、基板同士の間隔をできる限り小さくすることができる。よって、半導体基板と支持基板との接合時に支持基板の変形や、基板同士の間隙のバラツキを抑えることができるため、歩留まりが向上する。また、裏面照射型イメージセンサの製造に用いた場合には、撮像特性の劣化を防ぐことができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る半導体製造装置の断面図である。第１の実施形態と同じの構成要素に関しては同一の符号を付し、説明は省略する。図４において、半導体製造装置２０の第１の部材３上には、第１の基板２が搭載される。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）や活性層と電気的に接続された配線層（図示は省略）が形成され、その上は接合面２ａとなる絶縁層で覆われている。
【００３９】
第２の基板６は、接合面６ａを第１の基板２の接合面２ａと対向するように配置される。第２の基板６の裏面６ｂの外周は、第２の部材２１で吸着される。さらに、第２の部材２１には可変機構５が連結されている。
【００４０】
第２の部材２１は、第１の実施形態と同様に、第２の基板６の重心を中心とした正多角形（正三角形や正方形など）の頂点で第２の基板６を保持すれば、接合時の第２の基板６の変形を対称とすることができるため望ましいが、複数の任意の場所でも良く、リング状でも良い。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、アルミナなどのセラミック材料や、ＰＴＦＥやポリエーテル・エーテル・ケトン、カーボンが混入された導電性ポリエーテル・エーテル・ケトンなどの樹脂材料や、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形成することで、第１の基板２の裏面へのＣｕなどの重金属汚染を無くすことができる。静電チャックの場合は、窒化アルミ、アルミナ、単結晶サファイヤなどを用いることができる。
【００４１】
また、第２の部材２１は、ステージ状の吸着機構を有していても良い。第２の部材２１が平坦なステージ状の吸着機構を有し、第２の基板６の裏面６ｂを全面的に吸着するようにすれば、中央部が垂れ下がるように第２の基板６が変形することを防止して第１の基板２と接合できる。この場合には、真空チャック方式を採用して、第２の部材２１を石英やアクリルなどの透明材料で形成し、赤外光などの光を用いるセンサを第１のセンサ８として適用すれば、第１の実施形態と同様に間隙７の算出が可能である。また、第２の部材２１にセンサ８での距離測定用の開口を設けておけば、シリコンなどの可視光を透過しない材料で第２の部材２１を構成しても、可視光を用いる第１のセンサ８を適用可能となる。また、第３の部材１０と対応する位置に開口を設けておくことで、第３の部材１０で第２の基板６の接合面６ａとは反対側の面を加圧できる。なお、第１の部材３が吸着機構を備える場合には、接合開始点を形成したタイミングで吸着を停止させれば、接合界面の進展を妨げることはない。
【００４２】
なお、第１の部材３が吸着機構を備えない場合には、フォトダイオードやトランジスタ、配線などが形成された第１の基板２を、第２の部材２１に吸着させた方が、補強体として機能させる第２の基板６を吸着させる場合よりも接合不良の発生を防止する効果は高くなる。
【００４３】
なお、ここでは可変機構５を用いて第２の部材２１の位置を変えることで、間隙７を所望の距離に調整する構成を示したが、第１の部材３に可変機構を設けて間隙７が所望の距離となるように調整しても良い。また、第１の部材３及び第２の部材２１の両方の位置を調整できるようにしても良い。
【００４４】
本実施形態に係る半導体製造装置２０によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、第２の部材２１が第２の基板６の裏面６ｂを吸着することで、第２の部材２１の厚さに制限されることなく、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとの距離Ｈを小さく調整できる。すなわち、本実施形態においては間隙７を第２の部材２１の厚さ以下とすることも可能である。
【００４５】
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る半導体製造装置の断面図である。第１の実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付して説明は省略する。図５において、半導体製造装置３０は、第２のセンサ３１を有している。第２のセンサ３１は、第２の基板６の厚さｔ１を測定可能なセンサである。また、半導体製造装置３０は、第１のセンサ８によって第２の基板６の裏面６ｂと第１の基板２の接合面２ａとの距離を測定可能である。
【００４６】
間隙７は、第１のセンサ８及び第２のセンサ３１によって、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとの距離Ｈとして測定される。具体的には、例えば、第１の部材３に第１の基板２が吸着された後、第１のセンサ８で第１の基板２の接合面２ａとの距離ｈ１を測定する。次に、第２の基板６が第２の部材４に保持された後、第１のセンサ８で第２の基板６の裏面６ｂとの距離ｈ２が測定される。次に、第２のセンサ３１で第２の基板６の厚さｔ１が測定される。次に、処理ユニット９により、間隙７の距離Ｈは、Ｈ＝ｈ１−ｈ２−ｔ１の演算によって算出される。すなわち、本実施形態においては、第１のセンサ８、第２のセンサ３１及び処理ユニット９によって距離検出手段が構成される。
【００４７】
第２のセンサ３１は、例えば、単波長レーザ、可視光、赤外光、Ｘ線、超音波などのいずれを用いるものも適用可能であるが、第２の基板６がシリコンである場合は、赤外光を用いるものであることが望ましい。第２のセンサ３１としては、例えば干渉縞方式で厚さを測定するセンサを適用可能である。なお、ここでは第１のセンサ８と第２のセンサ３１とが別個の構成である場合を例としたが、同一のセンサユニットであっても構わない。
【００４８】
本実施形態に係る半導体製造装置３０によれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、第２のセンサ３１で第２の基板６の厚さｔ１を測定することで、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとの間の間隙７の距離Ｈを正確に算出し、小さく調整できる。したがって、第３の部材１０で第２の基板２を加圧する際の第２の基板６の変形を低減できる。さらに、加圧による接合界面の形成タイミングのズレがさらに小さくなる。このため、第２の部材４が接合界面の進展を妨げることが無くなり、第１の基板２と第２の基板６との接合界面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が得られるとともに、接合後の歪みを低減できる。
【００４９】
（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る半導体製造装置の断面図である。図中、他の実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付して説明は省略する。図６において、半導体製造装置４０は、第１のセンサ８を有しており、第１のセンサ８を用いて第２の基板６の裏面６ｂの外周と中心付近との少なくとも２箇所で高さｈ２及びｈ４を測定し、第２の基板６の形状を測定する。
【００５０】
仮に、ｈ２≠ｈ４の場合、つまり第２の基板６が変形していた場合、図６に示すように第１の基板２の接合面２ａの中央部と第２の基板６の接合面６ａの中央部との間隙７の距離Ｈと、第２の部材４で保持される高さ（第１の基板２の接合面２ａの外周部と第２の基板６の接合面６ａの外周部との距離）Ｈ２とが等しいとは限らない。第２の基板６が下向きに撓んでいる場合、距離Ｈ以上に第２の部材４の高さＨ２を下げると、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとが接触してしまう。そのため、第２の部材４が保持される高さＨ２は、Ｈ＋（ｈ２−ｈ４）で制御されることで、接合面同士の接触を回避することができる。なお、ここではＨはｈ１−ｈ２−ｔで算出される値、具体的には、例えば、第１の部材３に第１の基板２が搭載された後、第１のセンサ８で第１の基板２の接合面２ａとの距離ｈ１を測定する。次に第２の基板６が第２の部材４に保持された後、第１のセンサ８で第２の基板６の第３の部材１０で加圧される近傍、つまり、第２の基板６の重心付近の裏面６ｂとの距離ｈ２が測定され、次に、第１のセンサ８で第２の基板６の外周（第２の部材４で保持される近傍）との距離ｈ４が測定される。次に、処理ユニット９により、間隙７の距離Ｈは、Ｈ＝ｈ１−ｈ２−ｔとして算出される。なお、ｔは所定値として予め処理ユニット９に設定される。さらに、処理ユニット９は、第２の基板６が撓んでいるか否かをｈ２、ｈ４の値に基づいて判定し、第２の基板６が撓んでいる場合には第２の部材４が保持される高さＨ２を、Ｈ＋（ｈ２−ｈ４）に制御する。処理ユニット９は、可変機構５と電気的に接続されており、可変機構５を動作させて間隔７が所望の距離となるように調整できる。
【００５１】
なお、ここでは可変機構５で第２の部材４を移動させて間隙７が所望の距離となるように調整する構成を示したが、第１の部材３に可変機構５を設けて、第１の部材３を移動させることで間隙７を所望の距離に調整しても良い。
【００５２】
本実施形態に係る半導体製造装置４０は、第１の実施形態と同様の効果に加えて、第１のセンサ８が第２の基板６の裏面６ｂの外周と中心付近との少なくとも２箇所で第２の基板６との距離を測定することで、第２の部材４に保持された第２の基板６の撓みが算出されるため、第１の基板２の接合面２ａと第２の基板６の接合面６ａとを接触させることなく間隙７を調整できる。
【００５３】
なお、可変機構５が第２の部材４の各々を独立して移動させることが可能である場合は、第１のセンサ８が第２の基板６の外周の複数個所で距離ｈ４を測定可能としても良い。各第２の部材４の近傍において距離ｈ４を測定して間隙７の距離Ｈを算出し、各第２の部材４を間隙７の算出結果に応じて個別に移動させることで、第２の基板６が歪んでいたとしても、これを平坦に矯正して保持した状態で第１の基板との接合を開始することが可能となる。これにより、接合開始点から等方的に接合界面を進展させることが可能となる。
【００５４】
上記の各実施形態においては、第３の部材１０は第２の基板６の接合面６ａとは反対側の面を加圧するとしたが、第１の基板２の接合面２ａとは反対側の面を加圧するように構成することも可能である。また、上記各実施形態では、第１の基板２がフォトダイオードやトランジスタ、配線などを備えた基板であり、第２の基板６は第１の基板２の補強体として機能する基板であるとしたが、これらは逆であっても良い。
【００５５】
また、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。例えば、第２の基板の裏面を第２の部材で吸着して保持し、かつ第２のセンサで第２の基板の厚さを測定することなども可能である。
【００５６】
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】
【００５７】
１、２０、３０、４０  半導体製造装置、２  第１の基板、２ａ  第１の基板の接合面、３  第１の部材、４  第２の部材、５  可変機構、６  第２の基板、６ａ  第２の基板の接合面、７  間隙、８  第１のセンサ、９  処理ユニット、１０  第３の部材、１１  接合開始点、３１  第２のセンサ。
【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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