(57)【要約】【課題】基板貼り合わせ装置構造の簡略化を図る。【解決手段】重ね合わされた複数の基板の一方の面の側に配され、複数の基板の少なくとも一つを誘導加熱する第１誘導加熱部と、複数の基板の他方の面の側に配され、複数の基板の少なくとも一つを誘導加熱する第２誘導加熱部とを備える加熱装置が提供される。上記加熱装置は、複数の基板の一方の面の側から当接する第１ステージと、第１ステージに対向して配され、複数の基板の他方の面の側から第１ステージとの間で複数の基板を挟む第２ステージとをさらに備え、第１誘導加熱部が第１ステージに配されるとともに、第２誘導加熱部が第２ステージに配されてもよい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わされた複数の基板の一方の面の側に配され、前記複数の基板の少なくとも一つを誘導加熱する第１誘導加熱部と、
前記複数の基板の他方の面の側に配され、前記複数の基板の少なくとも一つを誘導加熱する第２誘導加熱部と
を備える加熱装置。
【請求項２】
前記複数の基板の一方の面の側から当接する第１ステージと、
前記第１ステージに対向して配され、前記複数の基板の他方の面の側から前記第１ステージとの間で前記複数の基板を挟む第２ステージと
をさらに備え、
前記第１誘導加熱部が前記第１ステージに配されるとともに、前記第２誘導加熱部が前記第２ステージに配される請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記第１誘導加熱部と前記第２誘導加熱部との間に逆位相の誘導電流を供給する電流供給部をさらに備える請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記第１誘導加熱部は、互いに隣接して配され、互いに独立して電流供給可能な複数の誘導コイルを有し、
前記電流供給部は、前記第１誘導加熱部の前記複数の誘導コイルに同位相の誘導電流を供給する請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記第１誘導加熱部の前記複数の誘導コイルの各々は略環状であって、互いに同心円状に配され前記複数の基板に近接および離間する方向に互いに独立して移動することができる請求項４に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記第２誘導加熱部は、互いに隣接して配され、互いに独立して電流供給可能な複数の誘導コイルを有し、
前記電流供給部は、前記第２誘導加熱部の前記複数の誘導コイルに同位相の誘導電流を供給する請求項３から５のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項７】
前記第２誘導加熱部の前記複数の誘導コイルの各々は略環状であって、互いに同心円状に配され、前記複数の基板に近接および離間する方向に互いに独立して移動することができる請求項６に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記第１誘導加熱部および前記第２誘導加熱部は、前記複数の基板とは別個の発熱体に渦電流を発生させて発熱させ、前記複数の基板は前記発熱体からの伝熱により加熱される請求項１から７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項９】
前記第１誘導加熱部および前記第２誘導加熱部はそれぞれ、前記第１ステージおよび前記第２ステージの一部を発熱させ、前記複数の基板は前記一部からの伝熱により加熱される請求項２に記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記重ねあわされた基板を挟んで保持する一対の基板ホルダをさらに備え、
前記一対の基板ホルダは、前記一部から伝熱で加熱されることにより前記複数の基板を伝熱で加熱する請求項９に記載の加熱装置。
【請求項１１】
前記重ねあわされた基板を挟んで保持する一対の基板ホルダをさらに備え、
前記第１誘導加熱部および前記第２誘導加熱部はそれぞれ、前記一対の基板ホルダを前記発熱体として発熱させ、前記複数の基板は前記一対の基板ホルダからの伝熱により加熱される請求項８に記載の加熱装置。
【請求項１２】
前記第１誘導加熱部および前記第２誘導加熱部は、前記複数の基板のすくなくともいずれか一つに渦電流を発生させて直接加熱する請求項１から７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１３】
前記第１誘導加熱部および前記第２誘導加熱部の少なくともいずれか一方を押圧することにより、前記複数の基板を加圧する加圧部をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の加熱装置を備える基板貼り合わせ装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の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の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の積層半導体装置の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、加熱装置、積層半導体装置の製造方法及び積層半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２枚の基板を重ね合わせて、加熱および加圧を行いながら当該２枚の基板を接合する基板接合装置が記載されている。
特許文献１：米国特許７５４７６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記基板接合装置において、加熱手段が加圧プレートを介して熱伝導により基板を加熱する。基板の温度が、加圧プレート熱伝導性、加熱手段と加圧プレートとの間の接触状況等により左右されるので、温度制御が難しく、加熱効率も高くない。
【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、重ね合わされた複数の基板の一方の面の側に配され、複数の基板の少なくとも一つを誘導加熱する第１誘導加熱部と、複数の基板の他方の面の側に配され、複数の基板の少なくとも一つを誘導加熱する第２誘導加熱部とを備える加熱装置が提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、上記加熱装置を備える基板貼り合わせ装置が提供される。
【０００６】
本発明の第３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。
【０００７】
本発明の第４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。
【０００８】
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】
【０００９】
【図１】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】加熱装置２４０の構造を模式的に示す正面図である。
【図３】第２ステージ３２０の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】誘導コイル組４１０の配置の一例を示す平面図である。
【図５】誘導加熱の一例を概念的に示す。
【図６】圧力制御部５００による圧力分布の制御方法を示す断面図である。
【図７】圧力制御部５００による圧力分布の制御方法を示す断面図である。
【図８】積層半導体装置を製造する製造方法の一実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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、常温部１０４と、高温部１０６と、基板カセット１１２、１１４、１１６とを備える。常温部１０４および高温部１０６は、共通の筐体１０２の内部に設けられる。
【００１２】
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。
【００１３】
常温部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。常温部１０４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。常温部１０４は、大気中で第１基板１２２および第２基板１２３を搬送する。
【００１４】
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。この場合に、プリアライナ１２６は第１基板１２２等の外形を観察することにより、第１基板１２２等の位置決めを行う。これにより、ステージ装置１４０が第１基板１２２および第２基板１２３の位置を確実に位置決めすることができる。
【００１５】
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。基板貼り合せ装置１００において、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。
【００１６】
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。
【００１７】
ステージ装置１４０は、上ステージ１４１と、下ステージ１４２と、制御部１４８とを有する。上ステージ１４１は、ステージ装置１４０の天板の下面に固定される。上ステージ１４１の下面が真空吸着により上基板ホルダ１２４を保持する。
【００１８】
下ステージ１４２は、上ステージ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。下ステージ１４２は、傾斜機能を有する。下ステージ１４２の上面が真空吸着により下基板ホルダ１２５を保持する。
【００１９】
制御部１４８は、下ステージ１４２の移動を制御する。制御部１４８は、下ステージ１４２を移動させて、上ステージ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、下ステージ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、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５に設けられた位置止め機構３０４により仮止めされる（図２を参照）。位置止め機構３０４は、例えば、上基板ホルダ１２４に設けられた永久磁石と下基板ホルダ１２５に設けられた磁性体から構成されてよい。上基板ホルダ１２４に設けられた永久磁石と下基板ホルダ１２５に設けられた磁性体は、磁力により互いに吸着して、挟まれた第１基板１２２と第２基板１２３との相対位置を固定する。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。
【００２０】
基板取り外し部１３０は、高温部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を上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５から取り出す。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。取り出された積層基板は、ロボットアーム１３４、１３２および下ステージ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。
【００２１】
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。
【００２２】
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およびエアロック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。
【００２３】
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。上ステージ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、まず基板ホルダラック１２８から一枚の上基板ホルダ１２４を取り出して下ステージ１４２に載置する。下ステージ１４２は、基板カセット１１２、１１４、１１６に近い側に移動する。ロボットアーム１３２は、プリアライナ１２６からプリアライメントされた第１基板１２２を取り出して、下ステージ１４２の上の上基板ホルダ１２４に載置して、静電吸着させる。
【００２４】
下ステージ１４２は、再び基板カセット１１２、１１４、１１６から遠い側に移動する。ロボットアーム１３４は、下ステージ１４２から第１基板１２２を静電吸着した上基板ホルダ１２４を受け取り、裏返して上ステージ１４１に近づける。上ステージ１４１は、真空吸着によりその上基板ホルダ１２４を保持する。
【００２５】
ロボットアーム１３４は、下ステージ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、下ステージ１４２に保持された第２基板１２３における回路等が形成された面は、上ステージ１４１に保持された第１基板１２２における回路等が形成された面に、対向するように配置される。制御部１４８は、下ステージ１４２を移動させて、上ステージ１４１に保持された第１基板１２２に対して、第２基板１２３の位置を合わせて、第１基板１２２と第２基板１２３を重ね合せる。
【００２６】
高温部１０６は、断熱壁１０８、エアロック２２０、ロボットアーム２３０、複数の加熱装置２４０および冷却装置２５０を有する。断熱壁１０８は、高温部１０６を包囲して、高温部１０６の外部への熱輻射を遮断する。これにより、高温部１０６の熱が常温部１０４に及ぼす影響を抑制する。高温部１０６は、その内部が一定の真空状態に維持される。これにより、高温部１０６に搬入された基板の汚染及び酸化を抑えることができる。
【００２７】
ロボットアーム２３０は、加熱装置２４０、冷却装置２５０とエアロック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。
【００２８】
エアロック２２０は、常温部１０４と高温部１０６とを連結する。エアロック２２０は、常温部１０４側と高温部１０６側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。
【００２９】
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から構成されるホルダ対が常温部１０４から高温部１０６に搬入される場合、まず、常温部１０４側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１３４がホルダ対をエアロック２２０に搬入する。次に、常温部１０４側のシャッタ２２２が閉じられ、エアロック２２０内部が真空に引かれる。エアロック２２０内部の真空度が、高温部１０６側の真空度になったら、高温部１０６側のシャッタ２２４が開かれる。
【００３０】
続いて、ロボットアーム２３０が、エアロック２２０からホルダ対を搬出して、加熱装置２４０のいずれかに装入する。加熱装置２４０は、ホルダ対を加熱および加圧して、第１基板１２２と第２基板１２３を貼り合せる。その後、ロボットアーム２３０が、加熱装置２４０からホルダ対を搬出して、冷却装置２５０に装入して冷却する。加熱装置２４０は、ホルダ対を加熱するだけで、第１基板１２２と第２基板１２３を貼り合せてもよい。
【００３１】
高温部１０６から常温部１０４にホルダ対を搬出する場合は、常温部１０４から高温部１０６に搬入する場合の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、高温部１０６の内部雰囲気を常温部１０４側に漏らすことなく、ホルダ対を高温部１０６に搬入または搬出できる。
【００３２】
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および下ステージ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。
【００３３】
図２は、加熱装置２４０の構造を模式的に示す正面図である。加熱装置２４０は、断熱室３００と、第１ステージ３１０と、第２ステージ３２０と、昇降部３３０とを備える。断熱室３００は、第１ステージ３１０、第２ステージ３２０及び昇降部３３０を内部に収容する。
【００３４】
断熱室３００は、断熱材から形成される断熱壁を有する。これにより断熱室３００においてホルダ対を加熱する場合に、外部への熱輻射が遮断され、ロボットアーム等周辺に存在する装置および機器への悪影響を防ぐことができる。断熱室３００の天板に第１ステージ３１０が固定される。さらに、断熱室３００の底板に昇降部３３０のベースが固定される。第１ステージ３１０と第２ステージ３２０によりホルダ対が加圧されるときに装置の反力により変形すること防ぐ目的で、断熱室３００は高剛性材料により形成される。
【００３５】
昇降部３３０は、ベースに固定されたシリンダ３３４、および、そのシリンダに結合するピストン３３２を含む。ピストン３３２は、外部からの制御信号により上下昇降する。
【００３６】
第２ステージ３２０は、ピストン３３２の上面に設置される。第２ステージ３２０は、ピストン３３２と共に上下に移動することができる。第２ステージ３２０は、ホルダ対の下の面の側からホルダ対に当接して、ホルダ対をその上に保持することができる。第２ステージ３２０は、その内に配される第２誘導加熱部３２２を有する。第２誘導加熱部３２２は、第２ステージ３２０に設置されたホルダ対を加熱する。
【００３７】
第１ステージ３１０は、第２ステージ３２０に対向して断熱室３００の天板に配される。第１ステージ３１０は、その内に配される第１誘導加熱部３１２を有する。第１誘導加熱部３１２は、第１ステージ３１０及び第２ステージ３２０によりホルダ対を挟む状態でホルダ対を加熱する。
【００３８】
図２は、ホルダ対が加熱装置２４０に装填され、第２ステージ３２０に設置された状態を示す。ホルダ対が第２ステージ３２０に載置された後に、ピストン３３２が上昇すると、第１ステージ３１０は、ホルダ対の上の面の側からホルダ対に当接して、第２ステージ３２０と共にホルダ対を挟む。
【００３９】
第１ステージ３１０及び第２ステージ３２０がホルダ対を挟んだ後に、加熱装置２４０は、加圧制御信号に従ってピストン３３２を上昇させて、上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５を介して第１基板１２２及び第２基板１２３に予め定められた圧力を加えて、第１誘導加熱部３１２及び第２誘導加熱部３２２によりホルダ対を加熱する。加熱装置２４０は、予め定められた温度に加熱してから、更に加圧して第１基板１２２及び第２基板１２３を貼り合せる。第１基板１２２及び第２基板１２３が加圧されることにより、第１基板１２２及び第２基板１２３の間に接合すべき電極同士を均一に接触させることができ、均一な接合が実現できる。
【００４０】
図３は、加熱装置２４０の第２ステージ３２０の構造を模式的に示す断面図である。第２ステージ３２０は、円筒状胴体の内部に、第２誘導加熱部３２２と、圧力制御部５００とを備え、当該第誘導加熱部３２２の上部にトッププレート４３０さらに備える。第１ステージ３１０は、第２ステージ３２０を上下逆転させた構造を有してよい。よって、第１ステージ３１０についての説明を省略する。
【００４１】
第２誘導加熱部３２２は、誘導コイル組４１０と、熱絶縁材４２０とを有する。誘導コイル組４１０は、圧力制御部５００の上に配され、その上が熱絶縁材４２０により覆われる。熱絶縁材４２０の上には、トッププレート４３０が設けられる。
【００４２】
誘導コイル組４１０は、トッププレート４３０に渦電流を発生させて、発熱体として発熱させる。トッププレート４３０は、下基板ホルダ１２５を伝熱により加熱して、下基板ホルダ１２５も伝熱により、第１基板１２２及び第２基板１２３を加熱して接合することができる。この加熱により、第１基板１２２及び第２基板１２３における電極接合面の電極同士を確実に接合することができる。
【００４３】
トッププレート４３０は、ホルダ対を保持する保持部としての役割を担う。トッププレート４３０は、第１ステージ３１０のトッププレートと共に、上下からホルダ対を挟み、ホルダ対に対して圧力を加える加圧部としても機能する。また、上述のように、トッププレート４３０は、ホルダ対を加熱する発熱体としても機能する。トッププレート４３０は、円盤状を有する。トッププレート４３０の周辺部がネジ等により第２ステージ３２０の胴体に固定される。トッププレート４３０は、誘導加熱に適した材料から形成され、例えば、ステンレス鋼、焼結ＳｉＣ等から形成される。
【００４４】
熱絶縁材４２０は、断熱効果の有する材料から形成される。熱絶縁材４２０は、トッププレート４３０からの熱を遮断して、誘導コイル組４１０が高温になることを防ぐ。熱絶縁材４２０は、電気的絶縁材料から形成される。熱絶縁材４２０は、誘導コイル組４１０とトッププレート４３０との電気的導通を防ぐ。熱絶縁材４２０の材料として、ガラス、セラミックス等が例示できる。
【００４５】
圧力制御部５００は、第１基板１２２及び第２基板１２３に加える圧力の分布を制御する。圧力制御部５００については、別途他の図面を用いて詳しく説明する。
【００４６】
図４は、誘導コイル組４１０の配置の一例を示す平面図である。誘導コイル組４１０は、四つの誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８を含む。誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、各々が円環状であって、互いに隣接して同心円状に配される。
【００４７】
電流供給部４４０は、高周波交流電源であってよい。電流供給部４４０は、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８に、互いに独立して電流を供給する。電流供給部４４０は、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８に、同位相の電流を供給する。電流供給部４４０の周波数は、１０ｋＨｚから１ＭＨｚまでの範囲内で、加熱温度、加熱レート、加熱対象であるトッププレート４３０の材質、形状等を考慮して決められる。電流供給部４４０から供給する電力は、加熱温度、加熱レート、加熱対象であるトッププレート４３０の材質、形状等を考慮して決められるが、例えば、１ｋＷであってよい。
【００４８】
誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、電流供給部４４０により交流電流が供給されると、コイルの内側を通過する磁束を有する磁場を形成する。当該磁場は、交流電流の変化により変化する。磁場の変化は、その磁場に置かれたトッププレート４３０の中に渦電流を発生させ、発熱させる。その熱により、ホルダ対が加熱される。
【００４９】
誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、電気良導体のパイプ、線材、板などにより巻いたコイルであってよい。誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８の材料は、銅、アルミニウム及びこれらの合金等のように、電気伝導性のよい材料であることが好ましい。図３及び図４において、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８としてそれぞれ１周だけ巻いたコイルが示されたが、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、それぞれ１周より多く巻いたコイルであってもよい。例えば、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、それぞれ縦方向に数周巻いたコイルであってよい。
【００５０】
図５は、誘導加熱の一例を概念的に示す。第２ステージ３２０における誘導コイル組４１０の四つの誘導コイルは、図５に示す方向に同位相の電流が供給されると、破線で示す磁束を有する磁場が発生する。トッププレート４３０が高い透磁率を有する場合には、磁束が通りやすいので、図５に示すように、コイルの内側を通過した磁束は、トッププレート４３０の内部に集中して、トッププレート４３０の内部を通過してコイルの外側に広がり、磁気回路を形成する。従って、トッププレート４３０は、第１基板１２２及び第２基板１２３に入る磁場を遮蔽して、磁束が第１基板１２２及び第２基板１２３に入り、第１基板１２２及び第２基板１２３に形成された電気回路などを破壊することを防ぐことができる。
【００５１】
誘導コイル組４１０と同様に、電流供給部４４０から第１ステージ３１０における誘導コイル組４５０に交流電流を供給すると、誘導コイル組４５０は、その内側を通過する磁束を有する磁場を形成する。当該磁場は、交流電流の変化により変化する。磁場の変化は、その磁場に置かれた第１ステージ３１０のトッププレート４６０の中に渦電流を発生させ、発熱させる。その熱により、ホルダ対が加熱される。
【００５２】
電流供給部４４０は、誘導コイル組４１０と誘導コイル組４５０との間に互いに逆位相の電流を供給する。電流供給部４４０が誘導コイル組４１０と誘導コイル組４５０との間に互いに逆位相の電流を供給すると、図５に示すように、誘導コイル組４１０及び誘導コイル組４５０は、互いに対向する極性の磁場を形成する。その結果、第１基板１２２及び第２基板１２３が置かれた両磁場の境界線の近傍では、磁束が反発し合って、磁場の弱い領域が形成され、磁束が第１基板１２２及び第２基板１２３に入り、第１基板１２２及び第２基板１２３に形成された電気回路などを過剰に加熱することを防ぐことができる。
【００５３】
図６及び図７は、圧力制御部５００による圧力分布の制御方法を概念的に示す断面図である。圧力制御部５００は、中空の容器である。圧力制御部５００は、下部板５１０と、上部板５１１と、その間に形成される中空室５１２とを有する。中空室５１２には流体供給管５０３から供給される流体により充填される。流体としては、空気、水、オイルが用いられる。
【００５４】
上部板５１１の上に、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８が配される。誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、互いに独立に上部板５１１に固定される。例えば、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、接着剤により上部板５１１に固定されてよい。上部板５１１が金属等導電材料から形成されるとき、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、電気絶縁材料を介して上部板５１１に固定されてよい。例えば、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、絶縁材料シートを介して上部板５１１に固定されてよく、絶縁接着剤により上部板５１１に固定されてもよい。
【００５５】
圧力制御部５００は、内部に充填する流体量を調整することにより、内部流体の圧力を制御することができる。圧力制御部５００の内部流体の圧力は圧力センサ５１４によって検知され、監視される。例えば、想定される範囲を超える異常圧力を検出した場合には、加圧を停止する制御を行うことができる。
【００５６】
圧力制御部５００は、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８と接する上部板５１１が変形板であり、下部板５１０が高剛性板である。圧力制御部５００は、内部の流体量により膨張または収縮して、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８と接する面に対して圧力をコントロールすることができる。特に、昇降部３３０から受ける圧力との関係において、圧力制御部５００の内部に流入出させる流体量を調整すると、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８と接する面を、フラットにしたり、周縁部を凸状にしたり、中心部を凸状にコントロールすることができる。圧力制御部５００は、ゴムシート等から形成される袋であってもよい。
【００５７】
図６は、中空室５１２に流体を導入して流体の圧力を高めた場合における上部板５１１の変形を概念的に示す図面である。圧力制御部５００の内部流体の圧力が高いと、上部板５１１が膨らみ、中空室５１２の外部に向かって変形する。上部板５１１の中心部の変形が最も大きく、周縁部に向かって変形が徐々に小さくなる。
【００５８】
図７は、中空室５１２の流体圧力を下げた場合における上部板５１１の変形を概念的に示す図面である。圧力制御部５００の内部流体の圧力が低いと、上部板５１１が凹み、中空室５１２の内部に向かって変形する。この場合も、上部板５１１の中心部の変形が最も大きく、周縁部に向かって変形が徐々に小さくなるが、図３の場合と違って、変形の方向が逆である。
【００５９】
上部板５１１の変形に伴って、上部板５１１の上面に設置された誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、縦方向に上下できる。即ち、誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８は、ホルダ対に近接および離間する方向に互いに独立して移動することができる。上述のように、昇降部３３０の上昇により第１ステージ３１０と第２ステージ３２０との間に挟まれたホルダ対に加える圧力は、ピストン３３２から、第２ステージ３２０の底板、圧力制御部５００、誘導コイル組４１０、熱絶縁材４２０、トッププレート４３０の順に、最後にホルダ対まで伝達する。圧力制御部５００の流体圧力を調整することにより、誘導コイル組４１０の各誘導コイルを上下させることにより、各誘導コイルから熱絶縁材４２０及びトッププレート４３０を介してホルダ対に伝達する圧力を調整することができる。
【００６０】
よって、圧力制御部５００の流体圧力を調整することにより、ホルダ対に加える圧力の面内分布を細かく調整することができる。図６の場合には、中心部の誘導コイル４１８が大きく上昇し、周縁部の誘導コイル４１２の上昇量が少ないので、それに対応して、ホルダ対の中心部に与える圧力が大きく、周縁部に与える圧力が小さい圧力分布が得られる。これに対して、図７の場合には、ホルダ対の中心部に与える圧力が小さく、周縁部に与える圧力が大きい圧力分布が得られる。
【００６１】
加熱装置２４０に上述の誘導加熱を採用することにより、加熱機構及び加圧機構の構造を簡単にすることができる。誘導加熱を採用することにより、加熱したい箇所だけ加熱することができる。よって、高精度の温度及び圧力の制御を維持しながら、装置のコストを削減でき、装置のメンテナンスが簡便にすることができる。誘導加熱を採用することにより、加熱過程の立ち上がりが速く、積層基板の製造スループットを向上できる。誘導加熱を採用することにより、ヒーター加熱に比べて消費電力が小さい。また、上の第１ステージ３１０及び下の第２ステージ３２０にそれぞれ第１誘導加熱部３１２及び第２誘導加熱部３２２を設けることにより、上の第１基板１２２も下の第２基板１２３も効率よく加熱することができる。
【００６２】
なお、図１から図７に示す実施形態において、第１基板１２２及び第２基板１２３はそれぞれ上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５に保持されているが、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を用いなくてもよい。この場合に第１基板１２２及び第２基板は重ねあわされた状態で、加熱装置２４０に装填され、第２ステージ３２０に設置される。第１誘導加熱部３１２は第１ステージ３１０のトッププレートに渦電流を発生させて発熱体として発熱させる。さらに、第２誘導加熱部３２２は第２ステージ３２０のトッププレート４３０に渦電流を発生させて発熱体として発熱させる。第１ステージ３１０のトッププレートおよび第２ステージ３２０のトッププレート４３０は、伝熱により第１基板１２２及び第２基板１２３を加熱する。この加熱により、第１基板１２２及び第２基板１２３における電極接合面の電極同士を確実に接合することができる。トッププレートを発熱体として発熱させるのに代えて、第１誘導加熱部３１２および第２誘導加熱部３２２は第１基板１２２および第２基板１２３自体に渦電流を発生させて誘導加熱させてもよい。
【００６３】
また、図１から図７に示す実施形態において、第１誘導加熱部３１２は第１ステージ３１０のトッププレートを発熱体として発熱させ、第２誘導加熱部３２２は第２ステージ３２０のトッププレート４２０を発熱体として発熱させるが、発熱体はこれらに限られない。これに代えてまたはこれに加えて、第１誘導加熱部３１２は上基板ホルダ１２４に渦電流を発生させて発熱体として発熱させ、第２誘導加熱部３２２は下基板ホルダ１２５に渦電流を発生させて発熱体として発熱させてもよい。
【００６４】
図８は、積層半導体装置を製造する製造方法の概略を示す。図８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んで、第１基板１２２および第２基板１２３に半導体装置を形成する基板処理ステップＳ１４０、上記の基板貼り合せ装置を用いて、処理された第１基板１２２および第２基板１２３を接合する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。
【００６５】
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。
【００６６】
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】
【００６７】
１００  基板貼り合せ装置、１０２  筐体、１０４  常温部、１０６  高温部、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  上ステージ、１４２  下ステージ、１４５  断熱壁、１４６  シャッタ、１４８  制御部、２２０  エアロック、２２２  シャッタ、２２４  シャッタ、２３０  ロボットアーム、２４０  加熱装置、２５０  冷却装置、３００  断熱室、３０４  位置止め機構、３１０  第１ステージ、３１２  第１誘導加熱部、３２０  第２ステージ、３２２  第２誘導加熱部、３３０  昇降部、３３２  ピストン、３３４  シリンダ、４１０  誘導コイル組、４１２  誘導コイル、４１４  誘導コイル、４１６  誘導コイル、４１８  誘導コイル、４２０  熱絶縁材、４３０  トッププレート、４４０  電流供給部、４５０  誘導コイル組、４６０  トッププレート、５００  圧力制御部、５０３  流体供給管、５１０  下部板、５１１  上部板、５１２  中空室、５１４  圧力センサ
【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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【図７】
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【図８】
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