(57)【要約】【課題】搬送中に、位置合わせされた基板と基板との相対位置がずれるといった課題がある。【解決手段】基板貼り合せ方法は、仮接合部において、複数の基板を重ね合わせて複数の対向面および側面の少なくとも一方の一部を仮接合部材によって接合する仮接合段階と、前記仮接合段階で仮接合された前記複数の基板を、本接合部へ搬送する搬送段階と、前記本接合部において、前記仮接合段階で仮接合された前記複数の基板を本接合部材によって本接合する本接合段階とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮接合部において、複数の基板を重ね合わせて複数の対向面および側面の少なくとも一方の一部を仮接合部材によって接合する仮接合段階と、
前記仮接合段階で仮接合された前記複数の基板を、本接合部へ搬送する搬送段階と、
前記本接合部において、前記仮接合段階で仮接合された前記複数の基板を本接合部材によって本接合する本接合段階と
を備える基板貼り合せ方法。
【請求項２】
前記仮接合部材と前記本接合部材は、異なる接合材料を含む
請求項１に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項３】
前記仮接合段階では、
少なくとも一方の基板上に離間して配された複数の仮接合部材によって接合される
請求項１または２に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項４】
前記仮接合段階での接合強度は、前記本接合段階での接合強度よりも低い
請求項１から３のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項５】
前記仮接合段階では、前記基板に形成された素子と絶縁された前記仮接合部材によって、前記複数の基板を仮接合するとともに、
前記本接合段階では、一の基板に形成された素子と他の基板に形成された素子とを電気的に接続する前記本接合部材によって本接合する
請求項１から４のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項６】
前記仮接合部材は、複数であって、
複数の仮接合部材の個数は、前記本接合部材の接合強度の高い領域に比べて、前記本接合部材の接合強度の低い領域の方が多い
請求項１から５のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項７】
前記仮接合段階において、前記仮接合部材が接合された状態では、本接合段階で互いに接合される前記本接合部材は離間している
請求項１から６のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項８】
前記仮接合部材は複数であって、
複数の仮接合部材は、前記複数の基板間の距離に合わせて配置される
請求項１から７のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項９】
前記仮接合部材は、前記本接合部材よりも融点が低い
請求項１から８のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１０】
前記仮接合部材は、前記本接合部材よりも柔らかい
請求項１から９のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１１】
前記仮接合部材は、前記本接合部材よりも接合面積が小さい
請求項１から１０のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１２】
前記仮接合部材は、一の基板に形成された被ガイド部を有する仮接合部材と、他の基板に形成され、前記被ガイド部をガイドするガイド部を有する仮接合部材とを含む
請求項１から１１のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１３】
一の基板に形成された仮接合部材は、他の基板に形成された仮接合部材と嵌合する
請求項１から１２のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１４】
前記仮接合段階では、
前記複数の基板間に設けられた光硬化樹脂に、前記複数の基板の側面から硬化用の光を照射して、前記光硬化樹脂を硬化させることにより、前記複数の基板を仮接合する
請求項１から１３のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１５】
前記光硬化樹脂は、前記複数の基板の全面に設けられる
請求項１４に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１６】
前記硬化用の光を前記光硬化樹脂の一部に照射して、前記光硬化樹脂を硬化させる
請求項１５に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１７】
前記仮接合段階では、
振動部材によって前記仮接合部材に超音波振動を付与して、前記複数の基板を仮接合する
請求項１から１３のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１８】
前記基板の面方向において、前記超音波振動の振幅の２倍は、前記仮接合部材の幅よりも小さい
請求項１７に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項１９】
前記仮接合段階では、
導電性材料を含む前記仮接合部材を加熱して、前記複数の基板を仮接合する
請求項１から１３のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項２０】
前記仮接合部材を磁場発生源から発生した磁場により誘導加熱する
請求項１９に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項２１】
前記仮接合部材は、前記基板の素子形成領域の外側に配され、
前記磁場発生源は、前記基板の側面から前記仮接合部材に磁場を付与する
請求項２０に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項２２】
前記仮接合段階では、
各基板から外側に延びる仮接合部材を介して、前記複数の基板を仮接合する
請求項１から１３のいずれか１項に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項２３】
前記複数の基板は、第１基板、第２基板及び第３基板を含み
平面視において、前記第１基板と前記第２基板とを仮接合する第１仮接合部材と、前記第２基板と前記第３基板とを仮接合する第２仮接合部材とが異なる位置に配置されている
請求項２２に記載の基板貼り合せ方法。
【請求項２４】
前記仮接合部材を前記基板に設ける仮接合部材設置段階を有する請求項１から２３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項２５】
前記複数の基板を位置合わせする位置合わせ段階を有し、
前記仮接合部材設置段階は、前記位置合わせ段階の前に実施される請求項２４に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項２６】
前記本接合部材を前記基板に設ける本接合部材設置段階を有し、
前記仮接合部材設置段階は、前記本接合部材設置段階の後に実施される請求項２４または２５に記載の基板貼り合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板貼り合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置合わせした複数の基板を搬送した後、加熱または加圧等によって貼り合わせる基板貼り合わせ方法が知られている。
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】
しかしながら、搬送中に、位置合わせされた基板と基板との相対位置がずれるといった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、仮接合部において、複数の基板を重ね合わせて複数の対向面および側面の少なくとも一方の一部を仮接合部材によって接合する仮接合段階と、前記仮接合段階で仮接合された前記複数の基板を、本接合部へ搬送する搬送段階と、前記本接合部において、前記仮接合段階で仮接合された前記複数の基板を本接合部材によって本接合する本接合段階とを備える基板貼り合せ方法を提供する。
【０００５】
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】
【０００６】
【図１】基板貼り合わせ装置１０の全体構成図である。
【図２】アライナ２８の全体構成の側面図である。
【図３】アライナ２８の動作を説明する図である。
【図４】アライナ２８の動作を説明する図である。
【図５】基板貼り合わせ方法の一工程であるアライナによる基板９０、９０の仮接合を説明する図である。
【図６】仮接合部材９６の位置関係を説明する基板９０の平面図である。
【図７】収容室５５及び加熱加圧装置５６の全体構成を説明する正面図である。
【図８】基板貼り合わせ方法の一工程である加熱加圧装置５６による基板９０、９０の本接合を説明する図である。
【図９】本接合された電極パッド９８と仮接合部材９６の状態を説明する図である。
【図１０】仮接合部材９６の個数を変形した実施形態の平面図である。
【図１１】仮接合部材９６の樹脂材料を全面に塗布した実施形態の平面図である。
【図１２】図１１の実施形態の一部の縦断面図である。
【図１３】仮接合部材９６の配置を変更した実施形態の一部の平面図である。
【図１４】仮接合部材９６を側面に形成した実施形態の縦断面図である。
【図１５】仮接合部材の形状を変更した実施形態の縦断面図である。
【図１６】仮接合部材の形状を変更した実施形態の縦断面図である。
【図１７】仮接合部材の形状を変更した実施形態の縦断面図である。
【図１８】仮接合部材の接合方法を変更した実施形態の縦断面図である。
【図１９】仮接合部材の接合方法を変更した実施形態の縦断面図である。
【図２０】仮接合部材を変更した実施形態の下層の基板の平面図である。
【図２１】仮接合部材を変更した実施形態の中層の基板の平面図である。
【図２２】仮接合部材を変更した実施形態の上層の基板の平面図である。
【図２３】３枚の基板が積層された状態での縦断面図である。
【図２４】上層の基板が、先に仮接合された２枚の基板に仮接合された状態の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
【０００８】
図１は、基板貼り合わせ装置の全体構成図である。基板貼り合わせ装置１０は、２枚の基板９０、９０を貼り合わせて、重ね合わせ基板９２を製造する。尚、基板貼り合わせ装置１０が、３枚以上の基板９０を貼り合わせて、重ね合わせ基板９２を製造するように構成してもよい。
【０００９】
本実施形態による基板貼り合わせ装置１０は、位置合わせされた基板と基板とを仮接合することによって、搬送中の基板と基板との相対位置のずれを抑制する。図１に示すように、基板貼り合わせ装置１０は、筐体１２と、常温部１４と、高温部１６と、制御部１８とを備える。筐体１２は、常温部１４及び高温部１６を囲むように形成されている。
【００１０】
常温部１４は、複数の基板カセット２０、２０、２０と、ロボットアーム２４と、プリアライナ２６と、アライナ２８と、ロボットアーム３０とを有する。
【００１１】
基板カセット２０は、基板貼り合わせ装置１０において結合されて貼り合わされる基板９０を収容する。また、基板カセット２０は、基板貼り合わせ装置１０において結合されて貼り合わされた重ね合わせ基板９２を収容する。基板カセット２０は、筐体１２の外面に脱着可能に装着されている。これにより、複数の基板９０を基板貼り合わせ装置１０に一括して装填できる。また、複数組の重ね合わせ基板９２を一括して回収できる。基板貼り合わせ装置１０によって貼り合わされる基板９０は、素子、回路、端子等が形成された単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、及び、ガラス基板等である。また、装填された基板９０が、既に複数のウエハが積層された重ね合わせ基板９２であってもよい。
【００１２】
ロボットアーム２４は、筐体１２の内部であって、基板カセット２０の近傍に配置されている。ロボットアーム２４は、基板カセット２０に装填されている基板９０をプリアライナ２６に搬送する。ロボットアーム２４は、プリアライナ２６に搬送した基板９０を、後述するアライナ２８の固定ステージ部３６または移動ステージ部３８へと搬送する。尚、ロボットアーム２４は、固定ステージ部３６に搬送する基板９０を反転させる。ロボットアーム２４は、結合されて移動ステージ部３８まで搬送された重ね合わせ基板９２を基板カセット２０、２０、２０の何れかに搬送する。
【００１３】
プリアライナ２６は、筐体１２の内部であって、ロボットアーム２４の近傍に配置されている。プリアライナ２６は、アライナ２８に基板９０を装填する場合に、高精度であるがゆえに、狭いアライナ２８の調整範囲に基板９０が装填されるように、基板９０の位置を仮合わせする。これにより、アライナ２８における基板９０の位置決めが、迅速且つ正確にできる。
【００１４】
アライナ２８は、仮接合部の一例である。アライナ２８は、ロボットアーム２４とロボットアーム３０との間に配置されている。アライナ２８は、枠体３４と、固定ステージ部３６と、移動ステージ部３８と、一対のシャッタ４０及びシャッタ４２とを有する。
【００１５】
枠体３４は、固定ステージ部３６及び移動ステージ部３８を囲むように形成されている。枠体３４の基板カセット２０、２０、２０側の面及び高温部１６側の面は、基板９０等を搬入及び搬出可能に、開口されている。
【００１６】
固定ステージ部３６は、枠体３４の内側であって、基板カセット２０の近傍に固定されている。固定ステージ部３６の下面は、基板９０を保持した状態で、ロボットアーム３０により移動ステージ部３８から搬送される基板９０を真空吸着する。
【００１７】
移動ステージ部３８は、枠体３４の内側であって、高温部１６側に配置されている。移動ステージ部３８の上面は、基板９０を真空吸着する。移動ステージ部３８は、枠体３４の内部を水平方向及び鉛直方向に移動する。移動ステージ部３８は、移動することによって、固定ステージ部３６に保持された基板９０に対して、自己が保持する基板９０を位置合わせした後、重ね合わせる。移動ステージ部３８は、重ね合わせた基板９０、９０を仮接合する。
【００１８】
シャッタ４０は、枠体３４の基板カセット２０側の開口を開閉する。シャッタ４２は、枠体３４の高温部１６側の開口を開閉する。枠体３４及びシャッタ４０、４２に囲まれた領域は、空気調整機等に連通されて、温度管理される。これにより、基板９０と基板９０との位置合わせの精度が向上する。
【００１９】
ロボットアーム３０は、筐体１２の内部であって、高温部１６とアライナ２８との間に配置されている。ロボットアーム３０は、移動ステージ部３８によって位置合わせされて、仮接合された一対の基板９０を真空吸着して、高温部１６へと搬送する。ロボットアーム３０は、高温部１６において、結合されて貼り合わされた重ね合わせ基板９２を高温部１６から移動ステージ部３８へと搬送する。
【００２０】
高温部１６は、基板貼り合わせ装置１０の貼り合わせ工程において、高温且つ真空状態に設定される。高温部１６は、断熱壁４６と、エアロック室４８と、一対のシャッタ５０及びシャッタ５２と、ロボットアーム５４と、５個の収容室５５と、５個の加熱加圧装置５６とを備える。ロボットアーム５４は、搬送部の一例である。尚、加熱加圧装置５６の個数は、５個に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。
【００２１】
断熱壁４６は、高温部１６を包囲する。これにより、断熱壁４６は、高温部１６の高い内部温度を維持するとともに、高温部１６から外部への熱輻射を遮断する。この結果、断熱壁４６は、高温部１６の熱が常温部１４に及ぼす影響を低減する。また、断熱壁４６は、高温部１６と外部との気体の流れを遮断する。これにより、断熱壁４６は、高温部１６の真空状態を維持する。
【００２２】
エアロック室４８は、常温部１４と高温部１６とを連結する。エアロック室４８の常温部１４側及び高温部１６側は、一対の基板９０を含む重ね合わせ基板９２を搬送可能に開口されている。
【００２３】
シャッタ５０は、エアロック室４８の常温部１４側の開口を開閉する。シャッタ５０が開状態になると、エアロック室４８が常温部１４と連通される。これにより、エアロック室４８は、常温部１４と略同じ気圧となる。この状態で、ロボットアーム３０は、エアロック室４８とアライナ２８との間で、重ね合わせ基板９２を搬送する。
【００２４】
シャッタ５２は、エアロック室４８の高温部１６側の開口を開閉する。シャッタ５２が開状態になると、エアロック室４８は、高温部１６と連通される。これにより、エアロック室４８は、高温部１６と略同じ気圧となる。尚、貼り合わせ工程において、シャッタ５０及びシャッタ５２の両方が開状態になることはない。
【００２５】
ロボットアーム５４は、シャッタ５２が開状態において、ロボットアーム３０によりエアロック室４８に搬入された基板９０、９０を、何れかの加熱加圧装置５６へと搬入する。ロボットアーム５４は、加熱加圧装置５６により本接合された基板９０、９０を含む重ね合わせ基板９２をエアロック室４８へと搬送する。
【００２６】
収容室５５は、中空状に形成されている。収容室５５は、加熱加圧装置５６の主要部を収容して包囲する。収容室５５は、重ね合わせ基板９２を搬入及び搬出するために、開閉可能な開口部を有する。収容室５５は、重ね合わせ基板９２が搬入された後、真空状態にするために密閉される。
【００２７】
加熱加圧装置５６は、本接合部の一例である。加熱加圧装置５６は、断熱壁４６の内部に配置されている。３個の加熱加圧装置５６は、断熱壁４６の中心の周りに略等角度間隔で配置されている。加熱加圧装置５６は、ロボットアーム５４によってエアロック室４８から搬入された重ね合わせ基板９２を保持する。加熱加圧装置５６は、結合温度状態の重ね合わせ基板９２を加圧する。そして、加熱加圧装置５６は、重ね合わせ基板９２の基板９０が結合可能な結合温度まで、搬入された重ね合わせ基板９２を昇温させる。これにより、加熱加圧装置５６は、重ね合わせ基板９２を結合して貼り合わせる。
【００２８】
ロボットアーム５４は、結合されて貼り合わされた重ね合わせ基板９２を加熱加圧装置５６からエアロック室４８へと搬送する。
【００２９】
制御部１８は、基板貼り合わせ装置１０の全体の動作を制御する。制御部１８は、基板貼り合わせ装置１０の電源投入、各種設定等をする場合に、ユーザが外部から操作する操作部を有する。
【００３０】
上述した基板貼り合わせ装置１０による基板貼り合わせ方法について説明する。まず、ロボットアーム２４が、プリアライナ２６を経由して、基板カセット２０からアライナ２８の移動ステージ部３８及び固定ステージ部３６へと基板９０、９０を１枚ずつ搬送する。固定ステージ部３６及び移動ステージ部３８は、それぞれ基板９０、９０を吸着して保持する。次に、移動ステージ部３８は、基板９０と基板９０とを位置合わせする。この後、移動ステージ部３８は、保持する基板９０を上昇させて、基板９０、９０を重ね合わせて、基板９０、９０の対向面の一部を後述する仮接合部材によって仮接合する。この後、移動ステージ部３８が、仮接合された基板９０、９０をロボットアーム３０の近傍まで移動させる。ロボットアーム３０は、移動ステージ部３８上の基板９０、９０をエアロック室４８へと搬送する。ロボットアーム５４は、エアロック室４８から加熱加圧装置５６へと仮接合された一対の基板９０、９０を搬送する。加熱加圧装置５６は、基板９０、９０を加熱及び加圧して、仮接合された一対の基板９０、９０の電極パッド同士を電気的に接合することにより本接合する。これにより、重ね合わせ基板９２が完成する。この後、ロボットアーム５４、３０、２４が、重ね合わせ基板９２を基板カセット２０へと搬出する。これにより、基板貼り合わせ工程が終了する。
【００３１】
図２は、アライナ２８の全体構成の側面図である。図２に示すように、枠体３４は、底板１０２と、天板１０４と、側壁１０６とを備える。底板１０２と天板１０４は、互いに平行に配置されている。側壁１０６は、底板１０２と天板１０４とを連結しつつ、側面を囲う。シャッタ４０、４２に対応する領域の側壁１０６は、開口されている。
【００３２】
移動ステージ部３８は、一部がＸＹＺ方向に移動可能に、底板１０２に設けられている。移動ステージ部３８は、Ｘ方向駆動部１１０と、Ｙ方向駆動部１１２と、Ｚ方向駆動部１１４と、複数の揺動駆動部１１６と、下ステージ１１８と、下顕微鏡１２０と、下反射鏡１２２と、紫外線光源１２４とを備える。
【００３３】
Ｘ方向駆動部１１０は、底板１０２に設けられたＸガイドレール１１１を介して、底板１０２に配置されている。Ｘ方向駆動部１１０は、Ｘガイドレール１１１に沿って、Ｙ方向駆動部１１２をＸ方向に移動させる。Ｙ方向駆動部１１２は、Ｘ方向駆動部１１０の上面に配置されている。Ｙ方向駆動部１１２は、下ステージ１１８をＹ方向に移動させる。Ｚ方向駆動部１１４は、下ステージ１１８をＹ方向駆動部１１２の上面の中央部に配置されている。Ｚ方向駆動部１１４は、下ステージ１１８をＺ方向に駆動する。これにより、Ｚ方向駆動部１１４は、下ステージ１１８に吸着された基板９０を、固定ステージ部３６に吸着された基板９０に接触及び加圧できる。
【００３４】
下ステージ１１８は、球面座１１５を介して、Ｚ方向駆動部１１４に支持されている。下ステージ１１８は、基板９０を真空吸着する。
【００３５】
複数の揺動駆動部１１６は、Ｙ方向駆動部１１２の上面の周縁部に配置されている。複数の揺動駆動部１１６は、それぞれ個別に伸縮駆動する。これにより、揺動駆動部１１６は、Ｚ方向駆動部１１４の上部に設けられた球面座１１５を揺動軸として、下ステージ１１８を揺動させる。
【００３６】
下顕微鏡１２０は、下ステージ１１８に固定されている。下顕微鏡１２０は、上方を観察可能に設置されている。これにより、下顕微鏡１２０は、固定ステージ部３６に吸着された基板９０のアライメントマーク９４を観察する。この結果、下ステージ１１８に対する固定ステージ部３６の基板９０の相対位置を測定する。下反射鏡１２２は、図示しない干渉計からの出射光を反射する。これにより、下ステージ１１８の位置及び移動量を検出する。
【００３７】
紫外線光源１２４は、基板９０の周りに、例えば、３個設けられている。紫外線光源１２４は、紫外線を照射可能なレーザまたは発光ダイオード等を有する。紫外線光源１２４は、基板９０上に塗布された仮接合部材９６が基板９０と基板９０とに接触した状態で、硬化用の光である紫外線を仮接合部材９６に照射する。これにより、光硬化樹脂の一例であって、絶縁性の紫外線硬化樹脂を含む仮接合部材９６が硬化して、基板９０と基板９０とが仮接合される。
【００３８】
図示しないが、アライナ２８は、下ステージ１１８を鉛直方向の周りに回転させる回転駆動部を有する。これにより、アライナ２８は、基板９０、９０を回転させて、基板９０、９０の回転方向の位置合わせをする。
【００３９】
固定ステージ部３６は、天板１０４に固定されている。固定ステージ部３６は、複数のロードセル１３０と、上ステージ１３２と、上反射鏡１３４と、上顕微鏡１３６とを備える。
【００４０】
複数のロードセル１３０は、天板１０４に固定されている。複数のロードセル１３０は、圧力を検出する。上ステージ１３２は、ロードセル１３０を介して、天板１０４に支持されている。これにより、上ステージ１３２に作用する圧力がロードセル１３０によって検出される。上ステージ１３２の下面は、基板９０を真空吸着する。
【００４１】
上反射鏡１３４は、上ステージ１３２の位置及び移動量を検出するための干渉計からの出射光を反射する。上顕微鏡１３６は、上ステージ１３２の近傍であって、天板１０４に固定されている。上顕微鏡１３６は、移動ステージ部３８に吸着された基板９０のアライメントマーク９４を観察する。この結果、上ステージ１３２に対する移動ステージ部３８の相対位置を測定する。
【００４２】
図３及び図４は、アライナ２８の動作を説明する図である。図５は、基板貼り合わせ方法の一工程であるアライナによる基板９０、９０の仮接合を説明する図である。
【００４３】
まず、基板９０、９０に仮接合部材９６を設ける。次に、シャッタ４０が開状態となる。この状態で、図２に示すように、ロボットアーム２４が、移動ステージ部３８の下ステージ１１８及び固定ステージ部３６の上ステージ１３２に基板９０、９０を順に載置する。下ステージ１１８及び上ステージ１３２は、それぞれ基板９０、９０を真空吸着する。
【００４４】
次に、図３に示すように、Ｘ方向駆動部１１０及びＹ方向駆動部１１２を駆動させて、下ステージ１１８及び上ステージ１３２に保持されている基板９０、９０を概ね対向させる。この状態で、カメラ等により基板９０、９０を観察しつつ、揺動駆動部１１６を動作させて、基板９０、９０の対向する面を平行にする。
【００４５】
次に、Ｘ方向駆動部１１０及びＹ方向駆動部１１２を駆動させて、下ステージ１１８に保持されている基板９０のアライメントマーク９４を上顕微鏡１３６の視野に入れる。これにより、上ステージ１３２に対する当該基板９０の相対位置を測定する。同様に、上ステージ１３２に保持されている基板９０のアライメントマーク９４を下顕微鏡１２０によって観察して、下ステージ１１８に対する当該基板９０の相対位置を測定する。
【００４６】
これらの測定に基づいて、一対の基板９０、９０の水平方向の相対位置のずれ量を算出する。このずれ量を解消する位置合わせ量を算出して、その位置合わせ量に基づいて、下ステージ１１８を移動させる。これにより、一対の基板９０、９０が位置合わせされる。尚、上述した基板９０、９０に仮接合部材９６を設ける段階は、基板９０、９０の位置合わせの前に実施されることが好ましい。
【００４７】
この後、図４に示すように、Ｚ方向駆動部１１４を駆動させて、下ステージ１１８を上昇させる。これにより、基板９０と基板９０とが近接する。
【００４８】
この状態では、図５に示すように、上側の基板９０の仮接合部材９６と下側の基板９０の仮接合部材９６は接触する。ここで、仮接合部材９６の基板９０の表面からの高さが、基板９０に形成された素子と電気的に接続された電極パッド９８の基板９０の表面からの高さよりも高い。従って、仮接合部材９６、９６同士が接触しても、対向する基板９０、９０に形成された電極パッド９８、９８同士は接触せずに離間している。尚、電極パッド９８は、本接合部材の一例である。基板９０、９０に仮接合部材９６を設ける段階は、電極パッド９８を設ける後に実施することが好ましい。仮接合部材９６は、素子及び電極パッド９８が形成された基板９０をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等によって表面研磨した後に形成することが好ましい。
【００４９】
また、仮接合部材９６と電極パッド９８は、異なる接合材料を含む。例えば、仮接合部材９６を紫外線硬化樹脂によって構成して、電極パッド９８を金属材料によって構成する。この場合、仮接合部材９６は、電極パッド９８よりも柔らかく、後述する電極パッド９８、９８同士を接合する本接合において、仮接合部材９６が、負荷となることを低減できる。
【００５０】
図６は、仮接合部材９６の位置関係を説明する基板９０の平面図である。図６に示すように、３個の仮接合部材９６は、平面視において、極めて小さく、３個の仮接合部材９６の合計の接合面積は、本接合される電極パッド９８の合計の接合面積よりも小さい。また、樹脂による仮接合部材９６のそれぞれの接合強度は、金属からなる個々の電極パッド９８による接合強度よりも低い。従って、仮接合後の３個の仮接合部材９６による合計の接合強度は、本接合後の電極パッド９８の合計の接合強度よりも弱い。３個の仮接合部材９６は、基板９０の周縁部に、互いに離間して配置されている。３個の仮接合部材９６は、基板９０の中心の周りに１２０°間隔で配置されている。３個の仮接合部材９６が３個の紫外線光源１２４に対向するように、基板９０は、移動ステージ部３８に設置される。また、仮接合部材９６は、素子が形成される素子領域よりも外側に配置されて、素子から絶縁されている。仮接合部材９６は、スクライブライン９９上に設けられている。尚、スクライブライン９９は、基板９０、９０の貼り合わせ後、重ね合わせ基板９２を素子単位に分割するラインである。
【００５１】
このように基板９０、９０が互いに近接された後、図５及び図６に示すように、３個の紫外線光源１２４が、基板９０上の３個所に形成された仮接合部材９６に紫外線を照射する。この結果、仮接合部材９６が硬化して、基板９０、９０が位置合わせされた状態で、互いに相対移動不能に仮接合される。この状態においても、異なる基板９０、９０に形成された電極パッド９８、９８同士は離間している。
【００５２】
図７は、収容室５５及び加熱加圧装置５６の全体構成を説明する正面図である。図７に示すように、収容室５５は、基板９０を搬入及び搬出するための開口部１４２を開閉するシャッタ１４４を備える。
【００５３】
加熱加圧装置５６は、固定台１５０と、下加熱部１５２と、昇降部１５４と、上加熱部１５６と、鉛直顕微鏡１５８と、水平顕微鏡１６０とを備える。
【００５４】
固定台１５０は、収容室５５の床に固定されている。下加熱部１５２は、固定台１５０の上面に固定されている。下加熱部１５２は、基板９０を真空吸着する。下加熱部１５２は、電熱線等を有する。これにより、下加熱部１５２は、基板９０を下側から加熱する。
【００５５】
昇降部１５４は、収容室５５の天井に固定されている。昇降部１５４は、上加熱部１５６を支持するとともに、上加熱部１５６を昇降させる。これにより、昇降部１５４は、上加熱部１５６を介して、基板９０、９０を加圧する。上加熱部１５６は、電熱線等によって、基板９０を上側から加熱する。
【００５６】
鉛直顕微鏡１５８は、上加熱部１５６に形成された観察穴１５７を介して、赤外線等の基板９０を透過可能な光によって、２枚の基板９０、９０のアライメントマークを観察する。これにより、２枚の基板９０、９０のアライメントマークに基づいて、一方の基板９０に対する他方の基板９０の位置ずれが検出される。水平顕微鏡１６０は、基板９０を側面から観察する。これにより、基板９０の撓み及びうねり等が検出される。
【００５７】
図８は、基板貼り合わせ方法の一工程である加熱加圧装置５６による基板９０、９０の本接合を説明する図である。図９は、本接合された電極パッド９８と仮接合部材９６の状態を説明する図である。
【００５８】
図７に示すように、アライナ２８によって位置合わせ及び仮接合された基板９０、９０が、加熱加圧装置５６の下加熱部１５２の上面に載置される。この状態で、鉛直顕微鏡１５８及び水平顕微鏡１６０によって、位置ずれ、変形等の基板９０、９０の異常を検出する。基板９０、９０の異常が検出された場合、基板９０、９０を搬出してもよい。これにより、本接合前の基板９０、９０を再利用できる。
【００５９】
次に、図８に示すように、下加熱部１５２及び上加熱部１５６による加熱が開始するとともに、昇降部１５４が、上加熱部１５６を下方へと移動させる。この後、上加熱部１５６の下面が、基板９０の上面に接触する。この状態から昇降部１５４は、更に、上加熱部１５６を介して、基板９０、９０を加圧する。これにより、図９に示すように、仮接合部材９６が圧縮されて、下側の基板９０の電極パッド９８と上側の基板９０の電極パッド９８とが接触する。下加熱部１５２及び上加熱部１５６による加熱によって電極パッド９８、９８が結合可能な温度まで昇温されると、その後、温度がその結合温度に保たれるとともに、基板９０、９０の加圧の圧力も維持される。これにより、電極パッド９８、９８が本結合されて、基板９０、９０のそれぞれに形成された素子が電極パッド９８、９８を介して電気的に接続される。尚、加熱が不要の場合は、省略してもよい。この結果、基板９０、９０が結合されて、重ね合わせ基板９２が完成する。この後、重ね合わせ基板９２は、ロボットアーム５４、３０、２４によって、基板カセット２０へと搬出される。尚、重ね合わせ基板９２が外部に搬出された後、仮接合部材９６を洗浄または吹き飛ばし等によって除去してから、スクライブライン９９に沿って素子単位に分割してもよい。
【００６０】
上述したように、本実施形態の基板貼り合わせ方法では、位置合わせされた基板９０と基板９０とを仮接合部材９６によって仮接合した後、加熱加圧装置５６へと搬送する。これにより、搬送中の基板９０と基板９０との位置ずれを抑制できる。更に、仮接合部材９６が、基板９０と基板９０の対向面に設けられ、外部に露出してないので、外力の影響を受けにくい。この結果、基板９０同士の位置ずれをより抑制できる。
【００６１】
上述の基板貼り合わせ方法では、仮接合部材９６を部分的に設けるとともに、仮接合部材９６の接合面積を、本接合される電極パッド９８の接合面積に比べて小さくしている。また、仮接合部材９６の接合力を電極パッド９８の接合力よりも小さくしている。これにより、本接合の後、仮接合部材９６を容易に除去することができる。
【００６２】
上述の基板貼り合わせ方法では、仮接合部材９６をスクライブライン９９上に設けている。これにより、仮接合部材９６のために使用できない基板９０の領域を低減することができる。
【００６３】
上述の基板貼り合わせ方法では、加熱加圧装置５６において、加熱及び加圧により本接合する前に、仮接合された基板９０、９０の位置ずれ及び変形を観察する。これにより、基板９０、９０の位置ずれ等の異常が検出された場合、本接合することなく基板９０を取り出すことによって、当該基板９０を再利用することができる。
【００６４】
次に、上述した実施形態の一部を変更した実施形態について説明する。
【００６５】
図１０は、仮接合部材９６の個数を変形した実施形態の平面図である。図１０に示すように、仮接合部材９６は、３個以上、例えば、１１個設けてもよい。ここで、紫外線光源１２４が、３個しか配置されていない場合、アライナ２８の回転駆動部が、鉛直方向に沿った回転軸の周りに基板９０を回転させればよい。これより、３個の紫外線光源１２４が、仮接合部材９６の１１個所に紫外線を順次照射することができる。また、基板９０の中心に仮接合部材９６を設けてもよい。これらの仮接合部材９６の個数及び配置は一例であって、適宜変更してよい。
【００６６】
図１１は、仮接合部材９６の樹脂材料を全面に塗布した実施形態の平面図である。図１２は、図１１の実施形態の一部の縦断面図である。図１１に示すように、紫外線硬化樹脂等の樹脂材料９７を基板９０と基板９０との間の略全面に塗布してもよい。この後、樹脂材料９７の一部に紫外線を照射することにより、照射された領域を仮接合部材９６として適用してよい。また、樹脂材料９７の全面に紫外線を照射して、全面を仮接合部材９６としてもよい。この場合、図１２に示すように、樹脂材料９７の厚みは、電極パッド９８、９８の高さの和よりも厚い方が好ましい。これにより、仮接合された基板９０の電極パッド９８と基板９０の電極パッド９８とが接続されること抑制できる。尚、樹脂材料９７の全面に紫外線を照射して、基板９０の略全面を仮接合してもよい。
【００６７】
図１３は、仮接合部材９６の配置を変更した実施形態の一部の平面図である。図１３に示すように、仮接合部材９６の個数が、本接合した状態での電極パッド９８、９８同士の接合力が高い領域に比べて、接合強度が低い領域の方が、多い。例えば、電極パッド９８の密度の多い領域よりも密度の少ない領域に配置される仮接合部材９６の個数を多くしてもよい。換言すれば、電極パッド９８から遠い領域は近い領域に比べて、電極パッド９８の個数を多くしてもよい。これにより、本接合した後、外力等により基板９０、９０同士が離間することを抑制できる。また、基板９０が、撓みなどによって変形して、基板９０と基板９０との間の距離が異なる場合、当該距離に合わせて仮接合部材９６を配置してもよい。例えば、基板９０と基板９０との距離が大きい領域は、小さい領域に比べて、仮接合部材９６を多く配置することが好ましい。これにより、当該距離が大きく、基板９０、９０同士が離間しやすい領域の仮接合の強度を向上させることができる。この結果、仮接合後の、基板９０、９０同士の離間を抑制できる。
【００６８】
図１４は、仮接合部材９６を側面に形成した実施形態の縦断面図である。図１４に示すように、仮接合部材９６を基板９０、９０の対向する面に形成するとともに、基板９０の側面に形成してもよい。これにより、紫外線光源１２４が、仮接合部材９６に容易に光を照射することができる。また、基板９０の側面を覆うことによって、基板９０、９０の水平方向の位置ずれをより効率よく抑制できる。
【００６９】
図１５は、仮接合部材の形状を変更した実施形態の縦断面図である。図１５に示すように、一方の仮接合部材２９６の接合側の端部に鋭角凸部２８０を設けてもよい。鋭角凸部２８０の先端部は、鋭角に形成されている。これにより、一方の仮接合部材２９６が他方の仮接合部材２９７に突き刺さった状態で、仮接合部材２９６、２９７同士が仮接合される。尚、一方の仮接合部材２９６は、他方の仮接合部材２９７と同じ材料、または、他方の仮接合部材２９７よりも硬い材料によって構成することが好ましい。更には、仮接合部材２９６、２９７同士を、プラズマまたは原子ビーム等によって、常温または低温で接合可能な材料で構成すること好ましい。仮接合部材２９６、２９７を構成する材料の一例は、金属である。
【００７０】
図１６は、仮接合部材の形状を変更した実施形態の縦断面図である。図１６に示すように、一方の仮接合部材３９６、３９７の先端には、被ガイド部に一例であるテーパ状に突出したテーパ凸部３８０が形成されている。他方の仮接合部材３９７の先端には、ガイド部の一例であるテーパ状に窪んだテーパ凹部３８２が形成されている。これにより、基板９０、９０同士が近接すると、テーパ凹部３８２が、テーパ凸部３８０をガイドする。この結果、基板９０、９０同士の位置決めが、容易にできる。この実施形態では、プラズマまたは原子ビーム等によって、常温または低温で接合可能な材料で構成すること好ましい。一例として、仮接合部材３９６、３９７の両方を金属によって構成してもよい。また、他の例として、仮接合部材３９６、３９７の一方をシリコン、仮接合部材３９６、３９７の他方をシリコン酸化膜、または、その逆に構成してもよい。
【００７１】
図１７は、仮接合部材の形状を変更した実施形態の縦断面図である。図１７に示すように、一方の仮接合部材４９６の先端には、部分的に突出した凸部４８０が形成されている。他方の仮接合部材４９７の先端には、凸部４８０と同形状の凹部４８２が形成されている。これにより、凸部４８０を凹部４８２に嵌合することにより、基板９０、９０同士を位置決めすることができる。また、位置決め後の、凸部４８０と凹部４８２の嵌め合いにより、水平方向の位置ずれを抑制できる。
【００７２】
図１８は、仮接合部材の接合方法を変更した実施形態の縦断面図である。図１８に示すように、アライナ２８の下ステージ５１８には、貫通穴５１３が形成されている。振動部材の一例である振動子５７２が、貫通穴５１３に挿入される。振動子５７２の先端は、基板９０の下面に接触している。振動子５７２は、超音波モータまたは圧電素子等によって、水平方向に超音波振動する。振動子５７２は、基板９０を介して、超音波振動を下側の仮接合部材５９６に付与する。これにより、当該仮接合部材５９６が、水平方向に超音波振動するので、摩擦熱が仮接合部材５９６と仮接合部材５９６との間に生じて、仮接合部材５９６、５９６が加熱される。ここで、仮接合部材５９６を低融点材料または熱硬化性樹脂等によって構成することにより、仮接合部材５９６、５９６同士が、仮接合される。尚、仮接合部材５９６の融点は、電極パッド９８の融点よりも低いことが好ましい。振動子５７２は、図１８に実線で示す位置と一点鎖線で示す位置の間を振動する。基板９０の面方向において、振動子５７２の振幅の２倍の幅Ｗ１は、仮接合部材５９６の同方向の幅Ｗ２よりも小さいことが好ましい。これにより、振動する一方の仮接合部材５９６が、他方の仮接合部材５９６から離間することを抑制できる。尚、振動子５７２を鉛直方向に振動させてもよい。
【００７３】
図１９は、仮接合部材の接合方法を変更した実施形態の縦断面図である。図１９に示すように、下ステージ１１８の周縁部には、磁場発生源６２４が設けられている。磁場発生源６２４には、交流電流が供給される。これにより、磁場発生源６２４は、基板９０の側面から磁場を発生させる。これにより、渦電流が、素子形成領域の外に配され、導電性材料を含む仮接合部材６９６に流れる。この結果、仮接合部材６９６、６９６は、ジュール熱により誘導加熱されて、接合される。仮接合部材６９６は、低融点の金属によって構成することが好ましく、特に、電極パッド９８を構成する材料よりも低融点であることが好ましい。また、磁場発生源６２４が、発生する磁場は高周波であることが好ましい。これにより、周縁部の仮接合部材６９６を効率よく加熱しつつ、内側の電極パッド９８の加熱を抑制できる。
【００７４】
次に、３枚の基板を貼り合せる場合の基板貼り合わせ方法について説明する。図２０は、仮接合部材を変更した実施形態の下層の基板の平面図である。図２１は、仮接合部材を変更した実施形態の中層の基板の平面図である。図２２は、仮接合部材を変更した実施形態の上層の基板の平面図である。
【００７５】
図２０に示すように、下層の基板７８９の外周には、外側へ延びる３個の下仮接合部材７９５が設けられている。下仮接合部材７９５は、基板７８９の外周から外側に突出している。３個の下仮接合部材７９５は、基板７８９の中心の周りに１２０°間隔で配置されている。
【００７６】
図２１に示すように、中層の基板７９０の外周には、外側へ延びる６個の中仮接合部材７９６が設けられている。６個の中仮接合部材７９６は、基板７９０の中心の周りに６０°間隔で配置されている。３個の中仮接合部材７９６は、平面視において、下仮接合部材７９５と同じ位置に配置されている。残りの中仮接合部材７９６は、平面視において、下仮接合部材７９５と異なる位置に配置されている。
【００７７】
図２２に示すように、上層の基板７９１の外周には、外側へ延びる３個の上仮接合部材７９７が設けられている。３個の上仮接合部材７９７は、基板７９１の周りに１２０°間隔で配置されている。３個の上仮接合部材７９７は、下仮接合部材７９５とは異なる位置に配置された３個の中仮接合部材７９６と同じ位置に配置されている。換言すれば、上仮接合部材７９７は、下仮接合部材７９５とは異なる位置に配置されている。
【００７８】
図２３は、下の２枚の基板７８９、７９０が位置合わせされて仮接合された状態の縦断面図である。図２４は、上層の基板７９１が、先に仮接合された２枚の基板７８９、７９０に仮接合された状態の縦断面図である。尚、図２３及び図２４は、図２１に示すＡ−Ａ線の個所の断面図である。
【００７９】
まず、図２３に示すように、下の２枚の基板７８９、７９０が、アライナ２８の固定ステージ部３６及び移動ステージ部３８によって、位置合わせされて積層されると、３個の中仮接合部材７９６が３個の下仮接合部材７９５と重なる。この状態で、中仮接合部材７９６が、下仮接合部材７９５と接合される。これにより、２枚の基板７８９、７９０が、仮接合される。尚、下仮接合部材７９５と中仮接合部材７９６との接合は、プラズマまたは原子ビーム等による表面活性化後に、常温接合してもよく、その他の接合方法によって接合してもよい。基板７８９、７９０は、加熱加圧装置５６に搬送されて、基板７８９、７９０に形成された電極パッド７８２と電極パッド７８４とが本接合される。この後、基板７８９、７９０は、基板貼り合わせ装置１０から取り出されて、基板７９０の上面に電極パッド７８４及び素子が形成される。
【００８０】
次に、図２４に示すように、上層の基板７９１が、固定ステージ部３６及び移動ステージ部３８によって、基板７８９、７９０に対して位置合わせされて積層されると、仮接合されていない残りの３個の中仮接合部材７９６が３個の上仮接合部材７９７と重なる。この状態で、中仮接合部材７９６が、上仮接合部材７９７と接合される。これにより、上層の基板７９１が、下の２枚の基板７８９、７９０に仮接合される。尚、接合方法は、下の２枚の仮接合方法と同様である。基板７８９、７９０、７９１は、加熱加圧装置５６に搬送されて、基板７９０、７９１に形成された電極パッド７８４と電極パッド７８６とが本接合されて、３層の重ね合わせ基板７９２となる。重ね合わせ基板７９２は、基板貼り合わせ装置１０から搬出されて、下仮接合部材７９５、中仮接合部材７９６、上仮接合部材７９７が除去される。尚、４層以上の基板を貼り合わせる場合、上述の工程を繰り返せばよい。
【００８１】
上述した仮接合部材を構成する材料は、一例であって、適宜変更してよい。例えば、２液の樹脂を混合することによる硬化する接着剤によって、仮接合部材を構成してもよい。この場合、２液の一方の液体を一方の基板の仮接合部材として塗布し、２液の他方の液体を他方の基板の仮接合部材として塗布する。そして、アライナによって仮接合部材同士を接触させることにより、２液を混合させて硬化すればよい。
【００８２】
上述した仮接合部材を構成する樹脂材料として、紫外線硬化樹脂を適用したが、他の樹脂を適用してもよい。例えば、仮接合部材を赤外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等によって構成してもよい。赤外線硬化樹脂を採用する場合、赤外線を透過可能な基板の場合、赤外線を鉛直方向から当該樹脂に照射してもよい。これにより、特定の領域の樹脂のみを硬化させることができる。
【００８３】
上述した実施形態では、仮接合部材を部分的に設ける場合、基板の対向する面の両方に仮接合部材を配置したが、一方の基板に仮接合部材を配置してもよい。
【００８４】
上述した実施形態では、素子等が形成された基板を貼り合せる例を示したが、基板に素子が形成されていなくてもよい。
【００８５】
また、仮接合部材の接合強度は、本接合の接合強度よりも高くてもよい。仮接合部材を導体にしてもよく、この場合、仮接合部材と素子と離間させて絶縁することが好ましい。
【００８６】
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。
【００８７】
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】
【００８８】
１０  基板貼り合わせ装置、      １２  筐体、      １４  常温部、      １６  高温部、      １８  制御部、      ２０  基板カセット、      ２４  ロボットアーム、      ２６  プリアライナ、      ２８  アライナ、      ３０  ロボットアーム、      ３４  枠体、      ３６  固定ステージ部、      ３８  移動ステージ部、      ４０  シャッタ、      ４２  シャッタ、      ４６  断熱壁、      ４８  エアロック室、      ５０  シャッタ、      ５２  シャッタ、      ５４  ロボットアーム、      ５５  収容室、      ５６  加熱加圧装置、      ９０  基板、      ９２  重ね合わせ基板、      ９４  アライメントマーク、      ９６  仮接合部材、      ９７  樹脂材料、      ９８  電極パッド、      ９９  スクライブライン、      １０２  底板、      １０４  天板、      １０６  側壁、      １１０  Ｘ方向駆動部、      １１１  Ｘガイドレール、      １１２  Ｙ方向駆動部、      １１４  Ｚ方向駆動部、      １１５  球面座、      １１６  揺動駆動部、      １１８  下ステージ、      １２０  下顕微鏡、      １２２  下反射鏡、      １２４  紫外線光源、      １３０  ロードセル、      １３２  上ステージ、      １３４  上反射鏡、      １３６  上顕微鏡、      １４２  開口部、      １４４  シャッタ、      １５０  固定台、      １５２  下加熱部、      １５４  昇降部、      １５６  上加熱部、      １５７  観察穴、      １５８  鉛直顕微鏡、      １６０  水平顕微鏡、      ２８０  鋭角凸部、      ２９６  仮接合部材、      ２９７  仮接合部材、      ３８０  テーパ凸部、      ３８２  テーパ凹部、      ３９６  仮接合部材、      ３９７  仮接合部材、      ４８０  凸部、      ４８２  凹部、      ４９６  仮接合部材、      ４９７  仮接合部材、      ５１８  下ステージ、      ５１３  貫通穴、      ５７２  振動子、      ５９６  仮接合部材、      ６２４  磁場発生源、      ６９６  仮接合部材、      ７８２  電極パッド、      ７８４  電極パッド、      ７８６  電極パッド、      ７８９  基板、      ７９０  基板、      ７９１  基板、      ７９２  重ね合わせ基板、      ７９５  下仮接合部材、      ７９６  中仮接合部材、      ７９７  上仮接合部材
【図１】
2013004609.tif 000003
【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】
2013004609.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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