ウェハ接合装置
【課題】加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるように、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収する。
【解決手段】ウェハ接合装置は、上部ユニット１０１Ｕと下部ユニット１０１Ｌの間に、接合される複数のウェハを配置し、上部ユニットと下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行う。ウェハ接合装置は、トッププレート１１１と、圧力プロファイル制御モジュールと、トッププレートと圧力プロファイル制御モジュールとの間に配置された加熱用のヒータ部と、を備える。ウェハ接合装置は、圧力プロファイル制御モジュールの表面に発生させた形状の変化がトッププレートの表面にもたらされる。
【解決手段】ウェハ接合装置は、上部ユニット１０１Ｕと下部ユニット１０１Ｌの間に、接合される複数のウェハを配置し、上部ユニットと下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行う。ウェハ接合装置は、トッププレート１１１と、圧力プロファイル制御モジュールと、トッププレートと圧力プロファイル制御モジュールとの間に配置された加熱用のヒータ部と、を備える。ウェハ接合装置は、圧力プロファイル制御モジュールの表面に発生させた形状の変化がトッププレートの表面にもたらされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のウェハを重ね合わせ、電極同士を接合して半導体集積回路を製造する
ウェハ接合装置に関する。特に、複数のウェハに加熱および加圧を行いながらウェハを接
合する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路を使用するノートパソコンや携帯電話などは、近年、ますます高度の機
能を備えるようになっている。この結果、半導体集積回路の高密度化、高機能化の要求が
高まっている。
【０００３】
半導体集積回路の高密度化、高機能化のための一つの方法は、ウェハを積層することで
ある。ウェハの積層を行うには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、２
枚のウェハあるいは既に積層されたウェハとさらに積層するつぎのウェハの電極同士を接
触させ、接合することが必要である。ウェハの電極同士を接合する場合に重要な点は、電
極同士を均一に接触させることと電極接合面を活性化させることである。電極同士を均一
に接触させるには、接合面の平面度を上げることが必要である。また、電極接合面を活性
化させるには、たとえば、加熱を行う。
【０００４】
このため、加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行う装置が開発されている（た
とえば、特開2005-302858号公報）。
【０００５】
図１５は、接合される二つのウェハ２０１Ｕおよび２０１Ｌの断面を示す図である。ウ
ェハの表面には、３乃至５ミクロンの凹凸が存在する（図１５Ａ）。この凹凸は、ウェハ
厚のばらつきに起因するものである。ウェハの接合面の平面度を上げるには、重ね合わせ
た二つのウェハ２０１Ｕおよび２０１Ｌの両側から圧力をかける。この場合、ウェハの接
合面が平坦になると、ウェハ厚のばらつきが、ウェハの接合面と反対側の面に現れる（図
１５Ｂ）。したがって、ウェハ厚のばらつきの、ウェハの接合面の平面度への影響を除去
するには、加圧および加熱を行うと共に、ウェハ厚のばらつきを吸収する必要がある。
【０００６】
また、ウェハの接合面の平面度を上げるには、加圧面の形状を変化させることも必要で
ある。
【０００７】
しかし、従来、加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるように
、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収するような、ウェハの接合装置は
開発されていなかった。
【発明の概要】
【０００８】
加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるように、加圧面の形状
を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収する、ウェハ接合装置に対するニーズがある。
【０００９】
本発明によるウェハ接合装置は、上部ユニットと下部ユニットの間に、接合される複数
のウェハを配置し、上部ユニットと下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウ
ェハの接合を行う。本発明によるウェハ接合装置は、前記上部ユニットと前記下部ユニッ
トとの間で前記複数のウェハを加圧する加圧ユニットと、前記複数のウェハが載置される
トッププレートと、表面の形状を変化させることができるように構成された圧力プロファ
イル制御モジュールと、前記トッププレートと前記圧力プロファイル制御モジュールとの
間に配置された加熱用のヒータ部と、を備え、前記加圧ユニットで加圧を行いながら、前
記圧力プロファイル制御モジュールの前記表面に発生させた形状の変化が前記トッププレ
ートの表面にもたらされることにより、前記加圧ユニットから前記トッププレートを介し
て前記複数のウェハに作用する圧力分布を変更できるように構成されていることを特徴と
する。
【００１０】
本発明のウェハ接合装置によれば、圧力プロファイル制御モジュールの表面の形状を変
化させることにより、加圧面であるトッププレートの表面の形状を変化させることができ
る。したがって、ウェハの接合面の平面度を上げることができる。
【００１１】
本発明の一実施形態によるウェハ接合装置は、圧力プロファイル制御モジュールに中空
部を設け、当該中空部内の圧力を制御できるように構成し、ウェハ厚みのばらつきを吸収
して接合面の平面度を向上させるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
本実施形態によるウェハ接合装置によれば、圧力プロファイル制御モジュールの中空部
内の圧力を制御することにより、圧力プロファイル制御モジュールが変形して、ウェハ厚
みのばらつきを吸収して接合面の平面度を向上させることができる。
【００１３】
本発明の他の実施形態によるウェハ接合装置は、ヒータ部が複数のヒートモジュールか
らなることを特徴とする。
【００１４】
ヒータ部が複数のヒートモジュールからなるので、圧力プロファイル制御モジュールの
変形をトッププレートに忠実に伝えることができる。また、ウェハ厚のばらつきに起因す
るトッププレートの変形を圧力プロファイル制御モジュールに忠実に伝えることができ、
圧力プロファイル制御モジュールが、確実にウェハ厚みのばらつき吸収することができる
。
【００１５】
本発明によれば、加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるよう
に、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収する、ウェハ接合装置が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による、ウェハの接合装置全体の構成を示す図である。
【図２Ａ】ヒータユニットの構成を示す図である。
【図２Ｂ】ヒータユニットの変形例の構成を示す図である。
【図３】複数のヒートモジュールの配置を示す図である。
【図４】ヒートモジュールの構成を示す図である。
【図５】ヒートモジュールの冷却用配管の構成を示す図である。
【図６】ヒートモジュール支持部材の形状を示す図である。
【図７】断熱部材の形状を示す図である。
【図８】加圧ユニットの構成を示す図である。
【図９】圧力プロファイル制御モジュールの形状を概念的に示す図である。
【図１０】加圧状態におけるヒータユニットの形状を概念的に示す図である。
【図１１】トッププレートの表面の形状を変化させる、他の実施形態による圧力プロ ファイル制御モジュールの構成を示す概念図である。
【図１２】トッププレートの表面の形状を変化させる、さらに他の実施形態による圧 力プロファイル制御モジュールの構成を示す概念図である。
【図１３】トッププレートの表面の形状を変化させる、別の実施形態を示す図である 。
【図１４】ワークの加圧および加熱方法の一例を示すフローチャートである。
【図１５】接合される二つのウェハの断面を示す図である。
【図１６】ヒートモジュール、およびトッププレートへ取り付けられたヒートモジュ ールを示す図である。
【図１７】トッププレートの面へリーマーボルトと耐熱スプリングを使用して取り付 けられた、ヒートモジュールの熱変形を示す図である。
【図１８】トッププレートの面へネジのみを使用して取り付けられた、ヒートモジュ ールの熱変形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による、ウェハの接合装置全体の構成を示す図である。
【００１８】
ウェハの接合装置は、真空チャンバ１６１に収納され、真空チャンバ１６１に取り付け
られた、加圧ユニット１４１およびベース１５１を備える。加圧ユニット１４１は、加圧
ユニットのベース１４５および加圧ユニットの昇降部１４３を備える。加圧ユニットの昇
降部１４３には、下部ヒータユニット１０１Ｌが取り付けられている。ベース１５１には
、上部ヒータユニット１０１Ｕが取り付けられている。
【００１９】
上部ヒータユニット１０１Ｕと下部ヒータユニット１０１Ｌの間には、ウェハホルダＷ
Ｈに保持されたウェハが配置され、加圧ユニットの昇降部１４３が上昇することによって
上部ヒータユニット１０１Ｕおよび下部ヒータユニット１０１Ｌの間で加圧されるととも
に、加熱される。
【００２０】
図２Ａは、上部ヒータユニット１０１Ｕおよび下部ヒータユニット１０１Ｌの構成を示
す図である。以下において、上部および下部のヒータユニットを単にヒータユニット１０
１と呼称する。
【００２１】
ヒータユニット１０１は、トッププレート１１１、トッププレートベース１１３、複数
のヒートモジュール１２１と、ヒートモジュール支持部材１２５と、断熱部材１２７と、
圧力プロファイル制御モジュール１３１とを備える。圧力プロファイル制御モジュール１
３１には、中空部１３３が設けられ、中空部１３３には、エア配管１３５が接続され、図
示しない電空レギュレータにより内部圧力が制御できるように構成されている。また、圧
力プロファイル制御モジュール１３１には、冷却部１３７および冷却用配管１３９が設け
られている。
【００２２】
トッププレート１１１は、一例として、直径２２０ミリメータ、厚さ１０ミリメータで
炭化ケイ素からなる。
【００２３】
トッププレートベース１１３は、一例として、直径３２０ミリメータ、厚さ１ミリメー
タで炭化ケイ素からなる。
【００２４】
トッププレート１１１の周縁部とトッププレートベース１１３との間に、図示しない低
熱伝導率のセラミックからなる断熱リングを設けてもよい。
【００２５】
圧力プロファイル制御モジュール１３１は、上部、中間および下部の３枚の板から構成
される。３枚の板は、それぞれ、一例として、直径２２５ミリメータ、厚さ１０ミリメー
タで炭化ケイ素からなる。中空部１３３の厚さは、一例として２ミリメータである。
【００２６】
図２Ｂは、ヒータユニットの変形例１０１Ａの構成を示す図である。
【００２７】
ヒータユニット１０１Ａは、トッププレート１１１、トッププレートベース１１３、複
数のヒートモジュール１２１と、トッププレート支持部材１２６と、断熱部材１２７と、
圧力プロファイル制御モジュール１３１とを備える。本変形例においては、圧力プロファ
イル制御モジュール１３１に固定されたトッププレート支持部材１２６が、トッププレー
ト１１１を支持している。トッププレート支持部材１２６は、ヒートモジュール１２１に
設けられた開口部を貫通している。
【００２８】
ヒータユニット１０１Ａのトッププレート１１１、トッププレートベース１１３および
圧力プロファイル制御モジュール１３１の構成は、ヒータユニット１０１の対応部と同様
である。
【００２９】
以下において、図２Ａに示したヒータユニット１０１について説明する。
【００３０】
図３は、複数のヒートモジュール１２１の平面配置を示す図である。本実施形態におい
て、トッププレート１１１の中心に対応する位置（中心部）に１個、その周囲（中間部）
に６個、さらにその周囲（周縁部）に１２個のヒートモジュールが配置されている。
【００３１】
ヒータ部を複数のヒートモジュールに分割することにより、ウェハ厚のばらつきに起因
するトッププレート１１１の変形を吸収しやすくなる。また、後に説明するように、個別
に温度制御を行うことができる。さらに、後に説明するように、トッププレート１１１の
表面の形状を制御することが容易になる。
【００３２】
このように、ヒータ部は、複数のヒートモジュールに分割するのが好ましいが、厚みを
薄くして変形しやすくすれば、一体型のヒータを使用してもよい。
【００３３】
図４は、ヒートモジュール１２１の構成を示す図である。ヒートモジュール１２１の形
状は、たとえば、六角形であってもよい。ヒートモジュールの厚さは一例として１０ミリ
メータである。
【００３４】
ヒートモジュールは、電熱ヒータ１２３を備える。トッププレート１１１の、ヒートモ
ジュール１２１に対応する位置に、熱電対または測温抵抗体などの温度計を設置し、電熱
ヒータ１２３の出力を操作して温度制御を行うように構成してもよい。
【００３５】
電熱ヒータ１２３による温度制御は、温度計の測定値を制御量として、位相制御方式に
よってフィードバック制御を行ってもよい。温度制御は、ヒートモジュールごとに行って
もよい。また、中心部（１個）、中間部（６個）、周縁部（１２個）にグループ化して、
グループごとに行ってもよい。
【００３６】
図１６は、ヒートモジュール１２１、およびトッププレート１１１へ取り付けられたヒ
ートモジュール１２１を示す図である。ヒートモジュール１２１は、トッププレート１１
１の、ウェハに対向する面の反対側の面へリーマーボルト１２１１Ａと耐熱スプリング１
２１３を使用して取り付けられる。
【００３７】
図１７は、トッププレート１１１の面へリーマーボルト１２１１Ａと耐熱スプリング１
２１３を使用して取り付けられた、ヒートモジュール１２１の熱変形を示す図である。電
熱ヒータ１２３付近の温度が最も高いので、ヒートモジュール１２１の電熱ヒータ１２３
周辺の熱膨張が最も大きい。したがって、ヒートモジュール１２１のトッププレート１１
１に対向する面が湾曲する。本実施形態においては、ヒートモジュール１２１の熱変形に
より耐熱スプリング１２１３が圧縮されて、図１７に示すように、ヒートモジュール１２
１とトッププレート１１１の間に隙間が生じる。また、ヒートモジュール１２１とトップ
プレート１１１の間にすべりが発生するので、一例として銅（Ｃｕ）からなるヒートモジ
ュール１２１と、一例として炭化珪素（ＳｉＣ）からなるトッププレート１１１の熱膨張
率の差によってテンションが発生することはない。この結果、トッププレートの変形は生
じない。
【００３８】
図１８は、トッププレート１１１の面へネジ１２１１Ｂのみを使用して取り付けられた
、ヒートモジュール１２１の熱変形を示す図である。ヒートモジュール１２１のトッププ
レート１１１に対向する面が湾曲し、トッププレート１１１に矢印で示す方向の応力が発
生する。この結果、トッププレート１１１も変形してしまい都合が悪い。
【００３９】
図５は、ヒートモジュールの冷却用配管の構成を示す図である。ウェハの接合を繰り返
し行う際には、加熱および冷却を繰り返す必要があり、スループットを向上するには、効
率的に冷却を行う必要がある。冷却用配管はヒートモジュール１２１を貫通するように配
置される。本実施形態において、冷却は水冷であり、冷却用配管は、４系統から成る。そ
れぞれの系統の入口（ＩＮ）と出口（ＯＵＴ）とを数字（１乃至４）で示している。
【００４０】
図６は、ヒートモジュール支持部材１２５の形状を示す図である。ヒートモジュール支
持部材１２５は、ヒートモジュール１２１ごとに設けられる。このように、ヒートモジュ
ール支持部材１２５を、ヒートモジュール１２１ごとに設けることにより、ウェハ厚のば
らつきに起因するトッププレート１１１の変形を圧力プロファイル制御モジュール１３１
に伝えることが容易になる。
【００４１】
ヒートモジュール支持部材１２５は、枠状、すなわち、中空の口の字形状である。枠状
とするのは、断面積を小さくして、ヒートモジュール１２１から圧力プロファイル制御モ
ジュール１３１に移動する熱量をできるだけ小さくするためである。ヒートモジュール支
持部材１２５の材質は、セラミックスが好ましく、特に、熱伝導率が低い低熱膨張セラミ
ックス（コージライト系セラミックス）などが好ましい。また、ヒートモジュール支持部
材１２５にくびれ部を設けて変形しやすくするのが好ましい。
【００４２】
図７は、断熱部材の形状１２７を示す図である。断熱部材１２７は、ヒートモジュール
支持部材１２５用の開口部１２８を備える。断熱部材によって、ヒートモジュール１２１
から圧力プロファイル制御モジュール１３１に移動する熱量をできるだけ小さくする。
【００４３】
図８は、加圧ユニット１４１の構成を示す図である。上述のように、加圧ユニット１４
１は、加圧ユニットのベース１４５および加圧ユニットの昇降部１４３を備える。加圧ユ
ニットのベース１４５の内部圧力を増加させ、加圧ユニットの昇降部１４３を昇降させる
。加圧ユニットのベース１４５の内部圧力を制御するために、電空レギュレータ１４９を
使用してもよい。加圧ユニットの昇降部１４３は、ストロークガイド１４８に沿って昇降
するように構成されている。
【００４４】
ロードセルＬＣなどの圧力センサを、加圧ユニットのベース１４５を支持するように設
置し、加圧時には、圧力検出値を制御量として、フィードバック制御により電空レギュレ
ータを操作するようにしてもよい。また、リニアスケールなど、加圧ユニットの昇降部１
４３の位置検出センサを設置し、加圧ユニットの昇降部１４３の昇降時には、位置検出値
に基づいて昇降速度を目標値とするように、別の電空レギュレータを操作するようにして
もよい。
【００４５】
つぎに、本発明の一実施形態による、ウェハの接合装置の動作について説明する。
【００４６】
接合される複数のウェハは、ウェハホルダに保持され、アライメントされたものである
。以下の説明において、接合されるウェハをワークと呼称する。
【００４７】
図１４は、ワークの加圧および加熱方法の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
ステップＳ０１０において、ヒータ１２３によって、トッププレート１１１の温度を、
所定の温度、たとえば、４００℃まで上昇させる。
【００４９】
ステップＳ０２０において、トッププレート１１１によって、ワークの中心部または周
縁部から加圧し、その後全体を加圧する。トッププレートの面圧は、たとえば、最大４０
０キロパスカルである。
【００５０】
ステップＳ０３０において、ワークを加圧および加熱した状態で所定の時間保持する。
トッププレートの設置した温度計の温度によって、ワーク全体の温度が均一に保持される
ように温度制御を行う。具体的には、中心部のヒートモジュール、中間部のヒートモジュ
ール、周縁部のヒートモジュールの温度を個別に制御する。
【００５１】
ステップＳ０４０において、ワークの中心部または周縁部から圧力を解除する。
【００５２】
ステップＳ０５０において、冷却用配管によってトッププレートの温度を下げる。
【００５３】
ここで、ステップＳ０２０およびステップＳ０３０において、ワークの中心部または周
縁部を加圧する方法について詳細に説明する。
【００５４】
図９（Ａ）は、圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状を概念的に示す図である
。簡単のため、下部の板は図示していない。中空部１３３には、エア配管１３５が接続さ
れており、図示しない電空レギュレータにより中空部１３３の圧力が制御される。中空部
１３３の圧力にしたがって、上部の板の中心部が変位する。図９は、中空部１３３の厚さ
が増加するように、上部の板の中心部が変位した状態を示している。中空部の厚さは、上
述のように、一例として２ミリメータである。中空部の厚さの変形量は、一例として、増
加および減少それぞれ、２０マイクロメータである。
【００５５】
上部の板の、外面の周縁部において、上部の板の中心を中心とする同心円上に溝１３１
１を設けてもよい。一例として、溝の幅は１０ミリメータ、深さは６ミリメータである。
この溝１３１１によって、上部の板の中心が変位した場合であっても、上部の板の周縁部
の集中荷重が避けられる。
【００５６】
図９（Ｂ）は、外面および内面の周縁部において、上部の板の中心を中心とする同心円
上に溝１３１１を設けた、上部の板の変形例を示す図である。
【００５７】
図９（Ｃ）は、外面の周縁部において、上部の板の中心を中心とする同心円上に溝１３
１１を設け、溝１３１１より中止に近い領域の厚さを周縁部より薄くした、上部の板の変
形例を示す図である。
【００５８】
図１０は、加圧状態におけるヒータユニット１０１の形状を概念的に示す図である。圧力
プロファイル制御モジュール１３１の中空部１３３の圧力Ｐ１による力をＦ１、加圧ユニ
ット１４１の圧力Ｐ２による力をＦ２とする。圧力プロファイル制御モジュール１３１の
中空部１３３の圧力Ｐ１および加圧ユニット１４１の圧力Ｐ２の、電空レギュレータの制
御範囲は、たとえば、−１０１乃至３５０キロパスカルである。
【００５９】
図１０（Ａ）に示すように、Ｆ１がＦ２よりも大きければ、中空部１３３を含む圧力プ
ロファイル制御モジュール１３１の形状は、凸型となり、トッププレート１１１の表面の
中心部が凸となり、ワークの中心部が加圧される。
【００６０】
図１０（Ｃ）に示すように、Ｆ２がＦ１よりも大きければ、中空部１３３を含む圧力プ
ロファイル制御モジュール１３１の形状は、凹型となり、トッププレート１１１の表面の
中心部が凹となり、ワークの周縁部が加圧される。
【００６１】
図１０（Ｂ）に示すように、Ｆ１とＦ２とが等しければ、中空部１３３を含む圧力プロ
ファイル制御モジュール１３１の形状は、平坦となり、トッププレート１１１の表面が平
坦となり、ワーク全体が加圧される。
【００６２】
つぎに、トッププレート１１１の表面の形状を変化させる他の実施形態について説明す
る。
【００６３】
図１１は、トッププレート１１１の表面の形状を変化させる、他の実施形態による圧力
プロファイル制御モジュール１３１ａの構成を示す概念図である。圧力プロファイル制御
モジュールの中空部１３３は、ベローズなどにより数箇所に区分されている。たとえば、
図１１に示すように、中心部１３３ａ、中間部１３３ｂおよび周縁部１３３ｃに区分して
もよい。中心部１３３ａ、中間部１３３ｂおよび周縁部１３３ｃには、それぞれ配管を設
けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力Ｐａ、ＰｂおよびＰｃを制御できるように
構成する。たとえば、中心部１３３ａの圧力Ｐａを他の部分の圧力ＰｂおよびＰｃより高
くすることによって、圧力プロファイル制御モジュール１３１ａの中心部が凸になるよう
にすることができる。この結果、トッププレート１１１の表面の中心部が凸になる。
【００６４】
図１２は、トッププレート１１１の表面の形状を変化させる、さらに他の実施形態によ
る圧力プロファイル制御モジュール１３１ｂおよび１３１ｃの構成を示す概念図である。
【００６５】
図１２（Ａ）に示すように、圧力プロファイル制御モジュール１３１ｂの中空部１３３
ｄの内部に、区分された中空部１３３ｅを設ける。中空部１３３ｄおよび中空部１３３ｅ
には、それぞれ配管を設けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力を制御できるよう
に構成する。たとえば、区分された中空部１３３ｅの圧力Ｐｅを中空部１３３ｄの圧力Ｐ
ｄより高くすることによって、圧力プロファイル制御モジュール１３１ｂの中心部が凸に
なるようにすることができる。この結果、トッププレート１１１の表面の中心部が凸にな
る。
【００６６】
図１２（Ｂ）に示すように、圧力プロファイル制御モジュール１３１ｃの中空部１３３
ｆの内部に、区分された中空部１３３ｇを設け、さらに、中空部１３３ｇの内部に、区分
された中空部１３３ｈを設ける。中空部１３３ｆ、中空部１３３ｇおよび中空部１３３ｈ
には、それぞれ配管を設けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力を制御できるよう
に構成する。たとえば、区分された中空部１３３ｈの圧力Ｐｈを中空部１３３ｇの圧力Ｐ
ｇより高くし、中空部１３３ｇの圧力Ｐｇを中空部１３３ｆの圧力Ｐｆより高くすること
によって、圧力プロファイル制御モジュール１３１ｃの中心部が凸になるようにすること
ができる。この結果、トッププレート１１１の表面の中心部が凸になる。
【００６７】
図１０乃至図１２に示した実施形態においては、圧力プロファイル制御モジュール１３
１の形状を変化させることにより、トッププレート１１１の表面の形状を変化させている
。圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状の変化をトッププレート１１１の表面の
形状に伝えるには、トッププレート１１１と圧力プロファイル制御モジュール１３１との
間のヒータ部が複数のヒートモジュール１２１に分割され、それぞれのヒートモジュール
１２１が個別のヒートモジュール支持部材１２５を介して圧力プロファイル制御モジュー
ル１３１に支持されている構成が好ましい。
【００６８】
図１３は、トッププレート１１１の表面の形状を変化させる、別の実施形態を示す図で
ある。トッププレート１１１の外周に嵌合する加圧リング１１５を設け、加圧リング１１
５を、シリンダー１１７によって下方向に引くことにより、トッププレート１１１の周縁
部の形状を変化させる。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、ウェハの接合面の平面度を上げるように、圧力プロファ
イル制御モジュールの表面の形状を変化させ、ヒートモジュールを介して、トッププレー
トの表面の形状を変化させることができる。また、ウェハ厚のばらつきを、トッププレー
トから、ヒートモジュールを介して、圧力プロファイル制御モジュールに伝え、圧力プロ
ファイル制御モジュールの圧力を制御することにより吸収することができる。
【００７０】
本発明の一実施形態によれば、圧力プロファイル制御モジュールの中空部の圧力および
加圧圧力を適切に制御することにより、圧力プロファイル制御モジュールの形状を変化さ
せ、ヒートモジュールを介して、トッププレートの表面形状を変化させることができる。
また、ウェハ厚のばらつきを、トッププレートから、ヒートモジュールを介して、圧力プ
ロファイル制御モジュールに伝え、圧力プロファイル制御モジュールの中空部の圧力を適
切に制御することにより吸収することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のウェハを重ね合わせ、電極同士を接合して半導体集積回路を製造する
ウェハ接合装置に関する。特に、複数のウェハに加熱および加圧を行いながらウェハを接
合する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路を使用するノートパソコンや携帯電話などは、近年、ますます高度の機
能を備えるようになっている。この結果、半導体集積回路の高密度化、高機能化の要求が
高まっている。
【０００３】
半導体集積回路の高密度化、高機能化のための一つの方法は、ウェハを積層することで
ある。ウェハの積層を行うには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、２
枚のウェハあるいは既に積層されたウェハとさらに積層するつぎのウェハの電極同士を接
触させ、接合することが必要である。ウェハの電極同士を接合する場合に重要な点は、電
極同士を均一に接触させることと電極接合面を活性化させることである。電極同士を均一
に接触させるには、接合面の平面度を上げることが必要である。また、電極接合面を活性
化させるには、たとえば、加熱を行う。
【０００４】
このため、加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行う装置が開発されている（た
とえば、特開2005-302858号公報）。
【０００５】
図１５は、接合される二つのウェハ２０１Ｕおよび２０１Ｌの断面を示す図である。ウ
ェハの表面には、３乃至５ミクロンの凹凸が存在する（図１５Ａ）。この凹凸は、ウェハ
厚のばらつきに起因するものである。ウェハの接合面の平面度を上げるには、重ね合わせ
た二つのウェハ２０１Ｕおよび２０１Ｌの両側から圧力をかける。この場合、ウェハの接
合面が平坦になると、ウェハ厚のばらつきが、ウェハの接合面と反対側の面に現れる（図
１５Ｂ）。したがって、ウェハ厚のばらつきの、ウェハの接合面の平面度への影響を除去
するには、加圧および加熱を行うと共に、ウェハ厚のばらつきを吸収する必要がある。
【０００６】
また、ウェハの接合面の平面度を上げるには、加圧面の形状を変化させることも必要で
ある。
【０００７】
しかし、従来、加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるように
、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収するような、ウェハの接合装置は
開発されていなかった。
【発明の概要】
【０００８】
加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるように、加圧面の形状
を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収する、ウェハ接合装置に対するニーズがある。
【０００９】
本発明によるウェハ接合装置は、上部ユニットと下部ユニットの間に、接合される複数
のウェハを配置し、上部ユニットと下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウ
ェハの接合を行う。本発明によるウェハ接合装置は、前記上部ユニットと前記下部ユニッ
トとの間で前記複数のウェハを加圧する加圧ユニットと、前記複数のウェハが載置される
トッププレートと、表面の形状を変化させることができるように構成された圧力プロファ
イル制御モジュールと、前記トッププレートと前記圧力プロファイル制御モジュールとの
間に配置された加熱用のヒータ部と、を備え、前記加圧ユニットで加圧を行いながら、前
記圧力プロファイル制御モジュールの前記表面に発生させた形状の変化が前記トッププレ
ートの表面にもたらされることにより、前記加圧ユニットから前記トッププレートを介し
て前記複数のウェハに作用する圧力分布を変更できるように構成されていることを特徴と
する。
【００１０】
本発明のウェハ接合装置によれば、圧力プロファイル制御モジュールの表面の形状を変
化させることにより、加圧面であるトッププレートの表面の形状を変化させることができ
る。したがって、ウェハの接合面の平面度を上げることができる。
【００１１】
本発明の一実施形態によるウェハ接合装置は、圧力プロファイル制御モジュールに中空
部を設け、当該中空部内の圧力を制御できるように構成し、ウェハ厚みのばらつきを吸収
して接合面の平面度を向上させるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
本実施形態によるウェハ接合装置によれば、圧力プロファイル制御モジュールの中空部
内の圧力を制御することにより、圧力プロファイル制御モジュールが変形して、ウェハ厚
みのばらつきを吸収して接合面の平面度を向上させることができる。
【００１３】
本発明の他の実施形態によるウェハ接合装置は、ヒータ部が複数のヒートモジュールか
らなることを特徴とする。
【００１４】
ヒータ部が複数のヒートモジュールからなるので、圧力プロファイル制御モジュールの
変形をトッププレートに忠実に伝えることができる。また、ウェハ厚のばらつきに起因す
るトッププレートの変形を圧力プロファイル制御モジュールに忠実に伝えることができ、
圧力プロファイル制御モジュールが、確実にウェハ厚みのばらつき吸収することができる
。
【００１５】
本発明によれば、加圧および加熱を行うと共に、ウェハの接合面の平面度を上げるよう
に、加圧面の形状を変化させ、ウェハ厚のばらつきを吸収する、ウェハ接合装置が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による、ウェハの接合装置全体の構成を示す図である。
【図２Ａ】ヒータユニットの構成を示す図である。
【図２Ｂ】ヒータユニットの変形例の構成を示す図である。
【図３】複数のヒートモジュールの配置を示す図である。
【図４】ヒートモジュールの構成を示す図である。
【図５】ヒートモジュールの冷却用配管の構成を示す図である。
【図６】ヒートモジュール支持部材の形状を示す図である。
【図７】断熱部材の形状を示す図である。
【図８】加圧ユニットの構成を示す図である。
【図９】圧力プロファイル制御モジュールの形状を概念的に示す図である。
【図１０】加圧状態におけるヒータユニットの形状を概念的に示す図である。
【図１１】トッププレートの表面の形状を変化させる、他の実施形態による圧力プロ ファイル制御モジュールの構成を示す概念図である。
【図１２】トッププレートの表面の形状を変化させる、さらに他の実施形態による圧 力プロファイル制御モジュールの構成を示す概念図である。
【図１３】トッププレートの表面の形状を変化させる、別の実施形態を示す図である 。
【図１４】ワークの加圧および加熱方法の一例を示すフローチャートである。
【図１５】接合される二つのウェハの断面を示す図である。
【図１６】ヒートモジュール、およびトッププレートへ取り付けられたヒートモジュ ールを示す図である。
【図１７】トッププレートの面へリーマーボルトと耐熱スプリングを使用して取り付 けられた、ヒートモジュールの熱変形を示す図である。
【図１８】トッププレートの面へネジのみを使用して取り付けられた、ヒートモジュ ールの熱変形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による、ウェハの接合装置全体の構成を示す図である。
【００１８】
ウェハの接合装置は、真空チャンバ１６１に収納され、真空チャンバ１６１に取り付け
られた、加圧ユニット１４１およびベース１５１を備える。加圧ユニット１４１は、加圧
ユニットのベース１４５および加圧ユニットの昇降部１４３を備える。加圧ユニットの昇
降部１４３には、下部ヒータユニット１０１Ｌが取り付けられている。ベース１５１には
、上部ヒータユニット１０１Ｕが取り付けられている。
【００１９】
上部ヒータユニット１０１Ｕと下部ヒータユニット１０１Ｌの間には、ウェハホルダＷ
Ｈに保持されたウェハが配置され、加圧ユニットの昇降部１４３が上昇することによって
上部ヒータユニット１０１Ｕおよび下部ヒータユニット１０１Ｌの間で加圧されるととも
に、加熱される。
【００２０】
図２Ａは、上部ヒータユニット１０１Ｕおよび下部ヒータユニット１０１Ｌの構成を示
す図である。以下において、上部および下部のヒータユニットを単にヒータユニット１０
１と呼称する。
【００２１】
ヒータユニット１０１は、トッププレート１１１、トッププレートベース１１３、複数
のヒートモジュール１２１と、ヒートモジュール支持部材１２５と、断熱部材１２７と、
圧力プロファイル制御モジュール１３１とを備える。圧力プロファイル制御モジュール１
３１には、中空部１３３が設けられ、中空部１３３には、エア配管１３５が接続され、図
示しない電空レギュレータにより内部圧力が制御できるように構成されている。また、圧
力プロファイル制御モジュール１３１には、冷却部１３７および冷却用配管１３９が設け
られている。
【００２２】
トッププレート１１１は、一例として、直径２２０ミリメータ、厚さ１０ミリメータで
炭化ケイ素からなる。
【００２３】
トッププレートベース１１３は、一例として、直径３２０ミリメータ、厚さ１ミリメー
タで炭化ケイ素からなる。
【００２４】
トッププレート１１１の周縁部とトッププレートベース１１３との間に、図示しない低
熱伝導率のセラミックからなる断熱リングを設けてもよい。
【００２５】
圧力プロファイル制御モジュール１３１は、上部、中間および下部の３枚の板から構成
される。３枚の板は、それぞれ、一例として、直径２２５ミリメータ、厚さ１０ミリメー
タで炭化ケイ素からなる。中空部１３３の厚さは、一例として２ミリメータである。
【００２６】
図２Ｂは、ヒータユニットの変形例１０１Ａの構成を示す図である。
【００２７】
ヒータユニット１０１Ａは、トッププレート１１１、トッププレートベース１１３、複
数のヒートモジュール１２１と、トッププレート支持部材１２６と、断熱部材１２７と、
圧力プロファイル制御モジュール１３１とを備える。本変形例においては、圧力プロファ
イル制御モジュール１３１に固定されたトッププレート支持部材１２６が、トッププレー
ト１１１を支持している。トッププレート支持部材１２６は、ヒートモジュール１２１に
設けられた開口部を貫通している。
【００２８】
ヒータユニット１０１Ａのトッププレート１１１、トッププレートベース１１３および
圧力プロファイル制御モジュール１３１の構成は、ヒータユニット１０１の対応部と同様
である。
【００２９】
以下において、図２Ａに示したヒータユニット１０１について説明する。
【００３０】
図３は、複数のヒートモジュール１２１の平面配置を示す図である。本実施形態におい
て、トッププレート１１１の中心に対応する位置（中心部）に１個、その周囲（中間部）
に６個、さらにその周囲（周縁部）に１２個のヒートモジュールが配置されている。
【００３１】
ヒータ部を複数のヒートモジュールに分割することにより、ウェハ厚のばらつきに起因
するトッププレート１１１の変形を吸収しやすくなる。また、後に説明するように、個別
に温度制御を行うことができる。さらに、後に説明するように、トッププレート１１１の
表面の形状を制御することが容易になる。
【００３２】
このように、ヒータ部は、複数のヒートモジュールに分割するのが好ましいが、厚みを
薄くして変形しやすくすれば、一体型のヒータを使用してもよい。
【００３３】
図４は、ヒートモジュール１２１の構成を示す図である。ヒートモジュール１２１の形
状は、たとえば、六角形であってもよい。ヒートモジュールの厚さは一例として１０ミリ
メータである。
【００３４】
ヒートモジュールは、電熱ヒータ１２３を備える。トッププレート１１１の、ヒートモ
ジュール１２１に対応する位置に、熱電対または測温抵抗体などの温度計を設置し、電熱
ヒータ１２３の出力を操作して温度制御を行うように構成してもよい。
【００３５】
電熱ヒータ１２３による温度制御は、温度計の測定値を制御量として、位相制御方式に
よってフィードバック制御を行ってもよい。温度制御は、ヒートモジュールごとに行って
もよい。また、中心部（１個）、中間部（６個）、周縁部（１２個）にグループ化して、
グループごとに行ってもよい。
【００３６】
図１６は、ヒートモジュール１２１、およびトッププレート１１１へ取り付けられたヒ
ートモジュール１２１を示す図である。ヒートモジュール１２１は、トッププレート１１
１の、ウェハに対向する面の反対側の面へリーマーボルト１２１１Ａと耐熱スプリング１
２１３を使用して取り付けられる。
【００３７】
図１７は、トッププレート１１１の面へリーマーボルト１２１１Ａと耐熱スプリング１
２１３を使用して取り付けられた、ヒートモジュール１２１の熱変形を示す図である。電
熱ヒータ１２３付近の温度が最も高いので、ヒートモジュール１２１の電熱ヒータ１２３
周辺の熱膨張が最も大きい。したがって、ヒートモジュール１２１のトッププレート１１
１に対向する面が湾曲する。本実施形態においては、ヒートモジュール１２１の熱変形に
より耐熱スプリング１２１３が圧縮されて、図１７に示すように、ヒートモジュール１２
１とトッププレート１１１の間に隙間が生じる。また、ヒートモジュール１２１とトップ
プレート１１１の間にすべりが発生するので、一例として銅（Ｃｕ）からなるヒートモジ
ュール１２１と、一例として炭化珪素（ＳｉＣ）からなるトッププレート１１１の熱膨張
率の差によってテンションが発生することはない。この結果、トッププレートの変形は生
じない。
【００３８】
図１８は、トッププレート１１１の面へネジ１２１１Ｂのみを使用して取り付けられた
、ヒートモジュール１２１の熱変形を示す図である。ヒートモジュール１２１のトッププ
レート１１１に対向する面が湾曲し、トッププレート１１１に矢印で示す方向の応力が発
生する。この結果、トッププレート１１１も変形してしまい都合が悪い。
【００３９】
図５は、ヒートモジュールの冷却用配管の構成を示す図である。ウェハの接合を繰り返
し行う際には、加熱および冷却を繰り返す必要があり、スループットを向上するには、効
率的に冷却を行う必要がある。冷却用配管はヒートモジュール１２１を貫通するように配
置される。本実施形態において、冷却は水冷であり、冷却用配管は、４系統から成る。そ
れぞれの系統の入口（ＩＮ）と出口（ＯＵＴ）とを数字（１乃至４）で示している。
【００４０】
図６は、ヒートモジュール支持部材１２５の形状を示す図である。ヒートモジュール支
持部材１２５は、ヒートモジュール１２１ごとに設けられる。このように、ヒートモジュ
ール支持部材１２５を、ヒートモジュール１２１ごとに設けることにより、ウェハ厚のば
らつきに起因するトッププレート１１１の変形を圧力プロファイル制御モジュール１３１
に伝えることが容易になる。
【００４１】
ヒートモジュール支持部材１２５は、枠状、すなわち、中空の口の字形状である。枠状
とするのは、断面積を小さくして、ヒートモジュール１２１から圧力プロファイル制御モ
ジュール１３１に移動する熱量をできるだけ小さくするためである。ヒートモジュール支
持部材１２５の材質は、セラミックスが好ましく、特に、熱伝導率が低い低熱膨張セラミ
ックス（コージライト系セラミックス）などが好ましい。また、ヒートモジュール支持部
材１２５にくびれ部を設けて変形しやすくするのが好ましい。
【００４２】
図７は、断熱部材の形状１２７を示す図である。断熱部材１２７は、ヒートモジュール
支持部材１２５用の開口部１２８を備える。断熱部材によって、ヒートモジュール１２１
から圧力プロファイル制御モジュール１３１に移動する熱量をできるだけ小さくする。
【００４３】
図８は、加圧ユニット１４１の構成を示す図である。上述のように、加圧ユニット１４
１は、加圧ユニットのベース１４５および加圧ユニットの昇降部１４３を備える。加圧ユ
ニットのベース１４５の内部圧力を増加させ、加圧ユニットの昇降部１４３を昇降させる
。加圧ユニットのベース１４５の内部圧力を制御するために、電空レギュレータ１４９を
使用してもよい。加圧ユニットの昇降部１４３は、ストロークガイド１４８に沿って昇降
するように構成されている。
【００４４】
ロードセルＬＣなどの圧力センサを、加圧ユニットのベース１４５を支持するように設
置し、加圧時には、圧力検出値を制御量として、フィードバック制御により電空レギュレ
ータを操作するようにしてもよい。また、リニアスケールなど、加圧ユニットの昇降部１
４３の位置検出センサを設置し、加圧ユニットの昇降部１４３の昇降時には、位置検出値
に基づいて昇降速度を目標値とするように、別の電空レギュレータを操作するようにして
もよい。
【００４５】
つぎに、本発明の一実施形態による、ウェハの接合装置の動作について説明する。
【００４６】
接合される複数のウェハは、ウェハホルダに保持され、アライメントされたものである
。以下の説明において、接合されるウェハをワークと呼称する。
【００４７】
図１４は、ワークの加圧および加熱方法の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
ステップＳ０１０において、ヒータ１２３によって、トッププレート１１１の温度を、
所定の温度、たとえば、４００℃まで上昇させる。
【００４９】
ステップＳ０２０において、トッププレート１１１によって、ワークの中心部または周
縁部から加圧し、その後全体を加圧する。トッププレートの面圧は、たとえば、最大４０
０キロパスカルである。
【００５０】
ステップＳ０３０において、ワークを加圧および加熱した状態で所定の時間保持する。
トッププレートの設置した温度計の温度によって、ワーク全体の温度が均一に保持される
ように温度制御を行う。具体的には、中心部のヒートモジュール、中間部のヒートモジュ
ール、周縁部のヒートモジュールの温度を個別に制御する。
【００５１】
ステップＳ０４０において、ワークの中心部または周縁部から圧力を解除する。
【００５２】
ステップＳ０５０において、冷却用配管によってトッププレートの温度を下げる。
【００５３】
ここで、ステップＳ０２０およびステップＳ０３０において、ワークの中心部または周
縁部を加圧する方法について詳細に説明する。
【００５４】
図９（Ａ）は、圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状を概念的に示す図である
。簡単のため、下部の板は図示していない。中空部１３３には、エア配管１３５が接続さ
れており、図示しない電空レギュレータにより中空部１３３の圧力が制御される。中空部
１３３の圧力にしたがって、上部の板の中心部が変位する。図９は、中空部１３３の厚さ
が増加するように、上部の板の中心部が変位した状態を示している。中空部の厚さは、上
述のように、一例として２ミリメータである。中空部の厚さの変形量は、一例として、増
加および減少それぞれ、２０マイクロメータである。
【００５５】
上部の板の、外面の周縁部において、上部の板の中心を中心とする同心円上に溝１３１
１を設けてもよい。一例として、溝の幅は１０ミリメータ、深さは６ミリメータである。
この溝１３１１によって、上部の板の中心が変位した場合であっても、上部の板の周縁部
の集中荷重が避けられる。
【００５６】
図９（Ｂ）は、外面および内面の周縁部において、上部の板の中心を中心とする同心円
上に溝１３１１を設けた、上部の板の変形例を示す図である。
【００５７】
図９（Ｃ）は、外面の周縁部において、上部の板の中心を中心とする同心円上に溝１３
１１を設け、溝１３１１より中止に近い領域の厚さを周縁部より薄くした、上部の板の変
形例を示す図である。
【００５８】
図１０は、加圧状態におけるヒータユニット１０１の形状を概念的に示す図である。圧力
プロファイル制御モジュール１３１の中空部１３３の圧力Ｐ１による力をＦ１、加圧ユニ
ット１４１の圧力Ｐ２による力をＦ２とする。圧力プロファイル制御モジュール１３１の
中空部１３３の圧力Ｐ１および加圧ユニット１４１の圧力Ｐ２の、電空レギュレータの制
御範囲は、たとえば、−１０１乃至３５０キロパスカルである。
【００５９】
図１０（Ａ）に示すように、Ｆ１がＦ２よりも大きければ、中空部１３３を含む圧力プ
ロファイル制御モジュール１３１の形状は、凸型となり、トッププレート１１１の表面の
中心部が凸となり、ワークの中心部が加圧される。
【００６０】
図１０（Ｃ）に示すように、Ｆ２がＦ１よりも大きければ、中空部１３３を含む圧力プ
ロファイル制御モジュール１３１の形状は、凹型となり、トッププレート１１１の表面の
中心部が凹となり、ワークの周縁部が加圧される。
【００６１】
図１０（Ｂ）に示すように、Ｆ１とＦ２とが等しければ、中空部１３３を含む圧力プロ
ファイル制御モジュール１３１の形状は、平坦となり、トッププレート１１１の表面が平
坦となり、ワーク全体が加圧される。
【００６２】
つぎに、トッププレート１１１の表面の形状を変化させる他の実施形態について説明す
る。
【００６３】
図１１は、トッププレート１１１の表面の形状を変化させる、他の実施形態による圧力
プロファイル制御モジュール１３１ａの構成を示す概念図である。圧力プロファイル制御
モジュールの中空部１３３は、ベローズなどにより数箇所に区分されている。たとえば、
図１１に示すように、中心部１３３ａ、中間部１３３ｂおよび周縁部１３３ｃに区分して
もよい。中心部１３３ａ、中間部１３３ｂおよび周縁部１３３ｃには、それぞれ配管を設
けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力Ｐａ、ＰｂおよびＰｃを制御できるように
構成する。たとえば、中心部１３３ａの圧力Ｐａを他の部分の圧力ＰｂおよびＰｃより高
くすることによって、圧力プロファイル制御モジュール１３１ａの中心部が凸になるよう
にすることができる。この結果、トッププレート１１１の表面の中心部が凸になる。
【００６４】
図１２は、トッププレート１１１の表面の形状を変化させる、さらに他の実施形態によ
る圧力プロファイル制御モジュール１３１ｂおよび１３１ｃの構成を示す概念図である。
【００６５】
図１２（Ａ）に示すように、圧力プロファイル制御モジュール１３１ｂの中空部１３３
ｄの内部に、区分された中空部１３３ｅを設ける。中空部１３３ｄおよび中空部１３３ｅ
には、それぞれ配管を設けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力を制御できるよう
に構成する。たとえば、区分された中空部１３３ｅの圧力Ｐｅを中空部１３３ｄの圧力Ｐ
ｄより高くすることによって、圧力プロファイル制御モジュール１３１ｂの中心部が凸に
なるようにすることができる。この結果、トッププレート１１１の表面の中心部が凸にな
る。
【００６６】
図１２（Ｂ）に示すように、圧力プロファイル制御モジュール１３１ｃの中空部１３３
ｆの内部に、区分された中空部１３３ｇを設け、さらに、中空部１３３ｇの内部に、区分
された中空部１３３ｈを設ける。中空部１３３ｆ、中空部１３３ｇおよび中空部１３３ｈ
には、それぞれ配管を設けて、電空レギュレータにより個別に内部圧力を制御できるよう
に構成する。たとえば、区分された中空部１３３ｈの圧力Ｐｈを中空部１３３ｇの圧力Ｐ
ｇより高くし、中空部１３３ｇの圧力Ｐｇを中空部１３３ｆの圧力Ｐｆより高くすること
によって、圧力プロファイル制御モジュール１３１ｃの中心部が凸になるようにすること
ができる。この結果、トッププレート１１１の表面の中心部が凸になる。
【００６７】
図１０乃至図１２に示した実施形態においては、圧力プロファイル制御モジュール１３
１の形状を変化させることにより、トッププレート１１１の表面の形状を変化させている
。圧力プロファイル制御モジュール１３１の形状の変化をトッププレート１１１の表面の
形状に伝えるには、トッププレート１１１と圧力プロファイル制御モジュール１３１との
間のヒータ部が複数のヒートモジュール１２１に分割され、それぞれのヒートモジュール
１２１が個別のヒートモジュール支持部材１２５を介して圧力プロファイル制御モジュー
ル１３１に支持されている構成が好ましい。
【００６８】
図１３は、トッププレート１１１の表面の形状を変化させる、別の実施形態を示す図で
ある。トッププレート１１１の外周に嵌合する加圧リング１１５を設け、加圧リング１１
５を、シリンダー１１７によって下方向に引くことにより、トッププレート１１１の周縁
部の形状を変化させる。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、ウェハの接合面の平面度を上げるように、圧力プロファ
イル制御モジュールの表面の形状を変化させ、ヒートモジュールを介して、トッププレー
トの表面の形状を変化させることができる。また、ウェハ厚のばらつきを、トッププレー
トから、ヒートモジュールを介して、圧力プロファイル制御モジュールに伝え、圧力プロ
ファイル制御モジュールの圧力を制御することにより吸収することができる。
【００７０】
本発明の一実施形態によれば、圧力プロファイル制御モジュールの中空部の圧力および
加圧圧力を適切に制御することにより、圧力プロファイル制御モジュールの形状を変化さ
せ、ヒートモジュールを介して、トッププレートの表面形状を変化させることができる。
また、ウェハ厚のばらつきを、トッププレートから、ヒートモジュールを介して、圧力プ
ロファイル制御モジュールに伝え、圧力プロファイル制御モジュールの中空部の圧力を適
切に制御することにより吸収することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部ユニットと下部ユニットの間に、接合される複数のウェハを配置し、上部ユニット
と下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行うウェハ接合装置
であって、
前記上部ユニットと前記下部ユニットとの間で前記複数のウェハを加圧する加圧ユニッ
トと、
前記複数のウェハが載置されるトッププレートと、
表面の形状を変化させることができるように構成された圧力プロファイル制御モジュー
ルと、
前記トッププレートと前記圧力プロファイル制御モジュールとの間に配置された加熱用
のヒータ部と、を備え、
前記加圧ユニットで加圧を行いながら、前記圧力プロファイル制御モジュールの前記表
面に発生させた形状の変化が前記トッププレートの表面にもたらされることにより、前記
加圧ユニットから前記トッププレートを介して前記複数のウェハに作用する圧力分布を変
更できるように構成されていることを特徴とするウェハ接合装置。
【請求項２】
前記圧力プロファイル制御モジュールに中空部を設け、当該中空部内の圧力を制御でき
るように構成し、ウェハ厚のばらつきを吸収して接合面の平面度を向上させるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のウェハ接合装置。
【請求項３】
前記ヒータ部は複数のヒートモジュールからなることを特徴とする請求項１または２に
記載のウェハ接合装置。
【請求項４】
前記複数のヒートモジュールを複数のグループに分割し、当該グループごとに温度制御
を行うように構成したことを特徴とする請求項３に記載のウェハ接合装置。
【請求項５】
前記複数のヒートモジュールと圧力プロファイル制御モジュールの間に、ヒートモジュ
ールごとにヒートモジュール支持部材を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載
のウェハ接合装置。
【請求項６】
前記複数のヒートモジュールを、前記トッププレートの、ウェハに対向する面の反対側
の面に、リーマーボルトとスプリングを使用して取り付けたことを特徴とする請求項３か
ら５のいずれかに記載のウェハ接合装置。
【請求項７】
前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記加圧ユニット
により加圧する圧力と、前記中空部内の圧力とを個別に制御できるように構成したことを
特徴とする請求項２に記載のウェハ接合装置。
【請求項８】
前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記中空部を複数
のゾーンに分割し、ゾーンごとに内部圧力を制御できるように構成したことを特徴とする
請求項２に記載のウェハ接合装置。
【請求項９】
前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記中空部内に、
圧力室を設け、当該圧力室内の内部圧力と、当該圧力室外の前記中空部の内部圧力とを個
別に制御できるように構成したことを特徴とする請求項２に記載のウェハ接合装置。
【請求項１０】
トッププレートの周縁部にリングを設け、当該リングにシリンダーを接続し、当該シリ
ンダーを操作することにより、トッププレートの周縁部の形状を制御できるように構成し
たことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のウェハ接合装置。
【請求項１１】
前記ヒータ部に冷却用配管を備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記
載のウェハ接合装置。
【請求項１２】
前記加圧ユニットは、前記圧力プロファイル制御モジュールを介して前記複数のウェハ
を加圧する請求項１から１１に記載のウェハ接合装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のウェハ接合装置によってウェハを接合する方法で
あって、上部ユニットのトッププレートと下部ユニットのトッププレートとの間に接合す
るウェハを配置し、トッププレートを所定の温度まで加熱し、トッププレートによって接
合するウェハに加圧し、接合するウェハを加圧および加熱した状態で所定の時間保持する
、ウェハを接合する方法。
【請求項１４】
接合するウェハを加圧および加熱した状態で所定の時間保持した後、トッププレートに
よる、接合するウェハに対する圧力を解除し、トッププレートを冷却する請求項１３に記
載のウェハを接合する方法。
【請求項１】
上部ユニットと下部ユニットの間に、接合される複数のウェハを配置し、上部ユニット
と下部ユニットによって加圧および加熱を行いながらウェハの接合を行うウェハ接合装置
であって、
前記上部ユニットと前記下部ユニットとの間で前記複数のウェハを加圧する加圧ユニッ
トと、
前記複数のウェハが載置されるトッププレートと、
表面の形状を変化させることができるように構成された圧力プロファイル制御モジュー
ルと、
前記トッププレートと前記圧力プロファイル制御モジュールとの間に配置された加熱用
のヒータ部と、を備え、
前記加圧ユニットで加圧を行いながら、前記圧力プロファイル制御モジュールの前記表
面に発生させた形状の変化が前記トッププレートの表面にもたらされることにより、前記
加圧ユニットから前記トッププレートを介して前記複数のウェハに作用する圧力分布を変
更できるように構成されていることを特徴とするウェハ接合装置。
【請求項２】
前記圧力プロファイル制御モジュールに中空部を設け、当該中空部内の圧力を制御でき
るように構成し、ウェハ厚のばらつきを吸収して接合面の平面度を向上させるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のウェハ接合装置。
【請求項３】
前記ヒータ部は複数のヒートモジュールからなることを特徴とする請求項１または２に
記載のウェハ接合装置。
【請求項４】
前記複数のヒートモジュールを複数のグループに分割し、当該グループごとに温度制御
を行うように構成したことを特徴とする請求項３に記載のウェハ接合装置。
【請求項５】
前記複数のヒートモジュールと圧力プロファイル制御モジュールの間に、ヒートモジュ
ールごとにヒートモジュール支持部材を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載
のウェハ接合装置。
【請求項６】
前記複数のヒートモジュールを、前記トッププレートの、ウェハに対向する面の反対側
の面に、リーマーボルトとスプリングを使用して取り付けたことを特徴とする請求項３か
ら５のいずれかに記載のウェハ接合装置。
【請求項７】
前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記加圧ユニット
により加圧する圧力と、前記中空部内の圧力とを個別に制御できるように構成したことを
特徴とする請求項２に記載のウェハ接合装置。
【請求項８】
前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記中空部を複数
のゾーンに分割し、ゾーンごとに内部圧力を制御できるように構成したことを特徴とする
請求項２に記載のウェハ接合装置。
【請求項９】
前記トッププレートの表面の形状を変化させることができるように、前記中空部内に、
圧力室を設け、当該圧力室内の内部圧力と、当該圧力室外の前記中空部の内部圧力とを個
別に制御できるように構成したことを特徴とする請求項２に記載のウェハ接合装置。
【請求項１０】
トッププレートの周縁部にリングを設け、当該リングにシリンダーを接続し、当該シリ
ンダーを操作することにより、トッププレートの周縁部の形状を制御できるように構成し
たことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のウェハ接合装置。
【請求項１１】
前記ヒータ部に冷却用配管を備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記
載のウェハ接合装置。
【請求項１２】
前記加圧ユニットは、前記圧力プロファイル制御モジュールを介して前記複数のウェハ
を加圧する請求項１から１１に記載のウェハ接合装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のウェハ接合装置によってウェハを接合する方法で
あって、上部ユニットのトッププレートと下部ユニットのトッププレートとの間に接合す
るウェハを配置し、トッププレートを所定の温度まで加熱し、トッププレートによって接
合するウェハに加圧し、接合するウェハを加圧および加熱した状態で所定の時間保持する
、ウェハを接合する方法。
【請求項１４】
接合するウェハを加圧および加熱した状態で所定の時間保持した後、トッププレートに
よる、接合するウェハに対する圧力を解除し、トッププレートを冷却する請求項１３に記
載のウェハを接合する方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−７００６６（Ｐ２０１３−７００６６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３７７６０（Ｐ２０１２−２３７７６０）
【出願日】平成２４年１０月２９日（２０１２．１０．２９）
【分割の表示】特願２００８−５２２４２６（Ｐ２００８−５２２４２６）の分割
【原出願日】平成１９年６月１５日（２００７．６．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月２９日（２０１２．１０．２９）
【分割の表示】特願２００８−５２２４２６（Ｐ２００８−５２２４２６）の分割
【原出願日】平成１９年６月１５日（２００７．６．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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