加熱装置および積層電子デバイス装置の製造方法
【課題】基板接合過程において、加熱される接合基板の温度分布の均一化を図る。
【解決手段】複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを保持する保持部と、保持部に保持された一対の基板ホルダを誘導加熱する誘導加熱部とを備える加熱装置が提供される。加熱装置は、一対の基板ホルダを備え、一対の基板ホルダの少なくとも一方は、誘導加熱部からの磁場により渦電流を生じる導電部材が配される。一対の基板ホルダの少なくとも一方は、導電部材に供給される電圧により基板を静電吸着する。
【解決手段】複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを保持する保持部と、保持部に保持された一対の基板ホルダを誘導加熱する誘導加熱部とを備える加熱装置が提供される。加熱装置は、一対の基板ホルダを備え、一対の基板ホルダの少なくとも一方は、誘導加熱部からの磁場により渦電流を生じる導電部材が配される。一対の基板ホルダの少なくとも一方は、導電部材に供給される電圧により基板を静電吸着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置および積層電子デバイス装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回路が形成された２枚のウェハを、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて、加熱および加圧を行いながら当該２枚のウェハを接合するウェハ接合装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
上記ウェハ接合装置において、ヒータユニットからの熱伝導によりウェハを加熱する。発熱体の電熱ヒータと加熱対象のウェハとの間に、ヒートモジュール本体、トッププレート、トッププレートカバー、ウェハホルダ等多くの部材を介在する。これらの部材の空間的な熱伝導の差異および相互間の接触の強弱等により、ウェハの温度にムラが生じる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを保持する保持部と、保持部に保持された一対の基板ホルダを誘導加熱する誘導加熱部とを備える加熱装置が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、複数の電子デバイスが形成された複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを準備する工程と、保持部に保持された一対の基板ホルダを介して複数の基板を積層方向に加圧する工程と、保持部に保持された一対の基板ホルダを誘導加熱する工程と、加圧工程および誘導加熱工程により積層された複数の基板を複数の電子デバイスごとに個片化する工程とを備える積層電子デバイス装置の製造方法が提供される。
【０００７】
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】
【０００８】
【図１】一実施形態である加熱装置１００の構造を概略的に示す正面図である。
【図２】上下ステージにより基板および基板ホルダを挟む状態にある加熱装置１００のステージ周辺の断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【図４】導電部材による磁気遮蔽効果を概念的に示す。
【図５】下基板ホルダ１０６の断面図である。
【図６】下基板ホルダ１０６の裏面を下方から見上げる斜視図である。
【図７】下基板ホルダ１０６における導電部材の半径方向の導電率分布を示す。
【図８】下基板ホルダ１０６の他の実施形態である。
【図９】下基板ホルダ１０６の他の実施形態である。
【図１０】積層電子デバイス装置の製造方法のフローチャートを示す。
【図１１】他の実施形態である加熱装置のステージ周辺の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、一実施形態である加熱装置１００の構造を概略的に示す正面図である。加熱装置１００は、真空室１１０と、上ステージ１２０と、補助加熱部１２２と、誘導加熱部１２４と、下ステージ１３０と、昇降部１４０と、上基板ホルダ１０４と、下基板ホルダ１０６とを備える。
【００１１】
真空室１１０は、上ステージ１２０、補助加熱部１２２、誘導加熱部１２４、下ステージ１３０および昇降部１４０を内部に収容する。真空室１１０は、気密室を構成し、基板１０２の接合過程における基板１０２の酸化および汚染を防ぐ目的で、その内部が一定の真空度および一定のクリーン度に維持される。
【００１２】
上ステージ１２０は、真空室１１０の天板に固定される。昇降部１４０は、真空室１１０の底板に固定される。昇降部１４０は、シリンダー１４４とピストン１４２とを有する。下ステージ１３０は、昇降部１４０のピストン１４２の上に設けられる。昇降部１４０のピストン１４２は、外部からの制御信号により上下昇降する。下ステージ１３０は、ピストン１４２と共に上下に移動することができる。
【００１３】
接合すべき２枚の基板１０２は、加熱装置１００とは別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられる。さらに、当該２枚の基板１０２は、上基板ホルダ１０４と下基板ホルダ１０６により、位置ずれが起こらないように仮接合された状態で保持される。基板１０２を保持した上基板ホルダ１０４と下基板ホルダ１０６は、ロボットアームにより加熱装置１００に装入され、図１に示すように、下ステージ１３０の上に載置される。
【００１４】
下ステージ１３０は、上昇して、上ステージ１２０と共に、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を挟み、保持することができる。シリンダー１４４の油圧を制御しながら下ステージ１３０を上昇させると、所定の圧力まで２枚の基板１０２を加圧して、本接合することができる。加圧することにより、２枚の基板１０２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。
【００１５】
加熱装置１００に装填される基板は、単体のシリコンウェハ、化合物半導体ウェハ、ガラス基板、セラミックス基板等の他、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。装填された基板が、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。
【００１６】
真空室１１０は、下ステージ１３０と上ステージ１２０により基板１０２に加圧する場合に、装置の反力により変形すること防ぐ目的で、高剛性材料により形成される。真空室１１０の壁は、断熱材から形成される。よって、基板１０２が加熱される場合にも、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、機器への悪影響を防ぎ、高精度に基板の接合を実現できる。
【００１７】
誘導加熱部１２４は、筒状を有する。誘導加熱部１２４は、下ステージ１３０と上ステージ１２０により基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を挟むときに、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を、基板１０２を挟む方向に直交する方向に囲んで配される。即ち、誘導加熱部１２４は、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を周囲から囲むことができるように、固定部材１２６により真空室１１０の天板に固定される。
【００１８】
補助加熱部１２２は、筒状を有する。補助加熱部１２２は、誘導加熱部１２４と上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６との間に配される。補助加熱部１２２は、下ステージ１３０と上ステージ１２０により基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を挟むときに、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を周囲から囲むことができるように、上ステージ１２０に固定される。
【００１９】
図２は、上下ステージにより基板および基板ホルダを挟む状態にある加熱装置１００のステージ周辺の断面図である。上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６には、それぞれ導電部材２０４と導電部材２０６が配される。補助加熱部１２２には、補助導電部材２０８が配される。
【００２０】
図３は、図２におけるＡ−Ａ部の断面図である。図３に示すように、筒状の補助導電部材２０８は、補助加熱部１２２の内部に収容され、基板１０２、および下基板ホルダ１０６を周囲から囲む。更に、筒状の誘導加熱部１２４は、補助加熱部１２２を外周から囲む。図３において、固定部材１２６も筒状を有し、誘導加熱部１２４を完全に内部に収容しているが、固定部材１２６は、誘導加熱部１２４を確実に固定できれば、部分的に誘導加熱部１２４をサポートする構造を有してもよい。例えば、固定部材１２６は、誘導加熱部１２４の円周上において、１２０°の間隔で部分的に誘導加熱部１２４をサポートして真空室１１０の天板に固定してもよい。
【００２１】
誘導加熱部１２４は、導電部材２０４および導電部材２０６を誘導加熱する。導電部材２０４および導電部材２０６は、それぞれ上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を加熱して、なお上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を介して、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６により保持された基板１０２を加熱して接合することができる。この加熱により、２枚の基板１０２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。導電部材２０４および導電部材２０６は、加熱効率を高める目的で、それぞれ上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６において、基板１０２に近い位置に配されることが好ましい。
【００２２】
誘導加熱部１２４は、補助導電部材２０８を誘導加熱する。補助導電部材２０８は、補助加熱部１２２を介して、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を外周側から加熱する。補助導電部材２０８の加熱により、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の外周から外部への熱輻射による温度降下を防ぐことができる。よって、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の内部温度分布の均一化が図れる。
【００２３】
誘導加熱部１２４は、電磁誘導コイルを含む。誘導加熱部１２４は、電気良導体のパイプ、線材、板などにより、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の周囲を１周以上巻いたコイルであってよい。当該導体の材料は、銅、アルミニウム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。
【００２４】
誘導加熱部１２４は、別途に設けられる高周波交流電源により電力が供給される。当該交流電源の周波数は、４０ｋＨｚから１ＭＨｚまでの範囲内で、加熱温度、加熱レート、加熱対象である導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８の材質、形状等を考慮して決められる。当該交流電源から供給する電力は、加熱温度、加熱レート、加熱対象である導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８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。
【００２５】
誘導加熱部１２４は、高周波交流電源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導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８の中に渦電流を発生させ、発熱させる。その熱により、上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および基板１０２が加熱される。
【００２６】
誘導加熱部１２４は、導電部材２０４および導電部材２０６の直径の１倍以上の長さ（図２において高さ方向長さ）を有することが好ましい。誘導加熱部１２４の長さを確保することにより、コイル内側に形成される磁場の均一性を図ることができる。
【００２７】
導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、導電材料から構成される。導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、誘導加熱により十分加熱される電気抵抗率を有する導電材料から形成される。当該導電材料は、例えば、鉄、スチール、ステンレス、ニッケル、タングステン、タンタル、カーボン等であってよい。
【００２８】
導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、板状の導電材料から構成される。基板１０２を均一に加熱する目的で、導電部材２０４および導電部材２０６は、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の基板保持領域より大きいサイズを有することが好ましい。例えば、図２に示すように、導電部材２０４および導電部材２０６が円盤状である場合に、当該円盤の直径が基板１０２の直径より大きいことが好ましい。また、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、メッシュ状であってもよく、櫛状であってもよい。
【００２９】
導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、磁性体であってよい。導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、一定以上の透磁率を有する磁性体であってよい。高い透磁率を有する導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、磁束を通しやすいので、誘導加熱部１２４により形成した磁束を導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８に集中させる効果を有する。
【００３０】
図４は、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８による磁気遮蔽効果を概念的に示す。導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８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４に示すように、磁束は導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８の内部に集中して、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８の間に磁気回路を形成する。従って、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、基板１０２に入る磁場を遮蔽して、磁束が基板１０２に入り、基板１０２に形成された電気回路などを過剰に加熱して溶かすことを防ぐことができる。即ち、高い透磁率を有する導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、磁気を遮蔽することにより、誘導加熱部１２４により形成した磁場の基板１０２に対する悪影響を防止することができる。
【００３１】
また、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８が磁性体である場合に、高周波交流電流による磁場の急峻な変化に抵抗して、結果として渦電流による加熱に加えて、ヒステリシス損による加熱効果も得られる。磁性体材料として、鉄、ニッケル、磁性ステンレス、パーマロイ等であってよい。磁性体がキュリー温度より高い温度に加熱されると、磁性を失うので、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、加熱温度より高いキュリー温度を有する磁性体であることが好ましい。
【００３２】
図５は、下基板ホルダ１０６の断面図である。図６は、下基板ホルダ１０６の裏面を下方から見上げる斜視図である。この下基板ホルダ１０６は、基板１０２をその上面に保持する。下基板ホルダ１０６の外形は、基板１０２よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。下基板ホルダ１０６は、下基板ホルダ本体３１０と、導電部材２０６とを含む。
【００３３】
下基板ホルダ本体３１０は、セラミックス等により形成される。例えば、下基板ホルダ本体３１０は、窒化シリコン、窒化アルミニウム、アルミナ等によって形成されてよい。下基板ホルダ本体３１０は、その上面において基板１０２を保持する基板保持領域を有する。当該領域が高い平坦性を有して、基板１０２を静電吸着する。
【００３４】
導電部材２０６は、下基板ホルダ１０６が静電吸着により基板１０２を保持する静電吸着用電極の機能を兼ねてよい。即ち、導電部材２０６は、導電部材２０６に供給される電圧により基板１０２を静電吸着することができる。上基板ホルダ１０４も、下基板ホルダ１０６と同様に、導電部材２０４を静電吸着用電極として兼用してよい。よって、以下上基板ホルダ１０４についての説明を省略する。
【００３５】
導電部材２０６は、ステージ用端子３１２と、搬送部用端子３１４とを含む。ステージ用端子３１２は、加熱装置１００の下ステージ１３０側、又は別途に設けられるアライナーの下ステージ側から導電部材２０６に静電吸着用電圧を印加するステージ用端子である。搬送部用端子３１４は、別途に設けられる搬送用ロボット側から導電部材２０６に静電吸着用電圧を印加する搬送部用端子である。
【００３６】
図５は、導電部材２０６とステージ用端子３１２および搬送部用端子３１４との接続関係を示す図面であり、各端子の位置関係を限定する図面ではない。図５は、単極方式の導電部材２０６を示すが、本実施態様において、静電吸着は双極方式であってもよい。双極方式である場合には、導電部材２０６は、プラス電極とマイナス電極によって構成される。
【００３７】
図６に示すように、下基板ホルダ１０６の裏面（基板１０２を載置しない面）には、互いに近接した二つの搬送部用端子３１４が露出する。下基板ホルダ１０６の裏面には、搬送部用端子３１４から離間して、且つ互いに離間した二つのステージ用端子３１２が露出する。
【００３８】
ステージ用端子３１２は、下基板ホルダ１０６が下ステージ１３０に載置された場合、下ステージ１３０の電力供給端子と当接することにより、下ステージ１３０から導電部材２０６へ電力を供給する。搬送部用端子３１４から離間して、且つ互いに離間した位置に、二つのステージ用端子３１２を設けることにより、真空室１１０の真空度により発生する電極間の放電を防止できる。
【００３９】
搬送部用端子３１４は、下基板ホルダ１０６を下ステージ１３０に対して搬送する場合、ロボットアームの電力供給端子と当接することにより、ロボットアームから導電部材２０６へ電力を供給する。搬送部用端子３１４が互いに近接して配されることにより、ロボットアームの給電部分の大きさを小さくすることができる。
【００４０】
誘導加熱部１２４の形状等の要因により、形成した磁場が、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６が置かれるコイルの内側において均一ではないときに、誘導加熱される導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、それぞれの内部における温度分布も均一にならないおそれがある。この場合に、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８における物理的特性を変更することにより、温度分布の均一化を図ることができる。例えば、導電部材２０４、導電部材２０６又は補助導電部材２０８の内部における導電率（電気伝導率）の分布、電気抵抗率の分布、透磁率の分布又は厚さの分布等を変更することにより、温度分布の均一化を図ることができる。
【００４１】
図７は、下基板ホルダ１０６における導電部材２０６の半径方向の導電率分布を示す。図７（ｄ）は、下基板ホルダ１０６の断面図である。図７（ａ）−（ｃ）は、導電部材２０６の中心から半径方向の導電率分布の例を示す。即ち、導電部材２０６は、その全体において均一な導電率を有してもよく、図７（ａ）−（ｃ）に示すように、同心円状に変化した導電率を有してもよい。
【００４２】
例えば、誘導加熱部１２４のコイルの内側において、上ステージ１２０および下ステージ１３０の中心対称線（図２における一点鎖線）に近い領域の磁束密度が高く、周辺部の磁束密度が低い場合には、導電部材２０６が誘導加熱により十分加熱される電気抵抗率の範囲において、図７（ａ）−（ｃ）に示すように、導電部材２０６の中心部の導電率を低く、周辺部の導電率を高くすることにより、下基板ホルダ１０６の面内温度分布の均一化を図ることができる。導電率の変化は図７（ａ）または（ｂ）のように、連続的に変化してもよく、図７（ｃ）のように段階的に変化してもよい。下ステージ１３０に設ける熱電対、又は赤外線検知器を有するサーモグラフシステム等により、下基板ホルダ１０６の温度分布を確認して、それに合わせて適切な導電率の分布を選択すればよい。
【００４３】
特定の導電率分布を有する導電部材２０４、導電部材２０６又は補助導電部材２０８の製造は、例えば、まず所定の導電率を有する金属プレートから導電部材２０６半径の半分の半径を有する円盤を切り出す。上記金属より高い導電率の金属プレートから、当該円盤の半径を内周の半径とし、導電部材２０６半径を外周の半径とするリングを切り出す。そして、上記円盤をリングの内側に嵌合して組み立てることにより、図７（ｃ）に示すような２段階導電率を有する導電部材２０６を製造することができる。
【００４４】
異なる導電率を有する金属粉末を所定の導電率の分布を形成するように金型に充填して、高密度圧粉成形および焼結をすることによっても、導電部材２０４、導電部材２０６又は補助導電部材２０８を製造することができる。また、図８に示すように、導電率の異なる二つの導電材料３２２、３２４を厚さ方向に積層することによっても、特定の導電率分布を有する導電部材２０４又は導電部材２０６を製造することができる。例えば、導電材料３２２には相対的に低い導電率の材料、導電材料３２４には相対的に高い導電率の材料を使用すると、導電部材２０６の全体の導電率が中心から半径方向に向けて徐々に大きくなる導電率分布を形成できる。
【００４５】
その後、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８をそれぞれ中に埋め込んで、一定の導電率分布を有する上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および補助加熱部１２２を形成できる。
【００４６】
上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および補助加熱部１２２の温度分布の均一化を図る他の手段としては、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８における各部分の厚さ（断面積）を調整する方法がある。例えば、図９に示すように、導電部材２０６は、中心から外周に向けて厚さが漸増するように形成する。この場合に、厚い外周部の熱容量が中央部の熱容量より大きくなるので、外周部が冷え難くなる。
【００４７】
上述のように、導電部材２０４、導電部材２０６又は補助導電部材２０８の導電率又は厚みを調整することにより、温度分布の均一化を図れるだけでなく、目的に合わせて、特定の温度分布を形成できる上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および補助加熱部１２２を作ることもできる。例えば、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の温度分布を調整することにより、基板１０２に特定の温度勾配を付けて加圧して接合することもできる。
【００４８】
図１０は、加熱装置１００を用いて積層電子デバイス装置を製造する製造方法のフローチャートを示す。当該製造方法は、複数の基板を挟んで一対の基板ホルダを準備する段階Ｓ０１０と、基板を加圧する段階Ｓ０２０と、誘導加熱する段階Ｓ０３０と、基板を個片化する段階Ｓ０４０とを備える。
【００４９】
まず、複数の基板を挟んで一対の基板ホルダを準備する（Ｓ０１０）。段階Ｓ０１０において、複数の電子デバイスが形成され、互いに接合することにより積層電子デバイス装置が形成できる複数の基板を準備する。ウェハに回路パターンを形成し、パッシベーションした後、表面に接合電極を形成して、接合用基板とする。
【００５０】
次に、接合すべき一対の基板１０２は、別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられ、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６により、位置ずれが起こらないように仮接合される状態で保持される。そして、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６は、ロボットアームにより加熱装置１００の下ステージ１３０に載置される。この場合、下基板ホルダ１０６の導電部材２０６は、下ステージ１３０から静電吸着用電力が供給されてよい。また、上基板ホルダ１０４の導電部材２０４に下ステージ１３０から静電吸着用電力を供給する端子があれば、導電部材２０４も下ステージ１３０から静電吸着用電力が供給されてよい。
【００５１】
基板を加圧する（Ｓ０２０）。段階Ｓ０２０において、昇降部１４０のピストン１４２が上昇して、基板１０２を挟む上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を上ステージ１２０に当接させ、上ステージ１２０と下ステージ１３０の間に挟む。加熱装置１００は、加圧制御信号に従って、ピストン１４２を更に上昇させ、上ステージ１２０および下ステージ１３０に保持された上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を介して、２枚の基板１０２を積層方向に加圧する。この加圧により、２枚の基板１０２の間に接合すべき電極同士が均一に接触することができ、基板の均一な貼り合せが実現できる。上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６は、上ステージ１２０および下ステージ１３０により静電吸着用電力が供給されていた場合に、基板１０２に加圧してから、その電力供給を停止してよい。
【００５２】
次に、誘導加熱する（Ｓ０３０）。段階Ｓ０３０において、誘導加熱部１２４に高周波交流電流を流して、電気誘導磁場を形成して、コイルの内側にある導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８を誘導加熱する。導電部材２０４および導電部材２０６は、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を介して上下から基板１０２を加熱する。補助導電部材２０８は、補助加熱部１２２を介して、外周側から基板１０２を加熱する。なお、補助加熱部１２２および誘導加熱部１２４は、外周側から基板１０２を挟む上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を囲み、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の外周部による熱輻射を遮断することができる。補助導電部材２０８は、外周部から基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を加熱するので、上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および基板１０２において、均一な温度分布が得られる。
【００５３】
基板１０２は、ヒートコントローラにより温度制御されながら、所定の温度まで加熱される。基板１０２は、温度制御されながら、一定時間に渡って、加圧され本接合される。加熱が本接合する２枚の基板１０２における電極接合面を活性化することができるので、電極同士が確実に接合することができる。
【００５４】
基板を個片化する（Ｓ０４０）。段階Ｓ０４０において、加熱装置１００のピストン１４２が降下して、基板１０２に加えた圧力を解除する。ピストン１４２が更に降下して、ロボットアームにより基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を出し入りできる位置で停止する。ロボットアームは、加熱装置１００から基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を取り出す。本接合された基板１０２が上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６から分離され、個片化されて、積層電子デバイス装置が完成する。
【００５５】
また、基板を本接合した後、加熱装置１００において、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６をロボットアームが搬送できる温度まで冷却してから、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を取り出して、別途設けられる基板冷却装置に搬入して、室温近傍まで冷却してもよい。この方法により、迅速に基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を冷却することができ、加熱装置１００の回転率を上げることできるので、積層電子デバイス装置の生産ラインのスループットを高めることができる。
【００５６】
図１１は、他の実施形態である加熱装置のステージ周辺の断面図である。加熱装置１００に比して、この加熱装置における誘導加熱部４２４は、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６側に対向する面が凹んだ断面形状を有する点において相違する。誘導加熱部４２４は、このような形状を有することにより、磁束を均一にすることができる。
【００５７】
上述の実施形態において、加熱装置１００には誘導加熱の加熱方式が採用され、発熱体である導電部材２０４および導電部材２０６がそれぞれ上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６に埋め込まれたので、加熱機構を上ステージ１２０および下ステージ１３０に設ける複雑な機械構造を回避でき、装置のコスト大きく下げることができる。なお、基板１０２が最も近い上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６により加熱されるので、基板１０２と加熱体との間に存在する機械部材による熱エネルギーの損失を無くすことができる。また、基板１０２は、高い平坦性を有する上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の基板保持領域と、密接に接触して加熱されるので、多くの機械部材を介して加熱される場合に比して、これらの部材の空間的な熱伝導の差異および相互間の接触の強弱等により生ずる温度ムラを防ぐことできる。
【００５８】
導電部材２０４および導電部材２０６は、発熱体と静電吸着用電極として兼用できるので、更に、機械構造の簡素化、設備投資の削減が実現できる。また、上ステージ１２０および下ステージ１３０から加熱部材を無くし、それによる干渉を排除したので、上ステージ１２０および下ステージ１３０における加圧機構の設計の自由度を高めることができ、上ステージ１２０および下ステージ１３０の加圧面に対する部分的加圧を実現することが容易になり、圧力分布をより正確に制御することができる。
【００５９】
また、導電部材２０４および導電部材２０６の導電率の分布を調整することで、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の面内の温度分布を制御することができる。予め様々な導電率分布を有する導電部材２０４を含む上基板ホルダ１０４、および様々な導電率分布を有する導電部材２０６を含む下基板ホルダ１０６を用意しておけば、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を交換するだけで、基板１０２に対して異なる温度分布で加熱することができる。
【００６０】
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。
【００６１】
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】
【００６２】
１００ 加熱装置、１０２ 基板、１０４ 上基板ホルダ、１０６ 下基板ホルダ、１１０ 真空室、１２０ 上ステージ、１２２ 補助加熱部、１２４ 誘導加熱部、１２６ 固定部材、１３０ 下ステージ、１４０ 昇降部、１４２ ピストン、１４４ シリンダー、２０４ 導電部材、２０６ 導電部材、２０８ 補助導電部材、３１０ 下基板ホルダ本体、３１２ ステージ用端子、３２２ 導電材料、３２４ 導電材料、３１４ 搬送部用端子、４２４ 誘導加熱部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置および積層電子デバイス装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回路が形成された２枚のウェハを、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて、加熱および加圧を行いながら当該２枚のウェハを接合するウェハ接合装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
上記ウェハ接合装置において、ヒータユニットからの熱伝導によりウェハを加熱する。発熱体の電熱ヒータと加熱対象のウェハとの間に、ヒートモジュール本体、トッププレート、トッププレートカバー、ウェハホルダ等多くの部材を介在する。これらの部材の空間的な熱伝導の差異および相互間の接触の強弱等により、ウェハの温度にムラが生じる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを保持する保持部と、保持部に保持された一対の基板ホルダを誘導加熱する誘導加熱部とを備える加熱装置が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、複数の電子デバイスが形成された複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを準備する工程と、保持部に保持された一対の基板ホルダを介して複数の基板を積層方向に加圧する工程と、保持部に保持された一対の基板ホルダを誘導加熱する工程と、加圧工程および誘導加熱工程により積層された複数の基板を複数の電子デバイスごとに個片化する工程とを備える積層電子デバイス装置の製造方法が提供される。
【０００７】
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】
【０００８】
【図１】一実施形態である加熱装置１００の構造を概略的に示す正面図である。
【図２】上下ステージにより基板および基板ホルダを挟む状態にある加熱装置１００のステージ周辺の断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【図４】導電部材による磁気遮蔽効果を概念的に示す。
【図５】下基板ホルダ１０６の断面図である。
【図６】下基板ホルダ１０６の裏面を下方から見上げる斜視図である。
【図７】下基板ホルダ１０６における導電部材の半径方向の導電率分布を示す。
【図８】下基板ホルダ１０６の他の実施形態である。
【図９】下基板ホルダ１０６の他の実施形態である。
【図１０】積層電子デバイス装置の製造方法のフローチャートを示す。
【図１１】他の実施形態である加熱装置のステージ周辺の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、一実施形態である加熱装置１００の構造を概略的に示す正面図である。加熱装置１００は、真空室１１０と、上ステージ１２０と、補助加熱部１２２と、誘導加熱部１２４と、下ステージ１３０と、昇降部１４０と、上基板ホルダ１０４と、下基板ホルダ１０６とを備える。
【００１１】
真空室１１０は、上ステージ１２０、補助加熱部１２２、誘導加熱部１２４、下ステージ１３０および昇降部１４０を内部に収容する。真空室１１０は、気密室を構成し、基板１０２の接合過程における基板１０２の酸化および汚染を防ぐ目的で、その内部が一定の真空度および一定のクリーン度に維持される。
【００１２】
上ステージ１２０は、真空室１１０の天板に固定される。昇降部１４０は、真空室１１０の底板に固定される。昇降部１４０は、シリンダー１４４とピストン１４２とを有する。下ステージ１３０は、昇降部１４０のピストン１４２の上に設けられる。昇降部１４０のピストン１４２は、外部からの制御信号により上下昇降する。下ステージ１３０は、ピストン１４２と共に上下に移動することができる。
【００１３】
接合すべき２枚の基板１０２は、加熱装置１００とは別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられる。さらに、当該２枚の基板１０２は、上基板ホルダ１０４と下基板ホルダ１０６により、位置ずれが起こらないように仮接合された状態で保持される。基板１０２を保持した上基板ホルダ１０４と下基板ホルダ１０６は、ロボットアームにより加熱装置１００に装入され、図１に示すように、下ステージ１３０の上に載置される。
【００１４】
下ステージ１３０は、上昇して、上ステージ１２０と共に、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を挟み、保持することができる。シリンダー１４４の油圧を制御しながら下ステージ１３０を上昇させると、所定の圧力まで２枚の基板１０２を加圧して、本接合することができる。加圧することにより、２枚の基板１０２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。
【００１５】
加熱装置１００に装填される基板は、単体のシリコンウェハ、化合物半導体ウェハ、ガラス基板、セラミックス基板等の他、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。装填された基板が、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。
【００１６】
真空室１１０は、下ステージ１３０と上ステージ１２０により基板１０２に加圧する場合に、装置の反力により変形すること防ぐ目的で、高剛性材料により形成される。真空室１１０の壁は、断熱材から形成される。よって、基板１０２が加熱される場合にも、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、機器への悪影響を防ぎ、高精度に基板の接合を実現できる。
【００１７】
誘導加熱部１２４は、筒状を有する。誘導加熱部１２４は、下ステージ１３０と上ステージ１２０により基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を挟むときに、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を、基板１０２を挟む方向に直交する方向に囲んで配される。即ち、誘導加熱部１２４は、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を周囲から囲むことができるように、固定部材１２６により真空室１１０の天板に固定される。
【００１８】
補助加熱部１２２は、筒状を有する。補助加熱部１２２は、誘導加熱部１２４と上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６との間に配される。補助加熱部１２２は、下ステージ１３０と上ステージ１２０により基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を挟むときに、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を周囲から囲むことができるように、上ステージ１２０に固定される。
【００１９】
図２は、上下ステージにより基板および基板ホルダを挟む状態にある加熱装置１００のステージ周辺の断面図である。上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６には、それぞれ導電部材２０４と導電部材２０６が配される。補助加熱部１２２には、補助導電部材２０８が配される。
【００２０】
図３は、図２におけるＡ−Ａ部の断面図である。図３に示すように、筒状の補助導電部材２０８は、補助加熱部１２２の内部に収容され、基板１０２、および下基板ホルダ１０６を周囲から囲む。更に、筒状の誘導加熱部１２４は、補助加熱部１２２を外周から囲む。図３において、固定部材１２６も筒状を有し、誘導加熱部１２４を完全に内部に収容しているが、固定部材１２６は、誘導加熱部１２４を確実に固定できれば、部分的に誘導加熱部１２４をサポートする構造を有してもよい。例えば、固定部材１２６は、誘導加熱部１２４の円周上において、１２０°の間隔で部分的に誘導加熱部１２４をサポートして真空室１１０の天板に固定してもよい。
【００２１】
誘導加熱部１２４は、導電部材２０４および導電部材２０６を誘導加熱する。導電部材２０４および導電部材２０６は、それぞれ上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を加熱して、なお上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を介して、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６により保持された基板１０２を加熱して接合することができる。この加熱により、２枚の基板１０２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。導電部材２０４および導電部材２０６は、加熱効率を高める目的で、それぞれ上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６において、基板１０２に近い位置に配されることが好ましい。
【００２２】
誘導加熱部１２４は、補助導電部材２０８を誘導加熱する。補助導電部材２０８は、補助加熱部１２２を介して、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を外周側から加熱する。補助導電部材２０８の加熱により、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の外周から外部への熱輻射による温度降下を防ぐことができる。よって、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の内部温度分布の均一化が図れる。
【００２３】
誘導加熱部１２４は、電磁誘導コイルを含む。誘導加熱部１２４は、電気良導体のパイプ、線材、板などにより、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の周囲を１周以上巻いたコイルであってよい。当該導体の材料は、銅、アルミニウム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。
【００２４】
誘導加熱部１２４は、別途に設けられる高周波交流電源により電力が供給される。当該交流電源の周波数は、４０ｋＨｚから１ＭＨｚまでの範囲内で、加熱温度、加熱レート、加熱対象である導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８の材質、形状等を考慮して決められる。当該交流電源から供給する電力は、加熱温度、加熱レート、加熱対象である導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８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。
【００２５】
誘導加熱部１２４は、高周波交流電源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導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８の中に渦電流を発生させ、発熱させる。その熱により、上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および基板１０２が加熱される。
【００２６】
誘導加熱部１２４は、導電部材２０４および導電部材２０６の直径の１倍以上の長さ（図２において高さ方向長さ）を有することが好ましい。誘導加熱部１２４の長さを確保することにより、コイル内側に形成される磁場の均一性を図ることができる。
【００２７】
導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、導電材料から構成される。導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、誘導加熱により十分加熱される電気抵抗率を有する導電材料から形成される。当該導電材料は、例えば、鉄、スチール、ステンレス、ニッケル、タングステン、タンタル、カーボン等であってよい。
【００２８】
導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、板状の導電材料から構成される。基板１０２を均一に加熱する目的で、導電部材２０４および導電部材２０６は、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の基板保持領域より大きいサイズを有することが好ましい。例えば、図２に示すように、導電部材２０４および導電部材２０６が円盤状である場合に、当該円盤の直径が基板１０２の直径より大きいことが好ましい。また、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、メッシュ状であってもよく、櫛状であってもよい。
【００２９】
導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、磁性体であってよい。導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、一定以上の透磁率を有する磁性体であってよい。高い透磁率を有する導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、磁束を通しやすいので、誘導加熱部１２４により形成した磁束を導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８に集中させる効果を有する。
【００３０】
図４は、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８による磁気遮蔽効果を概念的に示す。導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８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４に示すように、磁束は導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８の内部に集中して、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８の間に磁気回路を形成する。従って、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、基板１０２に入る磁場を遮蔽して、磁束が基板１０２に入り、基板１０２に形成された電気回路などを過剰に加熱して溶かすことを防ぐことができる。即ち、高い透磁率を有する導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、磁気を遮蔽することにより、誘導加熱部１２４により形成した磁場の基板１０２に対する悪影響を防止することができる。
【００３１】
また、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８が磁性体である場合に、高周波交流電流による磁場の急峻な変化に抵抗して、結果として渦電流による加熱に加えて、ヒステリシス損による加熱効果も得られる。磁性体材料として、鉄、ニッケル、磁性ステンレス、パーマロイ等であってよい。磁性体がキュリー温度より高い温度に加熱されると、磁性を失うので、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、加熱温度より高いキュリー温度を有する磁性体であることが好ましい。
【００３２】
図５は、下基板ホルダ１０６の断面図である。図６は、下基板ホルダ１０６の裏面を下方から見上げる斜視図である。この下基板ホルダ１０６は、基板１０２をその上面に保持する。下基板ホルダ１０６の外形は、基板１０２よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。下基板ホルダ１０６は、下基板ホルダ本体３１０と、導電部材２０６とを含む。
【００３３】
下基板ホルダ本体３１０は、セラミックス等により形成される。例えば、下基板ホルダ本体３１０は、窒化シリコン、窒化アルミニウム、アルミナ等によって形成されてよい。下基板ホルダ本体３１０は、その上面において基板１０２を保持する基板保持領域を有する。当該領域が高い平坦性を有して、基板１０２を静電吸着する。
【００３４】
導電部材２０６は、下基板ホルダ１０６が静電吸着により基板１０２を保持する静電吸着用電極の機能を兼ねてよい。即ち、導電部材２０６は、導電部材２０６に供給される電圧により基板１０２を静電吸着することができる。上基板ホルダ１０４も、下基板ホルダ１０６と同様に、導電部材２０４を静電吸着用電極として兼用してよい。よって、以下上基板ホルダ１０４についての説明を省略する。
【００３５】
導電部材２０６は、ステージ用端子３１２と、搬送部用端子３１４とを含む。ステージ用端子３１２は、加熱装置１００の下ステージ１３０側、又は別途に設けられるアライナーの下ステージ側から導電部材２０６に静電吸着用電圧を印加するステージ用端子である。搬送部用端子３１４は、別途に設けられる搬送用ロボット側から導電部材２０６に静電吸着用電圧を印加する搬送部用端子である。
【００３６】
図５は、導電部材２０６とステージ用端子３１２および搬送部用端子３１４との接続関係を示す図面であり、各端子の位置関係を限定する図面ではない。図５は、単極方式の導電部材２０６を示すが、本実施態様において、静電吸着は双極方式であってもよい。双極方式である場合には、導電部材２０６は、プラス電極とマイナス電極によって構成される。
【００３７】
図６に示すように、下基板ホルダ１０６の裏面（基板１０２を載置しない面）には、互いに近接した二つの搬送部用端子３１４が露出する。下基板ホルダ１０６の裏面には、搬送部用端子３１４から離間して、且つ互いに離間した二つのステージ用端子３１２が露出する。
【００３８】
ステージ用端子３１２は、下基板ホルダ１０６が下ステージ１３０に載置された場合、下ステージ１３０の電力供給端子と当接することにより、下ステージ１３０から導電部材２０６へ電力を供給する。搬送部用端子３１４から離間して、且つ互いに離間した位置に、二つのステージ用端子３１２を設けることにより、真空室１１０の真空度により発生する電極間の放電を防止できる。
【００３９】
搬送部用端子３１４は、下基板ホルダ１０６を下ステージ１３０に対して搬送する場合、ロボットアームの電力供給端子と当接することにより、ロボットアームから導電部材２０６へ電力を供給する。搬送部用端子３１４が互いに近接して配されることにより、ロボットアームの給電部分の大きさを小さくすることができる。
【００４０】
誘導加熱部１２４の形状等の要因により、形成した磁場が、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６が置かれるコイルの内側において均一ではないときに、誘導加熱される導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８は、それぞれの内部における温度分布も均一にならないおそれがある。この場合に、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８における物理的特性を変更することにより、温度分布の均一化を図ることができる。例えば、導電部材２０４、導電部材２０６又は補助導電部材２０８の内部における導電率（電気伝導率）の分布、電気抵抗率の分布、透磁率の分布又は厚さの分布等を変更することにより、温度分布の均一化を図ることができる。
【００４１】
図７は、下基板ホルダ１０６における導電部材２０６の半径方向の導電率分布を示す。図７（ｄ）は、下基板ホルダ１０６の断面図である。図７（ａ）−（ｃ）は、導電部材２０６の中心から半径方向の導電率分布の例を示す。即ち、導電部材２０６は、その全体において均一な導電率を有してもよく、図７（ａ）−（ｃ）に示すように、同心円状に変化した導電率を有してもよい。
【００４２】
例えば、誘導加熱部１２４のコイルの内側において、上ステージ１２０および下ステージ１３０の中心対称線（図２における一点鎖線）に近い領域の磁束密度が高く、周辺部の磁束密度が低い場合には、導電部材２０６が誘導加熱により十分加熱される電気抵抗率の範囲において、図７（ａ）−（ｃ）に示すように、導電部材２０６の中心部の導電率を低く、周辺部の導電率を高くすることにより、下基板ホルダ１０６の面内温度分布の均一化を図ることができる。導電率の変化は図７（ａ）または（ｂ）のように、連続的に変化してもよく、図７（ｃ）のように段階的に変化してもよい。下ステージ１３０に設ける熱電対、又は赤外線検知器を有するサーモグラフシステム等により、下基板ホルダ１０６の温度分布を確認して、それに合わせて適切な導電率の分布を選択すればよい。
【００４３】
特定の導電率分布を有する導電部材２０４、導電部材２０６又は補助導電部材２０８の製造は、例えば、まず所定の導電率を有する金属プレートから導電部材２０６半径の半分の半径を有する円盤を切り出す。上記金属より高い導電率の金属プレートから、当該円盤の半径を内周の半径とし、導電部材２０６半径を外周の半径とするリングを切り出す。そして、上記円盤をリングの内側に嵌合して組み立てることにより、図７（ｃ）に示すような２段階導電率を有する導電部材２０６を製造することができる。
【００４４】
異なる導電率を有する金属粉末を所定の導電率の分布を形成するように金型に充填して、高密度圧粉成形および焼結をすることによっても、導電部材２０４、導電部材２０６又は補助導電部材２０８を製造することができる。また、図８に示すように、導電率の異なる二つの導電材料３２２、３２４を厚さ方向に積層することによっても、特定の導電率分布を有する導電部材２０４又は導電部材２０６を製造することができる。例えば、導電材料３２２には相対的に低い導電率の材料、導電材料３２４には相対的に高い導電率の材料を使用すると、導電部材２０６の全体の導電率が中心から半径方向に向けて徐々に大きくなる導電率分布を形成できる。
【００４５】
その後、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８をそれぞれ中に埋め込んで、一定の導電率分布を有する上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および補助加熱部１２２を形成できる。
【００４６】
上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および補助加熱部１２２の温度分布の均一化を図る他の手段としては、導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８における各部分の厚さ（断面積）を調整する方法がある。例えば、図９に示すように、導電部材２０６は、中心から外周に向けて厚さが漸増するように形成する。この場合に、厚い外周部の熱容量が中央部の熱容量より大きくなるので、外周部が冷え難くなる。
【００４７】
上述のように、導電部材２０４、導電部材２０６又は補助導電部材２０８の導電率又は厚みを調整することにより、温度分布の均一化を図れるだけでなく、目的に合わせて、特定の温度分布を形成できる上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および補助加熱部１２２を作ることもできる。例えば、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の温度分布を調整することにより、基板１０２に特定の温度勾配を付けて加圧して接合することもできる。
【００４８】
図１０は、加熱装置１００を用いて積層電子デバイス装置を製造する製造方法のフローチャートを示す。当該製造方法は、複数の基板を挟んで一対の基板ホルダを準備する段階Ｓ０１０と、基板を加圧する段階Ｓ０２０と、誘導加熱する段階Ｓ０３０と、基板を個片化する段階Ｓ０４０とを備える。
【００４９】
まず、複数の基板を挟んで一対の基板ホルダを準備する（Ｓ０１０）。段階Ｓ０１０において、複数の電子デバイスが形成され、互いに接合することにより積層電子デバイス装置が形成できる複数の基板を準備する。ウェハに回路パターンを形成し、パッシベーションした後、表面に接合電極を形成して、接合用基板とする。
【００５０】
次に、接合すべき一対の基板１０２は、別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられ、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６により、位置ずれが起こらないように仮接合される状態で保持される。そして、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６は、ロボットアームにより加熱装置１００の下ステージ１３０に載置される。この場合、下基板ホルダ１０６の導電部材２０６は、下ステージ１３０から静電吸着用電力が供給されてよい。また、上基板ホルダ１０４の導電部材２０４に下ステージ１３０から静電吸着用電力を供給する端子があれば、導電部材２０４も下ステージ１３０から静電吸着用電力が供給されてよい。
【００５１】
基板を加圧する（Ｓ０２０）。段階Ｓ０２０において、昇降部１４０のピストン１４２が上昇して、基板１０２を挟む上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を上ステージ１２０に当接させ、上ステージ１２０と下ステージ１３０の間に挟む。加熱装置１００は、加圧制御信号に従って、ピストン１４２を更に上昇させ、上ステージ１２０および下ステージ１３０に保持された上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を介して、２枚の基板１０２を積層方向に加圧する。この加圧により、２枚の基板１０２の間に接合すべき電極同士が均一に接触することができ、基板の均一な貼り合せが実現できる。上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６は、上ステージ１２０および下ステージ１３０により静電吸着用電力が供給されていた場合に、基板１０２に加圧してから、その電力供給を停止してよい。
【００５２】
次に、誘導加熱する（Ｓ０３０）。段階Ｓ０３０において、誘導加熱部１２４に高周波交流電流を流して、電気誘導磁場を形成して、コイルの内側にある導電部材２０４、導電部材２０６および補助導電部材２０８を誘導加熱する。導電部材２０４および導電部材２０６は、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を介して上下から基板１０２を加熱する。補助導電部材２０８は、補助加熱部１２２を介して、外周側から基板１０２を加熱する。なお、補助加熱部１２２および誘導加熱部１２４は、外周側から基板１０２を挟む上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を囲み、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の外周部による熱輻射を遮断することができる。補助導電部材２０８は、外周部から基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を加熱するので、上基板ホルダ１０４、下基板ホルダ１０６および基板１０２において、均一な温度分布が得られる。
【００５３】
基板１０２は、ヒートコントローラにより温度制御されながら、所定の温度まで加熱される。基板１０２は、温度制御されながら、一定時間に渡って、加圧され本接合される。加熱が本接合する２枚の基板１０２における電極接合面を活性化することができるので、電極同士が確実に接合することができる。
【００５４】
基板を個片化する（Ｓ０４０）。段階Ｓ０４０において、加熱装置１００のピストン１４２が降下して、基板１０２に加えた圧力を解除する。ピストン１４２が更に降下して、ロボットアームにより基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を出し入りできる位置で停止する。ロボットアームは、加熱装置１００から基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を取り出す。本接合された基板１０２が上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６から分離され、個片化されて、積層電子デバイス装置が完成する。
【００５５】
また、基板を本接合した後、加熱装置１００において、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６をロボットアームが搬送できる温度まで冷却してから、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を取り出して、別途設けられる基板冷却装置に搬入して、室温近傍まで冷却してもよい。この方法により、迅速に基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を冷却することができ、加熱装置１００の回転率を上げることできるので、積層電子デバイス装置の生産ラインのスループットを高めることができる。
【００５６】
図１１は、他の実施形態である加熱装置のステージ周辺の断面図である。加熱装置１００に比して、この加熱装置における誘導加熱部４２４は、基板１０２、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６側に対向する面が凹んだ断面形状を有する点において相違する。誘導加熱部４２４は、このような形状を有することにより、磁束を均一にすることができる。
【００５７】
上述の実施形態において、加熱装置１００には誘導加熱の加熱方式が採用され、発熱体である導電部材２０４および導電部材２０６がそれぞれ上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６に埋め込まれたので、加熱機構を上ステージ１２０および下ステージ１３０に設ける複雑な機械構造を回避でき、装置のコスト大きく下げることができる。なお、基板１０２が最も近い上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６により加熱されるので、基板１０２と加熱体との間に存在する機械部材による熱エネルギーの損失を無くすことができる。また、基板１０２は、高い平坦性を有する上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の基板保持領域と、密接に接触して加熱されるので、多くの機械部材を介して加熱される場合に比して、これらの部材の空間的な熱伝導の差異および相互間の接触の強弱等により生ずる温度ムラを防ぐことできる。
【００５８】
導電部材２０４および導電部材２０６は、発熱体と静電吸着用電極として兼用できるので、更に、機械構造の簡素化、設備投資の削減が実現できる。また、上ステージ１２０および下ステージ１３０から加熱部材を無くし、それによる干渉を排除したので、上ステージ１２０および下ステージ１３０における加圧機構の設計の自由度を高めることができ、上ステージ１２０および下ステージ１３０の加圧面に対する部分的加圧を実現することが容易になり、圧力分布をより正確に制御することができる。
【００５９】
また、導電部材２０４および導電部材２０６の導電率の分布を調整することで、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６の面内の温度分布を制御することができる。予め様々な導電率分布を有する導電部材２０４を含む上基板ホルダ１０４、および様々な導電率分布を有する導電部材２０６を含む下基板ホルダ１０６を用意しておけば、上基板ホルダ１０４および下基板ホルダ１０６を交換するだけで、基板１０２に対して異なる温度分布で加熱することができる。
【００６０】
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。
【００６１】
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】
【００６２】
１００ 加熱装置、１０２ 基板、１０４ 上基板ホルダ、１０６ 下基板ホルダ、１１０ 真空室、１２０ 上ステージ、１２２ 補助加熱部、１２４ 誘導加熱部、１２６ 固定部材、１３０ 下ステージ、１４０ 昇降部、１４２ ピストン、１４４ シリンダー、２０４ 導電部材、２０６ 導電部材、２０８ 補助導電部材、３１０ 下基板ホルダ本体、３１２ ステージ用端子、３２２ 導電材料、３２４ 導電材料、３１４ 搬送部用端子、４２４ 誘導加熱部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記一対の基板ホルダを誘導加熱する誘導加熱部と
を備える加熱装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、前記一対の基板ホルダを備え、
前記一対の基板ホルダの少なくとも一方は、前記誘導加熱部からの磁場により渦電流を生じる導電部材が配される請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記一対の基板ホルダの前記少なくとも一方は、前記導電部材に供給される電圧により前記複数の基板のいずれかを静電吸着する請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記導電部材は、前記複数の基板への磁場を遮蔽する請求項２または３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記誘導加熱部は、前記一対の基板ホルダを、前記複数の基板を挟む方向に直交する方向に囲んで配される請求項１から４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記誘導加熱部と前記一対の基板ホルダとの間に配された、前記一対の基板ホルダとは別体の補助導電部材をさらに備える請求項５に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記補助導電部材は、前記複数の基板への磁場を遮蔽する請求項６に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記誘導加熱部は、前記一対の基板ホルダ側に対向する面が凹んだ断面形状を有する請求項５から７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項９】
前記一対の基板ホルダにおける前記複数の基板を挟む領域は、同心円状に変化した導電率を有する請求項５から７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１０】
複数の電子デバイスが形成された複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを準備する工程と、
前記一対の基板ホルダを介して前記複数の基板を積層方向に加圧する工程と、
前記一対の基板ホルダを誘導加熱する工程と、
加圧工程および誘導加熱工程により積層された前記複数の基板を前記複数の電子デバイスごとに個片化する工程と
を備える積層電子デバイス装置の製造方法。
【請求項１】
複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記一対の基板ホルダを誘導加熱する誘導加熱部と
を備える加熱装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、前記一対の基板ホルダを備え、
前記一対の基板ホルダの少なくとも一方は、前記誘導加熱部からの磁場により渦電流を生じる導電部材が配される請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記一対の基板ホルダの前記少なくとも一方は、前記導電部材に供給される電圧により前記複数の基板のいずれかを静電吸着する請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記導電部材は、前記複数の基板への磁場を遮蔽する請求項２または３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記誘導加熱部は、前記一対の基板ホルダを、前記複数の基板を挟む方向に直交する方向に囲んで配される請求項１から４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記誘導加熱部と前記一対の基板ホルダとの間に配された、前記一対の基板ホルダとは別体の補助導電部材をさらに備える請求項５に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記補助導電部材は、前記複数の基板への磁場を遮蔽する請求項６に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記誘導加熱部は、前記一対の基板ホルダ側に対向する面が凹んだ断面形状を有する請求項５から７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項９】
前記一対の基板ホルダにおける前記複数の基板を挟む領域は、同心円状に変化した導電率を有する請求項５から７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項１０】
複数の電子デバイスが形成された複数の基板を挟んだ一対の基板ホルダを準備する工程と、
前記一対の基板ホルダを介して前記複数の基板を積層方向に加圧する工程と、
前記一対の基板ホルダを誘導加熱する工程と、
加圧工程および誘導加熱工程により積層された前記複数の基板を前記複数の電子デバイスごとに個片化する工程と
を備える積層電子デバイス装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−９６９４９（Ｐ２０１１−９６９４９Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５１４３９（Ｐ２００９−２５１４３９）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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