接合方法および接合装置制御装置
【課題】接合基板に発生する反りをより低減すること。
【解決手段】第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、その第２基板表面とその第１基板表面とを活性化させるステップＳ２と、その第１基板の温度とその第２基板の温度との温度差を小さくするステップＳ３と、所定温度差よりその温度差が小さくなった後に、その第２基板表面とその第１基板表面とを接触させることにより、その第２基板とその第１基板とを接合するステップＳ４とを備えている。このような接合方法によれば、その温度差が所定温度差より小さくなる前に接合された他の接合基板に比較して、その第２基板とその第１基板との熱膨張に起因する反りをより低減することができる。
【解決手段】第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、その第２基板表面とその第１基板表面とを活性化させるステップＳ２と、その第１基板の温度とその第２基板の温度との温度差を小さくするステップＳ３と、所定温度差よりその温度差が小さくなった後に、その第２基板表面とその第１基板表面とを接触させることにより、その第２基板とその第１基板とを接合するステップＳ４とを備えている。このような接合方法によれば、その温度差が所定温度差より小さくなる前に接合された他の接合基板に比較して、その第２基板とその第１基板との熱膨張に起因する反りをより低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法および接合装置制御装置に関し、特に、複数の基板を１枚の基板に接合する接合方法および接合装置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。このようなＭＥＭＳは、複数のウェハが常温接合により接合されることにより作製されることができる。２枚のウェハを常温接合する常温接合装置は、公知であり、たとえば、特許第３９７０３０４号公報に開示されている。その常温接合された基板には、反りが発生することがある。常温接合後の基板に発生する反りを低減することが望まれている。
【０００３】
特開２００９−１７７０３４号公報には、接合した半導体ウエハおよびキャップウエハの接合基板の反り量が大幅に低減される半導体ウエハレベルパッケージの製造方法が開示されている。その半導体ウエハレベルパッケージの製造方法は、半導体ウエハを支持基板と接合した後で、支持基板と接合していない半導体ウエハの面に加工処理を行う半導体ウエハレベルパッケージの製造方法において、半導体ウエハに支持基板を接合した後に、接合した状態で支持基板または半導体ウエハの表面から一定深さのカットラインを形成し、その後で支持基板と接合していない半導体ウエハの面に加工処理を行うことを特徴としている。
【０００４】
特開２００８−３００４００号公報には、半導体基板にキャップ材を接合したときの反り量を抑制でき、しかも接合不良や半導体デバイスの不良を回避することが可能な半導体パッケージ基板の製造方法が開示されている。その半導体パッケージ基板の製造方法は、一方の面側に電極層を備える半導体基板の前記一方の面側に、樹脂層を介して、または前記一方の面に対して直接、キャップ材を接合し、前記電極層を前記半導体基板とキャップ材との間に封止する工程と、前記半導体基板の他方の面側より前記半導体基板を貫通して前記電極層の一部を露呈する貫通孔を形成する工程と、前記半導体基板の他方の面より、前記半導体基板のダイシング部に対応する位置に前記半導体基板を貫通しない非貫通の溝部を形成する工程と、前記貫通孔および非貫通の溝部を有する半導体基板において前記貫通孔に前記電極層と導通される貫通配線を形成する工程とを有することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９７０３０４号公報
【特許文献２】特開２００９−１７７０３４号公報
【特許文献３】特開２００８−３００４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、接合後の基板に発生する反りを低減する接合方法および接合装置制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、接合後の基板に発生する反りをより確実に低減する接合方法および接合装置制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、より高速に接合し、かつ、接合後の基板に発生する反りを低減する接合方法および接合装置制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、接合後の基板に発生する反りをより容易に低減する接合方法および接合装置制御装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、接合後の基板に発生する反りを低減する接合装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、より高速に接合し、かつ、接合後の基板に発生する反りを低減する接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、発明を実施するための形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明による接合方法は、第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、その第２基板表面とその第１基板表面とを活性化させるステップ（Ｓ２）と、その第１基板の温度とその第２基板の温度との温度差を小さくするステップ（Ｓ３）と、所定温度差よりその温度差が小さくなった後に、その第２基板表面とその第１基板表面とを接触させることにより、その第２基板とその第１基板とを接合するステップ（Ｓ４）とを備えている。このような接合方法によれば、その温度差が所定温度差より小さくなる前に接合された他の接合基板に比較して、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより低減することができる。
【０００９】
本発明による接合方法は、その第１基板表面とその第２基板表面とが接触する前に、その第１基板またはその第２基板を加熱または冷却するステップ（Ｓ３）をさらに備えている。このような接合方法によれば、さらに、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮され、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００１０】
その第２基板とその第１基板とは、所定温度範囲にその第１基板の温度またはその第２基板の温度が含まれるときにその第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、接合される。このような接合方法によれば、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板がその所定温度範囲に配置されたときにその接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【００１１】
本発明による接合方法は、温度計（１８）により測定された測定温度に基づいてその温度差がその所定温度差より小さくなったかどうかを判別するステップをさらに備えている。このような接合方法によれば、その温度差がその所定の温度差より小さくなったことをより確実に検出することができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【００１２】
その第１基板表面が活性化されるときにその第１基板に接触する第１材料（１１）（８）（６１）の熱伝導率とその第２基板表面が活性化されるときにその第２基板に接触する第２材料（１３）（５１）の熱伝導率との差は、所定の差より小さい。このような接合方法によれば、さらに、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮され、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００１３】
第１材料（１１）（８）（６１）は、ステンレス鋼である。第２材料（１３）（５１）は、アルミナ系セラミックスであることが好ましい。
【００１４】
その第２基板とその第１基板とは、その第２基板表面とその第１基板表面とにその粒子が照射し終わってから５分以上経過後にその第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、接合される。このような接合方法によれば、その第２基板とその第１基板とを接合する接合装置（１）を他の装置に変更することなく、その温度差をより容易にその所定の温度差より小さくすることができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより容易に低減することができる。
【００１５】
本発明による接合装置制御装置（１０）は、第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射するように活性化装置（１６）を制御する活性化部（２２）と、所定温度差よりその第１基板の温度とその第２基板の温度との温度差が小さくなった後に、その第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、その第２基板とその第１基板とを駆動する圧接機構（１４）を制御する接合部（２４）とを備えている。このような接合装置制御装置（１０）は、その温度差が所定温度差より小さくなる前に接合された他の接合基板に比較して、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより低減することができる。
【００１６】
本発明による接合装置制御装置（１０）は、その第１基板表面とその第２基板表面とが接触する前に、その第１基板またはその第２基板が加熱または冷却されるように、温度調節装置（５２）（５４）（６２）（６４）を制御する温度調節部（２３）をさらに備えている。このような接合装置制御装置（１０）は、さらに、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮され、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００１７】
接合部（２４）は、所定温度範囲にその測定温度が含まれるときにその第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、圧接機構（１４）を制御する。このような接合装置制御装置（１０）は、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板がその所定温度範囲に配置されたときにその接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【００１８】
温度調節部（２３）は、その第１基板またはその第２基板の温度を測定する温度計（１８）により測定された測定温度に基づいてその温度差がその所定温度差より小さくなったかどうかを判別する。このような接合装置制御装置（１０）は、その温度差がその所定の温度差より小さくなったことをより確実に検出することができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【００１９】
その第２基板とその第１基板とは、その第２基板表面とその第１基板表面とにその粒子が照射し終わってから５分以上経過後にその第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、接合される。このような接合装置制御装置（１０）は、その第２基板とその第１基板とを接合する接合装置（１）を他の装置に変更することなく、その温度差をより容易にその所定の温度差より小さくすることができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより容易に低減することができる。
【００２０】
本発明による接合装置（１）は、第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射する活性化装置（１６）と、所定温度差よりその第１基板の温度とその第２基板の温度との温度差が小さくなった後に、その第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、その第２基板とその第１基板とを駆動する圧接機構（１４）とを備えている。このような接合装置（１）は、その温度差が所定温度差より小さくなる前に接合された他の接合基板に比較して、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより低減することができる。
【００２１】
本発明による接合装置（１）は、その第１基板表面が活性化されるときにその第１基板を保持する第１保持機構（８，９）と、その第２基板表面が活性化されるときにその第２基板を保持する第２保持機構（１３）とをさらに備えている。その第１基板が第１保持機構（８，９）に保持されるときにその第１基板に接触する第１材料（１１）（８）（６１）の熱伝導率とその第２基板が第２保持機構（１３）に保持されるときにその第２基板に接触する第２材料（１３）（５１）の熱伝導率との差は、所定の差より小さい。このような接合装置（１）は、さらに、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮され、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００２２】
第１材料（１１）（８）（６１）は、ステンレス鋼である。第２材料（１３）（５１）は、アルミナ系セラミックスであることが好ましい。
【００２３】
本発明による接合装置（１）は、その第１基板を加熱する加熱装置（５４）をさらに備えている。このような接合装置（１）は、その第１基板を加熱することにより、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮することができ、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００２４】
本発明による接合装置（１）は、その第１基板を冷却する冷却装置（５２）をさらに備えている。このような接合装置（１）は、その第１基板を冷却することによりその温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮することができ、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００２５】
本発明による接合装置（１）は、その第２基板を冷却または加熱する温度調節装置（６２）（６４）をさらに備えている。このような接合装置（１）は、その第２基板を冷却または加熱することによりその温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間を短縮することができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより高速に低減することができる。
【００２６】
本発明による接合装置（１）は、その第１基板の温度または第２基板の温度を測定する温度計（１８）をさらに備えている。このような接合装置（１）は、その温度差がその所定の温度差より小さくなったことをより確実に検出することができ、その第１基板とその第２基板とが接合された接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による接合方法および接合装置制御装置は、第１基板の温度と第２基板の温度との温度差が十分に小さくなった後にその第２基板表面とその第１基板表面とを接合することにより、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより低減することができる
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明による接合装置を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による接合装置制御装置を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明による接合方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、比較例の接合基板に発生する反りを示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による接合方法により接合された接合基板に発生する反りを示す断面図である。
【図６】図６は、他の静電チャックを示す断面図である。
【図７】図７は、さらに他の静電チャックを示す断面図である。
【図８】図８は、他のステージキャリッジを示す断面図である。
【図９】図９は、さらに他のステージキャリッジを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面を参照して、本発明による接合装置制御装置の実施の形態を記載する。その接合装置制御装置１０は、図１に示されているように、接合システムに適用されている。すなわち、その接合システムは、接合装置制御装置１０と接合装置１とを備えている。接合装置１は、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３とを備えている。接合チャンバー２とロードロックチャンバー３とは、内部を環境から密閉する容器である。接合装置１は、さらに、ゲートバルブ４を備えている。ゲートバルブ４は、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３との間に介設され、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートを形成している。ゲートバルブ４は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、そのゲートを閉鎖し、または、そのゲートを開放する。ロードロックチャンバー３は、図示されていない蓋を備えている。その蓋は、ロードロックチャンバー３の外部と内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、そのゲートを開放する。
【００３０】
ロードロックチャンバー３は、真空ポンプ５を備えている。真空ポンプ５は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ロードロックチャンバー３の内部から気体を排気する。真空ポンプ５としては、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。ロードロックチャンバー３は、さらに、搬送機構６を内部に備えている。搬送機構６は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ゲートバルブ４を介してロードロックチャンバー３の内部に配置されたウェハを接合チャンバー２に搬送し、または、ゲートバルブ４を介して接合チャンバー２に配置されたウェハをロードロックチャンバー３の内部に搬送する。
【００３１】
接合チャンバー２は、真空ポンプ７を備えている。真空ポンプ７は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、接合チャンバー２の内部から気体を排気する。真空ポンプ７としては、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。
【００３２】
接合チャンバー２は、さらに、ステージキャリッジ８と位置合わせ機構９とを備えている。ステージキャリッジ８は、接合チャンバー２の内部に配置され、水平方向に平行移動可能に、かつ、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動可能に支持されている。ステージキャリッジ８は、カートリッジ１１を保持するために利用される。カートリッジ１１は、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４から形成され、概ね円盤状に形成されている。カートリッジ１１は、ウェハが載せられ、搬送機構６がそのウェハに接触しないでそのウェハを搬送するために利用される。位置合わせ機構９は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ステージキャリッジ８が水平方向に平行移動するように、または、ステージキャリッジ８が鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動するように、ステージキャリッジ８を駆動する。
【００３３】
接合チャンバー２は、さらに、圧接軸１２と静電チャック１３と圧接機構１４と荷重計１５とを備えている。圧接軸１２は、接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動可能に支持されている。静電チャック１３は、圧接軸１２の下端に配置されている。静電チャック１３は、誘電層の内部に内部電極が配置されている。その誘電層は、アルミナ系セラミックから形成され、平坦な面が形成されている。静電チャック１３は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、その内部電極に所定の印加電圧が印加される。静電チャック１３は、その内部電極に所定の印加電圧が印加されることにより、その誘電層の平坦な面の近傍に配置されるウェハを静電力によって吸着する。圧接機構１４は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、接合チャンバー２に対して鉛直方向に圧接軸１２を平行移動させる。圧接機構１４は、さらに、静電チャック１３が配置される位置を測定し、その位置を接合装置制御装置１０に出力する。荷重計１５は、圧接軸１２に印加される荷重を測定することにより、静電チャック１３により保持されたウェハに印加される荷重を測定し、その荷重を接合装置制御装置１０に出力する。
【００３４】
位置合わせ機構９は、図示されていない複数のアライメント機構をさらに備えている。その複数のアライメント機構は、それぞれ、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ステージキャリッジ８に保持されるウェハの画像を撮影し、静電チャック１３に吸着されるウェハの画像を撮影する。
【００３５】
接合チャンバー２は、さらに、イオンガン１６と電子源１７とを備えている。イオンガン１６は、静電チャック１３が上方に配置されているときに、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間に向くように配置されている。イオンガン１６は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する照射軸に沿って、アルゴンイオンを加速して放出する。電子源１７は、イオンガン１６と同様にして、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間に向くように配置されている。電子源１７は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する他の照射軸に沿って、電子を加速して放出する。
【００３６】
イオンガン１６は、さらに、図示されていない金属ターゲットを備えている。その金属ターゲットは、複数の金属から形成され、そのアルゴンイオンが照射される位置に配置されている。その金属ターゲットは、そのアルゴンイオンが照射されたときに、その複数の金属の粒子を接合チャンバー２の内部の雰囲気に放出する。その金属ターゲットは、金属グリッドに置換されることもできる。その金属グリッドは、開口を有する金属部材であり、イオンガン１６の出射端に配置されている。その金属グリッドは、その金属ターゲットと同様にして、そのアルゴンイオンに照射されることにより、接合チャンバー２の内部の雰囲気にその複数の金属の粒子を放出する。なお、その金属ターゲットは、ウェハの接合面に金属を付着させることが不要であるときに、省略することもできる。
【００３７】
接合チャンバー２は、さらに、温度計１８を備えている。温度計１８は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定し、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定する。
【００３８】
接合装置制御装置１０は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置とリムーバルメモリドライブと入力装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、接合装置制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を一時的に記録する。そのリムーバルメモリドライブは、記録媒体が挿入されたときに、その記録媒体に記録されているデータを読み出すことに利用される。そのリムーバルメモリドライブは、特に、コンピュータプログラムが記録されている記録媒体が挿入されたときに、そのコンピュータプログラムを接合装置制御装置１０にインストールするときに利用される。その入力装置は、ユーザに操作されることにより情報を生成し、その情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボードが例示される。そのインターフェースは、接合装置制御装置１０に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、真空ポンプ５と搬送機構６と真空ポンプ７と位置合わせ機構９と静電チャック１３と圧接機構１４と荷重計１５とイオンガン１６と電子源１７とを含んでいる。
【００３９】
接合装置制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムは、接合装置制御装置１０に複数の機能を実現させるための複数のコンピュータプログラムから形成されている。その複数の機能は、図２に示されているように、搬送部２１と活性化部２２と温度調節部２３と接合部２４とを含んでいる。
【００４０】
搬送部２１は、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートが開閉するように、ゲートバルブ４を制御する。搬送部２１は、さらに、ゲートバルブ４が閉鎖されているときに、ロードロックチャンバー３の内部に所定の真空度の予備雰囲気が生成されるように、または、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成されるように、真空ポンプ５を制御する。搬送部２１は、ゲートバルブ４が開放されているときに、ロードロックチャンバー３の内部に配置されているカートリッジ１１がステージキャリッジ８に保持されるように、または、ステージキャリッジ８に保持されているカートリッジ１１がロードロックチャンバー３の内部に搬送されるように、搬送機構６を制御する。
【００４１】
搬送部２１は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。搬送部２１は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハが所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。搬送部２１は、さらに、静電チャック１３が平行移動するように、圧接機構１４を制御する。搬送部２１は、静電チャック１３がウェハを保持するように、または、静電チャック１３がウェハをデチャックするように、静電チャック１３を制御する。
【００４２】
活性化部２２は、ゲートバルブ４が閉鎖されているときに、接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御する。活性化部２２は、さらに、接合チャンバー２の内部にその接合雰囲気が生成されているときに、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハにアルゴンイオンが照射されるように、または、静電チャック１３に保持されるウェハにアルゴンイオンが照射されるように、イオンガン１６を制御する。活性化部２２は、さらに、そのアルゴンイオンが照射される領域に電子が放出されるように、電子源１７を制御する。
【００４３】
温度調節部２３は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定するように、または、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の温度差より小さくなるタイミングを算出する。
【００４４】
接合部２４は、静電チャック１３が上ウェハを保持している場合で、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に下ウェハが載っているときに、その上ウェハとその下ウェハとが所定の距離まで接近するように、圧接機構１４を制御する。接合部２４は、その上ウェハとその下ウェハとが所定の距離まで接近しているときに、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの画像が撮影されるように、かつ、静電チャック１３に保持されるウェハの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合部２４は、さらに、その上ウェハとその下ウェハとがその所定の距離に離れているときに、その上ウェハに対するその下ウェハの水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、位置合わせ機構９を制御する。接合部２４は、さらに、温度調節部２３により算出されたタイミングでその上ウェハとその下ウェハとが接触するように、圧接機構１４を制御する。接合部２４は、荷重計１５により測定された荷重に基づいて、その測定された荷重が所定の荷重に到達するタイミングを算出し、そのタイミングで静電チャック１３が停止するように、圧接機構１４を制御する。
【００４５】
図３は、本発明による接合方法の実施の形態を示している。作業者は、まず、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３とを接続するゲートが閉鎖されるようにゲートバルブ４を制御し、接合チャンバー２の内部に真空雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御し、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成されるように、真空ポンプ５を制御する。作業者は、カートリッジ１１にその上ウェハを載せ、別のカートリッジ１１にその下ウェハを載せる。作業者は、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成された後に、ロードロックチャンバー３の蓋を開けて、ロードロックチャンバー３の内部に、カートリッジ１１とともにその上ウェハを搬入し、カートリッジ１１とともにその下ウェハを搬入する。作業者は、次いで、ロードロックチャンバー３の蓋を閉めて、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気を生成する。
【００４６】
接合装置制御装置１０は、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気が生成された後に、ゲートバルブ４を開放する。接合装置制御装置１０は、まず、その上ウェハが載せられたカートリッジ１１がステージキャリッジ８に保持されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、搬送機構６がロードロックチャンバー３の内部に退避するように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、その上ウェハに形成されたアライメントマークの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合装置制御装置１０は、その上ウェハの水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。接合装置制御装置１０は、静電チャック１３の誘電層がその上ウェハに接触するように、圧接機構１４を制御し、静電チャック１３がその上ウェハを吸着するように、静電チャック１３を制御する。接合装置制御装置１０は、その上ウェハがカートリッジ１１から離れるように、圧接機構１４を制御する。接合装置制御装置１０は、その上ウェハがカートリッジ１１から離れた後で、その上ウェハが載せられていないカートリッジ１１がステージキャリッジ８からロードロックチャンバー３の内部に搬送されるように、搬送機構６を制御する。
【００４７】
接合装置制御装置１０は、その上ウェハが静電チャック１３に保持された後に、その下ウェハが載せられたカートリッジ１１がステージキャリッジ８に保持されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、その下ウェハに形成されたアライメントマークの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合装置制御装置１０は、その下ウェハの水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する（ステップＳ１）。
【００４８】
接合装置制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ４を閉鎖し、接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御する。接合装置制御装置１０は、接合チャンバー２の内部にその接合雰囲気が生成されているときに、静電チャック１３に保持されたその上ウェハとステージキャリッジ８に保持されたその下ウェハとが離れた状態で、その上ウェハとその下ウェハとの間に向けて粒子が放出されるように、イオンガン１６を制御する。その粒子は、その上ウェハの表側の面とその下ウェハの表側の面とに照射され、その表面に形成される酸化物等を除去し、その表面に付着している不純物を除去する。その粒子は、さらに、イオンガン１６が備える金属ターゲットに照射され、その金属ターゲットから金属の粒子を接合チャンバー２の内部の雰囲気に放出させる。その金属の粒子は、複数の元素の金属から形成されている。その放出された金属の粒子は、その上ウェハの表側の面とその下ウェハの表側の面とに堆積する（ステップＳ２）。
【００４９】
接合装置制御装置１０は、次いで、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定するように、または、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。接合装置制御装置１０は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の温度差より小さくなるタイミングを算出する（ステップＳ３）。
【００５０】
接合装置制御装置１０は、その上ウェハとその下ウェハとが所定の距離だけ離れるように、圧接機構１４を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、その上ウェハに形成されたアライメントマークとその下ウェハに形成されたアライメントマークとが映し出される画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合装置制御装置１０は、その上ウェハとその下ウェハとが設計通りに接合されるように、その撮影された画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。なお、このような高度な位置合わせは、必要でないときに、省略されることもできる。その位置合わせが必要でない場合としては、その上ウェハまたはその下ウェハに構造体が形成されていない場合が例示される。
【００５１】
接合装置制御装置１０は、ステップＳ３で算出されたタイミングでその上ウェハがその下ウェハに接触するように、圧接機構１４を制御する。その上ウェハとその下ウェハとは、その接触により接合され、１枚の接合基板に形成される（ステップＳ４）。
【００５２】
接合装置制御装置１０は、静電チャック１３が接合基板３１をデチャックするように、静電チャック１３を制御し、静電チャック１３が鉛直上方向に上昇するように、圧接機構１４を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ４を開放し、接合基板３１が載せられているカートリッジ１１をステージキャリッジ８からロードロックチャンバー３に搬送されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、ゲートバルブ４を閉鎖して、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成されるように、真空ポンプ５を制御する。作業者は、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成された後に、ロードロックチャンバー３の蓋を開けて、接合基板３１を取り出す（ステップＳ５）。
【００５３】
その上ウェハとその下ウェハとは、アルゴンビームが照射されることにより、温度上昇する。その上ウェハに接触している材料の熱伝導率とその下ウェハに接触している材料の熱伝導率とが異なっているために、その上ウェハの温度とその下ウェハの温度とは、アルゴンビームが照射された直後に、異なっている。
【００５４】
常温接合では、一般的に、接合強度を向上させるために、上ウェハと下ウェハとにアルゴンビームが照射されてからその上ウェハとその下ウェハとが接合されるまでの時間が短時間化されている。図４は、活性化から接合までの時間が比較的短時間である接合基板を示している。その接合基板３１は、下ウェハ３２と上ウェハ３３とが接合されることにより作製される。下ウェハ３２の温度と上ウェハ３３の温度との温度差は、下ウェハ３２に接触している材料の熱伝導率と上ウェハ３３に接触している材料の熱伝導率とが異なっているために、比較的大きい。このとき、下ウェハ３２の伸び量と上ウェハ３３の伸び量との差Δｄ１は、比較的大きい。このため、接合基板３１が冷却された後の接合基板３４は、比較的大きい反りが発生する。
【００５５】
図５は、本発明による接合方法により接合された接合基板を示している。その接合基板４１は、下ウェハ４２と上ウェハ４３とが接合されることにより作製される。下ウェハ４２の伸び量と上ウェハ４３の伸び量との差Δｄ２は、下ウェハ４２の温度と上ウェハ４３の温度との温度差が比較的小さいために、差Δｄ１に比較して小さい。このため、接合基板４１が冷却された後の接合基板４４は、接合基板３４に比較して、反りがより低減されている。
【００５６】
すなわち、本発明による接合方法は、接合された接合ウェハの反りをより低減することができる。その結果、本発明による接合方法によれば、その接合ウェハを処理する後工程の機器は、その接合ウェハをより容易に取り扱うことができる。その後工程としては、その接合ウェハをさらに他のウェハに接合する工程、その接合ウェハの配線管を接合する工程、検査工程、ダイシング工程が例示される。
【００５７】
その下ウェハは、活性化されてから接合されるまでの期間に、カートリッジ１１に接触している。カートリッジ１１を形成するステンレス鋼ＳＵＳ３０４の熱伝導率は、概ね１６．３Ｗ／ｍ・Ｋである。その上ウェハは、活性化されてから接合されるまでの期間に、静電チャック１３の誘電層に接触している。その誘電層を形成するアルミナ系セラミックの熱伝導率は、概ね３２Ｗ／ｍ・Ｋである。ここで、窒化アルミニウム系セラミックの熱伝導率は、概ね１５０Ｗ／ｍ・Ｋである。すなわち、アルミナ系セラミックの熱伝導率は、窒化アルミニウム系セラミックの熱伝導率に比較して、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の熱伝導率に近い。このため、本発明による接合装置１は、静電チャック１３の誘電層が窒化アルミニウム系セラミックスから形成されている他の接合装置に比較して、下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が低減され、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の温度差（たとえば、５度）以下になるまでの期間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。
【００５８】
なお、カートリッジ１１は、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４と異なる他の材料から形成される他のカートリッジに置換されることもできる。その材料の熱伝導率は、静電チャック１３の誘電層が形成される材料の熱伝導率に近く、所定の範囲に含まれているものが好ましい。その所定の範囲としては、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率の１／２より大きく、かつ、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率の２倍より小さい範囲が例示される。その所定の範囲としては、さらに、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率との差が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内である範囲が例示される。その材料としては、静電チャック１３の誘電層が形成される材料が例示され、静電チャック１３の誘電層がアルミナ系セラミックから形成されているときにステンレス鋼ＳＵＳ４３０が例示される。
【００５９】
なお、ステージキャリッジ８は、カートリッジ１１を介さないでウェハに直接に接触してそのウェハを保持する他のステージキャリッジに置換されることもできる。そのステージキャリッジは、カートリッジ１１を形成する材料と同じ材料から形成される。このようなステージキャリッジを備える接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の温度差以下になるまでの期間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。
【００６０】
本発明による接合装置制御装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態における静電チャック１３とステージキャリッジ８とが他の静電チャックと他のステージキャリッジとに置換されている。その静電チャック５１は、図６に示されているように、冷却装置を備えている。その冷却装置は、クーラント流路５２と図示されていない冷却装置本体とを備えている。そのクーラント流路５２は、静電チャック５１の内部に一部が配置され、他の一部が接合装置１の外部に配置されている。その冷却装置本体は、接合装置１の外部に配置され、クーラント流路５２に所定の温度のクーラントを流すことにより、静電チャック５１に保持されるウェハを冷却する。
【００６１】
静電チャック５１は、さらに、図７に示されているように、加熱装置を備えている。その加熱装置は、ヒータ５４と電線５５とを備え、図示されていない加熱装置本体を備えている。ヒータ５４は、電圧が印加されることにより、発熱する。電線５５は、ヒータ５４に電気的に接続されている。その加熱装置本体は、電線５５を介してヒータ５４に電圧を印加することにより、静電チャック５１に保持されるウェハを加熱する。
【００６２】
そのステージキャリッジ６１は、図８に示されているように、冷却装置を備えている。その冷却装置は、クーラント流路６２と図示されていない冷却装置本体とを備えている。そのクーラント流路６２は、ステージキャリッジ６１の内部に一部が配置され、他の一部が接合装置１の外部に配置されている。その冷却装置本体は、接合装置１の外部に配置され、クーラント流路６２に所定の温度のクーラントを流すことにより、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハを冷却する。
【００６３】
ステージキャリッジ６１は、さらに、図９に示されているように、加熱装置を備えている。その加熱装置は、ヒータ６４と電線６５とを備え、図示されていない加熱装置本体を備えている。ヒータ６４は、電圧が印加されることにより、発熱する。電線６５は、ヒータ６４に電気的に接続されている。その加熱装置本体は、電線６５を介してヒータ６４に電圧を印加することにより、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハを加熱する。
【００６４】
このとき、接合装置制御装置１０の温度調節部２３は、静電チャック５１に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、静電チャック５１に保持されるウェハの温度が所定の温度範囲に含まれるように、その測定された温度に基づいて静電チャック５１の冷却装置を制御し、または、その測定された温度に基づいて静電チャック５１の加熱装置を制御する。温度調節部２３は、さらに、ステージキャリッジ６１に直に接触して保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれるように、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の冷却装置を制御し、または、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の加熱装置を制御する。温度調節部２３は、さらに、静電チャック５１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれ、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれるタイミングを算出する。その所定の温度範囲としては、接合された接合ウェハが後工程で取り扱われる雰囲気の温度の範囲が例示され、その接合ウェハから作製されるＭＥＭＳが使用される雰囲気の温度の範囲が例示される。
【００６５】
このような接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、その所定の温度範囲で接合ウェハに発生する反りをより低減することができる。このような接合装置は、さらに、その後工程の雰囲気の温度が常温と異なる場合であっても、その後工程でのその接合ウェハの反りを低減し、その後工程でその接合ウェハをより容易に取り扱うことができる。このような接合装置は、さらに、静電チャック５１またはステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度をより高速に所定の温度に変化させることができ、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の温度差以下になるまでの期間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。このような接合装置は、さらに、下ウェハと上ウェハとが互いに熱伝導率が異なる材料からそれぞれ形成されている場合でも、その温度差が所定の温度差以下になるまでの期間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。
【００６６】
なお、静電チャック５１とステージキャリッジ６１とは、それぞれ、冷却装置を省略することができる。このとき、下ウェハと上ウェハとをウェハ常温より低い温度に温度調節することができないが、その低い温度に温度調節する必要がないときに有効である。なお、静電チャック５１とステージキャリッジ６１とは、それぞれ、加熱装置を省略することができる。このとき、下ウェハと上ウェハとをウェハ常温より十分に高い温度に温度調節することができないが、その高い温度に温度調節する必要がないときに有効である。
【００６７】
なお、既述の実施の形態における接合装置１は、静電チャック１３のみが静電チャック５１に置換されることもできる。このとき、接合装置制御装置１０の温度調節部２３は、ステージキャリッジ６１に直に接触して保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、静電チャック１３に保持されるウェハの温度とステージキャリッジ８に保持されるウェハの温度との温度差が所定の温度差より小さくなるように、その測定された温度に基づいて静電チャック１３の冷却装置を制御し、または、その測定された温度に基づいて静電チャック１３の加熱装置を制御する。このような接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、反りを低減することができ、接合装置１と比較して、より高速に接合することができる。
【００６８】
なお、既述の実施の形態における接合装置１は、ステージキャリッジ８のみがステージキャリッジ６１に置換されることもできる。このとき、接合装置制御装置１０の温度調節部２３は、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ３１に保持されるウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の温度差より小さくなるように、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の冷却装置を制御し、または、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の加熱装置を制御する。このような接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、反りを低減することができ、接合装置１と比較して、より高速に接合することができる。
【００６９】
本発明による接合装置の実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態における接合装置１から温度計１８が省略されている。このとき、ユーザは、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の温度差以下になるまでの期間を事前の実験に基づいて算出する。その期間は、活性化されてから下ウェハと上ウェハとの活性化の効果が消去するまでの期間（たとえば、１０分）より短い。その期間は、ウェハ、静電チャック、ステージキャリッジの属性によらず概ね一定であり、５分以上が例示される。接合装置制御装置１０の温度調節部２３は、ウェハの活性化が終了してからその期間だけ経過したタイミングを算出する。このような接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、反りを低減することができ、接合装置１と比較して、より高速に接合することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１ ：接合装置
２ ：接合チャンバー
３ ：ロードロックチャンバー
４ ：ゲートバルブ
５ ：真空ポンプ
６ ：搬送機構
７ ：真空ポンプ
８ ：ステージキャリッジ
９ ：位置合わせ機構
１０：接合装置制御装置
１１：カートリッジ
１２：圧接軸
１３：静電チャック
１４：圧接機構
１５：荷重計
１６：イオンガン
１７：電子源
１８：温度計
２１：搬送部
２２：活性化部
２３：温度調節部
２４：接合部
３１：接合基板
３２：下ウェハ
３３：上ウェハ
３４：接合基板
４１：接合基板
４２：下ウェハ
４３：上ウェハ
４４：接合基板
５１：静電チャック
５２：クーラント流路
５４：ヒータ
５５：電線
６１：ステージキャリッジ
６２：クーラント流路
６４：ヒータ
６５：電線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法および接合装置制御装置に関し、特に、複数の基板を１枚の基板に接合する接合方法および接合装置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。このようなＭＥＭＳは、複数のウェハが常温接合により接合されることにより作製されることができる。２枚のウェハを常温接合する常温接合装置は、公知であり、たとえば、特許第３９７０３０４号公報に開示されている。その常温接合された基板には、反りが発生することがある。常温接合後の基板に発生する反りを低減することが望まれている。
【０００３】
特開２００９−１７７０３４号公報には、接合した半導体ウエハおよびキャップウエハの接合基板の反り量が大幅に低減される半導体ウエハレベルパッケージの製造方法が開示されている。その半導体ウエハレベルパッケージの製造方法は、半導体ウエハを支持基板と接合した後で、支持基板と接合していない半導体ウエハの面に加工処理を行う半導体ウエハレベルパッケージの製造方法において、半導体ウエハに支持基板を接合した後に、接合した状態で支持基板または半導体ウエハの表面から一定深さのカットラインを形成し、その後で支持基板と接合していない半導体ウエハの面に加工処理を行うことを特徴としている。
【０００４】
特開２００８−３００４００号公報には、半導体基板にキャップ材を接合したときの反り量を抑制でき、しかも接合不良や半導体デバイスの不良を回避することが可能な半導体パッケージ基板の製造方法が開示されている。その半導体パッケージ基板の製造方法は、一方の面側に電極層を備える半導体基板の前記一方の面側に、樹脂層を介して、または前記一方の面に対して直接、キャップ材を接合し、前記電極層を前記半導体基板とキャップ材との間に封止する工程と、前記半導体基板の他方の面側より前記半導体基板を貫通して前記電極層の一部を露呈する貫通孔を形成する工程と、前記半導体基板の他方の面より、前記半導体基板のダイシング部に対応する位置に前記半導体基板を貫通しない非貫通の溝部を形成する工程と、前記貫通孔および非貫通の溝部を有する半導体基板において前記貫通孔に前記電極層と導通される貫通配線を形成する工程とを有することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９７０３０４号公報
【特許文献２】特開２００９−１７７０３４号公報
【特許文献３】特開２００８−３００４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、接合後の基板に発生する反りを低減する接合方法および接合装置制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、接合後の基板に発生する反りをより確実に低減する接合方法および接合装置制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、より高速に接合し、かつ、接合後の基板に発生する反りを低減する接合方法および接合装置制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、接合後の基板に発生する反りをより容易に低減する接合方法および接合装置制御装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、接合後の基板に発生する反りを低減する接合装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、より高速に接合し、かつ、接合後の基板に発生する反りを低減する接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、発明を実施するための形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明による接合方法は、第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、その第２基板表面とその第１基板表面とを活性化させるステップ（Ｓ２）と、その第１基板の温度とその第２基板の温度との温度差を小さくするステップ（Ｓ３）と、所定温度差よりその温度差が小さくなった後に、その第２基板表面とその第１基板表面とを接触させることにより、その第２基板とその第１基板とを接合するステップ（Ｓ４）とを備えている。このような接合方法によれば、その温度差が所定温度差より小さくなる前に接合された他の接合基板に比較して、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより低減することができる。
【０００９】
本発明による接合方法は、その第１基板表面とその第２基板表面とが接触する前に、その第１基板またはその第２基板を加熱または冷却するステップ（Ｓ３）をさらに備えている。このような接合方法によれば、さらに、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮され、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００１０】
その第２基板とその第１基板とは、所定温度範囲にその第１基板の温度またはその第２基板の温度が含まれるときにその第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、接合される。このような接合方法によれば、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板がその所定温度範囲に配置されたときにその接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【００１１】
本発明による接合方法は、温度計（１８）により測定された測定温度に基づいてその温度差がその所定温度差より小さくなったかどうかを判別するステップをさらに備えている。このような接合方法によれば、その温度差がその所定の温度差より小さくなったことをより確実に検出することができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【００１２】
その第１基板表面が活性化されるときにその第１基板に接触する第１材料（１１）（８）（６１）の熱伝導率とその第２基板表面が活性化されるときにその第２基板に接触する第２材料（１３）（５１）の熱伝導率との差は、所定の差より小さい。このような接合方法によれば、さらに、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮され、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００１３】
第１材料（１１）（８）（６１）は、ステンレス鋼である。第２材料（１３）（５１）は、アルミナ系セラミックスであることが好ましい。
【００１４】
その第２基板とその第１基板とは、その第２基板表面とその第１基板表面とにその粒子が照射し終わってから５分以上経過後にその第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、接合される。このような接合方法によれば、その第２基板とその第１基板とを接合する接合装置（１）を他の装置に変更することなく、その温度差をより容易にその所定の温度差より小さくすることができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより容易に低減することができる。
【００１５】
本発明による接合装置制御装置（１０）は、第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射するように活性化装置（１６）を制御する活性化部（２２）と、所定温度差よりその第１基板の温度とその第２基板の温度との温度差が小さくなった後に、その第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、その第２基板とその第１基板とを駆動する圧接機構（１４）を制御する接合部（２４）とを備えている。このような接合装置制御装置（１０）は、その温度差が所定温度差より小さくなる前に接合された他の接合基板に比較して、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより低減することができる。
【００１６】
本発明による接合装置制御装置（１０）は、その第１基板表面とその第２基板表面とが接触する前に、その第１基板またはその第２基板が加熱または冷却されるように、温度調節装置（５２）（５４）（６２）（６４）を制御する温度調節部（２３）をさらに備えている。このような接合装置制御装置（１０）は、さらに、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮され、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００１７】
接合部（２４）は、所定温度範囲にその測定温度が含まれるときにその第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、圧接機構（１４）を制御する。このような接合装置制御装置（１０）は、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板がその所定温度範囲に配置されたときにその接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【００１８】
温度調節部（２３）は、その第１基板またはその第２基板の温度を測定する温度計（１８）により測定された測定温度に基づいてその温度差がその所定温度差より小さくなったかどうかを判別する。このような接合装置制御装置（１０）は、その温度差がその所定の温度差より小さくなったことをより確実に検出することができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【００１９】
その第２基板とその第１基板とは、その第２基板表面とその第１基板表面とにその粒子が照射し終わってから５分以上経過後にその第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、接合される。このような接合装置制御装置（１０）は、その第２基板とその第１基板とを接合する接合装置（１）を他の装置に変更することなく、その温度差をより容易にその所定の温度差より小さくすることができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより容易に低減することができる。
【００２０】
本発明による接合装置（１）は、第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射する活性化装置（１６）と、所定温度差よりその第１基板の温度とその第２基板の温度との温度差が小さくなった後に、その第２基板表面とその第１基板表面とが接触するように、その第２基板とその第１基板とを駆動する圧接機構（１４）とを備えている。このような接合装置（１）は、その温度差が所定温度差より小さくなる前に接合された他の接合基板に比較して、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより低減することができる。
【００２１】
本発明による接合装置（１）は、その第１基板表面が活性化されるときにその第１基板を保持する第１保持機構（８，９）と、その第２基板表面が活性化されるときにその第２基板を保持する第２保持機構（１３）とをさらに備えている。その第１基板が第１保持機構（８，９）に保持されるときにその第１基板に接触する第１材料（１１）（８）（６１）の熱伝導率とその第２基板が第２保持機構（１３）に保持されるときにその第２基板に接触する第２材料（１３）（５１）の熱伝導率との差は、所定の差より小さい。このような接合装置（１）は、さらに、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮され、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００２２】
第１材料（１１）（８）（６１）は、ステンレス鋼である。第２材料（１３）（５１）は、アルミナ系セラミックスであることが好ましい。
【００２３】
本発明による接合装置（１）は、その第１基板を加熱する加熱装置（５４）をさらに備えている。このような接合装置（１）は、その第１基板を加熱することにより、その温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮することができ、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００２４】
本発明による接合装置（１）は、その第１基板を冷却する冷却装置（５２）をさらに備えている。このような接合装置（１）は、その第１基板を冷却することによりその温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間が短縮することができ、その第２基板とその第１基板とをより高速に接合することができる。
【００２５】
本発明による接合装置（１）は、その第２基板を冷却または加熱する温度調節装置（６２）（６４）をさらに備えている。このような接合装置（１）は、その第２基板を冷却または加熱することによりその温度差がその所定の温度差より小さくなるまでの時間を短縮することができ、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより高速に低減することができる。
【００２６】
本発明による接合装置（１）は、その第１基板の温度または第２基板の温度を測定する温度計（１８）をさらに備えている。このような接合装置（１）は、その温度差がその所定の温度差より小さくなったことをより確実に検出することができ、その第１基板とその第２基板とが接合された接合基板に発生する反りをより確実に低減することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による接合方法および接合装置制御装置は、第１基板の温度と第２基板の温度との温度差が十分に小さくなった後にその第２基板表面とその第１基板表面とを接合することにより、その第２基板とその第１基板とが接合された接合基板に発生する反りをより低減することができる
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明による接合装置を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による接合装置制御装置を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明による接合方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、比較例の接合基板に発生する反りを示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による接合方法により接合された接合基板に発生する反りを示す断面図である。
【図６】図６は、他の静電チャックを示す断面図である。
【図７】図７は、さらに他の静電チャックを示す断面図である。
【図８】図８は、他のステージキャリッジを示す断面図である。
【図９】図９は、さらに他のステージキャリッジを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面を参照して、本発明による接合装置制御装置の実施の形態を記載する。その接合装置制御装置１０は、図１に示されているように、接合システムに適用されている。すなわち、その接合システムは、接合装置制御装置１０と接合装置１とを備えている。接合装置１は、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３とを備えている。接合チャンバー２とロードロックチャンバー３とは、内部を環境から密閉する容器である。接合装置１は、さらに、ゲートバルブ４を備えている。ゲートバルブ４は、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３との間に介設され、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートを形成している。ゲートバルブ４は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、そのゲートを閉鎖し、または、そのゲートを開放する。ロードロックチャンバー３は、図示されていない蓋を備えている。その蓋は、ロードロックチャンバー３の外部と内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、そのゲートを開放する。
【００３０】
ロードロックチャンバー３は、真空ポンプ５を備えている。真空ポンプ５は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ロードロックチャンバー３の内部から気体を排気する。真空ポンプ５としては、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。ロードロックチャンバー３は、さらに、搬送機構６を内部に備えている。搬送機構６は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ゲートバルブ４を介してロードロックチャンバー３の内部に配置されたウェハを接合チャンバー２に搬送し、または、ゲートバルブ４を介して接合チャンバー２に配置されたウェハをロードロックチャンバー３の内部に搬送する。
【００３１】
接合チャンバー２は、真空ポンプ７を備えている。真空ポンプ７は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、接合チャンバー２の内部から気体を排気する。真空ポンプ７としては、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。
【００３２】
接合チャンバー２は、さらに、ステージキャリッジ８と位置合わせ機構９とを備えている。ステージキャリッジ８は、接合チャンバー２の内部に配置され、水平方向に平行移動可能に、かつ、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動可能に支持されている。ステージキャリッジ８は、カートリッジ１１を保持するために利用される。カートリッジ１１は、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４から形成され、概ね円盤状に形成されている。カートリッジ１１は、ウェハが載せられ、搬送機構６がそのウェハに接触しないでそのウェハを搬送するために利用される。位置合わせ機構９は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ステージキャリッジ８が水平方向に平行移動するように、または、ステージキャリッジ８が鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動するように、ステージキャリッジ８を駆動する。
【００３３】
接合チャンバー２は、さらに、圧接軸１２と静電チャック１３と圧接機構１４と荷重計１５とを備えている。圧接軸１２は、接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動可能に支持されている。静電チャック１３は、圧接軸１２の下端に配置されている。静電チャック１３は、誘電層の内部に内部電極が配置されている。その誘電層は、アルミナ系セラミックから形成され、平坦な面が形成されている。静電チャック１３は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、その内部電極に所定の印加電圧が印加される。静電チャック１３は、その内部電極に所定の印加電圧が印加されることにより、その誘電層の平坦な面の近傍に配置されるウェハを静電力によって吸着する。圧接機構１４は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、接合チャンバー２に対して鉛直方向に圧接軸１２を平行移動させる。圧接機構１４は、さらに、静電チャック１３が配置される位置を測定し、その位置を接合装置制御装置１０に出力する。荷重計１５は、圧接軸１２に印加される荷重を測定することにより、静電チャック１３により保持されたウェハに印加される荷重を測定し、その荷重を接合装置制御装置１０に出力する。
【００３４】
位置合わせ機構９は、図示されていない複数のアライメント機構をさらに備えている。その複数のアライメント機構は、それぞれ、接合装置制御装置１０により制御されることにより、ステージキャリッジ８に保持されるウェハの画像を撮影し、静電チャック１３に吸着されるウェハの画像を撮影する。
【００３５】
接合チャンバー２は、さらに、イオンガン１６と電子源１７とを備えている。イオンガン１６は、静電チャック１３が上方に配置されているときに、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間に向くように配置されている。イオンガン１６は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する照射軸に沿って、アルゴンイオンを加速して放出する。電子源１７は、イオンガン１６と同様にして、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間に向くように配置されている。電子源１７は、接合装置制御装置１０により制御されることにより、位置合わせ機構９と静電チャック１３との間の空間を通り、接合チャンバー２の内側表面に交差する他の照射軸に沿って、電子を加速して放出する。
【００３６】
イオンガン１６は、さらに、図示されていない金属ターゲットを備えている。その金属ターゲットは、複数の金属から形成され、そのアルゴンイオンが照射される位置に配置されている。その金属ターゲットは、そのアルゴンイオンが照射されたときに、その複数の金属の粒子を接合チャンバー２の内部の雰囲気に放出する。その金属ターゲットは、金属グリッドに置換されることもできる。その金属グリッドは、開口を有する金属部材であり、イオンガン１６の出射端に配置されている。その金属グリッドは、その金属ターゲットと同様にして、そのアルゴンイオンに照射されることにより、接合チャンバー２の内部の雰囲気にその複数の金属の粒子を放出する。なお、その金属ターゲットは、ウェハの接合面に金属を付着させることが不要であるときに、省略することもできる。
【００３７】
接合チャンバー２は、さらに、温度計１８を備えている。温度計１８は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定し、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定する。
【００３８】
接合装置制御装置１０は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置とリムーバルメモリドライブと入力装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、接合装置制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を一時的に記録する。そのリムーバルメモリドライブは、記録媒体が挿入されたときに、その記録媒体に記録されているデータを読み出すことに利用される。そのリムーバルメモリドライブは、特に、コンピュータプログラムが記録されている記録媒体が挿入されたときに、そのコンピュータプログラムを接合装置制御装置１０にインストールするときに利用される。その入力装置は、ユーザに操作されることにより情報を生成し、その情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボードが例示される。そのインターフェースは、接合装置制御装置１０に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、真空ポンプ５と搬送機構６と真空ポンプ７と位置合わせ機構９と静電チャック１３と圧接機構１４と荷重計１５とイオンガン１６と電子源１７とを含んでいる。
【００３９】
接合装置制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムは、接合装置制御装置１０に複数の機能を実現させるための複数のコンピュータプログラムから形成されている。その複数の機能は、図２に示されているように、搬送部２１と活性化部２２と温度調節部２３と接合部２４とを含んでいる。
【００４０】
搬送部２１は、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートが開閉するように、ゲートバルブ４を制御する。搬送部２１は、さらに、ゲートバルブ４が閉鎖されているときに、ロードロックチャンバー３の内部に所定の真空度の予備雰囲気が生成されるように、または、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成されるように、真空ポンプ５を制御する。搬送部２１は、ゲートバルブ４が開放されているときに、ロードロックチャンバー３の内部に配置されているカートリッジ１１がステージキャリッジ８に保持されるように、または、ステージキャリッジ８に保持されているカートリッジ１１がロードロックチャンバー３の内部に搬送されるように、搬送機構６を制御する。
【００４１】
搬送部２１は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。搬送部２１は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハが所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。搬送部２１は、さらに、静電チャック１３が平行移動するように、圧接機構１４を制御する。搬送部２１は、静電チャック１３がウェハを保持するように、または、静電チャック１３がウェハをデチャックするように、静電チャック１３を制御する。
【００４２】
活性化部２２は、ゲートバルブ４が閉鎖されているときに、接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御する。活性化部２２は、さらに、接合チャンバー２の内部にその接合雰囲気が生成されているときに、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハにアルゴンイオンが照射されるように、または、静電チャック１３に保持されるウェハにアルゴンイオンが照射されるように、イオンガン１６を制御する。活性化部２２は、さらに、そのアルゴンイオンが照射される領域に電子が放出されるように、電子源１７を制御する。
【００４３】
温度調節部２３は、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定するように、または、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の温度差より小さくなるタイミングを算出する。
【００４４】
接合部２４は、静電チャック１３が上ウェハを保持している場合で、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に下ウェハが載っているときに、その上ウェハとその下ウェハとが所定の距離まで接近するように、圧接機構１４を制御する。接合部２４は、その上ウェハとその下ウェハとが所定の距離まで接近しているときに、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの画像が撮影されるように、かつ、静電チャック１３に保持されるウェハの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合部２４は、さらに、その上ウェハとその下ウェハとがその所定の距離に離れているときに、その上ウェハに対するその下ウェハの水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、位置合わせ機構９を制御する。接合部２４は、さらに、温度調節部２３により算出されたタイミングでその上ウェハとその下ウェハとが接触するように、圧接機構１４を制御する。接合部２４は、荷重計１５により測定された荷重に基づいて、その測定された荷重が所定の荷重に到達するタイミングを算出し、そのタイミングで静電チャック１３が停止するように、圧接機構１４を制御する。
【００４５】
図３は、本発明による接合方法の実施の形態を示している。作業者は、まず、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３とを接続するゲートが閉鎖されるようにゲートバルブ４を制御し、接合チャンバー２の内部に真空雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御し、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成されるように、真空ポンプ５を制御する。作業者は、カートリッジ１１にその上ウェハを載せ、別のカートリッジ１１にその下ウェハを載せる。作業者は、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成された後に、ロードロックチャンバー３の蓋を開けて、ロードロックチャンバー３の内部に、カートリッジ１１とともにその上ウェハを搬入し、カートリッジ１１とともにその下ウェハを搬入する。作業者は、次いで、ロードロックチャンバー３の蓋を閉めて、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気を生成する。
【００４６】
接合装置制御装置１０は、ロードロックチャンバー３の内部に真空雰囲気が生成された後に、ゲートバルブ４を開放する。接合装置制御装置１０は、まず、その上ウェハが載せられたカートリッジ１１がステージキャリッジ８に保持されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、搬送機構６がロードロックチャンバー３の内部に退避するように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、その上ウェハに形成されたアライメントマークの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合装置制御装置１０は、その上ウェハの水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。接合装置制御装置１０は、静電チャック１３の誘電層がその上ウェハに接触するように、圧接機構１４を制御し、静電チャック１３がその上ウェハを吸着するように、静電チャック１３を制御する。接合装置制御装置１０は、その上ウェハがカートリッジ１１から離れるように、圧接機構１４を制御する。接合装置制御装置１０は、その上ウェハがカートリッジ１１から離れた後で、その上ウェハが載せられていないカートリッジ１１がステージキャリッジ８からロードロックチャンバー３の内部に搬送されるように、搬送機構６を制御する。
【００４７】
接合装置制御装置１０は、その上ウェハが静電チャック１３に保持された後に、その下ウェハが載せられたカートリッジ１１がステージキャリッジ８に保持されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、その下ウェハに形成されたアライメントマークの画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合装置制御装置１０は、その下ウェハの水平方向の位置が所定の位置に配置されるように、その画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する（ステップＳ１）。
【００４８】
接合装置制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ４を閉鎖し、接合チャンバー２の内部に所定の真空度の接合雰囲気が生成されるように、真空ポンプ７を制御する。接合装置制御装置１０は、接合チャンバー２の内部にその接合雰囲気が生成されているときに、静電チャック１３に保持されたその上ウェハとステージキャリッジ８に保持されたその下ウェハとが離れた状態で、その上ウェハとその下ウェハとの間に向けて粒子が放出されるように、イオンガン１６を制御する。その粒子は、その上ウェハの表側の面とその下ウェハの表側の面とに照射され、その表面に形成される酸化物等を除去し、その表面に付着している不純物を除去する。その粒子は、さらに、イオンガン１６が備える金属ターゲットに照射され、その金属ターゲットから金属の粒子を接合チャンバー２の内部の雰囲気に放出させる。その金属の粒子は、複数の元素の金属から形成されている。その放出された金属の粒子は、その上ウェハの表側の面とその下ウェハの表側の面とに堆積する（ステップＳ２）。
【００４９】
接合装置制御装置１０は、次いで、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度を測定するように、または、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。接合装置制御装置１０は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ８に保持されるカートリッジ１１に載っているウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の温度差より小さくなるタイミングを算出する（ステップＳ３）。
【００５０】
接合装置制御装置１０は、その上ウェハとその下ウェハとが所定の距離だけ離れるように、圧接機構１４を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、その上ウェハに形成されたアライメントマークとその下ウェハに形成されたアライメントマークとが映し出される画像が撮影されるように、位置合わせ機構９のアライメント機構を制御する。接合装置制御装置１０は、その上ウェハとその下ウェハとが設計通りに接合されるように、その撮影された画像に基づいて位置合わせ機構９を制御する。なお、このような高度な位置合わせは、必要でないときに、省略されることもできる。その位置合わせが必要でない場合としては、その上ウェハまたはその下ウェハに構造体が形成されていない場合が例示される。
【００５１】
接合装置制御装置１０は、ステップＳ３で算出されたタイミングでその上ウェハがその下ウェハに接触するように、圧接機構１４を制御する。その上ウェハとその下ウェハとは、その接触により接合され、１枚の接合基板に形成される（ステップＳ４）。
【００５２】
接合装置制御装置１０は、静電チャック１３が接合基板３１をデチャックするように、静電チャック１３を制御し、静電チャック１３が鉛直上方向に上昇するように、圧接機構１４を制御する。接合装置制御装置１０は、次いで、ゲートバルブ４を開放し、接合基板３１が載せられているカートリッジ１１をステージキャリッジ８からロードロックチャンバー３に搬送されるように、搬送機構６を制御する。接合装置制御装置１０は、ゲートバルブ４を閉鎖して、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成されるように、真空ポンプ５を制御する。作業者は、ロードロックチャンバー３の内部に大気圧雰囲気が生成された後に、ロードロックチャンバー３の蓋を開けて、接合基板３１を取り出す（ステップＳ５）。
【００５３】
その上ウェハとその下ウェハとは、アルゴンビームが照射されることにより、温度上昇する。その上ウェハに接触している材料の熱伝導率とその下ウェハに接触している材料の熱伝導率とが異なっているために、その上ウェハの温度とその下ウェハの温度とは、アルゴンビームが照射された直後に、異なっている。
【００５４】
常温接合では、一般的に、接合強度を向上させるために、上ウェハと下ウェハとにアルゴンビームが照射されてからその上ウェハとその下ウェハとが接合されるまでの時間が短時間化されている。図４は、活性化から接合までの時間が比較的短時間である接合基板を示している。その接合基板３１は、下ウェハ３２と上ウェハ３３とが接合されることにより作製される。下ウェハ３２の温度と上ウェハ３３の温度との温度差は、下ウェハ３２に接触している材料の熱伝導率と上ウェハ３３に接触している材料の熱伝導率とが異なっているために、比較的大きい。このとき、下ウェハ３２の伸び量と上ウェハ３３の伸び量との差Δｄ１は、比較的大きい。このため、接合基板３１が冷却された後の接合基板３４は、比較的大きい反りが発生する。
【００５５】
図５は、本発明による接合方法により接合された接合基板を示している。その接合基板４１は、下ウェハ４２と上ウェハ４３とが接合されることにより作製される。下ウェハ４２の伸び量と上ウェハ４３の伸び量との差Δｄ２は、下ウェハ４２の温度と上ウェハ４３の温度との温度差が比較的小さいために、差Δｄ１に比較して小さい。このため、接合基板４１が冷却された後の接合基板４４は、接合基板３４に比較して、反りがより低減されている。
【００５６】
すなわち、本発明による接合方法は、接合された接合ウェハの反りをより低減することができる。その結果、本発明による接合方法によれば、その接合ウェハを処理する後工程の機器は、その接合ウェハをより容易に取り扱うことができる。その後工程としては、その接合ウェハをさらに他のウェハに接合する工程、その接合ウェハの配線管を接合する工程、検査工程、ダイシング工程が例示される。
【００５７】
その下ウェハは、活性化されてから接合されるまでの期間に、カートリッジ１１に接触している。カートリッジ１１を形成するステンレス鋼ＳＵＳ３０４の熱伝導率は、概ね１６．３Ｗ／ｍ・Ｋである。その上ウェハは、活性化されてから接合されるまでの期間に、静電チャック１３の誘電層に接触している。その誘電層を形成するアルミナ系セラミックの熱伝導率は、概ね３２Ｗ／ｍ・Ｋである。ここで、窒化アルミニウム系セラミックの熱伝導率は、概ね１５０Ｗ／ｍ・Ｋである。すなわち、アルミナ系セラミックの熱伝導率は、窒化アルミニウム系セラミックの熱伝導率に比較して、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の熱伝導率に近い。このため、本発明による接合装置１は、静電チャック１３の誘電層が窒化アルミニウム系セラミックスから形成されている他の接合装置に比較して、下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が低減され、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の温度差（たとえば、５度）以下になるまでの期間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。
【００５８】
なお、カートリッジ１１は、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４と異なる他の材料から形成される他のカートリッジに置換されることもできる。その材料の熱伝導率は、静電チャック１３の誘電層が形成される材料の熱伝導率に近く、所定の範囲に含まれているものが好ましい。その所定の範囲としては、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率の１／２より大きく、かつ、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率の２倍より小さい範囲が例示される。その所定の範囲としては、さらに、静電チャック１３の誘電層の熱伝導率との差が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以内である範囲が例示される。その材料としては、静電チャック１３の誘電層が形成される材料が例示され、静電チャック１３の誘電層がアルミナ系セラミックから形成されているときにステンレス鋼ＳＵＳ４３０が例示される。
【００５９】
なお、ステージキャリッジ８は、カートリッジ１１を介さないでウェハに直接に接触してそのウェハを保持する他のステージキャリッジに置換されることもできる。そのステージキャリッジは、カートリッジ１１を形成する材料と同じ材料から形成される。このようなステージキャリッジを備える接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の温度差以下になるまでの期間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。
【００６０】
本発明による接合装置制御装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態における静電チャック１３とステージキャリッジ８とが他の静電チャックと他のステージキャリッジとに置換されている。その静電チャック５１は、図６に示されているように、冷却装置を備えている。その冷却装置は、クーラント流路５２と図示されていない冷却装置本体とを備えている。そのクーラント流路５２は、静電チャック５１の内部に一部が配置され、他の一部が接合装置１の外部に配置されている。その冷却装置本体は、接合装置１の外部に配置され、クーラント流路５２に所定の温度のクーラントを流すことにより、静電チャック５１に保持されるウェハを冷却する。
【００６１】
静電チャック５１は、さらに、図７に示されているように、加熱装置を備えている。その加熱装置は、ヒータ５４と電線５５とを備え、図示されていない加熱装置本体を備えている。ヒータ５４は、電圧が印加されることにより、発熱する。電線５５は、ヒータ５４に電気的に接続されている。その加熱装置本体は、電線５５を介してヒータ５４に電圧を印加することにより、静電チャック５１に保持されるウェハを加熱する。
【００６２】
そのステージキャリッジ６１は、図８に示されているように、冷却装置を備えている。その冷却装置は、クーラント流路６２と図示されていない冷却装置本体とを備えている。そのクーラント流路６２は、ステージキャリッジ６１の内部に一部が配置され、他の一部が接合装置１の外部に配置されている。その冷却装置本体は、接合装置１の外部に配置され、クーラント流路６２に所定の温度のクーラントを流すことにより、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハを冷却する。
【００６３】
ステージキャリッジ６１は、さらに、図９に示されているように、加熱装置を備えている。その加熱装置は、ヒータ６４と電線６５とを備え、図示されていない加熱装置本体を備えている。ヒータ６４は、電圧が印加されることにより、発熱する。電線６５は、ヒータ６４に電気的に接続されている。その加熱装置本体は、電線６５を介してヒータ６４に電圧を印加することにより、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハを加熱する。
【００６４】
このとき、接合装置制御装置１０の温度調節部２３は、静電チャック５１に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、静電チャック５１に保持されるウェハの温度が所定の温度範囲に含まれるように、その測定された温度に基づいて静電チャック５１の冷却装置を制御し、または、その測定された温度に基づいて静電チャック５１の加熱装置を制御する。温度調節部２３は、さらに、ステージキャリッジ６１に直に接触して保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれるように、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の冷却装置を制御し、または、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の加熱装置を制御する。温度調節部２３は、さらに、静電チャック５１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれ、ステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度がその所定の温度範囲に含まれるタイミングを算出する。その所定の温度範囲としては、接合された接合ウェハが後工程で取り扱われる雰囲気の温度の範囲が例示され、その接合ウェハから作製されるＭＥＭＳが使用される雰囲気の温度の範囲が例示される。
【００６５】
このような接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、その所定の温度範囲で接合ウェハに発生する反りをより低減することができる。このような接合装置は、さらに、その後工程の雰囲気の温度が常温と異なる場合であっても、その後工程でのその接合ウェハの反りを低減し、その後工程でその接合ウェハをより容易に取り扱うことができる。このような接合装置は、さらに、静電チャック５１またはステージキャリッジ６１に保持されるウェハの温度をより高速に所定の温度に変化させることができ、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の温度差以下になるまでの期間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。このような接合装置は、さらに、下ウェハと上ウェハとが互いに熱伝導率が異なる材料からそれぞれ形成されている場合でも、その温度差が所定の温度差以下になるまでの期間を短時間化することができ、下ウェハと上ウェハとをより高速に接合することができる。
【００６６】
なお、静電チャック５１とステージキャリッジ６１とは、それぞれ、冷却装置を省略することができる。このとき、下ウェハと上ウェハとをウェハ常温より低い温度に温度調節することができないが、その低い温度に温度調節する必要がないときに有効である。なお、静電チャック５１とステージキャリッジ６１とは、それぞれ、加熱装置を省略することができる。このとき、下ウェハと上ウェハとをウェハ常温より十分に高い温度に温度調節することができないが、その高い温度に温度調節する必要がないときに有効である。
【００６７】
なお、既述の実施の形態における接合装置１は、静電チャック１３のみが静電チャック５１に置換されることもできる。このとき、接合装置制御装置１０の温度調節部２３は、ステージキャリッジ６１に直に接触して保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、静電チャック１３に保持されるウェハの温度とステージキャリッジ８に保持されるウェハの温度との温度差が所定の温度差より小さくなるように、その測定された温度に基づいて静電チャック１３の冷却装置を制御し、または、その測定された温度に基づいて静電チャック１３の加熱装置を制御する。このような接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、反りを低減することができ、接合装置１と比較して、より高速に接合することができる。
【００６８】
なお、既述の実施の形態における接合装置１は、ステージキャリッジ８のみがステージキャリッジ６１に置換されることもできる。このとき、接合装置制御装置１０の温度調節部２３は、静電チャック１３に保持されるウェハの温度を測定するように、温度計１８を制御する。温度調節部２３は、その測定された温度に基づいて、ステージキャリッジ３１に保持されるウェハの温度と静電チャック１３に保持されるウェハの温度との温度差が所定の温度差より小さくなるように、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の冷却装置を制御し、または、その測定された温度に基づいてステージキャリッジ６１の加熱装置を制御する。このような接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、反りを低減することができ、接合装置１と比較して、より高速に接合することができる。
【００６９】
本発明による接合装置の実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態における接合装置１から温度計１８が省略されている。このとき、ユーザは、活性化されてから下ウェハの温度と上ウェハの温度との温度差が所定の温度差以下になるまでの期間を事前の実験に基づいて算出する。その期間は、活性化されてから下ウェハと上ウェハとの活性化の効果が消去するまでの期間（たとえば、１０分）より短い。その期間は、ウェハ、静電チャック、ステージキャリッジの属性によらず概ね一定であり、５分以上が例示される。接合装置制御装置１０の温度調節部２３は、ウェハの活性化が終了してからその期間だけ経過したタイミングを算出する。このような接合装置は、既述の実施の形態における接合装置１と同様にして、反りを低減することができ、接合装置１と比較して、より高速に接合することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１ ：接合装置
２ ：接合チャンバー
３ ：ロードロックチャンバー
４ ：ゲートバルブ
５ ：真空ポンプ
６ ：搬送機構
７ ：真空ポンプ
８ ：ステージキャリッジ
９ ：位置合わせ機構
１０：接合装置制御装置
１１：カートリッジ
１２：圧接軸
１３：静電チャック
１４：圧接機構
１５：荷重計
１６：イオンガン
１７：電子源
１８：温度計
２１：搬送部
２２：活性化部
２３：温度調節部
２４：接合部
３１：接合基板
３２：下ウェハ
３３：上ウェハ
３４：接合基板
４１：接合基板
４２：下ウェハ
４３：上ウェハ
４４：接合基板
５１：静電チャック
５２：クーラント流路
５４：ヒータ
５５：電線
６１：ステージキャリッジ
６２：クーラント流路
６４：ヒータ
６５：電線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、前記第２基板表面と前記第１基板表面とを活性化させるステップと、
前記第１基板の温度と前記第２基板の温度との温度差を小さくするステップと、
所定温度差より前記温度差が小さくなった後に、前記第２基板表面と前記第１基板表面とを接触させることにより、前記第２基板と前記第１基板とを接合するステップ
とを具備する接合方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１基板表面と前記第２基板表面とが接触する前に、前記第１基板または前記第２基板を加熱または冷却するステップ
をさらに具備する接合方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２基板と前記第１基板とは、所定温度範囲に前記第１基板の温度または前記第２基板の温度が含まれるときに前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、接合される
接合方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
温度計により測定された測定温度に基づいて前記温度差が前記所定温度差より小さくなったかどうかを判別するステップ
をさらに具備する接合方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記第１基板表面が活性化されるときに前記第１基板に接触する第１材料の熱伝導率と前記第２基板表面が活性化されるときに前記第２基板に接触する第２材料の熱伝導率との差は、所定の差より小さい
接合方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１材料は、ステンレス鋼であり、
前記第２材料は、アルミナ系セラミックスである
接合方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記第２基板と前記第１基板とは、前記第２基板表面と前記第１基板表面とに前記粒子が照射し終わってから５分以上経過後に前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、接合される
接合方法。
【請求項８】
第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射するように活性化装置を制御する活性化部と、
所定温度差より前記第１基板の温度と前記第２基板の温度との温度差が小さくなった後に、前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、前記第２基板と前記第１基板とを駆動する圧接機構を制御する接合部
とを具備する接合装置制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１基板表面と前記第２基板表面とが接触する前に、前記第１基板または前記第２基板が加熱または冷却されるように、温度調節装置を制御する温度調節部
をさらに具備する接合装置制御装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記接合部は、所定温度範囲に前記測定温度が含まれるときに前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、前記圧接機構を制御する
接合装置制御装置。
【請求項１１】
請求項８〜請求項１０のいずれかにおいて、
前記温度調節部は、前記第１基板または前記第２基板の温度を測定する温度計により測定された測定温度に基づいて前記温度差が前記所定温度差より小さくなったかどうかを判別する
接合装置制御装置。
【請求項１２】
請求項８において、
前記第２基板と前記第１基板とは、前記第２基板表面と前記第１基板表面とに前記粒子が照射し終わってから５分以上経過後に前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、接合される
接合装置制御装置。
【請求項１３】
第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射する活性化装置と、
所定温度差より前記第１基板の温度と前記第２基板の温度との温度差が小さくなった後に、前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、前記第２基板と前記第１基板とを駆動する圧接機構
とを具備する接合装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第１基板表面が活性化されるときに前記第１基板を保持する第１保持機構と、
前記第２基板表面が活性化されるときに前記第２基板を保持する第２保持機構とをさらに具備し、
前記第１基板が前記第１保持機構に保持されるときに前記第１基板に接触する第１材料の熱伝導率と前記第２基板が前記第２保持機構に保持されるときに前記第２基板に接触する第２材料の熱伝導率との差は、所定の差より小さい
接合装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記第１材料は、ステンレス鋼であり、
前記第２材料は、アルミナ系セラミックスである
接合装置。
【請求項１６】
請求項１３〜請求項１５のいずれかにおいて、
前記第１基板を加熱する加熱装置
をさらに具備する接合装置。
【請求項１７】
請求項１３〜請求項１６のいずれかにおいて、
前記第１基板を冷却する冷却装置
をさらに具備する接合装置。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７のいずれかにおいて、
前記第２基板を冷却または加熱する温度調節装置
をさらに具備する接合装置。
【請求項１９】
請求項１３〜請求項１８のいずれかにおいて、
前記第１基板の温度または第２基板の温度を測定する温度計
をさらに具備する接合装置。
【請求項１】
第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射することにより、前記第２基板表面と前記第１基板表面とを活性化させるステップと、
前記第１基板の温度と前記第２基板の温度との温度差を小さくするステップと、
所定温度差より前記温度差が小さくなった後に、前記第２基板表面と前記第１基板表面とを接触させることにより、前記第２基板と前記第１基板とを接合するステップ
とを具備する接合方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１基板表面と前記第２基板表面とが接触する前に、前記第１基板または前記第２基板を加熱または冷却するステップ
をさらに具備する接合方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２基板と前記第１基板とは、所定温度範囲に前記第１基板の温度または前記第２基板の温度が含まれるときに前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、接合される
接合方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
温度計により測定された測定温度に基づいて前記温度差が前記所定温度差より小さくなったかどうかを判別するステップ
をさらに具備する接合方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記第１基板表面が活性化されるときに前記第１基板に接触する第１材料の熱伝導率と前記第２基板表面が活性化されるときに前記第２基板に接触する第２材料の熱伝導率との差は、所定の差より小さい
接合方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１材料は、ステンレス鋼であり、
前記第２材料は、アルミナ系セラミックスである
接合方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記第２基板と前記第１基板とは、前記第２基板表面と前記第１基板表面とに前記粒子が照射し終わってから５分以上経過後に前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、接合される
接合方法。
【請求項８】
第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射するように活性化装置を制御する活性化部と、
所定温度差より前記第１基板の温度と前記第２基板の温度との温度差が小さくなった後に、前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、前記第２基板と前記第１基板とを駆動する圧接機構を制御する接合部
とを具備する接合装置制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１基板表面と前記第２基板表面とが接触する前に、前記第１基板または前記第２基板が加熱または冷却されるように、温度調節装置を制御する温度調節部
をさらに具備する接合装置制御装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記接合部は、所定温度範囲に前記測定温度が含まれるときに前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、前記圧接機構を制御する
接合装置制御装置。
【請求項１１】
請求項８〜請求項１０のいずれかにおいて、
前記温度調節部は、前記第１基板または前記第２基板の温度を測定する温度計により測定された測定温度に基づいて前記温度差が前記所定温度差より小さくなったかどうかを判別する
接合装置制御装置。
【請求項１２】
請求項８において、
前記第２基板と前記第１基板とは、前記第２基板表面と前記第１基板表面とに前記粒子が照射し終わってから５分以上経過後に前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、接合される
接合装置制御装置。
【請求項１３】
第１基板の第１基板表面と第２基板の第２基板表面とに粒子を照射する活性化装置と、
所定温度差より前記第１基板の温度と前記第２基板の温度との温度差が小さくなった後に、前記第２基板表面と前記第１基板表面とが接触するように、前記第２基板と前記第１基板とを駆動する圧接機構
とを具備する接合装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第１基板表面が活性化されるときに前記第１基板を保持する第１保持機構と、
前記第２基板表面が活性化されるときに前記第２基板を保持する第２保持機構とをさらに具備し、
前記第１基板が前記第１保持機構に保持されるときに前記第１基板に接触する第１材料の熱伝導率と前記第２基板が前記第２保持機構に保持されるときに前記第２基板に接触する第２材料の熱伝導率との差は、所定の差より小さい
接合装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記第１材料は、ステンレス鋼であり、
前記第２材料は、アルミナ系セラミックスである
接合装置。
【請求項１６】
請求項１３〜請求項１５のいずれかにおいて、
前記第１基板を加熱する加熱装置
をさらに具備する接合装置。
【請求項１７】
請求項１３〜請求項１６のいずれかにおいて、
前記第１基板を冷却する冷却装置
をさらに具備する接合装置。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７のいずれかにおいて、
前記第２基板を冷却または加熱する温度調節装置
をさらに具備する接合装置。
【請求項１９】
請求項１３〜請求項１８のいずれかにおいて、
前記第１基板の温度または第２基板の温度を測定する温度計
をさらに具備する接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１１４２７８（Ｐ２０１１−１１４２７８Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７１４６５（Ｐ２００９−２７１４６５）
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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