説明

接合装置、接合方法

【課題】ウェハ全面に亘って位置合わせ精度が劣化しない接合装置と、接合方法を提供すること。
【解決手段】複数の接続部が形成された2体の基板WA,WBの当該接続部を対向させ、かつ位置合わせしたのち、前記2体の基板を接合する接合装置1であって、前記2体の基板にそれぞれ直接的又は間接的に接触するそれぞれの部材112A,112Bは、前記基板に略平行な面の少なくとも1面に静止摩擦力を低減する静止摩擦低減手段を有する接合装置1。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の接続部(例えば、半導体デバイス)が形成された少なくとも2枚の基板(例えば、半導体ウェハ)の接合装置および接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体回路の微細化が進んで来たが、45nmノードのデバイス製造の準備は遅れつつある。その主原因は、ゲート用絶縁体用High−k材料、配線用Low−k材料の開発遅れ、デバイス発熱量の増大、などである。また、必要な露光装置の開発期間長期化、価格高騰などの問題が予想されており、従来から続いて来た回路の微細化の速度は、今後は落とさざるを得ない状況にある。
【0003】
このような状況下においても、半導体デバイスの動作速度向上、機能高度化、大容量化などの市場要求が続いており、これに応えて行かなければならない。
【0004】
これらの問題を解決する有力な手段の一つとして、ウェハの3次元積層が挙げられる。半導体基板内部に貫通した導線を設けたウェハを積層して導線を接続・薄加工することにより、回路の脱線長を短く出来、デバイスの高速化と低発熱化を実現出来る。また、ウェハ積層の層数を増すことにより、回路の機能を高め、メモリも容量を増やすことが出来る。
【0005】
ウェハの3次元積層を行なうには、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更に積層する次のウェハの電極同士が合うように位置決めして接触させることが必要である。これを行なうのがウェハ接合装置である(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2005−302858号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の接合装置では、2枚のウェハ上のパターンを相対的に位置合わせし、その後に2枚のウェハを重ねたものに加圧し、加熱することにより、2枚のウェハ上にある電極を接合して一体化する。しかしながら、加圧や加熱を行う時に、2枚のウェハの相対関係をずらす力が働いて位置あわせがずれるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明は、複数の接続部が形成された2体の基板の当該接続部を対向させ、かつ位置合わせしたのち、前記2体の基板を接合する接合装置であって、前記2体の基板にそれぞれ直接的又は間接的に接触するそれぞれの部材は、前記基板に略平行な面の少なくとも1面に静止摩擦力を低減する静止摩擦低減手段を有することを特徴とする接合装置を提供する。
【0008】
また、本発明は、複数の接続部が形成された2体の基板の当該接続部を対向させ、かつ位置合わせしたのち仮固定する工程と、前記2体の基板を加熱する工程と、前記加熱に際して、前記2体の基板の静止摩擦力より前記2体の基板にそれぞれ直接的又は間接的に接触するそれぞれの部材の静止摩擦力を小さくしたことを特徴とする接合方法を提供する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ウェハ全面に亘って位置合わせ精度が劣化しない接合装置と、接合方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
次に、本発明の一実施の形態にかかる接合装置について図面を参照しつつ説明する。
【0011】
図1は、実施の形態にかかる接合装置における基板(以後、ウェハと記す)接合の工程フローを示す。図2は、ウェハ接合に用いる加圧・加熱装置部のブロック図を示す。なお、以下の説明では、複数の半導体デバイスが形成されている半導体ウェハの電極部を接合する場合を代表として説明するが、ウェハは半導体ウェハに限られないし、接合する部位も電極部に限られないことは言うまでもない。
【0012】
実施の形態にかかる接合装置1は、大きく2つの装置部に分けられる。一つは、2枚のウェハの電極部分を対向させて位置合わせする不図示のアライメント装置部であり、他の一つはアライメント装置部で位置合わせされた2枚のウェハに加圧及び加熱を行い電極部分を接合する後述する加圧・加熱装置部2である。アライメント装置部と加圧・加熱装置部2の間は、不図示のウェハキャリア等の搬送装置によって位置合わせされ仮留された2枚のウェハが搬送される。以下、図2に示す接合装置1に基づく接合工程について図1、図2を参照しつつ説明する。
【0013】
(ステップS1)
ウェハWAの裏面(デバイスが形成されていない面)を不図示のウェハ搬送装置を介してウェハホルダ12Aに吸着する。ここでの吸着は、静電気力による静電吸着あるいは真空引きによる真空吸着が使用される。静電吸着の場合ウェハホルダ12Aは静電チャックが、真空吸着の場合ウェハホルダ12Aは真空チャックが使用される。なお、静電吸着力や真空吸着力は、それぞれの制御部によって制御され吸着力を発生したり停止したりすることが可能に構成されている。
【0014】
ウェハホルダ12AにウェハWAを吸着後、ウェハホルダ12A上に形成されている位置合わせマーク13A1、13A2とウェハWA上に形成されている不図示の位置合わせマークあるいはデバイスの所定パターンとの相対位置関係を計測する。測定結果は不図示の制御装置に送られ、制御装置によりウェハWAと位置合わせマーク13A1、13A2の相対位置関係が求められ相対位置情報として記憶される。
【0015】
(ステップS2)
ウェハWBの裏面(デバイスが形成されていない面)を不図示のウェハ搬送装置を介してウェハホルダ12Bに吸着する。ここでの吸着は、ウェハWAと同様である。
【0016】
ウェハホルダ12BにウェハWBを吸着後、ウェハホルダ12B上に形成されている位置合わせマーク14B1、14B2とウェハWB上に形成されている不図示の位置合わせマークあるいはデバイスの所定パターンとの相対位置関係を計測する。測定結果は不図示の制御装置に送られ、制御装置によりウェハWBと位置合わせマーク14B1、14B2の相対位置関係が求められ相対位置情報として記憶される。
【0017】
(ステップS3)
ウェハWAをウェハホルダ12Aに吸着した状態のまま、ウェハホルダ12Aを回転しウェハWAの表面(デバイスが形成されている面)をウェハWBの表面に略平行となるように向ける。なお、ウェハWAを動かすかウェハWBを動かすか、あるいは両方を動かすかは接合装置1の設計により適宜変更される。
【0018】
(ステップS4)
ウェハWAとウェハWBの表面どうしを近接させて対向させる。この時のウェハ間のギャップは、ウェハWA、WBを相対移動しても互いに接触しない程度の距離に設定する。例えば、ギャップ値として10μmから50μmの間の一定値になるようにする。このギャップにおいて、ウェハホルダ12A上の位置合わせマーク13A1とウェハホルダ12B上の位置合わせマーク14B1は、一つの計測系により相対位置測定が可能な状態となる。また、位置合わせマーク13A2と位置合わせマーク14B2も一つの計測系により相対位置測定が可能な状態となる。
【0019】
(ステップS5)
ステップS1とステップS2で得られたウェハWAの位置合わせマーク12A1、12A2に対する相対位置情報と、ウェハWBの位置合わせマーク14B1、14B2に対する相対位置情報を用いて、ウェハWAとウェハWBの接合すべきパターン(例えば、電極部)の水平面内の位置を不図示のアクチュエータ装置によりウェハホルダ12A、12Bを駆動して位置合わせする。
【0020】
(ステップS6)
ウェハWAとウェハWBの位置合わせが完了した後、ウェハWAとウェハWBの間を縮めて接合部位を接触させ、与圧を加えたあとでウェハホルダ12Aとウェハホルダ12Bとを不図示の固定冶具で仮留めする。この状態で、ウェハホルダ12Aとウェハホルダ12Bとは一つのブロックMとして扱われる。
【0021】
(ステップS7)
仮留されたブロックMを不図示の搬送装置を介して加圧・加熱装置部に搬送し、加圧・加熱装置部2内に載置する。この際、仮留されたウェハホルダ12Aとウェハホルダ12Bとがずれないように十分注意して搬送、載置する。
【0022】
図2に示すように、加圧・加熱装置部2は、ヒータ部(トッププレートとも言う)11Aと、ヒータ部(トッププレートとも言う)11Bと、加圧部15とがコラム10で密閉構造にされている。ウェハホルダ12Aとウェハホルダ12Bを仮留したブロックMは、ヒータ部11Aとヒータ部11Bの間に挿入され、ブロックMが挿入されるとコラム10内は減圧される。
【0023】
次に、ウェハホルダ12A、12B、及びヒータ部11A、11Bを介してウェハWA、ウェハWBを押し付けるべく加圧部15で加圧する。更に、ヒータ部11A、11Bでウェハホルダ12A、12Bを介してウェハWA、WBをそれぞれ均一に加熱して、ウェハWAとウェハWBの接触部を接合する。なお、加圧力、加熱温度、持続時間等は、不図示の制御装置で制御する。これにより、ウェハWAとウェハWBとが完全に接合される。なお、接触部が金属電極の場合、金属電極の材料として銅などが挙げられる。また、接触部として加熱硬化型の樹脂材なども挙げられる。
【0024】
なお、加圧し始めてから加熱するか、加熱し始めてから加圧するかは適宜選択可能である。また、加圧や加熱が始まった時点でウェハの静電吸着あるいは真空吸着を中止するか否かは適宜選択可能である。
【0025】
(ステップS8)
加圧・加熱が終わった後、コラム10内の加熱部分等に冷却水を導入してブロックMを冷却し、接合されたウェハWA、WBを内包するブロックMを取り出す。
【0026】
(ステップS9)
ブロックMから仮留冶具を取り外し、ウェハWAからウェハホルダ12Aを、ウェハWBからウェハホルダ12Bを取り外す。
【0027】
以上の工程によって、接合装置1はウェハWAとウェハWBとが所定の位置関係を保持した状態で電極同士を接合する。
【0028】
以後、接合されたウェハWAとウェハWBとを不図示の試料ホルダに載置し、試料ホルダを次の処理工程に搬出する。
【0029】
以上で、実施の形態にかかる接合装置1による、ウェハWAとウェハWBの接合が終了する。
【0030】
従来の接合装置では、ステップS7の加圧及び加熱処理工程で、所定の位置合わせした状態のウェハWAとウェハWBの電極部にずれが発生し、接合不良が発生する問題があった。そして、この問題は、主に加熱時におけるウェハWAとウェハホルダ12A、ウェハWBとウェハホルダ12Bあるいはヒータ部11A、11Bの熱膨張の差に起因して、ウェハWAとウェハWBの位置関係がずれてしまうことにある。
【0031】
例えば、ウェハWAとウェハWB間の静止摩擦力に比べウェハWAとウェハホルダ12A間、ウェハWBとウェハホルダ12B間の静止摩擦力が大きい場合、熱膨張の違いによる変形によりウェハWAとウェハWBの接触部部がずれることに原因している。本実施の形態にかかる接合装置1では、上記ずれの発生を抑制することを可能にして接合不良の発生を抑止している。
【0032】
以下、実施の形態にかかる接合装置の各実施例について図面を参照しつつ説明する。
【0033】
(第1実施例)
図3(a)は、第1実施例にかかる接合装置の部分図を示している。図3(b)、図3(c)は第1実施例の変形例をそれぞれ示している。工程は図1と同様であり説明を省略し、主としてステップS7時点に関して説明する、また図2に示すコラム10は同様の構成であり同じ符号を付し、説明する。
【0034】
図3(a)において、ウェハホルダ112Aは、ウェハWAが吸着、接触する面に静止摩擦力を低減するためのDLC(ダイアモンド・ライク・カーボン)膜Xが形成されている。また、ウェハホルダ112Bは、ウェハWBが吸着、接触する面に静止摩擦力を低減するためのDLC膜Xが形成されている。
【0035】
このように、ウェハWAとウェハホルダ112A、ウェハWBとウェハホルダ112Bのそれぞれの接触面にDLC膜を設けることによって、ウェハWAとウェハホルダ112A間の静止摩擦力、及びウェハWBとウェハホルダ112B間の静止摩擦力をウェハWAとウェハWB間の接触摩擦力、あるいはウェハホルダ112Aとヒータ部11A間の静止摩擦力、及びウェハホルダ112Bとヒータ部11B間の静止摩擦力より小さくすることができ、加熱時の熱膨張差に起因するウェハWAとウェハWBのずれの発生を防止することができる。即ち、ウェハWAとウェハWBの接触面がずれる前に、ウェハWAとウェハホルダ112Aの接触面、ウェハWBとウェハホルダ112Bの接触面がずれることによって熱膨張差を解消し、ウェハWAとウェハWBの接触面のずれを防止することができる。
【0036】
図3(b)は(a)の変形例であり、ウェハホルダ112Aのヒータ部11Aと接触する面、及びウェハホルダ112Bのヒータ部11Bと接触する面にDLC膜を形成した場合を示している。この場合、ウェハWAとウェハWBの接触面の静止摩擦力より、ウェハホルダ112Aとヒータ部11Aの接触面の静止摩擦力およびウェハホルダ112Bとヒータ部11Bの接触面の静止摩擦力を小さくすることができ、加熱時の熱膨張差に起因するウェハWAとウェハWBのずれの発生を防止することができる。
【0037】
図3(c)は(b)の変形例であり、ヒータ部111Aのウェハホルダ12Aと接触する面、及びヒータ部111Bのウェハホルダ12Bと接触する面にDLC膜を形成した場合を示している。この場合も、ウェハWAとウェハWBの接触面の静止摩擦力より、ウェハホルダ12Aとヒータ部111Aの接触面の静止摩擦力およびウェハホルダ12Bとヒータ部111Bの接触面の静止摩擦力を小さくすることができ、加熱時の熱膨張差に起因するウェハWAとウェハWBのずれの発生を防止することができる。
【0038】
このように、静止摩擦力を低減するDLC膜を、ウェハホルダ112Aとヒータ部111Aの少なくとも1つの面、及びウェハホルダ112Bとヒータ部111Bの少なくとも1つの面に設けることによって、DLCを設けた界面の静止摩擦力をウェハWAとウェハWBの接触面の静止摩擦力に比べて小さくし、ウェハ接合時のずれを防止する接合装置1を構成することができる。
【0039】
また、DLC膜を形成した場合、加圧、加熱後にウェハWBとウェハホルダ11AあるいはウェハWBとウェハホルダ11Bに発生する固着を防止することができる。また、DLCは硬度が高いためウェハホルダ11Aやウェハホルダ11Bの表面の傷の発生を防止することができる。また、ウェハホルダ11A、11Bへのごみの付着を防止すること、あるいはウェハホルダの耐久性を向上させる効果も期待できる。
【0040】
なお、静止摩擦力を低下する静止摩擦力低減手段は、DLC以外の無機材料膜を使用することも可能である。また、第1実施例において、ウェハの静電吸着あるいは真空吸着を停止する時期は適宜選択可能である。また、加圧し加熱し始めた時点でウェハの静電吸着あるいは真空吸着を停止することがウェハとウェハホルダ間の静止摩擦力を低減できるためより好ましい。
【0041】
(第2実施例)
図4は、第2実施例にかかる接合装置の部分図を示す。
【0042】
第2実施例にかかる接合装置1では、位置合わせされた図4に示すブロックMが図2に示すコラム10に挿入され加圧・加熱処理される。工程は図1と同様であり説明を省略する。
【0043】
第2実施例では、ブロックMに加圧部15で加圧された後で、ウェハWAとウェハホルダ12A間の静電吸着力、及びウェハWBとウェハホルダ12B間の静電吸着力を静電気制御部30により停止する。これにより、ウェハWAとウェハホルダ12A及びウェハWBとウェハホルダ12Bに対する静電吸着力が無くなり、ウェハWAとウェハホルダ12A、及びウェハWBとウェハホルダ12Bそれぞれの界面の静止摩擦力を低下させることができる。この結果、ウェハWAとウェハWBの接触面の静止摩擦力より、ウェハWAとウェハホルダ12Aの界面の接触摩擦力、及びウェハWBとウェハホルダ12Bの界面の静止摩擦力を小さくすることができ、以降の加熱の際の熱膨張差によるウェハWAとウェハWBのずれの発生を防止することができる。
【0044】
(第3実施例)
図5は、第3実施例にかかる接合装置の部分図を示す。
【0045】
第3実施例にかかる接合装置1では、ウェハホルダが真空吸着の場合における静止摩擦力低減手段を有する接合装置1を示している。工程は図1と同様であり説明を省略する。なお、図2におけるウェハWAを吸着するウェハホルダと、ウェハWBを吸着するウェハホルダの構成は同様であり、以下の説明ではウェハWBにかかる部分に関してのみ説明し、ウェハWAにかかる部分については説明を省略する。
【0046】
図5において、ウェハWBと不図示のウェハWAとの位置合わせ後、2つのウェハホルダは仮留めされ、加圧・加熱装置部2(図2参照)に搬送されるまでは、ウェハWBはウェハホルダ18に静電気力と不図示のウェハWAとの間の静止摩擦力によって保持される。加圧・加熱装置部2のコラム10内に運ばれた後、配管接合部25により、ウェハホルダ18内に設けられた穴19は配管20と接合される。穴19は配管接合部25から続いて途中で分岐し、分岐した穴はウェハWB全体に分散した穴に繋がっている。
【0047】
符号24は排気部、22は不活性ガス供給部である。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの気体が用いられる。また、符号21は給気弁、23は排気弁であり、配管接合部25がウェハホルダ18に取り付くまでは閉じている。配管接合部25が穴19と接合されると、排気部24に繋がる弁23が開き、配管20と穴19の中が排気される。この排気によりウェハWBはウェハホルダ18に真空吸着され、静電吸着が停止される。この排気後、ウェハWBとウェハWAとからなるブロックM(図2参照)はコラム10内に載置され、コラム10内の雰囲気が排気される。雰囲気の排気後、ウエブロックMは加圧部15により加圧される。
【0048】
次に、排気弁23が閉じ、給気弁21が開く。給気弁21より不活性ガスが配管20と穴19に流入し、ウェハWBの裏面には不活性ガスの圧力が加わる。これにより、ウェハWBとウェハホルダ18の間の静止摩擦力が減少する。この後で、仮留めしたウェハWBとウェハWA全体を加熱し、接触部を接合する。
【0049】
この構成と図1の工程に従うと、加熱時の各部の線膨張係数の造いと温度ムラによる応力が発生しても、ウェハWBとウェハホルダ18の間、あるいはウェハWAとウェハホルダの間か滑り、ウェハWAとウェハWBの間は滑らないようにできる。加熱が終了すると、給気弁21が閉じ、雰囲気は大気圧に戻される。
【0050】
なお、不活性ガスをウェハWBの裏面に噴出させることで、ウェハWBとウェハホルダ18との間にある微小なごみを除去でき、ウェハWBとウェハWAとをより平坦に接合することも可能になる。
【0051】
また、上記第1実施例から第3実施例は、互いに排他的な実施を求めるものではなく同時に実施したり、組み合わせて実施したりすることも可能である。
【0052】
以上述べたように、本実施の形態にかかる接合装置では、ウェハ同士の接合面の静止摩擦力より、ウェハとウェハホルダ間の静止摩擦力、あるいはウェハホルダとヒータ部(トッププレート)間の静止摩擦力を小さくすることができ、接合時にウェハ相互のずれを防止することができる。
【0053】
なお、上記説明では、静止摩擦力低減手段は両ウェハに関する部材にそれぞれ設けられている場合について説明したが、静止摩擦力低減手段が一方のウェハに関する部材にのみ設けられていても良い。
【0054】
また、実施例1から実施例3において、静電吸着あるいは真空吸着を解除するタイミングは、少なくとも加熱する前までに行うことが好ましい。
【0055】
また、ウェハ同志を位置合わせして仮留めした後に加わる温度変化や加速度などの外乱の影響を受けるために、仮留めを行うアライメント装置と加圧・加熱装置部に至る搬送部分、あるいは加圧・加熱部の加圧・加熱前の温度を揃えて、温度ムラや温度変化を最小にした装置構成とすることがより望ましい。また、搬送時にウェハおよびウェハホルダに衝撃が加わらない構成にすることが望ましい。
【0056】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】実施の形態にかかる接合装置における基板(ウェハ)接合の工程フローを示す。
【図2】ウェハ接合に用いる加圧・加熱装置部のブロック図を示す。
【図3】(a)は、第1実施例にかかる接合装置の部分図を示し、(b)は、(a)の変形例を示し、(c)は、(b)の変形例をそれぞれ示している。
【図4】第2実施例にかかる接合装置の部分図を示す。
【図5】第3実施例にかかる接合装置の部分図を示す。
【符号の説明】
【0058】
1 接合装置
10 コラム
11A、11B、111A、111B ヒータ部(トッププレート)
12A、12B、112A、112B、18 ウェハホルダ
13A1、13A2、14B1、14B2 位置合わせマーク
15 加圧部
19 穴
20 配管
21 給気弁
22 不活性ガス供給部
23 排気弁
24 排気部
25 配管接合部
30 静電気制御部
WA、WB ウェハ
X DLC(ダイアモンド・ライク・カーボン)
M ブロック

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の接続部が形成された2体の基板の当該接続部を対向させ、かつ位置合わせしたのち、前記2体の基板を接合する接合装置であって、
前記2体の基板にそれぞれ直接的又は間接的に接触するそれぞれの部材は、前記基板に略平行な面の少なくとも1面に静止摩擦力を低減する静止摩擦低減手段を有することを特徴とする接合装置。
【請求項2】
前記静止摩擦力低減手段は、DLC(ダイアモンド・ライク・カーボンの略)膜からなることを特徴とする請求項1に記載の接合装置。
【請求項3】
前記部材は、前記基板を静電気力により保持し、
前記静止摩擦力低減手段は、前記部材への静電気力を低減する静電気力低減手段を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の接合装置。
【請求項4】
前記部材は、前記基板を真空吸着により保持し、
前記静止摩擦力低減手段は、前記部材の真空吸着用孔からガスを噴出させるガス噴出手段を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の接合装置。
【請求項5】
前記部材は、前記基板を吸着する基板ホルダを含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の接合装置。
【請求項6】
前記部材は、前記基板ホルダに接触するヒータ部を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の接合装置。
【請求項7】
複数の接続部が形成された2体の基板の当該接続部を対向させ、かつ位置合わせしたのち仮固定する工程と、
前記2体の基板を加熱する工程と、
前記加熱に際して、前記2体の基板の静止摩擦力より前記2体の基板にそれぞれ直接的又は間接的に接触するそれぞれの部材の静止摩擦力を小さくしたことを特徴とする接合方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2008−288324(P2008−288324A)
【公開日】平成20年11月27日(2008.11.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−130699(P2007−130699)
【出願日】平成19年5月16日(2007.5.16)
【出願人】(000004112)株式会社ニコン (12,601)
【Fターム(参考)】