接合装置
【課題】金属の接合部を有する基板同士の温度調整を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させる。
【解決手段】接合装置１０は、下面に開口７８が形成された処理容器７０と、処理容器７０内に配置された、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第２の熱処理板９０と、処理容器７０内に第２の熱処理板９０に対向して設けられ、重合ウェハＷＴを第２の熱処理板９０側に押圧する加圧機構８０と、処理容器７０の内面に当該処理容器７０の開口７８に沿って設けられ、処理容器７０と第２の熱処理板９０との間を気密に塞ぐ環状の支持台９５と、第２の熱処理板９０の下方であって支持台９５の内側に設けられた冷却機構１００を有している。冷却機構１００は、その上面が第２の熱処理板９０と平行に設けられた冷却板と、冷却板の内部に連通し当該冷却板の内部に空気を供給する連通管と、冷却板を上下動させる昇降機構と、を備えている。
【解決手段】接合装置１０は、下面に開口７８が形成された処理容器７０と、処理容器７０内に配置された、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する第２の熱処理板９０と、処理容器７０内に第２の熱処理板９０に対向して設けられ、重合ウェハＷＴを第２の熱処理板９０側に押圧する加圧機構８０と、処理容器７０の内面に当該処理容器７０の開口７８に沿って設けられ、処理容器７０と第２の熱処理板９０との間を気密に塞ぐ環状の支持台９５と、第２の熱処理板９０の下方であって支持台９５の内側に設けられた冷却機構１００を有している。冷却機構１００は、その上面が第２の熱処理板９０と平行に設けられた冷却板と、冷却板の内部に連通し当該冷却板の内部に空気を供給する連通管と、冷却板を上下動させる昇降機構と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の接合部を有する基板同士を押圧して接合する接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイス（以下、「デバイス」という）の製造においては、デバイスの高集積化が進んでいる。その一方で、高集積化された複数のデバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、及び配線遅延が大きくなることが問題となる。
【０００３】
そこで、半導体デバイスを３次元に積層する３次元集積技術を用いることが提案されている。この３次元集積技術においては、例えば貼り合わせ装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の貼り合わせが行われる。貼り合わせ装置は、例えば上面にウェハを載置する固定テーブルと、この固定テーブルに対向して配置され、下面にウェハを吸着保持して昇降可能な可動テーブルとを有している。固定テーブルと可動テーブル内には、それぞれヒータが内蔵されている。そしてこの貼り合わせ装置では、２枚のウェハを重ね合わせた後、ヒータによりウェハを加熱しながら、固定テーブルと可動テーブルにより荷重をかけてウェハを押圧し、２枚のウェハが貼り合わせられる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、２枚のウェハを接合する際、ウェハ表面に形成された金属の接合部同士を接合する場合がある。かかる場合、接合部を高温の所定の温度で加熱しながら押圧する必要がある。すなわち、先ずウェハを所定の温度まで加熱する前熱処理工程と、その後ウェハの温度を所定の温度に維持した状態で当該ウェハを押圧する接合工程と、その後ウェハを冷却する後熱処理工程とを順次行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、前熱処理工程において、前記所定の温度が高温であるため、特許文献１の貼り合わせ装置を用いると、ウェハを所定の温度まで加熱するのに時間がかかる。しかも、ウェハを急速に加熱すると接合部同士が均一に加熱されないおそれがあるため、所定の加熱速度以下でウェハを加熱する必要がある。また、前記所定の温度が高温であるため、後熱処理工程でも高温のウェハを冷却するのに時間がかかる。しかも、接合部同士を合金化して接合する場合、ウェハを急速に冷却すると接合部の強度や物性が変わるおそれがあるため、所定の冷却速度以下でウェハを冷却する必要がある。さらに、接合工程にかかる時間は、接合部に用いられる材料等によって決まるため短縮することができない。
【０００７】
このように金属の接合部を有するウェハ同士の接合にあたり、ウェハの温度調整を行う必要があるため、結果としてウェハ同士の接合には多大な時間を要していた。このため、ウェハ接合処理のスループットの低下を招いていた。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属の接合部を有する基板同士の温度調整を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置であって、下面に開口が形成された処理容器と、前記処理容器内に配置された、前記基板を載置して熱処理する熱処理板と、前記処理容器内に前記熱処理板に対向して設けられ、前記基板を前記熱処理板側に押圧する加圧機構と、前記処理容器の内面に当該処理容器の開口に沿って設けられ、前記処理容器と前記熱処理板との間を気密に塞ぐ、前記熱処理板を支持する環状の支持台と、前記熱処理板の下方であって前記支持台の内側に設けられた、前記熱処理板を冷却する冷却機構と、を有し、前記冷却機構は、その上面が前記熱処理板と平行に設けられた、内部が中空な冷却板と、前記冷却板の内部に連通し当該冷却板の内部に空気を供給する連通管と、前記冷却板を上下動させる昇降機構と、を備え、前記冷却板の下面には、当該冷却板の内部に連通する複数の貫通孔が形成され、前記連通管から前記冷却板の内部に供給された空気は、前記冷却板の貫通孔から排出されることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、熱処理板の下方に当該熱処理板を冷却する冷却機構が設けられているので、基板の温度を効率よく調整することができる。すなわち、熱処理板により基板を所定の温度に加熱する際、所定の加熱速度を超えそうになったり、所定の温度を超えそうになったりした場合は、例えば冷却機構を上昇させて熱処理板の下面に接触させることにより熱処理板を冷却することができる。また、冷却機構に供給する空気の量を調整することにより、更に冷却機構による冷却速度を調整することができるので、基板の温度調整を効率よく行うことができる。
【００１１】
前記冷却機構は、前記冷却板の下方に当該処理容器の開口の全面を塞ぐように設けられた、その内部に冷却水を流通する冷却水路が形成された冷却水流通板をさらに有し、前記冷却水流通板には、当該冷却水流通板を鉛直方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、前記冷却板の貫通孔から排出された空気は、前記冷却水流通板の貫通孔を通って当該冷却水流通板の上面から下面に向かって排出されてもよい。
【００１２】
前記加圧機構は、前記処理容器の天板に気密に接続された弾性部材と、前記弾性部材の下端に気密に接続された押圧部材と、前記処理容器の天板、前記弾性部材及び前記押圧部材で囲まれた空間に圧縮空気を供給する空気供給管と、供給された圧縮空気を排出する空気排出管と、を有し、前記空気排出管には、当該空気排出管の内部を流通する圧縮空気を冷却する冷却ジャケットが設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属の接合部を有する基板同士の温度調整を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】押圧用アダプタを有する接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】押圧用アダプタを有する接合装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図３】重合ウェハの断面図である。
【図４】第１の熱処理板の構成の概略を示す縦断面図である。
【図５】搬送機構及び搬送リングの構成の概略を示す縦断面図である。
【図６】搬送機構及び搬送リングの構成の概略を示す斜視図である。
【図７】搬送機構により搬送リングを保持する様子を示す説明図である。
【図８】接合方法の概略を示す縦断面図である。
【図９】接合方法の概略を示す縦断面図である。
【図１０】押圧用アダプタの材質及びくびれ量と最大応力差との関係を示すグラフである。
【図１１】ウェハの径と、押圧用アダプタのくびれ量と、最大応力差とのの関係を示すグラフである。
【図１２】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１３】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１４】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１５】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１６】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１７】冷却機構近傍の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１８】係止部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１９】係止部材が撓んだ状態を示す説明図である。
【図２０】ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。
【図２１】接合装置の各機器の動作状態を示すタイムチャートである。
【図２２】従来の接合方法の概略を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、押圧用アダプタ１を有する接合装置１０の構成の概略を示す縦断面図である。図２は押圧用アダプタ１を有する接合装置１０の構成の概略を示す横断面図である。
【００１６】
接合装置１０では、図３に示すように例えば２枚の基板としてのウェハＷＵ、ＷＬを接合する。以下、上側に配置されるウェハを「上ウェハＷＵ」といい、下側に配置されるウェハを「下ウェハＷＬ」という場合がある。各ウェハＷＵ、ＷＬは、金属の接合部ＪＵ、ＪＬをそれぞれ複数有している。そして、各接合部ＪＵ、ＪＬを当接させウェハＷＵ、ＷＬを重ね合わせて重合基板としての重合ウェハＷＴを形成し、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を接合する。なお、ウェハＷＵ、ＷＬ同士の接合が行われる前の状態においては、図３に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの間に接着剤２が塗布され、ウェハＷＵ、ＷＬが当該接着剤２により仮接合された状態になっている。このように、接着剤２により仮接合することで、ウェハＷＵ、ＷＬのアライメントを行った後に当該ウェハＷＵ、ＷＬの搬送を行っても、ウェハＷＵ、ＷＬにズレが生じることを防止できる。また、図３に示すように、仮接合された状態では、接合部ＪＵ、ＪＬ間には隙間が形成された状態となっている。これによって、接合時の真空引き行われる際に接合部ＪＵ、ＪＬ間の雰囲気が吸引され、接合部ＪＵ、ＪＬ間にボイドが生じることを防ぐことができるという効果も得ることができる。なお、接着剤２には、接合時の熱処理により蒸発して昇華するものが用いられる。また、本実施の形態では、例えば接合部ＪＵにはアルミニウムが用いられ、接合部ＪＬにはゲルマニウムが用いられる。
【００１７】
接合装置１０は、図１及び図２に示すように熱処理ユニット２０及び接合ユニット２１を水平方向のＹ方向にこの順で並べて一体に接続した構成を有している。熱処理ユニット２０と接合ユニット２１は、ゲートバルブ２２を介して気密に接続されている。
【００１８】
熱処理ユニット２０は、内部を密閉することができる処理容器３０を有している。処理容器３０における接合ユニット２１と反対側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口３１が形成され、当該搬入出口３１にはゲートバルブ３２が設けられている。また、処理容器３０の接合ユニット２１側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口３３が形成され、当該搬入出口３３には上述したゲートバルブ２２が設けられている。
【００１９】
処理容器３０の底面には吸気口３４が形成されている。吸気口３４には、処理容器３０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ３５に連通する吸気管３６が接続されている。
【００２０】
処理容器３０の内部には、重合ウェハＷＴを載置して加熱及び冷却を行う第１の熱処理板４０と第１の熱処理板４０に載置された重合ウェハＷＴを上方から加熱する上部加熱手段４１と、熱処理ユニット２０と接合ユニット２１との間で、後述する搬送リング６０と共に重合ウェハＷＴを搬送する搬送機構４２設けられている。上部加熱手段４１としては、たとえば輻射熱により加熱を行うハロゲンヒータやあるいは電気ヒータなどが用いられる。第１の熱処理板４０には、例えば図１に示すように給電により発熱する加熱機構としてのヒータ４３及びその内部に冷媒を流通させることで熱処理板４０を冷却する冷却機構としての冷媒流路４４が内蔵されている。冷媒流路４４は、ヒータ４３の上方に配置されている。
【００２１】
冷媒流路４４には、図４に示すように、当該冷媒流路４４に冷媒を供給する冷媒供給管４５と、当該冷媒流路４４から冷媒を排出する冷媒排出管４６が夫々接続されている。冷媒としては、乾燥空気に霧状の水を混合させたものが用いられる。冷媒供給管４５には、当該冷媒供給管４５に冷媒としての乾燥空気と水を供給する空気源４７と冷却水源４８が夫々接続されている。乾燥空気と水とが合流する箇所にはミキサー４９が設置され、当該ミキサー４９により乾燥空気と水とを混合することで水が霧化され、冷媒として冷媒供給管４５を介して冷媒流路４４に供給される。冷媒排出管４６には冷媒流路４４を通過後の冷媒を冷却する熱交換器５０が設けられ、冷媒排出管４６内を流れる冷媒を冷却することで当該冷媒中の水を凝縮し、ドレンとして回収する。回収されたドレンは、循環配管５１を介して冷媒供給管４５におけるミキサー４９の上流に供給され、再びミキサー４９にて乾燥空気と混合され再度冷媒として利用される。なお、熱交換器５０としては、例えば図４に示すように冷凍機５２に接続されたものが用いられる。また、第１の熱処理板４０の加熱温度及び冷却温度や上部加熱手段４１による加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。
【００２２】
第１の熱処理板４０の下方には、重合ウェハＷＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン５３が例えば３本設けられている。昇降ピン５３は、図示しない昇降駆動部により上下動できる。第１の熱処理板４０の中央部付近には、当該第１の熱処理板４０を厚み方向に貫通する貫通孔５４が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン５３は貫通孔５４を挿通し、第１の熱処理板４０の上面から突出可能になっている。
【００２３】
搬送機構４２は、図１に示すように、上下方向に水平に夫々設けられた上部搬送機構４２ａと下部搬送機構４２ｂとを有している。上部搬送機構４２ａと下部搬送機構４２ｂとは、同一形状である。上部搬送機構４２ａと下部搬送機構４２ｂは、図示しない駆動機構により、夫々独立して水平方向、および上下方向に移動可能に構成されている。上部搬送機構４２ａ及び下部搬送機構４２ｂは、図５及び図６に示すように、一対の略Ｕ字状の断面形状を有する保持部５５を、Ｕ字の開口部分が向かい合うように接続されて形成されている。上部搬送機構４２ａ及び下部搬送機構４２ｂは、保持部５５により搬送リング６０を保持することで、当該搬送リング６０と共に重合ウェハＷＴを搬送できるように構成されている。搬送リング６０は、図５及び図６に示すように、重合ウェハＷＴの径より僅かに大きな径の開口が設けられた略円盤状に形成されており、搬送リング６０の底面であって、開口の内周縁部には重合ウェハＷＴを保持するために保持部材６１が設けられている。搬送リング６０の外周部には、図６に示すように一対の突出部６２が設けられており、この突出部６２が搬送機構４２の保持部５５により保持される。搬送機構４２により搬送リング６０を保持するにあたっては、図７（ａ）に示すように、保持部５５の開口部分の間に搬送リング６０が位置する高さに搬送機構４２を移動させ、次いで図７（ｂ）に示すように、その高さを維持したまま搬送機構４２をさらに水平方向に移動させる。その後、搬送機構４２を上昇させ、保持部５５により搬送リング６０の突出部６２を保持することにより、搬送機構４２により搬送リング６０が保持される図７（ｃ）。
【００２４】
接合ユニット２１は、内部を密閉することができる処理容器７０を有している。処理容器７０は、容器本体７１と天板７２がシールドベローズ７３によって接続された構成を有している。シールドベローズ７３は鉛直方向に伸縮自在に構成され、このシールドベローズ７３によって天板７２は鉛直方向に移動自在になっている。
【００２５】
容器本体７１の熱処理ユニット２０側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口７４が形成され、当該搬入出口７４には上述したゲートバルブ２２が設けられている。容器本体７１の側面には吸気口７５が形成されている。吸気口７５には、処理容器７０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ７６に連通する吸気管７７が接続されている。なお、本実施の形態においては、吸気口７５、真空ポンプ７６、吸気管７７で第２の減圧機構を構成している。また、容器本体７１の底面には後述する冷却機構１００を設置するための、例えば円形の底部開口７８が形成されている。
【００２６】
処理容器７０の内部であって天板７２には、後述する第２の熱処理板９０上の重合ウェハＷＴを第２の熱処理板９０側に押圧する加圧機構８０が設けられている。加圧機構８０は、押圧用アダプタ１を介在して重合ウェハＷＴを押圧する押圧部材８１と、天板７２に環状に取り付けられた支持部材８２と、押圧部材８１と支持部材８２を接続し、鉛直方向に伸縮自在の加圧ベローズ８３とを有している。押圧部材８１の径は、重合ウェハＷＴの径より大きく構成されている。加圧ベローズ８３には、加圧機構８０の内部、すなわち押圧部材８１、加圧ベローズ８３、支持部材８２及び天板７２で囲まれた内部空間に、例えば圧縮空気を供給する空気供給管８３aと、内部空間に供給された空気を排出する空気排出管８３ｂとが設けられている。このため、空気供給管８３aを介して加圧機構８０の内部空間に、圧縮空気を供給することで、加圧ベローズ８３が伸縮し押圧部材８１が鉛直方向に移動自在になっている。空気排出管８３ｂには、当該空気排出管８３ｂの内部を流通して排気される空気を冷却する冷却ジャケット８３ｃが設けられている。冷却ジャケット８３ｃは、例えば水冷式のシェルアンドチューブ式の熱交換器といったものが使用できる。空気排出管８３ｂには、当該空気排出管８３ｂから排出される空気の量を調整するための調整機構（図示せず）が設けられている。このため、空気供給管８３ａにより供給する圧縮空気の供給量、供給圧力及び空気排出管８３ｂから排出する空気の量を調整することで、空気排出管８３ｂから圧縮空気を排出しながら加圧ベローズ８３内の圧力を所定の圧力に調整することができる。換言すれば加圧ベローズ８３内の圧力と加圧ベローズ８３内を流通する圧縮空気の量を、それぞれ独立に制御することができる。また、押圧部材８１の内部には、例えば給電により発熱するヒータ８１ａが内蔵されており、加圧ベローズ８３に供給する圧縮空気の量を調整することで、ヒータ８１ａから加圧ベローズ８３内の圧縮空気に放散する熱量を調整ことができる。したがって、加圧ベローズ８３内に供給する圧縮空気の流量及びヒータ８１ａの温度調整をそれぞれ行うことで押圧部材８１による熱伝達を介して押圧用アダプタ１の温度を所望の温度とすることができる。なお、加圧機構８０の内部には圧縮空気が封入されるため、この圧縮空気による内圧に耐えるように、加圧機構８０の加圧ベローズ８３の剛性は、処理容器７０のシールドベローズ７３の剛性より大きくなっている。
【００２７】
押圧用アダプタ１は、押圧部材８１の下面に接続されている。押圧用アダプタ１は、重合ウェハＷＴより大きな径を有する押圧部材８１を用いて、重合ウェハＷＴを面内均一な荷重で押圧することを目的として設置されるものであり、図１に示すように、略円盤状の上部アダプタ８４と、略円錐台形状の下部アダプタ８５とが一体に形成された構成となっている。上部アダプタ８４と下部アダプタ８５とは、平面視において同心円状に配置されている。また、略円錐台形状を有する下部アダプタ８５の下底の径は重合ウェハＷＴと同一の径を有し、下部アダプタ８５の上底は上部アダプタの径よりも大きい径を有し、これにより、押圧用アダプタ１は中間部としてのくびれ部８６を有する形状となっている。
【００２８】
押圧用アダプタ１の形状について詳述する。既述のように、本発明者らによれば図２２に示される略円錐台形状のアダプタ３０１を台形の上底を下方に向けて配置し、ウェハＷよりも大きな径を有する押圧部材３０２により、ウェハＷと異なる径を有するアダプタ３０１を介して押圧した場合においても、依然として重合ウェハＷＴの周縁部に荷重が集中することが確認されている。この点について本発明らが検証を行ったところ、アダプタ３０１を用いて重合ウェハＷＴを押圧すると、アダプタ３０１の外周縁部に、例えば図８に示すような応力Ｆ１が掛かることでアダプタ３０１に撓みが生じ、それによりアダプタ３０１の中心付近においては上向の応力Ｆ２が、アダプタ３０１の外周縁部においては下向きの応力Ｆ３が集中し、重合ウェハＷＴを押圧するに際し面内均一な荷重を得ることができないことが分かった。
【００２９】
この点について本発明者らは、アダプタ３０１と同様に略円錐台形状のアダプタを用いた場合であっても、例えば図９に示すように、略円錐台形状のアダプタ３１０を、上底を上方に向けて配置すれば、当該アダプタ３１０に作用する応力Ｆ４はアダプタ３１０の下底に分散され、アダプタ３１０の外周縁部に応力が集中することを避けることができることを確認した。しかしながら、アダプタ３１０とアダプタ３０１とを比較した場合、アダプタ３１０の上底の面積はアダプタ３０１よりも小さいため、アダプタ３１０により所定の押圧荷重を得るためには、アダプタ３０１を用いる場合よりもベローズ３００に供給する加圧用空気の圧力を高める必要があり、空気源設備の面で問題がある。
【００３０】
そこで本発明者らは、押圧用のベローズとアダプタとの接触面積を大きくしつつ、押圧する際に面内均一な荷重を得ることができる形状として、略円盤状の上部アダプタ８４と略円錐台形状の下部アダプタ８５とを一体で形成し、上部アダプタ８４と下部アダプタ８５との間に中間部としてのくびれ部８６を設けた押圧用アダプタ１のような形状が有効であると考えた。そして、上部アダプタ８４及び下部アダプタ８５の寸法を夫々変更して、重合ウェハＷＴの押圧を行った結果、重合ウェハＷＴの径とくびれ部８６の径との比が、０．７：１〜１：１であれば重合ウェハＷＴの押圧が良好に行えることが試験により確認された。
【００３１】
以下に、本発明者らが実施した試験について述べる。押圧用アダプタ１を用いて重合ウェハＷＴの接合を行うにあたり、押圧用アダプタ１を構成する材料の弾性率、並びに上部アダプタ８４の径、下部アダプタ８５の径及び重合ウェハＷＴの径を変化させ、重合ウェハＷＴの面内に作用する荷重について確認試験を行った。この際、第１の熱処理板４０及び上部加熱手段４１における加熱温度は３５０℃、後述する第２の熱処理板９０における加熱温度は４３０℃とした。なお、上部加熱手段４１としては、ハロゲンヒータを用いた。
【００３２】
押圧用アダプタ１の形状は、上部アダプタ８４の径を３５０ｍｍ、重合ウェハＷＴの径及び下部アダプタ８５の下底の径を２００ｍｍ、押圧用アダプタ１の高さ、換言すれば上部アダプタ８４の上面から下部アダプタ８５の下底までの距離を３５ｍｍとし、下部アダプタ８５の下底からくびれ部８６までの高さ、換言すれば下部アダプタ８５の下底から上底からまでの距離は１９ｍｍとした。また、押圧用アダプタ１の材質は、それぞれ弾性率が２００ＧＰａのステンレス、弾性率が４１０ＧＰａの窒化珪素（ＳｉＣ）、弾性率が６２０ＧＰａの超硬合金とし、それぞれの材質により形成された押圧用アダプタ１においてくびれ部８６の径Ｘを１００ｍｍ〜２００ｍｍの間で変化させた場合に、重合ウェハＷＴの面内にかかる応力の最大値と最小値との差、即ち最大応力差を確認した。その結果を図１０に示す。
【００３３】
図１０は、くびれ部８６の径Ｘをくびれ量として横軸に表し、最大応力差を縦軸とし、弾性率が異なる各押圧用アダプタ１を用いて重合ウェハＷＴを押圧した際の最大応力差とくびれ量との関係を示したものである。図１０に示すように、くびれ量を１６０〜１８０ｍｍとした場合に、押圧用アダプタ１の弾性率によらず、各押圧用アダプタ１における最大応力差が極小となることが確認された。この結果から、押圧用アダプタ１のくびれ量には、最適な値が存在し、この最適なくびれ量は押圧用アダプタ１を形成する材料の弾性率に依存しないことがわかった。
【００３４】
次に、弾性率が４１０ＧＰａの窒化珪素を用いた押圧用アダプタ１において、上部アダプタ８４の径を３５０ｍｍ、下部アダプタ８５の下底の径及び重合ウェハＷＴの径を３００ｍｍとした場合、上部アダプタ８４の径を５２５ｍｍ、下部アダプタ８５の下底の径及び重合ウェハＷＴの径を３００ｍｍとした場合、並びに上部アダプタ８４の径を３５０ｍｍ、下部アダプタ８５の下底の径及び重合ウェハＷＴの径を２００ｍｍとした場合に、各押圧用アダプタ１のくびれ量を変化させ、その際の重合ウェハＷＴの面内における最大応力差を確認した。にかかる応力の最大値と最小値との差、即ち最大応力差を確認した。その結果を図１１に示す。
【００３５】
図１１は、くびれ量と重合ウェハＷＴの径（下部アダプタ８５の下底の径）との比を横軸に表し、最大応力差を縦軸として、重合ウェハＷＴを各押圧用アダプタ１により押圧した際の最大応力差と、くびれ量と重合ウェハＷＴの径との比の関係を示したものである。図１１に示すように、くびれ量と重合ウェハＷＴの径との比を概ね０．７：１〜１：１とすることで、上部アダプタ８４の径や、下部アダプタ８５の下底の径の寸法によらず、各押圧用アダプタ１における最大応力差が極小となることが確認された。したがって、図１０及び図１１に示される結果から、押圧用アダプタ１は、当該押圧用アダプタ１を形成する材料の弾性率や上部アダプタ８４の径及び下部アダプタ８５の下底の径の寸法によらず、くびれ量と下部アダプタ８５の下底の径との比を所定の値とすることで、重合ウェハＷＴの面内における最大応力差を極小とすることができることが確認された。このため、
【００３６】
なお、重合ウェハＷＴの面内における最大応力差は、１５ＭＰａ以内であれば面内均一な荷重での押圧が行われているものと判断してもよい。したがって、重合ウェハＷＴより大きな径を有する押圧部材８１を用いて、重合ウェハＷＴを面内均一な荷重で押圧するためには、押圧用アダプタ１のくびれ量、即ちくびれ部８６の径と、下部アダプタ８５の下底の径との比は、０．７：１〜１：１とすればよく、より好ましくは、０．８：１〜０．９：１であればよい。
【００３７】
なお、上記の試験においては、上部アダプタ８４と下部アダプタ８５とを一体に形成した、くびれ部８６を有する押圧用アダプタ１を用いたが、押圧用アダプタ１の形状は以上の実施の形態に限定されない。押圧用アダプタ１に代えて、例えば図１２に示すように、上部アダプタ８４と下部アダプタ８５とに間に、中間部としてのくびれ部８６を形成するにあたり、円筒形状の接続部８７を有す形状の押圧用アダプタ２１０を用いてもよく、図１３に示すように、下部アダプタ８５の下底の径と同一の径を有する略円盤状の円盤部８８が、下部アダプタ８５の底面と一体に形成された押圧用アダプタ２２０を用いてもよいことが本発明者らにより確認されている。また、図１４に示すように、中間部８７及び円盤部８８の両方を有するアダプタ２３０を用いてもよい。いずれのアダプタを用いても、大きな面積にかかっていた均一荷重を、小さな面積に均一にかけることができる。
【００３８】
また、くびれ部８６の形状は、鋭角や直角に形成されていたが、くびれ部８６は、所定の曲率を有する球状に形成されていてもよい。アダプタ２３０を例にしていうと、図１５に示すように、側面視において接続部８７の外周部を当該接続部８７の中心方向に向かって窪んだ形状とすることで、くびれ部８６を半円形状に形成してもよい。かかる場合、くびれ部８６に押圧荷重による応力が集中することで押圧用アダプタ１、２１０、２２０、２３０のくびれ部８６が破損することを防止することができる。
【００３９】
なお、以上の押圧用アダプタは、加圧機構８０の押圧部材８１と別々に形成されていたが、押圧部材８１と押圧用アダプタとを一体に形成してもよい。具体的には、例えば図１６に示すように、押圧部材８１の下面に、押圧用アダプタ１のうち下部アダプタ８５の部分のみを接合するようにしてもよい。係る場合、押圧部材８１に内蔵されていたヒータ８１ａに代えて、下部アダプタ８５にヒータ８５ａを内蔵するようにしてもよい。下部アダプタ８５にヒータ８５ａを内蔵した場合、ヒータ８１ａ重合ウェハＷＴとの間に介在していた押圧用アダプタ１の熱容量を考慮する必要がなくなるため、より精度よく重合ウェハＷＴの温度制御が可能となり、また、重合ウェハＷＴの昇温に要する時間を短縮することができる。さらには、押圧部材８１と押圧用アダプタ１とを一体に形成することで、押圧部材８１と押圧用アダプタ１の接触面での熱伝達のロスも生じないため、ヒータ８５ａによる重合ウェハＷＴへの熱伝達の効率も向上する。なお、図１６においては、押圧用アダプタ１と押圧部材８１とを一体に形成した場合を描図しているが、当然ながら、押圧用アダプタ２１０、２２０、２３０と押圧部材８１とを一体に形成してもよい。
【００４０】
次に第２の熱処理板９０について説明する。図１に示すように処理容器７０の内部であって加圧機構８０の下方には、当該加圧機構８０に対向する位置に、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する載置部としての第２の熱処理板９０が設けられている。第２の熱処理板９０には、例えば給電により発熱するヒータ９１が内蔵されている。第２の熱処理板９０の材料には、例えば窒化アルミといったセラミックスが用いられる。ヒータ９１は、例えば重合ウェハＷＴに対応する位置に内蔵された内周ヒータ９２と、内周ヒータ９２の外側に同心円状に設けられた、内周ヒータ９２と独立して温度制御可能な外周ヒータ９３とにより構成されている。内周ヒータ９２及び外周ヒータ９３の加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。また、第２の熱処理板９０の外周部には、図１に示すように搬送機構４２により搬送された搬送リング６０の保持部材６１を収容するための切欠き溝９４が形成されている。切欠き溝９４は、図２に示すように第２の熱処理板９０の外周部であって、搬送リング６０の保持部材６１に対応する位置に３箇所形成されている。
【００４１】
図１及び図１７に示すように第２の熱処理板９０は、容器本体７１の内面であって当該容器本体７１の底部開口７８に沿って設けられた、例えば円環状の支持台９５の上面によりその外周部が支持されている。したがって、第２の熱処理板９０の下面は、底部開口７８を介して処理容器７１の外部に露出した状態となる。第２の熱処理板９０の下面側、換言すれば処理容器７０の外部には、重合ウェハＷＴを冷却する冷却機構１００が設けられている。支持台９５は、熱処理板９０からの熱が容器本体７１に伝達されることを防止するための部材であり、略円筒形状を有し、例えば断熱性を有する窒化シリコンといったセラミックスにより構成されている。支持台９５の第２の熱処理板９０に対向する面には、凹に窪んだ溝部１０１が第２の熱処理板９０と同心円状に形成されている。溝部１０１にはシール材１０２が配置され、支持台９５と熱処理板９０との間が気密に保持されている。シール材１０２としては、例えば耐熱性の金属Ｏリングなどが用いられる。
【００４２】
第２の熱処理板９０と支持台９５の外周縁部には、図１７及び図１８に示すように夫々フランジ部９０ａ、９５ａが形成されている。フランジ部９０ａ及びフランジ部９５ａは、シール材１０２を押圧する方向に力が作用するように、係止部材１０３によって把持されている。係止部材１０３は、例えば図１７及び図１８に示すように、フランジ部９０ａと接触する上部係止部１０４と、フランジ部９５ａと接触する下部係止部１０５と、上部係止部１０４と下部係止部１０５とを連結する連結部１０６とを有している。連結部１０６は、例えばネジ山を有する雄ネジであり、上部係止部１０４及び下部係止部１０５に設けられた図示しない雌ネジと螺合することで、上部係止部１０４及び下部係止部１０５によりシール材１０２を押圧する方向に力を作用させ、これにより処理容器７０内の気密を維持することができる。なお、上部係止部１０４と下部係止部１０５及び連結部１０６は、例えばステンレス等の、係止部材としての必要な強度を有し且つ弾性を有する金属材料により構成されている。連結部１０６に弾性を有する材料が用いられることで、第２の熱処理板９０をヒータ９１により加熱し、第２の熱処理板９０と支持台９５との間に熱膨張差が生じた際に、例えば図１９に示すように、連結部１０６が撓むことにより係止部材１０３が破壊されるのを防止しつつ、第２の熱処理板９０と支持台９５との間の気密を保持することができる。なお、図１８に示すように、上部係止部１０４にはフランジ部９０ａの上面に向かって突出した爪１０４ａが、下部係止部１０５にはフランジ部９５ａの下面に向かって突出した爪１０５ａが夫々設けられ、図１９に示すように、連結部１０６が撓んだ場合においても、係止部材１０３が各フランジ部９０ａ、９５ａから脱落するのを防止するように構成されている。
【００４３】
冷却機構１００は、図１７に示すように、熱処理板９０に平行に設けられ内部が中空な略円盤状の冷却板１１０と、鉛直方向に延伸して設けられ冷却板１１０の中空部分に連通する連通管１１１と、冷却板１１０の下方に当該冷却板１００に平行に設けられた冷却水流通板１１２を有している。冷却板１１０、連通管１１１及び冷却水流通板１１２は、熱伝導性に優れた、例えば銅合金などにより形成されている。
【００４４】
冷却板１１０は、熱処理板９０の裏面と平行に設けられ、熱処理板９０の裏面と接触することで熱処理板を冷却する接触部１２０と、接触部１２０に平行して設けられ所定の配置で貫通孔が形成された放熱部１２１と、接触部１２０と放熱部１２１の外周を囲う外周部１２２とにより構成されている。放熱部１２１には冷却板１１０の内部に連通する複数の貫通孔１２３が所定のパターンで形成されている。放熱部１２１の中心には、連通管１１１が連通して設けられている。また、連通管１１１は冷却水流通板１１２を挿通し且つ冷却水流通板１１２に対して摺動自在に設けられている。これにより、図示しない昇降機構により連通管１１１を上下動させることで、冷却板１１０を上下動させることができるように構成されている。
【００４５】
連通管１１１には冷却板１１０に冷媒としての空気を供給する空気源（図示せず）が接続されている。連通管１１１を介して冷却板１１０の中空部分に供給された空気は、放熱部１２１の貫通孔１２３から排出される。
【００４６】
放熱部１２１の下面には、下方に凸上に突出した突出部１２４が設けられている。また、外周部１２２も、突出部１２４の先端と同じ位置まで延伸して形成されており、冷却板１１０を下降させた際に、突出部１２４、外周部１２２及び冷却水流通板１１２とに囲まれた空間Ｓを形成することができるように構成されている。
【００４７】
冷却水流通板１１２には、図１７に示すように、その内部に冷却水を流通させる冷却水路１３０が形成されている。冷却水路１３０には、冷却水源（図示せず）から供給される冷却水を冷却水路１３０に供給する冷却水管１３１が接続されている。また、冷却水流通板１１２には、放熱部１２１と同様に所定のパターンで貫通孔１３２が形成されており、放熱部１２１から排出された冷媒としての空気を冷却機構１００の外部に排出することができる。したがって、冷却機構１００は、連通管１１１を介してその内部に冷媒としての空気を供給することで、冷却板１１０を冷却することができ、昇降機構（図示せず）により連通管１１１を上昇させて冷却板１１０を第２の熱処理板９０の下面に接触させることで、熱処理板９０を冷却板１１０により冷却することができる。この際、冷却水流通板１１２の冷却水路１３０に冷却水を供給して冷却水流通板１１２を冷却することにより、貫通孔１３２を通過する空気を冷却し、冷却機構１００の外部に高温の空気が排出されることを防止することができる。さらには、連通管１１１を下降させ、放熱部１２１の下面の突出部１２４と冷却水流通板１１２とを接触させることで、冷却板１１０を連通管１１１に供給される空気と併せて効率よく冷却することができる。
【００４８】
以上の接合装置１０には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合装置１０における重合ウェハＷＴの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述の接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。
【００４９】
次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われる重合ウェハＷＴの接合処理方法について説明する。図２０は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートであり、図２１は、接合装置１０の各機器の動作状態を示すタイムチャートである。図２１は、接合装置１０における重合ウェハＷＴの加熱温度、加圧機構８０の加圧ベローズ８３内に供給する圧縮空気の圧力、換言すれば重合ウェハＷＴにかけられる荷重、熱処理ユニット２０内の雰囲気の圧力及び接合ユニット２１内の雰囲気の圧力の経時変化を示している。
【００５０】
まず、外部のアライメント装置（図示せず）において上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが位置調整され重ね合わされる。この際、ウェハＷＵ、ＷＬの一方又は双方にはこれらを重ね合わせる前に予め接着剤２が塗布され、重ね合わせ時に接着することで仮接合され、重合ウェハＷＴ１が形成される（図２０の工程Ｓ１）。
【００５１】
その後、重合ウェハＷＴ１は、ウェハ搬送装置（図示せず）によって接合装置１０に搬送される。
【００５２】
接合装置１０では、先ず、熱処理ユニット２０のゲートバルブ３２を開き、ウェハ搬送装置（図示せず）によって重合ウェハＷＴ１が第１の熱処理板４０の上方に搬入される。続いて昇降ピン５３を上昇させ、重合ウェハＷＴ１を図示しないウェハ搬送装置から昇降ピン５３に受け渡した後、昇降ピン５３を下降させ、第１の熱処理板４０に予め載置されていた搬送リング６０の上面に重合ウェハＷＴ１を載置する。その後、ゲートバルブ３２を閉じ、真空ポンプ３５によって処理容器３０の内部の雰囲気が減圧される。その後、第１の熱処理板４０によって重合ウェハＷＴ１が第１の温度、例えば３５０℃まで加熱される（図２０及び図２１の工程Ｓ２）。このとき、重合ウェハＷＴ１の接合部ＪＵ、ＪＬ同士を均一に加熱するため、所定の加熱速度、例えば１０〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。この際、第１の熱処理板４０による加熱と並行して、上部加熱手段４１による加熱も行われる。これにより、重合ウェハＷＴ１における上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの間に温度差が生じないように加熱が行われる。また、熱処理ユニット２０内の圧力は、所定の真空度、例えば１０Ｐａにまで減圧される。
【００５３】
重合ウェハＷＴ１が第１の温度まで加熱されると、ゲートバルブ２２を開く。続いて、搬送機構４２によって第１の熱処理板４０に搬送リング６０と共に載置された重合ウェハＷＴ１を接合ユニット２１に移動させ、重合ウェハＷＴ１が搬送リング６０と共に第２の熱処理板９０に載置される。重合ウェハＷＴ１が搬送リング６０と共に第２の熱処理板９０に載置されると、搬送機構４２が接合ユニット２１から熱処理ユニット２０に退避し、ゲートバルブ２２が閉じられる。
【００５４】
その後、第２の熱処理板９０によって重合ウェハＷＴ１が第２の温度、例えば４３０℃まで加熱される。重合ウェハＷＴ１は、例えば１０〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。なお、処理容器７０の内部の雰囲気は、ゲートバルブ２２が閉じられた後に所定の真空度、例えば０．００１Ｐａのまで減圧され、その真空度に維持されている。この際、処理容器７０の内部が負圧となることで、例えば天板７０にかかる圧力と処理容器７０の内部の圧力との差により天板７０に対して下向きの力が作用する。これによりシールドベローズ７３が縮み、押圧用アダプタ１と重合ウェハＷＴ１とが所定の距離まで接近する。また、図２１に示すように、加圧機構８０、即ち加圧ベローズ８３内への圧縮空気の供給前であって処理容器７０内の圧力が減圧されている状態においては、加圧機構８０内部の圧力も所定の圧力に減圧された状態で維持される。加圧機構８０内部の圧力と処理容器７０との圧力差により、意図しないタイミングで重合ウェハＷＴ１に荷重がかかることを避けるためである。
【００５５】
その後、重合ウェハＷＴ１の温度を第２の温度に維持しながら、加圧機構８０に圧縮空気を供給し、押圧部材８１を下降させる。これにより、押圧部材８１の下面に接続された押圧用アダプタ１の下部アダプタ８５を重合ウェハＷＴ１に当接させ、当該重合ウェハＷＴを所定の荷重、例えば５０ｋＮで第２の熱処理板９０側に押圧する。そして、重合ウェハＷＴ１が所定の時間、例えば１０分間押圧され、重合ウェハＷＴ１が接合される（図２０及び図２１の工程Ｓ３）。この際、処理容器内の雰囲気が負圧となっているため、接合部ＪＵ、ＪＬ間の雰囲気が吸引され、接合部ＪＵ、ＪＬ間にボイドが生じることなく接合が行われる。なお、重合ウェハＷＴ１の温度は、例えば押圧部材８１内のヒータや冷却機構１００をさらに用いて第２の温度に維持してもよい。また、加圧ベローズ８３内に供給する圧縮空気の量を調整することで押圧部材８１の温度を調整し、重合ウェハＷＴ１の上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの温度を同期させるようにしてもよい。
【００５６】
接合ユニット２１での重合ウェハＷＴ１の接合と並行して、熱処理ユニット２０には新たな重合ウェハＷＴ２がウェハ搬送装置（図示せず）により搬入され、第１の熱処理板４０上に載置される。なお、重合ウェハＷＴ２の熱処理ユニット２０への搬入にあたっては、熱処理板４０と重合ウェハＷＴ２との温度差を小さくするため、熱処理板４０の温度は例えば１５０℃まで冷却されている。第１の熱処理板４０上に載置されると、第１の熱処理板４０及び上部加熱手段４１によって重合ウェハＷＴ２が第１の温度、例えば３５０℃まで加熱される（図２０及び図２１の工程Ｔ１）。
【００５７】
その後、重合ウェハＷＴ１は第２の熱処理板９０に載置された状態で例えば第１の温度である３５０℃まで冷却される。重合ウェハＷＴ１は、接合部ＪＵ、ＪＬの強度や物性が変わるのを防止するため、所定の冷却速度、例えば１０〜５０℃／分の冷却速度で冷却される。重合ウェハＷＴ１の冷却は、冷却機構１００の冷却板１１０を上昇させ、当該冷却板１１０を第２の熱処理板９０の下面に接触させることにより行われる。
【００５８】
重合ウェハＷＴ１が３５０℃まで冷却されると、先ず、第２の熱処理板９０に載置されて３５０℃まで加熱された重合ウェハＷＴ２が上部搬送機構４２ａにより保持される。次いで、ゲートバブル２２を開き、下部搬送機構４２ｂにより接合が終了した重合ウェハＷＴ１を搬送リング６０と共に第２の熱処理板９０から熱処理ユニット２０に搬送する。続いて、ゲートバルブ２２を開いた状態を維持し、上部搬送機構４２ａに保持されている重合ウェハＷＴ２を接合ユニット２１に搬送し、第２の熱処理板９０に保持リング６０ごと載置する。次いで、上部搬送機構４２ａが熱処理ユニット２０に退避し、ゲートバルブ２２が閉じられる。その後、第２の熱処理板９０によって重合ウェハＷＴ２が第２の温度である４３０℃まで加熱され、押圧部材８０及び押圧用アダプタ１により重合ウェハＷＴ２が押圧され接合される（図２０及び図２１の工程Ｔ２）。重合ウェハＷＴ２の押圧と並行して、熱処理ユニット２０では、上部搬送機構４２ａに保持されている重合ウェハＷＴ１が第１の熱処理板４０に保持リング６０ごと載置される。
【００５９】
接合ユニット２１において重合ウェハＷＴ２の接合が行われている間に、接合ユニット２１において接合を終えて第１の熱処理板４０に載置された状態の重合ウェハＷＴ１は、第１の熱処理板４０により第３の温度、例えば１５０℃まで冷却される（図２０及び図２１の工程Ｓ４）。このとき、第１の熱処理板４０の冷媒流路４４には、乾燥空気に霧化した水を混合したものが供給される。
【００６０】
その後、熱処理ユニット２０内の圧力を大気圧まで開放し、昇降ピン５３を上昇させ、第１の熱処理板４０から昇降ピン５３に重合ウェハＷＴが受け渡される。続いて、ゲートバルブ３２を開き、重合ウェハＷＴ１が昇降ピン５３からウェハ搬送装置（図示せず）に受け渡され、接合装置１０から重合ウェハＷＴ１が搬出される。
【００６１】
熱処理ユニット２０から重合ウェハＷＴ１が搬出されると、引き続きゲートバルブ３２を開いた状態で新たな重合ウェハＷＴ３が昇降ピン５３に受け渡され、次いで第１の熱処理板４０に載置される。そして、第１の熱処理板４０及び上部加熱手段４１によって重合ウェハＷＴ３が第１の温度である３５０℃まで加熱される（図２０及び図２１の工程Ｕ１）。
【００６２】
そして、接合ユニット２１における重合ウェハＷＴ２の接合が終了すると、重合ウェハＷＴ２は重合ウェハＷＴ１と同様に第２の熱処理板９０に載置された状態で３５０℃まで冷却される。次いで、第２の熱処理板９０に載置されて３５０℃まで加熱された重合ウェハＷＴ３が上部搬送機構４２ａにより保持される。その後、ゲートバブル２２を開き、重合ウェハＷＴ２が下部搬送機構４２ｂにより接合ユニット２１から搬出される。続いて、ゲートバルブ２２を開いた状態を維持し、上部搬送機構４２ａに保持された重合ウェハＷＴ３が接合ユニット２１内に搬入され、第２の熱処理板９０上に載置される。接合ユニット２１の第２の熱処理板９０に重合ウェハＷＴ３が載置されると、上部搬送機構４２ａが熱処理ユニット２０に退避し、ゲートバルブ２２が閉じられる。その後、当該重合ウェハＷＴ３が押圧用アダプタ１により押圧され接合される（図２０及び図２１の工程Ｕ２）。
【００６３】
接合ユニット２１において重合ウェハＷＴ３の接合が行われている間に、第１の熱処理板４０に載置された状態の重合ウェハＷＴ２は、第１の熱処理板４０により第３の温度、例えば１５０℃まで冷却される（図２０及び図２１の工程Ｔ３）。次いで、熱処理ユニット２０内の圧力を大気圧まで開放し、昇降ピン５３を上昇させ、第１の熱処理板４０から昇降ピン５３に重合ウェハＷＴ２が受け渡され、続いて、ゲートバルブ３２を開き、重合ウェハＷＴ２が昇降ピン５３からウェハ搬送装置（図示せず）に受け渡され、接合装置１０から重合ウェハＷＴ１が搬出される。その後、引き続きゲートバルブ３２を開いた状態で新たな重合ウェハＷＴ４が昇降ピン５３に受け渡され、次いで第１の熱処理板４０に載置される。こうして、一連の重合ウェハＷＴの接合処理が引き続き行われ、一の接合装置１０において、複数の重合ウェハＷＴに対する処理が並行して行われる。
【００６４】
以上の実施の形態によれば、接合ユニット２１の第２の熱処理板９０の下方に第２の熱処理板９０を冷却する冷却機構１００が設けられているので、重合ウェハＷＴの温度を効率よく調整することができる。すなわち、第２の熱処理板９０により重合ウェハＷＴを所定の温度に加熱する際、所定の加熱速度を超えそうになったり、所定の温度を超えそうになったりした場合は、冷却機構１００を上昇させて第２の熱処理板９０の下面に接触させることにより第２の熱処理板９０を冷却することができる。また、冷却機構１００に供給する空気の量を調整することにより、更に冷却機構１００による冷却速度を調整することができるので、重合ウェハＷＴの温度調整を効率よく行うことができる。
【００６５】
また、加圧機構８０の押圧部材８１の内部にはヒータ８１ａが内蔵され、その一方で加圧ベローズ８３に供給する圧縮空気の量及び加圧ベローズ８３から排出する圧縮空気の量を調整することで、加圧ベローズ８３内の圧力を所望の値に維持しつつヒータ８１ａから加圧ベローズ８３内の圧縮空気に放散する熱量を調整し、押圧部材８１の温度を調整することができるので、重合ウェハＷＴの上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの温度の同期をとることができる。このため、本発明によれば、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが異なる温度プロファイルとなることで、接合部の強度や物性が変わることを防止できる。
【００６６】
以上の実施の形態では、接合部ＪＵ、ＪＬにそれぞれアルミニウムとゲルマニウムが用いられていたが、他の金属を用いた場合にも本発明を適用することができる。かかる場合、接合部ＪＵ、ＪＬに用いられる金属の種類に応じて、接合ユニット７１における処理条件、例えば重合ウェハＷＴの加熱温度や押圧荷重などが決定される。また、以上の実施の形態では、ウェハＷＵ、ＷＬに金属の接合部ＪＵ、ＪＬが設けられていたが、基板自体が金属の場合にも本発明を適用することができる。さらに、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも本発明を適用することができる。
【００６７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する際に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 押圧用アダプタ
１０ 接合装置
２０ 熱処理ユニット
２１ 接合ユニット
２２ ゲートバルブ
３０ 処理容器
３５ 真空ポンプ
４０ 第１の熱処理板
４１ 上部加熱手段
４２ 搬送機構
４３ ヒータ
４４ 冷媒流路
４５ 冷媒供給管
４６ 冷媒排出管
４７ 空気源
４８ 冷却水源
４９ ミキサー
５０ 熱交換器
５１ 循環配管
５２ 冷凍機
５３ 昇降ピン
５４ 貫通孔
５５ 保持部
６０ 搬送リング
６１ 保持部材
６２ 突出部
７０ 処理容器
７１ 容器本体
７２ 天板
７３ シールドベローズ
７４ 搬入出口
７５ 吸気口
７６ 真空ポンプ
７７ 吸気管
７８ 底部開口
８０ 加圧機構
８１ 押圧部材
８１ａ ヒータ
８２ 支持部材
８３ 加圧ベローズ
８３a 空気供給管
８３ｂ 空気排出管
８３ｃ 冷却ジャケット
８４ 上部アダプタ
８５ 下部アダプタ
８６ くびれ部
８７ 中間部
８８ 円盤部
９０ 第２の熱処理板
９５ 支持台
１００ 冷却機構
１０１ 溝部
１０２ シール材
１０３ 係止部材
１０４ 上部係止部材
１０５ 下部係止部材
１０６ 連結部
１１０ 冷却板
１１１ 連通管
１１２ 冷却水流通板
１２０ 接触部
１２１ 放熱部
１２２ 外周部
１２３ 貫通孔
１２４ 突出部
１３０ 冷却水路
１３１ 冷却水管
２００ 制御部
ＪＵ、ＪＬ 接合部
ＷＵ 上ウェハ
ＷＬ 下ウェハ
ＷＴ 重合ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の接合部を有する基板同士を押圧して接合する接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイス（以下、「デバイス」という）の製造においては、デバイスの高集積化が進んでいる。その一方で、高集積化された複数のデバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、及び配線遅延が大きくなることが問題となる。
【０００３】
そこで、半導体デバイスを３次元に積層する３次元集積技術を用いることが提案されている。この３次元集積技術においては、例えば貼り合わせ装置を用いて、２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の貼り合わせが行われる。貼り合わせ装置は、例えば上面にウェハを載置する固定テーブルと、この固定テーブルに対向して配置され、下面にウェハを吸着保持して昇降可能な可動テーブルとを有している。固定テーブルと可動テーブル内には、それぞれヒータが内蔵されている。そしてこの貼り合わせ装置では、２枚のウェハを重ね合わせた後、ヒータによりウェハを加熱しながら、固定テーブルと可動テーブルにより荷重をかけてウェハを押圧し、２枚のウェハが貼り合わせられる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、２枚のウェハを接合する際、ウェハ表面に形成された金属の接合部同士を接合する場合がある。かかる場合、接合部を高温の所定の温度で加熱しながら押圧する必要がある。すなわち、先ずウェハを所定の温度まで加熱する前熱処理工程と、その後ウェハの温度を所定の温度に維持した状態で当該ウェハを押圧する接合工程と、その後ウェハを冷却する後熱処理工程とを順次行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、前熱処理工程において、前記所定の温度が高温であるため、特許文献１の貼り合わせ装置を用いると、ウェハを所定の温度まで加熱するのに時間がかかる。しかも、ウェハを急速に加熱すると接合部同士が均一に加熱されないおそれがあるため、所定の加熱速度以下でウェハを加熱する必要がある。また、前記所定の温度が高温であるため、後熱処理工程でも高温のウェハを冷却するのに時間がかかる。しかも、接合部同士を合金化して接合する場合、ウェハを急速に冷却すると接合部の強度や物性が変わるおそれがあるため、所定の冷却速度以下でウェハを冷却する必要がある。さらに、接合工程にかかる時間は、接合部に用いられる材料等によって決まるため短縮することができない。
【０００７】
このように金属の接合部を有するウェハ同士の接合にあたり、ウェハの温度調整を行う必要があるため、結果としてウェハ同士の接合には多大な時間を要していた。このため、ウェハ接合処理のスループットの低下を招いていた。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属の接合部を有する基板同士の温度調整を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置であって、下面に開口が形成された処理容器と、前記処理容器内に配置された、前記基板を載置して熱処理する熱処理板と、前記処理容器内に前記熱処理板に対向して設けられ、前記基板を前記熱処理板側に押圧する加圧機構と、前記処理容器の内面に当該処理容器の開口に沿って設けられ、前記処理容器と前記熱処理板との間を気密に塞ぐ、前記熱処理板を支持する環状の支持台と、前記熱処理板の下方であって前記支持台の内側に設けられた、前記熱処理板を冷却する冷却機構と、を有し、前記冷却機構は、その上面が前記熱処理板と平行に設けられた、内部が中空な冷却板と、前記冷却板の内部に連通し当該冷却板の内部に空気を供給する連通管と、前記冷却板を上下動させる昇降機構と、を備え、前記冷却板の下面には、当該冷却板の内部に連通する複数の貫通孔が形成され、前記連通管から前記冷却板の内部に供給された空気は、前記冷却板の貫通孔から排出されることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、熱処理板の下方に当該熱処理板を冷却する冷却機構が設けられているので、基板の温度を効率よく調整することができる。すなわち、熱処理板により基板を所定の温度に加熱する際、所定の加熱速度を超えそうになったり、所定の温度を超えそうになったりした場合は、例えば冷却機構を上昇させて熱処理板の下面に接触させることにより熱処理板を冷却することができる。また、冷却機構に供給する空気の量を調整することにより、更に冷却機構による冷却速度を調整することができるので、基板の温度調整を効率よく行うことができる。
【００１１】
前記冷却機構は、前記冷却板の下方に当該処理容器の開口の全面を塞ぐように設けられた、その内部に冷却水を流通する冷却水路が形成された冷却水流通板をさらに有し、前記冷却水流通板には、当該冷却水流通板を鉛直方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、前記冷却板の貫通孔から排出された空気は、前記冷却水流通板の貫通孔を通って当該冷却水流通板の上面から下面に向かって排出されてもよい。
【００１２】
前記加圧機構は、前記処理容器の天板に気密に接続された弾性部材と、前記弾性部材の下端に気密に接続された押圧部材と、前記処理容器の天板、前記弾性部材及び前記押圧部材で囲まれた空間に圧縮空気を供給する空気供給管と、供給された圧縮空気を排出する空気排出管と、を有し、前記空気排出管には、当該空気排出管の内部を流通する圧縮空気を冷却する冷却ジャケットが設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属の接合部を有する基板同士の温度調整を効率よく行い、基板接合処理のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】押圧用アダプタを有する接合装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】押圧用アダプタを有する接合装置の構成の概略を示す横断面図である。
【図３】重合ウェハの断面図である。
【図４】第１の熱処理板の構成の概略を示す縦断面図である。
【図５】搬送機構及び搬送リングの構成の概略を示す縦断面図である。
【図６】搬送機構及び搬送リングの構成の概略を示す斜視図である。
【図７】搬送機構により搬送リングを保持する様子を示す説明図である。
【図８】接合方法の概略を示す縦断面図である。
【図９】接合方法の概略を示す縦断面図である。
【図１０】押圧用アダプタの材質及びくびれ量と最大応力差との関係を示すグラフである。
【図１１】ウェハの径と、押圧用アダプタのくびれ量と、最大応力差とのの関係を示すグラフである。
【図１２】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１３】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１４】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１５】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１６】他の押圧用アダプタを示す側面図である。
【図１７】冷却機構近傍の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１８】係止部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１９】係止部材が撓んだ状態を示す説明図である。
【図２０】ウェハ接合処理の主な工程を示すフローチャートである。
【図２１】接合装置の各機器の動作状態を示すタイムチャートである。
【図２２】従来の接合方法の概略を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、押圧用アダプタ１を有する接合装置１０の構成の概略を示す縦断面図である。図２は押圧用アダプタ１を有する接合装置１０の構成の概略を示す横断面図である。
【００１６】
接合装置１０では、図３に示すように例えば２枚の基板としてのウェハＷＵ、ＷＬを接合する。以下、上側に配置されるウェハを「上ウェハＷＵ」といい、下側に配置されるウェハを「下ウェハＷＬ」という場合がある。各ウェハＷＵ、ＷＬは、金属の接合部ＪＵ、ＪＬをそれぞれ複数有している。そして、各接合部ＪＵ、ＪＬを当接させウェハＷＵ、ＷＬを重ね合わせて重合基板としての重合ウェハＷＴを形成し、ウェハＷＵ、ＷＬ同士を接合する。なお、ウェハＷＵ、ＷＬ同士の接合が行われる前の状態においては、図３に示すようにウェハＷＵ、ＷＬの間に接着剤２が塗布され、ウェハＷＵ、ＷＬが当該接着剤２により仮接合された状態になっている。このように、接着剤２により仮接合することで、ウェハＷＵ、ＷＬのアライメントを行った後に当該ウェハＷＵ、ＷＬの搬送を行っても、ウェハＷＵ、ＷＬにズレが生じることを防止できる。また、図３に示すように、仮接合された状態では、接合部ＪＵ、ＪＬ間には隙間が形成された状態となっている。これによって、接合時の真空引き行われる際に接合部ＪＵ、ＪＬ間の雰囲気が吸引され、接合部ＪＵ、ＪＬ間にボイドが生じることを防ぐことができるという効果も得ることができる。なお、接着剤２には、接合時の熱処理により蒸発して昇華するものが用いられる。また、本実施の形態では、例えば接合部ＪＵにはアルミニウムが用いられ、接合部ＪＬにはゲルマニウムが用いられる。
【００１７】
接合装置１０は、図１及び図２に示すように熱処理ユニット２０及び接合ユニット２１を水平方向のＹ方向にこの順で並べて一体に接続した構成を有している。熱処理ユニット２０と接合ユニット２１は、ゲートバルブ２２を介して気密に接続されている。
【００１８】
熱処理ユニット２０は、内部を密閉することができる処理容器３０を有している。処理容器３０における接合ユニット２１と反対側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口３１が形成され、当該搬入出口３１にはゲートバルブ３２が設けられている。また、処理容器３０の接合ユニット２１側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口３３が形成され、当該搬入出口３３には上述したゲートバルブ２２が設けられている。
【００１９】
処理容器３０の底面には吸気口３４が形成されている。吸気口３４には、処理容器３０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ３５に連通する吸気管３６が接続されている。
【００２０】
処理容器３０の内部には、重合ウェハＷＴを載置して加熱及び冷却を行う第１の熱処理板４０と第１の熱処理板４０に載置された重合ウェハＷＴを上方から加熱する上部加熱手段４１と、熱処理ユニット２０と接合ユニット２１との間で、後述する搬送リング６０と共に重合ウェハＷＴを搬送する搬送機構４２設けられている。上部加熱手段４１としては、たとえば輻射熱により加熱を行うハロゲンヒータやあるいは電気ヒータなどが用いられる。第１の熱処理板４０には、例えば図１に示すように給電により発熱する加熱機構としてのヒータ４３及びその内部に冷媒を流通させることで熱処理板４０を冷却する冷却機構としての冷媒流路４４が内蔵されている。冷媒流路４４は、ヒータ４３の上方に配置されている。
【００２１】
冷媒流路４４には、図４に示すように、当該冷媒流路４４に冷媒を供給する冷媒供給管４５と、当該冷媒流路４４から冷媒を排出する冷媒排出管４６が夫々接続されている。冷媒としては、乾燥空気に霧状の水を混合させたものが用いられる。冷媒供給管４５には、当該冷媒供給管４５に冷媒としての乾燥空気と水を供給する空気源４７と冷却水源４８が夫々接続されている。乾燥空気と水とが合流する箇所にはミキサー４９が設置され、当該ミキサー４９により乾燥空気と水とを混合することで水が霧化され、冷媒として冷媒供給管４５を介して冷媒流路４４に供給される。冷媒排出管４６には冷媒流路４４を通過後の冷媒を冷却する熱交換器５０が設けられ、冷媒排出管４６内を流れる冷媒を冷却することで当該冷媒中の水を凝縮し、ドレンとして回収する。回収されたドレンは、循環配管５１を介して冷媒供給管４５におけるミキサー４９の上流に供給され、再びミキサー４９にて乾燥空気と混合され再度冷媒として利用される。なお、熱交換器５０としては、例えば図４に示すように冷凍機５２に接続されたものが用いられる。また、第１の熱処理板４０の加熱温度及び冷却温度や上部加熱手段４１による加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。
【００２２】
第１の熱処理板４０の下方には、重合ウェハＷＴを下方から支持し昇降させるための昇降ピン５３が例えば３本設けられている。昇降ピン５３は、図示しない昇降駆動部により上下動できる。第１の熱処理板４０の中央部付近には、当該第１の熱処理板４０を厚み方向に貫通する貫通孔５４が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン５３は貫通孔５４を挿通し、第１の熱処理板４０の上面から突出可能になっている。
【００２３】
搬送機構４２は、図１に示すように、上下方向に水平に夫々設けられた上部搬送機構４２ａと下部搬送機構４２ｂとを有している。上部搬送機構４２ａと下部搬送機構４２ｂとは、同一形状である。上部搬送機構４２ａと下部搬送機構４２ｂは、図示しない駆動機構により、夫々独立して水平方向、および上下方向に移動可能に構成されている。上部搬送機構４２ａ及び下部搬送機構４２ｂは、図５及び図６に示すように、一対の略Ｕ字状の断面形状を有する保持部５５を、Ｕ字の開口部分が向かい合うように接続されて形成されている。上部搬送機構４２ａ及び下部搬送機構４２ｂは、保持部５５により搬送リング６０を保持することで、当該搬送リング６０と共に重合ウェハＷＴを搬送できるように構成されている。搬送リング６０は、図５及び図６に示すように、重合ウェハＷＴの径より僅かに大きな径の開口が設けられた略円盤状に形成されており、搬送リング６０の底面であって、開口の内周縁部には重合ウェハＷＴを保持するために保持部材６１が設けられている。搬送リング６０の外周部には、図６に示すように一対の突出部６２が設けられており、この突出部６２が搬送機構４２の保持部５５により保持される。搬送機構４２により搬送リング６０を保持するにあたっては、図７（ａ）に示すように、保持部５５の開口部分の間に搬送リング６０が位置する高さに搬送機構４２を移動させ、次いで図７（ｂ）に示すように、その高さを維持したまま搬送機構４２をさらに水平方向に移動させる。その後、搬送機構４２を上昇させ、保持部５５により搬送リング６０の突出部６２を保持することにより、搬送機構４２により搬送リング６０が保持される図７（ｃ）。
【００２４】
接合ユニット２１は、内部を密閉することができる処理容器７０を有している。処理容器７０は、容器本体７１と天板７２がシールドベローズ７３によって接続された構成を有している。シールドベローズ７３は鉛直方向に伸縮自在に構成され、このシールドベローズ７３によって天板７２は鉛直方向に移動自在になっている。
【００２５】
容器本体７１の熱処理ユニット２０側の側面には重合ウェハＷＴの搬入出口７４が形成され、当該搬入出口７４には上述したゲートバルブ２２が設けられている。容器本体７１の側面には吸気口７５が形成されている。吸気口７５には、処理容器７０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する真空ポンプ７６に連通する吸気管７７が接続されている。なお、本実施の形態においては、吸気口７５、真空ポンプ７６、吸気管７７で第２の減圧機構を構成している。また、容器本体７１の底面には後述する冷却機構１００を設置するための、例えば円形の底部開口７８が形成されている。
【００２６】
処理容器７０の内部であって天板７２には、後述する第２の熱処理板９０上の重合ウェハＷＴを第２の熱処理板９０側に押圧する加圧機構８０が設けられている。加圧機構８０は、押圧用アダプタ１を介在して重合ウェハＷＴを押圧する押圧部材８１と、天板７２に環状に取り付けられた支持部材８２と、押圧部材８１と支持部材８２を接続し、鉛直方向に伸縮自在の加圧ベローズ８３とを有している。押圧部材８１の径は、重合ウェハＷＴの径より大きく構成されている。加圧ベローズ８３には、加圧機構８０の内部、すなわち押圧部材８１、加圧ベローズ８３、支持部材８２及び天板７２で囲まれた内部空間に、例えば圧縮空気を供給する空気供給管８３aと、内部空間に供給された空気を排出する空気排出管８３ｂとが設けられている。このため、空気供給管８３aを介して加圧機構８０の内部空間に、圧縮空気を供給することで、加圧ベローズ８３が伸縮し押圧部材８１が鉛直方向に移動自在になっている。空気排出管８３ｂには、当該空気排出管８３ｂの内部を流通して排気される空気を冷却する冷却ジャケット８３ｃが設けられている。冷却ジャケット８３ｃは、例えば水冷式のシェルアンドチューブ式の熱交換器といったものが使用できる。空気排出管８３ｂには、当該空気排出管８３ｂから排出される空気の量を調整するための調整機構（図示せず）が設けられている。このため、空気供給管８３ａにより供給する圧縮空気の供給量、供給圧力及び空気排出管８３ｂから排出する空気の量を調整することで、空気排出管８３ｂから圧縮空気を排出しながら加圧ベローズ８３内の圧力を所定の圧力に調整することができる。換言すれば加圧ベローズ８３内の圧力と加圧ベローズ８３内を流通する圧縮空気の量を、それぞれ独立に制御することができる。また、押圧部材８１の内部には、例えば給電により発熱するヒータ８１ａが内蔵されており、加圧ベローズ８３に供給する圧縮空気の量を調整することで、ヒータ８１ａから加圧ベローズ８３内の圧縮空気に放散する熱量を調整ことができる。したがって、加圧ベローズ８３内に供給する圧縮空気の流量及びヒータ８１ａの温度調整をそれぞれ行うことで押圧部材８１による熱伝達を介して押圧用アダプタ１の温度を所望の温度とすることができる。なお、加圧機構８０の内部には圧縮空気が封入されるため、この圧縮空気による内圧に耐えるように、加圧機構８０の加圧ベローズ８３の剛性は、処理容器７０のシールドベローズ７３の剛性より大きくなっている。
【００２７】
押圧用アダプタ１は、押圧部材８１の下面に接続されている。押圧用アダプタ１は、重合ウェハＷＴより大きな径を有する押圧部材８１を用いて、重合ウェハＷＴを面内均一な荷重で押圧することを目的として設置されるものであり、図１に示すように、略円盤状の上部アダプタ８４と、略円錐台形状の下部アダプタ８５とが一体に形成された構成となっている。上部アダプタ８４と下部アダプタ８５とは、平面視において同心円状に配置されている。また、略円錐台形状を有する下部アダプタ８５の下底の径は重合ウェハＷＴと同一の径を有し、下部アダプタ８５の上底は上部アダプタの径よりも大きい径を有し、これにより、押圧用アダプタ１は中間部としてのくびれ部８６を有する形状となっている。
【００２８】
押圧用アダプタ１の形状について詳述する。既述のように、本発明者らによれば図２２に示される略円錐台形状のアダプタ３０１を台形の上底を下方に向けて配置し、ウェハＷよりも大きな径を有する押圧部材３０２により、ウェハＷと異なる径を有するアダプタ３０１を介して押圧した場合においても、依然として重合ウェハＷＴの周縁部に荷重が集中することが確認されている。この点について本発明らが検証を行ったところ、アダプタ３０１を用いて重合ウェハＷＴを押圧すると、アダプタ３０１の外周縁部に、例えば図８に示すような応力Ｆ１が掛かることでアダプタ３０１に撓みが生じ、それによりアダプタ３０１の中心付近においては上向の応力Ｆ２が、アダプタ３０１の外周縁部においては下向きの応力Ｆ３が集中し、重合ウェハＷＴを押圧するに際し面内均一な荷重を得ることができないことが分かった。
【００２９】
この点について本発明者らは、アダプタ３０１と同様に略円錐台形状のアダプタを用いた場合であっても、例えば図９に示すように、略円錐台形状のアダプタ３１０を、上底を上方に向けて配置すれば、当該アダプタ３１０に作用する応力Ｆ４はアダプタ３１０の下底に分散され、アダプタ３１０の外周縁部に応力が集中することを避けることができることを確認した。しかしながら、アダプタ３１０とアダプタ３０１とを比較した場合、アダプタ３１０の上底の面積はアダプタ３０１よりも小さいため、アダプタ３１０により所定の押圧荷重を得るためには、アダプタ３０１を用いる場合よりもベローズ３００に供給する加圧用空気の圧力を高める必要があり、空気源設備の面で問題がある。
【００３０】
そこで本発明者らは、押圧用のベローズとアダプタとの接触面積を大きくしつつ、押圧する際に面内均一な荷重を得ることができる形状として、略円盤状の上部アダプタ８４と略円錐台形状の下部アダプタ８５とを一体で形成し、上部アダプタ８４と下部アダプタ８５との間に中間部としてのくびれ部８６を設けた押圧用アダプタ１のような形状が有効であると考えた。そして、上部アダプタ８４及び下部アダプタ８５の寸法を夫々変更して、重合ウェハＷＴの押圧を行った結果、重合ウェハＷＴの径とくびれ部８６の径との比が、０．７：１〜１：１であれば重合ウェハＷＴの押圧が良好に行えることが試験により確認された。
【００３１】
以下に、本発明者らが実施した試験について述べる。押圧用アダプタ１を用いて重合ウェハＷＴの接合を行うにあたり、押圧用アダプタ１を構成する材料の弾性率、並びに上部アダプタ８４の径、下部アダプタ８５の径及び重合ウェハＷＴの径を変化させ、重合ウェハＷＴの面内に作用する荷重について確認試験を行った。この際、第１の熱処理板４０及び上部加熱手段４１における加熱温度は３５０℃、後述する第２の熱処理板９０における加熱温度は４３０℃とした。なお、上部加熱手段４１としては、ハロゲンヒータを用いた。
【００３２】
押圧用アダプタ１の形状は、上部アダプタ８４の径を３５０ｍｍ、重合ウェハＷＴの径及び下部アダプタ８５の下底の径を２００ｍｍ、押圧用アダプタ１の高さ、換言すれば上部アダプタ８４の上面から下部アダプタ８５の下底までの距離を３５ｍｍとし、下部アダプタ８５の下底からくびれ部８６までの高さ、換言すれば下部アダプタ８５の下底から上底からまでの距離は１９ｍｍとした。また、押圧用アダプタ１の材質は、それぞれ弾性率が２００ＧＰａのステンレス、弾性率が４１０ＧＰａの窒化珪素（ＳｉＣ）、弾性率が６２０ＧＰａの超硬合金とし、それぞれの材質により形成された押圧用アダプタ１においてくびれ部８６の径Ｘを１００ｍｍ〜２００ｍｍの間で変化させた場合に、重合ウェハＷＴの面内にかかる応力の最大値と最小値との差、即ち最大応力差を確認した。その結果を図１０に示す。
【００３３】
図１０は、くびれ部８６の径Ｘをくびれ量として横軸に表し、最大応力差を縦軸とし、弾性率が異なる各押圧用アダプタ１を用いて重合ウェハＷＴを押圧した際の最大応力差とくびれ量との関係を示したものである。図１０に示すように、くびれ量を１６０〜１８０ｍｍとした場合に、押圧用アダプタ１の弾性率によらず、各押圧用アダプタ１における最大応力差が極小となることが確認された。この結果から、押圧用アダプタ１のくびれ量には、最適な値が存在し、この最適なくびれ量は押圧用アダプタ１を形成する材料の弾性率に依存しないことがわかった。
【００３４】
次に、弾性率が４１０ＧＰａの窒化珪素を用いた押圧用アダプタ１において、上部アダプタ８４の径を３５０ｍｍ、下部アダプタ８５の下底の径及び重合ウェハＷＴの径を３００ｍｍとした場合、上部アダプタ８４の径を５２５ｍｍ、下部アダプタ８５の下底の径及び重合ウェハＷＴの径を３００ｍｍとした場合、並びに上部アダプタ８４の径を３５０ｍｍ、下部アダプタ８５の下底の径及び重合ウェハＷＴの径を２００ｍｍとした場合に、各押圧用アダプタ１のくびれ量を変化させ、その際の重合ウェハＷＴの面内における最大応力差を確認した。にかかる応力の最大値と最小値との差、即ち最大応力差を確認した。その結果を図１１に示す。
【００３５】
図１１は、くびれ量と重合ウェハＷＴの径（下部アダプタ８５の下底の径）との比を横軸に表し、最大応力差を縦軸として、重合ウェハＷＴを各押圧用アダプタ１により押圧した際の最大応力差と、くびれ量と重合ウェハＷＴの径との比の関係を示したものである。図１１に示すように、くびれ量と重合ウェハＷＴの径との比を概ね０．７：１〜１：１とすることで、上部アダプタ８４の径や、下部アダプタ８５の下底の径の寸法によらず、各押圧用アダプタ１における最大応力差が極小となることが確認された。したがって、図１０及び図１１に示される結果から、押圧用アダプタ１は、当該押圧用アダプタ１を形成する材料の弾性率や上部アダプタ８４の径及び下部アダプタ８５の下底の径の寸法によらず、くびれ量と下部アダプタ８５の下底の径との比を所定の値とすることで、重合ウェハＷＴの面内における最大応力差を極小とすることができることが確認された。このため、
【００３６】
なお、重合ウェハＷＴの面内における最大応力差は、１５ＭＰａ以内であれば面内均一な荷重での押圧が行われているものと判断してもよい。したがって、重合ウェハＷＴより大きな径を有する押圧部材８１を用いて、重合ウェハＷＴを面内均一な荷重で押圧するためには、押圧用アダプタ１のくびれ量、即ちくびれ部８６の径と、下部アダプタ８５の下底の径との比は、０．７：１〜１：１とすればよく、より好ましくは、０．８：１〜０．９：１であればよい。
【００３７】
なお、上記の試験においては、上部アダプタ８４と下部アダプタ８５とを一体に形成した、くびれ部８６を有する押圧用アダプタ１を用いたが、押圧用アダプタ１の形状は以上の実施の形態に限定されない。押圧用アダプタ１に代えて、例えば図１２に示すように、上部アダプタ８４と下部アダプタ８５とに間に、中間部としてのくびれ部８６を形成するにあたり、円筒形状の接続部８７を有す形状の押圧用アダプタ２１０を用いてもよく、図１３に示すように、下部アダプタ８５の下底の径と同一の径を有する略円盤状の円盤部８８が、下部アダプタ８５の底面と一体に形成された押圧用アダプタ２２０を用いてもよいことが本発明者らにより確認されている。また、図１４に示すように、中間部８７及び円盤部８８の両方を有するアダプタ２３０を用いてもよい。いずれのアダプタを用いても、大きな面積にかかっていた均一荷重を、小さな面積に均一にかけることができる。
【００３８】
また、くびれ部８６の形状は、鋭角や直角に形成されていたが、くびれ部８６は、所定の曲率を有する球状に形成されていてもよい。アダプタ２３０を例にしていうと、図１５に示すように、側面視において接続部８７の外周部を当該接続部８７の中心方向に向かって窪んだ形状とすることで、くびれ部８６を半円形状に形成してもよい。かかる場合、くびれ部８６に押圧荷重による応力が集中することで押圧用アダプタ１、２１０、２２０、２３０のくびれ部８６が破損することを防止することができる。
【００３９】
なお、以上の押圧用アダプタは、加圧機構８０の押圧部材８１と別々に形成されていたが、押圧部材８１と押圧用アダプタとを一体に形成してもよい。具体的には、例えば図１６に示すように、押圧部材８１の下面に、押圧用アダプタ１のうち下部アダプタ８５の部分のみを接合するようにしてもよい。係る場合、押圧部材８１に内蔵されていたヒータ８１ａに代えて、下部アダプタ８５にヒータ８５ａを内蔵するようにしてもよい。下部アダプタ８５にヒータ８５ａを内蔵した場合、ヒータ８１ａ重合ウェハＷＴとの間に介在していた押圧用アダプタ１の熱容量を考慮する必要がなくなるため、より精度よく重合ウェハＷＴの温度制御が可能となり、また、重合ウェハＷＴの昇温に要する時間を短縮することができる。さらには、押圧部材８１と押圧用アダプタ１とを一体に形成することで、押圧部材８１と押圧用アダプタ１の接触面での熱伝達のロスも生じないため、ヒータ８５ａによる重合ウェハＷＴへの熱伝達の効率も向上する。なお、図１６においては、押圧用アダプタ１と押圧部材８１とを一体に形成した場合を描図しているが、当然ながら、押圧用アダプタ２１０、２２０、２３０と押圧部材８１とを一体に形成してもよい。
【００４０】
次に第２の熱処理板９０について説明する。図１に示すように処理容器７０の内部であって加圧機構８０の下方には、当該加圧機構８０に対向する位置に、重合ウェハＷＴを載置して熱処理する載置部としての第２の熱処理板９０が設けられている。第２の熱処理板９０には、例えば給電により発熱するヒータ９１が内蔵されている。第２の熱処理板９０の材料には、例えば窒化アルミといったセラミックスが用いられる。ヒータ９１は、例えば重合ウェハＷＴに対応する位置に内蔵された内周ヒータ９２と、内周ヒータ９２の外側に同心円状に設けられた、内周ヒータ９２と独立して温度制御可能な外周ヒータ９３とにより構成されている。内周ヒータ９２及び外周ヒータ９３の加熱温度は、例えば後述する制御部２００により制御される。また、第２の熱処理板９０の外周部には、図１に示すように搬送機構４２により搬送された搬送リング６０の保持部材６１を収容するための切欠き溝９４が形成されている。切欠き溝９４は、図２に示すように第２の熱処理板９０の外周部であって、搬送リング６０の保持部材６１に対応する位置に３箇所形成されている。
【００４１】
図１及び図１７に示すように第２の熱処理板９０は、容器本体７１の内面であって当該容器本体７１の底部開口７８に沿って設けられた、例えば円環状の支持台９５の上面によりその外周部が支持されている。したがって、第２の熱処理板９０の下面は、底部開口７８を介して処理容器７１の外部に露出した状態となる。第２の熱処理板９０の下面側、換言すれば処理容器７０の外部には、重合ウェハＷＴを冷却する冷却機構１００が設けられている。支持台９５は、熱処理板９０からの熱が容器本体７１に伝達されることを防止するための部材であり、略円筒形状を有し、例えば断熱性を有する窒化シリコンといったセラミックスにより構成されている。支持台９５の第２の熱処理板９０に対向する面には、凹に窪んだ溝部１０１が第２の熱処理板９０と同心円状に形成されている。溝部１０１にはシール材１０２が配置され、支持台９５と熱処理板９０との間が気密に保持されている。シール材１０２としては、例えば耐熱性の金属Ｏリングなどが用いられる。
【００４２】
第２の熱処理板９０と支持台９５の外周縁部には、図１７及び図１８に示すように夫々フランジ部９０ａ、９５ａが形成されている。フランジ部９０ａ及びフランジ部９５ａは、シール材１０２を押圧する方向に力が作用するように、係止部材１０３によって把持されている。係止部材１０３は、例えば図１７及び図１８に示すように、フランジ部９０ａと接触する上部係止部１０４と、フランジ部９５ａと接触する下部係止部１０５と、上部係止部１０４と下部係止部１０５とを連結する連結部１０６とを有している。連結部１０６は、例えばネジ山を有する雄ネジであり、上部係止部１０４及び下部係止部１０５に設けられた図示しない雌ネジと螺合することで、上部係止部１０４及び下部係止部１０５によりシール材１０２を押圧する方向に力を作用させ、これにより処理容器７０内の気密を維持することができる。なお、上部係止部１０４と下部係止部１０５及び連結部１０６は、例えばステンレス等の、係止部材としての必要な強度を有し且つ弾性を有する金属材料により構成されている。連結部１０６に弾性を有する材料が用いられることで、第２の熱処理板９０をヒータ９１により加熱し、第２の熱処理板９０と支持台９５との間に熱膨張差が生じた際に、例えば図１９に示すように、連結部１０６が撓むことにより係止部材１０３が破壊されるのを防止しつつ、第２の熱処理板９０と支持台９５との間の気密を保持することができる。なお、図１８に示すように、上部係止部１０４にはフランジ部９０ａの上面に向かって突出した爪１０４ａが、下部係止部１０５にはフランジ部９５ａの下面に向かって突出した爪１０５ａが夫々設けられ、図１９に示すように、連結部１０６が撓んだ場合においても、係止部材１０３が各フランジ部９０ａ、９５ａから脱落するのを防止するように構成されている。
【００４３】
冷却機構１００は、図１７に示すように、熱処理板９０に平行に設けられ内部が中空な略円盤状の冷却板１１０と、鉛直方向に延伸して設けられ冷却板１１０の中空部分に連通する連通管１１１と、冷却板１１０の下方に当該冷却板１００に平行に設けられた冷却水流通板１１２を有している。冷却板１１０、連通管１１１及び冷却水流通板１１２は、熱伝導性に優れた、例えば銅合金などにより形成されている。
【００４４】
冷却板１１０は、熱処理板９０の裏面と平行に設けられ、熱処理板９０の裏面と接触することで熱処理板を冷却する接触部１２０と、接触部１２０に平行して設けられ所定の配置で貫通孔が形成された放熱部１２１と、接触部１２０と放熱部１２１の外周を囲う外周部１２２とにより構成されている。放熱部１２１には冷却板１１０の内部に連通する複数の貫通孔１２３が所定のパターンで形成されている。放熱部１２１の中心には、連通管１１１が連通して設けられている。また、連通管１１１は冷却水流通板１１２を挿通し且つ冷却水流通板１１２に対して摺動自在に設けられている。これにより、図示しない昇降機構により連通管１１１を上下動させることで、冷却板１１０を上下動させることができるように構成されている。
【００４５】
連通管１１１には冷却板１１０に冷媒としての空気を供給する空気源（図示せず）が接続されている。連通管１１１を介して冷却板１１０の中空部分に供給された空気は、放熱部１２１の貫通孔１２３から排出される。
【００４６】
放熱部１２１の下面には、下方に凸上に突出した突出部１２４が設けられている。また、外周部１２２も、突出部１２４の先端と同じ位置まで延伸して形成されており、冷却板１１０を下降させた際に、突出部１２４、外周部１２２及び冷却水流通板１１２とに囲まれた空間Ｓを形成することができるように構成されている。
【００４７】
冷却水流通板１１２には、図１７に示すように、その内部に冷却水を流通させる冷却水路１３０が形成されている。冷却水路１３０には、冷却水源（図示せず）から供給される冷却水を冷却水路１３０に供給する冷却水管１３１が接続されている。また、冷却水流通板１１２には、放熱部１２１と同様に所定のパターンで貫通孔１３２が形成されており、放熱部１２１から排出された冷媒としての空気を冷却機構１００の外部に排出することができる。したがって、冷却機構１００は、連通管１１１を介してその内部に冷媒としての空気を供給することで、冷却板１１０を冷却することができ、昇降機構（図示せず）により連通管１１１を上昇させて冷却板１１０を第２の熱処理板９０の下面に接触させることで、熱処理板９０を冷却板１１０により冷却することができる。この際、冷却水流通板１１２の冷却水路１３０に冷却水を供給して冷却水流通板１１２を冷却することにより、貫通孔１３２を通過する空気を冷却し、冷却機構１００の外部に高温の空気が排出されることを防止することができる。さらには、連通管１１１を下降させ、放熱部１２１の下面の突出部１２４と冷却水流通板１１２とを接触させることで、冷却板１１０を連通管１１１に供給される空気と併せて効率よく冷却することができる。
【００４８】
以上の接合装置１０には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合装置１０における重合ウェハＷＴの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述の接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。
【００４９】
次に、以上のように構成された接合システム１を用いて行われる重合ウェハＷＴの接合処理方法について説明する。図２０は、かかるウェハ接合処理の主な工程の例を示すフローチャートであり、図２１は、接合装置１０の各機器の動作状態を示すタイムチャートである。図２１は、接合装置１０における重合ウェハＷＴの加熱温度、加圧機構８０の加圧ベローズ８３内に供給する圧縮空気の圧力、換言すれば重合ウェハＷＴにかけられる荷重、熱処理ユニット２０内の雰囲気の圧力及び接合ユニット２１内の雰囲気の圧力の経時変化を示している。
【００５０】
まず、外部のアライメント装置（図示せず）において上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが位置調整され重ね合わされる。この際、ウェハＷＵ、ＷＬの一方又は双方にはこれらを重ね合わせる前に予め接着剤２が塗布され、重ね合わせ時に接着することで仮接合され、重合ウェハＷＴ１が形成される（図２０の工程Ｓ１）。
【００５１】
その後、重合ウェハＷＴ１は、ウェハ搬送装置（図示せず）によって接合装置１０に搬送される。
【００５２】
接合装置１０では、先ず、熱処理ユニット２０のゲートバルブ３２を開き、ウェハ搬送装置（図示せず）によって重合ウェハＷＴ１が第１の熱処理板４０の上方に搬入される。続いて昇降ピン５３を上昇させ、重合ウェハＷＴ１を図示しないウェハ搬送装置から昇降ピン５３に受け渡した後、昇降ピン５３を下降させ、第１の熱処理板４０に予め載置されていた搬送リング６０の上面に重合ウェハＷＴ１を載置する。その後、ゲートバルブ３２を閉じ、真空ポンプ３５によって処理容器３０の内部の雰囲気が減圧される。その後、第１の熱処理板４０によって重合ウェハＷＴ１が第１の温度、例えば３５０℃まで加熱される（図２０及び図２１の工程Ｓ２）。このとき、重合ウェハＷＴ１の接合部ＪＵ、ＪＬ同士を均一に加熱するため、所定の加熱速度、例えば１０〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。この際、第１の熱処理板４０による加熱と並行して、上部加熱手段４１による加熱も行われる。これにより、重合ウェハＷＴ１における上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの間に温度差が生じないように加熱が行われる。また、熱処理ユニット２０内の圧力は、所定の真空度、例えば１０Ｐａにまで減圧される。
【００５３】
重合ウェハＷＴ１が第１の温度まで加熱されると、ゲートバルブ２２を開く。続いて、搬送機構４２によって第１の熱処理板４０に搬送リング６０と共に載置された重合ウェハＷＴ１を接合ユニット２１に移動させ、重合ウェハＷＴ１が搬送リング６０と共に第２の熱処理板９０に載置される。重合ウェハＷＴ１が搬送リング６０と共に第２の熱処理板９０に載置されると、搬送機構４２が接合ユニット２１から熱処理ユニット２０に退避し、ゲートバルブ２２が閉じられる。
【００５４】
その後、第２の熱処理板９０によって重合ウェハＷＴ１が第２の温度、例えば４３０℃まで加熱される。重合ウェハＷＴ１は、例えば１０〜５０℃／分の加熱速度で加熱される。なお、処理容器７０の内部の雰囲気は、ゲートバルブ２２が閉じられた後に所定の真空度、例えば０．００１Ｐａのまで減圧され、その真空度に維持されている。この際、処理容器７０の内部が負圧となることで、例えば天板７０にかかる圧力と処理容器７０の内部の圧力との差により天板７０に対して下向きの力が作用する。これによりシールドベローズ７３が縮み、押圧用アダプタ１と重合ウェハＷＴ１とが所定の距離まで接近する。また、図２１に示すように、加圧機構８０、即ち加圧ベローズ８３内への圧縮空気の供給前であって処理容器７０内の圧力が減圧されている状態においては、加圧機構８０内部の圧力も所定の圧力に減圧された状態で維持される。加圧機構８０内部の圧力と処理容器７０との圧力差により、意図しないタイミングで重合ウェハＷＴ１に荷重がかかることを避けるためである。
【００５５】
その後、重合ウェハＷＴ１の温度を第２の温度に維持しながら、加圧機構８０に圧縮空気を供給し、押圧部材８１を下降させる。これにより、押圧部材８１の下面に接続された押圧用アダプタ１の下部アダプタ８５を重合ウェハＷＴ１に当接させ、当該重合ウェハＷＴを所定の荷重、例えば５０ｋＮで第２の熱処理板９０側に押圧する。そして、重合ウェハＷＴ１が所定の時間、例えば１０分間押圧され、重合ウェハＷＴ１が接合される（図２０及び図２１の工程Ｓ３）。この際、処理容器内の雰囲気が負圧となっているため、接合部ＪＵ、ＪＬ間の雰囲気が吸引され、接合部ＪＵ、ＪＬ間にボイドが生じることなく接合が行われる。なお、重合ウェハＷＴ１の温度は、例えば押圧部材８１内のヒータや冷却機構１００をさらに用いて第２の温度に維持してもよい。また、加圧ベローズ８３内に供給する圧縮空気の量を調整することで押圧部材８１の温度を調整し、重合ウェハＷＴ１の上ウェハＷＵと下ウェハＷＬの温度を同期させるようにしてもよい。
【００５６】
接合ユニット２１での重合ウェハＷＴ１の接合と並行して、熱処理ユニット２０には新たな重合ウェハＷＴ２がウェハ搬送装置（図示せず）により搬入され、第１の熱処理板４０上に載置される。なお、重合ウェハＷＴ２の熱処理ユニット２０への搬入にあたっては、熱処理板４０と重合ウェハＷＴ２との温度差を小さくするため、熱処理板４０の温度は例えば１５０℃まで冷却されている。第１の熱処理板４０上に載置されると、第１の熱処理板４０及び上部加熱手段４１によって重合ウェハＷＴ２が第１の温度、例えば３５０℃まで加熱される（図２０及び図２１の工程Ｔ１）。
【００５７】
その後、重合ウェハＷＴ１は第２の熱処理板９０に載置された状態で例えば第１の温度である３５０℃まで冷却される。重合ウェハＷＴ１は、接合部ＪＵ、ＪＬの強度や物性が変わるのを防止するため、所定の冷却速度、例えば１０〜５０℃／分の冷却速度で冷却される。重合ウェハＷＴ１の冷却は、冷却機構１００の冷却板１１０を上昇させ、当該冷却板１１０を第２の熱処理板９０の下面に接触させることにより行われる。
【００５８】
重合ウェハＷＴ１が３５０℃まで冷却されると、先ず、第２の熱処理板９０に載置されて３５０℃まで加熱された重合ウェハＷＴ２が上部搬送機構４２ａにより保持される。次いで、ゲートバブル２２を開き、下部搬送機構４２ｂにより接合が終了した重合ウェハＷＴ１を搬送リング６０と共に第２の熱処理板９０から熱処理ユニット２０に搬送する。続いて、ゲートバルブ２２を開いた状態を維持し、上部搬送機構４２ａに保持されている重合ウェハＷＴ２を接合ユニット２１に搬送し、第２の熱処理板９０に保持リング６０ごと載置する。次いで、上部搬送機構４２ａが熱処理ユニット２０に退避し、ゲートバルブ２２が閉じられる。その後、第２の熱処理板９０によって重合ウェハＷＴ２が第２の温度である４３０℃まで加熱され、押圧部材８０及び押圧用アダプタ１により重合ウェハＷＴ２が押圧され接合される（図２０及び図２１の工程Ｔ２）。重合ウェハＷＴ２の押圧と並行して、熱処理ユニット２０では、上部搬送機構４２ａに保持されている重合ウェハＷＴ１が第１の熱処理板４０に保持リング６０ごと載置される。
【００５９】
接合ユニット２１において重合ウェハＷＴ２の接合が行われている間に、接合ユニット２１において接合を終えて第１の熱処理板４０に載置された状態の重合ウェハＷＴ１は、第１の熱処理板４０により第３の温度、例えば１５０℃まで冷却される（図２０及び図２１の工程Ｓ４）。このとき、第１の熱処理板４０の冷媒流路４４には、乾燥空気に霧化した水を混合したものが供給される。
【００６０】
その後、熱処理ユニット２０内の圧力を大気圧まで開放し、昇降ピン５３を上昇させ、第１の熱処理板４０から昇降ピン５３に重合ウェハＷＴが受け渡される。続いて、ゲートバルブ３２を開き、重合ウェハＷＴ１が昇降ピン５３からウェハ搬送装置（図示せず）に受け渡され、接合装置１０から重合ウェハＷＴ１が搬出される。
【００６１】
熱処理ユニット２０から重合ウェハＷＴ１が搬出されると、引き続きゲートバルブ３２を開いた状態で新たな重合ウェハＷＴ３が昇降ピン５３に受け渡され、次いで第１の熱処理板４０に載置される。そして、第１の熱処理板４０及び上部加熱手段４１によって重合ウェハＷＴ３が第１の温度である３５０℃まで加熱される（図２０及び図２１の工程Ｕ１）。
【００６２】
そして、接合ユニット２１における重合ウェハＷＴ２の接合が終了すると、重合ウェハＷＴ２は重合ウェハＷＴ１と同様に第２の熱処理板９０に載置された状態で３５０℃まで冷却される。次いで、第２の熱処理板９０に載置されて３５０℃まで加熱された重合ウェハＷＴ３が上部搬送機構４２ａにより保持される。その後、ゲートバブル２２を開き、重合ウェハＷＴ２が下部搬送機構４２ｂにより接合ユニット２１から搬出される。続いて、ゲートバルブ２２を開いた状態を維持し、上部搬送機構４２ａに保持された重合ウェハＷＴ３が接合ユニット２１内に搬入され、第２の熱処理板９０上に載置される。接合ユニット２１の第２の熱処理板９０に重合ウェハＷＴ３が載置されると、上部搬送機構４２ａが熱処理ユニット２０に退避し、ゲートバルブ２２が閉じられる。その後、当該重合ウェハＷＴ３が押圧用アダプタ１により押圧され接合される（図２０及び図２１の工程Ｕ２）。
【００６３】
接合ユニット２１において重合ウェハＷＴ３の接合が行われている間に、第１の熱処理板４０に載置された状態の重合ウェハＷＴ２は、第１の熱処理板４０により第３の温度、例えば１５０℃まで冷却される（図２０及び図２１の工程Ｔ３）。次いで、熱処理ユニット２０内の圧力を大気圧まで開放し、昇降ピン５３を上昇させ、第１の熱処理板４０から昇降ピン５３に重合ウェハＷＴ２が受け渡され、続いて、ゲートバルブ３２を開き、重合ウェハＷＴ２が昇降ピン５３からウェハ搬送装置（図示せず）に受け渡され、接合装置１０から重合ウェハＷＴ１が搬出される。その後、引き続きゲートバルブ３２を開いた状態で新たな重合ウェハＷＴ４が昇降ピン５３に受け渡され、次いで第１の熱処理板４０に載置される。こうして、一連の重合ウェハＷＴの接合処理が引き続き行われ、一の接合装置１０において、複数の重合ウェハＷＴに対する処理が並行して行われる。
【００６４】
以上の実施の形態によれば、接合ユニット２１の第２の熱処理板９０の下方に第２の熱処理板９０を冷却する冷却機構１００が設けられているので、重合ウェハＷＴの温度を効率よく調整することができる。すなわち、第２の熱処理板９０により重合ウェハＷＴを所定の温度に加熱する際、所定の加熱速度を超えそうになったり、所定の温度を超えそうになったりした場合は、冷却機構１００を上昇させて第２の熱処理板９０の下面に接触させることにより第２の熱処理板９０を冷却することができる。また、冷却機構１００に供給する空気の量を調整することにより、更に冷却機構１００による冷却速度を調整することができるので、重合ウェハＷＴの温度調整を効率よく行うことができる。
【００６５】
また、加圧機構８０の押圧部材８１の内部にはヒータ８１ａが内蔵され、その一方で加圧ベローズ８３に供給する圧縮空気の量及び加圧ベローズ８３から排出する圧縮空気の量を調整することで、加圧ベローズ８３内の圧力を所望の値に維持しつつヒータ８１ａから加圧ベローズ８３内の圧縮空気に放散する熱量を調整し、押圧部材８１の温度を調整することができるので、重合ウェハＷＴの上ウェハＷＵと下ウェハＷＬとの温度の同期をとることができる。このため、本発明によれば、上ウェハＷＵと下ウェハＷＬが異なる温度プロファイルとなることで、接合部の強度や物性が変わることを防止できる。
【００６６】
以上の実施の形態では、接合部ＪＵ、ＪＬにそれぞれアルミニウムとゲルマニウムが用いられていたが、他の金属を用いた場合にも本発明を適用することができる。かかる場合、接合部ＪＵ、ＪＬに用いられる金属の種類に応じて、接合ユニット７１における処理条件、例えば重合ウェハＷＴの加熱温度や押圧荷重などが決定される。また、以上の実施の形態では、ウェハＷＵ、ＷＬに金属の接合部ＪＵ、ＪＬが設けられていたが、基板自体が金属の場合にも本発明を適用することができる。さらに、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも本発明を適用することができる。
【００６７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、金属の接合部を有する基板同士を接合する際に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 押圧用アダプタ
１０ 接合装置
２０ 熱処理ユニット
２１ 接合ユニット
２２ ゲートバルブ
３０ 処理容器
３５ 真空ポンプ
４０ 第１の熱処理板
４１ 上部加熱手段
４２ 搬送機構
４３ ヒータ
４４ 冷媒流路
４５ 冷媒供給管
４６ 冷媒排出管
４７ 空気源
４８ 冷却水源
４９ ミキサー
５０ 熱交換器
５１ 循環配管
５２ 冷凍機
５３ 昇降ピン
５４ 貫通孔
５５ 保持部
６０ 搬送リング
６１ 保持部材
６２ 突出部
７０ 処理容器
７１ 容器本体
７２ 天板
７３ シールドベローズ
７４ 搬入出口
７５ 吸気口
７６ 真空ポンプ
７７ 吸気管
７８ 底部開口
８０ 加圧機構
８１ 押圧部材
８１ａ ヒータ
８２ 支持部材
８３ 加圧ベローズ
８３a 空気供給管
８３ｂ 空気排出管
８３ｃ 冷却ジャケット
８４ 上部アダプタ
８５ 下部アダプタ
８６ くびれ部
８７ 中間部
８８ 円盤部
９０ 第２の熱処理板
９５ 支持台
１００ 冷却機構
１０１ 溝部
１０２ シール材
１０３ 係止部材
１０４ 上部係止部材
１０５ 下部係止部材
１０６ 連結部
１１０ 冷却板
１１１ 連通管
１１２ 冷却水流通板
１２０ 接触部
１２１ 放熱部
１２２ 外周部
１２３ 貫通孔
１２４ 突出部
１３０ 冷却水路
１３１ 冷却水管
２００ 制御部
ＪＵ、ＪＬ 接合部
ＷＵ 上ウェハ
ＷＬ 下ウェハ
ＷＴ 重合ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置であって、
下面に開口が形成された処理容器と、
前記処理容器内に配置された、前記基板を載置して熱処理する熱処理板と、
前記処理容器内に前記熱処理板に対向して設けられ、前記基板を前記熱処理板側に押圧する加圧機構と、
前記処理容器の内面に当該処理容器の開口に沿って設けられ、前記処理容器と前記熱処理板との間を気密に塞ぐ、前記熱処理板を支持する環状の支持台と、
前記熱処理板の下方であって前記支持台の内側に設けられた、前記熱処理板を冷却する冷却機構と、を有し、
前記冷却機構は、その上面が前記熱処理板と平行に設けられた、内部が中空な冷却板と、前記冷却板の内部に連通し当該冷却板の内部に空気を供給する連通管と、前記冷却板を上下動させる昇降機構と、を備え、
前記冷却板の下面には、当該冷却板の内部に連通する複数の貫通孔が形成され、
前記連通管から前記冷却板の内部に供給された空気は、前記冷却板の貫通孔から排出されることを特徴とする、接合装置。
【請求項２】
前記冷却機構は、前記冷却板の下方に当該処理容器の開口の全面を塞ぐように設けられた、その内部に冷却水を流通する冷却水路が形成された冷却水流通板をさらに有し、
前記冷却水流通板には、当該冷却水流通板を鉛直方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、
前記冷却板の貫通孔から排出された空気は、前記冷却水流通板の貫通孔を通って当該冷却水流通板の上面から下面に向かって排出され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】
前記加圧機構は、前記処理容器の天板に気密に接続された弾性部材と、前記弾性部材の下端に気密に接続された押圧部材と、前記処理容器の天板、前記弾性部材及び前記押圧部材で囲まれた空間に圧縮空気を供給する空気供給管と、供給された圧縮空気を排出する空気排出管と、を有し、
前記空気排出管には、当該空気排出管の内部を流通する圧縮空気を冷却する冷却ジャケットが設けられていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１】
金属の接合部を有する基板同士を接合する接合装置であって、
下面に開口が形成された処理容器と、
前記処理容器内に配置された、前記基板を載置して熱処理する熱処理板と、
前記処理容器内に前記熱処理板に対向して設けられ、前記基板を前記熱処理板側に押圧する加圧機構と、
前記処理容器の内面に当該処理容器の開口に沿って設けられ、前記処理容器と前記熱処理板との間を気密に塞ぐ、前記熱処理板を支持する環状の支持台と、
前記熱処理板の下方であって前記支持台の内側に設けられた、前記熱処理板を冷却する冷却機構と、を有し、
前記冷却機構は、その上面が前記熱処理板と平行に設けられた、内部が中空な冷却板と、前記冷却板の内部に連通し当該冷却板の内部に空気を供給する連通管と、前記冷却板を上下動させる昇降機構と、を備え、
前記冷却板の下面には、当該冷却板の内部に連通する複数の貫通孔が形成され、
前記連通管から前記冷却板の内部に供給された空気は、前記冷却板の貫通孔から排出されることを特徴とする、接合装置。
【請求項２】
前記冷却機構は、前記冷却板の下方に当該処理容器の開口の全面を塞ぐように設けられた、その内部に冷却水を流通する冷却水路が形成された冷却水流通板をさらに有し、
前記冷却水流通板には、当該冷却水流通板を鉛直方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、
前記冷却板の貫通孔から排出された空気は、前記冷却水流通板の貫通孔を通って当該冷却水流通板の上面から下面に向かって排出され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】
前記加圧機構は、前記処理容器の天板に気密に接続された弾性部材と、前記弾性部材の下端に気密に接続された押圧部材と、前記処理容器の天板、前記弾性部材及び前記押圧部材で囲まれた空間に圧縮空気を供給する空気供給管と、供給された圧縮空気を排出する空気排出管と、を有し、
前記空気排出管には、当該空気排出管の内部を流通する圧縮空気を冷却する冷却ジャケットが設けられていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の接合装置。
【図１】
【図２】
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
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【図４】
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【図１９】
【図２０】
【図２１】
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【公開番号】特開２０１２−８９６２５（Ｐ２０１２−８９６２５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３８７８（Ｐ２０１０−２３３８７８）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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