温度調整装置、基板貼り合せ装置および半導体装置の製造方法
【課題】基板貼り合せ装置において、トッププレートおよび基板ホルダ等の外周部が輻射により放熱して冷えると、トッププレートおよび基板ホルダの中心部が凸形状となり、トッププレートと基板ホルダとの接触熱抵抗が変化して、外周部がより冷える不安定状態になる。
【解決手段】一対の基板ホルダを間に挟んで、一対の基板ホルダの間に重ね合せられた複数の基板を保持する一対のステージと、ステージにおいて基板ホルダを保持する領域を加熱または冷却するホルダ温度調整部と、基板ホルダよりも外周側を加熱または冷却する外周温度調整部とを備える温度調整装置を提供する。
【解決手段】一対の基板ホルダを間に挟んで、一対の基板ホルダの間に重ね合せられた複数の基板を保持する一対のステージと、ステージにおいて基板ホルダを保持する領域を加熱または冷却するホルダ温度調整部と、基板ホルダよりも外周側を加熱または冷却する外周温度調整部とを備える温度調整装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度調整装置、基板貼り合せ装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回路が形成された２枚のウエハを、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて、加圧および加熱を行いながら当該２枚のウエハを接合するウエハ接合装置が記載されている。ここで、ウエハは、ウエハを保持したウエハホルダを挟持する上下トッププレートが加熱されてその熱伝導によって加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ウエハ接合装置において、加熱された上下トッププレートからの熱伝導によりウエハ等が加熱される場合には、互いに接していないトッププレートの外周部、およびウエハホルダの外周部が輻射により放熱して冷えるおそれがある。外周部が冷えると、ウエハ面内の温度分布が不均一になって、安定なウエハ接合ができなくなるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、一対の基板ホルダを間に挟んで、一対の基板ホルダの間に重ね合せられた複数の基板を保持する一対のステージと、ステージにおいて基板ホルダを保持する領域を加熱または冷却するホルダ温度調整部と、基板ホルダよりも外周側を加熱または冷却する外周温度調整部とを備える温度調整装置が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、上記温度調整装置と、一対のステージを加圧して複数の基板を貼り合せる加圧装置とを備える基板貼り合せ装置が提供される。
【０００７】
本発明の第３の態様においては、回路パターンが周期的に複数形成された複数の基板を用意する段階と、複数の基板を重ね合せて保持した一対の基板ホルダを、一対のステージの間に挟む段階と、ステージにおいて一対の基板ホルダを保持する領域を加熱する段階と、一対の基板ホルダよりも外周側を加熱する段階と、一対の基板ホルダを介して加熱された一対の基板を取り出して個片化する段階とを備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施態様である基板貼り合せ装置１００の構成を概略的に示す。
【図２】基板貼り合せ装置１００により基板を接合する状態を示す。
【図３】下ステージに係る温度調整装置を概略的に示す。
【図４】ロボットアームにより基板および基板ホルダを下ステージに載置する過程を概略的に示す。
【図５】上下ステージにより基板および基板ホルダを保持する状態を示す。
【図６】下ステージに係る温度調整装置の他の実施態様を概略的に示す。
【図７】基板貼り合せ装置３００の構造を概略的に示す。
【図８】基板貼り合せ装置４００の構造を概略的に示す。
【図９】半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、一実施態様である基板貼り合せ装置１００の構成を概略的に示す。基板貼り合せ装置１００は、気密室１１０と、温度調整装置１２０と、加圧装置１９０とを備える。温度調整装置１２０および加圧装置１９０は、気密室１１０の内部に収納され、設置される。
【００１２】
温度調整装置１２０は、上ステージ１３０と、下ステージ１４０と、上ホルダ温度調整部１５０と、下ホルダ温度調整部１６０と、上外周温度調整部１７０と、下外周温度調整部１８０とを有する。上ステージ１３０は、上トッププレート１３２を含み、下ステージ１４０は、下トッププレート１４２を含む。
【００１３】
上ステージ１３０は、気密室１１０の天板に固定される。下ステージ１４０は、加圧装置１９０の昇降部１９２の上部に取り付けられる。下ステージ１４０は、昇降部１９２の昇降に伴って、上ステージ１３０に対して近接および離間することができる。上トッププレート１３２は、上ステージ１３０の下面に設けられ、下トッププレート１４２は、下ステージ１４０の上面に設けられる。
【００１４】
上ステージ１３０および下ステージ１４０は、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を介して、一対の基板ホルダを間に挟んで、当該一対の基板ホルダの間に重ね合わせられた複数の基板を上下方向から保持する。基板貼り合せ装置１００に装填される基板は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板、セラミックス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものであってよい。装填された基板が、既に複数のウエハを積層して形成された積層基板である場合もある。
【００１５】
加圧装置１９０は、昇降部１９２と、ベース１９４とを有する。ベース１９４は、気密室１１０の底板に設置される。ベース１９４は、シリンダー部分を含む。昇降部１９２は、ベース１９４のシリンダー部分と結合するピストン部分を有する。昇降部１９２は、外部からの制御信号により上下昇降する。
【００１６】
図２は、基板貼り合せ装置１００により基板を接合する状態を示す。接合すべき２枚の基板２０４は、基板貼り合せ装置１００とは別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられる。さらに、当該２枚の基板２０４は、２枚の基板ホルダ２０２により、位置ずれが起こらないように例えば基板ホルダ２０２の一方の磁石と他方の磁性体の結合により、仮接合された状態で保持される。以下、この状態にある基板および基板ホルダを「基板−基板ホルダユニット」と称する。基板−基板ホルダユニットを下トッププレート１４２に載置した後、昇降部１９２を上昇させると、図２のように、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２により基板−基板ホルダユニットを挟む状態になる。
【００１７】
加圧装置１９０は、加圧制御信号に従って、昇降部１９２を上昇させ、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を介して、２枚の基板２０４に所定の圧力を加えて、本接合する。加圧することにより、２枚の基板２０４の間に接合すべき電極同士を均一に接触させることができ、均一な接合が実現できる。
【００１８】
温度調整装置１２０は、上ステージ１３０の中に設けられた上ホルダ温度調整部１５０、下ステージ１４０の中に設けられた下ホルダ温度調整部１６０、上ホルダ温度調整部１５０よりも外周側に配された上外周温度調整部１７０、および、下ホルダ温度調整部１６０よりも外周側に配された下外周温度調整部１８０を有する。温度調整装置１２０の加熱により、接合する２枚の基板２０４における電極接合面を活性化することができ、電極同士を確実に接合することができる。さらに、温度調整装置１２０の積極的な冷却により、基板−基板ホルダユニットの温度がロボットアームにより取り出せる温度になるまでの時間が短縮され、接合後の基板を取り出して次の基板を迅速に投入できるので、生産のスループットを向上することができる。
【００１９】
上ホルダ温度調整部１５０は、基板ホルダ２０２を保持する領域である上トッププレート１３２を加熱又は冷却する。同様に、下ホルダ温度調整部１６０は、基板ホルダ２０２を保持する領域である下トッププレート１４２を加熱又は冷却する。上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０は、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を介して、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２により保持される基板−基板ホルダユニットを加熱又は冷却する。
【００２０】
上外周温度調整部１７０は、上ステージ１３０の外周から、上トッププレート１３２に接する基板ホルダ２０２の外周を覆うように下方に延伸する。これにより上外周温度調整部１７０は、基板ホルダ２０２よりも外周側を加熱又は冷却することができる。
【００２１】
下外周温度調整部１８０は、下ステージ１４０の外周から、下トッププレート１４２に接する基板ホルダ２０２の外周を覆うように上方に延伸する。下外周温度調整部１８０は、基板ホルダ２０２よりも外周側を加熱又は冷却することができる。
【００２２】
気密室１１０は、温度調整装置１２０および加圧装置１９０を外部に対して気密に収容する。気密室１１０において、その天板に上ステージ１３０が固定され、その底板に加圧装置１９０のベース１９４が固定される。気密室１１０は、加圧装置１９０により基板に加圧する場合に、装置の反力により変形すること防ぐ目的で、高剛性材料により形成される。気密室１１０は、基板の貼り合せ過程において一定の真空度に保たれる。これにより基板２０４の酸化を防ぎ、基板２０４の汚染を低減できる。
【００２３】
気密室１１０の壁は、断熱材から形成される。よって、温度調整装置１２０により基板を加熱する場合に、外部への熱輻射が遮断され、ロボットアーム等周辺に存在する装置、機器への悪影響を防ぎ、高精度に基板の貼り合せを実現できる。
【００２４】
図３は、下ステージ１４０に係る温度調整装置１２０を概略的に示す。下ステージ１４０の中に設けられる下ホルダ温度調整部１６０は、加熱部１６２と、冷却部１６４と、ヒートコントローラＨＴ１を有する。
【００２５】
加熱部１６２は、ヒートコントローラＨＴ１によって、温度センサーが検知した温度に基づいて出力する熱量を制御しながら、下トッププレート１４２を加熱する。加熱部１６２は、下トッププレート１４２を介して、熱伝導により下トッププレート１４２に配置される基板−基板ホルダユニットを加熱する。加熱部１６２として、ニクロム線、カンタル線、白金線、炭化珪素、カーボン等で構成されるヒーターが例示できる。
【００２６】
冷却部１６４は、温度制御されながら、下トッププレート１４２を冷却する。冷却部１６４は、下トッププレート１４２を介して、熱伝導により下トッププレート１４２に配置される基板−基板ホルダユニットを冷却する。冷却部１６４として、図３に示すように、チラーＣＬ１等で構成される冷却手段が例示できる。
【００２７】
下外周温度調整部１８０は、延伸部１８２と、加熱部１８４と、冷却部１８６と、ヒートコントローラＨＴ２とを有する。延伸部１８２は、下ステージ１４０の外周から、下トッププレート１４２に接する基板ホルダ２０２の外周を覆うように上方に延伸する。加熱部１８４および冷却部１８６は、延伸部１８２の中に設けられる。
【００２８】
加熱部１８４は、ヒートコントローラＨＴ２によって、温度センサーが検知した温度に基づいて出力する熱量を制御しながら、下トッププレート１４２の外周側、および下トッププレート１４２に配置される基板−基板ホルダユニットの外周側を加熱することができる。加熱部１８４の加熱により、下トッププレート１４２、基板ホルダ２０２および基板２０４の外周部から外部への熱輻射による温度降下を防ぐことができる。よって、下トッププレート１４２、基板ホルダ２０２および基板２０４の内部の温度分布の均一化を図れる。加熱部１８４は加熱部１６２と同様にニクロム線等のヒーターであってよい。
【００２９】
図３に示すように、下外周温度調整部１８０の加熱部１８４と下ホルダ温度調整部１６０の加熱部１６２は、それぞれヒートコントローラＨＴ１、ＴＨ２により独立に温度制御されてよい。または、下外周温度調整部１８０の加熱部１８４は、下ホルダ温度調整部１６０の加熱部１６２と同一のヒートコントローラＨＴ１により温度制御されてもよい。
【００３０】
冷却部１８６は、温度制御されながら、下トッププレート１４２の外周側、下トッププレート１４２に配置される基板−基板ホルダユニットの外周側を冷却することができる。冷却部１８６は冷却部１６４と同様にチラーＣＬ１等であってよい。
【００３１】
上ステージ１３０に係る温度調整装置１２０は、一部の形状およびサイズが異なる以外に、基本構造において下ステージ１４０に係る部分と同じであるので、その説明を省略する。
【００３２】
上ステージ１３０と下ステージ１４０により保持される基板−基板ホルダユニットが、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０の加熱部１６２だけによって加熱される場合には、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２に接する熱伝導により加熱される基板−基板ホルダユニットの上下面と外周面の加熱速度が異なる。これに対し本実施形態によれば、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０の加熱部１８４を設けることにより、加熱および加圧過程における基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性が図れる。
【００３３】
同様に、上ステージ１３０と下ステージ１４０により保持される基板−基板ホルダユニットが、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０の冷却部１６４だけによって冷却される場合には、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２に接する熱伝導により冷却される基板−基板ホルダユニットの上下面と外周面の冷却速度が異なる。これに対し本実施形態によれば、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０の冷却部１８６を設けることにより、冷却過程における基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性が図れる。
【００３４】
図４は、ロボットアーム２１０により基板−基板ホルダユニットを下ステージ１４０に載置する過程を概略的に示す。基板−基板ホルダユニットは、ロボットアーム２１０により、基板貼り合せ装置１００に投入される。その後、加圧および加熱されることにより、複数の基板２０４の接合が行われる。下ステージ１４０は、ロボットアーム２１０と下ステージ１４０との間で基板−基板ホルダユニットを受け渡す場合に、基板ホルダ２０２を仮置きするリフトピン１４４を有する。
【００３５】
図４に示すように、基板−基板ホルダユニットを受け取ることを目的として、まずリフトピン１４４が基板ホルダを受け渡す位置に上昇する。ロボットアーム２１０が、基板−基板ホルダユニットを搬入して、リフトピン１４４に仮置きする。
【００３６】
上記基板−基板ホルダユニットの受け渡しが支障なく行われるように、下外周温度調整部１８０の延伸部１８２は、リフトピン１４４の基板ホルダを受け渡す位置より低い高さを有する。上外周温度調整部１７０と下外周温度調整部１８０との間は、ロボットアーム２１０による上記基板−基板ホルダユニットの受け渡しが支障にならない程度の間隔がある。
【００３７】
図５は、上ステージ１３０および下ステージ１４０により基板−基板ホルダユニットを保持する状態を示す。ロボットアーム２１０が退避した後に、リフトピン１４４が降下して、基板−基板ホルダユニットが下トッププレート１４２に載置される。図５のように、昇降部１９２が上昇して、基板−基板ホルダユニットを上トッププレート１３２に当接させる。この状態では、上外周温度調整部１７０と下外周温度調整部１８０は、上ステージ１３０および下ステージ１４０の外周において、重なり合う。これにより、上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットの外周部からの熱輻射を遮断できる。
【００３８】
図６は、下ステージ１４０に係る温度調整装置１２０の他の実施態様を示す。図３に示す温度調整装置１２０に比して、下外周温度調整部１８０の加熱部１８４は、延伸部１８２の内部だけでなく、下トッププレート１４２における基板ホルダ２０２を保持する領域の外周部を含んで、それよりも外側まで加熱できるように設けられている点において異なる。これにより、下ステージ１４０において、下ホルダ温度調整部１６０の加熱部１６２が配置されていない部分まで加熱部１８４による加熱ができる。従って、トッププレートおよび基板−基板ホルダユニットの外周部の温度降下をより効果的に防止することができる。
【００３９】
図７は、他の実施態様である基板貼り合せ装置３００の構造を概略的に示す。基板貼り合せ装置３００は、図１に示す基板貼り合せ装置１００に比して、外周温度調整部の構造だけが異なる。基板貼り合せ装置３００は、アクチュエータ３０２と、外周温度調整部３０４とを有する。
【００４０】
アクチュエータ３０２は、天板に固定される。アクチュエータ３０２は、駆動部が外周温度調整部３０４に連結され、外周温度調整部３０４を上下に移動させて、位置調整をすることができる。
【００４１】
外周温度調整部３０４は、筒状を有し、上ステージ１３０および下ステージ１４０およびこれらに保持される基板−基板ホルダユニットを外周から囲むように配置される。外周温度調整部３０４は、上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットの外周面からの輻射熱が気密室１１０の内壁に届かないように、その輻射熱を遮断するのに十分な上下の幅を有する。外周温度調整部３０４は、基板貼り合せ装置１００の下外周温度調整部１８０（又は上外周温度調整部１７０）と同様に、加熱部と冷却部とを有する。外周温度調整部３０４は、上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットを外周部から加熱又は冷却することができる。外周温度調整部３０４は、基板貼り合せ装置１００の下外周温度調整部１８０等と同様の効果を有する。
【００４２】
図８は、さらに他の実施態様である基板貼り合せ装置４００の構造を概略的に示す。基板貼り合せ装置４００は、図７に示す基板貼り合せ装置３００に比して、外周温度調整部の構造だけが異なる。基板貼り合せ装置４００は、アクチュエータ４０２と、外周温度調整部４０４とを有する。アクチュエータ４０２は、アクチュエータ３０２と同じ構成を有してよい。
【００４３】
外周温度調整部４０４は、基板−基板ホルダユニットに向き、輻射熱を反射できる内周面４０６を有する。内周面４０６は、例えば、金メッキされた鏡面であってよい。外周温度調整部４０４は、反射する輻射熱が効率よく上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットに集中できるような曲面の反射面を有する。このような構造により、基板−基板ホルダユニット等からの輻射熱のほとんどが基板−基板ホルダユニットに反射されるので、効果的に基板−基板ホルダユニットの外周部の温度降下を防ぐことができる。
【００４４】
外周温度調整部４０４は、更に加熱部を有してよい。外周温度調整部４０４は、加熱部により上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットを外周部から加熱することができる。その加熱により、上記反射面では補うことのできない熱の遺失を補償できる。
【００４５】
さらに基板を接合することにより、３次元積層半導体装置を製造する生産ラインにおいて、気密室１１０とは別個の気密室に冷却装置を設けて、基板−基板ユニットを冷却してもよい。この場合に、上記基板貼り合せ装置１００、３００、４００は、基板冷却装置としても兼用できる。すなわち、基板貼り合せ装置１００、３００、４００から、温度調整装置における加熱部が除去された構成を、基板冷却装置に用いてもよい。
【００４６】
図９は、基板貼り合せ装置１００を用いて３次元積層半導体装置を製造する製造方法のフローチャートを示す。当該製造方法は、接合すべき基板を用意する段階Ｓ０１０と、複数の基板を仮接合してステージに設置する段階Ｓ０２０と、基板に加圧する段階Ｓ０３０と、ホルダ温度調整部による加熱を開始する段階Ｓ０４０と、外周温度調整部による加熱を開始する段階Ｓ０５０と、基板を接合する段階Ｓ０６０と、ホルダ温度調整部による加熱を停止する段階Ｓ０７０と、外周温度調整部による加熱を停止する段階Ｓ０８０と、ホルダ温度調整部による冷却を開始する段階Ｓ０９０と、外周温度調整部による冷却を開始する段階Ｓ１００と、基板を取り出す段階Ｓ１１０とを備える。
【００４７】
まず、接合すべき基板を用意する（Ｓ０１０）。段階Ｓ０１０において、回路パターンが周期的に複数形成され、互いに接合することにより３次元積層半導体装置が形成できる複数の基板を用意する。ウエハに回路パターンを形成し、パッシベーションした後、表面に接合電極を形成して、接合用基板とする。
【００４８】
次に、複数の基板を仮接合してステージに設置する（Ｓ０２０）。段階Ｓ０２０において、接合すべき一対の基板２０４は、別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられ、一対の基板ホルダ２０２により、位置ずれが起こらないように仮接合される状態で保持される。即ち、基板−基板ホルダユニットが組みあがる。
【００４９】
図４に示すように、リフトピン１４４が基板ホルダを受け渡す位置に上昇して、ロボットアーム２１０が、基板−基板ホルダユニットを搬入して、リフトピン１４４に仮置きする。ロボットアーム２１０が退避した後に、リフトピン１４４が降下して、基板−基板ホルダユニットが下トッププレート１４２に載置される。
【００５０】
次に、基板に加圧する（Ｓ０３０）。段階Ｓ０３０において、昇降部１９２が上昇して、基板−基板ホルダユニットを上トッププレート１３２に当接させ、上ステージ１３０と下ステージ１４０の間に挟む。加圧装置１９０は、加圧制御信号に従って、昇降部１９２を更に上昇させ、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を介して、２枚の基板２０４に所定の圧力を加える。この加圧により、２枚の基板２０４の間に接合すべき電極同士が均一に接触することができ、基板の均一な貼り合せが実現できる。
【００５１】
次に、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０による基板２０４の加熱を開始する（Ｓ０４０）。段階Ｓ０４０において、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０は、それぞれ上ステージ１３０および下ステージ１４０における基板ホルダ２０２を保持する領域を加熱する。即ち、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を加熱する。
【００５２】
そして、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０による加熱を開始する（Ｓ０５０）。段階０５０において、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０は、基板ホルダ２０２よりも外周側を加熱する。この段階では、上外周温度調整部１７０と下外周温度調整部１８０は、上ステージ１３０および下ステージ１４０の外周において、重なり合い、トッププレートおよび基板−基板ホルダユニットの外周部による熱輻射を遮断することができる。同時に、上外周温度調整部１７０と下外周温度調整部１８０は、外周部からトッププレートおよび基板−基板ホルダユニットを加熱するので、上トッププレート１３２、下トッププレート１４２、基板ホルダ２０２および基板２０４において、均一な温度分布が得られる。基板２０４は、ヒートコントローラにより温度制御されながら、所定の温度まで加熱される。この場合に、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０は、基板−基板ホルダユニットの外周が内部と同じ温度になるような熱量で加熱する。例えば、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０は、基板−基板ホルダユニットから距離が離れている分だけ、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０よりも大きい熱量で加熱する。
【００５３】
基板を本接合する（Ｓ０５０）。段階Ｓ０５０において、温度を制御しながら、一定時間に渡って、基板２０４に定所の圧力を加えることによって、基板の本接合を行う。加熱が本接合する２枚の基板２０４における電極接合面を活性化することができるので、電極同士が確実に接合することができる。
【００５４】
段階Ｓ０７０において、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０による加熱を停止する（Ｓ０７０）。基板−基板ホルダユニットが、外周部に比べて、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２に挟まれた上下面からの自然温度降下が遅いので、外周温度調整部より先にホルダ温度調整部の加熱を停止することにより、基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性が図りやすくなる。
【００５５】
上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０による加熱を停止する（Ｓ０８０）。
【００５６】
上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０による基板の冷却を開始する（Ｓ０９０）。段階Ｓ０９０において、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０は、それぞれ上ステージ１３０および下ステージ１４０における加熱された基板ホルダ２０２を保持する領域を冷却する。即ち、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を冷却する。基板−基板ホルダユニットが、外周部に比べて、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２に挟まれた上下面からの自然温度降下が遅いので、外周温度調整部より先にホルダ温度調整部の冷却を開始することにより、基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性を図る。
【００５７】
上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０による基板の冷却を開始する（Ｓ１００）。段階Ｓ１１０において、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０は、基板ホルダ２０２よりも外周側を冷却する。外周温度調整部の冷却により、基板−基板ホルダユニットの外周面からの輻射熱が、効率よく外周温度調整部に吸収され散熱できるので、冷却過程における基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性が図れる。
【００５８】
基板を取り出す（Ｓ１１０）。段階Ｓ１１０において、加圧装置１９０の昇降部１９２が降下して、基板２０４に加えた圧力を解除する。昇降部１９２が更に降下して、ロボットアーム２１０により基板−基板ホルダユニットを出し入りできる位置で停止する。ロボットアーム２１０は、基板貼り合せ装置１００から基板−基板ホルダユニットを取り出す。本接合された基板が基板ホルダ２０２から分離され、個片化されて、３次元積層半導体装置が完成する。
【００５９】
また、基板を本接合した後、基板貼り合せ装置１００において、基板−基板ホルダユニットをロボットアームが搬送できる温度まで冷却してから、基板−基板ホルダユニットを取り出して、別途設けられる基板冷却装置に搬入して、室温近傍まで冷却してもよい。当該基板冷却装置においても、上記の温度調整装置が設けられ、基板２０４および基板ホルダ２０２における温度分布の均一性を維持しながら、迅速に基板−基板ホルダユニットを冷却することができる。３次元積層半導体装置の生産ラインの構成および生産スループット等を考慮して、いずれかの冷却方法を選択すればよい。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６２】
１００ 基板貼り合せ装置、１１０ 気密室、１２０ 温度調整装置、１３０ 上ステージ、１３２ 上トッププレート、１４０ 下ステージ、１４２ 下トッププレート、１４４ リフトピン、１５０ 上ホルダ温度調整部、１６０ 下ホルダ温度調整部、１７０ 上外周温度調整部、１８０ 下外周温度調整部、１９０ 加圧装置、１９２ 昇降部、１９４ ベース、２０２ 基板ホルダ、２０４ 基板、２１０ ロボットアーム、１６２ 加熱部、１６４ 冷却部、１８２ 延伸部、１８４ 加熱部、１８６ 冷却部、３００ 基板貼り合せ装置、３０２ アクチュエータ、３０４ 外周温度調整部、４００ 基板貼り合せ装置、４０２ アクチュエータ、４０４ 外周温度調整部、４０６ 内周面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度調整装置、基板貼り合せ装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回路が形成された２枚のウエハを、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて、加圧および加熱を行いながら当該２枚のウエハを接合するウエハ接合装置が記載されている。ここで、ウエハは、ウエハを保持したウエハホルダを挟持する上下トッププレートが加熱されてその熱伝導によって加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ウエハ接合装置において、加熱された上下トッププレートからの熱伝導によりウエハ等が加熱される場合には、互いに接していないトッププレートの外周部、およびウエハホルダの外周部が輻射により放熱して冷えるおそれがある。外周部が冷えると、ウエハ面内の温度分布が不均一になって、安定なウエハ接合ができなくなるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、一対の基板ホルダを間に挟んで、一対の基板ホルダの間に重ね合せられた複数の基板を保持する一対のステージと、ステージにおいて基板ホルダを保持する領域を加熱または冷却するホルダ温度調整部と、基板ホルダよりも外周側を加熱または冷却する外周温度調整部とを備える温度調整装置が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、上記温度調整装置と、一対のステージを加圧して複数の基板を貼り合せる加圧装置とを備える基板貼り合せ装置が提供される。
【０００７】
本発明の第３の態様においては、回路パターンが周期的に複数形成された複数の基板を用意する段階と、複数の基板を重ね合せて保持した一対の基板ホルダを、一対のステージの間に挟む段階と、ステージにおいて一対の基板ホルダを保持する領域を加熱する段階と、一対の基板ホルダよりも外周側を加熱する段階と、一対の基板ホルダを介して加熱された一対の基板を取り出して個片化する段階とを備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施態様である基板貼り合せ装置１００の構成を概略的に示す。
【図２】基板貼り合せ装置１００により基板を接合する状態を示す。
【図３】下ステージに係る温度調整装置を概略的に示す。
【図４】ロボットアームにより基板および基板ホルダを下ステージに載置する過程を概略的に示す。
【図５】上下ステージにより基板および基板ホルダを保持する状態を示す。
【図６】下ステージに係る温度調整装置の他の実施態様を概略的に示す。
【図７】基板貼り合せ装置３００の構造を概略的に示す。
【図８】基板貼り合せ装置４００の構造を概略的に示す。
【図９】半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、一実施態様である基板貼り合せ装置１００の構成を概略的に示す。基板貼り合せ装置１００は、気密室１１０と、温度調整装置１２０と、加圧装置１９０とを備える。温度調整装置１２０および加圧装置１９０は、気密室１１０の内部に収納され、設置される。
【００１２】
温度調整装置１２０は、上ステージ１３０と、下ステージ１４０と、上ホルダ温度調整部１５０と、下ホルダ温度調整部１６０と、上外周温度調整部１７０と、下外周温度調整部１８０とを有する。上ステージ１３０は、上トッププレート１３２を含み、下ステージ１４０は、下トッププレート１４２を含む。
【００１３】
上ステージ１３０は、気密室１１０の天板に固定される。下ステージ１４０は、加圧装置１９０の昇降部１９２の上部に取り付けられる。下ステージ１４０は、昇降部１９２の昇降に伴って、上ステージ１３０に対して近接および離間することができる。上トッププレート１３２は、上ステージ１３０の下面に設けられ、下トッププレート１４２は、下ステージ１４０の上面に設けられる。
【００１４】
上ステージ１３０および下ステージ１４０は、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を介して、一対の基板ホルダを間に挟んで、当該一対の基板ホルダの間に重ね合わせられた複数の基板を上下方向から保持する。基板貼り合せ装置１００に装填される基板は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板、セラミックス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものであってよい。装填された基板が、既に複数のウエハを積層して形成された積層基板である場合もある。
【００１５】
加圧装置１９０は、昇降部１９２と、ベース１９４とを有する。ベース１９４は、気密室１１０の底板に設置される。ベース１９４は、シリンダー部分を含む。昇降部１９２は、ベース１９４のシリンダー部分と結合するピストン部分を有する。昇降部１９２は、外部からの制御信号により上下昇降する。
【００１６】
図２は、基板貼り合せ装置１００により基板を接合する状態を示す。接合すべき２枚の基板２０４は、基板貼り合せ装置１００とは別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられる。さらに、当該２枚の基板２０４は、２枚の基板ホルダ２０２により、位置ずれが起こらないように例えば基板ホルダ２０２の一方の磁石と他方の磁性体の結合により、仮接合された状態で保持される。以下、この状態にある基板および基板ホルダを「基板−基板ホルダユニット」と称する。基板−基板ホルダユニットを下トッププレート１４２に載置した後、昇降部１９２を上昇させると、図２のように、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２により基板−基板ホルダユニットを挟む状態になる。
【００１７】
加圧装置１９０は、加圧制御信号に従って、昇降部１９２を上昇させ、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を介して、２枚の基板２０４に所定の圧力を加えて、本接合する。加圧することにより、２枚の基板２０４の間に接合すべき電極同士を均一に接触させることができ、均一な接合が実現できる。
【００１８】
温度調整装置１２０は、上ステージ１３０の中に設けられた上ホルダ温度調整部１５０、下ステージ１４０の中に設けられた下ホルダ温度調整部１６０、上ホルダ温度調整部１５０よりも外周側に配された上外周温度調整部１７０、および、下ホルダ温度調整部１６０よりも外周側に配された下外周温度調整部１８０を有する。温度調整装置１２０の加熱により、接合する２枚の基板２０４における電極接合面を活性化することができ、電極同士を確実に接合することができる。さらに、温度調整装置１２０の積極的な冷却により、基板−基板ホルダユニットの温度がロボットアームにより取り出せる温度になるまでの時間が短縮され、接合後の基板を取り出して次の基板を迅速に投入できるので、生産のスループットを向上することができる。
【００１９】
上ホルダ温度調整部１５０は、基板ホルダ２０２を保持する領域である上トッププレート１３２を加熱又は冷却する。同様に、下ホルダ温度調整部１６０は、基板ホルダ２０２を保持する領域である下トッププレート１４２を加熱又は冷却する。上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０は、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を介して、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２により保持される基板−基板ホルダユニットを加熱又は冷却する。
【００２０】
上外周温度調整部１７０は、上ステージ１３０の外周から、上トッププレート１３２に接する基板ホルダ２０２の外周を覆うように下方に延伸する。これにより上外周温度調整部１７０は、基板ホルダ２０２よりも外周側を加熱又は冷却することができる。
【００２１】
下外周温度調整部１８０は、下ステージ１４０の外周から、下トッププレート１４２に接する基板ホルダ２０２の外周を覆うように上方に延伸する。下外周温度調整部１８０は、基板ホルダ２０２よりも外周側を加熱又は冷却することができる。
【００２２】
気密室１１０は、温度調整装置１２０および加圧装置１９０を外部に対して気密に収容する。気密室１１０において、その天板に上ステージ１３０が固定され、その底板に加圧装置１９０のベース１９４が固定される。気密室１１０は、加圧装置１９０により基板に加圧する場合に、装置の反力により変形すること防ぐ目的で、高剛性材料により形成される。気密室１１０は、基板の貼り合せ過程において一定の真空度に保たれる。これにより基板２０４の酸化を防ぎ、基板２０４の汚染を低減できる。
【００２３】
気密室１１０の壁は、断熱材から形成される。よって、温度調整装置１２０により基板を加熱する場合に、外部への熱輻射が遮断され、ロボットアーム等周辺に存在する装置、機器への悪影響を防ぎ、高精度に基板の貼り合せを実現できる。
【００２４】
図３は、下ステージ１４０に係る温度調整装置１２０を概略的に示す。下ステージ１４０の中に設けられる下ホルダ温度調整部１６０は、加熱部１６２と、冷却部１６４と、ヒートコントローラＨＴ１を有する。
【００２５】
加熱部１６２は、ヒートコントローラＨＴ１によって、温度センサーが検知した温度に基づいて出力する熱量を制御しながら、下トッププレート１４２を加熱する。加熱部１６２は、下トッププレート１４２を介して、熱伝導により下トッププレート１４２に配置される基板−基板ホルダユニットを加熱する。加熱部１６２として、ニクロム線、カンタル線、白金線、炭化珪素、カーボン等で構成されるヒーターが例示できる。
【００２６】
冷却部１６４は、温度制御されながら、下トッププレート１４２を冷却する。冷却部１６４は、下トッププレート１４２を介して、熱伝導により下トッププレート１４２に配置される基板−基板ホルダユニットを冷却する。冷却部１６４として、図３に示すように、チラーＣＬ１等で構成される冷却手段が例示できる。
【００２７】
下外周温度調整部１８０は、延伸部１８２と、加熱部１８４と、冷却部１８６と、ヒートコントローラＨＴ２とを有する。延伸部１８２は、下ステージ１４０の外周から、下トッププレート１４２に接する基板ホルダ２０２の外周を覆うように上方に延伸する。加熱部１８４および冷却部１８６は、延伸部１８２の中に設けられる。
【００２８】
加熱部１８４は、ヒートコントローラＨＴ２によって、温度センサーが検知した温度に基づいて出力する熱量を制御しながら、下トッププレート１４２の外周側、および下トッププレート１４２に配置される基板−基板ホルダユニットの外周側を加熱することができる。加熱部１８４の加熱により、下トッププレート１４２、基板ホルダ２０２および基板２０４の外周部から外部への熱輻射による温度降下を防ぐことができる。よって、下トッププレート１４２、基板ホルダ２０２および基板２０４の内部の温度分布の均一化を図れる。加熱部１８４は加熱部１６２と同様にニクロム線等のヒーターであってよい。
【００２９】
図３に示すように、下外周温度調整部１８０の加熱部１８４と下ホルダ温度調整部１６０の加熱部１６２は、それぞれヒートコントローラＨＴ１、ＴＨ２により独立に温度制御されてよい。または、下外周温度調整部１８０の加熱部１８４は、下ホルダ温度調整部１６０の加熱部１６２と同一のヒートコントローラＨＴ１により温度制御されてもよい。
【００３０】
冷却部１８６は、温度制御されながら、下トッププレート１４２の外周側、下トッププレート１４２に配置される基板−基板ホルダユニットの外周側を冷却することができる。冷却部１８６は冷却部１６４と同様にチラーＣＬ１等であってよい。
【００３１】
上ステージ１３０に係る温度調整装置１２０は、一部の形状およびサイズが異なる以外に、基本構造において下ステージ１４０に係る部分と同じであるので、その説明を省略する。
【００３２】
上ステージ１３０と下ステージ１４０により保持される基板−基板ホルダユニットが、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０の加熱部１６２だけによって加熱される場合には、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２に接する熱伝導により加熱される基板−基板ホルダユニットの上下面と外周面の加熱速度が異なる。これに対し本実施形態によれば、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０の加熱部１８４を設けることにより、加熱および加圧過程における基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性が図れる。
【００３３】
同様に、上ステージ１３０と下ステージ１４０により保持される基板−基板ホルダユニットが、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０の冷却部１６４だけによって冷却される場合には、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２に接する熱伝導により冷却される基板−基板ホルダユニットの上下面と外周面の冷却速度が異なる。これに対し本実施形態によれば、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０の冷却部１８６を設けることにより、冷却過程における基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性が図れる。
【００３４】
図４は、ロボットアーム２１０により基板−基板ホルダユニットを下ステージ１４０に載置する過程を概略的に示す。基板−基板ホルダユニットは、ロボットアーム２１０により、基板貼り合せ装置１００に投入される。その後、加圧および加熱されることにより、複数の基板２０４の接合が行われる。下ステージ１４０は、ロボットアーム２１０と下ステージ１４０との間で基板−基板ホルダユニットを受け渡す場合に、基板ホルダ２０２を仮置きするリフトピン１４４を有する。
【００３５】
図４に示すように、基板−基板ホルダユニットを受け取ることを目的として、まずリフトピン１４４が基板ホルダを受け渡す位置に上昇する。ロボットアーム２１０が、基板−基板ホルダユニットを搬入して、リフトピン１４４に仮置きする。
【００３６】
上記基板−基板ホルダユニットの受け渡しが支障なく行われるように、下外周温度調整部１８０の延伸部１８２は、リフトピン１４４の基板ホルダを受け渡す位置より低い高さを有する。上外周温度調整部１７０と下外周温度調整部１８０との間は、ロボットアーム２１０による上記基板−基板ホルダユニットの受け渡しが支障にならない程度の間隔がある。
【００３７】
図５は、上ステージ１３０および下ステージ１４０により基板−基板ホルダユニットを保持する状態を示す。ロボットアーム２１０が退避した後に、リフトピン１４４が降下して、基板−基板ホルダユニットが下トッププレート１４２に載置される。図５のように、昇降部１９２が上昇して、基板−基板ホルダユニットを上トッププレート１３２に当接させる。この状態では、上外周温度調整部１７０と下外周温度調整部１８０は、上ステージ１３０および下ステージ１４０の外周において、重なり合う。これにより、上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットの外周部からの熱輻射を遮断できる。
【００３８】
図６は、下ステージ１４０に係る温度調整装置１２０の他の実施態様を示す。図３に示す温度調整装置１２０に比して、下外周温度調整部１８０の加熱部１８４は、延伸部１８２の内部だけでなく、下トッププレート１４２における基板ホルダ２０２を保持する領域の外周部を含んで、それよりも外側まで加熱できるように設けられている点において異なる。これにより、下ステージ１４０において、下ホルダ温度調整部１６０の加熱部１６２が配置されていない部分まで加熱部１８４による加熱ができる。従って、トッププレートおよび基板−基板ホルダユニットの外周部の温度降下をより効果的に防止することができる。
【００３９】
図７は、他の実施態様である基板貼り合せ装置３００の構造を概略的に示す。基板貼り合せ装置３００は、図１に示す基板貼り合せ装置１００に比して、外周温度調整部の構造だけが異なる。基板貼り合せ装置３００は、アクチュエータ３０２と、外周温度調整部３０４とを有する。
【００４０】
アクチュエータ３０２は、天板に固定される。アクチュエータ３０２は、駆動部が外周温度調整部３０４に連結され、外周温度調整部３０４を上下に移動させて、位置調整をすることができる。
【００４１】
外周温度調整部３０４は、筒状を有し、上ステージ１３０および下ステージ１４０およびこれらに保持される基板−基板ホルダユニットを外周から囲むように配置される。外周温度調整部３０４は、上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットの外周面からの輻射熱が気密室１１０の内壁に届かないように、その輻射熱を遮断するのに十分な上下の幅を有する。外周温度調整部３０４は、基板貼り合せ装置１００の下外周温度調整部１８０（又は上外周温度調整部１７０）と同様に、加熱部と冷却部とを有する。外周温度調整部３０４は、上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットを外周部から加熱又は冷却することができる。外周温度調整部３０４は、基板貼り合せ装置１００の下外周温度調整部１８０等と同様の効果を有する。
【００４２】
図８は、さらに他の実施態様である基板貼り合せ装置４００の構造を概略的に示す。基板貼り合せ装置４００は、図７に示す基板貼り合せ装置３００に比して、外周温度調整部の構造だけが異なる。基板貼り合せ装置４００は、アクチュエータ４０２と、外周温度調整部４０４とを有する。アクチュエータ４０２は、アクチュエータ３０２と同じ構成を有してよい。
【００４３】
外周温度調整部４０４は、基板−基板ホルダユニットに向き、輻射熱を反射できる内周面４０６を有する。内周面４０６は、例えば、金メッキされた鏡面であってよい。外周温度調整部４０４は、反射する輻射熱が効率よく上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットに集中できるような曲面の反射面を有する。このような構造により、基板−基板ホルダユニット等からの輻射熱のほとんどが基板−基板ホルダユニットに反射されるので、効果的に基板−基板ホルダユニットの外周部の温度降下を防ぐことができる。
【００４４】
外周温度調整部４０４は、更に加熱部を有してよい。外周温度調整部４０４は、加熱部により上トッププレート１３２、下トッププレート１４２および基板−基板ホルダユニットを外周部から加熱することができる。その加熱により、上記反射面では補うことのできない熱の遺失を補償できる。
【００４５】
さらに基板を接合することにより、３次元積層半導体装置を製造する生産ラインにおいて、気密室１１０とは別個の気密室に冷却装置を設けて、基板−基板ユニットを冷却してもよい。この場合に、上記基板貼り合せ装置１００、３００、４００は、基板冷却装置としても兼用できる。すなわち、基板貼り合せ装置１００、３００、４００から、温度調整装置における加熱部が除去された構成を、基板冷却装置に用いてもよい。
【００４６】
図９は、基板貼り合せ装置１００を用いて３次元積層半導体装置を製造する製造方法のフローチャートを示す。当該製造方法は、接合すべき基板を用意する段階Ｓ０１０と、複数の基板を仮接合してステージに設置する段階Ｓ０２０と、基板に加圧する段階Ｓ０３０と、ホルダ温度調整部による加熱を開始する段階Ｓ０４０と、外周温度調整部による加熱を開始する段階Ｓ０５０と、基板を接合する段階Ｓ０６０と、ホルダ温度調整部による加熱を停止する段階Ｓ０７０と、外周温度調整部による加熱を停止する段階Ｓ０８０と、ホルダ温度調整部による冷却を開始する段階Ｓ０９０と、外周温度調整部による冷却を開始する段階Ｓ１００と、基板を取り出す段階Ｓ１１０とを備える。
【００４７】
まず、接合すべき基板を用意する（Ｓ０１０）。段階Ｓ０１０において、回路パターンが周期的に複数形成され、互いに接合することにより３次元積層半導体装置が形成できる複数の基板を用意する。ウエハに回路パターンを形成し、パッシベーションした後、表面に接合電極を形成して、接合用基板とする。
【００４８】
次に、複数の基板を仮接合してステージに設置する（Ｓ０２０）。段階Ｓ０２０において、接合すべき一対の基板２０４は、別途設けられるアライナーにより、接合すべき電極同士が接触するように位置合せされて重ね合わせられ、一対の基板ホルダ２０２により、位置ずれが起こらないように仮接合される状態で保持される。即ち、基板−基板ホルダユニットが組みあがる。
【００４９】
図４に示すように、リフトピン１４４が基板ホルダを受け渡す位置に上昇して、ロボットアーム２１０が、基板−基板ホルダユニットを搬入して、リフトピン１４４に仮置きする。ロボットアーム２１０が退避した後に、リフトピン１４４が降下して、基板−基板ホルダユニットが下トッププレート１４２に載置される。
【００５０】
次に、基板に加圧する（Ｓ０３０）。段階Ｓ０３０において、昇降部１９２が上昇して、基板−基板ホルダユニットを上トッププレート１３２に当接させ、上ステージ１３０と下ステージ１４０の間に挟む。加圧装置１９０は、加圧制御信号に従って、昇降部１９２を更に上昇させ、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を介して、２枚の基板２０４に所定の圧力を加える。この加圧により、２枚の基板２０４の間に接合すべき電極同士が均一に接触することができ、基板の均一な貼り合せが実現できる。
【００５１】
次に、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０による基板２０４の加熱を開始する（Ｓ０４０）。段階Ｓ０４０において、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０は、それぞれ上ステージ１３０および下ステージ１４０における基板ホルダ２０２を保持する領域を加熱する。即ち、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を加熱する。
【００５２】
そして、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０による加熱を開始する（Ｓ０５０）。段階０５０において、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０は、基板ホルダ２０２よりも外周側を加熱する。この段階では、上外周温度調整部１７０と下外周温度調整部１８０は、上ステージ１３０および下ステージ１４０の外周において、重なり合い、トッププレートおよび基板−基板ホルダユニットの外周部による熱輻射を遮断することができる。同時に、上外周温度調整部１７０と下外周温度調整部１８０は、外周部からトッププレートおよび基板−基板ホルダユニットを加熱するので、上トッププレート１３２、下トッププレート１４２、基板ホルダ２０２および基板２０４において、均一な温度分布が得られる。基板２０４は、ヒートコントローラにより温度制御されながら、所定の温度まで加熱される。この場合に、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０は、基板−基板ホルダユニットの外周が内部と同じ温度になるような熱量で加熱する。例えば、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０は、基板−基板ホルダユニットから距離が離れている分だけ、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０よりも大きい熱量で加熱する。
【００５３】
基板を本接合する（Ｓ０５０）。段階Ｓ０５０において、温度を制御しながら、一定時間に渡って、基板２０４に定所の圧力を加えることによって、基板の本接合を行う。加熱が本接合する２枚の基板２０４における電極接合面を活性化することができるので、電極同士が確実に接合することができる。
【００５４】
段階Ｓ０７０において、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０による加熱を停止する（Ｓ０７０）。基板−基板ホルダユニットが、外周部に比べて、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２に挟まれた上下面からの自然温度降下が遅いので、外周温度調整部より先にホルダ温度調整部の加熱を停止することにより、基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性が図りやすくなる。
【００５５】
上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０による加熱を停止する（Ｓ０８０）。
【００５６】
上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０による基板の冷却を開始する（Ｓ０９０）。段階Ｓ０９０において、上ホルダ温度調整部１５０および下ホルダ温度調整部１６０は、それぞれ上ステージ１３０および下ステージ１４０における加熱された基板ホルダ２０２を保持する領域を冷却する。即ち、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２を冷却する。基板−基板ホルダユニットが、外周部に比べて、上トッププレート１３２および下トッププレート１４２に挟まれた上下面からの自然温度降下が遅いので、外周温度調整部より先にホルダ温度調整部の冷却を開始することにより、基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性を図る。
【００５７】
上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０による基板の冷却を開始する（Ｓ１００）。段階Ｓ１１０において、上外周温度調整部１７０および下外周温度調整部１８０は、基板ホルダ２０２よりも外周側を冷却する。外周温度調整部の冷却により、基板−基板ホルダユニットの外周面からの輻射熱が、効率よく外周温度調整部に吸収され散熱できるので、冷却過程における基板−基板ホルダユニットの温度分布の均一性が図れる。
【００５８】
基板を取り出す（Ｓ１１０）。段階Ｓ１１０において、加圧装置１９０の昇降部１９２が降下して、基板２０４に加えた圧力を解除する。昇降部１９２が更に降下して、ロボットアーム２１０により基板−基板ホルダユニットを出し入りできる位置で停止する。ロボットアーム２１０は、基板貼り合せ装置１００から基板−基板ホルダユニットを取り出す。本接合された基板が基板ホルダ２０２から分離され、個片化されて、３次元積層半導体装置が完成する。
【００５９】
また、基板を本接合した後、基板貼り合せ装置１００において、基板−基板ホルダユニットをロボットアームが搬送できる温度まで冷却してから、基板−基板ホルダユニットを取り出して、別途設けられる基板冷却装置に搬入して、室温近傍まで冷却してもよい。当該基板冷却装置においても、上記の温度調整装置が設けられ、基板２０４および基板ホルダ２０２における温度分布の均一性を維持しながら、迅速に基板−基板ホルダユニットを冷却することができる。３次元積層半導体装置の生産ラインの構成および生産スループット等を考慮して、いずれかの冷却方法を選択すればよい。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６２】
１００ 基板貼り合せ装置、１１０ 気密室、１２０ 温度調整装置、１３０ 上ステージ、１３２ 上トッププレート、１４０ 下ステージ、１４２ 下トッププレート、１４４ リフトピン、１５０ 上ホルダ温度調整部、１６０ 下ホルダ温度調整部、１７０ 上外周温度調整部、１８０ 下外周温度調整部、１９０ 加圧装置、１９２ 昇降部、１９４ ベース、２０２ 基板ホルダ、２０４ 基板、２１０ ロボットアーム、１６２ 加熱部、１６４ 冷却部、１８２ 延伸部、１８４ 加熱部、１８６ 冷却部、３００ 基板貼り合せ装置、３０２ アクチュエータ、３０４ 外周温度調整部、４００ 基板貼り合せ装置、４０２ アクチュエータ、４０４ 外周温度調整部、４０６ 内周面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板ホルダを間に挟んで、前記一対の基板ホルダの間に重ね合せられた複数の基板を保持する一対のステージと、
前記ステージにおいて前記基板ホルダを保持する領域を加熱または冷却するホルダ温度調整部と、
前記基板ホルダよりも外周側を加熱または冷却する外周温度調整部と
を備える温度調整装置。
【請求項２】
前記外周温度調整部は、前記一対のステージの少なくとも一方の外周から前記基板ホルダの前記外周を覆うように延伸する延伸部、および、前記延伸部に設けられた発熱部を有する請求項１に記載の温度調整装置。
【請求項３】
前記一対のステージの少なくとも一方は他方に対して近接および離間し、
前記外周温度調整部は、前記一対のステージの両方に配され、
前記一対のステージが前記一対の基板ホルダを挟むべく近接した場合に、前記一対のステージの前記一方の前記延伸部と、前記一対のステージの前記他方の前記延伸部とが重なり合う請求項２に記載の温度調整装置。
【請求項４】
前記一対のステージの少なくとも一方は、前記基板ホルダを仮置きするリフトピンを有し、
前記延伸部は、前記リフトピンが前記基板ホルダを仮置きする高さよりも低い請求項２または３に記載の温度調整装置。
【請求項５】
前記延伸部において前記基板ホルダに向いた内周面は、輻射を反射する請求項２から４のいずれかに記載の温度調整装置。
【請求項６】
前記ホルダ温度調整部による加熱または冷却が開始された後に、前記外周温度調整部による加熱または冷却が開始される請求項１から５のいずれかに記載の温度調整装置。
【請求項７】
前記ホルダ温度調整部による加熱が停止された後に、前記外周温度調整部による加熱が停止される請求項１から６のいずれかに記載の温度調整装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の温度調整装置と、
前記一対のステージを加圧して前記複数の基板を貼り合せる加圧装置と
を備える基板貼り合せ装置。
【請求項９】
前記温度調整装置および前記加圧装置を外部に対して気密に収容する気密室をさらに備える請求項８に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項１０】
回路パターンが周期的に複数形成された複数の基板を用意する段階と、
一対の基板を仮接合して保持した一対の基板ホルダを、一対のステージの間に挟む段階と、
前記ステージにおいて前記一対の基板ホルダを保持する領域を加熱する段階と、
前記一対の基板ホルダよりも外周側を加熱する段階と、
前記一対の基板ホルダを介して加熱された一対の基板を取り出して個片化する段階と
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ステージにおいて加熱された前記一対の基板ホルダを保持する領域を冷却する段階と、
加熱された前記一対の基板ホルダよりも外周側を冷却する段階と、
をさらに備える請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
一対の基板ホルダを間に挟んで、前記一対の基板ホルダの間に重ね合せられた複数の基板を保持する一対のステージと、
前記ステージにおいて前記基板ホルダを保持する領域を加熱または冷却するホルダ温度調整部と、
前記基板ホルダよりも外周側を加熱または冷却する外周温度調整部と
を備える温度調整装置。
【請求項２】
前記外周温度調整部は、前記一対のステージの少なくとも一方の外周から前記基板ホルダの前記外周を覆うように延伸する延伸部、および、前記延伸部に設けられた発熱部を有する請求項１に記載の温度調整装置。
【請求項３】
前記一対のステージの少なくとも一方は他方に対して近接および離間し、
前記外周温度調整部は、前記一対のステージの両方に配され、
前記一対のステージが前記一対の基板ホルダを挟むべく近接した場合に、前記一対のステージの前記一方の前記延伸部と、前記一対のステージの前記他方の前記延伸部とが重なり合う請求項２に記載の温度調整装置。
【請求項４】
前記一対のステージの少なくとも一方は、前記基板ホルダを仮置きするリフトピンを有し、
前記延伸部は、前記リフトピンが前記基板ホルダを仮置きする高さよりも低い請求項２または３に記載の温度調整装置。
【請求項５】
前記延伸部において前記基板ホルダに向いた内周面は、輻射を反射する請求項２から４のいずれかに記載の温度調整装置。
【請求項６】
前記ホルダ温度調整部による加熱または冷却が開始された後に、前記外周温度調整部による加熱または冷却が開始される請求項１から５のいずれかに記載の温度調整装置。
【請求項７】
前記ホルダ温度調整部による加熱が停止された後に、前記外周温度調整部による加熱が停止される請求項１から６のいずれかに記載の温度調整装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の温度調整装置と、
前記一対のステージを加圧して前記複数の基板を貼り合せる加圧装置と
を備える基板貼り合せ装置。
【請求項９】
前記温度調整装置および前記加圧装置を外部に対して気密に収容する気密室をさらに備える請求項８に記載の基板貼り合せ装置。
【請求項１０】
回路パターンが周期的に複数形成された複数の基板を用意する段階と、
一対の基板を仮接合して保持した一対の基板ホルダを、一対のステージの間に挟む段階と、
前記ステージにおいて前記一対の基板ホルダを保持する領域を加熱する段階と、
前記一対の基板ホルダよりも外周側を加熱する段階と、
前記一対の基板ホルダを介して加熱された一対の基板を取り出して個片化する段階と
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ステージにおいて加熱された前記一対の基板ホルダを保持する領域を冷却する段階と、
加熱された前記一対の基板ホルダよりも外周側を冷却する段階と、
をさらに備える請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−５４７４５（Ｐ２０１１−５４７４５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０２０２９（Ｐ２００９−２０２０２９）
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
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