JP2009200117A - 接合装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】全面にわたって均一な条件で、効率よく安全に基板を接合する。
【解決手段】一対の基板を接合する接合装置であって、一方の基板の位置を検出して、検出した位置に基づいて、前記一方の基板が他方の基板に近接する方向及び前記一方の基板が前記他方の基板から離反する方向への前記一方の基板の移動を制御する位置制御部と、前記一対の基板が所定の大きさの間隔以下の大きさの間隔で互いに近接していること、または、前記一対の基板が互いに接触していることを検出する近接検知部と、近接検知部が前記一対の基板の近接または接触を検知した後に、前記一対の基板の間で作用する圧力を検出し、当該圧力が所与の目標圧力に到達するまで、前記一方の基板を前記他方の基板に向けて加圧する圧力制御部とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、接合装置および製造方法に関する。より詳細には、ウエハ等の基板を貼り合わせる場合に用いる接合装置と、当該接合装置を用いた接合基板の製造方法とに関する。

半導体装置の実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、複数のチップを積層させた構造がある。特に、パッケージング前のチップを積層した積層チップ半導体モジュールは、実装基板上のチップの実装密度向上に止まらず、チップ相互の配線を短縮して高速な処理も実現している。

積層チップ半導体モジュールを製造する場合には、チップ単位で接合するよりも、ウエハ単位で接合した後にチップを切り分ける手順の方が生産性は高い。ただし、チップに比較して面積の広いウエハを接合する場合には、ウエハ全体を均一な条件の下に圧接して接着することが求められる。そこで、接合する基板の微小な傾き、圧力の分布等を解消する技術が求められている。

下記の特許文献１には、球面摺動部材を有する倣い機構を設けて、基板を自律的に水平にさせるボンディング装置が記載されている。また、下記の特許文献２には、互いに軸が交差する円筒面を介して支持された載置台を備え、載置した基板を自律的に水平にさせるボンディング装置が記載されている。更に、下記の特許文献３には、個別に動作する複数のアクチュエータにより支持したステージを備え、半導体基板の傾きを調整する基板保持装置が記載されている。
特開平０３−１７９７５７号公報 特開平０５−０９０３４１号公報 特開２００７−０３５６６９号公報

しかしながら、接合対象の傾き等を調整する機能を有する接合装置を用いた場合においても、傾きを調整して圧力分布を均一にする作業に時間がかかる。

上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、一対の基板を接合する接合装置であって、一方の基板の位置を検出して、検出した位置に基づいて、一方の基板が他方の基板に近接する方向及び一方の基板が他方の基板から離反する方向への一方の基板の移動を制御する位置制御部と、一対の基板が所定の大きさの間隔以下の大きさの間隔で互いに近接していること、または、一対の基板が互いに接触していることを検出する近接検知部と、近接検知部が一対の基板の近接または接触を検知した後に、一対の基板の間で作用する圧力を検出し、当該圧力が所与の目標圧力に到達するまで、一方の基板を他方の基板に向けて加圧する圧力制御部とを備える接合装置が提供される。

また、本発明の第２の形態として、一対の基板を接合して接合基板を製造する接合基板の製造方法であって、一方の基板の位置を検出して、一方の基板の位置が目標位置に到達するまで、一方の基板を他方の基板に対して近接移動させ、一対の基板が十分に近接していること、または、接触していることを検出し、一対の基板の近接または接触を検知した後に、一対の基板の間で作用する圧力を検出し、当該圧力が所与の目標圧力に到達するまで、一方の基板を他方の基板に向けて加圧する製造方法が提供される。

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く、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。

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に必須であるとは限らない。

図１は、ウエハ１６２、１６４を均一な圧力で重ね合わせる場合に用いる接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。接合装置１００は、枠体１１０の内側に配置された、加圧部１２０、加圧ステージ１３０、受圧ステージ１４０、圧力検知部１５０を備える。

枠体１１０は、互いに平行で水平な天板１１２および底板１１６と、天板１１２および底板１１６を結合する複数の支柱１１４とを備える。天板１１２、支柱１１４および底板１１６は、それぞれ剛性が高い材料により形成され、後述する接合におけるウエハ１６２、１６４への加圧の反力が作用した場合も変形が生じない。

枠体１１０の内側において、底板１１６の上には、加圧部１２０が配置される。加圧部１２０は、底板１１６の上面に固定されたシリンダ１２２と、シリンダ１２２の内側に配置されたプランジャ１２４とを有する。プランジャ１２４は、図示されていない流体回路、カム、輪列等により駆動されて、図中に矢印Ｚにより示す、底板１１６に対して直角な方向に昇降する。

プランジャ１２４の上端には、加圧ステージ１３０が搭載される。加圧ステージ１３０は、プランジャ１２４の上端に結合された水平な板状の支持部１３２と、支持部１３２に平行な板状の基板保持部１３４とを有する。支持部１３２は、上方に開口して形成された球面座１３１を上面中央に有する。一方、基板保持部１３４は、下方に向かって突出した球面部１３３を、下面中央に有する。

球面座１３１および球面部１３３は互いに相補的な形状および寸法を有して嵌合する。これにより、基板保持部１３４は、支持部１３２の上で傾斜角度を変えることができる。また、支持部１３２の上で基板保持部１３４の傾斜角度が変わった場合も、プランジャ１２４が支持部１３２を押上げる力が基板保持部１３４に伝達される。更に、支持部１３２は、基板保持部１３４の変位を下方から規制して、基板保持部１３４が過剰に傾斜することを防止する。

なお、基板保持部１３４は、静電吸着、負圧吸着等により上面にウエハ１６２を吸着する。これにより基板保持部１３４に吸着されたウエハ１６２は、基板保持部１３４と共に揺動する一方、基板保持部１３４からの移動あるいは脱落が抑制される。

受圧ステージ１４０は、基板保持部１４２および複数の懸架部１４４を有する。懸架部１４４は、天板１１２の下面から垂下される。基板保持部１４２は、懸架部１４４の下端近傍において下方から支持され、加圧ステージ１３０に対向して配置される。また、基板保持部１４２も、静電吸着、負圧吸着等による吸着機構を有し、下面にウエハ１６４を吸着する。

基板保持部１４２は、下方から懸架部１４４により支持される一方、上方への移動は規制されない。ただし、天板１１２および基板保持部１４２の間には、複数のロードセル１５２、１５４、１５６が挟まれる。複数のロードセル１５２、１５４、１５６は、圧力検知部１５０の一部を形成して、基板保持部１４２の上方移動を規制すると共に、基板保持部１４２に対して上方に印加された圧力を検出する。

図１に示された状態は、後述する接合装置１００の動作のうち、初期の状態に相当する。この状態では、加圧部１２０の支柱１１４はシリンダ１２２の中に引き込まれており、加圧ステージ１３０は降下した状態にある。従って、加圧ステージ１３０および受圧ステージ１４０の間には広い間隙がある。

接合の対象となる一対のウエハ１６２、１６４のうち、一方のウエハ１６２は、上記間隙に対して側方から挿入されて、加圧ステージ１３０の上に載せられる。他方のウエハ１６４も同様に挿入され、ウエハ１６２に対向して受圧ステージ１４０に保持される。ウエハ１６２、１６４の対面する接合面のうち、少なくとも一方の接合面には接着樹脂としての熱硬化性樹脂を塗布されている。また、ウエハ１６２、１６４は、Ｚ方向に直交する平面内で相互に位置合わせされている。

図２は、圧力検知部１５０におけるロードセル１５２、１５４、１５６のレイアウトを示す斜視図である。圧力検知部１５０は、天板１１２の下面に固定された複数のロードセル１５２、１５４、１５６を含む。ロードセル１５２、１５４、１５６の各々は、天板１１２から上方へ向けて圧力が印加された場合に、当該圧力に比例した電気信号を出力する。従って、加圧ステージ１３０の上昇によりウエハ１６２がウエハ１６４に接触した場合、いずれかのロードセル１５２、１５４、１５６が当該接触により生じた圧力を検知する。

また、ロードセル１５２、１５４、１５６は、天板１１２の下面において、互いに異なる位置に配置される。従って、天板１１２と平行な面内における圧力分布も併せて検出できる。ここで、既に説明した通り、加圧部１２０はプランジャ１２４により加圧ステージ１３０を押し上げる。従って、圧力検知部１５０により圧力分布が検出された場合は、加圧ステージ１３０が受圧ステージ１４０に対して異なる傾斜を有することを意味する。このような圧力検知部１５０の機能に鑑みて、ロードセル１５２、１５４、１５６の数は、３基に限られることはないが、３基以上であることが好ましい。

図３は、接合装置１００において使用する位置検出機構２００の構造を示す斜視図である。位置検出機構２００は、一対の撮像部２１２、２２２と、一対の照明部２１４、２２４とを備える。

一方の撮像部２１２は、ウエハ１６２、１６４の接合面と平行な面内において、一方の照明部２１４と対向して配置される。撮像部２１２は、コネクタ２１６を介して、撮像した画像を外部へ送り出す。照明部２１４は、電源ケーブル２１８を介して電力の供給を受ける。同様に、他方の撮像部２２２は、ウエハ１６２、１６４の接合面と平行な面内において、一方の照明部２２４と対向して配置される。撮像部２２２も、コネクタ２２６を介して、撮像した画像を外部へ送り出す。照明部２２４は、電源ケーブル２２８を介して電力の供給を受ける。なお、説明の便宜上、以下の説明では、撮像部２１２および照明部２１４の配列方向をＸ方向、撮像部２２２および照明部２２４の配列方向をＹ方向と記載する。

図４は、位置検出機構２００の側面図である。照明部２１４が出射した照明光は、ウエハ１６２、１６４の間隙を伝播して撮像部２１２に受光される。また、照明部２２４が出射した照明光も、ウエハ１６２、１６４の間隙を伝播して撮像部２２２に受光される。換言すれば、撮像部２１２、２２２の各々は、照明部２１４、２２４の出射した照明光を遮るウエハ１６２、１６４の像を撮像する。従って、撮像部２１２、２２２が撮像した画像から、ウエハ１６２、１６４のそれぞれの位置を検出できる。

また、例えば、ウエハ１６２がＹ方向の軸の回りに回転して傾斜している場合は、傾斜したウエハ１６４の画像が撮像部２１２により撮像される。これにより、加圧ステージ１３０が移動した場合に生じ得るウエハ１６２の傾斜を検出することができる。

更に、ウエハ１６２、１６４が相互に接触した場合は、ウエハ１６２、１６４の間で照明光が遮られる。従って、撮像部２１２、２２２のいずれかが撮像した画像から、ウエハ１６２、１６４の接触を検知することもできる。

ただし、撮像部２１２、２２２の解像度は、その光学系および撮像素子の解像度に依存する。従って、ウエハ１６２、１６４の間隙が撮像部２１２、２２２の解像度よりも小さい場合は、ウエハ１６２、１６４が接触したタイミングと接触検知のタイミングとがずれる場合がある。しかしながら、撮像部２１２、２２２が検知できない間隙は非常に狭いので、ウエハ１６２、１６４の間隙を撮像できなくなった場合は、ウエハ１６２、１６４が接触したと看做しても差し支えない。

なお、図３および図４に示した構造は位置検出機構２００の一例に過ぎず、他の構造で同様の機能を形成することもできる。例えば、撮像部２１２、２２２に換えて干渉計を用いることにより、より分解能の高い位置検出機構２００を形成できる。一方、リニアスケールを用いて、より簡潔な位置検出機構２００を形成することもできる。これらの種々の構造は、目的とする接合ウエハまたは接合基板の仕様に応じて当業者が適宜選択できる。

図５は、接合装置１００の制御系３００の構造を模式的に示す図である。制御系３００は、位置検出機構２００を含む接合装置１００に対して設けられた、圧力制御部３１０、位置制御部３２０、近接検知部３３０および制御切替部３４０を含む。

接合装置１００は、加圧ステージ１３０および受圧ステージ１４０の基板保持部１３４、１４２の各々に、ウエハ１６２、１６４を保持する。また、位置検出機構２００は、接合装置１００に保持されたウエハ１６２、１６４の側方に配置される。

圧力制御部３１０は、圧力検知部１５０が検出した圧力を参照して、加圧部１２０の駆動量を制御する制御信号を発生する。従って、圧力制御部３１０の制御により、圧力検知部１５０が検出する圧力が所与の目標圧力に到達するまで、加圧部１２０を動作させることができる。

位置制御部３２０は、目標位置設定部３２２および目標位置更新部３２４を有する。目標位置設定部３２２は、位置検出機構２００が検出したウエハ１６２、１６４の位置を参照して、位置検出機構２００が検出したときのウエハ１６２の位置よりもウエハ１６４に近い位置に目標位置を設定する。位置制御部３２０は、ウエハ１６２が当該目標位置に到達するまで、加圧部１２０を動作させて、ウエハ１６２を上昇させる。

目標位置更新部３２４は、既に目標位置に到達しているウエハ１６２がウエハ１６４に未だ接触していない場合に、既に設定された目標位置よりもウエハ１６４に近接した位置に新しい目標位置を設定する。これにより、位置制御部３２０は、更新された目標位置にウエハ１６２が到達するまで、引き続き加圧部１２０を動作させる。こうして、ウエハ１６２、１６４が相互に接触するまですなわちウエハ１６２がウエハ１６４に接触する位置と目標位置とが一致するまで、目標位置更新部３２４は目標位置を更新し、位置制御部３２０は、加圧部１２０を動作させてウエハ１６２を上昇させる。

近接検知部３３０は、位置制御部３２０を介して位置検出機構２００の出力を参照して、ウエハ１６２、１６４の接触を検出する。具体的には、近接検知部３３０は、位置検出機構２００の撮像部２１２，２２２から出力される画像に基づいて、両ウエハ１６２，１６４の中央部間の距離とウエハ１６４に対するウエハ１６２の傾斜角度とを検出し、検出した距離及び傾斜角度から、ウエハ１６２の縁部のウエハ１６４に最も近接した部分とウエハ１６４との間隔を算出し、算出した該間隔の大きさが所定の大きさ以下であるかを判断し、前記間隔の大きさが所定の大きさ以下である場合、両ウエハ１６２，１６４が互いに近接していると判断する。近接検知部３３０は、近接を検出した場合は、その旨を制御切替部３４０に通知する。ただし、近接検知部３３０が検知する「近接」は、例えば、ウエハ１６２、１６４の間隔が位置検出機構２００の分解能を越えて狭くなった場合である。この場合、ウエハ１６２、１６４が相互に当接している場合も含まれる。

なお、例えば、位置検出機構２００の撮像部２１２、２２２としてＣＣＤカメラを用いた場合の分解能は０．６μｍ程度になる。また、接合するウエハ１６２、１６４の表面には、予め判明しているＴＴＶ（総合膜厚分散性）に応じた起伏がある。従って、ウエハ１６２、１６４の間隔が、これらの要素を勘案した位置検出機構２００の検出限界に近づいた場合、ウエハ１６２を上昇させる速度を低下させることが好ましい。

具体的には、撮像部２１２、２２２の分解能の限界よりも僅かに大きな間隔を閾値として設定し、ウエハ１６２、１６４の間隔が当該閾値よりも狭くなった場合に、位置制御部３２０の制御下で加圧部１２０によるウエハ１６２の上昇速度を低下させてもよい。これにより、ウエハ１６２、１６４が接触した場合に生じる衝撃を緩和できる。

制御切替部３４０は、圧力制御部３１０および位置制御部３２０が出力する制御信号のいずれか一方を選択的に有効にして、加圧部１２０の動作量を制御する。制御信号を切り替えるタイミングは、制御切替部３４０が近接検知部３３０から受ける通知に依存する。これにより、制御切替部３４０は、近接検知部３３０がウエハ１６２、１６４の接触を検知した後に、加圧部１２０の動作制御を、位置制御部３２０による制御から圧力制御部３１０による制御に切り替える。

図６は、次の動作段階における接合装置１００の状態を示す断面図である。この状態では、加圧部１２０が動作して、加圧ステージ１３０が上昇している。これにより、ウエハ１６２、１６４は相互に接触している。

ただし、この例では、ウエハ１６２が加圧ステージ１３０と共に傾斜している。このため、ウエハ１６２、１６４は縁部の一部で接触し、相互に密着していない。なお、ウエハ１６２を加圧ステージ１３０に載せたときにウエハ１６２が水平になるように調整しても、加圧部１２０が動作した場合に傾斜が生じる場合もある。

図７は、更に次の動作段階における接合装置１００の状態を示す断面図である。この状態では、加圧ステージ１３０が図６に示された位置から更に上昇し、ウエハ１６２、１６４は相互に密着している。従って、加圧ステージ１３０はこれよりも上方に移動することはない。

ただし、ウエハ１６２、１６４に挟まれた接着樹脂の状態が安定するまでは、達成された目標圧力が維持される。このため、加圧ステージ１３０の上昇が終わった後も、目標圧力を維持する加圧部１２０の動作は継続される。

このようにして接合されたウエハ１６２、１６４には、接合された状態を維持するホルダ等が装着され、接合ウエハの半完成品として次工程に送られる。次工程では、加圧により接合状態を維持したままウエハ１６２、１６４が加熱され、これにより接着樹脂が硬化され、接合ウエハが完成する。なお、接合装置１００の基板保持部１３４、１４２に加熱装置を組み込んで、接合に引き続いて接着樹脂を硬化させることもできる。

図８は、接合装置１００を用いた接合工程の手順を示すフローチャートである。接合装置１００によるウエハ１６２、１６４の接合が開始された当初、制御切替部３４０は、位置制御部３２０の制御により加圧部１２０を動作させる。これにより、加圧部１２０は位置制御により加圧ステージ１３０を駆動する。

即ち、位置制御部３２０は、撮像部２１２、２２２が検出した映像を参照してウエハ１６２、１６４のそれぞれの位置を検出する。目標位置設定部３２２は、検出されたウエハ１６２、１６４の位置を参照して、加圧ステージ１３０に搭載されたウエハ１６２の現在の位置に対して、受圧ステージ１４０に保持されたウエハ１６４の位置により近い目標位置を設定する（ステップＳ１０１）。位置制御部３２０は、設定された目標位置に加圧ステージ１３０を移動させるべく加圧部１２０を動作させる。

ウエハ１６４が当該目標位置に到達すると（ステップＳ１０３）、位置制御部３２０において、目標位置更新部３２４は、近接検知部３３０の出力を参照する。ここで、ウエハ１６２、１６４が依然として離れている場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、目標位置更新部３２４は、目標位置設定部３２２に新しい目標位置を設定させる。新しい目標位置は、その時点のウエハ１６２の位置よりもウエハ１６４に近い。

なお、位置制御部３２０は、上記の位置制御において、一対のウエハ１６２、１６４が近接するほど近接移動の速度を小さくすることが好ましい。これにより、ウエハ１６２、１６４が接触した瞬間に大きな衝撃が生じることが防止される。

一方、ウエハ１６２、ウエハ１６４の間隔が、撮像部２１２、２２２の分解能の限界を越えて近接した場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）は、近接検知部３３０がその旨を通知して、制御切替部３４０が圧力制御部３１０を有効にする（ステップＳ１０５）。これにより、以後、加圧部１２０は圧力制御の下に動作する。なお、圧力制御部３１０が有効になった後は、位置制御は無効になるので、位置制御部３２０の動作を停止してもよい。

圧力制御部３１０は、ウエハ１６２、１６４を接合する場合に加圧部１２０がウエハ１６２に印加することが求められる圧力を目標圧力として、圧力検知部１５０が検知する圧力を参照しつつ加圧部１２０を動作させ、ウエハ１６２を加圧する（ステップＳ１０６）。換言すれば、検出される圧力が目標圧力に達しない場合（ステップＳ１０７；ＮＯ）は、継続して加圧部１２０を動作させる。

ここで、加圧部１２０は、当初から接合に求める圧力を印加するのではなく、圧力制御部３１０は、圧力検知部１５０の出力を参照して、ウエハ１６２、１６４に印加される押圧力が小さい場合には押圧力の増加の度合いを小さくし、押圧力が大きくなるにつれて押圧力を大きく増加させるように、加圧部１２０の作動を制御してもよい。このような増圧量の制御により、図６に示したようにウエハ１６２、１６４が密着していない場合に、ウエハ１６２、１６４の一部に偏った大きな押圧力が印加されることが防止される。

圧力検知部１５０により目標圧力が検知された場合（ステップＳ１０７；ＮＯ）、圧力制御部３１０は、ウエハ１６２、１６４に挟まれた接着樹脂の状態が安定するまで、加圧部１２０がその圧力を維持するように制御する（ステップＳ１０８）。

こうして、一対のウエハ１６２、１６４を接合して接合ウエハを製造する製造方法であって、一方のウエハ１６４の位置を検出して、他のウエハ１６２の位置が目標位置に到達するまで、当該ウエハ１６２を他方のウエハ１６４に対して近接移動させ、一対のウエハ１６２、１６４が十分に近接していること、または、接触していることを検出し、十分に近接していること、または、接触していることが検知された場合は、一対のウエハ１６２、１６４の間で作用する圧力を検出し、その圧力が所与の目標圧力に到達するまで、一方のウエハ１６２を他方のウエハ１６４に向けて加圧する製造方法が実行される。

図９は、図８に示した手順のうちのステップＳ１０６に換えて実行できる手順を示す部分的なフローチャートである。なお、説明の便宜を図って、図８に示すステップＳ１０５およびステップＳ１０７を重複して記載するが、それ以前および以後のステップは図８と共通なので重複する説明は省く。

既に説明した通り、近接検知部３３０がウエハ１６２、１６４の接触または近接を検出した場合、制御切替部３４０は、加圧部１２０の制御を圧力制御部３１０に切り替える（ステップＳ１０５）。これにより、加圧部１２０は圧力制御の下に加圧ステージ１３０を駆動する。

しかしながら、図６に示したように、この段階ではウエハ１６２、１６４が密着しているとは限らず、接合に求められる大きな圧力を印加すると、ウエハ１６２、１６４の間の空隙が急速に閉じて、ウエハ１６２、１６４に衝撃が加わる場合がある。そこで、圧力制御に切り替わった当初は、圧力制御部３１０の目標圧力を小さく設定して加圧部１２０を動作させる（ステップＳ２０１）。これにより、ウエハ１６２、１６４に生じ得る衝撃を小さくする。

続いて、圧力検知部１５０を形成する複数のロードセル１５２、１５４、１５６の各々が検出する圧力を比較する。ここで検出された圧力に偏りが無くなると（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、圧力制御部３１０は、目標圧力を接合に求められる大きな圧力に切り替えて圧力制御を継続する（ステップＳ２０３）。

このような段階（ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３）を導入することにより、ウエハ１６２、１６４に加わり得る衝撃を軽減し、ウエハ１６２、１６４の損傷等を未然に防止できる。なお、ロードセル１５２、１５４、１５６の各々が検出する圧力が相互に異なる期間（ステップＳ２０２；ＮＯ）は、圧力制御部３１０は、小さな目標圧力により加圧部１２０の動作を制御する。

このような一連の制御による接合方法は、Ｓｉ単結晶の接合の他、化合物半導体基板等の他の材料の基板、あるいは、Ｓｉ単結晶基板および化合物半導体基板の組み合わせのように異種の基板を接合する場合にも適用できる。また、素子、回路等を既に形成された基板を接合して積層チップ等を製造する場合にも適用できる。

なお、上記の実施形態において、近接検知部３３０は、位置検出機構２００の出力を参照してウエハ１６２、１６４の近接を検知していた。しかしながら、例えば、圧力検知部１５０の出力を参照してウエハ１６２、１６４の接触圧を検知することによりウエハ１６２、１６４の近接を検出する近接検知部３３０とすることもできる。

この場合、近接検知部３３０は、撮像部２１２、２２２の解像度に関わりなくウエハ１６２、１６４の近接を検知できる。ただし、ウエハ１６２、１６４が相互に接触した場合の衝撃を緩和する目的で、撮像部２１２、２２２によりウエハ１６２、１６４の間隙の変化を観察して、接触が間近になった場合にウエハ１６２の上昇速度を低下させることも好ましい。

図１０は、他の実施例に係る接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。なお、接合装置１００は、以下に説明する部分を除いて、図１に示した接合装置１００と同じ構造を有する。そこで、共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この接合装置１００において、基板保持部１３４は、球面座１３１および球面部１３３に換えて、複数のアクチュエータ１３５を介して、支持部１３２から支持される。アクチュエータ１３５は、図示された一対のアクチュエータ１３５の他に、紙面に対して前方および後方にも配置される。

また、これらアクチュエータ１３５の各々は、位置制御部３２０及び圧力制御部３１０の制御下で、相互に独立して動作する。このような構造により、アクチュエータ１３５を適宜動作させることにより、基板保持部１３４の傾斜を任意に変えることができる。基板保持部１３４の傾斜は、図５に示したように配置された撮像部２１２、２２２から得られる映像を監視しながら変更される。

なお、接合装置１００における撮像部２１２、２２２の撮像範囲Ｍを、図中に点線で示す。図示のように、ウエハ１６２を基板保持部１３４に載せた当初は、ウエハ１６２は、撮像部２１２、２２２の画角からはずれている。一方、ウエハ１６４は、当初より撮像範囲Ｍに入っている。

図１１は、接合装置１００が動作し始めた状態を示す断面図である。加圧部１２０が動作して支持部１３２および基板保持部１３４が上昇すると、やがて、ウエハ１６２が撮像範囲Ｍに入る。これにより、撮像部２１２、２２２の映像を監視しながら、ウエハ１６２、１６４の接合を実行できる。

換言すれば、ウエハ１６２が撮像部２１２、２２２に撮像されるまでは、ウエハ１６２、１６４が相互に当接することはない。従って、ウエハ１６２が撮像部２１２、２２２に撮像されるまでの間は、支持部１３２および基板保持部１３４を高速に上昇させても差し支えない。

一方、ウエハ１６２が撮像部２１２、２２２に撮像され始めた場合は、支持部１３２および基板保持部１３４の上昇速度を低下させることが好ましい。これにより、接合装置１００の動作を確実に制御でき、ウエハ１６２、１６４が不用意に衝突することが防止される。

図１２は、撮像部２１２、２２２が撮像した画像を監視しつつ実行される接合作業を、作業段階を追って示す図である。図１２（Ａ）に示すように、撮像範囲Ｍにウエハ１６２が入ると、画像による監視が開始される。ここで、図１２（Ｂ）に示すように、ウエハ１６２に傾きが生じている場合は、撮像部２１２，２２２が撮像した画像に基づいて位置制御部３２０の制御下でアクチュエータ１３５を動作させてウエハ１６２を水平にする。これにより、ウエハ１６４へのウエハ１６２の移動とウエハ１６２の傾動とを同時に行うことができるので、ウエハ１６２の傾動を例えばウエハ１６２の移動を一旦停止した状態で行う場合に比べて、ウエハ１６２が上昇し始めてからウエハ１６４に近接するまでの時間をより短縮することができる。

ウエハ１６２が水平になった後は、図１２（Ｃ）に示すように、引き続き位置制御部３２０の制御の下にウエハ１６２を上昇させる。やがて、図１２（Ｄ）に示すように、撮像部２１２、２２２の解像度の限界までウエハ１６２がウエハ１６４に近接した場合は、加圧部１２０の制御を圧力制御部３１０に切り替える。こうして、ウエハ１６２およびウエハ１６４を接合できる。

なお、加圧部１２０の制御が圧力制御部３１０に切り替わった後も、ロードセル１５２、１５４、１５６の検出した圧力を参照してアクチュエータ１３５の動作を制御してもよい。これにより、ウエハ１６２の面内に圧力分布が生じた場合に、当該圧力分布を補償して、ウエハ１６２、１６４を全面にわたって均一に接合させることができる。

図１０乃至図１２に示す例では、支持部１３２および基板保持部１３４を高速で上昇させた後、ウエハ１６２が撮像部２１２、２２２の撮像範囲M内に入ったときに支持部１３２および基板保持部１３４の上昇速度を低下させる例を示したが、これに代えて、支持部１３２および基板保持部１３４を高速で上昇させた後、ウエハ１６２が撮像部２１２、２２２の撮像範囲M内に入ったとき、位置制御部３２０の制御下で、ウエハ１６２がウエハ１６４に平行になるようにアクチュエータを作動させると同時に、支持部１３２および基板保持部１３４の上昇速度を低下させることなく高速でウエハ１６２を上昇させ、撮像部２１２、２２２の解像度が限界に達した後、加圧部１２０の制御を圧力制御部３１０に切り替えると同時に支持部１３２および基板保持部１３４の上昇速度を低下させることができる。

この場合、ウエハ１６２が上昇し始めてからウエハ１６４に近接するまでの時間をより短縮することができるので、一組のウエハ１６２，１６４を互いに接合するのに費やされる時間をより確実に短縮することができる。

図１０乃至図１２に示す例及び上記した変形例において、図１２（Ｄ）に示す状態で加圧部１２０の制御を圧力制御部３１０に切り替えた後、支持部１３２および基板保持部１３４の上昇速度を更に低下させるように加圧部１２０の作動を圧力制御部３１０で制御することができる。この場合、ウエハ１６２からウエハ１６４に作用する力によって各ウエハ１６２，１６４に破損が生じることを、より確実に防止することができる。

また、図１０乃至図１２に示す例では、基板保持部１３４が、球面座１３１および球面部１３３に換えて、複数のアクチュエータ１３５を介して、支持部１３２に支持された例を示したが、これに代えて、基板保持部１３４を球面座１３１及び球面部１３３に加えて複数のアクチュエータ１３５を介して支持部１３２に支持させることができる。

本実施例では、単一のウエハ１６２、１６４同士を互いに重ね合わせる例を示したが、これに代えて、例えば複数のウエハを互いに接合することにより形成される積層体とウエハとを互いに接合するために本発明に係る接合装置１００を用いることができ、また、前記積層体同士を互いに重ね合わせるために本発明に係る接合装置１００を用いることができる。

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。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、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。

接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。 圧力検知部１５０におけるロードセル１５２、１５４、１５６のレイアウトを示す図である。 位置検出機構２００の構造を模式的に示す斜視図である。 位置検出機構２００の側面図である。 接合装置１００の制御系３００の構造を模式的に示す図である。 ひとつの動作段階における接合装置１００の状態を示す断面図である。 他の動作段階における接合装置１００の状態を示す断面図である。 接合装置１００を用いた接合工程の手順を示すフローチャートである。 図８に示した手順の一部に換えて実行できる制御手順を示す部分的なフローチャートである。 他の実施例に係る接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。 接合装置１００が動作し始めた状態を示す断面図である。 接合装置１００を用いた接合作業を、段階を追って示す図である。

符号の説明

１００ 接合装置、 １１０ 枠体、 １１２ 天板、 １１４ 支柱、 １１６ 底板、 １２０ 加圧部、 １２２ シリンダ、 １２４ プランジャ、 １３０ 加圧ステージ、 １３１ 球面座、 １３２ 支持部、 １３３ 球面部、 １３４、１４２ 基板保持部、 １３５ アクチュエータ、 １４０ 受圧ステージ、 １４４ 懸架部、 １５０ 圧力検知部、 １５２、１５４、１５６ ロードセル、 １６２、１６４ ウエハ、 ２００ 位置検出機構、 ２１２、２２２ 撮像部、 ２１４、２２４ 照明部、 ２１６、２２６ コネクタ、 ２１８、２２８ 電源ケーブル、 ３００ 制御系、 ３１０ 圧力制御部、 ３２０ 位置制御部、 ３２２ 目標位置設定部、 ３２４ 目標位置更新部、 ３３０ 近接検知部、 ３４０ 制御切替部

Claims (11)

1. 一対の基板を接合する接合装置であって、
   一方の基板の位置を検出して、検出した位置に基づいて、前記一方の基板が他方の基板に近接する方向及び前記一方の基板が前記他方の基板から離間する方向への前記一方の基板の移動を制御する位置制御部と、
   前記一対の基板が所定の大きさの間隔以下の大きさの間隔で互いに近接していること、または、前記一対の基板が互いに接触していることを検出する近接検知部と、
   前記近接検知部が前記一対の基板の近接または接触を検知した後に、前記一対の基板の間で作用する圧力を検出し、当該圧力が所与の目標圧力に到達するまで、前記一方の基板を前記他方の基板に向けて加圧する圧力制御部と
   を備える接合装置。
2. 前記位置制御部は、検出した前記一方の基板の位置に基づいて目標位置を設定する目標位置設定部と、
   前記近接検知部が前記一対の基板の近接または接触を検知するまで、前記目標位置を、既に設定された前記目標位置よりも前記他方の基板に近接した位置に更新する目標位置更新部とを有する請求項１に記載の接合装置。
3. 前記位置制御部は、前記一対の基板の間隔が小さくなるほど前記近接の移動速度を小さくする請求項１または請求項２に記載の接合装置。
4. 前記圧力制御部は、前記圧力が小さいほど、増圧量を小さくする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の接合装置。
5. 前記接合装置は、前記他方の基板を保持する基板保持部をさらに備え、
   前記圧力制御部は、前記基板保持部に配されて、前記他方の基板に対向する面内の異なる三以上の位置において前記他方の基板が受ける圧力を測定する複数の圧力検知部を含む請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の接合装置。
6. 前記近接検知部は、前記一対の基板の各中央部間の距離と前記他方の基板に対する前記一方の基板の傾斜角度とを検出し、検出した距離及び傾斜角度から、前記一方の基板の縁部の前記他方の基板に最も近接した部分と該他方の基板との間隔を算出し、算出した該間隔の大きさが所定の大きさ以下であるかを検出し、前記間隔の大きさが前記所定の大きさ以下である場合、前記一対の基板が互いに近接していると判断する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の接合装置。
7. 前記位置制御部は、前記近接検知部が前記一対の基板の近接または接触を検知したとき、前記他方の基板へ向けての前記一方の基板の移動速度を減速させる請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の接合装置。
8. 前記一対の基板を撮影する撮像部を更に備え、前記近接検知部は、前記一対の基板間の間隔が前記撮像部の解像度の限界に達したときに前記一対の基板が互いに近接または接触したと判断し、前記圧力制御部は、前記一対の基板の間隔が撮像部の解像度の限界に達した後、前記一方の基板の移動速度が、前記撮像部の解像度が限界に達する前の前記一方の基板の速度よりも遅くなるように該一方の基板の移動を制御する請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接合装置。
9. 前記撮像部は、その撮像範囲内に前記他方の基板が入るように配置されており、前記位置制御部は、前記一方の基板が前記撮像部の撮像範囲内に入ったとき、前記一方の基板の移動速度が、前記一方の基板が前記撮像範囲内に入る前の前記一方の基板の速度よりも遅くなるように該一方の基板の移動を制御する請求項８に記載の接合装置。
10. 前記一方の基板を傾動させるべく少なくとも前記位置制御部の制御下で作動するアクチュエータを更に備え、前記位置制御部は、前記近接検知部が前記一対の基板の近接または接触を検知するまで、前記一方の基板の移動を制御すると共に、前記一方の基板が前記他方の基板に平行になるように前記アクチュエータの作動を制御する請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の接合装置。
11. 一対の基板を接合して接合基板を製造する接合基板の製造方法であって、
    一方の基板の位置を検出して、前記一方の基板の位置が目標位置に到達するまで、前記一方の基板を他方の基板に対して近接移動させ、
    前記一対の基板が十分に近接していること、または、接触していることを検出し、
    前記一対の基板の近接または接触を検知した後に、前記一対の基板の間で作用する圧力を検出し、当該圧力が所与の目標圧力に到達するまで、前記一方の基板を前記他方の基板に向けて加圧する製造方法。

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