JP2013012564A - Surface modification device, bonding system, surface modification method, program, and computer storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を改質する表面改質装置、接合システム、表面改質方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。 The present invention relates to a surface modification device, a bonding system, a surface modification method, a program, and a computer storage medium that modify a surface to be bonded to each other before bonding the substrates together.
近年、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。高集積化した複数の半導体デバイスを水平面内で配置し、これら半導体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、また配線遅延が大きくなることが懸念される。 In recent years, semiconductor devices have been highly integrated. When a plurality of highly integrated semiconductor devices are arranged in a horizontal plane and these semiconductor devices are connected by wiring to produce a product, the wiring length increases, thereby increasing the wiring resistance and wiring delay. There is concern about becoming.
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、例えば接合装置を用いて、2枚の半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という。)の接合が行われる。例えば接合装置は、不活性ガスをプラズマ状態にしてウェハの表面に照射するビーム照射手段と、2枚のウェハを重ね合わせた状態で当該2枚のウェハを押圧する一組のワークローラとを有している。そして、この接合装置では、ビーム照射手段によってウェハの表面(接合面)を改質し、2枚のウェハを重ね合わせた状態で当該2枚のウェハの表面間にファンデルワールス力を発生させて仮接合する。その後、2枚のウェハを押圧することでウェハ同士を接合している(特許文献1)。 Thus, it has been proposed to use a three-dimensional integration technique in which semiconductor devices are stacked three-dimensionally. In this three-dimensional integration technique, for example, two semiconductor wafers (hereinafter referred to as “wafers”) are bonded using a bonding apparatus. For example, the bonding apparatus has a beam irradiation means for irradiating the surface of a wafer with an inert gas in a plasma state, and a set of work rollers for pressing the two wafers in a state where the two wafers are overlapped. doing. In this bonding apparatus, the surface (bonding surface) of the wafer is modified by the beam irradiation means, and Van der Waals force is generated between the surfaces of the two wafers in a state where the two wafers are overlapped. Temporary joining. Thereafter, the wafers are bonded together by pressing two wafers (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の接合装置を用いた場合、ビーム照射手段によってウェハの表面に向けて照射されたプラズマ状態の不活性ガスは、大きい衝突力でウェハの表面に衝突する。このため、ウェハの表面が物理的なダメージを受けるおそれがある。したがって、ウェハの表面の平坦性が損なわれ、その後ウェハ同士を適切に接合できない懸念があった。 However, when the bonding apparatus described in Patent Document 1 is used, the plasma inert gas irradiated toward the wafer surface by the beam irradiation means collides with the wafer surface with a large collision force. For this reason, the surface of the wafer may be physically damaged. Therefore, there is a concern that the flatness of the surface of the wafer is impaired and the wafers cannot be bonded appropriately thereafter.
また、ウェハの表面を改質させるため、上下平行に対向する電極を備え、これらの電極の間で生成されたプラズマによって処理を行う、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を用いることも考えられる。しかしながら、かかる平行平板型のプラズマ処理装置を用いた場合でも、上述と同様に、ウェハは物理的なダメージを被るおそれがある。 In order to modify the surface of the wafer, it is also conceivable to use a so-called parallel plate type plasma processing apparatus that includes electrodes that are vertically opposed to each other and performs processing using plasma generated between these electrodes. However, even when such a parallel plate type plasma processing apparatus is used, the wafer may suffer physical damage as described above.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に改質することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this point, and it aims at modifying the surface of the said board | substrate appropriately before joining board | substrates.
前記の目的を達成するため、本発明は、基板同士を接合する前に、当該基板の接合される表面を改質する表面改質装置であって、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられたイオン通過構造体と、を有し、前記イオン通過構造体は、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記イオン通過構造体には、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されていることを特徴としている。なお、基板の表面とは、基板が接合される接合面をいう。 In order to achieve the above object, the present invention provides a surface modification device for modifying a surface to which substrates are bonded before bonding the substrates to each other, and includes a processing container that accommodates the substrate, and the processing container A placement unit for placing a substrate thereon, a gas supply mechanism for supplying a processing gas into the processing container, a plasma generation mechanism for converting the processing gas into plasma in the processing container, and the processing container The inside is divided into a plasma generation region for converting the processing gas into plasma and a processing region for modifying the surface of the substrate on the mounting portion using ions of the processing gas generated in the plasma generation region. An ion passage structure provided on the ion passage structure, and the ion passage structure includes a pair of electrodes to which a predetermined voltage is applied, and the ion passage structure includes the plasma generation region and the processing region. To the processing gas Ions is characterized by opening passes is formed. Note that the surface of the substrate refers to a bonding surface to which the substrate is bonded.
本発明によれば、イオン通過構造体の一対の電極に所定の電圧を印加することによって、プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンに所定のエネルギーを付与し、当該処理ガスのイオンのみをプラズマ処理領域から処理領域に導入することができる。そして、処理領域において、処理ガスのイオンを用いて載置部上の基板の表面を改質することができる。かかる場合、処理ガスのイオンに所定のエネルギーを付与しているので、従来のようにプラズマを用いた場合に比べて、処理ガスのイオンが基板の表面に到達する際の衝突力は極めて小さい。このため、基板の表面が物理的なダメージを受けることなく、基板の表面の平坦性が損なわれることもない。このように本発明によれば、基板がダメージを受けることなく、当該基板の表面を適切に改質することができる。したがって、その後基板同士を適切に接合することができる。 According to the present invention, by applying a predetermined voltage to the pair of electrodes of the ion passage structure, a predetermined energy is given to the ions of the processing gas generated in the plasma generation region, and only the ions of the processing gas are applied. The plasma treatment region can be introduced into the treatment region. In the processing region, the surface of the substrate on the mounting portion can be modified using the ions of the processing gas. In this case, since predetermined energy is imparted to the ions of the processing gas, the collision force when the ions of the processing gas reach the surface of the substrate is extremely small as compared with the conventional case where plasma is used. For this reason, the surface of the substrate is not physically damaged, and the flatness of the surface of the substrate is not impaired. Thus, according to the present invention, the surface of the substrate can be appropriately modified without damaging the substrate. Accordingly, the substrates can be appropriately bonded thereafter.
前記一対の電極間には、当該一対の電極を電気的に絶縁する絶縁材が設けられていてもよい。 An insulating material that electrically insulates the pair of electrodes may be provided between the pair of electrodes.
前記表面改質装置は、前記一対の電極に印加される所定の電圧を制御して、前記イオン通過構造体を通過する際に前記処理ガスのイオンに付与されるエネルギーを制御する制御部を有していてもよい。 The surface modification device has a control unit that controls a predetermined voltage applied to the pair of electrodes to control energy applied to ions of the processing gas when passing through the ion passage structure. You may do it.
前記表面改質装置は、前記一対の電極間の電流を測定する電流計と、前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御する制御部と、を有していてもよい。 The surface modification device includes an ammeter that measures a current between the pair of electrodes, and an amount of ions of the processing gas that passes through the ion passage structure based on a current value measured by the ammeter. And a control unit for controlling.
前記表面改質装置は、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンによって生じる電流を測定する他の電流計と、前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御する制御部と、を有していてもよい。 The surface modification device is based on other ammeters that measure current generated by ions of the processing gas irradiated to the substrate on the mounting unit, and current values measured by the other ammeters. And a control unit that controls an irradiation amount of ions of the processing gas irradiated onto the substrate on the mounting unit.
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波によって前記処理ガスを励起してプラズマ化してもよい。 The plasma generation mechanism may be converted into plasma by exciting the processing gas with a microwave.
前記処理ガスは、酸素ガスを有していてもよい。 The processing gas may include oxygen gas.
別な観点による本発明は、前記表面改質装置を備えた接合システムであって、前記表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、を有することを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a bonding system including the surface modification device, the surface hydrophilization device for hydrophilizing the surface of the substrate modified by the surface modification device, and the surface hydrophilization device. And a bonding apparatus for bonding substrates whose surfaces are hydrophilized.
また別な観点による本発明は、基板同士を接合する前に、表面改質装置において基板の接合される表面を改質する表面改質方法であって、前記表面改質装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられ、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されているイオン通過構造体と、を有し、前記表面改質方法では、前記プラズマ生成領域において、前記ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記プラズマ生成機構によりプラズマ化し、前記一対の電極に所定の電圧を印加し、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを前記イオン通過構造体を介して前記処理領域に導入し、前記処理領域において、前記処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質することを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a surface modification method for modifying a surface to which a substrate is bonded in a surface modification apparatus before bonding the substrates to each other, wherein the surface modification apparatus contains the substrates. A processing container that is disposed in the processing container, places a substrate thereon, a gas supply mechanism that supplies a processing gas into the processing container, and converts the processing gas into plasma in the processing container Using the plasma generation mechanism, a plasma generation region for converting the processing gas into plasma, and processing gas ions generated in the plasma generation region, the surface of the substrate on the mounting portion is modified. An ion having a pair of electrodes to which a predetermined voltage is applied and an opening through which ions of the processing gas pass from the plasma generation region to the processing region. Passing In the surface modification method, in the plasma generation region, the processing gas supplied from the gas supply mechanism is converted into plasma by the plasma generation mechanism, and a predetermined voltage is applied to the pair of electrodes. And applying process gas ions generated in the plasma generation region to the processing region via the ion passage structure, and using the processing gas ions in the processing region, It is characterized by modifying the surface of the substrate.
前記一対の電極間には、当該一対の電極を電気的に絶縁する絶縁材が設けられていてもよい。 An insulating material that electrically insulates the pair of electrodes may be provided between the pair of electrodes.
前記一対の電極に印加される所定の電圧を制御して、前記イオン通過構造体を通過する際に前記処理ガスのイオンに付与されるエネルギーを制御してもよい。 A predetermined voltage applied to the pair of electrodes may be controlled to control energy applied to the ions of the processing gas when passing through the ion passage structure.
前記表面処理装置は、前記一対の電極間の電流を測定する電流計を有し、前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御してもよい。 The surface treatment apparatus includes an ammeter that measures a current between the pair of electrodes, and based on a current value measured by the ammeter, passage of ions of the treatment gas that passes through the ion passage structure. The amount may be controlled.
前記表面処理装置は、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンによって生じる電流を測定する他の電流計を有し、前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御してもよい。 The surface treatment apparatus includes another ammeter that measures a current generated by ions of the processing gas irradiated onto the substrate on the mounting portion, and based on a current value measured by the other ammeter. The ion irradiation amount of the processing gas applied to the substrate on the mounting portion may be controlled.
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波によって前記処理ガスを励起してプラズマ化してもよい。 The plasma generation mechanism may be converted into plasma by exciting the processing gas with a microwave.
前記処理ガスは、酸素ガスを有していてもよい。 The processing gas may include oxygen gas.
また別な観点による本発明によれば、前記表面改質方法を表面改質装置によって実行させるために、当該表面改質装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a program that operates on a computer of a control unit that controls the surface modification apparatus in order to cause the surface modification apparatus to execute the surface modification method.
さらに別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。 According to another aspect of the present invention, a readable computer storage medium storing the program is provided.
本発明によれば、基板同士を接合する前に、当該基板の表面を適切に改質することができる。 According to the present invention, the surfaces of the substrates can be appropriately modified before the substrates are bonded to each other.
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態にかかる接合システム1の構成の概略を示す平面図である。図2は、接合システム1の内部構成の概略を示す側面図である。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a plan view showing the outline of the configuration of the joining system 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a side view illustrating the outline of the internal configuration of the joining system 1.
接合システム1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。また、上ウェハWUが接合される接合面を「表面WU1」といい、当該表面WU1と反対側の面を「裏面WU2」という。同様に、下ウェハWLが接合される接合面を「表面WL1」といい、当該表面WL1と反対側の面を「裏面WL2」という。そして、接合システム1では、上ウェハWUと下ウェハWLを接合して重合ウェハWTを形成する。なお、本実施の形態においては、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1には、SiO2膜が形成されている。 In the interface system 1, bonding the wafer W U, W L as substrate, for example two as shown in FIG. Hereinafter, the wafer disposed on the upper side may be referred to as “upper wafer W U ”, and the wafer disposed on the lower side may be referred to as “lower wafer W L ”. Further, a bonding surface to which the upper wafer W U is bonded is referred to as “front surface W U1 ”, and a surface opposite to the front surface W U1 is referred to as “back surface W U2 ”. Similarly, the bonding surface to which the lower wafer W L is bonded is referred to as “front surface W L1 ”, and the surface opposite to the front surface W L1 is referred to as “back surface W L2 ”. Then, in the bonding system 1, by joining the upper wafer W U and the lower wafer W L forming the overlapped wafer W T. In the present embodiment, SiO 2 films are formed on the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L.
接合システム1は、図1に示すように例えば外部との間で複数のウェハWU、WL、複数の重合ウェハWTをそれぞれ収容可能なカセットCU、CL、CTが搬入出される搬入出ステーション2と、ウェハWU、WL、重合ウェハWTに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション3とを一体に接続した構成を有している。
As shown in FIG. 1, the bonding system 1 carries in and out cassettes C U , C L , and C T that can accommodate a plurality of wafers W U and W L and a plurality of superposed wafers W T , respectively, with the outside. The loading /
搬入出ステーション2には、カセット載置台10が設けられている。カセット載置台10には、複数、例えば4つのカセット載置板11が設けられている。カセット載置板11は、水平方向のX方向(図1中の上下方向)に一列に並べて配置されている。これらのカセット載置板11には、接合システム1の外部に対してカセットCU、CL、CTを搬入出する際に、カセットCU、CL、CTを載置することができる。このように、搬入出ステーション2は、複数の上ウェハWU、複数の下ウェハWL、複数の重合ウェハWTを保有可能に構成されている。なお、カセット載置板11の個数は、本実施の形態に限定されず、任意に決定することができる。また、カセットの1つを異常ウェハの回収用として用いてもよい。すなわち、種々の要因で上ウェハWUと下ウェハWLとの接合に異常が生じたウェハを、他の正常な重合ウェハWTと分離することができるカセットである。本実施の形態においては、複数のカセットCTのうち、1つのカセットCTを異常ウェハの回収用として用い、他のカセットCTを正常な重合ウェハWTの収容用として用いている。
The loading /
搬入出ステーション2には、カセット載置台10に隣接してウェハ搬送部20が設けられている。ウェハ搬送部20には、X方向に延伸する搬送路21上を移動自在なウェハ搬送装置22が設けられている。ウェハ搬送装置22は、鉛直方向及び鉛直軸周り(θ方向)にも移動自在であり、各カセット載置板11上のカセットCU、CL、CTと、後述する処理ステーション3の第3の処理ブロックG3のトランジション装置50、51との間でウェハWU、WL、重合ウェハWTを搬送できる。
In the loading /
処理ステーション3には、各種装置を備えた複数例えば3つの処理ブロックG1、G2、G3が設けられている。例えば処理ステーション3の正面側(図1のX方向負方向側)には、第1の処理ブロックG1が設けられ、処理ステーション3の背面側(図1のX方向正方向側)には、第2の処理ブロックG2が設けられている。また、処理ステーション3の搬入出ステーション2側(図1のY方向負方向側)には、第3の処理ブロックG3が設けられている。
The
例えば第1の処理ブロックG1には、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質する表面改質装置30が配置されている。本実施の形態では、表面改質装置30において、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1におけるSiO2の二重結合を切断して単結合のSiOとすることで、当該表面WU1、WL1を改質する。
For example, in the first processing block G1, a
例えば第2の処理ブロックG2には、例えば純水によってウェハWU、WLの表面WU1、WL1を親水化すると共に当該表面WU1、WL1を洗浄する表面親水化装置40、ウェハWU、WLを接合する接合装置41が、搬入出ステーション2側からこの順で水平方向のY方向に並べて配置されている。
For example, the second processing block G2 includes, for example, a
例えば第3の処理ブロックG3には、図2に示すようにウェハWU、WL、重合ウェハWTのトランジション装置50、51が下から順に2段に設けられている。
For example, the third processing block G3, the wafer W U as shown in FIG. 2, W L, a
図1に示すように第1の処理ブロックG1〜第3の処理ブロックG3に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域60が形成されている。ウェハ搬送領域60には、例えばウェハ搬送装置61が配置されている。
As shown in FIG. 1, a
ウェハ搬送装置61は、例えば鉛直方向、水平方向(Y方向、X方向)及び鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置61は、ウェハ搬送領域60内を移動し、周囲の第1の処理ブロックG1、第2の処理ブロックG2及び第3の処理ブロックG3内の所定の装置にウェハWU、WL、重合ウェハWTを搬送できる。
The
次に、上述した表面改質装置30の構成について説明する。表面改質装置30は、図4に示すように処理容器100を有している。処理容器100の上面は開口し、当該上面開口部に後述するラジアルラインスロットアンテナ120が配置されて、処理容器100は内部を密閉可能に構成されている。
Next, the configuration of the
処理容器100のウェハ搬送領域60側の側面には、ウェハWU、WLの搬入出口101が形成され、当該搬入出口101にはゲートバルブ102が設けられている。
The side surface of the
処理容器100の底面には、吸気口103が形成されている。吸気口103には、処理容器100の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧する吸気装置104に連通する吸気管105が接続されている。
An
また、処理容器100の底面には、ウェハWU、WLを載置する載置部としての載置台110が設けられている。載置台110は、例えば静電吸着や真空吸着によってウェハWU、WLを載置することができる。載置台110には、後述するように載置台110上のウェハWU、WLに照射される処理ガスのイオン(酸素イオン)によって生じるイオン電流を測定する他の電流計としてのイオン電流計111が設けられている。
In addition, on the bottom surface of the
載置台110には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構112が内蔵されている。温度調節機構112は、冷却媒体の温度を調整する液温調節部113に接続されている。そして、液温調節部113によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台110の温度を制御できる。この結果、載置台110上に載置されたウェハWを所定の温度に維持できる。
In the mounting table 110, for example, a
なお、載置台110の下方には、ウェハWU、WLを下方から支持し昇降させるための昇降ピン(図示せず)が設けられている。昇降ピンは、載置台110に形成された貫通孔(図示せず)を挿通し載置台110の上面から突出可能になっている。 Incidentally, below the mounting table 110, the wafer W U, the lift pins for supporting and elevating the the W L from below (not shown) is provided. The elevating pins can be protruded from the upper surface of the mounting table 110 through a through hole (not shown) formed in the mounting table 110.
処理容器100の上面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ120(RLSA:Radial Line Slot Antenna)が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ120は、下面が開口したアンテナ本体121を備えている。アンテナ本体121の内部には、例えば冷却媒体を流通させる流通路(図示せず)が設けられている。
A radial line slot antenna 120 (RLSA: Radial Line Slot Antenna) that supplies microwaves for plasma generation is provided in the upper surface opening of the
アンテナ本体121の下面の開口部には、複数のスロットが形成され、アンテナとして機能するスロット板122が設けられている。スロット板122の材料には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。アンテナ本体121内のスロット板122の上部には、遅相板123が設けられている。遅相板123の材料には、低損失誘電体材料、例えば石英、アルミナ、窒化アルミニウム等が用いられる。
A plurality of slots are formed in the opening on the lower surface of the
アンテナ本体121及びスロット板122の下方には、マイクロ波透過板124が設けられている。マイクロ波透過板124は、例えばOリング等のシール材(図示せず)を介して、処理容器100の内部を塞ぐように配置されている。マイクロ波透過板124の材料には、誘電体、例えば石英やAl2O3等が用いられる。
A
アンテナ本体121の上部には、マイクロ波発振装置125に通じる同軸導波管126が接続されている。マイクロ波発振装置125は、処理容器100の外部に設置されており、ラジアルラインスロットアンテナ120に対し、所定周波数、例えば2.45GHzのマイクロ波を発振できる。
A
かかる構成により、マイクロ波発振装置125から発振されたマイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナ120内に伝搬され、遅相板123で圧縮され短波長化され、スロット板122で円偏波を発生させた後、マイクロ波透過板124を透過して処理容器100内に向けて放射される。なお、本実施の形態では、ラジアルラインスロットアンテナ120、マイクロ波発振装置125、同軸導波管126が、本発明におけるプラズマ生成機構を構成している。
With this configuration, the microwave oscillated from the
処理容器100の側面には、当該処理容器100内に処理ガスとしての酸素ガスを供給するガス供給管130が接続されている。ガス供給管130は、後述するイオン通過構造体140の上方に配置され、処理容器100内のプラズマ生成領域R1に酸素ガスを供給する。また、ガス供給管130には、内部に酸素ガスを貯留するガス供給源131に連通している。ガス供給管130には、酸素ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群132が設けられている。なお、本実施の形態では、ガス供給管130、ガス供給源131、供給機器群132が、本発明におけるガス供給機構を構成している。
A
処理容器100内の載置台110とラジアルラインスロットアンテナ120との間には、イオン通過構造体140が設けられている。すなわち、イオン通過構造体140は、処理容器100の内部を、ガス供給管130から供給された酸素ガスをラジアルラインスロットアンテナ120から放射されたマイクロ波によってプラズマ化するプラズマ生成領域R1と、プラズマ生成領域R1で生成された酸素イオンを用いて載置台110上のウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質する処理領域R2に区画するように設けられている。
An
イオン通過構造体140は、一対の電極141、142を有している。以下、上部に配置された電極を「上部電極141」といい、下部に配置された電極を「下部電極142」という場合がある。一対の電極141、142間には、当該一対の電極141、142を電気的に絶縁する絶縁材143が設けられている。
The
各電極141、142は、図4及び図5に示すように平面視においてウェハWU、WLの径よりも大きい円形状を有している。また、各電極141、142には、プラズマ生成領域R1から処理領域R2に酸素イオンが通過する開口部144が複数形成されている。これら複数の開口部144は、例えば格子状に配置されている。なお、複数の開口部144の形状や配置は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。
Each of the
ここで、各開口部144の寸法は、例えばラジアルラインスロットアンテナ120から放射されるマイクロ波の波長よりも短く設定されるのが好ましい。こうすることによって、ラジアルラインスロットアンテナ120から供給されたマイクロ波がイオン通過構造体140で反射され、マイクロ波の処理領域R2への進入を抑制できる。この結果、載置台110上のウェハWU、WLがマイクロ波に直接曝されることがなく、マイクロ波によるウェハWU、WLの損傷を防止できる。
Here, the dimension of each
イオン通過構造体140には、一対の電極141、142間に所定の電圧を印加する電源145が接続されている。この電源145によって印加される所定の電圧は、後述する制御部300によって制御され、最大電圧は例えば1KeVである。また、イオン通過構造体140には、一対の電極141、142間を流れる電流を測定する電流計146が接続されている。
A
次に、上述した表面親水化装置40の構成について説明する。表面親水化装置40は、図6に示すように内部を密閉可能な処理容器150を有している。処理容器150のウェハ搬送領域60側の側面には、図7に示すようにウェハWU、WLの搬入出口151が形成され、当該搬入出口151には開閉シャッタ152が設けられている。
Next, the structure of the
処理容器150内の中央部には、図6に示すようにウェハWU、WLを保持して回転させるスピンチャック160が設けられている。スピンチャック160は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハWU、WLを吸引する吸引口(図示せず)が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハWU、WLをスピンチャック160上に吸着保持できる。
A
スピンチャック160は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部161を有し、そのチャック駆動部161により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部161には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック160は昇降自在になっている。
The
スピンチャック160の周囲には、ウェハWU、WLから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ162が設けられている。カップ162の下面には、回収した液体を排出する排出管163と、カップ162内の雰囲気を真空引きして排気する排気管164が接続されている。
Around the
図7に示すようにカップ162のX方向負方向(図7の下方向)側には、Y方向(図7の左右方向)に沿って延伸するレール170が形成されている。レール170は、例えばカップ162のY方向負方向(図7の左方向)側の外方からY方向正方向(図7の右方向)側の外方まで形成されている。レール170には、例えばノズルアーム171とスクラブアーム172が取り付けられている。
As shown in FIG. 7, a
ノズルアーム171には、図6及び図7に示すようにウェハWU、WLに純水を供給する純水ノズル173が支持されている。ノズルアーム171は、図7に示すノズル駆動部174により、レール170上を移動自在である。これにより、純水ノズル173は、カップ162のY方向正方向側の外方に設置された待機部175からカップ162内のウェハWU、WLの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハWU、WL上をウェハWU、WLの径方向に移動できる。また、ノズルアーム171は、ノズル駆動部174によって昇降自在であり、純水ノズル173の高さを調節できる。
The
純水ノズル173には、図6に示すように当該純水ノズル173に純水を供給する供給管176が接続されている。供給管176は、内部に純水を貯留する純水供給源177に連通している。また、供給管176には、純水の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群178が設けられている。
As shown in FIG. 6, a
スクラブアーム172には、スクラブ洗浄具180が支持されている。スクラブ洗浄具180の先端部には、例えば複数の糸状やスポンジ状のブラシ180aが設けられている。スクラブアーム172は、図7に示す洗浄具駆動部181によってレール170上を移動自在であり、スクラブ洗浄具180を、カップ162のY方向負方向側の外方からカップ162内のウェハWU、WLの中心部上方まで移動させることができる。また、洗浄具駆動部181によって、スクラブアーム172は昇降自在であり、スクラブ洗浄具180の高さを調節できる。
A
なお、以上の構成では、純水ノズル173とスクラブ洗浄具180が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持されていてもよい。また、純水ノズル173を省略して、スクラブ洗浄具180から純水を供給するようにしてもよい。さらに、カップ162を省略して、処理容器150の底面に液体を排出する排出管と、処理容器150内の雰囲気を排気する排気管を接続してもよい。また、以上の構成の表面親水化装置40において、帯電防止用のイオナイザ(図示せず)を設けてもよい。
In the above configuration, the
次に、上述した接合装置41の構成について説明する。接合装置41は、図8に示すように内部を密閉可能な処理容器190を有している。処理容器190のウェハ搬送領域60側の側面には、ウェハWU、WL、重合ウェハWTの搬入出口191が形成され、当該搬入出口191には開閉シャッタ192が設けられている。
Next, the structure of the joining
処理容器190の内部は、内壁193によって、搬送領域T1と処理領域T2に区画されている。上述した搬入出口191は、搬送領域T1における処理容器190の側面に形成されている。また、内壁193にも、ウェハWU、WL、重合ウェハWTの搬入出口194が形成されている。
The inside of the
搬送領域T1のX方向正方向側には、ウェハWU、WL、重合ウェハWTを一時的に載置するためのトランジション200が設けられている。トランジション200は、例えば2段に形成され、ウェハWU、WL、重合ウェハWTのいずれか2つを同時に載置することができる。
A
搬送領域T1には、X方向に延伸する搬送路201上を移動自在なウェハ搬送体202が設けられている。ウェハ搬送体202は、図8及び図9に示すように鉛直方向及び鉛直軸周りにも移動自在であり、搬送領域T1内、又は搬送領域T1と処理領域T2との間でウェハWU、WL、重合ウェハWTを搬送できる。なお、本実施の形態では、搬送路201及びウェハ搬送体202が搬送機構を構成している。
In the transfer region T1, a
搬送領域T1のX方向負方向側には、ウェハWU、WLの水平方向の向きを調節する位置調節機構210が設けられている。位置調節機構210は、図10に示すように基台211と、ウェハWU、WLを吸着保持して回転させる保持部212と、ウェハWU、WLのノッチ部の位置を検出する検出部213と、を有している。そして、位置調節機構210では、保持部212に吸着保持されたウェハWU、WLを回転させながら検出部213でウェハWU、WLのノッチ部の位置を検出することで、当該ノッチ部の位置を調節してウェハWU、WLの水平方向の向きを調節している。
A
また、搬送領域T1には、当該搬送領域T1と処理領域T2との間を移動し、且つ上ウェハWUの表裏面を反転させる反転機構220が設けられている。反転機構220は、図11に示すように上ウェハWUを保持する保持アーム221を有している。保持アーム221上には、上ウェハWUを吸着して水平に保持する吸着パッド222が設けられている。保持アーム221は、第1の駆動部223に支持されている。この第1の駆動部223により、保持アーム221は水平軸周りに回動自在であり、且つ水平方向に伸縮できる。第1の駆動部223の下方には、第2の駆動部224が設けられている。この第2の駆動部224により、第1の駆動部223は鉛直軸周りに回転自在であり、且つ鉛直方向に昇降できる。さらに、第2の駆動部224は、図8及び図9に示すY方向に延伸するレール225に取り付けられている。レール225は、処理領域T2から搬送領域T1まで延伸している。この第2の駆動部224により、反転機構220は、レール225に沿って位置調節機構210と後述する上部チャック230との間を移動可能になっている。そして、反転機構220は、ウェハWU、WL、重合ウェハWTを搬送する搬送機構としての機能も有している。なお、反転機構220の構成は、上記実施の形態の構成に限定されず、上ウェハWUの表裏面を反転させることができればよい。また、反転機構220は、処理領域T2に設けられていてもよい。さらに、ウェハ搬送体202に反転機構を付与し、反転機構220の位置に別の搬送手段を設けてもよい。また、位置調節機構210に反転機構を付与し、反転機構220の位置に別の搬送手段を設けてもよい。
Further, in the transfer region T1 is inverting
処理領域T2には、図8及び図9に示すように上ウェハWUを下面で吸着保持する上部チャック230と、下ウェハWLを上面で載置して吸着保持する下部チャック231とが設けられている。下部チャック231は、上部チャック230の下方に設けられ、上部チャック230と対向配置可能に構成されている。すなわち、上部チャック230に保持された上ウェハWUと下部チャック231に保持された下ウェハWLは対向して配置可能となっている。
The processing region T2, provided with an
上部チャック230は、図9に示すように処理容器190の天井面に設けられた支持部材232に支持されている。支持部材232は、上部チャック230の上面外周部を支持している。下部チャック231の下方には、シャフト233を介してチャック駆動部234が設けられている。このチャック駆動部234により、下部チャック231は鉛直方向に昇降自在、且つ水平方向に移動自在になっている。また、チャック駆動部234によって、下部チャック231は鉛直軸周りに回転自在になっている。また、下部チャック231の下方には、下ウェハWLを下方から支持し昇降させるための昇降ピン(図示せず)が設けられている。昇降ピンは、下部チャック231に形成された貫通孔(図示せず)を挿通し、下部チャック231の上面から突出可能になっている。なお、本実施の形態では、シャフト233及びチャック駆動部234が昇降機構及び移動機構を構成している。
As shown in FIG. 9, the
上部チャック230は、図12に示すように複数、例えば3つの領域230a、230b、230cに区画されている。これら領域230a、230b、230cは、図13に示すように上部チャック230の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域230aは平面視において円形状を有し、領域230b、230cは平面視において環状形状を有している。各領域230a、230b、230cには、図12に示すように上ウェハWUを吸着保持するための吸引管240a、240b、240cがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管240a、240b、240cには、異なる真空ポンプ241a、241b、241cがそれぞれ接続されている。したがって、上部チャック230は、各領域230a、230b、230c毎に上ウェハWUの真空引きを設定可能に構成されている。
As shown in FIG. 12, the
なお、以下において、上述した3つの領域230a、230b、230cを、それぞれ第1の領域230a、第2の領域230b、第3の領域230cという場合がある。また、吸引管240a、240b、240cを、それぞれ第1の吸引管240a、第2の吸引管240b、第3の吸引管240cという場合がある。さらに、真空ポンプ241a、241b、241cを、それぞれ第1の真空ポンプ241a、第2の真空ポンプ241b、第3の真空ポンプ241cという場合がある。
In the following, the three
上部チャック230の中心部には、当該上部チャック230を厚み方向に貫通する貫通孔242が形成されている。この上部チャック230の中心部は、当該上部チャック230に吸着保持される上ウェハWUの中心部に対応している。そして、貫通孔242には、後述する押動部材250の押動ピン251が挿通するようになっている。
A through
上部チャック230の上面には、上ウェハWUの中心部を押圧する押動部材250が設けられている。押動部材250は、シリンダ構造を有し、押動ピン251と当該押動ピン251が昇降する際のガイドとなる外筒252とを有している。押動ピン251は、例えばモータを内蔵した駆動部(図示せず)によって、貫通孔242を挿通して鉛直方向に昇降自在になっている。そして、押動部材250は、後述するウェハWU、WLの接合時に、上ウェハWUの中心部と下ウェハWLの中心部とを当接させて押圧することができる。
On the upper surface of the
上部チャック230には、下ウェハWLの表面WL1を撮像する第2の撮像部材としての上部撮像部材253が設けられている。上部撮像部材253には、例えば広角型のCCDカメラが用いられる。なお、上部撮像部材253は、上部チャック230上に設けられていてもよい。
The
下部チャック231は、図14に示すように複数、例えば2つの領域231a、231bに区画されている。これら領域231a、231bは、下部チャック231の中心部から外周部に向けてこの順で設けられている。そして、領域231aは平面視において円形状を有し、領域231bは平面視において環状形状を有している。各領域231a、231bには、図12に示すように上ウェハWUを吸着保持するための吸引管260a、260bがそれぞれ独立して設けられている。各吸引管260a、260bには、異なる真空ポンプ261a、261bがそれぞれ接続されている。したがって、下部チャック231は、各領域231a、231b毎に下ウェハWLの真空引きを設定可能に構成されている。
As shown in FIG. 14, the
下部チャック231の外周部には、ウェハWU、WL、重合ウェハWTが当該下部チャック231から飛び出したり、滑落するのを防止するストッパ部材262が設けられている。ストッパ部材262は、その頂部が少なくとも下部チャック231上の重合ウェハWTよりも上方に位置するように鉛直方向に延伸している。また、ストッパ部材262は、図14に示すように下部チャック231の外周部に複数個所、例えば5箇所に設けられている。
The outer peripheral portion of the
下部チャック231には、図12に示すように上ウェハWUの表面WU1を撮像する第1の撮像部材としての下部撮像部材263が設けられている。下部撮像部材263には、例えば広角型のCCDカメラが用いられる。なお、下部撮像部材263は、下部チャック231上に設けられていてもよい。
The
以上の接合システム1には、図1に示すように制御部300が設けられている。制御部300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、接合システム1におけるウェハWU、WL、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における後述のウェハ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300にインストールされたものであってもよい。
The above joining system 1 is provided with a
次に、以上のように構成された接合システム1を用いて行われるウェハWU、WLの接合処理方法について説明する。図15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る。 Next, a method for bonding the wafers W U and W L performed using the bonding system 1 configured as described above will be described. FIG. 15 is a flowchart showing an example of main steps of the wafer bonding process.
先ず、複数枚の上ウェハWUを収容したカセットCU、複数枚の下ウェハWLを収容したカセットCL、及び空のカセットCTが、搬入出ステーション2の所定のカセット載置板11に載置される。その後、ウェハ搬送装置22によりカセットCU内の上ウェハWUが取り出され、処理ステーション3の第3の処理ブロックG3のトランジション装置50に搬送される。
First, the cassette C U, the cassette C L accommodating the lower wafer W L of the plurality, and the empty cassette C T is a predetermined
次に上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61によって第1の処理ブロックG1の表面改質装置30に搬送される。表面改質装置30に搬入された上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61から載置台110の上面に受け渡され載置される。その後、ウェハ搬送装置61が表面改質装置30から退出し、ゲートバルブ102が閉じられる。なお、載置台110に載置された上ウェハWUは、温度調節機構112によって所定の温度、例えば25℃〜30℃に維持される。
Then the upper wafer W U is transferred to the
その後、吸気装置104を作動させ、吸気口103を介して処理容器100の内部の雰囲気が所定の真空度、例えば67Pa〜333Pa(0.5Torr〜2.5Torr)まで減圧される。そして、後述するように上ウェハWUを処理中、処理容器100内の雰囲気は上記所定の真空度に維持される。
Thereafter, the
その後、ガス供給管130から処理容器100内のプラズマ生成領域R1に向けて、酸素ガスが供給される。また、ラジアルラインスロットアンテナ120からプラズマ生成領域R1に向けて、例えば2.45GHzのマイクロ波が放射される。このマイクロ波の放射によって、プラズマ生成領域R1内において酸素ガスが励起されてプラズマ化され、例えば酸素ガスがイオン化する。このとき、下方に進行するマイクロ波は、イオン通過構造体140で反射し、プラズマ生成領域R1内に留まる。この結果、プラズマ生成領域R1内には、高密度のプラズマが生成される。
Thereafter, oxygen gas is supplied from the
続いて、イオン通過構造体140において、電源145により一対の電極141、142に所定の電圧を印加する。そうすると、この一対の電極141、142によって、プラズマ生成領域R1で生成された酸素イオンのみが、イオン通過構造体140の開口部144を通過して処理領域R2に流入する。
Subsequently, in the
このとき、制御部300によって、一対の電極141、142間に印加され電圧を制御することで、当該一対の電極141、142を通過する酸素イオンに付与されるエネルギーが制御される。この酸素イオンに付与されるエネルギーは、上ウェハWUの表面WU1のSiO2の二重結合を切断して単結合のSiOとするのに十分なエネルギーであって、当該表面WU1が損傷しないエネルギーに設定される。
At this time, the energy applied to the oxygen ions passing through the pair of
また、このとき、電流計146によって一対の電極141、142間を流れる電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、イオン通過構造体140を通過する酸素イオンの通過量が把握される。そして、制御部300では、把握された酸素イオンの通過量に基づいて、当該通過量が所定の値になるように、ガス供給管130からの酸素ガスの供給量や、一対の電極141、142間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
At this time, the current value of the current flowing between the pair of
その後、処理領域R2に導入された酸素イオンは、載置台110上の上ウェハWUの表面WU1に照射されて注入される。そして、照射された酸素イオンによって、表面WU1におけるSiO2の二重結合が切断されて単結合のSiOとなる。また、この表面WU1の改質には酸素イオンが用いられているため、上ウェハWUの表面WU1に照射された酸素イオン自体がSiOの結合に寄与する。こうして、上ウェハWUの表面WU1が改質される(図15の工程S1)。 Then, oxygen ions are introduced into the processing region R2 is injected is irradiated onto the surface W U1 of the upper wafer W U on the mounting table 110. Then, the irradiated oxygen ions, a double bond of SiO 2 is cut in the surface W U1 a single bond SiO. Also, because this is the modification of the surface W U1 it has been used oxygen ions, oxygen ions themselves which are applied to the surface W U1 of the upper wafer W U contributes to the binding of SiO. Thus, the surface W U1 of the upper wafer W U is modified (Step S1 in FIG. 15).
このとき、イオン電流計111によって、上ウェハWUの表面WU1に照射された酸素イオンによって生じるイオン電流の電流値を測定する。この測定された電流値に基づいて、上ウェハWUの表面WU1に照射される酸素イオンの照射量が把握される。そして、制御部300では、把握された酸素イオンの照射量に基づいて、当該照射量が所定の値になるように、ガス供給管130からの酸素ガスの供給量や、一対の電極141、142間の電圧等、種々のパラメータを制御する。
At this time, the
次に上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61によって第2の処理ブロックG2の表面親水化装置40に搬送される。表面親水化装置40に搬入された上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61からスピンチャック160に受け渡され吸着保持される。
Then the upper wafer W U is transferred to a
続いて、ノズルアーム171によって待機部175の純水ノズル173を上ウェハWUの中心部の上方まで移動させると共に、スクラブアーム172によってスクラブ洗浄具180を上ウェハWU上に移動させる。その後、スピンチャック160によって上ウェハWUを回転させながら、純水ノズル173から上ウェハWU上に純水を供給する。そうすると、表面改質装置30において改質された上ウェハWUの表面WU1に水酸基(シラノール基)が付着して当該表面WU1が親水化される。また、純水ノズル173からの純水とスクラブ洗浄具180によって、上ウェハWUの表面WU1が洗浄される(図15の工程S2)。
Subsequently, the
次に上ウェハWUは、ウェハ搬送装置61によって第2の処理ブロックG2の接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された上ウェハWUは、トランジション200を介してウェハ搬送体202により位置調節機構210に搬送される。そして位置調節機構210によって、上ウェハWUの水平方向の向きが調節される(図15の工程S3)。
Then the upper wafer W U is transferred to the
その後、位置調節機構210から反転機構220の保持アーム221に上ウェハWUが受け渡される。続いて搬送領域T1において、保持アーム221を反転させることにより、上ウェハWUの表裏面が反転される(図15の工程S4)。すなわち、上ウェハWUの表面WU1が下方に向けられる。なお、上ウェハWUの表裏面の反転は、後述する反転機構220の移動中に行われてもよい。
Thereafter, the upper wafer W U is transferred from the
その後、反転機構220が上部チャック230側に移動し、反転機構220から上部チャック230に上ウェハWUが受け渡される。上ウェハWUは、上部チャック230にその裏面WU2が吸着保持される(図15の工程S5)。このとき、すべての真空ポンプ241a、241b、241cを作動させ、上部チャック230のすべての領域230a、230b、230cにおいて、上ウェハWUを真空引きしている。上ウェハWUは、後述する下ウェハWLが接合装置41に搬送されるまで上部チャック230で待機する。
Thereafter, the reversing
上ウェハWUに上述した工程S1〜S5の処理が行われている間、当該上ウェハWUに続いて下ウェハWLの処理が行われる。先ず、ウェハ搬送装置22によりカセットCL内の下ウェハWLが取り出され、処理ステーション3のトランジション装置50に搬送される。
During the processing of steps S1~S5 described above on the wafer W U is being performed, the processing of the lower wafer W L Following the on wafer W U is performed. First, the lower wafer W L in the cassette C L is taken out by the
次に下ウェハWLは、ウェハ搬送装置61によって表面改質装置30に搬送され、下ウェハWLの表面WL1が改質される(図15の工程S6)。なお、工程S6における下ウェハWLの表面WL1の改質は、上述した工程S1と同様である。
Lower wafer W L is then transported to the
その後、下ウェハWLは、ウェハ搬送装置61によって表面親水化装置40に搬送され、下ウェハWLの表面WL1が親水化される共に当該表面WL1が洗浄される(図15の工程S7)。なお、工程S7における下ウェハWLの表面WL1の親水化及び洗浄は、上述した工程S2と同様であるので詳細な説明を省略する。
Thereafter, the lower wafer W L is transferred to the
その後、下ウェハWLは、ウェハ搬送装置61によって接合装置41に搬送される。接合装置41に搬入された下ウェハWLは、トランジション200を介してウェハ搬送体202により位置調節機構210に搬送される。そして位置調節機構210によって、下ウェハWLの水平方向の向きが調節される(図15の工程S8)。
Thereafter, the lower wafer W L is transported to the
その後、下ウェハWLは、ウェハ搬送体202によって下部チャック231に搬送され、下部チャック231に吸着保持される(図15の工程S9)。このとき、すべての真空ポンプ261a、261bを作動させ、下部チャック231のすべての領域231a、231bにおいて、下ウェハWLを真空引きしている。そして、下ウェハWLの表面WL1が上方を向くように、当該下ウェハWLの裏面WL2が下部チャック231に吸着保持される。
Thereafter, the lower wafer W L is transferred to the
次に、上部チャック230に保持された上ウェハWUと下部チャック231に保持された下ウェハWLとの水平方向の位置調節を行う。図16に示すように下ウェハWLの表面WL1には予め定められた複数、例えば4点以上の基準点Aが形成され、同様に上ウェハWUの表面WU1には予め定められた複数、例えば4点以上の基準点Bが形成されている。これら基準点A、Bとしては、例えばウェハWL、WU上に形成された所定のパターンがそれぞれ用いられる。そして、上部撮像部材253を水平方向に移動させ、下ウェハWLの表面WL1が撮像される。また、下部撮像部材263を水平方向に移動させ、上ウェハWUの表面WU1が撮像される。その後、上部撮像部材253が撮像した画像に表示される下ウェハWLの基準点Aの位置と、下部撮像部材263が撮像した画像に表示される上ウェハWUの基準点Bの位置とが合致するように、下部チャック231によって下ウェハWLの水平方向の位置(水平方向の向きを含む)が調節される。すなわち、チャック駆動部234によって、下部チャック231を水平方向に移動させて、下ウェハWLの水平方向の位置が調節される。こうして上ウェハWUと下ウェハWLとの水平方向の位置が調節される(図15の工程S10)。
Next, the adjusted horizontal position of the wafer W U and the lower wafer held by the lower chuck 231 W L after being held in the
なお、ウェハWU、WLの水平方向きは、工程S3、S8において位置調節機構210によって調節されているが、工程S10において微調節が行われる。また、本実施の形態の工程S10では、基準点A、Bとして、ウェハWL、WU上に形成された所定のパターンを用いていたが、その他の基準点を用いることもできる。例えばウェハWL、WUの外周部とノッチ部を基準点として用いることができる。
The horizontal direction of the wafers W U and W L is adjusted by the
その後、チャック駆動部234によって、図17に示すように下部チャック231を上昇させ、下ウェハWLを所定の位置に配置する。このとき、下ウェハWLの表面WL1と上ウェハWUの表面WU1との間の間隔が所定の距離、例えば50μmになるように下ウェハWLを配置する。こうして上ウェハWUと下ウェハWLとの鉛直方向の位置が調節される(図15の工程S11)。なお、工程S5〜工程S11において、上部チャック230のすべての領域230a、230b、230cにおいて、上ウェハWUを真空引きしている。同様に工程S9〜工程S11において、下部チャック231のすべての領域231a、231bにおいて、下ウェハWLを真空引きしている。
Thereafter, the
その後、第1の真空ポンプ241aの作動を停止して、図18に示すように第1の領域230aにおける第1の吸引管240aからの上ウェハWUの真空引きを停止する。このとき、第2の領域230bと第3の領域230cでは、上ウェハWUが真空引きされて吸着保持されている。その後、押動部材250の押動ピン251を下降させることによって、上ウェハWUの中心部を押圧しながら当該上ウェハWUを下降させる。このとき、押動ピン251には、上ウェハWUがない状態で当該押動ピン251が70μm移動するような荷重、例えば200gがかけられる。そして、押動部材250によって、上ウェハWUの中心部と下ウェハWLの中心部を当接させて押圧する(図15の工程S12)。
Then, stop the operation of the
そうすると、押圧された上ウェハWUの中心部と下ウェハWLの中心部との間で接合が開始する(図18中の太線部)。すなわち、上ウェハWUの表面WU1と下ウェハWLの表面WL1はそれぞれ工程S1、S6において改質されているため、先ず、表面WU1、WL1間にファンデルワールス力が生じ、当該表面WU1、WL1同士が接合される。さらに、上ウェハWUの表面WU1と下ウェハWLの表面WL1はそれぞれ工程S2、S7において親水化されているため、表面WU1、WL1間の親水基が水素結合し、表面WU1、WL1同士が強固に接合される。 Then, the bonding is started between the central portion of the central portion and the lower wafer W L of the upper wafer W U which pressed (thick line portion in FIG. 18). That is, since the surface W U1 of the upper wafer W U and the surface W L1 of the lower wafer W L are respectively modified in steps S1 and S6, first, van der Waals force is generated between the surfaces W U1 and W L1 , The surfaces W U1 and W L1 are joined to each other. Further, since the surface W U1 of the upper wafer W U and the surface W L1 of the lower wafer W L are hydrophilized in steps S2 and S7, respectively, hydrophilic groups between the surfaces W U1 and W L1 are hydrogen-bonded. U1 and WL1 are firmly joined to each other.
その後、図19に示すように押動部材250によって上ウェハWUの中心部と下ウェハWLの中心部を押圧した状態で、第2の真空ポンプ241bの作動を停止して、第2の領域230bにおける第2の吸引管240bからの上ウェハWUの真空引きを停止する。そうすると、第2の領域230bに保持されていた上ウェハWUが下ウェハWL上に落下する。さらにその後、第3の真空ポンプ241cの作動を停止して、第3の領域230cにおける第3の吸引管240cからの上ウェハWUの真空引きを停止する。このように上ウェハWUの中心部から外周部に向けて、上ウェハWUの真空引きを停止し、上ウェハWUが下ウェハWL上に順次落下して当接する。そして、上述した表面WU1、WL1間のファンデルワールス力と水素結合による接合が、上述した結合が順次拡がる。こうして、図20に示すように上ウェハWUの表面WU1と下ウェハWLの表面WL1が全面で当接し、上ウェハWUと下ウェハWLが接合される(図15の工程S13)。
Then, while pressing the center portion of the center and lower wafer W L of the upper wafer W U by pressing
その後、図21に示すように押動部材250を上部チャック230まで上昇させる。また、下部チャック231において吸引管260a、260bからの下ウェハWLの真空引きを停止して、下部チャック231による下ウェハWLの吸着保持を停止する。
Thereafter, the pushing
上ウェハWUと下ウェハWLが接合された重合ウェハWTは、ウェハ搬送装置61によってトランジション装置51に搬送され、その後搬入出ステーション2のウェハ搬送装置22によって所定のカセット載置板11のカセットCTに搬送される。こうして、一連のウェハWU、WLの接合処理が終了する。
The upper wafer W U and the lower wafer W L overlapped wafer bonded W T is transferred to the
以上の実施の形態によれば、表面改質装置30において、イオン通過構造体140の一対の電極141、142間に所定の電圧を印加することによって、プラズマ生成領域R1で生成された酸素イオンに所定のエネルギーを付与し、当該酸素イオンのみをプラズマ処理領域R1から処理領域R2に導入することができる。そして、処理領域R2において、酸素イオンを用いて載置台110上のウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質することができる。かかる場合、酸素イオンに所定のエネルギーを付与しているので、従来のようにプラズマを用いた場合に比べて、当該酸素イオンがウェハWU、WLの表面WU1、WL1に到達する際の衝突力は極めて小さい。このため、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1が物理的なダメージを受けることなく、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1の平坦性が損なわれることもない。このように本実施の形態によれば、ウェハWU、WLがダメージを受けることなく、表面WU1、WL1を適切に改質することができる。したがって、その後ウェハWU、WL同士を適切に接合することができる。
According to the above embodiment, in the
また、本実施の形態の表面改質装置30を用いた場合、制御部300によって種々のパラメータを適切に制御し、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1を適切に改質することができる。
In addition, when the
すなわち、制御部300によって、一対の電極141、142間に印加され電圧を制御することで、当該一対の電極141、142を通過する酸素イオンに付与されるエネルギーを適切に制御できる。
That is, the energy applied to the oxygen ions that pass through the pair of
また、制御部300によって、電流計146で測定される一対の電極141、142間の電流値に基づき、イオン通過構造体140を通過する酸素イオンの通過量を制御できる。
Further, the
さらに、制御部300によって、イオン電流計111で測定されるイオン電流の電流値に基づき、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1に照射される酸素イオンの照射量を制御できる。
Further, the
このように、一対の電極141、142間の電圧、イオン通過構造体140を通過する酸素イオンの通過量、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1に照射される酸素イオンの照射量を制御することで、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1に酸素イオンを適切に照射することができる。したがって、表面WU1、WL1を損傷することなく、SiO2の二重結合のみを切断して単結合のSiOとして表面WU1、WL1を適切に改質することができる。
Thus, the voltage between the pair of
また、イオン通過構造体140には一対の電極141、142を電気的に絶縁する絶縁材143が設けられているので、当該一対の電極141、142間に所定の電圧を適切に印加することができる。
In addition, since the insulating
また、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質する処理ガスとして酸素ガスを用いているので、表面WU1、WL1に照射された酸素イオン自体を、SiO2の二重結合を切断し単結合のSiOにする改質に寄与させることができる。したがって、表面WU1、WL1の改質を効率よく行うことができる。 Further, since oxygen gas is used as a processing gas for modifying the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L , the oxygen ions themselves irradiated on the surfaces W U1 and W L1 are converted into SiO 2 double. It is possible to contribute to the modification by cutting the bond to form a single bond SiO. Therefore, the modification of the surfaces W U1 and W L1 can be performed efficiently.
また、表面改質装置30のプラズマ生成機構は、マイクロ波によって酸素ガスをプラズマ化しているので、プラズマ生成領域R1に供給される酸素ガスの供給量が少ない場合でも当該酸素ガスを励起させてプラズマ化することができる。したがって、効率よく酸素ガスのプラズマを生成することができる。また、このように酸素ガスの供給量が少ない場合、プラズマ生成領域R1の真空度を低く維持できる。このため、プラズマ生成領域R1と処理領域R2の排気を分ける必要がなく、表面改質装置30の装置構成を簡略化することができる。
Further, since the plasma generation mechanism of the
さらに、接合システム1は、表面改質装置30に加えて、ウェハWU、WLの表面WU1、WL1を親水化すると共に当該表面WU1、WL1を洗浄する表面親水化装置40と、ウェハWU、WLを接合する接合装置41も備えているので、一のシステム内でウェハWU、WLの接合を効率よく行うことができる。したがって、ウェハ接合処理のスループットをより向上させることができる。
Further, the bonding system 1 includes, in addition to the
以上の実施の形態では、プラズマ生成機構はマイクロ波によって処理ガス(酸素ガス)をプラズマ化していたが、プラズマを生成する方法はこれに限定されず、種々の方法を取り得る。 In the above embodiment, the plasma generation mechanism converts the processing gas (oxygen gas) into plasma by microwaves, but the method for generating plasma is not limited to this, and various methods can be taken.
例えば13.56MHzの高周波を用いて酸素ガスをプラズマ化してもよい。かかる場合、図22に示すように表面改質装置30において、処理容器100の上面には、ラジアルラインスロットアンテナ120(マイクロ波発振装置125、同軸導波管126)に代えて、電極400が設けられる。電極400には、高周波電源401が接続されている。この高周波電源401は、イオン通過構造体140における上部電極141にも接続されている。なお、表面改質装置30のその他の構成は、上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
For example, oxygen gas may be turned into plasma using a high frequency of 13.56 MHz. In such a case, as shown in FIG. 22, in the
そして、工程S1においてプラズマ生成領域R1で酸素ガスをプラズマ化する際には、先ず、ガス供給管130からプラズマ生成領域R1に酸素ガスが供給される。また、高周波電源401から電極400と上部電極141に例えば13.56MHzの高周波電圧が印加される。そうすると、電極400と上部電極141との間に電界が形成され、この電界によってプラズマ生成領域R1内に供給された酸素ガスがプラズマ化される。そして、イオン通過構造体140を介してプラズマ生成領域R1から処理領域R2に酸素イオンが導入され、当該酸素イオンによってウェハWU、WLの表面WU1、WL1が改質される。なお、その他の工程S2〜S13は、上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
When oxygen gas is converted into plasma in the plasma generation region R1 in step S1, oxygen gas is first supplied from the
本実施の形態においても、イオン通過構造体140を用いて酸素イオンをウェハWU、WLの表面WU1、WL1を適切に照射できるので、当該表面WU1、WL1を適切に改質することができる。
Also in the present embodiment, oxygen ions can be appropriately irradiated onto the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L using the
以上の実施の形態の表面改質装置30では、処理ガス(酸素ガス)は処理容器100の側面に接続されたガス供給管130からプラズマ生成領域R1に供給されていたが、処理ガスの供給方法はこれに限定されない。例えばプラズマ生成領域R1の上方から処理ガスを供給してもよい。かかる場合、例えば表面改質装置30のラジアルラインスロットアンテナ120の下面側に、処理ガスを供給するシャワーヘッドを設けてもよい。シャワーヘッドの下面には、例えば処理ガスを供給する複数の供給口が形成されている。そして、当該シャワーヘッドからプラズマ生成領域R1内に均一に処理ガスが供給される。
In the
以上の実施の形態では、処理ガスとして酸素ガスを用いていたが、他のガス、例えばアルゴンガスや窒素ガス等を用いてもよい。また、処理ガスとして酸素ガスとこれらその他のガスを混合した混合ガスを用いてもよい。いずれの場合でも、処理ガスのイオンによってウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質することができる。 In the above embodiment, oxygen gas is used as the processing gas. However, other gases such as argon gas and nitrogen gas may be used. Moreover, you may use the mixed gas which mixed oxygen gas and these other gas as process gas. In either case, the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L can be modified by the ions of the processing gas.
以上の実施の形態では、SiO2膜が形成されたウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質する場合について説明したが、他の膜、例えばSiN膜が形成されたウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質する場合にも本発明を適用することができる。また、膜が形成されていないベアウェハWU、WLの表面WU1、WL1を改質する場合にも本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the case where the surfaces W U1 and W L1 of the wafers W U and W L on which the SiO 2 film is formed is modified, but the wafer W on which another film, for example, a SiN film is formed, is described. U, even when modifying the surface W U1, W L1 of W L can be applied to the present invention. Further, the present invention can be applied to the case where the surfaces W U1 and W L1 of the bare wafers W U and W L on which no film is formed are modified.
以上の実施の形態の接合システム1において、接合装置41でウェハWU、WLを接合した後、さらに接合された重合ウェハWTを所定の温度、例えば400℃で加熱してもよい。重合ウェハWTにかかる加熱処理を行うことで、接合界面をより強固に結合させることができる。
In the bonding system 1 of the above embodiment, after bonding the wafers W U and W L by the
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。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、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適用できる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood. The present invention is not limited to this example and can take various forms. The present invention can also be applied to a case where the substrate is another substrate such as an FPD (flat panel display) other than a wafer or a mask reticle for a photomask.
1 接合システム
30 表面改質装置
40 表面親水化装置
41 接合装置
100 処理容器
110 載置台
111 イオン電流計
120 ラジアルラインスロットアンテナ
125 マイクロ波発振装置
126 同軸導波管
130 ガス供給管
131 ガス供給源
132 供給機器群
140 イオン通過構造体
141 上部電極
142 下部電極
143 絶縁材
144 開口部
145 電源
146 電流計
300 制御部
400 電極
401 高周波電源
R1 プラズマ生成領域
R2 処理領域
WU 上ウェハ
WU1 表面
WL 下ウェハ
WL1 表面
WT 重合ウェハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joining
Claims (17)
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、
前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられたイオン通過構造体と、を有し、
前記イオン通過構造体は、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、
前記イオン通過構造体には、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されていることを特徴とする、表面改質装置。 A surface modification device that modifies the surfaces of the substrates to be joined before joining the substrates,
A processing container for containing a substrate;
A placement unit disposed in the processing container and placing a substrate;
A gas supply mechanism for supplying a processing gas into the processing container;
A plasma generation mechanism for converting the processing gas into plasma in the processing container;
Inside the processing vessel, a plasma generation region for converting the processing gas into plasma, and a processing region for modifying the surface of the substrate on the mounting portion using ions of the processing gas generated in the plasma generation region. An ion passage structure provided to partition,
The ion passage structure includes a pair of electrodes to which a predetermined voltage is applied,
The surface modifying apparatus according to claim 1, wherein an opening through which ions of the processing gas pass from the plasma generation region to the processing region is formed in the ion passage structure.
前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御する制御部と、を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の表面改質装置。 An ammeter for measuring the current between the pair of electrodes;
The control part which controls the passage of ions of the processing gas which passes through the ion passage structure based on the current value measured by the ammeter, The surface modification apparatus in any one.
前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御する制御部と、を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の表面改質装置。 Other ammeters for measuring the current generated by the ions of the processing gas irradiated to the substrate on the mounting unit,
And a control unit that controls an irradiation amount of ions of the processing gas irradiated on the substrate on the mounting unit based on a current value measured by the other ammeter. Item 5. The surface modifying apparatus according to any one of Items 1 to 4.
前記表面改質装置で改質された基板の表面を親水化する表面親水化装置と、
前記表面親水化装置で表面が親水化された基板同士を接合する接合装置と、を有することを特徴とする、接合システム。 A bonding system comprising the surface modification device according to claim 1,
A surface hydrophilizing device for hydrophilizing the surface of the substrate modified by the surface modifying device;
A bonding apparatus for bonding substrates whose surfaces have been hydrophilized by the surface hydrophilizing apparatus.
前記表面改質装置は、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内で前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構と、
前記処理容器内を、前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成領域と、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質する処理領域とに区画するように設けられ、所定の電圧が印加される一対の電極を備え、前記プラズマ生成領域から前記処理領域に前記処理ガスのイオンが通過する開口部が形成されているイオン通過構造体と、を有し、
前記表面改質方法では、
前記プラズマ生成領域において、前記ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記プラズマ生成機構によりプラズマ化し、
前記一対の電極に所定の電圧を印加し、前記プラズマ生成領域で生成された処理ガスのイオンを前記イオン通過構造体を介して前記処理領域に導入し、
前記処理領域において、前記処理ガスのイオンを用いて前記載置部上の基板の表面を改質することを特徴とする、表面改質方法。 A surface modification method for modifying a surface to which substrates are bonded in a surface modification device before bonding the substrates,
The surface modifying apparatus is
A processing container for containing a substrate;
A placement unit disposed in the processing container and placing a substrate;
A gas supply mechanism for supplying a processing gas into the processing container;
A plasma generation mechanism for converting the processing gas into plasma in the processing container;
Inside the processing vessel, a plasma generation region for converting the processing gas into plasma, and a processing region for modifying the surface of the substrate on the mounting portion using ions of the processing gas generated in the plasma generation region. An ion passage structure provided with a pair of electrodes to be partitioned and applied with a predetermined voltage, wherein an opening through which ions of the processing gas pass from the plasma generation region to the processing region; Have
In the surface modification method,
In the plasma generation region, the processing gas supplied from the gas supply mechanism is converted into plasma by the plasma generation mechanism,
A predetermined voltage is applied to the pair of electrodes, and ions of the processing gas generated in the plasma generation region are introduced into the processing region via the ion passage structure,
A surface modification method comprising modifying the surface of a substrate on the mounting portion using ions of the processing gas in the processing region.
前記電流計で測定された電流値に基づいて、前記イオン通過構造体を通過する前記処理ガスのイオンの通過量を制御することを特徴とする、請求項9〜11のいずれかに記載の表面改質方法。 The surface treatment apparatus has an ammeter for measuring a current between the pair of electrodes,
The surface according to any one of claims 9 to 11, wherein an ion passage amount of the processing gas passing through the ion passage structure is controlled based on a current value measured by the ammeter. Modification method.
前記他の電流計で測定された電流値に基づいて、前記載置部上の基板に照射される前記処理ガスのイオンの照射量を制御することを特徴とする、請求項9〜12のいずれかに記載の表面改質方法。 The surface treatment apparatus includes another ammeter that measures a current generated by ions of the processing gas irradiated on the substrate on the mounting portion.
13. The ion irradiation amount of the processing gas irradiated to the substrate on the mounting portion is controlled based on a current value measured by the other ammeter. 13. The surface modification method according to claim 1.
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