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JP4786693B2 - ウェハ接合装置およびウェハ接合方法 - Google Patents

ウェハ接合装置およびウェハ接合方法 Download PDF

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Description

本発明は、ウェハ接合装置およびウェハ接合方法に関し、特に、基板同士を接合するウェハ接合装置およびウェハ接合方法に関する。
微細な電気部品や機械部品を集積化したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)が知られている。そのMEMSとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。そのMEMSは、カンチレバーに例示される振動構造が封止されて形成されている。このようなMEMSは、パターンが形成された基板同士を接合することにより製造される。
特許第3970304号公報には、常温接合を用いて製品を大量に生産する常温接合装置が開示されている。その常温接合装置は、上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバーと、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記上側基板を前記真空雰囲気に支持する上側ステージと、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板を前記真空雰囲気に支持するキャリッジと、前記キャリッジに同体に接合される弾性案内と、前記接合チャンバーの内部に設置され、水平方向に移動可能に前記弾性案内を支持する位置決めステージと、前記弾性案内を駆動して前記水平方向に前記キャリッジを移動する第1機構と、前記水平方向に垂直である上下方向に前記上側ステージを移動する第2機構と、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに、前記上側ステージが移動する方向に前記キャリッジを支持するキャリッジ支持台とを具備し、前記弾性案内は、前記下側基板と前記上側基板とが接触しないときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触しないように前記キャリッジを支持し、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触するように弾性変形する。
このような常温接合装置では、その接合される2つの基板は、主に、静電引力により静電チャックに保持されて、接合される。このような接合を用いて製品を大量に生産するときには、基板をより確実に、より短時間に接合することが望まれている。
特開平01−112745号公報には、処理の終わったウェハを、容易にしかもウェハを損なうことなく静電チャックから確実に離脱させうる方法が開示されている。その半導体製造装置におけるウェハ離脱方法は、半導体製造装置の静電チャックへの印加電圧を停止するときに、印加電圧の極性を交番させつつOFFにすることを特徴としている。
特開平10−270539号公報には、ウエハを容易に静電チャックから離脱させることができると共に、ウエハに異物が付着しない静電チャックの使用方法が開示されている。その静電チャックの使用方法は、二つの電極を有しこの電極に電圧を印加することによってウエハを吸着、離脱する静電チャックの使用方法において、前記ウエハを静電チャックから離脱させる際に、前記二つの電極間に電位差が生じ且つ前記ウエハの電位が前記ウエハに帯電した電荷の極性と反対の極性になるように前記二つの電極に電圧を印加することを特徴としている。
特開平10−284583号公報には、半導体ウェハを確実に離脱させることのできる静電チャック除電方法が開示されている。その静電チャック除電方法は、チャンバ内に対向配置された1対の電極の一方の印加電圧に応じて半導体ウェハを充放電することにより当該半導体ウェハを吸着及び離脱することの可能な誘電体からなる静電チャックを備えたものにおいて、前記半導体ウェハを前記静電チャックにより離脱させる場合に、前記印加電圧を正あるいは負電圧から形成される単極の減衰矩形波とすることを特徴としている。
特許第1645440号公報には、静電チャックにより固定された被処理物を確実に離脱させることができる被処理物の離脱装置が開示されている。その被処理物の離脱装置は、被処理物を静電的に固定する静電チャックの電極と、この電極の上記被処理物固定側面に貼着された誘電体膜とを貫通する孔部を上記被処理物の固定位置に設け、上記孔部にガス供給管およびガス排気管を接続してなり、上記静電チャックに固定された被処理物の固定面に、上記ガス供給管から送られるガスを上記孔部から吹き付けることにより上記誘電体膜に蓄積する電荷を放電させて被処理物を離脱させるようにしたことを特徴としている。
特開昭62−18727号公報には、被処理物を静電チャックにより確実に固定し、かつ被処理物の離脱を確実に行うことが可能な静電チャック機構を備えた半導体処理装置が開示されている。その半導体処理装置は、上部が開放された導電性のチャンバと、このチャンバ状部に絶縁材を介して配置された静電チャック電極と、前記絶縁材に当接する側の前記静電チャック表面に設けられた誘電体膜と、前記誘電体膜及び静電チャック電極を貫通して穿設され、ガスの供給と排気がなされる孔部と、前記チャンバ内に配置された被処理物を情報に移動させる支持台とを具備した半導体処理装置において、少なくとも前記静電チャック電極及び誘電体膜に亙る孔部部分に筒状の絶縁部材を埋設したことを特徴としている。
特開昭62−277234号公報には、ウェハ等の被吸着物を離脱させようとするときに吸着面からの被吸着物の離脱が直ちに可能となるように残留吸着力に対向する強制離脱力を被吸着物に作用させることができ、しかも吸着面損傷時などの電極交換を容易にすることもできる静電チャック装置が開示されている。その静電チャック装置は、被吸着物を離脱させるために被吸着部と吸着面間に加圧気体を噴出する気体放出手段を有する静電吸着基板を備えたことを特徴としている。
特許第2590571号公報には、ブローガス圧を低く抑えつつ、安定姿勢を保って静電チャックからウエハを強制離脱できるようにした信頼性の高い半導体ウエハ処理装置のウエハ保持機構が開示されている。その半導体ウエハ処理装置のウエハ保持機構は、プロセス処理室内に設置したチャック保持具の先端に静電チャックを装着し、室内へ搬入された半導体ウエハを前記静電チャックに吸着保持して所定のプロセス処理を行う半導体ウエハ処理装置のウエハ保持機構において、チャック本体のチャック面上に形成したリング状パターンのガス吹出し溝、および該ガス吐出し溝と連通してチャック本体に穿孔したガス導入孔を有する静電チャックと、チャック保持具の内部を通して前記静電チャックのガイド導入孔に配管接続したブローガス供給手段とを備え、ウエハの吸着保持状態で静電チャックへの電圧印加を停止した後に、ブローガス供給手段から供給したブローガスを前記ガス吹出し溝の全周域に導入し、そのブローガス圧でウエハを静電チャックのチャック面より強制離脱させることを特徴としている。
特許第2974303号公報には、生産性が高く信頼性も備わった低コストの被処理体の離脱方法が開示されている。その被処理体の離脱方法は、静電チャックに被処理体を保持して被処理体に加工を施した後に、前記静電チャックと被処理体との間に形成された隙間に対して、水若しくはアルコ−ル、又は水若しくはアルコ−ルを含む混合ガスの少なくともいずれかを導入して被処理体を静電チャックから離脱することを特徴としている。
特開2002−231800号公報には、プラズマ処理された基板の上部電極への付着を防いで、歩留まりと稼動率の向上が図れる基板処理方法が開示されている。その基板処理方法は、対向して配置された上部電極と下部電極との間にプラズマを発生させて前記下部電極に載置された基板にプラズマ処理を施し、処理後の基板を取り出すに際し、前記処理後の基板に上部電極の側から下部電極の側へ向かうガスを吹き付けて前記基板の上部電極への残留電荷による吸着を防いでいる。
特許第3758979号公報には、基板の均熱性と高い吸着力を維持しながら、離脱応答性とガスリークの少ない静電チャックが開示されている。その静電チャックは、セラミック誘電体層と、該セラミック誘電体層の表面に設けられ、被保持物を保持するための載置面と、該載置面と反対側の表面に対向するように設けられた保持電極とを具備してなる静電チャックにおいて、前記載置面がガス噴出溝によって載置面外周領域と載置面中心領域とに分離され、表面粗さRaが、前記載置面中心領域で0.6〜1.5μm、前記載置面外周領域で0.7μm以下であるとともに、前記載置面外周領域の表面粗さが前記載置面中心領域の表面粗さよりも小さく、且つ前記載置面外周領域の高さが、前記載置面中心領域の高さより0.6μm〜10μm高いことを特徴としている。
特許第3810300号公報には、反りや変形したウェハでも強固に吸着し、ウェハ表面の温度分布を均一にすることができるとともに、冷却ガスのガス漏れが少なく、さらにはウェハの離脱応答性に優れた静電チャックが開示されている。その静電チャックは、板状セラミック体の一方の主面に、ウェハの第二の保持面となる頂面を有する外周部を残して、深さが3μm〜10μmで、周縁部を除く中央領域の底面が上記ウェハの吸着領域である第一の保持面となる凹部を備えるとともに、該凹部底面の上記周縁部にガス溝を備えてなり、上記第一の保持面の下方であって、上記第二の保持面より内側の板状セラミック体中又は板状セラミック体の他方の主面に静電吸着用電極を備えた静電チャックであって、上記第二の保持面におけるうねりが1μm〜3μmであることを特徴としている。
特表2003−504871号公報には、セラミック層の反りおよび冷却ガスの漏れを防止し、しかも静電吸着力を大きくすると同時に離脱にも時間を要しない静電チャックが開示されている。その静電チャックは、静電チャックであって、金属基板と、前記金属基板上に接着剤層を介して接着される所定の厚さを有する円板状のセラミック層と、前記セラミック層の厚さ方向の中央で前記セラミック層内に埋設された平面状の電極と、前記電極の上部で、かつ外側端部より内側で前記セラミック層の表面に形成された冷却ガス溝とを具備することを特徴としている。
特開2005−191338号公報には、ウエハなどの基板の固定を高精度に行え、かつ基板の離脱時に基板へのダメージが小さくできる基板保持装置が開示されている。その基板保持装置は、中空部を減圧して基板の少なくとも外周領域を第1保持面に吸着保持可能な第1固定治具と、前記中空部内に配置され、吸着口を減圧して基板を第2保持面に吸着保持可能な第2固定治具と、前記第1固定治具および第2固定治具の少なくとも一方を昇降させて第1保持面と第2保持面の上下位置を変位させる治具昇降装置と、前記第1固定治具の中空部と前記第2固定治具の吸着口とに接続されて基板を第1保持面および第2保持面の少なくとも一方に吸着解放可能な吸着装置とを具備し、前記吸着装置により第1固定治具と第2固定治具への吸着と開放とがそれぞれ独立して制御されるとともに、前記治具昇降装置により基板を第1保持面と第2保持面とに当接離間させるように構成したことを特徴としている。
特開2006−49356号公報には、プラズマにさらされた後も平滑な面が維持できその結果、シリコンウェハ等の被吸着物に対するパーティクル汚染を抑制でき、かつ被吸着体の吸着、離脱特性の優れた静電チャックが開示されている。その静電チャックは、アルミナが99.4wt%以上、酸化チタンが0.2wt%より大きく0.6wt%以下、平均粒子径が2μm以下かつ体積抵抗率が室温において10〜1011Ωcmであることを特徴としている静電チャック用誘電体を備え、100℃以下の低温で使用されることを特徴としている。
特開2007−214287号公報には、プラズマにさらされた後も平滑な面が維持できその結果、シリコンウェハ等の被吸着物に対するパーティクル汚染を抑制でき、かつ被吸着体の吸着、離脱特性の優れ、低温焼成で作製することが容易な静電チャックが開示されている。その静電チャックは、アルミナが99.4wt%以上、酸化チタンが0.2wt%より大きく0.6wt%以下、体積抵抗率が室温において10〜1011Ωcm、かつアルミナ粒子の粒界に酸化チタンが偏析した構造の静電チャック用電体を備えたことを特徴としている。
特開2007−311462号公報には、被加工物に貼着された保護テープに帯電されている静電気を除去する機能を備えて静電チャックテーブル機構が開示されている。その静電チャックテーブル機構は、被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの内部に配設され電圧が印加されることにより電荷を発生する電極と、該電極に電圧を印加する電圧印加手段とを具備する静電チャックテーブル機構において、該チャックテーブルに形成され該保持面に開口するエアー供給通路と、該エアー供給通路にイオン化されたエアーを供給するイオン化エアー供給手段とを具備していることを特徴としている。
特開2008−47564号公報には、基板に対する真空処理の運用等において静電チャックの使用開始の前に、誘電体層の絶縁状態を診断することが可能な真空処理装置が開示されている。その真空処理装置は、真空容器内の載置台に設けられた静電チャックに基板を載置し、チャック電極にチャック電圧を印加して基板を静電チャックに静電吸着させ、基板に対して処理を行う真空処理装置において、前記チャック電極に、真空処理時におけるチャック電圧よりも低い診断電圧を印加するための電源と、前記チャック電極に診断電圧を印加したときに静電チャックの電気的特性を測定し、その測定データを取得するための測定部と、この測定部を介して取得した前記測定データと予め設定した設定データとに基づいて、前記静電チャックの使用が可能か否かを診断する診断部とを備えたことを特徴としている。
上記の先行技術文献に記載される静電チャックから基板をより確実に離脱させる技術は、基板を接合する技術に適用されていない。
特許第3970304号公報 特開平01−112745号公報 特開平10−270539号公報 特開平10−284583号公報 特許第1645440号公報 特開昭62−18727号公報 特開昭62−277234号公報 特許第2590571号公報 特許第2974303号公報 特開2002−231800号公報 特許第3758979号公報 特許第3810300号公報 特表2003−504871号公報 特開2005−191338号公報 特開2006−49356号公報 特開2007−214287号公報 特開2007−311462号公報 特開2008−47564号公報
本発明の課題は、基板をより短時間に接合するウェハ接合装置およびウェハ接合方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、保持機構から基板をより確実に離脱させるウェハ接合装置およびウェハ接合方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、基板を接合する雰囲気が悪化することを防止するウェハ接合装置およびウェハ接合方法を提供することにある。
以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明によるウェハ接合方法は、電圧を保持機構(7)に印加することにより第1基板を保持機構(7)に保持するステップと、その第1基板と第2基板とを接合することにより接合基板を生成するステップと、交番しながら減衰する電圧を保持機構(7)に印加した後に保持機構(7)からその接合基板をデチャックするステップとを備えている。その接合基板は、交番しながら減衰する電圧が保持機構(7)に印加されることにより、保持機構(7)との残留吸着力が低減し、より確実に保持機構(7)からデチャックされることができる。
本発明によるウェハ接合方法は、その接合基板と保持機構(7)との間にガスを供給するステップをさらに備えている。このようなウェハ接合方法によれば、交番しながら減衰する電圧を保持機構(7)に印加することだけでその接合基板がデチャックされないときでも、その接合基板をデチャックすることができる。
そのガスは、その第2基板を保持していた他の保持機構(8)がその接合基板から離れているときに、その接合基板と保持機構(7)との間に供給されることが好ましい。
その接合基板は、保持機構(7)からデチャックされたときに、その接合基板にかかる重力により他の保持機構(8)に保持されるように移動する。すなわち、本発明によるウェハ接合方法は、その接合基板が保持機構(7)の鉛直下側に保持されるときに、好適である。
本発明によるウェハ接合方法は、保持機構(7)からその接合基板がデチャックされたかどうかを検出するステップと、保持機構(7)からその接合基板がデチャックされないときに、そのガスの圧力より大きい圧力でガスをその接合基板と保持機構(7)との間に供給するステップとをさらに備えている。このとき、そのガスは、過剰に利用されることが防止される。
本発明によるウェハ接合方法は、他の保持機構(8)がその接合基板を保持しているときに、すなわち、保持機構(7)からその接合基板がデチャックされた後に、保持機構(7)と他の保持機構(8)とを離間するステップと、保持機構(7)と他の保持機構(8)とを離間した後にその接合基板を搬送するステップとをさらに備えている。
本発明によるウェハ接合方法は、その第1基板と異なる第3基板を保持機構(7)に保持するステップと、その第3基板と第4基板とを接合することにより他の接合基板を生成するステップと、交番しながら減衰する電圧を保持機構(7)に印加した後に、保持機構(7)からその接合基板がデチャックしたときに保持機構(7)とその接合基板との間に供給されたガスの圧力のガスをその他の接合基板と保持機構(7)との間に供給するステップとをさらに備えている。このとき、その第3基板と第4基板とを接合する動作は、その第1基板と第2基板とを接合する動作に比較して、より短時間に実行されることができる。
本発明によるウェハ接合方法は、保持機構(7)からその接合基板がデチャックしたときに保持機構(7)とその接合基板との間に供給されたガスの圧力に基づいて、保持機構(7)がその接合基板を保持する吸着力を算出するステップをさらに備えていることが好ましい。
本発明によるウェハ接合方法は、交番しながら減衰する電圧を保持機構(7)に印加した後にその接合基板を接地するステップをさらに備えている。
本発明によるウェハ接合方法は、その第1基板とその第2基板とを接合する前にその第1基板とその第2基板とを清浄化するステップをさらに備えている。すなわち、本発明によるウェハ接合方法は、その第1基板とその第2基板とをいわゆる常温接合により接合することに適用されることが好ましい。
本発明によるウェハ接合装置(1)は、電極(26−1〜26−2)を備えている保持機構(7)と、保持機構(7)に保持される第1基板が第2基板に接合されるように、その第2基板に対して保持機構(7)を駆動する駆動機構(11)と、電源装置(31)とを備えている。電源装置(31)は、保持機構(7)がその第1基板を保持するように電圧を電極(26−1〜26−2)に印加する基板保持モードと、交番しながら減衰する電圧を電極(26−1〜26−2)に印加する交番減衰モードとを有している。その接合基板は、交番しながら減衰する電圧が保持機構(7)に印加されることにより、保持機構(7)との残留吸着力が低減し、より確実に保持機構(7)からデチャックされることができる。
本発明によるウェハ接合装置(1)は、ガスを出力するガスデチャック装置(32)をさらに備えている。保持機構(7)は、その第1基板に接触する吸着面(22)(52)と、ガスデチャック装置(32)から吸着面(22)(52)にそのガスを流通させる流路(24,27)(54,55)とが形成される。このようなウェハ接合装置(1)は、交番しながら減衰する電圧を保持機構(7)に印加することだけでその接合基板がデチャックされないときでも、その接合基板をデチャックすることができる。
本発明によるウェハ接合装置(1)は、保持機構(7)に基板が保持されているかどうかを検出するセンサ(33)をさらに備えていることが好ましい。
ガスデチャック装置(32)は、そのガスを任意の圧力で出力する。このとき、ウェハ接合装置(1)は、ガスの供給により保持機構(7)からその接合基板がデチャックされないときに、そのガスの圧力より大きい圧力でガスをその接合基板と保持機構(7)との間に供給する動作を実行することができ、そのガスを過剰に利用することが防止される。
本発明によるウェハ接合装置(1)は、保持機構(7)に保持される基板を接地する機構をさらに備えていることが好ましい。
本発明によるウェハ接合装置(1)は、その第1基板とその第2基板とを清浄化する清浄化装置(14)をさらに備えている。すなわち、本発明によるウェハ接合装置(1)は、その第1基板とその第2基板とをいわゆる常温接合により接合することに適用されることが好ましい。
本発明によるウェハ接合装置およびウェハ接合方法は、交番しながら減衰する電圧を保持機構に印加することにより、その保持機構が基板を保持する残留吸着力を低減し、その保持機構からその基板をより確実に、かつ、より短時間にデチャックすることができる。この結果、本発明によるウェハ接合装置およびウェハ接合方法は、基板同士をより短時間に接合することができる。
図面を参照して、本発明によるウェハ接合装置の実施の形態を記載する。そのウェハ接合装置1は、図1に示されているように、接合チャンバー2とロードロックチャンバー3とを備えている。接合チャンバー2とロードロックチャンバー3とは、内部を環境から密閉する容器である。ウェハ接合装置1は、さらに、ゲートバルブ5を備えている。ゲートバルブ5は、接合チャンバー2とロードロックチャンバー3との間に介設され、接合チャンバー2の内部とロードロックチャンバー3の内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、そのゲートを開放する。
ロードロックチャンバー3は、図示されていない蓋と真空ポンプとを備えている。その蓋は、ロードロックチャンバー3の外部と内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、そのゲートを開放する。その真空ポンプは、ロードロックチャンバー3の内部から気体を排気する。その真空ポンプとしては、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプが例示される。
ロードロックチャンバー3は、さらに、搬送装置6を内部に備えている。搬送装置6は、ゲートバルブ5を介してロードロックチャンバー3の内部に配置された基板を接合チャンバー2に搬送し、または、ゲートバルブ5を介して接合チャンバー2に配置された基板をロードロックチャンバー3の内部に搬送する。
接合チャンバー2は、上側保持機構7と下側保持機構8と圧接機構11と位置合わせ機構12とを備えている。下側保持機構8は、接合チャンバー2の内部に配置され、水平方向に平行移動可能に、かつ、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動可能に接合チャンバー2に支持されている。下側保持機構8は、基板を保持することに利用される。位置合わせ機構12は、下側保持機構8により支持される基板が水平方向に平行移動し、または、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動するように、下側保持機構8を駆動する。上側保持機構7は、接合チャンバー2の内部に配置され、鉛直方向に平行移動可能に接合チャンバー2支持されている。上側保持機構7は、基板を保持することに利用される。圧接機構11は、上側保持機構7により支持される基板が鉛直方向に平行移動するように、上側保持機構7を駆動する。
接合チャンバー2は、さらに、イオンガン14を備えている。イオンガン14は、アルゴンイオンを加速して放出する。イオンガン14は、上側保持機構7に支持される基板と下側保持機構8に支持される基板とが離れているときに、上側保持機構7に支持される基板と下側保持機構8に支持される基板との間の空間に向けられ、接合チャンバー2の内側表面に向けられている。すなわち、イオンガン14の照射方向は、上側保持機構7に支持される基板と下側保持機構8に支持される基板との間を通り、接合チャンバー2の内側表面に交差する。なお、イオンガン14は、基板表面を清浄化する他の清浄化装置に置換することができる。その清浄化装置としては、プラズマガン、高速原子ビーム源などが例示される。
図2は、上側保持機構7を示している。上側保持機構7は、ベース材21と静電チャック22とを備えている。ベース材21は、圧接機構11により駆動される部分である。静電チャック22は、セラミックから形成され、円柱状に形成されている。静電チャック22は、その円柱の1つの底面がベース材21に接合され、ベース材21に固定されている。静電チャック22は、さらに、吸着面23とガス穴24とが形成されている。吸着面23は、その円柱のもう1つの底面であり、平坦であり、かつ、平滑である面に形成されている。ガス穴24は、吸着面23に複数が形成されている。
図3は、静電チャック22を示している。静電チャック22は、電極26−1〜26−2とガス流路27を備えている。電極26−1〜26−2は、導体から形成され、静電チャック22の中に埋設されている。ガス流路27は、静電チャック22の中に埋設され、一端がガス穴24に接続されている。
ウェハ接合装置1は、さらに、電源装置31とガスデチャック装置32とセンサ33とを備えている。電源装置31は、電極26−1〜26−2に電圧を印加し、または、電極26−1〜26−2を接地する。電源装置31は、静電チャック22の吸着面23に接触する基板29が重力により落下しないように基板29を静電チャック22に把持させることに利用され、または、静電チャック22に把持される基板29を静電チャック22から離脱させることに利用される。電源装置31は、さらに、下側保持機構8を常時接地することにより、下側保持機構8に保持(接触)される基板を常時接地する。ガスデチャック装置32は、ガス流路27に所定の圧力のアルゴンガスを供給し、または、ガス流路27へのそのアルゴンガスの供給を停止する。ガスデチャック装置32は、静電チャック22に把持される基板29を静電チャック22から離脱させることに利用される。なお、ガスデチャック装置32は、アルゴンガスに置換して、影響が小さい他のガスを供給することもできる。そのガスとしては、窒素が例示される。センサ33は、フォトディテクタから形成され、吸着面23の近傍に光を照射することにより、静電チャック22に基板29が把持されているかどうかを検出する。なお、センサ33は、静電チャック22に基板29が把持されているかどうかを検出する他のセンサに置換されることができる。そのセンサとしては、静電チャック22に基板29が把持されるときに変形することにより、静電チャック22に基板29が把持されているかどうかを検出するメカニカルセンサが例示される。
図4は、電源装置31により電極26−1に印加される電圧の変化を示している。その変化41は、複数の区間43〜45で電圧の変動の仕方が互いに異なることを示し、電源装置31が複数の動作モードを有していることを示している。その複数の動作モードは、基板保持モードと交番減衰モードと接地モードとを含んでいる。区間43は、電源装置31が基板保持モードで動作している期間に対応している。区間44は、電源装置31が交番減衰モードで動作している期間に対応している。区間45は、電源装置31が接地モードで動作している期間に対応している。変化41は、さらに、交番減衰モードの動作が基板保持モードの動作の直後に実行されることを示している。変化41は、さらに、接地モードの動作が交番減衰モードの動作の直後に実行されることを示している。
変化41は、区間43で電極26−1に印加される電圧が電圧+Eで一定であることを示し、電源装置31が基板保持モードで一定である電圧+Eを電極26−1に印加することを示している。変化41は、区間45で電極26−1に印加される電圧が電圧0で一定であることを示し、電源装置31が接地モードで電極26−1を接地することを示している。
変化41は、区間44で電極26−1に印加される電圧が交番しながら減衰することを示している。たとえば、区間44は、互いに等しい複数の周期的区間46−1〜46−3から形成されている。周期的区間46−1〜46−3の各々の長さとしては、2秒が例示される。電極26−1は、周期的区間46−1〜46−3の各々で、接地電圧0より大きい正の電圧が印加された後に、接地電圧0より小さい負の電圧が印加される。接地電圧0は、下側保持機構8に保持される基板に印加される電圧に一致している。さらに、周期的区間46−1で電極26−1に印加される電圧の最大値は、電圧+Eより小さく、周期的区間46−1で電極26−1に印加される電圧の最小値は、電圧−Eより大きい。周期的区間46−2での電圧の最大値は、周期的区間46−1での電圧の最大値より小さく、周期的区間46−2での電圧の最小値は、周期的区間46−1での電圧の最小値より大きい。周期的区間46−3での電圧の最大値は、周期的区間46−2での電圧の最大値より小さく、周期的区間46−3での電圧の最小値は、周期的区間46−2での電圧の最小値より大きい。
なお、区間44は、3つの周期的区間46−1〜46−3と異なるn個(n=4,5,6,…)の周期的区間46−1〜46−nに分割されることもできる。このとき、周期的区間46−i(i=2,3,…,n)での電圧の最大値は、周期的区間46−(i−1)での電圧の最大値より小さく、周期的区間46−iでの電圧の最小値は、周期的区間46−(i−1)での電圧の最小値より大きい。
図4は、さらに、電源装置31により電極26−2に印加される電圧の変化を示している。その変化42は、電極26−2に印加される電圧が接地電圧0に対して電極26−1に印加される電圧に対称であることを示している。すなわち、変化42は、区間43で電極26−2に印加される電圧が電圧−Eで一定であることを示し、電源装置31が基板保持モードで一定である電圧−Eを電極26−2に印加することを示している。変化42は、区間45で電極26−2に印加される電圧が電圧0で一定であることを示し、電源装置31が接地モードで電極26−2を接地することを示している。
変化42は、区間44で電極26−2に印加される電圧が交番しながら減衰することを示している。たとえば、区間44は、互いに等しい複数の周期的区間46−1〜46−3から形成されている。電極26−2は、周期的区間46−1〜46−3の各々で、接地電圧より小さい負の電圧が印加された後に、その接地電圧より大きい正の電圧が印加される。その接地電圧は、下側保持機構8に保持される基板に印加される電圧に一致している。さらに、周期的区間46−1で電極26−2に印加される電圧の最大値は、電圧+Eより小さく、周期的区間46−1で電極26−2に印加される電圧の最小値は、電圧−Eより大きい。周期的区間46−2での電圧の最大値は、周期的区間46−1での電圧の最大値より小さく、周期的区間46−2での電圧の最小値は、周期的区間46−1での電圧の最小値より大きい。周期的区間46−3での電圧の最大値は、周期的区間46−2での電圧の最大値より小さく、周期的区間46−3での電圧の最小値は、周期的区間46−2での電圧の最小値より大きい。
図5は、本発明によるウェハ接合方法の実施の形態の実施の形態を示している。本発明によるウェハ接合方法は、ウェハ接合装置1を用いて実行される。ユーザは、まず、ゲートバルブ5を閉鎖した後に、接合チャンバー2の内部に真空雰囲気を生成し、ロードロックチャンバー3の内部に大気圧雰囲気を生成する。ユーザは、ロードロックチャンバー3の蓋を開けて、複数の基板をロードロックチャンバー3の内部に配置する。ユーザは、ロードロックチャンバー3の蓋を閉めて、ロードロックチャンバー3の内部に真空雰囲気を生成する。
ユーザは、ゲートバルブ5を開放した後に、図6(a)に示されているように、搬送装置6を用いて、ロードロックチャンバー3の内部に配置された基板のうちの1枚の下側基板を下側保持機構8に配置し、ロードロックチャンバー3の内部に配置された基板のうちの他の1枚の上側基板を上側保持機構7に配置する。このとき、電源装置31は、その上側基板が上側保持機構7の静電チャック22に接触したときに、接地モードから基板保持モードに切り換えられ、電極26−1に電圧+Eを印加し、電極26−2に電圧−Eを印加する。このような電圧の印加によれば、電極26−1〜26−2と上側基板とが引き合う静電力が発生し、静電チャック22は、その静電力により、その上側基板が静電チャック22の吸着面23から重力により落下しないように、その上側基板を保持する(ステップS1)。
ウェハ接合装置1は、下側保持機構8に下側基板が保持され、上側保持機構7に上側基板が保持された後に、ゲートバルブ5を閉鎖して、その上側基板と下側基板とを常温接合する。すなわち、ユーザは、まず、接合チャンバー2の内部に所定の真空度の真空雰囲気を生成する。ユーザは、その上側基板と下側基板とが離れた状態で、イオンガン14を用いて、その上側基板と下側基板との間に向けてアルゴンイオンを放出する。そのアルゴンイオンは、その上側基板と下側基板とに照射され、その上側基板と下側基板との表面に形成される酸化物等を除去し、その上側基板と下側基板との表面に付着している不純物を除去する。
ユーザは、圧接機構11を操作して、上側保持機構7を鉛直下方向に下降させて、その上側基板と下側基板とを近づける。ユーザは、位置合わせ機構12を操作して、その上側基板と下側基板との水平面内の相対位置が設計通りに接合されるように、下側保持機構8の位置を移動する。ユーザは、さらに、基板が位置合わせされている最中に、接合チャンバー2の内部の圧力が目標圧力になるように制御する。
ユーザは、その上側基板と下側基板とが位置合わせされ、かつ、接合チャンバー2の内部の圧力が目標圧力で安定したときに、圧接機構11を操作して、上側保持機構7を鉛直下方向に下降させて、図6(b)に示されているように、その上側基板と下側基板とを接触させる。その上側基板と下側基板とは、その接触により接合され、1枚の接合基板に形成される(ステップS2)。
ユーザは、その接合基板が形成された後に、デチャックシーケンスを実行することにより、図6(d)に示されているように、その接合基板を下側保持機構8に配置する(ステップS3)。ユーザは、次いで、搬送装置6がその接合基板を搬出することができるように、圧接機構11を用いて上側保持機構7を鉛直上方向に上昇させて、図6(e)に示されているように、上側保持機構7と下側保持機構8とを離間させる(ステップS4)。ユーザは、上側保持機構7と下側保持機構8とを離間させた後に、ゲートバルブ5を開放し、搬送装置6を用いて下側保持機構8に配置されている接合基板をロードロックチャンバー3の内部に搬送する(ステップS5)。
ステップS1〜ステップS5の動作は、ロードロックチャンバー3の内部に初期的に装填された基板がすべて常温接合されるまで繰り返し実行される。ユーザは、ロードロックチャンバー3の内部に初期的に装填された基板がすべて常温接合されると、ゲートバルブ5を閉鎖して、ロードロックチャンバー3の内部に大気圧雰囲気を生成する。ユーザは、ロードロックチャンバー3の蓋を開けて、常温接合された複数の接合基板をロードロックチャンバー3から取り出す。
ステップS3では、第1デチャックシーケンスまたは第2デチャックシーケンスのうちの一方が実行される。たとえば、その第1デチャックシーケンスは、ロードロックチャンバー3の内部に配置された複数の基板に対して実行される複数の常温接合のうちの1回目の常温接合の直後に実行される。その第2デチャックシーケンスは、その複数の常温接合のうちの2回目以降の常温接合の直後に実行される。
図7は、その第1デチャックシーケンスを示している。電源装置31は、常温接合した直後に、まず、基板保持モードから交番減衰モードに切り換えられる。このとき、図6(c)に示されているように、常温接合時と同じ位置に上側保持機構7が配置されている状態で、電極26−1は、交番しながら減衰する電圧が印加され、電極26−2は、交番しながら減衰する電圧が印加される。電源装置31は、その交番を所定の回数繰り返した後に、交番減衰モードから接地モードに切り換えられる。このとき、図6(d)に示されているように、電極26−1は、接地され、電極26−2は、接地される。圧接機構11は、電極26−1〜26−2が接地された後に、上側保持機構7を0.5mmだけ上昇させる(ステップS11)。
静電チャック22は、電極26−1〜26−2に交番しながら減衰する電圧が印加されることにより、静電チャック22の吸着面23に残留する電荷の偏りが排除される。すなわち、静電チャック22の吸着面23に残留する残留電荷は、打ち消され、吸着面23は、新たに電荷が蓄積されることが防止される。このため、電極26−1〜26−2が接地されているときに静電チャック22がその接合基板を保持する残留吸着力は、減少する。さらに、その接合基板は、下側保持機構8により接地されていることにより、電荷が残留することが防止される。このため、その残留吸着力は、さらに減少する。その接合基板は、その残留吸着力の絶対値がその接合基板に与えられる重力の絶対値より大きいときに、上側保持機構7に保持されたままになる。その接合基板は、その残留吸着力がその重力より小さいときに、その重力により下側保持機構8に移動し、その重力により下側保持機構8に保持される。
センサ33は、上側保持機構7が0.5mmだけ上昇した後に、静電チャック22にその接合基板が把持されているかどうかを検出する(ステップS12)。ガスデチャック装置32は、静電チャック22にその接合基板が把持されているときに(ステップS12、YES)、ガス流路27とガス穴24とを介して比較的低いガス供給圧のアルゴンガスを静電チャック22とその接合基板との間に供給する(ステップS13)。
センサ33は、アルゴンガスを静電チャック22とその接合基板との間に供給した後に、再度、静電チャック22にその接合基板が把持されているかどうかを検出する(ステップS14)。ガスデチャック装置32は、静電チャック22にその接合基板が把持されているときに(ステップS14、YES)、前に供給したアルゴンガスのガス供給圧より少し大きいガス供給圧でアルゴンガスを静電チャック22とその接合基板との間に供給する(ステップS15、ステップS13)。ステップS15とステップS13との動作は、その接合基板が静電チャック22から離脱するまで繰り返して実行される。
さらに、静電チャック22からその接合基板が離脱したときに(ステップS14、NO)、残留吸着力が算出される。その残留吸着力fは、ガス圧力pとガス圧印加面積sとを用いて、次式:
f=p×s
により表現される。ここで、ガス圧力pは、静電チャック22からその接合基板が離脱したときに、ガスデチャック装置32により静電チャック22とその接合基板との間に供給されるアルゴンガスのガス供給圧を示している。ガス圧印加面積sは、ガス穴24の総面積を示し、すなわち、静電チャック22が接合基板を保持しているときにその接合基板がガスデチャック装置32から供給されるアルゴンガスに接触している面積を示している。
ステップS13〜S15の動作は、ステップS11が実行された後に静電チャック22にその接合基板が離脱されているときに(ステップS12、NO)、実行されない。
このような第1デチャックシーケンスによれば、上側保持機構7は、その接合基板をより確実にデチャックすることができる。すなわち、電極26−1〜26−2に交番しながら減衰する電圧が印加されることにより、静電チャック22がその接合基板を保持する残留吸着力は、低減されている。このため、ステップS13〜S15の動作を実行することなしに、その接合基板がデチャックされることがある。その残留吸着力が十分に低減されていない場合であっても、ステップS13〜S15の動作を実行することにより、その接合基板は、より確実により短時間にデチャックされることができる。さらに、ステップS13で供給されるアルゴンガスのガス供給圧は、その残留吸着力の低減により、低減される。このため、接合チャンバ2の内部にアルゴンガスが過剰に供給されることが防止される。
このような第1デチャックシーケンスによれば、その残留吸着力の大きさの推定が困難であるときでも、より小さい圧力のアルゴンガスでその接合基板をデチャックすることができ、接合チャンバ2の内部にアルゴンガスが過剰に供給されることが防止される。このような第1デチャックシーケンスによれば、静電チャック22がその接合基板を保持する吸着力を測定することもできる。その吸着力は、上側保持機構7が基板を保持するための印加電圧を算出するために用いられることもできる。さらに、ウェハ接合装置1は、その残留吸着力を測定するためのセンサ(たとえば、ロードセル)を別途に備える必要がなく、好ましい。
図8は、その第2デチャックシーケンスを示している。電源装置31は、常温接合した直後に、まず、基板保持モードから交番減衰モードに切り換えられる。このとき、図6(c)に示されているように、常温接合時と同じ位置に上側保持機構7が配置されている状態で、電極26−1は、交番しながら減衰する電圧が印加され、電極26−2は、交番しながら減衰する電圧が印加される。電源装置31は、その交番を所定の回数繰り返した後に、交番減衰モードから接地モードに切り換えられる。このとき、図6(d)に示されているように、電極26−1は、接地され、電極26−2は、接地される。圧接機構11は、電極26−1〜26−2が接地された後に、上側保持機構7を0.5mmだけ上昇させる(ステップS21)。
このような動作により、図7のステップS11と同様にして、電極26−1〜26−2が接地されているときに静電チャック22がその接合基板を保持する残留吸着力は、減少する。その接合基板は、その残留吸着力の絶対値がその接合基板に与えられる重力の絶対値より大きいときに、上側保持機構7に保持されたままになる。その接合基板は、その残留吸着力がその重力より小さいときに、その重力により下側保持機構8に移動し、その重力により下側保持機構8に保持される。
センサ33は、上側保持機構7が0.5mmだけ上昇した後に、静電チャック22にその接合基板が把持されているかどうかを検出する(ステップS22)。ガスデチャック装置32は、静電チャック22にその接合基板が把持されているときに(ステップS22、YES)、その第1デチャックシーケンスで静電チャック22からその接合基板が離脱したときのガス供給圧でのアルゴンガスを静電チャック22とその接合基板との間に供給する(ステップS23)。アルゴンガスの供給は、ステップS21が実行された後に静電チャック22にその接合基板が離脱されているときに(ステップS22、NO)、実行されない。
このような第2デチャックシーケンスによれば、第1デチャックシーケンスと同様にして、その接合基板をより確実にデチャックすることができ、かつ、アルゴンガスが過剰に供給されることが防止される。この結果、接合チャンバー2の内部の真空度が劣化することが防止される。このような第2デチャックシーケンスは、さらに、第1デチャックシーケンスに比較して、より短時間に実行されることができる。このため、本発明によるウェハ接合方法は、ステップS3で第1デチャックシーケンスを毎回実行することに比較して、より短時間に実行されることができる。さらに、本発明によるウェハ接合方法は、その接合基板をデチャックするためのガス供給圧が既知であるときに、最初からステップS3で第2デチャックシーケンスを実行することができ、第1デチャックシーケンスを実行する必要がない。
なお、電源装置31は、任意のタイミングで下側保持機構8に所定の電圧を印加することができる他の電源装置に置換されることもできる。その電源装置は、たとえば、下側基板が下側保持機構8に配置されたときに、下側保持機構8がその下側基板を保持するように、下側保持機構8に一定である電圧を印加する。その電源装置は、さらに、交番しながら減衰する電圧が上側保持機構7に印加されているときに、下側保持機構8を接地する。このようなウェハ接合装置は、既述の実施の形態におけるウェハ接合装置1と同様にして、接合基板をより確実にデチャックすることができ、基板をより短時間に接合することができる。
本発明によるウェハ接合装置は、上側保持機構7に保持される基板に直接に接触する電極を介してその基板を接地する機構をさらに備えることもできる。その機構は、ステップS11とステップS21とで、上側保持機構7に保持される接合基板を接地する。その機構は、さらに、ステップS13、S15とステップS23とで、上側保持機構7に保持される接合基板を接地することもできる。このようなウェハ接合装置は、既述の実施の形態におけるウェハ接合装置1と同様にして、上側保持機構7に保持される接合基板をより確実に接地することにより、その設後基板をより確実にデチャックすることができ、基板をより短時間に接合することができる。
静電チャック22は、他の静電チャック22に置換されることもできる。その静電チャック52は、セラミックから形成され、図9に示されているように、円柱状に形成されている。静電チャック52は、その円柱の1つの底面がベース材21に接合され、ベース材21に固定されている。静電チャック52は、さらに、吸着面53とガス穴54と溝55とが形成されている。吸着面53は、その円柱のもう1つの底面であり、平坦であり、かつ、平滑である面に形成されている。ガス穴54は、吸着面53に形成されている。溝55は、ガス穴54に接続されるように、かつ、吸着面53のうちの基板が接触する領域に広がって配置されるように、形成されている。
このような静電チャック52は、既述の実施の形態における静電チャック22と同様にして、保持される基板をより確実に離脱させることに有効である。このような静電チャック52は、さらに、静電チャック22のように複数のガス穴24を散らばって配置することができない場合に、好適である。
なお、静電チャック22は、静電チャック22に保持される基板を静電チャック22から機械的に離脱させる他の装置を備えることもできる。その装置としては、静電チャック22から機械的にその基板を離脱させる可動ピンが例示される。このようなウェハ接合装置は、既述の実施の形態と同様にして、静電チャック22からその基板をより確実に離脱させることができる。このようなウェハ接合装置は、さらに、静電チャック22に形成されるガス穴24と流路27とが不要であり、ガスデチャック装置33が不要であり、好ましい。
図1は、本発明によるウェハ接合装置の実施の形態を示す断面図である。 図2は、上側保持機構を示す斜視図である。 図3は、静電チャックを示す断面図である。 図4は、電極に印加される電圧の変化を示すグラフである。 図5は、本発明によるウェハ接合方法の実施の形態を示すフローチャートである。 図6は、本発明によるウェハ接合方法の各ステップでの状態を示す図である。 図7は、第1デチャックシーケンスを示すフローチャートである。 図8は、第2デチャックシーケンスを示すフローチャートである。 図9は、他の静電チャックを示す斜視図である。
符号の説明
1 :ウェハ接合装置
2 :接合チャンバー
3 :ロードロックチャンバー
5 :ゲートバルブ
6 :搬送装置
7 :上側保持機構
8 :下側保持機構
11:圧接機構
12:位置合わせ機構
14:イオンガン
21:ベース材
22:静電チャック
23:吸着面
24:ガス穴
26−1〜26−2:電極
27:ガス流路
29:基板
31:電源装置
32:ガスデチャック装置
33:センサ
52:静電チャック
53:吸着面
54:ガス穴
55:溝

Claims (14)

  1. 電圧を保持機構に印加することにより第1基板を前記保持機構に保持するステップと、
    前記第1基板と第2基板とを接合することにより接合基板を生成するステップと、
    交番しながら減衰する電圧を前記保持機構に印加した後に前記保持機構から前記接合基板を離脱するステップと、
    前記接合基板と前記保持機構との間にガスを供給するステップ
    とを具備するウェハ接合方法
  2. 請求項において、
    前記ガスは、前記第2基板を保持していた他の保持機構が前記接合基板から離れているときに、前記接合基板と前記保持機構との間に供給される
    ウェハ接合方法。
  3. 請求項において、
    前記接合基板は、前記保持機構から離脱されたときに、前記接合基板にかかる重力により前記他の保持機構に保持されるように移動する
    ウェハ接合方法。
  4. 請求項において、
    前記保持機構から前記接合基板が離脱されたかどうかを検出するステップと、
    前記保持機構から前記接合基板が離脱されないときに、前記ガスの圧力より大きい圧力でガスを前記接合基板と前記保持機構との間に供給するステップ
    とをさらに具備するウェハ接合方法。
  5. 請求項において、
    前記他の保持機構が前記接合基板を保持しているときに、前記保持機構と前記他の保持機構とを離間するステップと、
    前記保持機構と前記他の保持機構とを離間した後に前記接合基板を搬送するステップ
    とをさらに具備するウェハ接合方法。
  6. 請求項において、
    前記第1基板と異なる第3基板を前記保持機構に保持するステップと、
    前記第3基板と第4基板とを接合することにより他の接合基板を生成するステップと、
    交番しながら減衰する電圧を前記保持機構に印加した後に、前記保持機構から前記接合基板が離脱したときに前記保持機構と前記接合基板との間に供給されたガスの圧力のガスを前記他の接合基板と前記保持機構との間に供給するステップ
    とをさらに具備するウェハ接合方法。
  7. 請求項において、
    前記保持機構から前記接合基板が離脱したときに前記保持機構と前記接合基板との間に供給されたガスの圧力に基づいて、前記保持機構が前記接合基板を保持する吸着力を算出するステップ
    をさらに具備するウェハ接合方法。
  8. 請求項1〜請求項のいずれかにおいて、
    交番しながら減衰する電圧を前記保持機構に印加した後に前記接合基板を接地するステップ
    をさらに具備するウェハ接合方法。
  9. 請求項1〜請求項のいずれかにおいて、
    前記第1基板と前記第2基板とを接合する前に前記第1基板と前記第2基板とを清浄化するステップ
    をさらに具備するウェハ接合方法。
  10. 電極を備える保持機構と、
    前記保持機構に保持される第1基板が第2基板に接合されるように、前記第2基板に対して前記保持機構を駆動する駆動機構と、
    ガスを出力するガス式基板離脱装置と、
    電源装置とを具備し、
    前記保持機構は、
    前記第1基板に接触する吸着面と、
    前記ガス式基板離脱装置から前記吸着面に前記ガスを流通させる流路とが形成され、
    前記電源装置は、
    前記保持機構が前記第1基板を保持するように電圧を前記電極に印加する基板保持モードと、
    交番しながら減衰する電圧を前記電極に印加する交番減衰モードとを有する
    ウェハ接合装置
  11. 請求項10において、
    前記保持機構に基板が保持されているかどうかを検出するセンサ
    をさらに具備するウェハ接合装置。
  12. 請求項11において、
    前記ガス式基板離脱装置は、前記ガスを任意の圧力で出力する
    ウェハ接合装置。
  13. 請求項10〜請求項12のいずれかにおいて、
    前記保持機構に保持される基板を接地する機構
    を更に具備するウェハ接合装置。
  14. 請求項10〜請求項13のいずれかにおいて、
    前記第1基板と前記第2基板とを清浄化する清浄化装置
    をさらに具備するウェハ接合装置。
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