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技術 ウェハ処理装置及びデバイスの製造方法

出願人 株式会社ニコン
発明者 田中慶一
出願日 2010年1月18日 (10年11ヶ月経過) 出願番号 2010-008466
公開日 2011年7月28日 (9年4ヶ月経過) 公開番号 2011-146656
状態 特許登録済
技術分野 半導体または固体装置の組立体 半導体装置の製造処理一般
主要キーワード 電力供給ピン 上基台 下基台 外気にさらす ホルダケース 接合ウェハ 天井フレーム 活性化装置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

2枚のウェハに加工を加えてから重ね合わせる場合において、製品歩留まりを向上させる目的で、効率的にウェハを加工して重ね合わせる構成が求められている。

解決手段

第1ウェハを保持する第1ステージと、第1ステージに対向して配置され、第1ステージと対向する面内の少なくとも一方向に第1ステージと相対的に移動する、第2ウェハを保持する第2ステージと、第1ステージに対して相対的に固定され、第2ステージに保持される第2ウェハに対して加工を行う第1加工装置と、第1ステージ及び第2ステージの相対移動時に第1加工装置が第2ウェハに対して行う加工を制御する制御部とを備えるウェハ処理装置を提供する。

概要

背景

デバイスの実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、複数の半導体チップを積層させた立体構造がある。特に、半導体基板であるウェハの状態で複数枚を積層して、接合した後に個片化する手順により製造される半導体チップが、その生産性の高さから、近年注目を集めている。2枚のウェハを重ね合わせる場合、互いの表面を顕微鏡で測定しながら位置合わせをする(例えば、特許文献1を参照)。

概要

2枚のウェハに加工を加えてから重ね合わせる場合において、製品歩留まりを向上させる目的で、効率的にウェハを加工して重ね合わせる構成が求められている。 第1ウェハを保持する第1ステージと、第1ステージに対向して配置され、第1ステージと対向する面内の少なくとも一方向に第1ステージと相対的に移動する、第2ウェハを保持する第2ステージと、第1ステージに対して相対的に固定され、第2ステージに保持される第2ウェハに対して加工を行う第1加工装置と、第1ステージ及び第2ステージの相対移動時に第1加工装置が第2ウェハに対して行う加工を制御する制御部とを備えるウェハ処理装置を提供する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

第1ウェハを保持する第1ステージと、前記第1ステージに対向して配置され、前記第1ステージと対向する面内の少なくとも一方向に前記第1ステージと相対的に移動する、第2ウェハを保持する第2ステージと、前記第1ステージに対して相対的に固定され、前記第2ステージに保持される前記第2ウェハに対して加工を行う第1加工装置と、前記第1ステージ及び前記第2ステージの相対移動時に前記第1加工装置が前記第2ウェハに対して行う加工を制御する制御部とを備えるウェハ処理装置

請求項2

前記第2ステージに対して相対的に固定され、前記第1ステージに保持される前記第1ウェハに対して加工を行う第2加工装置を備え、前記制御部は、前記第1ステージ及び前記第2ステージの相対移動時に前記第2加工装置が前記第1ウェハに対して行う加工を制御する請求項1に記載のウェハ処理装置。

請求項3

前記第2加工装置が行う加工は、前記第1加工装置が行う加工と同一種類の加工である請求項2に記載のウェハ処理装置。

請求項4

前記第1加工装置は、前記第2ウェハの表面へ不活性ガス照射して、前記第2ウェハの表面の一部を削り飛ばすことにより前記第2ウェハの表面を活性化させる第1活性化装置であり、前記第2加工装置は、前記第1ウェハの表面へ不活性ガスを照射して、前記第1ウェハの表面の一部を削り飛ばすことにより前記第1ウェハの表面を活性化させる第2活性化装置である請求項3に記載のウェハ処理装置。

請求項5

前記第1ステージに対して相対的に固定され、前記第1活性化装置の不活性ガスの照射により削り飛ばされた前記第2ウェハの表面の一部を捕獲する第1捕獲部を備える請求項4に記載のウェハ処理装置。

請求項6

前記第2ステージに対して相対的に固定され、前記第2活性化装置の不活性ガスの照射により削り飛ばされた前記第1ウェハの表面の一部を捕獲する第2捕獲部を備える請求項4または5に記載のウェハ処理装置。

請求項7

前記制御部は、前記第2ステージを移動させながら前記第1活性化装置と前記第2活性化装置を同時に作動させる請求項4から6のいずれか1項に記載のウェハ処理装置。

請求項8

前記制御部は、前記第1活性化装置と前記第2活性化装置の相互の距離が近いほど前記第2ステージの移動速度を早くする請求項7に記載のウェハ処理装置。

請求項9

前記制御部は、前記第1活性化装置と前記第2活性化装置の相互の距離が近いほど前記第1活性化装置と前記第2活性化装置の少なくとも一方の不活性ガス照射濃度を小さくする請求項7または8に記載のウェハ処理装置。

請求項10

前記第1ステージおよび前記第2ステージの少なくとも一方は、前記第1ウェハと前記第2ウェハの位置合わせを行って重ね合わせる重ね合わせ装置のステージである請求項4から9のいずれか1項に記載のウェハ処理装置。

請求項11

前記位置合わせを行うための観察装置を備え、前記制御部は、前記第2ステージの移動に同期して前記観察装置による観察を行う請求項10に記載のウェハ処理装置。

請求項12

前記第1ステージ、前記第2ステージ、前記第1活性化装置および前記第2活性化装置は真空チャンバに設置されている請求項4から11のいずれか1項に記載のウェハ処理装置。

請求項13

前記真空チャンバに設置され、前記第1ウェハを保持する第1ウェハホルダおよび前記第2ウェハを保持する第2ウェハホルダを搬送する搬送装置を備え、前記搬送装置は、前記第1ウェハの位置を前記第1ウェハホルダを基準として位置調整を行い、前記第2ウェハの位置を前記第2ウェハホルダを基準として位置調整を行うことができる位置調整機構を有する請求項12に記載のウェハ処理装置。

請求項14

前記第1加工装置は、前記第2ウェハの表面を加熱する第1加熱装置であり、前記第2加工装置は、前記第1ウェハの表面を加熱する第2加熱装置である請求項3に記載のウェハ処理装置。

請求項15

前記第1加工装置は、前記第2ウェハの表面を洗浄する第1洗浄装置であり、前記第2加工装置は、前記第1ウェハの表面を洗浄する第2洗浄装置である請求項3に記載のウェハ処理装置。

請求項16

複数のウェハを重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、前記複数のウェハを重ね合わせる工程は、第1ステージに第1ウェハを載置する第1載置工程と、前記第1ステージに対向して配置され前記第1ステージと対向する面内の少なくとも一方向に前記第1ステージと相対的に移動する第2ステージに第2ウェハを載置する第2載置工程と、前記第1ステージに対して相対的に固定された第1加工装置により、前記第1ステージおよび前記第2ステージの相対移動時に前記第2ウェハに対して加工を行う加工工程とを有するデバイスの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、ウェハ処理装置及びデバイスの製造方法に関する。

背景技術

0002

デバイスの実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、複数の半導体チップを積層させた立体構造がある。特に、半導体基板であるウェハの状態で複数枚を積層して、接合した後に個片化する手順により製造される半導体チップが、その生産性の高さから、近年注目を集めている。2枚のウェハを重ね合わせる場合、互いの表面を顕微鏡で測定しながら位置合わせをする(例えば、特許文献1を参照)。

先行技術

0003

特開2005−251972号公報

発明が解決しようとする課題

0004

2枚のウェハに加工を加えてから重ね合わせる場合において、製品歩留まりを向上させる目的で、効率的にウェハを加工して重ね合わせる構成が求められている。

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の態様に係るウェハ処理装置は、第1ウェハを保持する第1ステージと、第1ステージに対向して配置され、第1ステージと対向する面内の少なくとも一方向に第1ステージと相対的に移動する、第2ウェハを保持する第2ステージと、第1ステージに対して相対的に固定され、第2ステージに保持される第2ウェハに対して加工を行う第1加工装置と、第1ステージ及び第2ステージの相対移動時に第1加工装置が第2ウェハに対して行う加工を制御する制御部とを備える。

0006

また、上記課題を解決するために、本発明の第2の態様に係るデバイスの製造方法は、複数のウェハを重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、複数のウェハを重ね合わせる工程は、第1ステージに第1ウェハを載置する第1載置工程と、第1ステージに対向して配置され第1ステージと対向する面内の少なくとも一方向に第1ステージと相対的に移動する第2ステージに第2ウェハを載置する第2載置工程と、第1ステージに対して相対的に固定された第1加工装置により、第1ステージおよび第2ステージの相対移動時に第2ウェハに対して加工を行う加工工程とを有する。

0007

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

0008

ウェハ処理装置の全体構造を概略的に示す平面図である。
搬送装置の構造を概略的に示す斜視図である。
搬送装置の構造を概略的に示す斜視図である。
上ステージ及び第2移動ステージの構造を概略的に示す断面図である。
活性化装置及び下活性化装置の構造を概略的に示す斜視図である。
上ステージ及び第2移動ステージの動作を概略的に示す断面図である。
上ステージ及び第2移動ステージの動作を概略的に示す断面図である。
ウェハ処理装置の制御手順を示すフローチャートである。
加熱装置を備えた上ステージ及び第2移動ステージの構造を概略的に示す断面図である。

実施例

0009

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。

0010

図1は、本実施形態に係るウェハ処理装置100の全体構造を概略的に示す平面図である。本実施形態においてウェハ処理装置100は、真空環境下において、2つのウェハを接合面を対向させて精密に位置合わせするとともに、それぞれのウェハ接合面を活性化させて接合する重ね合わせ装置である。ウェハ処理装置100は、共通の筐体101の内部に大気環境部102及び真空環境部202を含む。

0011

大気環境部102は、筐体101の外部に面してEFEM(Equipment Front End Module)105及びホルダラック110を備える。EFEM105は3つのロードポート106、107、108及びロボットアーム109を備える。そして、各ロードポートにはFOUP(Front Opening Unified Pod)が装着される。FOUPは密閉型基板格納用ポッドであり、複数のウェハ120を収容することができる。

0012

ロードポート106、107に装着されたFOUPには複数のウェハ120が収容されており、ロボットアーム109によって大気環境部102に搬入される。このように構成することで、ウェハ120を外気にさらすことなくFOUPから大気環境部102に搬送することができ、ウェハ120への塵埃の付着を防止することができる。真空環境部202によって接合された2つのウェハ120は、ロードポート108に装着されたFOUPに格納される。

0013

なお、ここでいうウェハ120は、既に回路パターン複数周期的に形成されている単体シリコンウエハ化合物半導体ウェハ等である。また、装填されたウェハ120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。

0014

ホルダラック110は、ウェハホルダ130を収容するホルダケース111を複数載置するを備える。ホルダケース111は、棚から引き出すことが可能であり、ユーザは棚からホルダケース111を引き出すことで、ウェハホルダ130をホルダケース111に対して出し入れする。またホルダケース111は、大気環境部102側に開閉扉を備えており、後述するホルダスライダ152がウェハホルダ130を出し入れするときに、開閉扉が開閉される。

0015

大気環境部102は、筐体101の内側にそれぞれ配置された、プリアライナ140、ウェハ搭載部150、ロボットアーム160、ロードロック室170、180及び制御部190を備える。筐体101の内部には、周知のエアフィルタが備えられており、高いクリーン度が保たれる。

0016

プリアライナ140は、ターンテーブル141及び撮像部142を備える。ターンテーブル141には、EFEM105のロボットアーム109によってFOUPから搬出されたウェハ120が載置される。撮像部142は、例えばプリアライナ140の天井フレームなど、振動の影響をうけにくい場所に固定されており、ターンテーブル141に載置されたウェハ120を撮像して撮像画像を取得する。そしてプリアライナ140は、この撮像画像に基づいてターンテーブル141を制御することで、ウェハ120の回転方向の位置合わせをする。

0017

ウェハ搭載部150は、支持ピンを有するアーム151と、アーム151をY方向にスライドさせるホルダスライダ152を備える。ウェハ搭載部150は、アーム151及びホルダスライダ152をZ方向に昇降させることで、ホルダラック110の各ホルダケース111の高さに位置を合わせる。そして、ホルダスライダ152によってアーム151をY方向にスライドさせてウェハホルダ130を支持し、アーム151及びホルダスライダ152を定位置に戻して待機する。

0018

定位置で待機するウェハホルダ130の上には、ロボットアーム109によって、プリアライナ140による位置合わせ後のウェハ120が載置される。ウェハホルダ130を支持する支持ピンの先端には電力供給ピンが設けられており、ウェハホルダ130の裏面に設けられた電力供給端子と接続して、ウェハホルダ130に電力が供給される。電力を供給されたウェハホルダ130は、その内部に設けられた静電チャックによりウェハ保持面電位差を生じさせ、ウェハ120を静電吸着する。このようにして一体化されたウェハ120及びウェハホルダ130を、合わせてワークと呼ぶ。

0019

ロボットアーム160は、ウェハホルダ130又はワークを把持する把持部161及び把持したウェハホルダ130又はワークを反転する反転部162を備える。把持部161はウェハホルダ130又はワークを吸着可能なように真空、負圧による吸引部を備えており、この吸引部による吸引を制御することによりウェハホルダ130又はワークを着脱する。なお、把持部161による把持は、吸引に限らず、例えば静電吸着による吸着をするように構成しても良い。

0020

反転部162は、ウェハホルダ130又はワークを把持した把持部161を、回転モータによって回転させて、ウェハホルダ130又はワークを反転する。ロボットアーム160は、把持したウェハホルダ130又はワークを、ウェハ搭載部150及びロードロック室170、180の間で搬送する。

0021

ロードロック室170は、大気環境部102側と真空環境部202側とに、交互に開閉するシャッタ171、172を有する。ワークが大気環境部102から真空環境部202に搬入される場合、まず、大気環境部102側のシャッタ171が開かれ、ロボットアーム160が、ウェハ搭載部150から搬出したワークをロードロック室170に搬入する。次に大気環境部102側のシャッタ171を閉じ、ロードロック室170内の空気を排出することで、真空状態にする。

0022

ロードロック室170の中が真空状態になった後、真空環境部202側のシャッタ172が開かれ、後述する搬送装置210によってワークが真空環境部202に搬入される。このような真空環境部202への搬入動作により、大気環境部102の内部雰囲気を真空環境部202側に漏らすことなく、ワークを真空環境部202に搬入できる。

0023

ロードロック室180は、シャッタ181、182、183及び分離機構184を備える。シャッタ181はロボットアーム160側に、シャッタ182は真空環境部202側に、シャッタ183はEFEM105側にそれぞれ設けられる。分離機構184はロードロック室180の内部に設置されており、真空環境部202において接合された2つのウェハ120を、2つのウェハホルダ130から分離する。真空環境部202において、2つのワークを対向して接合した後の2つのウェハ120及び2つのウェハホルダ130をまとめてワーク対と呼ぶ。分離機構184は、その上部にウェハホルダ130、ワーク又はワーク対を支持する支持ピンを有する。

0024

ワークが大気環境部102から真空環境部202に搬入される場合、まずロボットアーム160側のシャッタ181が開かれ、ロボットアーム160が、ウェハ搭載部150から搬出したワークをロードロック室180に搬入して、分離機構184上部の支持ピンの上に載置する。ロードロック室180は、シャッタ181を閉じ、内部の空気を排出することで真空状態にする。ロードロック室180の中が真空状態になった後、真空環境部202側のシャッタ182が開かれ、後述する搬送装置210がワークを真空環境部202に搬入する。

0025

ワーク対が真空環境部202から大気環境部102に搬出される場合は、まずロードロック室180の中が真空の状態で、シャッタ182が開かれる。そして搬送装置210がワーク対を分離機構184に搬入して、分離機構184が、接合されたウェハ120をウェハホルダ130から分離する。

0026

その後上ワークを構成していたウェハホルダ130がロボットアーム160によって搬出され、ウェハ搭載部150に搬入される。ウェハ搭載部150は、ウェハホルダ130をホルダラック110に戻す。次にロボットアーム109が、接合されたウェハ120を分離機構184から搬出して、ロードポート108に装着されたFOUPに格納する。

0027

下ワークを構成していたウェハホルダ130は、ロボットアーム160によって分離機構184から搬出され、ウェハ搭載部150に搬入される。ウェハ搭載部150に搬入されたウェハホルダ130は、次のウェハ120を保持するべく待機するか、ホルダラック110に戻される。

0028

制御部190は、ウェハ処理装置100の全体の制御及び演算を司る。ウェハ処理装置100に含まれる各装置の各要素は、制御部190又は要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御協調制御をすることにより動作する。

0029

真空環境部202は、真空チャンバ203、搬送装置210、第1移動ステージ230、上ステージ220及び第2移動ステージ240を備える。真空チャンバ203は、排気口及び真空ポンプを備え、真空ポンプが真空チャンバ203内の気体を排気口から排気することで、真空チャンバ203内を真空状態にする。搬送装置210、第1移動ステージ230、上ステージ220及び第2移動ステージ240は真空チャンバ203内に設置される。

0030

搬送装置210は、真空チャンバ203の天井部に固定されており、ロードロック室170、180からワークを搬出して真空環境部202に搬入する。また搬送装置210は、ワーク対を真空環境部202から大気環境部102へ搬出する。搬送装置210の具体的な構成については後述する。

0031

上ステージ220は、真空チャンバ203の天井部に設置されており、ウェハ保持面を下向きにしたワークを保持する。上ステージ220に保持されるワークを上ワークと呼び、上ワークを構成するウェハ120を上ウェハ121と呼ぶ。第1移動ステージ230は、XY平面内を移動することができる。ここでは、図示された位置を初期位置とする。第1移動ステージ230は、初期位置からX方向に移動することで、搬送装置210の直下に移動する。そして、搬送装置210の直下でプッシュアップピンを上昇させることで、搬送装置210が保持する上ワークを受け取る。プッシュアップピンは、上ワークのウェハ保持面よりも外側を支持する位置に設定されている。

0032

上ワークを支持した第1移動ステージ230は、上ステージ220の直下まで移動してプッシュアップピンを上昇させることで、上ワークを上ステージ220に押し当てる。プッシュアップピンの先端には電力供給端子が設置されており、上ワークを上ステージ220に押し当てた状態で上ワークに電力を供給することで、上ワークと上ステージ220を静電吸着によって固定する。このようにして上ステージ220は、上ワークを構成するウェハホルダ130を介して上ウェハ121を保持する。

0033

第2移動ステージ240はXY平面内を移動することができる。ここでは、図示された位置を初期位置とする。第2移動ステージ240は、初期位置から−Y方向に移動することで、搬送装置210の直下に移動する。そして、搬送装置210の直下でプッシュアップピンを上昇させることで、搬送装置210が保持するワークを受け取る。このように第2移動ステージ240は、ワークを構成するウェハホルダ130を介してウェハ120を保持する。第2移動ステージ240が支持するワークを下ワークと呼び、下ワークを構成するウェハ120を下ウェハ122と呼ぶ。

0034

上ステージ220は、第2移動ステージ240に保持される下ウェハ122の表面を活性化させる上活性化装置224を備える。また第2移動ステージ240は、上ステージ220に保持される上ウェハ121の表面を活性化させる下活性化装置245を備える。そして、第2移動ステージ240を上ステージ220の直下に向かって移動させながら、上活性化装置224及び下活性化装置245はそれぞれ、下ウェハ122及び上ウェハ121の表面を活性化させる。詳細については後述する。

0035

第2移動ステージ240は、上ステージ220の直下に移動した後で下ワークを上昇させて、活性化された上ウェハ121及び下ウェハ122の表面を接触させて接合する。接合された上ウェハ121及び下ウェハ122を合わせて接合ウェハ123と呼ぶ。こうして形成されたワーク対は、第2移動ステージ240によって搬送装置210の直下まで搬送される。搬送装置210は、ワーク対を保持してロードロック室180に搬入する。

0036

ロードロック室180の分離機構184は、ワーク対を構成する2つのウェハホルダ130から、接合ウェハ123を分離する。分離された後接合ウェハ123はロボットアーム109によってFOUPに格納され、ウェハホルダ130は、ロボットアーム160及びホルダスライダ152によってホルダラック110に戻される。

0037

図2は搬送装置210の構造を概略的に示す斜視図である。搬送装置210は、保持部211、スライダ212、回転駆動部213及び撮像部214を備える。保持部211は吸着部215を備えており、保持部211上に載置されたワーク又はワーク対を吸着して固定する。スライダ212は、保持部211と連結しており、リニアモータによって長手方向に移動することができる。

0038

回転駆動部213は回転モータによって構成され、中心軸216を中心としてスライダ212全体を回転することができる。スライダ212は、少なくとも保持部211に保持したワーク又はワーク対の中心軸と回転駆動部213の回転の中心軸216が一致する位置まで保持部211を移動させることができる。この位置まで移動した状態で回転駆動部213が保持部211及びスライダ212を回転させることで、ワーク又はワーク対の中心軸を中心としてワーク又はワーク対を回転させることができる。

0039

撮像部214は、保持部211上に保持したワーク又はワーク対の一部を撮像することができる。ワーク又はワーク対を構成するウェハホルダ130は、その外周の一部に切欠を有しており、撮像部214は、ウェハホルダ130の切欠を撮像できる位置に配置されている。搬送装置210は、保持したワークを構成するウェハホルダ130の切欠を撮像部214で撮像することで、ウェハホルダ130を基準としたウェハ120の位置調整を行う位置調整機構を備える。

0040

図3は、上ワークを保持した状態の搬送装置210を概略的に示す斜視図である。上ワークは搬送装置210によってウェハ保持面が下向きに保持される。ウェハホルダ130の切欠131が撮像部214の撮像視野内に位置しており、撮像部214は切欠131を撮像する。

0041

搬送装置210は、撮像部214の撮像画像から、切欠131の位置、角度を分析することで、ウェハホルダ130の位置を基準としてウェハ120の位置を把握する。ここで位置ずれが生じている場合は、回転駆動部213により位置調整が行われる。

0042

図4は、上ステージ220及び第2移動ステージ240の構造を概略的に示す断面図である。上ステージ220は、上基台221、上載置台222及び上顕微鏡223を備える。上載置台222は、第1移動ステージ230によって押し当てられて静電吸着された上ワークを保持する。上顕微鏡223は、第2移動ステージ240に保持されるウェハ120の表面を観察する観察装置である。

0043

また上活性化装置224及び上捕獲部226が、上ステージ220に対して相対的に固定されている。本実施形態では、上活性化装置224及び上捕獲部226は上基台221上に固定されるが、例えば真空チャンバ203の天井部に固定されるよう構成してもかまわない。上活性化装置224は、第2移動ステージ240に保持される下ウェハ122に対して加工を行う加工装置の一例であり、下ウェハ122の表面を活性化させる装置である。

0044

第2移動ステージ240は、下基台241、プッシュアップピン242、下載置台243及び下顕微鏡244を備える。下基台241は、第2移動ステージ240をXY方向に駆動させる駆動部を備える。プッシュアップピン242は、Z方向に昇降可能なピンであり、搬送装置210が保持するワークを持ち上げて保持する。プッシュアップピン242がワークを保持したままで下降することにより、ワークが下載置台243上に載置される。下顕微鏡244は、上ステージ220に載置された上ワークを構成するウェハ120の表面を観察する観察装置である。

0045

また下活性化装置245及び下捕獲部246が、第2移動ステージに対して相対的に固定されている。本実施形態では、下活性化装置245及び下捕獲部246は下基台241上に固定されるが、第2移動ステージの動き連動する他の部材に固定されるよう構成してもかまわない。

0046

下活性化装置245は、上活性化装置224が行う加工と同一種類の加工を上ステージ220に保持される上ウェハ121に対して行う。具体的には、上ウェハ121の表面に不活性ガス照射して、上ウェハ121の表面の一部を削り飛ばすことにより上ウェハ121の表面を活性化させる。

0047

一般に、ウェハ120の表面には自然酸化膜が存在しており、従来は2つのウェハ120の接合面を対向させて接触し、高温に加熱するとともに、高圧加圧することによって接合していた。本実施形態では、第2移動ステージ240が上ステージ220の直下に移動する間に、上活性化装置224及び下活性化装置245が、上ウェハ121と下ウェハ122に不活性ガスを照射する。この不活性ガスによって、上ウェハ121及び下ウェハ122の表面の一部である自然酸化膜が削り飛ばされ、電極金属露出される。

0048

そして、電極金属が露出した状態で上ウェハ121と下ウェハ122を接触させる。このように構成することで、従来に対して低温定圧で接合面を接合することができる。なお電極金属とは、特に具体的な記載をしない限り、積層するウェハの接合面における接触部である金属を言う。例えば、ウェハの表面に形成されたバンプなどが相当する。したがって、「接合面を接合する」という場合、これらの表面金属同士が接合することを意味する。

0049

ここで、削り飛ばした上ウェハ121又は下ウェハ122の表面の一部が、上ウェハ121又は下ウェハ122の表面に付着してしまうと、接合が均一に行われない等の不具合が発生する場合がある。そこで、上捕獲部226及び下捕獲部246が上活性化装置224及び下活性化装置245によって削り飛ばされた上ウェハ121及び下ウェハ122の表面の一部を捕獲する。具体的には上捕獲部226は上粘着層227を、下捕獲部246は下粘着層247備え、削り飛ばされた上ウェハ121及び下ウェハ122の表面の一部を粘着して捕獲する。

0050

図5は、上活性化装置224及び下活性化装置245の構造を概略的に示す斜視図である。上活性化装置224及び下活性化装置245は、ライン状の照射口225、248を備え、上活性化装置224は下ウェハ122に、下活性化装置245は上ウェハ121に、不活性ガスをライン状に照射する。照射口225、248のライン方向の長さは、ウェハ120の直径よりも長い。

0051

第2移動ステージ240が上ステージ220の直下に移動しながら、上活性化装置224及び下活性化装置245は不活性ガスを照射するので、上ウェハ121及び下ウェハ122の表面は端から順番に活性化されていき、第2移動ステージ240が上ステージの直下に到達した時点では、表面全体が活性化される。

0052

本実施形態では、このような構成とすることで、上ウェハ121と下ウェハ122の表面全体が活性化された直後に上ウェハ121と下ウェハ122を接触させて接合することができる。これにより時間経過による上ウェハ121及び下ウェハ122の表面の汚染を抑えることができる。

0053

ここで、ウェハ120の表面を活性化させる手法として、接合面全体に不活性ガスを一度に照射する構成も考えられる。しかしながらこの場合、照射口からの距離の違いによって、ウェハ120の表面上の位置によって照射される不活性ガスの強度及び照射量が異なるので、ウェハ120の表面が均一に活性化されない。本実施形態では、照射口225と照射を受けるウェハ120の表面の距離は常に一定であるので、照射される不活性ガスの強度及び照射量を一定とすることができる。

0054

図6は、上ステージ220と第2移動ステージ240の動作を概略的に示す断面図である。第2移動ステージ240は、制御部190の制御によって、上ステージ220の直下に向かって移動する。制御部190は、第2移動ステージ240の移動に同期して、上顕微鏡223による、下ウェハ122の表面の観察及び、下顕微鏡244による上ウェハ121の表面の観察を行う。

0055

なお、上ウェハ121及び下ウェハ122は、その表面に、アライメントの基準となるアライメントマークを有する。ただし、アライメントマークは、専用に設けられた図形等であるとは限らず、上ウェハ121及び下ウェハ122に形成された配線、バンプ、スクライブラインなどであっても良い。

0056

制御部190は、第2移動ステージ240を上ステージ220の直下に向けて移動させながら、上活性化装置224が第2移動ステージ240に保持される下ウェハ122に対して行う活性化、及び、下活性化装置245が上ステージ220に保持される上ウェハ121に対して行う活性化を同時に作動させるよう制御する。

0057

上活性化装置224及び下活性化装置245は、上ウェハ121及び下ウェハ122に対して、垂直ではなく一定の角度をもって不活性ガスを照射する。垂直に照射した場合、不活性ガスによって削り飛ばされた上ウェハ121及び下ウェハ122の表面の一部が浮遊して、不活性ガスの照射領域に入ってしまう可能性が高い。不活性ガスの照射領域に入ってしまうと、上ウェハ121又は下ウェハ122に向かう力が付加され、表面に付着してしまうことになる。

0058

それに対して、本実施形態のように一定の角度をもって不活性ガスを照射すると、削り飛ばされた上ウェハ121及び下ウェハ122の表面の一部は、その反射方向に進行するので、不活性ガスの照射領域に入ることを防止できる。

0059

また本実施形態では、第2移動ステージ240の初期位置において、上活性化装置224の照射口225は下ウェハ122の方向を向く傾斜角を有し、下活性化装置245の照射口248は上ウェハ121の方向を向く傾斜角を有する。このように構成すれば、不活性ガスの上ウェハ121又は下ウェハ122の表面に対する反射方向の先に上ウェハ121も下ウェハ122も存在しないことになるので、削り飛ばされた表面の一部が付着することを防止できる。

0060

上活性化装置224及び下活性化装置245が一定の角度をもって不活性ガスを照射するのにあわせて、上捕獲部226及び下捕獲部246も、上ウェハ121及び下ウェハ122の表面に対して平行ではなく、一定の角度を備える。この角度は、照射された不活性ガスが上ウェハ121又は下ウェハ122に反射された方向に垂直となるよう調整されている。

0061

また、上粘着層227は下ウェハ122に対して、下粘着層247は上ウェハ121に対して近傍に配置されるのが望ましい。近傍に配置することにより、削り飛ばされた上ウェハ121及び下ウェハ122の表面の一部が拡散する前に捕獲することができるからである。削り飛ばされた表面の一部が拡散してしまうと、そのまま上ウェハ121又は下ウェハ122の表面に付着してしまう場合がある。また、上活性化装置224又は下活性化装置245の照射領域に入ることで上ウェハ121又は下ウェハ122に向かう力が加わり、上ウェハ121又は下ウェハ122の表面に付着する場合もある。

0062

そこで上粘着層227を下ウェハ122に対して近傍に、下粘着層247を上ウェハ121に対して近傍に設置する。なお、粘着層ではなく、冷却板を備えるよう構成してもよい。この場合、熱泳動現象を利用して、削り飛ばされた表面の一部を捕獲できる。

0063

図7は、上ステージ220及び第2移動ステージ240の動作を概略的に示す断面図である。第2移動ステージ240は、上ステージ220の直下まで移動したら、上顕微鏡223及び下顕微鏡244が観察した上ウェハ121及び下ウェハ122のアライメントマークに基づいて、上ウェハ121及び下ウェハ122が対向するよう精密に位置合わせをする。第2移動ステージ240は、位置合わせ後、下載置台243を上昇させて、下ウェハ122と、上ステージ220に保持される上ウェハ121と接触させて接合する。

0064

なお本実施形態では、ライン状に不活性ガスを照射し、第2移動ステージ240が移動することによって上ウェハ121及び下ウェハ122の表面が端から順々に活性化され、これによって表面全体に均一に不活性ガスが照射されることになる。しかしながら、上活性化装置224と下活性化装置245が、近接する位置に存在してともに不活性ガスを照射すると、局所的に不活性ガスの濃度が高くなり、不均一になってしまうことが考えられる。

0065

そこで制御部190によって、上活性化装置224と下活性化装置245の相互の距離が近いほど上活性化装置224と下活性化装置245の少なくとも一方の不活性ガス照射濃度を小さくするよう制御しても良い。このように制御することで、上ウェハ121又は下ウェハ122の表面全体が接する不活性ガスの量が均一化され、活性化が均一に行われる。

0066

また、制御部190によって、上活性化装置224と下活性化装置245の相互の距離が近いほど、第2移動ステージ240の移動速度を早くするよう制御しても良い。このように制御することで、上ウェハ121又は下ウェハ122の表面全体が接する不活性ガスの量が均一化され、活性化が均一に行われる。なお、上活性化装置224と下活性化装置245の相互の距離が近いほど、第2移動ステージ240の移動速度を早くするとともに、不活性ガス照射濃度を小さくするよう制御しても良い。

0067

また、接合面全体に不活性ガスを一度に照射する場合、真空チャンバ203内に多量の不活性ガスが存在することになるので真空度が下がってしまう。それに対して本実施形態では、不活性ガスをライン状に照射することで、一度に照射される不活性ガスの量が減り、真空チャンバ203の真空度を保ちやすくなる。

0068

図8は、ウェハ処理装置100の制御手順を示すフローチャートである。各制御は、制御部190が主体となり、ウェハ処理装置100に含まれる各装置が備える制御部との協調制御、統合制御により実行される。ステップS801では、EFEM105のロボットアーム109が、ロードポート106に装着されたFOUPからウェハ120を搬出してプリアライナ140に搬入する。プリアライナ140は、搬入されたウェハ120を撮像部142で撮像して、ターンテーブル141によって回転方向の位置合わせをする。

0069

ステップS802では、ロボットアーム109が、位置合わせ後のウェハ120をプリアライナ140から搬出して、ウェハ搭載部150に載置されたウェハホルダ130上に載置する。ウェハホルダ130は、ウェハ120の搬出及び位置合わせと並行して、ホルダスライダ152がホルダラック110から搬出しておく。ウェハホルダ130は、ウェハ搭載部150から電力を供給されてウェハ120を静電吸着する。

0070

ステップS803では、ロボットアーム160が上ワークをウェハ搭載部150から搬出し、反転してウェハ保持面を下にした状態でロードロック室170に搬入する。ロードロック室170はシャッタ171を閉じて空気を排出することで、ロードロック室170内を真空状態にする。

0071

ステップS804では、搬送装置210が、シャッタ172が開かれたロードロック室170から上ワークを搬出して、真空環境部202に搬入する。搬送装置210は、上ワークを構成するウェハホルダ130を基準としてウェハ120の位置調整を行う。

0072

ステップS805では、第1移動ステージ230がプッシュアップピンによって上ワークを保持する。第1移動ステージ230は、上ワークを保持したまま上ステージ220の直下まで移動する。そして、第1移動ステージ230は、上ワークを上昇させて、上ステージ220に押し付ける。上ワークはプッシュアップピンによって電力を供給され、静電吸着によって上ステージ220に保持される。

0073

ステップS806では、搬送装置210が、ロードロック室180から下ワークを搬出して真空環境部202に搬入する。下ワークは搬送装置210によって精確に位置調整される。なお下ワークは、ここまでの工程の少なくとも一部の工程と並行して形成され、ロードロック室180に搬入される。具体的にはまず、ウェハ120がロボットアーム109によってプリアライナ140に搬入される。プリアライナ140で位置合わせされた後、ウェハ120はロボットアーム109によって、ウェハ搭載部150のアーム151に支持されたウェハホルダ130に載置される。

0074

アーム151から電力の供給を受けて、ウェハホルダ130はウェハ120を静電吸着する。こうして形成された下ワークは、ロボットアーム160によってロードロック室170に搬入される。本実施形態では、ロードロック室170及びロードロック室180の2つのロードロック室を備えることで、上ワークの形成及び下ワークの形成の少なくとも一部の工程を並行させることができ、処理の効率化を図ることができる。

0075

ステップS807では、第2移動ステージ240が下ワークを保持する。この工程は、第1移動ステージ230が、上ワークを搬送装置210から搬出した後であれば、上ワークの搬送と並行して実行することができる。そして、第2移動ステージ240は初期位置まで戻る。

0076

ステップS808では、第2移動ステージ240が上ステージ220の直下へ移動するのに伴って、上顕微鏡223および下顕微鏡244によるアライメントマークの検出と、上ウェハ121及び下ウェハ122の活性化を開始する。ステップS809では、上活性化装置224と下活性化装置245の距離dを計測して所定の閾値Dと比較し、所定の閾値Dよりも小さければステップS810へ、所定の閾値Dよりも大きければステップS811へ進む。

0077

ステップS810では、制御部190が、第2移動ステージ240を移動速度V1で移動させる。ステップS811では、制御部190が、第2移動ステージ240を移動速度V1よりも速い移動速度V2で移動させる。ステップS812では、活性化及び位置検出が完了したかを判断し、完了していなければステップS809に戻って活性化及び位置検出を継続し、完了していればステップS813に進む。このように制御することで、上活性化装置224と下活性化装置245の距離が近い場合よりも遠い場合のほうが、第2移動ステージ240の移動速度は速くなる。

0078

ステップS813では、制御部190が、上顕微鏡223及び下顕微鏡244が検出した位置情報に基づいて第2移動ステージ240を駆動させることで、上ウェハ121と下ウェハ122を精確に位置合わせする。ステップS814では、第2移動ステージ240が下ウェハ122を上昇させることで、上ウェハ121と下ウェハ122の接合面を接触させて接合する。

0079

ステップS815では、ワーク対を真空環境部202から搬出する。搬出されたワーク対は、ロードロック室180に搬入され、分離機構184によって接合ウェハ123がウェハホルダ130から分離される。そして接合ウェハ123は、ロボットアーム109によって、ロードポート108に装着されたFOUPに格納される。

0080

上記実施形態では、制御部190が、上活性化装置224が第2移動ステージ240に保持される下ウェハ122に対して行う活性化、及び、下活性化装置245が上ステージ220に保持される上ウェハ121に対して行う活性化を同時に作動させるよう制御する例を挙げて説明したが、制御部190が行う動作制御はこれに限らない。第2移動ステージ240の移動時に、上活性化装置224又は下活性化装置245のいずれか一方を作動させるように制御しても良い。

0081

その場合、上ステージ220が上ウェハ121を保持し、第2移動ステージ240が下ワークを保持した後の処理の流れは、例えば次のようになる。まず第2移動ステージ240が、上ステージ220の直下に移動する。そして、第2移動ステージ240が初期位置に向かって移動するのに伴って、上活性化装置224が下ウェハ122を活性化する。そして第2移動ステージ240が初期位置まで移動した後、再び上ステージ220の直下に向かって移動し、この移動に伴って下活性化装置245が上ウェハ121を活性化させる。なお、上顕微鏡223及び下顕微鏡244によるアライメントマークの検出はいずれかの移動に伴って実行する。

0082

このように、上活性化装置224及び下活性化装置245による活性化を片方ずつ実行するように制御することで、同時に実行するのに対して一度に照射される不活性ガスの全体量を半減することができるので、真空チャンバ203内の真空度が下がるのを軽減することができる。また更に、他方の活性化装置により照射される不活性ガスの影響を考慮せずに、活性化を行うことができる。

0083

また、上活性化装置224又は下活性化装置245のいずれか一方を備えるように構成して、第2移動ステージ240の移動時にその活性化装置を作動させるように制御しても良い。例えば下活性化装置245を備えず、上活性化装置224を備えるように構成した場合、次のように制御する。なお、ここでは上記実施形態とは異なる制御をする部分について特に説明し、共通する部分については説明を省略する。まずロボットアーム160が、ウェハ搭載部150から搬出した上ワークを反転せずにロードロック室170に搬入する。そして、搬送装置210が上ワークを真空環境部202に搬入し、それを第2移動ステージ240が保持する。

0084

第2移動ステージ240が初期位置に戻ってから上ステージ220の直下に移動する間に、上活性化装置224が、第2移動ステージ240が保持する上ワークを構成する上ウェハ121を活性化する。その後第2移動ステージ240が搬送装置210の直下に移動し、再び搬送装置210が上ワークを保持する。そして、第1移動ステージ230が搬送装置210から上ワークを受け取る。ここで、搬送装置210又は第1移動ステージ230が反転機構を備え、第1移動ステージ230は上ワークを反転した状態で保持する。第1移動ステージ230は上ステージ220の直下に移動し、上ステージ220によって上ワークが保持される。

0085

続いて搬送装置210によって真空環境部202に搬入された下ワークが、第2移動ステージ240によって保持される。そして第2ステージが初期位置に戻ってから上ステージ220の直下へ移動するのに伴って、上顕微鏡223および下顕微鏡244による上ウェハ121及び下ウェハ122のアライメントマークの検出と、下ウェハ122の活性化を実行する。

0086

その後、制御部190が、上顕微鏡223および下顕微鏡244が検出したアライメントマークの位置情報に基づいて第2移動ステージ240を駆動させることで上ウェハ121と下ウェハ122が精確に位置合わせして、上ウェハ121と下ウェハ122が接合される。このように下活性化装置245を備えず、上活性化装置224を備えるように構成することで、上記実施形態に対して第2移動ステージ240の構造を簡略化することができる。

0087

また上記実施形態では、上ステージ220が真空チャンバ203の天井部に固定されている例を挙げて説明したがこれに限らない。上ステージ220が駆動部を備え、XY平面方向に移動できるように構成しても良い。そのように構成することで、上ステージ220及び第2移動ステージ240を相対的に移動させることができ、上ステージ220及び第2移動ステージの相対移動時に、上ウェハ121及び下ウェハ122を活性化するように制御することができる。

0088

また、上ステージ220をXY平面方向に移動できるように構成するとともに第2移動ステージ240を固定して、上ステージ220を第2移動ステージ240の直上に移動するのに伴って、上ウェハ121及び下ウェハ122の活性化を実行するように構成しても良い。

0089

また上記実施形態では、加工装置の例として、ウェハ120に不活性ガスを照射して活性化させる活性化装置を挙げて説明したが、これに限らず、ウェハ120の表面を加熱する加熱装置としても良い。

0090

図9は、加熱装置を備えた上ステージと第2移動ステージの構造及び動作を概略的に示す断面図である。捕獲部がないことを除いて、加熱装置以外の要素は上記実施形態と同様であるので、同じ符番としている。加熱装置901は上基台221上に固定され、第2移動ステージ240に保持されるウェハ120の表面を加熱する。加熱装置902は、下基台241上に固定され、上ステージ220に保持されるウェハ120の表面を加熱する。

0091

ウェハ120の表面を直接加熱するので熱量が少なくて良く、2つのウェハ120を同時に加熱するので、加熱後すぐに接合することができる。なお、手前から順番に熱していくので、先に熱した部位が後に熱した部位よりも温度が低くなってしまい、接合が均一に行われない場合がある。そこで、加熱する温度を徐々に下げることで、加熱後の温度を均一に保つ。このように構成することにより、接合時に表面温度が均一になり、精度の高い接合を実現することができる。

0092

また、加工装置の例として、洗浄装置を挙げることもできる。洗浄装置とする場合は、加熱装置901及び加熱装置902の代わりに、洗浄ノズル及び洗浄液収集する収集部を備える洗浄装置を設置して、ウェハ120に対して洗浄液を吹き付ける構成とする。このように構成することで、顕微鏡によるウェハ120の観察とウェハ120の表面の洗浄を並行して実現することができる。

0093

また上記実施形態では、上ステージ220及び第2移動ステージ240が同一種類の加工を行う加工装置を備える例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、上ステージ220が下ウェハ122を活性化する活性化装置を備え、第2移動ステージが上ウェハ121を加熱する加熱装置を備えるように構成してもよい。

0094

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。

0095

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。

0096

100ウェハ処理装置、101筐体、102大気環境部、105 EFEM、106、107、108ロードポート、109ロボットアーム、110ホルダラック、111ホルダケース、120ウェハ、121 上ウェハ、122 下ウェハ、123接合ウェハ、130ウェハホルダ、131切欠、140プリアライナ、141ターンテーブル、142撮像部、150 ウェハ搭載部、151アーム、152ホルダスライダ、160 ロボットアーム、161把持部、162反転部、170ロードロック室、171、172シャッタ、180 ロードロック室、181、182、183 シャッタ、184分離機構、190 制御部、202真空環境部、203真空チャンバ、210搬送装置、211 保持部、212スライダ、213回転駆動部、214 撮像部、215吸着部、216中心軸、220 上ステージ、221上基台、222 上載置台、223 上顕微鏡、224 上活性化装置、225、248照射口、226 上捕獲部、227上粘着層、230 第1移動ステージ、240 第2移動ステージ、241下基台、242プッシュアップピン、243 下載置台、244 下顕微鏡、245 下活性化装置、246 下捕獲部、247 下粘着層、901、902 加熱装置

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