JP2012089537A - Stage device, substrate bonding apparatus, laminating semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステージ装置、基板貼り合せ装置、積層半導体装置の製造方法及び積層半導体装置に関する。 The present invention relates to a stage apparatus, a substrate bonding apparatus, a manufacturing method of a laminated semiconductor device, and a laminated semiconductor device.
特許文献1には、粗動ステージと微動ステージにより2枚のウェハを位置決めし、重ね合わせて積層する三次元LSI積層装置が記載されている。
特許文献1 特開平5−160340号公報
Patent Document 1 describes a three-dimensional LSI stacking apparatus in which two wafers are positioned by a coarse moving stage and a fine moving stage, and stacked and stacked.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-160340
上記ウェハ積層装置において、赤外線硬化型接着剤によりウェハを積層するが、二次元回路が形成された二枚の基板における対応するバンプ等を精密に位置合せして、加熱することによりバンプ同士を接合して、電気的導通の確保する基板接合のニーズに応えられない場合がある。 In the above wafer laminating apparatus, wafers are laminated with an infrared curable adhesive, but the bumps are bonded together by precisely aligning and heating the corresponding bumps on the two substrates on which the two-dimensional circuit is formed. Thus, there are cases where it is not possible to meet the need for substrate bonding that ensures electrical continuity.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、移動可能な第1ステージと、第1ステージ上に配され、第1ステージに対して移動可能であって、基板を支持する第2ステージと、第1ステージに配され、基板を誘導加熱する誘導加熱部とを備えるステージ装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, in the first aspect of the present invention, a movable first stage is disposed on the first stage, is movable with respect to the first stage, and supports the substrate. A stage apparatus is provided that includes a second stage and an induction heating unit that is arranged on the first stage and induction-heats the substrate.
本発明の第2の態様においては、上記ステージ装置と、ステージ装置に対向して配され、他の基板を保持する他のステージ装置とを備え、ステージ装置を他のステージ装置に近接および離間させることにより、基板と他の基板とを貼り合わせる基板貼り合せ装置が提供される。 In a second aspect of the present invention, the stage apparatus includes the stage apparatus and another stage apparatus that is disposed opposite to the stage apparatus and holds another substrate, and the stage apparatus is brought close to and separated from the other stage apparatus. Thus, a substrate bonding apparatus for bonding a substrate and another substrate is provided.
本発明の第3の態様においては、上記基板貼り合せ装置により基板を貼り合せることを含む積層半導体装置製造方法が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a laminated semiconductor device including bonding a substrate with the substrate bonding apparatus.
本発明の第4の態様においては、上記積層半導体装置製造方法により製造された積層半導体装置が提供される。 In a fourth aspect of the present invention, a stacked semiconductor device manufactured by the above-described stacked semiconductor device manufacturing method is provided.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
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。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、基板貼り合せ装置100の全体構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合せ装置100は、筐体104と、プリアライナ126と、接合装置140と、基板ホルダラック128と、基板取り外し部130と、ロボットアーム132と、ロボットアーム134、基板カセット112と、基板カセット114と、基板カセット116とを備える。プリアライナ126、接合装置140、基板ホルダラック128、基板取り外し部130、ロボットアーム132及びロボットアーム134は、筐体104の内側にそれぞれ配される。
FIG. 1 is a plan view schematically showing the overall structure of the
基板カセット112、114、116は、筐体104の外部に、筐体104に対して脱着自在に装着される。基板カセット112、114、116は、基板貼り合せ装置100において接合される第1基板122および第2基板123を収容する。基板カセット112、114、116により、複数の第1基板122および第2基板123が一括して基板貼り合せ装置100に装填される。また、基板貼り合せ装置100において接合された第1基板122および第2基板123が一括して回収される。
The
プリアライナ126は、高精度であるが故に接合装置140の狭い調整範囲に第1基板122または第2基板123の位置が収まるように、個々の第1基板122または第2基板123の位置を仮合わせする。この場合に、プリアライナ126は第1基板122等の外形を観察することにより、第1基板122等の位置決めを行う。これにより、接合装置140が第1基板122および第2基板123の位置を確実に位置決めすることができる。
Since the pre-aligner 126 is highly accurate, the positions of the
基板ホルダラック128は、複数の上基板ホルダ124および複数の下基板ホルダ125を収容して待機させる。基板貼り合せ装置100において、上基板ホルダ124および下基板ホルダ125は、それぞれ、第1基板122および第2基板123を静電吸着により保持する。
The
接合装置140は、それぞれ上基板ホルダ124及び下基板ホルダ125に保持されて搬送されてきた第1基板122及び第2基板123に設けられた複数の指標を観察することにより、第1基板122及び第2基板123の位置をプリアライナ126よりも詳細に把握して、第1基板122及び第2基板123を対向させて、位置合せて、重ね合せて接合する。位置合せには、観察結果を統計処理して第1基板122及び第2基板123の座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント(EGA)方式が用いられてよい。接合装置140は、上ステージ141、下ステージ142及び制御部148を備える。
The
接合装置140を包囲して断熱壁145およびシャッタ146が設けられる。断熱壁145およびシャッタ146に包囲された空間は空調機等に連通して温度管理され、接合装置140における位置合わせ精度を維持する。接合装置140についての具体的な説明は、他の図面を用いて後述する。
A
一対のロボットアーム132、134のうち、基板カセット112、114、116に近い側に配置されたロボットアーム132は、基板カセット112、114、116、プリアライナ126および接合装置140の間で第1基板122および第2基板123を搬送する。一方、基板カセット112、114、116から遠い側に配置されたロボットアーム134は、接合装置140、基板ホルダラック128及び基板取り外し部130の間で、第1基板122、第2基板123、上基板ホルダ124および下基板ホルダ125を搬送する。
Among the pair of
ここで、ロボットアーム132、134により、上ステージ141及び下ステージ142にそれぞれ第1基板122及び第2基板123を保持させる過程を説明する。まず、ロボットアーム134が基板ホルダラック128から一枚の上基板ホルダ124を取り出して下ステージ142に載置する。下ステージ142は、基板カセット112、114、116に近い側に移動する。ロボットアーム132は、プリアライナ126からプリアライメントされた第1基板122を取り出して、下ステージ142の上の上基板ホルダ124に載置して、静電吸着させる。
Here, a process of holding the
下ステージ142は、再び基板カセット112、114、116から遠い側に移動する。ロボットアーム134は、下ステージ142から第1基板122を静電吸着した上基板ホルダ124を受け取り、裏返して上ステージ141に近づける。上ステージ141は、真空吸着によりその上基板ホルダ124を保持する。
The
ロボットアーム134は、下ステージ142に下基板ホルダ125を載置する。ロボットアーム132は、その上に第2基板123を載置して保持させる。これにより、下ステージ142に保持された第2基板123における回路等が形成された面は、上ステージ141に保持された第1基板122における回路等が形成された面に、対向するように配置される。制御部148は、下ステージ142を移動させて、上ステージ141に保持された第1基板122に対して、第2基板123の位置を合わせて、第1基板122と第2基板123を重ね合せて接合する。ロボットアーム134は、接合された第1基板122と第2基板123、及びそれら2枚の基板を挟んで保持する上基板ホルダ124と下基板ホルダ125を接合装置140から基板取り外し部130に搬送する。
The
基板取り外し部130は、上基板ホルダ124および下基板ホルダ125に挟まれて接合された第1基板122および第2基板123を上基板ホルダ124および下基板ホルダ125から取り出す。接合された第1基板122および第2基板123を「積層基板」と記載することがある。取り出された積層基板は、ロボットアーム134、132および下ステージ142により基板カセット112、114、116のうちのひとつに戻されて収容される。積層基板を取り出された上基板ホルダ124および下基板ホルダ125は、基板ホルダラック128に戻されて待機する。基板取り外し部130は、基板ホルダラック128の上方に配される。上基板ホルダ124と下基板ホルダ125及びそれらに挟まれた第1基板122と第2基板123の組合せを「ホルダ対」と記載することがある。
The
なお、基板貼り合せ装置100に装填される第1基板122および第2基板123は、単体のシリコンウェハ、化合物半導体ウェハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものであってよい。また、装填された第1基板122および第2基板123が、既に複数のウェハを積層して形成された積層基板であってもよい。
The
制御部148は、下ステージ142の移動を制御する。制御部148は、下ステージ142を移動させて、上ステージ141に保持された第1基板122に対して、第2基板123の位置を合わせる。制御部148は、下ステージ142を上昇させて、第1基板122と第2基板123を重ね合せることができる。制御部148は、重ね合わせられた第1基板122と第2基板123を加熱加圧して接合することができる。
The
図2及び図3は、接合装置140の構造を模式的に示し、接合装置140が第1基板122と第2基板123の位置合せをする段階を概略的に示す。接合装置140は、枠体310の内側に配された上ステージ141、下ステージ142、Xステージ354、Yステージ356および昇降部360を備える。
2 and 3 schematically illustrate the structure of the
枠体310は、互いに平行で水平な天板312および底板316と、天板312および底板316を結合する複数の支柱314とを含む。天板312、支柱314および底板316は、それぞれ高剛性な材料により形成され、内部機構の動作に係る反力が作用した場合も変形を生じない。
The
上ステージ141は、天板312の下面に固定される。上ステージ141は、上発熱体382を有する。図2に示すように、上ステージ141は、上発熱体382を通じて上基板ホルダ124を吸着する。当該吸着方法は、真空吸着であってよく、静電吸着であってもよい。上基板ホルダ124は、静電吸着により第1基板122を下面に保持する。上発熱体382は、上基板ホルダ124及び第1基板122を加熱する。
The
Xステージ354は、制御部148(図1を参照)の制御により、底板316の上に載置され、底板に対して固定されたガイドレール352に案内されつつX方向に移動する。Yステージ356は、制御部148の制御により、Xステージ354の上でY方向に移動する。昇降部360は、Yステージ356上に搭載され、制御部148の制御により、Z方向に昇降できる。下ステージ142は、昇降部360の上に設けられる。
The
図2に示すように、下ステージ142は、粗動ステージ400と、微動ステージ450を有する。微動ステージ450は、下基板ホルダ125を吸着する。当該吸着方法は、真空吸着であってよく、静電吸着であってもよい。下基板ホルダ125は、静電吸着により第2基板123を上面に保持する。従って、下ステージ142に載置された第2基板123は、制御部148の制御により、Xステージ354、Yステージ356および昇降部360と共に、X、Y及びZ方向に移動できる。
As shown in FIG. 2, the
下ステージ142は、反射鏡370を有する。反射鏡370は、下ステージ142の外部に固定された干渉計から出射されたレーザ光を反射する。これにより、下ステージ142の正確な位置および移動量を検出できる。
The
下ステージ142は、制御部148の制御により、それぞれX、Y、Z軸を中心に回転する機能を有する。従って、下ステージ142に載置された第2基板123は、制御部148の制御により、XY面上の向きを変えることができ、傾斜角度を変更することができる。下ステージ142は、ステージ装置の一例である。
The
接合装置140は、一対の顕微鏡342、344を有する。一方の顕微鏡342は、天板312の下面に、上ステージ141に対して所定の間隔をおいて固定される。他方の顕微鏡344は、昇降部360と共に、Yステージ356に搭載される。これにより顕微鏡344は、昇降部360と共に、XY平面上を移動する。図2に示すように、接合装置140は、顕微鏡342、344を用いて、それぞれ対向する第1基板122および第2基板123に設けられた指標Mを観察することにより、第1基板122および第2基板123の位置をプリアライナ126よりも詳細に検出して把握する。検出した位置データは、制御部148に送信され記憶される(図1を参照)。アラインメントの基準となる指標Mは、そのために設けられた図形等であるとは限らず、第1基板122および第2基板123に形成された配線、バンプ、スクライブライン等でもあり得る。
The
図3は、接合装置140が第1基板122および第2基板123の位置を合わせる過程を概略的に示す。制御部148は、取得した第1基板122および第2基板123の位置データに基づいて、下ステージ142を制御して、第1基板122および第2基板123の指標Mがそれぞれ統計的に算出された位置に配置されるように、第1基板122と第2基板123の位置を高精度で合わせる。
FIG. 3 schematically illustrates a process in which the
昇降部360は、制御部148の制御に基づいて上昇して、下ステージ142に載置された第2基板123を持ち上げ、上ステージ141に保持された第1基板122に重ね合わせて、更に予め定められた圧力を加えて加圧することができる。第1基板122及び第2基板123が加圧されることにより、第1基板122及び第2基板123の間に接合すべき電極同士を均一に接触させることができ、均一な接合が実現できる。また、上発熱体382及び下発熱体384は、上下から重ねあわされた第1基板122および第2基板123を加熱して接合することができる。この加熱により、第1基板122及び第2基板123における電極同士を確実に接合することができる。
The elevating
図4は、上ステージ141及び下ステージ142の構造を模式的に示す断面図である。下ステージ142は、粗動ステージ400と、誘導コイル組410と、微動ステージ450とを備える。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the
粗動ステージ400は、底板402と、枠体404と、台座406とを含む。粗動ステージ400は、制御部148の制御に基づいて、Xステージ354、Yステージ356および昇降部360により、X、Y及びZ方向に移動でき、且つ回転機構により傾斜することができる。
底板402は、昇降部360の上に設けられ、下ステージ142における台座406と枠体404等を載置して支持する。枠体404は、底板402の上部に設けられ、微動ステージ450を内側に囲む。底板402及び枠体404は、それぞれ高剛性な材料により形成され、内部機構の動作に係る反力により変形しない。台座406は、誘導コイル組410及び微動ステージ450を支持する台座であり、枠体404の内側で底板402の上面に設けられる。
The
誘導コイル組410は、絶縁部材408を介して台座406の上に配される。誘導コイル組410は、下発熱体384を誘導加熱する。下発熱体384は、下基板ホルダ125を伝熱により加熱して、下基板ホルダ125も伝熱により第2基板123を加熱することができる。第1基板122及び第2基板123が重ねあわされた場合に、誘導コイル組410は、第1基板122及び第2基板123を加熱して、両基板を接合することができる。誘導コイル組410は、誘導加熱部の一例である。
The induction coil set 410 is disposed on the
誘導コイル組410の各コイルは、中空部420を有する。中空部420に冷媒が流され、各コイルが冷却されることができる。
Each coil of the induction coil set 410 has a
絶縁部材408は、電気的絶縁材料から形成される。絶縁部材408は、誘導コイル組410と台座406との電気的導通を防ぐ。絶縁部材408の材料として、ガラス、セラミックス等が例示できる。なお、台座406が電気的絶縁材料から形成される場合に、絶縁部材408を省略してもよい。
The insulating
微動ステージ450は、ステージ本体451と、支柱452と、板ばね454と、下発熱体384とを含む。ステージ本体451は、微動ステージ450における下発熱体384等を載置する台座である。ステージ本体451は、枠体404との間に、水平に配された複数のアクチュエータ430を介して連結され。ステージ本体451は、水平に配されたアクチュエータ430の動作によりX方向およびY方向に移動する。また、ステージ本体451は、水平に配置した複数のアクチュエータ430を異なる動作量で動作させることにより、鉛直なZ軸の回りに回転する。
ステージ本体451は、台座406との間に、垂直に配された複数のアクチュエータ440を介して連結される。ステージ本体451は、垂直に配されたアクチュエータ440を動作させることにより昇降する。ステージ本体451は、垂直に配された複数のアクチュエータ440の動作量を相互に変えることにより水平面に対する傾きも変化させる。
The stage
図5は、微動ステージ450を駆動するアクチュエータ等の配置の一例を示す平面図である。水平向きのアクチュエータ430が三つ設けられるとともに、垂直向きのアクチュエータ440が三つ設けられることにより、ステージ本体451は六自由度で移動することができる。
FIG. 5 is a plan view showing an example of the arrangement of actuators and the like that drive
このように、ステージ本体451は、粗動ステージ400に駆動され、広範囲で迅速にX、Y、Z方向に移動及び傾斜できる一方、粗動ステージ400を停止させた状態で、複数のアクチュエータ430及びアクチュエータ440の駆動により、予め定められた小範囲において、粗動ステージ400に対して相対的に精密に移動、回転、傾斜することができる。
As described above, the stage
例えば、図2に示すように、顕微鏡342、344を用いて、それぞれ対向する第1基板122および第2基板123位置を検出して、図3に示すように、制御部148が粗動ステージ400を移動して、第1基板122および第2基板123について初期位置合せをする。この初期位置合せにより、上ステージ141に載置された第1基板122に対して、下ステージ142に載置された第2基板123の相対位置が、微動ステージ450により調整できる範囲に収めることができる。その後、複数のアクチュエータ430の駆動により、第2基板123の水平位置が調整され、複数のアクチュエータ430の駆動により、第2基板123の傾斜が調整される。更に、複数のアクチュエータ430の駆動により、第2基板123が持上げられ、第1基板122に重ねあわされて、予め定められた圧力まで加圧される。
For example, as shown in FIG. 2, the positions of the
また、アクチュエータ440の駆動によりステージ本体451の下面が誘導コイル組410に接して、冷媒が流される誘導コイル組410によりステージ本体451が冷却されることができる。
In addition, the lower surface of the stage
ステージ本体451は、誘導コイル組410が下発熱体384を誘導加熱する間に、複数のアクチュエータ440の駆動により、誘導コイル組410と予め定められた間隔を置いた位置に配される。従って、誘導コイル組410は、微動ステージ450および第2基板123に非接触で第2基板123を加熱することができる。
The stage
下発熱体384は、ステージ本体451の上方に設けられる。下発熱体384は、その周辺を囲んでステージ本体451の上面に配置された複数の支柱452、及び当該支柱452と下発熱体384を連結する板ばね454により、ステージ本体451に対してエアギャップ456を有して保持される。図5において、10本の支柱452と10枚の板ばね454により下発熱体384を支持する例が示されるが、10本の支柱452と10枚の板ばね454は下発熱体384の周辺を均等に配置されている。
The
下ステージ142が上昇して、第1基板122と第2基板123を重ね合わせてから加圧する場合には、板ばね454が変形して、下発熱体384の下面がステージ本体451の上面に接するので、ステージ本体451は、下発熱体384及び下基板ホルダ125を介して両基板に加圧することができる。更に、アクチュエータ440の駆動によりステージ本体451の下面が誘導コイル組410に接すると、冷媒が流される誘導コイル組410は、ステージ本体451、下発熱体384及び下基板ホルダ125を介して両基板を冷却することができる。
When pressurization is performed after the
なお、上述とおり、下発熱体384は、下基板ホルダ125を介して第2基板123を保持する。従って、微動ステージ450は、ステージ本体451、下発熱体384及び下基板ホルダ125を介して第2基板123を移動可能に支持する。粗動ステージ400は、微動ステージ450が下基板ホルダ125を移動する可動範囲よりも大きい可動範囲で微動ステージ450を移動可能に支持する。
As described above, the
下発熱体384は、誘導加熱に適した材料から形成され、例えば、ステンレス鋼、焼結SiC等から形成される。第1基板122及び第2基板123を均一に加熱する目的で、下発熱体384は、下基板ホルダ125より大きいサイズを有することが好ましい。
The
ステージ本体451は、断熱効果を有する材料から形成される。ステージ本体451は、下発熱体384からの熱を遮断して、誘導コイル組410が高温になることを防ぐ。ステージ本体451の材料として、ガラス、セラミックス等が例示できる。ステージ本体451に冷却管が通っていてもよい。
The stage
アクチュエータ440は、マグネット442と、ヨーク444と、ベローズ446を有する。マグネット442は、ステージ本体451側に固定された軸形状を有する。ヨーク444は、台座406側に固定され、その内側にはコイルが巻かれる。マグネット442は、ヨーク444のコイルの内側に進退自在に挿入され、当該コイルに流れる駆動電流を変化させることによりヨーク444の内部を進退して、台座406に対してステージ本体451を上下に駆動する。アクチュエータ440は、微動ステージ450を磁気的に駆動する磁気駆動部の一例である。コイルを含むヨーク444を台座406側に配することにより、ステージ本体451が移動する場合に、コイルに駆動電流を供給するケーブルをステージ本体451が引きずることが避けられる。
The
ベローズ446は、上下方向に伸縮することができる。ベローズ446は、マグネット442及びヨーク444の周辺を囲み、下部の台座406と上部のステージ本体451と共に密閉した空間を形成する。この空間に外部から作動流体を供給することにより微動ステージ450の質量を支え、微動ステージ450を円滑且つ精密に移動させることができる。当該作動流体の一例は気体であるが、他の流体であってもよい。即ち、当該空間及び作動流体により自重キャンセラが形成される。当該自重キャンセラは、誘導コイル組410の外側に配される。
The
ベローズ446は、高い透磁率を有する材料から形成される。そうすると、ベローズ446は、磁気遮断シールドとしてアクチュエータ440と誘導コイル組410とを磁気的に遮断することができる。ベローズ446の材料として、パーマロイが例示できる。また、磁気シールド効果を高める目的で、上記空間を形成する台座406側及びステージ本体451側にも高透磁率の材料により囲むことが好ましい。
The bellows 446 is formed from a material having a high magnetic permeability. Then, the
アクチュエータ430は、マグネット432と、ヨーク434と、ベローズ436を有する。マグネット432は、ステージ本体451側に固定された軸状のマグネットである。ヨーク434は、枠体404側に固定され、その内側にはコイルが巻かれる。マグネット432は、ヨーク434のコイルの内側に進退自在に挿入され、当該コイルに流れる駆動電流を変化させることによりヨーク434の内部を進退して、枠体404に対してステージ本体451を横に駆動する。アクチュエータ430は、アクチュエータ440と同様に、磁気駆動部の一例である。コイルを含むヨーク434を枠体404側に配することにより、ステージ本体451が移動する場合に、コイルに駆動電流を供給するケーブルをステージ本体451が引きずることが避けられる。
The
ベローズ436は、高い透磁率を有する材料から形成され、磁気遮断シールドとしてアクチュエータ430と誘導コイル組410とを磁気的に遮断することができる。ベローズ436の材料として、バネ性のあるステンレス鋼であるSUS304が例示できる。この場合に、ベローズ436自体が誘導加熱されるのを避けるべく、厚みは0.2から0.5mm程度が好ましい。また、時期シールド効果を高める目的で、マグネット432及びヨーク434を囲む空間の枠体404側及びステージ本体451側にも高透磁率の材料により囲むことが好ましい。
The bellows 436 is formed of a material having high magnetic permeability, and can magnetically shield the
図4に示すように、上ステージ141は、台座502と、誘導コイル組510と、上発熱体382とを備える。上ステージ141は、他のステージ装置の例である。上述とおり、下ステージ142は、上ステージ141に対向して配され、上ステージ141に近接および離間させることにより、それぞれ保持する第1基板122及び第2基板123を貼り合わせることができる。
As shown in FIG. 4, the
台座502は、図2に示すように、接合装置140の天板312に固定される。誘導コイル組510は、絶縁部材508を介して台座502の下部に設けられ、その下が熱絶縁材530により覆われる。熱絶縁材530の下には、上発熱体382が設けられる。
As shown in FIG. 2, the
台座502は、高剛性材料より形成され、上ステージ141における上発熱体382等を保持する。絶縁部材508は、電気的絶縁材料から形成される。絶縁部材508は、誘導コイル組510と台座502との電気的導通を防ぐ。絶縁部材508の材料として、ガラス、セラミックス等が例示できる。
The
誘導コイル組510は、上発熱体382を誘導加熱する。上発熱体382は、上基板ホルダ124を伝熱により加熱して、上基板ホルダ124も伝熱により第1基板122を加熱することができる。第1基板122及び第2基板123が重ねあわされた場合に、誘導コイル組510は、第1基板122及び第2基板123を加熱して、両基板を接合することができる。誘導コイル組510は、誘導加熱部の一例である。誘導コイル組510の各コイルは、中空部520を有する。中空部520に冷媒が流され、各コイルが冷却されることができる。
The induction coil set 510 induction-heats the
熱絶縁材530は、断熱効果の有する材料から形成される。熱絶縁材530は、上発熱体382からの熱を遮断して、誘導コイル組510が高温になることを防ぐ。熱絶縁材530は、電気的絶縁材料から形成される。熱絶縁材530は、誘導コイル組510と上発熱体382との電気的導通を防ぐ。熱絶縁材530の材料として、ガラス、セラミックス等が例示できる。
The
図6は、誘導コイル組410の配置の一例を示す平面図である。誘導コイル組410は、四つの誘導コイル412、414、416、418を含む。誘導コイル412、414、416、418は、各々が円環状であって、互いに隣接して同心円状に配される。誘導コイル412、414、416、418は、それぞれの両端に電極610を有し、電流供給部620に接続される。
FIG. 6 is a plan view showing an example of the arrangement of the
誘導コイル412、414、416、418は、中空部420を有する管から形成される。中空部420には、配管630から導入される冷媒により充填される。誘導コイル412、414、416、418は、上述のとおり、誘導加熱によりホルダ対を加熱することができるだけでなく、中空部420に導入される冷媒により、ステージ本体451、下発熱体384を介してホルダ対を冷却することもできる。よって、接合装置140は、第1基板122及び第2基板123を加熱加圧して接合した後、積層基板を冷却することもできる。
The induction coils 412, 414, 416, 418 are formed from a tube having a
図7は図6におけるA方向から観察する誘導コイル412の正面図である。誘導コイル組410に含まれる各誘導コイルは、直径のサイズが異なるだけで、同じ構造を有するので、図7には、誘導コイル412だけを示してその構造を説明する。図7に示すように、この実施形態では、電極610及び配管630は、誘導コイル412の下部から引出される。ことにより、各誘導コイルの開口部を小さくして、誘起した磁場の均一性を高めることができる。なお、図6に示すように、各誘導コイルの開口部の向きをずらすことにより、更に磁場の均一性を高めることができる。
FIG. 7 is a front view of the
電流供給部620は、高周波交流電源であってよい。電流供給部620は、電極610を通じて、誘導コイル412、414、416、418に、互いに独立して電流を供給する。電流供給部620は、誘導コイル412、414、416、418に、同位相の電流を供給する。電流供給部620の周波数は、10kHzから1MHzまでの範囲内で、加熱温度、加熱レート、加熱対象である下発熱体384の材質、形状等を考慮して決められる。電流供給部620から供給する電力は、加熱温度、加熱レート、加熱対象である下発熱体384の材質、形状等を考慮して決められるが、例えば、1kWであってよい。
The
誘導コイル412、414、416、418は、電流供給部620により交流電流が供給されると、コイルの内側を通過する磁束を有する磁場を形成する。当該磁場は、交流電流の変化により変化する。磁場の変化は、その磁場に置かれた下発熱体384の中に渦電流を発生させ、発熱させる。その熱により、ホルダ対が加熱される。
The induction coils 412, 414, 416, and 418 form a magnetic field having a magnetic flux that passes through the inside of the coil when an alternating current is supplied from the
誘導コイル412、414、416、418は、電気良導体のパイプにより巻いたコイルであってよい。誘導コイル412、414、416、418の材料は、銅、アルミニウム及びこれらの合金等のように、電気伝導性のよい材料であることが好ましい。図6において、誘導コイル412、414、416、418としてそれぞれ1周だけ巻いたコイルが示されたが、誘導コイル412、414、416、418は、それぞれ1周より多く巻いたコイルであってもよい。例えば、誘導コイル412、414、416、418は、それぞれ縦方向に数周巻いたコイルであってよい。誘導コイル412、414、416、418は、その内部に冷媒が流さなければ、線材、板などにより巻いたコイルであってもよい。 The induction coils 412, 414, 416, and 418 may be coils wound by a pipe with a good electrical conductor. The material of the induction coils 412, 414, 416, and 418 is preferably a material having good electrical conductivity such as copper, aluminum, and alloys thereof. In FIG. 6, the induction coils 412, 414, 416, and 418 are shown as coils wound only once, but the induction coils 412, 414, 416, and 418 may be coils wound more than one turn. Good. For example, the induction coils 412, 414, 416, and 418 may be coils wound several times in the vertical direction. The induction coils 412, 414, 416, and 418 may be coils wound with a wire, a plate, or the like as long as no coolant flows through the induction coils 412, 414, 416, and 418.
図8は、誘導加熱の一例を概念的に示す。下ステージ142における誘導コイル組410の四つの誘導コイルは、図8に示す方向に同位相の電流が供給されると、破線で示す磁束を有する磁場が発生する。下発熱体384が高い透磁率を有する場合には、磁束が通りやすいので、図8に示すように、コイルの内側を通過した磁束は、下発熱体384の内部に集中して、下発熱体384の内部を通過してコイルの外側に広がり、磁気回路を形成する。従って、下発熱体384は、第1基板122及び第2基板123に入る磁場を遮蔽して、磁束が第1基板122及び第2基板123に入り、第1基板122及び第2基板123に形成された電気回路などを破壊することを防ぐことができる。
FIG. 8 conceptually shows an example of induction heating. The four induction coils of the induction coil set 410 in the
誘導コイル組410と同様に、電流供給部620から上ステージ141における誘導コイル組510に交流電流を供給すると、誘導コイル組510は、その内側を通過する磁束を有する磁場を形成する。当該磁場は、交流電流の変化により変化する。磁場の変化は、その磁場に置かれた上ステージ141の上発熱体382の中に渦電流を発生させ、発熱させる。その熱により、ホルダ対が加熱される。
Similarly to the induction coil set 410, when an alternating current is supplied from the
電流供給部620は、誘導コイル組410と誘導コイル組510との間に互いに逆位相の電流を供給する。電流供給部620が誘導コイル組410と誘導コイル組510との間に互いに逆位相の電流を供給すると、図8に示すように、誘導コイル組410及び誘導コイル組510は、互いに対向する極性の磁場を形成する。その結果、第1基板122及び第2基板123が置かれた両磁場の境界線の近傍では、磁束が反発し合って、磁場の弱い領域が形成され、磁束が第1基板122及び第2基板123に入り、第1基板122及び第2基板123に形成された電気回路などを破壊することを防ぐことができる。
The
接合装置140に上述の誘導加熱を採用することにより、加熱機構及び加圧機構の構造を簡単にすることができる。特に、下ステージ142において、誘導コイル組410が粗動ステージ400に配置され、下発熱体384が誘導コイル組410と分離してステージ本体451に配置されるので、電気抵抗ヒーターがステージ本体451に設置された場合のように、微動ステージ450が電気配線を引き回すことがなく、微動ステージ450による基板の位置合せ精度を高めることができる。
By adopting the above-described induction heating for the
誘導加熱を採用することにより、加熱したい箇所だけ加熱することができる。よって、高精度の温度及び圧力の制御を維持しながら、装置のコストを削減でき、装置のメンテナンスが簡便にすることができる。誘導加熱を採用することにより、加熱過程の立ち上がりが速く、積層基板の製造スループットを向上できる。誘導加熱を採用することにより、ヒーター加熱に比べて消費電力が小さい。また、上の上ステージ141及び下の下ステージ142にそれぞれ誘導コイル組510及び誘導コイル組410を設けることにより、上の第1基板122も下の第2基板123も効率よく加熱することができる。
By adopting induction heating, only the portion to be heated can be heated. Therefore, the cost of the apparatus can be reduced while maintaining highly accurate temperature and pressure control, and the maintenance of the apparatus can be simplified. By employing induction heating, the heating process can be started quickly, and the manufacturing throughput of the laminated substrate can be improved. By adopting induction heating, power consumption is small compared to heater heating. Also, by providing the upper
エアギャップ456を設けたことにより、下発熱体384とステージ本体451が接触した場合に生じる下発熱体384の温度ムラを低減することができる。さらに、エアギャップ456を設けたことにより、下発熱体384からステージ本体451への熱伝導率を下げて、アクチュエータ430、440の温度上昇による推力の低下を防ぐことができる。
By providing the
上述の実施形態では、接合装置140において、第1基板122と第2基板123の位置合せから加熱加圧による最終接合まで行ったが、接合装置140において第1基板122と第2基板123との仮接合をしてから、第1基板122と第2基板123を別途用意される加熱加圧装置に搬送して、加熱加圧装置において最終の本接合をしてもよい。
In the above-described embodiment, the
なお、図1から図8に示す実施形態において、第1基板122及び第2基板123はそれぞれ上基板ホルダ124および下基板ホルダ125に保持されているが、上基板ホルダ124および下基板ホルダ125を用いなくてもよい。この場合に、第1基板122及び第2基板123は、それぞれ直接接合装置140における上発熱体382及び下発熱体384に載置される。誘導コイル組410及び誘導コイル組510は、それぞれ下発熱体384及び上発熱体382を誘導加熱する。下発熱体384及び上発熱体382は、伝熱により第1基板122及び第2基板123を加熱する。この加熱により、第1基板122及び第2基板123における電極接合面の電極同士を確実に接合することができる。上発熱体382及び下発熱体384を発熱させるのに代えて、誘導コイル組510及び誘導コイル組410は第1基板122および第2基板123自体に渦電流を発生させて誘導加熱させてもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 8, the
また、図1から図8に示す実施形態において、誘導コイル組510は上発熱体382を発熱させ、誘導コイル組410は下発熱体384を発熱させるが、発熱体はこれらに限られない。これに代えてまたはこれに加えて、誘導コイル組510は上基板ホルダ124に渦電流を発生させて発熱体として発熱させ、誘導コイル組410は下基板ホルダ125に渦電流を発生させて発熱体として発熱させてもよい。また、図1から図8に示す実施形態において、誘導コイル組410は、粗動ステージ400の上に配されているが、配置はこれに限られない。誘導コイル組410は、下ステージ142が上下二段のステージである場合における、下のステージ上に配されてもよい。例えば、図2に示す実施形態において、Xステージ354とYステージ356とが上下に配されているが、そのうちの下のステージであるYステージ356に誘導コイル組410が配されてもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 8, the induction coil set 510 generates heat from the
接合装置140は、更にプラズマ発生部を有してよい。プラズマ発生部が発生したプラズマにより、第1基板122及び第2基板123の表面を活性化してから、両基板を重ね合わせると、固体拡散により両基板が接合することができる。この場合に、誘導コイル組410及び誘導コイル組510により、第1基板122と第2基板123について、200℃以下に加熱すれば、固体拡散を促進して、接合を確実にすることができる。この場合、加圧しなくてもよい。
The
図9は、積層半導体装置を製造する製造方法の概略を示す。図9に示すように、積層半導体装置は、当該積層半導体装置の機能・性能設計を行うステップS110、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップS120、積層半導体装置の基材である基板を製造するステップS130、マスクのパターンを用いたリソグラフィを含んで、第1基板122および第2基板123に半導体装置を形成する基板処理ステップS140、上記の基板貼り合せ装置を用いて、処理された第1基板122および第2基板123を接合する基板貼り合せ工程等を含むデバイス組み立てステップS150、検査ステップS160等を経て製造される。なお、デバイス組み立てステップS150は、基板貼り合せ工程に続いて、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む。
FIG. 9 shows an outline of a manufacturing method for manufacturing a stacked semiconductor device. As shown in FIG. 9, the laminated semiconductor device is a base material for the laminated semiconductor device, Step S110 for designing the function / performance of the laminated semiconductor device, Step S120 for producing a mask (reticle) based on the design step. Step S130 for manufacturing a substrate, substrate processing step S140 for forming a semiconductor device on the
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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
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。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
100 基板貼り合せ装置、104 筐体、112 基板カセット、114 基板カセット、116 基板カセット、122 第1基板、123 第2基板、124 上基板ホルダ、125 下基板ホルダ、126 プリアライナ、128 基板ホルダラック、130 基板取り外し部、132 ロボットアーム、134 ロボットアーム、140 接合装置、141 上ステージ、142 下ステージ、145 断熱壁、146 シャッタ、148 制御部、310 枠体、312 天板、314 支柱、316 底板、342 顕微鏡、344 顕微鏡、352 ガイドレール、354 Xステージ、356 Yステージ、360 昇降部、370 反射鏡、382 上発熱体、384 下発熱体、400 粗動ステージ、402 底板、404 枠体、406 台座、408 絶縁部材、410 誘導コイル組、412 誘導コイル、414 誘導コイル、416 誘導コイル、418 誘導コイル、420 中空部、430 アクチュエータ、432 マグネット、434 ヨーク、436 ベローズ、440 アクチュエータ、442 マグネット、444 ヨーク、446 ベローズ、450 微動ステージ、451 ステージ本体、452 支柱、454 板ばね、456 エアギャップ、502 台座、508 絶縁部材、510 誘導コイル組、520 中空部、530 熱絶縁材、610 電極、620 電流供給部、630 配管 100 substrate bonding apparatus, 104 housing, 112 substrate cassette, 114 substrate cassette, 116 substrate cassette, 122 first substrate, 123 second substrate, 124 upper substrate holder, 125 lower substrate holder, 126 pre-aligner, 128 substrate holder rack, 130 substrate removing unit, 132 robot arm, 134 robot arm, 140 joining device, 141 upper stage, 142 lower stage, 145 heat insulation wall, 146 shutter, 148 control unit, 310 frame, 312 top plate, 314 support, 316 bottom plate, 342 microscope, 344 microscope, 352 guide rail, 354 X stage, 356 Y stage, 360 elevating part, 370 reflector, 382 upper heating element, 384 lower heating element, 400 coarse movement stage, 402 bottom plate, 404 frame, 406 Seat, 408 Insulating member, 410 induction coil set, 412 induction coil, 414 induction coil, 416 induction coil, 418 induction coil, 420 hollow part, 430 actuator, 432 magnet, 434 yoke, 436 bellows, 440 actuator, 442 magnet, 444 Yoke, 446 Bellows, 450 Fine stage, 451 Stage body, 452 Support, 454 Leaf spring, 456 Air gap, 502 Base, 508 Insulating member, 510 Inductive coil set, 520 Hollow part, 530 Thermal insulating material, 610 Electrode, 620 Current Supply section, 630 piping
Claims (10)
前記第1ステージ上に配され、前記第1ステージに対して移動可能であって、基板を支持する第2ステージと、
前記第1ステージに配され、前記基板を誘導加熱する誘導加熱部と
を備えるステージ装置。 A movable first stage;
A second stage disposed on the first stage and movable with respect to the first stage and supporting the substrate;
A stage apparatus comprising: an induction heating unit that is arranged on the first stage and induction-heats the substrate.
前記第1ステージに駆動されるステージ本体と、
前記ステージ本体に対してエアギャップを有して保持され、前記誘導加熱部の電磁誘導により加熱されて前記基板に伝熱する発熱体と
を有する請求項1または2に記載のステージ装置。 The second stage includes
A stage body driven by the first stage;
The stage apparatus according to claim 1, further comprising: a heating element that is held with an air gap with respect to the stage main body, and that is heated by electromagnetic induction of the induction heating unit to transfer heat to the substrate.
前記自重キャンセラは、前記誘導加熱部の外側に配される請求項1から3のいずれかに記載のステージ装置。 A self-weight canceller for supporting the mass of the second stage;
The stage apparatus according to claim 1, wherein the self-weight canceller is disposed outside the induction heating unit.
前記磁気駆動部と前記誘導加熱部とを磁気的に遮断する磁気遮断シールドと
をさらに備える請求項1から4のいずれかに記載のステージ装置。 A magnetic drive unit for magnetically driving the second stage;
The stage apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a magnetic shielding shield that magnetically shields the magnetic drive unit and the induction heating unit.
前記基板ホルダは、前記発熱体から伝熱で加熱されることにより前記基板を伝熱で加熱する請求項3に記載のステージ装置。 Further comprising a substrate holder for holding the substrate between the heating element and the substrate,
The stage apparatus according to claim 3, wherein the substrate holder is heated by heat transfer from the heating element to heat the substrate by heat transfer.
前記基板ホルダは、前記誘導加熱部の電磁誘導により加熱されて前記基板に伝熱する請求項3に記載のステージ装置。 Further comprising a substrate holder for holding the substrate between the heating element and the substrate,
The stage apparatus according to claim 3, wherein the substrate holder is heated by electromagnetic induction of the induction heating unit to transfer heat to the substrate.
前記ステージ装置に対向して配され、他の基板を保持する他のステージ装置と
を備え、
前記ステージ装置を他のステージ装置に近接および離間させることにより、前記基板と前記他の基板とを貼り合わせる基板貼り合せ装置。 A stage apparatus according to any one of claims 1 to 7,
Another stage device arranged opposite to the stage device and holding another substrate,
A substrate bonding apparatus for bonding the substrate and the other substrate by bringing the stage device close to and away from another stage device.
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