JP2012089537A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】基板貼り合わせ装置構造を簡略化して、基板位置合せ精度を高める。
【解決手段】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。本体に対する第１ステージ可動範囲は、第１ステージに対する第２ステージの可動範囲よりも大きくてもよい。第２ステージは、第１ステージに駆動されるステージ本体と、ステージ本体に対してエアギャップを有して保持され、誘導加熱部の電磁誘導により加熱されて基板に伝熱する発熱体とを有してもよい。
【選択図】図４

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 接合装置１４０の構造を模式的に示す正面図である。 接合装置１４０のおける基板の位置合せ過程を模式的に示す断面図である。 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。 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。 誘導コイル組４１０の配置の一例を示す平面図である。 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。 誘導加熱の一例を概念的に示す。 積層半導体装置を製造する製造方法の一実施形態のフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (10)

1. 移動可能な第１ステージと、
   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。
2. 前記第１ステージの可動範囲は、前記第１ステージに対する前記第２ステージの可動範囲よりも大きい請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記第２ステージは、
   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。
4. 前記第２ステージの質量を支える自重キャンセラをさらに備え、
   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。
5. 前記第２ステージを磁気的に駆動する磁気駆動部と、
   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。
6. 前記発熱体と前記基板との間に、前記基板を保持する基板ホルダをさらに備え、
   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。
7. 前記発熱体と前記基板との間に、前記基板を保持する基板ホルダをさらに備え、
   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。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のステージ装置と、
   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。
9. 請求項８に記載の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の製造方法。
10. 請求項７に記載の積層半導体装置の製造方法により製造された積層半導体装置。

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