JP5459025B2 - Substrate laminating apparatus, laminated semiconductor device manufacturing method, laminated semiconductor device, substrate laminating method, and laminated semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、基板貼り合せ装置、積層半導体装置製造方法及び積層半導体装置に関する。 The present invention relates to a substrate bonding apparatus, a method for manufacturing a laminated semiconductor device, and a laminated semiconductor device.
特許文献1には、回路が形成された2枚の基板を、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて、加圧及び加熱を行いながら当該2枚の基板を接合する基板接合装置が記載されている。
特許文献1 特開2009−49066号公報
Patent Document 1 discloses a substrate bonding apparatus that stacks two substrates on which circuits are formed so that electrodes to be bonded are in contact with each other, and bonds the two substrates while applying pressure and heating. Have been described.
Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-49066
しかし、基板接合過程において、重ね合わせた複数の基板を基板接合装置に投入する度に、室温から予め定められた温度に加熱して、加圧をしながら基板が接合するまでその温度を保持し、その後温度を室温に下げて、接合された基板を取り出すプロセスを繰り返す。昇温、保温、降温には、相当の時間を要するので、この基板を接合する過程は、積層半導体装置の製造スループットのネックとなり、それを改善するには複数の基板接合装置を設けることを要する。 However, in the substrate bonding process, each time a plurality of superimposed substrates are put into the substrate bonding apparatus, the temperature is heated from room temperature to a predetermined temperature, and the temperature is maintained until the substrates are bonded while applying pressure. Then, the temperature is lowered to room temperature, and the process of taking out the bonded substrate is repeated. Since it takes a considerable amount of time to raise, keep, and lower the temperature, the process of bonding the substrates becomes a bottleneck in the manufacturing throughput of the laminated semiconductor device, and it is necessary to provide a plurality of substrate bonding apparatuses to improve it. .
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、複数の基板を貼り合わせる装置であって、前記複数の基板を重ね合せた重ね合せ基板を予め定められた温度まで昇温する昇温部と、前記昇温部により昇温された複数の前記重ね合せ基板における基板同士が結合する温度に前記重ね合せ基板の温度を保持する保温部とを備える基板貼り合わせ装置が提供される。 In order to solve the above problems, in the first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for laminating a plurality of substrates, wherein the temperature of a superposed substrate obtained by laminating the plurality of substrates is increased to a predetermined temperature. There is provided a substrate bonding apparatus including a temperature raising unit and a heat retaining unit that holds the temperature of the superimposed substrate at a temperature at which the substrates of the plurality of superimposed substrates heated by the temperature raising unit are bonded to each other. .
本発明の第2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 second 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3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 third 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、一実施形態であ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。基板貼り合せ装置100は、筐体102と、常温部104と、高温部106と、基板カセット112、114、116とを備える。常温部104および高温部106は、共通の筐体102の内部に設けられる。
FIG. 1 is a plan view schematically showing the overall structure of a
基板カセット112、114、116は、筐体102の外部に、筐体102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
常温部104は、筐体102の内側にそれぞれ配された、プリアライナ126と、ステージ装置140と、基板ホルダラック128と、一対のロボットアーム132、134とを備える。筐体102の内部は、基板貼り合せ装置100が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。常温部104は、大気中で第1基板122および第2基板123を搬送する。
The
プリアライナ126は、高精度であるが故にステージ装置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。これにより、ステージ装置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 position of each
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。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
ステージ装置140は、貼り合せの対象である第1基板122と第2基板123における接合すべき電極同士の位置を合わせて、重ね合わせる。ステージ装置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、ステージ装置140における位置合わせ精度を維持する。
The
ステージ装置140は、第1ステージ141と、第2ステージ142と、制御部148とを有する。第1ステージ141は、ステージ装置140の天板の下面に固定される。第1ステージ141の下面が真空吸着により上基板ホルダ124を保持する。
The
第2ステージ142は、第1ステージ141に対向して、ステージ装置140の底板の上に、XYZ方向に移動可能に配置される。第2ステージ142は、傾斜機能を有する。第2ステージ142の上面が真空吸着により下基板ホルダ125を保持する。
The
制御部148は、第2ステージ142の移動を制御する。制御部148は、第2ステージ142を移動させて、第1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、第2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。その後、上基板ホルダ124と下基板ホルダ125に挟まれた第1基板122と第2基板123は、上基板ホルダ124及び下基板ホルダ125に設けられた位置止め機構により仮止めされる。
The
ここで、重ね合わされて、本接合される前の第1基板122と第2基板123は、「重ね合せ基板」と記載されることがある。本接合された第1基板122および第2基板123は、「積層基板」と記載されることがある。また、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の組合せは、「ホルダ対」と記載されることがある。
Here, the
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、単体のシリコンウエハ、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る場合もある。
The
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およびステージ装置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、ステージ装置140、基板ホルダラック128およびロードロック室220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。
Of the pair of
ロボットアーム134は、基板ホルダラック128に対して、上基板ホルダ124および下基板ホルダ125の搬入および搬出も担う。第1ステージ141に第1基板122を保持させる場合に、ロボットアーム134は、まず基板ホルダラック128から一枚の上基板ホルダ124を取り出して第2ステージ142に載置する。第2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、第2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。
The
第2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、第2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、裏返して第1ステージ141に近づける。第1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、第2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、第2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、第1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。
The
高温部106は、断熱壁108、ロードロック室220、ロボットアーム230、昇温ユニット240、昇温ユニット250、保温部260および冷却室270を有する。断熱壁108は、高温部106を包囲して、高温部106の外部への熱輻射を遮断する。これにより、高温部106の熱が常温部104に及ぼす影響を抑制する。高温部106は、その内部が一定の真空状態に維持される。これにより、高温部106に搬入された基板の汚染及び酸化を抑えることができる。
The
ロボットアーム230は、昇温ユニット240、昇温ユニット250、保温部260、冷却室270とロードロック室220との間で第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。
The
ロードロック室220は、常温部104と高温部106とを連結する。ロードロック室220は、常温部104側と高温部106側とに、交互に開閉するシャッタ222、224を有する。
The
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から構成されるホルダ対が常温部104から高温部106に搬入される場合、まず、常温部104側のシャッタ222が開かれ、ロボットアーム134がホルダ対をロードロック室220に搬入する。次に、常温部104側のシャッタ222が閉じられ、ロードロック室220内部が真空に引かれる。ロードロック室220内部の真空度が、高温部106側の真空度になったら、高温部106側のシャッタ224が開かれる。ロボットアーム230が、ロードロック室220からホルダ対を搬出して、昇温ユニット240に装入する。
When a holder pair including the
昇温ユニット240及び昇温ユニット250は、ホルダ対を順次高い温度まで昇温する。例えば、基板接合温度が450℃である場合に、昇温ユニット240は、ホルダ対を室温から200℃まで加熱する。その後、ロボットアーム230が、昇温ユニット240からホルダ対を搬出して昇温ユニット250に装入する。昇温ユニット250は、ホルダ対を更に450℃まで加熱する。ここで、基板接合温度とは、貼り合せの対象である第1基板122と第2基板123における接合すべき電極同士が接合される温度を言い、電極に設けられたバンプ等が接合される温度を含む。
The
昇温ユニット250は、基板接合温度において、ホルダ対を加圧して重ね合せ基板を仮接合する。その後、昇温ユニット250がホルダ対から上基板ホルダ124および下基板ホルダ125を外して、ロボットアーム230が仮接合された重ね合せ基板を取り出して接合温度を有する保温部260に装入する。なおこれに代えて、昇温ユニット240および昇温ユニット250のそれぞれは、受け取ったホルダ対を室温から予め定められた温度、例えば450℃まで加熱して、昇温ユニット240および昇温ユニット250のそれぞれから重ね合わせ基板を保温部260に受け渡してもよい。
The
保温部260は、昇温ユニット250により加熱された重ね合せ基板を複数収容して、基板接合温度において、重ね合せ基板を保温加圧して、本接合することにより基板の貼り合せを完成する。ロボットアーム230は、本接合された積層基板を保温部260から取り出して、冷却室270に装入して冷却する。
The
昇温ユニット240、昇温ユニット250、保温部260及び冷却室270は、それぞれロボットアーム230により基板及び基板ホルダを搬出入できる搬入口を有する。昇温ユニット240、昇温ユニット250、保温部260及び冷却室270は、搬出入以外の場合に搬入口がシャッタにより閉められ、外部と遮断され、互いの温度影響を防ぐ。
The
高温部106から常温部104に上基板ホルダ124、下基板ホルダ125及び積層基板を搬出する場合は、常温部104から高温部106に搬入する場合の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、高温部106の内部雰囲気を常温部104側に漏らすことなく、ホルダ対を高温部106に搬入または搬出できる。
When the
高温部106から搬出される積層基板は、ロボットアーム134、132および第2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。搬出される上基板ホルダ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。
The laminated substrate unloaded from the
基板貼り合せ装置100内の多くの領域において、上基板ホルダ124が第1基板122を保持した状態で、又は下基板ホルダ125が第2基板123を保持した状態で、ロボットアーム134、230および第2ステージ142により搬送される。第1基板122を保持した上基板ホルダ124又は第2基板123を保持した下基板ホルダ125が搬送される場合、ロボットアーム134、230は、真空吸着又は静電吸着により上基板ホルダ124又は下基板ホルダ125を吸着して保持する。
In many areas in the
図2は、昇温ユニット250の構造を模式的に示す正面図である。昇温ユニット250は、断熱室300と、上ステージ310と、下ステージ320と、昇降部330とを備える。断熱室300は、上ステージ310、下ステージ320及び昇降部330を内部に収容する。
FIG. 2 is a front view schematically showing the structure of the
断熱室300は、断熱材から形成される断熱壁を有し、ホルダ対を加熱する場合に、外部への熱輻射が遮断され、ロボットアーム等周辺に存在する装置、機器への悪影響を防ぐことができる。断熱室300において、その天板に上ステージ310が固定され、その底板に昇降部330のベースが固定される。断熱室300は、上ステージ310と下ステージ320によりホルダ対に加圧する場合に、装置の反力により変形すること防ぐ目的で、高剛性材料により形成される。
The
上ステージ310は、加熱及び冷却する機能を有し、ホルダ対を加熱及び冷却することができる。昇降部330は、ベースに固定されたシリンダ334と、そのシリンダに結合するピストン332を含む。ピストン332は、外部からの制御信号により上下昇降する。
The
下ステージ320は、ピストン332の上面に設置される。下ステージ320は、ピストン332と共に上下に移動することができる。下ステージ320は、加熱及び冷却する機能を有し、ホルダ対を加熱及び冷却することができる。
The
図2は、ホルダ対が昇温ユニット250に装填され、下ステージ320に設置された状態を示す。ホルダ対を下ステージ320に載置した後、ピストン332を上昇させると、上ステージ310及び下ステージ320によりホルダ対を挟むことができる。
FIG. 2 shows a state where the holder pair is loaded in the
昇温ユニット250は、加圧制御信号に従って、更にピストン332を上昇させ、上基板ホルダ124及び下基板ホルダ125を介して、第1基板122及び第2基板123に所定の圧力を加えて、接合することができる。加圧することにより、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。
The
昇温ユニット240及び冷却室270は、昇温ユニット250と同様の構造を有してよい。冷却室270は、上下ステージに加熱機構を持たず、冷却機構だけを有してもよい。
The
但し、第1基板122と第2基板123が完全に接合されるまで、昇温ユニット250でホルダ対を保温し、加圧することは長い時間を要する。例えば、昇温ユニット250で本接合を完成するのに30分程度かかる場合がある。よって、基板接合における保温および加圧は、積層半導体装置の製造におけるスループットのネックとなる。それに対して昇温ユニット250を単に増やすと、昇温ユニット250は精密に動作する下ステージ320および昇降部330を有するので装置全体が高額になる。
However, until the
そこで、本実施形態は、昇温ユニット250において短時間で加熱および加圧して第1基板122と第2基板123を仮接合した後に、当該仮接合された重ね合せ基板を保温部260に移して、長時間かけて保温する。例えば、重ね合せ基板が上基板ホルダ124及び下基板ホルダ125から取り出されて搬送されても、第1基板122と第2基板123が分離することがない程度まで、昇温ユニット250で第1基板122と第2基板123を仮接合する。この仮接合の時間は、例えば10分である。仮接合後に、重ね合せ基板を保温部260に移して、第1基板122と第2基板123を完全に接合するまで、複数の重ね合せ基板を同時に保温して、加圧する。この保温および加圧の時間は例えば20分である。この方法により、昇温ユニット250の回転率を高め、積層半導体装置を製造する全体のスループットを高めることができる。
Therefore, in the present embodiment, after the
図3は、昇温ユニット250が重ね合せ基板に加圧する過程を示す。下ステージ320が上昇して、上ステージ310と共に上下からホルダ対を挟み、ホルダ対に圧力を加える。昇温ユニット250が短時間でホルダ対を加熱し、加圧することにより、第1基板122と第2基板123を仮接合する。上ステージ310及び下ステージ320は、それぞれ真空吸着により上基板ホルダ124及び下基板ホルダ125を保持することができる。
FIG. 3 shows a process in which the
上ステージ310は、制御により上下伸縮可能な3本の押えピン312を有する。押えピン312は、ホルダ対から上基板ホルダ124を分離するときに重ね合せ基板420を押さえる。上基板ホルダ124には、押えピン312が通過する3つの貫通孔164が設けられる。上ステージ310は、更にヒータ314及び冷却機構316を有する。ヒータ314及び冷却機構316は、ホルダ対の加熱、冷却及び保温をする。
The
下ステージ320は、制御により上下伸縮可能な3本押上ピン322を有する。押上ピン322は、下基板ホルダ125から重ね合せ基板420を分離するときに重ね合せ基板420を持ち上げる。下基板ホルダ125には、押上ピン322が通過する3つの貫通孔165が設けられる。下ステージ320は、更にヒータ324及び冷却機構326を有する。ヒータ324及び冷却機構326は、ホルダ対の加熱、冷却及び保温をする。
The
図4は、上ステージ310が上基板ホルダ124を重ね合せ基板420から分離する過程を示す。上記仮接合の後に上ステージ310及び下ステージ320は、真空吸着により、それぞれ上基板ホルダ124及び下基板ホルダ125を吸着する。下ステージ320は、真空吸着を維持しながら、予め定められた距離を降下する。下ステージ320の降下と共に、押えピン312は、下方に進出して第1基板122の裏面を押さえる。従って、上基板ホルダ124が真空吸着により上ステージ310に保持されたままであるが、重ね合せ基板420が押えピン312に押さえられて、下ステージ320に吸着された下基板ホルダ125と共に降下するので、上基板ホルダ124は重ね合せ基板420から分離される。
FIG. 4 shows a process in which the
図5は、押上ピン322が重ね合せ基板420を押し上げて、下基板ホルダ125から分離する過程を示す。押えピン312が重ね合せ基板420を押さえる力を弱めてから、押上ピン322は押えピン312の押さえ力より大きい力で重ね合せ基板420を押し上げる。下基板ホルダ125が真空により下ステージ320に吸着されたままであるので、重ね合せ基板420は下基板ホルダ125から分離される。重ね合せ基板420は、上部から押えピン312により弱い力で押さえられているので、押上ピン322により押し上げられるときに跳ねて位置ずれになることはない。
FIG. 5 shows a process in which the push-up
図6に示すように、押上ピン322が重ね合せ基板420を持ち上げた後、押えピン312が退避する。その後、ロボットアーム230が重ね合せ基板420を昇温ユニット250から搬出して保温部260に移す。
As shown in FIG. 6, after the push-up
図7及び図8は、保温部260を模式的に示す正面図である。図9は、図8に示すA−A方向から観察した保温部260の断面図である。保温部260は、保温部筐体400と、プレス部402と、プレス部404と、支持部406と、加圧ヘッド412と、加圧ヘッド414と、搬送ロボット430とを備える。
7 and 8 are front views schematically showing the
保温部筐体400は、断熱材から形成される断熱壁を有し、重ね合せ基板420を加熱する場合に、外部への熱輻射が遮断され、ロボットアーム等周辺に存在する装置、機器への悪影響を防ぐことができる。保温部筐体400は、両側にそれぞれプレス部402とプレス部404とを有する。プレス部402とプレス部404との間に挟まれて、支持部406が設けられる。
The heat
支持部406は、上部に重ね合せ基板420を保持する円弧状の保持面を有する。当該保持面が図7の左右方向に延伸して、支持部406は、当該保持面に、重ね合せ基板420の接合面が縦になるように、複数の重ね合せ基板420を鉛直方向に支持することができる。支持部406は、内部にヒータ446が設けられ、重ね合せ基板420を保持しながら重ね合せ基板420を加熱及び保温することができる。保温部筐体400は、2重構造であって、外部側が断熱材から形成され、内部側には支持部406により保持された重ね合せ基板420の周辺にヒータが設けられ、重ね合せ基板420を加熱及び保温できる構造であってもよい。
The
プレス部402およびプレス部404は、それぞれ加圧ヘッド412及び加圧ヘッド414を有する。加圧ヘッド412及び加圧ヘッド414は、図9に示すように、重ね合せ基板420より大きい直径を有する円柱状を有し、プレス部402およびプレス部404の駆動により、図7の矢印が示すように、左右方向に移動することができる。加圧ヘッド412及び加圧ヘッド414は、支持部406に保持されて直列的に並んだ複数の重ね合せ基板420を、両側から水平方向に挟み、加圧することができる。保温部筐体400は、加圧ヘッド412と加圧ヘッド414により重ね合せ基板420に加圧する場合に、装置の反力により変形することを防ぐ目的で、高剛性材料により形成される。また、加圧ヘッド412及び加圧ヘッド414は、それぞれヒータ442及びヒータ444を含み、支持部406に保持された重ね合せ基板420を左右両側から加熱及び保温することができる。
The
搬送ロボット430は、保温部260の内部で重ね合せ基板420を搬送する。搬送ロボット430は、保温部筐体400の天井に設けられたレール436に沿って横移動できる。搬送ロボット430は、昇降機構を有し、上下移動により保持した重ね合せ基板420を支持部406に載置することも、支持部406に載置された重ね合せ基板420を持ち上げることもできる。
The
搬送ロボット430は、横軸回転機構432を有する。搬送ロボット430は、図7の実線で示すように縦に保持した重ね合せ基板420を、横軸回転機構432を通じて、破線で示すように横に保持することができる。搬送ロボット430は、また縦軸回転機構434によりZ軸を中心に回転することができる。よって、搬送ロボット430は、横軸回転機構432及び縦軸回転機構434を通じて、保持する重ね合せ基板420の向きを任意に変更することができる。搬送ロボット430は、ロボットアーム230との間に重ね合せ基板420を受け渡すことにより、仮接合された重ね合せ基板420を搬入して支持部406に載置し、また完全接合された積層基板422を搬出する。
The
図7は、既に複数の重ね合せ基板420が載置された保温部260に、新しい重ね合せ基板420が搬入される過程を示す。加圧ヘッド414が左方向に退避して、新しい重ね合せ基板420が設置できるスペースを空けておき、搬送ロボット430が降下して保持した重ね合せ基板420を支持部406に載置する。その後、図8の実線矢印が示すように、加圧ヘッド414が右方向に進出して、加圧ヘッド412と共に重ね合せ基板420を挟み、加圧する。
FIG. 7 shows a process in which a new
このように、保温部260は、同時に複数の重ね合せ基板420を重ねて保温しながら加圧することができる。図7に示すように、昇温ユニット250から移送される重ね合せ基板420は、次々と左側から支持部406に装填される。従って、重ね合せ基板420の列において、右側に向かって、保温及び加圧時間が長い重ね合せ基板420が並んでいる。
In this manner, the
予め定められた時間の保温及び加圧がされて、本接合された積層基板422は、支持部406の右側から取り出されて搬出される。例えば、積層基板422を取り出すときは、図8の破線矢印が示すように、加圧ヘッド412および加圧ヘッド414が加圧を停止し、加圧ヘッド412が右方向に少し退避して、搬送ロボット430が重ね合せ基板420の列における右端の積層基板422を取り出して、ロボットアーム230に渡して搬出する。そして、加圧ヘッド414が右方向に進出して、空きスペースを詰めて、加圧ヘッド412と共に残った重ね合せ基板420を挟んで加圧する。
The
上述のように、基板の接合過程において、時間を要する保温加圧を保温部260に分担させ、保温部260により複数の重ね合せ基板420を同時に保温加圧することにより、昇温ユニット250の回転率を高めることができるので、昇温ユニットを増やすことなく、プロセス全体のスループットを高めることができる。
As described above, in the substrate bonding process, the heat retention and pressure that requires time is shared by the
図10は、加熱部材460を用いた保温部260の実施形態を示す。保温部260は、重ね合せ基板420を支持部406に載置するとき、重ね合せ基板420同士の間に挟む加熱部材460を更に有する。加熱部材460は、接合温度に加熱及び保温されることができる。重ね合せ基板420同士の間に挟まれた加熱部材460の加熱保温により、重ね合せ基板420はより安定且つ均一に保温されることができる。
FIG. 10 shows an embodiment of the
加熱部材460は、例えば、重ね合せ基板420と同じ又は大きい径を有する円板であってよい。加熱部材460は、内部にヒータが設けられてよい。加熱部材460のヒータの一例として、熱線が設けられた電気ヒータであってよい。加熱部材460の側面には電気ヒータの受電用電極が設けられ、支持部406には重ね合せ基板420の重ね合せ方向(図10における左右方向)に延伸するレール状の給電用電極が設けられてよい。加熱部材460は、支持部406に載置される場合に、側面にある受電用電極が支持部406に設けられた給電用電極に接するように載置されて、電力供給を受けることができる。なお、加熱部材460は、受電用電極が支持部406の給電用電極のレール上で滑走できるので、加圧される場合に支持部406上で左右に移動されても受電が維持できる。
The
上述の実施形態において、ホルダ対が昇温ユニット250で解体され、重ね合せ基板420だけが保温部260に投入されるが、ホルダ対は、そのまま保温部260に投入されて、保温され加圧されてもよい。上述の実施形態において、重ね合せ基板420が仮接合されるまで、第1基板122及び第2基板123がそれぞれ上基板ホルダ124及び下基板ホルダ125により保持され搬送されるが、第1基板122及び第2基板123は、上基板ホルダ124及び下基板ホルダ125を使用せず、直接搬送されてもよい。
In the above-described embodiment, the holder pair is disassembled by the
上述の実施形態において、保温部260が横方向に並んだ複数の重ね合せ基板420を両側から水平方向に挟み加圧するが、保温部260は、縦方向に並んだ複数の重ね合せ基板420を上下から挟み加圧する構造を有してもよい。なお、昇温ユニット250において仮接合された重ね合せ基板420が、更に加圧されず保温されるだけでも本接合が完成できる場合には、保温部260は、プレス部を有さずに、保温だけにより重ね合せ基板420を本接合してもよい。また、保温部260内部には、N2が導入され、N2雰囲気の中で重ね合せ基板420が保温され加圧されてよい。この場合に、保温部260の搬入口にはシャッタの代わりにロードロックが設けられてよい。また、保温部260は本接合が完了する手前まで、または、完了後の予め定められた時間まで重ね合わせ基板420を保温して、その後に当該重ね合わせ基板420が保温部260から搬出されてもよい。
In the above-described embodiment, the
保温部260は、固定式の支持部406ではなく、移動式の支持部を有してもよい。例えば、保温部260は、接合温度に保温される保温チャンバーと、その保温チャンバーを通過するコンベアとを含み、重ね合せ基板420が当該コンベアに載置されて、保温チャンバーを通過することにより、予め定められた時間の保温がなされ、本接合が完成できる構造を有してよい。この場合に、コンベアは、回転するロータリー式であってよい。
The
図11は、積層半導体装置を製造する製造方法の概略を示す。図11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む基板処理ステップS140、上記の基板接合装置を用いた基板接合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、基板接合工程に続いて、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. 11 shows an outline of a manufacturing method for manufacturing a stacked semiconductor device. As shown in FIG. 11, 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. The substrate is manufactured through a step S130 for manufacturing a substrate, a substrate processing step S140 including lithography using a mask pattern, a device assembly step S150 including a substrate bonding process using the above-described substrate bonding apparatus, an inspection step S160, and the like. The device assembly step S150 includes processing processes such as a dicing process, a bonding process, and a package process following the substrate bonding process.
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、102 筐体、104 常温部、106 高温部、108 断熱壁、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、132 ロボットアーム、134 ロボットアーム、140 ステージ装置、141 第1ステージ、142 第2ステージ、145 断熱壁、146 シャッタ、148 制御部、164 貫通孔、165 貫通孔、220 ロードロック室、222 シャッタ、224 シャッタ、230 ロボットアーム、240 昇温ユニット、250 昇温ユニット、260 保温部、270 冷却室、300 断熱室、310 上ステージ、312 押えピン、314 ヒータ、316 冷却機構、320 下ステージ、322 押上ピン、324 ヒータ、326 冷却機構、330 昇降部、332 ピストン、334 シリンダ、400 保温部筐体、402 プレス部、404 プレス部、406 支持部、412 加圧ヘッド、414 加圧ヘッド、420 重ね合せ基板、422 積層基板、430 搬送ロボット、432 横軸回転機構、434 縦軸回転機構、436 レール、442 ヒータ、444 ヒータ、446 ヒータ、460 加熱部材
DESCRIPTION OF
Claims (35)
重ね合わされた前記複数の半導体基板をそれぞれが有する複数の重ね合わせ基板を収容する収容部と、
前記収容部に収容された前記複数の重ね合わせ基板のそれぞれの前記複数の半導体基板同士を接合する接合部と、
を備え、
前記収容部は、複数の重ね合わせ基板を直列的に並べて保持し、
前記接合部は、前記複数の重ね合わせ基板の少なくとも一つの前記重ね合わせ基板の接合が完了する前に他の前記重ね合わせ基板の接合を開始する基板貼り合わせ装置。 A device for bonding a plurality of semiconductor substrates each having a circuit formed thereon,
An accommodating portion for accommodating a plurality of overlapping substrates each having the plurality of semiconductor substrates superimposed;
A bonding portion for bonding the plurality of semiconductor substrates of each of the plurality of superimposed substrates accommodated in the accommodating portion;
With
The accommodating portion holds a plurality of stacked substrates arranged in series,
The bonding unit is a substrate bonding apparatus that starts bonding of the other overlapping substrates before the bonding of at least one of the plurality of overlapping substrates is completed.
前記接合部は、仮接合された前記複数の重ね合わせ基板を接合する請求項1から4のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。 A temporary bonding portion for temporarily bonding the plurality of semiconductor substrates of the superimposed substrate;
The said bonding part is a board | substrate bonding apparatus as described in any one of Claim 1 to 4 which joins these several overlapping substrates temporarily joined.
前記接合部は、前記仮接合部により加熱された前記複数の重ね合わせ基板のそれぞれの前記基板同士が互いに結合する第2の温度で前記重ね合わせ基板を加熱する請求項5または6に記載の基板貼り合わせ装置。 The temporary bonding portion heats the superimposed substrate at a first temperature,
The substrate according to claim 5 or 6, wherein the bonding portion heats the overlapping substrate at a second temperature at which the substrates of the plurality of overlapping substrates heated by the temporary bonding portion are bonded to each other. Bonding device.
重ね合わされた前記複数の半導体基板を有する重ね合わせ基板を第1の温度で加熱する第1加熱部と、
前記第1加熱部で加熱された複数の前記重ね合わせ基板を直列的に並べて第2の温度で加熱する第2加熱部と、
を備える基板貼り合わせ装置。 A device for bonding a plurality of semiconductor substrates each having a circuit formed thereon,
A first heating unit that heats the stacked substrate including the plurality of stacked semiconductor substrates at a first temperature;
A second heating unit configured to serially heat a plurality of the stacked substrates heated by the first heating unit and to heat the stacked substrates at a second temperature;
A substrate bonding apparatus comprising:
重ね合わされた前記複数の半導体基板を有する重ね合わせ基板を第1の時間の間加熱する第1加熱部と、
前記第1加熱部で加熱された複数の前記重ね合わせ基板を直列的に並べて前記第1の時間よりも長い第2の時間の間加熱する第2加熱部と、
を備える基板貼り合わせ装置。 A device for bonding a plurality of semiconductor substrates each having a circuit formed thereon,
A first heating unit that heats the stacked substrate having the plurality of stacked semiconductor substrates for a first time;
A second heating unit configured to heat a plurality of the stacked substrates heated by the first heating unit in series and heat for a second time longer than the first time;
A substrate bonding apparatus comprising:
重ね合わされた前記複数の半導体基板を有する重ね合わせ基板の前記複数の半導体基板を接合する接合部と、
前記複数の半導体基板が接合された複数の前記重ね合わせ基板を収容する収容部と、
前記収容部に収容された前記複数の重ね合わせ基板を加熱する加熱部と、
を備え、
前記収容部は、複数の重ね合わせ基板を直列的に並べて保持し、
前記加熱部は、前記複数の重ね合わせ基板の少なくとも一つの前記重ね合わせ基板の加熱が完了する前に他の前記重ね合わせ基板の加熱を開始する基板貼り合わせ装置。 A device for bonding a plurality of semiconductor substrates each having a circuit formed thereon,
A bonding portion for bonding the plurality of semiconductor substrates of the overlapping substrate having the plurality of semiconductor substrates superimposed;
An accommodating portion for accommodating the plurality of superimposed substrates to which the plurality of semiconductor substrates are bonded;
A heating unit for heating the plurality of superimposed substrates housed in the housing unit;
With
The accommodating portion holds a plurality of stacked substrates arranged in series,
The heating unit is a substrate bonding apparatus that starts heating the other overlapping substrate before the heating of at least one of the plurality of overlapping substrates is completed.
複数の半導体基板を重ね合わせることにより重ね合わせ基板を作成する重ね合わせ工程と、
複数の前記重ね合わせ基板を収容部に収容する収容工程と、
前記収容部に収容された前記複数の重ね合わせ基板のそれぞれの前記複数の半導体基板同士を接合する接合工程と、
を含み、
前記収容工程は、前記複数の重ね合わせ基板を直列的に並べて保持し、
前記接合工程は、前記複数の重ね合わせ基板の少なくとも一つの前記重ね合わせ基板の接合が完了する前に他の前記重ね合わせ基板の接合を開始する基板貼り合わせ方法。 A method of bonding a plurality of semiconductor substrates each having a circuit formed thereon,
An overlaying step of creating an overlay substrate by overlaying a plurality of semiconductor substrates;
A housing step of housing a plurality of the stacked substrates in a housing portion;
A bonding step of bonding the plurality of semiconductor substrates of each of the plurality of stacked substrates stored in the storage unit;
Including
The accommodating step holds the plurality of superimposed substrates in series,
The bonding step is a substrate bonding method in which the bonding of the other overlapping substrates is started before the bonding of at least one of the plurality of overlapping substrates is completed.
前記接合工程は、仮接合された前記複数の重ね合わせ基板を接合する請求項19から22のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。 A temporary bonding step of temporarily bonding the plurality of semiconductor substrates of the superimposed substrate;
The substrate bonding method according to any one of claims 19 to 22, wherein, in the bonding step, the plurality of temporarily bonded substrates are bonded.
前記仮接合工程は、前記基板ホルダに保持された前記重ね合わせ基板の前記複数の半導体基板を接合する請求項23に記載の基板貼り合わせ方法。 A holding step of holding the superimposed substrate on a substrate holder;
The substrate bonding method according to claim 23, wherein in the temporary bonding step, the plurality of semiconductor substrates of the superimposed substrate held by the substrate holder are bonded.
前記接合工程は、前記基板ホルダから分離された前記重ね合わせ基板の前記複数の半導体基板を接合する請求項24に記載の基板貼り合わせ方法。 Before the bonding step, including a separation step of separating the substrate holder and the overlapping substrate,
The substrate bonding method according to claim 24, wherein in the bonding step, the plurality of semiconductor substrates of the superimposed substrate separated from the substrate holder are bonded.
前記接合工程は、前記仮接合工程により加熱された前記複数の重ね合わせ基板のそれぞれの前記基板同士が互いに結合する第2の温度で前記重ね合わせ基板を加熱する請求項23または25に記載の基板貼り合わせ方法。 In the temporary bonding step, the overlapping substrate is heated at a first temperature,
26. The substrate according to claim 23, wherein the bonding step heats the overlapping substrate at a second temperature at which the substrates of the plurality of overlapping substrates heated by the temporary bonding step are bonded to each other. Pasting method.
重ね合わされた前記複数の半導体基板を有する重ね合わせ基板を第1の温度で加熱する第1加熱工程と、
前記第1加熱工程で加熱された複数の前記重ね合わせ基板を直列的に並べて第2の温度で加熱する第2加熱工程と、
を含む基板貼り合わせ方法。 A method of bonding a plurality of semiconductor substrates each having a circuit formed thereon,
A first heating step of heating the stacked substrate having the plurality of semiconductor substrates stacked at a first temperature;
A second heating step in which a plurality of the stacked substrates heated in the first heating step are arranged in series and heated at a second temperature;
A substrate bonding method including:
重ね合わされた前記複数の半導体基板を有する重ね合わせ基板を第1の時間の間加熱する第1加熱工程と、
前記第1加熱工程で加熱された複数の前記重ね合わせ基板を直列的に並べて前記第1の時間よりも長い第2の時間の間加熱する第2加熱工程と、
を含む基板貼り合わせ方法。 A method of bonding a plurality of semiconductor substrates each having a circuit formed thereon,
A first heating step of heating the stacked substrate having the plurality of stacked semiconductor substrates for a first time;
A second heating step in which a plurality of the stacked substrates heated in the first heating step are arranged in series and heated for a second time longer than the first time;
A substrate bonding method including:
重ね合わされた前記複数の半導体基板を有する重ね合わせ基板の前記複数の半導体基板を接合する接合工程と、
前記複数の半導体基板が接合された複数の前記重ね合わせ基板を収容部に収容する収容工程と、
前記収容部に収容された前記複数の重ね合わせ基板を加熱する加熱工程と、
を含み、
前記収容工程は、前記複数の重ね合わせ基板を直列的に並べて保持し、
前記加熱工程は、前記複数の重ね合わせ基板の少なくとも一つの前記重ね合わせ基板の加熱が完了する前に他の前記重ね合わせ基板の加熱を開始する基板貼り合わせ方法。 A method of bonding a plurality of semiconductor substrates each having a circuit formed thereon,
A bonding step of bonding the plurality of semiconductor substrates of the overlapping substrate having the plurality of semiconductor substrates superimposed;
A housing step of housing a plurality of the stacked substrates to which the plurality of semiconductor substrates are bonded in a housing portion;
A heating step of heating the plurality of stacked substrates housed in the housing portion;
Including
The accommodating step holds the plurality of superimposed substrates in series,
The heating step is a substrate bonding method in which heating of the other overlapping substrate is started before the heating of at least one of the plurality of overlapping substrates is completed.
前記複数の半導体基板が貼り合わされた前記重ね合わせ基板を積層半導体装置に個片化する工程と、
を含む積層半導体装置の製造方法。 A step of bonding the plurality of semiconductor substrates by the substrate bonding method according to any one of claims 19 to 34;
Dividing the stacked substrate on which the plurality of semiconductor substrates are bonded into a laminated semiconductor device;
A method for manufacturing a laminated semiconductor device comprising:
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