KR20200018709A - 기판 접합 장치 및 기판 접합 방법 - Google Patents

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KR20200018709A
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board
bonding
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determination unit
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가즈야 오카모토
이사오 스가야
나오히코 구라타
마사시 오카다
하지메 미츠이시
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

기판 접합 장치로서, 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합시키는 기판 접합 장치로서, 서로 위치 맞춤하여 서로 겹쳐진 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합하는 접합부와, 접합부에 의한 접합 전에, 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 일방의 요철 상태를 검출하는 검출부와, 검출부에 의해 검출된 요철 상태가 소정의 조건을 만족하는지 아닌지를 판단하는 판단부를 구비하며, 접합부는, 요철 상태가 소정의 조건을 만족하지 않는다고 판단부에 의해 판단된 경우, 제1 기판 및 제2 기판의 접합을 행하지 않는다.

Description

기판 접합 장치 및 기판 접합 방법{SUBSTRATE BONDING APPARATUS AND SUBSTRATE BONDING METHOD}
본 발명은, 기판 접합 장치 및 기판 접합 방법에 관한 것이다.
복수의 기판을 적층하여 접합시킨 적층형 반도체 장치가 있다(특허 문헌 1 참조). 기판을 접합시키는 경우는, 반도체 장치의 선폭(線幅) 레벨의 정밀도로 기판을 위치 결정하여 서로 겹치고, 또 접합한다.
[특허 문헌 1］일본특허공개 2005－251972호 공보
접합시키는 기판의 요철 상태에 의해, 면방향으로 위치 맞춤하여 기판을 접합해도, 기판의 일부가 밀착하지 않는 경우가 있다.
본 발명의 제1 형태로서, 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합시키는 기판 접합 장치로서, 서로 위치 맞춤하여 서로 겹쳐진 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합하는 접합부와, 접합부에 의한 접합 전에, 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 일방의 요철 상태를 검출하는 검출부와, 검출부에 의해 검출된 요철 상태가 소정의 조건을 만족하는지 아닌지를 판단하는 판단부를 구비하며, 접합부는, 요철 상태가 소정의 조건을 만족하지 않는다고 판단부에 의해 판단된 경우, 제1 기판 및 제2 기판의 접합을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 기판 접합 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 형태로서, 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합시키는 기판 접합 방법으로서, 제1 기판 및 제2 기판을 서로 위치 맞춤하여 서로 겹치는 위치 맞춤 공정과, 위치 맞춤시켜진 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합하는 접합 공정과, 접합 공정의 전에, 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 일방의 요철 상태를 검출하는 검출 공정과, 검출 공정에 의해 검출된 요철 상태가 소정의 조건을 만족하는지 아닌지를 판단하는 판단 공정을 포함하며, 요철 상태가 소정의 조건을 만족하지 않는다고 판단 공정에서 판단된 경우, 접합 공정을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 기판 접합 방법이 제공된다.
상기 발명의 개요는, 본 발명의 필요한 특징의 모두를 열거한 것은 아니다. 이들 특징군의 서브 컴비네이션도 또 발명이 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 요철 상태를 미리 검출하여, 접합에 적절하지 않다고 판단한 기판은, 접합을 시도하지 않고 라인으로부터 제거함으로써, 기판 접합 장치의 수율과 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있는 기판 접합 장치 및 기판 접합 방법이 제공된다.
도 1은 기판 접합 장치(100)의 모식적 평면도이다.
도 2는 기판 홀더(150)의 사시도이다.
도 3은 기판 홀더(150)의 사시도이다.
도 4는 서로 겹침부(170)의 모식적 단면도이다.
도 5는 서로 겹침부(170)의 모식적 단면도이다.
도 6은 접합부의 모식적 단면도이다.
도 7은 기판(121)의 상태 천이를 나타내는 단면도이다.
도 8은 기판(121)의 상태 천이를 나타내는 단면도이다.
도 9는 기판(121)의 상태 천이를 나타내는 단면도이다.
도 10은 기판(121)의 상태 천이를 나타내는 단면도이다.
도 11은 기판(121)의 모식적 사시도이다.
도 12는 종합 제어부(110)의 일부를 나타내는 블럭도이다.
도 13은 판단부(116)의 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 14는 판단부(116)의 상세한 제어 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 15는 판단부(116)의 상세한 제어 순서의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 16은 판단부(116)의 상세한 제어 순서의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 17은 판단부(116)의 상세한 제어 순서의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 18은 판단부(116)의 다른 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 19는 판단부(116)의 또 다른 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.
이하, 발명의 실시 형태를 통해서 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시 형태는 청구의 범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 또, 실시 형태 중에서 설명되어 있는 특징의 조합의 모두가 발명의 해결 수단에 필수라고는 할 수 없다.
도 1은, 기판 접합 장치(100)의 모식적 평면도이다. 기판 접합 장치(100)에서는, 복수의 기판(121)을 접합시켜 적층 기판(123)을 제작한다.
또, 기판 접합 장치(100)에서 접합되는 기판(121)은, 실리콘 단결정 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼 외에, 유리 기판 등일 수도 있다. 또, 접합되는 기판(121) 중 적어도 일방은 복수의 소자를 포함하는 경우가 있다. 게다가, 접합되는 기판(121)의 일방 또는 양쪽 모두는, 그 자체가 이미 웨이퍼를 서로 겹쳐 제조된 적층 기판(123)이라도 괜찮다.
기판 접합 장치(100)는, 공통의 커버(106)의 내부에 형성된 상온부(102) 및 고온부(104)를 포함한다. 상온부(102)에서의 커버(106)의 외면에는, 종합 제어부(110)와, 복수의 FOUP(Front　Opening　Unified　Pod)(120)이 배치된다.
종합 제어부(110)는, 기판 접합 장치(100)의 각 부의 동작을 개별로 제어함과 아울러, 기판 접합 장치(100) 전체의 동작을 포괄적으로 제어한다. 또, 종합 제어부(110)는, 기판 접합 장치(100)의 전원 투입, 각종 설정, 정보 등을 입력하는 경우에 유저가 외부로부터 조작하는 조작부, 유저에 대해서 정보를 전달하는 표시부 등을 포함한다. 게다가, 종합 제어부(110)는, 기판 접합 장치(100)에 대해서 부가적으로 배치된 다른 기기와 접속하는 접속부를 포함하는 경우도 있다.
FOUP(120)는, 복수의 기판(121) 또는 적층 기판(123)을 수용한다. 또, FOUP(120)는, 기판 접합 장치(100)에 대해서 개별로 착탈할 수 있다. 이것에 의해, 기판 접합 장치(100)에서 접합되는 복수의 기판(121)은, FOUP(120)에 수용한 상태에서, 일괄하여 기판 접합 장치(100)에 장전할 수 있다. 또, 기판 접합 장치(100)에서 제조된 적층 기판(123)은, 다른 FOUP(120)에 수용하여 기판 접합 장치(100)로부터 일괄하여 반출된다.
상온부(102)에서의 커버(106)의 내측에는, 로더(132, 134), 프리 얼라이너(140), 서로 겹침부(170) 및 홀더 스토커(stocker, 180)가 배치된다. 상온부(102)의 내부는, 기판 접합 장치(100)가 설치된 환경의 실온과 대략 동일 온도가 유지되도록 온도 관리되고 있다. 이것에 의해, 서로 겹침부(170)의 동작 정밀도가 안정되므로, 기판(121)을 서로 겹치는 경우의 위치 결정 정밀도가 향상된다.
로더(132)는, FOUP(120)에 면(面)하여 배치되고, 접합시키는 기판(121)을 FOUP(120)로부터 반출한다. FOUP(120)로부터 반출된 기판(121)은, 프리 얼라이너(140)로 반송된다. 또, 도시의 예에서는, 프리 얼라이너(140)는, 홀더 스토커(180)와 상하로 겹쳐서 배치된다.
또, 로더(132)는, 기판 접합 장치(100)에서 제조한 적층 기판(123)을 로더(134)로부터 건네받아, FOUP(120)에 수납한다. 이와 같이, 로더(132)는, 접합되기 전의 기판(121) 또는, 접합시켜 제조된 적층 기판(123) 중 어느 것을 반송한다.
그런데, 기판 접합 장치(100)에서 접합되는 기판(121)의 상당수는 얇고 깨지기 쉬운 재료로 형성되어 있다. 이 때문에, 기판 접합 장치(100)의 내부에서는, 강도 및 강성이 기판(121)보다도 높은 기판 홀더(150)에 기판(121)을 유지시켜, 기판(121)과 기판 홀더(150)를 일체적으로 취급하는 것에 의해 기판(121)을 보호해도 괜찮다.
기판 홀더(150)는, 평탄한 유지면을 가지며, 해당 유지면에 기판(121)을 흡착하는 정전(靜電) 척(chuck) 등의 기판 유지 기능을 가진다. 기판 홀더(150)는, 상온부(102) 내에 배치된 홀더 스토커(180)로부터 취출하여 사용된다. 또, 기판 홀더(150)는, 반출되는 적층 기판(123)으로부터 분리하여 홀더 스토커(180)로 되돌려진다. 따라서, 기판 홀더(150)는, 기판 접합 장치(100)의 내부에서 반복하여 사용된다.
프리 얼라이너(140)는, 기판 홀더(150)에 기판(121)을 유지시키는 경우에, 기판 홀더(150) 및 기판(121)의 상호의 위치 맞춤을 한다. 이것에 의해, 기판(121)의 기판 홀더(150)에 대한 탑재 위치 및 탑재 방향이 일정하게 되어, 서로 겹침부(170)에서의 위치 결정 작업의 부담이 경감된다.
서로 겹침부(170)의 도면 중 측면을 따라서 배치된 로더(134)는, 홀더 스토커(180)로부터 기판 홀더(150)를 취출하여 프리 얼라이너(140)로 반송한다. 또, 로더(134)는, 프리 얼라이너(140)에서 기판(121)을 유지한 기판 홀더(150)를 서로 겹침부(170)에 반입한다.
또, 홀더 스토커(180)는, 복수의 기판 홀더(150)를 수용한다. 또, 홀더 스토커(180)에, 고온부(104)로부터 반출된 기판 홀더(150)를 냉각하는 기능을 마련해도 좋다.
또한, 로더(134)는, 서로 겹침부(170)에서 기판 홀더(150)와 함께 서로 겹쳐진 기판(121)을, 고온부(104)측으로 반송한다. 또, 로더(134)는, 고온부(104)측으로부터 적층 기판(123)을 반출하는 경우에도, 한 쌍의 기판 홀더(150) 사이에 끼워진 적층 기판(123)을 반송한다. 이와 같이, 로더(134)는, 기판(121) 또는 적층 기판(123)에 더하여, 1매 또는 2매의 기판 홀더(150)도 반송한다. 따라서, 로더(134)로서는, 로더(132)보다도 반송 능력이 큰 것이 이용된다.
서로 겹침부(170)는, 프레임체(210)의 내측에 배치된 고정 스테이지(250) 및 미동(微動) 스테이지(230)를 가진다. 고정 스테이지(250)는 프레임체(210)에 대해서 고정되고, 아래 방향으로 기판 홀더(150) 및 기판(121)을 유지한다. 미동 스테이지(230)는, 기판 홀더(150) 및 기판(121)을 탑재하여, 서로 겹침부(170)의 내부에서, 고정 스테이지(250)에 대해서 상대 이동하여, 한 쌍의 기판(121)을 위치 맞춤하고, 또, 서로 겹친다.
서로 겹침부(170)에서, 프레임체(210)의 외면은 벽재(212)에 의해 폐쇄된다. 이것에 의해, 주위로부터의 복사열 등이 서로 겹침부(170)에 미치는 영향을 단절하고 있다.
또, 서로 겹침부(170)는, 벽재(212)의 내측에 배치된 간섭계(222) 및 촬상부(226)를 가진다. 간섭계(222)는, 미동 스테이지(230)에 탑재된 반사경(224)을 이용하여, 미동 스테이지(230)의 위치를 고정밀도로 측정한다. 촬상부(226)는, 미동 스테이지(230)에 탑재된 기판(121)의 표면을 관찰하여, 표면의 성질과 상태를 검출한다. 이것에 의해, 미동 스테이지(230)에 탑재된 기판(121)을, 고정 스테이지(250)에 유지된 기판(121)에 대해서 정밀도 좋게 위치 결정할 수 있다.
고온부(104)는, 단열벽(108)에 포위되어, 높은 내부 온도를 유지함과 아울러, 외부로의 열복사를 차단하고 있다. 고온부(104)는, 로드 락(191), 접합부(190) 및 로더(136)를 구비한다.
로드 락(191)은, 교호(交互)로 개폐하는 셔터(193, 195)를 가지며, 고온부(104)의 고온 분위기가 상온부(102)로 누설하는 것을 방지한다. 로더(136)는, 로드 락(191)에서, 상온부(102)의 로더(134)로부터 서로 겹쳐진 기판(121)을 기판 홀더(150)와 함께 건네받는다. 로더(136)는, 복수의 접합부(190) 중 어느 하나에, 서로 겹쳐진 기판(121)을 반입한다.
접합부(190)는, 위치 결정된 기판(121)을 가압하여 접합시킨다. 이것에 의해, 기판(121)은 적층 기판(123)이 된다. 또, 접합부(190)는, 가압에 따라서 기판(121)을 가열해도 괜찮다.
적층 기판(123)은, 다시 로더(136)에 의해, 기판 홀더(150)와 함께 접합부(190)로부터 반출되어, 로드 락(191)에 반입된다. 고온부(104)측으로부터 로드 락(191)에 반입된 적층 기판(123) 및 기판 홀더(150)는, 상온부(102)측의 로더(134)에 순차적으로 주고 받아진다. 또, 기판 홀더(150)는, 적층 기판(123)으로부터 분리된다.
이렇게 하여, FOUP(120)에 면하여 배치된 로더(132)는, 기판 홀더(150)로부터 분리된 적층 기판(123)을 단독으로 FOUP(120)에 수납한다. 또, 기판 홀더(150)는, 홀더 스토커(180)로 되돌려져, 다른 기판(121)을 접합시키는 경우에 재사용된다.
이와 같이, 기판 접합 장치(100)에서는, 접합부(190)가, 서로 겹침부(170)에서 위치 결정하여 서로 겹쳐진 기판(121)을 가압하여 접합시킨다. 그렇지만, 예를 들면, 기판(121)의 각각에서 접합되는 접합면이 청정하고 평활한 경우는, 서로 겹침부(170)에서 기판(121)을 접합할 수 있는 경우도 있다. 그러한 경우는, 접합부(190)를 포함하는 고온부(104)를 생략할 수도 있다.
도 2는, 서로 겹침부(170)에 아래 방향으로 삽입되는 기판 홀더(150)를 올려본 모습을 나타내는 사시도이다. 기판 홀더(150)는, 유지하는 기판(121)에 접하는 원형의 재치면(載置面, 156)을 가지는 원판 모양의 부재이며, 알루미나 세라믹스 등의 딱딱한 재료로 형성된다. 또, 기판 홀더(150)는, 매설된 전극에 전압을 인가한 경우에 재치면(156)에 기판(121)을 정전 흡착하는 정전 척(158)을 가진다.
게다가, 기판 홀더(150)는, 측 둘레를 따라서 배치된 복수의 영구 자석(152)을 구비한다. 영구 자석(152)은, 각각 재치면(156)의 외측에서, 기판 홀더(150)의 가장자리부에 대해서 고정된다.
도 3은, 서로 겹침부(170)에 아래 방향으로 삽입되는 기판 홀더(150)를 내려다 본 모습을 나타내는 사시도이다. 이 기판 홀더(150)도, 재치면(156) 및 정전 척(158)을 가지는 점에서는, 도 2에 나타낸 기판 홀더(150)와 동일한 형상 및 구조를 가진다.
기판 홀더(150)는, 영구 자석(152)을 대신하여, 자성체판(154)을 가진다. 자성체판(154)은, 영구 자석(152)에 대응하여 배치된다. 또, 자성체판(154)의 각각은, 재치면(156)의 법선 방향으로 변위 가능하게, 기판 홀더(150)에 대해서 탄성적으로 장착된다. 이것에 의해, 도 2에 나타낸 기판 홀더(150)와 도 3에 나타낸 기판 홀더(150)를 서로 마주 보게 하여 서로 겹친 경우, 영구 자석(152)이 자성체판(154)을 흡착하여, 한 쌍의 기판 홀더(150)의 면 방향의 상대 위치를 자율적으로 유지한다.
도 4는, 서로 겹침부(170)의 모식적 종단면도이다. 서로 겹침부(170)는, 프레임체(210)과 프레임체(210)의 내측에 배치된 이동 스테이지부(240) 및 고정 스테이지(250)를 가진다.
고정 스테이지(250)는, 프레임체(210)의 천정면으로부터, 복수의 로드 셀(254)을 매개로 하여 아래 방향으로 현가된다. 고정 스테이지(250)는, 정전 척(252)을 구비한다. 이것에 의해, 고정 스테이지(250)는, 접합에 제공하는 기판(121)의 일방을 유지한 기판 홀더(150)를 하면에 흡착하여 유지한다.
도시의 예에서는, 도 2에 나타낸, 영구 자석(152)이 장착된 기판 홀더(150)가 고정 스테이지(250)에 유지된다. 복수의 로드 셀(254)은, 고정 스테이지(250)에 대해서 하부로부터 상부를 향해서 걸리는 부하를 개별로 계측하여, 기판(121)의 면방향의 부하 분포를 검출한다.
프레임체(210)의 천정면에는, 고정 스테이지(250)의 측부에, 아래를 향한 현미경(251)이 배치된다. 현미경(251)은, 미동 스테이지(230)에 유지된 기판(121)의 표면에 광학계를 합초(合焦, 초점 맞춤)시키는 자동 합초 기능을 가지며, 기판(121)의 표면을 관찰한다. 또, 현미경(251)은 프레임체(210)에 고정되어 있으므로, 현미경(251)과 고정 스테이지(250)의 상대 위치는 변화하지 않는다.
이동 스테이지부(240)는, 이동 정반(定盤, 242), 조동(粗動) 스테이지(244), 중력 캔슬부(246), 구면(球面) 시트(seat, 248) 및 미동 스테이지(230)를 포함한다. 이동 정반(242)은, 조동 스테이지(244), 중력 캔슬부(246) 및 미동 스테이지(230)를 탑재하여, 프레임체(210)의 내부 저면에 고정된 가이드 레일(241)을 따라서 이동한다. 이동 정반(242)의 이동에 의해, 이동 스테이지부(240)는, 고정 스테이지(250)의 바로 아래와, 고정 스테이지(250)의 바로 아래로부터 벗어난 위치와의 사이를 이동한다.
조동 스테이지(244)는, 도면 중에 화살표로 나타내는 X방향 성분 및 Y방향 성분을 포함하는 수평 방향으로, 이동 정반(242)에 대해서 이동한다. 이동 정반(242)에 대해서 상대 이동하는 경우, 미동 스테이지(230)도 조동 스테이지(244)를 따라서 이동한다.
중력 캔슬부(246)는, 미동 스테이지(230)의 미세한 변위를 검지하면서 신축하여, 미동 스테이지(230)의 겉보기 중량을 작게 한다. 이것에 의해, 미동 스테이지(230)를 변위시키는 액추에이터의 부하를 경감하여 위치의 제어 정밀도를 향상시킨다.
미동 스테이지(230)는, 유지부(220)를 가지며, 접합에 제공하는 기판(121)을 유지한 기판 홀더(150)를 유지한다. 기판(121)의 위치 결정 동작에서, 미동 스테이지(230)는, 당초, 조동 스테이지(244)의 이동에 따라서 이동한다. 다음의 단계에서, 미동 스테이지(230)는 조동 스테이지(244)에 대해서 변위한다. 미동 스테이지(230)의 조동 스테이지(244)에 대한 변위는, X, Y, Z축의 모두에 대한 병진(竝進) 및 회전을 포함한다.
또, 미동 스테이지(230)는, 측부에 고정된 현미경(231)을 가진다. 현미경(231)은 미동 스테이지(230)에 대해서 고정되어 있으므로, 미동 스테이지(230) 및 현미경(231)의 상대 위치는 변화하지 않는다. 현미경(231)은, 기판(121)의 표면에 광학계를 합초시키는 자동 합초 기능을 가지며, 고정 스테이지(250)에 유지된 기판(121)의 표면을 관찰한다.
도 5는, 서로 겹침부(170)의 모식적 단면도이다. 도 4와 공통의 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하여 중복하는 설명을 생략한다.
도시의 서로 겹침부(170)에서는, 이동 스테이지부(240)가 가이드 레일(241)을 따라서 이동하고, 각각이 기판 홀더(150) 및 기판(121)을 유지한 미동 스테이지(230) 및 고정 스테이지(250)가 서로 대향한 상태가 된다. 게다가, 유지된 한 쌍의 기판을 위치 결정한 다음에 미동 스테이지(230)를 상승시켜, 한 쌍의 기판(121)을 서로 접근시킨다.
접근한 한 쌍의 기판(121)이 접하여 서로 겹쳐진 경우, 적어도 일방의 기판(121)에 형성된 납땜 범프(bump) 등을 매개로 하여, 기판(121) 상의 패드(pad)가 서로 전기적으로 결합된다. 이와 같이, 한 쌍의 기판(121) 상의 소자를 상호 결합하여, 적층 기판(123)을 형성할 수 있다. 환언하면, 적층 기판(123)을 형성하는 경우에는, 패드, 범프 등의 위치가 일치하도록, 서로 겹침부(170)에서 한 쌍의 기판(121)의 상호의 위치 결정이 실행된다.
다만, 한 쌍의 기판(121)은, 최종적으로, 접합부(190)에서 접합된다. 따라서, 서로 겹침부(170)에서는, 기판(121)이 상호 위치 결정된 상태에서 고정된다. 고정된 기판(121)은, 서로 접한 상태라도 괜찮고, 서로 이간한 상태라도 괜찮다.
도 6은, 접합부(190)의 모식적 단면도이다. 접합부(190)는, 케이스(192)의 저부로부터 순차적으로 적층된 정반(198) 및 히트 플레이트(196)와, 케이스(192)의 천정면으로부터 수하(垂下)된 가압부(194) 및 히트 플레이트(196)를 가진다. 히트 플레이트(196)의 각각은 히터를 내장한다. 또, 케이스(192)의 측면 중 하나에는 반입구(199)가 마련된다.
접합부(190)에는, 이미 위치 결정하여 서로 겹쳐진 기판(121)과, 기판(121)을 사이에 끼운 한 쌍의 기판 홀더(150)가 함께 반입된다. 반입된 기판 홀더(150) 및 기판(121)은, 정반(198)의 히트 플레이트(196) 상면에 재치된다.
접합부(190)는, 먼저, 히트 플레이트(196)를 승온시킴과 동시에, 가압부(194)를 하강시켜 상측의 히트 플레이트(196)를 눌러 내린다. 이것에 의해, 히트 플레이트(196)의 사이에 끼워진 기판 홀더(150) 및 기판(121)이 가열 및 가압되어 접합되어, 기판(121)은 적층 기판(123)이 된다. 제조된 적층 기판(123)은, 로더(136)에 의해 접합부(190)로부터 반출된다.
상기와 같은 용도를 감안하여, 기판 홀더(150)에는, 접합부(190)에서의 가열 및 가압을 반복하여 받아도 열화(劣化)하지 않는 강도와 내열성이 요구된다. 또, 히트 플레이트(196)에 의한 가열 온도가 높은 경우는, 기판(121)의 표면이 분위기와 화학적으로 반응하는 경우가 있다. 여기서, 기판(121)을 가열 가압하는 경우는, 케이스(192)의 내부를 배기하여 진공 환경으로 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 반입구(199)를 기밀하게 폐쇄하는 개폐 가능한 문을 마련해도 괜찮다.
게다가, 접합부(190)에는, 가열, 가압한 후의 적층 기판(123)을 냉각하는 냉각부를 마련해도 괜찮다. 이것에 의해, 실온까지 이르지 않아도, 어느 정도 냉각한 적층 기판(123)을 반출하여, 신속히 FOUP(120)로 되돌릴 수 있다.
도 7, 도 8, 도 9 및 도 10은, 기판 접합 장치(100)에서의 기판(121)의 상태의 변천을 나타내는 도면이다. 이들 도면을 참조하면서, 기판 접합 장치(100)의 동작을 설명한다.
기판 접합 장치(100)에서는, 먼저, 로더(134)에 의해 홀더 스토커(180)로부터 반출된 기판 홀더(150)가, 미리 정해진 정밀도 보다도 높은 정밀도로, 프리 얼라이너(140) 상에 위치 결정된다. 다음으로, 로더(132)에 의해 FOUP(120)으로부터 1매씩 반출된 기판(121)이, 프리 얼라이너(140)에서, 기판 홀더(150)에 대해서, 미리 정해진 정밀도 이상의 위치 정밀도로 기판 홀더(150)에 탑재된다.
이렇게 하여, 도 7에 나타내는 바와 같이, 기판(121)을 유지한 기판 홀더(150)가 준비된다. 기판(121)이 탑재된 기판 홀더(150)는, 로더(134)에 의해 서로 겹침부(170)로 순차적으로 반송된다. 이것에 의해, 예를 들면, 먼저 반송된 기판(121) 및 기판 홀더(150)는, 로더(134)에 의해 반전되어 고정 스테이지(250)에 의해 유지된다.
다음으로 반입된 기판(121) 및 기판 홀더(150)는, 그대로의 방향으로 미동 스테이지(230)에 의해 유지된다. 이렇게 하여, 도 8에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 기판(121)은, 서로 대향한 상태에서 서로 겹침부(170)에 의해 유지된다.
다음으로, 미동 스테이지(230)를 상승시키는 것에 의해, 상호 위치 결정된 한 쌍의 기판(121)은, 위치 결정된 상태를 유지한 채로 서로 겹쳐진다. 이것에 의해, 로더(134)는, 상호 위치 결정된 한 쌍의 기판(121) 및 기판 홀더(150)를, 기판(121) 사이의 틈을 유지한 채로 일체적으로 반송할 수 있다.
또, 이 단계에서는, 한 쌍의 기판(121)은, 아직 접합되어 있지 않다. 따라서, 이 단계라면, 기판 홀더(150)의 고정을 풀어, 기판(121)의 위치 결정을, 기판(121)을 손상시키지 않고 다시 할 수 있다.
이어서, 로더(134, 136)는, 한 쌍의 기판(121)을 사이에 끼운 기판 홀더(150)를 접합부(190)에 장입한다. 접합부(190)에서 가열, 가압된 한 쌍의 기판(121)은 항구적으로 접합되어, 도 10에 나타내는 바와 같이 적층 기판(123)이 된다. 따라서, 로더(134, 136)는, 기판 홀더(150) 및 적층 기판(123)을 분리하여, 기판 홀더(150)는 홀더 스토커(180)에, 적층 기판(123)은 FOUP(120)에, 각각 반송한다. 이렇게 하여, 적층 기판(123)을 제조하는 일련의 공정이 완료한다.
도 11은, 접합에 제공되는, 서로 대향한 한 쌍의 기판(121)의 개념적인 사시도이다. 기판(121)은, 노치(124)에 의해 일부가 빠진 원판형의 형상을 가지며, 표면에 각각 복수의 소자 영역(126) 및 얼라이먼트 마크(128)를 가진다.
노치(124)는, 기판(121)의 결정 배향성 등에 대응하여 형성된다. 따라서, 기판(121)을 취급하는 경우에는, 노치(124)를 지표로 하여 기판(121)의 방향이 결정된다.
기판(121)의 표면에는, 복수의 소자 영역(126)이 주기적으로 배치된다. 소자 영역(126)의 각각에는, 포토리소그래피 기술 등에 의해 기판(121)을 가공하여 형성된 반도체 장치가 실장된다. 또, 소자 영역(126)의 각각에는, 기판(121)을 다른 기판(121)에 접합시킨 경우에 접속 단자가 되는 패드 등도 포함된다.
또, 복수의 소자 영역(126) 상호의 사이에는, 소자, 회로 등의 기능적 요소가 배치되어 있지 않은 블랭크(blank) 영역이 있다. 블랭크 영역에는, 기판(121)을 소자 영역(126)마다 분리하는 경우에 절단하는 스크라이브 라인(scribe line, 122)이 배치된다.
게다가, 스크라이브 라인(122) 상에는, 기판(121)을 위치 결정하는 경우의 지표가 되는 얼라이먼트 마크(128)가 배치된다. 스크라이브 라인(122)은, 기판(121)을 절단하여 다이(die)로 하는 과정에서 절단 부분이 되어 소멸하므로, 얼라이먼트 마크(128)를 마련하는 것에 의해, 기판(121)의 실효적인 면적이 압박되지는 않는다.
또, 도면 중에서는 소자 영역(126) 및 얼라이먼트 마크(128)를 크게 그리고 있지만, 예를 들면 직경 300mm의 기판(121)에 형성되는 소자 영역(126)의 수는 수백 이상에 달하는 경우도 있다. 또, 소자 영역(126)에 형성된 배선 패턴 등을 얼라이먼트 마크(128)로서 이용하는 경우도 있다.
접합시키는 한 쌍의 기판(121)을 서로 겹침부(170)에서 위치 결정하는 경우, 현미경(231, 251)에 의해 대향하는 기판(121)의 얼라이먼트 마크(128)를 관찰하여, 기판(121) 상호의 상대 위치를 계측한다. 게다가, 계측한 상대 위치의 어긋남을 해소할 수 있도록 미동 스테이지(230)를 이동시키는 것에 의해, 기판(121)은 위치를 맞출 수 있다.
다만, 동일한 노광 장치에서 동일한 마스크를 이용하여 제작된 기판(121)이라도, 포토리소그래피 과정에서의 온도 등의 환경 조건의 차이 등에 의해, 두께 방향으로 기판마다 다른 변형을 일으켜 요철 상태가 변화하는 경우가 있다. 또, 기판(121)의 표면에 부착한 이물에 의해 접합하는 면의 요철 상태가 변화하는 경우가 있다.
기판(121)에서 접합하는 면의 요철 상태의 변화가 크게 되면, 기판(121)의 면방향으로 배열된 얼라이먼트 마크(128)에 의해 위치 맞춤을 하여 접합시켜도, 일방의 기판(121)의 접합면이 타방의 기판의 접합면과 밀착하지 않는 영역이 생겨, 기판(121) 상의 회로에 의한 적층 구조의 수율이 저하하는 경우가 있다.
그렇지만, 기판 접합 장치(100)에서는, 기판(121)의 요철 상태를 미리 검출하여, 접합에 적절하지 않다고 판단한 기판(121)은, 접합을 시도하지 않고 라인으로부터 제거한다. 이것에 의해, 기판 접합 장치(100)의 수율과 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다.
도 12는, 기판 접합 장치(100)에서의 종합 제어부(110)의 일부를 나타내는 블럭도이다. 종합 제어부(110)는, 서로 겹침 제어부(112), 검출부(114), 판단부(116) 및 반송 제어부(118)를 가진다.
검출부(114)에 의한 요철 상태의 검출은, 접합부(190)에서 기판(121)이 접합되기 전에 실행된다. 혹은, 검출부(114)에 의한 기판(121)의 요철 상태의 검출은, 서로 겹침부(170)에서 기판(121)이 서로 겹쳐지기 전에 실행되어도 괜찮다. 이것에 의해, 요철 상태가 접합에 적절하지 않은 기판(121)을 서로 겹치는 것에 의한 스루풋 및 수율의 저하를 미연에 방지할 수 있다.
검출부(114)는, 예를 들면, 서로 겹침부(170) 등에 배치한 촬상부(226)에 의해 경사지게 조명한 기판(121)을 촬상한 영상(映像)으로부터, 전체의 물결침을 포함하는 기판(121)의 요철 상태를 검출한다. 또, 검출부(114)는, 서로 겹침부(170)에 마련된 현미경(231, 251)의 자동 합초 기구의 동작으로부터 기판(121)의 요철 상태를 검출해도 괜찮다. 또, 검출부(114)의 배치는 상기에 한정되는 것이 아니라, 서로 겹침부(170)에 반입하기 전의 기판(121)의 요철 상태를 검출할 수 있는 어떤 장소에 배치해도 괜찮다. 보다 구체적으로는, FOUP(120)으로부터 프리 얼라이너(140) 또는 서로 겹침부(170)에 이르는 반송 경로 상에 배치해도 괜찮고, 프리 얼라이너(140)의 스테이지 상에 마련해도 괜찮다. 또, 프리 얼라이너(140) 및 서로 겹침부(170) 중 적어도 일방을 검출부(114)의 일부와 겸용해도 괜찮다.
이 경우, 검출부(114)는, 기판(121)의 접합면에서의 돌출 부분을 검출하는 것에 의해, 기판(121)의 요철 상태를 검출해도 괜찮다. 즉, 검출 대상이 되는 기판(121)을 유지한 기판 홀더(150)의 유지면과 기판(121)의 두께에 기초하여 고려되는 규준면(規準面)에 대해서, 미리 정한 문턱값, 예를 들면 3㎛를 넘어 돌출한 영역을 측정하는 것에 의해, 기판(121)의 요철 상태를 검출할 수 있다. 기판(121)의 요철 상태를 검출하는 목적으로 돌출 부분을 관찰하는 경우는, 돌출 부분의 높이, 폭, 넓이 중 적어도 하나를 측정하는 것에 의해 요철 상태를 평가해도 괜찮다.
또, 상기의 예에서는 촬상부(226)를 서로 겹침부(170)에 배치했지만, 다른 장소에 촬상부(226)를 마련해도 괜찮다. 또, 촬상부(226)를, 서로 겹침부(170)의 내부에 더하여 다른 장소에 배치해도 괜찮다.
또, 검출한 돌출 부분이, 기판(121) 전체의 면적에 대해서 국부적인 경우, 검출부(114)는, 해당 돌출 부분을, 기판(121)에 부착한 부착물로서 검출해도 괜찮다. 이와 같이, 검출부(114)는, 기판(121)의 돌출 부분의 재료, 즉, 돌출 부분이 기판(121) 그 자체에 의해 형성되어 있는지, 부착물에 의해 형성되어 있는지를 검출해도 괜찮다.
게다가, 검출부(114)는, 기판(121)의 돌출 부분의 돌출 방향을 검출해도 괜찮다. 이것에 의해, 기판(121)의 서로 겹침, 접합 등에 의해 기판(121)에 걸리는 하중에 의해, 검출된 돌출 부분이 축소 또는 경감되는 것을 알 수 있고, 수율 저하를 억제할 수 있는 경우가 있다. 또, 돌출 부분의 돌출 방향을 검출하는 것에 의해, 해당 돌출 부분을 해소시킬 수 있도록 외력을 가하는 경우에, 돌출 부분을 효율적으로 가압하는 방법을 선택할 수 있다.
또, 검출부(114)는, 서로 겹침부(170)의 로드 셀(254)이 측정한 부하 분포에 기초하여 기판(121)의 요철 상태를 검출해도 괜찮다. 즉, 기판(121)에 큰 돌출 부분이 있는 경우에는, 기판(121)을 서로 겹치는 경우에, 해당 돌출 부분에서 큰 부하를 일으킨다. 또, 로드 셀(254)의 출력에 기초하는 요철 상태의 검출은, 기판(121)을 서로 겹치는 작업 동안에 로드 셀(254)의 출력을 참조해도 괜찮고, 오로지 요철 상태를 검출하는 목적으로, 1매의 기판(121)을 고정 스테이지(250)에 밀어 붙여 로드 셀(254)의 출력을 참조해도 괜찮다.
검출부(114)는 또, 현미경(231, 251)이 가지는 합초 기구로부터, 현미경(231, 251)과 기판(121) 표면과의 거리에 관한 정보를 취득하여 요철 상태를 검출해도 괜찮다. 즉, 현미경(231, 251)은, 기판(121)의 접합면을 관찰하는 경우에, 기판(121)의 접합면에 대해서 광학계를 합초시킨다. 이 때문에, 현미경(231, 251)의 합초 기구로부터, 기판(121)의 접합면까지의 거리에 관한 정보 또는 접합면의 위치에 관한 정보를 획득하여, 기판(121)의 요철 상태를 검출할 수 있다.
또, 검출부(114)는, 기판 홀더(150)에서 기판(121)의 요철 상태를 검출해도 괜찮다. 즉, 기판(121)이 큰 요철을 가지는 경우, 기판(121)과 기판 홀더(150)와의 접촉 면적이 감소한다. 이것에 의해, 기판 홀더(150)에 흡착된 기판(121)의 표면을 흐르는 전류가 변화하므로, 기판(121)의 요철 상태를 전기적으로 검출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 기판(121)을 흡착하는 기판 홀더(150)의 정전 척에 교류 전압을 인가하면서 임피던스를 측정하는 것에 의해, 요철이 있는 기판(121) 중 어느 정도의 부분이 평탄한 기판 홀더(150)에 밀착하고 있는지를 검출할 수 있다.
또, 상기의 예에서는, 기판 홀더(150)가 정전 척을 이용하여 기판(121)을 유지하는 경우를 예로 들었지만, 진공 척을 가지는 기판 홀더(150)에서도 기판의 요철 상태를 검출할 수 있다. 기판 홀더(150)가 진공 척을 구비하는 경우는, 기판(121)의 요철 상태에 따라 기판 홀더(150) 및 기판(121)의 틈으로부터 침입하는 분위기에 의해 변화하는 부압을 측정하는 것에 의해, 기판(121)의 요철 상태를 검지할 수 있다.
게다가, 검출부(114)는, 프리 얼라이너(140)에서의 프리 얼라이먼트 동작을 참조하여, 기판(121)의 요철 상태를 검출해도 괜찮다. 이것에 의해, 기판(121)을 서로 겹침부(170)에 반입하기 전에 요철 상태를 알 수 있으므로, 요철 상태를 해소 또는 경감하는 대책을 조기에 실행하여, 기판 접합 장치(100)의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
종합 제어부(110)에서, 서로 겹침 제어부(112)는, 관찰부(312), 산출부(314) 및 스테이지 구동부(316)를 포함한다. 관찰부(312)는, 서로 겹침부(170)의 현미경(231, 251)으로부터 취득한 화상 정보에 기초하여, 접합시키는 한 쌍의 기판(121)의 각각에 대해서, 얼라이먼트 마크(128)의 위치를 검출한다.
산출부(314)는, 관찰부(312)가 검출한 얼라이먼트 마크(128)의 위치 정보를 통계적으로 처리하는 것에 의해, 얼라이먼트 마크(128)의 위치로부터, 한 쌍의 기판(121)의 상대 위치의 어긋남을 산출한다. 이것에 의해, 서로 겹침부(170)에 반입된 한 쌍의 기판(121)의 상대 위치의 어긋남이, 위치 어긋남량으로서 산출된다.
스테이지 구동부(316)는, 산출부(314)로부터 취득한 위치 어긋남량에 기초하여, 위치 어긋남량을 없애도록 미동 스테이지(230)를 구동한다. 이것에 의해, 서로 겹침부(170)에서는, 한 쌍의 기판(121)이 상호 위치 결정된다.
판단부(116)는, 검출부(114)가 검출한 기판(121)의 요철 상태에 기초하여, 요철 상태가 소정의 조건을 만족하는지 아닌지를 판단한다. 본 실시예에서는, 판단부(116)는, 기판(121)의 요철 상태에 기초하여, 기판(121)의 접합을 실행해야할지 아닐지를 판단한다. 즉, 판단부(116)는, 기판(121)의 요철 상태가 심한 경우, 서로 겹침 또는 접합을 시도하지 않으며, 반송 제어부(118)에 지시하여, 접합을 행하지 않고 해당 기판(121)을 FOUP(120)으로 되돌리게 한다. 이것에 의해, 기판(121)의 서로 겹침에 많은 시간을 필요로 하여 기판 접합 장치(100)의 스루풋이 저하하는 것이 방지된다.
여기서, 판단부(116)는, 기판(121)의 접합의 가불가(可不可)를 판단하는데에 머무르지 않고, 해당 기판(121)을 접합시킨 경우에, 최종적으로 얻어진 제품의 수율을 예측하여, 미리 정해진 문턱값 보다도 수율이 나쁘게 된다고 예측된 경우에, 해당 기판(121)의 접합을 불가라고 판단해도 괜찮다. 또, 판단부(116)는, 기판 홀더(150)에 의한 기판(121)의 흡착력, 서로 겹침부(170)에서 서로 겹침을 위해서 기판(121)에 가하는 부하, 접합부(190)에서 접합하는 경우에 기판(121)에 걸리는 하중에 의해 기판(121)의 돌출 부분이 경감 또는 해소되는지 아닌지를 감안하여 판단해도 괜찮다.
반송 제어부(118)는, 로더 구동부(318)를 포함한다. 로더 구동부(318)는, 4기(基)의 로더(132, 134, 136)를 구동하여, 기판(121) 및 기판 홀더(150)를 반송하여, 반송처의 처리에 맡길 수 있다. 따라서, 판단부(116)는, 판단 결과에 따른 지령을 반송 제어부(118)를 향해 발생시켜, 기판(121)에 대한 처리를 선택할 수 있다.
도 13은, 종합 제어부(110)에서의 판단부(116)의 판단 처리의 실행 순서를 나타내는 흐름도이다. 판단부(116)는, 먼저, 검출부(114)로부터 취득한 검출 결과를 평가하여(스텝 S101), 기판 홀더(150)에 유지된 상태의 기판(121)의 표면에 돌출 부분이 있는지 없는지를 조사한다(스텝 S102).
스텝 S102에서 기판(121)의 표면에 돌출 부분이 검출되지 않았던 경우(스텝 S102：NO), 판단부(116)는, 기판(121)의 표면이 평탄 또한 평활하다라고 판단하여, 기판 접합 장치(100)에서의 해당 기판(121)에 대한 서로 겹침을 개시시킨다. 한편, 스텝 S102에서 기판(121)의 표면에 돌출 부분이 검출된 경우(스텝 S102：YES), 판단부(116)는, 기판(121)의 돌출 부분이, 기판(121)에 부착한 부착물에 의해 형성되어 있는지(스텝 S103：YES), 기판(121) 그 자체의 변형 등에 의해 형성되어 있는지(스텝 S103：NO)를 판단한다.
스텝 S103에서, 기판(121)의 돌출 부분이 부착물에 의해 형성된 것이 아니라고 판단한 경우(스텝 S103：NO), 판단부(116)는, 검출된 요철 상태가 기판 자체의 변형에 기인하는 것이라고 판단하고, 그 상태로 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤을 실행할 수 있는지 아닌지를 판단한다(스텝 S109).
스텝 S109에서, 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤을 실행할 수 없다고 판단한 경우에(스텝 S109：NO), 기판(121)에 대한 처리를 종료한다. 한편, 판단부(116)는, 서로 겹침을 위한 위치 맞춤을 실행할 수 있다고 판단한 경우에(스텝 S109：YES), 스텝 S110으로 진행한다.
스텝 S103에서, 기판(121)의 돌출 부분이 부착물에 의해 형성되어 있다고 판단한 경우(스텝 S103：YES), 판단부(116)는, 기판(121)을 세정하여 부착물을 제거하는 것이 불필요한지 아닌지를 판단한다(스텝 S104). 스텝 S104에서 기판(121)의 세정이 불필요하다고 판단한 경우(스텝 S104：YES), 판단부(116)는, 기판(121)을 세정하지 않고, 스텝 S110으로 진행한다.
스텝 S110에서, 적층 기판(123)에서의 수율을 예측한다. 수율은, 예를 들면 다음과 같이 하여 예측할 수 있다. 먼저, 검출부(114)가 검출한 기판(121)의 요철 상태에 기초하여, 해당 기판(121)을 접합시킨 경우에 쌍이 되는 기판(121)과 밀착하지 않다고 예상되는 영역의 위치 및 넓이를 산출한다. 다음으로, 산출된 영역에 포함되는 소자수를 계수하는 것에 의해서, 최종적으로 얻어지는 반도체 장치의 수율을 예측할 수 있다.
이것에 의해, 적층 기판(123)의 수율이 미리 주어진 목표값에 이른다고 판단한 경우(스텝 S110：YES), 판단부(116)는, 해당 기판(121)의 서로 겹침으로부터 접합에 이르는 일련의 처리를 실행시킨다. 한편, 수율이 목표값에 이르지 않다고 판단한 경우(스텝 S110：NO), 판단부(116)는, 서로 겹침 및 접합에 제공하지 않고, 해당 기판(121)에 대한 처리를 종료한다. 접합에 적절하지 않다고 판단된 기판(121)은, 후술하는 스텝 S107：NO의 경우와 마찬가지로, 한꺼번에 파기할 수 있도록 FOUP(120) 중 하나에 축적해도 괜찮다. 이와 같이, 서로 겹침부(170)에서의 위치 맞춤을 할 수 없다고 예측되는 기판(121)을, 서로 겹침을 하기 전에 없애는 것에 의해, 기판 접합 장치(100)의 스루풋 저하를 방지할 수 있다.
상기 스텝 S110에서, 서로 겹침에 의해 기판(121)의 요철 상태가 개선되는지 아닌지를 더 고려하여, 수율이 미리 주어진 목표값에 이르는지 아닌지를 판단해도 괜찮다. 이 경우에, 판단부(116)는, 서로 겹침부(170)에 의해 기판(121)을 서로 겹치게 함에 따라, 예를 들면 기판(121)에 걸리는 수(數) N으로부터 십수(十數) N의 힘에 의해, 기판(121)의 요철 상태가 개선되는지 아닌지를 판단한다. 돌출 부분이 부착물이 아닌 경우에는, 서로 겹침시의 힘에 의해, 적어도 일방의 기판(121)에 생겼던 요철이 평탄하게 되어가도록 일방의 기판(121)이 변형하는지 아닌지, 혹은, 적어도 일방의 기판(121)에 생겼던 요철이 타방의 기판(121)과의 사이에서 상보 관계가 되도록 일방의 기판(121)이 변형하는지 아닌지를 판단한다. 한편, 돌출 부분이 부착물인 경우에는, 후술하는 바와 같이, 부착물의 형상, 크기, 재료 등에 기초하여, 서로 겹침시의 힘에 의해 부착물이 찌그러지는 것에 의해서, 기판(121)의 표면으로부터의 부착물의 돌출량이 소정의 값 보다도 작게 되는지 아닌지를 판단한다. 서로 겹침에 의해 기판(121)의 요철 상태가 개선된다고 예측한 경우, 판단부(116)는, 서로 겹침에 의해 요철 상태가 개선되는 것을 전제로 하여, 수율을 달성할 수 있는지 아닌지를 판단한다. 또, 기판(121)을 서로 겹치는 경우에, 기판(121)이 내는 소리, 기판(121)에 걸리는 압력의 분포 등을 모니터하는 것에 의해, 기판(121)의 요철 상태가 개선되어 있는 것을 확인해도 괜찮다.
또, 서로 겹침에 의한 기판(121)의 요철 상태의 변화는, 기판(121)으로부터 검출된 돌출 부분의 형상, 높이, 수, 위치 등에 의해 예측할 수 있다. 돌출 부분의 형상이 대칭형인 경우, 혹은, 완만한 경우는, 서로 겹침에 의해 기판에 가하는 하중에 의해 변형하여 돌출 부분이 평탄하게 되어가는 것이 예측된다. 또, 기판(121)의 돌출 부분의 높이가 낮은 경우도, 서로 겹침에서 가해지는 하중에 의해 요철 상태가 개선되는 것이 예상된다.
상기 스텝 S110에서, 접합부(190)에서의 접합에 의해 기판(121)의 요철 상태가 개선되는지 아닌지를 더 고려하여, 수율이 미리 주어진 목표값에 이르는지 아닌지를 판단해도 괜찮다. 이 경우에, 판단부(116)는, 접합부(190)에 의한 접합에 따라서 기판을 가압하는 10t 이상의 힘에 의해 기판(121)의 요철 상태가 개선되는지 아닌지를 판단한다.
접합에 의해 기판(121)의 요철 상태가 개선된다고 예측한 경우, 판단부(116)는, 접합에 의해 요철 상태가 개선되는 것을 전제로 하여, 수율을 달성할 수 있는지 아닌지를 판단한다. 접합에 의한 기판(121)의 요철 상태의 변화는, 서로 겹침에 의한 기판(121)의 요철 상태의 변화와 마찬가지로, 기판(121)의 돌출 부분의 형상, 높이 등에 기초하여 예측할 수 있다. 기판(121)을 접합하는 경우는, 서로 겹침 보다도 큰 하중이 기판(121)에 가해진다. 또, 서로 겹침부(170) 및 접합부(190)에 의해서 기판(121)의 요철 상태가 개선된다고 예측된 경우, 그 개선에 걸리는 시간이 소정의 시간을 넘는지 아닌지를 판단부(116)에서 판단하여, 넘는다고 판단된 경우는, 개선을 하지 않고, 서로 겹침으로부터 접합에 이르는 일련의 처리를 실행해도 괜찮다.
스텝 S104에서 기판(121)의 세정이 필요하다고 판단한 경우(스텝 S104：NO), 판단부(116)는, 기판(121)의 세정을 지시한다(스텝 S105). 또, 판단부(116)는, 세정을 지시한 기판(121)에 대해서, 이미 몇 회 세정되어 있는지를 계수(計數)한다(스텝 S106). 게다가, 판단부(116)는, 기판(121)마다 기록된 세정 회수가, 미리 주어진 문턱값에 이르지 않은 것을 조사한다(스텝 S107).
기판(121)에 대한 세정 처리의 회수가 아직도 문턱값에 이르지 않은 경우(스텝 S107：YES), 판단부(116)는, 해당 기판(121)에 대한 세정 처리를 실행하여 부착물의 제거를 시도한다(스텝 S108). 게다가, 세정 처리된 기판(121)의 요철 상태를 다시 검출부(114)에서 검출시킨 후, 판단부(116)는, 검출 결과의 평가(스텝 S101)로부터 재차 처리를 실행한다. 따라서, 기판(121)은, 세정에 의해 부착물이 제거될 때까지, 상기 문턱값 회수의 범위 내에서 반복하여 세정된다.
기판(121)의 세정 방법으로서는, 기판 접합 장치(100)로부터 기판(121)을 반출하여 세정액을 이용하여 세정하는 방법 외에, 기판(121)의 표면에 건조공기 또는 비활성 가스를 내뿜는 블로우 처리라도 괜찮다. 게다가, 예를 들면, 첫 회의 세정은 블로우 처리로 하고, 2회째 이후를 세정액에 의한 세정으로 해도 괜찮다. 게다가, 세정을 반복할 때마다, 세정액의 종류를 변경해도 괜찮다.
판단부(116)가 기판(121)의 세정을 지시한 경우는, 기판(121)을 기판 접합 장치(100)의 외부로 반출하여 세정 처리에 붙여도 괜찮다. 세정해야 할 복수의 기판(121)을 FOUP(120) 등에 축적하여, 차후 한꺼번에 세정 처리를 해도 괜찮다.
스텝 S107에서, 기판(121)에 대한 세정 처리의 회수가 이미 문턱값에 이르고 있는 것을 판단한 경우(스텝 S107：NO), 판단부(116)는, 기판(121)에 대한 세정을 그 이상 반복해도, 부착물이 제거되어 기판(121)의 상태가 개선될 가능성은 낮다고 판단한다. 따라서, 판단부(116)는, 해당 기판(121)에 대한 처리를 종료한다.
판단부(116)에 의한 처리가 종료한 기판(121)은, 예를 들면, FOUP(120) 중 하나에 축적해도 괜찮다. 처리를 종료한 기판(121)의 각각에 대해 검출한 요철 상태를 기록해 두어, 서로 상보적인 요철 상태를 가지는 기판(121)의 조합이 생긴 경우에, 그러한 기판(121)을 조합시켜 접합을 시도해도 괜찮다.
또, 상기 실시 형태에서는, 판단부(116)에 의한 상기의 일련의 판단 순서가, 기판 홀더(150)에 유지된 기판(121)에 대해서 실행된다. 이것을 대신하여, 검출부(114)는, 기판(121)이 기판 홀더(150)에 유지되기 전의 단계에서도, 기판(121)의 요철의 상태를 검출하고, 게다가, 해당 기판(121)이 기판 홀더(150)에 유지된 경우의 기판(121)의 요철 상태를 예측해도 괜찮다. 이것에 의해, 극단적으로 큰 요철을 가지는 기판(121)을 미리 없애서, 기판 홀더(150)에 의한 기판(121)의 흡착 불량을 미연에 방지할 수 있다. 기판(121)이 기판 홀더(150)에 유지된 상태를 예측해 두는 것에 의해, 기판 홀더(150)에 유지된 기판(121)의 표면을 관찰하는 경우의 현미경의 합초를 고속화하여, 검출부(114)의 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
판단부(116)에 의한 상기 일련의 판단 순서에서는, 기판(121)의 휨 등, 기판(121) 전체에 이르는 큰 요철 상태도 판단의 재료에 더해도 괜찮다. 그러한 범위가 큰 요철 상태는, 예를 들면, 기판(121)의 연마 처리 등의 전(前) 공정에서 검출된 정보를 취득하는 것에 의해 파악할 수 있다. 이러한 기판(121) 전체에 이르는 요철 상태에 대해서도, 서로 겹침 및 접합에 의한 상태의 개선을 고려하여, 판단부(116)가 판단을 내려도 괜찮다.
게다가, 기판(121)의 요철 상태를 개선할 수 있는지 아닌지를 예측하는 재료중 하나로서, 해당 기판(121)을 접합의 대상이 되는 다른 기판(121)과 접촉시켜, 접촉 상태에서의 면압 분포를 검출해도 괜찮다. 게다가, 기판(121)을 접촉시킨 상태에서 슬라이딩시키는 것에 의해, 기판(121)의 마찰에 의해 표면 성질과 상태를 검출해도 괜찮다. 또한, 기판(121)을 접촉시킨 경우에 생기는 충돌음, 및, 기판(121)에 힘이 걸려 변형하는 경우에 생기는 소리 등을 채취하여 기판(121)의 요철 상태 및 요철 상태의 개선을 검출해도 괜찮다.
도 14는, 상기 스텝 S104 및 S109에서의 판단부(116)의 상세한 제어 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다. 스텝 S104 및 S109에서, 판단부(116)는, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보에 기초하여, 돌출 부분의 크기가 허용 범위에 있는지 아닌지를 판단한다(스텝 S201). 크기의 허용 범위는, 예를 들면, 해당 돌출 부분에 있는 얼라이먼트 마크가 현미경(231, 251)의 자동 초점 기능에서의 피사계(被寫界) 심도 내에 들어가는 범위로 설정된다. 다른 예로서, 크기의 허용 범위는, 예를 들면, 해당 돌출 부분에 의해서 얼라이먼트 마크가 설계 위치로부터 어긋나 있어도 글로벌 얼라이먼트에서의 잔차(殘差)가 문턱값에 들어가는 범위로 설정된다.
판단부(116)는, 미리 설정된 문턱값과 돌출 부분의 크기를 비교하는 것에 의해, 기판(121)의 돌출 부분의 크기가 허용 범위 내에 있는 경우는, 서로 겹침부(170)가 기판(121)을 위치 맞춤할 수 있다고 판단한다(스텝 S109：YES). 부착물이 형성되어 있는 경우를 포함하여, 돌출 부분의 크기는, 기판(121)의 표면을 현미경에 의해 관찰한 경우에 얻어지는 화상과 현미경의 배율에 기초하여 산출할 수 있는 것 외에, 현미경의 피사계 심도, 자동 합초 범위 등에 의거하여 미리 설정된 문턱값을 넘는지 아닌지에 의해서도 판단할 수 있다.
스텝 S201에서 돌출 부분의 크기가 허용 범위 밖에 있었던 경우, 판단부(116)는, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로부터, 예를 들면, 돌출 부분의 개수가 허용 범위에 있는지 아닌지를 조사한다(스텝 S202). 개수의 허용 범위는, 예를 들면, 해당 개수의 돌출 부분에 의해서 얼라이먼트 마크가 설계 위치로부터 어긋나 있어도 글로벌 얼라이먼트에서의 잔차가 문턱값에 들어가는 범위로 설정된다.
판단부(116)는, 돌출 부분의 수(數)가 미리 정해진 문턱값을 넘지 않은 경우에, 스텝 S201에서의 판단에도 불구하고, 서로 겹침부(170)가 기판(121)을 위치 맞춤할 수 있다고 판단한다(스텝 S202：YES). 기판(121)에서의 부착물의 수는, 관찰 화상에서 실제로 계수하는 방법 외에, 관찰 화상에 대한 화상 처리로 산출할 수도 있다.
한편, 스텝 S202에서, 돌출 부분의 개수가 상기 문턱값을 넘는 것을 판단한 경우, 판단부(116)는, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로부터 또, 예를 들면, 돌출 부분의 위치가 허용 영역에 위치하는지 아닌지를 조사한다(스텝 S203). 허용 영역의 예는, 스크라이브 라인(122) 상이다.
돌출 부분의 위치가 허용 영역에 위치하는 경우에는, 상기 스텝 S202의 판단에도 불구하고, 서로 겹침부(170)가 기판(121)을 위치 맞춤해도 괜찮다고 판단한다(스텝 S109：YES).
그렇지만, 스텝 S203에서 돌출 부분의 위치가 허용 영역 밖에 위치하고 있던 경우, 판단부(116)는, 판단의 대상이 된 기판(121)을 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤시키는 것은 이미 불가능하다고 판단한다(스텝 S109：NO). 이와 같이, 판단부(116)는, 기판(121)의 요철 상태가, 어느 하나의 조건을 만족하고 있으면, 위치 맞춤이 가능하다고 판단해도 괜찮다.
접합시키는 것에 적합하지 않다고 판단된 기판(121)의 각각에 대해 검출한 요철 상태를, 기판(121)마다 마련된 바코드 등의 식별 정보와 관계지어져 기록하고, 기판(121)의 요철 상태에 따른 접합의 조(組)를 결정해도 괜찮다. 이 경우, 접합시키는 기판(121)은, 예를 들면, 서로 상보적인 요철 상태를 가지는 기판(121)을 조합시켜도 괜찮고, 서로 동일한 위치에 돌출 부분 등을 가지는 기판(121)을 조합시켜도 괜찮다.
게다가, 기판(121)이 범프를 가지는 경우는, 연마 가공 등에 의해 범프 평탄도를 개선하여, 재차 접합을 시도해도 괜찮다. 또한, 접합시키는 것이 불가능하다고 판단된 기판(121)에 관한 정보를 축적하여, 기판 접합 장치(100)에 반입되기 이전의 공정의 개선에 반영시킬 수도 있다.
도 15는, 상기 스텝 S104 및 S109에서의 판단부(116)의 상세한 제어 순서 이외 예를 나타내는 흐름도이다. 여기에서도, 판단부(116)는, 스텝 S104 및 S109에서, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로 대해서, 돌출 부분의 크기가 허용 범위에 있는지 아닌지를 판단한다(스텝 S301).
판단부(116)는, 기판(121)의 돌출 부분의 크기가 허용 범위에 들어 있는지 아닌지를 조사한다. 기판(121)의 돌출 부분의 크기가 허용 범위 밖에 있었던 경우, 판단부(116)는, 판단의 대상이 된 기판(121)에 대해서, 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤시키는 것이 불가능하다고 즉시 판단한다(스텝 S109：NO).
한편, 돌출 부분의 크기가 허용 범위 내에 있는 경우(스텝 S301：YES), 판단부(116)는, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로부터, 돌출 부분의 개수가 허용 범위에 있는지 아닌지를 조사한다(스텝 302). 여기서, 돌출 부분의 개수가 허용 범위에 있는 경우(스텝 S302：YES), 판단부(116)는, 해당 기판(121)에 대해서, 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤을 실행할 수 있다고 판단한다(스텝 S109：YES).
그렇지만, 스텝 S303에서 돌출 부분의 개수가 허용 영역 밖에 있었던 경우(스텝 S302：NO), 판단부(116)는 또, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로부터, 예를 들면, 돌출 부분의 위치가 허용 영역에 포함되는지 아닌지를 조사한다(스텝 S303). 돌출 부분이 허용 영역에 위치하는 경우는, 판단부(116)는, 해당 기판(121)에 대해 서로 겹침부(170)를 위치 맞춤을 할 수 있다고 판단한다(스텝 S109：YES).
그렇지만, 스텝 S303에서 돌출 부분의 위치가 허용 영역 밖에 위치하고 있던 경우, 판단부(116)는, 판단의 대상이 된 기판(121)을 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤하는 것은 이미 불가능하다고 판단한다(스텝 S109：NO). 이와 같이, 판단부(116)는, 일부의 조건에 대해서는 즉시, 다른 조건에 대해서는 복수의 조건을 함께, 위치 맞춤이 가능하다고 판단해도 괜찮다.
도 16은, 상기 스텝 S104 및 S109에서의 판단부(116)의 상세한 제어 순서의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다. 여기에서도, 판단부(116)는, 스텝 S104 및 S109에서, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로 대해서, 돌출 부분의 크기가 허용 범위에 있는지 아닌지를 판단한다(스텝 S401).
판단부(116)는, 기판(121)의 돌출 부분의 크기가 허용 범위 밖에 있었던 경우에(스텝 S401：NO), 판단의 대상이 된 기판(121)에 대해서, 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤하는 것이 불가능하다고 즉시 판단한다(스텝 S109：NO). 한편, 돌출 부분의 크기가 허용 범위 내에 있는 경우(스텝 S401：YES), 판단부(116)는, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로부터 돌출 부분의 개수가 허용 범위에 있는지 아닌지를 조사한다(스텝 402).
돌출 부분의 개수가 허용 범위 밖에 있는 경우(스텝 S402：NO), 판단부(116)는, 서로 겹침부(170)가 기판(121)을 위치 맞춤하는 것은 불가능하다고 판단한다(스텝 S109：NO). 돌출 부분의 개수가 허용 범위 내에 있는 경우(스텝 S401：YES), 판단부(116)는, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로부터, 돌출 부분의 위치가 허용 영역에 있는지 아닌지를 조사한다(스텝 403).
돌출 부분의 위치가 허용 영역에 포함되어 있던 경우, 판단부(116)는, 해당 기판(121)에 대해 서로 겹침부(170)를 위치 맞춤을 할 수 있다고 판단한다(스텝 S109：YES). 그렇지만, 스텝 S403에서 돌출 부분의 위치가 허용 영역 밖에 위치하고 있던 경우, 판단부(116)는, 서로 겹침부(170)가 해당 기판(121)을 위치 맞춤하는 것이 불가능하다고 판단한다(스텝 S109：NO). 이와 같이, 판단부(116)는, 하나라도 조건이 허용 범위 밖에 있는 경우에, 위치 맞춤이 가능하다고 판단해도 괜찮다.
도 17은, 상기 스텝 S104 및 S109에서의 판단부(116)의 상세한 제어 순서의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다. 여기에서도, 판단부(116)는, 스텝 S104 및 S109에서, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보에 대해서, 돌출 부분의 크기가 허용 범위에 있는지 아닌지를 판단한다(스텝 S501).
판단부(116)는, 기판(121)의 돌출 부분의 크기가 허용 범위 내에 있었던 경우에(스텝 S501：YES), 판단의 대상이 된 기판(121)에 대해서, 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤하는 것이 가능하다고 즉시 판단한다(스텝 S109：YES). 한편, 돌출 부분의 크기가 허용 범위 밖에 있는 경우(스텝 S501：NO), 판단부(116)는, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로부터, 돌출 부분의 개수가 허용 범위에 있는지 아닌지를 조사한다(스텝 502).
돌출 부분의 개수가 허용 범위 내에 있는 경우(스텝 S502：YES), 판단부(116)는, 검출부(114)로부터 취득한 요철 상태에 관한 정보로부터, 돌출 부분의 위치가 허용 영역 내에 존재하는지 아닌지를 조사한다(스텝 503). 또, 돌출 부분의 개수가 허용 범위 밖에 있는 경우(스텝 S502：NO), 판단부(116)는, 서로 겹침부(170)가 해당 기판(121)을 위치 맞춤하는 것이 불가능하다고 판단한다(스텝 S109：NO).
돌출 부분의 위치가 허용 영역에 포함되어 있던 경우, 판단부(116)는, 해당 기판(121)에 대해 서로 겹침부(170)를 위치 맞춤을 할 수 있다고 판단한다(스텝 S109：YES). 그렇지만, 스텝 S503에서 돌출 부분의 위치가 허용 영역 밖에 위치하고 있던 경우, 판단부(116)는, 서로 겹침부(170)가 해당 기판(121)을 위치 맞춤시키는 것은 불가능하다고 판단한다(스텝 S109：NO). 이와 같이, 판단부(116)는, 하나라도 조건이 허용 범위 내에 있는 경우에, 기판(121)의 위치 맞춤이 가능하다고 판단해도 괜찮다.
또, 도 14, 도 15, 도 16 및 도 17에 나타낸 제어 순서는 각각 일례에 불과하며, 판단부(116)는, 보다 많은 요철 정보를 참조하여 판단을 내려도 괜찮다. 그러한 요철 정보로서는, 예를 들면, 판단부(116)는, 돌출 부분의 크기, 개수 및 위치 이외의 다른 조건을 참조하여 판단해도 괜찮다. 또, 기판(121)의 표면에 형성된 범프의 높이의 편차, 기판(121)의 표면에 부착한 부착물의 등을 검출하여 요철 정보로 해도 괜찮다.
예를 들면, 검출부(114)가, 기판(121)의 요철 정보로서 범프의 평탄도, 즉, 기판(121) 상에 복수 형성된 범프의 높이의 편차를 요철 정보로서 검출한 경우, 판단부(116)는, 범프의 꼭대기면의 높이에 의해 정해지는 범프 평탄도에 따라 기판(121) 접합의 가부(可否)를 판단해도 괜찮다. 이 경우, 기판(121)의 평탄도는 상관하지 않고, 기판(121)의 두께 불균일에 의해 기판(121)에 요철이 생기고 있는 경우에도, 범프 평탄도에 의해 판단부(116)는 판단을 내린다. 범프 평탄도는, 예를 들면, 공초점(共焦点) 현미경, 삼차원 형상 측정기 등을 이용하여 계측할 수 있다.
검출한 범프의 평탄도에 기초하여, 수율을 달성할 수 없다고 판단한 경우(스텝 S110：NO), 또한, 서로 겹침에 의해 수율을 개선할 수 없다고 판단한 경우, 및, 접합에 의해 수율이 개선되지 않는다고 판단한 경우에, 판단부(116)는, 반송 제어부(118)에 지령을 발생하여, 해당 기판(121)을 접합 프로세스로부터 제거한다.
접합 프로세스로부터 제외된 기판(121)은, 검출된 기판(121)의 범프의 평탄도를 감안하여, 접합에 의한 수율이 높게 되는 다른 조합을 모색해도 괜찮다. 또, 재연마 등에 의해 범프의 평탄도를 개선하는 것을 시도해도 괜찮다. 게다가, 접합 프로세스로부터 제거된 기판(121) 자체의 접합은 단념하는 대신에, 해당 기판(121)에 대해 검출한 평탄도를 고려하여, 다른 기판(121)의 범프 형성, 연마 등의 프로세스 조건을 조정해도 괜찮다.
상기 스텝 S103에서, 검출부(114)가 기판(121)의 요철 정보로서 기판(121)의 표면에 부착한 부착물을 검출한 경우에, 스텝 S110에서 판단부(116)는, 부착물의 재료(조성), 크기 등에 기초하여 수율을 예측해도 괜찮다. 부착물의 재료는, 가시광 또는 적외광에 의한 조명 하에서, 부착물의 색, 반사율, 투과율, 형상 등을 관찰하는 것에 의해 추정할 수 있다.
또, 부착물의 재료를 검출하면, 판단부(116)는, 해당 부착물의 경도(영률(Young's率)), 아웃 가스 발생의 유무 등을 판단할 수 있다. 게다가, 부착물의 물성을 추정하면, 해당 부착물을 남긴 채로 기판(121)을 접합한 경우에 생기는, 해당 부착물에 기인하는 적층 반도체 장치의 수율 저하를 예측할 수 있다.
즉, 예를 들면, 부착물의 재료가 높은 영률을 가지며, 접합에 의한 가압으로도 찌부러지지 않은 것이 예측되는 경우, 부착물에 의한 수율의 저하가 보다 크게 된다. 또, 부착물의 영률이 낮고, 접합의 가압으로 변형하기 쉬운 경우라도, 부착물의 치수가 큰 경우는, 부착물에 의한 수율 저하는 무시할 수 없게 된다. 게다가, 접합에 의한 가압으로 접합이 가능해도, 부착물로부터 아웃 가스가 발생하는 경우는, 기판(121)을 화학적으로 변질시키는 경우가 있으므로, 부착물에 의한 수율에의 영향이 생긴다.
또, 기판 접합 장치(100)에서 기판(121)에 부착할 수 있는 부착물로서는, SiC 등의 세라믹스재, SUS304 등의 스테인리스재, YH75 등의 알루미늄재와 같은 금속, PEEK(폴리 에테르 에테르 케톤) 등의 내열 수지로 대표되는 수지의 미립자를 예시할 수 있다. 하기의 표 1에, 이들 물성을 예시한다.
[표 1]
Figure pat00001
상기와 같이, 기판 접합 장치(100)에서 기판(121)에 부착할 수 있는 부착물의 재료는, 각각 고유의 물리 특성을 가진다. 따라서, 검출한 부착물의 조성에 따라서, 기판(121)의 접합 수율에 주는 영향을 추측할 수 있다.
또, 허용 입경(粒徑)이란, 부착물을 남긴 채로 기판(121)을 접합해도 최종 제품의 수율이 허용 범위에 들어간다고 추측되는 부착물의 입경을 의미한다. 따라서, 예를 들면, 기판(121)을 가열하는 접합 조건이 설정되어 있는 경우에는, 허용 입경은 접합 온도에 의해 변화하는 경우가 있다.
검출한 부착물의 조성, 크기에 기초하여, 수율 달성의 가망이 없는 경우(스텝 S110：NO), 또, 서로 겹침에 의해 개선될 가망이 없는 경우, 접합에 의해 개선될 가망이 없는 경우는, 해당 기판을 접합 프로세스로부터 제거한다. 없앤 기판은, 세정 등의 프로세스를 거쳐 다시 접합을 시도해도 괜찮다. 또, 검출된 부착물의 재료에 따라서, 부착물의 발생 원인을 추측하여, 기판 접합 장치(100)의 청소 또는 보수를 실행해도 괜찮다.
또, 상기의 예에서는, 서로 겹침부(170)가 기판(121)을 위치 맞춤할 수 있는지 아닌지를 판단부(116)가 판단하는 경우(스텝 S109)에 대해 설명했다. 그렇지만, 상기와 같은 제어 순서는, 기판 접합 장치(100)에서 기판(121)을 접합시켜 제조한 적층 기판(123)의 수율을 판단부(116)가 판단하는 경우(스텝 S110)에도 적용할 수 있다.
또, 상기의 예에서는, 한 매의 기판(121)에 대한 판단부(116)의 처리에 대해 순차적으로 설명했지만, 기판 접합 장치(100)에서는, 3매를 넘는 복수의 기판(121)이 병렬적으로 처리된다. 따라서, 판단부(116)에서의 처리도, 복수의 기판(121)에 대해서 병렬적으로 실행된다.
도 18은, 종합 제어부(110)에서의 판단부(116)의 판단 처리의 다른 실행 순서를 나타내는 흐름도이다. 이 실행 순서에서, 판단부(116)는, 먼저, 검출부(114)로부터 취득한 검출 결과를 평가하여(스텝 S601), 기판 홀더(150)에 유지된 상태의 기판(121)의 표면에 돌출 부분을 검출할 수 있는지 아닌지를 조사한다(스텝 S602).
스텝 S602에서, 판단부(116)는, 도 13에 나타낸 순서의 스텝 S102와 마찬가지로, 돌출 부분의 크기, 개수, 위치 등에 기초하여, 기판(121)의 표면에서의 돌출 부분의 유무를 판단한다. 스텝 S602에서 돌출 부분이 검출되지 않았던 경우(스텝 S602：NO), 판단부(116)는, 기판(121)의 표면이 평탄 또한 평활하다고 판단하여, 기판 접합 장치(100)에서의 해당 기판(121)에 대한 서로 겹침을 개시시킨다.
스텝 S602에서 기판(121)의 표면에 돌출 부분이 검출된 경우(스텝 S602：YES), 판단부(116)는, 기판(121)을 유지하는 기판 홀더(150)를 다른 기판 홀더(150)와 교환시킨다(스텝 S603). 게다가, 판단부(116)는, 다른 기판 홀더(150)에 유지된 기판(121)을 재차 평가하여(스텝 S604), 돌출 부분을 재검출 한다(스텝 S605).
스텝 S605에서 다른 기판 홀더(150)에 유지된 기판(121)의 표면에 돌출 부분이 검출되지 않았던 경우(스텝 S605：NO), 검출 문턱값 이하가 된 기판(121)의 돌출 부분은, 교환 전의 기판 홀더(150)의 표면의 성질과 상태에 기인하는 것이었던 것이 추정된다. 여기서, 판단부(116)는, 평탄하게 된 기판(121)에 대해서, 기판 접합 장치(100)에 의한 서로 겹침을 개시시킨다. 또, 기판 홀더(150)의 표면의 성질과 상태란, 기판 홀더(150)의 흡착면의 평탄성 외에, 기판 홀더(150)의 흡착면에 부착물이 부착하고 있는 경우에 생기는 표면의 기복도 포함한다.
스텝 S605에서 기판(121)의 표면에 돌출 부분이 검출된 경우(스텝 S602：YES), 기판 홀더(150)를 교환해도 기판(121)의 돌출 부분이 검출 문턱값 이하가 되지 않았기 때문에, 돌출 부분의 발생 원인이 기판(121) 자체의 두께의 불균일 등, 기판(121) 자체에 있는 것으로 판단한다. 여기서, 판단부(116)는, 교환된 기판 홀더(150)에 의해 유지된 기판(121)에 대해서, 도 13에 나타낸 순서 중, 스텝 S103으로부터 후(後)의 순서를 실행한다.
즉, 판단부(116)는, 먼저, 기판(121)의 돌출 부분이, 기판(121)에 부착한 부착물에 의해 형성되어 있는지(스텝 S103：YES), 기판(121) 그 자체의 변형 등에 의해 형성되어 있는지(스텝 S103：NO)를 판단한다. 기판(121)의 돌출 부분이 부착물에 의해 형성되어 있다고 판단한 경우(스텝 S103：YES), 판단부(116)는, 세정의 필요와 불필요를 판단하여(스텝 S104), 세정을 필요로 하지 않는 경우는(스텝 S104：YES), 부착물을 남긴 채로 기판(121)을 위치 맞춤하여 접합시킨다.
스텝 S104에서 기판(121)에 세정이 필요하다고 판단한 경우(스텝 S104：NO), 판단부(116)는, 기판(121)의 세정을 지시한 후(스텝 S105), 세정 회수의 계수(스텝 S106)와, 세정 회수가 주어진 문턱값에 이르지 않은 것을 조사한(스텝 S107) 후, 세정 처리를 실행한다(스텝 S108). 세정 회수가 이미 주어진 문턱값을 넘은 경우는(스텝 S107：NO), 해당 기판(121)에 대한 처리를 종료한다.
스텝 S103에서, 기판(121)의 돌출 부분이 부착물은 아니라고 판단한 경우(스텝 S103：NO), 판단부(116)는, 그 상태로 서로 겹침부(170)가 위치 맞춤을 완수할 수 있는지 아닌지를 판단한다(스텝 S109). 여기서, 위치 맞춤을 완수할 수 없다고 판단한 경우(스텝 S109：NO), 판단부는, 해당 기판(121)에 대한 처리를 종료한다.
스텝 S109에서 위치 맞춤이 가능하다고 판단한 경우(스텝 S109：YES), 판단부(116)는, 위치 맞춤에 이어서 서로 겹침 및 접합을 실행한 경우에, 적층 기판(123)으로부터 얻어지는 반도체 장치 등의 수율을 예측한다(스텝 S110). 이 예측에서, 수율을 달성할 수 있다고 예측한 경우, 판단부(116)는, 기판(121)의 서로 겹침을 개시한다(스텝 S110：YES).
또, 그대로는 수율을 달성할 수 없다고 판단한 경우는(스텝 S110：NO), 판단부(116)는, 기판을 서로 겹치는 단계의 고안에 의해 수율을 달성할 수 있는지 아닌지를 예측해도 괜찮다. 이 예측에서, 수율을 달성할 수 있다고 예측한 경우, 판단부(116)는, 기판(121)에 대한 판단을 수율 달성 가능으로 변경하여, 기판(121)의 서로 겹침을 개시한다(스텝 S110：YES).
게다가, 상기의 단계에서 수율을 달성할 수 없다고 판단한 경우, 판단부(116)는, 기판을 서로 겹쳐는 단계의 가압에 의해 수율을 달성할 수 있는지 아닌지를 예측해도 괜찮다. 이 예측에서, 수율을 달성할 수 있다고 예측한 경우, 판단부(116)는, 기판(121)에 대한 판단을 수율 달성 가능으로 변경하여, 기판(121)의 서로 겹침을 개시한다(스텝 S110：YES).
이와 같이, 상기의 형태에서는, 기판 홀더(150)의 성질과 상태에 기인하는 기판(121)의 돌출 부분을 엄격히 구별하여, 돌출 부분의 발생에 의한 기판(121)의 수율 저하를 억제할 수 있다. 또, 기판(121) 자체에 돌출 부분이 있다고 판단한 경우라도, 기판(121)에 대해서 여러 가지 판단을 시도하는 것에 의해, 기판(121)의 수율 저하를 억제할 수 있다. 스텝 S109：NO, 및 스텝 S107：NO의 경우에, 접합에 적절하지 않다고 판단된 기판(121)이 접합의 라인으로부터 제외되는 것은 이미 설명했다.
도 19는, 스텝 S603에서, 교환을 위해서 기판(121)으로부터 떼어낸 기판 홀더(150)의 취급 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다. 기판(121)으로부터 떼어낸 기판 홀더는, 먼저, 기판(121)을 유지하는 유지면에서의 돌출 부분을, 검출부(114)에 의해 검사된다.
다음으로, 판단부(116)가, 검출부(114)에 의한 검출 결과를, 기판(121)의 표면과 동일하게 평가한다(스텝 S702). 이것에 의해, 판단부(116)는, 기판 홀더(150)의 유지면에서의 돌출 부분의 유무를 검출한다(스텝 S703). 스텝 S703에서 유지면에 돌출 부분이 검출되지 않았던 경우(스텝 S703：NO), 해당 기판 홀더(150)는 평탄한 유지면을 가지는 것으로 하고, 기판 접합 장치(100)의 홀더 스토커(180)로 되돌려진다. 되돌려진 해당 기판 홀더(150)는, 다시, 기판(121)의 접합에 이용된다. 해당 기판 홀더(150)를 홀더 스토커(180)로 되돌리지 않고, 프리 얼라이너(140)로 반송해도 괜찮다.
스텝 S703에서 유지면에 돌출 부분이 검출된 경우(스텝 S703：YES), 판단부(116)는, 이어서, 검출된 돌기 부분이 부착물에 의한 것인지 아닌지를 조사한다(스텝 S704). 기판 홀더의 돌기 부분이 부착물에 의한 것이 아니라고 판단한 경우(스텝 S704：NO), 판단부(116)는, 돌기 부분이 기판 홀더(150) 자체의 변형에 기인하는 것으로 판단하여, 보수하는 목적으로 해당 기판 홀더(150)를 기판 접합 장치(100)로부터 반출시킨다.
스텝 S704에서, 기판 홀더(150)의 돌출 부분이 부착물에 의해 형성된 것이라고 판단한 경우(스텝 S704：YES), 판단부(116)는, 해당 기판 홀더(150)를 세정시킬 수 있도록 지시를 발생한다(스텝 S705). 여기서, 판단부는, 해당 기판 홀더(150)에 대한 세정 처리의 실행 회수를 계수하고(스텝 S706), 계수 한 세정 회수가 미리 정해진 문턱값을 넘지 않은 것을 조사한다(스텝 S707).
스텝 S707에서, 해당 기판 홀더(150)에 대한 세정 회수가 상기 문턱값에 이른 경우(스텝 S707：NO), 판단부(116)는, 해당 기판 홀더(150)의 부착물이 세정에 따라서는 없어지지 않는다고 판단하여, 보수하는 목적으로 해당 기판 홀더(150)를 기판 접합 장치(100)로부터 반출시킨다.
스텝 S707에서, 해당 기판 홀더(150)에 대한 세정 회수가 상기 문턱값에 이르지 않은 경우는(스텝 S707：YES), 판단부(116)는, 해당 기판 홀더(150)의 세정 처리를 실행하여(스텝 S708), 세정 후에, 다시 부착면의 평가(스텝 S710)에 시작하는 일련의 처리를 실행한다. 이것에 의해, 세정 처리에서 부착물이 제거된 경우는, 해당 기판 홀더(150)는, 기판 접합 장치(100)의 홀더 스토커(180)로 되돌려져, 기판(121)의 접합에 다시 사용된다.
이와 같이, 상기 실시 형태에서는, 기판(121)에 돌출 부분이 형성된 원인이, 기판 홀더(150)에 있는 경우와 기판(121)에 있는 경우를 구별하고, 기판 홀더(150)에 원인이 있는 경우는, 기판 홀더(150)를 교환하는 것에 의해 기판(121)의 돌출 부분을 신속하게 해소한다. 또, 기판(121)의 돌출 부분의 원인이 기판(121) 자체에 있는 경우는, 돌출 부분을 존재시킨 채로 접합을 실행하는 조건을 모색하여, 기판 접합 장치(100)에서의 수율 저하를 억제한다.
또, 기판 홀더(150)의 평가 및 블로우 처리에 의한 세정 등은, 예를 들면, 기판 접합 장치(100)에서의 프리 얼라이너(140)를 이용하여 실행할 수 있다. 또, 교환에 의해 라인으로부터 제외된 기판 홀더(150)는, 기판 접합 장치(100) 내에 일단 축적하여, 기판 접합 장치(100) 외부에서의 배치(batch) 처리로 보수 정비를 해도 괜찮다. 보수 정비시에는, 예를 들면, 기판 홀더(150)의 유지면을 연마하는 것에 의해 유지면을 평탄하게 한다.
이상, 본 발명을 실시 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위로는 한정되지 않는다. 상기 실시 형태에, 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하다는 것이 당업자에게 분명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이, 청구 범위의 기재로부터 분명하다.
청구 범위, 명세서, 및 도면 중에서 나타낸 장치, 시스템, 프로그램, 및 방법에서의 동작, 순서, 스텝, 및 단계 등의 각 처리의 실행 순서는, 특별히 「보다 전에」, 「앞서」등으로 명시하고 있지 않고, 또, 전(前)처리의 출력을, 후(後) 처리에서 이용하는 경우가 아닌 한, 임의의 순서로 실현될 수 있는 것에 유의해야한다. 청구 범위, 명세서, 및 도면 중의 동작 플로우에 관해서, 편의상 「먼저,」, 「다음으로,」등을 이용하여 설명했다고 해도, 이 순서로 실시하는 것이 필수인 것을 의미하는 것은 아니다.
100 : 기판 접합 장치 102 : 상온부
104 : 고온부 106 : 커버
108 : 단열벽 110 : 종합 제어부
112 : 서로 겹침 제어부 114 : 검출부
116 : 판단부 118 : 반송 제어부
120 : FOUP 121 : 기판
122 : 스크라이브 라인 123 : 적층 기판
124 : 노치 126 : 소자 영역
128 : 얼라이먼트 마크 132, 134, 136 : 로더
140 : 프리 얼라이너 150 : 기판 홀더
152 : 영구 자석 154 : 자성체판
156 : 재치면 158, 252 : 정전 척
170 : 서로 겹침부 180 : 홀더 스토커
190 : 접합부 191 : 로드 락
192 : 케이스 193, 195 : 셔터
194 : 가압부 196 : 히트 플레이트
198 : 정반 199 : 반입구
210 : 프레임체 212 : 벽재
220 : 유지부 222 : 간섭계
224 : 반사경 226 : 촬상부
230 : 미동 스테이지 231, 251 : 현미경
240 : 이동 스테이지부 241 : 가이드 레일
242 : 이동 정반 244 : 조동 스테이지
246 : 중력 캔슬부 248 : 구면 시트
250 : 고정 스테이지 254 : 로드 셀
312 : 관찰부 314 : 산출부
316 : 스테이지 구동부 318 : 로더 구동부

Claims (23)

  1. 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합시키는 기판 접합 장치로서,
    서로 위치 맞춤된 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 접합하는 접합부와,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방에 관한 정보에 기초하여, 상기 접합부에서의 접합의 과정에서 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방에 생기는 변형량을 예측하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합할지 여부를 판단하는 판단부를 구비하는 기판 접합 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 판단부는, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 접합했을 경우의 접착 영역 및 비(非)접착 영역 중 적어도 일방의 위치 및 넓이 중 적어도 일방, 상기 접착 영역 및 상기 비접착 영역 중 적어도 일방에 포함되는 소자 영역의 수(數), 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 접합했을 때의 수율 중 적어도 하나를 상기 정보에 기초하여 예측하고, 예측한 결과에 기초하여, 접합할지 여부를 판단하는 기판 접합 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 일방의 기판을 유지하는 유지 부재를 구비하고,
    상기 판단부는, 상기 유지 부재에의 상기 일방의 기판의 유지 상태에서의 상기 정보에 기초하여, 접합할지 여부를 판단하는 기판 접합 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 정보는, 상기 일방의 기판의 변형, 상기 일방의 기판의 휨, 상기 일방의 기판의 표면에 배치된 범프의 높이의 편차, 상기 일방의 기판의 두께 불균일, 및 상기 일방의 기판의 상기 표면에 부착한 부착물 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함하는 기판 접합 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방의 평탄도를 검출하는 검출부를 구비하는 기판 접합 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 제1 기판의 접합에 관여하는 면(面)에 존재하는 돌출 부분을 검출하는 기판 접합 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 판단부는, 상기 접합부에서의 접합시에 상기 돌출 부분에 생기는 변형을 고려하여 접합할지 여부를 판단하는 기판 접합 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 기판을 유지하는 유지 부재를 더 구비하고,
    상기 검출부는, 상기 유지 부재에의 상기 제1 기판의 유지 상태에서의 상기 평탄도를 검출하는 기판 접합 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 제1 기판에 생긴 변형이 상기 유지 부재에 기인하는지 여부를 검출하는 기판 접합 장치.
  10. 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합시키는 기판 접합 장치로서,
    서로 위치 맞춤된 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 접합하는 접합부와,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방의 평탄도를 검출하는 검출부와,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방의 평탄도에 관한 정보에 기초하여, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합할지 여부를 판단하는 판단부를 구비하고,
    상기 검출부는, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 서로 접합하는 과정에서 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 걸리는 하중의 분포에 기초하여 상기 평탄도를 검출하는 기판 접합 장치.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방의 돌출부를 검출하고,
    상기 판단부는, 상기 돌출부가 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방에 부착한 부착물에 의한 것인 경우에, 상기 부착물을 제거해야 할지 여부를 판단하는 기판 접합 장치.
  12. 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합시키는 기판 접합 방법으로서,
    서로 위치 맞춤된 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 접합하는 접합 공정과,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방에 관한 정보에 기초하여, 상기 접합의 과정에서 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방에 생기는 변형량을 예측하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합할지 여부를 판단하는 판단 공정을 포함하는 기판 접합 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 판단 공정은, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 접합했을 경우의 접착 영역 및 비접착 영역 중 적어도 일방의 위치 및 넓이 중 적어도 일방, 상기 접착 영역 및 상기 비접착 영역 중 적어도 일방에 포함되는 소자 영역의 수, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 접합했을 때의 수율 중 적어도 하나를 상기 정보에 기초하여 예측하고, 예측한 결과에 기초하여, 접합할지 여부를 판단하는 기판 접합 방법.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 판단 공정은, 유지 부재에의 상기 일방의 기판의 유지 상태에서의 상기 정보에 기초하여, 접합할지 여부를 판단하는 기판 접합 방법.
  15. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 정보는, 상기 일방의 기판의 변형, 상기 일방의 기판의 휨, 상기 일방의 기판의 표면에 배치된 범프의 높이의 편차, 상기 일방의 기판의 두께 불균일, 및 상기 일방의 기판의 상기 표면에 부착한 부착물 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함하는 기판 접합 방법.
  16. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방의 평탄도를 검출하는 검출 공정을 포함하는 기판 접합 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 검출 공정은, 상기 제1 기판의 접합에 관여하는 면에 존재하는 돌출 부분을 검출하는 기판 접합 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 판단 공정은, 상기 접합 공정에서의 접합시에 상기 돌출 부분에 생기는 변형을 고려하여 접합할지 여부를 판단하는 기판 접합 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 검출 공정은, 상기 제1 기판을 유지하는 유지 부재에의 상기 제1 기판의 유지 상태에서의 상기 평탄도를 검출하는 기판 접합 방법.
  20. 제1 기판과 제2 기판을 서로 접합시키는 기판 접합 방법으로서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방의 평탄도를 검출하는 검출 공정과,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방의 평탄도에 관한 정보에 기초하여, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합할지 여부를 판단하는 판단 공정과,
    서로 위치 맞춤된 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 접합하는 접합 공정을 포함하고,
    상기 검출 공정은, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 서로 접합하는 과정에서 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 걸리는 하중의 분포에 기초하여 상기 평탄도를 검출하는 기판 접합 방법.
  21. 청구항 16에 있어서,
    상기 검출 공정은, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방의 돌출부를 검출하고,
    상기 판단 공정은, 상기 돌출부가 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 일방에 부착한 부착물에 의한 것인 경우에, 상기 부착물을 제거해야 할지 여부를 판단하는 기판 접합 방법.
  22. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 서로 접합하지 않는다고 상기 판단 공정에서 판단되었을 경우에, 상기 제1 기판과, 상기 제2 기판과는 다른 타 기판을 조합시키는 공정을 포함하는 기판 접합 방법.
  23. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 정보에 기초하여, 기판을 형성하기 위한 프로세스 조건을 조정하는 공정을 포함하는 기판 접합 방법.
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