WO2010055730A1 - 貼り合わせ装置及び貼り合わせ方法 - Google Patents

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Definitions

  • the second holding unit may suck and hold the second member by suction. According to the present invention, since the second member is held by suction, it is not necessary to provide a spacer for supporting the upper wafer as in the conventional bonding apparatus, and the bonding apparatus can be downsized.
  • the thickness of the upper chuck 11 is determined by analysis using, for example, a finite element method. For example, when the diameter of the glass substrate G is 300 mm and the diameter of a sealing material 50 (described later) provided on the lower surface side of the upper chuck 11 is 306 mm, the center portion is bent if the thickness of the upper chuck 11 is 16 mm. I understood that.
  • the upper chuck 11 is configured such that the central portion of the upper chuck 11 bends by a predetermined dimension that is equal to or greater than the vertical distance between the glass substrate G and the wafer W in the bonding space S.
  • a plurality of reference points A predetermined on the glass substrate G and the wafer W are predetermined.
  • the horizontal positions of the plurality of reference points B are matched. Specifically, first, as shown in FIG. 18, the target 101 is moved above the lower imaging unit 102, and then the center of the metal film of the captured target 101 is at the center of the image captured by the lower imaging unit 102. The position of the target 101 is adjusted so as to match. Then, as shown in FIG. 19, the target 101 is retracted from above the lower imaging unit 102, and the lower imaging unit 102 is moved below the glass substrate G by the moving mechanism 20.

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Abstract

 貼り合わせ装置は、第1の部材を上面で載置して保持する第1の保持部と、第2の部材を下面で吸着保持する第2の保持部と、を有している。第2の保持部は、所定の圧力でその中心部が撓むように構成されている。第2の保持部には、第1の保持部と第2の保持部間の貼り合わせ空間の雰囲気を吸引する吸気機構が設けられている。第2の保持部の外周下面には、当該外周下面に沿って下方に突出する突出部が形成されている。突出部の下面には、貼り合わせ空間の気密性を保持し、且つ弾性を有するシール材が設けられている。第1の保持部の側面には、突出部に当接して貼り合わせ空間における第1の部材と第2の部材間の鉛直方向の距離を調整可能な高さ調整機構が設けられている。

Description

貼り合わせ装置及び貼り合わせ方法
 本発明は、薄板状の2つの部材を貼り合わせる貼り合わせ装置及びその貼り合わせ装置を用いた貼り合わせ方法に関する。
 近年、例えば半導体デバイスやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の製造プロセスにおいて、半導体ウェハ(以下、「ウェハ」とする)の大口径化が進んでいる。また、実装などの特定の工程において、ウェハの薄型化が求められている。例えば大口径で薄いウェハを、そのまま搬送したり、研磨処理すると、ウェハに反りや割れが生じる恐れがある。このため、例えばウェハを補強するために、ウェハを例えば補強用基板であるウェハやガラス基板に貼り付けることが行われている。
 上述のウェハの貼り合わせは、例えばウェハ間に接着剤を介在させることによって行っている。しかしながら、このように接着剤を介在させた状態でウェハの貼り合わせを行うと、ウェハ間にボイドが発生するおそれがある。ウェハ間にボイドが発生すると、製造される半導体デバイスの性能が悪くなるおそれがあるため、かかるボイドの発生を抑制することが要求されている。
 そこで、特許文献1には、2つのウェハを上下に配置した状態(以下、上側のウェハを「上ウェハ」といい、下側のウェハを「下ウェハ」という。)で収容するチャンバーと、チャンバー内に設けられ、上ウェハの中心部分を押圧する押動ピンと、上ウェハの外周を支持すると共に、当該上ウェハの外周から退避可能なスペーサと、を有する貼り合わせ装置が提案されている。かかる貼り合わせ装置を用いた場合、ウェハ間のボイドの発生を抑制するため、チャンバー内を真空雰囲気にしてウェハの貼り合わせが行われる。具体的には、先ず、上ウェハをスペーサで支持した状態で、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧し、当該中心部分を下ウェハに当接させる。その後、上ウェハを支持しているスペーサを退避させて、上ウェハの全面を下ウェハの全面に当接させて貼り合わせる。
 また、特許文献2には、上側に配置された第1の部材を保持する保持板と、下側に配置された第2の部材を載置するテーブルと、保持板の外周に設けられた真空チャンバーリングと、を有する貼り合わせ装置が提案されている。かかる貼り合わせ装置では、先ず、保持板と真空チャンバーリングをテーブル側に下降させ、当該真空チャンバーリングとテーブルとをシールリングを介して当接させる。そして、これら保持板、真空チャンバーリング、テーブルで真空チャンバーを形成する。次に、真空チャンバーリングの側面に形成された開口部から真空チャンバー内の雰囲気を吸気して、当該真空チャンバー内を真空雰囲気にする。その後、保持板をテーブル側にさらに下降させ、第1の部材と第2の部材を貼り合わせている。
日本国特開2004-207436号公報 国際公開WO2004/026531
 しかしながら、特許文献1の貼り合わせ装置を用いた場合、チャンバー内全体を真空雰囲気にする必要があるため、ウェハをチャンバー内に収容してから真空雰囲気を形成するのに多大な時間を要する。この結果、ウェハ処理全体のスループットが低下することがあった。
 また、特許文献1の貼り合わせ装置を用いた場合、押動ピンにより上ウェハの中心部分を押圧する際、当該上ウェハはスペーサで支持されているだけなので、下ウェハに対する上ウェハの位置がずれるおそれがある。
 さらに、特許文献2の貼り合わせ装置では、2つの部材の貼り合わせを真空雰囲気下で行っているが、実際には真空チャンバー内を完全な真空状態にするのは困難である。すなわち、第1の部材と第2の部材との間には空気が存在する。そして、このような雰囲気下で第1の部材の全面と第2の部材の全面とが同時に貼り合わせられるため、第1の部材と第2の部材との間に存在する空気を当該部材間から完全に逃がしきることができない。この結果、貼り合わせ後の部材間にボイドが発生する場合があった。
 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、2つの部材を貼り合わせる際、部材間のボイドの発生を抑制しつつ、部材の貼り合わせを適切に効率よく行うことを目的とする。
 前記の目的を達成するため、本発明は、2つの部材を貼り合わせる貼り合わせ装置であって、上面に第1の部材を載置して保持する第1の保持部と、前記第1の保持部の上方に当該第1の保持部と対向して設けられ、下面に第2の部材を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部と前記第2の保持部間の雰囲気を吸引する吸気機構と、を有し、前記第2の保持部は、所定の圧力で当該第2の保持部の一箇所が撓む弾性体である。なお、第1の部材と第2の部材には、例えば薄板状の部材が用いられる。
 本発明によれば、吸気機構により、第1の保持部と第2の保持部間の空間(以下、「貼り合わせ空間」という。)の雰囲気を吸気し、第2の保持部の上面にかかる圧力と貼り合わせ空間内の圧力との差圧を所定の圧力にすることで、第2の部材を保持した第2の保持部の一箇所を撓ませることができる。そうすると、この第2の部材の撓んだ部分が第1の部材に当接する。その後、吸気機構により貼り合わせ空間の雰囲気をさらに吸気し、貼り合わせ空間内の圧力を第2の保持部と第2の部材との間の圧力より低くすることで、第2の部材が第2の保持部から落下して、第2の部材の全面が第1の部材の全面に当接する。このとき、第2の部材は、上述した第1の部材に当接した第2の部材の撓んだ部分から、当該第2の部材の径方向外側に向かって順次当接する。すなわち、例えば貼り合わせ空間内にボイドとなりうる空気が存在している場合でも、空気は第2の部材が第1の部材と当接している箇所より常に外側に存在することになり、当該空気を部材間から逃がすことができる。したがって、本発明によれば、部材間のボイドの発生を抑制しつつ、部材を貼り合わせることができる。しかも、本発明によれば、従来のように部材を貼り合わせる際の雰囲気を真空雰囲気にする必要がなく、微小な貼り合わせ空間の雰囲気を上述のように吸気すればよいので、部材の貼り合わせを短時間で効率よく行うことができる。さらに本発明によれば、第2の部材が第2の保持部に保持された状態で、第2の部材の撓んだ部分を第1の部材に当接させることができるので、第1の部材に対する第2の部材の位置がずれることがなく、部材の貼り合わせを適切に行うことができる。
 前記貼り合わせ装置は、前記第1の保持部と前記第2の保持部間の空間の気密性を保持するための気密性保持機構を有していてもよい。また、前記気密性保持機構は、前記第2の部材の外周下面に沿って設けられ、当該外周下面から下方に突出する突出部と、前記突出部の下面に環状に設けられ、前記第1の保持部、第2の保持部及び前記突出部に囲まれた空間の気密性を保持するシール材と、前記シール材の外側に設けられ、前記突出部の下面に当接して前記第1の部材と前記第2の部材間の鉛直方向の距離を調整可能な高さ調整機構と、を有していてもよい。なお、シール材は弾性を有していてもよい。
 前記貼り合わせ装置は、前記第1の保持部を鉛直方向及び水平方向に移動させると共に、当該第1の保持部を水平方向に回転させる移動機構を有していてもよい。
 前記移動機構は、前記第1の保持部の下方に設けられ、前記第1の保持部と前記移動機構との間には、鉛直方向に所定の間隔の隙間が形成されていてもよい。
 前記貼り合わせ装置は、前記第2の保持部の上面に設けられ、前記第2の保持部を下方に押圧する加圧機構と、前記第1の保持部を把持して、前記第1の保持部の鉛直方向の位置を所定の位置に固定する固定機構と、を有していてもよい。
 前記加圧機構と前記固定機構は、前記第2の保持部の上方に設けられた支持板により支持されるようにしてもよい。
 前記加圧機構は、少なくとも前記第2の部材を覆うように設けられた鉛直方向に伸縮自在の容器を有し、当該容器内に流体を導入することで前記第2の保持部を加圧するようにしてもよい。
 前記貼り合わせ装置は、前記第2の部材に対する前記第1の部材の水平方向の位置合わせを行うように前記移動機構を制御するための位置調整機構を有していてもよい。
 少なくとも前記第1の保持部又は前記第2の保持部は、少なくとも前記第1の部材又は前記第2の部材を加熱する加熱機構を有していてもよい。また、少なくとも前記第1の保持部又は前記第2の保持部は、少なくとも前記第1の部材又は前記第2の部材を冷却する冷却機構をさらに有していてもよい。
 前記第2の保持部は、前記第2の部材を吸引して吸着保持してもよい。本発明によれば、第2の部材を吸着保持しているので、従来の貼り合わせ装置のように上ウェハを支持するスペーサを設ける必要がなく、貼り合わせ装置を小型化することができる。
 別な観点による本発明は、貼り合わせ装置を用いて、2つの部材を貼り合わせる方法であって、前記貼り合わせ装置は、上面に第1の部材を載置して保持する第1の保持部と、前記第1の保持部の上方に当該第1の保持部と対向して設けられ、下面に第2の部材を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部と前記第2の保持部間の雰囲気を吸引する吸気機構と、を有し、前記第2の保持部は、所定の圧力で当該第2の保持部の一箇所が撓む弾性体であり、前記2つの部材を貼り合わせる方法は、前記第1の部材と前記第2の部材間の鉛直方向の距離が所定の距離になるように、前記第1の保持部と前記第2の保持部を配置する工程と、その後、前記第1の保持部と前記第2の保持部間の雰囲気を吸気し、前記第2の部材を保持した前記第2の保持部の一箇所を撓ませて、前記第2の部材の撓んだ部分を前記第1の部材に当接させる工程と、その後、前記第1の保持部と前記第2の保持部間の雰囲気をさらに吸気し、前記第2の部材の全面を前記第1の部材の全面に貼り合わせる工程と、を有する。
 別な観点の参考例は、2つの部材の位置合わせを行った後、当該2つの部材を所定の圧力で圧接して貼り合わせる貼り合わせ装置であって、第1の部材を保持する第1の保持部と、前記第1の保持部に対向して設けられ、第2の部材を保持する第2の保持部と、前記第1の保持部を鉛直方向及び水平方向に移動させると共に、当該第1の保持部を水平方向に回転させる移動機構と、前記第2の保持部に当接して設けられ、前記第2の保持部を前記第1の保持部側に押圧する加圧機構と、前記第1の保持部を把持して、前記第1の保持部を所定の位置に固定する固定機構と、を有する。
 本参考例において、前記加圧機構と前記固定機構は、前記第2の保持部を挟んで前記第1の保持部の反対側に設けられた支持板により支持されていてもよい。
 本参考例において、前記加圧機構は、少なくとも前記第2の部材を覆うように設けられた伸縮自在な容器を有し、当該容器内に流体を導入することで前記第2の保持部を押圧してもよい。
 本参考例において、前記移動機構は、前記第1の保持部を挟んで前記第2の保持部の反対側に設けられ、前記第1の保持部と前記移動機構との間には、所定の間隔の隙間が形成されていてもよい。
 本参考例において、前記第2の部材に対する前記第1の部材の位置合わせを行うように前記移動機構を制御するための位置調整機構を有していてもよい。
 本参考例において、少なくとも前記第1の保持部又は前記第2の保持部は、少なくとも前記第1の部材又は前記第2の部材を加熱する加熱機構を有していてもよい。また、少なくとも前記第1の保持部又は前記第2の保持部は、少なくとも前記第1の部材又は前記第2の部材を冷却する冷却機構を有していてもよい。
 別な観点の参考例は、前記参考例の貼り合わせ装置を用いて、2つの部材を貼り合わせる方法であって、前記移動機構により、前記第1の部材と前記第2の部材の位置合わせを行う工程と、その後、前記移動機構により前記第1の保持部を前記第2の保持部側に移動させて、前記第1の部材と前記第2の部材を接触させる工程と、その後、前記固定機構により、前記第1の保持部を把持する工程と、その後、前記加圧機構により、前記第2の保持部を押圧する工程と、を有する。
 本発明によれば、2つの部材を貼り合わせる際、部材間のボイドの発生を抑制しつつ、部材の貼り合わせを適切に効率よく行うことができる。
本実施の形態にかかる貼り合わせ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本実施の形態にかかる貼り合わせ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 下部チャック近傍の構成の概略を示す平面図である。 高さ調整機構の構成の概略を示す平面図である。 高さ調整機構の構成の概略を示す側面図である。 偏心ロールと回転シャフトとの関係を示した説明図である。 突出部の溝の構成の概略を示す説明図である。 圧力容器でウェハを押圧する際の面内圧力分布を示した説明図であり、(a)は圧力容器の径がウェハの径と同じ場合の面内圧力分布を示し、(b)は圧力容器の径がウェハの径よりも大きい場合の面内圧力分布を示している。 貼り合わせ装置の構成の概略を示す側面図である。 下部チャックと上部チャックが離れた様子を示す説明図である。 下部チャックを上昇させた様子を示す説明図である。 上部チャックの中心部が撓んだ様子を示す説明図である。 ガラス基板の全面がウェハの全面に当接した様子を示す説明図である。 ガラス基板の中心部がウェハに当接した状態において、ガラス基板の鉛直方向位置の変位の等高線を示す説明図である。 ガラス基板とウェハを貼り合わせた様子を示す説明図である。 加熱機構と冷却機構を搭載した貼り合わせ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 位置調整機構を搭載した貼り合わせ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 ターゲットの金属膜の中心と下部撮像部の撮像する画像の中心を合致させた様子を示す説明図である。 下部撮像部の撮像する画像にガラス基板の基準点を表示させた様子を示す説明図である。 ターゲットの金属膜の中心と上部撮像部の撮像する画像の中心を合致させた様子を示す説明図である。 上部撮像部の撮像する画像に表示された基準点の位置と、下部撮像部の撮像する画像に表示された基準点の位置とを合致させた様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる貼り合わせ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかる貼り合わせ装置の構成の概略を示す縦断面図である。
  1  貼り合わせ装置
  10 下部チャック
  11 上部チャック
  12 回転テーブル
  20 移動機構
  21 回転部
  22 鉛直移動部
  23 水平移動部
  30 突出部
  40 高さ調整機構
  50 シール材
  52 給気管
  70 加圧機構
  71 圧力容器
  73 支持板
  80 固定機構
  90 加熱機構
  91 冷却機構
  100 位置調整機構
  110 固定機構
  D  隙間
  G  ガラス基板
  S  貼り合わせ空間
  W  ウェハ
 以下、本発明の実施の形態について説明する。図1及び図2は、本実施の形態にかかる貼り合わせ装置1の構成の概略を示す縦断面図である。
 貼り合わせ装置1は、第1の部材としてのウェハWを上面で載置して保持する第1の保持部の一部としての下部チャック10と、第2の部材としてのガラス基板Gを下面で吸着保持する第2の保持部としての上部チャック11と、を有している。上部チャック11は、下部チャック10の上方に設けられ、下部チャック10と対向するように配置されている。すなわち、下部チャック10に保持されたウェハWと上部チャック11に保持されたガラス基板Gは対向して配置されている。また、下部チャック10の下面には、当該下部チャック10を支持して水平方向に回転自在の回転テーブル12が設けられている。そして、下部チャック10と回転テーブル12で第1の保持部が構成されている。なお、本実施の形態において、ウェハWとガラス基板Gは、例えば同じ径を有する薄板状であり、例えば接着剤により貼り合わされる。また、第1の保持部はウェハを保持することができるものであればよく、本実施の形態に限定されるものではない。
 下部チャック10の内部には、ウェハWを吸着保持するための吸引管13が設けられている。吸引管13は、図示しない例えば真空ポンプなどの負圧発生装置に接続されている。なお、下部チャック10には、後述する加圧機構70により荷重がかけられても変形しない強度を有する材料、例えば炭化ケイ素セラミックや窒化アルミセラミックなどのセラミックが用いられる。
 下部チャック10及び回転テーブル12の下面側には、回転テーブル12、下部チャック10及びウェハWを鉛直方向及び水平方向に移動させると共に、水平方向に回転させる移動機構20が設けられている。移動機構20は、回転テーブル12を例えば±1μmの精度で3次元移動させることができる。移動機構20は、回転テーブル12を水平方向に回転させる回転部21と、回転テーブル12を鉛直方向に移動させる鉛直移動部22と、回転テーブル12を水平方向に移動させる水平移動部23と、を有している。回転部21、鉛直移動部22及び水平移動部23は、上からこの順で設けられている。
 回転部21は、回転テーブル12を回転させるための台座24を有している。回転テーブル12と台座24の間には、図示しない回転機構に接続された回転軸25が設けられている。回転部21は、この回転機構の駆動力を回転テーブル12に伝達することで、回転テーブル12を水平方向に回転させることができる。回転軸25は、回転テーブル12の下面と台座24の上面との間に所定の間隔の隙間Dを形成するように設けられている。ここで、例えばウェハWの径が300mmであって、下部チャック10が上述の材料からなる場合、当該下部チャック10を支持する回転テーブル12の下面と台座24の上面の平面度の合計は10μm以下となる。この平面度は、回転テーブル12と台座24の加工公差や変形などを含んでいる。そこで、隙間Dの所定の間隔は、回転テーブル12の下面と台座24の上面が接触しない間隔、例えば10μmに設定される。そして、回転テーブル12は、台座24と接触することなく、回転軸25を中心に回転することができる。なお、隙間Dは、図示しない空気供給源から空気を供給して積極的に形成されるようにしてもよい。
 以上の移動機構20では、下部チャック10上のウェハWの位置合わせを行うことができると共に、図2に示すように下部チャック10を上昇させて、ウェハWとガラス基板Gを貼り合わせるための貼り合わせ空間Sを形成することができる。この貼り合わせ空間Sは、下部チャック10、上部チャック11及び上部チャック11の外周下面から下方に突出して設けられた突出部30に囲まれた空間である。
 下部チャック10の側面には、突出部30を支持して上部チャック11の高さを調整することにより、貼り合わせ空間SにおけるウェハWとガラス基板G間の鉛直方向の距離を調整可能な高さ調整機構40が設けられている。高さ調整機構40は、下部チャック10の側面に設けられた支持台41に支持されている。高さ調整機構40は、突出部30と当接する際に、後述するシール材50の外側に位置するように配置されている。また、高さ調整機構40は、図3に示すように複数個所、例えば3箇所に設けられ、下部チャック10の側面に沿って等間隔に配置されている。なお、高さ調整機構40の数は本実施の形態に限定されないが、3箇所以上に設けられているのが好ましい。
 高さ調整機構40は、図4及び図5に示すように偏心ロール42を有している。偏心ロール42は、支持台41に設けられた支持枠43に支持されている。偏心ロール42には、偏心ロール42を回転させるための回転シャフト44が挿通している。回転シャフト44には例えばモータ45などを有する回転駆動部46が接続され、回転駆動部46により回転シャフト44が回転するようになっている。なお、偏心ロール42の中心Cは、図6に示すように回転シャフト44の中心Cから偏心している。したがって、高さ調整機構40は、回転シャフト44の回転によって、偏心ロール42の鉛直方向の頂点の高さ、すなわち突出部30との接触点の高さを調整することで、上部チャック11の高さを調整することができる。
 上部チャック11には、弾性体である例えばアルミが用いられる。そして、上部チャック11は、後述するように上部チャック11の全面に所定の圧力、例えば0.7気圧(=0.07MPa)がかかると、その一箇所、例えば中心部が撓むように構成されている。このように上部チャック11の中心部を撓ませるため、例えば有限要素法を用いた解析により上部チャック11の厚みが決定される。例えばガラス基板Gの径を300mmとし、上部チャック11の下面側に設けられる後述のシール材50の径を306mmとして解析したところ、上部チャック11の厚みが16mmであれば、その中心部が撓むことが分かった。また、上部チャック11の中心部が撓む際には、後述するように上部チャック11に保持されたガラス基板Gの中心部がウェハWに接触する必要がある。このため、上部チャック11は、その中心部が貼り合わせ空間Sにおけるガラス基板GとウェハW間の鉛直方向の距離以上の所定の寸法撓むように構成されている。ここで、例えばガラス基板GとウェハWを貼り合わせた際の合計の厚みが1.2mmであり、突出部30の高さが0.9mmであって、貼り合わせ空間Sにおける突出部30と下部チャック10間の鉛直方向の距離を0.5mmに設定した場合、ガラス基板GとウェハW間の鉛直方向の距離は0.2mmとなる。この点、上述の解析結果によると、上部チャック11の厚みが16mmであれば、その中心部の撓み量は0.2mmとなり、ガラス基板Gの中心部がウェハWに接触するように上部チャック11の中心部が撓むことが分かった。
 上部チャック11の外周下面には、図2に示すように当該外周下面から下方に突出する上述の突出部30が形成されている。突出部30は、チャック11の外周に沿って形成されている。なお、突出部30は、上部チャック11と一体に形成されていてもよい。
 突出部30の下面には、貼り合わせ空間Sの気密性を保持するためのシール材50が設けられている。シール材50は、突出部30の下面に形成された溝に環状に設けられ、例えばOリングが用いられる。また、シール材50は弾性を有している。なお、シール材50は、シール機能を有する部品であればよく、本実施の形態に限定されるものではない。また、本実施の形態において、突出部30、シール材50及び高さ調整機構40で気密性保持機構が構成されている。
 図7に示すように突出部30の下面に形成された溝31は、上端部31aの幅が下端部31bの幅より大きい略テーパ状の断面を有している。溝31の深さは、図2に示したように貼り合わせ空間Sが形成される際に当該貼り合わせ空間Sの気密性を保持するため、シール材50の上端が溝31の上端部31aに当接する深さとなっている。また、溝31の断面積はシール材50の断面積以上であり、弾性変形したシール材50を溝31内に収容できるようになっている。なお、このように溝31が略テーパ状に形成されているため、溝31は下端部31bでシール材50を係止することができ、シール材50は突出部30から落下しない。
 上部チャック11の内部には、図2に示すようにガラス基板Gを吸着保持するための吸引管51が設けられている。吸引管51は、図示しない例えば真空ポンプなどの負圧発生装置に接続されている。
 また、上部チャック11の内部には、貼り合わせ空間Sの雰囲気を吸気するための吸気管52が設けられている。吸気管52の一端は、上部チャック11の下面におけるガラス基板Gが保持されない場所において開口している。また、吸気管52の他端は、図示しない例えば真空ポンプなどの負圧発生装置に接続されている。なお、本実施の形態の吸気機構は、吸気管52と吸気管52に接続された負圧発生装置とで構成されている。
 上部チャック11の上面には、当該上部チャック11を支持する支持部材60と上部チャック11を鉛直下方に押圧する加圧機構70が設けられている。加圧機構70は、ガラス基板GとウェハWを覆うように設けられた圧力容器71と、圧力容器71の内部に流体、例えば圧縮空気を供給する流体供給管72と、を有している。また、支持部材60は、鉛直方向に伸縮自在に構成され、圧力容器71の外側に例えば3箇所に設けられている。
 圧力容器71は、例えば鉛直方向に伸縮自在の例えばステンレス製のベローズにより構成されている。圧力容器71は、その下面が上部チャック11の上面に当接すると共に、上面が上部チャック11の上方に設けられた支持板73の下面に当接している。流体供給管72は、その一端が圧力容器71に接続され、他端が図示しない流体供給源に接続されている。そして、圧力容器71に流体供給管72から流体を供給することで、圧力容器71が伸長する。この際、圧力容器71の上面と支持板73の下面とが当接しているので、圧力容器71は下方向にのみ伸長し、圧力容器71の下面に設けられた上部チャック11を下方に押圧することができる。またこの際、圧力容器71の内部は流体により加圧されているので、圧力容器71は上部チャック11を面内均一に押圧することができる。上部チャック11を押圧する際の荷重の調節は、圧力容器71に供給する圧縮空気の圧力を調整することで行われる。なお、支持板73は、加圧機構70により上部チャック11にかかる荷重の反力を受けても変形しない強度を有する部材により構成されているのが好ましい。
 なお、上述した圧力容器71がガラス基板GとウェハWを覆うとは、例えば圧力容器71の径がガラス基板G及びウェハWの径と同じであることをいう。ここでいう圧力容器71の径は、圧力容器71が上部チャック11と接触する部分の径を指す。発明者らが調べたところ、図8(a)に示すように圧力容器71とウェハWの径が同じ300mmである場合に、圧力容器71により0.5MPaの圧力で上部チャック11を押圧すると、当該圧力はウェハ面内で均一に分布することが分かった。本実施の形態では、例えば図2に示したように圧力容器71の径がガラス基板G及びウェハWの径と同じであるため、ガラス基板G及びウェハWにおける面内圧力分布は均一になる。
 一方、図8(b)に示すように圧力容器71の径が300mmであって、ウェハWの径が200mmの場合、すなわち、圧力容器71の径がウェハWの径よりも大きい場合、圧力容器71により0.5MPaで上部チャック11を押圧すると、当該圧力はウェハ面内で不均一に分布し、ウェハWの外周部の圧力が中心部の圧力より大きくなることが分かった。これは、ウェハWの外側にスペースがあるため、圧力容器71が上部チャック11を押圧する際に当該上部チャック11が上方に凸に撓むためであると考えられる。そこで、このような場合には、ウェハWの外側のスペースに、リング状のスペーサを設けるのがよい。すなわち、ウェハWとガラス基板Gの外側にスペーサを設けるのがよい。このスペーサは、その外周部の径が圧力容器71の径と同一であり、かつガラス基板G及びウェハWを貼り合わせた合計の厚みと同一の厚みを有している。かかる場合、圧力容器71からの圧力がスペーサとガラス基板G及びウェハWに均一にかかり、当該ガラス基板G及びウェハWにおける面内圧力分布が均一になる。
 支持板73には、図9に示すように回転テーブル12を把持して、回転テーブル12上の下部チャック10の鉛直方向の位置を所定の位置に固定する固定機構80が設けられている。固定機構80は、図3に示すように複数個所、例えば3箇所に設けられ、回転テーブル12の外周に沿って等間隔に配置されている。なお、固定機構80の数は本実施の形態に限定されないが、3箇所以上に設けられているのが好ましい。
 固定機構80は、図9に示すように回転テーブル12を把持するクランプ81と、クランプ81と支持板73とを摺動自在に接続する支持ピン82と、を有している。クランプ81は、支持ピン82から延伸する本体部81aと、本体部81aの先端に設けられ、回転テーブル12を把持する把持部81bと、を有している。本体部81aは、下部チャック10が上昇して下部チャック10と上部チャック11との間に貼り合わせ空間Sを形成する際に、把持部81bが回転テーブル12を把持できる長さに設定されている。そして、クランプ81は、図示しない駆動機構により、支持ピン82を中心に回動自在になっている。
 そして、加圧機構70を用いて上部チャック11を押圧する際には、固定機構80により回転テーブル12を把持することで、回転テーブル12の位置が固定される。これにより、加圧機構70によって上部チャック11が下方に押圧される際に、荷重が回転テーブル12の下方に設けられた移動機構20に伝達するのを防ぐことができる。なお、固定機構80は、加圧機構70による荷重が移動機構20に伝達することを防止できれば、回転テーブル12以外、例えば下部チャック10を把持するように構成されていてもよい。
 本実施の形態にかかる貼り合わせ装置1は以上のように構成されており、次にこの貼り合わせ装置1で行われるウェハWとガラス基板Gとの貼り合わせ方法について説明する。なお、本実施の形態において、少なくともウェハWの上面又はガラス基板Gの下面には、予め接着剤が塗布されている。
 先ず、図10に示すように、下部チャック10と上部チャック11が離れた状態で、下部チャック10にウェハWを載置して保持すると共に、上部チャック11にガラス基板Gを吸着保持する。そして、ウェハWがガラス基板Gに対向するように、移動機構20により下部チャック10の位置が調整される。なお、上部チャック11とガラス基板Gとの間の圧力は例えば0.1気圧(=0.01MPa)である。また、上部チャック11の上面にかかる圧力は大気圧である1.0気圧(=0.1MPa)である。この上部チャック11の上面にかかる大気圧を維持するため、加圧機構70の圧力容器71内の圧力を大気圧にしてもよいし、上部チャック11の上面と圧力容器71との間に隙間を形成してもよい。
 次に、図11に示すように移動機構20により、高さ調整機構40の偏心ロール42が突出部30に当接するまで下部チャック10を上昇させる。この際、偏心ロール42と突出部30との接触点の高さは、ウェハWとガラス基板Gとの鉛直方向の距離が所定の距離になるように設定される。なお、この所定の距離は、シール材50が下部チャック10に接触し、且つ後述するように上部チャック11及びガラス基板Gの中心部が撓んだ際に、ガラス基板Gの中心部がウェハWに接触する高さである。このようにして、下部チャック10と上部チャック11との間に密閉された貼り合わせ空間Sが形成される。そして、固定機構80のクランプ81により下部チャック10の鉛直方向の位置が固定される。
 その後、吸気管52から貼り合わせ空間Sの雰囲気を吸気する。そして、貼り合わせ空間S内の圧力が例えば0.3気圧(=0.03MPa)に減圧されると、上部チャック11には、上部チャック11の上面にかかる圧力と貼り合わせ空間S内の圧力との圧力差、すなわち0.7気圧(=0.07MPa)がかかる。そうすると、図12に示すように上部チャック11の中心部が撓み、上部チャック11に保持されたガラス基板Gの中心部も撓む。なお、このように貼り合わせ空間S内の圧力を0.3気圧(=0.03MPa)まで減圧しても、上部チャック11とガラス基板Gとの間の圧力は0.1気圧(=0.01MPa)であるため、ガラス基板Gは上部チャック11に保持された状態を保っている。
 その後、さらに貼り合わせ空間Sの雰囲気を吸気し、貼り合わせ空間S内を減圧する。そして、貼り合わせ空間S内の圧力が0.1気圧(=0.01MPa)以下になると、上部チャック11がガラス基板Gを保持することができず、図13に示すようにガラス基板Gは下方に落下して、ガラス基板Gの全面がウェハWの全面に当接する。この際、ガラス基板Gは、ウェハWに当接した中心部から径方向外側に向かって順次当接する。そして、ガラス基板GとウェハWは接着剤により接着される。
 ここで、発明者らはガラス基板GがウェハWに当接する様子を調べるため、本実施の形態の貼り合わせ装置1を用いてシミュレーションを行った。その結果を図14に示す。図14中のガラス基板G中の線は、ガラス基板Gの鉛直方向位置の変位の等値線である。図14はガラス基板Gの中心部がウェハWに当接した状態であり、ガラス基板Gの鉛直方向の位置は、図14中の矢印方向、すなわち中心部から径方向に順次変位していることが分かる。したがって、ガラス基板Gは、中心部から径方向外側に向かって順次ウェハWに当接する。すなわち、例えば貼り合わせ空間S内にボイドとなりうる空気が存在している場合でも、当該空気はガラス基板GがウェハWと当接している箇所より常に外側に存在することになる。
 その後、図15に示すように、高さ調整機構40により偏心ロール42と突出部30との接触点の高さを調整し、上部チャック11の下面をガラス基板Gの上面に接触させる。このとき、シール材50が弾性変形して突出部30の溝31に収容され、下部チャック10に密着する。そして、加圧機構70により上部チャック11を所定の圧力、例えば0.75MPaで下方に押圧し、ガラス基板GとウェハWがより強固に接着され、貼り付けられる。
 以上の実施の形態によれば、吸気管52から貼り合わせ空間Sの雰囲気を吸気し、上部チャック11の上面にかかる圧力と貼り合わせ空間S内の圧力との差圧を所定の圧力にすることで、上部チャック11の中心部を撓ませることができる。そうすると、上部チャック11がガラス基板Gを保持した状態で、ガラス基板Gの中心部をウェハWに当接させるこができる。その後、吸気管52から貼り合わせ空間Sの雰囲気をさらに吸気し、貼り合わせ空間S内の圧力を上部チャック11とガラス基板Gとの間の圧力より低くすることで、ガラス基板Gが上部チャック11から落下して、ガラス基板Gの全面がウェハWの全面に当接する。このとき、ガラス基板Gは、中心部から径方向外側に向かって順次当接する。すなわち、例えば貼り合わせ空間S内にボイドとなりうる空気が存在している場合でも、当該空気はガラス基板GがウェハWと当接している箇所より常に外側に存在することになり、当該空気をウェハWとガラス基板G間から逃がすことができる。したがって、本実施の形態によれば、ガラス基板GとウェハWのボイドの発生を抑制しつつ、貼り合わせることができる。
 また、ウェハWとガラス基板Gとの貼り合わせを行う際、従来のように部材を貼り合わせる際の雰囲気を真空雰囲気にする必要がなく、微小な貼り合わせ空間Sの雰囲気を上述のように吸気するだけでよい。しかも、突出部30の下面に設けられたシール材50により、貼り合わせ空間S内の気密性が保たれる。したがって、貼り合わせ空間S内を短時間で吸気することができ、ウェハWとガラス基板Gとの貼り合わせを短時間で効率よく行うことができる。
 また、ガラス基板Gが上部チャック11に吸着保持された状態で、ガラス基板Gの中心部をウェハWに当接させるこができるので、ウェハWに対するガラス基板Gの位置がずれることがなく、ガラス基板GとウェハWとの貼り合わせを適切に行うことができる。さらに、ガラス基板Gは上部チャック11に吸着保持されるので、上述した特許文献1に記載された従来の貼り合わせ装置のように上ウェハを支持するスペーサを設ける必要がなく、貼り合わせ装置1を小型化することもできる。
 ここで、例えば従来の貼り合わせ装置に移動機構を設けた場合、加圧機構により上部チャックと下部チャックにかけられた圧力が移動機構に伝達するため、移動機構が損傷するなど支障があった。本実施の形態によれば、固定機構80により下部チャック10の位置が固定されるので、加圧機構70により上部チャック11が下方に押圧されても、その圧力が下部チャック10の下方に設けられた移動機構20に伝達することがない。したがって、移動機構20を保護しつつ、ガラス基板GとウェハWとの位置合わせを行うことができる。
 また、加圧機構70はその上面が支持板73に当接して支持され、且つ固定機構80も支持板73により支持されているため、加圧機構70により上部チャック11を押圧しても、加圧機構70の反力が支持板73以外の部材に伝達されることがない。このため、貼り合わせ装置1内の部材が撓んだり、反力により貼り合わせ装置1内に機械的なストレスを与えることがない。
 また、移動機構20の回転テーブル12と台座24の間には隙間Dが形成されたので、万一加圧機構70の押圧により下部チャック10や回転テーブル12が撓んでも、移動機構20の損傷を避けることができる。
 以上の実施の形態の上部チャック11は、所定の圧力でその中心部が撓むように構成されていたが、他の箇所が撓むようにしてもよい。すなわち、所定の圧力で上部チャック11の一箇所が撓むようにすれば、上部チャック11に保持されたガラス基板Gは、その撓んだ部分から径方向外側に向かって順次ウェハWに当接する。そうすると、貼り合わせ空間S内に存在してボイドとなりうる空気をウェハWとガラス基板G間から逃がすことができる。
 以上の実施の形態の下部チャック10の内部には、図16に示すようにウェハWを加熱する加熱機構90が設けられていてもよい。加熱機構90には、例えばヒータが用いられる。ここで、例えばウェハWとガラス基板Gとを接着する接着剤がホットメルト型の接着剤である場合、ウェハWとガラス基板Gを貼りあわせる際に、接着剤を融点以上の温度で加熱して、接着剤を溶融させて液状にしておく必要がある。本実施の形態によれば、例えば図12及び図13に示したようにウェハWとガラス基板Gとを当接させる前に、予め加熱機構90によりウェハW上の接着剤を融点以上に加熱する。そうすると、ウェハWとガラス基板Gとを接着剤により適切に接着することができる。なお、加熱機構90は、上部チャック11の内部に設けられてガラス基板Gを加熱するようにしてもよいし、下部チャック10と上部チャック11の両方に設けられていてもよい。
 また、下部チャック10の内部には、ウェハWを冷却する冷却機構91がさらに設けられていてもよい。冷却機構91には、例えば銅製の冷却ジャケットが用いられる。かかる場合、上述したように加熱機構90により接着剤を融点以上に加熱してウェハWとガラス基板Gを接着した後、冷却機構91によりウェハW上の接着剤を固化温度以下に冷却する。そうすると、ウェハWとガラス基板Gを接着した後、接着剤を短時間で固化させることができ、ウェハWとガラス基板Gとの貼り合わせを短時間で効率よく行うことができる。なお、冷却機構91は、上部チャック11の内部に設けられてガラス基板Gを冷却するようにしてもよいし、下部チャック10と上部チャック11の両方に設けられていてもよい。
 以上の実施の形態の貼り合わせ装置1において、図17に示すようにガラス基板Gに対するウェハWの水平方向の位置合わせを行うように移動機構20を制御するための位置調整機構100を有していてもよい。位置調整機構100は、ターゲット101と、ターゲット101の下面を下方から撮像する下部撮像部102と、ターゲット101の上面を上方から撮像する上部撮像部103と、を有している。なお、下部撮像部102と上部撮像部103には、例えばCCDカメラが用いられる。
 ターゲット101は、回転テーブル12上に設けられたターゲット台104に支持されている。ターゲット101には、上部撮像部103及び下部撮像部102による画像認識可能な、例えばガラス板上に円形の金属膜が蒸着されたものが用いられる。ターゲット101は、ターゲット台104に設けられた図示しない駆動機構により鉛直斜め方向に移動可能になっており、図17中に破線で示す位置まで退避することができる。
 下部撮像部102は、回転テーブル12上に設けられている。下部撮像部102は、ターゲット101を最上部に移動させた状態(図17中の実線の状態)において、下部撮像部102の撮像する画像の中心位置とターゲット101の金属膜の中心位置とが合致するように事前に配置が調整されている。
 上部撮像部103は、ターゲット101の上方に配置されている。上部撮像部103には、当該上部撮像部103を水平方向に移動させる水平搬送機構105が設けられている。この水平搬送機構105により、上部撮像部103はウェハWの上方(図17中の破線部)まで移動可能になっている。
 以上の位置調整機構100を用いて、ガラス基板GとウェハWの水平方向の位置合わせを行う際には、ガラス基板G上に予め定められた複数の基準点AとウェハW上に予め定められた複数の基準点Bの水平方向の位置を一致させる。具体的には、先ず、図18に示すようにターゲット101を下部撮像部102の上方に移動させ、次いで下部撮像部102の撮像する画像の中心に、撮像されたターゲット101の金属膜の中心が一致するようにターゲット101の位置が調整される。そして、図19に示すようにターゲット101を下部撮像部102の上方から退避させ、移動機構20により下部撮像部102をガラス基板Gの下方に移動させる。その後、下部撮像部102の撮像する画像に、予めガラス基板Gに定められた複数の基準点Aが表示されるように、移動機構20により下部撮像部102の位置が調整される。次に、この状態でターゲット101を下部撮像部102の上方に移動させ、ターゲット101の金属膜の中心と下部撮像部102の撮像する画像の中心とを合致させる。そしてさらに、図20に示すように上部撮像部103をターゲット101の上方に移動させ、ターゲット101の金属膜の中心と上部撮像部103の撮像する画像の中心とが合致するように、水平搬送機構105により上部撮像部103の位置が調整される。その後、図21に示すように移動機構20によりウェハWを上部撮像部103の下方に移動させる。そして、上部撮像部103の撮像する画像に表示される複数の基準点Bの位置と、事前に下部撮像部102で撮像した画像に表示される複数の基準点Aの位置とが合致するように、移動機構20によりウェハWの位置が調整される。これにより、ガラス基板GとウェハWの位置合わせが完了する。かかる場合、ガラス基板GとウェハWの水平方向の位置合わせを厳密に行うことができるので、ウェハWとガラス基板Gとの貼り合わせをより適切に行うことができる。
 以上の実施の形態では、クランプ構造の固定機構80を用いて下部チャック10の鉛直方向の位置を固定していたが、固定機構80の形状は前記実施の形態の内容に限定されない。例えば固定機構80に代えて、図22に示す固定機構110を設けてもよい。固定機構110は、例えば水平移動部23上に例えば3箇所に設けられている。固定機構110は、水平移動部23上を水平方向に移動自在、かつ鉛直方向に伸縮自在に構成されている。
 そして、先に図10~図13に示したように上部チャック11が加圧機構70によって押圧されるまでは、固定機構110は、図22に示すように回転テーブル12と当接せず、水平移動部32上で待機している。その後、先に図15に示したように加圧機構70を用いて上部チャック11を押圧する際には、図23に示すように固定機構110は水平方向に外側に移動すると共に鉛直方向に伸長し、回転テーブル12の外周部を支持する。このように固定機構110によって回転テーブル12の鉛直位置が固定されるため、加圧機構70によって上部チャック11が下方に押圧される際に、荷重が回転テーブル12の下方に設けられた移動機構20に伝達するのを防ぐことができる。
 以上の実施の形態では、貼り合わせ装置1を用いてウェハWとガラス基板Gを貼り合せていたが、本実施の形態の貼り合わせ装置1は、ウェハとウェハを貼り合わせる場合にも用いることができる。また、半導体デバイスを3次元に積層する際に、ウェハとウェハを貼り合せる場合やチップとチップを貼り合わせる場合にも、貼り合わせ装置1を用いることができる。さらに、貼り合わせる部材が、ウェハ以外のFPD(フラットパネルディスプレイ)、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の部材である場合にも、貼り合わせ装置1を用いることができる。
 以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
 本発明は、薄板状の2つの部材を貼り合わせる際に有用である。

Claims (14)

  1. 2つの部材を貼り合わせる貼り合わせ装置であって、
    上面に第1の部材を載置して保持する第1の保持部と、
    前記第1の保持部の上方に当該第1の保持部と対向して設けられ、下面に第2の部材を保持する第2の保持部と、
    前記第1の保持部と前記第2の保持部間の雰囲気を吸引する吸気機構と、を有し、
    前記第2の保持部は、所定の圧力で当該第2の保持部の一箇所が撓む弾性体である。
  2. 請求項1に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記第1の保持部と前記第2の保持部間の空間の気密性を保持するための気密性保持機構を有する。
  3. 請求項2に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記気密性保持機構は、
    前記第2の部材の外周下面に沿って設けられ、当該外周下面から下方に突出する突出部と、
    前記突出部の下面に環状に設けられ、前記第1の保持部、第2の保持部及び前記突出部に囲まれた空間の気密性を保持するシール材と、
    前記シール材の外側に設けられ、前記突出部の下面に当接して前記第1の部材と前記第2の部材間の鉛直方向の距離を調整可能な高さ調整機構と、を有する。
  4. 請求項3に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記シール材は弾性を有する。
  5. 請求項1に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記第1の保持部を鉛直方向及び水平方向に移動させると共に、当該第1の保持部を水平方向に回転させる移動機構を有する。
  6. 請求項5に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記移動機構は、前記第1の保持部の下方に設けられ、
    前記第1の保持部と前記移動機構との間には、鉛直方向に所定の間隔の隙間が形成されている。
  7. 請求項5に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記第2の保持部の上面に設けられ、前記第2の保持部を下方に押圧する加圧機構と、
    前記第1の保持部を把持して、前記第1の保持部の鉛直方向の位置を所定の位置に固定する固定機構と、を有する。
  8. 請求項7に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記加圧機構と前記固定機構は、前記第2の保持部の上方に設けられた支持板により支持されている。
  9. 請求項7に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記加圧機構は、少なくとも前記第2の部材を覆うように設けられた鉛直方向に伸縮自在の容器を有し、当該容器内に流体を導入することで前記第2の保持部を加圧する。
  10. 請求項5に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記第2の部材に対する前記第1の部材の水平方向の位置合わせを行うように前記移動機構を制御するための位置調整機構を有する。
  11. 請求項1に記載の貼り合わせ装置であって、
    少なくとも前記第1の保持部又は前記第2の保持部は、少なくとも前記第1の部材又は前記第2の部材を加熱する加熱機構を有する。
  12. 請求項11に記載の貼り合わせ装置であって、
    少なくとも前記第1の保持部又は前記第2の保持部は、少なくとも前記第1の部材又は前記第2の部材を冷却する冷却機構を有する。
  13. 請求項1に記載の貼り合わせ装置であって、
    前記第2の保持部は、前記第2の部材を吸引して吸着保持する。
  14. 貼り合わせ装置を用いて、2つの部材を貼り合わせる方法であって、
    前記貼り合わせ装置は、
    上面に第1の部材を載置して保持する第1の保持部と、
    前記第1の保持部の上方に当該第1の保持部と対向して設けられ、下面に第2の部材を保持する第2の保持部と、
    前記第1の保持部と前記第2の保持部間の雰囲気を吸引する吸気機構と、を有し、
    前記第2の保持部は、所定の圧力で当該第2の保持部の一箇所が撓む弾性体であり、
    前記2つの部材を貼り合わせる方法は、
    前記第1の部材と前記第2の部材間の鉛直方向の距離が所定の距離になるように、前記第1の保持部と前記第2の保持部を配置する工程と、
    その後、前記第1の保持部と前記第2の保持部間の雰囲気を吸気し、前記第2の部材を保持した前記第2の保持部の一箇所を撓ませて、前記第2の部材の撓んだ部分を前記第1の部材に当接させる工程と、
    その後、前記第1の保持部と前記第2の保持部間の雰囲気をさらに吸気し、前記第2の部材の全面を前記第1の部材の全面に貼り合わせる工程と、を有する。
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