JP6631684B2 - 基板接合方法および基板接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板接合方法および基板接合装置に関する。

一対の基板の表面を活性化して接合する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１３−０９８１８６号公報

接合した基板の間に挟まれた雰囲気によりボイドが形成される場合がある。

本発明の第１の態様においては、一対の基板を重ね合わせて接合する基板接合方法であって、一対の基板間の接合力が他の領域に対して相対的に弱い領域を設ける段階と、一対の基板の接合面を相互に接触させて重ね合わせる重ね合わせ段階と、重ね合わされた一対の基板の間の気体を領域に沿って移動させて除去する除去段階と、を含む基板接合方法が提供される。

本発明の第２の態様においては、一対の基板を重ね合わせて接合する基板接合装置であって、一対の基板の接合面を相互に接触させて重ね合わせる重ね合わせ部と、重ね合わせ部が重ね合わせた一対の基板の間の気体を除去する除去部と、を備え、除去部は、一対の基板間の接合力が他の領域に対して相対的に弱い領域に沿って気体を移動させて除去する基板接合装置が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。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得る。

接合装置１００の模式図である。 基板２１０の模式的平面図である。 基板２１０の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 基板２１０を接合する手順を示す流れ図である。 接合部３００の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 積層基板２３０の模式的断面図である。 積層基板２３０の模式的平面図である。 積層基板２３０の模式的断面図である。 積層基板２３０の模式的平面図である。 積層基板２３０の模式的断面図である。 積層基板２３０の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 接合部３００の模式的断面図である。 基板２１０を接合する手順を示す流れ図である。 積層基板２３０の模式的断面図である。 積層基板２３０の模式的平面図である。 積層基板２３０の模式的平面図である。 積層基板２３０の模式的断面図である。 積層基板２３０の模式的断面図である。

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

図１は、接合装置１００の模式的平面図である。接合装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に外側に配された基板カセット１２０、１３０および制御部１５０と、筐体１１０内部に配された搬送ロボット１４０および接合部３００を備え、一対の基板を重ねて接合する。

一方の基板カセット１２０は、接合する前の基板２１０を収容する。他方の基板カセット１３０は、基板２１０を貼り合わせて作製された積層基板２３０を収容する。基板カセット１２０、１３０は、筐体１１０に対して個別に着脱できるので、基板カセット１２０を用いることにより、複数の基板２１０を一括して接合装置１００に搬入できる。また、基板カセット１３０を用いることにより、複数の積層基板２３０を一括して接合装置１００から搬出できる。

搬送ロボット１４０は、筐体１１０内で移動して、基板２１０を、基板カセット１２０から接合部３００に搬送する。また、搬送ロボット１４０は、接合部３００にて形成された積層基板２３０を接合部３００から基板カセット１３０に搬送する。

接合部３００は、一対の基板２１０を個別に保持する一対のステージを有し、一対の基板２１０を相互に位置合わせして接合する。少なくとも接合部３００の内部は、室温に近い温度に温度管理され、位置合わせ精度が維持されている。

なお、基板２１０は薄く脆いので、接合装置１００の内部においては、より高い強度を有する基板ホルダ２２０に基板２１０を保持させて、両者を併せて取り扱う。基板ホルダ２２０は、アルミナセラミックス等の硬質材料で形成され、接合装置１００の内部において使い回される。

制御部１５０は、接合装置１００の各部を相互に連携させて統括的に制御する。また、制御部１５０は、外部からユーザの指示を受け入れると共に、接合装置１００の動作状態を外部に向かって表示するユーザインターフェイスを形成する。

図２は、接合装置１００において貼り合わせる基板２１０の模式的平面図である。基板２１０は、単一のノッチ２１４と、複数の素子領域２１６および複数のアライメントマーク２１８とを有する。

ノッチ２１４は、基板２１０の結晶配向性等を示す指標として設けられる。よって、ノッチ２１４の位置を検出することにより、基板２１０における素子領域２１６の方向を検知できる。

素子領域２１６は、基板２１０の表面に周期的に配される。素子領域２１６の各々には、フォトリソグラフィ技術等より形成された半導体装置が配置される。また、素子領域２１６には、基板２１０を他の基板２１０、リードフレーム等に電気的に接続する場合に接続端子となるパッド、バンプ等も配される。

アライメントマーク２１８は、素子領域２１６が形成されていないブランク領域に配され、基板２１０を位置合わせする場合の指標となる。ブランク領域には、素子領域２１６を切り分けてダイにする過程で切断されるスクライブライン２１２も配される。スクライブライン２１２は、基板２１０をダイシングする過程で鋸代となって消滅するので、アライメントマーク２１８を設けることにより、基板２１０の利用効率を損ねることなくアライメントマーク２１８を設けることができる。

接合装置１００においては、上記のように、素子、回路、端子等が形成された基板２１０の他に、未加工のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等を接合することもできる。接合は、回路基板と未加工基板であっても、未加工基板同士であってもよい。また、接合される基板２１０は、それ自体が、既に複数の基板を積層して形成された積層基板２３０であってもよい。

なお、接合装置１００は、底板３１２に対して垂直な回転軸の回りに下ステージ３３２を回転させる回転駆動部、および、下ステージ３３２を揺動させる揺動駆動部を更に備えてもよい。これにより、下ステージ３３２を上ステージ３２２に対して平行にすると共に、下ステージ３３２に保持された基板２１０を回転させて、基板２１０の位置合わせ精度を向上させることができる。

図３は、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０の模式的断面図である。基板ホルダ２２０は、保持部２２２および縁部２２４を有する。保持部２２２は、保持する基板２１０の面積と略同じ広さを有し、静電チャック等により基板２１０を吸着して保持する。これにより、基板２１０は保持部２２２に密着した状態になる。

縁部２２４は、保持部２２２によりも径方向外側に延在する。これにより、基板ホルダ２２０の保持部２２２に保持された基板２１０に直接に接触することなく、基板ホルダ２２０を外部から取り扱うことができる。

図４は、接合装置１００における接合部３００の模式的縦断面図である。接合部３００は、枠体３１０、上ステージ３２２および下ステージ３３２を備える。

枠体３１０は、水平な床面３０１に対して平行な底板３１２および天板３１６と、床板に対して垂直な複数の支柱３１４とを有する。底板３１２、支柱３１４および天板３１６は、接合部３００の他の部材を収容する直方体の枠体３１０を形成する。

上ステージ３２２は、天板３１６の図中下面に、やはり下向きに固定される。上ステージ３２２は、真空チャック、静電チャック等の保持機能を有し、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を保持できる。

また、天板３１６の下面には、顕微鏡３２４、活性化装置３２６が上ステージ３２２の側方に固定される。顕微鏡３２４は、後述する下ステージ３３２に保持された基板２１０の上面を観察できる。活性化装置３２６は、下ステージ３３２に保持された基板２１０の上面を清浄化するプラズマを発生する。

なお、活性化装置３２６は、底板３１２に対して傾斜して設けられる。これにより、活性化装置３２６から発生したプラズマは、顕微鏡３２４から遠ざかる方向に放射される。よって、プラズマを照射された基板２１０から発生した破片による顕微鏡３２４の汚染が防止される。

下ステージ３３２は、底板３１２の上面に配されたＸ方向駆動部３３１に重ねられたＹ方向駆動部３３３の図中上面に搭載される。Ｘ方向駆動部３３１は、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｘで示す方向に移動する。Ｙ方向駆動部３３３は、Ｘ方向駆動部３３１上で、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｙで示す方向に移動する。これら、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３の移動を組み合わせることにより、下ステージ３３２は、底板３１２と平行に、二次元的に移動できる。

また、下ステージ３３２は、底板３１２に対して垂直に、矢印Ｚで示す方向に昇降する昇降駆動部３３８により支持される。これにより、下ステージ３３２は、Ｙ方向駆動部３３３に対して昇降できる。

なお、Ｘ方向駆動部３３１、Ｙ方向駆動部３３３および昇降駆動部３３８による下ステージ３３２の移動量は、干渉計等を用いて精密に計測される。また、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３は、粗動部と微動部との２段構成としてもよい。これにより、高精度な位置合わせと、高いスループットとを両立させて、下ステージ３３２に搭載された基板２１０の移動を精度よく高速に接合できる。

Ｙ方向駆動部３３３には、顕微鏡３３４および活性化装置３２６が、それぞれ下ステージ３３２の側方に更に搭載される。顕微鏡３３４は、上ステージ３２２に保持された下向きの基板２１０の下面を観察できる。活性化装置３３６は、上ステージ３２２に保持された基板２１０の下面を清浄化するプラズマを発生する。

また更に、Ｙ方向駆動部３３３は、下ステージ３３２を貫通して垂直に昇降する複数のプッシュアップピン３３９を有する。プッシュアップピン３３９は、下ステージ３３２から図中上方に突出した場合に、基板ホルダ２２０の縁部を支持して、基板２１０および基板ホルダ２２０を下ステージ３３２に対して昇降させる。

図５は、上記のような接合部３００を含む接合装置１００を用いて実行できる基板２１０の接合方法を示す流れ図である。一対の基板２１０を重ねて接合する場合、制御部１５０は、まず、搬送ロボット１４０により、基板カセット１２０から接合部３００に基板２１０を搬入する（ステップＳ１０１）。接合される一対の基板２１０は、上ステージ３２２と下ステージ３３２に一枚ずつ保持される。以下、他の図を参照して接合部３００の動作を説明しつつ、図５を随時参照する。

図６は、一枚目の基板２１０を接合部３００に搬入する動作を示す図である。制御部１５０は、下ステージ３３２を、上ステージ３２２の直下からずれた位置に移動させて、下ステージ３３２の上方が開放された状態にする。また、制御部１５０は、プッシュアップピン３３９を上昇させた状態で基板２１０を待ち受ける。制御部１５０は、搬送ロボット１４０を用いて、下ステージ３３２から図中上方に突出したプッシュアップピン３３９の上端に、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を載せる。

搬送ロボット１４０は、基板２１０および基板ホルダ２２０を反転させて、基板２１０が基板ホルダ２２０の下面に保持された状態で、基板ホルダ２２０をプッシュアップピン３３９の上端に載せる。プッシュアップピン３３９は、基板２１０の周囲から側方に突出した基板ホルダ２２０の縁部２２４に当接するので、プッシュアップピン３３９は、基板２１０に接触することなく基板ホルダ２２０を介して基板２１０を支持する。

次に、図７に示すように、制御部１５０は、プッシュアップピン３３９により基板ホルダ２２０を持ち上げた状態を維持したまま、下ステージ３３２を移動させて、基板ホルダ２２０を上ステージ３２２の直下に移動させる。次いで、制御部１５０は、プッシュアップピン３３９を更に上昇させて、基板ホルダ２２０の上面を上ステージ３２２の下面に向かって押し付ける。更に、制御部１５０は、真空チャック、静電チャック等の保持機構を動作させることにより、基板ホルダ２２０および基板２１０を上ステージ３２２に保持させる。

次に、制御部１５０は、図８に示すように、他の基板ホルダ２２０に保持された他の基板２１０を下ステージ３３２に載せる。まず、下ステージ３３２を当初の位置に戻して、搬送ロボット１４０から上昇したプッシュアップピン３３９に、上面に基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を受け渡し、次いで、プッシュアップピン３３９を下降させる。更に、制御部１５０は、真空チャック、静電チャック等の保持機構を動作させて、下ステージ３３２に、基板ホルダ２２０および基板２１０を保持させる。

次に、制御部１５０は、図８に併せて示すように、顕微鏡３２４、３３４を較正する（ステップＳ１０２）。まず、下ステージ３３２を搭載したＸ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３を移動させることにより、顕微鏡３２４、３３４が互いを観察できる状態にする。これにより、顕微鏡３２４、３３４の位置が相互に一致した場合の、下ステージ３３２の位置を検出する。制御部１５０は、この状態の下ステージ３３２の位置を初期位置として記憶して、下ステージ３３２の移動量を制御する場合の基準とする。

次に、制御部１５０は、顕微鏡３２４、３３４を用いて、基板２１０の各々におけるアライメントマーク２１８を検出する（ステップＳ１０３）。即ち、図９に示すように、制御部１５０は、下ステージ３３２を移動させながら顕微鏡３２４、３３４により基板２１０を観察して、基板２１０の各々に設けられたアライメントマーク２１８を検出する。

次いで、制御部１５０は、顕微鏡３２４、３３４の各々と上ステージ３２２または下ステージ３３２との相対位置が予め判っているので、アライメントマーク２１８を検出した時点の下ステージ３３２の位置に基づいて、一対の基板２１０の相対位置を算出して記憶する。これにより、制御部１５０は、ステップＳ１０２において検出した初期位置と、ステップＳ１０３において検出した基板２１０の相対位置とに基づいて、一対の基板２１０のアライメントマーク２１８が一致するように、基板２１０の位置合わせできる状態になる。

次に、制御部１５０は、基板２１０の位置合わせをさせる場合の上方を保持したまま、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３を動作させて、下ステージ３３２の位置を初期位置にリセットする（ステップＳ１０４）。これにより、図１０に示すように、上ステージ３２２と下ステージ３３２は、互いにずれた位置に移動する。

次に、制御部１５０は、一対の基板２１０の各々の接合面を活性化する（ステップＳ１０５）。即ち、図１１に示すように、活性化装置３２６、３３６を動作させながら、図中に矢印Ｓで示すように下ステージ３３２を水平に移動させて、活性化装置３２６、３３６により走査することにより、基板２１０の接合面全体を活性化する。なお、基板２１０に、素子、回路、端子等が形成されている場合、接合面は、その回路等が形成された面であってもよい。

基板２１０の活性化方法としては、例えば、下ステージ３３２に保持された基板２１０を、天板３１６に支持された活性化装置３２６で発生したプラズマＰに暴露して、基板２１０の表面を清浄化する。また、上ステージ３２２に保持された基板２１０を、Ｙ方向駆動部３３３に搭載された活性化装置３３６で発生したプラズマＰに暴露して、基板２１０の表面を清浄化する。これにより、一対の基板２１０は、清浄化された表面を接触させると互いに接合する状態になる。

なお、図示の接合部３００は、基板２１０を活性化する場合に使用する活性化装置３２６を備えている。しかしながら、別途用意された活性化装置３２６を用いて予め活性化した基板２１０を搬入することにより、接合部３００の活性化装置３２６を省略した構造にすることもできる。また、この場合は、基板２１０を発生するプラズマを真空環境で発生させることができる。

基板２１０は、プラズマに暴露する方法の他に、不活性ガスを用いたスパッタエッチング等によりを活性化することもできる。また、紫外線照射、オゾンアッシャー等により基板２１０を活性化することもできる。更に、例えば、液体または気体のエッチャントを用いて、基板２１０の表面を化学的に清浄化することにより活性化してもよい。

次に、制御部１５０は、下ステージ３３２に保持された基板２１０を、上ステージ３２２に保持された基板２１０に対して位置合わせする（ステップＳ１０６）。即ち、制御部１５０は、ステップＳ１０２において検出した初期位置と、ステップＳ１０３において検出した基板２１０の相対位置とに基づいて、一対の基板２１０のアライメントマーク２１８の面方向の位置が一致するように、下ステージ３３２を移動させて、図１２に示すように、一対の基板２１０を相互に位置合わせする。

次に、制御部１５０は、下ステージ３３２を上昇させて、一対の基板２１０を相互に接合する（ステップＳ１０７）。即ち、図１３に示すように、昇降駆動部３３８を動作させることにより下ステージ３３２を上昇させて、一対の基板２１０の接合面を相互に接触させる。一対の基板２１０の接合面は、ステップＳ１０５において活性化されているので、接触した基板２１０は互いに接合する。

こうして、一対の基板２１０は、積層基板２３０となる。しかしながら、雰囲気中、例えば大気中で基板２１０を接合した場合、積層基板２３０の内部に気体が取り残されて、ボイド等と呼ばれる気泡２３２が形成される場合がある。そこで、接合装置１００において制御部１５０は、接合部３００により積層基板２３０から気泡２３２を除去する脱気を実行する（ステップＳ１０８）。

図１４は、気泡２３２を含む積層基板２３０の模式的断面図である。また、図１５は、図１４に示した気泡を有する積層基板２３０の模式的平面図である。図示の積層基板２３０においては、積層基板２３０の略中央に気泡２３２が形成されている。

なお、図面は誇張して描かれており、気泡２３２が生じた場合であっても基板２１０が全く離れてしまうことは少ない。しかしながら、気泡２３２が生じている領域とその周辺は、他の領域に比較すると基板２１０の接合が相対的に弱い。

このため、基板２１０の接合を安定化する目的で積層基板２３０を加圧した場合に、気泡２３２により接合が弱い領域に応力が集中して、基板２１０が損傷を受ける場合がある。また、気泡２３２が存在する領域では基板２１０の接合が不十分になり、積層基板２３０をダイシングしてダイにした場合に剥離して、歩留りが低下する場合がある。

そこで、接合装置１００において制御部１５０は、昇降駆動部３３８を更に動作させて、基板２１０を接合する場合の加圧力よりも高い加圧力で、積層基板２３０を加圧する。これにより、一対の基板２１０に挟まれた気体を積層基板２３０の縁部から押し出して、気泡２３２を解消することができる。

ただし、基板２１０の間に気体が閉じ込められた状態で積層基板２３０を加圧した場合は、圧縮された気泡２３２の圧力により基板２１０が損傷を受ける場合がある。よって、積層基板２３０の内部から気泡２３２を押し出す場合は、積層基板２３０を形成する一対の基板２１０の間で気体が移動することを許容した状態で積層基板２３０を加圧する。

積層基板２３０において、基板２１０の接合面が完全に接合されてしまった場合は、積層基板２３０の内部に取り残された気体の移動が妨げられる。よって、気泡２３２から積層基板２３０の外縁までの間の少なくとも一部において基板２１０の接合強度を低くすることにより、脱気する目的で積層基板２３０を加圧した場合に、圧縮された気体の圧力により基板２１０の接合面が局部的に引き離され、気体の移動を許容できるようになる。

そこで、例えば、気泡２３２から積層基板２３０の外縁までの間の少なくとも一部において基板２１０における接合面の活性化の程度を低くして、基板２１０を接合した直後の接合強度を低下させることができる。基板２１０の接合強度を低下させる方法としては、基板２１０の表面を活性化した後に放置して、活性化後に時間を経過させてから接合する方法がある。基板２１０の活性化の程度は、時間の経過に従って低下するので、活性化後の時間に応じて、接合直後の接合強度を調節できる。また、冷却等により基板２１０の温度を低下させることにより、基板の活性化の程度を低下させた状態で基板２１０を接合してもよい。

また、基板２１０の接合面を活性化する場合に、気泡が存在する位置と積層基板２３０の外縁との間に、部分的に活性化しない非活性化領域を設けることも、気体が移動できるようにする手法のひとつとして挙げることができる。非活性化領域においては基板２１０が接合されないので、気泡２３２を形成する気体の圧力が上昇した場合に、気体が非活性化領域に沿って移動する。非活性化領域は、基板２１０の内側から縁部まで連続して形成される。

非活性化領域は、例えば、マスクにより基板２１０の一部を覆った状態でプラズマに暴露して、マスクに覆われた基板２１０の一部を活性化しない方法により形成できる。また、非活性化領域は、例えば、基板２１０においてスクライブライン２１２上に設けることにより、積層基板２３０の実効的な面積を減らすことを防止できる。

なお、接合直後の接合強度が低い場合であっても、基板２１０が接合された状態を保持することにより、時間の経過と共に接合強度が上昇する場合がある。また、積層基板２３０を脱気した後に、積層基板２３０を加圧する等して、接合強度を向上させてもよい。更に、積層基板２３０の加圧と併せて加熱することにより、基板２１０の接合強度を向上させることもできる。

ところで、上記のように、積層基板２３０における基板２１０の接合強度を調節したとしても、積層基板２３０が加圧されている場合には、基板２１０相互の間における気体の移動が基板２１０自体により妨げられる場合がある。そこで、脱気することを目的として積層基板２３０を加圧する場合には、積層基板２３０に対する加圧力に分布を設け、加圧力の高い領域で気体を押し、加圧力の低い領域で気体を移動させてもよい。

図１６は、基板ホルダ２２０、２２１に挟まれた積層基板２３０の模式的断面図である。基板ホルダ２２０、２２１は共に略一定の厚さを有するが、積層基板２３０を下方から支持する一方の基板ホルダ２２１は、縁部２２４が平坦であるのに対して、保持部２２２の中央が隆起した形状を有する。

ただし、図１６において、基板ホルダ２２０の保持部２２２の隆起は誇張して描かれている。保持部２２２は、例えば、接合部３００において加圧した場合に、基板ホルダ２２１および基板２１０が折損することなく、加圧された場合に基板ホルダ２２１が弾性変形して平坦になる程度の隆起を有している。よって、基板ホルダ２２０に保持された基板２１０を重ねた状態で加圧した場合は、基板２１０の面方向中央の領域で加圧力が大きくなる。

基板ホルダ２２１の隆起が上記のように微細な場合、積層基板２３０は、加圧されても接合された状態を維持する。しかしながら、基板ホルダ２２０、２２１の間で、基板２１０の中央においては加圧力が大きく、縁部に近づくほど加圧力が漸減する加圧力分布が形成されるので、積層基板２３０内に形成された気泡２３４は、加圧力の低い領域に縁部側に向かって移動する。このため、気泡２３４が通過する場合に、積層基板２３０を形成する基板２１０が一時的に分離され、気泡２３４が通過した後に再び接合される。

図１７は、上記のように中央が隆起した基板ホルダ２２１を使用して加圧された積層基板２３０における、脱気段階途中の気泡２３４の状態を示す図である。基板２１０を接合する場合に、中央が隆起した基板ホルダ２２０を使用すると、気泡２３２が形成された基板２１０の中央に付近に、他の領域よりも加圧力が高い加圧領域２３８が形成され、これにより気泡２３２が加圧される。このように、積層基板２３０において、気泡２３２の位置を含む領域に加圧領域２３８を設定してもよい。

積層基板２３０において加圧領域２３８の周辺は、加圧領域２３８に対して相対的に加圧力が低いので、加圧領域２３８において加圧された気体は、基板２１０の間を通じて、加圧力が低い周縁部に向かって押し出される。これにより、積層基板２３０の内部では、分裂した複数の気泡２３４が、積層基板２３０の径方向外側に向かって移動する。

また、積層基板２３０においては、基板２１０が相互に密着した領域の縁であるボンディングウエイブ２３６が、拡散する気泡２３４の後を追って、積層基板２３０の内側から周縁部に向かって拡大する。よって、積層基板２３０を加圧した状態を維持することにより、加圧領域２３８は、積層基板２３０の面方向について内側から外側に向かって拡大し、最終的に気泡２３４は積層基板２３０の縁部から押し出される。

なお、上記の脱気段階に先立って、積層基板２３０における気泡２３４の位置、大きさ、分布等を検出する検出段階を設けて、積層基板２３０における気泡２３４の位置に応じて加圧領域を設定してもよい。これにより、積層基板２３０に生じた気泡２３４を、より効率よく脱気できる。

積層基板２３０における気泡２３４は、例えば、基板ホルダ２２０を取り外して、ＣＣＤカメラ等により観察して検出できる。また、積層基板２３０を一面から加熱または冷却して、他の面から温度分布または温度変化を監視することにより、伝熱を阻害する気泡２３４の位置、大きさ、分布等を検出できる。

更に、積層基板２３０を形成する前の段階で、積層基板２３０を形成する基板２１０の形状等を計測して、気泡２３４が生じる位置を予測してもよい。例えば、接合部３００において一対の基板２１０を位置合わせする場合に、基板２１０の面方向の位置の他に、基板２１０の厚さ方向の変位も併せて測定することにより、基板２１０の立体的な形状を把握できる。よって、この基板２１０を重ね合わせた場合に気泡２３４が生じる位置も、基板２１０が積層基板２３０を形成する前に予測できる。

これにより、気泡２３４が発生している領域を狙って加圧して、効率よく気泡２３４を脱気できる。この場合、積層基板２３０を加圧する装置において加圧分布を生じさせてもよいし、予め定まった加圧分布を有する加圧装置に対して、積層基板の装入位置を調節してもよい。また、検出した気泡２３４の状態を記録して蓄積することにより、気泡２３４の発生に関する接合部３００の特性を把握して、接合部３００における気泡２３４発生を抑制する対策を立てることもできる。

更に、予め加圧分布の癖が把握された複数の加圧装置が用意されている場合に、検出された気泡２３４の脱気に好適な特性を有する加圧装置を選択して脱気段階を実行することもできる。また更に、脱気する場合に、検出された気泡２３４の位置、大きさ等に応じて、加圧領域を変化または移動させる速度、方向等を制御して、脱気段階の効率をより高くすることができる。

気泡２３４を脱気する目的で積層基板２３０を加圧する場合、接合部３００の他に、専ら脱気段階に使用する加圧装置を別途用意してもよい。積層基板２３０の気泡２３４を脱気する場合に用いる脱気用の加圧装置は、基板２１０に対して加える圧力が均一になる、あるいは、連続的に変化する構造を有することが好ましい。

また、脱気段階を真空環境または減圧環境で実行することも、効率よく脱気するという観点から好ましい。更に、基板２１０を重ね合わせる場合に、大気よりも粘性係数が低い二酸化炭素等を雰囲気として作業することにより、脱気しやすい気体により気泡２３４を発生させることもできる。これにより、脱気段階の効率を向上させることができる。

図１８は、上記のようにして脱気された積層基板２３０の模式的断面図である。図示のように、積層基板２３０において、基板２１０の間から気泡２３４が除かれており、基板２１０は全面にわたって密着して積層基板２３０を形成する。

なお、積層基板２３０を脱気した後に、積層基板２３０における基板２１０の接合強度を向上させるべく、積層基板２３０を継続的に加圧した状態を維持する加圧段階を更に設けてもよい。また、上記の例では、積層基板２３０の図中下側に位置する基板ホルダ２２１が隆起形状を有する。しかしながら、積層基板２３０の図中上側に、隆起形状の基板ホルダ２２１を用いてもよい。更に、積層基板２３０の図中上下両方に隆起形状の基板ホルダ２２１を用いてもよい。

更に、上記の加圧による脱気段階において、気泡２３２、２３４を含む積層基板２３０を加熱してもよい。これにより、気泡２３２、２３４を形成する気体を膨張させ、積層基板２３０から気泡２３２、２３４を押し出す力を増加させることできる。

また更に、上記の加圧による脱気段階を、減圧環境または真空環境において実施してもよい。これにより、積層基板２３０からの脱気を更に促進できる。上記の例では、接合部３００において脱気段階も実行しているが、真空環境を別途用意して脱気段階を実行してもよい。真空環境で積層基板２３０を加熱する設備を備えた接合装置１００では、積層基板２３０を真空環境に搬入する場合に通過するロードロック内で脱気処理を実行してもよい。

図１９は、積層基板２３０から気泡２３２を除去する場合の他の方法を説明する模式的断面図である。図示の例において、積層基板２３０を挟む一対の基板ホルダ２２０は、いずれも一定の厚さを有する平坦な形状を有する。よって、基板ホルダ２２０の厚さの変化により、積層基板２３０に加圧領域２３８を形成することはできない。

しかしながら、図示の例においては、積層基板２３０の図中下側において、基板ホルダ２２０と積層基板２３０との間に、シムシート２２６が挟まれている。シムシート２２６は、樹脂、銅、アルミニウム等の柔らかく薄い材料により形成される。これにより、平坦な基板ホルダ２２０が加圧された場合、シムシート２２６が配された領域において、積層基板２３０の他の領域よりも大きな加圧力が積層基板２３０にかかる加圧領域２３８が形成される。

なお、積層基板２３０と基板ホルダ２２０との間に挟むシムシート２２６の枚数および個々の厚さを変更することにより、積層基板２３０における加圧領域２３８にかかる加圧力の多寡を調節できる。また、基板ホルダ２２０における面方向のシムシート２２６の配置を変更することにより、加圧領域２３８の位置を変更することもできる。

上記のようにして脱気された積層基板２３０は、次に、基接合部３００から搬出される（ステップＳ１０９）。まず、図２０に示すように、制御部１５０は、まず、上ステージの保持機構を停止した上で昇降駆動部３３８を動作させることにより下ステージ３３２を下降させる。これにより、積層基板２３０と積層基板２３０を挟む一対の基板ホルダ２２０とが上ステージ３２２から引き離される。

次に、図２１に示すように、制御部１５０は、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３を動作させることにより下ステージ３３２を初期位置に移動させた上で、プッシュアップピン３３９を上昇させて、基板ホルダ２２０および積層基板２３０を持ち上げる。次いで、制御部１５０は、持ち上げられた基板ホルダ２２０および積層基板２３０を搬送ロボット１４０に搬送させ、積層基板２３０を基板カセット１３０に回収させる。こうして、基板カセット１２０により接合装置１００に搬入された基板２１０は、積層基板２３０となって接合装置１００から搬出される。

図２２は、基板２１０を接合する他の手順を示す流れ図である。なお、図２２において、ステップＳ１０１の基板２１０の搬入から、ステップＳ１０７の基板２１０の接合までの段階は、図５に示した手順と変わらない。よって、以下、一対の基板２１０を接合したステップＳ１０７よりも後の段階について説明する。

図示の手順において、基板２１０を接合した後、制御部１５０は、積層基板２３０を接合部３００から搬出する（ステップＳ２０１）。次に、積層基板２３０を挟む一対の基板ホルダ２２０の一方を、積層基板２３０から取り外す（ステップＳ２０２）。

図２３は、一方の基板ホルダ２２０を取り外した積層基板２３０の断面図である。図示のように、一方の基板ホルダ２２０を取り外すことにより、積層基板２３０が外部に露出する。よって、赤外線、超音波等の透過または反射を利用して、積層基板２３０に形成された気泡２３４の位置を検出できる。

図示の例では、積層基板２３０の周縁部近傍に気泡２３４が形成されていることが判る。このように、積層基板２３０を脱気する前に気泡２３４の位置が検出されるので、接合装置１００において、制御部１５０は、気泡２３４の位置を配慮して積層基板２３０を脱気できる（ステップＳ２０４）。

図２４は、図２３に示した積層基板２３０を脱気する方法を説明する、積層基板２３０の模式的平面図である。図示のように、積層基板２３０は、周縁部近傍に気泡２３４を有する。そこで、気泡２３４の位置を通過して積層基板２３０の中心Ｏと周縁部とを結ぶ径Ｒ上において、気泡２３４よりも中心Ｏに近い側に、積層基板２３０の一部であって、他の領域よりも加圧力が高い加圧領域２３８を設定する。これにより、加圧領域２３８を加圧した場合に、気泡２３４が、積層基板２３０の径方向内側から外側に向かって押し出される。

次に、当該加圧領域２３８において積層基板２３０に加圧力を加えることにより、気泡２３４を積層基板２３０の外側に押し出して、積層基板２３０を脱気できる。例えば、昇降する下ステージ３３２により積層基板２３０を加圧できる接合部３００か、それと同等の加圧装置において、加圧領域２３８となる領域にシムシート２２６を貼り付けることにより、加圧領域２３８を形成できる。

図２５は、図２３に示した積層基板２３０を脱気する他の方法を説明する、積層基板２３０の模式的平面図である。図示の方法では、積層基板２３０の周縁部近傍に位置する気泡２３４に対して、線状の加圧領域２３８が設定され、気泡２３４よりも積層基板２３０の中心に近い側から気泡２３４を周縁部に向かって押し出す。これにより、気泡２３４を効率よく取り除くことができる。

なお、図示のような線状の加圧領域２３８は、例えば、ローラ状の加圧装置を用いて形成できる。即ち、平坦で固い面の上に積層基板２３０を置き、積層基板２３０の直径よりも長いローラを積層基板２３０上で回転させることにより、気泡２３４を積層基板２３０の外側に、容易に押し出すことができる。また、ローラ状の加圧装置は、気泡２３４が取り除かれた箇所において基板２１０を再接合して、気泡２３４がなく、全体が密着した積層基板２３０を形成できる。

図２６は、図２３に示した積層基板２３０を脱気する、また他の方法を説明する、積層基板２３０の模式的断面図である。図示の方法では、気泡２３４が存在する位置において、接合された積層基板２３０の一部を引き離して、気泡２３４を外部に対して開放する。これにより気泡２３４を形成する気体は基板２１０間から開放されるので、引き離した基板２１０を再び接合することにより、気泡２３４のない積層基板２３０を形成できる。

ここで、積層基板２３０は、一部が接合された状態を保持したまま、他の一部を引き離して気泡２３４を取り除く。よって、ステップＳ１０６における基板２１０の位置合わせは維持される。なお、積層基板２３０の一部を分離させる場合は、積層基板２３０を重力加速度Ｇと平行な方向、即ち、垂直に保った状態で作業することが好ましい。これにより、基板２１０の変形に対する重力Ｇの影響が２枚の基板２１０に対して均等になる。

このように、積層基板２３０においては、様々な方法により、気泡２３２、２３４を取り除くことができる。こうして脱気された積層基板２３０は、基板カセット１３０に回収され、接合装置１００から搬出される（ステップＳ２０５）。

なお、積層基板２３０に気泡２３４が形成される原因のひとつに、積層基板２３０を形成する基板２１０の間に塵芥等の固体の異物が挟まれている場合がある。このような場合、異物の周囲では基板２１０を密着させることができないので、積層基板２３０を大きな圧力で加圧しても、気泡２３４が抜けないばかりか基板２１０を傷める場合がある。

しかしながら、図２６を参照して説明したように、積層基板２３０を形成する基板２１０の一部を分離することにより、気泡２３４の発生原因となった異物を除去できる。これにより、基板２１０を密着させて、積層基板２３０の歩留りを向上させることができる。

図２７は、積層基板２３０を脱気するまた他の方法を説明する模式的断面図である。ここまでに説明した例では、気泡２３４を積層基板２３０の縁から外へ押し出すことにより脱気した。しかしながら、図示のように、一対の基板２１０の少なくとも一方に、基板２１０を貫通する脱気孔２３１を設け、当該脱気孔２３１を通じて気泡を形成する気体を積層基板の外部に排出してもよい。

脱気孔２３１を成形する穿孔段階は、基板２１０を重ね合わせる前であっても、基板２１０を重ね合わせた後であってもよい。脱気孔を穿孔する位置は、最終製品において除去される基板２１０のスクライブライン２１２に重なる位置としてもよい。また、基板２１０を重ね合わせた後に脱気孔を穿孔する場合は、積層基板２３０の内部に生じた気泡２３４の位置に応じて脱気孔２３１を穿孔する位置を決めてもよい。

なお、穿孔段階において、脱気孔２３１は、積層基板を形成する基板２１０のいずれか一方に形成すれば足りるが、後工程においていずれかの基板２１０をＣＭＰ等により薄化することが予定されている場合は、当該基板２１０とは異なる基板に脱気孔２３１を穿孔することが好ましい。これにより、基板２１０に対する薄化による機械的なダメージを抑制できる。

また、積層基板２３０を脱気した後に、基板２１０に穿孔された脱気孔２３１を封止する封止段階を設けてもよい。封止段階では、例えば、基板２１０と同質の材料で脱気孔２３１を埋めたり、基板２１０を支持するサポート基板を基板２１０に貼り合わせたりすることにより、脱気孔２３１を封止する。これにより、後工程において洗浄液の浸入を防止できると共に、基板２１０に堆積された金属材料等が積層基板の外部に漏洩して環境を汚染することを防止できる。

なお、脱気段階（ステップＳ２０４）は、上記のように様々な方法で実施できるので、ステップＳ２０３において検出された気泡２３４の位置、形状、大きさ等に応じて、いずれかの方法を選択して実行してもよい。また、形成された気泡２３２、２３４の形状、大きさ、数等に応じて、複数の方法を併用することもできる。

また、ここまでに説明した例では、発生した気泡２３２、２３４を、それぞれ基板２１０の径方向外側に押し出して積層基板２３０を脱気した。しかしながら、脱気段階の途中の段階として、積層基板に生じた複数の気泡２３２を併合させて、大きなひとつの気泡にした上で、積層基板２３０の外側に押し出してもよい。この場合、相対的に小さな気泡を、相対的に大きな気泡に併合させるように移動させることにより、脱気段階の作業効率を向上させることができる。

上記の例では、素子領域２１６を有する基板２１０を位置合わせして接合する場合について説明した。しかしながら、回路が形成されていない位置合わせが不要の基板２１０を接合する場合にも、気泡２３２、２３４を脱気することにより、利用効率の高い積層基板を製造できる。

更に、上記の例では、基板ホルダ２２０により基板２１０を保持しつつ接合して積層基板２３０を作製した。しかしながら、基板ホルダ２２０を用いることなく、基板２１０を直接に取り扱って接合する接合装置１００においても、上記の脱気段階を実行できる。

更に、上記の例では、基板２１０を重ね合わせて接合した積層基板２３０を脱気段階の処理対象とした。しかしながら、互いに重ね合わされてはいるが接合されていない一対の基板２１０の間に気体が挟まれた状態であれば、接合または仮接合されていない基板２１０であっても、脱気段階の処理対象となり得る。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 接合装置、１１０ 筐体、１２０、１３０ 基板カセット、１４０ 搬送ロボット、１５０ 制御部、２１０ 基板、２１２ スクライブライン、２１４ ノッチ、２１６ 素子領域、２１８ アライメントマーク、２２０、２２１ 基板ホルダ、２２２ 保持部、２２４ 縁部、２２６ シムシート、２３０ 積層基板、２３１ 脱気孔、２３２、２３４ 気泡、２３６ ボンディングウエイブ、２３８ 加圧領域、３００ 接合部、３０１ 床面、３１０ 枠体、３１２ 底板、３１４ 支柱、３１６ 天板、３２２ 上ステージ、３２４、３３４ 顕微鏡、３２６、３３６ 活性化装置、３３１ Ｘ方向駆動部、３３２ 下ステージ、３３３ Ｙ方向駆動部、３３８ 昇降駆動部、３３９ プッシュアップピン

Claims (17)

1. 一対の基板を重ね合わせて接合する基板接合方法であって、
   前記一対の基板の接合面の活性度が前記接合面の他の領域よりも低い領域を設ける段階と、
   前記一対の基板の接合面を相互に接触させて重ね合わせる重ね合わせ段階と、
   重ね合わされた前記一対の基板の間の気体を前記領域に沿って移動させて除去する除去段階と、
   を含む基板接合方法。
2. 前記除去段階は、前記一対の基板の間で気体が移動することを許容した状態で除去する請求項１に記載の基板接合方法。
3. 前記除去段階は、前記一対の基板の一部に設定された加圧領域を加圧する段階を含む請求項１または２に記載の基板接合方法。
4. 前記除去段階は、前記一対の基板の面方向に沿って前記一対の基板の外縁部に向けて前記加圧領域を移動させる段階を含む請求項３に記載の基板接合方法。
5. 前記除去段階は、前記外縁部に向けて前記加圧領域を拡大する段階を含む請求項４に記載の基板接合方法。
6. 前記除去段階は、前記一対の基板の接合面の活性度が前記接合面の他の領域よりも低い前記領域を、前記加圧領域と前記一対の基板の外縁部との間に設けることにより、前記気体の移動を許容する段階を含む請求項３から５のいずれか一項に記載の基板接合方法。
7. 前記除去段階は、重ね合わされた前記一対の基板の一部を引き離すことにより前記気体の移動を許容する段階を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の基板接合方法。
8. 前記除去段階は、前記一対の基板に挟まれた気体を加熱する段階を含む請求項１から７のいずれか一項に記載の基板接合方法。
9. 前記除去段階は、減圧環境下で実行される請求項１から８のいずれか一項に記載の基板接合方法。
10. 前記一対の基板の間の気泡の位置を検出する検出段階を更に含み、
    前記除去段階は、前記検出段階で検出された前記気泡の位置に基づいて除去を行う請求項１から９のいずれか一項に記載の基板接合方法。
11. 前記重ね合わせ段階の前に、前記一対の基板の各々における接合面を活性化する活性化段階を更に含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の基板接合方法。
12. 前記活性化段階は、前記接合面を活性化した後の経過時間を調整することにより、前記接合面の活性の強さを調整する段階を含む請求項１１に記載の基板接合方法。
13. 除去した後に、前記一対の基板の接合強度を向上させるべく、重ね合わせた前記一対の基板を加圧する加圧段階を更に含む請求項１から１２のいずれか一項に記載の基板接合方法。
14. 前記除去段階は、前記一対の基板の間から前記一対の基板の外側まで貫通した除去孔を前記一対の基板の少なくとも一方に穿孔する穿孔段階を含む請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板接合方法。
15. 前記除去段階は、前記一対の基板の間に生じた複数の気泡を、前記一対の基板の間で併合させる併合段階を含む請求項１から１４のいずれか一項に記載の基板接合方法。
16. 前記重ね合わせ段階の後であって前記除去段階の前に、前記一対の基板の間に形成された気泡に含まれる塵芥を検出して、検出された前記塵芥を除去する徐塵段階を更に含む請求項１から１５のいずれか一項に記載の基板接合方法。
17. 一対の基板を重ね合わせて接合する基板接合装置であって、
    前記一対の基板の接合面を相互に接触させて重ね合わせる重ね合わせ部と、
    前記重ね合わせ部が重ね合わせた前記一対の基板の間の気体を除去する除去部と、
    を備え、
    前記除去部は、前記接合面の活性度が前記接合面の他の領域よりも低い領域に沿って前記気体を移動させて除去する基板接合装置。

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