JP2010098289A - 静電チャック及びこれを備えた基板接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板接合時に、基板間のボイド発生による不良を防止できる静電チャック及びこれを備えた基板接合装置を提供する。
【解決手段】本発明の静電チャック１５０は、一つの面の中央部が凸状に形成された弾性ホルダ１５２と、弾性ホルダ１５２が帯電するように弾性ホルダ１５２に結合された電極１５６と、弾性ホルダ１５２の他方の面を保持する支持部１５４とを含むことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は静電チャックに係り、特にボイドが発生することを防止した静電チャック及びこれを備えた基板接合装置に関する。

半導体工程には多様な形態のウェハ接合技術が適用されている。ウェハ接合技術としては、シリコン直接接合（Silicon Direct Bonding）、陽極接合（Anodic Bonding）、共晶接合（Eutectic Bonding）、ガラスフリット（Glass Frit）、アドへシブポリマーボンディング（Adhesive Polymer Bonding）などがある。

このようなウェハ接合工程は、大きく二つの段階に分けられる。先ず、２枚のウェハを整列させた後、２枚のウェハを仮接合する。仮接合されたウェハは、シリコン直接接合の場合には、ＯＨ接合か、中央部だけが接合されていて、周縁は機械的に固定されている。また、陽極接合の場合には機械的に整列されているだけであって、ウェハ接合に必要なエネルギー（熱、力、電圧など）を加えることによって、最終的に接合することができる。

図１は従来技術によるウェハ接合装置を示す断面図である。図１に示すように、ウェハ接合装置は、第１ウェハ１３と第２ウェハ１４を真空ホルダ１２，１６を用いて第１ジグ（jig）１１と第２ジグ１５にそれぞれ保持（holding）し、その後に第１ウェハ１３と第２ウェハ１４を整列させる。ここに圧力を加えて、第１ウェハ１３と第２ウェハ１４を接合する。

しかし、ウェハの加工過程中にウェハ表面が損傷を受けたり、部分的にウェハ反りが発生していたりするなどの問題があった。図２は従来技術によって接合されたウェハを示す赤外線イメージである。図２に示すように、このようなウェハを用いて接合を行うと、仮接合過程でウェハ間にボイド（void）が発生することがあり、ウェハ間を強固に接合することが困難になる。

こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、ウェハのような基板の接合時に、これらの間にボイドが発生することを防止できる接合装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態では、一つの面の中央部が凸状に形成された弾性ホルダと、弾性ホルダが帯電するように、弾性ホルダに結合された電極と、弾性ホルダの他方の面を保持する支持部とを含むことを特徴とする静電チャックが提供される。

ここで、静電チャックは弾性ホルダの圧力を調節する圧力調節部をさらに含むことができ、弾性ホルダの内部には流体が充填され、圧力調節部は流体の圧力を調節することができる。また、支持部は弾性ホルダの中央部が凸状に突出するように、弾性ホルダの周縁を保持することができる。

本発明の他の実施形態では、第１基板と第２基板を接合する基板接合装置であって、第１基板を支持するジグと、第２基板が第１基板と対向するように、第２基板を保持する静電チャックと、静電チャックをジグ側に加圧する加圧部とを含み、静電チャックは、第２基板の中央部が凸状に突出するように、一つの面の中央部が凸状に形成された弾性ホルダと、弾性ホルダが帯電するように、弾性ホルダに結合された電極と、弾性ホルダの他方の面を保持する支持部とを含むことを特徴とする基板接合装置が提供される。

ここで、静電チャックは弾性ホルダの圧力を調節する圧力調節部をさらに含むことができ、弾性ホルダの内部には流体が充填され、圧力調節部は流体の圧力を調節することができる。また、支持部は、弾性ホルダの中央部が凸状に突出するように、弾性ホルダの周縁を保持することができる。

なお、基板接合装置はジグに第１基板を吸着させる吸着部をさらに含むことができる。

本発明によれば、基板の接合において、基板間にボイドが発生することによる不良を防止することができる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも、また発明となりうる。

従来技術のウェハ接合装置を示す断面図である。 従来技術によって接合されたウェハを示す赤外線イメージである。 本発明の一実施形態に係るウェハ接合装置の構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る静電チャックの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る弾性ホルダの構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るウェハ接合工程を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係るウェハ接合装置の構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る静電チャックの構造を示す断面図である。

以下、本発明の特徴及び利点を明確にするために、発明の実施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し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。

本発明によるウェハ接合装置の実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明するに当たって、同一または対応する構成要素に対しては同一の図面番号を付し、これに対する重複した説明は省略する。

図３は本発明の一実施例に係るウェハ接合装置１００の構造を示す断面図である。図３に示すように、本発明の一実施例に係るウェハ接合装置１００は、第１ウェハ１１１を支持するジグ１０２と、第２ウェハ１１２が第１ウェハ１１１と対向するように第２ウェハ１１２を保持する静電チャック１５０と、静電チャック１５０をジグ１０２側に加圧する加圧部１３０とを含んでいる。静電チャック１５０は、図４に示すように、第２ウェハ１１２の中央部が凸状に突出するように一つの面の中央部が凸状に形成された弾性ホルダ１５２と、弾性ホルダ１５２を帯電させるように弾性ホルダ１５２と結合した電極１５６と、弾性ホルダ１５２の他方の面を保持する支持部１５４とを含んでおり、これによって、接合したウェハの間にボイドが発生することを防止することができる。

ウェハ接合装置１００は、第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２とを接合する装置であって、第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２を整列させた後に加圧することができる。このとき、ウェハの接合方法に応じてウェハ接合装置１００には第１ウェハ１１１及び第２ウェハ１１２に熱、圧力、電圧などを印加できる装置をさらに含むことができる。また、本実施例ではウェハ接合を例に挙げて説明したが、ウェハの他にも基板（substrate）などを接合することもできる。

ジグ１０２は、その支持面１０４上に第１ウェハ１１１が載置され、第１ウェハ１１１を支持することができる。ジグ１０２には吸着部１２０が結合されていて第１ウェハ１１１をジグ１０２に吸着させることができる。吸着部１２０は、ジグ１０２と第１ウェハ１１１との間を真空状態にすることにより、第１ウェハ１１１をジグ１０２に固定することができる。これによって、第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２をより容易に整列させることができる。

図４は本発明の一実施例に係る静電チャック１５０の構造を示す断面図である。図４に示すように、静電チャック１５０は、弾性ホルダ１５２と、電極１５６と、支持部１５４とを含むことができる。静電チャック１５０は、第２ウェハ１１２が第１ウェハ１１１と対向するように、第２ウェハ１１２を保持することができる。静電チャック１５０が第２ウェハ１１２を帯電させることによって、静電チャック１５０と第２ウェハ１１２との間に引力を発生させて第２ウェハ１１２を保持できるようにしている。

弾性ホルダ１５２の内部には電極１５６が結合されている。電極１５６には電圧を印加できる装置を結合することができる。電極１５６に電圧を印加すると、弾性ホルダ１５２が帯電する。これにより、静電チャック１５０は第２ウェハ１１２を静電気的な引力で保持することができる。

支持部１５４はステンレスのような剛性を有する材質で形成することができる。支持部１５４は弾性ホルダ１５２の他方の面を保持して、弾性ホルダ１５２をジグ１０２と対向するように配置することができる。

加圧部１３０は、支持部１５４に結合され、静電チャック１５０をジグ１０２側に加圧することができる。加圧部１３０は油圧または空圧シリンダのように直線運動が可能なアクチュエータを含むことができる。

図５は本発明の一実施例に係る弾性ホルダ１５２の構造を示す斜視図である。図５に示すように、弾性ホルダ１５２には第２ウェハ１１２を保持する保持面１５３が形成されている。保持面１５３は弾性ホルダ１５２の一つの面に形成され、その中央部が凸状に形成されている。具体的に、保持面１５３は、第２ウェハ１１２を静電気的な引力で保持する面で、その中央部が球の一部のように凸状に形成されている。弾性ホルダ１５２はゴム（rubber）のように柔軟に弾性変形が可能な材質で形成することができる。

図６は本発明の一実施例に係るウェハ接合工程を説明するための断面図である。図６に示すように、弾性ホルダ１５２に保持されている第２ウェハ１１２は静電気的な引力によって弾性ホルダ１５２の一つの面全体に亘って保持されている。よって、弾性ホルダ１５２の一つの面の形状に沿って変形し、第２ウェハ１１２の中央部が凸状に突出している。

この状態から、加圧部１３０が第２ウェハ１１２を第１ウェハ１１１側に加圧すると、第２ウェハ１１２の中央部は第１ウェハ１１１と点接触することになる。弾性ホルダ１５２は弾性変形可能な材質で形成されているので、加圧部１３０が第２ウェハ１１２を第１ウェハ１１１側にさらに加圧すると、弾性ホルダ１５２の中央部の凸状部分は弾性変形して、第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２の接触面はその中央部から周縁側へ拡大する。これにより、第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２との間にある空気が外側に移動することになり、これらの間でボイドが発生することを防止できる。

また、弾性ホルダ１５２の保持面１５３は中央部が凸状に形成されているので、第２ウェハ１１２の表面に部分的な損傷や反りなどの欠陷が存在しても、第２ウェハ１１２が保持面１５３に沿って弾性ホルダ１５２に保持されることにより、これらの欠陷を解決することができる。したがって、このような形状の弾性ホルダ１５２は、第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２との接合過程におけるボイドの発生を防止することができる。

第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２の全面が接すると、第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２の接合方法に応じて電圧、熱、圧力などを加えることにより、第１ウェハ１１１と第２ウェハ１１２との接合を完了することができる。

図７は本発明の他の実施例に係るウェハ接合装置２００の構造を示す断面図である。図７に示すように、本発明の他の実施例に係るウェハ接合装置２００は、弾性ホルダ２５２の圧力を調節する圧力調節部２７０をさらに含んでおり、弾性ホルダ２５２が第２ウェハ１１２を保持する場合には弾性ホルダ２５２の中央部を凸状に突出させ、第２ウェハ１１２と第１ウェハ１１１が接すると、弾性ホルダ２５２の中央部を徐々に陥入させて第２ウェハ１１２と第１ウェハ１１１が中央部から周縁に向かって接するようにすることができる。

図８は本発明の他の実施例に係る静電チャック２５０の構造を示す断面図である。図８に示すように、弾性ホルダ２５２の内部には気体が充填できるように、中空のチャンバ２５１が形成されている。チャンバ２５１の内部には気体のような流体が充填されて、その内部の圧力を調節することができる。弾性ホルダ２５２の保持面２５３は、弾性ホルダ２５２の内部圧力に応じて突出または陥入させることができる。

支持部２５４はステンレスのような剛性を有する材質で形成することができ、その一つの面には、中央部が開放された開放部２５５を形成することができる。弾性ホルダ２５２の圧力が高くなると、支持部２５４は弾性ホルダ２５２の保持面２５３を除いた部分が膨脹しないようにすることにより、保持面２５３を凸状に突出させることができる。

圧力調節部２７０は弾性ホルダ２５２の内部に充填される気体の圧力を調節することによって、保持面２５３の突出する程度を調節することができる。圧力調節部２７０は、コンプレッサ（compressor）２７４と、フィルタ２７５と、圧力調節器（pressure regulator）２７６と、蓄圧器（gas accumulator）２７８と、リリーフ弁（relief valve）２７７，２７７’とを含むことができる。

弾性ホルダ２５２に充填される気体はコンプレッサ２７４で圧縮され、フィルタ２７５及び圧力調節器２７６を経て蓄圧器２７８に充填される。蓄圧器２７８の圧力はリリーフ弁２７７によって適正な圧力に調節される。蓄圧器２７８内の気体は一方向弁２７９（one-way valve）を経てチャンバ２５１内に充填される。チャンバ２５１内の圧力はリリーフ弁２７７’によって調節することができる。チャンバ２５１の一端には圧力ゲージ２７２が結合されて、チャンバ２５１の圧力を確認することができる。

このような圧力調節部２７０は、第２ウェハ１１２が保持面２５３に保持されているときにチャンバ２５１に気体を充填することができる。チャンバ２５１に気体が充填されると、保持面２５３を除いた部分が支持部２５４によって拘束されるので、保持面２５３だけが突出する。これによって、第２ウェハ１１２は保持面２５３の形状に沿って中央部が凸状に突出した状態で弾性ホルダ２５２に保持される。

次に、加圧部１３０によって第２ウェハ１１２が第１ウェハ１１１側に加圧されると、第２ウェハ１１２と第１ウェハ１１１は互いにその中央部が点接触することになる。加圧部１３０が第２ウェハ１１２を第１ウェハ１１１側にさらに加圧すると、第２ウェハ１１２と第１ウェハ１１１は、その中央部から周縁に向かって放射状に接することになる。

ここで、圧力調節部２７０がチャンバ２５１内の圧力を徐々に下げて保持面２５３の中央部が徐々に陥入するようにすることによって、第２ウェハ１１２と第１ウェハ１１１との間にボイドが発生することを防止できる。

このように、圧力調節部２７０は弾性ホルダ２５２の保持面２５３の凸状の程度を調節することにより、第２ウェハ１１２と第１ウェハ１１１が互いに接した時点から、接する角度や強度を調節することができる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記した実施形態の範囲に限定されるわけではない。上記した実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることは、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ることは、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における動作、手順、ステップおよび工程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、任意の順序で実現す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「先ず、」、「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。

１００，２００ ウェハ接合装置
１５０，２５０ 静電チャック
１５２，２５２ 弾性ホルダ
１５６ 電極
２７０ 圧力調節部

Claims (9)

1. 一つの面の中央部が凸状に形成された弾性ホルダと、
   前記弾性ホルダが帯電するように、前記弾性ホルダに結合された電極と、
   前記弾性ホルダの他方の面を保持する支持部と
   を含むことを特徴とする静電チャック。
2. 前記弾性ホルダの圧力を調節する圧力調節部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記弾性ホルダの内部には流体が充填され、前記圧力調節部は前記流体の圧力を調節することを特徴とする請求項２に記載の静電チャック。
4. 前記支持部は、前記弾性ホルダの中央部が凸状に突出するように、前記弾性ホルダの周縁を保持することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の静電チャック。
5. 第１基板と第２基板を接合する基板接合装置であって、
   前記第１基板を支持するジグと、
   前記第２基板が前記第１基板と対向するように、前記第２基板を保持する静電チャックと、
   前記静電チャックを前記ジグ側に加圧する加圧部とを含み、
   前記静電チャックは、
   前記第２基板の中央部が凸状に突出するように、一つの面の中央部が凸状に形成された弾性ホルダと、
   前記弾性ホルダが帯電するように、前記弾性ホルダに結合された電極と、
   前記弾性ホルダの他方の面を保持する支持部と
   を含むことを特徴とする基板接合装置。
6. 前記弾性ホルダの圧力を調節する圧力調節部をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の基板接合装置。
7. 前記弾性ホルダの内部には流体が充填され、前記圧力調節部は前記流体の圧力を調節することを特徴とする請求項６に記載の基板接合装置。
8. 前記支持部は、前記弾性ホルダの中央部が凸状に突出するように、前記弾性ホルダの周縁を保持することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の静電チャック。
9. 前記ジグに前記第１基板を吸着させる吸着部をさらに含むことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の基板接合装置。