JP5365525B2 - Semiconductor substrate bonding apparatus and semiconductor substrate bonding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一の半導体基板を他の半導体基板に貼り合わせる半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法に関する。特に、少なくとも一方の半導体基板を保持する基板保持テーブルの傾斜が調整される半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor substrate bonding apparatus and a semiconductor substrate bonding method for bonding one semiconductor substrate to another semiconductor substrate. In particular, the present invention relates to a semiconductor substrate bonding apparatus and a semiconductor substrate bonding method in which the inclination of a substrate holding table that holds at least one semiconductor substrate is adjusted.
半導体基板などの基板同士の貼り合わせにおいて、半導体基板貼り合わせ装置が用いられる。この半導体基板貼り合わせ装置は、2つの基板保持テーブルを備え、少なくとも一方の基板保持テーブルの傾斜はステージ装置によって調整される。ステージ装置は、一般的に、水平面内におけるXY方向の位置決めを行うXYステージ上に搭載され、XYステージによりXY方向について半導体基板の位置決めがなされた後、回転(θ)方向及び鉛直(Z)方向の位置決めを行うと共に、傾斜の調整を行うものである。 A semiconductor substrate bonding apparatus is used for bonding substrates such as semiconductor substrates. This semiconductor substrate bonding apparatus includes two substrate holding tables, and the inclination of at least one of the substrate holding tables is adjusted by a stage device. The stage device is generally mounted on an XY stage for positioning in the XY direction in a horizontal plane, and after the semiconductor substrate is positioned in the XY direction by the XY stage, the rotation (θ) direction and the vertical (Z) direction Positioning and adjusting the inclination.
ここで、半導体基板同士を貼り合わせる際には、貼り合わせ不良や破損を防ぐため、半導体基板の高い平行度が要求される。従来、このような半導体基板同士の平行度を出す技術として、例えば特許文献1に開示されたものがある(なお、この特許文献1に開示の技術は、半導体基板同士の貼り合わせに関するものではなく、半導体チップとTABテープとのボンディングに関するものである)。この装置では、レーザ変位計やダイヤルゲージなどにより計測用部材33を介してボンディングツール下面の傾斜を計測し、この計測値に基づいてチルトテーブル(プレート16)の傾斜を調整することで、チップ搭載ステージ20をボンディングツールの下面の平行度に倣い合わせている。
しかしながら、上記した従来の技術を半導体基板の貼り合わせに利用したのでは、ある程度の平行度まで倣い合わせることはできるものの、達成できる平行度に限界があるため、残った微小な傾斜により過度な反力が作用して半導体基板を破損させたり、貼り合わせ不良が生じたりするおそれがあった。 However, if the above-described conventional technique is used for bonding the semiconductor substrates, it can be traced to a certain degree of parallelism, but there is a limit to the parallelism that can be achieved. There is a possibility that the semiconductor substrate may be damaged or a bonding failure may occur due to the force.
本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、一の半導体基板に対する他の半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能な半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a semiconductor substrate bonding apparatus and a semiconductor capable of bonding both semiconductor substrates by increasing the parallelism of another semiconductor substrate with respect to one semiconductor substrate. It aims at providing the board | substrate bonding method.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置は、第1及び第2の半導体基板を互いに貼り合わせるための半導体基板貼り合わせ装置であって、第2の半導体基板を傾動させるための駆動部と、駆動部の作動を制御する制御部とを備え、制御部は、第1及び第2の半導体基板が一部で互いに接触した際、第1及び第2の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出し、荷重に応じて、第1及び第2の半導体基板における一部以外の非接触部分が互いに近接するように駆動部の作動制御を行い、第1及び第2の半導体基板が互いに平行になるまで作動制御を繰り返し実行することを特徴とする。 A semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention is a semiconductor substrate bonding apparatus for bonding a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate to each other, and a driving unit for tilting the second semiconductor substrate, and a driving unit And a controller that controls at least one of the first and second semiconductor substrates when the first and second semiconductor substrates partially contact each other. The load is calculated, and in accordance with the load, operation control of the drive unit is performed so that non-contact parts other than a part of the first and second semiconductor substrates are close to each other, and the first and second semiconductor substrates are mutually connected. The operation control is repeatedly executed until they become parallel.
この半導体基板貼り合わせ装置では、第1及び第2の半導体基板が一部で互いに接触した際、制御部は、少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出すると共に、その荷重に応じて、第1及び第2の半導体基板における一部以外の非接触部分が互いに近接するように駆動部の作動制御を行い、第1及び第2の半導体基板が互いに平行になるまで作動制御を繰り返し実行するようにしている。このため、一方の半導体基板に対する他方の半導体基板の微小な傾斜が徐々に減少して、両半導体基板が略平行となり、両半導体基板の平行度を高くした上で両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。 In this semiconductor substrate bonding apparatus, when the first and second semiconductor substrates partially contact each other, the control unit calculates a load acting on at least one of the semiconductor substrates, and according to the load, The operation of the drive unit is controlled so that non-contact parts other than a part of the first and second semiconductor substrates are close to each other, and the operation control is repeatedly executed until the first and second semiconductor substrates are parallel to each other. I have to. For this reason, the minute inclination of the other semiconductor substrate with respect to one semiconductor substrate is gradually reduced, the two semiconductor substrates become substantially parallel, and the two semiconductor substrates can be bonded together after increasing the parallelism of the two semiconductor substrates. It becomes possible.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、第1及び第2の半導体基板が互いに接触する一部は、第1及び第2の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板において、周縁の一部であることが好ましい。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, the part where the first and second semiconductor substrates are in contact with each other is a part of the periphery of at least one of the first and second semiconductor substrates. It is preferable.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置は、第1の半導体基板を保持するための第1の基板保持テーブルと、第2の半導体基板を第1の半導体基板に対向するように保持するための第2の基板保持テーブルとを備え、駆動部は、第2の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに第2の基板保持テーブルを傾動させるための第1駆動機構と、一方の軸とは異なる他方の軸の周りに第2の基板保持テーブルを傾動させるための第2駆動機構とを有し、制御部は、第1の基板保持テーブルに保持された第1の半導体基板が第2の基板保持テーブルに保持された第2の半導体基板の周縁の一部に接触した際、第2の半導体基板から第2の基板保持テーブルに作用する力の一方の軸周りの力成分と他方の軸周りの力成分とを第2の半導体基板に作用する荷重として算出し、該各力成分に基づいて第1駆動機構及び第2駆動機構を駆動する作動制御を繰り返し実行することが好ましい。このようにすれば、第1の半導体基板に対する第2の半導体基板の微小な傾斜を、第2の半導体基板から第2の基板保持テーブルに作用する力の一方及び他方の軸周りの力成分として算出することが可能となり、これら各力成分に基づいて第1及び第2駆動機構を駆動して第2の基板保持テーブルの傾斜を調整することで、両半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。 A semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention includes a first substrate holding table for holding a first semiconductor substrate, and a first substrate for holding a second semiconductor substrate so as to face the first semiconductor substrate. The first substrate holding unit for tilting the second substrate holding table about one of two axes intersecting each other in plan view of the second substrate holding table. A driving mechanism and a second driving mechanism for tilting the second substrate holding table around the other axis different from the one axis, and the control unit is held by the first substrate holding table One of the forces acting on the second substrate holding table from the second semiconductor substrate when the first semiconductor substrate contacts a part of the periphery of the second semiconductor substrate held on the second substrate holding table. Force component around the axis and around the other axis Was calculated as load acting a force component in the second semiconductor substrate, it is preferable to repeatedly perform the operation control for driving the first driving mechanism and the second driving mechanism based on the respective force component. According to this configuration, the minute inclination of the second semiconductor substrate with respect to the first semiconductor substrate is used as a force component around one and the other axes of the force acting on the second substrate holding table from the second semiconductor substrate. Based on these force components, the first and second drive mechanisms are driven to adjust the inclination of the second substrate holding table, thereby increasing the parallelism of both semiconductor substrates and increasing both of them. The semiconductor substrates can be bonded together.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、二つの軸は、第2の基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ原点を中心として0度及び180度を除く角度で互いに交差していることが好ましい。このようにすれば、第2の基板保持テーブルを各軸回りに傾動させるための第1及び第2駆動機構は、それぞれ独立して作動することができ、第2の基板保持テーブル(つまり第2の半導体基板)を水平面に対して様々な傾斜角度へ傾斜させることができる。しかも、このような第2の半導体基板の三次元的な傾斜角度調整を簡単な構造で実現させることが可能となる。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, the two axes cross each other at angles other than 0 degrees and 180 degrees centering on the origin through the origin that is the holding center in the plan view of the second substrate holding table. It is preferable. In this way, the first and second drive mechanisms for tilting the second substrate holding table about each axis can operate independently, and the second substrate holding table (that is, the second substrate holding table) The semiconductor substrate) can be inclined at various inclination angles with respect to the horizontal plane. Moreover, such a three-dimensional tilt angle adjustment of the second semiconductor substrate can be realized with a simple structure.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、二つの軸は、第2の基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ原点を中心として互いに直交しており、制御部は、各力成分に基づいて、第2の半導体基板に対して第1の半導体基板から作用する力の重心位置を算出し、この重心位置が原点上でない場合、重心位置を利用して、第1駆動機構及び第2駆動機構の駆動量を算出することが好ましい。このようにすれば、複雑な測定が不要な各力成分から算出される重心位置に基づいて駆動量を算出することができるため、第1駆動機構及び第2駆動機構による第2の基板保持テーブルの傾斜調整を容易に制御することができる。なお、保持中心とは、第2の基板保持テーブル上の点であって、第2の半導体基板における重心に対応する点を意味する。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, the two axes pass through the origin, which is the holding center in the plan view of the second substrate holding table, and are orthogonal to each other about the origin. Based on the component, the center of gravity position of the force acting on the second semiconductor substrate from the first semiconductor substrate is calculated, and when the center of gravity position is not on the origin, the center of gravity position is used to calculate the first drive mechanism and It is preferable to calculate the driving amount of the second driving mechanism. In this way, since the driving amount can be calculated based on the position of the center of gravity calculated from each force component that does not require complicated measurement, the second substrate holding table by the first driving mechanism and the second driving mechanism. Can be easily controlled. The holding center means a point on the second substrate holding table and corresponding to the center of gravity of the second semiconductor substrate.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、第1駆動機構は他方の軸上で第2の基板保持テーブルを傾動させるものであり、第2駆動機構は一方の軸上で第2の基板保持テーブルを傾動させるものである。そして、制御部は、第1の半導体基板と第2の半導体基板とが互いに当接した際、第1駆動機構及び第2駆動機構に生じる各反力をそれぞれ各力成分として算出することが好ましい。このようにすれば、両半導体基板が平行になるよう第2の基板保持テーブルを傾動させるために必要である第1駆動機構及び第2駆動機構を用いて、それら機構に生じる各反力を力成分として算出することができるため、簡易な構成の半導体基板貼り合わせ装置とすることができる。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, the first driving mechanism tilts the second substrate holding table on the other axis, and the second driving mechanism is the second substrate holding table on the one axis. Is tilted. The controller preferably calculates each reaction force generated in the first drive mechanism and the second drive mechanism as each force component when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate contact each other. . In this way, each reaction force generated in the mechanisms is applied to the first and second drive mechanisms necessary for tilting the second substrate holding table so that the two semiconductor substrates are parallel to each other. Since it can calculate as a component, it can be set as the semiconductor substrate bonding apparatus of a simple structure.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、第1駆動機構及び第2駆動機構は流体圧を利用した駆動機構であり、制御部は、この流体圧の変化に基づいて各反力を算出することが好ましい。このようにすれば、微小な変化が検出し易い流体圧の変化に基づいて各反力を算出することができ、算出精度が向上する。しかも、このように算出精度が高い反力に基づいて第2の基板保持テーブルの傾斜を調整することができるため、微小な傾斜調整を行なうことができる。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, the first drive mechanism and the second drive mechanism are drive mechanisms using fluid pressure, and the control unit calculates each reaction force based on the change in the fluid pressure. Is preferred. In this way, each reaction force can be calculated based on a change in fluid pressure at which a minute change can be easily detected, and calculation accuracy is improved. In addition, since the inclination of the second substrate holding table can be adjusted based on the reaction force with high calculation accuracy in this way, minute inclination adjustment can be performed.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置は、第1の基板保持テーブルと第2の基板保持テーブルとを相対的に近づく方向及び離れる方向へ移動させるための移動機構を更に備えていることが好ましい。そして、制御部は、第1の半導体基板と第2の半導体基板とが互いに当接した際、移動機構に生じる力成分を算出し、この力成分と第2の基板保持テーブルに作用する各力成分と第1駆動機構及び第2駆動機構による第2の基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて、重心位置を算出することが好ましい。このようにすれば、移動機構に生じる力成分と第2の基板保持テーブルに作用する各力成分と第1,第2駆動機構による第2の基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて重心位置を算出して、第1,第2駆動機構の駆動量を算出することができるため、算出精度を向上させることができ、しかも、重心位置の算出を容易に行うことができる。 The semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention preferably further includes a moving mechanism for moving the first substrate holding table and the second substrate holding table in a relatively approaching direction and a separating direction. The control unit calculates a force component generated in the moving mechanism when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are in contact with each other, and the force component and each force acting on the second substrate holding table. It is preferable to calculate the position of the center of gravity based on the component and the position at which the second substrate holding table is tilted by the first drive mechanism and the second drive mechanism. In this case, the position of the center of gravity based on the force component generated in the moving mechanism, the force components acting on the second substrate holding table, and the position at which the second substrate holding table is tilted by the first and second drive mechanisms. Can be calculated to calculate the drive amounts of the first and second drive mechanisms, so that the calculation accuracy can be improved and the position of the center of gravity can be easily calculated.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、制御部は、第1の半導体基板と第2の半導体基板とが互いに当接した際、移動機構に生じる反力を力成分として算出することが更に好ましい。このようにすれば、両半導体基板を相対的に近づく方向及び離れる方向に移動させるために必要である移動機構を用いて、この機構に生じる反力を力成分として算出することができるため、簡易な構成の半導体基板貼り合わせ装置とすることができる。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, it is further preferable that the control unit calculates a reaction force generated in the moving mechanism as a force component when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are in contact with each other. . In this way, the reaction force generated in this mechanism can be calculated as a force component using a moving mechanism that is necessary to move both semiconductor substrates in a relatively approaching direction and a separating direction. A semiconductor substrate bonding apparatus having a simple structure can be obtained.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、移動機構は流体圧を利用した駆動機構であって、制御部は、流体圧の変化に基づいて移動機構に生じる反力を算出することが好ましい。このようにすれば、微小な変化が検出し易い流体圧の変化に基づいて反力を算出することができ、算出精度が向上する。しかも、このように算出精度が高い反力に基づいて第2の基板保持テーブルの傾斜を調整することができるため、微小な傾斜調整を行なうことができる。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, it is preferable that the moving mechanism is a driving mechanism using fluid pressure, and the control unit calculates a reaction force generated in the moving mechanism based on a change in fluid pressure. In this way, the reaction force can be calculated based on the change in the fluid pressure at which a minute change is easily detected, and the calculation accuracy is improved. In addition, since the inclination of the second substrate holding table can be adjusted based on the reaction force with high calculation accuracy in this way, minute inclination adjustment can be performed.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、制御部は、第1の半導体基板から第2の半導体基板に作用する荷重が上限値を超える場合、第1の基板保持テーブルと第2の基板保持テーブルとが相対的に離れる方向に移動するように移動機構を駆動することが好ましい。このようにすれば、両半導体基板を倣い制御させる際、半導体基板を破損させるような荷重が両半導体基板にかからないようにすることができる。その結果、半導体基板の破損を防止でき、歩留まりを向上させることができる。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, when the load acting on the second semiconductor substrate from the first semiconductor substrate exceeds the upper limit value, the control unit includes the first substrate holding table and the second substrate holding table. It is preferable to drive the movement mechanism so that the movement mechanism moves away from each other. This makes it possible to prevent a load from damaging the semiconductor substrates from being applied to both the semiconductor substrates when the two semiconductor substrates are copied and controlled. As a result, damage to the semiconductor substrate can be prevented and yield can be improved.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、制御部は、重心位置が原点上である場合であって、且つ、第2の半導体基板への荷重が下限値を超えていない場合、第1の基板保持テーブルと第2の基板保持テーブルとが相対的に近づく方向に移動するように移動機構を駆動することが好ましい。このようにすれば、両半導体基板を倣い制御させる際、半導体基板の貼り合わせに必要な荷重が両半導体基板に適切にかかるようにすることができる。その結果、不十分な荷重による貼り合わせ不良を避けることができ、歩留まりを向上させることができる。 In the semiconductor substrate bonding apparatus according to the present invention, the control unit is a first substrate when the position of the center of gravity is on the origin and the load on the second semiconductor substrate does not exceed the lower limit value. It is preferable to drive the moving mechanism so that the holding table and the second substrate holding table move in a relatively approaching direction. In this way, when the two semiconductor substrates are copied and controlled, a load necessary for bonding the semiconductor substrates can be appropriately applied to both the semiconductor substrates. As a result, bonding failure due to insufficient load can be avoided, and yield can be improved.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ方法は、第1及び第2の半導体基板を互いに貼り合わせるための半導体基板貼り合わせ方法であって、第1及び第2の半導体基板が一部で互いに接触した際、第1及び第2の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出する算出工程と、算出工程で算出された荷重に応じて、第1及び第2の半導体基板における一部以外の非接触部分が互いに近接するように、第2の半導体基板を傾動させる傾動工程と、第1及び第2の半導体基板が互いに平行になるまで算出工程及び傾動工程を繰り返し実行する繰返工程とを含むことを特徴とする。 The semiconductor substrate bonding method according to the present invention is a semiconductor substrate bonding method for bonding the first and second semiconductor substrates to each other, and the first and second semiconductor substrates are partially in contact with each other. A calculation step of calculating a load acting on at least one of the first and second semiconductor substrates, and a portion other than a part of the first and second semiconductor substrates according to the load calculated in the calculation step A tilting step of tilting the second semiconductor substrate so that the non-contact portions of each other are close to each other, and a repeating step of repeatedly executing the calculation step and the tilting step until the first and second semiconductor substrates are parallel to each other It is characterized by including.
この半導体基板貼り合わせ方法では、算出工程において少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出すると共に、傾動工程において、その荷重に応じて、第1及び第2の半導体基板における一部以外の非接触部分が互いに近接するように第2の半導体基板を傾動させ、繰返工程において、第1及び第2の半導体基板が互いに平行になるまで算出工程及び傾動工程を繰り返すようにしている。このため、一方の半導体基板に対する他方の半導体基板の微小な傾斜が徐々に減少して、両半導体基板が略平行となり、両半導体基板の平行度を高くした上で両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。 In this semiconductor substrate bonding method, a load acting on at least one semiconductor substrate is calculated in the calculation step, and in the tilting step, non-contact other than a part of the first and second semiconductor substrates according to the load. The second semiconductor substrate is tilted so that the portions are close to each other, and in the repeating process, the calculation process and the tilting process are repeated until the first and second semiconductor substrates are parallel to each other. For this reason, the minute inclination of the other semiconductor substrate with respect to one semiconductor substrate is gradually reduced, the two semiconductor substrates become substantially parallel, and the two semiconductor substrates can be bonded together after increasing the parallelism of the two semiconductor substrates. It becomes possible.
本発明に係る半導体基板貼り合わせ方法において、算出工程では、第1の半導体基板が第2の半導体基板の周縁の一部に接触した際、第2の半導体基板の平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りの力成分と一方の軸とは異なる他方の軸周りの力成分とを第2の半導体基板に作用する荷重として算出し、傾動工程では、各力成分に基づいて、第2の半導体基板の周縁の一部以外の非接触部分が、第1の半導体基板における非接触部分に近接するように第2の半導体基板を傾動させることが好ましい。このようにすれば、第1の半導体基板に対する第2の半導体基板の微小な傾斜を、第2の半導体基板から第2の基板保持テーブルに作用する力の一方及び他方の軸周りの力成分として算出することが可能となり、これら各力成分に基づいて調整することで、両半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。 In the semiconductor substrate bonding method according to the present invention, in the calculation step, when the first semiconductor substrate contacts a part of the periphery of the second semiconductor substrate, the two crossing each other in a plan view of the second semiconductor substrate. A force component around one of the axes and a force component around the other axis different from the one axis are calculated as loads acting on the second semiconductor substrate, and in the tilting step, based on each force component Preferably, the second semiconductor substrate is tilted so that a non-contact portion other than a part of the peripheral edge of the second semiconductor substrate is close to the non-contact portion of the first semiconductor substrate. According to this configuration, the minute inclination of the second semiconductor substrate with respect to the first semiconductor substrate is used as a force component around one and the other axes of the force acting on the second substrate holding table from the second semiconductor substrate. It becomes possible to calculate, and by adjusting based on each of these force components, it becomes possible to increase the parallelism of both semiconductor substrates and bond the two semiconductor substrates together.
本発明によれば、一の半導体基板に対する他の半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能な半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor substrate bonding apparatus and a semiconductor substrate bonding method capable of bonding both semiconductor substrates by increasing the parallelism of another semiconductor substrate with respect to one semiconductor substrate.
1…半導体基板貼り合わせ装置、24・・・第1の基板保持テーブル、36…第2の基板保持テーブル、46…第1駆動機構、48…第2駆動機構、52…移動機構、52d,68g,70g…圧力計、90…制御装置、O…原点、T…接触位置(重心位置)、Wu…第1の半導体基板、Wd…第2の半導体基板。
DESCRIPTION OF
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本実施形態に係る半導体基板貼り合わせ装置の構成を模式的に示す概略図である。図1に示すように、半導体基板貼り合わせ装置1は、除振器12、定盤14、ボディー16、上部ステージ20、下部ステージ30、及び制御装置(制御部)90を備えている。
FIG. 1 is a schematic view schematically showing a configuration of a semiconductor substrate bonding apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor
除振器12は、半導体基板貼り合わせ装置1へ伝わる振動を取り除く。この除振器12の上に、定盤14が設けられている。ボディー16は、側壁部と上壁部とを有し、定盤14上で密閉空間を形成する。
The
上部ステージ20は、ボディー16の上壁部の内面に搭載されている。上部ステージ20は、XYθステージ22と第1の基板保持テーブル24とを有している。第1の基板保持テーブル24は、貼り合わせの対象である第1の半導体基板Wuを、静電吸着や真空吸着により保持する。XYθステージ22は、水平面内で第1の基板保持テーブル24に保持された第1の半導体基板WuのXYθ方向の位置決めを行う。
The
下部ステージ30は、定盤14上に搭載されている。下部ステージ30は、XYステージ32とステージ装置34とを有している。ステージ装置34は、第2の基板保持テーブル36、チルトテーブル38、支持テーブル45、第1駆動機構(駆動部)46、第2駆動機構(駆動部)48、θ駆動機構50、及び移動機構52を備えている。
The
このステージ装置34は、チルトテーブル38を第1及び第2駆動機構46,48で駆動し、支持テーブル45をθ駆動機構50で駆動することによって、載置面38a(すなわち、載置面38a上に搭載された第2の基板保持テーブル36に保持される第2の半導体基板Wd)の傾斜角度調整及び回動角度調整が行われる。また、エアシリンダである移動機構52によって、高さ位置の調整も行われる。なお、図3及び図4に示すように、水平面内で互いに90度をなすようにX軸及びY軸を設定し、鉛直方向にZ軸を定めて3次元直交座標系を設定し、以下必要な場合にXYZ座標系を用いて説明する。
In this
第2の基板保持テーブル36は、図1及び図2に示すように、貼り合わせの対象である第2の半導体基板Wdを保持する。この第2の基板保持テーブル36は、静電力によりウェハを吸着する静電チャックESCと、静電チャックESCを真空吸着する真空チャックVACとを有している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the second substrate holding table 36 holds the second semiconductor substrate Wd to be bonded. The second substrate holding table 36 includes an electrostatic chuck ESC that sucks a wafer by electrostatic force and a vacuum chuck VAC that vacuum-sucks the electrostatic chuck ESC.
チルトテーブル38は、図3から図5に示すように、円板状のテーブルであり、第2の基板保持テーブル36を載置するための平面状の載置面38aを上面側に有し、凸球面状の軸受面38bを下面側に有する。この軸受面38bの鉛直方向の中心軸線Lはチルトテーブル38の中心軸線と一致する。
As shown in FIGS. 3 to 5, the tilt table 38 is a disk-shaped table, and has a flat mounting
チルトテーブル38の側面38cには、中心軸線Lから見てX軸方向の位置に、断面L字型の作動部60が設けられる。図3から図5に示すように、作動部60は、支持テーブル45よりも低い位置でX軸方向に突出する第1の作動片60cと、第1の作動片60cの中心軸線L側の端部と側面38cとを連結させるための鉛直方向に延びる連結部60dとを有している。また、側面38cには、中心軸線Lから見てY軸方向の位置に、断面L字型の作動部62が設けられている。図4に示すように、作動部62は、支持テーブル45よりも低い位置でY軸方向に突出する第2の作動片62cと、第2の作動片62cの中心軸線L側の端部と側面38cとを連結させるための鉛直方向に延びる連結部62dとを有している。なお、第1の及び第2の作動片60c,62cはXY平面上に広がる矩形板とされている。
On the
矩形状の支持テーブル45は、エアシリンダである移動機構52に設けられたロッド53の上端に形成されている。図5に示すように、支持テーブル45の上面の略中央部には、チルトテーブル38の軸受面38bを支持するために凹球面状とされた軸受面45bが形成されている。
The rectangular support table 45 is formed at the upper end of a
また、支持テーブル45には、軸受面45bを形成するように多孔部45cが埋設され、軸受面45bには多数の微小な孔が形成されている。この多孔部45cからは、パイプP45が導出されて外部の空気圧源(図示せず)と接続されている。空気圧源は、多孔部45cへ圧縮空気を供給し、その圧縮空気が軸受面45bの多数の孔から軸受面38bに対して吹きつけられる。これによって、軸受面38bと軸受面45bの間に空気膜が形成され、軸受面38bは、軸受面45bから抵抗を受けることなく非接触状態で支持されることとなる。
The support table 45 is embedded with a
支持テーブルの側面45dには、図3に示すように、中心軸線Lから見てY軸の反対方向の位置に、断面L字型の作動部64が設けられる。作動部64は、Y軸の負の方向へ突出する連結部64dと、連結部64dの自由端部から下方へ突出する第3の作動片64cを有している。なお、第3の作動片64cは、YZ平面上に広がる矩形板とされている。
On the
第1駆動機構46は、図3から図5に示すように、第1の作動片60cの上方に配置された支持片66a及び下方に配置された支持片66bとを有する支持部材66と、支持片66aと第1の作動片60cとの間に延在するベローズアクチュエータ68と、支持片66bと第1の作動片60cとの間に延在するベローズアクチュエータ70とからなる。そして、第1の作動片60cは、ベローズアクチュエータ68の先端とベローズアクチュエータ70の先端とで挟み込まれる。また、支持部材66は、支持片66a,66bを連結させる矩形板状の連結部66cを有しており、連結部66cの支持テーブル45側の側面は、支持テーブル45に固定されている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
ベローズアクチュエータ68は、図6に示すように、鉛直方向に伸縮可能なベローズ68aと、ベローズ68aの下端側の開口部を封止する円板状の作動板68bとを備える。ベローズ68aの上端側の開口部は支持片66aに固定されることにより封止される。これによって、ベローズアクチュエータ68の内部空間68cは、ベローズ68aと支持片66aと作動板68bとによって密閉され、その気密性は保たれている。
As shown in FIG. 6, the bellows actuator 68 includes a bellows 68 a that can be expanded and contracted in the vertical direction, and a disk-shaped
作動板68bの中央部には、上方へ延びるシャフト68dが形成され、このシャフト68dは、支持片66aに設けられたボス66dのガイド穴に挿入されることによって鉛直方向に移動可能とされている。また、作動板68bの中央部には、第1の作動片60cへ向かって突出する半球面状の押圧部68eが形成され、この押圧部68eは、第1の作動片60cの上面60aと当接することによってベローズアクチュエータ68の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第1の作動片60cに伝達することができる。ベローズアクチュエータ68の押圧部68eが球状をなしていることから、押圧部68eは作動部60の第1の作動片60cに点接触する。
A
ベローズアクチュエータ68の内部空間68cからは、パイプP68が導出され、外部に設けられたサーボ弁68fと接続されている。そして、サーボ弁68fを制御することで、内部空間68c内の空気を供給及び排出することができ、内部空間68cの気圧の変化に伴って、作動板68bの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。
A pipe P68 is led out from the
また、ベローズアクチュエータ68には、内部空間68c内の気圧を継続的に計測する圧力計68gが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置90へ送られる。従って、後述する第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとの貼り合わせの際に発生する荷重によって第1の作動片60cが上昇等させられた場合における内部空間68c内の気圧変化を制御装置90で算出できるようになっている。圧力計68gは、荷重の元となる外力を検出する検出部として機能し、制御装置90は、この気圧変化に基づき、ベローズアクチュエータ68に生じる反力を算出できるようになっている。なお、後述する各種の圧力計も、検出部として機能する。
The bellows actuator 68 is provided with a
ベローズアクチュエータ70も、上述のベローズアクチュエータ68と同様の構成を有し、サーボ弁70fを制御することで作動板70bの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。また、押圧部70eは、押圧部68eと同様に半球面状をなしており、作動部60の下面60bに点接触する。押圧部70eが第1の作動片60cの下面60bと当接することによって、ベローズアクチュエータ70の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第1の作動片60cに伝達することができる。なお、ベローズアクチュエータ70は、ベローズ70a、内部空間70c、シャフト70dを備え、内部空間70cとサーボ弁70fとはパイプP70で連結されている。
The bellows actuator 70 also has the same configuration as the bellows actuator 68 described above, and the amount of movement of the
また、ベローズアクチュエータ70には、内部空間70c内の気圧を継続的に計測する圧力計70gが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置90へ送られる。従って、後述する第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとの貼り合わせの際に発生する荷重によって第1の作動片60cが下降等させられた場合における内部空間70c内の気圧変化を制御装置90で算出できるようになっている。また、この気圧変化に基づき、ベローズアクチュエータ70に生じる反力を制御装置90で算出できるようになっている。
Further, the bellows actuator 70 is provided with a
第2駆動機構48は、図4に示すように、第2の作動片62cの上方に配置された支持片72a及び下方に配置された支持片72bを有する断面コ字型の支持部材72と、支持片72aと第2の作動片62cとの間に延在するベローズアクチュエータ74と、支持片72bと第2の作動片62cとの間に延在するベローズアクチュエータ76とからなる。そして、第2の作動片62cは、ベローズアクチュエータ74の先端とベローズアクチュエータ76の先端とで挟み込まれる。また、支持部材72は、支持片72aと支持片72bとを連結させる矩形板状の連結部72cを有し、連結部72cの支持テーブル45側の側面は、支持テーブル45に固定されている。また、ベローズアクチュエータ74,76は、ベローズアクチュエータ68,70と同様の構成を有しており、ベローズアクチュエータ74,76の内部空間内の気圧を計測する圧力計をそれぞれ備えている。そして、これらの圧力計から制御装置90へ気圧情報を送り、ベローズアクチュエータ74,76に生じる気圧変化及び反力を算出できるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
θ駆動機構50は、図3に示すように、第3の作動片64cを間に挟むようにX軸方向に離間して配置された支持片56a及び支持片56bを有する断面コ字型の支持部材56と、支持片56aと第3の作動片64cとの間に延在するベローズアクチュエータ78と、支持片56bと第3の作動片64cとの間に延在するベローズアクチュエータ80とからなる。そして、第3の作動片64cは、ベローズアクチュエータ78の先端とベローズアクチュエータ80の先端とで挟み込まれている。また、支持部材56は、支持片56aと支持片56bとを連結する矩形板状の連結部56cを有し、連結部56cは、ベースプレート82の上面82aに固定されている。なお、ベローズアクチュエータ78,80の構成は、ベローズアクチュエータ68,70と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 3, the
エアシリンダである移動機構52のロッド53は、図5に示すように、下端に円筒体52aの内周と略同一の径を有する円板状のピストン53aを有する。円筒体52aの内部空間において、ピストン53aよりも上側の内部空間52b及び下側の内部空間52cからは、それぞれパイプP84,P86が導出されている。このパイプP86には、下側の内部空間52cの気圧を継続的に計測する圧力計52dが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置90へ送られる。従って、後述する第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとの貼り合わせの際に発生する荷重によって支持テーブル45が下降等させられた場合における内部空間52c内の気圧変化を制御装置90で算出できるようになっている。また、この気圧変化に基づき、移動機構52に生じる反力を制御装置90で算出できるようになっている。
As shown in FIG. 5, the
次に、第1駆動機構46、第2駆動機構48、移動機構52のXY座標系における配置関係について説明する。図7等に示すように、第1駆動機構46及び第2駆動機構48は互いに略90度の角度をなして配置されている。そして、第1駆動機構46はX軸上に配置されてY軸周りの傾斜調整を行い、第2駆動機構48はY軸上に配置されてX軸周りの傾斜調整を行うようになっている。X軸及びY軸の二つの軸は、チルトテーブル38(チルトテーブル38上に載置される第2の基板保持テーブル36)の平面視における保持中心である原点Oを通り且つ原点Oを中心として互いに直交している。また、移動機構52は、その中心が中心軸線Lと一致しており、チルトテーブル38のXY座標系における原点Oと同じ位置となっている。なお、第1及び第2駆動機構46,48が配置される二つの軸は、原点Oを中心として0度及び180度を除く角度で互いに交差していればよく、略90度の角度でなくてもよい。
Next, the arrangement relationship in the XY coordinate system of the
なお、図3から図5では、ベースプレート82より下部の構成の図示を省略しているが、かかる構成のステージ装置34が、ベースプレート82を介してXYステージ32に搭載されている。
3 to 5, the illustration of the configuration below the
制御装置90は、ステージ装置34や上部ステージ20の制御も含めて、半導体基板貼り合わせ装置1の制御を行う。この制御装置90による、ステージ装置34の制御の詳細は後述する。
The
次に、半導体基板貼り合わせ装置1による半導体基板貼り合わせ方法について説明する。
Next, a semiconductor substrate bonding method using the semiconductor
まず、上部ステージ20の第1の基板保持テーブル24で貼り合わせの対象である第1の半導体基板Wuを保持し、XYθステージ22により第1の半導体基板WuのXYθ方向の位置決めを行う。次に、下部ステージ30の第2の基板保持テーブル36で貼り合わせの対象である第2の半導体基板Wdを保持し、XYステージ32により第2の半導体基板WdのXY方向の位置決めを行う。次に、θ駆動機構50により支持テーブル45を駆動し、中心軸線L(Z軸)周りの第2の半導体基板Wdの回転位置の位置決めを行う。これらの位置決めは、レーザ干渉計や顕微鏡など、図示しない光学系からの検出信号に基づいて、制御装置90により自動制御される。
First, the first semiconductor substrate Wu to be bonded is held by the first substrate holding table 24 of the
この状態から、第2の半導体基板Wdが保持される第2の基板保持テーブル36の傾斜調整に移る。この傾斜調整におけるステージ装置34の制御方法について、図8のフローチャートを参照して説明する。
From this state, the process proceeds to the inclination adjustment of the second substrate holding table 36 on which the second semiconductor substrate Wd is held. A control method of the
まず、第2の基板保持テーブル36に保持された第2の半導体基板Wdを第1の半導体基板Wuに当接させるため、移動機構52により、支持テーブル45を所定量、上昇させ、第2の基板保持テーブル36を第1の基板保持テーブル24に近づく方向に移動させる(ステップS1)。この上昇は、移動機構52の内部空間52c内の気圧を第1の気圧から第2の気圧へパイプP86を介して加圧し、そして、一定圧である第2の気圧を維持することによって行われる。そして、この上昇によって第2の基板保持テーブル36に保持された第2の半導体基板Wdと第1の半導体基板Wuとが当接すると、内部空間52c内の気圧は、第2の気圧より更に高い圧力である第3の気圧になる。各気圧は圧力計52dで計測され、半導体基板Wu,Wdに作用した外力として、その気圧情報が制御装置90へ送られる。なお、上記当接の際、第1の半導体基板Wuは、第2の半導体基板Wdの周縁の一部に接触し、両半導体基板Wu,Wdが接触した一部以外の部分は、両半導体基板Wu,Wdにおいて非接触部分となる。
First, in order to bring the second semiconductor substrate Wd held on the second substrate holding table 36 into contact with the first semiconductor substrate Wu, the support table 45 is raised by a predetermined amount by the moving
次に、上述した支持テーブル45の上昇に伴う移動機構52の内部空間52cの気圧変化(差圧)ΔPzを制御装置90で算出し、この差圧が零より大きいか否か判定する(ステップS2)。判定の結果、上昇の途中であれば、気圧変化ΔPZが第2の気圧同士の差分になるので零となり、ステップS1に戻って、移動機構52による支持テーブル45の上昇を継続する。一方、両半導体基板が当接していれば、気圧変化ΔPZが第3の気圧と第2の気圧の差分になるので零より大きくなり、次のステップS3に移る。Next, the
次に、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとが当接した際の荷重Fを制御装置90で算出する。荷重Fは、次の式(1)により表される。
荷重F=ΔFz=ΔFB+ΔFAx+ΔFAy・・・(1)
ここで、ΔFzは、移動機構52における反力であり、内部空間52c内の気圧変化ΔPZにピストン53aの表面積SAを積算した値である。ΔFBは、軸受面45bにおける反力であり、たとえば、軸受面38bと軸受面45bとの間の気圧変化ΔPBに、軸受面45bの表面積SBを積算した値である。ΔFAXは、第1駆動機構46における反力であり、たとえば、内部空間68c又は70c内の気圧変化ΔPXに、ベローズの作動板68b又は70bの表面積SCを積算した値である。また、ΔFAYは、第2駆動機構48における反力であり、たとえば、ベローズアクチュエータ74,76の内部空間内の気圧変化ΔPYに、ベローズアクチュエータ74,76の作動板の表面積SDを積算した値である。なお、荷重Fの算出にあたっては、算出精度及び算出の容易性を考慮して、ΔFzを用いることが好ましいが、必要に応じて、ΔFBとΔFAxとΔFAyとの合計値を用いてもよく、ΔFBが無視できるほど小さい場合にあっては、ΔFAxとΔFAyとの合計値を用いてもよい。Next, the
Load F = ΔF z = ΔF B + ΔF Ax + ΔF Ay (1)
Here, [Delta] F z is the reaction force in the moving
そして、この荷重Fが、第1の半導体基板Wu又は第2の半導体基板Wdを破損する可能性のある値を考慮して決められる上限値Aより小さいか否かを判断する(ステップS3)。その結果、荷重Fが上限値Aより大きければ、第1の半導体基板Wu又は第2の半導体基板Wdが破損してしまうおそれがあるので、ステップS4に移り、移動機構52により支持テーブル45を所定量、下降させ、第2の基板保持テーブル36を第1の基板保持テーブル24から離れる方向に移動させる。一方、荷重Fが上限値Aより小さければ次のステップS5に進む。なお、上限値Aとしては、例えば、1[N]を設定することが好ましい。
Then, it is determined whether or not the load F is smaller than an upper limit value A determined in consideration of a value that may damage the first semiconductor substrate Wu or the second semiconductor substrate Wd (step S3). As a result, if the load F is larger than the upper limit value A, the first semiconductor substrate Wu or the second semiconductor substrate Wd may be damaged. Therefore, the process proceeds to step S4, where the support table 45 is placed by the moving
ステップS5では、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとが当接した接触位置T(XF,YF)を、第1駆動機構46、第2駆動機構48及び移動機構52の位置関係、各駆動機構における反力、並びに半導体基板への荷重に基づいて、次のとおり算出する。なお、接触位置Tを算出するにあたり、チルトテーブル38の平面視において中心を原点OとしたXY座標系を設定している。In step S <b> 5, the contact position T (X F , Y F ) where the first semiconductor substrate Wu and the second semiconductor substrate Wd are in contact is determined by the
まず、図9に示すように、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとは、XY平面内の1点T(XF,YF)で接触し、その接触部に荷重Fが加わっているとして、次のようなモーメントの釣り合い式(2)(3)を考える。この接触位置には、すべての荷重Fが加わっており、このような接触位置が1つの場合は、この接触位置は重心位置に相当する。なお、接触位置が複数ある場合は、それら複数の接触位置から重心位置を算出して、この重心位置を仮想上の接触位置とし、この仮想上の接触位置を接触位置T(XF,YF))として以下の算出を行う。
−F・XF+ΔFAX・XAY=0(Y軸周りのモーメント)・・・(2)
−F・YF+ΔFAY・YAX=0(X軸周りのモーメント)・・・(3)First, as shown in FIG. 9, the first semiconductor substrate Wu and the second semiconductor substrate Wd are in contact at one point T (X F , Y F ) in the XY plane, and a load F is applied to the contact portion. Considering the following moment balance equations (2) and (3): All loads F are applied to this contact position. When there is one such contact position, this contact position corresponds to the center of gravity position. When there are a plurality of contact positions, the center of gravity position is calculated from the plurality of contact positions, this center of gravity position is set as a virtual contact position, and this virtual contact position is set as the contact position T (X F , Y F )) As follows.
−F · X F + ΔF AX · X AY = 0 (moment about Y axis) (2)
-F · Y F + ΔF AY · Y AX = 0 (moment about X axis) (3)
そして、この釣り合い式(2)(3)を、XF及びYFを基準としてまとめると、荷重Fが作用している接触位置T(XF,YF)は次のような式として導き出され、各値を算出することが可能となる。
XF=ΔFAX・XAY/F・・・(4)
YF=ΔFAY・YAX/F・・・(5)Then, the balance equation (2) (3) are summarized based on the X F and Y F, the contact position T (X F, Y F) that the load F is acting is derived as such the following formula Each value can be calculated.
X F = ΔF AX · X AY / F (4)
Y F = ΔF AY · Y AX / F (5)
次に、上記で算出された接触位置T(XF,YF)が原点O上であるか否かを判断する(ステップS6)。なお、ステップS6における「XF=YF=0」とは、完全同一だけではなく、位置整定範囲(E>0)を設定し、誤差範囲(±E)内にある実質的に等しい場合も含むものである。その結果、接触位置T(XF,YF)が原点O上でない場合、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとは平行でない(すなわち両半導体基板Wu,Wdには非接触部分が存在する)ので、両半導体基板を平行にするため、ステップS7、S8に進む。Next, it is determined whether or not the contact position T (X F , Y F ) calculated above is on the origin O (step S6). It should be noted that “X F = Y F = 0” in step S6 is not only completely identical, but also a position settling range (E> 0) is set and may be substantially equal within the error range (± E). Is included. As a result, when the contact position T (X F , Y F ) is not on the origin O, the first semiconductor substrate Wu and the second semiconductor substrate Wd are not parallel (that is, a non-contact portion between the two semiconductor substrates Wu, Wd). Therefore, in order to make both semiconductor substrates parallel, the process proceeds to steps S7 and S8.
ステップS7では、第2の半導体基板Wdを第1の半導体基板Wuと平行に調整するためのX軸周りの回転角θXの駆動量(ΔθAX)と、Y軸周りの回転角θYの駆動量(ΔθAY)を算出する。各駆動量を算出するにあたり、まず、図10(a)(b)のように、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板WdとのX軸周りの傾きをΔθX、Y軸周りの傾きをΔθYと仮定する。どちらの傾きも極めて微小であると仮定すると、両者の傾きは次の式により表される。
ΔθX=Zmax/YF・・・(6)
ΔθY=−Zmax/XF・・・(7)
ここで、Zmaxとは、半導体基板を貼り合わせる際に通常、発生する半導体基板の傾きにおけるZ軸方向のずれ量として想定される値の内、最も大きい数値である。In step S7, the drive amount (Δθ AX ) of the rotation angle θ X around the X axis for adjusting the second semiconductor substrate Wd in parallel with the first semiconductor substrate Wu and the rotation angle θ Y around the Y axis A driving amount (Δθ AY ) is calculated. In calculating each driving amount, first, as shown in FIGS. 10A and 10B, the inclination of the first semiconductor substrate Wu and the second semiconductor substrate Wd around the X axis is expressed by Δθ X and around the Y axis. Assume the slope is Δθ Y. Assuming that both slopes are very small, both slopes are expressed by the following equations.
Δθ X = Z max / Y F (6)
Δθ Y = −Z max / X F (7)
Here, Z max is the largest value among the values assumed as the amount of deviation in the Z-axis direction in the inclination of the semiconductor substrate that is usually generated when the semiconductor substrates are bonded together.
そして、この傾きと逆向きになるように、X軸周りの回転駆動量ΔθAX及びY軸周りの回転駆動量ΔθAYを算出すると、次の式(8)(9)として表される。
ΔθAX=−Z/YF・・・(8)
ΔθAY=Z/XF・・・(9)
ここで、Zとは、Zmaxより小さい値であり、かつ、半導体基板を貼り合わせる際に発生する半導体基板の傾きにおけるZ方向のずれ量として問題ない範囲の数値であり、例えば、Zmaxの10分の1程度の数値である。When the rotational drive amount Δθ AX around the X axis and the rotational drive amount Δθ AY around the Y axis are calculated so as to be opposite to the inclination, they are expressed as the following equations (8) and (9).
Δθ AX = −Z / Y F (8)
Δθ AY = Z / X F (9)
Here, the Z, a Z max value smaller than, and a number in the range no problem as displacement amount in the Z direction in the tilt of the semiconductor substrate which is generated when bonding the semiconductor substrate, for example, the Z max It is a numerical value about 1/10.
次に、上記の回転駆動量ΔθAXを第2駆動機構48によって駆動し、X軸周りの傾斜を調整するとともに、回転駆動量ΔθAYを第1駆動機構46によって駆動し、Y軸周りの傾斜を調整する(ステップS8)。これにより、第2の半導体基板が傾動され、第2の半導体基板における、第1の半導体基板と接触した周縁の一部以外の非接触部分が、第1の半導体基板における非接触部分に近接するようになる。第2駆動機構48が駆動したときすなわちチルトテーブル38がX軸周りに傾動したとき、作動部60の第1の作動片60cがX軸周りに回動する。このとき、第1駆動機構46の各ベローズアクチュエータ68,70の各押圧部68e,70eが、前記したように、それぞれ作動片60cの上面60a及び下面60bに点接触していることから、第1の作動片60cが回動したとき、各押圧部68e,70eがそれぞれ第1の作動片60cに面接触する場合に比べて、各押圧部68e,70e及び作動片60cの各接触点と第1の作動片60cの回動中心との距離が小さくなる。これにより、第1の作動片60cが回動したとき、各押圧部68e,70eがそれぞれ第1の作動片60cに面接触する場合に比べて、第1の作動片60cから各押圧部68e,70eに作用するモーメント力の大きさが小さくなる。従って、各押圧部68e,70eがそれぞれ前記モーメント力によって該各押圧部間の間隔が大きくなる方向へ移動することを、確実に抑制することができるので、第2駆動機構48の駆動時に第1駆動機構46に影響が及ぶことを確実に抑制することができる。他方、第2駆動機構48のベローズアクチュエータ74,76の構成が第1駆動機構46のベローズアクチュエータ68,70と同様の構成を有していることから、第1駆動機構46の駆動時に第2駆動機構48に影響が及ぶことも確実に抑制することができる。第1駆動機構46及び第2駆動機構48のそれぞれの駆動によってX軸周り及びY軸周りのチルトテーブル38の傾斜を調整した後、ステップS2に戻る。Next, the rotational drive amount Δθ AX is driven by the
そして、再度、ステップS3、ステップS5、ステップS6と進み、ステップS6でXF=YF=0となるまで、つまり、第1及び第2の半導体基板が互いに平行になるまで、駆動量を算出するステップS7、算出された駆動量に基づき駆動機構を駆動させるステップS8、ステップS2,ステップS3、半導体基板の接触位置を算出するステップS5、及びステップS6を繰り返し行う。このような制御により、第1駆動機構46、第2駆動機構48及び移動機構52に生じる各反力に基づいて、第2の半導体基板Wdが第1の半導体基板Wuに対して徐々に平行になるようにしている。つまり、各反力に基づいて、重心位置に相当する接触位置を算出し、この接触位置によって両半導体基板が平行であるか否かを算出し、接触位置が原点に近づくようにしている。Then, the process proceeds to step S3, step S5, and step S6 again, and the drive amount is calculated until X F = Y F = 0 in step S6, that is, until the first and second semiconductor substrates are parallel to each other. Step S7, Step S8 for driving the drive mechanism based on the calculated drive amount, Step S2, Step S3, Step S5 for calculating the contact position of the semiconductor substrate, and Step S6 are repeated. Through such control, the second semiconductor substrate Wd is gradually parallel to the first semiconductor substrate Wu based on the reaction forces generated in the
そして、ステップS6の判定において、接触位置(XF,YF)が原点O上であれば、両半導体基板は平行であり、ステップS9に進む。そして、荷重Fが、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとが貼り合わせされるのに十分な値を考慮して定められた下限値Bより大きいか否かを判断する(ステップS9)。下限値Bとしては、例えば、0.5[N]を設定することが好ましい。荷重Fが下限値Bより小さければ、ステップS1に戻る。一方、荷重Fが下限値Bより大きければ、この状態で貼り合わせを継続し、所定時間経過後、貼り合わせ加工を完了させる。If it is determined in step S6 that the contact position (X F , Y F ) is on the origin O, both semiconductor substrates are parallel, and the process proceeds to step S9. Then, it is determined whether or not the load F is larger than a lower limit B determined in consideration of a value sufficient for bonding the first semiconductor substrate Wu and the second semiconductor substrate Wd (step). S9). For example, 0.5 [N] is preferably set as the lower limit value B. If the load F is smaller than the lower limit B, the process returns to step S1. On the other hand, if the load F is larger than the lower limit B, the bonding is continued in this state, and the bonding process is completed after a predetermined time has elapsed.
以上詳述したように、本実施形態に係る半導体基板貼り合わせ装置1の制御装置90は、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとが互いに当接した際、第1駆動機構46、第2駆動機構48、及び移動機構52に生じる各反力を算出し、この各反力から算出した駆動量に基づき、第1及び第2駆動機構46,48を繰り返し駆動して、第1の半導体基板Wuに対する第2の半導体基板Wdの平行度が等しくなるように第2の基板保持テーブル36の傾斜を調整することができる。
As described above in detail, when the first semiconductor substrate Wu and the second semiconductor substrate Wd are in contact with each other, the
また、制御装置90は、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとの接触位置に作用する荷重Fと、第1駆動機構46及び第2駆動機構48に生じる各反力と、第1駆動機構46のX軸上の位置と第2駆動機構48のY軸上の位置とに基づき、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとの接触位置を算出し、接触位置が原点上でない場合、この接触位置を利用して、第2の半導体基板Wdが第1の半導体基板Wuと平行になるように、第1及び第2駆動機構46,48を繰り返し駆動するようになっている。これにより、制御装置90による、傾斜調整のための第1及び第2駆動機構46,48の制御が容易になる。
The
また、制御装置90は、第1の半導体基板Wuから第2の半導体基板Wdに作用する荷重が上限値を超える場合、チルトテーブル38を下降させて第2の基板保持テーブル36が第1の基板保持テーブル24から離れる方向に移動するように、移動機構52を駆動させるようになっている。このため、貼り合わせされる半導体基板同士に過度の力が加わって半導体基板が破損してしまうことを防止できる。
In addition, when the load acting on the second semiconductor substrate Wd from the first semiconductor substrate Wu exceeds the upper limit value, the
また、制御装置90は、半導体基板への荷重が下限値を超えていない場合、チルトテーブル38を上昇させて第2の基板保持テーブル36が第1の基板保持テーブル24に近づく方向に移動するように、移動機構52を駆動させるようになっている。このため、不十分な力での半導体基板の貼り合わせを避けることができる。
Further, when the load on the semiconductor substrate does not exceed the lower limit value, the
また、ステージ装置34は、第1駆動機構46、第2駆動機構48、及び移動機構52が流体圧、例えば、空気圧を利用した駆動機構であり、この流体圧の変化に基づいて反力を制御装置90で算出するようになっている。このため、微小な変化が検出しやすい流体圧の変化に基づいて微妙な傾斜を検出でき、高度な傾斜調整を行うことができる。
The
また、第2の基板保持テーブル36を第1及び第2駆動機構46,48で各軸回りに傾動させるための二つの軸は、第2の基板保持テーブル36の平面視における保持中心である原点を通り且つ原点を中心として0度及び180度を除く角度、例えば略90度で互いに交差している。このため、第2の基板保持テーブルを各軸回りに傾動させるための第1及び第2駆動機構46,48がそれぞれ独立して作動することができ、第2の基板保持テーブル36(つまり第2の半導体基板Wd)を水平面に対して様々な傾斜角度へ傾斜させることができる。しかも、このような第2の半導体基板Wdの三次元的な傾斜角度調整を簡単な構造で実現させることが可能となる。
Further, the two axes for tilting the second substrate holding table 36 around the respective axes by the first and
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第1駆動機構46、第2駆動機構48及び移動機構52で生じる各反力に基づいて、第1の半導体基板Wuと第2の半導体基板Wdとの接触位置を算出していたが、この接触位置を算出できるようであれば、反力以外の力成分を用いて接触位置を算出してもよい。また、上記実施形態では、第2の半導体基板Wdに作用する荷重を算出して接触位置を算出していたが、上部ステージ20側に第1の半導体基板Wuに作用する外力を検出する検出部を設け、第1の半導体基板Wuに作用する荷重を算出して接触位置を算出するようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the contact position between the first semiconductor substrate Wu and the second semiconductor substrate Wd is calculated based on the reaction forces generated by the
また、上記実施形態では、移動機構52に対する反力を算出するにあたり、図5に示すように、圧力計52dをパイプP86に設ける構成としたが、移動機構52に対する反力が算出できれば、他の部分に圧力計52dを設ける構成としてもよい。また、第1駆動機構46及び第2駆動機構48に対する反力を算出するにあたり、図6等に示すように、圧力計をパイプP68,P70等に設ける構成としたが、第1駆動機構46及び第2駆動機構48に対する反力が算出できれば、他の部分に圧力計を設ける構成としてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、第1駆動機構46、第2駆動機構48、及び移動機構52は空気圧を使った駆動機構とし、空気圧の変動により反力を検出する構成としたが、これらを油圧など他の流体を使った駆動機構とし、その流体圧の変動により反力を検出する構成としてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、下部ステージ30に保持される第2の半導体基板Wdを上昇させて上部ステージ20に保持される第1の半導体基板Wuに当接させていたが、上部ステージ20に別の移動機構を設けて上部ステージ20に保持される第1の半導体基板Wuを下降させて下部ステージ30に保持される第2の半導体基板Wdに当接させるようにしてもよい。この場合でも、反力に基づく高度な傾斜調整が可能である。
In the above embodiment, the second semiconductor substrate Wd held on the
また、上記実施形態において、チルトテーブル38の側面38cの作動部60が設けられた位置と反対側の位置に、該作動部の重量と等しい重量を有する錘を設け、側面38cの作動部62が設けられた位置の反対側の位置に、該作動部の重量と等しい重量を有する錘を設けることができる。この場合、チルトテーブル38のX軸方向及びY軸方向の重さのつり合いが保たれる。これにより、第1駆動機構46の各ベローズアクチュエータ68,70の各ベローズ68a、70a及び第2駆動機構48の各ベローズアクチュエータ74,76の各ベローズがそれぞれ無負荷な状態におかれたとき、チルトテーブル38がいずれかの方向に傾くことなく、チルトテーブル38の姿勢を、該チルトテーブルの載置面38aが水平になる姿勢に保持することができる。従って、例えば各ベローズアクチュエータ68,70,74,76への空気の供給量を調整することによりチルトテーブル38の傾きを調節する場合に比べて、チルトテーブル38の姿勢を前記初期姿勢に容易に戻すことができる。
In the above embodiment, a weight having a weight equal to the weight of the operating portion is provided at a position opposite to the position where the operating
Claims (18)
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とを相対的に移動させる駆動部と、
前記駆動部の作動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とが一部で互いに接触したときに前記駆動部に生じる反力に基づいて、前記第2の半導体基板に対して前記第1の半導体基板から作用する荷重の重心位置が前記第2の半導体基板を保持する保持中心である原点に近づくように前記駆動部の作動制御を行うことで、前記第1の半導体基板及び前記第2の半導体基板における前記一部以外の非接触部分が互いに近接するように前記駆動部の作動制御を行う、半導体基板貼り合わせ装置。 A semiconductor substrate bonding apparatus for bonding a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate to each other,
A drive unit for relatively moving the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate;
A control unit for controlling the operation of the drive unit,
The control unit is configured to apply the first to the second semiconductor substrate based on a reaction force generated in the driving unit when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate partially contact each other . by the center of gravity of the load acting from the first semiconductor substrate to perform operation control of the driving unit so as to approach the origin as a holding center for holding the second semiconductor substrate, said first semiconductor substrate and the first A semiconductor substrate bonding apparatus that performs operation control of the drive unit so that non-contact parts other than the part of the two semiconductor substrates are close to each other.
前記第2の半導体基板を前記第1の半導体基板に対向するように保持するための第2の基板保持テーブルとを備え、
前記駆動部は、
前記第2の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに前記第2の基板保持テーブルを傾動させる第1駆動機構と、
前記一方の軸とは異なる他方の軸の周りに前記第2の基板保持テーブルを傾動させる第2駆動機構とを有し、
前記制御部は、前記第1の基板保持テーブルに保持された前記第1の半導体基板が前記第2の基板保持テーブルに保持された前記第2の半導体基板に接触したときに、前記第1駆動機構および前記第2駆動機構にそれぞれ生じる反力に基づいて、前記第1駆動機構および前記第2駆動機構の作動制御を行う請求項1または2に記載の半導体基板貼り合わせ装置。 A first substrate holding table for holding the first semiconductor substrate;
A second substrate holding table for holding the second semiconductor substrate so as to face the first semiconductor substrate;
The drive unit is
A first drive mechanism that tilts the second substrate holding table around one of two axes that intersect each other in plan view of the second substrate holding table;
A second drive mechanism for tilting the second substrate holding table around the other axis different from the one axis;
The controller drives the first drive when the first semiconductor substrate held by the first substrate holding table comes into contact with the second semiconductor substrate held by the second substrate holding table. The semiconductor substrate bonding apparatus according to claim 1, wherein operation control of the first drive mechanism and the second drive mechanism is performed based on reaction forces generated in the mechanism and the second drive mechanism, respectively.
前記制御部は、前記流体圧の変化に基づいて前記各反力を算出する請求項3から7のいずれか一項に記載の半導体基板貼り合わせ装置。 The first drive mechanism and the second drive mechanism are drive mechanisms using fluid pressure,
The semiconductor substrate bonding apparatus according to claim 3, wherein the control unit calculates each reaction force based on a change in the fluid pressure.
前記制御部は、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とが互いに当接した際、前記移動機構に生じる反力と、前記第1駆動機構及び前記第2駆動機構に生じる反力と、前記第1駆動機構及び前記第2駆動機構によって前記第2の基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて、前記重心位置を算出する請求項6に記載の半導体基板貼り合わせ装置。 The driving unit includes a moving mechanism that moves the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate in a relatively approaching direction and a separating direction.
The control unit includes a reaction force generated in the moving mechanism and a reaction force generated in the first drive mechanism and the second drive mechanism when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate contact each other. The semiconductor substrate bonding apparatus according to claim 6, wherein the center-of-gravity position is calculated based on a position where the second substrate holding table is tilted by the first driving mechanism and the second driving mechanism.
前記制御部は、前記流体圧の変化に基づいて前記移動機構に生じる前記反力を算出する請求項9に記載の半導体基板貼り合わせ装置。 The moving mechanism is a driving mechanism using fluid pressure,
The semiconductor substrate bonding apparatus according to claim 9, wherein the control unit calculates the reaction force generated in the moving mechanism based on a change in the fluid pressure.
前記第1の半導体基板を保持するための第1の基板保持テーブルと、
前記第2の半導体基板を前記第1の半導体基板に対向するように保持するための第2の基板保持テーブルと、
前記第2の基板保持テーブルを前記第1の基板保持テーブルに対して相対的に移動させる駆動部と、
前記駆動部の作動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とが互いに接触したときに、前記第2の半導体基板に対して前記第1の半導体基板から作用する荷重の重心位置を算出し、前記重心位置が前記第2の基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点に近づくように前記駆動部の作動制御を行う、半導体基板貼り合わせ装置。 A semiconductor substrate bonding apparatus for bonding a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate to each other,
A first substrate holding table for holding the first semiconductor substrate;
A second substrate holding table for holding the second semiconductor substrate so as to face the first semiconductor substrate;
A drive unit that moves the second substrate holding table relative to the first substrate holding table;
A control unit for controlling the operation of the drive unit,
The control unit calculates a gravity center position of a load acting on the second semiconductor substrate from the first semiconductor substrate when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are in contact with each other. Then, the semiconductor substrate bonding apparatus performs operation control of the drive unit so that the position of the center of gravity approaches an origin that is a holding center in plan view of the second substrate holding table.
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とを相対的に移動させる駆動部と、A drive unit for relatively moving the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate;
前記駆動部の作動を制御する制御部と、A control unit for controlling the operation of the drive unit;
前記第1の半導体基板を保持するための第1の基板保持テーブルと、A first substrate holding table for holding the first semiconductor substrate;
前記第2の半導体基板を前記第1の半導体基板に対向するように保持するための第2の基板保持テーブルとを備え、A second substrate holding table for holding the second semiconductor substrate so as to face the first semiconductor substrate;
前記駆動部は、前記第2の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに前記第2の基板保持テーブルを傾動させる第1駆動機構と、前記一方の軸とは異なる他方の軸の周りに前記第2の基板保持テーブルを傾動させる第2駆動機構とを有し、The drive unit includes a first drive mechanism that tilts the second substrate holding table around one of two axes that intersect each other in plan view of the second substrate holding table, and the one shaft A second drive mechanism for tilting the second substrate holding table around the other axis different from
前記制御部は、前記第1の基板保持テーブルに保持された前記第1の半導体基板と前記第2の基板保持テーブルに保持された前記第2の半導体基板とが一部で互いに接触したときに前記第1駆動機構および前記第2駆動機構それぞれに生じる反力に基づいて、前記第1の半導体基板及び前記第2の半導体基板における前記一部以外の非接触部分が互いに近接するように前記第1駆動機構および前記第2駆動機構の作動制御を行う、半導体基板貼り合わせ装置。When the first semiconductor substrate held by the first substrate holding table and the second semiconductor substrate held by the second substrate holding table partially contact each other, the control unit Based on the reaction force generated in each of the first drive mechanism and the second drive mechanism, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate in the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate so that non-contact parts other than the part are close to each other. A semiconductor substrate bonding apparatus that performs operation control of one drive mechanism and the second drive mechanism.
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とを互いに相対的に駆動部により移動させる移動工程と、
前記移動工程により前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とが互いに一部で接触したときに駆動部に生じる反力を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出された前記反力に基づいて、前記第1の半導体基板及び前記第2の半導体基板における前記一部以外の非接触部分が互いに近接するように前記駆動部を制御する制御工程と、を含み、
前記制御工程において、前記第2の半導体基板に対して前記第1の半導体基板から作用する荷重の重心位置が前記第2の半導体基板を保持する保持中心である原点に近づくように前記駆動部の作動制御を行う、半導体基板貼り合わせ方法。 A semiconductor substrate bonding method for bonding a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate together,
A moving step of moving the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate relative to each other by a driving unit;
A calculating step of calculating a reaction force generated in the drive unit when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are partially in contact with each other by the moving step;
Based on the reaction force calculated by the calculating step, said first semiconductor substrate and the control step of the non-contact portion other than said portion of said second semiconductor substrate to control the driving unit so as to close to each other and, only including,
In the control step, the position of the center of gravity of the load acting on the second semiconductor substrate from the first semiconductor substrate approaches the origin that is a holding center for holding the second semiconductor substrate. A semiconductor substrate bonding method for performing operation control .
前記制御工程では、前記重心位置が前記原点に近づくように前記駆動部の作動制御を行う請求項15または16に記載の半導体基板貼り合わせ方法。 In the calculating step, a center of gravity position of the load is calculated based on the reaction force,
Wherein in the control step, the semiconductor substrate bonding method according to claim 15 or 16 wherein the center of gravity controls the operation of the driving unit so as to approach the origin.
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とを互いに相対的に駆動部により移動させる移動工程と、A moving step of moving the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate relative to each other by a driving unit;
前記移動工程により前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とが互いに一部で接触したときに駆動部に生じる反力を算出する算出工程と、A calculating step of calculating a reaction force generated in the drive unit when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are partially in contact with each other by the moving step;
前記算出工程で算出された前記反力に基づいて、前記第1の半導体基板及び前記第2の半導体基板における前記一部以外の非接触部分が互いに近接するように前記駆動部を制御する制御工程と、を含み、A control step of controlling the drive unit based on the reaction force calculated in the calculation step so that non-contact portions other than the portion of the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are close to each other. And including
前記駆動部は、前記第2の半導体基板を保持する第2の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに前記第2の基板保持テーブルを傾動させる第1駆動機構と、前記一方の軸とは異なる他方の軸の周りに前記第2の基板保持テーブルを傾動させる第2駆動機構とを有しており、The driving unit tilts the second substrate holding table around one of two axes that intersect each other in a plan view of the second substrate holding table that holds the second semiconductor substrate. A drive mechanism and a second drive mechanism for tilting the second substrate holding table around the other axis different from the one axis;
前記制御工程において、第1の基板保持テーブルに保持された前記第1の半導体基板が前記第2の基板保持テーブルに保持された前記第2の半導体基板に接触したときに前記第1駆動機構および前記第2駆動機構それぞれに生じる反力に基づいて、前記第1の半導体基板及び前記第2の半導体基板における前記一部以外の非接触部分が互いに近接するように前記第1駆動機構および前記第2駆動機構の作動制御を行う、半導体基板貼り合わせ方法。In the control step, when the first semiconductor substrate held on the first substrate holding table comes into contact with the second semiconductor substrate held on the second substrate holding table, the first driving mechanism and Based on the reaction force generated in each of the second driving mechanisms, the first driving mechanism and the first driving mechanism are arranged so that non-contact parts other than the part of the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are close to each other. 2. A semiconductor substrate bonding method for controlling the operation of a drive mechanism.
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