JP5630020B2 - 基板重ね合わせ装置および重ね合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合装置および接合方法に関する。

基板の接合装置において接合される基板は、互いに対向するステージに、直接にまたは基板保持部材を介して保持される。（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００９−０５９８６４号公報

基板接合装置においてステージに保持させる場合に、基板または基板保持部材は、これを支持する支持部材とステージとの間に一時的に挟まれて変形する場合がある。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、対向しつつ接近して個別に保持した一対の基板を接合する一対のステージと、基板を支持する複数の支持部材と、複数の支持部材を駆動して、基板の傾きを変化させながら、一対のステージの一方に基板を当接させ、当該ステージに基板を保持させる当接駆動部とを備える接合装置が提供される。

また、本発明の第二態様として、複数の支持部材に基板を支持させる段階と、当接駆動部により複数の支持部材を駆動して、基板の傾きを変化させながら、一対のステージの一方に基板を当接させ、当該ステージに基板を保持させる段階と、一対のステージを、互いに対向しつつ接近させて、個別に保持した一対の基板を接合する段階とを備える接合方法が提供される。

上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

接合装置１００の平面図である。 基板ホルダ２２０を見下ろした斜視図である。 基板ホルダ２２０を見上げた斜視図である。 アライナ１６０の縦断面図である。 アライナ１６０の動作を示す図である。 アライナ１６０の動作を示す図である。 加圧装置１３０の縦断面図である。 基板２１０の状態遷移を示す断面図である。 基板２１０の状態遷移を示す断面図である。 基板２１０の状態遷移を示す断面図である。 基板２１０の状態遷移を示す断面図である。 搭載部３１０の構造を示す縦断面図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。 搭載部３１０の動作を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定しない。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、一対の基板２１０を貼り合わせて積層基板２１２を製造する接合装置１００の全体的な構造を模式的に示す平面図である。接合装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に収容されたローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０、反転装置１５２およびアライナ１６０を備える。また、筐体１１０の外面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）２０１が装着される。

ＦＯＵＰ２０１は複数の基板２１０を収容して、筐体１１０に対して個別に取り外しできる。ＦＯＵＰ２０１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に装填できる。また、基板２１０を貼り合わせて作製した複数の積層基板２１２を、ＦＯＵＰ２０１に回収して一括して搬出できる。

なお、ここでいう基板２１０は、シリコン単結晶基板、化合物半導体基板等の半導体基板の他、ガラス基板等でもあり得る。また、貼り合わせに供される基板２１０は、複数の素子を含む場合がある。更に、貼り合わせに供される基板２１０の一方または両方それ自体が、既に積層して貼り合わされた積層基板２１２である場合もある。

筐体１１０は、ローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０およびアライナ１６０を気密に包囲する。これにより、接合装置１００における基板２１０の通過経路は清浄な環境に保たれる。また、筐体１１０内の空気を窒素等のパージガスと置換する場合もある。更に、筐体１１０の内部または内部の一部を排気して、真空環境で基板２１０を取り扱う場合もある。

ローダ１２０は、フォーク１２２、落下防止爪１２４およびフォールディングアーム１２６を有する。フォールディングアーム１２６の一端は、筐体１１０に対して回転自在に支持される。フォールディングアーム１２６の他端は、フォーク１２２および落下防止爪１２４を、垂直軸および水平軸の回りに回転自在に支持する。

フォーク１２２は、搭載した基板２１０または基板ホルダ２２０を吸着して保持する。これにより、ローダ１２０は、フォールディングアーム１２６の屈曲とフォーク１２２の回転とを組み合わせて、フォーク１２２に保持された基板２１０または基板ホルダ２２０を任意の位置に移動できる。

落下防止爪１２４は、フォーク１２２が反転して基板２１０または基板ホルダ２２０を下側に保持した場合に、フォーク１２２の下方に差し出される。これにより、基板２１０または基板ホルダ２２０が、筐体１１０内の床まで落下することを防止する。フォーク１２２が反転しない場合、落下防止爪１２４は、フォーク１２２上の基板２１０および基板ホルダ２２０と干渉しない位置まで退避する。

このようなローダ１２０は、ＦＯＵＰ２０１からプリアライナ１５０、プリアライナ１５０からアライナ１６０、アライナ１６０から加圧装置１３０へと基板２１０および基板ホルダ２２０を搬送できる。更に、ローダ１２０は、基板２１０を貼り合わせて形成された積層基板２１２をＦＯＵＰ２０１に搬送する。

ホルダストッカ１４０は、基板２１０を保持する基板ホルダ２２０を収容して待機させる。基板ホルダ２２０は、ローダ１２０により１枚ずつ取り出され、それぞれが基板２１０を一枚ずつ保持する。基板２１０を保持した基板ホルダ２２０は、接合装置１００の内部においては基板２１０と一体的に取り扱われる。これにより、薄く脆弱な基板２１０を保護して、接合装置１００の内部における基板２１０の取り扱いを容易にする。ただし、基板ホルダ２２０を用いることなく、基板２１０を直接に操作して積層基板２１２を製造することもできる。

なお、基板ホルダ２２０は、積層基板２１２が接合装置１００から搬出される場合に、積層基板２１２から分離されてホルダストッカ１４０に戻される。これにより、少なくとも接合装置１００が稼働している期間は、基板ホルダ２２０が接合装置１００の外部に取り出されることはない。

プリアライナ１５０は、位置合わせ精度よりも処理速度を重視した位置合わせ機構を有する。プリアライナ１５０は、例えば、ローダ１２０に対する基板２１０または基板ホルダ２２０の搭載位置のばらつきを、予め定められた範囲に収まるように調整する。これにより、後述するアライナ１６０における位置合わせに要する時間を短縮できる。なお、接合装置１００によっては、基板２１０を基板ホルダ２２０に対して位置合わせして保持させる作業をプリアライナ１５０において実行する場合もある。

プリアライナ１５０は、基板２１０の結晶配向方向をローダ１２０に対して一定の向きに揃える回転補正部を有してもよい。これにより、後述するアライナ１６０における調整量を減少させ、アライナ１６０における作業時間を短縮する。

反転装置１５２では、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を、表裏反転してローダに搭載させる。これにより、ローダ１２０は、後述するように下面に吸着プレート１９２を有する上ステージ１９０に、基板ホルダ２２０を保持させることができる。

アライナ１６０は、それぞれが基板ホルダ２２０に保持された一対の基板２１０を相互に位置合わせした後に重ね合わせる。アライナ１６０に求められる位置合わせ精度は高く、例えば、素子が形成された半導体基板を位置合わせする場合には、サブミクロンレベルの精度が求められる。アライナ１６０の構造および動作については後述する。

加圧装置１３０は、アライナ１６０において位置合わせされて重ね合わされた一対の基板２１０を加圧して、基板２１０どうしを接着させる。これにより基板２１０は恒久的に積層された積層基板２１２となる。加圧装置１３０の構造および動作については後述する。

図２は、基板ホルダ２２０を斜め上方から見下ろした斜視図である。基板ホルダ２２０は、保持面２２２、フランジ部２２４および貫通穴２２６を有する。

基板ホルダ２２０は、全体として円板状をなして、基板２１０を保持する平坦な保持面２２２を中央に有する。フランジ部２２４は、保持面２２２に隣接して、保持面２２２の周囲に配される。保持面２２２およびフランジ部２２４の間には段差２２３が形成され、保持面２２２は、フランジ部２２４に対して僅かに隆起する。

貫通穴２２６は、後述するリフトピンが挿通されるので、保持面２２２を避けてフランジ部２２４に三つ以上設けられる。フランジ部２２４の側周面には、基板ホルダ２２０の周囲を一周する溝２２１が形成される。溝２２１の用途については後述する。

図３は、基板ホルダ２２０を下方から見上げた斜視図である。基板ホルダ２２０の下面には、貫通穴２２６および給電用接点２２８が配される。フランジ部２２４の側周面に配された溝２２１はこの視点でも見える。

図示のように、貫通穴２２６の各々は基板ホルダ２２０の裏面まで貫通する。給電用接点２２８は、基板ホルダ２２０の下面と共通の面をなして、基板ホルダ２２０の内部に埋設された内部電極に接続される。これにより、給電用接点２２８を介して内部電極に電圧を印加することにより基板２１０を保持面２２２に静電吸着して保持できる。

なお、内部電極は、ひとつの基板ホルダ２２０に複数設けられる場合があり、給電用接点２２８も、内部電極に対応して複数設けられる場合がある。また、基板ホルダ２２０は、セラミックス、金属等の剛性の高い材料により一体成形されるが、少なくとも給電用接点２２８に対しては絶縁される。

図４は、アライナ１６０単独の構造と動作を示す模式的な縦断面図である。アライナ１６０は、枠体１６２と、枠体１６２の内側に配された駆動部１８０、下ステージ１７０および上ステージ１９０とを備える。

枠体１６２は、それぞれが水平で互いに平行な底板１６１および天板１６５と、底板１６１および天板１６５を結合する複数の支柱１６３とを有する。底板１６１、支柱１６３および天板１６５はそれぞれ高剛性な材料により形成され、アライナ１６０の動作に伴う反力が作用した場合も枠体１６２は変形しない。

底板１６１の上面には、駆動部１８０と、駆動部１８０に搭載された下ステージ１７０とが載置される。駆動部１８０は、底板１６１上に順次積層された、Ｘ方向駆動部１８２、Ｙ方向駆動部１８４、Ｚ方向駆動部１８６と、複数の垂直アクチュエータ１８８とを含む。

Ｘ方向駆動部１８２は、底板１６１上の案内レール１８１に案内されて、図中に矢印で示すＸ方向に下ステージ１７０を移動させる。Ｙ方向駆動部１８４は、Ｘ方向駆動部１８２上で、図中に矢印で示すＹ方向に下ステージ１７０を移動させる。Ｚ方向駆動部１８６は、Ｙ方向駆動部１８４上で、図中に矢印で示すＺ方向に下ステージ１７０全体を昇降させる。

垂直アクチュエータ１８８は、球面座１７４により揺動自在に支持された下ステージ１７０の縁部近傍を個別に昇降させて、下ステージ１７０を揺動させる。これにより、下ステージ１７０に搭載された基板２１０および基板ホルダ２２０を揺動させて、水平面に対する傾斜を変化させることができる。また、駆動部１８０および球面座１７４の機能を併せることにより、下ステージ１７０は、底板１６１に対して自由度６を有する。

下ステージ１７０は、既に記載した通り、球面座１７４により揺動自在に支持されると共に、顕微鏡１７１、吸着プレート１７２および反射鏡１７３を搭載する。顕微鏡１７１は、図中に点線で示すように、上方に視野を有して、上方に位置する対象物を観察できる。

吸着プレート１７２は、図示していない減圧源に結合された場合に、上面に搭載された基板ホルダ２２０を吸着して保持する。減圧源への結合が絶たれた場合、吸着プレート１７２は、保持していた基板ホルダ２２０を開放する。

反射鏡１７３は、図示していない干渉計の発生した光を反射して、下ステージ１７０の位置を検出する場合に利用される。更に、下ステージ１７０は、基板２１０および基板ホルダ２２０の搬入および搬出を助けるリフトピン３１２を備えるが、リフトピン３１２については後述する。

天板１６５の下面には、ハンガ１９４により、上ステージ１９０が下向きに懸下される。上ステージ１９０の上面と天板１６５との間には、上ステージ１９０が下から押し上げられた場合に、上ステージ１９０に印加された圧力を検出する複数のロードセル１９６が配される。

なお、図中では一対のロードセル１９６が描かれているが、ロードセル１９６は、例えば、上ステージ１９０と同軸の円の上に等間隔に配される。これにより、上ステージ１９０に不均一な圧力がかかった場合に、それを検出できる。

また、上ステージ１９０の下面には、吸着プレート１９２が配される。吸着プレート１９２は、図示していない減圧源に結合された場合に、下面に接した基板ホルダ２２０を吸着して保持する。減圧源への結合が絶たれた場合、吸着プレート１９２は、保持していた基板ホルダ２２０を開放する。

アライナ１６０において基板の位置合わせが開始される段階では、吸着プレート１７２、１９２のそれぞれに吸着された基板ホルダ２２０には、基板２１０がそれぞれ保持されている。これら基板２１０および基板ホルダ２２０は、下ステージ１７０および上ステージ１９０が互いにずれた位置にあって互いに対向していない状態で、下ステージ１７０および上ステージ１９０に装填される。

図５は、アライナ１６０の続く動作を説明する図である。まず、Ｘ方向駆動部１８２およびＹ方向駆動部１８４を動作させて、下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持させた一対の基板２１０を互いに概ね対向させる。この状態で、例えば、図示していないカメラ等で側方から観察しつつ垂直アクチュエータ１８８を個別に動作させて、下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持された一対の基板２１０の対向する面を互いに平行する。

次に、Ｘ方向駆動部１８２およびＹ方向駆動部１８４を動作させて、上ステージ１９０に保持された基板２１０のアライメントマークを顕微鏡１７１の視野に入れて観察する。これにより、当該基板２１０の位置を検知できる。下ステージ１７０に搭載された基板２１０の顕微鏡１７１に対する相対位置は既知なので、顕微鏡１７１による観察で、一対の基板２１０の相対位置ずれを知ることができる。

図６は、アライナ１６０の次の動作を示す図である。上記の通り、互いに平行であって、且つ、水平方向の位置ずれがなくなった一対の基板２１０は、垂直アクチュエータ１８８に比べて駆動力もストロークも大きいＺ方向駆動部１８６で下ステージ１７０を上昇させることにより、その一方を他方に当接させて仮接合できる。

仮接合された一対の基板２１０においては、基板２１０の各々の表面に形成された複数のパッドが相互に結合され、一対の基板２１０の両方を通じて一体的な回路が形成される。なお、一対の基板２１０を仮接合のために当接させる場合は、ロードセル１９６の検出値を監視して、過大な負荷、あるいは、局部的な負荷が基板２１０にかからないように管理することが好ましい。

図７は、加圧装置１３０の模式的な縦断面図である。加圧装置１３０は、筐体１３２の底部から順次積層された定盤１３８および加熱プレート１３６と、筐体１３２の天井面から垂下された圧下部１３４および加熱プレート１３６とを有する。加熱プレート１３６の各々はヒータを内蔵する。また、筐体１３２の側面のひとつには装入口１３１が設けられる。

加圧装置１３０には、既に位置合わせして重ね合わされた基板２１０が、基板ホルダ２２０および基板ホルダ２２０と共に搬入される。搬入された基板２１０および基板ホルダ２２０は、定盤１３８の加熱プレート１３６上面に載置される。

加圧装置１３０は、加熱プレート１３６を昇温すると共に、圧下部１３４を降下して上側の加熱プレート１３６を押し下げる。これにより、加熱プレート１３６の間に挟まれた基板２１０並びに基板ホルダ２２０および基板ホルダ２２０が加熱および加圧され、基板２１０は恒久的に接着される。

なお、図示は省いたが、加熱、加圧した後に、基板２１０を冷却する冷却部を加圧装置１３０に設けてもよい。これにより、室温までに至らなくても、ある程度冷却した基板２１０を搬出して、迅速にＦＯＵＰ２０１に戻すことができる。

また、加熱プレート１３６による加熱温度が高い場合は、基板２１０の表面が雰囲気と科学的に反応する場合がある。そこで、基板２１０を加熱加圧する場合は、筐体１３２の内部を排気して真空環境とすることが好ましい。このため、装入口１３１を気密に閉鎖する、開閉可能なシャッタを設けてもよい。更に、加熱プレート１３６を省略して、鏡面研磨された基板２１０を常温で接合させる場合もある。

図８、図９、図１０および図１１は、接合装置１００における基板２１０の状態の変遷を示す図である。以下、これらの図面を参照しつつ、接合装置１００の動作を説明する。

貼り合わせに供される基板２１０は、ＦＯＵＰ２０１に収容された状態で接合装置１００に装填される。接合装置１００においては、ローダ１２０が、ホルダストッカ１４０から搬出した基板ホルダ２２０を、プリアライナ１５０に載置する。

プリアライナ１５０において、基板ホルダ２２０は、まずローダ１２０に対する搭載位置を調整される。続いて、ローダ１２０は、プリアライナ１５０において定められた位置に基板ホルダ２２０を置く。これらの手順により、プリアライナ１５０における基板ホルダ２２０は、比較的高い精度で位置決めされる。

次に、ローダ１２０は、ＦＯＵＰ２０１から１枚ずつ搬出した基板２１０を、プリアライナ１５０に搬入する。プリアライナ１５０においては、基板２１０も、ローダ１２０に対する搭載位置を調整された上で、プリアライナ１５０内に載置された基板ホルダ２２０に搭載される。これにより、ローダ１２０は、比較的高い精度で、基板２１０を、基板ホルダ２２０に対して位置決めできる。

こうして、基板２１０は基板ホルダ２２０に対して比較的高精度に位置決めされ、基板ホルダ２２０はローダ１２０に比較的高精度に位置決めされる。よって、ローダ１２０は、同様に比較的高い位置精度で、基板２１０および基板ホルダ２２０をアライナ１６０に装填できる。

基板ホルダ２２０に載せられた基板２１０は、静電吸着等により、基板ホルダ２２０に保持され、以下の工程において、基板２１０および基板ホルダ２２０は一体的に取り扱われる。接合装置１００においては、上ステージ１９０および下ステージ１７０にそれぞれ基板２１０が装填されるので、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０は、少なくとも２つ用意される。

図８に示すように、アライナ１６０に装填された基板２１０および基板ホルダ２２０は、互いに対向して配される。即ち、アライナ１６０に搬入される２組の基板２１０および基板ホルダの少なくとも一方は、他方に対して反転された状態で装填される。この状態で、一対の基板は互いに高精度に位置合わせされる。

次に、図９に示すように、位置合わせされた一対の基板２１０は、アライナ１６０により相互に積層される。このとき、アライナ１６０は、一対の基板２１０を相互に押し付けて仮接合する。

そこで、図１０に示すように、基板ホルダ２２０の溝２２１にクリップ２３０を嵌めて、位置合わせされた状態が保存される。こうして、アライナ１６０による位置合わせが保存された一対の基板２１０および一対の基板ホルダは、ローダ１２０によりアライナ１６０から搬出され、加圧装置１３０に装填される。

加圧装置１３０は、仮接合された１対の基板２１０を挟んだ一対の基板ホルダ２２０の一方を他方に向かって圧下することにより、一対の基板２１０を強く圧迫して恒久的に接合させる。なお、加圧装置１３０は、加熱装置を備えて、基板２１０を加熱しつつ加圧する場合もある。

接合された一対の基板２１０は、基板ホルダ２２０から分離され、積層基板２１２としてＦＯＵＰ２０１に回収される。また、基板ホルダ２２０は、ホルダストッカ１４０に戻されて待機する。

図１２は、下ステージ１７０に配された搭載部３１０の構造を示す縦断面図である。搭載部３１０は、リフトピン３１２、連結部材３１４、垂直駆動部３１６およびブラケット３１８を含む。なお、以下の図において、図４から図６に示したアライナ１６０と共通の要素には、同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

リフトピン３１２は、下ステージ１７０を上下に貫通して、吸着プレート１７２の周囲に複数配される。リフトピン３１２の各々は、上端が下ステージ１７０上面から上方に突出する。

リフトピン３１２の下端は、下ステージ１７０の下方において、連結部材３１４により相互に連結される。これにより、複数のリフトピン３１２は、下ステージ１７０に対して一体的に昇降可能になる。また、リフトピン３１２は、下ステージ１７０から流体軸受け１７６を介して位置決めされる。これらにより、リフトピン３１２は、下ステージ１７０に対して円滑に昇降する。

リフトピン３１２の昇降は、連結部材３１４を下方から支持する垂直駆動部３１６により駆動される。垂直駆動部３１６は、ブラケット３１８を介して、下ステージ１７０の下面に結合される。よって、下ステージ１７０が駆動部１８０により移動、昇降または揺動した場合、リフトピン３１２も、下ステージ１７０と共に移動、昇降または揺動する。

また、垂直駆動部３１６が伸縮した場合、リフトピン３１２は下ステージ１７０に対して昇降する。これは、リフトピン３１２が、下ステージ１７０に対して、並進自由度１を有することを意味する。

なお、図中では一対のリフトピン３１２が描かれているが、リフトピン３１２は、例えば、下ステージ１７０と同軸の円の上に等間隔に３本配される。これにより、後述するように、基板ホルダ２２０をリフトピン３１２で支持できる。

下ステージ１７０を下方から支持する球面座１７４は、重量打ち消し部１８３により下方から支持される。重量打ち消し部１８３は、下ステージ１７０と、下ステージ１７０が支持する部材、即ち、顕微鏡１７１、吸着プレート１７２、反射鏡１７３、球面座１７４および搭載部３１０等が一体となった下ステージ組立体の重量を打ち消すべく、重力に相反する駆動力を発生する。これにより、下ステージ組立体の重力が見かけ上打ち消されるので、駆動部１８０は、慣性の影響を受けることなく、下ステージ１７０を精密に位置制御できる。

重量打ち消し部１８３は、下ステージ１７０組立体の重心付近に配されるので、多くの場合は下ステージ１７０の中心近くに配される。このため、リフトピン３１２を連結する連結部材３１４は、中心に位置する重量打ち消し部１８３を避けて、環状またはフォーク状の形状となる。

また、同様の理由により、垂直駆動部３１６は、重心をはずれた位置でリフトピン３１２および連結部材３１４に上昇または下降の駆動力を伝える。このため、リフトピン３１２には、重力方向からはずれた力が僅かに作用する。そこで、下ステージ１７０に対してリフトピン３１２の各々を位置決めする流体軸受け１７６の軸受けギャップを、垂直駆動部３１６から遠いリフトピン３１２ほど広くすることが好ましい。これにより、重力方向からはずれた駆動力が作用しても、リフトピン３１２は円滑に昇降する。

図１２は、搭載部３１０の構造と共に、その動作の最初の段階も示す。図示の状態では、下ステージ１７０は、駆動部１８０により、上ステージ１９０の下方からはずれた位置に移動している。これにより、下ステージ１７０の上方は広く空いている。垂直駆動部３１６は最も短縮した状態にあり、リフトピン３１２の上端は、吸着プレート１７２の上面よりも低くい位置まで降下している。

上記のような状態のアライナ１６０に対して、ローダ１２０のフォーク１２２に搭載された基板ホルダ２２０が搬入される。基板ホルダ２２０は、基板２１０を保持する。この基板ホルダ２２０は、反転装置１５２により表裏が反転され、下面に基板２１０を保持する。ローダ１２０は、このような基板ホルダ２２０を、吸着プレート１７２の上方まで搬送する。

なお、図中では、描画を簡明にする目的で、フォーク１２２が、基板２１０の径よりも狭い間隔で基板ホルダ２２０を支持している。しかしながら、基板２１０の表面には接合に係る素子が実装されている。よって、フォーク１２２は、フランジ部２２４において基板ホルダ２２０を支持することが好ましい。

図１３は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。図示のように、垂直駆動部３１６が伸長すると、リフトピン３１２が上昇して、基板ホルダ２２０に下方から当接する。更にリフトピン３１２が上昇すると、基板ホルダ２２０はフォーク１２２から離間して、リフトピン３１２により支持される。

図１４は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。基板２１０は、リフトピン３１２に支持されるので、基板ホルダ２２０の搬入におけるフォーク１２２の役割はいったん終了する。よって、フォーク１２２はアライナの１６０の外部に退出し、専らリフトピン３１２が基板ホルダ２２０を支持する。なお、リフトピン３１２も、フランジ部２２４において基板ホルダ２２０を支持する。

また、フォーク１２２が退避したので、基板ホルダ２２０を支持するリフトピン３１２を、図上で側方に移動させることができる。そこで、Ｘ方向駆動部１８２を動作させて、基板ホルダ２２０を、上ステージ１９０の吸着プレート１９２の下方に移動させる。

更に、基板ホルダ２２０が上ステージ１９０の下方に位置した状態で駆動部１８０の垂直アクチュエータ１８８を動作させることにより、基板ホルダ２２０を、上ステージ１９０の吸着プレート１９２の下面と平行にさせることができる。即ち、リフトピン３１２は、自由度６を有する下ステージ１７０と一体的に移動、昇降または揺動するので、駆動部１８０を用いてリフトピン３１２を移動または揺動させることができる。これにより、後述するように基板ホルダ２２０が吸着プレート１９２に当接した場合に、局部的に大きな衝撃または圧力が生じることを防止できる。

図１５は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。基板ホルダ２２０が吸着プレート１９２の下方に位置した状態で、垂直駆動部３１６を更に伸長させることにより、基板ホルダ２２０を、吸着プレート１９２に当接させることができる。更に、吸着プレート１９２を減圧源に結合することにより、基板ホルダ２２０を吸着プレート１９２に保持させることができる。こうして、基板ホルダ２２０は、上ステージ１９０に保持される。

なお、吸着プレート１９２の下面と基板ホルダ２２０の上面とが平行ではなかった場合は、吸着プレート１９２が減圧源に結合されても、基板ホルダ２２０を良好に吸着できない場合がある。しかしながら、互いに平行ではない基板ホルダ２２０および吸着プレート１９２が当接した場合は、複数のロードセル１９６相互で異なる圧力が検知される。

ロードセル１９６が異なる圧力を検知した場合は、吸着プレート１９２が基板ホルダ２２０を吸着する前に、検出結果に基づいて垂直アクチュエータ１８８を動作させて、下ステージ１７０と共にリフトピン３１２が支持する基板ホルダ２２０を揺動させて、吸着プレート１９２および基板ホルダ２２０を平行にできる。これにより、吸着プレート１９２は、基板ホルダ２２０を確実に吸着できる。

図１６は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。基板ホルダ２２０が上ステージ１９０の吸着プレート１９２に吸着されると、垂直駆動部３１６を短縮させて、リフトピン３１２を降下させる。これにより、基板ホルダ２２０は上ステージ１９０に残り、下ステージ１７０は、水平に移動できる状態になる。そこで、駆動部１８０を動作させて、下ステージ１７０を、再び、上方が開放された初期位置に戻すことができる。

図１７は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。初期位置に戻った下ステージ１７０に対して、再びローダ１２０が、フォーク１２２に搭載した基板ホルダ２２０を搬入する。搬入される基板ホルダ２２０は、下ステージ１７０の吸着プレート１７２上に搭載されるべく、上面に基板２１０を保持して、下ステージ１７０の上方に搬送される。

図１８は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。ローダ１２０により差し出された基板ホルダ２２０に対して、垂直駆動部３１６を伸長させることによりリフトピン３１２を下方から当接させる。これにより、基板ホルダ２２０は、フォーク１２２から持ち上げられ、ローダ１２０は基板ホルダ２２０から開放される。

図１９は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。基板ホルダ２２０の支持から開放されたローダ１２０のフォーク１２２は、基板ホルダ２２０および吸着プレート１７２の間から退避する。これにより、基板ホルダ２２０は、吸着プレート１７２の直上に、リフトピン３１２により支持される。

図２０は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。ここで、垂直駆動部３１６を短縮させることにより、リフトピン３１２を降下させる。これにより、基板ホルダ２２０も降下して、やがて吸着プレート１７２の上面に当接する。ここで、吸着プレート１７２を減圧源に結合することにより、基板ホルダ２２０は下ステージ１７０に保持される。リフトピン３１２は更に降下して、基板ホルダ２２０の下面から離間する。

図２１は、搭載部３１０の次の動作を示す図である。基板ホルダ２２０を保持した下ステージ１７０は、上ステージ１９０の下方まで、駆動部１８０に搬送される。これにより、図５に示したように、アライナ１６０において対向する一対の基板２１０が下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持された状態となる。よって、既に説明した通り、一対の基板２１０の位置合わせと接合を実行できる。

なお、上記実施形態では、下ステージ１７０に対してリフトピン３１２を進退させる垂直駆動部３１６を設けた。しかしながら、リフトピン３１２を下ステージ１７０に対して固定する一方、吸着プレート１７２を下ステージ１７０に対して昇降させる構造としても同様の機能を実現できる。この形態では、Ｚ方向駆動部１８６を用いて、リフトピン３１２に支持された基板ホルダ２２０を上ステージに当接させることができる。

また、上記実施形態では、各々が予め基板２１０を搭載した基板ホルダ２２０を下ステージ１７０または上ステージ１９０に搭載した。しかしながら、個別の基板ホルダ２２０および基板２１０を、下ステージ１７０および上ステージ１９０に順次搭載してもよい。ただし、その場合は、基板ホルダ２２０と別に基板２１０を操作する基板用のリフトピンを設けることができる。

更に、上記実施形態では、先に上ステージ１９０に基板ホルダ２２０および基板２１０を保持させた。しかしながら、先に下ステージ１７０に基板ホルダ２２０を搭載してもよい。ただし、その場合は、下ステージ１７０上の基板ホルダ２２０を貫通してリフトピンを突出させることになる。よって、当初は、基板ホルダ２２０を下ステージ１７０に搭載し、次いで、上ステージ１９０に基板ホルダ２２０および基板２１０を保持させ、最後に下ステージ１７０上の基板ホルダ２２０に基板２１０を保持させる手順となる。

更に、上記の例では、複数のリフトピン３１２を連結部材３１４で相互に連結して、単一の垂直駆動部３１６により一体的に昇降する構造とした。しかしながら、複数のリフトピン３１２を駆動する構造はこれに限られるわけではない。例えば、互いに独立して昇降可能な複数のリフトピン３１２のそれぞれに垂直駆動部を設けて、複数のリフトピン３１２を個別に昇降させてもよい。

このような構造を有する接合装置１００では、下ステージ１７０を移動、昇降または揺動させる場合に、X方向駆動部１８２、Y方向駆動部１８４、Z方向駆動部１８６および垂直アクチュエータ１８８等の駆動に同期させて、垂直駆動部に複数のリフトピン３１２の各々を駆動させることができる。また、リフトピン３１２が基板ホルダ２２０に当接する場合に、複数のリフトピン３１２の当接のタイミングが相互にずれて、一時的に片当りが生じることがある。このような場合に、複数のリフトピン３１２の当接のタイミングを個別に補正して、片当りを防止することができる。

また更に、上記の例では、接合装置１００に搬入された基板２１０はまず基板ホルダ２２０に保持され、以後は基板２１０および基板ホルダ２２０を一体的に取り扱う構造とした。しかしながら、接合装置１００内における基板２１０取り扱いの一部または全部を、基板ホルダ２２０なしに、基板２１０を直接に取り扱う構造としてもよい。

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。

なお、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の動作および方法における手順、ステップおよび段階等の実行順序は、「より前に」、「先立って」等と明示している場合、あるいは、前段の出力を後段で用いる場合を除いて任意の順序で実現し得る。特許請求の範囲、明細書および図面において便宜上「まず」、「次に」等を用いていたとしても、この順序による実行が必須であることを意味するとは限らない。

１００ 接合装置、１１０、１３２ 筐体、１２０ ローダ、１２２ フォーク、１２４ 落下防止爪、１２６ フォールディングアーム、１３０ 加圧装置、１３１ 装入口、１３４ 圧下部、１３６ 加熱プレート、１３８ 定盤、１４０ ホルダストッカ、１５０ プリアライナ、１５２ 反転装置、１６０ アライナ、１６１ 底板、１６２ 枠体、１６３ 支柱、１６５ 天板、１７０ 下ステージ、１７１ 顕微鏡、１７２、１９２ 吸着プレート、１７３ 反射鏡、１７４ 球面座、１８０ 駆動部、１８１ 案内レール、１８２ Ｘ方向駆動部、１８３ 重量打ち消し部、１８４ Ｙ方向駆動部、１８６ Ｚ方向駆動部、１８８ 垂直アクチュエータ、１９０ 上ステージ、１９４ ハンガ、１９６ ロードセル、２０１ ＦＯＵＰ、２１０ 基板、２１２ 積層基板、２２０ 基板ホルダ、２２１ 溝、２２２ 保持面、２２３ 段差、２２４ フランジ部、２２６ 貫通穴、２２８ 給電用接点、２３０ クリップ、３１０ 搭載部、３１２ リフトピン、３１４ 連結部材、３１６ 垂直駆動部、３１８ ブラケット

Claims (16)

1. 第１半導体基板と第２半導体基板とを互いに重ね合せる基板重ね合わせ装置であって、
   前記第１半導体基板を保持する第１ステージと、
   前記第２半導体基板を保持し、前記第２半導体基板を前記第１半導体基板に重ね合わせるべく前記第１ステージに対して相対的に移動する第２ステージと、
   前記第１半導体基板および前記第２半導体基板をそれぞれ前記第１ステージと前記第２ステージとの間に搬入する搬送部と、
   搬入された前記第１半導体基板を支持し、前記第１半導体基板を前記第１ステージに保持すべく変位可能な支持部と、
   を備え、
   前記第１半導体基板が前記第１ステージに平行になるように前記第１半導体基板の傾きを変化させて、前記支持部の変位により前記第１半導体基板が前記第１ステージに当接したときの衝撃が抑制されるように前記第１半導体基板が前記第１ステージに保持されることを特徴とする基板重ね合わせ装置。
2. 前記搬送部は、前記第１半導体基板および前記第２半導体基板をそれぞれ前記支持部に搬入し、
   前記支持部は、前記第２ステージの保持面から突出して配置される複数の支持部材を有し、前記複数の支持部材のそれぞれの突出量を変化させることにより前記第１半導体基板の傾きを変化させる請求項１に記載の基板重ね合わせ装置。
3. 前記複数の支持部材は、個別に設けられた駆動部により個別に突出量が変化する請求項２に記載の基板重ね合わせ装置。
4. 前記複数の支持部材の各々は、流体軸受けを介して前記第２ステージに対して位置決めされている請求項３に記載の基板重ね合わせ装置。
5. 前記支持部は、前記第２ステージの保持面から突出して配置され、一体的に連結された複数の支持部材を有し、前記支持部全体の重心からはずれた位置で一体的に駆動する駆動部を備える請求項１に記載の基板重ね合わせ装置。
6. 前記複数の支持部材の各々は、前記駆動部から遠くに配置されるほど、より広い軸受けギャップを有する流体軸受けを介して前記第２ステージに対して位置決めされる請求項５に記載の基板重ね合わせ装置。
7. 前記第１半導体基板が前記第１ステージに当接したときの荷重を検出する荷重検出部を備え、
   前記支持部は、前記荷重検出部の検出に基づいて前記第１半導体基板の傾きを変化させる請求項１から６のいずれか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
8. 前記第２ステージの傾きを変化させる傾動駆動部を更に備え、
   前記支持部は、前記第２ステージと共に傾きを変えることにより、前記第１半導体基板の傾きを変化させる請求項１から６のいずれか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
9. 前記第１ステージおよび前記第２ステージの相対的な傾きを検出する検出部を備え、
   前記傾動駆動部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記第２ステージの傾きを変化させる請求項８に記載の基板重ね合わせ装置。
10. 前記第１ステージが前記第１半導体基板を保持し、前記第２ステージが前記第２半導体基板を保持している場合において、前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を互いに重ね合わせるべく、前記第２ステージを前記第１ステージに接近させ、
    前記支持部が前記第１半導体基板を支持している場合において、前記第１半導体基板を前記第１ステージに保持させるべく、前記第２ステージと共に前記支持部を前記第１ステージに向けて変位する
    駆動部を更に備える請求項１から９のいずれか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
11. 前記支持部は、前記第１半導体基板を保持した状態の基板ホルダを支持することにより前記第１半導体基板を支持し、前記基板ホルダを前記第１ステージに保持させることにより前記第１半導体基板を前記第１ステージに保持させる請求項１から１０のいずれか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
12. 前記支持部は、前記基板ホルダが前記第１ステージに平行になるように変位する請求項１１に記載の基板重ね合わせ装置。
13. 第１半導体基板と第２半導体基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ方法であって、
    前記第１半導体基板を保持するための第１ステージと前記第２半導体基板を保持するための第２ステージとの間に前記第１半導体基板を搬入する第１搬入工程と、
    前記第１半導体基板が前記第１ステージに当接する衝撃を抑制しつつ、前記第１ステージに前記第１半導体基板を保持する第１保持工程と、
    前記第２半導体基板を前記第２ステージに搬入する第２搬入工程と、
    前記第２ステージに前記第２半導体基板を保持する第２保持工程と、
    前記第１ステージおよび前記第２ステージを互いに近接させて、前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を互いに重ね合わせる重ね合わせ工程と
    を含む重ね合わせ方法。
14. 前記第１保持工程は、前記第１半導体基板を前記第１ステージに当接させる前に、前記第１半導体基板の傾きを変化させて、前記第１半導体基板を前記第１ステージに平行にする段階を含む請求項１３に記載の重ね合わせ方法。
15. 前記第１保持工程は、前記第２ステージの保持面から突出して配置される複数の支持部材に前記第１半導体基板を支持し、前記複数の支持部材のそれぞれの突出量を変化させることにより前記第１半導体基板の傾きを変化させる段階を含む請求項１４に記載の重ね合わせ方法。
16. 前記第１保持工程は、前記複数の支持部材をそれぞれ個別に変位させる段階を含む請求項１５に記載の重ね合わせ方法。

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