5754261 基板貼り合わせ装置、基板貼り合わせ方法および積層半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5754261

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】基板貼り合わせ装置、基板貼り合わせ方法および積層半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20150709BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20150709BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 N

   H01L21/02 B

   B23K20/00 340

【請求項の数】22

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2011-139885(P2011-139885)

(22)【出願日】2011年6月23日

(65)【公開番号】特開2013-8804(P2013-8804A)

(43)【公開日】2013年1月10日

【審査請求日】2014年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】鬼頭 義昭

(72)【発明者】

【氏名】白数 廣

(72)【発明者】

【氏名】倉田 尚彦

【審査官】 牧 初

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−６６２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８８３２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６７−２１／６８７

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基板を互いに位置決めする位置決め部と、
前記位置決め部により位置決めされた前記複数の基板を接合する複数の接合部と、
前記位置決め部により位置決めされた前記複数の基板を前記複数の接合部に搬送する搬送部と、
前記複数の接合部のうち前記位置決め部により位置決めされる前記複数の基板が搬送される接合部を特定する特定部と
を備え、
前記位置決め部は、前記特定部により特定された前記接合部における接合過程で前記複数の基板間に生じる位置ずれ量に対応して位置決めする基板貼り合わせ装置。

【請求項2】

前記位置決め部は、前記位置ずれ量を補正量として加算して位置決めする請求項１に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項3】

前記位置決め部は、
前記複数の基板に設けられた指標の位置を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記指標の前記複数の基板間の相対位置を算出する算出部と
を有し、前記算出部で算出した相対位置に前記位置ずれ量を前記補正量として加算する請求項２に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項4】

前記検出部は、複数の前記指標の位置を検出し、
前記算出部は、前記検出部で検出した位置情報に基づいて、複数の前記指標の位置を統計的に算出し、算出した位置に基づいて前記複数の基板間の複数の前記指標の相対位置を算出する請求項３に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項5】

前記位置決め部は、前記位置ずれ量が予め定められた量を超えたときに、前記位置ずれ量に対応して位置決めする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項6】

前記位置決め部は、少なくとも前記予め定められた量から超えた量を補正値として前記複数の基板の位置決めを行う請求項５に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項7】

前記予め定められた量は、前記複数の基板のそれぞれに設けられ前記複数の基板間で接続される端子の電気的導通が可能な量である請求項５または６に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項8】

前記位置ずれ量は、前記複数の接合部での加熱によって前記複数の基板に生じるずれ量を含む請求項１から７のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項9】

前記位置ずれ量は、前記複数の接合部での加圧によって前記複数の基板に生じるずれ量を含む請求項１から８のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項10】

前記位置決め部は、前記位置ずれ量に基づいて、前記複数の基板の少なくとも一つを補正すべく変形させる変形部を有する請求項１から９のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項11】

前記変形部は、前記位置ずれ量の非線形成分を補正する請求項１０に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項12】

前記複数の接合部のそれぞれの前記位置ずれ量を示すデータを格納する格納部を備え、前記位置決め部は前記格納部から前記位置ずれ量を取得する請求項１から１１のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項13】

前記複数の接合部のそれぞれの前記位置ずれ量を入力する入力手段を有する請求項１から１１のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項14】

前記位置ずれ量を検出する検出部を備え、前記位置決め部は前記検出部で検出された前記位置ずれ量に基づいて位置決めする請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項15】

前記基板を保持し、前記搬送部により前記基板と共に前記接合部に搬送される基板保持部材を備え、前記位置ずれ量は、前記接合部内での接合過程において前記基板保持部材に起因するずれ量を含む請求項１から１４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項16】

複数の前記基板保持部材を備え、
前記特定部は、前記複数の基板保持部材と前記複数の接合部との組み合わせのうち、前記位置ずれ量が予め定められた値以下になる組み合わせを特定する請求項１５に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項17】

前記特定部は、特定した前記接合部への搬入が可能となる前に、他の接合部の搬入が可能になった場合、前記他の接合部に対応した位置ずれ量を示すデータを出力し、前記位置決め部は、前記他の接合部の前記位置ずれ量に対応して前記複数の基板を位置決めする請求項１から１６のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項18】

前記位置決め部は、前記特定部により特定された前記接合部の前記位置ずれ量に対応して前記複数の基板を位置決めした後、前記他の接合部の前記位置ずれ量を取得した場合、前記複数の基板を前記位置決め部から排出し、前記他の接合部に対応した位置ずれ量に対応して他の複数の基板を位置決めする請求項１７に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項19】

前記位置決め部は、前記複数の基板を位置決めした後重ね合わせ、前記搬送部は、前記位置決め部によって重ね合わされた前記複数の基板を重ね合わされた状態で前記接合部に搬送し、前記位置決め部は、前記複数の基板を重ね合わせてから前記複数の接合部のいずれかに搬入されるまでの時間を予め定められた時間内とすべく、前記複数の基板の重ね合わせを開始する請求項１から１８のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項20】

前記位置決め部は、前記複数の基板の位置決めが終了した後、前記特定部による前記接合部の特定がなされるまでの時間が予め定められた時間を超えた場合、位置決めのキャリブレーション動作を実行する請求項１から１９のいずれか１項に記載の基板貼り合わせ装置。

【請求項21】

複数の基板を位置決め部により互いに位置決めする位置決めステップと、
前記位置決め部により位置決めされた前記複数の基板を複数の接合部のいずれかで接合する接合ステップと、
前記位置決め部により位置決めされた前記複数の基板を前記複数の接合部のいずれかに搬送する搬送ステップと、
前記複数の接合部のうち前記位置決め部により位置決めされる前記複数の基板が搬送される接合部を特定する特定ステップとを有し、
前記位置決めステップでは、前記特定ステップで特定された前記接合部における接合過程で前記複数の基板間に生じる位置ずれ量に対応して位置決めする基板貼り合わせ方法。

【請求項22】

請求項２１に記載の基板貼り合わせ方法を用いて前記複数の基板を貼り合わせる貼り合わせステップと、
貼り合わせた前記複数の基板を複数の積層半導体装置に個片化する段階とを有する積層半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板貼り合わせ装置、基板貼り合わせ方法および積層半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の基板を積層して貼り合わせた積層型半導体装置がある（特許文献１参照）。基板を貼り合わせる場合は、半導体装置の線幅レベルの精度で基板を位置決めする。
［特許文献１］特開２００５−２５１９７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

貼り合わせる基板を高精度に位置決めしても、接合する過程でずれる場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第一態様として、複数の基板を互いに位置決めする位置決め部と、位置決め部により位置決めされた複数の基板を接合する複数の接合部と、位置決め部により位置決めされた複数の基板を複数の接合部に搬送する搬送部と、複数の接合部のうち位置決め部により位置決めされる複数の基板が搬送される接合部を特定する特定部とを備え、位置決め部は、特定部により特定された接合部における接合過程で基板間に生じる位置ずれ量に対応して位置決めする基板貼り合わせ装置が提供される。

【0005】

本発明の第二態様として、複数の基板を位置決め部により互いに位置決めする位置決めステップと、位置決め部により位置決めされた複数の基板を複数の接合部のいずれかで接合する接合ステップと、位置決め部により位置決めされた複数の基板を複数の接合部のいずれかに搬送する搬送ステップと、複数の接合部のうち位置決め部により位置決めされる複数の基板が搬送される接合部を特定する特定ステップとを有し、位置決めステップでは、特定ステップで特定された接合部における接合過程で基板間に生じる位置ずれ量に対応して位置決めする基板貼り合わせ方法が提供される。

【0006】

本発明の第三態様として、上記の基板貼り合わせ方法を用いて複数の基板を貼り合わせる貼り合わせステップと、貼り合わせた複数の基板を複数の積層半導体装置に個片化する段階とを有する積層半導体装置の製造方法が提供される。

【0007】

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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】基板貼り合わせ装置１００の模式的平面図である。

【図2】基板ホルダ１５０の斜視図である。

【図3】基板ホルダ１５０の斜視図である。

【図4】位置決め部１７０の模式的断面図である。

【図5】位置決め部１７０の模式的断面図である。

【図6】基板１２１の模式的斜視図である。

【図7】接合部の模式的断面図である。

【図8】基板１２１の状態遷移を示す断面図である。

【図9】基板１２１の状態遷移を示す断面図である。

【図10】基板１２１の状態遷移を示す断面図である。

【図11】基板１２１の状態遷移を示す断面図である。

【図12】修正部２８０の模式的断面図である。

【図13】修正部２８０の模式的断面図である。

【図14】修正部２８０の模式的断面図である。

【図15】支持プレート２６０の平面図である。

【図16】総合制御部１１０の一部を示すブロック図である。

【図17】総合制御部１１０の制御手順を示す流れ図である。

【図18】特定部１１８の処理手順を示す流れ図である。

【図19】総合制御部１１０の制御手順を示す流れ図である。

【図20】基板貼り合わせ装置１０１の模式的平面図である。

【図21】位置決め制御部１１２および搬送制御部１１６のブロック図である。

【図22】位置決め部１７０の動作手順を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。また、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。

【0010】

図１は、基板貼り合わせ装置１００の模式的平面図である。基板貼り合わせ装置１００は、共通のカバー１０６の内部に形成された常温部１０２および高温部１０４を含む。基板貼り合わせ装置１００においては、複数の基板１２１を貼り合わせて積層基板１２３とする。

【0011】

なお、基板貼り合わせ装置１００において貼り合わされる基板１２１は、シリコン単結晶ウエハ、化合物半導体ウエハ等の半導体ウエハの他、ガラス基板等でもあり得る。また、貼り合わされる基板１２１の少なくとも一方は複数の素子を含む場合がある。更に、貼り合わされる基板１２１の一方または両方は、それ自体が既にウエハを重ね合わせて製造された積層基板１２３である場合がある。

【0012】

基板貼り合わせ装置１００において、常温部１０２は、カバー１０６の一端面に、総合制御部１１０および複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）１２０を備える。基板１２１は、複数のＦＯＵＰ１２０のうちの少なくともひとつに収容した状態で基板貼り合わせ装置１００に装填される。

【0013】

基板貼り合わせ装置１００において製造された積層基板１２３は、他のＦＯＵＰ１２０に収容して基板貼り合わせ装置１００から搬出される。このように、ＦＯＵＰ１２０を用いることにより、複数の基板１２１を一括して基板貼り合わせ装置１００に装填し、且つ、複数の積層基板１２３を一括して基板貼り合わせ装置１００から搬出できる。

【0014】

常温部１０２には、ローダ１３２、１３４、１３６、プリアライナ１４０、待機部１６０、位置決め部１７０、修正部２８０およびホルダストッカ２９０が配される。常温部１０２の内部は、基板貼り合わせ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。これにより、位置決め部１７０の動作精度が安定するので、基板１２１を重ね合わせる場合の位置決め精度が向上される。

【0015】

ＦＯＵＰ１２０に面して配されたローダ１３２は、貼り合わせる基板１２１をＦＯＵＰ１２０から搬出する。また、ローダ１３２は、ＦＯＵＰ１２０に対して、製造した積層基板１２３を搬入する。このように、ローダ１３２は、基板１２１または積層基板１２３を直接に搬送する。

【0016】

ローダ１３２によりＦＯＵＰ１２０から搬出された基板１２１は、プリアライナ１４０において基板ホルダ１５０に搭載される。基板ホルダ１５０は、ホルダストッカ２９０から、ローダ１３４、１３６によりプリアライナ１４０まで搬送される。

【0017】

基板ホルダ１５０は、剛性が高く、耐熱性を有する材料で形成され、平坦な保持面を有する。また、基板ホルダ１５０は、静電チャック等の基板保持機能を有し、基板１２１または積層基板１２３を保持する。これにより、基板１２１または積層基板１２３を、基板ホルダ１５０と一体的に取り扱うことができる。

【0018】

基板１２１の多くは薄く脆い材料で形成されるので、強度および剛性の高い基板ホルダ１５０と一体的に取り扱うことにより操作が容易になる。なお、基板ホルダ１５０の材料としては、アルミナ等のセラミックスを好適な材料として例示できる。

【0019】

プリアライナ１４０においては、基板ホルダ１５０に対する基板１２１の簡単な位置合わせも実行される。これにより、基板１２１の基板ホルダ１５０に対する搭載位置および搭載方向が一定になり、後述する位置決め部１７０における位置決めの負担が軽減される。

【0020】

プリアライナ１４０において基板ホルダ１５０に搭載された基板１２１は、位置決め部１７０に沿って配されたローダ１３４により、基板ホルダ１５０と共に搬送され、位置決め部１７０に搬入される。

【0021】

位置決め部１７０は、枠体２１０の内側に配された固定ステージ２５０および微動ステージ２３０を有する。固定ステージ２５０は枠体２１０に対して固定され、下向きに基板ホルダ１５０および基板１２１を保持する。微動ステージ２３０は、基板ホルダ１５０および基板１２１を搭載して、位置決め部１７０の内部で、固定ステージ２５０に対して相対移動する。

【0022】

枠体２１０の外面は壁材２１２により閉鎖され、周囲からの輻射熱が位置決め部１７０に及ぼす影響を絶っている。壁材２１２の内側には干渉計２２２が配され、微動ステージ２３０に搭載された反射鏡２２４を利用して、微動ステージ２３０の位置を高精度に測定する。これにより、微動ステージ２３０に搭載された基板１２１を、固定ステージ２５０に保持された基板１２１に対して高精度に位置決めできる。

【0023】

位置決め部１７０において重ね合わせされた基板１２１は、ローダ１３４により重ね合わせ装置から搬出され、ローダ１３６によりロードロック１９１に搬入される。ロードロック１９１に搬入された基板１２１は、次に説明する高温部１０４において処理される。

【0024】

ローダ１３６の近傍にはホルダストッカ２９０が配される。ホルダストッカ２９０は、複数の基板ホルダ１５０を収容する。また、ホルダストッカ２９０は、基板ホルダ１５０を冷却する機能を有する場合もある。

【0025】

高温部１０４は、断熱壁１０８に包囲され、高い内部温度を維持すると共に、外部への熱輻射を遮断している。高温部１０４は、ロードロック１９１、接合部１９０およびローダ１３８を備える。ロードロック１９１は、交互に開閉するシャッタ１９３、１９５を有し、高温部１０４の高温雰囲気が常温部１０２に漏洩することを防止する。

【0026】

ロードロック１９１に搬入された基板１２１は、複数ある接合部１９０のいずれかにローダ１３８により搬入される。接合部１９０は、位置決めされた基板１２１を加圧することにより恒久的に貼り合わせる。こうして、基板１２１は積層基板１２３となる。

【0027】

積層基板１２３は、基板ホルダ１５０と共に接合部１９０から搬出され、ローダ１３８により高温部１０４側からロードロック１９１に搬入される。更に、積層基板１２３および基板ホルダ１５０は、ローダ１３６によりロードロック１９１から搬出される。その後、積層基板１２３は、ローダ１３４、１３２に受け渡されてＦＯＵＰ１２０に回収される。

【0028】

基板ホルダ１５０は、ホルダストッカ２９０に戻され、他の基板１２１を貼り合わせる場合に再使用される。なお、ホルダストッカ２９０の上部には、基板１２１の反り等を修正する修正部２８０が配される。修正部２８０は、貼り合わせる基板１２１の状態に応じて使用される場合がある。

【0029】

上記のような基板貼り合わせ装置１００において、総合制御部１１０は、ローダ１３２、１３４、１３６、１３８、プリアライナ１４０、位置決め部１７０、接合部１９０、修正部２８０等の各部の動作を個別に制御すると共に、ある要素に関する情報に基づいて他の要素を制御することにより、基板貼り合わせ装置１００全体の動作を包括的に制御する。

【0030】

また、総合制御部１１０は、基板貼り合わせ装置１００の電源投入、各種設定、情報等を入力する場合にユーザが外部から操作する操作部、ユーザに対して情報を伝える表示部等を含む。更に、総合制御部１１０は、付加的に配備された他の機器と接続する接続部を含む場合もある。

【0031】

図２は、下向きの基板ホルダ１５０を見上げた様子を示す斜視図である。基板ホルダ１５０は、保持する基板１２１に接する円形の載置面１５６を有する円板状の部材であり、アルミナセラミックス等の硬い材料で形成される。また、基板ホルダ１５０は、埋設された電極に電圧を印加した場合に載置面１５６に基板１２１を静電吸着する静電チャック１５８を有する。

【0032】

更に、基板ホルダ１５０は、側周に沿って配された複数の永久磁石１５２を備える。永久磁石１５２は、それぞれ載置面１５６の外側において、基板ホルダ１５０の縁部に対して固定される。

【0033】

図３は、上向きの他の基板ホルダ１５０を見下ろした様子を示す斜視図である。この基板ホルダ１５０も、載置面１５６および静電チャック１５８を有する点では、図２に示した基板ホルダ１５０と同じ形状および構造を有する。

【0034】

図３に示した基板ホルダ１５０は、永久磁石１５２に換えて、磁性体板１５４を有する。磁性体板１５４は、永久磁石１５２に対応して配される。また、磁性体板１５４の各々は、載置面１５６の法線方向に変位可能に、基板ホルダ１５０に対して弾性的に取り付けられる。これにより、図２に示した基板ホルダ１５０と図３に示した基板ホルダ１５０とを向かい合わせて重ねた場合、永久磁石１５２が磁性体板１５４を吸着して、一対の基板ホルダ１５０の面方向の相対位置を自律的に維持する。

【0035】

なお、上記のように、永久磁石１５２または磁性体板１５４の少なくとも一方は、基板ホルダ１５０の本体に対して弾性的に固定されている。よって、重ね合わせた基板ホルダ１５０の間にスペーサを挟むことにより、重ね合わせた一対の基板ホルダ１５０の間に間隙を維持したまま、基板ホルダ１５０相互の相対位置を固定することもできる。

【0036】

図４は、位置決め部１７０の模式的縦断面図である。位置決め部１７０は、枠体２１０と、枠体２１０の内側に配された移動ステージ部２４０および固定ステージ２５０を有する。

【0037】

固定ステージ２５０は、枠体２１０の天井面から、複数のロードセル２５４を介して下向きに懸架される。固定ステージ２５０は、静電チャック２５２を備える。これにより、固定ステージ２５０は、貼り合わせに供する基板１２１の一方を保持した基板ホルダ１５０を下面に吸着して保持する。

【0038】

図示の例では、図２に示した、永久磁石１５２を装着された基板ホルダ１５０が固定ステージ２５０に保持される。ロードセル２５４は、固定ステージ２５０に対して下方から上方に向かってかかる負荷を検出する。

【0039】

枠体２１０の天井面には、固定ステージ２５０の側方に、下向きの顕微鏡２５１が配される。顕微鏡２５１は、後述する微動ステージ２３０に保持された基板１２１の表面を観察する。なお、顕微鏡２５１は枠体２１０に固定されているので、顕微鏡２５１と固定ステージ２５０の相対位置は変化しない。

【0040】

移動ステージ部２４０は、移動定盤２４２、粗動ステージ２４４、重力打ち消し部２４６、球面座２４８および微動ステージ２３０を含む。移動定盤２４２は、粗動ステージ２４４、重力打ち消し部２４６および微動ステージ２３０を搭載して、枠体２１０の内部底面に固定されたガイドレール２４１に沿って移動する。移動定盤２４２の移動により、移動ステージ部２４０は、固定ステージ２５０の直下と、固定ステージ２５０の直下からはずれた位置との間を移動する。

【0041】

粗動ステージ２４４は、図中に矢印で示すＸ方向成分およびＹ方向成分を含む水平方向に、移動定盤２４２に対して移動する。移動定盤２４２に対して相対移動する場合、微動ステージ２３０も粗動ステージ２４４につれ従って移動する。

【0042】

重力打ち消し部２４６は、微動ステージ２３０の微細な変位を検知しつつ伸縮して、微動ステージ２３０の見かけの重量を小さくする。これにより、微動ステージ２３０を変位させるアクチュエータの負荷を軽減して位置の制御精度を向上させる。

【0043】

微動ステージ２３０は、保持部２２０を有し、貼り合わせに供する基板１２１を保持した基板ホルダ１５０を保持する。基板１２１の位置決め動作において、微動ステージ２３０は、当初、粗動ステージ２４４の移動に連れ従って移動する。次の段階で、微動ステージ２３０は粗動ステージ２４４に対して変位する。微動ステージ２３０の粗動ステージ２４４に対する変位は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の全てに対する並進および回転を含む。

【0044】

また、微動ステージ２３０は、側方に固定された顕微鏡２３１を有する。顕微鏡２３１は微動ステージ２３０に対して固定されているので、微動ステージ２３０および顕微鏡２３１の相対位置は変化しない。顕微鏡２３１は、固定ステージ２５０に保持された基板１２１の表面を観察する。

【0045】

図５は、位置決め部１７０の模式的断面図である。図４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。

【0046】

図示の位置決め部１７０においては、移動ステージ部２４０がガイドレール２４１に沿って移動し、それぞれが基板ホルダ１５０および基板１２１を保持した微動ステージ２３０および固定ステージ２５０が互いに対向した状態になる。更に、保持した一対の基板を位置決めした上で微動ステージ２３０を上昇させ、一対の基板１２１は互いに接近する。

【0047】

接近した一対の基板１２１が当接した場合、少なくとも一方の基板１２１に形成されたはんだバンプ等を介して、基板１２１上のパッドが相互に電気的に結合される。このように、一対の基板１２１上の素子を相互に結合して、積層基板１２３を形成できる。換言すれば、積層基板１２３を形成する場合には、パッド、パンプ等の位置が一致するように、位置決め部１７０において一対の基板１２１相互の位置決めが実行される。

【0048】

ただし、一対の基板１２１は、最終的に、接合部１９０において接合される。よって、位置決め部１７０においては、基板１２１が相互に位置決めされた状態で固定される。この場合、位置決めされた基板１２１は、互いに当接してもよいし、当接することなく位置決めされた状態を固定されてもよい。

【0049】

図６は、互いに対向して接合に供される一対の基板１２１の概念的な斜視図である。基板１２１は、ノッチ１２４により一部が欠けた円板型の形状を有して、表面にそれぞれ複数の素子領域１２６およびアライメントマーク１２８を有する。

【0050】

ノッチ１２４は、基板１２１の結晶配向性等に対応して形成される。よって、基板１２１を取り扱う場合には、ノッチ１２４を指標として基板１２１の方向が判る。

【0051】

基板１２１の表面には、複数の素子領域１２６が周期的に配される。素子領域１２６の各々には、フォトリソグラフィ技術等により基板１２１を加工して形成された半導体装置が実装される。また、素子領域１２６の各々には、基板１２１を他の基板１２１に貼り合わせた場合に接続端子となるパッド等も含まれる。

【0052】

なお、複数の素子領域１２６相互の間には、素子、回路等の機能的要素が配されていないブランク領域がある。ブランク領域には、基板１２１を素子領域１２６毎に切り分ける場合に切断するスクライブライン１２２が配される。

【0053】

更に、スクライブライン１２２上には、基板１２１を位置決めする場合の指標となるアライメントマーク１２８が配される。スクライブライン１２２は、基板１２１を切断してダイに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１２８を設けることにより、基板１２１の実効的な面積が圧迫されることはない。

【0054】

なお、図中では素子領域１２６およびアライメントマーク１２８を大きく描いているが、例えば直径３００ｍｍの基板１２１に形成される素子領域１２６の数は数百以上にも及ぶ場合がある。また、素子領域１２６に形成された配線パターン等をアライメントマーク１２８として利用する場合もある。

【0055】

貼り合わせる一対の基板１２１を位置決め部１７０において位置決めする場合、顕微鏡２３１、２５１により対向する基板１２１のアライメントマーク１２８を観察して、基板１２１相互の相対位置を計測する。更に、計測した相対位置のずれを解消すべく微動ステージ２３０を移動させることにより、基板１２１は位置を合わせることができる。

【0056】

しかしながら、たとえ同じ装置で同じマスクを用いて作製された基板１２１であっても、フォトリソグラフィ過程における温度等の環境条件の相違等により、基板１２１上に形成された素子領域１２６の形成倍率が異なる場合がある。また、素子領域１２６の形成過程で基板１２１が厚さ方向に変形している場合がある。

【0057】

このような場合は、基板１２１の相対位置を如何様に調整しても、予め定められた位置決め精度が得られない。そこで、アライメントマーク１２８の位置検出等により基板１２１の倍率、形状等に位置決め精度を低下させる要素がある場合は、修正部２８０を用いて厚さ方向に変形させることにより基板１２１を修正する。

【0058】

なお、上記のような位置決め部１７０は、検査装置としても用いることができる。即ち、既に貼り合わされた積層基板１２３においても、基板１２１の材料を透過する帯域の赤外線で積層基板を照明することにより、顕微鏡２３１、２５１でアライメントマーク１２８のずれを観察できる。これにより、当該積層基板１２３における位置決め精度を評価できる。

【0059】

図７は、修正部２８０の模式的断面図である。修正部２８０は、修正制御部１１１、ベースプレート１８３および支持プレート２６０を備える。ベースプレート１８３は、可動連結部２７０およびアクチュエータ２７２並びに固定連結部２７４により、支持プレート２６０と複数箇所で結合される。

【0060】

アクチュエータ２７２は、個別に伸縮して、可動連結部２７０を昇降させる。アクチュエータ２７２としては、熱を生じることなく動作する圧電アクチュエータ、エアアクチュエータ等を用いることができる。固定連結部２７４は、ベースプレート１８３および支持プレート２６０の中央にそれぞれ直結され、ベースプレート１８３および支持プレート２６０の間隔を一定に維持する。

【0061】

なお、可動連結部２７０および固定連結部２７４のそれぞれは、アクチュエータ２７２の伸縮方向、即ち、鉛直方向の変位は効率よく支持プレート２６０に伝達する。これにより、アクチュエータ２７２のいずれかが動作した場合、支持プレート２６０の該当個所は昇降方向に変位する。

【0062】

ただし、ベースプレート１８３に対する支持プレート２６０の傾きが変化する変位については、可動連結部２７０および固定連結部２７４の首振り動作によりアクチュエータ２７２に伝達されない。よって、アクチュエータ２７２が動作して伸縮した場合、支持プレート２６０の各部は、ベースプレート１８３に対して専ら直交する方向に変位して変形する。

【0063】

また、支持プレート２６０は、吸引孔２６２、枠部２６４および支持突起２６６を含むピンチャック部２６８を有する。吸引孔２６２は、支持プレート２６０の上面において、枠部２６４の内側全体に多数分布し、支持突起２６６の間にそれぞれが開口する。吸引孔２６２のそれぞれは、バルブ１８１を通じて負圧源に結合される。

【0064】

支持プレート２６０の枠部２６４は、支持プレート２６０が支持する基板ホルダ１５０の周縁部に沿って環状に形成される。よって、支持プレート２６０上に基板ホルダ１５０を載置した状態でバルブ１８１が解放された場合、基板ホルダ１５０および支持プレート２６０の間が減圧され、基板ホルダ１５０は支持プレート２６０に吸着される。

【0065】

支持突起２６６は、支持プレート２６０の上面において、枠部２６４に包囲された領域の内側に配される。支持突起２６６の各々の頂面の高さは、枠部２６４の高さと等しい。よって、支持プレート２６０が平坦な状態で枠部２６４および支持突起２６６の上に載置された基板ホルダ１５０は平坦になる。

【0066】

修正制御部１１１は、バルブ１８１の開閉およびアクチュエータ２７２の個々の動作を制御する。即ち、修正制御部１１１は、バルブ１８１を開閉することにより、基板ホルダ１５０を支持プレート２６０に吸着または解放させることができる。また、修正制御部１１１は、アクチュエータ２７２を個々に伸縮させることにより、支持プレート２６０を部分的に昇降させることができる。

【0067】

基板ホルダ１５０は、既に説明した通り、静電チャック１５８を有して、基板１２１を吸着する。基板１２１を吸着した基板ホルダ１５０が支持プレート２６０の上面に載置された場合、修正制御部１１１は、基板ホルダ１５０の静電チャック１５８への給電をいったん停止する。これにより、基板１２１は、基板ホルダ１５０の上に吸着されることなく載せられた状態になる。

【0068】

次いで、修正制御部１１１は、バルブ１８１を解放して負圧源に連通させ、吸引孔２６２に負圧を生じさせる。これにより、基板ホルダ１５０は、平坦な状態の支持プレート２６０に吸着されて、支持プレート２６０と一体になる。

【0069】

図８は、修正部２８０の模式的断面図であり、アクチュエータ２７２の一部が動作した状態を示す。図７と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

【0070】

図中に矢印ｄで示すように、図示の例では、左から２本目のアクチュエータ２７２が縮んで可動連結部２７０を引き下げ、支持プレート２６０を部分的に降下させている。また、図中に矢印ｕで示すように、右から２本目のアクチュエータ２７２が伸びて可動連結部２７０を押し上げ、支持プレート２６０を部分的に上昇させている。このような支持プレート２６０の部分的な昇降により、支持プレート２６０は変形する。

【0071】

支持プレート２６０は、吸引孔２６２に生じた負圧により基板ホルダ１５０を吸着して基板ホルダ１５０と一体化している。よって、支持プレート２６０が上記のように変形した場合、基板ホルダ１５０も支持プレート２６０に連れ従って共に変形する。

【0072】

ただし、この段階では、基板ホルダ１５０の静電チャック１５８は作動しておらず、基板ホルダ１５０は基板１２１を吸着していない。よって、変形した基板ホルダ１５０上に載置された基板１２１は、基板ホルダ１５０の上面に載っているに過ぎず、部分的に離間している場合もある。

【0073】

このように、基板１２１の補正におけるひとつの段階においては、基板１２１を吸着していない状態で、支持プレート２６０および基板ホルダ１５０を、初期状態よりも変形量が大きい状態まで変形させる。基板ホルダ１５０の初期状態とは、例えば、基板ホルダ１５０が平坦な状態を指す。

【0074】

図９は、修正部２８０の模式的断面図であり、図８に示した状態の次の段階を示す。図７および図８と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

【0075】

図示の状態では、修正制御部１１１が静電チャック１５８に電圧を印加させる。これにより、基板１２１は、既に支持プレート２６０と共に変形している基板ホルダ１５０に吸着され、基板１２１、基板ホルダ１５０および支持プレート２６０が一体化する。

【0076】

この状態でアクチュエータ２７２を動作させることにより、支持プレート２６０および基板ホルダ１５０を通じて、基板１２１の変形を解消または減少させることができる。即ち、図９に示した段階で、一体化した支持プレート２６０および基板ホルダ１５０を、基板１２１の変形に倣うように変形させる。次に、その状態でアクチュエータ２７２を動作させて支持プレート２６０を平坦な状態に戻すことにより、基板ホルダ１５０および基板１２１も平坦な状態になる。

【0077】

このように、基板１２１の補正における他のひとつの段階においては、基板１２１を吸着した状態で、基板ホルダ１５０の変形量を初期状態に近づけるべく支持プレート２６０を変形させる。よって、支持プレート２６０の変形は、基板１２１を保持した後に、いわば初期状態に向かって戻される。これにより、基板１２１は、基板ホルダ１５０の変形状態から初期状態への変形に従って変形することにより補正される。このように、支持プレート２６０は、基板１２１を吸着保持する基板ホルダ１５０を変形させることにより、基板１２１の様々な変形を修正する場合に用いることができる。

【0078】

上記の例では、支持プレート２６０が、基板ホルダ１５０を吸着支持し、基板ホルダ１５０と共に基板１２１を変形させる場合について例示した。しかしながら、支持プレート２６０は、基板１２１を直接に吸着支持して変形させることもできる。よって、基板ホルダ１５０を用いない場合でも、支持プレート２６０を用いることができる。

【0079】

このように、修正部２８０を用いることにより、基板１２１の各部に個別に力を作用させて部分的に変形させることができる。これにより、基板１２１における形成倍率を全体にまたは部分的に変化させること、基板１２１の変形を部分的に修正すること等ができる。よって、例えば、処理の対象となる基板１２１の変形に倣った変形を基板ホルダ１５０に与えた上で基板１２１を吸着させてから基板ホルダ１５０の変形を解放すると、基板１２１を平坦化できる。

【0080】

なお、上記の例では、アクチュエータ２７２により支持プレート２６０を平坦な状態に戻したが、ピンチャック部２６８による基板ホルダ１５０の保持を解除しても、基板１２１を平坦な状態に近づけることができる。即ち、図９に示した段階で一体化した基板１２１、基板ホルダ１５０および支持プレート２６０において、ピンチャック部２６８による基板ホルダ１５０の吸着を解放すると、基板ホルダ１５０は、それ自体の弾性により、いわば逆変形して当初の平坦な状態に近づく。

【0081】

基板１２１よりも遥かに厚い基板ホルダ１５０は、基板１２１よりも高い曲げ剛性を有する。また、基板ホルダ１５０は、基板１２１の下面全体を載置面１５６に吸着している。よって、基板ホルダ１５０が逆変形する場合、基板１２１も基板ホルダ１５０の逆変形に連れ従って変形する。

【0082】

この場合、基板ホルダ１５０が変形を解放される段階では、静電チャック１５８による基板１２１の吸着が継続しており、基板ホルダ１５０は、基板１２１を吸着したまま共に逆変形する。逆変形する基板ホルダ１５０が生じる復元力は、基板ホルダ１５０の曲げ剛性に基板１２１の曲げ剛性を加味したものに対して作用する。よって、支持プレート２６０の曲げ剛性は、基板１２１および基板ホルダ１５０のそれぞれの曲げ剛性よりも大きく、且つ、基板１２１の曲げ剛性と基板ホルダ１５０の曲げ剛性とを合わせた曲げ剛性よりも大きい曲げ剛性を有することが望ましい。

【0083】

このため、支持プレート２６０による基板ホルダ１５０の変形が解除されたからといって、基板ホルダ１５０が変形前と同じように平坦に戻るわけではない。しかしながら、基板ホルダ１５０から基板１２１に対しては平坦に戻そうとする力が不断に作用するので、基板１２１を平坦化する場合にかける力を軽減できる。

【0084】

このように、修正部２８０は、他の基板１２１に接合される基板１２１を基板ホルダ１５０と共に保持する支持プレート２６０と、保持した基板１２１の面方向と交差する方向に支持プレート２６０を変形させることにより基板１２１を変形させて、保持した基板１２１と他の基板１２１とのずれを補正するアクチュエータ２７２とを備える。

【0085】

よって、保持した基板１２１を上記のように面方向に交差する方向に変形させることにより、当該基板１２１と接合される他の基板１２１とのずれを補正する補正段階を実行できる。即ち、一対の基板１２１を位置決めした場合に、位置決め後に閾値以上の位置ずれが残る場合に、上記修正部２８０を用いて支持プレート２６０、基板ホルダ１５０および基板１２１を変形させて、残ったずれを打ち消すことができる。

【0086】

なお、支持プレート２６０は、予め定められた曲率で湾曲した湾曲部を有してもよい。この場合、アクチュエータ２７２は、支持プレート２６０の曲率が変化するように支持プレート２６０を変形させる。また、複数のアクチュエータ２７２により領域毎に変形させる修正部２８０の機能を、基板ホルダ１５０に設けてもよい。これにより、既存の設備において基板１２１の補正を実行することもできる。

【0087】

図１０は、修正部２８０の支持プレート２６０における可動連結部２７０および固定連結部２７４の配置の一例を示す平面図である。支持プレート２６０の表面において、枠部２６４の内側には、多数の支持突起２６６が配される。支持突起２６６の間には、図示の縮尺では見えない微細な吸引孔２６２が多数配される。よって、支持プレート２６０上に載置した基板ホルダ１５０には、全体に均一な吸引力を作用させることができる。

【0088】

固定連結部２７４は、支持プレート２６０の中央に配される。既に説明した通り、固定連結部２７４は、ベースプレート１８３および支持プレート２６０の双方に対して固定される。よって、支持プレート２６０の中央は、面方向についても、面方向と直交する方向についても、ベースプレート１８３に対して固定される。

【0089】

可動連結部２７０は、上記固定連結部２７４を始点として、隣接する可動連結部２７０に対して互いに等間隔に、二次元的に配される。図示の例では、可動連結部２７０は、支持プレート２６０表面を平面充填する正三角形の頂点に配される。換言すれば、可動連結部２７０は、支持プレート２６０表面を平面充填してハニカム構造を形成する正六角形の頂点と中心に配される。

【0090】

これにより、アクチュエータ２７２により昇降された可動連結部２７０は、支持プレート２６０の各領域を個別に昇降させることができる。よって、支持プレート２６０に吸着させた基板ホルダ１５０の各領域も個別に変形させることができる。更に、可動連結部２７０の一部を、支持プレート２６０上の基板ホルダ１５０において基板１２１が保持される領域の外側まで配することにより、基板ホルダ１５０を外縁部まで変形させることができる。

【0091】

なお、支持プレート２６０内周側の円Ａ上に配された可動連結部２７０が全周にわたって等間隔に配されているのに対して、外周側の円Ｂ上に配された可動連結部２７０およびアクチュエータ２７２では間隔が開いている箇所が周期的に存在する。しかしながら、このような配列の可動連結部２７０を有する支持プレート２６０でも、基板ホルダ１５０および基板１２１を変形させる場合の制御性は殆ど低下しなかった。

【0092】

なお、修正部２８０の支持プレート２６０を変位させる可動連結部２７０の配置は、上記の例に限られない。例えば、可動連結部を複数の同心円上に配置する場合に、当該複数の同心円がいずれも基板１２１の径の内側あるいは外側になる配置としてもよい。また、可動連結部２７０の数を増加または低減してもよい。

【0093】

図１１は、接合部１９０の模式的断面図である。接合部１９０は、筐体１９２の底部から順次貼り合わされた定盤１９８およびヒートプレート１９６と、筐体１９２の天井面から垂下された圧下部１９４およびヒートプレート１９６とを有する。ヒートプレート１９６の各々はヒータを内蔵する。また、筐体１９２の側面のひとつには搬入口１９９が設けられる。

【0094】

接合部１９０には、既に位置決めして重ね合わされた基板１２１と、基板１２１を挟む一対の基板ホルダ１５０が搬入される。搬入された基板ホルダ１５０および基板１２１は、定盤１９８のヒートプレート１９６上面に載置される。

【0095】

接合部１９０は、まず、ヒートプレート１９６を昇温させると共に、圧下部１９４を降下させて上側のヒートプレート１９６を押し下げる。これにより、ヒートプレート１９６の間に挟まれた基板ホルダ１５０および基板１２１が加熱および加圧されて接合され、基板１２１は積層基板１２３となる。製造された積層基板１２３は、ローダ１３８により接合部１９０から搬出される。

【0096】

なお、上記のような用途に鑑みて、基板ホルダ１５０には、接合部１９０における加熱および加圧を繰り返し受けても劣化しない強度と耐熱性が求められる。また、ヒートプレート１９６による加熱温度が高い場合は、基板１２１の表面が雰囲気と化学的に反応する場合がある。そこで、基板１２１を加熱加圧する場合は、筐体１９２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、搬入口１９９を気密に閉鎖する開閉可能な扉を設けてもよい。

【0097】

更に、接合部１９０には、加熱、加圧した後の積層基板１２３を冷却する冷却部を設けてもよい。これにより、室温までに至らなくても、ある程度冷却した積層基板１２３を搬出して、迅速にＦＯＵＰ１２０に戻すことができる。

【0098】

図１２、図１３、図１４および図１５は、基板貼り合わせ装置１００における基板１２１の状態の変遷を示す図である。これらの図面を参照しつつ、基板貼り合わせ装置１００の動作を説明する。

【0099】

貼り合わせに供される基板１２１は、ＦＯＵＰ１２０に収容された状態で基板貼り合わせ装置１００に装填される。基板貼り合わせ装置１００においては、まず、ローダ１３４、１３６が、ホルダストッカ２９０から搬出した基板ホルダ１５０をプリアライナ１４０に載置する。

【0100】

ここで、基板ホルダ１５０は、プリアライナ１４０に対する載置位置を調整される。これにより、基板ホルダ１５０は、予め定められた一定以上の精度で、プリアライナ１４０上に位置決めされる。

【0101】

次に、ローダ１３２は、ＦＯＵＰ１２０から１枚ずつ搬出した基板１２１を、プリアライナ１４０に搬送する。プリアライナ１４０において、基板１２１は、基板ホルダ１５０に対して、予め定められた一定以上の位置精度で基板ホルダ１５０に搭載される。

【0102】

こうして、図１２に示すように、基板１２１を保部持した基板ホルダ１５０が用意される。基板１２１を搭載された基板ホルダ１５０は、ローダ１３４により位置決め部１７０に順次搬送される。これにより、例えば、最初に搬送された基板１２１および基板ホルダ１５０は、ローダ１３４により反転されて固定ステージ２５０に保持される。

【0103】

次に搬入された基板１２１および基板ホルダ１５０は、そのままの向きで微動ステージ２３０に保持される。こうして、図１３に示すように、一対の基板１２１は、互いに対向した状態で位置決め部１７０に保持される。

【0104】

次に、位置決め部１７０は、相互に位置決めした一対の基板１２１を、位置決めした状態を維持するように固定する。即ち、基板ホルダ１５０の間にスペーサ１５１を挟んだ状態で永久磁石１５２に磁性体板１５４を吸着させることにより、基板１２１の間に間隙を残したまま、基板ホルダ１５０および基板１２１の面方向の相対位置を固定する。

【0105】

これにより、ローダ１３４、１３６、１３８は、相互に位置決めされた一対の基板１２１および基板ホルダ１５０を、基板１２１間の間隙を維持したまま一体的に搬送できる。よって、一対の基板１２１の対向する面を鏡面研磨等により活性化して低温で接合する場合に、基板１２１を相互に接触させることなく、位置決めした状態を維持したまま接合部１９０に搬送できる。

【0106】

換言すれば、位置決めした基板１２１を高温で加圧してはんだ等により接合する場合は、スペーサ１５１を用いずに、位置決めした一対の基板１２１を相互に密着させて固定してもよい。この場合も、基板１２１相互の位置決めを維持したまま、基板１２１および基板ホルダ１５０を一体的に搬送することができる。

【0107】

なお、この段階では、一対の基板１２１は、まだ当接も接合もされていない。よって、この段階であれば、基板ホルダ１５０の固定を解いて、基板１２１の位置決めを、基板１２１を傷めることなくやり直すことができる。

【0108】

続いて、ローダ１３４、１３６、１３８は、１対の基板１２１を挟んだ基板ホルダ１５０を接合部１９０に装入する。接合部１９０において加熱、加圧された１対の基板１２１は恒久的に接合され、図１５に示すように積層基板１２３となる。よって、ローダ１３６、１３８は、基板ホルダ１５０および積層基板１２３を分離して、基板ホルダ１５０はホルダストッカ２９０に、積層基板１２３は、ＦＯＵＰ１２０に、それぞれ搬送する。こうして、積層基板１２３を製造する一連の工程が完了する。

【0109】

図１６は、基板貼り合わせ装置１００における総合制御部１１０の一部を示すブロック図である。総合制御部１１０は、位置決め制御部１１２、格納部１１４、搬送制御部１１６および特定部１１８を有する。

【0110】

特定部１１８は、位置決め部１７０において位置決めされた基板１２１を、複数ある接合部１９０のどれを用いて接合するかを特定する。特定部１１８により特定された接合部１９０は、補正部３１３および搬送制御部１１６に通知される。

【0111】

搬送制御部１１６は、ローダ駆動部３１６を含む。ローダ駆動部３１６は、ローダ１３４、１３６、１３８を駆動して、位置決め部１７０において位置決めされた基板１２１を、特定部１１８により特定された接合部１９０に搬送させる。

【0112】

位置決め制御部１１２は、検出部３１１、算出部３１２、補正部３１３およびステージ駆動部３１４を含む。検出部３１１は、位置決め部１７０の顕微鏡２３１、２５１から取得した画像情報に基づいて、貼り合わせる一対の基板１２１の各々について、アライメントマーク１２８の位置を検出する。

【0113】

算出部３１２は、検出部３１１が検出したアライメントマーク１２８の位置情報を統計的に処理することにより、アライメントマーク１２８の位置から、一対の基板１２１の相対位置のずれを算出する。これにより、位置決め部１７０に搬入された一対の基板１２１の相対位置のずれが、検出部位置ずれ量として算出される。

【0114】

補正部３１３は、算出部３１２が検出した検出部位置ずれ量を補正する。即ち、上記した検出部位置ずれ量が解消されれば、一対の基板１２１のアライメントマーク１２８が相互に一致して、基板１２１は位置決めされる。しかしながら、基板貼り合わせ装置１００においては、位置決め部１７０から接合部１９０までの搬送において基板１２１の位置ずれが生じる場合がある。また、接合部１９０における接合処理において、基板１２１の位置ずれが生じる場合がある。

【0115】

上記のような位置決め後の位置ずれは、例えば、位置決め部１７０から接合部１９０への搬送に伴う機械的な振動、衝撃等に起因する。また、ローダ１３４、１３６、１３８が基板１２１を搭載する場合、接合部１９０に装入する場合、ローダ１３４、１３６、１３８が相互に受け渡す場合に、静電チャックへの給電の途絶、機械的な振動または衝撃が、基板１２１の位置ずれを生じる。

【0116】

更に、接合部１９０において基板１２１を加熱する場合に、基板１２１相互に生じる温度差により基板１２１の位置ずれが生じる。また更に、接合部１９０において基板１２１を密着させる場合に、基板１２１、基板ホルダ１５０、ヒートプレート１９６のいずれかの厚さのばらつきにより基板１２１が片当たりして位置ずれが生じる。

【0117】

そこで、補正部３１３は、格納部１１４に格納された接合部１９０の個々の特性情報を参照して、位置決めされる基板１２１の搬送先の接合部１９０の特性に応じて補正値を生成する。ここで、特性情報とは、理想的に位置決めされた基板１２１を個々の接合部１９０において接合した場合に、それぞれの接合部１９０において生じる接合部位置ずれ量を含む。補正部３１３は、そのような特性情報を参照して、検出部位置ずれ量に、補正値としての接合部位置ずれ量を加算した位置決め用位置ずれ量を接合部１９０毎に生成する。

【0118】

ステージ駆動部３１４は、補正部３１３から取得した位置決め用位置ずれ量に基づいて、位置決め用位置ずれ量を打ち消すように微動ステージ２３０を駆動する。これにより、基板貼り合わせ装置１００は、位置決め後の接合において生じる位置ずれも補正して、位置決め精度の高い積層基板１２３を製造できる。

【0119】

なお、格納部１１４に格納される特性情報は、総合制御部１１０の操作部を通じて外部から数値入力してもよい。また、位置決め部１７０を検査部として用いることにより、製造された積層基板１２３における位置ずれを測定して、個々の接合部１９０の特性情報を生成してもよい。

【0120】

図１７は、総合制御部１１０による制御手順を示す流れ図である。図１７には、基板貼り合わせ装置１００において貼り合わせる一対の基板１２１が位置決め部１７０に装入された直後の制御手順が示される。

【0121】

一対の基板１２１の位置決めを実行する場合、総合制御部１１０は、まず、一対の基板１２１を順次位置決め装置に装入する（ステップＳ１０１）。装入された基板１２１は、それぞれ、微動ステージ２３０および固定ステージ２５０に保持される。

【0122】

次に、総合制御部１１０は、位置決め制御部１１２の検出部３１１に、基板１２１の各々のアライメントマーク１２８の位置を検出させる（ステップＳ１０２）。次いで、総合制御部１１０は、算出部３１２に、一対の基板１２１に関する検出部位置ずれ量を算出させる（ステップＳ１０３）。

【0123】

ここで、総合制御部１１０は、算出部３１２が有効な検出部位置ずれ量を算出したか否かを調べる（ステップＳ１０４）。即ち、微動ステージ２３０および固定ステージ２５０の相対移動による位置決めは、検出部位置ずれ量の線形成分、即ち、微動ステージ２３０の面方向の位置ずれおよび同面内の回転位置ずれを補正する。

【0124】

算出部３１２が算出した検出部位置ずれ量が、Ｘ方向倍率、Ｙ方向倍率、直交成分の歪みおよび非線形成分の位置ずれのいずれかを含む場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、総合制御部１１０は、ローダ１３４、１３６により、基板１２１の基板１２１のいずれかを修正部２８０へと搬送させる（ステップＳ１０５）。基板１２１が搬入された修正部２８０は、総合制御部１１０から指示を受けた修正制御部１１１の制御の下に基板１２１を厚さ方向に変形させて倍率、反り等を修正する（ステップＳ１０６）。総合制御部１１０は、修正部２８０において修正された基板１２１を、ローダ１３４、１３６により、位置決め部１７０に搬送される（ステップＳ１０７）。

【0125】

ステップＳ１０７において搬送された基板１２１は、再び位置決め部１７０に装入され（ステップＳ１０１）、ステップＳ１０２からステップＳ１０４までの処理を繰り返す。ステップＳ１０４において、検出部位置ずれ量に非線形成分が含まれないことが判った場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、総合制御部１１０は、特定部１１８に、位置決め後の基板１２１を接合する接合部１９０を特定させる（ステップＳ１０８）。なお、修正部２８０において修正しても検出部位置ずれ量の非線形成分を解消できない基板１２１は貼り合わせ処理から取り除いて、他の基板１２１を貼り合わせに供してもよい。

【0126】

図１８は、特定部１１８が接合部１９０を特定する場合の処理手順を示す流れ図である。図１８に示す手順は、図１７に示した手順のステップＳ１０８の内容を詳細に示す。

【0127】

総合制御部１１０から接合部１９０の特定を要請された特定部１１８は、まず、複数の接合部１９０のうちに空いている接合部１９０があるか否かを調べる（ステップＳ２０１）。空いている接合部１９０がある場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、特定部１１８は、格納部１１４を参照して、空いている接合部１９０の個々の特性情報を取得する（ステップＳ２０２）。

【0128】

即ち、特定部１１８は、格納部１１４を参照して、接合部１９０の各々における加圧力の変移または加熱温度の変移に関する特性情報する。これにより、特定部１１８は、空いている接合部１９０のうち、接合処理において発生する位置ずれ量が小さいものや、直前の処理の影響が少ないもの（例えば、温度が一定温度以下になっているなど）を選択する（ステップＳ２０３）。更に、特定部１１８は、選択した接合部１９０を補正部３１３に通知する（ステップＳ２０４）。また、特定された接合部１９０は、搬送制御部１１６にも通知される。

【0129】

ステップＳ２０１において空いている接合部１９０が無かった場合、特定部１１８は、まず、複数の接合部１９０の各々が接合を完了して空く時刻を予測する（ステップＳ２０５）。時刻の予測は、例えば、接合部１９０の各々に対して実行すべきことが予め定められたレシピの進捗状況を検出して、残るレシピの実行に要する時間を予測する。これにより、接合部１９０の各々が、次に基板１２１を受け入れることができる時刻を予測できる。

【0130】

次いで、特定部１１８は、位置決め部１７０における位置決め処理が完了する時刻を予測する（ステップＳ２０６）。更に、特定部１１８は、予測した位置決め処理の完了時刻に、位置決め部１７０から接合部１９０への搬送時間を加えた時刻、即ち、接合部１９０への搬入時刻を予測する（ステップＳ２０７）。

【0131】

続いて、特定部１１８は、接合部１９０への搬入を待って既に待機している基板１２１があるか否かを調べる（ステップＳ２０８）。待機している基板１２１が無い場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、特定部１１８は、ステップＳ２０７において予測した搬入時間に最も近い時刻に搬入可能になる接合部１９０を基板１２１の搬送先として選択する（ステップＳ２１０）。

【0132】

また、ステップＳ２０８において接合部１９０への搬入を待機している基板１２１があった場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、特定部１１８は、待機している基板１２１に対して特定されている接合部１９０を、次に特定する対象から除く（ステップＳ２０９）。次いで、特定部１１８は、残った接合部１９０から、ステップＳ２０７において予測した搬入時間に最も近い時刻に搬入可能になる接合部１９０を基板１２１の搬送先として選択する（ステップＳ２１０）。

【0133】

次に、特定部１１８は、予め定められた待機時間の上限閾値を越えない範囲で搬入可能になる接合部１９０があるか否かを調べる（ステップＳ２１１）。ここで、全ての接合部１９０が閾値時間内に搬入できないことが予測された場合（ステップＳ２１１：ＮＯ）、特定部１１８は、選択した接合部１９０を通知することなく待機する。よって、位置決め部１７０における処理も待機して、基板１２１は位置決めされない。

【0134】

このように、位置決め部１７０において位置決めされてから、接合部１９０において接合されるまでの時間を予め定められた閾値時間内に制限してもよい。これにより、位置決め後の温度変化等により位置決め精度が劣化することを防止できる。

【0135】

一方、閾値時間内に搬入できる接合部１９０がある場合（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、特定部１１８は、選択した接合部を補正部３１３に通知する（ステップＳ２１２）。また、接合部１９０の特定は、搬送制御部１１６にも通知される。

【0136】

このように、接合部１９０が既に使用されている場合であっても、特定部１１８は、待機する基板１２１の待ち時間が短くなるように接合部１９０を特定する。これにより、基板貼り合わせ装置１００における資源の利用率を向上させ、基板貼り合わせのスループットを向上させることができる。

【0137】

図１９は、位置決め部１７０において継続される処理手順を示す流れ図である。図示の手順は、図１７および図１８に示した手順に続く処理手順である。

【0138】

位置決め部１７０において位置決めされる基板１２１を接合する接合部１９０が特定されると（ステップＳ１０８）、総合制御部１１０は、補正部３１３に格納部１１４を参照させる（ステップＳ１０９）。格納部１１４を参照した補正部３１３は、特定された接合部１９０の特性情報を参照して、当該接合部１９０の特性に起因して生じる位置ずれが、予め定めた閾値を超えていないかどうかを調べる（ステップＳ１１０）。

【0139】

即ち、補正部３１３は、獲得した特性情報に基づいて、接合部１９０において基板１２１に生じる位置ずれ量を予測する。この予測した位置ずれ量が、予め定めた閾値を超える場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、その旨を総合制御部１１０に通知する。

【0140】

通知を受けた総合制御部１１０は、補正部３１３に補正値を生成させ（ステップＳ１１１）、当該補正値を検出部位置ずれ量に加算することにより、位置決め用位置ずれ量を生成させる（ステップＳ１１２）。なお、ステップＳ１１０において接合部１９０で発生することが予測される位置ずれ量が、予め定めた閾値よりも小さいことが判った場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、補正部３１３は、検出部位置ずれ量を補正することなく出力する。

【0141】

ついで、総合制御部１１０は、補正部３１３が出力した位置決め用位置ずれ量または検出部位置ずれ量に基づいて、位置決め部１７０に位置決めを実行させる（ステップＳ１１３）。即ち、位置決め制御部１１２において、ステージ駆動部３１４は、補正部３１３から取得した位置決め用位置ずれ量または検出部位置ずれ量に基づいて、当該位置ずれ量を打ち消すように微動ステージ２３０を駆動する。

【0142】

これにより、基板貼り合わせ装置１００においては、位置決め部１７０において位置決めされた後、搬送および接合において生じた位置ずれも補償できる。位置決め部１７０は、位置決めを実行した後、位置決めされた基板１２１相互の位置を固定する。

【0143】

次に、総合制御部１１０は、位置決めされた基板１２１を接合すべく特定された接合部１９０が既に空いていて搬入できる状態か否かを調べる（ステップＳ１１４）。特定された接合部１９０が既に空いている場合、総合制御部１１０は、基板１２１を特定された接合部１９０に搬送することを指示する（ステップＳ１１８）。接合部１９０は、搬入された基板１２１を接合する。

【0144】

また、基板１２１の位置決めが完了した時点で特定された接合部１９０が空いていない場合（ステップＳ１１４：ＮＯ）、総合制御部１１０は、位置決めして相対位置を固定された基板１２１を待機部１６０に搬送する（ステップＳ１１５）。これにより、位置決め部１７０は、次の基板１２１の位置決めに即座に着手できる。

【0145】

位置決めされた基板１２１が待機部１６０に搬入されると、総合制御部１１０は、当該基板１２１の待機時間を計測し始める。ここで、待機部１６０における基板１２１の待機時間が予め定められた閾値を超えた場合（ステップＳ１１６：ＹＥＳ）、総合制御部１１０は、位置決め部１７０に較正動作の実行を指示する（ステップＳ１１７）。待機時間が閾値時間を越える前に基板１２１が接合部１９０に搬送された場合（ステップＳ１１６：ＮＯ）、総合制御部１１０は、位置決め部１７０に較正処理の実行を指示することなく、基板１２１を特定された接合部１９０に搬送することを指示する（ステップＳ１１８）。

【0146】

こうして、基板１２１は、特定された接合部１９０に装入されて接合され積層基板１２３となる。接合部１９０における接合において生じる位置ずれは、位置決め部１７０における位置決めで既に補償されているので、製造された積層基板１２３の位置決め精度は高い。

【0147】

なお、上記の例では、相互に位置決めした一対の基板１２１を非接触状態で接合部１９０に搬入して接合する場合について説明した。しかしながら、位置決め部１７０において位置決めした一対の基板１２１を相互に密着させて仮接合し、更に、接合部１９０において加熱、加圧して本接合する場合にも、上記のように接合部１９０を特定して、本接合後の位置決め精度を向上させることができる。

【0148】

また、接合部１９０における接合後に製造された積層基板１２３を検査して、アライメントマーク１２８に大きな位置ずれが検出された積層基板１２３は、基板１２１を剥がして、改めて貼り合わせ処理を実行してもよい。これにより、出荷される積層基板１２３の品質を一層向上させることができる。

【0149】

図２０は、基板貼り合わせ装置１０１の、模式的平面図である。図２０に示す基板貼り合わせ装置１０１は、下記に説明する部分を除くと、図１に示した基板貼り合わせ装置１００と同じ構造を有する。よって、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。

【0150】

基板貼り合わせ装置１０１は、修正部２８０が、位置決め部１７０に組み込まれている点で基板貼り合わせ装置１００と異なっている。即ち、図１に示した基板貼り合わせ装置１００ではホルダストッカ２９０の上に配されていた修正部２８０が、基板貼り合わせ装置１０１においては、位置決め部１７０の微動ステージ２３０に組み込まれる。

【0151】

これにより、顕微鏡２３１、２５１等を用いて修正すべきことが判明した基板１２１は、位置決め部１７０から搬出することなく修正できる。よって、ローダ１３４、１３６の負荷を低減できると共に、搬送時間を節約して、基板貼り合わせ装置１０１のスループットを向上させることができる。

【0152】

図２１は、修正部２８０を含む位置決め部１７０に関わる位置決め制御部１１３のブロック図である。位置決め制御部１１３は、修正制御部１１１を有する点を除くと、図１６に示した位置決め制御部１１２と同じ構造を有する。よって、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。

【0153】

上記の通り、位置決め部１７０は修正部２８０を含む。よって、位置決め制御部１１３は、補正部３１３およびステージ駆動部３１４の間に配された修正制御部１１１を含む。

【0154】

修正制御部１１１は、修正制御部１１１は、算出部３１２が算出した検出部位置ずれ量が、Ｘ方向倍率、Ｙ方向倍率、直交成分の歪みおよび非線形成分の位置ずれのいずれかを含む場合に、修正部２８０を動作させて基板１２１を修正する。

【0155】

図２２は、位置決め制御部１１３の制御の下に動作する位置決め部１７０の動作手順を示す流れ図である。位置決め部１７０には、まず、一対の基板１２１が順次装入される（ステップＳ３０１）。装入された基板１２１は、それぞれ、微動ステージ２３０および固定ステージ２５０に保持される。

【0156】

次に、位置決め制御部１１３の検出部３１１が、基板１２１の各々のアライメントマーク１２８の位置を検出する（ステップＳ３０２）。次いで、算出部３１２が、一対の基板１２１に関する検出部位置ずれ量を算出させる（ステップＳ３０３）。

【0157】

ここで、算出部３１２が算出した検出部位置ずれ量において、Ｘ方向倍率、Ｙ方向倍率、直交成分の歪みおよび非線形成分の位置ずれのいずれかが予め定めた閾値を超えた場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、修正制御部１１１は、検出部位置ずれ量を補償すべく修正部２８０を動作させる（ステップＳ３０５）。修正部２８０により基板１２１が修正されると、位置決め制御部１１３は、再び検出部にアライメントマーク位置を検出させ（ステップＳ３０２）、以下、ステップＳ３０３およびステップＳ３０４を繰り返して修正による位置ずれ量の変化を算出部３１２に算出させる。

【0158】

修正部２８０による修正により、算出部３１２が算出する検出部位置ずれ量が、予め定めた閾値よりも低くなった場合（ステップＳ３０４：ＮＯ）、位置決め制御部１１３は、特定部１１８に、搬送先の接合部１９０を特定させる（ステップＳ３０６）。基板貼り合わせ装置１０１においては、修正部２８０が位置決め部１７０に組み込まれているので、上記ステップＳ３０２からステップＳ３０６までの一連の処理は、基板１２１を位置決め部１７０から搬出することなく実行できる。

【0159】

なお、図１９に示したステップＳ１１３において位置決めを実行した後に、改めて基板１２１の位置ずれ量を再計測して、基板１２１の位置決め状態を確認してもよい。この場合、何らかの理由で基板１２１の位置ずれ量が予め定めた閾値を超えることが算出された場合、位置決め制御部１１３は、ステップＳ３０２からステップＳ３０６を繰り返す。

【0160】

また、修正部２８０において修正しても検出部位置ずれ量を十分に解消できない基板１２１は位置決め部１７０から搬出して、他の基板１２１を貼り合わせに供してもよい。一方、修正部２８０による補正の精度に対する信頼性または再現性が高く、再検査あるいは再計算の必要がない場合は、上記ステップＳ３０５において基板１２１を修正した後、ステップＳ３０２に戻って再計測をすることなく、ステップＳ３０６を実行してもよい。

【0161】

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。

【0162】

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、後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現しうることに留意されたい。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。

【符号の説明】

【0163】

１００、１０１ 基板貼り合わせ装置、１０２ 常温部、１０４ 高温部、１０６ カバー、１０８ 断熱壁、１１０ 総合制御部、１１１ 修正制御部、１１２、１１３ 位置決め制御部、１１４ 格納部、１１６ 搬送制御部、１１８ 特定部、１２０ ＦＯＵＰ、１２１ 基板、１２２ スクライブライン、１２３ 積層基板、１２４ ノッチ、１２６ 素子領域、１２８ アライメントマーク、１３２、１３４、１３６、１３８ ローダ、１４０ プリアライナ、１５０ 基板ホルダ、１５１ スペーサ、１５２ 永久磁石、１５４ 磁性体板、１５６ 載置面、１５８、２５２ 静電チャック、１６０ 待機部、１７０ 位置決め部、１８１ バルブ、１８３ ベースプレート、１９０ 接合部、１９１ ロードロック、１９２ 筐体、１９３、１９５ シャッタ、１９４ 圧下部、１９６ ヒートプレート、１９８ 定盤、１９９ 搬入口、２１０ 枠体、２１２ 壁材、２２０ 保持部、２２２ 干渉計、２２４ 反射鏡、２３０ 微動ステージ、２３１、２５１ 顕微鏡、２４０ 移動ステージ部、２４１ ガイドレール、２４２ 移動定盤、２４４ 粗動ステージ、２４６ 重力打ち消し部、２４８ 球面座、２５０ 固定ステージ、２５４ ロードセル、２６０ 支持プレート、２６２ 吸引孔、２６４ 枠部、２６６ 支持突起、２６８ ピンチャック部、２７０ 可動連結部、２７２ アクチュエータ、２７４ 固定連結部、２８０ 修正部、２９０ ホルダストッカ、３１１ 検出部、３１２ 算出部、３１３ 補正部、３１４ ステージ駆動部、３１６ ローダ駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】