(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに素子領域が形成された第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせる基板重ね合わせ装置であって、
前記第１基板を保持する第１テーブルと、
前記第１基板に対向するように前記第２基板を保持する第２テーブルと、
前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を移動させる駆動部と
を備え、
前記駆動部は、
前記対向する向きである対向方向および前記対向方向に直交する面方向に前記第１基板および前記第２基板が互いにずれた初期位置と、前記第１基板および前記第２基板が予め定められた距離だけ離間して互いに対向する対向位置との間で、前記対向方向に対して斜めに交差する交差パスを含む搬送パスで、前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を移動させ、
前記対向位置と前記第１基板および前記第２基板が互いに重なり合う重ね合わせ位置との間で、前記面方向の成分を含まない搬送パスで前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を移動させることを特徴とする基板重ね合せ装置。
【請求項２】
前記予め定められた距離は、前記第１基板および前記第２基板の厚さに基づいて決定される請求項１に記載の基板重ね合わせ装置。
【請求項３】
前記初期位置から前記対向位置までの搬送パスにおける搬送速度は、前記対向位置から前記重ね合わせ位置までの搬送パスにおける搬送速度よりも大きい請求項１および２に記載の基板重ね合わせ装置。
【請求項４】
前記初期位置から前記対向位置までの搬送パスを生成する生成部を備え、
前記生成部は、前記搬送パスとして最短距離の搬送パスを生成する請求項１から３のいずれか１項に記載の基板重ね合わせ装置。
【請求項５】
前記初期位置から前記重ね合わせ位置までの搬送パスを生成する生成部を備え、
前記生成部は、前記搬送パスとして最短距離の搬送パスを生成する請求項１から３のいずれか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
【請求項６】
前記第１基板に設けられた第１マークの位置と前記第２基板に設けられた第２マークの位置とをそれぞれ検出する検出部を備え、
前記生成部は、前記検出部が検出した前記第１マークの位置と前記第２マークの位置とに基づいて前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方における前記対向位置を算出して前記搬送パスを生成する請求項４または５に記載の基板重ね合わせ装置。
【請求項７】
前記駆動部を制御する制御部を備え、
前記駆動部は、前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を前記面方向に沿って移動させる第１駆動部と、前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を前記対向方向に沿って移動させる第２駆動部とを有し、
前記制御部は、前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を前記交差パスで移動させるときに、前記第１駆動部および前記第２駆動部を同時に駆動させる請求項１から６のいずれか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
【請求項８】
それぞれに素子領域が形成された第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせる基板重ね合わせ装置であって、
前記第１基板を保持する第１テーブルと、
前記第１基板に対向するように前記第２基板を保持する第２テーブルと、
前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を移動させる駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、前記対向する向きである対向方向および前記対向方向に直交する面方向に前記第１基板および前記第２基板が互いにずれた初期位置と、前記第１基板および前記第２基板が互いに重なり合う重ね合わせ位置との間で、前記対向方向に対して斜めに交差する交差パスを含む搬送パスで、前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を移動させることを特徴とする基板重ね合せ装置。
【請求項９】
それぞれに素子領域が形成された複数の基板を重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、
第１テーブルに保持された第１基板と、前記第１基板に対向するように第２テーブルに保持された第２基板を重ね合わせる工程を含み、
前記重ね合わせる工程は、
前記対向する向きである対向方向および前記対向方向に直交する面方向に前記第１基板および前記第２基板が互いにずれた初期位置と、前記第１基板および前記第２基板が予め定められた距離だけ離間して互いに対向する対向位置との間で、前記対向方向に対して斜めに交差する交差パスを含む搬送パスで、前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を移動させる第１の移動ステップと、
前記対向位置と前記第１基板および前記第２基板が互いに重なり合う重ね合わせ位置との間で、前記面方向の成分を含まない搬送パスで前記第１テーブルおよび前記第２テーブルの少なくとも一方を移動させる第２の移動ステップと、
を含むデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板重ね合わせ装置およびデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対向する一対のステージの各々に基板を保持させつつ相対移動させて位置合わせし、更に当該基板を当接させて重ね合わせるステージ装置がある（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００９−２６００３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
対向する方向と交差する方向に一対のステージをずらすと、各ステージの搭載面前方が広く空いて基板が搭載し易くなる。しかしながら、基板の重ね合わせに要するステージの移動距離が長くなるので、基板の重ね合わせに要する時間も長くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、第１基板を保持する第１テーブルと、第１基板に対向する向きに第２基板を保持する第２テーブルと、第１テーブルと第２テーブルの少なくとも一方を移動する移動部と、移動部を制御する制御部とを備え、制御部は、対向する向きである対向方向および対向方向に直交する面方向に第１基板および第２基板がずれた初期位置と、第１基板および第２基板が互いに重なり合う位置との間で、対向方向に対して交差する交差パスを含む搬送パスを生成する基板重ね合わせ装置が提供される。
【０００５】
また、本発明の第二態様として、複数の基板を重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、第１テーブルに保持された第１基板と、第１基板に対向する向きに第２テーブルに保持された第２基板を重ね合わせる工程は、対向する向きである対向方向および対向方向に直交する面方向に互いにずれた初期位置と、第１基板および第２基板が互いに重なり合う位置との間で、対向方向に対して交差する交差パスを含む搬送パスに沿って、第１テーブルおよび第２テーブルの少なくとも一方を移動する移動ステップを含むデバイスの製造方法が提供される。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】積層基板製造装置１００全体の模式的水平断面図である。
【図２】基板ホルダ１０４の斜視図である。
【図３】重ね合わせ装置１３０の模式的縦断面図である。
【図４】重ね合わせ装置１３０の模式的縦断面図である。
【図５】重ね合わせ装置１３０の制御手順を示す流れ図である。
【図６】基板１０２の搬送パスを模式的に示す図である。
【図７】基板１０２の搬送パスを模式的に示す図である。
【図８】基板１０２の状態を示す図である。
【図９】基板１０２の状態遷移を示す図である。
【図１０】基板１０２の状態遷移を示す図である。
【図１１】基板１０２の状態遷移を示す図である。
【図１２】基板１０２の他の搬送パスを模式的に示す図である。
【図１３】基板１０２のまた他の搬送パスを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
図１は、積層基板製造装置１００の模式的水平断面図である。積層基板製造装置１００は、断熱壁１１２により仕切られた室温部９８および高温部９９を有する筐体１１０の内部に主に形成される。
【００１０】
室温部９８には、大気ローダ１２０、重ね合わせ装置１３０、基板プリアライナ１４２、ホルダプリアライナ１４４およびホルダストッカ１４６が配される。高温部９９には、環境ローダ１６０、加圧装置１７０および冷却装置１８０が配される。室温部９８および高温部９９は、ロードロック１５０を介して結合される。
【００１１】
室温部９８の内部は、筐体１１０の外部と同じ大気環境にあり、室温に維持されている。室温部９８において、筐体１１０の外側の一面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）１１６が外側から装着される。ＦＯＵＰ１１６は、筐体１１０に対して個別に取り外しできる。ＦＯＵＰ１１６の各々には複数の基板１０２が収容される。
【００１２】
よって、ＦＯＵＰ１１６を積層基板製造装置１００に装着することにより、複数の基板１０２を一括して積層基板製造装置１００に装填できる。また、基板１０２を接合して形成された積層基板１０８は、ＦＯＵＰ１１６に回収されて一括して搬出される。
【００１３】
更に、筐体１１０の外面には制御盤１１４が配される。制御盤１１４は、積層基板製造装置１００の各部の動作を統括して制御する。また、積層基板製造装置１００を動作させる場合の操作部となる。更に、制御盤１１４は、積層基板製造装置１００の動作状態を表示する表示部にもなる。
【００１４】
室温部９８の内部において、ＦＯＵＰ１１６に面した位置に大気ローダ１２０が配される。大気ローダ１２０は、フォーク１２２、支持アーム１２４およびフォールディングアーム１２６を有する。フォーク１２２は、支持アーム１２４に支持され、支持アーム１２４の伸縮に応じて進退する。また、大気ローダ１２０は、積層基板製造装置１００の底面に配されたガイドレール１２１に沿って移動する。
【００１５】
大気ローダ１２０は、ガイドレール１２１に沿って移動しつつ、フォールディングアーム１２６を伸縮させて、フォーク１２２を移動させることができる。これにより、大気ローダ１２０は、周囲に配されたＦＯＵＰ１１６、重ね合わせ装置１３０、基板プリアライナ１４２、ホルダプリアライナ１４４、ホルダストッカ１４６およびロードロック１５０の相互の間で、基板１０２および基板ホルダ１０４の少なくとも一方を搬送する。
【００１６】
基板プリアライナ１４２は、大気ローダ１２０により、ＦＯＵＰ１１６から取り出された基板１０２が１枚ずつ搬入される。基板プリアライナ１４２は、搬入された基板１０２を回転または移動させた後に大気ローダ１２０に搭載し直して、大気ローダ１２０に対する基板１０２の搭載位置と、大気ローダ１２０に対するノッチの向きを調整する。
【００１７】
これにより、基板１０２は大気ローダ１２０のフォーク１２２に対して一定の精度で位置合わせされる。よって、後述するように基板１０２を基板ホルダ１０４に搭載する場合に、極端に大きな位置ずれが生じることが防止される。
【００１８】
ホルダプリアライナ１４４は、大気ローダ１２０により、ホルダストッカ１４６から取り出された基板ホルダ１０４を１枚ずつ搬入される。ホルダプリアライナ１４４は、搬入された基板ホルダ１０４を予め定めた位置に載置させる。これにより、プリアライメントされた基板１０２が搬入された場合に、基板１０２および基板ホルダ１０４の相対位置を、一定の精度で位置合わせできる。
【００１９】
なお、ホルダストッカ１４６は、複数の基板ホルダ１０４を収容して待機させる。基板ホルダ１０４の各々は、セラミックス、金属等の高剛性材料により形成され、基板１０２の面積よりも広い平坦な保持面を有する。また、基板ホルダ１０４は、当該保持面に基板１０２を吸着させる静電チャック、真空チャック等の基板保持機構を有する。
【００２０】
これにより、基板ホルダ１０４は、基板１０２を一枚ずつ保持して脆い基板１０２を保護して、積層基板製造装置１００における基板１０２の取り扱いを容易にする。なお、少なくとも積層基板製造装置１００が稼働している期間は、基板ホルダ１０４が、積層基板製造装置１００の外部に取り出されることはない。
【００２１】
重ね合わせ装置１３０は、剛硬なフレーム１３２に支持された下ステージ１３４および上ステージ１３６を有する。上ステージ１３６は、フレーム１３２の天面に下向きに固定される。下ステージ１３４は、駆動部１３１を介してフレーム１３２の底面から支持される。駆動部１３１は、図中に矢印Ｘ、Ｙ、Ｚにより示す各方向に下ステージ１３４を並進させる。また、下ステージ１３４は、他の駆動部により、水平面に対して揺動すると共に、鉛直な回転軸の回りに回転もする。
【００２２】
なお、フレーム１３２は、防振脚１３８を介して筐体１１０の底面から支持される。これにより、大気ローダ１２０、ロードロック１５０、環境ローダ１６０、加圧装置１７０等の動作により生じる振動が、重ね合わせ装置１３０の位置合わせ精度に与える影響が抑制される。また、筐体１１０内において室温部９８は温度管理され、例えば室温に保たれる。これにより、重ね合わせ装置１３０の位置合わせ精度が維持される。
【００２３】
ホルダプリアライナ１４４において搭載された基板１０２を保持した基板ホルダ１０４は、大気ローダ１２０により重ね合わせ装置１３０に搬入される。重ね合わせ装置１３０においては、それぞれが基板１０２を保持した基板ホルダ１０４が、下ステージ１３４および上ステージ１３６に搭載される。これにより、重ね合わせ装置１３０において、一対の基板１０２および基板ホルダ１０４が互いに対向する。
【００２４】
重ね合わせ装置１３０は、下ステージ１３４を並進、回転または揺動させることにより、一対の基板１０２を相互に位置合わせする。位置合わせされた一対の基板１０２は、下ステージ１３４および上ステージ１３６の間で一対の基板ホルダ１０４に挟まれて仮接合される。位置合わせして仮接合された一対の基板１０２は、これを挟む一対の基板ホルダ１０４と共に、再び大気ローダ１２０に搬送されてロードロック１５０に搬入される。
【００２５】
ロードロック１５０は、大気圧環境の室温部９８側と、真空環境の高温部９９側とに、個別に開閉するシャッタ１５２、１５４を有する。シャッタ１５２、１５４は、室温部９８およびロードロック１５０の間と、高温部９９およびロードロック１５０の間とをそれぞれ気密に遮蔽する。また、ロードロック１５０の内部は、排気して真空環境にすることも、大気を導入して大気圧環境に戻すこともできる。これにより、室温部９８の大気圧環境と高温部９９の真空環境とをそれぞれ維持しつつ、室温部９８および高温部９９の間で基板１０２および基板ホルダ１０４を受け渡しできる。
【００２６】
高温部９９の略中央には、環境ローダ１６０が配される。環境ローダ１６０は、フォーク１６２、２６２、アーム１６４、２６４、共通支持部１６８およびフォールディングアーム１６６を有する。
【００２７】
一対のフォーク１６２、２６２は、共通支持部１６８を介して、フォールディングアーム１６６の一端に共通に支持される。フォールディングアーム１６６の他端は、筐体１１０に対して回動可能に支持される。このような構造により、環境ローダ１６０は、周囲に配されたロードロック１５０、加圧装置１７０および冷却装置１８０の相互の間で、積層体１０６を搬送できる。
【００２８】
なお、環境ローダ１６０は、仮接合された一対の基板１０２と、それを挟む一対の基板ホルダ１０４とを含む積層体１０６を搬送する。このため、当該積層体１０６の搬送が、重ね合わせ装置１３０からロードロック１５０までの短距離に限られる大気ローダ１２０に比較すると、環境ローダ１６０はより大きな耐荷重を有する。
【００２９】
高温部９９において、環境ローダ１６０の周囲には、ロードロック１５０、複数の加圧装置１７０および冷却装置１８０が配される。また、ロードロック１５０、加圧装置１７０および冷却装置１８０の間は、気密壁１５６により相互に気密に連結される。更に、気密壁１５６の内部は、真空ポンプ１１８に結合される。
【００３０】
加圧装置１７０は、一対の加熱プレートを有する。また、一対の加熱プレートの一方を他方に向かって進退させる駆動部を有する。よって、加熱プレートの間に積層体１０６を挟んだ状態で駆動部を動作させることにより、積層体１０６を加圧できる。
【００３１】
なお、加圧装置１７０は、加熱プレートを稼働させることにより、一対の基板１０２を熱間で圧着できる。この場合、一対の基板１０２を圧着した後であって、次の積層体１０６を装入する前に、加圧装置１７０自体の温度を初期状態に戻す目的で、加圧装置１７０に冷却装置を設けてもよい。
【００３２】
冷却装置１８０は、冷媒が流通する冷却プレートを有して、収容した積層体１０６を急速に冷却する。これにより、高温部９９から室温部９８に搬出する積層体１０６を迅速に室温に戻して、室温部９８の温度管理を容易にする。
【００３３】
図２は、一対の基板ホルダ１０４を示す斜視図である。下側の基板ホルダ１０４が、基板１０２を保持している。基板１０２は、ノッチ２０２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アライメントマーク２０４および素子領域２０６を有する。
【００３４】
ノッチ２０２は、基板１０２の結晶配向性等に対応して形成される。よって、基板１０２を取り扱う場合に、ノッチ２０２を指標として基板１０２の方向を知ることができる。
【００３５】
基板１０２の表面には、複数の素子領域２０６が配される。素子領域２０６の各々には、基板１０２を加工して形成された素子と、当該素子に対する何らかの接続端子とが配される。複数の基板１０２を重ね合わせる場合、これらの端子どうしが電気的に結合されて、積層された複数の基板１０２相互の間で導通する大規模な素子が形成される。換言すれば、基板１０２を重ね合わせる場合は、素子領域２０６に含まれる微細な端子が相互に位置合わせされる。
【００３６】
アライメントマーク２０４は、基板１０２に素子領域２０６を形成する場合に、素子領域２０６と共に作り込まれる。このため、アライメントマーク２０４を位置合わせすることにより、素子領域２０６に対しても位置合わせできる。
【００３７】
なお、図中では素子領域２０６およびアライメントマーク２０４を大きく描いているが、例えば３００ｍｍφの基板１０２に形成される素子領域２０６の数は数百以上にも及ぶ場合がある。また、それに応じて、１枚の基板１０２に配されるアライメントマーク２０４の数も多くなる。
【００３８】
また、図示の十字型のアライメントマーク２０４は一例に過ぎず、アライメントマーク２０４は様々な形状で形成される。更に、素子領域２０６に形成された配線パターン等がアライメントマーク２０４として利用される場合もある。
【００３９】
ところで、素子領域２０６は、最終的に切り分けられて個別に使用される。このため、素子領域２０６相互の間隙には、図中に点線で示すように、基板１０２を分割する場合に切り離されるスクライブラインが配される。
【００４０】
アライメントマーク２０４の多くは、素子領域２０６相互の間に配される。このため、アライメントマーク２０４の配置はスクライブラインと重なる場合がある。この場合、素子領域２０６の分割と同時にアライメントマーク２０４は消滅する。
【００４１】
基板ホルダ１０４は、全体として円板状をなして、基板１０２を保持する平坦な保持面を中央に有する。基板ホルダ１０４は、保持面の外周に隣接するフランジ部１０９を有する。フランジ部１０９には、複数の永久磁石１０１または磁性体部材１０３が配される。
【００４２】
基板ホルダ１０４は、永久磁石１０１および磁性体部材１０３を相互に吸着させることにより、一対の基板ホルダ１０４を連結させることができる。即ち、基板ホルダ１０４は、永久磁石１０１を有するものと、磁性体部材１０３を有するものとを組み合わせて、２枚一組で使用される。
【００４３】
基板ホルダ１０４の裏面には、複数の接点１０５が配される。接点１０５は、基板ホルダ１０４の下面と共通の面をなして、基板ホルダ１０４の内部に埋設された内部電極に接続される。これにより、接点１０５を介して内部電極に電圧を印加することにより基板１０２を静電吸着して保持できる。
【００４４】
なお、内部電極は、ひとつの基板ホルダ１０４に複数設けられる場合があり、その場合、接点１０５も内部電極に対応して複数設けられる。また、基板ホルダ１０４は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形されるが、少なくとも接点１０５に対しては絶縁される。
【００４５】
図３および図４は、重ね合わせ装置１３０の模式的縦断面図である。図３は、一対の基板１０２を装填した直後の状態を、図４は、一対の基板を重ね合わせた後の状態を、それぞれ示す。
【００４６】
重ね合わせ装置１３０は、フレーム１３２と、フレーム１３２の内側に配された駆動部１３１、下ステージ１３４および上ステージ１３６とを備える。フレーム１３２は、高剛性な材料により形成され、重ね合わせ装置１３０の動作に伴う反力が作用した場合も変形しない。
【００４７】
上ステージ１３６は、顕微鏡２４７と共に、フレーム１３２の天井面から懸下される。上ステージ１３６および顕微鏡２４７は、フレーム１３２に対して固定されて移動しない。よって、上ステージ１３６および顕微鏡２４７の相対位置は変化しない。
【００４８】
上ステージ１３６は、下向きの搭載面に、真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有する。これにより、上ステージ１３６に当接させた基板ホルダ１０４を保持できる。
【００４９】
また、上ステージ１３６は、反射鏡２４９を搭載する。反射鏡２４９は、上ステージ１３６に対して固定され、図示していない干渉計の出射光を反射する。これにより、干渉計を用いて、上ステージ１３６の位置を基準にして他の測定対象の位置を検知できる。
【００５０】
更に、上ステージ１３６およびフレーム１３２の間には、複数のロードセル２４１が挟まれる。これにより、上ステージ１３６に保持された基板１０２が押し上げられた場合には、基板１０２にかかる負荷を検出できる。また、複数のロードセル２４１の検出値が相互に異なる場合は、基板１０２に対して偏った負荷がかかっていることが判る。
【００５１】
フレーム１３２の底面には、駆動部１３１に搭載された下ステージ１３４が配される。駆動部１３１は、フレーム１３２の底面から順次積層されたＸ方向アクチュエータ２３６、Ｙ方向アクチュエータ２３４およびＺ方向アクチュエータ２３２を含む。
【００５２】
Ｘ方向アクチュエータ２３６は、フレーム１３２の底面上に固定されたガイドレール２３８に案内されつつ、図中に矢印Ｘで示す方向に移動する。Ｙ方向アクチュエータ２３４は、Ｘ方向アクチュエータ２３６によりＸ方向に搬送されつつ、図中に矢印Ｙにより示す、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動する。Ｚ方向アクチュエータ２３２は、Ｙ方向アクチュエータ２３４によりＹ方向に搬送されつつ、図中に矢印Ｚにより示すように垂直方向に移動する。
【００５３】
このような駆動部１３１により、下ステージ１３４は、Ｘ方向およびＹ方向を含む水平方向、Ｚ方向となる垂直方向に移動自在となる。また、図示していない他のアクチュエータを動作させることにより、下ステージ１３４は、球面座２３１の中心を揺動軸としてθＸ方向およびθＹ方向に揺動する。
【００５４】
また、Ｚ方向アクチュエータ２３２は、球面座２３１を介して下ステージ１３４を支持する。下ステージ１３４は、図示していないアクチュエータにより、球面座２３１の上で揺動する。よって、下ステージ１３４は、揺動により決められた傾斜を維持しつつ、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動する。また、下ステージ１３４の移動に伴い、基板１０２は各方向に搬送される。
【００５５】
また、下ステージ１３４は、図示していない回転駆動部により、垂直な回転軸の回りにθＺ方向に回転する。これにより、下ステージ１３４は六自由度を獲得して、搭載した基板１０２を、任意の目標位置および目標姿勢に移動させることができる。
【００５６】
なお、下ステージ１３４の搭載面は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、基板ホルダ１０４を吸着して保持する。これにより、搭載された基板ホルダ１０４が下ステージ１３４上で変位することが防止される。
【００５７】
また、下ステージ１３４は、顕微鏡２３７および反射鏡２３９を搭載する。顕微鏡２３７および反射鏡２３９は、下ステージ１３４と共に移動するので、下ステージ１３４と顕微鏡２３７および反射鏡２３９との相対位置は変化しない。
【００５８】
反射鏡２３９は、図示していない干渉計の照射光を反射して、下ステージ１３４の位置を測定する場合に使用される。また、反射鏡２３９は、下ステージ１３４が移動した場合に、その移動量を検出する場合に使用される。
【００５９】
上記のような重ね合わせ装置１３０は、図３に示すように、下ステージ１３４および上ステージ１３６が対向方向に対して直交する水平方向にずれた状態では、下ステージ１３４上方または上ステージ１３６の下方に広い空間が開けている。よって、下ステージ１３４および上ステージ１３６の各々に、基板１０２を保持した基板ホルダ１０４を容易に搭載できる。
【００６０】
また、駆動部１３１により下ステージ１３４を移動させて、上ステージ１３６に対向した位置で上昇させることにより、基板１０２を当接させて重ね合わせることができる。これら下ステージ１３４の移動は、制御部２２０の制御の下に実行される。
【００６１】
即ち、制御部２２０は、後述するように、下ステージ１３４および上ステージ１３６に搭載された一対の基板１０２の位置ずれを計測する。また、制御部２２０は、当該位置ずれを解消する下ステージ１３４の搬送パスを算出する算出部２２２を有する。
【００６２】
よって、制御部２２０は、算出部２２２が算出した搬送パスに沿って駆動部１３１を制御して下ステージ１３４を移動させる。なお、制御部２２０は、重ね合わせ装置１３０自体に個別に実装されてもよい。また、積層基板製造装置１００全体の制御盤１１４の一部として実装されてもよい。
【００６３】
図５は、重ね合わせ装置１３０における制御部２２０の制御手順を示す流れ図である。
重ね合わせ装置１３０は、それぞれが基板ホルダ１０４に保持された一対の基板１０２を装入される。装入された基板１０２は、下ステージ１３４および上ステージ１３６にそれぞれ搭載され、制御部２２０による制御が開始される。
【００６４】
まず、制御部２２０は、下ステージ１３４を球面座２３１の回りに揺動させて、下ステージ１３４に搭載した基板１０２の表面を水平にする（ステップＳ１０１）。これにより、後述する顕微鏡２４７は、下ステージ１３４に搭載された基板１０２の表面をその被写界深度内で隈なく観察できる。
【００６５】
次に、制御部２２０は、Ｘ方向アクチュエータ２３６およびＹ方向アクチュエータ２３４を動作させて基板１０２を水平に移動させながら、上ステージ１３６と共にフレーム１３２に固定された上側の顕微鏡２４７により、下ステージ１３４に搭載された基板１０２のアライメントマーク２０４を観察する（ステップＳ１０２）。これにより、制御部２２０は、下ステージ１３４に搭載された基板１０２のアライメントマーク２０４の位置を計測できる。
【００６６】
続いて、制御部２２０は、Ｘ方向アクチュエータ２３６およびＹ方向アクチュエータ２３４を動作させて下ステージ１３４を水平に移動させながら、下ステージ１３４と共にＺ方向アクチュエータ２３２に搭載された下側の顕微鏡２３７により、上ステージ１３６に保持された基板１０２のアライメントマーク２０４を観察する（ステップＳ１０３）。これにより、制御部２２０は、上ステージ１３６に搭載された基板１０２のアライメントマーク２０４の位置を計測できる。
【００６７】
制御部２２０は、これら顕微鏡２３７、２４７による観察で、各基板１０２に配されたアライメントマーク２０４の位置を知ることができる。顕微鏡２３７の下ステージ１３４に対する相対位置と、顕微鏡２４７の上ステージ１３６に対する相対位置とはそれぞれ既知であり変化しないので、制御部２２０は、上記計測結果に基づいて、上下の基板１０２を位置合わせさせる対向位置を算出部２２２に算出させる（ステップＳ１０４）。ここで、対向位置は、上下一対の基板１０２のアライメントマーク２０４の位置、水平方向について相互に位置合わせされた場合の下ステージ１３４の位置を意味する。
【００６８】
ただし、一対の基板１０２を位置合わせした場合に、基板１０２の各々に複数形成されたアライメントマーク２０４のすべての位置が正確に一致することは稀である。そこで、算出部２２２は、複数のアライメントマーク２０４の位置ずれが、基板１０２全体で統計的に最小になる位置を対向位置として算出する。これにより、アライメントマーク２０４にずれが残っていても、一対の基板１０２の素子の導通が確保される。
【００６９】
次に、制御部２２０は、下ステージ１３４を上記対向位置に移動させる場合の搬送パスを算出部２２２に算出させる（ステップＳ１０５）。即ち、搬送パスは、上ステージ１３６に対して水平方向にずれた位置にある下ステージ１３４が、上ステージ１３６に対して正対する対向位置まで移動する間に辿る経路を意味する。
【００７０】
図６は、ステップ１０６における下ステージ１３４の搬送パスを模式的に示す図である。即ち、制御部２２０は、算出部２２２が算出した搬送パスにそって下ステージ１３４を移動させることにより、初期位置Ｉにある基板１０２および基板ホルダ１０４を、対向位置Ｄまで搬送させる（ステップＳ１０６）。
【００７１】
制御部２２０は、初期位置Ｉにある下ステージ１３４を、Ｘ方向アクチュエータ２３６によりＸ方向に、Ｙ方向アクチュエータ２３４によりＹ方向に、Ｚ方向アクチュエータ２３２によりＺ方向に、それぞれ移動させる。しかしながら、図中に点線Ａで示すように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に順次移動させた場合、下ステージ１３４の移動距離が長くなり、移動時間も長くなる。
【００７２】
そこで、算出部２２２は、例えば、Ｘ方向アクチュエータ２３６、Ｙ方向アクチュエータ２３４およびＺ方向アクチュエータ２３２を同時に動作させる搬送パスを算出する。これにより、図中に点線Ｂ１で示すように、移動を開始した当初の下ステージ１３４は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に同時に移動する。よって、下ステージ１３４の搬送パスは、基板１０２の対向方向であるＺ方向に対して斜交して短縮され、移動に要する時間も短縮される。
【００７３】
なお、下ステージ１３４のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の移動量は互いに等しいとは限らない。図示の例では、下ステージ１３４のＹ方向およびＺ方向の移動が先に終わり、対向位置Ｄの直前ではＸ方向に移動している。従って、搬送パスは、少なくとも１回、方向転換しているが、下ステージ１３４は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各々について最大の移動速度で移動できる。
【００７４】
更に、図中に点線Ｂ２で示すように、下ステージ１３４の移動に係る加速度の変化を連続的にして、初期位置Ｉから対向位置Ｄまでの下ステージ１３４の搬送パスが曲線を描くように移動させてもよい。これにより、基板１０２および基板ホルダ１０４に作用する慣性力の変化が少なくなり、基板１０２の基板ホルダ１０４に対する位置ずれが防止される。
【００７５】
更に、算出部２２２は、図中に点線Ｃ１で示すように、初期位置Ｉから目標である対向位置Ｄまでの最短距離を辿る搬送パスを算出してもよい。この場合、制御部２２０は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各々に個別に求められる移動量を、互いに同じ時間で移動するように、下ステージ１３４の移動速度も制御する。これにより、搬送パスを示す点線Ｃ１は、対向位置Ｄまでの間、単一の平面Ｐ上を移動する。こうして、下ステージ１３４は、初期位置Ｉから対向位置Ｄまでを最短距離で移動して移動時間を短縮できる。
【００７６】
このように、制御部２２０は、算出部２２２が算出した搬送パスに沿って下ステージ１３４を移動させる。これにより、下ステージ１３４に搭載された基板１０２は対向位置Ｄまで迅速に搬送される。下ステージ１３４が対向位置Ｄまで移動した場合、互いに対向する一対の基板１０２は、対応するアライメントマーク２０４が相互に位置合わせされている。
【００７７】
再び図５を参照すると、次に、制御部２２０は、Ｚ方向アクチュエータ２３２を動作させて、当接位置Ｆに向かって下ステージ１３４を上昇させる（ステップＳ１０７）。即ち、対向位置Ｄは、一対の基板１０２が予め定められた距離だけ離間して互いに対向する位置であって、一対の基板１０２が相互に当接する位置ではない。ステップＳ１０７において下ステージ１３４が水平に変位することなく上昇した場合に、下ステージ１３４に搬送された基板１０２は、やがて、上ステージ１３６に保持された基板１０２に当接する。
【００７８】
ここで、当接する一対の基板１０２が当接させる瞬間に平行ではなかった場合、いずれか一方の基板１０２の縁が他方の基板の表面に当接する片当たりが生じる。片当たりを生じると、縁に衝撃をうけた基板１０２に欠けが生じる場合がある。また、縁が当接した基板１０２の表面が損傷を受ける場合がある。
【００７９】
よって、一対の基板１０２が当接する直前には、下ステージ１３４の上昇速度を低下させて大きな衝撃の発生を未然に防止することが好ましい。そこで、制御部２２０は、ステップＳ１０７において、ステップＳ１０６とは異なる搬送制御を実行する。
【００８０】
図７は、ステップＳ１０７における基板１０２の平面Ｐ上の搬送パスを模式的に示す図である。上記ステップＳ１０６において、Ｘ方向およびＹ方向について、一対の基板１０２は既に位置合わせされているので、ステップＳ１０７においては、図示のように、下ステージ１３４は専らＺ方向に移動する。
【００８１】
既に説明した通り、下ステージ１３４に搬送された基板１０２は、下ステージ１３４の揺動により水平に調整されている。よって、一対の基板１０２は、片当たりを生じることなく重ね合わされる。しかしながら、一対の基板１０２それぞれの微小な傾きが重畳されて、一対の基板１０２が片当たりを生じる場合がある。
【００８２】
そこで、再び図５を参照すると、制御部２２０は、ロードセル２４１の個別の検出値を監視して、片当たりが生じたか否かを判断する（ステップＳ１０８）。即ち、複数のロードセル２４１から均等な圧力が検知された場合、制御部２２０は、一対の基板１０２は互いに平行な状態で当接して、片当たりが生じていないと判断する（ステップＳ１０８：ＮＯ）。
【００８３】
よって、制御部２２０は、下ステージ１３４の上昇を継続させる。よって、制御部２２０は、下ステージ１３４を更に上昇させて一対の基板１０２を密着させる。更に、Ｚ方向アクチュエータ２３２の駆動力を増して、一対の基板１０２を仮接合させる（ステップＳ１０９）。
【００８４】
一方、制御部２２０は、複数のロードセル２４１の検出値が相互に異なっている場合に、一対の基板１０２が完全に平行ではなく、片当たりが生じていると判断する（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）。この場合、制御部２２０は、まず、下ステージ１３４をいったん降下させて一対の基板１０２を離間させる（ステップＳ１１０）。次に、制御部２２０は、下ステージ１３４を揺動させて、一対の基板１０２を互いに平行にする（ステップＳ１１１）。
【００８５】
その後、制御部２２０は、下ステージ１３４を再び上昇させる（ステップＳ１０７）。以後、制御部２２０は、一対の基板１０２が、片当たりすることなく当接するまで、ステップＳ１０７、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０およびステップＳ１１１の各ステップを繰り返す。このように、対向位置Ｄからは、対向位置Ｄまでとは異なる搬送制御が実行される。
【００８６】
なお、積層基板製造装置１００において、仮接合された基板１０２は、加圧装置１７０により別途加圧されることにより、恒久的に接合された積層基板１０８となる。よって、上記ステップＳ１０４、Ｓ１０５において、基板１０２を対向位置Ｄまで迅速に搬送することにより、積層基板１０８を製造する場合のスループットを向上させることができる。
【００８７】
図８、図９、図１０および図１１は、積層基板製造装置１００における基板１０２の状態の変遷を示す図である。以下、図８、図９、図１０および図１１を参照しつつ積層基板製造装置１００の動作を説明する。
【００８８】
まず、接合に供される基板１０２を、ＦＯＵＰ１１６に収容して積層基板製造装置１００に装填する。接合に供される基板１０２は、互いに同じ仕様である場合も、互いに異なる仕様である場合もある。また、接合に供される基板１０２自体が、既に接合により形成された積層構造を有する場合もある。
【００８９】
積層基板製造装置１００においては、まず、大気ローダ１２０が、ホルダストッカ１４６から基板ホルダ１０４を搬出して、ホルダプリアライナ１４４に搬入する。ホルダプリアライナ１４４において、基板ホルダ１０４は、例えば案内部材等により案内されて、予め定められた位置に載置される。
【００９０】
次に、大気ローダ１２０は、ＦＯＵＰ１１６から基板１０２を搬出して基板プリアライナ１４２に搬送する。基板プリアライナ１４２は、基板１０２に形成されたノッチ等を指標にして、基板１０２の大気ローダ１２０に対する搭載方向および搭載位置を補正する。更に、大気ローダ１２０は、基板１０２をホルダプリアライナ１４４に搬送する。
【００９１】
大気ローダ１２０は、ホルダプリアライナ１４４において所定の位置に載置された基板ホルダ１０４に対して基板１０２を保持させる。基板ホルダ１０４は、静電チャック等の保持機構により、基板１０２を保持する。こうして、図８に示すように、基板１０２を保持した基板ホルダ１０４が用意される。基板１０２を保持した基板ホルダ１０４は、少なくとも２組用意される。
【００９２】
続いて、大気ローダ１２０は、各々が基板１０２を保持した基板ホルダ１０４を、重ね合わせ装置１３０に順次搬送する。例えば、最初に搬送される基板ホルダ１０４は、大気ローダ１２０により反転されて上ステージ１３６に保持される。
【００９３】
また、次に搬入された基板ホルダ１０４は、そのままの向きで下ステージ１３４に保持される。これら基板ホルダ１０４に保持された基板１０２は、図９に示すように、重ね合わせ装置１３０により相互に位置合わせして仮接合され、積層体１０６を形成する。
【００９４】
なお、重ね合わせ装置１３０において仮接合された一対の基板１０２はまだ接着されていないので、図１０に示すように、基板ホルダ１０４の永久磁石１０１および磁性体部材１０３を相互に吸着させて、基板ホルダ１０４を相互に結合させる。これにより、一対の基板１０２は連結された一対の基板ホルダ１０４に挟まれて、位置合わせされ状態が保存される。
【００９５】
次に、大気ローダ１２０は、積層体１０６を重ね合わせ装置１３０から搬出して、ロードロック１５０に搬入する。このとき、シャッタ１５４は閉じ、ロードロック１５０の内部は、高温部９９の真空環境から遮断されている。
【００９６】
次に、ロードロック１５０内に積層体１０６を置いた状態で、シャッタ１５２も閉じてロードロック１５０を気密に封鎖する。この状態でロードロック１５０の内部を排気して、真空環境とする。続いて、シャッタ１５４を開き、ロードロック１５０を高温部９９内の真空環境と連通させる。これにより、環境ローダ１６０は、積層体１０６をロードロックから搬出できる。
【００９７】
次に、環境ローダ１６０は、積層体１０６をいずれかの加圧装置１７０に搬入する。加圧装置１７０は、積層体１０６を加熱、加圧して、基板１０２を恒久的に接着させる。こうして、一対の基板１０２は、図１１に示すように、積層基板１０８となる。
【００９８】
次に、環境ローダ１６０は、加圧装置１７０から積層体１０６を搬出して、冷却装置１８０に搬入する。冷却装置１８０において、積層体１０６は室温まで冷却される。冷却された積層体１０６は、再び環境ローダ１６０によりロードロック１５０に搬入される。
【００９９】
積層体１０６を搬入されたロードロック１５０は、高温部９９側のシャッタ１５４を閉じ、ロードロック１５０の内部を大気圧に戻した後、室温部９８側のシャッタを開く。これにより、大気ローダ１２０が、積層体１０６を室温部９８側に搬出できる。
【０１００】
搬出された積層体１０６は、例えば、ホルダプリアライナ１４４において、積層基板１０８と基板ホルダ１０４とに分離される。分離された基板ホルダ１０４は、ホルダストッカ１４６に戻される。また、分離された積層基板１０８は、搬出用のＦＯＵＰ１１６に回収される。
【０１０１】
図１２は、ステップＳ１０５において生成される搬送パスの他の形態を模式的に示す図である。即ち、図示のように、算出部２２２は、初期位置Ｉから当接位置Ｆまでの全てにおいて最短距離を辿る搬送パスを算出してもよい。
【０１０２】
この場合、制御部２２０は、対向位置Ｄを当接位置Ｆの斜め下方に設定すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各々に個別に求められる移動量を、互いに同じ時間で移動するように下ステージ１３４の移動速度を制御する。これにより、図中に点線Ｃ２で示すように、初期位置Ｉから対向位置Ｄまでの搬送パスと、対向位置Ｄから当接位置Ｆまでの搬送パスとは、連続した直線状のパスを形成する。
【０１０３】
こうして、初期位置Ｉから当接位置Ｆまでの移動距離が最短になるので、下ステージ１３４の移動時間が短縮され、積層基板製造装置１００のスループットが向上される。また、下ステージ１３４の動作量が減少するので、駆動部１３１における摺動部の磨耗も軽減される。よって、積層基板製造装置１００の長寿命化にも寄与する。
【０１０４】
なお、下ステージ１３４の搬送パスが初期位置から当接位置Ｆまで連続した直線を描く場合であっても、当接位置Ｆの近傍に設定された対向位置Ｄから当接位置Ｆまでの間の下ステージ１３４の移動速度を低下させてもよい。これにより、厚さのばらつき等により基板１０２が慮外のタイミングで当接した場合でも、その損傷を低減できる。
【０１０５】
また、対向位置Ｄが当接位置Ｆの斜め下方に設定された場合、図中に点線Ｃ３で示すように、制御部２２０は、初期位置Ｉから対向位置Ｄを経て当接位置Ｆに至る搬送パス全体で、下ステージ１３４の加速度の変化が一定になるように制御してもよい。これにより、基板１０２および基板ホルダ１０４に作用する慣性力が減少して、基板１０２の位置ずれが防止される。
【０１０６】
図１３は、ステップＳ１０５において生成される搬送パスのまた他の形態を模式的に示す図である。即ち、図示のように、算出部２２２は、初期位置Ｉから対向位置Ｄまで、または、当接位置Ｆまでの間の全てにおいて曲線的に連続した搬送パスを算出してもよい。
【０１０７】
図中に点線Ｃ４で示すパスは、初期位置Ｉから、当接位置Ｆの下方に位置する対向位置Ｄまでの間、傾きが連続的に変化する曲線を描く。また、図中に点線Ｃ５で示すパスは、初期位置Ｉから、当接位置Ｆまでの間、傾きが連続的に変化する曲線を描く。
【０１０８】
このように、連続的な曲線を描くパスに沿って基板１０２および基板ホルダ１０４を移動させることにより、図中に点線Ｑにより示すような障害物が存在する場合に、当該障害物と干渉することなく、基板１０２および基板ホルダ１０４を短距離で円滑に移動させることができる。
【０１０９】
なお、下ステージ１３４の搬送パスが初期位置から当接位置Ｆまで連続した曲線を描く場合であっても、当接位置Ｆの近傍、斜め下方に設定された対向位置Ｄから当接位置Ｆまでの間の下ステージ１３４の移動速度を低下させてもよい。これにより、厚さのばらつき等により基板１０２が慮外のタイミングで当接した場合でも、その損傷を低減できる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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】
【０１１２】
９８  室温部、９９  高温部、１００  積層基板製造装置、１０１  永久磁石、１０２  基板、１０３  磁性体部材、１０４  基板ホルダ、１０５  接点、１０６  積層体、１０８  積層基板、１０９  フランジ部、１１０  筐体、１１２  断熱壁、１１４  制御盤、１１６  ＦＯＵＰ、１１８  真空ポンプ、１２０  大気ローダ、１２１、２３８  ガイドレール、１２２、１６２、２６２  フォーク、１２４、１６４、２６４  アーム、１２６、１６６  フォールディングアーム、１３０  重ね合わせ装置、１３１  駆動部、１３２  フレーム、１３４  下ステージ、１３６  上ステージ、１３８  防振脚、１４２  基板プリアライナ、１４４  ホルダプリアライナ、１４６  ホルダストッカ、１５０  ロードロック、１５２、１５４  シャッタ、１５６  気密壁、１６０  環境ローダ、１６８  共通支持部、１７０  加圧装置、１８０  冷却装置、２０２  ノッチ、２０４  アライメントマーク、２０６  素子領域、２２０  制御部、２２２  算出部、２３２  Ｚ方向アクチュエータ、２３１  球面座、２３４  Ｙ方向アクチュエータ、２３６  Ｘ方向アクチュエータ、２３７、２４７  顕微鏡、２３９、２４９  反射鏡、２４１  ロードセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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