(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板ホルダに保持された第１の半導体基板と第２基板ホルダに保持された第２の半導体基板とを互いに接合する基板接合装置であって、
前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを接合前に位置合わせするために、互いに相対移動する第１ステージおよび第２ステージを有する位置合わせ部と、
前記第１の半導体基板が前記第１基板ホルダを介して前記第１ステージ上に配置されるように前記第１の半導体基板および前記第１基板ホルダを前記第１ステージに搬送し、前記第２の半導体基板が前記第２基板ホルダを介して前記第２ステージ上に配置されるように前記第２の半導体基板および前記第２基板ホルダを前記第２ステージに搬送する搬送部と、
前記第１基板ホルダと前記第１の半導体基板との間、および、前記第２基板ホルダと前記第２の半導体基板との間にそれぞれ空隙を有する計測位置において、前記第１基板ホルダの姿勢、前記第１の半導体基板の姿勢、並びに、前記第１基板ホルダと前記第１の半導体基板との相対的な第１のずれ量、および、前記第２基板ホルダの姿勢、前記第２の半導体基板の姿勢、並びに、前記第２基板ホルダと前記第２の半導体基板との相対的な第２のずれ量、をそれぞれ検出する検出部と、
前記計測位置において、前記第１および第２のずれ量がそれぞれ前記位置合わせ部での位置合わせが可能な範囲内であるか否かを判断する判断部と、
前記第１および第２のずれ量が前記範囲内であると判断された場合に、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位置合わせすべく前記第１ステージおよび前記第２ステージを相対移動させる駆動部と、
位置合わせされた前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを互いに接合する接合部と、
を備える基板接合装置。
【請求項２】
前記位置合わせが可能な範囲は、前記第１ステージおよび前記第２ステージの少なくとも一方の回転可能な範囲である請求項１に記載の基板接合装置。
【請求項３】
前記第１の半導体基板を前記第１基板ホルダに載置し、前記第２の半導体基板を前記第２基板ホルダに載置する基板移載部を備え、
前記基板移載部は、
前記第１基板ホルダ上において前記第１基板ホルダから前記第１の半導体基板が離間した状態で前記第１の半導体基板を支持する支持部材を有し、
前記検出部は、前記第１の半導体基板が前記支持部材に支持された状態で前記第１基板ホルダと前記第１の半導体基板との前記第１のずれ量を検出する請求項１または２に記載の基板接合装置。
【請求項４】
前記基板移載部は、前記支持部材に支持された前記第１の半導体基板を前記第１基板ホルダ上に載置する載置部材を有し、
前記載置部材は、前記第１のずれ量が前記範囲内であると前記判断部により判断された場合に、前記第１の半導体基板を前記第１基板ホルダに載置する請求項３に記載の基板接合装置。
【請求項５】
前記支持部材と前記載置部材は同一部材である請求項４に記載の基板接合装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記基板ホルダに設けられたホルダ指標に対する前記第１の半導体基板の前記第１のずれ量を検出する請求項１から５のいずれか１項に記載の基板接合装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記第１基板ホルダに設けられた前記ホルダ指標を検出する第１検出部と、前記第１の半導体基板に設けられた基板指標を検出する第２検出部とを有する請求項６に記載の基板接合装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記ホルダ指標の像と前記基板指標の像を共に被写界深度内に結像させる光学系を備える請求項７に記載の基板接合装置。
【請求項９】
前記第１の半導体基板および前記第１基板ホルダを相対的に移動させる移動機構を備え、
前記検出部により検出された前記第１ずれ量が前記範囲外であると前記判断部により判断された場合には、前記第１のずれ量を相殺するように前記移動機構により前記第１の半導体基板および前記第１基板ホルダを相対移動する請求項３から８のいずれか１項に記載の基板接合装置。
【請求項１０】
前記移動機構は、前記第２の半導体基板および前記第２基板ホルダを相対的に移動させ、
前記検出部により検出された前記第２のずれ量が前記範囲外であると前記判断部により判断された場合には、前記第２のずれ量を相殺するように前記移動機構により前記第２の半導体基板および前記第２基板ホルダを相対移動する請求項９に記載の基板接合装置。
【請求項１１】
前記基板移載部は、前記基板ホルダを載置するステージを備え、
前記移動機構は、前記第１のずれ量を相殺するように前記ステージを移動させ、前記第１の半導体基板を前記第１基板ホルダに載置した後に、前記ステージを元の位置に戻す請求項９に記載の基板接合装置。
【請求項１２】
前記基板移載部は、前記基板ホルダを載置するステージを備え、
前記移動機構は、前記第２のずれ量を相殺するように前記ステージを移動させ、前記第２の半導体基板を前記第２基板ホルダに載置した後に、前記ステージを元の位置に戻す請求項１０に記載の基板接合装置。
【請求項１３】
前記搬送部は、前記第１の半導体基板および前記第１基板ホルダをそれぞれ個別に前記第１ステージに搬送し、前記第２の半導体基板および前記第２基板ホルダをそれぞれ個別に前記第２ステージに搬送する請求項１から１２のいずれか１項に記載の基板接合装置。
【請求項１４】
第１基板ホルダに保持された第１の半導体基板と第２基板ホルダに保持された第２の半導体基板とを互いに接合する基板接合方法であって、
前記第１の半導体基板が前記第１基板ホルダを介して位置合わせ部の第１ステージ上に配置されるように前記第１の半導体基板および前記第１基板ホルダを前記第１ステージに搬送し、前記第２の半導体基板が前記第２基板ホルダを介して前記位置合わせ部の第２ステージ上に配置されるように前記第２の半導体基板および前記第２基板ホルダを前記第２ステージに搬送する搬送ステップと、
前記第１基板ホルダと前記第１の半導体基板との間、および、前記第２基板ホルダと前記第２の半導体基板との間にそれぞれ空隙を有する計測位置において、前記第１基板ホルダの姿勢、前記第１の半導体基板の姿勢、並びに、前記第１基板ホルダと前記第１の半導体基板との相対的な第１のずれ量、および、前記第２基板ホルダの姿勢、前記第２の半導体基板の姿勢、並びに、前記第２基板ホルダと前記第２の半導体基板との相対的な第２のずれ量、をそれぞれ検出する検出ステップと、
前記計測位置において、前記第１および第２のずれ量がそれぞれ前記位置合わせ部での位置合わせが可能な範囲内であるか否かを判断する判断ステップと、
前記第１および第２のずれ量が前記範囲内であると判断された場合に、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位置合わせすべく前記第１ステージおよび前記第２ステージを相対移動させる駆動ステップと、
位置合わせされた前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを互いに接合する接合ステップと、
を含む基板接合方法。
【請求項１５】
前記第１の半導体基板を前記第１基板ホルダに載置し、前記第２の半導体基板を第２基板ホルダに載置する基板載置ステップを含む請求項１４に記載の基板接合方法。
【請求項１６】
前記位置合わせが可能な範囲は、前記ステージの回転可能な範囲である請求項１５に記載の基板接合方法。
【請求項１７】
前記基板載置ステップは、
前記第１基板ホルダ上において前記第１基板ホルダから前記第１の半導体基板が離間した状態で前記第１の半導体基板を支持部材により支持する支持ステップと、
前記支持部材に支持された前記第１の半導体基板を前記基板ホルダ上に載置する載置ステップとを含み、
前記検出ステップでは、前記第１の半導体基板が前記支持部材に支持された状態で前記基板ホルダと前記第１の半導体基板との前記第１のずれ量を検出し、
前記載置ステップは、前記第１のずれ量が前記範囲内であると前記判断ステップで判断された場合に、前記第１の半導体基板を前記基板ホルダに載置する請求項１５または１６に記載の基板接合方法。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれか１項に記載の基板接合方法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、基板移載装置、基板位置合わせ装置、基板移載方法およびデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハをウェハホルダに載置固定した後に、ウェハに設けられたアライメント用のマークを画像検出部によって検出することで、ウェハとウェハホルダ間の位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量が規定範囲内である場合にのみ次工程への搬出を許可するウェハ移載装置が、たとえば特許文献１に紹介されている。位置ずれ量が規定範囲内でなければ、ウェハをウェハホルダから剥離し、再度ウェハを置き直す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５４９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にウェハホルダは、外部から供給される電力によりウェハを静電吸着して固定する。算出された位置ずれ量が規定範囲内でなければ、一端電力の供給を停止して静電吸着を解除し、ウェハをウェハホルダから剥離する。ウェハをウェハホルダから剥離する動作は、例えば、ステージに対して進退するリフトピンを用いて、ウェハホルダの孔を貫通してウェハを持ち上げて行われる。しかしながら、電力の供給を停止した後もしばらくの間は静電力が残存しているので、十分な時間が経過する前に強制的な剥離動作を行うと、剥離時の衝撃によりウェハがリフトピン上で大きくずれてしまったり、場合によってはウェハがリフトピンから落下することがあった。一方、静電力が消滅する十分な時間の経過を待つと、スループットの低下を招くという弊害があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における基板移載装置は、基板ホルダに基板を移載する基板移載装置であって、基板ホルダを載置するステージと、ステージに載置された基板ホルダから基板ホルダの上方へ離間させて基板を支持するリフトピンと、ステージに載置された基板ホルダとリフトピンに支持された基板の位置を検出して、基板ホルダと基板との水平面に沿った相対的なずれ量を検出する検出部とを備える。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様における基板位置合わせ装置は、上記の基板移載装置を備える。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第３の態様における基板移載方法は、基板ホルダに基板を移載する基板移載方法であって、基板ホルダをステージに載置するホルダ載置ステップと、リフトピンにより基板を、ステージに載置された基板ホルダから基板ホルダの上方へ離間させて支持する支持ステップと、検出部により、ステージに載置された基板ホルダとリフトピンに支持された基板の位置を検出して、基板ホルダと基板との水平面に沿った相対的なずれ量を検出する検出ステップとを備える。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第４の態様における基板ホルダを用いて製造されるデバイスの製造方法は、基板ホルダに基板を移載する基板移載工程として、基板ホルダをステージに載置するホルダ載置ステップと、リフトピンにより基板を、ステージに載置された基板ホルダから基板ホルダの上方へ離間させて支持する支持ステップと、検出部により、ステージに載置された基板ホルダとリフトピンに支持された基板の位置を検出して、基板ホルダと基板との水平面に沿った相対的なずれ量を検出する検出ステップとを含む。
【０００９】
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】
【００１０】
【図１】ウェハ移載システムの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】ウェハを移載する様子を示す斜視図である。
【図３】ウェハのノッチとアライメントマークの関係を示す図である。
【図４】ウェハ移載装置の断面を概略的に示す図である。
【図５】ウェハとステージの位置関係を示す図である。
【図６】ウェハ移載処理についての制御フロー図である。
【図７】基板位置合わせ装置に適用した場合を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１は、本実施形態にかかるウェハ移載装置７０を含むウェハ移載装置システムの構成を概略的に示す斜視図である。ウェハ移載システムは、ウェハ移載装置７０の他にウェハローダ３０、ウェハノッチ検出装置４０、ウェハ搬送部５０、ウェハホルダローダ６０および制御演算部９０を備える。ウェハ移載システムは、半導体基板であるウェハ１０を基板ホルダとしてのウェハホルダ２０へ、予め定められた相対的な位置関係となるように移載するシステムである。各装置の各要素は、ウェハ移載システム全体の制御および演算を司る制御演算部９０、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御を行うことにより動作する。なお、以下においてｘｙｚ軸を図１に示すように定める。
【００１３】
ウェハローダ３０は、ウェハ１０を所定の保管場所からウェハノッチ検出装置４０の回転テーブル４１へ搬入載置する、多関節構造を備えたロボットアームである。ウェハローダ３０のウェハ保持部３１は、ウェハを静電吸着する吸着機構を備え、搬送中もウェハ１０を安定的に保持する。
【００１４】
ウェハノッチ検出装置４０は、ノッチ１１の位置を検出することにより、ウェハ１０の姿勢を外形基準で同定する。ノッチ１１は、略円形を成すウェハ１０の円周部に設けられた切欠きであり、例えば図示するように三角形状に切り欠かれている。ノッチ１１により、ウェハ１０のｘｙ平面内における回転位相を外形基準で把握することができる。
【００１５】
具体的には、ウェハローダ３０により回転テーブル４１に載置されたウェハ１０を回転する。回転テーブル４１には、回転テーブル４１を回転させるモータに加え、モータの回転量あるいは回転テーブル４１の回転量を検出するロータリエンコーダが内蔵されており、載置されたウェハ１０の回転量を監視する。なお、回転テーブル４１は、ウェハ１０を吸着固定する静電吸着機構を備える。
【００１６】
ラインセンサ４２は、回転するウェハ１０の外周部を、その投光部と受光部が挟み込むように配置されたノッチ検出センサである。投光部は、例えば赤外線であるライン状の平行光をウェハ１０の面に向かって照射する。平行光は、ノッチ１１以外の外周部において遮断され、受光部に到達しない。一方ノッチ１１に対して平行光が照射されているときには、ウェハ１０の表面に遮断されることなく受光部に到達する。したがって、受光部の出力を監視すればノッチ１１の位置を検出することができる。そして、ロータリエンコーダの出力と合わせて演算することにより、ウェハ１０のｘｙ平面内における回転位相を検知することができる。検知した回転位相は、制御演算部９０が備える記憶部に一時的に記憶される。
【００１７】
ウェハ搬送部５０は、回転位相の検出を終えたウェハ１０を、ウェハノッチ検出装置４０からウェハ移載装置７０へ搬送する搬送装置である。ウェハ搬送部５０の先端には、吸着機構を備えたウェハ保持アーム５１が設けられており、ウェハ１０を安定的に搬送する。具体的には、検出した回転位相に基づいてウェハ１０を回転テーブル４１により所定の方向に向ける調整を行った後、ウェハホルダ２０が載置されたステージ７１の上方まで、ウェハ１０の姿勢を維持したまま搬送する。
【００１８】
一方、ウェハホルダローダ６０は、ウェハホルダ２０を所定の保管場所からウェハ移載装置７０のステージ７１に搬送する搬送装置である。ウェハホルダローダ６０の先端には、ウェハホルダ２０の周縁部を挟み込むハンド部６１が設けられており、ウェハホルダ２０を挟持して安定的に搬送する。
【００１９】
ウェハ移載装置７０は、ウェハホルダ２０に対してウェハ１０を精確に位置決めして載置し、一体化された状態を形成する装置である。一体化された状態を以下においてワークと呼ぶ。ウェハ移載装置７０は、ステージ７１をｘ軸方向に移動するｘテーブル７３およびｙ軸方向に移動するｙテーブル７４を有する。ステージ７１をｘ軸方向に所定距離移動させたい場合には、制御演算部９０が図示しないアクチュエータを駆動することによりｘテーブル７３を移動させる。同様に、ステージ７１をｙ軸方向に所定距離移動させたい場合には、制御演算部９０が図示しないアクチュエータを駆動することによりｙテーブル７４を移動させる。また、制御演算部９０は図示しないアクチュエータを駆動することにより、ステージ７１をｚ軸周りに所定の回転角だけ回転させることができる。このような構成を採用することにより、ステージ７１に載置されたウェハホルダ２０を、ｘｙ平面内において任意の位置に任意の姿勢で静止させることができる。
【００２０】
ステージ７１は、ステージ表面７２に設けられた複数の吸引口７５を介してウェハホルダ２０の裏面を真空吸着する。吸引口７５に接続された管の他端は、図示しない排気装置に接続されている。また、ステージ７１には、複数の貫通孔７６が設けられており、ステージ７１の内部に収納されたリフトピン７７がステージ表面７２から突出する場合に、その挿通を許容する。突出した複数のリフトピン７７は、その先端で形成する仮想的な面においてウェハ１０を仮置きすることができる。それぞれのリフトピン７７の先端には吸引孔が設けられており、仮置きされたウェハ１０を真空吸着により仮固定することができる。
【００２１】
また、ステージ表面７２には、２本の位置決めピン７８が設けられており、ウェハホルダ２０の裏面に設けられた位置決め穴と嵌合して、ウェハホルダ２０をステージ７１の所定の位置に位置決めする。さらに、ステージ表面７２には電力供給ピン７９が設けられており、ウェハホルダ２０の裏面に設けられた電力供給端子と接続して、ウェハホルダ２０に電力を供給する。電力供給端子から電力を供給されたウェハホルダ２０は、その内部に設けられた電極によりウェハ保持面２１に電位差を生じさせ、ウェハ１０を静電吸着させる。
【００２２】
ウェハ移載装置７０はさらに、制御演算部９０に接続された撮像素子と、ステージ７１に載置されたウェハホルダ２０とその上方に位置するウェハ１０を俯瞰してその一部の像を撮像素子に結像させる光学系とを有する撮像ユニット８０を備える。撮像ユニット８０は、例えばウェハ移載装置７０の天井フレームなど、ステージ７１の移動に伴う振動の影響を受けない場所に固定されている。
【００２３】
ウェハホルダ２０には、その中央部に一段窪ませてウェハ保持面２１が設けられている。また、ウェハホルダ２０の周辺部には、ウェハホルダ２０の指標として複数のフィディシャルマーク２２が設けられている。制御演算部９０は、撮像ユニット８０によりフィディシャルマーク２２を検出することでウェハホルダ２０の姿勢を同定する。また、ウェハ保持面２１には、複数の挿通孔２３が設けられており、ウェハホルダ２０の表裏を貫通する。
【００２４】
図２は、ウェハ１０をウェハホルダ２０へ移載する様子を示す斜視図である。図は、ウェハホルダローダ６０により、ウェハホルダ２０がステージ７１に載置固定された後の状態を示す。複数のリフトピン７７は、ステージ７１の貫通孔７６を突き抜け、さらにウェハホルダ２０の挿通孔２３から突出して、ウェハ１０の仮置きを許容する受渡面を形成する。
【００２５】
ウェハ１０を保持したウェハ搬送部５０は、複数のリフトピン７７の上方へ移動し、ウェハ保持アーム５１を複数のリフトピン７７の間に差し入れて、ウェハ１０を受渡面に受け渡す。受渡面においてウェハ１０がリフトピン７７に仮置きされた後の処理動作については後述する。
【００２６】
図３は、ウェハ１０のノッチ１１とアライメントマーク１２の関係を示す図である。アライメントマーク１２は、ウェハ１０の回路形成面に設けられた複数の指標であり、回路形成面に区画形成されて造り込まれた複数の回路領域との相対的な位置関係を規定する。したがって、回路領域を基準としてウェハ１０の姿勢を同定する場合には、アライメントマーク１２を検出する。
【００２７】
アライメントマーク１２は、回路形成面に設けられた指標であるが、回路領域内の回路素子とは無関係に設けても良いし、回路の構成要素であって指標として利用できるものを用いても良い。例えば、積層型半導体チップの製造においては、層間の接続にＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉ Ｖｉａ）がよく利用されるが、ＴＳＶの先端をアライメントマーク１２として用いることができる。また、ウェハ１０を切断して半導体チップに個片化するときの切断予定線であるスクライブラインの交差箇所を、アライメントマーク１２として用いることもできる。
【００２８】
複数のウェハ１０に対して互いの回路形成面を貼り合わせて積層型半導体チップを製造する三次元実装においては、ウェハ１０の外形を基準として貼り合わせるのではなく、回路形成面に形成された回路領域を基準として貼り合わされる。つまり、互いのアライメントマーク１２を検出して、対応するアライメントマーク同士の相対的な誤差をできる限り小さくして貼り合わされる。しかしながら、アライメントマーク１２の精確な検出は、比較的倍率の高い撮像ユニットを必要とするので、ウェハ１０の姿勢が全くわからない状態からアライメントマーク１２のサーチを始めると、その位置を検出するまでに膨大な時間を要してしまう。そこで、ノッチ１１を検出して、外形基準によるウェハ１０の姿勢を同定する。このとき、例えば図３に示すように、ノッチ１１を検出して得られる外形基準の姿勢と、アライメントマーク１２を検出して得られる回路領域基準の姿勢では、ｘ軸およびｙ軸方向に（ｘ０，ｙ０）、ｚ軸周りにθのずれ量が存在する。しかし、このずれ量はわずかであるので、一旦外形基準でウェハ１０の姿勢を同定できれば、アライメントマーク１２のサーチに必要な時間は大幅に削減できる。また、サーチに要するステージ７１の移動も少なくすることができる。
【００２９】
ウェハノッチ検出装置４０では、ウェハ１０の外形基準による姿勢を同定することができる。したがって、ウェハ１０をウェハノッチ検出装置４０からウェハ移載装置７０へ搬送するときは、ウェハ移載装置７０においてウェハ保持面２１に載置する目標姿勢となるように、外形基準で同定したウェハ１０の姿勢を調整した上で、ウェハ保持アーム５１で保持して搬送する。
【００３０】
図４は、ウェハ移載装置７０の断面を概略的に示す図である。ただし、特に各要素が断面に現れるように図示し、また、一部の要素を簡略化している。図は、リフトピン７７がステージ７１の貫通孔７６を突き抜け、さらにウェハホルダ２０の挿通孔２３から突出して形成された受渡面に、ウェハ１０が仮置きされている状態を示す。
【００３１】
受渡面における仮置きは、上述のように、外形基準で同定したウェハ１０の姿勢に基づいて行われている。ただし、ウェハ搬送部５０の搬送に伴う誤差、ウェハ保持アーム５１がウェハ１０の着脱に伴う誤差などが累積されるので、実際には目標姿勢の通りに仮置きされているわけではない。そこで、撮像ユニット８０を用いてアライメントマーク１２を検出することにより、ウェハ１０の精確な姿勢を求める。また、ウェハホルダ２０に設けられたフィディシャルマーク２２を検出することにより、ウェハホルダ２０の精確な姿勢を求める。さらに、これらの検出結果から、ウェハホルダ２０とウェハ１０の相対的なずれ量を求める。
【００３２】
図５は、ウェハ１０とステージ７１の位置関係を示す図である。ウェハ１０は、ウェハホルダ２０の上方で少なくとも４つの位置をとり得る。上述のように、ウェハ保持アーム５１によって搬入出されるウェハ１０を授受する位置が授受位置１４である。授受位置１４でウェハ１０を受け取ると、リフトピン７７を一旦持ち上げて待機位置１３までウェハ１０を移動させる。この状態でウェハ保持アーム５１をウェハホルダ２０の上部から後退させる。
【００３３】
ウェハ保持アーム５１が後退すると、リフトピン７７を引き下げて計測位置１５にウェハ１０を移動させる。このとき、ウェハ１０とウェハホルダ２０のウェハ保持面２１との間には空隙が存在し、互いに接触していない。このときの空隙量は、撮像ユニット８０が奥行き方向の異なるアライメントマーク１２とフィディシャルマーク２２を共に検出することを考慮すれば、両者が被写界深度内に存在することが好ましく、また、リフトピン７７の並進ずれを考慮すれば、その後の移動量は少ないことが好ましいので、できる限り小さい方が良い。一方で、例えば３本のリフトピン７７でウェハ１０の周辺部分を支持した場合、ウェハ１０の自重による撓みの影響で、ウェハ１０の中心付近の空隙量は、周辺部分のそれよりも小さくなる。すると、空隙量を小さくしすぎると、中心付近でウェハ保持面２１と接触してしまい、ずれ量の検出に悪影響を及ぼす。したがって、設定されるべき空隙量は、この撓み量より若干大きい位が良い。具体的には、ＳＥＭＩ規格の２００ｍｍウェハでは撓み量が約５０μｍであり、３００ｍｍのウェハでは２２０μｍであるので、計測対象となるウェハ１０のサイズに応じて適宜空隙量を変更することが好ましい。つまり、ウェハサイズが大きいほど空隙量も大きく設定すると良い。
【００３４】
なお、撮像ユニット８０の光学系は、計測位置１５にあるウェハ１０のアライメントマーク１２も、ウェハホルダ２０のフィディシャルマーク２２も共に被写界深度内に収まるように設計されている。つまり、焦点調整を行わなくても共に焦点が合っている状態を実現している。具体的には、例えば、少なくともこの領域において像側テレセントリックに近似される光学設計がなされている。
【００３５】
そして、後述の検出処理を行った後にリフトピン７７をさらに引き下げて、ウェハ１０をウェハ保持面２１に吸着保持させる吸着位置１６まで移動させる。このとき、リフトピン７７は、引き下げの動作に伴ってウェハ１０との接触を離脱し、挿通孔２３を通って、ステージ７１の退避位置まで移動する。
【００３６】
ウェハ１０の姿勢、ウェハホルダ２０の姿勢およびウェハホルダ２０とウェハ１０の相対的なずれ量の検出は、リフトピン７７がウェハ１０を計測位置１５で支持する状態において実行する。複数のアライメントマーク１２の検出は、対象となるアライメントマーク１２が撮像ユニット８０の直下に位置するように、ステージ７１をｘｙ平面内で移動させておこなう。例えば、対象となるアライメントマーク１２の中心が、撮像ユニット８０の撮像素子の中心画素と一致したときの、ステージ７１の移動量をもってそのアライメントマーク１２の位置を決定する。このように決定された複数のアライメントマーク１２の位置から、回路領域を基準としたウェハ１０の精確な姿勢が求められる。つまり、ウェハ１０の姿勢として、ステージ７１の基準座標に対しての並進偏心量（ｘｗ，ｙｗ）と回転偏心量θｗが求められる。
【００３７】
同様に、複数のフィディシャルマーク２２の位置検出も行われる。そして決定されたフィディシャルマーク２２の位置からウェハホルダの精確な姿勢が求められる。つまり、ウェハホルダ２０の姿勢として、ステージ７１の基準座標に対しての並進偏心量（ｘｈ，ｙｈ）と回転偏心量θｈが求められる。
【００３８】
ウェハ１０の姿勢とウェハホルダ２０の姿勢が求められると、次に相対的なずれ量が求められる。ずれ量は、ｘ軸方向のずれ量としてΔｘ＝ｘｗ−ｘｈにより求められ、ｙ軸方向のずれ量としてΔｙ＝ｙｗ−ｙｈにより求められ、ｚ軸周りの回転方向のずれ量としてΔθ＝θｗ−θｈにより求められる。
【００３９】
次に、ウェハ１０をウェハホルダ２０に載置してワークを形成するまでの、一連のウェハ移載処理について説明する。図６は、ウェハ移載処理についての制御フロー図である。各々のステップは、それぞれのセンサからの出力を受けて、またはそれぞれの駆動部に対して、制御演算部９０が制御を行う。
【００４０】
ステップＳ１０１では、まず、ウェハホルダローダ６０により、ウェハホルダ２０をステージ７１へ搬入する。ウェハホルダ２０は、吸引口７５を介してステージ７１へ吸着固定される。ウェハホルダ２０がステージ７１へ吸着固定されると、ステップＳ１０２で、撮像ユニット８０を用いてウェハホルダ２０の姿勢を求める。この処理により、上述のように、ウェハホルダ２０の姿勢として、ステージ７１の基準座標に対しての並進偏心量（ｘｈ，ｙｈ）と回転偏心量θｈが求められる。
【００４１】
ウェハホルダ２０の姿勢を求めると、次に、ステップＳ１０３でウェハ１０をウェハ移載装置７０へ搬入する。なお、この処理に先立って、ウェハ１０は、ウェハノッチ検出装置４０を用いて外形基準の姿勢が検出されており、この姿勢に基づいて調整された目標姿勢で、ウェハ保持アーム５１により搬入される。なお、このときのウェハ１０の目標姿勢とは、予定通り載置された場合のウェハホルダ２０に対するずれ量が０となる姿勢である。ウェハ１０の搬入は、上述のように、リフトピン７７が突出して形成する受渡面に受け渡すことにより行う。このときのウェハ１０の位置は、図５で示す授受位置１４である。
【００４２】
そして、ウェハ１０を仮置きしたリフトピン７７は、ステップＳ１０４で一旦持ち上げられ、ウェハ１０を待機位置まで移動する。そして、ウェハ保持アーム５１をウェハホルダ２０の上方から後退させる。ウェハ保持アーム５１が後退して障害物がなくなった後、リフトピン７７を引き下げて、ウェハ１０を計測位置１５へ移動させる。
【００４３】
計測位置１５へ移動されたウェハ１０に対して、複数のアライメントマーク１２の検出を行う。これにより、上述のように、ウェハ１０の姿勢として、ステージ７１の基準座標に対しての並進偏心量（ｘｗ，ｙｗ）と回転偏心量θｗが求められる。
【００４４】
ステップＳ１０２とステップＳ１０６により、ウェハホルダ２０の姿勢と、ウェハ１０の姿勢が求められたので、ステップＳ１０７ではこれらに基づいて相対的なずれ量Ｄを求める。そして、求めたずれ量Ｄが予め定められた限界ずれ量Ｄ０よりも小さいか否かを判断する。上述のように、ｘ軸方向のずれ量Δｘ、ｙ軸方向のずれ量Δｙおよびｚ軸周りの回転方向のずれ量Δθがそれぞれ求められるが、相対的なずれ量Ｄとしては、様々な形式で求めることができる。たとえば、Ｄ＝（Δｘ，Δｙ，Δθ）とし、限界ずれ量Ｄ０をＤ０＝（Δｘ０，Δｙ０，Δθ０）と定めて、いずれか一つの要素でも定められた限界ずれ量を超えれば、ステップＳ１０７でＮＯに進むようにしても良い。あるいは、ずれ量Ｄを評価関数としてＤ＝Δｘ２＋Δｙ２＋Δθ２で表し、予め定められた定数Ｄ０と比較して判断しても良い。その他適宜評価関数を変更して判断しても良い。つまり、ウェハ１０とウェハホルダ２０の相対的なずれ量が、後の工程において許容できるか、または、悪影響を与えるものかを判断できれば良い。例えば、後の工程の一つとして、相対する２枚のウェハ１０を高精度に位置合わせをする工程を考えた場合、ワークを載置するステージを回転できる量は小さな範囲に限られているが、この許容回転角を基準としてＤ０を定めても良い。
【００４５】
ステップＳ１０７で、相対的なずれ量Ｄが限界ずれ量Ｄ０よりも小さいと判断されれば、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、計測位置１５にあるウェハ１０を、リフトピン７７をステージ７１の退避位置まで引き下げることにより、ウェハ保持面２１である吸着位置１６まで移動させる。そして、ステップＳ１０９で、ウェハ１０はウェハホルダ２０の静電吸着力によりウェハホルダ２０に固定されて、一体化されたワークを形成する。
【００４６】
ワークが形成されると、ステップＳ１１０へ進み、もしワーク形成時にステージ７１の移動がなされていれば、ステージ７１を初期状態である元の位置に再び戻す。この移動動作を行うことにより、ワーク搬出時に搬出アームがいずれかの構造物と干渉する恐れがなくなる。ワークの搬出アームは、ウェハホルダローダ６０を兼用しても良いし、別体として設けても良い。そして、ワークを搬出して一連の処理を終了する。
【００４７】
ステップＳ１０７で、相対的なずれ量Ｄが限界ずれ量Ｄ０以上と判断されれば、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、相対的なずれを修正する動作を行った回数をカウントするリトライカウンタＲをインクリメントする。なお、初期値は０である。そして、ステップＳ１１２へ進み、リトライカウンタＲが上限回数であるＲ０より小さいか否かを判断する。上限回数Ｒ０に達していたら、ステップＳ１１３へ進みエラー処理を行う。具体的には、ウェハ１０の不良、ウェハホルダ２０の不良等が考えられるので、これらの回収作業を行い、一連の処理を終了する。
【００４８】
ステップＳ１１２で、リトライカウンタＲがまだ上限回数Ｒ０に達していなければ、ステップＳ１１４へ進む。ステップＳ１１４では、計測位置１５にあるウェハ１０を授受位置１４まで持ち上げ、ウェハ保持アーム５１を差し入れて、ウェハ１０の保持をウェハ保持アーム５１に移す。そしてステップＳ１１５で、リフトピン７７を退避位置まで退避させる。つまり、リフトピン７７をステージ７１の内部に収納し、ウェハ１０をステージ７１の上方で、ウェハ移載装置７０の構造物とは非接触で待機させる。
【００４９】
そして、ステップＳ１１６では、ウェハ１０とウェハホルダ２０の相対的なずれ量を相殺すべく、ステージ７１を移動する。具体的には、まず回転方向のずれ量であるΔθだけステージ７１を回転する。次にｘ軸およびｙ軸方向のずれを修正するが、Δθ回転したことにより、ウェハホルダ２０の中心位置（ｘｈ，ｙｈ）が（ｘｈ'，ｙｈ'）へ移動するので、その分を加味して移動量を算出する。具体的には、ｘ軸方向の移動量はｘｗ−ｘｈ'であり、ｙ軸方向の移動量はｙｗ−ｙｈ'である。ここで、ｘｈ'はｘｈ・ｃｏｓ（Δθ）−ｙｈ・ｓｉｎ（Δθ）で求められ、ｙｈ'はｘｈ・ｓｉｎ（Δθ）＋ｙｈ・ｃｏｓ（Δθ）で求められる。このようにして求められた移動量に基づいて、ステージ７１を移動する。
【００５０】
ステップＳ１１６でステージ７１を移動して、ウェハ１０とウェハホルダ２０の相対的なずれを解消すると、再びステップＳ１０４へ戻り、再度一連の処理を繰り返す。この場合、すでに相対的なずれを解消しているので、ステップＳ１０７では、限界ずれ量Ｄ０よりも小さいと判断されることが期待できる。そして、ステップＳ１０８からステップＳ１９を経由し、ステップＳ１１０では、ステップＳ１１６で移動した移動量だけステージ７１を戻す処理を行って、一連の処理を終了する。
【００５１】
以上のようにウェハ移載装置７０を構成すると、ウェハ１０がウェハホルダ２０と接触する直前において、つまりわずかに空隙を挟んでウェハ１０の姿勢を同定するので、ウェハ１０をウェハホルダ２０から剥離する動作を伴わない。したがって、剥離時に生じうる衝撃がウェハ１０に加わる恐れがないので、ウェハ１０がリフトピン７７上で位置ずれを生じたり、ひいては落下することはない。
【００５２】
以上の実施形態においては、ウェハ移載システムを構成するウェハ移載装置７０として存在する場合を説明した。しかし、ウェハ移載装置７０は、他の装置に組み込まれて同様の処理を行うこともできる。その一例として基板位置合わせ装置に適用した場合を簡単に説明する。図７は、基板位置合わせ装置に適用した場合を説明する図である。
【００５３】
まず、基板位置合わせ装置としての説明をする。基板位置合わせ装置は、互いに対向して第１測定顕微鏡３０１と第２測定顕微鏡３０２を備える。第１測定顕微鏡３０１は筐体の天井フレームに固定され、第２測定顕微鏡３０２は第１ステージ３０３に設置される。第１ステージ３０３は、駆動装置３０７に設置され、図示しない制御演算部の制御によりｘｙｚ方向およびθｘθｙθｚ方向の６軸方向に移動する。第１ステージ３０３はその中央部に球面台座３０８を備え、駆動装置３０７は第１ステージ３０３を球面台座３０８に沿って駆動することにより、θｘθｙ方向に移動させる。ｘｙ方向の移動距離およびｚ軸周りの回転方向であるθｚ方向の回転量は、レーザー光波干渉式の測長器であるＸＹ干渉計３０６により、第１ステージ３０３の端部に設けられた反射ミラー３０５を用いて検出される。なお、ＸＹ干渉計３０６および反射ミラー３０５は、ＸＹ方向の移動量およびθｚ方向の回転量が検出できるように、適当な位置に複数設置されている。
【００５４】
第１ウェハホルダ１０１と第１ウェハ１００は、搬送ロボットに把持されて、第１ステージ３０３に搬入される。同様に、第２ウェハホルダ２０１と第２ウェハ２００は、搬送ロボットに把持されて、第２ステージ３０４に搬入される。
【００５５】
第１測定顕微鏡３０１は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、第１ステージ３０３に第１ウェハホルダ１０１を介して載置された第１ウェハ１００の一部分の像を撮像素子に結像させる光学系とを備える第１撮像ユニットを構成する。同様に、第２測定顕微鏡３０２は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、第２ステージ３０４に第２ウェハホルダ２０１を介して載置された第２ウェハ２００の一部分の像を撮像素子に結像させる光学系とを備える第２撮像ユニットを構成する。
【００５６】
第１測定顕微鏡３０１により第１ウェハ１００の所定の部分を観察するときには、制御演算部は、その観察部分が第１測定顕微鏡３０１の視野内に位置するように、駆動装置３０７を駆動して第１ステージ３０３を移動させる。第２測定顕微鏡３０２により第２ウェハ２００の所定の部分を観察するときには、制御演算部は、その観察部分が第２測定顕微鏡３０２の視野内に位置するように、駆動装置３０７を駆動して第１ステージ３０３を移動させる。なお、第１測定顕微鏡３０１と第２測定顕微鏡３０２のそれぞれの光軸は、互いに対向したときに一致するよう予め調整されている。
【００５７】
第１測定顕微鏡３０１および第２測定顕微鏡３０２により第１ウェハ１００と第２ウェハ２００の精確な姿勢を把握して、互いの接合面を接触させる。そして、第１ウェハホルダ１０１の吸着子と第２ウェハホルダ２０１のマグネットを作用させることで、第１ウェハ１００および第２ウェハ２００を挟持した状態で、第１ウェハホルダ１０１と第２ウェハホルダ２０１を一体化して固定する。一体化されたウェハホルダ対は、搬送ロボットに把持されて、基板位置合わせ装置から次工程を担う装置へ向けて搬出される。
【００５８】
以上のような基板位置合わせ装置において、第１ステージ３０３は、上述のウェハ移載装置７０におけるステージ７１と同様の構成を備えている。さらに、第１測定顕微鏡３０１は、ウェハ移載装置７０における撮像ユニット８０と同じ役割を担うことができる。したがって、上述の実施形態と同様のフローにより、搬送ロボットを用いて第１ウェハホルダ１０１と第１ウェハ１００を第１ステージ３０３へ搬入すれば、相互のずれ量が限界ずれ量Ｄ０以下であるワークを形成することができる。
【００５９】
また、第２ステージ３０４へ載置する第２ウェハ２００と第２ウェハホルダ２０１のワークは、一旦第１ステージ３０３側でワークを形成した後に、反転して第２ステージ３０４へ載置すれば良い。以上のように、ウェハ移載装置７０を、基板位置合わせ装置に適用することができる。この場合、多くの構成要素が複数の機能を担うように共用することができるので、追加する構成要素をほとんど必要とせず好都合である。
【００６０】
以上、本発明を上述の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。
【００６１】
なお上述の各処理の実行順序は、特段明示した場合を除き任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「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】
【００６２】
１０  ウェハ、１１  ノッチ、１２  アライメントマーク、１３  待機位置、１４  授受位置、１５  計測位置、１６  吸着位置、２０  ウェハホルダ、２１  ウェハ保持面、２２  フィディシャルマーク、２３  挿通孔、３０  ウェハローダ、３１  ウェハ保持部、４０  ウェハノッチ検出装置、４１  回転テーブル、４２  ラインセンサ、５０  ウェハ搬送部、５１  ウェハ保持アーム、６０  ウェハホルダローダ、６１  ハンド部、７０  ウェハ移載装置、７１  ステージ、７２  ステージ表面、７３  ｘテーブル、７４  ｙテーブル、７５  吸引口、７６  貫通孔、７７  リフトピン、７８  位置決めピン、７９  電力供給ピン、８０  撮像ユニット、９０  制御演算部、１００  第１ウェハ、１０１  第１ウェハホルダ、２００  第２ウェハ、２０１  第２ウェハホルダ、３０１  第１測定顕微鏡、３０２  第２測定顕微鏡、３０３  第１ステージ、３０４  第２ステージ、３０５  反射ミラー、３０６  ＸＹ干渉計、３０７  駆動装置、３０８  球面台座
【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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