(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ装置であって、
前記第１基板を保持する第１ステージと、
前記第２基板を保持し、前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせるべく移動する第２ステージと、
前記第２基板に重ね合わされた前記第１基板に対する前記第１ステージの保持が解除されたときに、前記第１ステージから前記第２ステージへの前記第１基板の荷重移動に伴って変位が生じた前記第２ステージの戻り動作による前記第１ステージへの前記第１基板の衝突を防止する衝突防止部と、
前記第２ステージを前記第１ステージの方向へ移動させる駆動部と
を備え、
前記衝突防止部は、前記駆動部の駆動力を前記第２ステージを介して前記第１ステージに作用させることが可能となったことを検出する検出部と、前記駆動部を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記駆動部の駆動力を前記第１ステージに作用させることが可能となったことを前記検出部が検出した後であって、前記第１ステージと前記第１基板が離間するまでの間に、少なくとも前記第１基板の荷重に相当する大きさの駆動力を前記第２ステージから前記第１ステージに作用させるべく前記駆動部を制御する重ね合わせ装置。
【請求項２】
前記第１ステージと前記第２ステージは互いに重力方向で対向し、前記第２ステージは前記第１ステージの下方に配置されており、
前記駆動部は、前記第２ステージを前記第１ステージ方向へ駆動するアクチュエータを有し、
前記制御部は、前記荷重に相当する大きさの駆動力を前記アクチュエータにより発生させる請求項１に記載の重ね合わせ装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記第２ステージを前記第１ステージ方向へ駆動する支持機構を更に有し、前記制御部は、前記荷重に相当する大きさの駆動力を、前記アクチュエータから前記支持機構へ移行させる請求項２に記載の重ね合わせ装置。
【請求項４】
前記移行は、前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除してから、前記第１ステージと前記第１基板が離間するまでの間に実行する請求項３に記載の重ね合わせ装置。
【請求項５】
前記第１ステージと前記第２ステージとは互いに重力方向で対向し、前記第２ステージは前記第１ステージの下方に配置されており、
前記駆動部は、前記第２ステージを重力方向に支持する支持機構を有し、
前記制御部は、前記荷重に相当する大きさの駆動力を支持機構により発生させる請求項１に記載の重ね合わせ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記支持機構に前記荷重に相当する力を超える駆動力を発生させて前記第２基板を前記第１基板に向けて押圧した後、前記荷重に相当する大きさまで駆動力を減少させる請求項５に記載の重ね合わせ装置。
【請求項７】
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方は基板ホルダに保持されており、
前記衝突防止部は、前記第１基板が前記基板ホルダに保持されているときには、前記変位により前記基板ホルダが前記第１ステージに衝突することを防止する請求項１から６のいずれか１項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１基板が前記基板ホルダに保持されて、前記第１基板が前記基板ホルダと一体的に前記第１ステージから離間する場合に、前記基板ホルダの荷重に相当する大きさの駆動力を加えて前記第２ステージから前記第１ステージに作用させるべく前記駆動部を制御する請求項７に記載の重ね合わせ装置。
【請求項９】
前記検出部は、前記駆動部の駆動力を前記第２ステージを介して前記第１ステージに作用させることが可能となったことを、前記第１基板と前記第２基板が接触したことにより検出する請求項１から８のいずれか一項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項１０】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ装置であって、
前記第１基板を保持する第１ステージと、
前記第２基板を保持し、前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせるべく移動する第２ステージと、
前記第２基板に重ね合わされた前記第１基板に対する前記第１ステージの保持が解除されたときに、前記第１ステージから前記第２ステージへの前記第１基板の荷重移動に伴って変位が生じた前記第２ステージの戻り動作による前記第１ステージへの前記第１基板の衝突を防止する衝突防止部と
を備え、
前記衝突防止部は、前記第１基板と前記第１ステージとの間に気体を噴出する噴気機構を有する重ね合わせ装置。
【請求項１１】
前記衝突防止部は、前記噴気機構を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除するタイミングに同期して前記気体を噴出させる請求項１０に記載の重ね合わせ装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記第１ステージと前記第２ステージの距離が大きくなるに従って前記気体の噴出量を少なくする請求項１１に記載の重ね合わせ装置。
【請求項１３】
前記第１ステージには前記気体が噴出される孔が設けられており、前記噴気機構は、前記孔から吸気することにより、前記第１基板を前記第１ステージに吸着させる保持機構を兼ねる請求項１１または１２に記載の重ね合わせ装置。
【請求項１４】
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方は基板ホルダに保持されており、
前記衝突防止部は、前記第１基板が前記基板ホルダに保持されているときには、前記変位により前記基板ホルダが前記第１ステージに衝突することを防止する請求項１１から１３のいずれか１項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項１５】
前記第１基板と前記第２基板が接触したことを検出する検出部を更に備え、
前記制御部は、前記検出部が前記第１基板と前記第２基板が接触したことを検出した後に前記気体を噴出させる請求項１１から１４のいずれか１項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項１６】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ装置であって、
前記第１基板を保持する第１ステージと、
前記第２基板を保持し、前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせるべく移動する第２ステージと、
前記第２基板に重ね合わされた前記第１基板に対する前記第１ステージの保持が解除されたときに、前記第１ステージから前記第２ステージへの前記第１基板の荷重移動に伴って変位が生じた前記第２ステージの戻り動作による前記第１ステージへの前記第１基板の衝突を防止する衝突防止部と、
前記第１ステージと前記第２ステージの少なくとも一方を、互いに対向する方向に沿って相対的に移動させる駆動部と
を備え、
前記衝突防止部は前記駆動部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記第１ステージへの保持が解除された前記第１基板の荷重が作用した前記第２ステージと前記第１ステージとの間隔が所定距離よりも大きくなるように前記駆動部を制御する重ね合わせ装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記第１基板と前記第２基板とが互いに重ね合わされた後であって、前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除して前記第１基板の荷重が前記第２ステージに作用するまでの間の所定の時点で、前記第１ステージと前記第２ステージの間隔が前記所定距離よりも大きくなるように前記駆動部を制御する請求項１６に記載の重ね合わせ装置。
【請求項１８】
前記第１ステージと前記第２ステージは互いに重力方向で対向し、前記第２ステージは前記第１ステージの下方に配置されており、
前記駆動部は、重力方向に伸縮可能な伸縮機構を備えて前記第２ステージを重力方向に支持する支持機構を有し、
前記制御部は、前記伸縮機構の流体を前記所定の時点で所定量分だけ抜出することにより前記第２ステージを前記第１ステージから所定距離より大きく離間させる請求項１７に記載の重ね合わせ装置。
【請求項１９】
前記第１ステージと前記第２ステージは互いに重力方向で対向し、前記第２ステージは前記第１ステージの下方に配置されており、
前記駆動部は、重力方向に伸縮可能な伸縮機構を備えて前記第２ステージを重力方向に支持する支持機構を有し、
前記制御部は、前記伸縮機構の制御を圧力制御から位置制御に切り替えて、前記第２ステージを前記第１ステージから所定距離より大きく離間させる請求項１７に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２０】
前記第１ステージと前記第２ステージは互いに重力方向で対向し、前記第２ステージは前記第１ステージの下方に配置されており、
前記駆動部は、共に前記第２ステージを前記第１ステージ方向へ駆動する支持機構とアクチュエータを有し、
前記制御部は、前記所定の時点に同期して前記アクチュエータのフィードバックゲインの値を前記所定の時点以前の値よりも小さくする請求項１７に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２１】
前記所定の時点は、前記第１基板が前記第１ステージから離間する時点を含む請求項１７または１８に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２２】
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方は基板ホルダに保持されており、
前記衝突防止部は、前記第１基板が前記基板ホルダに保持されているときには、前記変位により前記基板ホルダが前記第１ステージに衝突することを防止する請求項１７から２１のいずれか１項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２３】
前記第１基板と前記第２基板が接触したことを検出する検出部を更に備え、
前記制御部は、前記検出部が前記第１基板と前記第２基板が接触したことを検出した後の時点で、前記第１ステージと前記第２ステージの間隔が所定距離より大きくなるように前記駆動部を制御する請求項１７から２２のいずれか１項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２４】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ装置であって、
前記第１基板を保持する第１ステージと、
前記第２基板を保持し、前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせるべく移動する第２ステージと、
前記第２基板に重ね合わされた前記第１基板に対する前記第１ステージの保持が解除されたときに、前記第１ステージから前記第２ステージへの前記第１基板の荷重移動に伴って変位が生じた前記第２ステージの戻り動作による前記第１ステージへの前記第１基板の衝突を防止する衝突防止部と、
前記第１ステージ及び前記第２ステージの少なくとも一方を、互いに対向する方向へ移動させる駆動部と
を備え、
前記衝突防止部は前記駆動部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記第１基板と前記第２基板とが互いに重ね合わされた後の所定の時点で、前記駆動部のフィードバックゲインの値を前記所定の時点以前の値よりも小さくする重ね合わせ装置。
【請求項２５】
前記所定の時点は、前記第１基板と前記第２基板とが互いに重ね合わされた後であって、前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除して前記第１基板の荷重が前記第２ステージに作用するまでの間の時点である請求項２４に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２６】
前記所定の時点は、前記第１基板が前記第１基板の保持を解除する時点、または、前記第１基板が前記第１ステージから離間する時点を含む請求項２５に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２７】
前記所定の時点は、前記第１基板と前記第２基板との重ね合わせが完了する時点である請求項２５に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２８】
前記第１基板と前記第２基板の接触を検出する検出部を備え、
前記制御部は、前記検出部が前記第１基板と前記第２基板との接触を検出した後に、前記駆動部のフィードバックゲインの値を前記所定の時点以前の値よりも小さくする請求項２５から２７のいずれか１項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項２９】
前記所定の時点は、前記駆動部における単位時間当たりの推力の上昇量が所定値を上回る時点である請求項２５に記載の重ね合わせ装置。
【請求項３０】
第１基板と第２基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ装置であって、
前記第１基板を保持する第１ステージと、
前記第２基板を保持し、前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせるべく移動する第２ステージと、
前記第２基板に重ね合わされた前記第１基板に対する前記第１ステージの保持が解除されたときに、前記第１ステージから前記第２ステージへの前記第１基板の荷重移動に伴って変位が生じた前記第２ステージの戻り動作による前記第１ステージへの前記第１基板の衝突を防止する衝突防止部と、
前記第１ステージと前記第２ステージの少なくとも一方を、互いに対向する方向へ移動させる駆動部と
を備え、
前記衝突防止部は前記駆動部を制御する制御部であって、
前記制御部は、前記第１基板と前記第２基板とが互いに重ね合わされた後の所定の時点で、前記駆動部の制御をフィードバック制御からオープンループ制御に切り替える重ね合わせ装置。
【請求項３１】
前記所定の時点は、前記第１基板と前記第２基板とが互いに重ね合わされた後であって、前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除して第１基板の荷重が前記第２ステージに作用するまでの間の時点である請求項３０に記載の重ね合わせ装置。
【請求項３２】
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方は基板ホルダに保持されており、
前記衝突防止部は、前記第１基板が前記基板ホルダに保持されているときには、前記変位により前記基板ホルダが前記第１ステージに衝突することを防止する請求項２４から３１のいずれか１項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項３３】
前記第１基板が前記基板ホルダに保持されているときには、前記所定の時点は、前記基板ホルダが前記第１ステージから離間する時点を含む請求項３２に記載の重ね合わせ装置。
【請求項３４】
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方は、既に積層された複数の基板からなる請求項１から３０のいずれか１項に記載の重ね合わせ装置。
【請求項３５】
複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により少なくとも前記第２ステージを前記第１ステージに向けて移動させる移動ステップと、
前記第２ステージから前記第１ステージに前記第２ステージの駆動力が作用することが可能となったことを検出する検出ステップと、
前記検出ステップで前記第１ステージへの前記駆動力の作用が可能となったことを検出した後であって、前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除して前記第１基板の荷重が前記第２ステージに作用するまでの間に、少なくとも前記第１基板の荷重に相当する大きさの駆動力を前記第２ステージから前記第１ステージに作用させるべく前記駆動部を制御する制御ステップと
を有する重ね合わせ方法。
【請求項３６】
複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により前記第２ステージを少なくとも前記第１ステージに向けて移動させる移動ステップと、
前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除するタイミングに同期して、前記第１ステージと前記第１基板との間に気体を噴気させる噴気ステップと
を有する重ね合わせ方法。
【請求項３７】
複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により前記第２ステージと前記第１ステージとを接近させる移動ステップと、
前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除して前記第１基板の荷重が作用した前記第２ステージと前記第１ステージとの間隔が所定距離よりも大きくなるように前記駆動部を制御する制御ステップと
を有する重ね合わせ方法。
【請求項３８】
複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により前記第２ステージと前記第１ステージとを接近させる移動ステップと、
前記第１基板と前記第２基板を重ね合わせる重ね合わせステップと、
前記重ね合わせステップの後の所定の時点で、前記駆動部のフィードバックゲインの値を前記所定の時点以前の値よりも小さくするゲイン変更ステップと
を有する重ね合わせ方法。
【請求項３９】
複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により前記第２ステージと前記第１ステージとを接近させる移動ステップと、
前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせる重ね合わせステップと、
前記重ね合わせステップの後の所定の時点で、前記駆動部の制御をフィードバック制御からオープンループ制御に切り替える制御切替ステップと
を有する重ね合わせ方法。
【請求項４０】
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、
前記複数の基板を重ね合わせる工程は、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により少なくとも前記第２ステージを前記第１ステージに向けて移動させる移動ステップと、
前記第２ステージから前記第１ステージに前記第２ステージの駆動力が作用することが可能となったことを検出する検出ステップと、
前記検出ステップで前記第１ステージへの前記駆動力の作用が可能となったことを検出した後であって、前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除して前記第１基板の荷重が前記第２ステージに作用するまでの間に、少なくとも前記第１基板の荷重に相当する大きさの駆動力を前記第２ステージから前記第１ステージに作用させるべく前記駆動部を制御する制御ステップと
を含むデバイスの製造方法。
【請求項４１】
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、
前記複数の基板を重ね合わせる工程は、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により前記第２ステージを少なくとも前記第１ステージに向けて移動させる移動ステップと、
前記第１ステージが前記第１基板の保持を解除するタイミングに同期して、前記第１ステージと前記第１基板との間に気体を噴気させる噴気ステップと
を含むデバイスの製造方法。
【請求項４２】
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、
前記複数の基板を重ね合わせる工程は、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により前記第２ステージと前記第１ステージとを接近させる移動ステップと、
前記第１ステージへの保持が解除された前記第１基板の荷重が作用する前記第２ステージと前記第１ステージとの間隔が所定距離よりも大きくなるように前記駆動部を制御する制御ステップと
を含むデバイスの製造方法。
【請求項４３】
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、
前記複数の基板を重ね合わせる工程は、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により前記第２ステージと前記第１ステージとを接近させる移動ステップと、
前記第１基板と前記第２基板を重ね合わせる重ね合わせステップと、
前記重ね合わせステップの後の所定の時点で、前記駆動部のフィードバックゲインの値を前記所定の時点以前の値よりも小さくするゲイン変更ステップと
を含むデバイスの製造方法。
【請求項４４】
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、
前記複数の基板を重ね合わせる工程は、
第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、
第２ステージに、前記第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、
駆動部により前記第２ステージと前記第１ステージとを接近させる移動ステップと、
前記第１基板と前記第２基板を重ね合わせる重ね合わせステップと、
前記重ね合わせステップの後の所定の時点で、前記駆動部の制御をフィードバック制御からオープンループ制御に切り替える制御切替ステップと
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、複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ装置、重ね合わせ方法及びデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、複数の半導体チップを積層させた立体構造がある。特に、半導体基板であるウェハの状態で複数枚を積層して、接合した後に個片化する手順により製造される半導体チップが、その生産性の高さから、近年注目を集めている。２枚のウェハを重ね合わせる場合、互いのアライメントマークを顕微鏡で測定しながら位置合わせをする（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
一方のウェハに対して他方のウェハを、位置合わせ指令に従って正確にかつ高速に移動させることができる重ね合わせ装置が望まれている。しかしながら、高速に重ね合わせを行うと、重ね合わせ後のウェハ支持ステージにウェハの荷重が一時に加わることに起因して、それぞれのウェハを支持していたステージ同士が一旦離間した後に衝突するという問題が生じていた。ステージ同士が衝突するとは、すなわち、支持したウェハが他方のステージに衝打されることを意味する。このような現象は、ウェハの物理的な破損、電気的な不良の原因となっていた。
【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の態様においては、複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ装置であって、第１基板を保持する第１ステージと、第１基板に対向して配置される第２基板を保持する第２ステージと、第１基板と第２基板が重ね合わされて第２ステージと共に第１ステージから離間したときに、反動により第１基板が第１ステージに衝突することを防止する衝突防止部とを備える。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様においては、複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により少なくとも第２ステージを第１ステージに向けて移動させる移動ステップと、第２ステージから第１ステージに第２ステージの駆動力が作用することが可能となったことを検出する検出ステップと、検出ステップで第１ステージへの駆動力の作用が可能となったことを検出部が検出した後であって、第１ステージが第１基板の保持を解除して第１基板の荷重が第２ステージに作用するまでの間に、少なくとも第１基板の荷重に相当する大きさの駆動力を第２ステージから第１ステージに作用させるべく駆動部を制御する制御ステップとを有する。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第３の態様においては、複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により第２ステージを少なくとも第１ステージに向けて移動させる移動ステップと、第１ステージが第１基板の保持を解除するタイミングに同期して、第１ステージと第１基板との間に気体を噴気させる噴気ステップとを有する。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第４の態様においては、複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により第２ステージと第１ステージとを接近させる移動ステップと、第１ステージが第１基板の保持を解除して第１基板の荷重が第２ステージに作用するまでの間の所定の時点で、第１ステージと第２ステージとが所定距離より大きく離間させるように駆動部を制御する制御ステップとを有する。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第５の態様においては、複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により第２ステージと第１ステージとを接近させる移動ステップと、第１基板と第２基板を重ね合わせる重ね合わせステップと、第１基板と第１ステージとの非接触を検出する非接触検出ステップと、重ね合わせステップと非接触検出ステップの間の所定の時点で、駆動部のフィードバックゲインの値を所定の時点以前の値よりも小さくするゲイン変更ステップとを有する。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第６の態様においては、複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ方法であって、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により第２ステージと第１ステージとを接近させる移動ステップと、第１基板と第２基板とを重ね合わせる重ね合わせステップと、第１基板と第１ステージの非接触を検出する非接触検出ステップと、重ね合わせステップと非接触検出ステップの間の所定の時点で、駆動部の制御をフィードバック制御からオープンループ制御に切り替える制御切替ステップとを有する。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第７の態様においては、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、複数の基板を重ね合わせる工程は、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により少なくとも第２ステージを第１ステージに向けて移動させる移動ステップと、第２ステージから第１ステージに第２ステージの駆動力が作用することが可能となったことを検出する検出ステップと、検出ステップで第１ステージへの駆動力の作用が可能となったことを検出部が検出した後であって、第１ステージが第１基板の保持を解除して第１基板の荷重が第２ステージに作用するまでの間に、少なくとも第１基板の荷重に相当する大きさの駆動力を第２ステージから第１ステージに作用させるべく駆動部を制御する制御ステップとを含む。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第８の態様においては、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、複数の基板を重ね合わせる工程は、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により第２ステージと第１ステージとを接近させる移動ステップと、第１ステージが第１基板の保持を解除して第１基板の荷重が第２ステージに作用するまでの間の所定の時点で、第１ステージと第２ステージとが所定距離より大きく離間させるように駆動部を制御する制御ステップとを含む。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第９の態様においては、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、複数の基板を重ね合わせる工程は、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により第２ステージと第１ステージとを接近させる移動ステップと、第１ステージが第１基板の保持を解除して第１基板の荷重が第２ステージに作用するまでの間の所定の時点で、第１ステージと第２ステージとが所定距離より大きく離間させるように駆動部を制御する制御ステップとを含む。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の第１０の態様においては、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、複数の基板を重ね合わせる工程は、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により第２ステージと第１ステージとを接近させる移動ステップと、第１基板と第２基板を重ね合わせる重ね合わせステップと、第１基板と第１ステージの非接触を検出する非接触検出ステップと、重ね合わせステップと非接触検出ステップの間の所定の時点で、駆動部のフィードバックゲインの値を所定の時点以前の値よりも小さくするゲイン変更ステップとを含む。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第１１の態様においては、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、複数の基板を重ね合わせる工程は、第１ステージに第１基板を保持させる第１保持ステップと、第２ステージに、第１基板に対向して第２基板を保持させる第２保持ステップと、駆動部により第２ステージと第１ステージとを接近させる移動ステップと、第１基板と第２基板を重ね合わせる重ね合わせステップと、第１基板と第１ステージの非接触を検出する非接触検出ステップと、重ね合わせステップと非接触検出ステップの間の所定の時点で、駆動部の制御をフィードバック制御からオープンループ制御に切り替える制御切替ステップとを含む。
【００１６】
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】
【００１７】
【図１】重ね合わせ装置を概略的に示す断面図である。
【図２】重ね合わせ装置を概略的に示す上面図である。
【図３】上部テーブルの近傍を概略的に示す説明図である。
【図４】粗動ステージ部を示す斜視図である。
【図５】図２のＢ−Ｂに沿った概略断面図である。
【図６】自重キャンセラを示す斜視図である。
【図７】図６のＣ−Ｃに沿った概略断面図である。
【図８】図２のＢ−Ｂに沿った断面図であり、図５とは反対方向から見た部分的な詳細図である。
【図９】図２のＡ−Ａ線に沿った部分的な詳細断面図である。
【図１０】微動ステージ部を概略的に示す上面図である。
【図１１】重ね合わせ装置の他の構成を示す概略断面図である。
【図１２】第１の基板ホルダを上方から見下ろした様子を示す斜視図である。
【図１３】第１の基板ホルダを下方から見上げた様子を示す斜視図である。
【図１４】重ね合わせ装置の制御フロー図である。
【図１５】重ね合わせ装置の第１の制御に係る制御フロー図である。
【図１６】重ね合わせ装置の第２の制御に係る制御フロー図である。
【図１７】第１の変形例に係る上部テーブルの近傍を概略的に示す説明図である。
【図１８】第１の変形例に係る重ね合わせ装置の制御フロー図である。
【図１９】第２の変形例に係る自重キャンセラにおいて、図６のＣ−Ｃに相当する断面線に沿った概略断面図である。
【図２０】第２の変形例に係る重ね合わせ装置の制御フロー図である。
【図２１】第３の変形例に係る重ね合わせ装置の制御フロー図である。
【図２２】第３の変形例に係る下部テーブルの重力方向における位置制御系を簡易的に示すブロック線図である。
【図２３】第３の変形例に係る比例ゲインＫｐの値を変化させたときの応答特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明の実施の形態およびその変形例を通じて本発明を説明するが、これら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、実施形態およびその変形例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。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る重ね合わせ装置１０を概略的に示す断面図である。重ね合わせ装置１０の全体的な構成としては、まず、床１５の上に除振部材１６を介して設置された粗動ベース部材１３上に、粗動ステージ部１４と、更にその上方に下部テーブル３５を含む微動ステージ部１８を備えている。また、粗動ベース部材１３に設けられた凹部１９には、除振部材２０を介して設置されたボディ２１には、下部テーブル３５の上方であって下部テーブル３５に対向する位置に上部テーブル２４が備えられている。従って、除振部材２０は防振部として機能し、上部テーブル２４が振動することを防いでいる。
【００２０】
粗動ベース部材１３は、その上面にＸ‐駆動部３３とＹ‐駆動部３４が設置されており、これらによりＸＹ‐ステージ部材３２がｘｙ方向に駆動される。したがって、ＸＹ‐ステージ部材３２は、図示しない制御部からの指示により、ｘｙ方向の所定位置へ移動できる。Ｘ‐駆動部３３、Ｙ‐駆動部３４及びＸＹ‐ステージ部材３２は、粗動ステージ部１４を構成する。なお、装置の鉛直方向をｚ軸方向とし、ｚ軸方向に直交する平面をｘｙ平面とする。
【００２１】
Ｙ‐駆動部３４は、Ｙ軸方向に沿った移動力を、ＸＹ‐ステージ部材３２及びＸ‐駆動部３３に与える一対のＹ‐リニアモータ５３と、ＸＹ‐ステージ部材３２及びＸ‐駆動部３３の移動を案内するＹ‐ガイド部材５６とを有する。すなわち、ＸＹ‐ステージ部材３２及びＸ‐駆動部３３は、ｙ軸方向に一体的に移動する。一対のＹ‐リニアモータ５３のマグネット５４は、それぞれｙ軸方向に沿って伸び、かつ互いに平行になるように、粗動ベース部材１３のｘ軸方向で互いに向かい合う一対の縁部１３ｂに固定されている。一対のＹ‐リニアモータ５３のそれぞれのコイル５５は、連結部材５０、５１に設けられており、それぞれのマグネット５４に非接触状態で係合する。
【００２２】
また、Ｙ‐ガイド部材５６は、一対マグネット５４間でｙ軸方向に沿って伸びるように、粗動ベース部材１３に固定されている。Ｙ‐ガイド部材５６には、一方の連結部材５０に設けられた係合部５７がエアベアリング５８を介して非接触状態で係合している。各Ｙ‐リニアモータ５３の駆動時に係合部５７がＹ‐ガイド部材５６に案内されることにより、ＸＹ‐ステージ部材３２及びＸ‐駆動部３３がｙ軸方向に沿って移動する。
【００２３】
連結部材５０、５１は、Ｘ‐駆動部３３を構成する２つのＸ‐ガイド部材４６を、それぞれの端部で互いに連結して一体化するための部材である。連結部材５０、５１の底面には、それぞれエアパッド５２が設けられている。これにより、連結部材５０、５１は、それぞれ粗動ベース部材１３の上面１３ａに接触することなく間隔をおいて設置されている。
【００２４】
ボディ２１は、微動ベース部材１７、これに平行に配置される上板部材２２、及び上板部材２２を微動ベース部材１７上で支持する柱部材２３とから構成され、これらは高い剛性をもって、一体的にフレームとして機能する。そして、上板部材２２に固定される上部テーブル２４は、その下面においてウェハである第１の基板１１を保持する。上部テーブル２４近傍の具体的な構成については後述する。
【００２５】
柱部材２３には、上部テーブル２４の下面に対して、予め定められた所定の位置にＸ‐干渉計２９が設置されている。具体的には、柱部材２３のうちｙｚ平面と平行となるように加工された面上であって、ｙ軸方向に離間した２箇所と、さらにそれぞれに対してｚ軸方向に離間した２箇所の合計４箇所に対して４つのＸ‐干渉計２９が設置されている。これら４つの干渉計の出力により、下部テーブル３５のｘ軸方向の位置、ｙ軸周りの回転方向及びｚ軸周りの回転方向の回転量を計測することができる。Ｘ‐干渉計２９は、下部テーブル３５の位置を計測する位置計測部を構成する。
【００２６】
微動ステージ部１８は、ＸＹ‐ステージ部材３２を貫通する自重キャンセラ３６により支持される。自重キャンセラ３６は、ボディ２１の微動ベース部材１７上に設置される。そして、微動ステージ部１８の下部テーブル３５の上面においてウェハである第２の基板１２を保持する。微動ステージ部１８近傍の具体的な構成については後述する。なお、重ね合わされる第１の基板１１と第２の基板１２は、その重ね合わされる互いの面において半導体素子が形成されており、重ね合わされた後に接合されることで、3次元的な電気回路構成を実現する。第１の基板１１及び第２の基板１２は、１枚のウェハであっても良いし、一方又は両方が既に積層されたウェハであっても良い。
【００２７】
図２は、重ね合わせ装置１０を概略的に示す上面図である。なお、図２においては、ボディ２１のうち、上板部材２２と柱部材２３、及びこれらに設置されている構造物を取り外した状態を示している。
【００２８】
Ｘ‐駆動部３３は、ｘ軸方向に沿った移動力を、ＸＹ‐ステージ部材３２に与える一対のＸ‐リニアモータ４３と、各Ｘ‐リニアモータ４３によるＸＹ‐ステージ部材３２の移動を案内する一対のＸ‐ガイド部材４６とを有する。
【００２９】
一対のＸ‐リニアモータ４３のマグネット４４は、粗動ベース部材１３の凹部１９に配置される微動ベース部材１７をｘ軸方向に跨ぎ、かつ、互いに平行になるように、粗動ベース部材１３の上面１３ａに配置されている。Ｘ‐リニアモータ４３のコイル４５は、ＸＹ‐ステージ部材３２に取り付けられており、それぞれのマグネット４４に非接触状態で係合する。また、一対のＸ‐ガイド部材４６は、一対のマグネット４４の間に、ｘ軸方向に沿って伸び、かつ、互いに平行になるように、粗動ベース部材１３の上面１３ａ上に配置されている。
【００３０】
２つのＸ‐ガイド部材４６及び２つのマグネット４４をそれぞれ連結する連結部材５０、５１は、エアパッド５２を介して粗動ベース部材１３の上面１３ａに設置されている。従って、マグネット４４及びＸ‐ガイド部材４６は、それぞれ粗動ベース部材１３及び微動ベース部材１７上に浮上している関係にある。
【００３１】
上述のように、柱部材２３には下部テーブル３５のｘ軸方向の位置等を計測するＸ‐干渉計２９が設置されているが、同様に、下部テーブル３５のｙ軸方向の位置等を計測するＹ‐干渉計３０も柱部材２３の予め定められた所定の位置に設置されている。具体的には、柱部材２３のうちｘｚ平面と平行となるように加工された面上であって、ｘ軸方向に離間した２箇所と、さらにそれぞれに対してｚ軸方向に離間した２箇所の合計４箇所に対して４つのＹ‐干渉計３０が設置されている。これら４つの干渉計の出力により、下部テーブル３５のｙ軸方向の距離、ｘ軸周りの回転方向及びｚ軸周りの回転方向の回転量を計測することができる。Ｙ‐干渉計３０は、下部テーブル３５の位置を計測する位置計測部を構成する。したがって、Ｘ‐干渉計２９とＹ‐干渉計３０から構成される位置計測部は、下部テーブル３５のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｘ軸周りの回転方向、ｙ軸周りの回転方向及びｚ軸周りの回転方向の５自由度に関して位置を計測することができる。
【００３２】
対応する下部テーブル３５には、Ｘ‐移動鏡７４及びＹ‐移動鏡７５が取り付けられている。Ｘ‐移動鏡７４はＸ‐干渉計２９からの光を反射させるための鏡であり、Ｙ‐移動鏡７５はＹ‐干渉計３０からの光を反射させるための鏡である。Ｘ‐移動鏡７４の鏡面はｙｚ平面と平行な平面であり、Ｙ‐移動鏡７５の鏡面はｘｚ平面と平行な平面である。
【００３３】
このように位置計測部を構成すると、上部テーブル２４を基準として、下部テーブル３５の位置を相対的に、かつ正確に把握することができる。第２の基板１２を第１の基板１１に位置合わせをしながら重ね合わせるとき、第１の基板１１側を位置決め基準とした第２の基板１２側の位置計測が重要となるが、位置計測部はこのような相対的な関係を満たす。特に、ボディ２１は高い剛性をもった一体的なフレーム構造をなすので、このフレーム構造の面であって下部テーブル３５の側面に対向する面に位置計測部を設置することが好ましい。なお、本実施形態においては、位置計測部を干渉計を用いて構成したが、これに限らず、例えばレーザー測長計、マイクロセンサなどの、同様の機能を実現する位置センサまたは距離センサを用いても良い。
【００３４】
図３は、上部テーブル２４の近傍を概略的に示す説明図である。上述のように、上部テーブル２４は、上板部材２２に固定されている。上部テーブル２４の下面２４ａ上には、第１の基板１１を保持する第１の基板ホルダ２５が載置される。具体的には、下面２４ａには排気装置に連結された吸引口が複数設けられており、これにより第１の基板ホルダ２５を真空吸着して載置を実現している。なお、下面２４ａは、後述する位置合わせ制御における基準面となる。
【００３５】
第１の基板１１は第１の基板ホルダ２５に静電力により吸着される。ＥＳＣ端子２７が上板部材２２に備えられており、第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に載置されると、ＥＳＣ端子２７と第１の基板ホルダ２５の端子が接触するように構成されている。そして、第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に載置された後は、このＥＳＣ端子２７を経由して、第１の基板ホルダ２５に静電力を生じさせるための電力を供給する。
【００３６】
上部テーブル２４と上板部材２２との間には、上部テーブル２４に作用する荷重を検出するためのロードセル２６が複数設けられている。具体的には、下面２４ａの二次元な領域内において加えられる荷重の大きさと位置が検出できるように、上部テーブル２４と上板部材２２との間に、直線上に並ばない少なくとも３個のロードセル２６が設置される。これらのロードセル２６の出力は、分析部としての制御部に入力される。制御部は、それぞれのロードセル２６の出力から、第２の基板１２が第１の基板１１に当接したか否かを分析し、更には、互いに仮接合を行うのに必要な圧力に達しているか、もしくは、必要以上の圧力が加えられていないかを分析する。同時に、制御部は、同じくそれぞれのロードセル２６の出力から、第１の基板１１または第１の基板１１を保持する第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に接触したか否かを分析し、または、下面２４ａに第１の基板１１もしくは第１の基板ホルダ２５が吸着されることによって上部テーブル２４が受ける下向きの力を分析して、その装着を判断する。このように、さまざまな分析をロードセル２６の出力を用いて行うことで、それぞれ単独にセンサを設けて検出及び分析を行うよりも、装置を単純化することができる。ひいては、装置の小型化、低コスト化に寄与する。なお、仮接合として加える圧力と基板ホルダによる荷重の和が、いずれかの基板に形成された素子を破壊する破壊力よりも小さくなるように制御される。
【００３７】
ロードセル２６により検出される具体的な荷重の例としては、設置される個数が３個であるとき、第２の基板１２を第１の基板１１に当接させた場合は、それぞれのロードセル２６は上向きの力として約１０Ｎを検出する。また、第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に装着された場合は、それぞれのロードセル２６は下向きの力として約５Ｎを検出する。同様に、第１の基板１１のみが上部テーブル２４に装着された場合は、それぞれのロードセル２６は下向きの力として約０．５Ｎを検出する。
【００３８】
なお、第２の基板１２が第１の基板１１に当接したか否かの分析、互いに仮接合を行うのに必要な圧力に達しているか、もしくは、必要以上の圧力が加えられていないかの分析、及び、第１の基板１１もしくは第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に吸着されたことの判断は、ひとつのロードセル２６のみが設置されている場合であっても実行することができる。これらの分析及び判断に加え、複数のロードセル２６を平面的に配置することにより、更に、第２の基板１２が第１の基板１１のどの位置に当接したかの分析、仮接合時の圧力分布の分析、及び、第１の基板１１もしくは第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４のどの位置に当接したかの分析も行うことができる。したがって、例えば、第１の基板ホルダ２５を上部テーブル２４に吸着させるときに、全てのロードセル２６から同一の出力を検出すれば傾くことなく面と面で接触したと判断できる。一方、それぞれのロードセル２６から異なる出力を検出すれば、第１の基板ホルダ２５は傾いて上部テーブル２４に接触または吸着されたと判断できる。
【００３９】
また、微動ステージ部１８に保持される第２の基板１２を位置合わせ時に観察するための上部顕微鏡２８を備える。具体的な位置合せの動作については後述する。
【００４０】
図４は、粗動ステージ部について、それぞれの構造物を具体的に組み立てたときの斜視図である。同一の構造物には同一の番号を付して、その具体的な形状の一例を示す。
【００４１】
図示するように、ＸＹ‐ステージ部材３２は板状の部材からなる。そして、その中央部には、自重キャンセラ３６を貫通させるための貫通孔３７が形成されている。
【００４２】
図５は、図２のＢ-Ｂに沿った部分的な概略断面図である。具体的には、微動ベース部材１７より上部に配置されているＸＹ‐ステージ部材３２、自重キャンセラ３６及び下部テーブル３５周辺の構造物についての断面を概略的に表す図である。
【００４３】
一対のＸ‐ガイド部材４６のうち一方のＸ‐ガイド部材４６は、ＸＹ‐ステージ部材３２に設けられたエアパッド４７を介してＸＹ‐ステージ部材３２を支持している。他方のＸ‐ガイド部材４６には、ＸＹ‐ステージ部材３２に設けられた係合部４８が、エアベアリング４９を介して非接触状態で係合している。各Ｘ‐リニアモータ４３の駆動時に、係合部４８が他方のＸ‐ガイド部材４６に案内されることにより、ＸＹ‐ステージ部材３２が微動ベース部材１７上をｘ軸方向に沿って移動する。
【００４４】
貫通孔３７の内周部には、自重キャンセラ３６をその側方から非接触で支持する複数のエアパッド３８が設けられている。それぞれのエアパッド３８は多少の傾斜にも対応することができるので、自重キャンセラ３６が傾いたとしても、許容範囲内であればその傾きに追従して支持することができる。
【００４５】
自重キャンセラ３６は、微動ベース部材１７上に複数のエアパッド７０を介して載置されている。そして、上述のように、自重キャンセラ３６はＸＹ‐ステージ部材３２に複数のエアパッド３８を介して支持されている。すると、ＸＹ‐ステージ部材３２がＸ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によりｘｙ平面上で駆動されると、これに追従して自重キャンセラ３６も、微動ベース部材１７上を浮上した状態でｘｙ方向に移動することになる。
【００４６】
自重キャンセラ３６は、シリンダ５９、ピストン６１及び球面座６３を備える。シリンダ５９は、横断面が矩形状をなした筒部材からなり、内部に圧力室６０を有する。制御部は、圧力室６０に接続される圧力調整装置を制御して、圧力室６０の圧力を、下部テーブル３５及びこれに取り付けられる構造物の自重と釣り合うように制御する。また、上述のエアパッド３８は、このシリンダ５９を非接触で支持しており、したがって、シリンダ５９は、ＸＹ‐ステージ部材３２の貫通孔３７に対して、上方へ開放するように貫通されている。また、シリンダ５９の上端にはアーム部材８９が取り付けられており、このアーム部材の先端部に、自重キャンセラ３６に対する下部テーブル３５の位置を検出するＺ‐干渉計６７が設置されている。
【００４７】
ピストン６１は、エアベアリング６２を介してシリンダ５９内に非接触状態で挿入されており、圧力室６０の圧力に応じてｚ軸方向に沿って移動できる。すなわち、ピストン６１は、図示の例では、自重キャンセラ３６の伸縮機構である。ピストン６１の上部は平板状に形成されており、その上面６１ａ上にエアベアリング６６を介して球面座６３が載置されている。球面座６３は、下部テーブル３５の下面３５ｂに一体的に取り付けられている球面部材６４と接触する台座である。凸球面７７は、球面座６３の凹球面６５とエアベアリング７８を介して対向する、球面部材６４の面である。エアベアリング６６及びエアベアリング７８の介在により、ピストン６１は球面座６３を、球面座６３は球面部材６４を、それぞれ非接触状態でｚ軸方向に支持する。また、球面部材６４が球面座６３の凹球面６５に沿って案内されることにより、下部テーブル３５は傾動できる。
【００４８】
下部テーブル３５は、板部材からなり、ＸＹ‐ステージ部材３２の上方に配置されている。上述のように、下部テーブル３５の上面３５ａには、第２の基板１２を保持する第２の基板ホルダ４１が載置される。上面３５ａ上には排気装置に連結された吸引口が複数設けられており、これにより第２の基板ホルダ４１を真空吸着して載置を実現している。第２の基板１２は第２の基板ホルダ４１に静電力により吸着される。ＥＳＣ端子７３が下部テーブル３５に備えられており、第２の基板ホルダ４１が下部テーブル３５に載置されると、ＥＳＣ端子７３と第２の基板ホルダ４１の端子が接触するように構成されている。そして、第２の基板ホルダ４１が下部テーブル３５に載置された後は、このＥＳＣ端子７３を経由して、第２の基板ホルダ４１に静電力を生じさせるための電力を供給する。
【００４９】
下部テーブル３５には、複数のプッシュアップピン４２を挿通する挿通孔７１がそれぞれ形成されている。また、これらの挿通孔７１の一部に対応するように、第２の基板ホルダ４１にも複数の挿通孔７２が形成されている。このように構成することにより、プッシュアップピン４２を、挿通孔７２及び挿通孔７２に対応する挿通孔７１の内部を通過するように伸長させて第２の基板１２を持ち上げ、第２の基板ホルダ４１から離脱させることができる。また、挿通孔７２に対応しない挿通孔７１に、プッシュアップピン４２を通過するように伸長させれば、第２の基板ホルダ４１を持ち上げ、下部テーブル３５から離脱させることができる。これら複数のプッシュアップピン４２は、その本体部がＸＹ‐ステージ部材３２上に固定されており、ピンの伸長及び収納は、制御部からの指令によって制御される。
【００５０】
ＸＹ‐ステージ部材３２には、下部テーブル３５とＸＹ‐ステージ部材３２との間のｘ軸及びｙ軸方向に沿った相対距離を測定するＸＹ‐渦電センサ３９と、ｚ軸方向に沿った相対距離を測定するＺ‐渦電センサ４０が設けられている。これらは、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によりｘｙ平面上で共に駆動されるＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５において、互いの相対位置を検出する計測部を形成する。
【００５１】
ＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５の間には、アクチュエータとしてのボイスコイルモータである３つのＺ‐ＶＣＭ８６がｚ軸方向に駆動力が作用するように設置されている。下部テーブル３５には、それぞれのＺ‐ＶＣＭ８６のマグネット８７が固定されており、それらに係合するコイル８８はそれぞれＸＹ‐ステージ部材３２に固定されている。制御部がこれら３つのＺ‐ＶＣＭ８６を個別に制御することで、下部テーブル３５をｚ軸方向に平行移動させ、または、ｘ軸周り及びｙ軸周りに回転させることができる。具体的な動作については後述する。
【００５２】
下部テーブル３５には、第２の基板ホルダ４１の載置面の周辺部に、ＡＦセンサ７９と下部顕微鏡７６が設置されている。ＡＦセンサ７９は、上部テーブル２４と下部テーブル３５の相対的な傾きを検出するセンサである。また、下部顕微鏡７６は、上部テーブル２４に保持された第１の基板１１を位置合わせ時に観察するための顕微鏡である。
【００５３】
図６は、自重キャンセラ３６について、それぞれの構造物を具体的に組み立てたときの斜視図である。図５で示す自重キャンセラ３６と同一の構造物には同一の番号を付して、その具体的な形状の一例を示す。図５で示す自重キャンセラ３６と異なるのは、シリンダ５９とエアパッド７０の間に脚部材６８を有する点である。脚部材６８は、シリンダ５９の下部から微動ベース部材１７に向けて伸びている。
【００５４】
さらに、図７は、図６のＣ-Ｃに沿った概略断面図である。図示するビス穴にビスを通すことにより、シリンダ５９と脚部材６８、ピストン６１の上面６１ａを有する天板部とピストン部、下部テーブル３５と球面部材６４がそれぞれ一体化される。そして、シリンダ５９とピストン６１の間、ピストン６１と球面座６３の間、球面座６３と球面部材６４の間には、それぞれ、エアベアリング６２、６６、７８が設けられており、互いに非接触に保たれている。
【００５５】
図８は、図２のＢ-Ｂに沿った断面図であり、図５とは反対方向から見た部分的な詳細図である。ＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５の間には、アクチュエータとしてのボイスコイルモータである２つのＹ‐ＶＣＭ８３がｙ軸方向に駆動力が作用するように設置されている。下部テーブル３５には、それぞれのＹ‐ＶＣＭ８３のマグネット８４が固定されており、それらに係合するコイル８５はそれぞれＸＹ‐ステージ部材３２に固定されている。制御部がこれら２つのＹ‐ＶＣＭ８３を個別に制御することで、下部テーブル３５をｙ軸方向に平行移動させ、または、ｚ軸周りに回転させることができる。
【００５６】
図９は、図２のＡ-Ａ線に沿った部分的な詳細断面図である。ＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５の間には、アクチュエータとしてのボイスコイルモータである１つのＸ‐ＶＣＭ８０がｘ軸方向に駆動力が作用するように設置されている。下部テーブル３５には、それぞれのＸ‐ＶＣＭ８０のマグネット８１が固定されており、それらに係合するコイル８２はそれぞれＸＹ‐ステージ部材３２に固定されている。制御部がこのＸ‐ＶＣＭ８０を制御することで、下部テーブル３５をｘ軸方向に平行移動さることができる。
【００５７】
Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３の駆動力を作用させて下部テーブル３５をｘ軸方向、ｙ軸方向またはｚ軸周りの回転方向に移動させるとき、下部テーブル３５から球面部材６４及びエアベアリング７８を介して受ける力により、球面座６３がピストン６１の上面６１ａ上をｘｙ平面内で移動する。このとき、球面座６３とピストン６１との間には、エアベアリング６６が形成されているので、下部テーブル３５は、ピストン６１の上面６１ａ上をｘ軸方向及びｙ軸方向へ案内される。
【００５８】
また、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動力を作用させて下部テーブル３５をｘ軸周りの回転方向またはｙ軸周りの回転方向に移動させるとき、球面部材６４がエアベアリング７８を介して球面座６３の凹球面６５に沿って案内され、これにより、下部テーブル３５はｘ軸周りまたはｙ軸周りに傾動する。さらに、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動力を作用させて下部テーブル３５をｚ軸方向に移動させるときは、Ｚ‐ＶＣＭ８６の移動量に応じて自重キャンセラ３６のピストン６１がｚ軸方向に移動することで、下部テーブル３５とこれに一体的に取り付けられている構造物の自重を支持する。したがって、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動力自体はそれほど大きくなくても、下部テーブル３５をｚ軸方向へ移動させることができる。なお、自重キャンセラ３６の脚部材６８の下面には、微動ベース部材１７との間にエアベアリング６９を形成するためのエアパッド７０が設けられている。なお、制御部は、下部テーブル３５をｘ軸周りまたはｙ軸周りに回転して傾動させるときには、第２の基板１２のうち、第１の基板１１と対向する面の重心を回転軸が通るようにＺ‐ＶＣＭ８６を駆動する。
【００５９】
図１０は、微動ステージ部を概略的に示す上面図である。特にここでは、下部テーブル３５を駆動するアクチュエータの配置とその作用について説明する。
【００６０】
上述のように、下部テーブル３５には下部顕微鏡７６などの構造物が取り付けられている。また、下部テーブル３５及び下部テーブル３５に取り付けられている構造物は、自重キャンセラ３６にその質量が支持されているものの、エアベアリング６６、７８の作用により、その他の構造物からは空間的に隔離されたユニットであると捉えることができる。このとき、下部テーブル３５及び下部テーブル３５に取り付けられている構造物全体からなるユニットの重心を重心Ｇとする。Ｘ‐ＶＣＭ８０は、ｘ軸方向に駆動力が作用するように１つ設置されており、Ｙ‐ＶＣＭ８３は、ｙ軸方向に駆動力が作用するように２つ設置されており、Ｚ‐ＶＣＭ８６は、ｚ軸方向に駆動力が作用するように３つ設置されている。その具体的な設置位置としては、Ｘ‐ＶＣＭ８０については、そのｘ軸方向の駆動力が重心Ｇを通るように設置する。また、Ｙ‐ＶＣＭ８３については、ｙ軸方向にそれぞれが同一の駆動力を出力したときにｚ軸周りにモーメントを発生させないように設置する。例えば、ユニットに質量分布の偏りが無いと仮定すれば、重心Ｇを通るｙ軸に平行で対称な２つの直線方向にそれぞれの駆動力が出力されるように設置すればよい。また、Ｚ‐ＶＣＭ８６については、ｚ軸方向にそれぞれが同一の駆動力を出力したときにｘ軸周りまたはｙ軸周りにモーメントを発生させないように設置する。例えば、同様にユニットに質量分布の偏りが無いと仮定すれば、ｚ軸に平行でｘｙ平面上で重心Ｇを重心とする正三角形の頂点を通る３つの直線方向に、それぞれの駆動力が出力されるように設置すればよい。なお、制御部は、下部テーブル３５をｚ軸周りに回転するときには、重心Ｇを通るようにＸ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３を駆動する。
【００６１】
このように、本実施形態によれば、それぞれのアクチュエータが直接的に下部テーブル３５にその駆動力を作用させることにより、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の並進３自由度と、ｘ軸周り、ｙ軸周り及びｚ軸周りの回転３自由度の合計６自由度で下部テーブル３５を駆動することができる。制御部は、各アクチュエータを独立に駆動することで、下部テーブル３５の姿勢を６自由度で制御し、載置されている第２の第２の基板１２の位置を、静止した基準面である上部テーブル２４の下面２４ａに対してコントロールする。特に、アクチュエータの駆動力を直接的に下部テーブル３５に作用させることで、駆動力の出力指示に対して目標位置に到達するまでにかかる時間である応答性を向上させることができる。これにより、上部テーブル２４ａに対して下部テーブル３５を移動させながら、サブミクロンオーダーで基板同士の位置合わせを行う位置合わせ装置に、位置合わせに要する時間の短縮と、位置合わせ精度の向上をもたらす。なお、本実施形態においては、各々独立に駆動されるアクチュエータはひとつのアクチュエータであるとして説明したが、２つ以上のアクチュエータがあたかもひとつのアクチュエータとして機能するように構成しても良い。この場合は２つ以上のアクチュエータで出力を分担することができるので、求められる出力に対して小さな出力しか有さないアクチュエータを利用することができる。制御部はこれら２つ以上のアクチュエータをあたかもひとつのアクチュエータとして機能するように制御する。
【００６２】
ユニットの重心Ｇに対して上述のようにアクチュエータを設置することは、小さな駆動力で下部テーブル３５を駆動できるだけでなく、応答性の観点からも好ましい。ただし、アクチュエータの設置はこの位置に限られるものではなく、また、アクチュエータの個数もこれに限られるものではない。制御部により下部テーブル３５の姿勢を上述の自由度で制御できるように設置されていれば良い。その意味では、ｚ軸方向に駆動力を出力するアクチュエータは、同一直線状に配置されないように留意する。また、本実施形態においては、アクチュエータとしてボイスコイルモータを用いたが、これに限らない。下部テーブル３５に直接的に駆動力を作用させることができるアクチュエータであれば良い。例えば、回転モータなど駆動出力が回転力であっても、直線出力に変換する変換部を組み込んで、下部テーブル３５に直接的に駆動力を作用させるアクチュエータを実現しても良い。なお、駆動力を直線方向に直接的に出力するボイスコイルモータなどのリニアアクチュエータは、下部テーブル３５に対する応答性、制御性が優れているので好ましい。
【００６３】
なお、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４のｘ軸方向及びｙ軸方向の駆動量は、Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３のｘ軸方向及びｙ軸方向の駆動量よりも大きい。したがって、ｘｙ平面内で大きく移動させるときには、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４により下部テーブル３５と一体的にＸＹ‐ステージ部材３２を移動させることが好ましく、わずかに移動させるときには、Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３により下部テーブル３５のみを移動させることが好ましい。
【００６４】
図１１は、重ね合わせ装置の他の構成を示す概略断面図である。具体的には、上述の重ね合わせ装置のうち、自重キャンセラ３６のシリンダ５９とピストン６１との位置が逆転している。つまり、シリンダ５９は、ＸＹ‐ステージ部材３２の貫通孔３７に対して、下方へ開放するように貫通されている。なお、同一の構造物には同一の番号を付している。
【００６５】
球面座６３は、エアベアリング６６を介して、シリンダ５９の上面５９ｂ上に非接触状態で支持されている。ピストン６１は、エアベアリング６２を介してシリンダ５９内に非接触状態でその下方から挿入されている。ピストン６１の下端部６１ｂには、ＸＹ‐ステージ部材３２に形成された貫通孔９０を貫通して伸びるアーム部材９１が取り付けられている。そして、アーム部材９１の先端部には、Ｚ‐干渉計６７が設置されている。また、球面座６３とシリンダ５９との間にエアベアリング６６が形成されていることから、Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３の駆動により下部テーブル３５がｘ軸方向及びｙ軸方向に移動するとき、下部テーブル３５から球面部材６４及びエアベアリング７８を介して受ける力により、球面座６３がシリンダ５９の上面５９ｂ上をｘｙ平面内で移動する。従って、下部テーブル３５は、シリンダ５９の上面５９ｂ上をｘ軸方向及びｙ軸方向へ案内される。
【００６６】
図１２は、第２の基板ホルダ４１を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。図では、第２の基板ホルダ４１の上面には第２の基板１２が保持されている。また、図１３は、同じ第２の基板ホルダ４１を下方から見上げた様子を示す斜視図である。
【００６７】
第２の基板ホルダ４１は、ホルダ本体１１０、吸着子１１１及び電圧印加端子１１３を有して、全体としては第２の基板１２よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体１１０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。吸着子１１１は、鉄のような磁性体により形成され、第２の基板１２を保持する表面において、保持した第２の基板１２よりも外側である外周領域に複数配される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個の吸着子１１１が配されている。電圧印加端子１１３は、第２の基板１２を保持する面の裏面に埋設される。
【００６８】
ホルダ本体１１０は、その表面において第２の基板１２を保持する領域が高い平坦性を有して、保持する第２の基板１２に接する。また、ホルダ本体１１０は、保持した第２の基板１２を吸着する領域の外側に、ホルダ本体１１０を表裏に貫通して形成された、それぞれ複数の位置決め穴１１２を有する。更に、ホルダ本体１１０は、保持した第２の基板１２を吸着する領域の内側に、ホルダ本体１１０を表裏に貫通して形成された、複数の挿通孔７２を有する。挿通孔７２にはプッシュアップピン４２が挿通され、第２の基板１２は第２の基板ホルダ４１から取り外される。
【００６９】
位置決め穴１１２は、位置決めピン等に嵌合して、第２の基板ホルダ４１の位置決めに与する。吸着子１１１は、第２の基板１２を保持する平面と略同じ平面内に上面が位置するように、ホルダ本体１１０に形成された陥没領域に配される。電圧印加端子１１３は、第２の基板１２を保持する表面に対して裏面において、ホルダ本体１１０に埋め込まれる。電圧印加端子１１３を介して電圧を印加することにより、第２の基板ホルダ４１と第２の基板１２との間に電位差を生じさせて、第２の基板１２を第２の基板ホルダ４１に吸着する。第２の基板ホルダ４１が下部テーブル３５に載置されているときには、電圧印加端子１１３はＥＳＣ端子７３に接触して電力の供給を受ける。
【００７０】
第１の基板ホルダ２５も第２の基板ホルダ４１とほぼ同様の構成である。第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に載置されているときには、電圧印加端子１１３はＥＳＣ端子２７に接触して電力の供給を受ける。
【００７１】
図１４は、重ね合わせ装置１０における位置合わせ工程を説明するための制御フロー図である。特に、第１の基板１１と第２の基板１２が互いに面接触するまでの工程を示す。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、制御部が制御を行う。
【００７２】
ステップＳ１０１では、第１の基板ホルダ２５を上部テーブル２４へ、第２の基板ホルダ４１を下部テーブル３５へ載置する。第１の基板１１は、重ね合わせ装置１０へ搬入される前に、プリアライナー装置において第１の基板ホルダ２５に載置され、静電吸着されている。したがって、重ね合わせ装置１０に搬入される段階では、第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５は一体化されている。プリアライナー装置ではさらに、第１の基板１１を第１の基板ホルダ２５に載置する時に、第１の基板１１上に設けられた複数のアライメントマークを検出し、この情報を制御部に接続されている記憶部に記憶する。同様に、第２の基板１２も、プリアライナー装置において第２の基板ホルダ４１と一体化される。また、同時に第２の基板１２を第２の基板ホルダ４１に載置する時に、第２の基板１２上に設けられた複数のアライメントマークを検出し、この情報を制御部に接続されている記憶部に記憶する。
【００７３】
一体化された第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５、及び、第２の基板１２と第２の基板ホルダ４１はそれぞれ重ね合わせ装置１０に搬入される。重ね合わせ装置１０への搬入は、ロボットアームにより行われる。ロボットアームの先端部である基板ホルダを保持するハンド部には、基板ホルダを保持したときに基板ホルダへ電力を供給する電力供給端子が設けられている。これにより、基板ホルダは静電吸着力を維持でき、上部テーブル２４または下部テーブル３５へ載置されるまで基板を固定しておくことができる。
【００７４】
特に、第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に載置されるときには、ロードセル２６の出力を利用して、制御部がその接触及び載置を判断する。これにより、例えば、第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に対して点接触したことを判断すると、制御部は、ロボットアームのハンド部の傾きを修正して、第１の基板ホルダ２５と上部テーブル２４が面接触するように制御することができる。更には、上部テーブル２４が第１の基板ホルダ２５を吸着した後にロードセル２６の出力を観察することにより、第１の基板ホルダ２５が正常に装着されているかを判断することができる。
【００７５】
ステップＳ１０２では、ＸＹ‐渦電センサ３９及びＺ‐渦電センサ４０を用いてＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５の相対位置を検出する。検出された相対位置の情報は制御部に接続されている記憶部に記憶される。これにより、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によりＸＹ‐ステージ部材３２を粗動させても、その移動量に伴って下部テーブル３５の位置を算出することができる。なお、このときＡＦセンサ７９を用いて下部テーブル３５に対する上部テーブル２４の傾きも検出する。
【００７６】
ステップＳ１０３では、記憶部に記憶された各々の位置情報に基づいて、基準面である上部テーブル２４の下面２４ａに対する下部テーブル３５の目標位置と、その目標位置へ至る駆動経路を決定する。目標位置については、例えば、第１の基板１１の複数のアライメントマークと、第２の基板１２の複数のアライメントマークが重ね合わされたときに、相互の位置ずれ量が最も小さくなるように統計的に決定されるグローバルアライメント法等を用いて演算され、決定される。駆動経路については、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によるｘｙ方向への移動と自重キャンセラ３６によるｚ方向への移動の後に、Ｘ‐ＶＣＭ８０、Ｙ‐ＶＣＭ８３及びＺ‐ＶＣＭ８６による微調整のための駆動を組み合わせて決定される。
【００７７】
ステップＳ１０３で目標位置と駆動経路が決定されると、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によるｘｙ方向への移動とＺ‐ＶＣＭ８６によるｚ方向への移動が行われ、およそ目標位置の近傍まで下部テーブル３５が移動される。そしてステップＳ１０４では、下部テーブル３５のｘ軸方向及びｙ軸方向の正確な位置を、Ｘ‐干渉計２９及びＹ‐干渉計３０により検出する。そして、目標位置と現在位置との差を算出しながら、ステップＳ１０５で、Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３により微調整を行う。
【００７８】
さらに、ステップＳ１０６で、下部テーブル３５のｚ軸方向の正確な位置を、Ｚ‐干渉計６７により検出する。そして、目標位置と現在位置との差を算出しながら、ステップＳ１０７で、Ｚ‐ＶＣＭ８６により下部テーブル３５を上部テーブル２４方向へ漸進させる。このとき、制御部は、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動による下部テーブル３５の移動に応じて、自重キャンセラ３６の圧力室６０の圧力を調整する。つまり、自重キャンセラ３６は、下部テーブル３５を含むユニット分の自重を支持するようにフィードバック制御される。
【００７９】
ステップＳ１０８では、ロードセル２６の出力を監視しており、下部テーブル３５が上部テーブル２４方向へ近づき、最初に第２の基板１２が第１の基板１１に接触する時点を検出する。ロードセル２６による検出がされない間は、ステップＳ１０４からステップＳ１０７を繰り返す。
【００８０】
ステップＳ１０９では、下部テーブル３５の傾きを検出する。ロードセル２６は上部テーブル２４と上板部材２２との間に複数設けられており、第１の基板１１に対する第２の基板１２の接触状態を圧力分布として検出できる。下部テーブル３５が傾いていると、第２の基板１２は第１の基板１１に対して点接触することになるので、特定の領域に荷重が集中する。ロードセル２６はこれを出力し、制御部は下部テーブルの傾きを検出する。
【００８１】
ステップＳ１０９で下部テーブル３５に傾きがあると判断されるとステップＳ１１０へ進み、ロードセル２６の出力を用いて、Ｚ‐ＶＣＭ８６により下部テーブル３５の傾きを修正する。傾きの修正を終えると再度ステップＳ１０９へ進む。
【００８２】
ここで、自重キャンセラ３６とＺ‐ＶＣＭ８６によるｚ軸方向の制御について更に説明する。上述のように、自重キャンセラ３６は、下部テーブル３５を含むユニット分の自重を支持するように、フィードバック制御されている。具体的には、支持重量に応じた圧力室６０の圧力が予め設定されており、Ｚ‐ＶＣＭ８６によって下部テーブル３５が駆動された場合でも、圧力が一定に保たれるように圧力制御されている。例えば、下部テーブル３５とこれに一体的に取り付けられている構造物の自重に、載置される第２の基板ホルダ４１の自重約１５Ｎ、及び一枚のウェハである第２の基板の自重約１．５Ｎを加えて、これらの重量と釣り合うように圧力室６０の圧力が制御される。
【００８３】
自重キャンセラ３６の圧力室６０による制御は、圧力室６０に接続される圧力調整装置を介して、圧力室６０内の流体を抜出、注入することにより行う。したがって、その応答速度は、Ｚ‐ＶＣＭ８６の応答速度と比較すると、一般的に遅い。そこで、外乱に対する応答は、まずＺ‐ＶＣＭ８６による位置制御で行うように調整されている。つまり、何か急激な変化が生じた場合には、Ｚ‐ＶＣＭ８６を駆動して、その変化を緩和するようにフィードバック制御が行われる。
【００８４】
詳細は後述するが、第１の基板１１と第２の基板１２が面接触すると、その後仮接合が行われ、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１がクランプされて、上部テーブル２４は、第１の基板ホルダ２５の吸着を解除する。すると、自重キャンセラ３６に対して、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量約１６．５Ｎが加算される。このとき、何の対策も施さないと、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量加算がステップ入力として働き、その応答は一般的にオーバーシュートを伴う。すると、クランプされた第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１が載置された下部テーブル３５は、上部テーブル２４から一旦離間した後、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動によりバウンスするように再び上部テーブル２４側へ引き戻される。そして、当初位置である目標位置を行き過ぎ、載置された第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１は、上部テーブル２４と衝突する。このような現象は、仮接合された第１の基板１１及び第２の基板１２へ物理的な損傷を与えるだけでなく、位置ずれなどを誘引して、電気的な不良を生じさせることにもなる。
【００８５】
このような現象を回避するように本実施形態では、２つの制御フローを採り得る。図１５は、図１４の位置合わせ工程に続く、第１の制御に係る重ね合わせ装置１０の位置合わせ工程を説明するため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、制御部が制御を行う。
【００８６】
ステップＳ１０９で第１の基板１１と第２の基板１２が面接触すると、ステップＳ２１１へ進む。ステップＳ２１１では、この時点で、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の自重に相当する押圧力が加算されるように、Ｚ‐ＶＣＭ８６を駆動する。そして、自重キャンセラ３６は、ステップＳ２１２で、第１の基板１１と第２の基板１２を仮接合すべく、下部テーブル３５を上部テーブル２４側へ加圧する。なお、本接合は重ね合わせ装置１０の外部装置である加熱加圧装置により行われるてもよいし、重ね合わせ装置１０内で行えるように構成しても良い。
【００８７】
ステップＳ２１２で仮接合が完了すると、ステップＳ２１３で、第１の基板ホルダ２５の吸着子１１１と、第２の基板ホルダ４１の吸着子１１１を作用させて、２つの基板ホルダを互いにクランプさせる。つまり、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が、正確に位置合わせされた第１の基板１１と第２の基板１２を挟み込んで、一体的に固定された状態をつくりあげる。
【００８８】
そして、ステップＳ２１４で、上部テーブル２４は、真空吸着により第１の基板ホルダ２５を吸着していた状態を解除し、上部テーブル２４による第１の基板ホルダ２５及び第１の基板１１の支持を終了する。この時点では、自重キャンセラ３６の作用により自重を支持する以上の加圧状態にありクランプされた第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１は、上部テーブル２４と下部テーブル３５に挟持されている。
【００８９】
この状態から加圧を徐々に解除し、下部テーブル３５が、クランプされ一体化された第１の基板１１、第２の基板１２、第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１のすべての自重を支持する状態に移行する。ステップＳ２１５はこの過程であり、同時にステップＳ２１１で加算されたＺ‐ＶＣＭ８６の押圧力を減ずる。つまり、ステップＳ２１４の状態は、Ｚ‐ＶＣＭ８６が第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５の自重分を支持する押圧力を発揮し、自重キャンセラ３６がその他の自重を支持する押圧力と仮接合の加圧力を発揮しているところ、Ｚ‐ＶＣＭ８６の支持を徐々に減じて０とし、すべての自重を自重キャンセラ３６が支持する状態に移行させる。換言すると、第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５の自重分の支持に関する駆動力を、自重キャンセラ３６が発生するように移行させる。そして、加圧力も同時に減じられるので、やがて上部テーブル２４と第１の基板ホルダ２５の間に働く作用力が０となる。
【００９０】
上部テーブル２４と第１の基板ホルダ２５の間に働く作用力が０となり、更に自重キャンセラ３６を駆動して下部テーブル３５を引き下げると、上部テーブル２４と第１の基板ホルダ２５が離間する（ステップＳ２１６）。このように、自重キャンセラ３６の押圧力が上部テーブル２４側へ作用し、これをロードセル２６が検出してから、上部テーブル２４と第１の基板ホルダ２５が離間するまでの間に、第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５の荷重に相当する大きさの駆動力を下部テーブル３５側から上部テーブル２４側へ作用させるように制御すると、離間の時点で急激に第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５の自重分が下部テーブル３５に加えられたことにはならず、かつ、応答敏感度の高いＺ‐ＶＣＭ８６の不用意な駆動を防ぐことができる。したがって、比較的高速に上記のフローを処理したとしても、オーバーシュートによる不用意な衝突を回避することができる。
【００９１】
ステップＳ２１７で制御部は、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を所定位置まで引き下げる。具体的に所定位置とは、クランプされた状態で第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１を搬出できるよう、ロボットアームのハンド部が挿入できる位置である。そして、ステップＳ２１８で、プッシュアップピン４２を動作させ、これらを下部テーブル３５から若干持ち上げた状態にして、ロボットアームにより重ね合わせ装置１０から搬出する。以上により、一連の位置合わせ工程を終了する。
【００９２】
図１６は、図１４の位置合わせ工程に続く、第２の制御に係る重ね合わせ装置１０の位置合わせ工程を説明するため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、制御部が制御を行う。
【００９３】
ステップＳ１０９で第１の基板１１と第２の基板１２が面接触すると、ステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３１１では、第１の基板１１と第２の基板１２を仮接合すべく、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を上部テーブル２４側へ加圧する。
【００９４】
ステップＳ３１１で仮接合が完了すると、ステップＳ３１２で、第１の基板ホルダ２５の吸着子１１１と、第２の基板ホルダ４１の吸着子１１１を作用させて、２つの基板ホルダを互いにクランプさせる。つまり、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が、正確に位置合わせされた第１の基板１１と第２の基板１２を挟み込んで、一体的に固定された状態をつくりあげる。
【００９５】
そして、ステップＳ３１３で、上部テーブル２４は、真空吸着により第１の基板ホルダ２５を吸着していた状態を解除し、上部テーブル２４による第１の基板ホルダ２５及び第１の基板１１の支持を終了する。この時点では、自重キャンセラ３６の作用により自重を支持する以上の加圧状態にあり、クランプされた第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１は、上部テーブル２４と下部テーブル３５に挟持されている。
【００９６】
この状態から加圧を徐々に解除し、下部テーブル３５が、クランプされ一体化された第１の基板１１、第２の基板１２、第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１のすべての自重を支持する状態に移行する（ステップＳ３１４）。つまり、ステップＳ３１３の状態は、自重キャンセラ３６が下部テーブル３５を含むすべての自重を支持する押圧力と仮接合の加圧力を発揮しているところ、ステップＳ３１４では、その仮接合の加圧力を徐々に除去し、上部テーブル２４と第１の基板ホルダ２５の間に働く作用力を０とする。なお、このときのＺ‐ＶＣＭ８６は、加圧力及び自重支持のいずれを担うものでもない。
【００９７】
上部テーブル２４と第１の基板ホルダ２５の間に働く作用力が０となり、更に自重キャンセラ３６を駆動して下部テーブル３５を引き下げると、上部テーブル２４と第１の基板ホルダ２５が離間する（ステップＳ３１５）。このように制御すると、この離間の時点で急激に第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５の自重分が下部テーブル３５に加えられたことにはならない。また、一連の処理を比較的ゆっくりおこなうことにより、応答敏感度の高いＺ‐ＶＣＭ８６の不用意な駆動を防ぐことができる。したがって、オーバーシュートによる不用意な衝突を回避することができる。
【００９８】
ステップＳ３１６で制御部は、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を所定位置まで引き下げる。具体的に所定位置とは、クランプされた状態で第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１を搬出できるよう、ロボットアームのハンド部が挿入できる位置である。そして、ステップＳ３１７で、プッシュアップピン４２を動作させ、これらを下部テーブル３５から若干持ち上げた状態にして、ロボットアームにより重ね合わせ装置１０から搬出する。以上により、一連の位置合わせ工程を終了する。
【００９９】
次に、上記の実施形態に対する変形例を、異なる部分を中心に説明する。図１７は、第１の変形例に係る上部テーブル２４の近傍を概略的に示す説明図である。上部テーブル２４の下面２４ａ上には、第１の基板１１を保持する第１の基板ホルダ２５が載置され、着脱機構１２１により保持される。具体的には、着脱機構１２１は、排気装置に連結された配管１２２、配管中に設置されるバルブ１２３、及び一端が上部テーブル２４の下面２４ａに複数設けられた開口に接続され他端が配管１２２に接続される導管１２４により構成される。制御部は排気装置とバルブ１２３を制御することにより吸気状態を形成し、第１の基板ホルダ２５を真空吸着して上部テーブル２４に保持する。排気装置を吸気状態として制御するときは、着脱機構１２１は保持機構として機能する。また、着脱機構１２１は、制御部が排気装置を吸気状態から噴気状態に切り替えることにより、噴気機構としても機能する。このとき、下面２４ａに複数設けられた開口は、噴気口の役割を担う。噴気する気体は、空気、窒素、不活性ガスなどが用いられる。もちろん、保持機構と噴気機構を別々に構成することもできる。なお、下面２４ａは、後述する位置合わせ制御における基準面となる。
【０１００】
第１の変形例では、図１４で説明した制御フローに続いて、上記の実施形態とは異なる制御フローを実行する。図１８は、図１４で説明した制御フローに続いて実行する、第１の変形例に係る重ね合わせ装置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、制御部が制御を行う。
【０１０１】
ステップＳ１０９で第１の基板１１と第２の基板１２が面接触すると、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、第１の基板１１と第２の基板１２を仮接合すべく、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を上部テーブル２４側へ加圧する。なお、本接合は重ね合わせ装置１０の外部装置である加熱加圧装置により行われるてもよいし、重ね合わせ装置１０内で行えるように構成しても良い。
【０１０２】
ステップＳ１１１で仮接合が完了すると、ステップＳ１１２で、第１の基板ホルダ２５の吸着子１１１と、第２の基板ホルダ４１の吸着子１１１を作用させて、２つの基板ホルダを互いにクランプさせる。つまり、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が、正確に位置合わせされた第１の基板１１と第２の基板１２を挟み込んで、一体的に固定された状態をつくりあげる。
【０１０３】
そして、ステップＳ１１３で、上部テーブル２４は、着脱機構１２１の真空吸着により第１の基板ホルダ２５を吸着していた状態を解除し、上部テーブル２４による第１の基板ホルダ２５及び第１の基板１１の支持を終了する。そして、制御部は着脱機構１２１の吸着制御を終了すると同時に、噴気制御に切り替える。さらに制御部は、下部テーブル３５を引き下げる制御を開始する。このとき、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量が自重キャンセラ３６にステップ入力として加算されるが、下部テーブル３５がバウンス動作を起こしたとしても、上部テーブル２４からは圧縮空気が噴出しており、これが空気層を形成して緩衝機能を発揮し、下部テーブル３５に載置された第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４へ衝突することは回避される。
【０１０４】
そして、バウンス動作が収まるまでの所定時間の間、着脱機構１２１は噴気を継続する。上部テーブル２４と下部テーブル３５の距離が近い間は強く噴気し、遠ざかるにつれて弱く噴気するように制御しても良い。
【０１０５】
なお、噴気制御に切り替えると同時に、Ｚ‐ＶＣＭ８６が同じ位置を保とうとするフィードバック制御のフィードバックゲインを、元の値より小さい所定値に変更しても良い。このように変更することで、Ｚ‐ＶＣＭ８６の応答感度を低くして、現在の状態を維持しようとする動作を鈍くできる。すなわち、自重キャンセラ３６が下部テーブル３５を引き下げようとするのに対して、Ｚ‐ＶＣＭ８６が下部テーブル３５を持ち上げようと動作することを抑制する。
【０１０６】
ステップＳ１１４で制御部は、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を所定位置まで引き下げる。具体的に所定位置とは、クランプされた状態で第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１を搬出できるよう、ロボットアームのハンド部が挿入できる位置である。そして、ステップＳ１１５で、プッシュアップピン４２を動作させ、これらを下部テーブル３５から若干持ち上げた状態にして、ロボットアームにより重ね合わせ装置１０から搬出する。以上により、一連の位置合わせ工程を終了する。
【０１０７】
更に、第２の変形例を、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明する。図１９は、第２の変形例に係る自重キャンセラ３６において、図６のＣ−Ｃに相当する断面線に沿った概略断面図である。上記の実施形態における自重キャンセラ３６と異なり、圧力室６０の内部にはショックアブソーバ９２が設けられており、ピストン６１の下限端を規制する。すなわち、ピストン６１が上下できる範囲は予め設定されているが、ピストン６１が急激に下降したとしてもシリンダ５９の底面と衝突しないように、緩衝部材としてショックアブソーバ９２が設置されている。ショックアブソーバ９２は、圧力室６０に充填されている流体に侵食されない材質により覆われており、例えばバネとダンパーを組み合わせて形成される。
【０１０８】
第２の変形例では、図１４で説明した制御フローに続いて、上記の実施形態とは異なる制御フローを実行する。図２０は、図１４で説明した制御フローに続いて実行する、第２の変形例に係る重ね合わせ装置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、制御部が制御を行う。
【０１０９】
ステップＳ１０９で第１の基板１１と第２の基板１２が面接触すると、ステップＳ４１１へ進む。ステップＳ４１１では、第１の基板１１と第２の基板１２を仮接合すべく、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を上部テーブル２４側へ加圧する。なお、本接合は重ね合わせ装置１０の外部装置である加熱加圧装置により行われるてもよいし、重ね合わせ装置１０内で行えるように構成しても良い。
【０１１０】
ステップＳ４１１で仮接合が完了すると、ステップＳ４１２で、第１の基板ホルダ２５の吸着子１１１と、第２の基板ホルダ４１の吸着子１１１を作用させて、２つの基板ホルダを互いにクランプさせる。つまり、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が、正確に位置合わせされた第１の基板１１と第２の基板１２を挟み込んで、一体的に固定された状態をつくりあげる。
【０１１１】
そして、ステップＳ４１３で、上部テーブル２４は、真空吸着により第１の基板ホルダ２５を吸着していた状態を解除し、上部テーブル２４による第１の基板ホルダ２５及び第１の基板１１の支持を終了する。この時点では、自重キャンセラ３６の作用により自重を支持する以上の加圧状態にあり、クランプされた第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１は、上部テーブル２４と下部テーブル３５に挟持されている。
【０１１２】
ステップＳ４１３で上部テーブル２４が吸着状態を解除する動作に同期して、ステップＳ４１４で制御部は、下部テーブル３５を瞬時にｄ０ｍｍ以上引き下げる制御を行う。これと同時にステップＳ４１５では、Ｚ‐ＶＣＭ８６が同じ位置を保とうとするフィードバック制御のフィードバックゲインを、元の値より小さい所定値に変更する。つまり、ステップＳ４１４とステップＳ４１５は、下部テーブル３５が上部テーブル２４に対して加圧する状態から、下部テーブル３５を上部テーブル２４から一挙に引き離す工程である。上部テーブル２４が吸着状態を解除する動作に同期する、とは、下部テーブル３５が上部テーブル２４に対して加圧する状態を保っていれば必ずしも時間的に一致する必要は無く、吸着状態を解除してから加圧状態を保っている間に、という意味である。
【０１１３】
ただし、本処理フローのように仮接合を行うのではなく、単に位置合わせのみを行ってクランプするようなときには、加圧状態を経ない場合がある。加圧状態ではなく、下部テーブル３５が第２の基板１２を載置した第２の基板ホルダ４１を保持して釣り合っている状態において、第１の基板１１を載置した第１の基板ホルダ２５の吸着が解除される場合は、この瞬間において下部テーブル３５に第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の自重が加わるので、同期は時間的な一致を必要とする。
【０１１４】
所定距離ｄ０ｍｍは、上述の説明において、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量加算がステップ入力として働いたときに生じ得るオーバーシュートに相当する距離以上の値が予め設定される。下部テーブル３５を瞬時にｄ０ｍｍ以上引き下げる自重キャンセラ３６の制御は、以下の２つを採り得る。一つめは、引き下げ前の状態を実現している圧力室６０の流体量から引き下げ後の状態を実現する圧力室６０の流体量を差し引いて得られる差引き量を、圧力調整装置を制御して圧力室６０から抜出する方法である。ここで、引き下げ後の状態とは、クランプされた第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が下部テーブル３５に載置され、引き下げ前に比較してｄ０ｍｍ下方で釣り合う状態である。この場合、所定距離ｄ０ｍｍ自体に意味があるのではなく、オーバーシュートに相当する距離以上であることに意味があるので、距離を設定するのではなく、オーバーシュートに相当する距離以上を引き下げるのに十分な差引き量を、体積または質量で設定しておいても良い。
【０１１５】
二つめは、通常は圧力制御される自重キャンセラ３６を、一時的に位置制御に切り替えて、下部テーブル３５がｄ０ｍｍ以上引き下げられるまで監視する方法である。上述のように、下部テーブル３５のｚ軸方向の正確な位置は、Ｚ‐干渉計６７により検出されている。したがって、Ｚ‐干渉計６７の出力によりｄ０ｍｍ下方の値が得られるまで、圧力調整装置を制御して圧力室６０から流体を抜出する。
【０１１６】
ステップＳ４１５で、フィードバックゲインを元の値より小さい所定値に変更するのは、Ｚ‐ＶＣＭ８６の応答感度を低くして、現在の状態を維持しようとする動作を鈍くしたいからである。すなわち、自重キャンセラ３６が下部テーブル３５を引き下げようとするのに対して、Ｚ‐ＶＣＭ８６が下部テーブル３５を持ち上げようと動作することを防ぐ。たとえ、そのような動作を開始しても、フィードバックゲインが小さければ、自重キャンセラ３６が下部テーブル３５を引き下げようとする速度に対して、Ｚ‐ＶＣＭ８６が下部テーブル３５を持ち上げようとする速度が遅くなるので、下部テーブル３５が上部テーブル２４に衝突するような事態は回避することができる。
【０１１７】
なお、ステップＳ４１３の上部テーブル２４が吸着状態を解除する動作は、上部テーブル２４に連結される排気管に設けられた圧力計の出力により、そのタイミングを検出する。なお、圧力計は、できる限り上部テーブル２４の近傍に設けられることが好ましい。また、当然ながら、所定距離ｄ０ｍｍは、ショックアブソーバ９２の受面までの距離よりは小さい。
【０１１８】
ステップＳ４１６で制御部は、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５をさらに所定位置まで引き下げる。具体的に所定位置とは、所定距離ｄ０ｍｍ以上の距離に位置し、クランプされた状態で第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１を搬出できるよう、ロボットアームのハンド部が挿入できる位置である。そして、ステップＳ４１７で、プッシュアップピン４２を動作させ、これらを下部テーブル３５から若干持ち上げた状態にして、ロボットアームにより重ね合わせ装置１０から搬出する。以上により、一連の位置合わせ工程を終了する。
【０１１９】
上述の実施形態においては、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を瞬時にｄ０ｍｍ以上引き下げる制御を行った。しかし、互いのテーブルが相対的にｄ０ｍｍ以上離間すれば良いので、上部テーブル２４をｄ０ｍｍ以上引き上げる制御を行っても良い。具体的には、上板部材２２をベースとして上部テーブル２４をｚ軸方向へ移動させる機構を設置する。移動させる機構としては、ｄ０ｍｍ以上のストロークを有し、オーバーシュートによる衝突を回避し得る応答性を有するアクチュエータもしくは弾性部材を含むように構成する。更には、上部テーブル２４と下部テーブル３５を同時に、互いに遠ざかるように移動させても良い。
【０１２０】
また、上述の実施形態では、ステップＳ４１５において、Ｚ‐ＶＣＭ８６が同じ位置を保とうとするフィードバック制御のフィードバックゲインを、元の値より小さい所定値に変更する例を示した。しかし、ステップＳ４１５において、Ｚ‐ＶＣＭ８６の制御対象を、下部テーブル３５のｚ方向位置及び下部テーブル３５の傾きから、下部テーブル３５の傾きのみに変更してもよい。
【０１２１】
更に、上述の実施形態では、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５をｄ０ｍｍ以上引き下げる例を示した。しかし、下部テーブル３５の引き下げを、自重キャンセラ３６ではなくＺ‐ＶＣＭ８６により行うことができる。この場合、ステップＳ４１５におけるフィードバックゲインの変更を不要とすることができる。
【０１２２】
更に、第３の変形例を、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第３の変形例では、図１４で説明した制御フローに続いて、上記の実施形態とは異なる制御フローを実行する。図２１は、図１４で説明した制御フローに続いて実行する、第３の変形例に係る重ね合わせ装置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、制御部が制御を行う。なお、第３の変形例においては、第２の変形例において説明した図１９の自重キャンセラ３６を利用する。
【０１２３】
ステップＳ１０９で第１の基板１１と第２の基板１２が面接触すると、ステップＳ５１１へ進む。ステップＳ５１１では、第１の基板１１と第２の基板１２を仮接合すべく、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を上部テーブル２４側へ加圧する。なお、本接合は重ね合わせ装置１０の外部装置である加熱加圧装置により行われるてもよいし、重ね合わせ装置１０内で行えるように構成しても良い。
【０１２４】
ステップＳ５１１で仮接合が完了すると、ステップＳ５１２で、第１の基板ホルダ２５の吸着子１１１と、第２の基板ホルダ４１の吸着子１１１を作用させて、２つの基板ホルダを互いにクランプさせる。つまり、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が、正確に位置合わせされた第１の基板１１と第２の基板１２を挟み込んで、一体的に固定された状態をつくりあげる。
【０１２５】
そして、ステップＳ５１３で、上部テーブル２４は、真空吸着により第１の基板ホルダ２５を吸着していた状態を解除し、上部テーブル２４による第１の基板ホルダ２５及び第１の基板１１の支持を終了する。この時点では、自重キャンセラ３６の作用により自重を支持する以上の加圧状態にあり、クランプされた第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１は、上部テーブル２４と下部テーブル３５に挟持されている。
【０１２６】
ステップＳ５１３で上部テーブル２４が吸着状態を解除する動作に同期して、ステップＳ５１４で制御部は、下部テーブル３５を瞬時にｄ０ｍｍ以上引き下げる制御を行う。そして、ステップＳ５１５では、Ｚ‐ＶＣＭ８６が同じ位置を保とうとするフィードバック制御のフィードバックゲインを、元の値より小さい所定値に変更する。つまり、ステップＳ５１４とステップＳ５１５は、下部テーブル３５が上部テーブル２４に対して加圧する状態から、下部テーブル３５を上部テーブル２４から一挙に引き離す工程である。上部テーブル２４が吸着状態を解除する動作に同期する、とは、下部テーブル３５が上部テーブル２４に対して加圧する状態を保っていれば必ずしも時間的に一致する必要は無く、吸着状態を解除してから加圧状態を保っている間に、という意味である。
【０１２７】
ただし、本処理フローのように仮接合を行うのではなく、単に位置合わせのみを行ってクランプするようなときには、加圧状態を経ない場合がある。加圧状態ではなく、下部テーブル３５が第２の基板１２を載置した第２の基板ホルダ４１を保持して釣り合っている状態において、第１の基板１１を載置した第１の基板ホルダ２５の吸着が解除される場合は、この瞬間において下部テーブル３５に第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の自重が加わるので、同期は時間的な一致を必要とする。なお、フィードバック制御のフィードバックゲインの変更は、所定のタイミングに同期して実行されるが、詳しくは後述する。
【０１２８】
所定距離ｄ０ｍｍは、上述の説明において、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量加算がステップ入力として働いたときに生じ得るオーバーシュートに相当する距離以上の値が予め設定される。下部テーブル３５を瞬時にｄ０ｍｍ以上引き下げる自重キャンセラ３６の制御は、以下の２つを採り得る。一つめは、引き下げ前の状態を実現している圧力室６０の流体量から引き下げ後の状態を実現する圧力室６０の流体量を差し引いて得られる差引き量を、圧力調整装置を制御して圧力室６０から抜出する方法である。ここで、引き下げ後の状態とは、クランプされた第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が下部テーブル３５に載置され、引き下げ前に比較してｄ０ｍｍ下方で釣り合う状態である。この場合、所定距離ｄ０ｍｍ自体に意味があるのではなく、オーバーシュートに相当する距離以上であることに意味があるので、距離を設定するのではなく、オーバーシュートに相当する距離以上を引き下げるのに十分な差引き量を、体積または質量で設定しておいても良い。
【０１２９】
二つめは、通常は圧力制御される自重キャンセラ３６を、一時的に位置制御に切り替えて、下部テーブル３５がｄ０ｍｍ以上引き下げられるまで監視する方法である。上述のように、下部テーブル３５のｚ軸方向の正確な位置は、Ｚ‐干渉計６７により検出されている。したがって、Ｚ‐干渉計６７の出力によりｄ０ｍｍ下方の値が得られるまで、圧力調整装置を制御して圧力室６０から流体を抜出する。
【０１３０】
なお、ステップＳ５１３の上部テーブル２４が吸着状態を解除する動作は、上部テーブル２４に連結される排気管に設けられた圧力計の出力により、そのタイミングを検出する。なお、圧力計は、できる限り上部テーブル２４の近傍に設けられることが好ましい。また、当然ながら、所定距離ｄ０ｍｍは、ショックアブソーバ９２の受面までの距離よりは小さい。
【０１３１】
ステップＳ５１６で制御部は、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５をさらに所定位置まで引き下げる。具体的に所定位置とは、所定距離ｄ０ｍｍ以上の距離に位置し、クランプされた状態で第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１を搬出できるよう、ロボットアームのハンド部が挿入できる位置である。そして、ステップＳ５１７で、プッシュアップピン４２を動作させ、これらを下部テーブル３５から若干持ち上げた状態にして、ロボットアームにより重ね合わせ装置１０から搬出する。以上により、一連の位置合わせ工程を終了する。
【０１３２】
上述の実施形態においては、自重キャンセラ３６により下部テーブル３５を瞬時にｄ０ｍｍ以上引き下げる制御を行った。しかし、互いのテーブルが相対的にｄ０ｍｍ以上離間すれば良いので、上部テーブル２４をｄ０ｍｍ以上引き上げる制御を行っても良い。具体的には、上板部材２２をベースとして上部テーブル２４をｚ軸方向へ移動させる機構を設置する。移動させる機構としては、ｄ０ｍｍ以上のストロークを有し、オーバーシュートによる衝突を回避し得る応答性を有するアクチュエータもしくは弾性部材を含むように構成する。更には、上部テーブル２４と下部テーブル３５を同時に、互いに遠ざかるように移動させても良い。
【０１３３】
ステップＳ５１５で、フィードバックゲインを元の値より小さい所定値に変更するのは、Ｚ‐ＶＣＭ８６の応答感度を低くして、現在の状態を維持しようとする動作を鈍くしたいからである。すなわち、自重キャンセラ３６が下部テーブル３５を引き下げようとするのに対して、Ｚ‐ＶＣＭ８６が下部テーブル３５を持ち上げようと動作することを鈍くする。たとえ、そのような動作を開始しても、フィードバックゲインが小さければ、自重キャンセラ３６が下部テーブル３５を引き下げようとする速度に対して、Ｚ‐ＶＣＭ８６が下部テーブル３５を持ち上げようとする速度が遅くなるので、下部テーブル３５が上部テーブル２４に衝突するような事態は回避することができる。以下に、フィードバックゲインの変更について説明する。
【０１３４】
図２２は、第３の変形例に係る下部テーブル３５の重力方向における位置制御系を簡易的に示すブロック線図である。上述のように重力方向であるｚ軸方向の制御は、自重キャンセラ３６とＺ‐ＶＣＭ８６の協調動作により実現されているが、ここでは応答性に優れたＺ‐ＶＣＭ８６の制御系のみを特に取り出して表している。
【０１３５】
Ｚ‐ＶＣＭ８６は、Ｚ‐干渉計６７によって監視されている下部テーブル３５の実際の位置と、与えられる目標位置との偏差に基づいて、制御対象である下部テーブル３５を駆動する。このとき、動作信号の積分値に比例した操作量を得る積分動作の積分ゲインＫｉと偏差に比例した操作量を得る比例動作の比例ゲインＫｐを適宜設定して制御系の特性を決定する。
【０１３６】
図２３は、比例ゲインＫｐの値を変化させたときの応答特性を示す図である。図は、横軸に経過時間を表し、縦軸に変位を表す。比例ゲインＫｐを大きな値Ｋｐ１に設定すると、点線で示すように、目標値にはいち早く到達するものの、目標値を超えて行き過ぎるオーバーシュートを生じる。そして、減衰振動を伴いながら目標値に収束する特性を示す。比例ゲインＫｐをＫｐ１よりやや小さな値であるＫｐ２にした場合は、一点鎖線で示すように、目標値への到達は若干遅れ、減衰振動は伴わないもののやはりオーバーシュートを生じる特性を示す。オーバーシュートを生じると、上述のように、目標値を超えた位置には上部テーブル２４が存在しているので、第２テーブルに載置された第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１は、上部テーブル２４と衝突してしまう。そこで、実線で示す特性が得られる比例ゲインＫｐ３の値を設定する。Ｋｐ３はＫｐ２よりさらに小さな値である。比例ゲインＫｐ３の特性によれば、目標値への到達時間は遅いものの、オーバーシュートを生じないので、第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１が上部テーブル２４へ衝突することがない。
【０１３７】
一方で、通常の制御状態においては、目標値へより速く到達する応答特性である方が好ましい。したがって、本実施形態においては、以下に説明するタイミングにおいて比例ゲインＫｐを大きな値から小さな値に変更する。以下のタイミングは、いずれもロードセル２６が第１の基板１１と第２の基板１２の接触を検出してから、第１の基板１１と第２の基板１２が重ね合わされた後に、ロードセル２６が第１の基板ホルダ２５と上部テーブル２４の非接触を検出するまでの間のタイミングである。
【０１３８】
下部テーブル３５の重力方向における位置制御系にとって、上部テーブル２４が第１の基板ホルダ２５の吸着を解除したときの、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量加算が、ステップ入力として作用する。したがって、下部テーブル３５が上部テーブル２４に対して加圧する状態でなければ、この時点で、目標位置に対する実際の位置である偏差が瞬時に増大する。偏差が生じた後の目標位置までの復帰は、図１７を用いて示すように比例ゲインＫｐの大きさに依存する。よって、上部テーブル２４が第１の基板ホルダ２５の吸着を解除するタイミングで比例ゲインＫｐを大きな値から小さな値に変更することが好ましい。
【０１３９】
上部テーブル２４が第１の基板ホルダ２５の吸着を解除するタイミングは、他の動作と連動するタイミングであるので、直接的にこのタイミングを検出しなくても他の動作を検出しても良い。他の動作としては、例えば、第１の基板１１と第２の基板１２の重ね合わせが完了するタイミングであり、第１の基板ホルダ２５の脱落を防止する脱落防止機構を上部テーブル２４が解除するタイミングが挙げられる。なお、脱落防止機構としては、第１の基板ホルダ２５を支持する、上部テーブル２４に設けられた進退可能なフック機構などが採用される。これらのタイミングは、上部テーブル２４に設けられた吸引口から第１の基板ホルダ２５に対して圧縮空気、または圧縮窒素が噴気されるタイミングよりも前であることが好ましい。
【０１４０】
また、上部テーブル２４が第１の基板ホルダ２５の吸着を解除したときであっても、自重キャンセラ３６の作用により下部テーブル３５が上部テーブル２４に対して加圧する状態であれば、この時点ではまだ吸着の解除が下部テーブル３５の位置制御系に対してステップ入力として作用しない。自重キャンセラ３６が下部テーブル３５を押し上げることにより、結果的に自重キャンセラ３６が第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量を支え、下部テーブル３５の位置を維持するからである。この場合は、加圧状態が解除されて、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量が下部テーブル３５に加わる時点で、下部テーブル３５の位置制御系に対してステップ入力として作用する。すなわち、この時を比例ゲインＫｐを大きな値から小さな値に変更するタイミングとすれば良い。
【０１４１】
具体的には、このタイミングとして、ロードセル２６の出力が所定値を下回る時点とすることができる。すなわち、上部テーブル２４が事実上無負荷の状態となったことが検出できれば、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５の重量が下部テーブル３５に移ったとみなすことができる。この時点を検出して比例ゲインＫｐを変更する。
【０１４２】
また、Ｚ‐ＶＣＭ８６の出力を監視することによっても、このタイミングを検出することができる。位置制御系にステップ入力として作用した直後において、Ｚ‐ＶＣＭ８６は、目標位置に復帰すべく急激にその推力を上昇させる。すなわち、単位時間当たりの推力の上昇量が予め設定されている所定値を上回る。この時点を検出して瞬時に比例ゲインＫｐを変更する。
【０１４３】
上記のタイミングで変更した比例ゲインＫｐは、下部テーブル３５が上部テーブル２４に衝突する事態を回避できた時点で元に戻す。具体的には、下部テーブル３５に載置されている第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１が搬出される高さにまで下部テーブル３５が引き下げられた時点が好ましい。
【０１４４】
なお、上記の説明においては、第１の基板ホルダ２５及び第２の基板ホルダ４１を用いて第１の基板１１と第２の基板１２を重ね合わせたが、基板ホルダを用いずに基板同士を重ね合わせる形態であっても良い。この場合、下部テーブル３５への重量加算は限定的となるが、ステップ入力が生じることには変わりないので、なお有効である。
【０１４５】
また、上記の説明においては、下部テーブル３５の重力方向における位置制御系は、フィードバック制御を維持するように、比例ゲインＫｐを変更した。しかし、上記のタイミングにおいて、フィードバック制御を終了し、オープンループ制御に切り替えても良い。このように切り替えれば、目標位置と実際の位置に偏差が生じていても、これを打ち消そうとする動作が発生しない。すなわち偏差が生じた状態を維持する。このように偏差を容認すれば、下部テーブル３５が上部テーブル２４に衝突する事態を回避することができる。
【０１４６】
また、上記の説明において、比例ゲインＫｐを変更する代わりに、上記のタイミングにおいて、重量加算分をフィードフォーワードすることもできる。この場合、重量加算によって生じる位置変位を実験的に求めておき、所定の偏差量を許容するように制御すれば良い。
【０１４７】
上記の実施の形態及びその変形例においては、上部テーブル２４と下部テーブル３５が重力方向に沿って配置されている場合を説明したが、例えばこれら２つのテーブルが水平方向に対向して２つの基板を重ね合わせるように構成しても良い。また、上記の実施の形態及びその変形例においては、２つの基板が接触するタイミングを検出したが、これに限らず基板ホルダ同士が接触するタイミングを検出するように構成しても良い。
【０１４８】
また、上記の実施の形態及びその変形例では、自重キャンセラ３６の伸縮機構がピストン６１で構成された例を示した。しかし、伸縮機構を例えばダイヤフラムやベローズ等で構成することができる。
【０１４９】
以上、本発明を実施の形態及びその変形例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。特に、上記の実施形態を適用して製造される半導体デバイスにとっては、その製造方法として有効である。また、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。
【符号の説明】
【０１５０】
１０  重ね合わせ装置、１１  第１の基板、１２  第２の基板、１３  粗動ベース部材、１３ａ  上面、１３ｂ  縁部、１４  粗動ステージ部、１５  床、１６  除振部材、１７  微動ベース部材、１８  微動ステージ部、１９  凹部、２０  除振部材、２１  ボディ、２２  上板部材、２３  柱部材、２４  上部テーブル、２４ａ  下面、２５  第１の基板ホルダ、２６  ロードセル、２７  ＥＳＣ端子、２８  上部顕微鏡、２９  Ｘ‐干渉計、３０  Ｙ‐干渉計、３２  ＸＹ‐ステージ部材、３３  Ｘ‐駆動部、３４  Ｙ‐駆動部、３５  下部テーブル、３５ａ  上面、３５ｂ  下面、３６  自重キャンセラ、３７  貫通孔、３８  エアパッド、３９  ＸＹ‐渦電センサ、４０  Ｚ‐渦電センサ、４１  第２の基板ホルダ、４２  プッシュアップピン、４３  Ｘ‐リニアモータ、４４  マグネット、４５  コイル、４６  Ｘ‐ガイド部材、４７  エアパッド、４８  係合部、４９  エアベアリング、５０、５１  連結部材、５２  エアパッド、５３  Ｙ‐リニアモータ、５４  マグネット、５５  コイル、５６  Ｙ‐ガイド部材、５７  係合部、５８  エアベアリング、５９  シリンダ、５９ｂ  上面、６０  圧力室、６１  ピストン、６１ａ  上面、６１ｂ  下端部、６２  エアベアリング、６３  球面座、６４  球面部材、６５  凹球面、６６  エアベアリング、６７  Ｚ‐干渉計、６８  脚部材、６８ａ  下面、６９  エアベアリング、７０  エアパッド、７１  挿通孔、７２  挿通孔、７３  ＥＳＣ端子、７４  Ｘ‐移動鏡、７５  Ｙ‐移動鏡、７６  下部顕微鏡、７７  凸球面、７８  エアベアリング、７９  ＡＦセンサ、８０  Ｘ‐ＶＣＭ、８１  マグネット、８２  コイル、８３  Ｙ‐ＶＣＭ、８４  マグネット、８５  コイル、８６  Ｚ‐ＶＣＭ、８７  マグネット、８８  コイル、８９  アーム部材、９０  貫通孔、９１  アーム部材、９２  ショックアブソーバ、１１０  ホルダ本体、１１１  吸着子、１１２  位置決め穴、１１３  電圧印加端子、１２１  着脱機構、１２２  配管、１２３  バルブ、１２４  導管
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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