(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体基板および第２半導体基板を互いに重ね合わせて接合する基板接合装置であって、
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板にそれぞれ設けられた複数の位置合わせ指標の位置ずれを算出する算出部と、
前記位置ずれを補正すべく、少なくとも前記第１半導体基板を変形させる変形部と、
前記変形部による変形が維持された状態で前記第１半導体基板を搬送する搬送部と、
前記搬送部により搬送された前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ部と、
を備える基板接合装置。
【請求項２】
前記搬送部による搬送過程で前記変形を維持する維持部を備える請求項１に記載の基板接合装置。
【請求項３】
変形した前記第１半導体基板を保持する保持部を有し、前記搬送部により前記第１半導体基板と共に前記重ね合わせ部に搬送される基板ホルダを備え、
前記維持部は、前記保持部であり、前記保持部の保持力により前記変形が維持される請求項２に記載の基板接合装置。
【請求項４】
前記保持力は静電吸着力である請求項３に記載の基板接合装置。
【請求項５】
前記変形部は、少なくとも、前記基板ホルダに設けられ、保持した前記第１半導体基板に作用力を作用させる作用力発生部である請求項３または４に記載の基板接合装置。
【請求項６】
前記保持部は、前記作用力発生部により前記作用力を生じさせているときは、前記変形が生じる領域に隣接する領域において前記基板ホルダの吸着領域の保持を解除する請求項５に記載の基板接合装置。
【請求項７】
前記基板ホルダは、複数の領域に分割された保持面を有し、
前記作用力発生部は、前記複数の領域のそれぞれに対応して設けられ、それぞれ個別に制御される請求項５または６に記載の基板接合装置。
【請求項８】
前記変形部は、前記第１半導体基板に作用力を作用させる作用力制御部を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項９】
前記作用力制御部は、前記第１半導体基板の一部の領域に前記作用力を作用させる請求項８に記載の基板接合装置。
【請求項１０】
前記作用力制御部は、前記算出部による算出結果に基づいて前記一部の領域を決定する請求項９に記載の基板接合装置。
【請求項１１】
前記算出部は、前記複数の位置合わせ指標のうち前記一部の領域に含まれる位置合わせ指標、および、対応する前記第２半導体基板の位置合わせ指標を除いて目標位置を算出する請求項１０に記載の基板接合装置。
【請求項１２】
前記作用力制御部は、前記複数の位置合わせ指標のうち前記一部の領域に含まれる位置合わせ指標の、対応する前記第２半導体基板の位置合わせ指標に対する位置ずれ量に基づいて、前記作用力を決定する請求項１０または１１に記載の基板接合装置。
【請求項１３】
前記作用力制御部は、前記第１半導体基板の前記一部の領域を吸着しつつ伸長または収縮させることにより前記作用力を作用させる請求項９から１２のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項１４】
前記作用力制御部は、前記第２半導体基板の全体を吸着しつつ伸長または収縮させることにより前記作用力を作用させる請求項１３に記載の基板接合装置。
【請求項１５】
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせ部を備え、
前記位置合わせ部は、前記変形が維持された状態で前記第１半導体基板および前記第２半導体基板の位置合わせおよび重ね合わせを行う請求項１から４および８から１４のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項１６】
前記変形部は、前記位置合わせ部による位置合わせ結果に基づいて変形量を設定し、前記位置合わせ部により前記第１半導体基板および前記第２半導体基板が互いに重ね合される前に前記変形を生じさせる請求項１５に記載の基板接合装置。
【請求項１７】
前記位置合わせ部は、前記第１半導体基板を保持する第１ステージと、前記第２半導体基板を保持する第２ステージとを備え、
前記第１ステージは、その保持力により前記第１半導体基板の前記変形を維持する請求項１５または１６に記載の基板接合装置。
【請求項１８】
前記第１ステージは、少なくとも前記変形部により前記変形を生じさせているときは、前記第１半導体基板の前記変形が生じる領域に対応する保持領域による保持を解除する請求項１７に記載の基板接合装置。
【請求項１９】
前記搬送部は、前記位置合わせ部により互いに重ね合された前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を前記重ね合わせ部に搬送し、
前記重ね合わせ部は、互いに重ね合された前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を接合する請求項１５から１８のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項２０】
前記位置合わせ部は前記重ね合わせ部であり、
前記搬送部は、前記変形部により変形された前記第１半導体基板を前記変形部から前記位置合わせ部に搬送する請求項１５から１８のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項２１】
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせ部を備え、
前記位置合わせ部は、前記変形が維持された状態で前記第１半導体基板および前記第２半導体基板の位置合わせおよび重ね合わせを行う請求項５から７のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項２２】
重ね合わされた前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を加圧して、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板を接合する接合部を備える請求項１から４および８から２０のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項２３】
前記接合部は、前記変形を維持しつつ重ね合わされた前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を加圧した後、前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を加熱する請求項２２に記載の基板接合装置。
【請求項２４】
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板が接合されるまで、前記変形が維持される請求項２２または２３に記載の基板接合装置。
【請求項２５】
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板の間に温度差を生じさせる温度制御部を更に備え、
前記温度制御部は、前記温度差により前記第１半導体基板および前記第２半導体基板の少なくとも一方に変形を生じさせる請求項１から２４のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項２６】
前記接合部は前記重ね合わせ部であり、
前記搬送部は、前記変形部により変形された前記第１半導体基板を前記変形部から前記接合部に搬送する請求項２２から２４のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項２７】
重ね合わされた前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を加圧して、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板を接合する接合部を備える請求項５から７のいずれか一項に記載の基板接合装置。
【請求項２８】
前記変形部は、前記第１半導体基板を温調することにより前記第１半導体基板を変形させ、
前記維持部は、前記第１半導体基板の温度を保つ保温部を有する請求項２に記載の基板接合装置。
【請求項２９】
基板を保持し、複数の領域に分割された保持面と、
前記複数の領域のそれぞれに対応して設けられ、前記基板を吸着する複数の吸着部と、
前記複数の領域のそれぞれに対応して設けられ、前記基板の面方向に伸縮する複数の作用力発生部と、
を備え、前記複数の作用力発生部は、前記保持面に保持して前記複数の吸着部に吸着された前記基板の少なくとも一部の領域を伸縮して変形させる基板ホルダ。
【請求項３０】
前記複数の吸着部による前記基板の吸着力は、前記複数の作用力発生部の少なくともひとつにより変形された前記基板の変形を維持する請求項２９に記載の基板ホルダ。
【請求項３１】
第１半導体基板および第２半導体基板を互いに重ね合わせて接合する基板接合方法であって、
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板にそれぞれ設けられた複数の位置合わせ指標の位置ずれを算出する算出ステップと、
前記位置ずれを補正すべく、少なくとも前記第１半導体基板を変形させる変形ステップと、
前記変形ステップによる変形が維持された状態で前記第１半導体基板を搬送する搬送ステップと、
前記搬送ステップにより搬送された前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせステップと、
を含む基板接合方法。
【請求項３２】
前記搬送ステップによる搬送過程で前記変形を維持する維持ステップを含む請求項３１に記載の基板接合方法。
【請求項３３】
前記搬送ステップで前記第１半導体基板と共に重ね合わせ部に搬送される基板ホルダに、変形した前記第１半導体基板を保持する保持ステップを含み、
前記維持ステップは、前記基板ホルダの保持力により前記変形を維持する請求項３２に記載の基板接合方法。
【請求項３４】
前記保持力は静電吸着力である請求項３３に記載の基板接合方法。
【請求項３５】
前記変形ステップは、前記基板ホルダに設けられた作用力発生部を制御することにより前記第１半導体基板に作用力を作用させる請求項３３または３４に記載の基板接合方法。
【請求項３６】
前記変形ステップで前記作用力を生じさせているときは、前記変形が生じる領域に隣接する領域において前記基板ホルダの吸着領域の保持を解除する請求項３５に記載の基板接合方法。
【請求項３７】
前記変形ステップは、複数の領域に分割された前記基板ホルダの保持面の前記複数の領域のそれぞれに対応して設けられた複数の前記作用力発生部をそれぞれ個別に制御する請求項３５または３６に記載の基板接合方法。
【請求項３８】
前記変形ステップは、前記第１半導体基板に作用力を作用させる作用力制御ステップを含む請求項３１から３４のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項３９】
前記作用力制御ステップは、前記第１半導体基板の一部の領域に前記作用力を作用させる請求項３８に記載の基板接合方法。
【請求項４０】
前記作用力制御ステップは、前記算出ステップによる算出結果に基づいて前記一部の領域を決定する請求項３９に記載の基板接合方法。
【請求項４１】
前記算出ステップは、前記複数の位置合わせ指標のうち前記一部の領域に含まれる位置合わせ指標、および、対応する前記第２半導体基板の位置合わせ指標を除いて目標位置を算出する請求項４０に記載の基板接合方法。
【請求項４２】
前記作用力制御ステップは、前記複数の位置合わせ指標のうち前記一部の領域に含まれる位置合わせ指標の、対応する前記第２半導体基板の位置合わせ指標に対する位置ずれ量に基づいて、前記作用力を決定する請求項４０または４１に記載の基板接合方法。
【請求項４３】
前記作用力制御ステップは、前記第１半導体基板の前記一部の領域を吸着しつつ伸長または収縮させることにより前記作用力を作用させる請求項３９から４２のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項４４】
前記作用力制御ステップは、前記第２半導体基板の全体を吸着しつつ伸長または収縮させることにより前記作用力を作用させる請求項４３に記載の基板接合方法。
【請求項４５】
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせステップを含み、
前記位置合わせステップは、前記変形が維持された状態で前記第１半導体基板および前記第２半導体基板の位置合わせおよび重ね合わせを行う請求項３１から３４および３８から４４のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項４６】
前記変形ステップは、前記位置合わせステップによる位置合わせ結果に基づいて変形量を設定し、前記位置合わせステップにより前記第１半導体基板および前記第２半導体基板が互いに重ね合される前に前記変形を生じさせる請求項４５に記載の基板接合方法。
【請求項４７】
前記位置合わせステップは、前記第１半導体基板を保持する第１ステージの保持力により前記第１半導体基板の前記変形を維持する請求項４５または４６に記載の基板接合方法。
【請求項４８】
少なくとも前記変形ステップにより前記変形を生じさせているときは、前記第１半導体基板の前記変形が生じる領域に対応する保持領域による保持を解除する請求項４７に記載の基板接合方法。
【請求項４９】
前記搬送ステップは、互いに重ね合された前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を前記重ね合わせステップを行う重ね合わせ部に搬送し、
前記重ね合わせステップでは、互いに重ね合された前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を接合する請求項４５から４８のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５０】
前記位置合わせステップは前記重ね合わせステップであり、
前記搬送ステップは、前記変形ステップにより変形された前記第１半導体基板を、前記変形ステップを行う変形部から前記位置合わせステップを行う位置合わせ部に搬送する請求項４５から４８のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５１】
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせステップを含み、
前記位置合わせステップは、前記変形が維持された状態で前記第１半導体基板および前記第２半導体基板の位置合わせおよび重ね合わせを行う請求項３５から３７のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５２】
重ね合わされた前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を加圧して、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板を接合する接合ステップを含む請求項３１から３４および３８から５０のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５３】
前記接合ステップは、前記変形を維持しつつ重ね合わされた前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を加圧した後、前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を加熱する請求項５２に記載の基板接合方法。
【請求項５４】
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板が接合されるまで、前記変形が維持される請求項５２または５３に記載の基板接合方法。
【請求項５５】
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板の間に温度差を生じさせる温度制御ステップを更に含み、
前記温度制御ステップは、前記温度差により前記第１半導体基板および前記第２半導体基板の少なくとも一方に変形を生じさせる請求項３１から５４のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５６】
前記接合ステップは前記重ね合わせステップであり、
前記搬送ステップは、前記変形ステップで変形された前記第１半導体基板を、前記変形ステップを行う変形部から前記接合ステップを行う接合部に搬送する請求項５２から５４のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５７】
重ね合わされた前記第１半導体基板および前記第２半導体基板を加圧して、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板を接合する接合ステップを含む請求項３５から３７のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５８】
前記変形ステップは、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板が単層基板と積層基板であるときに、前記単層基板を変形させる請求項３１から５７のいずれか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５９】
前記変形ステップは、前記第１半導体基板を温調することにより前記第１半導体基板を変形させ、
前記維持ステップは、前記第１半導体基板の温度を保つ保温部を有する請求項３２に記載の基板接合方法。
【請求項６０】
第１半導体基板と第２半導体基板を重ね合わせて接合することにより製造されるデバイス製造方法であって、
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板にそれぞれ設けられた複数の位置合わせ指標の位置ずれを算出する算出ステップと、
前記位置ずれを補正すべく、少なくとも前記第１半導体基板を変形させる変形ステップと、
前記変形ステップによる変形が維持された状態で前記第１半導体基板を搬送する搬送ステップと、
前記搬送ステップにより搬送された前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせステップと、
を含むデバイス製造方法。
【請求項６１】
第１半導体基板および第２半導体基板を互いに位置合わせする位置合わせ装置であって、
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板にそれぞれ設けられた複数の位置合わせ指標の位置ずれを算出する算出部と、
前記位置ずれを補正すべく、少なくとも前記第１半導体基板を変形させる変形部と、
前記第１半導体基板に生じた変形が維持された状態で前記第１半導体基板および前記第２半導体基板の位置合わせを行う位置合わせ部と、
を備える位置合わせ装置。
【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、基板ホルダ、基板重ね合わせシステム、基板重ね合わせ方法およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、積層する一対の基板のそれぞれにアライメントマークを設けて、相互のアライメントマークを指標として一対の基板を位置合わせすることが記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］米国特許第６２１４６９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
アライメントマークを位置合わせすべく、一対の基板を、回転を含むあらゆる方向に相対移動させても、一部のアライメントマークを合わせ切れない場合がある。また、位置合わせに多大な時間を要する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、第一基板および第二基板の少なくとも一方に作用力を作用させる作用力制御部と、前記作用力により前記第一基板および前記第二基板の少なくとも一方に生じた変形を維持しつつ、前記第一基板および前記第二基板を相互に位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部とを備え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、基板を吸着して保持する保持面と、複数の領域に分割された前記保持面に対応して設けられる、前記基板を吸着する複数の吸着部と、複数の領域に分割された前記保持面に対応して設けられる、前記基板の面方向に伸縮する複数の作用力発生部とを備える基板ホルダが提供される。
【０００６】
更に、本発明の第三態様として、第一基板を吸着して保持する第一基板ホルダと、前記第一基板に対向する第二基板を吸着して保持する第二基板ホルダと、前記第一基板ホルダおよび前記第二基板ホルダの少なくとも一方に設けられた作用力発生部を制御することにより前記第一基板および前記第二基板の少なくとも一方を変形させる作用力制御部と、前記第一基板ホルダおよび前記第二基板ホルダの少なくとも一方に設けられた吸着部を制御することにより、前記変形を維持しつつ相互に位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ部とを備える基板重ね合わせシステムが提供される。
【０００７】
更に、本発明の第四態様として、第一基板および第二基板の少なくとも一方に作用力を作用させて変形を生じさせる作用力発生ステップと、前記変形を維持しつつ、前記第一基板および前記第二基板を相互に位置合わせして重ね合わせる重ね合わせステップとを含む基板重ね合わせ方法が提供される。
【０００８】
また更に、本発明の第五態様として、第一基板と第二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、前記第一基板と前記第二基板を重ね合わせる工程は、第一基板および第二基板の少なくとも一方に作用力を作用させて、当該基板に面方向の変形を生じさせる作用力発生ステップと、前記変形を維持しつつ、前記第一基板および前記第二基板を相互に位置合わせして重ね合わせる重ね合わせステップとを含むデバイス製造方法デバイス製造方法が提供される。
【０００９】
上記発明の概要は、この発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】接合装置１００の平面図である。
【図２】基板ホルダ２２０を見下ろした斜視図である。
【図３】基板ホルダ２２０を見上げた斜視図である。
【図４】アライナ１６０の縦断面図である。
【図５】アライナ１６０の縦断面図である。
【図６】アライナ１６０の縦断面図である。
【図７】加圧装置１３０の縦断面図である。
【図８】基板２１０の状態遷移を示す断面図である。
【図９】基板２１０の状態遷移を示す断面図である。
【図１０】基板２１０の状態遷移を示す断面図である。
【図１１】基板２１０の状態遷移を示す断面図である。
【図１２】アライメントマーク２１６による位置合わせ方法を説明する図である。
【図１３】アライナ１６０における位置合わせの手順を示すフローチャートである。
【図１４】加圧装置１３０における位置合わせの手順を示すフローチャートである。
【図１５】加圧装置１３０の部分拡大図である。
【図１６】位置合わせの手順を示すフローチャートである。
【図１７】基板２１０の温度変化を示すグラフである。
【図１８】基板２１０の形態を示す斜視図である。
【図１９】基板ホルダ２２０の構造を示す断面図である。
【図２０】基板ホルダ２２０の動作を説明する断面図である。
【図２１】基板ホルダ２２０の動作を説明する断面図である。
【図２２】基板ホルダ２２０の動作を説明する断面図である。
【図２３】基板ホルダ２２０の機能を示す斜視図である。
【図２４】基板ホルダ２２０の構造を示す断面図である。
【図２５】基板ホルダ２２０の機能を示す斜視図である。
【図２６】基板ホルダ２２０の動作を説明する断面図である。
【図２７】基板ホルダ２２０の動作を説明する断面図である。
【図２８】基板ホルダ２２０の動作を説明する断面図である。
【図２９】基板ホルダ２２０の動作を説明する断面図である。
【図３０】基板ホルダ２２０の動作を説明する断面図である。
【図３１】基板ホルダ２２０の構造を示す断面図である。
【図３２】基板ホルダ２２０の機能を示す斜視図である。
【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。以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定しない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
［実施例１］
図１は、接合装置１００の全体的な構造を模式的に示す平面図である。接合装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に収容されたローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０およびアライナ１６０を備える。また、筐体１１０の外面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）１０１が装着される。
【００１３】
ＦＯＵＰ２０１は複数の基板２１０を収容して、筐体１１０に対して個別に取り外しできる。ＦＯＵＰ２０１を用いることにより、複数の基板２１０を一括して接合装置１００に装填できる。また、基板２１０を貼り合わせて作製した積層基板２１２を、ＦＯＵＰ２０１に回収して一括して搬出できる。
【００１４】
なお、ここでいう基板２１０は、シリコン単結晶基板、化合物半導体基板等の半導体基板の他、ガラス基板等でもあり得る。また、貼り合わせに供される基板２１０は、複数の素子を含む場合がある。更に、また、貼り合わせに供される基板２１０自体が、既に積層して貼り合わされた積層基板２１２である場合もある。
【００１５】
筐体１１０は、ローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０およびアライナ１６０を気密に包囲する。これにより、接合装置１００における基板２１０の通過経路は清浄な環境に保たれる。なお、筐体１１０内の空気を窒素等のパージガスと置換して、不活性雰囲気下で基板２１０を取り扱う場合もある。また、筐体１１０の内部またはその一部を排気して、真空環境で基板２１０を取り扱う場合もある。
【００１６】
ローダ１２０は、フォーク１２２、落下防止爪１２４およびフォールディングアーム１２６を有する。フォールディングアーム１２６の一端は、筐体１１０に対して回転自在に支持される。フォールディングアーム１２６の他端は、フォーク１２２および落下防止爪１２４を、垂直軸および水平軸の回りに回転自在に支持する。
【００１７】
フォーク１２２は、搭載した基板２１０または基板ホルダ２２０を吸着して保持する。これにより、ローダ１２０は、それ自体の屈曲および回転を組み合わせて、フォーク１２２に保持された基板２１０または基板ホルダ２２０を任意の位置に移動する。
【００１８】
落下防止爪１２４は、フォーク１２２が反転して基板２１０または基板ホルダ２２０を下側に保持した場合に、フォーク１２２の下方に差し出される。これにより、基板２１０または基板ホルダ２２０が、筐体１１０内の床まで落下することを防止する。フォーク１２２が反転しない場合、落下防止爪１２４は、フォーク１２２上の基板２１０および基板ホルダ２２０と干渉しない位置まで退避する。
【００１９】
このようなローダ１２０は、ＦＯＵＰ２０１からプリアライナ１５０、プリアライナ１５０からアライナ１６０、アライナ１６０から加圧装置１３０へと基板２１０および基板ホルダ２２０を搬送できる。更に、ローダ１２０は、基板２１０を貼り合わせた積層基板２１２をＦＯＵＰ２０１に搬送する。
【００２０】
ホルダストッカ１４０は、基板２１０を保持する基板ホルダ２２０を収容して待機させる。基板ホルダ２２０は、ローダ１２０により１枚ずつ取り出され、それぞれが基板２１０を一枚ずつ保持する。基板２１０を保持した基板ホルダ２２０は、接合装置１００の内部において基板２１０と一体的に取り扱われる。これにより、薄く脆弱な基板２１０を保護して、接合装置１００の内部における基板２１０の取り扱いを容易にする。
【００２１】
なお、基板ホルダ２２０は、積層基板２１２が接合装置１００から搬出される場合に、積層基板２１２から分離されてホルダストッカ１４０に戻される。これにより、少なくとも接合装置１００が稼働している期間は、基板ホルダ２２０は接合装置１００の外部に取り出されることがない。
【００２２】
プリアライナ１５０は、位置合わせ精度よりも処理速度を重視した位置合わせ機構を有する。プリアライナ１５０は、例えば、ローダ１２０に対する基板２１０または基板ホルダ２２０の搭載位置のばらつきを、予め定められた範囲に収まるように調整する。これにより、後述するアライナ１６０における位置合わせに要する時間を短縮する。
【００２３】
なお、接合装置１００の仕様によっては、プリアライナ１５０において、基板２１０を基板ホルダ２２０に位置合わせして保持させ、更に、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０をローダ１２０に搭載する場合がある。また、プリアライナ１５０においては、基板２１０および基板ホルダ２２０を、専らローダ１２０に対して位置合わせをして、アライナ１６０等の他の場所で基板２１０を基板ホルダ２２０に保持させる場合もある。
【００２４】
更に、プリアライナ１５０は、基板２１０の配向方向を、ローダ１２０に対して一定の向きに揃える回転補正部も有してもよい。これにより、後述するアライナ１６０における調整量を減少させ、アライナ１６０における作業時間を短縮する。
【００２５】
アライナ１６０は、それぞれが基板ホルダ２２０に保持された一対の基板２１０を相互に位置合わせした後に重ね合わせる。アライナ１６０に求められる位置合わせ精度は高く、例えば、素子が形成された半導体基板を位置合わせする場合には、サブミクロンレベルの精度が求められる。アライナ１６０の構造および動作については後述する。
【００２６】
加圧装置１３０は、アライナ１６０において位置合わせされて重ね合わされた一対の基板２１０を加圧して、基板２１０どうしを接着する。これにより基板２１０は恒久的に積層された積層基板２１２となる。加圧装置１３０の構造および動作については後述する。
【００２７】
図２は、基板ホルダ２２０を斜め上方から見下ろした斜視図である。基板ホルダ２２０は、保持面２２２、フランジ部２２４および貫通穴２２６を有する。
【００２８】
基板ホルダ２２０は、全体として円板状をなして、基板２１０を保持する平坦な保持面２２２を中央に有する。フランジ部２２４は、保持面２２２に隣接して、保持面２２２の周囲に配される。保持面２２２およびフランジ部２２４の間には段差２２３が形成され、保持面２２２は、フランジ部２２４に対して僅かに隆起する。
【００２９】
貫通穴２２６は、プッシュアップピンを挿通する目的で設けられており、プッシュアップピンを用いない接合装置１００で使用される基板ホルダ２２０では省かれる場合もある。貫通穴２２６を設ける場合は、保持面２２２を避けてフランジ部２２４に三つ以上設けられる。フランジ部２２４の側周面には、基板ホルダ２２０の周囲を一周する溝２２１が形成される。溝２２１の用途については後述する。
【００３０】
図３は、基板ホルダ２２０を下方から見上げた斜視図である。基板ホルダ２２０の下面には、貫通穴２２６および給電用接点２２８が配される。また、フランジ部２２４の側周面に配された溝２２１も見える。
【００３１】
給電用接点２２８は、基板ホルダ２２０の下面と共通の面をなして、基板ホルダ２２０の内部に埋設された内部電極に接続される。これにより、給電用接点２２８を介して内部電極に電圧を印加することにより基板２１０を保持面２２２に静電吸着して保持できる。
【００３２】
なお、内部電極は、ひとつの基板ホルダ２２０に複数設けられる場合があり、給電用接点２２８も、内部電極に対応して複数設けられる場合がある。また、給電用接点２２８の一部を、信号伝達用に用いてもよい。更に、基板ホルダ２２０は、セラミックス、金属等の剛性の高い材料により一体成形されるが、少なくとも給電用接点２２８に対しては絶縁される。
【００３３】
図４は、アライナ１６０単独の構造と動作を示す模式的な縦断面図である。アライナ１６０は、枠体１６２と、枠体１６２の内側に配された駆動部１８０、下ステージ１７０および上ステージ１９０とを備える。
【００３４】
枠体１６２は、それぞれが水平で互いに平行な底板１６１および天板１６５と、底板１６１および天板１６５を結合する複数の支柱１６３とを有する。底板１６１、支柱１６３および天板１６５はそれぞれ高剛性な材料により形成され、アライナ１６０の動作に伴う反力が作用した場合も枠体１６２は変形しない。
【００３５】
枠体１６２の天板１６５の下面からは、上ステージ１９０および顕微鏡１９１が懸下される。上ステージ１９０および顕微鏡１９１は、天板１６５に対して固定されて移動しない。
【００３６】
ただし、上ステージ１９０および天板１６５の間には、複数のロードセル１９７が挟まれる。これにより、上ステージ１９０またはそれに保持された基板２１０が押し上げられた場合には、基板２１０に印加された負荷を検出できる。
【００３７】
また、上ステージ１９０は、反射鏡１９８を有する。反射鏡１９８は、上ステージ１９０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、干渉計は、上ステージ１９０の絶対的な位置を基準として、他の測定対象の位置を検知できる。
【００３８】
更に、上ステージ１９０は、その下面に熱源１９３を有する。熱源１９３は、熱を発生または吸収して、搭載された基板ホルダ２２０および基板２１０を加熱または冷却する。熱源１９３からの熱的な影響が上ステージ１９０自体に及ばないように、熱源１９３および上ステージ１９０の間には断熱材１９５が挟まれる。
【００３９】
熱源１９３としては、ペルチェ効果素子のように発熱および吸熱を両方するものと、抵抗加熱ヒータ、誘導加熱ヒータ等のように専ら加熱するものとをいずれも利用できる。また、外部から供給される熱媒または冷媒を循環させて温度調節する器具を用いることもできる。この種の器具は、循環させる媒体を変更または温度調節することにより、加熱にも冷却にも使用できる。
【００４０】
上ステージ１９０は下向きの搭載面を有して、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構により、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を、熱源１９３を介して保持する。これにより、上ステージ１９０に保持した基板２１０の温度を、熱源１９３により制御できる。また、上ステージ１９０に保持された基板２１０は、後述する下ステージ１７０に保持された基板２１０と対向する。
【００４１】
枠体１６２の底板１６１の上面には、駆動部１８０に搭載された下ステージ１７０が載置される。駆動部１８０は、底板１６１上に積層された、Ｘ方向駆動部１８４およびＹ方向駆動部１８６を含む。
【００４２】
Ｘ方向駆動部１８４は、底板１６１上に固定されたガイドレール１８２に案内されつつ、図中に示すＸ方向に移動する。Ｙ方向駆動部１８６は、Ｘ方向駆動部１８４によりＸ方向に搬送されつつ、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動する。Ｙ方向駆動部１８６は、下ステージ１７０を支持する支持板１７２を支持する。
【００４３】
また、支持板１７２は、垂直駆動部１７７および球面座１７６を介して下ステージ１７０を支持する。支持板１７２と下ステージ１７０の周縁部近傍との間には、複数の揺動駆動部１７４が配される。揺動駆動部１７４は個別に伸縮して、下ステージ１７０を上昇または降下させる。これにより、下ステージ１７０は、支持板１７２上で、球面座１７６を揺動軸として揺動する。
【００４４】
垂直駆動部１７７は、下ステージ１７０を垂直に上昇または下降させる。垂直駆動部１７７が下ステージ１７０を昇降させる場合、下ステージ１７０は、揺動駆動部１７４により設定された傾斜を維持したまま上昇または降下する。
【００４５】
下ステージ１７０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、搭載された基板ホルダ２２０を、熱源１７３等を介して吸着して保持する。これにより、搭載された基板ホルダ２２０が下ステージ１７０上で変位することが防止される。
【００４６】
よって、Ｘ方向駆動部１８４およびＹ方向駆動部１８６の動作を合わせて、下ステージ１７０に保持した基板２１０を任意の方向に水平移動させることができる。また、揺動駆動部１７４を動作させることにより、下ステージ１７０に保持した基板２１０の傾きを変化させることができる。
【００４７】
更に、垂直駆動部１７７を動作させることにより下ステージ１７０を上昇させて、下ステージ１７０に保持した基板２１０を、上ステージ１９０に保持した基板２１０に接合できる。ただし、アライナ１６０で基板２１０にかける圧力は、後述する加圧装置１３０に比較すると小さいので、基板２１０の仮接合を恒久的に維持することは望めない。
【００４８】
なお、図示は省いたが、アライナ１６０は回転駆動部も備える。回転駆動部は、底板１６１に直交する垂直軸の回りに下ステージ１７０を回転させる。これにより、アライナ１６０は、下ステージ１７０に保持した基板２１０を、垂直軸の回りについて回転させることもできる。
【００４９】
また、下ステージ１７０は、顕微鏡１７１、熱源１７３および反射鏡１７８を有する。顕微鏡１７１および反射鏡１７８は、下ステージ１７０に対して固定され、下ステージ１７０と共に変位する。顕微鏡１７１は、上ステージ１９０に保持された基板２１０のアライメントマーク２１６を観察することにより、その基板２１０と下ステージ１７０との相対的な位置を検知する場合に用いられる。
【００５０】
反射鏡１７８は、図示していない干渉計の出射光を反射して、下ステージ１７０の絶対的な位置を測定する場合に用いられる。また、反射鏡１７８は、下ステージ１７０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。
【００５１】
熱源１７３は、熱を発生または吸収して、搭載された基板ホルダ２２０を介して基板２１０を加熱または冷却する。熱源１７３の熱的な影響が下ステージ１７０自体に及ばないように、熱源１７３および下ステージ１７０の間には断熱材１７５が挟まれる。
【００５２】
なお、熱源１７３としては、ペルチェ効果素子のように発熱および吸熱を両方するものと、抵抗加熱ヒータ、誘導加熱ヒータ等のように専ら加熱するものとをいずれも利用できる。また、外部から供給される熱媒または冷媒を循環させて温度調節する器具を用いることもできる。この種の器具は、循環させる媒体を変更または温度調節することにより、加熱にも冷却にも使用できる。
【００５３】
上記のようなアライナ１６０は、制御部１６７の制御の下に動作する。即ち、制御部１６７は、後述するように、下ステージ１７０および上ステージ１９０に搭載された一対の基板２１０の位置ずれを検出し、当該位置ずれを解消すべく、アライナ１６０の各部を動作させる。なお、制御部１６７は、接合装置１００全体を制御する。
【００５４】
図５は、アライナ１６０の動作を説明する図である。まず、Ｘ方向駆動部１８４およびＹ方向駆動部１８６を動作させて、下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持させた一対の基板２１０を、互いに概ね対向させる。この状態で、図示していないカメラ等で側方から観察しつつ揺動駆動部１７４を個別に動作させて、下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持された一対の基板２１０の対向する面を平行にすることができる。
【００５５】
また、Ｘ方向駆動部１８４およびＹ方向駆動部１８６を動作させて、下ステージ１７０に保持された基板２１０のアライメントマーク２１６を上側の顕微鏡１９１の視野に入れて観察する。これにより、当該基板２１０の上ステージ１９０に対する相対位置が測定できる。同様に、上ステージ１９０に保持された基板２１０のアライメントマーク２１６を下ステージ１７０の顕微鏡１７１で観察して、当該基板２１０と下ステージ１７０との相対位置を測定する。
【００５６】
これら測定に基づいて、一対の基板２１０の、水平方向の相対位置ずれ量を検出できる。そこで、検出された位置ずれを解消するいわば位置合わせ量を算出して、算出した位置合わせ量に応じて、下ステージ１７０を移動させることにより、一対の基板２１０の位置を位置合わせすることができる。
【００５７】
更に、下ステージ１７０および上ステージ１９０は、それぞれ熱源１７３、１９３を有する。よって、保持した基板２１０および基板ホルダ２２０を個別に加熱または冷却して、一対の基板２１０に温度差を発生させることができる。
【００５８】
温度差が生じた基板２１０は、それぞれの温度に応じて熱膨張または熱収縮する。よって、より温度の高い基板２１０では、複数のアライメントマーク２１６の間隔が広くなる。
【００５９】
なお、温度差を生じさせるという観点からは、下ステージ１７０および上ステージ１９０のいずれか一方に加熱装置または冷却装置があれば足りる。しかしながら、双方に熱源１７３、１９３を設けることにより、雰囲気温度の影響を受けることなく、正確な温度差を発生させやすくなる。
【００６０】
また、多くの場合、基板ホルダ２２０に比較すると基板２１０は圧倒的に薄いので、両者の熱容量差は著しく大きい。よって、基板ホルダ２２０の温度を管理することにより、実質的に基板２１０の温度を管理できる。
【００６１】
図６は、アライナ１６０の他の動作を示す図である。上記の通り、互いに平行であって、且つ、水平方向の位置ずれがなくなった一対の基板２１０は、下ステージ１７０を上昇させることにより、その一方を他方に当接させて仮接合できる。仮接合された一対の基板２１０においては、基板２１０の各々の表面に形成された複数のパッドが相互に結合され、一対の基板２１０両方を通じて一体的な回路が形成される。なお、一対の基板２１０を接合させる場合は、ロードセル１９７の検出値を監視して、基板２１０に過大な負荷がかからないように管理することが好ましい。
【００６２】
このように、アライナ１６０においては、下ステージ１７０および上ステージ１９０がそれぞれ熱源１７３、１９３を備える。よって、一対の基板２１０を個別に加熱または冷却して温度差を発生させた状態のまま下ステージ１７０を上ステージ１９０に接近させて、一対の基板２１０を接合させることができる。
【００６３】
図７は、加圧装置１３０の模式的な縦断面図である。加圧装置１３０は、筐体１３２の底部から順次積層された定盤１３８および加熱プレート１３６と、筐体１３２の天井面から垂下された圧下部１３４および加熱プレート１３６とを有する。加熱プレート１３６の各々はヒータを内蔵する。また、筐体１３２の側面のひとつには装入口１３１が設けられる。
【００６４】
加圧装置１３０には、既に位置合わせして重ね合わされた基板２１０が、基板ホルダ２２０および基板ホルダ２２０と共に搬入される。搬入された基板２１０および基板ホルダ２２０は、定盤１３８の加熱プレート１３６上面に載置される。
【００６５】
加圧装置１３０は、加熱プレート１３６を昇温すると共に、圧下部１３４を降下して上側の加熱プレート１３６を押し下げる。これにより、加熱プレート１３６の間に挟まれた基板２１０並びに基板ホルダ２２０および基板ホルダ２２０が加熱および加圧され、基板２１０は恒久的に貼り合わされた本接合の状態となる。
【００６６】
また、加熱プレート１３６は、制御部１６７の制御の下に、個別に加熱温度を設定される。これにより、一対の基板ホルダ２２０および基板２１０に、温度差を発生させることができる。
【００６７】
なお、図示は省いたが、加熱、加圧した後に、基板２１０を冷却する冷却部を加圧装置１３０に設けてもよい。これにより、室温までに至らなくても、ある程度冷却した基板２１０を搬出して、迅速にＦＯＵＰ２０１に戻すことができる。
【００６８】
また、加熱プレート１３６による加熱温度が高い場合は、基板２１０の表面が雰囲気と科学的に反応する場合がある。そこで、基板２１０を加熱加圧する場合は、筐体１３２の内部を排気して真空環境とすることが好ましい。このため、装入口１３１を気密に閉鎖する、開閉可能なシャッタを設けてもよい。一方、加熱プレート１３６を省略して、鏡面研磨した基板２１０を常温で接合させる場合もある。
【００６９】
図８、図９、図１０および図１１は、接合装置１００における基板２１０の状態の変遷を示す図である。以下、これらの図面を参照しつつ、接合装置１００の動作を説明する。
【００７０】
貼り合わせに供される基板２１０は、ＦＯＵＰ２０１に収容された状態で接合装置１００に装填される。接合装置１００においては、まず、ローダ１２０が、ホルダストッカ１４０から搬出した基板ホルダ２２０を、プリアライナ１５０に載置する。
【００７１】
プリアライナ１５０において、基板ホルダ２２０はローダ１２０に対する搭載位置を調整される。これにより、ローダ１２０は、比較的高い精度で、基板ホルダ２２０をアライナ１６０に搬入できる。
【００７２】
次に、ローダ１２０は、ＦＯＵＰ２０１から１枚ずつ搬出した基板２１０を、プリアライナ１５０に搬送する。プリアライナ１５０において、基板２１０も、ローダ１２０に対する搭載位置を調整される。これにより、ローダ１２０は、比較的高い精度で基板２１０を、アライナ１６０内の基板ホルダ２２０に搭載できる。
【００７３】
基板ホルダ２２０に載せられた基板２１０は、静電吸着等により、基板ホルダ２２０に保持される。上ステージ１９０および下ステージ１７０に各々搭載されるので、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０は、少なくとも２つ用意される。
【００７４】
こうして、図８に示すように、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０が用意される。以下の工程において、基板２１０および基板ホルダ２２０は一体的に取り扱われる。
【００７５】
ローダ１２０は、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を、アライナ１６０に順次搬送する。例えば、最初に搬送された基板ホルダ２２０は、ローダ１２０により反転されて上ステージ１９０に保持される。また、次に搬入された基板ホルダ２２０は、そのままの向きで下ステージ１７０に保持される。これら基板ホルダ２２０に保持された基板２１０は、図９に示すように、相互に位置合わせして仮接合される。
【００７６】
ここで、アライナ１６０において仮接合された一対の基板２１０はまだ本接合されていないので、図１０に示すように、基板ホルダ２２０の溝２２１にクリップ２３０が嵌められる。これにより、アライナ１６０による位置合わせを保持したまま、位置合わせした基板２１０を挟んだ一対の基板ホルダ２２０を一体的に搬送できる。
【００７７】
続いて、ローダ１２０は、仮接合された１対の基板２１０を挟んだ基板ホルダ２２０を、加圧装置１３０に搬送する。加圧装置１３０において加熱、加圧された１対の基板２１０は本接合され、図１１に示すように、恒久的な積層基板２１２となる。
【００７８】
更に、ローダ１２０は、基板ホルダ２２０および積層基板２１２を分離する。基板ホルダ２２０はホルダストッカ１４０に搬送される。また、積層基板２１２は、ＦＯＵＰ２０１に回収される。
【００７９】
図１２は、上記のように位置合わされる基板２１０表面の状態を模式的に示す図である。基板２１０は、ノッチ２１４により一部が欠けた円形を有し、表面にそれぞれ複数のアライメントマーク２１６および素子領域２１８を有する。
【００８０】
ノッチ２１４は、基板２１０の結晶配向性等に対応して形成されている。よって、基板２１０を取り扱う場合に、ノッチ２１４を指標として基板２１０の方向を知ることができる。素子領域２１８には、基板２１０を加工して形成された素子が配される。
【００８１】
基板２１０上には、複数の素子領域２１８が配される。素子領域２１８は、何らかの接続端子を備え、貼り合わされる他の基板２１０の素子領域２１８と電気的に結合される。
【００８２】
アライメントマーク２１６は、基板２１０に素子領域２１８を形成する場合に、素子領域２１８と共に作り込まれる。このため、アライメントマーク２１６を位置合わせすることにより、素子領域２１８も位置合わせできる。
【００８３】
なお、図中では素子領域２１８およびアライメントマーク２１６を大きく描いているが、３００ｍｍφの大型の基板２１０に形成される素子領域２１８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２１０に配されるアライメントマーク２１６の数も多くなる。
【００８４】
また、図示の十字型のアライメントマーク２１６は一例に過ぎず、アライメントマーク２１６は様々な形状で形成される。更に、素子領域２１８またはその周辺に形成された配線パターン等がアライメントマーク２１６として利用される場合もある。
【００８５】
図１３は、アライナ１６０における基板２１０の位置合わせの手順を示すフローチャートである。一対の基板２１０は、それぞれ基板ホルダ２２０に保持された状態でアライナ１６０に搬入される。
【００８６】
搬入された基板２１０および基板ホルダ２２０は、まず、図４に示したように、下ステージ１７０および上ステージ１９０にそれぞれ保持され、更に、図５に示したように互いに対向した状態で位置合わせが開始される（ステップＳ１０１）。
【００８７】
基板ホルダ２２０による基板２１０の保持は、例えば静電吸着による。また、上ステージ１９０および下ステージ１７０による基板ホルダ２２０の保持は、例えば真空吸着による。しかしながら、これらの方法に限定されるわけではなく、基板２１０および基板ホルダ２２０並びに上ステージ１９０または下ステージ１７０が互いに一体となり、以下の位置合わせ作業において位置ずれを生じない方法で固定される。
【００８８】
次に、揺動駆動部１７４を動作させて、上ステージ１９０に保持された基板２１０と下ステージに保持された基板２１０とを互いに平行にする（ステップＳ１０２）。以下の位置合わせ作業は、一対の基板２１０の平行を維持したまま継続される。
【００８９】
続いて、顕微鏡１７１、１９１により、それぞれ対向する基板２１０のアライメントマーク２１６を観察する。これにより、例えば、固定された顕微鏡１９１の位置を基準にして、位置合わせ対象となる複数のアライメントマーク２１６の位置を測定する（ステップＳ１０３）。
【００９０】
更に、アライメントマーク２１６の位置を基板２１０の各々に対して測定することにより、一対の基板２１０相互の位置ずれ量を検知する（ステップＳ１０４）。次いで、制御部１６７は、当該位置ずれを解消する位置合わせ量を、算出部１６９に算出させる（ステップＳ１０５）。ここで、算出部１６９が算出する位置合わせ量は、位置ずれ量を零にすべく基板２１０に与える移動量δｘ、δｙ、回転量θおよび倍率γを含む。
【００９１】
移動量δｘ、δｙは、Ｘ方向駆動部１８４およびＹ方向駆動部１８６により、下ステージ１７０に保持された基板２１０に与えられる。回転量θは、回転駆動部により下ステージ１７０に保持された基板２１０に与えられる。倍率γは、熱源１７３、１９３により、下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持させた一対の基板２１０に発生させた温度差として与えることができる。
【００９２】
即ち、位置ずれ量が統計的に最小になるように、下ステージ１７０を平行移動させ、且つ、回転させても、結局は一対の基板２１０のアライメントマーク２１６の多くが一致しない場合がある。これは、アライメントマーク２１６および素子領域２１８を形成する過程で、アライメントマーク２１６および素子領域２１８に転写されるパターンの縮小率にばらつきが生じたことが原因と考えられる。
【００９３】
そこで、算出部１６９による位置合わせ量の算出要素として、アライメントマーク２１６の倍率γの要素を導入する。倍率γを含む位置合わせ量の要素相互の関係は、下記の式１により表すことができる。
【数１】
0005549344.tif 000002
【００９４】
算出部１６９は、一対の基板２１０の倍率γの差が統計的に最小になるように、一方の他方に対する拡大率または縮小率を算出する。また、そのような拡大率または縮小率で基板を拡大または縮小するために求められる目標温度差を算出する。算出部１６９は、熱源１７３、１９３を利用して、ある仮目標温度差で生じた位置ずれの統計と、他の仮目標温度差で生じた位置ずれの統計とを比較して、より精度の高い目標温度差を算出することもできる。
【００９５】
また、上記の形態では、アライナ１６０に熱源１７３、１９３を設けて位置合わせ量としての倍率λを算出する場合を示したが、ステップ１０３において計測したアライメントマーク２１６の位置から、計算により位置合わせ量としての倍率γを算出することもできる。その場合は、アライナ１６０の熱源１７３、１９３は省略できる。
【００９６】
こうして、目標温度差を含む位置合わせ量が算出されると、制御部１６７は、まず、下ステージ１７０を移動量δｘ、δｙで移動させる（ステップＳ１０６）。次に、制御部１６７は、下ステージ１７０を、回転量θで回転させる（ステップＳ１０７）。
【００９７】
こうして、制御部１６７は、垂直駆動部１７７を動作させて、下ステージ１７０に保持された基板２１０を上昇させる。これにより、平行移動および回転により位置合わせされた一対の基板２１０は仮接合される（ステップＳ１０８）。仮接合された一対の基板２１０は、基板ホルダ２２０にクリップ２３０を嵌めることにより、位置合わせした状態を保存される（ステップＳ１０９）。
【００９８】
こうして、平行移動および回転により位置合わせした状態を保存された一対の基板２１０は、ローダ１２０によりアライナ１６０から搬出される（ステップＳ１１０）。アライナ１６０から搬出された一対の基板２１０は、ローダ１２０により搬送されて、加圧装置１３０に搬入される。
【００９９】
図１４は、一対の基板２１０を搬入された加圧装置１３０の動作手順を示すフローチャートである。仮接合された基板２１０を搬入された加圧装置１３０は、まず、圧下部１３４を降下させて、一対の基板２１０および基板ホルダ２２０を固定する（ステップＳ２０１）。ただし、この時点で基板２１０にかける圧力は、基板２１０を固定するに足る圧力にとどめる。よって、基板２１０はまだ本接合されない。
【０１００】
次に、基板２１０を固定した状態で、制御部１６７は、加熱プレート１３６にそれぞれ個別の温度を設定し、算出部１６９が算出した目標温度差を一対の基板２１０に発生させる（ステップＳ２０２）。これにより、一対の基板２１０には、目標温度差に応じて異なる熱膨張を生じ、一対の基板２１０に残った倍率γの差に起因する位置ずれが解消される。
【０１０１】
こうして、平行移動、回転、倍率による位置ずれが解消された基板２１０に対して、加圧装置１３０は、高い圧力をかけて基板２１０を本接合させる（ステップＳ２０３）。また、制御部１６７は、加熱プレート１３６の温度を大幅に上昇させて、位置ずれが解消された状態の基板２１０を本接合させる。
【０１０２】
図１５は、加圧装置１３０の一部を拡大して示す図である。なお、図７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。
【０１０３】
定盤１３８上の加熱プレート１３６の表面が平坦であるのに対して、圧下部１３４に保持された加熱プレート１３６の下面は、中央が下側に隆起した球面をなす。これにより、圧下部１３４が降下して基板ホルダ２２０の上面を押した場合、基板ホルダ２２０および基板２１０は中央を強く押される。
【０１０４】
これにより、基板２１０および基板ホルダ２２０の中央は、加熱プレート１３６に強く押されて固定される。また、温度差が発生した場合には、基板２１０および基板ホルダ２２０の周縁部は、放射状に膨張する。よって、算出部１６９が倍率γによる位置合わせ量を算出する場合に、基板２１０の中央を基準にすることにより、より精度の高い目標温度差を算出できる。
【０１０５】
なお、上記の例では、基板２１０は一貫して基板ホルダ２２０と一体的に取り扱われる。しかしながら、基板ホルダ２２０を用いることなく、基板２１０を直接に取り扱う接合装置においても、温度差による位置合わせができることはいうまでもない。
【０１０６】
［実施例２］
図１６は、アライナ１６０における基板２１０の位置合わせの手順を示すフローチャートである。一対の基板２１０は、それぞれ基板ホルダ２２０に保持された状態でアライナ１６０に搬入される。
【０１０７】
搬入された基板２１０および基板ホルダ２２０は、まず、図４に示したように、下ステージ１７０および上ステージ１９０にそれぞれ保持され、更に、図５に示したように互いに対向した状態で位置合わせが開始される（ステップＳ３０１）。
【０１０８】
基板ホルダ２２０による基板２１０の保持は、例えば静電吸着による。また、上ステージ１９０および下ステージ１７０による基板ホルダ２２０の保持は、例えば真空吸着による。しかしながら、これらの方法に限定されるわけではなく、基板２１０および基板ホルダ２２０並びに上ステージ１９０または下ステージ１７０が互いに一体となり、以下の位置合わせ作業において位置ずれを生じない方法で固定される。
【０１０９】
次に、制御部１６７は、揺動駆動部１７４を動作させて、上ステージ１９０に保持された基板２１０と下ステージ１７０に保持された基板２１０とを互いに平行にする（ステップＳ３０２）。以下の位置合わせ作業は、一対の基板２１０の平行を維持したまま継続される。
【０１１０】
続いて、制御部１６７は、顕微鏡１７１、１９１により、それぞれ対向する基板２１０のアライメントマーク２１６を観察する。これにより、例えば、固定された顕微鏡１９１の位置を基準にして、位置合わせ対象となる複数のアライメントマーク２１６の位置を測定できる（ステップＳ３０３）。
【０１１１】
更に、制御部１６７は、アライメントマーク２１６の位置を基板２１０の各々に対して測定することにより、一対の基板２１０相互の位置ずれ量を検知できる（ステップＳ３０４）。次に、制御部１６７は、検知された位置ずれ量が、予め与えられた許容範囲に収まっているか否かを検査する（ステップＳ３０５）。
【０１１２】
検知された位置ずれ量が許容範囲に収まっている場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、制御部１６７は、下ステージ１７０の基板２１０と上ステージ１９０の基板とを正対させるべく、下ステージ１７０を並進させる（ステップＳ３１０）。また、制御部１６７は、基板２１０相互のアライメントマーク２１６が対応する位置になるように、下ステップ１７０を回転させる（ステップＳ３１１）。
【０１１３】
更に、制御部１６７は、垂直駆動部１７７を動作させて下ステージ１７０を上昇させる。これにより、一対の基板２１０は位置ずれが許容範囲内にある状態で接合される（ステップＳ３１２）。接合された基板２１０は、基板ホルダ２２０にクリップ２３０を嵌めることにより、位置合わせした状態を保存される（ステップＳ３１３）。こうして、アライナ１６０における作業が終了する。
【０１１４】
一方、ステップＳ３０５において位置ずれ量が許容範囲に収まっていない場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、制御部１６７は、当該位置ずれを解消する位置合わせ量を、算出部１６９に算出させる（ステップＳ３０６）。ここで、算出部１６９が算出する位置合わせ量は、位置ずれ量を零にすべく基板２１０に与える移動量δｘ、δｙ、回転量θおよび倍率γを含む。
【０１１５】
移動量δｘ、δｙは、Ｘ方向駆動部１８４およびＹ方向駆動部１８６により、下ステージ１７０に保持された基板２１０に与えられる。回転量θは、回転駆動部により下ステージ１７０に保持された基板２１０に与えられる。倍率γは、熱源１７３、１９３により、下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持させた一対の基板２１０に発生させた温度差として与えられる。
【０１１６】
即ち、位置ずれ量が統計的に最小になるように、下ステージ１７０を平行移動させ、且つ、回転させても、結局は一対の基板２１０のアライメントマーク２１６の多くが一致しない場合がある。これは、アライメントマーク２１６および素子領域２１８を形成する過程で、アライメントマーク２１６および素子領域２１８に転写されるパターンの縮小率にばらつきが生じたことが原因と考えられる。
【０１１７】
そこで、算出部１６９による位置合わせ量の算出要素として、アライメントマーク２１６の倍率γの要素を導入する。倍率γを含む位置合わせ量の要素相互の関係は、下記の式１により表すことができる。
【数２】
0005549344.tif 000003
【０１１８】
算出部１６９は、一対の基板２１０の倍率γの差が統計的に最小になるように、一方の他方に対する拡大率または縮小率を算出する。また、そのような拡大率または縮小率で基板を拡大または縮小するために求められる目標温度差を算出する。
【０１１９】
こうして、目標温度差を含む位置合わせ量が算出されると、制御部１６７は、まず、下ステージ１７０を移動量δｘ、δｙで移動させる（ステップＳ３０７）。次に、制御部１６７は、下ステージ１７０を、回転量θで回転させる（ステップＳ３０８）。更に、制御部１６７は、熱源１７３、１９３により一対の基板２１０に目標温度差を発生させる（ステップＳ３０９）。
【０１２０】
なお、一対の基板２１０に目標温度差を発生させた場合には、アライナ１６０全体で管理している温度目標からの温度偏差を、双方の基板２１０に等しく割り振ることが好ましい。即ち、例えば、温度環境を室温に管理しているアライナ１６０内においてΔＴ℃の温度差を発生させる場合、一方の基板２１０を（室温−ΔＴ／２）℃、他方の基板２１０を（室温＋ΔＴ／２）℃とすることにより、温度差ΔＴ℃を発生させることが好ましい。これにより、基板２１０に温度差ΔＴ℃を発生させつつも、アライナ１６０の環境温度に与える影響を最小限に留めることができる。
【０１２１】
ただし、用いられる熱源１７３、１９３が加熱装置であるような場合には、専ら加熱により温度差を発生させる。よって、一対の基板２１０の双方を、アライナ１６０の管理温度に対して高くすることにより位置ずれを修正する場合もある。
【０１２２】
上記のように位置合わせされた一対の基板２１０に対して、再び、顕微鏡１７１、１９１によるアライメントマーク２１６の位置測定を実行する（ステップＳ３０３）。更に、ステップＳ３０３において測定されたアライメントマーク２１６の位置から、基板２１０相互の位置ずれを再び検出する（ステップＳ３０４）。こうして得られた一対の基板２１０の位置ずれ量が、予め定められた許容範囲に収まっているか否かを調べる（ステップＳ３０５）。
【０１２３】
こうして、位置ずれ量が許容範囲に収まるまで位置ずれの測定と位置合わせとが繰り返され、位置ずれ量が許容範囲に収まった一対の基板２１０（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）は、既に説明した通り、相互に接合される（ステップＳ３１２）。接合された基板２１０は、基板ホルダ２２０にクリップ２３０を嵌めることにより、位置合わせした状態を保存される（ステップＳ３１５）。
【０１２４】
なお、上記のように位置ずれ検出と位置合わせとのサイクル（ステップＳ３０３〜ステップＳ３０９）を繰り返す場合、算出部１６９は、あるサイクルの目標温度差で生じた位置ずれの統計と、次のサイクルの目標温度差で生じた位置ずれの統計とを比較して、より精度の高い目標温度差を算出できる。
【０１２５】
位置合わせされた上でその状態を保存された一対の基板２１０は、基板ホルダ２２０と共にアライナ１６０から搬出される。搬出された基板２１０および基板ホルダ２２０は加圧装置１３０に搬入され、加熱、加圧される。これにより、位置合わせされた基板２１０が、その状態を保持したまま恒久的に接合される。
【０１２６】
図１７は、温度差を発生された一対の基板２１０の温度変化を示すグラフである。図示のように、熱源１７３、１９３に加熱されて目標温度差を発生した基板２１０の温度は、アライナ１６０から搬出されると、時間の経過と共に温度が徐々に降下する。
【０１２７】
基板２１０および基板ホルダ２２０の温度が低下する場合、雰囲気温度との温度差が大きい方が温度の低下速度が早い。このため、一対の基板２１０の温度差は徐々に小さくなる。
【０１２８】
そこで、加圧装置１３０において加圧される時点で一対の基板２１０の温度差が目標温度差となるように、アライナ１６０においては、目標温度差よりも大きめの温度差を発生させておくことが好ましい。
【０１２９】
また、アライナ１６０から搬出されて熱源１７３、１９３による温度制御が及ばなくなってから、加圧装置１３０において加圧されるまでの時間が一定になるように、制御部１６７が管理することも好ましい。即ち、制御部１６７は、加圧装置１３０の状態を監視して、加圧装置１３０が基板２１０および基板ホルダ２２０を搬入し得る状態になってから基板２１０に温度差を発生させて搬出させる。これにより、加圧装置１３０で加圧するまでの温度低下を正確に予測して、それを見込んだ温度差を発生させることができる。
【０１３０】
更に、アライナ１６０から加圧装置１３０に搬送される基板２１０および基板ホルダ２２０を保温して、設定した温度差が維持されるようにしてもよい。更に、基板ホルダ２２０に電力等を供給して、アライナ１６０から搬出された基板２１０および基板ホルダ２２０が加圧装置１３０において加圧されるまでの間、基板２１０に設定された温度差を維持し続けてもよい。これにより、基板２１０は、正確な目標温度差を有する状態で、加圧装置１３０において加圧される。
【０１３１】
なお、上記の例では、基板２１０は一貫して基板ホルダ２２０と一体的に取り扱われる。しかしながら、基板ホルダ２２０を用いることなく、基板２１０を直接に取り扱う接合装置においても、温度差による位置合わせができることはいうまでもない。
【０１３２】
［実施例３］
図１８は、これから重ね合わせようとする一対の基板２１０が互いに対向した状態を示す斜視図である。図１２に示した基板２１０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。
【０１３３】
図示の例では、素子領域２１８を下面に有する上側の基板２１０においては、基板２１０全体を位置合わせする場合に参照される６つのアライメントマーク２１６１〜２１６６が、点線Ｇで示す互いに直交したガイドライン上に配されている。これに対して、素子領域２１８を上面に有する下側の基板２１０においては、ひとつのアライメントマーク２１６１が他のアライメントマーク２１６２〜２１６６から想定される基準位置に対して、基板２１０の内側に寄った位置にある。
【０１３４】
上記のように位置がずれたアライメントマーク２１６１の周辺では、素子領域２１８の位置も、アライメントマーク２１６１と同様にずれている。このようなアライメントマーク２１６１の位置ずれは、例えば、基板２１０上に素子領域２１８を形成する過程で生じる。
【０１３５】
一部のアライメントマーク２１６１の位置が他のアライメントマーク２１６２〜２１６６に対してずれている場合、いずれかの基板２１０全体を拡大または縮小させて倍率を調整しても、アライメントマーク２１６１〜２１６６を一致させて一対の基板２１０を重ね合わせることが難しい。あるいは、算出部１６９の算出処理に多大な時間を要する。
【０１３６】
そこで、算出部１６９は、まず、位置のずれた一部のアライメントマーク２１６１を除いて、残りのアライメントマーク２１６２〜２１６６を位置合わせすべく位置合わせ量を算出する。これにより、算出部１６９は、基板２１０相互のアライメントマーク２１６２〜２１６６を高い精度で位置合わせできる位置合わせ量を迅速に算出できる。
【０１３７】
次に、算出部１６９は、既に位置合わせ量が算出されたアライメントマーク２１６２〜２１６６に対して、位置のずれたアライメントマーク２１６１をフィットさせるべく、アライメントマーク２１６１の位置合わせ量を算出する。次に、制御部１６７は、算出部１６９のこれら算出結果に応じて、まず、アライメントマーク２１６１の位置を修正し、続いて、基板２１０を位置合わせする。
【０１３８】
図示の例では、図中に斜線で示す一部領域Ｈを例えば加熱することにより、基板２１０の一部領域Ｈを他に対して相対移動させて、アライメントマーク２１６１の位置を修正できる。即ち、基板２１０の一部領域Ｈを加熱した場合、この領域において基板２１０は膨張して、ずれていたアライメントマーク２１６１は基板２１０の中心から遠ざかる。これにより、アライメントマーク２１６１の位置を他のアライメントマーク２１６１〜２１６５に合わせることができる。アライメントマーク２１６１の位置が修正された後は、基板２１０を相互に位置合わせすることにより、一方の基板２１０上のすべてのアライメントマーク２１６１〜２１６６を他方の基板２１０のアライメントマーク２１６１〜２１６６精度よく位置合わせできる。
【０１３９】
なお、上記のようなアライメントマーク２１６を位置合わせする場合の目標である基準位置は、上記のように、接合装置１００における接合の対になる基板２１０の、対応するアライメントマーク２１６であってもよい。また、設計通りに理想的に製造された仮想の基板２１０におけるアライメントマーク２１６の位置を基準位置として、調整対象となる基板２１０のアライメントマーク２１６の位置をそれぞれ合わせてもよい。
【０１４０】
こうして、基板２１０の高精度な位置合わせと、それに要する処理時間の短縮とを両立させることができる。なお、このようにしてもなお基板２１０上のすべてのアライメントマーク２１６を調整し切れない場合は、調整できるアライメントマーク２１６１〜２１６６を調整して基板２１０の一部を活かすようにしてもよい。
【０１４１】
基板２１０を部分的に加熱する方法としては、基板ホルダ２２０等、基板２１０に接する部材に発熱体を設けて熱を伝える方法がある。また、温風または冷風を基板２１０に吹きつけることにより温度を変化させる方法もある。更に、赤外線等の熱線を基板２１０の一部領域Ｈに対して照射する方法もある。
【０１４２】
例えばシリコン単結晶基板である基板２１０に熱線を照射する場合、照射する熱線の波長を、基板２１０において電子の直接遷移による吸収が生じる１１００ｎｍから４００ｎｍ程度とすることにより効率よく加熱できる。また、シリコン単結晶基板には格子による吸収が６μｍ〜２５μｍぐらいにあるので、赤外領域の熱線でも有効に加熱ができる。
【０１４３】
［実施例４］
図１９は、基板２１０を部分的に加熱する機能を有する他の基板ホルダ２２０１の構造を示す断面図である。図２および図３に示した基板ホルダ２２０１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。
【０１４４】
基板ホルダ２２０１は、保持面２２２の直下に配列された、複数の電熱材料部２２５を有する。電熱材料部２２５は、絶縁性および断熱性を有する分離部２２９により、電気的および熱的に相互に分離される。電熱材料部２２５の各々は、個別のスイッチ２３５を介して電流源２３６に結合される。よって、スイッチ２３５の断続により電熱材料部２２５に通電した場合は、電熱材料部２２５を個別に発熱させることができる。
【０１４５】
また、電熱材料部２２５の各々は、埋設電極２２７を有する。埋設電極２２７の各々は、個別のスイッチ２３７を介して電圧源２３８に結合される。よって、スイッチ２３７の断続により、埋設電極２２７の各々に個別に電圧を印加できる。埋設電極２２７に電圧を印加した領域では、電熱材料部２２５の表面に静電力が生じる。これにより、電熱材料部２２５の表面において基板２１０を吸着する静電チャックが形成される。
【０１４６】
なお、電流源２３６および電圧源２３８は、基板ホルダ２２０１の外部に配置して、給電用接点２２８等を介して基板ホルダ２２０１に電流または電圧を供給してもよい。スイッチ２３５、２３７は、基板ホルダ２２０１の内部に配しても外部に配してもよい。
【０１４７】
スイッチ２３５、２３７を基板ホルダ２２０１の内部に配した場合は、給電用接点２２８の一部を利用して、スイッチ２３５、２３７を制御する制御信号を基板ホルダ２２０１に送信できる。また、電熱材料部２２５に、ペルチェ効果素子等を配することにより、当該領域Ｒを冷却することもできる。
【０１４８】
図２０および図２１は、基板ホルダ２２０１の動作を説明する部分断面図である。図１９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。
【０１４９】
図２０に示す状態では、直線的に配列された６つの領域Ｒが描かれる。６つの領域のうち、図中左側の２つの領域Ｒでは、スイッチ２３７が投入され、埋設電極２２７に電圧が印加される。これにより、電圧が印加された埋設電極２２７を含む領域Ｒでは基板ホルダ２２０１の表面に静電力が発生して、基板２１０が保持面２２２に吸着される。なお、基板２１０の表面には、一対のアライメントマーク２１６が、間隔Ｌ０をおいて配される。
【０１５０】
図２１に示す状態では、上記の状態に続いて、中央の３つの領域Ｒにおいてスイッチ２３５が投入され、これらの領域Ｒで電熱材料部２２５に抵抗熱が発生する。よって、これらの領域Ｒにおいては基板２１０の温度が上昇して熱膨張を生じる。
【０１５１】
既に説明したように、図中左側の領域Ｒでは、基板２１０が基板ホルダ２２０１に吸着されている。よって、基板２１０が熱膨張した場合、図中右側の領域Ｒがより右に移動する。よって、この領域に形成されたアライメントマーク２１６も右側に移動し、一対のアライメントマーク２１６の間隔はＬ１に拡大する。
【０１５２】
図２２に示す状態では、上記の状態に続いて、全ての領域Ｒにおいてスイッチ２３７が投入され、基板２１０が保持面２２２に吸着される。また、スイッチ２３５はすべて遮断され、電熱材料部２２５の発熱は停止する。よって、基板２１０の部分的な熱膨張も解消される。
【０１５３】
しかしながら、基板２１０は、基板ホルダ２２０１に全面にわたって吸着されているので、熱膨張が解消しても、熱膨張により変位したアライメントマーク２１６の位置は維持される。よって、埋設電極２２７への電圧の印加を継続することにより、基板２１０において修正されたアライメントマーク２１６の位置が維持される。
【０１５４】
基板ホルダ２２０１による基板２１０の吸着は、埋設電極２２７が電圧源２３８から切り離された場合も、短時間であれば残留電圧により継続される。よって、基板２１０を搬送等する場合に、基板２１０を基板ホルダ２２０１に保持させたまま、基板ホルダ２２０１と共に取り扱うことにより、アライメントマーク２１６の修正した位置を保持し続けることができる。
【０１５５】
なお、上記のような用途に鑑みて、基板ホルダ２２０１による基板２１０の吸着力は、熱膨張が解消された基板２１０の復元力に抗して基板２１０の変形を保持し得る強さを有する。また、基板ホルダ２２０１は、基板２１０の復元力により変形しない剛性を有する。
【０１５６】
上記のような一部のアライメントマーク２１６の位置修正を、図１４から図１７までを参照して説明した基板２１０全体の拡大または縮小と組み合わせてもよい。これにより、より精密に位置合わせして基板２１０を重ね合わせることができる。更に、アライメントマーク２１６の位置を専ら熱膨張により調節することを目的として、温度差を設けつつも、一対の基板２１０を両方加熱してもよい。
【０１５７】
図２３は、上記の基板ホルダ２２０１の斜視図である。図示のように、電熱材料部２２５の各々が占める領域Ｒは、保持面２２２全体に二次元的に配置される。また、電熱材料部２２５の各々は、個別の領域Ｒにおいて、図中に矢印Ｗにより示すように、二次元的に拡大または縮小する。よって、この基板ホルダ２２０１に保持された基板２１０の任意の領域において、アライメントマーク２１６の位置を修正できる。
【０１５８】
［実施例５］
図２４は、基板ホルダ２２０２の他の構造を示す断面図である。図１９に示した基板ホルダ２２０２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。
【０１５９】
基板ホルダ２２０２は、保持面２２２の直下に配列された、複数の圧電材料部２３４を有する。圧電材料部２３４は、絶縁性を有する分離部２２９により電気的に分離される。
【０１６０】
圧電材料部２３４の各々は、個別のスイッチ２３５を介して電圧源２３９に結合される。よって、スイッチ２３５の断続により圧電材料部２３４に電圧を印加した場合、圧電材料部２３４を個別に伸長させることができる。圧電材料部２３４の各々は、基板ホルダ２２０２の面方向に分極してその方向に伸長する。
【０１６１】
また、圧電材料部２３４の各々は埋設電極２２７を有する。埋設電極２２７の各々は、個別のスイッチ２３７を介して電圧源２３８に結合される。よって、スイッチ２３７の断続により、埋設電極２２７の各々に個別に電圧を印加できる。
【０１６２】
埋設電極２２７に電圧を印加した個々の領域Ｒでは、圧電材料部２３４の表面に静電力が生じる。これにより、圧電材料部２３４の表面において基板２１０を吸着する静電チャックが形成される。
【０１６３】
なお、電圧源２３８、２３９は、基板ホルダ２２０２の外部に配置して、給電用接点２２８等を介して基板ホルダ２２０２に電流または電圧を供給してもよい。スイッチ２３５、２３７は、基板ホルダ２２０２の内部に配しても外部に配してもよい。スイッチ２３５、２３７を基板ホルダ２２０２の内部に配した場合は、給電用接点２２８の一部を利用して、スイッチ２３５、２３７を制御する制御信号を基板ホルダ２２０２に送信できる。
【０１６４】
図２５は、基板ホルダ２２０２の機能を説明する斜視図である。基板ホルダ２２０２において、個々の領域Ｒを形成する圧電材料部２３４は、保持面２２２に二次元的に配列される。
【０１６５】
圧電材料部２３４の各々は、隣接する他の領域Ｒと異なる方向に分極されている。これにより、保持面２２２の任意の領域を任意の方向に変形を発生させることができる。
【０１６６】
図２６および図２７は、基板ホルダ２２０２の動作を説明する部分的な断面図である。図２４および図２５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。また、説明を簡潔にする目的で、図示の圧電材料部２３４はすべて同じ方向に分極しているものとする。
【０１６７】
基板ホルダ２２０２を用いて、基板２１０のアライメントマーク２１６の位置を修正する場合について説明する。まず、図２６に示すように、基板２１０を基板ホルダ２２０２に搭載した上で、図中左側のスイッチ２３５と、図中中央のスイッチとを投入する。これにより、基板２１０は、図中右側の部分を除いて、基板ホルダ２２０２に吸着される。基板２１０の表面には、間隔Ｌ０をおいて一対のアライメントマーク２１６が配される。
【０１６８】
次に、スイッチ２３５のうち図中中央の２つを投入して、対応する圧電材料部２３４に電圧を印加する。これにより、図２７に示すように、電圧を印加された圧電材料部２３４が水平に伸長する。基板２１０の図中左側および図中中央は基板ホルダ２２０２に吸着されているので、圧電材料部２３４の伸長に伴って、基板２１０の図中右側の部分がより右方に移動する。
【０１６９】
これにより、基板２１０上の一方のアライメントマーク２１６も移動して、一対のアライメントマーク２１６の間は間隔Ｌ１まで拡がる。このようなアライメントマーク２１６の間隔Ｌ１は、スイッチ２３５、２３７の個々の開閉状態を維持して基板２１０の変形を維持する限り保持される。
【０１７０】
なお、基板ホルダ２２０２の上記機能に鑑みて、基板ホルダ２２０２は、それ自体の変形に伴って基板２１０を弾性変形の範囲で変形させ得る保持力を有する。また、基板ホルダ２２０２は、基板２１０に弾性変形を生じる作用力の範囲では変形しない剛性を有する。
【０１７１】
また、上記のように、圧電材料部２３４の作用力を作用させて伸長または収縮させることにより基板２１０を変形する期間は基板２１０の一部領域の吸着を停止し、基板２１０が伸長または収縮した後に当該一部領域を吸着する方法は、基板ホルダ２２０を用いることなく、例えば下ステージ１７０に直接に基板２１０を吸着させる場合にも適用できる。
【０１７２】
この場合、圧電材料部２３４の伸長または収縮により基板２１０が変形する間は、基板２１０において変形が生じる領域に隣接する領域において、下ステージ１７０による基板２１０の吸着を停止する。これにより、基板２１０は円滑に変形する。
【０１７３】
また、基板２１０が変形した後に、吸着を停止していた領域において基板２１０を吸着してもよい。これにより、基板２１０に生じた変形を、下ステージ１７０に維持させることができる。
【０１７４】
図２８、図２９および図３０は、基板ホルダ２２０２の他の動作を説明する部分的な断面図である。ここでは、基板ホルダ２２０２を用いて、基板２１０のアライメントマーク２１６の間隔Ｌ０を、より狭い間隔Ｌ２に縮める修正をする。なお、図２６および図２７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。
【０１７５】
まず、図２８に示すように、スイッチ２３７をすべて開放した状態で、スイッチ２３５の一部を投入する。これにより、図中中央の圧電材料部２３４が水平に伸長するが、基板２１０は基板ホルダ２２０２に吸着されていないので変形は生じない。換言すれば、この段階では、基板ホルダ２２０２に基板２１０をのせなくてもよい。
【０１７６】
次に、図２９に示すように、圧電材料部２３４を伸長させた状態のまま、スイッチ２３７をすべて投入する。これにより、基板２１０は全体に、基板ホルダ２２０２に吸着される。このとき、基板２１０上には、間隔Ｌ０をおいて一対のアライメントマーク２１６が配される。
【０１７７】
次に、図３０に示すように、投入されていた一部のスイッチ２３５を開放して、圧電材料部２３４への電圧印加を停止する。これにより、伸長していた圧電材料部２３４は当初の幅に戻る。基板２１０は静電力により基板ホルダ２２０２に吸着されているので、圧電材料部２３４の初期状態への復元と共に、基板ホルダ２２０２の面方向に短縮される。
【０１７８】
これにより、一対のアライメントマーク２１６は間隔Ｌ２まで接近する。この状態は、スイッチ２３７の投入を継続して、基板ホルダ２２０２が基板２１０の復元力に抗して基板２１０を吸引し続けることにより維持される。
【０１７９】
なお、圧電材料部２３４は、印加電圧の極性を反転させると、それ自体が収縮する変形も生じる。よって、図２６および図２７に示した動作と同様に、基板ホルダ２２０２に基板２１０を吸着させた状態で圧電材料部２３４を収縮させることもできる。
【０１８０】
しかしながら、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の酸化物系圧電材料の多くは引っ張り強度が圧縮強度よりも低い。そこで、図２８、図２９及び図３０に示したような手順で基板２１０を収縮させることにより、圧電材料部２３４の伸長動作を用いて基板２１０を収縮させることができる。なお、圧電材料部２３４に作用する引っ張り力に対向させる目的で、分離部２２９に抗張力部材を兼ねさせてもよい。
【０１８１】
［実施例６］
図３１は、基板ホルダ２２０３の他の構造を示す断面図である。基板ホルダ２２０３は、保持面２２２の直下に配された圧電材料部２３４および埋設電極２２７を有する。
【０１８２】
圧電材料部２３４は、分離部２２９により電気的に分離された複数の領域を含む。単一の埋設電極２２７は、複数の圧電材料部２３４に共通に埋設される。
【０１８３】
圧電材料部２３４の各領域は、可変減衰器２３３およびスイッチ２３５を介して電圧源２３９に個別に結合される。埋設電極２２７は、スイッチ２３７を介して電圧源２３８に結合される。
【０１８４】
スイッチ２３５を投入して電圧が印加された場合、圧電材料部２３４は基板ホルダ２２０３の面方向に伸長する。その伸長量は、可変減衰器２３３により決定された印加電圧の多寡に応じて変化する。スイッチ２３７を投入して埋設電極２２７に電圧が印加された場合、埋設電極２２７は、基板ホルダ２２０３の保持面２２２に静電力を発生する。
【０１８５】
図３２は、基板ホルダ２２０３の機能を示す斜視図である。基板ホルダ２２０３において、圧電材料部２３４の各領域は、分離部２２９によりセクタ状に分離されている。また、圧電材料部２３４の各々は、基板ホルダ２２０３の径方向に分極されている。よって、圧電材料部２３４の各々に電圧が印加された場合、基板ホルダ２２０３は保持面２２２を拡大する。
【０１８６】
また、埋設電極２２７に電圧を印加した場合、保持面２２２は、発生した静電力により基板２１０を吸着して保持する。よって、基板ホルダ２２０３に基板２１０を保持させた状態ですべての圧電材料部２３４に電圧を印加して、基板２１０を拡大変形させることができる。
【０１８７】
これにより、保持した基板２１０の倍率差によるアライメントマークの位置ずれを補正できる。更に、一部の圧電材料部２３４に限って電圧を印加することにより、保持した基板２１０を面方向に変形させることもできる。
【０１８８】
また更に、図３１および図３２に示した基板２１０全体の変形と、図２８、図２９および図３０に示した基板２１０の部分的な変形とを組み合わせてもよい。これにより、様々なアライメントマーク２１６の位置ずれを修正できる。また、アライメントマーク２１６の位置合わせに要する処理時間を短縮できる。
【０１８９】
なお、上記のような基板ホルダ２２０、２２０１、２２０２、２２０３により生じる基板２１０の変形は、基板２１０の弾性変形の範囲で生じる微細な変形なので、変形により基板２１０が破壊されることはない。ただし、重ね合わせに供される一対の基板２１０の一方が、既に積層構造を有する積層基板２１２である場合は、積層構造を有していない他方の基板２１０を積層基板２１２に合わせることにより変形することが好ましい。これにより、積層基板２１２が変形等により剥がれることを未然に防止できる。
【０１９０】
また、上記の例では、電熱材料部２２５、圧電材料部２３４等を有する基板ホルダ２２０、２２０１、２２０２、２２０３により基板２１０を変形させる作用力を発生する場合について説明した。しかしながら、作用力の発生は基板ホルダ２２０、２２０１、２２０２、２２０３に限られるわけではない。
【０１９１】
例えば、アライナ１６０の下ステージ１７０または上ステージ１９０に電熱材料部２２５、圧電材料部２３４等を設けてもよい。また、プリアライナ１５０等の他の部材に同様の機能を組み込んでもよい。
【０１９２】
更に、電熱材料部２２５および圧電材料部２３４を混在させて、目的に応じて使い分けてもよい。例えば、基板２１０全体の倍率調整に電熱材料部２２５を用い、一部のアライメントマーク２１６の位置調整には圧電材料部２３４を用いる構造にしてもよい。
【０１９３】
また更に、アライメントマーク２１６の位置を調整する場合の目標を、重ね合わせの対象となる基板２１０のアライメントマーク２１６ではなく、基板２１０にアライメントマーク２１６を形成する場合に想定されていた仕様としてもよい。これにより、重ね合わせ対象の基板２１０のアライメントマーク２１６の配置を個別に計測する段階を省いて、即座にアライメントマーク２１６の修正を開始できる。よって、重ね合わせ処理のスループットを向上させることができる。
【０１９４】
更に、接合装置１００においては、すべての基板２１０を、電熱材料部２２５または圧電材料部２３４を有する基板ホルダ２２０、２２０１、２２０２、２２０３を用いて保持しなくてもよい。即ち、プリアライナ１５０、アライナ１６０等においてアライメントマーク２１６に大きなずれが検出された場合に限って、アライメントマーク２１６の位置調整機能を有する基板ホルダ２２０、２２０１、２２０２、２２０３に基板２１０を積み替えてもよい。これにより、多くの基板２１０に対しては、電熱材料部２２５または圧電材料部２３４を有していない廉価な基板ホルダ２２０を使用でき、高コストになりがちな基板ホルダ２２０のコストを抑制できる。
【０１９５】
なお、上記した実施例１および実施例２においては、貼り合わせ対象となる一対の基板２１０のうち、一方の基板２１０のアライメントマーク２１６を基準位置として他方の基板２１０のアライメントマーク２１６をそれに合わせた。しかしながら、例えば、設計通りに理想的に製造された仮想の基板２１０におけるアライメントマーク２１６の位置を基準位置として、調整対象となる基板２１０のアライメントマーク２１６の位置をそれぞれ個別に基準位置に合わせてもよい。
【０１９６】
また、上記した実施例１および実施例２においては、基板ホルダ２２０が基板２１０を吸着して保持した状態で基板２１０を加熱して膨張させる例について説明した。しかしながら、例えば、加熱または冷却により基板２１０が膨張または収縮する間は基板２１０に対する吸着を解除して、基板２１０が膨張または収縮する妨げにならないようにしてもよい。更に、膨張または収縮後の基板２１０を吸着することにより、基板ホルダ２２０に、基板２１０の熱膨張または熱収縮を維持させてもよい。
【０１９７】
更に、実施例１および実施例２において、基板ホルダ２２０を用いることなく、例えば下ステージ１７０に直接に基板２１０を吸着させて保持させる場合に、基板２１０の加熱前後または冷却前後に、基板２１０の吸着停止または再吸着してもよい。この場合、加熱または冷却により基板２１０が膨張または収縮する間は、基板２１０において膨張または収縮による変形が生じる領域に対応する下ステージ１７０の吸着領域において、基板２１０の吸着を停止する。これにより、基板２１０は円滑に膨張または収縮する。
【０１９８】
また、膨張後または収縮後の基板２１０は、吸着を停止していた吸着領域においても吸着してよい。これにより、膨張または収縮による基板２１０の変形を、下ステージ１７０に維持させることができる。
【０１９９】
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。
【０２００】
なお、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、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、「より前に」、「先立って」等と明示している場合、あるいは、前の処理の出力を、後の処理で用いる場合を除いて任意の順序で実現し得る。特許請求の範囲、明細書、および図面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とは限らない。
【符号の説明】
【０２０１】
１００  接合装置、１１０、１３２  筐体、１２０  ローダ、１２２  フォーク、１２４  落下防止爪、１２６  フォールディングアーム、１３０  加圧装置、１３１  装入口、１３４  圧下部、１３６  加熱プレート、１３８  定盤、１４０  ホルダストッカ、１５０  プリアライナ、１６０  アライナ、１６１  底板、１６２  枠体、１６３  支柱、１６５  天板、１６７  制御部、１６９  算出部、１７０  下ステージ、１７１、１９１  顕微鏡、１７２  支持板、１７３、１９３  熱源、１７４  揺動駆動部、１７５、１９５  断熱材、１７６  球面座、１７７  垂直駆動部、１７８、１９８  反射鏡、１８０  駆動部、１８２  ガイドレール、１８４  Ｘ方向駆動部、１８６  Ｙ方向駆動部、１９０  上ステージ、１９７  ロードセル、２０１  ＦＯＵＰ、２１０  基板、２１２  積層基板、２１４  ノッチ、２１６、２１６１〜２１６６  アライメントマーク、２１８  素子領域、２２０、２２０１、２２０２、２２０３  基板ホルダ、２２１  溝、２２２  保持面、２２３  段差、２２４  フランジ部、２２５  電熱材料部、２２６  貫通穴、２２７  埋設電極、２２８  給電用接点、２２９  分離部、２３０  クリップ、２３３  可変減衰器、２３４  圧電材料部、２３５、２３７  スイッチ、２３６  電流源、２３８、２３９  電圧源
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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