(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１指標が設けられた第１基板を載置する第１ステージと、
前記第１ステージに対向して配置され、前記第１基板の前記複数の第１指標を検出する複数の第１検出部と、
前記複数の第１検出部のうち少なくとも２つの第１検出部の互いの間隔を調整すると共に、前記複数の第１指標のうち検出対象となる第１指標のそれぞれを光軸中心で検出するように、前記少なくとも２つの第１検出部を調整する調整機構と、
前記第１ステージに対向して配置され、第２指標が設けられた第２基板を載置する第２ステージと、
前記第２ステージに対向して配置され、前記第２指標を検出する少なくとも１つの第２検出部と、
前記調整機構によって前記間隔が調整された前記第１検出部により検出された前記複数の第１指標の位置を算出し、前記第２検出部により検出された前記第２指標の位置を算出する制御演算部と
を備える位置検出装置。
【請求項２】
前記制御演算部は、前記複数の第１検出部のうち少なくとも１つと前記第２検出部とを対向させて、対向する検出部間の光軸調整を行う請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記複数の第１検出部のうち少なくとも１つの焦点面または前記第２検出部の焦点面に前記光軸調整に用いる調整用指標を備える請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記調整用指標は、前記複数の第１検出部の観察視野または前記第２検出部の観察視野に対して進退する請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記複数の第１検出部の少なくとも１つの焦点面または前記第２検出部の焦点面に設置される拡散板と、
前記拡散板に前記光軸調整に用いる調整用指標を投影する投影部と
を備える請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記拡散板は、前記複数の第１検出部の少なくとも１つの観察視野または前記第２検出部の観察視野に対して進退する請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記複数の第１検出部の少なくとも１つは、前記調整機構により調整されない請求項１から６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記第１ステージを少なくとも前記第１基板の載置面方向に移動させる移動機構を備える請求項１から７のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記複数の第１検出部は、前記移動機構による前記第１基板の移動方向に直交する方向に配列されている請求項８に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記制御演算部は、前記移動機構によって移動される前記第１ステージに載置された前記第１基板の画像情報を前記少なくとも２つの第１検出部により取得し、前記画像情報に基づいて前記複数の第１検出部の少なくとも１つが前記複数の第１指標の少なくとも１つの第１指標を光軸中心で取得できるように前記調整機構により調整した後に、再度、前記移動機構によって移動される前記第１ステージに載置された前記第１基板の画像情報を取得して、前記第１指標の位置を算出する請求項９に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記制御演算部は、前記第１ステージに前記第１基板として載置された基板について前記少なくとも２つの第１検出部により前記複数の第１指標の位置を算出した後に、前記基板を前記第２ステージに前記第２基板として移載し、前記第２検出部により前記複数の第１指標として用いた指標を前記第２指標として位置を確認する請求項１から１０のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
前記第２検出部は複数であり、
前記制御演算部は、前記第１検出部により取得した前記複数の第１指標のうち予め定められた基準に基づいて選択した選択指標を、複数の前記第２検出部のうち特定の前記第２検出部により位置を確認する請求項１１に記載の位置検出装置。
【請求項１３】
前記複数の第１検出部はそれぞれ、前記第１ステージが第１軸に平行な方向に移動する動作と連動して、該各第１検出部の検出領域内に順次配置される、前記第１軸と平行な方向に沿って配列された前記複数の第１指標を検出する請求項１から１２のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の位置検出装置を備える基板貼り合わせ装置。
【請求項１５】
第１ステージに第１基板を載置する第１載置工程と、
前記第１ステージに対向して配置され、複数の第１検出部により前記第１基板に設けられた複数の第１指標を検出する第１検出工程と、
前記複数の第１検出部の少なくとも２つの第１検出部の互いの間隔を調整機構により調整する第１調整工程と、
前記第１ステージに対向して配置された第２ステージに、第２指標が設けられた第２基板を載置する第２載置工程と、
前記第２ステージに対向して配置され、少なくとも１つの第２検出部により前記第２指標を検出する第２検出工程と、
前記複数の第１指標のうち検出対象となる第１指標のそれぞれを光軸中心で検出するように、前記少なくとも２つの第１検出部を調整する第２調整工程と、
前記調整機構によって前記間隔および前記第１指標に対する位置が調整された前記第１検出部により検出された前記複数の第１指標の位置を算出し、前記第２検出部により検出された前記第２指標の位置を算出す演算制御工程と
を含む位置検出方法。
【請求項１６】
前記演算制御工程は、前記複数の第１検出部のうち少なくとも１つと前記第２検出部とを対向させて、対向する検出部間の光軸調整を行う請求項１５に記載の位置検出方法。
【請求項１７】
前記演算制御工程は、前記複数の第１検出部のうち少なくとも１つの焦点面または前記第２検出部の焦点面に備えられた調整用指標に基づいて前記光軸調整を行う請求項１６に記載の位置検出方法。
【請求項１８】
前記調整用指標は、前記複数の第１検出部の観察視野または前記第２検出部の観察視野に対して進退する請求項１７に記載の位置検出方法。
【請求項１９】
前記演算制御工程は、前記複数の第１検出部の少なくとも１つの焦点面または前記第２検出部の焦点面に設置される拡散板に、前記光軸調整に用いる調整用指標を投影する請求項１６に記載の位置検出方法。
【請求項２０】
前記拡散板は、前記複数の第１検出部の少なくとも１つの観察視野または前記第２検出部の観察視野に対して進退する請求項１９に記載の位置検出方法。
【請求項２１】
前記調整工程は、前記複数の第１検出部の少なくとも１つを前記調整機構により調整しない請求項１５から２０のいずれか１項に記載の位置検出方法。
【請求項２２】
移動機構により前記第１ステージを少なくとも前記第１基板の載置面方向に移動させる移動工程を含む請求項１５から２１のいずれか１項に記載の位置検出方法。
【請求項２３】
前記複数の第１検出部は、前記移動機構による前記第１基板の移動方向に直交する方向に配列されている請求項２２に記載の位置検出方法。
【請求項２４】
前記演算制御工程は、前記移動機構によって移動される前記第１ステージに載置された前記第１基板の画像情報を前記少なくとも２つの第１検出部により取得し、前記画像情報に基づいて前記複数の第１検出部の少なくとも１つが前記複数の第１指標の少なくとも１つの第１指標を光軸中心で取得できるように前記調整機構により調整した後に、再度、前記移動機構によって移動される前記第１ステージに載置された前記第１基板の画像情報を取得して、前記第１指標の位置を算出する請求項２３に記載の位置検出方法。
【請求項２５】
前記演算制御工程は、前記第１ステージに前記第１基板として載置された基板について前記少なくとも２つの第１検出部により前記複数の第１指標の位置を算出した後に、前記基板を前記第２ステージに前記第２基板として移載し、前記第２検出部により前記複数の第１指標として用いた指標を前記第２指標として位置を確認する請求項１５から２４のいずれか１項に記載の位置検出方法。
【請求項２６】
前記第２検出部は複数であり、
前記演算制御工程は、前記少なくとも２つの第１検出部により取得した前記複数の第１指標のうち予め定められた基準に基づいて選択した選択指標を、複数の前記第２検出部のうち特定の前記第２検出部により位置を確認する請求項２５に記載の位置検出方法。
【請求項２７】
前記第１ステージを第１方向に移動して、前記第１基板上で前記第１方向の位置が異なる指標を検出する際に、前記第１方向とは異なる第２方向に関して位置が異なる検出領域を有する前記少なくとも２つの第１検出部を用いて、前記第１基板の前記第１方向の位置によって、異なる個数の指標を検出する検出工程を含む請求項１５に記載の位置検出方法。
【請求項２８】
前記検出工程は、前記第１方向に移動される前記第１基板上で前記第２方向の位置がほぼ同一の複数の指標を、複数の前記検出領域の１つで検出する請求項２７に記載の位置検出方法。
【請求項２９】
前記検出工程は、前記第１方向に移動される前記第１基板上での前記複数の第１指標の前記第２方向の位置に応じて、複数の前記検出領域の前記第２方向の相対位置を調整する請求項２７または２８に記載の位置検出方法。
【請求項３０】
第１軸及びこれと交差する第２軸を含む予め定められた平面内で移動するステージ上に、互いに異なる複数の位置にそれぞれ指標が形成されている基板を載置する工程と、
前記第２軸に平行な方向に関して検出領域が異なる位置に配置された複数の検出部を用いて、前記基板上の互いに異なる位置の指標を同時に検出する工程と、
前記互いに異なる複数の指標のそれぞれを光軸中心で検出するように、前記複数の検出部を調整する工程と、を含み、
前記ステージの前記平面内での位置によって、前記複数の検出部により同時検出される前記基板上の指標の個数が異なる
基板貼り合わせ方法。
【請求項３１】
予め定められた平面内で第１及び第２方向に可動なステージ上に基板を載置する第１工程と、
前記ステージを前記第１方向に移動して、前記基板上で前記第１方向の位置が異なる指標を検出する際に、前記第２方向に関して位置が異なる検出領域を有する検出部を用いて、前記基板の前記第１方向の位置によって、異なる個数の指標を検出する第２工程と、
前記第１方向の位置が異なる指標のそれぞれを光軸中心で検出するように、前記検出部を調整する第３工程と
を含む基板貼り合わせ方法。
【請求項３２】
前記検出部は、前記第１方向に移動される前記基板上で前記第２方向の位置がほぼ同一の複数の指標を、複数の前記検出領域の１つで検出する請求項３１に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３３】
前記検出部は、前記第１方向に移動される前記基板上での前記指標の前記第２方向の位置に応じて、複数の前記検出領域の前記第２方向の相対位置が調整される請求項３１または３２に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３４】
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、
複数の第１指標が設けられた第１基板を第１ステージに載置する第１載置ステップと、
前記第１ステージに対向して配置され、複数の第１検出部のうち少なくとも２つの第１検出部の互いの観察器の間隔を調整する第１調整ステップと、
前記複数の第１指標のうち検出対象となる第１指標のそれぞれを光軸中心で検出するように、前記少なくとも２つの第１検出部を調整する第２調整ステップと、
前記複数の第１検出部により、前記第１基板の前記複数の第１指標の位置を算出する第１算出ステップと、
第２基板を前記第１ステージに対向して配置された第２ステージに載置する第２載置ステップと、
前記第２ステージに対向して配置され、少なくとも１つの第２検出部により、前記第２基板の第２指標の位置を算出する第２算出ステップと
前記第１算出ステップにより算出された前記複数の第１指標の位置と、前記第２算出ステップにより算出された前記第２指標の位置に基づいて、前記第１基板と前記第２基板を重ね合わせる積層工程と
を含むデバイスの製造方法。
【請求項３５】
前記第１ステージは、第１軸及びこれと交差する第２軸を含む予め定められた平面内で移動し、
前記第２軸に平行な方向に関して検出領域が異なる位置に配置された前記少なくとも２つの第１検出部を用いて、前記第１基板上の互いに異なる位置の指標を同時に検出する検出工程を含み、
前記第１ステージの前記平面内での位置によって、前記第１検出部により同時検出される前記第１基板上の指標の個数が異なる請求項３４に記載のデバイスの製造方法。
【請求項３６】
前記第１ステージは、予め定められた平面内で第１及び第２方向に移動し、
前記第１ステージを前記第１方向に移動して、前記第１基板上で前記第１方向の位置が異なる指標を検出する際に、前記第２方向に関して位置が異なる検出領域を有する前記第１検出部を用いて、前記第１基板の前記第１方向の位置によって、異なる個数の指標を検出する検出工程を含む請求項３４に記載のデバイスの製造方法。
【請求項３７】
前記検出工程は、前記第１方向に移動される前記第１基板上で前記第２方向の位置がほぼ同一の複数の指標を、複数の前記検出領域の１つで検出する請求項３６に記載のデバイスの製造方法。
【請求項３８】
前記検出工程は、前記第１方向に移動される前記第１基板上での前記複数の第１指標の前記第２方向の位置に応じて、複数の前記検出領域の前記第２方向の相対位置を調整する請求項３６または３７に記載の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、位置検出装置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]
[特許文献１]  特開２００５−２５１９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ウェハの直径が大きくなる傾向にある近年、重ね合わされる互いのウェハ全面においてサブミクロンの精度で高速に位置合わせを行うことが困難になってきている。特に、一方のウェハに対して他方のウェハを、いかに正確にかつ高速に位置合わせを行うかが課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る位置検出装置においては、第１基板を載置する第１ステージと、第１ステージに対向して配置され、第１基板の画像を取得する複数の観察器である第１取得部と、第１取得部を構成する観察器の互いの間隔を調整する調整機構と、第１ステージに対向して配置され、第２基板を載置する第２ステージと、第２ステージに対向して配置され、第２基板の画像を取得する少なくとも１つの観察器である第２取得部と、調整機構によって観察器の間隔が調整された第１取得部により、第１基板の第１指標の位置を算出し、第２取得部により、第２基板の第２指標の位置を算出する制御演算部とを備える。
【０００５】
また上記課題を解決するために、本発明の第２の態様に係るデバイスの製造方法は、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基板を第１ステージに載置する第１載置ステップと、第１ステージに対向して配置され、複数の観察器により構成される第１取得部の互いの観察器の間隔を調整する調整ステップと、第１取得部により、第１基板の第１指標の位置を算出する第１算出ステップと、第２基板を第１ステージに対向して配置された第２ステージに載置する第２載置ステップと、第２ステージに対向して配置され、少なくとも１つの観察器により構成される第２取得部により、第２基板の第２指標の位置を算出する第２算出ステップと、第１算出ステップにより算出された第１指標の位置と、第２算出ステップにより算出された第２指標の位置に基づいて、第１基板と第２基板を重ね合わせる積層工程とを含む。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】重ね合わせ装置の全体構造を概略的に示す平面図である。
【図２】基板の構造を概略的に示す平面図である。
【図３】上基板ホルダの構造を概略的に示す平面図である。
【図４】下基板ホルダの構造を概略的に示す平面図である。
【図５】アライナの構造を概略的に示す断面図である。
【図６】上観察器と下観察器の光軸を調整するときのアライナの動作を概略的に示す断面図である。
【図７】下ステージに下ワークが載置されたアライナの状態を概略的に示す断面図である。
【図８】下ステージが第１取得部に対向する位置に配置された状態のアライナを概略的に示す断面図である。
【図９】ロボットアームが上ワークを反転しているときのアライナの状態を概略的に示す断面図である。
【図１０】反転された上ワークが下ステージに載置されたときのアライナの状態を概略的に示す断面図である。
【図１１】上ワークが第２取得部に対向する位置に配置された状態のアライナを概略的に示す断面図である。
【図１２】下ワークが第１取得部に対向する位置に配置された状態のアライナを概略的に示す断面図である。
【図１３】下基板と上基板が仮接合されることでワーク対が形成されたときのアライナの状態を概略的に示す断面図である。
【図１４】調整機構の構造を概略的に示す平面図である。
【図１５】下基準観察器と上基準観察器の構造を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る位置検出装置を備える重ね合わせ装置１００の全体構造を概略的に示す平面図である。平面方向をＸＹ軸方向、重力方向をＺ軸方向としている。重ね合わせ装置１００は、回路パターンが形成された２枚の基板を、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて加熱加圧することにより接合する装置である。重ね合わせ装置１００は、共通の筐体１０１の内部に形成された大気環境部１０２及び真空環境部２０２を含む。
【００１０】
大気環境部１０２は、筐体１０１の外部に面して、制御部１１０及びＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ  Ｍｏｄｕｌｅ）１１２を有する。重ね合わせ装置１００に含まれる各装置の各要素は、重ね合わせ装置１００全体の制御及び演算を司る制御部１１０、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御をすることにより動作する。制御部１１０は、重ね合わせ装置１００を制御するための情報を記憶する記憶部１１１及び重ね合わせ装置１００の電源投入、各種設定等をする場合にユーザが外部から操作する操作部を有する。更に制御部１１０は、配備された他の機器と接続する接続部を含む場合もある。
【００１１】
ＥＦＥＭ１１２は、３つのロードポート１１３、１１４、１１５及びロボットアーム１１６を備える。そして各ロードポートには密閉型の基板格納用ポッドであるＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）が装着される。ロードポート１１３、１１４に装着されたＦＯＵＰには複数の基板１２０が格納されており、ロボットアーム１１６によって大気環境部１０２に搬入される。大気環境部１０２及び真空環境部２０２において接合された基板１２０は、ロードポート１１５に装着されたＦＯＵＰに格納される。
【００１２】
なお、ここでいう基板１２０は、既に回路パターンが複数周期的に形成されている単体のシリコンウェハ、化合物半導体ウェハ等である。また、装填された基板１２０が、既に複数のウェハを積層して形成された積層基板の場合もある。
【００１３】
大気環境部１０２は、筐体１０１の内側にそれぞれ配置された、プリアライナ１３０、位置検出装置を包含するアライナ１４０、ホルダラック１５０、分離機構１６０及び搬送機構１７０を備える。プリアライナ１３０は、ターンテーブル１３１、ホルダテーブル１３２及び検出器１３３を備える。ターンテーブル１３１には、ＥＦＥＭ１１２のロボットアーム１１６によって基板１２０が載置される。そして、ターンテーブル１３１によって、基板１２０の回転方向の位置が調整される。ホルダテーブル１３２には、ホルダラック１５０から搬送された基板ホルダ１９０が載置される。
【００１４】
検出器１３３は、ホルダテーブル１３２上に載置された基板ホルダ１９０及びその上方に位置する基板１２０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を有する撮像部を備える。撮像部は、例えばプリアライナ１３０の天井フレームなど、振動の影響を受けにくい場所に固定されている。基板ホルダ１９０の外周には切欠が設けられており、プリアライナ１３０は、検出器１３３でこの切欠を検出することで、基板ホルダ１９０の姿勢を同定する。
【００１５】
基板ホルダ１９０の基板保持面には複数の挿通孔が設けられており、基板ホルダ１９０の表裏を貫通する。またホルダテーブル１３２には複数の貫通孔が設けられており、複数のリフトピンが、この貫通孔及び基板ホルダ１９０の挿通孔を突き抜けて、そのリフトピン上に基板１２０を載置できるよう構成されている。
【００１６】
基板スライダによってターンテーブル１３１からホルダテーブル１３２へと搬送された基板１２０は、複数のリフトピン上に載置される。そして、撮像部によって基板ホルダ１９０とともに撮像され、切欠を基準として精確に位置合わせされる。位置合わせされた後、基板１２０は基板ホルダ１９０に載置される。
【００１７】
ホルダテーブル１３２には電力供給ピンが設けられており、基板ホルダ１９０の裏面に設けられた電力供給端子と接続して、基板ホルダ１９０に電力を供給する。電力供給端子から電力を供給された基板ホルダ１９０は、その内部に設けられた静電チャックにより基板保持面に電位差を生じさせ、基板１２０を静電吸着する。このようにして一体化された基板１２０及び基板ホルダ１９０を、ワークと呼ぶ。
【００１８】
アライナ１４０は、下ステージ１４１、上ステージ１４２及び干渉計１４３を備える。また、アライナ１４０を包囲して断熱壁１４４及びシャッタ１４５が設けられる。断熱壁１４４及びシャッタ１４５に包囲された空間は空調機等に連通して温度管理され、アライナ１４０における位置合わせ精度を維持する。
【００１９】
下ステージ１４１は、ワークを載置する載置面方向に移動可能に構成されており、基板ホルダ１９０に保持された基板１２０を上向きに保持する。また上ステージ１４２は、アライナ１４０の天井部に設置されており、基板ホルダ１９０に保持された基板１２０を下向きに保持する。
【００２０】
２つの基板１２０を重ね合わせるときに、下ステージ１４１に載置されるワークを下ワーク、上ステージ１４２に載置されるワークを上ワークと呼ぶ。また下ワークを構成する基板ホルダ１９０を下基板ホルダ１９１、基板１２０を下基板１２１と呼び、上ワークを構成する基板ホルダ１９０を上基板ホルダ１９２、基板１２０を上基板１２２と呼ぶ。基板１２０、上基板ホルダ１９２及び下基板ホルダ１９１の具体的な構成については後述する。
【００２１】
アライナ１４０は、下ステージ１４１を、干渉計１４３によりその位置を監視しつつ精密に移動させることで、上ステージ１４２に保持された上基板１２２と、下ステージ１４１に保持された下基板１２１とを位置合わせする。そして、位置合わせした状態で下ステージ１４１を上昇させることにより、上基板１２２と下基板１２１の接合面同士を接触させて仮接合する。仮接合された２つのワークをまとめてワーク対と呼ぶ。アライナ１４０の具体的な構成については後述する。
【００２２】
ホルダラック１５０は、基板ホルダ１９０を収納する棚を複数備える。各棚には、基板ホルダ１９０を載せるための支持凸部が少なくとも３箇所設けられており、ロボットアーム１７５によって出し入れされる。分離機構１６０は、後述する加熱加圧装置２４０で加熱加圧された後のワーク対を受け取り、下基板ホルダ１９１及び上基板ホルダ１９２から、接合された２つの基板である下基板１２１と上基板１２２を分離する。
【００２３】
搬送機構１７０は、第１搬送ユニット１７１、第２搬送ユニット１７２、第１受け渡しポート１７３、第２受け渡しポート１７４、ロボットアーム１７５、１７６を備える。第１搬送ユニット１７１及び第２搬送ユニット１７２は、プリアライナ１３０、第１受け渡しポート１７３及び第２受け渡しポート１７４の間で基板１２０、基板ホルダ１９０、ワーク及びワーク対の搬送をする。
【００２４】
第１搬送ユニット１７１と第２搬送ユニット１７２は、上下方向に並行して設けられたレール上をそれぞれ独立して走行する。そして第１搬送ユニット１７１は第２搬送ユニット１７２よりも上側に位置して、基板１２０、基板ホルダ１９０、ワーク及びワーク対を保持したままでもすれ違うことができる構造になっている。
【００２５】
第１受け渡しポート１７３は、分離機構１６０の上部に設けられ、基板ホルダ１９０及びワーク対を載置するためのプッシュアップピンを備える。第２受け渡しポート１７４もプッシュアップピンを備え、ロボットアーム１７５と、第１搬送ユニット１７１及び第２搬送ユニット１７２の間での基板ホルダ１９０、ワーク及びワーク対の受け渡しを仲介する役割を担う。
【００２６】
ロボットアーム１７５は、第１受け渡しポート１７３、分離機構１６０及び後述するロードロックチャンバ２２０の間でワーク対を搬送する。またロボットアーム１７５は、ホルダラック１５０、第１受け渡しポート１７３及び分離機構１６０の間で基板ホルダ１９０を搬送する。ロボットアーム１７６は、第２受け渡しポート１７４及びアライナ１４０の間でワーク及びワーク対の搬送をする。
【００２７】
真空環境部２０２は、断熱壁２１０、ロードロックチャンバ２２０、ロボットアーム２３０及び複数の加熱加圧装置２４０を有する。断熱壁２１０は、真空環境部２０２を包囲して真空環境部２０２の内部温度を維持すると共に、真空環境部２０２の外部への熱輻射を遮断する。これにより、真空環境部２０２の熱が大気環境部１０２に及ぼす影響を抑制できる。ロボットアーム２３０は、ワーク対を搬送する搬送装置であり、保持したワーク対を、ロードロックチャンバ２２０と加熱加圧装置２４０の間で搬送する。
【００２８】
ロードロックチャンバ２２０は、大気環境部１０２側と真空環境部２０２側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。ワーク対が大気環境部１０２から真空環境部２０２に搬入される場合、まず、大気環境部１０２側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１７５がワーク対をロードロックチャンバ２２０に搬入する。次に大気環境部１０２側のシャッタ２２２を閉じ、ロードロックチャンバ２２０内の空気を排出することで、真空状態にする。
【００２９】
ロードロックチャンバ２２０内が真空状態になった後、真空環境部２０２側のシャッタ２２４が開かれ、ロボットアーム２３０がワーク対を搬出する。このような真空環境部２０２への搬入動作により、大気環境部１０２の内部雰囲気を真空環境部２０２側に漏らすことなく、ワーク対を真空環境部２０２に搬入できる。
【００３０】
次にロボットアーム２３０は、搬出したワーク対を複数の加熱加圧装置２４０のいずれかに搬入する。そして加熱加圧装置２４０は、ワーク対を加熱加圧する。これにより２つの基板ホルダ１９０に挟まれた状態で搬入された２つの基板である下基板１２１と上基板１２２は恒久的に接合される。
【００３１】
真空環境部２０２から大気環境部１０２にワーク対を搬出する場合は、まず真空環境部２０２側のシャッタ２２４が開かれ、ロボットアーム２３０がワーク対をロードロックチャンバ２２０に搬入する。次に、真空環境部２０２側のシャッタ２２４が閉じられ、大気環境部１０２側のシャッタ２２２が開かれる。そして、ロボットアーム１７５が、ワーク対を分離機構１６０に搬入する。分離機構１６０で基板ホルダ１９０から分離された下基板１２１および上基板１２２は、搬送機構１７０によって、ロードポート１１５に装着されたＦＯＵＰに格納される。
【００３２】
図２は基板１２０の構造を概略的に示す平面図である。平面方向をＸＹ軸方向、重力方向をＺ軸方向としており、図の座標系は、基板１２０がアライナ１４０の下ステージ１４１に載置された場合に図１の座標系と一致する。
【００３３】
基板１２０は、その周囲の一部に基板１２０の結晶方向性を示すノッチ１２３が形成されている。また、基板１２０には数十ショット〜数百ショット程度に半導体チップ領域１２４が形成されている。半導体チップ領域１２４の周辺には、フォトリソグラフィ工程にてアライメントマーク１２５が複数形成されている。ここでは、アライメントマーク１２５は十字形状で形成されている。基板１２０は、アライナ１４０の下ステージ１４１に載置されたときに、ノッチ１２３が−Ｙ方向の端に位置するように、プリアライナ１３０によって向きが調整される。
【００３４】
図３は、下基板ホルダ１９１を概略的に示す平面図である。下基板ホルダ１９１は、ホルダ本体９１１及び吸着ユニット９１２を有しており、全体としては基板１２０よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体９２１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。
【００３５】
ホルダ本体９１１は、基板１２０を保持する領域をその表面に備える。この保持領域は研磨されて高い平坦性を有する。基板１２０の保持は、静電力を利用した吸着により行われる。具体的には、ホルダ本体９２１に埋め込まれた静電チャックに、ホルダ本体９２１の裏面に設けられた電圧印加端子を介して電圧を加えることにより、下基板ホルダ１９１と基板１２０との間に電位差を生じさせて、基板１２０を下基板ホルダ１９１に吸着させる。なお、基板１２０の吸着面は、回路領域が設けられた面とは反対の面である。
【００３６】
またホルダ本体９１１は、上述した挿通孔９１３及び切欠９１４を備える。切欠９１４は、プリアライナ１３０において、基板ホルダ１９０に基板１２０を予備的に位置合わせするときの基準として用いられる。吸着ユニット９１２は、基板１２０を保持する表面において、保持した基板１２０よりも外側である外周領域に複数配置される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個の吸着ユニット９１２が配されている。吸着ユニット９１２は、例えば鉄等の磁性体で構成されている。
【００３７】
図４は上基板ホルダ１９２を概略的に示す平面図である。上基板ホルダ１９２は、ホルダ本体９２１及びマグネットユニット９２２を有しており、全体としては基板１２０よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体９１１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。
【００３８】
ホルダ本体９２１は、基板１２０を保持する領域をその表面に備える。この保持領域は研磨されて高い平坦性を有する。基板１２０の保持は、静電力を利用した吸着により行われる。具体的には、ホルダ本体９２１に埋め込まれた静電チャックに、ホルダ本体９２１の裏面に設けられた電圧印加端子を介して電圧を加えることにより、上基板ホルダ１９２と基板１２０との間に電位差を生じさせて、基板１２０を上基板ホルダ１９２に吸着させる。なお、基板１２０の吸着面は、回路領域が設けられた面とは反対の面である。
【００３９】
マグネットユニット９２２は、基板１２０を保持する表面において、保持した基板１２０よりも外側である外周領域に複数配置される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個のマグネットユニット９２２が配されている。マグネットユニット９２２は、吸着ユニット９１２と対応するように配置されており、上ワークと下ワークを、互いに向かいあわせて吸着ユニット９１２とマグネットユニット９２２を作用させると、２つの基板１２０を重ね合わせた状態で挟持して固定することができる。
【００４０】
また上基板ホルダ１９２は、上基板ホルダ１９２の外周形状のうち、下基板ホルダ１９１の外周形状と一致しない部分であるつば部９２５を含む。分離機構１６０が接合後の基板１２０から下基板ホルダ１９１を引き離すときに、上基板ホルダ１９２は、つば部９２５を含む領域において、下基板ホルダ１９１側からの押圧力を受ける。このとき、上基板ホルダ１９２の静電吸着を有効に、下基板ホルダ１９１の静電吸着を無効にしておくことによって、基板１２０は上基板ホルダ１９２と共に持ち上げられ、下基板ホルダ１９１から分離される。
【００４１】
図５はアライナ１４０の構造を概略的に示す断面図である。図では、縦方向をＺ軸方向、横方向をＹ軸方向、奥行きＸ軸方向としている。アライナ１４０は、下ステージ１４１、上ステージ１４２、干渉計１４３、第１取得部４０１、第２取得部４０２、調整機構４０３、制御演算部４０４及び移動機構４０６を備える。
【００４２】
下ステージ１４１には、ロボットアーム１７６によって、下基板ホルダ１９１に保持された状態で下基板１２１が載置される。また下ステージ１４１は、移動機構４０６によって下基板１２１を載置する載置面方向であるＸＹ方向に移動される。移動機構４０６は、干渉計１４３によってその位置を監視しつつ精密に下ステージ１４１を移動する。上ステージ１４２は、下ステージ１４１に対向して配置されており、上ステージ１４２には、上基板ホルダ１９２に保持された状態で上基板１２２が載置される。
【００４３】
第１取得部４０１は上ステージ１４２に隣接して設置されており、下ステージ１４１に載置された下基板１２１の画像を取得する複数の上観察器４１１によって構成される。下ステージ１４１が移動機構４０６によって第１取得部４０１に対向する位置に移動することによって、上観察器４１１は下基板１２１の画像を取得する。なお本実施形態では第１取得部４０１が５つの上観察器４１１によって構成される例を挙げて説明するが、この数に限らず、複数であれば異なる数としてもかまわない。
【００４４】
第２取得部４０２は、下ステージ１４１に隣接して配置されており、移動機構４０６によって下ステージ１４１が移動された場合、下ステージ１４１とともに移動する。また第２取得部４０２は、上ステージ１４２に載置された上基板１２２の画像を取得する複数の下観察器４１２によって構成される。第２取得部４０２が上基板１２２に対向する位置に配置されるように、移動機構４０６によって下ステージ１４１を移動することで、下観察器４１２は上基板１２２の画像を取得する。なお本実施形態では、第２取得部４０２が５つの下観察器４１２によって構成される例を挙げて説明しているが、この数に限らず、１つ又異なる数としてもかまわない。
【００４５】
調整機構４０３は、５つの上観察器４１１それぞれに対して備えられており、上観察器４１１を精密に移動させて、複数の上観察器４１１の互いの間隔を調整する。ここで、５つの上観察器４１１の少なくとも１つが、基準となる上基準観察器４１３として設定される。上基準観察器４１３は、上観察器４１１と下観察器４１２の光軸調整を行う場合には、調整機構４０３によって調整されないように制御される。
【００４６】
５つの上観察器４１１のうちどの上観察器４１１を上基準観察器４１３とするかは、ユーザによって予め設定される。ここでは、５つの上観察器４１１のうち真ん中に位置する上観察器４１１が上基準観察器４１３として設定されている。また、５つの下観察器４１２のうち真ん中に位置する下観察器４１２が、上基準観察器４１３に対応する下基準観察器４１４として設定されている。
【００４７】
ここで本実施形態では、上基準観察器４１３として設定された上観察器４１１を調整しないように制御しているが、これに限らず、調整しない上観察器４１１には調整機構４０３を備えないように構成しても良い。例えば５つの上観察器４１１のうち１つを専用の上基準観察器４１３とする場合には、その上基準観察器４１３に対して調整機構４０３を備えないように構成することができる。
【００４８】
制御演算部４０４は、第１取得部４０１によって取得した画像情報に基づいて、下基板１２１に形成された指標である複数のアライメントマーク１２５の位置を算出する。また制御演算部４０４は、第２取得部４０２によって取得した画像情報に基づいて、上基板１２２に形成された複数のアライメントマーク１２５の位置を算出する。
【００４９】
そして制御演算部４０４は、下基板１２１のアライメントマーク１２５の位置情報と上基板１２２のアライメントマーク１２５の位置情報に基づいて、移動機構４０６を制御することで下ステージ１４１を精密に移動して下基板１２１と上基板１２２を位置合わせする。このとき制御演算部４０４は、例えば、下基板１２１の複数のアライメントマーク１２５と、これに対応する上基板１２２の複数のアライメントマーク１２５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計算を行う。
【００５０】
ここで、アライナ１４０の制御手順を、図を参照しながら説明する。各手順は、アライナ１４０の制御演算部４０４が主体となり、アライナ１４０が備える他の構成要素の制御部と協調制御、統合制御により実行される。まずアライナ１４０は、第１取得部４０１と第２取得部４０２を対向させて、対向する上観察器４１１と下観察器４１２との間の光軸調整を行う。
【００５１】
図６は、上観察器４１１と下観察器４１２の光軸を調整するときのアライナ１４０の動作を概略的に示す断面図である。図６に示す通り、アライナ１４０は、ロボットアーム４０８によって、第１取得部４０１と第２取得部４０２の間であって上観察器４１１の焦点面又は下観察器４１２の焦点面に、光軸の調整用指標である透明板４０７を挿入する。透明板４０７は、ロボットアーム４０８によって、上観察器４１１の観察視野又は下観察器４１２の観察視野に対して進退する。
【００５２】
透明板４０７には、第１取得部４０１側及び第２取得部４０２側の両側から観察できるマークが５つ設けられている。ここでは、５つのマークのうち真ん中に位置するマークを基準マークとする。制御演算部４０４はまず、上基準観察器４１３が取得する画像の中心位置に、透明板４０７の基準マークが位置するように、ロボットアーム４０８によって透明板４０７の位置を調整する。その後、基準マークが、下基準観察器４１４が取得する画像の中心位置に位置するように、移動機構４０６によって下ステージ１４１を移動する。
【００５３】
このように制御することで、上基準観察器４１３と下基準観察器４１４の光軸を一致させることができる。更にここでは、調整機構４０３が、上基準観察器４１３以外の４つの上観察器４１１が取得する画像の中心位置に、基準マーク以外の４つのマークがそれぞれ位置するように、上観察器４１１を移動させる。
【００５４】
基準マーク以外の４つのマークは、下基準観察器４１４が取得する画像の中心位置に基準マークが位置した場合に、他の下観察器４１２が取得する画像の中心位置に位置するように透明板４０７に配置されており、このように制御することで、他の４つの上観察器４１１及び下観察器４１２についても光軸を一致させることができる。
【００５５】
なおここでは透明板４０７が、上観察器４１１及び下観察器４１２の数と一致する５つのマークを備える例を挙げて説明したが、これに限らない。５つよりも少なくして、光軸調整する上観察器４１１及び下観察器４１２の数を少なくしても良いし、５つよりも多くして、光軸調整に使用するマークを選択して使用するように構成しても良い。
【００５６】
また、基準マークを１つとして、上基準観察器４１３と下基準観察器４１４のみを光軸調整するように構成しても良い。この場合、下基準観察器４１４と他の下観察器４１２の配置関係を示す配置情報を記憶部４０５に記憶しておき、その配置情報に基づいて、調整機構４０３が上観察器４１１を移動させることによって、他の４つの上観察器４１１と他の４つの下観察器４１２の光軸を一致させる。
【００５７】
図７は、下ステージ１４１に下ワークが載置されたアライナ１４０の状態を概略的に示す断面図である。ロボットアーム１７６が第２受け渡しポート１７４に載置されている上ワークをアライナ１４０内に搬入して、下ステージ１４１の載置面に備えられたプッシュアップピン１４６上に載置する。その後、下ステージ１４１がプッシュアップピン１４６を降下させることで、上ワークが下ステージ１４１の載置面上に載置される。
【００５８】
図８は、下ステージ１４１が第１取得部４０１に対向する位置に配置された状態のアライナ１４０を概略的に示す断面図である。下ステージ１４１の移動は、移動機構４０６によって行われる。移動機構４０６は、上基板１２２に設けられた複数のアライメントマーク１２５のうち−Ｘ方向の端の中央に設けられたアライメントマーク１２５が、上基準観察器４１３の直下に位置するように、下ステージ１４１を移動させる。上基板１２２は、プリアライナ１３０によって、ノッチ１２３が−Ｙ方向の端に位置するように位置が調整されており、各アライメントマーク１２５は、Ｘ方向に５つの列を構成するように設けられている。
【００５９】
その後制御演算部４０４は、上基準観察器４１３によって取得された上基板１２２の画像情報に基づいて、上基準観察器４１３が、直下に位置するアライメントマーク１２５を精確に光軸中心で取得できるように、移動機構４０６によって下ステージ１４１を移動する。その後、他の上観察器４１１が取得した画像情報に基づいて、他の上観察器４１１が、画像に含まれるアライメントマーク１２５を光軸中心で取得できるように、調整機構４０３によって、上観察器４１１の位置を調整する。図２によれば、上基板１２２には−Ｘ方向の端に３つのアライメントマーク１２５が設けられているので、ここでは上基準観察器４１３の両隣の上観察器４１１が、それぞれアライメントマーク１２５を光軸中心で取得できるように調整される。
【００６０】
そして、上観察器４１１で上基板１２２を観察しながら、下ステージ１４１を＋Ｘ方向に移動させる。上基板１２２の５つの列を構成するアライメントマーク１２５は、５つの上観察器４１１にそれぞれ対応しているので、このように移動させることで、各アライメントマーク１２５を順に撮像することができる。ここで、上基板１２２の各アライメントマーク１２５は、その中心が、上観察器４１１が撮像する画像の中心に位置するように設計されているので、設計上は、上観察器４１１によってアライメントマーク１２５を光軸中心で取得できることになる。
【００６１】
しかしながら、アライメントマーク１２５の実際の位置は、プロセスを行う装置間の誤差、上基板１２２の膨張及び歪み等により設計位置とはずれている。このずれの向きや大きさは、上基板１２２ごとに異なり、更には、同一の上基板１２２内においてもアライメントマーク１２５ごとに異なる。そのために上観察器４１１は、光軸中心からずれた位置でアライメントマーク１２５を取得する場合がある。
【００６２】
そこで本実施形態では、上観察器４１１によって取得した上基板１２２の画像情報に基づいて、調整機構４０３により上観察器４１１の位置を調整することで、各上観察器４１１がアライメントマーク１２５を光軸中心で取得できるように制御する。なおこの調整は、下ステージ１４１の＋Ｘ方向への移動と協調して実行される。このように制御することで、各上観察器４１１がアライメントマーク１２５を光軸中心で取得できるので、上観察器４１１を構成するレンズの収差の影響を軽減することができ、アライメントマーク１２５の位置を高い精度で検出できる効果が得られる。
【００６３】
また、アライメントマーク１２５の位置を算出する場合に、撮像したアライメントマーク１２５が光軸中心とずれている場合は、画像処理によってそのずれ量を算出することになるが、光軸中心で取得することによって、干渉計１４３による計測結果と、調整機構４０３による移動量から、位置を算出することができ、計算量を軽減することができる。このようにして取得された複数のアライメントマーク１２５の位置情報は、記憶部４０５に記憶される。
【００６４】
図９は、ロボットアーム１７６が上ワークを反転しているときのアライナ１４０の状態を概略的に示す断面図である。まず移動機構４０６によって、下ステージ１４１が上ステージ１４２に対向する位置に移動される。そして、下ステージ１４１がプッシュアップピン１４６を上昇させ、ロボットアーム１７６がアームを伸ばして上ワークを持ち上げ、吸着して保持する。その後、ロボットアーム１７６が上ワークを下ステージ１４１上から搬出して反転させる。
【００６５】
図１０は、反転された上ワークが下ステージ１４１に載置されたときのアライナ１４０の状態を概略的に示す断面図である。反転された上ワークは、まずロボットアーム１７６によって下ステージ１４１のプッシュアップピン１４６上に載置される。プッシュアップピン１４６は基板ホルダ１９０の基板載置面よりも外側を支持するように配置されているので、ワークを下向きでも保持できる。そしてロボットアーム１７６が退避した後でプッシュアップピン１４６を上昇させることで、上ステージ１４２に上ワークを押し当てる。上ステージ１４２は上ワークを吸着して保持する。このようにして上ワークが下ステージ１４１から上ステージ１４２に移載されるが、移載によって上ワークの位置ずれが生じないように、ロボットアーム１７６は上ワークを精密に取り扱う。
【００６６】
図１１は、上ワークが第２取得部４０２に対向する位置に配置された状態のアライナ１４０を概略的に示す断面図である。制御演算部４０４が、記憶部４０５に記憶された位置情報を参照して、移動機構４０６に下ステージ１４１を移動させることによって、上ワークと第２取得部４０２が対向する。ここで、制御演算部４０４は、上基板１２２の複数のアライメントマーク１２５のうち少なくとも３つを下観察器４１２によって観察し、その位置を算出する。
【００６７】
そして、算出した位置情報と、記憶部４０５に記憶されている位置情報とを比較することで、上基板１２２を反転させることによって位置ずれが生じていないかを確認する。上基板１２２は、ロボットアーム１７６による機械的誤差、下ステージ１４１又は上ステージ１４２の傾き等によって位置ずれが生じる可能性があるが、上基板１２２の少なくとも３つのアライメントマーク１２５の位置を算出して、記憶部に記憶された位置情報と比較することで、この位置ずれを検出することができる。
【００６８】
確認の結果、位置ずれが生じていると判断された場合は、位置ずれ量を算出して、移動機構４０６によってその位置ずれ量の分下ステージ１４１を移動させる。このように、上ワークを一度下ステージ１４１に載置して、調整機構４０３を備える第１取得部４０１で上基板１２２のアライメントマーク１２５の位置を算出した後で、上ワークを上ステージ１４２に移載する構成をとることにより、位置検出精度を向上することができる。
【００６９】
図１２は、下ステージ１４１に載置された下ワークが、第１取得部４０１に対向する位置に配置された状態のアライナ１４０を概略的に示す断面図である。移動機構４０６が、ロボットアーム１７６によって下ワークが載置された下ステージ１４１上を移動することによって、下基板１２１に設けられた複数のアライメントマーク１２５のうち−Ｘ方向の端の中央に設けられたアライメントマーク１２５が、上基準観察器４１３の直下に位置するように、下ステージ１４１が配置される。
【００７０】
その後制御演算部４０４は、上基準観察器４１３によって取得された下基板１２１の画像情報に基づいて、上基準観察器４１３が、直下に位置するアライメントマーク１２５を精確に光軸中心で取得できるように、移動機構４０６によって下ステージ１４１を移動する。その後、他の下観察器４１２が取得した画像情報に基づいて、下観察器４１２が、画像に含まれるアライメントマーク１２５を光軸中心で取得できるように、調整機構４０３によって、下観察器４１２の位置を調整する。
【００７１】
そして、上観察器４１１で下基板１２１を観察しながら、下ステージ１４１を＋Ｘ方向に移動させることで、アライメントマーク１２５を順に撮像していく。このとき、上観察器４１１によって取得した下基板１２１の画像情報に基づいて、各上観察器４１１がアライメントマーク１２５を精確に光軸中心で取得できるように、調整機構４０３により上観察器４１１の位置を調整する。そして、制御演算部４０４は、アライメントマーク１２５の位置を算出し、算出した位置情報を記憶部４０５に記憶する。
【００７２】
図１３は、下基板１２１と上基板１２２が仮接合されることでワーク対が形成されたときのアライナ１４０の状態を概略的に示す断面図である。制御演算部４０４は、下基板１２１と上基板１２２を精密に位置合わせした後、下ステージ１４１を上昇させることにより、下基板１２１と上基板１２２を接触させて、ワーク対を形成する。具体的にはまず、制御演算部４０４が、記憶部４０５に記憶された下基板１２１のアライメントマーク１２５の位置情報と、上基板１２２のアライメントマーク１２５の位置情報に基づいて下ステージ１４１を精密に移動して、下基板１２１と上基板１２２を位置合わせする。
【００７３】
このとき、制御演算部４０４は、下基板１２１のアライメントマーク１２５と、上基板１２２のアライメントマーク１２５の位置誤差が最小になるようにグローバルアライメント法を用いて計算し、位置合わせを行う。このように制御することで、下基板１２１と上基板１２２を半導体チップ領域１２４に設けられた回路パターンの線幅精度で位置合わせする。
【００７４】
位置合わせ完了後、下ステージ１４１を上昇させることによりワーク対を形成する。以上の手順で形成されたワーク対は、ロボットアーム１７６によってアライナ１４０から搬出されて、第２受け渡しポートに載置される。
【００７５】
なお本実施形態では、上観察器４１１の数と、基板１２０のアライメントマーク１２５が構成する列の数が一致する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、アライメントマーク１２５が構成する列の数が上観察器４１１の数よりも少なくなるように構成してもかまわない。この場合、複数の上観察器４１１の中から、アライメントマーク１２５を観察する上観察器４１１を選択して位置検出の処理を実行する。また、アライメントマーク１２５が構成する列の数が上観察器４１１の数よりも多くなるように構成してもかまわない。この場合、上観察器４１１の位置を調整機構４０３で調整することによって、１つの上観察器４１１で複数の列を観察するように制御する。
【００７６】
また、複数の列が近接して配置されていて、１つの上観察器４１１の撮像視野に複数の別の列に属するアライメントマーク１２５が入る場合、片方のアライメントマーク１２５については、調整機構４０３によって画像中心で捉えるように調整し、もう片方のアライメントマーク１２５については画像処理で位置を算出するよう制御しても良い。なお、上観察器４１１の数を超えるアライメントマーク１２５の列については観察しないように制御することもできる。
【００７７】
また、アライメントマーク１２５がＸ方向に列を構成しないように備えられていてもかまわない。この場合、複数の上観察器４１１で基板１２０を観察し、上観察器４１１の撮像視野内にいずれかのアライメントマーク１２５が現れたら、そのアライメントマーク１２５を画像中心で取得できるように、調整機構４０３が上観察器４１１の位置を調整する。上述したように構成することで、アライメントマーク１２５の配置に関わらず、高い精度で位置検出をすることができる。
【００７８】
図１４は、調整機構４０３の構造を概略的に示す模式図である。図は、５つの上観察器４１１のうちの１つを直下から見上げた状態を表している。上観察器４１１は、Ｘ可動枠５６０に固定されており、Ｘ可動枠５６０の四隅には、Ｘロッド摺動部５０１、５０２、５０３、５０４が設けられている。Ｘロッド摺動部５０１、５０２は、Ｙ可動枠５２０に対して固定されているＸロッド５１１に摺動嵌合し、Ｘロッド摺動部５０３、５０４は、同様にＹ可動枠５２０に対して固定されているＸロッド５１２に摺動嵌合する。
【００７９】
Ｙ可動枠５２０の四隅には、Ｙロッド摺動部５３１、５３２、５３３、５３４が設けられている。Ｙロッド摺動部５３１、５３２は、固定枠５５０に対して固定されているＹロッド５４１に摺動嵌合し、Ｙロッド摺動部５３３、５３４は、同様に固定枠５５０に対して固定されているＹロッド５４２に摺動嵌合する。
【００８０】
このように構成することで、上観察器４１１は、光軸に直交する平面であるｘｙ平面内において、滑らかに移動することができる。また、Ｘ可動枠５６０の裏面には、Ｙマグネット５８１およびＸマグネット５９１が固定されている。Ｙマグネット５８１に対向する位置にはＹマグネット５８１と離間してＹコイル５８２が配置されており、Ｘマグネット５９１に対向する位置にはＸマグネット５９１と離間してＸコイル５９２が配置されている。すなわち、Ｙマグネット５８１とＹコイル５８２はＹ−ＶＣＭを形成し、Ｘマグネット５９１とＸコイル５９２はＸ−ＶＣＭを形成する。制御演算部４０４は、Ｙコイル５８２およびＸコイル５９２に流す電流の向きおよび電流値を制御することにより、上観察器４１１をｘ方向およびｙ方向へ目標とする移動量だけ移動することができる。
【００８１】
Ｙコイル５８２およびＸコイル５９２の中心付近には、それぞれホール素子５７１、５７２が設けられている。そして、ホール素子５７１、５７２によって、対向して相対移動するＹマグネット５８１およびＸマグネット５９１の磁場の変化を検出することで、上観察器４１１の位置を検出する。
【００８２】
上記実施形態では、第１取得部４０１と第２取得部４０２の間に透明板４０７を挿入することにより、上観察器４１１と下観察器４１２の光軸調整を行う例を挙げて説明したが、これに限らない。図１５は、光軸調整の別実施形態を示す図であり、下基準観察器６１０と上基準観察器６２０の構造を概略的に示す断面図である。下基準観察器６１０と上基準観察器６２０は、投影部６４０を備える点以外は、上記実施形態おける上基準観察器４１３と下基準観察器４１４と同じ構成である。以下、投影部６４０の動作を説明するために、上基準観察器４１３と下基準観察器４１４と構造が同じ部分についても説明する。
【００８３】
下基準観察器６１０は、第１対物光学部６１１、第１落射照明部６５０及び第１撮像部６１２から構成される。上基準観察器６２０は、第２対物光学部６２１、投影部６４０、第２落射照明部６５５及び第２撮像部６２２とから構成される。第１撮像部６１２と第２撮像部６２２には、制御演算部４０４が接続されている。
【００８４】
下基準観察器６１０の第１対物光学部６１１は、上基準観察器６２０側の第１対物レンズ６１３と、第１撮像部６１２側の第１結像レンズ６１４とを有している。第１対物レンズ６１３と第１結像レンズ６１４との間には第１落射照明部６５０からの光を反射する第１ハーフミラー６１５とが配置されている。
【００８５】
下基準観察器６１０の第１落射照明部６５０は照明光源６５１と、レンズ６５２と、レンズ６５３とから構成されている。照明光源６５１は可視光であり、レンズ６５２及びレンズ６５３を通過して平行光となり、第１対物光学部６１１内の第１ハーフミラー６１５に反射してＺ方向に進む。
【００８６】
上基準観察器６２０の第２対物光学部６２１は、第２対物レンズ６２３と、第２結像レンズ６２４とを有している。第２対物レンズ６２３と第２結像レンズ６２４との間には、投影部６４０からの光を反射する第２ハーフミラー６２５と、第２落射照明部６５５からの光を反射する第３ハーフミラー６２６が配置されている。
【００８７】
上基準観察器６２０の第２落射照明部６５５は、照明光源６５６と、レンズ６５７とレンズ６５８とから構成されている。照明光源６５６は可視光であり、レンズ６５７及びレンズ６５８を通過して平行光となり、第２対物光学部６２１内の第３ハーフミラー６２６に反射してＺ方向に進む。
【００８８】
投影部６４０は、光源６４１、レンズ６４２、ファイバ６４３、レンズ６４４、コリメータレンズ６４５、ピンホールなどの視野絞り６４７及び開口絞り６４８とから構成されている。光源６４１からの光は可視光又は可視光波長内の単波長の光である。
【００８９】
光軸調整を行う場合、下基準観察器６１０と上基準観察器６２０の間であって、下基準観察器６１０の焦点面又は上基準観察器６２０の焦点面に拡散板４０９が設置される。そしてまず、投影部６４０の光源６４１が点灯され、視野絞り６４７を通過することで形成された調整用指標が第２ハーフミラー６２５に反射して、第３ハーフミラー６２６、第２対物レンズ６２３の順に通過して、挿入した拡散板４０９に投影される。拡散板４０９に投影された調整用指標は第２撮像部６２２側によって撮像される。
【００９０】
制御演算部４０４は、第２撮像部６２２によって撮像した画像情報に基づいて、調整用指標が光軸中心で取得できているかを確認する。光軸中心で取得できていない場合、制御演算部４０４は、第２対物光学部６２１の第２ハーフミラー６２５の角度を調整する。なお、第２ハーフミラー６２５の角度を調整するのではなく、視野絞り６４７を光源６４１からの光路に交差する方向に移動させて調整することもできる。
【００９１】
一方、下基準観察器６１０は、第１撮像部６１２によって、拡散板４０９に投影された調整用指標を撮像する。そして、制御演算部４０４は、第１撮像部６１２が撮像した画像情報に基づいて、調整用指標が光軸中心で取得できているかを確認する。光軸中心で取得できていない場合、制御演算部４０４は、移動機構４０６によって下ステージ１４１を移動させることで位置を調整する。以上のように制御することで、拡散板４０９を用いることにより、下基準観察器６１０と上基準観察器６２０の光軸を一致させることができる。
【００９２】
上記実施形態では、複数のアライメントマーク１２５の全てを位置検出対象とする例を挙げて説明したが、これに限らず、複数のアライメントマーク１２５から位置検出対象とするアライメントマーク１２５を選択するように構成しても良い。この場合例えば、複数のアライメントマーク１２５から、アライメントマーク１２５間の距離が離れている等グローバルアライメント法を用いるのに適した位置に配置されているアライメントマーク１２５を優先して選択するように構成できる。
【００９３】
また、基板１２０上により鮮明に形成されているもの、上観察器４１１の光軸とアライメントマーク１２５の中心との一致度が高いもの等を条件に加えても良いし、これらを組み合わせて判断するように構成しても良い。このように、予め定められた基準に基づいてアライメントマーク１２５を選択して位置検出対象とすることで、より質の高いアライメントマーク１２５を位置検出対象として使用することができる。
【００９４】
また、次のように制御することで処理負荷を軽減することができる。まず、上観察器４１１が上基板１２２を観察して、複数のアライメントマーク１２５から予め定められた基準に基づいてアライメントマーク１２５を選択する。そして、上基板１２２上に構成されるアライメントマーク１２５の複数の列のうち、その選択された指標であるアライメントマーク１２５を含まない列がある場合に、その列に対応する上観察器４１１を認識して、その情報を記憶部４０５に記憶する。
【００９５】
その後、上観察器４１１によって下基板１２１を観察する場合に、記憶部４０５に記憶された上観察器４１１に対応する下観察器４１２については、その下観察器４１２が観察するアライメントマーク１２５は位置検出対象としないので、その下基板１２１の観察を実行しないように制御する。このように、位置検出を実行するために観察を行う下観察器４１２を特定して処理を行うことで、処理負荷を軽減することができる。
【００９６】
また上記実施形態では、第１取得部４０１が調整機構４０３を備える例を挙げて説明したが、第１取得部４０１及び第２取得部４０２の両方が備えるように構成しても良い。そのように構成することで、上ワークを下ステージ１４１から上ステージ１４２に移載した後に、下観察器４１２が上ワークを撮像するときに、対象となるアライメントマーク１２５を光軸中心で取得できるように調整できるので、位置検出精度を向上することができる。
【００９７】
また上記実施形態では、上基板１２２を一度下ステージ１４１に載置した後で、上ステージ１４２に移載する例を挙げて説明したが、これに限らず、上基板１２２を下向きにした状態で搬入して、上ステージ１４２に載置するよう構成しても良い。この場合、次のように制御する。なお、上記実施例と異なる部分を中心に説明し、共通する部分については説明を省略する。
【００９８】
まず、ロボットアーム１７６が下ワークを下ステージ１４１に載置する。次に、移動機構４０６が、下基板１２１に設けられた複数のアライメントマーク１２５のうち−Ｘ方向の端の中央に設けられたアライメントマーク１２５が、上基準観察器４１３の直下に位置するように、下ステージ１４１を移動させる。その後制御演算部４０４は、上基準観察器４１３によって取得された下基板１２１の画像情報に基づいて、上基準観察器４１３が、直下に位置するアライメントマーク１２５を精確に光軸中心で取得できるように、移動機構４０６によって下ステージ１４１を移動する。
【００９９】
その後、移動機構４０６が下ステージ１４１を＋Ｘ方向に移動させながら、下基板１２１のスキャンを実行する。このとき、各上観察器４１１が取得する画像の中心位置にアライメントマーク１２５が位置するように、調整機構４０３が各上観察器４１１の位置を調整して、調整後に下基板１２１の画像情報を取得する。制御演算部４０４は、その画像情報に基づいてアライメントマーク１２５の位置を算出し、算出した位置情報が制御演算部４０４の記憶部４０５に記憶される。
【０１００】
次にロボットアーム１７６が、下向きに保持した上ワークを搬入して上ステージに載置する。その後、移動機構４０６が、上基板１２２に設けられた複数のアライメントマーク１２５のうち−Ｘ方向の端の中央に設けられたアライメントマーク１２５が、上基準観察器４１３の直下に位置するように、下ステージ１４１を移動させる。そして、制御演算部４０４が、記憶部４０５に記憶された下基板１２１のアライメントマークの位置情報を参照して、移動機構４０６が下ステージ１４１を＋Ｘ方向に移動させながら、アライメントマーク１２５の画像情報を取得する。
【０１０１】
このとき、各上観察器４１１が取得する画像の中心位置にアライメントマーク１２５が位置するように、移動機構４０６が下ステージ１４１を±Ｙ方向に移動させる。制御演算部４０４は、取得した画像情報に基づいてアライメントマーク１２５の位置を算出し、算出した位置情報を記憶部４０５に記憶する。
【０１０２】
その後、制御演算部４０４が記憶部４０５に記憶された下基板１２１のアライメントマーク１２５の位置情報と、上基板１２２のアライメントマーク１２５の位置情報に基づいて、移動機構４０６を制御することにより下ステージ１４１を精密に移動させて、下基板１２１と上基板１２２を位置合わせする。そして、位置合わせ完了後、下ステージ１４１を上昇させることによって、下基板１２１と上基板１２２を積層する。
【０１０３】
このように、上観察器４１１については調整機構４０３によって位置を調整し、下観察器４１２については移動機構４０６によって位置を調整するように構成することで、上観察器４１１および下観察器４１２が、それぞれアライメントマーク１２５を光軸中心で捉えることができ、位置検出精度を向上することができる。なお、下観察器４１２を１つとして、上基板１２２の複数のアライメントマーク１２５の観察をその１つの下観察器４１２で行うように構成しても良い。その場合、移動機構４０６によって、複数のアライメントマーク１２５のそれぞれを観察できる位置に、下観察器４１２を移動させる。このように構成することで、装置を簡略化することができる。
【０１０４】
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。
【符号の説明】
【０１０５】
１００  重ね合わせ装置、１０１  筐体、１０２  大気環境部、１１０  制御部、１１１  記憶部、１１２  ＥＦＥＭ、１１３、１１４、１１５  ロードポート、１１６  ロボットアーム、１２０  基板、１２１  下基板、１２２  上基板、１２３  ノッチ、１２４  半導体チップ領域、１２５  アライメントマーク、１３０  プリアライナ、１３１  ターンテーブル、１３２  ホルダテーブル、１３３  検出器、１４０  アライナ、１４１  下ステージ、１４２  上ステージ、１４３  干渉計、１４４  断熱壁、１４５  シャッタ、１４６  プッシュアップピン、１５０  ホルダラック、１６０  分離機構、１７０  搬送機構、１７１  第１搬送ユニット、１７２  第２搬送ユニット、１７３  第１受け渡しポート、１７４  第２受け渡しポート、１７５、１７６  ロボットアーム、１９０  基板ホルダ、１９１  下基板ホルダ、１９２  上基板ホルダ、２０２  真空環境部、２１０  断熱壁、２２０  ロードロックチャンバ、２２２、２２４  シャッタ、２３０  ロボットアーム、２４０  加熱加圧装置、４０１  第１取得部、４０２  第２取得部、４０３  調整機構、４０４  制御演算部、４０５  記憶部、４０６  移動機構、４０７  透明板、４０８  ロボットアーム、４０９  拡散板、４１１  上観察器、４１２  下観察器、４１３  上基準観察器、４１４  下基準観察器、５０１、５０２、５０３、５０４  Ｘロッド摺動部、５１１、５１２  Ｘロッド、５２０  Ｙ可動枠、５３１、５３２、５３３、５３４  Ｙロッド摺動部、５４１、５４２  Ｙロッド、５５０  固定枠、５６０  Ｘ可動枠、５７１、５７２  ホール素子、５８１  Ｙマグネット、５８２  Ｙコイル、５９１  Ｘマグネット、５９２  Ｘコイル、６１０  下基準観察器、６１１  第１対物光学部、６１２  第１撮像部、６１３  第１対物レンズ、６１４  第１結像レンズ、６１５  第１ハーフミラー、６２０  上基準観察器、６２１  第２対物光学部、６２２  第２撮像部、６２３  第２対物レンズ、６２４  第２結像レンズ、６２５  第２ハーフミラー、６２６  第３ハーフミラー、６４０  投影部、６４１  光源、６４２  レンズ、６４３  ファイバ、６４４  レンズ、６４５  コリメータレンズ、６４７  視野絞り、６４８  開口絞り、６５０  第１落射照明部、６５１  照明光源、６５２、６５３  レンズ、６５５  第２落射照明部、６５６  照明光源、６５７、６５８  レンズ、９１１  ホルダ本体、９１２  吸着ユニット、９１３  挿通孔、９１４  切欠、９２１  ホルダ本体、９２２  マグネットユニット、９２５  つば部
【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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