(57)【要約】  貼り合わせる前の基板に歪みが生じている場合、保持部での保持を解除したときにその歪みが復元し、貼り合わせた二つの基板間に位置ずれが発生する。基板貼り合わせ方法であって、第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる方法であって、第１の基板および第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、第１の基板および第２の基板のいずれの保持を解除するかまたは維持するかを決定する段階を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれの前記保持を解除するかまたは維持するかを決定する段階を含む基板貼り合わせ方法。
【請求項２】
前記歪みに関する情報は、前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせ過程で生じる歪みに関する情報を含み、
前記決定する段階では、前記第１の基板および前記第２の基板のうち前記貼り合わせ過程で生じる歪みが小さい方を解除すると決定する請求項１に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３】
前記歪みに関する情報は、歪みを生じさせる原因に関する情報を含み、  前記原因に関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みを推定する段階を更に備え、
前記決定する段階では、前記推定した歪みの情報に基づいて前記決定を行う請求項１または２に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項４】
前記歪みに関する情報を取得する段階を含み、
前記取得する段階では、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みを計測し、計測した前記歪みを前記情報として取得する請求項１から３の何れか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項５】
前記歪みに関する情報は、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれにおける反りの大きさ、反りの方向、反っている部分、反りの振幅、撓みの大きさ、撓みの方向、撓みの振幅、撓んでいる部分、内部応力、および、応力分布の少なくとも一つに関する情報を含む請求項１から４の何れか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項６】
前記歪みに関する情報は、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれにおける反りの振幅の最大値を示す情報を含み、
前記決定する段階では、前記第１の基板の前記最大値と、前記第２の基板の前記最大値との大小を比較して決定を行い、前記第１の基板および前記第２の基板のうち前記最大値が大きい方を、前記保持を維持する基板に決定する請求項５に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項７】
前記歪みに関する情報は、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれにおける反りの振幅の平均値を示す情報を含み、
前記決定する段階では、前記第１の基板の前記平均値と、前記第２の基板の前記平均値との大小を比較し、前記第１の基板および前記第２の基板のうち前記平均値が大きい方を、前記保持を維持する基板に決定する請求項５に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項８】
前記決定する段階を、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる毎、前記第１の基板の製造ロット毎、及び、前記第２の基板の製造ロット毎の少なくとも１つで実行する請求項１から７の何れか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項９】
第１の基板を第１保持部に保持する段階と、
前記第１の基板に対向するように第２の基板を第２保持部に保持する段階と、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる段階とを含み、
前記貼り合わせる段階は、前記第１の基板および前記第２の基板のうち、前記保持を解除した場合に貼り合せ過程で生じる歪みが小さい方の基板、または、貼り合わせ前に生じている歪みが小さい方の基板の前記保持を解除する基板貼り合せ方法。
【請求項１０】
第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の少なくとも一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれを前記第１保持部または前記第２保持部に保持するかを決定する段階を含む基板貼り合わせ方法。
【請求項１１】
第１の基板を保持する第１保持部と、第２の基板を保持する第２保持部とを有し、前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる貼り合わせ段階と、
前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれの前記保持を解除するかまたは維持するかを決定する決定段階と、
を含み、
前記貼り合わせ段階は、前記決定段階において解除すると決定された基板の前記保持を解除する積層基板製造方法。
【請求項１２】
第１の基板を保持する第１保持部と、
第２の基板を保持する第２保持部と、を備え、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれの前記保持を解除するかまたは維持するかを決定する決定部を備える積層基板製造装置。
【請求項１３】
第１の基板を保持する第１保持部と、
前記第１の基板に対向するように第２の基板を保持する第２保持部と、
を備え、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のうち歪みに関する情報に基づいて前記保持の解除が決定された一方の基板の前記保持を解除する積層基板製造装置。
【請求項１４】
第１の基板を保持する第１保持部と、
前記第１の基板に対向するように第２の基板を保持する第２保持部と、
を備え、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のうち、前記保持を解除した場合に貼り合せ過程で生じる歪みが小さい方の基板、または、貼り合わせ前に生じている歪みが小さい方の基板の前記保持を解除する積層基板製造装置。
【請求項１５】
第１の基板を保持する第１保持部と、
前記第１の基板に対向するように第２の基板を保持する第２保持部と、
前記第１の基板と前記第２の基板との位置ずれを補正する補正部と、
を備え、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のうち、貼り合わせした場合に推定される位置ずれの補正量が、前記補正部での補正が可能な大きさとなる方の基板の前記保持を解除する積層基板製造装置。
【請求項１６】
第１の基板を保持する第１保持部と、第２の基板を保持する第２保持部とを有し、前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる貼り合わせ部と、
前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれの前記保持を解除するかまたは維持するかを決定する決定部と、
を備え、
前記貼り合わせ部は、前記決定部において解除すると決定された基板の前記保持を解除する積層基板製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板貼り合わせ方法、積層基板製造装置及び積層基板製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに対向した二つの保持部のそれぞれに基板を保持した状態で位置合わせをした後、一方の基板の保持を解除することにより二つの基板を互いに貼り合わせる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
［特許文献１］特開２０１５−９５５７９号公報【０００３】
上記の方法では、貼り合わせのときに保持部による一方の基板の保持が解除されるため、保持の解除により基板の歪みが復元したり、貼り合わせ過程で外力により歪みが生じたりする場合がある。この歪みにより、貼り合わせた二つの基板間に位置ずれが発生すると、二つの基板を適切に接合することができなくなる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる方法であって、第１の基板および第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、第１の基板および第２の基板のいずれの保持を解除するかまたは維持するかを決定する段階を含む基板貼り合わせ方法が提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、第１の基板を第１保持部に保持する段階と、第１の基板に対向するように第２の基板を第２保持部に保持する段階と、第１の基板および第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる段階とを含み、貼り合わせる段階は、第１の基板および第２の基板のうち、保持を解除した場合に貼り合せ過程で生じる歪みが小さい方の基板、または、貼り合わせ前に生じている歪みが小さい方の基板の保持を解除する基板貼り合せ方法が提供される。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の少なくとも一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる方法であって、第１の基板および第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、第１の基板および第２の基板のいずれを第１保持部または第２保持部に保持するかを決定する段階を含む基板貼り合わせ方法が提供される。
【０００７】
本発明の第４の態様においては、第１の基板を保持する第１保持部と、第２の基板を保持する第２保持部とを有し、第１の基板および第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる貼り合わせ段階と、第１の基板および第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、第１の基板および第２の基板のいずれの保持を解除するかまたは維持するかを決定する決定段階と、を含み、貼り合わせ段階は、決定段階において解除すると決定された基板の保持を解除する積層基板製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第５の態様においては、第１の基板を保持する第１保持部と、第２の基板を保持する第２保持部と、を備え、第１の基板および第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、第１の基板および第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、第１の基板および第２の基板のいずれの保持を解除するかまたは維持するかを決定する決定部を備える積層基板製造装置が提供される。
【０００９】
本発明の第６の態様においては、第１の基板を保持する第１保持部と、第１の基板に対向するように第２の基板を保持する第２保持部と、を備え、第１の基板および第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、第１の基板および第２の基板のうち歪みに関する情報に基づいて保持の解除が決定された一方の基板の保持を解除する積層基板製造装置が提供される。
【００１０】
本発明の第７の態様においては、第１の基板を保持する第１保持部と、第１の基板に対向するように第２の基板を保持する第２保持部と、を備え、第１の基板および第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、第１の基板および第２の基板のうち、保持を解除した場合に貼り合せ過程で生じる歪みが小さい方の基板、または、貼り合わせ前に生じている歪みが小さい方の基板の保持を解除する積層基板製造装置が提供される。
【００１１】
本発明の第８の態様においては、第１の基板を保持する第１保持部と、第１の基板に対向するように第２の基板を保持する第２保持部と、第１の基板と第２の基板との位置ずれを補正する補正部と、を備え、第１の基板および第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、第１の基板および第２の基板のうち、貼り合わせした場合に推定される位置ずれの補正量が、補正部での補正が可能な大きさとなる方の基板の保持を解除する積層基板製造装置が提供される。
【００１２】
本発明の第９の態様においては、第１の基板を保持する第１保持部と、第２の基板を保持する第２保持部とを有し、第１の基板および第２の基板の一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる貼り合わせ部と、第１の基板および第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報に基づいて、第１の基板および第２の基板のいずれの保持を解除するかまたは維持するかを決定する決定部と、を備え、貼り合わせ部は、決定部において解除すると決定された基板の保持を解除する積層基板製造システムが提供される。
【００１３】
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。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得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】積層基板製造装置１００の模式的平面図である。
【図２】基板２１０の模式的平面図である。
【図３】基板２１０を積層して積層基板２３０を作製する手順を示す流れ図である。
【図４】基板２１１を保持した基板ホルダ２２１と、基板２１３を保持した基板ホルダ２２３との模式的断面図である。
【図５】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図６】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図７】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図８】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図９】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図１０】平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２２１上での基板２１１、２１３の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【図１１】平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２２１上での基板２１１、２１３の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【図１２】平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２２１上での基板２１１、２１３の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【図１３】平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２２１を用いた場合に生じる空気抵抗起因の倍率歪みによる積層基板２３０での位置ずれを示す模式図である。
【図１４】湾曲した保持面を有する固定側用の基板ホルダ２２１を用いて空気抵抗起因の倍率歪みを補正した場合の、基板ホルダ２２１上での基板２１１、２１３の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【図１５】シリコン単結晶基板２０８における結晶異方性とヤング率との関係を示す模式である。
【図１６】シリコン単結晶基板２０９における結晶異方性とヤング率との関係を示す模式である。
【図１７】解除する側の基板２１０が部分的な湾曲を有していた場合に生じる非線形歪みによる積層基板２３０での位置ずれを示す模式図である。
【図１８】撓み計測と反りの算出方法を説明する図である。
【図１９】貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の倍率歪みによる積層基板２３０での位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるように予め配置が補正された複数の回路領域２１６が表面に形成されている基板５１１、５１３を示す模式図である。
【図２０】図１９に示された予め補正されている基板５１１、５１３を貼り合わせる手順を示す流れ図である。
【図２１】仮の決定とは逆に、図１９に示された基板５１１を固定する側に決定した場合において、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪みを補正する方法を説明する図である。
【図２２】貼り合わせ部６００の一部の模式的断面図である。
【図２３】アクチュエータ６１２のレイアウトを示す模式図である。
【図２４】貼り合わせ部６００の一部の動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明の実施の形態を説明する。下記の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。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。
【００１６】
図１は、積層基板製造装置１００の模式的平面図である。積層基板製造装置１００は、筐体１１０と、貼り合わせる基板２１０を収容する基板カセット１２０と、少なくとも二つの基板２１０を貼り合わせて作製された積層基板２３０を収容する基板カセット１３０と、制御部１５０と、搬送部１４０と、貼り合わせ部３００と、基板２１０を保持する基板ホルダ２２０を収容するホルダストッカ４００と、プリアライナ５００とを備える。筐体１１０の内部は温度管理されており、例えば、室温に保たれる。
【００１７】
搬送部１４０は、単独の基板２１０、基板ホルダ２２０、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０、複数の基板２１０を積層して形成した積層基板２３０等を搬送する。制御部１５０は、積層基板製造装置１００の各部を相互に連携させて統括的に制御する。また、制御部１５０は、外部からのユーザの指示を受け付けて、積層基板２３０を製造する場合の製造条件を設定する。更に、制御部１５０は、積層基板製造装置１００の動作状態を外部に向かって表示するユーザインターフェイスも有する。
【００１８】
貼り合わせ部３００は、対向する一対のステージ３２２、３３２を有する。一対のステージ３２２、３３２には、それぞれ基板ホルダ２２０を介して基板２１０が保持される。貼り合わせ部３００は、一対のステージ３２２、３３２に保持させた一対の基板２１０を相互に位置合わせした後、一対の基板２１０のうち一方の基板２１０を一方のステージに保持させた状態を維持して、他方の基板２１０をその一方の基板２１０に向けて他方のステージから解放することで、一対の基板２１０を互いに接触させて貼り合わせることにより積層基板２３０を形成する。この貼り合わせ方法において、一方のステージに保持された状態が維持される基板２１０を固定側の基板２１０と称し、他方のステージに保持された状態から貼り合わせのときに保持が解除される基板２１０を解除側の基板２１０と称する。
【００１９】
ここで、貼り合わせした状態とは、積層された二つの基板に設けられた端子が互いに接続され、これにより、二つの基板間に電気的な導通が確保された場合、もしくは、二つの基板の接合強度が所定の強度以上となる場合には、それらの状態を含む。また、積層された二つの基板にアニール等の処理を行うことにより、二つの基板が最終的に電気的に接続される場合、もしくは、二つの基板の接合強度が所定の強度以上となる場合には、貼り合わせした状態は、アニール等の処理前に二つの基板が一時的に結合している状態、すなわち仮接合されている状態を含む。アニールにより接合強度が所定の強度以上になる状態は、例えば、二つの基板の表面同士が互いに共有結合により結合されている状態を含む。また、仮接合されている状態は、重なり合った二つの基板を分離して再利用することができる状態を含む。
【００２０】
プリアライナ５００は、基板２１０と基板ホルダ２２０との位置合わせを行い、基板２１０を基板ホルダ２２０に保持させる。基板ホルダ２２０は、アルミナセラミックス等の硬質材料により形成されており、静電チャックや真空チャック等により基板２１０を吸着して保持する。
【００２１】
上記のような積層基板製造装置１００においては、素子、回路、端子等が形成された基板２１０の他に、未加工のシリコンウエハ、Ｇｅを添加したＳｉＧｅ基板、Ｇｅ単結晶基板、ＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＶＩ族等の化合物半導体ウエハ、および、ガラス基板等を貼り合わせることもできる。貼り合わせる対象は、回路基板および未加工基板であっても、未加工基板同士であってもよい。貼り合わされる基板２１０は、それ自体が、既に積層された複数の基板を有する積層基板２３０であってもよい。
【００２２】
図２は、積層基板製造装置１００において貼り合わせる基板２１０の模式的平面図である。基板２１０は、ノッチ２１４と、複数の回路領域２１６と、複数のアライメントマーク２１８とを有する。
【００２３】
複数の回路領域２１６は、基板２１０の表面に形成された構造物の一例であり、基板２１０の表面で面方向に周期的に配される。複数の回路領域２１６の各々には、フォトリソグラフィ技術等によって形成された配線、保護膜等の構造物が設けられる。複数の回路領域２１６には、基板２１０を他の基板２１０、リードフレーム等に電気的に接続する場合に接続端子となるパッド、バンプ等の接続部も配される。接続部も、基板２１０の表面に形成された構造物の一例である。
【００２４】
複数のアライメントマーク２１８もまた、基板２１０の表面に形成された構造物の一例であり、複数の回路領域２１６の相互の間に配されたスクライブライン２１２に配される。複数のアライメントマーク２１８は、基板２１０を他の基板２１０と位置合わせする際の指標である。
【００２５】
図３は、積層基板製造装置１００において一対の基板２１０を積層して積層基板２３０を作製する手順を示す流れ図である。先ず、制御部１５０が、貼り合わせる基板２１１、２１３のそれぞれの歪みに関する情報を取得し（ステップＳ１０１）、取得した情報に基づいて、基板２１１、２１３のいずれを、貼り合わせ部３００の一対のステージの固定側または解除側にするか決定する（ステップＳ１０２）。すなわち、本実施形態では、制御部１５０は決定部としての役割を担う。ここでは、基板２１１を固定側にし、基板２１３を解除側にすると決定する。このとき、制御部１５０は、二つの基板２１１、２１３のうち、固定側の基板および解除側の基板の一方のみを決定してもよい。なお、基板２１１および基板２１３は、基板２１０の一例である。
【００２６】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、固定側用の基板ホルダ２２１と、固定側に決定された基板２１１とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ１０３）。プリアライナ５００において、基板２１１を固定側用の基板ホルダ２２１に保持させる（ステップＳ１０４）。基板２１３についても基板２１１と同様に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０が、解除側用の基板ホルダ２２３と、解除側に決定された基板２１３とを、順次プリアライナ５００に搬入し（ステップＳ１０３）、プリアライナ５００において、基板２１３を解除側用の基板ホルダ２２３に保持させる（ステップＳ１０４）。なお、基板ホルダ２２１および基板ホルダ２２３は、基板ホルダ２２０の一例である。
【００２７】
図４は、基板２１１を保持した基板ホルダ２２１と、基板２１３を保持した基板ホルダ２２３との模式的断面図である。基板ホルダ２２１は、周縁部から中央部に向けて厚さが徐々に増加する断面形状を有する。これにより、湾曲した滑らかな保持面２２５を有する。基板ホルダ２２１に吸着して保持された基板２１１は、保持面２２５に密着して、保持面２２５の形状に倣って湾曲する。よって、保持面の表面が曲面、例えば、円筒面、球面、放物面等をなす場合は、吸着された基板２１３も、そのような曲面をなすように形状が変化する。基板ホルダ２２３は、基板ホルダ２２１と同様であって、周縁部から中央部に向けて厚さが徐々に増加する断面形状を有し、これにより、湾曲した滑らかな保持面２２７を有する。基板ホルダ２２３に吸着して保持された基板２１３は、保持面２２７に密着して、保持面２２７の形状に倣って湾曲する。
【００２８】
図４において、基板ホルダ２２１の保持面２２５および基板ホルダ２２３の保持面２２７のそれぞれの曲率および形状は略同一に描かれているが、これに限定されない。解除側用の基板ホルダ２２３の保持面２２７の曲率および形状は、貼り合わせ部３００において貼り合わされた基板２１１と基板２１３との間にボイドが生じないように両基板を先ず一部で接触させる目的で設計されてもよい。一方で、固定側用の基板ホルダ２２１の保持面２２５の曲率および形状は、基板２１１と基板２１３とを貼り合わせる際に生じ得る空気抵抗起因等の歪みを補正する目的で設計されてもよい。従って、それぞれの保持面の曲率および形状は、異なる目的で個別に設計されるため、同一であっても異なっていてもよい。
【００２９】
また、それらの目的が共に達成される限りにおいて、基板ホルダ２２１、２２３のそれぞれの保持面２２５、２２７は任意の形状であってもよい。例えば、固定側用の基板ホルダ２２１の保持面２２５を平坦にする代わりに下ステージ３３２の保持面の形状をなだらかに隆起するよう変形させることで基板ホルダ２２１及び基板２１１を変形させてもよい。また、解除側の基板ホルダ２２３の保持面２２７を周縁領域が平坦で中心領域が突出する形状にしてもよく、その突出量は可変であってもよい。固定側の基板ホルダ２２１の保持面２２５が湾曲した形状であれば、解除側の基板ホルダ２２３の保持面２２７は平坦であってもよい。
【００３０】
図５に示すように、基板２１１を保持した基板ホルダ２２１を、貼り合わせ部３００の下ステージ３３２に搬入し、基板２１３を保持した基板ホルダ２２３を、貼り合わせ部３００の上ステージ３２２に搬入する（ステップＳ１０５）。上ステージ３２２は、真空チャック、静電チャック等の保持機能を有し、枠体３１０の天板３１６に下向きに固定される。下ステージ３３２は、真空チャック、静電チャック等の保持機能を有し、枠体３１０の底板３１２に配されたＸ方向駆動部３３１に重ねられたＹ方向駆動部３３３の上面に搭載される。なお、図５から図９の各々において、説明の簡略化のため、基板ホルダ２２１の保持面２２５および基板ホルダ２２３の保持面２２７は共に平坦に描かれている。
【００３１】
天板３１６には、顕微鏡３２４および活性化装置３２６が上ステージ３２２の側方に固定される。顕微鏡３２４は、下ステージ３３２に保持された基板２１１の上面を観察できる。活性化装置３２６は、下ステージ３３２に保持された基板２１１の上面を清浄化するプラズマを発生する。
【００３２】
Ｘ方向駆動部３３１は、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｘで示す方向に移動する。Ｙ方向駆動部３３３は、Ｘ方向駆動部３３１上で、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｙで示す方向に移動する。Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３の動作を組み合わせることにより、下ステージ３３２は、底板３１２と平行に二次元的に移動する。
【００３３】
また、下ステージ３３２は、昇降駆動部３３８により支持されており、昇降駆動部３３８の駆動により矢印Ｚで示す方向に昇降する。
【００３４】
Ｘ方向駆動部３３１、Ｙ方向駆動部３３３および昇降駆動部３３８による下ステージ３３２の移動量は、干渉計等を用いて精密に計測される。
【００３５】
Ｙ方向駆動部３３３には、顕微鏡３３４および活性化装置３３６が、それぞれ下ステージ３３２の側方に搭載される。顕微鏡３３４は、上ステージ３２２に保持された基板２１３の下面である表面を観察できる。活性化装置３３６は、基板２１３の表面を清浄化するプラズマを発生する。尚、この活性化装置３２６および３３６を貼り合わせ部３００とは別の装置に設け、表面を活性化した基板および基板ホルダをロボットによって活性化装置３２６、３３６から貼り合わせ部３００へと搬送するようにしてもよい。
【００３６】
なお、貼り合わせ部３００は、底板３１２に対して垂直な回転軸の回りに下ステージ３３２を回転させる回転駆動部、および、下ステージ３３２を揺動させる揺動駆動部を更に備えてもよい。これにより、下ステージ３３２を上ステージ３２２に対して平行にすると共に、下ステージ３３２に保持された基板２１１を回転させて、基板２１１、２１３の位置合わせ精度を向上させることができる。
【００３７】
顕微鏡３２４、３３４は、制御部１５０により、焦点を相互に合わせたり共通の指標を観察させたりすることによって較正される。これにより、貼り合わせ部３００における一対の顕微鏡３２４、３３４の相対位置が測定される。
【００３８】
図５に示した状態に続いて、図６に示すように、制御部１５０は、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３を動作させて、顕微鏡３２４、３３４により基板２１１、２１３の各々に設けられたアライメントマーク２１８を検出させる（図３のステップＳ１０６）。
【００３９】
こうして、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で基板２１１、２１３のアライメントマーク２１８の位置を検出することにより、基板２１１、２１３の相対位置が判る（ステップＳ１０７）。これにより、一対の基板２１１、２１３において対応するアライメントマーク２１８間の位置ずれ量が予め定められた閾値以下となるように、または、基板２１１、２１３間で対応する回路領域２１６または接続部の位置ずれ量が予め定められた閾値以下となるように、基板２１１、２１３の相対移動量を算出する。位置ずれは、積層された基板２１１、２１３の間における、対応するアライメントマーク２１８同士の位置ずれ、および、対応する接続部同士の位置ずれを指し、二つの基板２１１、２１３のそれぞれに生じる歪みの量の差に起因する位置ずれを含む。歪みについては後述する。
【００４０】
ここで、「閾値」とは、基板２１１、２１３の相互の貼り合わせが完了したときに、基板２１１、２１３間に電気的な導通が可能となるずれ量であってもよく、基板２１１、２１３にそれぞれ設けられた構造物同士が少なくとも一部で接触するときのずれ量であってもよい。制御部１５０は、基板２１１、２１３間の位置ずれが予め定められた閾値以上になった場合に、接続部同士が接触しない又は適切な電気的導通が得られない状態、もしくは接合部間に所定の接合強度が得られない状態であると判断してもよい。また、基板２１１、２１３の貼り合わせ過程で生じる歪みを貼り合わせ前に予め対処する場合、すなわち、貼り合わせを完了したときにその歪みによる位置ずれが補正されるように、基板２１１、２１３の少なくとも一方を貼り合わせ前に変形させる場合は、一方の基板を貼り合せ前に変形させた状態での位置を基準に閾値が設定される。
【００４１】
図６に示した状態に続いて、図７に示すように、制御部１５０は、一対の基板２１１、２１３の相対位置を記録し、一対の基板２１１、２１３の各々の貼り合わせ面を化学的に活性化する（図３のステップＳ１０８）。制御部１５０は、まず、下ステージ３３２の位置を初期位置にリセットした後に水平に移動させて、活性化装置３２６、３３６の生成したプラズマにより基板２１１、２１３の表面を走査させる。これにより、基板２１１、２１３のそれぞれの表面が清浄化され、化学的な活性が高くなる。
【００４２】
プラズマに暴露する方法の他に、不活性ガスを用いたスパッタエッチング、イオンビーム、または、高速原子ビーム等により基板２１１、２１３の表面を活性化することもできる。イオンビームや高速原子ビームを用いる場合は、貼り合わせ部３００を減圧下にして生成することが可能である。また更に、紫外線照射、オゾンアッシャー等により基板２１１、２１３を活性化することもできる。更に、例えば、液体または気体のエッチャントを用いて、基板２１１、２１３の表面を化学的に清浄化することにより活性化してもよい。基板２１１、２１３の表面の活性化後、基板２１１、２１３の表面を親水化装置により親水化してもよい。
【００４３】
図７に示した状態に続いて、図８に示すように、制御部１５０は、基板２１１、２１３を相互に位置合わせする（図３のステップＳ１０９）。制御部１５０は、まず、最初に検出した顕微鏡３２４、３３４の相対位置と、ステップＳ１０６において検出した基板２１１、２１３のアライメントマーク２１８の位置とに基づいて、基板２１１、２１３の互いに対応する構造物の位置ずれ量が、少なくとも貼り合わせを完了したときに閾値以下となるように、下ステージ３３２を移動させる。
【００４４】
図８に示した状態に続いて、図９に示すように、制御部１５０は、昇降駆動部３３８を動作させて下ステージ３３２を上昇させ、基板２１１、２１３を相互に接近させる。そして、基板２１１、２１３の一部が接触して貼り合わされる（ステップＳ１１０）。
【００４５】
基板２１１、２１３の表面は活性化されているので、一部が接触すると、基板２１１、２１３同士の分子間力により、隣接する領域が自律的に相互に吸着されて貼り合わされる。よって、例えば、上ステージ３２２に保持された基板ホルダ２２３による基板２１３の保持を解除することにより、基板２１１、２１３が貼り合わされた領域は、接触した部分から隣接する領域に順次拡がる。これにより、接触した領域が順次拡がっていくボンディングウェーブが発生し、基板２１１、２１３の貼り合わせが進行する。やがて、基板２１１、２１３は、全面にわたって接触し、且つ、貼り合わされる（ステップＳ１１０）。これにより、一対の基板２１１、２１３から積層基板２３０を形成する。
【００４６】
なお、上記のように基板２１１、２１３の接触領域が拡大していく過程で、制御部１５０は、基板ホルダ２２３による基板２１３の保持を解除することに代えて、上ステージ３２２による基板ホルダ２２３の保持を解除してもよい。
【００４７】
こうして形成された積層基板２３０は、搬送部１４０により貼り合わせ部３００から基板ホルダ２２１と共に搬出される（ステップＳ１１１）。その後、プリアライナ５００において積層基板２３０と基板ホルダ２２１とが分離され、積層基板２３０は基板カセット１３０に搬送される。
【００４８】
貼り合わせる前の基板２１０に歪みが生じていると、貼り合わせのときに位置ずれが生じる一要因となる。この場合、貼り合わせ部３００において、アライメントマーク２１８等に基づいて基板２１１、２１３の面方向における位置合わせをしても、基板２１１、２１３間の位置ずれ量が予め定められた閾値以下となる相対移動量および相対回転量を算出できず、基板２１１、２１３の位置ずれを解消することができない場合がある。そこで、図３に示したステップＳ１０１およびステップＳ１０２においては、制御部１５０が、貼り合わせる基板２１１、２１３のそれぞれの歪みに関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、基板２１１、２１３のいずれを、貼り合わせ部３００の下ステージ３３２で固定する、または、貼り合わせ部３００の上ステージ３２２から解除するか決定する。
【００４９】
ここで、基板２１１、２１３に生じる歪みとは、基板２１１、２１３における構造物の位置を設計座標すなわち設計位置から変位させる変形である。基板２１１、２１３に生じる歪みは、平面歪みと立体歪みとを含む。
【００５０】
平面歪みは、基板２１１、２１３の貼り合わせ面に沿った方向に生じた歪みであり、基板２１１、２１３のそれぞれの構造物の設計位置に対して変位した位置が線形変換により表される線形歪みと、線形変換により表すことができない、線形歪み以外の非線形歪みとを含む。
【００５１】
線形歪みは、変位量が中心から径方向に沿って一定の増加率で増加する倍率歪みを含む。倍率歪みは、基板２１１、２１３の中心からの距離Xにおける設計値からのずれ量をXで除算することにより得られる値であり、単位はｐｐｍである。倍率歪みには、等方倍率歪みが含まれる。等方倍率歪みは、設計位置からの変位ベクトルが有するＸ成分およびＹ成分が等しい、すなわち、Ｘ方向の倍率とＹ方向の倍率とが等しい歪みである。一方で、設計位置からの変位ベクトルが有するＸ成分およびＹ成分が異なる、すなわち、Ｘ方向の倍率とＹ方向の倍率とが異なる歪みである非等方倍率歪みは、非線形歪みに含まれる。
【００５２】
本実施形態では、二つの基板２１１、２１３のそれぞれにおける構造物の設計位置を基準とした倍率歪みの差が、二つの基板２１１、２１３間の位置ずれ量に含まれる。
【００５３】
また、線形歪みは、直交歪みを含む。直交歪みは、基板の中心を原点として互いに直交するＸ軸およびＹ軸を設定したときに、構造物が原点からＹ軸方向に遠くなるほど大きな量で、設計位置からＸ軸方向に平行に変位している歪みである。当該変位量は、Ｘ軸に平行にＹ軸を横切る複数の領域のそれぞれにおいて等しく、変位量の絶対値は、Ｘ軸から離れるに従って大きくなる。さらに直交歪みは、Ｙ軸の正側の変位の方向とＹ軸の負側の変位の方向とが互いに反対である。
【００５４】
基板２１１、２１３の立体歪みは、基板２１１、２１３の貼り合わせ面に沿った方向以外の方向すなわち貼り合わせ面に交差する方向への変位である。立体歪みには、基板２１１、２１３が全体的にまたは部分的に曲がることにより基板２１１、２１３の全体または一部に生じる湾曲が含まれる。ここで、基板が曲がるとは、基板２１１、２１３が、当該基板２１１、２１３上の３点により特定された平面上に存在しない点を基板２１１、２１３の表面が含む形状に変化することを意味する。
【００５５】
また、湾曲とは、基板の表面が曲面をなす歪みであり、例えば基板２１１、２１３の反りが含まれる。本実施形態においては、反りは、重力の影響を排除した状態で基板２１１、２１３に残る歪みをいう。反りに重力の影響を加えた基板２１１、２１３の歪みを、撓みと呼ぶ。なお、基板２１１、２１３の反りには、基板２１１、２１３全体が概ね一様な曲率で屈曲するグローバル反りと、基板２１１、２１３の一部で曲率が変化して屈曲するローカル反りとが含まれる。
【００５６】
ここで、倍率歪みは、発生原因によって初期倍率歪み、吸着倍率歪み、及び、貼り合わせ過程倍率歪みに分類される。
【００５７】
初期倍率歪みは、アライメントマーク２１８、回路領域２１６等を基板２１１、２１３に形成するプロセスで生じた応力、スクライブライン２１２、回路領域２１６等の配置に起因する周期的な剛性の変化等により、基板２１１、２１３の設計仕様に対する乖離として、基板２１１、２１３を貼り合わせる前の段階から生じている。よって、基板２１１、２１３の初期倍率歪みは、基板２１１、２１３の積層を開始する前から知ることができ、例えば、基板２１１、２１３を製造した前処理装置から初期倍率歪みに関する情報を制御部１５０が取得してもよい。
【００５８】
吸着倍率歪みは、反り等の歪みが生じた基板２１１、２１３が、貼り合わせにより、または、基板ホルダ２２０への吸着により生じる倍率歪みの変化に対応する。すなわち、反りが生じた基板２１０を基板ホルダ２２０に吸着して保持させると、基板２１０は、基板ホルダ２２０の保持面の形状に倣って変形する。ここで、基板２１０が、反りを有する状態から基板ホルダ２２０の保持面の形状に倣った状態に変化すると、保持する前に比べて基板２１０の歪み量が変化する。
【００５９】
これにより、基板２１０の表面における回路領域２１６の設計仕様に対する歪み量が保持する前に比べて変化する。基板２１０の歪み量の変化は、基板２１０に形成された回路領域２１６等の構造物の構造、当該構造物を形成するためのプロセス、保持前の基板２１０の反りの大きさ等に応じて異なる。吸着倍率歪みの大きさは、基板２１１、２１３に反り等の歪みが生じている場合に、その歪みと吸着倍率歪みとの相関を予め調べておくことにより、基板２１１、２１３の反り量および反り形状等を含む歪みの状態から算出できる。
【００６０】
貼り合わせ過程倍率歪みは、貼り合わせの過程で基板２１１、２１３に生じる歪みに起因して、新たに生じる倍率歪みの変化である。図１０、図１１および図１２は、平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２２１上での基板２１１、２１３の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。図１０、図１１および図１２には、貼り合わせ部３００で貼り合わされる過程にある基板２１１、２１３における、基板２１１、２１３が相互に接触した接触領域と、基板２１１、２１３が相互に接触せずに離れていてこれから貼り合わされる非接触領域との境界Ｋの付近の領域Ｑを拡大して示す。
【００６１】
図１０に示すように、貼り合わされた二つの基板２１１、２１３の接触領域が中央から外周に向かって面積を拡大する過程で、境界Ｋは、基板２１１、２１３の中央側から外周側に向かって移動する。境界Ｋ付近において、基板ホルダ２２３による保持から解除された基板２１３には、基板２１１との間に介在する空気を追い出す際の空気抵抗に起因して伸びが生じる。具体的には、境界Ｋにおいて、基板２１３の厚さ方向の中央の面に対して、基板２１３の図中下面側においては基板２１３が伸び、図中上面側においては基板２１３が収縮する。
【００６２】
これにより、図中に点線で示すように、基板２１３において、基板２１１に貼り合わされた領域の外端においては、基板２１３の表面における回路領域２１６の設計仕様に対する倍率歪みが基板２１１に対して拡大したかのように歪む。このため、図中に点線のずれとして現れるように、基板ホルダ２２１に保持された下側の基板２１１と、基板ホルダ２２３から解除された上側の基板２１３との間に、基板２１３の伸び量すなわち倍率歪みの相違に起因する位置ずれが生じる。
【００６３】
更に、図１１に示すように、上記の状態で基板２１１、２１３が接触して貼り合わされると、基板２１３の拡大された倍率歪みが固定される。更に、図１２に示すように、貼り合わせにより固定される基板２１３の伸び量は、基板２１１、２１３の外周に境界Ｋが移動するほど累積される。
【００６４】
上記のような貼り合わせ過程倍率歪みの量は、貼り合わされる基板２１１、２１３の剛性、基板２１１、２１３に挟まれる雰囲気の粘性、基板２１１、２１３間の吸着力等の物理量に基づいて算出できる。また、貼り合わされる基板２１１、２１３と同一のロットで製造された基板を貼り合わせて生じたずれ量を予め測定して記録し、記録した測定値を当該ロットの基板２１１、２１３の貼り合わせにおいて生じる貼り合わせ過程倍率歪みに関する情報として制御部１５０が取得してもよい。なお、本実施形態において、貼り合せ過程とは、基板２１１、２１３が互いに一部で接触してから、接触領域の拡大が終了するまでの過程である。
【００６５】
図１３は、平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２２１を用いた場合に生じる倍率歪みによる積層基板２３０での位置ずれを示す模式図である。図中の矢印は、固定側の基板２１１を基準としたときの解除側の基板２１３の位置ずれを示すベクトルであり、その方向により位置ずれの方向を表し、その長さにより位置ずれの大きさを表す。図示のずれは、積層基板２３０の中心点から面方向に放射状に漸増するずれ量を有する。なお、図示の倍率歪みは、基板２１１、２１３を貼り合わせる前に生じた初期倍率歪みおよび吸着倍率歪みと、基板２１１、２１３を貼り合わせる過程で生じた貼り合わせ過程倍率歪みとを含む。
【００６６】
なお、基板２１１、２１３を貼り合わせる場合は、一方の基板、例えば基板２１１を保持した状態で他方の基板２１３を解放する。このため、基板２１１、２１３が貼り合わされる時点では、保持された基板２１１が形状を固定されているのに対して、解放された基板２１３は歪みつつ貼り合わされる。よって、固定されたまま貼り合わされる基板２１１については貼り合わせ過程倍率歪みを考慮しなくてもよいが、解放される基板２１３については、貼り合わせ過程倍率歪みを考慮することが望ましい。
【００６７】
固定された基板２１１が、基板ホルダ２２１の形状等により歪んだ状態で保持されている場合、解放された基板２１３に対しては、貼り合わせ過程倍率歪みと吸着倍率歪みとの両方を考慮することが望ましく、更には、歪んだ基板２１１の形状に基板２１３が倣うことにより生じる吸着倍率歪みのような歪みも考慮することが好ましい。
【００６８】
このように、貼り合わせる基板２１１、２１３における貼り合わせ後の最終的な倍率歪みの差は、基板２１１、２１３が当初より有している初期倍率歪みの差に、基板２１１、２１３を基板ホルダ２２１、２２３等に保持させた場合に生じる吸着倍率歪みの差と、貼り合わせの過程で保持が解除される基板２１３の貼り合わせ過程倍率歪みとが重なって形成される。
【００６９】
上述のように、基板２１１、２１３を積層して形成される積層基板２３０に生じる位置ずれは、初期倍率歪みの差、吸着倍率歪みの差、および貼り合わせ過程倍率歪みの差の大きさと関連する。また、基板２１１、２１３に生じる倍率歪みは、反り等の基板の歪みと関連する。
【００７０】
更に、これら初期倍率歪みの差、吸着倍率歪みの差、および貼り合わせ過程倍率歪みの差は、上記のように、貼り合わせ前の測定、計算等により推定できる。よって、貼り合わせる基板２１１、２１３について推定された貼り合わせ後の最終的な倍率歪みの差に基づいて、この差を補正するための対策を予め講じることができる。
【００７１】
対策の一例として、固定側用の複数の基板ホルダ２２１から、その保持面の曲率が最終的な倍率歪みの差を補正できるものを選択することが考えられる。図１４は、湾曲した保持面を有する固定側用の基板ホルダ２２１を用いて空気抵抗起因の倍率歪みを補正した場合の、基板ホルダ２２１上での基板２１１、２１３の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【００７２】
図１４に示されるように、固定側用の基板ホルダ２２１の保持面２２５は湾曲している。このような形状の保持面２２５に基板２１１が吸着された場合、基板２１１が湾曲した状態では、図中に破線で示す基板２１３の厚さ方向の中心部Ａに比較して、基板２１１の図中の上面である表面では、基板２１１の表面が中心から周縁部に向けて面方向に拡大するように形状が変化する。また、基板２１１の図中の下面である裏面においては、基板２１１の表面が中心から周縁部に向けて面方向に縮小するように形状が変化する。
【００７３】
このように、基板２１１を基板ホルダ２２１に保持させることにより、基板２１１の図中上側の表面は、基板２１１が平坦な状態に比較すると拡大される。このような形状の変化により、他の基板２１３との最終的な倍率歪みの差、すなわち、この差に起因する位置ずれを補正できる。更に、湾曲した保持面２２５の曲率が異なる複数の基板ホルダ２２１を用意し、最終的な倍率歪みの差に起因する位置ずれの量が予め定められた閾値以下となる曲率の保持面２２５を有する基板ホルダ２２１を選択することで、その補正量を調節できる。
【００７４】
図４または図１４における実施形態では、基板ホルダ２２１の保持面２２５は、中央で盛り上がる形状を有していた。これに代えて、保持面２２５の周縁部に対して中央部が陥没した基板ホルダ２２１を用意して基板２１１を保持させることで、基板２１１の貼り合わせ面における倍率を縮小させ、貼り合わせ面に形成された回路領域２１６の設計仕様に対する位置ずれを調整することもできる。
【００７５】
以上、図１０から１３を参照して、貼り合わせる基板２１１、２１３に生じる平面歪みに含まれる線形歪みのうちの倍率歪み、特に貼り合わせ過程倍率歪みを説明した。また、図１４を参照して、貼り合わせる基板２１１、２１３について推定された貼り合わせ後の最終的な倍率歪みの差に基づいて、この差を補正するための対策の一例を説明した。
【００７６】
次に、貼り合わせる基板２１１、２１３に生じる平面歪みに含まれる非線形歪みのうち、基板２１１、２１３の結晶配向に起因する異方性、すなわち結晶異方性に起因する歪みを説明する。
【００７７】
図１５は、シリコン単結晶基板２０８における結晶異方性とヤング率との関係を示す模式である。図１５に示すように、（１００）面を表面とするシリコン単結晶基板２０８においては、中心に対するノッチ２１４の方向を０°とするＸ−Ｙ座標において、０°方向および９０°方向においてヤング率が１６９ＧＰａと高く、４５°方向においては、ヤング率が１３０ＧＰａと低い。このため、シリコン単結晶基板２０８を用いて作製した基板２１０においては、基板２１０の周方向に曲げ剛性の不均一な分布が生じる。すなわち、ボンディングウェーブが基板２１０の中心から周縁部に向けて進行したときの進行方向によって、基板２１０の曲げ剛性が異なっている。曲げ剛性は、基板２１０を曲げる力に対する変形のし易さを示しており、弾性率としてもよい。
【００７８】
図１６は、シリコン単結晶基板２０９における結晶異方性とヤング率との関係を示す模式である。図１６に示すように、（１１０）面を表面とするシリコン単結晶基板２０９においては、中心に対するノッチ２１４の方向を０°とするＸ−Ｙ座標において、４５°方向のヤング率が１８８ＧＰａと最も高く、０°方向のヤング率がそれに続いて１６９ＧＰａである。更に、９０°方向におけるヤング率は最も低い１３０ＧＰａである。このため、シリコン単結晶基板２０９を用いて作製した基板２１０においては、基板２１０の周方向に曲げ剛性の不均一且つ複雑な分布が生じる。
【００７９】
このように、結晶異方性がそれぞれ異なるシリコン単結晶基板２０８、２０９の何れを用いた基板２１０においても、その周方向に曲げ剛性の不均一な分布が生じる。曲げ剛性が異なる領域間では、その曲げ剛性の大きさに応じて、図１０から図１２までを参照して説明した貼り合わせ過程で生じる歪みの大きさが異なる。具体的には、剛性が低い領域の歪みの大きさが、剛性が高い領域に比べて小さくなる。このため、基板２１１、２１３を積層して製造した積層基板２３０においては、積層基板２３０の周方向について不均一な回路領域２１６の位置ずれが生じる。
【００８０】
図１７は、解除する側の基板２１０が部分的に湾曲を有していた場合に生じる非線形歪みによる積層基板２３０での位置ずれを示す模式図である。図１７に示す非線形歪みによる位置ずれは、図１３に示した空気抵抗起因の倍率歪みによる位置ずれを含んでいない。
【００８１】
図１７に示される通り、積層基板２３０における非線形歪み起因の位置ずれは、第２象限と第４象限とで大きく発生しているが、積層基板２３０の中心から径方向に沿う位置ずれ量の規則的な分布は無い。図１７を参照すれば、非線形歪み起因の位置ずれとは、基板２１１、２１３のそれぞれの構造物の設計位置に対して変位した位置を線形変換により表すことができないものであることがわかる。
【００８２】
非線形歪みは、多種多様な要因が相互に影響し合うことによって生じるが、その主たる要因は、図１５および図１６を参照して説明したシリコン単結晶基板２０８、２０９における結晶異方性、及び、基板２１０の製造プロセスである。図２を参照して説明した通り、基板２１０の製造プロセスにおいて、基板２１０には複数の構造物が形成される。例えば、構造物として、複数の回路領域２１６と、スクライブライン２１２と、複数のアライメントマーク２１８とが基板２１０に形成される。複数の回路領域２１６の各々には、構造物として、フォトリソグラフィ技術等より形成された配線、保護膜等の他、基板２１０を他の基板２１０、リードフレーム等に電気的に接続する場合に接続端子となるパッド、バンプ等の接続部も配されている。これらの構造物の構造や配置、すなわち構造物の構成は基板２１０の面内の剛性分布や面内応力分布に影響を与え、剛性分布や面内応力分布にムラが生じると、基板２１０には部分的に湾曲が発生する。
【００８３】
これらの構造物の構成は、基板２１０毎に異なっていても、ロジックウエハ、ＣＩＳウエハ、メモリウエハ等の基板２１０の種類毎に異なっていてもよい。また、製造プロセスが同じであっても、製造装置に依って構造物の構成が多少異なることも考えられるので、それらの構造物の構成は基板２１０の製造ロット毎に異なっていてもよい。このように、基板２１０に形成される複数の構造物の構成は、基板２１０毎、基板２１０の種類毎、基板２１０の製造ロット毎、又は、基板２１０の製造プロセス毎に異なり得る。それゆえに、基板２１０の面内の剛性分布も同様に異なる。従って、製造プロセスおよび貼り合せ過程で生じる基板２１０の湾曲状態も同様に異なる。
【００８４】
一対の基板２１０を貼り合わせる際、貼り合わされる他方の基板２１０に向けて凹状となる湾曲が部分的に発生している基板２１０を解除する側にすると、基板２１０において湾曲が生じている箇所は、湾曲が生じていない箇所に比べて、他の基板２１０と貼り合わされるときに他の基板２１０との間の距離が大きくなる。そのため、湾曲が生じている箇所では湾曲が生じていない箇所に比べてボンディングウェーブの進行が遅くなり、解除側の基板２１０における湾曲が生じていた箇所にしわ寄せが生じ、これが原因で貼り合わせた積層基板２３０に非線形歪みが生じることになる。すなわち、部分的な湾曲と非線形歪みとの間には相関があり、貼り合わせる前における解除側の基板２１０の湾曲が大きい箇所は、貼り合わせた後における積層基板２３０に発生する非線形歪みも大きくなる。ただし、この因果関係は、部分的な湾曲による歪み以外の歪みが無い場合に当てはまる。一方で、貼り合わせる基板２１０が部分的な湾曲を有する場合であっても、部分的な湾曲により生じ得る非線形歪みが、例えば結晶異方性に起因する歪みでキャンセルされる場合もあり得る。
【００８５】
一対の基板２１１、２１３のうち、貼り合わせの際に固定する側の基板２１０に、貼り合わせ前から湾曲が生じていた場合、その一方の側の全面が基板ホルダ２２０等によって吸着されて固定された状態が維持されるので、自身の湾曲に起因する非線形歪みは生じず、貼り合わせ後の基板２１１、２１３間には固定された基板の湾曲に起因する非線形な位置ずれも発生しない。ただし、固定側の基板２１０には吸着倍率歪み等は生じているかもしれないが、このような歪は、解除側の基板２１０に生じる歪みに比べたら小さく、その影響は殆どないので無視してもよい。一方で、貼り合わせの際に解除する側の基板２１０に部分的な湾曲が生じていた場合、上記の理由で、貼り合わせた一対の基板２１１、２１３間には非線形歪み起因の位置ずれが生じる。そこで、制御部１５０が、基板２１１、２１３の貼り合わせ前にそれぞれの湾曲に関する情報を取得し、基板２１１、２１３のそれぞれの湾曲に関する情報に基づいて基板２１１、２１３のいずれかを解除側に決定し、決定に基づいて貼り合わせ部３００が貼り合わせれば、非線形歪みに起因する位置ずれを抑えることができる。なお、湾曲に関する情報は、歪みに関する情報に含まれる。
【００８６】
基板２１１、２１３の湾曲に関する情報には、基板２１１、２１３の湾曲を計測することにより得られる情報と、基板２１１、２１３に湾曲を生じさせる原因に関する情報とが含まれる。基板２１１、２１３の湾曲を計測することにより得られる情報には、基板２１１、２１３の反りの大きさ、反りの方向、反っている部分、反りの振幅、撓みの大きさ、撓みの方向、撓みの振幅、撓んでいる部分、内部応力、応力分布等の湾曲の特性が含まれる。基板２１１、２１３に湾曲を生じさせる原因に関する情報には、基板２１１、２１３の製造プロセス、基板２１１、２１３の種類、基板２１１、２１３に形成された構造物の構成が含まれる。制御部１５０は、基板２１１、２１３の湾曲に関する情報を、積層基板製造装置１００よりも前に行われるプロセスで使用される露光装置、成膜装置等の前処理装置から取得してもよい。また、積層基板製造装置１００において、貼り合わせ部３００よりも前に行われるプロセスで使用される、例えばプリアライナ５００から取得してもよい。制御部１５０は、取得した情報に基づいて決定した情報を、搬送部１４０、プリアライナ５００および貼り合わせ部３００の少なくとも何れかに出力する。
【００８７】
本実施形態においては、例えば前処理装置において、基板２１１、２１３の湾曲を実際に計測する。図１８は、撓み計測と反りの算出方法を説明する図である。図１８における方法では、先ず、対象基板としての基板２１１、２１３の撓みを計測する。具体的には、重力下において、基板２１１、２１３の裏面の面方向の中心を支持して中心の周りに回転させながら、顕微鏡等の非接触距離計により基板２１１、２１３の表面または裏面を観察し、顕微鏡の光学系が有する自動合焦機能から得られた距離情報の分布に基づいて、表面または裏面の位置を計測する。
【００８８】
これにより、重力下における基板２１１、２１３の撓みの大きさと向きとを含む撓み量を測定できる。基板２１１、２１３の撓み量は、支持された中心を基準としたときの基板２１１、２１３の厚さ方向の表面または裏面の位置の変位から求められる。次に、制御部１５０が基板２１１、２１３の撓み量の情報を取得し、これを基板中心から径方向に沿う線形的な成分と非線形的な成分とに分解する。図１８において、基板２１１、２１３の撓み量の線形的な成分は平均撓み（Ａ）として放物線状に示され、非線形的な成分は外周での撓みの振幅（Ｂ）として波線状に示されている。
【００８９】
次に、基準基板としてのベアシリコンの撓みを計測する。ベアシリコンは、構造物が形成されていない基板２１１、２１３であって、反りが生じていない基板２１１、２１３と見なすことができる。基板２１１、２１３と同じ測定条件で、ベアシリコンの撓み量を測定する。そして、制御部１５０がベアシリコンの撓み量の情報を取得し、これをベアシリコン中心から径方向に沿う線形的な成分（図１８の（Ａ））と非線形的な成分（図１８の（Ｂ））とに分解する。
【００９０】
そして、基板２１１、２１３の外周での撓みの振幅から、ベアシリコンの外周での撓みの振幅を減算する。これにより、無重力下での計測値と見なすことができる、基板２１１、２１３の反り量の非線形的な成分を算出できる。図１８において、基板２１１、２１３の反り量の非線形的な成分は外周での反りの振幅（Ｂ）として波線状に示されおり、上記のローカル反りに対応する。なお、無重力下で計測される変形量としての反り量がこの方法で算出できる理由は、重力下で計測される変形量としての撓み量に含まれる、自重による変形量が上記減算によって実質的に差し引かれるためである。
【００９１】
なお、基板２１１、２１３の平均撓みから、ベアシリコンの平均撓みを減算することによって、無重力下での計測値と見なすことができる基板２１１、２１３の反り量の線形的な成分を算出でき、これは上記のグローバル反りに対応する。図１８において、基板２１１、２１３の反り量の線形的な成分は平均反り（Ａ）として放物線状に示されている。
【００９２】
最後に、基板２１１、２１３を解除側の基板として貼り合わせる際の状況を反映させる。具体的には、基板２１１、２１３の表面が下向きとなる姿勢および重力方向を考慮して基板２１１、２１３の外周での反りの振幅を変換することで、基板２１１、２１３の表面の面方向の中心を支持して上記のように計測したと仮定した場合における基板２１１、２１３の外周での反りの振幅を予測値として算出する。
【００９３】
このようにして算出された、基板２１１、２１３の湾曲に関する情報としての、基板２１１、２１３を解除側の基板に仮定した場合における基板２１１、２１３のそれぞれの外周での反りの振幅すなわち波状に変形した外周部の山と谷との幅に基づいて、制御部１５０は、基板２１１、２１３のいずれを解除側の基板とするか決定する。例えば、外周での反りの振幅の最大値の大小を比較して、最大値が大きい方を固定側に決定してもよく、外周での反りの振幅の平均値の大小を比較して、平均値が大きい方を固定側に決定してもよい。また、このように比較を行わずに、基板２１１、２１３のそれぞれの外周での反りの振幅の情報から、それぞれの湾曲の特性を判断し、解除側または固定側にするか決定してもよい。言うまでもなく、基板２１１、２１３の何れか一方が、その外周での反りの振幅が０であると算出された、すなわち、部分的な湾曲が発生していないと判明したならば、その一方は解除側に決定する。
【００９４】
基板２１１、２１３のいずれを解除側または固定側にするかの他の判断基準として、追加的に又は代替的に、グローバル反りの向きと量を用いてもよい。この場合には、例えばグローバル反りの向きが、二つの基板２１１、２１３のうち貼り合わされる他の基板に向かって凸状である基板を解除側にして、貼り合わされる他の基板に向かって凹状である基板を固定側にしてもよい。
【００９５】
また、二つの基板２１１、２１３のうち、ローカル反りの形状が急峻である方を固定側にしてもよい。また、二つの基板２１１、２１３のそれぞれに貼り合わせ過程で生じ得る歪み量を実測、算出または推定し、歪み量が少ない方を解除側にしてもよい。また、予め歪み補正量を算出して、貼り合せた場合に歪み補正量が少なくなる方を解除側にしてもよい。
【００９６】
基板２１１、２１３のいずれを解除側または固定側にするかの他の判断方法として、グローバル反り量が大きい方の基板を解除側にすると、グローバル反り量が小さい方の基板を解除側にする場合に比べて、上ステージ３２２への吸着のときに生じる倍率歪み、接合のときに他方の基板の形状に倣うことにより生じる倍率歪み、接合中の空気抵抗起因の倍率歪み、結晶方位に応じた剛性の差による周方向の倍率差、等が大きくなるという理由で、グローバル反り量が大きい方の基板を固定側としてもよい。二つの基板２１１、２１３の両方が凸状または凹状である場合は、反り量が大きい方を固定側にし、反り量が小さい方を解除側にする。基板２１１、２１３の形状測定は、上記した反り測定により行ってもよい。
【００９７】
また、二つの基板２１１、２１３のうち、グローバル反りが生じている基板と、ローカル反りが生じている基板とを貼り合わせる場合には、非線形歪みが生じやすい、ローカル反りが生じている基板を固定側にしてもよい。つまり、二つの基板２１１、２１３のうち、貼り合わせ前に既に生じている非線形歪、または、貼り合わせ過程で生じ得る非線形歪みが、小さい方を解除側にしてもよい。
【００９８】
また、二つの基板２１１、２１３のうち、一方の基板が、複数の回路領域２１６が形成された面の側が凹状となるように反っている場合、すなわち貼り合わされる他方の基板に向けて凹状の場合、一対の基板２１１、２１３が互いに一部で接触してから一方の基板を解除したときに、その一部と周縁部との間の領域よりも周縁部が先に接触してしまう虞がある。このため、他方の基板に向けて凹状の基板を固定側としてもよい。
【００９９】
また、中央部が外周部に比べて突出するように湾曲した形状の保持面を有する基板ホルダの凸量に対応する補正量や、例えば図２２から図２４で詳述するアクチュエータを用いた歪み補正機構の補正可能な最大値を超えると、歪みを補正できない。このため、二つの基板２１１、２１３のうち、必要となる歪み補正量が大きい方、すなわち歪み補正機構の補正可能な最大値を超える可能性が高い基板を固定側としてもよい。この場合、二つの基板２１１、２１３のうちの一方の基板の初期倍率歪みがＸｐｐｍ、他方の基板の初期倍率歪みがＹｐｐｍの場合、一方の基板を解除側にした場合の接合後倍率歪みの差である歪み補正量｛Ｙ−［Ｘ＋（空気抵抗起因の倍率歪み）］｝と、他方の基板を解除側にした場合の接合後倍率歪みの差である歪み補正量｛Ｘ−［Ｙ＋（空気抵抗起因の倍率歪み）］｝とを比べることで、歪み補正量が大きい方を判断してもよい。
【０１００】
また、湾曲が大きいほど、すなわち曲率が大きいほど、貼り合わせ過程で生じる歪みの大きさが大きくなることがある。この場合、二つの基板２１１、２１３のうち、湾曲が大きい基板を固定側としてもよい。また、貼り合わせる一対の基板２１１、２１３が、貼り合わせる前の状態で両方とも湾曲が生じていない平坦な基板である場合、一対の基板２１１、２１３間の剛性分布の差に応じて空気抵抗起因の倍率歪みが変わることがある。この場合、解除側としたときに空気抵抗起因の倍率歪みがより大きい方を、固定側としてもよい。
【０１０１】
また、貼り合わせる一対の基板２１１、２１３の一方が複数の画素を有するＣＩＳウエハで、他方がロジックウエハまたはメモリウエハである場合は、ＣＩＳウエハを解除側としてもよい。これらの判断手法に共通する考え方は、貼り合わせの過程で生じる歪みが大きい方を固定側にするというものである。この場合に、任意の歪み補正手段による歪み補正が可能となる方を解除側にすると考えてもよい。
【０１０２】
上記の通り、基板２１１、２１３の歪みは、基板２１１、２１３毎、基板２１１、２１３の種類毎、基板２１１、２１３の製造ロット毎、又は、基板２１１、２１３の製造プロセス毎に異なり得る。よって、基板２１１、２１３のいずれを固定側または解除側にするかの決定は、基板２１１、２１３を貼り合わせる毎、基板２１１、２１３の種類毎、基板２１１、２１３の製造ロット毎、および、基板２１１、２１３の製造プロセス毎の何れかで実行してもよい。
【０１０３】
以上、主たる実施形態を、図１から１８を用いて説明した。主たる実施形態において、基板２１１、２１３を基板ホルダ２２１等により吸着して強制的に平坦にした状態で、ラマン散乱等により基板２１１、２１３の残留応力を計測して、この残留応力を基板の歪みに関する情報としてもよい。また、基板２１１、２１３の歪みは、プリアライナ５００において測定してもよい。
【０１０４】
一方、基板２１１、２１３の歪みを測定せずに、制御部１５０は、解析的に基板２１１、２１３の歪みに関する情報を取得して、基板２１１、２１３を解除側または固定側にするか決定してもよい。その場合は、基板２１１、２１３の製造プロセス、基板２１１、２１３に形成した回路領域２１６等の構造物の構成や材料、基板２１１、２１３の種類、基板２１１、２１３における応力分布に関する情報に基づいて、基板２１１、２１３に生じる歪みの大きさおよび向き、基板２１１、２１３の形状等を推定してもよい。この場合、貼り合わせ後の最終的な倍率歪みや最終的な非線形歪みを上記したように算出し、これらに基づいた総合的な判断により、基板２１１、２１３のいずれを解除側または固定側にするか決定する。また、上記構造物を形成する過程で生じた基板２１１、２１３に対する製造プロセス、すなわち、成膜等に伴う熱履歴、エッチング等の化学処理に関する情報を反りの原因となる情報として、これらの情報に基づいて基板２１１、２１３に生じる歪みを推定してもよい。
【０１０５】
また、基板２１１、２１３に生じる歪みを推定する場合に、基板２１１、２１３に生じた歪みの原因となり得る基板２１１、２１３の表面構造、基板２１０に積層された薄膜の膜厚、成膜に用いたＣＶＤ装置等の成膜装置の傾向、ばらつき、成膜の手順、条件等の周辺情報を併せて参照してもよい。これらの周辺情報は、歪みを推定することを目的として、改めて測定してもよい。
【０１０６】
更に、上記のような基板２１１、２１３の歪みを推定するには、同等の基板を処理した過去のデータ等を参照してもよいし、貼り合わせる基板２１１、２１３と同等の基板に対して想定されるプロセスの実験をして、歪みに含まれる反り量と倍率歪みとの関係、反り量の違いと両基板間の倍率歪み差との関係、または、両基板間の倍率歪み差すなわち位置ずれ量が予め定められた閾値以下となる反り量の組み合わせのデータを予め用意してもよい。更に、貼り合わせる基板２１１、２１３の成膜構造、成膜条件に基づいて、有限要素法等により反り量を解析的に求めてデータを用意してもよい。
【０１０７】
なお、基板２１１、２１３に対する歪み量の測定は、積層基板製造装置１００の外部で実行してもよいし、積層基板製造装置１００、または、積層基板製造装置１００を含むシステムの内部に基板２１１、２１３の歪みを測定する装置を組み込んでもよい。更に、内外の測定装置を併用して、測定項目を増やしてもよい。
【０１０８】
図１９は、複数の回路領域２１６が表面に形成されている基板５１１、５１３を示す模式図である。複数の回路領域２１６は、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みによる積層基板２３０での位置ずれの量が、予め定められた閾値以下となるように、予め配置が補正されている。ここでは、少なくとも貼り合わせ部３００に搬入する前の段階で、制御部１５０が、例えば基板５１１、５１３の種類や製造プロセスに基づいて、基板５１３を解除側にすると仮で決定し、基板５１１を固定側にすると仮で決定する。また、基板５１１、５１３は、図１５を用いて説明したシリコン単結晶基板２０８から形成されている。
【０１０９】
上記の実施形態においては、空気抵抗起因の倍率歪みを予め補正する方法として、固定側用の基板ホルダ２２１として保持面２２５が湾曲したものを選択した。しかしながら、基板ホルダ２２１、２２３または上ステージ３２２、下ステージ３３２の加工、取扱い等がより容易であるのは、それらの保持面が平坦な方である。そこで、本実施形態は、保持面２２５が湾曲した固定側用の基板ホルダ２２１によって補正する方法に代えて、解除側にすると仮で決定した基板５１３の表面に形成する複数の回路領域２１６の配置を予め補正して形成することによって、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みによる積層基板２３０での位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるようにする。なお、解除側用の基板ホルダ２２３は、ボイド対策用に保持面２２７が湾曲したものを選択する。
【０１１０】
固定側にすると仮で決定された基板５１１には、貼り合わせの際に固定された状態が維持されるので、空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みが生じないものと予測する。そのため、基板５１１においては、同じマスクを用いた露光を繰り返して基板５１１全体に複数の回路領域２１６を形成する場合に、ショットマップを補正しないで、基板５１１の全体に渡って複数の回路領域を等間隔で形成する。
【０１１１】
一方で、解除側にすると仮で決定された基板５１３には、貼り合わせの際に解除されて空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みが生じるものと予測する。そこで、基板５１３においては、同じマスクを用いた露光を繰り返して基板５１３全体に複数の回路領域２１６を形成する場合に、空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みによる位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるようにショットマップを補正する。基板５１３の中心から周縁部に向けて、複数の回路領域２１６の間隔を全体に渡って徐々に狭くしつつ、結晶方位４５°方向に対応する領域に形成する複数の回路領域２１６の径方向および周方向の間隔を、０°方向及び９０°方向の間隔よりも広くする。これによって、解除側にすると仮で決定された基板５１３が、後に実行される、基板５１１、５１３の歪みに関する情報に基づく決定においても解除側にすると決定された場合に、固定側用の基板ホルダ２２１の保持面２２５が平坦であっても、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みによる積層基板２３０での位置ずれを予め定められた閾値以下に抑えることができる。なお、補正する歪みが倍率歪みだけである場合は、ショットマップの補正時に、基板５１３の中心から周縁部に向けて、複数の回路領域２１６の間隔は一定にし、その間隔の一定値を倍率の大きさに応じて変更する。
【０１１２】
図２０は、図１９に示された予め補正されている基板５１１、５１３を貼り合わせる手順を示す流れ図である。図２１は、上記の仮の決定とは逆に、図１９に示された基板５１１を解除する側に決定した場合において、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪みを補正する方法を説明する図である。
【０１１３】
先ず、基板５１１を貼り合わせ部３００の下ステージ３３２で固定し、基板５１３を貼り合わせ部３００の上ステージ３２２から解除すると仮で決定し（ステップＳ２０１）、仮の決定に基づいて、積層基板製造装置１００よりも前に行われるプロセスで使用される露光装置、成膜装置等の前処理装置で、基板５１１の表面に複数の回路領域２１６を等間隔に形成し、上記のように配置が予め補正された複数の回路領域２１６を基板５１３の表面に形成する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０１の仮の決定は、上記の前処理装置で行ってもよく、積層基板製造装置１００の制御部１５０で行って前処理装置に出力してもよい。また、固定側および解除側の何れとするかが貼り合わせる基板５１１、５１３毎に予め定められていて、その情報が前処理装置のメモリに格納されていてもよい。
【０１１４】
次に、貼り合わせる基板５１１、５１３のそれぞれの歪みに関する情報を取得し（ステップＳ１０１）、取得した情報に基づいて、基板５１１、５１３のいずれに対して、貼り合わせ部３００の下ステージ３３２による保持を維持するか、または、貼り合わせ部３００の上ステージ３２２による保持を解除するかを決定する（ステップＳ１０２）。
【０１１５】
ステップＳ２０１で解除側にすると仮で決定した基板５１３をステップＳ１０２で解除側にすると決定した場合は（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３以降に進み、上記の通り、保持面２２７が湾曲した解除側用の基板ホルダ２２３で基板５１３を保持し、保持面２２５が平坦な固定側用の基板ホルダ２２１で基板５１１を保持し、貼り合わせ部３００にて基板５１３と基板５１１とを貼り合わせて積層基板２３０を形成する。
【０１１６】
一方で、ステップＳ２０１で解除側にすると仮で決定した基板５１３をステップＳ１０２で固定側にすると決定した場合は（ステップＳ２０３：ＮＯ）、固定側用の基板ホルダ２２２として、空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みによる位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるような曲率の湾曲した形状の保持面２２５を有するものを選択した後（ステップＳ２０４）、ステップＳ１０３以降に進み、保持面２２７が湾曲した解除側用の基板ホルダ２２３で基板５１１を保持し、保持面２２５が湾曲した固定側用の基板ホルダ２２２で基板５１３を保持し、図２１に示されるように、貼り合わせ部３００にて基板５１１と基板５１３とを貼り合わせて積層基板２３０を形成する。なお、ステップＳ２０４で選択される固定側用の基板ホルダ２２２を用いた歪み補正量は、ステップＳ２０２における歪み補正分をキャンセルし、且つ、上記の位置ずれの量を予め定められた閾値以下にする必要があるので、例えばステップＳ２０２における歪み補正量の２倍程度になる。基板５１１、５１３間での初期倍率歪みの差分も考慮すると、２倍程度から多少増減する。
【０１１７】
以上の通り、本実施形態においては、解除側にすると仮で決定された基板５１３が、基板５１１、５１３の歪みに関する情報に基づく決定においても解除側にすると決定された場合に、固定側用の基板ホルダ２２１の保持面２２５が平坦であっても、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みによる積層基板２３０での位置ずれを予め定められた閾値以下に抑えることができる。更に、解除側にすると仮で決定された基板５１３が、基板５１１、５１３の歪みに関する情報に基づく決定において固定側にすると決定された場合であっても、所定の曲率で保持面２２５が湾曲した固定側用の基板ホルダ２２２を選択することによって、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の非線形歪みによる積層基板２３０での位置ずれを予め定められた閾値以下に抑えることができる。
【０１１８】
図２２から図２４は、二つの基板２１１、２１３間に生じる歪み量の差による位置ずれを補正する方法として、図１４に示した実施形態とは別の実施形態を示している。別の実施形態では、解除側の基板２１３の空気抵抗起因の倍率歪みの大きさに応じて、固定側の基板２１１を保持する下ステージ６３２の表面形状を変化させ、固定側の基板２１１での補正量を調整する。
【０１１９】
図２２は、別の実施形態による貼り合わせ部６００の一部の模式的断面図である。貼り合わせ部６００は、上記の実施形態における貼り合わせ部３００の下ステージ３３２の構成が異なる点を除いて他の構成は同一であるため説明を省略する。なお、基板ホルダ２２１、２２３のそれぞれの保持面２２５、２２７は任意の形状であってもよい。
【０１２０】
貼り合わせ部６００の下ステージ６３２は、基部６１１と、複数のアクチュエータ６１２と、吸着部６１３とを備える。基部６１１は、複数のアクチュエータ６１２を介して吸着部６１３を支持する。
【０１２１】
吸着部６１３は、真空チャック、静電チャック等の吸着機構を有し、下ステージ６３２の上面を形成する。吸着部６１３は、搬入された基板ホルダ２２１を吸着して保持する。
【０１２２】
複数のアクチュエータ６１２は、吸着部６１３の下方で吸着部６１３の下面に沿って配されている。また、複数のアクチュエータ６１２は、制御部１５０の制御の下で、外部からポンプ６１５およびバルブ６１６を介して圧力源６２２から作動流体が供給されることにより個別に駆動する。これにより複数のアクチュエータ６１２は、下ステージ６３２の厚さ方向すなわち基板２１１、２１３の貼り合わせ方向に、個々に異なる伸縮量で伸縮して、吸着部６１３の結合された領域を上昇または下降させる。
【０１２３】
また、複数のアクチュエータ６１２は、それぞれリンクを介して吸着部６１３に結合される。吸着部６１３の中央部は、支柱６１４により基部６１１に結合される。複数のアクチュエータ６１２が動作した場合、複数のアクチュエータ６１２が結合された領域毎に吸着部６１３の表面が厚さ方向に変位する。
【０１２４】
図２３は、アクチュエータ６１２のレイアウトを示す模式図である。複数のアクチュエータ６１２は、支柱６１４を中心として放射状に配される。また、複数のアクチュエータ６１２の配列は、支柱６１４を中心とした同心円状ともとらえることができる。複数のアクチュエータ６１２の配置は図示のものに限られず、例えば格子状、渦巻き状等に配置してもよい。これにより、基板２１１を、同心円状、放射状、渦巻き状等に形状を変化させて補正することもできる。
【０１２５】
図２４は、貼り合わせ部６００の一部の動作を示す模式図である。図示のように、バルブ６１６を個別に開閉することにより複数のアクチュエータ６１２を伸縮させて、吸着部６１３の形状を変化させることができる。よって、吸着部６１３が基板ホルダ２２１を吸着しており、且つ、基板ホルダ２２１が基板２１１を保持している状態であれば、吸着部６１３の形状を変化させることにより、基板ホルダ２２１および基板２１１の形状を変化して湾曲させることができる。
【０１２６】
図２３に示した通り、複数のアクチュエータ６１２は、同心円状、即ち、下ステージ６３２の周方向に配列されていると見做すことができる。よって、図２３に点線Ｍで示すように、周毎の複数のアクチュエータ６１２をグループにして、周縁に近づくほど駆動量を大きくすることにより、吸着部６１３の表面において中央を隆起させて、球面、放物面、円筒面等の形状に変化させることができる。
【０１２７】
これにより、湾曲した基板ホルダ２２１に基板２１１を保持させた場合と同様に、基板２１１を、球面、放物面等に倣って形状を変化させて湾曲させることができる。よって、図２４中に一点鎖線で示す基板２１１の厚さ方向の中心部Ｂを境に、基板２１１の図中上面では、基板２１１の表面が面方向に拡大するように形状を変化させる。また、基板２１１の図中下面においては、基板２１１の表面が面方向に縮小するように形状を変化させる。更に、複数のアクチュエータ６１２の伸縮量を個別に制御することにより、円筒面等の他の形状の他、複数の凹凸部を含む非線形々状に基板２１１の形状を変化させて湾曲させることもできる。
【０１２８】
よって、制御部１５０を通じて複数のアクチュエータ６１２を個別に動作させることにより、基板２１１の表面における複数の回路領域２１６の設計仕様に対するずれを、部分的または全体的に調整できる。また、複数のアクチュエータ６１２の動作量により形状を変化させる量を調整できる。
【０１２９】
上記の例では、吸着部６１３が、中央で盛り上がる形状を有していた。しかしながら、吸着部６１３の周縁部において複数のアクチュエータ６１２の動作量を増加させて、吸着部６１３の周縁部に対して中央部を陥没させることにより、基板２１１の表面における複数の回路領域２１６の倍率歪みを縮小することもできる。なお、これらに加えて、基板２１１、２１３の倍率歪みを補正すべく、温度調節による熱膨張または熱収縮等、他の補正方法を更に導入してもよい。
【０１３０】
温度調節により基板２１１、２１３の歪みを補正する場合、貼り合せ時に保持を解除する側の基板を冷却すること、または、固定側の基板を加熱することが好ましい。また、二つの基板２１１、２１３のうち一方を加熱することにより補正する場合は、加熱した基板を下ステージ３３２に保持すると、加熱した基板から発した熱が上ステージ３２２に向けて上昇し、上ステージ３２２に保持された基板に伝わることによって当該基板に変形が生じることがあるため、加熱する方の基板を上ステージ３２２に保持し、他方の基板を下ステージ３３２に保持することが好ましい。すなわち、この場合、下ステージ３３２に保持される他方の基板を解除側用の基板とすることが好ましい。
【０１３１】
以上の複数の実施形態において、固定側用の基板ホルダと解除側用の基板ホルダとの形状が異なるため、基板を基板ホルダに保持させる際に、既に解除側か固定側かを決定しているものとして説明した。この場合、積層基板製造装置において、搬送部がその決定情報を受信して、ホルダカセットから解除側用または固定側用の基板ホルダを選択的に取り出し、プリアライナに基板と基板ホルダとの組を順次搬入する。しかしながら、基板ホルダの形状が解除側と固定側とで異ならない場合には、貼り合わせ部がその決定情報を受信して、基板を保持した基板ホルダを上ステージまたは下ステージに選択的に保持させてもよい。
【０１３２】
以上の複数の実施形態において、積層基板製造装置の制御部が、一対の基板２１１、２１３の一方を固定側にして、他方を解除側にするよう決定する構成として説明したが、これに代えて、例えば前処理装置で、予め当該決定を行い、決定した情報を積層基板製造装置の制御部に入力させてもよい。
【０１３３】
以上の複数の実施形態において、一対の基板２１１、２１３の何れを固定側または解除側にするかの決定は、基板を貼り合わせ部のステージによって保持させる前に行うものとして説明した。この場合には、基板を解除する側のステージを予め決定しておき、解除側にすると決定された基板を、この予め解除用として決定されたステージに保持させる。すなわち、この場合、制御部１５０は、一対の基板２１１、２１３のそれぞれの歪みに関する情報に応じて、一対の基板２１１、２１３をそれぞれ保持すべきステージを決定する。
【０１３４】
これに代えて、基板をステージで保持させた後に、その基板の保持を維持するか又は解除するかを決定してもよい。この場合には、制御部１５０は、その決定後に、解除すると決定された基板を保持しているステージがどちらであるかを判断し、そのステージによる吸着を解除するよう制御してもよい。
【０１３５】
もしくは、基板をステージで保持する前に、保持を維持する基板と解除する基板との少なくとも一方を決定し、解除する基板が保持されるステージを判断し、そのステージを解除する制御を制御部１５０により行ってもよい。
【０１３６】
以上の複数の実施形態において、貼り合わせのときに、制御部１５０は、一対の基板２１１、２１３の両方のステージによる保持を解除するようにしてもよい。この場合、歪みに関する情報に基づいて、一対の基板２１１、２１３の何れを上ステージに保持させるか、下ステージに保持させるかを判断してもよい。
【０１３７】
また、基板２１１、２１３の接触領域が拡大していく過程で、制御部１５０は、基板ホルダ２２１による基板２１１の保持の一部または全部を解除してもよい。基板２１１の保持を解除する場合、接触領域の拡大過程で、上側の基板２１３からの引っ張り力により、下側の基板２１１が基板ホルダ２２１から浮き上がって湾曲する。これにより、下側の基板２１１の表面が伸びるように形状が変化するので、この伸び量の分、上側の基板２１３の表面の伸び量との差が小さくなる。従って、二つの基板２１１、２１３間の異なる変形量に起因する位置ずれが抑制される。
【０１３８】
基板ホルダ２２１による保持力を調整することにより、基板ホルダ２２１からの基板２１１の浮き上がり量を調整することができるので、基板ホルダ２２１に予め設定された補正量と実際に必要となる補正量との間に差が生じた場合には、この基板ホルダ２２１の保持力の調整により、差分を補うことができる。このように基板ホルダ２２１の保持力の調整によって基板２１１を基板ホルダ２２１から浮か上がらせる場合、制御部１５０は、基板２１１を固定側の基板として決定する。
【０１３９】
以上の複数の実施形態において、固定側のステージによる吸着力を調整して、固定側の基板を半固定で保持させてもよい。この場合、半固定で保持された基板が、分子間力により他の基板に引き寄せられて、基板ホルダから引き離されることは、複数の実施形態で説明した、基板を解除することに含まれない。
【０１４０】
以上、複数の実施形態を用いて、積層基板を製造するための装置および方法を説明した。追加的または代替的に、第１保持部に保持された第１の基板と、第２保持部に保持された第２の基板のうちの一方の保持を解除することにより、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造システムであって、第１の基板および第２の基板のそれぞれの歪みに関する情報を取得する取得部と、歪みに関する情報に基づいて、第１の基板および第２の基板のいずれの保持を維持するかまたは解除するかを決定する決定部と、決定に基づいて、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる貼り合わせ部とを備える、積層基板製造システムとしてもよい。
【０１４１】
この場合、決定部は、接合される基板を収容する搬送容器に基板を仕分ける仕分け装置に、解除側の基板と固定側の基板とを別々の搬送容器に仕分ける旨の信号、または、単一の搬送容器内で解除側の基板と固定側の基板とが識別可能となるように収容する旨の信号を送信してもよい。また、決定部は、解除側の基板および固定側の基板に関する情報を含む信号、解除側の基板を解除用のステージに保持し固定側の基板を固定用のステージに保持する旨の信号、および、解除側の基板を保持するステージを貼り合わせ時に解除制御する旨の信号、の少なくとも一つを貼り合わせ部の一例である積層基板製造装置１００に送信してもよい。
【０１４２】
また、上記した実施形態では、基板２１１、２１３の一部を接触させた後、接触領域を徐々に拡大させることにより基板２１１、２１３を互いに貼り合わせる例を示したが、これに代えて、基板２１１、２１３のそれぞれを平坦な保持部に保持し、一方の基板の保持を解除することにより基板２１１、２１３を貼り合わせてもよい。この場合、解除する側の基板の決定は、上記した実施形態に記載の方法を適用することができる。
【０１４３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、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得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また、本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【０１４４】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１４５】
１００  積層基板製造装置、１１０  筐体、１２０、１３０  基板カセット、１４０  搬送部、１５０  制御部、２０８、２０９  シリコン単結晶基板、２１０、２１１、２１３、５１１、５１３  基板、２１２  スクライブライン、２１４  ノッチ、２１６  回路領域、２１８  アライメントマーク、２２０、２２１、２２２、２２３  基板ホルダ、２２５、２２７  保持面、２３０  積層基板、３００  貼り合わせ部、３１０  枠体、３１２  底板、３１６  天板、３２２  上ステージ、３２４、３３４  顕微鏡、３２６、３３６  活性化装置、３３１  Ｘ方向駆動部、３３２  下ステージ、３３３  Ｙ方向駆動部、３３８  昇降駆動部、４００  ホルダストッカ、５００  プリアライナ、６００  貼り合わせ部、６１１  基部、６１２  アクチュエータ、６１３  吸着部、６１４  支柱、６１５  ポンプ、６１６  バルブ、６２２  圧力源、６３２  下ステージ
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月30日(2019.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれの前記保持を解除するかまたは維持するかを決定する段階を含み、
前記歪みに関する情報は、前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせ過程で生じる歪みに関する情報を含む基板貼り合わせ方法。
【請求項２】
前記決定する段階では、前記第１の基板および前記第２の基板のうち前記貼り合わせ過程で生じる歪みが所定の条件を満たす方を解除すると決定する請求項１に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３】
前記歪みに関する情報は、歪みを生じさせる原因に関する情報を含み、 前記原因に関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みを推定する段階を更に備え、
前記決定する段階では、前記推定した歪みの情報に基づいて前記決定を行う請求項１または２に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項４】
前記歪みに関する情報を取得する段階を含み、
前記取得する段階では、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれの歪みを計測し、計測した前記歪みを前記情報として取得する請求項１から３の何れか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項５】
前記歪みに関する情報は、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれにおける反りの大きさ、反りの方向、反っている部分、反りの振幅、撓みの大きさ、撓みの方向、撓みの振幅、撓んでいる部分、内部応力、および、応力分布の少なくとも一つに関する情報を含む請求項１から４の何れか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項６】
前記歪みに関する情報は、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれにおける反りの振幅の最大値を示す情報を含み、
前記決定する段階では、前記第１の基板の前記最大値と、前記第２の基板の前記最大値との大小を比較して前記決定を行い、前記第１の基板および前記第２の基板のうち前記最大値が大きい方を、前記保持を維持する基板に決定する請求項５に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項７】
前記歪みに関する情報は、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれにおける反りの振幅の平均値を示す情報を含み、
前記決定する段階では、前記第１の基板の前記平均値と、前記第２の基板の前記平均値との大小を比較し、前記第１の基板および前記第２の基板のうち前記平均値が大きい方を、前記保持を維持する基板に決定する請求項５に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項８】
前記決定する段階を、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる毎、前記第１の基板の製造ロット毎、及び、前記第２の基板の製造ロット毎の少なくとも１つで実行する請求項１から７の何れか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項９】
第１の基板を第１保持部に保持する段階と、
前記第１の基板に対向するように第２の基板を第２保持部に保持する段階と、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる段階とを含み、
前記貼り合わせる段階は、前記第１の基板および前記第２の基板のうち、貼り合せ過程で生じる歪みが所定の条件を満たす方の基板の前記保持を解除する基板貼り合せ方法。
【請求項１０】
第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の少なくとも一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせ過程で生じる歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれを前記第１保持部または前記第２保持部に保持するかを決定する段階を含む基板貼り合わせ方法。
【請求項１１】
第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれの前記保持を解除するかまたは維持するかを決定する段階を含む基板貼り合わせ方法。
【請求項１２】
第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のうち、前記保持を解除した場合に貼り合わせ後の位置ずれが閾値以下となる方の基板の前記保持を解除する基板貼り合わせ方法。
【請求項１３】
第１の基板を第１保持部に保持する段階と、
第２の基板を第２保持部に保持する段階と、
前記第１の基板と前記第２の基板との位置ずれを補正する補正段階と、
を含み、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のうち、貼り合わせした場合に推定される位置ずれの補正量が、前記補正段階での補正が可能な大きさとなる方の基板の前記保持を解除する基板貼り合わせ方法。
【請求項１４】
第１保持部に保持された第１の基板、および、第２保持部に保持された第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる貼り合わせ段階と、
前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせ過程で生じる歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれの前記保持を解除するかまたは維持するかを決定する決定段階と、
を含み、
前記貼り合わせ段階は、前記決定段階において解除すると決定された基板の前記保持を解除する積層基板製造方法。
【請求項１５】
第１の基板を保持する第１保持部と、
第２の基板を保持する第２保持部と、を備え、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のうち、前記保持を解除した場合に貼り合わせ後の位置ずれが閾値以下となる方の基板の前記保持を解除する積層基板製造装置。
【請求項１６】
第１の基板を保持する第１保持部と、
前記第１の基板に対向するように第２の基板を保持する第２保持部と、
を備え、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のうち、貼り合せ過程で生じる歪みが所定の条件を満たす方の基板の前記保持を解除する積層基板製造装置。
【請求項１７】
第１の基板を保持する第１保持部と、
前記第１の基板に対向するように第２の基板を保持する第２保持部と、
前記第１の基板と前記第２の基板との位置ずれを補正する補正部と、
を備え、
前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する積層基板製造装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板のうち、貼り合わせした場合に推定される位置ずれの補正量が、前記補正部での補正が可能な大きさとなる方の基板の前記保持を解除する積層基板製造装置。
【請求項１８】
第１の基板を保持する第１保持部と、第２の基板を保持する第２保持部とを有し、前記第１の基板および前記第２の基板の一方の前記保持を解除することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる貼り合わせ部と、
前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせ過程で生じる歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板のいずれの前記保持を解除するかまたは維持するかを決定する決定部と、
を備え、
前記貼り合わせ部は、前記決定部において解除すると決定された基板の前記保持を解除する積層基板製造システム。
【国際調査報告】
2018221391.tif 000027
2018221391.tif 000028
2018221391.tif 000029