(57)【要約】  半導体基板貼り合わせ装置１は、第１の半導体基板Ｗｕを保持する第１の基板保持テーブル２４と、第２の半導体基板Ｗｄを保持する第２の基板保持テーブル３６と、第２の基板保持テーブル３６を一方の軸周りに傾動させる第１駆動機構４６と、第２の基板保持テーブル３６を他方の軸周りに傾動させる第２駆動機構４８と、第１及び第２駆動機構４６，４８の駆動を制御する制御装置９０とを備える。制御装置９０は、両基板が当接した際、第２の半導体基板Ｗｄから第２の基板保持テーブル３６に作用する力の一方と他方の軸周りの力成分を算出し、各力成分に基づいて第１及び第２駆動機構４６，４８を繰り返し駆動させ、両基板の平行度を高くして貼り合わせる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の半導体基板を互いに貼り合わせるための半導体基板貼り合わせ装置であって、
前記第２の半導体基板を傾動させるための駆動部と、
前記駆動部の作動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１及び第２の半導体基板が一部で互いに接触した際、前記第１及び第２の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出し、前記荷重に応じて、前記第１及び第２の半導体基板における前記一部以外の非接触部分が互いに近接するように前記駆動部の作動制御を行い、前記第１及び第２の半導体基板が互いに平行になるまで前記作動制御を繰り返し実行することを特徴とする半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の半導体基板が互いに接触する前記一部は、前記第１及び前記第２の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板において、周縁の一部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項３】
前記第１の半導体基板を保持するための第１の基板保持テーブルと、
前記第２の半導体基板を前記第１の半導体基板に対向するように保持するための第２の基板保持テーブルとを備え、
前記駆動部は、
前記第２の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに前記第２の基板保持テーブルを傾動させるための第１駆動機構と、
前記一方の軸とは異なる他方の軸の周りに前記第２の基板保持テーブルを傾動させるための第２駆動機構とを有し、
前記制御部は、前記第１の基板保持テーブルに保持された前記第１の半導体基板が前記第２の基板保持テーブルに保持された前記第２の半導体基板の周縁の一部に接触した際、前記第２の半導体基板から前記第２の基板保持テーブルに作用する力の前記一方の軸周りの力成分と前記他方の軸周りの力成分とを前記第２の半導体基板に作用する前記荷重として算出し、該各力成分に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動する前記作動制御を繰り返し実行することを特徴とする請求項２に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項４】
前記二つの軸は、前記第２の基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ前記原点を中心として０度及び１８０度を除く角度で互いに交差していることを特徴とする請求項３に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項５】
前記二つの軸は、前記第２の基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ前記原点を中心として互いに直交しており、
前記制御部は、前記各力成分に基づいて、前記第２の半導体基板に対して前記第１の半導体基板から作用する力の重心位置を算出し、該重心位置が前記原点上でない場合、前記重心位置を利用して、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を算出することを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項６】
前記第１駆動機構は、前記他方の軸上で前記第２の基板保持テーブルを傾動させるものであり、前記第２駆動機構は、前記一方の軸上で前記第２の基板保持テーブルを傾動させるものであり、
前記制御部は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とが互いに当接した際、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に生じる各反力をそれぞれ前記各力成分として算出することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項７】
前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構は流体圧を利用した駆動機構であって、
前記制御部は、前記流体圧の変化に基づいて前記各反力を算出することを特徴とする請求項６に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項８】
前記第１の基板保持テーブルと前記第２の基板保持テーブルとを相対的に近づく方向及び離れる方向へ移動させるための移動機構を更に備え、
前記制御部は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とが互いに当接した際、前記移動機構に生じる力成分を算出し、該力成分と前記第２の基板保持テーブルに作用する前記各力成分と前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構による前記第２の基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて、前記重心位置を算出することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とが互いに当接した際、前記移動機構に生じる反力を前記力成分として算出することを特徴とする請求項８に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項１０】
前記移動機構は流体圧を利用した駆動機構であって、
前記制御部は、前記流体圧の変化に基づいて前記移動機構に生じる前記反力を算出することを特徴とする請求項９に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１の半導体基板から前記第２の半導体基板に作用する荷重が上限値を超える場合、前記第１の基板保持テーブルと前記第２の基板保持テーブルとが相対的に離れる方向に移動するように前記移動機構を駆動することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記重心位置が前記原点上である場合であって、且つ、前記第２の半導体基板への荷重が下限値を超えていない場合、前記第１の基板保持テーブルと前記第２の基板保持テーブルとが相対的に近づく方向に移動するように前記移動機構を駆動することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項１３】
前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構は、それぞれ前記第２の基板保持テーブルを傾動させるべく押圧力を作用させるために該第２の基板保持テーブルに当接する押圧部を有し、該各押圧部は、それぞれ前記第２の基板保持テーブルへ向けて突出する半球状をなしていることを特徴とする請求項３乃至１２のいずれか一項に記載の半導体基板貼り合わせ装置。
【請求項１４】
第１及び第２の半導体基板を互いに貼り合わせるための半導体基板貼り合わせ方法であって、
前記第１及び第２の半導体基板が一部で互いに接触した際、前記第１及び第２の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出された前記荷重に応じて、前記第１及び第２の半導体基板における前記一部以外の非接触部分が互いに近接するように、前記第２の半導体基板を傾動させる傾動工程と、
前記第１及び第２の半導体基板が互いに平行になるまで前記算出工程及び前記傾動工程を繰り返し実行する繰返工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板貼り合わせ方法。
【請求項１５】
前記算出工程では、前記第１の半導体基板が前記第２の半導体基板の周縁の一部に接触した際、前記第２の半導体基板の平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りの力成分と前記一方の軸とは異なる他方の軸周りの力成分とを前記第２の半導体基板に作用する前記荷重として算出し、
前記傾動工程では、前記各力成分に基づいて、前記第２の半導体基板の前記周縁の一部以外の前記非接触部分が、前記第１の半導体基板における前記非接触部分に近接するように前記第２の半導体基板を傾動させることを特徴とする請求項１４に記載の半導体基板貼り合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一の半導体基板を他の半導体基板に貼り合わせる半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法に関する。特に、少なくとも一方の半導体基板を保持する基板保持テーブルの傾斜が調整される半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板などの基板同士の貼り合わせにおいて、半導体基板貼り合わせ装置が用いられる。この半導体基板貼り合わせ装置は、２つの基板保持テーブルを備え、少なくとも一方の基板保持テーブルの傾斜はステージ装置によって調整される。ステージ装置は、一般的に、水平面内におけるＸＹ方向の位置決めを行うＸＹステージ上に搭載され、ＸＹステージによりＸＹ方向について半導体基板の位置決めがなされた後、回転（θ）方向及び鉛直（Ｚ）方向の位置決めを行うと共に、傾斜の調整を行うものである。【０００３】
ここで、半導体基板同士を貼り合わせる際には、貼り合わせ不良や破損を防ぐため、半導体基板の高い平行度が要求される。従来、このような半導体基板同士の平行度を出す技術として、例えば特許文献１に開示されたものがある（なお、この特許文献１に開示の技術は、半導体基板同士の貼り合わせに関するものではなく、半導体チップとＴＡＢテープとのボンディングに関するものである）。この装置では、レーザ変位計やダイヤルゲージなどにより計測用部材３３を介してボンディングツール下面の傾斜を計測し、この計測値に基づいてチルトテーブル（プレート１６）の傾斜を調整することで、チップ搭載ステージ２０をボンディングツールの下面の平行度に倣い合わせている。
【特許文献１】特開平９−６４０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の技術を半導体基板の貼り合わせに利用したのでは、ある程度の平行度まで倣い合わせることはできるものの、達成できる平行度に限界があるため、残った微小な傾斜により過度な反力が作用して半導体基板を破損させたり、貼り合わせ不良が生じたりするおそれがあった。【０００５】
本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、一の半導体基板に対する他の半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能な半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置は、第１及び第２の半導体基板を互いに貼り合わせるための半導体基板貼り合わせ装置であって、第２の半導体基板を傾動させるための駆動部と、駆動部の作動を制御する制御部とを備え、制御部は、第１及び第２の半導体基板が一部で互いに接触した際、第１及び第２の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出し、荷重に応じて、第１及び第２の半導体基板における一部以外の非接触部分が互いに近接するように駆動部の作動制御を行い、第１及び第２の半導体基板が互いに平行になるまで作動制御を繰り返し実行することを特徴とする。【０００７】
この半導体基板貼り合わせ装置では、第１及び第２の半導体基板が一部で互いに接触した際、制御部は、少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出すると共に、その荷重に応じて、第１及び第２の半導体基板における一部以外の非接触部分が互いに近接するように駆動部の作動制御を行い、第１及び第２の半導体基板が互いに平行になるまで作動制御を繰り返し実行するようにしている。このため、一方の半導体基板に対する他方の半導体基板の微小な傾斜が徐々に減少して、両半導体基板が略平行となり、両半導体基板の平行度を高くした上で両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。【０００８】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、第１及び第２の半導体基板が互いに接触する一部は、第１及び第２の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板において、周縁の一部であることが好ましい。【０００９】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置は、第１の半導体基板を保持するための第１の基板保持テーブルと、第２の半導体基板を第１の半導体基板に対向するように保持するための第２の基板保持テーブルとを備え、駆動部は、第２の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに第２の基板保持テーブルを傾動させるための第１駆動機構と、一方の軸とは異なる他方の軸の周りに第２の基板保持テーブルを傾動させるための第２駆動機構とを有し、制御部は、第１の基板保持テーブルに保持された第１の半導体基板が第２の基板保持テーブルに保持された第２の半導体基板の周縁の一部に接触した際、第２の半導体基板から第２の基板保持テーブルに作用する力の一方の軸周りの力成分と他方の軸周りの力成分とを第２の半導体基板に作用する荷重として算出し、該各力成分に基づいて第１駆動機構及び第２駆動機構を駆動する作動制御を繰り返し実行することが好ましい。このようにすれば、第１の半導体基板に対する第２の半導体基板の微小な傾斜を、第２の半導体基板から第２の基板保持テーブルに作用する力の一方及び他方の軸周りの力成分として算出することが可能となり、これら各力成分に基づいて第１及び第２駆動機構を駆動して第２の基板保持テーブルの傾斜を調整することで、両半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。【００１０】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、二つの軸は、第２の基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ原点を中心として０度及び１８０度を除く角度で互いに交差していることが好ましい。このようにすれば、第２の基板保持テーブルを各軸回りに傾動させるための第１及び第２駆動機構は、それぞれ独立して作動することができ、第２の基板保持テーブル（つまり第２の半導体基板）を水平面に対して様々な傾斜角度へ傾斜させることができる。しかも、このような第２の半導体基板の三次元的な傾斜角度調整を簡単な構造で実現させることが可能となる。【００１１】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、二つの軸は、第２の基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ原点を中心として互いに直交しており、制御部は、各力成分に基づいて、第２の半導体基板に対して第１の半導体基板から作用する力の重心位置を算出し、この重心位置が原点上でない場合、重心位置を利用して、第１駆動機構及び第２駆動機構の駆動量を算出することが好ましい。このようにすれば、複雑な測定が不要な各力成分から算出される重心位置に基づいて駆動量を算出することができるため、第１駆動機構及び第２駆動機構による第２の基板保持テーブルの傾斜調整を容易に制御することができる。なお、保持中心とは、第２の基板保持テーブル上の点であって、第２の半導体基板における重心に対応する点を意味する。【００１２】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、第１駆動機構は他方の軸上で第２の基板保持テーブルを傾動させるものであり、第２駆動機構は一方の軸上で第２の基板保持テーブルを傾動させるものである。そして、制御部は、第１の半導体基板と第２の半導体基板とが互いに当接した際、第１駆動機構及び第２駆動機構に生じる各反力をそれぞれ各力成分として算出することが好ましい。このようにすれば、両半導体基板が平行になるよう第２の基板保持テーブルを傾動させるために必要である第１駆動機構及び第２駆動機構を用いて、それら機構に生じる各反力を力成分として算出することができるため、簡易な構成の半導体基板貼り合わせ装置とすることができる。【００１３】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、第１駆動機構及び第２駆動機構は流体圧を利用した駆動機構であり、制御部は、この流体圧の変化に基づいて各反力を算出することが好ましい。このようにすれば、微小な変化が検出し易い流体圧の変化に基づいて各反力を算出することができ、算出精度が向上する。しかも、このように算出精度が高い反力に基づいて第２の基板保持テーブルの傾斜を調整することができるため、微小な傾斜調整を行なうことができる。【００１４】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置は、第１の基板保持テーブルと第２の基板保持テーブルとを相対的に近づく方向及び離れる方向へ移動させるための移動機構を更に備えていることが好ましい。そして、制御部は、第１の半導体基板と第２の半導体基板とが互いに当接した際、移動機構に生じる力成分を算出し、この力成分と第２の基板保持テーブルに作用する各力成分と第１駆動機構及び第２駆動機構による第２の基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて、重心位置を算出することが好ましい。このようにすれば、移動機構に生じる力成分と第２の基板保持テーブルに作用する各力成分と第１，第２駆動機構による第２の基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて重心位置を算出して、第１，第２駆動機構の駆動量を算出することができるため、算出精度を向上させることができ、しかも、重心位置の算出を容易に行うことができる。【００１５】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、制御部は、第１の半導体基板と第２の半導体基板とが互いに当接した際、移動機構に生じる反力を力成分として算出することが更に好ましい。このようにすれば、両半導体基板を相対的に近づく方向及び離れる方向に移動させるために必要である移動機構を用いて、この機構に生じる反力を力成分として算出することができるため、簡易な構成の半導体基板貼り合わせ装置とすることができる。【００１６】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、移動機構は流体圧を利用した駆動機構であって、制御部は、流体圧の変化に基づいて移動機構に生じる反力を算出することが好ましい。このようにすれば、微小な変化が検出し易い流体圧の変化に基づいて反力を算出することができ、算出精度が向上する。しかも、このように算出精度が高い反力に基づいて第２の基板保持テーブルの傾斜を調整することができるため、微小な傾斜調整を行なうことができる。【００１７】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、制御部は、第１の半導体基板から第２の半導体基板に作用する荷重が上限値を超える場合、第１の基板保持テーブルと第２の基板保持テーブルとが相対的に離れる方向に移動するように移動機構を駆動することが好ましい。このようにすれば、両半導体基板を倣い制御させる際、半導体基板を破損させるような荷重が両半導体基板にかからないようにすることができる。その結果、半導体基板の破損を防止でき、歩留まりを向上させることができる。【００１８】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ装置において、制御部は、重心位置が原点上である場合であって、且つ、第２の半導体基板への荷重が下限値を超えていない場合、第１の基板保持テーブルと第２の基板保持テーブルとが相対的に近づく方向に移動するように移動機構を駆動することが好ましい。このようにすれば、両半導体基板を倣い制御させる際、半導体基板の貼り合わせに必要な荷重が両半導体基板に適切にかかるようにすることができる。その結果、不十分な荷重による貼り合わせ不良を避けることができ、歩留まりを向上させることができる。【００１９】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ方法は、第１及び第２の半導体基板を互いに貼り合わせるための半導体基板貼り合わせ方法であって、第１及び第２の半導体基板が一部で互いに接触した際、第１及び第２の半導体基板のうち少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出する算出工程と、算出工程で算出された荷重に応じて、第１及び第２の半導体基板における一部以外の非接触部分が互いに近接するように、第２の半導体基板を傾動させる傾動工程と、第１及び第２の半導体基板が互いに平行になるまで算出工程及び傾動工程を繰り返し実行する繰返工程とを含むことを特徴とする。【００２０】
この半導体基板貼り合わせ方法では、算出工程において少なくとも一方の半導体基板に作用する荷重を算出すると共に、傾動工程において、その荷重に応じて、第１及び第２の半導体基板における一部以外の非接触部分が互いに近接するように第２の半導体基板を傾動させ、繰返工程において、第１及び第２の半導体基板が互いに平行になるまで算出工程及び傾動工程を繰り返すようにしている。このため、一方の半導体基板に対する他方の半導体基板の微小な傾斜が徐々に減少して、両半導体基板が略平行となり、両半導体基板の平行度を高くした上で両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。【００２１】
本発明に係る半導体基板貼り合わせ方法において、算出工程では、第１の半導体基板が第２の半導体基板の周縁の一部に接触した際、第２の半導体基板の平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りの力成分と一方の軸とは異なる他方の軸周りの力成分とを第２の半導体基板に作用する荷重として算出し、傾動工程では、各力成分に基づいて、第２の半導体基板の周縁の一部以外の非接触部分が、第１の半導体基板における非接触部分に近接するように第２の半導体基板を傾動させることが好ましい。このようにすれば、第１の半導体基板に対する第２の半導体基板の微小な傾斜を、第２の半導体基板から第２の基板保持テーブルに作用する力の一方及び他方の軸周りの力成分として算出することが可能となり、これら各力成分に基づいて調整することで、両半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、一の半導体基板に対する他の半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能な半導体基板貼り合わせ装置及び半導体基板貼り合わせ方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】半導体基板貼り合わせ装置の構成を模式的に示す概略図である。
【図２】第２の基板保持テーブルとチルトテーブルの構成を示す部分拡大図である。
【図３】ステージ装置（チルトテーブルより上部の構成を図示略）の斜視図である。
【図４】ステージ装置（チルトテーブルより上部の構成を図示略）を別の角度から見た斜視図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図５の第１駆動機構の部分拡大図である。
【図７】第１駆動機構、第２駆動機構、及び移動機構のＸＹ座標系における配置関係を示す図である。
【図８】図１の半導体基板貼り合わせ装置により半導体基板を貼り合わせるときのステージ装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図９】両半導体基板の接触位置Ｔ（重心位置）を示した図である。
【図１０】Ｘ、Ｙ軸周りの第２の半導体基板の傾斜角度を示した図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…半導体基板貼り合わせ装置、２４・・・第１の基板保持テーブル、３６…第２の基板保持テーブル、４６…第１駆動機構、４８…第２駆動機構、５２…移動機構、５２ｄ，６８ｇ，７０ｇ…圧力計、９０…制御装置、Ｏ…原点、Ｔ…接触位置（重心位置）、Ｗｕ…第１の半導体基板、Ｗｄ…第２の半導体基板。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。【００２６】
図１は、本実施形態に係る半導体基板貼り合わせ装置の構成を模式的に示す概略図である。図１に示すように、半導体基板貼り合わせ装置１は、除振器１２、定盤１４、ボディー１６、上部ステージ２０、下部ステージ３０、及び制御装置（制御部）９０を備えている。【００２７】
除振器１２は、半導体基板貼り合わせ装置１へ伝わる振動を取り除く。この除振器１２の上に、定盤１４が設けられている。ボディー１６は、側壁部と上壁部とを有し、定盤１４上で密閉空間を形成する。【００２８】
上部ステージ２０は、ボディー１６の上壁部の内面に搭載されている。上部ステージ２０は、ＸＹθステージ２２と第１の基板保持テーブル２４とを有している。第１の基板保持テーブル２４は、貼り合わせの対象である第１の半導体基板Ｗｕを、静電吸着や真空吸着により保持する。ＸＹθステージ２２は、水平面内で第１の基板保持テーブル２４に保持された第１の半導体基板ＷｕのＸＹθ方向の位置決めを行う。【００２９】
下部ステージ３０は、定盤１４上に搭載されている。下部ステージ３０は、ＸＹステージ３２とステージ装置３４とを有している。ステージ装置３４は、第２の基板保持テーブル３６、チルトテーブル３８、支持テーブル４５、第１駆動機構（駆動部）４６、第２駆動機構（駆動部）４８、θ駆動機構５０、及び移動機構５２を備えている。【００３０】
このステージ装置３４は、チルトテーブル３８を第１及び第２駆動機構４６，４８で駆動し、支持テーブル４５をθ駆動機構５０で駆動することによって、載置面３８ａ（すなわち、載置面３８ａ上に搭載された第２の基板保持テーブル３６に保持される第２の半導体基板Ｗｄ）の傾斜角度調整及び回動角度調整が行われる。また、エアシリンダである移動機構５２によって、高さ位置の調整も行われる。なお、図３及び図４に示すように、水平面内で互いに９０度をなすようにＸ軸及びＹ軸を設定し、鉛直方向にＺ軸を定めて３次元直交座標系を設定し、以下必要な場合にＸＹＺ座標系を用いて説明する。【００３１】
第２の基板保持テーブル３６は、図１及び図２に示すように、貼り合わせの対象である第２の半導体基板Ｗｄを保持する。この第２の基板保持テーブル３６は、静電力によりウェハを吸着する静電チャックＥＳＣと、静電チャックＥＳＣを真空吸着する真空チャックＶＡＣとを有している。【００３２】
チルトテーブル３８は、図３から図５に示すように、円板状のテーブルであり、第２の基板保持テーブル３６を載置するための平面状の載置面３８ａを上面側に有し、凸球面状の軸受面３８ｂを下面側に有する。この軸受面３８ｂの鉛直方向の中心軸線Ｌはチルトテーブル３８の中心軸線と一致する。【００３３】
チルトテーブル３８の側面３８ｃには、中心軸線Ｌから見てＸ軸方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部６０が設けられる。図３から図５に示すように、作動部６０は、支持テーブル４５よりも低い位置でＸ軸方向に突出する第１の作動片６０ｃと、第１の作動片６０ｃの中心軸線Ｌ側の端部と側面３８ｃとを連結させるための鉛直方向に延びる連結部６０ｄとを有している。また、側面３８ｃには、中心軸線Ｌから見てＹ軸方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部６２が設けられている。図４に示すように、作動部６２は、支持テーブル４５よりも低い位置でＹ軸方向に突出する第２の作動片６２ｃと、第２の作動片６２ｃの中心軸線Ｌ側の端部と側面３８ｃとを連結させるための鉛直方向に延びる連結部６２ｄとを有している。なお、第１の及び第２の作動片６０ｃ，６２ｃはＸＹ平面上に広がる矩形板とされている。【００３４】
矩形状の支持テーブル４５は、エアシリンダである移動機構５２に設けられたロッド５３の上端に形成されている。図５に示すように、支持テーブル４５の上面の略中央部には、チルトテーブル３８の軸受面３８ｂを支持するために凹球面状とされた軸受面４５ｂが形成されている。【００３５】
また、支持テーブル４５には、軸受面４５ｂを形成するように多孔部４５ｃが埋設され、軸受面４５ｂには多数の微小な孔が形成されている。この多孔部４５ｃからは、パイプＰ４５が導出されて外部の空気圧源（図示せず）と接続されている。空気圧源は、多孔部４５ｃへ圧縮空気を供給し、その圧縮空気が軸受面４５ｂの多数の孔から軸受面３８ｂに対して吹きつけられる。これによって、軸受面３８ｂと軸受面４５ｂの間に空気膜が形成され、軸受面３８ｂは、軸受面４５ｂから抵抗を受けることなく非接触状態で支持されることとなる。【００３６】
支持テーブルの側面４５ｄには、図３に示すように、中心軸線Ｌから見てＹ軸の反対方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部６４が設けられる。作動部６４は、Ｙ軸の負の方向へ突出する連結部６４ｄと、連結部６４ｄの自由端部から下方へ突出する第３の作動片６４ｃを有している。なお、第３の作動片６４ｃは、ＹＺ平面上に広がる矩形板とされている。【００３７】
第１駆動機構４６は、図３から図５に示すように、第１の作動片６０ｃの上方に配置された支持片６６ａ及び下方に配置された支持片６６ｂとを有する支持部材６６と、支持片６６ａと第１の作動片６０ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ６８と、支持片６６ｂと第１の作動片６０ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７０とからなる。そして、第１の作動片６０ｃは、ベローズアクチュエータ６８の先端とベローズアクチュエータ７０の先端とで挟み込まれる。また、支持部材６６は、支持片６６ａ，６６ｂを連結させる矩形板状の連結部６６ｃを有しており、連結部６６ｃの支持テーブル４５側の側面は、支持テーブル４５に固定されている。【００３８】
ベローズアクチュエータ６８は、図６に示すように、鉛直方向に伸縮可能なベローズ６８ａと、ベローズ６８ａの下端側の開口部を封止する円板状の作動板６８ｂとを備える。ベローズ６８ａの上端側の開口部は支持片６６ａに固定されることにより封止される。これによって、ベローズアクチュエータ６８の内部空間６８ｃは、ベローズ６８ａと支持片６６ａと作動板６８ｂとによって密閉され、その気密性は保たれている。【００３９】
作動板６８ｂの中央部には、上方へ延びるシャフト６８ｄが形成され、このシャフト６８ｄは、支持片６６ａに設けられたボス６６ｄのガイド穴に挿入されることによって鉛直方向に移動可能とされている。また、作動板６８ｂの中央部には、第１の作動片６０ｃへ向かって突出する半球面状の押圧部６８ｅが形成され、この押圧部６８ｅは、第１の作動片６０ｃの上面６０ａと当接することによってベローズアクチュエータ６８の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片６０ｃに伝達することができる。ベローズアクチュエータ６８の押圧部６８ｅが球状をなしていることから、押圧部６８ｅは作動部６０の第１の作動片６０ｃに点接触する。【００４０】
ベローズアクチュエータ６８の内部空間６８ｃからは、パイプＰ６８が導出され、外部に設けられたサーボ弁６８ｆと接続されている。そして、サーボ弁６８ｆを制御することで、内部空間６８ｃ内の空気を供給及び排出することができ、内部空間６８ｃの気圧の変化に伴って、作動板６８ｂの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。【００４１】
また、ベローズアクチュエータ６８には、内部空間６８ｃ内の気圧を継続的に計測する圧力計６８ｇが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置９０へ送られる。従って、後述する第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとの貼り合わせの際に発生する荷重によって第１の作動片６０ｃが上昇等させられた場合における内部空間６８ｃ内の気圧変化を制御装置９０で算出できるようになっている。圧力計６８ｇは、荷重の元となる外力を検出する検出部として機能し、制御装置９０は、この気圧変化に基づき、ベローズアクチュエータ６８に生じる反力を算出できるようになっている。なお、後述する各種の圧力計も、検出部として機能する。【００４２】
ベローズアクチュエータ７０も、上述のベローズアクチュエータ６８と同様の構成を有し、サーボ弁７０ｆを制御することで作動板７０ｂの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。また、押圧部７０ｅは、押圧部６８ｅと同様に半球面状をなしており、作動部６０の下面６０ｂに点接触する。押圧部７０ｅが第１の作動片６０ｃの下面６０ｂと当接することによって、ベローズアクチュエータ７０の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片６０ｃに伝達することができる。なお、ベローズアクチュエータ７０は、ベローズ７０ａ、内部空間７０ｃ、シャフト７０ｄを備え、内部空間７０ｃとサーボ弁７０ｆとはパイプＰ７０で連結されている。【００４３】
また、ベローズアクチュエータ７０には、内部空間７０ｃ内の気圧を継続的に計測する圧力計７０ｇが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置９０へ送られる。従って、後述する第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとの貼り合わせの際に発生する荷重によって第１の作動片６０ｃが下降等させられた場合における内部空間７０ｃ内の気圧変化を制御装置９０で算出できるようになっている。また、この気圧変化に基づき、ベローズアクチュエータ７０に生じる反力を制御装置９０で算出できるようになっている。【００４４】
第２駆動機構４８は、図４に示すように、第２の作動片６２ｃの上方に配置された支持片７２ａ及び下方に配置された支持片７２ｂを有する断面コ字型の支持部材７２と、支持片７２ａと第２の作動片６２ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７４と、支持片７２ｂと第２の作動片６２ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７６とからなる。そして、第２の作動片６２ｃは、ベローズアクチュエータ７４の先端とベローズアクチュエータ７６の先端とで挟み込まれる。また、支持部材７２は、支持片７２ａと支持片７２ｂとを連結させる矩形板状の連結部７２ｃを有し、連結部７２ｃの支持テーブル４５側の側面は、支持テーブル４５に固定されている。また、ベローズアクチュエータ７４，７６は、ベローズアクチュエータ６８，７０と同様の構成を有しており、ベローズアクチュエータ７４，７６の内部空間内の気圧を計測する圧力計をそれぞれ備えている。そして、これらの圧力計から制御装置９０へ気圧情報を送り、ベローズアクチュエータ７４，７６に生じる気圧変化及び反力を算出できるようになっている。【００４５】
θ駆動機構５０は、図３に示すように、第３の作動片６４ｃを間に挟むようにＸ軸方向に離間して配置された支持片５６ａ及び支持片５６ｂを有する断面コ字型の支持部材５６と、支持片５６ａと第３の作動片６４ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７８と、支持片５６ｂと第３の作動片６４ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ８０とからなる。そして、第３の作動片６４ｃは、ベローズアクチュエータ７８の先端とベローズアクチュエータ８０の先端とで挟み込まれている。また、支持部材５６は、支持片５６ａと支持片５６ｂとを連結する矩形板状の連結部５６ｃを有し、連結部５６ｃは、ベースプレート８２の上面８２ａに固定されている。なお、ベローズアクチュエータ７８，８０の構成は、ベローズアクチュエータ６８，７０と同様の構成を有している。【００４６】
エアシリンダである移動機構５２のロッド５３は、図５に示すように、下端に円筒体５２ａの内周と略同一の径を有する円板状のピストン５３ａを有する。円筒体５２ａの内部空間において、ピストン５３ａよりも上側の内部空間５２ｂ及び下側の内部空間５２ｃからは、それぞれパイプＰ８４，Ｐ８６が導出されている。このパイプＰ８６には、下側の内部空間５２ｃの気圧を継続的に計測する圧力計５２ｄが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置９０へ送られる。従って、後述する第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとの貼り合わせの際に発生する荷重によって支持テーブル４５が下降等させられた場合における内部空間５２ｃ内の気圧変化を制御装置９０で算出できるようになっている。また、この気圧変化に基づき、移動機構５２に生じる反力を制御装置９０で算出できるようになっている。【００４７】
次に、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、移動機構５２のＸＹ座標系における配置関係について説明する。図７等に示すように、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８は互いに略９０度の角度をなして配置されている。そして、第１駆動機構４６はＸ軸上に配置されてＹ軸周りの傾斜調整を行い、第２駆動機構４８はＹ軸上に配置されてＸ軸周りの傾斜調整を行うようになっている。Ｘ軸及びＹ軸の二つの軸は、チルトテーブル３８（チルトテーブル３８上に載置される第２の基板保持テーブル３６）の平面視における保持中心である原点Ｏを通り且つ原点Ｏを中心として互いに直交している。また、移動機構５２は、その中心が中心軸線Ｌと一致しており、チルトテーブル３８のＸＹ座標系における原点Ｏと同じ位置となっている。なお、第１及び第２駆動機構４６，４８が配置される二つの軸は、原点Ｏを中心として０度及び１８０度を除く角度で互いに交差していればよく、略９０度の角度でなくてもよい。【００４８】
なお、図３から図５では、ベースプレート８２より下部の構成の図示を省略しているが、かかる構成のステージ装置３４が、ベースプレート８２を介してＸＹステージ３２に搭載されている。【００４９】
制御装置９０は、ステージ装置３４や上部ステージ２０の制御も含めて、半導体基板貼り合わせ装置１の制御を行う。この制御装置９０による、ステージ装置３４の制御の詳細は後述する。【００５０】
次に、半導体基板貼り合わせ装置１による半導体基板貼り合わせ方法について説明する。【００５１】
まず、上部ステージ２０の第１の基板保持テーブル２４で貼り合わせの対象である第１の半導体基板Ｗｕを保持し、ＸＹθステージ２２により第１の半導体基板ＷｕのＸＹθ方向の位置決めを行う。次に、下部ステージ３０の第２の基板保持テーブル３６で貼り合わせの対象である第２の半導体基板Ｗｄを保持し、ＸＹステージ３２により第２の半導体基板ＷｄのＸＹ方向の位置決めを行う。次に、θ駆動機構５０により支持テーブル４５を駆動し、中心軸線Ｌ（Ｚ軸）周りの第２の半導体基板Ｗｄの回転位置の位置決めを行う。これらの位置決めは、レーザ干渉計や顕微鏡など、図示しない光学系からの検出信号に基づいて、制御装置９０により自動制御される。【００５２】
この状態から、第２の半導体基板Ｗｄが保持される第２の基板保持テーブル３６の傾斜調整に移る。この傾斜調整におけるステージ装置３４の制御方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。【００５３】
まず、第２の基板保持テーブル３６に保持された第２の半導体基板Ｗｄを第１の半導体基板Ｗｕに当接させるため、移動機構５２により、支持テーブル４５を所定量、上昇させ、第２の基板保持テーブル３６を第１の基板保持テーブル２４に近づく方向に移動させる（ステップＳ１）。この上昇は、移動機構５２の内部空間５２ｃ内の気圧を第１の気圧から第２の気圧へパイプＰ８６を介して加圧し、そして、一定圧である第２の気圧を維持することによって行われる。そして、この上昇によって第２の基板保持テーブル３６に保持された第２の半導体基板Ｗｄと第１の半導体基板Ｗｕとが当接すると、内部空間５２ｃ内の気圧は、第２の気圧より更に高い圧力である第３の気圧になる。各気圧は圧力計５２ｄで計測され、半導体基板Ｗｕ，Ｗｄに作用した外力として、その気圧情報が制御装置９０へ送られる。なお、上記当接の際、第１の半導体基板Ｗｕは、第２の半導体基板Ｗｄの周縁の一部に接触し、両半導体基板Ｗｕ，Ｗｄが接触した一部以外の部分は、両半導体基板Ｗｕ，Ｗｄにおいて非接触部分となる。【００５４】
次に、上述した支持テーブル４５の上昇に伴う移動機構５２の内部空間５２ｃの気圧変化（差圧）ΔＰｚを制御装置９０で算出し、この差圧が零より大きいか否か判定する（ステップＳ２）。判定の結果、上昇の途中であれば、気圧変化ΔＰＺが第２の気圧同士の差分になるので零となり、ステップＳ１に戻って、移動機構５２による支持テーブル４５の上昇を継続する。一方、両半導体基板が当接していれば、気圧変化ΔＰＺが第３の気圧と第２の気圧の差分になるので零より大きくなり、次のステップＳ３に移る。【００５５】
次に、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとが当接した際の荷重Ｆを制御装置９０で算出する。荷重Ｆは、次の式（１）により表される。
荷重Ｆ＝ΔＦｚ＝ΔＦＢ＋ΔＦＡｘ＋ΔＦＡｙ・・・（１）
ここで、ΔＦｚは、移動機構５２における反力であり、内部空間５２ｃ内の気圧変化ΔＰＺにピストン５３ａの表面積ＳＡを積算した値である。ΔＦＢは、軸受面４５ｂにおける反力であり、たとえば、軸受面３８ｂと軸受面４５ｂとの間の気圧変化ΔＰＢに、軸受面４５ｂの表面積ＳＢを積算した値である。ΔＦＡＸは、第１駆動機構４６における反力であり、たとえば、内部空間６８ｃ又は７０ｃ内の気圧変化ΔＰＸに、ベローズの作動板６８ｂ又は７０ｂの表面積ＳＣを積算した値である。また、ΔＦＡＹは、第２駆動機構４８における反力であり、たとえば、ベローズアクチュエータ７４，７６の内部空間内の気圧変化ΔＰＹに、ベローズアクチュエータ７４，７６の作動板の表面積ＳＤを積算した値である。なお、荷重Ｆの算出にあたっては、算出精度及び算出の容易性を考慮して、ΔＦｚを用いることが好ましいが、必要に応じて、ΔＦＢとΔＦＡｘとΔＦＡｙとの合計値を用いてもよく、ΔＦＢが無視できるほど小さい場合にあっては、ΔＦＡｘとΔＦＡｙとの合計値を用いてもよい。【００５６】
そして、この荷重Ｆが、第１の半導体基板Ｗｕ又は第２の半導体基板Ｗｄを破損する可能性のある値を考慮して決められる上限値Ａより小さいか否かを判断する（ステップＳ３）。その結果、荷重Ｆが上限値Ａより大きければ、第１の半導体基板Ｗｕ又は第２の半導体基板Ｗｄが破損してしまうおそれがあるので、ステップＳ４に移り、移動機構５２により支持テーブル４５を所定量、下降させ、第２の基板保持テーブル３６を第１の基板保持テーブル２４から離れる方向に移動させる。一方、荷重Ｆが上限値Ａより小さければ次のステップＳ５に進む。なお、上限値Ａとしては、例えば、１［Ｎ］を設定することが好ましい。【００５７】
ステップＳ５では、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとが当接した接触位置Ｔ（ＸＦ，ＹＦ）を、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８及び移動機構５２の位置関係、各駆動機構における反力、並びに半導体基板への荷重に基づいて、次のとおり算出する。なお、接触位置Ｔを算出するにあたり、チルトテーブル３８の平面視において中心を原点ＯとしたＸＹ座標系を設定している。【００５８】
まず、図９に示すように、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとは、ＸＹ平面内の１点Ｔ（ＸＦ，ＹＦ）で接触し、その接触部に荷重Ｆが加わっているとして、次のようなモーメントの釣り合い式（２）（３）を考える。この接触位置には、すべての荷重Ｆが加わっており、このような接触位置が１つの場合は、この接触位置は重心位置に相当する。なお、接触位置が複数ある場合は、それら複数の接触位置から重心位置を算出して、この重心位置を仮想上の接触位置とし、この仮想上の接触位置を接触位置Ｔ（ＸＦ，ＹＦ））として以下の算出を行う。
−Ｆ・ＸＦ＋ΔＦＡＸ・ＸＡＹ＝０（Ｙ軸周りのモーメント）・・・（２）
−Ｆ・ＹＦ＋ΔＦＡＹ・ＹＡＸ＝０（Ｘ軸周りのモーメント）・・・（３）【００５９】
そして、この釣り合い式（２）（３）を、ＸＦ及びＹＦを基準としてまとめると、荷重Ｆが作用している接触位置Ｔ（ＸＦ，ＹＦ）は次のような式として導き出され、各値を算出することが可能となる。
ＸＦ＝ΔＦＡＸ・ＸＡＹ／Ｆ・・・（４）
ＹＦ＝ΔＦＡＹ・ＹＡＸ／Ｆ・・・（５）【００６０】
次に、上記で算出された接触位置Ｔ（ＸＦ，ＹＦ）が原点Ｏ上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。なお、ステップＳ６における「ＸＦ＝ＹＦ＝０」とは、完全同一だけではなく、位置整定範囲（Ｅ＞０）を設定し、誤差範囲（±Ｅ）内にある実質的に等しい場合も含むものである。その結果、接触位置Ｔ（ＸＦ，ＹＦ）が原点Ｏ上でない場合、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとは平行でない（すなわち両半導体基板Ｗｕ，Ｗｄには非接触部分が存在する）ので、両半導体基板を平行にするため、ステップＳ７、Ｓ８に進む。【００６１】
ステップＳ７では、第２の半導体基板Ｗｄを第１の半導体基板Ｗｕと平行に調整するためのＸ軸周りの回転角θＸの駆動量（ΔθＡＸ）と、Ｙ軸周りの回転角θＹの駆動量（ΔθＡＹ）を算出する。各駆動量を算出するにあたり、まず、図１０（ａ）（ｂ）のように、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板ＷｄとのＸ軸周りの傾きをΔθＸ、Ｙ軸周りの傾きをΔθＹと仮定する。どちらの傾きも極めて微小であると仮定すると、両者の傾きは次の式により表される。
ΔθＸ＝Ｚｍａｘ／ＹＦ・・・（６）
ΔθＹ＝−Ｚｍａｘ／ＸＦ・・・（７）
ここで、Ｚｍａｘとは、半導体基板を貼り合わせる際に通常、発生する半導体基板の傾きにおけるＺ軸方向のずれ量として想定される値の内、最も大きい数値である。【００６２】
そして、この傾きと逆向きになるように、Ｘ軸周りの回転駆動量ΔθＡＸ及びＹ軸周りの回転駆動量ΔθＡＹを算出すると、次の式（８）（９）として表される。
ΔθＡＸ＝−Ｚ／ＹＦ・・・（８）
ΔθＡＹ＝Ｚ／ＸＦ・・・（９）
ここで、Ｚとは、Ｚｍａｘより小さい値であり、かつ、半導体基板を貼り合わせる際に発生する半導体基板の傾きにおけるＺ方向のずれ量として問題ない範囲の数値であり、例えば、Ｚｍａｘの１０分の１程度の数値である。【００６３】
次に、上記の回転駆動量ΔθＡＸを第２駆動機構４８によって駆動し、Ｘ軸周りの傾斜を調整するとともに、回転駆動量ΔθＡＹを第１駆動機構４６によって駆動し、Ｙ軸周りの傾斜を調整する（ステップＳ８）。これにより、第２の半導体基板が傾動され、第２の半導体基板における、第１の半導体基板と接触した周縁の一部以外の非接触部分が、第１の半導体基板における非接触部分に近接するようになる。第２駆動機構４８が駆動したときすなわちチルトテーブル３８がＸ軸周りに傾動したとき、作動部６０の第１の作動片６０ｃがＸ軸周りに回動する。このとき、第１駆動機構４６の各ベローズアクチュエータ６８，７０の各押圧部６８ｅ，７０ｅが、前記したように、それぞれ作動片６０ｃの上面６０ａ及び下面６０ｂに点接触していることから、第１の作動片６０ｃが回動したとき、各押圧部６８ｅ，７０ｅがそれぞれ第１の作動片６０ｃに面接触する場合に比べて、各押圧部６８ｅ，７０ｅ及び作動片６０ｃの各接触点と第１の作動片６０ｃの回動中心との距離が小さくなる。これにより、第１の作動片６０ｃが回動したとき、各押圧部６８ｅ，７０ｅがそれぞれ第１の作動片６０ｃに面接触する場合に比べて、第１の作動片６０ｃから各押圧部６８ｅ，７０ｅに作用するモーメント力の大きさが小さくなる。従って、各押圧部６８ｅ，７０ｅがそれぞれ前記モーメント力によって該各押圧部間の間隔が大きくなる方向へ移動することを、確実に抑制することができるので、第２駆動機構４８の駆動時に第１駆動機構４６に影響が及ぶことを確実に抑制することができる。他方、第２駆動機構４８のベローズアクチュエータ７４，７６の構成が第１駆動機構４６のベローズアクチュエータ６８，７０と同様の構成を有していることから、第１駆動機構４６の駆動時に第２駆動機構４８に影響が及ぶことも確実に抑制することができる。第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８のそれぞれの駆動によってＸ軸周り及びＹ軸周りのチルトテーブル３８の傾斜を調整した後、ステップＳ２に戻る。【００６４】
そして、再度、ステップＳ３、ステップＳ５、ステップＳ６と進み、ステップＳ６でＸＦ＝ＹＦ＝０となるまで、つまり、第１及び第２の半導体基板が互いに平行になるまで、駆動量を算出するステップＳ７、算出された駆動量に基づき駆動機構を駆動させるステップＳ８、ステップＳ２，ステップＳ３、半導体基板の接触位置を算出するステップＳ５、及びステップＳ６を繰り返し行う。このような制御により、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８及び移動機構５２に生じる各反力に基づいて、第２の半導体基板Ｗｄが第１の半導体基板Ｗｕに対して徐々に平行になるようにしている。つまり、各反力に基づいて、重心位置に相当する接触位置を算出し、この接触位置によって両半導体基板が平行であるか否かを算出し、接触位置が原点に近づくようにしている。【００６５】
そして、ステップＳ６の判定において、接触位置（ＸＦ，ＹＦ）が原点Ｏ上であれば、両半導体基板は平行であり、ステップＳ９に進む。そして、荷重Ｆが、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとが貼り合わせされるのに十分な値を考慮して定められた下限値Ｂより大きいか否かを判断する（ステップＳ９）。下限値Ｂとしては、例えば、０．５［Ｎ］を設定することが好ましい。荷重Ｆが下限値Ｂより小さければ、ステップＳ１に戻る。一方、荷重Ｆが下限値Ｂより大きければ、この状態で貼り合わせを継続し、所定時間経過後、貼り合わせ加工を完了させる。【００６６】
以上詳述したように、本実施形態に係る半導体基板貼り合わせ装置１の制御装置９０は、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとが互いに当接した際、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、及び移動機構５２に生じる各反力を算出し、この各反力から算出した駆動量に基づき、第１及び第２駆動機構４６，４８を繰り返し駆動して、第１の半導体基板Ｗｕに対する第２の半導体基板Ｗｄの平行度が等しくなるように第２の基板保持テーブル３６の傾斜を調整することができる。【００６７】
また、制御装置９０は、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとの接触位置に作用する荷重Ｆと、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８に生じる各反力と、第１駆動機構４６のＸ軸上の位置と第２駆動機構４８のＹ軸上の位置とに基づき、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとの接触位置を算出し、接触位置が原点上でない場合、この接触位置を利用して、第２の半導体基板Ｗｄが第１の半導体基板Ｗｕと平行になるように、第１及び第２駆動機構４６，４８を繰り返し駆動するようになっている。これにより、制御装置９０による、傾斜調整のための第１及び第２駆動機構４６，４８の制御が容易になる。【００６８】
また、制御装置９０は、第１の半導体基板Ｗｕから第２の半導体基板Ｗｄに作用する荷重が上限値を超える場合、チルトテーブル３８を下降させて第２の基板保持テーブル３６が第１の基板保持テーブル２４から離れる方向に移動するように、移動機構５２を駆動させるようになっている。このため、貼り合わせされる半導体基板同士に過度の力が加わって半導体基板が破損してしまうことを防止できる。【００６９】
また、制御装置９０は、半導体基板への荷重が下限値を超えていない場合、チルトテーブル３８を上昇させて第２の基板保持テーブル３６が第１の基板保持テーブル２４に近づく方向に移動するように、移動機構５２を駆動させるようになっている。このため、不十分な力での半導体基板の貼り合わせを避けることができる。【００７０】
また、ステージ装置３４は、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、及び移動機構５２が流体圧、例えば、空気圧を利用した駆動機構であり、この流体圧の変化に基づいて反力を制御装置９０で算出するようになっている。このため、微小な変化が検出しやすい流体圧の変化に基づいて微妙な傾斜を検出でき、高度な傾斜調整を行うことができる。【００７１】
また、第２の基板保持テーブル３６を第１及び第２駆動機構４６，４８で各軸回りに傾動させるための二つの軸は、第２の基板保持テーブル３６の平面視における保持中心である原点を通り且つ原点を中心として０度及び１８０度を除く角度、例えば略９０度で互いに交差している。このため、第２の基板保持テーブルを各軸回りに傾動させるための第１及び第２駆動機構４６，４８がそれぞれ独立して作動することができ、第２の基板保持テーブル３６（つまり第２の半導体基板Ｗｄ）を水平面に対して様々な傾斜角度へ傾斜させることができる。しかも、このような第２の半導体基板Ｗｄの三次元的な傾斜角度調整を簡単な構造で実現させることが可能となる。【００７２】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８及び移動機構５２で生じる各反力に基づいて、第１の半導体基板Ｗｕと第２の半導体基板Ｗｄとの接触位置を算出していたが、この接触位置を算出できるようであれば、反力以外の力成分を用いて接触位置を算出してもよい。また、上記実施形態では、第２の半導体基板Ｗｄに作用する荷重を算出して接触位置を算出していたが、上部ステージ２０側に第１の半導体基板Ｗｕに作用する外力を検出する検出部を設け、第１の半導体基板Ｗｕに作用する荷重を算出して接触位置を算出するようにしてもよい。【００７３】
また、上記実施形態では、移動機構５２に対する反力を算出するにあたり、図５に示すように、圧力計５２ｄをパイプＰ８６に設ける構成としたが、移動機構５２に対する反力が算出できれば、他の部分に圧力計５２ｄを設ける構成としてもよい。また、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８に対する反力を算出するにあたり、図６等に示すように、圧力計をパイプＰ６８，Ｐ７０等に設ける構成としたが、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８に対する反力が算出できれば、他の部分に圧力計を設ける構成としてもよい。【００７４】
また、上記実施形態では、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、及び移動機構５２は空気圧を使った駆動機構とし、空気圧の変動により反力を検出する構成としたが、これらを油圧など他の流体を使った駆動機構とし、その流体圧の変動により反力を検出する構成としてもよい。【００７５】
また、上記実施形態では、下部ステージ３０に保持される第２の半導体基板Ｗｄを上昇させて上部ステージ２０に保持される第１の半導体基板Ｗｕに当接させていたが、上部ステージ２０に別の移動機構を設けて上部ステージ２０に保持される第１の半導体基板Ｗｕを下降させて下部ステージ３０に保持される第２の半導体基板Ｗｄに当接させるようにしてもよい。この場合でも、反力に基づく高度な傾斜調整が可能である。【００７６】
また、上記実施形態において、チルトテーブル３８の側面３８ｃの作動部６０が設けられた位置と反対側の位置に、該作動部の重量と等しい重量を有する錘を設け、側面３８ｃの作動部６２が設けられた位置の反対側の位置に、該作動部の重量と等しい重量を有する錘を設けることができる。この場合、チルトテーブル３８のＸ軸方向及びＹ軸方向の重さのつり合いが保たれる。これにより、第１駆動機構４６の各ベローズアクチュエータ６８，７０の各ベローズ６８ａ、７０ａ及び第２駆動機構４８の各ベローズアクチュエータ７４，７６の各ベローズがそれぞれ無負荷な状態におかれたとき、チルトテーブル３８がいずれかの方向に傾くことなく、チルトテーブル３８の姿勢を、該チルトテーブルの載置面３８ａが水平になる姿勢に保持することができる。従って、例えば各ベローズアクチュエータ６８，７０，７４，７６への空気の供給量を調整することによりチルトテーブル３８の傾きを調節する場合に比べて、チルトテーブル３８の姿勢を前記初期姿勢に容易に戻すことができる。
【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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【国際調査報告】
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