(57)【要約】【課題】一対の基板を接合するときに、少なくとも接合する基板間に介在する雰囲気や保持を解除される基板の結晶異方性などに起因して、保持を解除される基板に歪みが生じ、接合した基板間に位置ずれが発生する。【解決手段】基板接合方法は、第１の基板に歪みを生じさせながら第１の基板と他の部材とを接合する第１接合段階と、第１の基板に生じた歪みを維持した状態で、第２の基板に歪みを生じさせながら第１の基板と第２の基板とを接合する第２接合段階と、を備え、第１接合段階は、第１の基板と第２の基板とを接合した場合に第２の基板に生じると推定される歪みに関する情報に基づいて、第１の基板と他の部材とを接合接合条件を決定する段階を含む。【選択図】図１
2019071329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の凸状に変形した突出部分を他の部材に接触させて第１の接触領域を形成した後、前記第１の接触領域を広げることで、前記第１の基板に歪みを生じさせながら前記第１の基板と前記他の部材とを接合する第１接合段階と、
第２の基板の凸状に変形した突出部分を、前記歪みが生じている前記第１の基板に接触させて第２の接触領域を形成した後、前記第２の接触領域を広げることで、前記第２の基板に歪みを生じさせながら前記第１の基板と第２の基板とを接合する第２接合段階と、
を備え、
前記第１接合段階は、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合した場合に前記第２の基板に生じると推定される歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板と前記他の部材とを接合する接合条件を決定する段階を含む基板接合方法。
【請求項２】
前記第１接合段階では、前記第１の基板と前記他の部材とのそれぞれの互いに接合される面を活性化することによって、前記第１の基板と前記他の部材とを接合する、
請求項１に記載の基板接合方法。
【請求項３】
前記第２接合段階では、前記第１の基板と前記第２の基板とのそれぞれの互いに接合される面を活性化することによって、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する、
請求項１または２に記載の基板接合方法。
【請求項４】
前記第１接合段階では、前記他の部材が平坦な状態で、前記第１の基板と前記他の部材とを接合する、
請求項１から３の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項５】
前記第２接合段階では、前記第１の基板が平坦な状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する、
請求項１から４の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項６】
前記第２の基板に生じる前記歪みに関する情報は、計測した歪みに関する情報、および、歪みの原因となる情報の少なくとも１つを含む、
請求項１から５の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項７】
前記接合条件は、前記第１の基板および前記他の部材の周囲の環境の条件、および、前記第１の基板および前記他の部材のそれぞれの表面を活性化する場合の活性化の条件の少なくとも１つを含む、
請求項１から６の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項８】
前記第２の基板に生じる前記歪みに関する情報は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在する雰囲気に起因する歪み、および、前記第２の基板の結晶異方性に起因する歪みの少なくとも一方に関する情報を含む、
請求項１から７の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項９】
前記第２の基板に生じる前記歪みに関する情報は更に、前記第２の基板における局所的な変形に起因する非線形歪みに関する情報を含む、
請求項１から８の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項１０】
前記第１の基板と前記他の部材とを接合する前記接合条件は、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する接合条件とは異なる、
請求項１から９の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項１１】
前記第１の基板と前記他の部材とを接合する前記接合条件は、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する接合条件と同じである、
請求項１から９の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項１２】
前記接合条件を決定する段階では、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合した場合に前記第２の基板に生じると推定される歪みに対応する歪みを前記第１の基板に生じさせるための前記接合条件を決定する請求項１から１１のいずれか１項に記載の基板接合方法。
【請求項１３】
前記第１接合段階では、基板保持ステージによる前記他の部材の保持を維持した状態で、前記第１の基板と前記他の部材とを接合、
前記第２接合段階では、前記基板保持ステージによる、前記第１の基板と接合された前記他の部材の保持を維持した状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する、
請求項１から１２の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項１４】
前記他の部材は、構造物が形成されている他の基板、及び、構造物が形成されていないベアシリコンの何れか一方である、
請求項１３に記載の基板接合方法。
【請求項１５】
前記他の部材は、構造物が形成されている他の基板、構造物が形成されていないベアシリコン、及び、基板保持ステージの何れかである、
請求項１から１２の何れか一項に記載の基板接合方法。
【請求項１６】
第１の基板を保持する第１保持部材と、
第２の基板を保持する第２保持部材と、を備え、
前記第１保持部材に保持された前記第１の基板の凸状に変形した突出部分を他の部材に接触させて第１の接触領域を形成した後、前記第１の接触領域を広げることで、前記第１の基板に歪みを生じさせながら前記第１の基板と前記他の部材とを接合し、前記第２保持部材に保持された前記第２の基板の凸状に変形した突出部分を、前記歪みが生じている前記第１の基板に接触させて第２の接触領域を形成した後、前記第２の接触領域を広げることで、前記第２の基板に歪みを生じさせながら前記第１の基板と第２の基板とを接合する基板接合装置であって、
前記第１の基板と前記第２の基板とを接合した場合に前記第２の基板に生じると推定される歪みに関する情報に基づいて、前記第１の基板と前記他の部材とを接合する接合条件を決定する決定部を備える基板接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板接合方法および基板接合装置に関する。
【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接合す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】
上記の方法において、両基板を接合するときに、少なくとも接合する基板間に介在する雰囲気や保持を解除される基板の結晶異方性などに起因して、保持を解除される基板に歪みが生じ、接合した基板間に位置ずれが発生する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様においては、第１の基板の凸状に変形した突出部分を他の部材に接触させて第１の接触領域を形成した後、第１の接触領域を広げることで、第１の基板に歪みを生じさせながら第１の基板と他の部材とを接合する第１接合段階と、第１の基板に生じた歪みを維持した状態で、第２の基板の凸状に変形した突出部分を他の部材に接合された第１の基板に接触させて第２の接触領域を形成した後、第２の接触領域を広げることで、第２の基板に歪みを生じさせながら第１の基板と第２の基板とを接合する第２接合段階と、を備え、第１接合段階は、第１の基板と第２の基板とを接合した場合に第２の基板に生じると推定される歪みに関する情報に基づいて、第１の基板と他の部材とを接合する接合条件を決定する段階を含む、基板接合方法が提供される。
【０００５】
本発明の他の態様においては、第１の基板を保持する第１保持部材と、第２の基板を保持する第２保持部材と、を備え、第１保持部材に保持された第１の基板の凸状に変形した突出部分を他の部材に接触させて第１の接触領域を形成した後、第１の接触領域を広げることで、第１の基板に歪みを生じさせながら第１の基板と他の部材とを接合し、第２保持部材に保持された第２の基板の凸状に変形した突出部分を、歪みが生じている第１の基板に接触させて第２の接触領域を形成した後、第２の接触領域を広げることで、第２の基板に歪みを生じさせながら第１の基板と第２の基板とを接合する基板接合装置であって、第１の基板と第２の基板とを接合した場合に第２の基板に生じると推定される歪みに関する情報に基づいて、第１の基板と他の部材とを接合する接合条件を決定する決定部を備える基板接合装置が提供される。
【０００６】
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】
【０００７】
【図１】基板接合装置１００の模式的平面図である。
【図２】基板２１０、２３０の模式的平面図である。
【図３】基板２１０と基板２３０とを接合する手順を示す流れ図である。
【図４】基板２１０を保持した基板ホルダ２２０の模式的平面図（Ａ）、及び、ベアシリコン２５０を保持した基板ホルダ２４０の模式的平面図（Ｂ）である。
【図５】接合部３００の模式的断面図である。
【図６】接合部３００の模式的断面図である。
【図７】接合部３００の模式的断面図である。
【図８】接合部３００の模式的断面図である。
【図９】接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図１０】接合部３００の模式的断面図である。
【図１１】接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図１２】接合過程における、ベアシリコン２５０が接合された基板２１０と、基板２３０との状態を示す模式的平面図である。
【図１３】接合過程における、ベアシリコン２５０が接合された基板２１０と、基板２３０との状態を示す模式的平面図である。
【図１４】固定側用の基板ホルダ２４０上でのベアシリコン２５０と基板２１０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図１５】固定側用の基板ホルダ２４０上でのベアシリコン２５０と基板２１０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図１６】固定側用の基板ホルダ２４０上でのベアシリコン２５０と基板２１０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図１７】倍率歪みによる積層基板２９２での位置ずれを示す模式図である。
【図１８】シリコン単結晶基板２０８における結晶方位とヤング率との関係を示す模式である。
【図１９】シリコン単結晶基板２０９における結晶方位とヤング率との関係を示す模式である。
【図２０】固定側用の基板ホルダ２４０上での、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０と、基板２３０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図２１】基板２１０とベアシリコン２５０とを接合する他の手順を示す流れ図である。
【図２２】接合過程における基板２１０の状態を示す模式的断面図である。
【図２３】接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図２４】接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図２５】図２１から図２４に示す接合手順を用いた場合における、固定側用の基板ホルダ２４０上での、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０と、基板２３０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図２６】基板２１０と基板２３０とを本接合して薄化する手順を示す流れ図である。
【図２７】基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と基板２６０とを接合する手順を示す流れ図である。
【図２８】接合過程における、基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図２９】接合過程における、基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図３０】接合過程における、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。
【図３１】接合過程における、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。
【図３２】図２６から図３１に示す手順を用いた場合における、固定側用の基板ホルダ２４０上での、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図３３】接合過程における、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との状態を示す模式的断面図である。
【図３４】接合過程における、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との状態を示す模式的断面図である。
【図３５】図３３から図３４に示す接合手順を用いた場合における、固定側用の基板ホルダ２４０上での、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図３６】ベアシリコン２５０が接合された基板２１０と基板２３０とを本接合して薄化する手順を示す流れ図である。
【図３７】ベアシリコン２５０が接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と基板２６０とを接合する手順を示す流れ図である。
【図３８】接合過程における、ベアシリコン２５０が接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、下ステージ３３２との状態を示す模式的断面図である。
【図３９】接合過程における、ベアシリコン２５０が接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、下ステージ３３２との状態を示す模式的断面図である。
【図４０】接合過程における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。
【図４１】接合過程における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。
【図４２】図３６から図４１に示す手順を用いた場合における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図４３】接合過程における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５５が接合されている基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との状態を示す模式的断面図である。
【図４４】接合過程における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５５が接合されている基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との状態を示す模式的断面図である。
【図４５】図４３から図４４に示す接合手順を用いた場合における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５５が接合されている基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との接合過程を示す部分拡大図である。
【図４６】基板２１０と基板２３０とを接合する前に、接合された基板２１０とベアシリコン２５０とを剥離する手順を示す流れ図である。
【図４７】接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図４８】接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図４９】接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図５０】接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図５１】接合過程における基板２１０と基板２３０との状態を示す模式的断面図である。
【図５２】基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と基板２６０とを接合する他の手順を示す流れ図である。
【図５３】接合過程における、基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【図５４】接合過程における、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。
【図５５】接合過程における、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。
【図５６】基板２１０、２３０が局所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２９０での位置ずれを示す模式図である。
【図５７】撓み計測と反りの算出方法を説明する図である。
【図５８】接合部６００の一部の模式的断面図である。
【図５９】アクチュエータ６１２のレイアウトを示す模式図である。
【図６０】接合部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】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を説明する。下記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。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、基板接合装置１００の模式的平面図である。基板接合装置１００は、筐体１１０と、接合する基板２１０、２３０、およびベアシリコン２５０を収容する基板カセット１２０と、少なくとも２つの基板２１０、２３０を接合して作製された積層基板２９０、およびベアシリコン２５０を収容する基板カセット１３０と、制御部１５０と、搬送部１４０と、接合部３００と、基板２１０、２３０、およびベアシリコン２５０を保持する基板ホルダ２２０、２４０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。ベアシリコン２５０は、素子、回路、端子等が形成されていない未加工のシリコンウエハである。
【００１０】
搬送部１４０は、単独の基板２１０、２３０、ベアシリコン２５０、基板ホルダ２２０、２４０、基板２１０、２３０、ベアシリコン２５０を保持した基板ホルダ２２０、２４０、複数の基板２１０、２３０を積層して形成した積層基板２９０等を搬送する。制御部１５０は、基板接合装置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２９０を製造する場合の製造条件を設定する。更に、制御部１５０は、基板接合装置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。
【００１１】
接合部３００は、対向する上ステージ３２２および下ステージ３３２を有する。上ステージ３２２は、基板ホルダ２２０または基板ホルダ２４０を介して、基板２１０、２３０、またはベアシリコン２５０を保持する。下ステージ３３２も同様に、基板ホルダ２２０または基板ホルダ２４０を介して、基板２１０、２３０、またはベアシリコン２５０を保持する。上ステージ３２２および下ステージ３３２はそれぞれ、基板２１０、２３０、またはベアシリコン２５０を直接保持してもよい。接合部３００は、上ステージ３２２および下ステージ３３２のそれぞれに保持させた基板２１０、２３０、およびベアシリコン２５０のうちの何れかの組、例えば、互いに接合した状態の基板２１０およびベアシリコン２５０と、基板２３０とを相互に位置合わせする。その後、当該一方の組を一方のステージに保持させた状態を維持して、他方のステージによる当該他方の組の保持を解除することで、当該組を互いに接触させて接合する。この接合方法において、一方のステージに保持された状態が維持される基板２１０、２３０またはベアシリコン２５０を、固定側の基板２１０、２３０またはベアシリコン２５０と称する場合がある。また、他方のステージに保持された状態から接合時に保持を解除される基板２１０、２３０またはベアシリコン２５０を、解除側の基板２１０、２３０またはベアシリコン２５０と称する場合がある。
【００１２】
ここで、接合した状態とは、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状態を指してもよい。また、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、二つの基板の接合強度が所定の強度以上となった状態を指してもよい。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って二つの基板が最終的に電気的に接続される場合には、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指してもよい。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って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、アニール等の処理前に上記の仮接合されている状態を指してもよい。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。
【００１３】
プリアライナ５００は、基板２１０、２３０、ベアシリコン２５０と基板ホルダ２２０、２４０との位置合わせをそれぞれ行い、基板２１０、２３０、ベアシリコン２５０を基板ホルダ２２０、２４０に保持させる。基板ホルダ２２０、２４０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、２３０、ベアシリコン２５０を吸着して保持する。
【００１４】
上記のような基板接合装置１００においては、素子、回路、端子等が形成された基板２１０、２３０の他に、構造物が形成されていない未加工のシリコンウエハであるベアシリコン２５０、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、ガラス基板等を接合することもできる。接合する対象は、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。接合される基板２１０、２３０、ベアシリコン２５０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２９０であってもよい。接合される基板２１０、２３０、ベアシリコン２５０は、例えば、歪みが生じていない状態において互いに略同一の外形寸法を有する。
【００１５】
図２は、基板接合装置１００において接合する基板２１０、２３０の模式的平面図である。基板２１０、２３０はそれぞれ、ノッチ２１４、２３４と、複数の回路領域２１６、２３６と、複数のアライメントマーク２１８、２３８とを有する。
【００１６】
複数の回路領域２１６、２３６は、基板２１０、２３０のそれぞれの表面に形成された構造物の一例であり、基板２１０、２３０のそれぞれの表面で面方向に周期的に配される。複数の回路領域２１６、２３６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、２３６には、基板２１０、２３０を他の基板２３０、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、２３０の表面に形成された構造物の一例である。
【００１７】
複数のアライメントマーク２１８、２３８もまた、基板２１０、２３０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、２３６の相互の間に配されたスクライブライン２１２、２３２に配される。複数のアライメントマーク２１８、２３８は、基板２１０、２３０を他の基板２３０、２１０またはベアシリコン２５０と位置合わせする際の指標である。スクライブライン２１２、２３２は、基板２１０、２３０をダイシングしてチップ化するときの指標である。なお、模式的平面図を示していないベアシリコン２５０には、少なくともその表面に複数のアライメントマーク２１８が形成されている。
【００１８】
図３は、基板接合装置１００において、基板２１０と基板２３０とを接合する手順を示す流れ図である。先ず、制御部１５０が、基板２１０と基板２３０とを接合した場合に基板２３０に生じると推定される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２１０とベアシリコン２５０とを接合する接合条件を決定する（ステップＳ１０２）。ここでは、制御部１５０は、決定した接合条件に従って、基板２１０を解除側にし、ベアシリコン２５０を固定側にすると決定する。また、制御部１５０は、決定した接合条件となるように、温調装置、除湿加湿装置、気圧調整器、ガス流入装置、活性化装置等を制御する信号を、例えば搬送部１４０、プリアライナ５００、接合部３００などに出力する。なお、制御部１５０は、このような接合条件を決定する決定部を含んでもよい。
【００１９】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、保持面２２１の曲率が異なる複数の解除側用の基板ホルダ２２０のうちから１つの基板ホルダ２２０を選択して、選択した基板ホルダ２２０と基板２１０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２１０を基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ１０４）。固定側のベアシリコン２５０についても基板２１０と同様に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０が、固定側用の基板ホルダ２４０と、固定側のベアシリコン２５０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、ベアシリコン２５０を基板ホルダ２４０に保持させる（ステップＳ１０４）。
【００２０】
図４は、ステップＳ１０４で用いられる、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０の模式的平面図（Ａ）、及び、ベアシリコン２５０を保持した基板ホルダ２４０の模式的平面図（Ｂ）である。基板ホルダ２２０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２２１を有する。基板ホルダ２２０に吸着して保持された基板２１０は、保持面２２１に密着して、保持面２２１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２１０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２４０は、平坦で滑らかな保持面２４１を有する。基板ホルダ２４０に吸着して保持されたベアシリコン２５０は、保持面２４１に密着して、保持面２４１の形状に倣って平坦になる。
【００２１】
以降の説明において適宜参照する図５から図８、及び、図１０は、接合部３００の模式的断面図である。図５に示すように、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を接合部３００の下ステージ３３２に搬入し、ベアシリコン２５０を保持した基板ホルダ２４０を接合部３００の上ステージ３２２に搬入する（ステップＳ１０５）。
【００２２】
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。図５に示された状態において、上ステージ３２２には、既に、基板２１０を保持している状態の基板ホルダ２２０が保持されている。
【００２３】
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。図５に示された状態において、下ステージ３３２には、既に、基板２３０を保持している状態の基板ホルダ２４０が保持されている。なお、図５から図８、及び、図１０の各々において、説明の簡略化のため、基板ホルダ２２０の保持面２２１は平坦に描かれている。
【００２４】
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２１０の上面を観察できる。
【００２５】
活性化装置３２６は、下ステージ３３２に間接的に保持された基板２１０の上面を清浄化するプラズマを発生する。活性化装置３２６では、例えば減圧雰囲気下において処理ガスである酸素ガスを励起してプラズマ化し、酸素イオンを二つの基板のそれぞれの接合面に照射することにより、例えば、基板がSi上にSiO膜を形成した基板である場合には、接合面におけるSiOの結合を切断し、SiおよびOのダングリングボンドを形成する。基板の表面にこのようなダングリングボンドを形成することを活性化と称する場合がある。この状態で大気に晒すと、空気中の水分がダングリングボンドに結合して基盤表面がOH基で覆われる。これにより、基板の表面が水分子と結合しやすい状態すなわち親水化されやすい状態となる。つまり、活性化により、結果として基板の表面が親水化しやすい状態になる。基板の表面を親水化する親水化装置は、図示しないが、例えば純水によって二つの基板の接合面にそれぞれ塗布することにより接合面を親水化するとともに、接合面を洗浄する。
【００２６】
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。
【００２７】
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、図中の矢印Ｚで示す方向に昇降する。このように、下ステージ３３２は、基板２１０を保持している状態の基板ホルダ２２０を保持する上ステージ３２２との間で、基板ホルダ２２０に保持された基板２１０と基板ホルダ２４０に保持された基板２３０との相対位置を変位させる。
【００２８】
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。
【００２９】
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２３０の下面である表面を観察できる。活性化装置３３６は、基板２３０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を接合部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から接合部３００へと搬送するようにしてもよい。
【００３０】
なお、接合部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２１０を回転させて、基板２１０、２３０の位置合わせ精度を向上させることができる。
【００３１】
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、接合部３００における一対の顕微鏡３２４、３３４の相対位置が測定される。
【００３２】
基板接合装置１００はさらに、温調装置、除湿加湿装置、気圧調整器およびガス流入装置を有してもよい。温調装置は例えば基板接合装置１００の枠体に設けられ、送風機によってステージ周辺に送り込まれる気体の温度を調節する。除湿加湿装置も例えば装置の枠体に設けられ、送風機によってステージ周辺に送り込まれる気体の湿度を調節する。ガス流入装置も装置の枠体に設けられ、送風機によってステージ周辺に送り込まれる気体の種類の選択を行う。気圧調整器は基板接合装置１００の枠体に設けられた圧力ポンプを有し、圧力ポンプで枠体内の気圧を調整する。
【００３３】
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２１０およびベアシリコン２５０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（ステップＳ１０６）。
【００３４】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で基板２１０およびベアシリコン２５０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２１０とベアシリコン２５０との相対位置を算出する（ステップＳ１０７）。これにより、基板２１０とベアシリコン２５０とを位置合わせする場合には、基板２１０およびベアシリコン２５０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２１０と基板２３０との位置合わせの場合には、これに加えて、基板２１０と基板２３０との間で対応する回路領域２１６、２３６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２１０と基板２３０との相対移動量を算出する。位置ずれは、接合された基板２１０とベアシリコン２５０との間、または、接合された基板２１０と基板２３０との間における、対応するアライメントマーク２１８、２３８同士の位置ずれを指してもよく、接合された基板２１０と基板２３０との間における対応する接続部同士の位置ずれを指してもよい。位置ずれは、二つの基板２１０、２３０のそれぞれに生じる歪みの量の差に起因する場合がある。
【００３５】
ここで、閾値は、基板２１０、２３０の相互の接合が完了したときに、基板２１０、２３０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２１０、２３０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２１０、２３０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。
【００３６】
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、基板２１０とベアシリコン２５０との相対位置を記録し、基板２１０およびベアシリコン２５０の各々の接合面を化学的に活性化する（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２１０およびベアシリコン２５０の表面を走査させる。これにより、基板２１０およびベアシリコン２５０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。なお、ステップＳ１０８における、基板２１０およびベアシリコン２５０の活性化は、ステップＳ１０６の前に行ってもよく、基板２１０およびベアシリコン２５０を基板接合装置１００に搬入する前に行ってもよい。
【００３７】
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２１０およびベアシリコン２５０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、接合部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２１０およびベアシリコン２５０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２１０およびベアシリコン２５０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２１０およびベアシリコン２５０の表面の活性化後、基板２１０およびベアシリコン２５０の表面を親水化装置により親水化してもよい。
【００３８】
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２１０とベアシリコン２５０とを相互に位置合わせする（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２１０およびベアシリコン２５０のアライメントマーク２１８の位置に基づいて、互いに一致するように、下ステージ３３２を移動させる。
【００３９】
図９は、接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。図９は、図８に示したステップＳ１０９の状態における基板２１０およびベアシリコン２５０の状態を示している。図示のように、それぞれが基板ホルダ２２０、２４０を介して上ステージ３２２および下ステージ３３２に保持された基板２１０およびベアシリコン２５０は、互いに位置合わせされた状態で対向する。図示される通り、平坦な基板２１０は、湾曲した保持面２２１を有する基板ホルダ２２０に吸着されて、その曲面に倣うように変形しているので、対向する基板２１０とベアシリコン２５０との間隔は、基板２１０およびベアシリコン２５０の中央付近が周縁部よりも小さい。
【００４０】
図８及び図９に示した状態に続いて、図１０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２１０とベアシリコン２５０とを相互に接近させる。そして、基板ホルダ２２０の湾曲した保持面２２１に倣うことによって凸状に変形した基板２１０の突出部分をベアシリコン２５０に接触させて接触領域を形成した後、当該接触領域を広げることで、基板２１０に歪みを生じさせながら基板２１０とベアシリコン２５０とを接合する。より具体的には、先ず、基板２１０とベアシリコン２５０とを接近させて、基板２１０およびベアシリコン２５０の一部を互いに接触させ、既に活性化されている当該接触箇所に接合領域を形成する。更に、基板ホルダ２２０による基板２１０の保持を解除することで、活性化された表面相互の分子間力により当該接触箇所に隣接する領域が自律的に相互に吸着され、当該接合領域が基板２１０およびベアシリコン２５０の径方向外側に向かって順次広がるボンディングウェーブが発生し、これによって、基板２１０に歪みを生じさせながら、基板２１０とベアシリコン２５０とを接合する（ステップＳ１１０）。接合領域は、接触領域の一例である。このように、接合面の活性化によって接合面同士を接合することを、直接接合と称する場合がある。
【００４１】
図１１は、接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。図１１は、図１０に示したステップＳ１１０の状態における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を模式的に断面で示している。このように、湾曲した保持面２２１を有する基板ホルダ２２０を用いることにより、基板２１０およびベアシリコン２５０にはただひとつの接触箇所が形成され、その結果、複数の接触箇所が別個に形成されることに起因する接合面内のボイドの発生を抑止することができる。
【００４２】
図５から図１１に示した過程の間に、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、解除側用の基板ホルダ２２０と基板２３０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ１１１）。そして、プリアライナ５００において、基板２３０を基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ１１２）。
【００４３】
図１１に示した状態に続いて、次に搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、基板２３０を保持した基板ホルダ２２０を、接合部３００に搬入して上ステージ３２２に固定する（ステップＳ１１３）。この間、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０は、基板ホルダ２４０を介して下ステージ３３２に固定された状態である。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、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４により基板２１０および基板２３０の各々に設けられたアライメントマーク２１８、２３８を検出させる（ステップＳ１１４）。
【００４４】
次に、顕微鏡３２４、３３４により検出したアライメントマーク２１８、２３８の位置に基づき、基板２１０と基板２３０との相対位置を算出する（ステップＳ１１５）。そして、制御部１５０は、基板２１０と基板２３０との相対位置を記録し、基板２１０および基板２３０の各々の接合面を化学的に活性化する（ステップＳ１１６）。なお、ステップＳ１１６における、基板２１０および基板２３０の活性化は、ステップＳ１１４の前に行ってもよい。また、基板２３０の活性化は、基板２３０を基板接合装置１００に搬入する前に行ってもよい。また、基板２１０の活性化は、基板２１０およびベアシリコン２５０を一旦、基板接合装置１００の外部に搬出して、外部で活性化した後、再度、基板接合装置１００に搬入するように行ってもよい。
【００４５】
ステップＳ１１６の実行後に、制御部１５０は、基板２１０と基板２３０とを相互に位置合わせする（ステップＳ１１７）。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Ｓ１１４において検出した基板２１０および基板２３０のアライメントマーク２１８、２３８の位置に基づいて、基板２１０、２３０の互いに対応する構造物の位置ずれ量が少なくとも接合完了時に上述した閾値以下となるように、下ステージ３３２を移動させる。
【００４６】
図１２および図１３は、接合過程における、ベアシリコン２５０が接合された基板２１０と、基板２３０との状態を示す模式的平面図である。図１２は、ステップＳ１１７の状態におけるベアシリコン２５０が接合された基板２１０と、基板２３０との状態を示している。図１２に示すように、それぞれが基板ホルダ２２０、２４０、またはベアシリコン２５０を介して上ステージ３２２および下ステージ３３２に保持された基板２１０および基板２３０は、互いに位置合わせされた状態で対向する。図示される通り、平坦な基板２３０は、湾曲した保持面２２１を有する基板ホルダ２２０に吸着されて、その曲面に倣うように変形しているので、対向する基板２１０と基板２３０との間隔は、基板２１０および基板２３０の中央付近が周縁部よりも小さい。
【００４７】
図１２に示した状態に続いて、図１３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２１０と基板２３０とを相互に接近させる。そして、基板２１０に生じた歪みを基板ホルダ２４０による保持によって維持した状態で、基板ホルダ２２０の湾曲した保持面２２１に倣うことによって凸状に変形した基板２３０の突出部分を基板２１０に接触させて接触領域を形成した後、当該接触領域を広げることで、基板２３０に歪みを生じさせながら基板２３０と基板２１０とを接合する。より具体的には、先ず、基板２３０と基板２１０とを接近させて、基板２１０および基板２３０の一部を互いに接触させ、既に活性化されている当該接触箇所に接合領域を形成する。更に、基板ホルダ２２０による基板２３０の保持を解除することで、基板２３０に歪みを生じさせながら、基板２１０と基板２３０とを直接接合する（ステップＳ１１８）。
【００４８】
ここで、基板２１０およびベアシリコン２５０の一部が互いに接触した状態と、それらが互いに接合された状態をそれぞれ示している図１１と図１２とを再度参照する。基板２１０およびベアシリコン２５０は、図１１の状態では略同一の外形寸法で示されているが、図１２の状態では基板２１０の外形寸法がベアシリコン２５０の外形寸法よりも大きい。これは、基板２１０とベアシリコン２５０との接合過程において、基板２１０に歪みが生じ、基板２１０が径方向に引き伸ばされた為である。一方で、基板２１０および基板２３０の一部が互いに接触した状態を示している図１３を参照すると、図１１の状態と異なり、基板２１０および基板２３０は略同一の外形寸法で示されていない。これは、上記の通り基板２１０はベアシリコン２５０との接合過程で既に径方向に引き伸ばされているが、基板２３０は、基板２１０との間に未だボンディングウェーブが発生しておらず、径方向に引き伸ばされていない為である。逆に、基板２３０は、基板２１０との接合過程で歪みが生じ、径方向に引き伸ばされる。本実施形態では主に、このような接合過程で生じる歪みによる基板２１０、２３０間の位置ずれを、上記の接合手法によって補正する。
【００４９】
ここで、基板２１０、２３０に生じる歪みについて、歪みの種類などを詳細に説明する。基板２１０、２３０に生じる歪みとは、基板２１０、２３０における構造物の設計座標すなわち設計位置からの変位である。基板２１０、２３０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２１０、２３０の接合面に沿った方向に生じた歪みであり、基板２１０、２３０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２１０、２３０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。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２１０、２３０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２１０、２３０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２１０、２３０の立体歪みは、基板２１０、２３０の接合面に沿った方向以外の方向すなわち接合面に交差する方向への変位である。立体歪みには、基板２１０、２３０が全体的にまたは部分的に曲がることにより基板２１０、２３０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２１０、２３０が、当該基板２１０、２３０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２１０、２３０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２１０、２３０の反りが含まれる。本実施例においては、反りは、重力の影響を排除した状態で基板２１０、２３０に残る歪みをいう。反りに重力の影響を加えた基板２１０、２３０の歪みを、撓みと呼ぶ。なお、基板２１０、２３０の反りには、基板２１０、２３０全体が概ね一様な曲率で屈曲するグローバルな反りと、基板２１０、２３０の一部で局所的な曲率が変化して屈曲する、ローカルな反りとが含まれる。
【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、上述した接合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２１０、２３０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２１０、２３０の設計仕様に対する乖離として、基板２１０、２３０を接合する前の段階から生じている。よって、基板２１０、２３０の初期倍率歪みは、基板２１０、２３０の積層を開始する前から知ることができ、例えば、基板２１０、２３０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２１０、２３０が、接合により、または、平坦な保持部材への吸着により生じる倍率歪みの変化に対応する。反りが生じた基板２１０、２３０を平坦な基板ホルダ２４０や下ステージ３３２に吸着して保持させると、基板２１０、２３０は、平坦な基板ホルダ２４０や下ステージ３３２の保持面の形状に倣って変形する。ここで、基板２１０、２３０が、反りを有する状態から基板ホルダ２４０や下ステージ３３２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、２３０の歪み量が変化する。
【００５９】
これにより、基板２１０、２３０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、２３０の歪み量の変化は、基板２１０、２３０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、２３０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２１０、２３０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２１０、２３０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】
接合過程倍率歪みは、接合の過程で基板２１０、２３０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。ここで、図１４から図１６を用いて、ベアシリコン２５０などの他の部材に予め直接接合していない状態の基板２１０を固定側とし、基板ホルダ２２０などの保持部材による保持を解除した基板２３０を基板２１０に接合する場合に、基板２３０に生じる接合過程倍率歪みを説明する。図１４、図１５および図１６は、固定側用の基板ホルダ２４０上での基板２１０、２３０の接合過程を示す部分拡大図である。図１４、図１５および図１６には、接合部３００で接合される過程にある基板２１０、２３０における、基板２１０、２３０が相互に接触した接触領域と、基板２１０、２３０が相互に接触せずに離れていてこれから接合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１４に示すように、互いに部分的に接触している基板２１０、２３０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２１０、２３０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２２０による保持を解除された基板２３０には、基板２１０との間に介在する雰囲気に起因して、具体的には、例えば基板２１０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。より具体的には、境界Ｋにおいて、基板２３０の厚さ方向の中央の面に対して、基板２３０の図中下面側においては基板２３０が伸び、図中上面側においては基板２３０が収縮する。
【００６２】
これにより、図中に点線で示すように、基板２３０において、基板２１０に接合された領域の外端においては、基板２３０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２１０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２４０に保持された下側の基板２１０と、基板ホルダ２２０による保持を解除された上側の基板２３０との間に、基板２３０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１５に示すように、上記の状態で基板２１０、２３０が互いに接触して接合されると、基板２３０の拡大された倍率歪みが固定される。更に、図１６に示すように、接合により固定される基板２３０の伸び量は、基板２１０、２３０の外周に境界Ｋが移動するほど累積される。
【００６４】
上記のような接合過程倍率歪みの量は、接合される基板２１０、２３０の剛性、基板２１０、２３０に挟まれる雰囲気の粘性等の物理量に基づいて算出できる。また、接合される基板２１０、２３０と同一のロットで製造された基板を接合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２１０、２３０の接合において生じる接合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、接合過程は、基板２１０および基板２３０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を含む。
【００６５】
図１７は、図１４から図１６を用いて説明した接合方法に起因して生じる倍率歪みによる積層基板２９０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２１０を基準としたときの解除側の基板２３０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２９０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２１０、２３０を接合する前に生じた初期倍率歪みおよび吸着倍率歪みと、基板２１０、２３０を接合する過程で生じた接合過程倍率歪みとを含む。
【００６６】
なお、図１４から図１６を用いて説明した接合方法によって基板２１０、２３０を接合する場合は、基板ホルダ２４０による基板２１０の保持を維持した状態で基板ホルダ２２０による基板２３０の保持を解除する。このため、基板２１０、２３０が接合される時点では、保持された基板２１０が形状を固定されているのに対して、保持を解除された基板２３０は歪みつつ接合される。よって、固定されたまま接合される基板２１０については接合過程倍率歪みを考慮しなくてもよいが、保持を解除される基板２３０については、接合過程倍率歪みを考慮することが望ましい。
【００６７】
固定側の基板２１０が、基板ホルダ２４０の形状等により歪んだ状態で保持されている場合、保持を解除された基板２３０に対しては、接合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２１０の形状に基板２３０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、図１４から図１６を用いて説明した接合方法では、基板２１０、２３０の接合後の最終的な倍率歪みの差は、基板２１０、２３０が当初より有している初期倍率歪みの差に、基板２１０、２３０を基板ホルダ２２０、２４０等に保持させた場合に生じる平坦化倍率歪みの差と、接合の過程で保持が解除される基板２３０の接合過程倍率歪みとが重なって形成される。
【００６９】
上述のように、図１４から図１６を用いて説明した方法で基板２１０、２３０を積層して形成される積層基板２９０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、および接合過程倍率歪みの差の大きさと関連する。また、基板２１０、２３０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、および接合過程倍率歪みの差は、上記のように、接合前の測定、計算等により推定できる。
【００７１】
次に、基板２１０、２３０に生じる平面歪みに含まれる非線形歪みのうち、基板２１０、２３０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。
【００７２】
図１８は、シリコン単結晶基板２０８における結晶方位とヤング率との関係を示す模式である。図１８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、２３０においては、基板２１０、２３０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、２３０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、２３０の曲げ剛性が異なっている。曲げ剛性は、基板２１０、２３０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。
【００７３】
図１９は、シリコン単結晶基板２０９における結晶方位とヤング率との関係を示す模式である。図１９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、２３０においては、基板２１０、２３０の周方向に曲げ剛性の不均一且つ複雑な分布が生じる。
【００７４】
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、２３０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１４から図１６までを参照して説明した接合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、図１４から図１６を用いて説明した方法で基板２１０、２３０を積層して製造した積層基板２９０においては、積層基板２９０の周方向について不均一な回路領域２１６、２３６の位置ずれが生じる。結晶異方性に起因する歪みによる接合基板間の位置ずれは、接合する解除側の基板２３０の結晶異方性に起因する。
【００７５】
このように、図１４から図１６を用いて説明した方法では、少なくとも、接合する基板２１０と基板２３０との間に介在する雰囲気に起因する接合過程倍率歪みと、結晶異方性に起因する歪みとが原因で、接合する基板２１０と基板２３０との間に位置ずれが生じる。この場合、接合部３００において、アライメントマーク２１８、２３８等に基づいて基板２１０、２３０の面方向における位置合わせをした場合であっても、基板２１０、２３０間の位置ずれを解消することができない場合がある。
【００７６】
そこで、本実施形態では、接合過程倍率歪みと、結晶異方性に起因する非線形歪みとが原因で、接合する基板２１０と基板２３０との間に生じる位置ずれを、基板２１０および基板２３０以外の他の部材を用いたダミーの接合によって補正する。なお、接合過程倍率歪みと、結晶異方性に起因する非線形歪みとを原因とする位置ずれに限られず、他の歪み成分、例えば、初期倍率や吸着歪みを原因とする位置ずれを併せて補正するように接合条件が設定されてもよい。
【００７７】
図３の流れ図を参照しつつ具体的に説明すると、図５から図１１に示した通り、先ず、基板２１０と基板２３０とを直接接合する前に、ステップＳ１０１において、基板２１０と基板２３０とを直接接合した場合に基板２３０に生じる歪みに関する情報を取得し、ステップＳ１０２において、当該情報に基づき、基板２１０とダミーとしての他の部材の一例であるベアシリコン２５０とを接合する接合条件を決定する。そして、決定した接合条件に従って、ステップＳ１１０で固定側のベアシリコン２５０と解除側の基板２１０とを直接接合することで、基板２１０に歪みを生じさせる。次に、図１２から図１３に示した通り、ステップＳ１１８において、基板２１０に生じた歪みを維持した状態で、固定側の基板２１０と解除側の基板２３０とを直接接合することで、基板２３０に歪みを生じさせる。これによって、接合した基板２１０および基板２３０の間に生じる位置ずれの量を予め定められた閾値以下にする。
【００７８】
基板２３０に生じる歪みに関する情報には、基板２３０全体が概ね一様な曲率で屈曲するグローバルな反りに関する情報と、基板２３０の一部で局所的な曲率の変化、すなわち局所的な湾曲が生じるローカルな反りに関する情報とが含まれる。
【００７９】
グローバルな反りに関する情報には、基板２３０の全体的な反りの大きさ、反りの方向、撓みの大きさ、撓みの方向等の全体的な湾曲の特性のように、基板２３０の全体的な湾曲を計測することにより得られる情報と、基板２３０の結晶異方性、製造プロセス、基板２３０の種類、基板２３０に形成された構造物の構成といった、基板２３０に全体的な湾曲を生じさせる原因に関する情報とが含まれる。
【００８０】
ローカルな反りに関する情報には、基板２３０の局所的な反りの大きさ、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、応力分布等の局所的な湾曲の特性のように、基板２３０の局所的な湾曲を計測することにより得られる情報と、基板２３０の結晶異方性、製造プロセス、基板２３０の種類、基板２３０に形成された構造物の構成といった、基板２３０に局所的な湾曲を生じさせる原因に関する情報とが含まれる。振幅とは、基板が波状に変形したときの基板の一方の面側に湾曲した部分の頂点と他方の面側に湾曲した部分の頂点との間の幅である。
【００８１】
制御部１５０は、基板２３０に生じる歪みに関する情報を、基板接合装置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、基板接合装置１００において、接合部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。
【００８２】
基板２１０とベアシリコン２５０とを接合する接合条件には、基板２１０およびベアシリコン２５０のそれぞれの接合面の活性化度合い、接合するときのこれらの姿勢、変形度合い、互いの間隔の他、基板接合装置１００内部の環境条件、より好ましくは、基板２１０およびベアシリコン２５０の周囲の環境条件が含まれる。環境条件には、温度、気圧、湿度、および、雰囲気の種類などが含まれる。また、基板２１０と基板２３０とを接合する接合条件にも、同様の条件が含まれる。これらの接合条件は、接合過程で基板２３０に生じる歪みに関する情報、特に、歪の原因となる情報にも含まれる。
【００８３】
接合するときの基板などの姿勢とは、例えば接合するときに回路形成面が鉛直方向下向きとなるような基板の向きをいう。接合するときの基板などの変形度合いとは、例えば保持面が湾曲した基板ホルダによって保持されることで、その曲面に倣って湾曲した基板の湾曲度合いの他、互いに隔離されて独立した複数の吸着領域を有する基板ホルダによって部分的に吸着・解除されることで、自重で部分的に湾曲した基板の湾曲度合いや、基板保持ステージに内蔵されたアクチュエータによって基板保持ステージの基板保持面が変形することで、その変形面に倣って湾曲した基板の湾曲度合いなどを含む。接合するときの基板などの互いの間隔とは、例えば接合される基板間の一部が接触した状態での、他の接触していない領域間の間隔を含む。
【００８４】
上記ステップＳ１０２において、歪に関する情報と接合条件との相関関係が予め把握できている場合は、例えば相関関係をテーブルとして制御部１５０の格納部に格納しておき、歪に関する情報から接合条件を直接決定する。歪みの大きさ、方向、種類等と接合条件との相関関係が予め把握できている場合は、歪みに関する情報から基板に生じる歪みの大きさ、方向、種類等を推測し、それらに基づいて、接合条件を決定する。基板２１０の歪みに関する情報が示す歪みが、基板２３０の歪みに関する情報が示す歪みと同じであれば、基板２１０とベアシリコン２５０とを接合する接合条件は、基板２１０と基板２３０とを接合するときと同じにする。歪に関する情報が示す歪みが異なる場合、すなわち、歪み態様が異なる場合、歪み態様を同等にするために、異なる接合条件の設定する。
【００８５】
接合条件と歪の相関関係として、例えば下記のものが挙げられる。ガス流入装置により、雰囲気の気体の種類として粘性が高いものを用いると、倍率が大きくなる。これは、接合時に基板間の気体を押し出すために大きな力が必要で、上の基板の変形が大きくなるからと考えられる。気圧調整器により雰囲気の気圧を高くすると、倍率が大きくなる。理由は粘性が高い場合と同じである。除湿加湿装置により雰囲気の湿度を高くすると倍率が大きくなる。これは、湿度が大きいと雰囲気の粘性が上がるからと考えられる。活性化装置により活性度すなわち接合力を大きくすると、倍率が大きくなる。これは、接合力が大きいとボンディングウェーブ速度が上がり、上の基板の変形量が大きくなるからと考えられる。したがって、ガス流入装置、気圧調整器、除湿加湿装置および活性化装置は、基板２１０と基板２３０を接合する時の歪を補正する補正装置であるともいえる。
【００８６】
図２０は、本実施形態による、固定側用の基板ホルダ２４０上での、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０と、基板２３０との接合過程を示す部分拡大図である。図２０は、図１３に示した状態から、基板２１０と基板２３０との間における接合領域が基板周縁まで拡大した状態を示している。基板２１０、２３０が相互に接触した接触領域と、基板２１０、２３０が相互に接触せずに離れていてこれから接合される非接触領域との境界Ｋが基板周縁まで移動している状態である。また、図中、基板２１０、２３０の各々の断面に示した点線は、各々の表面に形成されたスクライブライン２１２、２３２から基板厚さ方向に引いた仮想的な線であり、ベアシリコン２５０の断面に示した点線は、歪みが生じていない場合における基板２１０、２３０の仮想的な線に対応する仮想的な線である。
【００８７】
上記の通り、基板２１０、基板２３０およびベアシリコン２５０は、歪みが生じていない状態で略同一の外形寸法を有する。図２０に示される通り、ベアシリコン２５０の仮想的な線に対応する基板２１０の仮想的な線は、相対的に径方向外側にずれている。これは、ベアシリコン２５０に対して、基板２１０には少なくとも接合過程倍率歪みと結晶異方性起因の歪みとが生じて、基板２１０は径方向に引き伸ばされているためである。また、基板２１０に対して、基板２３０にも少なくとも接合過程倍率歪みと結晶異方性起因の歪みとが生じて、基板２３０も径方向に引き伸ばされている。
【００８８】
ここで、図２０すなわちステップＳ１１８での接合で基板２３０に生じる歪みに対応する歪み分、例えば同一の歪みを、ステップＳ１１０での基板２１０とベアシリコン２５０との接合において、基板２１０に予め生じさせている。よって、図２０に示される通り、基板２１０の仮想的な線に対応する基板２３０の線は、相対的に略同位置になる。これにより、基板２１０、２３０が相互に接触した接触領域において、基板２１０に形成されている複数の回路領域２１６と、基板２３０に形成されている複数の回路領域２３６との間で生じる位置ずれの量が予め定められた閾値以下となる。
【００８９】
このように、本実施形態によれば、基板２３０に生じる歪みに関する情報に基づいて、基板２１０とベアシリコン２５０とを接合する接合条件を調整して決定する。基板２１０および基板２３０間の歪み量の差による基板２１０、２３０間の位置ずれ量が閾値以下となるように、接合条件を調整する。具体的には、基板２１０に生じる歪みの種類、大きさ、方向、分布および発生個所等を基板２３０に生じる歪みに対応させることにより、基板２３０を基板２１０に接合した場合に基板２３０に生じると推定される歪みと同様の歪みを、基板２１０に予め生じさせる。これにより、基板２１０と基板２３０との最終的な歪みの差を低減し、この差に起因する位置ずれの発生を抑止できる。なお、ステップＳ１１０で基板２１０に生じさせる歪みは、ステップＳ１１８で基板２３０に生じる歪みと比較して、同一である必要はなく、予め定められた範囲内の歪みであってもよい。
【００９０】
以上の接合方法によって接合された基板２１０および基板２３０は、図２０に示される通り、それぞれの表面に形成された複数の回路領域２１６、２３６が互いに向かい合っていない、所謂、バックツーフェイスの状態である。そこで、これらが互いに向かい合う、所謂、フェイスツーフェイスの状態で基板２１０と基板２３０とを接合する方法の一例を、図２１から図２５を用いて説明する。
【００９１】
図２１は、基板２１０とベアシリコン２５０とを接合する他の手順を示す流れ図である。図２１から図２５における実施形態と、図１から図２０を用いて説明した実施形態とは、接合部３００が、上ステージ３２２の周囲で天板３１６に設けられた４本の支持アーム３２３を更に備える点、及び、下ステージ３３２の側面に、支持アーム３２３を挿通可能な鉛直方向溝が形成されている点以外は共通であるので、重複する説明は省略する。
【００９２】
４本の支持アーム３２３は、上ステージ３２２の周囲において、互いに略等間隔で、例えば９０度置きに配される。各支持アーム３２３は、基板２１０などの下面の外周部分に当接する支持部３２５を有する。４本の支持アーム３２３は、互いの支持部３２５の鉛直方向の位置が常に一致するよう、移動が制限される。各支持アーム３２３は、鉛直方向に移動可能で、且つ、互いに近づくように水平方向にも移動可能である。制御部１５０は、４本の支持アーム３２３の鉛直方向および水平方向の移動を制御し、４本の支持アーム３２３によって、例えば基板２１０の周囲を９０度の等間隔で鉛直方向の下から支持する。
【００９３】
ここでは先ず、制御部１５０が、基板２１０と基板２３０とを接合した場合に基板２３０に生じると推定される歪みに関する情報を取得し（ステップＳ２０１）、取得した情報に基づいて、基板２１０とベアシリコン２５０との接合条件を決定する（ステップＳ２０２）。ここでは、制御部１５０は、決定した接合条件に従って、基板２１０を解除側にし、ベアシリコン２５０を固定側にすると決定する。次に、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、基板２１０を、複数の回路領域２１６が形成された面を上にした状態で接合部３００に搬入して、上ステージ３２２の下方に移動させる（ステップＳ２０３）。ここからの説明において適宜参照する図２２は、接合過程における基板２１０の状態を示す模式的断面図であり、図２３から図２４は、接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【００９４】
図２２に示すように、各支持アーム３２３が、制御部１５０からの出力に基づき、上ステージ３２２の下方に配されている搬送部１４０上の基板２１０の下面よりも下まで下降して、支持部３２５を基板２１０の下方に移動させた後に上昇することで、支持部３２５を、搬送部１４０上に固定された基板２１０の下面の外周部分における複数の回路領域２１６が形成されていない箇所に当接させる（ステップＳ２０４）。この状態において、４本の支持アーム３２３の各支持部３２５は、基板２１０の下面の外周部分に等間隔で当接している。
【００９５】
ステップＳ２０４の実行後、制御部１５０が、搬送部１４０による基板２１０の固定を解除し（ステップＳ２０５）、支持アーム３２３を上昇させて、基板２１０を下ステージ３３２の上方へと移動する（ステップＳ２０６）。
【００９６】
ステップＳ２０６の実行後、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、固定側用の基板ホルダ２４０とベアシリコン２５０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ２０７）。そして、プリアライナ５００において、ベアシリコン２５０を基板ホルダ２４０に保持させる（ステップＳ２０８）。
【００９７】
図２２に示した状態に続いて、次に搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、ベアシリコン２５０を保持した基板ホルダ２４０を、接合部３００に搬入して下ステージ３３２に固定する（ステップＳ２０９）。この間、基板２１０は、支持アーム３２３によって支持された状態で、下ステージ３３２の上方で待機している。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２１０およびベアシリコン２５０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（ステップＳ２１０）。
【００９８】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で基板２１０およびベアシリコン２５０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２１０とベアシリコン２５０との相対位置を算出する（ステップＳ２１１）。そして、制御部１５０は、基板２１０とベアシリコン２５０との相対位置を記録し、基板２１０およびベアシリコン２５０の各々の接合面を化学的に活性化する（ステップＳ２１２）。
【００９９】
ステップＳ２１２の実行後に、制御部１５０は、基板２１０とベアシリコン２５０とを相互に位置合わせする（ステップＳ２１３）。図２３は、ステップＳ２１３の状態における、支持アーム３２３によって支持された基板２１０と、基板ホルダ２４０を介して下ステージ３３２上に固定されたベアシリコン２５０とが向かい合っている状態を示している。このとき、図２３に示される通り、基板２１０は４本の支持アーム３２３によって外周部分を支持されているので、自重で中央が下方に湾曲している状態である。これにより、図２３に示す状態において、対向する基板２１０とベアシリコン２５０との間隔は、基板２１０およびベアシリコン２５０の中央付近が周縁部よりも小さい。
【０１００】
制御部１５０は、基板２１０を支持している支持アーム３２３を下降させて、基板２１０とベアシリコン２５０とを相互に接近させる。そして、図２４に示されるように、基板２１０およびベアシリコン２５０の一部が互いに接触して、既に活性化されている当該接触箇所に接合領域が形成される。更に、支持アーム３２３による基板２１０の指示を解除することで、基板２１０とベアシリコン２５０とを直接接合する（ステップＳ２１４）。
【０１０１】
図２５は、図２１から図２４に示す接合手順を用いた場合における、固定側用の基板ホルダ２４０上での、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０と、基板２３０との接合過程を示す部分拡大図である。本実施形態の接合手順によっても、基板２３０に生じる歪みの種類、大きさ、方向、分布および発生個所に対応する歪みを、予め基板２１０に生じさせておくことで、基板２１０に形成されている複数の回路領域２１６と、基板２３０に形成されている複数の回路領域２３６との間に生じる位置ずれの量を予め定められた閾値以下にする。このように、本実施形態によっても、基板２１０と基板２３０との最終的な歪みの差を低減し、この差に起因する位置ずれの発生を抑止できる。以降の実施形態の説明において、接合された基板２１０および基板２３０は、図２１から２５に示した実施形態の接合手順によって接合されたものとする、すなわち、フェイスツーフェイスの状態であるものとする。
【０１０２】
図２６は、基板２１０と基板２３０とを本接合して薄化する手順を示す流れ図である。図２５に示した状態の後、基板２１０、２３０の接合面内におけるボンディングウェーブの進行が完了した場合、所定時間の後に、ベアシリコン２５０を基板ホルダ２４０と共に基板２１０から剥離する（ステップＳ３０１）。接合された基板２１０、２３０から成る積層基板２９０を、搬送部１４０によって接合部３００から搬出し、更に基板接合装置１００から搬出する（ステップＳ３０２）。そして、他の搬送手段によって積層基板２９０を加熱装置に搬入し、加熱することにより本接合する（ステップＳ３０３）。本接合が完了した後、他の搬送手段によって、本接合された積層基板２９０を加熱装置から搬出し（ステップＳ３０４）、薄化装置に搬入して積層基板２９０の基板２３０を薄化する（ステップＳ３０５）。薄化が完了した後、他の搬送手段によって、薄化された積層基板２９０を薄化装置から搬出し、再度、基板接合装置１００に搬入する（ステップＳ３０６）。なお、ステップＳ３０５において、積層基板２９０の基板２１０を薄化してもよい。
【０１０３】
図２７は、図２６のステップＳ３０６を実行後の、基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と基板２６０とを接合する手順を示す流れ図である。先ず、制御部１５０が、積層基板２９０と基板２６０とを接合した場合に基板２６０に生じると推定される歪みに関する情報を取得し（ステップＳ４０１）、取得した情報に基づいて、積層基板２９０とベアシリコン２５０との接合条件を接合決定する（ステップＳ４０２）。ここでは、制御部１５０は、決定した接合条件に従って、積層基板２９０を解除側にし、ベアシリコン２５０を固定側にすると決定する。
【０１０４】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、保持面２２１の曲率が異なる複数の解除側用の基板ホルダ２２０のうちから１つの基板ホルダ２２０を選択して、選択した基板ホルダ２２０と積層基板２９０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ４０３）。プリアライナ５００において、積層基板２９０の薄化された基板２３０が基板ホルダ２２０に対面するように、積層基板２９０を基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ４０４）。固定側のベアシリコン２５０についても積層基板２９０と同様に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０が、固定側用の基板ホルダ２４０と、固定側のベアシリコン２５０とを、順次プリアライナ５００に搬入し（ステップＳ４０３）、プリアライナ５００において、ベアシリコン２５０を基板ホルダ２４０に保持させる（ステップＳ４０４）。
【０１０５】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、積層基板２９０とベアシリコン２５０とを個別に保持した基板ホルダ２２０、２４０を、接合部３００に順次搬入して各ステージに固定する（ステップＳ４０５）。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により積層基板２９０およびベアシリコン２５０の各々に設けられたアライメントマーク２１８、２３８を検出させる（ステップＳ４０６）。
【０１０６】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で積層基板２９０およびベアシリコン２５０のアライメントマーク２１８、２３８の位置を検出することにより、積層基板２９０とベアシリコン２５０との相対位置を算出する（ステップＳ４０７）。なお、積層基板２９０の基板２１０および基板２３０はフェイスツーフェイスの状態なので、各々の回路形成面に形成されたアライメントマーク２１８、２３８は露出しないが、これを観察すべく、各基板のアライメントマークに対応する領域にはガラスなどの透明な材料が充填された観察孔が設けられ、顕微鏡３２４、３３４は当観察孔を介してアライメントマーク２１８、２３８を観察してもよい。
【０１０７】
次に、制御部１５０は、積層基板２９０とベアシリコン２５０との相対位置を記録し、積層基板２９０およびベアシリコン２５０の各々の接合面を化学的に活性化する（ステップＳ４０８）。制御部１５０は、積層基板２９０とベアシリコン２５０とを相互に位置合わせし（ステップＳ４０９）、昇降駆動部３３８を動作させて下ステージ３３２を上昇させ、積層基板２９０の基板２１０とベアシリコン２５０とを相互に接近させる。図２８および図２９は、接合過程における積層基板２９０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。図２８は、ステップＳ４０９の状態における積層基板２９０およびベアシリコン２５０の状態を示している。図２８に示す状態に続いて、図２９に示すように、積層基板２９０の基板２１０およびベアシリコン２５０の一部が互いに接触して、既に活性化されている当該接触箇所に接合領域が形成される。更に、基板ホルダ２２０による積層基板２９０の保持を解除することで、積層基板２９０の基板２１０とベアシリコン２５０とを直接接合する（ステップＳ４１０）。
【０１０８】
図２８から図２９に示した過程の間に、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、解除側用の基板ホルダ２２０と基板２６０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ４１１）。そして、プリアライナ５００において、基板２６０を基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ４１２）。
【０１０９】
図２９に示した状態に続いて、次に搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、基板２６０を保持した基板ホルダ２２０を、接合部３００に搬入して上ステージ３２２に固定する（ステップＳ４１３）。この間、ベアシリコン２５０と接合された積層基板２９０は、ベアシリコン２５０を介して下ステージ３３２に固定された状態である。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により積層基板２９０および基板２６０の各々に設けられたアライメントマーク２１８、２３８を検出させる（ステップＳ４１４）。
【０１１０】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で積層基板２９０および基板２６０のアライメントマーク２１８、２３８の位置を検出することにより、積層基板２９０と基板２６０との相対位置を算出する（ステップＳ４１５）。そして、制御部１５０は、積層基板２９０と基板２６０との相対位置を記録し、積層基板２９０の基板２３０および基板２６０の各々の接合面を化学的に活性化する（ステップＳ４１６）。
【０１１１】
ステップＳ４１６の実行後に、制御部１５０は、積層基板２９０と基板２６０とを相互に位置合わせする（ステップＳ４１７）。図３０および図３１は、接合過程における、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。図３０は、ステップＳ４１７の状態におけるベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０と、基板２６０との状態を示している。図３０に示すように、それぞれが基板ホルダ２２０、２４０、またはベアシリコン２５０を介して上ステージ３２２および下ステージ３３２に保持された積層基板２９０および基板２６０は、互いに位置合わせされた状態で対向する。図示される通り、対向する積層基板２９０と基板２６０との間隔は、積層基板２９０および基板２６０の中央付近が周縁部よりも小さい。
【０１１２】
図３０に示した状態に続いて、図３１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、積層基板２９０の基板２３０および基板２６０の一部を互いに接触させ、更に、基板ホルダ２２０による基板２６０の保持を解除することで、積層基板２９０の基板２３０と基板２６０とを直接接合する（ステップＳ４１８）。
【０１１３】
図３２は、図２６から図３１に示す手順を用いた場合における、固定側用の基板ホルダ２４０上での、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との接合過程を示す部分拡大図である。図中、基板２６０の断面に示した点線は、表面に形成されたスクライブライン２６２から基板厚さ方向に引いた仮想的な線である。本実施形態の接合手順によれば、図３２に示される通り、基板２１０の仮想的な線に対応する基板２３０の線は、相対的に略同位置になり、且つ、基板２１０、２３０の仮想的な線に対応する基板２６０の線は、相対的に略同位置になる。これにより、基板２６０に生じる歪みに対応する歪みを予め積層基板２９０に生じさせておくことで、積層基板２９０の基板２１０および基板２３０に形成されている複数の回路領域２１６、２３６と、基板２６０に形成されている複数の回路領域２６６との間に生じる位置ずれの量を予め定められた閾値以下にする。このように、本実施形態によれば、複数の基板２１０、２３０を接合した積層基板２９０と、更なる基板２６０とを接合する場合においても、積層基板２９０の基板２１０および基板２３０と更なる基板２６０との最終的な歪みの差を低減し、この差に起因する位置ずれの発生を抑止できる。
【０１１４】
図２６から図３２の実施形態では、積層基板２９０に基板２６０を直接接合する前に、積層基板２９０と基板２６０とを直接接合した場合に基板２６０に生じると推定される歪に対応する歪みを、積層基板２９０をベアシリコン２５０に直接接合することで、積層基板２９０に生じさせ、積層基板２９０に生じた歪みを維持した状態で、基板２６０にその歪みが生じるように、積層基板２９０に基板２６０を直接接合した。ここで、基板２６０に代えて、積層基板２９０と同じ接合手順によって接合された基板２７０および基板２８０を、基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０に接合する場合を説明する。
【０１１５】
図３３および図３４は、接合過程における、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との状態を示す模式的断面図である。
【０１１６】
基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０は、ステップＳ２０１からステップＳ２１０を実行後、ステップＳ１１１からステップＳ１１８を実行して、更にその後、ステップＳ３０１からステップＳ３０６を実行することで、形成される。積層基板２９０の基板２８０は、ステップＳ３０５を実行することで、基板２７０との接合面の反対の面が薄化されている。また、図３３に示されるように、基板２８０が薄化された後に再度基板接合装置１００に搬入された基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０は、プリアライナ５００において、積層基板２９０の薄化されていない基板２７０が基板ホルダ２２０に対面するように、基板ホルダ２２０に保持される。そして、基板ホルダ２２０に保持された基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０は、接合部３００に搬入され、上ステージ３２２に固定される。
【０１１７】
図３３に示した状態に続いて、図３４に示すように、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０における薄化された基板２３０と、基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０における薄化された基板２８０との一部を互いに接触させ、更に、基板ホルダ２２０による基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０の保持を解除することで、積層基板２９０同士を直接接合する。
【０１１８】
図３５は、図３３から図３４に示す接合手順を用いた場合における、固定側用の基板ホルダ２４０上での、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との接合過程を示す部分拡大図である。図中、基板２７０、２８０の各々の断面に示した点線は、各々の表面に形成されたスクライブライン２７２、２８２から基板厚さ方向に引いた仮想的な線である。本実施形態の接合手順によれば、図３５に示される通り、基板２１０の仮想的な線に対応する基板２３０の線は、相対的に略同位置になり、基板２７０の仮想的な線に対応する基板２８０の線は、相対的に略同位置になり、且つ、基板２１０、２３０の仮想的な線に対応する基板２７０、２８０の線は、相対的に略同位置になる。これにより、基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０に生じる歪みに対応する歪みを予め基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０に生じさせておくことで、一方の積層基板２９０の基板２１０、２３０に形成されている複数の回路領域２１６、２３６と、一方の積層基板２９０の基板２７０、２８０に形成されている複数の回路領域２７６、２８６との間に生じる位置ずれの量を予め定められた閾値以下にする。このように、本実施形態によれば、複数の基板２１０、２３０を接合した積層基板２９０と、複数の基板２７０、２８０が接合された積層基板２９０とを接合する場合においても、両積層基板２９０間の最終的な歪みの差を低減し、この差に起因する位置ずれの発生を抑止できる。また、本実施形態の接合手順によって接合された一対の積層基板２９０は、一方の積層基板２９０の基板２１０および基板２３０のうちの薄化された基板２３０を、他方の積層基板２９０の基板２７０および基板２８０のうちの薄化された基板２８０の回路形成面と接合する。
【０１１９】
以上、図１から図３５を用いて、接合過程倍率歪みと結晶異方性に起因する歪みとが原因で接合する基板間に生じる位置ずれを、接合する基板以外の他の部材としてベアシリコンを用いたダミーの接合によって補正することを説明した。次に、図３６から図４５を用いて、この位置ずれを、接合する基板以外の他の部材として基板保持ステージを用いたダミーの接合によって補正することを説明する。
【０１２０】
図３６は、ベアシリコン２５０が接合された基板２１０と基板２３０とを本接合して薄化する手順を示す流れ図である。図２５に示した状態の後、基板２１０、２３０の接合面内におけるボンディングウェーブの進行が完了した場合、所定時間の後に、接合された基板２１０、２３０から成る積層基板２９０を、ベアシリコン２５０が基板２１０に接合された状態で、搬送部１４０によって接合部３００から搬出し、更に基板接合装置１００から搬出する（ステップＳ５０１）。このようにベアシリコン２５０を接合した状態で積層基板２９０を扱う場合、ベアシリコン２５０は、積層基板２９０のハンドリングサポート基板として機能する。そして、他の搬送手段によって、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０を加熱装置に搬入し、加熱することにより本接合する（ステップＳ５０２）。本接合が完了した後、他の搬送手段によって、本接合された積層基板２９０を加熱装置から搬出し（ステップＳ５０３）、薄化装置に搬入して積層基板２９０の基板２１０および基板２３０のうち、ベアシリコン２５０が接合されていない基板２３０を薄化する（ステップＳ５０４）。薄化が完了した後、他の搬送手段によって、薄化された積層基板２９０を薄化装置から搬出し、再度、基板接合装置１００に搬入する（ステップＳ５０５）。
【０１２１】
図３７は、図３６のステップＳ５０５を実行後の、ベアシリコン２５０が接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と基板２６０とを接合する手順を示す流れ図である。先ず、制御部１５０が、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０と、基板２６０とを接合した場合に、基板２６０に生じると推定される歪みに関する情報を取得し（ステップＳ６０１）、取得した情報に基づいて、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０と、他の部材としての、上ステージ３２２および下ステージ３３２の何れか一方との接合条件を決定する（ステップＳ６０２）。ここでは、制御部１５０は、決定した接合条件に従って、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０を上ステージ３２２に保持させ、上ステージ３２２による当該積層基板２９０の保持を解除することによって、当該積層基板２９０を下ステージ３３２に接合する、と決定する。
【０１２２】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、保持面２２１の曲率が異なる複数の解除側用の基板ホルダ２２０のうちから１つの基板ホルダ２２０を選択して、選択した基板ホルダ２２０とベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ６０３）。プリアライナ５００において、積層基板２９０の薄化された基板２３０が基板ホルダ２２０に対面するように、ベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０を基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ６０４）。
【０１２３】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０を保持した基板ホルダ２２０を、接合部３００に搬入して上ステージ３２２に固定する（ステップＳ６０５）。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３３４により積層基板２９０に設けられたアライメントマーク２１８、２３８を検出させる（ステップＳ６０６）。
【０１２４】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４でベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０のアライメントマーク２１８、２３８の位置を検出することにより、積層基板２９０と下ステージ３３２との相対位置を算出する（ステップＳ６０７）。制御部１５０は、積層基板２９０と下ステージ３３２との相対位置を記録し、積層基板２９０に接合された状態のベアシリコン２５０および下ステージ３３２の各々の接合面を化学的に活性化する（ステップＳ６０８）。制御部１５０は、積層基板２９０とベアシリコン２５０とを相互に位置合わせし（ステップＳ６０９）、昇降駆動部３３８を動作させて下ステージ３３２を上昇させ、積層基板２９０のベアシリコン２５０と下ステージ３３２とを相互に接近させる。図３８および図３９は、接合過程におけるベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０と下ステージ３３２との状態を示す模式的断面図である。図３８は、ステップＳ６０９の状態における積層基板２９０および下ステージ３３２の状態を示している。図３８に示す状態に続いて、図３９に示すように、制御部１５０は、積層基板２９０に接合された状態のベアシリコン２５０および下ステージ３３２の一部を互いに接触させて、更に、基板ホルダ２２０による積層基板２９０の保持を解除することで、積層基板２９０に接合された状態のベアシリコン２５０と下ステージ３３２とを直接接合する（ステップＳ６１０）。
【０１２５】
図３８から図３９に示した過程の間に、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、解除側用の基板ホルダ２２０と基板２６０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ６１１）。そして、プリアライナ５００において、基板２６０を基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ６１２）。
【０１２６】
図３９に示した状態に続いて、次に搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、基板２６０を保持した基板ホルダ２２０を、接合部３００に搬入して上ステージ３２２に固定する（ステップＳ６１３）。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により積層基板２９０および基板２６０の各々に設けられたアライメントマーク２１８、２３８を検出させる（ステップＳ６１４）。
【０１２７】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で積層基板２９０および基板２６０のアライメントマーク２１８、２３８の位置を検出することにより、積層基板２９０と基板２６０との相対位置を算出する（ステップＳ６１５）。そして、制御部１５０は、積層基板２９０と基板２６０との相対位置を記録し、積層基板２９０の薄化された基板２３０および基板２６０の各々の接合面を化学的に活性化する（ステップＳ６１６）。
【０１２８】
ステップＳ６１６の実行後に、制御部１５０は、積層基板２９０と基板２６０とを相互に位置合わせして（ステップＳ６１７）、下ステージ３３２を上凸状に変形することによって、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０を上凸状に変形させる（ステップＳ６１８）。
【０１２９】
図４０および図４１は、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。図４０は、ステップＳ６１８の状態における上凸状に変形した下ステージ３３２に接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示している。図４０に示すように、それぞれがベアシリコン２５０または基板ホルダ２２０を介して下ステージ３３２または上ステージ３２２に保持された積層基板２９０および基板２６０は、互いに位置合わせされた状態で対向しており、ベアシリコン２５０が接合されている積層基板２９０は上凸状に変形している。
【０１３０】
ここで、接合する対象物の一方が他方に比べて曲げ剛性がかなり高い場合、例えば３枚以上の基板が接合された積層基板と一枚の基板とを接合する場合、一枚の基板を積層基板に接合する方法と同じ方法によって、積層基板を他の部材にダミーで接合しようとしても、積層基板の高い曲げ剛性に起因して積層基板に歪みが生じ難く、一枚の基板を積層基板に接合するときに一枚の基板に生じる歪みと対応する歪みを、積層基板に予め生じさせることが困難な場合がある。本実施形態においては、ベアシリコン２５０、基板２１０および基板２３０が接合された組と、一枚の基板２６０とを接合するが、その組の曲げ剛性は相対的に高いと予想されるので、一枚の基板２６０をこの組に接合した場合に一枚の基板２６０に生じると推定される歪みに対応する歪みを、この組に予め生じさせ難いことが予想される。そこで、上記のように、ステップＳ６１８を実行することで、下ステージ３３２を上凸状に変形することによって、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０を上凸状に変形させる。これにより、その対応する歪みを、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０に予め生じさせることができる。
【０１３１】
図４０に示した状態に続いて、図４１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、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０における薄化された基板２３０と、基板２６０との一部を互いに接触させ、更に、基板ホルダ２２０による基板２６０の保持を解除することで、積層基板２９０の基板２３０と基板２６０とを直接接合する（ステップＳ６１９）。
【０１３２】
図４２は、図３６から図４１に示す手順を用いた場合における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との接合過程を示す部分拡大図である。
【０１３３】
図４２に示されるように、ベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０が下ステージ３３２に接合されている。また、下ステージ３３２が上凸状に変形しているため、これに倣って、ベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０も上凸状に変形している。図中に一点鎖線で示す積層基板２９０の基板２３０の厚さ方向の中心部Ａに比較して、基板２３０の図中の上面である表面では、基板２３０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２３０の図中の下面である裏面においては、基板２３０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。
【０１３４】
このようにベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０を変形させることで、積層基板２９０の基板２３０の図中上側の表面は、基板２３０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、ベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０に上記の対応する歪みを生じさせることができるので、ベアシリコン２５０が接合された積層基板２９０と、接合される基板２６０との最終的な歪みの差を低減し、この差に起因する位置ずれの発生を抑止できる。
【０１３５】
接合する対象物の一方が他方に比べて曲げ剛性がかなり高い場合において、接合する対象物について推定された接合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接合条件の一例を説明した。この接合条件の他の例として、固定側用の基板ホルダに、保持面の曲率が異なる複数の基板ホルダのうちから、この推定された倍率歪みの差を補正可能な基板ホルダを選択する構成も考えられる。
【０１３６】
図３６から図４２の実施形態では、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０に基板２６０を直接接合する前に、積層基板２９０と基板２６０とを直接接合した場合に基板２６０に生じる歪に対応する歪みを、積層基板２９０を下ステージ３３２に直接接合し、更に下ステージ３３２を上凸状に変形することで、積層基板２９０に生じさせ、積層基板２９０に生じた歪みを維持した状態で、基板２６０にその歪みが生じるように、積層基板２９０に基板２６０を直接接合した。ここで、基板２６０に代えて、ベアシリコン２５０が接合された状態の積層基板２９０と同じ接合手順によって接合された基板２７０および基板２８０を、ベアシリコン２５５が基板２７０に接合された状態で、ベアシリコン２５０が接合された状態の基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０に接合する場合を説明する。
【０１３７】
図４３および図４４は、接合過程における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５５が接合されている基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との状態を示す模式的断面図である。
【０１３８】
ベアシリコン２５５が接合された基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０は、ステップＳ２０１からステップＳ２１０を実行後、ステップＳ１１１からステップＳ１１８を実行して、更にその後、ステップＳ５０１からステップＳ５０５を実行することで、形成される。積層基板２９０の基板２８０は、ステップＳ５０４を実行することで、基板２７０との接合面の反対の面が薄化されている。また、図４３に示されるように、基板２８０が薄化された後に再度基板接合装置１００に搬入された、ベアシリコン２５５が接合された基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０は、プリアライナ５００において、基板２７０に接合された状態のベアシリコン２５５が基板ホルダ２２０に対面するように、基板ホルダ２２０に保持される。そして、基板ホルダ２２０に保持された、ベアシリコン２５５が接合された基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０は、接合部３００に搬入され、上ステージ３２２に固定される。
【０１３９】
図４３に示した状態に続いて、図４４に示すように、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０における薄化された基板２３０と、ベアシリコン２５５と接合された基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０における薄化された基板２８０との一部を互いに接触させ、更に、基板ホルダ２２０による、ベアシリコン２５５と接合された基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０の保持を解除することで、積層基板２９０同士を直接接合する。
【０１４０】
図４５は、図４３から図４４に示す接合手順を用いた場合における、下ステージ３３２と接合された、ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５５が接合されている基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０との接合過程を示す部分拡大図である。
【０１４１】
ベアシリコン２５０が接合されている基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、ベアシリコン２５５が接合されている基板２７０および基板２８０から成る積層基板２９０とは、互いに同じ接合手順によって形成されたものであり、曲げ剛性に差が無いと考えられる。そのため、下ステージ３３２を上凸状に変形しなくとも、図４５に示されるように、両積層基板間の最終的な倍率歪みの差を低減し、この差に起因する位置ずれの発生を抑止できる。
【０１４２】
以上の複数の実施形態では、フェイスツーフェイスの状態で接合された基板２１０および基板２３０は、図２１から図２５に示した支持アーム３２３による接合手順で形成するものとして説明した。次に、図４６から図５１を用いて、支持アーム３２３を用いない接合手順によって、フェイスツーフェイスの状態で接合された基板２１０および基板２３０を形成する場合を説明する。
【０１４３】
図４６は、基板２１０と基板２３０とを接合する前に、接合された基板２１０とベアシリコン２５０とを剥離する手順を示す流れ図である。図４７は、接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図であって、図１０に示したステップＳ１１０の状態における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を模式的に断面で示した図１１と同一である。ここからの説明において適宜参照する図４８から図５０は、接合過程における基板２１０とベアシリコン２５０との状態を示す模式的断面図である。
【０１４４】
制御部１５０は、ステップＳ１１０を実行することで、図４７に示した状態から、基板ホルダ２４０上でのベアシリコン２５０と基板２１０との接合を完了させる。このとき、基板２１０の回路形成面がベアシリコン２５０と接合される。そして、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、図４８に示すように、保持面が平らな他の固定側用の基板ホルダ２４２を接合部３００に搬入して、上ステージ３２２に固定する（ステップＳ７０１）。この間、ベアシリコン２５０と接合された基板２１０は、ベアシリコン２５０を介して下ステージ３３２に固定された状態である。
【０１４５】
図４８に示した状態に続いて、図４９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、基板ホルダ２４２と基板２１０とを相互に接触させて、基板ホルダ２４２に基板２１０を保持させる（ステップＳ７０２）。このとき、基板２１０の回路形成面は、基板ホルダ２４２に保持される面の反対側であるため、基板ホルダ２４２に接触しない。また、この間、ベアシリコン２５０は、下ステージ３３２に固定された状態が維持される。
【０１４６】
図４９に示した状態に続いて、図５０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を下降させ、基板ホルダ２４２に保持された基板２１０と基板ホルダ２４０に保持されたベアシリコン２５０とを相互に離間させて、基板２１０からベアシリコン２５０を剥離する（ステップＳ７０３）。この剥離の前後において、基板２１０は、ベアシリコン２５０を介して下ステージ３３２に固定された状態から、基板ホルダ２４２に保持されることで固定された状態へと、固定が一度も解除されることなく、基板ホルダ２４０に保持されたベアシリコン２５０上から基板ホルダ２４２上へと移動する。これにより、基板２１０とベアシリコン２５０とを直接接合接合した場合に基板２１０に生じる歪みを維持する。
【０１４７】
そして、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、基板ホルダ２４０に保持されたベアシリコン２５０を接合部３００から搬出する。更に、基板ホルダ２４２に保持された基板２１０を上ステージ３２２から引き取り、上下を反転させて、下ステージ３３２に固定する（ステップＳ７０４）。このとき、基板２１０の回路形成面は、上ステージ３２２の側を向いている。ステップＳ７０４を実行後、図３に示したステップＳ１１１へと移行する。
【０１４８】
図５１は、接合過程における基板２１０と基板２３０との状態を示す模式的断面図である。図５０に示した状態に続いて、図５１に示すように、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、基板ホルダ２２０に保持された基板２３０を接合部３００に搬入して、上ステージ３２２に固定する。このとき、基板２３０の回路形成面は、下ステージ３３２の側を向いている。そして、制御部１５０が、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２１０と基板２３０とを相互に接近させる。そして、基板２１０および基板２３０の一部が互いに接触して、更に、基板ホルダ２２０による基板２３０の保持を解除することで、基板２１０と基板２３０とを直接接合する。
【０１４９】
図４６から図５１を用いて説明した実施形態の接合手順によれば、支持アーム３２３といった追加の構成を用いることなく、フェイスツーフェイスの状態で接合された基板２１０および基板２３０を形成できる。次に、図４６から図５１の接合手順によって形成された基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０に、基板２６０を接合する手順を図５２から５５を用いて説明する。なお、ベアシリコン２５０は、基板２１０と基板２３０とを接合する前に、基板２１０から既に剥離されており、基板２６０を接合する手順でも用いない。よって、図４６から図５１の接合手順においては、図３６から４２を用いて説明した接合手順と異なり、積層基板２９０と基板２６０との曲げ剛性に大きな差がないと考えられるため、下ステージ３３２の変形も行わない。
【０１５０】
図５２は、基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と基板２６０とを接合する他の手順を示す流れ図である。先ず、制御部１５０が、積層基板２９０と基板２６０とを接合した場合に基板２６０に生じると推定される歪みに関する情報を取得し（ステップＳ８０１）、取得した情報に基づいて、積層基板２９０と、他の部材としての、上ステージ３２２および下ステージ３３２の何れか一方との接合条件を決定する（ステップＳ８０２）。ここでは、制御部１５０は、決定した接合条件に従って、積層基板２９０を上ステージ３２２に保持させ、上ステージ３２２による当該積層基板２９０の保持を解除することによって、当該積層基板２９０を下ステージ３３２に接合する、と決定する。
【０１５１】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、保持面２２１の曲率が異なる複数の解除側用の基板ホルダ２２０のうちから１つの基板ホルダ２２０を選択して、選択した基板ホルダ２２０と積層基板２９０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ８０３）。プリアライナ５００において、積層基板２９０の薄化された基板２３０が基板ホルダ２２０に対面するように、積層基板２９０を基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ８０４）。
【０１５２】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、積層基板２９０を保持した基板ホルダ２２０を、接合部３００に搬入して上ステージ３２２に固定する（ステップＳ８０５）。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３３４により積層基板２９０に設けられたアライメントマーク２１８、２３８を検出させる（ステップＳ８０６）。
【０１５３】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で積層基板２９０のアライメントマーク２１８、２３８の位置を検出することにより、積層基板２９０と下ステージ３３２との相対位置を算出する（ステップＳ８０７）。制御部１５０は、積層基板２９０と下ステージ３３２との相対位置を記録し、積層基板２９０の基板２１０および下ステージ３３２の各々の接合面を化学的に活性化する（ステップＳ８０８）。制御部１５０は、積層基板２９０とベアシリコン２５０とを相互に位置合わせし（ステップＳ８０９）、昇降駆動部３３８を動作させて下ステージ３３２を上昇させ、積層基板２９０の基板２１０と下ステージ３３２とを相互に接近させる。図５３は、接合過程における積層基板２９０と下ステージ３３２との状態を示す模式的断面図である。図５３に示すように、制御部１５０は、積層基板２９０の基板２１０および下ステージ３３２の一部を互いに接触させて、更に、基板ホルダ２２０による積層基板２９０の保持を解除することで、積層基板２９０の基板２１０と下ステージ３３２とを直接接合する（ステップＳ８１０）。
【０１５４】
図５３に示した過程の間に、搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、解除側用の基板ホルダ２２０と基板２６０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ８１１）。そして、プリアライナ５００において、基板２６０を基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ８１２）。
【０１５５】
図５３に示した状態に続いて、次に搬送部１４０が、制御部１５０からの出力に基づき、基板２６０を保持した基板ホルダ２２０を、接合部３００に搬入して上ステージ３２２に固定する（ステップＳ８１３）。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により積層基板２９０および基板２６０の各々に設けられたアライメントマーク２１８、２３８を検出させる（ステップＳ８１４）。
【０１５６】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で積層基板２９０および基板２６０のアライメントマーク２１８、２３８の位置を検出することにより、積層基板２９０と基板２６０との相対位置を算出する（ステップＳ８１５）。そして、制御部１５０は、積層基板２９０と基板２６０との相対位置を記録し、積層基板２９０の薄化された基板２３０および基板２６０の各々の接合面を化学的に活性化する（ステップＳ８１６）。
【０１５７】
ステップＳ８１６の実行後に、制御部１５０は、積層基板２９０と基板２６０とを相互に位置合わせする（ステップＳ８１７）。図５４は、下ステージ３３２と接合された、基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０と、基板２６０との状態を示す模式的断面図である。図５４に示すように、それぞれがベアシリコン２５０または基板ホルダ２２０を介して下ステージ３３２または上ステージ３２２に保持された積層基板２９０および基板２６０は、互いに位置合わせされた状態で対向している。
【０１５８】
図５４に示した状態に続いて、図５５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、積層基板２９０における薄化された基板２３０と、基板２６０との一部を互いに接触させ、更に、基板ホルダ２２０による基板２６０の保持を解除することで、積層基板２９０の基板２３０と基板２６０とを直接接合する（ステップＳ８１８）。
【０１５９】
図５２から図５５の実施形態では、積層基板２９０に基板２６０を直接接合する前に、積層基板２９０と基板２６０とを直接接合した場合に基板２６０に生じると推定される歪に対応する歪みを、積層基板２９０を下ステージ３３２に直接接合することで、積層基板２９０に生じさせ、積層基板２９０に生じた歪みを維持した状態で、基板２６０にその歪みが生じるように、積層基板２９０に基板２６０を直接接合した。図５２から図５５の実施形態において、基板２６０に代えて、積層基板２９０と同じ接合手順によって接合された一対の基板を、基板２１０および基板２３０から成る積層基板２９０に接合してもよい。
【０１６０】
次に、接合する基板２１０、２３０に生じる平面歪みに含まれる非線形歪みについて説明する。図５６は、解除側の基板２１０が局所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２９０での位置ずれを示す模式図である。図５６に示す非線形歪みによる位置ずれは、図１７に示した倍率歪みによる位置ずれを含んでいない。
【０１６１】
図５６に示される通り、積層基板２９０における非線形歪み起因の位置ずれは、Ｘが負でＹが正の第２象限と、Ｘが正でＹが負の第４象限とで大きく発生しているが、積層基板２９０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５６を参照すれば、非線形歪み起因の位置ずれとは、基板２１０、２３０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。
【０１６２】
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１８および図１９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、２３０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、２３０の製造プロセスにおいて、基板２１０、２３０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、２３６と、スクライブライン２１２、２３２と、複数のアライメントマーク２１８、２３８とが基板２１０、２３０に形成される。複数の回路領域２１６、２３６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、２３０を他の基板２３０、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、２３０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、２３０には局所的な湾曲が発生する。
【０１６３】
これらの構造物の構成は、基板２１０、２３０毎に異なっていても、ロジックウェハ、ＣＩＳウェハ、メモリウェハ等の基板２１０、２３０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、２３０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、２３０に形成される複数の構造物の構成は、基板２１０、２３０毎、基板２１０、２３０の種類毎、基板２１０、２３０の製造ロット毎、又は、基板２１０、２３０の製造プロセス毎に異なり得る。それゆえに、基板２１０、２３０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接合過程で生じる基板２１０、２３０の湾曲状態も同様に異なる。
【０１６４】
一対の基板２１０、２３０を接合する際、解除側の基板２３０に局所的な湾曲が発生していると、基板２３０において局所的な湾曲が生じている箇所は、局所的な湾曲が生じていない箇所に比べて、他の基板２１０と接合されるときに基板２１０との間の距離が大きくなる。そのため、局所的な湾曲が生じている箇所では局所的な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２３０における局所的な湾曲が生じていた箇所にしわ寄せが生じ、これが原因で接合した積層基板２９０に非線形歪みが生じることになる。すなわち、局所的な湾曲と非線形歪みとの間には相関があり、接合する前における解除側の基板２３０の局所的な湾曲が大きかった箇所は、接合した後における積層基板２９０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、局所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、接合する基板２１０、２３０が局所的な湾曲を有する場合であっても、局所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。
【０１６５】
一対の基板２１０、２３０のうち、接合固定側の基板２１０に、接合前から局所的な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２４０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、自身の局所的な湾曲に起因する非線形歪みは生じず、接合後の基板２１０、２３０間には固定側の基板２１０の局所的な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２３０に生じる歪みに比べて小さく、その影響は殆ど無いので無視してもよい。一方で、解除側の基板２３０に、接合の前から局所的な湾曲が生じていた場合、上記の理由で、接合した一対の基板２１０、２３０間には非線形歪み起因の位置ずれが生じる。
【０１６６】
このような非線形歪み起因の位置ずれを抑止すべく、制御部１５０は、基板２１０、２３０の接合前に少なくとも解除側の基板２３０の局所的な湾曲に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、基板２１０とベアシリコン２５０との接合条件決定する。
【０１６７】
本実施形態においては、例えば前処理装置において、基板２１０、２３０の局所的な湾曲を実際に計測する。図５７は、撓み計測と反りの算出方法を説明する図である。図５７における方法では、先ず、対象基板としての基板２１０、２３０の撓みを計測する。具体的には、重力下において、基板２１０、２３０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２１０、２３０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。
【０１６８】
これにより、重力下における基板２１０、２３０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２１０、２３０の撓み量は、支持された中心を基準としたときの基板２１０、２３０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２１０、２３０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５７において、基板２１０、２３０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。
【０１６９】
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２１０、２３０であって、反りが生じていない基板２１０、２３０と見なすことができる。基板２１０、２３０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５７の（Ａ））と非線形的な成分（図５７の（Ｂ））とに分解する。
【０１７０】
そして、基板２１０、２３０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２１０、２３０の反り量の非線形的な成分を算出できる。図５７において、基板２１０、２３０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、上記のローカルな反りに対応する。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。
【０１７１】
なお、基板２１０、２３０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２１０、２３０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な反りに対応する。図５７において、基板２１０、２３０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。
【０１７２】
最後に、接合するときの、解除側の基板２３０の状況を反映させる。具体的には、解除側にする基板２３０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２３０の外周での反りの振幅を変換することで、基板２３０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２３０の外周での反りの振幅を予測値として算出する。
【０１７３】
このようにして算出された、解除側の基板２３０と固定側の基板２１０との局所的な湾曲に関する情報としての、基板２１０、２３０のそれぞれの外周での反りの振幅のうち、少なくともに解除側の基板２３０の外周での反りの振幅に基づいて、制御部１５０は、基板２１０とベアシリコン２５０との接合条件を決定する。
【０１７４】
上記の通り、基板２１０、２３０の局所的な湾曲は、基板２１０、２３０毎、基板２１０、２３０の種類毎、基板２１０、２３０の製造ロット毎、又は、基板２１０、２３０の製造プロセス毎に異なり得る。よって、制御部１５０は、基板２１０の初期接合領域を、基板２１０、２３０を接合する毎に予め設定してもよく、基板２１０、２３０の種類毎に予め設定してもよく、基板２１０、２３０の製造ロット毎に予め設定してもよく、又は、基板２１０、２３０の製造プロセス毎に予め設定してもよい。
【０１７５】
なお、基板２１０、２３０を基板ホルダ２４０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２１０、２３０の残留応力を計測して、この残留応力を基板の局所的な湾曲に関する情報としてもよい。また、基板２１０、２３０の局所的な湾曲は、プリアライナ５００において測定してもよい。
【０１７６】
一方、基板２１０、２３０の局所的な湾曲を測定せずに、制御部１５０は、解析的に基板２１０、２３０の局所的な湾曲に関する情報を取得して、取得した情報に基づいて、基板２１０とベアシリコン２５０との接合条件を決定してもよい。その場合は、基板２１０、２３０の製造プロセス、基板２１０、２３０に形成した回路領域２１６、２３６等の構造物の構成や材料、基板２１０、２３０の種類、基板２１０、２３０における応力分布に関する情報に基づいて、基板２１０、２３０に生じる反りの大きさおよび向き、基板２１０、２３０の形状等の局所的な湾曲の特性を推定してもよい。また、上記構造物を形成する過程で生じた基板２１０、２３０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２１０、２３０に生じる反りを推定してもよい。
【０１７７】
また、基板２１０、２３０に生じる局所的な湾曲の特性を推定する場合に、基板２１０、２３０に生じた局所的な湾曲の原因となり得る基板２１０、２３０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、局所的な湾曲の特性を推定することを目的として、改めて測定してもよい。
【０１７８】
更に、上記のような基板２１０、２３０の局所的な湾曲の特性を推定するには、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、接合する基板２１０、２３０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、局所的な湾曲であ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、接合する基板２１０、２３０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。
【０１７９】
なお、基板２１０、２３０に対する歪み量の測定は、基板接合装置１００の外部で実行してもよいし、基板接合装置１００、または、基板接合装置１００を含むシステムの内部に基板２１０、２３０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。
【０１８０】
以上、図５６及び図５７を用いて基板２１０、２３０の局所的な湾曲と非線形歪に関して説明したが、これら局所的な湾曲および非線形歪に関する情報は、図３のステップＳ１０２等で接合条件を決定するのに用いられる、歪に関する情報の例になっている。さらに、これら局所的な湾曲および非線形歪を推定するのに用いられた測定値および解析値、具体的には、撓み量、反り量、剛性分布、面内応力分布等の測定値および解析値も、上記歪に関する情報の例である。また、上記歪に影響を与える、基板２１０、２３０上の構造物の構成や配置、表面構造、薄膜の膜厚、成膜装置の傾向、ばらつき、成膜の手順および条件も、上記歪に関する情報の例である。
【０１８１】
次に、図５６から図５７を用いて説明した局所的な湾曲が、解除側の基板２３０に生じていた場合において、基板２１０と基板２３０とを直接接合した場合に基板２３０に生じると推定される非線形歪みに対応する歪みを、基板２１０をベアシリコン２５０に直接接合する場合に補正装置を用いることで基板２１０に生じさせる方法の一例を説明する。
【０１８２】
上記歪に関する情報に基づいて、制御部１５０は後述する補正装置による補正量を決定し、当該補正量に対応する駆動量で補正装置を駆動してもよい。この場合、当該補正装置の駆動量は接合条件の一例となっており、計測された基板２３０の歪に関する情報または推定や解析により算出された歪に関する情報に基づいて、同様の歪分布を基板２１０に積極的に形成するために、当該駆動量で補正装置が制御される。
【０１８３】
図５８は、補正装置を有する接合部６００の一部の模式的断面図である。接合部６００は、上記の実施形態における接合部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２２０、２４０のそれぞれの保持面２２１、２４１は任意の形状であってもよい。
【０１８４】
接合部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。
【０１８５】
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２４０を吸着して保持する。
【０１８６】
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２１０、ベアシリコン２５０の接合方向に、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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
図５９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、ベアシリコン２５０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。よって、アクチュエータ６１２、ポンプ６１５およびバルブ６１６が補正装置の一例になっている。
【０１８９】
図６０は、接合部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２４０を吸着しており、且つ、基板ホルダ２４０がベアシリコン２５０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２４０およびベアシリコン２５０の形状を変化して湾曲させることができる。
【０１９０】
図５９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５９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。
【０１９１】
これにより、湾曲した基板ホルダ２４０にベアシリコン２５０を保持させた場合と同様に、ベアシリコン２５０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６０中に一点鎖線で示すベアシリコン２５０の厚さ方向の中心部Ｂを境に、ベアシリコン２５０の図中上面では、ベアシリコン２５０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、ベアシリコン２５０の図中下面においては、ベアシリコン２５０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ベアシリコン２５０の形状を変化させて湾曲させることもできる。
【０１９２】
よって、基板２１０と基板２３０とを直接接合接合した場合に基板２３０に生じると推定される非線形歪みに対応する歪みを、制御部１５０を通じて複数のアクチュエータ６１２を個別に動作させてベアシリコン２５０に局所的な湾曲を生じさせた状態で、基板２１０をベアシリコン２５０に直接接合することで、基板２１０に生じさせることができる。すなわち、ベアシリコン２５０に局所的な湾曲を生じさせることが、制御部１５０で決定される、基板２１０とベアシリコン２５０との接合条件となっており、当該接合条件を満たすように複数のアクチュエータ６１２が個別に動作される。ベアシリコン２５０と接合される前の基板２１０にも局所的な湾曲が生じていた場合、ベアシリコン２５０には、基板２１０の局所的な湾曲の分を加味して、局所的な湾曲を生じさせてもよい。
【０１９３】
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、ベアシリコン２５０の倍率歪みを縮小することなどもできる。なお、これらに加えて、基板２１０、２３０間の歪みの差を補正すべく、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。
【０１９４】
以上の複数の実施形態において、保持面の曲率が異なる複数の基板ホルダ２２０、２４０から１つを選択することによって、基板２１０、２３０、およびベアシリコン２５０の何れかのペアの接合条件に含まれる基板２１０またはベアシリコン２５０の変形を予め決定する構成とした。また、図５６から図６０を用いて、基板２１０またはベアシリコン２５０をアクチュエータによって変形することによって、基板２１０、２３０、およびベアシリコン２５０の何れかのペアの接合条件に含まれる基板２１０またはベアシリコン２５０の変形を予め決定する構成としてもよいことを説明した。これらに加えて、またはこれらに代えて、基板ホルダ２２０、２４０を空圧式またはバネ式の中央突出部を備える構成とし、突出部による突出量が可変の構成としてもよい。また、その場合に中央突出部を空圧を用いないバネ式の突出部材としてもよく、この場合、バネは基板２１０またはベアシリコン２５０を変形させるだけの与圧を有し、バネの与圧は基板２１０、２３０、およびベアシリコン２５０の何れかのペアを接触させるときの押し込み荷重よりも大きい。更に、その基板ホルダ２２０、２４０において、突出部を高さの異なる複数の着脱可能な突出部材とすることによって、突出部による突出量が可変の構成としてもよい。また、静電吸着式の基板ホルダ２２０、２４０に代えて、真空吸着式の基板ホルダ２２０、２４０としてもよく、更に基板ホルダ２２０、２４０の吸着部を複数の土手を用いる区分方式としてもよい。複数の土手を用いた吸着領域の区分方式に代えて、ボンディングウェーブの進行方向に沿って複数のバキューム孔を設けてもよい。
【０１９５】
以上の複数の実施形態において、ダミーの接合用に、基板２１０と接合する他の部材としてベアシリコン２５０および下ステージ３３２を例示したが、他の部材は構造物が形成されている他の基板であってもよい。その場合、他の基板と接合される基板２１０との間では、高い位置合わせ精度が求められていないことを前提としてもよい。また、他の基板と接合される基板２１０との間で生じる位置ずれを予め補正すべく、他の基板には、予め配置が補正された回路領域を形成してもよい。具体的には、接合面間に介在する雰囲気に起因する接合過程倍率歪み、及び、解除側の（１００）基板の結晶異方性に起因する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、回路領域を露光により形成するときのショットマップを補正して、他の基板の中心から周縁部に向けて、回路領域の間隔を全体に渡って徐々に狭くしつつ、４５°方向の間隔を、０°方向及び９０°方向の間隔よりも狭くする。
【０１９６】
以上の複数の実施形態の各々において、線形歪みに含まれる結晶異方性起因の歪みや倍率歪み、及び、基板２１０、２３０の局所的な湾曲に起因する非線形歪みへの対策を個別に説明した。これらの様々な歪みに起因して、基板２１０、２３０を接合て形成された積層基板２９０に生じる位置ずれを解消すべく、幾つかの対策を組み合わせてもよく、好ましくは全ての対策を講じてもよい。
【０１９７】
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、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１９８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、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。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１９９】
１００  基板接合装置、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、２３０、２６０、２７０、２８０  基板、２１２、２３２、２６２、２７２、２８２  スクライブライン、２１４  ノッチ、２１６、２３６  回路領域、２１８、２３８  アライメントマーク、２２０、２４０、２４２  基板ホルダ、２２１、２４１  保持面、２５０、２５５  ベアシリコン、２９０、２９２  積層基板、３００  接合部、３１０  枠体、３１２  底板、３１６  天板、３２２  上ステージ、３２３  支持アーム、３２４、３３４  顕微鏡、３２５  支持部、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  接合部、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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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