(57)【要約】      （修正有）【課題】ウォーキング動作を用いて移動制御上の誤差をより正確に補正できるようにし、最終的に信頼性の高い、極めて高精度な位置決めを実現できるアライメント装置の制御方法を提供する。【解決手段】ピエゾ駆動体の支持足にウォーキング動作を行わせるユニット１７を３組以上用いて可動物１６を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、各ピエゾ駆動体にその支持足の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向および移動量との関係を、支持足上に付した認識マークを移動前後に認識手段で読み取って各支持足ごとにキャリブレーションし、さらに、可動物１６についても可動物上に付した認識マークを移動前後に認識手段で読み取ってキャリブレーションし、これらキャリブレーション結果を実際のアライメントにおける移動制御に用いる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾ素子を用いて三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を２個以上組み合わせて１組のウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組以上のウォーキング動作駆動ユニットの支持足で可動物を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、各ピエゾ駆動体にその支持足の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向および移動量との関係を、支持足上に付した認識マークを支持足の移動前後に認識手段で読み取ることにより、各ピエゾ駆動体の各支持足ごとにキャリブレーションすることを特徴とする、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項２】
ピエゾ素子を用いて三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を２個以上組み合わせて１組のウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組以上のウォーキング動作駆動ユニットの支持足で可動物を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、ウォーキング動作駆動ユニットに前記可動物の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向、移動量および回転中心の位置との関係を、可動物上に付した認識マークを可動物の移動前後に認識手段で読み取ることによりキャリブレーションすることを特徴とする、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項３】
ピエゾ素子を用いて三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を２個以上組み合わせて１組のウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組以上のウォーキング動作駆動ユニットの支持足で可動物を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、各ピエゾ駆動体にその支持足の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向および移動量との関係を、支持足上に付した認識マークを支持足の移動前後に認識手段で読み取ることにより、各ピエゾ駆動体の各支持足ごとにキャリブレーションし、かつ、ウォーキング動作駆動ユニットに前記可動物の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向、移動量および回転中心の位置との関係を、可動物上に付した認識マークを可動物の移動前後に認識手段で読み取ることによりキャリブレーションすることを特徴とする、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項４】
前記支持足に治具を取り付け、該治具上に支持足用の前記認識マークを付し、その認識マークを前記認識手段で読み取る、請求項１または３のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項５】
各ピエゾ素子の伸縮動作量またはその動作量を得るための指令信号量と、支持足のｘ、ｙ、ｚ座標系における実際の動作量との対応関係を、マトリックスとして実験により予め求める、請求項１〜４のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項６】
各ピエゾ素子の変位量と印加電圧との間のヒステリシス特性の補正を加える、請求項１〜４のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項７】
ピエゾ素子を用いて三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を２個以上組み合わせて１組のウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組以上のウォーキング動作駆動ユニットの支持足で可動物を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、可動物上に認識マークを付し、ウォーキング動作駆動ユニットに前記可動物の所定量移動指令信号を与えて可動物のアライメント動作を行い、可動物移動後に認識マークを認識手段で読み取ることにより、可動物の位置精度を測定することを特徴とする、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項８】
可動物の位置精度を測定後、再度可動物のアライメント動作を行って可動物移動後の位置精度を測定し、このアライメント動作を予め定めた所定の位置精度範囲に入るまで繰り返す、請求項７のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項９】
認識手段を認識マークに対向する位置に設置し、該認識マークを直接読み取る、請求項１〜８のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１０】
認識マークに対向する位置にミラーまたはプリズムを設置し、認識手段を認識マークに対向する位置とは異なる位置に設置し、該認識マークを前記ミラーまたはプリズムを介して読み取る、請求項１〜８のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１１】
前記可動物が可動テーブルとその上に保持されたワークとからなり、該ワークに対向させて該ワークに圧着させるワークを保持する、請求項１〜１０のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１２】
前記３組以上のウォーキング動作駆動ユニットをバックアップ支持体の周辺に設け、前記可動物を該バックアップ支持体から浮かせた状態で前記可動物をウォーキング動作駆動ユニットによりアライメントした後、該可動物を上方から加圧可能に前記バックアップ支持体上に載せる、請求項１〜１１のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１３】
対向保持されたワーク間に２視野の認識手段を挿入し、該２視野の認識手段による認識マークの認識を介して前記可動物をアライメントする、請求項１１または１２のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１４】
バックアップ支持体にガラスまたは赤外線透過材を用い、バックアップ支持体の下方に可視光または赤外線認識手段を設けて反射光または透過光により認識マークを認識する、請求項１２のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１５】
互いに対向保持されるワークが、互いに加圧接合される被接合物からなり、いずれかの被接合物の保持機構内に球面状の倣い機構を設け、被接合物同士を圧着する際に、前記倣い機構の動作により被接合物間の平行度を調整する、請求項１１〜１４のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１６】
互いに対向保持されるワークが、互いに加圧接合される被接合物からなり、前記ウォーキング動作駆動ユニットが設けられている側のワークに対し、該ウォーキング動作駆動ユニットのウォーキング動作停止後のピエゾ素子の伸縮動作により、被接合物間の平行度を調整する、請求項１１〜１４のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１７】
前記ワークがウエハーからなる、請求項１１〜１６のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１８】
前記ピエゾ駆動体が、前記可動物に接触／離反可能に設けられた、実質的に前記支持足を構成する支持ブロックと、該支持ブロックに連結され実質的に水平方向に互いに交差して延びる伸縮作動可能な第１、第２のピエゾ素子および実質的に上下方向に延びる伸縮作動可能な第３のピエゾ素子とを備えたものからなる、請求項１〜１７のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項１９】
前記ピエゾ駆動体が、中心軸周りに３つのピエゾ素子を並列に配設し、該３つのピエゾ素子の一端側を共通の基台に固定するとともに、他端側を共通の可動ブロックに連結し、該可動ブロックの前記ピエゾ素子配設側とは反対側の面に前記中心軸の軸心延在方向またはそれに沿う方向に延び、先端が前記可動物への接触部を構成し実質的に前記支持足を構成する可動柱を、前記可動ブロックと一体的に設けたものからなる、請求項１〜１７のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【請求項２０】
前記ピエゾ駆動体が、支柱を立設した基台に、該支柱と平行に配設した２つの送り用ピエゾ素子の一端側を固定し、該２つの送り用ピエゾ素子の他端側を、前記支柱の先端に揺動自在に連結された中間ブロックに連結し、該中間ブロックの前記２つの送り用ピエゾ素子配設側とは反対側の面上に、実質的に前記支持足を構成する１つの支持用ピエゾ素子を立設し、該支持用ピエゾ素子の先端側に前記可動物への接触部を設けたものからなる、請求項１〜１７のいずれかに記載のピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超精密位置決め等に使用可能なピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法に関し、とくに複数のピエゾ素子を用いて一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を複数有するウォーキング動作駆動ユニットを複数組用いて位置決め可動物を目標精度範囲内に高精度で位置決め可能としたアライメント装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ウエハー同士を接合する実装装置や、ウエハーに加工を施したりチップやその他の部材を実装するためにウエハーを所定位置に位置決めするアライナー、あるいは、ウエハー上に所定の露光を施す露光装置等においては、ウエハーを所定の位置に高精度で位置決めする必要がある。従来、このような位置決め対象物の位置決めに用いるアライメント装置としては、たとえば、Ｘ、Ｙ軸方向（水平方向）およびθ方向（回転方向）に位置調整可能なテーブルを積み上げ、必要に応じてＺ軸方向（上下方向）に位置調整可能なテーブルやヘッドを組み合わせたものを使用し、各軸方向や回転方向の位置をそれぞれ調整、制御することにより、位置決め精度を高めるようにしていた。
【０００３】
しかしながら、このような従来のアライメント装置では、各方向（たとえば、Ｘ、Ｙ軸方向、θ方向）のそれぞれについて順次調整していたので、一方向のみに関しては比較的高精度の位置決めが可能であったとしても、他方向への位置決めの際に既に調整した方向の位置精度が狂うことがあり、結果的に、最終的な位置決め精度に限界が生じることとなっていた。また、位置決めには、通常、機械的なガイドを使用しているので、ガイドの精度に限界があり、この面からも最終的な位置決め精度に限界が生じることとなっていた。具体的には、従来のアライメント装置では、サブミクロンレベルの精度での位置決めは期待できない精度範囲となっており、ましてや、数十ナノメーターあるいは数ナノメーターレベルの精度での位置決めは不可能な位置決め精度となっていた。
【０００４】
また、前述の如く、従来のアライメント装置は、Ｘ、Ｙ軸方向やθ方向の位置調整テーブルを積み上げて構成されていたので、最上部の軸以外の軸を調整する場合、その上部に積み上げられている軸も駆動する必要が生じ、位置決めのための駆動、制御の効率が悪いという問題がある。また、Ｘ、Ｙ軸方向やθ方向の位置調整テーブルを積み上げて構成すると、アライメント装置全体の厚み（上下方向寸法）が大きくなり、このアライメント装置を組み込んだ装置、たとえば実装装置や露光装置も、必然的に大型になるという問題、さらにガイドから最上部の位置決め面までの距離が大きくなるので、ガイドの誤差が増幅されてしまい、その分、位置決め精度に悪影響を与えてしまうという問題もある。
【０００５】
さらに、θ方向の位置決めは、所定の中心軸回りに位置調整テーブルを調整するようにしているので、位置決め対象物、たとえばウエハーのサイズが大きくなると、とくにθ方向のアライメント精度はウエハーの半径に比例して外周位置で悪くなるという問題を抱えている。
【０００６】
上記のような従来装置における問題点に着目し、最近、複数のピエゾ素子を用いて構成したピエゾ駆動体を、２個のピエゾ駆動体により各支持足を交互に位置決め対象可動物に接触・離反させてウォーキング動作を行わせることが可能なウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組の該ウォーキング動作駆動ユニットのウォーキング動作により、位置決め対象可動物を目標位置に精密に位置決めできるようにしたアライメント装置が、先に本出願人により提案されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−７６０９８号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、先に提案した特許文献１のアライメント装置においては、各支持足の角度や長さ、特に角度にばらつきが生じるおそれがあり、このばらつきは、３組のウォーキング動作駆動ユニットによる可動物の移動誤差の原因となる。移動誤差が生じると、それだけ位置決め精度が悪くなるので、複数回アライメント動作を繰り返して所定の精度範囲内に納める必要が生じ、位置決めの精度、効率に改善の余地が残されている。
【０００９】
また、各ウォーキング動作駆動ユニットの動作精度を確認するためには、たとえば各支持足の上方に位置測定用の認識手段（たとえば、カメラ）が必要であるが、アライメント用に赤外線認識手段などを用いる場合には、認識手段が下方に設置される場合が多いので、支持足の位置を直接読み取ることが困難であるという問題も残されている。また、各ウォーキング動作駆動ユニットの動作精度の確認に、より効率の良い方法も要求されていた。
【００１０】
さらに、前述の先に提案した特許文献１のアライメント装置においては、可動テーブル（アライメントテーブル）を直接３組のウォーキング動作駆動ユニットで支持するようになっており、このアライメントテーブルにおいては、たとえばアライメント後上方から加圧力を受ける場合、軸受、軸受ガイドを備えた機構により加圧力を受ける構造となっていたので、高加圧力を受けることが困難であった。そのため、とくに、従来のチップレベルの加圧接合の場合に比べ、ウエハーの接合においては接合面積が数十〜数百倍となるため、高加圧力が必要とされ、従来の軸受ガイドを用いたテーブル構造では要求される高加圧力に耐えることが困難であるという問題も残されている。
【００１１】
そこで本発明の課題は、複数のピエゾ素子を用いてウォーキング動作を行わせるようにした駆動ユニットの優れた精密位置決め特性についての利点を活かしつつ、各駆動ユニットの各支持足ごとに高精度にキャリブレーションできるようにし、かつ、各駆動ユニットによる可動物のアライメント精度についても高精度にキャリブレーションできるようにし、移動制御上の誤差をより正確に補正できるようにして、最終的に信頼性の高い、極めて高精度なアライメントを達成できるようにした、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法は、ピエゾ素子を用いて（たとえば、３つのピエゾ素子を用いて）三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を２個以上組み合わせて１組のウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組以上のウォーキング動作駆動ユニットの支持足で可動物を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、各ピエゾ駆動体にその支持足の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向および移動量との関係を、支持足上に付した認識マークを支持足の移動前後に認識手段で読み取ることにより、各ピエゾ駆動体の各支持足ごとにキャリブレーションすることを特徴とする方法からなる。つまり、アライメント装置全体の動作のキャリブレーションではなく、まず、各ピエゾ駆動体の各支持足ごとにキャリブレーションするのである。各支持足ごとのキャリブレーションにより各支持足ごとの誤差を補正することができ、それによって可動物のアライメントの際の移動精度が向上するとともに、目標精度範囲内に納めるための繰り返しアライメント回数を低減することができる。なお、本発明において「認識マーク」とは、測定対象物に付された位置認識用のマークのことであり、単純形状のマークは勿論のこと、パターン化されたマーク（たとえば、同心円や格子状に配列されたマークパターン）を含む概念である。
【００１３】
また、本発明に係るピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法は、ピエゾ素子を用いて（たとえば、３つのピエゾ素子を用いて）三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を２個以上組み合わせて１組のウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組以上のウォーキング動作駆動ユニットの支持足で可動物を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、ウォーキング動作駆動ユニットに前記可動物の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向、移動量および回転中心の位置との関係を、可動物上に付した認識マークを可動物の移動前後に認識手段で読み取ることによりキャリブレーションすることを特徴とする方法からなる。つまり、上記各支持足ごとのキャリブレーションに加え、可動物移動の際のキャリブレーションを行うことにより、実際に可動物を移動制御する際の誤差を補正することができ、それによって可動物のアライメントにおける移動精度が向上するとともに、目標精度範囲内に納めるための繰り返しアライメント回数を低減することができる。
【００１４】
上記各方法は組み合わせることができる。すなわち、本発明に係るピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法は、ピエゾ素子を用いて（たとえば、３つのピエゾ素子を用いて）三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を２個以上組み合わせて１組のウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組以上のウォーキング動作駆動ユニットの支持足で可動物を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、各ピエゾ駆動体にその支持足の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向および移動量との関係を、支持足上に付した認識マークを支持足の移動前後に認識手段で読み取ることにより、各ピエゾ駆動体の各支持足ごとにキャリブレーションし、かつ、ウォーキング動作駆動ユニットに前記可動物の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向、移動量および回転中心の位置との関係を、可動物上に付した認識マークを可動物の移動前後に認識手段で読み取ることによりキャリブレーションすることを特徴とする方法からなる。
【００１５】
上記各支持足ごとにキャリブレーションする方法においては、支持足に治具を取り付け、該治具上に支持足用の前記認識マークを付し、その認識マークを前記認識手段で読み取るようにすることも可能である。このようにすれば、各ウォーキング動作駆動ユニットにおいて、２個以上組み合わせられているピエゾ駆動体の２個以上の支持足を認識手段の１視野内に納めることが困難な場合においても、各支持足に治具を取り付け、各治具上に認識マークを付すことにより、複数の認識マークを１視野内に納めることが可能になり、また、認識手段の視野を小さくした場合（つまり、精度を上げた場合）にも、その視野内に複数の認識マークを納めることが可能になり、認識マーク認識の効率を高めることができるとともに、認識精度を向上できる。
【００１６】
また、後述の如く、一般にピエゾ素子はその伸縮動作に関してヒステリシスをもっているので、各ピエゾ素子へ動作指令を送るに際し、このヒステリシスを考慮した状態で、つまり動作指令量と実際に得られる支持足の動作量との対応関係を事前に正確に把握しておけば、より的確な補正信号を得ることができ、より正確に目標とする実際の動作量が得られるようになる。たとえば、各ピエゾ素子の変位量と印加電圧との間のヒステリシス特性の補正を加える方法である。また、各ピエゾ素子の伸縮動作量またはその動作量を得るための指令信号量と、支持足のｘ、ｙ、ｚ座標系における実際の動作量との対応関係を、マトリックスとして実験により予め求めておけば、より適切にキャリブレーションでき、実際の移動制御の際に、目標とする動作量がより精度よく得られるようになる。
【００１７】
また、本発明は、可動物のアライメントに関し、ピエゾ素子を用いて（たとえば、３つのピエゾ素子を用いて）三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を２個以上組み合わせて１組のウォーキング動作駆動ユニットを構成し、３組以上のウォーキング動作駆動ユニットの支持足で可動物を移動可能に支持した、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法であって、可動物上に認識マークを付し、ウォーキング動作駆動ユニットに前記可動物の所定量移動指令信号を与えて可動物のアライメント動作を行い、可動物移動後に認識マークを認識手段で読み取ることにより、可動物の位置精度を測定することを特徴とする、ピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法を提供する。
【００１８】
このアライメントにおいては、１回のアライメント動作では目標とする精度範囲内にまで到達できなかった場合、同様の操作を複数回繰り返し、徐々に目標とする精度範囲内へと収束させることができる。すなわち、上記可動物の位置精度を測定後、再度可動物のアライメント動作を行って可動物移動後の位置精度を測定し、このアライメント動作を予め定めた所定の位置精度範囲に入るまで繰り返す方法を採用できる。
【００１９】
また、本発明に係るピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法においては、認識マークの読み取り、たとえば上記各支持足上に付した認識マークの読み取りに関し、認識手段を認識マークに対向する位置に設置し（たとえば、認識マークの上方に設置し）、該認識マークを直接読み取るようにすることもできるし、認識マークに対向する位置にミラーまたはプリズムを設置し、認識手段を認識マークに対向する位置とは異なる位置（たとえば、下方の位置）に設置して、該認識マークを前記ミラーまたはプリズムを介して読み取るようにすることもできる。ミラーやプリズムを設置することにより、認識手段を上方以外の下方や側方に設置することが可能になる。つまり、ミラーまたはプリズムを介して読み取ることにより、認識手段を認識マークに対向する位置とは異なる位置に設置しても、反射光や透過光により認識マークを読み取れるようになり、認識手段を、下方等に設置される赤外線認識手段とする場合にあっても、所定の読み取りが可能となる。また、測定対象物の下面に認識マークを付す場合にも、読み取ることができるようになる。
【００２０】
本発明における上記可動物は、可動テーブルであってもよく、該可動テーブル上に保持されるワーク（たとえば、ウエハー等の被接合物）であってもよく、さらには、ワーク（たとえば、ウエハー等の被接合物）自体であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。たとえば被接合物同士の加圧接合の場合、可動物が可動テーブルとその上に保持されたワーク（被接合物）とからなり、該ワークに対向させて該ワークに圧着させるワーク（被接合物）を保持する形態を採ることになる。
【００２１】
また、本発明においては、前記３組以上のウォーキング動作駆動ユニットをバックアップ支持体の周辺に設け、前記可動物を該バックアップ支持体から浮かせた状態で前記可動物をウォーキング動作駆動ユニットによりアライメントした後、該可動物を上方から加圧可能に前記バックアップ支持体上に載せるようにすることもできる。このようにアライメント後にバックアップ支持体上に可動物を支持させることにより、アライメントされた可動物としてのワークをたとえば１トン以上の高圧で加圧することが可能になり、加圧接合等における問題点が解決される。従来のチップレベルと比べてウエハーの接合においては接合面積が数十〜数百倍となるため、従来の軸受ガイドを用いたテーブル構造では耐えられないが、このようなバックアップ支持体を用いる構造により、高加圧力の付与が可能となる。なお、バックアップ支持体上に可動物を載せる場合、可動物を下げて載せてもよく、バックアップ支持体を上昇させて載せてもよい。
【００２２】
また、認識マークの読み取りに関し、対向保持されたワーク間に２視野の認識手段を挿入し、たとえば水平方向および／または上下方向に移動可能な２視野の認識手段を挿入し、該２視野の認識手段による認識マークの認識を介して前記可動物をアライメントするようにすれば、たとえば前述のピエゾ駆動体の各支持足のキャリブレーションをアライメント用の認識手段と兼用させて一つの認識手段で行うことが可能になる。
【００２３】
前記バックアップ支持体には、たとえばガラスまたは赤外線透過材を用いることができ、バックアップ支持体の下方に可視光または赤外線認識手段を設けて反射光または透過光により認識マークを認識することができる。
【００２４】
さらに本発明においては、ワーク間（たとえば、被接合物間）の平行度を、アライメント後接合前あるいは接合時に、倣い機構を用いて実質的に自動的に微調整することが可能である。つまり、互いに対向保持されるワークが、互いに加圧接合される被接合物からなり、いずれかの被接合物の保持機構内に球面状の倣い機構を設け、被接合物同士を圧着する際に、前記倣い機構の動作により被接合物間の平行度を調整する方法である。球面状の倣い機構としては、たとえばエアーベアリング機構を用いた極めて抵抗の小さい倣い機構を用いることができる。
【００２５】
また、この平行度調整のための倣い動作は、アライメント前、あるいはアライメント後接合前または接合時に、実質的にピエゾ素子を用いて行うことが可能である。すなわち、互いに対向保持されるワークが、互いに加圧接合される被接合物からなり、前記ウォーキング動作駆動ユニットが設けられている側のワークに対し、該ウォーキング動作駆動ユニットのウォーキング動作停止後のピエゾ素子の伸縮動作により、被接合物間の平行度を調整する方法である。ピエゾ素子は、ウォーキング動作のためにも伸縮動作させるのであるが、ウォーキング動作停止後に必要なピエゾ素子自体のみ伸縮動作させることにより、可動物の姿勢を微調整することができ、それによって被接合物間の平行度を微調整することができる。また、アライメント用のウォーキング動作を行わせ、認識手段を用いてアライメントする前に、ピエゾ素子自体のＺ方向（上下方法）の伸縮動作により平行度を微調整することができる。さらに、前述のバックアップ支持体から可動物を持ち上げる際に、別のアクチュエータを使用せずに、ピエゾ素子自体のＺ方向の伸縮動作により、この可動物の昇降を行わせることも可能である。
【００２６】
本発明におけるピエゾ駆動体としては、以下のようなものが使用できる。ピエゾ駆動体の第１の形態としては、前記可動物に接触／離反可能に設けられた、実質的に前記支持足を構成する支持ブロックと、該支持ブロックに連結され実質的に水平方向に互いに交差して延びる伸縮作動可能な第１、第２のピエゾ素子および実質的に上下方向に延びる伸縮作動可能な第３のピエゾ素子とを備えたものからなる。
【００２７】
ピエゾ駆動体の第２の形態としては、中心軸周りに３つのピエゾ素子を並列に配設し、該３つのピエゾ素子の一端側を共通の基台に固定するとともに、他端側を共通の可動ブロックに連結し、該可動ブロックの前記ピエゾ素子配設側とは反対側の面に前記中心軸の軸心延在方向またはそれに沿う方向に延び、先端が前記可動物への接触部を構成し実質的に前記支持足を構成する可動柱を、前記可動ブロックと一体的に設けたものからなる。
【００２８】
ピエゾ駆動体の第２の形態としては、支柱を立設した基台に、該支柱と平行に配設した２つの送り用ピエゾ素子の一端側を固定し、該２つの送り用ピエゾ素子の他端側を、前記支柱の先端に揺動自在に連結された中間ブロックに連結し、該中間ブロックの前記２つの送り用ピエゾ素子配設側とは反対側の面上に、実質的に前記支持足を構成する１つの支持用ピエゾ素子を立設し、該支持用ピエゾ素子の先端側に前記可動物への接触部を設けたものからなる。
【００２９】
なお、本発明におけるウォーキング動作駆動ユニットにおいては、後述の実施例に示すように、２個一対のピエゾ駆動体を設け、２足歩行させることができる。しかし本発明においては、ピエゾ駆動体を３個、４個、さらにはそれ以上設け、３足歩行、４足歩行、さらにはムカデのような多足歩行させることも可能であり、本発明に係るウォーキング動作駆動ユニットは、２足歩行に限らず、このような３足歩行以上のウォーキング動作を行わせるユニットまで含むものである。また、本発明では、基本的にピエゾ素子を用いて三次元空間内の任意の方向に変位可能な一つの支持足を移動させるピエゾ駆動体を構成するようにしているが、同様の構成は、磁歪素子を用いて達成することも可能である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るアライメント装置を組み込んだ、ウエハー同士を接合する実装装置を示している。実装装置１は、被接合物としてのウエハー２ａとウエハー２ｂを接合するもので、本実施態様では、位置決め対象物（位置決め対象ワーク）としてのウエハー２ａの位置決めに、本発明に係るアライメント装置３が組み込まれている。
【００３１】
ウエハー２ａとウエハー２ｂの接合は、本実施態様では、接合チャンバー４内で行われるようになっているが、チャンバー４は必要に応じて設置すればよい。本実施態様では接合チャンバー４に開閉可能なゲート５が設けられており、ゲート５開の状態で、搬送手段としてのロボット６により、被接合物としてのウエハー２ａとウエハー２ｂが接合チャンバー４内に導入される。
【００３２】
被接合物同士の接合部においては、図１の上側のウエハー２ｂを直接的に保持する手段は、本実施態様では静電チャック７から構成されており、静電チャック７は昇降可能なヘッド８の下端に取り付けられている。ヘッド８の下部には、複数の伸縮制御可能な支柱９が配設されており、各支柱９の伸縮量を制御することにより、静電チャック７の平行度、ひいては、上部側静電チャック７に保持されている上側のウエハー２ｂの下側のウエハー２ａに対する平行度を調整できるようになっている。各支柱９の伸縮量の制御に、たとえばピエゾ素子を用いることが可能である。
【００３３】
また、ヘッド８の下部には、後述の赤外線カメラの方向に向けて照射される光を導くライトガイド１０が設けられている。ライトガイド１０は、光源（図示略）から光ファイバー等を介して導光されてきた光を、垂直下方に向けて照射するようになっている。ライトガイド１０からの光が透過される、静電チャック７の部位は、光透過が可能な透明体から構成されているか、光透過用の穴が開けられている。
【００３４】
ヘッド８の上方には、昇降機構１１が設けられており、その上方に、エアシリンダ等の加圧シリンダ１２を有する加圧手段１３が設けられている。加圧シリンダ１２には、下方に向かう加圧力をコントロールするための加圧ポート１４と、加圧力を制御するとともに上方への移動力を生じさせるバランスポート１５が設けられている。昇降機構１１は、ヘッド８、静電チャック７に保持されている上側のウエハー２ｂを下方に移動させるとともに、移動および平行度調整後に、下側のウエハー２ａに上側のウエハー２ｂを接触させて仮接合することができる。また、加圧手段１３は、仮接合時に昇降機構１１を介して押圧力を加えることができるとともに、仮接合後に、さらに下降された上側のウエハー２ｂを下側のウエハー２ａにさらに押圧して、加圧により本接合することができるようになっている。
【００３５】
本実施態様では、下側のウエハー２ａの位置決めのために、アライメント装置３が設けられている。アライメント装置３は、位置決め対象物としてのウエハー２ａを保持する透明体からなる可動テーブル１６と、該可動テーブル１６を移動可能に複数箇所で（本実施態様では可動テーブル１６の周方向に３箇所で）それぞれ支持する複組のウォーキング動作駆動ユニット１７とを有しており、各ウォーキング動作駆動ユニット１７は、各ウォーキング動作駆動ユニット１７に対応して上下方向に延びる支持台１８上に設けられており、各ウォーキング動作駆動ユニット１７上に可動テーブル１６が移動可能に支持されている。本実施態様では、後述の如く、下方に認識手段としての赤外線カメラが設けられているので、前記ライトガイド１０からの光が赤外線カメラへと到達できるように、可動テーブル１６が透明体（たとえば、ガラス板）から構成されているが、中央部等に透過用の穴が開設された構造とすることも可能である。上記各支持台１８は、上下方向（Ｚ方向）の位置調整（高さ調整）が可能な台から構成されていてもよい。なお、本実施態様では、上側のウエハー２ｂに対してのみ静電チャック７を設けてあるが、場合によっては、下側のウエハー２ａに対しても、たとえば中央に穴の開いた環状に延びる静電チャック、好ましくは透明体からなる静電チャックを設けるようにしてもよい。
【００３６】
本実施態様では、可動テーブル１６の下方でかつ接合チャンバー４外の位置に、認識手段としての赤外線カメラ２０が設けられている。赤外線カメラ２０は、プリズム装置２１を介して、ライトガイド１０からの照射光を用いて、上側のウエハー２ｂまたは静電チャック７に付されたアライメント用の認識マーク、および、下側のウエハー２ａまたは可動テーブル１６に付された認識マークを、それぞれ読み取ることができるようになっている。この赤外線カメラ２０およびプリズム装置２１の位置も、位置調整手段２２を介して調整、制御できるようになっている。
【００３７】
また本実施態様では、可動テーブル１６の下部に、たとえばガラスまたは赤外線透過材からなるバックアップ支持体２５が配置されている。３組の（場合によってはそれ以上の）ウォーキング動作駆動ユニット１７がバックアップ支持体２５の周辺に設けれれ、可動テーブル１６をバックアップ支持体２５から僅かに浮かせた状態で可動テーブル１６がウォーキング動作駆動ユニット１７によりアライメントされる。アライメント後には、可動テーブル１６がバックアップ支持体２５上に載せられ、可動テーブル１６上に保持されているウエハー２ａを上方から高い加圧力をもって加圧できるようになっている。
【００３８】
ピエゾ駆動体を用いたアライメント装置３は、図２および図３に示すように構成されている。本実施態様では、図２に示すように、ウォーキング動作駆動ユニット１７が、円板状の可動テーブル１６の周方向に３箇所、合計３組設けられている。各ウォーキング動作駆動ユニット１７には、２個一対の形態で、ピエゾ駆動体２３、２４が設けられている。ピエゾ駆動体２３、２４は、図３に示すように、可動テーブル１６に接触／離反可能に設けられた支持ブロック２３ｄ、２４ｄと、該支持ブロック２３ｄ、２４ｄに連結されて実質的に水平方向に互いに交差して延びる（Ｘ、Ｙ方向に延びる）第１のピエゾ素子２３ａ、２４ａおよび第２のピエゾ素子２３ｂ、２４ｂと、支持ブロック２３ｄ、２４ｄに連結されて実質的に上下方向に延びる（Ｚ方向に延びる）第３のピエゾ素子２３ｃ、２４ｃを備えている。
【００３９】
第１のピエゾ素子２３ａ、２４ａと第２のピエゾ素子２３ｂ、２４ｂの伸縮作動量が制御されることにより、それに連結されている支持ブロック２３ｄ、２４ｄは、図３に矢印で示すように、可動テーブル１６の面方向に、つまり、実質的に水平方向に、あらゆる方向に任意に移動できる。したがって、支持ブロック２３ｄ、２４ｄのいずれかが可動テーブル１６の下面に接触しており、その接触している支持ブロックが移動されると、それに伴って可動テーブル１６を支持ブロックの移動方向に移動させることができる。このとき、第３のピエゾ素子２３ｃあるいは２４ｃは、支持ブロックの移動に伴って揺動され、該支持ブロック、ひいては該支持ブロックを介して可動テーブル１６を、下方から支持する。そして、支持ブロック２３ｄ、２４ｄを交互に、可動テーブル１６に対して接触／離反させ、支持ブロック２３ｄ、２４ｄの移動および第３のピエゾ素子２３ｃ、２４ｃの揺動を行わせることにより、ピエゾ駆動体２３、２４の第３のピエゾ素子２３ｃ、２４ｃおよび支持ブロック２３ｄ、２４ｄは、可動テーブル１６に対して相対的に歩行運動、つまり、ウォーキング動作を行うことになる。各ウォーキング動作駆動ユニット１７は、対応する各支持台１８上に設置されているので、上記ウォーキング動作により、実際には、そのウォーキング動作分、可動テーブル１６が移動されることになる。
【００４０】
ウォーキング動作駆動ユニット１７は、円板状の可動テーブル１６の周方向に３箇所、合計３組設けられているので、各ウォーキング動作駆動ユニット１７の各ピエゾ素子を同期させながら駆動することにより、図４に示すように、可動テーブル１６をＸ、Ｙ、θ方向に任意に移動させることが可能である。図４の（Ａ）は、可動テーブル１６をＸ方向に移動させる場合の各ウォーキング動作駆動ユニット１７の各ピエゾ素子の動作例を示しており、図４の（Ｂ）は、Ｙ方向への動作例、図４の（Ｃ）は、θ方向への動作例をそれぞれ示している。これらの動作を組み合わせることにより、可動テーブル１６はＸ、Ｙ、θ方向に任意に移動され、可動テーブル１６上に保持されているウエハー２ａが、Ｘ、Ｙ、θ方向の任意の方向において位置決めされる。しかもこのとき、θ方向の回転中心も、各ピエゾ素子の動作を制御することにより、任意の位置にもってくることができる。
【００４１】
このように本実施態様に係るアライメント装置３では、少なくともＸ、Ｙ軸方向およびθ方向に同時に位置調整可能となり、ウエハー２ａを一気に目標位置に位置決め可能となる。位置決めに際しては、赤外線カメラ２０で認識マークを読み取り、ウエハー２ａあるいは可動テーブル１６が、目標位置に、目標とする精度範囲内で位置決めされているか否かを確認でき、目標精度範囲内に到達していない場合には、到達できるまで、上記ウォーキング動作による位置決め動作を続行させることができる。このような一連の動作の制御が、少なくとも赤外線カメラ２０からの位置認識情報が入力され、該入力情報に基づいて各ウォーキング動作駆動ユニット１７の駆動方向、駆動量を制御する制御手段、たとえばマイクロコンピュータを用いた制御手段によって行われる。なお、認識マークを読み取る認識手段としては、赤外線カメラ２０に限定されず、通常の可視光カメラや、レーザを用いた認識手段の使用も可能である。
【００４２】
上記位置決めのための各ウォーキング動作駆動ユニット１７の駆動は、各ピエゾ素子の伸縮作動によるものであり、ピエゾ素子の伸縮作動量は、極めて微少に制御できることが知られている。したがって、各ピエゾ素子の伸縮作動を予めキャリブレーションしておき、各ピエゾ素子の伸縮作動に基づくウエハー２ａの位置決めを行うことにより、極めて高精度な位置決めが行われることになる。その結果、下側のウエハー２ａと上側のウエハー２ｂが高精度に位置合わせされ、両者の接合精度が大幅に向上される。なお、Ｚ方向に関する位置決めについては、第３のピエゾ素子２３ｃ、２４ｃ自身の伸縮動作を利用して、微調整を行うことも可能である。また、ウォーキング動作終了後に各ウォーキング動作駆動ユニット１７のピエゾ駆動体２３、２４の作動を制御することにより、Ｚ方向に関する位置決めに加え、Ｘ、Ｙ軸周り回転方向の微調整も各々行うことができるので、上側のウエハー２ｂに対する下側のウエハー２ａの平行度についても、高精度の微調整が可能となる。
【００４３】
また、本実施態様に係るアライメント装置３においては、上記の如く、ウエハー２ａを同一平面においてＸ、Ｙ、θ方向に位置決めできるので、従来のように、各軸方向用の各位置調整テーブルを積み上げてアライメント装置を構成する必要がなくなり、アライメント装置３自体、薄型のものに構成できる。その結果、このアライメント装置３を組み込んだ装置全体の小型化をはかることができる。また、同一平面内で各方向同時に位置決めすることになるので、位置決めのための駆動の効率も良い。また、各ウォーキング動作駆動ユニット１７が可動テーブル１６の周縁部に配置されているので、比較的大型の可動テーブル１６やその上に保持されるウエハー２ａに対しても、とくにθ方向の位置決め精度を低下させることなく対応することが可能である。
【００４４】
本実施態様に係るアライメント装置３においては、さらに位置決め精度の向上をはかることが可能である。たとえば、一般にピエゾ素子は、前回の駆動ストロークに対応して次の駆動量、軌跡が決まるという、履歴の影響を受けやすい特徴を持っているので、この特徴による位置決め精度への悪影響を除去するために、以前の動作の履歴の影響が出ないようにすることが好ましい。そのために、ウォーキング動作１歩内での精密位置決め前に以前の動作の履歴を消すようにリセットすることが好ましい。つまり、第３のピエゾ素子２３ｃ、２４ｃに加え、第１、第２のピエゾ素子２３ａ、２４ａ、２３ｂ、２４ｂの伸縮作動量について、それまでの履歴が精密位置決め前にリセットされることが好ましい。
【００４５】
また、本実施態様に係るアライメント装置３においてさらに位置決め精度の向上をはかるためには、上述したウォーキング動作による位置決めによりあるレベルの精度内まで粗位置決めを行い、その状態で基本的に上述したウォーキング動作を停止し、ウォーキング動作を停止した状態で、各ピエゾ素子自身の伸縮作動を利用して、ウエハー２ａをさらに高精度に精密位置決めすることが可能である。この精密位置決めは、ウォーキング動作を停止した状態で行うので、基本的にウォーキング動作の１歩以内の位置調整範囲内で行う必要がある。また、いずれの方向にも精密位置決めのための微調整が効くように、精密位置決め直前に、ウォーキング動作の足、つまり、第３のピエゾ素子２３ｃ、２４ｃの、第１のピエゾ素子２３ａ、２４ａおよび第２のピエゾ素子２３ｂ、２４ｂの伸縮作動による揺動位置を、ウォーキング動作の１歩の範囲内における中央位置にリセットすることが好ましい。この中央位置へのリセットは、前述の履歴のリセットと同時に行うことができる。このような微調整により、ウエハー２ａ、２ｂ間の平行度の微調整を行うことも可能である。
【００４６】
次に、本発明の別の実施態様に係るアライメント装置におけるウォーキング動作駆動ユニット、とくに２足歩行動作を行うユニットの例について説明する。図５および図６は、本発明における別の実施態様に係るウォーキング動作駆動ユニットにおけるピエゾ駆動体３１を示している。このピエゾ駆動体３１においては、中心軸（本実施態様では固定ねじ３２が実質的に中心軸を形成している。）周りに３つのピエゾ素子３３が並列に配設されている。これら３つのピエゾ素子３３の一端側は共通の基台３４に固定されており、他端側は共通の可動ブロック３５に連結されている。可動ブロック３５のピエゾ素子配設側とは反対側の面には、中心軸３２の軸心延在方向またはそれに沿う方向に延び（つまり、正確に中心軸３２の軸心延在方向ではなく、若干ずれていてもよい。）、先端が可動物（例えば、可動テーブル）への接触部３６を構成する可動柱３７が、可動ブロック３５と一体的に設けられている。各ピエゾ素子３３は、接着剤を用いることなく、基台３４、可動ブロック３５に、ねじにより固定、連結されている。３つのピエゾ素子３３は、中心軸３２周りに、１２０度の角度で等配されており、基準位置（動作開始前の位置）にて互いに平行に延設されている。
【００４７】
このピエゾ駆動体３１は、各ピエゾ素子３３の伸縮量を制御することにより、可動ブロック３５のあらゆる方向の傾き量を制御でき、それによって可動柱３７の揺動量をあらゆる方向について任意に制御できる。また、３つのピエゾ素子３３の伸縮量を制御することにより、可動ブロック３５、可動柱３７の高さ方向（上下方向）の位置を制御できるから、結局、三次元的に、接触部３６の位置を任意の位置に制御できる。
【００４８】
そして、上記動作を組み合わせることにより、ピエゾ駆動体３１は、接触部３６の位置に関して台形運動を行わせることができる。図７、図８は、説明を簡単にするため、２つのピエゾ素子３３（素子Ａ、素子Ｂ）を伸縮させた場合の、送り成分と支持成分とを含む台形運動の例について示している。すなわち、２つの素子Ａ、素子Ｂを実質的に同時に伸縮させることにより、接触部３６の位置（支持成分）は上下に変化し、２つの素子Ａ、素子Ｂの伸縮動作の位相を異ならしめることにより、送り方向に可動柱３７を揺動させることができ、接触部３６の位置（送り成分）が変化する。これらの成分を合成すれば、図７に示すような台形運動を行わせることができる。図７の▲１▼〜▲８▼の位置は、図８の▲１▼〜▲８▼の位相に対応している。
【００４９】
上記ピエゾ駆動体３１を２個一対の形態で並設することにより、上記台形運動を交互に行わせれば、あたかも、２足歩行運動と同等の動作が得られる。すなわち、図９に示すように、２個のピエゾ駆動体３１を駆動部１、駆動部２として一対の形態で並設したウォーキング動作駆動ユニット４１を構成し、可動物としての、たとえば可動テーブル４２に対して、それぞれのピエゾ駆動体３１の可動ブロック３５（より正確には可動ブロック３５に形成された可動柱３７）を交互に揺動させるとともに、先端の接触部３６をテーブル４２に交互に接触／離反させることにより、テーブル４２に対してウォーキング動作を行うことが可能である。これは、テーブル４２側にとってみれば、テーブル４２を送る動作に相当する。
【００５０】
２つのピエゾ駆動体３１を備えたウォーキング動作駆動ユニット４１によるウォーキング動作は、たとえば図１０の▲１▼〜▲８▼に示すように順に行われる。このとき、図９に示した各素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの変位パターンは、たとえば図１１に示すようになる。図１１における位相▲１▼〜▲８▼は、図１０の▲１▼〜▲８▼の状態に対応している。
【００５１】
このようなウォーキング動作駆動ユニット４１においては、各ピエゾ駆動体３１において、可動ブロック３５の傾きは可動柱３７の揺動を介して接触部３６の変位に変換されることから、各ピエゾ素子３３の間隔に対する可動柱３７の長さ分、変位量が拡大される。つまり、ピエゾ素子３３の伸縮量は比較的小さな量であっても、接触部３６の送り方向の変位量としては、比較的大きな量を得ることができる。したがって、高速駆動が可能になり、高周波制御が不要となる。さらに、同じ方向に３つのピエゾ素子３３を並設するので、組立が容易であり、接着剤を使用することなくねじ止めが可能となり、製造時間が短くて済むとともに、容易に高い剛性を得ることが可能になる。接着剤の不使用により、真空中で使用する場合の真空度の劣化を防止することも可能となる。さらに、同方向への３つのピエゾ素子３３の並設構造により、各ピエゾ駆動体３１、ひいてはウォーキング動作駆動ユニット４１全体として、とくに横方向にコンパクトな構成を実現できる。
【００５２】
図１２および図１３は、本発明におけるさらに別の実施態様に係るウォーキング動作駆動ユニットにおけるピエゾ駆動体５１を示しており、上記実施態様に比べ、より剛性を向上させたものである。なお、このピエゾ駆動体５１を２個一対の形態で配置すれば、上記実施態様同様、ウォーキング動作駆動ユニット６１を構成できる（図１２に、ウォーキング動作駆動ユニットの符号のみ示す）。このピエゾ駆動体５１においては、支柱５２を立設した基台５３に、該支柱５２と平行に配設した２つの送り用ピエゾ素子５４の一端側が固定され、２つの送り用ピエゾ素子５４の他端側は、支柱５２の先端に揺動自在に連結された中間ブロック５５に連結されている。中間ブロック５５は基台５３に固定ねじ５６で固定されている。中間ブロック５５の２つの送り用ピエゾ素子５４配設側とは反対側の面上には、１つの支持用ピエゾ素子５７が立設し、該支持用ピエゾ素子５７の先端側に可動物への接触部５８が設けられている。支持用ピエゾ素子５７は、本実施態様では、２本の固定ねじ５９により、接触部５８と一体的に形成された固定片６０を介して固定されている。この固定ねじ５９には、支持用ピエゾ素子５７の伸縮量が小さくなりすぎないように、弾性率の比較的低い材料からなるものが好ましく、たとえば黄銅製のねじを使用することが好ましい。
【００５３】
このピエゾ駆動体５１は、たとえば図１３に示すように、各送り用ピエゾ素子５４の伸縮量を制御することにより、中間ブロック５５の傾き量を制御でき、それによって支持用ピエゾ素子５７の揺動量を制御できる。２つの送り用ピエゾ素子５４の伸縮量を相対的に制御することにより、傾き方向、揺動方向を制御できる。また、主として支持用ピエゾ素子５７の伸縮量を制御することにより、接触部５８の高さ方向（上下方向）の位置を制御できるから、結局、三次元的に、接触部５８の位置を任意の位置に制御できる。また、接触部５８の変位量Ｌは、送り用ピエゾ素子５４の変位量λを約ｂ／ａ倍だけ増幅したものとなり、本実施態様においても前記実施態様同様、変位量拡大機構が構成されているので、高速駆動が可能になり、高周波制御が不要となる。また、本実施態様ではとくに、高い剛性を持つように形成可能な支柱５７が一体形成された基台５３を使用しているので、この支柱５７部分で高荷重を受け持つことが可能となり、ピエゾ駆動体５１全体として高い剛性を確保できる。さらに、２つの送り用ピエゾ素子５４と支持用ピエゾ素子５７は、設置位置は異なるものの、すべて平行な方向（図の縦方向）に配設されるので、とくに横方向にコンパクトな構成を実現できる。なお、本実施態様においても、各ピエゾ素子の固定に接着剤は使用されず、ねじ止めによっている。
【００５４】
このようなピエゾ駆動体５１においても、上記動作を組み合わせることにより、接触部５８の位置に関して、前述の実施態様同様、台形運動を行わせることができる。そして、ピエゾ駆動体５１を２個一対の形態で配置したウォーキング動作駆動ユニット６１とすることにより、前述の実施態様同様、可動物としての、たとえば可動テーブル７１（図１３に図示）に対して、それぞれのピエゾ駆動体３１の支持用ピエゾ素子５７を交互に揺動させるとともに、先端の接触部５８をテーブル７１に交互に接触／離反させることにより、テーブル７１に対してウォーキング動作を行うことが可能である。これは、テーブル７１側にとってみれば、テーブル７１を送る動作に相当する。
【００５５】
上記各実施態様におけるウォーキング動作に伴う他部材の送り制御は、たとえば次のように行われる。主として図５、図１２に示した実施態様について説明する。
制御すべき接触部３６（または５８）の変位を演算のみによって求めることも可能であるが、実際の駆動系においては各種運動誤差要因が含まれるので、ウォーキング動作駆動ユニット４１（または６１）を実際に駆動させる実験から、各種運動誤差要因が含まれた形で制御のための式を求める方が、実際の装置として高い精度が得られる可能性が高い。
【００５６】
すなわち、制御すべき接触部３６（または５８）の変位を、送り制御すべきアライメント装置として統一された直交座標系ｘｙｚを用いて設計し、それらの変位を、３つのピエゾ素子を個々に動作させたときに得られる変位ｐ，ｑ，ｒに変換できる演算式数１を実験から求める。ここで、ｐ，ｑ，ｒは各素子の変位量またはそれに比例する接触部３６（または５８）の移動量であって、それぞれの移動方向は座標系ｐｑｒを構成する。数１の〔Ａ〕マトリックスは、ｘｙｚ座標からｐｑｒ座標への変換マトリックスであり、組み付け方向の誤差などを線形補正するとともに、各素子への正確な変位指令値を算出する役割を持つ。この〔Ａ〕マトリックスは、各素子をそれぞれ個別に変位させた場合の接触部３６（または５８）の変位ｘ，ｙ，ｚを測定することで、同定することができる。実際に送り動作を行う際には、この数１にｘ，ｙ，ｚ座標上で決定される接触部３６（または５８）の動作位置を代入することで、各素子変位量に対応するｐ，ｑ，ｒの値を得ることができる。
【００５７】
【数１】
2004288918.tif 000003
【００５８】
また、実際の制御においては、各ピエゾ素子は電圧を制御してその変位量を制御することになる。この印加電圧と変位量は概ね比例するので、その比例定数を予め実験により求めておけば、ｐ，ｑ，ｒの変位を得るための電圧を印可することができる。
【００５９】
さらに、上記では印加電圧と素子変位との関係が線形であると仮定したが、正確にはピエゾ素子は若干のヒステリシス現象を示す。本手法では、数１によって接触部の変位ｘ、ｙ、ｚが個々のピエゾ素子の変位またはそれに比例する変位ｐ、ｑ、ｒに変換されているため、個々のピエゾ素子のヒステリシス特性を事前に把握しておけば、その補正を行うことも可能となる。このヒステリシス特性の事前把握としては、たとえば、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すような印加電圧と素子変位量またはそれに比例する変位量とのヒステリシス関係を測定し、多項式等によって近似しておくと、より高精度の制御が可能になる。
【００６０】
すなわち、実際の装置設計、駆動制御の流れとしては、上述したように、
▲１▼各接触部のウォーキング動作を設計し、
数１で座標変換兼線形補正を行い、
▲２▼各ピエゾ素子の変位パターンを同定し、
それをヒステリシス補正（多項式等を用いた補正）により、
▲３▼各ピエゾ素子の印加電圧パターンを正確に求めることができ、
より高精度の制御が可能になる。
【００６１】
以上説明したようなウォーキング動作駆動ユニットを用いて、本発明に係るアライメント装置は、前述の図１に示したように構成される。
【００６２】
前述のアライメント装置３の構成を、前述のウォーキング動作駆動ユニット４１が設けられる場合について例示すると図１５に示すようになる。本実施態様では、円板状の可動テーブル１６の周方向に３箇所、合計３組のウォーキング動作駆動ユニット４１が設けられている。この駆動ユニットとしては、前述のウォーキング動作駆動ユニット６１を使用してもよい。本実施態様では、３つのウォーキング動作駆動ユニット４１の動作を制御することにより、可動テーブル１６は、Ｘ，Ｙ，θ方向に、目標位置に精度よく位置決めされる。また、Ｚ方向にも微調整可能である。
【００６３】
このように本発明に係るアライメント装置３では、少なくともＸ、Ｙ軸方向およびθ方向に同時に位置調整可能となり、ウエハー２ａを一気に目標位置に位置決め可能となる。位置決めに際しては、赤外線カメラ２０で認識マークを読み取り、ウエハー２ａあるいは可動テーブル１６が、目標位置に、目標とする精度範囲内で位置決めされているか否かを確認でき、目標精度範囲内に到達していない場合には、到達できるまで、上記ウォーキング動作による位置決め動作を続行させることができる。このような一連の動作の制御が、少なくとも赤外線カメラ２０からの位置認識情報が入力され、該入力情報に基づいて各ウォーキング動作駆動ユニットの駆動方向、駆動量を制御する制御手段、たとえばマイクロコンピュータを用いた制御手段によって行われる。なお、認識マークを読み取る認識手段としては、赤外線カメラ２０に限定されず、通常の可視光カメラや、レーザを用いた認識手段の使用も可能である。
【００６４】
上記位置決めのための各ウォーキング動作駆動ユニットの駆動は、各ピエゾ素子の伸縮作動によるものであり、ピエゾ素子の伸縮作動量は、極めて微少に制御できることが知られている。したがって、各ピエゾ素子の伸縮作動を予めキャリブレーションしておき、たとえば前述の数１を求めておき、各ピエゾ素子の伸縮作動に基づくウエハー２ａの位置決めを行うことにより、極めて高精度な位置決めが行われることになる。その結果、下側のウエハー２ａと上側のウエハー２ｂが高精度に位置合わせされ、両者の接合精度が大幅に向上される。なお、Ｚ方向に関する位置決めについては、少なくともピエゾ素子自身の伸縮動作を利用して、微調整を行うことも可能である。また、ウォーキング動作終了後に各ウォーキング動作駆動ユニットのピエゾ駆動体の作動を制御することにより、Ｚ方向に関する位置決めに加え、Ｘ、Ｙ軸周り回転方向の微調整も各々行うことができるので、上側のウエハー２ｂに対する下側のウエハー２ａの平行度についても、高精度の微調整が可能となる。
【００６５】
また、本発明に係るアライメント装置３においては、上記の如く、ウエハー２ａを同一平面においてＸ、Ｙ、θ方向に位置決めできるので、従来のように、各軸方向用の各位置調整テーブルを積み上げてアライメント装置を構成する必要がなくなり、アライメント装置３自体、薄型のものに構成できる。その結果、このアライメント装置３を組み込んだ装置全体の小型化をはかることができる。また、同一平面内で各方向同時に位置決めすることになるので、位置決めのための駆動の効率も良い。また、各ウォーキング動作駆動ユニットが可動テーブル１６の周縁部に配置されているので、比較的大型の可動テーブル１６やその上に保持されるウエハー２ａに対しても、とくにθ方向の位置決め精度を低下させることなく対応することが可能である。
【００６６】
本発明に係るアライメント装置３においては、さらに位置決め精度の向上をはかることが可能である。たとえば、一般にピエゾ素子は、前回の駆動ストロークに対応して次の駆動量、軌跡が決まるという、履歴の影響を受けやすい特徴を持っているので、この特徴による位置決め精度への悪影響を除去するために、以前の動作の履歴の影響が出ないようにすることが好ましい。そのために、ウォーキング動作１歩内での精密位置決め前に以前の動作の履歴を消すようにリセットすることが好ましい。つまり、各ピエゾ素子の伸縮作動量について、それまでの履歴が精密位置決め前にリセットされることが好ましい。
【００６７】
また、本発明に係るアライメント装置３においてさらに位置決め精度の向上をはかるためには、上述したウォーキング動作による位置決めによりあるレベルの精度内まで粗位置決めを行い、その状態で基本的に前述したウォーキング動作を停止し、ウォーキング動作を停止した状態で、各ピエゾ素子自身の伸縮作動を利用して、ウエハー２ａをさらに高精度に精密位置決めすることが可能である。この精密位置決めは、ウォーキング動作を停止した状態で行うので、基本的にウォーキング動作の１歩以内の位置調整範囲内で行う必要がある。また、いずれの方向にも精密位置決めのための微調整が効くように、精密位置決め直前に、各ピエゾ素子の伸縮作動による揺動位置を、ウォーキング動作の１歩の範囲内における中央位置にリセットすることが好ましい。この中央位置へのリセットは、前述の履歴のリセットと同時に行うことができる。
【００６８】
このような精密位置決めのための一連の制御は、たとえば図１６に示すようなフローにしたがって行われる。図１６に示す制御では、ステップＳ１で前述の如き粗位置決めのためのウォーキング動作が実行され、認識手段によって測定された目標位置との誤差δが、ウォーキング動作の１歩内に入ったか否かが判定され（ステップＳ２）、１歩内に入っていない場合にはステップＳ１に戻ってウォーキング動作が続行される。１歩内に入ったと判定された場合には、ピエゾ素子の位置が、ウォーキング動作の１歩の範囲内における中央位置にリセットされ（ステップＳ３）、その１歩内で各ピエゾ素子の伸縮作動による精密位置決めによって、高精度のアライメントが達成される（ステップＳ４）。そして、認識手段によって測定された目標位置との誤差δが目標とする高精度範囲内に入ったか否かか確認され（ステップＳ５）、入っていない場合にはステップＳ３に戻って精密位置決め動作を繰り返す。目標高精度範囲内に入ったとき、この制御フローを終了する。このような精密位置決めにより、従来は不可能とされていたナノメーターレベルでの高精度アライメントが可能になる。
【００６９】
なお、上記実施態様は、ウエハー同士の実装装置について説明したが、本発明に係るアライメント装置は、ウエハーとチップとの実装装置やチップ同士の実装装置にも適用でき、また、単なるアライナーにも適用でき、さらに、被露光物、たとえばウエハーに、露光を施す露光装置にも適用できる。
【００７０】
さて、本発明においては、アライメント精度をさらに向上するために、各ウォーキング動作駆動ユニットにおける各ピエゾ駆動体の動作誤差を予めキャリブレーションしておき、把握した特性をアライメント制御に活かして移動制御指令の補正を行い、より高い精度を追求することができる。また、可動物（可動テーブル１６）のアライメント制御における特性を予めキャリブレーションしておき、把握した特性を制御に活かして、さらに移動制御指令の補正を行い、一層高い精度を追求することができる。もちろんこれらを組み合わせれば、なお一層高い精度が得られる。ここで、キャリブレーションとしては、前述したような、▲１▼線形補正マトリックス〔Ａ〕の同定、▲２▼ヒステリシス特性（多項式等）の同定、などを行うことになる。
【００７１】
図１７は、本発明の一実施態様に係るピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法における、ピエゾ駆動体毎の、より正確には各ピエゾ駆動体の支持足毎のキャリブレーションを示している。図１７において、可動テーブル８１の周辺の下部側には、３組のウォーキング動作駆動ユニット８２が配置されており、各ウォーキング動作駆動ユニット８２は一対のピエゾ駆動体の支持足８３を有している。本実施態様では、各支持足８３の上部（頂部）に認識マーク８４が付されている。そして、各ピエゾ駆動体にその支持足８３の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向および移動量との関係を、支持足８３上に付した認識マーク８４を支持足８３の移動前後に認識手段８５で読み取ることにより、各ピエゾ駆動体の各支持足８３ごとにキャリブレーションする。このようにまず、各ピエゾ駆動体の各支持足８３ごとにキャリブレーションすることにより、各支持足８３ごとの誤差を把握してそれを実際の移動制御時に正確に補正できるようになり、それによって可動テーブル８１、ひいてはそれに保持されている前述のウエハー２ａの実際の移動制御時における移動精度を向上できるとともに、目標精度範囲内に納めるための繰り返しアライメント回数を低減することができる。
【００７２】
この支持足８３のキャリブレーションにおいては、たとえば図１８に示すように、各支持足８３に治具９１を取り付け、その治具９１上に認識マーク９２を付し、その認識マーク９２を認識手段８５で読み取ることによりキャリブレーションすることもできる。また、図示は省略するが、一対の支持足８３の一方のみに治具を取り付け、その治具上の、他方の支持足８３に近い位置に認識マークを付すとともに、他方の支持足８３には直接認識マークを付すことも可能である。このように治具を用いる方法では、一対の支持足８３用の複数の（２つの）認識マークを狭い範囲に配置して認識手段の１視野内で読み取ることが可能になり、読み取り効率を高めることができる。また、認識手段の１視野の範囲を小さくできるので、読み取り精度を向上することもできる。
【００７３】
また、図１７に示したように、可動テーブル８１上に認識マーク１０１を付しておき、上記支持足ごとのキャリブレーションを行った後、さらに、ウォーキング動作駆動ユニット８２に可動テーブル８１の所定量移動指令信号を与えた際の、該移動指令信号と実際に移動した方向、移動量および回転中心の位置との関係を、可動テーブル８１上に付した認識マーク１０１を可動テーブル８１の移動前後に認識手段８５で読み取ることによりキャリブレーションすることができる。これによって、実際に可動テーブル８１を移動制御する際の誤差を補正することができ、それによって可動テーブル８１、ひいてはそれに保持されている前述のウエハー２ａの実際の移動制御時における移動精度を向上できるとともに、目標精度範囲内に納めるための繰り返しアライメント回数を低減することができるようになる。
【００７４】
さらに、実際に目標精度範囲内に納めるためのアライメントは、たとえば図１９に示すように、それまでの位置▲１▼から１回目のアライメントにより例えば位置▲２▼へと移動制御され、位置▲２▼の読み取り結果、未だ目標精度範囲内に入っていない場合には、さらにアライメントを繰り返し、位置▲２▼から例えば位置▲３▼へと移動制御され、位置▲３▼の読み取り結果、未だ目標精度範囲内に入っていない場合には、さらにアライメントを繰り返して例えば位置▲４▼へと移動制御され、目標精度範囲内に入るまでアライメントを繰り返すことが好ましい。これによって、確実に、目標精度範囲内へのアライメントが可能になる。この繰り返しアライメント動作においては、本発明におけるピエゾ駆動体を備えたアライメント装置では、一気に目標位置あるいはその近傍に移動制御することが可能であり、繰り返し回数が極めて少なくなる。また、前述の如く、支持足や可動物に関して事前にキャリブレーションを行っておくことで、移動制御精度を高めることができるので、さらに繰り返し回数が少なくなる。
【００７５】
また、前記キャリブレーション、および上記アライメントにおいて、認識マークの読み取りは、たとえば図２０に示すように、上下２視野を有する認識手段１１１を使用して行うことができる。図２０に示す形態では、ウォーキング動作駆動ユニット１１２に支持された可動テーブル１１３上に保持された被接合物１１４上に付された認識マークと、ヘッド１１５に保持された被接合物１１６上に付された認識マークが、対向位置に配置された２視野の認識手段１１１で読み取りできるようになっている。この形態では、２視野の認識手段１１１により各ウォーキング動作駆動ユニット１１２における各支持足のキャリブレーションの際の認識マークの読み取りも可能であり、そうすることによって、一つの認識手段で、キャリブレーションからアライメントまでを行うことが可能になり、装置構成が簡素化される。ただし、キャリブレーション専用のカメラ等の認識手段を設けることも可能である。
【００７６】
図２１は、図１に示したような、下方に認識手段１２１（たとえば、赤外線認識手段）を設ける形態の場合の、各ピエゾ駆動体の支持足１２２上に付した認識マークを読み取る場合の一例を示している。この場合には、装置にはワークを保持させず、たとえばヘッド１２３にミラー治具１２４を保持させ、ミラー治具１２４による反射を利用して、下方に設置された認識手段１２１により支持足１２２上に付した認識マークを読み取ることが可能になる。ミラー治具１２４の代わりにプリズム等を使用すれば、認識手段が側方に設置される場合にも、反射光の方向を所定の方向に変換することにより読み取ることが可能になる。図２１に示す形態では、例えばバックアップ支持体が設けられる場合においても、そのバックアップ支持体を測定光が透過可能な材質のものから構成しておくことにより、上記同様に支持足１２２上に付した認識マークを読み取ることが可能である。
【００７７】
また、本発明においては、被接合物同士を圧着させる動作を利用して、倣い機構により自動的に平行度の微調整を行うことも可能である。たとえば図２２に示すように、ウォーキング動作駆動ユニット１３１に支持された、被接合物１３２の保持機構１３３内（可動物内）に、球面状の倣い機構１３４を設け、ヘッド１３５に保持された被接合物１３６と、上記被接合物の面同士を圧接させることにより、倣い機構１３４に沿って両被接合物間の平行度を高精度で自動的に微調整することができる。球面状の倣い機構１３４には、たとえば、エアベアリングを使用した、実質的に摺動抵抗の発生しないか、極めて小さい倣い機構を用いることができる。
【００７８】
このような平行度の微調整においては、上記のような倣い機構を用いる代わりに、ウォーキング動作駆動ユニット１３１における各ピエゾ素子自体の伸縮作動を利用することも可能である。すなわち、ウォーキング動作による移動制御後に、ウォーキング動作は停止し、必要なピエゾ素子のみを伸縮作動させることにより、保持機構１３３、ひいてはその上に保持されている被接合物１３２の、対向する被接合物１３６との間の平行度を微調整することが可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るピエゾ駆動体を備えたアライメント装置の制御方法によれば、複数のピエゾ素子を用いてウォーキング動作を行わせるようにした駆動ユニットの優れた精密位置決め特性を活かしつつ、各駆動ユニットの各支持足ごとに高精度にキャリブレーションできるようになり、かつ、各駆動ユニットによる可動物のアライメント精度についても高精度にキャリブレーションできるようになり、移動制御上の誤差をより正確に補正できるようにして、最終的に信頼性の高い、極めて高精度なアライメントを達成できるようになる。
【００８０】
また、キャリブレーションやアライメントの効率化も図ることができ、少ないアライメント回数で目標とする精度範囲内に確実に移動制御できるようになる。
【００８１】
さらに、被接合物の高加圧接合にも対応できるようになり、とくにウエハー同士の接合に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を適用可能なアライメント装置を備えた実装装置の概略縦断面図である。
【図２】図１の装置におけるアライメント装置部の拡大透視斜視図である。
【図３】図２の装置におけるウォーキング動作駆動ユニット部の拡大斜視図である。
【図４】図２の装置の各作動例を示す平面図である。
【図５】本発明の別の実施態様に係るウォーキング動作駆動ユニットにおけるピエゾ駆動体の斜視図である。
【図６】図５のピエゾ駆動体の平面図である。
【図７】図５のピエゾ駆動体の動作を説明するための概略構成図である。
【図８】図７のピエゾ駆動体の動作の各位相における動作特性図である。
【図９】図５のピエゾ駆動体を用いたウォーキング動作駆動ユニットの概略構成図である。
【図１０】図９のウォーキング動作駆動ユニットの動作を説明するための概略構成図である。
【図１１】図９のウォーキング動作駆動ユニットの各駆動部の動作の各位相における動作特性図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施態様に係るウォーキング動作駆動ユニットにおけるピエゾ駆動体の斜視図および部分横断面図である。
【図１３】図１２のピエゾ駆動体の動作を説明するための概略構成図である。
【図１４】ピエゾ素子への印加電圧と素子変位量またはそれに比例する変位量との関係におけるヒステリシス現象の例を示す特性図である。
【図１５】本発明の別の実施態様に係るアライメント装置部の透視斜視図である。
【図１６】本発明に係るアライメント装置の制御例を示すフロー図である。
【図１７】本発明におけるキャリブレーションの一例を示すアライメント装置の概略斜視図である。
【図１８】支持足に治具を取り付ける場合の一例を示す支持足の概略斜視図である。
【図１９】本発明におけるアライメント時の可動物の移動制御例を示す概念図である。
【図２０】２視野の認識手段を用いる場合の一例を示す実装装置の部分概略構成図である。
【図２１】反射光あるいは透過光により認識マークを読み取る場合の一例を示す実装装置の部分概略構成図である。
【図２２】倣い機構を備えた実装装置の部分概略構成図である。
【符号の説明】
１  実装装置
２ａ  位置決め対象物としてのウエハー
２ｂ  被接合物としてのウエハー
３  アライメント装置
４  接合チャンバー
５  ゲート
６  搬送ロボット
７  静電チャック
８  ヘッド
９  支柱
１０  ライトガイド
１１  昇降機構
１２  加圧シリンダ
１３  加圧手段
１４  加圧ポート
１５  バランスポート
１６  可動テーブル（可動物）
１７  ウォーキング動作駆動ユニット
１８  支持台
２０  認識手段としての赤外線カメラ
２１  プリズム装置
２２  位置調整手段
３１  ピエゾ駆動体
３２  中心軸（固定ねじ）
３３  ピエゾ素子
３４  基台
３５  可動ブロック
３６  接触部
３７  可動柱
４１  ウォーキング動作駆動ユニット
４２、７１  可動テーブル
５１  ピエゾ駆動体
５２  支柱
５３  基台
５４  送り用ピエゾ素子
５５  中間ブロック
５６  固定ねじ
５７  支持用ピエゾ素子
５８  接触部
５９  固定ねじ
６０  固定片
６１  ウォーキング動作駆動ユニット
８１  可動テーブル
８２  ウォーキング動作駆動ユニット
８３  支持足
８４  認識マーク
８５  認識手段
９１  治具
９２  認識マーク
１０１  認識マーク
１１１  ２視野の認識手段
１１２  ウォーキング動作駆動ユニット
１１３  可動テーブル
１１４、１１６  被接合物
１１５  ヘッド
１２１  認識手段
１２２  支持足
１２３  ヘッド
１２４  ミラー治具
１３１  ウォーキング動作駆動ユニット
１３２、１３６  被接合物
１３３  保持機構
１３４  球面状の倣い機構
１３５  ヘッド
【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】
2004288918.tif 000022
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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