(57)【要約】      （修正有）【課題】クリープやヒステリシスを抑え、ナノレベルに高精度にアラインメントでき、かつ高価なセンサを不要とするピエゾアラインメントシステムを提供する。【解決手段】ひずみゲージを張り付けたピエゾテーブル６と保持された部材位置を画像認識する認識手段１２を備え、部材位置を画像認識して位置を補正移動させ、補正移動後、再度、部材位置を画像認識してピエゾ素子の伸縮量を繰り返し補正することで、ピエゾ素子のトータルとしてのヒステリシスを含む誤差を認識し、精度のアップを図ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面方向に複数軸移動するピエゾ素子をアクチュエータとしたアライメントテーブルとアライメントテーブルに保持された部材位置を画像認識する認識手段を備え、部材位置を画像認識して位置をピエゾ素子を伸縮させてアライメントテーブルを補正移動させ、補正移動後、再度、部材位置を画像認識してピエゾ素子の伸縮量を繰り返して補正するアライメント方法。
【請求項２】
ピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージを備え、前記アライメントテーブルの停止時にピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージの電圧をフィードバックし、ピエゾ素子を停止させる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ピエゾ素子の移動軌跡を前記ひずみゲージの電圧値に変換したテーブルを持ち、目的移動値のひずみゲージ値になるようにピエゾ素子を伸縮移動させる請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記アライメントテーブルにより対向配置した２つの被接合物をアライメントして加圧接合する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記アライメントテーブルが加圧方向に垂直な平面方向に移動するピエゾ素子を配したアライメントテーブルであり、補正移動後、加圧する方法において、アライメントテーブルがピエゾの伸縮によりバネ支持された可動ステージが移動する方式であり、移動時は可動ステージと加圧方向に隣り合う少なくとも一方の部材間に隙間を有し、加圧時にバネ支持のたわみにより接触し、加圧力を伝達する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記加圧時に、ピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージの電圧をフィードバックしない請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記アライメントテーブルが減圧チャンバー中に配されている請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記減圧中で、両被接合物の接合面を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波により減圧中でドライ洗浄した後、１８０℃以内の低温で固層で接合する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
平面方向に複数軸移動するピエゾ素子をアクチュエータとしたアライメントテーブルとアライメントテーブルに保持された部材位置を画像認識する認識手段を備え、部材位置を画像認識して位置をピエゾ素子を伸縮させてアライメントテーブルを補正移動させ、補正移動後、再度、部材位置を画像認識してピエゾ素子の伸縮量を繰り返して補正するアライメント装置。
【請求項１０】
ピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージを備え、前記アライメントテーブルの停止時にピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージの電圧をフィードバックし、ピエゾ素子を停止させる請求項９に記載のアライメント装置。
【請求項１１】
ピエゾ素子の移動軌跡を前記ひずみゲージの電圧値に変換したテーブルを持ち、目的移動値のひずみゲージ値になるようにピエゾ素子を伸縮移動させる請求項９または１０のいずれかに記載のアライメント装置。
【請求項１２】
前記アライメントテーブルにより対向配置した２つの被接合物をアライメントして加圧接合する請求項９〜１１のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１３】
前記アライメントテーブルが加圧方向に垂直な平面方向に移動するピエゾ素子をアクチュエータとしたアライメントテーブルであり、補正移動後、加圧する方法において、アライメントテーブルがピエゾの伸縮によりバネ支持された可動ステージが移動する方式であり、移動時は可動ステージと加圧方向に隣り合う少なくとも一方の部材間に隙間を有し、加圧時にバネ支持のたわみにより接触し、加圧力を伝達する請求項１２に記載の接合装置。
【請求項１４】
前記加圧時に、ピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージの電圧をフィードバックしない請求項１２または１３に記載の接合装置。
【請求項１５】
前記アライメントテーブルが減圧チャンバー中に配されている請求項１２〜１４のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１６】
前記減圧中で、両被接合物の接合面を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波により減圧中でドライ洗浄した後、１８０℃以内の低温で固層で接合する請求項１５に記載の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被接合物を高精度にアライメントして接合するピエゾテーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピエゾ素子を使用したアライメントテーブルとしては図１に示すピエゾ素子とバネ支持された可動ステージからなるピエゾテーブル方式がある。ピエゾテーブル方式ではバネ支持された可動テーブルが０．３ｍｍ程度微少に移動するだけなのでシュウ動面を持たず、バネ支持されているだけである。移動手段としては、ピエゾの伸縮を利用して、直接または、図１のように拡大機構を介して可動ステージを移動させる。しかし、ピエゾ素子は同じ電圧を印加してもヒステリシスを持つため、図４に示すように行きアと帰りイで軌跡が変わる。また、図５に示すように電圧を一定にして伸縮を停止させてもクリープによりエやカのように停止後も微少移動を続ける。そのため、個々のピエゾでは図６に示すようにピエゾの移動を外部から測定するセンサーを設けることにより、位置をフィードバックして軌跡制御や停止位置を固定させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
静電容量センサーのようなナノレベルで高精度にピエゾの伸縮量を測定するセンサを個々のピエゾ素子に配置することはコスト高になり、かつ、スペースもコンパクトにならない。また、センサ機能としてひずみゲージを使用したとしても電圧値と移動量の相関がリニアでないため絶対精度が出せないという課題がある。
【０００４】
そこで本発明は上記のごとき事情に鑑みてなされたものであって、クリープやヒステリシスを押さえ、ナノレベルに高精度にアライメントでき、かつ、高価なセンサを不要とするピエゾアライメントシステムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明に係る接合方法及び接合装置双方の手段を一括して以降に説明する。上記課題を解決するために本発明に係る接合方法及び接合装置は、平面方向に複数軸移動するピエゾ素子をアクチュエータとしたアライメントテーブルとアライメントテーブルに保持された部材位置を画像認識する認識手段を備え、部材位置を画像認識して位置をピエゾ素子を伸縮させてアライメントテーブルを補正移動させ、補正移動後、再度、部材位置を画像認識してピエゾ素子の伸縮量を繰り返して補正するアライメント方法及びアライメント装置からなる。ピエゾ素子にはヒステリシスがあり、同じ電圧値を出力しても同じ目標値に到達しない。そのため、従来、個々のピエゾ素子に高価なセンサーを配していたが、本方式では、複数のピエゾテーブルからなるアライメントテーブルのトータル位置として部材の位置を画像認識することにより位置認識し、補正移動後、再度、画像認識により位置認識することで、ピエゾ素子のトータルとしてのヒステリシスを含む誤差が認識できるので、その誤差分を再度、移動させることで精度アップを行うことができる。例えば５％のヒステリシスを含んでいても、２回補正させると０．０５％に誤差が減少する。さらに繰り返して補正させればさらなる精度アップが見込め、０．１ｍｍ移動であれば、２回補正で０．２５μｍ、３回補正で１２．５ｎｍとナノレベルに精度アップできる。画像認識方法としては部材表面にアライメントマークを施しておくか、回路パターンや外見を認識させても良い。認識手段としては画像処理を用いてマッチングさせれば良い。認識手段としては光学系からなるカメラを使用することができる。１つの認識手段でもＸ、Ｙ、θ方向の認識は可能であるが、大きな部材を精度良くθ方向に認識させるためには２つの認識手段を離して設置させ、２つのアライメントマークを認識させることが好ましい。ピエゾテーブルに絶対精度を期待しない分、画像認識側で絶対精度を読み取りフィードバックする方式である。
【０００６】
また、ピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージを備え、前記アライメントテーブルの停止時にひずみゲージの電圧をフィードバックし、ピエゾ素子を停止させる方法及びアライメント装置からなる。ピエゾ素子にはクリープ現象があり、電圧を一定にして停止させても図５に示すように停止後もじわじわと移動を続ける。アライメント移動後、直ちに処理をする場合は良いが、ある時間が経過する場合は、位置ずれとなってしまう。それを回避する低コストな方法として、高価なセンサでは無く、ピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージをピエゾ素子または移動部材の張り付けることにより、ひずみゲージの電圧を監視し、フィードバックすることでピエゾ素子を容易に停止させることができる。
【０００７】
また、ピエゾ素子の移動軌跡を前記ひずみゲージの電圧値に変換したテーブルを持ち、目的移動値のひずみゲージ電圧値になるようにピエゾ素子を伸縮移動させる方法及びアライメント装置からなる。ピエゾ素子のヒステリシスを取り、誤差を小さくして補正移動回数を少なくする方法として、前記張り付けた安価なひずみゲージを使用し、ピエゾ素子の伸縮によるアライメントテーブルの移動量とひずみゲージの相関テーブルをソフト的に作成し、移動させる時にそのテーブル値からもたらされる近似式で移動値に相当するひずみゲージ電圧値を求め、その値になるようにピエゾ素子をフィードバック制御することで容易に移動誤差を小さくすることができる。例えば従来５％であったヒステリシスによる移動誤差が０．００５％へと削減され、３回補正でナノレベルの精度を達成できるようになる。
【０００８】
また、前記アライメントテーブルにより対向配置した２つの被接合物をアライメントして加圧接合する方法及び接合装置からなる。対向配置された被接合物同士をアライメントして接合する方法において、前記アライメントテーブルを使用することでナノレベルに高精度にアライメントして、加圧接合することが可能となる。
【０００９】
また、前記アライメントテーブルが加圧方向に垂直な平面方向に移動するピエゾ素子をアクチュエータとしたアライメントテーブルであり、補正移動後、加圧する方法において、アライメントテーブルがピエゾの伸縮によりバネ支持された可動ステージが移動する方式であり、移動時は可動ステージと加圧方向に隣り合う少なくとも一方の部材間に隙間を有し、加圧時にバネ支持のたわみにより接触し、加圧力を伝達する方法及び接合装置からなる。従来のピエゾテーブルの課題である高荷重を受ける方法として、可動ステージを加圧方向に隣り合う少なくとも一方の部材間に隙間を持たせ移動できるようにし、加圧時には、バネ支持のたわみにより接触し、加圧力を伝達することによりナノレベルの高精度と接合時の高荷重を達成することができる。
【００１０】
また、前記部材間の隙間が０．１ｍｍ以内である方法及び接合装置からなる。アライメント後、接合時のたわみが少ない方が、平面方向の位置ずれを小さく押さえることができる。また、バネ支持のたわみが弾性変形範囲内でないと塑性変形してしまい、その後の動作に異常をきたしてしまう。そのため、塑性変形しない０．１ｍｍ以内に納める必要がある。また、前記部材間の隙間が１０μｍ以内である方法及び接合装置からなる。１０μｍ以内であればたわみ時の平面方向のずれはほとんど無視できるレベルとなり、より好ましい。
【００１１】
また、前記アライメントテーブルが複数のピエゾテーブルを組み合わせた複数軸の移動方向を持つアライメントテーブルである方法及び接合装置からなる。複数軸を組み合わせることでＸ、Ｙ、θ方向など移動可能となる。１枚のピエゾテーブル内にＸの可動ステージ内にＹ軸のピエゾステージを中子構造とすることで１枚でＸ、Ｙ２軸の構造が可能となる。また、Ｘの外にθ軸を設けてθ軸の中子にＸ、Ｙを入れる構造とすることでＸ、Ｙ、θ３軸の平面方向アライメントテーブルとすることもできる。また、単純に縦に重ねて複数軸を構成することもできる。
【００１２】
また、前記アライメントテーブルが１軸ピエゾテーブルをＸＹ方向に組み合わせられた２方向に移動可能なアライメントテーブルであり、可動ステージを対向してつなげ、上下の部材間に隙間を設ける方法及び接合装置からなる。１軸ピエゾテーブルを９０°回転させて対向配置し、可動ステージを連結することで２軸のアライメントテーブルとすることができ、同時に、上下の部材間に隙間を設けることができるので、移動が可能で、加圧時にはバネ支持のたわみにより接触し加圧力を伝達することができる構造となる。
【００１３】
また、前記アライメントテーブルがＸＹ方向に組み合わせられた２方向に移動可能なアライメントテーブルであり、固定ベースを対向してつなげ、可動ステージ間に隙間を設ける方法及び接合装置からなる。１軸ピエゾテブルを９０°回転させて対向配置し、固定ベースを連結することで２軸のアライメントテーブルとすることができ、同時に、上下の可動ステージ間に隙間を設けることができるので、移動が可能で、加圧時にはバネ支持のたわみにより接触し加圧力を伝達することができる構造となる。前記可動ステージを連結する方法と比べ、隙間は減少するため加圧時のたわみによる位置ずれは少なくなるため好ましい。
【００１４】
また、前記加圧時に、ピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージの電圧をフィードバックしない方法及び接合装置からなる。加圧時にはひずみゲージが張り付けられたピエゾ素子またはピエゾ素子を保持した部材がピエゾ素子の伸縮方向とは垂直である加圧方向にもたわむことになる。これをひずみゲージがひらうとあたかもピエゾ素子が伸びたかのように取れてピエゾ素子を縮める方向へ電圧を印加してしまう。それを回避するには加圧時にはひずみゲージからのフィードバックを行わない制御をすることにより回避できる。
【００１５】
また、前記アライメントテーブルが減圧チャンバー中に配されている方法及び接合装置からなる。前記アライメントテーブルは図８に示すように、ピエゾ素子をアクチュエータとしたピエゾテーブルから成り、バネ支持構造からシュウ動面を持たない構造であるため、潤滑油であるグリスを使用する必要がなく、真空中でも使用できる。そのため、真空中でボイドレスで接合する場合などに適する。
【００１６】
また、前記減圧中で、両被接合物の接合面を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波により減圧中でドライ洗浄した後、１８０℃以内の低温で固層で接合する方法及び接合装置からなる。真空中に配置することができるので、接合前に事前に接合表面をエネルギー波により表面の付着物をエッチング除去することで表面を活性化し、真空中で保持して接合することにより、１８０°以内の低温で固層接合することができる。従来低温で金属接合させる方法はハンダがあり融点１８３℃であるので、それより低い温度で金属接合できることは好ましい。また、前記エネルギー波がプラズマである方法及び接合装置からなる。プラズマであれば１０−８Torrの高真空が必要で高価なイオンビームや原子ビームに比べ、真空度も１０−２Torr程度で良く簡易装置で工業化が容易である。
【発明の効果】
【００１７】
クリープやヒステリシスを押さえ、ナノレベルに高精度にアライメントでき、かつ、高価なセンサを不要とするピエゾアライメントシステムを提供することができる。また、真空中でのナノレベルの高精度アライメントと、表面活性化による低温接合が可能となり、より高精度に接合できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図２に本発明の一実施形態に係る真空中での表面活性化接合装置を示す。この実施形態では第１の被接合物である上ウエハーと第２の被接合物である下ウエハーを接合するための装置として例に上げる。
【００１９】
まず、ピエソ素子をアクチュエータとしたアライメントテーブルとアライメントテーブルに保持された部材位置を画像認識する認識手段を備え、部材位置を画像認識して位置をピエゾ素子を伸縮させてアライメントテーブルを補正移動させアライメントする方法について記述する。ピエゾ素子にはヒステリシスがあり、同じ電圧値を出力しても同じ目標値に到達しない。そのため、従来、個々のピエゾ素子に高価なセンサーを配していたが、本方式では、複数のピエゾテーブルからなるアライメントテーブルのトータル位置として部材の位置を画像認識することにより位置認識し、補正移動後、再度、画像認識により位置認識することで、ピエゾ素子のトータルとしてのヒステリシスを含む誤差が認識できるので、その誤差分を再度、移動させることで精度アップを行うことができる。例えば５％のヒステリシスを含んでいても、２回補正させると０．０５％に誤差が減少する。さらに繰り返して補正させればさらなる精度アップが見込め、０．１ｍｍ移動であれば、２回補正で０．２５μｍ、３回補正で１２．５ｎｍとナノレベルに精度アップできる。画像認識方法としては部材表面にアライメントマークを施しておくか、回路パターンや外見を認識させても良い。認識手段としては画像処理を用いてマッチングさせれば良い。認識手段としては光学系からなるカメラを使用することができる。１つの認識手段でもＸ、Ｙ、θ方向の認識は可能であるが、大きな部材を精度良くθ方向に認識させるためには２つの認識手段を離して設置させることが好ましい。ピエゾ素子にはクリープ現象があり、電圧を一定にして停止させても図５に示すように停止後もじわじわとエ、カのように移動を続ける。アライメント移動後、直ちに処理をする場合は良いが、ある時間が経過する場合は、位置ずれとなってしまう。それを回避する低コストな方法として、高価なセンサでは無く、ピエゾ素子の伸縮を測定するひずみゲージを張り付けることにより、ひずみゲージの電圧を監視し、フィードバックすることでピエゾ素子を容易に停止させることができる。また、ピエゾ素子のヒステリシスを取り、誤差を小さくして補正移動回数を少なくする方法として、前記張り付けた安価なひずみゲージを使用し、ピエゾ素子の伸縮によるアライメントテーブルの移動量とひずみゲージの相関テーブルをソフト的に作成し、移動させる時にそのテーブル値からもたらされる近似式で移動値に相当するひずみゲージ電圧値を求め、その値になるようにピエゾ素子をフィードバック制御するとこで容易に移動誤差を小さくすることができる。例えば従来５％であったヒステリシスによる移動誤差が０．２％へと削減され、２回補正でナノレベルの精度を達成できるようになる。
【００２０】
次に、図８に示すアライメントテーブルとなるピエゾ素子をアクチュエータとして使用するピエゾテーブルの一例を解説する。ピエゾテーブルは中央に可動ステージ６０がバネ支持５９に四方から支持された状態で保持されている。矢印方向に可動ステージ６０を移動させるための駆動系として、ピエゾ素子５８が駆動バー５３に連結点５２に連結され、支点５１を支点として作用点５５は拡大移動され可動ステージを移動させる構造となっている。
【００２１】
また、これをＸＹ２軸に組み合わせた構造とするには、２つのピエゾテーブルを９０°ずらして対向配置する。連結方法としては、可動ステージ部（Ｄ）を上下に連結する方法と、固定ベース６１を連結する方法がある。可動ステージが移動できるように固定ベースとの高さに違いを設けることで図１における加圧力を伝達する上部部材６２と下部部材６３との間に可動ステージ間に隙間ｄが存在する。隙間はバネ支持材が塑性変形に至らない弾性変形内である０．１ｍｍ以内が好ましく、加圧時のたわみによる平面方向の位置ずれを考慮すると１０μｍ以内であることが好ましい。連結方法としては、ボルトなどによる締結や接着、溶接、挟み込みなどいかなる方法でも良い。アライメント移動する場合は、スキマを維持した状態で移動し、加圧時には移動停止した状態で加圧力が伝達され、隙間が、バネ支持のたわみにより接触し、加圧力を上部部材６２へ伝達する構造となっている。但し、可動ステージは平行にたわまず傾くと平面方向の位置ずれを起こしてしまう。図８に示すピエゾテーブルのフリー端５４，５６がフリーのままであると可動ステージは傾きながらたわむことになるので、フリー端５４，５６は固定部に連結しておく必要がある。ＸＹ２軸を組み合わせる場合はＡ，Ｂ点をＡ'、Ｂ'点に連結することで傾きは回避できる。
【００２２】
次に上記アライメントテーブルを真空中で使用した表面活性化接合装置について記述する。上ウエハーを保持するヘッド７と下ウエハーを保持するステージ８が減圧下の真空チャンバー１１中に配置され、ヘッドはトルク制御式昇降駆動モータ１が連結されたＺ（θ）軸昇降機構２によるＺ軸機構と回転させるθ軸機構と、ヘッド部をＸＹ水平方向へアライメント移動させるピエゾテーブルからなるＸＹアライメントテーブル６により、Ｘ、Ｙ、θ方向のアライメント移動手段とＺ方向の昇降手段からなる。圧力検出手段４により検出された接合時の加圧力をトルク制御式昇降駆動モータ１にフィ−ドバックすることで位置制御と圧力制御が切り替えながら行えるようになっている。また、圧力検出手段４は被接合物同士の接触検出にも利用できる。
【００２３】
ＸＹアライメントテーブル６はピエゾ素子をアクチュエータとし、バネ支持によるシュウ動面を持たない可動テーブル構造とすることで、グリスやモータを使用しないので真空中でも使用できる。Ｚ、θ軸機構は真空中に設置しなくともＯリング５により容易にＺ、θ移動可能にヘッド部と外部を遮断させることができるので、真空チャンバー外部に設置する。また、Ｚ、θのような大ストロークを移動させる軸はピエゾで構成しにくいため外部が適する。また、図７に示すようにθ軸が微少移動であるならば、θ軸をピエゾテーブル構成として、Ｘ、Ｙ、θをピエゾテーブルとし、Ｚ軸のみチャンバー外部に設置することもできる。また、ＯリングはＺやθ軸のシュウ動を考慮すると２段構造とすることが好ましい。図６におけるＯリング５を上下に２列使いとし、２本の間をチャンバー内部圧と外部大気圧の約中間に値する真空度で吸引してやることにより、例え高速で大ストローク移動させたことによりＯリングに隙間が出来たとしても中間部を吸引しているので漏れは発生しない。そのためＯリングで漏れなく高速でかつ大ストロークをシュウ動させることが可能となる。
【００２４】
ステージ８は接合位置と待機位置間をスライド移動手段２９によりスライド移動することができる。スライド移動手段には高精度なガイドと位置を認識するリニアスケールが取り付けられており、接合位置と待機位置間の停止位置を高精度に維持することができる。また、移動手段としては、真空チャンバー内部に組み込んだかたちとしているが、移動手段を外部に配置し、パッキンされた連結棒で連結することで外部にシリンダやリニアサーボモータなどを配置することが可能である。また、移動手段は真空中、外部設置を問わずいかなる移動手段であったも良い。ヘッド及びステージの被接合物保持手段としては、メカニカルなチャッキング方式であっても良いが、静電チャックを設けることが好ましい。また、加熱のためのヒータを備え、プラズマ電極ともなっており、保持手段、加熱手段、プラズマ発生手段の３つの機能を備える。減圧手段としては、排気管１５に真空ポンプ１７がつながれ、排気弁１６により開閉と流量調整が行われ、真空度を調整可能な構造となっている。また、吸入側は、吸気管１８に吸入ガス切り替え弁２０が連結され吸気弁１９により開閉と流量調整が行われる。吸入ガスとしてはプラズマの反応ガスを２種類連結でき、例えばＡｒと酸素をつなぐことができる。もう一つは大気解放用の大気または窒素がつながれる。真空度や反応ガス濃度は吸気弁１９と排気弁１６の開閉含めた流量調整により最適な値に調整可能となっている。また、真空圧力センサーを真空チャンバー内に設置することで自動フィードバックすることもできる。
【００２５】
アライメント用の光学系からなるアライメントマーク認識手段がステージ待機位置の上方とヘッド下方に真空チャンバー外部に配置される。認識手段の数は最低ステージ、ヘッド側に１つずつあれば良く、チップのような小さなものを認識するのであれば、アライメントマークがθ方向成分も読みとれる形状や２つのマークを１視野内に配置することで１つの認識手段でも十分読み取ることができるが、本実施例のようにウエハーのような半径方向に大きなものは両端に２つずつ配置した方がθ方向の精度を高く読み取ることができるので好ましい。また、認識手段は水平方向や焦点方向へ移動可能な手段を設けて、任意の位置のアライメントマークを読みとれるようにしても良い。また、認識手段は、例えば可視光やＩＲ（赤外）光からなる光学レンズをともなったカメラからなる。真空チャンバーには認識手段の光学系が透過できる材質、例えばガラスからなる窓が配置され、そこを透過して真空チャンバー中の被接合物のアライメントマークを認識する。被接合物上には例えば各上ウエハー、下ウエハーの対向する表面にアライメントマークが施され位置精度良く認識することができる。アライメントマークは特定の形状であることが好ましいが、ウエハー上に施された回路パターンなどの一部を流用しても良い。また、マークとなるものが無い場合はオリフラなどの外形を利用することもできる。ステージ待機位置で上下ウエハーの両アライメントマークを読み取り、接合位置へステージを移動させ、ヘッド側でＸ、Ｙ、θ方向へアライメント移動を行う。待機位置の読みとり結果を接合位置で反映させるため、ステージの待機位置と接合位置の相対移動距離ベクトルは繰り返し同じ結果となるよう精度が必要である。そのため、ガイドには高精度な繰り返し精度を持つものを使用し、かつ、両サイドでの位置認識を高精度に読み取るリニアスケールを配置している。リニアスケールを移動手段にフィードバックすることで停止位置精度を高める方法と移動手段が簡易なシリンダのようなものやボルトナット機構のようなバックラッシュのあるものである場合は、リニアスケールを両停止位置で読み取り、行き過ぎや行き足りない分をヘッド側アライメント移動手段を移動させる時に考慮して補正することで容易に高精度を達成することができる。また、ナノレベルにより高精度にファインアライメントする場合は、粗位置決めを行った後、上ウエハーと下ウエハーを数μｍ程度に近接させた状態でヘッド側認識手段に可視光、ＩＲ（赤外）兼用認識手段を使用し、ステージのアライメントマーク位置には透過孔や透過材を設けることで、下部からステージを透過して両ウエハー上のアライメントマークを同時認識して再度Ｘ、Ｙ、θ方向へアライメントすることができる。認識手段が焦点方向に移動手段を持つ場合は上下個別に認識することもできるが、近接させて同時認識した方が精度上より好ましい。ファインアライメントする場合、繰り返してアライメントすることで精度向上が可能となり、また、θ方向は芯ぶれの影響が出るので一定以内に入った後はＸＹ方向のみのアライメントを行うことでナノレベルまで精度を向上できる。画像認識手段としてはサブピクセルアルゴリズムを使用することで赤外線の解像度以上の認識精度を得ることが可能となる。また、近接させてアライメントしておけば接合時に必要なＺ移動量は最低限の数μｍ以内となるため、Ｚ移動に対するガタや傾きを最小限に押さえられ高精度なナノレベルの接合精度を達成することができる。
【００２６】
次に動作フローを解説する。まず、真空チャンバーの前扉を開いた状態で上ウエハーと下ウエハーをステージとヘッドに保持させる。これは人手でも良いが、カセットから自動でローディングしても良い。次に前扉を閉め、真空チャンバー内を減圧する。不純物を取り除くために１０−３Torr以下に減圧することが好ましい。続いて、プラズマ反応ガスである例えばＡｒを供給し、例えば１０−２Torr程度の一定の真空度でプラズマ電極にプラズマ電源を印加し、プラズマを発生させる。発生されたプラズマイオンは電源側に保持されたウエハーの表面に向かって衝突し、表面の酸化膜や有機物層などの付着物がエッチングされることにより表面活性化される。同時に両ウエハーを洗浄することも可能であるが、１つのマッチングボックスを切り替えることで交互に洗浄することもできる。また、洗浄後または洗浄中に反応ガスやエッチング物を取り除くために１０−３Torr以下に減圧することが好ましい。接合表面に打ち込まれたＡｒを取り除くには１００〜１８０℃程度に加熱を併用することもできる。続いてステージ待機位置でヘッド側、ステージ側の各々の認識手段で真空中で上下ウエハー上のアライメントマークを読み取り、位置を認識する。また、前述のようにピエゾ素子は絶対精度が期待できないので位置認識後、補正移動させ、画像認識し、再度補正移動させ繰り返して補正させることで精度アップできる。続いて、ステージは接合位置へスライド移動する。この時の認識された待機位置とスライド移動した接合位置の相対移動はリニアスケールを用いて高精度に行われる。ステージ移動量が一定で無い場合はリニアスケール値の差分をヘッド側で補正移動させてやればいい。また、ナノレベルの高精度が要求される場合は、粗位置決めを行った後、上ウエハーと下ウエハーを数μｍ程度に近接させた状態でヘッド側認識手段に可視光、ＩＲ（赤外）兼用認識手段を使用し、ステージのアライメントマーク位置には透過孔や透過材を設けることで、下部からステージを透過して両ウエハー上のアライメントマークを赤外透過して同時認識し、再度Ｘ、Ｙ、θ方向へアライメントすることができる。この場合、繰り返してアライメントすることで精度向上が可能となり、また、θ方向は芯ぶれの影響が出るので一定以内に入った後はＸＹ方向のみのアライメントを行うことでナノレベルまで精度を向上できる。また、前述のようにピエゾ素子は絶対精度が期待できないので補正移動後、画像認識し、再度補正移動させ繰り返して補正させることで精度アップできる。続いて、ヘッドを下降させ、両ウエハーを接触させ、位置制御から圧力制御へと切り替え加圧する。圧力検出手段により接触を検出し高さ位置を認識しておいた状態で、圧力検出手段の値をトルク制御式昇降駆動モータにフィードバックし設定圧力になるように圧力コントロールする。また、必要に応じて接合時に加熱を加える。常温で接触させた後、昇温させることで精度をキープさせた状態で加熱することができる。続いて、ヘッド側保持手段を解放し、ヘッドを上昇させる。続いて、ステージを待機位置に戻し、真空チャンバー内を大気解放する。続いて、前扉を開けて接合された上下ウエハーを取り出す。人手でも良いが自動でカセットにアンローディングすることが好ましい。
【００２７】
接合時に超音波振動を併用する場合には、ヘッド７はホーン保持部、ホーン、振動子から構成され、振動子による振動がホーンに伝達され、超音波振動をホーンが保持する被接合物へ伝達する。ホーン保持部はホーンや振動子の振動を殺さないように保持する手段からなる。この時の伝達率はホーンと被接合物の摩擦係数と圧力で決まるため、接合が進むにつれ接合面積に比例して加圧力を制御してやることが好ましい。また、チップのような接合面積が小さい費接合物であれば横振動タイプの超音波ヘッドで良いが、ウエハーのような大面積を接合する場合は、横振動タイプの超音波ヘッドでは横振動させるには接合面積が大きくては不可能であるが、縦振動タイプの超音波ヘッドであれば、大面積な面接合も可能となる。また、超音波振動と呼ぶが振動周波数は特に超音波の領域でなくとも良い。特に縦振動タイプにおいては、低周波でも十分効力を発揮する。
【００２８】
前記実施例では被接合物としてウエハーを上げたが、チップと基板であっても良い。被接合物はウエハーやチップ、基板に限らずいかなる形態のものでも良い。
【００２９】
被接合物の保持手段としては静電チャック方式が望ましいが、メカニカルにチャッキングする方式でも良い。また、大気中でまず真空吸着保持させておいて密着させた後、メカニカルチャックする方法が密着性が上がり好ましい。
【００３０】
実施例ではヘッド側がアライメント移動手段と昇降軸を持ち、ステージ側がスライド軸を持ったが、アライメント移動手段、昇降軸、スライド軸はヘッド側、ステージ側にどのように組み合わせられても良く、また、重複しても良い。また、ヘッド及びステージを上下に配置しなくとも左右配置や斜めなど特に配置方向に依存しない。
【００３１】
ステージをスライドさせた状態でプラズマ洗浄する場合は、ヘッドとステージの電極形状、周囲の形状が似かよっているため電界環境は似かよっている。そのため、プラズマ電源を自動調整するマッチングボックスは個別のものを使用しなくとも、一つのもので電極を切り替え、順次ヘッド側、ステージ側と洗浄することができる。そうすることでコンパクト、コストダウンを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ピエゾ素子をアクチュエータとするアライメントテーブルと画像認識によるアライメント方式図
【図２】表面活性化接合装置（ＸＹピエゾテーブル）図
【図３】表面活性化接合装置（Ｘ、Ｙ、θピエゾテーブル）図
【図４】ピエゾ素子のヒステリシス説明図
【図５】ピエゾ素子のクリープ現象説明図
【図６】センサによるピエゾ伸縮移動量測定方式図
【図７】ひずみゲージによるピエゾ伸縮移動量フィードバック方式図
【図８】ピエゾ素子をアクチュエータとするバネ支持構造のピエゾテーブル図
【符号の説明】
【００３３】
１  トルク制御式昇降駆動モータ
２  Ｚ（θ）軸昇降機構
３  θ軸回転機構
４  圧力検出手段
５  Ｏリング
６  ＸＹアライメントテーブル
７  ヘッド
８  ステージ
９  下ウエハー
１０  上ウエハー
１１  真空チャンバー
１２  ヘッド側ウエハー認識カメラ
１３  ステージ側ウエハー認識カメラ
１４  ガラス窓
１５  排気管
１６  排気弁
１７  真空ポンプ
１８  吸気管
１９  吸気弁
２０  吸入ガス切り替え弁
２１  Ａｒ
２２  Ｏ２
２３  大気
２７  上アライメントマーク
２８  下アライメントマーク
２９  スライド移動手段
５１  支点
５２  連結点
５３  駆動バー
５４  フリー端
５５  作用点
５６  フリー端
５７  支点保持ベース
５８  ピエゾ素子
５９  バネ支持
６０  可動ステージ
６１  固定ベース
６２  上部部材
６３  下部部材
７０  ピエゾ素子あたはピエゾ素子による伸縮する部材
７１  ひずみゲージ
７２  制御系
７３  静電容量センサー
【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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