(57)【要約】【課題】基板搬送途中に発生する基板の位置ずれを補正する。【解決手段】基板の外形を観察することにより基板の位置を把握する外形観察部と、基板に設けられた指標を観察することにより、基板の位置を外形観察部よりも詳細に把握する指標観察部と、外形観察部から指標観察部へ基板を搬送する搬送部と、外形観察部から指標観察部への搬送経路上に配され、搬送中の基板の位置ずれを補正する位置補正部とを備える基板搬送装置が提供される。【選択図】図２
2012033811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の外形を観察することにより前記基板の位置を把握する外形観察部と、
前記基板に設けられた指標を観察することにより、前記基板の位置を前記外形観察部よりも詳細に把握する指標観察部と、
前記外形観察部から前記指標観察部へ前記基板を搬送する搬送部と、
前記外形観察部から前記指標観察部への搬送経路上に配され、搬送中の前記基板の位置ずれを補正する位置補正部と
を備える基板搬送装置。
【請求項２】
前記位置補正部は、前記基板を仮置きする仮置き台を有し、
前記搬送部は、前記外形観察部から前記仮置き台まで前記基板を搬送する上流搬送アーム、および、前記仮置き台から前記指標観察部まで前記基板を搬送する下流搬送アームを有する請求項１に記載の基板搬送装置。
【請求項３】
前記上流搬送アームによる前記基板の搬送経路と、前記下流搬送アームによる前記基板の搬送経路とは方向が異なる請求項２に記載の基板搬送装置。
【請求項４】
前記外形観察部から前記仮置き台まで前記基板を搬送する搬送経路において、前記基板の表裏を回転する回転機構が設けられる請求項２または３に記載の基板搬送装置。
【請求項５】
前記仮置き台が少なくとも前記基板の面内で回転することにより、前記基板の位置ずれを補正する請求項２から４のいずれかに記載の基板搬送装置。
【請求項６】
前記位置補正部は、前記基板の外形を観察することにより、前記基板の位置ずれを補正する請求項１から５のいずれかに記載の基板搬送装置。
【請求項７】
前記搬送部は、前記基板を基板ホルダに保持した状態で搬送し、
前記位置補正部は、前記基板ホルダの外形を観察することにより、前記基板の位置ずれを補正する請求項１から５のいずれかに記載の基板搬送装置。
【請求項８】
前記指標観察部は、受け取った前記基板の位置を調整する位置調整部を有し、
前記位置補正部は、前記位置調整部で調整できる調整範囲内に前記基板の位置ずれを補正する請求項１から７のいずれかに記載の基板搬送装置。
【請求項９】
前記位置補正部は、前記指標観察部で指標を観察できる観察範囲内に前記基板の位置ずれを補正する請求項８に記載の基板搬送装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の基板搬送装置を含み、複数の前記基板を貼り合せる基板貼り合せ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板貼り合せ装置により前記基板を貼り合せることを含む積層半導体装置製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の積層半導体装置製造方法により製造された積層半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板搬送装置、基板貼り合せ装置、積層半導体装置製造方法及び積層半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、基板の位置を合わせるアライメント装置が記載されている。このようなアライメント装置は、高精度であるゆえ、それに設置する基板の最初の位置がアライメント装置内の顕微鏡の観察範囲をはみだすほど大きくずれると、基板の位置合せができなくなる。よって、基板をアライメント装置に設置する前に、基板の位置を予備的に合わせる必要がある。
特許文献１  特開２００９−２３１６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、基板の位置を予備的に合わせて後、その基板を複数の装置を介してアライメント装置に搬送される場合には、搬送の過程において基板の位置が再びずれるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様において、基板の外形を観察することにより基板の位置を把握する外形観察部と、基板に設けられた指標を観察することにより、基板の位置を外形観察部よりも詳細に把握する指標観察部と、外形観察部から指標観察部へ基板を搬送する搬送部と、外形観察部から指標観察部への搬送経路上に配され、搬送中の基板の位置ずれを補正する位置補正部とを備える基板搬送装置が提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様において、上記基板搬送装置を含み、複数の基板を貼り合せる基板貼り合せ装置が提供される。
【０００６】
本発明の第３の態様において、上記基板貼り合せ装置により基板を貼り合せることを含む積層半導体装置製造方法が提供される。
【０００７】
本発明の第４の態様において、上記積層半導体装置製造方法により製造された積層半導体装置が提供される。
【０００８】
なお、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。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】基板貼り合せ装置１００の全体構造を概略的に示す平面図である。
【図２】第１受け渡しポート１８３の構造を概略的に示す正面図である。
【図３】第１受け渡しポート１８３の構造を概略的に示す平面図である。
【図４】本アライナ１４０の構造を概略的に示す正面図である。
【図５】本アライナ１４０において、基板の指標を観察する過程を概略的に示す。
【図６】本アライナ１４０において、基板の位置を合わせる過程を概略的に示す。
【図７】本アライナ１４０において、基板を重ね合せる過程を概略的に示す。
【図８】積層半導体装置の製造方法を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下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。また、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。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る基板貼り合せ装置１００の全体構造を概略的に示す平面図である。基板貼り合せ装置１００は、回路パターンが形成された２枚の基板を、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて加熱加圧することにより接合する装置である。そして、基板貼り合せ装置１００は、共通の筐体１０１の内部に形成された大気環境部１０２及び真空環境部２０２を含む。
【００１２】
大気環境部１０２は、回路パターンが形成された２枚の基板を、接合すべき電極同士が接触するように位置合わせを行う位置合わせ装置として機能する。筐体１０１の外部に面して、制御部１１０及びＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ  Ｍｏｄｕｌｅ）１１２を有する。基板貼り合せ装置１００に含まれる各装置の各要素は、基板貼り合せ装置１００全体の制御及び演算を司る制御部１１０、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御をすることにより動作する。制御部１１０は、基板貼り合せ装置１００を制御するための情報を記憶する記憶部１１１及び基板貼り合せ装置１００の電源投入、各種設定等をする場合にユーザが外部から操作する操作部を有する。更に制御部１１０は、配備された他の機器と接続する接続部を含む場合もある。
【００１３】
ＥＦＥＭ１１２は、３つのロードポート１１３、１１４、１１５及びロボットアーム１１６を備える。そして各ロードポートにはＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）が装着される。ＦＯＵＰは密閉型の基板格納用ポッドであり、複数の基板１２０を収容することができる。
【００１４】
ロードポート１１３、１１４に装着されたＦＯＵＰには複数の基板１２０が収容されており、ロボットアーム１１６によって大気環境部１０２に搬入される。このように構成することで、基板１２０を外気にさらすことなくＦＯＵＰから大気環境部１０２に搬送することができ、基板１２０への塵埃の付着を防止することができる。大気環境部１０２及び真空環境部２０２によって接合された基板１２０は、ロードポート１１５に装着されたＦＯＵＰに格納される。
【００１５】
なお、ここでいう基板１２０は、既に回路パターンが複数周期的に形成されている単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ等である。また、装填された基板１２０が、既に複数のウエハを積層して形成された積層基板である場合もある。
【００１６】
大気環境部１０２は、筐体１０１の内側にそれぞれ配置された、予備アライナ１３０、本アライナ１４０、ホルダラック１５０、反転機構１６０、分離機構１７０及び搬送部１８０を備える。大気環境部１０２の内部は、基板貼り合せ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。これにより、本アライナ１４０の精度が安定するので、位置決めを精確にできる。
【００１７】
予備アライナ１３０は、高精度であるが故に本アライナ１４０の狭い調整範囲に基板１２０の位置が収まるように、個々の基板１２０の位置を仮合わせする。予備アライナ１３０は、基板位置調整部１３１、ホルダ位置調整部１３２、検出器１３３及び検出器１３４を備える。予備アライナ１３０は、外形観察部の一例である。
【００１８】
基板位置調整部１３１には、ＥＦＥＭ１１２のロボットアーム１１６によって基板１２０が載置される。検出器１３３は、基板位置調整部１３１に載置された基板１２０を俯瞰して、基板１２０の外部輪郭及びノッチ等を観察することにより基板１２０の位置を検出する。基板位置調整部１３１は、検出器１３３が検出した基板１２０の位置に基づいて、基板１２０が予め定められた範囲に入るように基板１２０の位置及び向きを調整する。検出器１３３は、例えば予備アライナ１３０の天井フレームなど、振動の影響を受けにくい場所に固定される。
【００１９】
ホルダ位置調整部１３２には、ホルダラック１５０から搬送された基板ホルダ１２２が載置される。検出器１３４は、ホルダ位置調整部１３２上に載置された基板ホルダ１２２を俯瞰して、基板ホルダ１２２の輪郭及び外周に設けられた切欠等により、その位置を検出する。検出器１３４は、例えば予備アライナ１３０の天井フレームなど、振動の影響を受けにくい場所に固定される。ホルダ位置調整部１３２は、検出器１３４が検出した基板ホルダ１２２の位置に基づいて、基板ホルダ１２２が予め定められた範囲に入るように基板ホルダ１２２の位置及び向きを調整する。基板ホルダ１２２は、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５との２種類に分けられる。
【００２０】
位置調整された基板１２０は、ロボットアーム１１６により基板位置調整部１３１からホルダ位置調整部１３２へと搬送されて、位置調整された基板ホルダ１２２の上に載置される。ホルダ位置調整部１３２には電力供給ピンが設けられており、基板ホルダ１２２の裏面に設けられた受電端子と接続して、基板ホルダ１２２に電力を供給する。受電端子から電力を供給された基板ホルダ１２２は、その内部に設けられた静電チャックにより基板を保持する面に電位差を生じさせ、基板１２０を静電吸着する。このようにして一体化された基板１２０及び基板ホルダ１２２は、「ワーク」と称される場合がある。なお、上基板ホルダ１２４と基板１２０から構成されるワークは「上ワーク」、下基板ホルダ１２５と基板１２０から構成されるワークは「下ワーク」と称される場合がある。なお、上基板ホルダ１２４に載置される基板１２０と、下基板ホルダ１２５に載置される基板１２０とは、同じ処理プロセスを経た基板でもよいし、異なる処理プロセスを経た基板でもよいし、また、異なる材料、形状、積層枚数の基板であってもよい。
【００２１】
本アライナ１４０は、それぞれ上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５に保持されて搬送されてきた２つの基板１２０に設けられた複数の指標を観察することにより、２つの基板１２０の位置を予備アライナ１３０よりも詳細に把握して、２つの基板１２０を対向させて、位置合せて、重ね合せる。位置合せには、観察結果を統計処理して各基板１２０の座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が用いられてよい。本アライナ１４０は、指標観察部の一例である。本アライナ１４０は、上ステージ１４１、下ステージ１４２及び制御部１４４を備える。本アライナ１４０についての具体的な説明は、他の図面を用いて後述する。
【００２２】
本アライナ１４０で重ね合せた２つの基板１２０は、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５との間に挟まれ、上基板ホルダ１２４に設けられた磁石及び下基板ホルダ１２５に設けられた磁気材料を含む位置止め機構により、仮止めされる。このように、上基板ホルダ１２４、下基板ホルダ１２５、及びそれらにより挟まれた２つの基板の組合せは、「ワーク対」と称される場合がある。ワーク対は、搬送部１８０により真空環境部２０２に搬送され、加熱加圧装置２４０で加熱加圧され、２つの基板１２０が接合される。
【００２３】
ホルダラック１５０は、基板ホルダ１２２を収納する棚を複数備える。各棚には、基板ホルダ１２２を載せるための支持凸部が少なくとも３箇所設けられている。各支持凸部は、基板ホルダ１２２の基板保持面の外周領域に対応する位置に設けられているので、基板ホルダ１２２を上向きでも下向きでも収納することができる。ここでは、上基板ホルダ１２４は基板１２０を保持する保持面を下向きに、下基板ホルダ１２５は保持面を上向きに収納されている。
【００２４】
反転機構１６０は、搬送部１８０によって搬送されてきたワーク又は基板ホルダ１２２を反転する機能を有する。
【００２５】
分離機構１７０は、後述する加熱加圧装置２４０で加熱加圧された後のワーク対を、上基板ホルダ１２４、下基板ホルダ１２５及び接合された２つの基板１２０に分離する。接合された２つの基板は、「積層基板」と称される場合がある。分離された上基板ホルダ１２４は、ホルダラック１５０に回収されて待機する。分離された積層基板は、下基板ホルダ１２５と共に搬送部１８０により予備アライナ１３０に搬送されて、ロボットアーム１１６によりロードポート１１５に回収される。
【００２６】
搬送部１８０は、第１搬送ユニット１８１、第２搬送ユニット１８２、第１受け渡しポート１８３、第２受け渡しポート１８４及びロボットアーム１８６を備える。第１搬送ユニット１８１は、予備アライナ１３０、反転機構１６０、第１受け渡しポート１８３及び第２受け渡しポート１８４の間で基板１２０、基板ホルダ１２２、ワーク及びワーク対の搬送をする。第１搬送ユニット１８１は、上流搬送アームの一例である。
【００２７】
第１受け渡しポート１８３は、予備アライナ１３０から本アライナ１４０への搬送経路上に配される。第１受け渡しポート１８３は、第１搬送ユニット１８１と、第２搬送ユニット１８２の間での基板ホルダ１２２、ワーク及びワーク対の受け渡しを仲介する役割を担う。第２受け渡しポート１８４は、分離機構１７０の上部に設けられ、基板ホルダ１２２及びワーク対を載置するためのプッシュピンを備える。
【００２８】
第２搬送ユニット１８２は、第１受け渡しポート１８３及び本アライナ１４０における下ステージ１４２の間でワーク及びワーク対の搬送をする。第２搬送ユニット１８２は、下流搬送アームの一例である。図１に示すように、第１搬送ユニット１８１による基板等の搬送経路と、第２搬送ユニット１８２による基板等の搬送経路とは方向が異なる。即ち、第１搬送ユニット１８１は、Ｙ軸方向で基板等の搬送をするが、第２搬送ユニット１８２は、Ｘ軸方向で基板等の搬送をする。
【００２９】
ロボットアーム１８６は、第２受け渡しポート１８４、分離機構１７０及び後述するロードロックチャンバ２２０の間でワーク対を搬送する。またロボットアーム１８６は、ホルダラック１５０、第２受け渡しポート１８４及び分離機構１７０の間で基板ホルダ１２２を搬送する。
【００３０】
真空環境部２０２は、断熱壁２１０、ロードロックチャンバ２２０、ロボットアーム２３０及び複数の加熱加圧装置２４０を有する。断熱壁２１０は、真空環境部２０２を包囲して真空環境部２０２の内部温度を維持すると共に、真空環境部２０２の外部への熱輻射を遮断する。これにより、真空環境部２０２の熱が大気環境部１０２に及ぼす影響を抑制できる。
【００３１】
ロボットアーム２３０は、ワーク対を搬送する搬送装置である。そして、保持したワーク対を、ロードロックチャンバ２２０と加熱加圧装置２４０の間で搬送する。
【００３２】
ロードロックチャンバ２２０は、大気環境部１０２側と真空環境部２０２側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。ワーク対が大気環境部１０２から真空環境部２０２に搬入される場合、まず、大気環境部１０２側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１８６がワーク対をロードロックチャンバ２２０に搬入する。次に大気環境部１０２側のシャッタ２２２を閉じ、ロードロックチャンバ２２０内の空気を排出することで、真空状態にする。
【００３３】
ロードロックチャンバ２２０内が真空状態になった後、真空環境部２０２側のシャッタ２２４が開かれ、ロボットアーム２３０がワーク対を搬出する。このような真空環境部２０２への搬入動作により、大気環境部１０２の内部雰囲気を真空環境部２０２側に漏らすことなく、ワーク対を真空環境部２０２に搬入できる。
【００３４】
次にロボットアーム２３０は、搬出したワーク対を複数の加熱加圧装置２４０のいずれかに搬入する。そして加熱加圧装置２４０は、ワーク対を加熱加圧する。これにより基板ホルダ１２２に挟まれた状態で搬入された基板１２０は接合される。
【００３５】
加熱加圧装置２４０は、ワーク対を加熱する本体と、本体を配置する加熱加圧チャンバとを含む。またロボットアーム２３０は、ロボットアームチャンバに設置される。すなわち、真空環境部２０２を構成する複数の加熱加圧チャンバ、ロボットアームチャンバ及びロードロックチャンバ２２０は、それぞれ個別に仕切られ、別々に雰囲気を調整することができる。また、図に示すように、真空環境部２０２は、ロボットアームチャンバを中心として、複数の加熱加圧チャンバとロードロックチャンバ２２０が円周方向に並べて配置されている。
【００３６】
真空環境部２０２から大気環境部１０２にワーク対を搬出する場合は、まず真空環境部２０２側のシャッタ２２４が開かれ、ロボットアーム２３０がワーク対をロードロックチャンバ２２０に搬入する。次に、真空環境部２０２側のシャッタ２２４が閉じられ、ロードロックチャンバ２２０がリークされ、大気環境部１０２側のシャッタ２２２が開かれる。
【００３７】
なお、加熱加圧した後にワーク対を冷却する冷却部を加熱加圧装置２４０に設けても良い。これにより、加熱後に大気環境部１０２に戻すワーク対からの輻射熱を抑制して、大気環境部１０２の温度管理を容易にすることができる。また、複数の加熱加圧装置２４０の一つを冷却装置に置き換えることもできる。このとき、冷却装置を設置する冷却チャンバもロボットアームチャンバの周囲に配置される。冷却装置は、加熱加圧装置２４０で熱せられたワーク対が搬入され、これらを一定の温度まで冷やす役割を担う。
【００３８】
図２は、第１受け渡しポート１８３の構造を概略的に示す正面図である。なお、図３は、第１受け渡しポート１８３の構造を概略的に示す平面図である。第１受け渡しポート１８３は、仮置き台１８５、上部観察器１８７及び下部観察器１８９を含む。第１受け渡しポート１８３は、位置補正部の一例である。
【００３９】
仮置き台１８５は、上下に伸縮できるプッシュピン１８８を有し、ワークを仮置きする。仮置き台１８５は、Ｚ軸に垂直な平面内において回転できる。また、仮置き台１８５は、更にＸ−Ｙ方向に平行移動する機構を有しても良い。
【００４０】
上部観察器１８７は、プッシュピン１８８が第１搬送ユニット１８１又は第２搬送ユニット１８２との間にワークを受け渡す位置より上部であって、プッシュピン１８８が保持した基板ホルダ１２２の上面に載置された基板１２０を観察できる位置に設置される。上部観察器１８７は、基板１２０の外部輪郭及びノッチ１２１等の外形を観察することにより基板１２０の位置を検出する。上部観察器１８７は、例えば第１受け渡しポート１８３のフレームなど、振動の影響を受けにくい場所に固定される。
【００４１】
下部観察器１８９は、プッシュピン１８８が第１搬送ユニット１８１又は第２搬送ユニット１８２との間にワークを受け渡す位置より下部であって、プッシュピン１８８が保持した基板ホルダ１２２の下面に載置された基板１２０を観察できる位置に設置される。下部観察器１８９は、基板１２０の外部輪郭及びノッチ等の外形を観察することにより基板１２０の位置を検出する。下部観察器１８９は、例えば第１受け渡しポート１８３のフレームなど、振動の影響を受けにくい場所に固定される。
【００４２】
図２及び図３は、第１搬送ユニット１８１が基板１２０を保持した上基板ホルダ１２４を反転機構１６０から第１受け渡しポート１８３に搬送して、第１受け渡しポート１８３に受け渡す状態を示す。反転機構１６０において、基板１２０を保持した上基板ホルダ１２４、即ち上ワークが反転されるので、上基板ホルダ１２４は、下向きに基板１２０を保持している。第１搬送ユニット１８１が上ワークを仮置き台１８５の上部に移動して、プッシュピン１８８が上昇して、上ワークを第１搬送ユニット１８１から持ち上げて受け取る。図３に示すように、３本のプッシュピン１８８は、上基板ホルダ１２４の外周付近であって、基板１２０に触れない位置を支えて上ワークを受け取るように、仮置き台１８５に配置される。第１搬送ユニット１８１は、第１受け渡しポート１８３に上ワークを受け渡した後、Ｙ方向に退避する。
【００４３】
下部観察器１８９は、上基板ホルダ１２４に保持された基板１２０の位置を検出する。仮置き台１８５は、下部観察器１８９が検出した基板１２０の位置に基づいて、基板１２０が予め定められた範囲に入るように、回転又は平行移動により基板１２０の位置及び向きを調整する。これにより、予備アライナ１３０において位置合せがされた基板１２０が第１受け渡しポート１８３までの搬送中に、たとえ位置ずれが発生したとしても、第１受け渡しポート１８３は、基板１２０の位置ずれを補正するができる。
【００４４】
次に、第２搬送ユニット１８２が、−Ｘ方向に、即ち図２及び図３における左方向に、上ワークを受け取る位置まで進出する。プッシュピン１８８は、降下して、上ワークを第２搬送ユニット１８２に受け渡して、仮置き台１８５の内部に退避する。第２搬送ユニット１８２は、受け取った上ワークを本アライナ１４０に搬送して、下ステージ１４２に載置する。
【００４５】
第１搬送ユニット１８１及び第２搬送ユニット１８２は、それぞれ基板ホルダ１２２に静電吸着用電力を供給する給電端子２８１及び給電端子２８２を有する。第１搬送ユニット１８１又は１８２がワークを保持する場合に、給電端子２８１又は給電端子２８２は、基板ホルダ１２２に設けられた受電端子と接して、基板ホルダ１２２の内部に設けられた静電用電極に電力を供給することができる。よって、第１搬送ユニット１８１又は第２搬送ユニット１８２がワークを搬送する間にも、基板ホルダ１２２は静電吸着により基板１２０を安定に保持できる。
【００４６】
第１受け渡しポート１８３にも、基板ホルダ１２２に静電吸着用電力を供給する機構を有する。第１受け渡しポート１８３におけるプッシュピン１８８は、その内部に電力供給用の配線が設けられ、その先端に給電端子が設けられる。プッシュピン１８８がワークを保持する場合に、プッシュピン１８８の先端の給電端子が基板ホルダ１２２の受電端子に接して、基板ホルダ１２２の内部に設けられた静電用電極に電力を供給してよい。このような機構により、プッシュピン１８８によりワークが保持される間でも、基板ホルダ１２２は静電吸着により基板１２０を安定に保持することができる。但し、第１受け渡しポート１８３がワークを保持する時間が短く、その時間内に、基板ホルダ１２２が第１搬送ユニット１８１又は第２搬送ユニット１８２から離れても、残留静電気により十分基板１２０を安定に保持できる場合には、第１受け渡しポート１８３に給電機構が設けられなくてもよい。
【００４７】
図４から図７は、本アライナ１４０の構造を概略的に示し、本アライナ１４０が２つの基板１２０を位置合せて重ね合せる各段階を概略的に示す。本アライナ１４０は、枠体３１０の内側に配された上ステージ１４１、下ステージ１４２および昇降部３６０を備える。
【００４８】
枠体３１０は、互いに平行で水平な天板３１２および底板３１６と、天板３１２および底板３１６を結合する複数の支柱３１４とを含む。天板３１２、支柱３１４および底板３１６は、それぞれ高剛性な材料により形成され、内部機構の動作に係る反力が作用した場合も変形を生じない。
【００４９】
上ステージ１４１は、天板３１２の下面に固定される。図６に示すように、上ステージ１４１は、基板１２０を下面に保持する上基板ホルダ１２４を吸着する。当該吸着方法は、真空吸着であってよく、静電吸着であってもよい。基板１２０は、静電吸着により上基板ホルダ１２４の下面に保持される。
【００５０】
下ステージ１４２は、Ｘステージ３５４、Ｙステージ３５６、昇降部３６０及び下吸着プレート３７２を有する。Ｘステージ３５４は、制御部１４４（図１を参照）の制御により、底板３１６の上に載置され、底板に対して固定されたガイドレール３５２に案内されつつＸ方向に移動する。Ｙステージ３５６は、制御部１４４の制御により、Ｘステージ３５４の上でＹ方向に移動する。
【００５１】
昇降部３６０は、Ｙステージ３５６上に搭載され、シリンダ３６２およびピストン３６４を有する。ピストン３６４は、制御部１４４の制御により、シリンダ３６２内をＺ方向に昇降する。ピストン３６４の上に、下吸着プレート３７２が設けられる。図６に示すように、下吸着プレート３７２の上に下基板ホルダ１２５が保持される。更に、下基板ホルダ１２５上に基板１２０が保持される。よって、下基板ホルダ１２５を介して下吸着プレート３７２に保持された基板１２０は、制御部１４４の制御により、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に移動できる。
【００５２】
下吸着プレート３７２は、制御部１４４の制御により、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸を中心に回転する機能を有する。よって、下基板ホルダ１２５を介して下吸着プレート３７２に保持された基板１２０は、制御部１４４の制御により、ＸＹ面上の向きを変えることができ、傾斜角度を変更することができる。下ステージ１４２は、位置調整部の一例である。
【００５３】
下ステージ１４２は、更に、プッシュピン３２０を有する。基板１２０を保持した上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に固定する場合、第２搬送ユニット１８２が基板１２０を保持した上基板ホルダ１２４を第１受け渡しポート１８３から搬送してきて、下吸着プレート３７２から所定の高さに上昇したプッシュピン３２０に乗せる。図４は、基板１２０を保持した上基板ホルダ１２４がプッシュピン３２０に受け渡された後の状態を示す。
【００５４】
その後、下ステージ１４２が上ステージ１４１の下に移動する。プッシュピン３２０がさらに上昇して、上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に近づける。上ステージ１４１は、真空吸着等により上基板ホルダ１２４を受け取って保持する。説明の便利を考慮して、図４には、２本のプッシュピン３２０を表示したが、３本以上のプッシュピン３２０が下吸着プレート３７２の面内に配置されてよい。
【００５５】
図５は、更に、基板１２０を保持した下基板ホルダ１２５が第２搬送ユニット１８２より搬送されて、下吸着プレート３７２に載置された状態を示す。各基板１２０の各々は、その表面に、アラインメントの基準となる複数の指標Ｍを有する。ただし、指標Ｍは、そのために設けられた図形等であるとは限らず、各基板１２０に形成された配線、バンプ、スクライブライン等でもあり得る。
【００５６】
本アライナ１４０は、一対の顕微鏡３４２、３４４を有する。一方の顕微鏡３４２は、天板３１２の下面に、上ステージ１４１に対して所定の間隔をおいて固定される。他方の顕微鏡３４４は、昇降部３６０と共に、下ステージ１４２に搭載される。これにより顕微鏡３４４は、昇降部３６０と共に、ＸＹ平面上を移動する。図５に示すように、本アライナ１４０は、顕微鏡３４２、３４４を用いて、対向する基板１２０に設けられた指標Ｍを観察することにより、２つの基板１２０の位置を予備アライナ１３０よりも詳細に検出して把握する。検出した位置データは、制御部１４４に送信され記憶される（図１を参照）。
【００５７】
図６は、本アライナ１４０が２つの基板１２０の位置を合わせる過程を概略的に示す。制御部１４４は、取得した２つの基板１２０の位置データに基づいて、下ステージ１４２を制御して、両基板１２０の指標Ｍがそれぞれ統計的に算出された位置に配置されるように、両基板１２０の位置を高精度で合わせる。
【００５８】
図７は、本アライナ１４０が２つの基板１２０を重ね合せる過程を概略的に示す。制御部１４４は、ピストン３６４を上昇させて、下吸着プレート３７２に載置された基板１２０を持ち上げ、上ステージ１４１に保持された基板１２０に重ね合わせる。上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５に設けられた位置止め機構により、２つの基板１２０が仮止めされて、ワーク対が形成される。上ステージ１４１が上基板ホルダ１２４に対する吸着を解除して、ピストン３６４が降下してワーク対を降ろす。第２搬送ユニット１８２がワーク対を本アライナ１４０から搬出する。
【００５９】
次に、２枚の基板１２０が接合されるまでの流れを簡単に説明する。基板貼り合せ装置１００が稼動を開始すると、ロボットアーム１８６が、ホルダラック１５０から、載置面が下向きに収納された上基板ホルダ１２４を搬出して、第２受け渡しポート１８４のプッシュピン上に載置する。
【００６０】
続いて、第１搬送ユニット１８１が第２受け渡しポート１８４のプッシュピン上に載置された上基板ホルダ１２４を保持して、反転機構１６０まで移動して、反転機構１６０に受け渡す。反転機構１６０は、上基板ホルダ１２４を反転する。第１搬送ユニット１８１は、反転された上基板ホルダ１２４を受け取り、予備アライナ１３０のホルダ位置調整部１３２に移動して、上基板ホルダ１２４をホルダ位置調整部１３２の上に載置する。ホルダ位置調整部１３２は、検出器１３４が検出した上基板ホルダ１２４の位置に基づいて、上基板ホルダ１２４が予め定められた範囲に入るように上基板ホルダ１２４の位置及び向きを調整する。
【００６１】
一方、上基板ホルダ１２４に保持される基板１２０は、ＥＦＥＭ１１２のロボットアーム１１６によりＦＯＵＰから搬出され、予備アライナ１３０の基板位置調整部１３１上に載置される。基板位置調整部１３１は、検出器１３３が検出した基板１２０の位置に基づいて、基板１２０が予め定められた範囲に入るように基板１２０の位置及び向きを調整する。ロボットアーム１１６が基板１２０を保持してホルダ位置調整部１３２に移動して、基板１２０を上基板ホルダ１２４上に載置する。
【００６２】
ホルダ位置調整部１３２により上基板ホルダ１２４に電力が供給され、基板１２０は上基板ホルダ１２４に静電吸着により固定される。こうして形成された上ワークは、第１搬送ユニット１８１によって反転機構１６０の直上に搬送される。反転機構１６０は、上ワークを反転させて基板保持面を下にする。そして第１搬送ユニット１８１は、上ワークを第１受け渡しポート１８３まで移動する。
【００６３】
図２に示すように、第１受け渡しポート１８３は、プッシュピン１８８を出すことにより上ワークを保持して、第１搬送ユニット１８１は退避する。第１受け渡しポート１８３は、下部観察器１８９が検出した基板１２０の位置に基づいて、基板１２０が予め定められた範囲に入るように、回転又は平行移動により基板１２０の位置ずれを補正する。その後第２搬送ユニット１８２が、上ワークを第１受け渡しポート１８３から受け取り、本アライナ１４０に搬入する。
【００６４】
図４に示すように、本アライナ１４０に搬入された上ワークは、下ステージ１４２から突出されたプッシュピン３２０上に仮置きされる。下ステージ１４２が上ステージ１４１の下に移動して、プッシュピン３２０が上昇して、上ワークを上ステージ１４１まで持ち上げて保持させる。
【００６５】
上述の上ワークと同様に、ロボットアーム１８６がホルダラック１５０から、基板保持面が上向きに収納された下基板ホルダ１２５を搬出して、第２受け渡しポート１８４のプッシュピンに載置する。そして下基板ホルダ１２５は、第１搬送ユニット１８１によりホルダ位置調整部１３２に搬送されて、位置及び向きを調整される。
【００６６】
その一方で、下基板ホルダ１２５上に載置される基板１２０は、ＥＦＥＭ１１２のロボットアーム１１６によりＦＯＵＰから基板位置調整部１３１に搬送されて、位置合わせがされる。ロボットアーム１１６が基板１２０をホルダ位置調整部１３２にある下基板ホルダ１２５に載置する。下基板ホルダ１２５が基板１２０を静電吸着して、下ワークを形成する。
【００６７】
第１搬送ユニット１８１は、反転機構１６０を介すことなく、基板１２０を保持する下ワークの面を上向きのまま、下ワークを第１受け渡しポート１８３に搬送する。第１受け渡しポート１８３は、上部観察器１８７が検出した基板１２０の位置に基づいて、基板１２０が予め定められた範囲に入るように、回転又は平行移動により基板１２０の位置ずれを補正する。第２搬送ユニット１８２は、下ワークを本アライナ１４０に搬入して、下ステージ１４２に載置する。
【００６８】
図５から図７に示すように、本アライナ１４０は、顕微鏡３４２及び顕微鏡３４４により、上ステージ１４１及び下ステージ１４２に保持された２つの基板１２０の位置を検出する。本アライナ１４０は、その検出データに基づいて、２つの基板１２０の位置を合せて、重ね合せる。重ね合わされた２つの基板１２０は、上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５に設けられた位置止め機構により仮止めされて、ワーク対が形成される。
【００６９】
当該ワーク対は、第２搬送ユニット１８２により本アライナ１４０から第１受け渡しポート１８３に搬送され、第１搬送ユニット１８１により第２受け渡しポート１８４に搬送される。その後ロボットアーム１８６が第２受け渡しポート１８４上のワーク対を保持して、ロードロックチャンバ２２０に搬入する。ワーク対は、ロボットアーム２３０により、ロードロックチャンバ２２０から加熱加圧装置２４０に搬入され、加熱加圧されることにより、２つの基板１２０は互いに接合されて一体となる。
【００７０】
上記ワーク対が接合される間に、新しい上基板ホルダ１２４がホルダラック１５０から搬出され、新しい基板１２０がＦＯＵＰから搬出されて、ホルダ位置調整部１３２で新しい上ワークが形成される。新しい上ワークは、本アライナ１４０に搬送されて上ステージ１４１に保持されて待機する。
【００７１】
接合後のワーク対は、ロボットアーム２３０により加熱加圧装置２４０から搬出され、ロードロックチャンバ２２０に搬入される。そして、ロボットアーム１８６がロードロックチャンバ２２０からワーク対を搬出して、分離機構１７０に搬入する。分離機構１７０は、上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５から接合された積層基板を分離する。
【００７２】
分離された上基板ホルダ１２４は、ロボットアーム１８６によってホルダラック１５０に戻されて待機する。積層基板は、下基板ホルダ１２５に載置されたまま、搬送部１８０によりホルダ位置調整部１３２まで搬送されて、ロボットアーム１１６によりロードポート１１５に装着されたＦＯＵＰに回収される。ホルダ位置調整部１３２に残された下基板ホルダ１２５は、ロボットアーム１１６により新たに搬入される基板１２０と合わせて、新しい下ワークを形成すべく待機する。以上の流れによって、回路パターンが形成されている２つの基板１２０を重ね合わせた積層基板を製造する。
【００７３】
図２において、第１受け渡しポート１８３は、上部観察器１８７又は下部観察器１８９により基板１２０の外形を観察して、基板１２０が予め定められた範囲に入るように、基板１２０の位置ずれを補正する。
【００７４】
上記予め定められた範囲の一例は、下ステージ１４２で調整できる調整範囲である。上述のように、本アライナ１４０は、下ステージ１４２の移動により基板１２０の位置合せをする。下ステージ１４２が高精度であるゆえ、移動調整できる範囲が狭い。第１受け渡しポート１８３から下ステージ１４２に移載した基板１２０の位置が、下ステージ１４２により調整できる調整範囲外にあると、ずれが補正しきれない場合がある。第１受け渡しポート１８３が、基板１２０を下ステージ１４２で調整できる調整範囲内に入るように、基板１２０の位置ずれを補正することにより、本アライナ１４０による正確な位置合せが担保できる。
【００７５】
上記予め定められた範囲の他の例は、顕微鏡３４２と顕微鏡３４４で指標Ｍを観察できる観察範囲である。上述のように、本アライナ１４０は、顕微鏡３４２及び顕微鏡３４４により対向する基板１２０に設けられた指標Ｍを観察することにより、２つの基板１２０の位置を正確に検出し、その検出データに基づいて基板１２０の位置合せをする。第１受け渡しポート１８３から本アライナ１４０に移載した基板１２０の位置が、顕微鏡３４２と顕微鏡３４４で指標Ｍを観察できる観察範囲内に入らないと、指標Ｍを見付けるのに時間がかかる。第１受け渡しポート１８３が、基板１２０の指標Ｍが顕微鏡３４２又は顕微鏡３４４で観察できる観察範囲内に入るように、基板１２０の位置ずれを補正することにより、本アライナ１４０による正確な位置合せが担保できる。
【００７６】
上記補正によれば、上基板ホルダ１２４に保持された基板１２０も、下基板ホルダ１２５に保持された基板１２０も、それぞれ上ステージ１４１及び下ステージ１４２に載置された位置において、その表面に設けられた指標Ｍは、確実にそれぞれ対向する顕微鏡３４２と顕微鏡３４４の視野に収められる。本アライナ１４０は、顕微鏡３４２、３４４を用いて、２つの基板１２０の位置を正確に検出することができる。
【００７７】
なお、図１から図７に示す実施形態において、第１受け渡しポート１８３で上部観察器１８７及び下部観察器１８９が基板１２０の外形を観察するが、観察対象はこれに限られない。他の観察対象として、第１受け渡しポート１８３で上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５の外形、例えば、切り欠き１２８が観察されてもよい。この場合に、図２に示す上部観察器１８７及び下部観察器１８９を用いてもよいが、これに代えて、上基板ホルダ１２４等が載置される位置を挟んで上下に光源と受光部とを配した一組の透過光学系を用いて、上基板ホルダ１２４の外形及び下基板ホルダ１２５の外形を観察してもよい。この場合においても、予備アライナ１３０において基板１２０と上基板ホルダ１２４等との相対位置を把握しておくとともに、上記第１受け渡しポート１８３で観察された上基板ホルダ１２４等の外形に基づいて、仮置き台１８５が当該上基板ホルダ１２４等の位置を補正することにより、当該上基板ホルダ１２４に載置された基板１２０の位置を補正することができる。
【００７８】
図８は、積層半導体装置を製造する製造方法の概略を示す。図８に示すように、積層半導体装置は、当該積層半導体装置の機能・性能設計を行うステップＳ１１０、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップＳ１２０、積層半導体装置の基材である基板を製造するステップＳ１３０、マスクのパターンを用いたリソグラフィを含んで、基板１２０に半導体装置を形成する基板処理ステップＳ１４０、上記の基板貼り合せ装置を用いて、処理された複数の基板１２０を接合する基板貼り合せ工程等を含むデバイス組み立てステップＳ１５０、検査ステップＳ１６０等を経て製造される。なお、デバイス組み立てステップＳ１５０は、基板貼り合せ工程に続いて、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む。
【００７９】
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ることが可能であ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。
【００８０】
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及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、及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】
【００８１】
１００  基板貼り合せ装置、１０１  筐体、１０２  大気環境部、１１０  制御部、１１１  記憶部、１１２  ＥＦＥＭ、１１３  ロードポート、１１４  ロードポート、１１５  ロードポート、１１６  ロボットアーム、１２０  基板、１２１  ノッチ、１２２  基板ホルダ、１２４  上基板ホルダ、１２５  下基板ホルダ、１２８  切り欠き、１３０  予備アライナ、１３１  基板位置調整部、１３２  ホルダ位置調整部、１３３  検出器、１３４  検出器、１４０  本アライナ、１４１  上ステージ、１４２  下ステージ、１４４  制御部、１５０  ホルダラック、１６０  反転機構、１７０  分離機構、１８０  搬送部、１８１  第１搬送ユニット、１８２  第２搬送ユニット、１８３  第１受け渡しポート、１８４  第２受け渡しポート、１８５  仮置き台、１８６  ロボットアーム、１８７  上部観察器、１８８  プッシュピン、１８９  下部観察器、２０２  真空環境部、２１０  断熱壁、２２０  ロードロックチャンバ、２２２  シャッタ、２２４  シャッタ、２３０  ロボットアーム、２４０  加熱加圧装置、２８１  給電端子、２８２  給電端子、３１０  枠体、３１２  天板、３１４  支柱、３１６  底板、３２０  プッシュピン、３４２  顕微鏡、３４４  顕微鏡、３５２  ガイドレール、３５４  Ｘステージ、３５６  Ｙステージ、３６０  昇降部、３６２  シリンダ、３６４  ピストン、３７２  下吸着プレート
【図１】
2012033811.tif 000003
【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】
2012033811.tif 000009
【図８】
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