(57)【要約】【課題】他軸への反力が発生しない揺動体拘束機構を提供する。【解決手段】本発明に係る揺動体拘束機構は、球面座１１１に沿って運動する揺動体１１３の運動を拘束する揺動体拘束機構であって、揺動体１１３に形成された円筒面形状の切り込み面１１９と、先端が球面形状であって切り込み面１１９に当接する押し部材１１５とを有して構成されている。【選択図】図２
2013093605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面座に沿って運動する揺動体の運動を拘束する揺動体拘束機構であって、
前記揺動体に形成された円筒面形状の切り込み面と、
先端が球面形状であって前記切り込み面に当接する押し部材とを有することを特徴とす
る揺動体拘束機構。
【請求項２】
前記押し部材がボールローラであることを特徴とする請求項１に記載の揺動体拘束機構
。
【請求項３】
基板貼り合わせ装置であって、
上部基板保持部材と、
下部基板保持部材と、
前記下部基板保持部材を支持する、球面座と球面形状を有する揺動体からなる傾き制御
部材と、
前記傾き制御部材を基板面と平行な面内で移動させるＸＹステージと、
前記傾き制御部材を前記基板面に垂直方向に移動させるＺステージと、
貼り合わせ基板同士の位置合わせを行うアライメント部材とを有し、
前記傾き制御部材は、前記揺動体に形成された円筒面形状の切り込み面と、先端が球面
形状で前記切り込み面に当接する押し部材とからなる揺動体拘束機構を有することを特徴
とする基板貼り合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の基板の基板貼り合わせ装置に関し、特に、貼り合わせ基板同士
の平行度の調整に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノートパソコン、ディジタルカメラ等の携帯電子機器の製造にとって、メモ
リやＭＰＵ等の電子部品を高密度に実装する技術は最重要技術である。このための技術と
してフリップチップ実装技術の開発が従来から行われており、最近ではこの技術を利用し
て半導体チップを積層して更なる高密度電子装置を得るための開発が盛んに行われている
。このフリップチップ技術による実装では半導体チップを配線基板に接合する際や半導体
チップを半導体チップ上に接合する際に、接合する面同士を平行にすることが重要である
。特に大きな基板を貼り合わせる場合、例えば、ウェハレベルでの半導体チップ積層工程
、ＭＥＭＳ製造工程、液晶基板の貼り合わせ工程等では貼り合わせ基板同士の平行度調整
は重要である。
【０００３】
平行度の調整は基本的には２軸回りの回転調整であり、２軸周りの回転の直接制御（例
えば、特許文献１を参照）、基板面内２点での基板間間隔調整、スイベル機構、球面座を
用いた倣い機構が一般的に使用されている。これらの機構の中で、球面座を用いた倣い機
構が機構的に簡便であり、改良も多く提案されている。球面座を使用した場合、いかなる
方向にも傾きの調整が可能であるが、基板間の面内位置あわせ（ウェハの面内座標位置合
わせ）を行う場合には面に垂直な軸の回りの回転は抑えた方が良いことが多い。このため
の技術が、例えば、特許文献２、特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７８３２３５号公報
【特許文献２】特開２０００−４９１９９号公報
【特許文献３】特開２００１−１３５６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、貼り合わせ基板の面積よりも大きな
面積を有する基板保持機構が必要になり、装置全体の大きさが大きくなってしまう、とい
う問題点を有している。また、特許文献２に開示された技術では、倣い機構を形成する球
面座の球心位置が貼り合わせ面上にはないので、貼り合わせる基板が大きくなった場合、
貼り合わせ面の傾き誤差が貼り合わせ面の横ずれを引き起こしてしまう。このために、基
板間の位置ずれが大きくなってしまうという問題点がある。さらに、特許文献３に開示さ
れた技術では、一方向には変形しにくい弾性体により、揺動体を保持する技術が開示され
ているが、弾性体を変形させると必ず反力が発生し、この反力が倣い動作の障害となると
いう問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、他軸への反力が発生しない揺
動体拘束機構、および該揺動体拘束機構を用いた基板貼り合わせ装置を提供することを目
的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る揺動体拘束機構は、球面座に沿って運動する
揺動体の運動を拘束する揺動体拘束機構であって、前記揺動体に形成された円筒面形状の
切り込み面と、先端が球面形状であって前記切り込み面に当接する押し部材とを有してい
る。
【０００８】
なお、上述の揺動体拘束機構において、前記押し部材がボールローラであることが好ま
しい。
【０００９】
また、本発明に係る基板貼り合わせ装置は、上部基板保持部材と、下部基板保持部材と
、前記下部基板保持部材を支持する、球面座と球面形状を有する揺動体からなる傾き制御
部材と、前記傾き制御部材を基板面と平行な面内で移動させるＸＹステージと、前記傾き
制御部材を前記基板面に垂直方向に移動させるＺステージと、貼り合わせ基板同士の位置
合わせを行うアライメント部材とを有し、前記傾き制御部材は、前記揺動体に形成された
円筒面形状の切り込み面と、先端が球面形状で前記切り込み面に当接する押し部材とから
なる揺動体拘束機構を有している。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明では、揺動体の動きを２軸回りの回転に拘束しているため、基板間の傾き角を
精度よく調整でき、貼り合わせ基板間の面内位置ずれも生じることもない。これにより、
高精度な位置合わせを要求される貼り合わせに対して有効に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本願発明の揺動体に掲載された円筒面形状の切り込み面を示す斜視図である。
【図２】本願発明の揺動体及び揺動体拘束機構の断面を示す図である。
【図３】揺動体とボールローラを示す図である。
【図４】本願発明の基板貼り合わせ装置の構成を示す図である。
【図５】本願発明の揺動体拘束機構の回転拘束動作を示す図である。
【図６】本願発明の傾き制御部材の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願発明に係る揺動体拘束機構の実施形態について、図１および図２を用いて説明する
。ここで、図１は本願発明の揺動体拘束機構における揺動体１１３の斜視図であり、図２
は図１における破線ＡＡでの揺動体１１３および球面座１１１の断面を示す図である。揺
動体１１３は、球面形状の面１１７を有し、この面１１７が球面座１１１の球面上を本来
的には自由に揺動出来るようになっている。しかし、本願発明では、この３軸回りの自由
度のうち、Ｚ軸回りの回転の自由度を抑えている。この回転拘束のために、揺動体１１３
の外面の一部に円筒面形状を有する切り込み面１１９を形成し、この切り込み面１１９に
当接する押し部材１１５を配置して揺動体拘束機構を形成している。図１では、円筒面１
１９はＹ軸に平行な円筒の表面の一部になっている。押し部材１１５は揺動体１１３の周
囲に、向かい合う形で対になって配置されていて、先端部１２１は球面形状になっている
。
【００１３】
ここで、この揺動体拘束機構の作用を説明する。押し部材１１５は取りつけ部材１２５
を介して球面座１１１に保持されている。この時、押し部材１１５は不図示の機構（例え
ばバネ）により取りつけ部材１２５から切り込み面１１９に向かって適切な力で押しつけ
られている。
【００１４】
Ｙ軸回りの回転：揺動体１１３がＹ軸回りに回転しようとすると、切り込み面１１９は
円筒の中心軸の回りに回転しようとする。この場合、押し部材１１５の先端部１２１は球
面形状になっていて、先端部１２１と円筒面１１９との位置関係に変化が生じることはな
い。したがって、揺動体１１３と押し部材１１５の間に新たな力関係が生じることなく、
自由に回転できる。
【００１５】
Ｘ軸回りの回転：揺動体１１３がＸ軸回りに回転しようとした場合の、回転軸は揺動体
１１３の表面近くを通るため、切り込み面１１９と押し部材１１５の先端部１２１との位
置関係はほとんど変化せず、従って、切り込み面１１９が押し部材１１５より回転を抑制
する力を受けることはない。即ち、Ｘ軸の回りに自由に回転できる。
【００１６】
Ｚ軸回りの回転：揺動体１１３がＺ軸回りに回転しようとした場合の、切り込み面１１
９と押し部材１１５の先端部１２１との位置関係を図５により説明する。図５は揺動体１
１３がＺ軸回りに回転した時に、円筒面を模した境界５０１，５０３と押し部材を模した
球体５２１，５２３の関係がどのようになるかということを見易くしたものである。円筒
面５０３がδだけ回転して円筒面５１３になり、円筒面５０１がδだけ回転して円筒面５
１１になると、この円筒面に押し当てられた球体５２３は球体５３３の位置に移動しよう
とし、球体５２１は球体５３１の位置に移動しようとする。しかしながら、球体は円筒面
に対してバネ等により押しつけられているため、円筒面に対して回転使用とする方向とは
反対方向にトルクを与えることになる。従って、バネを適切に調整することにより、Ｚ軸
回りの回転角を所望の角度に制限することが可能になる。
【００１７】
以上、各軸の回りの回転について記した。まとめてみると、本願発明の揺動体拘束機構
は、揺動体をＸ、Ｙ軸回りには自由に回転させるが、Ｚ軸回りの回転には拘束力を加える
機能を有していることが判る。この機能により、揺動体上に保持された基板等の傾きを容
易に調整することができる。
【００１８】
図３には、揺動体拘束機構の他の例を示した。図１と異なっている点は、押し部材が先
端に球面形状を有する棒ではなく、ボールを有するボールローラ３１１を使用しているこ
とである。ボールローラ３１１では、ボールの位置が完全に固定されているため、Ｚ軸回
りの回転に対して大きな逆方向トルクを発生させることができる。ボールローラ３１１は
例えば、ミスミ社の型番ＢＣＳＢ、ＢＣＨＬなどのボールローラを用いることができる。
【００１９】
次に、本願発明の基板貼り合わせ装置を図４を用いて説明する。基板貼り合わせ装置は
、上部基板保持部４０５、下部基板保持部４０６、２視野顕微鏡４１７、ＸＹステージ４
０９、ティルトステージ（傾き制御部材）４０７、Ｚステージ４４１より構成されている
。ここで図６を用いて、ティルトステージ４０７の構造と動作を説明する。まず、主たる
部材は、球面座１１１に倣って運動する揺動体１１３、円筒面形状の切り込み面１１９、
切り込み面１１９に当接する押し部材１１５、押し部材１１５を切り込み面１１９に当接
させるバネ６１９、押し部材１１５及びバネ６１９を保持する取りつけ部材１２３，１２
５、角度調整を行う調整端子６０１、バランスバネ６２５である。
【００２０】
次に、このティルトステージ４０７の動作を記す。揺動体１１３と、切り込み面１１９
、押し部材１１５の作用は、図１および図２を用いて既に行った説明と同じであるので、
ここでは省略する。本実施例のティルトステージ４０７は揺動体１１３の上面に静電吸着
板６５１を有し、貼り合わせる基板（ウェハ）を静電吸着して保持することができる。吸
着された基板の傾き制御を次に説明する。一方の取りつけ部材１２３上には、調整端子６
０１を支持する支持部材６１７と、揺動体の対極位置の取りつけ部材１２５上にはバネ６
２５を支持するバネ支持部材６１５が配置されている。揺動体１１３の軸回りの角度を調
整する時には、調整端子６０１をネジ、又は電歪素子により上下させる。調整端子６０１
が下に下がると揺動体１１３は右向きの回転を起こす。一方、揺動体１１３の対極にはバ
ネ６２５があって、揺動体１１３を常に左回転させる力を与えている。このため、揺動体
１１３は調整端子６０１とバネ６２５からほぼ釣り合った力を受けながら微小角度であっ
ても安定して回転する。この調整端子６０１とバネ６２５の組み合わせは、球面座上に９
０度回転した位置に他の１組が取りつけられている。このため、Ｘ軸回りの回転も同様に
高精度に制御できることになる。
【００２１】
図４に戻って、ウェハの搬送を基にして、本願発明の基板貼り合わせ装置とその他の関
連装置の説明を行う。ＣＭＰ（化学的機械的研磨法）等により表面の平坦化処理、貼り合
わせ面の汚れ、異物、酸化層が除去されて清浄活性化処理が完了したウェハは不図示の搬
送装置により開かれたゲートバルブ４２３を通って搬送台４２７上にセットされる。ウェ
ハ受け渡しの際には搬送台４２７に設けられたリフトピン４２５を介して受け渡される。
ウェハが搬送台４２７にセットされると、ゲートバルブ４２３が閉じられ、真空装置４３
１が稼働を始めてチャンバ内を真空雰囲気にする。所定の真空度に達するとゲートバルブ
４２１が開かれ、ウェハ４０１は搬送装置４３５により搬送台４２７から下部基板保持部
４０６に搬送される。（このウェハを４０３と記す）。次に同様な操作を経て、接合され
るべき電極を有する他方のウェハ４０１が上部基板保持部４０５に保持される。上下の保
持板にはウェハを静電的に吸着する静電吸着機構が設けられている。接合すべき電極を有
するウェハがそれぞれ保持板に保持されると、近接したウェハ４０１，４０３間に２視野
顕微鏡４１７を挿入してウェハ間の位置合わせ情報を得る。位置あわせ情報が得られると
、ＸＹステージ４０９、ティルトステージ（傾き制御部材）４０７を駆動させてウェハ上
の電極間の位置合わせを行う。
【００２２】
位置合わせが完了すると、重ね合わせ装置を動作させる。重ね合わせ装置は、上部下部
の基板保持部４０５，４０６、上部固定梁４１５、基盤４１３上のＺステージ（高さ方向
）４４１である。位置あわせ情報により、Ｚステージ４４１が動作し、２枚のウェハは重
ね合わされる。重ね合わせ時には仮固定用の樹脂が塗布されていて、次工程である加圧工
程まで搬送可能になされている。このアライメント装置・重ね合わせ装置が置かれる雰囲
気は電極表面の再酸化を防止するために真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気である。従って
、このチャンバには真空装置４３３が取りつけられていたり、不図示の不活性ガス供給路
と制御バルブが取りつけられている。
【００２３】
この実施例のように、本願発明の揺動体拘束機構を有するティルトステージ（傾き制御
部材）を基板貼り合わせ装置に使用することにより、従来の面に平行な軸の周りに回転さ
せた際にその回転による干渉で面に垂直な軸周りの回転が生じてしまい、位置合わせの精
度が低下してしまう問題点が解消され、高精度で位置合わせが可能な基板貼り合わせ装置
が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
半導体装置の高密度実装化及び高速動作化は半導体装置にとって今後とも続く大きな流
れであり、その実現のために必要となる本願発明は、従って今後の半導体装置の製造に利
用されることは必至である。
【符号の説明】
【００２５】
１１１  球面座                          １１３  揺動体
１１５  押し部材                        １１９  切り込み面
３１１  ボールローラ
４０５  上部基板保持部                  ４０６  下部基板保持部
４０７  ティルトステージ（傾き制御部材）
４０９  ＸＹステージ                    ４４１  Ｚステージ
【図１】
2013093605.tif 000003
【図２】
2013093605.tif 000004
【図３】
2013093605.tif 000005
【図４】
2013093605.tif 000006
【図５】
2013093605.tif 000007
【図６】
2013093605.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月27日(2013.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と第２の基板とを互いに位置合わせして重ね合わせることが可能な基板貼り合わせ装置であって、
前記第１の基板を保持する第１の基板保持部材と、
前記第１の基板保持部材と対向して設けられ、前記第２の基板を保持して前記第１の基板保持部材に向かう第１の軸方向、前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向、および前記第１の軸方向と前記第２の軸方向とに直交する第３の軸方向に移動可能であって、前記第１の軸回り、前記第２の軸回り、および前記第３の軸回りに回転可能な第２の基板保持部材と、
前記第２の基板保持部材における前記第１の軸回りの回転を所定の角度範囲に制限する拘束機構とを備えることを特徴とする基板貼り合わせ装置。
【請求項２】
球面座および前記球面座に倣って回転する球面形状を有した揺動体を含み、前記揺動体において前記第２の基板保持部材を前記回転可能に支持する傾き制御部材と、
前記第１の軸方向、前記第２の軸方向、および前記第３の軸方向に、前記傾き制御部材を前記第２の基板保持部材とともに移動させることが可能なステージとを備え、
前記拘束機構は、前記揺動体が前記球面座に倣って前記第２の軸回りおよび前記第３の軸回りに回転可能な状態で、前記揺動体における前記第１の軸回りの回転を所定の角度範囲に制限することを特徴とする請求項１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項３】
前記第１の基板保持部材が静電吸着により前記第１の基板を保持し、
前記第２の基板保持部材が静電吸着により前記第２の基板を保持することを特徴とする請求項１または２に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項４】
第１の基板と第２の基板とを互いに位置合わせする位置合わせ工程と、
前記位置合わせ工程で位置合わせした前記第１の基板と前記第２の基板とを重ね合わせる重ね合わせ工程とを有し、
前記位置合わせ工程および前記重ね合わせ工程において、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置が用いられることを特徴とする基板貼り合わせ方法。
【請求項５】
前記位置合わせ工程において、前記第１の基板保持部材に保持された前記第１の基板と前記第２の基板保持部材に保持された前記第２の基板との間に２視野顕微鏡を挿入し、前記２視野顕微鏡を利用して取得した前記第１の基板と前記第２の基板との位置情報に基づいて、前記第１の基板保持部材に保持された前記第１の基板と前記第２の基板保持部材に保持された前記第２の基板とを互いに位置合わせすることを特徴とする請求項４に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項６】
前記位置合わせ工程において、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気で、前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに位置合わせし、
前記重ね合わせ工程において、前記真空雰囲気または不活性ガス雰囲気で、前記第１の基板と前記第２の基板とを重ね合わせることを特徴とする請求項４または５に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項７】
前記重ね合わせ工程で重ね合わせた前記第１の基板と前記第２の基板とを加圧して貼り合わせる加圧工程を有し、
前記重ね合わせ工程において、仮固定用の樹脂を塗布した前記第１の基板と前記第２の基板とを重ね合わせて仮固定し、
前記加圧工程において、前記仮固定された状態で搬送された前記第１の基板と前記第２の基板とを加圧して貼り合わせることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項８】
前記位置合わせ工程の前に、前記第１の基板および前記第２の基板に対して、前記第１の基板および前記第２の基板の表面を平坦化する平坦化処理が行われることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項９】
前記位置合わせ工程の前に、前記第１の基板および前記第２の基板に対して、前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせ面における汚れ、異物、酸化層の少なくともいずれかを除去する清浄活性化処理が行われることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高精度な位置合わせを要求される貼り合わせに対して有効な基板貼り合わせ装置および基板貼り合わせ方法を提供することを目的としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る基板貼り合わせ装置は、第１の基板と第２の基板とを互いに位置合わせして重ね合わせることが可能な基板貼り合わせ装置であって、前記第１の基板を保持する第１の基板保持部材と、前記第１の基板保持部材と対向して設けられ、前記第２の基板を保持して前記第１の基板保持部材に向かう第１の軸方向、前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向、および前記第１の軸方向と前記第２の軸方向とに直交する第３の軸方向に移動可能であって、前記第１の軸回り、前記第２の軸回り、および前記第３の軸回りに回転可能な第２の基板保持部材と、前記第２の基板保持部材における前記第１の軸回りの回転を所定の角度範囲に制限する拘束機構とを備えている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
なお、上述の基板貼り合わせ装置において、球面座および前記球面座に倣って回転する球面形状を有した揺動体を含み、前記揺動体において前記第２の基板保持部材を前記回転可能に支持する傾き制御部材と、前記第１の軸方向、前記第２の軸方向、および前記第３の軸方向に、前記傾き制御部材を前記第２の基板保持部材とともに移動させることが可能なステージとを備え、前記拘束機構は、前記揺動体が前記球面座に倣って前記第２の軸回りおよび前記第３の軸回りに回転可能な状態で、前記揺動体における前記第１の軸回りの回転を所定の角度範囲に制限することが好ましい。
また、前記第１の基板保持部材が静電吸着により前記第１の基板を保持し、前記第２の基板保持部材が静電吸着により前記第２の基板を保持することが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明に係る基板貼り合わせ方法は、第１の基板と第２の基板とを互いに位置合わせする位置合わせ工程と、前記位置合わせ工程で位置合わせした前記第１の基板と前記第２の基板とを重ね合わせる重ね合わせ工程とを有し、前記位置合わせ工程および前記重ね合わせ工程において、本発明に係る基板貼り合わせ装置が用いられるようになっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【図１】揺動体に掲載された円筒面形状の切り込み面を示す斜視図である。
【図２】揺動体及び揺動体拘束機構の断面を示す図である。
【図３】揺動体とボールローラを示す図である。
【図４】本願発明の基板貼り合わせ装置の構成を示す図である。
【図５】揺動体拘束機構の回転拘束動作を示す図である。
【図６】傾き制御部材の実施例を示す図である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本願の実施形態について、図１および図２を用いて説明する。ここで、図１は揺動体拘束機構における揺動体１１３の斜視図であり、図２は図１における破線ＡＡでの揺動体１１３および球面座１１１の断面を示す図である。揺動体１１３は、球面形状の面１１７を有し、この面１１７が球面座１１１の球面上を本来的には自由に揺動出来るようになっている。しかし、本願発明では、この３軸回りの自由度のうち、Ｚ軸回りの回転の自由度を抑えている。この回転拘束のために、揺動体１１３の外面の一部に円筒面形状を有する切り込み面１１９を形成し、この切り込み面１１９に当接する押し部材１１５を配置して揺動体拘束機構を形成している。図１では、円筒面１１９はＹ軸に平行な円筒の表面の一部になっている。押し部材１１５は揺動体１１３の周囲に、向かい合う形で対になって配置されていて、先端部１２１は球面形状になっている。