(57)【要約】【課題】基板を、全面にわたって均一な荷重で接合する。【解決手段】  一対の基板の一方を固定する基板固定部と、一対の基板の他方を基板固定部に対向して保持する基板保持部と、一対の基板を互いに接合すべく基板保持部を基板固定部に向けて移動させる移動駆動部と、移動駆動部の駆動方向に直交する２つの方向に伸びる２つの軸の周りに基板保持部を揺動させる揺動駆動部と、基板固定部および基板保持部のうちの一方に対して既知の計測点を有し、移動駆動部の動作により一対の基板が接触した場合の、計測点における基板保持部の移動方向に沿った荷重、および、基板保持部の移動方向に直交し、計測点において交差する一対の軸周りのそれぞれのモーメントを検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて、一対の基板の間で作用する押圧力が均一になるように揺動駆動部を動作させる制御部とを備える接合装置が提供される。【選択図】図５
2009267043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板の一方を固定する基板固定部と、
前記一対の基板の他方を前記基板固定部に対向して保持する基板保持部と、
前記一対の基板を互いに接合すべく前記基板保持部を前記基板固定部に向けて移動させる移動駆動部と、
前記移動駆動部の駆動方向に直交する２つの方向に伸びる２つの軸の周りに前記基板保持部を揺動させる揺動駆動部と、
前記基板固定部および前記基板保持部のうちの一方に対して既知の計測点を有し、前記移動駆動部の動作により前記一対の基板が接触した場合の、前記計測点における前記基板保持部の移動方向に沿った荷重、および、前記基板保持部の移動方向に直交し、前記計測点において交差する一対の軸周りのそれぞれのモーメントを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記一対の基板の間で作用する押圧力が均一になるように前記揺動駆動部を動作させる制御部と
を備える接合装置。
【請求項２】
前記検出部の前記計測点は、前記一対の基板が接触した場合に目標とすべき荷重重心の位置に配される請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記荷重、および、前記各モーメントを検出する単一の多分力検出器を含む請求項２に記載の接合装置。
【請求項４】
前記多分力検出器は、前記荷重および前記荷重の方向に直交する二つの方向の荷重、並びに、前記一対の軸回りの前記各モーメントおよび前記一対の軸に直交する軸の周りのモーメントを検出する六分力検出器である請求項３に記載の接合装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記計測点が設けられた前記基板固定部または前記基板保持部のうちの前記一方の変位を制限する制限部を有する請求項４に記載の接合装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記基板固定部における前記荷重および前記各モーメントを検出する請求項１に記載の接合装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記基板保持部における前記荷重および前記各モーメントを検出する請求項１に記載の接合装置。
【請求項８】
一対の基板の一方を固定する基板固定部と、
前記一対の基板の他方を前記基板固定部に対向して保持する基板保持部と、
前記一対の基板を互いに接合すべく前記基板保持部を前記基板固定部に向けて移動させる移動駆動部と、
前記移動駆動部の駆動方向に直交する２つの方向に伸びる２つの軸の周りに前記基板保持部を揺動させる揺動駆動部と
を備え、
前記基板固定部および前記基板保持部のうちの一方に対して既知の計測点において、前記移動駆動部の動作により前記一対の基板が接触した場合の、前記計測点における前記基板保持部の移動方向に沿った荷重、および、前記基板保持部の移動方向に直交し、前記計測点において交差する一対の軸周りのそれぞれのモーメントを検出する段階と、
検出結果に基づいて、前記一対の基板の間で作用する押圧力が均一になるように前記揺動駆動部を動作させる段階と
を含む接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合装置および接合方法に関する。より詳細には、ウエハ等の基板を貼り合わせる場合に用いる接合装置と、当該接合装置を用いた基板の接合方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
各々に素子および回路が形成された基板を積層した積層型の半導体装置がある（特許文献１参照）。積層型の半導体装置は、立体的な構造を採ることにより、実装面積を拡大することなく実効的な実装密度を向上させることができる。また、積層された基板相互の配線を短縮できるので、動作速度の向上にも寄与するといわれている。
【０００３】
基板を貼り合わせる場合には、互いに平行に保持された一対の基板を加圧して圧接させる。このため、一対の基板を平行に保持して加圧する接合装置が用いられる（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２６１０００号公報
【特許文献２】特開２００５−２５１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板を接合する場合、基板全体が均一な荷重で加圧されることが望ましい。また、加圧による荷重は、基板の厚さ方向直角に作用することが好ましい。このため、接合装置は、基板を保持する基板保持部を揺動させるアクチュエータと、複数の圧力センサとを備え、基板に係る荷重の分布を監視しながら基板保持部の傾斜を変化させている。
【０００５】
しかしながら、複数の圧力センサを用いた場合、圧力センサの配置は、基板の揺動軸に対して対称にならない場合がある。このため、基板全体の荷重の分布を検出して補正する場合に、補正量の算出に複雑な計算が伴う。また、圧力センサ個別の配置精度、測定精度にばらつきがあるので、圧力センサ自体の誤差を補償しつつ荷重分布を検出しなければならない。更に、複数の圧力センサの検出値は相互に影響を与えあうので、検出信号のＳ／Ｎ比が低く、高精度な制御が難しい。これらの理由により、接合装置の精度を維持しつつ動作速度を向上させることは難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、一対の基板の一方を固定する基板固定部と、一対の基板の他方を基板固定部に対向して保持する基板保持部と、一対の基板を互いに接合すべく基板保持部を基板固定部に向けて移動させる移動駆動部と、移動駆動部の駆動方向に直交する２つの方向に伸びる２つの軸の周りに基板保持部を揺動させる揺動駆動部と、基板固定部および基板保持部のうちの一方に対して既知の計測点を有し、移動駆動部の動作により一対の基板が接触した場合の、計測点における基板保持部の移動方向に沿った荷重、および、基板保持部の移動方向に直交し、計測点において交差する一対の軸周りのそれぞれのモーメントを検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて、一対の基板の間で作用する押圧力が均一になるように揺動駆動部を動作させる制御部とを備える接合装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の第２の形態として、一対の基板の一方を固定する基板固定部と、一対の基板の他方を基板固定部に対向して保持する基板保持部と、一対の基板を互いに接合すべく基板保持部を基板固定部に向けて移動させる移動駆動部と、移動駆動部の駆動方向に直交する２つの方向に伸びる２つの軸の周りに基板保持部を揺動させる揺動駆動部とを備え、基板固定部および基板保持部のうちの一方に対して既知の計測点において、移動駆動部の動作により一対の基板が接触した場合の、計測点における基板保持部の移動方向に沿った荷重、および、基板保持部の移動方向に直交し、計測点において交差する一対の軸周りのそれぞれのモーメントを検出する段階と、検出結果に基づいて、一対の基板の間で作用する押圧力が均一になるように揺動駆動部を動作させる段階とを含む接合方法が提供される。
【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く、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。
【０００９】
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に必須であるとは限らない。
【実施例】
【００１０】
図１は、接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。接合装置１００は、枠体１１０の内側に配置された、駆動部１２０、昇降テーブル１３０、固定テーブル１４０および検出部１５１を備える。
【００１１】
枠体１１０は、互いに平行で水平な天板１１２および底板１１６と、天板１１２および底板１１６を結合する複数の支柱１１４とを備える。天板１１２、支柱１１４および底板１１６は、それぞれ高剛性な材料により形成され、後述する接合におけるウエハ１７２、１７４への加圧の反力が作用した場合も変形が生じない。
【００１２】
底板１１６の上には、枠体１１０の内側において、駆動部１２０が配置される。駆動部１２０は、底板１１６の上面に固定されたシリンダ１２４と、シリンダ１２４の内側に配置されたピストン１２２とを有する。ピストン１２２は、図示されていない流体回路、カム、輪列等により駆動されて、図中に矢印Ｚにより示す、底板１１６に対して直角な方向に昇降する。
【００１３】
ピストン１２２の上端には、昇降テーブル１３０が装着される。昇降テーブル１３０は、ピストン１２２の上端に結合された水平な板状の支持部１３６と、支持部１３６に搭載された板状の基板保持部１３２とを有する。基板保持部１３２は、中央に配された球面座１３４を介して支持部から揺動自在に支持される。
【００１４】
また、基板保持部１３２は、側方に水平に延在する揺動レバー１３８を有する。支持部１３６および揺動レバー１３８の間には、アクチュエータ１６０が挟まれる。アクチュエータ１６０は、外部から供給された圧力流体、例えば乾燥空気により高さ方向に伸長または収縮する。これにより、基板保持部１３２は支持部１３６上で揺動する。
【００１５】
更に、基板保持部１３２は、静電吸着、負圧吸着等により上面にウエハ１７４を吸着する。これにより、基板保持部１３２に保持されたウエハ１７４の移動または脱落が抑制される。また、基板保持部１３２が揺動した場合は、基板保持部１３２に吸着されたウエハ１７２も共に揺動する。
【００１６】
固定テーブル１４０は、基板保持部１４２および複数の懸架部１４４を有する。懸架部１４４は、天板１１２の下面から垂下される。基板保持部１４２は、懸架部１４４の下端近傍において下方から支持され、昇降テーブル１３０に対向して配置される。基板保持部１４２も、静電吸着、負圧吸着等による吸着機構を有し、下面にウエハ１７４を吸着して保持する。また、固定テーブル１４０の基板保持部１４２は、下方から懸架部１４４により支持される一方、上方への移動は規制されない。
【００１７】
検出部１５１は、計測点Ｏにおける荷重およびモーメントを検出する６分力検出器１５０と、当該計測点Ｏが設けられた基板保持部１４２の変位動を制限する制限部の一例である複数のバンパ部材１５２とを有する。６分力検出器１５０は、天板１１２および基板保持部１４２の間に挟まれる。
【００１８】
複数のバンパ部材１５２は、６分力検出器１５０の周囲に配置される。バンパ部材１５２は、６分力検出器１５０よりも僅かに低い寸法を有し、６分力検出器１５０による検出を妨げることがない。一方、６分力検出器１５０に大きな荷重がかかった場合は、基板保持部１４２がバンパ部材１５２に当接することによって、基板保持部１４２から６分力検出器１５０に作用する力の一部をバンパ部材１５２で受け止めることができる。これにより、基板保持部１４２から６分力検出器１５０に過大な荷重がかかることを防止する。これにより、基板保持部１４２が下方から押された場合に、基板保持部１４２から６分力検出器１５０に過大な荷重が作用することが防止される。
【００１９】
なお、図示は省いたが、昇降テーブル１３０は、矢印Ｚに直交する平面内で基板保持部１３２を変位させる機能も有する。接合に先立って、ウエハ１７２、１７４は、当該平面に平行な方向について、相互に位置合わせされる。また、ウエハ１７２、１７４は、単一の半導体基板の他、複数枚の半導体基板を積層して形成された積層半導体装置であってもよい。
【００２０】
また、図示の状態は、接合装置１００の初期状態に相当する。この状態では、駆動部１２０のピストン１２２がシリンダ１２４の中に引き込まれており、昇降テーブル１３０は降下している。従って、昇降テーブル１３０および固定テーブル１４０の間には広い間隙がある。
【００２１】
接合の対象となる一対のウエハ１７２、１７４のうち、一方のウエハ１７４は、上記間隙に対して側方から装入されて、昇降テーブル１３０の上に載せられる。他方のウエハ１７２も同様に装入されて、固定テーブル１４０の下面に、ウエハ１７２に対向した状態で保持される。
【００２２】
図２は、６分力検出器１５０の機能を説明する図である。図示のように、６分力検出器１５０は、計測点Ｏに設定された単一の力点に作用するすべての応力を、互いに直交する３つの方向Ｘ、Ｙ、Ｚの荷重ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、互いに直交する３つの軸の周りのモーメントＭＸ、ＭＹ、ＭＺとして検出する機能を有する。
【００２３】
図３は、昇降テーブル１３０における基板保持部１３２の平面図である。昇降テーブル１３０において、基板保持部１３２は、互いに直交して径方向外側に延在する一対の揺動レバー１３８を備える。揺動レバー１３８の先端付近には、それぞれ、アクチュエータ１６２、１６４の上端が当接する。
【００２４】
これにより、一方のアクチュエータ１６２が動作して伸縮した場合、基板保持部１３２は、図中に示すＸ軸の周りに揺動する。また、アクチュエータ１６４が動作して伸縮した場合、基板保持部１３２は、図中に示すＹ軸の周りに揺動する。
【００２５】
アクチュエータ１６２、１６４のこれらの動作により、基板保持部１３２に保持されたウエハ１７４を揺動させて、基板保持部１４２に保持されたウエハ１７２と平行にさせることができる。そのためのアクチュエータ１６２、１６４の制御については後述する。
【００２６】
６分力検出器１５０は、その計測点Ｏが、一対のウエハ１７２、１７４が接触した場合に目標とすべき荷重重心の位置に配される。特に、ウエハ１７２、１７４が略円形の場合に、６分力検出器１５０の計測点Ｏが、基板保持部１４２に保持されたウエハ１７４の中央、すなわち、図３の昇降テーブル１３０の基板保持部１３２に保持されるウエハ１７４の中心に相当する位置に配される。これにより、６分力検出器１５０が出力するモーメント値は、ウエハ１７２、１７４に作用する応力のモーメントＭＸ、ＭＹ、ＭＺを直接に反映する。
【００２７】
従って、ウエハ１７２、１７４に作用するモーメントＭＸ、ＭＹ、ＭＺを打ち消す揺動制御を実行する場合に、６分力検出器１５０の出力を参照することにより、複雑な計算を処理することなくウエハ１７２、１７４の揺動量を迅速に生成できる。
【００２８】
こうして、単一の６分力検出器１５０は、駆動部１２０の動作により一方のウエハ１７２と他方のウエハ１７４とが互いに当接したときに両ウエハ１７２，１７４間に作用する応力の垂直荷重ＦＺ、および、計測点Ｏにおいて交差する一対の軸周りの一対のモーメントＭＸ、ＭＹを検出する。これにより、ウエハ１７２、１７４に均一な荷重を作用させる制御を、容易かつ正確に実行できる。
【００２９】
このように、６分力検出器１５０は、固定テーブル１４０においてウエハ１７２に作用する荷重およびモーメントを検出する。これにより、６分力検出器１５０自体が傾斜あるいは変位することがないので、荷重ＦＸ、ＦＹ、ＦＺおよびモーメントＭＸ、ＭＹ、ＭＺを正確に検出できる。
【００３０】
図３に示すように、６分力検出器１５０が検出するモーメントＭＸ、ＭＹの軸の方向は、昇降テーブル１３０の揺動方向、すなわち、揺動レバー１３８の延伸方向と一致していることが好ましい。これにより、６分力検出器１５０による検出の出力と、揺動レバー１３８による揺動量とを容易に関連付けることができる。なお、６分力検出器１５０が検出するモーメントＭＸ、ＭＹの軸の方向が、揺動レバー１３８の延伸方向と異なっていてもよい。
【００３１】
以下の説明において、図中に示すように、６分力検出器１５０の検出の中心から、揺動レバー１３８に対するアクチュエータ１６２、１６４の作用点までの距離をＱ、Ｐにより表す。また、ウエハ１７２、１７４に作用する荷重の分布に偏りが生じた場合、当該荷重の作用中心Ｃは、ウエハ１７２、１７４の中心からはずれる。この場合の作用中心Ｃは、Ｘ軸およびＹ軸による座標系における座標値（ａ，ｂ）により位置を示す。
【００３２】
図４は、接合装置１００の制御系２００の構造を模式的に示す図である。制御系２００は、撮像部２１０、映像監視部２２０、応力検出部２３０、揺動制御部２４０および駆動制御部２５０を含む。
【００３３】
撮像部２１０は、基板保持部１３２、１４２に保持されたウエハ１７２、１７４の接合面を挟んで配置された撮像機２１２および照明部２１４を含む。照明部２１４が出射した照明光は、ウエハ１７２、１７４の間隙を伝播して撮像機２１２に受光される。従って、撮像機２１２は、照明部２１４の出射した照明光を遮るウエハ１７２、１７４の像を撮像する。なお、撮像機２１２および照明部２１４は、互いに異なる方向で２組以上設けられる。
【００３４】
映像監視部２２０は、撮像機２１２が撮像した画像から、ウエハ１７２、１７４の位置および姿勢を検出する。また、ウエハ１７２、１７４の間で照明光が遮られることに基づき、ウエハ１７２、１７４の接触を検出する。ウエハ１７２、１７４が接触すると、両者の間に何らかの応力が作用するので、均一な荷重による圧接を目指して、後述の一連の処理が開始される。
【００３５】
なお、撮像機２１２の解像度は、その光学系および撮像素子の解像度に依存する。従って、ウエハ１７２、１７４の間隙が撮像機２１２の解像度よりも狭い場合は、ウエハ１７２、１７４の真の接触が検知されるわけではない。しかしながら、撮像機２１２が検知できない間隙は非常に狭いので、間隙を撮像できなくなった場合は、ウエハ１７２、１７４が接触したと看做しても差し支えない。
【００３６】
また、撮像部２１０の構造は一例に過ぎず、他の構造でも同様の機能を形成することができる。例えば、撮像機２１２および照明部２１４に換えて干渉計を用いることにより、分解能を更に高くすることができる。一方、リニアスケール等を用いて、より簡潔な構造とすることもできる。これらの種々の構造は、目的とする接合ウエハまたは接合基板の仕様に応じて当業者が適宜選択される。
【００３７】
さらに、検出部１５１は応力検出部２３０を有する。応力検出部２３０は、６分力検出器１５０の出力を受けて、少なくとも、ウエハ１７２に作用する垂直荷重ＦＺとＸ軸およびＹ軸の周りのモーメントＭＸ、ＭＹとを抽出する。応力検出部２３０は、抽出した垂直荷重ＦＺおよびモーメントＭＸ、ＭＹを、揺動制御部２４０および駆動制御部２５０が参照できる形式で出力する。
【００３８】
揺動制御部２４０は、映像監視部２２０の出力により動作を開始し、応力検出部２３０の出力を参照して、ウエハ１７２、１７４に作用する荷重が均一になるように、アクチュエータ１６２、１６４の動作を制御する。制御手順および制御内容については後述する。
【００３９】
駆動制御部２５０は、応力検出部２３０および揺動制御部２４０の出力を参照して、駆動部１２０の動作を制御する。即ち、当初は離間していたウエハ１７２、１７４が当接するまでは、映像監視部２２０の映像に基づいて昇降テーブル１３０を上昇させる。また、ウエハ１７２、１７４が接触した後は、後述する制御手順に従って、昇降テーブル１３０を上昇または降下させるように、駆動部１２０の動作を制御する。更に、ウエハ１７２、１７４の間で作用する荷重が均一になった後は、駆動制御部２５０は、ウエハ１７２、１７４を圧接させるべく、昇降テーブル１３０が上昇する方向に圧力を印加する。
【００４０】
このように上記接合装置１００において、６分力検出器１５０は、その計測点Ｏに作用する、駆動部１２０の動作により一対のウエハ１７２、１７４の間の垂直荷重ＦＺ、および、駆動部１２０により一対の基板の間に作用する当該計測点Ｏにおいて交差する一対の軸Ｘ、Ｙの周りの一対のモーメントＭＸ、ＭＹを検出し、６分力検出器１５０の検出結果に基づいて、揺動制御部２４０が、アクチュエータ１６０を動作させて、一対のウエハ１７２、１７４の間で作用する荷重を均一にする。以下、上記の接合装置１００の動作を、その制御手順を追って説明する。
【００４１】
図５は、接合装置１００の制御手順を示す流れ図である。なお、以下の説明においては、図２および図３において示した値（ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ、ＦＱ、ＦＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ、Ｐ、Ｑ、ａ、ｂ）を用いる。また、ウエハ１７２、１７４を圧接する場合に印加する目標荷重の値をＡ、当該値の許容範囲をＥ（−Ｅ〜Ｅ）とする。
【００４２】
前記したように、映像監視部２２０によりウエハ１７２、１７４の接触が検出されると、制御系２００において、揺動制御部２４０がアクティブになる。まず、応力検出部２３０は、モーメントＭＸ、ＭＹおよび荷重ＦＺの値を初期化する（ステップＳ３０１）。続いて、駆動制御部２５０により垂直駆動部１２０を動作させて、昇降テーブル１３０を上昇させる（ステップＳ３０２）。
【００４３】
次いで、駆動制御部２５０は、応力検出部２３０の出力する垂直荷重ＦＺの値を監視する（ステップＳ３０３）。垂直荷重ＦＺが増加しない場合（ステップＳ３０３；ＮＯ）は、ウエハ１７２、１７４がまだ有効に当接していないので、昇降テーブル１３０を上昇させる（ステップＳ３０２）。応力検出部２３０が垂直荷重ＦＺの発生および増加を検出した場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）は、ウエハ１７２、１７４に作用する垂直荷重ＦＺの検出値と、垂直荷重ＦＺの目標値Ａとを比較する（ステップＳ３０４）。
【００４４】
垂直荷重ＦＺの検出値が目標値Ａよりも大きい場合（ステップＳ３０４；ＮＯ）は、駆動制御部２５０が駆動部１２０を反転させて昇降テーブル１３０を降下させる（ステップＳ３０７）。ただし、降下量は、ステップＳ３０２における上昇量よりも小さい。その上で再び垂直荷重ＦＺを目標値Ａと比較する（ステップＳ３０４）。
【００４５】
このような動作を繰り返して垂直荷重ＦＺの検出値が目標値Ａに等しいか、より小さい場合（ステップＳ３０４；ＹＥＳ）は、次に、例えばＸ軸周りのモーメントＭＸを許容範囲の閾値Ｅと比較する（ステップＳ３０５）。
【００４６】
Ｘ軸周りのモーメントＭＸが許容範囲を越えていた場合（ステップＳ３０５；ＮＯ）は、揺動制御部２４０がアクチュエータ１６２を動作させて、ウエハ１７４をＸ軸周りに揺動させる（ステップＳ３０８）。このとき、揺動制御部２４０は、応力検出部２３０の検出値を参照して、アクチュエータ１６２が発生すべき揺動駆動力Ｆｐを算出する。揺動駆動力Ｆｐは、下記の式１に従って算出できる。
Ｆｐ＝−ＭＸ／Ｑ・・・式１
【００４７】
その後、再び垂直荷重ＦＺを目標値Ａと比較して（ステップＳ３０４）、垂直荷重ＦＺを目標値Ａに到達させる（ステップＳ３０２、Ｓ３０３、Ｓ３０４、Ｓ３０７）。一方、モーメントＭＸが許容範囲に含まれる場合（ステップＳ３０５；ＹＥＳ）は、Ｙ軸周りのモーメントＭＹを許容範囲の閾値Ｅと比較する（ステップＳ３０６）。
【００４８】
Ｙ軸周りのモーメントＭＹが許容範囲を越える場合（ステップＳ３０６；ＮＯ）は、揺動制御部２４０が、アクチュエータ１６４を動作させて、ウエハ１７４をＹ軸周りに揺動させる（ステップＳ３０９）。このとき、揺動制御部２４０は、応力検出部２３０の検出値を参照して、アクチュエータ１６２が発生すべき揺動駆動力Ｆｑを算出する。揺動駆動力Ｆｑは、下記の式２に従って算出できる。
Ｆｑ＝−ＭＹ／Ｐ・・・式２
【００４９】
その後、再び垂直荷重ＦＺを目標値Ａと比較して（ステップＳ３０４）、垂直荷重ＦＺを目標値Ａに到達させる（ステップＳ３０２、Ｓ３０３、Ｓ３０４、Ｓ３０７）。一方、モーメントＭＹが許容範囲に含まれる場合（ステップＳ３０６；ＹＥＳ）は、モーメントＭＸ、ＭＹが許容範囲に納まり、且つ、垂直荷重ＦＺが目標値Ａに達しているので、処理を終了する。ステップＳ３０５とステップＳ３０６とは、順序が逆でも差し支えない。
【００５０】
こうして、計測点Ｏにおいて、駆動部１２０の動作により一対のウエハ１７２、１７４の間に作用する垂直荷重ＦＺ、および、駆動部１２０により一対のウエハ１７２、１７４の間に作用する当該計測点Ｏにおいて交差する一対の軸Ｘ、Ｙの周りの一対のモーメントＭＸ、ＭＹを検出する段階と、検出結果に基づいて、ウエハ１７２、１７４と平行な面内で互いに交差する２つの軸Ｘ、Ｙの周りに昇降テーブル１３０を揺動させて、一対のウエハ１７２、１７４に作用する荷重を均一にする段階とを含む接合方法が実行される。
【００５１】
これにより、複数の検出器を装備した場合に生じる、取り付け位置の誤差の重畳が回避できる。また、多分力検出器の計測点Ｏと、基板保持部１３２の揺動の中心とが一致しているので検出精度の対称性が高い。従って、被駆動系の剛性、揺動による補正、取り付け位置に関する誤差の重畳等の影響を排して、制御量を高速に算出できる。
【００５２】
更に、求められる検出値を単一の多分力検出器で検出できるので、接合装置１００の部品点数を削減して、製造コストを低減できる。また、部品点数の削減は、接合装置１００の小型化にも寄与する。更に、検出器相互の影響による検出精度の低下も抑制される。
【００５３】
なお、上記のような一連の制御手順は、垂直荷重ＦＺおよびモーメントＭＸ、ＭＹの３つの分力を検出すれば完遂できる。従って、６分力検出器１５０に換えて、垂直荷重ＦＺおよびモーメントＭＸ、ＭＹの３つの分力を検出する多分力検出器を用いた場合も、上記の処理手順を実行できる。
【００５４】
一方、６分力検出器１５０は、荷重ＦｚおよびモーメントＭＸ、ＭＹの３分力の他に、荷重ＦＸ、ＦＹおよびモーメントＭＺも検出できる。従って、これらの検出値を参照して、以下のような制御を加えることもできる。
【００５５】
まず、モーメントＭＺとして有意な値が検出された場合、ウエハ１７２、１７４に、Ｚ軸周りの応力が作用していることが判る。そこで、垂直軸周りの応力ＭＺが発生する現象が生じていることが推定される。このような現象としては、昇降テーブル１３０をＺ軸周りに回転させる駆動系、昇降テーブル１３０の捩れ等が挙げられる。
【００５６】
また、荷重Ｆｘ、ＦＹとして有意な値が検出された場合、ウエハ１７２、１７４相互に剪断方向の応力が作用していることが判る。このような状態でウエハ１７２、１７４を加圧した場合、剪断方向の荷重Ｆｘ、ＦＹがウエハ１７２、１７４相互の摩擦力を越えると、貼り合わせ位置がずれる等の現象が生じる。そこで、昇降テーブル１３０において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の駆動系、昇降テーブル１３０の変形等が生じていないことを検証することが望ましい。
【００５７】
このように、６分力検出器１５０を用いることにより、ウエハ１７２、１７４の状態を更に詳細に監視して、より高度な補正制御を実行できる。
【００５８】
図６は、接合装置１００の他の制御手順を示す流れ図である。なお、図５に示した制御手順と同じ内容のステップには同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。
【００５９】
この制御手順に独特なステップは、図５に示した制御手順ステップＳ３０５およびステップＳ３０６に換えて導入されたステップＳ４０１、４０２にある。即ち、これらのステップＳ４０１、４０２では、基板保持部１３２の傾きが許容範囲に含まれるか否かを判断する場合に、荷重の中心Ｃの位置を示す座標値（ａ，ｂ）と、閾値Ｅとを比較する。
【００６０】
例えば、揺動制御部２４０は、まず、応力検出部２３０により検出された荷重の中心Ｃの座標値（ａ，ｂ）のうちのＸ座標値ａを許容範囲の閾値Ｅと比較する（ステップＳ４０１）。Ｘ座標値ａが許容範囲に含まれない場合（ステップＳ４０１；ＮＯ）、揺動制御部２４０は、アクチュエータ１６２を動作させてウエハ１７４をＸ軸周りに揺動させる（ステップＳ３０８）。一方、Ｘ座標値ａが許容範囲に含まれる場合（ステップＳ４０１；ＹＥＳ）は、座標値（ａ，ｂ）のＹ座標値ｂを閾値Ｅと比較する（ステップＳ４０２）。
【００６１】
比較されたＹ座標値ｂが許容範囲に含まれない場合（ステップＳ４０２；ＮＯ）、揺動制御部２４０は、アクチュエータ１６４を動作させてウエハ１７４をＹ軸周りに揺動させる（ステップＳ３０９）。一方、Ｙ座標値ｂが許容範囲に含まれる場合（ステップＳ４０２；ＹＥＳ）は、座標値（ａ，ｂ）が許容範囲にあり、垂直荷重ＦＺが目標値Ａに達しているので接合が完了する。なお、ステップＳ４０１とステップＳ４０２は、順序が逆でも差し支えない。
【００６２】
なお、ウエハ１７２、１７４における荷重の重心位置Ｃの座標（ａ、ｂ）は、応力検出部２３０から得られるモーメントＭｘ、Ｍｙと垂直荷重Ｆｚとに基づいて、下記の式３に従って算出できる。このように、中心Ｃの座標値（ａ，ｂ）は、６分力検出器１５０の出力から簡単な処理により算出できるので、ステップＳ４０１、ステップＳ４０２は高速に処理できる。
ａ＝−ＭＹ／ＦＺ
ｂ＝−ＭＸ／ＦＺ・・・式３
【００６３】
図７は、接合装置１００の他の構造を模式的に示す断面図である。なお、この接合装置１００は、以下に説明する部分を除くと、図１に示した接合装置１００と共通の構造を有する。そこで、共通の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省いた。
【００６４】
この接合装置１００は、６分力検出器１５０を、昇降テーブル１３０に搭載している。即ち、固定テーブル１４０の基板保持部１４２は、枠体１１０の天板１１２に接して固定される。これに対して、昇降テーブル１３０の支持部１３６は、６分力検出器１５０を介して駆動部１２０に搭載される。
【００６５】
ここで、ピストン１２２の上端には、検出器支持部１５４、６分力検出器１５０、支持部１３６および基板保持部１３２が順次積層して搭載される。また、検出器支持部１５４の上には、複数のバンパ部材１５２も搭載される。
【００６６】
バンパ部材１５２は、６分力検出器１５０よりも僅かに低い寸法を有し、６分力検出器１５０による検出を妨げることがない。一方、６分力検出器１５０に大きな荷重がかかった場合は、支持部１３６がバンパ部材１５２に当接することによって、支持部１３６から６分力検出器１５０に作用する力の一部をバンパ部材１５２で受け止めることができる。これにより、支持部１３６から６分力検出器１５０に過大な荷重がかかることを防止する。
【００６７】
６分力検出器１５０は、基板保持部１３２に保持されたウエハ１７４の中央に相当する位置に配置される。これにより、ウエハ１７２にかかる垂直荷重ＦＺに加えて、モーメントＭＸ、ＭＹ等を検出できる。
【００６８】
このように、６分力検出器１５０は、昇降テーブル１３０の基板保持部１３２において荷重ＦＺおよびモーメントＭＸ、ＭＹを検出してもよい。このような６分力検出器１５０と一体の昇降テーブル１３０は、既存の接合装置１００の昇降テーブル１３０と交換して装着できる。
【００６９】
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。また、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。更に、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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】６分力検出器１５０の機能を説明する図である。
【図３】昇降テーブル１３０における基板保持部１３２の平面図である。
【図４】接合装置１００の制御系２００の構造を模式的に示す部である。
【図５】接合装置１００の制御手順を示す流れ図である。
【図６】接合装置１００の他の制御手順を示す流れ図である。
【図７】接合装置１００の他の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００  接合装置、１１０  枠体、１１２  天板、１１４  支柱、１１６  底板、１２０  駆動部、１２２  ピストン、１２４  シリンダ、１３０  昇降テーブル、１３２、１４２  基板保持部、１３４  球面座、１３６  支持部、１３８  揺動レバー、１４０  固定テーブル、１４４  懸架部、１５１  検出部、１５０  ６分力検出器、１５２  バンパ部材、１５４  検出器支持部、１６０、１６２、１６４  アクチュエータ、１７２、１７４  ウエハ、２００  制御系、２１０  撮像部、２１２  撮像機、２１４  照明部、２２０  映像監視部、２３０  応力検出部、２４０  揺動制御部、２５０  駆動制御部
【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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