(57)【要約】  第１の基板を保持する第１の保持部と、第２の基板を保持する第２の保持部と、を備え、第１の基板の一部と第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成し、初期貼り合わせ領域が形成された第２の基板を第２の保持部から解放することにより、第１の基板および第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、初期貼り合わせ領域は、第２の基板の歪みに関する情報に基づいて設定される。
2020084983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板を保持する第１の保持部と、
第２の基板を保持する第２の保持部と、
を備え、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成し、前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、
前記初期貼り合わせ領域は、前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて設定される基板貼り合わせ装置。
【請求項２】
前記初期貼り合わせ領域を設定する設定部を更に備える、
請求項１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項３】
前記設定部は、前記第２の基板が局所的な湾曲を有していた場合に前記第１の基板と前記第２の基板との貼り合わせによって前記第２の基板に生じる歪みに起因して、貼り合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の間に発生する位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるように、前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項２に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項４】
前記設定部は、前記第２の基板の貼り合わせ面内における反りの発生位置と反りの大きさとに基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項２または３に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項５】
前記歪みに関する情報は、前記第２の基板における反りの発生位置と、反りの大きさと、反りの方向と、反りの振幅と、撓みの大きさと、撓みの方向と、撓みの振幅との少なくとも一つの情報を含む、
請求項２から４の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項６】
前記歪みに関する情報は、前記第２の基板の外周部分における反りの振幅の最大値と平均値との少なくとも一つの情報を含む、
請求項２から５の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項７】
前記第２の基板の局所的な湾曲の特性を計測する計測部を更に備え、
前記設定部は、前記計測部によって計測される前記第２の基板の前記局所的な湾曲の特性に基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項２から６の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項８】
前記第２の基板の前記歪みに関する情報に含まれる前記第２の基板の局所的な湾曲に関する情報に基づいて前記第２の基板の局所的な湾曲の特性を推定する推定部を更に備え、
前記設定部は、前記推定部によって推定される前記第２の基板の前記局所的な湾曲の特性に基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項２から６の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項９】
前記局所的な湾曲に関する情報は、前記第２の基板の種類を示す情報と、製造プロセスを示す情報と、応力分布を示す情報と、表面に形成された構造物の構成を示す情報との少なくとも一つを含む、
請求項８に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１０】
前記初期貼り合わせ領域が形成されたことを判断する判断部を更に備え、
前記第２の保持部は、前記初期貼り合わせ領域が形成されたと前記判断部により判断された場合に前記第２の基板を解放する、
請求項２から９の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１１】
前記設定部は、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる毎に前記初期貼り合わせ領域を設定して、設定した情報を前記判断部に出力する、
請求項１０に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１２】
前記判断部は、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域の広がりを観察する観察部を備える請求項１０または１１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１３】
前記設定部は、前記第１の基板の製造ロット毎、及び、前記第２の基板の製造ロット毎に前記初期貼り合わせ領域を設定して、設定した情報を前記判断部に出力する、
請求項１１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１４】
前記設定部は、前記第１の基板の種類毎、及び、前記第２の基板の種類毎に前記初期貼り合わせ領域を設定して、設定した情報を前記判断部に出力する、
請求項１１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１５】
前記設定部は、前記第１の基板の製造プロセス毎、及び、前記第２の基板の製造プロセス毎に前記初期貼り合わせ領域を設定して、設定した情報を前記判断部に出力する、
請求項１１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１６】
前記第２の保持部は、
前記第２の基板の少なくとも外周部分を吸着する吸着部と、
前記第２の基板に向かって突出することで、前記第２の基板の中心部分を押圧して変形させる突出部と
を有し、
前記突出部の突出量は可変である、
請求項１から１５の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１７】
前記突出部は、着脱可能であり、
前記突出量は、高さの異なる複数の前記突出部を交換することにより可変である、
請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１８】
前記突出量は、前記突出部が前記第２の基板に向かって動くことにより可変である、
請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１９】
制御部と、
前記第１の保持部と前記第２の保持部との相対位置を変位させる変位部と
を備え、
前記制御部は、前記貼り合わせ領域が広がるに連れて前記突出量が小さくなるように、前記突出部および前記変位部の少なくとも一方を制御する、
請求項１８に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記第２の基板が前記第２の保持部によって変形された場合の前記第２の基板の外周部分における変形角度を一定に維持した状態で、前記貼り合わせ領域が広がるように、前記突出部および前記変位部の少なくとも一方を制御する、
請求項１９に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２１】
前記突出量は、前記第２の基板が前記第２の保持部によって変形された場合に前記第２の基板に生じる非線形歪みの量が予め定められた閾値以下となるように設定される、
請求項１６から２０の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２２】
前記突出量は、前記歪みに関する情報に基づいて設定される、
請求項１６から２１の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２３】
前記吸着部は、互いに隔離されて独立している複数の吸着領域を含み、
前記貼り合わせ領域が広がるに連れて、前記複数の吸着領域における吸着が前記第２の保持部の中央側から外周側に向けて順次に解除される、
請求項１６から２２の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２４】
第１の基板と凸状に変形させている第２の基板とをそれぞれ保持した状態で互いに接触させ、前記第２の基板の保持を解除することにより前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせるときに用いられるパラメータを算出する算出装置であって、
前記第２の基板を前記凸状に変形させる凸量、前記第２の基板を保持すべく前記第２の基板の外周部分を吸着する吸着面積、および、前記第２の基板の保持を解除するタイミング、の少なくとも一つを、前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて算出する、算出装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の算出装置を備え、
前記算出装置で算出したパラメータを用いて、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる、基板貼り合わせ装置。
【請求項２６】
第１の基板を保持する第１の保持部と、
第２の基板を保持する第２の保持部と、
を備え、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部とを接触させた後に初期貼り合わせ領域を形成し、前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、
前記初期貼り合わせ領域は、前記第１の基板と第２の基板との間の貼り合せ後の位置ずれが閾値以下となる大きさである、基板貼り合わせ装置。
【請求項２７】
第１の基板を保持する第１の保持部と、
第２の基板を保持する第２の保持部と、
を備え、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成し、前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、
前記初期貼り合わせ領域が形成されたことを判断する判断部を更に備え、
前記第２の保持部は、前記初期貼り合わせ領域が形成されたと前記判断部により判断された場合に前記第２の基板を解放する、基板貼り合わせ装置。
【請求項２８】
第１の基板を第１の保持部に保持する段階と、
第２の基板を第２の保持部に保持する段階と、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成する段階と、
前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる段階と
を備え、
前記初期貼り合わせ領域は、前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて設定される、基板貼り合わせ方法。
【請求項２９】
前記初期貼り合わせ領域を設定する段階を更に備える、
請求項２８に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３０】
前記初期貼り合わせ領域を設定する段階は、前記第２の基板が局所的な湾曲を有していた場合に前記第１の基板と前記第２の基板との貼り合わせによって前記第２の基板に生じる非線形歪みに起因して、貼り合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の間に発生する非線形な位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるように、前記歪みに関する情報に基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する段階を含む、
請求項２９に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３１】
前記初期貼り合わせ領域を前記設定する段階は、前記第２の基板の貼り合わせ面内における反りの発生位置と反りの大きさとに基づいて、前記初期貼り合わせ領域を設定する段階を含む、
請求項２９または３０に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３２】
第１の基板と凸状に変形させている第２の基板とをそれぞれ保持した状態で互いに接触させ、前記第２の基板の保持を解除することにより前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせるときに用いられるパラメータを算出する算出方法であって、
前記第２の基板を前記凸状に変形させる凸量、前記第２の基板を保持すべく前記第２の基板の外周部分を吸着する吸着面積、および、前記第２の基板の保持を解除するタイミング、の少なくとも一つのパラメータを、前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて算出する段階を備える、算出方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の算出方法でパラメータを算出する段階と、
算出された前記パラメータを用いて、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる段階と、
を備える、基板貼り合わせ方法。
【請求項３４】
第１の基板を第１の保持部に保持する段階と、
第２の基板を第２の保持部に保持する段階と、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成する段階と、
前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる段階と、
を備え、
前記初期貼り合わせ領域は、前記第１の基板と第２の基板との間の貼り合せ後の位置ずれが閾値以下となる大きさである、基板貼り合わせ方法。
【請求項３５】
第１の基板を第１の保持部に保持する段階と、
第２の基板を第２の保持部に保持する段階と、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成する段階と、
前記初期貼り合わせ領域が形成されたことを判断する段階と、
前記初期貼り合わせ領域が形成されたと判断された場合に、前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる段階と
を備える、基板貼り合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板貼り合わせ装置、算出装置、基板貼り合わせ方法および算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の基板のうち、一方の基板を保持した状態を維持し、他方の基板の保持を解除することにより他方の基板を一方の基板に向けて解放することで、一対の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ方法が知られている（例えば、特許文献１）。
［特許文献１］特開２０１５−９５５７９号公報【０００３】
上記の方法において、貼り合わせ時に解放される一方の基板は、その基板の湾曲状態にかかわらず同一の条件で中心部を押圧して中凸形状に変形させ、その中心部を他方の基板の中心部と当接させて、互いに貼り合わされた領域を外周方向に向けて順次拡大させている。そのため、貼り合わせる一方の基板の湾曲状態に応じて、貼り合わせた二つの基板間に生じる位置ずれ量が大きく異なる場合があった。
【一般的開示】
【０００４】
本発明の一態様においては、第１の基板を保持する第１の保持部と、第２の基板を保持する第２の保持部と、を備え、第１の基板の一部と第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成し、初期貼り合わせ領域が形成された第２の基板を第２の保持部から解放することにより、第１の基板および第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、初期貼り合わせ領域は、第２の基板の歪みに関する情報に基づいて設定される基板貼り合わせ装置が提供される。
【０００５】
本発明の一態様においては、第１の基板と凸状に変形させている第２の基板とをそれぞれ保持した状態で互いに接触させ、第２の基板の保持を解除することにより第１の基板と第２の基板とを貼り合わせるときに用いられるパラメータを算出する算出装置であって、第２の基板を凸状に変形させる凸量、第２の基板を保持すべく第２の基板の外周部分を吸着する吸着面積、および、第２の基板の保持を解除するタイミング、の少なくとも一つを、第２の基板の歪みに関する情報に基づいて、算出する、算出装置が提供される。
【０００６】
本発明の一態様においては、第１の基板を保持する第１の保持部と、第２の基板を保持する第２の保持部と、を備え、第１の基板の一部と第２の基板の一部とを接触させた後に初期貼り合わせ領域を形成し、初期貼り合わせ領域が形成された第２の基板を第２の保持部から解放することにより、第１の基板および第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、初期貼り合わせ領域は、第１の基板と第２の基板との間の貼り合せ後の位置ずれが閾値以下となる大きさである、基板貼り合わせ装置が提供される。
【０００７】
本発明の一態様においては、第１の基板を保持する第１の保持部と、第２の基板を保持する第２の保持部と、を備え、第１の基板の一部と第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成し、初期貼り合わせ領域が形成された第２の基板を第２の保持部から解放することにより、第１の基板および第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、初期貼り合わせ領域が形成されたことを判断する判断部を更に備え、第２の保持部は、初期貼り合わせ領域が形成されたと判断部により判断された場合に第２の基板を解放する、基板貼り合わせ装置が提供される。
【０００８】
本発明の一態様においては、第１の基板を第１の保持部に保持する段階と、第２の基板を第２の保持部に保持する段階と、第１の基板の一部と第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成する段階と、初期貼り合わせ領域が形成された第２の基板を第２の保持部から解放することにより、第１の基板および第２の基板を貼り合わせる段階とを備え、初期貼り合わせ領域は、第２の基板の歪みに関する情報に基づいて設定される、基板貼り合わせ方法が提供される。
【０００９】
本発明の一態様においては、第１の基板と凸状に変形させている第２の基板とをそれぞれ保持した状態で互いに接触させ、第２の基板の保持を解除することにより第１の基板と第２の基板とを貼り合わせるときに用いられるパラメータを算出する算出方法であって、第２の基板を凸状に変形させる凸量、第２の基板を保持すべく第２の基板の外周部分を吸着する吸着面積、および、第２の基板の保持を解除するタイミング、の少なくとも一つのパラメータを、第２の基板の歪みに関する情報に基づいて算出する段階を備える、算出方法が提供される。
【００１０】
本発明の一態様においては、第１の基板を第１の保持部に保持する段階と、第２の基板を第２の保持部に保持する段階と、第１の基板の一部と第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成する段階と、初期貼り合わせ領域が形成された第２の基板を第２の保持部から解放することにより、第１の基板および第２の基板を貼り合わせる段階と、を備え、初期貼り合わせ領域は、第１の基板と第２の基板との間の貼り合せ後の位置ずれが閾値以下となる大きさである、基板貼り合わせ方法が提供される。
【００１１】
本発明の一態様においては、第１の基板を第１の保持部に保持する段階と、第２の基板を第２の保持部に保持する段階と、第１の基板の一部と第２の基板の一部との間に初期貼り合わせ領域を形成する段階と、初期貼り合わせ領域が形成されたことを判断する段階と、初期貼り合わせ領域が形成されたと判断された場合に、初期貼り合わせ領域が形成された第２の基板を第２の保持部から解放することにより、第１の基板および第２の基板を貼り合わせる段階とを備える、基板貼り合わせ方法が提供される。
【００１２】
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。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得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】基板貼り合わせ装置１００の模式的平面図である。
【図２】基板２１０、２３０の模式的平面図である。
【図３】基板２１０、２３０を積層して積層基板２９０を作製する手順を示す流れ図である。
【図４】基板ホルダ２２０の模式的平面図（Ａ）と、模式的平面図（Ａ）のＩ−Ｉ線で切断した場合の基板２１０を保持した基板ホルダ２２０の模式的断面図（Ｂ）である。
【図５】基板ホルダ２４０の模式的平面図（Ａ）と、模式的平面図（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線で切断した場合の基板２３０を保持した基板ホルダ２４０の模式的断面図（Ｂ）である。
【図６】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図７】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図８】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図９】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図１０】貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的断面図である。
【図１１】貼り合わせ部３００の模式的断面図である。
【図１２】貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的断面図である。
【図１３】貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的平面図である。
【図１４】貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的断面図である。
【図１５】検出器３４２の動作を説明する模式的断面図である。
【図１６】検出器３４２の動作を説明する模式的断面図である。
【図１７】貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的平面図である。
【図１８】貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的断面図である。
【図１９】平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２４０上での基板２１０、２３０の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【図２０】平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２４０上での基板２１０、２３０の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【図２１】平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２４０上での基板２１０、２３０の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【図２２】平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２４０を用いた場合に生じる空気抵抗起因の倍率歪みによる積層基板２９０での位置ずれを示す模式図である。
【図２３】湾曲した保持面を有する固定側用の基板ホルダ２４０を用いて空気抵抗起因の倍率歪みを補正した場合の、基板ホルダ２４０上での基板２１０、２３０の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【図２４】シリコン単結晶基板２０８における結晶異方性とヤング率との関係を示す模式である。
【図２５】シリコン単結晶基板２０９における結晶異方性とヤング率との関係を示す模式である。
【図２６】貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の歪みによる積層基板２９０での位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるように予め配置が補正された複数の回路領域２１６が表面に形成されている基板６１０、６３０を示す模式図である。
【図２７】解除側の基板２１０が局所的な湾曲を有していた場合に生じる非線形歪みによる積層基板２９０での位置ずれを示す模式図である。
【図２８】撓み計測と反りの算出方法を説明する図である。
【図２９】外周通気路８２２を有する基板ホルダ８２０を用いて基板２１０、２３０を貼り合わせる過程（Ａ）と、最外周通気路６２２を有する基板ホルダ２２０を用いて基板２１０、２３０を貼り合わせる過程（Ｂ）との対比を説明する説明図である。
【図３０】基板ホルダ９２０の模式的平面図である。
【図３１】図３０の模式的平面図のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した場合の、基板２１０を保持した基板ホルダ９２０の模式的断面図である。
【図３２】内周通気路９３１、外周通気路９３２および最外周通気路９３３を有する基板ホルダ９２０を用いて基板２１０、２３０を貼り合わせる過程を説明する説明図である。
【図３３】解除側の基板２１０におけるグローバル反りの有無に応じて初期貼り合わせ領域の設定を変更する場合を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態を説明する。下記の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。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。
【００１５】
図１は、基板貼り合わせ装置１００の模式的平面図である。基板貼り合わせ装置１００は、筐体１１０と、貼り合わせる基板２１０、２３０を収容する基板カセット１２０と、少なくとも２つの基板２１０、２３０を貼り合わせて作製された積層基板２９０を収容する基板カセット１３０と、制御部１５０と、搬送部１４０と、貼り合わせ部３００と、基板２１０、２３０を保持する基板ホルダ２２０、２４０を収容するホルダストッカ４００と、プリアライナ５００とを備える。筐体１１０の内部は温度管理されており、例えば、室温に保たれる。
【００１６】
搬送部１４０は、単独の基板２１０、２３０、基板ホルダ２２０、２４０、基板２１０、２３０を保持した基板ホルダ２２０、２４０、複数の基板２１０、２３０を積層して形成した積層基板２９０等を搬送する。制御部１５０は、基板貼り合わせ装置１００の各部を相互に連携させて統括的に制御する。また、制御部１５０は、外部からのユーザの指示を受け付けて、積層基板２９０を製造する場合の製造条件を設定する。更に、制御部１５０は、基板貼り合わせ装置１００の動作状態を外部に向かって表示するユーザインターフェイスも有する。
【００１７】
貼り合わせ部３００は、各々が基板ホルダ２２０、２４０を介して基板２１０、２３０を保持する、対向する一対のステージを有する。貼り合わせ部３００は、一対のステージに保持させた一対の基板２１０、２３０を相互に位置合わせした後、一対の基板２１０、２３０のうち一方の保持を維持した状態で、他方の保持を解除することにより他方をその一方に向けて解放することで、一対の基板２１０、２３０を互いに接触させて貼り合わせることにより積層基板２９０を形成する。以降の説明において、基板２１０を固定側の基板２１０と呼び、基板２３０を解除側の基板２３０と呼ぶ場合がある。
【００１８】
プリアライナ５００は、基板２１０、２３０と基板ホルダ２２０、２４０との位置合わせをそれぞれ行い、基板２１０、２３０を基板ホルダ２２０、２４０に保持させる。基板ホルダ２２０、２４０は、アルミナセラミックス等の硬質材料により形成されており、静電チャックや真空チャック等により基板２１０、２３０を吸着して保持する。
【００１９】
上記のような基板貼り合わせ装置１００においては、素子、回路、端子等が形成された基板２１０、２３０の他に、未加工のシリコンウエハ、Ｇｅを添加したＳｉＧｅ基板、Ｇｅ単結晶基板、ＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＶＩ族等の化合物半導体ウエハ、および、ガラス基板等を貼り合わせることもできる。貼り合わせる対象は、回路基板および未加工基板であっても、未加工基板同士であってもよい。貼り合わされる基板２１０、２３０は、それ自体が、既に積層された複数の基板を有する積層基板２９０であってもよい。
【００２０】
図２は、基板貼り合わせ装置１００において貼り合わせる基板２１０、２３０の模式的平面図である。基板２１０、２３０はそれぞれ、ノッチ２１４、２３４と、複数の回路領域２１６、２３６と、複数のアライメントマーク２１８、２３８とを有する。
【００２１】
複数の回路領域２１６、２３６は、基板２１０、２３０のそれぞれの表面に形成された構造物の一例であり、基板２１０、２３０のそれぞれの表面で面方向に周期的に配される。複数の回路領域２１６、２３６の各々には、フォトリソグラフィ技術等によって形成された配線、保護膜等の構造物が設けられる。複数の回路領域２１６、２３６には、基板２１０、２３０を他の基板２３０、２１０、リードフレーム等に電気的に接続する場合に接続端子となるパッド、バンプ等の接続部も配される。接続部も、基板２１０、２３０の表面に形成された構造物の一例である。
【００２２】
複数のアライメントマーク２１８、２３８もまた、基板２１０、２３０の表面に形成された構造物の一例であり、複数の回路領域２１６、２３６の相互の間に配されたスクライブライン２１２、２３２に配される。複数のアライメントマーク２１８、２３８は、基板２１０、２３０を他の基板２３０、２１０と位置合わせする際の指標である。
【００２３】
図３は、基板貼り合わせ装置１００において一対の基板２１０、２３０を積層して積層基板２９０を作製する手順を示す流れ図である。ここでは、基板２３０を貼り合わせ部３００の一対のステージの固定側にし、基板２１０を解除側にすると予め決定しているものとする。先ず、制御部１５０が、少なくとも解除側の基板２１０における局所的な湾曲に関する情報を取得し（ステップＳ１０１）、取得した情報に含まれる基板２１０の局所的な湾曲の特性に基づいて、解除側の基板２１０の貼り合わせ面の一部の領域である初期貼り合わせ領域を予め設定する（ステップＳ１０２）。なお、局所的な湾曲に関する情報は、歪みに関する情報に含まれる。また、制御部１５０は、歪に関する情報に基づいて初期貼り合わせ領域を設定する設定部の一例である。
【００２４】
次に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０は、解除側用の基板ホルダ２２０と、解除側の基板２１０とを、順次プリアライナ５００に搬入する（ステップＳ１０３）。プリアライナ５００において、基板２１０を解除側用の基板ホルダ２２０に保持させる（ステップＳ１０４）。固定側の基板２３０についても基板２１０と同様に、制御部１５０からの出力に基づき、搬送部１４０が、固定側用の基板ホルダ２４０と、固定側の基板２３０とを、順次プリアライナ５００に搬入し（ステップＳ１０３）、プリアライナ５００において、基板２３０を固定側用の基板ホルダ２４０に保持させる（ステップＳ１０４）。
【００２５】
図４は、ステップＳ１０４で用いられる基板ホルダ２２０の模式的平面図（Ａ）と、模式的平面図（Ａ）の基板ホルダ２２０の中心で屈折するＩ−Ｉ線で切断した場合の基板２１０を保持した基板ホルダ２２０の模式的断面図（Ｂ）である。基板ホルダ２２０は、本体部２２９と突出部材２５０とを有する。
【００２６】
本体部２２９は、平坦な保持面２２１と、保持面２２１上において基板ホルダ２２０の中心と同心円状に形成された３つの円環状の支持部２２５、２２６、２２７と、保持面２２１上における複数の支持部２２５等の間に略等間隔で複数形成された支持ピン２２４と、保持面２２１上の略中央において一端が解放されている円筒状に形成された凹部２２３とを有する。３つの支持部２２５、２２６、２２７は、基板ホルダ２２０の中心側からこの順で位置する。支持部２２５は、内周面が円筒状の凹部２２３の内周面と揃っていて、保持面２２１上で凹部２２３の周囲を囲む。支持部２２７は、基板ホルダ２２０に保持される基板２１０の外形と略同一の外形を有する。支持部２２６は、保持面２２１上において支持部２２７よりも少し中心側に位置し、支持部２２７と共に基板ホルダ２２０の最外周側に円環状の溝を形成する。支持部２２５と支持部２２６との間に形成されている複数の支持ピン２２４の密度は、支持部２２６と支持部２２７との間に形成されている複数の支持ピン２２４の密度よりも粗である。支持部２２５等および複数の支持ピン２２４は、保持面２２１から同じ量だけ突出し、突出した各先端部は同一平面上に位置する。そのため、支持部２２５等および複数の支持ピン２２４の突出した各先端部は何れも、基板ホルダ２２０に載置された基板２１０に接する。なお、図４の（Ａ）では、説明の明確化のため、複数の支持ピン２２４の図示を省略している。以下、基板２１０の面内における径方向の中央側の領域であって、基板ホルダ２２０の支持部２２５と支持部２２６との間で吸着される領域を、基板２１０の内周領域と呼ぶ場合がある。また、基板２１０の面内における径方向の外側の領域であって、基板ホルダ２２０の支持部２２６と支持部２２７との間で吸着される領域を、基板２１０の最外周領域と呼ぶ場合がある。
【００２７】
本体部２２９は更に、凹部２２３の内周壁に外周が接続された２枚の板バネ２５５と、外周が２枚の板バネ２５５の内周に接続された円柱状の突出部材２５０とを有する。突出部材２５０は、板バネ２５５が外部から一定以上の凹部２２３から離れる方向の力を受けて弾性変形することによって、支持部２２５等および複数の支持ピン２２４の突出した各先端部が位置する平面から突出する。突出部材２５０は、板バネ２５５が外部から一定以上の凹部２２３から離れる方向の力を受けていない状態において、該平面から突出しない。なお、突出部材２５０は、板バネ２５５の弾性力によって該平面から突出し、外部から凹部２２３側への一定以上の押し込み荷重を受けた場合に、凹部２２３内へと押し込まれる構成としてもよい。この場合の板バネ２５５の弾性力は、少なくとも基板２１０を変形させるのに必要な力を有する。
【００２８】
本体部２２９は更に、中心通気路６２５と、内周通気路６２１と、最外周通気路６２２とを有する。中心通気路６２５は、凹部２２３の底面に開口した排気孔を一端に有し、他端が基板ホルダ２２０の外部の制御バルブ７２１を介して正圧源７３１および開放端７４１に選択的に結合される。内周通気路６２１は、保持面２２１上における支持部２２５と支持部２２６との間であって複数の支持ピン２２４が形成されていない箇所に開口した、略等間隔で位置する複数の吸気孔を一端に有し、他端が基板ホルダ２２０の外部の制御バルブ７２４を介して負圧源７３４および開放端７４４に選択的に結合される。最外周通気路６２２は、保持面２２１上における支持部２２６と支持部２２７との間であって複数の支持ピン２２４が形成されていない箇所に開口した、略等間隔で位置する複数の吸気孔を一端に有し、他端が基板ホルダ２２０の外部の制御バルブ７２７を介して負圧源７３７および開放端７４７に選択的に結合される。最外周通気路６２２の一端における複数の吸気孔は、内周通気路６２１の一端における複数の吸気孔よりも数が多く、より密に配されている。最外周通気路６２２の一端における複数の吸気孔は、基板２１０の最外周領域を吸着可能とすべく基板ホルダ２２０の最外周に設けられているが、図４の（Ｂ）に示されるように最外周通気路６２２を基板ホルダ２２０の内部で面方向に延びるように形成することで、その他端を基板ホルダ２２０の中心側に寄せて配置している。これにより、基板ホルダ２２０は、基板ホルダ２２０を保持して基板ホルダ２２０の各通気路に吸気又は排気を与えるための空気配管が基板ホルダ２２０保持面の中央に集中して形成されているバキュームプレートや基板貼り合わせステージなどにも適応可能である。
【００２９】
制御バルブ７２４、７２７は、制御部１５０の制御の下に、内周通気路６２１、最外周通気路６２２のそれぞれを負圧源７３４、７３７に選択的に連通させる。基板２１０が支持部２２５等および複数の支持ピン２２４上に載置された状態で、制御バルブ７２４、７２７が内周通気路６２１、最外周通気路６２２のそれぞれを負圧源７３４、７３７に連通させた場合、内周通気路６２１および最外周通気路６２２のそれぞれの複数の吸気孔に負圧が作用する。これにより、基板２１０と保持面２２１との間であって、支持部２２５と支持部２２６との間の空間、及び、支持部２２６と支持部２２７との間の空間がそれぞれ減圧され、基板２１０が基板ホルダ２２０に吸着される。一方で、基板２１０が基板ホルダ２２０に吸着された状態から、制御バルブ７２４、７２７が内周通気路６２１、最外周通気路６２２のそれぞれを開放端７４４、７４７に連通させた場合、基板ホルダ２２０による基板２１０の吸着が解除される。内周通気路６２１と最外周通気路６２２とは、制御部１５０によって別個に制御される制御バルブ７２４、７２７にそれぞれ結合され、それぞれの一端の複数の吸着孔が支持部２２６によって互いに隔離された各空間に開口しているので、基板ホルダ２２０は、制御部１５０の制御の下に、基板２１０の内周領域と最外周領域とを別個に吸着でき、且つ、別個に吸着を解除できる。換言すると、基板ホルダ２２０は、互いに隔離されて独立している２つの吸着領域を有している。
【００３０】
制御バルブ７２１は、制御部１５０の制御の下に、中心通気路６２５を正圧源７３１および開放端７４１に選択的に連通させる。制御バルブ７２１が中心通気路６２５を正圧源７３１に連通させた場合、中心通気路６２５の排気孔に正圧が作用して、凹部２２３、板バネ２５５および突出部材２５０で包囲された空間が加圧され、板バネ２５５が凹部２２３から離れる方向に弾性変形されることによって突出部材２５０が上記の平面から突出し、その結果、支持部２２５の内側に位置する基板２１０の一部の領域が同方向に変形される。基板ホルダ２２０は、制御部１５０の制御の下に、基板２１０を吸着した状態でこのように基板２１０を変形させることによって、基板２１０の該一部の領域を基板ホルダ２２０から離れる方向に急峻に突出させることができ、また、加える荷重を調整することによって、その突出量を調整できる。突出部材２５０の突出量は、制御部１５０によって、基板２１０の局所的な湾曲の特性に基づいて設定される。制御部１５０は、突出部材２５０の突出量を調整することによって、初期貼り合わせ領域８０３の大きさを調整する。
【００３１】
図４の（Ｂ）における模式的断面図には、基板ホルダ２２０が、基板２１０を吸着した状態で、突出部材２５０を上記の平面から突出させることによって基板２１０の中央付近の領域Ｃを急峻に突出させた状態が示されている。図中、突出部材２５０の当接部２５１までの高さＡは、凹部２２３の深さと支持部２２５の高さとの和Ｂよりも高く、当接部２５１は上記の平面から突出している。これにより、基板ホルダ２２０に吸着された平坦な基板２１０の中央付近の領域Ｃには急峻に突出した隆起部２１５が形成される。隆起部２１５の高さＤは、突出部材２５０の当接部２５１が上記の平面から突出する量と同程度またはそれよりも僅かに高く、例えば、当接部２５１が突出する量が５０μｍの場合、隆起部２１５の高さＤは約７０μｍとなる。
【００３２】
本体部２２９は更に、保持面２２１上における支持部２２５と支持部２２６との間であって複数の支持ピン２２４が形成されていない３箇所に形成された、基板ホルダ２２０を厚さ方向に貫通する３つの観察孔６０１、６０２、６０３と、保持面２２１上における支持部２２６と支持部２２７との間に形成された、基板ホルダ２２０を厚さ方向に貫通する観察孔６０４とを有する。４つの観察孔６０１、６０２、６０３、６０４は、図４の（Ａ）の模式的平面図において基板ホルダ２２０の中心で屈折する直線状のＩ−Ｉ線と重なって示されるように、基板ホルダ２２０の径方向に沿う略同一直線上に位置する。３つの観察孔６０１、６０２、６０３は、基板ホルダ２２０の中心寄りに、基板ホルダ２２０の中心側からこの順で略等間隔に位置する。なお、観察孔６０１等はそれぞれ、基板２１０を観察する場合に使用する照明光の波長に対して透明な材料で充填され、観察孔６０１等の両端は、基板ホルダ２２０の両平面と共に、円滑に形成される。
【００３３】
基板ホルダ２２０の観察孔６０１等に対して、基板２１０の所定の箇所が対向するように、基板ホルダ２２０と基板２１０とが位置合わせされる。具体的には、基板貼り合わせ装置１００の制御部１５０から送信される基板２１０の局所的な湾曲に関する情報に基づいて、プリアライナ５００が、基板ホルダ２２０に設けられた観察孔６０１から６０４が位置する線上に、基板２１０の所定の箇所が位置するように、基板ホルダ２２０と基板２１０とを位置合わせする。例えば、プリアライナ５００は、基板２１０の面内における局所的な湾曲が最も大きい箇所が、基板ホルダ２２０に設けられた観察孔６０１から６０４が位置する線上に位置するよう位置合わせする。
【００３４】
なお、基板ホルダ２２０の突出部材２５０は、空圧によって突出量が調整される構成として説明したが、この構成に代えて、突出部材２５０を着脱可能にし、高さが異なる複数の突出部材２５０を交換することによって突出量を可変としてもよい。これによっても、空圧式の突出部材２５０と同様に、所望の突出量を提供できる。
【００３５】
図５は、基板ホルダ２４０の模式的平面図（Ａ）と、模式的平面図（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線で切断した場合の基板２３０を保持した基板ホルダ２４０の模式的断面図（Ｂ）である。基板ホルダ２４０は、本体部２４９を有する。
【００３６】
本体部２４９は、平坦な保持面２４１と、保持面２４１上において基板ホルダ２４０の中心と同心円状に形成された円環状の支持部２４７と、保持面２４１上における支持部２４７の内側に略等間隔で複数形成された支持ピン２４４とを有する。支持部２４７は、基板ホルダ２４０に保持される基板２３０の外形と略同一の外形を有する。支持部２４７および複数の支持ピン２４４は、保持面２４１から同じ量だけ突出し、突出した各先端部は同一平面上に位置する。そのため、支持部２４７および複数の支持ピン２４４の突出した各先端部は何れも、基板ホルダ２４０に載置された基板２３０に接する。なお、図５の（Ａ）では、説明の明確化のため、複数の支持ピン２４４の図示を省略している。
【００３７】
本体部２４９は更に、保持面２４１上における支持部２４７の内側であって複数の支持ピン２４４が形成されていない箇所に開口した、略等間隔で位置する複数の吸気孔を一端に有し、他端が基板ホルダ２４０の外部の制御バルブ７５１を介して負圧源７６１および開放端７７１に選択的に結合される通気路６４０を備える。通気路６４０の一端における複数の吸気孔は基板ホルダ２４０の最外周にまで設けられているが、図５の（Ｂ）に示されるように通気路６４０を基板ホルダ２４０の内部で面方向に延びるように形成することで、その他端を基板ホルダ２２０の略中央に配置している。これにより、基板ホルダ２４０は、基板ホルダ２２０と同様に、基板ホルダ２４０を保持して基板ホルダ２４０の通気路６４０に吸気を与えるための空気配管が基板ホルダ２４０保持面の中央に集中して形成されているバキュームプレートや基板貼り合わせステージなどにも適応可能である。
【００３８】
制御バルブ７５１は、制御部１５０の制御の下に、通気路６４０を負圧源７６１に選択的に連通させる。基板２３０が支持部２４７および複数の支持ピン２４４上に載置された状態で、制御バルブ７５１が通気路６４０を負圧源７６１に連通させた場合、通気路６４０の複数の吸気孔に負圧が作用する。これにより、基板２３０と保持面２４１との間であって支持部２２７の内側の空間が減圧され、基板２３０が基板ホルダ２４０に吸着される。一方で、基板２３０が基板ホルダ２４０に吸着された状態から、制御バルブ７５１が通気路６４０を開放端７７１に連通させた場合、基板ホルダ２４０による基板２３０の吸着が解除される。図５の（Ｂ）における模式的断面図には、基板ホルダ２４０が、基板２３０を吸着した状態が示されており、基板ホルダ２４０に吸着された基板２３０は、上記の平面に位置し、平坦な状態である。
【００３９】
なお、図４および図５のそれぞれに示された基板ホルダ２２０、２４０は何れも、本体部２２９、２４９の断面形状が略方形のものとして説明したが、これに代えて、周縁部から中央部に向けて厚さが徐々に増加する断面形状等を有してもよい。これにより、基板ホルダ２２０、２４０に吸着して保持された基板２１０、２３０は、保持面２２１、２４１に密着して、保持面２２１、２４１の形状に倣って全体が湾曲する。よって、保持面２２１、２４１の表面が曲面、例えば、円筒面、球面、放物面等をなす場合は、吸着された基板２１０、２３０も、そのような曲面をなすように全体の形状が変化する。
【００４０】
基板２１０、２３０を個別に保持した基板ホルダ２２０、２４０を、図６に示すように、貼り合わせ部３００に順次搬入して各ステージに固定する（ステップＳ１０５）。ここからの説明において適宜参照する図６から図９、及び、図１１は、貼り合わせ部３００の模式的断面図である。ここで、貼り合わせ部３００は、枠体３１０、上ステージ３２２および下ステージ３３２を備える。
【００４１】
上ステージ３２２は、枠体３１０の天板３１６に下向きに固定される。上ステージ３２２は、真空チャック、静電チャック等の保持機能を有する。図示の状態において、上ステージ３２２には、既に、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０が保持されている。上ステージ３２２は、保持した基板ホルダ２２０の４つの観察孔６０１、６０２、６０３、６０４の各位置に対応して設けられた４つの観察窓３６１、３６２、３６３、３６４を有する。観察窓３６１等の各々は、基板２１０を観察する場合に使用する照明光の波長に対して透明な材料で充填され、上ステージ３２２の下面は、観察窓３６１等が形成された領域も含めて、平坦な面を形成している。
【００４２】
貼り合わせ部３００は更に、上ステージ３２２の４つの観察窓３６１等に対応する位置に、枠体３１０の天板３１６を厚さ方向に貫通して設けられた４つの検出器３４１、３４２、３４３、３４４を備える。４つの検出器３４１等は、上ステージ３２２の下面に光学的に連通する４つの観察窓３６１等と、基板ホルダ２２０の４つの観察孔６０１等とを通じて、貼り合わせ部３００内で基板２１０、２３０間における貼り合わせ領域の広がりを観察する観察部３４５を形成する。観察部３４５は、初期貼り合わせ領域が貼り合わされたと判断する判断部の一例である。
【００４３】
４つの検出器３４１等は、例えば、受光部と光源とを用いて形成できる。この場合、上ステージ３２２に基板２１０を保持した基板ホルダ２２０が保持されると、４つの観察窓３６１等、及び、４つの観察孔６０１等を通じて、基板２１０、２３０等による反射光の光強度を４つの検出器３４１等で検出できる。
【００４４】
貼り合わせ部３００の下ステージ３３２は、枠体３１０の底板３１２に配されたＸ方向駆動部３３１に重ねられたＹ方向駆動部３３３の図中上面に搭載される。下ステージ３３２も、真空チャック、静電チャック等の保持機能を有する。図示の状態において、下ステージ３３２には、既に、基板２３０を保持した基板ホルダ２４０が保持されている。
【００４５】
天板３１６には、顕微鏡３２４および活性化装置３２６が上ステージ３２２の側方に固定される。顕微鏡３２４は、下ステージ３３２に間接的に保持された基板２１０の上面を観察できる。活性化装置３２６は、下ステージ３３２に間接的に保持された基板２１０の上面を清浄化するプラズマを発生する。
【００４６】
Ｘ方向駆動部３３１は、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｘで示す方向に移動する。Ｙ方向駆動部３３３は、Ｘ方向駆動部３３１上で、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｙで示す方向に移動する。Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３の動作を組み合わせることにより、下ステージ３３２は、底板３１２と平行に二次元的に移動する。
【００４７】
また、下ステージ３３２は、底板３１２に対して垂直に、矢印Ｚで示す方向に昇降する昇降駆動部３３８により支持される。これにより、下ステージ３３２は、Ｙ方向駆動部３３３に対して昇降できる。このように、下ステージ３３２は、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０を保持している上ステージ３２２との間で、基板ホルダ２２０に保持された基板２１０と基板ホルダ２４０に保持された基板２３０との相対位置を変位させる。
【００４８】
Ｘ方向駆動部３３１、Ｙ方向駆動部３３３および昇降駆動部３３８による下ステージ３３２の移動量は、干渉計等を用いて精密に計測される。
【００４９】
Ｙ方向駆動部３３３には、顕微鏡３３４および活性化装置３３６が、それぞれ下ステージ３３２の側方に搭載される。顕微鏡３３４は、上ステージ３２２に間接的に保持された下向きの基板２３０の下面を観察できる。活性化装置３３６は、上ステージ３２２に間接的に保持された基板２３０の下面を清浄化するプラズマを発生する。尚、この活性化装置３２６および３３６を貼り合わせ部３００とは別の装置に設け、上面を活性化した基板および基板ホルダをロボットによって活性化装置３２６、３３６から貼り合わせ部３００へと搬送するようにしてもよい。
【００５０】
なお、貼り合わせ部３００は、底板３１２に対して垂直な回転軸の回りに下ステージ３３２を回転させる回転駆動部、および、下ステージ３３２を揺動させる揺動駆動部を更に備えてもよい。これにより、下ステージ３３２を上ステージ３２２に対して平行にすると共に、下ステージ３３２に間接的に保持された基板２１０を回転させて、基板２１０、２３０の位置合わせ精度を向上させることができる。
【００５１】
顕微鏡３２４、３３４は、制御部１５０により、焦点を相互に合わせたり共通の指標を観察させたりすることによって較正される。これにより、貼り合わせ部３００における一対の顕微鏡３２４、３３４の相対位置が測定される。
【００５２】
図６に示した状態に続いて、図７に示すように、制御部１５０は、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３を動作させて、顕微鏡３２４、３３４により基板２１０、２３０の各々に設けられたアライメントマーク２１８、２３８を検出させる（ステップＳ１０６）。
【００５３】
次に、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で基板２１０、２３０のアライメントマーク２１８、２３８の位置を検出することにより、基板２１０、２３０の相対位置を算出する（ステップＳ１０７）。これにより、基板２１０、２３０を位置合わせする場合には、一対の基板２１０、２３０において対応するアライメントマーク２１８、２３８間の位置ずれ量が予め定められた閾値以下となるように、または、基板２１０、２３０間で対応する回路領域２１６、２３６または接続部の位置ずれ量が予め定められた閾値以下となるように、基板２１０、２３０の相対移動量を算出すればよい。位置ずれは、積層された基板２１０、２３０の間における、対応するアライメントマーク２１８、２３８同士の位置ずれ、および、対応する接続部同士の位置ずれを指し、二つの基板２１０、２３０のそれぞれに生じる歪みの量の差に起因する位置ずれを含む。
【００５４】
ここで、上記の位置ずれ量に対する閾値とは、基板２１０、２３０の相互の貼り合わせが完了したときに、基板２１０、２３０間に電気的な導通が可能となるずれ量であってもよく、基板２１０、２３０にそれぞれ設けられた構造物同士が少なくとも一部で接触するときのずれ量であってもよい。制御部１５０は、基板２１０、２３０間の位置ずれが閾値以上になった場合に、接続部同士が接触しない又は適切な電気的導通が得られない状態、もしくは接合部間に所定の接合強度が得られない状態であると判断してもよい。また、基板２１０、２３０の貼り合わせ過程で生じる歪みを貼り合わせ前に予め対処する場合、すなわち、貼り合わせを完了したときにその歪みによる位置ずれが補正されるように基板２１０、２３０の少なくとも一方を貼り合わせ前に変形させる場合は、一方の基板が変形した状態での位置を基準に閾値が設定されてもよい。
【００５５】
図７に示した状態に続いて、図８に示すように、制御部１５０は、一対の基板２１０、２３０の相対位置を記録し、一対の基板２１０、２３０の各々の貼り合わせ面を化学的に活性化する（ステップＳ１０８）。制御部１５０は、まず、下ステージ３３２の位置を初期位置にリセットした後に水平に移動させて、活性化装置３２６、３３６の生成したプラズマにより基板２１０、２３０の表面を走査させる。これにより、基板２１０、２３０のそれぞれの表面が清浄化され、化学的な活性が高くなる。なお、ステップＳ１０８における、基板２１０、２３０の活性化は、ステップＳ１０６の前に行ってもよい。また、基板２１０、２３０の活性化は、基板２１０、２３０を基板貼り合わせ装置１００に搬入する前に行ってもよい。また、基板２１０、２３０の活性化は、基板２１０、２３０を一旦基板貼り合わせ装置１００の外部に搬出して、外部で活性化した後、再度基板貼り合わせ装置１００に搬入してもよい。
【００５６】
プラズマに暴露する方法の他に、不活性ガスを用いたスパッタエッチング、イオンビーム、または、高速原子ビーム等により基板２１０、２３０の表面を活性化することもできる。イオンビームや高速原子ビームを用いる場合は、貼り合わせ部３００を減圧下にして生成することが可能である。また更に、紫外線照射、オゾンアッシャー等により基板２１０、２３０を活性化することもできる。更に、例えば、液体または気体のエッチャントを用いて、基板２１０、２３０の表面を化学的に清浄化することにより活性化してもよい。基板２１０、２３０の表面の活性化後、基板２１０、２３０の表面を親水化装置により親水化してもよい。
【００５７】
図８に示した状態に続いて、図９に示すように、制御部１５０は、基板２１０、２３０を相互に位置合わせする（図３のステップＳ１０９）。制御部１５０は、まず、最初に検出した顕微鏡３２４、３３４の相対位置と、ステップＳ１０６において検出した基板２１０、２３０のアライメントマーク２１８、２３８の位置とに基づいて、基板２１０、２３０の互いに対応する構造物の位置ずれ量が、少なくとも貼り合わせを完了したときに閾値以下となるように、下ステージ３３２を移動させる。
【００５８】
図１０は、貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的断面図である。図１０は、図９に示したステップＳ１０９の状態における基板２１０、２３０の状態を示している。図示のように、それぞれが基板ホルダ２２０、２４０を介して上ステージ３２２および下ステージ３３２に保持された基板２１０、２３０は、互いに位置合わせされた状態で対向する。図示される通り、基板ホルダ２２０に吸着された平坦な基板２１０の中央付近の領域Ｃには急峻に突出した隆起部２１５が形成されているので、対向する基板２１０、２３０の間隔は、基板２１０、２３０の中央付近が周縁部よりも小さい。
【００５９】
図９及び図１０に示した状態に続いて、図１１に示すように、制御部１５０は、昇降駆動部３３８を動作させて下ステージ３３２を上昇させ、基板２１０、２３０を相互に接近させる。そして、基板２１０、２３０の一部が互いに接触して、接触領域である貼り合わせ領域が形成される（ステップＳ１１０）。具体的には、基板２１０の隆起部２１５と、隆起部２１５に対向する基板２３０の一部の領域とが互いに接触して、既に活性化されている接触箇所に貼り合わせ領域が形成される。
【００６０】
図１２は、貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的断面図である。図１２は、図１１に示したステップＳ１１０の状態における基板２１０、２３０の状態を模式的に断面で示している。この段階において、制御部１５０は、制御バルブ７２４、７２７、７５１を制御して、基板ホルダ２２０の内周通気路６２１及び最外周通気路６２２と、基板ホルダ２４０の通気路６４０とを、それぞれ負圧源７３４、７３７、７６１に連通させている。よって、基板２１０、２３０は、それぞれ基板ホルダ２２０、２４０に吸着されており、上記の接触箇所以外の部分で、基板２１０、２３０が接触することは抑制されている。このように、突出部材２５０を有する基板ホルダ２２０を用いることにより、基板２１０、２３０にはただひとつの接触箇所が形成され、その結果、複数の接触箇所が別個に形成されることに起因する貼り合わせ面内のボイドの発生を抑止することができる。
【００６１】
図１３は、貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的平面図である。具体的には、図１１および１２に示したステップＳ１１０の状態における基板２１０、２３０の状態を模式的に基板２１０の背面の側から平面視で示している。基板２１０、２３０の間には、その面方向中央付近に貼り合わせ領域８０１が形成されている。このため、基板２１０、２３０は、中央付近から、基板２１０、２３０の径方向外側に向かって貼り合わせ領域８０１を広げる。
【００６２】
図１３には、制御部１５０によって予め設定された、基板２１０、２３０と略同心円状の円形の初期貼り合わせ領域８０３が示されている。本実施形態では、制御部１５０が、半径が異なる３つの同心円状の初期貼り合わせ領域８０３を予め定めておき、解除側の基板２１０の局所的な湾曲に関する情報に含まれる基板２１０の局所的な湾曲の特性に基づいて、この３つの初期貼り合わせ領域８０３のうちから１つの初期貼り合わせ領域８０３を選択する構成としている。このような構成に伴い、３つの初期貼り合わせ領域８０３に対応して、基板ホルダ２２０には予め３つの観察孔６０１、６０２、６０３が設けられ、貼り合わせ部３００の上ステージ３２２には３つの観察窓３６１から３６３が設けられている。制御部１５０が解除側の基板２１０の局所的な湾曲の特性に基づいて１つの初期貼り合わせ領域８０３を選択した場合、対応する観察孔と観察窓と検出器とが使用される。図１３では、選択された初期貼り合わせ領域８０３の周縁に、対応する観察孔６０２が位置している様子が示されている。
【００６３】
図１４は、貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的断面図である。図１２及び図１３に示した状態に続いて、図１４に示すように、制御部１５０は、上ステージ３２２において制御バルブ７２４を切り替えて、基板ホルダ２２０の内周通気路６２１を開放端７４４に連通させる。これにより、図中上側の基板２１０の内周領域は、基板ホルダ２２０による保持を解除され（ステップＳ１１１）、活性化された表面相互の分子間力等により、基板２１０、２３０が相互に自律的に貼り合わされる。この間、基板ホルダ２２０の最外周通気路６２２は未だ負圧源７３７に連通された状態が維持されている。これにより、図中上側の基板２１０の最外周領域は、基板ホルダ２２０による保持が維持され続ける。
【００６４】
基板２１０、２３０の表面は活性化されているので、一部が接触すると、基板２１０、２３０同士の分子間力により、隣接する領域が自律的に相互に吸着されて貼り合わされる。よって、例えば、上ステージ３２２に保持された基板ホルダ２４０による基板２３０の保持を解除することにより、基板２１０、２３０が貼り合わされた領域は、接触した部分から隣接する領域に順次拡がる。これにより、貼り合わされた領域が順次拡がっていくボンディングウェーブが発生し、基板２１０、２３０の貼り合わせが進行する。
【００６５】
ステップＳ１１１の実行後に、制御部１５０は、初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされたか否かを判断する（ステップＳ１１２）。図１５および１６は、検出器３４２の動作を説明する模式的断面図である。図１５は、ステップＳ１１１の実行後に、３つの初期貼り合わせ領域８０３のうちから選択された１つの初期貼り合わせ領域８０３に対して使用される検出器３４２による検出範囲で、基板２１０、２３０が接触する直前の状態を部分的に拡大して示す図である。図１５に示した領域は、図１４に点線Ｂで示した領域に対応する。
【００６６】
図示の状態においては、基板２１０、２３０相互の間に間隙Ｇ２が残っている。間隙Ｇ２は、貼り合わせ部３００内部の雰囲気等が基板２１０、２３０に挟まれることにより形成される。基板２１０、２３０に挟まれた雰囲気等は、基板２１０、２３０同士の分子間力により隣接する領域が自律的に相互に吸着されて順次貼り合わされることによって押し出され、やがて、基板２１０、２３０は相互に密着して貼り合わされるが、解除側の基板２１０の局所的な湾曲の特性、挟まれる雰囲気の密度等により、基板２１０、２３０が貼り合わされるまでに要する時間は、基板２１０、２３０の周方向に異なり得る。もちろん、当該時間は、基板２１０、２３０毎に、基板２１０、２３０の種類毎に、製造プロセス毎に、又は、製造ロット毎に異なり得る。
【００６７】
貼り合わせ部３００においては、基板２１０、２３０が上ステージ３２２および下ステージ３３２に挟まれた状態であっても、基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３の周縁における領域が、観察孔６０２および観察窓３６２を通じて検出器３４２に光学的に連通する。図示の例では、検出器３４２は、光源３５１および受光部３５２を有する。
【００６８】
光源３５１は、少なくとも一部が基板２１０を透過する波長の照射光を発生する。光源３５１が発生した照射光は、観察窓３６２および観察孔６０２を通じて基板２１０に向かって照射される。受光部３５２は、フォトダイオード等の光電気変換素子を有し、基板２１０、２３０等により反射された照射光を受光して、反射光強度に応じた電気信号を発生する。受光部３５２が発生した電気信号は、制御部１５０に入力される。
【００６９】
図中に一点鎖線で示すように、上ステージ３２２および下ステージ３３２の間では、屈折率が異なる媒体の境界に反射面が形成される。図示の例では、観察孔６０２と間隙Ｇ１との境界、間隙Ｇ１と基板２１０との境界、基板２１０と間隙Ｇ２との境界、間隙Ｇ２と基板２３０との境界、基板２３０と間隙Ｇ３との境界、間隙Ｇ３と基板ホルダ２４０との境界のそれぞれに反射面Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔが形成される。よって、観察窓３６２および観察孔６０２を通じて検出器３４１の光源３５１から照射された照射光は、反射面Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔの各々において反射され、再び観察孔６０２および観察窓３６２を通じて受光部３５２に入射することで、反射光の強度が検出される。
【００７０】
図１６は、図１５と同じ視点において、ステップＳ１１１の実行後に、基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされた状態を部分的に拡大して示す図である。基板２１０、２３０が貼り合わされて互いに密着すると、基板２１０、２３０とギャップＧ２との間に形成された一対の反射面Ｒ、Ｑが消滅する。このため、検出器３４２の照射光を反射する反射面の数が減り、検出器３４２が検出する反射光強度が低下する。よって、検出器３４２から出力される検出情報に基づいて、制御部１５０は、基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされたと判断できる。なお、ギャップＧ２が消滅する前のギャップＧ２の減少過程では、検出器３４２が検出する反射光強度に変化はあるものの、ギャップＧ２の減少に連れて反射光強度が減少するのではなく、照射光と反射光との間で干渉が起きることで反射光の明暗が繰り返される。
【００７１】
図１７は、貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的平面図である。具体的には、図１６に示した基板２１０、２３０の状態を模式的に基板２１０の背面の側から平面視で示している。図１３に示した基板２１０、２３０における貼り合わせ領域８０１は、基板２１０、２３０の中央付近から径方向外側に向かって広がったことが示されているが、貼り合わせ領域８０１の広がりの進行度合いは、基板２１０、２３０の周方向に不規則である。
【００７２】
ステップＳ１１１の実行後に、制御部１５０は、検出器３４２から出力される検出情報に基づいて、基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされていないと判断した場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）、引き続き検出器３４２からの検出情報を受信して判断を続行し、基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされたと判断した場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、上ステージ３２２において制御バルブ７２７を切り替えて、基板ホルダ２２０の最外周通気路６２２を開放端７４７に連通させる。これにより、図中上側の基板２１０の最外周領域も、基板ホルダ２２０による保持を解除され（ステップＳ１１３）、活性化された表面相互の分子間力等により、基板２１０、２３０の周縁まで相互に自律的に貼り合わされる。
【００７３】
すなわち、図示の例では、制御バルブ７２４を切り替えて基板ホルダ２２０の内周通気路６２１を開放端７４４に連通させることにより基板２１０のボンディングウェーブが発生してから、基板２１０の最外周領域が基板ホルダ２２０により保持されていることによって基板２１０に生じる吊り上げ力によりボンディングウェーブが停止するまでの間において、初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされたと判断されたとき又はその後に、最外周通気路６２２が開放端７４７に連通されることにより基板２１０の最外周領域が基板ホルダ２２０から解放される。
【００７４】
なお、図１５および図１６では、図中で照射光と反射光とを区別しやすくする目的で、照射光を基板２１０、２３０に対して傾けて照射しているかのように記載した。しかしながら、照射光を基板２１０、２３０に対して垂直に照射しても、ハーフミラー等の光学デバイスを用いることにより、反射光強度を検出する光学系を形成することができる。また、検出器３４２は、受光部３５２に換えて、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサを用いてもよい。また、検出器３４２の上記構造は、図６等に示した他の検出器３４１、３４３、３４４にも適用できる。
【００７５】
図１８は、貼り合わせ過程における基板２１０、２３０の状態を示す模式的断面図である。ステップＳ１１３の実行後に、制御部１５０は、基板２１０の周縁に位置する検出器３４４から出力される検出情報に基づいて、基板２１０、２３０の貼り合わせが完了していないと判断した場合（ステップＳ１１４：ＮＯ）、引き続き検出器３４４からの検出情報を受信して判断を続行し、基板２１０、２３０の貼り合わせが完了したと判断した場合（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、すなわち、図１８に示されるように基板２１０、２３０の貼り合わせ面内におけるボンディングウェーブの進行が完了した場合、所定時間の後に、基板２１０、２３０から形成された積層基板２９０を、搬送部１４０によって基板ホルダ２４０と共に貼り合わせ部３００から搬出する（ステップＳ１１５）。その後、プリアライナ５００において積層基板２９０と基板ホルダ２４０とを分離し、搬送部１４０によって積層基板２９０を基板カセット１３０に搬送する。なお、貼り合わせ部３００において積層基板２９０と基板ホルダ２４０とを分離し、積層基板２９０単体を搬送部１４０によって貼り合わせ部３００から搬出し、基板カセット１３０に搬送してもよい。
【００７６】
次に、初期貼り合わせ領域８０３の設定方法について説明する。特に、局所的な湾曲の特性に基づいて初期貼り合わせ領域８０３を設定する例を説明する。ここで、貼り合わせる前における解除側の基板２１０に局所的な湾曲が生じていると、貼り合わせ時に非線形歪みが生じる一要因となる。この場合、貼り合わせ部３００において、アライメントマーク２１８、２３８等に基づいて基板２１０、２３０の面方向における位置合わせをした場合であっても、基板２１０、２３０間の位置ずれを解消することができない場合がある。そこで、図３に示したステップＳ１０１およびステップＳ１０２においては、制御部１５０が、解除側の基板２１０の局所的な湾曲に関する情報を取得し、取得した情報に含まれる基板２１０の局所的な湾曲の特性に基づいて、解除側の基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３を予め設定する。そして、制御部１５０は、図１４から１８に示したように、貼り合わせ領域８０１が基板２１０、２３０の中央付近から外周に向かって広がることで予め設定した初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされることを検出するまで、基板ホルダ２２０による基板２１０の最外周領域の保持を維持する。
【００７７】
ここで、基板２１０、２３０に生じる歪みとは、基板２１０、２３０のそれぞれにおける構造物の設計座標すなわち設計位置からの変位である。基板２１０、２３０に生じる歪みは、平面歪み及び立体歪みを含む。
【００７８】
平面歪みは、基板２１０、２３０の貼り合わせ面に沿った方向に生じた歪みであり、基板２１０、２３０のそれぞれの構造物の設計位置に対して変位した位置が線形変換により表される線形歪みと、線形変換により表すことができない、線形歪み以外の非線形歪みと、を含む。
【００７９】
線形歪みは、変位量が中心から径方向に沿って一定の増加率で増加する倍率歪みを含む。倍率歪みは、基板２１０、２３０の中心からの距離Xにおける設計値からのずれ量をXで除算することにより得られる値であり、単位はｐｐｍである。倍率歪みには、等方倍率歪みが含まれる。等方倍率歪みは、設計位置からの変位ベクトルが有するＸ成分およびＹ成分が等しい、すなわち、Ｘ方向の倍率とＹ方向の倍率とが等しい歪みである。一方で、設計位置からの変位ベクトルが有するＸ成分およびＹ成分が異なる、すなわち、Ｘ方向の倍率とＹ方向の倍率とが異なる歪みである非等方倍率歪みは、非線形歪みに含まれる。
【００８０】
本実施形態では、二つの基板２１０、２３０のそれぞれにおける構造物のうち、少なくとも回路領域２１６、２３６の設計位置を基準とした倍率歪みの差が、二つの基板２１０、２３０間の位置ずれ量に含まれる。なお、貼り合わされる二つの基板２１０、２３０のそれぞれにおける回路領域２１６、２３６の設計位置は、貼り合わせによって生じる倍率歪みの差に起因する位置ずれ量を考慮して、異なるように設計されてもよい。
【００８１】
また、線形歪みは、直交歪みを含む。直交歪みは、基板の中心を原点として互いに直交するＸ軸およびＹ軸を設定したときに、構造物が原点からＹ軸方向に遠くなるほど大きな量で、設計位置からＸ軸方向に平行に変位している歪みである。当該変位量は、Ｘ軸に平行にＹ軸を横切る複数の領域のそれぞれにおいて等しく、変位量の絶対値は、Ｘ軸から離れるに従って大きくなる。さらに直交歪みは、Ｙ軸の正側の変位の方向とＹ軸の負側の変位の方向とが互いに反対である。
【００８２】
基板２１０、２３０の立体歪みは、基板２１０、２３０の貼り合わせ面に沿った方向以外の方向すなわち貼り合わせ面に交差する方向への変位である。立体歪みには、基板２１０、２３０が全体的にまたは部分的に曲がることにより基板２１０、２３０の全体または一部に生じる湾曲が含まれる。ここで、「基板が曲がる」とは、基板２１０、２３０が、当該基板２１０、２３０上の３点により特定された平面上に存在しない点を基板２１０、２３０の表面が含む形状に変化することを意味する。
【００８３】
また、湾曲とは、基板の表面が曲面をなす歪みであり、例えば基板２１０、２３０の反りが含まれる。本実施形態においては、反りは、重力の影響を排除した状態で基板２１０、２３０に残る歪みをいう。反りに重力の影響を加えた基板２１０、２３０の歪みを、撓みと呼ぶ。なお、基板２１０、２３０の反りには、基板２１０、２３０全体が概ね一様な曲率で屈曲するグローバル反りと、基板２１０、２３０の一部で局所的な曲率が変化して屈曲する、ローカル反りとが含まれる。
【００８４】
ここで、倍率歪みは、発生原因によって初期倍率歪み、吸着倍率歪み、及び、貼り合わせ過程倍率歪みに分類される。
【００８５】
初期倍率歪みは、アライメントマーク２１８、回路領域２１６等を基板２１０、２３０に形成するプロセスで生じた応力、スクライブライン２１２、回路領域２１６等の配置に起因する周期的な剛性の変化等により、基板２１０、２３０の設計仕様に対する乖離として、基板２１０、２３０を貼り合わせる前の段階から生じている。よって、基板２１０、２３０の初期倍率歪みは、基板２１０、２３０の積層を開始する前から知ることができ、例えば、基板２１０、２３０を製造した前処理装置から初期倍率歪みに関する情報を制御部１５０が取得してもよい。
【００８６】
吸着倍率歪みは、反り等の歪みが生じた基板２１０、２３０が、貼り合わせされることにより、または、平坦な保持部材に吸着されることにより、基板２１０、２３０に生じる歪みである。反りが生じた基板２１０、２３０を平坦な基板ホルダ２２０、２４０や下ステージ３３２に吸着して保持させると、基板２１０、２３０は、平坦な基板ホルダ２２０、２４０や下ステージ３３２の保持面の形状に倣って変形する。ここで、基板２１０、２３０が、反りを有する状態から基板ホルダ２２０、２４０や下ステージ３３２の保持面の形状に倣った状態に変化すると、保持する前に比べて基板２１０、２３０の歪み量が変化する。
【００８７】
これにより、基板２１０、２３０の表面における回路領域２１６の設計仕様に対する歪み量が保持する前に比べて変化する。基板２１０、２３０の歪み量の変化は、基板２１０、２３０に形成された回路領域２１６等の構造物の構造、当該構造物を形成するためのプロセス、保持前の基板２１０、２３０の反りの大きさ等に応じて異なる。吸着倍率歪みの大きさは、基板２１０、２３０に反り等の歪みが生じている場合に、その歪みと吸着倍率歪みとの相関を予め調べておくことにより、基板２１０、２３０の反り量および反り形状等を含む歪みの状態から算出できる。
【００８８】
貼り合わせ過程倍率歪みは、貼り合わせの過程で基板２１０、２３０に生じる歪みに起因して、新たに生じる倍率歪みの変化である。図１９、図２０および図２１は、平坦な保持面を有する固定側用の基板ホルダ２４０上での基板２１０、２３０の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。図１９、図２０および図２１には、貼り合わせ部３００で貼り合わされる過程にある基板２１０、２３０における、基板２１０、２３０が相互に接触した接触領域と、基板２１０、２３０が相互に接触せずに離れていてこれから貼り合わされる非接触領域との境界Ｋの付近の領域Ｑを拡大して示す。
【００８９】
図１９に示すように、互いに部分的に接触している基板２１０、２３０の接触領域が中央から外周に向かって面積を拡大する過程で、境界Ｋは、基板２１０、２３０の中央側から外周側に向かって移動する。境界Ｋ付近において、基板ホルダ２２０による保持を解除された基板２１０には、基板２３０との間に介在する雰囲気に起因して、より具体的には、例えば基板２３０との間に介在する空気を追い出す際の空気抵抗に起因して伸びが生じる。更に具体的には、境界Ｋにおいて、基板２１０の厚さ方向の中央の面に対して、基板２１０の図中下面側においては基板２１０が伸び、図中上面側においては基板２１０が収縮する。
【００９０】
これにより、図中に点線で示すように、基板２１０において、基板２３０に貼り合わされた領域の外端においては、基板２１０の表面における回路領域２１６の設計仕様に対する位置ずれが基板２３０に対して拡大したかのように歪む。このため、図中に点線のずれとして現れるように、基板ホルダ２４０に保持された下側の基板２３０と、基板ホルダ２２０による保持を解除された上側の基板２１０との間に、基板２１０の伸び量すなわち倍率歪みの相違に起因する位置ずれが生じる。
【００９１】
更に、図２０に示すように、上記の状態で基板２１０、２３０が互いに接触して貼り合わされると、基板２１０の拡大された倍率歪みが固定される。更に、図２１に示すように、貼り合わせにより固定される基板２１０の伸び量は、基板２１０、２３０の外周に境界Ｋが移動するほど累積される。
【００９２】
上記のような貼り合わせ過程倍率歪みの量は、貼り合わされる基板２１０、２３０の剛性、基板２１０、２３０に挟まれる雰囲気の粘性等の物理量に基づいて算出できる。また、貼り合わされる基板２１０、２３０と同一のロットで製造された基板を貼り合わせて生じたずれ量を予め測定して記録し、記録した測定値を当該ロットの基板２１０、２３０の貼り合わせにおいて生じる貼り合わせ過程倍率歪みに関する情報として制御部１５０が取得してもよい。なお、本実施形態において、貼り合せ過程は、基板２１０および基板２３０が、互いに一部で接触してから、接触領域の拡大が終了するまでの過程を含む。
【００９３】
図２２は、図１９から図２１を用いて説明した貼り合わせ方法に起因して生じる倍率歪みによる積層基板２９０での位置ずれを示す模式図である。図中の矢印は、解除側の基板２１０を基準としたときの固定側の基板２３０の位置ずれを示すベクトルであり、その方向により位置ずれの方向を表し、その長さにより位置ずれの大きさを表す。図示のずれは、積層基板２９０の中心点から面方向に放射状に漸増するずれ量を有する。なお、図示の倍率歪みは、基板２１０、２３０を貼り合わせる前に生じた初期倍率歪みおよび吸着倍率歪みと、基板２１０、２３０を貼り合わせる過程で生じた貼り合わせ過程倍率歪みとを含む。
【００９４】
なお、図１９から図２１を用いて説明した貼り合わせ方法によって基板２１０、２３０を貼り合わせる場合は、基板ホルダ２４０による基板２３０の保持を維持した状態で基板ホルダ２２０による基板２１０の保持を解除する。このため、基板２１０、２３０が貼り合わされる時点では、保持された基板２３０が形状を固定されているのに対して、保持が解除された基板２１０は歪みつつ貼り合わされる。よって、固定されたまま貼り合わされる基板２３０については貼り合わせ過程倍率歪みを考慮しなくてもよいが、保持を解除される基板２１０については、貼り合わせ過程倍率歪みを考慮することが望ましい。
【００９５】
固定側の基板２３０が、基板ホルダ２４０の形状等により歪んだ状態で保持されている場合、保持を解除された基板２１０に対しては、貼り合わせ過程倍率歪みと吸着倍率歪みとの両方を考慮することが望ましく、更には、歪んだ基板２３０の形状に基板２１０が倣うことにより生じる吸着倍率歪みのような歪みも考慮することが好ましい。
【００９６】
このように、図１９から図２１を用いて説明した貼り合わせ方法では、基板２１０、２３０の貼り合わせ後の最終的な倍率歪みの差は、基板２１０、２３０が当初より有している初期倍率歪みの差に、基板２１０、２３０を基板ホルダ２２０、２４０等に保持させた場合に生じる吸着倍率歪みの差と、貼り合わせの過程で保持が解除される基板２１０の貼り合わせ過程倍率歪みとが重なって形成される。
【００９７】
上述のように、図１９から図２１を用いて説明した方法で基板２１０、２３０を積層して形成される積層基板２９０に生じる位置ずれは、初期倍率歪みの差、吸着倍率歪みの差、および貼り合わせ過程倍率歪みの差の大きさと関連する。また、基板２１０、２３０に生じる倍率歪みは、反り等の基板の歪みと関連する。
【００９８】
更に、これら初期倍率歪みの差、吸着倍率歪みの差、および貼り合わせ過程倍率歪みの差は、上記のように、貼り合わせ前の測定、計算等により推定できる。よって、貼り合わせる基板２１０、２３０について推定された貼り合わせ後の最終的な倍率歪みの差に基づいて、この差を補正するための対策を予め講じることができる。
【００９９】
対策の一例として、固定側用の複数の基板ホルダ２４０から、その保持面の曲率が最終的な倍率歪みの差を補正できるものを選択することが考えられる。図２３は、湾曲した保持面を有する固定側用の基板ホルダ２４０を用いて空気抵抗起因の倍率歪みを補正した場合の、基板ホルダ２４０上での基板２１０、２３０の貼り合わせ過程を示す部分拡大図である。
【０１００】
図２３に示されるように、固定側用の基板ホルダ２４０の保持面２４１は湾曲している。このような形状の保持面２４１に基板２３０が吸着された場合、基板２３０が湾曲した状態では、図中に一点鎖線で示す基板２３０の厚さ方向の中心部Ａに比較して、基板２３０の図中の上面である表面では、基板２３０の表面が中心から周縁部に向けて面方向に拡大するように形状が変化する。また、基板２３０の図中の下面である裏面においては、基板２３０の表面が中心から周縁部に向けて面方向に縮小するように形状が変化する。
【０１０１】
このように、基板２３０を基板ホルダ２４０に保持させることにより、基板２３０の図中上側の表面は、基板２３０が平坦な状態に比較すると拡大される。このような形状の変化により、他の基板２１０との最終的な倍率歪みの差、すなわち、この差に起因する位置ずれを補正できる。更に、湾曲した保持面２４１の曲率が異なる複数の基板ホルダ２４０を用意し、最終的な倍率歪みの差に起因する位置ずれの量が予め定められた閾値以下となる曲率の保持面２４１を有する基板ホルダ２４０を選択することで、その補正量を調節できる。
【０１０２】
図２３における実施形態では、基板ホルダ２４０の保持面２４１は、中央で盛り上がる形状を有していた。これに代えて、保持面２４１の周縁部に対して中央部が陥没した基板ホルダ２４０を用意して基板２３０を保持させることで、基板２３０の貼り合わせ面における倍率を縮小させ、貼り合わせ面に形成された回路領域２３６の設計仕様に対する位置ずれを調整することもできる。
【０１０３】
以上、図１９から２２を参照して、貼り合わせる基板２１０、２３０に生じる平面歪みに含まれる線形歪みのうちの倍率歪み、特に貼り合わせ過程倍率歪みを説明した。また、図２３を参照して、貼り合わせる基板２１０、２３０について推定された貼り合わせ後の最終的な倍率歪みの差に基づいて、この差を補正するための対策の一例を説明した。この対策の他の例として、貼り合わせ部３００の下ステージ３３２の保持面をアクチュエータによって変形させてもよい。
【０１０４】
次に、貼り合わせる基板２１０、２３０に生じる平面歪みに含まれる非線形歪みのうち、基板２１０、２３０の結晶配向に起因する異方性、すなわち結晶異方性に起因する歪みを説明する。
【０１０５】
図２４は、シリコン単結晶基板２０８における結晶方位とヤング率との関係を示す模式である。図２４に示すように、（１００）面を表面とするシリコン単結晶基板２０８においては、中心に対するノッチ２１４の方向と反対の方向を０°とするＸ−Ｙ座標において、０°方向および９０°方向においてヤング率が１６９ＧＰａと高く、４５°方向においては、ヤング率が１３０ＧＰａと低い。このため、シリコン単結晶基板２０８を用いて作製した基板２１０、２３０においては、基板２１０、２３０の周方向に曲げ剛性の不均一な分布が生じる。すなわち、ボンディングウェーブが基板２１０、２３０の中心から周縁部に向けて進行したときの進行方向によって、基板２１０、２３０の曲げ剛性が異なっている。曲げ剛性は、基板２１０、２３０を曲げる力に対する変形のし易さを示しており、弾性率としてもよい。
【０１０６】
図２５は、シリコン単結晶基板２０９における結晶方位とヤング率との関係を示す模式である。図２５に示すように、（１１０）面を表面とするシリコン単結晶基板２０９においては、中心に対するノッチ２１４の方向と反対の方向を０°とするＸ−Ｙ座標において、３５．３°方向のヤング率が１８８ＧＰａと最も高く、０°方向のヤング率がそれに続いて１６９ＧＰａである。更に、９０°方向におけるヤング率は最も低い１３０ＧＰａである。このため、シリコン単結晶基板２０９を用いて作製した基板２１０、２３０においては、基板２１０、２３０の周方向に曲げ剛性の不均一且つ複雑な分布が生じる。
【０１０７】
このように、結晶異方性がそれぞれ異なるシリコン単結晶基板２０８、２０９の何れを用いた基板２１０、２３０においても、その周方向に曲げ剛性の不均一な分布が生じる。曲げ剛性が異なる領域間では、その曲げ剛性の大きさに応じて、図１９から図２１までを参照して説明した貼り合わせ過程で生じる歪みの大きさが異なる。具体的には、剛性が低い領域の歪みの大きさが、剛性が高い領域に比べて小さくなる。このため、図１９から図２１を用いて説明した方法で基板２１０、２３０を積層して製造した積層基板２９０においては、積層基板２９０の周方向について不均一な回路領域２１６、２３６の位置ずれが生じる。結晶異方性に起因する歪みによる貼り合わせ基板間の位置ずれは、解除側の基板２３０の結晶異方性に起因する。
【０１０８】
図２６は、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の歪みによる積層基板２９０での位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるように予め配置が補正された複数の回路領域２１６、２３６が表面に形成されている基板６１０、６３０を示す模式図である。基板６１０が貼り合わせ部３００での解除側の基板であり、基板６１０、６３０は、図２４を用いて説明したシリコン単結晶基板２０８から形成されている。
【０１０９】
図２３の実施形態においては、空気抵抗起因の倍率歪みを予め補正する方法として、固定側用の基板ホルダ２４０として保持面２４１が湾曲したものを選択した。しかしながら、基板ホルダ２２０、２４０または上ステージ３２２、下ステージ３３２の加工、取扱い等がより容易であるのは、それらの保持面が平坦な方である。そこで、本実施形態は、保持面２４１が湾曲した固定側用の基板ホルダ２４０によって補正する方法に代えて、解除側の基板６１０の表面に形成する複数の回路領域２１６の配置を予め補正して形成することによって、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の歪みによる積層基板２９０での位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるようにする。
【０１１０】
固定側にする基板６３０には、貼り合わせの際に固定された状態が維持されるので、空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の歪みが生じないものと予測する。そのため、基板６３０においては、同じマスクを用いた露光を繰り返して基板６３０全体に複数の回路領域２３６を形成する場合に、ショットマップを補正しないで、基板６３０の全体に渡って複数の回路領域２３６を等間隔で形成する。
【０１１１】
一方で、解除側にする基板６１０には、貼り合わせの際に解放されて空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の歪みが生じるものと予測する。そこで、基板６１０においては、同じマスクを用いた露光を繰り返して基板６１０全体に複数の回路領域２１６を形成する場合に、空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の歪みによる位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるようにショットマップを補正して、基板６１０の中心から周縁部に向けて、複数の回路領域２１６の間隔を全体に渡って徐々に狭くしつつ、０°方向及び９０°方向の間隔を、４５°方向の間隔よりも狭くする。これによって、固定側用の基板ホルダ２４０の保持面２４１が平坦であっても、貼り合わせの際に生じ得る空気抵抗起因の倍率歪み、及び、結晶異方性起因の歪みによる積層基板２９０での位置ずれを予め定められた閾値以下に抑えることができる。
【０１１２】
次に、貼り合わせる基板２１０、２３０に生じる平面歪みに含まれる非線形歪みについて説明する。図２７は、平坦な状態で基板ホルダ２４０に固定された基板２３０に対して、解除側の基板２１０がグローバル反りを有さず局所的な湾曲を有していた場合に生じる非線形歪みによる積層基板２９０での位置ずれを示す模式図である。図２７に示す非線形歪みによる位置ずれは、図２２に示した倍率歪みによる位置ずれを含んでいない。なお、図２７に示す、基板２１０における非線形歪みによる位置ずれは、基板２１０を保持する基板ホルダ２２０の突出部材２５０の突出量に応じて異なる結果を示す場合がある。
【０１１３】
図中の矢印は、解除側の基板２１０を基準としたときの固定側の基板２３０の位置ずれを示すベクトルであり、その方向により位置ずれの方向を表し、その長さにより位置ずれの大きさを表す。図２７に示される通り、積層基板２９０における局所的な湾曲により生じた非線形歪みによる位置ずれは、Ｘが正でＹが正の第１象限すなわち４５°方向と、Ｘが負でＹが負の第３象限すなわち２２５°方向とで同様の傾向を示し、Ｘが正でＹが負の第２象限すなわち３１５°方向と、Ｘが正でＹが負の第２象限すなわち１３５°方向とで同様の傾向を示し、第１象限および第３象限と、第２象限および第４象限とで、異なる傾向を示している。また、積層基板２９０の中心から径方向に沿う位置ずれ量の規則的な分布は無い。図２７を参照すれば、非線形歪み起因の位置ずれとは、基板２１０、２３０のそれぞれの構造物の設計位置に対して変位した位置を線形変換により表すことができないものであることがわかる。
【０１１４】
非線形歪みは、多種多様な要因が相互に影響し合うことによって生じるが、その主たる要因は、図２４および図２５を参照して説明したシリコン単結晶基板２０８、２０９における結晶異方性、及び、基板２１０、２３０の製造プロセスである。図２７に示す積層基板２９０での位置ずれは、結晶異方性による非線形歪みが生じている状態において、ローカル反りによる非線形が重なった結果でもある。図２を参照して説明した通り、基板２１０、２３０の製造プロセスにおいて、基板２１０、２３０には複数の構造物が形成される。例えば、構造物として、複数の回路領域２１６、２３６と、スクライブライン２１２、２３２と、複数のアライメントマーク２１８、２３８とが基板２１０、２３０に形成される。複数の回路領域２１６、２３６の各々には、構造物として、フォトリソグラフィ技術等より形成された配線、保護膜等の他、基板２１０、２３０を他の基板２３０、２１０、リードフレーム等に電気的に接続する場合に接続端子となるパッド、バンプ等の接続部も配されている。これらの構造物の構造や配置、すなわち構造物の構成は基板２１０、２３０の面内の剛性分布や内面応力分布に影響を与え、剛性分布や内面応力分布にムラが生じると、基板２１０、２３０には局所的な湾曲が発生する。
【０１１５】
これらの構造物の構成は、基板２１０、２３０毎に異なっていても、ロジックウェハ、ＣＩＳウェハ、メモリウェハ等の基板２１０、２３０の種類毎に異なっていてもよい。また、製造プロセスが同じであっても、製造装置に依って構造物の構成が多少異なることも考えられるので、それらの構造物の構成は基板２１０、２３０の製造ロット毎に異なっていてもよい。このように、基板２１０、２３０に形成される複数の構造物の構成は、基板２１０、２３０毎、基板２１０、２３０の種類毎、基板２１０、２３０の製造ロット毎、又は、基板２１０、２３０の製造プロセス毎に異なり得る。それゆえに、基板２１０、２３０の面内の剛性分布も同様に異なる。従って、製造プロセスおよび貼り合わせ過程で生じる基板２１０、２３０の湾曲状態も同様に異なる。
【０１１６】
一対の基板２１０、２３０を貼り合わせる際、解除側の基板２１０に局所的な湾曲が発生していると、基板２１０において局所的な湾曲が生じている箇所は、局所的な湾曲が生じていない箇所に比べて、他の基板２３０と貼り合わされるときに基板２３０との間の距離が大きくなる場合がある。例えば、解除側の基板２１０において貼り合わせ面が伸びるような反りが生じている場合である。そのため、局所的な湾曲が生じている箇所では局所的な湾曲が生じていない箇所に比べてボンディングウェーブの進行が遅くなり、解除側の基板２１０における局所的な湾曲が生じていた箇所にしわ寄せが生じ、これが原因で貼り合わせた積層基板２９０に非線形歪みが生じることになる。すなわち、局所的な湾曲と非線形歪みとの間には相関があり、貼り合わせる前における解除側の基板２１０の局所的な湾曲が大きかった箇所は、貼り合わせた後における積層基板２９０に発生する非線形歪みも大きくなる。ただし、この因果関係は、局所的な湾曲による歪み以外の歪みが無い場合に当てはまる。一方で、貼り合わせる基板２１０、２３０が局所的な湾曲を有する場合であっても、局所的な湾曲により生じ得る非線形歪みが、例えば結晶異方性に起因する歪みでキャンセルされる場合もあり得る。
【０１１７】
一対の基板２１０、２３０のうち、固定側の基板２３０に、貼り合わせ前から局所的な湾曲が生じていた場合、その貼り合わせ面の裏側の全面が基板ホルダ２４０等によって吸着されて固定された状態が維持されるので、自身の局所的な湾曲に起因する非線形歪みは生じず、貼り合わせ後の基板２１０、２３０間には固定側の基板２３０の局所的な湾曲に起因する非線形な位置ずれも発生しない。ただし、固定側の基板２３０には吸着倍率歪み等は生じているかもしれないが、このような歪みは、解除側の基板２１０に生じる歪みに比べたら小さく、その影響は殆ど無いので無視してもよい。一方で、解除側の基板２１０に、貼り合わせの前から局所的な湾曲が生じていた場合、上記の理由で、貼り合わせた一対の基板２１０、２３０間には非線形歪み起因の位置ずれが生じる。
【０１１８】
このような非線形歪み起因の位置ずれを抑止すべく、制御部１５０は、基板２１０、２３０の貼り合わせ前に少なくとも解除側の基板２１０の局所的な湾曲に関する情報を取得し、取得した情報に含まれる基板２１０の局所的な湾曲の特性に基づいて解除側の基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３を予め設定し、貼り合わせ領域８０１が基板２１０、２３０の中央付近から外周に向かって広がることで予め設定した初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされることを検出するまで、基板ホルダ２２０による基板２１０の少なくとも最外周領域の保持を維持する。
【０１１９】
例えば本実施形態のように、基板２１０における局所的な湾曲が少なくとも部分的に基板２１０の中心側から外周側へと径方向に沿って漸増すると仮定した場合、基板２１０の予め設定した初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされるまでの間、基板２１０の最外周領域における局所的な湾曲が生じている箇所も局所的な湾曲が生じていない箇所も基板ホルダ２２０によって保持した状態を維持する。これにより、基板２１０の最外周領域の全体にわたって、貼り合わされる他の基板２３０との間の距離を所定の範囲内で一定にする。
【０１２０】
予め設定した初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされるまでの間は、強制的に基板２１０の最外周領域の全体にわたって同じ大きさの反りを形成するので、基板２１０の局所的な湾曲が生じている箇所と局所的な湾曲が生じていない箇所との間で、ボンディングウェーブの進行度合いの差を抑止できる。
【０１２１】
初期貼り合わせ領域８０３と局所的な湾曲が生じている箇所とが重なっている領域ではボンディングウェーブの進行度合いの差を抑止できるので、重なりの度合いを大きくするほど、貼り合わせた基板２１０、２３０間に発生する非線形な位置ずれを抑止する効果が大きくなる。従って、制御部１５０は、解除側の基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３を、貼り合わされた基板２１０、２３０間に発生する非線形な位置ずれの量が予め定められた閾値以下となるように予め設定する。
【０１２２】
上述した通り、基板２１０の局所的な湾曲に関する情報は、基板２１０に生じる歪みに関する情報に含まれる。基板２１０に生じる歪みに関する情報には、基板２１０全体が概ね一様な曲率で屈曲するグローバル反りに関する情報と、基板２１０の一部で局所的な曲率の変化、すなわち局所的な湾曲が生じるローカル反りに関する情報とが含まれる。
【０１２３】
グローバル反りに関する情報には、基板２１０の全体的な反りの大きさ、反りの方向、撓みの大きさ、撓みの方向等の全体的な湾曲の特性のように、基板２１０の全体的な湾曲を計測することにより得られる情報と、基板２１０の結晶異方性、製造プロセス、基板２１０の種類、基板２１０に形成された構造物の構成といった、基板２１０に全体的な湾曲を生じさせる原因に関する情報とが含まれる。
【０１２４】
ローカル反りに関する情報には、基板２１０の局所的な反りの大きさ、反りの方向、反っている部分、反りの振幅、撓みの大きさ、撓みの方向、撓みの振幅、撓んでいる部分、内部応力、応力分布等の局所的な湾曲の特性のように、基板２１０の局所的な湾曲を計測することにより得られる情報と、基板２１０の結晶異方性、製造プロセス、基板２１０の種類、基板２１０に形成された構造物の構成といった、基板２１０に局所的な湾曲を生じさせる原因に関する情報とが含まれる。
【０１２５】
制御部１５０は、基板２１０に生じる歪みに関する情報を、基板貼り合わせ装置１００よりも前に行われるプロセスで使用される露光装置、成膜装置等の前処理装置から取得してもよい。また、基板貼り合わせ装置１００において、貼り合わせ部３００よりも前に行われるプロセスで使用される、例えばプリアライナ５００から取得してもよい。制御部１５０は、取得した情報に基づいて決定した情報を、搬送部１４０、プリアライナ５００および貼り合わせ部３００の少なくとも何れかに出力する。
【０１２６】
本実施形態においては、例えば前処理装置において、基板２１０、２３０の歪みの一例として局所的な湾曲を実際に計測する。図２８は、撓み計測と反りの算出方法を説明する図である。図２８における方法では、先ず、対象基板としての基板２１０、２３０の撓みを計測する。具体的には、重力下において、基板２１０、２３０の裏面の面方向の中心を支持して中心の周りに回転させながら、顕微鏡等の非接触距離計により基板２１０、２３０の表面または裏面を観察し、顕微鏡の光学系が有する自動合焦機能から得られた距離情報の分布に基づいて、表面または裏面の位置を計測する。
【０１２７】
これにより、重力下における基板２１０、２３０の撓みの大きさと向きとを含む撓み量を測定できる。基板２１０、２３０の撓み量は、支持された中心を基準としたときの基板２１０、２３０の厚さ方向の表面または裏面の位置の変位から求められる。次に、制御部１５０が基板２１０、２３０の撓み量の情報を取得し、これを基板中心から径方向に沿う線形的な成分と非線形的な成分とに分解する。図２８において、基板２１０、２３０の撓み量の線形的な成分は平均撓み（Ａ）として放物線状に示され、非線形的な成分は外周での撓みの振幅（Ｂ）として波線状に示されている。
【０１２８】
次に、基準基板としてのベアシリコンの撓みを計測する。ベアシリコンは、構造物が形成されていない基板２１０、２３０であって、反りが生じていない基板２１０、２３０と見なすことができる。ただし、ベアシリコンであっても若干の反りがある場合には、ベアシリコンの表裏の撓み計測から、基準となる撓み量を算出することが好ましい。基板２１０、２３０と同じ測定条件で、ベアシリコンの撓み量を測定する。そして、制御部１５０がベアシリコンの撓み量の情報を取得し、これをベアシリコン中心から径方向に沿う線形的な成分（図２８の（Ａ））と非線形的な成分（図２８の（Ｂ））とに分解する。
【０１２９】
そして、基板２１０、２３０の外周での撓みの振幅から、ベアシリコンの外周での撓みの振幅を減算する。これにより、無重力下での計測値と見なすことができ、基板２１０、２３０の反り量の非線形的な成分を算出できる。図２８において、基板２１０、２３０の反り量の非線形的な成分は外周での反りの振幅（Ｂ）として波線状に示されおり、上記のローカル反りに対応する。なお、無重力下で計測される変形量としての反り量がこの方法で算出できる理由は、重力下で計測される変形量としての撓み量に含まれる、自重による変形量が上記減算によって実質的に差し引かれるためである。
【０１３０】
なお、基板２１０、２３０の平均撓みから、ベアシリコンの平均撓みを減算することによって、無重力下での計測値と見なすことができる基板２１０、２３０の反り量の線形的な成分を算出でき、これは上記のグローバル反りに対応する。図２８において、基板２１０、２３０の反り量の線形的な成分は平均反り（Ａ）として放物線状に示されている。
【０１３１】
最後に、貼り合わせるときの、解除側の基板２１０の状況を反映させる。具体的には、解除側にする基板２１０の表面が下向きとなる姿勢および重力方向を考慮して基板２１０の外周での反りの振幅を変換することで、基板２１０の表面の面方向の中心を支持して上記のように計測したと仮定した場合における基板２１０の外周での反りの振幅を予測値として算出する。
【０１３２】
このようにして算出された、解除側の基板２１０と固定側の基板２３０との局所的な湾曲に関する情報としての、基板２１０、２３０のそれぞれの外周での反りの振幅のうち、少なくとも解除側の基板２１０の外周での反りの振幅に基づいて、制御部１５０は、解除側の基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３を予め設定する。初期貼り合わせ領域８０３は、例えば、外周での反りの振幅の最大値または平均値に基づいて予め設定されてもよく、基板２１０の貼り合わせ面内における反りの発生位置と反りの大きさとに基づいて予め設定されてもよい。
【０１３３】
上記の通り、基板２１０、２３０の局所的な湾曲は、基板２１０、２３０毎、基板２１０、２３０の種類毎、基板２１０、２３０の製造ロット毎、又は、基板２１０、２３０の製造プロセス毎に異なり得る。よって、制御部１５０は、基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３を、基板２１０、２３０を貼り合わせる毎に予め設定してもよく、基板２１０、２３０の種類毎に予め設定してもよく、基板２１０、２３０の製造ロット毎に予め設定してもよく、又は、基板２１０、２３０の製造プロセス毎に予め設定してもよい。なお、製造ロットや同一種類に含まれる最初の基板２１０、２３０に対して初期貼り合わせ領域８０３を設定した後は、同一ロット内や同一種類内の基板２１０、２３０に対しても同じ初期貼り合わせ領域８０３を適用してもよい。
【０１３４】
なお、基板２１０、２３０を基板ホルダ２４０等により吸着して強制的に平坦にした状態で、ラマン散乱等により基板２１０、２３０の残留応力を計測して、この残留応力を基板の局所的な湾曲に関する情報としてもよい。また、基板２１０、２３０の局所的な湾曲は、プリアライナ５００において測定してもよい。
【０１３５】
一方、基板２１０、２３０の局所的な湾曲を測定せずに、制御部１５０は、解析的に基板２１０、２３０の局所的な湾曲に関する情報を取得して、取得した情報から少なくとも基板２１０の局所的な湾曲の特性を推定し、推定した基板２１０の局所的な湾曲の特性に基づいて、基板２１０の初期貼り合わせ領域８０３を予め設定してもよい。その場合は、基板２１０、２３０の製造プロセス、基板２１０、２３０に形成した回路領域２１６、２３６等の構造物の構成や材料、基板２１０、２３０の種類、基板２１０、２３０における応力分布に関する情報に基づいて、基板２１０、２３０に生じる反りの大きさおよび向き、基板２１０、２３０の形状等の局所的な湾曲の特性を推定してもよい。また、上記構造物を形成する過程で生じた基板２１０、２３０に対する製造プロセス、すなわち、成膜等に伴う熱履歴、エッチング等の化学処理に関する情報を反りの原因となる情報として、これらの情報に基づいて基板２１０、２３０に生じる反りを推定してもよい。
【０１３６】
また、基板２１０、２３０に生じる局所的な湾曲の特性を推定する場合に、基板２１０、２３０に生じた局所的な湾曲の原因となり得る基板２１０、２３０の表面構造、基板２１０に積層された薄膜の膜厚、成膜に用いたＣＶＤ装置等の成膜装置の傾向、ばらつき、成膜の手順、条件等の周辺情報を併せて参照してもよい。これらの周辺情報は、局所的な湾曲の特性を推定することを目的として、改めて測定してもよい。
【０１３７】
更に、上記のような基板２１０、２３０の局所的な湾曲の特性を推定するには、同等の基板を処理した過去のデータ等を参照してもよいし、貼り合わせる基板２１０、２３０と同等の基板に対して想定されるプロセスの実験をして、局所的な湾曲である反り量と非線形歪みとの関係、反り量の違いと両基板間の非線形歪み差との関係、または、両基板間の非線形歪み差すなわち位置ずれ量が閾値以下となる反り量の組み合わせのデータを予め用意してもよい。更に、貼り合わせる基板２１０、２３０の成膜構造、成膜条件に基づいて、有限要素法等により反り量を解析的に求めてデータを用意してもよい。
【０１３８】
なお、基板２１０、２３０に対する歪み量の測定は、基板貼り合わせ装置１００の外部で実行してもよいし、基板貼り合わせ装置１００、または、基板貼り合わせ装置１００を含むシステムの内部に基板２１０、２３０の歪みを測定する装置を組み込んでもよい。更に、内外の測定装置を併用して、測定項目を増やしてもよい。
【０１３９】
ここで、初期貼り合せ領域が大きいことの利点を、図２９を用いて説明する。図２９は、外周通気路８２２を有する基板ホルダ８２０を用いて基板２１０、２３０を貼り合わせる過程（Ａ）と、最外周通気路６２２を有する基板ホルダ２２０を用いて基板２１０、２３０を貼り合わせる過程（Ｂ）との対比を説明する説明図である。
【０１４０】
図２９に示されるように、基板ホルダ８２０の外周通気路８２２は、基板ホルダ２２０の最外周通気路６２２よりも内側にあるとする。この場合に図２９の（Ａ）および（Ｂ）の左側の図に示す通り、基板２１０の最外周領域が保持されている間に貼り合わされる初期貼り合わせ領域８０３の外形を、基板ホルダ８２０よりも基板ホルダ２２０の方が大きく設定できる。よって、基板ホルダ２２０の方が基板ホルダ２２０自体の構成を変更しなくても、多様な初期貼り合せ領域の大きさに対応することができる。
【０１４１】
さらに、図２９の（Ａ）および（Ｂ）の右側に対比して示すように、初期貼り合せ領域が貼り合されてから、外周通気路８２２および最外周通気路６２２を解放した場合に、基板２１０に生じていた局所的な湾曲が解放により復元されようとする。この場合に、基板ホルダ２２０の方がより外周に近い側まですでに貼り合わされているので、湾曲の大きさＣ２は基板ホルダ８２０の湾曲の大きさＣ１よりも小さく、よって貼り合せにより歪みに与える影響も小さい。よって、初期貼り合せ領域が大きいことにより、基板２１０の局所的な湾曲が貼り合せの歪みに与える影響を小さく抑えることができる。
【０１４２】
なお、主たる実施形態では、制御部１５０が、所定の数の初期貼り合わせ領域８０３を予め定めておき、基板ホルダ２２０および貼り合わせ部３００において対応する数の観察孔６０１等、観察窓３６１等、検出器３４１等を予め設けておく構成とした。これに代えて、制御部１５０が、解除側の基板２１０の局所的な湾曲の特性に基づいて任意の大きさの初期貼り合わせ領域８０３を予め設定する場合、基板ホルダ２２０および貼り合わせ部３００には連続する直線状の観察孔、窓を予め設け、これらに対応する位置に検出器としてラインセンサを予め設けてもよい。これによって、観察部３４５は、任意の大きさの初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされるのを観察できる。
【０１４３】
図３０は、他の実施形態による、基板ホルダ９２０の模式的平面図である。図３１は、図３０の模式的平面図の基板ホルダ９２０の中心で屈折するＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した場合の、基板２１０を保持した基板ホルダ９２０の模式的断面図である。本実施形態においては、主たる実施形態で用いた解除側用の基板ホルダ２２０に代えて、基板ホルダ９２０を用いる。なお、固定側用の基板ホルダ２４０は、主たる実施形態で用いたものと同じなので、重複する説明は省略する。また、基板ホルダ９２０のうち、基板ホルダ２２０と同一の構成については、同一の又は対応する参照番号を用いており、重複する説明は省略する。なお、図３０では、説明の明確化のため、複数の支持ピン９２４の図示を省略している。
【０１４４】
基板ホルダ９２０の本体部９２９は、保持面９２１上において基板ホルダ９２０の中心と同心円状に形成された４つの円環状の支持部９２５、９２６、９２７、９２８と、保持面９２１状において基板ホルダ９２０の中心から放射状に形成された複数の直線状の支持部９２２とを有する。４つの支持部９２５、９２６、９２７、９２８は、基板ホルダ９２０の中心側からこの順で位置する。支持部９２５は、支持部９２５の内周面が、本体部９２９の略中央に設けられた円筒状の凹部９２３の内周面と揃っていて、保持面９２１上で凹部９２３の周囲を囲む。支持部９２８は、基板ホルダ９２０に保持される基板２１０の外形と略同一の外形を有する。支持部９２７は、保持面９２１上において支持部９２８よりも少し中心側に位置し、支持部９２８と共に基板ホルダ９２０の最外周側に円環状の溝を形成する。支持部９２６は、基板ホルダ９２０の径方向における、支持部９２５と支持部９２７との中間に位置し、支持部９２５と支持部９２７との間の領域を内周側と外周側とに分割する。複数の支持部９２２は、支持部９２５等と交差するように形成され、支持部９２５と支持部９２６との間の領域、支持部９２６と支持部９２７との間の領域、及び、支持部９２７と支持部９２８との間の領域をそれぞれ複数に分割する。
【０１４５】
本体部９２９は更に、内周通気路９３１と、外周通気路９３２と、最外周通気路９３３とを有する。内周通気路９３１は、保持面９２１上における支持部９２５と支持部９２６との間であって複数の支持部９２２によって互いに隔離された複数の扇形領域の各々に位置し、複数の支持ピン９２４が形成されていない箇所に開口した複数の吸気孔を一端に有する。内周通気路９３１の他端は、基板ホルダ９２０の外部の制御バルブ７２３を介して負圧源７３３および開放端７４３に選択的に結合される。外周通気路９３２は、保持面９２１上における支持部９２６と支持部９２７との間であって複数の支持部９２２によって互いに隔離された複数の扇形領域の各々に位置し、複数の支持ピン９２４が形成されていない箇所に開口した複数の吸気孔を一端に有する。外周通気路９３２の他端は、基板ホルダ９２０の外部の制御バルブ７２５を介して負圧源７３５および開放端７４５に選択的に結合される。最外周通気路９３３は、保持面９２１上における支持部９２７と支持部９２８との間であって複数の支持部９２２によって互いに隔離された複数の扇形領域の各々に位置し、複数の支持ピン９２４が形成されていない箇所に開口した複数の吸気孔を一端に有する。最外周通気路９３３の他端は、基板ホルダ９２０の外部の制御バルブ７２７を介して負圧源７３７および開放端７４７に選択的に結合される。以下、基板２１０の面内における径方向の中央側の領域であって、基板ホルダ９２０の支持部９２５と支持部９２６との間で吸着される領域を、基板２１０の内周領域と呼ぶ場合がある。また、基板２１０の面内における径方向の外側の領域であって、基板ホルダ９２０の支持部２２７と支持部２２８との間で吸着される領域を、基板２１０の最外周領域と呼ぶ場合がある。また、基板２１０の面内における内周領域と最外周領域との間の領域であって、基板ホルダ９２０の支持部２２６と支持部２２７との間で吸着される領域を、基板２１０の外周領域と呼ぶ場合がある。
【０１４６】
外周通気路９３２および最外周通気路９３３の一端における複数の吸気孔は、基板２１０の外周領域および最外周領域を吸着可能とすべく基板ホルダ９２０の外周および最外周に設けられているが、図３１に示されるように外周通気路９３２および最外周通気路９３３を基板ホルダ９２０の内部で互いに厚さ方向にずれて、且つ、面方向に延びるように形成することで、その他端を基板ホルダ９２０の中心側に寄せて配置している。これにより、基板ホルダ９２０は、基板ホルダ９２０を保持して基板ホルダ９２０の各通気路に吸気又は排気を与えるための空気配管が基板ホルダ９２０保持面の中央に集中して形成されているバキュームプレートや基板貼り合わせステージなどにも適応可能である。
【０１４７】
制御バルブ７２３、７２５、７２７は、制御部１５０の制御の下に、内周通気路９３１、外周通気路９３２、最外周通気路９３３のそれぞれを負圧源７３３、７３５、７３７に選択的に連通させる。基板２１０が支持部９２５等および複数の支持ピン９２４上に載置された状態で、制御バルブ７２３、７２５、７２７が内周通気路９３１、外周通気路９３２、最外周通気路９３３のそれぞれを負圧源７３３、７３５、７３７に連通させた場合、内周通気路９３１、外周通気路９３２、最外周通気路９３３のそれぞれの複数の吸気孔に負圧が作用する。これにより、基板２１０と保持面９２１との間であって、それぞれが複数の支持部９２２によって周方向に複数分割されている、支持部９２５と支持部９２６との間の空間、支持部９２６と支持部９２７との間の空間、及び、支持部９２７と支持部９２８との間の空間がそれぞれ減圧され、基板２１０が基板ホルダ９２０に吸着される。一方で、基板２１０が基板ホルダ９２０に吸着された状態から、制御バルブ７２３、７２５、７２７が内周通気路９３１、外周通気路９３２、最外周通気路９３３のそれぞれを開放端７４３、７４５、７４７に連通させた場合、基板ホルダ９２０による基板２１０の吸着が解除される。
【０１４８】
このように、内周通気路９３１と外周通気路９３２と最外周通気路９３３とは、制御部１５０によって別個に制御される制御バルブ７２３、７２５、７２７にそれぞれ結合され、それぞれの一端の複数の吸着孔が支持部９２６と支持部９２７と支持部９２８とによって互いに隔離された各空間に開口している。これによって、基板ホルダ９２０は、制御部１５０の制御の下に、基板２１０の径方向における内周領域、外周領域および最外周領域とを別個に吸着でき、且つ、別個に吸着を解除できる。換言すると、基板ホルダ９２０は、互いに隔離されて独立している、径方向に沿って同心円状に配された内周吸着領域、外周吸着領域および最外周吸着領域を有している。なお、これに加えて、各領域の周方向においても、互いに独立して吸着および解放を可能にしてもよい。
【０１４９】
本体部９２９は更に、保持面９２１上における支持部９２５と支持部９２６との間、及び、支持部９２６と支持部９２７との間であって複数の支持ピン９２４が形成されていない４箇所に形成された、基板ホルダ９２０を厚さ方向に貫通する４つの観察孔９０１、９０２、９０３、９０４と、保持面９２１上における支持部９２７と支持部９２８との間に形成された、基板ホルダ９２０を厚さ方向に貫通する観察孔９０５とを有する。５つの観察孔９０１、９０２、９０３、９０４、９０５は、図３０の模式的平面図において基板ホルダ９２０の中心で屈折する直線状のＩＩＩ−ＩＩＩ線と重なって示されるように、基板ホルダ９２０の径方向に沿う略同一直線上に位置する。３つの観察孔９０１、９０２、９０３は、基板ホルダ９２０の中心寄りである支持部９２５と支持部９２６との間に、基板ホルダ９２０の中心側からこの順で略等間隔に位置する。観察孔９０４は、支持部９２６と支持部９２７との間における外周側に位置する。なお、観察孔９０１等はそれぞれ、基板２１０を観察する場合に使用する照明光の波長に対して透明な材料で充填され、観察孔９０１等の両端は、基板ホルダ９２０の両平面と共に、円滑に形成される。
【０１５０】
図３２は、基板ホルダ９２０を用いて基板２１０、２３０を貼り合わせる過程を説明する説明図である。制御部１５０は、基板ホルダ９２０の観察孔９０１等を通じて観察部３４５により貼り合わせ領域８０１の広がりを観察し、貼り合わせ領域８０１が広がるに連れて、上記の複数の吸着領域における吸着を、基板ホルダ９２０の中央側から外周側に向けて順次に解除する。基板ホルダ９２０において、内周通気路９３１、外周通気路９３２および最外周通気路９３３の負圧からの解放のタイミングは、基板２１０が貼り合わせ領域から立ち上がった部分と貼り合せ領域との間で成す角Ｒをなるべく一定に維持しつつ貼り合せ領域が広がるようにすることが好ましい。これにより、空気抵抗起因で生じる歪みを一定にして、歪みの非線形性を抑えることができる。
【０１５１】
特に基板ホルダ９２０は、内周から外周に向かって、内周通気路９３１、外周通気路９３２および最外周通気路９３３を有するので、基板ホルダ２２０のように内周通気路６２１および最外周通気路６２２の二つで制御することに比べて、Ｒをより一定に維持することができる。なお、通気路の数を増やすことに代えて、またはこれに加えて、貼り合せ領域の広がりに伴って突出部材９５０の突出量を変えることで、Ｒを一定に維持してもよい。この場合に、突出部材９５０の突出量自体を能動的に変化させてもよいし、対向する基板ホルダ２４０からの押上げ力によって、基板２１０および２３０を介して突出部材９５０の突出量自体を受動的に変化させてもよい。
【０１５２】
ここで、解除側の基板２１０の最外周領域が保持されている間に貼り合わされる初期貼り合わせ領域８０３の大きさと、解除側の基板ホルダ２２０、９２０における突出部材２５０、９５０の高さ、および、解除側の基板ホルダ２２０、９２０が基板２１０を吸着する吸着面積の大きさとは、相関を有する場合がある。例えば、基板ホルダ２２０、９２０が基板２１０を保持している状態で突出部材２５０、９５０の高さを小さくするほど、基板２１０が保持された状態での基板２１０の中央付近の凸状の曲率が小さくなるので、初期貼り合わせ領域８０３が大きくなる。これにより、ローカル反りによる非線形歪みが低減される場合がある。また、突出部材２５０、９５０によって解除側の基板２１０の中央付近が凸状に変形される量が小さくなるので、基板２１０の中央付近における非線形歪みが低減される場合がある。
【０１５３】
また、一例として、基板ホルダ２２０、９２０による基板２１０の吸着面積を小さく設定すると、すなわち、基板２１０の外周端部の側のみを保持した状態で基板２１０、２３０の貼り合わせを行うと、基板２１０が保持された状態での基板２１０において基板２３０に引き寄せられる面積が大きくなるので、初期貼り合わせ領域８０３が大きくなる。これにより、ローカル反りによる非線形歪みが低減され、更に、吸着倍率歪みが低減される場合がある。
【０１５４】
図３３は、解除側の基板２１０におけるグローバル反りの有無に応じて初期貼り合わせ領域の設定を変更する場合を説明する説明図である。図３３には、解除側の基板２１０にグローバル反りが無い場合と有る場合とのそれぞれと、初期貼り合わせ領域を形成しない場合と形成する場合とのそれぞれとの、４通りの組み合わせに対して、貼り合わせた基板の半径方向の位置と貼り合わせた基板間に生じる位置ずれとの関係の模式的なグラフがテーブル内に示されている。図３３に示される各グラフにおいて、実線は位置ずれを示し、破線は平均倍率を示す。平均倍率は、より具体的には、最小二乗法によって求めた倍率である。また、各グラフにおける実線と破線との差分は、非線形歪みの大きさを意味する。
【０１５５】
解除側の基板２１０におけるグローバル反りが大きいと、空気抵抗起因の倍率歪みが基板２１０の中央側から外周側に向かうに連れて大きくなる場合がある。その場合、グローバル反りが大きい基板２１０では、外周側で非線形歪みが大きくなる。
【０１５６】
図３３のテーブル左上に示される通り、解除側の基板２１０におけるグローバル反りが無い場合において、初期貼り合わせ領域を形成しなくても、非線形歪みが生じ難い場合がある。ただし、厳密には、グローバル反りが無い基板２１０においても、空気抵抗起因の倍率歪みが基板２１０の面内で徐々に変化するため、非線形歪みが発生し得る。
【０１５７】
一方で、図３３のテーブル左下に示される通り、解除側の基板２１０におけるグローバル反りが無い場合において、例えば基板ホルダ２２０による最外周吸着領域を小さくしたり突出部材２５０の凸量を小さくしたりすることで初期貼り合わせ領域を形成する場合には、解除側の基板２１０の面内中央領域および面内外周領域における非線形歪みが大きくなり、この非線形歪みによる位置ずれが生じる場合がある。
【０１５８】
また、図３３のテーブル右上に示される通り、解除側の基板２１０におけるグローバル反りが有る場合において、初期貼り合わせ領域を形成しない場合には、解除側の基板２１０の面内外周領域における非線形歪みが大きくなり、この非線形歪みによる位置ずれが生じる場合がある。
【０１５９】
一方で、図３３のテーブル右下に示される通り、解除側の基板２１０におけるグローバル反りが有る場合において、初期貼り合わせ領域を形成した場合には、解除側の基板２１０の面内中央領域において非線形歪みが生じるが、面内外周領域における非線形歪みが緩和し、全体として非線形歪みによる位置ずれが小さくなる場合がある。基板２１０の全体で見た非線形歪みにとって好適な大きさの初期貼り合わせ領域を発生させることが好ましい。
【０１６０】
このように、解除側の基板２１０にグローバル反りが無い場合に、初期貼り合わせ領域を形成するよりも形成しない方が好ましい場合があり、解除側の基板２１０にグローバル反りが有る場合に、初期貼り合わせ領域の大きさを拡大する方が好ましい場合がある。よって、解除側の基板２１０の面内中央領域における非線形歪みと、面内外周領域における非線形歪みとのバランスを考慮して、全体として非線形歪みが小さくなるように初期貼り合わせ領域の大きさを設定してもよい。例えば、各グラフにおける実線と破線との差分として示される非線形歪みの大きさの最大値、平均値、および、３σ（σは標準偏差）の少なくとも一つが予め定められた閾値以下となるように初期貼り合わせ領域の大きさを設定してもよい。
【０１６１】
以上の複数の実施形態において、基板貼り合わせ装置１００は、以下の（１）から（６）の順に基板貼り合わせを行うシーケンスを実行してもよい。（１）解除側の基板ホルダ２２０、９２０によって、基板２１０の内周領域および最外周領域、または、基板２１０の内周領域、外周領域および最外周領域を吸着する。（２）ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）計測を行う。（３）基板２１０、２３０の一部を互いに接触させて、貼り合わせ領域８０１を形成する。（４）解除側の基板ホルダ２２０、９２０による基板２１０の吸着を、基板２１０の最外周領域のみに変更する。（５）上記の貼り合わせ領域８０１が拡大することによって、予め設定した初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされるまで待機する。（６）初期貼り合わせ領域８０３が貼り合わされたことを検出したことに応じて、解除側の基板ホルダ２２０、９２０による基板２１０の最外周領域の吸着も解除することにより、基板２１０の保持を解除する。基板ホルダ２２０によって基板２１０の最外周領域を吸着した状態で基板２１０、２３０を位置合わせする場合に、基板２１０に形成されているＥＧＡ計測マークの検出が困難になる場合があるが、基板貼り合わせ装置１００は当該シーケンスを実行することによって、ＥＧＡ計測マークを正しく検出することができる。
【０１６２】
以上の複数の実施形態において、基板貼り合わせ装置１００は、解除側の基板２１０の歪みに関する情報に基づいて、基板２１０を凸状に変形させる凸量、基板ホルダ２２０によって基板２１０を保持すべく基板２１０の外周部分を吸着する吸着面積、および、基板ホルダ２２０による基板２１０の保持を解除するタイミング、の少なくとも何れかのパラメータを算出する算出装置を更に備えてもよい。各パラメータは、基板２１０における非線形歪みとの関係が予め求められているのが好ましい。また、この場合、当該算出装置によって算出された各パラメータが、基板貼り合わせ装置１００に自動的に設定されてもよい。また、当該算出装置は、基板貼り合わせ装置１００とは別個に設けられ、例えば算出装置によって算出された各パラメータをユーザが取得し、基板貼り合わせ装置１００に手動で入力してもよい。なお、基板２１０を凸状に変形させる凸量は、例えば突出部材２５０の突出量であってもよく、互いに貼り合わせる基板２１０、２３０間のギャップに応じた値であってもよい。なお、基板２１０の外周部分を吸着する吸着面積は、例えば基板ホルダ２２０の複数の支持部で区分された複数の吸着領域のそれぞれに応じた基板ホルダ２２０の面積や、基板２１０の、基板２３０と貼り合わされる面の裏面における、基板ホルダ２２０によって保持されている基板２１０の面積であってもよい。
【０１６３】
以上の複数の実施形態において、複数の支持部を用いた吸着領域の区分方式に代えて、ボンディングウェーブの進行方向に沿って複数のバキューム孔を設けてもよい。この場合、バキューム孔の間隔を、吊り上げにより生じる歪み量が許容される大きさに設定してもよい。
【０１６４】
以上の複数の実施形態において、突出部材の駆動は空圧式としたが、これに代えて、空圧を用いないバネ式の突出部材としてもよい。この場合、バネは基板を変形させるだけの与圧を有し、バネの与圧は一対の基板を接触させるときの押し込み荷重よりも大きい。バネ式とする場合、一対の基板を接触させた後にステージによる押し込み荷重を増大させて突出部材を徐々に押し込むようにしてもよく、この場合には、両基板ホルダをバネ式の突出部材を有する構成としてもよい。これによって、貼り合わせる一対の基板の変形を互いに鏡像関係にすることができ、非線形歪みを抑えることができる。
【０１６５】
以上の複数の実施形態において、突出部材の突出量を一定にするか徐々に小さくするかに拘わらず、突出部材の突出量またはその最大値は、解除側の基板が突出部材によって変形された場合に、当該基板に生じる非線形歪みの量が予め定められた閾値以下となるように設定されてもよい。
【０１６６】
以上の複数の実施形態の各々において、結晶異方性起因の非線形歪みや空気抵抗起因の倍率歪み、及び、基板の局所的な湾曲に起因する非線形歪みへの対策を個別に説明した。これらの様々な歪みに起因して、基板を貼り合わせて形成された積層基板に生じる位置ずれを解消すべく、幾つかの対策を組み合わせてもよく、好ましくは全ての対策を講じてもよい。
【０１６７】
以上の複数の実施形態において、観察部は光学的に初期貼り合わせ領域が貼り合わされたことを観察する構成として説明した。これに代えて、又は、これに加えて、観察部は、例えば基板同士が最初に接触してから予め定められた時間が経過したことを検出することによって、初期貼り合わせ領域が貼り合わされたと判断してもよい。この場合、経過時間と初期貼り合わせ領域の大きさとの関係を示すデータが予め記憶されており、観察部は、このデータに基づいて、初期貼り合わせ領域が貼り合わされたと判断する。また、観察部は、貼り合わせる基板間の距離の変化を観察することによって、または、基板と基板ホルダとの間の距離の変化を観察することによって、初期貼り合わせ領域が貼り合わされたと判断してもよい。この場合、観察部は、例えば貼り合わせる基板に対して同じ側に配された光源および撮像部と、反対の側に配された背景板とを備え、光源が撮像部の撮像視野内で貼り合わせる基板を照射し、背景板に形成される基板の貼り合わせ状態の画像を、撮像部が撮像してもよい。なお、撮像部により取得する画像は、基板の形状を直接に撮像した画像に限られず、例えば、貼り合わせる基板間で生じる干渉等の光学現象で生じた干渉縞像の変化等に基づいて、基板の貼り合わせの状態を判断してもよい。
【０１６８】
また、観察部は、貼り合わせる基板の少なくとも一方における電気的特性の変化を観察することによって、初期貼り合わせ領域が貼り合わされたと判断してもよい。この場合、観察部は例えば静電容量検出部を備え、静電容量検出部は、測定対象となる一対の基板間の静電容量と標準インダクタとを含んで形成されたＬＣ共振回路に周期的に変化する電気信号を印加する。このとき、静電容量検出部は、静電チャックの機能を有する基板ホルダに印加されるＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳し、一対の基板における静電容量の変化に応じて変化する電気信号のＡＣ成分を検出する。ボンディングウェーブが進行するに従って、貼り合わせる基板間の間隔が狭くなり、間隔が狭くなるほど一対の基板間の静電容量が大きくなる。そこで、観察部は、貼り合わせる各基板に電気端子を接触させ、基板の貼り合わせ状態の変化に応じた静電容量の変化を検出することで、基板の貼り合わせ状態を判断してもよい。解除側の基板ホルダにおいては、例えば突出部材２５０を電気端子として用いてもよい。制御部は、静電容量の値が一定になり、一定の負荷値が閾値時間を維持したことを検出して、貼り合わせが完了したと判断してもよい。
【０１６９】
上記実施例では、基板２１０を基板ホルダ２２０，９２０に全面的に保持された状態で上ステージ３２２に搬入され、基板ホルダ２２０、９２０の一部の保持を解除することによりボンディングウェーブを発生させて、初期貼り合わせ領域８０３を形成した例を示したが、これに代えて、以下の実施例を用いてもよい。基板２１０の外周部のみを基板ホルダ２２０、９２０に保持した状態で上ステージ３２２に搬入し、基板２１０の一部を基板２３０に接触させて接触領域を形成した後、基板２１０の外周部を基板ホルダ２２０、９２０に保持した状態で、活性化された表面相互の分子間力等により基板２１０、２３０間のボンディングウェーブを自律的に生じさせることにより、初期貼り合わせ領域８０３を形成する。この場合も、ボンディングウェーブが停止するまでの間に判断部により初期貼り合わせ領域８０３の形成が判断されたとき又はその後に、基板ホルダ２２０、９２０による基板２１０の外周部の保持を解除する。または、基板２１０のボンディングウェーブが停止したときに形成される初期貼り合わせ領域８０３の大きさが予め設定した大きさになるように、基板ホルダ２２０、９２０による基板２１０の保持面積の大きさを設定してもよい。
【０１７０】
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得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また、本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【０１７１】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、およ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。請求の範囲、明細書、およ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】
【０１７２】
１００  基板貼り合わせ装置、１１０  筐体、１２０、１３０  基板カセット、１４０  搬送部、１５０  制御部、２０８、２０９  シリコン単結晶基板、２１０、２３０、６１０、６３０  基板、２１２、２３２  スクライブライン、２１４  ノッチ、２１５  隆起部、２１６、２３６  回路領域、２１８、２３８  アライメントマーク、２２０、２４０、９２０  基板ホルダ、２２１、２４１、９２１  保持面、２２３  凹部、２２４、２４４、９２４  支持ピン、２２５、２２６、２２７、２４７、９２２、９２５、９２６、９２７、９２８  支持部、２２９、９２９  本体部、２５０  突出部材、２５１  当接部、２５５  板バネ、２９０  積層基板、３００  貼り合わせ部、３１０  枠体、３１２  底板、３１６  天板、３２２  上ステージ、３２４、３３４  顕微鏡、３２６、３３６  活性化装置、３３１  Ｘ方向駆動部、３３２  下ステージ、３３３  Ｙ方向駆動部、３３８  昇降駆動部、３４１、３４２、３４３、３４４  検出器、３４５  観察部、３５１  光源、３５２  受光部、３６１、３６２、３６３、３６４  観察窓、４００  ホルダストッカ、５００  プリアライナ、６０１、６０２、６０３、６０４、９０１、９０２、９０３、９０４、９０５  観察孔、６２１  内周通気路、６２２、９３３  最外周通気路、６２５  中心通気路、６４０  通気路、７２１、７２３、７２４、７２５、７２７、７５１  制御バルブ、７３１  正圧源、７３３、７３４、７３５、７３７、７６１  負圧源、７４１、７４３、７４４、７４５、７４７、７７１  開放端、８０１  貼り合わせ領域、８０３  初期貼り合わせ領域、９３１  内周通気路、９３２  外周通気路
【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】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2020084983.tif 000025
【図２４】
2020084983.tif 000026
【図２５】
2020084983.tif 000027
【図２６】
2020084983.tif 000028
【図２７】
2020084983.tif 000029
【図２８】
2020084983.tif 000030
【図２９】
2020084983.tif 000031
【図３０】
2020084983.tif 000032
【図３１】
2020084983.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年2月17日(2021.2.17)
【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の基板を保持する第１の保持部と、
第２の基板を保持する第２の保持部と、
を備え、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に接触領域を形成した後、前記接触領域を拡大して初期貼り合わせ領域を形成し、前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置。
【請求項２】
前記初期貼り合わせ領域を設定する設定部を更に備え、
前記設定部は、前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項３】
前記設定部は、貼り合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の間の位置ずれの量が閾値以下となるように、前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項２に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項４】
前記設定部は、前記第２の基板の貼り合わせ面内における反りの発生位置と反りの大きさとに基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項２または３に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項５】
前記歪みに関する情報は、前記第２の基板における反りの発生位置と、反りの大きさと、反りの方向と、反りの振幅と、撓みの大きさと、撓みの方向と、撓みの振幅との少なくとも一つの情報を含む、
請求項２から４の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項６】
前記歪みに関する情報は、前記第２の基板の外周部分における反りの振幅の最大値と平均値との少なくとも一つの情報を含む、
請求項２から５の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項７】
前記第２の基板の局所的な湾曲の特性を計測する計測部を更に備え、
前記設定部は、前記計測部によって計測される前記第２の基板の前記局所的な湾曲の特性に基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項２から６の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項８】
前記第２の基板の前記歪みに関する情報に含まれる前記第２の基板の局所的な湾曲に関する情報に基づいて前記第２の基板の局所的な湾曲の特性を推定する推定部を更に備え、
前記設定部は、前記推定部によって推定される前記第２の基板の前記局所的な湾曲の特性に基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する、
請求項２から６の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項９】
前記局所的な湾曲に関する情報は、前記第２の基板の種類を示す情報と、製造プロセスを示す情報と、応力分布を示す情報と、表面に形成された構造物の構成を示す情報との少なくとも一つを含む、
請求項８に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１０】
前記初期貼り合わせ領域が形成されたことを判断する判断部を更に備え、
前記第２の保持部は、前記初期貼り合わせ領域が形成されたと前記判断部により判断された場合に前記第２の基板を解放する、
請求項２から９の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１１】
前記設定部は、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる毎に前記初期貼り合わせ領域を設定して、設定した情報を前記判断部に出力する、
請求項１０に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１２】
前記判断部は、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域の広がりを観察する観察部を備える請求項１０または１１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１３】
前記設定部は、前記第１の基板の製造ロット毎、及び、前記第２の基板の製造ロット毎に前記初期貼り合わせ領域を設定して、設定した情報を前記判断部に出力する、
請求項１１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１４】
前記設定部は、前記第１の基板の種類毎、及び、前記第２の基板の種類毎に前記初期貼り合わせ領域を設定して、設定した情報を前記判断部に出力する、
請求項１１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１５】
前記設定部は、前記第１の基板の製造プロセス毎、及び、前記第２の基板の製造プロセス毎に前記初期貼り合わせ領域を設定して、設定した情報を前記判断部に出力する、
請求項１１に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１６】
前記第２の保持部は、
前記第２の基板の少なくとも外周部分を吸着する吸着部と、
前記第２の基板に向かって突出することで、前記第２の基板の中心部分を押圧して変形させる突出部と
を有し、
前記突出部の突出量は可変である、
請求項１から１５の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１７】
前記突出部は、着脱可能であり、
前記突出量は、高さの異なる複数の前記突出部を交換することにより可変である、
請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１８】
前記突出量は、前記突出部が前記第２の基板に向かって動くことにより可変である、
請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項１９】
制御部と、
前記第１の保持部と前記第２の保持部との相対位置を変位させる変位部と
を備え、
前記制御部は、前記貼り合わせ領域が広がるに連れて前記突出量が小さくなるように、前記突出部および前記変位部の少なくとも一方を制御する、
請求項１８に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記第２の基板が前記第２の保持部によって変形された場合の前記第２の基板の外周部分における変形角度を一定に維持した状態で、前記貼り合わせ領域が広がるように、前記突出部および前記変位部の少なくとも一方を制御する、
請求項１９に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２１】
前記突出量は、前記第２の基板が前記第２の保持部によって変形された場合に前記第２の基板に生じる非線形歪みの量が予め定められた閾値以下となるように設定される、
請求項１６から２０の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２２】
前記突出量は、前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて設定される、
請求項１６から２１の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２３】
前記吸着部は、互いに隔離されて独立している複数の吸着領域を含み、
前記貼り合わせ領域が広がるに連れて、前記複数の吸着領域における吸着が前記第２の保持部の中央側から外周側に向けて順次に解除される、
請求項１６から２２の何れか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２４】
前記第２の保持部は、前記初期貼り合わせ領域が形成されるまで、前記第２の基板の内周部を保持せず且つ前記第２の基板の外周部を保持し、前記初期貼り合せ領域が形成されたときに前記第２の基板の前記外周部を解放する、
請求項１から２３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２５】
前記第２の保持部は、前記接触領域の拡大が前記第１の基板の半径の半分以上進んだ状態で、前記第２の基板を解放する、
請求項１から２４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２６】
第１の基板を保持する第１の保持部と、
第２の基板を保持する第２の保持部と、
を備え、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に接触領域を形成した後、少なくとも前記第２の基板の外周部を前記第２の保持部で保持した状態で前記接触領域を拡大し、その後、前記第２の基板の前記外周部を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、
前記第２の保持部は、前記第２の基板を解放したときに前記第２の基板の外周部の湾曲の復元が抑制されるように、前記第２の基板の外周部を保持する基板貼り合わせ装置。
【請求項２７】
第１の基板を保持する第１の保持部と、
第２の基板を保持する第２の保持部と、
を備え、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に形成された接触領域が拡大していく途中で前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、
前記第２の基板を前記第２の保持部から解放するタイミングと、前記第２の基板以外の基板を前記第２の保持部から解放するタイミングとが異なる基板貼り合わせ装置。
【請求項２８】
第１の基板と凸状に変形させている第２の基板とをそれぞれ保持した状態で互いに接触させ、前記第２の基板の保持を解除することにより前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせるときに用いられるパラメータを算出する算出装置であって、
前記第２の基板を前記凸状に変形させる凸量、前記第２の基板を保持すべく前記第２の基板の外周部分を吸着する吸着面積、前記第２の基板の径方向の吸着位置、および、前記第２の基板の保持を解除するタイミング、の少なくとも一つを、前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて算出する、算出装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の算出装置を備え、
前記算出装置で算出したパラメータを用いて、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる、基板貼り合わせ装置。
【請求項３０】
第１の基板を第１の保持部に保持する段階と、
第２の基板を第２の保持部に保持する段階と、
前記第１の基板の一部と前記第２の基板の一部との間に接触領域を形成した後、前記接触領域を拡大して初期貼り合わせ領域を形成する段階と、
前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる段階と
を含む、基板貼り合わせ方法。
【請求項３１】
前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて前記初期貼り合わせ領域を設定する段階を更に含み、
前記初期貼り合わせ領域を設定する段階は、貼り合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の間の位置ずれの量が閾値以下となるように、前記初期貼り合わせ領域を設定する段階を含む、
請求項３０に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３２】
前記初期貼り合わせ領域を前記設定する段階は、前記第２の基板の貼り合わせ面内における反りの発生位置と反りの大きさとに基づいて、前記初期貼り合わせ領域を設定する段階を含む、
請求項３１に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３３】
前記初期貼り合わせ領域が形成されたことを判断する段階と、
前記初期貼り合わせ領域が形成されたと判断された場合に、前記初期貼り合わせ領域が形成された前記第２の基板を前記第２の保持部から解放することにより、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる段階と、
を更に含む、請求項３０から３２のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３４】
第１の基板と凸状に変形させている第２の基板とをそれぞれ保持した状態で互いに接触させ、前記第２の基板の保持を解除することにより前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせるときに用いられるパラメータを算出する算出方法であって、
前記第２の基板を前記凸状に変形させる凸量、前記第２の基板を保持すべく前記第２の基板の外周部分を吸着する吸着面積、前記第２の基板の径方向の吸着位置、および、前記第２の基板の保持を解除するタイミング、の少なくとも一つのパラメータを、前記第２の基板の歪みに関する情報に基づいて算出する段階を備える、算出方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の算出方法でパラメータを算出する段階と、
算出された前記パラメータを用いて、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる段階と、
を備える、基板貼り合わせ方法。
【国際調査報告】
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