位置合わせ装置、基板貼り合わせ装置および積層半導体装置の製造方法
【課題】振動の影響を受けることなく位置合わせする。
【解決手段】定盤から支持されて、第一基板を保持する第一ステージと、定盤から支持されて、第一ステージに保持された第一基板に対向させて第二基板を保持する第二ステージと、第二ステージまたは第二ステージに保持された第二基板を観察する第一顕微鏡と、第一ステージまたは第一ステージに保持された第一基板を観察する第二顕微鏡と、定盤から第一ステージへの振動伝播を抑制する第一除振部とを備え、第一顕微鏡および第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて第一ステージ及び第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、第二ステージに保持された第二基板と、第一ステージに保持された第一基板とを互いに位置合わせする位置合わせする。
【解決手段】定盤から支持されて、第一基板を保持する第一ステージと、定盤から支持されて、第一ステージに保持された第一基板に対向させて第二基板を保持する第二ステージと、第二ステージまたは第二ステージに保持された第二基板を観察する第一顕微鏡と、第一ステージまたは第一ステージに保持された第一基板を観察する第二顕微鏡と、定盤から第一ステージへの振動伝播を抑制する第一除振部とを備え、第一顕微鏡および第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて第一ステージ及び第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、第二ステージに保持された第二基板と、第一ステージに保持された第一基板とを互いに位置合わせする位置合わせする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置合わせ装置、基板貼り合わせ装置および積層半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の基板を位置合わせする位置合わせ装置がある（特許文献１参照）。当該位置合わせ装置において、一方の基板が保持されたステージと他方の基板が保持されたステージとの相対位置は干渉計により計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５１９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記位置合わせ装置において一方または他方のステージは移動するので、当該移動に伴う振動によってステージの相対位置が正確に測れないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、定盤から支持されて、第一基板を保持する第一ステージと、定盤から支持されて、第一ステージに保持された第一基板に対向させて第二基板を保持する第二ステージと、第二ステージまたは第二ステージに保持された第二基板を観察する第一顕微鏡と、第一ステージまたは第一ステージに保持された第一基板を観察する第二顕微鏡と、定盤から第一ステージへの振動伝播を抑制する第一除振部とを備え、第一顕微鏡および第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて第一ステージ及び第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、第二ステージに保持された第二基板と、第一ステージに保持された第一基板とを互いに位置合わせする位置合わせ装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の第二態様として、上記の位置合わせ装置を備える基板貼り合わせ装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の第三態様として、定盤から支持されて、複数の半導体装置が形成された第一基板を、前記定盤からの振動伝播を抑制する第一除振部を介して配された第一ステージに保持するステップと、前記定盤から支持されて、前記第一ステージに保持された前記第一基板に対向させて、複数の半導体素子が形成された第二基板を第二ステージ保持するステップと、前記第二ステージまたは前記第二ステージに保持された前記第二基板を第一顕微鏡で観察するステップと、前記第一ステージまたは前記第一ステージに保持された前記第一基板を第二顕微鏡で観察するステップと、前記第一顕微鏡および前記第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて前記第一ステージ及び前記第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、前記第二ステージに保持された前記第二基板と、前記第一ステージに保持された前記第一基板とを互いに位置合わせするステップと、位置合わせした前記第一基板と前記第二基板とを接合して積層基板を生成するステップと、前記積層基板を個片化するステップとを備える積層半導体装置の製造方法が提供される。
【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い。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】基板貼り合わせ装置１００の平面図である。
【図２】アライナ１６０の縦断面図である。
【図３】アライナ１６０の縦断面図である。
【図４】アライナ１６０の縦断面図である。
【図５】加圧装置１３０の縦断面図である。
【図６】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図７】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図８】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図９】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図１０】微動部２００の縦断面図である。
【図１１】アライナ１６０の縦断面図である。
【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係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、基板貼り合わせ装置１００の全体的な構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合わせ装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に収容された環境ローダ１２０、大気ローダ１２１、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０、アライナ１６０およびロードロック１２９を備える。更に、筐体１１０の外面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏ ｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）１１１が装着される。
【００１２】
ＦＯＵＰ１１１は、筐体１１０に対して個別に取り外しでき、各々が複数の基板１０２を収容する。ＦＯＵＰ１１１を用いることにより、複数の基板１０２を一括して基板貼り合わせ装置１００に装填できる。さらにＦＯＵＰ１１１は、基板１０２を貼り合わせて作製した積層基板１０４を回収して一括して搬出できる。
【００１３】
ここでいう基板１０２は、シリコン単結晶基板、化合物半導体基板等の半導体基板の他、ガラス基板等でもあり得る。貼り合わせに供される基板１０２は、複数の素子を含む場合、それ自体が既に複数の基板を貼り合わせた積層基板１０４である場合がある。
【００１４】
筐体１１０は、環境ローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０およびアライナ１６０を包囲する。筐体１１０の内側は大気と連通して大気環境にある。
【００１５】
大気ローダ１２１は、筐体１１０の内部においてＦＯＵＰ１１１に対向して配される。大気ローダ１２１は、基板１０２を搭載するフォーク１２３を有して、ＦＯＵＰ１１１に沿って配されたガイドレール１２５に沿って移動しつつ基板１０２を搬送する。
【００１６】
プリアライナ１５０は、大気ローダ１２１の近傍に配され、位置合わせ精度よりも処理速度を重視した位置合わせ機構を有する。プリアライナ１５０は、大気ローダ１２１に対する基板１０２の搭載位置のばらつきを、予め定められた範囲に収まるように調整する。これにより、後述するアライナ１６０における位置合わせに要する時間を短縮する。
【００１７】
ロードロック１２９は、大気ローダ１２１を含む大気環境と、真空環境に配された環境ローダ１２０との間に位置して、大気環境側および真空環境側にそれぞれ面したゲートバルブ２１２、２１４を有する。これにより、真空環境の真空を破ることなく、大気環境および真空環境の間で基板１０２の受け渡しができる。
【００１８】
大気ローダ１２１は、プリアライナ１５０で搭載位置が調整された基板１０２をロードロック１２９に搬入する。さらに大気ローダ１２１は、後述するアライナ１６０および加圧装置１３０で製造された積層基板１０４をロードロック１２９から搬出する。
【００１９】
環境ローダ１２０は、ロードロック１２９に対して、大気ローダ１２１と反対側に配される、基板１０２、積層基板１０４、基板ホルダ１０８のいずれかを搬送する。環境ローダ１２０は、フォーク１２２、落下防止爪１２４およびフォールディングアーム１２６を有する。
【００２０】
フォールディングアーム１２６は、一端においてフォーク１２２および落下防止爪１２４を支持する。フォールディングアーム１２６の他端は、筐体１１０に対して回転可能に支持される。フォールディングアーム１２６は、それ自体の屈曲と回転とを組み合わせて、フォーク１２２を任意の位置に移動する。
【００２１】
フォーク１２２は、搭載した基板１０２または基板ホルダ１０８を吸着して保持する。これにより、フォーク１２２および落下防止爪１２４が上下反転した場合も、環境ローダ１２０は、基板１０２または基板ホルダ１０８をフォーク１２２の下側に保持する。
【００２２】
落下防止爪１２４は、フォーク１２２が上下反転した場合に、フォーク１２２に保持された基板１０２または基板ホルダ１０８の下方に差し出される。これにより、基板１０２または基板ホルダ１０８の落下を防止する。フォーク１２２が反転しない場合、落下防止爪１２４は、フォーク１２２上の基板１０２および基板ホルダ１０８と干渉しない位置まで退避する。
【００２３】
環境ローダ１２０の周囲には、複数の加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０が配される。隣接する加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、アライナ１６０、ロードロック１２９の間は、気密壁１１２により気密に封じられる。気密壁１１２の内側を排気することにより、加圧装置１３０およびアライナ１６０は真空環境で稼働する。
【００２４】
加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０は、環境ローダ１２０に対してそれぞれ対面して配される。これにより、環境ローダ１２０は、ロードロック１２９から取り出した基板１０２を、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０のいずれに対しても搬入できる。また、環境ローダ１２０は、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０から搬出した基板１０２および基板ホルダ１０８をロードロック１２９に搬入できる。
【００２５】
ホルダストッカ１４０は、基板１０２を保持する基板ホルダ１０８を複数収容して待機させる。基板ホルダ１０８は、環境ローダ１２０により１枚ずつ取り出され、それぞれが基板１０２を一枚ずつ保持する。ロードロック１２９に対して環境ローダ１２０側の真空環境において、基板ホルダ１０８は基板１０２と一体的に取り扱われる。これにより、薄く脆弱な基板１０２を保護して基板１０２の取り扱いを容易にする。
【００２６】
基板ホルダ１０８は、積層基板１０４が真空環境から搬出される場合に、積層基板１０４から分離されてホルダストッカ１４０に戻される。これにより、少なくとも基板貼り合わせ装置１００が稼働している期間は、基板ホルダ１０８は真空環境に留まる。
【００２７】
アライナ１６０は、それぞれが基板ホルダ１０８に保持された一対の基板１０２を相互に位置合わせした後に重ね合わせる。アライナ１６０の位置合わせ精度は高く、例えば、素子が形成された半導体基板を位置合わせする場合にはサブミクロンレベルの精度が求められる。
【００２８】
加圧装置１３０は、アライナ１６０において位置合わせして重ね合わされた一対の基板１０２を加圧して、基板１０２どうしを接着する。これにより基板１０２は恒久的に積層された積層基板１０４となる。作製された積層基板１０４は、環境ローダ１２０によりロードロック１２９に搬送され、更に、大気ローダ１２１によりロードロック１２９から搬出されてＦＯＵＰ１１１に回収される。さらに積層基板１０４が個片化されて積層半導体装置が製造される。
【００２９】
図２は、アライナ１６０の構造と動作を示す模式的な縦断面図である。アライナ１６０は、枠体１６２と、枠体１６２の内側に配された粗動部１８０、下ステージ１７０および上ステージ１９０とを備える。
【００３０】
枠体１６２は、それぞれが水平で互いに平行な底板１６１および天板１６５と、底板１６１および天板１６５を結合する複数の支柱１６３とを有する。底板１６１、支柱１６３および天板１６５はそれぞれ高い剛性を有して、アライナ１６０の動作に伴う反力が作用した場合も変形しない。
【００３１】
底板１６１の上面には、粗動部１８０が載置される。粗動部１８０は、底板１６１に固定されたガイドレール１８２に案内されつつＸ方向に移動するＸ駆動部１８４と、Ｘ駆動部１８４の上でＹ方向に移動するＹ駆動部１８６とを有する。これにより、粗動部１８０は、ＸＹ平面上の任意の位置に向かって高速に移動する。
【００３２】
Ｙ駆動部１８６は、微動部２００を搭載する。微動部２００は、ベース部１７６、球面座４２０および下ステージ１７０と、複数の上下アクチュエータ７０２、７０３および水平アクチュエータ７３０とを有する。
【００３３】
ベース部１７６は、Ｙ駆動部１８６から支持されると共に、微動部２００の他の部材を支持する。即ち、下ステージ１７０は、球面座４２０を介してベース部１７６上に支持される。下ステージ１７０は基板１０２および基板ホルダ１０８を保持する。なお、下ステージ１７０の搭載面は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、搭載された基板ホルダ１０８を吸着して保持する。
【００３４】
下ステージ１７０およびベース部１７６の間には、水平または垂直に配された複数のアクチュエータが配される。下ステージ１７０は、水平アクチュエータ７３０の動作によりＸ方向およびＹ方向に移動する。また、下ステージ１７０は、複数の水平アクチュエータ７３０を異なる動作量で動作させることにより、鉛直な軸の回りに回転する。
【００３５】
更に、下ステージ１７０は、上下アクチュエータ７０２、７０３を動作させることにより昇降する。また更に、下ステージ１７０は、複数の上下アクチュエータ７０２、７０３の動作量を相互に変えることにより水平面に対する傾きも変化させる。図２の向きでは他のアクチュエータが見えていないが、アクチュエータが水平な向きに三つ設けられるとともに垂直な向きに三つ設けられることにより、下ステージ１７０は六自由度で移動することができる。
【００３６】
このように、粗動部１８０は、下ステージ１７０を、迅速にＸ方向またはＹ方向に移動させる。さらに微動部２００は、粗動部１８０を停止させた状態で、下ステージ１７０を精密に位置合わせする。
【００３７】
顕微鏡１７１は、ベース部１７６に搭載されて、下ステージ１７０に対する相対位置が固定されている。これにより顕微鏡１７１は、微動部２００と共にＸ方向およびＹ方向に移動する。顕微鏡１７１および下ステージ１７０の相対位置は予め正確に知ることができるので、下ステージ１７０に対向する上ステージ１９０の下ステージ１７０に対する相対位置を、顕微鏡１７１を用いて正確に検出できる。
【００３８】
図示の状態では、上ステージ１９０に吸着された基板ホルダ１０８に保持された基板１０２のアライメントマークＭの位置を正確に検出できる。図中では、三角形の記号によりアライメントマークＭを表す。ただし、相対位置の検出は、アライメントマークＭを用いるとは限らない。例えば、基板１０２に形成されたパターン等を指標に用いる場合もある。
【００３９】
下ステージ１７０の側面には、ミラー３２４が配される。さらに下ステージ１７０の下面には、ミラー３２６が配される。Ｙ駆動部１８６の上面にはミラー３２５が配される。
【００４０】
アライナ１６０において、天板１６５の下面には、上ステージ１９０および顕微鏡１９１が懸下される。上ステージ１９０および顕微鏡１９１は、天板１６５に対して固定されて移動しない。
【００４１】
上ステージ１９０は、水平で下向きの搭載面を有して、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８を保持する。即ち、上ステージ１９０は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、基板ホルダ１０８を吸着して保持する。これにより、基板ホルダ１０８に吸着された基板１０２と、基板ホルダ１０８に保持された基板とを対向させることができる。上ステージ１９０の側面にはミラー３２２が固定される。さらに天板１６５にはミラー３２８が固定される。
【００４２】
上ステージ１９０および顕微鏡１９１の相対位置は予め正確に知ることができるので、顕微鏡１９１を用いて、上ステージ１９０に対向する物の相対位置を正確に検出できる。この実施形態では、下ステージ１７０に搭載された基板ホルダ１０８に保持された基板１０２のアライメントマークＭを観察して、基板ホルダ１０８に保持された基板１０２の位置を正確に検出できる。
【００４３】
底板１６１の上面と支柱１６３の下端との間には、除振部３４０が配される。除振部３４０は、粗動部１８０等に生じた振動が底板１６１から支柱１６３に伝播することを抑制する。除振部３４０は、振動を能動的に抑制するアクチュエータ３４４、および、支柱１６３と当該アクチュエータ３４４とを連結する連結部３４２を有する。アクチュエータ３４４は、エアアクチュエータ、ＶＣＭまたはそれらの組み合わせであってよい。この場合に、アクチュエータ３４４は、フィードバック制御、フィードフォワード制御またはそれらの組み合わせにより制御されてよい。これにより、アクチュエータ３４４は、粗動部１８０による下ステージ１７０の移動の反作用として底板１６１に生じた揺動を打ち消す。
【００４４】
天板１６５にはＡＦセンサ３３０が配される。ＡＦセンサ３３０は、一方から複数の光線を照射し、他方のイメージセンサで受光する。これにより、光線を照射した対象物までの絶対的な距離、および、対象物の反射面の傾きを計測する。図２においてＡＦセンサ３３０は、基板１０２に光線を照射することにより当該基板１０２のＺ方向の絶対位置および基板１０２の上面の傾きを計測する。
【００４５】
支柱１６３にはレーザ干渉計３２３が配される。レーザ干渉計３２３は、ミラー３２２、３２４、３２５、３２６にレーザを照射して反射光を受光する。これにより、レーザ干渉計３２３は、固定されたミラー３２２、３２８に対する、移動側のミラー３２４、３２６の位置を干渉により計測する。よって、レーザ干渉計３２３は、上ステージ１９０に対する下ステージ１７０の相対位置を正確に計測することができる。
【００４６】
なお、基板１０２をアライナ１６０内に搬送して上ステージ１９０に保持させる場合に、除振部３４０のアクチュエータ３４４を駆動して、上ステージ１９０を固定している天板１６５および支柱１６３を上げることにより上ステージ１９０に下ステージ１７０から離間する方向の補正力を作用させてもよい。これにより上下アクチュエータ７０２、７０３を小型化することができる。
【００４７】
図３は、図２に続いてアライナ１６０の動作を示す図である。既に説明した通り、顕微鏡１７１、１９１により対向する基板１０２のアライメントマークＭの位置を検出することにより、上ステージ１９０に保持された基板１０２に対する下ステージ１７０に保持された基板１０２の正確な相対位置を知ることができる。
【００４８】
そこで、基板１０２相互の相対位置のずれが無くなるように粗動部１８０および微動部２００を順次動作させることにより、一対の基板１０２を正対させることができる。この場合にアラインメントマークＭ同士を重なるように位置合わせてもよいし、これに代えて基板１０２上に形成された複数の半導体装置の相互のずれが統計的に小さくなるように、アラインメントマークＭを互いに位置決めすることにより一対の基板１０２を位置合わせしてもよい。
【００４９】
この場合にまずＡＦセンサ３３０等を用いてレーザ干渉計３２３を初期化する。その後に、レーザ干渉計３２３を用いて上ステージ１９０に対する下ステージ１７０の相対位置を計測して、上ステージ１９０に対して下ステージ１７０を位置決めする。この場合に、レーザ干渉計３２３は除振部３４０により除振された支柱１６３に配されており、かつ、上ステージ１９０も除振部３４０により除振された天板１６５に固定されているので、正確な位置決めをすることができる。
【００５０】
図４は、図３に続いてアライナ１６０の動作を示す図である。図３に示す状態から、上下アクチュエータ７０２、７０３を同時に動作させて下ステージ１７０を上昇させる。これにより、一対の基板１０２を位置合わせした状態で積層して仮接合させることができる。この場合に、除振部３４０のアクチュエータ３４４を駆動して、上ステージ１９０を固定している天板１６５および支柱１６３を下げることにより一対の基板１０２を近接および当接させる補正力としてもよい。これにより上下アクチュエータ７０２、７０３を小型化することができる。
【００５１】
図５は、加圧装置１３０単独の構造を模式的に示す縦断面図である。加圧装置１３０は、筐体１３２の底部から順次積層された定盤１３８および加熱プレート１３６と、筐体１３２の天井面から垂下された圧下部１３４および加熱プレート１３６とを有する。加熱プレート１３６の各々はヒータを内蔵する。また、筐体１３２の側面のひとつには装入口１３１が設けられる。
【００５２】
加圧装置１３０には、既に位置合わせして重ね合わされた基板１０２が、基板ホルダ１０８および基板ホルダ１０８と共に搬入される。搬入された基板１０２および基板ホルダ１０８は、定盤１３８の加熱プレート１３６上面に載置される。
【００５３】
加圧装置１３０は、加熱プレート１３６を昇温させると共に、圧下部１３４を降下させて上側の加熱プレート１３６を押し下げる。これにより、加熱プレート１３６の間に挟まれた基板１０２並びに基板ホルダ１０８および基板ホルダ１０８が加熱および加圧され、基板１０２は恒久的に接着される。
【００５４】
図示は省いたが、加熱、加圧した後に、基板１０２を冷却する冷却部を加圧装置１３０に設けてもよい。これにより、室温までに至らなくても、ある程度冷却した基板１０２を搬出して、迅速にＦＯＵＰ１１１に戻すことができる。
【００５５】
図６、図７、図８および図９は、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２の状態の変遷を示す図である。以下、図６、図７、図８および図９を参照しつつ、図１に示す基板貼り合わせ装置１００の動作を説明する。
【００５６】
貼り合わせに供される基板１０２は、ＦＯＵＰ１１１に収容された状態で基板貼り合わせ装置１００に装填される。基板貼り合わせ装置１００においては、まず、大気ローダ１２１が、ホルダストッカ１４０から搬出した基板ホルダ１０８を、プリアライナ１５０に載置する。
【００５７】
次に、大気ローダ１２１は、ＦＯＵＰ１１１から１枚ずつ搬出した基板１０２を、プリアライナ１５０に置かれた基板ホルダ１０８に搭載する。搭載された基板１０２は、静電吸着等により、基板ホルダ１０８に保持される。
【００５８】
基板１０２を保持した基板ホルダ１０８は、少なくとも２組用意される。以下の工程において、基板１０２および基板ホルダ１０８が一体的に取り扱われる。こうして、図６に示すように、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８が用意される。
【００５９】
環境ローダ１２０は、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８を、アライナ１６０に順次搬送する。例えば最初に搬送された基板ホルダ１０８は、環境ローダ１２０により反転されて上ステージ１９０に保持される。次に搬入された基板ホルダ１０８は、そのままの向きで下ステージ１７０に保持される。これら基板ホルダ１０８に保持された基板１０２は、図７に示すように、相互に位置合わせして仮接合される。
【００６０】
ここで、アライナ１６０において仮接合された一対の基板１０２はまだ接着されていないので、図８に示すように、基板ホルダ１０８の溝１０９にクリップ２０４が嵌められる。これにより、アライナ１６０による位置合わせを保持したまま、位置合わせした基板１０２を挟んだ一対の基板ホルダ１０８を一体的に搬送できる。
【００６１】
続いて、ローダ１２０は、仮接合された１対の基板１０２を挟んだ基板ホルダ１０８を、加圧装置１３０に搬送する。加圧装置１３０において加熱、加圧された１対の基板１０２は恒久的に接着され、図９に示すように、積層基板１０４となる。
【００６２】
更に、環境ローダ１２０は、基板ホルダ１０８および積層基板１０４を分離する。基板ホルダ１０８はホルダストッカ１４０に搬送される。積層基板１０４は、ＦＯＵＰ１１１に回収される。
【００６３】
図１０は、微動部２００の詳細な構造を示す断面図である。なお、図２から図４と共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。微動部２００は、ベース部１７６、上下アクチュエータ７０２、７０３、水平アクチュエータ７３０、下ステージ１７０、エアベアリング３００および重力打消部４００を備える。
【００６４】
ベース部１７６は、エアベアリング３００が形成するギャップ３０１を介してＹ駆動部１８６から支持される。エアベアリング３００は、エアベアリング駆動部３２１および流体室３１０を含む。
【００６５】
エアベアリング駆動部３２１は、ベース部１７６に搭載される。流体室３１０は、ベース部１７６の下面に、Ｙ駆動部１８６に向かって開口して形成される。流体室３１０には、エアベアリング駆動部３２１から空気、窒素ガス等の作動流体が供給される。これにより、Ｙ駆動部１８６の上面とベース部１７６の下面との間に作動流体の層が形成され、Ｙ駆動部１８６およびベース部１７６は直接に摺動しなくなる。従って、ベース部１７６は、Ｙ駆動部１８６上を極めて円滑に移動する。
【００６６】
下ステージ１７０は、反射鏡１７８およびテーブル部１７９を上面に有する。反射鏡１７８は、微動部２００の外部に固定された干渉計から出射されたレーザ光を反射する。これにより、下ステージ１７０の正確な位置および移動量を検出できる。テーブル部１７９は、真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、搭載された基板ホルダ１０８を保持する。
【００６７】
重力打消部４００は、球面座４２０を介して、下ステージ１７０を下方から支持する。重力打消部４００は、下ステージ１７０の昇降を検出して、下ステージ１７０およびその搭載物の重量を打ち消すように重力方向に伸縮する。これにより、下ステージ１７０を移動させる場合の慣性を抑制して正確な位置合わせができる。
【００６８】
球面座４２０は、下ステージ１７０を揺動可能に支持する。さらに球面座４２０は、流体軸受け等を介して、下ステージ１７０を低摩擦に支持する。これにより、上下アクチュエータ７０２、７０３を個別に動作させた場合、下ステージ１７０は円滑に揺動する。
【００６９】
また、重力打消部４００は、ベース部１７６に対して垂直に配されたシリンダ４１２と、シリンダ４１２の内部を垂直に変位するピストン４１４とを含む垂直駆動部４１０を有する。シリンダ４１２およびピストン４１４の間に作動流体を供給することにより下ステージ１７０等の重量を打ち消して、下ステージ１７０を円滑且つ精密に移動させることができる。
【００７０】
なお、重力打消部４００の下端でもあるシリンダ４１２の下面は、ベース部１７６を貫通して、Ｙ駆動部１８６の上面に、エアベアリング４５０を介して支持される。また、シリンダ４１２の側面は、ベース部１７６の内側に配されたジンバルサポート４３０により側方から支持される。これにより、重力打消部４００は、ベース部１７６に対して相対的に変位することなく、ベース部１７６と共にＹ駆動部１８６上を水平に移動する。
【００７１】
上下アクチュエータ７０２、７０３および水平アクチュエータ７３０のそれぞれは、支持部１７４を介して下ステージ１７０側に固定された軸状のマグネット１７３と、ヨーク１７５によりベース部１７６側に固定されたコイル１７７とを有する。これにより、コイル１７７に流れる駆動電流を変化させることによりマグネット１７３が進退して、ベース部１７６に対する下ステージ１７０の間隔を、それぞれのアクチュエータが配置された位置において短縮または拡大できる。このように、コイル１７７を下ステージ１７０側に配することにより、下ステージ１７０が移動する場合に、コイル１７７に駆動電流を供給するケーブルを下ステージ１７０が引きずることが避けられる。
【００７２】
なお、微動部２００において、下ステージ１７０の水平移動量および垂直移動量は小さい。従って、上下アクチュエータ７０２、７０３が動作した場合、水平アクチュエータ７３０のマグネット１７３はコイル１７７の内側で変位するに過ぎず、マグネット１７３およびコイル１７７が接触することはない。同様に、水平アクチュエータ７３０が動作した場合に、上下アクチュエータ７０２、７０３において、マグネット１７３およびコイル１７７が接触することもない。
【００７３】
以上、本実施形態によれば、レーザ干渉計３２３は除振部３４０により除振された支柱１６３に配されているので、上ステージ１９０および下ステージ１７０の相対位置をより正確に計測することができる。さらに、上ステージ１９０も除振部３４０により除振された天板１６５に固定されおり、下ステージ１７０も球面座４２０等によって粗動部１８０からの振動伝播が抑制されているので、上ステージ１９０および下ステージ１７０をより正確に位置合わせすることができる。
【００７４】
図１１は、アライナ１６０の他のレイアウトを示す図である。図１１において図２のアライナ１６０と同じ構成には同じ参照番号を付して説明を省略する。
【００７５】
図１１のアライナ１６０は、レーザ干渉計３２３が支柱１６３とは別体の干渉計用フレーム３５２に支持されている点が、図２のアライナ１６０と異なる。干渉計用フレーム３５２は、除振部３５０を介して底板１６１に支持される。除振部３５０の構成は除振部３４０の構成と同様であってよい。除振部３５０は、粗動部１８０による下ステージ１７０の移動の反作用として底板１６１に生じた揺動がレーザ干渉計３２３に伝播するのを抑制する。
【００７６】
なお、上記実施形態において、除振部３４０は、上ステージに基板１０２が保持されていない場合に、アクチュエータ３４４の動作を停止させるとともに、アクチュエータ３４４に代わって底板１６１から上ステージ１９０への振動の伝播を遮断する受動的な除振機構を更に含んでもよい。この場合にアクチュエータ３４４がエアアクチュエータであるときにエアの出し入れを停止することで受動的な除振機構としてもよい。また、振動を能動的に除振する除振部３４０、３５０に代えて、振動を受動的に除振する除振部３４０、３５０を用いてもよい。また、除振部３４０は、底板１６１の上面と支柱１６３の下端との間に配されるのに代えて、天板１６５の下面と支柱１６３の上端との間に配されてもよいし、支柱１６３の途中に配されてもよい。また、上ステージ１９０と顕微鏡１９１とが相対的に動いてもよく、下ステージ１７０と顕微鏡１７１とが相対的に移動してもよい。
【００７７】
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。
【００７８】
特許請求の範囲、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、後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現しうることに留意されたい。特許請求の範囲、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】
【００７９】
１００ 基板貼り合わせ装置、１０２ 基板、１０４ 積層基板、１０８ 基板ホルダ、１０９ 溝、１１０、１３２ 筐体、１１１ ＦＯＵＰ、１２０ 環境ローダ、１２１ 大気ローダ、１２２、１２３ フォーク、１２４ 落下防止爪、１２５ ガイドレール、１２６ フォールディングアーム、１２９ ロードロック、１３０ 加圧装置、１３１ 装入口、１３４ 圧下部、１３６ 加熱プレート、１３８ 定盤、１４０ ホルダストッカ、１５０ プリアライナ、１６０ アライナ、１６１ 底板、１６２ 枠体、１６３ 支柱、１６５ 天板、１７０ 下ステージ、１７１、１９１ 顕微鏡、１７３ マグネット、１７４ 支持部、１７５ ヨーク、１７６ ベース部、１７７ コイル、１７８ 反射鏡、１７９ テーブル部、１８０ 粗動部、１８２ ガイドレール、１８４ Ｘ駆動部、１８６ Ｙ駆動部、１９０ 上ステージ、２００ 微動部、２０４ クリップ、２１２、２１４ ゲートバルブ、３００、４５０ エアベアリング、３０１ ギャップ、３１０ 流体室、３２１ エアベアリング駆動部、３２２、３２４、３２５、３２６、３２８ ミラー、３２３ レーザ干渉計、３３０ ＡＦセンサ、３４０ 除振部、３４２ 連結部、３４４ アクチュエータ、３５０ 除振部、３５２ 干渉計用フレーム、４００ 重力打消部、４１０ 垂直駆動部、４１２ シリンダ、４１４ ピストン、４２０ 球面座、７０２、７０３ 上下アクチュエータ、７３０ 水平アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置合わせ装置、基板貼り合わせ装置および積層半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の基板を位置合わせする位置合わせ装置がある（特許文献１参照）。当該位置合わせ装置において、一方の基板が保持されたステージと他方の基板が保持されたステージとの相対位置は干渉計により計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５１９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記位置合わせ装置において一方または他方のステージは移動するので、当該移動に伴う振動によってステージの相対位置が正確に測れないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、定盤から支持されて、第一基板を保持する第一ステージと、定盤から支持されて、第一ステージに保持された第一基板に対向させて第二基板を保持する第二ステージと、第二ステージまたは第二ステージに保持された第二基板を観察する第一顕微鏡と、第一ステージまたは第一ステージに保持された第一基板を観察する第二顕微鏡と、定盤から第一ステージへの振動伝播を抑制する第一除振部とを備え、第一顕微鏡および第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて第一ステージ及び第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、第二ステージに保持された第二基板と、第一ステージに保持された第一基板とを互いに位置合わせする位置合わせ装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の第二態様として、上記の位置合わせ装置を備える基板貼り合わせ装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の第三態様として、定盤から支持されて、複数の半導体装置が形成された第一基板を、前記定盤からの振動伝播を抑制する第一除振部を介して配された第一ステージに保持するステップと、前記定盤から支持されて、前記第一ステージに保持された前記第一基板に対向させて、複数の半導体素子が形成された第二基板を第二ステージ保持するステップと、前記第二ステージまたは前記第二ステージに保持された前記第二基板を第一顕微鏡で観察するステップと、前記第一ステージまたは前記第一ステージに保持された前記第一基板を第二顕微鏡で観察するステップと、前記第一顕微鏡および前記第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて前記第一ステージ及び前記第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、前記第二ステージに保持された前記第二基板と、前記第一ステージに保持された前記第一基板とを互いに位置合わせするステップと、位置合わせした前記第一基板と前記第二基板とを接合して積層基板を生成するステップと、前記積層基板を個片化するステップとを備える積層半導体装置の製造方法が提供される。
【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い。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】基板貼り合わせ装置１００の平面図である。
【図２】アライナ１６０の縦断面図である。
【図３】アライナ１６０の縦断面図である。
【図４】アライナ１６０の縦断面図である。
【図５】加圧装置１３０の縦断面図である。
【図６】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図７】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図８】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図９】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図１０】微動部２００の縦断面図である。
【図１１】アライナ１６０の縦断面図である。
【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係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、基板貼り合わせ装置１００の全体的な構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合わせ装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に収容された環境ローダ１２０、大気ローダ１２１、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０、アライナ１６０およびロードロック１２９を備える。更に、筐体１１０の外面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏ ｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）１１１が装着される。
【００１２】
ＦＯＵＰ１１１は、筐体１１０に対して個別に取り外しでき、各々が複数の基板１０２を収容する。ＦＯＵＰ１１１を用いることにより、複数の基板１０２を一括して基板貼り合わせ装置１００に装填できる。さらにＦＯＵＰ１１１は、基板１０２を貼り合わせて作製した積層基板１０４を回収して一括して搬出できる。
【００１３】
ここでいう基板１０２は、シリコン単結晶基板、化合物半導体基板等の半導体基板の他、ガラス基板等でもあり得る。貼り合わせに供される基板１０２は、複数の素子を含む場合、それ自体が既に複数の基板を貼り合わせた積層基板１０４である場合がある。
【００１４】
筐体１１０は、環境ローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０およびアライナ１６０を包囲する。筐体１１０の内側は大気と連通して大気環境にある。
【００１５】
大気ローダ１２１は、筐体１１０の内部においてＦＯＵＰ１１１に対向して配される。大気ローダ１２１は、基板１０２を搭載するフォーク１２３を有して、ＦＯＵＰ１１１に沿って配されたガイドレール１２５に沿って移動しつつ基板１０２を搬送する。
【００１６】
プリアライナ１５０は、大気ローダ１２１の近傍に配され、位置合わせ精度よりも処理速度を重視した位置合わせ機構を有する。プリアライナ１５０は、大気ローダ１２１に対する基板１０２の搭載位置のばらつきを、予め定められた範囲に収まるように調整する。これにより、後述するアライナ１６０における位置合わせに要する時間を短縮する。
【００１７】
ロードロック１２９は、大気ローダ１２１を含む大気環境と、真空環境に配された環境ローダ１２０との間に位置して、大気環境側および真空環境側にそれぞれ面したゲートバルブ２１２、２１４を有する。これにより、真空環境の真空を破ることなく、大気環境および真空環境の間で基板１０２の受け渡しができる。
【００１８】
大気ローダ１２１は、プリアライナ１５０で搭載位置が調整された基板１０２をロードロック１２９に搬入する。さらに大気ローダ１２１は、後述するアライナ１６０および加圧装置１３０で製造された積層基板１０４をロードロック１２９から搬出する。
【００１９】
環境ローダ１２０は、ロードロック１２９に対して、大気ローダ１２１と反対側に配される、基板１０２、積層基板１０４、基板ホルダ１０８のいずれかを搬送する。環境ローダ１２０は、フォーク１２２、落下防止爪１２４およびフォールディングアーム１２６を有する。
【００２０】
フォールディングアーム１２６は、一端においてフォーク１２２および落下防止爪１２４を支持する。フォールディングアーム１２６の他端は、筐体１１０に対して回転可能に支持される。フォールディングアーム１２６は、それ自体の屈曲と回転とを組み合わせて、フォーク１２２を任意の位置に移動する。
【００２１】
フォーク１２２は、搭載した基板１０２または基板ホルダ１０８を吸着して保持する。これにより、フォーク１２２および落下防止爪１２４が上下反転した場合も、環境ローダ１２０は、基板１０２または基板ホルダ１０８をフォーク１２２の下側に保持する。
【００２２】
落下防止爪１２４は、フォーク１２２が上下反転した場合に、フォーク１２２に保持された基板１０２または基板ホルダ１０８の下方に差し出される。これにより、基板１０２または基板ホルダ１０８の落下を防止する。フォーク１２２が反転しない場合、落下防止爪１２４は、フォーク１２２上の基板１０２および基板ホルダ１０８と干渉しない位置まで退避する。
【００２３】
環境ローダ１２０の周囲には、複数の加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０が配される。隣接する加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、アライナ１６０、ロードロック１２９の間は、気密壁１１２により気密に封じられる。気密壁１１２の内側を排気することにより、加圧装置１３０およびアライナ１６０は真空環境で稼働する。
【００２４】
加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０は、環境ローダ１２０に対してそれぞれ対面して配される。これにより、環境ローダ１２０は、ロードロック１２９から取り出した基板１０２を、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０のいずれに対しても搬入できる。また、環境ローダ１２０は、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０から搬出した基板１０２および基板ホルダ１０８をロードロック１２９に搬入できる。
【００２５】
ホルダストッカ１４０は、基板１０２を保持する基板ホルダ１０８を複数収容して待機させる。基板ホルダ１０８は、環境ローダ１２０により１枚ずつ取り出され、それぞれが基板１０２を一枚ずつ保持する。ロードロック１２９に対して環境ローダ１２０側の真空環境において、基板ホルダ１０８は基板１０２と一体的に取り扱われる。これにより、薄く脆弱な基板１０２を保護して基板１０２の取り扱いを容易にする。
【００２６】
基板ホルダ１０８は、積層基板１０４が真空環境から搬出される場合に、積層基板１０４から分離されてホルダストッカ１４０に戻される。これにより、少なくとも基板貼り合わせ装置１００が稼働している期間は、基板ホルダ１０８は真空環境に留まる。
【００２７】
アライナ１６０は、それぞれが基板ホルダ１０８に保持された一対の基板１０２を相互に位置合わせした後に重ね合わせる。アライナ１６０の位置合わせ精度は高く、例えば、素子が形成された半導体基板を位置合わせする場合にはサブミクロンレベルの精度が求められる。
【００２８】
加圧装置１３０は、アライナ１６０において位置合わせして重ね合わされた一対の基板１０２を加圧して、基板１０２どうしを接着する。これにより基板１０２は恒久的に積層された積層基板１０４となる。作製された積層基板１０４は、環境ローダ１２０によりロードロック１２９に搬送され、更に、大気ローダ１２１によりロードロック１２９から搬出されてＦＯＵＰ１１１に回収される。さらに積層基板１０４が個片化されて積層半導体装置が製造される。
【００２９】
図２は、アライナ１６０の構造と動作を示す模式的な縦断面図である。アライナ１６０は、枠体１６２と、枠体１６２の内側に配された粗動部１８０、下ステージ１７０および上ステージ１９０とを備える。
【００３０】
枠体１６２は、それぞれが水平で互いに平行な底板１６１および天板１６５と、底板１６１および天板１６５を結合する複数の支柱１６３とを有する。底板１６１、支柱１６３および天板１６５はそれぞれ高い剛性を有して、アライナ１６０の動作に伴う反力が作用した場合も変形しない。
【００３１】
底板１６１の上面には、粗動部１８０が載置される。粗動部１８０は、底板１６１に固定されたガイドレール１８２に案内されつつＸ方向に移動するＸ駆動部１８４と、Ｘ駆動部１８４の上でＹ方向に移動するＹ駆動部１８６とを有する。これにより、粗動部１８０は、ＸＹ平面上の任意の位置に向かって高速に移動する。
【００３２】
Ｙ駆動部１８６は、微動部２００を搭載する。微動部２００は、ベース部１７６、球面座４２０および下ステージ１７０と、複数の上下アクチュエータ７０２、７０３および水平アクチュエータ７３０とを有する。
【００３３】
ベース部１７６は、Ｙ駆動部１８６から支持されると共に、微動部２００の他の部材を支持する。即ち、下ステージ１７０は、球面座４２０を介してベース部１７６上に支持される。下ステージ１７０は基板１０２および基板ホルダ１０８を保持する。なお、下ステージ１７０の搭載面は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、搭載された基板ホルダ１０８を吸着して保持する。
【００３４】
下ステージ１７０およびベース部１７６の間には、水平または垂直に配された複数のアクチュエータが配される。下ステージ１７０は、水平アクチュエータ７３０の動作によりＸ方向およびＹ方向に移動する。また、下ステージ１７０は、複数の水平アクチュエータ７３０を異なる動作量で動作させることにより、鉛直な軸の回りに回転する。
【００３５】
更に、下ステージ１７０は、上下アクチュエータ７０２、７０３を動作させることにより昇降する。また更に、下ステージ１７０は、複数の上下アクチュエータ７０２、７０３の動作量を相互に変えることにより水平面に対する傾きも変化させる。図２の向きでは他のアクチュエータが見えていないが、アクチュエータが水平な向きに三つ設けられるとともに垂直な向きに三つ設けられることにより、下ステージ１７０は六自由度で移動することができる。
【００３６】
このように、粗動部１８０は、下ステージ１７０を、迅速にＸ方向またはＹ方向に移動させる。さらに微動部２００は、粗動部１８０を停止させた状態で、下ステージ１７０を精密に位置合わせする。
【００３７】
顕微鏡１７１は、ベース部１７６に搭載されて、下ステージ１７０に対する相対位置が固定されている。これにより顕微鏡１７１は、微動部２００と共にＸ方向およびＹ方向に移動する。顕微鏡１７１および下ステージ１７０の相対位置は予め正確に知ることができるので、下ステージ１７０に対向する上ステージ１９０の下ステージ１７０に対する相対位置を、顕微鏡１７１を用いて正確に検出できる。
【００３８】
図示の状態では、上ステージ１９０に吸着された基板ホルダ１０８に保持された基板１０２のアライメントマークＭの位置を正確に検出できる。図中では、三角形の記号によりアライメントマークＭを表す。ただし、相対位置の検出は、アライメントマークＭを用いるとは限らない。例えば、基板１０２に形成されたパターン等を指標に用いる場合もある。
【００３９】
下ステージ１７０の側面には、ミラー３２４が配される。さらに下ステージ１７０の下面には、ミラー３２６が配される。Ｙ駆動部１８６の上面にはミラー３２５が配される。
【００４０】
アライナ１６０において、天板１６５の下面には、上ステージ１９０および顕微鏡１９１が懸下される。上ステージ１９０および顕微鏡１９１は、天板１６５に対して固定されて移動しない。
【００４１】
上ステージ１９０は、水平で下向きの搭載面を有して、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８を保持する。即ち、上ステージ１９０は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、基板ホルダ１０８を吸着して保持する。これにより、基板ホルダ１０８に吸着された基板１０２と、基板ホルダ１０８に保持された基板とを対向させることができる。上ステージ１９０の側面にはミラー３２２が固定される。さらに天板１６５にはミラー３２８が固定される。
【００４２】
上ステージ１９０および顕微鏡１９１の相対位置は予め正確に知ることができるので、顕微鏡１９１を用いて、上ステージ１９０に対向する物の相対位置を正確に検出できる。この実施形態では、下ステージ１７０に搭載された基板ホルダ１０８に保持された基板１０２のアライメントマークＭを観察して、基板ホルダ１０８に保持された基板１０２の位置を正確に検出できる。
【００４３】
底板１６１の上面と支柱１６３の下端との間には、除振部３４０が配される。除振部３４０は、粗動部１８０等に生じた振動が底板１６１から支柱１６３に伝播することを抑制する。除振部３４０は、振動を能動的に抑制するアクチュエータ３４４、および、支柱１６３と当該アクチュエータ３４４とを連結する連結部３４２を有する。アクチュエータ３４４は、エアアクチュエータ、ＶＣＭまたはそれらの組み合わせであってよい。この場合に、アクチュエータ３４４は、フィードバック制御、フィードフォワード制御またはそれらの組み合わせにより制御されてよい。これにより、アクチュエータ３４４は、粗動部１８０による下ステージ１７０の移動の反作用として底板１６１に生じた揺動を打ち消す。
【００４４】
天板１６５にはＡＦセンサ３３０が配される。ＡＦセンサ３３０は、一方から複数の光線を照射し、他方のイメージセンサで受光する。これにより、光線を照射した対象物までの絶対的な距離、および、対象物の反射面の傾きを計測する。図２においてＡＦセンサ３３０は、基板１０２に光線を照射することにより当該基板１０２のＺ方向の絶対位置および基板１０２の上面の傾きを計測する。
【００４５】
支柱１６３にはレーザ干渉計３２３が配される。レーザ干渉計３２３は、ミラー３２２、３２４、３２５、３２６にレーザを照射して反射光を受光する。これにより、レーザ干渉計３２３は、固定されたミラー３２２、３２８に対する、移動側のミラー３２４、３２６の位置を干渉により計測する。よって、レーザ干渉計３２３は、上ステージ１９０に対する下ステージ１７０の相対位置を正確に計測することができる。
【００４６】
なお、基板１０２をアライナ１６０内に搬送して上ステージ１９０に保持させる場合に、除振部３４０のアクチュエータ３４４を駆動して、上ステージ１９０を固定している天板１６５および支柱１６３を上げることにより上ステージ１９０に下ステージ１７０から離間する方向の補正力を作用させてもよい。これにより上下アクチュエータ７０２、７０３を小型化することができる。
【００４７】
図３は、図２に続いてアライナ１６０の動作を示す図である。既に説明した通り、顕微鏡１７１、１９１により対向する基板１０２のアライメントマークＭの位置を検出することにより、上ステージ１９０に保持された基板１０２に対する下ステージ１７０に保持された基板１０２の正確な相対位置を知ることができる。
【００４８】
そこで、基板１０２相互の相対位置のずれが無くなるように粗動部１８０および微動部２００を順次動作させることにより、一対の基板１０２を正対させることができる。この場合にアラインメントマークＭ同士を重なるように位置合わせてもよいし、これに代えて基板１０２上に形成された複数の半導体装置の相互のずれが統計的に小さくなるように、アラインメントマークＭを互いに位置決めすることにより一対の基板１０２を位置合わせしてもよい。
【００４９】
この場合にまずＡＦセンサ３３０等を用いてレーザ干渉計３２３を初期化する。その後に、レーザ干渉計３２３を用いて上ステージ１９０に対する下ステージ１７０の相対位置を計測して、上ステージ１９０に対して下ステージ１７０を位置決めする。この場合に、レーザ干渉計３２３は除振部３４０により除振された支柱１６３に配されており、かつ、上ステージ１９０も除振部３４０により除振された天板１６５に固定されているので、正確な位置決めをすることができる。
【００５０】
図４は、図３に続いてアライナ１６０の動作を示す図である。図３に示す状態から、上下アクチュエータ７０２、７０３を同時に動作させて下ステージ１７０を上昇させる。これにより、一対の基板１０２を位置合わせした状態で積層して仮接合させることができる。この場合に、除振部３４０のアクチュエータ３４４を駆動して、上ステージ１９０を固定している天板１６５および支柱１６３を下げることにより一対の基板１０２を近接および当接させる補正力としてもよい。これにより上下アクチュエータ７０２、７０３を小型化することができる。
【００５１】
図５は、加圧装置１３０単独の構造を模式的に示す縦断面図である。加圧装置１３０は、筐体１３２の底部から順次積層された定盤１３８および加熱プレート１３６と、筐体１３２の天井面から垂下された圧下部１３４および加熱プレート１３６とを有する。加熱プレート１３６の各々はヒータを内蔵する。また、筐体１３２の側面のひとつには装入口１３１が設けられる。
【００５２】
加圧装置１３０には、既に位置合わせして重ね合わされた基板１０２が、基板ホルダ１０８および基板ホルダ１０８と共に搬入される。搬入された基板１０２および基板ホルダ１０８は、定盤１３８の加熱プレート１３６上面に載置される。
【００５３】
加圧装置１３０は、加熱プレート１３６を昇温させると共に、圧下部１３４を降下させて上側の加熱プレート１３６を押し下げる。これにより、加熱プレート１３６の間に挟まれた基板１０２並びに基板ホルダ１０８および基板ホルダ１０８が加熱および加圧され、基板１０２は恒久的に接着される。
【００５４】
図示は省いたが、加熱、加圧した後に、基板１０２を冷却する冷却部を加圧装置１３０に設けてもよい。これにより、室温までに至らなくても、ある程度冷却した基板１０２を搬出して、迅速にＦＯＵＰ１１１に戻すことができる。
【００５５】
図６、図７、図８および図９は、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２の状態の変遷を示す図である。以下、図６、図７、図８および図９を参照しつつ、図１に示す基板貼り合わせ装置１００の動作を説明する。
【００５６】
貼り合わせに供される基板１０２は、ＦＯＵＰ１１１に収容された状態で基板貼り合わせ装置１００に装填される。基板貼り合わせ装置１００においては、まず、大気ローダ１２１が、ホルダストッカ１４０から搬出した基板ホルダ１０８を、プリアライナ１５０に載置する。
【００５７】
次に、大気ローダ１２１は、ＦＯＵＰ１１１から１枚ずつ搬出した基板１０２を、プリアライナ１５０に置かれた基板ホルダ１０８に搭載する。搭載された基板１０２は、静電吸着等により、基板ホルダ１０８に保持される。
【００５８】
基板１０２を保持した基板ホルダ１０８は、少なくとも２組用意される。以下の工程において、基板１０２および基板ホルダ１０８が一体的に取り扱われる。こうして、図６に示すように、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８が用意される。
【００５９】
環境ローダ１２０は、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８を、アライナ１６０に順次搬送する。例えば最初に搬送された基板ホルダ１０８は、環境ローダ１２０により反転されて上ステージ１９０に保持される。次に搬入された基板ホルダ１０８は、そのままの向きで下ステージ１７０に保持される。これら基板ホルダ１０８に保持された基板１０２は、図７に示すように、相互に位置合わせして仮接合される。
【００６０】
ここで、アライナ１６０において仮接合された一対の基板１０２はまだ接着されていないので、図８に示すように、基板ホルダ１０８の溝１０９にクリップ２０４が嵌められる。これにより、アライナ１６０による位置合わせを保持したまま、位置合わせした基板１０２を挟んだ一対の基板ホルダ１０８を一体的に搬送できる。
【００６１】
続いて、ローダ１２０は、仮接合された１対の基板１０２を挟んだ基板ホルダ１０８を、加圧装置１３０に搬送する。加圧装置１３０において加熱、加圧された１対の基板１０２は恒久的に接着され、図９に示すように、積層基板１０４となる。
【００６２】
更に、環境ローダ１２０は、基板ホルダ１０８および積層基板１０４を分離する。基板ホルダ１０８はホルダストッカ１４０に搬送される。積層基板１０４は、ＦＯＵＰ１１１に回収される。
【００６３】
図１０は、微動部２００の詳細な構造を示す断面図である。なお、図２から図４と共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。微動部２００は、ベース部１７６、上下アクチュエータ７０２、７０３、水平アクチュエータ７３０、下ステージ１７０、エアベアリング３００および重力打消部４００を備える。
【００６４】
ベース部１７６は、エアベアリング３００が形成するギャップ３０１を介してＹ駆動部１８６から支持される。エアベアリング３００は、エアベアリング駆動部３２１および流体室３１０を含む。
【００６５】
エアベアリング駆動部３２１は、ベース部１７６に搭載される。流体室３１０は、ベース部１７６の下面に、Ｙ駆動部１８６に向かって開口して形成される。流体室３１０には、エアベアリング駆動部３２１から空気、窒素ガス等の作動流体が供給される。これにより、Ｙ駆動部１８６の上面とベース部１７６の下面との間に作動流体の層が形成され、Ｙ駆動部１８６およびベース部１７６は直接に摺動しなくなる。従って、ベース部１７６は、Ｙ駆動部１８６上を極めて円滑に移動する。
【００６６】
下ステージ１７０は、反射鏡１７８およびテーブル部１７９を上面に有する。反射鏡１７８は、微動部２００の外部に固定された干渉計から出射されたレーザ光を反射する。これにより、下ステージ１７０の正確な位置および移動量を検出できる。テーブル部１７９は、真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、搭載された基板ホルダ１０８を保持する。
【００６７】
重力打消部４００は、球面座４２０を介して、下ステージ１７０を下方から支持する。重力打消部４００は、下ステージ１７０の昇降を検出して、下ステージ１７０およびその搭載物の重量を打ち消すように重力方向に伸縮する。これにより、下ステージ１７０を移動させる場合の慣性を抑制して正確な位置合わせができる。
【００６８】
球面座４２０は、下ステージ１７０を揺動可能に支持する。さらに球面座４２０は、流体軸受け等を介して、下ステージ１７０を低摩擦に支持する。これにより、上下アクチュエータ７０２、７０３を個別に動作させた場合、下ステージ１７０は円滑に揺動する。
【００６９】
また、重力打消部４００は、ベース部１７６に対して垂直に配されたシリンダ４１２と、シリンダ４１２の内部を垂直に変位するピストン４１４とを含む垂直駆動部４１０を有する。シリンダ４１２およびピストン４１４の間に作動流体を供給することにより下ステージ１７０等の重量を打ち消して、下ステージ１７０を円滑且つ精密に移動させることができる。
【００７０】
なお、重力打消部４００の下端でもあるシリンダ４１２の下面は、ベース部１７６を貫通して、Ｙ駆動部１８６の上面に、エアベアリング４５０を介して支持される。また、シリンダ４１２の側面は、ベース部１７６の内側に配されたジンバルサポート４３０により側方から支持される。これにより、重力打消部４００は、ベース部１７６に対して相対的に変位することなく、ベース部１７６と共にＹ駆動部１８６上を水平に移動する。
【００７１】
上下アクチュエータ７０２、７０３および水平アクチュエータ７３０のそれぞれは、支持部１７４を介して下ステージ１７０側に固定された軸状のマグネット１７３と、ヨーク１７５によりベース部１７６側に固定されたコイル１７７とを有する。これにより、コイル１７７に流れる駆動電流を変化させることによりマグネット１７３が進退して、ベース部１７６に対する下ステージ１７０の間隔を、それぞれのアクチュエータが配置された位置において短縮または拡大できる。このように、コイル１７７を下ステージ１７０側に配することにより、下ステージ１７０が移動する場合に、コイル１７７に駆動電流を供給するケーブルを下ステージ１７０が引きずることが避けられる。
【００７２】
なお、微動部２００において、下ステージ１７０の水平移動量および垂直移動量は小さい。従って、上下アクチュエータ７０２、７０３が動作した場合、水平アクチュエータ７３０のマグネット１７３はコイル１７７の内側で変位するに過ぎず、マグネット１７３およびコイル１７７が接触することはない。同様に、水平アクチュエータ７３０が動作した場合に、上下アクチュエータ７０２、７０３において、マグネット１７３およびコイル１７７が接触することもない。
【００７３】
以上、本実施形態によれば、レーザ干渉計３２３は除振部３４０により除振された支柱１６３に配されているので、上ステージ１９０および下ステージ１７０の相対位置をより正確に計測することができる。さらに、上ステージ１９０も除振部３４０により除振された天板１６５に固定されおり、下ステージ１７０も球面座４２０等によって粗動部１８０からの振動伝播が抑制されているので、上ステージ１９０および下ステージ１７０をより正確に位置合わせすることができる。
【００７４】
図１１は、アライナ１６０の他のレイアウトを示す図である。図１１において図２のアライナ１６０と同じ構成には同じ参照番号を付して説明を省略する。
【００７５】
図１１のアライナ１６０は、レーザ干渉計３２３が支柱１６３とは別体の干渉計用フレーム３５２に支持されている点が、図２のアライナ１６０と異なる。干渉計用フレーム３５２は、除振部３５０を介して底板１６１に支持される。除振部３５０の構成は除振部３４０の構成と同様であってよい。除振部３５０は、粗動部１８０による下ステージ１７０の移動の反作用として底板１６１に生じた揺動がレーザ干渉計３２３に伝播するのを抑制する。
【００７６】
なお、上記実施形態において、除振部３４０は、上ステージに基板１０２が保持されていない場合に、アクチュエータ３４４の動作を停止させるとともに、アクチュエータ３４４に代わって底板１６１から上ステージ１９０への振動の伝播を遮断する受動的な除振機構を更に含んでもよい。この場合にアクチュエータ３４４がエアアクチュエータであるときにエアの出し入れを停止することで受動的な除振機構としてもよい。また、振動を能動的に除振する除振部３４０、３５０に代えて、振動を受動的に除振する除振部３４０、３５０を用いてもよい。また、除振部３４０は、底板１６１の上面と支柱１６３の下端との間に配されるのに代えて、天板１６５の下面と支柱１６３の上端との間に配されてもよいし、支柱１６３の途中に配されてもよい。また、上ステージ１９０と顕微鏡１９１とが相対的に動いてもよく、下ステージ１７０と顕微鏡１７１とが相対的に移動してもよい。
【００７７】
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。
【００７８】
特許請求の範囲、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、後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現しうることに留意されたい。特許請求の範囲、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】
【００７９】
１００ 基板貼り合わせ装置、１０２ 基板、１０４ 積層基板、１０８ 基板ホルダ、１０９ 溝、１１０、１３２ 筐体、１１１ ＦＯＵＰ、１２０ 環境ローダ、１２１ 大気ローダ、１２２、１２３ フォーク、１２４ 落下防止爪、１２５ ガイドレール、１２６ フォールディングアーム、１２９ ロードロック、１３０ 加圧装置、１３１ 装入口、１３４ 圧下部、１３６ 加熱プレート、１３８ 定盤、１４０ ホルダストッカ、１５０ プリアライナ、１６０ アライナ、１６１ 底板、１６２ 枠体、１６３ 支柱、１６５ 天板、１７０ 下ステージ、１７１、１９１ 顕微鏡、１７３ マグネット、１７４ 支持部、１７５ ヨーク、１７６ ベース部、１７７ コイル、１７８ 反射鏡、１７９ テーブル部、１８０ 粗動部、１８２ ガイドレール、１８４ Ｘ駆動部、１８６ Ｙ駆動部、１９０ 上ステージ、２００ 微動部、２０４ クリップ、２１２、２１４ ゲートバルブ、３００、４５０ エアベアリング、３０１ ギャップ、３１０ 流体室、３２１ エアベアリング駆動部、３２２、３２４、３２５、３２６、３２８ ミラー、３２３ レーザ干渉計、３３０ ＡＦセンサ、３４０ 除振部、３４２ 連結部、３４４ アクチュエータ、３５０ 除振部、３５２ 干渉計用フレーム、４００ 重力打消部、４１０ 垂直駆動部、４１２ シリンダ、４１４ ピストン、４２０ 球面座、７０２、７０３ 上下アクチュエータ、７３０ 水平アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤から支持されて、第一基板を保持する第一ステージと、
前記定盤から支持されて、前記第一ステージに保持された前記第一基板に対向させて第二基板を保持する第二ステージと、
前記第二ステージまたは前記第二ステージに保持された前記第二基板を観察する第一顕微鏡と、
前記第一ステージまたは前記第一ステージに保持された前記第一基板を観察する第二顕微鏡と、
前記定盤から前記第一ステージへの振動伝播を抑制する第一除振部と
を備え、
前記第一顕微鏡および前記第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて前記第一ステージ及び前記第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、前記第二ステージに保持された前記第二基板と、前記第一ステージに保持された前記第一基板とを互いに位置合わせする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記第一除振部は、前記第二ステージの移動の反作用として前記定盤に生じた揺動を打ち消すアクチュエータを含む請求項１に記載の位置合わせ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、位置合わせされた前記第二基板に対して前記第一基板を近接および当接させる請求項２に記載の位置合わせ装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記第一基板を前記第一ステージに保持させる場合に、前記第二ステージから離間する方向の補正力を前記第一ステージに作用させる請求項２または請求項３に記載の位置合わせ装置。
【請求項５】
前記第一除振部は、前記第一ステージに前記第一基板が保持されていない場合に、動作を停止した前記アクチュエータに代わって前記定盤から前記第一ステージへの振動の伝播を遮断する受動的除振機構を更に含む請求項２から請求項４までのいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項６】
前記定盤から前記第二ステージへの振動の伝播を抑制する第二除振部を更に備える請求項１から請求項５までのいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項７】
前記第一ステージに対する前記第二ステージの変位量を計測する変位計測部と、
前記定盤から前記変位計測部への振動の伝播を抑制する第三除振部と
を更に備える請求項１から請求項６までのいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載の位置合わせ装置を備える基板貼り合わせ装置。
【請求項９】
定盤から支持されて、複数の半導体装置が形成された第一基板を、前記定盤からの振動伝播を抑制する第一除振部を介して配された第一ステージに保持するステップと、
前記定盤から支持されて、前記第一ステージに保持された前記第一基板に対向させて、複数の半導体素子が形成された第二基板を第二ステージ保持するステップと、
前記第二ステージまたは前記第二ステージに保持された前記第二基板を第一顕微鏡で観察するステップと、
前記第一ステージまたは前記第一ステージに保持された前記第一基板を第二顕微鏡で観察するステップと、
前記第一顕微鏡および前記第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて前記第一ステージ及び前記第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、前記第二ステージに保持された前記第二基板と、前記第一ステージに保持された前記第一基板とを互いに位置合わせするステップと、
位置合わせした前記第一基板と前記第二基板とを接合して積層基板を生成するステップと、
前記積層基板を個片化するステップと
を備える積層半導体装置の製造方法。
【請求項１】
定盤から支持されて、第一基板を保持する第一ステージと、
前記定盤から支持されて、前記第一ステージに保持された前記第一基板に対向させて第二基板を保持する第二ステージと、
前記第二ステージまたは前記第二ステージに保持された前記第二基板を観察する第一顕微鏡と、
前記第一ステージまたは前記第一ステージに保持された前記第一基板を観察する第二顕微鏡と、
前記定盤から前記第一ステージへの振動伝播を抑制する第一除振部と
を備え、
前記第一顕微鏡および前記第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて前記第一ステージ及び前記第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、前記第二ステージに保持された前記第二基板と、前記第一ステージに保持された前記第一基板とを互いに位置合わせする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記第一除振部は、前記第二ステージの移動の反作用として前記定盤に生じた揺動を打ち消すアクチュエータを含む請求項１に記載の位置合わせ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、位置合わせされた前記第二基板に対して前記第一基板を近接および当接させる請求項２に記載の位置合わせ装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記第一基板を前記第一ステージに保持させる場合に、前記第二ステージから離間する方向の補正力を前記第一ステージに作用させる請求項２または請求項３に記載の位置合わせ装置。
【請求項５】
前記第一除振部は、前記第一ステージに前記第一基板が保持されていない場合に、動作を停止した前記アクチュエータに代わって前記定盤から前記第一ステージへの振動の伝播を遮断する受動的除振機構を更に含む請求項２から請求項４までのいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項６】
前記定盤から前記第二ステージへの振動の伝播を抑制する第二除振部を更に備える請求項１から請求項５までのいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項７】
前記第一ステージに対する前記第二ステージの変位量を計測する変位計測部と、
前記定盤から前記変位計測部への振動の伝播を抑制する第三除振部と
を更に備える請求項１から請求項６までのいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載の位置合わせ装置を備える基板貼り合わせ装置。
【請求項９】
定盤から支持されて、複数の半導体装置が形成された第一基板を、前記定盤からの振動伝播を抑制する第一除振部を介して配された第一ステージに保持するステップと、
前記定盤から支持されて、前記第一ステージに保持された前記第一基板に対向させて、複数の半導体素子が形成された第二基板を第二ステージ保持するステップと、
前記第二ステージまたは前記第二ステージに保持された前記第二基板を第一顕微鏡で観察するステップと、
前記第一ステージまたは前記第一ステージに保持された前記第一基板を第二顕微鏡で観察するステップと、
前記第一顕微鏡および前記第二顕微鏡による観察から検出した相対位置に基づいて前記第一ステージ及び前記第二ステージの少なくとも一方を移動させることにより、前記第二ステージに保持された前記第二基板と、前記第一ステージに保持された前記第一基板とを互いに位置合わせするステップと、
位置合わせした前記第一基板と前記第二基板とを接合して積層基板を生成するステップと、
前記積層基板を個片化するステップと
を備える積層半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−４９４５０（Ｐ２０１１−４９４５０Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８１７５（Ｐ２００９−１９８１７５）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]