基板搬送装置および基板貼り合わせ装置
【課題】一般的に基板ホルダは基板に比べて非常に重いので、基板ホルダを基板搬送装置で搬送しようとすると、搬送装置の基台部から先端に位置する把持部にかけての伸縮アームに自重撓みを生じてしまう。自重撓みを生じると基板ホルダが水平に保たれず、搬送先であるステージに対して傾斜した姿勢となってしまう。
【解決手段】基板を保持する基板ホルダを搬送する基板搬送装置であって、基板ホルダを載置し固定する載置部と、載置部を水平軸周りに揺動可能に支持する回転軸と、回転軸に対して載置部と一体的に揺動するバランスウェイトと、回転軸を支持するアーム部と、アーム部を回転させることにより、載置部、回転軸およびバランスウェイトを一体的に上下反転させる反転部とを備え、バランスウェイトは、反転部によりアーム部が上下反転されても、載置部が固定する基板ホルダが水平を保つように設置される。
【解決手段】基板を保持する基板ホルダを搬送する基板搬送装置であって、基板ホルダを載置し固定する載置部と、載置部を水平軸周りに揺動可能に支持する回転軸と、回転軸に対して載置部と一体的に揺動するバランスウェイトと、回転軸を支持するアーム部と、アーム部を回転させることにより、載置部、回転軸およびバランスウェイトを一体的に上下反転させる反転部とを備え、バランスウェイトは、反転部によりアーム部が上下反転されても、載置部が固定する基板ホルダが水平を保つように設置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板搬送装置および基板貼り合わせ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各々に素子、回路等が形成された半導体基板を積層して製造された積層型半導体装置がある（特許文献１参照）。半導体基板を積層する場合には、基板ホルダに保持された一対の半導体基板を、精密に位置決めして積層した後、基板全体を加熱、加圧して接合させる。このとき、一対の半導体基板を位置決めする位置決め装置（特許文献２参照）と、加熱加圧して恒久的な接合を実現する加熱加圧装置（特許文献３参照）が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６１０００号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２００５−２５１９７２号公報
【０００５】
【特許文献３】特開２００７−１１５９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に基板ホルダは基板に比べて非常に重いので、基板ホルダを基板搬送装置で搬送しようとすると、搬送装置の基台部から先端に位置する把持部にかけての伸縮アームに自重撓みを生じてしまう。自重撓みを生じると基板ホルダが水平に保たれず、搬送先であるステージに対して傾斜した姿勢となってしまう。これに対し、予め自重撓み量を考慮して、伸縮アームに逆反りを与えておき、基板ホルダが載置されたときに把持部が水平となるように設計することもできる。しかしながら、複数の半導体基板を積層する場合には、互いの回路形成面が対向するように、それぞれ基板を保持する基板ホルダを上下のステージに固定する必要がある。このとき、回路形成面を上向きに保って下ステージに基板ホルダを搬送する場合は水平が保たれるものの、搬送途中で回路形成面を下向きにして上ステージに基板ホルダを搬送する場合は自重撓みに逆ぞり分も加わり、傾斜が拡大してしまう。また、逆反りを与えて自重撓みをキャンセルする場合、基台部に対する基板ホルダの位置が固定されてしまうので、伸縮アームの伸縮量が変わるとやはり水平を保てない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における基板搬送装置は、基板を保持する基板ホルダを搬送する基板搬送装置であって、基板ホルダを載置し固定する載置部と、載置部を水平軸周りに揺動可能に支持する回転軸と、回転軸に対して載置部と一体的に揺動するバランスウェイトと、回転軸を支持するアーム部と、アーム部を回転させることにより、載置部、回転軸およびバランスウェイトを一体的に上下反転させる反転部とを備え、バランスウェイトは、反転部によりアーム部が上下反転されても、載置部が固定する基板ホルダが水平を保つように設置される。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様における基板貼り合わせ装置は、上記の基板搬送装置を備える。
【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】基板重ね合わせシステムにおいて、基板搬送の様子を示す概略図である。
【図２】基板重ね合わせシステムにおいて、基板搬送の様子を示す概略図である。
【図３】ホルダ体を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。
【図４】ホルダ体を下方から見上げた様子を示す斜視図である。
【図５】把持部の概略構成を示す上正面図である。
【図６】揺動体が水平を保つ様子を示す側面図である。
【図７】揺動体が揺動した様子を示す側面図である。
【図８】基板の回路形成面が下向きである状態を示す側面図である。
【図９】基板ホルダ対を載置部に載置した場合の様子を示す側面図である。
【図１０】支持アームを傾けてホルダ体を搬入する場合の様子を示す。
【図１１】別の例である把持部の概略構成を示す上正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る基板重ね合わせシステムにおいて、基板搬送装置１０が基板４０と基板ホルダ５０を搬送する、基板搬送の様子を示す概略図である。特に、予備位置合わせ装置２０から、基板重ね合わせ装置３０の下ステージ３０１へ、基板４０と基板ホルダ５０を搬送する様子を示す。
【００１３】
まず、基板重ね合わせシステムの構成の概略について説明する。基板重ね合わせシステムは、複数の基板を互いの実装面において位置合わせをして重ね合わせるシステムであり、特に半導体基板であるウェハ同士を重ね合わせて３次元実装を行う処理システムのサブシステムとして好適である。本実施形態において基板重ね合わせシステムは、基板搬送装置１０、予備位置合わせ装置２０および基板重ね合わせ装置３０包含する。各装置の各要素は、基板重ね合わせシステム全体の制御および演算を司る制御演算部、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御を行うことにより動作する。
【００１４】
基板搬送装置１０は、半導体ウェハである基板４０および基板ホルダ５０を把持することができる把持部１０５を備える。基板４０は、基板ホルダ５０に保持固定されて基板ホルダ５０と一体的に搬送され得るが、詳細については後述する。なお、以下において基板４０と基板ホルダ５０が一体化された状態をホルダ体６０とする。
【００１５】
基板搬送装置１０は、把持したホルダ体６０を所定の位置へ所定の姿勢で搬送すべく、駆動機構を備える。駆動機構は、把持部１０５を重力方向であるＺ軸方向に移動させる昇降部１０１、Ｚ軸に直交するＸＹ平面内で回転させる回転部１０２、ＸＹ平面内で伸縮させる伸縮部１０３および上下反転させる反転部１０４から構成される。特に、反転部１０４は、把持部１０５を反転させることにより、把持する基板４０の回路形成面の向きを上向きと下向きに切り替えることができる。
【００１６】
予備位置合わせ装置２０は、プリステージ２０１と複数のリフトピン２０２を備える。リフトピン２０２は、例えば、プリステージ２０１の中心に対して１２０度ごとに３本配設される。基板搬送装置１０は、ホルダ体６０をプリステージ２０１上に搬入する。搬入動作としてはまず、プリステージ２０１に設置されている複数のリフトピン２０２がプリステージ２０１の載置面より突出して受渡面を形成する。次に、基板搬送装置１０は、把持部１０５が把持するホルダ体６０をこの受渡面に仮置きし、把持部１０５を引き抜く。そして、リフトピン２０２がプリステージ２０１の内部に退避することにより、ホルダ体６０がプリステージ２０１に載置される。プリステージ２０１は真空吸着機構を備えており、表面に設けられた複数の吸気孔の作用により基板ホルダ５０の裏面が吸引され、ホルダ体６０はプリステージ２０１に固定される。なお、プリステージ２０１へのホルダ体６０の載置は、基板ホルダ５０の裏面がプリステージ２０１の表面と接し、基板４０の回路面が上方へ向く姿勢となるように行われる。また、把持部１０５がプリステージ２０１に載置されたホルダ体６０を把持するまでの動作は、上記の逆順により行われる。
【００１７】
上記においては、基板搬送装置１０を用いて予備位置合わせ装置２０へホルダ体６０を搬入する動作について説明したが、基板４０と基板ホルダ５０の搬入動作はこれに限らない。たとえば、図示しない別の搬送装置が、基板ホルダ５０と基板４０を順次予備位置合わせ装置２０に搬入することにより、プリステージ２０１上でホルダ体６０が形成されるように構成しても良い。
【００１８】
予備位置合わせ装置２０は、撮像素子を備える観察顕微鏡により基板４０の画像データを取得し、これに基づいてＸＹ平面内の中心座標、回転量などを含む基板４０の姿勢が検出される。予備位置合わせ装置２０で検出された基板４０の姿勢に基づいて、基板搬送装置１０の搬送パス生成、基板重ね合わせ装置３０の位置制御などが実行される。
【００１９】
基板重ね合わせ装置３０は、互いに対向して上顕微鏡３０５と下顕微鏡３０６を備える。上顕微鏡３０５は筐体の天井フレームに固定され、下顕微鏡３０６は下ステージ３０１に設置される。下ステージ３０１は、六軸調整部３０２に設置され、制御演算部の制御によりＸＹＺ方向およびθｘθｙθｚ方向の６軸方向に移動する。これにより、下ステージ３０１は、上ステージ３０３に対して、相対的に精密な位置決めを行うことができる。
【００２０】
下ステージ３０１には、複数のリフトピン３０４が設けられている。リフトピン３０４は、例えば、下ステージ３０１の中心に対して１２０度ごとに３本配設される。リフトピン３０４は、下ステージ３０１からＺ軸方向に進退する。ここで、ホルダ体６０が、予備位置合わせ装置２０から下ステージ３０１に載置固定されるまでの動作について説明する。予備位置合わせ装置２０でホルダ体６０を受け取った基板搬送装置１０は、予備位置合わせ装置２０で基板４０の姿勢に基づいて生成された搬送パスに沿って、昇降部１０１、回転部１０２および伸縮部１０３を協調動作させ、ホルダ体６０を搬送する。ホルダ体６０は、把持部１０５が予備位置合わせ装置２０で把持する時点で基板４０の回路形成面が上を向いており、また、下ステージ３０１には同じく基板４０の回路形成面を上に向けて載置されるので、反転部１０４が反転動作を行うことなく、水平を保ったまま搬送される。
【００２１】
次に、複数のリフトピン３０４が下ステージ３０１の載置面より突出して受渡面を形成する。基板搬送装置１０は、把持部１０５が把持するホルダ体６０をこの受渡面に仮置きし、把持部１０５を引き抜く。そして、リフトピン３０４が下ステージ３０１の内部に退避することにより、ホルダ体６０が下ステージ３０１に載置される。下ステージ３０１は真空吸着機構を備えており、表面に設けられた複数の吸気孔の作用により基板ホルダ５０の裏面が吸引され、ホルダ体６０は下ステージ３０１に固定される。
【００２２】
続いて、ホルダ体６０が、予備位置合わせ装置２０から上ステージ３０３に載置固定されるまでの動作について説明する。図２は、図１と同様に本実施形態に係る基板重ね合わせシステムの概略図であるが、特に、予備位置合わせ装置２０から、基板重ね合わせ装置３０の上ステージ３０３へ、ホルダ体６０を搬送する様子を示す。
【００２３】
予備位置合わせ装置２０でホルダ体６０を受け取った基板搬送装置１０は、予備位置合わせ装置２０で基板４０の姿勢に基づいて生成された搬送パスに沿って、昇降部１０１、回転部１０２および伸縮部１０３を協調動作させ、ホルダ体６０を搬送する。ホルダ体６０は、把持部１０５が予備位置合わせ装置２０で把持する時点で基板４０の回路形成面が上を向いており、一方で、上ステージ３０３には基板４０の回路形成面を下に向けて載置される。したがって、生成された搬送パスには、ホルダ体６０を反転させる部分が含まれる。把持部１０５は、このパスに従い、途中で反転部１０４による反転動作を受けて上下逆の姿勢になる。
【００２４】
次に、複数のリフトピン３０４が下ステージ３０１の載置面より突出して受渡面を形成する。基板搬送装置１０は、把持部１０５が把持するホルダ体６０をこの受渡面に仮置きし、把持部１０５を引き抜く。そして、リフトピン３０４が更に上ステージ３０３に対して伸び、ホルダ体６０の裏面を上ステージ３０３の表面に接触させる。上ステージ３０３は真空吸着機構を備えており、表面に設けられた複数の吸気孔の作用により基板ホルダ５０の裏面が吸引され、ホルダ体６０は上ステージ３０３に固定される。そして、リフトピン３０４は、下ステージ３０１の内部に退避する。
【００２５】
なお、上記においては、都合上、下ステージ３０１への載置の後に上ステージへの載置を説明した。しかし、上下のステージのそれぞれに下ステージ３０１のリフトピン３０４を共用してホルダ体６０を載置固定する場合には、まず上ステージ３０３への載置を優先して行う。そして、上ステージ３０３への載置が完了した後に、下ステージ３０１への載置を行う。また、上ステージ３０３専用のリフトピン３０４と、下ステージ３０１専用のリフトピン３０４がそれぞれ用意されている場合には、逆の順序であっても良い。ただしこの場合は、下ステージ３０１に載置されたホルダ体６０が、上ステージ３０３用のリフトピンの動作を阻害しないように、例えば、下ステージ３０１を上ステージ３０３に対してＸＹ方向に大きく退避するなどの動作が必要となる。
【００２６】
上顕微鏡３０５は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、下ステージ３０１に載置された基板４０の一部分の像を撮像素子に結像させる光学系とを備える。同様に、下顕微鏡３０６は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、上ステージ３０３に載置された基板４０の一部分の像を撮像素子に結像させる光学系とを備える。上顕微鏡３０５により下ステージ３０１に載置された基板４０の所定の部分を観察するときには、制御演算部は、その観察部分が上顕微鏡３０５の視野内に位置するように、六軸調整部３０２を駆動して下ステージ３０１を移動させる。下顕微鏡３０６により上ステージ３０３に載置された基板４０の所定の部分を観察するときには、制御演算部は、その観察部分が下顕微鏡３０６の視野内に位置するように、六軸調整部３０２を駆動して下ステージ３０１を移動させる。なお、上顕微鏡３０５と下顕微鏡３０６のそれぞれの光軸は、互いに対向したときに一致するよう予め調整されている。
【００２７】
制御演算部は、上顕微鏡３０５を用いて下ステージ３０１に載置された基板４０に設けられた指標を観察し、下顕微鏡３０６を用いて上ステージ３０３に載置された基板４０に設けられた指標を観察する。そしてそれぞれの基板４０の精確な姿勢を把握する。
【００２８】
互いの精確な姿勢を把握すると、これに基づいて下ステージ３０１を移動することにより、回路形成面である向かい合う面同士を接触させる。そして、向かい合うそれぞれの基板ホルダ５０の固定機構を作用させることで、２枚の基板４０を挟持した状態で、２つの基板ホルダ５０を一体化する。つまり、向かい合う２つのホルダ体６０が一体化され、基板ホルダ対を形成する。形成された基板ホルダ対は、基板重ね合わせ装置３０から次工程を担う装置へ向けて搬出される。
【００２９】
次に、ホルダ体６０について説明する。図３は、ホルダ体６０を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。図では、基板ホルダ５０の上面に基板４０が保持されている。また、図４は、ホルダ体６０を下方から見上げた様子を示す斜視図である。
【００３０】
基板ホルダ５０は、ホルダ本体５１、吸着子５２および電圧印加端子５４を有して、全体としては基板４０よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体５１は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形される。吸着子５２は、強磁性体により形成され、基板４０を保持する保持面において、保持した基板４０よりも外側である外周領域に複数配される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個の吸着子５２が配されている。電圧印加端子５４は、基板４０を保持する面の裏面に埋設される。
【００３１】
ホルダ本体５１は、その保持面において高い平面性を有する。また、ホルダ本体５１は、保持した基板４０を静電吸着する領域の外側に、ホルダ本体５１を表裏に貫通して形成された、それぞれ複数の位置決め穴５３を有する。更に、ホルダ本体５１は、保持した基板４０を静電吸着する領域の内側に、ホルダ本体５１を表裏に貫通して形成された、複数の挿通孔５５を有する。挿通孔５５にはプッシュアップピンが挿通され、基板４０を基板ホルダ５０から離脱させることができる。
【００３２】
位置決め穴５３は、プリステージ２０１等に設けられている位置決めピンに嵌合して、基板ホルダ５０の位置決めに利用される。吸着子５２は、保持面と略同じ平面内に上面が位置するように、ホルダ本体５１に形成された陥没領域に配設される。電圧印加端子５４は、ホルダ本体５１の裏面に埋め込まれる。電圧印加端子５４を介して電圧を供給することにより、基板ホルダ５０と基板４０との間に電位差を生じさせて、基板４０を基板ホルダ５０に静電吸着する。予備位置合わせ装置２０のプリステージ２０１、基板重ね合わせ装置３０の下ステージ３０１および上ステージ３０３にはそれぞれ電圧供給端子が設けられており、基板４０と基板ホルダ５０の静電吸着を維持できる。ホルダ体６０が基板搬送装置１０の把持部１０５に載置されているときについては後述する。
【００３３】
下ステージ３０１に載置するホルダ体６０に用いる基板ホルダ５０と、上ステージ３０３に載置するホルダ体６０に用いる基板ホルダ５０は、若干構成が異なる。具体的には、吸着子５２に替えて、吸着子５２に対向するように複数のマグネットが配されている。吸着子５２とマグネットが結合することにより、２つのホルダ体６０が対向して一体化され、基板ホルダ対を形成する。
【００３４】
次に、把持部１０５の構成について説明する。図５は、把持部１０５の概略構成を示す正面図である。図示するように、把持部１０５は、反転部１０４より先端部分全体の構成を指す。反転部１０４には、反転部１０４の反転動作に従って一体的に反転する支持アーム１０９が固定されている。支持アーム１０９は、コの字上に腕部を伸ばし、その先端に設けられた２つの軸受部１１３で、反転部１０４の反転軸に直交する軸周りに回転する回転軸１０７を回転自在に支持する。回転軸１０７の、２つの軸受部１１３で支持された部分の間には、載置部基台１０８が固定されている。そして、載置部基台１０８は、回転軸１０７より先端側に載置部１０６を片持ちで支持し、反対側にウェイト支持部１１４を片持ちで支持する。ウェイト支持部１１４は、位置調整機構１１５を介してバランスウェイト１１０を支持する。
【００３５】
載置部１０６には、ホルダ体６０が載置された時に基板ホルダ５０の裏面と接触する箇所に、複数の吸気孔１１１が設けられており、基板ホルダ５０の裏面が真空引きされてホルダ体６０が載置部１０６に固定される。同じく載置部１０６には、電圧供給端子１１２が設けられており、基板ホルダ５０に電圧を供給することにより、基板ホルダ５０は静電力を発生させて基板４０を静電吸着する。
【００３６】
このように構成された把持部１０５は、載置部１０６、載置部基台１０８、ウェイト支持部１１４およびバランスウェイト１１０が一体的に回転軸１０７周りに揺動することができる。回転軸１０７周りに揺動する構造物全体を揺動体と呼ぶ。そして、回転軸１０７が水平に保たれている状態では、載置部１０６に載置されたホルダ体６０のうち基板ホルダ５０の裏面、つまり載置部１０６と接する面が常に水平となるようにバランスウェイト１１０が調整されている。すなわち、バランスウェイト１１０は、位置調整機構１１５による位置調整を伴って、回転軸１０７周りに、ホルダ体６０を載置した載置部１０６と釣り合うように調整されている。なお、位置調整機構１１５による調整は、載置されるホルダ体６０の重量が既知であることから、調整されるバランスウェイト１１０の重量を勘案して、予め回転軸１０７から所定の距離に対してバランスウェイト１１０を固定するように行われる。
【００３７】
また、反転部１０４には、制御演算部の制御によってウェイト支持部１１４方向へ進退する回転規制部１１６が設けられている。回転規制部１１６は、載置部１０６にホルダ体６０が載置されていないときに、バランスウェイト１１０が下方へ回転して、揺動体が垂直姿勢となることを防ぐ。つまり、プリステージ２０１でホルダ体６０を載置部１０６に載置するときにある程度水平を保ってホルダ体を受け取ることができるように、または、リフトピン３０４へホルダ体６０を引き渡した後に突然バランスを崩さないように設けられる。具体的には、回転規制部１１６はソレノイドによって構成され、ウェイト支持部１１４の下部に突き出てウェイト支持部１１４が下方へ回転することを妨げる。載置部１０６にホルダ体６０が載置されているときには、反転部１０４の内部に退避し、揺動体の揺動を妨げない。
【００３８】
次に、載置部１０６にホルダ体６０が載置されている様子について説明する。図６は、揺動体が水平を保つ様子を示す側面図である。特に、基板４０の回路形成面が上向きである状態を示す。また、図７は、揺動体が若干揺動した様子を示す側面図である。
【００３９】
ホルダ体６０は、プリステージ２０１で載置部１０６に載置された直後、または、予備位置合わせ装置２０から基板重ね合わせ装置３０への搬送途中等において、載置部１０６と共に回転軸１０７周りに揺動する。そして、基板搬送装置１０が動作を停止している静止時、または非常に遅い速度での移動時には、上述のようにバランスウェイト１１０は、回転軸１０７周りにホルダ体６０と釣り合うように調整されているので、揺動が収束して、ホルダ体６０を構成する基板ホルダ５０の裏面が水平となる。
【００４０】
なお、軸受部１１３には、その回転摺動部にビンガム流体が充填されている。これにより、揺動体が揺動を始めるとその動作を妨げないが、一旦静止状態となるとその姿勢を維持しようとする性質を得る。したがって、基板ホルダ５０の裏面は、より早くより精確に水平姿勢に収束し、かつ、一旦水平となって静止状態となると、所定の速度よりも遅い速度であれば移動を行っても、揺動せずに水平を保つ。したがって、リフトピン３０４にホルダ体６０を引き渡す場合には、接触直前で基板搬送装置１０の動作を一旦停止して基板ホルダ５０の裏面を水平にし、その後ゆっくりとリフトピン３０４に接触させると良い。
【００４１】
さらに、載置部１０６にホルダ体６０が載置されている別の様子について説明を続ける。図８は、反転部１０４が反転して基板４０の回路形成面が下向きである状態を示す側面図である。
【００４２】
上述のように、ホルダ体６０を基板重ね合わせ装置３０の上ステージ３０３に搬送する場合、搬送パスの途中に反転部１０４を反転させる動作を含む。反転部１０４が反転動作を行うと、反転部１０４に固定された支持アーム１０９も反転する。すると、支持アーム１０９に支持された回転軸１０７は、ちょうど２つの軸受部１１３の位置が入れ替わるように１８０度回転する。載置部１０６は、回転軸支持部１０８を介して回転軸１０７と一体的に構成されているので、回転軸１０７が１８０度回転すると、載置部１０６も１８０度回転する。その結果、載置部１０６の載置面は下向きとなり、吸気孔１１１により真空吸着されているホルダ体６０も下向きとなる。
【００４３】
反転動作の後しばらくの間は、揺動体は回転軸１０７周りに揺動するが、やがて揺動が収束して、図示するような、回路形成面を下向きにした水平姿勢となる。ここで、図6に示す回路形成面が上向きの姿勢であっても、図８に示す回路形成面が下向きの姿勢であっても、支持アーム１０９の傾きに関わらず、基板ホルダ５０の裏面は精確に水平となる。つまり、基板搬送装置１０の伸縮部１０３から反転部１０４、支持アーム１０９にかけては、把持部１０５に対して片持ち支持となるので、特に伸縮部１０３に自重撓みを生じ、支持アーム１０９に若干の傾斜を生じるが、回転軸１０７により揺動自在に支持されている載置部１０６はその影響を受けない。
【００４４】
次に、向かい合う２つのホルダ体６０が一体化されて形成された基板ホルダ対を、載置部１０６に載置固定する場合への対応について説明する。つまり、基板重ね合わせ装置３０で下ステージ３０１に固定されたホルダ体６０と、上ステージ３０３に固定されたホルダ体６０の、それぞれの基板４０が位置合わせされて重ね合わされた後に、基板重ね合わせ装置３０から搬出する場合について説明する。
【００４５】
まず、予備位置合わせ装置２０からホルダ体６０を、それぞれ基板重ね合わせ装置３０の下ステージ３０１、上ステージ３０３へ搬入する基板搬送装置１０と、基板重ね合わせ装置３０から基板ホルダ対を搬出する基板搬送装置１０を別装置として設けても良い。この場合、載置部１０６に載置されるのは、ホルダ体６０、基板ホルダ対のいずれか一方のみとなるので、バランスウェイト１１０の位置はそれぞれ一意に決定され、バランスウェイト１１０は、位置調整機構１１５により予め固定される。
【００４６】
一方、基板重ね合わせ装置３０への搬入と、基板重ね合わせ装置３０からの搬出を共に１台の基板搬送装置１０で行う場合には、位置調整機構１１５によるバランスウェイト１１０の固定位置を動的に変更できる構成にする。図９は、この構成を採用した基板搬送装置１０の、基板ホルダ対を載置部１０６に載置固定した場合の様子を示す側面図である。
【００４７】
位置調整機構１１５は、回転軸１０７からの距離が変化する方向にバランスウェイト１１０を固定できる箇所を複数有する。固定できる箇所は、少なくとも、載置部１０６にホルダ体６０を載置した場合と、基板ホルダ対を載置した場合のそれぞれで、載置部１０６と接する基板ホルダ５０の裏面が水平姿勢を取る箇所を含む。基板ホルダ対は、２つのホルダ体６０により形成されるので、その重量は２倍となる。したがって、水平姿勢となるバランス位置は、ホルダ体６０のそれに対して回転軸１０７から２倍の距離となる。制御演算部は、例えばホルダ体６０の搬入完了後に基板ホルダ対の搬出を行う場合には、図９に示すように、位置調整機構１１５の駆動部を駆動させ、バランスウェイト１１０を基板ホルダ対用のバランス位置に移動し、固定する。
【００４８】
基板の積層は、一枚の基板と一枚の基板を重ね合わせる場合に限らない。つまり、一方の基板、または両方の基板が既に複数枚積層されている場合がある。一般的に、複数の基板が積層されるときには、中間層を形成する基板は積層された後に薄化工程を経て十分に薄く加工されるので、重量的には基板ホルダ５０に比較して無視しうる程度である。したがって、基板ホルダ５０の裏面の水平精度を中間層の基板を考慮した精度まで求めない場合には、上述の構成で十分である。しかし、中間層の基板を考慮するような、わずかな重量変化にも対応する場合には、バランスウェイト１１０の位置調整をより精密に行うことが求められる。
【００４９】
載置部１０６に載置されるホルダ体６０または基板ホルダ体のわずかな重量変化にも対応する場合には、載置部１０６内部に傾斜を検知する傾斜センサ１１７を設け、制御演算部はこの出力に応じて、位置調整機構１１５を動作させてバランスウェイト１１０の位置を微調整する。傾斜センサ１１７には、例えば加速度センサが用いられる。そして、制御演算部は、基板ホルダ５０の裏面が接する載置部１０６の載置面の水平を監視し、載置面が水平を保つように、フィードバック制御によりバランスウェイト１１０の位置を能動的に変化させる。
【００５０】
上述のように構成すれば、支持アーム１０９の傾きに関わらず、揺動体は水平姿勢をとり、よって基板ホルダ５０の裏面は精確に水平を保つことがわかる。したがって、支持アーム１０９を積極的に傾けて搬入出を行う動作処理も採用し得る。図１０は、支持アーム１０９を傾けてホルダ体６０を搬入する場合の様子を示す。
【００５１】
基板ホルダ５０の裏面は、上述の構成により精確に水平姿勢をとるので、リフトピン３０４が下ステージ３０１の載置面より突出して形成する受渡面に対して平行となる。そして、基板搬送装置１０は、ホルダ体６０をこの受渡面に仮置きし、把持部１０５を引き抜く。その後、リフトピン３０４が下ステージ３０１の内部に下降退避して、ホルダ体６０の下ステージ３０１への載置が完了する。
【００５２】
ホルダ体６０を上ステージ３０３へ載置する場合は、リフトピン３０４は、基板ホルダ５０のうち基板４０を保持する保持面の周縁部を支持するが、基板ホルダ５０の裏面と保持面は互いに平行に加工されているので、基板ホルダ５０の裏面が水平な姿勢をとれば、保持面も水平姿勢である。したがって、ホルダ体６０を上ステージ３０３へ載置する場合であっても、リフトピン３０４が形成する受渡面に対して平行に仮置きすることができる。ホルダ体６０が仮置きされると、把持部１０５が引き抜かれ、リフトピン３０４が更に上ステージ３０３に対して伸びて、ホルダ体６０の裏面が上ステージ３０３の表面に接触される。そして、真空吸着機構によりホルダ体６０が上ステージ３０３に固定されると、リフトピン３０４を下ステージ３０１の内部に退避させて一連の載置固定を完了する。
【００５３】
図１１は、別の例である把持部１０５の概略構成を示す上正面図である。上述の実施例においては、位置調整機構１１５を用いて、バランスウェイト１１０を回転軸１０７に対して位置調整を行った。本実施例においては、バランスウェイト１１０はウェイト支持部１１４に対して所定の位置に固定されており、代わりに、載置部１０６に基板ホルダ５０を載置固定する場所を複数設けてある。具体的には、ホルダ体６０を載置する場合には、回転軸１０７に対してより遠い先端部に載置固定し、基板ホルダ対を載置する場合には、ホルダ体６０を載置する場所に対して回転軸１０７からの距離が半分の位置に設けられた中間部に載置固定する。いずれの場所に載置固定した場合でも、揺動体全体ではバランスが取れた状態となり、基板ホルダ５０の裏面は、水平姿勢をとることができる。なお、それぞれの載置固定場所には、対応するように吸気孔１１１と電圧供給端子１１２が設けられている。このように構成すれば、位置調整機構１１５を省くことができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態においては、基板搬送装置１０と基板重ね合わせ装置３０を組み合わせたシステムの例を説明した。基板重ね合わせ装置３０は、複数の基板の位置合わせを行って重ね合わせる装置であるが、重ね合わせ時には若干の圧力を加えて仮接合を行う。また、基板重ね合わせ装置３０自体に本加圧を行う機構を組み込めば、本接合を行うこともできる。その意味において、基板重ね合わせ装置３０は基板貼り合わせ装置としても機能し得る。したがって、基板搬送装置１０を基板貼り合わせ装置に組み込んだ形態であっても上述の実施形態を実現することができる。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 基板搬送装置、２０ 予備位置合わせ装置、３０ 基板重ね合わせ装置、４０ 基板、５０ 基板ホルダ、５１ ホルダ本体、５２ 吸着子、５３ 位置決め穴、５４ 電圧印加端子、５５ 挿通孔、６０ ホルダ体、１０１ 昇降部、１０２ 回転部、１０３ 伸縮部、１０４ 反転部、１０５ 把持部、１０６ 載置部、１０７ 回転軸、１０８ 載置部基台、１０９ 支持アーム、１１０ バランスウェイト、１１１ 吸気孔、１１２ 電圧供給端子、１１３ 軸受部、１１４ ウェイト支持部、１１５ 位置調整機構、１１６ 回転規制部、１１７ 傾斜センサ、２０１ プリステージ、２０２ リフトピン、３０１ 下ステージ、３０２ 六軸調整部、３０３ 上ステージ、３０４ リフトピン、３０５ 上顕微鏡、３０６ 下顕微鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板搬送装置および基板貼り合わせ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各々に素子、回路等が形成された半導体基板を積層して製造された積層型半導体装置がある（特許文献１参照）。半導体基板を積層する場合には、基板ホルダに保持された一対の半導体基板を、精密に位置決めして積層した後、基板全体を加熱、加圧して接合させる。このとき、一対の半導体基板を位置決めする位置決め装置（特許文献２参照）と、加熱加圧して恒久的な接合を実現する加熱加圧装置（特許文献３参照）が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６１０００号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２００５−２５１９７２号公報
【０００５】
【特許文献３】特開２００７−１１５９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に基板ホルダは基板に比べて非常に重いので、基板ホルダを基板搬送装置で搬送しようとすると、搬送装置の基台部から先端に位置する把持部にかけての伸縮アームに自重撓みを生じてしまう。自重撓みを生じると基板ホルダが水平に保たれず、搬送先であるステージに対して傾斜した姿勢となってしまう。これに対し、予め自重撓み量を考慮して、伸縮アームに逆反りを与えておき、基板ホルダが載置されたときに把持部が水平となるように設計することもできる。しかしながら、複数の半導体基板を積層する場合には、互いの回路形成面が対向するように、それぞれ基板を保持する基板ホルダを上下のステージに固定する必要がある。このとき、回路形成面を上向きに保って下ステージに基板ホルダを搬送する場合は水平が保たれるものの、搬送途中で回路形成面を下向きにして上ステージに基板ホルダを搬送する場合は自重撓みに逆ぞり分も加わり、傾斜が拡大してしまう。また、逆反りを与えて自重撓みをキャンセルする場合、基台部に対する基板ホルダの位置が固定されてしまうので、伸縮アームの伸縮量が変わるとやはり水平を保てない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における基板搬送装置は、基板を保持する基板ホルダを搬送する基板搬送装置であって、基板ホルダを載置し固定する載置部と、載置部を水平軸周りに揺動可能に支持する回転軸と、回転軸に対して載置部と一体的に揺動するバランスウェイトと、回転軸を支持するアーム部と、アーム部を回転させることにより、載置部、回転軸およびバランスウェイトを一体的に上下反転させる反転部とを備え、バランスウェイトは、反転部によりアーム部が上下反転されても、載置部が固定する基板ホルダが水平を保つように設置される。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様における基板貼り合わせ装置は、上記の基板搬送装置を備える。
【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】基板重ね合わせシステムにおいて、基板搬送の様子を示す概略図である。
【図２】基板重ね合わせシステムにおいて、基板搬送の様子を示す概略図である。
【図３】ホルダ体を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。
【図４】ホルダ体を下方から見上げた様子を示す斜視図である。
【図５】把持部の概略構成を示す上正面図である。
【図６】揺動体が水平を保つ様子を示す側面図である。
【図７】揺動体が揺動した様子を示す側面図である。
【図８】基板の回路形成面が下向きである状態を示す側面図である。
【図９】基板ホルダ対を載置部に載置した場合の様子を示す側面図である。
【図１０】支持アームを傾けてホルダ体を搬入する場合の様子を示す。
【図１１】別の例である把持部の概略構成を示す上正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る基板重ね合わせシステムにおいて、基板搬送装置１０が基板４０と基板ホルダ５０を搬送する、基板搬送の様子を示す概略図である。特に、予備位置合わせ装置２０から、基板重ね合わせ装置３０の下ステージ３０１へ、基板４０と基板ホルダ５０を搬送する様子を示す。
【００１３】
まず、基板重ね合わせシステムの構成の概略について説明する。基板重ね合わせシステムは、複数の基板を互いの実装面において位置合わせをして重ね合わせるシステムであり、特に半導体基板であるウェハ同士を重ね合わせて３次元実装を行う処理システムのサブシステムとして好適である。本実施形態において基板重ね合わせシステムは、基板搬送装置１０、予備位置合わせ装置２０および基板重ね合わせ装置３０包含する。各装置の各要素は、基板重ね合わせシステム全体の制御および演算を司る制御演算部、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御を行うことにより動作する。
【００１４】
基板搬送装置１０は、半導体ウェハである基板４０および基板ホルダ５０を把持することができる把持部１０５を備える。基板４０は、基板ホルダ５０に保持固定されて基板ホルダ５０と一体的に搬送され得るが、詳細については後述する。なお、以下において基板４０と基板ホルダ５０が一体化された状態をホルダ体６０とする。
【００１５】
基板搬送装置１０は、把持したホルダ体６０を所定の位置へ所定の姿勢で搬送すべく、駆動機構を備える。駆動機構は、把持部１０５を重力方向であるＺ軸方向に移動させる昇降部１０１、Ｚ軸に直交するＸＹ平面内で回転させる回転部１０２、ＸＹ平面内で伸縮させる伸縮部１０３および上下反転させる反転部１０４から構成される。特に、反転部１０４は、把持部１０５を反転させることにより、把持する基板４０の回路形成面の向きを上向きと下向きに切り替えることができる。
【００１６】
予備位置合わせ装置２０は、プリステージ２０１と複数のリフトピン２０２を備える。リフトピン２０２は、例えば、プリステージ２０１の中心に対して１２０度ごとに３本配設される。基板搬送装置１０は、ホルダ体６０をプリステージ２０１上に搬入する。搬入動作としてはまず、プリステージ２０１に設置されている複数のリフトピン２０２がプリステージ２０１の載置面より突出して受渡面を形成する。次に、基板搬送装置１０は、把持部１０５が把持するホルダ体６０をこの受渡面に仮置きし、把持部１０５を引き抜く。そして、リフトピン２０２がプリステージ２０１の内部に退避することにより、ホルダ体６０がプリステージ２０１に載置される。プリステージ２０１は真空吸着機構を備えており、表面に設けられた複数の吸気孔の作用により基板ホルダ５０の裏面が吸引され、ホルダ体６０はプリステージ２０１に固定される。なお、プリステージ２０１へのホルダ体６０の載置は、基板ホルダ５０の裏面がプリステージ２０１の表面と接し、基板４０の回路面が上方へ向く姿勢となるように行われる。また、把持部１０５がプリステージ２０１に載置されたホルダ体６０を把持するまでの動作は、上記の逆順により行われる。
【００１７】
上記においては、基板搬送装置１０を用いて予備位置合わせ装置２０へホルダ体６０を搬入する動作について説明したが、基板４０と基板ホルダ５０の搬入動作はこれに限らない。たとえば、図示しない別の搬送装置が、基板ホルダ５０と基板４０を順次予備位置合わせ装置２０に搬入することにより、プリステージ２０１上でホルダ体６０が形成されるように構成しても良い。
【００１８】
予備位置合わせ装置２０は、撮像素子を備える観察顕微鏡により基板４０の画像データを取得し、これに基づいてＸＹ平面内の中心座標、回転量などを含む基板４０の姿勢が検出される。予備位置合わせ装置２０で検出された基板４０の姿勢に基づいて、基板搬送装置１０の搬送パス生成、基板重ね合わせ装置３０の位置制御などが実行される。
【００１９】
基板重ね合わせ装置３０は、互いに対向して上顕微鏡３０５と下顕微鏡３０６を備える。上顕微鏡３０５は筐体の天井フレームに固定され、下顕微鏡３０６は下ステージ３０１に設置される。下ステージ３０１は、六軸調整部３０２に設置され、制御演算部の制御によりＸＹＺ方向およびθｘθｙθｚ方向の６軸方向に移動する。これにより、下ステージ３０１は、上ステージ３０３に対して、相対的に精密な位置決めを行うことができる。
【００２０】
下ステージ３０１には、複数のリフトピン３０４が設けられている。リフトピン３０４は、例えば、下ステージ３０１の中心に対して１２０度ごとに３本配設される。リフトピン３０４は、下ステージ３０１からＺ軸方向に進退する。ここで、ホルダ体６０が、予備位置合わせ装置２０から下ステージ３０１に載置固定されるまでの動作について説明する。予備位置合わせ装置２０でホルダ体６０を受け取った基板搬送装置１０は、予備位置合わせ装置２０で基板４０の姿勢に基づいて生成された搬送パスに沿って、昇降部１０１、回転部１０２および伸縮部１０３を協調動作させ、ホルダ体６０を搬送する。ホルダ体６０は、把持部１０５が予備位置合わせ装置２０で把持する時点で基板４０の回路形成面が上を向いており、また、下ステージ３０１には同じく基板４０の回路形成面を上に向けて載置されるので、反転部１０４が反転動作を行うことなく、水平を保ったまま搬送される。
【００２１】
次に、複数のリフトピン３０４が下ステージ３０１の載置面より突出して受渡面を形成する。基板搬送装置１０は、把持部１０５が把持するホルダ体６０をこの受渡面に仮置きし、把持部１０５を引き抜く。そして、リフトピン３０４が下ステージ３０１の内部に退避することにより、ホルダ体６０が下ステージ３０１に載置される。下ステージ３０１は真空吸着機構を備えており、表面に設けられた複数の吸気孔の作用により基板ホルダ５０の裏面が吸引され、ホルダ体６０は下ステージ３０１に固定される。
【００２２】
続いて、ホルダ体６０が、予備位置合わせ装置２０から上ステージ３０３に載置固定されるまでの動作について説明する。図２は、図１と同様に本実施形態に係る基板重ね合わせシステムの概略図であるが、特に、予備位置合わせ装置２０から、基板重ね合わせ装置３０の上ステージ３０３へ、ホルダ体６０を搬送する様子を示す。
【００２３】
予備位置合わせ装置２０でホルダ体６０を受け取った基板搬送装置１０は、予備位置合わせ装置２０で基板４０の姿勢に基づいて生成された搬送パスに沿って、昇降部１０１、回転部１０２および伸縮部１０３を協調動作させ、ホルダ体６０を搬送する。ホルダ体６０は、把持部１０５が予備位置合わせ装置２０で把持する時点で基板４０の回路形成面が上を向いており、一方で、上ステージ３０３には基板４０の回路形成面を下に向けて載置される。したがって、生成された搬送パスには、ホルダ体６０を反転させる部分が含まれる。把持部１０５は、このパスに従い、途中で反転部１０４による反転動作を受けて上下逆の姿勢になる。
【００２４】
次に、複数のリフトピン３０４が下ステージ３０１の載置面より突出して受渡面を形成する。基板搬送装置１０は、把持部１０５が把持するホルダ体６０をこの受渡面に仮置きし、把持部１０５を引き抜く。そして、リフトピン３０４が更に上ステージ３０３に対して伸び、ホルダ体６０の裏面を上ステージ３０３の表面に接触させる。上ステージ３０３は真空吸着機構を備えており、表面に設けられた複数の吸気孔の作用により基板ホルダ５０の裏面が吸引され、ホルダ体６０は上ステージ３０３に固定される。そして、リフトピン３０４は、下ステージ３０１の内部に退避する。
【００２５】
なお、上記においては、都合上、下ステージ３０１への載置の後に上ステージへの載置を説明した。しかし、上下のステージのそれぞれに下ステージ３０１のリフトピン３０４を共用してホルダ体６０を載置固定する場合には、まず上ステージ３０３への載置を優先して行う。そして、上ステージ３０３への載置が完了した後に、下ステージ３０１への載置を行う。また、上ステージ３０３専用のリフトピン３０４と、下ステージ３０１専用のリフトピン３０４がそれぞれ用意されている場合には、逆の順序であっても良い。ただしこの場合は、下ステージ３０１に載置されたホルダ体６０が、上ステージ３０３用のリフトピンの動作を阻害しないように、例えば、下ステージ３０１を上ステージ３０３に対してＸＹ方向に大きく退避するなどの動作が必要となる。
【００２６】
上顕微鏡３０５は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、下ステージ３０１に載置された基板４０の一部分の像を撮像素子に結像させる光学系とを備える。同様に、下顕微鏡３０６は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、上ステージ３０３に載置された基板４０の一部分の像を撮像素子に結像させる光学系とを備える。上顕微鏡３０５により下ステージ３０１に載置された基板４０の所定の部分を観察するときには、制御演算部は、その観察部分が上顕微鏡３０５の視野内に位置するように、六軸調整部３０２を駆動して下ステージ３０１を移動させる。下顕微鏡３０６により上ステージ３０３に載置された基板４０の所定の部分を観察するときには、制御演算部は、その観察部分が下顕微鏡３０６の視野内に位置するように、六軸調整部３０２を駆動して下ステージ３０１を移動させる。なお、上顕微鏡３０５と下顕微鏡３０６のそれぞれの光軸は、互いに対向したときに一致するよう予め調整されている。
【００２７】
制御演算部は、上顕微鏡３０５を用いて下ステージ３０１に載置された基板４０に設けられた指標を観察し、下顕微鏡３０６を用いて上ステージ３０３に載置された基板４０に設けられた指標を観察する。そしてそれぞれの基板４０の精確な姿勢を把握する。
【００２８】
互いの精確な姿勢を把握すると、これに基づいて下ステージ３０１を移動することにより、回路形成面である向かい合う面同士を接触させる。そして、向かい合うそれぞれの基板ホルダ５０の固定機構を作用させることで、２枚の基板４０を挟持した状態で、２つの基板ホルダ５０を一体化する。つまり、向かい合う２つのホルダ体６０が一体化され、基板ホルダ対を形成する。形成された基板ホルダ対は、基板重ね合わせ装置３０から次工程を担う装置へ向けて搬出される。
【００２９】
次に、ホルダ体６０について説明する。図３は、ホルダ体６０を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。図では、基板ホルダ５０の上面に基板４０が保持されている。また、図４は、ホルダ体６０を下方から見上げた様子を示す斜視図である。
【００３０】
基板ホルダ５０は、ホルダ本体５１、吸着子５２および電圧印加端子５４を有して、全体としては基板４０よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体５１は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形される。吸着子５２は、強磁性体により形成され、基板４０を保持する保持面において、保持した基板４０よりも外側である外周領域に複数配される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個の吸着子５２が配されている。電圧印加端子５４は、基板４０を保持する面の裏面に埋設される。
【００３１】
ホルダ本体５１は、その保持面において高い平面性を有する。また、ホルダ本体５１は、保持した基板４０を静電吸着する領域の外側に、ホルダ本体５１を表裏に貫通して形成された、それぞれ複数の位置決め穴５３を有する。更に、ホルダ本体５１は、保持した基板４０を静電吸着する領域の内側に、ホルダ本体５１を表裏に貫通して形成された、複数の挿通孔５５を有する。挿通孔５５にはプッシュアップピンが挿通され、基板４０を基板ホルダ５０から離脱させることができる。
【００３２】
位置決め穴５３は、プリステージ２０１等に設けられている位置決めピンに嵌合して、基板ホルダ５０の位置決めに利用される。吸着子５２は、保持面と略同じ平面内に上面が位置するように、ホルダ本体５１に形成された陥没領域に配設される。電圧印加端子５４は、ホルダ本体５１の裏面に埋め込まれる。電圧印加端子５４を介して電圧を供給することにより、基板ホルダ５０と基板４０との間に電位差を生じさせて、基板４０を基板ホルダ５０に静電吸着する。予備位置合わせ装置２０のプリステージ２０１、基板重ね合わせ装置３０の下ステージ３０１および上ステージ３０３にはそれぞれ電圧供給端子が設けられており、基板４０と基板ホルダ５０の静電吸着を維持できる。ホルダ体６０が基板搬送装置１０の把持部１０５に載置されているときについては後述する。
【００３３】
下ステージ３０１に載置するホルダ体６０に用いる基板ホルダ５０と、上ステージ３０３に載置するホルダ体６０に用いる基板ホルダ５０は、若干構成が異なる。具体的には、吸着子５２に替えて、吸着子５２に対向するように複数のマグネットが配されている。吸着子５２とマグネットが結合することにより、２つのホルダ体６０が対向して一体化され、基板ホルダ対を形成する。
【００３４】
次に、把持部１０５の構成について説明する。図５は、把持部１０５の概略構成を示す正面図である。図示するように、把持部１０５は、反転部１０４より先端部分全体の構成を指す。反転部１０４には、反転部１０４の反転動作に従って一体的に反転する支持アーム１０９が固定されている。支持アーム１０９は、コの字上に腕部を伸ばし、その先端に設けられた２つの軸受部１１３で、反転部１０４の反転軸に直交する軸周りに回転する回転軸１０７を回転自在に支持する。回転軸１０７の、２つの軸受部１１３で支持された部分の間には、載置部基台１０８が固定されている。そして、載置部基台１０８は、回転軸１０７より先端側に載置部１０６を片持ちで支持し、反対側にウェイト支持部１１４を片持ちで支持する。ウェイト支持部１１４は、位置調整機構１１５を介してバランスウェイト１１０を支持する。
【００３５】
載置部１０６には、ホルダ体６０が載置された時に基板ホルダ５０の裏面と接触する箇所に、複数の吸気孔１１１が設けられており、基板ホルダ５０の裏面が真空引きされてホルダ体６０が載置部１０６に固定される。同じく載置部１０６には、電圧供給端子１１２が設けられており、基板ホルダ５０に電圧を供給することにより、基板ホルダ５０は静電力を発生させて基板４０を静電吸着する。
【００３６】
このように構成された把持部１０５は、載置部１０６、載置部基台１０８、ウェイト支持部１１４およびバランスウェイト１１０が一体的に回転軸１０７周りに揺動することができる。回転軸１０７周りに揺動する構造物全体を揺動体と呼ぶ。そして、回転軸１０７が水平に保たれている状態では、載置部１０６に載置されたホルダ体６０のうち基板ホルダ５０の裏面、つまり載置部１０６と接する面が常に水平となるようにバランスウェイト１１０が調整されている。すなわち、バランスウェイト１１０は、位置調整機構１１５による位置調整を伴って、回転軸１０７周りに、ホルダ体６０を載置した載置部１０６と釣り合うように調整されている。なお、位置調整機構１１５による調整は、載置されるホルダ体６０の重量が既知であることから、調整されるバランスウェイト１１０の重量を勘案して、予め回転軸１０７から所定の距離に対してバランスウェイト１１０を固定するように行われる。
【００３７】
また、反転部１０４には、制御演算部の制御によってウェイト支持部１１４方向へ進退する回転規制部１１６が設けられている。回転規制部１１６は、載置部１０６にホルダ体６０が載置されていないときに、バランスウェイト１１０が下方へ回転して、揺動体が垂直姿勢となることを防ぐ。つまり、プリステージ２０１でホルダ体６０を載置部１０６に載置するときにある程度水平を保ってホルダ体を受け取ることができるように、または、リフトピン３０４へホルダ体６０を引き渡した後に突然バランスを崩さないように設けられる。具体的には、回転規制部１１６はソレノイドによって構成され、ウェイト支持部１１４の下部に突き出てウェイト支持部１１４が下方へ回転することを妨げる。載置部１０６にホルダ体６０が載置されているときには、反転部１０４の内部に退避し、揺動体の揺動を妨げない。
【００３８】
次に、載置部１０６にホルダ体６０が載置されている様子について説明する。図６は、揺動体が水平を保つ様子を示す側面図である。特に、基板４０の回路形成面が上向きである状態を示す。また、図７は、揺動体が若干揺動した様子を示す側面図である。
【００３９】
ホルダ体６０は、プリステージ２０１で載置部１０６に載置された直後、または、予備位置合わせ装置２０から基板重ね合わせ装置３０への搬送途中等において、載置部１０６と共に回転軸１０７周りに揺動する。そして、基板搬送装置１０が動作を停止している静止時、または非常に遅い速度での移動時には、上述のようにバランスウェイト１１０は、回転軸１０７周りにホルダ体６０と釣り合うように調整されているので、揺動が収束して、ホルダ体６０を構成する基板ホルダ５０の裏面が水平となる。
【００４０】
なお、軸受部１１３には、その回転摺動部にビンガム流体が充填されている。これにより、揺動体が揺動を始めるとその動作を妨げないが、一旦静止状態となるとその姿勢を維持しようとする性質を得る。したがって、基板ホルダ５０の裏面は、より早くより精確に水平姿勢に収束し、かつ、一旦水平となって静止状態となると、所定の速度よりも遅い速度であれば移動を行っても、揺動せずに水平を保つ。したがって、リフトピン３０４にホルダ体６０を引き渡す場合には、接触直前で基板搬送装置１０の動作を一旦停止して基板ホルダ５０の裏面を水平にし、その後ゆっくりとリフトピン３０４に接触させると良い。
【００４１】
さらに、載置部１０６にホルダ体６０が載置されている別の様子について説明を続ける。図８は、反転部１０４が反転して基板４０の回路形成面が下向きである状態を示す側面図である。
【００４２】
上述のように、ホルダ体６０を基板重ね合わせ装置３０の上ステージ３０３に搬送する場合、搬送パスの途中に反転部１０４を反転させる動作を含む。反転部１０４が反転動作を行うと、反転部１０４に固定された支持アーム１０９も反転する。すると、支持アーム１０９に支持された回転軸１０７は、ちょうど２つの軸受部１１３の位置が入れ替わるように１８０度回転する。載置部１０６は、回転軸支持部１０８を介して回転軸１０７と一体的に構成されているので、回転軸１０７が１８０度回転すると、載置部１０６も１８０度回転する。その結果、載置部１０６の載置面は下向きとなり、吸気孔１１１により真空吸着されているホルダ体６０も下向きとなる。
【００４３】
反転動作の後しばらくの間は、揺動体は回転軸１０７周りに揺動するが、やがて揺動が収束して、図示するような、回路形成面を下向きにした水平姿勢となる。ここで、図6に示す回路形成面が上向きの姿勢であっても、図８に示す回路形成面が下向きの姿勢であっても、支持アーム１０９の傾きに関わらず、基板ホルダ５０の裏面は精確に水平となる。つまり、基板搬送装置１０の伸縮部１０３から反転部１０４、支持アーム１０９にかけては、把持部１０５に対して片持ち支持となるので、特に伸縮部１０３に自重撓みを生じ、支持アーム１０９に若干の傾斜を生じるが、回転軸１０７により揺動自在に支持されている載置部１０６はその影響を受けない。
【００４４】
次に、向かい合う２つのホルダ体６０が一体化されて形成された基板ホルダ対を、載置部１０６に載置固定する場合への対応について説明する。つまり、基板重ね合わせ装置３０で下ステージ３０１に固定されたホルダ体６０と、上ステージ３０３に固定されたホルダ体６０の、それぞれの基板４０が位置合わせされて重ね合わされた後に、基板重ね合わせ装置３０から搬出する場合について説明する。
【００４５】
まず、予備位置合わせ装置２０からホルダ体６０を、それぞれ基板重ね合わせ装置３０の下ステージ３０１、上ステージ３０３へ搬入する基板搬送装置１０と、基板重ね合わせ装置３０から基板ホルダ対を搬出する基板搬送装置１０を別装置として設けても良い。この場合、載置部１０６に載置されるのは、ホルダ体６０、基板ホルダ対のいずれか一方のみとなるので、バランスウェイト１１０の位置はそれぞれ一意に決定され、バランスウェイト１１０は、位置調整機構１１５により予め固定される。
【００４６】
一方、基板重ね合わせ装置３０への搬入と、基板重ね合わせ装置３０からの搬出を共に１台の基板搬送装置１０で行う場合には、位置調整機構１１５によるバランスウェイト１１０の固定位置を動的に変更できる構成にする。図９は、この構成を採用した基板搬送装置１０の、基板ホルダ対を載置部１０６に載置固定した場合の様子を示す側面図である。
【００４７】
位置調整機構１１５は、回転軸１０７からの距離が変化する方向にバランスウェイト１１０を固定できる箇所を複数有する。固定できる箇所は、少なくとも、載置部１０６にホルダ体６０を載置した場合と、基板ホルダ対を載置した場合のそれぞれで、載置部１０６と接する基板ホルダ５０の裏面が水平姿勢を取る箇所を含む。基板ホルダ対は、２つのホルダ体６０により形成されるので、その重量は２倍となる。したがって、水平姿勢となるバランス位置は、ホルダ体６０のそれに対して回転軸１０７から２倍の距離となる。制御演算部は、例えばホルダ体６０の搬入完了後に基板ホルダ対の搬出を行う場合には、図９に示すように、位置調整機構１１５の駆動部を駆動させ、バランスウェイト１１０を基板ホルダ対用のバランス位置に移動し、固定する。
【００４８】
基板の積層は、一枚の基板と一枚の基板を重ね合わせる場合に限らない。つまり、一方の基板、または両方の基板が既に複数枚積層されている場合がある。一般的に、複数の基板が積層されるときには、中間層を形成する基板は積層された後に薄化工程を経て十分に薄く加工されるので、重量的には基板ホルダ５０に比較して無視しうる程度である。したがって、基板ホルダ５０の裏面の水平精度を中間層の基板を考慮した精度まで求めない場合には、上述の構成で十分である。しかし、中間層の基板を考慮するような、わずかな重量変化にも対応する場合には、バランスウェイト１１０の位置調整をより精密に行うことが求められる。
【００４９】
載置部１０６に載置されるホルダ体６０または基板ホルダ体のわずかな重量変化にも対応する場合には、載置部１０６内部に傾斜を検知する傾斜センサ１１７を設け、制御演算部はこの出力に応じて、位置調整機構１１５を動作させてバランスウェイト１１０の位置を微調整する。傾斜センサ１１７には、例えば加速度センサが用いられる。そして、制御演算部は、基板ホルダ５０の裏面が接する載置部１０６の載置面の水平を監視し、載置面が水平を保つように、フィードバック制御によりバランスウェイト１１０の位置を能動的に変化させる。
【００５０】
上述のように構成すれば、支持アーム１０９の傾きに関わらず、揺動体は水平姿勢をとり、よって基板ホルダ５０の裏面は精確に水平を保つことがわかる。したがって、支持アーム１０９を積極的に傾けて搬入出を行う動作処理も採用し得る。図１０は、支持アーム１０９を傾けてホルダ体６０を搬入する場合の様子を示す。
【００５１】
基板ホルダ５０の裏面は、上述の構成により精確に水平姿勢をとるので、リフトピン３０４が下ステージ３０１の載置面より突出して形成する受渡面に対して平行となる。そして、基板搬送装置１０は、ホルダ体６０をこの受渡面に仮置きし、把持部１０５を引き抜く。その後、リフトピン３０４が下ステージ３０１の内部に下降退避して、ホルダ体６０の下ステージ３０１への載置が完了する。
【００５２】
ホルダ体６０を上ステージ３０３へ載置する場合は、リフトピン３０４は、基板ホルダ５０のうち基板４０を保持する保持面の周縁部を支持するが、基板ホルダ５０の裏面と保持面は互いに平行に加工されているので、基板ホルダ５０の裏面が水平な姿勢をとれば、保持面も水平姿勢である。したがって、ホルダ体６０を上ステージ３０３へ載置する場合であっても、リフトピン３０４が形成する受渡面に対して平行に仮置きすることができる。ホルダ体６０が仮置きされると、把持部１０５が引き抜かれ、リフトピン３０４が更に上ステージ３０３に対して伸びて、ホルダ体６０の裏面が上ステージ３０３の表面に接触される。そして、真空吸着機構によりホルダ体６０が上ステージ３０３に固定されると、リフトピン３０４を下ステージ３０１の内部に退避させて一連の載置固定を完了する。
【００５３】
図１１は、別の例である把持部１０５の概略構成を示す上正面図である。上述の実施例においては、位置調整機構１１５を用いて、バランスウェイト１１０を回転軸１０７に対して位置調整を行った。本実施例においては、バランスウェイト１１０はウェイト支持部１１４に対して所定の位置に固定されており、代わりに、載置部１０６に基板ホルダ５０を載置固定する場所を複数設けてある。具体的には、ホルダ体６０を載置する場合には、回転軸１０７に対してより遠い先端部に載置固定し、基板ホルダ対を載置する場合には、ホルダ体６０を載置する場所に対して回転軸１０７からの距離が半分の位置に設けられた中間部に載置固定する。いずれの場所に載置固定した場合でも、揺動体全体ではバランスが取れた状態となり、基板ホルダ５０の裏面は、水平姿勢をとることができる。なお、それぞれの載置固定場所には、対応するように吸気孔１１１と電圧供給端子１１２が設けられている。このように構成すれば、位置調整機構１１５を省くことができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態においては、基板搬送装置１０と基板重ね合わせ装置３０を組み合わせたシステムの例を説明した。基板重ね合わせ装置３０は、複数の基板の位置合わせを行って重ね合わせる装置であるが、重ね合わせ時には若干の圧力を加えて仮接合を行う。また、基板重ね合わせ装置３０自体に本加圧を行う機構を組み込めば、本接合を行うこともできる。その意味において、基板重ね合わせ装置３０は基板貼り合わせ装置としても機能し得る。したがって、基板搬送装置１０を基板貼り合わせ装置に組み込んだ形態であっても上述の実施形態を実現することができる。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 基板搬送装置、２０ 予備位置合わせ装置、３０ 基板重ね合わせ装置、４０ 基板、５０ 基板ホルダ、５１ ホルダ本体、５２ 吸着子、５３ 位置決め穴、５４ 電圧印加端子、５５ 挿通孔、６０ ホルダ体、１０１ 昇降部、１０２ 回転部、１０３ 伸縮部、１０４ 反転部、１０５ 把持部、１０６ 載置部、１０７ 回転軸、１０８ 載置部基台、１０９ 支持アーム、１１０ バランスウェイト、１１１ 吸気孔、１１２ 電圧供給端子、１１３ 軸受部、１１４ ウェイト支持部、１１５ 位置調整機構、１１６ 回転規制部、１１７ 傾斜センサ、２０１ プリステージ、２０２ リフトピン、３０１ 下ステージ、３０２ 六軸調整部、３０３ 上ステージ、３０４ リフトピン、３０５ 上顕微鏡、３０６ 下顕微鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板ホルダを搬送する基板搬送装置であって、
前記基板ホルダを載置し固定する載置部と、
前記載置部を水平軸周りに揺動可能に支持する回転軸と、
前記回転軸に対して前記載置部と一体的に揺動するバランスウェイトと、
前記回転軸を支持するアーム部と、
前記アーム部を回転させることにより、前記載置部、前記回転軸および前記バランスウェイトを一体的に上下反転させる反転部とを備え、
前記バランスウェイトは、前記反転部により前記アーム部が上下反転されても、前記載置部が固定する前記基板ホルダが水平を保つように設置される基板搬送装置。
【請求項２】
前記載置部は、前記回転軸との距離が変化する方向に前記基板ホルダを固定できる位置を複数有する請求項１に記載の基板搬送装置。
【請求項３】
複数設けられる前記載置部のそれぞれに前記基板ホルダに電力を供給する電力供給端子を有する請求項２に記載の基板搬送装置。
【請求項４】
前記バランスウェイトは、前記回転軸との距離が変化する方向に移動する移動機構を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の基板搬送装置。
【請求項５】
前記基板ホルダの傾きを検知する検知部と、
前記検知部の出力に応じて前記移動機構を制御する制御部と
を有する請求項４に記載の基板搬送装置。
【請求項６】
前記回転軸にビンガム流体を充填した軸受けを備える請求項１から５のいずれか１項に記載の基板搬送装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の基板搬送装置を備える基板貼り合わせ装置。
【請求項１】
基板を保持する基板ホルダを搬送する基板搬送装置であって、
前記基板ホルダを載置し固定する載置部と、
前記載置部を水平軸周りに揺動可能に支持する回転軸と、
前記回転軸に対して前記載置部と一体的に揺動するバランスウェイトと、
前記回転軸を支持するアーム部と、
前記アーム部を回転させることにより、前記載置部、前記回転軸および前記バランスウェイトを一体的に上下反転させる反転部とを備え、
前記バランスウェイトは、前記反転部により前記アーム部が上下反転されても、前記載置部が固定する前記基板ホルダが水平を保つように設置される基板搬送装置。
【請求項２】
前記載置部は、前記回転軸との距離が変化する方向に前記基板ホルダを固定できる位置を複数有する請求項１に記載の基板搬送装置。
【請求項３】
複数設けられる前記載置部のそれぞれに前記基板ホルダに電力を供給する電力供給端子を有する請求項２に記載の基板搬送装置。
【請求項４】
前記バランスウェイトは、前記回転軸との距離が変化する方向に移動する移動機構を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の基板搬送装置。
【請求項５】
前記基板ホルダの傾きを検知する検知部と、
前記検知部の出力に応じて前記移動機構を制御する制御部と
を有する請求項４に記載の基板搬送装置。
【請求項６】
前記回転軸にビンガム流体を充填した軸受けを備える請求項１から５のいずれか１項に記載の基板搬送装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の基板搬送装置を備える基板貼り合わせ装置。
【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２０１１−２９２４０（Ｐ２０１１−２９２４０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７０５５４（Ｐ２００９−１７０５５４）
【出願日】平成２１年７月２１日（２００９．７．２１）
【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２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２１日（２００９．７．２１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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