JP2006003563A - アライメント接合方法、アライメント接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板同士をアライメントして接着剤で接合するアライメント接合装置であって、高品質のアライメント接合方法及びアライメント接合装置を提供すること。
【解決手段】 アライメントを検出するアライメント検出手段２２とウエハを固定するウエハチャック手段３０と、ウエハチャックの温度を検出する温度検出手段３１と、マスクを固定するマスク固定手段２３と、ウエハチャック３０を載置したステージ３４を移動するステージ移動手段３５と、前記温度検出手段３１で検出された前記ウエハチャック３０の温度を制御する温度制御手段３２とを備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、アライメント接合方法及びアライメント接合装置に関する。

基板同士をアライメントして接着剤で接合するアライメント接合装置として従来、次のものがある。
（１） ウエハ基板とマスク基板の平行を規定する装置であって、基板を加圧保持する一方の加圧板を可とう性材料にして、弾性変形により一方の基板面に倣うようにした液晶パネル製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、接着剤等の粘性を有する液体を挟み、接着ギャップを制御する場合、可とう性材料の弾性変形量の制御が困難で、精密な接着ギャップ制御も困難である。さらに、高粘度の接着剤の場合ますます接着剤の反発力が大きくなり、可とう性材料の弾性変形量の制御が困難である。

（２） 基板同士をアライメントして接合するものではないが、アライメント精度を得るために、ウエハホルダとウエハテーブルにそれぞれ温度制御手段を設けることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

具体的には、アライメントを行うための基準マークおよび位置計測のための移動鏡を設けたテーブルと露光基板を保持するウエハホルダとがステージに設けられた露光装置において、露光光のエネルギーを吸収してウエハの温度が上がり、ウエハホルダに熱伝達され、ウエハホルダ、ウエハテーブル、ステージ駆動系等が暖められ、温度上昇による、移動鏡および基準マークの位置関係が変化し露光時に正確なアライメントないし、位置決めができなくなる問題に対し、ウエハホルダとウエハテーブルにそれぞれ熱冷媒等を循環した温度制御手段を接触させ、露光時のウエハ温度上昇によるウエハホルダ側への熱の移動を制御することで、ウエハテーブルを熱的に安定化し、正確な露光動作を行うことができる露光装置を提案している。

しかしながら、露光時の温度上昇を予測して熱媒体の温度を変化させ、ウエハホルダの温度上昇を制御するものであり、制御プロセスが煩雑である。また、制御するウエハホルダとウエハテーブルとを熱媒体を接触させ温度制御するため、これら温度制御時に発生する微小な振動が露光精度を低下する等の問題が予想される。

（３） 2枚の基板を熱硬化材料をはさみ加熱接着する際、上下基板の温度を制御し、熱膨張差を小さくして基板の変形を防止し、微細パターンの接続を可能とするものである。具体的には、複数の第1の電極が配置された第1の基板と、この電極に対応させて第2の複数の電極が一面に配置した第2の基板に熱圧着して実装する方法および装置において、第1の基板を第2の基板の一面の所定位置上に、対応する第1の電極および第2の電極同士が対向するように位置決めして配置し、第1および第2の基板の接合部を第1の基板の他面側および第2の基板の他面側から挟み込むようにして加圧するとともに、第1および第2の基板を各熱膨張条件に応じてそれぞれ別個に温度調節しながら加熱するようにして基板の位置合わせ精度を確保する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、この装置は、加熱接着する基板の熱膨張率が等しくなるようにそれぞれ別個に温度制御するものであり、装置が複雑でコスト高である。

特開２００１−２０９０５８号公報 特開平１０−５０５８８号公報 特開平９−１８６１９１号公報

本発明は、高品質のアライメント接合方法及びアライメント接合装置を提供することを課題とする。

この発明は、課題達成のため、以下のように構成した。

（１）基板同士をアライメントして接着剤で接合するアライメント接合装置であって、アライメントを検出するアライメント検出手段とウエハを固定するウエハチャック手段と、前記ウエハチャック手段の温度を検出する温度検出手段と、マスクを固定するマスク固定手段と、前記ウエハチャック手段を載置したステージを移動するステージ移動手段と、前記ウエハチャック手段の温度を制御する温度制御手段とを備えたものである。

ここで、前記温度制御手段が、加熱源とこの加熱源に接触するペルチェ素子を含むこととした（請求項２）。また、前記温度制御手段における加熱源をヒータとした（請求項３）。さらに、前記温度制御手段を構成する前記加熱源と前記ペルチェ素子を、ウエハを載置するウエハチャック手段と非接触にて構成した（請求項４）。また、前記温度制御手段が、接着剤を塗布する前に、あらかじめ設定した温度になるように設定されている接合シーケンスプログラムを含むものとした（請求項５）。

（２） 請求項６記載の発明では、基板同士をアライメントして接着剤で接合するアライメント接合方法において、アライメントマークを備えた下基板をウエハチャック手段上にセットする工程と、アライメントマークを備えた上基板をマスクホルダ部にセットする工程と、上下基板の接着面間の平行と空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、上下基板間に接着剤を介在させる工程と、前記ウエハチャック手段の温度を制御する工程と、接着剤を広げる工程と、光を照射する工程とを有することとした。

ここで、前記上下基板を載置固定するウエハチャック手段とマスクホルダ部間に、寸法が既知の小片を挿入し、アライメント接着基板間の平衡と接着層厚みを規定することとした（請求項７）。また、前記接着剤は温度により粘度が変化する接着剤とした（請求項８）。さらに、前記接着剤は光照射により硬化する接着剤とした（請求項９）。

この発明では、温度検出手段で検出されたウエハチャック手段の温度を制御する手段或いは工程を備え、温度により粘度が変化する接着剤を用いることで、接着剤の粘度を制御可能となり、気泡などの巻き込みのない高品質なデバイス製造が可能である。

以下に、この発明の実施の形態を説明する。

[１]第１の実施の形態
（偏光ホログラム）
基板同士をアライメントして接着剤で接合するアライメント接合方法及び装置の例を以下に説明する。以下の例は、２つの基板間に有機複屈折膜を介在させて接着剤で接合して製造した偏光ホログラムに関する。

図１に偏光ホログラム素子１１を示す。この偏光ホログラム素子１１の基本構造は、２枚のＢＫ−７基板１と５の間に有機複屈折膜６を挟むサンドイッチ構造である。ＢＫ−７基板１と有機複屈折膜６との間には接着剤１０が介在している。ＢＫ−７基板５と有機複屈折膜６との間には紫外線硬化型接着剤７が介在している。図１中、ＢＫ−７基板１の上面にアライメントマーク３ａ、回折格子２ａが形成されている。また、有機屈折膜６の上面にもアライメントマーク３ｂ、回折格子２ｂが形成されている
具体的には、
（１）直径100ｍｍ、厚さ1.00ｍｍのショット製光学ガラスBK-7基板１に回折格子２ａとアライメントマーク３ａを形成してなる上基板４と、
（２）直径100ｍｍ、厚さ1.00ｍｍのショット製光学ガラスBK-7基板５に直径80ｍｍ、厚さ0.10ｍｍの有機複屈折膜６をこの有機複屈折膜６と同じ屈折率の紫外線硬化型接着剤７で中心を合わせて接着することで下基板９を得て、
（３）この下基板９の有機複屈折膜６上に回折格子２ｂとアライメントマーク３ｂを形成し、
（４）上基板４と下基板９との間、また、回折格子２ｂの溝を接着剤１０で充填して上基板４と下基板９とを接合し、偏光ホログラム素子１１となしたものである。

具体的な製法を以下に説明する。
（ａ） 初めに,直径100mm、厚さ1.00mmのショット製光学ガラスBK-7からなる透明な基板５を図示しない回転塗布装置の基板固定テーブルに載せ、真空吸着し、固定する。その後、基板固定テーブルを10〜50rpmで回転させながら、基板５の中央部にディスペンサーを用いて屈折率1.52、粘度500cps(25℃)のエポキシ樹脂系紫外線硬化型接着剤７を約10g滴下した。
（ｂ） その後、基板固定テーブルを300〜500rpmで回転させ、基板５の全面に紫外線硬化型接着剤７を広げ、基板固定テーブルの回転を停止した。
（ｃ） その後、直径80mm、厚さ100μmの有機複屈折膜６の中心を基板５中心に合わせ載置装置を用いて基板５上の接着剤（エポキシ樹脂系紫外線硬化型接着剤７）面に載せた。
（ｄ） その後、基板固定テーブルを1000〜2000rpmで回転させ、紫外線硬化型接着剤７を振り切り、接着層厚さを基板５面内で一定にして有機複屈折膜６表面を平坦化した。
（ｅ） その後、基板固定テーブルの回転を停止し、有機複屈折膜６側から高圧水銀灯を用いて紫外線を照射し、紫外線硬化型接着剤７を硬化した。このときの硬化後の接着厚みは20μｍであった。
（ｆ） 次に,有機複屈折膜６を接着した基板５を基板固定テーブルから外し、有機複屈折膜上にポジレジストを1.1μmの厚さに塗布し、90°Ｃ30分のプリベークを行った。ここでは、基板５、有機複屈折膜６、エポキシ樹脂系紫外線硬化型接着剤７を合わせて下基板９と称している。
（ｇ） その後、下基板９を縮小投影露光装置（NA＝0.45、σ＝0.6、波長；i線）に装着し、1000周期あるduty1.0の2.0μmラインアンドスペースのデバイスパターンとライン幅30μｍ、長さ130μｍの十字形状アライメントパターンのレチクルを用いて露光を行い、現像液NMD-3を用いて現像を行い、100°Ｃ30分のポストベークを行い、周期的なレジストパターンを完成させた。
（ｈ） その後、スパッタ法によって前記のレジストパターン上にAlを蒸着し、引き続きアセトンを用いてレジストを溶解してAlのリフトオフを行い、レジストパターンを反転させたAlパターンを完成させた後、日本真空技術製 NLD-800エッチング装置を用い基板バイアス200W,アンテナ電力1KW,酸素ガス40SCCM、基板温度-30℃のエッチング条件で、前記のAlパターンを金属マスクにして有機複屈折膜６を深さ4μmエッチングした。その後、リン酸系のAlエッチング液を用いてAlパターンを除去し、1000周期ある凹凸格子（回折格子２ｂ）と凹凸形状のアライメントマーク３ｂとを完成させた。

一方の、直径100mm、厚さ1.00mmのショット製光学ガラスBK-7基板１からなる上基板４は、
（Ａ） 初めに、上基板４上にポジレジストを1.1μmの厚さに塗布し、
（Ｂ） 次に、90°Ｃで30分のプリベークを行った。
（Ｃ） その後、上基板４を縮小投影露光装置（NA＝0.45、σ＝0.6、波長；i線）に装着し、1000周期ある5μmラインアンドスペースduty1.0のデバイスパターンとライン幅20μｍ、長さ110μｍの十字形状アライメントパターンのレチクルを用いて露光を行い、現像液NMD-3を用いて現像を行い、100°Ｃ30分のポストベークを行い、周期的なレジストパターンを完成させた。その後、日本真空技術製 NLD-800エッチング装置を用い基板バイアス200W,アンテナ電力1.5KW,CF₄ガス60SCCM、基板温度-30°Ｃのエッチング条件で、前記のレジストパターンをマスクにして深さ0.5μmまでエッチングした。

（アライメント接着装置）
図2にアライメント接着装置の部分断面を示す。図中、装置の中央上部に紫外光照射装置２１が位置している。図示されない移動手段により移動可能にアライメントを検出するアライメント検出手段としてのアライメントマーク検出光学装置２２が設けられている。紫外光照射装置２１の下方にマスクを固定するマスク固定手段としてのマスクホルダ２３が位置している。マスクホルダ２３の下面には上基板吸着溝２３Ｓが形成されていて、この上基板吸着溝２３Ｓは真空排気口２３Ｈと連通し、エアを吸引するようにしてある。

マスクホルダ２３の下方には該マスクホルダ２３と間隔をおいて、ウエハを固定するウエハチャック手段としてのウエハチャック３０が位置している。ウエハチャック３０の下面に近接（非接触）状態で加熱用のヒータ２４が位置し、該ヒータ２４の裏面にはペルチェ素子２５が密着固定され、ペルチェ素子２５は放熱器兼温度制御装置保持台２８上に支持されている。

温度制御の手段である加熱源としてヒータとこのヒータに接触するペルチェ素子とをウエハチャックに非接触で構成し、非接触で温度制御可能にしたことで、熱源からの振動をウエハチャックに伝達されるのを防止でき、高精度でアライメントが可能となった。

ウエハチャック３０の上面には、下基板吸着溝３０Ｓが形成されていて、この下基板吸着溝３０Ｓは真空排気口３０Ｈと連通し、エアが吸引されるようになっている。ウエハチャック３０は断熱材２７を介してステージ３４上に載置されている。ステージ３４はウエハチャック３０を載置してステージ移動手段としてのステージＸ、Ｙ、θ移動装置３５により移動させられる。その移動の種類は、左右（Ｘ）の移動、前後（Ｙ）の移動、そして、例えば中心軸Ｏ―Ｏを中心とする回転（θ）である。また、ステージ３４はＺ軸移動装置３６により上下方向に移動可能に構成されている。ウエハチャック３０の中心部にはウエハチャック３０の温度を検出するための温度検出手段としての熱電対３１が位置している。ヒータ２４とペルチェ素子２５とは一体的に組み立てられて温度制御器２６を構成している。

これら、熱電対３１、ヒータ２４、ペルチェ素子２５のそれぞれからは導線が温度制御回路３２に導かれていて、温度制御回路３２等に導かれている。温度制御回路３２はＣＰＵなどを含む構成であり、熱電対３１からの温度情報を得てヒータ２４、ペルチェ素子２５を制御する。温度制御回路３２は電源３３により駆動される。以上述べた諸構成部材は図示しない接着剤滴下装置を含めてベース３７上に組み立てられている。

温度制御手段回路32及び電源３３はベース３７外に設けられる。なお、上記したとおり、ヒータ２４と温度制御装置とウエハチャック３０の裏面とはわずかな隙間を介した、非接触状態で構成されている。マスクホルダ２３及びウエハチャック３０にそれぞれ形成された基板吸着用溝２３Ｓ、３０Ｓはここから空気が吸引されて基板を吸着保持することができる。

このように、温度検出手段で検出されたウエハチャック手段の温度を制御する手段を備え、温度により粘度が変化する接着剤を用いたことで、接着剤の粘度を制御可能で、気泡などの巻き込みのない高品質なデバイス製造が可能となった。

（温度制御器の構成）
図3（ａ）、図（ｂ）に従い温度制御器２６の具体的な構成を説明する。

外径がφ110ｍｍのアルミナセラミックス基板４０上に、ビスマス・アンチモン・テルル化合物材料でできたP型半導体素子４１とN型半導体素子４２をφ30ｍｍ、φ70ｍｍの位置に同心円状に載置して、直列に２つの電極４３を接続しペルチェ素子２５とした。

このペルチェ素子２５への投入電力は最大100W（最大電流5A）である。このペルチェ素子２５上にφ110ｍｍ電力200Wのセラミックヒータ２４を接合し、さらに熱伝達用アルミニウム板４６を取り付けてある。

このアルミニウム板４６の外径はφ110ｍｍ、板厚8ｍｍで、中央部に白金-白金ロジウム熱電対４７を埋め込んだ。アルミニウム板４６は放熱面となる表面を＃320のビーズブラスト処理を施した後、ブラックアルマイト（陽極酸化）している。セラミックヒータ２４への取り付け面はアルマイト処理のみとした。ペルチェ素子２５の反対面（図中の下面）に放熱器４５を接合し、放熱器兼温度制御装置保持台２８を介してベース３７に設置した。
セラミックヒータ２４、熱電対４７とペルチェ素子２５から取り出された導線は温度制御手段３２に接続され、ウエハチャック３０の中央部に埋め込まれた熱電対３１からの信号と温度制御回路３２に含まれているＣＰＵにあらかじめ組み込まれた温度プログラムとの差分を補償するようにそれぞれの投入電力を制御している。温度制御回路３２は電源３３と接続されている。こうして、接着剤を塗布する前に、あらかじめ設定した温度になるように設定した接合シーケンスプログラムを温度制御回路３２に組み込んだことで、安定な接合プロセスが可能となり、接合品質を安定できた。

なお、ペルチェ素子２５及び加熱源を設けまたこの加熱源としてヒータ２４を設けたので、高精度な温度制御が可能となり、その結果、接着剤の粘度を精度よく制御可能である。また、温度制御機構の加熱源をヒータとこのヒータに接触するペルチェ素子とで構成し、加熱と冷却のバランスでウエハチャックの温度制御したことで、高精度な温度制御が可能となり、その結果、接着剤の粘度を精度よく制御できた。

（基板同士の接合工程）
（工程１）
図２により、接合工程を説明する。初めに、前述した方法で作った直径100mm、厚さ1.000mmのBK-7上基板１を真空吸着によりマスクホルダ２３に固定し、次に、前述した方法で作った直径100mm、厚さ1.000mmのBK-7下基板９をウエハチャック３０に真空吸着により固定する。つまり、アライメントマークを備えた下基板をウエハチャック上にセットする。その後、Z軸移動装置３６でステージ３４を上昇させて、上基板４と下基板９とを密着させる。

（工程２）
次に、ウエハチャック３０に設けた熱電対３１からの温度をモニタし、ウエハチャック３０の温度が30°Ｃになるようにセラミックヒータ２４を加熱し、その一方で、セラミックヒータ２４に接触する面が冷却面となるようペルチェ素子２５に電流を印加して、ヒータ２４による加熱とペルチェ素子２５による冷却のバランスでウエハチャック３０の温度を制御した。たとえば、温度が低い場合、加熱と冷却のバランスにおいて加熱を多く、温度が高い場合、ペルチェ素子２５への印加電力を増やし冷却のバランスを多くしている。このように高精度で精密な温度制御が可能となった。また、ペルチェ素子２５のみで電流印加方向を変えて温度制御することも可能である。これにより、塗布した接着剤の粘度を精密にコントロールできる。

（工程３）
次に、ウエハチャック３０の温度が30°Ｃで一定になった時点で、アライメントマーク検出光学装置(画像記憶装置付顕微鏡)２２により上基板４のアライメントマーク３ａを検出し、アライメントマーク検出光学装置２２を固定し、アライメントマーク３ａを十字線で挟み込み、この画像を記憶した。

（工程４）
次に、Ｚ軸移動装置３６でステージ３４を所定位置（少なくとも、後述する小片を挿入可能な位置で、ジルコニア円柱の移動が可能な位置で、ここでは上側基板面から50ｍｍ下がった位置）まで下降した後、ウエハチャック３０とマスクホルダ２３間に、寸法が既知の小片、すなわち、φ5ｍｍ、高さ5.000ｍｍ、平行度0.001ｍｍ、表面粗さRa＜10ｎｍのジルコニア円柱を図示しない支持アームの移動により120°等分の位置に3個挿入した後、Z軸制御用のステージ３４によりウエハチャック３０を上昇させて、ウエハチャック3０とマスクホルダ２３間にジルコニア円柱を挟み、1N/個で加圧、停止した点をギャップ5.000ｍｍおよび平行面として記憶・固定し、その後、Z軸制御用のステージ３４によりウエハチャック３０を下降し、ジルコニア円柱を基板外へ移動した。

上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部間に、既知の寸法の小片（同一寸法の平板、もしくは、球、円柱など）を挿入し、アライメント接合基板間の平衡と接合厚み（空隙の量）を規定したことで、接合品質を向上できた。

（工程５）
次に、下基板９を図２中、左の方向に押し出し、下基板９の中央に図示しないディスペンサーを用い、オーテックス製紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤 EX1500-1粘度2100ｃｐｓ（23℃）を0.3ｍL滴下し下基板９を図で右の方向に戻し、60秒間保持した後、接着層厚み100μｍ以上を確保するギャップまでZ軸制御用ステージ３４によりウエハチャック３０を上昇した。このように、接着剤は紫外線光照射により硬化する接着剤着剤を用いたことで、工程短縮が可能となり、デバイスの低コスト化が可能となった。

（工程６）
次に、アライメントマーク検出光学装置２２(画像記憶装置付顕微鏡)の顕微鏡の焦点位置を下基板９の有機複屈折膜６上に合わせ、有機複屈折膜６上のアライメントマーク３ｂを検出し、あらかじめ記憶しておいた上基板４のアライメントマーク３ａの画像と、検出されたアライメントマーク３ｂとのエラー（画像を記憶した十字線とのズレ）をステージＸ、Ｙ、θ移動装置３５により、ウエハチャック３０をＸ、Ｙ、θ移動させる事により補正した。これを基板面内で同一線上の50ｍｍ離れた少なくとも２点で実施した。

（工程７）
その後、最終接着剤厚み50μｍを確保するため、再度、Ｚ軸制御用のステージ３４によりウエハチャック３０を上昇させ、接着剤を基板全体に押し広げ、ギャップ2.750ｍｍの位置（内訳は上基板４の厚み1.000ｍｍ、保護板付き下基板９の厚みが1.700ｍｍ、接着層厚みが0.050ｍｍ ）の位置で停止し、接着剤の広がりが十分行われる間、この状態を２分間保持した。このときの接着剤は30°Ｃに加熱されているので、粘度が1000ｃｐｓまで低下しているため、容易に格子の溝部を充填することができた。その後、ウエハチャックの温度を２３°Ｃにし、接着剤の粘度を高め、基板外部への接着剤の流れ出しを防止した。

（工程８）
次に、図４に示すように、アライメントマーク検出光学装置２２を図示しない移動装置により紫外光照射装置２１による光照射範囲外へ移動した後、接着剤全面に波長365ｎｍ、光強度40ｍW/cm²の紫外線を紫外線光照射装置２１により、250秒間照射し、接着剤を硬化した。

（工程９）
次に、温度制御回路３２による温度制御を停止し、マスクホルダ２３の真空吸着を切り、上基板４の真空吸着固定を解除する。次にＺ軸制御用のステージ３４を下降した後、ウエハチャック３０の真空吸着を切り、接着した基板を取り出した。

（工程１０）
図５に示すようにアライメント接合装置２０から取り出された接合済みの基板は偏光ホログラム素子１１である。これをダイシングソー５０により5ｍｍ□に切断して切り出し、偏光分離素子１１ａを得た。

本例では比較的低い温度での制御を目的としているので、ペルチェ素子２５として、ビスマス・アンチモン・テルル化合物のペルチェ素子を用いているが、他の材料系でも同様な効果が期待できる。

本例では下基板９の有機複屈折膜６に形成した回折格子２ｂに屈折率等の光学特性を重視し、高粘度のものを用いたが、中粘度の接着剤であっても温度により粘度が変化するものであればよく、格子パターンも本例の寸法に限定するものではなく、更なる微細パターンたとえば、ライン幅が1μｍ以下、溝深さ2μｍ以上、また、アスペクト5以上の深溝パターンへの応用も可能である。

また、従来は基板の平行出しとアライメントギャップ基準出しは基板同士を全面接触させて実施していたが、この発明の例では、基板から外れた面に基準と成るジルコニア円柱を挿入することで、基板表面に形成したレジストパターンやデバイス等へのダメージを防止できた。

また、上下基板の接触→ウエハチャック加熱・温度制御→プリアライメント→平行規定と空隙量規定→接着剤塗布→本アライメント→接着剤格子部への充填→空隙保持→紫外線照射→温度制御停止→基板取り出しの一連の工程は温度制御を含めた基板接合プログラムにより実施される。なお、設定温度は本例の温度に制約されるものではなく、用いる接着剤の粘度特性や、格子の幅、溝深さにより適宜変更設定されるものである。

また、上下基板のアライメントマークを検出するのに、アライメントマーク検出光学装置（顕微鏡）の焦点を移動する例を示したが、顕微鏡を固定し、それぞれの基板を所定の焦点位置まで移動してアライメントする方法でもよい。

なお、上下基板はホウ酸クラウンガラス（BK-7）に限定されるものではなく, 石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、フッケイ・クラウンガラス、バリウムクラウンガラス、クラウンガラス,等の透明なガラス基板、ポリエステルや、アクリル等の高分子フィルム、シート、板等を用いても良い。また、接着剤は紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤を用いたがアクリル樹脂系の接着剤でもよい。

また、本例で、ジルコニア製円柱を用いたが、ジルコニア製ボールであっても良く,また、材質はアルみな、 窒化アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、WC,ｃ-BN,TiN,ZrSiO4等のセラミクスやWC-Co合金,WC-TiC-Co合金、所謂、超硬合金を用いてもよい。

また、本例では厚み、直径を夫々5ｍｍとしたが、5ｍｍに限定するものではなく、用いる基板厚、狙いの接着層厚み等により変えて用いても良い。

同様に,断面形状を丸としているが、この形状に限定するものではなく、多角形や丸、楕円等でも良い。また、装置との接触を考慮し、角部を面取り（例えば,0.3Rや0.3C）することが望ましい。

本例の方法と従来方法で接着した試料のφ80ｍｍ範囲の格子溝部への接着剤充填度合いを断面SEM観察で評価した結果、溝底部にボイド等がなく接着剤が充填できていた。さらには、ウエハチャックを加熱した本例方式の場合、従来、接着剤を広げる際に発生していた、格子の倒れが見られなかった。さらには、接着剤が基板の外周部へ流れ出すことなく接着ができた。

[２]第２の実施の形態
この例は、上基板、および、有機複屈折膜付下基板（以下、下基板）は第１の実施の形態で説明したのと同じ方法で作製しており、詳細を省く。異なるのは温度制御器２６の構成である。上下基板の具体的な製法についても第１の実施の形態で述べた内容と同じであるので省略する。

図６を参照してこの例による温度制御器２６０の具体的な構成を説明する。

外径がφ110ｍｍのアルミナセラミックス基板４００のφ30ｍｍ、φ70ｍｍ上に、P型半導体素子４１とN型半導体素子４２を同心円状に２列載置している。実施の形態１における図３に示した例でも、P型半導体素子４１とN型半導体素子４２を同心円状に２列載置していたが、これら２列を直列に接続していたので、２つの電極４３を接続し１つのペルチェ素子２５だけを構成していた。

これに対して、本例では同心円状に２列載置されたP型半導体素子４１とN型半導体素子４２とは独立しており、外側の同心円状の素子配置については電極４３０Ａ、内側の同心円状の素子配置においては電極４３０Ｂがそれぞれ設けられていることにより、それぞれ個別に温度制御が可能な２組のペルチェ素子２５０Ａ（２５０Ｂ）が構成される。

これら２組のペルチェ素子２５０Ａ（２５０Ｂ）から取り出した電極４３０Ａおよび電極４３０Ｂを通して、それぞれのペルチェ素子２５０Ａ（２５０Ｂ）により単独に温度制御可能な装置としている。

それぞれのペルチェ素子２５０Ａ（２５０Ｂ）の投入電力は最大35W（最大電流3A）である。これらの素子上にφ110ｍｍ電力200Wのセラミックヒータ２４０を接合し、さらに熱伝達用アルミニウム板４６０を取り付けた。このアルミニウム板４６０の外径はφ110ｍｍ、板厚8ｍｍで、中央部と外周近傍に白金-白金ロジウム熱電対４７０、４７１を埋め込んだ。

アルミニウム板４６０は放熱面となる表面を＃320のビーズブラスト処理を施した後、ブラックアルマイト（陽極酸化）している。セラミックヒータ２４０への取り付け面はアルマイト処理のみとした。セラミックヒータ２４０とペルチェ素子２５０Ａ（２５０Ｂ）から取り出された電極は図２に示した構成の温度制御用回路３２に準じて構成された温度制御回路に接続され、ウエハチャック中央部と周辺部の2箇所に埋め込まれたそれぞれの熱電対からの信号とあらかじめ組み込んだ温度プログラムとの差分を補償するように温度制御回路により演算処理され、それぞれの投入電力を制御している。温度制御用回路は電源と接続されている。

本例では、図２、図３に示したアライメント接合装置２０と同じ構成で、但し、温度制御器２６に代えて、図６で説明した温度制御器２６０を用いる。同様に、温度制御回路３２に代えて温度制御回路３２０を使用する。以下では、図１〜図５における例で、ただ、温度制御器と温度制御回路が上記のようにおき代えられたものとしてこれら図１〜図５を参照しつつ説明する。

以下に、本装置を用いた接合工程を説明する。
（工程１'）
初めに、前述した方法で作った直径100mm、厚さ1.000mmのBK-7上基板１を真空吸着によりマスクホルダ２３に固定し、次に、前述した方法で作った直径100mm、厚さ1.000mmのBK-7下基板９をウエハチャック３０に真空吸着により固定した後、Z軸移動装置３６でステージ３４を上昇させて、上基板４と下基板９とを密着させる。

（工程２'）
次に、ウエハチャック３０に設けた中央部の熱電対３０からの温度をモニタし、ウエハチャック３０の温度が30°Ｃになるようにセラミックヒータ240を加熱し、設定温度近傍になった時点で残りの2個の熱電対４７０、４７１の信号を取り入れ、あらかじめ組み込んだ温度プログラムとの差分を補償するように温度制御回路２６０により演算処理し、２組のペルチェ素子２５０Ａ、２５０Ｂにそれぞれ制御電流を印加してセラミックヒータ２４０に接触する面を冷却し、ヒータ２４０の加熱とペルチェ素子２５０Ａ、２５０Ｂの冷却のバランスでウエハチャック３０温度を制御した。たとえば、温度が低い場合、加熱と冷却のバランスにおいて加熱を多く、温度が高い場合、ペルチェ素子２５０Ａ、２５０Ｂの電力を増やし冷却のバランスを多くしている。このようにすることにより基板全面において、高精度で精密な温度制御が可能となった。また、ヒータを用いずにペルチェ素子２５０Ａ、２５０Ｂのみで電流印加方向を変えて温度制御することも可能である。

（工程３'）
次に、ウエハチャック３０の温度が30°Ｃで一定になった時点で、アライメントマーク検出光学装置(画像記憶装置付顕微鏡)２２により上基板４のアライメントマーク３ａを検出し、アライメントマーク検出光学装置２２を固定し、アライメントを十字線で挟み込み、この画像を記憶した。

（工程４'）
次に、Z軸移動装置３６でステージ３４を、少なくとも20ｍｍ以上下降した後、ウエハチャック３０とマスクホルダ２３間に、寸法が既知の小片、すなわち、φ5ｍｍ、高さ5.000ｍｍ、平行度0.001ｍｍ、表面粗さRa＜10ｎｍのジルコニア円柱を図示しない支持アームの移動により120°等分の位置に3個挿入した後、Z軸制御用のステージ３４によりウエハチャック３０を上昇させて、ウエハチャック３０とマスクホルダ２３間にジルコニア円柱を挟み、1N/個で加圧、停止した点をギャップ5.000ｍｍおよび平行面として記憶・固定し、その後、Z軸制御用ステージ３４によりウエハチャック３０を下降し、ジルコニア円柱を基板外へ移動した。

（工程５'）
次に、下基板９を図２中、左の方向に押し出し、下基板９の中央に図示しないディスペンサーを用い、オーテックス製紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤 EX1500-3粘度1000ｃｐｓ（23℃）を0.3ｍL滴下し下基板９を図で右の方向に戻し、60秒間保持した後、接着層厚み100μｍ以上を確保するギャップまでZ軸制御用ステージ３４によりウエハチャック３０を上昇した。

（工程６'）
次に、アライメントマーク検出光学装置２２(画像記憶装置付顕微鏡)の顕微鏡の焦点位置を下基板９の有機複屈折膜６上に合わせ、有機複屈折膜６上のアライメントマーク３ｂを検出し、あらかじめ記憶しておいた上基板４のアライメントマーク３ａの画像と、検出されたアライメントマーク３ｂとのエラー（画像を記憶した十字線とのズレ）をステージＸ、Ｙ、θ駆動装置３５により、ウエハチャック３０をＸ，Ｙ，θ移動させる事により補正した。これを基板面内で同一線上の50ｍｍ離れた少なくとも２点で実施した。

（工程７'）
その後、最終接着剤厚み50μｍを確保するため、再度、Z軸制御用のステージ３４によりウエハチャック３０を上昇させ、接着剤を基板全体に押し広げ、ギャップ2.750ｍｍの位置（内訳は上基板厚み1.000ｍｍ、保護板付き下基板厚みが1.700ｍｍ、接着層厚みが0.050ｍｍ）の位置で停止し、接着剤の広がりが十分行われる間、この状態を２分間保持した。このときの接着剤は30°Ｃに加熱されているので、粘度が600ｃｐｓまで低下しているため、容易に格子の溝部を充填することができた。その後、ウエハチャックの温度を23°Ｃにし、接着剤の粘度を高め、基板外部への接着剤の流れ出しを防止した。

（工程８'）
次に、アライメントマーク検出光学装置２２を図示しない移動装置により紫外光照射装置２１による光照射範囲外へ移動した後、接着剤全面に波長365ｎｍ、光強度40ｍW/cm²の紫外線を紫外線光照射装置２１により、250秒間照射することで接着剤を硬化させた。

（工程９'）
次に、温度制御回路３２０による温度制御を停止し、マスクホルダ２３の真空吸着を切り、上基板４の真空吸着固定を解除する。次にZ軸制御用のステージ３４を下降した後、ウエハチャック３０の真空吸着を切り接着した基板を取り出した。

（工程１０'）
図５に示したように、アライメント接合装置２０から取り出された接合済みの基板は偏光ホログラム素子１１である。これをダイシングソー５０により5ｍｍ□に切断し、偏光分離素子１１ａを得た。

本方法と従来方法で接着した試料のφ80ｍｍ範囲の格子溝底部にボイド等なく接着剤が充填できていた。さらには、ウエハチャック３０を加熱した本方式の場合、従来、接着剤を広げる際に発生していた、格子の倒れが見られなかった。さらには、接着剤が基板の外周部へ流れ出すことなく接着ができた。

偏光ホログラム素子の構造を説明した断面図である。 アライメント接合装置の概略構成を説明した断面図である。 図３（ａ）は温度制御器の平面図、図３（ｂ）は温度制御器の要部断面図である。 アライメント接合装置の概略構成を説明した断面図である。 偏光分離素子の切り出しの様子を説明した斜視図である。 図６（ａ）は温度制御器の平面図、図６（ｂ）は温度制御器の要部断面図である。

符号の説明

４ 上基板
９ 下基板
２０ アライメント接合装置
２３ マスクホルダ
２４ ヒータ
２５ ペルチェ素子
３１ 熱電対
３５ ステージＸ、Ｙ、θ移動装置
３２、３２０ 温度制御回路
３６ Ｚ軸移動装置

Claims (9)

1. 基板同士をアライメントして接着剤で接合するアライメント接合装置であって、アライメントを検出するアライメント検出手段とウエハを固定するウエハチャック手段と、前記ウエハチャック手段の温度を検出する温度検出手段と、マスクを固定するマスク固定手段と、前記ウエハチャック手段を載置したステージを移動するステージ移動手段と、前記ウエハチャック手段の温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とするアライメント接合装置。
2. 請求項１記載のアライメント接合装置において、前記温度制御手段が、加熱源とこの加熱源に接触するペルチェ素子を含むことを特徴とするアライメント接合装置。
3. 請求項２記載のアライメント接合装置において、前記温度制御手段における加熱源が、ヒータであることを特徴とするアライメント接合装置。
4. 請求項２または３記載のアライメント接合装置において、前記温度制御手段を構成する前記加熱源と前記ペルチェ素子を、ウエハを載置するウエハチャック手段と非接触にて構成したことを特徴とするアライメント接合装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のアライメント接合装置において、前記温度制御手段が、接着剤を塗布する前に、あらかじめ設定した温度になるように設定されている接合シーケンスプログラムを含むものであることを特徴とするアライメント接合装置。
6. 基板同士をアライメントして接着剤で接合するアライメント接合方法において、
   アライメントマークを備えた下基板をウエハチャック手段上にセットする工程と、
   アライメントマークを備えた上基板をマスクホルダ部にセットする工程と、
   上下基板の接着面間の平行と空隙の量を規定する工程と、
   上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、
   上下基板間に接着剤を介在させる工程と、
   前記ウエハチャック手段の温度を制御する工程と、接着剤を広げる工程と、
   光を照射する工程とを有することを特徴とするアライメント接合方法。
7. 請求項６記載のアライメント接合方法において、前記上下基板を載置固定するウエハチャック手段とマスクホルダ部間に、寸法が既知の小片を挿入し、アライメント接着基板間の平衡と接着層厚みを規定することを特徴とするアライメント接合方法。
8. 請求項６又は７記載のアライメント接合方法において、
   前記接着剤は温度により粘度が変化する接着剤であることを特徴とするアライメント接合方法。
9. 請求項６乃至８の何れかに記載のアライメント接合方法において、
   前記接着剤は光照射により硬化する接着剤であることを特徴とするアライメント接合方法。
   

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