JP2009164252A - 半導体ウエハ貼り合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で半導体ウエハの三次元的な傾斜角度調整が可能となる半導体ウエハ貼り合わせ装置を提供する。
【解決手段】 第１のリニアアクチュエータ４によって第１の作動片８が鉛直方向へ移動し、チルトテーブル２は、滑動面２ｂと支持面３ｂとの間の空気膜を介してＹ軸周りに傾動することとなる。また、第２のリニアアクチュエータ６によって第２の作動片９が鉛直方向へ移動し、チルトテーブル２は、滑動面２ｂと支持面３ｂとの間の空気膜を介してＸ軸周りに傾動することとなる。そして、第１の作動片８の上下動と第２の作動片９の上下動とを組み合わせることによって、水平面に対して様々な傾斜角度で傾動させることとなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエハの傾斜角度調整をしながら半導体ウエハ同士を貼り合わせるための半導体ウエハ貼り合わせ装置に関する。

従来のこのような分野の技術として、特開平９−６４０９４号公報がある。この公報には、平板状のプレート（チルトテーブル）の下面の中央部に固定された略半球面状のステージ（チルトテーブル）と、略半球面を滑動可能に係止する凹部（支持面）を有する受け台（支持テーブル）と、受け台を固定するための矩形状のベースプレートとが設けられたチルトステージが記載されている。ベースプレートの各辺にはモータ取り付けブラケットがそれぞれ設けられ、各ブラケットに回転アクチュエータをなすモータとスプリングポストが取り付けられている。各モータの回転軸にはそれぞれステージの傾斜調整のためのカムが設けられており、それらのカムがボールを介してプレート下面の各縁部にそれぞれ当接される。また、プレートの各側面には、スプリングポストが取り付けられ、このスプリングポストとブラケットに設けられたスプリングポストとの間にスプリングがそれぞれ張架されることによって、カムがボールに押し付けられた状態で当接するようになっている。このような構成により、各モータが独立して回転すると、カムの回転に合わせてプレートの各辺が上下方向に独立して傾斜されることとなる。これによって、チルトステージは、プレートの上面に設けられた載置ステージ及び載置された半導体チップ（半導体ウエハ）を自由自在に傾斜させ、傾斜角度調整を行っている。
特開平９−６４０９４号公報

ここで、回転アクチュエータをなすモータを用いて傾斜角度調整を行っている上記ステージを半導体ウエハ貼り合わせ装置に適用した場合にあっては、ステージの回転運動をカム機構を用いて上下方向の直線運動に変換しなくてはならないため、構造を複雑にしなくては半導体ウエハを三次元的に傾斜角度調整することができないという問題が生じていた。

本発明は、簡単な構造で半導体ウエハの三次元的な傾斜角度調整が可能となる半導体ウエハ貼り合わせ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体ウエハ貼り合わせ装置は、第１の半導体ウエハと第２の半導体ウエハとを貼り合わせるための半導体ウエハ貼り合わせ装置であって、第１の半導体ウエハを下面側で保持するウエハテーブルと、第１の半導体ウエハと対向するように第２の半導体ウエハを保持するチルトステージと、を備え、チルトステージは、第２の半導体ウエハを上面側で保持し、球面状の滑動面を下面側に有するチルトテーブルと、滑動面を支持する球面状の支持面を有する支持テーブルと、一端がチルトテーブルに固定される第１の作動片と、一端がチルトテーブルに固定されると共に、鉛直方向に延在する滑動面の中心軸線周りに、第１の作動片に対して０°及び１８０°を除く角度をなす位置に配置される第２の作動片と、第１及び第２の作動片をそれぞれ鉛直方向に移動させる第１及び第２のアクチュエータと、を備えることを特徴とする。

この半導体ウエハ貼り合わせ装置では、チルトテーブルに第１の作動片と第２の作動片が、それぞれ中心軸線周りに０°及び１８０°を除く角度をなす位置に配置されており、対応するアクチュエータによって各々が独立して鉛直方向に移動されることができる。よって、チルトテーブルは、アクチュエータの動作により、それぞれの作動片を駆動させるので、水平面に対して様々な傾斜角度で傾斜することとなり、作動片とアクチュエータとの組合せにより、簡単な構造で、半導体ウエハの三次元的な傾斜角度調整を実現させている。

第２の作動片を配置する位置としては、中心軸線周りに、第１の作動片に対して直角をなす位置が好ましい。

また、中心軸線周りに回転可能に支持されている支持テーブルに一端が固定された第３の作動片と、第３の作動片を水平方向に移動させる第３のアクチュエータと、を更に備えることが好ましい。第３の作動片が第３のアクチュエータによって水平方向に移動されると、チルトテーブルを支持する支持テーブルが中心軸周りに回動し、これに伴って、チルトテーブルも中心軸周りに回動する。これにより、チルトテーブルは、第１及び第２の作動片の移動による傾斜角度調整と第３の作動片の移動による回動角度調整とが組み合わされ、更に複雑な調整が可能となる。

また、第１〜第３のアクチュエータは、気体の供給及び排出によって駆動するベローズであることが好ましい。半導体ウエハは熱や磁性によって影響を受けてしまう。しかし、気体の供給及び排出によって駆動するベローズを、アクチュエータとして用いることにより、電動アクチュエータをなすモータなどを用いる場合と比べて、半導体ウエハに熱や磁性の影響を与えることなく傾斜角度調整を行うことが可能となる。

また、チルトテーブルと支持テーブルとは、鉛直方向に弾性を有する回転規制用板バネによって連結されていることが好ましい。この回転規制用板バネによって、第１及び第２のアクチュエータの駆動に伴い、チルトテーブルが支持テーブルに対して中心軸線周りに回転してしまうことを防止することができる。これによって、半導体ウエハの傾斜角度調整の精度を向上させることができる。

また、支持テーブルを鉛直方向に移動させる移動機構を更に備えることが好ましい。これによって、チルトテーブルを支持テーブルごと鉛直方向に移動させることができ、半導体ウエハの三次元的な傾斜角度調整と相俟って、チルトテーブルの高さ位置の調整をも可能にする。

また、移動機構として、例えばエアシリンダが挙げられる。

また、ウエハテーブル及び支持テーブルの少なくとも一方は、ウエハテーブルと支持テーブルとを水平方向に相対移動させる駆動部に連結されることが好ましい。これによって、半導体ウエハ同士の水平方向の位置調整ができる。

また、第１及び第２の半導体ウエハは、複数のアライメントマークをそれぞれ有することが好ましい。これによって、半導体ウエハ同士を正確に位置合わせすることができる。

本発明に係る半導体ウエハ貼り合わせ装置によれば、簡単な構造で半導体ウエハの三次元的な傾斜角度調整が可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る半導体ウエハ貼り合わせ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１に示すように、半導体ウエハ貼り合わせ装置１００は、下面側でホルダ１０１を介して第１の半導体ウエハＷ１を保持するウエハテーブル１０２と、ウエハテーブル１０２を昇降させる駆動部１０３と、ホルダ１０４を介して第２の半導体ウエハＷ２を保持すると共に三次元的に傾斜角度調整が可能なチルトステージ１と、チルトステージ１を水平方向に移動させる駆動部１０６とを備えている。この半導体ウエハ貼り合わせ装置１００は、駆動部１０３、１０６及びチルトステージ１によって、第１及び第２の半導体ウエハＷ１，Ｗ２を各々移動させて重ね合わせ、互いに貼り合わせるものである。ホルダ１０１，１０４は真空吸着又は静電吸着により第１及び第２の半導体ウエハＷ１，Ｗ２をそれぞれ保持している。なお、図１〜図３に示すように、Ｘ及びＹは水平面上で互いに９０度をなし、鉛直方向をＺ方向と定め、以下必要な場合にＸ、Ｙ、Ｚを用いる。

半導体ウエハ貼り合わせ装置１００は、基準顕微鏡１１０、測定用顕微鏡１１１、干渉計などの距離測定装置１１２を有し、また、チルトステージ１上にはフィデューシャルマーク１１３が形成され、ホルダ１０１，１０４には基準マーク１１４が形成され、第１及び第２の半導体ウエハＷ１，Ｗ２には複数のアライメントマーク１１５が形成されており、例えば、特開２００５−２５１９７２号公報に開示された技術により第１及び第２の半導体ウエハＷ１，Ｗ２の位置合わせを行うことができる。

図２に示すように、駆動部１０６は、Ｘ軸方向に沿って延在するＸ軸ガイド１２０とＸ軸ガイド１２０に案内されてＸ軸方向へ移動するＸ軸スライダ１２１、及びＹ軸方向に沿って延在するＹ軸ガイド１２２とＹ軸ガイドに案内されてＹ軸方向へ移動するＹ軸スライダ１２３を備える。Ｙ軸ガイド１２２はベース１３０に固定され、Ｘ軸ガイド１２０はＹ軸スライダ１２３に固定され、更に、チルトステージ１の支持テーブル３はベースプレート１１を介してＸ軸スライダ１２１に連結されている。これによって、チルトステージ１をＸＹ軸方向へ移動させることができ、従って、ウエハテーブル１０２とチルトステージ１とを水平方向に相対移動させることができる。なお、チルトステージ１のベースプレート１１には、チルトステージ１を浮上させながらベース１３０の上面を滑走面として移動させるための図示しないエアパッドが固定されている。

図３〜図６に示すように、チルトステージ１は、ホルダ１０４を介して第２の半導体ウエハＷ２を上面側で保持するチルトテーブル２と、チルトテーブル２を滑動可能に支持する支持テーブル３とを有する。このチルトステージ１は、チルトテーブル２を第１及び第２のリニアアクチュエータ（第１及び第２のアクチュエータ）４，６で移動させ、支持テーブル３を第３のリニアアクチュエータ（第３のアクチュエータ）７で移動させることによって、チルトテーブル２の上面の傾斜角度調整及び回動角度調整が行われる。

チルトテーブル２は、円板状のテーブルであり、第２の半導体ウエハＷ２を保持するホルダ１０４を載置するための平面状の載置面２ａを上面側に有し、凸球面状の滑動面２ｂを下面側に有する。この滑動面２ｂの鉛直方向の中心軸Ｌはチルトテーブル２の中心軸線と一致する。

チルトテーブル２の側面２ｃには、中心軸線ＬからＸ軸方向に突出する第１の作動片８と、中心軸線ＬからＹ軸方向に突出する第２の作動片９とが形成されている。第１及び第２の作動片８，９はＸＹ平面上に広がる矩形板とされている。

支持テーブル３は、矩形状のベースプレート１１の上面１１ａに対して中心軸線Ｌ周りに回転可能に支持された円板状のテーブルである。図４に示すように、支持テーブル３の上面３ａの略中央部には、チルトテーブル２の滑動面２ｂを支持するために凹球面状とされた支持面３ｂが形成される。

また、支持テーブル３には、支持面３ｂを形成するように多孔部３ｃが埋設され、支持面３ｂには多数の微小な孔が形成されている。この多孔部３ｃからは、パイプＰ１が導出されて外部の空気圧源（図示せず）と接続されている。空気圧源は、多孔部３ｃへ圧縮空気を供給し、その圧縮空気が支持面３ｂの多数の孔から滑動面２ｂに対して吹きつけられる。これによって、滑動面２ｂと支持面３ｂの間に空気膜が形成され、滑動面２ｂは、支持面３ｂから抵抗を受けることなく非接触状態で支持されることとなる。

支持テーブル３の側面３ｄには、図３に示すように、中心軸線ＬからＹ軸の負の方向に突出する第３の作動片１２が形成される。第３の作動片１２は、ＹＺ平面上に広がる矩形板とされている。

第１のリニアアクチュエータ４は、第１の作動片８の上方に配置された支持片１３ａ及び下方に配置された支持片１３ｂを有する断面コ字型の支持部材１３と、支持片１３ａと第１の作動片８との間に延在するベローズアクチュエータ１４と、支持片１３ｂと第１の作動片８との間に延在するベローズアクチュエータ１６とからなる。そして、第１の作動片８は、ベローズアクチュエータ１４の先端とベローズアクチュエータ１６の先端とで挟み込まれる。また、支持片１３ｂの下面は、支持テーブル３の上面３ａに固定されている。

ベローズアクチュエータ１４は、図５に示すように、鉛直方向に伸縮可能なベローズ１４ａと、ベローズ１４ａの下端側の開口部を封止する円板状の作動板１４ｂとを備える。ベローズ１４ａの上端側の開口部は支持片１３ａに固定されることにより封止される。これによって、ベローズアクチュエータ１４の内部空間１４ｃは、ベローズ１４ａと、支持片１３ａと作動板１４ｂとによって密閉され、その気密性は保たれている。

作動板１４ｂの中央部には、上方へ延びるシャフト１４ｄが形成され、このシャフト１４ｄは、支持片１３ａに設けられたボス１３ｃのガイド穴１３ｄに挿入されることによって鉛直方向に移動可能とされている。また、作動板１４ｂの中央部には、第１の作動片８へ向かって突出する半球面状の押圧部１４ｅが形成され、この押圧部１４ｅは、第１の作動片８の上面８ａと当接することによってベローズアクチュエータ１４の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片８に伝達することができる。

ベローズアクチュエータ１４の内部空間１４ｃからは、配管Ｐ２が導出され、外部に設けられたサーボ弁１４ｆと接続されている。そして、サーボ弁１４ｆを制御することで、内部空間１４ｃ内の空気を供給及び排出することができ、内部空間１４ｃの気圧の変化に伴って、作動板１４ｂの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。

ベローズアクチュエータ１６も、上述のベローズアクチュエータ１４と同様の構成を有し、サーボ弁１６ｆを制御することで作動板１６ｂの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。また、押圧部１６ｅは、第１の作動片８の下面８ｂと当接することによって、ベローズアクチュエータ１６鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片８に伝達することができる。なお、ベローズアクチュエータ１６は、ベローズ１６ａ、内部空間１６ｃ、シャフト１６ｄを備え、内部空間１６ｃとサーボ弁１６ｆとは配管Ｐ３で連結されている。

図３に示すように、第２のリニアアクチュエータ６は、第２の作動片９の上方に配置された支持片１８ａ及び下方に配置された支持片１８ｂを有する断面コ字型の支持部材１８と、支持片１８ａと第２の作動片９との間に延在するベローズアクチュエータ１９と、支持片１８ｂと第２の作動片９との間に延在するベローズアクチュエータ２１とからなる。そして、第２の作動片９は、ベローズアクチュエータ１９の先端とベローズアクチュエータ２１の先端とで挟み込まれる。また、支持片１８ｂの下面は、支持テーブル３の上面３ａに固定されている。なお、ベローズアクチュエータ１９，２１は、ベローズアクチュエータ１４と同様の構成を有している。

第３のリニアアクチュエータ７は、第３の作動片１２のＸ軸方向に配置された支持片２２ａ及びＸ軸の負の方向に配置された支持片２２ｂを有する断面コ字型の支持部材２２と、支持片２２ａと第３の作動片１２との間に延在するベローズアクチュエータ２３と、支持片２２ｂと第３の作動片１２との間に延在するベローズアクチュエータ２４とからなる。そして、第３の作動片１２は、ベローズアクチュエータ２３の先端とベローズアクチュエータ２４の先端とで挟み込まれる。また、支持部材２２は、支持片２２ａと支持片２２ｂとを連結する連結部２２ｃを有し、連結部２２ｃの下面は、支持テーブル３の上面３ａに固定されている。なお、ベローズアクチュエータ２３，２４は、ベローズアクチュエータ１４と同様の構成を有している。

図６に示すように、支持テーブル３とチルトテーブル２とは、鉛直方向に弾性を有するＬ字状の回転規制用板バネ２６によって連結されている。回転規制用板バネ２６は、中心軸線Ｌ周りに互いに直角をなして４箇所に配置されており、板バネ２６の一端は、チルトテーブル２の側面２ｃにネジ止めされ、回転規制用板バネ２６の他端は、支持テーブル３の上面３ａにネジ止めされている。回転規制用板バネ２６によって、第１及び第２のリニアアクチュエータ４，６の駆動に伴い、チルトテーブル２が支持テーブル３に対して中心軸線Ｌ周りに回転してしまうことを防止することができる。これによって、載置面２ａの傾斜角度調整の精度を向上させることができる。

次に、チルトステージ１の動作について説明する。

まず、サーボ弁１４ｆ及びサーボ弁１６ｆを同時に制御し、ベローズアクチュエータ１４の内部空間１４ｃから空気を排出すると共に、ベローズアクチュエータ１６の内部空間１６ｃへ空気を供給する。

空気が供給されることによって内部空間１６ｃの気圧が高まり、作動板１６ｂが上方へ移動する。また、押圧部１６ｅと第１の作動片８の下面８ｂが当接しているため、作動板１６ｂの移動に伴って第１の作動片８も上方へ移動する。

これに対し、空気が排出されることによって内部空間１４ｃの気圧が低下する。更に、押圧部１４ｅと第１の作動片８の上面８ａが当接しているため、第１の作動片８を介してベローズアクチュエータ１６からも上方向の力を受ける。以上によって、作動板１４ｂは、第１の作動片８を支持しながら、その移動に合わせて上方へ移動する。

図４において二点鎖線で示すように、第１の作動片８が上方へ移動し、チルトテーブル２は、滑動面２ｂと支持面３ｂとの間の空気膜を介して、Ｙ軸周りに傾動することとなる。第２のリニアアクチュエータ６においても、第１のリニアアクチュエータ４と同様に、サーボ弁を制御することによって第２の作動片９を移動させ、チルトテーブル２をＸ軸周りに傾動させることができる。

以上によって、チルトテーブル２は、第１の作動片８の上下動と第２の作動片９の上下動とを組み合わせることによって、水平面に対して様々な傾斜角度で傾動されることとなる。従って、第１及び第２の作動片８，９と第１及び第２のリニアアクチュエータ４，６との組合せにより、簡単な構造で、載置面２ａ側で保持された半導体ウエハの三次元的な傾斜角度調整が可能となる。

更に、第３のリニアアクチュエータ７を制御することによって第３の作動片１２が移動し、チルトテーブル２は中心軸線Ｌ周りに回転する。これによって、チルトテーブル２は、第１及び第２の作動片８，９の移動による傾斜角度調整と第３の作動片１２の移動による回動角度調整とが組み合わされることによって、更に複雑な調整が可能となる。

また、リニアアクチュエータとして、空気の供給及び排出によって駆動するベローズアクチュエータを用いることにより、電動アクチュエータをなすモータなどを用いる場合と比べて、半導体ウエハに熱や磁性の影響を与えることなく傾斜角度調整を行うことが可能となる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る半導体ウエハ貼り合わせ装置は、チルトステージ１と異なるチルトステージ３１を有する点で第１の実施形態に係る半導体ウエハ貼り合わせ装置と相違する。以下に、第２の実施形態に係る半導体ウエハ貼り合わせ装置に適用されるチルトステージ３１の説明を行う。

図７〜図１０に示すように、チルトステージ３１は、ホルダ１０４を介して第２の半導体ウエハＷ２を上面側で保持するチルトテーブル３２と、チルトテーブル３２を滑動可能に支持する支持テーブル３３と、支持テーブル３３を鉛直方向に移動させるエアシリンダ６１とを有する。このチルトステージ３１は、チルトテーブル３２を第１及び第２のリニアアクチュエータ（第１及び第２のアクチュエータ）３４，３６で移動させ、支持テーブル３３を第３のリニアアクチュエータ３７で移動させることによって、チルトテーブル３２の上面の傾斜角度調整及び回動角度調整が行われる。また、エアシリンダ（移動機構）６１によって、高さ位置の調整も行われる。なお、図７に示すように、Ｘ及びＹは水平面上で互いに９０度をなし、鉛直方向をＺ方向と定め、以下必要な場合にＸ、Ｙ、Ｚを用いる。

チルトテーブル３２は、円板状のテーブルであり、第２の半導体ウエハＷ２を保持するホルダ１０４を載置するための平面状の載置面３２ａを上面側に有し、凸球面状の滑動面３２ｂを下面側に有する。この滑動面３２ｂの鉛直方向の中心軸線Ｌはチルトテーブル３２の中心軸線と一致する。

チルトテーブル３２の側面３２ｃには、中心軸線Ｌから見てＸ軸方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部３８が設けられる。作動部３８は、支持テーブル３３よりも低い位置で中心軸線ＬからＸ軸方向に突出する第１の作動片３８ｃと、第１の作動片３８ｃの中心軸線Ｌ側の端部を側面３２ｃに連結させるため下方に突出する連結部３８ｄとを有する。また、図８に示すように、側面３２ｃには、中心軸線Ｌから見てＹ軸方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部３９が設けられる。作動部３９は、支持テーブル３３よりも低い位置で中心軸線ＬからＹ軸方向に突出する第２の作動片３９ｃと、第２の作動片３９ｃの中心軸線Ｌ側の端部を側面３２ｃに連結させるため下方に突出する連結部３９ｄとを有する。なお、第１の及び第２の作動片３８ｃ，３９ｃはいずれもＸＹ平面上に広がる矩形板とされている。

矩形状の支持テーブル３３は、エアシリンダ６１に設けられたロッド６２の上端に形成されている。図９に示すように、支持テーブル３３の上面３３ａの略中央部には、チルトテーブル３２の滑動面３２ｂを支持するために凹球面状とされた支持面３３ｂが形成される。

また、支持テーブル３３には、支持面３３ｂを形成するように多孔部３３ｃが埋設され、支持面３３ｂには多数の微小な孔が形成されている。この多孔部３３ｃからは、パイプＰ３１が導出されて外部の空気圧源（図示せず）と接続されている。空気圧源は、多孔部３３ｃへ圧縮空気を供給し、その圧縮空気が支持面３３ｂの多数の孔から滑動面３２ｂに対して吹きつけられる。これによって、滑動面３２ｂと支持面３３ｂの間に空気膜が形成され、滑動面３２ｂは、支持面３３ｂから抵抗を受けることなく非接触状態で支持されることとなる。

支持テーブル３３の側面３３ｄには、図７に示すように、中心軸線Ｌから見てＹ軸の反対方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部４２が設けられる。作動部４２は、中心軸線ＬからＹ軸の負の方向へ突出する連結部４２ｄと、連結部４２ｄの自由端部から下方へ突出する第３の作動片４２ｃを有する。なお、第３の作動片４２ｃは、ＹＺ平面上に広がる矩形板とされている。

第１のリニアアクチュエータ３４は、第１の作動片３８ｃの上方に配置された支持片４３ａ及び下方に配置された支持片４３ｂを有する支持部材４３と、支持片４３ａと第１の作動片３８ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ４４と、支持片４３ｂと第１の作動片３８ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ４６とからなる。そして、第１の作動片３８ｃは、ベローズアクチュエータ４４の先端とベローズアクチュエータ４６の先端とで挟み込まれる。また、支持部材４３は、支持片４３ａ，４３ｂを連結させる矩形板状の連結部４３ｃを有しており、連結部４３ｃの支持テーブル３３側の側面は、支持テーブル３３に固定されている。

ベローズアクチュエータ４４は、図１０に示すように、鉛直方向に伸縮可能なベローズ４４ａと、ベローズ４４ａの下端側の開口部を封止する円板状の作動板４４ｂとを備える。ベローズ４４ａの上端側の開口部は支持片４３ａに固定されることにより封止される。これによって、ベローズアクチュエータ４４の内部空間４４ｃは、ベローズ４４ａと、支持片４３ａと作動板４４ｂとによって密閉され、その気密性は保たれている。

作動板４４ｂの中央部には、上方へ延びるシャフト４４ｄが形成され、このシャフト４４ｄは、支持片４３ａに設けられたボス４３ｃのガイド穴４３ｄに挿入されることによって鉛直方向に移動可能とされている。また、作動板４４ｂの中央部には、第１の作動片３８ｃへ向かって突出する半球面状の押圧部４４ｅが形成され、この押圧部４４ｅは、第１の作動片３８ｃの上面３８ａと当接することによってベローズアクチュエータ４４の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片３８ｃに伝達することができる。

ベローズアクチュエータ４４の内部空間４４ｃからは、配管Ｐ３２が導出され、外部に設けられたサーボ弁４４ｆと接続されている。そして、サーボ弁４４ｆを制御することで、内部空間４４ｃ内の空気を供給及び排出することができ、内部空間４４ｃの気圧の変化に伴って、作動板４４ｂの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。

ベローズアクチュエータ４６も、上述のベローズアクチュエータ４４と同様の構成を有し、サーボ弁４６ｆを制御することで作動板４６ｂの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。また、押圧部４６ｅは、第１の作動片３８ｃの下面３８ｂと当接することによって、ベローズアクチュエータ４６の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片３８ｃに伝達することができる。なお、ベローズアクチュエータ４６は、ベローズ４６ａ、内部空間４６ｃ、シャフト４６ｄ、を備え、内部空間４６ｃとサーボ弁４６ｆとは配管Ｐ３３で連結されている。

第２のリニアアクチュエータ３６は、図８に示すように、第２の作動片３９ｃの上方に配置された支持片４８ａ及び下方に配置された支持片４８ｂを有する断面コ字型の支持部材４８と、支持片４８ａと第２の作動片３９ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ４９と、支持片４８ｂと第２の作動片３９ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ５１とからなる。そして、第２の作動片３９ｃは、ベローズアクチュエータ４９の先端とベローズアクチュエータ５１の先端とで挟み込まれる。また、支持部材４８は、支持片４８ａと支持片４８ｂとを連結させる矩形板状の連結部４８ｃ有し、連結部４８ｃの支持テーブル３３側の側面は、支持テーブル３３に固定されている。なお、ベローズアクチュエータ４９，５１は、ベローズアクチュエータ４４と同様の構成を有している。

第３のリニアアクチュエータ３７は、図７に示すように、第３の作動片４２ｃのＸ軸方向に配置された支持片５２ａ及びＸ軸と負の方向に配置された支持片５２ｂとを有する断面コ字型の支持部材５２と、支持片５２ａと第３の作動片４２ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ５３と、支持片５２ｂと第３の作動片４２ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ５４とからなる。そして、第３の作動片４２ｃは、ベローズアクチュエータ５３の先端とベローズアクチュエータ５４の先端とで挟み込まれる。また、支持部材５２は、支持片５２ａと支持片５２ｂとを連結する矩形板状の連結部５２ｃを有し、連結部５２ｃは、ベースプレート１１の上面１１ａに固定されている。なお、ベローズアクチュエータ５３，５４は、ベローズアクチュエータ４４と同様の構成を有している。

エアシリンダ６１のロッド６２は、図９に示すように、下端に円筒体６１ａの内周と略同一の径を有する円板状のピストン６２ａを有する。円筒体６１ａの内部空間において、ピストン６２ａよりも上側の内部空間６１ｂ及び下側の内部空間６１ｃからは、それぞれパイプＰ３５，Ｐ３４が導出されている。

次に、チルトステージ１の動作について説明する。

まず、サーボ弁４４ｆ及びサーボ弁４６ｆを同時に制御し、ベローズアクチュエータ４４の内部空間４４ｃから空気を排出すると共に、ベローズアクチュエータ４６の内部空間４６ｃへ空気を供給する。

空気が供給されることによって内部空間４６ｃの気圧が高まり、作動板４６ｂが上方へ移動する。また、押圧部４６ｅと第１の作動片３８ｃの下面３８ｂが当接しているため、作動板４６ｂの移動に伴って第１の作動片３８ｃも上方へ移動する。

これに対し、空気が排出されることによって内部空間４４ｃの気圧が低下する。更に、押圧部４４ｅと第１の作動片３８ｃの上面３８ａが当接しているため、第１の作動片３８ｃを介してベローズアクチュエータ４６からも上方向の力を受ける。以上によって、作動板４４ｂは、第１の作動片３８ｃを支持しながら、その移動に合わせて上方へ移動する。

図９において二点鎖線で示すように、第１の作動片３８ｃが上方へ移動し、チルトテーブル３２は、滑動面３２ｂと支持面３３ｂとの間の空気膜を介して、Ｙ軸周りに傾動することとなる。第２のリニアアクチュエータ３６においても、第１のリニアアクチュエータ３４と同様に、サーボ弁を制御することによって第２の作動片３９ｃを移動させ、チルトテーブル３２をＸ軸周りに傾動させることができる。

また、パイプＰ３５を介してエアシリンダ６１の内部空間６１ｂを開放し、パイプＰ３４から内部空間６１ｃへ空気を供給することによって、ロッド６２が上方へ移動する。また、パイプＰ３４からエアシリンダ６１の内部空間６１ｂへ空気を供給し、パイプＰ３４を介して内部空間６１ｃを開放することによって、ロッド６２が下方へ移動する。これによって、チルトテーブル３２は、支持テーブル３３を介して鉛直方向へ移動する。

以上によって、チルトテーブル３２は、第１の作動片３８ｃの上下動と第２の作動片３９ｃの上下動とを組み合わせることによって、水平面に対して様々な傾斜角度で傾動させることとなる。従って、第１及び第２の作動片３８ｃ，３９ｃと第１及び第２のリニアアクチュエータ３４，３６との組合せによって、簡単な構造で、載置面３２ａ側で保持された半導体ウエハの三次元的な傾斜角度調整が可能となる。

更に、第３のリニアアクチュエータ３７を制御することによって第３の作動片４２ｃが移動し、チルトテーブル３２は中心軸線Ｌ周りに回転する。これによって、チルトテーブル３２は、第１及び第２の作動片３８ｃ，３９ｃの移動による傾斜角度調整と第３の作動片４２ｃの移動による回動角度調整とが組み合わされることによって、更に複雑な調整が可能となる。

また、リニアアクチュエータとして、空気の供給及び排出によって駆動するベローズアクチュエータを用いることにより、電動アクチュエータをなすモータなどを用いる場合と比べて、半導体ウエハに熱や磁性の影響を与えることなく傾斜角度調整を行うことが可能となる。

また、エアシリンダ６１によって、チルトテーブル３２を支持テーブル３３ごと鉛直方向に移動させることができ、半導体ウエハの三次元的な傾斜角度調整と相俟って、チルトテーブル３２の高さ位置の調整をも可能にする。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、ＸＹ軸方向への移動を可能にした駆動部をウエハテーブルに連結させてもよく、あるいは、ウエハテーブルとチルトステージの両方に連結させてもよい。

第１の実施形態に係る半導体ウエハ貼り合わせ装置の構成概略図である。 図１のチルトステージ及びＸＹ軸方向への駆動部の斜視図である。 図１のチルトステージの斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図４のリニアアクチュエータの部分拡大図である。 図３の平面図である。 第２の実施形態に係る半導体ウエハ貼り合わせ装置のチルトステージの斜視図である。 図７のチルトステージを別の角度から見た斜視図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。 図９のリニアアクチュエータの部分拡大図である。

符号の説明

１，３１…チルトステージ、２，３２…チルトテーブル、２ｂ，３２…滑動面、３，３３…支持テーブル、３ｂ，３３ｂ…支持面、４，４４…第１のリニアアクチュエータ（第１のアクチュエータ）、６，３６…第２のリニアアクチュエータ（第２のアクチュエータ）、７，３７…第３のリニアアクチュエータ（第３のアクチュエータ）、８，３８ｃ…第１の作動片、９，３９ｃ…第２の作動片、１２，４２ｃ…第３の作動片、２６…回転規制用板バネ、６１…エアシリンダ（移動機構）、１００…半導体ウエハ貼り合わせ装置、１０２…ウエハテーブル、１０６…駆動部、１１５…アライメントマーク、Ｗ１…第１の半導体ウエハ、Ｗ２…第２の半導体ウエハ。

Claims (9)

1. 第１の半導体ウエハと第２の半導体ウエハとを貼り合わせるための半導体ウエハ貼り合わせ装置であって、
   前記第１の半導体ウエハを下面側で保持するウエハテーブルと、
   前記第１の半導体ウエハと対向するように前記第２の半導体ウエハを保持するチルトステージと、を備え、
   前記チルトステージは、
   前記第２の半導体ウエハを上面側で保持し、球面状の滑動面を下面側に有するチルトテーブルと、
   前記滑動面を支持する球面状の支持面を有する支持テーブルと、
   一端が前記チルトテーブルに固定される第１の作動片と、
   一端が前記チルトテーブルに固定されると共に、鉛直方向に延在する前記滑動面の中心軸線周りに、前記第１の作動片に対して０°及び１８０°を除く角度をなす位置に配置される第２の作動片と、
   前記第１及び第２の作動片をそれぞれ鉛直方向に移動させる第１及び第２のアクチュエータと、
   を備えることを特徴とする半導体ウエハ貼り合わせ装置。
2. 前記第２の作動片は、前記中心軸線周りに、前記第１の作動片に対して直角をなす位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ貼り合わせ装置。
3. 前記中心軸線周りに回転可能に支持されている前記支持テーブルに一端が固定された第３の作動片と、
   前記第３の作動片を水平方向に移動させる第３のアクチュエータと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウエハ貼り合わせ装置。
4. 前記第１〜第３のアクチュエータは、気体の供給及び排出によって駆動するベローズであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体ウエハ貼り合わせ装置。
5. 前記チルトテーブルと前記支持テーブルとは、鉛直方向に弾性を有する回転規制用板バネによって連結されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体ウエハ貼り合わせ装置。
6. 前記支持テーブルを鉛直方向に移動させる移動機構を更に備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の半導体ウエハ貼り合わせ装置。
7. 前記移動機構は、エアシリンダであることを特徴とする請求項６記載の半導体ウエハ貼り合わせ装置。
8. 前記ウエハテーブル及び前記支持テーブルの少なくとも一方は、
   前記ウエハテーブルと前記支持テーブルとを水平方向に相対移動させる駆動部に連結されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の半導体ウエハ貼り合わせ装置。
9. 前記第１及び第２の半導体ウエハは、複数のアライメントマークをそれぞれ有することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の半導体ウエハ貼り合わせ装置。

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