JP2009260039A - ステージ装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貼り合わせられる他の基板に対して搭載する基板の高い平行度を出すことが可能なステージ装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】ステージ装置３４は、下基板Ｗｄを保持するためのウェハテーブル３６と、ウェハテーブル３６を搭載するチルトテーブル３８と、チルトテーブル３８とウェハテーブル３６との間に設けられ、ウェハテーブル３６を介して入力される荷重を検出する第１から第３ロードセル４０，４２，４４と、チルトテーブル３８を支持する支持テーブル４５と、を備える。第１から第３ロードセル４０，４２，４４の検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３が等しくなるように、支持テーブル４５上で第１及び第２駆動機構４６，４８によりチルトテーブル３８を傾斜させる。これにより、チルトを調整して基板の高い平行度を出すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、チルトテーブルの傾斜を調整して、搭載された基板を他の基板に貼り合わせるためのステージ装置及びその制御方法に関する。

半導体基板などの基板同士の貼り合わせにおいて、ステージ装置が用いられる。このステージ装置は、一般的に、水平面内におけるＸＹ方向の位置決めを行うＸＹステージ上に搭載され、ＸＹステージによりＸＹ方向について基板の位置決めがなされた後で、回転（θ）方向及び鉛直（Ｚ）方向の位置決めを行うと共に、チルトの調整を行うものである。

ここで、基板同士を貼り合せる際には、貼り合わせ不良や破損を防ぐため、基板の高い平行度が要求される。従来、このような基板の平行度を出す技術として、例えば特許文献１に開示されたものがある（なお、この特許文献１に開示の技術は、基板同士の貼り合わせに関するものではなく、半導体チップとＴＡＢテープとのボンディングに関するものである）。このステージ装置では、レーザ変位計やダイヤルゲージなどにより計測用部材３３を介してボンディングツール下面の傾斜を計測し、この計測値に基づいてチルトテーブル（プレート１６）の傾斜を調整することで、チップ搭載ステージ２０をボンディングツールの下面の平行度に倣い合わせている。
特開平９−６４０９４号公報

しかしながら、上記した従来の技術を基板の貼り合わせに利用したのでは、ある程度の平行度まで倣い合わせることはできるものの、達成できる平行度に限界があるため、残った微小な傾きにより過度な反力が作用して基板を破損させたり、貼り合わせ不良が生じたりするおそれがあった。

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、貼り合わせられる他の基板に対して搭載する基板の高い平行度を出すことが可能なステージ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るステージ装置は、基板を保持するための保持面を有する基板保持テーブルと、基板保持テーブルの保持面と反対側に位置する面上の異なる三点であって三角形の頂点を構成する三点にそれぞれ対向するように配置され、基板保持テーブルに保持された基板が貼り合わせられる他の基板と当接することにより基板保持テーブルを介して入力される荷重を検出する第１の荷重センサ、第２の荷重センサ及び第３の荷重センサと、第１から第３の各荷重センサの検出値に基づいて、基板保持テーブルを傾動させるための傾動機構と、を備えることを特徴とする。

このステージ装置では、基板保持テーブルを介して入力される荷重を検出する第１から第３の荷重センサを備えているため、貼り合わせられる他の基板に対する基板の微小な傾きを、第１から第３の荷重センサの検出値のバラツキとして検出することが可能となり、この検出値に基づいて傾動機構を駆動して基板保持テーブルの傾斜を調整することで、基板の高い平行度を出すことが可能となる。

ステージ装置は、傾動機構を駆動制御する制御装置を更に備え、制御装置は、第１から第３の各荷重センサの検出値がそれぞれ同一の範囲内に収まるように、傾動機構を駆動すると好ましい。このようにすれば、制御装置により自動で傾斜調整することができる。

傾動機構は、基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに基板保持テーブルを傾動させるための第１駆動機構と、他方の軸の周りに基板保持テーブルを傾動させるための第２駆動機構とを有すると好ましい。このようにすれば、傾斜の調整が容易になる。

二つの軸は、基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ互いに直交しており、第１の荷重センサ及び第２の荷重センサは、それぞれ他方の軸と平行なライン上に一方の軸を挟んで配置され、第３の荷重センサは、他方の軸を挟んで第１の荷重センサ及び第２の荷重センサが配置された側と反対側で一方の軸上に配置されていると好ましい。このようにすれば、傾斜調整のための第１及び第２駆動機構の制御が容易になる。

制御装置は、第１及び第２の各荷重センサの検出値に基づいて、これらが同一の範囲内に収まるように第１駆動機構を駆動すると共に、第１及び第２の荷重センサの検出値の平均値と第３の荷重センサの検出値とがそれぞれ同一の範囲内に収まるように第２駆動機構を駆動すると好ましい。このようにすれば、傾斜の調整が容易になる。

ステージ装置は、基板保持テーブルを上下動させるＺ駆動機構を更に備え、制御装置は、第１及び第２駆動機構を駆動して基板保持テーブルの傾斜姿勢を調整した後に、第１から第３の各荷重センサの検出値がそれぞれ目標値の同一の範囲内に収まるように、Ｚ駆動機構を駆動すると好ましい。このようにすれば、基板の平行度を出した後で、所望の貼り合わせ力で基板同士を貼り合わせることができ、貼り合わせ不良や破損をより一層低減することができる。

ステージ装置は、基板保持テーブルを搭載する搭載面を有するチルトテーブルを更に備え、第１から第３の各荷重センサは、それぞれチルトテーブルの搭載面と基板保持テーブルとの間に設けられていると好ましい。このようにすれば、チルトテーブルを介して基板保持テーブルを傾動させることができる。また、第１から第３の各荷重センサを、それぞれチルトテーブルの搭載面と基板保持テーブルとの間に安定して保持することができる。また、荷重センサを基板保持テーブルに近い位置に配置することができるため、基板に作用する荷重をより正確に測定することができる。

基板保持テーブルとチルトテーブルとは、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と好ましい。このようにすれば、基板保持テーブルを介して入力される荷重を検出可能としつつ、チルトテーブルに対する基板保持テーブルのθｚ方向回転（ＸＹ面内回転）を規制することができる。

本発明に係るステージ装置の制御方法は、基板を保持する保持面を有する基板保持テーブルを備えたステージ装置の制御方法である。この方法は、基板保持テーブルの保持面に保持された基板に作用する荷重を、基板保持テーブルの保持面と反対側に位置する面上の異なる三点であって三角形の頂点を構成する三点にそれぞれ対向するように基板保持テーブルの下方に配置された第１から第３の荷重センサにより検出する荷重検出工程と、第１から第３の荷重センサの検出値がそれぞれ同一の範囲内に収まるように、基板保持テーブルの姿勢を調整する姿勢調整工程と、を含むことを特徴とする。
このステージ装置の制御方法では、基板保持テーブルに保持された基板と貼り合わせられる他の基板とが当接することにより入力される荷重を第１から第３の荷重センサにより検出する荷重検出工程を備えているため、貼り合わせられる他の基板に対する基板の微小な傾きを、第１から第３の荷重センサの検出値のバラツキとして検出することが可能となり、この検出値に基づいて第１から第３の荷重センサの検出値がそれぞれ同一の範囲内に収まるように基板保持テーブルの傾斜を調整することで、基板の高い平行度を出すことが可能となる。

本発明によれば、貼り合わせられる他の基板に対して搭載する基板の高い平行度を出すことが可能なステージ装置及びその制御方法を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るステージ装置を備えた基板組立装置の構成を模式的に示す概略図である。図１に示すように、基板組立装置１は、除振器１２、定盤１４、ボディー１６、上部ステージ２０、下部ステージ３０、及び制御装置９０を備えている。

除振器１２は、基板組立装置１へ伝わる振動を取り除く。この除振器１２の上に、定盤１４が設けられている。ボディー１６は、側壁部と上壁部とを有し、定盤１４上で密閉空間を形成する。

上部ステージ２０は、ボディー１６の上壁部の内面に搭載されている。上部ステージ２０は、ＸＹステージ２２とウェハテーブル２４とを有している。ウェハテーブル２４は、貼り合せの対象である上部基板Ｗｕを、静電吸着や真空吸着により保持する。ＸＹステージ２２は、水平面内でウェハテーブル２４に保持された上部基板ＷｕのＸＹ方向の位置決めを行う

下部ステージ３０は、定盤１４上に搭載されている。下部ステージ３０は、ＸＹステージ３２と本実施形態に係るステージ装置３４とを有している。ステージ装置３４は、ウェハテーブル３６、チルトテーブル３８、第１から第３ロードセル（第１から第３の荷重センサ）４０，４２，４４、支持テーブル４５、第１及び第２駆動機構（傾動機構）４６，４８、θ駆動機構５０、及びＺ駆動機構５２を備えている。

このステージ装置３４は、チルトテーブル３８を第１及び第２駆動機構４６，４８で駆動し、支持テーブル４５をθ駆動機構５０で駆動することによって、載置面３８ａ（すなわち、載置面３８ａ上に搭載されたウェハテーブル３６に保持される下部基板Ｗｄ）の傾斜角度調整及び回動角度調整が行われる。また、エアシリンダであるＺ駆動機構５２によって、高さ位置の調整も行われる。なお、図３に示すように、水平面内で互いに９０度をなすようにＸ軸及びＹ軸を設定し、鉛直方向にＺ軸を定めて３次元直交座標系を設定し、以下必要な場合にＸＹＺ座標系を用いて説明する。

ウェハテーブル３６は、図１及び図２に示すように、貼り合せの対象である下部基板Ｗｄを保持する。このウェハテーブル３６は、静電力によりウェハを吸着する静電チャックＥＳＣと、静電チャックＥＳＣを真空吸着する真空チャックＶＡＣとを有している。

チルトテーブル３８は、図３から図５に示すように、円板状のテーブルであり、ウェハテーブル３６を載置するための平面状の載置面３８aを上面側に有し、凸球面状の軸受面３８ｂを下面側に有する。この軸受面３８ｂの鉛直方向の中心軸線Ｌはチルトテーブルの中心軸線と一致する。

チルトテーブルの側面３８ｃ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６０が設けられる。図３に示すように、作動部６０は、支持テーブル４５よりも低い位置でＸ軸方向に突出する第１の作動片６０ｃと、第１の作動片６０ｃの中心軸線Ｌ側の端部と側面３８ｃとを連結させるための鉛直方向に延びる連結部６０ｄとを有している。また、側面３８ｃ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６２が設けられている。作動部６２は、支持テーブル４５よりも低い位置でＹ軸方向に突出する第２の作動片６２ｃと、第２の作動片６２ｃの中心軸線Ｌ側の端部と側面３８ｃとを連結させるための鉛直方向に延びる連結部６２ｄとを有している。なお、第１の及び第２の作動片６０ｃ，６２ｃは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４５は、エアシリンダであるＺ駆動機構５２に設けられたロッド５３の上端に形成されている。図５に示すように、支持テーブル４５の上面の略中央部には、チルトテーブル３８の軸受面３８ｂを支持するために凹球面状とされた軸受面４５ｂが形成されている。

また、支持テーブル４４には、軸受面４５ｂを形成するように多孔部４５ｃが埋設され、軸受面４５ｂには多数の微小な孔が形成されている。この多孔部４５ｃからは、パイプＰ４５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４５ｃへ圧縮空気を供給し、その圧縮空気が軸受面４５ｂの多数の孔から軸受面３８ｂに対して吹きつけられる。これによって、軸受面３８ｂと軸受面４５ｂの間に空気膜が形成され、軸受面３８ｂは、軸受面４５ｂ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。

支持テーブルの側面４５ｄには、図３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６４が設けられる。作動部６４は、Ｙ軸の負の方向へ突出する連結部６４ｄと、連結部６４ｄの自由端部から下方へ突出する第３の作動片６４ｃを有している。なお、第３の作動片６４ｃは、ＹＺ平面上に広がる矩形板とされている。

第１駆動機構（傾動機構）４６は、第１の作動片６０ｃの上方に配置された支持片６６ａ及び下方に配置された支持片６６ｂとを有する支持部材６６と、支持片６６ａと第１の作動片６０ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ６８と、支持片６６ｂと第１の作動片６０ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７０とからなる。そして、第１の作動片６０ｃは、ベローズアクチュエータ６８の先端とベローズアクチュエータ７０の先端とで挟み込まれる。また、支持部材６６は、支持片６６ａ，６６ｂを連結させる矩形板状の連結部６６ｃを有しており、連結部６６ｃの支持テーブル４５側の側面は、支持テーブル４５に固定されている。

ベローズアクチュエータ６８は、図６に示すように、鉛直方向に伸縮可能なベローズ６８ａと、ベローズ６８ａの下端側の開口部を封止する円板状の作動板６８ｂとを備える。ベローズ６８ａの上端側の開口部は支持片６６ａ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６８の内部空間６８ｃは、ベローズ６８ａと、支持片６６ａと作動板６８ｂとによって密閉され、その気密性は保たれている。

作動板６８ｂの中央部には、上方へ延びるシャフト６８ｄが形成され、このシャフト６８ｄは、支持片６６ａに設けられたボス６６ｃのガイド穴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６８ｂの中央部には、第１の作動片６０ｃへ向かって突出する半球面状の押圧部６８ｅが形成され、この押圧部６８ｅは、第１の作動片６０ｃの上面６０ａと当接することによってベローズアクチュエータ６８の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片６０ｃに伝達することができる。

ベローズアクチュエータ６８の内部空間６８ｃからは、配管Ｐ６８が導出され、外部に設けられたサーボ弁６８ｆと接続されている。そして、サーボ弁６８ｆを制御することで、内部空間６８ｃ内の空気を供給及び排出することができ、内部空間６８ｃの気圧の変化に伴って、作動板６８ｂ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７０も、上述のベローズアクチュエータ６８と同様の構成を有し、サーボ弁７０ｆを制御することで作動板７０ｂ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７０ｅは、第１の作動片６０ｃの下面６０ｂと当接することによって、ベローズアクチュエータ７０の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片６０ｃに伝達することができる。なお、ベローズアクチュエータ７０は、ベローズ７０ａ、内部空間７０ｃ、シャフト７０ｄ、を備え、内部空間７０ｃとサーボ弁７０ｆとは配管Ｐ７０で連結されている。

第２駆動機構（傾動機構）４８は、図４に示すように、第２の作動片６２ｃの上方に配置された支持片７２ａ及び下方に配置された支持片７２ｂを有する断面コ字型の支持部材７２と、支持片７２ａと第２の作動片６２ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７４と、支持片７２ｂと第２の作動片６２ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７６とからなる。そして、第２の作動片６２ｃは、ベローズアクチュエータ７４の先端とベローズアクチュエータ７６の先端とで挟み込まれる。また、支持部材７２は、支持片７２ａと支持片７２ｂとを連結させる矩形板状の連結部７２ｃ有し、連結部７２ｃの支持テーブル４５側の側面は、支持テーブル４５に固定されている。なお、ベローズアクチュエータ７４，７６は、ベローズアクチュエータ６８と同様の構成を有している。

θ駆動機構５０は、図３に示すように、第３の作動片６４ｃを間に挟むようにＸ軸方向に離間して配置された支持片５６ａ及び支持片５６ｂを有する断面コ字型の支持部材５６と、支持片５６ａと第３の作動片６４ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７８と、支持片５６ｂと第３の作動片６４ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ８０とからなる。そして、第３の作動片６４ｃは、ベローズアクチュエータ７８の先端とベローズアクチュエータ８０の先端とで挟み込まれている。また、支持部材５６は、支持片５６ａと支持片５６ｂとを連結する矩形板状の連結部５６ｃを有し、連結部５６ｃは、ベースプレート８２の上面８２ａに固定されている。なお、ベローズアクチュエータ７８，８０の構成は、ベローズアクチュエータ６８と同様の構成を有している。

エアシリンダであるＺ駆動機構５２のロッド５３は、図５に示すように、下端に円筒体５２ａの内周と略同一の径を有する円板状のピストン５３ａを有する。円筒体５２ａの内部空間において、ピストン５３ａよりも上側の内部空間５２ｂ及び下側の内部空間５２ｃからは、それぞれパイプＰ８４，Ｐ８６が導出されている。

第１から第３ロードセル（第１から第３の荷重センサ）４０，４２，４４は、上記したチルトテーブル３８の載置面３８ａとウェハテーブル３６との間において、異なる三点であって三角形の頂点を構成する三点にそれぞれ対向するように配置されており、ウェハテーブル３６を介して入力される荷重を検出する。このとき、平面視において、この三角形の内部にウェハテーブル３６の重心が位置するような配置とされている。本実施形態では、図７に示すように、上記したＸＹＺ座標系の原点Ｏをチルトテーブル３８の平面視における中心（基板の保持中心）に設定した場合において、Ｘ軸と平行なライン上にＹ軸を挟んでそれぞれ第１及び第２ロードセル４０，４２が配置されている。また、Ｘ軸を挟んで第１及び第２ロードセル４０，４２と反対のＹ軸上に第３ロードセル４４が配置されている。ここでは、第１から第３ロードセル４０，４２，４４は、原点Ｏを中心とした１２０度の等角度間隔の位置に配置されている。

そして、前述した第１駆動機構４６は、Ｘ軸上に配置されてＹ軸周りのチルトを調整する。また、第２駆動機構４８は、Ｙ軸上に配置されてＸ軸周りのチルトを調整する。

図２に示すように、ウェハテーブル３６とチルトテーブル３８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３９によって連結されている。回転規制用板バネ３９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３９の一端は、チルトテーブル３８にネジ止めされ、他端はウェハテーブル３６にネジ止めされている。回転規制用板バネ３９によって、ウェハテーブル３６がチルトテーブル３８に対して中心軸線Ｌ周りに回転してしまうこととＸＹ面内でチルトテーブル３８に対してウェハテーブル３６がＸＹ並進方向にずれることを防止することができる。

なお、図３から図５では、チルトテーブル３８より上部の構成の図示を省略しているが、かかる構成のステージ装置３４が、ベースプレート８２を介してＸＹステージ３２に搭載されている。

制御装置９０は、ステージ装置３４の制御も含めて、基板組立装置１の制御を行う。この制御装置９０による制御の詳細は、後述する。

次に、基板組立装置１による基板の貼り合わせについて説明する。

まず、上部ステージ２０のウェハテーブル２４に貼り合せの対象である上部基板Ｗｕを保持し、ＸＹステージ２２により上部基板ＷｕのＸＹ方向の位置決めを行う。次に、下部ステージ３０のウェハテーブル３６に貼り合せの対象である下部基板Ｗｄを保持し、ＸＹステージ３２により下部基板ＷｄのＸＹ方向の位置決めを行う。次に、θ駆動機構５０により支持テーブル４５を駆動し、中心軸線Ｌ（Ｚ軸）周りの下部基板Ｗｄの回転位置の位置決めを行う。これらの位置決めは、レーザ干渉計や顕微鏡など、図示しない光学系からの検出信号に基づいて、制御装置９０により自動制御される。

この状態から、貼り合わせに移る。この場合のステージ装置３４の制御方法について、図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。

まず、第１から第３ロードセル４０，４２，４４の現在の検出値で、ゼロリセットする（ステップＳ１）。次に、Ｚ駆動機構５２により、支持テーブル４５を上昇させる（ステップＳ２）。支持テーブル４５の上昇により、ウェハテーブル３６に保持された下部基板Ｗｄが上部基板Ｗｕに当接すると、反力が生じて第１から第３ロードセル４０，４２，４４に荷重が入力される。この第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３は、制御装置９０に送られる。制御装置９０は、第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３のいずれかがゼロより大きいか否か判定し（ステップＳ３）、いずれも未だゼロであれば、ステップＳ２に戻ってＺ駆動機構５２により支持テーブル４５を更に上昇させる。

一方、ステップＳ３において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３のいずれかがゼロより大きいと判定されると、制御装置９０は、第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３がいずれも上限値Ａ（＞０）を下回るか否か判定する（ステップＳ４）。

そして、ステップＳ３において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３のいずれかが上限値Ａ以上であると判定されると、Ｚ駆動機構５２によって支持テーブル４５を下降させ（ステップＳ５）、ステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ３において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３がいずれも上限値Ａを下回ると判定されると、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６においては、制御装置９０は、第１ロードセル４０による検出値ＬＣ１が、第２ロードセル４２による検出値ＬＣ２より大きいか否か判定する。ステップＳ６における判定がＹＥＳの場合は、上部基板Ｗｕを基準として、Ｙ軸周りの時計周り方向に下部基板Ｗｄが傾斜しているとして、第１の作動片６０ｃを押し上げる方向に第１駆動機構４６を駆動する（ステップＳ７：Ａθｘ上昇）。一方、ステップＳ６における判定がＮＯの場合は、上部基板Ｗｕを基準として、Ｙ軸周りの反時計周り方向に下部基板Ｗｄが傾斜しているとして、第１の作動片６０ｃを押し下げる方向に第１駆動機構４６を駆動する（ステップＳ８：Ａθｘ下降）。

このように、ステップＳ７又はステップＳ８において第１駆動機構４６を駆動したら、再度、制御装置９０は、第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３がいずれも上限値Ａ（＞０）を下回るか否か判定する（ステップＳ９）。そして、ステップＳ９において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３のいずれかが上限値Ａ以上であると判定されると、ステップＳ５に戻ってＺ駆動機構５２によって支持テーブル４５を下降させ、ステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ９において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３がいずれも上限値Ａを下回ると判定されると、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、制御装置９０は、第１ロードセル４０による検出値ＬＣ１が、第２ロードセル４２による検出値ＬＣ２と等しいか否か判定する。なお、ステップＳ１０における「等しい」か否かの判定は、完全同一だけではなく、荷重整定範囲（Ｅ＞０）を設定し、誤差範囲（±Ｅ）内にある実質的に等しい場合も含むものである。ステップＳ１０の判定がＮＯの場合は、ステップＳ６に戻り、再度Ｙ軸周りの傾斜を調整する。一方、ステップＳ１０の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１１に進み、Ｘ軸周りの傾斜の調整に移る。

ステップＳ１１では、第３ロードセル４４の検出値ＬＣ３が、第１及び第２ロードセル４０，４２の検出値ＬＣ１，ＬＣ２の平均値よりも大きいか否か判定する。ステップＳ１１における判定がＹＥＳの場合は、上部基板Ｗｕを基準として、Ｘ軸周りの時計周り方向に下部基板Ｗｄが傾斜しているとして、第２の作動片６２ｃを押し下げる方向に第２駆動機構４８を駆動する（ステップＳ１２：：Ａθｙ下降）。一方、ステップＳ１１における判定がＮＯの場合は、上部基板Ｗｕを基準として、Ｘ軸周りの反時計周り方向に下部基板Ｗｄが傾斜しているとして、第２の作動片６２ｃを押し上げる方向に第２駆動機構４８を駆動する（ステップＳ１３：Ａθｙ上昇）。

このように、ステップＳ１２又はステップＳ１３において第２駆動機構４８を駆動したら、再度、制御装置９０は、第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３がいずれも上限値Ａ（＞０）を下回るか否か判定する（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ１４において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３のいずれかが上限値Ａ以上であると判定されると、ステップＳ５に戻ってＺ駆動機構５２によって支持テーブル４５を下降させ、ステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ１４において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３がいずれも上限値Ａを下回ると判定されると、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、制御装置９０は、第１及び第２ロードセル４０，４２による検出値Ｌ１，Ｌ２の平均値が、第３ロードセル４４による検出値Ｌ３と等しいか否か判定する。なお、ステップＳ１５における「等しい」か否かの判定は、完全同一だけではなく、荷重整定範囲（Ｅ＞０）を設定し、誤差範囲（±Ｅ）内にある実質的に等しい場合も含むものである。ステップＳ１５の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１１に戻り、再度Ｘ軸周りの傾斜を調整する。一方、ステップＳ１５の判定がＹＥＳの場合は、第１から第３ロードセル４０，４２，４４の検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３が等しく、チルトが調整されて基板Ｗｕ，Ｗｄの平行度が極めて高くなったものとして、ステップＳ１６に進み、貼り合わせ荷重の調整に移る。

なお、第１及び第２ロードセル４０，４２による検出値Ｌ１，Ｌ２の平均値が、第３ロードセル４４による検出値Ｌ３と等しいか否かの判定は、第１及び第２ロードセル４０，４２による検出値Ｌ１，Ｌ２が等しい状態では、第１ロードセル４０による検出値Ｌ１と第３ロードセル４４による検出値Ｌ３とが等しいか否か、或いは第２ロードセル４２による検出値Ｌ２と第３ロードセル４４による検出値Ｌ３とが等しいか否かを判定しているのと同義であり、これにより判定するようにしてもよい。

ステップＳ１６では、制御装置９０は、第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３がいずれも貼り合せの目標荷重Ｂ（＞０）を下回るか否か判定する。そして、ステップＳ１６において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３のいずれも貼り合せの目標荷重Ｂを下回ると判定されると、Ｚ駆動機構５２によって支持テーブル４５を上昇させる（ステップＳ１７）。一方、ステップＳ１６において第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３のいずれかが貼り合せの目標荷重Ｂ以上であると判定されると、Ｚ駆動機構５２によって支持テーブル４５を下降させる（ステップＳ１８）。

そして、第１から第３ロードセル４０，４２，４４による検出値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のいずれも貼り合せの目標荷重Ｂと等しいか否か判定する（ステップＳ１９）。なお、ステップＳ１９における「等しい」か否かの判定は、完全同一だけではなく、荷重整定範囲（Ｅ＞０）を設定し、誤差範囲（±Ｅ）内にある実質的に等しい場合も含むものである。

ステップＳ１９における判定がＮＯの場合は、目標荷重Ｂが付与されていないとして、ステップＳ１６に戻る。一方、ステップＳ１９における判定がＹＥＳの場合は、目標荷重Ｂが付与されているとして、この貼り合わせ荷重で基板Ｗｕ，Ｗｄ同士の貼り合わせを行い、基板の組立を完了する。

以上詳述したように、本実施形態のステージ装置３４では、ウェハテーブル３６を介して入力される荷重を検出する第１から第３ロードセル４０，４２，４４を備えているため、貼り合わせられる上部基板Ｗｕに対する下部基板Ｗｄの微小な傾きを、第１から第３ロードセル４０，４２，４４の検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３のバラツキとして検出することが可能となり、この検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３に基づいて第１及び第２駆動機構４６，４８を駆動し、検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３が等しくなるようにチルトステージ３８のチルトを調整することで、基板Ｗｄの高い平行度を出すことが可能となる。

また、チルトテーブル３８の平面視において中心を原点ＯとしＸＹ座標系を設定した場合において、第１駆動機構４６は、Ｘ軸上に配置されてＹ軸周りのチルトを調整し、第２駆動機構４８は、Ｙ軸上に配置されてＸ軸周りのチルトを調整するため、それぞれの軸周りのチルト調整が分担され、チルトの調整が容易になる。

また、Ｘ軸と平行なライン上にＹ軸を挟んでそれぞれ第１及び第２ロードセル４０，４２が配置され、Ｘ軸を挟んで第１及び第２ロードセル４０，４２と反対のＹ軸上に第３ロードセル４４が配置されているため、ロードセルからの検出値に基づく演算が容易になり、チルト調整のための第１及び第２駆動機構４６，４８の制御が容易になる。

特に、制御装置９０は、Ｚ駆動機構５２を駆動して支持テーブル４５を上昇させ、ウェハテーブル３６に保持された下部基板Ｗｄが貼り合わせられる上部基板Ｗｕと当接することにより生じる反力を第１から第３ロードセル４０，４２，４４により検出し、第１及び第２ロードセル４０，４２の検出値ＬＣ１，ＬＣ２が等しくなるように第１駆動機構４６を駆動すると共に、第１及び第２ロードセル４０，４２の検出値ＬＣ１，ＬＣ２の平均値と第３ロードセル４４の検出値ＬＣ３とが等しくなるように第２駆動機構４８を駆動するため、制御装置９０により自動で容易にチルト調整することができる。

また、制御装置９０は、第１及び第２駆動機構４６，４８を駆動してチルトを調整した後に、第１から第３ロードセル４０，４２，４４の検出値ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３が目標荷重Ｂになるように、Ｚ駆動機構５２を駆動するため、基板Ｗｕ，Ｗｄの平行度を出した後で、所望の貼り合わせ力で基板同士を貼り合わせることができ、貼り合わせ不良や破損をより一層低減することができる。

また、ウェハテーブル３６とチルトテーブル３８とは、鉛直方向に弾性を有する回転規制用板バネ３９によって連結されているため、ウェハテーブル３６を介して入力される荷重を検出可能としつつ、チルトテーブル３８に対するウェハテーブル３６の回転を規制することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、第１から第３ロードセル４０，４２，４４は、図７に示すように、１２０度の角度間隔で配置されている必要は無く、平面視においてＸＹ座標の原点Ｏがこれら三つのロードセルを結ぶ三角形内に含まれる配置であれば、他の配置であってもよい。また、第２駆動機構４８は、Ｘ軸上に位置しなければ、Ｙ軸上に限らず他の位置に存在していてもよい。ただし、これらの場合は、チルト調整のための第１及び第２駆動機構４６，４８の駆動量の演算量が増加するため、上記した実施形態の配置が好ましい。

また、上記実施形態では、第１及び第２ロードセル４０，４２の検出値ＬＣ１，ＬＣ２を用いてＹ軸周りのチルトを調整してから、更に第３ロードセル４４の検出値ＬＣ３を加味してＸ軸周りのチルトを調整していたが、同時にＸ軸及びＹ軸周りのチルトを調整してもよい。

また、上記実施形態では、下部基板Ｗｄを上昇させて上部基板Ｗｕに当接させていたが、上部ステージ２０にＺ駆動機構を設けて上部基板Ｗｕを下降させて下部基板Ｗｄに当接させるようにしてもよいし、下部ステージ３０と上部ステージ２０の双方にＺ駆動機構を設けて上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとを当接させるようにしてもよい。この場合でも、第１から第３ロードセル４０，４２，４４を利用した高度なチルト調整が可能である。

また、上記実施形態では、第１乃至第３ロードセルは、下部ステージ３０側においてチルトテーブル３８の載置面３８ａとウェハテーブル３６との間に設けられていたが、下部ステージ３０側でなく上部ステージ２０側に第１乃至第３ロードセルを設けてもよいし、下部ステージ３０側と上部ステージ２０側の双方に第１乃至第３ロードセルを設けてもよい。
また、上部ステージ２０側の構成を下部ステージ３０側の構成と同様にし、上部ステージ２０のウェハテーブル２４を傾動させるようにしてもよいし、上部ステージ２０のウェハテーブル２４と下部ステージ３０のウェハテーブル３６の双方を傾動させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、半導体基板の貼り合わせについて説明したが、ガラス基板など他の基板同士の貼り合わせにも本発明は適用可能である。

実施形態に係るステージ装置を備えた基板組立装置の構成を模式的に示す概略図である。 ウェハテーブルとチルトテーブルとの間の構成を示す部分拡大図である。 ステージ装置（チルトテーブルより上部の構成を図示略）の斜視図である。 ステージ装置（チルトテーブルより上部の構成を図示略）を別の角度から見た斜視図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図５の第１駆動装置の部分拡大図である。 第１から第３ロードセルと第１及び第２駆動機構の配置関係を示す図である。 図１の基板組立装置により基板を貼り合わせるときのステージ装置の制御方法を示すフローチャートである。 図１の基板組立装置により基板を貼り合わせるときのステージ装置の制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１…基板組立装置、２０…上部ステージ、３０…下部ステージ、３４…ステージ装置、３６…ウェハテーブル、３８…チルトテーブル、３９…回転規制用板バネ、４０…第１ロードセル、４２…第２ロードセル、４４…第３ロードセル、４５…支持テーブル、４６…第１駆動機構、４８…第２駆動機構、５２…Ｚ駆動機構、９０…制御装置、Ｗｕ…上部基板、Ｗｄ…下部基板。

Claims (9)

1. 基板を保持するための保持面を有する基板保持テーブルと、
   前記基板保持テーブルの前記保持面と反対側に位置する面上の異なる三点であって三角形の頂点を構成する三点にそれぞれ対向するように配置され、前記基板保持テーブルに保持された基板が貼り合わせられる他の基板と当接することにより前記基板保持テーブルを介して入力される荷重を検出する第１の荷重センサ、第２の荷重センサ及び第３の荷重センサと、
   前記第１から第３の各荷重センサの検出値に基づいて、前記基板保持テーブルを傾動させるための傾動機構と、
   を備えることを特徴とするステージ装置。
2. 前記傾動機構を駆動制御する制御装置を更に備え、
   前記制御装置は、
   前記第１から第３の各荷重センサの検出値がそれぞれ同一の範囲内に収まるように、前記傾動機構を駆動することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記傾動機構は、前記基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに前記基板保持テーブルを傾動させるための第１駆動機構と、他方の軸の周りに前記基板保持テーブルを傾動させるための第２駆動機構とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
4. 前記二つの軸は、前記基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ互いに直交しており、前記第１の荷重センサ及び前記第２の荷重センサは、それぞれ前記他方の軸と平行なライン上に前記一方の軸を挟んで配置され、前記第３の荷重センサは、前記他方の軸を挟んで前記第１の荷重センサ及び前記第２の荷重センサが配置された側と反対側で前記一方の軸上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
5. 前記制御装置は、前記第１及び第２の各荷重センサの検出値に基づいて、これらが同一の範囲内に収まるように前記第１駆動機構を駆動すると共に、前記第１及び第２の荷重センサの検出値の平均値と前記第３の荷重センサの検出値とがそれぞれ同一の範囲内に収まるように前記第２駆動機構を駆動することを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
6. 前記基板保持テーブルを上下動させるＺ駆動機構を更に備え、前記制御装置は、前記第１及び第２駆動機構を駆動して前記基板保持テーブルの傾斜姿勢を調整した後に、前記第１から第３の各荷重センサの検出値がそれぞれ目標値の同一の範囲内に収まるように、前記Ｚ駆動機構を駆動することを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載のステージ装置。
7. 前記基板保持テーブルを搭載する搭載面を有するチルトテーブルを更に備え、前記第１から第３の各荷重センサは、それぞれ前記チルトテーブルの前記搭載面と前記基板保持テーブルとの間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のステージ装置。
8. 前記基板保持テーブルと前記チルトテーブルとは、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７に記載のステージ装置。
9. 基板を保持する保持面を有する基板保持テーブルを備えたステージ装置の制御方法において、
   前記基板保持テーブルの前記保持面に保持された前記基板に作用する荷重を、前記基板保持テーブルの前記保持面と反対側に位置する面上の異なる三点であって三角形の頂点を構成する三点にそれぞれ対向するように前記基板保持テーブルの下方に配置された第１から第３の荷重センサにより検出する荷重検出工程と、
   前記第１から第３の荷重センサの検出値がそれぞれ同一の範囲内に収まるように、前記基板保持テーブルの姿勢を調整する姿勢調整工程と、
   を含むことを特徴とするステージ装置の制御方法。

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