JP2010267821A - ホルダユニット、基板貼り合わせ装置および静電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板貼り合わせ装置のスループットを向上させる。
【解決手段】素子を形成された基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、前記基板に対して処理を実行する３以上の処理部と、前記３以上の処理部の夫々に対して前記基板を搬送する搬送部とを備え、前記３以上の処理部のいずれかは、前記基板を互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせ装置であり、前記３以上の処理部の夫々は前記搬送部の回動中心に対する円周上に配される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホルダユニット、基板貼り合わせ装置および静電装置に関する。

複数の素子が形成された半導体基板等の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置がある。基板の多くは薄く脆いので、基板貼り合わせ装置では、基板を基板ホルダに保持させて一体的に取り扱う場合がある。（特許文献１参照）。

特開２００５−２５１９７２号公報

基板の位置合わせに求められる精度は日増しに高くなっている。このため、基板貼り合わせ装置においても、基板を位置合わせしてから接着するまでの間に生じる位置ずれさえもが無視し得ないものとなっている。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の態様として、素子が形成された基板をそれぞれが保持する一対のホルダと、基板を挟んだ一対のホルダを静電作用により互いに吸着する静電吸着部とを備えるホルダユニットが提供される。

また、本発明の第２の態様として、上記ホルダユニットを備え、一対のホルダが保持する基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置が提供される。

更に、本発明の第３の態様として、素子が形成された基板を挟んだ一対のホルダどうしを静電作用により吸着する静電装置が提供される。

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。

基板貼り合わせ装置１００の平面図である。 位置合わせ装置１６０の縦断面図である。 位置合わせ装置１６０の縦断面図である。 加圧装置１３０の縦断面図である。 上側基板ホルダ２２０を見下ろした様子を示す斜視図である。 上側基板ホルダ２２０を見上げた様子を示す斜視図である。 下側基板ホルダ２１０を見下ろした様子を示す斜視図である。 下側基板ホルダ２１０を見上げた様子を示す斜視図である。 基板ホルダユニット２０１の縦断面図である。 基板ホルダユニット２０１の状態遷移を示す縦断面図である。 基板ホルダユニット２０１の状態遷移を示す縦断面図である。 基板ホルダユニット２０１の状態遷移を示す縦断面図である。 静電吸着部２３０の部分拡大断面図である。 静電吸着部２３０の状態遷移を示す部分拡大断面図である。 静電吸着部２３０の状態遷移を示す部分拡大断面図である。 静電吸着部２３０の状態遷移を示す部分拡大断面図である。

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。

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および位置合わせ装置１６０を備える。また、筐体１１０の外面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）１０１が装着される。

ＦＯＵＰ１０１は、ＦＯＵＰ１０１の各々は、複数の基板１０２を収容して、筐体１１０に対して個別に取り外しできる。ＦＯＵＰ１０１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。また、基板１０２を貼り合わせて作製した積層基板１０４もＦＯＵＰ１０１に収容され、一括して回収、搬送される。

なお、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。また、貼り合わせに供される基板１０２は、それぞれが配線等を含む複数の素子を形成されている。

筐体１１０は、装着されたＦＯＵＰ１０１と結合して、ローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０および位置合わせ装置１６０を気密に包囲する。これにより、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２の通過経路を清浄な環境に保つ。また、筐体１１０内をパージガスにより満たす場合もある。更に、筐体１１０の内部またはその一部を排気して、真空環境で基板１０２を取り扱う場合もある。

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。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を支持しつつ、他端において筐体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、中程で折れ曲がることにより、フォーク１２２を任意の位置に移動させる。フォーク１２２は、基板１０２および基板ホルダ２００を吸着して保持する。

また、ローダ１２０は、フォーク１２２および落下防止爪１２４を上下に反転させる機能を有する。これにより、後述する位置合わせ装置１６０において、下向きの保持面を有するステージに、基板１０２および基板ホルダ２００を保持させる。

落下防止爪１２４は、フォーク１２２が反転した場合に、フォーク１２２に保持された基板１０２または基板ホルダ２００の下に差し出されて、基板１０２または基板ホルダ２００が落下することを防止する。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２００と干渉しない位置まで退避する。

上記のようなローダ１２０は、後述する基板ホルダ２００に基板１０２を載せる場合に、ＦＯＵＰ１０１から基板１０２を一枚ずつ取り出して搬送する。また、ローダ１２０は、基板１０２を搭載した基板ホルダ２００を、プリアライナ１５０から位置合わせ装置１６０、位置合わせ装置１６０から加圧装置１３０へと搬送する。更に、ローダ１２０は、貼り合わされて積層基板１０４となった基板１０２を、回収用のＦＯＵＰ１０１に搬送する。

ホルダストッカ１４０は、基板１０２を保持する基板ホルダ２００を収容して待機させる。基板ホルダ２００は、ローダ１２０により１枚ずつ取り出され、基板１０２を一枚ずつ保持する。詳細な形態については後述するが、基板ホルダ２００は、基板貼り合わせ装置１００の内部において基板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、基板貼り合わせ装置１００の内部における基板１０２の取り扱いを容易にする。

なお、基板ホルダ２００は、積層基板１０４が基板貼り合わせ装置１００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２００は基板貼り合わせ装置１００の外部に取り出されることがない。

プリアライナ１５０は、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。ローダ１２０は、プリアライナ１５０と協働して、基板ホルダ２００に基板１０２を搭載すると共に、基板１０２を保持した基板ホルダ２００をローダ１２０に搭載する。また、基板１０２の基板ホルダ２００に対する搭載位置のばらつきと、基板ホルダ２００のローダ１２０に対する搭載位置のばらつきとが、予め定められた範囲に収まるように調整する。

更に、プリアライナ１５０は、基板１０２の配向方向を、ローダ１２０に対して一定の向きに揃える回転補正部も有する。これにより、後述する位置合わせ装置１６０における調整量を減少させ、位置合わせ装置１６０における作業時間を短縮する。

位置合わせ装置１６０は、それぞれが基板ホルダ２００に保持された一対の基板１０２を相互に位置合わせする。位置合わせ装置１６０における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。位置合わせ装置１６０の構造および動作については、図２および図３を参照して後述する。

加圧装置１３０は、位置合わせ装置１６０において位置合わせされて積層された一対の基板１０２を加圧して、基板１０２どうしを接着させる。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。加圧装置１３０の構造および動作については、図４を参照して後述する。

図２は、位置合わせ装置１６０の構造と動作を示す模式的な縦断面図である。位置合わせ装置１６０は、枠体１６２と、枠体１６２の内側に配された駆動部１８０、下ステージ１７０および上ステージ１９０とを備える。

なお、後述するように、下ステージ１７０および上ステージ１９０は、それぞれ固有の構造を有する下側基板ホルダ２１０および上側基板ホルダ２２０を保持する。下側基板ホルダ２１０および上側基板ホルダ２２０の組み合わせは、基板ホルダユニット２０１を形成する。

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はそれぞれ高剛性な材料により形成され、位置合わせ装置１６０の動作に伴う反力が作用した場合も変形を生じない。

位置合わせ装置１６０において、底板１６１の上面には、駆動部１８０が載置される。駆動部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、駆動部１８０は、ＸＹ平面上の任意の位置に向かって搭載物を移動させる。

ここで、Ｙ駆動部１８６は、顕微鏡１７１と、シリンダ１７２およびピストン１７４とを搭載する。更に、ピストン１７４の上端には下ステージ１７０が搭載される。ピストン１７４は、シリンダ１７２に対して垂直に進退して、下ステージ１７０をＺ方向に昇降させる。

こうして、駆動部１８０は、下ステージ１７０を、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の任意の方向に移動させる。なお、図示は省いたが、駆動部１８０は、下ステージ１７０を傾斜させまたは水平にするθ駆動部を更に有してもよい。これにより、下ステージ１７０に搭載した基板１０２等の傾きを補正できる。

下ステージ１７０は略水平な搭載面を有して、基板１０２を保持した下側基板ホルダ２１０を搭載する。また、下ステージ１７０は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、搭載された下側基板ホルダ２１０を吸着して保持する。これにより、搭載された下側基板ホルダ２１０の下ステージ１７０に対する変位が防止される。

顕微鏡１７１は、Ｙ駆動部１８６に搭載されて、下ステージ１７０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、顕微鏡１７１を用いて、下ステージ１７０に対向する物の下ステージ１７０に対する相対位置を正確に検出できる。

図示の状態では、上ステージ１９０に吸着された上側基板ホルダ２２０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。

位置合わせ装置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。

上ステージ１９０は、水平で下向きの搭載面を有して、基板１０２を保持した上側基板ホルダ２２０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、上側基板ホルダ２２０を吸着して保持する。これにより、上側基板ホルダ２２０に吸着された基板１０２と、下側基板ホルダ２１０に保持された基板とを対向させることができる。

また、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に搭載された下側基板ホルダ２１０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、下側基板ホルダ２１０に保持された基板１０２の位置を正確に検出できる。

図３は、位置合わせ装置１６０の動作を、図２に対比して示す図である。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、上側基板ホルダ２２０に保持された基板１０２に対する下側基板ホルダ２１０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。

そこで、基板１０２相互の相対位置のずれが無くなるように駆動部１８０を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。続いて、シリンダ１７２を動作させてピストン１７４を上昇させることにより、位置合わせをした状態で一対の基板１０２を積層して仮接合させることができる。

図４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。

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、下側基板ホルダ２１０および上側基板ホルダ２２０と共に搬入され、定盤１３８の加熱プレート１３６上面に載置される。このとき、下側基板ホルダ２１０および上側基板ホルダ２２０は、静電吸着部２３０により相互に連結され、基板１０２が位置合わせされた状態を維持する。

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並びに上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０が加熱および加圧され、基板１０２は恒久的に接着される。

なお、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ＦＯＵＰ１０１に戻すことができる。また、基板貼り合わせ装置１００は加圧制御部１１３を備え、加圧装置１３０の動作を制御する。

また、加熱プレート１３６による加熱温度が高い場合は、基板１０２の表面が雰囲気と科学的に反応する場合がある。そこで、基板１０２を加熱加圧する場合は、筐体１３２の内部を排気して真空環境とすることが好ましい。このため、装入口１３１を気密に閉鎖する、開閉可能なシャッタを設けてもよい。

図５は、上側基板ホルダ２２０を見下ろした様子を示す斜視図である。上側基板ホルダ２２０は、ホルダ本体２２２と、ホルダ本体２２２に取り付けられた接続端子２２８、静電吸着部２３０および弾性支持部２４０を有する。

ホルダ本体２２２は全体として円板状をなして、その周縁部に配された複数の切欠き部のそれぞれに静電吸着部２３０を収容する。静電吸着部２３０は２個が一組になり、３組の静電吸着部２３０がホルダ本体２２２の周方向に等間隔に配される。

静電吸着部２３０のそれぞれは、上面に結合された弾性支持部２４０に支持される。弾性支持部２４０の各々は、ホルダ本体２２２の切欠き部を跨いで、ホルダ本体２２２の上面に両端を取り付けられる。また、弾性支持部２４０の各々はホルダ本体２２２に埋め込まれる。これにより、弾性支持部２４０の上面とホルダ本体２２２の上面とは共通の平面をなす。弾性支持部２４０は、導電性を有する磁性体、例えば一部のステンレス等の金属により形成される。

接続端子２２８は、導電性を有する材料により形成され、ホルダ本体２２２の径方向について対向する位置に一対が配される。接続端子２２８の各々は、後述するように、ホルダ本体２２２の内部に配された一対の電極に個別に接続される。ホルダ本体２２２は絶縁性の材料、例えば、酸化物焼結体等により形成される。

図６は、上側基板ホルダ２２０を見上げた様子を示す斜視図である。ホルダ本体２２２の下面中央には、基板１０２を吸着する平坦な吸着面が配される。静電吸着部２３０の各々は、吸着面の外側に配される。また、静電吸着部２３０の下端側は、ホルダ本体２２２の下面から下方に突出する。

図７は、下側基板ホルダ２１０を見下ろした様子を示す斜視図である。下側基板ホルダ２１０は、円板状のホルダ本体２１２を有する。ホルダ本体２１２は、その外周縁からやや内側に、ホルダ本体２１２の外周に沿って形成された環状の段差２１６を有する。段差２１６の内側の領域は、外側の領域よりも隆起して、基板１０２を保持する平滑な保持面をなす。

また、ホルダ本体２１２において、段差２１６の外側に隣接する領域の上面は、絶縁層２１４を有する。絶縁層２１４の表面は、後述する静電吸着部２３０により吸着される。このため、絶縁層２１４の表面も平滑に仕上げられる。

図８は、下側基板ホルダ２１０を見上げた様子を示す斜視図である。下側基板ホルダ２１０の下面は平坦であり、一対の接続端子２１８を有する。接続端子２１８は、導電性を有する材料により形成され、ホルダ本体２１２の径方向について対向する位置に配される。接続端子２１８の各々は、後述するように、ホルダ本体２１２の内部に配された一対の電極に個別に接続される。ホルダ本体２１２は、絶縁性の材料、例えば酸化物焼結体等で形成される。

上記のように、互いに異なる構造を有する上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０を組み合わせて、以下に説明する一組の基板ホルダユニット２０１として使用する。なお、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０は、上下を入れ換えて使用することもできる。

しかしながら、図２および図３に示した位置合わせ装置１６０において基板ホルダユニット２０１を使用する場合は、固定された上ステージ１９０に、静電吸着部２３０を有する上側基板ホルダ２２０を保持させることが有利になる。その理由については後述する。

図９は、基板ホルダユニット２０１の内部構造と、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２および基板ホルダユニット２０１の状態の変遷とを示す図である。上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０のそれぞれは、一対の接続端子２２８、２１８に個別に対応して電気的に接続された一対の内部電極２２９、２１９を有する。内部電極２２９、２１９は、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０における基板１０２の保持面に沿って、ホルダ本体２２２、２１２の内部に埋設される。

基板貼り合わせ装置１００のプリアライナ１５０においては、図示のように、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０のそれぞれに、基板１０２が１枚ずつ搭載される。なお、プリアライナ１５０においては、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０は、いずれも保持面を上に向けて、上から基板１０２を搭載される。ここで上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０に搭載される基板１０２は、既にそれ自体が積層構造を有する場合もある。

更に、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０に基板１０２を搭載した状態で、接続端子２２８、２１８に電圧を印加すると、基板１０２は、静電作用によりホルダ本体２２２、２１２に吸着される。これにより、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０と基板１０２とを相互に一体的に取り扱うことができる。

なお、ここで生じる静電作用には、クーロン力Ｆ_Ｃとジョンソン・ラーベック力Ｆ_ＪＲとが含まれる。クーロン力Ｆ_Ｃは、分極したホルダ本体２２２と基板１０２との電位差に基づき、下記の式１により示される。
Ｆ_Ｃ＝１／２・ε・（Ｖ_１／ｄ_１）^２・・・（式１）
ただし、εはホルダ本体２２２の誘電率、Ｖ_１は印加電圧、ｄ_１は内部電極２１９、２２９から基板１０２までの間のホルダ本体２２２の厚さ、をそれぞれ意味する。

ジョンソン・ラーベック力Ｆ_ＪＲは、電圧を印加された内部電極２１９、２２９から、概ね接地電位にある基板１０２表面までの間に流れる僅かな電流ｉにより、ホルダ本体２２２と基板１０２との界面に生じた電位差に基づき、下記の式２により示される。
Ｆ_ＪＲ＝１／８π・（Ｖ_２／ｄ_２）^２・・・（式２）
ただし、Ｖ_２はホルダ本体２２２および基板１０２の界面にかかる電圧、ｄ_２はホルダ本体２２２および基板１０２の間隔、をそれぞれ意味する。

内部電極２２９、２１９に一旦電圧が印加されると、接続端子２２８、２１８が電圧源から切り離された場合も、内部電極２２９、２１９の電位が低下するまで、基板１０２を吸着する静電作用が維持される。これにより、基板１０２を搭載した上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０を、例えば、プリアライナ１５０からローダ１２０へ移す場合、ローダ１２０から位置合わせ装置１６０に移す場合等のように、接続端子２２８、２１８が短時間浮いた状態になっても、基板１０２を保持する静電作用は維持される。

また、内部電極２２９、２１９の電位が低下した場合も、再び電圧を印加すれば、強い静電作用が継続される。そこで、プリアライナ１５０、フォーク１２２、上テーブル１９０、下ステージ１７０および加熱プレート１３６の各々に、接続端子２２８、２１８に接して電圧を印加する電極を設け、内部電極２２９、２１９に随時電圧を印加してもよい。

更に、図中に符号で示すように、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０の各々において、一対の内部電極２２９、２１９には、同じ電圧値で互いに極性が反対の電圧が印加される。これにより、吸着した基板１０２は概ね接地電位となり、基板１０２が帯電することが防止される。

なお、静電吸着部２３０も、個別に内部電極２３９を有するが、図示の段階では、内部電極２３９には電圧が印加されていない。静電吸着部２３０の構造および動作については、図１３から図１６までを参照して後述する。

図１０は、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２および基板ホルダユニット２０１の状態の変遷を、図９に対照して示す図である。基板１０２を保持した上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０は、ローダ１２０により、それぞれ、位置合わせ装置１６０に搬送される。位置合わせ装置１６０において、上側基板ホルダ２２０は、位置合わせ装置１６０の上ステージ１９０に、上下を反転させた状態で保持される。また、下側基板ホルダ２１０は、そのままの向きで下ステージ１７０に保持される。

上ステージ１９０および下ステージ１７０は、それぞれ、真空吸着、静電吸着等の吸着機構を有して、上側基板ホルダ２２０または下側基板ホルダ２１０を吸着することにより、基板１０２を保持する。これにより、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０に保持された一対の基板１０２は互いに対向する。また、上側基板ホルダ２２０の静電吸着部２３０の下面が、下側基板ホルダ２１０の絶縁層２１４に対向する。

図１１は、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２および基板ホルダユニット２０１の次の状態変遷を示す図である。位置合わせ装置１６０において、一対の基板１０２は相互に位置合わせをした上で接合される。これにより、一対の基板１０２は相互に密着して仮接合状態となる。

この状態で、上側基板ホルダ２２０の静電吸着部２３０を動作させることにより、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０は相互に結合される。これにより、一対の基板１０２が相互に位置合わせされた状態で、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０が相互に結合される。従って、接合された一対の基板１０２を挟んだ基板ホルダユニット２０１を、ローダ１２０により搬送しても、位置合わせした状態が維持される。そこで、ローダ１２０は、基板ホルダユニット２０１を介して、接合された一対の基板１０２を、位置合わせ装置１６０から加圧装置１３０に搬送する。

なお、図５および図６に示したように、静電吸着部２３０は、２個一組でホルダ本体２２２に配される。各組における一対の静電吸着部２３０は、同じ電圧値で互いに極性が反対の電圧が印加される。これにより、吸着した下側基板ホルダ２１０に電流が流れることを防止できる。

また、静電吸着部２３０の内部電極２３９に電圧を供給する電圧源と、ホルダ本体２１２、２２２の内部電極２１９、２２９に電圧を供給する電圧源を共通として、内部電極２３９と内部電極２２９、２１９を並列に接続してもよい。この場合、いずれかの内部電極２３９、２２９、２１９と電圧源との間に抵抗素子等を挿入することにより、印加電圧を電極毎に変化させることができる。このような構造により、静電吸着部２３０の静電吸着力の維持に、容量の大きなホルダ本体２１２、２２２を関与させることができるので、電圧源からの給電が絶たれた場合に、静電吸着力を長時間にわたって維持できる。

図１２は、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２および基板ホルダユニット２０１の状態の変遷を示す図である。加圧装置１３０において、基板ホルダユニット２０１の外側から加圧される。更に、一対の基板１０２は、要求使用に応じて加熱されて恒久的に接着され、積層基板１０４となる。

基板ホルダユニット２０１のホルダ本体２２２、２１２および静電吸着部２３０は、ある程度以上、例えば１００℃以上に加熱された場合に静電吸着力を喪失する。従って、加圧装置１３０において加熱、加圧されて形成された積層基板１０４と、基板ホルダユニット２０１とは、吸着力無しに積み重ねられた状態となる。これにより、積層基板１０４は、基板ホルダユニット２０１から容易に取り出すことができる。ただし、加圧装置１３０において、接続端子２１８、２２８に再び電圧を印加して、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０を再び結合させてもよい。

なお、静電吸着部２３０の吸着力が働かない状態でローダ１２０により積層基板１０４および基板ホルダユニット２０１を搬送した場合、搬送に伴う水平の加速度により上側基板ホルダ２２０がずれる場合もあり得る。しかしながら、再び図１１を参照すると、上側基板ホルダ２２０がずれた場合でも、上側基板ホルダ２２０のホルダ本体２２２の下面よりも下方に突出した静電吸着部２３０が下側基板ホルダ２１０の段差２１６に引っかかるので、上側基板ホルダ２２０が脱落して積層基板１０４が基板ホルダユニット２０１から抜け落ちることはない。

図１３は、基板ホルダユニット２０１における静電吸着部２３０周辺の構造を示す部分拡大断面図である。ここで、上側基板ホルダ２２０は、基板１０２を保持しつつ、位置合わせ装置１６０の上ステージ１９０に接近しつつあるが、図示の段階では未だ上ステージ１９０に接していない。また、下側基板ホルダ２１０は、基板１０２を保持しつつ、位置合わせ装置１６０の下ステージ１７０に保持されている。

上側基板ホルダ２２０において、弾性支持部２４０の両端は、上側基板ホルダ２２０のホルダ本体２２２に、皿ネジ２４２により固定される。また、静電吸着部２３０は、皿ネジ２４４により、弾性支持部２４０の略中央に結合される。これにより、弾性支持部２４０の上面は平坦になる。

皿ネジ２４２、２４４および弾性支持部２４０は、いずれも導電性材料により形成される。更に、静電吸着部２３０にねじ込まれた皿ネジ２４４は、導電性共に磁性を有する材料で形成される。また、皿ネジ２４４の下端は、接続端子２３７を介して、静電吸着部２３０の内部電極２３９に電気的に結合される。これにより、静電吸着部２３０に電圧を印加することができる。

なお、外部からの力が作用していない場合に静電吸着部２３０が占める吸着位置では、静電吸着部２３０は、上側基板ホルダ２２０のホルダ本体２２２から下方に突出する。静電吸着部２３０の突出量は、下側基板ホルダ２１０の段差２１６の高さに、一対の基板１０２の厚さを加えた長さに相当する。換言すれば、静電吸着部２３０が吸着位置にある場合、一対の基板１０２および上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０を相互に密着させると、静電吸着部２３０の下面は、下側基板ホルダ２１０の絶縁層２１４に略密着する。

図１４は、静電吸着部２３０の状態が遷移した様子を図１３に対比して示す部分拡大図である。ここでは、上側基板ホルダ２２０が、上ステージ１９０に保持される。従って、上側基板ホルダ２２０のホルダ本体２２２は、上ステージ１９０に密着して保持される。

更に、静電吸着部２３０の上方において、上ステージ１９０の下面には、逃げ穴１９４が配される。また、逃げ穴１９４内側の天井面には、接触端子１９９および電磁石１９２が配される。

なお、逃げ穴１９４、接触端子１９９および電磁石１９２は、位置合わせ装置１６０において固定されている上ステージ１９０に設けることが好ましい。これらの部材を下ステージ１７０に設けた場合、接触端子１９９および電磁石１９２に電力を供給するケーブルを、移動する下ステージ１７０に結合することが求められる。このような構造は、移動する下ステージ１７０には相応しくない。従って、静電吸着部２３０を有する上側基板ホルダ２２０も、固定された上ステージ１９０において使用することが好ましい。

接触端子１９９は、弾性支持部２４０をホルダ本体２２２に取り付ける皿ネジ２４２の上方に配される。接触端子１９９は、逃げ穴１９４の深さと略同じ高さを有する。これにより、上側基板ホルダ２２０が上ステージ１９０に吸着された場合、接触端子１９９の下端が、皿ネジ２４２の上面に接触する。従って、接触端子１９９、皿ネジ２４２、弾性支持部２４０、皿ネジ２４４および接続端子２３７を介して、静電吸着部２３０の内部電極２３９に電圧を印加できる。ただし、図１４に示す段階では、内部電極２３９にはまだ電圧を印加されていない。

電磁石１９２は、静電吸着部２３０の上方に配され、供給される電流の多寡に応じて変化する磁力を発生する。図１４に示す状態では、電磁石１９２は磁力を発生しており、磁性体により形成された弾性支持部２４０および皿ネジ２４４を上方に引き上げている。これにより、静電吸着部２３０は待機位置に移動して、一対の基板１０２並びに上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０を相互に密着させたとしても、静電吸着部２３０は下側基板ホルダ２１０から離間する。

図１５は、静電吸着部２３０の状態がまた遷移した様子を図１３および図１４に対比して示す部分拡大図である。ここでは、下ステージ１７０が上昇して、上側基板ホルダ２２０に保持された基板１０２と、下側基板ホルダ２１０に保持された基板１０２とが、密着している。なお、一対の基板１０２は、相互に密着する前の段階で、相互に位置合わせされる。

ここまでの段階で、電磁石１９２には電流が供給され続けており、静電吸着部２３０は、依然として上ステージ１９０に向かって引き付けられている。これにより、一対の基板１０２は、静電吸着部２３０が下側基板ホルダ２１０から離間した状態で位置合わせされる。

図１６は、静電吸着部２３０の状態が更に遷移した様子を、図１３、図１４および図１５に対比して示す部分拡大図である。ここでは、電磁石１９２に対する電流の供給が遮断され、電磁石１９２による吸着から開放された静電吸着部２３０は、下側基板ホルダ２１０の絶縁層２１４に密着している。

なお、電磁石１９２が静電吸着部２３０を引き付けから開放する場合には、電磁石１９２に供給する電流を徐々に低下させて、静電吸着部２３０の移動速度を制限することが好ましい。これにより、静電吸着部２３０が下側基板ホルダ２１０に当接する場合に生じ得る衝撃が抑制されて、位置合わせされた一対の基板１０２の位置を変化させることが防止される。

静電吸着部２３０が絶縁層２１４に接した状態で、接触端子１９９、皿ネジ２４２、弾性支持部２４０、皿ネジ２４４および接続端子２３７を通じて、静電吸着部２３０の内部電極２３９に電圧を印加すると、静電吸着部２３０は、静電作用により下側基板ホルダ２１０を吸着する。

なお、ここでも、静電吸着部２３０に生じる静電作用は、クーロン力Ｆ_Ｃとジョンソン・ラーベック力Ｆ_ＪＲとを含む。また、クーロン力Ｆ_Ｃとジョンソン・ラーベック力Ｆ_ＪＲの大きさは、すでに式１、式２により示した通りである。ただし、吸着の対象は、基板１０２ではなく、下側基板ホルダ２１０となる。

これにより、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０は互いに結合されて、基板ホルダユニット２０１を形成する。基板ホルダユニット２０１は、位置合わせした後に接合された一対の基板１０２を挟んで結合しており、一対の基板１０２相互の位置合わせされた状態を保持する。

なお、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０それぞれの全体の面積に比較すると、静電吸着部２３０が下側基板ホルダ２１０に対して静電作用を生じる面積は小さい。従って、静電吸着部２３０が発生する静電吸着力を高くする目的で、静電吸着部２３０の内部電極２３９に印加する電圧は、ホルダ本体２２２、２１２に埋設された内部電極２２９、２１９に印加する電圧よりも高いことが好ましい。

また、弾性支持部２４０は、静電吸着部２３０がホルダ本体２２２に対して上方に変位する場合は、一対の皿ネジ２４２間の全長が変形する。一方、静電吸着部２３０がホルダ本体２２２に対して下方に変位する場合は、弾性支持部２４０の一部がホルダ本体２２２に接するので、変形する部分の長さが短くなる。これにより、下側基板ホルダ２１０を吸着した静電吸着部２３０が下方へ変位して、基板ホルダユニット２０１の内部に間隙を生じることが防止される。

また、静電吸着部２３０を引き付ける電磁石１９２には電流が流れる。電磁石１９２に流れる電流が大きいと、熱が発生して基板１０２の位置合わせに影響する場合があるので、他の条件が許す範囲で弾性支持部２４０を柔らかくすることにより、電磁石１９２に流す電流を抑制できる。

更に、静電吸着部２３０も、一旦電圧を印加されると、外部からの電圧の供給を絶たれても、暫くは吸着力を発揮する。従って、例えば、位置合わせ装置１６０から加圧装置１３０へ基板ホルダユニット２０１および基板１０２を移す場合に、一時的に外部からの電圧の供給が絶たれても、静電吸着部２３０は吸着力を保持し続ける。また、単独で吸着力を保持できる時間を延長する目的で、基板ホルダユニット２０１に、容量素子を設けてもよい。

以上、基板貼り合わせ装置１００を例に挙げて説明したが、半導体基板の貼り合わせ以外の用途、例えば、レチクルのパターンを転写するナノインプリント装置においても、静電作用を利用した基板ホルダユニット２０１を使用し得る。また、静電吸着部２３０を上側基板ホルダ２２０に設けて、下側基板ホルダ２１０を吸着することにより基板ホルダユニット２０１を形成する構造について説明したが、独立した静電吸着部２３０が、上側基板ホルダ２２０および下側基板ホルダ２１０の双方を吸着させる構造としてもよい。

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。

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。

１００ 基板貼り合わせ装置、１０１ ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）、１０２ 基板、１０４ 積層基板、１１０、１３２ 筐体、１２０ ローダ、１２２ フォーク、１２４ 落下防止爪、１２６ フォールディングアーム、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 位置合わせ装置、１７０ 下ステージ、１７１、１９１ 顕微鏡、１７２ シリンダ、１７４ ピストン、１８０ 駆動部、１８２ ガイドレール、１８４ Ｘ駆動部、１８６ Ｙ駆動部、１９２ 電磁石、１９４ 逃げ穴、１９９ 接触端子、２００ 基板ホルダ、２０１ 基板ホルダユニット、２１０ 下側基板ホルダ、２１２、２２２ ホルダ本体、２１４ 絶縁層、２１６ 段差、２１８、２２８、２３７ 接続端子、２１９、２２９、２３９ 内部電極、２２０ 上側基板ホルダ、２３０ 静電吸着部、２４０ 弾性支持部、２４２、２４４ 皿ネジ

Claims (14)

1. 素子が形成された基板をそれぞれが保持する一対のホルダと、
   前記基板を挟んだ前記一対のホルダを静電作用により互いに吸着する静電吸着部と
   を備えるホルダユニット。
2. 前記静電吸着部は、前記基板の外周に隣接する領域において前記一対のホルダを吸着する請求項１に記載のホルダユニット。
3. 前記静電吸着部は、前記一対のホルダの一方から離間する待機位置と、前記一方のホルダに当接する吸着位置との間を移動する請求項１または請求項２に記載のホルダユニット。
4. 前記静電吸着部は、磁性体部材を一体的に有し、外部から印加された磁力に引かれて前記待機位置に移動する請求項３に記載のホルダユニット。
5. 前記静電吸着部は、弾性部材を介して前記一対のホルダの他方から支持され、
   前記弾性部材は、自然状態にある場合に前記静電吸着部を前記吸着位置に保持する
   請求項３または請求項４に記載のホルダユニット。
6. 前記弾性部材は磁性体である請求項５に記載のホルダユニット。
7. 前記弾性部材は導電性を有し、
   前記静電吸着部は、前記弾性部材を介して電圧を印加される
   請求項５または請求項６に記載のホルダユニット。
8. 前記静電吸着部は、前記吸着位置にある場合に、前記他方のホルダが前記基板を保持する面から突出する請求項５から請求項７までのいずれかに記載のホルダユニット。
9. 前記静電吸着部が吸着する面は、前記静電吸着部との間に介在する高抵抗材料層を有する請求項１から請求項８までのいずれかに記載のホルダユニット。
10. 前記静電吸着部は、前記一対のホルダの各々が前記基板を吸着する静電電圧よりも高い静電電圧で吸着する請求項１から請求項９までのいずれかに記載のホルダユニット。
11. 前記静電吸着部は、共通の電圧源に並列に接続される請求項１から請求項１０までのいずれかに記載のホルダユニット。
12. 前記静電吸着部は、前記静電作用が消滅する消滅温度まで加熱された場合に、前記消滅温度よりも低い温度まで冷却された後に、再び電圧を印加されて静電作用を取り戻す請求項１から請求項１１までのいずれかに記載のホルダユニット。
13. 請求項１から請求項１２までのいずれかに記載のホルダユニットを備え、
    前記一対のホルダが保持する前記基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置。
14. 素子が形成された基板を挟んだ一対のホルダどうしを静電作用により吸着する静電装置。

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