JP2013115086A - System and method for driving, and apparatus and method for laminating substrate - Google Patents

System and method for driving, and apparatus and method for laminating substrate Download PDF

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晃一 坂田
Kazuaki Saeki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To laminate two wafers with high accuracy.SOLUTION: A substrate lamination apparatus 100 comprises: a first table T1 and a second table T2 respectively holding wafers W1 and W2; an X interferometer 40X (a first measuring instrument) provided with the second table T2 (a stage device 30) showing a resonance mode; and an X interferometer 45X (a second measuring instrument) provided with the first table T1 (a first table device 20) showing a resonance mode in a reverse phase against the one shown by the X interferometer 40X when the first and the second tables T1, T2 are contacted with each other, so as to laminate the wafers W1, W2 together. Using above mentioned measuring instruments, a feedback control system in a 1-input/2-output system (SIMO system) is constructed so that a driving system for controlling a robust driving of the second table T2 (the stage device 30) in a high bandwidth can be laid out without switching over to control systems.

Description

本発明は、駆動システム及び駆動方法、並びに基板貼り合わせ装置及び基板貼り合わせ方法に係り、更に詳しくは、互いに接触可能な第1及び第2制御対象の少なくとも一方に操作量を与えて該一方の制御対象を駆動する駆動システム及び駆動方法、並びに前記駆動システムを備える基板貼り合わせ装置及び前記駆動方法を利用する基板貼り合わせ方法に関する。   The present invention relates to a drive system and a drive method, and a substrate bonding apparatus and a substrate bonding method. More specifically, the present invention relates to at least one of a first and a second control target that can contact each other to provide an operation amount. The present invention relates to a driving system and a driving method for driving a controlled object, a substrate bonding apparatus including the driving system, and a substrate bonding method using the driving method.

近年、半導体デバイスの実装技術が、複数の半導体チップを平面的に配置する2次元配列実装から立体的に積み重ねる3次元積層実装へと進歩した。それにより、半導体チップ間の配線が短くなり半導体デバイスの動作速度が向上するとともに、1つの半導体デバイスに搭載される回路素子の実装面積効率が飛躍的に向上した。   In recent years, semiconductor device mounting technology has progressed from two-dimensional array mounting in which a plurality of semiconductor chips are arranged in a plane to three-dimensional stacked mounting in which three-dimensional stacking is performed. As a result, the wiring between the semiconductor chips is shortened, the operation speed of the semiconductor device is improved, and the mounting area efficiency of the circuit element mounted on one semiconductor device is dramatically improved.

また、製造コストのパフォーマンスを向上するために、半導体デバイスの組み立て(パッケージング)技術としてチップレベルでの組み立て技術ではなくウエハレベルの組み立て技術、すなわち、複数の回路素子が形成された半導体基板(ウエハ)をチップに個片化せず、ウエハの状態のまま再配線、樹脂封止、及び端子加工までの組み立て工程をおこない、最後に個片化してデバイスを組み立てる技術が進展している。   Further, in order to improve the performance of the manufacturing cost, the semiconductor device assembly (packaging) technique is not a chip-level assembly technique but a wafer-level assembly technique, that is, a semiconductor substrate (wafer) on which a plurality of circuit elements are formed. ) Is not separated into chips, but the assembly process up to rewiring, resin sealing, and terminal processing is performed in the state of a wafer.

このような背景の下、2つの半導体ウエハ等の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置が開発されている。ここで、2つの基板は、それらの表面上に形成された複数の電極が互いに接合するように貼り合わせられる。従って、基板貼り合わせ装置において、基板を正確に位置合わせするために、基板を保持して移動する基板ステージの精密且つ安定な制御技術が必要となる(例えば、特許文献1参照)。   Under such a background, a substrate bonding apparatus for bonding two substrates such as semiconductor wafers has been developed. Here, the two substrates are bonded together so that a plurality of electrodes formed on their surfaces are bonded to each other. Therefore, in the substrate bonding apparatus, in order to accurately position the substrate, a precise and stable control technique for the substrate stage that holds and moves the substrate is required (see, for example, Patent Document 1).

基板貼り合わせ装置では、2つの基板のうちの一方を保持する第1ステージに対し、第1ステージに保持された基板に対向して他方の基板を保持して移動する第2ステージを精密に駆動することで、2つの基板を正確に位置合わせする。ここで、第1及び第2ステージに保持された2つの基板を張り合わせるために第2ステージを駆動して2つの基板を接触させると、第1及び第2ステージの駆動において共振が発生し、基板ステージの精密且つ安定な制御の障害要因となることが明らかにされている。   In the substrate bonding apparatus, the first stage holding one of the two substrates is precisely driven by the second stage that moves while holding the other substrate facing the substrate held by the first stage. By doing so, the two substrates are accurately aligned. Here, when the second stage is driven and the two substrates are brought into contact with each other to bond the two substrates held on the first and second stages, resonance occurs in the driving of the first and second stages, It has been clarified that it becomes an obstacle to precise and stable control of the substrate stage.

米国特許出願公開第2006/0273440号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0273440

本発明は、第1の観点からすると、互いに接触可能な第1及び第2制御対象の少なくとも一方に操作量を与えて該一方の制御対象を駆動する駆動システムであって、前記第1制御対象の位置に関連する第1制御量を計測する第1計測器と、前記第1制御対象と接触した際に剛体モードに対して前記第1制御対象と逆相の共振モードとなる前記第2制御対象の位置に関連する第2制御量を計測する第2計測器と、前記第1及び第2計測器の計測結果と目標値とに基づいて制御演算を行って前記操作量を求め、該操作量を前記一方の制御対象に与える制御部と、を備える駆動システムである。   From a first aspect, the present invention is a drive system that drives an operation amount by giving an operation amount to at least one of the first and second control objects that can contact each other, and the first control object A first measuring instrument that measures a first control amount related to the position of the first control object, and the second control that is in a resonance mode opposite to the first control object relative to the rigid body mode when contacting the first control object. A second measuring device for measuring a second control amount related to the position of the object, and a control calculation based on the measurement results and target values of the first and second measuring devices to obtain the manipulated variable, And a control unit that supplies an amount to the one control target.

これによれば、制御対象を精密且つ安定に駆動することが可能となる。   According to this, it becomes possible to drive a controlled object precisely and stably.

本発明は、第2の観点からすると、2枚の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、前記2枚の基板の一方を保持する第1ステージと、前記2枚の基板の他方を前記一方の基板に対向可能な向きで保持するとともに、少なくとも二次元平面内で前記第1ステージに対して相対的に移動可能な第2ステージと、をそれぞれ前記第1及び第2制御対象の一方及び他方とする本発明の駆動システムを備える基板貼り合わせ装置である。   From a second viewpoint, the present invention is a substrate laminating apparatus for laminating two substrates, the first stage holding one of the two substrates, and the other of the two substrates as the above-mentioned A second stage that is held in a direction that can be opposed to one substrate and that is movable relative to the first stage in at least a two-dimensional plane; and one of the first and second control objects, respectively. It is a board | substrate bonding apparatus provided with the drive system of this invention made into the other.

ここで、基板は、半導体ウエハなどの基板の他、半導体チップをも含み、また、単層の半導体ウエハ(あるいは単層の半導体チップ)に限らず、複数の半導体ウエハ(複数の半導体チップ)が積層済みの半導体部材をも含む。かかる概念として、本明細書では、「基板」なる用語を用いている。   Here, the substrate includes not only a substrate such as a semiconductor wafer but also a semiconductor chip, and is not limited to a single-layer semiconductor wafer (or a single-layer semiconductor chip), but includes a plurality of semiconductor wafers (a plurality of semiconductor chips). Also includes stacked semiconductor members. In this specification, the term “substrate” is used as such a concept.

これによれば、2つの基板を精度良く位置合わせした状態で貼り合わせることが可能になる。   According to this, it is possible to bond the two substrates in a state where the two substrates are accurately aligned.

本発明は、第3の観点からすると、互いに接触可能な第1及び第2制御対象の少なくとも一方に操作量を与えて該一方の制御対象を駆動する駆動方法であって、前記第1制御対象の位置に関連する第1制御量と、前記第1制御対象と接触した際に剛体モードに対して前記第1制御対象と逆相の共振モードとなる前記第2制御対象の位置に関連する第2制御量と、を計測することと、前記第1及び第2計測器の計測結果と目標値とに基づいて制御演算を行って前記操作量を求め、該操作量を前記一方の制御対象に与えて該一方の制御対象を駆動することと、を含む駆動方法である。   From a third aspect, the present invention is a driving method for driving an operation amount by giving an operation amount to at least one of the first and second control objects that can contact each other, and the first control object A first control amount related to the position of the second control object and a second control object related to the position of the second control object that is in a resonance mode opposite to the first control object with respect to the rigid body mode when contacting the first control object. 2 control amounts are measured, and a control calculation is performed based on the measurement results and target values of the first and second measuring instruments to obtain the operation amount, and the operation amount is set as the one control target. And driving one of the controlled objects.

これによれば、制御対象を精密且つ安定に駆動することが可能となる。   According to this, it becomes possible to drive a controlled object precisely and stably.

本発明は、第4の観点からすると、2枚の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ方法であって、前記2枚の基板の一方を保持する第1ステージと、前記2枚の基板の他方を前記一方の基板に対向可能な向きで保持するとともに、少なくとも二次元平面内で前記第1ステージに対して相対的に移動可能な第2ステージと、をそれぞれ前記第1及び第2制御対象の一方及び他方とする本発明の駆動方法を利用する基板貼り合わせ方法である。   From a fourth viewpoint, the present invention is a substrate bonding method for bonding two substrates, the first stage holding one of the two substrates, and the other of the two substrates as the above A second stage that is held in a direction that can be opposed to one substrate and that is movable relative to the first stage in at least a two-dimensional plane; and one of the first and second control objects, respectively. The other is a substrate bonding method using the driving method of the present invention.

これによれば、2つの基板を精度良く位置合わせした状態で貼り合わせることが可能になる。   According to this, it is possible to bond the two substrates in a state where the two substrates are accurately aligned.

一実施形態に係る基板貼り合わせ装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the board | substrate bonding apparatus which concerns on one Embodiment. ステージと干渉計の配置及び基準座標系を説明するためのステージ装置の平面図である。It is a top view of the stage apparatus for demonstrating arrangement | positioning of a stage and an interferometer, and a reference coordinate system. 基板貼り合わせ装置の制御系の主要構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main structures of the control system of a board | substrate bonding apparatus. 基板貼り合わせ方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a board | substrate bonding method. 基板貼り合わせ工程を実行する直前の基板貼り合わせ装置の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the board | substrate bonding apparatus just before performing a board | substrate bonding process. 基板貼り合わせ方法のステップS1(ウエハW1を第2テーブルT2に保持させるステップ)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step S1 (step to hold | maintain wafer W1 on 2nd table T2) of the board | substrate bonding method. 基板貼り合わせ方法のステップS2(第2テーブルT2に保持されたウエハW1のアライメント計測)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step S2 (alignment measurement of the wafer W1 hold | maintained at 2nd table T2) of the board | substrate bonding method. 基板貼り合わせ方法のステップS3(ウエハW1の第1テーブルT1への搬送とサーチアライメント)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step S3 (conveyance and search alignment of the wafer W1 to the 1st table T1) of a board | substrate bonding method. 基板貼り合わせ方法のステップS5(第2テーブルT2に保持されたウエハW2のアライメント計測)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step S5 (alignment measurement of the wafer W2 hold | maintained at 2nd table T2) of the board | substrate bonding method. 基板貼り合わせ方法のステップS7(2つのウエハを重ね合わせるステップ)に先立って行われる第1及び第2テーブルT1,T2の移動を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the movement of 1st and 2nd table T1, T2 performed prior to step S7 (step which superimposes two wafers) of a board | substrate bonding method. 基板貼り合わせ方法のステップS7(2つのウエハを重ね合わせるステップ)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step S7 (step which superimposes two wafers) of a board | substrate bonding method. 図12(A)は第1及び第2テーブルの力学的運動(並進運動)を表現する力学模型の一例を示す図、図12(B)は図12(A)の力学模型に含まれるパラメータ及びそれらの代表値を示す表、図12(C)は3つのモデルA,B,Cにおける第1及び第2ステージ間の摩擦による剛性係数k及び粘性係数cの値を示す表である。FIG. 12A is a diagram showing an example of a mechanical model expressing the mechanical motion (translational motion) of the first and second tables, and FIG. 12B is a diagram showing parameters and parameters included in the mechanical model of FIG. FIG. 12C is a table showing representative values thereof, and a table showing values of the stiffness coefficient k 2 and the viscosity coefficient c 2 due to friction between the first and second stages in the three models A, B, and C. 図13(A)及び図13(B)は、それぞれ、第2テーブルT2(ステージ装置30)及び第1テーブルT1(第1テーブル装置20)の入出力応答を表現する伝達関数P,Pの周波数応答特性を示すボード線図である。13A and 13B show transfer functions P 1 and P 2 representing input / output responses of the second table T2 (stage device 30) and the first table T1 (first table device 20), respectively. It is a Bode diagram which shows the frequency response characteristic. 1入力2出力系のフィードバック制御系を表すブロック図である。It is a block diagram showing the feedback control system of 1 input 2 output system. 図15(A)〜図15(C)は、それぞれモデルA〜Cに対する、本実施形態(3rd C double integral type SRC)と従来型(P−PI)のフィードバック制御系のそれぞれの閉ループ伝達関数の周波数応答特性を示すボード線図(シミュレーション結果)である。FIGS. 15A to 15C show the respective closed-loop transfer functions of the feedback control system of the present embodiment (3rd C double integral type SRC) and the conventional type (P-PI) for the models A to C, respectively. It is a Bode diagram (simulation result) showing frequency response characteristics. 図16(A)〜図16(C)は、それぞれモデルA〜Cに対する、本実施形態(3rd C double integral type SRC)と従来型(P−PI)のフィードバック制御系のそれぞれに対するナイキスト線図である。16A to 16C are Nyquist diagrams for the models A to C, respectively, for the feedback control system of the present embodiment (3rd C double integral type SRC) and the conventional type (P-PI). is there. 図17(A)〜図17(C)は、それぞれモデルA〜Cに対する、本実施形態(3rd C double integral type SRC)と従来型(P−PI)のフィードバック制御系のそれぞれにおける第2テーブルT2(ステージ装置30)の追従誤差の時間変化を示す図である。17A to 17C show the second table T2 in each of the feedback control systems of the present embodiment (3rd C double integral type SRC) and the conventional type (P-PI) for the models A to C, respectively. It is a figure which shows the time change of the tracking error of (stage apparatus 30).

以下、本発明の一実施形態を図1〜図17に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1には、一実施形態の基板貼り合わせ装置100の構成が概略的に示されている。後述するように本実施形態ではマーク検出系M1が設けられており、その光軸(検出中心に一致)OM1をZ軸、光軸OM1に直交する面内で図1における紙面内左右方向をX軸方向、及び紙面直交方向をY軸方向とし、X軸、Y軸、及びZ軸回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向とする。なお、後述する基準面S内の基準軸O,OY1をそれぞれX,Y軸とするXY座標系を基準座標系とする。 FIG. 1 schematically shows a configuration of a substrate bonding apparatus 100 according to an embodiment. As will be described later, in this embodiment, a mark detection system M1 is provided, and its optical axis (coincides with the detection center) O M1 is set in the plane perpendicular to the Z axis and the optical axis O M1 in FIG. Is the X-axis direction, the direction orthogonal to the paper surface is the Y-axis direction, and the rotation (tilt) directions around the X-axis, Y-axis, and Z-axis are the θx, θy, and θz directions, respectively. Note that the reference axis O X in the reference plane S M to be described later, the O Y1 each X, as a reference coordinate system XY coordinate system with the Y axis.

基板貼り合わせ装置100は、フレーム10、第1テーブル装置20、ステージ装置30、干渉計システム40,45、マーク検出系M1等を備えている。   The substrate bonding apparatus 100 includes a frame 10, a first table apparatus 20, a stage apparatus 30, interferometer systems 40 and 45, a mark detection system M1, and the like.

フレーム10は、XY平面に平行な床面Fの上方に水平(床面Fに平行)に配置された天板部12と、天板部12を下方から支持する複数本、例えば4本の脚部11(図1において紙面奥側の脚部は図示省略)と、を備えている。また、床面F上には、ステージ定盤13が水平に(床面Fと平行に)設置されている。   The frame 10 includes a top plate portion 12 disposed horizontally above the floor surface F parallel to the XY plane (parallel to the floor surface F), and a plurality of, for example, four legs, for supporting the top plate portion 12 from below. Part 11 (the leg part on the back side of the drawing in FIG. 1 is not shown). On the floor surface F, a stage surface plate 13 is installed horizontally (in parallel with the floor surface F).

天板部12のほぼ中央の下面には、マーク検出系M1が下向き(−Z向き)に固定されている。マーク検出系M1は、指標を有する顕微鏡(又は撮像装置)により構成されている。ここで、マーク検出系M1は、その検出中心(指標中心)を通る中心軸(光軸)OM1が後述する基準面Sに直交するように、天板部12の下面に固定されている。マーク検出系M1の合焦点(検出対象物を検出する検出点)は、基準面S上に位置するように調整されている。すなわち、マーク検出系M1の検出点を含むXY平面(水平面)を、ウエハを貼り合わせるための基準面Sと定義する。本実施形態の基板貼り合わせ装置100では、基準面Sに表面が一致するように、2つの半導体ウエハ(以下、ウエハと呼ぶ)W1,W2が重ね合わせられる。なお、マーク検出系M1の光学系の光軸OM1が指標中心を通っているので、光軸OM1を中心軸OM1又は指標中心OM1とも呼ぶ。 A mark detection system M <b> 1 is fixed downward (−Z direction) on the lower surface at the substantially center of the top plate 12. The mark detection system M1 is configured by a microscope (or an imaging device) having an index. Here, the mark detection system M1, the center axis passing through the detection center (the index center) as (optical axis) O M1 is perpendicular to the reference plane S M to be described later, is fixed to the bottom surface of the top plate portion 12 . Focus (detection point for detecting a detection target) of the mark detection system M1 is adjusted so as to be positioned on the reference plane S M. That is, the XY plane (horizontal plane) including the detection point of the mark detection system M1, is defined as a reference plane S M for bonding the wafers. In the substrate bonding device 100 of the present embodiment, as the surface to the reference plane S M coincide, the two semiconductor wafers (hereinafter, referred to as wafers) W1, W2 are superimposed. Since the optical axis O M1 of the optical system of the mark detection system M1 is through the index center, the optical axis O M1 also referred to as a center axis O M1 or index center O M1.

第1テーブル装置20は、天板部12の下面のマーク検出系M1の−X側に所定距離隔てた位置に設けられている。第1テーブル装置20は、天板部12の下方に水平に配置された第1テーブルT1と、第1テーブルT1を天板部12の下方に吊り下げ支持するとともに鉛直方向(Z軸方向)に駆動する第1テーブル駆動装置21と、を備えている。   The first table device 20 is provided at a position spaced a predetermined distance on the −X side of the mark detection system M <b> 1 on the lower surface of the top plate 12. The first table device 20 suspends and supports the first table T1 horizontally disposed below the top plate 12 and the first table T1 below the top plate 12, and in the vertical direction (Z-axis direction). And a first table driving device 21 for driving.

図1では、第1テーブルT1に、ウエハW1が、例えば静電吸着により保持するウエハホルダ(以下、ホルダと略述する)H1を介して取り付けられている。   In FIG. 1, a wafer W1 is attached to a first table T1 via a wafer holder (hereinafter abbreviated as a holder) H1 that is held by electrostatic attraction, for example.

第1テーブル駆動装置21は、第1テーブルT1に保持されるウエハW1の表面が基準面Sに一致する位置(第1位置)と第1位置の上方(+Z方向)の第2位置(退避位置)との間で第1テーブルT1を駆動する。 First table driving device 21, the second position of the surface of the wafer W1 held on the first table T1 is coincident with the reference plane S M (first position) and above the first position (+ Z direction) (save The first table T1 is driven between the first position and the second position.

第1テーブル駆動装置21の−X側部には、図1に示されるように、X軸に垂直な反射面を有する平面ミラーから成るX移動鏡47Xが、+Y側部にはY軸に垂直な反射面を有する平面ミラーから成るY移動鏡(不図示)がそれぞれ固定されている。これらの移動鏡は、干渉計システム45による第1テーブルT1(第1テーブル装置20)の位置計測の際に用いられる。なお、これらの移動鏡を、第1テーブルT1の端面を鏡面加工して反射面として形成する等しても良い。   As shown in FIG. 1, an X moving mirror 47X composed of a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the X axis is provided on the −X side portion of the first table drive device 21, and a + Y side portion is perpendicular to the Y axis. A Y movable mirror (not shown) composed of a plane mirror having a simple reflecting surface is fixed. These movable mirrors are used when the position of the first table T1 (first table device 20) is measured by the interferometer system 45. In addition, you may form these movable mirrors as a reflective surface by mirror-finishing the end surface of 1st table T1.

ステージ装置30は、ステージ定盤13上でX軸方向及びY軸方向に所定ストロークで移動可能でかつθz方向にも微小回転が可能なステージSTと、ステージST上に設置された第2テーブル駆動装置31と、第2テーブル駆動装置31によりほぼ水平に支持された第2テーブルT2と、を備えている。   The stage device 30 is movable on the stage surface 13 in the X-axis direction and the Y-axis direction with a predetermined stroke, and is capable of minute rotation in the θz direction, and a second table drive installed on the stage ST. The apparatus 31 and the 2nd table T2 supported substantially horizontally by the 2nd table drive device 31 are provided.

ステージSTは、その底面に設けられた複数の非接触軸受、例えばエアベアリングを介して、ステージ定盤13上に浮上支持され、リニアモータ等を含むステージ駆動装置15(図3参照)によって、ステージ定盤13の上面(ガイド面)に沿ってX軸方向、Y軸方向及びθz方向に駆動される。なお、ステージ駆動装置15は、リニアモータに限らず、ロータリモータとボールねじ(又は送りねじ)との組み合わせ、あるいは平面モータなど、いずれのタイプの駆動装置を用いて構成しても良い。   The stage ST is levitated and supported on the stage surface plate 13 via a plurality of non-contact bearings, for example, air bearings provided on the bottom surface thereof, and is moved by the stage driving device 15 (see FIG. 3) including a linear motor. Driven along the upper surface (guide surface) of the surface plate 13 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θz direction. The stage driving device 15 is not limited to a linear motor, and may be configured using any type of driving device such as a combination of a rotary motor and a ball screw (or a feed screw), or a planar motor.

第2テーブル駆動装置31は、ステージST上に設置されたZステージ32と、Zステージ32上の同一直線上にない3点にそれぞれ設置された3つのZ駆動部33(図2参照)とを備えている。Zステージ32は、不図示のアクチュエータによりZ軸方向に所定スロークで往復駆動可能に構成されている。3つのZ駆動部33は、例えばボイスコイルモータ等のアクチュエータをそれぞれ有し、第2テーブルT2を3点支持して、各支持点でZ軸方向に微小駆動する。従って、3つのZ駆動部33によって、第2テーブルT2をθx方向、及びθy方向(並びにZ軸方向)に微少駆動するチルト駆動機構が構成されている。   The second table driving device 31 includes a Z stage 32 installed on the stage ST, and three Z driving units 33 (see FIG. 2) respectively installed at three points not on the same straight line on the Z stage 32. I have. The Z stage 32 is configured to be reciprocally driven at a predetermined stroke in the Z-axis direction by an actuator (not shown). The three Z drive units 33 each have an actuator such as a voice coil motor, for example, support the second table T2 at three points, and finely drive in the Z-axis direction at each support point. Accordingly, the three Z drive units 33 constitute a tilt drive mechanism that slightly drives the second table T2 in the θx direction and the θy direction (and the Z-axis direction).

第2テーブルT2上に、ウエハW2を例えば静電吸着によって保持するホルダH2が、上向きに(+Z方向に向けて)例えば真空吸着によって保持されている。   On the second table T2, a holder H2 that holds the wafer W2 by, for example, electrostatic adsorption is held upward (toward the + Z direction) by, for example, vacuum adsorption.

上述のステージ装置30の構成により、第2テーブルT2、すなわち第2テーブルT2に保持されるウエハW2は、全6自由度(X,Y,Z,θx,θy,θz)方向に駆動可能となっている。なお、第2テーブルT2は、第2テーブル駆動装置31(特にZステージ32)の機能により、第2テーブルT2に保持されるウエハW2の表面が後述する基準面Sに一致する第2テーブルT2の位置を含むZ軸方向の所定範囲内で駆動可能である。 With the configuration of the stage device 30 described above, the second table T2, that is, the wafer W2 held on the second table T2, can be driven in all six degrees of freedom (X, Y, Z, θx, θy, θz) directions. ing. Note that the second table T2, the function of the second table drive device 31 (particularly Z stage 32), the second table T2 that match the reference plane S M where the surface of the wafer W2 held on the second table T2 is described below Can be driven within a predetermined range in the Z-axis direction including the position.

第2テーブルT2上面の+X端部及び+Y端部には、図2に示されるように、それぞれ、X軸に垂直な反射面を有する平面ミラーから成るX移動鏡42X及びY軸に垂直な反射面を有する平面ミラーから成るY移動鏡42Yが、第2テーブルT2上面に垂直にそれぞれ固定されている。移動鏡42X,42Yは、干渉計システム40による第2テーブルT2(ステージ装置30)の位置計測の際に用いられる。なお、移動鏡42X,42Yの少なくとも一方に代えて、第2テーブルT2の端面を鏡面加工して反射面(移動鏡の反射面に相当)を形成しても良い。   At the + X end and + Y end on the upper surface of the second table T2, as shown in FIG. 2, the X movable mirror 42X composed of a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the X axis and the reflection perpendicular to the Y axis, respectively. Y movable mirrors 42Y each formed of a plane mirror having a surface are fixed perpendicularly to the upper surface of the second table T2. The movable mirrors 42X and 42Y are used when the position of the second table T2 (stage device 30) is measured by the interferometer system 40. Instead of at least one of the movable mirrors 42X and 42Y, the end surface of the second table T2 may be mirror-finished to form a reflective surface (corresponding to the reflective surface of the movable mirror).

干渉計システム40は、X干渉計40Xと、第1〜第3Y干渉計40Y1〜40Y3(Y干渉計40Y3は図2では不図示、図3参照)とを含み、第2テーブルT2(ステージ装置30)のXY平面内での位置(X,Y,θz)を計測する。   The interferometer system 40 includes an X interferometer 40X and first to third Y interferometers 40Y1 to 40Y3 (Y interferometer 40Y3 is not shown in FIG. 2, refer to FIG. 3), and includes a second table T2 (stage device 30). ) In the XY plane (X, Y, θz) is measured.

X干渉計40Xは、図1及び図2に示されるように、X軸に平行な基準軸Oから±Y方向に同じ距離を隔てて、X軸に平行な2つの測長ビームIBX,IBXを、X移動鏡42Xに照射する。図1では、測長ビームIBX,IBXは紙面垂直方向に重なっている。そして、X干渉計40Xは、測長ビームIBX,IBXの反射光をそれぞれ受光して、X移動鏡42Xの反射面上における測長ビームIBX,IBXの照射点のX位置を求める。なお、基準軸Oは中心軸(光軸)OM1と直交する。 X interferometer 40X, as shown in FIGS. 1 and 2, at a same distance in the ± Y direction from a parallel reference axis O X X axis, the two parallel to the X-axis measurement beams IBX B, IBX M is irradiated to the X moving mirror 42X. In FIG. 1, the measurement beams IBX B and IBX M overlap in the direction perpendicular to the paper surface. Then, X interferometer 40X is measurement beams IBX B, by receiving each reflected light of IBX M, measurement beams IBX B the reflection surface on the X movable mirror 42X, obtains the X position of the irradiation point of IBX M . Note that the reference axis O X is perpendicular to the center axis (optical axis) O M1.

第1Y干渉計40Y1は、図2に示されるように、測長ビームIBY1をY軸に平行な基準軸OY1に沿ってY移動鏡42Yに照射する。ただし、図2に示されているステージ装置30(第2テーブルT2)の位置では、測長ビームIBY1の照射点はY移動鏡42Yの反射面から外れている。この状態では、後述するように、第2Y干渉計40Y2が使用される。そして、第1Y干渉計40Y1は、測長ビームIBY1の反射光を受光して、Y移動鏡42Yの反射面上における測長ビームIBY1の照射点のY位置を求める。なお、基準軸OY1は、基準軸Oと中心軸(光軸)OM1とに、それらの交点にて直交する。 The 1Y interferometer 40Y1, as shown in FIG. 2, is irradiated to the Y moving mirror 42Y along the measurement beams parallel reference axis in the Y-axis the ibY1 O Y1. However, at the position of the stage apparatus 30 (second table T2) shown in FIG. 2, the irradiation point of the measurement beam IBY1 is deviated from the reflecting surface of the Y movable mirror 42Y. In this state, as will be described later, the second Y interferometer 40Y2 is used. The first Y interferometer 40Y1 receives the reflected light of the length measuring beam IBY1, and obtains the Y position of the irradiation point of the length measuring beam IBY1 on the reflecting surface of the Y moving mirror 42Y. Note that the reference axis O Y1 is the reference axis O X and the central axis in the (optical axis) O M1, perpendicular at their intersection.

同様に、第2Y干渉計40Y2は、Y軸に平行な基準軸OY2に沿って、測長ビームIBY2を、Y移動鏡42Yに照射する。そして、測長ビームIBY2の反射光を受光して、Y移動鏡42Yの反射面上におけるY測長ビームIBY2の照射点のY位置を求める。 Similarly, the 2Y interferometer 40Y2 is along parallel reference axis O Y2 in the Y-axis, the measurement beam IBY2, irradiates the Y movable mirror 42Y. Then, the reflected light of the length measuring beam IBY2 is received, and the Y position of the irradiation point of the Y length measuring beam IBY2 on the reflecting surface of the Y moving mirror 42Y is obtained.

第3Y干渉計40Y3(図2では不図示、図3参照)も、第1Y干渉計40Y2と同様に構成されている。ただし、第3Y干渉計40Y3は第1Y干渉計40Y1から−X方向に離間して設置され、その測長ビームの光路である測長軸(基準軸OY3とする)は第1テーブルT2の中心(該第1テーブルに保持されるウエハW1の中心にほぼ一致)で、基準軸Oと直交する。 The third Y interferometer 40Y3 (not shown in FIG. 2, refer to FIG. 3) is configured similarly to the first Y interferometer 40Y2. However, the first 3Y interferometer 40Y3 disposed apart in the -X direction from the 1Y interferometer 40Y1, the light path in which the measurement axes of the measurement beam (the reference axis O Y3) is the center of the first table T2 in (substantially coincides with the center of the wafer W1 held on the first table), perpendicular to the reference axis O X.

なお、図2に示される状態では、Y干渉計40Y2の測長ビームIBY2のみがY移動鏡42Yに照射されている。第2テーブルT2(ステージ装置30)のX位置によって、例えば図2に示される状態から第2テーブルT2(ステージ装置30)が−X方向に移動すると、順に、Y干渉計40Y2の測長ビームIBY2のみ、Y干渉計40Y2,40Y1の測長ビームIBY2,IBY1の両者、Y干渉計40Y1の測長ビームIBY1のみ、Y干渉計40Y1,40Y3の測長ビームIBY1,IBY3の両者、Y干渉計40Y3の測長ビームIBY3のみ、がY移動鏡42Yに照射される状況が生じる。そこで、制御装置120(図3参照)は、第2テーブルT2(ステージ装置30)のX位置に応じて、3つのY干渉計40Y1,40Y2,40Y3の中から、測長ビームがY移動鏡42Yに照射されている干渉計を選択して使用する。ここで、第2テーブルT2(ステージ装置30)がX軸方向に移動する場合に、干渉計システム40で計測される第2テーブルT2(ステージ装置30)のY位置は、連続した値になる必要がある。そこで、制御装置120は、隣接する2つのY干渉計からの測長ビームが、Y移動鏡42Yに同時に照射されている状態で、隣接するY干渉計間で計測値の引き継ぎ及び使用する干渉計の切り換え(つなぎ処理)を行う。   In the state shown in FIG. 2, only the length measuring beam IBY2 of the Y interferometer 40Y2 is applied to the Y moving mirror 42Y. For example, when the second table T2 (stage device 30) moves in the −X direction from the state shown in FIG. 2 depending on the X position of the second table T2 (stage device 30), the length measurement beam IBY2 of the Y interferometer 40Y2 is sequentially changed. Only, the measurement beams IBY2 and IBY1 of the Y interferometers 40Y2 and 40Y1, only the measurement beam IBY1 of the Y interferometer 40Y1, only the measurement beams IBY1 and IBY3 of the Y interferometers 40Y1 and 40Y3, and the Y interferometer 40Y3. A situation occurs in which only the length measuring beam IBY3 is irradiated onto the Y movable mirror 42Y. Therefore, the control device 120 (see FIG. 3) causes the length measuring beam to be moved from the three Y interferometers 40Y1, 40Y2, and 40Y3 according to the X position of the second table T2 (stage device 30). Select and use the interferometer irradiated on Here, when the second table T2 (stage device 30) moves in the X-axis direction, the Y position of the second table T2 (stage device 30) measured by the interferometer system 40 needs to be a continuous value. There is. Therefore, the control device 120 takes over the measurement values between the adjacent Y interferometers and uses them in a state where the length measurement beams from the two adjacent Y interferometers are simultaneously irradiated onto the Y moving mirror 42Y. (Switching process).

そして、制御装置120(図3参照)は、X干渉計40Xの計測結果、すなわち測長ビームIBX,IBXの照射点のX位置の計測結果の平均値と差、から、第2テーブルT2のX位置とθz方向の位置(回転角θz)を算出する。また、第1〜第3Y干渉計40Y1〜40Y3の計測結果より、第2ステージT2のY位置を算出する。 Then, the control device 120 (see FIG. 3) calculates the second table T2 from the measurement result of the X interferometer 40X, that is, the average value and the difference between the measurement results of the X positions of the irradiation points of the length measurement beams IBX B and IBX M. X position and θz direction position (rotation angle θz) are calculated. Further, the Y position of the second stage T2 is calculated from the measurement results of the first to third Y interferometers 40Y1 to 40Y3.

なお、4つの干渉計40X,40Y1〜40Y3の基準軸O,OY1〜OY3は、基準面S上に位置する。従って、第2テーブルT2(ステージ装置30)のX,Y,θz位置は、基準面S上で定義される。 Incidentally, the four interferometer 40X, the reference axis O X of 40Y1~40Y3, O Y1 ~O Y3 is located on the reference plane S M. Therefore, X in the second table T2 (stage device 30), Y, [theta] z position is defined on the reference plane S M.

干渉計システム45は、X干渉計45XとY干渉計45Y(図2では不図示、図3参照)とを含み、第1テーブルT1(第1テーブル装置20)のXY平面内での位置(X,Y,θz)を計測する。   The interferometer system 45 includes an X interferometer 45X and a Y interferometer 45Y (not shown in FIG. 2, refer to FIG. 3), and the position of the first table T1 (first table device 20) in the XY plane (X , Y, θz).

X干渉計45Xは、図1に示されるように、X軸に平行な2つの測長ビームIBXを第1テーブル駆動装置21に固定されたX移動鏡47Xに照射する。図1では、2つの測長ビームIBXは紙面垂直方向に重なっている。そして、X干渉計45Xは、2つの測長ビームIBXの反射光を受光して、X移動鏡47Xの反射面上における2つの測長ビームIBXの照射点のX位置を求める。   As shown in FIG. 1, the X interferometer 45 </ b> X irradiates the X moving mirror 47 </ b> X fixed to the first table driving device 21 with two length measuring beams IBX parallel to the X axis. In FIG. 1, the two measurement beams IBX overlap in the direction perpendicular to the paper surface. Then, the X interferometer 45X receives the reflected light of the two length measuring beams IBX and obtains the X position of the irradiation point of the two length measuring beams IBX on the reflection surface of the X moving mirror 47X.

Y干渉計45Y(図2では不図示、図3参照)は、Y軸に平行な測長ビーム(不図示)を第1テーブル駆動装置21に固定されたY移動鏡(不図示)に照射する。そして、Y干渉計45Yは、測長ビーム(不図示)の反射光を受光して、Y移動鏡47Yの反射面上における測長ビーム(不図示)の照射点のY位置を求める。   The Y interferometer 45Y (not shown in FIG. 2, refer to FIG. 3) irradiates a Y measuring mirror (not shown) fixed to the first table driving device 21 with a length measuring beam (not shown) parallel to the Y axis. . The Y interferometer 45Y receives the reflected light of the length measurement beam (not shown) and obtains the Y position of the irradiation point of the length measurement beam (not shown) on the reflection surface of the Y movable mirror 47Y.

そして、制御装置120(図3参照)は、X干渉計45Xの計測結果、すなわち2つの測長ビームIBXの照射点のX位置の計測結果の平均値と差から、第1テーブルT1のX位置とθz方向の位置(回転角θz)を算出する。また、Y干渉計45Yの計測結果より、第1テーブルT1のY位置を算出する。   Then, the control device 120 (see FIG. 3) determines the X position of the first table T1 from the measurement result of the X interferometer 45X, that is, the average value and the difference between the measurement results of the X positions of the irradiation points of the two length measuring beams IBX. And the position in the θz direction (rotation angle θz) are calculated. Further, the Y position of the first table T1 is calculated from the measurement result of the Y interferometer 45Y.

図3には、基板貼り合わせ装置100の制御系の主要構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ(又はワークステーション)から成る制御装置120を中心として構成されている。なお、図3に示されるように、基板貼り合わせ装置100は、第2テーブルのZ位置及び傾斜(θx,θy)を計測するZ・傾斜計測系60と、第1及び第2テーブルT1,T2に取り付けられる2つのウエハの間の離間距離を計測する離間距離計測系61と、を予備的に備えている。   FIG. 3 shows the main configuration of the control system of the substrate bonding apparatus 100. This control system is configured around a control device 120 composed of a microcomputer (or workstation) that controls the entire device in an integrated manner. As shown in FIG. 3, the substrate bonding apparatus 100 includes a Z / tilt measurement system 60 that measures the Z position and tilt (θx, θy) of the second table, and the first and second tables T1, T2. And a separation distance measuring system 61 for measuring a separation distance between two wafers attached to the substrate.

次に、本実施形態の基板貼り合わせ装置100で行われる、基板貼り合わせ方法について、基板貼り合わせ方法の手順の一例を示す図4のフローチャートに沿って、且つ図5〜図11を適宜参照して、説明する。   Next, regarding the substrate bonding method performed in the substrate bonding apparatus 100 of the present embodiment, along the flowchart of FIG. 4 showing an example of the procedure of the substrate bonding method, and appropriately refer to FIGS. I will explain.

図5には、一連の基板貼り合わせ工程の処理が開始される直前の基板貼り合わせ装置100の状態が示されている。この状態では、第1及び第2テーブルT1,T2には、まだ、ウエハは取り付けられていない。ステージ装置30は待機位置(この待機位置で後述するようにテーブルT2上へのウエハのロードが行われるので、以下ではローディングポジションとも呼ぶ)に待機している。また、第1テーブルT1は第2位置に退避している。   FIG. 5 shows a state of the substrate bonding apparatus 100 immediately before the processing of a series of substrate bonding steps is started. In this state, the wafer is not yet attached to the first and second tables T1, T2. The stage device 30 is waiting at a standby position (hereinafter, also referred to as a loading position because a wafer is loaded onto the table T2 as will be described later at this standby position). The first table T1 is retracted to the second position.

制御装置120は、以降、基板貼り合わせ方法の全工程を通じて、干渉計システム40を用いてステージ装置30(第2テーブルT2)のXY平面内の位置情報(r=(X,Y))を、干渉計システム45を用いて第1テーブル装置20(第1テーブルT1)のXY平面内の位置情報(r=(X,Y))を計測する。なお、ステージ装置30(ステージST)及び第1テーブル装置20(第1テーブルT1)の駆動は、制御装置120により、干渉計システム40,45の計測情報に基づいて行われるが、以下では特に必要な場合を除き、干渉計システム40,45に関する説明を省略するものとする。 Thereafter, the control device 120 uses the interferometer system 40 throughout the steps of the substrate bonding method to position information (r 2 = (X 2 , Y 2 )) in the XY plane of the stage device 30 (second table T2). ) Is measured using the interferometer system 45 in the XY plane position information (r 1 = (X 1 , Y 1 )) of the first table device 20 (first table T1). The stage device 30 (stage ST) and the first table device 20 (first table T1) are driven by the control device 120 based on the measurement information of the interferometer systems 40 and 45. Except for the cases described above, the description of the interferometer systems 40 and 45 is omitted.

制御装置120は、ステップS1に先立って、ステージ装置30(第2テーブルT2)のXY平面内の位置情報を計測する干渉計システム40をリセットする。   Prior to step S1, the control device 120 resets the interferometer system 40 that measures position information in the XY plane of the stage device 30 (second table T2).

ステップS1において、制御装置120により、ウエハW1が第2テーブルT2に取り付けられる。具体的には、まず、制御装置120は、不図示の搬送系の搬送部材(例えばロボットアーム)を用いてホルダH1を第2テーブルT2上に搬入し、バキュームチャック(不図示)を介して真空吸着により第2テーブルT2にホルダH1を保持させる。次いで、制御装置120は、不図示のプリアライメント装置を介してウエハW1のプリアライメント(外形基準の位置合わせ(中心位置及びθz回転の調整))を行う。次に、制御装置120は、搬送部材を用いてそのプリアライメント済みのウエハW1をホルダH1上にロードし、静電吸着によりホルダH1に保持させる。これにより、ウエハW1が、上方(+Z方向)に向けて且つ水平に第2テーブルT2に保持される。   In step S1, the controller 120 attaches the wafer W1 to the second table T2. Specifically, first, the control device 120 loads the holder H1 onto the second table T2 using a transfer member (for example, a robot arm) of a transfer system (not shown), and vacuums it via a vacuum chuck (not shown). The holder H1 is held on the second table T2 by suction. Next, the control device 120 performs pre-alignment of the wafer W <b> 1 (alignment based on the outer shape reference (adjustment of the center position and θz rotation)) via a pre-alignment device (not shown). Next, the control device 120 loads the pre-aligned wafer W1 on the holder H1 using the transfer member, and holds it on the holder H1 by electrostatic adsorption. Thus, the wafer W1 is held on the second table T2 upward (in the + Z direction) and horizontally.

ウエハW1の取り付け後、制御装置120は、図6に示されるように、Zステージ32(及び3つのZ駆動部33)を介して第2テーブルT2を図中の黒塗り矢印が指す+Z方向に駆動し、ウエハW2の表面を基準面S上に位置させる。 After the wafer W1 is attached, the control device 120 moves the second table T2 in the + Z direction indicated by the black arrow in the drawing via the Z stage 32 (and the three Z driving units 33) as shown in FIG. driven to position the surface of the wafer W2 on the reference plane S M.

ステップS2では、制御装置120により、マーク検出系M1を用いて、第2テーブルT2に取り付けられたウエハW1のアライメント計測が行われる。ここで、ウエハW1の表面には、露光によりマトリクス状の配置で多数のショット領域(回路パターン領域)が形成され、各ショット領域にアライメントマークが同時に形成(付設)されている。   In step S2, the alignment measurement of the wafer W1 attached to the second table T2 is performed by the control device 120 using the mark detection system M1. Here, on the surface of the wafer W1, a large number of shot areas (circuit pattern areas) are formed in a matrix arrangement by exposure, and alignment marks are simultaneously formed (attached) in each shot area.

具体的には、制御装置120は、図7に示されるように、ステージ装置30の位置情報(r)に従ってステージ装置30を水平方向(図中の白抜きの矢印が示す方向)に駆動し、ウエハW1の表面上のアライメントマークをマーク検出系M1の検出視野内に位置決めする。制御装置120は、この時のステージ装置30の位置決め位置を計測する。また、制御装置120は、マーク検出系M1を用いて、アライメントマークを検出する。位置決め位置の計測結果とアライメントマークの検出結果とから、検出されたアライメントマークのXY位置が求められる。制御装置120は、同様の計測を2つ以上のアライメントマークに対して実行する。 Specifically, as shown in FIG. 7, the control device 120 drives the stage device 30 in the horizontal direction (the direction indicated by the white arrow in the drawing) according to the position information (r 2 ) of the stage device 30. Then, the alignment mark on the surface of the wafer W1 is positioned within the detection visual field of the mark detection system M1. The control device 120 measures the positioning position of the stage device 30 at this time. Moreover, the control apparatus 120 detects an alignment mark using the mark detection system M1. From the measurement result of the positioning position and the detection result of the alignment mark, the XY position of the detected alignment mark is obtained. The control device 120 performs the same measurement on two or more alignment marks.

ステップS3では、制御装置120により、第2テーブルT2に取り付けられたウエハW1が第1テーブルT1に移し変えられる。上記のウエハW1のアライメント計測の終了後、制御装置120は、ステージ装置30を、図8中の白抜き矢印が指す方向(+X方向)に駆動し、前述のローディングポジションに位置させる(戻す)。次に、制御装置120は、搬送部材を用いて、ウエハW1を保持するホルダH1を反転装置(不図示)に送る。これと同時に、制御装置120は、Zステージ32(及び3つのZ駆動部33)を介して第2テーブルT2を図8中の黒塗り矢印が指す−Z方向に駆動し、第2テーブルT2を基準面Sから退避させる。一方、ホルダH1は反転装置により反転される。制御装置120は、その反転後のホルダH1を搬送部材を用いて第1テーブルT1の下方に搬送し、バキュームチャック(不図示)を介して真空吸着により第1テーブルT1にホルダH1を保持させる。これにより、図8に示されるように、ウエハW1が下方(−Z方向)に向けて且つ水平に第1テーブルT1に保持される。 In step S3, the control device 120 transfers the wafer W1 attached to the second table T2 to the first table T1. After the alignment measurement of the wafer W1 is completed, the control device 120 drives the stage device 30 in the direction indicated by the white arrow in FIG. 8 (+ X direction) and positions (returns) it at the aforementioned loading position. Next, the control device 120 sends the holder H1 holding the wafer W1 to the reversing device (not shown) using the transfer member. At the same time, the control device 120 drives the second table T2 in the −Z direction indicated by the black arrow in FIG. 8 via the Z stage 32 (and the three Z driving units 33), and the second table T2 is driven. It is retracted from the reference plane S M. On the other hand, the holder H1 is reversed by a reversing device. The control device 120 conveys the inverted holder H1 to the lower side of the first table T1 using a conveying member, and holds the holder H1 on the first table T1 by vacuum suction via a vacuum chuck (not shown). Accordingly, as shown in FIG. 8, the wafer W1 is held on the first table T1 downward (−Z direction) and horizontally.

さらに、ステップS3では、制御装置120により、第1テーブルT1に取り付けられたウエハW1に対するサーチアライメントが実行される。これにより、第1テーブルT1に取り付けられたウエハW1のXY平面内での回転量θzが求められる。なお、サーチアライメントの詳細説明は省略するが、第1テーブルT1に取り付けられるウエハW1の回転量θzが求められれば、第1テーブルT1に取り付け後に限らず、第1テーブルT1に搬送する途中にサーチアライメントを実行することとしても良い。   In step S3, the control device 120 executes search alignment for the wafer W1 attached to the first table T1. Thereby, the rotation amount θz of the wafer W1 attached to the first table T1 in the XY plane is obtained. Although detailed description of the search alignment is omitted, if the rotation amount θz of the wafer W1 attached to the first table T1 is obtained, the search is not limited to after being attached to the first table T1, but during the transfer to the first table T1. It is good also as performing alignment.

ステップS4では、制御装置120により、ウエハW2が第2テーブルT2に取り付けられる。その詳細は、ステップS1と同様である。ここで、ウエハW2を第2テーブルT2に保持されたホルダH2上にロードする際、制御装置120は、ステップS3において計測されたウエハW1の回転量θzに基づいて、ウエハW1の回転(θz)位置にほぼ一致するようにウエハW2をXY平面内で回転させた上でホルダH2に取り付ける。なお、ウエハW1の回転量θzが小さい場合、ウエハW2をホルダH2に吸着保持後にステージ装置30のθz方向の回転角を調整することで、ウエハW1の回転(θz)位置にウエハW2の回転位置を一致させても良い。   In step S4, the control device 120 attaches the wafer W2 to the second table T2. The details are the same as in step S1. Here, when loading the wafer W2 onto the holder H2 held on the second table T2, the control device 120 rotates the wafer W1 (θz) based on the rotation amount θz of the wafer W1 measured in step S3. The wafer W2 is rotated in the XY plane so as to substantially coincide with the position, and then attached to the holder H2. When the rotation amount θz of the wafer W1 is small, the rotation position of the wafer W2 is adjusted to the rotation (θz) position of the wafer W1 by adjusting the rotation angle in the θz direction of the stage device 30 after the wafer W2 is sucked and held by the holder H2. May be matched.

ウエハW2の取り付け後、制御装置120は、Zステージ32(及び3つのZ駆動部33)を介して第2テーブルT2を+Z方向に駆動し、ウエハW2の表面を基準面S上に位置させる。 After mounting of the wafer W2, the control unit 120, Z stage 32 (and the three Z drive portion 33) of the second table T2 via the + Z is driven in the direction to position the surface of the wafer W2 on the reference plane S M .

ステップS5では、制御装置120により、図9に示されるように、マーク検出系M1を用いて第2テーブルT2に取り付けられたウエハW2のアライメント計測が行われる。アライメント計測の詳細は、ステップ2におけるアライメント計測と同様である。   In step S5, as shown in FIG. 9, the controller 120 performs alignment measurement of the wafer W2 attached to the second table T2 using the mark detection system M1. Details of the alignment measurement are the same as the alignment measurement in Step 2.

ステップS6では、制御装置120により、ベースライン計測が行われる。制御装置120は、マーク検出系M1を用いてホルダH2(又は第2テーブルT2)上に形成された基準マーク(不図示)を検出する。検出後、制御装置120は、Zステージ32を介して第2テーブルT2を図10中の黒塗り矢印が指す−Z方向に駆動し、ウエハW2を基準面SMから退避させる。また、制御装置120は、第1テーブル駆動装置21を介して第1テーブルT1を図10中の黒塗り矢印が指す−Z方向に駆動して第1位置に位置させ、ウエハW1の表面を基準面S上に位置決めする。 In step S6, the control device 120 performs baseline measurement. The control device 120 detects a reference mark (not shown) formed on the holder H2 (or the second table T2) using the mark detection system M1. After detection, the control device 120, the second table T2 is driven in the -Z direction indicated by the black arrow in FIG. 10 via the Z stage 32, to retract the wafer W2 from the reference plane S M. Further, the control device 120 drives the first table T1 in the −Z direction indicated by the black arrow in FIG. 10 via the first table driving device 21 to position it in the first position, and the surface of the wafer W1 is used as a reference. It is positioned on the surface S M.

ステップS7では、制御装置120により、ウエハW1,W2が貼り合わせられる。制御装置120は、まず、ステップS2において求められたウエハW1のアライメントマークの検出位置と、ステップS5において求められたウエハW2のアライメントマークの検出位置と、ステップS6において求められたベースラインの計測結果と、を用いて、ウエハW1,W2の貼り合わせ位置に対応するステージ装置30の目標位置(X,Y,θz)を求める。目標位置として、例えば、2つのウエハW1,W2のそれぞれのアライメントマークの間において、対となるアライメントマーク間の基準面S内での相対距離の自乗和が最小となる位置が採用される。 In step S <b> 7, the control device 120 bonds the wafers W <b> 1 and W <b> 2 together. First, the controller 120 detects the alignment mark detection position of the wafer W1 obtained in step S2, the alignment mark detection position of the wafer W2 obtained in step S5, and the baseline measurement result obtained in step S6. Then, the target position (X 0 , Y 0 , θz 0 ) of the stage apparatus 30 corresponding to the bonding position of the wafers W1 and W2 is obtained. As the target position, for example, between each of the alignment marks of the two wafers W1, W2, the position where the sum of the squares of the relative distance of the reference plane S M between the alignment marks forming a pair is minimized is employed.

最後に、制御装置120は、図11に示されるように、ステージ装置30をステージ装置30の位置情報(r)に従ってXY平面内で駆動し(図中の白抜き矢印参照)、目標位置(X,Y,θz)に位置決めする。そして、制御装置120は、Z・傾斜計測系60を用いて第2テーブルT2の傾斜θx,θyが変わらないことを確認しながら、またZ・傾斜計測系60又は離間距離計測系61を用いて2つのウエハW1,W2の間の離間距離を確認しながら、第2テーブル駆動装置31を介して第2テーブルT2を図中の黒塗り矢印が指す+Z方向に駆動し、第2テーブルT2を第1テーブルT1にZ軸方向に関して接近させ、両テーブルT1,T2に取り付けられたウエハW1,W2を重ね合わせる。そして、制御装置120は、重ね合わせられたウエハW1,W2のそれぞれを保持するホルダH1、H2を留め具を用いて重ね固定して、第1及び第2テーブルT1,T2から取り外す。そして、重ね合わされたウエハW1,W2及びホルダH1,H2を搬送部材を用いて不図示の予備加熱室へ搬送する。以後、加熱工程以降の処理が行われ、貼り合わせウエハ、さらにはこれを用いた3次元積層型の半導体デバイスが製造される。 Finally, as shown in FIG. 11, the control device 120 drives the stage device 30 in the XY plane according to the position information (r 1 ) of the stage device 30 (see the white arrow in the figure), and the target position ( Position to X 0 , Y 0 , θz 0 ). The control device 120 confirms that the inclinations θx and θy of the second table T2 do not change using the Z / tilt measurement system 60, and uses the Z / tilt measurement system 60 or the separation distance measurement system 61. While confirming the separation distance between the two wafers W1, W2, the second table T2 is driven in the + Z direction indicated by the black arrow in the drawing via the second table driving device 31, and the second table T2 is moved to the second table T2. One table T1 is brought close to the Z-axis direction, and the wafers W1, W2 attached to both tables T1, T2 are overlapped. Then, the control device 120 detaches the holders H1 and H2 that hold the stacked wafers W1 and W2 from the first and second tables T1 and T2 by using the fasteners. Then, the stacked wafers W1, W2 and holders H1, H2 are transferred to a preheating chamber (not shown) using a transfer member. Thereafter, processing after the heating step is performed, and a bonded wafer and further a three-dimensional stacked semiconductor device using the bonded wafer are manufactured.

なお、ウエハの貼り合わせ位置の求め方として、例えば、米国特許第4,780,617号明細書等などに詳細に開示される、EGA(エンハンズド・グローバル・アライメント)におけるEGAパラメータを各ウエハについて求め、その求めた結果から貼り合わせ位置を算出しても良い。この場合、ステップS2,S5で、それぞれウエハに対するEGA計測が行われることとなる。   As a method for obtaining the wafer bonding position, for example, EGA parameters in EGA (Enhanced Global Alignment) disclosed in detail in, for example, US Pat. No. 4,780,617 are obtained for each wafer. The bonding position may be calculated from the obtained result. In this case, EGA measurement for the wafer is performed in steps S2 and S5, respectively.

上述の基板貼り合わせ工程のステップS7において、ウエハW1を保持する第1テーブルT1(第1テーブル装置20)に対してウエハW2を保持する第2テーブルT2(ステージ装置30)を精密に駆動することで、ウエハW1,W2を正確に位置合わせする。ここで、第1及び第2テーブルT1,T2に保持されたウエハW1,W2を張り合わせるために第2テーブルT2(ステージ装置30)を駆動してウエハW2をウエハW1に接触させると、すなわち第2テーブルT2を第1テーブルT1に接触させると、第1及び第2テーブルT1,T2の駆動において共振(共振モード)が発生し、第2テーブルT2(ステージ装置30)の精密且つ安定な制御の障害要因となり得る。   In step S7 of the above-described substrate bonding step, the second table T2 (stage device 30) holding the wafer W2 is precisely driven with respect to the first table T1 (first table device 20) holding the wafer W1. Thus, the wafers W1 and W2 are accurately aligned. Here, in order to bond the wafers W1 and W2 held on the first and second tables T1 and T2, the second table T2 (stage device 30) is driven to bring the wafer W2 into contact with the wafer W1, that is, the first When the two tables T2 are brought into contact with the first table T1, resonance (resonance mode) occurs in the driving of the first and second tables T1 and T2, and precise and stable control of the second table T2 (stage device 30) is performed. It can be an obstacle.

第1及び第2テーブルT1,T2の駆動における共振(共振モード)を考える。ただし、簡単のため、第1及び第2テーブルT1,T2のX軸方向についての並進のみを考える。   Consider resonance (resonance mode) in driving the first and second tables T1, T2. However, for the sake of simplicity, only translation in the X-axis direction of the first and second tables T1 and T2 will be considered.

本実施形態の基板貼り合わせ装置100における第1テーブルT1を備える第1テーブル装置20と第2テーブルT2を備えるステージ装置30との並進運動を、図12(A)に示される力学模型、すなわちばねとダンパにより連結された2つの剛体の並進運動として表現する。なお、2つの剛体はばねのみにより連結されるものとする、或いは注目する2つの剛体を含む2以上の剛体がばねとダンパ(又はばねのみ)により連結されるものとして表現しても良い。   The translational motion of the first table device 20 having the first table T1 and the stage device 30 having the second table T2 in the substrate bonding apparatus 100 of the present embodiment is represented by the dynamic model shown in FIG. And the translational motion of two rigid bodies connected by a damper. Two rigid bodies may be connected only by a spring, or two or more rigid bodies including two noted rigid bodies may be expressed as being connected by a spring and a damper (or only a spring).

図12(B)には、図12(A)の力学模型における各種パラメータ及びそれらの代表値がまとめられている。第1テーブルT1(第1テーブル装置20)及び第2テーブルT2(ステージ装置30)に対応する2つの剛体をそれぞれ第1及び第2ステージと呼ぶ。第1及び第2ステージの質量をそれぞれm,m、第1ステージに対する剛性係数及び粘性係数をそれぞれk,c、第2ステージに対する剛性係数及び粘性係数をそれぞれk,c、第1及び第2ステージ間の摩擦による剛性係数及び粘性係数をそれぞれk,c、及び第2ステージに作用する推力をFとする。これらのパラメータの代表値は、後述する式(1a)及び式(1b)により表されるモデル式が、それぞれ、図5(A)及び図5(B)に示される周波数応答特性の実験結果、すなわち操作量U(F)に対する第1及び第2制御量X,Xの実測結果を式(1a)及び式(1b)に適用することにより求められる伝達関数P,Pの周波数応答特性を再現するように、最小自乗法等を用いて決定されたものである。 FIG. 12B summarizes various parameters and their representative values in the dynamic model of FIG. Two rigid bodies corresponding to the first table T1 (first table device 20) and the second table T2 (stage device 30) are referred to as a first stage and a second stage, respectively. The masses of the first and second stages are m 1 and m 2 , the stiffness and viscosity coefficients for the first stage are k 1 and c 1 , respectively, and the stiffness and viscosity coefficients for the second stage are k 0 and c 0 , respectively. The stiffness coefficient and the viscosity coefficient due to friction between the first and second stages are k 2 and c 2 , respectively, and the thrust acting on the second stage is F 2 . The representative values of these parameters are obtained from the experimental results of the frequency response characteristics shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B), respectively, as model expressions represented by the following expressions (1a) and (1b). That is, the frequencies of the transfer functions P 1 and P 2 obtained by applying the actual measurement results of the first and second control amounts X 1 and X 2 with respect to the operation amount U (F 2 ) to the equations (1a) and (1b). It is determined using the least square method or the like so as to reproduce the response characteristics.

図12(A)の力学模型では、ウエハW1,W2の貼り合わせに伴う第1テーブルT1(第1テーブル装置20)及び第2テーブルT2(ステージ装置30)の接触状態を剛性係数k及び粘性係数cを用いて表現する。図12(C)には、3通りのモデルA、B、及びCにおける剛性係数k及び粘性係数cの値がまとめられている。モデルA(剛性係数k、粘性係数cともに零)は、第1及び第2テーブルT1,T2が互いに接触していない状態を表現する。モデルB及びCは、それらが互いに接触し、それぞれそれらの接触が弱い及び強い状態を表現する。 12 The dynamics model (A), the wafer W1, the first table accompanying the attachment of W2 T1 (first table unit 20) and the stiffness coefficient k 2 and viscous contact state of the second table T2 (stage device 30) It expressed using the coefficients c 2. FIG. 12C summarizes the values of the stiffness coefficient k 2 and the viscosity coefficient c 2 in the three models A, B, and C. Model A (the stiffness coefficient k 2 and the viscosity coefficient c 2 are both zero) represents a state where the first and second tables T1 and T2 are not in contact with each other. Models B and C represent states where they touch each other and their contact is weak and strong, respectively.

上述の力学模型から、第1テーブルT1(第1テーブル装置20)及び第2テーブルT2(ステージ装置30)の入出力応答、すなわち操作量である第2ステージに作用する推力Fに対する制御量である第1及び第2テーブルT1,T2のX位置X,Xの応答、を表現する伝達関数P1,Pは、ラプラス変換形において、次のように与えられる。 From the above dynamics model, input-output response of the first table T1 (first table unit 20) and the second table T2 (stage device 30), that is, the control amount to the thrust F 2 acting on the second stage is operated amount Transfer functions P 1 and P 2 representing responses of X positions X 1 and X 2 of certain first and second tables T 1 and T 2 are given as follows in the Laplace transform form.

Figure 2013115086
Figure 2013115086

また、上述の力学模型において共振は2つ存在する。それらの周波数fp1,fp2は、次のように求められる。 There are two resonances in the above-mentioned dynamic model. The frequencies f p1 and f p2 are obtained as follows.

Figure 2013115086
Figure 2013115086

図13(A)及び図13(B)には、それぞれ、伝達関数P1,P2のボード線図(振幅(ゲイン)|P(s)|及び位相arg(P(s)))の周波数応答特性が示されている。ここで、s=jω=j2πf、j=√(−1)、fは周波数である。ボード線図は、図12(C)にまとめた3つのモデルA,B,Cのそれぞれについて与えられている。   13A and 13B show the frequency response characteristics of the Bode diagrams (amplitude (gain) | P (s) | and phase arg (P (s))) of the transfer functions P1 and P2, respectively. It is shown. Here, s = jω = j2πf, j = √ (−1), and f is a frequency. The Bode diagram is given for each of the three models A, B, and C summarized in FIG.

第1及び第2ステージが互いに接触していない状態を表現するモデルAでは、伝達関数P,Pの周波数応答特性において共振モードは現れない。これに対し、第1及び第2ステージが互いに接触した状態を表現するモデルB,Cでは、それぞれ、約100Hz及び30数Hzの位置に共振モードが現れる。また、これは接触が強くなるにつれ(剛性係数k及び粘性係数cが大きくなるにつれ)共振モードが現れる周波数が低くなることを示唆している。従って、第1及び第2ステージが互いに接触し、さらにその接触状態が変化することにより、第1及び第2ステージ(伝達関数P,P)の周波数応答特性が著しく変化することが分かる。 In the model A expressing the state where the first and second stages are not in contact with each other, the resonance mode does not appear in the frequency response characteristics of the transfer functions P 1 and P 2 . On the other hand, in the models B and C expressing the state where the first and second stages are in contact with each other, a resonance mode appears at a position of about 100 Hz and about 30 Hz, respectively. This also suggests that the frequency at which the resonance mode appears becomes lower as the contact becomes stronger (as the stiffness coefficient k 2 and the viscosity coefficient c 2 become larger). Therefore, it can be seen that the frequency response characteristics of the first and second stages (transfer functions P 1 and P 2 ) change significantly when the first and second stages come into contact with each other and the contact state changes.

上述の共振モードを相殺し、第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動を精密かつ安定に制御するために、干渉計システム40のX干渉計40X(第1計測器)に加えて干渉計システム45のX干渉計45X(第2計測器)を用いて、1入力2出力系(SIMO系)のフィードバック制御系を構築する。ここで、第1及び第2テーブルT1,T2がそれぞれ保持するウエハW1,W2を張り合わせるために第1及び第2テーブルT1,T2を互いに接触した際に、第1計測器(X干渉計40X(移動鏡42X))が設置された第2テーブルT2(ステージ装置30)が示す共振モードに対して逆相の共振モードを示す第1テーブルT1(第1テーブル装置20)に第2計測器(X干渉計45X(移動鏡47X))が設置されている。これにより、目的のフィードバック制御系の構築が可能となる。   In addition to the X interferometer 40X (first measuring instrument) of the interferometer system 40, the interferometer system is used in order to cancel the resonance mode described above and precisely and stably control the driving of the second table T2 (stage device 30). A feedback control system of a 1-input 2-output system (SIMO system) is constructed using 45 X interferometers 45X (second measuring device). Here, when the first and second tables T1, T2 are brought into contact with each other in order to bond the wafers W1, W2 held by the first and second tables T1, T2, respectively, the first measuring instrument (X interferometer 40X). (Moving mirror 42X)) is installed on the first table T1 (first table device 20) indicating the resonance mode opposite to the resonance mode indicated by the second table T2 (stage device 30) provided with the second measuring device (first table device 20). X interferometer 45X (moving mirror 47X)) is installed. This makes it possible to construct a target feedback control system.

図14には、第2テーブルT2(ステージ装置30)を駆動する駆動システムに対応する1入力2出力系(SIMO系)の閉ループ制御系(フィードバック制御系)を示すブロック図が示されている。この閉ループ制御系に対応する駆動システムは、第1制御対象である第2テーブルT2(ステージ装置30)のX位置(第1の制御量X)を計測する干渉計システム40のX干渉計40X(第1計測器)と、第2制御対象である第1テーブルT1(第1テーブル装置20)のX位置(第2の制御量X)を計測する干渉計システム45のX干渉計45X(第2計測器)と、目標値Rと第1及び第2の制御量の計測結果(X,X)とに基づいて操作量U(駆動力F)を演算し、その結果を第2テーブル駆動装置31に送信して第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動を制御するステージ制御装置50と、を含む。なお、第2テーブル駆動装置31は、受信した操作量U(駆動力F)に従って、駆動力Fに等しい駆動力を第2テーブルT2(ステージ装置30)に加える。これにより、第2テーブルT2(ステージ装置30)が駆動される。 FIG. 14 is a block diagram showing a closed loop control system (feedback control system) of a 1-input 2-output system (SIMO system) corresponding to a drive system that drives the second table T2 (stage device 30). The drive system corresponding to this closed-loop control system is an X interferometer 40X of the interferometer system 40 that measures the X position (first control amount X 2 ) of the second table T2 (stage device 30) that is the first control target. (First measuring instrument) and the X interferometer 45X (second control amount X 1 ) of the first table T1 (first table device 20) that is the second control target. The operation amount U (driving force F 2 ) is calculated based on the second measuring instrument), the target value R, and the measurement results (X 2 , X 1 ) of the first and second control amounts, and the result is calculated as the first A stage control device 50 that transmits to the two-table drive device 31 and controls the drive of the second table T2 (stage device 30). Note that the second table drive apparatus 31 according to the received operation amount U (driving force F 2), is added an equal driving force to the driving force F 2 in the second table T2 (stage device 30). As a result, the second table T2 (stage device 30) is driven.

ここで、目標値(目標軌道)、制御量、操作量等は、時間の関数として定義されるが、図14及びそれを用いた説明では、制御ブロック図の説明に際しての慣習に従い、それらのラプラス変換を用いて説明を行うものとする。また、後述する演算式U(R−X,R−X)についても、ラプラス変換形においてその定義を与えるものとする。また、以降においても、特に断らない限り、ラプラス変換(ラプラス変換形)を用いて説明するものとする。 Here, the target value (target trajectory), the controlled variable, the manipulated variable, etc. are defined as a function of time. In FIG. 14 and the description using the same, the Laplace according to the convention in the description of the control block diagram is used. The description will be made using conversion. Further, the definition of an arithmetic expression U (R−X 1 , R−X 2 ) described later is given in the Laplace transform form. Further, hereinafter, unless otherwise specified, the description will be made using Laplace transform (Laplace transform type).

ステージ制御装置50は、目標生成部50と、2つの制御器50,50と、2つの減算器50,50と、加算器50と、を含む。なお、これら各部は、実際には、ステージ制御装置50を構成するマイクロコンピュータとソフトウェアによって実現されるが、ハードウェアによって構成しても勿論良い。 Stage controller 50 includes a target generator 50 0, two controllers 50 1, 50 2, and two subtractors 50 3, 50 4, an adder 50 5. Note that each of these units is actually realized by a microcomputer and software constituting the stage control device 50, but may be constituted by hardware.

目標生成部50は、第2テーブルT2(ステージ装置30)の目標値、ここでは目標位置(時々刻々変化する位置の目標値)Rを生成して、減算器50,50に供給する。 Target generator 50 0, the target value of the second table T2 (stage device 30), where it generates a target position (target value of the constantly changing position) R is supplied to the subtracter 50 3, 50 4 .

減算器50は、目標位置RとX干渉計45Xによって計測される第1テーブルT1(伝達関数P)のX位置Xとの差、すなわち偏差(R−X)を算出し、制御器50(伝達関数C)に供給する。減算器50は、目標位置RとX干渉計40Xによって計測される第2テーブルT2(伝達関数P)のX位置Xとの差、すなわち偏差(R−X)を算出し、制御器50(伝達関数C)に供給する。ここで、X位置X、XはそれぞれX干渉計45X,40Xによって計測されるが、図14では、図示が省略されている。以降の閉ループ制御系のブロック図においても同様に計測器は図示が省略される。 The subtracter 50 3 calculates the difference between the X-position X 1 of the first table T1 (transfer function P 1) measured by the target position R and X interferometer 45X, i.e. deviation (R-X 1), the control Is supplied to a device 50 1 (transfer function C 1 ). Subtracter 50 4 calculates the difference between the X-position X 2 of the second table T2 (transfer function P 2) measured by the target position R and X interferometer 40X, i.e. deviation (R-X 2), the control To the device 50 2 (transfer function C 2 ). Here, the X positions X 1 and X 2 are measured by the X interferometers 45X and 40X, respectively, but are not shown in FIG. In the subsequent block diagrams of the closed loop control system, the measuring instrument is omitted in the same manner.

制御器50(伝達関数C)は、偏差(R−X)が零となるように、演算(制御演算)により中間量C(R−X)を算出し、加算器50に送出する。同様に、制御器50(伝達関数C)は、偏差(R−X)が零となるように、制御演算により中間量C(R−X)を算出し、加算器50に送出する。ここで、C,Cは、それぞれ、制御器50,50の伝達関数である。伝達関数とは、入力信号r(t)と出力信号C(t)とのラプラス変換の比R(s)/C(s)、すなわちインパルス応答関数のラプラス変換関数である。 The controller 50 1 (transfer function C 1 ) calculates an intermediate amount C 1 (R−X 1 ) by calculation (control calculation) so that the deviation (R−X 1 ) becomes zero, and the adder 50 5. To send. Similarly, the controller 50 2 (transfer function C 2 ) calculates an intermediate amount C 2 (R−X 2 ) by control calculation so that the deviation (R−X 2 ) becomes zero, and the adder 50 5. To send. Here, C 1 and C 2 are transfer functions of the controllers 50 1 and 50 2 , respectively. The transfer function is a Laplace transform ratio R (s) / C (s) of the Laplace transform between the input signal r (t) and the output signal C (t), that is, a Laplace transform function of an impulse response function.

加算器50は、制御器50,50の出力(中間量)を加算して操作量Uを求める。このように、ステージ制御装置50は、X干渉計45X,40Xの計測結果(X,X2)と目標位置Rとに基づいて演算式U(R−X,R−X)=C(R−X)+C(R−X)で表される制御演算を行って操作量Uを求め、該操作量Uを制御対象である第2テーブルT2(ステージ装置30)を駆動する第2テーブル駆動装置31に与える。これにより、第2テーブル駆動装置31により操作量Uに従って第2テーブルT2(ステージ装置30)が駆動され、その位置が制御される。 Adder 50 5, the controller 50 1, 50 2 outputs (intermediate quantity) are added to determine the manipulated variable U. As described above, the stage control apparatus 50 calculates the arithmetic expression U (R−X 1 , R−X 2 ) = C based on the measurement results (X 1 , X 2 ) of the X interferometers 45X and 40X and the target position R. A control calculation represented by 1 (R−X 1 ) + C 2 (R−X 2 ) is performed to obtain an operation amount U, and the operation amount U is driven to a second table T2 (stage device 30) that is a control target. To the second table driving device 31. Thus, the second table driving device 31 drives the second table T2 (stage device 30) according to the operation amount U, and the position thereof is controlled.

先述の伝達関数P,Pを用いて、制御器50,50を設計する、すなわち伝達関数C,Cを決定する。便宜のため、伝達関数P,P,C,Cを、次の分数式形において表す。 The controllers 50 1 and 50 2 are designed using the transfer functions P 1 and P 2 described above, that is, the transfer functions C 1 and C 2 are determined. For convenience, the transfer functions P 1 , P 2 , C 1 , C 2 are represented in the following fractional expression form.

Figure 2013115086
Figure 2013115086

この場合、フィードバック制御系(図14)に対する閉ループ伝達関数の特性方程式ACLは、1+C+Cの分数式の分子部分により与えられる。すなわち、
Acl(s)=Dc(s)Dp(s)+Nc1(s)Np1(s)+Nc2(s)Np2(s) …(4)
特性方程式ACLにおいて、任意の解析関数αを用いて、次式を満たすようにNC1,NC2を決定する。
Nc1(s)Np1(s)+Nc2(s)Np2(s)=Dp(s)α(s) …(5)
これにより、次の開ループ伝達関数が得られる。
In this case, the characteristic equation A CL of the closed loop transfer function for the feedback control system (FIG. 14) is given by the numerator part of the fractional expression of 1 + C 1 P 1 + C 2 P 2 . That is,
A cl (s) = D c (s) D p (s) + N c1 (s) N p1 (s) + N c2 (s) N p2 (s) (4)
In the characteristic equation A CL , N C1 and N C2 are determined so as to satisfy the following expression using an arbitrary analysis function α.
N c1 (s) N p1 (s) + N c2 (s) N p2 (s) = D p (s) α (s) (5)
This gives the next open loop transfer function.

Figure 2013115086
Figure 2013115086

これにより、P,Pのそれぞれに含まれる共振振舞いを与える極(すなわちP,Pのそれぞれが示す共振モード)が極零相殺される。さらに、このときの次の特性方程式が安定な極を有するように極配置設計する。
Acl(s)=(Dc(s)+α(s))Dp(s) …(7)
Accordingly, poles providing a resonant behavior included in each of P 1, P 2 (i.e. resonant mode indicated by the respective P 1, P 2) are pole-zero cancellation. Further, pole arrangement design is performed so that the following characteristic equation at this time has a stable pole.
A cl (s) = (D c (s) + α (s)) D p (s) (7)

次に、伝達関数C,C(NC1,NC2,D,α)の具体形を決定する。まず、式(6)を満たすNC1,NC2を考える。ここで、
(m1s2+c1s+k1)Np1(s)+(m2s2+c0s+k0)Np2(s)=Dp(s) …(8)
この関係より、次のようにNC1,NC2を与える。
Next, the specific form of the transfer functions C 1 and C 2 (N C1 , N C2 , D C , α) is determined. First, consider N C1 and N C2 that satisfy Equation (6). here,
(m 1 s 2 + c 1 s + k 1 ) N p1 (s) + (m 2 s 2 + c 0 s + k 0 ) N p2 (s) = D p (s) (8)
From this relationship, N C1 and N C2 are given as follows.

Figure 2013115086
Figure 2013115086

これにより、第1及び第2ステージ間の摩擦による剛性係数k及び粘性係数cに依存しない伝達関数C,Cが得られる、すなわち制御器50,50を設計することができる。次に、D,αを決定する。ここで、伝達関数C,Cを3次の2重積分型の制御器として設計する。 Thereby, transfer functions C 1 and C 2 that do not depend on the stiffness coefficient k 2 and the viscosity coefficient c 2 due to the friction between the first and second stages can be obtained, that is, the controllers 50 1 and 50 2 can be designed. . Next, to determine the D C, alpha. Here, the transfer functions C 1 and C 2 are designed as a third-order double integral type controller.

Figure 2013115086
Figure 2013115086

発明者らは、上で設計した制御器50,50(伝達関数C,C)を用いて構築されるSIMO系のフィードバック制御系のパフォーマンスを、図12(C)に与えた第1及び第2ステージ間の摩擦による剛性係数k及び粘性係数cに関する3つのモデルA,B,Cについてのシミュレーションにより検証した。ここで、第1及び第2テーブルT1,T2の力学的運動(応答特性)は、前述の剛体模型(伝達関数C,C)を用いて再現されている。 The inventors have shown the performance of the feedback control system of the SIMO system constructed using the controllers 50 1 and 50 2 (transfer functions C 1 and C 2 ) designed above in FIG. 1 and stiffness coefficient due to friction between the second stage k 2 and the viscosity coefficient c 2 for the three models a, B, was verified by simulation for C. Here, the mechanical motions (response characteristics) of the first and second tables T1 and T2 are reproduced using the above-described rigid body models (transfer functions C 1 and C 2 ).

図15(A)〜図15(C)には、それぞれモデルA〜Cに対する、本実施形態のフィードバック制御系(3rd C double integral type SRC)の感度関数(閉ループ伝達関数)S(及びT=1−S;Tは相補感度関数)の周波数応答特性を示すゲイン線図が示されている。ここで、帯域を100Hzとした。また、比較例として、先述の極配置設計を行っていない従来型のフィードバック制御系(P−PI)の感度関数S(及びT=1−S;Tは相補感度関数)の周波数応答特性を示すゲイン線図も示されている。ただし、帯域は約30Hzである。   FIGS. 15A to 15C show the sensitivity function (closed loop transfer function) S (and T = 1) of the feedback control system (3rd C double integral type SRC) of the present embodiment for models A to C, respectively. A gain diagram showing frequency response characteristics of -S; T is a complementary sensitivity function) is shown. Here, the band was set to 100 Hz. As a comparative example, the frequency response characteristic of the sensitivity function S (and T = 1−S; T is a complementary sensitivity function) of a conventional feedback control system (P-PI) that does not perform the above-described pole arrangement design is shown. A gain diagram is also shown. However, the bandwidth is about 30 Hz.

極配置設計を行っていない従来型のフィードバック制御系の場合、3つのモデル、すなわち第1及び第2テーブルT1,T2間の接触状態の変化によって、感度関数S及び相補感度関数Tは著しく変化する。特にモデルCにおいては、第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動制御が完全に破綻していることがわかる。これに対し、本実施形態のフィードバック制御系の場合、3つのモデル、すなわち第1及び第2テーブルT1,T2間の接触状態の変化に拠らず、感度関数S及び相補感度関数Tは変化せず、第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動制御の安定が維持されることがわかる。   In the case of a conventional feedback control system in which no pole arrangement design is performed, the sensitivity function S and the complementary sensitivity function T change significantly due to changes in the contact state between the three models, that is, the first and second tables T1 and T2. . In particular, in the model C, it can be seen that the drive control of the second table T2 (stage device 30) is completely broken. On the other hand, in the case of the feedback control system of the present embodiment, the sensitivity function S and the complementary sensitivity function T are not changed regardless of the change of the contact state between the three models, that is, the first and second tables T1 and T2. It can be seen that the stability of the drive control of the second table T2 (stage device 30) is maintained.

図16(A)〜図16(C)には、それぞれモデルA〜Cに対する、本実施形態のフィードバック制御系(3rd C double integral type SRC)と極配置設計を行っていない従来型のフィードバック制御系(P−PI)とのそれぞれに対するナイキスト線図が示されている。従来型のフィードバック制御系の場合、3つのモデルに対して、点(−1,0)を囲まず、ナイキストの安定条件を満たしているが、特にモデルCに対しその振舞いが著しく変化していることがわかる。これに対し、本実施形態のフィードバック制御系の場合、3つのモデルに対して、点(−1,0)を囲まず、ナイキストの安定条件を満たしている。従って、本実施形態のフィードバック制御系では、安定余裕を十分に保ちつつ外乱抑圧特性が大幅に改善され、さらに第1及び第2テーブルT1,T2間の接触状態の変化に対してロバストな制御系が構築されていることがわかる。   16 (A) to 16 (C) show the feedback control system (3rd C double integral type SRC) of the present embodiment and the conventional feedback control system that does not perform pole placement design for models A to C, respectively. Nyquist diagrams for each of (P-PI) are shown. In the case of the conventional feedback control system, the point (-1, 0) is not enclosed for the three models, and the Nyquist stability condition is satisfied, but the behavior changes particularly for the model C. I understand that. On the other hand, in the case of the feedback control system of the present embodiment, the Nyquist stability condition is satisfied without surrounding the point (−1, 0) for the three models. Therefore, in the feedback control system of this embodiment, the disturbance suppression characteristic is greatly improved while maintaining a sufficient stability margin, and the control system is robust against changes in the contact state between the first and second tables T1 and T2. It can be seen that is built.

図17(A)〜図17(C)には、それぞれモデルA〜Cに対する、本実施形態のフィードバック制御系(3rd C double integral type SRC)と極配置設計を行っていない従来型のフィードバック制御系(P−PI)とのそれぞれに対する第2テーブルT2(ステージ装置30)の時間応答特性、すなわち追従誤差の時間変化が示されている。ここで、各制御器はサンプリング周期240msでTustin変換により離散化した。また、時刻0sにて1Nmのステップ外乱を印加した。   17 (A) to 17 (C) show the feedback control system (3rd C double integral type SRC) of the present embodiment and the conventional feedback control system in which no pole arrangement design is performed for models A to C, respectively. A time response characteristic of the second table T2 (stage device 30) with respect to each of (P-PI), that is, a time change of the tracking error is shown. Here, each controller was discretized by Tustin conversion at a sampling period of 240 ms. A step disturbance of 1 Nm was applied at time 0s.

従来型のフィードバック制御系に比べて本実施形態のフィードバック制御系は、感度関数の低域のゲイン特性が低いため、いずれのモデルにおいても収束が速いことがわかる。なお、本実施形態のフィードバック制御系に対する時間応答特性において小さい振動(残留振動)が見られるが、外乱抑圧特性は感度関数Sと第2テーブルT2のX位置Xの応答(伝達関数P)で表されるとおり、第2テーブルT2の持つ減衰によって収束することになる。そこで、ピークフィルタなどを用いることにより、この残留振動を積極的に制振するなどしても良い。 Compared with the conventional feedback control system, the feedback control system of this embodiment has a low gain characteristic in the low frequency range of the sensitivity function. In addition, although small vibration (residual vibration) is seen in the time response characteristic with respect to the feedback control system of this embodiment, the disturbance suppression characteristic is the response (transfer function P 2 ) of the sensitivity function S and the X position X 2 of the second table T2. As shown, the convergence is caused by the attenuation of the second table T2. Therefore, this residual vibration may be positively suppressed by using a peak filter or the like.

以上説明したように、本実施形態に係る基板貼り合わせ装置100によると、第1及び第2テーブルT1,T2がそれぞれ保持するウエハW1,W2を張り合わせるために第1及び第2テーブルT1,T2を互いに接触した際に、X干渉計40X(第1計測器)が設置された第2テーブルT2(ステージ装置30)が示す共振モードに対して逆相の共振モードを示す第1テーブルT1(第1テーブル装置20)にX干渉計45X(第2計測器)が設置されている。これらの計測器を用いて1入力2出力系(SIMO系)のフィードバック制御系を構築することにより、第1及び第2テーブルT1,T2間の接触状態に拠らず、制御系を切り換えることなく、高帯域でロバストな第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動を制御する駆動システムを設計することが可能となる。   As described above, according to the substrate bonding apparatus 100 according to the present embodiment, the first and second tables T1, T2 are used to bond the wafers W1, W2 held by the first and second tables T1, T2, respectively. Are in contact with each other, the first table T1 (the first table T1) showing the resonance mode opposite in phase to the resonance mode indicated by the second table T2 (stage device 30) on which the X interferometer 40X (first measurement device) is installed. One table device 20) is provided with an X interferometer 45X (second measuring device). By constructing a feedback control system of a 1-input 2-output system (SIMO system) using these measuring instruments, the control system is not switched without depending on the contact state between the first and second tables T1, T2. It is possible to design a drive system that controls the drive of the second table T2 (stage device 30) that is robust in a high band.

また、第1及び第2テーブルT1,T2の位置(第2及び第1制御量)X,Xの計測結果を用いて操作量を求めるための演算式U(X,X)=C+Cにおいて、伝達関数C,Cを、第1及び第2テーブルT1,T2の応答を表現する伝達関数P,Pのそれぞれに含まれる共振モードに対応する極が開ループ伝達関数C+Cにおいて相殺されるように決定する。さらに、伝達関数P,Pの具体形を、第1テーブルT1を備える第1テーブル装置20と第2テーブルT2を備えるステージ装置30との運動をばねとダンパにより連結された2つの剛体の並進運動として表現する力学模型(剛体模型)を用いて与える。これにより、閉ループ伝達関数においてP,Pの共振振舞い(共振モード)が相殺され(Pの共振モードがPの共振モードにより相殺され)、第1及び第2テーブルT1,T2間の接触状態に拠らず、制御系を切り換えることなく、ロバストな第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動を制御する駆動システムを設計することが可能となる。 Further, an arithmetic expression U (X 1 , X 2 ) = for obtaining an operation amount using the measurement results of the positions (second and first control amounts) X 1 , X 2 of the first and second tables T1, T2. In C 1 X 1 + C 2 X 2 , the transfer functions C 1 and C 2 correspond to the resonance modes included in the transfer functions P 1 and P 2 representing the responses of the first and second tables T1 and T2, respectively. Determine that the poles cancel in the open loop transfer function C 1 P 1 + C 2 P 2 . Further, the specific shapes of the transfer functions P 1 and P 2 are obtained by changing the motion of the first table device 20 having the first table T1 and the stage device 30 having the second table T2 by two rigid bodies connected by a spring and a damper. It is given using a dynamic model (rigid body model) expressed as translational motion. As a result, the resonance behaviors (resonance modes) of P 1 and P 2 are canceled in the closed-loop transfer function (the resonance mode of P 1 is canceled by the resonance mode of P 2 ), and between the first and second tables T1 and T2. It is possible to design a driving system that controls the driving of the robust second table T2 (stage device 30) without switching the control system regardless of the contact state.

また、第2テーブルT2(第1制御対象)の位置(第1制御量)を計測するとともに、第1及び第2テーブルT1,T2がそれぞれ保持するウエハW1,W2を張り合わせるために第1及び第2テーブルT1,T2を互いに接触した際に、第1制御対象が示す共振モードと逆相の剛体モードに対する共振モードを示す第2制御対象である第1テーブルT1(第1テーブル装置20)の位置(第2制御量)を計測し、それらの計測結果と目標値とに基づいて制御演算を行って操作量を求め、得られた操作量を第2テーブル駆動装置31に与えることにより、第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動を制御する。これにより、第1及び第2テーブルT1,T2間の接触状態に拠らず、制御系を切り換えることなく、第2テーブルT2(ステージ装置30)を精密且つ安定に駆動することが可能となる。   In addition, the position (first control amount) of the second table T2 (first control target) is measured, and the first and second tables T1 and T2 are bonded together to hold the wafers W1 and W2, respectively. When the second tables T1 and T2 are brought into contact with each other, the first table T1 (first table device 20) that is the second control target that indicates the resonance mode with respect to the rigid body mode opposite to the resonance mode indicated by the first control target. By measuring the position (second control amount), performing a control calculation based on the measurement result and the target value, obtaining the operation amount, and giving the obtained operation amount to the second table drive device 31, The driving of the two tables T2 (stage device 30) is controlled. Thus, the second table T2 (stage device 30) can be accurately and stably driven without switching the control system regardless of the contact state between the first and second tables T1 and T2.

また、制御器50,50(伝達関数C,C)を、第1及び第2テーブルT1,T2の応答を表現する伝達関数P,Pのそれぞれに含まれる共振モードに対応する極が開ループ伝達関数C+Cにおいて相殺されるように設計(決定)する。これにより、閉ループ伝達関数においてP,Pの共振振舞い(共振モード)が相殺され(Pの共振モードがPの共振モードにより相殺され)、第1及び第2テーブルT1,T2間の接触状態に拠らず、制御系を切り換えることなく、高帯域でロバストな第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動の制御が可能となる。 Further, the controllers 50 1 and 50 2 (transfer functions C 1 and C 2 ) correspond to the resonance modes included in the transfer functions P 1 and P 2 representing the responses of the first and second tables T1 and T2, respectively. Are designed (determined) so that the poles to be canceled out in the open loop transfer function C 1 P 1 + C 2 P 2 As a result, the resonance behaviors (resonance modes) of P 1 and P 2 are canceled in the closed-loop transfer function (the resonance mode of P 1 is canceled by the resonance mode of P 2 ), and between the first and second tables T1 and T2. The driving control of the second table T2 (stage device 30), which is robust in a high band, can be performed without switching the control system regardless of the contact state.

また、本実施形態に係る基板貼り合わせ装置100は、上述のように設計された第2テーブルT2(ステージ装置30)の駆動システムを備えるため、第2テーブルT2(ステージ装置30)を精密且つ安定に駆動することが可能となり、貼り合わせ精度の向上が可能となる。これにより、例えば、大直径のウエハを高精度、例えば100nmオーダーの精度で重ね合わせることが可能になり、ひいては実装面積効率の高い3次元積層型の半導体デバイスを効率良く製造することが可能になる。   Further, since the substrate bonding apparatus 100 according to the present embodiment includes the drive system for the second table T2 (stage apparatus 30) designed as described above, the second table T2 (stage apparatus 30) is precisely and stably provided. And the bonding accuracy can be improved. As a result, for example, large-diameter wafers can be superposed with high accuracy, for example, on the order of 100 nm, and as a result, a three-dimensional stacked semiconductor device with high mounting area efficiency can be efficiently manufactured. .

なお、本実施形態では、制御対象である第2テーブルT2(ステージ装置30)(及び第1テーブルT1(第1テーブル装置20))の制御量として位置を選択したが、これに代えて速度、加速度等、位置以外の位置に関連する物理量を制御量として選択しても良い。かかる場合、干渉計システム40(を構成するX干渉計40X)(干渉計システム45(を構成するX干渉計45X))とは独立の速度計測器、加速度計測器等を設置し、それらを用いて速度、加速度等を計測することとする。あるいは、干渉計システム40(干渉計システム45)の1階差分または2階差分演算により、速度、加速度を算出して用いてもよい。   In the present embodiment, the position is selected as the control amount of the second table T2 (stage device 30) (and the first table T1 (first table device 20)) to be controlled, but instead of this, the speed, A physical quantity related to a position other than the position, such as acceleration, may be selected as the control amount. In such a case, a speed measuring device, an acceleration measuring device and the like independent from the interferometer system 40 (which constitutes the X interferometer 40X) (the interferometer system 45 (which constitutes the X interferometer 45X)) are installed and used. Speed, acceleration, etc. will be measured. Alternatively, the speed and acceleration may be calculated and used by the first-order difference or second-order difference calculation of the interferometer system 40 (interferometer system 45).

なお、上記実施形態では、X軸方向についての第2テーブルT2(ステージ装置30)(及び第1テーブルT1(第1テーブル装置20))の駆動を制御する場合について説明したが、Y軸方向及びZ軸方向についての第2テーブルT2(ステージ装置30)(及び第1テーブルT1(第1テーブル装置20))の駆動を制御する場合についても、同様にして、フィードバック制御系を設計することができ、同等の効果を得ることができる。   In the above embodiment, the case of controlling the driving of the second table T2 (stage device 30) (and the first table T1 (first table device 20)) in the X-axis direction has been described. The feedback control system can be designed in the same manner when controlling the driving of the second table T2 (stage device 30) (and the first table T1 (first table device 20)) in the Z-axis direction. The equivalent effect can be obtained.

また、本実施形態では、干渉計システム40として1つの2軸干渉計を含む4つの干渉計を用いることとしたが、これに限らず、Z軸方向に所定距離離間させて複数の測長ビームを平行に射出する多軸干渉計を用いることとしても良い。この多軸干渉計をX干渉計40Xとして用いれば、さらに、第2テーブルT2のY軸周りの回転角(傾斜角)θyを計測することができる。また、Y干渉計40Y1〜40Y3として用いれば、さらに、第2テーブルT2のX軸周りの回転角(傾斜角)θxを計測することができる。また、干渉計システム45として1つの2軸干渉計を含む2つの干渉計を用いることとしたが、これに限らず、Z軸方向に所定距離離間させて複数の測長ビームを平行に射出する多軸干渉計を用いることとしても良い。この多軸干渉計をX干渉計45Xとして用いれば、さらに、第1テーブルT1のY軸周りの回転角(傾斜角)θyを計測することができる。また、Y干渉計45Yとして用いれば、さらに、第1テーブルT1のX軸周りの回転角(傾斜角)θxを計測することができる。   In this embodiment, four interferometers including one two-axis interferometer are used as the interferometer system 40. However, the interferometer system 40 is not limited to this, and a plurality of measurement beams separated by a predetermined distance in the Z-axis direction. It is good also as using the multi-axis interferometer which injects in parallel. If this multi-axis interferometer is used as the X interferometer 40X, the rotation angle (tilt angle) θy around the Y axis of the second table T2 can be further measured. In addition, when used as the Y interferometers 40Y1 to 40Y3, the rotation angle (tilt angle) θx around the X axis of the second table T2 can be further measured. In addition, although two interferometers including one two-axis interferometer are used as the interferometer system 45, the present invention is not limited to this, and a plurality of measurement beams are emitted in parallel at a predetermined distance in the Z-axis direction. A multi-axis interferometer may be used. If this multi-axis interferometer is used as the X interferometer 45X, the rotation angle (tilt angle) θy around the Y axis of the first table T1 can be further measured. Further, when used as the Y interferometer 45Y, the rotation angle (tilt angle) θx around the X axis of the first table T1 can be further measured.

また、上記実施形態では、第1テーブルT1は第1テーブル駆動装置21を用いて鉛直(Z軸)方向にのみ移動可能としたが、これに限らず、さらにXY平面内(X,Y,θz)で移動可能、あるいは全6自由度方向(X,Y,Z,θx,θy,θz)に移動可能としても良い。かかる場合に、本実施形態の1入力2出力系(SIMO系)のフィードバック制御系において得られる操作量を第1テーブル駆動装置21にも与えることにより、第2テーブルT2(ステージ装置30)とともに第1テーブルT1(第1テーブル装置20)の駆動を制御することとしても良い。この場合においても、第1及び第2テーブルT1,T2間の接触状態に拠らず、第1及び第2テーブルT1,T2を精密且つ安定に駆動することが可能となる。   In the above embodiment, the first table T1 can be moved only in the vertical (Z-axis) direction using the first table driving device 21. However, the first table T1 is not limited to this, and is further in the XY plane (X, Y, θz). ), Or in all six degrees of freedom directions (X, Y, Z, θx, θy, θz). In such a case, the operation amount obtained in the feedback control system of the 1-input 2-output system (SIMO system) of the present embodiment is also given to the first table driving device 21, so that the second table T 2 (stage device 30) and the second table T 2 (stage device 30). The driving of one table T1 (first table device 20) may be controlled. Even in this case, the first and second tables T1 and T2 can be accurately and stably driven regardless of the contact state between the first and second tables T1 and T2.

また、上記実施形態で説明したステージ装置30の構成は一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、ステージ装置30は、少なくとも2次元平面内で移動可能であれば足りる。従って、第2テーブル駆動装置31は、必ずしも設けなくても良いが、設ける場合にも、上記実施形態の構成と異なる構成でも良い。例えば、3つのZ駆動部の駆動ストロークが十分に長ければ、Zステージを設けることなく、個別に駆動可能な3つのZ駆動部のみで第2テーブル駆動装置を構成しても良い。   The configuration of the stage apparatus 30 described in the above embodiment is an example, and the present invention is not limited to this. For example, it is sufficient that the stage device 30 is movable at least in a two-dimensional plane. Therefore, the second table driving device 31 is not necessarily provided, but may be provided with a configuration different from the configuration of the above embodiment. For example, if the driving strokes of the three Z driving units are sufficiently long, the second table driving device may be configured with only three Z driving units that can be individually driven without providing a Z stage.

なお、上記実施形態では、第1テーブルT1とマーク検出系M1とがフレーム10に固定され、第2テーブルT2がXY平面内で移動可能なステージ装置30に搭載された場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態と上下反転した構成を採用しても良い。すなわち、第1テーブルT1とマーク検出系M1とが上向きにステージ定盤13に固定され、第2テーブルT2が下向きに設けられたステージ装置30が、フレーム10の天板部12の下面に沿って移動可能な構成を採用しても良い。あるいは、上記実施形態のフレームを除く構成各部を横置きにしたような構成を採用しても良い。この場合、ステージ装置30は、YZ平面に沿って移動することとなるとともに、第1テーブルT1は、X軸方向に往復移動可能で、第2テーブルT2は、X軸方向及びYZ平面に対する傾斜方向に駆動可能に構成されることとなる。   In the above-described embodiment, the case where the first table T1 and the mark detection system M1 are fixed to the frame 10 and the second table T2 is mounted on the stage device 30 movable in the XY plane has been described. The invention is not limited to this. For example, you may employ | adopt the structure upside down with the said embodiment. That is, the stage device 30 in which the first table T1 and the mark detection system M1 are fixed upward on the stage surface plate 13 and the second table T2 is provided downward is along the lower surface of the top plate portion 12 of the frame 10. A movable configuration may be adopted. Or you may employ | adopt the structure which set each part of the structure except the flame | frame of the said embodiment horizontally. In this case, the stage device 30 moves along the YZ plane, the first table T1 can reciprocate in the X-axis direction, and the second table T2 tilts in the X-axis direction and the YZ plane. It is configured to be drivable.

また、上記実施形態では、ホルダH1,H2を用いて、ウエハW1,W2を基板貼り合わせ装置100に取り付けることとしたが、ウエハ用のホルダに代えて、ウエハをダイシングして得られる半導体チップ用のホルダを用いることにより、チップレベルからウエハレベルまでの貼り合わせが可能になる。また、単層のウエハ(あるいは単層の半導体チップ)に限らず、複数のウエハ(複数の半導体チップ)が積層済みの半導体部材を扱うこともできる。   In the above embodiment, the wafers W1 and W2 are attached to the substrate bonding apparatus 100 using the holders H1 and H2. However, instead of the wafer holders, the wafers are obtained by dicing the wafer. By using this holder, bonding from the chip level to the wafer level becomes possible. Further, not only a single-layer wafer (or a single-layer semiconductor chip) but also a semiconductor member in which a plurality of wafers (a plurality of semiconductor chips) are stacked can be handled.

さらに、本発明は、上述したウエハ等の半導体基板の貼り合わせ、あるいは半導体チップの貼り合わせに限らず、その他の基板、例えば液晶用のガラス基板などの貼り合わせにも適用が可能である。この場合、基板ホルダは必ずしも用いる必要はない。その他基板の概念に含まれる板状部材同士であれば、本発明の基板貼り合わせ装置及び貼り合わせ方法による、貼り合わせの対象に含まれる。   Furthermore, the present invention is not limited to the above-described bonding of semiconductor substrates such as wafers or bonding of semiconductor chips, but can also be applied to bonding of other substrates, for example, glass substrates for liquid crystals. In this case, the substrate holder is not necessarily used. Other plate-like members included in the concept of the substrate are included in the objects to be bonded by the substrate bonding apparatus and the bonding method of the present invention.

また、上記実施形態では、第1及び第2テーブルT1,T2がそれぞれ保持するウエハW1,W2を張り合わせる基板貼り合わせ装置100において1入力2出力系(SIMO系)のフィードバック制御系を構築したが、基板貼り合わせ装置に限らず、制御対象が別部材に物理的に接触し(或いは連結し)、その状態が変わり得る装置についても本実施形態の1入力2出力系(SIMO系)のフィードバック制御系を構築することも可能である。これにより、制御対象の接触状態(或いは連結状態)に拠らず、高帯域でロバストな制御対象の駆動制御が可能となる。   In the above embodiment, a 1-input 2-output (SIMO) feedback control system is constructed in the substrate bonding apparatus 100 that bonds the wafers W1, W2 held by the first and second tables T1, T2, respectively. The feedback control of the 1-input 2-output system (SIMO system) of this embodiment is not limited to the substrate bonding apparatus, but also for an apparatus in which the object to be controlled physically contacts (or is connected) to another member and its state can be changed. It is also possible to construct a system. As a result, the drive control of the control target that is robust in a high band is possible regardless of the contact state (or connected state) of the control target.

15…ステージ駆動装置、20…第1テーブル装置、21…第1テーブル駆動装置、30…ステージ装置、31…第2テーブル駆動装置、40,45…干渉計システム、40X,40Y1〜40Y3…X干渉計、第1〜第3Y干渉計、45X,45Y…X干渉計、Y干渉計、100…基板貼り合わせ装置、H1,H2…ホルダ、W1,W2…ウエハ、T1…第1テーブル、T2…第2テーブル、ST…ステージ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Stage drive device, 20 ... 1st table device, 21 ... 1st table drive device, 30 ... Stage device, 31 ... 2nd table drive device, 40, 45 ... Interferometer system, 40X, 40Y1-40Y3 ... X interference , First to third Y interferometers, 45X, 45Y ... X interferometer, Y interferometer, 100 ... substrate bonding apparatus, H1, H2 ... holder, W1, W2 ... wafer, T1 ... first table, T2 ... first 2 tables, ST ... stage.

Claims (16)

互いに接触可能な第1及び第2制御対象の少なくとも一方に操作量を与えて該一方の制御対象を駆動する駆動システムであって、
前記第1制御対象の位置に関連する第1制御量を計測する第1計測器と、
前記第1制御対象と接触した際に剛体モードに対して前記第1制御対象と逆相の共振モードとなる前記第2制御対象の位置に関連する第2制御量を計測する第2計測器と、
前記第1及び第2計測器の計測結果と目標値とに基づいて制御演算を行って前記操作量を求め、該操作量を前記一方の制御対象に与える制御部と、を備える駆動システム。
A drive system that drives an operation amount by giving an operation amount to at least one of the first and second control objects that can contact each other,
A first measuring instrument for measuring a first control amount related to the position of the first control object;
A second measuring instrument for measuring a second control amount related to a position of the second control object that is in a resonance mode opposite to the first control object with respect to the rigid body mode when contacting the first control object; ,
A drive system comprising: a control unit that obtains the operation amount by performing a control calculation based on measurement results and target values of the first and second measuring instruments and applies the operation amount to the one control target.
前記制御部は、前記第1及び第2制御量のそれぞれと前記目標値との差を用いてそれぞれ制御演算を行い第1及び第2の量を求める第1及び第2の制御器と、前記第1及び第2の量の和を算出して該和を前記操作量として前記一方の制御対象に与える加算器とを含む請求項1に記載の駆動システム。   The control unit performs first and second control operations to calculate first and second amounts by using a difference between each of the first and second control amounts and the target value, and The drive system according to claim 1, further comprising: an adder that calculates a sum of the first and second quantities and gives the sum to the one control object as the manipulated variable. 前記制御部は、前記目標値が入力され、前記第1及び第2制御量のラプラス変換X,Xと前記第1及び第2制御器のそれぞれに対応する伝達関数C,Cとを用いてラプラス変換形U(X,X)=C+Cで表現される演算式に従って前記操作量U(X,X)を求める閉ループ制御系を、前記制御対象と共に構成し、
前記伝達関数C,Cは、前記第1及び第2制御対象に対応する伝達関数P,Pのそれぞれに含まれる前記共振モードに対応する極が伝達関数C+Cにおいて相殺されるように決定されている請求項2に記載の駆動システム。
The control unit is input with the target value, and Laplace transforms X 1 and X 2 of the first and second control amounts and transfer functions C 1 and C 2 corresponding to the first and second controllers, respectively. A closed-loop control system for obtaining the manipulated variable U (X 1 , X 2 ) according to an arithmetic expression expressed by Laplace transform type U (X 1 , X 2 ) = C 1 X 1 + C 2 X 2 using Configured with the subject,
The transfer functions C 1 and C 2 are such that the pole corresponding to the resonance mode included in each of the transfer functions P 1 and P 2 corresponding to the first and second controlled objects has a transfer function C 1 P 1 + C 2 P. the drive system of claim 2, which is determined to be canceled in 2.
前記伝達関数P,Pの具体形は、前記第1及び第2制御対象の運動をばね又はばねとダンパにより連結された少なくとも2つ以上の剛体の運動として表現する力学模型を用いて与えられる請求項3に記載の駆動システム。 The specific forms of the transfer functions P 1 and P 2 are given using a dynamic model that expresses the motion of the first and second controlled objects as a motion of at least two rigid bodies connected by a spring or a spring and a damper. The drive system according to claim 3. 前記伝達関数P,Pは、前記操作量と前記第1及び第2制御量のラプラス変換(U,X,X)を用いてP=X/U,P=X/Uと定義され、
前記力学模型に含まれる各種パラメータは、前記操作量に対する前記第1及び第2制御量の実測結果を、前記定義式P=X/U,P=X/Uに適用することにより求められる前記伝達関数P,Pの周波数応答特性を、前記伝達関数P,Pの具体形が再現するように決定されている請求項4に記載の駆動システム。
The transfer functions P 1 and P 2 are expressed as P 1 = X 1 / U, P 2 = X 2 using Laplace transform (U, X 1 , X 2 ) of the manipulated variable and the first and second control variables. / U,
Various parameters included in the dynamic model are obtained by applying the actual measurement results of the first and second control amounts with respect to the manipulated variable to the definition formulas P 1 = X 1 / U and P 2 = X 2 / U. the transfer function P 1, P 2 of the frequency response characteristic, the transfer function P 1, the drive system of claim 4, which is determined as specific form of P 2 reproduces sought.
前記伝達関数P,Pは、前記共振モードの特性をそれぞれ表現する関数Dを用いて分数式P=NP1/D,P=NP2/Dにより表され、
前記伝達関数C,Cは、分数式C=NC1/D,C=NC2/Dにより表され、
前記伝達関数C,Cの分母部分Dは、(D+α)D(αは任意の解析関数)が任意の安定な極を有するように決定されている請求項3〜5のいずれか一項に記載の駆動システム。
The transfer function P 1, P 2 is the fractional expression P 1 = N P1 / D P using a function D P which respectively represent the characteristics of the resonant mode is represented by P 2 = N P2 / D P ,
The transfer functions C 1 and C 2 are expressed by the fractional expressions C 1 = N C1 / D C , C 2 = N C2 / D C ,
The denominator portion D C of the transfer functions C 1 and C 2 is determined such that (D C + α) D P (α is an arbitrary analytic function) has an arbitrary stable pole. The drive system as described in any one.
前記伝達関数C,Cの分子部分NC1,NC2は、前記閉ループ制御系の伝達関数の特性方程式ACL=D+NC1P1+NC2P2がACL=(D+α)Dを満たすように、前記任意の解析関数α及び前記剛体モードに係る1組のばねとダンパを除いたパラメータのみにより与えられる動特性を用いて決定されている請求項6に記載の駆動システム。 The molecular parts N C1 and N C2 of the transfer functions C 1 and C 2 are expressed by the following equation: A CL = D C D P + N C1 N P1 + N C2 N P2 is A CL = (D C + alpha) so as to satisfy D P, according to claim 6, which is determined using a dynamic characteristic only given by a parameter other than a pair of spring and damper according to the arbitrary analytic function alpha and the rigid mode Driving system. 2枚の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、
前記2枚の基板の一方を保持する第1ステージと、前記2枚の基板の他方を前記一方の基板に対向可能な向きで保持するとともに、少なくとも二次元平面内で前記第1ステージに対して相対的に移動可能な第2ステージと、をそれぞれ前記第1及び第2制御対象の一方及び他方とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の駆動システムを備える基板貼り合わせ装置。
A substrate laminating apparatus for laminating two substrates,
A first stage that holds one of the two substrates, and holds the other of the two substrates in an orientation that can face the one substrate, and at least in a two-dimensional plane with respect to the first stage The board | substrate bonding apparatus provided with the drive system as described in any one of Claims 1-7 which makes the relatively movable 2nd stage one and the other of said 1st and 2nd control object, respectively.
互いに接触可能な第1及び第2制御対象の少なくとも一方に操作量を与えて該一方の制御対象を駆動する駆動方法であって、
前記第1制御対象の位置に関連する第1制御量と、前記第1制御対象と接触した際に剛体モードに対して前記第1制御対象と逆相の共振モードとなる前記第2制御対象の位置に関連する第2制御量と、を計測することと、
前記第1及び第2計測器の計測結果と目標値とに基づいて制御演算を行って前記操作量を求め、該操作量を前記一方の制御対象に与えて該一方の制御対象を駆動することと、を含む駆動方法。
A driving method of driving one of the control objects by giving an operation amount to at least one of the first and second control objects that can contact each other,
The first control amount related to the position of the first control object, and the second control object that is in a resonance mode opposite to the first control object with respect to the rigid body mode when contacting the first control object. Measuring a second control amount related to the position;
Performing a control calculation based on the measurement results and target values of the first and second measuring instruments to obtain the manipulated variable, giving the manipulated variable to the one control object, and driving the one control object; And a driving method including:
前記駆動することでは、前記第1及び第2制御量のそれぞれと前記目標値との差を用いてそれぞれ制御演算を行い第1及び第2の量を求め、前記第1及び第2の量の和を算出して該和を前記操作量として前記一方の制御対象に与える請求項9に記載の駆動方法。   In the driving, a control calculation is performed using a difference between each of the first and second control amounts and the target value to obtain first and second amounts, and the first and second amounts are calculated. The driving method according to claim 9, wherein a sum is calculated and the sum is given to the one control object as the operation amount. 前記駆動することでは、前記第1及び第2制御量のラプラス変換X,Xと前記第1及び第2の量を求めるための伝達関数C,Cとを用いてラプラス変換形U(X,X)=C+Cで表現される演算式に従って前記操作量U(X,X)を求め、
前記伝達関数C,Cは、前記第1及び第2制御対象に対応する伝達関数P,Pのそれぞれに含まれる前記共振モードに対応する極が伝達関数C+Cにおいて相殺されるように決定される請求項10に記載の駆動方法。
In the driving, a Laplace transform type U is obtained by using Laplace transforms X 1 and X 2 of the first and second control amounts and transfer functions C 1 and C 2 for obtaining the first and second amounts. The manipulated variable U (X 1 , X 2 ) is obtained according to an arithmetic expression expressed as (X 1 , X 2 ) = C 1 X 1 + C 2 X 2 ,
The transfer functions C 1 and C 2 are such that the pole corresponding to the resonance mode included in each of the transfer functions P 1 and P 2 corresponding to the first and second controlled objects has a transfer function C 1 P 1 + C 2 P. The driving method according to claim 10, wherein the driving method is determined so as to cancel out at 2 .
前記伝達関数P,Pの具体形は、前記第1及び第2制御対象の運動をばね又はばねとダンパにより連結された少なくとも2つ以上の剛体の運動として表現する力学模型を用いて与えられる請求項11に記載の駆動方法。 The specific forms of the transfer functions P 1 and P 2 are given using a dynamic model that expresses the motion of the first and second controlled objects as a motion of at least two rigid bodies connected by a spring or a spring and a damper. The driving method according to claim 11. 前記伝達関数P,Pは、前記操作量と前記第1及び第2制御量のラプラス変換(U,X,X)を用いてP=X/U,P=X/Uと定義され、
前記力学模型に含まれる各種パラメータは、前記操作量に対する前記第1及び第2制御量の実測結果を、前記定義式P=X/U,P=X/Uに適用することにより求められる前記伝達関数P,Pの周波数応答特性を、前記伝達関数P,Pの具体形が再現するように決定されている請求項12に記載の駆動方法。
The transfer functions P 1 and P 2 are expressed as P 1 = X 1 / U, P 2 = X 2 using Laplace transform (U, X 1 , X 2 ) of the manipulated variable and the first and second control variables. / U,
Various parameters included in the dynamic model are obtained by applying the actual measurement results of the first and second control amounts with respect to the manipulated variable to the definition formulas P 1 = X 1 / U and P 2 = X 2 / U. the transmission frequency response characteristic of the function P 1, P 2, the transfer function P 1, the driving method according to claim 12 which is determined as specific form of P 2 reproduces sought.
前記伝達関数P,Pは、前記共振モードの特性をそれぞれ表現する関数Dを用いて分数式P=NP1/D,P=NP2/Dにより表され、
前記伝達関数C,Cは、分数式C=NC1/D,C=NC2/Dにより表され、
前記伝達関数C,Cの分母部分Dは、(D+α)D(αは任意の解析関数)が任意の安定な極を有するように決定されている請求項11〜13のいずれか一項に記載の駆動方法。
The transfer function P 1, P 2 is the fractional expression P 1 = N P1 / D P using a function D P which respectively represent the characteristics of the resonant mode is represented by P 2 = N P2 / D P ,
The transfer functions C 1 and C 2 are expressed by the fractional expressions C 1 = N C1 / D C , C 2 = N C2 / D C ,
The denominator portion D C of the transfer functions C 1 and C 2 is determined so that (D C + α) D P (α is an arbitrary analytic function) has an arbitrary stable pole. The driving method according to any one of the above.
前記伝達関数C,Cの分子部分NC1,NC2は、前記閉ループ制御系の伝達関数の特性方程式ACL=D+NC1P1+NC2P2がACL=(D+α)Dを満たすように、前記任意の解析関数α及び前記剛体モードに係る1組のばねとダンパを除いたパラメータのみにより与えられる動特性を用いて決定されている請求項14に記載の駆動方法。 The molecular parts N C1 and N C2 of the transfer functions C 1 and C 2 are expressed by the following equation: A CL = D C D P + N C1 N P1 + N C2 N P2 is A CL = (D C + alpha) so as to satisfy D P, according to claim 14, which is determined using a dynamic characteristic only given by a parameter other than a pair of spring and damper according to the arbitrary analytic function alpha and the rigid mode Driving method. 2枚の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ方法であって、
前記2枚の基板の一方を保持する第1ステージと、前記2枚の基板の他方を前記一方の基板に対向可能な向きで保持するとともに、少なくとも二次元平面内で前記第1ステージに対して相対的に移動可能な第2ステージと、をそれぞれ前記第1及び第2制御対象の一方及び他方とする請求項9〜15のいずれか一項に記載の駆動方法を利用する基板貼り合わせ方法。
A substrate laminating method for laminating two substrates,
A first stage that holds one of the two substrates, and holds the other of the two substrates in an orientation that can face the one substrate, and at least in a two-dimensional plane with respect to the first stage The board | substrate bonding method using the drive method as described in any one of Claims 9-15 which makes the 2nd stage which can move relatively each one and the other of the said 1st and 2nd control object.
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JP2015060946A (en) * 2013-09-19 2015-03-30 株式会社ニコン Substrate bonding device and substrate bonding method

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