JP4848203B2 - 逐次アライメント装置および逐次アライメント方法 - Google Patents

Description

本発明は、逐次アライメント装置および逐次アライメント方法に関し、特に、接合される複数のパターンを位置合わせする逐次アライメント装置および逐次アライメント方法に関する。

微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳが知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。そのＭＥＭＳは、半導体基板に形成された複数のパターンを積層して製造される。そのＭＥＭＳは、大きな接合強度を持ち、かつ、荷重による押し付けや加熱処理を必要としない常温接合が用いられて製造されることが望まれている。その常温接合では、そのパターンを鉛直方向に圧接して常温接合するときに、水平方向に位置合わせすることが必要である。

その複数のパターンを接合時に位置合わせする逐次アライメント装置が知られている。その位置合わせとしては、基板の随所にパターンニングされたアライメントマークを光学顕微鏡とＣＣＤカメラとを用いて観察して、そのアライメントマークが示す基準点をそのＣＣＤカメラの画素サイズレベルで位置ずれ量を検出し、その位置ずれ量が十分に小さくなるように基板を水平方向に移動する技術が例示される。このような技術によれば、光の波長程度の１μｍ〜０．１μｍオーダーレベルの位置ずれを補正することができる。鉛直方向に圧接して常温接合するときの水平方向の位置合わせの精度を向上させることが望まれている。

特開２０００−２３８０００号公報には、積層方向の解像度および、断面形状精度が高い微小構造体の製造方法が開示されている。その微小構造体の製造方法は、所定の２次元パターンを有する複数の薄膜が形成されたパターン基板と前記パターン基板に対向配置される対向基板との位置決め・圧接・離間を繰り返して前記対向基板上に前記複数の薄膜を積層して接合された微小構造体を製造する微小構造体の製造方法において、前記位置決めは、前記パターン基板と前記対向基板との相対的位置を検出し、前記相対的位置に基づいて行うことを特徴としている。

特開平０９−２９３６６２号公報には、特に複数波長の光源のように発熱量の大きなアライメント光源を使用する場合に、そのアライメント光源の発熱の影響を排除できる露光装置が開示されている。その露光装置は、マスクパターンを感光基板上に転写する露光本体部と、前記感光基板上の位置合わせ用マークの位置を検出する位置検出系とを備え、該位置検出系の検出結果に基づいて前記マスクパターンと前記感光基板との位置合わせを行って露光を行う露光装置において、前記位置検出系は、複数波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を前記感光基板上の位置合わせ用マークに照射する照射光学系と、前記位置合わせ用マークからの戻り光を受光する受光光学系とを有し、前記レーザ光源が前記露光本体部から隔離されて配置されたことを特徴としている。

特開平０９−２９３６６３号公報には、発熱量の大きい光電検出器を使用した場合に、その発熱の影響を軽減できる位置検出装置が開示されている。その位置検出装置は、被検物に形成された位置検出用マークに位置検出用の光束を照射する照射光学系と、前記位置検出用マークから戻される光束を受光する光電検出器とを備え、該光電検出器による光電変換信号に基づいて前記被検物の位置検出を行う位置検出装置において、前記位置検出用マークから戻される光束を前記光電検出器に導く光ガイドを設けたことを特徴としている。

特開平０８−１２４８４７号公報には、レーザー光源中に僅かのドリフト性変動がある場合でも、常に精度の高い、安定したずれ計測値の得られる位置ずれ計測方法及びそれを用いた位置ずれ計測装置が開示されている。その位置ずれ計測方法は、半導体基板上に回路パターンと共に回折格子で構成されるアライメントマークを重ね焼きした回路パターンの位置ずれを２つのアライメントマークで構成される計測マークの位置ずれとしてヘテロダイン干渉法によって計測する際、位置ずれ計測装置上に相対的ずれ量が既知の２つの回折格子より構成される安定度モニタ用マークを設け、該半導体基板上に相対的ずれ量が既知の２つの回折格子より構成される参照マークを設け、該安定度モニタ用マークを計測して、その計測値から光源の安定度を判定し、該光源の安定度に応じて該安定度モニタ用マーク及び該参照マークの計測頻度を決定し、該参照マークの計測値を使用して該計測マークの計測値を補正することを特徴としている。

特開２００４−０４２２２４号公報には、形状精度が良好な微小構造体の製造方法が開示されている。その微小構造体の製造方法は、所定の２次元パターンを有する複数の薄膜パターン、および前記複数の薄膜パターンに対応した複数の位置合わせマークが形成されたドナー基板と前記ドナー基板に対向配置されるターゲット基板との位置合わせ・圧接・離間を繰り返して前記複数の薄膜パターンを転写・積層して接合された微小構造体を製造する方法において、前記位置合わせは、数１０ｎｍ以下の分解能を有する観察手段を用いて行うことを特徴としている。

特開平０５−１０７０４２号公報には、高精度位置合わせや誤差補正を行う回折格子による位置検出方法が開示されている。その回折格子による位置検出方法は、対象物の表面に形成した回折格子に光を照射し、この回折格子から生ずる±の１次反射回折光のうちの一方を４分割光電センサにて受光し、この４分割光電センサの４つの分割面での受光光量の演算にて上記対象物の回転角度を検出する。

特許２９８４４４１号公報には、層間の素子の位置が精密に位置合わせできるとともに貼り合わせできるようにした三次元ＬＳＩ用積層装置が開示されている。その三次元ＬＳＩ積層装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θ_Ｘ，θ_Ｙ，θ_Ｚのうち少なくとも１軸合計４軸以上の制御軸をもった大ストローク低分解能の粗動ステージと、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θ_Ｘ，θ_Ｙ，θ_Ｚの３軸のうちの少なくともθ_Ｚの１軸を含む合計４軸以上の制御軸をもった小ストローク高分解能の微動ステージと、前記粗動ステージ及び微動ステージによりＸＹ方向位置合わせ及びＺ方向の位置決め押し当てが可能な二枚のウェーハと、二枚のウェーハの垂直方向であるＺ方向の間隔を検出する少なくとも三つのギャップセンサと、ウェーハ貼り合わせ時の荷重を検出するロードセルと、二枚のウェーハの面内方向であるＸＹ方向の位置偏差を検出する位置検出手段と、二枚のウェーハを接着剤により硬化接着する硬化接着手段と、前記位置検出手段及び硬化接着手段を移動位置決めする移動機構を有した装置において、前記位置検出手段により検出された二枚のウェーハのＸＹ方向の位置偏差に基づいて、前記粗動ステージ及び微動ステージをクローズドループ制御することにより二枚のウェーハのＸＹ方向位置合わせを行うと共に前記ギャップセンサにより検出された間隔及び前記ロードセルにより検出された荷重に基づき、前記粗動ステージ及び微動ステージをクローズドループ制御することにより二枚のウェーハの平行度調整及び二枚のウェーハの押し当てを行う制御装置を設けたことを特徴としている。

特開２０００−２３８０００号公報 特開平０９−２９３６６２号公報 特開平０９−２９３６６３号公報 特開平０８−１２４８４７号公報 特開２００４−０４２２２４号公報 特開平０５−１０７０４２号公報 特許２９８４４４１号公報

本発明の課題は、２つの基板を接合するときの位置決めの効率を向上させる逐次アライメント装置および逐次アライメント方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、位置決めの精度を向上させる逐次アライメント装置および逐次アライメント方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、２つの基板を近づけるように基板を移動するステージを小型化する逐次アライメント装置および逐次アライメント方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、検出装置を小型化する逐次アライメント装置および逐次アライメント方法を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による逐次アライメント装置（１）は、ターゲット基板（５３）をｚ方向に移動可能に支持する第１ステージ（５）と、ターゲット基板（５３）に接合される複数のパターンが形成されるドナー基板（３１）をｚ方向と異なるｘｙ方向に移動可能に支持する第２ステージ（６）と、ドナー基板（３１）に形成される回折格子（３４、３５）にレーザー光（４１）を照射して回折格子（３４、３５）を反射した回折光（４２）を受光する検出装置（１５）と、回折光（４２）に基づいてドナー基板（３１）のｘｙ方向に関する位置を測定する測定装置（１７）とを備えている。このとき、検出装置（１５）は、第１ステージ（５）に固定されることが好ましい。

本発明による逐次アライメント装置（１）は、レーザー光（４１）を生成するレーザ光発生装置（１１）と、レーザー光（４１）をレーザ光発生装置（１１）から検出装置（１５）に伝送する第１光ファイバ（１４）と、回折光（４２）を検出装置（１５）からレーザ光発生装置（１１）に伝送する第２光ファイバ（１６）とをさらに備えている。このとき、検出装置（１５）は、小型化することができ、逐次アライメント装置（１）は、第１ステージ（５）を小型化することができ、好ましい。

本発明による逐次アライメント装置（１）は、第１ステージ（５）と第２ステージ（６）とが配置される真空雰囲気を内部に生成するチャンバー（２）を備えている。このとき、検出装置（１５）とレーザ光発生装置（１１）とは、チャンバー（２）の外部に配置されることが好ましい。

検出装置（１５）は、レーザー光（４１）を射出するレーザービーム射出窓（２９−１，２９−２）と回折光（４２）を受光する受光窓（２９−１，２９−２）とを備えている。本発明による逐次アライメント装置（１）は、レーザービーム射出窓（２９−１，２９−２）と受光窓（２９−１，２９−２）とを開閉するシャッター（２１）とをさらに備えている。このとき、検出装置（１５）のレーザービーム射出窓（２９−１，２９−２）と受光窓（２９−１，２９−２）とは、ターゲット基板（５３）の接合される表面とドナー基板（３１）の接合される表面とに粒子が照射されるときに、その粒子に曝されないで、かつ、その粒子によりターゲット基板（５３）とドナー基板（３１）とから弾き飛ばされた粒子に曝されない。このような逐次アライメント装置（１）は、レーザービーム射出窓（２９−１，２９−２）と受光窓（２９−１，２９−２）との汚染、腐食を防止して、レーザービーム射出窓（２９−１，２９−２）と受光窓（２９−１，２９−２）とのメンテナンスを軽減することができる。

本発明による逐次アライメント方法は、本発明による逐次アライメント装置（１）を用いて実行される逐次アライメント方法である。本発明による逐次アライメント方法は、回折光（４２）に基づいてドナー基板（３１）のｘｙ方向に関する位置を測定するステップと、第１ステージ（５）によりターゲット基板（５３）がｚ方向に移動するときにターゲット基板（５３）の接合される部位とパターンの接合される部位とが接触するように、第２ステージ（６）を用いてドナー基板（３１）を位置合わせするステップとを備えていることが好ましい。

本発明による常温接合装置（１）は、ターゲット基板（５３）をｚ方向に移動可能に支持する第１ステージ（５）と、ターゲット基板（５３）に常温接合される複数のパターンが形成されるドナー基板（３１）をｚ方向と異なるｘｙ方向に移動可能に支持する第２ステージ（６）と、ドナー基板（３１）に形成される回折格子（３４、３５）にレーザー光（４１）を照射して回折格子（３４、３５）を反射した回折光（４２）を受光する検出装置（１５）と、回折光（４２）に基づいてドナー基板（３１）のｘｙ方向に関する位置を測定する測定装置（１７）とを備えている。このとき、検出装置（１５）は、第１ステージ（５）に固定されることが好ましい。

本発明による常温接合方法は、本発明による常温接合装置（１）を用いて製品を生産する常温接合方法である。本発明による常温接合方法は、ターゲット基板（５３）の常温接合される部位とパターンの常温接合される部位とに粒子を照射するステップと、その粒子を照射した後に、回折光（４２）に基づいてドナー基板（３１）のｘｙ方向に関する位置を測定するステップと、第１ステージ（５）によりターゲット基板（５３）がｚ方向に移動するときにターゲット基板（５３）の常温接合される部位とパターンの常温接合される部位とが接触するように、第２ステージ（６）を用いてドナー基板（３１）を位置合わせするステップとを備えていることが好ましい。

本発明による常温接合方法は、粒子を照射した後に、第１ステージ（５）によりターゲット基板（５３）をｚ方向に移動するステップをさらに備えている。このとき、位置を測定するときのターゲット基板（５３）とドナー基板（３１）との距離は、粒子を照射するときのターゲット基板（５３）とドナー基板（３１）との距離より小さいことが好ましい。

本発明による常温接合方法は、ドナー基板（３１）を位置合わせした後に、ターゲット基板（５３）の常温接合される部位とパターンの常温接合される部位とを常温接合するステップをさらに備えている。このとき、ターゲット基板（５３）は、ドナー基板（３１）を位置合わせした後に、ドナー基板（３１）から遠ざけないことが好ましい。

本発明による逐次アライメント装置および逐次アライメント方法は、２つの基板を接合するときの位置決めの効率を向上させることができる。

図面を参照して、本発明による逐次アライメント装置の実施の形態を記載する。その逐次アライメントは、たとえば、常温接合を用いて製品を生産するときに利用される常温接合装置に適用される。その常温接合装置１は、図１に示されているように、接合チャンバー２と上側ステージ５と下側ステージ６と水平位置測定装置７とを備えている。接合チャンバー２は、内部を環境から密閉する容器であり、ステンレス鋼により形成されている。接合チャンバー２は、図示されていない真空ポンプと蓋とを備えている。その真空ポンプは、接合チャンバー２の内部から気体を排気する。その真空ポンプとしては、内部の金属製の複数の羽根が気体分子を弾き飛ばすことにより排気するターボ分子ポンプが例示される。その蓋は、接合チャンバー２の外部と内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、開放する。

上側ステージ５は、四角柱状に形成され、接合チャンバー２の内部に配置され、接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動可能に支持されている。上側ステージ５は、図示されていない試料台と圧接機構とを備えている。その試料台は、上側ステージ５の四角柱の下端に備られる誘電層と基板の間に電圧を印加し、静電力によって基板をその誘電層に吸着する。その圧接機構は、ユーザの操作により、上側ステージ５を接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動させる。

下側ステージ６は、四角柱状に形成され、接合チャンバー２の内部に配置され、接合チャンバー２に対して水平方向に平行移動可能に支持されている。下側ステージ６は、図示されていない試料台と位置決め機構とを備えている。その試料台は、下側ステージ６の四角柱の上端に備られる誘電層と基板の間に電圧を印加し、静電力によって基板をその誘電層に吸着する。その位置決め機構は、ユーザの操作により、下側ステージ６を接合チャンバー２に対して水平方向に平行移動させる。

水平位置測定装置７は、レーザ光発生装置１１とファイバーカプラ１２と第１光ファイバ１４と検出装置１５と第２光ファイバ１６と測定装置１７とを備えている。レーザ光発生装置１１は、接合チャンバー２の外部に配置され、レーザー光を生成する。ファイバーカプラ１２は、レーザ光発生装置１１により生成されたレーザー光を第１光ファイバ１４に伝送させる。第１光ファイバ１４は、伝送される光波の偏光面が保存される光ファイバにより形成され、レーザ光発生装置１１により生成されたレーザー光を検出装置１５に伝送する。検出装置１５は、上側ステージ５に同体に接合されて支持されている。検出装置１５は、第１光ファイバ１４により伝送されたレーザー光を下側ステージ６に保持される基板に形成される回折格子に照射し、その回折格子を反射した回折光を受光する。第２光ファイバ１６は、伝送される光波の偏光面が保存される光ファイバにより形成され、検出装置１５により受光された回折光を測定装置１７に伝送する。測定装置１７は、第２光ファイバ１６により伝送された回折光に基づいて下側ステージ６に保持される基板の位置を測定する。

接合チャンバー２は、さらに、図示されていない２つのイオンガンを備えている。そのイオンガンは、加速された荷電粒子を放出する。その荷電粒子としては、アルゴンイオンが例示される。そのイオンガンの一方は、上側ステージ５に支持される基板と下側ステージ６に支持される基板とが離れているときに、上側ステージ５に支持される基板に荷電粒子を照射する。そのイオンガンの他方は、上側ステージ５に支持される基板と下側ステージ６に支持される基板とが離れているときに、下側ステージ６に支持される基板に荷電粒子を照射する。

図２は、上側ステージ５の下端を示している。常温接合装置１は、さらに、シャッター２１を備えている。シャッター２１は、扇形部分２２、２３と中央部分２４とから形成されている。扇形部分２２、２３は、それぞれ、扇形の板状に形成されている。中央部分２４は、円形の板状に形成されている。扇形部分２２、２３は、それぞれ、弧に隣接しない頂点が中央部分２４に一体に接合され、扇形部分２２は、中央部分２４の扇形部分２３が接合されている側の反対側に接合されている。シャッター２１は、回転軸２５を中心に回転可能に上側ステージ５に支持されている。回転軸２５は、鉛直方向に平行であり、中央部分２４の中心を通っている。

シャッター２１は、さらに、図示されていない回転機構を備えている。その回転機構は、ユーザの操作により、回転軸２５を中心にシャッター２１を回転する検出装置１５は、ｘ軸アライメント光学系２６−１とｙ軸アライメント光学系２６−２とから形成されている。シャッター２１は、回転軸２５を中心に回転することにより、ｘ軸アライメント光学系２６−１の下端の面の一部とｙ軸アライメント光学系２６−２の下端の面の一部とを暴露したり、覆ったりする。

図３は、ｘ軸アライメント光学系２６−１の下端の面とｙ軸アライメント光学系２６−２の下端の面とを示している。ｘ軸アライメント光学系２６−１は、レーザビーム射出口２９−１を下端の面に備えている。ｙ軸アライメント光学系２６−２は、レーザビーム射出口２９−２を下端の面に備えている。レーザビーム射出口２９−１、２９−２は、それぞれ、レーザ光発生装置１１により生成されたレーザー光に関して透明である材料から形成される窓である。レーザビーム射出口２９−１、２９−２は、それぞれ、シャッター２１により暴露したり、覆ったりされる領域に配置されている。すなわち、シャッター２１は、回転することによりレーザビーム射出口２９−１、２９−２を開閉する。

ｘ軸アライメント光学系２６−１は、レーザビーム射出口２９−１を介して第１光ファイバ１４により伝送されたレーザー光を下側ステージ６に保持される基板に形成される回折格子に照射し、レーザビーム射出口２９−１を介してその回折格子を反射した回折光を受光する。ｙ軸アライメント光学系２６−２は、レーザビーム射出口２９−２を介して第１光ファイバ１４により伝送されたレーザー光を下側ステージ６に保持される基板に形成される回折格子に照射し、レーザビーム射出口２９−２を介してその回折格子を反射した回折光を受光する。

図４は、下側ステージ６に保持されるドナー基板を示している。そのドナー基板３１は、円盤状に形成されている。そのドナー基板３１は、複数のセル３２−１〜３２−ｎ（ｎ＝２，３，４，…）が形成されている。各セル３２−ｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）は、パターン３３とｘ軸位置合わせ用アライメントマーク３４とｙ軸位置合わせ用アライメントマーク３５とが形成されている。パターン３３は、ドナー基板３１から剥離可能に形成され、常温接合装置１により生産される製品の一部に形成されている。すなわち、その製品は、複数のセル３２−１〜３２−ｎのうちのいくつかのセルに形成されるパターン３３を積層することにより製造される。ｘ軸位置合わせ用アライメントマーク３４は、ドナー基板３１の表面に等間隔に多数のｙ軸方向に平行な溝を刻んだ回折格子である。ｙ軸位置合わせ用アライメントマーク３５は、ドナー基板３１の表面に等間隔に多数のｘ軸方向に平行な溝を刻んだ回折格子である。

検出装置１５（ｘ軸アライメント光学系２６−１またはｙ軸アライメント光学系２６−２）から射出されたレーザー光４１は、図５に示されているように、ドナー基板３１に形成される水平位置合わせ用アライメントマーク３４、３５に照射され、水平位置合わせ用アライメントマーク３４、３５を反射する。水平位置合わせ用アライメントマーク３４、３５を反射した回折光４２は、検出装置１５に受光される。測定装置１７は、レーザー光４１と回折光４２とに基づいてドナー基板３１の水平方向の位置を測定する。レーザー光４１と回折光４２とを用いて位置を測定するメカニズムは、周知であり、たとえば、特開平０９−２９３６６２号公報と特開平０９−２９３６６３号公報とに開示されている。このような測定方法によれば、使用するレーザー光の波長より小さい分解能でドナー基板３１の水平方向の位置を測定することができる。

検出装置１５は、レーザ光発生装置１１と別個であり、レーザ光発生装置１１と一体である検出装置よりも軽量であり、かつ小さい。上側ステージ５は、水平位置測定装置７のうちの検出装置１５のみを支持している。このため、上側ステージ５は、基板と検出装置１５とを支持することができる程度の強度のみを持てばよく、レーザ光発生装置１１と一体である検出装置を支持するときより小さい強度を小さく設計されることができ、小型化することができる。このような上側ステージ５の小型化によれば、検出装置１５は、上側ステージ５に保持される基板に近く配置されることができ、位置の測定の精度を向上させることができる。さらに、常温接合装置１は、上側ステージ５の小型化により、小型化されることができる。

なお、本発明による逐次アライメント装置は、常温接合装置１と異なる他の装置に適用されることもできる。その装置としては、積層造形装置、三次元ＬＳＩ積層装置が例示される。その積層造形装置は、複数の部品を積み重ねて成形品を製作する装置である。その三次元ＬＳＩ積層装置は、シリコン・ウエハの表面に形成されるごく薄いパターンを数ｍｍ〜１ｃｍ程度の四角形のチップに切り出して立体的に積み重ね、その積層されたチップ毎の電極と回路基板をワイヤ・ボンディング技術により配線する装置である。

本発明による逐次アライメント方法の実施の形態は、たとえば、常温接合して製品を生産する常温接合方法に適用される。その常温接合方法は、常温接合装置１を用いて実行される。図６〜図１３は、その常温接合方法を示している。作業者は、まず、接合チャンバー２の蓋を開けて、上側ステージ５にターゲット基板５３を保持させ、下側ステージ６にドナー基板３１を保持させる。作業者は、接合チャンバー２の蓋を閉めて、接合チャンバー２の内部に真空雰囲気を生成する。作業者は、下側ステージ６の位置決め機構を操作して、所定のパターン３３−１がターゲット基板５３に対向するように、下側ステージ６を水平に移動する。作業者は、シャッター２１の回転機構を操作して、シャッター２１により検出装置１５のレーザビーム射出口２９−１、２９−２を覆う。作業者は、図６に示されているように、ターゲット基板５３とドナー基板３１とが十分に離れた状態で、イオンガン５１を用いてドナー基板３１に荷電粒子を照射し、イオンガン５２を用いてターゲット基板５３に荷電粒子を照射する。ドナー基板３１とターゲット基板５３とは、その荷電粒子が照射されることにより、その表面に形成される酸化物が除去され、その表面に付着している不純物が除去される。

作業者は、上側ステージ５の圧接機構を操作して、上側ステージ５を鉛直下方向に下降させて、図７に示されているように、上側ステージ５と下側ステージ６とを所定の距離Ｈまで近づける。作業者は、シャッター２１の回転機構を操作して、検出装置１５のレーザビーム射出口２９−１、２９−２を露出させる。作業者は、水平位置測定装置７を操作して、パターン３３−１が形成されるセルに形成される水平位置合わせ用アライメントマーク３４、３５にレーザー光４１を照射し、水平位置合わせ用アライメントマーク３４、３５を反射した回折光４２に基づいて、ドナー基板３１の水平方向の位置を測定する。作業者は、ターゲット基板５３とドナー基板３１とが設計通りに接合されるように、下側ステージ６の位置決め機構を操作して、その測定結果に基づいてドナー基板３１の位置を微調整する。

作業者は、ドナー基板３１の位置を微調整した後に、上側ステージ５の圧接機構を操作して、上側ステージ５を鉛直下方向に下降させて、図８に示されているように、ターゲット基板５３とドナー基板３１とを接触させる。ターゲット基板５３とドナー基板３１とは、このように接触することにより常温接合され、強固に同体に接合される。このとき、上側ステージ５は、ドナー基板３１の位置が微調整されてからターゲット基板５３とドナー基板３１とが接触するまでに上昇しない。このような常温接合方法によれば、ターゲット基板５３とドナー基板３１との位置関係は、ドナー基板３１の位置が微調整されてからターゲット基板５３とドナー基板３１とが接触するまでに、変化しにくく、ターゲット基板５３とドナー基板３１とは、精度よく、常温接合される。

作業者は、図９に示されているように、上側ステージ５を鉛直上方向に上昇させる。このとき、パターン３３−１は、ドナー基板３１から剥離して、上側ステージ５によりターゲット基板５３とともに保持される。

作業者は、下側ステージ６の位置決め機構を操作して、図１０に示されているように、パターン３３−１に接合されるパターン３３−２がターゲット基板５３に対向するように、すなわち、パターン３３−２がパターン３３−１に対向するように、下側ステージ６を水平に移動する。次いで、作業者は、シャッター２１の回転機構を操作して、シャッター２１により検出装置１５のレーザビーム射出口２９−１、２９−２を覆う。作業者は、ターゲット基板５３とドナー基板３１とが十分に離れた状態で、イオンガン５１を用いてドナー基板３１に荷電粒子を照射し、イオンガン５２を用いてターゲット基板５３に荷電粒子を照射する。

作業者は、上側ステージ５の圧接機構を操作して、上側ステージ５を鉛直下方向に下降させて、図１１に示されているように、上側ステージ５と下側ステージ６とを所定の距離Ｈまで近づける。作業者は、シャッター２１の回転機構を操作して、検出装置１５のレーザビーム射出口２９−１、２９−２を露出させる。作業者は、水平位置測定装置７を操作して、パターン３３−２が形成されるセルに形成される水平位置合わせ用アライメントマーク３４、３５にレーザー光４１を照射し、水平位置合わせ用アライメントマーク３４、３５を反射した回折光４２に基づいて、ドナー基板３１の水平方向の位置を測定する。作業者は、パターン３３−２とパターン３３−１とが設計通りに接合されるように、下側ステージ６の位置決め機構を操作してその測定結果に基づいてドナー基板３１の位置を微調整する。

作業者は、ドナー基板３１の位置を微調整した後に、上側ステージ５の圧接機構を操作して、上側ステージ５を鉛直下方向に下降させて、図１２に示されているように、パターン３３−１とパターン３３−２とを接触させて常温接合する。このとき、上側ステージ５は、ドナー基板３１の位置が微調整されてからターゲット基板５３とドナー基板３１とが接触するまでに上昇しない。作業者は、図１３に示されているように、上側ステージ５を鉛直上方向に上昇させる。このとき、パターン３３−１は、ドナー基板３１から剥離して、上側ステージ５によりターゲット基板５３とともに保持される。

作業者は、ターゲット基板５３に積層される複数のパターンが常温接合装置１により生産される製品を形成するまで、図１０〜図１２に示されるステップを繰り返し実行される。

このような常温接合方法によれば、常温接合装置１は、ドナー基板３１の水平方向の位置を精度よく測定することができ、ドナー基板３１に形成されるパターンを精度よく常温接合することができる。

本発明による常温接合装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態におけるシャッター２１が削除されている。このような常温接合装置は、常温接合装置１に比較してレーザビーム射出口２９−１、２９−２とが汚染されやすいが、常温接合装置１と同様にしてドナー基板３１の水平方向の位置を精度よく測定することができ、ドナー基板３１に形成されるパターンを精度よく常温接合することができる。

なお、本発明による逐次アライメント方法は、このような常温接合方法と異なる他の方法に適用されることもできる。その方法としては、拡散接合方法、陽極接合方法、接着接合方法が例示される。その拡散接合方法は、材料同士を融点以下の温度に加熱、加圧密着させ、互いの原子の相互拡散により固相のまま接合する方法である。その陽極接合方法は、可動イオンを含むガラスとシリコンウエハを密着接合する方法であり、重ね合わせた基板を加熱してガラス側を軟化させ、同時にシリコン側を陽極として両者の間に高電圧を付加することにより、電気的二重層を発生させて静電引力により基板同士を接合する方法である。その接着接合方法は、接着剤を介して材料同士を接合する方法である。

図１は、本発明による逐次アライメント装置が適用される常温接合装置を示す断面図である。 図２は、下側ステージの下端を示す平面図である。 図３は、検出装置の下端を示す平面図である。 図４は、ドナー基板を示す平面図である。 図５は、レーザー光と回折光とを示す概念図である。 図６は、パターンの状態を示す断面図である。 図７は、パターンの他の状態を示す断面図である。 図８は、パターンのさらに他の状態を示す断面図である。 図９は、パターンのさらに他の状態を示す断面図である。 図１０は、パターンのさらに他の状態を示す断面図である。 図１１は、パターンのさらに他の状態を示す断面図である。 図１２は、パターンのさらに他の状態を示す断面図である。 図１３は、パターンのさらに他の状態を示す断面図である。

符号の説明

１ ：常温接合装置
２ ：接合チャンバー
５ ：上側ステージ
６ ：下側ステージ
７ ：水平位置測定装置
１１：レーザ光発生装置
１２：ファイバーカプラ
１４：第１光ファイバ
１５：検出装置
１６：第２光ファイバ
１７：測定装置
２１：シャッター
２２：扇形部分
２３：扇形部分
２４：中央部分
２５：回転軸
２６−１：ｘ軸アライメント光学系
２６−２：ｙ軸アライメント光学系
２９−１：レーザビーム射出口
２９−２：レーザビーム射出口
３１：ドナー基板
３２−１〜３２−ｎ：複数のセル
３３：パターン
３３−１：パターン
３３−２：パターン
３４：ｘ軸位置合わせ用アライメントマーク
３５：ｙ軸位置合わせ用アライメントマーク
４１：レーザー光
４２：回折光
５１：イオンガン
５２：イオンガン
５３：ターゲット基板

Claims (8)

1. ターゲット基板をｚ方向に移動可能に支持する第１ステージと、
   前記ターゲット基板に接合される複数のパターンが形成されるドナー基板を前記ｚ方向と異なるｘｙ方向に移動可能に支持する第２ステージと、
   前記ドナー基板に形成される回折格子にレーザー光を照射して前記回折格子を反射した回折光を受光する検出装置と、
   前記回折光に基づいて前記ドナー基板の前記ｘｙ方向に関する位置を測定する測定装置と、
   前記レーザー光を射出するレーザービーム射出窓と前記回折光を受光する受光窓とを開閉するシャッターとを具備し、
   前記検出装置は、前記第１ステージに固定され、前記レーザービーム射出窓と前記受光窓とを備える
   逐次アライメント装置。
2. 請求項１において、
   前記レーザー光を生成するレーザ光発生装置と、
   前記レーザー光を前記レーザ光発生装置から前記検出装置に伝送する第１光ファイバと、
   前記回折光を前記検出装置から前記測定装置に伝送する第２光ファイバ
   とを更に具備する逐次アライメント装置。
3. 請求項２において、
   前記第１ステージと前記第２ステージとが配置される真空雰囲気を内部に生成するチャンバーを更に具備し、
   前記測定装置と前記レーザ光発生装置とは、前記チャンバーの外部に配置される
   逐次アライメント装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載される逐次アライメント装置を用いて実行される逐次アライメント方法であり、
   前記回折光に基づいて前記ドナー基板の前記ｘｙ方向に関する位置を測定するステップと、
   前記第１ステージにより前記ターゲット基板が前記ｚ方向に移動するときに前記ターゲット基板の接合される部位と前記パターンの接合される部位とが接触するように、前記第２ステージを用いて前記ドナー基板を位置合わせするステップ
   とを具備する逐次アライメント方法。
5. ターゲット基板をｚ方向に移動可能に支持する第１ステージと、
   前記ターゲット基板に常温接合される複数のパターンが形成されるドナー基板を前記ｚ方向と異なるｘｙ方向に移動可能に支持する第２ステージと、
   前記ドナー基板に形成される回折格子にレーザー光を照射して前記回折格子を反射した回折光を受光する検出装置と、
   前記回折光に基づいて前記ドナー基板の前記ｘｙ方向に関する位置を測定する測定装置と、
   前記レーザー光を射出するレーザービーム射出窓と前記回折光を受光する受光窓とを開閉するシャッターとを具備し、
   前記検出装置は、前記第１ステージに固定され、前記レーザービーム射出窓と前記受光窓とを備える
   常温接合装置。
6. 請求項５に記載される常温接合装置を用いて実行される常温接合方法であり、
   前記ターゲット基板の常温接合される部位と前記パターンの常温接合される部位とに粒子を照射するステップと、
   前記粒子を照射した後に、前記回折光に基づいて前記ドナー基板の前記ｘｙ方向に関する位置を測定するステップと、
   前記第１ステージにより前記ターゲット基板が前記ｚ方向に移動するときに前記ターゲット基板の常温接合される部位と前記パターンの常温接合される部位とが接触するように、前記第２ステージを用いて前記ドナー基板を位置合わせするステップ
   とを具備する常温接合方法。
7. 請求項６において、
   前記粒子を照射した後に、前記第１ステージにより前記ターゲット基板を前記ｚ方向に移動するステップを更に具備し、
   前記位置を測定するときの前記ターゲット基板と前記ドナー基板との距離は、前記粒子を照射するときの前記ターゲット基板と前記ドナー基板との距離より小さい
   常温接合方法。
8. 請求項７において、
   前記ドナー基板を位置合わせした後に、前記ターゲット基板の常温接合される部位と前記パターンの常温接合される部位とを常温接合するステップを更に具備し、
   前記ターゲット基板は、前記ドナー基板を位置合わせした後に、前記ドナー基板から遠ざけない
   常温接合方法。

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