JP5338114B2 - 半導体基板の貼り合わせ装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一の半導体基板を他の半導体基板に貼り合わせる半導体基板の貼り合わせ装置及び貼り合わせ装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。特に、少なくとも一方の半導体基板を保持する基板保持テーブルの傾斜が調整される半導体基板の貼り合わせ装置及び該装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。

半導体基板などの基板同士の貼り合わせにおいて、貼り合わせ装置が用いられている。この貼り合わせ装置は、半導体基板をそれぞれ対向させて保持する２つの基板保持テーブルを備え、少なくとも一方の基板保持テーブルは土台に対して傾動できるように土台などに支持されている。このような傾動可能な基板保持テーブルの端部を所定の駆動機構で上下動させて基板保持テーブルの平面視において互いに交差するＸ軸とＹ軸といった二つの軸周りに基板保持テーブルを傾動させることにより、基板保持テーブルに保持される半導体基板の傾斜を調整し、対向する半導体基板同士の平行度を高め、その後、両半導体基板を貼り合わせて半導体装置を製造するようにしている。

このような傾斜調整に用いられる所定の駆動機構として、シリンダと、シリンダ内に収容されるピストンと、ピストンに連結されて基板保持テーブルの端部を支持する支持部とから構成される空気圧シリンダ機構を有する駆動機構が知られている（特許文献１）。この空気圧シリンダ機構では、シリンダ内のピストンの上部及び下部にそれぞれ気密な空間（上室及び下室）を設け、その空間に空気を供給または排出することによってピストンを上下動させている。この上下動により支持部で直接支持された基板保持テーブルの端部を上下動させて、基板保持テーブルの傾斜を調整している。
特開２００１−１２６０４号公報

しかしながら、上記した従来の駆動機構では、基板保持テーブルの端部と駆動機構の支持部との間に物理的な接触点が存在しており、シリンダなどによる鉛直方向へのガイドを行ったとしても、接触点での摩擦抵抗やモーメントなどによる水平方向への移動ズレが発生するため、基板保持テーブルの傾斜を高精度に制御することが困難な場合があった。

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、基板保持テーブルの傾斜を高精度に制御して、一の半導体基板に対する他の半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能な半導体基板の貼り合わせ装置及び該装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体基板の貼り合わせ装置は、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを互いに貼り合わせるための半導体基板の貼り合わせ装置であって、第１の半導体基板を保持するための第１の基板保持テーブルと、第２の半導体基板を第１の半導体基板に対向するように保持し、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを互いに貼り合わせるべく第１の基板保持テーブルに対して相対的に移動可能な第２の基板保持テーブルと、第１の基板保持テーブルを傾動させるための第１のアクチュエータを有する駆動機構とを備えている。この第１のアクチュエータは、環状をなしその一端と他端との距離が増減するように伸縮する第１側壁部と、第１側壁部の一端を気密的に閉塞する第１天壁部と、第１側壁部の他端を気密的に閉塞する第１底壁部と、第１側壁部を伸縮させるべく第１側壁部と第１天壁部と第１底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給し且つ気密空間内から流体を排出する第１導入導出部と、第１天壁部に設けられ、第１の基板保持テーブルを非接触で支持する第１静圧軸受とを有することを特徴としている。

この構成の半導体基板の貼り合わせ装置は、第１天壁部に設けられ第１の基板保持テーブルを非接触で支持する第１静圧軸受を備えている。このような非接触支持により、第１の基板保持テーブルと第１天壁部との支持点における摩擦抵抗やモーメントによる水平方向の移動ズレを排除でき、第１の基板保持テーブルの傾動を高精度に制御することができる。その結果、第２の半導体基板に対する第１の半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。また、このような非接触支持によれば、第１の基板保持テーブルと第１天壁部との支持点の磨耗により引き起こされる駆動力の伝達ロスを防止することができ、第１の基板保持テーブルの傾動を継続的に高精度に制御することができる。更に、このような非接触支持によれば、第１の基板保持テーブルと第１天壁部との支持点での磨耗によるコンタミの発生を防止することができ、貼り合わせ装置で製造される半導体装置などへのコンタミの付着を低減させることができる。

また、この構成の半導体基板の貼り合わせ装置では、非接触支持により、第１の基板保持テーブルと第１天壁部との支持点における摩擦抵抗やモーメントの影響を排除できるため、第１天壁部の移動を鉛直方向にガイドする専用のガイド機構を省略できる。このため、本発明に係る半導体基板の貼り合わせ装置は、簡易な構造のアクチュエータを有する駆動機構から構成することができ、部品点数及び製造コストの削減が可能となる。しかも、複雑なガイド機構が不要となるので、ガイド機構の故障を主因とする駆動機構の故障を低減させることができる。ここで、「半導体基板」には、単一のウエハ、単一のチップ、積層された複数のウエハで構成される積層体、及び、積層された複数のチップで構成される積層体が少なくとも含まれる。

本発明に係る半導体基板の貼り合わせ装置において、駆動機構は、第１のアクチュエータをそれぞれ有する第１の駆動機構と第２の駆動機構とからなり、第１の駆動機構は、第１の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに第１の基板保持テーブルを傾動させ、第２の駆動機構は、一方の軸とは異なる他方の軸の周りに第１の基板保持テーブルを傾動させることが好ましい。これにより、二つの軸周りの傾斜を調整することができ、第１の基板保持テーブルの傾動を更に高精度に制御することができる。

本発明に係る半導体基板の貼り合わせ装置において、駆動機構は、第１のアクチュエータと協働して第１の基板保持テーブルを傾動させる第２のアクチュエータを更に備えており、第２のアクチュエータは、環状をなしその一端と他端との距離が増減するように伸縮する第２側壁部と、第２側壁部の一端を気密的に閉塞する第２天壁部と、第２側壁部の他端を気密的に閉塞する第２底壁部と、第２側壁部を伸縮させるべく第２側壁部と第２天壁部と第２底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給し且つ該気密空間内から流体を排出する第２導入導出部と、第２天壁部に設けられ、第１の基板保持テーブルを非接触で支持する第２静圧軸受とを有し、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータは、第１静圧軸受の軸受面と第２静圧軸受の軸受面とが第１の基板保持テーブルを非接触で互いに挟むように対向配置されることが好ましい。対向配置された２つのアクチュエータの間に第１の基板保持テーブルを非接触状態で挟み込んで支持することにより、第１の基板保持テーブルとそれぞれの静圧軸受との間における摩擦抵抗やモーメントによる水平方向の位置ずれを更に排除して、第１の基板保持テーブルの傾動を一層、高精度に制御できる。

本発明に係る半導体基板の貼り合わせ装置において、駆動機構は、第１のアクチュエータを有する第１の駆動機構と、第２のアクチュエータを有する第２の駆動機構とからなり、第２のアクチュエータは、環状をなしその一端と他端との距離が増減するように伸縮する第２側壁部と、第２側壁部の一端を気密的に閉塞する第２天壁部と、第２側壁部の他端を気密的に閉塞する第２底壁部と、第２側壁部を伸縮させるべく第２側壁部と第２天壁部と第２底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給し且つ該気密空間内から流体を排出する第２導入導出部と、第２天壁部に設けられ、第１の基板保持テーブルを非接触で支持する第２静圧軸受とを有し、第１の駆動機構は、第１の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに第１の基板保持テーブルを傾動させ、第２の駆動機構は、一方の軸とは異なる他方の軸の周りに第１の基板保持テーブルを傾動させることが好ましい。これにより、二つの軸周りの傾斜を調整することができ、第１の基板保持テーブルの傾動を更に高精度に制御することができる。

本発明に係る半導体基板の貼り合わせ装置において、第１静圧軸受は第１天壁部に形成され、第２静圧軸受は第２天壁部に形成され、第１静圧軸受及び第２静圧軸受の少なくとも一方が第１の基板保持テーブルを非接触で支持する軸受面を有する多孔質体からなることが好ましい。多孔質体からなる軸受面で支持することにより、第１の基板保持テーブルに対して流体を平均化して供給することができ、第１の基板保持テーブルを安定して支持できる。

本発明に係る半導体基板の貼り合わせ装置において、第１側壁部及び第２側壁部の少なくとも一方が蛇腹構造を有していることが好ましい。蛇腹構造であれば、第１側壁部又は第２側壁部の伸縮を簡易な構成で実現することができる。

本発明に係る半導体基板の貼り合わせ装置において、第１側壁部及び第２側壁部の少なくとも一方が中心軸に沿った方向に伸縮することが好ましい。第１側壁部又は第２側壁部が中心軸に沿った方向に伸縮することにより、第１の基板保持テーブルの傾斜を一層、高精度に制御することができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の半導体基板を保持するための第１の基板保持テーブルと、第２の半導体基板を第１の半導体基板に対向するように保持し、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを互いに貼り合わせるべく第１の基板保持テーブルに対して相対的に移動可能な第２の基板保持テーブルと、第１の基板保持テーブルを傾動させるためのアクチュエータを有する駆動機構とを備え、アクチュエータは、環状をなしその一端と他端との距離が増減するように伸縮する側壁部と、側壁部の一端を気密的に閉塞する天壁部と、側壁部の他端を気密的に閉塞する底壁部と、側壁部を伸縮させるべく、側壁部と天壁部と底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給し且つ気密空間内から流体を排出する導入導出部と、天壁部に設けられ、第１の基板保持テーブルを非接触で支持する静圧軸受とを備える半導体基板の貼り合わせ装置を用いた半導体装置の製造方法である。この製造方法では、静圧軸受を駆動させて、第１の基板保持テーブルを静圧軸受により非接触で支持することを開始する支持開始工程と、支持開始工程が実行された後、気密空間内に流体を供給または気密空間内から流体を排出して、天壁部を移動させる移動工程とを含むことを特徴としている。

この半導体装置の製造方法では、第１の基板保持テーブルを非接触で支持する支持開始工程が実行された後に、気密空間内に流体を供給または気密空間内から流体を排出して、天壁部を移動させる移動工程を実行するようにしている。このため、第１の基板保持テーブルと天壁部との支持点における摩擦抵抗やモーメントによる水平方向の移動ズレを排除でき、第１の基板保持テーブルの傾動を高精度に制御することができる。その結果、第２の半導体基板に対する第１の半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせて半導体装置を製造することが可能となる。ここで、「半導体基板」には、単一のウエハ、単一のチップ、積層された複数のウエハで構成される積層体、及び、積層された複数のチップで構成される積層体が少なくとも含まれ、「半導体装置」は、上記したこれらウエハ、チップ、積層体などを貼り合わせた製造物を意味する。

本発明によれば、基板保持テーブルの傾斜を高精度に制御して、一の半導体基板に対する他の半導体基板の平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせて半導体装置を得ることができる。

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

図１は、本実施形態に係る半導体基板の貼り合わせ装置の構成を模式的に示す概略図である。図１に示すように、貼り合わせ装置１は、貼り合わせ装置１へ伝わる振動を除去する除振器１２と、除振器１２上に設けられた定盤１４と、側壁部及び上壁部を有しこれら壁部と定盤１４とで密封空間を形成するボディー１６と、半導体基板（第２の半導体基板）Ｗｕを保持すると共に半導体基板Ｗｕの位置決めを行う上部ステージ２０と、半導体基板（第１の半導体基板）Ｗｄを保持すると共に半導体基板Ｗｄの位置決め及び傾斜調整を行う下部ステージ３０と、上部ステージ２０や下部ステージ３０などを制御する制御装置９０とを備えている。

上部ステージ２０は、ＸＹθステージ２２と基板保持テーブル（第２の基板保持テーブル）２４とを有し、ボディー１６の上壁部の内面に搭載されている。ＸＹθステージ２２は、静電吸着や真空吸着により基板保持テーブル２４に保持された半導体基板Ｗｕの水平面内におけるＸＹθ方向の位置決めを行う。

下部ステージ３０は、ＸＹステージ３２とステージ装置３４とを有し、定盤１４上に搭載されている。ＸＹステージ３２は、ベースプレート３２ａとＸＹステージ部３２ｂとを備え、ベースプレート３２ａに固定されたステージ装置３４に載置保持される半導体基板Ｗｄの水平面内におけるＸＹ方向の位置決めを行う。なお、図２及び図３に示すように、水平面内で互いに９０度をなすようにＸ軸及びＹ軸を設定し、鉛直方向にＺ軸を定めて３次元直交座標系を設定し、以下必要な場合にＸＹＺ座標系を用いて説明する。

ステージ装置３４は、図１〜図３に示すように、半導体基板Ｗｄを保持する基板保持テーブル（第１の基板保持テーブル）３６と、基板保持テーブル３６を傾動可能に支持する支持テーブル３８と、基板保持テーブル３６と支持テーブル３８とを鉛直方向に移動させる移動機構４０と、基板保持テーブル３６の平面視において互いに交差するＸ軸及びＹ軸のうち一方の軸であるＹ軸の周りに基板保持テーブル３６を傾動させる第１駆動機構４２と、他方の軸であるＸ軸の周りに基板保持テーブル３６を傾動させる第２駆動機構４４と、基板保持テーブル３６を水平面内において回動させるθ駆動機構４６とを備えている。このステージ装置３４は、このような構成により、基板保持テーブル３６に搭載された半導体基板Ｗｄの傾斜角度調整及び回動角度調整を行う。

基板保持テーブル３６は、図１に示すように、保持部３６ａと傾斜部３６ｂとを備えている。保持部３６ａは、貼り合わせの対象である半導体基板Ｗｄを静電力により吸着して保持する。傾斜部３６ｂは、図２及び図３に示すように、円板状のテーブル部であり、保持部３６ａを載置するための平面状の載置面３６ｃを上面側に有し、凸球面状の軸受面３６ｄを下面側に有する。また、傾斜部３６ｂの側面３６ｅには、中心軸線Ｌ１から見てＸ軸方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部５０が設けられる。作動部５０は、支持テーブル３８よりも低い位置でＸ軸方向に突出する第１の作動片５０ｃと、第１の作動片５０ｃの中心軸線Ｌ１側の端部と側面３６ｅとを連結させるため鉛直方向に延びる連結部５０ｄとを有している。また、側面３６ｅには、中心軸線Ｌ１から見てＹ軸方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部５２が設けられ、作動部５２は作動部５０と同様に、第２の作動片５２ｃと連結部５２ｄとを有している。なお、第１の作動片５０ｃ及び第２の作動片５２ｃはＸＹ平面上に広がる矩形板とされている。

支持テーブル３８は、矩形状であって、移動機構４０のエアシリンダ４０ｂに設けられたロッド４０ａの上端に形成されている。支持テーブル３８の上面の略中央部には、基板保持テーブル３６の傾斜部３６ｂの軸受面３６ｄを支持するために凹球面状とされた軸受面（不図示）が形成されている。この軸受面には、多数の微小な孔が形成され、圧縮空気が供給されるようになっており、圧縮空気が傾斜部３６ｂの軸受面３６ｄに対して吹きつけられる。このような圧縮空気の供給により、傾斜部３６ｂの凸球面状の軸受面３６ｄと支持テーブル３８の凹球面状の軸受面との間に空気膜が形成されて非接触状態となり、軸受面３６ｄが支持テーブル３８の軸受面から抵抗を受けることなく、基板保持テーブル３６は、支持テーブル３８に対して傾動できるようになっている。

また、支持テーブル３８の側面３８ｄには、図３に示すように、中心軸線Ｌ１から見てＹ軸の反対方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部５４が設けられる。作動部５４は、Ｙ軸の負の方向へ突出する連結部５４ｄと、連結部５４ｄの自由端部から下方へ突出する第３の作動片５４ｃを有している。なお、第３の作動片５４ｃは、ＹＺ平面上に広がる矩形板とされている。

第１駆動機構４２は、Ｙ軸の周りに基板保持テーブル３６を傾動させるための機構であり、図２から図４に示すように、第１の作動片５０ｃの下方に配置された支持片５６ａ及び上方に配置された支持片５６ｂ並びに両支持片５６ａ，５６ｂを連結する連結部５６ｃを備えた支持部材５６と、支持片５６ａと第１の作動片５０ｃとの間に延在する非接触リニアアクチュエータ（第１のアクチュエータ）６０と、支持片５６ｂと第１の作動片５０ｃとの間に延在する非接触リニアアクチュエータ（第２のアクチュエータ）７０とからなる。なお、連結部５６ｃの支持テーブル３８側の側面３８ｄが支持テーブル３８に固定されており、支持部材５６と支持テーブル３８とは一体となっている。

非接触リニアアクチュエータ６０は、図４に示すように、第１ベローズ（第１側壁部）６１、第１天壁部６２、第１底壁部６３、第１導入導出部６４ａ、及び第１静圧軸受６５を備え、第１の作動片５０ｃの図示下方に配置されると共に支持片５６ａ上に固定されている。第１ベローズ６１は、金属製であって略円環形状からなる蛇腹構造といった簡易な構成を有し、その一端と他端との距離が増減するように円環の中心軸線Ｌ２に沿った図示上下方向Ａへ伸縮可能となっている。

第１天壁部６２は、円板形状を有し、第１ベローズ６１の一端を気密的に閉塞している。この第１天壁部６２の上面には、第１の作動片５０ｃの下面に対向するように、後述する第１静圧軸受６５が設けられている。また、第１静圧軸受６５へ圧縮空気を供給するため、第１天壁部６２は、パイプＰ１を介して図示省略する外部の空気源に接続されている。第１底壁部６３は、円板形状を有し、第１ベローズ６１の他端を気密的に閉塞している。この第１底壁部６３の下面は支持片５６ａに接合されている。また、第１底壁部６３には、第１導入導出部６４ａが設けられている。

第１導入導出部６４ａは、第１ベローズ６１と第１天壁部６２と第１底壁部６３とで封止される気密空間６４ｂ内へ空気を供給且つ気密空間６４ｂから空気を排出するための貫通孔である。また、第１導入導出部６４ａは、パイプＰ２を介して、図示省略する外部の空気源に接続されている。気密空間６４ｂ内にパイプＰ２と第１導入導出部６４ａとを介して空気を供給すると、内圧が上昇して第１ベローズ６１が伸長し、中心軸線Ｌ２に沿って図示上方向に第１天壁部６２を移動させるようになっている。また、気密空間内６４ｂ内からパイプＰ２と第１導入導出部６４ａとを介して空気を排出すると内圧が下降して、第１の作動片５０ｃの自重または後述する非接触リニアアクチュエータ７０の下降などにより第１ベローズ６１が縮小し、中心軸線Ｌ２に沿って図示下方向に第１天壁部６２を移動させるようになっている。

第１静圧軸受６５は、第１の作動片５０ｃを非接触で支持する略円形状の軸受面６５ａを有する多孔質体を第１天壁部６２に埋設して、第１天壁部６２の上面に形成されている。多孔質体の下面には、空間Ｒ１が設けられ、この空間Ｒ１によりパイプＰ１から供給された圧縮空気が拡散し多孔質体の全面に均一に行き渡るようにされている。第１静圧軸受６５が第１の作動片５０ｃを非接触で支持しているので、第１静圧軸受６５を上部に形成している第１天壁部６２が上下動すると、それに併せて、第１の作動片５０ｃも上下動されるようになっている。

非接触リニアアクチュエータ７０は、非接触リニアアクチュエータ６０と同様の構造を有しており、第２ベローズ（第２側壁部）７１と、第２天壁部７２と、第２底壁部７３と、第２導入導出部７４ａと、第２静圧軸受７５とを備え、第１の作動片５０ｃの図示上方に非接触リニアアクチュエータ６０と対向するように配置され、第２天壁部７２の下面が第１の作動片５０ｃの上面に対向すると共に、第２底壁部７３の上面が支持片５６ｂに接合されている。

第２ベローズ７１、第２天壁部７２、第２底壁部７３、第２導入導出部７４ａ、第２静圧軸受７５はそれぞれ、第１ベローズ６１、第１天壁部６２、第１底壁部６３、第１導入導出部６４ａ、第１静圧軸受６５と同様の構成を有しており、第２天壁部７２にはパイプＰ３及び空間Ｒ２を介して図示省略する外部の空気源が接続され、第２導入導出部７４ａにはパイプＰ４を介して図示省略する外部の空気源が接続されている。また、第２ベローズ７１と第２天壁部７２と第２底壁部７３とで封止される気密空間７４ｂが形成されている。なお、空間Ｒ２は、空間Ｒ１と同様の拡散効果を奏する。

この気密空間７４ｂ内にパイプＰ４と第２導入導出部７４ａを介して空気を供給すると、内圧が上昇して第２ベローズ７１が伸長し、中心軸線Ｌ２に沿って図示下方向に第２天壁部７２を移動させるようになっている。また、気密空間内７４ｂ内からパイプＰ４と第２導入導出部７４ａを介して空気を排出すると、内圧が下降して第２ベローズ７１が縮小し、第１の作動片５０ｃの図示上方向の移動を妨げないようになっている。

このように第１の駆動機構４２では、第１静圧軸受６５の軸受面６５ａと第２静圧軸受７５の軸受面７５ａとが、第１の作動片５０ｃを非接触状態に挟んで対面するように、非接触リニアアクチュエータ６０，７０とを対向するように配置して固定している。なお、第１静圧軸受６５に供給される圧縮空気と、第２静圧軸受７５に供給される圧縮空気の圧力が略等しければ、第１の作動片５０ｃは、第１静圧軸受６５と第２静圧軸受７５との略中央に非接触で支持されることになる。

第２駆動機構４４は、Ｘ軸周りに基板保持テーブル３６を傾動させるものであり、図２に示すように、第２の作動片５２ｃの下方に配置された支持片５８ａ及び上方に配置された支持片５８ｂ並びに両支持片５８ａ，５８ｂを連結する連結部５８ｃを備えた支持部材５８と、支持片５８ａと第２の作動片５２ｃとの間に延在する非接触リニアアクチュエータ（第１アクチュエータ）８０と、支持片５８ｂと第２の作動片５２ｃとの間に延在する非接触リニアアクチュエータ（第２アクチュエータ）８２とからなる。非接触リニアアクチュエータ８０は非接触リニアアクチュエータ６０と同様の構成を有し、非接触リニアアクチュエータ８２は、非接触リニアアクチュエータ７０と同様の構成を有する。

θ駆動機構４６は、中心軸線Ｌ１を軸として基板保持テーブル３６を水平面内において回動させるものであり、図３に示すように、第３の作動片５４ｃを間に挟むようにＸ軸方向に離間して配置された支持片５９ａ，５９ｂ及び両支持片５９ａ，５９ｂを連結する連結部５９ｃを備えた支持部材５９と、支持片５９ａと第３の作動片５４ｃとの間に延在する非接触リニアアクチュエータ８４と、支持片５９ｂと第３の作動片５４ｃとの間に延在する非接触リニアアクチュエータ８６とからなる。第３の作動片５４ｃは、非接触リニアアクチュエータ８４の先端の面と非接触リニアアクチュエータ８６の先端の面とで非接触状態で挟み込まれている。また、連結部５９ｃはベースプレート３２ａに固定されている。なお、非接触リニアアクチュエータ８４，８６は、非接触リニアアクチュエータ６０，７０と略同様の構成を有している。

制御装置９０は、上部ステージ２０や下部ステージ３０などを制御する装置であって、例えば、図４に示すように、下部ステージ３０の第１駆動機構４２における第１静圧軸受６５へ空気を供給するパイプＰ１、気密空間６４ｂへ空気を供給またはその気密空間６４ｂから空気を排出するパイプＰ２、第２静圧軸受７５へ空気を供給するパイプＰ３、気密空間７４ｂへ空気を供給またはその気密空間７４ｂから空気を排出するパイプＰ４を調整する制御などを行う。

次に、半導体基板の貼り合わせ装置１による半導体装置の製造方法について説明する。

まず、上部ステージ２０の基板保持テーブル２４で貼り合わせの対象である一の半導体基板Ｗｕを保持し、ＸＹθステージ２２により半導体基板ＷｕのＸＹθ方向の位置決めを行う。次に、下部ステージ３０の基板保持テーブル３６で貼り合わせの対象である他の半導体基板Ｗｄを保持し、ＸＹステージ３２により半導体基板ＷｄのＸＹ方向の位置決めを行う。次に、θ駆動機構４６により支持テーブル３８を駆動し、中心軸線Ｌ２（Ｚ軸）周りの半導体基板Ｗｄの回転方向の位置決めを行う。これらの位置決めは、レーザ干渉計や顕微鏡など、図示しない光学系からの検出信号に基づいて、制御装置９０により自動制御される。

この状態から、半導体基板Ｗｄが保持される基板保持テーブル３６の傾斜調整に移る。この傾斜調整におけるステージ装置３４の制御方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。

まず、第１駆動機構４２によるＹ軸周りの傾斜調整を行う。パイプＰ１とパイプＰ３とを介して第１静圧軸受６５と第２静圧軸受７５へ圧縮空気を供給して両静圧軸受を駆動し、第１の作動片５０ｃを両静圧軸受の間に非接触状態で支持する（Ｓ１）。このステップＳ１における第１静圧軸受６５と第２静圧軸受７５とから供給される圧縮空気の圧力を同等となるように制御装置９０で制御する。

次に、第１静圧軸受６５の軸受面６５ａと第１の作動片５０ｃの下面との距離を図示省略した距離センサで求め、所定の浮上量を確保しているか否かを判断する（Ｓ２）。また、第２静圧軸受７５の軸受面７５ａと第１の作動片５０ｃの上面との距離を図示省略した距離センサで求め、所定の浮上量を確保しているか否かを判断する（Ｓ２）。その結果、所定の浮上量を確保していなければ、ステップＳ１に戻り、パイプＰ１またはパイプＰ３に供給する圧縮空気の圧力を制御装置９０で調整する。

一方、両静圧軸受ともに所定の浮上量を確保できていれば、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、第１の作動片５０ｃを中心軸線Ｌ２に沿って上昇させる場合、パイプＰ２に空気を供給して気密空間６４ｂ内の圧力を上昇させると共に、パイプＰ４からは空気を排出して気密空間７４ｂ内の圧力を下降させる。この圧力変動に伴い、第１天壁部６２と第２天壁部７２とが上方へ移動し、第１の作動片５０ｃを上方へ移動させる。逆に、第１の作動片５０ｃを中心軸線Ｌ２に沿って下降させる場合、パイプＰ４に空気を供給して気密空間７４ｂ内の圧力を上昇させると共に、パイプＰ２から空気を排出して気密空間６４ｂ内の圧力を下降させる。この圧力変動に伴い、第１天壁部６２と第２天壁部７２とが下方へ移動し、第１の作動片５０ｃを下方へ移動させる。

次に、第１の作動片５０ｃの移動距離を図示省略した別のセンサで求め、第１の作動片５０ｃが所定量移動したか否かを判断する（Ｓ４）。第１の作動片５０ｃが所定量移動していなければ、ステップＳ３に戻り、再度、気密空間６４ｂ内の圧力と気密空間７４ｂ内の圧力を変動させて、第１の作動片５０ｃを移動させる。一方、第１の作動片５０ｃが所定量移動していれば、気密空間６４ｂ内の圧力と気密空間７４ｂ内の圧力を変動させずに一定に保ち、Ｙ軸周りの傾動処理を終了する。続いて、第２駆動機構４４によるＸ軸周りの傾斜調整を、上述した第１駆動機構４２と同様の処理にて行う。

このようなＸ軸及びＹ軸周りの傾斜調整により、基板保持テーブル３６に保持された半導体基板Ｗｄは、基板保持テーブル２４に保持された半導体基板Ｗｕと平行となり、その後、両半導体基板が貼り合わされ、半導体装置の製造を終了する。

以上詳述したように、本実施形態に係る半導体基板の貼り合わせ装置１は、基板保持テーブル３６の第１の作動片５０ｃを非接触で支持する第１静圧軸受６５と第２静圧軸受７５とを有し、駆動機構４２が基板保持テーブル３６の第１の作動片５０ｃを非接触で移動させて、基板保持テーブル３６のＹ軸周りの傾斜を調整するようになっている。このような非接触支持での移動により、基板保持テーブル３６と第１天壁部６２及び第２天壁部７２との支持点における摩擦抵抗やモーメントによる水平方向の移動ズレを排除でき、基板保持テーブル３６の傾動を高精度に制御することができる。その結果、半導体基板Ｗｕに対する半導体基板Ｗｄの平行度を高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。また、このような非接触支持での移動によれば、基板保持テーブル３６と第１天壁部６２及び第２天壁部７２の支持点の磨耗により引き起こされる駆動力の伝達ロスを防止することができ、基板保持テーブル３６の傾動を継続的に高精度に制御することができる。更に、このような非接触支持での移動によれば、基板保持テーブル３６と第１天壁部６２及び第２天壁部７２の支持点での磨耗によるコンタミの発生を防止することができ、貼り合わせ装置で製造される半導体装置へのコンタミの付着を低減させることができる。

また、貼り合わせ装置１は、基板保持テーブル３６の第２の作動片５２ｃを非接触で支持する第１静圧軸受６５と第２静圧軸受７５とを有し、駆動機構４４が基板保持テーブル３６の第２の作動片５２ｃを非接触で移動させて、基板保持テーブル３６のＸ軸周りの傾斜を調整するようになっている。これにより、基板保持テーブル３６の傾動をＸ軸及びＹ軸周りに高精度に制御することができる。その結果、半導体基板Ｗｕに対する半導体基板Ｗｄの平行度を更に高くして両半導体基板を貼り合わせることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、第１の作動片５０ｃと第２の作動片５２ｃとを、非接触リニアアクチュエータ６０，７０と非接触リニアアクチュエータ８０，８２とでそれぞれ挟み込むようにして上下動させているが、第１の作動片５０ｃと第２の作動片５２ｃとを、下方に位置する非接触リニアアクチュエータ６０，８０のみで支持して上動させ、第１の作動片５０ｃ及び第２の作動片５２ｃの自重で下動させるようにしてもよい。また、第１の作動片５０ｃを下方に位置する非接触リニアアクチュエータ６０で上動させて、第２の作動片５２ｃを上方に位置する非接触リニアアクチュエータ８２で下動させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、第１側壁部及び第２側壁部として、金属からなる第１ベローズ６１及び第２ベローズ７１を用いているが、伸縮性を有するプラスチック等からなる側壁部を用いてもよい。また、上下方向への移動手段として、空気圧の変動によりアクチュエータ等を駆動する構成としたが、これらを油圧など他の流体を使った移動手段から構成されるようにしてもよい。また、本実施形態で用いられる半導体基板としては、単一のウエハ、単一のチップ、積層された複数のウエハで構成される積層体、及び積層された複数のチップで構成される積層体が少なくとも含まれ、これらウエハやチップや積層体が貼り合わされ、半導体装置が製造される。また、上記実施形態では、半導体基板Ｗｄを上昇させて半導体基板Ｗｕに当接させているが、上部ステージ２０にＺ駆動機構を設けて半導体基板Ｗｕを下降させて半導体基板Ｗｄに当接させるようにしてもよいし、下部ステージ３０と上部ステージ２０との双方にＺ駆動機構を設けて半導体基板Ｗｕと半導体基板Ｗｄとを当接させるようにしてもよい。要するに、基板保持テーブル２４，３６が相対的に接近離間可能であればよい。

本実施形態に係る半導体基板の貼り合わせ装置の構成を模式的に示す概略図である。 ステージ装置の斜視図である。 ステージ装置を別の角度からみた斜視図である。 図１に示した貼り合わせ装置に用いられる駆動機構の断面図である。 図４に示した駆動機構の制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１…基板貼り合わせ装置、２０…上部ステージ、２２…ＸＹθステージ、２４…保持テーブル（第２の基板保持テーブル）、３０…下部ステージ、３２…ＸＹステージ、３４…ステージ装置、３６…保持テーブル（第１の基板保持テーブル）、３８…支持テーブル、４０…移動機構、４２…第１駆動機構、４４…第２駆動機構、４６…θ駆動機構、５０ｃ…第１の作動片、５６…支持部、６０，７０，８０，８２，８４，８６…非接触リニアアクチュエータ、６１…第１ベローズ（第１側壁部）、６２…第１天壁部、６３…第１底壁部、６４ａ…第１導入導出部、６４ｂ…気密空間、６５…第１静圧軸受、６５ａ，７５ａ…軸受面、７１…第２ベローズ（第２側壁部）、７２…第２天壁部、７３…第２底壁部、７４ａ…第２導入導出部、７４ｂ…気密空間、７５…第２静圧軸受、９０…制御装置、Ｌ１，Ｌ２…中心軸、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…パイプ、Ｒ１，Ｒ２…空間、Ｗｄ…半導体基板（第１の半導体基板）、Ｗｕ…半導体基板（第２の半導体基板）。

Claims (16)

1. 第１の半導体基板と第２の半導体基板とを互いに貼り合わせるための半導体基板の貼り合わせ装置であって、
   前記第１の半導体基板を保持するための第１の基板保持テーブルと、
   前記第２の半導体基板を前記第１の半導体基板に対向するように保持し、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを互いに貼り合わせるべく前記第１の基板保持テーブルに対して相対的に移動可能な第２の基板保持テーブルと、
   前記第１の基板保持テーブルを傾動させるための第１のアクチュエータを有する駆動機構とを備え、
   前記第１のアクチュエータは、前記第１の基板保持テーブルを非接触で支持する第１静圧軸受と、前記第１の基板保持テーブルを傾動させるべく前記第１静圧軸受を移動させる移動手段とを有し、
   前記第１静圧軸受は、前記第１の基板保持テーブルを非接触で支持する軸受面を有する多孔質体からなることを特徴とする半導体基板の貼り合わせ装置。
2. 前記移動手段は、流体圧の変動により前記第１静圧軸受を移動させる請求項１に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
3. 前記移動手段は、環状をなしその一端と他端との距離が増減するように伸縮する第１側壁部と、該第１側壁部の前記一端を気密的に閉塞する第１天壁部と、前記第１側壁部の前記他端を気密的に閉塞する第１底壁部と、前記第１側壁部を伸縮させるべく前記第１側壁部と前記第１天壁部と前記第１底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給し且つ該気密空間内から流体を排出する第１導入導出部とを有し、前記第１静圧軸受は、前記第１天壁部に設けられている請求項１または２に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
4. 前記第１静圧軸受は、前記第１天壁部に形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
5. 前記第１側壁部は、蛇腹構造を有していることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
6. 前記第１側壁部は、その中心軸に沿った方向に伸縮することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
7. 前記駆動機構は、前記第１のアクチュエータをそれぞれ有する第１の駆動機構と第２の駆動機構とからなり、
   前記第１の駆動機構は、前記第１の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに前記第１の基板保持テーブルを傾動させ、前記第２の駆動機構は、前記一方の軸とは異なる他方の軸の周りに前記第１の基板保持テーブルを傾動させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
8. 前記駆動機構は、前記第１のアクチュエータと協働して第１の基板保持テーブルを傾動させる第２のアクチュエータを更に備えており、
   前記第２のアクチュエータは、前記第１の基板保持テーブルを非接触で支持する第２静圧軸受と、前記第１の基板保持テーブルを傾動させるべく前記第２静圧軸受を移動させる移動手段とを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
9. 前記移動手段は、環状をなしその一端と他端との距離が増減するように伸縮する第２側壁部と、前記第２側壁部の前記一端を気密的に閉塞する第２天壁部と、前記第２側壁部の前記他端を気密的に閉塞する第２底壁部と、前記第２側壁部を伸縮させるべく前記第２側壁部と前記第２天壁部と前記第２底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給し且つ該気密空間内から流体を排出する第２導入導出部とを有し、
   前記第２静圧軸受は、前記第２天壁部に設けられている請求項８に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
10. 前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは、前記第１静圧軸受の軸受面と前記第２静圧軸受の軸受面とが前記第１の基板保持テーブルを非接触で互いに挟むように対向配置されることを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
11. 前記駆動機構は、前記第１のアクチュエータを有する第１の駆動機構と、第２のアクチュエータを有する第２の駆動機構とからなり、
    前記第２のアクチュエータは、前記第１の基板保持テーブルを非接触で支持する第２静圧軸受と、前記第１の基板保持テーブルを傾動させるべく前記第２静圧軸受を移動させる移動手段とを有し、
    前記第１の駆動機構は、前記第１の基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに前記第１の基板保持テーブルを傾動させ、前記第２の駆動機構は、前記一方の軸とは異なる他方の軸の周りに前記第１の基板保持テーブルを傾動させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
12. 前記移動手段は、環状をなしその一端と他端との距離が増減するように伸縮する第２側壁部と、前記第２側壁部の前記一端を気密的に閉塞する第２天壁部と、前記第２側壁部の前記他端を気密的に閉塞する第２底壁部と、前記第２側壁部を伸縮させるべく前記第２側壁部と前記第２天壁部と前記第２底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給し且つ該気密空間内から流体を排出する第２導入導出部とを有し、
    前記第２静圧軸受は、前記第２天壁部に設けられている請求項１１に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
13. 前記第２静圧軸受は、前記第２天壁部に形成され、前記第１の基板保持テーブルを非接触で支持する軸受面を有する多孔質体からなることを特徴とする請求項１２に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
14. 前記第２側壁部は、蛇腹構造を有していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
15. 前記第２側壁部は、その中心軸に沿った方向に伸縮することを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の半導体基板の貼り合わせ装置。
16. 第１の半導体基板を保持するための第１の基板保持テーブルと、第２の半導体基板を前記第１の半導体基板に対向するように保持し、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを互いに貼り合わせるべく前記第１の基板保持テーブルに対して相対的に移動可能な第２の基板保持テーブルと、該第１の基板保持テーブルを傾動させるためのアクチュエータを有する駆動機構とを備え、該アクチュエータは、前記第１の基板保持テーブルを非接触で支持する静圧軸受と、前記第１の基板保持テーブルを傾動させるべく前記静圧軸受を移動させる移動手段とを備える半導体基板の貼り合わせ装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
    前記第１の基板保持テーブルを非接触で支持する軸受面を有する多孔質体からなる前記静圧軸受を駆動させて、前記第１の基板保持テーブルを前記静圧軸受により非接触で支持することを開始する支持開始工程と、
    前記支持開始工程が実行された後、前記移動手段により前記静圧軸受を移動させる移動工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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