JP5387444B2 - 搬送装置および基板接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送装置および基板接合装置に関する。

各基板に対して複数種類の処理をする処理装置は、基板を搭載して搬送する複数の搬送部を備える。複数の搬送部は、搬送区間に応じて分担が割り当てられる（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特許第２８５９８４９号公報

基板に形成される装置の精度が高くなるにつれて、基板自体の取り扱いにも高い精度が求められる。しかしながら、搬送部のそれぞれは予め割り当てられた区間で基板を搬送するに過ぎず、搬送部および基板の各々において変化する状態を忖度することはなかった。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、素子を形成された基板を搬送する搬送装置であって、基板を搭載する複数の搭載部と、複数の搭載部の温度を個別に測定する測温部と、測温部の測定結果に応じて、複数の搭載部のいずれかを選択して基板を搭載させる制御部とを備える搬送装置が提供される。

また、本発明の第二態様として、素子を形成された基板および基板を保持する基板保持部材を互いに積層した状態で搬送する搬送装置であって、基板および基板保持部材を搭載する複数の搭載部と、複数の搭載部の温度を個別に測定する測温部と、測温部の測定結果に応じて、複数の搭載部のいずれかを選択して基板および基板保持部材を搭載させる制御部とを備える搬送装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

基板接合装置１００全体の模式的水平断面図である。 基板接合装置１００全体の模式的縦断面図である。 加圧装置１７０の模式的縦断面図である。 冷却装置１８０の模式的縦断面図である。 環境ローダ１６０の平面図である。 環境ローダ１６０の平面図である。 フォーク１６２の斜視図である。 基板１０２の状態を示す図である。 基板１０２の状態を示す図である。 基板１０２の状態を示す図である。 基板１０２の状態の変遷を示す図である。 単一の積層体１０６の温度遷移を示すダイアグラムである。 複数の積層体１０６の温度遷移を示すダイアグラムである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、基板接合装置１００の模式的水平断面図である。また、図２は、基板接合装置１００の模式的縦断面図である。図１および図２で共通の要素には同じ参照番号を付す。以下、これら図面を参照して、基板接合装置１００全体の構造を説明する。

基板接合装置１００は、断熱壁１１２により仕切られた室温部９８および高温部９９を有する筐体１１０の内部に主に形成される。室温部９８には、大気ローダ１２０、アライナ１３０、基板プリアライナ１４２、ホルダプリアライナ１４４、ホルダプリアライナ１４４およびホルダストッカ１４６が配される。高温部９９には、環境ローダ１６０、加熱加圧装置１７０および冷却装置１８０が配される。室温部９８および高温部９９は、ロードロック１５０を介して結合される。

なお、筐体１１０の外部には、制御部１１４が配される。制御部１１４は、以下に説明する基板接合装置１００の各部の動作を統括して制御する。また、基板接合装置１００を動作させる場合の操作部となる。更に、制御部１１４は、基板接合装置１００の動作状態を表示する表示部にもなる。

室温部９８は、筐体１１０の外部と同じ大気圧環境にある。室温部９８において、筐体１１０の外側の一面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）１１６が外側から装着される。ＦＯＵＰ１１６は、筐体１１０に対して個別に取り外しできる。また、ＦＯＵＰ１１６の各々は複数の基板１０２を収容する。

よって、ＦＯＵＰ１１６を基板接合装置１００に装着することにより、複数の基板１０２を一括して基板接合装置１００に装填できる。また、後述するように基板１０２を接合して形成された積層型基板１０８は、ＦＯＵＰ１１６に回収されて一括して搬出される。

室温部９８の内部において、ＦＯＵＰ１１６の前方（図中では上方）に、大気ローダ１２０が配される。大気ローダ１２０は、フォーク１２２、支持アーム１２４およびフォールディングアーム１２６を有する。フォーク１２２は、支持アーム１２４に支持され、支持アーム１２４の伸縮に応じて進退する。また、大気ローダ１２０は、基板接合装置１００の底面に配されたガイドレール１２１に沿って移動する。

これにより、大気ローダ１２０は、ガイドレール１２１に沿って移動しつつ、フォールディングアーム１２６を伸縮させて、周囲に配されたＦＯＵＰ１１６、アライナ１３０、基板プリアライナ１４２、ホルダプリアライナ１４４、ホルダストッカ１４６およびロードロック１５０の相互の間で、基板１０２および基板ホルダ１０４の少なくとも一方を搬送する。

基板プリアライナ１４２は、大気ローダ１２０により、ＦＯＵＰ１１６から取り出された基板１０２が１枚ずつ搬入される。基板プリアライナ１４２は、搬入された基板１０２を回転または移動させた後に大気ローダ１２０に搭載し直すことにより、大気ローダ１２０に対する基板１０２の搭載位置と、大気ローダ１２０に対するノッチの向きを調整する。

これにより、基板１０２は大気ローダ１２０のフォーク１２２に対して一定の精度で位置合わせされる。よって、後述するように基板１０２を基板ホルダ１０４に搭載する場合に、極端に大きな位置ずれが生じることが防止される。

ホルダプリアライナ１４４は、大気ローダ１２０により、ホルダストッカ１４６から取り出された基板ホルダ１０４を１枚ずつ搬入される。ホルダプリアライナ１４４は、搬入された基板ホルダ１０４を予め定めた位置に載置させる。これにより、プリアライメントされた基板１０２が搬入された場合に、基板１０２および基板ホルダ１０４の相対位置を、一定の精度で位置合わせできる。

なお、ホルダストッカ１４６は、複数の基板ホルダ１０４を収容して待機させる。基板ホルダ１０４の各々は、セラミックス、金属等の曲げ剛性が高い材料により形成され、基板１０２の面積よりも広い平坦な保持面を有する。また、基板ホルダ１０４は、当該保持面に基板１０２を吸着させる静電チャック、真空チャック等の基板保持機構を有する。

これにより、基板ホルダ１０４は、基板１０２を一枚ずつ保持して脆い基板１０２を保護し、基板接合装置１００における基板１０２の取り扱いを容易にする。なお、少なくとも基板接合装置１００が稼働している期間は、基板ホルダ１０４が、基板接合装置１００の外部に取り出されることはない。

アライナ１３０は、剛硬なフレーム１３２に支持された下ステージ１３４および上ステージ１３６を有する。上ステージ１３６は、フレーム１３２の天面に下向きに固定される。下ステージ１３４は、駆動部１３１を介してフレーム１３２の底面から支持される。駆動部１３１は、図中に矢印Ｘ、Ｙにより示す水平方向に、下ステージ１３４を移動させる。また、下ステージ１３４は、図示していない駆動部により、水平面に対して揺動すると共に、矢印Ｚで示す方向に昇降もする。

ホルダプリアライナ１４４において搭載された基板１０２を保持した基板ホルダ１０４は、大気ローダ１２０によりアライナ１３０に搬入される。アライナ１３０においては、それぞれが基板１０２を保持した基板ホルダ１０４が、下ステージ１３４および上ステージ１３６に搭載される。

下向きの上ステージ１３６には、大気ローダ１２０が基板ホルダ１０４を反転させた上で保持させる。これにより、アライナ１３０において、一対の基板１０２および基板ホルダ１０４が互いに対向する。

アライナ１３０は、下ステージ１３４を移動または揺動させることにより、一対の基板１０２を相互に位置合わせする。位置合わせされた一対の基板１０２は、下ステージ１３４および上ステージ１３６の間で一対の基板ホルダ１０４に挟まれて仮接合される。位置合わせして仮接合された一対の基板１０２は、これを挟む一対の基板ホルダ１０４と共に、再び大気ローダ１２０に搬送されてロードロック１５０に搬入される。

なお、アライナ１３０は、筐体１１０に対して、防振脚１３８を介して支持される。これにより、大気ローダ１２０、ロードロック１５０、環境ローダ１６０、加熱加圧装置１７０等の動作により生じる振動が、アライナ１３０の位置合わせ精度に与える影響が抑制される。また、筐体１１０内において室温部９８は温度管理され、例えば室温に保たれる。これにより、アライナ１３０の位置合わせ精度が維持される。

ロードロック１５０は、大気圧環境の室温部９８側と、真空環境の高温部９９側とに、個別に開閉するシャッタ１５２、１５４を有する。シャッタ１５２、１５４は、室温部９８およびロードロック１５０の間と、高温部９９およびロードロック１５０の間とをそれぞれ気密に遮蔽する。また、ロードロック１５０の内部は、排気して真空環境にすることも、大気を導入して大気圧環境に戻すこともできる。これにより、室温部９８の大気圧環境と高温部９９の真空環境とをそれぞれ維持しつつ、室温部９８および高温部９９の間で基板１０２および基板ホルダ１０４を受け渡しできる。

高温部９９の略中央には、環境ローダ１６０が配される。環境ローダ１６０は、フォーク１６２、２６２、アーム１６４、２６４、共通支持部１６８、フォールディングアーム１６６および支柱１６９を有する。

一対のフォーク１６２、２６２は、共通支持部１６８を介して、フォールディングアーム１６６の一端に共通に支持される。フォールディングアーム１６６の他端は、支柱１６９の上端に、回動可能に支持される。支柱１６９は、筐体１１０に対して固定される。このような構造により、環境ローダ１６０は、周囲に配されたロードロック１５０、加熱加圧装置１７０および冷却装置１８０の相互の間で、積層体１０６を搬送できる。

なお、環境ローダ１６０は、仮接合された一対の基板１０２と、それを挟む一対の基板ホルダ１０４とを含む積層体１０６を搬送する。このため、当該積層体１０６の搬送が、アライナ１３０からロードロック１５０までの短距離に限られる大気ローダ１２０に比較すると、環境ローダ１６０の耐荷重は大きい。

高温部９９において、環境ローダ１６０の周囲には、ロードロック１５０、複数の加熱加圧装置１７０および冷却装置１８０が配される。また、ロードロック１５０、加熱加圧装置１７０および冷却装置１８０の間は、気密壁１５６により相互に気密に連結される。更に、気密壁１５６の内部は、真空ポンプ１１８に結合される。

これにより、気密壁１５６の内側を排気して、加熱加圧装置１７０および冷却装置１８０を真空環境下で稼働させることができる。よって、加熱加圧装置１７０において基板１０２が加熱された場合に、基板１０２が熱酸化することが防止される。

以下、環境ローダ１６０、加熱加圧装置１７０および冷却装置１８０について、それぞれの個別の図面を参照して説明する。以下の説明において、図１および図２と共通な要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図３は、環境ローダ１６０を単独で示す平面図である。環境ローダ１６０は、フォーク１６２、２６２、アーム１６４、２６４、共通支持部１６８、フォールディングアーム１６６および支柱１６９を有する。

一対のフォーク１６２、２６２は、互いに反対の方向を向いてアーム１６４、２６４の先端に支持される。アーム１６４、２６４の後端は、共通支持部１６８により回動自在に、共通に支持される。なお、一対のフォーク１６２、２６２のそれぞれは、測温部１６１、２６１を備える。

共通支持部１６８は、フォールディングアーム１６６の一端に支持される。フォールディングアーム１６６の他端は、支柱１６９の上端に、回動可能に支持される。支柱１６９は、図２に示したように、筐体１１０に対して固定される。

図４は、環境ローダ１６０の動作を説明する平面図である。図示のように、図３では畳まれていたフォールディングアーム１６６は、中間にヒンジを有して、支柱１６９から共通支持部１６８までの距離を伸縮させることができる。アーム１６４、２６４は、共通支持部１６８を回転軸として水平に回転するので、環境ローダ１６０は、一対のフォーク１６２、２６２のいずれかを選択的に差し出すことができる。

よって、図１および図２に示した基板接合装置１００において、環境ローダ１６０は、周囲に配されたロードロック１５０、加熱加圧装置１７０および冷却装置１８０の相互の間で、積層体１０６を搬送して搬入または搬出できる。また、積層体１０６を搬送する場合は、一対のフォーク１６２、２６２のいずれをも使用できる。

図５は、フォーク１６２を単独で拡大した斜視図である。なお、既に説明したように、一方のフォーク１６２は、他方のフォーク２６２と共通の構造を有する。

アーム１６４の一端に支持されたフォーク１６２は、二股になった部分に、それぞれ一対の吸着部１６３および給電部１６５を有する。吸着部１６３は、例えば減圧源に結合されて、搭載された積層体１０６を吸着する。これにより、搬送中の加速または減速により積層体１０６がフォーク１６２からずれることが防止される。

給電部１６５は、基板ホルダ１０４に設けられた静電チャックの端子に接して電圧を印加する。これにより、基板ホルダ１０４は個別に基板１０２を保持するので、基板１０２および基板ホルダ１０４の搬送中のずれが防止される。

更に、フォーク１６２は測温部１６１を備える。測温部１６１は、例えば熱電対により形成される。これにより、測温部１６１は、フォーク１６２自体の温度を測定する温度センサとして使用される。また、フォーク１６２に積層体１０６を搭載した場合には、搭載した積層体１０６の温度を検出する温度センサとしても使用できる。

搭載した積層体１０６の温度を測定する場合、測温部１６１を積層体に直接に接触させて温度を測定してもよい。また、積層体１０６を搭載したことによりフォーク１６２自体に生じた温度変化を検知して積層体１０６の温度を推測してもよい。

なお、上記の例では、測温部１６１としての熱電対を例示したが、温度センサの形態が熱電対に限られるわけではない。例えば、気密壁１５６により形成された真空室内に放射温度計等の非接触型温度計を配して、複数のフォーク１２２の温度を計測してもよい。この場合は、フォーク１６２には測温部１６１は搭載されない。

図６は、加熱加圧装置１７０単独の構造を模式的に示す縦断面図である。加熱加圧装置１７０は、一対の冷却プレート１７４、一対の加熱プレート１７６および１対の断熱プレート１７８を有する。また、単一のシリンダ１７２およびピストン１７３により形成された駆動部を有する。

断熱プレート１７８、冷却プレート１７４および加熱プレート１７６の一方は、枠体１７９の底面から順次積層して固定される。搬入口１７１から搬入された積層体１０６は、この加熱プレート１７６の上に載置される。

断熱プレート１７８、冷却プレート１７４および加熱プレート１７６の他方は、枠体１７９の天面から垂下されたシリンダ１７２およびピストン１７３の下端に、加熱プレート１７６を下層にして積層した状態で吊り下げられる。よって、シリンダ１７２に押されてピストン１７３が降下した場合、加熱プレート１７６の下面が、積層体１０６の上面に当接して圧下する。

加熱プレート１７６はヒータ１７７を有する。これにより、一対の加熱プレート１７６間に積層体１０６を挟んだ場合に、基板ホルダ１０４を介して基板１０２が加熱される。

冷却プレート１７４は冷媒路１７５を有する。ヒータ１７７の動作が停止した後に冷媒路１７５に冷媒を流通させることにより、冷却プレート１７４は加熱プレート１７６を冷却する。

断熱プレート１７８は、加熱プレート１７６または冷却プレート１７４の影響が枠体１７９に伝わることを抑制する。なお、加熱加圧装置１７０は真空環境で使用されるので、断熱プレート１７８により、加熱プレート１７６および冷却プレート１７４は効率よく加熱プレート１７６を冷却する。

なお、加熱加圧装置１７０に積層体１０６が装填された状態で、冷却プレート１７４を動作させた場合は、加熱プレート１７６と共に、積層体１０６も冷却される。ただし、冷却する対象が大きくなるので冷却速度は遅くなる。

このような加熱加圧装置１７０は、既に位置合わせして仮接合された積層体１０６を加熱しつつ加圧することにより、基板１０２の接合を恒久的な本接合とする。これにより本接合された基板１０２は、基板１０２自体を破壊しない限り剥がせない。

また、加熱加圧装置１７０は、ある積層体１０６に対する加熱、加圧が済んだ後に、冷却プレート１７４を用いて加熱プレート１７６を急速に室温まで冷却できる。これにより、次の積層体１０６が室温で搬入された場合に、積層体１０６と加熱プレート１７６との温度差を小さくして、基板１０２の位置合わせがずれることを防止する。

図７は、冷却装置１８０単独の構造を模式的に示す縦断面図である。冷却装置１８０は、一対の冷却プレート１８４および一対の断熱プレート１８８を有する。また、単一のシリンダ１８２およびピストン１８３により形成された駆動部を有する。

断熱プレート１８８および冷却プレート１８４の一方は、枠体１８９の底面から順次積層して固定される。搬入口１８１から搬入された積層体１０６は、冷却プレート１８４の上に載置される。

断熱プレート１８８および冷却プレート１８４の他方は、枠体１８９の天面から垂下されたシリンダ１８２およびピストン１８３の下端に、冷却プレート１８４を下にして積層した状態で吊り下げられる。よって、シリンダ１８２に押されてピストン１８３が降下した場合、積層体１０６は、一対の冷却プレート１８４の間に挟まれる。

冷却プレート１８４は冷媒路１８５を有する。冷媒路１８５に冷媒を流通させることにより、冷却プレート１８４は、基板ホルダ１０４を介して基板１０２を室温まで冷却する。

断熱プレート１８８は、冷却プレート１８４の影響が枠体１８９に伝わることを抑制する。冷却装置１８０は真空環境で使用されるので、断熱プレート１８８により、冷却プレート１８４は効率よく積層体１０６を冷却する。

このような冷却装置１８０により、加熱加圧装置１７０において加熱された積層体１０６は、冷却されて再び室温に戻される。よって、ロードロック１５０から搬出されて室温部９８に戻された場合に、積層体１０６の温度が室温部９８の温度に影響を与えることがなく、アライナ１３０等の精度を劣化させることが防止される。

なお、下側の冷却プレート１８４の上面には、複数の弾性支持部１８６が配される。これにより、下側の冷却プレート１８４の上に載置された時点では、積層体１０６が冷却プレート１８４に接していない。

しかしながら、ピストン１８３が降下して一対の冷却プレート１８４に挟まれた場合、弾性支持部１８６が弾性変形するので、積層体１０６の両面が一対の冷却プレート１８４に略同時に接する。これにより、積層体１０６の表裏を同じ条件で冷却して、冷却速度の相違により基板１０２に応力が作用することを防止できる。

図８、図９、図１０および図１１は、基板接合装置１００における基板１０２の状態の変遷を示す図である。以下、図８、図９、図１０および図１１を参照しつつ基板接合装置１００の動作を説明する。

まず、接合に供される基板１０２を、ＦＯＵＰ１１６に収容して基板接合装置１００に装填する。接合に供される基板１０２は、互いに同じ仕様である場合も、互いに異なる仕様である場合もある。また、接合に供される基板１０２自体が、既に接合により形成された積層構造を有する場合もある。

基板接合装置１００においては、まず、大気ローダ１２０が、ホルダストッカ１４６から基板ホルダ１０４を搬出して、ホルダプリアライナ１４４に搬入する。ホルダプリアライナ１４４において、基板ホルダ１０４は、例えば案内部材等により案内されて、予め定められた位置に載置される。

次に、大気ローダ１２０は、ＦＯＵＰ１１６から基板１０２を搬出して基板プリアライナ１４２に搬送する。基板プリアライナ１４２は、基板１０２に形成されたノッチ等を指標にして、基板１０２の大気ローダ１２０に対する搭載方向および搭載位置を補正する。更に、大気ローダ１２０は、基板１０２をホルダプリアライナ１４４に搬送する。

大気ローダ１２０は、ホルダプリアライナ１４４において所定の位置に載置された基板ホルダ１０４に対して基板１０２を保持させる。基板ホルダ１０４は、静電チャック等の保持機構により、基板１０２を保持する。こうして、図８に示すように、基板１０２を保持した基板ホルダ１０４が用意される。基板１０２を保持した基板ホルダ１０４は、少なくとも２組用意される。

続いて、大気ローダ１２０は、各々が基板１０２を保持した基板ホルダ１０４を、アライナ１３０に順次搬送する。例えば、最初に搬送される基板ホルダ１０４は、大気ローダ１２０により反転されて上ステージ１３６に保持される。

また、次に搬入された基板ホルダ１０４は、そのままの向きで下ステージ１３４に保持される。これら基板ホルダ１０４に保持された基板１０２は、図９に示すように、アライナ１３０により相互に位置合わせして仮接合され、積層体１０６を形成する。

なお、アライナ１３０において仮接合された一対の基板１０２はまだ接着されていないので、図１０に示すように、基板ホルダ１０４の溝１０１にクリップ１０３を嵌めて、位置合わせした状態を保存するようにしてもよい。

次に、大気ローダ１２０は、積層体１０６をアライナ１３０から搬出して、ロードロック１５０に搬入する。このとき、シャッタ１５４は閉じ、ロードロック１５０の内部は、高温部９９の真空環境から遮断されている。

次に、ロードロック１５０内に積層体１０６を置いた状態で、シャッタ１５２も閉じてロードロック１５０を気密に封鎖する。この状態でロードロック１５０の内部を排気して、真空環境とする。続いて、シャッタ１５４を開き、ロードロック１５０を高温部９９内の真空環境と連通させる。これにより、環境ローダ１６０は、積層体１０６をロードロックから搬出できる。

次に、環境ローダ１６０は、積層体１０６をいずれかの加熱加圧装置１７０に搬入する。加熱加圧装置１７０は、積層体１０６を加熱、加圧して、基板１０２を恒久的に接着させる。こうして、一対の基板１０２は、図１１に示すように、積層型基板１０８となる。

次に、環境ローダ１６０は、加熱加圧装置１７０から積層体１０６を搬出して、冷却装置１８０に搬入する。冷却装置１８０において、積層体１０６は室温まで冷却される。冷却された積層体１０６は、再び環境ローダ１６０によりロードロック１５０に搬入される。

積層体１０６を搬入されたロードロック１５０は、高温部９９側のシャッタ１５４を閉じ、ロードロック１５０の内部を大気圧に戻した後、室温部９８側のシャッタを開く。これにより、大気ローダ１２０が、積層体１０６を室温部９８側に搬出できる。

搬出された積層体１０６は、例えば、ホルダプリアライナ１４４において、積層型基板１０８と基板ホルダ１０４とに分離される。分離された基板ホルダ１０４は、ホルダストッカ１４６に戻される。また、分離された積層型基板１０８は、搬出用のＦＯＵＰ１１６に回収される。

図１２は、上記のような基板接合装置１００の一連の動作のうち、高温部９９に搬入されてから搬出されるまでの積層体１０６の温度履歴を示すダイアグラムである。接合装置の動作の種類は、図中に凡例を示す。また、ハッチングにより塗られた領域の上縁は、積層体１０６の温度を示す。ただし、温度および経過時間はいずれも相対値を示す。

まず、給気期間３０１にロードロック１５０の内部を大気圧にした上で、装入期間３０２に、大気ローダ１２０がロードロック１５０に積層体１０６を搬入する。続いて、大気ローダ１２０側のシャッタ１５２が閉鎖され、減圧期間３０３にロードロック１５０内が排気される。ロードロック１５０内が高温部９９の内部と同じ真空度に達した時点で搬送期間３０４が始まり、環境ローダ１６０が積層体１０６を加熱加圧装置１７０に搬入する。

加熱加圧装置１７０は、加熱プレート１７６に積層体１０６を挟んだ状態で、加熱期間３０５を開始する。これにより、積層体１０６の温度は上昇する。次いで、積層体１０６の温度が予め定められた温度に到達した時点で加圧期間３０６が開始される。積層体１０６が加圧されている加圧期間３０６の間、積層体１０６の温度は略一定に保たれる。

ついで、予め定められた加圧期間３０６を過ぎると、加熱プレート１７６が停止して、冷却プレート１７４が加熱プレート１７６を冷却する自己冷却期間３０７が始まる。これにより、加熱プレート１７６に挟まれた積層体１０６の温度も低下する。

続いて、自己冷却期間３０７が終わると、冷却プレート１７４による積極的な冷却は終わり、放冷期間３０８となる。ただし、放冷期間３０８の長さは一定ではなく、また、常に存在するわけではない。

例えば、冷却装置１８０が他の積層体１０６を冷却していて、加熱加圧装置１７０から積層体１０６を搬出できないような場合には、放冷期間３０８が生じ、更にそれが長くなる場合がある。放冷期間３０８においても、冷却速度こそ低下するものの、積層体１０６の温度は徐々に低下する。

次に、冷却装置１８０が使用可能になると、環境ローダ１６０は、搬送期間３０９に、積層体１０６を加熱加圧装置１７０から冷却装置１８０に搬送する。冷却装置１８０は、搬入された積層体１０６を冷却プレート１８４で挟み、強制冷却期間３１０を開始する。

冷却装置１８０により積層体１０６の温度が室温まで低下すると、再び搬送期間３１１となり、環境ローダ１６０は、積層体１０６を冷却装置１８０からロードロック１５０に搬送する。本接合された積層体１０６を搬入されたロードロック１５０は、環境ローダ１６０側のシャッタ１５４を閉じた上で給気期間３１２を開始し、ロードロック１５０内を大気圧まで戻す。

ロードロック１５０の内部が大気圧に戻ると、大気ローダ１２０側のシャッタ１５２が開かれ、大気ローダ１２０が積層体１０６を搬出する。搬出された積層体１０６は、例えばホルダプリアライナ１４４において、積層型基板１０８と基板ホルダ１０４とに分離される。分離された積層型基板１０８は、大気ローダ１２０により搬送されて、ＦＯＵＰ１１６に回収される。分離された基板ホルダ１０４は、ホルダストッカ１４６に収容され、次の使用まで待機する。

上記のような積層体１０６に対するシーケンスにおいて、環境ローダ１６０が搬送する積層体１０６の温度は変化する。即ち、自己冷却期間３０７の直後に、放冷期間３０８無しに加熱加圧装置１７０から搬出された積層体１０６は、温度が高い。なお、ここででは、積層体１０６の温度が図中に示す閾値温度Ｔよりも高い状態を高温状態とする。

一方、図示のように、放冷期間３０８が続くと積層体１０６の温度は徐々に低下し、図示のシーケンスでは、閾値温度Ｔと略等しくなった時点で搬出されている。しかしながら、何らかの事情で放冷期間３０８がこれよりも長くなった場合、積層体１０６の温度は、閾値温度Ｔよりも低い低温状態になる。なお、室温部９８側からロードロック１５０を介して搬入された直後、および、冷却装置１８０から搬出された直後の積層体１０６の温度は、室温部９８において管理された室温と同じであり、低温状態であることはいうまでもない。

なお、放冷期間３０８が長く、冷却装置１８０に搬入された時点の積層体１０６の温度が低い場合は、冷却装置１８０における強制冷却期間３１０も短くなる。しかしながら、冷却装置１８０は、比較的高い冷却速度で積層体１０６を冷却するので、強制冷却期間３１０の絶対的な時間の差は小さい。

ところで、高温部９９の内部は真空に保たれているので、輻射以外の熱伝導は生じ難い。しかしながら、環境ローダ１６０のフォーク１６２、２６２は搬送する積層体１０６に直接に接触する。このため、フォーク１６２、２６２と積層体１０６の間に温度差があると、両者の間に熱伝導が生じる。

これにより、積層体１０６の温度の方が高い場合は、フォーク１６２、２６２が加熱され、それに応じて積層体１０６の温度が低下する。また、積層体１０６の温度の方が低い場合は、フォーク１６２、２６２が冷却され、その分、積層体１０６の温度が上昇する。このため、フォーク１６２、２６２が支持したことにより、積層体１０６に温度分布が生じる場合がある。

ここで、積層体１０６を加熱加圧装置１７０へ搬入する搬送期間３０４について検討する。積層体１０６を支持するフォ−ク１６２、２６２のいずれかと積層体１０６との温度差が大きいと、積層体１０６の下面がフォ−ク１６２、２６２により加熱または冷却され、基板１０２の位置決めに影響が生じる場合がある。よって搬送期間３０４において積層体１０６を支持するフォーク１６２、２６２は、積層体１０６の温度により近い温度を有するもの使用することが好ましい。

次に、積層体１０６を冷却装置１８０へ搬入する搬送期間３０９について検討する。積層体１０６を支持するフォ−ク１６２、２６２の温度が積層体１０６の温度よりも低ければ、積層体１０６の冷却が促進される。ただし、既に説明した通り、冷却装置１８０の冷却速度は高いので、基板接合装置１００全体のスループット短縮への寄与は限定的になる。

更に、積層体１０６を高温部９９側からロードロック１５０に搬入する搬送期間３１１について検討する。積層体１０６を支持するフォ−ク１６２、２６２のいずれかと積層体１０６との温度差が大きいと、冷却装置１８０において、室温部９８の温度と同じ温度に冷却された積層体１０６の温度が変化してしまう。このため、ロードロック１５０から室温部９８側に搬出された場合に、室温部９８の温度管理の負荷が大きくなる。よって、搬送期間３１１において積層体１０６を支持するフォーク１６２、２６２は、積層体１０６の温度により近い温度を有するものが使用されることが好ましい。

これらを総合的に勘案すると、搬送期間３０４、３０９、３１１の各々において積層体１０６を支持するフォーク１６２、２６２は、積層体１０６の温度により近い温度を有するものを選択することが有利になる。ただし、既に説明した通り、使用状況によりフォ−ク１６２、２６２の温度は変化する。そこで、制御部１１４は、測温部１６１、２６１によりフォ−ク１６２、２６２の各々の温度を検知して、使用するフォ−ク１６２、２６２の選択を判断する。

なお、フォーク１６２、２６２が加熱される場合の熱源は積層体１０６なので、フォーク１６２、２６２の温度範囲は、加熱加圧装置１７０の加熱温度と室温との間になる。よって、フォーク１６２、２６２は、低温状態の積層体１０６よりも高く、且つ、高温状態の積層体１０６よりも低い温度を有する。

図１２に示した例では、一対のフォーク１６２、２６２に温度差がある場合に、積層体１０６が低温状態にある搬送期間３０４、３１１ではより温度が低いものが選択され、積層体１０６が高温状態にある搬送期間３０９ではより温度が高いものが選択される。

なお、一対のフォーク１６２、２６２に温度差がない場合は、搬送すべき積層体１０６のより近くに位置するフォーク１６２、２６２を選択する。これにより、基板接合装置１００のスループットを向上させることができる。

なお、搬送期間３０４、３０９、３１１の各々に使用されるフォーク１６２、２６２は、厳密には、基板１０２または積層型基板１０８の温度に基づいて選択される。しかしながら、基板１０２または積層型基板１０８の熱容量に比較すると、基板ホルダ１０４の熱容量は圧倒的に大きい。よって、積層体１０６において表面に位置する基板ホルダ１０４の温度に基づいて使用するフォーク１６２、２６２を選択してもよい。

積層体１０６の温度は、基板接合装置１００に設定された各部の処理時間により予測できる。即ち、高温部９９に搬入されるまでの積層体１０６は、室温部９８で管理されている温度と同じ温度を有する。加熱加圧装置１７０における加熱期間３０５、加圧期間３０６および自己冷却期間３０７のスケジュールは予め定められているので、自己冷却期間３０７直後の積層体１０６の温度も予測できる。放冷期間３０８後の積層体１０６の温度も放冷期間３０８の長さから予測し得る。

しかしながら、積層体１０６の温度を測定してより精密な制御をしてもよい。即ち、フォーク１６２、２６２の温度を測定する測温部１６１、２６１として放射温度計等を用いた場合は、それを利用して積層体１０６の温度を測定することもできる。

図１３は、基板接合装置１００の高温部９９における複数の積層体４０１〜４０８の熱履歴を示すダイアグラムである。図示のように、高温部９９には、複数の積層体４０１〜４０８が順次搬入され、次々に本接合される。

図１および図２に示した基板接合装置１００の高温部９９には、単独の処理時間が最も長い加熱加圧装置１７０が３基配される。一方、搬送時間が短い環境ローダ１６０と単独の処理時間が短い冷却装置１８０とは、それぞれ１基ずつが高温部９９に配される。

このため、図示のように、複数の積層体１０６を搬入された高温部９９では、例えば、積層体４０１が冷却装置１８０で冷却されている間は、他の積層体４０２加熱加圧装置１７０から積層体１０６を搬出できない。このため、加熱加圧装置１７０における放冷器官３０８の長さが変化すると共に、加熱加圧装置１７０から搬出される積層体４０２〜４０８が温度互いに異なる。

図示の例では、タイミングＡに最初に高温部９９に搬入された積層体４０１は、放冷期間３０８無しに冷却装置１８０に搬送される。このため、加熱加圧装置１７０から冷却装置１８０までの搬送期間３０９は、高温状態の積層体４０１が搬送される。従って、搬送期間３０９に積層体４０１を支持するフォーク１６２、２６２は、より温度の高いものが選択される。

タイミングＢに２番目に搬入される積層体４０２は、積層体４０１が搬出された後に直ちに給気されたロードロック１５０に搬入される。ロードロック１５０から加熱加圧装置１７０に搬入された積層体４０２は直ちに加熱加圧されて本接合される。しかしながら、加熱および加圧が終了した後は、冷却装置１８０が積層体４０１の冷却から開放されるまで、積層体４０２を格納して放冷させる。このため、積層体４０２の温度は徐々に降下するが、冷却装置１８０に搬入される時点では依然として高温状態にある。

タイミングＣに３番目に搬入される積層体４０３は、積層体４０２が搬出された後に直ちに給気されたロードロック１５０に搬入される。ロードロック１５０が排気された後に加熱加圧装置１７０に搬入された積層体４０３は直ちに加熱加圧されて本接合される。しかしながら、積層体４０１、４０２からの冷却装置１８０の開放を待つ時間は重畳され、加熱加圧装置１７０における放冷器官３０８は更に長くなる。このため、冷却装置１８０に搬入される時点では、積層体４０３は低温状態になる。よって、積層体４０３の搬送期間３０９は、低温状態のフォーク１６２、２６２により積層体４０３が支持される。

積層体４０４が搬入されるタイミングＤは、加熱加圧装置１７０による積層体４０４の本接合が終了した後、比較的短時間で積層体４０４を冷却装置１８０に搬入できるように、高温部９９に対する搬入時間を遅くしている。これにより、放冷期間３０８が短縮され、冷却装置１８０に搬入される積層体４０４は、高温状態になる。従って、搬送期間３０９に積層体４０４を支持するフォークは、高温状態のものが選択される。

以下、積層体４０５以降は、いずれの積層体４０５、４０６、４０７、４０８に対しても概ね同じシーケンスが実行され、搬送器官３０９の積層体４０８はいずれも高温状態となる。よって、搬送期間３０９は、高温状態のフォーク１６２、２６２が繰り返し使用される。このため、高温状態のフォーク１６２、２６２の温度も、高温状態で安定する。

ただし、例えば、基板１０２を補充する目的でＦＯＵＰ１１６を交換するような場合には、基板接合装置１００の稼働が中断する。このような場合、当初は高温状態であったフォーク１６２、２６２が低温状態に遷移する場合がある。このような状態の変化は、フォーク１６２、２６２に設けた測温部１６１、２６１を介して制御部１１４に検知される。

なお、上記の例は、一対の基板１０２を接合する場合に、一対の基板ホルダ１０４を用いる場合について説明した。しかしながら、基板ホルダ１０４を用いることなく、基板１０２を直接に積層して加熱加圧する基板接合装置においても、基板１０２の温度に応じてフォーク１６２、２６２を選択することにより、基板１０２の位置合わせ精度が維持される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を、後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現しうることに留意されたい。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

９８ 室温部、９９ 高温部、１００ 基板接合装置、１０１ 溝、１０２ 基板、１０３ クリップ、１０４ 基板ホルダ、１０６、４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８ 積層体、１０８ 積層型基板、１１０ 筐体、１１２ 断熱壁、１１４ 制御部、１１６ ＦＯＵＰ、１１８ 真空ポンプ、１２０ 大気ローダ、１２１ ガイドレール、１２２、１６２、２６２ フォーク、１２４、１６４、２６４ アーム、１２６、１６６ フォールディングアーム、１３０ アライナ、１３１ 駆動部、１３２ フレーム、１３４ 下ステージ、１３６ 上ステージ、１３８ 防振脚、１４２ 基板プリアライナ、１４４ ホルダプリアライナ、１４６ ホルダストッカ、１５０ ロードロック、１５２、１５４ シャッタ、１５６ 気密壁、１６０ 環境ローダ、１６１、２６１ 測温部、１６３ 吸着部、１６５ 給電部、１６８ 共通支持部、１６９ 支柱、１７０ 加圧装置、１７１、１８１ 搬入口、１７２、１８２ シリンダ、１７３、１８３ ピストン、１７４、１８４ 冷却プレート、１７５、１８５ 冷媒路、１７６ 加熱プレート、１７７ ヒータ、１７８、１８８ 断熱プレート、１７９、１８９ 枠体、１８０ 冷却装置、１８６ 弾性支持部

Claims (26)

1. 互いに位置合わせされて重ね合わされ、それぞれに素子が形成された少なくとも二つの半導体基板を有する積層体を搬送する搬送装置であって、
   前記積層体を搭載する複数の搭載部と、
   前記積層体の温度を測定する測温部と、
   を備え、
   前記複数の搭載部のうち、前記積層体の温度に応じて、前記積層体を搭載する搭載部を選択する制御部を備えることを特徴とする搬送装置。
2. 前記測温部は、前記複数の搭載部のそれぞれの温度を測定し、
   前記制御部は、前記温度と前記積層体の温度との差に応じて、前記搭載部を選択する請求項１に記載の搬送装置。
3. 前記制御部は、前記温度と前記積層体の温度との差が小さい前記搭載部を選択する請求項２に記載の搬送装置。
4. 前記制御部は、前記複数の搭載部のうち前記測温部による測定結果が等しい前記搭載部が複数あった場合、前記半導体基板に対する距離が近いことを条件にして、前記複数の搭載部から使用すべき前記搭載部を選択する請求項２または３に記載の搬送装置。
5. 前記測温部は、前記搭載部に配された熱電対を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の搬送装置。
6. 前記測温部は、前記搭載部の温度を非接触で測定する請求項１から４のいずれか一項に記載の搬送装置。
7. 前記測温部は、放射温度計を含む請求項６に記載の搬送装置。
8. 前記制御部は、前記搭載部に搭載される前に前記半導体基板に対して処理された内容に基づいて、前記基板の温度を予測する請求項１から７のいずれか一項に記載の搬送装置。
9. 前記制御部は、前記測温部を用いて、前記搭載部に搭載される前記積層体の温度を測定する請求項１から８のいずれか一項に記載の搬送装置。
10. 互いに位置合わせされて重ね合され、それぞれに素子が形成された少なくとも二つの半導体基板を有する積層体を搬送する搬送装置であって、
    前記積層体を搭載する複数の搭載部と、
    前記複数の搭載部の温度を測定する測温部と、
    を備え、
    前記複数の搭載部のうち、前記測温部により測定された前記温度に応じて、前記積層体を搭載する搭載部を選択する制御部を備えることを特徴とする搬送装置。
11. 前記半導体基板と他の半導体基板とを互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせ部と、
    互いに重ね合された前記半導体基板および前記他の半導体基板を搬送する搬送装置と、
    前記搬送装置により搬送された前記半導体基板および前記他の半導体基板を互いに接合する接合部と、
    を備え、
    前記搬送装置は、請求項１から１０のいずれか一項に記載の搬送装置である基板接合装置。
12. 前記接合部は、
    真空環境に配され、前記半導体基板および前記他の半導体基板を加熱する加熱装置と、
    前記真空環境を大気環境と結合し、加熱された前記半導体基板および前記他の半導体基板、および、加熱される前の前記半導体基板および前記他の半導体基板がそれぞれ配置されるロードロックと、を有し、
    前記搬送装置は、前記加熱装置と前記ロードロックとの間で前記半導体基板および前記他の半導体基板を搬送する請求項１１に記載の基板接合装置。
13. 前記接合部は、前記加熱装置により加熱された前記半導体基板および前記他の半導体基板を冷却する冷却装置を有し、
    前記搬送装置は、前記加熱装置、前記冷却装置、および、前記ロードロックの間で前記半導体基板および前記他の半導体基板を搬送する請求項１２に記載の基板接合装置。
14. 互いに位置合わせされて重ね合されてそれぞれに素子が形成された少なくとも二つの半導体基板を有する積層体を保持する基板保持部材を搬送する搬送装置であって、
    前記積層体および前記基板保持部材を搭載する複数の搭載部と、
    前記積層体または前記基板保持部材の温度を測定する測温部と、
    を備え、
    前記複数の搭載部のうち、前記測温部により測定された前記温度に応じて、前記基板保持部材を搭載する搭載部を選択する制御部を備えることを特徴とする搬送装置。
15. 前記測温部は、前記複数の搭載部のそれぞれの温度を測定し、
    前記制御部は、前記複数の搭載部のうち、前記温度と前記積層体または前記基板保持部材の温度との差に応じて、前記搭載部を選択する請求項１４に記載の搬送装置。
16. 前記測温部は、前記複数の搭載部のそれぞれの温度を測定し、
    前記制御部は、前記複数の搭載部のうち、前記温度と前記積層体または前記基板保持部材の温度との差が小さい前記搭載部を選択する請求項１５に記載の搬送装置。
17. 前記制御部は、前記複数の搭載部のうち前記測温部による測定結果が等しい前記搭載部が複数あった場合、前記基板保持部材に対する距離が近いことを条件にして、前記複数の搭載部から使用すべき前記搭載部を選択する請求項１５または１６に記載の搬送装置。
18. 前記測温部は、前記搭載部に配された熱電対を含む請求項１５から１７のいずれか一項に記載の搬送装置。
19. 前記測温部は、前記搭載部の温度を非接触で測定する請求項１５から１７のいずれか一項に記載の搬送装置。
20. 前記測温部は、放射温度計を含む請求項１９に記載の搬送装置。
21. 前記制御部は、前記搭載部に搭載される前に前記半導体基板に対して処理された内容に基づいて、前記基板保持部材の温度を予測する請求項１５から２０のいずれか一項に記載の搬送装置。
22. 前記制御部は、前記測温部を用いて、前記搭載部に搭載される前記基板保持部材の温度を測定する請求項１５から２１のいずれか一項に記載の搬送装置。
23. 素子が形成された半導体基板を保持する基板保持部材を搬送する搬送装置であって、
    前記半導体基板が保持された基板保持部材を搭載する複数の搭載部と、
    前記複数の搭載部の温度を測定する測温部と、
    前記複数の搭載部のうち、前記測温部により測定された前記温度に応じて、前記基板保持部を搭載する搭載部を選択する制御部を備えることを特徴とする搬送装置。
24. 前記基板保持部材に保持された前記半導体基板と他の半導体基板とを互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせ部と、
    互いに重ね合された前記半導体基板および前記他の半導体基板を前記基板保持部材に保持した状態で搬送する搬送装置と、
    前記搬送装置により搬送された前記半導体基板および前記他の半導体基板を前記基板保持部材により保持された状態で互いに接合する接合部と、
    を備え、
    前記搬送装置は、請求項１５から２３のいずれか一項に記載の搬送装置である基板接合装置。
25. 前記接合部は、
    真空環境に配され、前記半導体基板および前記他の半導体基板を前記基板保持部材に保持した状態で加熱する加熱装置と、
    前記真空環境を大気環境と結合し、加熱された前記半導体基板および前記他の半導体基板、および、加熱される前の前記半導体基板および前記他の半導体基板がそれぞれ配置されるロードロックと、を有し、
    前記搬送装置は、前記加熱装置と前記ロードロックとの間で前記半導体基板および前記他の半導体基板を前記基板保持部材に保持した状態で搬送する請求項２４に記載の基板接合装置。
26. 前記接合部は、前記加熱装置により加熱された前記半導体基板および前記他の半導体基板を前記基板保持部材に保持した状態で冷却する冷却装置を有し、
    前記搬送装置は、前記加熱装置、前記冷却装置、および、前記ロードロックの間で前記半導体基板および前記他の半導体基板を前記基板保持部材に保持した状態で搬送する請求項２５に記載の基板接合装置。

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