JP5428638B2

JP5428638B2 - ステージ装置、基板貼り合わせ装置、基板貼り合わせ方法、半導体製造方法および基板ホルダ

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Publication number: JP5428638B2
Application number: JP2009189503A
Authority: JP
Inventors: 栄裕前田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: JP2011040691A

Description

本発明は、基板ホルダ、ステージ装置、貼り合わせ装置および積層半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、装置の上部にある第１テーブルに、第１ウエハを保持する第１ホルダを第１ウエハが下向きになるように保持させ、装置の下部にある第２テーブルに、第２ウエハを保持する第２ホルダを第２ウエハが上向きになるように保持させて、両ウエハを重ね合わせるウエハ重ね合わせ装置が開示されている。ここで、第１、第２ホルダを第１、第２ステージに保持する方法として、真空吸着又は静電吸着等がある。

特開２００５−２５１９７２号公報

真空吸着又は静電吸着等の手段により基板を保持する場合において、何らかの予想外の原因により、真空又は電力が切れてしまったとき、基板が落下する危険がある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、基板を保持する保持領域を有する本体と、前記本体における前記保持領域の外周に配され、前記保持領域を下向きにして前記本体が支持された状態で前記本体の落下を防止する落下防止部材が係合する係合部とを備える基板ホルダが提供される。

本発明の第２の態様においては、基板を保持する保持領域および前記保持領域の外周に配された係合部を有する基板ホルダをその前記保持領域が下方を向いた状態で保持する上ステージと、前記上ステージに保持された前記基板ホルダの前記係合部に係合して前記基板ホルダの落下を防止する落下防止位置と、前記基板ホルダの外方へ退避する退避位置との間で移動可能な落下防止部材とを備えるステージ装置が提供される。

本発明の第３の態様においては、上記ステージ装置を備える貼り合わせ装置が提供される。

本発明の第４の態様においては、基板を保持する保持領域および前記保持領域の外周に配された係合部を有する基板ホルダをその前記保持領域が下方を向いた状態で上ステージに保持するステップと、前記上ステージに保持された前記基板ホルダの前記係合部に落下防止部材を係合させることにより、前記基板ホルダの落下を防止するステップと、他の基板を保持する他の基板ホルダを、前記他の基板が上方を向いた状態で下ステージに保持するステップと、前記基板および前記他の基板を貼り合わせるステップとを備える積層半導体装置の製造方法が提供される。

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。

貼り合わせ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。ステージ装置１４０の構造を概略的に示す。ステージ装置１４０の動作を概略的に示す。上基板ホルダ１２４を上方から見下ろす様子を概略的に示す。上基板ホルダ１２４を下方から見上げる様子を概略的に示す。下基板ホルダ１２５を上方から見下ろす様子を概略的に示す。上ステージ１４１における落下防止機構１５０の構造を概略的に示す。上ステージ１４１における落下防止機構１５０のオン状態を示す。落下防止機構１５０と上基板ホルダ１２４との位置関係を概略的に示す。上ステージ１４１における落下防止機構１５０の他の実施態様を示す。積層半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。

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、貼り合わせ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。貼り合わせ装置１００は、共通の筐体１０２の内部に形成された常温部１０４および高温部１０６を含む。

貼り合わせ装置１００は、さらに筐体１０２の常温部１０４側の外部に面して複数の基板カセット１１２、１１４、１１６を有する。基板カセット１１２、１１４、１１６は、貼り合わせ装置１００において接合される基板１２２を収容する。基板カセット１１２、１１４、１１６は、筐体１０２に対して脱着自在に装着される。

常温部１０４は、プリアライナ１２６、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８および基板取り外し部１３０、並びに、一対のロボットアーム１３２、１３４を備える。常温部１０４の内部は、貼り合わせ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。

プリアライナ１２６は、高精度であるが故に狭いステージ装置１４０の調整範囲に基板１２２の位置が収まるように、個々の基板１２２の位置を仮合わせする。これにより、ステージ装置１４０における位置決めを確実にすることができる。

基板ホルダラック１２８は、複数の上基板ホルダ１２４および複数の下基板ホルダ１２５を収容して待機させる。上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５による基板１２２の保持は、例えば静電吸着による。

ステージ装置１４０は、上ステージ１４１および下ステージ１４２を含む。また、ステージ装置１４０を包囲して断熱壁１４５およびシャッタ１４６が設けられる。断熱壁１４５およびシャッタ１４６に包囲された空間は、空調機等に連通して温度管理されており、これによりステージ装置１４０における位置合わせ精度を維持する。

ステージ装置１４０において、下ステージ１４２は、基板１２２を保持した下基板ホルダ１２５を移動する。これに対して、上ステージ１４１は固定された状態で、上基板ホルダ１２４および基板１２２を保持する。さらにステージ装置１４０において、下ステージ１４２を上昇させることにより、下基板ホルダ１２５と上基板ホルダ１２４との間に一対の基板１２２を挟む。

基板取り外し部１３０は、高温部１０６の加圧部２４０から搬出された上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５に挟まれて接合された基板１２２を取り出す。基板ホルダから取り出された基板１２２は、ロボットアーム１３４、１３２および下ステージ１４２により基板カセット１１２、１１４、１１６のうちのひとつに戻されて収容される。基板１２２を取り出された上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は、基板ホルダラック１２８に戻されて待機する。

なお、貼り合わせ装置１００に装填される基板１２２は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものであってよい。装填された基板１２２が、既に複数のウエハを積層して形成された積層基板である場合もある。

一対のロボットアーム１３２、１３４のうち、基板カセット１１２、１１４、１１６に近い側に配置されたロボットアーム１３２は、基板カセット１１２、１１４、１１６、プリアライナ１２６およびステージ装置１４０の間で基板１２２を搬送する。また、ロボットアーム１３２は、接合する基板１２２の一方を裏返す機能も有する。これにより、基板１２２において回路、素子、端子等が形成された面を対向させて接合することができる。

一方、基板カセット１１２、１１４、１１６から遠い側に配置されたロボットアーム１３４は、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８、基板取り外し部１３０、基板ホルダラック１２８およびエアロック２２０の間で基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬送する。ロボットアーム１３４は、基板ホルダラック１２８に対して、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬入および搬出する。

高温部１０６は、断熱壁１０８、エアロック２２０、ロボットアーム２３０および複数の加圧部２４０を有する。断熱壁１０８は、高温部１０６を包囲して、高温部１０６の高い内部温度を維持すると共に、高温部１０６の外部への熱輻射を遮断する。

ロボットアーム２３０は、加圧部２４０のいずれかとエアロック２２０との間で基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬送する。エアロック２２０は、常温部１０４側と高温部１０６側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。

基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５が常温部１０４から高温部１０６に搬入される場合、まず、常温部１０４側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１３４が基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５をエアロック２２０に搬入する。次に、常温部１０４側のシャッタ２２２が閉じられ、高温部１０６側のシャッタ２２４が開かれる。

続いて、ロボットアーム２３０が、エアロック２２０から基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬出して、加圧部２４０のいずれかに装入する。加圧部２４０は、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５に挟まれた状態で加圧部２４０に搬入された基板１２２を加熱および加圧する。これにより基板１２２は恒久的に接合される。なお、加圧部２４０は、基板１２２を加熱せずに加圧することで基板１２２を接合してもよい。

高温部１０６から常温部１０４に基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬出する場合は、上記の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、高温部１０６の内部雰囲気を常温部１０４側に漏らすことなく、基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を高温部１０６に搬入または搬出できる。

このように、貼り合わせ装置１００内の多くの領域において、上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５は、基板１２２を保持した状態でロボットアーム１３４、２３０および下ステージ１４２に搬送される。基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５が搬送される場合、ロボットアーム１３４、２３０は、真空吸着、静電吸着等により上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５を吸着して保持してよい。また、上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５は、静電吸着により基板１２２を吸着して保持してよい。

図２は、ステージ装置１４０の構造を概略的に示す。ステージ装置１４０は、枠体３１０の内側に配された上ステージ１４１、下ステージ１４２および昇降部３６０を備える。

枠体３１０は、互いに平行で水平な天板３１２および底板３１６と、天板３１２および底板３１６を結合する複数の支柱３１４とを備える。天板３１２、支柱３１４および底板３１６は、それぞれ高剛性な材料により形成され、内部機構の動作に係る反力が作用した場合も変形を生じない。なお、貼り合わせ装置１００に組み込まれた場合は、支柱３１４相互の間は断熱壁１４５により封止される。

上ステージ１４１は、天板３１２の下面に固定される。上ステージ１４１は、基板１２２を下面に保持する上基板ホルダ１２４を吸着する。当該吸着方法は、真空吸着であってよく、静電吸着であってもよい。基板１２２は、静電吸着により上基板ホルダ１２４の下面に保持されて、後述するアラインメントの対象の一方となる。

上ステージ１４１は、上基板ホルダ１２４の落下を防止する落下防止機構１５０を有する。落下防止機構１５０は、上基板ホルダ１２４の吸着機構が何らかの原因によって効力を失ったときに、上基板ホルダ１２４の落下を防止する。例えば上基板ホルダ１２４が真空吸着によって上ステージに吸着された場合に、予想外の停電等により真空が切れてしまい、真空吸着が外れたとき、上基板ホルダ１２４が落下防止機構１５０により受け取られるので、下ステージ１４２等に落下することを防止できる。

下ステージ１４２は、Ｘステージ３５４およびＹステージ３５６を有する。Ｘステージ３５４は、底板３１６の上に載置され、底板に対して固定されたガイドレール３５２に案内されつつＸ方向に移動する。Ｙステージ３５６は、Ｘステージ３５４の上でＹ方向に移動する。

昇降部３６０は、下ステージ１４２上に搭載され、シリンダ３６２およびピストン３６４を有する。ピストン３６４は、外部からの指示に応じて、シリンダ３６２内をＺ方向に昇降する。ピストン３６４の上に、下吸着プレート３７２が設けられ、その上に下基板ホルダ１２５が保持される。更に、下基板ホルダ１２５上に別の基板１２２が保持される。基板１２２は、後述するアラインメントの対象の一方となる。

下ステージ１４２は、更に、プッシュアップピン３２０を有する。基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に固定する場合に、ロボットアーム１３４が基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４を裏返して、下吸着プレート３７２から所定の高さに上昇したプッシュアップピン３２０に乗せる。上基板ホルダ１２４が上ステージ１４１の下に来るように、下ステージ１４２が移動される。プッシュアップピン３２０がさらに上昇して、上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に近づけて、真空吸着等により上基板ホルダ１２４を上ステージに保持する。説明の便利を考慮して、図２には、２本のプッシュアップピン３２０を表示したが、３本のプッシュアップピン３２０が下吸着プレート３７２の面内に、１２０°間隔で円周上に配置されてよい。

なお、各基板１２２の各々は、その表面（図上では下面）に、アラインメントの基準となる複数のアラインメントマークＭを有する。ただし、アラインメントマークＭは、そのために設けられた図形等であるとは限らず、各基板１２２に形成された配線、バンプ、スクライブライン等でもあり得る。

ステージ装置１４０は、一対の顕微鏡３４２、３４４を有する。一方の顕微鏡３４２は、天板３１２の下面に、上ステージ１４１に対して所定の間隔をおいて固定される。他方の顕微鏡３４４は、下ステージ１４２に、昇降部３６０と共に搭載される。これにより顕微鏡３４４は、昇降部３６０と共に、ＸＹ平面上を移動する。ステージ装置１４０が図示の状態にある場合に、顕微鏡３４２、３４４を用いて、対向する基板１２２のアラインメントマークＭを観察し、基板１２２の正確な位置を検出する。

図３は、ステージ装置１４０の動作を概略的に示す。同図に示すように、下ステージ１４２がＸ方向に移動される。両基板１２２のアラインメントマークＭがそれぞれ統計的に算出された位置に配置されるように、下基板ホルダ１２５に保持された基板１２２は上基板ホルダ１２４に保持された基板１２２の下に搬送される。

なお、ステージ装置１４０は、貼り合わせ装置１００に限らず、他の用途にも使用し得る。また、ステージ装置１４０において、接合した基板１２２を加圧および加熱することにより、加圧部２４０を省略した貼り合わせ装置１００を形成することもできる。

図４は、上基板ホルダ１２４を上方から見た斜視図である。図５は、同じ上基板ホルダ１２４を下方から見た斜視図である。この上基板ホルダ１２４は、基板１２２をその下面に保持する。上基板ホルダ１２４は、上基板ホルダ本体４０２と、電圧印加端子４０６と、永久磁石４０４と、溝部４０８とを有する。上基板ホルダ１２４の外形は、基板１２２よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。

上基板ホルダ本体４０２は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形されてよい。上基板ホルダ本体４０２は、その下面において基板１２２を保持する基板保持領域を有する。当該領域が高い平坦性を有して、基板１２２を吸着する。基板１２２を吸着する方法としては、静電吸着が例示できる。図５は、基板保持領域に基板１２２を保持した状態の上基板ホルダ１２４を示す。

上基板ホルダ本体４０２における上記基板保持領域の外周に、溝部４０８が形成される。溝部４０８は、上基板ホルダ本体４０２の下面側が開放され、外周から内に向かって形成される。溝部４０８は、上基板ホルダ１２４が基板保持領域が下方を向くようにして上ステージに保持された場合に、上基板ホルダ１２４の落下を防止する後述の落下防止機構１５０の爪５０２を収容できる。溝部４０８は、基板保持領域の外周に互いに１２０度間隔に三つ配される。これにより、上ステージ１４１から上基板ホルダ１２４が離脱したときに、落下防止機構１５０によってバランスよく上基板ホルダ１２４を受け取ることができる。

上基板ホルダ１２４に、落下防止機構１５０の爪５０２を収容する構造として、溝部４０８を設けることにより、上基板ホルダ１２４の下方に爪５０２が進出した場合に当該爪５０２が下基板ホルダ１２５に当接することなく上下の基板１２２間の距離を短く保つことができる。また、穴を設けることに比べ、薄い上基板ホルダ１２４にも容易に溝部４０８が形成できる。さらに当該溝部４０８により、落下防止機構１５０の爪５０２に受け取られた上基板ホルダ１２４の横すべりを防止できるので、爪５０２に受け取られた上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に再吸着して再利用しやすい。

永久磁石４０４は、基板保持領域の外周に複数配されてよい。図４においては二つ一組の永久磁石４０４が、基板保持路領域の外周において互いに１２０度間隔で三組配される。溝部４０８は、永久磁石４０４の近傍、例えば一組の永久磁石４０４の間に配され、したがって互いに１２０度間隔で三つ配される。永久磁石４０４は、後述の下基板ホルダ１２５に設けられた吸着子４１４を磁力により吸着して、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５とを結合させ、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５との間に保持された基板１２２の位置を維持する。永久磁石４０４は、上基板ホルダ本体４０２に保持された基板１２２の表面と共通の平面内に、永久磁石４０４の下面が位置するように配されてよい。

電圧印加端子４０６は、基板１２２を保持する下面と反対の裏面において、上基板ホルダ本体４０２に埋め込まれる。電圧印加端子４０６を介して電圧を印加することにより、上基板ホルダ１２４と基板１２２との間に電位差を生じさせて、基板１２２を上基板ホルダ１２４に吸着する。

図６は、下基板ホルダ１２５を上方から見た斜視図である。下基板ホルダ１２５の上面には、基板１２２が保持されている。下基板ホルダ１２５は、下基板ホルダ本体４１２および吸着子４１４を有する。下基板ホルダ１２５の外形は、基板１２２よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。

下基板ホルダ本体４１２は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形されてよい。下基板ホルダ本体４１２は、その表面において基板１２２を保持する領域が高い平坦性を有して、保持する基板１２２に接する。

吸着子４１４は、磁性体材料により形成され、基板１２２を保持する表面において、保持した基板１２２よりも外側に複数配されてよい。吸着子４１４は、基板１２２を保持する平面と略同じ平面内に、吸着子４１４の上面が位置するように、下基板ホルダ本体４１２に形成された陥没領域に配されてよい。

下基板ホルダ本体４１２は、基板１２２を保持する表面に対して裏面において、更に図示しない電圧印加端子を有する。当該電圧印加端子を介して電圧を印加することにより、下基板ホルダ１２５と基板１２２との間に電位差を生じさせて、基板１２２を下基板ホルダ１２５に吸着してよい。

図１の貼り合わせ装置１００では、ステージ装置１４０において、それぞれが基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５とを位置合わせして、当接させ、加圧部２４０において当接させた二枚の基板１２２を接合させる。このため、ステージ装置１４０から加圧部２４０に搬送される間は、接合されていない基板１２２の相対位置を維持することが求められる。このような要求に対して、下基板ホルダ１２５の吸着子４１４を上基板ホルダ１２４の永久磁石４０４に吸着させることにより、一対の基板１２２が下基板ホルダ１２５および上基板ホルダ１２４から挟みつけられて、相対位置を保持できる。

図７は、上ステージ１４１における落下防止機構１５０の構造を概略的に示す。図７は、落下防止機構１５０の爪５０２の退避位置を示す。図８は、上ステージ１４１における落下防止機構１５０の爪５０２の落下防止位置を示す。

図７に示すように、上ステージ１４１には、上吸着プレート５１２および給電部材５０６が設けられる。上ステージ１４１は、上吸着プレート５１２を介して上基板ホルダ１２４を吸着する。上ステージ１４１と上吸着プレート５１２との間に検知部５０８が設けられる。

給電部材５０６は、上吸着プレート５１２に吸着された上基板ホルダ１２４の裏面に設けられた電圧印加端子４０６に当接し、これにより電圧が印加される。電圧印加端子４０６に電圧を印加することにより、上基板ホルダ１２４と基板１２２との間に電位差を生じさせて、基板１２２を上基板ホルダ１２４に吸着できる。説明の便利を考慮して、図７および図８において、上吸着プレート５１２の両側に給電部材５０６を示したが、これは給電部材５０６の位置を限定するものではい。給電部材５０６は、上吸着プレート５１２に吸着される上基板ホルダ１２４の電圧印加端子４０６に対応する位置に、上ステージ１４１に配置されてよい。

給電部材５０６は、バネ部材により上ステージ１４１に取り付けられ、一定の範囲において鉛直方向に移動できる。上吸着プレート５１２が上基板ホルダ１２４を吸着しない状態では、給電部材５０６は、図８の破線で示すように、バネ部材により下方に進出した状態にある。上吸着プレート５１２が上基板ホルダ１２４を吸着するときは、給電部材５０６は、上基板ホルダ１２４によって上方に押し込まれる状態になる。この場合に、給電部材５０６の先端がバネ部材の弾性力により上基板ホルダ１２４の電圧印加端子４０６に押し付けられて着実に接触できる。図８において、上基板ホルダ１２４が吸着されない状態と吸着された状態とにおける給電部材５０６の移動量をｃで表す。

検知部５０８は、上基板ホルダ１２４を介して上ステージ１４１に保持された基板１２２と下基板ホルダ１２５を介して下ステージ１４２に保持された基板１２２とが当接したことを検知する。これにかえて、検知部５０８は、上基板ホルダ１２４が上ステージ１４１から離脱したことを検知してもよい。さらに検知部５０８は、上記双方の事象を検知してもよい。検知部５０８の例として、ロードセルなどが例示できる。

落下防止機構１５０は、爪５０２と、ベローズ５０３と、アクチュエータ５０４と、固定部材５０５とを有する。アクチュエータ５０４は、固定部材５０５を介して上ステージ１４１に固定される。アクチュエータ５０４は、爪５０２を進退させる。アクチュエータ５０４は、エアシリンダであってよい。爪５０２は、上基板ホルダ１２４の溝部４０８の下に進出できる部分以外の部分がベローズ５０３により覆われる。この構造により、アクチュエータ５０４からの発塵を抑制できる。

図７に示す状態において、アクチュエータ５０４は、上基板ホルダ１２４と爪５０２とが上下方向で干渉しない退避位置に爪５０２を退避させる。さらに、図８に示すようにアクチュエータ５０４は、上吸着プレート５１２に吸着された上基板ホルダ１２４の溝部４０８に向けて、上基板ホルダ１２４を保持できる落下防止位置に爪５０２を進出させる。

図９は、図８の状態で、下から観察した上基板ホルダ１２４の底面であって、落下防止機構１５０と上基板ホルダ１２４との位置関係を概略的に示す。アクチュエータ５０４は、溝部４０８の位置に対応して１２０度間隔で円周上に三つ配置される。この構造より、上ステージ１４１から上基板ホルダ１２４が離脱したときに、落下防止機構１５０の三つの爪５０２によりバランスよく上基板ホルダ１２４を受け取ることができる。

図８および図９に示すように、上基板ホルダ１２４が上ステージ１４１に吸着された状態では、爪５０２は、溝部４０８に対して上下方向に間隙を保った状態で落下防止位置に進出できる。すなわち、上基板ホルダ１２４が離脱して、爪５０２により受け取られる場合を除き、爪５０２は、溝部４０８に触れない状態で進退できる。

図８に示すように、爪５０２と溝部４０８の上端との間隙ａは、給電部材５０６の移動量ｃより小さい。よって、上基板ホルダ１２４が上吸着プレート５１２から離脱して、落下防止機構１５０により受け取られた状態でも、給電部材５０６は、電圧印加端子４０６との接触を保ち、電力供給を維持できるので、基板１２２の吸着を維持できる。

前述のとおり、下ステージ１４２に搭載された昇降部３６０が、上ステージ１４１に対して、ピストン３６４の上面に保持された下基板ホルダ１２５を上下に進退する。爪５０２と溝部４０８の上端との間隙ａは、上ステージ１４１に対し昇降部３６０が退避している状態において、上下基板ホルダに保持された基板１２２の間の間隔ｂより小さい。よって、上基板ホルダ１２４が上吸着プレート５１２から離脱して、落下防止機構１５０により受け取られた状態でも、上下基板ホルダに保持された基板１２２が互いに接触することはなく、基板１２２の破壊を回避できる。

図９に示すプッシュアップピン当接位置６０２は、ロボットアーム１３２又はロボットアーム１３４によって、上基板ホルダ１２４が図２に示すプッシュアップピン３２０の上に乗せたときに、プッシュアップピン３２０が当接する位置である。プッシュアップピン当接位置６０２は、複数の溝部４０８の間に配置される。

図１０は、上ステージ１４１における落下防止機構１５０の他の実施態様を示す。爪５０２の一端は、固定部材５０５を介して上ステージ１４１に固定される。爪５０２は、図示しないアクチュエータにより、実線で示された位置と破線で示された位置の間で回転できる。実線の位置は、落下防止機構１５０の爪５０２の落下防止位置を示し、上基板ホルダ１２４の落下を防止できる状態を示す。破線の位置は爪５０２の退避位置を示す。図１０に示す落下防止機構１５０は、図７および図８に示す落下防止機構１５０に比して、爪５０２の駆動方式が異なるだけであって、他の構成および爪５０２を進退させるタイミング等については、同じであってよい。

図１１は、図１の貼り合わせ装置１００を用いて積層半導体装置を製造する製造方法のフローチャートを示す。

まず、上基板ホルダ１２４が上ステージ１４１に保持される（Ｓ８１０）。ステップＳ８１０において、上基板ホルダ１２４が上ステージ１４１に搬送される前は、落下防止機構１５０は爪５０２を退避位置に退避させておく。これにより、上基板ホルダ１２４を上吸着プレート５１２に近づけて、真空吸着等により上吸着プレート５１２に保持させる過程において、移動中の上基板ホルダ１２４が落下防止機構１５０と衝突することを防止できる。

ロボットアーム１３２により、基板カセット１１２、１１４、１１６のいずれかに収容されている基板１２２が一枚ずつプリアライナ１２６に搬入され、仮に位置決めがされる。ロボットアーム１３４は、一枚の上基板ホルダ１２４を下ステージ１４２に搭載して、ロボットアーム１３２の近傍まで搬送させる。ロボットアーム１３２は、この上基板ホルダ１２４に、基板１２２を搭載して保持させる。

下ステージ１４２が再びロボットアーム１３４の側に移動する。ロボットアーム１３４が基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４を裏返して、下吸着プレート３７２から所定の高さに上昇したプッシュアップピン３２０の上に乗せる。上基板ホルダ１２４が上ステージ１４１の下に来るように、下ステージ１４２が移動される。プッシュアップピン３２０がさらに上昇して、上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に近づけて、真空吸着等により上基板ホルダ１２４を上吸着プレート５１２に保持する。

次に、落下防止機構１５０の爪５０２を進出させる（Ｓ８２０）。このステップＳ８２０において、上ステージ１４１に上基板ホルダ１２４が保持され、吸着が確認された後、アクチュエータ５０４は、上吸着プレート５１２に吸着された上基板ホルダ１２４の溝部４０８に向けて爪５０２を落下防止位置に進出させる。例えば真空吸着の場合における真空度の変化により吸着を確認した後、アクチュエータ５０４は、爪５０２を進出させる。

ステップＳ８２０において、上記に代えて爪５０２の進出がタイミングによって制御されてもよい。例えば、ロボットアーム１３４が基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４を裏返してプッシュアップピン３２０に乗せて、上基板ホルダ１２４が上ステージ１４１の下に来るように、下ステージ１４２が移動された時から、所定の時間を経過した時点で、爪５０２が落下防止位置に進出するように制御されてよい。「所定の時間」は、例えば、プッシュアップピン３２０を上昇させて、上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に近づけて、真空吸着等により上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に保持するまでに要するとして設定された時間である。

次に、下基板ホルダ１２５を下ステージ１４２に保持する（Ｓ８３０）。ステップＳ８３０において、ロボットアーム１３４は、一枚の下基板ホルダ１２５を下ステージ１４２に搭載して、ロボットアーム１３２の近傍まで搬送させる。ロボットアーム１３２は、この下基板ホルダ１２５に、仮位置決めされた基板１２２を搭載して保持させる。このステップにおいて、落下防止機構１５０は、爪５０２の落下防止位置を維持する。

さらに、一対の基板１２２を貼り合わせる（Ｓ８４０）。ステップＳ８４０において、下ステージ１４２を精密に移動させて、上基板ホルダ１２４を介して上ステージ１４１に保持された基板１２２に対して、下基板ホルダ１２５に保持された基板１２２の位置を合わせて、両基板を当接させる。検知部５０８により、上下基板ホルダに保持された基板１２２が当接したことが検知されたら、アクチュエータ５０４は、爪５０２を退避位置に退避させる。即ち、上基板ホルダ１２４が落下するおそれがないことを確認してから、爪５０２が退避位置に退避する。次の上基板ホルダ１２４を上ステージ１４１に保持するまでに、爪５０２は退避状態を維持する。

当接した基板１２２を挟んだ上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は、ロボットアーム１３４によりエアロック２２０に搬送される。エアロック２２０に搬送された基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は加圧部２４０に装入される。加圧部２４０において加熱および加圧されることにより、基板１２２は互いに接合されて一体になる。その後、基板１２２、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は、高温部１０６から搬出されて、基板取り外し部１３０において基板１２２が上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５から分離される。貼り合わされた基板１２２は、基板カセット１１２、１１４、１１６のいずれかに搬送して収容される。所定枚数の基板が貼り合わされた後に、個片化される。以上のプロセスにより、積層半導体装置が製造される。

なお、ステップＳ８２０の後に検知部５０８により上基板ホルダ１２４が上吸着プレート５１２から離脱したことが検知された場合に、落下防止機構１５０により受け取った上基板ホルダ１２４を再び上吸着プレート５１２に吸着させるステップを加えてよい。例えば上吸着プレート５１２の吸引力を上げたりまたはプッシュアップピンで押し上げることにより、受け取った上基板ホルダ１２４を持ち上げ、上吸着プレート５１２に近づけて再び吸着させる。これにより、落下防止機構１５０が上基板ホルダ１２４を受け取った後、短時間でステージ装置１４０を再稼動でき、生産ラインのスループットを向上できる。

アクチュエータ５０４は、駆動力が供給されない状態において爪５０２が落下防止位置に進出する構造を有することが好ましい。この構造により、例えば、予想外の停電等により駆動力が供給されない状態でも、落下防止機構１５０は、その役割を果たすことができる。

これに代えて、アクチュエータ５０４は、駆動力が供給されない状態において爪５０２が退避位置に退避する構造を有してもよい。この場合に、落下防止機構１５０は、検知部５０８により上基板ホルダ１２４が上吸着プレート５１２から離脱したことを検知した場合に、上基板ホルダ１２４に向けて、爪５０２を落下防止位置に進出させてよい。即ち、上基板ホルダ１２４の離脱を検知して、爪５０２を進出させてそれを受け取るように制御されてよい。このように落下防止機構１５０を制御する場合には、落下防止部材を進出させるステップＳ８２０を省略してよい。この制御により、アクチュエータ５０４を動かす回数を減らすことができ、発塵を抑制し、スループットを向上できる。

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のでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００貼り合わせ装置、１０２筐体、１０４常温部、１０６高温部、１０８断熱壁、１１２基板カセット、１１４基板カセット、１１６基板カセット、１２２基板、１２４上基板ホルダ、１２５下基板ホルダ、１２６プリアライナ、１２８基板ホルダラック、１３０基板取り外し部、１３２ロボットアーム、１３４ロボットアーム、１４０ステージ装置、１４１上ステージ、１４２下ステージ、１４５断熱壁、１４６シャッタ、１５０落下防止機構、２２０エアロック、２２２シャッタ、２２４シャッタ、２３０ロボットアーム、２４０加圧部、３１０枠体、３１２天板、３１４支柱、３１６底板、３２０プッシュアップピン、３４２顕微鏡、３４４顕微鏡、３５２ガイドレール、３５４Ｘステージ、３５６Ｙステージ、３６０昇降部、３６２シリンダ、３６４ピストン、３７２下吸着プレート、４０２上基板ホルダ本体、４０４永久磁石、４０６電圧印加端子、４０８溝部、４１２下基板ホルダ本体、４１４吸着子、５０２爪、５０３ベローズ、５０４アクチュエータ、５０５固定部材、５０６給電部材、５０８検知部、５１２上吸着プレート、６０２プッシュアップピン当接位置

Claims

第１の基板を保持する保持領域を有する第１基板ホルダを前記保持領域が下方を向いた状態で保持する上ステージと、
第２の基板を保持し、前記第２の基板と前記第１の基板とを互いに接触させるべく前記上ステージに対して相対移動可能な下ステージと、
前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに間隔をおいて向かい合った状態で前記第１基板ホルダが落下したときに前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに接触することを防止する落下防止機構と、
前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに接触したことを検知する検知部とを備え、
前記落下防止機構は、
前記第１基板ホルダの落下時に前記第１の基板と前記第２の基板との接触を防止する落下防止位置と、前記第１基板ホルダの外方へ退避する退避位置との間で移動可能な落下防止部材と、
前記落下防止部材を移動させるアクチュエータとを有し、
前記アクチュエータは、前記上ステージに前記第１基板ホルダが保持された後に前記落下防止部材を前記落下防止位置に移動させ、前記検知部による接触が検知された後に前記落下防止部材を前記退避位置に移動させるステージ装置。
前記落下防止部材は、前記落下防止位置において前記第１基板ホルダと間隙をおいて配置されており、
前記間隙は、前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに接触する前の前記第１の基板と前記第２の基板との間隔よりも小さい請求項１に記載のステージ装置。
前記落下防止部材と前記第１基板ホルダとの間隔は、少なくとも前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに位置合わせしているときの前記第１の基板と前記第２の基板との間隔よりも小さい請求項２に記載のステージ装置。
前記第１基板ホルダは、前記第１の基板を静電吸着すべく外部からの電力供給を受ける端子を有し、
前記上ステージは、前記端子に当接して電力を供給する給電部材を有し、
前記給電部材は、前記第１基板ホルダの落下時に前記第１の基板と前記第２の基板との接触が前記落下防止部材により防止された状態で前記端子に給電する請求項２または３に記載のステージ装置。
前記給電部材は、前記第１基板ホルダの前記端子に対して上下方向に移動し、
前記落下防止部材と前記第１基板ホルダとの間隔は、前記給電部材の移動量より小さい請求項４に記載のステージ装置。
前記アクチュエータは、駆動力が供給されない状態において前記落下防止部材を前記落下防止位置に移動させる請求項１に記載のステージ装置。
前記第１基板ホルダが前記上ステージから離脱したことを検知する落下検知部を備え、
前記落下検知部により前記第１基板ホルダの離脱が検知された場合に、前記第１基板ホルダを前記上ステージに再び保持させる請求項１から６のいずれか一項に記載のステージ装置。
前記第１基板ホルダが前記上ステージから離脱したことを検知する落下検知部を備え、
前記落下検知部により前記第１基板ホルダの離脱が検知された場合に、前記落下防止部材を前記落下防止位置に移動させ、前記落下検知部により前記第１基板ホルダの離脱が検知されていな場合に、前記落下防止部材を前記退避位置に移動させる請求項１から６のいずれか一項に記載のステージ装置。
前記アクチュエータは、エアシリンダを含み、前記エアシリンダにおける前記第１基板ホルダの下方に位置する部分以外がベローズで覆われた請求項１に記載のステージ装置。
前記第１基板ホルダは、前記保持領域の外周に配され、前記落下防止部材に係合する係合部を有する請求項１から請求項６および請求項８から請求項９のいずれか一項に記載のステージ装置。
前記係合部は溝部である請求項１０に記載のステージ装置。
請求項１から１１のいずれか一項に記載のステージ装置を備える基板貼り合わせ装置。
第１の基板を保持する保持領域を有する第１基板ホルダを前記保持領域が下方を向いた状態で上ステージに保持する第１保持ステップと、
前記上ステージに対して相対移動可能な下ステージに第２の基板を保持する第２保持ステップと、
前記上ステージに保持された前記第１の基板と前記下ステージに保持された前記第２の基板とを互いに接触させる接触ステップと、
前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに間隔をおいて向かい合った状態で前記第１基板ホルダが落下したときに前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに接触することを落下防止機構により防止する落下防止ステップと、
前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに接触したことを検知する検知ステップとを含み、
前記落下防止機構は、
前記上ステージに保持された前記第１基板ホルダの落下を防止する落下防止位置と、前記第１基板ホルダの外方へ退避する退避位置との間で移動可能な落下防止部材と、
前記落下防止部材を移動させるアクチュエータとを有し、
前記落下防止ステップにおいて前記上ステージに前記第１基板ホルダが保持された後に前記落下防止部材を前記落下防止位置に移動させ、前記検知ステップで接触が検知された後に前記落下防止部材を前記退避位置に移動させる基板貼り合わせ方法。
前記アクチュエータは、駆動力が供給されない状態において前記落下防止部材を前記落下防止位置に移動させる請求項１３に記載の基板貼り合わせ方法。
前記第１基板ホルダが前記上ステージから離脱したことを検知する落下検知ステップと、
前記落下検知ステップで前記第１基板ホルダの離脱が検知された場合に、前記第１基板ホルダを前記上ステージに再び保持させるステップとを含む請求項１３または１４に記載の基板貼り合わせ方法。
前記第１基板ホルダが前記上ステージから離脱したことを検知する落下検知ステップと、
前記落下検知ステップで前記第１基板ホルダの離脱が検知された場合に、前記落下防止部材を前記落下防止位置に移動させ、前記落下検知ステップで前記第１基板ホルダの離脱が検知されていな場合に、前記落下防止部材を前記退避位置に移動させる請求項１３または１４に記載の基板貼り合わせ方法。
請求項１３から１６のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法を有する半導体製造方法。
基板を保持する保持領域を有する本体と、
前記本体における前記保持領域の外周に配され、前記保持領域を下向きにして前記本体が支持された状態で前記本体の落下を防止する落下防止部材が係合可能な係合部と
を備え、
前記係合部は溝部であって、前記溝部には、前記落下防止部材が収容できる基板ホルダ。
前記係合部は、前記保持領域の外周に互いに１２０度間隔に配されている請求項１８に記載の基板ホルダ。
前記係合部の近傍に互いに１２０度間隔に配され、他の基板ホルダと磁力により結合する三つの結合部をさらに備える請求項１９に記載の基板ホルダ。
前記本体を下方から支持するプッシュアップピンが当接する当接部をさらに備え、
前記当接部は、前記保持領域の外周において前記係合部から離間した位置に配される請求項１８から２０のいずれか一項に記載の基板ホルダ。