JP5458520B2

JP5458520B2 - Substrate bonding equipment

Info

Publication number: JP5458520B2
Application number: JP2008184892A
Authority: JP
Inventors: 功菅谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: JP2010027726A

Description

本発明は、基板接合装置に関する。より詳細には、ウエハ等の基板を相互に密着させて貼り合わせる基板接合装置に関する。 The present invention relates to a substrate bonding apparatus. More specifically, the present invention relates to a substrate bonding apparatus for bonding substrates such as wafers to each other and bonding them together.

各々に素子および回路が形成された基板を積層した積層型の半導体装置がある（特許文献１参照）。積層型の半導体装置は、立体的な構造を採ることにより、実装面積を拡大することなく実効的な実装密度を向上させることができる。また、積層された基板相互の配線を短縮できるので、動作速度の向上にも寄与するといわれている。 There is a stacked semiconductor device in which substrates each having an element and a circuit formed thereon are stacked (see Patent Document 1). By adopting a three-dimensional structure, the stacked semiconductor device can improve the effective mounting density without increasing the mounting area. In addition, it is said that the wiring between the stacked substrates can be shortened, which contributes to an improvement in operation speed.

基板を貼り合わせる場合には、互いに平行に保持された一対の基板を圧接させる。このため、一対の基板を平行に保持して加圧する接合装置が用いられる（特許文献２参照）。
特開平１１−２６１０００号公報特開２００５−２５１９７２号公報 When the substrates are bonded together, a pair of substrates held in parallel with each other is pressed. For this reason, a bonding apparatus that holds and pressurizes a pair of substrates in parallel is used (see Patent Document 2).
JP 11-261000 A JP 2005-251972 A

基板を接合する場合、一方の基板を固定して、他方の基板をそれに向けて接近させる。接近した他方の基板は、やがて固定された基板に当接する。この当接した瞬間に発生する衝撃により、いずれかの基板にクラック等の損傷が生じる虞があった。 When bonding substrates, one substrate is fixed and the other substrate is approached towards it. The other substrate that has approached comes into contact with the fixed substrate. There is a possibility that damage such as cracks may occur in any of the substrates due to the impact generated at the moment of contact.

そこで、上記課題を解決すべく、本発明により、複数の基板を接合する基板接合装置であって、複数の基板のうちの一の基板を保持する上ステージと、一の基板に対向して複数の基板のうちの他の基板を保持する下ステージと、少なくとも一の基板と他の基板とが接触するときに、上ステージを浮かせる力を用いて上ステージを支持するステージ支持部とを備える基板接合装置が提供される。 Accordingly, in order to solve the above-described problem, according to the present invention, there is provided a substrate bonding apparatus for bonding a plurality of substrates, an upper stage holding one of the plurality of substrates, and a plurality of facing the one substrate. A substrate comprising: a lower stage that holds another substrate of the substrates; and a stage support portion that supports the upper stage using a force that causes the upper stage to float when at least one substrate and the other substrate come into contact with each other A joining device is provided.

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。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得る。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be an invention.

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に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.

図１は、基板接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。基板接合装置１００は、枠体１１０の内側に配置された、駆動部１３０、下ステージ１４０および上ステージ１７０を備える。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the substrate bonding apparatus 100. The substrate bonding apparatus 100 includes a drive unit 130, a lower stage 140, and an upper stage 170 that are disposed inside the frame body 110.

枠体１１０は、互いに平行で水平な天板１１２および底板１１６と、天板１１２および底板１１６を結合する複数の支柱１１４とを備える。天板１１２、支柱１１４および底板１１６は、それぞれ高剛性な材料により形成され、基板１５４、１６４を加圧した場合の反力が作用しても変形しない。 The frame 110 includes a top plate 112 and a bottom plate 116 that are parallel to each other and a plurality of columns 114 that couple the top plate 112 and the bottom plate 116. The top plate 112, the support column 114, and the bottom plate 116 are each formed of a highly rigid material and do not deform even when a reaction force is applied when the substrates 154 and 164 are pressed.

底板１１６の上には、Ｘステージ１２２、Ｙステージ１２４、駆動部１３０および下ステージ１４０が順次積層される。Ｘステージ１２２は、図１中での左右方向および底板１１６に平行な方向に移動する。Ｙステージ１２４は、底板１１６に平行、且つ、図１中で前後方向に直交して移動する。これにより、Ｙステージ１２４上に搭載された駆動部１３０および下ステージ１４０を、Ｘ−Ｙ平面内の任意の位置に位置決めできる。 On the bottom plate 116, an X stage 122, a Y stage 124, a driving unit 130, and a lower stage 140 are sequentially stacked. The X stage 122 moves in the left-right direction and the direction parallel to the bottom plate 116 in FIG. The Y stage 124 moves parallel to the bottom plate 116 and orthogonal to the front-rear direction in FIG. Thereby, the drive unit 130 and the lower stage 140 mounted on the Y stage 124 can be positioned at arbitrary positions in the XY plane.

駆動部１３０は、シリンダ１３２およびピストン１３４を含む。シリンダ１３２は、Ｙステージ１２４の上面に固定される。ピストン１３４は、シリンダ１３２に対して昇降する。ピストン１３４の駆動は、シリンダ１３２に供給される作動流体、例えば空気の圧力による。これにより、ピストン１３４の上端に搭載された下ステージ１４０を、図中に矢印で示すＺ方向に昇降させることができる。 The drive unit 130 includes a cylinder 132 and a piston 134. The cylinder 132 is fixed to the upper surface of the Y stage 124. The piston 134 moves up and down with respect to the cylinder 132. The piston 134 is driven by the pressure of the working fluid supplied to the cylinder 132, for example, air. Thereby, the lower stage 140 mounted on the upper end of the piston 134 can be moved up and down in the Z direction indicated by the arrow in the drawing.

このように、基板接合装置１００において、下ステージ１４０を上ステージ１７０に対して昇降させる駆動部１３０をさらに備えてもよい。これにより、外部から駆動部１３０に指示を与えることにより、下ステージ１４０を上昇させて基板１５４、１６４を接合させることができる。 As described above, the substrate bonding apparatus 100 may further include the drive unit 130 that moves the lower stage 140 up and down with respect to the upper stage 170. Accordingly, by giving an instruction to the drive unit 130 from the outside, the lower stage 140 can be raised and the substrates 154 and 164 can be joined.

下ステージ１４０は、下テーブル１４２、ロードセル１４４および上テーブル１４６を含む。下テーブル１４２は、ピストン１３４の上端に結合され、ピストン１３４と共に昇降する。下テーブル１４２の上に、ロードセル１４４を介して搭載された上テーブル１４６は、基板１５４を保持した基板ホルダ１５２を保持する機能を有する。具体的には、負圧吸着、静電吸着等により、基板ホルダ１５２を吸着して保持する。 The lower stage 140 includes a lower table 142, a load cell 144, and an upper table 146. The lower table 142 is coupled to the upper end of the piston 134 and moves up and down together with the piston 134. The upper table 146 mounted on the lower table 142 via the load cell 144 has a function of holding the substrate holder 152 holding the substrate 154. Specifically, the substrate holder 152 is sucked and held by negative pressure suction, electrostatic suction, or the like.

ロードセル１４４は、下テーブル１４２および上テーブル１４６の間に挟まれる。これにより、上テーブル１４６上に搭載された基板１５４が加圧された場合に、その圧力を正確に検出できる。また、ロードセル１４４は、下テーブル１４２上に等間隔で複数配される。これにより、基板１５４に印加された圧力に分布が生じた場合に、それを検出することもできる。 The load cell 144 is sandwiched between the lower table 142 and the upper table 146. Thereby, when the substrate 154 mounted on the upper table 146 is pressurized, the pressure can be accurately detected. A plurality of load cells 144 are arranged on the lower table 142 at equal intervals. Thereby, when a distribution occurs in the pressure applied to the substrate 154, it can be detected.

支柱１１４の上端近傍には、枠体１１０の内側に向かって突出した上ステージ支持台１１１が配される。上ステージ支持台１１１の上には、ロードセル１８０および電磁石１９２が載せられる。 In the vicinity of the upper end of the column 114, an upper stage support 111 that protrudes toward the inside of the frame 110 is disposed. A load cell 180 and an electromagnet 192 are placed on the upper stage support 111.

後述する板状の被支持部１７６を安定に支持する目的で、３以上の電磁石が配される。また、同じく被支持部１７６に加えられる力が均等であることを検出する目的で、ロードセル１８０も３以上が配される。更に、ロードセル１８０および電磁石１９２は、それぞれ、互いに等間隔に配置される。 Three or more electromagnets are arranged for the purpose of stably supporting a plate-like supported portion 176 described later. Similarly, three or more load cells 180 are arranged for the purpose of detecting that the force applied to the supported portion 176 is equal. Furthermore, the load cell 180 and the electromagnet 192 are respectively arranged at equal intervals.

上ステージ１７０は、順次積層されホルダ保持部１７２、連結部１７４および被支持部１７６を有する。ホルダ保持部１７２は、基板１６４を保持した基板ホルダ１６２を下面に保持する。ホルダ保持部１７２の上面には連結部１７４が結合され、更に、連結部１７４の上端に被支持部１７６が連結される。 The upper stage 170 has a holder holding part 172, a connecting part 174, and a supported part 176 that are sequentially stacked. The holder holding part 172 holds the substrate holder 162 holding the substrate 164 on the lower surface. A connecting part 174 is coupled to the upper surface of the holder holding part 172, and a supported part 176 is connected to the upper end of the connecting part 174.

連結部１７４は、上ステージ支持台１１１の内側開口の内径よりも狭い間隔で配される。これにより、連結部１７４は、上ステージ支持台１１１よりも下方に位置するホルダ保持部１７２と、上ステージ支持台１１１上のロードセル１８０および電磁石１９２よりも上方に位置する被支持部１７６を、上ステージ支持台１１１と干渉することなく連結する。 The connecting portions 174 are arranged at a smaller interval than the inner diameter of the inner opening of the upper stage support base 111. As a result, the connecting portion 174 moves the holder holding portion 172 positioned below the upper stage support base 111 and the supported portion 176 positioned above the load cell 180 and the electromagnet 192 on the upper stage support base 111. The stage support base 111 is connected without interference.

被支持部１７６は、ロードセル１８０および電磁石１９２の上方に届くまで、側方に拡がっている。また、電磁石１９２に対応する位置には、永久磁石１９４が埋設される。これにより、永久磁石１９４と同じ磁極が対面するように電磁石１９２が磁化された場合に、上ステージ支持台１１１と被支持部１７６の間に、磁気的な斥力を生じる。従って、上ステージ１７０を浮かせる力を発生させることができる。このように、電磁石１９２および永久磁石１９４は、協働して付勢力発生部１９０を形成する。なお、「浮かせる力」とは、重力に抗して被支持部１７６に作用する付勢力を意味し、被支持部１７６を浮き上がらせることを意味するものではない。 The supported portion 176 extends laterally until reaching the load cell 180 and the electromagnet 192. A permanent magnet 194 is embedded at a position corresponding to the electromagnet 192. Thereby, when the electromagnet 192 is magnetized so that the same magnetic pole as the permanent magnet 194 faces, a magnetic repulsive force is generated between the upper stage support base 111 and the supported portion 176. Therefore, it is possible to generate a force that causes the upper stage 170 to float. Thus, the electromagnet 192 and the permanent magnet 194 cooperate to form the biasing force generator 190. The “force to float” means an urging force acting on the supported portion 176 against gravity and does not mean that the supported portion 176 is lifted.

このように、基板接合装置１００において、上ステージ支持台１１１は、上ステージ１７０を磁力の反発力により支持してもよい。これにより、摺動の伴う部品を用いることなく、浮かせる付勢力を上ステージ１７０に作用させることができる。 Thus, in the substrate bonding apparatus 100, the upper stage support 111 may support the upper stage 170 by the repulsive force of magnetic force. As a result, the urging force to be floated can be applied to the upper stage 170 without using a part that slides.

ロードセル１８０は、電磁石１９２が稼動していない場合は、上ステージ１７０、基板ホルダ１６２および基板１６４の重量の合計を検出する。また、電磁石１９２に駆動電流が供給された場合は、ロードセル１８０の出力の変化から、被支持部１７６に作用する磁気的な斥力の大きさを知ることができる。 When the electromagnet 192 is not operating, the load cell 180 detects the total weight of the upper stage 170, the substrate holder 162, and the substrate 164. Further, when a driving current is supplied to the electromagnet 192, the magnitude of the magnetic repulsive force acting on the supported portion 176 can be known from the change in the output of the load cell 180.

更に、ホルダ保持部１７２は、スタビライザ２００により、支柱１１４に結合される。スタビライザ２００の外周側端部は、把持部１１３を介して支柱１１４に結合される。スタビライザ２００の内周側端部は、ホルダ保持部１７２の側端面に結合される。なお、図示の状態では、スタビライザ２００は、自重による変形を除くと略水平になる。また、この状態は、スタビライザ２００の自然状態に略等しい。 Further, the holder holding portion 172 is coupled to the support column 114 by the stabilizer 200. The outer peripheral side end portion of the stabilizer 200 is coupled to the support column 114 via the grip portion 113. An inner peripheral side end portion of the stabilizer 200 is coupled to a side end surface of the holder holding portion 172. In the state shown in the figure, the stabilizer 200 is substantially horizontal except for deformation due to its own weight. This state is substantially equal to the natural state of the stabilizer 200.

また更に、天板１１２の下面には、弾性体シート１１５が一面に設けられる。弾性体シート１１５は、上ステージ１７０が上昇した場合に、その弾性により、被支持部１７６の上面に当接して弾性変形する。 Furthermore, an elastic sheet 115 is provided on the entire lower surface of the top plate 112. When the upper stage 170 is raised, the elastic sheet 115 abuts on the upper surface of the supported portion 176 and elastically deforms due to its elasticity.

なお、基板接合装置１００において、付勢力発生部１９０とロードセル１８０とを隣接させて配置してもよい。これにより、付勢力発生部１９０が上ステージ１７０に及ぼす付勢力を迅速且つ正確に検知できるので、上ステージ１７０を精密に位置決めできる。 In the substrate bonding apparatus 100, the urging force generator 190 and the load cell 180 may be disposed adjacent to each other. As a result, the urging force applied to the upper stage 170 by the urging force generator 190 can be detected quickly and accurately, so that the upper stage 170 can be accurately positioned.

図２は、付勢力発生部１９０の作用を説明する模式図である。図示の状態は、Ｘステージ１２２およびＹステージ１２４により下ステージ１４０を移動させて、Ｘ方向およびＹ方向について基板１５４、１６４の位置を相互に一致させる位置決めが既に済んでいるものとする。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the urging force generator 190. In the state shown in the figure, it is assumed that the lower stage 140 is moved by the X stage 122 and the Y stage 124, and the positioning for matching the positions of the substrates 154 and 164 in the X direction and the Y direction has already been completed.

上ステージ１７０、基板ホルダ１６２および基板１６４には、それぞれの質量に見合った重力が作用する。重力は、下方に向かう力Ｍとして上ステージ１７０に作用する。一方、電磁石１９２に適切な駆動電流が供給されると、永久磁石１９４および電磁石１９２の間に斥力Ｒが発生する。これにより、被支持部１７６には重力による力Ｍに逆らう付勢力Ｒが作用する。 Gravity corresponding to each mass acts on the upper stage 170, the substrate holder 162, and the substrate 164. Gravity acts on the upper stage 170 as a downward force M. On the other hand, when an appropriate drive current is supplied to the electromagnet 192, a repulsive force R is generated between the permanent magnet 194 and the electromagnet 192. As a result, a biasing force R against the force M due to gravity acts on the supported portion 176.

この結果、上ステージ１７０の重量としてロードセル１８０に検出される値ｍは、下記の式１に示すように、上ステージ１７０、基板ホルダ１６２および基板１６４の重量の合計よりも小さくなる。
ｍ＝Ｍ−Ｒ・・・式１ As a result, the value m detected by the load cell 180 as the weight of the upper stage 170 is smaller than the sum of the weights of the upper stage 170, the substrate holder 162, and the substrate 164, as shown in the following formula 1.
m = M−R Equation 1

図３は、基板接合装置１００の動作を説明する断面図である。基板接合装置１００自体の構造は図１と同じなので、同じ構成要素には共通の参照番号を付して重複する説明を省く。 FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the operation of the substrate bonding apparatus 100. Since the structure of the substrate bonding apparatus 100 itself is the same as that in FIG. 1, the same components are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.

駆動部１３０に作動流体が供給されると、ピストン１３４が上昇し下ステージ１４０が上昇する。これにより、基板ホルダ１５２に保持された基板１５４も、他方の基板１６４に向かって上昇する。やがて、上昇した基板１５４は、他方の基板１６４に当接する。 When the working fluid is supplied to the driving unit 130, the piston 134 rises and the lower stage 140 rises. As a result, the substrate 154 held by the substrate holder 152 is also raised toward the other substrate 164. Eventually, the raised substrate 154 comes into contact with the other substrate 164.

このとき、当接した基板１５４、１６４の間に生じる衝撃は、当接により運動量が変化するものの質量に比例する。ここで、前記したように、上ステージ１７０、基板ホルダ１６２および基板１６４の実効的な質量である重量Ｍは、付勢力Ｒにより減じられて見かけの重量ｍとなっている。従って、基板１５４、１６４が当接した瞬間に生じる衝撃を緩和することができる。 At this time, the impact generated between the abutted substrates 154 and 164 is proportional to the mass of the momentum that changes due to the abutment. Here, as described above, the weight M, which is the effective mass of the upper stage 170, the substrate holder 162, and the substrate 164, is reduced by the biasing force R to become the apparent weight m. Therefore, it is possible to mitigate the impact generated at the moment when the substrates 154 and 164 come into contact with each other.

これにより、接合される基板１５４、１６４が互いに接触した場合に、上ステージ１７０により保持された基板１６４の慣性質量を小さく見せかけて、基板１５４、１６４相互にかかる衝撃を低減できる。 As a result, when the substrates 154 and 164 to be bonded come into contact with each other, the inertial mass of the substrate 164 held by the upper stage 170 appears to be small, and the impact on the substrates 154 and 164 can be reduced.

また、基板１５４、１６４が当接した後も駆動部１３０を動作させ続けると、上ステージ１７０、基板ホルダ１５２、１６２、基板１５４、１６４および下ステージ１４０は一体的に上昇する。このため、被支持部１７６に設けられた永久磁石１９４も、上ステージ１７０と共に上昇して、電磁石１９２から徐々に離れる。 Further, when the driving unit 130 is continuously operated even after the substrates 154 and 164 come into contact with each other, the upper stage 170, the substrate holders 152 and 162, the substrates 154 and 164, and the lower stage 140 are integrally raised. For this reason, the permanent magnet 194 provided on the supported portion 176 also rises together with the upper stage 170 and gradually moves away from the electromagnet 192.

上ステージ１７０、基板ホルダ１６２および基板１６４に加えられる付勢力Ｒは、電磁石１９２および永久磁石１９４の斥力Ｒにより発生する。磁力は距離の自乗に反比例して小さくなるので、付勢力発生部１９０に生じる付勢力Ｒは、上ステージ１７０の上昇と共に徐々に減少する。これにより、基板１５４、１６４間に作用する圧力が増加しつつ加圧される。 The urging force R applied to the upper stage 170, the substrate holder 162, and the substrate 164 is generated by the repulsive force R of the electromagnet 192 and the permanent magnet 194. Since the magnetic force decreases in inverse proportion to the square of the distance, the urging force R generated in the urging force generator 190 gradually decreases as the upper stage 170 rises. Thus, the pressure acting between the substrates 154 and 164 is increased while increasing.

このように、基板接合装置１００において、上ステージ１７０を浮かせる力は、上ステージ１７０が上昇するに連れて徐々に減少させてもよい。これにより、上ステージ１７０および下ステージ１４０に挟まれた基板１５４、１６４に十分な圧力をかけて良好な接合を効率よく実行できる。なお、上ステージ１７０の上昇と共に徐々に減少する付勢力Ｒの特性は、磁力だけではなく、弾性体により上ステージ１７０を懸架すること等によっても得られる。また、付勢力発生部１９０を動作させる期間は、基板１５４、１６４が当接する直前か直後まででもよいし、ある程度の期間にわたって連続的に動作させてもよい。 As described above, in the substrate bonding apparatus 100, the force for floating the upper stage 170 may be gradually decreased as the upper stage 170 is raised. Thereby, sufficient bonding can be efficiently performed by applying sufficient pressure to the substrates 154 and 164 sandwiched between the upper stage 170 and the lower stage 140. The characteristic of the urging force R that gradually decreases as the upper stage 170 is raised can be obtained not only by the magnetic force but also by suspending the upper stage 170 with an elastic body. Further, the period during which the urging force generator 190 is operated may be immediately before or immediately after the substrates 154 and 164 come into contact with each other, or may be continuously operated over a certain period.

更に、上昇した上ステージ１７０は、やがて、弾性体シート１１５に当接する。弾性体シート１１５は、軟質シリコンゴム等の柔軟な弾性体材料により形成される。ただし、上面は、硬質な天板１１２に沿って配されているので、過剰に変形することはない。これにより、下ステージ１４０により押し上げられた基板１５４に倣って上ステージ１７０が傾斜したような場合も、上ステージ１７０の傾斜を許容しつつ、基板１５４、１６４を加圧することができる。 Further, the raised upper stage 170 eventually comes into contact with the elastic sheet 115. The elastic sheet 115 is made of a flexible elastic material such as soft silicon rubber. However, since the upper surface is arranged along the hard top plate 112, it does not deform excessively. Accordingly, even when the upper stage 170 is inclined following the substrate 154 pushed up by the lower stage 140, the substrates 154 and 164 can be pressurized while allowing the upper stage 170 to be inclined.

このように、基板接合装置１００は、上ステージ１７０が上昇した場合に、上ステージ１７０に弾性的に当接して上ステージ１７０の移動を規制する弾性体シート１１５をさらに備えてもよい。これにより、上ステージ１７０の傾斜、延いては上ステージ１７０に保持された基板１６４の傾斜を許容しつつ基板１５４と接合させることができる。 As described above, the substrate bonding apparatus 100 may further include the elastic sheet 115 that elastically contacts the upper stage 170 and restricts the movement of the upper stage 170 when the upper stage 170 is raised. As a result, the upper stage 170 can be bonded to the substrate 154 while allowing the upper stage 170 to be inclined, and thus allowing the substrate 164 held by the upper stage 170 to be inclined.

また更に、上ステージ１７０は、スタビライザ２００により、枠体１１０の支柱１１４に結合されている。図１に示した状態では略水平だったスタビライザ２００は、図２に示した状態では、図示のように、上ステージ１７０に引かれて円錐形に変形している。 Furthermore, the upper stage 170 is coupled to the column 114 of the frame 110 by the stabilizer 200. In the state shown in FIG. 2, the stabilizer 200, which is substantially horizontal in the state shown in FIG. 1, is pulled by the upper stage 170 and deformed into a conical shape as shown in the figure.

図４は、スタビライザ２００の自然状態における形状を示す斜視図である。図示のように、スタビライザ２００は、円形の弾性材料板２２０により形成される。 FIG. 4 is a perspective view showing the shape of the stabilizer 200 in the natural state. As illustrated, the stabilizer 200 is formed of a circular elastic material plate 220.

弾性材料板２２０の中央に形成された大きな穴の周囲は、ホルダ保持部１７２の側面に対して結合される結合部２１０をなす。一方、弾性材料板２２０の外周縁部は、枠体１１０の支柱１１４に固定された把持部１１３に全周を把持される被把持部２５０となる。 The periphery of the large hole formed at the center of the elastic material plate 220 forms a coupling portion 210 coupled to the side surface of the holder holding portion 172. On the other hand, the outer peripheral edge portion of the elastic material plate 220 becomes a gripped portion 250 that is gripped on the entire periphery by the grip portion 113 fixed to the support column 114 of the frame 110.

更に、弾性材料板２２０には、同心状に形成された複数の円弧状スリット２３０を有する。これにより、スタビライザ２００の面と直交する方向については、弾性材料板２２０の剛性が低下する。従って、結合部２１０および被把持部２５０が、弾性材料板２２０に直交する方向について互いに変位することを容易にする。 Further, the elastic material plate 220 has a plurality of arc-shaped slits 230 formed concentrically. Thereby, the rigidity of the elastic material plate 220 is reduced in the direction orthogonal to the surface of the stabilizer 200. Therefore, the coupling part 210 and the gripped part 250 can be easily displaced from each other in the direction orthogonal to the elastic material plate 220.

また、円弧状スリット２３０の多くはその両端に、円弧状スリット２３０の幅よりも大きな径を有する略円形の応力分散部２４０を有する。これにより、円弧状スリット２３０の両端における弾性材料板２２０への応力集中が避けられ、スタビライザ２００の耐久性が向上される。 Many arc-shaped slits 230 have substantially circular stress distribution portions 240 having diameters larger than the width of the arc-shaped slit 230 at both ends thereof. Thereby, stress concentration on the elastic material plate 220 at both ends of the arc-shaped slit 230 is avoided, and the durability of the stabilizer 200 is improved.

図５は、負荷が作用したスタビライザ２００の形状を示す斜視図である。即ち、図示の状態では、被把持部２５０に対して結合部２１０が上方に変位している。これに対して、円弧状スリット２３０の各々が拡がって、スタビライザ２００の径が増すので、上ステージ１７０の上昇は妨げられない。 FIG. 5 is a perspective view showing the shape of the stabilizer 200 to which a load is applied. That is, in the state shown in the drawing, the coupling portion 210 is displaced upward with respect to the gripped portion 250. On the other hand, since each of the arc-shaped slits 230 expands and the diameter of the stabilizer 200 increases, the rise of the upper stage 170 is not hindered.

更に、スタビライザ２００は弾性材料板２２０により形成されている。従って、円弧状スリット２３０に挟まれた弾性材料板２２０の各々の領域において変形を復元しようとする力が、スタビライザ２００の各径方向に作用する。これにより、上ステージ１７０は、被把持部２５０の中央に向かって付勢されるので、上ステージ１７０の位置が水平方向にぶれることが防止される。 Furthermore, the stabilizer 200 is formed of an elastic material plate 220. Accordingly, a force for restoring deformation acts in each radial direction of the stabilizer 200 in each region of the elastic material plate 220 sandwiched between the arc-shaped slits 230. As a result, the upper stage 170 is biased toward the center of the gripped portion 250, so that the position of the upper stage 170 is prevented from being shaken in the horizontal direction.

このように、基板接合装置１００において、スタビライザ２００は、上ステージ１７０の昇降方向に直交する方向の移動を規制してもよい。また、基板接合装置１００において、スタビライザ２００は、円板形状を有し、板面に沿った方向の剛性が、板厚方向の剛性よりも大きい弾性材料板２２０を含んでもよい。これにより、上ステージ１７０に保持された基板１６４の水平方向の位置決めが狂うことが防止するスタビライザ２００が、簡潔な構造で形成される。 As described above, in the substrate bonding apparatus 100, the stabilizer 200 may restrict the movement of the upper stage 170 in the direction orthogonal to the ascending / descending direction. Further, in the substrate bonding apparatus 100, the stabilizer 200 may have a disk shape, and may include an elastic material plate 220 whose rigidity in the direction along the plate surface is larger than the rigidity in the plate thickness direction. Thus, the stabilizer 200 that prevents the horizontal positioning of the substrate 164 held on the upper stage 170 from being misaligned is formed with a simple structure.

図６は、他の負荷が作用したスタビライザ２００の形状を示す斜視図である。図示の状態では、スタビライザ２００の結合部２１０および被把持部２５０が、互いに異なる傾きを生じている。しかしながら、既に説明した通り、弾性材料板２２０の面と直交する方向についてはスタビライザ２００の剛性が低いので、上ステージ１７０が傾斜することは妨げられない。これにより、下ステージ１４０により押し上げられた基板１５４に倣って上ステージ１７０が傾斜したような場合も、上ステージ１７０の傾斜が許容される。 FIG. 6 is a perspective view showing the shape of the stabilizer 200 to which another load is applied. In the illustrated state, the coupling portion 210 and the gripped portion 250 of the stabilizer 200 have different inclinations. However, as already described, since the rigidity of the stabilizer 200 is low in the direction orthogonal to the surface of the elastic material plate 220, the inclination of the upper stage 170 is not prevented. Thereby, even when the upper stage 170 is inclined following the substrate 154 pushed up by the lower stage 140, the upper stage 170 is allowed to be inclined.

このように、基板接合装置１００において、スタビライザ２００は、円板形状を有し、板面に沿った方向の剛性が、傾きの剛性よりも大きい弾性材料板２２０を含んでもよい。これにより、簡潔な構造で、上ステージ１７０の傾斜を許容しつつ、上ステージ１７０の水平方向の位置を保つスタビライザ２００が形成される。 As described above, in the substrate bonding apparatus 100, the stabilizer 200 may include the elastic material plate 220 having a disk shape and having a rigidity in the direction along the plate surface larger than the inclination rigidity. Thereby, the stabilizer 200 which maintains the position of the horizontal direction of the upper stage 170 while allowing the inclination of the upper stage 170 with a simple structure is formed.

また、基板接合装置１００において、スタビライザ２００は、上ステージ１７０の傾きを許容して保持することにより、接合される基板１５４、１６４相互の密着性を向上させ、基板１５４、１６４を良好に接合させられる。 Further, in the substrate bonding apparatus 100, the stabilizer 200 allows the upper stage 170 to be tilted and holds the substrate, thereby improving the adhesion between the substrates 154 and 164 to be bonded, and bonding the substrates 154 and 164 well. It is done.

図７は、他の形態を有する基板接合装置１００の構造を模式的に示す図である。なお、以下に説明する部分を除くと、基板接合装置１００は、図１から図３に示した形態と共通の構造を有する。そこで、共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。 FIG. 7 is a diagram schematically showing the structure of the substrate bonding apparatus 100 having another form. Except for the parts described below, the substrate bonding apparatus 100 has the same structure as that shown in FIGS. 1 to 3. Therefore, the same components are assigned the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

基板接合装置１００は、スタビライザ２００として、複数のコイルバネ２０１を備える点に固有の特徴がある。即ち、コイルバネ２０１は、把持部１１３とホルダ保持部１７２の側面との間に略水平に配される。また、コイルバネ２０１は、ホルダ保持部１７２の中心から放射状に配される。また、複数のコイルバネ２０１は、互いに同じ自然長およびバネ定数を有する。 The substrate bonding apparatus 100 has a unique feature in that the stabilizer 200 includes a plurality of coil springs 201. That is, the coil spring 201 is disposed substantially horizontally between the grip portion 113 and the side surface of the holder holding portion 172. The coil springs 201 are arranged radially from the center of the holder holding part 172. The plurality of coil springs 201 have the same natural length and spring constant.

ここで、コイルバネ２０１は、自然長よりも長くなるように伸長された状態で装着される。これにより、ホルダ保持部１７２は、複数のコイルバネ２０１から把持部１１３に向かって相互に引かれ、把持部１１３の内側中央に位置決めされる。また、コイルバネ２０１の各々は、自身の屈曲に対する剛性は低い。これにより、コイルバネ２０１は、ホルダ保持部１７２が垂直に変位することを妨げない。 Here, the coil spring 201 is mounted in an extended state so as to be longer than the natural length. As a result, the holder holding part 172 is pulled toward the grip part 113 from the plurality of coil springs 201 and is positioned at the inner center of the grip part 113. Further, each of the coil springs 201 has low rigidity with respect to its own bending. Thereby, the coil spring 201 does not prevent the holder holding part 172 from being displaced vertically.

従って、付勢力発生部１９０が動作した場合に、ホルダ保持部１７２は、コイルバネ２０１に妨げられることなく浮上する。また、浮上したホルダ保持部１７２は、コイルバネ２０１に引かれて、水平方向の変位が規制される。 Therefore, when the urging force generation unit 190 operates, the holder holding unit 172 floats without being obstructed by the coil spring 201. The floated holder holding portion 172 is pulled by the coil spring 201 and the horizontal displacement is restricted.

図８は、また他の形態を有する基板接合装置１００の構造を模式的に示す図である。この形態も、以下に説明する部分を除くと、図１から図３に示した形態および図７に示した形態と共通の構造を有するので、共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。 FIG. 8 is a diagram schematically showing the structure of the substrate bonding apparatus 100 having another embodiment. Since this form also has the same structure as the form shown in FIGS. 1 to 3 and the form shown in FIG. 7 except for the parts described below, the same reference numerals are given to the common components. Omit duplicate explanations.

この基板接合装置１００では、把持部１１３およびスタビライザ２００が省かれる。また、スタビライザ２００に換えて、係合部材１７１を備える。係合部材１７１は、ロードセル１８０に対向する位置において、被支持部１７６の下面縁部に配される。また、係合部材１７１は、ロードセル１８０の上端の形状と相補的な凹部を下面に有する。また、基板接合装置１００において、付勢力発生部１９０は、電磁石のように、一時的に動作させることができる構造を有する。 In this substrate bonding apparatus 100, the grip portion 113 and the stabilizer 200 are omitted. Further, an engaging member 171 is provided instead of the stabilizer 200. The engaging member 171 is disposed on the lower edge of the supported portion 176 at a position facing the load cell 180. Further, the engaging member 171 has a concave portion on the lower surface that is complementary to the shape of the upper end of the load cell 180. Further, in the substrate bonding apparatus 100, the urging force generator 190 has a structure that can be temporarily operated like an electromagnet.

付勢力発生部１９０が動作していない場合、上ステージ１７０の自重により係合部材１７１はロードセル１８０に対して係合して、上ステージ１７０を自律的に位置決めする。
このような作用に鑑みて、ロードセル１８０の上端は、例えば円錐状の、上部ほど径が小さくなる形状を有することが好ましい。また、ロードセル１８０の先端および係合部材１７１は、相互に摩擦が小さい材料により形成されていることが好ましい。 When the urging force generator 190 is not operating, the engaging member 171 is engaged with the load cell 180 by the weight of the upper stage 170 to autonomously position the upper stage 170.
In view of such an action, it is preferable that the upper end of the load cell 180 has, for example, a conical shape with a smaller diameter toward the upper part. Moreover, it is preferable that the front-end | tip of the load cell 180 and the engaging member 171 are formed with the material with small friction mutually.

また、基板１６４、１５４を接合させる場合は、まず下ステージ１４０を上昇させて、基板１６４、１５４が互いに当接すると同時に、あるいは、当接する直前に付勢力発生部１９０を動作させる。これにより、係合部材１７１がロードセル１８０から離れて単独で浮上している時間を短くして、上ステージ１７０が水平方向へ変位することを抑制できる。なお、被支持部１７６をロードセル１８０に係合させる構造は、係合部材１７１の使用に限られるわけではなく、被支持部１７６自体の下面に、凹部、溝等を形成してもよい。 When the substrates 164 and 154 are bonded, the lower stage 140 is first raised, and the urging force generator 190 is operated simultaneously with or just before the substrates 164 and 154 come into contact with each other. Thereby, it is possible to shorten the time during which the engaging member 171 is levitated independently from the load cell 180, and to suppress the upper stage 170 from being displaced in the horizontal direction. The structure for engaging the supported portion 176 with the load cell 180 is not limited to the use of the engaging member 171, and a recess, a groove, or the like may be formed on the lower surface of the supported portion 176 itself.

また、上ステージ１７０が降下している場合に係合する係合部材１７１は、スタビライザ２００を備えた基板接合装置１００に併設してもよい。これにより、付勢力発生部１９０の作用を停止させた場合に係合部材１７１が係合することにより、上ステージ１７０が支持されると共に、上ステージ１７０の位置が所与の位置に戻される。 Further, the engaging member 171 that engages when the upper stage 170 is lowered may be provided in the substrate bonding apparatus 100 including the stabilizer 200. Thereby, when the action of the urging force generator 190 is stopped, the engaging member 171 is engaged, whereby the upper stage 170 is supported and the position of the upper stage 170 is returned to a given position.

図９は、ロードセル１８０および付勢力発生部１９０の平面的なレイアウトを模式的に示す図である。図示のように、ロードセル１８０および付勢力発生部１９０は、それぞれ、基板１６４を中心として対象に配置される。また、基板１６４と同軸に配されて環状をなす上ステージ支持台１１１において、ロードセル１８０および付勢力発生部１９０は、それぞれ等間隔に配される。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a planar layout of the load cell 180 and the urging force generator 190. As illustrated, each of the load cell 180 and the urging force generator 190 is disposed on a target with the substrate 164 as a center. Further, in the upper stage support base 111 that is arranged coaxially with the substrate 164 and has an annular shape, the load cell 180 and the urging force generator 190 are arranged at equal intervals.

これにより、付勢力発生部１９０の発生した付勢力は、基板１６４全体に対して均等に作用して、基板１６４を傾けることなく上方に向かって付勢する。また、ロードセル１８０は、被支持部１７６からの荷重を均等に受けて、基板１６４にかかる負荷をあますことなく検出する。 As a result, the urging force generated by the urging force generator 190 acts equally on the entire substrate 164 and urges the substrate 164 upward without tilting. In addition, the load cell 180 receives the load from the supported portion 176 evenly and detects the load applied to the substrate 164 without any damage.

図１０は、図９に示したレイアウトの変形例を示す図である。このレイアウトにおいても、ロードセル１８０および付勢力発生部１９０は、それぞれ環状の上ステージ支持台１１１に等間隔に配される。ただし、ロードセル１８０の各々は、いずれかの付勢力発生部１９０に隣接して配される。これにより、付勢力発生部１９０が発生した付勢力による生じる負荷の変動を高感度に検出できる。 10 is a diagram showing a modification of the layout shown in FIG. Also in this layout, the load cell 180 and the urging force generator 190 are arranged on the annular upper stage support 111 at regular intervals. However, each of the load cells 180 is arranged adjacent to any one of the urging force generators 190. Thereby, the fluctuation | variation of the load which arises by the urging | biasing force which the urging | biasing force generation part 190 generate | occur | produced can be detected with high sensitivity.

図１１は、また他のレイアウトを示す図である。このレイアウトでは、環状をなす上ステージ支持台１１１に等間隔に配されたロードセル１８０の各々に対して、各ロードセル１８０を挟んだ各々一対の付勢力発生部１９０が配される。 FIG. 11 is a diagram showing another layout. In this layout, a pair of urging force generators 190 sandwiching each load cell 180 is arranged for each of the load cells 180 arranged at equal intervals on the upper stage support base 111 having an annular shape.

これにより、付勢力発生部１９０が発生した付勢力は、ロードセル１８０の各々に対して対称な位置で被支持部１７６に作用する。従って、ロードセル１８０は、被支持部１７６に対して垂直方向に作用する付勢力の大きさを正確に検出できる。 As a result, the urging force generated by the urging force generator 190 acts on the supported portion 176 at a position symmetrical to each of the load cells 180. Therefore, the load cell 180 can accurately detect the magnitude of the urging force acting in the vertical direction on the supported portion 176.

図１２は、更に他のレイアウトを示す図である。このレイアウトにおいても、ロードセル１８０は、環状の上ステージ支持台１１１の上に等間隔に配される。これに対して、付勢力発生部１９０の各々は、それ自体が環状の形状を有し、ロードセル１８０に対して同軸に配される。 FIG. 12 is a diagram showing still another layout. Also in this layout, the load cells 180 are arranged at equal intervals on the annular upper stage support 111. In contrast, each of the urging force generators 190 has an annular shape and is arranged coaxially with respect to the load cell 180.

これにより、付勢力発生部１９０が発生して被支持部１７６に作用する付勢力の中心と、ロードセル１８０が検出する荷重の中心とが一致する。従って、ロードセル１８０は、被支持部１７６に対して垂直方向に作用する付勢力の大きさを正確に検出できる。 Thereby, the center of the urging force generated by the urging force generator 190 and acting on the supported portion 176 coincides with the center of the load detected by the load cell 180. Therefore, the load cell 180 can accurately detect the magnitude of the urging force acting in the vertical direction on the supported portion 176.

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。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. Furthermore, it is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

基板接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the substrate bonding apparatus 100. FIG. 付勢力発生部１９０の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the biasing force generation part. 基板接合装置１００の動作を説明する断面図である。5 is a cross-sectional view for explaining the operation of the substrate bonding apparatus 100. FIG. スタビライザ２００の自然状態における形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape in the natural state of the stabilizer 200. FIG. 負荷が作用したスタビライザ２００の形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape of the stabilizer 200 which the load acted on. 他の負荷が作用したスタビライザ２００の形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape of the stabilizer 200 which the other load acted. 他の基板接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the other board | substrate joining apparatus 100 typically. また他の係る基板接合装置１００の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the other said board | substrate bonding apparatus 100. FIG. ロードセル１８０および付勢力発生部１９０の平面的なレイアウトを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the planar layout of the load cell 180 and the urging | biasing force generation part 190. FIG. ロードセル１８０および付勢力発生部１９０の平面的なレイアウトを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the planar layout of the load cell 180 and the urging | biasing force generation part 190. FIG. ロードセル１８０および付勢力発生部１９０の平面的なレイアウトを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the planar layout of the load cell 180 and the urging | biasing force generation part 190. FIG. ロードセル１８０および付勢力発生部１９０の平面的なレイアウトを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the planar layout of the load cell 180 and the urging | biasing force generation part 190. FIG.

Explanation of symbols

１００基板接合装置、１１０枠体、１１１上ステージ支持台、１１２天板、１１３把持部、１１４支柱、１１５弾性体シート、１１６底板、１２２Ｘステージ、１２４Ｙステージ、１３０駆動部、１３２シリンダ、１３４ピストン、１４０下ステージ、１４２下テーブル、１４４、１８０ロードセル、１４６上テーブル、１５２、１６２基板ホルダ、１５４、１６４基板、１７０上ステージ、１７１係合部材、１７２ホルダ保持部、１７４連結部、１７６被支持部、１９０付勢力発生部、１９２電磁石、１９４永久磁石、２００スタビライザ、２０１コイルバネ、２１０結合部、２２０弾性材料板、２３０円弧状スリット、２４０応力分散部、２５０被把持部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Board | substrate joining apparatus, 110 Frame, 111 Upper stage support stand, 112 Top plate, 113 Grip part, 114 support | pillar, 115 Elastic body sheet, 116 Bottom plate, 122 X stage, 124 Y stage, 130 Drive part, 132 Cylinder, 134 Piston, 140 Lower stage, 142 Lower table, 144, 180 Load cell, 146 Upper table, 152, 162 Substrate holder, 154, 164 Substrate, 170 Upper stage, 171 Engaging member, 172 Holder holding part, 174 Connecting part, 176 Covered Supporting part, 190 urging force generating part, 192 electromagnet, 194 permanent magnet, 200 stabilizer, 201 coil spring, 210 coupling part, 220 elastic material plate, 230 arc-shaped slit, 240 stress dispersion part, 250 gripped part

Claims

An upper stage for holding the first substrate;
A lower stage for holding a second substrate to be bonded to the first substrate;
A drive unit that relatively moves the upper stage and the lower stage in a direction close to each other to bring the first substrate and the second substrate into contact with each other;
At least when the first substrate and the second substrate are in contact with each other, the upper stage has a force generating portion that applies a force in a direction away from the lower stage, and the first substrate and the second substrate and shock absorbing means and the substrate to alleviate the impact when contacted,
A load cell for measuring the apparent weight of the upper stage reduced by the force generated by the force generation unit;
A substrate bonding apparatus comprising:

The substrate bonding apparatus according to claim 1 , wherein the upper stage is disposed above the lower stage, and the force generation unit applies a force against gravity to the upper stage.

3. The substrate according to claim 2 , wherein the force of the force generation unit gradually decreases with respect to a rising distance when the upper stage is lifted in a state where the first substrate and the second substrate are in contact with each other. Joining device.

The said force generation part is a board | substrate bonding apparatus as described in any one of Claim 1 to 3 which makes the repulsion force of a magnetic force act on the said upper stage.

A stage support portion for supporting the upper stage;
The board | substrate joining apparatus of Claim 4 with which the said force generation part has an electromagnet provided in one of the said stage support part and the said upper stage, and a permanent magnet provided in the other.

The direction in which the upper stage is opposed to the lower stage, a substrate bonding device according to any one of claims 1 to 5, further comprising an elastic holding portion for holding the upper stage elastically.

The substrate bonding apparatus according to claim 6 , wherein the elastic holding portion holds the upper stage while allowing the inclination of the upper stage.

The elastic holding portion, the substrate bonding apparatus according to claim 6 or 7 for regulating the movement in a direction perpendicular to the opposing direction of the upper stage.

The elastic holding section has a disk shape, the rigidity in the direction along the plate surface, to any one of claims 6 including greater leaf spring than the rigidity in the thickness direction of the stiffness and the slope 8 The board | substrate joining apparatus of description.

The elastic holding portion has one end fixed, the other end is moved together with the upper stage, the substrate according to any one of claims 6 9, wherein the stage includes a resilient member that expands and contracts when moving Joining device.

When the upper stage is moved by the driving of the driving unit, elastically substrate bonding according to any one of claims 1 to contact further comprises an elastic member for restricting the movement up to 10 on said stage apparatus.

A plurality of load cells for detecting a load acting on the upper stage at the time of contact between the first substrate and the second substrate;
The substrate bonding apparatus according to any one of claims 1 to 11 , wherein the plurality of load cells are arranged along a circumferential direction of the first substrate held on the upper stage.

The substrate bonding apparatus according to claim 12 , wherein the impact relaxation means is disposed at a position adjacent to each of the plurality of load cells.

The substrate bonding apparatus according to claim 12 , wherein the impact relaxation means is disposed at a symmetrical position with respect to each of the plurality of load cells.

The substrate bonding apparatus according to claim 12 , wherein the impact relaxation means is disposed at a position coincident with a center of each of the plurality of load cells.

Substrate bonding device according to claim 1, further comprising an engaging portion to which the force by the force generating unit is engaged with the upper stage in a state that does not act on said stage.

The board | substrate joining apparatus as described in any one of Claim 1 to 16 with which the said drive part has a piston and cylinder which raise / lower the said lower stage toward the said upper stage.

An upper stage for holding the first substrate;
A lower stage for holding a second substrate to be bonded to the first substrate;
A drive unit that relatively moves the upper stage and the lower stage in a direction close to each other to bring the first substrate and the second substrate into contact with each other;
Means for reducing the apparent mass of the upper stage when at least the first substrate and the second substrate are in contact ;
A load cell for measuring the apparent weight of the upper stage;
A substrate bonding apparatus comprising: