JP5463729B2

JP5463729B2 - 半導体処理装置

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Publication number: JP5463729B2
Application number: JP2009116987A
Authority: JP
Inventors: 栄裕前田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: JP2010267746A

Description

本発明は、半導体処理装置に関する。

半導体装置の実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、複数の半導体チップを積層させた立体構造がある。特に、半導体基板であるウェハの状態で複数枚を積層して、接合した後に個片化する手順により製造される半導体チップが、その生産性の高さから、近年注目を集めている。２枚のウェハを重ね合わせる場合、互いのアライメントマークを顕微鏡で測定しながら位置合わせをする（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５−２５１９７２号公報

複数のウェハを積層して接合した後に個片化する製造工程においては、通常いくつかの半導体装置を跨いで処理される。ウェハはウェハホルダに保持された状態で半導体装置間を搬送されるが、ウェハの直径が大きくなる傾向にある近年、ウェハのウェハホルダに対する着脱、ウェハホルダの各装置に対する着脱を正確、高速かつ安定的に行うことが困難になってきている。

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、基板を保持する基板ホルダと、基板ホルダを載置するステージとを含む半導体処理装置であって、基板ホルダは、基板を保持するための静電吸着部と、基板を保持する保持面に設けられた貫通孔とを備え、ステージは、一端の開口が基板ホルダを載置する載置面において貫通孔と接続される第１吸引導管と、一端の開口が載置面において貫通孔とは接続されずに基板ホルダに対向する第２吸引導管とを備える。

上記課題を解決するために、本発明の第２の態様においては、基板を保持する基板ホルダと、基板ホルダを載置するステージとを含む半導体処理装置であって、基板ホルダは、基板を保持するための静電吸着部と、基板を保持する保持面に設けられたポーラス部とを備え、ステージは、一端の開口が基板ホルダを載置する載置面においてポーラス部と対向する第１吸引導管と、一端の開口が載置面においてポーラス部とは対向せずに基板ホルダに対向する第２吸引導管とを備える。

上記課題を解決するために、本発明の第３の態様においては、基板を保持する基板ホルダと、基板ホルダを載置するステージとを含む半導体処理装置であって、基板ホルダは、基板を保持するための静電吸着部と、基板を保持する保持面に設けられたポーラス部と、ポーラス部の保持面とは反対側の面に接続される導通孔とを備え、ステージは、一端の開口が基板ホルダを載置する載置面において導通孔と接続される第１吸引導管と、一端の開口が載置面において導通孔とは接続されずに基板ホルダに対向する第２吸引導管とを備える。

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。

重ね合わせ装置を概略的に示す断面図である。重ね合わせ装置を概略的に示す上面図である。上部テーブルの近傍を概略的に示す説明図である。粗動ステージ部を示す斜視図である。図２のＢ-Ｂに沿った概略断面図である。自重キャンセラを示す斜視図である。図６のＣ-Ｃに沿った概略断面図である。図２のＢ-Ｂに沿った断面図であり、図５とは反対方向から見た部分的な詳細図である。図２のＡ-Ａ線に沿った部分的な詳細断面図である。微動ステージ部を概略的に示す上面図である。重ね合わせ装置の他の構成を示す概略断面図である。第１の例としての第２の基板ホルダが、第２の基板を保持した様子を示す斜視図である。第１の例としての第２の基板ホルダ単体を示す斜視図である。第１の例としての第２の基板ホルダを下方から見上げた様子を示す斜視図である。第１の例としての第２の基板ホルダが、下部テーブルに載置されたときの要部断面図を表す。第３の例としての第２の基板ホルダ単体を示す斜視図である。第３の例としての第２の基板ホルダが、下部テーブルに載置されたときの要部断面図を表す。重ね合わせ装置の制御フロー図である。

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、本実施形態に係る半導体処理装置としての重ね合わせ装置１０を概略的に示す断面図である。重ね合わせ装置１０の全体的な構成としては、まず、床１５の上に除振部材１６を介して設置された粗動ベース部材１３上に、粗動ステージ部１４と、更にその上方に下部テーブル３５を含む微動ステージ部１８を備えている。また、粗動ベース部材１３に設けられた凹部１９には、除振部材２０を介して設置されたボディ２１には、下部テーブル３５の上方であって下部テーブル３５に対向する位置に上部テーブル２４が備えられている。従って、除振部材２０は防振部として機能し、上部テーブル２４が振動することを防いでいる。

粗動ベース部材１３は、その上面にＸ‐駆動部３３とＹ‐駆動部３４が設置されており、これらによりＸＹ‐ステージ部材３２がｘｙ方向に駆動される。したがって、ＸＹ‐ステージ部材３２は、図示しない制御部からの指示により、ｘｙ方向の所定位置へ移動できる。Ｘ‐駆動部３３、Ｙ‐駆動部３４及びＸＹ‐ステージ部材３２は、粗動ステージ部１４を構成する。なお、装置の鉛直方向をｚ軸方向とし、ｚ軸方向に直交する平面をｘｙ平面とする。

Ｙ‐駆動部３４は、Ｙ軸方向に沿った移動力を、ＸＹ‐ステージ部材３２及びＸ‐駆動部３３に与える一対のＹ‐リニアモータ５３と、ＸＹ‐ステージ部材３２及びＸ‐駆動部３３の移動を案内するＹ‐ガイド部材５６とを有する。すなわち、ＸＹ‐ステージ部材３２及びＸ‐駆動部３３は、ｙ軸方向に一体的に移動する。一対のＹ‐リニアモータ５３のマグネット５４は、それぞれｙ軸方向に沿って伸び、かつ互いに平行になるように、粗動ベース部材１３のｘ軸方向で互いに向かい合う一対の縁部１３ｂに固定されている。一対のＹ‐リニアモータ５３のそれぞれのコイル５５は、連結部材５０、５１に設けられており、それぞれのマグネット５４に非接触状態で係合する。

また、Ｙ‐ガイド部材５６は、一対マグネット５４間でｙ軸方向に沿って伸びるように、粗動ベース部材１３に固定されている。Ｙ‐ガイド部材５６には、一方の連結部材５０に設けられた係合部５７がエアベアリング５８を介して非接触状態で係合している。各Ｙ‐リニアモータ５３の駆動時に係合部５７がＹ‐ガイド部材５６に案内されることにより、ＸＹ‐ステージ部材３２及びＸ‐駆動部３３がｙ軸方向に沿って移動する。

連結部材５０、５１は、Ｘ‐駆動部３３を構成する２つのＸ‐ガイド部材４６を、それぞれの端部で互いに連結して一体化するための部材である。連結部材５０、５１の底面には、それぞれエアパッド５２が設けられている。これにより、連結部材５０、５１は、それぞれ粗動ベース部材１３の上面１３ａに接触することなく間隔をおいて設置されている。

ボディ２１は、微動ベース部材１７、これに平行に配置される上板部材２２、及び上板部材２２を微動ベース部材１７上で支持する柱部材２３とから構成され、これらは高い剛性をもって、一体的にフレームとして機能する。そして、上板部材２２に固定される上部テーブル２４は、その下面においてウェハである第１の基板１１を保持する。上部テーブル２４近傍の具体的な構成については後述する。

柱部材２３には、上部テーブル２４の下面に対して、予め定められた所定の位置にＸ‐干渉計２９が設置されている。具体的には、柱部材２３のうちｙｚ平面と平行となるように加工された面上であって、ｙ軸方向に離間した２箇所と、さらにそれぞれに対してｚ軸方向に離間した２箇所の合計４箇所に対して４つのＸ‐干渉計２９が設置されている。これら４つの干渉計の出力により、下部テーブル３５のｘ軸方向の位置、ｙ軸周りの回転方向及びｚ軸周りの回転方向の回転量を計測することができる。Ｘ‐干渉計２９は、下部テーブル３５の位置を計測する位置計測部を構成する。

微動ステージ部１８は、ＸＹ‐ステージ部材３２を貫通する自重キャンセラ３６により支持される。自重キャンセラ３６は、ボディ２１の微動ベース部材１７上に設置される。そして、微動ステージ部１８の下部テーブル３５の上面においてウェハである第２の基板１２を保持する。微動ステージ部１８近傍の具体的な構成については後述する。なお、重ね合わされる第１の基板１１と第２の基板１２は、その重ね合わされる互いの面において半導体素子が形成されており、重ね合わされた後に接合されることで、3次元的な電気回路構成を実現する。第１の基板１１及び第２の基板１２は、１枚のウェハであっても良いし、一方又は両方が既に積層されたウェハであっても良い。

図２は、重ね合わせ装置１０を概略的に示す上面図である。なお、図２においては、ボディ２１のうち、上板部材２２と柱部材２３、及びこれらに設置されている構造物を取り外した状態を示している。

Ｘ‐駆動部３３は、ｘ軸方向に沿った移動力を、ＸＹ‐ステージ部材３２に与える一対のＸ‐リニアモータ４３と、各Ｘ‐リニアモータ４３によるＸＹ‐ステージ部材３２の移動を案内する一対のＸ‐ガイド部材４６とを有する。

一対のＸ‐リニアモータ４３のマグネット４４は、粗動ベース部材１３の凹部１９に配置される微動ベース部材１７をｘ軸方向に跨ぎ、かつ、互いに平行になるように、粗動ベース部材１３の上面１３ａに配置されている。Ｘ‐リニアモータ４３のコイル４５は、ＸＹ‐ステージ部材３２に取り付けられており、それぞれのマグネット４４に非接触状態で係合する。また、一対のＸ‐ガイド部材４６は、一対のマグネット４４の間に、ｘ軸方向に沿って伸び、かつ、互いに平行になるように、粗動ベース部材１３の上面１３ａ上に配置されている。

２つのＸ‐ガイド部材４６及び２つのマグネット４４をそれぞれ連結する連結部材５０、５１は、エアパッド５２を介して粗動ベース部材１３の上面１３ａに設置されている。従って、マグネット４４及びＸ‐ガイド部材４６は、それぞれ粗動ベース部材１３及び微動ベース部材１７上に浮上している関係にある。

上述のように、柱部材２３には下部テーブル３５のｘ軸方向の位置等を計測するＸ‐干渉計２９が設置されているが、同様に、下部テーブル３５のｙ軸方向の位置等を計測するＹ‐干渉計３０も柱部材２３の予め定められた所定の位置に設置されている。具体的には、柱部材２３のうちｘｚ平面と平行となるように加工された面上であって、ｘ軸方向に離間した２箇所と、さらにそれぞれに対してｚ軸方向に離間した２箇所の合計４箇所に対して４つのＹ‐干渉計３０が設置されている。これら４つの干渉計の出力により、下部テーブル３５のｙ軸方向の距離、ｘ軸周りの回転方向及びｚ軸周りの回転方向の回転量を計測することができる。Ｙ‐干渉計３０は、下部テーブル３５の位置を計測する位置計測部を構成する。したがって、Ｘ‐干渉計２９とＹ‐干渉計３０から構成される位置計測部は、下部テーブル３５のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｘ軸周りの回転方向、ｙ軸周りの回転方向及びｚ軸周りの回転方向の５自由度に関して位置を計測することができる。

対応する下部テーブル３５には、Ｘ‐移動鏡７４及びＹ‐移動鏡７５が取り付けられている。Ｘ‐移動鏡７４はＸ‐干渉計２９からの光を反射させるための鏡であり、Ｙ‐移動鏡７５はＹ‐干渉計３０からの光を反射させるための鏡である。Ｘ‐移動鏡７４の鏡面はｙｚ平面と平行な平面であり、Ｙ‐移動鏡７５の鏡面はｘｚ平面と平行な平面である。

このように位置計測部を構成すると、上部テーブル２４を基準として、下部テーブル３５の位置を相対的に、かつ正確に把握することができる。第２の基板１２を第１の基板１１に位置合わせをしながら重ね合わせるとき、第１の基板１１側を位置決め基準とした第２の基板１２側の位置計測が重要となるが、位置計測部はこのような相対的な関係を満たす。特に、ボディ２１は高い剛性をもった一体的なフレーム構造をなすので、このフレーム構造の面であって下部テーブル３５の側面に対向する面に位置計測部を設置することが好ましい。なお、本実施形態においては、位置計測部を干渉計を用いて構成したが、これに限らず、例えばレーザー測長計、マイクロセンサなどの、同様の機能を実現する位置センサまたは距離センサを用いても良い。

図３は、上部テーブル２４の近傍を概略的に示す説明図である。上述のように、上部テーブル２４は、上板部材２２に固定されている。上部テーブル２４の下面２４ａ上には、第１の基板１１を保持する第１の基板ホルダ２５が載置される。具体的には、下面２４ａには排気装置に連結された吸引口が複数設けられており、これにより第１の基板ホルダ２５を真空吸着して載置を実現している。なお、下面２４ａは、後述する位置合わせ制御における基準面となる。

第１の基板１１は第１の基板ホルダ２５に静電力により吸着される。ＥＳＣ端子２７が上板部材２２に備えられており、第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に載置されると、ＥＳＣ端子２７と第１の基板ホルダ２５の端子が接触するように構成されている。そして、第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に載置された後は、このＥＳＣ端子２７を経由して、第１の基板ホルダ２５に静電力を生じさせるための電力を供給する。

上部テーブル２４と上板部材２２との間には、第１の基板１１及び第１の基板ホルダ２５に作用する荷重を検出するためのロードセル２６が複数設けられている。また、微動ステージ部１８に保持される第２の基板１２を位置合わせ時に観察するための上部顕微鏡２８を備える。具体的な位置合せの動作については後述する。

図４は、粗動ステージ部について、それぞれの構造物を具体的に組み立てたときの斜視図である。同一の構造物には同一の番号を付して、その具体的な形状の一例を示す。

図示するように、ＸＹ‐ステージ部材３２は板状の部材からなる。そして、その中央部には、自重キャンセラ３６を貫通させるための貫通孔３７が形成されている。

図５は、図２のＢ-Ｂに沿った部分的な概略断面図である。具体的には、微動ベース部材１７より上部に配置されているＸＹ‐ステージ部材３２、自重キャンセラ３６及び下部テーブル３５周辺の構造物についての断面を概略的に表す図である。

一対のＸ‐ガイド部材４６のうち一方のＸ‐ガイド部材４６は、ＸＹ‐ステージ部材３２に設けられたエアパッド４７を介してＸＹ‐ステージ部材３２を支持している。他方のＸ‐ガイド部材４６には、ＸＹ‐ステージ部材３２に設けられた係合部４８が、エアベアリング４９を介して非接触状態で係合している。各Ｘ‐リニアモータ４３の駆動時に、係合部４８が他方のＸ‐ガイド部材４６に案内されることにより、ＸＹ‐ステージ部材３２が微動ベース部材１７上をｘ軸方向に沿って移動する。

貫通孔３７の内周部には、自重キャンセラ３６をその側方から非接触で支持する複数のエアパッド３８が設けられている。それぞれのエアパッド３８は多少の傾斜にも対応することができるので、自重キャンセラ３６が傾いたとしても、許容範囲内であればその傾きに追従して支持することができる。

自重キャンセラ３６は、微動ベース部材１７上に複数のエアパッド７０を介して載置されている。そして、上述のように、自重キャンセラ３６はＸＹ‐ステージ部材３２に複数のエアパッド３８を介して支持されている。すると、ＸＹ‐ステージ部材３２がＸ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によりｘｙ平面上で駆動されると、これに追従して自重キャンセラ３６も、微動ベース部材１７上を浮上した状態でｘｙ方向に移動することになる。

自重キャンセラ３６は、シリンダ５９、ピストン６１及び球面座６３を備える。シリンダ５９は、横断面が矩形状をなした筒部材からなり、内部に圧力室６０を有する。制御部は、圧力室６０に接続される圧力調整装置を制御して、圧力室６０の圧力を、下部テーブル３５及びこれに取り付けられる構造物の自重と釣り合うように制御する。また、上述のエアパッド３８は、このシリンダ５９を非接触で支持しており、したがって、シリンダ５９は、ＸＹ‐ステージ部材３２の貫通孔３７に対して、上方へ開放するように貫通されている。また、シリンダ５９の上端にはアーム部材８９が取り付けられており、このアーム部材の先端部に、自重キャンセラ３６に対する下部テーブル３５の位置を検出するＺ‐干渉計６７が設置されている。

ピストン６１は、エアベアリング６２を介してシリンダ５９内に非接触状態で挿入されており、圧力室６０の圧力に応じてｚ軸方向に沿って移動できる。ピストン６１の上部は平板状に形成されており、その上面６１ａ上にエアベアリング６６を介して球面座６３が載置されている。球面座６３は、下部テーブル３５の下面３５ｂに一体的に取り付けられている球面部材６４と接触する台座である。凸球面７７は、球面座６３の凹球面６５とエアベアリング７８を介して対向する、球面部材６４の面である。エアベアリング６６及びエアベアリング７８の介在により、ピストン６１は球面座６３を、球面座６３は球面部材６４を、それぞれ非接触状態でｚ軸方向に支持する。また、球面部材６４が球面座６３の凹球面６５に沿って案内されることにより、下部テーブル３５は傾動できる。

下部テーブル３５は、板部材からなり、ＸＹ‐ステージ部材３２の上方に配置されている。上述のように、下部テーブル３５の上面３５ａには、第２の基板１２を保持する第２の基板ホルダ４１が載置される。上面３５ａ上には排気装置に連結された吸引口が複数設けられており、これにより第２の基板ホルダ４１を真空吸着して載置を実現している。第２の基板１２は第２の基板ホルダ４１に静電力により吸着される。ＥＳＣ端子７３が下部テーブル３５に備えられており、第２の基板ホルダ４１が下部テーブル３５に載置されると、ＥＳＣ端子７３と第２の基板ホルダ４１の端子が接触するように構成されている。そして、第２の基板ホルダ４１が下部テーブル３５に載置された後は、このＥＳＣ端子７３を経由して、第２の基板ホルダ４１に静電力を生じさせるための電力を供給する。また、第２の基板１２は、静電力により第２の基板ホルダ４１に吸着されるのみならず、上面３５ａに設けられた吸引口及び第２の基板ホルダ４１を介して、真空吸着によっても吸着される。第２の基板１２、第２の基板ホルダ４１、及び下部テーブル３５の上面３５ａの関係については後に詳述する。

下部テーブル３５には、複数のプッシュアップピン４２を挿通する挿通孔７１がそれぞれ形成されている。また、これらの挿通孔７１の一部に対応するように、第２の基板ホルダ４１にも複数の挿通孔７２が形成されている。このように構成することにより、プッシュアップピン４２を、挿通孔７２及び挿通孔７２に対応する挿通孔７１の内部を通過するように伸長させて第２の基板１２を持ち上げ、第２の基板ホルダ４１から離脱させることができる。また、挿通孔７２に対応しない挿通孔７１に、プッシュアップピン４２を通過するように伸長させれば、第２の基板ホルダ４１を持ち上げ、下部テーブル３５から離脱させることができる。これら複数のプッシュアップピン４２は、その本体部がＸＹ‐ステージ部材３２上に固定されており、ピンの伸長及び収納は、制御部からの指令によって制御される。

ＸＹ‐ステージ部材３２には、下部テーブル３５とＸＹ‐ステージ部材３２との間のｘ軸及びｙ軸方向に沿った相対距離を測定するＸＹ‐渦電センサ３９と、ｚ軸方向に沿った相対距離を測定するＺ‐渦電センサ４０が設けられている。これらは、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によりｘｙ平面上で共に駆動されるＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５において、互いの相対位置を検出する計測部を形成する。

ＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５の間には、アクチュエータとしてのボイスコイルモータである３つのＺ‐ＶＣＭ８６がｚ軸方向に駆動力が作用するように設置されている。下部テーブル３５には、それぞれのＺ‐ＶＣＭ８６のマグネット８７が固定されており、それらに係合するコイル８８はそれぞれＸＹ‐ステージ部材３２に固定されている。制御部がこれら３つのＺ‐ＶＣＭ８６を個別に制御することで、下部テーブル３５をｚ軸方向に平行移動させ、または、ｘ軸周り及びｙ軸周りに回転させることができる。具体的な動作については後述する。

下部テーブル３５には、第２の基板ホルダ４１の載置面の周辺部に、ＡＦセンサ７９と下部顕微鏡７６が設置されている。ＡＦセンサ７９は、上部テーブル２４と下部テーブル３５の相対的な傾きを検出するセンサである。また、下部顕微鏡７６は、上部テーブル２４に保持された第１の基板１１を位置合わせ時に観察するための顕微鏡である。

図６は、自重キャンセラ３６について、それぞれの構造物を具体的に組み立てたときの斜視図である。図５で示す自重キャンセラ３６と同一の構造物には同一の番号を付して、その具体的な形状の一例を示す。図５で示す自重キャンセラ３６と異なるのは、シリンダ５９とエアパッド７０の間に脚部材６８を有する点である。脚部材６８は、シリンダ５９の下部から微動ベース部材１７に向けて伸びている。

さらに、図７は、図６のＣ-Ｃに沿った概略断面図である。図示するビス穴にビスを通すことにより、シリンダ５９と脚部材６８、ピストン６１の上面６１ａを有する天板部とピストン部、下部テーブル３５と球面部材６４がそれぞれ一体化される。そして、シリンダ５９とピストン６１の間、ピストン６１と球面座６３の間、球面座６３と球面部材６４の間には、それぞれ、エアベアリング６２、６６、７８が設けられており、互いに非接触に保たれている。

図８は、図２のＢ-Ｂに沿った断面図であり、図５とは反対方向から見た部分的な詳細図である。ＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５の間には、アクチュエータとしてのボイスコイルモータである２つのＹ‐ＶＣＭ８３がｙ軸方向に駆動力が作用するように設置されている。下部テーブル３５には、それぞれのＹ‐ＶＣＭ８３のマグネット８４が固定されており、それらに係合するコイル８５はそれぞれＸＹ‐ステージ部材３２に固定されている。制御部がこれら２つのＹ‐ＶＣＭ８３を個別に制御することで、下部テーブル３５をｙ軸方向に平行移動させ、または、ｚ軸周りに回転させることができる。

図９は、図２のＡ-Ａ線に沿った部分的な詳細断面図である。ＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５の間には、アクチュエータとしてのボイスコイルモータである１つのＸ‐ＶＣＭ８０がｘ軸方向に駆動力が作用するように設置されている。下部テーブル３５には、それぞれのＸ‐ＶＣＭ８０のマグネット８１が固定されており、それらに係合するコイル８２はそれぞれＸＹ‐ステージ部材３２に固定されている。制御部がこのＸ‐ＶＣＭ８０を制御することで、下部テーブル３５をｘ軸方向に平行移動さることができる。

Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３の駆動力を作用させて下部テーブル３５をｘ軸方向、ｙ軸方向またはｚ軸周りの回転方向に移動させるとき、下部テーブル３５から球面部材６４及びエアベアリング７８を介して受ける力により、球面座６３がピストン６１の上面６１ａ上をｘｙ平面内で移動する。このとき、球面座６３とピストン６１との間には、エアベアリング６６が形成されているので、下部テーブル３５は、ピストン６１の上面６１ａ上をｘ軸方向及びｙ軸方向へ案内される。

また、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動力を作用させて下部テーブル３５をｘ軸周りの回転方向またはｙ軸周りの回転方向に移動させるとき、球面部材６４がエアベアリング７８を介して球面座６３の凹球面６５に沿って案内され、これにより、下部テーブル３５はｘ軸周りまたはｙ軸周りに傾動する。さらに、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動力を作用させて下部テーブル３５をｚ軸方向に移動させるときは、Ｚ‐ＶＣＭ８６の移動量に応じて自重キャンセラ３６のピストン６１がｚ軸方向に移動することで、下部テーブル３５とこれに一体的に取り付けられている構造物の自重を支持する。したがって、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動力自体はそれほど大きくなくても、下部テーブル３５をｚ軸方向へ移動させることができる。なお、自重キャンセラ３６の脚部材６８の下面には、微動ベース部材１７との間にエアベアリング６９を形成するためのエアパッド７０が設けられている。なお、制御部は、下部テーブル３５をｘ軸周りまたはｙ軸周りに回転して傾動させるときには、第２の基板１２のうち、第１の基板１１と対向する面の重心を回転軸が通るようにＺ‐ＶＣＭ８６を駆動する。

図１０は、微動ステージ部を概略的に示す上面図である。特にここでは、下部テーブル３５を駆動するアクチュエータの配置とその作用について説明する。

上述のように、下部テーブル３５には下部顕微鏡７６などの構造物が取り付けられている。また、下部テーブル３５及び下部テーブル３５に取り付けられている構造物は、自重キャンセラ３６にその質量が支持されているものの、エアベアリング６６、７８の作用により、その他の構造物からは空間的に隔離されたユニットであると捉えることができる。このとき、下部テーブル３５及び下部テーブル３５に取り付けられている構造物全体からなるユニットの重心を重心Ｇとする。Ｘ‐ＶＣＭ８０は、ｘ軸方向に駆動力が作用するように１つ設置されており、Ｙ‐ＶＣＭ８３は、ｙ軸方向に駆動力が作用するように２つ設置されており、Ｚ‐ＶＣＭ８６は、ｚ軸方向に駆動力が作用するように３つ設置されている。その具体的な設置位置としては、Ｘ‐ＶＣＭ８０については、そのｘ軸方向の駆動力が重心Ｇを通るように設置する。また、Ｙ‐ＶＣＭ８３については、ｙ軸方向にそれぞれが同一の駆動力を出力したときにｚ軸周りにモーメントを発生させないように設置する。例えば、ユニットに質量分布の偏りが無いと仮定すれば、重心Ｇを通るｙ軸に平行で対称な２つの直線方向にそれぞれの駆動力が出力されるように設置すればよい。また、Ｚ‐ＶＣＭ８６については、ｚ軸方向にそれぞれが同一の駆動力を出力したときにｘ軸周りまたはｙ軸周りにモーメントを発生させないように設置する。例えば、同様にユニットに質量分布の偏りが無いと仮定すれば、ｚ軸に平行でｘｙ平面上で重心Ｇを重心とする正三角形の頂点を通る３つの直線方向に、それぞれの駆動力が出力されるように設置すればよい。なお、制御部は、下部テーブル３５をｚ軸周りに回転するときには、重心Ｇを通るようにＸ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３を駆動する。

このように、本実施形態によれば、それぞれのアクチュエータが直接的に下部テーブル３５にその駆動力を作用させることにより、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の並進３自由度と、ｘ軸周り、ｙ軸周り及びｚ軸周りの回転３自由度の合計６自由度で下部テーブル３５を駆動することができる。制御部は、各アクチュエータを独立に駆動することで、下部テーブル３５の姿勢を６自由度で制御し、載置されている第２の第２の基板１２の位置を、静止した基準面である上部テーブル２４の下面２４ａに対してコントロールする。特に、アクチュエータの駆動力を直接的に下部テーブル３５に作用させることで、駆動力の出力指示に対して目標位置に到達するまでにかかる時間である応答性を向上させることができる。これにより、上部テーブル２４ａに対して下部テーブル３５を移動させながら、サブミクロンオーダーで基板同士の位置合わせを行う位置合わせ装置に、位置合わせに要する時間の短縮と、位置合わせ精度の向上をもたらす。なお、本実施形態においては、各々独立に駆動されるアクチュエータはひとつのアクチュエータであるとして説明したが、２つ以上のアクチュエータがあたかもひとつのアクチュエータとして機能するように構成しても良い。この場合は２つ以上のアクチュエータで出力を分担することができるので、求められる出力に対して小さな出力しか有さないアクチュエータを利用することができる。制御部はこれら２つ以上のアクチュエータをあたかもひとつのアクチュエータとして機能するように制御する。

ユニットの重心Ｇに対して上述のようにアクチュエータを設置することは、小さな駆動力で下部テーブル３５を駆動できるだけでなく、応答性の観点からも好ましい。ただし、アクチュエータの設置はこの位置に限られるものではなく、また、アクチュエータの個数もこれに限られるものではない。制御部により下部テーブル３５の姿勢を上述の自由度で制御できるように設置されていれば良い。その意味では、ｚ軸方向に駆動力を出力するアクチュエータは、同一直線状に配置されないように留意する。また、本実施形態においては、アクチュエータとしてボイスコイルモータを用いたが、これに限らない。下部テーブル３５に直接的に駆動力を作用させることができるアクチュエータであれば良い。例えば、回転モータなど駆動出力が回転力であっても、直線出力に変換する変換部を組み込んで、下部テーブル３５に直接的に駆動力を作用させるアクチュエータを実現しても良い。なお、駆動力を直線方向に直接的に出力するボイスコイルモータなどのリニアアクチュエータは、下部テーブル３５に対する応答性、制御性が優れているので好ましい。

なお、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４のｘ軸方向及びｙ軸方向の駆動量は、Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３のｘ軸方向及びｙ軸方向の駆動量よりも大きい。したがって、ｘｙ平面内で大きく移動させるときには、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４により下部テーブル３５と一体的にＸＹ‐ステージ部材３２を移動させることが好ましく、わずかに移動させるときには、Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３により下部テーブル３５のみを移動させることが好ましい。

図１１は、重ね合わせ装置の他の構成を示す概略断面図である。具体的には、上述の重ね合わせ装置のうち、自重キャンセラ３６のシリンダ５９とピストン６１との位置が逆転している。つまり、シリンダ５９は、ＸＹ‐ステージ部材３２の貫通孔３７に対して、下方へ開放するように貫通されている。なお、同一の構造物には同一の番号を付している。

球面座６３は、エアベアリング６６を介して、シリンダ５９の上面５９ｂ上に非接触状態で支持されている。ピストン６１は、エアベアリング６２を介してシリンダ５９内に非接触状態でその下方から挿入されている。ピストン６１の下端部６１ｂには、ＸＹ‐ステージ部材３２に形成された貫通孔９０を貫通して伸びるアーム部材９１が取り付けられている。そして、アーム部材９１の先端部には、Ｚ‐干渉計６７が設置されている。また、球面座６３とシリンダ５９との間にエアベアリング６６が形成されていることから、Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３の駆動により下部テーブル３５がｘ軸方向及びｙ軸方向に移動するとき、下部テーブル３５から球面部材６４及びエアベアリング７８を介して受ける力により、球面座６３がシリンダ５９の上面５９ｂ上をｘｙ平面内で移動する。従って、下部テーブル３５は、シリンダ５９の上面５９ｂ上をｘ軸方向及びｙ軸方向へ案内される。

図１２は、第２の基板ホルダ４１の第１の例としての基板ホルダ１４１を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。図では、基板ホルダ１４１の上面に第２の基板１２が保持されている。また、図１３は、第２の基板１２を取り除いた、基板ホルダ１４１単体の様子を示す斜視図である。更に、図１４は、同じ基板ホルダ１４１を下方から見上げた様子を示す斜視図である。

基板ホルダ１４１は、ホルダ本体１１０、吸着子１１１および電圧印加端子１１３を有して、全体としては第２の基板１２よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体１１０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る。吸着子１１１は、鉄のような磁性体により形成され、第２の基板１２を保持する表面において、保持した第２の基板１２よりも外側である外周領域に複数配される。また、吸着子１１１は、第２の基板１２を保持する平面と略同じ平面内にその上面が位置するように、ホルダ本体１１０に形成された陥没領域に配される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個の吸着子１１１が配されている。吸着子１１１が第１の基板ホルダ２５に配置された永久磁石に吸着することで、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１は、第１の基板１１と第２の基板１２を挟み込んで一体的に固定される。吸着子１１１には、第２の基板１２を保持する面の裏面に埋設された電圧印加端子１１３を介して電力が供給される。

ホルダ本体１１０は、その表面において第２の基板１２を保持する領域が高い平坦性を有して、保持する第２の基板１２に接する。また、ホルダ本体１１０は、第２の基板１２を載置する領域の外側に、ホルダ本体１１０を表裏に貫通して形成された、複数の位置決め穴１１２を有する。位置決め穴１１２は、位置決めピン等に嵌合して、基板ホルダ１４１の位置決めに与する。更に、ホルダ本体１１０は、保持した第２の基板１２を載置する領域の内側に、ホルダ本体１１０を表裏に貫通して形成された、複数の挿通孔７２と、複数の貫通孔１４２を有する。必要に応じて、挿通孔７２にはプッシュアップピン４２が挿通され、第２の基板１２は基板ホルダ１４１から取り外される。

貫通孔１４２は、載置された第２の基板１２を基板ホルダ１４１へ真空吸着させるときに用いる吸引孔である。複数の貫通孔１４２は、第２の基板１２を載置する領域に対して均等に設けても良いし、領域内の周縁部に設けても良い。例えば、第２の基板１２を載置する領域の中心付近を疎にして、周縁部付近を密に設けても良い。この場合、第２の基板１２を載置した後に生じる接触面間の空気層によって、第２の基板１２が浮いた状態となり、予め定められた位置になかなか固定されないという現象に対して、周縁部の吸引により第２の基板１２を即座に基板ホルダ１４１へ引き寄せて安定させる効果を期待できる。なお、図は複数の貫通孔１４２を、中心部付近よりも周縁部付近を密に設けた場合を示す。

基板ホルダ１４１は、複数の貫通孔１４２を用いて真空吸着によって第２の基板１２を吸着させるのみならず、静電力によっても吸着させることができる。具体的には、ホルダ本体１１０に埋め込まれた電極に、電圧印加端子１１３を介して電圧を加えることにより、基板ホルダ１４１と第２の基板１２との間に電位差を生じさせて、第２の基板１２を基板ホルダ１４１に吸着させる。電圧印加端子１１３は、基板ホルダ１４１が下部テーブル３５に載置されているときには、ＥＳＣ端子７３に接触して電力の供給を受ける。また、電圧印加端子１１３は、ロボットアームの先端部であるハンド部に基板ホルダ１４１が保持されているときには、ハンド部に設けられた電力供給端子に接触して電力の供給を受ける。

図１５は、基板ホルダ１４１が下部テーブル３５の表面３５ａに載置されたときの、要部断面図を表す。下部テーブル３５には、表面３５ａに吸引口としての複数の第１の開口１３２を形成する第１吸引導管１３７と、表面３５ａに吸引口としての複数の第２の開口１３１を形成する第２吸引導管１３６とが埋め込まれている。そして、第１吸引導管１３７及び第２吸引導管１３６の他端は、真空排気装置である排気装置１３５に接続されている。第１吸引導管１３７及び第２吸引導管１３６のそれぞれに第１制御バルブ１３４及び第２制御バルブ１３３が設けられており、第１吸引導管１３７及び第２吸引導管１３６の空気の流れを個別に制御することができるように構成されている。

複数の第１の開口１３２は、基板ホルダ１４１の複数の貫通孔１４２に対応して設けられており、基板ホルダ１４１が下部テーブル３５の表面３５ａに載置されたときに、互いの孔が接続されて連通する。したがって、排気装置１３５が空気を吸引する状態である排気状態にあるときに第１制御バルブ１３４を開放にすると、基板ホルダ１４１に載置された第２の基板１２が基板ホルダ１４１側へ吸引されて、第２の基板１２が位置決めされた固定状態を保つことができる。

一方、複数の第２の開口１３１は、基板ホルダ１４１が下部テーブル３５の表面３５ａに載置されたときに、基板ホルダ１４１の複数の貫通孔１４２とは接続されず、基板ホルダ１４１の裏面に対向するように設けられている。したがって、排気装置１３５が空気を吸引する状態である排気状態にあるときに第２制御バルブ１３３を開放にすると、基板ホルダ１４１が下部テーブル３５側へ吸引されて、基板ホルダ１４１が位置決めされた固定状態を保つことができる。このように第１制御バルブ１３４と第２制御バルブ１３３を独立して個別に制御することにより、第２の基板１２を基板ホルダ１４１へ保持する動作と、基板ホルダ１４１を下部テーブル３５へ載置する動作を独立して制御することができる。

なお、複数の第２の開口１３１は、基板ホルダ１４１を載置する領域に対して均等に設けても良いし、領域内の周縁部に設けても良い。例えば、基板ホルダ１４１を載置する領域の中心付近を疎にして、周縁部分付近を密に設けていも良い。この場合、基板ホルダ１４１を載置した後に生じる接触面間の空気層によって、基板ホルダ１４１が表面３５ａに対して浮いた状態となり、予め定められた位置になかなか固定されないという現象に対して、周縁部の吸引により基板ホルダ１４１を即座に表面３５ａへ引き寄せて安定させる効果を期待できる。

排気装置１３５は、排気方向を逆方向にすることで、第１吸引導管１３７及び第２吸引導管１３６に対して空気を送り込むことができる。つまり、第１吸引導管１３７及び第２吸引導管１３６をそれぞれ噴気導管として利用することができる。このとき、第２制御バルブ１３３を閉じて第１制御バルブ１３４を瞬間的に開放にすると、第１の開口１３２に接続された貫通孔１４２から空気が噴出して、第２の基板１２を基板ホルダ１４１から剥離することができる。また、第１制御バルブ１３４を閉じて第２制御バルブ１３３を瞬間的に開放にすると、第２の開口１３１から空気が噴出して、基板ホルダ１４１を下部テーブル３５の表面３５ａから剥離することができる。なお、この場合は、静電吸着により第２の基板１２を基板ホルダ１４１へ吸着させておくことが好ましい。

基板ホルダから基板を剥離させる動作については、剥離させる基板がすでに積層された基板であっても実行することができる。また、下部テーブル３５から基板ホルダを剥離させる動作については、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が第１の基板１１と第２の基板１２を挟持して一体化された後においても実行することができる。

上述のように、基板ホルダ１４１は、静電力によっても第２の基板１２を吸着させることができる。したがって、基板ホルダ１４１が下部テーブル３５に載置されている間は、真空吸着及び静電吸着のいずれも利用することができるが、電力の消費を抑えることを目的として、真空吸着中は静電吸着を停止しても良い。この場合、搬入動作である基板ホルダ１４１が下部テーブル３５に載置されるまでは、ハンド部に設けられた電力供給端子から電力の供給を受けて、静電吸着により第２の基板１２を基板ホルダ１４１へ固定する。そして、基板ホルダ１４１が下部テーブル３５に載置されてからは、真空吸着により第２の基板１２を基板ホルダ１４１へ固定する。このとき、ＥＳＣ端子７３からの電力供給は行わない。また、搬出動作は、搬入動作と同様に第２の基板１２を固定する。

次に、第２の基板ホルダ４１の第２の例としては、第１の例としての基板ホルダ１４１の複数の貫通孔１４２に、ポーラス材を埋め込んで形成する。ポーラス材は多孔質体であり、基板ホルダに接合して用いるものとしては、アルミナセラミックを固めたセラミックポーラス、ステンレスの粉を焼き固めたメタルポーラス等が好ましい。ポーラス材を埋め込んだ基板ホルダによれば、薄い第２の基板１２を真空吸着する場合においても、吸引孔において第２の基板１２をポーラス材の表面で支持することができるので、第２の基板１２の平面性を保つことができる。このように構成された基板ホルダは、第１の例としての基板ホルダ１４１と同様に利用することができる。

次に、第２の基板ホルダ４１の第３の例としての基板ホルダ２４１を図１６に示す。また、図１７は、基板ホルダ２４１が下部テーブル３５の表面３５ａに載置されたときの、要部断面図を表す。基板ホルダ２４１は、第２の例で説明したポーラス材を第２の基板１２を保持する保持面となるように加工したポーラスプレート２４２を有する。ただし、ポーラスプレート２４２は、基板ホルダ２４１の裏面にまで達するのではなく、図１７に示すように、複数の貫通孔２４３が設けられたベース部２４４上に積層されている。

複数の第１の開口１３２は、基板ホルダ２４１の複数の貫通孔２４３に対応して設けられており、基板ホルダ２４１が下部テーブル３５の表面３５ａに載置されたときに、互いの孔が接続されて連通する。このとき、排気装置１３５が排気状態であって第１制御バルブ１３４を開放にすると、貫通孔２４３と接している多孔質体であるポーラスプレート２４２が、第２の基板１２を吸着させる。このようにして、基板ホルダ２４１に載置された第２の基板１２が基板ホルダ２４１側へ吸引されて、第２の基板１２が位置決めされた固定状態を保つ。このように構成された基板ホルダ２４１によれば、非常に薄い第２の基板１２が、多孔質体によって面で支えられながら吸引されるので、第２の基板１２の平面性を保つ上で好ましい。

一方、複数の第２の開口１３１は、基板ホルダ２４１が下部テーブル３５の表面３５ａに載置されたときに、基板ホルダ２４１の複数の貫通孔２４３とは接続されず、基板ホルダ２４１の裏面に対向するように設けられている。すなわち、第２の開口１３１は、ポーラスプレート２４２に直接対向するのではなく、貫通孔２４３が設けられたベース部２４４の裏面に対向する。したがって、排気装置１３５が排気状態にあるときに第２制御バルブ１３３を開放にすると、基板ホルダ２４１が下部テーブル３５側へ吸引されて、基板ホルダ２４１が位置決めされた固定状態を保つことができる。また、このように構成された基板ホルダ２４１は、第１の例としての基板ホルダ１４１と同様に扱うことができる。

なお、上記の各例においては、第１吸引導管１３７及び第２吸引導管１３６の他端は、真空排気装置である排気装置１３５に接続され、それぞれに第１制御バルブ１３４及び第２制御バルブ１３３が設けられる構成について説明した。しかし、これに限らず、第１吸引導管１３７及び第２吸引導管１３６のそれぞれの他端に、それぞれ排気装置１３５を接続してこれらを独立に制御しても、同様の機能を達成することができる。

また、第１の基板ホルダ２５も第２の基板ホルダ４１と同様の構成を採用することができる。このとき、上部テーブル２４にも第１吸引導管１３７及び第２吸引導管１３６を設ける。第１の基板ホルダ２５が上部テーブル２４に載置されているときには、電圧印加端子１１３はＥＳＣ端子２７に接触して静電吸着用の電力の供給を受けることができる。

図１８は、重ね合わせ装置１０における位置合わせ工程を説明するための制御フロー図である。各々のステップは、それぞれのセンサからの出力を受けて、またはそれぞれの駆動部に対して、制御部が制御を行う。

ステップＳ１０１では、第１の基板ホルダ２５を上部テーブル２４へ、第２の基板ホルダ４１を下部テーブル３５へ載置する。第１の基板１１は、重ね合わせ装置１０へ搬入される前に、プリアライナー装置において第１の基板ホルダ２５に載置され、静電吸着されている。したがって、重ね合わせ装置１０に搬入される段階では、第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５は一体化されている。プリアライナー装置ではさらに、第１の基板１１を第１の基板ホルダ２５に載置する時に、第１の基板１１上に設けられた複数のアライメントマークを検出し、この情報を制御部に接続されている記憶部に記憶する。同様に、第２の基板１２も、プリアライナー装置において第２の基板ホルダ４１と一体化される。また、同時に第２の基板１２を第２の基板ホルダ４１に載置する時に、第２の基板１２上に設けられた複数のアライメントマークを検出し、この情報を制御部に接続されている記憶部に記憶する。

一体化された第１の基板１１と第１の基板ホルダ２５、及び、第２の基板１２と第２の基板ホルダ４１はそれぞれ重ね合わせ装置１０に搬入される。重ね合わせ装置１０への搬入は、ロボットアームにより行われる。ロボットアームの先端部である基板ホルダを保持するハンド部には、基板ホルダを保持したときに基板ホルダへ電力を供給する電力供給端子が設けられている。これにより、基板ホルダは静電吸着力を維持でき、上部テーブル２４または下部テーブル３５へ載置されるまで基板を固定しておくことができる。第２の基板１２と第２の基板ホルダ４１は、上述のように、静電吸着と真空吸着により下部テーブル３５に固定される。

ステップＳ１０２では、ＸＹ‐渦電センサ３９及びＺ‐渦電センサ４０を用いてＸＹ‐ステージ部材３２と下部テーブル３５の相対位置を検出する。検出された相対位置の情報は制御部に接続されている記憶部に記憶される。これにより、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によりＸＹ‐ステージ部材３２を粗動させても、その移動量に伴って下部テーブル３５の位置を算出することができる。なお、このときＡＦセンサ７９を用いて下部テーブル３５に対する上部テーブル２４の傾きも検出する。

ステップＳ１０３では、記憶部に記憶された各々の位置情報に基づいて、基準面である上部テーブル２４の下面２４ａに対する下部テーブル３５の目標位置と、その目標位置へ至る駆動経路を決定する。目標位置については、例えば、第１の基板１１の複数のアライメントマークと、第２の基板１２の複数のアライメントマークが重ね合わされたときに、相互の位置ずれ量が最も小さくなるように統計的に決定されるグローバルアライメント法等を用いて演算され、決定される。駆動経路については、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によるｘｙ方向への移動と自重キャンセラ３６によるｚ方向への移動の後に、Ｘ‐ＶＣＭ８０、Ｙ‐ＶＣＭ８３及びＺ‐ＶＣＭ８６による微調整のための駆動を組み合わせて決定される。

ステップＳ１０３で目標位置と駆動経路が決定されると、Ｘ‐駆動部３３及びＹ‐駆動部３４によるｘｙ方向への移動とＺ‐ＶＣＭ８６によるｚ方向への移動が行われ、およそ目標位置の近傍まで下部テーブル３５が移動される。そしてステップＳ１０４では、下部テーブル３５のｘ軸方向及びｙ軸方向の正確な位置を、Ｘ‐干渉計２９及びＹ‐干渉計３０により検出する。そして、目標位置と現在位置との差を算出しながら、ステップＳ１０５で、Ｘ‐ＶＣＭ８０及びＹ‐ＶＣＭ８３により微調整を行う。

さらに、ステップＳ１０６で、下部テーブル３５のｚ軸方向の正確な位置を、Ｚ‐干渉計６７により検出する。そして、目標位置と現在位置との差を算出しながら、ステップＳ１０７で、Ｚ‐ＶＣＭ８６により下部テーブル３５を上部テーブル２４方向へ漸進させる。このとき、制御部は、Ｚ‐ＶＣＭ８６の駆動による移動量に応じて、その移動量が等しくなるように自重キャンセラ３６の圧力室６０の圧力を調整して、自重キャンセラ３６が下部テーブル３５を含むユニット分の自重を支持するように制御する。

ステップＳ１０８では、ロードセル２６の出力を監視しており、下部テーブル３５が上部テーブル２４方向へ近づき、最初に第２の基板１２が第１の基板１１に接触する時点を検出する。ロードセル２６による検出がされない間は、ステップＳ１０４からステップＳ１０７を繰り返す。

ステップＳ１０９では、下部テーブル３５の傾きを検出する。ロードセル２６は上部テーブル２４と上板部材２２との間に複数設けられており、第１の基板１１に対する第２の基板１２の接触状態を圧力分布として検出できる。下部テーブル３５が傾いていると、第２の基板１２は第１の基板１１に対して点接触することになるので、特定の領域に荷重が集中する。ロードセル２６はこれを検出して下部テーブルの傾きを検出する。

ステップＳ１０９で下部テーブル３５に傾きがあると判断されるとステップＳ１１０へ進み、ロードセル２６の出力を用いて、Ｚ‐ＶＣＭ８６により下部テーブル３５の傾きを修正する。傾きの修正を終えると再度ステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０９で傾きがないと判断されると、第１の基板１１と第２の基板１２は面と面で接触されたとして、ステップＳ１１１へ進み、第１の基板ホルダ２５の吸着子１１１と、第２の基板ホルダ４１の吸着子１１１を作用させて、２つの基板ホルダを互いにクランプさせる。つまり、第１の基板ホルダ２５と第２の基板ホルダ４１が、正確に位置合わせされた第１の基板１１と第２の基板１２を挟み込んで、一体的に固定された状態をつくりあげる。

ステップＳ１１２では、第１の基板ホルダ２５の離脱動作と、自重キャンセラ３６による下部テーブル３５のｚ軸方向への引き下げ動作を協調させ、一体化された第１の基板ホルダ２５、第２の基板ホルダ４１、第１の基板１１及び第２の基板１２を下部テーブル３５に載置された状態にする。そして、プッシュアップピン４２を動作させ、これらを下部テーブル３５から持ち上げた状態にして、ロボットアームにより重ね合わせ装置１０から搬出する。以上により、一連の位置合わせ工程を終了する。

以上、上記の実施形態では、下部テーブル３５を６つのアクチュエータで駆動して、並進３自由度と回転３自由度の６自由度で制御した。しかし、例えばｚ軸周りの回転駆動のみは上部テーブル２４側に持たせて、下部テーブル３５を５自由度で制御する構成としても、重ね合わせに必要な応答性は十分得られる。

以上の説明においては、基板を保持する基板ホルダと、基板ホルダを載置するステージとを含む半導体処理装置として、重ね合わせ装置１０を適用例を示した。しかし、基板を保持する基板ホルダと、基板ホルダを載置するステージとを含む半導体処理装置であれば、適用例は重ね合わせ装置に限らない。例えば、重ね合わせ装置による処理の後に搬入される加熱加圧装置においても適用できる。

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。

１０重ね合わせ装置、１１第１の基板、１２第２の基板、１３粗動ベース部材、１３ａ上面、１３ｂ縁部、１４粗動ステージ部、１５床、１６除振部材、１７微動ベース部材、１８微動ステージ部、１９凹部、２０除振部材、２１ボディ、２２上板部材、２３柱部材、２４上部テーブル、２４ａ下面、２５第１の基板ホルダ、２６ロードセル、２７ＥＳＣ端子、２８上部顕微鏡、２９Ｘ‐干渉計、３０Ｙ‐干渉計、３２ＸＹ‐ステージ部材、３３Ｘ‐駆動部、３４Ｙ‐駆動部、３５下部テーブル、３５ａ上面、３５ｂ下面、３６自重キャンセラ、３７貫通孔、３８エアパッド、３９ＸＹ‐渦電センサ、４０Ｚ‐渦電センサ、４１第２の基板ホルダ、４２プッシュアップピン、４３Ｘ‐リニアモータ、４４マグネット、４５コイル、４６Ｘ‐ガイド部材、４７エアパッド、４８係合部、４９エアベアリング、５０、５１連結部材、５２エアパッド、５３Ｙ‐リニアモータ、５４マグネット、５５コイル、５６Ｙ‐ガイド部材、５７係合部、５８エアベアリング、５９シリンダ、５９ｂ上面、６０圧力室、６１ピストン、６１ａ上面、６１ｂ下端部、６２エアベアリング、６３球面座、６４球面部材、６５凹球面、６６エアベアリング、６７Ｚ‐干渉計、６８脚部材、６８ａ下面、６９エアベアリング、７０エアパッド、７１挿通孔、７２挿通孔、７３ＥＳＣ端子、７４Ｘ‐移動鏡、７５Ｙ‐移動鏡、７６下部顕微鏡、７７凸球面、７８エアベアリング、７９ＡＦセンサ、８０Ｘ‐ＶＣＭ、８１マグネット、８２コイル、８３Ｙ‐ＶＣＭ、８４マグネット、８５コイル、８６Ｚ‐ＶＣＭ、８７マグネット、８８コイル、８９アーム部材、９０貫通孔、９１アーム部材、１１０ホルダ本体、１１１吸着子、１１２位置決め穴、１１３電圧印加端子、１４１基板ホルダ、１４２貫通孔、１３１第２の開口、１３２第１の開口、１３３第２制御バルブ、１３４第１制御バルブ、１３５排気装置、１３６第２吸引導管、１３７第１吸引導管、２４１基板ホルダ、２４２ポーラスプレート、２４３貫通孔、２４４ベース部

Claims

基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダを載置するステージとを含む半導体処理装置であって、
前記ステージは前記基板ホルダを真空吸着により吸着し、
前記基板ホルダは、基板を、静電吸着、真空吸着、並びに、静電吸着および真空吸着の両方、のいずれで保持するかが切り替えられることを備え、
前記基板ホルダが前記ステージに載置されるまでは、前記静電吸着により前記基板を前記基板ホルダに保持し、
前記基板ホルダが前記ステージに載置されてからは、前記真空吸着により前記基板を前記基板ホルダに保持し、前記真空吸着中に前記静電吸着を停止する半導体処理装置。
前記基板ホルダは、
前記基板を保持するための静電吸着部と、
前記基板を保持する保持面に設けられた貫通孔とを備え、
前記ステージは、
前記基板ホルダの前記貫通孔を介して前記基板を前記基板ホルダに吸引するための第１の開口と、
前記基板ホルダを前記ステージに吸引するための第２の開口とを備える請求項１に記載の半導体処理装置。
前記ステージは、前記第１の開口に接続される第１吸引部と、前記第２の開口に接続される第２吸引部とを備える請求項２に記載の半導体処理装置。
前記貫通孔は、前記保持面の内部の周縁部に複数設けられる請求項２または３に記載の半導体処理装置。
前記貫通孔は、前記保持面の内部の中心部よりも周縁部に密に複数設けられる請求項４に記載の半導体処理装置。
前記第２吸引部は、前記基板ホルダを載置する載置面の内部の周縁部に複数設けられる請求項３に記載の半導体処理装置。
前記基板を前記基板ホルダから剥離するときに、前記第１吸引部および前記貫通孔を介して、前記基板方向に気体を噴出する請求項３または６に記載の半導体処理装置。
前記基板ホルダを前記ステージから剥離するときに、前記第２吸引部を介して、前記基板ホルダ方向に気体を噴出する請求項３、６または７に記載の半導体処理装置。
前記貫通孔にはポーラス材が埋め込まれている請求項２から８のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
前記基板ホルダは、
前記基板を保持するための静電吸着部と、
前記基板を保持する保持面に設けられたポーラス部とを備え、
前記ステージは、
一端の開口が前記基板ホルダを載置する載置面において前記ポーラス部と対向する第１吸引部と、
一端の開口が前記載置面において前記ポーラス部とは対向せずに前記基板ホルダに対向する第２吸引部とを備える請求項１に記載の半導体処理装置。
前記ポーラス部は、前記保持面の内部の周縁部に複数設けられる請求項１０に記載の半導体処理装置。
前記ポーラス部は、前記保持面の内部の中心部よりも周縁部に密に複数設けられる請求項１１に記載の半導体処理装置。
前記第２吸引部は、前記載置面の内部の周縁部に複数設けられる請求項１０から１２のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
前記基板を前記基板ホルダから剥離するときに、前記第１吸引部および前記ポーラス部を介して、前記基板方向に気体を噴出する請求項１０から１３のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
前記基板ホルダを前記ステージから剥離するときに、前記第２吸引部を介して、前記基板ホルダ方向に気体を噴出する請求項１０から１４のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
前記基板ホルダは、
前記基板を保持するための静電吸着部と、
前記基板を保持する保持面に設けられたポーラス部と、
前記ポーラス部の前記保持面とは反対側の面に接続される導通孔とを備え、
前記ステージは、
一端の開口が前記基板ホルダを載置する載置面において前記導通孔と接続される第１吸引部と、
一端の開口が前記載置面において前記導通孔とは接続されずに前記基板ホルダに対向する第２吸引部とを備える請求項１に記載の半導体処理装置。
前記第２吸引部は、前記載置面の内部の周縁部に複数設けられる請求項１６に記載の半導体処理装置。
前記基板を前記基板ホルダから剥離するときに、前記第１吸引部および前記導通孔を介して、前記基板方向に気体を噴出する請求項１６または１７に記載の半導体処理装置。
前記基板ホルダを前記ステージから剥離するときに、前記第２吸引部を介して、前記基板ホルダ方向に気体を噴出する請求項１６から１８のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
前記第１吸引部の他端の開口に接続された第１真空排気装置と、前記第２吸引部の他端の開口に接続された第２真空排気装置とを備え、
前記基板を前記基板ホルダに保持する保持動作と、前記基板ホルダを前記ステージに載置する載置動作を独立して制御するために、前記第１真空排気装置と前記第２真空排気装置を独立して制御する請求項３、６、７、８または１０から１９のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
前記第１吸引部の他端の開口に接続された第１バルブと、前記第２吸引部の他端の開口に接続された第２バルブと、前記第１バルブ及び前記第２バルブに接続された真空排気装置とを備え、
前記基板を前記基板ホルダに保持する保持動作と、前記基板ホルダを前記ステージに載置する載置動作を独立して制御するために、第１バルブと第２バルブを独立して制御する請求項３、６、７、８または１０から１９のいずれか１項に記載の半導体処理装置。