JP5487740B2 - 重ね合わせ装置、位置合わせ装置、基板貼り合わせ装置および重ね合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、重ね合わせ装置、位置合わせ装置および基板貼り合わせ装置に関する。

搬送ロボットと基板ステージとの間で半導体ウエハ等の基板を受け渡しする場合に、リフトピンを用いる構造がある。リフトピンは、基板ステージから重力方向に進退して、基板または基板保持部材を下方から支持する（特許文献１参照）。

特開２００９−０５９８６４号公報

複数の基板を重ね合わせる場合には、対向する一対のステージの各々において、基板保持部材に基板を保持させる。このため、一対のステージの各々に対して基板保持部材を保持させなければならないので、重ね合わせ装置の部品点数が増加すると共に構造が複雑になる。また、組み立て工数も増加するので製造コストが上昇する。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、複数の基板を重ね合わせる重ね合わせ装置であって、一の基板を保持する第一ホルダを保持する第一ステージと、他の基板を保持する第二ホルダを保持しつつ第一ステージに近接して、他の基板を一の基板に重ね合わせる第二ステージと、第一ステージおよび第二ステージの一方に設けられ、第一ステージに対して進退して、下方から支持した第一ホルダを第一ステージに保持させ、且つ、第二ステージに対して進退して、下方から支持した第二ホルダを第二ステージに保持させるプッシュアップピンとを備える重ね合わせ装置が提供される。

また、本発明の第二態様として、上記重ね合わせ装置を備えた位置合わせ装置が提供される。更に、本発明の第三態様として、上記重ね合わせ装置を備えた基板貼り合わせ装置が提供される。

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発明となり得る。

基板貼り合わせ装置１００の平面図である。 位置合わせ装置１６０の縦断面図である。 位置合わせ装置１６０の縦断面図である。 基板ホルダ２００を見下ろした斜視図である。 基板ホルダ２００を見上げた斜視図である。 加圧装置１３０の縦断面図である。 基板１０２の状態遷移を示す断面図である。 基板１０２の状態遷移を示す断面図である。 基板１０２の状態遷移を示す断面図である。 基板１０２の状態遷移を示す断面図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板用プッシュアップピン１７５の先端形状を示す斜視図である。 基板用プッシュアップピン１７５の他の先端形状を示す斜視図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 位置合わせ装置１６０に基板ホルダ２００を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。 基板ホルダ２００に基板１０２を搭載する過程を示す図である。

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、基板貼り合わせ装置１００の全体的な構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合わせ装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に収容されたローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０および位置合わせ装置１６０を備える。また、筐体１１０の外面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）１０１が装着される。

ＦＯＵＰ１０１の各々は複数の基板１０２を収容して、筐体１１０に対して個別に取り外しできる。ＦＯＵＰ１０１を用いることにより、複数の基板１０２を一括して基板貼り合わせ装置１００に装填できる。また、基板１０２を貼り合わせて作製した積層基板１０４を、ＦＯＵＰ１０１に回収して一括して搬出できる。

なお、ここでいう基板１０２は、シリコン単結晶基板、化合物半導体基板等の半導体基板の他、ガラス基板等でもあり得る。また、貼り合わせに供される基板１０２は、複数の素子を含む場合がある。

筐体１１０は、ローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０および位置合わせ装置１６０を気密に包囲する。これにより、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２の通過経路を清浄な環境に保つ。また、筐体１１０内をパージガスにより満たす場合もある。更に、筐体１１０の内部またはその一部を排気して、真空環境で基板１０２を取り扱う場合もある。

ローダ１２０は、フォーク１２２、落下防止爪１２４およびフォールディングアーム１２６を有する。フォールディングアーム１２６は、一端においてフォーク１２２および落下防止爪１２４を支持する。フォールディングアーム１２６の他端は、筐体１１０に対して回転可能に支持される。フォールディングアーム１２６は、それ自体の屈曲と回転とを組み合わせて、フォーク１２２を任意の位置に移動する。フォーク１２２は、搭載した基板１０２または基板ホルダ２００を吸着して保持する。

また、ローダ１２０は、フォーク１２２および落下防止爪１２４を上下に反転する機能を有する。これにより、後述する位置合わせ装置１６０において、下向きの保持面を有するステージに、基板１０２および基板ホルダ２００を保持させる。

落下防止爪１２４は、フォーク１２２が反転した場合に、フォーク１２２に保持された基板１０２または基板ホルダ２００の下方に差し出される。これにより、基板１０２または基板ホルダ２００が落下することを防止する。フォーク１２２が反転しない場合、落下防止爪１２４は、フォーク１２２上の基板１０２および基板ホルダ２００と干渉しない位置まで退避する。

上記のようなローダ１２０は、ＦＯＵＰ１０１からプリアライナ１５０、プリアライナ１５０から位置合わせ装置１６０、位置合わせ装置１６０から加圧装置１３０へと基板１０２および基板ホルダ２００を搬送できる。更に、ローダ１２０は、基板１０２を貼り合わせた積層基板１０４をＦＯＵＰ１０１に搬送する。

ホルダストッカ１４０は、基板１０２を保持する基板ホルダ２００を収容して待機させる。基板ホルダ２００は、ローダ１２０により１枚ずつ取り出され、それぞれが基板１０２を一枚ずつ保持する。詳細な形態については後述するが、基板ホルダ２００は、基板貼り合わせ装置１００の内部において基板１０２と一体的に取り扱われる。これにより、薄く脆弱な基板１０２を保護して、基板貼り合わせ装置１００の内部における基板１０２の取り扱いを容易にする。

なお、基板ホルダ２００は、積層基板１０４が基板貼り合わせ装置１００から搬出される場合に、積層基板１０４から分離されてホルダストッカ１４０に戻される。これにより、少なくとも基板貼り合わせ装置１００が稼働している期間は、基板ホルダ２００は基板貼り合わせ装置１００の外部に取り出されることがない。

プリアライナ１５０は、位置合わせ精度よりも処理速度を重視した位置合わせ機構を有する。プリアライナ１５０は、例えば、ローダ１２０に対する基板１０２または基板ホルダ２００の搭載位置のばらつきを、予め定められた範囲に収まるように調整する。これにより、後述する位置合わせ装置１６０における位置合わせに要する時間を短縮する。なお、基板貼り合わせ装置１００の仕様によっては、プリアライナ１５０において、基板１０２を基板ホルダ２００に位置合わせして保持させ、更に、基板１０２を保持した基板ホルダ２００をローダ１２０に搭載する場合がある。

更に、プリアライナ１５０は、基板１０２の配向方向を、ローダ１２０に対して一定の向きに揃える回転補正部も有してもよい。これにより、後述する位置合わせ装置１６０における調整量を減少させ、位置合わせ装置１６０における作業時間を短縮する。

位置合わせ装置１６０は、それぞれが基板ホルダ２００に保持された一対の基板１０２を相互に位置合わせした後に重ね合わせる。位置合わせ装置１６０における位置合わせ精度は高く、例えば、素子が形成された半導体基板を位置合わせする場合には、サブミクロンレベルの精度が求められる。位置合わせ装置１６０の構造および動作については、図２および図３を参照して後述する。

加圧装置１３０は、位置合わせ装置１６０において位置合わせされて重ね合わされた一対の基板１０２を加圧して、基板１０２どうしを接着する。これにより基板１０２は恒久的に積層された積層基板１０４となる。加圧装置１３０の構造および動作については、図４を参照して後述する。

図２は、位置合わせ装置１６０の構造と動作を示す模式的な縦断面図である。位置合わせ装置１６０は、枠体１６２と、枠体１６２の内側に配された駆動部１８０、下ステージ１７０および上ステージ１９０とを備える。

枠体１６２は、それぞれが水平で互いに平行な底板１６１および天板１６５と、底板１６１および天板１６５を結合する複数の支柱１６３とを有する。底板１６１、支柱１６３および天板１６５はそれぞれ高剛性な材料により形成され、位置合わせ装置１６０の動作に伴う反力が作用した場合も変形を生じない。

位置合わせ装置１６０において、底板１６１の上面には、Ｘ駆動部１８４およびＹ駆動部１８６が順次積層して配される。Ｘ駆動部１８４は、底板１６１に固定されたガイドレール１８２に案内されつつＸ方向に移動する。Ｙ駆動部１８６は、Ｘ駆動部１８４の上でＹ方向に移動する。Ｙ駆動部１８６には、下ステージ１７０が搭載される。これにより、駆動部１８０は、ＸＹ平面上の任意の位置に向かって下ステージ１７０を移動できる。

なお、下ステージ１７０の搭載面は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、搭載された基板ホルダ２００を吸着して保持する。これにより、搭載された基板ホルダ２００の下ステージ１７０に対する変位が防止される。

顕微鏡１７１は、下ステージ１７０と共にＸ方向およびＹ方向に移動する。顕微鏡１７１および下ステージ１７０の相対位置は予め正確に知ることができるので、顕微鏡１７１を用いて、下ステージ１７０に対向する物の下ステージ１７０に対する相対位置を正確に検出できる。

図示の状態では、上ステージ１９０に吸着された基板ホルダ２００に保持された基板１０２のアライメントマークＭの位置を正確に検出できる。図中では、三角形の記号によりアライメントマークＭを表す。ただし、相対位置の検出は、アライメントマークＭを用いるとは限らない。例えば、基板１０２に形成されたパターン等を指標に用いる場合もある。

位置合わせ装置１６０において、天板１６５の下面には、上ステージ１９０および顕微鏡１９１が懸下される。上ステージ１９０および顕微鏡１９１は、天板１６５に対して固定されて移動しない。

上ステージ１９０は、水平で下向きの搭載面を有して、基板１０２を保持した基板ホルダ２００を保持する。即ち、上ステージ１９０は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、基板ホルダ２００を吸着して保持する。これにより、基板ホルダ２００に吸着された基板１０２は、基板ホルダ２００に保持された基板１０２と対向する。

また、上ステージ１９０および顕微鏡１９１の相対位置は予め正確に知ることができるので、顕微鏡１９１を用いて、上ステージ１９０に対向する物の相対位置を正確に検出できる。この実施形態では、下ステージ１７０に搭載された基板ホルダ２００に保持された基板１０２のアライメントマークＭを観察して、基板ホルダ２００に保持された基板１０２の位置を正確に検出できる。

図３は、位置合わせ装置１６０の動作を、図２に対比して示す図である。既に説明した通り、顕微鏡１７１、１９１により対向する基板１０２のアライメントマークＭの位置を検出することにより、基板ホルダ２００に保持された基板１０２に対する基板ホルダ２００に保持された基板１０２の正確な相対位置を知ることができる。

そこで、基板１０２相互の相対位置のずれが無くなるようにＸ駆動部１８４およびＹ駆動部１８６を動作させて、一対の基板１０２を正対させることができる。続いて、シリンダ１７２およびピストン１７４を動作させて下ステージ１７０を上昇して、位置合わせをした状態で一対の基板１０２を積層して仮接合できる。

図４は、基板ホルダ２００を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。基板ホルダ２００は、保持面２０２、フランジ部２０４および貫通穴２０６を有する。

基板ホルダ２００は、全体として円板状をなして、基板１０２を保持する平坦な保持面２０２を中央に有する。フランジ部２０４は、保持面２０２に隣接して、保持面２０２の周囲に配される。保持面２０２およびフランジ部２０４の間には段差２０３が形成され、保持面２０２は、フランジ部２０４に対して僅かに隆起する。

貫通穴２０６は、後述するプッシュアップピンが挿通されるので、保持面２０２の周囲に沿って三つ以上設けられる。また、貫通穴２０６の各々は、保持面２０２およびフランジ部２０４の境界に配される。

更に、フランジ部２０４の側周面には溝２０１が形成される。溝２０１の用途については後述する。

図５は、基板ホルダ２００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２００の下面には、貫通穴２０６および給電用接点２０８が配されている様子が見える。また、フランジ部２０４の側周面に配された溝２０１が見える。

貫通穴２０６の各々は、図示のように、基板ホルダ２００の裏面まで貫通する。給電用接点２０８は、基板ホルダ２００の下面と共通の面をなして、基板ホルダ２００の内部に埋設された内部電極に接続される。これにより、給電用接点２０８を介して内部電極に電圧を印加して、保持面２０２を静電チャックとして動作させることができる。

なお、内部電極は、ひとつの基板ホルダ２００に複数設けられる場合があり、給電用接点２０８も、内部電極に対応して複数設けられる場合がある。また、基板ホルダ２００は、剛性の高いセラミックス、金属等により一体成形される。

図６は、加圧装置１３０の模式的な縦断面図である。加圧装置１３０は、筐体１３２の底部から順次積層された定盤１３８および加熱プレート１３６と、筐体１３２の天井面から垂下された圧下部１３４および加熱プレート１３６とを有する。加熱プレート１３６の各々はヒータを内蔵する。また、筐体１３２の側面のひとつには装入口１３１が設けられる。

加圧装置１３０には、既に位置合わせして重ね合わされた基板１０２が、基板１０２を挟み込んだ一対の基板ホルダ２００と共に搬入される。搬入された基板１０２および基板ホルダ２００は、定盤１３８の加熱プレート１３６上面に載置される。

加圧装置１３０は、加熱プレート１３６を昇温すると共に、圧下部１３４を降下して上側の加熱プレート１３６を押し下げる。これにより、加熱プレート１３６の間に挟まれた基板１０２並びに一対の基板ホルダ２００が加熱および加圧され、基板１０２は恒久的に接着され、後述する積層基板１０４となる。

なお、図示は省いたが、加熱、加圧した後に、積層基板１０４を冷却する冷却部を加圧装置１３０に設けてもよい。これにより、室温までに至らなくても、ある程度冷却した積層基板１０４を搬出して、迅速にＦＯＵＰ１０１に戻すことができる。

また、加熱プレート１３６による加熱温度が高い場合は、基板１０２の表面が雰囲気と科学的に反応する場合がある。そこで、基板１０２を加熱加圧する場合は、筐体１３２の内部を排気して真空環境とすることが好ましい。このため、装入口１３１を気密に閉鎖する、開閉可能なシャッタを設けてもよい。更に、加熱プレート１３６を省略して、鏡面研磨された基板１０２を常温で接合させる場合もある。

図７、図８、図９および図１０は、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２の状態の変遷を示す図である。以下、これらの図面を参照しつつ、基板貼り合わせ装置１００の動作を説明する。

貼り合わせに供される基板１０２は、ＦＯＵＰ１０１に収容された状態で基板貼り合わせ装置１００に装填される。基板貼り合わせ装置１００においては、まず、ローダ１２０が、ホルダストッカ１４０から搬出した基板ホルダ２００を、プリアライナ１５０に載置する。

プリアライナ１５０において、基板ホルダ２００はローダ１２０に対する搭載位置を調整される。これにより、ローダ１２０は、比較的高い精度で、基板ホルダ２００を位置合わせ装置１６０に搬入できる。

次に、ローダ１２０は、ＦＯＵＰ１０１から１枚ずつ搬出した基板１０２を、プリアライナ１５０に搬送する。プリアライナ１５０において、基板１０２も、ローダ１２０に対する搭載位置を調整される。これにより、ローダ１２０は、比較的高い精度で基板１０２を、位置合わせ装置１６０内の基板ホルダ２００に搭載できる。

後述するように、位置合わせ装置１６０において基板ホルダ２００に載せられた基板１０２は、静電吸着等により、基板ホルダ２００に保持される。上ステージ１９０および下ステージ１７０に各々搭載されるので、基板１０２を保持した基板ホルダ２００は、少なくとも２つ用意される。

こうして、図７に示すように、基板１０２を保持した基板ホルダ２００が用意される。以下の工程において、基板１０２および基板ホルダ２００は一体的に取り扱われる。

最初に搬送された基板ホルダ２００は、ローダ１２０により反転されて上ステージ１９０に保持される。また、次に搬送された基板ホルダ２００は、そのままの向きで下ステージ１７０に保持される。これら基板ホルダ２００に保持された基板１０２は、図８に示すように、相互に位置合わせして仮接合される。

ここで、位置合わせ装置１６０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９に示すように、基板ホルダ２００の溝２０１にクリップ２０９が嵌められる。これにより、位置合わせ装置１６０による位置合わせを保持したまま、位置合わせした基板１０２を挟んだ一対の基板ホルダ２００を一体的に搬送できる。

続いて、ローダ１２０は、仮接合された１対の基板１０２を挟んだ基板ホルダ２００を、加圧装置１３０に搬送する。加圧装置１３０において加熱、加圧された１対の基板１０２は恒久的に接着され、図１０に示すように、積層基板１０４となる。

更に、ローダ１２０は、基板ホルダ２００および積層基板１０４を分離する。基板ホルダ２００はホルダストッカ１４０に搬送される。また、積層基板１０４は、ＦＯＵＰ１０１に回収される。

図１１から図１６までの図面は、ローダ１２０から上ステージ１９０に基板ホルダ２００が受け渡す過程を示す模式的な側面図である。これらの図において、他の図面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１１に示すように、まず、上ステージ１９０に保持させる基板ホルダ２００を、ローダ１２０により搬入する。このとき、ローダ１２０のフォーク１２２および落下防止爪１２４は上下が反転している。これにより、フォーク１２２に保持された基板ホルダ２００も上下反転して、上ステージに保持された場合の向きで、上ステージ１９０の直下まで搬入される。

落下防止爪１２４は、フォーク１２２に保持された基板ホルダ２００の下方に差し出される。これにより、何らかの理由で基板ホルダ２００の保持が解かれた場合に基板ホルダ２００が落下することを防止する。

次に、図１２に示すように、下ステージ１７０から、ホルダ用プッシュアップピン１７３が垂直にせり上がる。ホルダ用プッシュアップピン１７３及び後述する基板用プッシュアップピン１７５の移動を案内する図示しない案内部には、発塵等を考慮してエアガイドが用いられる。また、各プッシュアップピン１７３，１７５を移動させるための図示しない駆動部には、同様の理由で、エアアクチュエータ又は非接触式リニアモータが用いられる。ホルダ用プッシュアップピン１７３は、やがて、基板ホルダ２００の下面に当接する。こうして、基板ホルダ２００は、ホルダ用プッシュアップピン１７３にも保持された状態となる。

なお、ホルダ用プッシュアップピン１７３の先端は、基板ホルダ２００のフランジ部２０４に当接する。換言すれば、ホルダ用プッシュアップピン１７３が基板１０２に接触することはなく、基板１０２の品質が維持される。

また次に、図１３に示すように、ローダ１２０が僅かに上昇する。これにより、フォーク１２２は基板ホルダ２００の上面から離れ、基板ホルダ２００は、ホルダ用プッシュアップピン１７３により専ら支持される。

続いて、図１４に示すように、ローダ１２０は、下ステージ１７０および上ステージ１９０間から退避する。こうして、基板ホルダ２００は、下ステージ１７０および上ステージ１９０の間で、ホルダ用プッシュアップピン１７３に支持された状態となる。

従って、図１５に示すように、ホルダ用プッシュアップピン１７３を更に上昇することができ、上昇したホルダ用プッシュアップピン１７３により、基板ホルダ２００を上ステージ１９０に押し付けられる。上ステージ１９０は、組み込まれた保持部、例えば、真空チャック、静電チャック等の保持部を動作させて、基板１０２を上ステージ１９０に保持する。

更に、図１６に示すように、ホルダ用プッシュアップピン１７３を降下させて、下ステージ１７０の保持面よりも下方に格納する。これにより、上ステージ１９０に基板ホルダ２００が保持された状態が得られる。

図１７、図１８と図２１から図２４までは、上ステージ１９０が保持する基板ホルダ２００が、更に基板１０２を保持させる手順を示す。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。

図１７に示すように、まず、上ステージ１９０に保持された基板ホルダ２００に保持させる基板１０２をローダ１２０により搬入する。このとき、ローダ１２０のフォーク１２２および落下防止爪１２４は上下が反転している。これにより、フォーク１２２に保持された基板１０２も上下反転して、貼り合わせ面を下に向けた状態で上ステージ１９０の直下に搬入される。

なお、落下防止爪１２４は、フォーク１２２に保持された基板１０２の下方に差し出される。これにより、何らかの理由で基板１０２の保持が解かれた場合に基板１０２が落下することを防止する。

次に、図１８に示すように、下ステージ１７０から、基板用プッシュアップピン１７５が垂直にせり出す。基板用プッシュアップピン１７５は、やがて基板１０２に当接する。ここで、基板用プッシュアップピン１７５は、図中に点線で囲った領域を拡大して示すように、基板１０２の下縁部に接して、基板１０２を支持する。こうして、基板ホルダ２００は、フォーク１２２に保持されると共に、ホルダ用プッシュアップピン１７３に支持された状態となる。

図１９は、基板用プッシュアップピン１７５の先端形状を示す斜視図である。基板用プッシュアップピン１７５は、鉛直に延在する基板用プッシュアップピン本体１７７と、その上端に傾斜して形成された支持面１７９とを有する。

支持面１７９は、支持する基板１０２の中心に向かっており、３本以上の基板用プッシュアップピン１７５を用いて基板１０２を保持できる。なお、３本以上の基板用プッシュアップピン１７５は、同時に上昇または降下する。

基板用プッシュアップピン本体１７７は、基板１０２の周縁部と交差する方向に上昇して、支持面１７９を基板１０２の下縁部に当接させる基板１０２を支持する。これにより、基板用プッシュアップピン１７５が、下向きに保持された基板１０２の貼り合わせ面に接することが避けられる。

なお、基板用プッシュアップピン１７５の支持面１７９において、基板１０２の下縁部に接触する当接領域１７８は、基板１０２に対してより大きな摩擦を有する。これにより、基板用プッシュアップピン１７５が支持する基板１０２が滑落することが防止される。また、図示のように、基板用プッシュアップピン１７５の各々において、当接領域１７８を、支持面１７９の特定の高さに部分的に配することにより、複数の基板用プッシュアップピン１７５に支持された基板１０２が自律的に水平になる利点もある。

また、当接領域１７８は、柔軟であることも好ましい。これにより、基板用プッシュアップピン１７５が基板１０２に当接した場合の衝撃を緩和でき、基板１０２の下縁部を傷めることが防止される。

図２０は、基板用プッシュアップピン１７５の他の先端形状を示す斜視図である。この基板用プッシュアップピン１７５は、鉛直に延在する基板用プッシュアップピン本体１７７を有する点では図１９に示した基板用プッシュアップピン１７５と共通するが、上端近傍が屈曲することにより形成された傾斜した側周面に支持面１７９を有する点で固有の形状を有する。

支持面１７９の傾斜が、支持する基板１０２の中心に向かうこと、３本以上の基板用プッシュアップピン１７５を用いて基板１０２を保持できること等は、図１９に示した基板用プッシュアップピン１７５と共通している。ただし、この基板用プッシュアップピン１７５は、鋭利な先端を有していないので、先端が基板１０２に接触した場合に、基板１０２を傷めることが抑制される。更に、支持面１７９における当接領域１７８が、基板１０２に対してより大きな摩擦を有すること、また、柔軟であることが有利な点も、図１９に示した基板用プッシュアップピン１７５と共通する。また更に、基板用プッシュアップピン１７５の各々において、当接領域１７８を、支持面１７９の特定の高さに部分的に配することにより、複数の基板用プッシュアップピン１７５に支持された基板１０２が自律的に水平になる利点もある。

以下、図２１以降を参照して、位置合わせ装置１６０の継続する動作を説明する。次の段階ではローダ１２０が基板１０２の保持を解くと共に、基板用プッシュアップピン１７５が僅かに降下する。これにより、基板１０２は、フォーク１２２から下方に離れ、基板用プッシュアップピン１７５により専ら支持される。

続いて、図２２に示すように、ローダ１２０は、下ステージ１７０および上ステージ１９０間から退避する。こうして、基板１０２は、上ステージ１９０の直下で、基板用プッシュアップピン１７５で支持された状態となる。

ついで、図２３に示すように、基板用プッシュアップピン１７５を今度は上昇させて、基板１０２を、上ステージ１９０に保持された基板ホルダ２００に押し付ける。基板ホルダ２００に押し付けられた基板１０２は、基板ホルダ２００に組み込まれた保持部材、例えば静電チャック等の保持部材により下向きに保持される。

なお、基板１０２の側周部から上方に延在する基板用プッシュアップピン１７５の先端は、基板ホルダ２００の貫通穴２０６に入り込む。従って、基板用プッシュアップピン１７５および基板ホルダ２００が干渉することはない。

更に、図２４に示すように、基板用プッシュアップピン１７５を降下させて、下ステージ１７０の保持面よりも下方に格納する。これにより、上ステージ１９０に基板ホルダ２００および基板１０２が保持された状態が得られる。

図２５から図２９までの図面は、ローダ１２０から下ステージ１７０に基板ホルダ２００を受け渡す過程を示す模式的な側面図である。これらの図において、他の図面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２５に示すように、まず、下ステージ１７０に保持させる基板ホルダ２００を、ローダ１２０が搬入する。このとき、ローダ１２０のフォーク１２２は基板ホルダ２００を下から支持しているので、落下防止爪１２４は退避している。これにより、基板ホルダ２００を保持したフォーク１２２は、上ステージ１９０に保持された基板ホルダ２００および基板１０２と干渉することなく、上ステージ１９０および下ステージ１７０の間に入り込む。

次に、図２６に示すように、下ステージ１７０から、ホルダ用プッシュアップピン１７３が垂直にせり上がる。ホルダ用プッシュアップピン１７３は、やがて、基板ホルダ２００の下面に当接する。こうして、基板ホルダ２００は、フォーク１２２に保持されつつ、ホルダ用プッシュアップピン１７３にも支持された状態となる。

更に、図２７に示すように、ホルダ用プッシュアップピン１７３が僅かに上昇する。これにより、基板ホルダ２００は、フォーク１２２から離れ、専らホルダ用プッシュアップピン１７３に支持された状態になる。

続いて、図２８に示すように、ローダ１２０が、下ステージ１７０および上ステージ１９０間から退避する。こうして、基板ホルダ２００は、下ステージ１７０および上ステージ１９０の間で、ホルダ用プッシュアップピン１７３に支持された状態となる。

従って、図２９に示すように、ホルダ用プッシュアップピン１７３を自由に降下することができ、ホルダ用プッシュアップピン１７３に支持された基板ホルダ２００は、下ステージ１７０の上に載置される。下ステージ１７０は、組み込まれた保持部、例えば、真空チャック、静電チャック等の保持部を動作させて基板ホルダ２００を保持する。ホルダ用プッシュアップピン１７３は、下ステージ１７０の下方に格納される。

図３０から図３４までは、下ステージ１７０に保持された基板ホルダ２００に対して、更に基板１０２を保持させる手順を示す。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。

図３０に示すように、まず、下ステージ１７０に保持された基板ホルダ２００に保持させる基板１０２を、ローダ１２０により搬入する。この場合も、ローダ１２０のフォーク１２２は基板１０２を下方から支持しているので、落下防止爪１２４は、下ステージ１７０および上ステージ１９０の間から退避する。

次に、図３１に示すように、下ステージ１７０から、基板ホルダ２００を貫通して、基板用プッシュアップピン１７５が垂直にせり上がる。なお、基板用プッシュアップピン１７５は、基板ホルダ２００の貫通穴２０６を通じて、基板ホルダ２００の上方まで突出する。

上昇する基板用プッシュアップピン１７５は、やがて、基板１０２の下縁部に当接する。こうして、基板１０２は、フォーク１２２に保持されると共に、基板用プッシュアップピン１７５にも支持された状態となる。

なお、既に説明した通り、基板用プッシュアップピン１７５は、傾斜した支持面１７９を有して、基板１０２の下縁部に当接して支持する。これにより、基板１０２の貼り合わせ面に基板用プッシュアップピン１７５が接触することが防止され、当該貼り合わせ面を傷めることが防止される。

次に、図３２に示すように、ローダ１２０が基板１０２の保持を解くと共に、基板用プッシュアップピン１７５が僅かに上昇する。これにより、基板１０２は、フォーク１２２の上面から離間して、専ら基板用プッシュアップピン１７５により支持される状態となる。

続いて、図３３に示すように、ローダ１２０は、基板１０２と摺動することなく、下ステージ１７０および上ステージ１９０間から退避する。こうして、基板１０２は、上ステージ１９０の直下で、基板用プッシュアップピン１７５で支持された状態となる。

ついで、図３４に示すように、基板用プッシュアップピン１７５を降下させて、基板１０２を下ステージ１７０上に保持された基板ホルダ２００に載置する。更に、基板ホルダ２００は、組み込まれた保持部、例えば静電チャック等の保持部材により載置された基板１０２を支持する。

更に、図３４に示すように、基板用プッシュアップピン１７５を降下させて、下ステージ１７０の保持面よりも下方に格納する。これにより、下ステージ１７０に基板ホルダ２００および基板１０２が保持された状態が得られる。

このように、下ステージ１７０に設けられたホルダ用プッシュアップピン１７３および基板用プッシュアップピン１７５を用いて、下ステージ１７０および上ステージ１９０の両方にローダ１２０から基板１０２を移し替ることができる。従って、上ステージについては、ホルダ用プッシュアップピン１７３および基板用プッシュアップピン１７５をいずれも省略できる。

なお、上記のように、基板用プッシュアップピン１７５は、上ステージ１９０に保持された基板ホルダ２００に基板１０２を保持させる場合と、下ステージ１７０に保持された基板ホルダ２００に基板１０２を保持させる場合との両方に用いられる。ここで、基板用プッシュアップピン１７５が降下して、下ステージ１７０に向かって基板１０２を接近させる場合は、基板ホルダ２００に当接した基板１０２は、基板用プッシュアップピン１７５から基板ホルダ２００に自然に移し替られる。

これに対して、基板用プッシュアップピン１７５が上昇して、上ステージ１９０に向かって基板１０２を接近させた場合は、基板ホルダ２００に当接した基板１０２は、基板用プッシュアップピン１７５により基板ホルダ２００に向かって押し付けられる。このため、基板用プッシュアップピン１７５の昇降位置精度は、基板１０２を上ステージ１９０の基板ホルダ２００に保持させる場合に、より高いことが望ましい。これにより、基板ホルダ２００および基板用プッシュアップピン１７５に挟まれた基板１０２に過大な負荷がかかることが防止される。

また、上記実施の形態では、下ステージ１７０および上ステージ１９０の上で、基板１０２の各々が基板ホルダ２００により保持される場合について説明した。しかしながら、この発明は、この形態に限定されるものではない。

例えば、下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持させる前に、基板ホルダ２００の各々に基板１０２を保持させ、基板ホルダ２００および基板１０２を一括して下ステージ１７０および上ステージ１９０に保持させてもよい。この場合は、基板１０２を単独で保持する基板用プッシュアップピン１７５は省略できる。

ただし、上記の例では、基板１０２を下方から支持する用途で基板用プッシュアップピン１７５を用いた。しかしながら、例えば、基板ホルダ２００の静電チャックから基板１０２を剥がす等の目的で、基板１０２を吸着面に直角に押す場合に、基板用プッシュアップピン１７５を使用することもできる。

更に、上記の実施形態では、先に上ステージ１９０に基板ホルダ２００および基板１０２を搭載した。しかしながら、先に下ステージ１７０に基板ホルダ２００を搭載してもよい。ただし、その場合は、下ステージ１７０上の基板ホルダ２００を貫通して突出した基板用プッシュアップピン１７５が、上ステージ１９０の基板ホルダ２００に保持させる基板１０２を支持する都合上、下ステージ１７０に基板１０２を載せる操作は、上ステージ１９０に基板１０２を載せた後になる場合がある。

また更に、基板貼り合わせ装置１００において貼り合わせに供される基板１０２は、それ自体が既に積層構造を有するものであってもよい。即ち、基板貼り合わせ装置１００において基板１０２を積層する工程を繰り返すことにより、多層の積層基板１０４を製造することもできる。

積層基板１０４を更に他の基板１０２に貼り合わせる場合、基板用プッシュアップピン１７５が積層基板１０４を支持する場合が生じる。更に、基板用プッシュアップピン１７５が支持する積層基板１０４が、互いに径の異なる基板１０２を積層したものである場合があり得る。特に、積層基板１０４の上層の基板１０２の大きさが下層の基板１０２の大きさよりも大きい場合、下層の基板１０２を支持すると、基板用プッシュアップピン１７５の先端が上層の基板１０２に当接する虞がある。従って、このような場合、基板用プッシュアップピン１７５は、径が最も大きい基板１０２の下縁を支持してもよい。これにより、基板用プッシュアップピン１７５の先端が、より大径な上層の基板１０２に当接することが避けられる。

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。

１００ 基板貼り合わせ装置、１０１ ＦＯＵＰ、１０２ 基板、１０４ 積層基板、１１０、１３２ 筐体、１２０ ローダ、１２２ フォーク、１２４ 落下防止爪、１２６ フォールディングアーム、１３０ 加圧装置、１３１ 装入口、１３４ 圧下部、１３６ 加熱プレート、１３８ 定盤、１４０ ホルダストッカ、１５０ プリアライナ、１６０ 位置合わせ装置、１６１ 底板、１６２ 枠体、１６３ 支柱、１６５ 天板、１７０ 下ステージ、１７１、１９１ 顕微鏡、１７２ シリンダ、１７３ ホルダ用プッシュアップピン、１７４ ピストン、１７５ 基板用プッシュアップピン、１７７ 基板用プッシュアップピン本体、１７８ 当接領域、１７９ 支持面、１８０ 駆動部、１８２ ガイドレール、１８４ Ｘ駆動部、１８６ Ｙ駆動部、１９０ 上ステージ、２００ 基板ホルダ、２０１ 溝、２０２ 保持面、２０３ 段差、２０４ フランジ部、２０６ 貫通穴、２０８ 給電用接点、２０９ クリップ

Claims (22)

1. 下を向いた載置面に第１の基板を保持する上ステージと、上を向いた載置面に第２の基板を保持する下ステージとを備え、前記上ステージおよび前記下ステージの少なくとも一方が他方に対して相対的に移動して前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ装置であって、
   前記上ステージに保持される前記第１の基板の接合面が前記下ステージを向き、且つ、前記第１の基板が前記下ステージから離間した状態で前記第１の基板を支持し、前記第１の基板を前記上ステージに保持させるべく前記上ステージに向けて移動する基板用プッシュアップピンを更に備える重ね合わせ装置。
2. 前記基板用プッシュアップピンは、さらに、前記第２の基板を支持し、前記第２の基板を前記下ステージに保持させるべく前記下ステージに向けて移動する請求項１に記載の重ね合わせ装置。
3. 前記基板用プッシュアップピンは、前記下ステージに配される請求項１または２に記載の重ね合わせ装置。
4. 前記基板用プッシュアップピンは、前記上ステージに前記第１の基板を搭載した後に、前記下ステージに前記第２の基板を搭載する請求項３に記載の重ね合わせ装置。
5. 前記上ステージに対して前記第１の基板を搭載する場合の前記基板用プッシュアップピンの進退位置精度は、前記下ステージに前記第２の基板を搭載する場合の前記基板用プッシュアップピンの進退位置精度よりも高い請求項１から４までのいずれか一項に記載の重ね合わせ装置。
6. 前記第１の基板を保持する保持面を有する第１ホルダの前記保持面と反対側の面を前記上ステージに向けて前記第１ホルダを搭載させるホルダ用プッシュアップピンを備える請求項１から５までのいずれか一項に記載の重ね合わせ装置。
7. 前記ホルダ用プッシュアップピンは、前記上ステージに前記第１ホルダを搭載した後に、前記第２の基板を保持する第２ホルダを前記下ステージに搭載する請求項６に記載の重ね合わせ装置。
8. 前記上ステージに対して前記第１ホルダを搭載する場合の前記ホルダ用プッシュアップピンの進退位置精度は、前記下ステージに前記第２ホルダを搭載する場合の前記ホルダ用プッシュアップピンの進退位置精度よりも高い請求項７に記載の重ね合わせ装置。
9. 前記ホルダ用プッシュアップピンは、前記下ステージに配される請求項６から８までのいずれか一項に記載の重ね合わせ装置。
10. 下を向いた載置面に、第１の基板を保持する第１ホルダが載置される上ステージと、上を向いた載置面に、第２の基板を保持する第２ホルダが載置される下ステージとを備え、前記上ステージおよび前記下ステージの少なくとも一方が他方に対して相対的に移動して前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ装置であって、
    前記第１ホルダを前記下ステージから離間した状態で支持し、前記第１ホルダを前記上ステージに保持させるべく前記上ステージに向けて移動するホルダ用プッシュアップピンを更に備える重ね合わせ装置。
11. 前記ホルダ用プッシュアップピンは、さらに、前記第２ホルダを支持し、前記第２ホルダを前記下ステージに保持させるべく前記下ステージに向けて移動する請求項１０に記載の重ね合わせ装置。
12. 前記ホルダ用プッシュアップピンは、前記下ステージに配される請求項１０または１１に記載の重ね合わせ装置。
13. 前記ホルダ用プッシュアップピンは、前記上ステージに前記第１ホルダを搭載した後に、前記下ステージに前記第２ホルダを搭載する請求項１２に記載の重ね合わせ装置。
14. 前記上ステージに対して前記第１ホルダを搭載する場合の前記ホルダ用プッシュアップピンの進退位置精度は、前記下ステージに前記第２ホルダを搭載する場合の前記ホルダ用プッシュアップピンの進退位置精度よりも高い請求項１０から１３までのいずれか一項に記載の重ね合わせ装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項に記載の重ね合わせ装置を備えた位置合わせ装置。
16. 請求項１から１４までのいずれか１項に記載の重ね合わせ装置を備えた貼り合わせ装置。
17. 第１の基板と第２の基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ方法であって、
    基板用プッシュアップピンにより、上ステージに保持される前記第１の基板の接合面が下ステージを向いた状態で、前記下ステージから離間して前記第１の基板を支持する段階と、
    前記第１の基板を下ステージから離間した状態で前記基板用プッシュアップピンが前記上ステージに向けて移動することにより、支持した前記第１の基板を前記上ステージに搭載する段階と、
    前記第２の基板を前記下ステージに搭載する段階と、
    前記上ステージおよび前記下ステージの相対移動により、前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに重ね合わせる段階と
    を備える重ね合わせ方法。
18. 前記第２の基板を前記下ステージに搭載する段階は、
    前記基板用プッシュアップピンにより、第２の基板を支持する段階と、
    前記基板用プッシュアップピンが下ステージに向けて移動することにより、支持した前記第２の基板を前記下ステージに搭載する段階と、
    を有する請求項１７に記載の重ね合わせ方法。
19. 第１の基板を保持する第１ホルダをホルダ用プッシュアップピンにより前記上ステージに搭載する段階の後に、前記基板用プッシュアップピンにより、前記第１の基板を支持する段階と、
    前記基板用プッシュアップピンが上ステージに向けて移動することにより、前記上ステージに保持された前記第１ホルダに前記第１の基板を搭載する段階と
    をさらに備える請求項１７または１８に記載の重ね合わせ方法。
20. 第１の基板を保持する第１ホルダを前記上ステージに搭載する段階の後に、前記基板用プッシュアップピンにより、前記第１の基板を支持する段階と、
    前記基板用プッシュアップピンが上ステージに向けて移動することにより、前記上ステージに保持された前記第１ホルダに前記第１の基板を搭載する段階と、
    をさらに備える請求項１７から１９のいずれか１項に記載の重ね合わせ方法。
21. 第１の基板と第２の基板とを互いに重ね合わせる重ね合わせ方法であって、
    第１の基板を保持する保持面を有する第１ホルダの前記保持面が下ステージを向いた状態で、ホルダ用プッシュアップピンにより前記第１ホルダを下ステージから離間して支持する段階と、
    前記ホルダ用プッシュアップピンが上ステージに向けて移動することにより、支持した前記第１ホルダを前記上ステージに搭載する段階と、
    前記第２の基板を保持する第２ホルダを前記下ステージに搭載する段階と、
    を備える重ね合わせ方法。
22. 前記第１ホルダを前記上ステージに搭載する段階の前に、前記第１の基板を前記第１ホルダに保持する段階を備える請求項２１に記載の重ね合わせ方法。

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