JP5491696B2 - ステージ装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板保持テーブルの傾斜を調整して、搭載された基板を他の基板に貼り合わせるためのステージ装置及びその制御方法に関する。

半導体基板などの基板同士の貼り合わせにおいて、ステージ装置が用いられる。このステージ装置は、一般的に、水平面内におけるＸＹ方向の位置決めを行うＸＹステージ上に搭載され、ＸＹステージによりＸＹ方向について基板の位置決めがなされた後で、回転（θ）方向及び鉛直（Ｚ）方向の位置決めを行うと共に、傾斜の調整を行うものである。

ここで、基板同士を貼り合わせる際には、貼り合わせ不良や破損を防ぐため、基板の高い平行度が要求される。従来、このような基板同士の平行度を出す技術として、例えば特許文献１に開示されたものがある（なお、この特許文献１に開示の技術は、基板同士の貼り合わせに関するものではなく、半導体チップとＴＡＢテープとのボンディングに関するものである）。このステージ装置では、レーザ変位計やダイヤルゲージなどにより計測用部材３３を介してボンディングツール下面の傾斜を計測し、この計測値に基づいてチルトテーブル（プレート１６）の傾斜を調整することで、チップ搭載ステージ２０をボンディングツールの下面の平行度に倣い合わせている。
特開平９−６４０９４号公報

しかしながら、上記した従来の技術を基板の貼り合わせに利用したのでは、ある程度の平行度まで倣い合わせることはできるものの、達成できる平行度に限界があるため、残った微小な傾斜により過度な反力が作用して基板を破損させたり、貼り合わせ不良が生じたりするおそれがあった。

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、貼り合わせられる他の基板に対して搭載する基板の高い平行度を出すことが可能なステージ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るステージ装置は、基板を保持するための基板保持テーブルと、基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに基板保持テーブルを傾動させるための第１駆動機構と、一方の軸とは異なる他方の軸の周りに基板保持テーブルを傾動させるための第２駆動機構と、第１駆動機構及び第２駆動機構のそれぞれの駆動を制御する制御装置とを備える。さらに、第１駆動機構は、他方の軸上で基板保持テーブルを傾動させるものであり、第２駆動機構は、一方の軸上で基板保持テーブルを傾動させるものである。そして、この制御装置は、基板保持テーブルに保持された基板とこの基板に対向する他の基板とが互いに当接した際、基板から基板保持テーブルに作用する力の一方の軸周りの力成分と他方の軸周りの力成分として、第１駆動機構及び第２駆動機構に生じる各反力をそれぞれ算出し、これら各力成分に基づいて、基板が他の基板に平行になるように第１駆動機構及び第２駆動機構を駆動することを特徴とする。

このステージ装置では、基板保持テーブルに保持された基板とこの基板に対向する他の基板とが互いに当接した際、基板から基板保持テーブルに作用する力の一方の軸周りの力成分と他方の軸周りの力成分とをそれぞれ算出し、これら各力成分に基づいて、基板が他の基板に平行になるように第１駆動機構及び第２駆動機構を駆動する制御装置を備えている。このため、貼り合わせられる他の基板に対する基板の微小な傾斜を、基板から基板保持テーブルに作用する力の一方及び他方の軸周りの力成分として算出することが可能となり、これら各力成分に基づいて第１及び第２駆動機構を駆動して基板保持テーブルの傾斜を調整することで、両基板の高い平行度を出すことが可能となる。さらに、両基板が平行になるよう基板保持テーブルを傾動させるために必要である第１駆動機構及び第２駆動機構を用いて、それら機構に生じる各反力を力成分として算出することができるため、簡易な構成のステージ装置とすることができる。

本発明に係るステージ装置において、二つの軸は、基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ互いに直交しており、制御装置は、各力成分に基づいて、基板に対して他の基板から作用する力の重心位置を算出し、この重心位置が原点上でない場合、重心位置を利用して、第１駆動機構及び第２駆動機構の駆動量を算出することが好ましい。このようにすれば、複雑な測定が不要な各力成分から算出される重心位置に基づいて駆動量を算出することができるため、第１駆動機構及び第２駆動機構による基板保持テーブルの傾斜調整を容易に制御することができる。なお、保持中心とは、基板保持テーブル上の点であって、基板における重心に対応する点を意味する。

本発明に係るステージ装置において、第１駆動機構及び第２駆動機構は流体圧を利用した駆動機構であり、制御装置は、この流体圧の変化に基づいて各反力を算出することが好ましい。このようにすれば、微小な変化が検出しやすい流体圧の変化に基づいて各反力を算出することができ、算出精度が向上する。しかも、このように算出精度が高い反力に基づいて基板保持テーブルの傾斜を調整することができるため、微小な傾斜調整を行うことができる。

本発明に係るステージ装置は、基板保持テーブルに保持された基板が他の基板に近づく方向及び離れる方向へ移動するように基板保持テーブルを移動させるための移動機構を更に備えていることが好ましい。そして、制御装置は、基板と他の基板とが互いに当接した際、移動機構に生じる力成分を算出し、この力成分と基板保持テーブルに作用する各力成分と第１駆動機構及び第２駆動機構による基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて、重心位置を算出することが好ましい。このようにすれば、移動機構に生じる力成分と基板保持テーブルに作用する各力成分と第１，第２駆動機構による基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて重心位置を算出して、第１，第２駆動機構の駆動量を算出することができるため、算出精度を向上させることができ、しかも、重心位置の算出を容易に行うことができる。

本発明に係るステージ装置において、制御装置は、基板と他の基板とが互いに当接した際、移動機構に生じる反力を力成分として算出することが好ましい。このようにすれば、両基板を当接させるための移動機構を用いて、この機構に生じる反力を力成分として算出することができるため、簡易な構成のステージ装置とすることができる。

本発明に係るステージ装置において、移動機構は流体圧を利用した駆動機構であり、制御装置は、流体圧の変化に基づいて移動機構に生じる反力を算出することが好ましい。このようにすれば、微小な変化が検出しやすい流体圧の変化に基づいて反力を算出することができ、算出精度が向上する。しかも、このように算出精度が高い反力に基づいて基板保持テーブルの傾斜を調整することができるため、微小な傾斜調整を行うことができる。

本発明に係るステージ装置において、制御装置は、他の基板から基板に作用する荷重が上限値を超える場合、基板が他の基板から離れる方向へ基板保持テーブルが移動するように移動機構を駆動することが好ましい。このようにすれば、両基板を倣い制御させる際、基板を破損させるような荷重が両基板にかからないようにすることができる。その結果、基板の破損を防止でき、歩留まりを向上させることができる。

本発明に係るステージ装置において、制御装置は、重心位置が原点上である場合であって、且つ、基板への荷重が下限値を超えていない場合、基板が他の基板に近づく方向へ基板保持テーブルが移動するように移動機構を駆動することが好ましい。このようにすれば、両基板を倣い制御させる際、基板の貼り合わせに必要な荷重が両基板に適切にかかるようにすることができる。その結果、不十分な荷重による貼り合わせ不良を避けることができ、歩留まりを向上させることができる。

本発明に係るステージ装置の制御方法は、基板を保持するための基板保持テーブルと、この基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸周りに基板保持テーブルを傾動させるための第１駆動機構と、他方の軸周りに基板保持テーブルを傾動させるための第２駆動機構とを備えるステージ装置の制御方法である。第１駆動機構は、他方の軸上で基板保持テーブルを傾動させるものであり、第２駆動機構は、一方の軸上で基板保持テーブルを傾動させるものである。そして、このステージ装置の制御方法は、基板保持テーブルに保持された基板とこの基板に対向する他の基板とが互いに当接した際、基板から基板保持テーブルに作用する力の一方の軸周りの力成分と他方の軸周りの力成分として、第１駆動機構及び第２駆動機構に生じる各反力をそれぞれ算出する算出工程と、各力成分に基づいて、基板が他の基板と平行になるように、第１駆動機構及び第２駆動機構を駆動して基板保持テーブルの傾斜を調整する傾斜調整工程とを含むことを特徴とする。

このステージ装置の制御方法では、各力成分に基づいて、基板が他の基板と平行になるように、第１駆動機構及び第２駆動機構を駆動して基板保持テーブルの傾斜を調整する傾斜調整工程を含んでいる。このため、貼り合わせられる他の基板に対する基板の微小な傾斜を、基板から基板保持テーブルに作用する力の一方及び他方の軸周りの力成分として算出することが可能となり、これら各力成分に基づいて第１及び第２駆動機構を駆動して基板保持テーブルの傾斜を調整することで、両基板の高い平行度を出すことが可能となる。

本発明によれば、貼り合わせられる他の基板に対して搭載する基板の高い平行度を出すことが可能なステージ装置及びその制御方法を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るステージ装置を備えた基板貼り合わせ装置の構成を模式的に示す概略図である。図１に示すように、基板貼り合わせ装置１は、除振器１２、定盤１４、ボディー１６、上部ステージ２０、下部ステージ３０、及び制御装置９０を備えている。

除振器１２は、基板貼り合わせ装置１へ伝わる振動を取り除く。この除振器１２の上に、定盤１４が設けられている。ボディー１６は、側壁部と上壁部とを有し、定盤１４上で密閉空間を形成する。

上部ステージ２０は、ボディー１６の上壁部の内面に搭載されている。上部ステージ２０は、ＸＹθステージ２２と基板保持テーブル２４とを有している。基板保持テーブル２４は、貼り合わせの対象である上部基板（他の基板）Ｗｕを、静電吸着や真空吸着により保持する。ＸＹθステージ２２は、水平面内で基板保持テーブル２４に保持された上部基板ＷｕのＸＹθ方向の位置決めを行う

下部ステージ３０は、定盤１４上に搭載されている。下部ステージ３０は、ＸＹステージ３２と本実施形態に係るステージ装置３４とを有している。ステージ装置３４は、基板保持テーブル３６、チルトテーブル３８、支持テーブル４５、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８、θ駆動機構５０、及び移動機構５２を備えている。

このステージ装置３４は、チルトテーブル３８を第１及び第２駆動機構４６，４８で駆動し、支持テーブル４５をθ駆動機構５０で駆動することによって、載置面３８ａ（すなわち、載置面３８ａ上に搭載された基板保持テーブル３６に保持される下部基板（基板）Ｗｄ）の傾斜角度調整及び回動角度調整が行われる。また、エアシリンダである移動機構５２によって、高さ位置の調整も行われる。なお、図３及び図４に示すように、水平面内で互いに９０度をなすようにＸ軸及びＹ軸を設定し、鉛直方向にＺ軸を定めて３次元直交座標系を設定し、以下必要な場合にＸＹＺ座標系を用いて説明する。

基板保持テーブル３６は、図１及び図２に示すように、貼り合わせの対象である下部基板Ｗｄを保持する。この基板保持テーブル３６は、静電力によりウェハを吸着する静電チャックＥＳＣと、静電チャックＥＳＣを真空吸着する真空チャックＶＡＣとを有している。

チルトテーブル３８は、図３から図５に示すように、円板状のテーブルであり、基板保持テーブル３６を載置するための平面状の載置面３８ａを上面側に有し、凸球面状の軸受面３８ｂを下面側に有する。この軸受面３８ｂの鉛直方向の中心軸線Ｌはチルトテーブルの中心軸線と一致する。

チルトテーブルの側面３８ｃには、中心軸線Ｌから見てＸ軸方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部６０が設けられる。図３から図５に示すように、作動部６０は、支持テーブル４５よりも低い位置でＸ軸方向に突出する第１の作動片６０ｃと、第１の作動片６０ｃの中心軸線Ｌ側の端部と側面３８ｃとを連結させるための鉛直方向に延びる連結部６０ｄとを有している。また、側面３８ｃには、中心軸線Ｌから見てＹ軸方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部６２が設けられている。図４に示すように、作動部６２は、支持テーブル４５よりも低い位置でＹ軸方向に突出する第２の作動片６２ｃと、第２の作動片６２ｃの中心軸線Ｌ側の端部と側面３８ｃとを連結させるための鉛直方向に延びる連結部６２ｄとを有している。なお、第１の及び第２の作動片６０ｃ，６２ｃはＸＹ平面上に広がる矩形板とされている。

矩形状の支持テーブル４５は、エアシリンダである移動機構５２に設けられたロッド５３の上端に形成されている。図５に示すように、支持テーブル４５の上面の略中央部には、チルトテーブル３８の軸受面３８ｂを支持するために凹球面状とされた軸受面４５ｂが形成されている。

また、支持テーブル４５には、軸受面４５ｂを形成するように多孔部４５ｃが埋設され、軸受面４５ｂには多数の微小な孔が形成されている。この多孔部４５ｃからは、パイプＰ４５が導出されて外部の空気圧源（図示せず）と接続されている。空気圧源は、多孔部４５ｃへ圧縮空気を供給し、その圧縮空気が軸受面４５ｂの多数の孔から軸受面３８ｂに対して吹きつけられる。これによって、軸受面３８ｂと軸受面４５ｂの間に空気膜が形成され、軸受面３８ｂは、軸受面４５ｂから抵抗を受けることなく非接触状態で支持されることとなる。

支持テーブルの側面４５ｄには、図３に示すように、中心軸線Ｌから見てＹ軸の反対方向の位置に、断面Ｌ字型の作動部６４が設けられる。作動部６４は、Ｙ軸の負の方向へ突出する連結部６４ｄと、連結部６４ｄの自由端部から下方へ突出する第３の作動片６４ｃを有している。なお、第３の作動片６４ｃは、ＹＺ平面上に広がる矩形板とされている。

第１駆動機構４６は、図３から図５に示すように、第１の作動片６０ｃの上方に配置された支持片６６ａ及び下方に配置された支持片６６ｂとを有する支持部材６６と、支持片６６ａと第１の作動片６０ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ６８と、支持片６６ｂと第１の作動片６０ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７０とからなる。そして、第１の作動片６０ｃは、ベローズアクチュエータ６８の先端とベローズアクチュエータ７０の先端とで挟み込まれる。また、支持部材６６は、支持片６６ａ，６６ｂを連結させる矩形板状の連結部６６ｃを有しており、連結部６６ｃの支持テーブル４５側の側面は、支持テーブル４５に固定されている。

ベローズアクチュエータ６８は、図６に示すように、鉛直方向に伸縮可能なベローズ６８ａと、ベローズ６８ａの下端側の開口部を封止する円板状の作動板６８ｂとを備える。ベローズ６８ａの上端側の開口部は支持片６６ａに固定されることにより封止される。これによって、ベローズアクチュエータ６８の内部空間６８ｃは、ベローズ６８ａと、支持片６６ａと作動板６８ｂとによって密閉され、その気密性は保たれている。

作動板６８ｂの中央部には、上方へ延びるシャフト６８ｄが形成され、このシャフト６８ｄは、支持片６６ａに設けられたボス６６ｄのガイド穴に挿入されることによって鉛直方向に移動可能とされている。また、作動板６８ｂの中央部には、第１の作動片６０ｃへ向かって突出する半球面状の押圧部６８ｅが形成され、この押圧部６８ｅは、第１の作動片６０ｃの上面６０ａと当接することによってベローズアクチュエータ６８の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片６０ｃに伝達することができる。

ベローズアクチュエータ６８の内部空間６８ｃからは、パイプＰ６８が導出され、外部に設けられたサーボ弁６８ｆと接続されている。そして、サーボ弁６８ｆを制御することで、内部空間６８ｃ内の空気を供給及び排出することができ、内部空間６８ｃの気圧の変化に伴って、作動板６８ｂの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。

また、ベローズアクチュエータ６８には、内部空間６８ｃ内の気圧を継続的に計測する圧力計６８ｇが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置９０へ送られる。従って、後述する上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとの貼り合わせの際に発生する荷重によって第１の作動片６０ｃが上昇等させられた場合における内部空間６８ｃ内の気圧変化を制御装置９０で算出できるようになっている。また、この気圧変化に基づき、ベローズアクチュエータ６８に生じる反力を制御装置９０で算出できるようになっている。

ベローズアクチュエータ７０も、上述のベローズアクチュエータ６８と同様の構成を有し、サーボ弁７０ｆを制御することで作動板７０ｂの鉛直方向の移動量を任意に制御することができる。また、押圧部７０ｅは、第１の作動片６０ｃの下面６０ｂと当接することによって、ベローズアクチュエータ７０の鉛直方向の駆動に伴い発生する力を第１の作動片６０ｃに伝達することができる。なお、ベローズアクチュエータ７０は、ベローズ７０ａ、内部空間７０ｃ、シャフト７０ｄ、を備え、内部空間７０ｃとサーボ弁７０ｆとはパイプＰ７０で連結されている。

また、ベローズアクチュエータ７０には、内部空間７０ｃ内の気圧を継続的に計測する圧力計７０ｇが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置９０へ送られる。従って、後述する上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄの貼り合わせの際に発生する荷重によって第１の作動片６０ｃが下降等させられた場合における内部空間７０ｃ内の気圧変化を制御装置９０で算出できるようになっている。また、この気圧変化に基づき、ベローズアクチュエータ７０に生じる反力を制御装置９０で算出できるようになっている。

第２駆動機構４８は、図４に示すように、第２の作動片６２ｃの上方に配置された支持片７２ａ及び下方に配置された支持片７２ｂを有する断面コ字型の支持部材７２と、支持片７２ａと第２の作動片６２ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７４と、支持片７２ｂと第２の作動片６２ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７６とからなる。そして、第２の作動片６２ｃは、ベローズアクチュエータ７４の先端とベローズアクチュエータ７６の先端とで挟み込まれる。また、支持部材７２は、支持片７２ａと支持片７２ｂとを連結させる矩形板状の連結部７２ｃを有し、連結部７２ｃの支持テーブル４５側の側面は、支持テーブル４５に固定されている。また、ベローズアクチュエータ７４，７６は、ベローズアクチュエータ６８，７０と同様の構成を有しており、ベローズアクチュエータ７４，７６の内部空間内の気圧を計測する圧力計をそれぞれ備えている。そして、圧力計から制御装置９０へ気圧情報を送り、ベローズアクチュエータ７４，７６に生じる気圧変化及び反力を算出できるようになっている。

θ駆動機構５０は、図３に示すように、第３の作動片６４ｃを間に挟むようにＸ軸方向に離間して配置された支持片５６ａ及び支持片５６ｂを有する断面コ字型の支持部材５６と、支持片５６ａと第３の作動片６４ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ７８と、支持片５６ｂと第３の作動片６４ｃとの間に延在するベローズアクチュエータ８０とからなる。そして、第３の作動片６４ｃは、ベローズアクチュエータ７８の先端とベローズアクチュエータ８０の先端とで挟み込まれている。また、支持部材５６は、支持片５６ａと支持片５６ｂとを連結する矩形板状の連結部５６ｃを有し、連結部５６ｃは、ベースプレート８２の上面８２ａに固定されている。なお、ベローズアクチュエータ７８，８０の構成は、ベローズアクチュエータ６８，７０と同様の構成を有している。

エアシリンダである移動機構５２のロッド５３は、図５に示すように、下端に円筒体５２ａの内周と略同一の径を有する円板状のピストン５３ａを有する。円筒体５２ａの内部空間において、ピストン５３ａよりも上側の内部空間５２ｂ及び下側の内部空間５２ｃからは、それぞれパイプＰ８４，Ｐ８６が導出されている。このパイプＰ８６には、下側の内部空間５２ｃの気圧を継続的に計測する圧力計５２ｄが備えられている。そして、計測された気圧情報は、制御装置９０へ送られる。従って、後述する上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄの貼り合わせの際に発生する荷重によって支持テーブル４５が下降等させられた場合における内部空間５２ｃ内の気圧変化を制御装置９０で算出できるようになっている。また、この気圧変化に基づき、移動機構５２に生じる反力を制御装置９０で算出できるようになっている。

次に、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、移動機構５２のＸＹ座標系における配置関係について説明する。図７等に示すように、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８は互いに略９０度の角度をなして配置されている。そして、第１駆動機構４６はＸ軸上に配置されてＹ軸周りの傾斜調整を行い、第２駆動機構４８はＹ軸上に配置されてＸ軸周りの傾斜調整を行うようになっている。また、移動機構５２は、その中心が中心軸線Ｌと一致しており、チルトテーブル３８のＸＹ座標系における原点Ｏと同じ位置となっている。

なお、図３から図５では、ベースプレート８２より下部の構成の図示を省略しているが、かかる構成のステージ装置３４が、ベースプレート８２を介してＸＹステージ３２に搭載されている。

制御装置９０は、ステージ装置３４の制御も含めて、基板貼り合わせ装置１の制御を行う。この制御装置９０による制御の詳細は、後述する。

次に、基板貼り合わせ装置１による基板の貼り合わせについて説明する。

まず、上部ステージ２０の基板保持テーブル２４で貼り合わせの対象である上部基板Ｗｕを保持し、ＸＹθステージ２２により上部基板ＷｕのＸＹθ方向の位置決めを行う。次に、下部ステージ３０の基板保持テーブル３６で貼り合わせの対象である下部基板Ｗｄを保持し、ＸＹステージ３２により下部基板ＷｄのＸＹ方向の位置決めを行う。次に、θ駆動機構５０により支持テーブル４５を駆動し、中心軸線Ｌ（Ｚ軸）周りの下部基板Ｗｄの回転位置の位置決めを行う。これらの位置決めは、レーザ干渉計や顕微鏡など、図示しない光学系からの検出信号に基づいて、制御装置９０により自動制御される。

この状態から、基板の貼り合わせに移る。この場合のステージ装置３４の制御方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。

まず、基板保持テーブル３６に保持された下部基板Ｗｄを上部基板Ｗｕに当接させるため、移動機構５２により、支持テーブル４５を所定量、上昇させ、基板保持テーブル３６を基板保持テーブル２４に近づく方向に移動させる（ステップＳ１）。この上昇は、移動機構５２の内部空間５２ｃ内の気圧を第１の気圧から第２の気圧へパイプＰ８６を介して加圧し、そして、一定圧である第２の気圧を維持することによって行われる。そして、この上昇によって基板保持テーブル３６に保持された下部基板Ｗｄと上部基板Ｗｕとが当接すると、内部空間５２ｃ内の気圧は、第２の気圧より更に高い圧力である第３の気圧になる。なお、各気圧は圧力計５２ｄで計測され、その気圧情報は制御装置９０へ送られる。

次に、上述した支持テーブル４５の上昇に伴う移動機構５２の内部空間５２ｃの気圧変化（差圧）ΔＰｚを算出し、この差圧が零より大きいか否か判定する（ステップＳ２）。判定の結果、上昇の途中であれば、気圧変化ΔＰ_Ｚが第２の気圧同士の差分になるので零となり、ステップＳ１に戻って、移動機構５２による支持テーブル４５の上昇を継続する。一方、両基板が当接していれば、気圧変化ΔＰ_Ｚが第３の気圧と第２の気圧の差分になるので零より大きくなり、次のステップＳ３に移る。

次に、上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとが当接した際の荷重Ｆを算出する。荷重Ｆは、次の式（１）により表される。
荷重Ｆ＝ΔＦ_ｚ＝ΔＦ_Ｂ＋ΔＦ_Ａｘ＋ΔＦ_Ａｙ・・・（１）
ここで、ΔＦ_ｚは、移動機構５２における反力であり、内部空間５２ｃ内の気圧変化ΔＰ_Ｚにピストン５３ａの表面積ＳＡを積算した値である。ΔＦ_Ｂは、軸受面４５ｂにおける反力であり、例えば、軸受面３８ｂと軸受面４５ｂとの間の気圧変化ΔＰ_Ｂに、軸受面４５ｂの表面積ＳＢを積算した値である。ΔＦ_ＡＸは、第１駆動機構４６における反力であり、たとえば、内部空間６８ｃ又は７０ｃ内の気圧変化ΔＰ_Ｘに、ベローズの作動板６８ｂ又は７０ｂの表面積ＳＣを積算した値である。また、ΔＦ_ＡＹは、第２駆動機構４８における反力であり、たとえば、ベローズアクチュエータ７４，７６の内部空間内の気圧変化ΔＰ_Ｙに、ベローズアクチュエータ７４，７６の作動板の表面積ＳＤを積算した値である。なお、荷重Ｆの算出にあたっては、算出精度及び算出の容易性を考慮して、ΔＦ_ｚを用いることが好ましいが、必要に応じて、ΔＦ_ＢとΔＦ_ＡｘとΔＦ_Ａｙとの合計値を用いてもよく、ΔＦ_Ｂが無視できるほど小さい場合にあっては、ΔＦ_ＡｘとΔＦ_Ａｙとの合計値を用いてもよい。

そして、この荷重Ｆが、上部基板Ｗｕ又は下部基板Ｗｄを破損する可能性のある値を考慮して決められる上限値Ａより小さいか否かを判断する（ステップＳ３）。その結果、荷重Ｆが上限値Ａより大きければ、上部基板Ｗｕ又は下部基板Ｗｄが破損してしまうおそれがあるので、ステップＳ４に移り、移動機構５２により支持テーブル４５を所定量、下降させ、基板保持テーブル３６を基板保持テーブル２４から離れる方向に移動させる。一方、荷重Ｆが上限値Ａより小さければ次のステップＳ５に進む。なお、上限値Ａとしては、例えば、１［Ｎ］を設定することが好ましい。

ステップＳ５では、上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとが当接した接触位置Ｔ（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ）を、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、及び移動機構５２の位置関係、各駆動機構における反力、並びに基板への荷重に基づいて、次のとおり算出する。なお、接触位置Ｔを算出するにあたり、チルトテーブル３８の平面視において中心を原点ＯとしたＸＹ座標系を設定している。

まず、図９に示すように、上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとは、ＸＹ平面内の１点Ｔ（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ）で接触し、その接触部に荷重Ｆが加わっているとして、次のようなモーメントの釣り合い式（２）（３）を考える。この接触位置には、すべての荷重Ｆが加わっており、このような接触位置が１つの場合は、この接触位置は重心位置に相当する。なお、接触位置が複数ある場合は、それら複数の接触位置から重心位置を算出して、この重心位置を仮想上の接触位置とし、この仮想上の接触位置を接触位置Ｔ（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ））として以下の算出を行う。
−Ｆ・Ｘ_Ｆ＋ΔＦ_ＡＸ・Ｘ_ＡＹ＝０（Ｙ軸周りのモーメント）・・・（２）
−Ｆ・Ｙ_Ｆ＋ΔＦ_ＡＹ・Ｙ_ＡＸ＝０（Ｘ軸周りのモーメント）・・・（３）

そして、この釣り合い式（２）（３）を、Ｘ_Ｆ及びＹ_Ｆを基準としてまとめると、荷重Ｆが作用している接触位置Ｔ（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ）は次のような式として導き出され、各値を算出することが可能となる。
Ｘ_Ｆ＝ΔＦ_ＡＸ・Ｘ_ＡＹ／Ｆ・・・（４）
Ｙ_Ｆ＝ΔＦ_ＡＹ・Ｙ_ＡＸ／Ｆ・・・（５）

次に、上記で算出された接触位置Ｔ（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ）が原点Ｏ上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。なお、ステップＳ６における「Ｘ_Ｆ＝Ｙ_Ｆ＝０」とは、完全同一だけではなく、位置整定範囲（Ｅ＞０）を設定し、誤差範囲（±Ｅ）内にある実質的に等しい場合も含むものである。その結果、接触位置Ｔ（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ）が原点Ｏでない場合、上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとは平行でないので、両基板を平行にするため、ステップＳ７、Ｓ８に進む。

ステップＳ７では、下部基板Ｗｄを上部基板Ｗｕと平行に調整するためのＸ軸周りの回転角θ_Ｘの駆動量（Δθ_ＡＸ）と、Ｙ軸周りの回転角θ_Ｙの駆動量（Δθ_ＡＹ）を算出する。各駆動量を算出するにあたり、まず、図１０（ａ）（ｂ）のように、上部基板Ｗｕと下部基板ＷｄとのＸ軸周りの傾きをΔθ_Ｘ、Ｙ軸周りの傾きをΔθ_Ｙと仮定する。どちらの傾きも極めて微小であると仮定すると、両者の傾きは次の式により表される。
Δθ_Ｘ＝Ｚ_ｍａｘ／Ｙ_Ｆ・・・（６）
Δθ_Ｙ＝−Ｚ_ｍａｘ／Ｘ_Ｆ・・・（７）
ここで、Ｚ_ｍａｘとは、基板を貼り合わせる際に通常、発生する基板の傾きにおけるＺ軸方向のずれ量として想定される値の内、最も大きい数値である。

そして、この傾きと逆向きになるように、Ｘ軸周りの回転駆動量Δθ_ＡＸ及びＹ軸周りの回転駆動量Δθ_ＡＹを算出すると、次の式（８）（９）として表される。
Δθ_ＡＸ＝−Ｚ／Ｙ_Ｆ・・・（８）
Δθ_ＡＹ＝Ｚ／Ｘ_Ｆ・・・（９）
ここで、Ｚとは、Ｚ_ｍａｘより小さい値であり、かつ、基板を貼り合わせる際に発生する基板の傾きにおけるＺ方向のずれ量として問題ない範囲の数値であり、例えば、Ｚ_ｍａｘの１０分の１程度の数値である。

次に、上記の回転駆動量Δθ_ＡＸを第２駆動機構４８によって駆動し、Ｘ軸周りの傾斜を調整するとともに、回転駆動量Δθ_ＡＹを第１駆動機構４６によって駆動し、Ｙ軸周りの傾斜を調整する（ステップＳ８）。その後、ステップＳ２に戻る。

そして、再度、ステップＳ３、ステップＳ５、ステップＳ６と進み、ステップＳ６でＸ_Ｆ＝Ｙ_Ｆ＝０となるまで、駆動量を算出するステップＳ７、算出された駆動量に基づき駆動機構を駆動させるステップＳ８、ステップＳ２，ステップＳ３、基板の接触位置を算出するステップＳ５、及びステップＳ６を繰り返し行う。このような制御により、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８及び移動機構５２に生じる各反力に基づいて、下部基板Ｗｄが上部基板Ｗｕに対して徐々に平行になるようにしている。つまり、各反力に基づいて、重心位置に相当する接触位置を算出し、この接触位置によって両基板が平行であるか否かを算出し、接触位置が原点に近づくようにしている。

そして、ステップＳ６の判定において、接触位置（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ）が原点Ｏであれば、両基板は平行であり、ステップＳ９に進む。そして、荷重Ｆが、上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとが貼り合わせされるのに十分な値を考慮して定められた下限値Ｂより大きいか否かを判断する（ステップＳ９）。下限値Ｂとしては、例えば、０．５［Ｎ］を設定することが好ましい。荷重Ｆが下限値Ｂより小さければ、ステップＳ１に戻る。一方、荷重Ｆが下限値Ｂより大きければ、この状態で貼り合わせを継続し、所定時間経過後、貼り合わせ加工を完了させる。

以上詳述したように、本実施形態のステージ装置３４の制御装置９０は、上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとが互いに当接した際、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、及び移動機構５２に生じる各反力を算出し、この各反力から算出した駆動量に基づき、第１及び第２駆動機構４６，４８を駆動して、上部基板Ｗｕに対する下部基板Ｗｄの平行度が等しくなるように基板保持テーブル３６の傾斜を調整することができる。

また、制御装置９０は、上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとの接触位置に作用する荷重Ｆと、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８に生じる各反力と、第１駆動機構４６のＸ軸上の位置と第２駆動機構４８のＹ軸上の位置とに基づき、上部基板Ｗｕと下部基板Ｗｄとの接触位置を算出し、接触位置が原点上でない場合、この接触位置を利用して、下部基板Ｗｄが上部基板Ｗｕと平行になるように、第１及び第２駆動機構４６，４８を駆動するようになっている。これにより、制御装置９０による、傾斜調整のための第１及び第２駆動機構４６，４８の制御が容易になる。

また、制御装置９０は、上部基板Ｗｕから下部基板Ｗｄに作用する荷重が上限値を超える場合、チルトテーブル３８を下降させて基板保持テーブル３６が基板保持テーブル２４から離れる方向に移動するように、移動機構５２を駆動させるようになっている。このため、貼り合わせされる基板同士に過度の力が加わって基板が破損してしまうことを防止できる。

また、制御装置９０は、基板への荷重が下限値を超えていない場合、チルトテーブル３８を上昇させて基板保持テーブル３６が基板保持テーブル２４に近づく方向に移動するように、移動機構５２を駆動させるようになっている。このため、不十分な力での基板の貼り合わせを避けることができる。

また、ステージ装置３４は、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、及び移動機構５２が流体圧、例えば、空気圧を利用した駆動機構であり、この流体圧の変化に基づいて反力を制御装置９０で算出するようになっている。このため、微小な変化が検出しやすい流体圧の変化に基づいて微妙な傾斜を検出でき、高度な傾斜調整を行うことができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８及び移動機構５２で生じる各反力に基づいて、第１の基板Ｗｕと第２の基板Ｗｄとの接触位置を算出していたが、この接触位置を算出できるようであれば、反力以外の力成分を用いて接触位置を算出してもよい。

また、上記実施形態では、移動機構５２に対する反力を算出するにあたり、図５に示すように、圧力計５２ｄをパイプＰ８６に設ける構成としたが、移動機構５２に対する反力が算出できれば、他の部分に圧力計５２ｄを設ける構成としてもよい。また、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８に対する反力を算出するにあたり、図６等に示すように、圧力計をパイプＰ６８，Ｐ７０等に設ける構成としたが、第１駆動機構４６及び第２駆動機構４８に対する反力が算出できれば、他の部分に圧力計を設ける構成としてもよい。

また、上記実施形態では、第１駆動機構４６、第２駆動機構４８、及び移動機構５２は空気圧を使った駆動機構とし、空気圧の変動により反力を検出する構成としたが、これらを油圧など他の流体を使った駆動機構とし、その流体圧の変動により反力を検出する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、下部基板Ｗｄを上昇させて上部基板Ｗｕに当接させていたが、上部ステージ２０に別の移動機構を設けて上部基板Ｗｕを下降させて下部基板Ｗｄに当接させるようにしてもよい。この場合でも、反力に基づく高度な傾斜調整が可能である。

また、上記実施形態では、半導体基板の貼り合わせについて説明したが、ガラス基板など他の基板同士の貼り合わせにも本発明は適用可能である。

実施形態に係るステージ装置を備えた基板貼り合わせ装置の構成を模式的に示す概略図である。 基板保持テーブルとチルトテーブルの構成を示す部分拡大図である。 ステージ装置（チルトテーブルより上部の構成を図示略）の斜視図である。 ステージ装置（チルトテーブルより上部の構成を図示略）を別の角度から見た斜視図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図５の第１駆動機構の部分拡大図である。 第１駆動機構、第２駆動機構、及び移動機構のＸＹ座標系における配置関係を示す図である。 図１の基板貼り合わせ装置により基板を貼り合わせるときのステージ装置の制御方法を示すフローチャートである。 両基板の接触位置Ｔ（重心位置）を示した図である。 Ｘ、Ｙ軸周りの下部基板の傾斜角度を示した図である。

符号の説明

１…基板貼り合わせ装置、２０…上部ステージ、３０…下部ステージ、３４…ステージ装置、３６…基板保持テーブル、３８…チルトテーブル、４５…支持テーブル、４６…第１駆動機構、４８…第２駆動機構、５２…移動機構、５２ｄ，６８ｇ，７０ｇ…圧力計、９０…制御装置、Ｏ…原点、Ｔ…接触位置（重心位置）、Ｗｕ…上部基板、Ｗｄ…下部基板。

Claims (9)

1. 基板を保持するための基板保持テーブルと、
   該基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸の周りに前記基板保持テーブルを傾動させるための第１駆動機構と、
   前記一方の軸とは異なる他方の軸の周りに前記基板保持テーブルを傾動させるための第２駆動機構と、
   前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構のそれぞれの駆動を制御する制御装置とを備え、
   前記第１駆動機構は、前記他方の軸上で前記基板保持テーブルを傾動させるものであり、
   前記第２駆動機構は、前記一方の軸上で前記基板保持テーブルを傾動させるものであり、
   前記制御装置は、前記基板保持テーブルに保持された前記基板と該基板に対向する他の基板とが互いに当接した際、前記基板から前記基板保持テーブルに作用する力の前記一方の軸周りの力成分と前記他方の軸周りの力成分として、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に生じる各反力をそれぞれ算出し、該各力成分に基づいて、前記基板が前記他の基板に平行になるように前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動することを特徴とするステージ装置。
2. 前記二つの軸は、前記基板保持テーブルの平面視における保持中心である原点を通り且つ互いに直交しており、
   前記制御装置は、前記各力成分に基づいて、前記基板に対して前記他の基板から作用する力の重心位置を算出し、該重心位置が前記原点上でない場合、前記重心位置を利用して、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を算出することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構は流体圧を利用した駆動機構であって、前記制御装置は、前記流体圧の変化に基づいて前記各反力を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
4. 前記基板保持テーブルに保持された前記基板が前記他の基板に近づく方向及び離れる方向へ移動するように前記基板保持テーブルを移動させるための移動機構を更に備え、
   前記制御装置は、前記基板と前記他の基板とが互いに当接した際、前記移動機構に生じる力成分を算出し、該力成分と前記基板保持テーブルに作用する前記各力成分と前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構による前記基板保持テーブルを傾動させる位置とに基づいて、前記重心位置を算出することを特徴とする請求項２又は３のいずれか一項に記載のステージ装置。
5. 前記制御装置は、前記基板と前記他の基板とが互いに当接した際、前記移動機構に生じる反力を前記力成分として算出することを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
6. 前記移動機構は流体圧を利用した駆動機構であって、
   前記制御装置は、前記流体圧の変化に基づいて前記移動機構に生じる前記反力を算出することを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
7. 前記制御装置は、前記他の基板から前記基板に作用する荷重が上限値を超える場合、前記基板が前記他の基板から離れる方向へ前記基板保持テーブルが移動するように前記移動機構を駆動することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のステージ装置。
8. 前記制御装置は、前記重心位置が前記原点上である場合であって、且つ、前記基板への荷重が下限値を超えていない場合、前記基板が前記他の基板に近づく方向へ前記基板保持テーブルが移動するように前記移動機構を駆動することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のステージ装置。
9. 基板を保持するための基板保持テーブルと、該基板保持テーブルの平面視において互いに交差する二つの軸のうち一方の軸周りに前記基板保持テーブルを傾動させるための第１駆動機構と、他方の軸周りに前記基板保持テーブルを傾動させるための第２駆動機構とを備えるステージ装置の制御方法であって、
   前記基板保持テーブルに保持された前記基板と前記基板に対向する他の基板とが互いに当接した際、前記基板から前記基板保持テーブルに作用する力の前記一方の軸周りの力成分と前記他方の軸周りの力成分とをそれぞれ算出する算出工程と、
   前記各力成分に基づいて、前記基板が前記他の基板と平行になるように、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動して前記基板保持テーブルの傾斜を調整する傾斜調整工程とを含み、
   前記第１駆動機構は、前記他方の軸上で前記基板保持テーブルを傾動させるものであり、
   前記第２駆動機構は、前記一方の軸上で前記基板保持テーブルを傾動させるものであり、
   前記算出工程において、前記基板から前記基板保持テーブルに作用する力の前記一方の軸周りの力成分と前記他方の軸周りの力成分として、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に生じる各反力をそれぞれ算出する、
   ことを特徴とするステージ装置の制御方法。

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