JP5560729B2

JP5560729B2 - 吸着検出方法、積層半導体製造方法、吸着装置および積層半導体製造装置

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Publication number: JP5560729B2
Application number: JP2010009337A
Authority: JP
Inventors: 幹雄牛島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-01-19
Also published as: JP2011151079A

Description

本発明は、吸着方法、吸着装置、基板貼り合せ装置および積層半導体製造方法に関する。

半導体装置の実装密度を高める目的で、電子回路が形成された複数の基板を積層した積層型の半導体装置が注目されている。複数の基板同士を位置合せして、積層する過程におおいて、基板は基板ホルダに保持されて、一体的に搬送される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−２３１６７１号公報

基板を基板ホルダに保持させる手段として、静電吸着がある。この場合に、基板が基板ホルダに静電吸着により着実に吸着されていない状態で搬送されると、搬送中に位置ずれが生じ、貼り合わせの誤差を生じること、当該基板が落下して破損し、装置の故障を引き起こすこと等がある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、基板を基板ホルダに静電吸着させる吸着方法であって、基板を基板ホルダに載置する場合に、基板ホルダに初期電圧をかける初期電圧ステップと、初期電圧をかけた状態で、漏れ電流を計測することにより、基板ホルダに基板が吸着されたか否かを検出する吸着検出ステップと、吸着検出ステップにより基板ホルダに基板が吸着されたことが検出された場合に、初期電圧よりも低い吸着電圧を基板ホルダにかける吸着電圧ステップとを備える吸着方法が提供される。

本発明の第２の態様においては、上記吸着方法を用いて、前記基板ホルダに吸着された基板同士を貼り合わせることを含む積層半導体製造方法が提供される。

本発明の第３の態様においては、基板を基板ホルダに静電吸着させる吸着装置であって、前記基板ホルダに電圧をかける電圧源と、前記基板ホルダに電圧をかけた状態で漏れ電流を計測する電流計と、前記基板を前記基板ホルダに載置する場合に、前記基板ホルダに初期電圧をかけて、前記電流計の漏れ電流に基づいて前記基板ホルダに前記基板が吸着されたか否かを検出し、前記吸着検出ステップにより前記基板ホルダに前記基板が吸着されたことが検出された場合に、前記初期電圧よりも低い吸着電圧を前記基板ホルダにかける制御部とを備える吸着装置が提供される。

本発明の第４の態様においては、上記吸着装置を有し、前記基板ホルダに吸着された基板同士を貼り合わせる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また、発明となりうる。

基板貼り合せ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。上基板ホルダ１２４を上方から見た斜視図である。上基板ホルダ１２４を下方から見た斜視図である。下基板ホルダ１２５を上方から見た斜視図である。下基板ホルダ１２５を下方から見た斜視図である。静電吸着の電力供給及び検出機構の概念図である。基板を基板ホルダに静電吸着する吸着方法の一実施形態のフローチャートである。積層半導体を製造する製造方法の一実施形態のフローチャートである。

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、基板貼り合せ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合せ装置１００は、筐体１０２と、常温部１０４と、高温部１０６と、基板カセット１１２、１１４、１１６とを備える。常温部１０４および高温部１０６は、共通の筐体１０２の内部に設けられる。

基板カセット１１２、１１４、１１６は、筐体１０２の外部に、筐体１０２に対して脱着自在に装着される。基板カセット１１２、１１４、１１６は、基板貼り合せ装置１００において接合される第１基板１２２および第２基板１２３を収容する。これにより、複数の第１基板１２２および第２基板１２３を一括して基板貼り合せ装置１００に装填する。また、基板貼り合せ装置１００において接合された第１基板１２２および第２基板１２３を一括して回収する。

常温部１０４は、筐体１０２の内側にそれぞれ配された、プリアライナ１２６、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８および基板取り外し部１３０と、一対のロボットアーム１３２、１３４とを備える。筐体１０２の内部は、基板貼り合せ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。

プリアライナ１２６は、高精度であるが故にステージ装置１４０の狭い調整範囲に第１基板１２２または第２基板１２３の位置が収まるように、個々の第１基板１２２または第２基板１２３の位置を仮合わせする。これにより、ステージ装置１４０における位置決めを確実にすることができる。

基板ホルダラック１２８は、複数の上基板ホルダ１２４および複数の下基板ホルダ１２５を収容して待機させる。基板ホルダラック１２８は、基板取り外し部１３０の下方に配される。

ステージ装置１４０は、貼り合わせの対象である第１基板１２２と第２基板１２３における接合すべき電極同士の位置を合わせて、重ね合わせる。ステージ装置１４０は、上ステージ１４１と、下ステージ１４２と、吸着制御部１４８とを含む。また、ステージ装置１４０を包囲して断熱壁１４５およびシャッタ１４６が設けられる。断熱壁１４５およびシャッタ１４６に包囲された空間は空調機等に連通して温度管理され、ステージ装置１４０における位置合わせ精度を維持する。

上ステージ１４１は、ステージ装置１４０の天板の下面に固定される。上ステージ１４１は、下向きの載置面において、真空吸着により上基板ホルダ１２４を吸着する。当該吸着方法は、静電吸着であってもよい。上基板ホルダ１２４は、その下面に静電吸着により第１基板１２２を吸着して保持する。

下ステージ１４２は、ステージ装置１４０の底板に設けられた移動ステージに配され、平行移動、上下移動及び傾斜移動ができる。下ステージ１４２は、上ステージ１４１に対向して、上向きの載置面を有し、それに真空吸着等により下基板ホルダ１２５を保持する。下基板ホルダ１２５は、静電吸着により第２基板１２３を保持する。ステージ装置１４０において、下ステージ１４２を上昇させることにより、上ステージ１４１との間に、下基板ホルダ１２５と上基板ホルダ１２４を介して、第１基板１２２および第２基板１２３を挟み、重ね合わせる。

基板取り外し部１３０は、高温部１０６の加圧部２４０から搬出された上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５に挟まれて貼り合わされた第１基板１２２および第２基板１２３（積層基板と記載することがある）を取り出す。基板ホルダから取り出された積層基板は、ロボットアーム１３４、１３２および下ステージ１４２により基板カセット１１２、１１４、１１６のうちのひとつに戻されて収容される。積層基板を取り出された上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は、基板ホルダラック１２８に戻されて待機する。基板取り外し部１３０は、基板ホルダラック１２８の上方に配される。

なお、基板貼り合せ装置１００に装填される第１基板１２２および第２基板１２３は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウェハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものであってよい。また、装填された第１基板１２２および第２基板１２３が、既に複数のウェハを積層して形成された積層基板である場合もある。

一対のロボットアーム１３２、１３４のうち、基板カセット１１２、１１４、１１６に近い側に配置されたロボットアーム１３２は、基板カセット１１２、１１４、１１６、プリアライナ１２６およびステージ装置１４０の間で第１基板１２２および第２基板１２３を搬送する。一方、基板カセット１１２、１１４、１１６から遠い側に配置されたロボットアーム１３４は、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８、基板取り外し部１３０およびエアロック２２０の間で、第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬送する。

ロボットアーム１３４は、基板ホルダラック１２８に対して、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５の搬入および搬出も担う。また、ロボットアーム１３４は、第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５を裏返す機能も有する。これにより、第１基板１２２において回路等が形成された面を第２基板１２３において回路等が形成された面に対向させて貼り合わせる。

高温部１０６は、断熱壁１０８、エアロック２２０、ロボットアーム２３０および複数の加圧部２４０を有する。断熱壁１０８は、高温部１０６を包囲して、高温部１０６の高い内部温度を維持すると共に、高温部１０６の外部への熱輻射を遮断する。これにより、高温部１０６の熱が常温部１０４に及ぼす影響を抑制する。

ロボットアーム２３０は、加圧部２４０のいずれかとエアロック２２０との間で第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬送する。エアロック２２０は、常温部１０４側と高温部１０６側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。

第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５が常温部１０４から高温部１０６に搬入される場合、まず、常温部１０４側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１３４が第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５をエアロック２２０に搬入する。次に、常温部１０４側のシャッタ２２２が閉じられ、高温部１０６側のシャッタ２２４が開かれる。

続いて、ロボットアーム２３０が、エアロック２２０から第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬出して、加圧部２４０のいずれかに装入する。加圧部２４０は、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５に挟まれた状態で加圧部２４０に搬入された第１基板１２２及び第２基板１２３を加熱および加圧する。これにより第１基板１２２と第２基板１２３が接合されて、貼り合わされる。なお、加圧部２４０は、第１基板１２２及び第２基板１２３を加熱せずに加圧することで第１基板１２２及び第２基板１２３を貼り合わせてもよい。

高温部１０６から常温部１０４に第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬出する場合は、上記の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、高温部１０６の内部雰囲気を常温部１０４側に漏らすことなく、第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を高温部１０６に搬入または搬出できる。

このように、基板貼り合せ装置１００内の多くの領域において、上基板ホルダ１２４が第１基板１２２を保持した状態で、又は下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を保持した状態で、ロボットアーム１３４、２３０および下ステージ１４２により搬送される。第１基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４又は第２基板１２３を保持した下基板ホルダ１２５が搬送される場合、ロボットアーム１３４、２３０は、真空吸着、静電吸着等により上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５を吸着して保持する。また、上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５は、静電吸着により第１基板１２２または第２基板１２３を吸着して保持する。

図２は、上基板ホルダ１２４を上方から見た斜視図である。図３は、同じ上基板ホルダ１２４を下方から見た斜視図である。

この上基板ホルダ１２４は、第１基板１２２をその下面に保持する。上基板ホルダ１２４は、上基板ホルダ本体４０２と、永久磁石４０４と、端子４０６と、端子４０７とを有する。上基板ホルダ１２４の外形は、第１基板１２２よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。

上基板ホルダ本体４０２は、セラミックス等により形成されてよい。上基板ホルダ本体４０２は、その下面において第１基板１２２を保持する基板保持領域４１２を有する。基板保持領域４１２は、高い平坦性を有して、第１基板１２２を吸着する。図３は、基板保持領域４１２に第１基板１２２を保持した状態の上基板ホルダ１２４を示す。

永久磁石４０４は、基板保持領域４１２の外周に複数配される。二つ一組の永久磁石４０４が、基板保持領域４１２の外周において互いに１２０度間隔で三組配される。永久磁石４０４は、上基板ホルダ本体４０２に保持された第１基板１２２の表面と共通の平面内に、永久磁石４０４の下面が位置するように配されてよい。

端子４０６及び端子４０７は、上基板ホルダ本体４０２の内部に設けられる静電吸着電極に接続される。端子４０６および端子４０７は、上基板ホルダ本体４０２における第１基板１２２を載置する側の面の裏面に露出する。端子４０６及び端子４０７は、上ステージ１４１または搬送用ロボットアームに設けられる電力供給端子と接続して、上ステージ１４１または搬送用ロボットアームから静電吸着電極へ電力を供給して、第１基板１２２を上基板ホルダ本体４０２に静電吸着させる。端子４０６及び端子４０７は、当該静電吸着電極と一体に形成されてよい。

図４は、下基板ホルダ１２５を上方から見た斜視図である。図５は、同じ下基板ホルダ１２５を下方から見た斜視図である。

下基板ホルダ１２５は、下基板ホルダ本体４２２と、吸着子４２４、端子４３２と、端子４３３とを有する。下基板ホルダ１２５の外形は、第２基板１２３よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。

下基板ホルダ本体４２２は、セラミックス等により形成されてよい。下基板ホルダ本体４２２は、第２基板１２３を保持する基板保持領域４２６を有する。基板保持領域４２６は、高い平坦性を有して、第２基板１２３を吸着する。図４は、基板保持領域４２６に第２基板１２３を保持した状態の下基板ホルダ１２５を示す。

吸着子４２４は、磁性体材料により形成され、第２基板１２３を保持する表面において、保持した第２基板１２３よりも外側に複数配される。吸着子４２４は、第２基板１２３を保持する平面と略同じ平面内に、吸着子４２４の上面が位置するように、下基板ホルダ本体４２２に形成された陥没領域に配されてよい。

図１の基板貼り合せ装置１００では、ステージ装置１４０において、それぞれが第１基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４と第２基板１２３を保持した下基板ホルダ１２５とを位置合わせして、当接させ、加圧部２４０において当接させた第１基板１２２と第２基板１２３を接合させる。このため、ステージ装置１４０から加圧部２４０に搬送される間は、接合されていない第１基板１２２と第２基板１２３の相対位置を維持することが求められる。このような要求に対して、下基板ホルダ１２５の吸着子４２４を上基板ホルダ１２４の永久磁石４０４に吸着させることにより、第１基板１２２と第２基板１２３が下基板ホルダ１２５および上基板ホルダ１２４から挟みつけられて、相対位置を保持できる。

端子４３２及び端子４３３は、下基板ホルダ本体４２２の内部に設けられる静電吸着電極に接続される。端子４３２及び端子４３３は、下基板ホルダ本体４２２における第２基板１２３載置する側の面の裏面に露出する。端子４３２及び端子４３３は、下ステージ１４２または搬送用ロボットアームに設けられる電力供給端子と接続して、下ステージ１４２または搬送用ロボットアームから静電吸着電極へ電力を供給して、第２基板１２３を下基板ホルダ本体４２２に静電吸着させる。端子４３２及び端子４３３は、当該静電吸着電極と一体に形成されてよい。

図６は、静電吸着の電力供給及び検出機構を概念的に示す。図６には、下基板ホルダ本体４２２に第２基板１２３を吸着した例が挙げられるが、上基板ホルダ本体４０２に第１基板１２２を吸着する場合にも適用できる。

下基板ホルダ本体４２２の内部には、二つの静電吸着用の電極４４２と電極４４３が内蔵される。電極４４２及び電極４４３は、それぞれ端子４３２及び端子４３３を通じて、下ステージ１４２または搬送用ロボットアームに設けられる電力供給端子に接続される。これにより、吸着制御部１４８から電極４４２及び電極４４３に電力が供給される。

吸着制御部１４８は、可変電圧源４５２、４５４と、電流計４５６、４５８と、制御ユニット４６２とを含む。可変電圧源４５２は、電極４４２に負の直流電圧を印加する。可変電圧源４５４は、電極４４３に正の直流電圧を印加する。電圧が印加される電極４４２及び電極４４３は、下基板ホルダ本体４２２及び第２基板１２３に静電気を誘起して、第２基板１２３を下基板ホルダ本体４２２に吸着する。

電流計４５６及び電流計４５８は、漏れ電流を計測する。電極４４２及び電極４４３に電圧を印加すると、微少の漏れ電流が発生する。この漏れ電流は、下基板ホルダ本体４２２に第２基板１２３を吸着している否かにより変化する。下基板ホルダ本体４２２に第２基板１２３を吸着していない場合には、漏れ電流が小さく、下基板ホルダ本体４２２に第２基板１２３を吸着している場合には、漏れ電流が上昇する。よって、漏れ電流を検出することにより、下基板ホルダ１２５に基板を吸着しているか否かを判断することができる。

制御ユニット４６２は、設定される条件に基づいて可変電圧源４５２及び可変電圧源４５４の出力電圧を制御する。制御ユニット４６２は、電流計４５６及び電流計４５８から入力される漏れ電流の計測値に基づいて、下基板ホルダ１２５に基板を吸着しているか否かを判断できる。

図７は、基板吸着方法の一実施形態のフローチャートである。このフローチャートは、新たなロットによる第２基板１２３が基板貼り合せ装置１００に搬送された場合に開始する。以下、第２基板１２３を下基板ホルダ１２５に吸着する場合を説明するが、第１基板１２２を上基板ホルダ１２４に吸着する場合も同様である。

カメラ又は顕微鏡等により、下基板ホルダ１２５上に第２基板１２３が載置されていない状態を確認する（Ｓ００２）。この場合に、ステージ装置１４０において、上ステージ１４１に設けられた顕微鏡により、下ステージ１４２に吸着された下基板ホルダ１２５の上に、第２基板１２３が載置されていないことを外観観察する。第２基板１２３が載置されていないことが確認された場合に、下基板ホルダ１２５上に第２基板１２３が吸着されていない状態であるとする。

上記ステップＳ００２において下基板ホルダ１２５上に第２基板１２３が載置されていないことが確認された状態で、制御ユニット４６２の制御により可変電圧源４５２、４５４が、基板吸着を検出するときに印加する初期電圧を下基板ホルダ１２５の静電吸着用電極に印加して、電流計４５６、４５８が漏れ電流を測定する（Ｓ００４）。ここで、初期電圧は、下基板ホルダ１２５に第２基板１２３を吸着しつつ搬送する場合に用いる電圧である通常吸着電圧よりも絶対値が大きい電圧、例えば２倍等であることが好ましい。例えば、可変電圧源４５２が電極４４２に−４００Ｖの電圧を印加するとともに、可変電圧源４５４が電極４４３に＋４００Ｖの電圧を印加する。電流計４５６により測定した電流値の絶対値Ｉ_０１および電流計４５８により測定した電流値の絶対値Ｉ_０２が制御ユニット４６２に入力されて記憶される。

次に、ロボットアーム１３２により第２基板１２３を下基板ホルダ１２５上に配置させ、カメラ又は顕微鏡等により、下基板ホルダ１２５上に第２基板１２３が載置された状態を確認する（Ｓ００６）。なお、第２基板１２３に代えて、計測用のダミーウエハが載置されてもよい。

上記ステップＳ００６において下基板ホルダ１２５上に第２基板１２３が載置されたことが確認された状態で、制御ユニット４６２の制御により可変電圧源４５２、４５４が初期電圧を下基板ホルダ１２５の静電吸着用電極に印加して、電流計４５６、４５８が漏れ電流を測定する（Ｓ００８）。第２基板１２３が載置されていることが確認された場合に、下基板ホルダ１２５上に第２基板１２３が吸着されている状態であるとする。上記例において、電極４４２の−４００Ｖおよび電極４４３の＋４００Ｖに対して、電流計４５６により測定した電流値の絶対値Ｉ_ｔ１及び電流計４５８により測定した電流値の絶対値Ｉ_ｔ２が制御ユニット４６２に入力されて記憶される。

下基板ホルダ１２５上に吸着されたことが確認された場合と観察されなかった場合との漏れ電流の差に基づいて、基板吸着を検出する閾値が設定される（Ｓ０１０）。この場合に、制御ユニット４６２は、計測値Ｉ_０１、Ｉ_０２、Ｉ_ｔ１及びＩ_ｔ２に基づいて、基板吸着を検出する閾値を設定する。

例えば、制御ユニット４６２は、電流計４５６の計測値だけで基板吸着の有無を判断する場合には、Ｉ_０１より高くＩ_ｔ１より低い電流値、例えば（Ｉ_０１＋Ｉ_ｔ１）／２を閾値として設定する。この場合に、電流計４５６の計測値の絶対値Ｉ_１が設定した閾値（Ｉ_０１＋Ｉ_ｔ１）／２より高いと、下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着していると判断し、電流計４５６の計測値の絶対値Ｉ_１が設定した閾値（Ｉ_０１＋Ｉ_ｔ１）／２より低いと、下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着していないと判断する。一方、制御ユニット４６２は、電流計４５８の計測値だけで基板吸着の有無を判断する場合には、Ｉ_０２より高くＩ_ｔ２より低い電流値、例えば（Ｉ_０２＋Ｉ_ｔ２）／２を閾値として設定してよい。

また、制御ユニット４６２は、電流計４５６の計測値の絶対値Ｉ_１と電流計４５８の計測値の絶対値Ｉ_２との和（Ｉ_１＋Ｉ_２）で基板吸着の有無を判断する場合には、（Ｉ_０１＋Ｉ_０２）より高く（Ｉ_ｔ１＋Ｉ_ｔ２）より低い電流値、例えば（Ｉ_０１＋Ｉ_０２＋Ｉ_ｔ１＋Ｉ_ｔ２）／２を閾値として設定してよい。電流計４５６の計測値の絶対値Ｉ_１と電流計４５８の計測値の絶対値Ｉ_２との和（Ｉ_１＋Ｉ_２）を取ることにより、基板吸着の有無による漏れ電流値の差がより顕著に現れる。

上記ステップＳ０２０の後に、下基板ホルダ１２５に第２基板１２３が載置される（Ｓ０１２）。この場合に、ロボットアーム１３４が基板ホルダラック１２８から一枚の下基板ホルダ１２５を取り出して下ステージ１４２に乗せて、下ステージ１４２がロボットアーム１３２に近い側に移動して、ロボットアーム１３２がプリアラインメントされた第２基板１２３を下基板ホルダ１２５の上に載置する。

制御ユニット４６２の制御により、可変電圧源４５２、４５４が第２基板１２３を載置した下基板ホルダ１２５に初期電圧をかける（Ｓ０１４）。可変電圧源４５２、４５４は、第２基板１２３を下基板ホルダ１２５に載置してから下記ステップＳ０１６による検出が完了するまで、例えば最初の数秒間、下基板ホルダ１２５に当該初期電圧をかける。これにより、第２基板１２３を素早く且つ着実に下基板ホルダ１２５へ吸着することができる。

初期電圧をかけた状態で、漏れ電流が計測され、下基板ホルダ１２５に第２基板１２３が吸着されたか否かが検出される（Ｓ０１６）。例えば（Ｉ_０１＋Ｉ_０２＋Ｉ_ｔ１＋Ｉ_ｔ２）／２が閾値として設定された場合に、制御ユニット４６２は、電流計４５６の計測値の絶対値Ｉ_１と電流計４５８の計測値の絶対値Ｉ_２との和（Ｉ_１＋Ｉ_２）が当該閾値（Ｉ_０１＋Ｉ_０２＋Ｉ_ｔ１＋Ｉ_ｔ２）／２より高いと、下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着していると判断する（Ｓ０１８：Ｙｅｓ）。一方、制御ユニット４６２は、当該和（Ｉ_１＋Ｉ_２）が閾値（Ｉ_０１＋Ｉ_０２＋Ｉ_ｔ１＋Ｉ_ｔ２）／２より低いと、下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着していないと判断する（Ｓ０１８：Ｎｏ）。

具体例として、電極４４２に−４００Ｖの電圧、電極４４３に＋４００Ｖの電圧を印加して得られた測定値（Ｉ_０１＋Ｉ_０２）が６μＡ、（Ｉ_ｔ１＋Ｉ_ｔ２）が１２μＡであって、閾値（Ｉ_０１＋Ｉ_０２＋Ｉ_ｔ１＋Ｉ_ｔ２）／２が９μＡに設定された場合に、（Ｉ_１＋Ｉ_２）が９μＡより高いと、下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着していると判断し、（Ｉ_１＋Ｉ_２）が９μＡより低いと、下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着していないと判断する。

下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着していないと判断された場合に（Ｓ０１８：Ｎｏ）、制御ユニット４６２は基板貼り合せ装置１００のモニタに警告を表示する（Ｓ０１９）。制御ユニット４６２はさらに、基板貼り合せ装置１００の動作を停止してもよい。

下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着していると判断された場合に（Ｓ０１８：Ｙｅｓ）、制御ユニット４６２の制御により可変電圧源４５２、４５４は、初期電圧よりも低い吸着電圧を下基板ホルダ１２５にかける（Ｓ０２０）。例えば、可変電圧源４５２は、電極４４２に吸着電圧として−２００Ｖをかけるとともに、可変電圧源４５４は、電極４４３に吸着電圧として＋２００Ｖを印加する。

以上のプロセスのプロセスが所定枚数分、例えば１ロットの枚数分繰り返される（Ｓ０２２）。さらに、吸着制御部１４８により計測される漏れ電流は、基板ホルダに載置される基板の種類、状態等により異なることがある。よって、異なる第２基板１２３に対して、基板吸着を検出する閾値がそれぞれ設定されることが好ましい。例えば上記例においてロット毎にステップＳ００２からＳ０１０により閾値が設定される。以上、本実施形態によれば、第２基板１２３を下基板ホルダ１２５に確実に吸着でき、安定に搬送、アラインメント等をすることができる。

なお基板貼り合せ装置１００内の多くの領域において、上基板ホルダ１２４が第１基板１２２を吸着した状態で、又は下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を吸着した状態で、ロボットアームおよびステージの間で搬送され、受け渡される。よって、確実な静電吸着を確保する目的で、図７に示す吸着方法により基板を基板ホルダに吸着した後も、プロセス進行中に複数のタイミングにおいて吸着検出を実行することが好ましい。例えば、吸着電圧ステップＳ０２０の後、基板を吸着した基板ホルダがロボットアームからステージに受け渡された直後に、ステージにおいて受け渡された基板ホルダに基板が確実に吸着されたことを再度検出することが好ましい。この場合は、初期電圧ステップＳ０１４から吸着電圧ステップＳ０２０まで繰り返してよい。

下基板ホルダ１２５に吸着される第２基板１２３が複数の基板が積層された積層基板である場合には、同一の電圧に対して、積層基板でない場合に比べて高い漏れ電流が発生する。よって、可変電圧源４５２、４５４は、第２基板１２３が積層基板である場合には、積層基板でない場合に比べて低い初期電圧を下基板ホルダ１２５かけることができる。より低い電圧で基板吸着の有無を検出することができるので、高い電圧をかけることによる第２基板１２３上の電子素子及び回路が破壊されるリスクを低減することができる。

積層基板であるか否かの情報は、外部から制御ユニット４６２に入力される。これにかえて、図７に示す吸着方法に積層基板検出ステップを追加し、当該ステップにおいてカメラによる観察等の手段により、下基板ホルダ１２５に吸着される第２基板１２３が積層基板か否かを検出してもよい。

なお図７に示す実施形態において、閾値はステップＳ００２からＳ０１０により設定されているが、設定の方法はこれにかぎられない。閾値は予め設定され、制御ユニット４６２に入力されてもよい。

図１から図７に示す実施形態において、双極方式の静電吸着の例を挙げたが、当該実施形態は単極方式の静電吸着にも適用できる。単極方式の場合に、図６に示す吸着制御部１４８は、一つの可変電圧源及び一つの電流計を有してよい。例えば、吸着制御部１４８は、可変電圧源４５２と、電流計４５６と、制御ユニット４６２とを有してよい。この場合、吸着検出ステップＳ０１６において、電流計４５６の計測値により基板吸着の有無を判断するので、閾値設定ステップ０１０において、Ｉ_０１より高くＩ_ｔ１より低い電流値、例えば（Ｉ_０１＋Ｉ_ｔ１）／２を閾値として設定してよい。

上述の実施形態において、主にステージ装置１４０における下基板ホルダ１２５に第２基板１２３を載置するときの例を挙げて静電吸着方法を説明したが、この吸着方法は、基板を載置した基板ホルダが、ロボットアームにより搬送されるとき、エアロック２２０に搬入されるとき、又は加圧部２４０に搬入されるとき等、様々な過程において適用することができる。

図８は、積層半導体を製造する製造方法の概略を示す。図８に示すように、積層半導体は、当該積層半導体の機能・性能設計を行うステップＳ１１０、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップＳ１２０、積層半導体の基材である基板を製造するステップＳ１３０、マスクのパターンを用いたリソグラフィを含む基板処理ステップＳ１４０、上記の静電吸着方法を用いた位置合わせ工程等を含むデバイス組み立てステップＳ１５０、検査ステップＳ１６０等を経て製造される。なお、デバイス組み立てステップＳ１５０は、位置合わせ工程に続いて、基板の貼り合せ工程、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００基板貼り合せ装置、１０２筐体、１０４常温部、１０６高温部、１０８断熱壁、１１２基板カセット、１１４基板カセット、１１６基板カセット、１２２第１基板、１２３第２基板、１２４上基板ホルダ、１２５下基板ホルダ、１２６プリアライナ、１２８基板ホルダラック、１３０基板取り外し部、１３２ロボットアーム、１３４ロボットアーム、１４０ステージ装置、１４１上ステージ、１４２下ステージ、１４５断熱壁、１４６シャッタ、１４８吸着制御部、２２０エアロック、２２２シャッタ、２２４シャッタ、２３０ロボットアーム、２４０加圧部、４０２上基板ホルダ本体、４０４永久磁石、４０６端子、４０７端子、４１２基板保持領域、４２２下基板ホルダ本体、４２４吸着子、４２６基板保持領域、４３２端子、４３３端子、４４２電極、４４３電極、４５２可変電圧源、４５４可変電圧源、４５６電流計、４５８電流計、４６２制御ユニット

Claims

半導体基板を静電吸着力により保持した状態で搬送される基板ホルダへの前記半導体基板の載置状態を検出する吸着検出方法であって、
前記基板ホルダに前記半導体基板を載置する載置ステップと、
前記基板ホルダに第１電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記第１電圧を印加したときの電流値を計測する計測ステップと、
前記計測ステップで計測された電流値に基づいて、前記基板ホルダへの前記半導体基板の載置状態を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおける前記検出に用いる閾値が、閾値設定部により設定される閾値設定ステップと、
前記半導体基板が前記基板ホルダ上に吸着されたか否かが、外観観察部により外観観察される外観観察ステップと、
を含み、
前記閾値設定ステップでは、前記外観観察ステップで前記外観観察部により前記半導体基板が前記基板ホルダ上に吸着されたことが観察されたときの電流値と、前記外観観察ステップで前記外観観察部により前記半導体基板が前記基板ホルダ上に吸着されていないことが観察されたときの電流値とに基づいて、前記閾値設定部が前記閾値を設定する吸着検出方法。
前記検出ステップでは、前記半導体基板が前記基板ホルダに吸着されていないときの電流値に対する電流値の差を検出し、前記差に基づいて前記載置状態を検出する請求項１に記載の吸着検出方法。
前記検出ステップでは、前記基板ホルダに前記半導体基板が吸着されたか否かを検出する請求項１または２に記載の吸着検出方法。
前記検出ステップにより前記基板ホルダに前記半導体基板が吸着されたことが検出された場合に、前記第１電圧よりも小さい第２電圧を前記基板ホルダに印加する吸着電圧ステップを含む請求項３に記載の吸着検出方法。
前記吸着電圧ステップの後に、前記電圧印加ステップ、前記検出ステップおよび前記吸着電圧ステップをこの順で繰り返す請求項４に記載の吸着検出方法。
前記外観観察ステップでは、前記半導体基板が前記基板ホルダ上に載置されたことが観察された場合に、前記半導体基板が前記基板ホルダに吸着されているとする請求項１から５の何れか１項に記載の吸着検出方法。
前記閾値設定ステップは、ロット毎に前記閾値を設定する請求項１から６のいずれか一項に記載の吸着検出方法。
前記閾値設定ステップは、前記基板ホルダ毎に前記閾値を設定する請求項１から７のいずれか一項に記載の吸着検出方法。
前記閾値設定ステップは、前記半導体基板の種類および状態の少なくとも一方に応じて前記閾値を設定する請求項１から８のいずれか一項に記載の吸着検出方法。
前記半導体基板が、複数の半導体基板が積層された積層基板であるか否かを検出する積層基板検出ステップをさらに含み、
前記電圧印加ステップにおいて、前記積層基板検出ステップで前記半導体基板が積層基板であることが検出された場合に、前記半導体基板が積層基板でないと検出された場合よりも低い電圧を印加する請求項１から９のいずれか一項に記載の吸着検出方法。
前記検出ステップで前記半導体基板が前記基板ホルダに吸着されていないと検出された場合に警告する警告ステップを有する請求項１から１０のいずれか一項に記載の吸着検出方法。
前記警告ステップでは、警告をモニタに表示する請求項１１に記載の吸着検出方法。
前記検出ステップでは、前記電圧を印加したときの漏れ電流を計測する請求項１から１２のいずれか一項に記載の吸着検出方法。
請求項１から１３のいずれか一項に記載の吸着検出方法を用いて前記基板ホルダに吸着されたと検出された前記半導体基板と、他の半導体基板とを互いに位置合わせする位置合わせステップと、
位置合わせされた前記半導体基板同士を貼り合わせる貼り合わせステップと、
を含む積層半導体製造方法。
前記半導体基板を吸着した状態で前記基板ホルダを搬送する搬送ステップを含み、
前記搬送ステップでの搬送中に、請求項１から１３のいずれか一項に記載の吸着検出方法を用いて前記吸着が検出される請求項１４に記載の積層半導体製造方法。
前記検出ステップで前記半導体基板が前記基板ホルダに吸着されていないと検出された場合に、前記位置合わせステップ、前記貼り合わせステップおよび前記搬送ステップのすくなくとも一つの動作を停止する請求項１５に記載の積層半導体製造方法。
半導体基板を静電吸着力により保持した状態で搬送される基板ホルダに前記半導体基板を吸着させる吸着装置であって、
前記基板ホルダに第１電圧を印加する電圧源と、
前記基板ホルダに第１電圧を印加した状態で電流値を計測する電流計と、
前記電流計の電流値に基づいて前記基板ホルダへの前記半導体基板の載置状態を検出する検出部と、
前記検出部による前記検出に用いる閾値を設定する閾値設定部と、
前記半導体基板が前記基板ホルダ上に吸着されたか否かを外観観察する外観観察部と、
を備え、
前記閾値設定部は、前記外観観察部で前記半導体基板が前記基板ホルダ上に吸着されたことが観察されたときの電流値と、前記半導体基板が前記基板ホルダ上に吸着されていないことが観察されたときの電流値との差に基づいて前記閾値を設定する吸着装置。
前記検出部は、前記半導体基板が前記基板ホルダに吸着されていないときの電流値に対する電流値の差を検出し、前記差に基づいて前記載置状態を検出する請求項１７に記載の吸着装置。
前記検出部は、前記基板ホルダに前記半導体基板が吸着されたか否かを検出する請求項１７または１８に記載の吸着装置。
前記電圧源は、前記検出部が前記基板ホルダに前記半導体基板が吸着されたことを検出した場合に、前記電圧よりも低い吸着電圧を前記基板ホルダに印加する請求項１９に記載の吸着装置。
前記外観観察部は、前記半導体基板が前記基板ホルダ上に載置されたことが観察された場合に、前記半導体基板が前記基板ホルダに吸着されているとする請求項１７から２０の何れか１項に記載の吸着装置。
前記閾値設定部は、ロット毎に前記閾値を設定する請求項１７から２１のいずれか一項に記載の吸着装置。
前記閾値設定部は、前記基板ホルダ毎に前記閾値を設定する請求項１７から２２のいずれか一項に記載の吸着装置。
前記閾値設定部は、前記半導体基板の種類および状態の少なくとも一方に応じて前記閾値を設定する請求項１７から２３のいずれか一項に記載の吸着装置。
前記半導体基板が、複数の半導体基板が積層された積層基板であるか否かを検出する積層基板検出部をさらに含み、
前記電圧源は、前記積層基板検出部で前記半導体基板が積層基板であることが検出された場合に、前記半導体基板が積層基板でないと検出された場合よりも低い電圧を印加する請求項１７から２４のいずれか一項に記載の吸着装置。
前記検出部で前記半導体基板が前記基板ホルダに吸着されていないと検出された場合に警告する警告部を備える請求項１７から２５のいずれか一項に記載の吸着装置。
前記警告部は、警告を表示するモニタを有する請求項２６に記載の吸着装置。
前記検出部は、前記電圧を印加したときの漏れ電流を計測する請求項１７から２７のいずれか一項に記載の吸着装置。
請求項１７から２８のいずれか一項に記載の吸着装置を用いて前記基板ホルダに吸着されたと検出された前記半導体基板と、他の半導体基板とを互いに位置合わせする位置合わせ部と、
位置合わせされた前記半導体基板同士を貼り合わせる貼り合わせ部とを備える積層半導体製造装置。
前記半導体基板を吸着した状態で前記基板ホルダを搬送する搬送部を備え、
前記搬送部により搬送中に、請求項１７から２８のいずれか一項に記載の吸着装置を用いて前記吸着が検出される請求項２９に記載の積層半導体製造装置。
前記検出部で前記半導体基板が前記基板ホルダに吸着されていないと検出された場合に、前記位置合わせ部、前記貼り合わせ部および前記搬送部のすくなくとも一つの動作を停止する請求項３０に記載の積層半導体製造装置。