JP5585689B2 - 基板ホルダおよび貼り合せ装置 - Google Patents

Description

本発明は、検知装置、基板保持部材、搬送装置および接合装置に関する。

基板等の被固定物を吸着する静電チャックは、静電吸着力により当該被固定物を吸着する。さらに、静電チャックが基板を保持する過程で静電チャックに流れる電流を監視して、当該電流の増減により、基板を保持または開放する動作が完了したことを確認するものがある（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１１−１６８１３３号公報

特許文献１に記載の技術は、静電チャックが基板を保持しまたは開放する動作の完了を確認する。しかしながら、表面に絶縁層を有する基板は、基板に流れる電流が微小なので精度よく計測することが難しい。

上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、静電吸着力により基板を吸着する吸着面、および、吸着面に一端を開口させて吸着面に基板を吸着した場合に当該基板により封止される検知穴を有する基板保持部材と、検知穴が基板により封止されたか否かを検知することにより、当該基板が吸着面に吸着されたことを検知する検知部とを備える検知装置が提供される。

また、本発明の第２の形態として、静電吸着力により基板を吸着する吸着面、および、吸着面に一端を開口させて吸着面に基板を吸着した場合に当該基板により封止される検知穴を有して、検知穴が基板により封止されたか否かを検知する検知部により、当該基板が吸着面に吸着されたことを検知する基板保持部材が提供される。

更に、本発明の第３の形態として、静電吸着力により基板を吸着する吸着面、および、吸着面に一端を開口させて吸着面に基板を吸着した場合に当該基板により封止される検知穴を有する基板保持部材と、検知穴が基板により封止されたか否かを検知することにより、当該基板が吸着面に吸着されたことを検知する検知部と基板保持部材に保持された基板を移動させる搬送部とを備える搬送装置が提供される。

また更に、本発明の第４の形態として、静電吸着力により基板を吸着する吸着面、および、吸着面に一端を開口させて吸着面に基板を吸着した場合に当該基板により封止される検知穴を有する基板保持部材と、検知穴が基板により封止されたか否かを検知することにより、当該基板が吸着面に吸着されたことを検知する検知部とそれぞれが基板を保持する一対の基板保持部材を相互に位置合わせして当接させる接合部とを備える接合装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、発明の全ての特徴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。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に係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全てが発明の解決に必須であるとは限らない。

図１は、貼り合わせ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。貼り合わせ装置１００は、共通の筐体１０１の内部に形成された常温部１０２および高温部２０２を含む。

常温部１０２は、筐体１０１の外部に面して、複数の基板カセット１１１、１１２、１１３と、制御盤１２０とを有する。制御盤１２０は、貼り合わせ装置１００全体の動作を制御する制御部を含む。また、制御盤１２０は、貼り合わせ装置１００の電源投入、各種設定等をする場合にユーザが外部から操作する操作部を有する。更に、制御盤１２０は、配備された他の機器と接続する接続部を含む場合もある。

基板カセット１１１、１１２、１１３は、貼り合わせ装置１００において接合される基板１８０、あるいは、貼り合わせ装置１００において接合された基板１８０を収容する。また、基板カセット１１１、１１２、１１３は、筐体１０１に対して脱着自在に装着される。これにより、複数の基板１８０を一括して貼り合わせ装置１００に装填できる。また、貼り合わせ装置１００において接合された基板１８０を一括して回収できる。

常温部１０２は、筐体１０１の内側にそれぞれ配された、プリアライナ１３０、接合部１４０、基板ホルダラック１５０および基板取り外し部１６０と、一対のロボットアーム１７１、１７２とを備える。筐体１０１の内部は、貼り合わせ装置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。これにより、接合部１４０の精度が安定するので、位置決めを精密にできる。

プリアライナ１３０は、高精度であるが故に狭い接合部１４０の調整範囲に基板１８０の位置が収まるように、個々の基板１８０の位置を仮合わせする。これにより、接合部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１５０は、複数の基板ホルダ１９０を収容して待機させる。基板ホルダ１９０による基板１８０の保持は、例えば静電吸着による。

接合部１４０は、固定ステージ１４１、移動ステージ１４２および干渉計１４４を含む。また、接合部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、接合部１４０における位置合わせ精度を維持する。接合部１４０の詳細な構造と動作については、他の図を参照して後述する。

接合部１４０において、移動ステージ１４２は、基板１８０または基板１８０を保持した基板ホルダ１９０を搬送する。これに対して、固定ステージ１４１は固定された状態で、基板ホルダ１９０および基板１８０を保持する。

基板取り外し部１６０は、後述する加圧部２４０から搬出された基板ホルダ１９０から、当該基板ホルダ１９０に挟まれて接合された基板１８０を取り出す。基板ホルダ１９０から取り出された基板１８０は、ロボットアーム１７２、１７１および移動ステージ１４２により基板カセット１１１、１１２、１１３のうちのひとつに戻されて収容される。また、基板１８０を取り出された基板ホルダ１９０は、基板ホルダラック１５０に戻されて待機する。

なお、貼り合わせ装置１００に装填される基板１８０は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、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もよい。また、装填された基板１８０が、既に複数のウエ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１７１、１７２のうち、基板カセット１１１、１１２、１１３に近い側に配置されたロボットアーム１７１は、基板カセット１１１、１１２、１１３、プリアライナ１３０および接合部１４０の間で基板１８０を搬送する。また、ロボットアーム１７１は、接合する基板１８０の一方を裏返す機能も有する。これにより、基板１８０において回路、素子、端子等が形成された面を対向させて接合することができる。

一方、基板カセット１１１、１１２、１１３から遠い側に配置されたロボットアーム１７２は、接合部１４０、基板ホルダラック１５０、基板取り外し部１６０、基板ホルダラック１５０およびエアロック２２０の間で基板１８０および基板ホルダ１９０を搬送する。また、ロボットアーム１７２は、基板ホルダラック１５０に対する基板ホルダ１９０の搬入および搬出も担う。

高温部２０２は、断熱壁２１０、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２１０は、高温部２０２を包囲して、高温部２０２の高い内部温度を維持すると共に、高温部２０２の外部への熱輻射を遮断する。これにより、高温部２０２の熱が常温部１０２に及ぼす影響を抑制できる。

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との間で基板１８０および基板ホルダ１９０を搬送する。エアロック２２０は、常温部１０２側と高温部２０２側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。

基板１８０および基板ホルダ１９０が常温部１０２から高温部２０２に搬入される場合、まず、常温部１０２側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１７２が基板１８０および基板ホルダ１９０をエアロック２２０に搬入する。次に、常温部１０２側のシャッタ２２２が閉じられ、高温部２０２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から基板１８０および基板ホルダ１９０を搬出して、加圧部２４０のいずれかに装入する。加圧部２４０は、基板ホルダ１９０に挟まれた状態で加圧部２４０に搬入された基板１８０を熱間で加圧する。これにより基板１８０は恒久的に接合される。

高温部２０２から常温部１０２に基板１８０および基板ホルダ１９０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２０２の内部雰囲気を常温部１０２側に漏らすことなく、基板１８０および基板ホルダ１９０を高温部２０２に搬入または搬出できる。

このように、貼り合わせ装置１００内の多くの領域において、基板ホルダ１９０は、基板１８０を保持した状態でロボットアーム１７２、２３０および移動ステージ１４２に搬送される。基板１８０を保持した基板ホルダ１９０が搬送される場合、ロボットアーム１７２、２３０は、真空吸着、静電吸着等により基板ホルダ１９０を吸着して保持する。また、基板ホルダ１９０は、静電吸着により基板１８０を吸着して保持する。

これにより、搬送中の基板ホルダ１９０から基板１８０が脱落することはない。しかしながら、外部から慮外の衝撃が伝わった場合等に、基板１８０が脱落し、あるいは、基板ホルダ１９０の上で基板１８０の位置がずれることは皆無ではない。

以上のような構造を有する貼り合わせ装置１００において、当初、基板１８０の各々は基板カセット１１１、１１２、１１３のいずれかに個別に収容されている。また、基板ホルダ１９０も、基板ホルダラック１５０に個別に収容されている。

貼り合わせ装置１００が稼動を開始すると、ロボットアーム１７１により基板１８０が一枚ずつプリアライナ１３０に搬入され、プリアラインされる。一方、ロボットアーム１７２は、一枚の基板ホルダ１９０を移動ステージ１４２に搭載して、ロボットアーム１７１の近傍まで搬送させる。ロボットアーム１７１は、この基板ホルダ１９０に、プリアラインされた基板１８０を搭載して保持させる。

基板１８０を保持した基板ホルダ１９０が１枚目である場合は、移動ステージ１４２が再びロボットアーム１７２の側に移動して、ロボットアーム１７２が裏返した基板ホルダ１９０が固定ステージ１４１に装着される。一方、基板ホルダ１９０が２枚目である場合は、干渉計１４４により位置を監視しつつ、移動ステージ１４２を精密に移動させて、基板ホルダ１９０を介して固定ステージ１４１に保持された基板１８０に対して位置合わせして接合する。

接合された基板１８０を挟んだ基板ホルダ１９０は、ロボットアーム１７２によりエアロック２２０に搬送される。エアロック２２０に搬送された基板１８０および基板ホルダ１９０は加圧部２４０に装入される。

加圧部２４０において加熱および加圧されることにより、基板１８０は互いに接合されて一体になる。その後、基板１８０および基板ホルダ１９０は、高温部２０２から搬出されて、基板取り外し部１６０において基板１８０および基板ホルダ１９０は分離される。このような使用方法に鑑みて、基板ホルダ１９０は、貼り合わせ装置１００においては２枚１組で使用される。

貼り合わされた基板１８０は、基板カセット１１１、１１２、１１３のいずれかに搬送して収容される。この場合、移動ステージ１４２は、ロボットアーム１７２からロボットアーム１７１への搬送にも携わる。また、基板ホルダ１９０は、ロボットアーム１７２により基板ホルダラック１５０に戻される。

図２は、接合部１４０単独の構造を模式的に示す断面図である。接合部１４０は、枠体３１０の内側に配された固定ステージ１４１、移動ステージ１４２および昇降部３６０を備える。

枠体３１０は、互いに平行で水平な天板３１２および底板３１６と、天板３１２および底板３１６を結合する複数の支柱３１４とを備える。天板３１２、支柱３１４および底板３１６は、それぞれ高剛性な材料により形成され、内部機構の動作に係る反力が作用した場合も変形を生じない。なお、貼り合わせ装置１００に組み込まれた場合は、支柱３１４相互の間は断熱壁１４５により封止される。

固定ステージ１４１は、天板３１２の下面に固定され、基板ホルダ１９２に保持された基板１８２を下面に保持する。基板１８２は、静電吸着により、基板ホルダ１９２の下面に保持されて、後述するアラインメントの対象の一方となる。

移動ステージ１４２は、底板３１６の上に載置され、底板に対して固定されたガイドレール３５２に案内されつつＸ方向に移動するＸステージ３５４と、Ｘステージ３５４の上でＹ方向に移動するＹステージ３５６とを有する。これにより、移動ステージ１４２に搭載された部材を、ＸＹ平面上の任意の方向に移動できる。

昇降部３６０は、移動ステージ１４２上に搭載され、シリンダ３６２およびピストン３６４を有する。ピストン３６４は、外部からの指示に応じて、シリンダ３６２内をＺ方向に昇降する。

ピストン３６４の上面には、基板ホルダ１９４が保持される。更に、基板ホルダ１９４上に基板１８４が保持される。基板１８４は、後述するアラインメントの対象の一方となる。

なお、基板１８２、１８４の各々は、その表面（図上では下面）に、アラインメントの基準となるアラインメントマークＭを有する。ただし、アラインメントマークＭは、そのために設けられた図形等であるとは限らず、基板１８２、１８４に形成された配線、バンプ、スクライブライン等でもあり得る。

接合部１４０は、更に、一対の顕微鏡３４２、３４４と、反射鏡３７２とを有する。一方の顕微鏡３４２は、天板３１２の下面に、固定ステージ１４１に対して所定の間隔をおいて固定される。

他方の顕微鏡３４４および反射鏡３７２は、移動ステージ１４２に、昇降部３６０と共に搭載される。これにより顕微鏡３４４および反射鏡３７２は、昇降部３６０と共に、ＸＹ平面上を移動する。移動ステージ１４２が静止状態にある場合、顕微鏡３４４および反射鏡３７２と昇降部３６０とは既知の間隔を有する。また、昇降部３６０の中心と顕微鏡３４４との間隔は、固定ステージ１４１の中心と顕微鏡３４２との間隔に一致する。

接合部１４０が図示の状態にある場合に、顕微鏡３４２、３４４を用いて、対向する基板１８４、１８２のアラインメントマークＭを観察できる。従って、例えば、顕微鏡３４２により得られた映像から、基板１８４の正確な位置を知ることができる。また、顕微鏡３４４により得られた映像から、基板１８２の正確な位置を知ることができる。

反射鏡３７２は、干渉計等の計測装置を用いて移動ステージ１４２の移動量を測定する場合に用いられる。なお、図１では、紙面に直角に配された反射鏡３７２が示されるが、Ｙ方向の移動を検出する他の反射鏡３７２も装備される。

図３は、接合部１４０の動作を示す図である。同図に示すように、移動ステージ１４２がＸ方向に移動される。ここで、移動ステージ１４２の移動量を、昇降部３６０の中心と顕微鏡３４４の中心との間隔と同じにすることにより、基板１８４は基板１８２の直下に搬送される。このとき、基板１８２、１８４のアラインメントマークＭは、ひとつの鉛直線上に位置する。

なお、接合部１４０は、貼り合わせ装置１００に限らず、他の用途にも使用し得る。また、接合部１４０において、接合した基板１８０を加圧および加熱することにより、加圧部２４０を省略した貼り合わせ装置１００を形成することもできる。

図４は、基板ホルダ１９４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１９４の上面には、基板１８４が保持されている。また、図５は、同じ基板ホルダ１９４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１９４は、ホルダ本体９１０、吸着子９２０および電圧印加端子９３０を有して、全体としては基板１８４よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体９１０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９２０は、磁性体材料により形成され、基板１８４を保持する表面において、保持した基板１８４よりも外側に複数配される。電圧印加端子９３０は、基板１８４を保持する面の裏面に埋設される。

ホルダ本体９１０は、その表面において基板１８４を保持する領域が高い平坦性を有して、保持する基板１８４に接する。また、ホルダ本体９１０は、保持した基板１８４を吸着する領域の外側に、ホルダ本体９１０を表裏に貫通して形成された、それぞれ複数の位置決め穴９１２および観察穴９１４を有する。更に、ホルダ本体９１０は、保持した基板１８４を吸着する領域の内側に、ホルダ本体９１０を表裏に貫通して形成された、複数の作業穴９１６および検知穴９１８を有する。

位置決め穴９１２は、ロボットアーム１７１、１７２、２３０等に設けられた脱落防止ピンに嵌合して、基板ホルダ１９４の位置決めに与する。観察穴９１４は、基板１８０を保持する側の端面にフィディシャルマーク９１５を有する。観察穴９１４を通じてフィディシャルマーク９１５を観察することにより、後述するように基板ホルダ１９２、１９４に挟まれた場合に見えなくなる基板１８０の位置を推定できる。

作業穴９１６は、基板ホルダ１９４から基板１８４を取り外す場合に、ホルダ本体９１０の下面からプッシュピン等を挿通させる。検知穴９１８は、ホルダ本体９１０において基板１８４を吸着する領域のうち、当該基板１８４の縁部近傍に各々が一端を開口する。これら作業穴９１６および検知穴９１８は、基板ホルダ１９４を介して加圧することにより接合される基板１８４に影響が及ばないように、基板１８４に素子が形成されない外縁部領域に対応した位置に形成されることが好ましい。検知穴９１８の使用方法については、他の図を参照して後述する。

なお、検知穴９１８は、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持しない期間に用いるホルダ本体９１０の穴と兼用してもよい。例えば、検知穴９１８を作業穴９１６と兼用した場合は、検知穴９１８にプッシュピンが挿通される。

吸着子９２０は、基板１８４を保持する平面と略同じ平面内に上面が位置するように、ホルダ本体９１０に形成された陥没領域に配される。電圧印加端子９３０は、基板１８４を保持する表面に対して裏面において、ホルダ本体９１０に埋め込まれる。電圧印加端子９３０を介して電圧を印加することにより、基板ホルダ１９４と基板１８４との間に電位差を生じさせて、基板１８４を基板ホルダ１９４に吸着する。

図６は、他の構造を有する基板ホルダ１９２を上方から見下ろした様子を示す斜視図である。また、図７は、同じ基板ホルダ１９２を下方から見上げた様子を示す斜視図である。この基板ホルダ１９２は、基板１８２をその下面に保持する。

基板ホルダ１９２は、ホルダ本体９１０、電圧印加端子９３０および永久磁石９４０を有して、全体としては基板１８２よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体９１０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。永久磁石９４０は、基板１８２を保持する表面において、保持した基板１８２よりも外側に複数配される。電圧印加端子９３０は、基板１８２を保持する面の裏面に埋設される。

ホルダ本体９１０は、その表面において基板１８２を保持する領域が高い平坦性を有して、保持する基板１８２に対して吸着する。また、ホルダ本体９１０は、保持した基板１８２を吸着する領域の外側に、ホルダ本体９１０を表裏に貫通して形成された、それぞれ複数の位置決め穴９１２、観察穴９１４および検知穴９１８をそれぞれ有する。更に、ホルダ本体９１０は、保持した基板１８２を吸着する領域の内側に、ホルダ本体９１０を表裏に貫通して形成された、複数の作業穴９１６を有する。

位置決め穴９１２は、接合部１４０に設けられた位置決めピンに嵌合して、基板ホルダ１９２の位置決めに与する。観察穴９１４は、基板１８０を保持する側の端面にフィディシャルマーク９１５を有する。観察穴９１４を通じてフィディシャルマーク９１５を観察することにより、後述するように基板ホルダ１９２、１９４に挟まれた場合に見えなくなる基板１８０の位置を推定できる。

作業穴９１６は、基板ホルダ１９２から基板１８２を取り外す場合に、基板ホルダ１９０の裏面からプッシュピン等を挿通させる。検知穴９１８は、ホルダ本体９１０において基板１８２を吸着する領域のうち、当該基板１８２の縁部近傍に各々が一端を開口する。これにより、基板ホルダ１９４を介して加圧することにより接合される基板１８４に、作業穴９１６および検知穴９１８の影響が及ぶことが防止される。検知穴９１８の使用方法については、他の図を参照して後述する。

永久磁石９４０は、保持された基板１８２の表面と共通の平面内に下面が位置するように、ホルダ本体９１０の周縁部に配される。電圧印加端子９３０は、基板１８２を保持する下面と反対の裏面において、ホルダ本体９１０に埋め込まれる。電圧印加端子９３０を介して電圧を印加することにより、基板ホルダ１９２と基板１８２との間に電位差を生じさせて、基板１８２を基板ホルダ１９４に吸着する。

図８は、上記のような２種類の基板ホルダ１９２、１９４を組み合わせて使用する場合の態様について説明する断面図である。図１に示した貼り合わせ装置１００では、接合部１４０において、それぞれが基板１８２、１８４を保持した基板ホルダ１９２、１９４を位置合わせして当接させ、加圧部２４０において基板１８２、１８４を接着させる。このため、接合部１４０から加圧部２４０に搬送される間は、接着されていない基板１８２、１８４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、基板ホルダ１９２、１９４は、基板ホルダ１９４の吸着子９２０を基板ホルダ１９２の永久磁石９４０に吸着させることにより、基板１８２、１８４の相対位置を自律的に保持できる。

図９は、貼り合わせ装置１００において用いられたロボットアーム１７２、２３０の先端部を拡大して示す斜視図である。なお、これらのロボットアーム１７２、２３０は、基板ホルダ１９２、１９４を搬送する場合があるという点で、ロボットアーム１７１とは仕様が異なる。

即ち、ロボットアーム１７１は、単独の基板１８２、１８４または貼り合わされた基板１８２、１８４を搬送する。これに対して、ロボットアーム１７２、２３０は、基板１８２、１８４を保持した基板ホルダ１９２、１９４を搬送する。基板ホルダ１９２、１９４の質量は、基板１８２、１８４よりも大きいので、ロボットアーム１７２、２３０は、大きな負荷に耐え得る構造を有する。

ロボットアーム１７２、２３０は、搭載部４１０、落下防止カバー４２０、アクチュエータ４３０およびブラケット４４０を有する。ブラケット４４０は、搭載部４１０、落下防止カバー４２０およびアクチュエータ４３０をロボットアーム本体に結合する。搭載部４１０およびアクチュエータ４３０は、ブラケット４４０から直接に支持され、落下防止カバー４２０は、アクチュエータ４３０から支持されると共に駆動される。

搭載部４１０には、二股になった先端の各上面と二股部分の付け根との３ヶ所に、パッキング４１２、４７２、吸引穴４１４および検知穴延長部４７４が配される。また、搭載部４１０の付け根部分のパッキング４１２の側部には、一対の接続端子４５０が配される。更に、搭載部４１０の上面には、４本の脱落防止ピン４６０が配される。

搭載部４１０は、パッキング４１２、４７２、吸引穴４１４および検知穴延長部４７４を備える。搭載部４１０と、搭載部４１０の上方で進退する落下防止カバー４２０と、落下防止カバー４２０を駆動するアクチュエータ４３０とを有する。また、これら搭載部４１０、落下防止カバー４２０およびアクチュエータ４３０をロボットアーム本体に装着するブラケット４４０も有する。

パッキング４１２、４７２は弾性を有する材料により環状に形成され、搭載部４１０の上面に吸着領域を形成する。搭載部４１０に基板ホルダ１９２、１９４が搭載された場合に、パッキング４１２、４７２はホルダ本体９１０の下面に気密に吸着する。また、吸引穴４１４はパッキング４１２に包囲された領域の内側に、検知穴延長部４７４はパッキング４７２に包囲された領域の内側に、それぞれ個別に配置される。

脱落防止ピン４６０は、基板ホルダ１９２の外形に対応して配置される。これにより、搭載部４１０に基板ホルダ１９２を搭載したとき、基板ホルダ１９２の縁部が脱落防止ピン４６０に当接する。これにより、搭載部４１０からの基板ホルダ１９２の脱落が防止される。基板ホルダ１９２が搭載部４１０に搭載された状態では、検知穴延長部４７４は検知穴９１８に連通する。これにより、パッキング４７２が、搭載部４１０および基板ホルダ１９２の間を気密に封止するので、検知穴延長部４７４を介して検知穴９１８の内部を排気できる。

また、搭載部４１０に基板ホルダ１９２を搭載することにより、接続端子４５０は、基板ホルダ１９２の電圧印加端子９１９に当接する。これにより、搭載部４１０に保持された基板ホルダ１９２による基板１８４の静電吸着を開始または解除させることができる。

落下防止カバー４２０は、アクチュエータ４３０により駆動され、ブラケット４４０に退避した図示の位置と、搭載部４１０の上方に前進した位置との間を進退する。また、搭載部４１０の上方に前進した場合、搭載部４１０の上面と落下防止カバー４２０の下面との間には、基板ホルダ１９２および基板１８２を合わせた厚さよりも大きな間隙がある。このような構造により、搭載部４１０に基板ホルダ１９２が支持されている場合に、基板ホルダ１９２の上方に位置して、吸着が解除された基板ホルダ１９２が搭載部４１０から落下することを防止できる。

図１０は、検知穴９１８を利用した検知装置５００の構造を模式的に示す図である。ここでは、基板ホルダ１９０がロボットアーム１７２に搭載されている状態において、基板１８０が基板ホルダ１９０に保持されているか否かを検知する検知装置５００について説明する。なお、他の図と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。

検知装置５００は、圧力センサ５１０および判断部５２０を含む。圧力センサ５１０は、搭載部４１０に装着され、検知穴延長部４７４の内部圧力の変化を検出する。判断部５２０は、圧力センサ５１０の検出した圧力の変化に基づいて、基板１８０が基板ホルダ１９０に保持されているか否かを判断する。

即ち、基板１８０を保持した基板ホルダ１９０は、搭載部４１０に搭載される。搭載部４１０の吸引穴４１４は、制御バルブ５６０を介して減圧源５４０に連通する。また、搭載部４１０の検知穴延長部４７４は、制御バルブ５５０を介して減圧源５４０に連通する。

制御部５３０が制御バルブ５５０、５６０を開放させた場合、吸引穴４１４および検知穴延長部４７４の内部はそれぞれ減圧され、吸引穴４１４は、基板ホルダ１９０を搭載部４１０に吸着する。また、検知穴延長部４７４は、基板ホルダ１９０の検知穴９１８の内部を排気する。

ここで、基板１８０が基板ホルダ１９０に保持されている場合、検知穴９１８は基板１８０に封止されるので、その内部圧力は低下する。しかしながら、基板１８０が保持されていない場合は検知穴９１８の上端が開放され、減圧源５４０が排気しているにもかかわらず、検知穴延長部４７４の内部圧力は低下しない。これにより、圧力センサ５１０が高い圧力を検出するので、判断部５２０は、基板１８０が基板ホルダ１９０に保持されていないと判断する。

なお、ロボットアーム１７２に搭載された基板ホルダ１９０について、検知装置５００の構造を説明したが、例えば、接合部１４０の固定ステージ１４１または移動ステージ１４２等のステージ装置に基板ホルダ１９０を搭載する場合おいても、検知装置５００を形成することができる。即ち、固定ステージ１４１または移動ステージ１４２において基板ホルダ１９０を吸着する面に開口した吸引穴を設けることにより、検知穴９１８を用いた基板１８０の検知を同様に実施できる。

図１１は、検知装置５００により基板１８０を検知する他の態様を説明する図である。同図は、基板１８０が基板ホルダ１９０に保持された状態を、上方から見下ろした様子と、複数の検知穴９１８を含む断面とにより併せて示している。

複数の検知穴９１８は、基板ホルダ１９０の表面において、保持した基板１８０の縁部に沿って開口する。従って、基板１８０が基板ホルダ１９０の中央に保持されている場合は、全ての検知穴９１８が基板１８０により封止される。

図１２は、図１１に対照して、基板１８０が偏って保持された状態を示す。検知穴９１８は基板１８０の縁部近傍に配置されているので、基板１８０が偏って基板ホルダ１９０に保持された場合、いずれかの検知穴９１８が封止されなくなる。これにより、検知装置５００は、単なる基板１８０の有無にとどまらず、基板１８０が偏って保持されていることを検知できる。

この場合、複数の検知穴９１８の各々について封止されているか否かを検知することにより、基板１８０が、基板ホルダ１９０の表面でどちら側に偏っているかも検知することができる。例えば接合部１４０においては、基板１８０の偏りが位置合わせ動作に影響するので、基板１８０の有無に限らず、偏りを検知することも有効になる。

図１３は、検知装置５００を用いた貼り合わせ装置１００の制御手順を示す流れ図である。図示のように、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持しているべき期間に、判断部５２０は、基板１８０により封止されていない検知穴９１８があるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

全ての検知穴９１８が基板１８０により封止されている場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）は、検知穴９１８の監視を継続する。一方、封止されていない検知穴９１８がある場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）は、封止されている検知穴９１８があるか否かを監視する（ステップＳ１０２）。

封止されている検知穴９１８がひとつもない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、判断部５２０は、基板ホルダ１９０から基板１８０が脱落していると判断して、制御盤１２０に通知して貼り合わせ装置１００の動作を停止させる（ステップＳ１０４）。これにより、落下した基板１８０により貼り合わせ装置１００に生じる障害を未然に防止できる。

一方、封止された検知穴９１８がある場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）は、基板ホルダ１９０、１９２の上で基板１８０がずれていると判断して、制御盤１２０に通知する。これにより、制御盤１２０は、その基板ホルダ１９０を、接合部１４０、加圧部２４０等とは異なる他の領域に搬送する（ステップＳ１０３）。これにより、例えば、基板１８０を基板ホルダ１９０に搭載しなおすことにより、積層型半導体装置の歩留りを向上させることができる。

ところで、例えば極端紫外線露光装置等のように、基板１８０および基板ホルダ１９０を真空環境で取り扱う場合がある。このような場合は、検知穴９１８の内部を減圧しても、検知穴９１８内部から外部へ気体が流れ出て減圧しても、検知穴９１８が封止されているか否かを検知することができない。

図１４は、真空環境に対応した検知装置５００の形態を模式的に示す図である。基板ホルダ１９０は、真空容器５７０の内部において基板１８０を保持する。真空容器５７０は、排気口５８０から排気されて、内部を減圧環境としている。このため、搭載部４１０は、減圧により吸着することができないので、静電吸着により基板ホルダ１９０を保持する。従って、搭載部４１０に吸引穴４１４は設けられていない。

しかしながら、搭載部４１０は、圧力源５４２に連通する検知穴延長部４７４を有する。基板ホルダ１９０が搭載部４１０に搭載されている場合、パッキング４１２により、検知穴９１８は検知穴延長部４７４に気密に連通する。従って、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持して、検知穴９１８が基板１８０により封止されている場合、検知穴９１８の内部は、圧力源５４２の圧力に応じて加圧される。

一方、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持していない場合は、全ての検知穴９１８が開放され、検知穴９１８内部の圧力が低下する。また、基板ホルダ１９０が基板１８０を偏った状態で保持している場合には、いずれかの検知穴９１８が開放される。従って、圧力センサ５１０により検知穴延長部４７４の内部の圧力を監視することにより、判断部５２０は、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持していないこと、あるいは、基板ホルダ１９０が基板１８０を偏って保持していることを判断できる。

即ち、検知穴延長部４７４の内部圧力が圧力源５４２の圧力に近い場合は、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持している。また、検知穴延長部４７４の内部圧力が低くなった場合は、基板ホルダ１９０は基板１８０を保持していないと判断できる。

なお、検知穴９１８の内部に供給された気体は、基板ホルダ１９０に保持された基板１８０に接触するので、気体としては、基板１８０に対して化学的に安定な不活性ガスを選択することが好ましい。また、検知穴９１８の内部圧力が基板１８０を押す力が、基板ホルダ１９０が基板１８０を引きつける力を上回らない限りは、減圧環境下ではない場合でも同様の構造で基板１８０の有無を検知することができる。また、その場合は、基板１８０の雰囲気、例えば大気により検知穴９１８の内部を加圧してもよい。

図１５は、真空環境に対応した検知装置５００の他の形態を模式的に示す図である。なお、図１４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。また、以下に説明する部分を除くと、他の要素および作用は図１４に示した形態と共通になる。

この検知装置５００は、検知穴延長部４７４に設けられた圧力センサ５１０に換えて、排気口５８０に設けられた質量分析計５１２を備える。質量分析計５１２は、磁場中における荷電粒子の運動が質量および電荷と関連することを利用して、排気口５８０を流れる気体の組成を高感度に検出する。一方、検知装置５００においては、Ｈｅ圧力源５４４を備え、検知穴延長部４７４を介して検知穴９１８にＨｅガスを供給することにより検知穴９１８の内部を加圧する。

基板ホルダ１９０が基板１８０を保持していない場合は、全ての検知穴９１８が開放され、真空容器５７０の内部にＨｅガスが流出する。また、基板ホルダ１９０が基板１８０を偏った状態で保持している場合には、いずれかの検知穴９１８が開放され、Ｈｅガスが真空容器５７０の内部に流出する。

真空容器５７０の内部は常に排気されているので、内部に流出したＨｅガスは、やがて排気口５８０に到達し、質量分析計５１２に検出される。これにより、判断部５２０は、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持していないこと、または、基板１８０が偏って基板ホルダ１９０に保持されていることが判断できる。

なお、Ｈｅガスは、質量分析以外の方法で検出してもよい。また、検知穴９１８に供給するガスがＨｅに限られるわけでもない。即ち、基板１８０に対して化学的な影響を及ぼすことがなく、排気口５８０において検出できる組成を有する気体であれば、任意のものを選択できる。

図１６は、真空環境に対応した検知装置５００のまた他の形態を模式的に示す図である。なお、図１５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。また、以下に説明する部分を除くと、他の要素および作用は図１５に示した形態と共通になる。

この検知装置５００は、基板ホルダ１９０の複数の検知穴９１８に対して、それぞれ個別に設けられたＨｅ圧力源５４４、Ｎ_２圧力源５４６を備える。これにより、基板ホルダ１９０が基板１８０を偏った状態で保持している場合に、開放された検知穴９１８に応じて、組成が異なる気体が真空容器５７０の内部に流出する。流出したガスの組成は、質量分析計５１２により検出されるので、判断部５２０は、基板ホルダ１９０上で基板１８０がどちらに偏っているかを判断できる。

いずれのガスも検出されない場合、基板ホルダ１９０が、基板１８０を中央に保持していることが判る。また、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持していない場合は、すべてのガスが検出される。

なお、上記の例では、検知穴９１８のそれぞれに組成の異なるガスを供給することにより、基板１８０により封止されていない穴を識別する例を示した。しかしながら、検知装置５００の形態がこれに限定されるわけではなく、例えば、同じ組成のガスを検知穴９１８のそれぞれに供給する期間を時間的にずらすことにより、ガスの流出が生じている検知穴９１８を区別させることもできる。

即ち、いずれかの検知穴９１８から流出したガスが、真空容器５７０の内部から掃気される時間を間にあけて、検知穴９１８にひとつずつガスを供給することにより、質量分析計５１２によりガスが検知されたタイミングに基づいて、ガスが流出している検知穴９１８を特定することができる。これにより、判断部５２０は、基板ホルダ１９０上で、基板１８０がいずれの方向にずれているかを判断することができる。

図１７は、更に他の形態に係る検知装置５００の構造を模式的に示す図である。この検知装置５００は、図１０に示した検知装置５００に対照して描かれており、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。また、以下に説明する部分を除くと、図１０に示した実施形態と同じ構造を有する。

この検知装置５００は、搭載部４１０の検知穴延長部４７４の内部に形成された光センサ５９０を有する点に固有の構造がある。光センサ５９０は、光源５９２、ハーフミラー５９４および受光素子５９６を含む。

基板ホルダ１９０が基板１８０を保持して、検知穴９１８が基板１８０により封止されている場合、光源５９２から出射されたプローブ光は、ハーフミラー５９４を透過した後、検知穴９１８の内部を経由して基板１８０の下面に照射される。Ｓｉウエハ等の基板１８０は可視帯域の反射率が高いので、照射された光の多くが反射され、ハーフミラー５９４に再入射する。再入射したプローブ光の一部は、ハーフミラー５９４に反射されて受光素子５９６に入射する。これにより、判断部５２０は、検知穴９１８が基板１８０により封止され、基板１８０が基板ホルダ１９０に保持されていると判断する。

一方、基板ホルダ１９０が基板１８０を保持していない場合は、光源５９２から出射されたプローブ光は、検知穴９１８から基板ホルダ１９０の外部に放射され、受光素子５９６への入射光は無い。従って、判断部５２０は、その検知穴９１８が基板１８０により封止されていないと判断する。なお、この検知装置５００は、真空環境においても同様に動作する。

以上説明したように、基板ホルダ１９０に検知穴を設けることにより、当該基板ホルダ１９０が基板１８０を保持しているか否かを、容易に監視することができる。従って、基板ホルダ１９０が、偶発的に基板１８０を保持しなくなることを、継続的に監視することが可能になる。これにより、接合装置あるいは貼り合わせ装置１００等の動作を安定させ、積層型半導体装置の生産性を向上させることができる。

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。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。

貼り合わせ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。 接合部１４０単独の構造を模式的に示す断面図である。 接合部１４０の動作を示す図である。 基板ホルダ１９４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１９４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１９２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１９２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１９２、１９４の使用状態を示す断面図である。 ロボットアーム１７２、２３０の先端部を拡大して示す斜視図である。 検知装置５００の構造を模式的に示す図である。 検知装置５００の他の態様を示す図である。 基板１８０が偏って保持された状態を示す図である。 貼り合わせ装置１００の制御手順を示す流れ図である。 検知装置５００の一形態を模式的に示す図である。 検知装置５００の他の形態を模式的に示す図である。 検知装置５００のまた他の形態を模式的に示す図である。 検知装置５００の構造を模式的に示す図である。

１００ 貼り合わせ装置、１０１ 筐体、１０２ 常温部、１１１、１１２、１１３ 基板カセット、１２０ 制御盤、１３０ プリアライナ、１４０ 接合部、１４１ 固定ステージ、１４２ 移動ステージ、１４４ 干渉計、１４５ 断熱壁、１４６、２２２、２２４ シャッタ、１５０ 基板ホルダラック、１６０ 基板取り外し部、１７１、１７２、２３０ ロボットアーム、１８０、１８２、１８４ 基板、１９０、１９２、１９４ 基板ホルダ、２０２ 高温部、２１０ 断熱壁、２２０ エアロック、２４０ 加圧部、３１０ 枠体、３１２ 天板、３１４ 支柱、３１６ 底板、３４２、３４４ 顕微鏡、３５２ ガイドレール、３５４ Ｘステージ、３５６ Ｙステージ、３６０ 昇降部、３６２ シリンダ、３６４ ピストン、３７２ 反射鏡、４１０ 搭載部、４１２、４７２ パッキング、４１４ 吸引穴、４２０ 落下防止カバー、４３０ アクチュエータ、４４０ ブラケット、４５０ 接続端子、４６０ 脱落防止ピン、４７４ 検知穴延長部、５００ 検知装置、５１０ 圧力センサ、５１２ 質量分析計、５２０ 判断部、５４０ 減圧源、５３０ 制御部、５４２ 圧力源、５４４ Ｈｅ圧力源、５４６ Ｎ_２圧力源、５５０、５６０ 制御バルブ、５７０ 真空容器、５８０ 排気口、５９０ 光センサ、５９２ 光源、５９４ ハーフミラー、５９６ 受光素子、９１０ ホルダ本体、９１２ 位置決め穴、９１４ 観察穴、９１５ フィディシャルマーク、９１６ 作業穴、９１８ 検知穴、９１９、９３０ 電圧印加端子、９２０ 吸着子、９４０ 永久磁石

Claims (8)

1. 複数の基板を貼り合せる貼り合せ装置に用いられる基板ホルダであって、
   前記複数の基板の少なくともいずれかを保持する保持面を形成するホルダ本体と、
   前記ホルダ本体における、前記基板が保持された場合の前記基板の縁部近傍に開口した貫通穴と
   を備える基板ホルダ。
2. 前記貫通穴は、前記ホルダ本体における、前記基板が保持された場合の前記基板の素子が形成されていない外縁部領域に対応する位置に配される請求項１に記載の基板ホルダ。
3. 前記貫通穴は、前記ホルダ本体における、前記基板が保持された場合の前記基板の内側に配される請求項２に記載の基板ホルダ。
4. 前記貫通穴は複数設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の基板ホルダ。
5. 基板ホルダを用いて複数の基板を貼り合せる貼り合せ装置であって、
   前記基板ホルダに保持された前記複数の基板の少なくともいずれかの縁部近傍を保持するプッシュピンを備える貼り合せ装置。
6. 前記プッシュピンは、前記基板の内側を保持する請求項５に記載の貼り合せ装置。
7. 前記プッシュピンは、前記基板の素子が形成されていない外縁部領域を保持する請求項６に記載の貼り合せ装置。
8. 前記プッシュピンは複数設けられる請求項５から７のいずれか１項に記載の貼り合せ装置。

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