JP6874692B2 - 基板貼り合わせ装置および基板貼り合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板貼り合わせ装置および基板貼り合わせ方法に関する。

２つの基板の表面を活性化し、活性化した表面同士を接触させることにより２つの基板を貼り合わせる装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１３−２５８３７７号公報

貼り合わせの開始から完了までにかかる時間は、貼り合わされる２つの基板の条件等によって異なる場合がある。このため、貼り合わせ開始から一定の時間が経過したときに貼り合わせが完了したと見做す場合、一定の時間を長めに設定することにより、貼り合わせ時間のばらつきを吸収する。その結果、実際の貼り合わせ時間が設定した時間よりも短い基板を貼り合わせるときは、貼り合わせが完了してから次の処理が開始されるまでに待ち時間が発生し、その待ち時間が無駄になっていた。

本発明の第１の態様においては、第１の基板および第２の基板が接触する接触領域を第１の基板および第２の基板の一部に形成し、接触領域が一部から拡大するように第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、接触領域に関する情報を検出する検出部と、検出部で検出した情報に基づいて、第１の基板および第２の基板が搬出可能であると判断する判断部と、を備える基板貼り合わせ装置が提供される。

本発明の第２の態様においては、第１の基板および第２の基板が接触する接触領域を第１の基板および第２の基板の一部に形成し、接触領域が一部から拡大するように第１の基板と第２の基板とを貼り合せる基板貼り合せ方法であって、接触領域に関する情報を検出する検出段階と、検出段階で検出した情報に基づいて、第１の基板および第２の基板が搬出可能であると判断する判断段階と、を含む基板貼り合わせ方法が提供される。

上記の発明の概要は、発明の特徴の全てを列挙したものではない。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の模式図である。 基板２１０の模式的平面図である。 基板２１０を重ね合わせる手順を示す流れ図である。 基板２１１を保持した基板ホルダ２２１の模式的断面図である。 基板２１３を保持した基板ホルダ２２３の模式的断面図である。 貼り合わせ部３００の模式的断面図である。 貼り合わせ部３００の模式的断面図である。 貼り合わせ部３００の模式的断面図である。 貼り合わせ部３００の模式的断面図である。 貼り合わせ過程における基板２１１、２１３の状態を示す模式図である。 貼り合わせ部３００の模式的断面図である。 貼り合わせ過程における基板２１１、２１３の状態を示す模式図である。 貼り合わせ過程における基板２１１、２１３の状態を示す模式図である。 検出器３４１の動作を説明する模式図である。 検出器３４１の動作を説明する模式図である。 貼り合わせ過程における基板２１１、２１３の状態を示す模式図である。 貼り合わせ過程における基板２１１、２１３の状態を示す模式図である。 貼り合わせ過程における基板２１１、２１３の状態を示す模式図である。 貼り合わせ過程における基板２１１、２１３の状態を示す模式図である。 検出器３４１の他の構造を説明する模式図である。 検出器３４１の動作を説明する模式図である。 検出器３４１の動作を説明する模式図である。 観察部３４５の構造を説明する模式図である。 検出器３４３の他の構造を説明する模式図である。 検出器３４３の動作を説明する模式図である。 観察部３４６の構造を説明する模式図である。 観察部３４６の動作を説明する模式図である。 観察部３４７の構造を説明する模式図である。 観察部３４８の構造を説明する模式図である。 観察部３４９の構造を説明する模式図である。 観察部６１０の構造を説明する模式図である。 観察部６２０の構造を説明する模式図である。 貼り合わせ部３００の一部の構造を示す模式的断面図である。 貼り合わせ部３００の動作手順の一部を示す流れ図である。 貼り合わせ部３００の動作を示す図である。 貼り合わせ部３００の動作を示す図である。 貼り合わせ部３００の動作を示す図である。 貼り合わせ部３００の動作を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。下記の実施形態は、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の模式的平面図である。基板貼り合わせ装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０の外側に配された基板カセット１２０、１３０および制御部１５０と、筐体１１０の内部に配された搬送部１４０、貼り合わせ部３００、ホルダストッカ４００、およびプリアライナ５００を備える。筐体１１０の内部は温度管理されており、例えば、室温に保たれる。

一方の基板カセット１２０は、これから重ね合わせる複数の基板２１０を収容する。他方の基板カセット１３０は、基板２１０を重ね合わせて作製された複数の貼り合わせ基板２３０を収容できる。基板カセット１２０、１３０は、筐体１１０に対して個別に着脱できる。このように、基板カセット１２０を用いることにより、複数の基板２１０を一括して基板貼り合わせ装置１００に搬入できる。また、基板カセット１３０を用いることにより、複数の貼り合わせ基板２３０を一括して基板貼り合わせ装置１００から搬出できる。

搬送部１４０は、筐体１１０の内部における搬送機能を担う。搬送部１４０は、単独の基板２１０、基板ホルダ２２０、基板２１０を保持した基板ホルダ２２０、基板２１０を積層して形成した貼り合わせ基板２３０等を搬送する。

制御部１５０は、基板貼り合わせ装置１００の各部を相互に連携させて統括的に制御する。また、制御部１５０は、外部からのユーザの指示を受け付けて、貼り合わせ基板２３０を製造する場合の製造条件を設定する。更に、制御部１５０は、基板貼り合わせ装置１００の動作状態を外部に向かって表示するユーザインターフェイスも有する。

貼り合わせ部３００は、各々が基板２１０を保持して対向する一対のステージを有し、制御部１５０の制御の下に、ステージに保持した２つの基板２１０を相互に位置合わせした後、互いに接触させて貼り合わせる。これにより、基板２１０は、貼り合わせ基板２３０を形成する。尚、貼り合わせとは、２つの基板２１０にそれぞれ設けられた端子同士が基板２１０間で電気的に接続されている状態、および、２つの基板２１０の表面に形成された絶縁膜同士が接合しており基板２１０間に電気的な接続はされていない状態を含み、いずれの状態においても、２つの基板２１０の分離が可能な状態および不可能な状態の両方を含む。２つの基板２１０を貼り合わせた状態が分離可能な状態である場合は、２つの基板２１０を貼り合わせた後に、基板２１０をアニール炉のような加熱装置に搬入して加熱することが好ましい。

ホルダストッカ４００は、複数の基板ホルダ２２０を収容する。基板ホルダ２２０は、アルミナセラミックス等の硬質材料により形成され、基板２１０を吸着する保持部と、保持部の外側に配された縁部とを有する。基板貼り合わせ装置１００の内部において、基板ホルダ２２０は個々に基板２１０を保持して、基板２１０と一体的に取り扱われる。これにより、反ったり撓んだりした基板２１０に平坦性を確保することができる。

貼り合わせ基板２３０を基板貼り合わせ装置１００から搬出する場合、基板ホルダ２２０は、貼り合わせ基板２３０から分離されて、再びホルダストッカ４００に収容される。これにより、少数の基板ホルダ２２０を繰り返し使用できる。よって、基板ホルダ２２０は、基板貼り合わせ装置１００の一部であると見做すこともできる。

プリアライナ５００は、搬送部１４０と協働して、基板貼り合わせ装置１００に搬入された基板２１０を基板ホルダ２２０に保持させる。また、プリアライナ５００は、貼り合わせ部３００から搬出された貼り合わせ基板２３０を基板ホルダ２２０から分離する場合に使用してもよい。

基板貼り合わせ装置１００は、素子、回路、端子等が形成された基板２１０の他に、未加工のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等を貼り合わせることもできる。また、回路が形成された回路基板と未加工の基板とを貼り合わせることも、回路基板同士、未加工基板同士等、同種の基板を貼り合わせることもできる。更に、接合される基板２１０は、それ自体が、既に複数の基板を積層して形成された貼り合わせ基板２３０であってもよい。

図２は、基板貼り合わせ装置１００において貼り合わせることができる基板２１０の模式的平面図である。基板２１０は、ノッチ２１４と、複数の回路領域２１６および複数のアライメントマーク２１８とを有する。

ノッチ２１４は、全体として略円形の基板２１０の周縁に形成されて、基板２１０における結晶方位を示す指標となる。また、基板２１０を取り扱う場合は、ノッチ２１４の位置を検出することにより、基板２１０における回路領域２１６の配列方向等も知ることができる。更に、１枚の基板２１０に、互いに異なる回路を含む回路領域２１６が形成されている場合は、ノッチ２１４を基準にして、回路領域２１６を区別することができる。

回路領域２１６は、基板２１０の表面に、基板２１０の面方向に周期的に配される。回路領域２１６の各々には、フォトリソグラフィ技術等より形成された半導体装置、配線、保護膜等が設けられる。回路領域２１６には、基板２１０を他の基板２１０、リードフレーム等に電気的に接続する場合に接続端子となるパッド、バンプ等も配される。

アライメントマーク２１８は、例えば、回路領域２１６相互の間に配されたスクライブライン２１２に重ねて配され、基板２１０を積層対象である他の基板２１０と位置合わせする場合に指標として利用される。スクライブライン２１２は、最終的にダイシングにより無くなる領域なので、アライメントマーク２１８を設けることにより回路領域２１６の面積が圧迫されることはない。なお、アライメントマーク２１８は、回路領域２１６の内側に配してもよいし、回路領域２１６に形成された構造物の一部をアライメントマーク２１８として利用してもよい。

図３は、基板貼り合わせ装置１００において基板２１０を貼り合わせて貼り合わせ基板２３０を作製する手順を示す流れ図である。基板貼り合わせ装置１００においては、制御部１５０が各部の動作を制御する。また、制御部１５０は、基板２１０の貼り合わせが完了したか否かを判断する判断部としても動作する。

基板貼り合わせ装置１００の内部においては、基板２１０を１枚ずつ基板ホルダ２２０に保持させた状態で操作する。よって、制御部１５０は、まず、プリアライナ５００に、基板カセット１２０から取り出した基板２１０を一枚ずつ基板ホルダ２２０に保持させる。次いで、制御部１５０は、相互に貼り合わせる複数の基板２１０を、基板ホルダ２２０と共に貼り合わせ部３００に搬入させる（ステップＳ１０１）。

次に、制御部１５０は、貼り合わせ部３００に搬入された基板２１０の各々に設けられたアライメントマーク２１８を検出する（ステップＳ１０２）。また、制御部１５０は、検出したアライメントマーク２１８の位置に基づいて、貼り合わせる複数の基板２１０の相対位置を検出する（ステップＳ１０３）。

次に、制御部１５０は、基板２１０の表面を活性化する（ステップＳ１０４）。基板２１０は、例えば、基板２１０の表面をプラズマに暴露して清浄化することにより活性化できる。これにより、基板２１０を他の基板２１０に接触させた場合に、基板２１０同士が相互に接着されて一体化する。なお、基板２１０は、研磨等の機械的な処理、洗浄による化学的な処理によっても活性化できる。また、複数種類の活性化方法を併用してもよい。

次に、制御部１５０は、貼り合わせる基板２１０の温度調節を開始する（ステップＳ１０５）。ここで実行される温度調節は、例えば、基板２１０の設計仕様に対する倍率差を補償する補正をするための温度調節である。また、基板２１０の反り等の変形を、温度調節以外の方法、例えば後述するアクチュエータを用いた補正手法と併せて補正してもよい。これにより、個々の基板２１０に固有の歪みがある場合であっても、複数の基板２１０を精度よく位置合わせできる。

次に、制御部１５０は、貼り合わせる複数の基板２１０を相互に位置合わせする（ステップＳ１０６）。位置合わせは、ステップＳ１０３において検出した基板２１０の相対位置に基づいて、一方の基板２１０を他方の基板２１０に対して相対移動させることにより実行される。

次に、制御部１５０は、基板２１０の一部に貼り合わせの起点を形成すべく、重ね合わせた基板２１０の一部を相互に接触させる（ステップＳ１０７）。互いに接触した一部は、基板２１０同士が接触した領域である接触領域であり、貼り合わせを開始するときに形成される接触領域である。起点は、面積を有する領域であってもよい。貼り合わせる一対の基板２１０における貼り合わせの起点は、一方の基板２１０の一部を他の基板２１０の一部に押し付けることにより、基板２１０の間に挟まれた雰囲気等が押し出されて、基板２１０同士が直接に接触して形成される。
この接触により、活性化された二つの基板２１０の接触領域が、水素結合のような化学結合により結合する。二つの基板２１０を一部で接触させた後、二つの基板２１０が互いに接触した状態を維持する。このとき、基板２１０同士を押し付けることにより、接触した一部の面積を大きくすることにより接触領域を広げてもよい。接触状態を維持した状態で所定の時間が経過すると、二つの基板２１０の貼り合わせの過程で基板２１０間に位置ずれが生じない大きさの結合力が二つの基板２１０の間に確保される。これにより、基板２１０の互いに接触した一部に貼り合わせの起点が形成される。

なお、基板２１０の面方向について複数箇所に貼り合わせの起点が形成された場合、複数の起点に挟まれた領域に残された気泡を貼り合わせの過程で排出できなくなり、最終的に完成した貼り合わせ基板２３０にボイドが生じる場合がある。よって、２つの基板２１０を貼り合わせる場合は、基板２１０の１箇所に貼り合わせの起点を形成して、基板２１０同士が貼り合わされた領域である接触領域を当該貼り合わせの起点から拡げることにより基板２１０全体を貼り合わせることが好ましい。

そこで、貼り合わせ部３００で基板２１０を貼り合わせる場合は、例えば、貼り合わせる基板２１０の一方に隆起部分を形成し、当該隆起部分を他方の基板２１０に接触させることにより、予め決定したひとつの位置に貼り合わせの起点を形成する。なお、貼り合わせの起点を形成する場合は、複数箇所に起点が形成されることを防止する目的で、貼り合わせの起点が形成されるまでは、基板の隆起部分の形状を維持し続けることが好ましい。

次に、制御部１５０は、一部が相互に押し付けられた基板２１０において、基板２１０の接触領域が形成されて、上記した所定の大きさの結合力が二つの基板２１０の間に確保されたか否かを調べる（ステップＳ１０８）。この段階で基板２１０が貼り合わされたことを検出する場合は、基板２１０の貼り合わせが開始されるきっかけとなる貼り合わせの起点が形成されたか否かを調べることになる。よって、ステップＳ１０８においては、ステップＳ１０７において基板２１０の一部を押し付けた領域か、当該領域に近い位置において、貼り合わせの起点となる領域が形成されたか否かを調べる。

これにより、基板２１０に貼り合わせの起点が形成されたと判断された場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、すなわち、制御部１５０は、二つの基板２１０の接触した一部の間に、上記した所定の大きさの結合力が確保されたと判断した場合、少なくとも一方の基板２１０の保持を解除して当該基板２１０を解放し（ステップＳ１０９）、二つの基板２１０の接触領域を広げることにより相互に吸着しあって貼り合わされることを許容する。すなわち、貼り合わせ部３００は、接触部を構成する。なお、ステップＳ１０８において基板２１０に起点が形成されていることが確認されない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）は、制御部１５０は、両方の基板２１０の保持を継続しつつ、貼り合わせの起点を形成すべく、基板２１０の一部を押し付け続ける。

次に、制御部１５０は、基板２１０に形成された貼り合わせの起点から、基板２１０の接触領域が拡がっているか否かを調べる（ステップＳ１１０）。基板２１０の接触領域が拡大したか否かは、例えば、貼り合わせの起点が形成された領域とは異なる領域に、接触領域が形成されたか否かを調べることにより確認できる。

ステップＳ１１０において、基板２１０の接触領域が拡大していることが確認されなかった場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、制御部１５０は、基板２１０の貼り合わせが何らかの理由で阻害されていると判断する。そこで、貼り合わせ部３００の動作を停止する、外部に警報を伝える、貼り合わせ部３００から貼り合わせ中の基板２１０を搬出する、等の対応を実行した後（ステップＳ１１１）、次の基板２１０の貼り合わせを開始すべく制御をステップＳ１０１に戻す。

ステップＳ１１０において、基板２１０の接触領域が拡大していることが確認された場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部１５０は、基板２１０の貼り合わせが進行しているものと判断して、制御を次のステップに進める。次に、制御部１５０は、基板２１０の貼り合わせが完了したか否かを調べる（ステップＳ１１２）。貼り合わせの完了は、例えば、基板２１０の接触領域が基板２１０の外縁に形成されたか否かを調べてもよい。これにより、制御部１５０は、基板２１０毎に貼り合わせに要する時間が異なる場合も、確実に貼り合わせの完了を確認できる。

制御部１５０は、ステップＳ１１２において基板の貼り合わせが完了したことを確認した場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）に、基板２１１、２１３に対する温度制御等を終了し、貼り合わせ基板２３０を搬送部１４０により貼り合わせ部３００から搬出させる（ステップＳ１１３）。貼り合わせ部３００から搬出された基板２１０は、貼り合わせ基板２３０と基板ホルダ２２０とに分離された上で、基板カセット１３０に収容される。

また、制御部１５０は、ステップＳ１１２において基板の貼り合わせが完了したことを確認できない場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）に、基板２１０の貼り合わせ完了が確認されるまで、基板２１０の貼り合わせ完了を繰り返し調べてもよいが、予め定めた閾値時間を過ぎても基板２１０の貼り合わせ完了が確認できない場合に、ステップＳ１１０：ＮＯの場合と同様に、当該基板２１０の貼り合わせを中止してもよい。

なお、制御部１５０は、ステップＳ１１０において基板２１０の接触領域が拡大したことを確認する場合に、基板２１０の接触領域が拡大する速さを併せて検出することにより、制御部１５０が、基板２１０の貼り合わせが完了する時間を予測してもよい。基板２１０の接触領域が拡大する速さは、例えば、ステップＳ１０７において基板２１０の一部を押し付けてから、ステップＳ１１０において貼り合わせの起点とは異なる領域で基板２１０が貼り合わされたことを検出するまでの時間を計測することにより、制御部が算出してもよい。

また、基板２１０の一部に貼り合わせの起点が形成されると、貼り合わせる複数の基板２１０の相対位置は、基板２１０の面方向について固定され、貼り合わせる基板２１０の少なくとも一方の保持を解除しても、基板２１０が変位すること、あるいは、一方の基板２１０が他方の基板に対して位置ずれを生じることがなくなる。よって、制御部１５０は、基板２１０の貼り合わせが周縁まで完了する前に、二つの基板２１０を貼り合わせ部３００から搬出してもよい。

図４は、ステップＳ１０１において貼り合わせ部３００に搬入される１枚の基板２１１が基板ホルダ２２１に保持された状態を示す模式的断面である。基板ホルダ２２１は、静電チャック、真空チャック等を有して基板２１１を保持面２２２に吸着して保持する。

基板ホルダ２２１の保持面２２２は、中央側が高く、周縁が低い湾曲した形状を有する。よって、保持面２２２に吸着された基板２１１も、中央側が突出した形状に湾曲する。また、基板ホルダ２２１が基板２１１を保持し続けている間は、基板２１０の凸状の形状が維持される。なお、基板ホルダ２２１の保持面２２２の形状は、球面、放物面、円筒面等であってもよい。

なお、保持面２２２に基板２１１が吸着された場合、湾曲した基板２１１においては、図中に一点鎖線で示す基板２１１の厚さ方向の中心線Ａに比較して、基板２１１の図中上面では、基板２１１の表面が面方向に拡大変形される。また、基板２１１の図中下面においては、基板２１１の表面が面方向に縮小変形される。

よって、基板２１１を基板ホルダ２２１に保持させることにより、基板２１１の表面に形成された回路領域２１６の、設計仕様に対する面内の倍率も拡大される。よって、保持面２２２の曲率が異なる複数の基板ホルダ２２１を用意して、基板２１１の変形量を変化させることにより、基板２１１の倍率補正量を調節してもよい。

また、基板ホルダ２２１は、厚さ方向に貫通する複数の観察孔２２７、２２８、２２９を有する。ひとつの観察孔２２７は、基板ホルダ２２１の径方向について、中心軸Ｘを含む領域に配される。また、他のひとつの観察孔２２９は、基板ホルダ２２１に保持された基板２１１の周縁を含む領域に配される。更に、また他の観察孔２２８は、他の観察孔２２７、２２８の中間の位置に配される。なお、観察孔２２７、２２８、２２９のそれぞれは、基板２１１を観察する場合に使用する照明光の波長に対して透明な材料で充填され、基板ホルダ２２１の保持面２２２は、円滑な曲面を形成している。

図５は、他の基板２１３を基板ホルダ２２３に保持させた状態を示す模式的断面である。基板ホルダ２２３は、平坦な保持面２２４と、静電チャック、真空チャック等、基板２１３を吸着する機能とを有する。基板ホルダ２２３に吸着して保持された基板２１３は、保持面２２４に密着して、保持面２２４の形状に倣って平坦になる。

よって、貼り合わせ部３００において、図４に示した基板ホルダ２２１に保持されて凸状に変形した基板２１１を、図５に示した基板ホルダ２２３に平坦な状態で保持された基板２１３に押し付けた場合、基板２１１、２１３は、中央の一点において強く押し付けられる。また、基板ホルダ２２１、２２３の各々が基板２１１、２１３を保持している間は、基板２１１、２１３の周縁側の領域は、互いに離れた状態を保つ。

なお、上記の例では、凸状に変形させた基板２１１と平坦な基板２１３との組み合わせを例にあげた。しかしながら、例えば、基板２１１、２１３を両方とも凸状に変形させた場合、基板２１１、２１３を互いに曲率が異なる凸状と凹状に変形させた場合、基板２１１、２１３を、中心軸が平衡ではない円筒状に変形させた場合も、貼り合わせ部３００において、基板２１１、２１３を一点で接触させることができる。

図６は、貼り合わせ部３００の構造を示す模式的断面図である。また、図６は、基板２１１、２１３および基板ホルダ２２１、２２３が搬入された直後の貼り合わせ部３００の状態を示す図でもある。貼り合わせ部３００は、枠体３１０、上ステージ３２２および下ステージ３３２を備える。

枠体３１０は、水平な床面に対して平行な底板３１２および天板３１６と、床板に対して垂直な複数の支柱３１４とを有する。底板３１２、支柱３１４および天板３１６は、貼り合わせ部３００の他の部材を収容する直方体の枠体３１０を形成する。

上ステージ３２２は、天板３１６の図中下面に下向きに固定される。上ステージ３２２は、真空チャック、静電チャック等の保持機能を有して、基板ホルダ２２１を保持する保持部を形成する。図示の状態において、上ステージ３２２には、既に、基板２１１を保持した基板ホルダ２２１が保持されている。

また、上ステージ３２２は、保持した基板ホルダ２２１の観察孔２２７、２２８、２２９の位置に対応して設けられた複数の観察窓３２７、３２８、３２９を有する。観察窓３２７、３２８、３２９の各々は、基板２１１を観察する場合に使用する照明光の波長に対して透明な材料で充填され、上ステージ３２２の下面は、観察窓３２７、３２８、３２９が配された領域も含めて平坦な面を形成している。

なお、貼り合わせ部３００は、上記の上ステージ３２２に設けられた観察窓３２７、３２８、３２９に対応する位置に、枠体３１０の天板３１６を厚さ方向に貫通して設けられた複数の検出器３４１、３４２、３４３を有する。検出器３４１、３４２、３４３は、上ステージ３２２の下面に光学的に連通する観察窓３２７、３２８、３２９と、基板ホルダ２２１の観察孔２２７、２２８、２２９とを通じて、貼り合わせ部３００内で基板２１１、２１３の貼り合わせ状態を観察する観察部３４４を形成する。

検出器３４１、３４２、３４３は、例えば、フォトダイオード等の受光部と照射光源とを用いて形成できる。この場合、上ステージ３２２に基板２１１を保持した基板ホルダ２２１が保持されると、観察窓３２７、３２８、３２９および観察孔２２７、２２８、２２９を通じて、基板２１１、２１３等による反射光の光強度を検出器３４１、３４２、３４３で観察できる。

また、検出器３４１、３４２、３４３は、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子と照明光源とを用いて形成できる。この場合、上ステージ３２２に基板２１１を保持した基板ホルダ２２１が保持されると、観察窓３２７、３２８、３２９および観察孔２２７、２２８、２２９を通じて、検出器３４１、３４２、３４３により上ステージ３２２の基板２１１の画像を撮像して観察できる。また、貼り合わせ部３００において基板２１１、２１３が重なっている場合は、基板２１１、２１３を併せて撮像できる。

更に、検出器３４１、３４２、３４３は、照射光源または照明光源として赤外線等の長い波長の光を用いることにより、上ステージ３２２に保持された基板２１１を透過し、基板２１１に貼り合わされる基板２１３を観察できる。検出器３４１、３４２、３４３の出力は、例えば制御部１５０において処理され、検出器３４１、３４２、３４３の観察結果に基づいて基板２１１、２１３の貼り合わせが検出される。
照明光源として赤外線を用いる場合は、基板２１１，２１３の中心を含む領域を撮影することにより、基板２１１，２１３の接触領域と非接触領域との境界の位置の変化を観察してもよい。この場合、貼り合わせの起点が形成された時点、もしくは、接触領域が拡大していく過程で接触領域の形状を検出する。接触領域の形状は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つである。すなわち、観察部３４４は、接触領域の拡大に関する情報を検出する検出部を構成する。接触領域の拡大に関する情報は、接触領域の拡大の進行度合いに応じて変化する情報である。制御部１５０において、接触領域の形状が所定の条件を満たす形状であると判断した場合は、接触領域の接触状態が、その後に貼り合わせが適切に行われる状態であると判断し、基板２１１，２１３を下ステージ３３２から搬出してもよい。所定の条件は、例えば接触領域の形状がほぼ真円であることである。所定の条件を満たす接触領域の形状は、予め記憶されている。また、接触領域の形状が、ウエハの種類毎、ロット毎、および、ウエハの製造プロセス毎等に固有の形状を有する場合は、それぞれの接触領域の拡大中の形状を予め記憶部に格納しておき、実際の接合時に記憶された形状と比較してもよい。
また、照明光源として赤外線を用いる場合に、基板２１１，２１３の少なくとも中心から周縁部に向けて半径方向に延びる領域を観察領域としてもよい。この場合、接触領域が拡大していく過程で、例えば５００ｍｓｅｃ単位で複数の画像を連続して撮影し、ある時点で撮影された接触領域の画像と、その画像よりも前の時点で撮影された接触領域の画像との比較する処理を行うことにより、接触領域が拡大するときの進行方向や進行速度を推測することができる。

下ステージ３３２は、上ステージ３２２に対向して配置され、底板３１２の上面に配されたＸ方向駆動部３３１に重ねられたＹ方向駆動部３３３の図中上面に搭載される。下ステージ３３２は、上ステージ３２２に保持された基板２１１に対向して、基板２１３を保持する保持部を形成する。図示の状態において、下ステージ３３２には、既に、基板２１３を保持した基板ホルダ２２３が保持されている。

なお、図示の状態では、湾曲した保持面２２２を有する基板ホルダ２２１が、図中上側に位置する上ステージ３２２に、平坦な保持面２２４を有する基板ホルダ２２３に保持された基板２１３が、図中下側に位置する下ステージ３３２に、それぞれ保持されている。しかしながら、上ステージ３２２および下ステージ３３２と、基板ホルダ２２１、２２３との組み合わせはこれに限らない。また、上ステージ３２２および下ステージ３３２の両方に、平坦な基板ホルダ２２３または湾曲した基板ホルダ２２１を搬入してもよい。

貼り合わせ部３００において、Ｘ方向駆動部３３１は、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｘで示す方向に移動する。Ｙ方向駆動部３３３は、Ｘ方向駆動部３３１上で、底板３１２と平行に、図中に矢印Ｙで示す方向に移動する。これら、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３の動作を組み合わせて、下ステージ３３２は、底板３１２と平行に二次元的に移動する。これにより、下ステージ３３２に搭載した基板２１３を、上ステージ３２２に保持した基板２１１に対して位置合わせできる。

また、下ステージ３３２は、底板３１２に対して垂直に、矢印Ｚで示す方向に昇降する昇降駆動部３３８により支持される。下ステージ３３２は、Ｙ方向駆動部３３３に対して昇降できる。これにより、昇降駆動部３３８は、下ステージ３３２に搭載した基板２１３を、上ステージ３２２に保持した基板２１１に押し付ける押し付け部を形成する。

Ｘ方向駆動部３３１、Ｙ方向駆動部３３３および昇降駆動部３３８による下ステージ３３２の移動量は、干渉計等を用いて精密に計測される。また、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３は、粗動部と微動部との２段構成としてもよい。これにより、高精度な位置合わせと、高いスループットとを両立させて、下ステージ３３２に搭載された基板２１３の移動を、制御精度を低下させることなく高速に接合できる。

Ｙ方向駆動部３３３には、顕微鏡３３４および活性化装置３３６が、それぞれ下ステージ３３２の側方に更に搭載される。顕微鏡３３４は、上ステージ３２２に保持された下向きの基板２１１の下面を観察できる。活性化装置３３６は、上ステージ３２２に保持された基板２１１の下面を清浄化するプラズマを発生する。

なお、貼り合わせ部３００は、底板３１２に対して垂直な回転軸の回りに下ステージ３３２を回転させる回転駆動部、および、下ステージ３３２を揺動させる揺動駆動部を更に備えてもよい。これにより、下ステージ３３２を上ステージ３２２に対して平行にすると共に、下ステージ３３２に保持された基板２１３を回転させて、基板２１１、２１３の位置合わせ精度を向上させることができる。

更に、貼り合わせ部３００は、一対の顕微鏡３２４、３３４と、一対の活性化装置３２６、３３６とを有する。一方の顕微鏡３２４および活性化装置３２６は、天板３１６の下面において、上ステージ３２２の側方に固定される。顕微鏡３２４は、下ステージ３３２に保持された基板２１３の上面を観察できる。活性化装置３２６は、下ステージ３３２に保持された基板２１３の上面を清浄化するプラズマを発生する。

また、他方の顕微鏡３３４および活性化装置３３６は、Ｙ方向駆動部３３３において、下ステージ３３２の側方に搭載される。顕微鏡３３４は、上ステージ３２２に保持された基板２１１の下面を観察できる。活性化装置３３６は、上ステージ３２２に保持された基板２１１の下面を清浄化するプラズマを発生する。

顕微鏡３２４、３３４は、ステップＳ１０２において次のような手順で使用できる。制御部１５０は、図６に示すように、顕微鏡３２４、３３４の焦点を相互に合わせることにより、顕微鏡３２４、３３４の相対位置を較正する。

次に、図７に示すように、制御部１５０は、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３を動作させて、顕微鏡３２４、３３４により基板２１１、２１３の各々に設けられたアライメントマーク２１８を検出させる（図３のステップＳ１０２）。制御部１５０は、アライメントマーク２１８を検出するまでの、Ｘ方向駆動部３３１およびＹ方向駆動部３３３による下ステージ３３２の移動量を把握している。

こうして、相対位置が既知である顕微鏡３２４、３３４で基板２１１、２１３のアライメントマーク２１８の位置を検出することにより、基板２１１、２１３の相対位置が判る（図３のステップＳ１０３）。これにより、重ね合わせる基板２１１、２１３を位置合わせする場合には、検出したアライメントマーク２１８の位置を一致させるべく、基板２１１、２１３の相対的な移動量および回転量を含む相対移動量を算出すればよい。

ただし、貼り合わせ基板２３０を形成する個々の基板２１１、２１３には、個別に歪みが生じている場合がある。基板２１１、２１３に生じる歪みとしては、基板２１１、２１３の反り、撓み等、基板２１１、２１３全体で一定の傾向を有する歪みと、基板の面方向または径方向に生じる非線形歪みとが含まれる。

これらの歪みは、基板２１１、２１３における回路領域２１６を形成するプロセスにより生じた応力、基板２１１、２１３の結晶配向に起因する異方性、スクライブライン２１２、回路領域２１６等の配置等に起因する周期的な剛性の変化等により生じる。また、基板２１１、２１３単体では歪みが生じていない場合であっても、貼り合わせの過程で、既に貼り合わされた領域である接触領域と未だ貼り合わされていない領域である非接触領域との境界で基板２１１、２１３が変形して歪みを生じる場合もある。

基板２１１、２１３がそれぞれ個別に異なる歪みを有する場合は、ステップＳ１０６において、相対移動量を計算しても、アライメントマーク２１８の位置が一致する値を算出できない場合がある。そこで、基板２１１、２１３の少なくとも一方の歪みを温度調節により補正して（ステップＳ１０５）、基板２１１、２１３の位置合わせ精度を向上させることができる。

例えば、基板２１１、２１３における回路領域２１６の設計仕様に対する倍率の相違に起因する歪みは、基板２１１、２１３の少なくとも一方の温度を調節することにより、基板２１１、２１３全体の大きさを変化させて補正できる。また、既に説明した通り、保持面２２２が湾曲または屈曲した基板ホルダ２２１に基板２１１を保持させることにより、基板２１１の歪みを補正することもできる。

更に、貼り合わせ部３００において、基板２１１、２１３を搭載する上ステージ３２２および下ステージ３３２の少なくとも一方に、基板２１１、２１３を機械的に変形させるアクチュエータを設けて、基板２１１、２１３の少なくとも一方を変形させて補正することもできる。これにより、貼り合わせ部３００は、基板２１１、２１３の歪みを、線形、非線形を問わず補正できる。

図８は、貼り合わせ部３００が基板２１１、２１３を活性化する動作（図３のステップＳ１０４）を示す。制御部１５０は、下ステージ３３２の位置を初期位置にリセットした後に水平に移動させて、活性化装置３２６、３３６の生成したプラズマにより基板２１１、２１３の表面を走査させる。これにより、基板２１１、２１３のそれぞれの表面が清浄化され、化学的な活性が高くなる。このため、基板２１１、２１３は、互いに接近しただけで自律的に吸着して接合する状態になる。

なお、活性化装置３２６、３３６は、顕微鏡３２４、３３４の各々から遠ざかる方向にプラズマＰを放射する。これにより、プラズマを照射された基板２１１、２１３から発生した破片が顕微鏡３２４を汚染することが防止される。

また、貼り合わせ部３００は、基板２１１、２１３を活性化する活性化装置３２６、３２６を備えているが、貼り合わせ部３００とは別に設けた活性化装置３２６、３２６を用いて予め活性化した基板２１１、２１３を貼り合わせ部３００に搬入することにより、貼り合わせ部３００の活性化装置３２６を省略した構造にすることもできる。

更に、基板２１１、２１３は、プラズマに暴露する方法の他に、不活性ガスを用いたスパッタエッチング、イオンビーム、または、高速原子ビーム等によりを活性化することもできる。イオンビームや高速原子ビームを用いる場合は、貼り合わせ部３００を減圧下において生成することが可能である。また更に、紫外線照射、オゾンアッシャー等により基板２１１、２１３を活性化することもできる。更に、例えば、液体または気体のエッチャントを用いて、基板２１１、２１３の表面を化学的に清浄化することにより活性化してもよい。

なお、基板２１１、２１３の少なくとも一方を活性化するステップＳ１０４と、基板２１１、２１３のいずれかを温度調節するステップＳ１０５とは、順番を入れ換えてもよい。即ち、上記の説明のように、基板２１１、２１３を活性化（ステップＳ１０４）した後に、基板２１１、２１３の少なくとも一方を温度調節（ステップＳ１０５）してもよいし、先に基板２１１、２１３の少なくとも一方を温度調節した後（ステップＳ１０５）に、基板２１１、２１３を活性化（ステップＳ１０４）してもよい。

図９は、貼り合わせ部３００が基板２１１、２１３を位置合わせする動作（図３のステップＳ１０６）を示す。制御部１５０は、まず、最初に検出した顕微鏡３２４、３３４の相対位置と、ステップＳ１０２において検出した基板２１１、２１３のアライメントマーク２１８の位置とに基づいて、基板２１１、２１３間の位置ずれ量が所定の値より小さくなるように、下ステージ３３２を移動させる。

図１０は、図９に示したステップＳ１０６の状態における基板２１１、２１３の様子を模式的に示す図である。図示のように、それぞれが基板ホルダ２２１、２２３を介して上ステージ３２２および下ステージ３３２に保持された基板２１１、２１３は、互いに位置合わせされた状態で対向する。

ここで、既に説明した通り、上ステージ３２２に保持された基板ホルダ２２１は、中央が隆起した保持面２２２で基板２１１を保持しているので、基板２１１も中央部が隆起している。一方、下ステージ３３２に保持された基板ホルダ２２３は平坦な保持面２２４を有するので、基板２１３は平坦な状態で保持される。よって、貼り合わせ部３００において対向する基板２１１、２１３の間隔は、中央部において近く、周縁部に近づくほど遠くなる。

図１１は、貼り合わせ部３００が下ステージ３３２に保持された基板２１３を、上ステージ３２２に保持された基板２１１に接触させる動作（図３のステップＳ１０７）を示す。制御部１５０は、昇降駆動部３３８を動作させて下ステージ３３２を上昇させることにより基板２１１、２１３を相互に接触させる。

図１２は、図１０に示したステップＳ１０７からステップＳ１０８にかけての基板２１１、２１３の様子を模式的に示す図である。図示のように、上ステージ３２２に保持された基板２１１の中央部が隆起しているので、下ステージ３３２が上ステージ３２２に接近すると、まず、基板２１１、２１３の中央部が接触する。更に、制御部１５０が昇降駆動部３３８の動作を継続することにより、基板２１１、２１３の中央部が相互に接触し、基板２１１、２１３に貼り合わせの起点が形成される。

このとき、基板２１１は、基板ホルダ２２１の湾曲した保持面２２２に依然として保持されている。よって、基板２１１の中央部分が平坦な基板２１３に当接した時点では、基板２１１の周縁部は、基板ホルダ２２１に保持されて、基板２１３から離れている。換言すれば、基板ホルダ２２１は、基板２１１、２１３の中央部以外の部分が接触しないように、基板２１１を保持し続けている。

なお、上記した貼り合わせの起点が形成される前に、温度調節等による温度差を形成して基板２１１、２１３を補正しておくことが好ましい。これにより、基板２１１、２１３の中央部の位置ずれが低減された貼り合わせ基板２３０を製造できる。

図１３は、図３に示したステップＳ１０７に続く期間の基板２１１、２１３の状態を示す図である。ステップＳ１０７において、基板２１１、２１３は、面方向の中央の一部において相互に押し付けられる。これにより、基板２１１、２１３の中央付近には、基板２１１、２１３が部分的に貼り合わされた貼り合わせの起点２３１が形成される。ただし、図１２を参照して説明したように、基板２１１は、基板ホルダ２２１に依然として保持されているので、基板２１１、２１３の中央からはずれた領域は未だ貼り合わされていない。

図１４は、ステップＳ１０７（図３参照）の実行中に、基板２１１、２１３が接触する直前の状態を部分的に拡大して示す図である。図１４に示した領域は、図１２に点線Ｂで示した領域に対応する。

図示の状態においては、基板２１１、２１３相互の間に間隙Ｇが残っている。間隙Ｇは、貼り合わせ部３００内部の雰囲気等が基板２１１、２１３に挟まれることにより形成される。基板に挟まれた雰囲気等は、貼り合わせ部３００が基板２１１、２１３を継続的に押し付けることにより押し出され、やがて、基板２１１、２１３は相互に密着して貼り合わされるが、雰囲気の密度等により、基板２１１、２１３が貼り合わされるまでに要する時間が異なる場合がある。

貼り合わせ部３００においては、基板２１１、２１３が上ステージ３２２および下ステージ３３２に挟まれた状態であっても、基板２１１、２１３の中央付近の一部が、観察窓３２７および観察孔２２７を通じて検出器３４１に光学的に連通する。図示の例では、検出器３４１は、光源３５１および受光部３５２を有する。

光源３５１は、少なくとも一部が基板２１１を透過する波長の照射光を発生する。光源３５１が発生した照射光は、観察窓３２７および観察孔２２７を通じて基板２１１に向かって照射される。受光部３５２は、フォトダイオード等の光電気変換素子を有し、基板２１１、２１３等により反射された照射光を受光して、反射光強度に応じた電気信号を発生する。受光部３５２が発生した電気信号は、制御部１５０に入力される。

図中に一点鎖線で示すように、上ステージ３２２および下ステージ３３２の間では、屈折率が異なる媒体の境界に反射面が形成される。図示の例では、観察孔２２７および基板２１３の境界、基板２１３および間隙Ｇの境界、間隙Ｇおよび基板２１３の境界、基板２１３および基板ホルダ２２１の境界のそれぞれに反射面Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓが形成される。よって、観察窓３２７および観察孔２２７を通じて検出器３４１の光源３５１から照射された照射光は、反射面Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓの各々において反射され、検出器３４１の受光部３５２において反射光の強度が検出される。

図１５は、図１４と同じ視点において、ステップＳ１０７の後に、基板２１１、２１３の中央が貼り合わされた状態を示す。基板２１１、２１３が貼り合わされて互いに密着すると、基板２１１、２１３とギャップＧとの間に形成された一対の反射面Ｒ、Ｑが消滅する。このため、検出器３４１の照射光を反射する反射面の数が減り、検出器３４１が検出する反射光強度が変化する。すなわち、ギャップＧの大きさに応じて、基板２１１，２１３からの全体の反射率が変化し、例えば、ギャップＧの大きさが大きいほど、反射率が増大する。反射光強度は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つであり、反射光の輝度（cd/m²）であってもよく、反射光の光度（lm・ｓ）であってもよい。よって、検出器３４１の出力を受けた制御部１５０は、反射光強度が一定になったこと、または、反射光強度の変化率が所定の値よりも小さくなったことを検出することにより、基板２１１、２１３の接触した部分、即ち、貼り合わせの起点２３１が基板２１１、２１３に形成されたと判断できる。すなわち、制御部１５０は、接触領域の接触状態が、起点２３１が形成された状態であると判断する。よって、制御部１５０は、基板２１１、２１３が貼り合わされたか否かを判断する判断部を形成できる。

制御部１５０は、貼り合わせの起点２３１が形成されたと判断したことに呼応して、基板２１１の保持を解除（図３のステップＳ１０９）してもよい。これらの一連の制御により、基板２１１、２１３に貼り合わせの起点２３１が確実に形成され、且つ、貼り合わせの起点２３１が形成された後に無駄な待ち時間を過ごすことなく、基板２１１の保持を解除できる。よって、貼り合わせ基板２３０製造に関して、歩留りが向上されると共に、スループットも短縮される。

なお、図１４および図１５では、図中で照射光と反射光とを区別しやすくする目的で、照射光を基板２１１、２１３に対して傾けて照射しているかのように記載した。しかしながら、照射光を基板２１１、２１３に対して垂直に照射しても、ハーフミラー等の光学デバイスを用いることにより、反射光強度を検出する光学系を形成することができる。また、検出器３４１は、受光部３５２に換えて、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサを用いてもよい。また、検出器３４１の上記構造は、図６等に示した他の検出器３４２、３４３にも適用できる。

図１６は、ステップＳ１０９（図３参照）に続く期間における基板２１１、２１３の状態を示す模式的な平面図である。また、図１７は、図１６に示した状態の基板２１１、２１３の模式的な縦断面図である。

ステップＳ１０９においては、上ステージ３２２に保持された基板ホルダ２２１による保持が解除され、基板２１１は解放される。基板２１１、２１３の少なくとも一方の表面は活性化されているので、一部が密着して貼り合わせの起点が形成され、且つ、一方の基板２１１、２１３が基板ホルダ２２１、２２３による保持から解放されると、基板２１１、２１３同士の分子間力により、隣接する領域が自律的に相互に吸着されて貼り合わされる。基板２１１、２１３の接触領域は、時間の経過に従って、隣接する領域に順次拡がってゆく。

これにより、基板２１１、２１３が貼り合わされた領域である接触領域と、未だ貼り合わされていない領域である非接触領域との境界であるボンディングウェイブ２３２が、基板２１１、２１３の内側から外側に向かって各径方向に移動し、基板２１１、２１３の貼り合わせが進行する。すなわち、ボンディングウェイブの移動により接触領域が拡大する。ただし、ボンディングウェイブ２３２に囲まれた領域の外側の領域では、基板２１１、２１３は未だ貼り合わされていない。

ここで、既に説明した通り、貼り合わせ部３００の上ステージ３２２に保持される基板ホルダ２２１は、保持する基板２１１の中心と周縁との中間の位置にも観察孔２２８を有する。また、貼り合わせ部３００の上ステージには、基板ホルダ２２１を保持した場合に観察孔２２８に対応する位置に、観察窓３２８および検出器３４２を有する。

よって、貼り合わせ部３００において基板２１１、２１３を貼り合わせる場合は、観察孔２２８の位置においても、基板２１１、２１３が貼り合わされたか否かを判断できる。なお、検出器３４２は、基板２１１、２１３の中心部に配された検出器３４１と同じ構造のものを使用できるが、それに限定されるわけではない。

ステップＳ１０８において基板２１１、２１３の中心に貼り合わせの起点２３１が形成されたことが検出された後に、観察孔２２８を通じて基板２１１、２１３の貼り合わせを検出した場合、制御部１５０は、ステップＳ１１０として、基板２１１、２１３の接触領域が、基板２１１、２１３の中心と周縁との中間まで拡大したと判断できる（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）。すなわち、ボンディングウェイブが所定の位置である中間位置に達したと判断する。ボンディングウェイブの位置は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つである。これにより、制御部１５０は、制御手順を、ステップＳ１１２に進めることができる。

更に、基板ホルダ２２１は、保持する基板２１１の周縁にも観察孔２２９を有する。また、貼り合わせ部３００の上ステージには、基板ホルダ２２１を保持した場合に観察孔２２９に対応する位置に、観察窓３２９および検出器３４３を有する。よって、貼り合わせ部３００において基板２１１、２１３を貼り合わせる場合は、観察孔２２９の位置においても、基板２１１、２１３が貼り合わされたか否かを判断できる。

図１６および図１７に示した状態において、基板２１１、２１３は、観察孔２２８の位置では貼り合わされているが、観察孔２２９の位置では未だ貼り合わされていない。よって、制御部１５０は、ボンディングウェイブ２３２が拡大して基板２１１、２１３の貼り合わせが進行しつつあるものの、基板２１１、２１３全体が貼り合わされるには至っていないことを判断できる。

図１８は、ステップＳ１１２（図３参照）において制御部１５０が基板２１１、２１３の貼り合わせが完了したと判断した時点（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）における基板２１１、２１３の状態を示す模式的な平面図である。また、図１９は、図１８に示した状態の基板２１１、２１３の模式的な縦断面図である。

ステップＳ１１０においては、観察孔２２８、観察窓３２８および検出器３４２を通じて、制御部１５０が、基板２１１、２１３の貼り合わせが進行していることを確認した。基板２１１、２１３の貼り合わせが更に進み、ボンディングウェイブ２３２が基板２１１、２１３の周縁に至ると、接触領域は基板２１１、２１３全体に及ぶ。これにより、基板２１１、２１３は互いに貼り合わされて、貼り合わせ基板２３０を形成する。

既に説明した通り、貼り合わせ部３００の上ステージ３２２に保持される基板ホルダ２２１は、保持する基板２１１の周縁の位置にも観察孔２２９を有する。また、貼り合わせ部３００の上ステージには、基板ホルダ２２１を保持した場合に観察孔２２９に対応する位置に、観察窓３２９および検出器３４３を有する。よって、貼り合わせ部３００において基板２１１、２１３を貼り合わせる場合は、観察孔２２９の位置においても、基板２１１、２１３が貼り合わされたか否かを判断できる。

貼り合わせ部３００においては、ステップＳ１１０に、接触領域と非接触領域との境界であるボンディングウェイブ２３２に包囲された、基板２１１、２１３の接触領域の拡大が検出された（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）後、観察孔２２９を通じて、ボンディングウェイブが基板２１１、２１３の外縁に到達したか否かすなわち貼り合わせが完了したか否かを検出することができる（ステップＳ１１２）。なお、検出器３４２は、基板２１１、２１３の中心部に配された検出器３４１と同じ構造のものを使用できるが、それに限定されるわけではない。特に、基板２１１、２１３の周縁部は、基板２１１、２１３が貼り合わされた後も外部に向かって露出している。よって、基板２１１、２１３の周縁部における貼り合わせを検出する検出器３４３は、他の検出器３４１、３４２と異なる構造にすることもできる。

このように、貼り合わせ部３００においては、基板２１１、２１３の接触領域の拡大は、基板２１１、２１３の中央から外縁に向かって拡大する。このため、貼り合わせる前の段階で基板２１１、２１３に挟まれていた雰囲気、例えば大気は、基板２１１、２１３の接触領域の面積が拡がる過程で、基板２１１、２１３の内側から外側に向かって押し出され、貼り合わされた基板２１１、２１３の間に気泡が残ることが防止される。

基板２１１、２１３が重ね合わされる過程で、基板２１１、２１３の間から気泡等を円滑に押し出すには、基板２１１、２１３の接触が開始された時点で、基板２１１、２１３の間に、気泡の移動を妨げない広さを有し、基板２１１、２１３の周縁で連続した隙間が形成されていることが好ましい。よって、保持面２２２が湾曲した基板ホルダ２２１に吸着させることによる基板２１１の変形は、ステップＳ１０７（図３）で基板２１３に接触させる段階において、一定の湾曲が残るような変形手順を選択することが好ましい。また、重ね合わせの段階で基板２１１の湾曲が少なくなることが予測される場合は、気泡を通す間隙を確保する目的で、下ステージ３３２に保持される基板２１３を保持する基板ホルダ２２３として、基板ホルダ２２１のように保持面２２４が湾曲した基板ホルダ２２３を用いてもよい。

また、上記の例では、ステップＳ１０９に、上ステージ３２２に保持された基板２１１の保持を解除した。しかしながら、同ステップにおいては、下ステージ３３２による保持を解除してもよいし、両方のステージにおいて基板２１１、２１３の保持を解除してもよい。

ただし、保持を解除した基板２１１は、基板ホルダ２２１の吸着による歪みの補正も解除されることになる。よって、ステップＳ１０９において基板の保持を解除する場合は、基板の変形が相対的に少なく、補正量がより小さい方の基板２１１、２１３の保持を解除することが好ましい。

図２０は、貼り合わせ部３００における検出器３４１の他の構造を例示する模式図である。図２０は、図１４および図１５と同じ視点で描かれている。

貼り合わせ部３００において、図示の検出器３４１は、変位計３５３を有する。変位計３５３は、上ステージ３２２に対する変位計３５３自体の相対位置が固定されており、測定対象物としての基板２１１、２１３等の変位を光学的な特性の変化により検出する。光学式の変位計３５３としては、様々なタイプのものを使用できるが、三角測距式、レーザフォーカス式、分光干渉式等の方式を例示できる。

図示の検出器３４１は、図中上側の基板２１１の上面と、図中下側の基板２１３の上面との相対的な間隔Ｈ_１を継続的に計測しながら、ステップＳ１０７（図３参照）において基板２１１、２１３を接近させさ、やがて押し付ける。この過程で、間隔Ｈ_１の値が、既知である上側の基板２１１の厚さＴ_１と等しくなった場合に、基板２１１、２１３が隙間なく接触し、貼り合わされたことが検出される。このように、検出器３４１として変位計３５３を用いることにより、制御部１５０は、基板２１１、２１３の貼り合わせを継続的に観察して、貼り合わせ部３００の制御に反映できる。間隔Ｈ_１の値は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つである。

図２１は、図２０に示した貼り合わせ部３００と同じ構造を有するが、検出器３４１としての変位計３５３による測定対象が異なる。図示の貼り合わせ部３００において、変位計３５３は、図中上側の基板２１１の上面の位置と、図中下側の基板２１３の下面の位置、または、下側の基板ホルダ２２１の上面の位置との間隔Ｈ_２を計測する。そして、ステップＳ１０７（図３参照）に基板２１１、２１３を接近させさ、やがて押し付ける。この過程で、間隔Ｈ_２の値が、既知である基板２１１の厚さＴ_１および基板２１３の厚さＴ_２の合計と等しくなった場合に、基板２１１、２１３が隙間なく接触し、貼り合わされられたことが検出できる。

図２２は、図２０および図２１に示した貼り合わせ部３００と同じ構造を有するが、検出器３４１としての変位計３５３による測定対象が異なる。図示の貼り合わせ部３００において、変位計３５３は、図中上側の基板２１１の下面の位置と、図中下側の基板２１３の上面の位置とに基づいて、基板２１１、２１３の間のギャップＧの厚さＴ_３を計測する。そして、ステップＳ１０７（図３参照）に基板２１１、２１３を接近させ、やがて押し付ける。この過程で、厚さＴ_３の値が零になった場合に、基板２１１、２１３が隙間なく接触し、貼り合わされたことが検出できる。
検出器３４１、３４２、３４３のように、基板２１１，２１３の中心部、中間部、および周縁部にそれぞれ変位計３５３を配置して、各位置において接触領域の境界の位置を検出してもよい。この場合、制御部１５０は、中心部において接触を検出することにより起点２３１の形成が完了したと判断し、周縁部で接触を検出することにより貼り合わせが完了したと判断する。

図２０、図２１、および図２２に示したように、観察部３４４における検出器３４１としての変位計３５３の測定対象は複数ある。よって、複数の検出対象、例えば、図２０、図２１、および図２２に示した検出対象のうちの２以上を選択して並行して計測することにより、検出器３４１の検出精度を向上させてもよい。

また、上記の例では、光学的な変位計を用いた場合について説明したが、変位計には、渦電流式、超音波式、接触式等、複数の方式が知られている。これらの他の方式による変位計を用いてもよいことはもちろんである。また、観察部３４４を形成する複数の検出器３４１、３４２、３４３に、異なる方式の変位計を混在させてもよい。また、上側の基板２１３が基板ホルダ２２３に保持されている状態を基準として接触領域の拡大が進行している間の基板２１３の上面の変位量すなわち基板２１３の上面と基板ホルダ２２３の保持面との間の距離を変位計３５３により測定してもよい。この距離の値は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つである。この場合、基板２１３の上面の変位が０となって変位量が一定となったとき、または、変化量が所定の値よりも小さくなったときに、制御部１５０は、貼り合わせが完了したと判断してもよい。

図２３は、他の構造を有する観察部３４５の模式図である。観察部３４５を有する貼り合わせ部３００においては、図２２までに示した観察部３４４と同様に、観察窓３２７、３２８、３２９が上ステージ３２２に、観察孔２２７、２２８、２２９が、上ステージに保持された基板ホルダ２２１に、それぞれ設けられる。

更に、観察部３４５を有する貼り合わせ部３００においては、下ステージ３３２にも、観察窓３２７、３２８、３２９が設けられる。また、下ステージ３３２に保持された平坦な基板ホルダ２２３にも観察孔２２７、２２８、２２９が設けられる。

また更に、観察部３４５においては、光源３５１が、上ステージ３２２の観察窓３２７、３２８、３２９および図中上側の基板ホルダ２２１の観察孔２２７、２２８、２２９を通じて照射光を基板２１１、２１３に照射する一方、受光部３５２は、下ステージ３３２の観察窓３２７、３２８、３２９および図中下側の基板ホルダ２２３の観察孔２２７、２２８、２２９を通じて照射光を受光する。このような構造により、受光部３５２は、基板２１１、２１３を透過した照射光の光量に基づいて、基板２１１、２１３の貼り合わせ状態を観察してもよい。照射光の光量は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つである。起点２３１の形成が完了したときの光量、および、貼り合わせが完了したときの光量を予め実験的に求めておくことにより、制御部１５０は、観察部３４５で検出した量が予め求めた値になったことに基づいて、起点２３１の形成が完了したこと、および、貼り合わせが完了したことを判断する。
図４から図２３に示す例において、検出器３４１で起点形成が完了したことを検出してから、検出器３４２で接触領域の境界を検出するまでの時間、もしくは、検出器３４２で境界を検出してから検出器３４３で境界を検出するまでの時間に基づいて、ボンディングウェイブの進行速度すなわち接触領域の拡大速度を予測し、貼り合わせが完了する時点を予測してもよい。
また、３つの検出器３４１，３４２，３４３を基板２１１，２１３の中心部、中間部、および周縁部に配置した例を示したが、これに代えて、または、これに加えて、二つの基板２１１，２１３のうち貼り合わせ時にステージから解放されることなく固定されている基板の周縁を観察可能となるように複数の検出器を配置してもよい。この場合、解放された基板の周縁部が複数の検出器の全てによって検出されたときに、貼り合わせが完了したと判断する。また、複数の検出器による基板の周縁部の検出タイミングに基づいて、ボンディングウェイブの進行状況を把握できる。すなわち、一つの検出器による検出タイミングと他の検出器による検出タイミングが異なる場合、検出タイミングが遅い周縁部を含む領域はボンディングウェイブの進行が遅いことが分かる。この場合、制御部１５０は、ボンディングウェイブの進行が遅い領域の進行を促進するよう装置にフィードバックする。

図２４は、貼り合わせ部３００における検出器３４３の他の構造を示す模式図である。既に説明した通り、基板２１１、２１３の周縁部は、基板２１１、２１３が貼り合わされた後も外部に向かって露出している。よって、基板２１１、２１３の周縁部における貼り合わせを検出する検出器３４３は、他の検出器３４１、３４２と異なる構造にすることもできる。

図示の検出器３４３は、光源３５１、受光部３５２、および光ファイバ３５４を有する。光源３５１は、観察窓３２９および観察孔２２９を通じて、基板２１１、２１３の周縁端部に向かって照射光を照射する。光ファイバ３５４は、下ステージ３３２に保持された基板２１３の端部近傍に一端が配される。これにより、光ファイバ３５４には、基板２１３の周縁端部により散乱された照射光が入射する。

光ファイバ３５４の他端は、受光部３５２に向かって配される。これにより、光ファイバ３５４に入射した照射光は、受光部３５２に入射する。照射光を受光した受光部３５２は、電気信号を発生して、制御部１５０に入力する。受光部３５２から制御部１５０に入力される電気信号は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つである。

図２５は、図２４に示した検出器３４３の動作を説明する模式図である。貼り合わせ部３００において基板２１１、２１３が周縁端部まで貼り合わされると、光源３５１から照射された照射光は、基板２１３に代わって、基板２１１に照射されて散乱される。このため、基板２１３の側方に配された光ファイバ３５４には、照射光が入射しなくなる。これにより、受光部３５２から制御部１５０に入力される電気信号が変化するので、制御部１５０は、基板２１１が、基板２１３に対して周縁まで貼り合わされたことを判断できる。

図２６は、また他の構造を有する観察部３４６の模式図である。観察部３４６は、それぞれ複数の光源３６１、３６２、３６３と、受光部３７１、３７２、３７３とを有する。

受光部３７１、３７２、３７３は、基板２１１、２１３の面方向について、基板２１１、２１３を挟んで光源３６１、３６２、３６３に向かって配される。ひとつの受光部３７１は、基板２１１、２１３の中心を挟んでひとつの光源３６１に対向する位置に配される。他のひとつの受光部３７３は、基板２１１、２１３の周縁を含む領域を挟んで、他のひとつの光源３６３に対向する位置に配される。更に他のひとつの受光部３７２は、光源３６１、３６２の間に配された光源３６２に対向する位置に配される。

図２７は、図２６に示した観察部３４６の動作を説明する模式図である。図２７は、観察部３４６により観察されている基板２１１、２１３を、面方向側部の受光部３７１、３７２、３７３側からから見た様子を示す。

図示の基板２１１、２１３は、上側の基板２１１が上ステージ３２２から解放されて（図３のステップＳ１０９）、既に貼り合わせが進行して図１７に示した状態になっている。このため、受光部３７１、３７２側から見た場合、光源３６１、３６２が基板に照射した照射光の光束の幅は、互いに貼り合わされた基板２１１、２１３により遮られて細くなる。よって、受光部３７１、３７２からは、少ない照射光を受光した場合の電気信号が制御部１５０に入力される。受光部３７１、３７２から制御部１５０に入力される電気信号は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つである。二つの基板２１１，２１３が接触する前から受光部３７１で受光し、受光量の変化を検出することにより、この変化率が０になり光量の値が所定の時間が経過するまで一定であったとき、または、変化率が所定の値よりも小さくなったときに起点が形成されたと判断してもよい。受光部３７２についても、受光量の変化を検出し、変化率が０になり光量の値が所定の時間が経過するまで一定であったとき、または、変化率が所定の値よりも小さくなったときに、貼り合わせの起点２３１から拡がったボンディングウェイブが基板２１１，２１３の中心と周縁部との中間地点に到達したと判断してもよい。

これに対して、図示の状態においては、基板２１１、２１３の周縁は未だ貼り合わされていない。このため、光源３６３が基板２１１、２１３に照射した光は、基板２１１、２１３の間を通過して、受光部３７２に広い光束幅で受光される。よって、受光部３７１、３７２からは、強い照射光を受光した場合の電気信号が制御部１５０に入力される。

このように、観察部３４６は、受光部３７１の出力により、基板２１１、２１３の中心に貼り合わせの起点２３１が形成されることを検出できる。また、観察部３４６は、受光部３７２の出力により、基板２１１、２１３の貼り合わせが、中心から周縁に向かって拡がっていることを検出できる。更に、観察部３４６は、受光部３７３の出力により、変化率が０になり光量の値が所定の時間が経過するまで一定であること、または、変化率が所定の値よりも小さくなったことを検出することにより、基板２１１、２１３の貼り合わせが周縁部まで完了したと判断することができる。

なお、基板２１１、２１３の表面は、回路領域２１６等により必ずしも平坦ではない。また、基板２１１、２１３自体が、回路領域２１６を形成するプロセスで反り等の変形を生じている場合がある。更に、貼り合わせ部３００においては、貼り合わせる基板２１１、２１３を変形させて、基板２１１、２１３の倍率、歪み等を補正する場合がある。このため、基板２１１、２１３の間に、光源３６１、３６２、３６３から受光部３７１、３７２、３７３まで光が直進できる間隙が形成されない場合がある。

しかしながら、基板２１１、２１３の間の間隙が光源３６１、３６２、３６３から受光部３７１、３７２、３７３まで連続していれば、照射光の一部が受光部３７１、３７２、３７３に届く。よって、基板２１１、２１３相互の間の間隙が、受光部３７１、３７２、３７３から光源３６１、３６２、３６３を見通すことができないものであっても、観察部３４６は、基板２１１、２１３が貼り合わされたか否かを検出することができる。

また、観察部３４４、３４５、３４６等において光源３５１、３６１、３６２、３６３が発生する照射光を、予め定めた周波数で変調し、受光部３５２、３７１、３７２、３７３において照射光をロックイン検出してもよい。これにより、背景光の影響を排除して、微弱な照射光を精度よく検出できる。

図２８は、また他の構造を有する観察部３４７の模式図である。観察部３４７は、光源３６１、撮像部３７４、および背景板３６４を有する。

光源３６１および撮像部３７４は、基板２１１、２１３の面方向について基板２１１、２１３の側方に、基板２１１、２１３に対して同じ側に配される。光源３６１が発生した照明光は、撮像部３７４と同じ側から基板２１１、２１３に向かって照射され、撮像部３７４の撮像視野を照明する。

背景板３６４は、光源３６１および撮像部３７４に対して、基板２１１、２１３と反対側に配される。これにより、撮像部３７４が基板２１１、２１３を撮像した場合に、背景板３６４は、基板２１１、２１３の背景を形成する。背景板３６４は、撮像部３７４が撮像した基板２１１、２１３の像に対して強いコントラストを有する色および明度を有する。

観察部３４７において、撮像部３７４の撮像視野は、図中に点線で示すように、基板２１１、２１３の中心から周縁に及ぶ。これにより、観察部３４７においては、図２６および図２７に示した観察部３４６の受光部３７１、３７２、３７３の役割を、撮像部３７４が一括して担う。撮像部３７４が撮像した映像は、制御部１５０により取得されて、画像処理に付される。

貼り合わせ部３００において、それぞれが基板２１１、２１３を保持した上ステージ３２２および下ステージ３３２が対向した場合、撮像部３７４は、基板２１１、２１３の間から見える背景板３６４の画像を撮像する。基板２１１、２１３が、ステップＳ１０８（図３参照）において貼り合わせの起点２３１を形成した場合、撮像部３７４が撮像した画像において、背景板３６４の画像の一部が基板２１１、２１３により遮られて分断される。これにより、制御部１５０は、貼り合わせの起点２３１が形成されたことを検出できる。

続いて、撮像部３７４は、ステップＳ１１０において、基板２１１、２１３の接触領域が拡大する様子を継続的に監視できる。更に、ステップＳ１１２において、撮像部３７４は、基板２１１、２１３の接触領域が基板の周縁に達して、貼り合わせが完了したことを検出できる。このように、観察部３４７は、基板２１１、２１３を貼り合わせる様子を直接に撮像して、撮影画像上の基板２１１、２１３の距離により貼り合わせを継続的に検出できる。

なお、上記の例では、撮像部３７４を、面方向について基板２１１、２１３の側方に配置して貼り合わせを検出した。しかしながら、例えば、上ステージ３２２および下ステージ３３２の少なくとも一方と、当該ステージに保持される基板ホルダ２２１、２２３とを透過する波長に感度のある撮像部３７４を用いて、撮像部３７４を、基板２１１、２１３の厚さ方向について側方に配置して貼り合わせを検出してもよい。

また、撮像部３７４により取得する画像は、基板２１１、２１３の形状を直接に撮像した画像に限られない。例えば、基板２１１、２１３の間で生じる干渉等の光学現象で生じた干渉縞像の変化等に基づいて、基板２１１、２１３の貼り合わせの状態を検出してもよい。

図２９は、他の構造を有する観察部３４８を備えた貼り合わせ部３００の模式図である。図示の貼り合わせ部３００は、次に説明する部分を除くと、図６等に示した貼り合わせ部３００と同じ構造を有する。よって、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。

図示の貼り合わせ部３００は、光学的に貼り合わせ状態を観察する観察部３４４に換えて、ロードセル３８０を有する観察部３４８を有する点において、図６に示した貼り合わせ部３００と異なる構造を有する。ロードセル３８０は、枠体３１０の天板３１６と、上ステージ３２２との間に配される。

これにより、観察部３４８は、昇降駆動部３３８により下ステージ３３２を上昇させることにより基板２１１、２１３が押し付けられた場合に、基板２１１、２１３から上ステージ３２２が受ける反力を、ロードセル３８０により継続的に検出できる。即ち、ロードセル３８０は、ステップＳ１０７（図３参照）において押し付けられた基板２１１、２１３が相互に接触して貼り合わせの起点２３１を形成した場合に、最初に反力の増加を検出する。ロードセル３８０により検出された反力は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つであり、制御部１５０に伝達される。反力が予め定められた値に達したとき、もしくは、所定の値を閾値時間以上維持した場合、制御部１５０は、基板２１１、２１３に貼り合わせの起点２３１が形成されたと判断できる（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）。
また、起点２３１を形成する際、基板２１１、２１３の間に挟まれた雰囲気等を介して基板２１３の一部が基板２１１の一部に押し付けられ、雰囲気等が押し出された後、基板２１１，２１３同士が直接に接触する。このため、ロードセル３８０により検出される反力は、雰囲気が押し出されたときに一時的に小さくなる。制御部１５０は、ロードセル３８０の値が一時的に小さくなったことを検出し、または、一時的に小さくなった後にロードセル３８０の値が再度大きくなって所定の値を超えたことを検出して、基板２１１、２１３に貼り合わせの起点２３１が形成されたと判断してもよい。

その後、基板２１１、２１３全体が貼り合わされると、昇降駆動部３３８が下ステージ３３２を上昇させる力がそのままロードセル３８０に加わる状態になる。よって、制御部１５０は、観察部３４８のロードセル３８０が検出する反力が増加することをもって、基板２１１、２１３全体が貼り合わされたことを判断できる。

このように、基板２１１、２１３の貼り合わせ状態は、機械的な特性の変化により検出することもできる。機械的な特性に基づいて検出する観察部３４８の構造は上記に限られない。昇降駆動部３３８に対する駆動負荷の変化に応じた駆動電力の変化、作動流体の圧力変化等に基づいて、基板２１１、２１３の反力を検出してもよい。昇降駆動部３３８の駆動負荷の検出により貼り合わせの完了を判断する場合、図示の例のように上側の基板２１１が下側の基板２１３に積層されるときは基板２１１，２１３の接触領域が拡大するに従って基板２１１の荷重が下ステージ３３２に付加されるため、昇降駆動部３３８の推力が増加する。制御部１５０は、この推力の変化がなくなり負荷値が一定になり、一定の負荷値が閾値時間を維持したこと、または、推力の変化率が所定の値よりも小さくなったことを検出して、貼り合わせが完了したと判断する。

また、ステップＳ１０９に上ステージ３２２の保持から解放された基板２１１の周縁部が、固定された基板２１３に接する位置に変位した場合に接触する接触子を有する機械式変位計を用いても、観察部３４８を形成できる。

図３０は、他の構造を有する観察部３４９を備えた貼り合わせ部３００の模式図である。図示の貼り合わせ部３００は、次に説明する部分を除くと、図６等に示した貼り合わせ部３００と同じ構造を有する。よって、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。

図示の貼り合わせ部３００は、光学的に貼り合わせ状態を検出する観察部３４４に換えて、マイクロフォン３９０を有する観察部３４９を有する点において、図６に示した貼り合わせ部３００と異なる構造を有する。マイクロフォン３９０は、枠体３１０の天板３１６から懸架され、上ステージ３２２と下ステージ３３２との間で発生した弾性波を検出する。

貼り合わせ部３００において、基板２１１、２１３は、貼り合わせの過程で弾性波を発生する。例えば、ステップＳ１０９（図３参照）で解放されるまで、上ステージ３２２に保持された基板２１１は、曲面状の保持面２２２を有する基板ホルダ２２１に保持されることにより反った状態にある。一方、ステップＳ１０９から解放されると、基板２１１は、貼り合わせの進行と共に、他方の基板２１３に倣った形状に変形する。

この変形に伴って、基板２１１は、微細な弾性波を発生する。よって、マイクロフォン３９０の検出した音に基づく電気信号を取得することにより、制御部１５０は、基板２１１、２１３において貼り合わせが進行していることを判断できる。

また、基板２１１、２１３が貼り合わされる過程で、当初は基板２１１、２１３の間に挟まれていた雰囲気は、基板２１１、２１３の間から押し出される。この移動に伴って、雰囲気が発生する振動も、音響的な弾性波として検出することができる。よって、マイクロフォン３９０により雰囲気に発生した弾性波を検出して、貼り合わせの継続および終了を検出できる。

更に、基板２１１、２１３の貼り合わせが基板２１１、２１３の周縁まで到達した場合、一方の基板２１１の周縁が他方の基板２１３に当接することにより、継続していた基板２１１の変位が急速に停止する。これにより、基板２１１、２１３の間には、いわば衝突音が発生する。よって、当該衝突音を検出したマイクロフォン３９０が発生した電気信号を取得することにより、制御部１５０は、基板２１１、２１３の貼り合わせが周縁に達して完了したことを判断できる。

なお、基板２１１が発生する弾性波は、可聴帯域の周波数を有するとは限らない。よって、観察部３４９において使用するマイクロフォン３９０は、可聴帯域外にも感度を有することが好ましい。

図３１は、他の構造を有する観察部６１０を備えた貼り合わせ部３００の模式図である。図示の貼り合わせ部３００は、次に説明する部分を除くと、図３０に示した貼り合わせ部３００と同じ構造を有する。よって、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。

図示の貼り合わせ部３００において、観察部６１０は、マイクロフォン３９０に換えて、振動発生部３９１および振動検出部３９２を有する。振動発生部３９１は、上ステージ３２２に配され、予め定めた周波数の振動を発生する。振動発生部３９１が振動を発生した場合、発生された振動は、上ステージ３２２および基板ホルダ２２１を介して基板２１１に伝達される。振動発生部３９１は、圧電素子等により形成できる。

振動検出部３９２は、下ステージ３３２に配され、基板２１１から、基板２１３および基板ホルダ２２１を介して下ステージ３３２に伝達された振動を検出する。よって、ステップＳ１０７（図３参照）に、基板２１１、２１３が互いに押し付けられるまでは、振動発生部３９１が振動を発生しても、振動検出部３９２は当該振動を検出しない。しかしながら、ステップＳ１０７に基板２１１、２１３が互いに接触すると、振動発生部３９１が発生した振動を、振動検出部３９２が検出できる。

また、ステップＳ１０７で基板２１１、２１３が接触した後も、上ステージ３２２、基板ホルダ２２１、２２３、基板２１１、２１３、および下ステージ３３２により形成される振動系の音響インピーダンスは、基板２１１、２１３の接触状態の変化に応じて変化する。よって、振動発生部３９１が振動を発生した場合の、振動検出部３９２による検出結果も変化する。これにより、基板２１１、２１３における貼り合わせの進行および完了を、振動検出部３９２により検出できる。

図３２は、また他の構造を有する観察部６２０を備えた貼り合わせ部３００の模式図である。図示の貼り合わせ部３００は、次に説明する部分を除くと、図６等に示した貼り合わせ部３００と同じ構造を有する。よって、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。

図示の貼り合わせ部３００において、観察部６２０は、静電容量検出部６２１を有する。静電容量検出部６２１は、測定対象となる基板２１１、２１３相互の間の静電容量と標準インダクタとを含んで形成されたＬＣ共振回路に周期的に変化する電気信号を印加する。このとき、静電容量検出部６２１は、静電チャックの機能を有する二つの基板ホルダ２２１、２２３の電極に印加されるＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳し、基板２１１、２１３における静電容量の変化に応じて変化する電気信号のＡＣ成分を検出する。静電容量検出部６２１で検出された静電容量の値および変化率の値は、接触領域の拡大の状態に関する情報の一つである。

二つの基板ホルダ２２１，２３２間の全体の静電容量は、基板ホルダ２２１の電極と基板２１１との間の静電容量、基板２１１のシリコン層と表面の酸化膜層との間の静電容量、二つの基板２１１，２１３の間の静電容量、基板２１３のシリコン層と酸化膜層との間の静電容量、および、基板ホルダ２２３の電極と基板２１３との間の静電容量の合成である。
基板２１１、２１３間の静電容量の値は、基板２１１、２１３間の間隔が狭くなるほど大きくなり、基板２１１、２１３の一部が接触することにより最大となり、全体の静電容量の値も最大となる。すなわち、基板２１１、２１３間に起点が形成されたときに最大値をとる。その後、ボンディングウェイブが進行するに従って、基板２１１と基板ホルダ２２１の電極との間隔が大きくなるため、全体の静電容量が小さくなる。

このように、基板２１１、２１３の貼り合わせ状態の変化に応じて静電容量が変化する。この変化を検出することにより、基板２１１、２１３の貼り合わせ状態を電気的に検出する。

制御部１５０は、静電容量の値が閾値を超えたこと、または、予め最大値として定められた値となったことを検出して、基板２１１、２１３間に起点が形成されたと判断する。もしくは、制御部１５０は、静電容量の値が閾値を超えた後、または、予め最大値として定められた値となった後、所定の時間が経過したことを検出して、起点が形成されたと判断してもよい。所定の時間は、基板２１１、２１３の接触した一部の間の接合強度に応じて決定され、例えば基板２１１、２１３の活性化条件に基づいて設定される。または、制御部１５０は、基板２１１、２１３の接触した一部の接触面積の大きさが所定の大きさになったことを検出して、起点が形成されたと判断してもよい。所定の面積の大きさは、基板２１１、２１３の一部の間の接合強度に応じて決定され、予め実験的に求めておいてもよい。面積の大きさは、基板２１１、２１３が一点接触してから接触領域が微小に広がったときの静電容量の変化や、図２８に示すような手段により外部から撮影することにより検出することができる。

また、制御部１５０は、静電容量の値が一定になり、一定の負荷値が閾値時間を維持したこと、または、静電容量の変化率が所定の値よりも小さくなったことを検出して、貼り合わせが完了したと判断する。もしくは、制御部１５０は、全体の静電容量の値が、基板２１１、２１３が接触する前の値に戻ったことを検出して、貼り合わせが完了したと判断してもよい。

上記の通り、貼り合わせ部３００においては、基板２１１、２１３に関する光学的特性、機械的特性、電気的特性等、さまざまな特性の変化により、貼り合わせ状態の変化を検出できる。更に、上記した様々な観察部３４４、３４５、３４６、３４７、３４８、３４９、６１０、６２０を複数組み合わせて貼り合わせ部３００を形成してもよい。

図３３は、貼り合わせ部３００の変形例を模式的な断面により示す、部分拡大図である。図示の貼り合わせ部３００は、下記に説明する部分を除くと、図１０に示した貼り合わせ部３００と同じ構造を有する。よって、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。

図示の貼り合わせ部３００において、上ステージ３２２は、厚さ方向に貫通する複数の通気孔３２５を有する。通気孔３２５の各々の図中下端は、上ステージ３２２の下面に開口する。通気孔３２５の各々の図中上端は、貼り合わせ部３００の外部に配されたタンク６３１に、バルブ６３２を介して結合される。

タンク６３１には、乾燥空気、不活性ガス等の、基板２１１、２１３の雰囲気に混入しても差し支えない流体が、大気圧よりも高圧に収容される。バルブ６３２は、制御部１５０の制御の下に開閉する。バルブ６３２が開放された場合は、タンク６３１から供給された流体が、通気孔３２５を通じて、上ステージ３２２から噴射される。

また、図示の貼り合わせ部３００において、上ステージ３２２が保持する基板ホルダ２２１も、上ステージ３２２の通気孔３２５と対応する位置に、厚さ方向に貫通する複数の通気孔２２５を有する。これにより、制御部１５０の制御の下にバルブ６３２が開放された場合は、タンク６３１から供給された流体、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスが、基板ホルダ２２１の通気孔２２５から噴射される。これにより、例えば、静電チャック等への電力供給を絶った後も基板２１１が基板ホルダ２２１に吸着している場合に、基板２１１を強制的に押し放して、基板貼り合わせ装置１００のスループットを向上できる。

図３４は、上記した貼り合わせ部３００におけるステージ周りの制御手順の一部を示す流れ図である。図示の手順は、図３に示した手順におけるステップＳ１０７からステップＳ１１２までの過程で実行してもよい。よって、下記の説明においては、図３４に示した手順と共に、図３に示した手順への対応も併せて示す。

まず、図３のステップＳ１０６において、上ステージ３２２に保持された基板２１１と、下ステージ３３２に保持された基板２１３とが位置合わせされると、制御部１５０は、下ステージ３３２を上昇させつつ（ステップＳ２０１）、基板２１１、２１３が当接したか否かを判断する（ステップＳ２０２）。下ステージ３３２の上昇は、基板２１１、２１３が当接するまで継続される（ステップＳ２０２：ＮＯ）。

下ステージ３３２の上昇に伴って接近した基板２１１、２１３が当接したことを検出すると（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、制御部１５０は、に保持された基板２１３と、上ステージ３２２に保持された基板２１１とが互いに接近する。更に下ステージ３３２が上昇すると、図３５に示すように、基板２１１、２１３は互いに当接する（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）。

図３５は、下ステージ３３２の上昇により基板２１１、２１３が当接した状態を示す模式的断面図である。図３４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。図示のように、上ステージ３２２に保持された基板２１１は、中央部が図中下方に突出した状態で保持されているので、平坦な状態で下ステージ３３２に保持された基板２１３に対しては、まず、中央部が部分的に押し付けられる（ステップＳ１０７）。

再び図３４を参照すると、次に、制御部１５０は、上ステージ３２２と天板３１６の間に配されたロードセル３８０を通じて、下ステージ３３２の上昇により上ステージ３２２が受ける圧力の計測を開始する（ステップＳ２０３）。また、制御部１５０は、当接した基板２１１、２１３に、互いに貼り合わされた領域が形成されたか否かを判断して（ステップＳ１０８）、基板２１１、２１３に貼り合わせの起点が形成されるのを待つ（ステップＳ２０４：ＮＯ）。

これにより、基板２１１、２１３に貼り合わせの起点が形成されたことが検出されると（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、制御部１５０は、この時点における下ステージ３３２の昇降方向の位置、即ち、図３５に示すＺ方向の位置Ｌ_０を、下ステージ３３２の位置を制御する場合の基準位置とする。また、制御部１５０は、下ステージ３３２が基準位置に位置する場合にロードセル３８０が測定した圧力を、下ステージのＺ方向の位置を制御する場合の制御基準圧力として記憶する（ステップＳ２０５）。

更に、基板２１１、２１３に貼り合わせの起点が形成されたことが検出されると（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、制御部１５０は、少なくとも上ステージ３２２側における基板２１１の保持を解除する（ステップＳ１０９、Ｓ２０６）。また、制御部１５０は、バルブ６３２を開放して、通気孔３２５、２２５を通じて流体を吹き出すことにより、図３６に示すように、上ステージ３２２に保持された基板ホルダ２２１から、基板２１１を突き離す（ステップＳ０７）。

図３６は、基板２１１、２１３の間に貼り合わせの起点が形成された後に、制御部１５０が、流体の噴射により基板２１１を上ステージ３２２から突き離した状態を示す模式的な断面図である。上ステージ３２２側から噴射した流体が基板２１１に吹きつけられた場合、基板２１１に当接する下側の基板２１３および基板ホルダ２２３を通じて、流体の圧力が下ステージ３３２にも作用する。これにより、下ステージ３３２を駆動する昇降駆動部３３８に対する負荷が上昇するので、下ステージ３３２は、基準位置Ｌ_０よりも下方に変位する。

ここで、当初は上ステージ３２２に保持されていた基板２１１は、既に下ステージ３３２に保持された基板２１１に対して部分的に貼り合わされている。よって、下ステージ３３２が下降すると、上側の基板２１１も共に下降する。このため、上ステージ３２２に保持された上側の基板ホルダ２２１と、基板２１１との間隔が広くなり、基板ホルダ２２１および基板２１１の間における流体の圧力が低下する。

これにより、ロードセル３８０による圧力の計測値が低下するので（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、制御部１５０は、ロードセル３８０の測定値を制御基準圧力に近づけるべく、昇降駆動部３３８を動作させて下ステージ３３２を上昇させる（ステップＳ２０９）。すなわち、下ステージ３３２のＺ位置は、流体から基板２１１が受ける力と、昇降駆動部３３８により下ステージ３３２を持ち上げる力とが均衡する位置となるように制御されている。流体の噴射により基板２１１が上側の基板ホルダ２２１から離れると基板２１１と基板２１３との間の空間が大きくなるため、基板２１１，２１３間の流体の圧力が下がり、力の均衡が崩れてしまう。このため、流体の圧力を上げるべく、流体圧と昇降駆動部３３８の力とが均衡する位置まで下ステージ３３２を上昇させる。こうして、図３７に示すように、下ステージ３３２は上昇して、再び基準位置Ｌ_０に近づく。

この後、制御部１５０は、ロードセル３８０が計測した圧力の値を検出して、昇降駆動部３３８による下ステージ３３２の上昇力と、上ステージ３２２から噴射される流体の圧力とが均衡して、ロードセル３８０の値が一定となるように、下ステージ３３２の位置の制御を継続する（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）。しかしながら、基板２１１、２１３の貼り合わせが進行している間は、上側の基板ホルダ２２１と上側の基板２１１との間の状態が経時的に変化するので、下ステージ３３２のＺ方向に位置は安定しない。ボンディングウェイブが進むことにより接触領域が拡大して基板２１１が上側の基板ホルダ２２１から離れていくにつれて基板２１１と基板ホルダ２２１との間の空間が徐々に大きくなり、流体圧が徐々に小さくなるため、接触領域が拡大している過程では徐々に下ステージ３３２のＺ位置が上昇する。貼り合わせが完了すると、基板２１１と基板ホルダ２２１との間の空間の大きさに変化が無くなり、流体圧も変化が無くなるため、下ステージ３３２のＺ位置が一定になる。

図３８は、上記のような過程を経て、貼り合わせ部３００における基板２１１、２１３の貼り合わせが完了した状態を示す模式的断面図である。図示のように、基板２１１、２１３の貼り合わせが完了して、上側の基板ホルダ２２１と基板２１１との間の状態が変化しなくなると、ロードセル３８０により測定される圧力値の変化が収束して、下ステージ３３２の位置も変化しなくなる。そこで、予め、例えば実験による定めた閾値時間を設定して、ロードセル３８０による圧力の測定値、もしくは、下ステージ３３２のＺ位置を検出する位置検出部の検出値が閾値時間を超えて変化しない場合に、制御部１５０は、基板２１１、２１３の貼り合わせが完了したと判断できる（ステップＳ２１０）。

上記した実施例において、制御部１５０は、ボンディングウェイブの進行が止まった場合や、進行度合いが基板２１１，２１３の周方向で不均一である場合等に、制御部１５０は、貼り合わせに異常が生じていると判断することができる。この場合、制御部１５０は、異常の原因に応じてその異常を解消する信号を出力する。

例えば、基板２１１，２１３間のゴミの存在によりボンディングウェイブの進行が不均一である場合は、基板ホルダまたはステージの清掃を行うよう、清掃装置に信号を出力する。

前記したアクチュエータで基板を変形させる場合に、異常の原因が、アクチュエータによる基板の変形量であるときは、アクチュエータの駆動を制御する制御部に変形量を調整すべくアクチュエータの駆動量を調整するよう、制御部１５０から制御信号を出力する。

図３３から図３８に示す例において、異常の原因が流体の流量や流体圧である場合は、制御部１５０は、ボンディングウェイブの進行が他の領域よりも遅い領域または速い領域に対応する通気孔３２５からの流量および流体圧を調整する。

異常の原因が上ステージ３２２および下ステージ３３２の周囲の温度および気圧の少なくとも一方である場合は、図示しない温調装置または圧力調整装置に対して、温度および気圧を変化させるべく制御信号を出力する。

基板２１１の領域のうちボンディングウェイブの進行が遅い領域を検出した場合は、上ステージ３２２および下ステージ３３２の少なくとも一方を、その領域が基板２１３に近づくように傾動させてもよい。

異常の原因が二つの基板２１１，２１３の少なくとも一方の面内における活性化の不均一さである場合、制御部１５０は、活性化装置に対し、ボンディングウェイブの進行度合いの分布に応じて活性化度合いを調整すべく制御信号を出力する。
異常の原因が、基板２１１、２１３の反り量を含む変形量である場合、制御部１５０は、基板２１１、２１３を製造する工程で用いられる成膜装置や露光装置等の前処理装置に対し、基板に生じる変形量を調整する旨の制御信号を出力する。
また、起点の形成にかかる時間が長い場合は、基板の活性化度合いが弱かったり、基板２１１、２１３間の接触時の押し付け力が弱かったりすること等が原因と考えられるため、制御部１５０は、活性化装置に対して活性化度合いを調整すべく制御信号を出力したり、基板２１１、２１３の接触時の下ステージ３３２の駆動量を制御する。

上記した制御部１５０によるフィードバック制御は、リアルタイムで実施してもよく、次の基板の貼り合わせ時に行ってもよい。また、フィードバック制御を、基板の１ロット毎、貼り合わせプロセスのレシピが変更される毎等に実施してもよい。

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、請求の範囲の記載から明らかである。

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。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、１１０ 筐体、１２０、１３０ 基板カセット、１４０ 搬送部、１５０ 制御部、２１０、２１１、２１３ 基板、２１２ スクライブライン、２１４ ノッチ、２１６ 回路領域、２１８ アライメントマーク、２２０、２２１、２２３ 基板ホルダ、２２２、２２４ 保持面、２２５、３２５ 通気孔、２２７、２２８、２２９ 観察孔、２３０ 貼り合わせ基板、２３１ 貼り合わせの起点、２３２ ボンディングウェイブ、３００ 貼り合わせ部、３１０ 枠体、３１２ 底板、３１４ 支柱、３１６ 天板、３２２ 上ステージ、３２４、３３４ 顕微鏡、３２６、３３６ 活性化装置、３２７、３２８、３２９ 観察窓、３３１ Ｘ方向駆動部、３３２ 下ステージ、３３３ Ｙ方向駆動部、３３８ 昇降駆動部、３４１、３４２、３４３ 検出器、３４４、３４５、３４６、３４７、３４８、３４９、６１０、６２０ 観察部、３５１、３６１、３６２、３６３ 光源、３５４ 光ファイバ、３６４ 背景板、３５２、３７１、３７２、３７３ 受光部、３５３ 変位計、３７４ 撮像部、３８０ ロードセル、３９０ マイクロフォン、３９１ 振動発生部、３９２ 振動検出部、４００ ホルダストッカ、５００ プリアライナ、６２１ 静電容量検出部、６３１ タンク、６３２ バルブ

Claims (20)

1. 第１の基板および第２の基板が接触する接触領域を前記第１の基板および前記第２の基板の一部に形成し、前記接触領域が前記一部から拡大するように前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、
   前記接触領域に関する情報を検出する検出部と、
   前記検出部で検出した前記情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板が搬出可能であること、および、前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせが完了したこと、の少なくとも一方を判断する判断部と、
   前記判断部によって、搬出可能であることおよび貼り合わせの完了の少なくとも一方が判断されたことに応じて、前記第１の基板および前記第２の基板を搬出する搬出部と
   を備える基板貼り合わせ装置。
2. 前記接触領域に関する情報は、前記接触領域の境界を示すボンディングウェイブの進行状態を含む、請求項１に記載の基板貼り合わせ装置。
3. 前記情報は、前記接触領域の拡大の進行に応じて値が変化する情報であり、
   前記判断部は、前記値が一定となったとき、または、前記値の変化率が所定の値よりも小さくなったときに、搬出可能であることおよび貼り合わせの完了の少なくとも一方を判断する請求項１または２に記載の基板貼り合わせ装置。
4. 前記情報は、前記接触領域が広がる過程における前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の光学的特性の値の変化に関する情報を含み、
   前記判断部は、前記光学的特性の値の変化が所定の条件を満たしたときに、搬出可能であることおよび貼り合わせの完了の少なくとも一方を判断する請求項１から３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
5. 前記情報は、前記第１の基板および前記第２の基板の前記少なくとも一方における光の反射率の変化に関する情報を含む請求項４に記載の基板貼り合わせ装置。
6. 前記情報は、前記第１の基板および前記第２の基板の前記少なくとも一方を撮像した画像における輝度の変化に関する情報を含む請求項４または５に記載の基板貼り合わせ装置。
7. 前記情報は、前記第１の基板および前記第２の基板の前記少なくとも一方が遮る光束の値の変化に関する情報を含む請求項４から６のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
8. 前記判断部は、前記光学的特性の値が一定となったとき、または、前記値の変化率が所定の値よりも小さくなったときに、搬出可能であることおよび貼り合わせの完了の少なくとも一方を判断する請求項４から７のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
9. 前記情報は、前記第１の基板および前記第２の基板の距離の変化に関する情報、および、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方と当該基板を保持する保持部との距離の変化に関する情報、の少なくとも一方を含む請求項１から８のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
10. 前記判断部は、前記距離の値が一定となったとき、または、前記値の変化率が所定の値よりも小さくなったときに、搬出可能であることおよび貼り合わせの完了の少なくとも一方を判断する請求項９に記載の基板貼り合わせ装置。
11. 前記情報は、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方における電気的特性の変化に関する情報を含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
12. 前記情報は、前記第１の基板および前記第２の基板の間の静電容量の変化に関する情報を含む請求項１１に記載の基板貼り合わせ装置。
13. 前記情報は、前記第１の基板および前記第２の基板が接触していない非接触領域と前記接触領域との境界に関する情報であり、前記境界が、前記第１の基板および前記第２の基板の周縁部に向けて移動することにより、前記接触領域が広がり、
    前記判断部は、前記境界の位置が所定の位置に達したときに、搬出可能であることおよび貼り合わせの完了の少なくとも一方を判断する請求項１または２に記載の基板貼り合わせ装置。
14. 前記所定の位置は、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の周縁部である請求項１３に記載の基板貼り合わせ装置。
15. 前記情報は、前記接触領域の形状に関する情報を含み、
    前記判断部は、前記形状が所定の形状になったときに、搬出可能であることおよび貼り合わせの完了の少なくとも一方を判断する請求項１から１４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
16. 前記情報は、前記接触領域の広がる進行速度であり、
    前記判断部は、前記進行速度に基づいて前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせが完了する時間を予測する請求項１から１５のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
17. 前記検出部は、前記一部に形成された前記接触領域の結合力を検出し、
    前記判断部は、前記結合力が所定の結合力であると判断したときに、前記接触領域の拡大を開始する請求項１から１６のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
18. 前記判断部は、前記検出部による検出結果に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせの異常の有無を判断する請求項１から１７のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
19. 第１の基板および第２の基板が接触する接触領域を前記第１の基板および前記第２の基板の一部に形成し、前記接触領域が前記一部から拡大するように前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合せる基板貼り合せ方法であって、
    前記接触領域に関する情報を検出する検出段階と、
    前記検出段階で検出した前記情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板が搬出可能であること、および、前記第１の基板および前記第２の基板の貼り合わせが完了したこと、の少なくとも一方を判断する判断段階と、
    前記判断段階で搬出可能であることおよび貼り合わせの完了の少なくとも一方が判断されたことに応じて、前記第１の基板および前記第２の基板を搬出する搬出段階と、
    を含む基板貼り合わせ方法。
20. 前記接触領域に関する情報は、前記接触領域の境界を示すボンディングウェイブの進行状態を含む、請求項１９に記載の基板貼り合わせ方法。

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