JP2004165403A - アライメント接着方法およびアライメント接着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】接着品質を向上させることの可能なアライメント接着方法を提供する。
【解決手段】ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有している。
【選択図】 図２
【解決手段】ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有している。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アライメント接着方法およびアライメント接着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アライメント接着装置として、たとえば、図８に示すようなものが知られている。図８において、１はアライメントマーク検出光学系、２はアライメント光、３はステージ、４はウエハ、５はウエハチャック、６はアライメントマーク、７はレジスト、８はステージ駆動系、９はマスクホルダ、１０はマスクである。
【０００３】
このようなアライメント接着装置を用いてアライメント接着を行なうには、図５に示すように、ウエハのデバイス形成面に設けられたアライメントマークを有するウエハをウエハチャック上に固定し、検出光学系を用いて、このアライメントマークを検出し、マスクに設けたアライメントマークに位置合わせし、アライメント終了後、このアライメント位置に対して、デバイスパターンを露光する。
【０００４】
通常、アライメントは、アライメントマークに次層のデバイスパターンを形成するための膜構成と、これをエッチングしてパターン化するために使用されるレジストパターンを形成するためのレジスト膜が形成された上から、例えば、光学系によりこれらの膜構成とレジスト膜を通して、アライメントマークが検出されて実行される。アライメントは、アライメントマーク検出により、あらかじめ設定されているアライメントマーク位置と、デバイスパターン形成のための露光位置とのズレ量を検出した後、そのズレ量を補正するように露光すべきウエハの位置にステージを移動させた後、露光が実行される。また、マスクホルダは、露光部（光照射範囲）が開口した形状をしており、マスクは開口の外側に設けた真空吸着用孔や溝により真空固定されるため、マスクが反る問題があった。また、ウエハ基板とマスク基板の平行を規定する方法として、基板同士を密着，加圧して上下の平行出しを行う方法が有る。これは、マスク基板にウエハ基板を接触させるものであり、加圧力を接触面に発生した干渉縞で制御するものである。また、空気バネ（所謂、エアダンパー）を用いてウエハ基板とマスク基板との間にかかる力を一定にする方法があるが、実際の接着工程で接着剤の粘性により接着剤の反発力が空気バネ圧力より大きくなり、接着厚み制御のみならず、平行が出なくなる等の問題がある。なお、空隙制御方法として、ホールセンサを用い、ウエハホルダとマスクホルダとの間を制御する方法があるが、装置コストが高くなるという難点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、接着品質を向上させることの可能なアライメント接着方法およびアライメント接着装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有していることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の平行を規定する工程と、接着剤厚みを規定する工程とを、同一工程で実施することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のアライメント接着方法において、前記上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平板、もしくは、球を挿入することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載のアライメント接着方法において、前記上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を挿入することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６記載の発明は、請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の接着面間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７記載の発明は、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載のアライメント接着方法において、平板、もしくは、球は、圧力により信号を発生する物質で構成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のアライメント接着方法において、接着材が光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９記載の発明は、アライメントを検出する手段と、ウエハを固定するウエハチャックと、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ移動可能なステージと、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部と、光を照射する光照射部とからなり、ウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、マスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下基板の平行を規定する手段と、上下基板を接着する空隙を規定する手段と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤厚みを制御する手段と、光を照射し接着剤を硬化接着する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明で用いる上下基板の作製方法を説明するための図である。すなわち、図１には、直径１００ｍｍ，厚さ１．００ｍｍのＢＫ−７に格子とアライメントマークを形成した上基板と、直径１００ｍｍ，厚さ１．００ｍｍのＢＫ−７に直径８０ｍｍ，厚さ０．１０ｍｍの有機複屈折膜を有機複屈折膜と同じ屈折率の紫外線硬化型接着剤で中心を合わせて接着した後、回折格子とアライメントマークを形成した下基板との断面が示されている。
【００１７】
このような上下基板の具体的な製法は、次のとおりである。すなわち、初めに、直径１００ｍｍ，厚さ１．００ｍｍのショット製光学ガラスＢＫ７からなる下基板を図示しない回転塗布装置の基板固定テーブルに載せ、真空吸着し、固定した。その後、基板固定テーブルを１０〜５０ｒｐｍで回転させながら、透明基板の中央部にディスペンサーを用いて屈折率１．５２，粘度５００ｃｐｓ（２５℃）のエポキシ樹脂系紫外線硬化型接着剤を約１０ｇ滴下した。その後、基板固定テーブルを３００〜５００ｒｐｍで回転させ、下基板全面に紫外線硬化型接着剤を広げ、基板固定テーブルの回転を停止した。
【００１８】
その後、直径８０ｍｍ，厚さ１００μｍの有機複屈折膜の中心を下基板中心に合わせ、載置装置を用いて下基板上の接着剤面に載せた。その後、基板固定テーブルを１０００〜２０００ｒｐｍで回転させ、紫外線硬化型接着剤を振り切り、接着層厚さを下基板面内で一定にして有機複屈折膜表面を平坦化した。その後、基板固定テーブルの回転を停止し、有機複屈折膜側から高圧水銀灯を用いて紫外線を照射し、紫外線硬化型接着剤を硬化した。このときの硬化後の接着厚みは２０μｍであった。
【００１９】
次に、有機複屈折膜を接着した下基板を基板固定テーブルから外し、有機複屈折膜上にポジレジストを１．１μｍの厚さに塗布し、９０℃，３０分のプリベークを行った。その後、下基板を縮小投影露光装置（ＮＡ＝０．４５、σ＝０．６、波長；ｉ線）に装着し、１０００周期ある２．０μｍラインアンドスペースのデバイスパターンとライン幅３０μｍ，長さ１３０μｍの十字形状アライメントパターンのレチクルを用いて露光を行い、現像液ＮＭＤ−３を用いて現像を行い、１００℃，３０分のポストベークを行い、周期的なレジストパターンを完成させた。その後、前記のレジストパターン上にスパッタ法によってＡｌを蒸着し、引き続きアセトンを用いてレジストを溶解してＡｌのリフトオフを行い、レジストパターンを反転させたＡｌパターンを完成させた。その後、日本真空技術製 ＮＬＤ−８００エッチング装置を用い、基板バイアス２００Ｗ，アンテナ電力１ＫＷ，酸素ガス４０ＳＣＣＭ，基板温度−３０℃のエッチング条件で、前記のＡｌパターンを金属マスクにして有機複屈折膜を深さ４μｍエッチングした。
【００２０】
その後、リン酸系のＡｌエッチング液を用いてＡｌパターンを除去し、１０００周期ある凹凸格子（以後回折格子と記述）と凹凸形状のアライメントマークとを完成させた。一方の直径１００ｍｍ，厚さ１．００ｍｍのショット製光学ガラスからなるＢＫ−７上基板も同様に、上基板上にポジレジストを１．１μｍの厚さに塗布し、９０℃，３０分のプリベークを行った。その後、上基板を縮小投影露光装置（ＮＡ＝０．４５、σ＝０．６、波長；ｉ線）に装着し、１０００周期ある５μｍラインアンドスペースのデバイスパターンとライン幅２０μｍ，長さ１１０μｍの十字形状アライメントパターンのレチクルを用いて露光を行い、現像液ＮＭＤ−３を用いて現像を行い、１００℃，３０分のポストベークを行い、周期的なレジストパターンを完成させた。その後、日本真空技術製ＮＬＤ−８００エッチング装置を用い、基板バイアス４００Ｗ，アンテナ電力１ＫＷ，酸素ガス６０ＳＣＣＭ，基板温度−３０℃のエッチング条件で、前記のレジストパターンをマスクにして深さ０．５μｍまでエッチングした。
【００２１】
図２は本発明に係るアライメント接着装置の第１の構成例を示す図である。図２のアライメント接着装置は、光照射装置（露光装置）と、アライメント検出光学系と、石英ガラスマスクホルダと、吸着用孔と、吸着用溝と、上基板と、下基板と、下基板チャックと、接着剤と、ステージと、ステージ駆動装置と、Ｚ軸制御ステージと、ベースと、接着剤滴下装置（図示せず）とにより構成されている。
【００２２】
本発明によるアライメント接着方法の第１の例について説明する。この第１の例では、図２に示すように、前述した方法で作った上基板を、石英ガラスマスクホルダに真空吸着により固定し、また、下基板を、アルミニウムを陽極酸化し表面を弗素化物で被覆した下基板チャック上に真空吸着により固定した後、図３に示すように、下基板チャックと石英ガラスマスクホルダとの間に、直径５ｍｍ，高さ５．０００ｍｍ，平行度０．００１ｍｍ、表面粗さＲａ＜１０ｎｍのジルコニア円柱を支持アームの移動により１２０°等分の位置に３個挿入した。しかる後、Ｚ軸制御ステージを上昇し、ジルコニア円柱を挟み込み、１Ｎ／個で加圧、停止した点をギャップ５．０００ｍｍおよび平行面として記憶し、その後、Ｚ軸制御ステージを下降し、ジルコニア円柱を基板外へ移動した。次に、下基板を図２で左の方向に押し出し、下基板の中央に図示しないディスペンサーを用い、紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着材を０．５ｍＬ滴下する。次に、下基板を図２で右の方向に戻し、接着層厚み１００μｍ以上を確保するギャップ２．３００ｍｍまでＺ軸制御ステージを上昇した。次に、上下基板のアライメントマーク位置検出を、石英ガラスマスクホルダを通してアライメント検出光学系（画像記憶装置付顕微鏡）により行った。より詳細に、はじめに、上基板のアライメントマークを検出し、十字線で挟み込んだ画像を記憶し、次に、顕微鏡の焦点位置を下基板に合わせ下基板のアライメントマークを検出し、検出されたアライメントエラー（画像を記憶した十字線とのズレ）をステージ駆動装置により、下部基板チャックをＸ，Ｙ，θ移動させる事により補正した。これを基板面内で同一線上の５０ｍｍ離れた少なくとも２点でアライメントを実施した。アライメント補正後、下部基板チャックはステージに真空吸着等により固定される。その後、最終接着剤厚み５０μｍを確保するため、再度、Ｚ軸制御ステージを上昇し、接着剤を基板全体に押し広げ、ギャップ２．２００ｍｍの位置で固定した（上下基板総厚み２．０００ｍｍ、フィルム厚みが０．１００ｍｍ、下基板とフィルムの接着剤厚みが０．０５０ｍｍ、フィルムと上基板の接着層厚みが０．０５０ｍｍ）。
【００２３】
接着剤の広がりが十分行われる間、この状態を２分間保持した。次に、図４に示すように、光照射装置により、石英ガラスマスクホルダを通し、接着剤全面に波長３６５ｎｍ，光強度４０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２００秒間照射し、接着剤を硬化し、接着面の平行出し、アライメント、接着厚み制御、及び、基板の接着固定を同一工程で実施した。その後、石英ガラスマスクホルダの真空吸着を切り、上基板の真空吸着固定を解除する。次に、Ｚ軸制御ステージを下降した後、下基板チャックの真空吸着を切り、アライメント接着した上下基板を取り出し、ダイシング装置により５ｍｍに切断し、偏光ホログラム素子とした。
【００２４】
なお、この第１の構成例では、アライメント検出光学系１台で、高精度に配置した複数のアライメントマークを交互に検出する方法を示したが、複数台のアライメント検出光学系を設置し、複数のアライメントマークを同時に検出する方法も可能である。また、上下基板のアライメントマークを検出するのに、顕微鏡の焦点を移動する例を示したが、顕微鏡を固定し、それぞれの基板を所定の焦点位置まで移動してアライメントする方法でもよい。
【００２５】
なお、基板はホウ酸クラウンガラス（ＢＫ−７）に限定されるものではなく、石英ガラス，ホウ珪酸ガラス，フッケイ・クラウンガラス，バリウムクラウンガラス，クラウンガラス等の透明なガラス基板、ポリエステルやアクリル等の高分子フィルム，シート，板等を用いても良い。また、接着剤としては、紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤を用いたがアクリル樹脂系の接着剤でもよい。また、この第１の例では、ジルコニア製円柱を用いたが、ジルコニア製ボールであっても良く、また、材質は、アルミナ，窒化アルミナ，炭化ケイ素，窒化ケイ素，ＷＣ，ｃ−ＢＮ，ＴｉＮ，ＺｒＳｉＯ４等のセラミクスや、ＷＣ−Ｃｏ合金，ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ合金、所謂、超硬合金を用いても良い。また、上記の例では、厚み、直径を夫々５ｍｍとしたが、５ｍｍに限定されるものではなく、用いる基板厚、狙いの接着層厚み等により変えて用いても良い。同様に、形状を丸としているが、この形状に限定されるものではなく、多角形や丸，楕円等でも良い。また、装置との接触を考慮し、角部を面取り（例えば、０．３Ｒや０．３Ｃ）する事が望ましい。
【００２６】
本発明の第１の構成例のアライメント接着装置と従来のアライメント接着装置で接着したときの直径９０ｍｍの範囲の接着後の上下基板総合厚みバラツキを比較測定した結果を次表に示す。なお、目標とする総合厚み２．２００ｍｍに対し、バラツキを１０μｍ以下とし、これより大きいものを×、小さいものを○とした。
【００２７】
【表１】
【００２８】
表１の通り、従来法では、厚みのバラツキが１０μｍ以上あり、大きかったが、本法（本発明の方法）では、バラツキが小さく、基板面内ほぼ同じ厚みで接着ができた。なお、バラツキが１０μｍより大きくなると、素子の光学特性、特に波面収差の低下が問題になってくる。
【００２９】
本発明によるアライメント接着方法の第２の例について説明する。図５は本発明に係るアライメント接着装置の第２の構成例を示す図である。この第２の例においても、図５に示すように、上基板、および、有機複屈折膜付下基板（以下、下基板という）の作製方法は、前記第１の例と同じ方法で作製しており、詳細は省く。
【００３０】
この第２の例では、上基板を石英ガラスマスクホルダ上に真空吸着により固定し、同様に、下基板を下基板チャック上に真空吸着により固定する。その後、上基板と下基板上の有機複屈折膜との間に、直径６ｍｍ，高さ２．０００ｍｍ，平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍのアルミナ円柱を、第１の例と同様に、支持アームの移動により１２０°等分の位置に３個挿入した後、Ｚ軸制御ステージを上昇し、アルミナ円柱を上基板および有機複屈折膜で挟み、１Ｎ／個で加圧、停止した点をギャップ２．０００ｍｍおよび平行面として記憶し、その後、ギャップ１０．０００ｍｍを指定し、Ｚ軸制御ステージを下降し、アルミナ円柱を基板外へ移動した。次に、下基板を図５で左の方向に押し出し、下基板の中央に図示しないディスペンサーを用い、紫外線硬化型のエポキシ樹脂接着材を０．５ｍＬ滴下する。次に、下基板を図５で右の方向に戻し、接着層厚み５００μｍを確保するギャップ０．５００ｍｍまでＺ軸制御ステージを上昇した。次に、上下基板のアライメントマーク位置検出を、石英ガラスマスクホルダを通して、２台のアライメント検出光学系（画像記憶装置付顕微鏡）により行った。より詳細に、はじめに、上基板の左右のアライメントマークを検出し、十字線で挟み込んだ画像を記憶し、次に、顕微鏡の焦点位置を下基板に合わせ下基板のアライメントマークを検出し、検出されたアライメントエラー（画像を記憶した十字線とのズレ）をステージ駆動装置により、下部基板チャックをＸ、Ｙ，θ移動させる事により補正した。アライメント補正後、下部基板チャックはステージに真空吸着等により固定される。その後、最終接着剤厚み５０μｍを得るため、再度、Ｚ軸制御ステージを上昇し、接着剤を基板全体に押し広げ、ギャップ０．０５０ｍｍの位置で固定し、アライメントのズレを確認した。
【００３１】
アライメント終了後、接着剤の広がりが十分行われる間、この状態を２分間保持した。次に、光照射装置により、石英ガラスマスクホルダを通し、接着剤全面に波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、接着剤を硬化した。その後、石英ガラスマスクホルダの真空吸着を切り、上基板の真空吸着固定を解除する。次に、Ｚ軸制御ステージを下降した後、下基板チャックの真空吸着を切り、アライメント接着した上下基板を取り出し、ダイシング装置により５ｍｍに切断し、偏光ホログラム素子とした。
【００３２】
本発明の第２の構成例のアライメント接着装置と従来のアライメント接着装置で接着したときの直径９０ｍｍの範囲の接着厚みを比較測定した結果、従来法では、厚みのバラツキが１０μｍ以上あり、大きかったが、本法（本発明の方法）では、バラツキが小さく、基板面内ほぼ同じ厚みで接着ができた。
【００３３】
本発明によるアライメント接着方法の第３の例について説明する。図６は本発明に係るアライメント接着装置の第３の構成例を示す図である。この第３の例においても、図６に示すように、上基板、および、有機複屈折膜付下基板（以下、下基板という）の作製方法は、第１，第２の例と同じ方法で作製しているので、詳細は省く。
【００３４】
この第３の例では、上基板を石英ガラスマスクホルダ上に真空吸着により固定する。同様に、下基板を下基板チャック上に真空吸着により固定する。その後、上基板と下基板の接着面間に、直径６ｍｍ，高さ５．０００ｍｍ，平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍのＰＺＴ（圧電素子）円柱１個と、ＰＺＴと同寸法に加工した直径６ｍｍ，高さ５．０００ｍｍ，平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍのアルミナ円柱２個とを支持アームの移動により１２０°等分の位置に挿入した後、Ｚ軸制御ステージを上昇する。Ｚ軸制御ステージの上昇によりＰＺＴが加圧され電圧を発生する。この電圧信号を図示しないフィードバック回路を通し、Ｚ移動ステージ上昇にフィードバックをかけ、所定の電圧に達成した時点で、上昇を停止する。
【００３５】
停止した点をギャップ５．０００ｍｍとして記憶し、その後、Ｚ軸制御ステージを下降し、ＰＺＴ円柱およびアルミナ円柱を基板外へ移動した。次に、下基板を図６で左の方向に押し出し、下基板の中央に図示しないディスペンサーを用い、紫外線硬化型のエポキシ樹脂径接着材を０．５ｍＬ滴下する。次に、下基板を図６で右の方向に戻し、接着層厚み１００μｍを確保するギャップ２．２５０ｍｍまでＺ軸制御ステージを上昇した。次に、上下基板のアライメントマーク位置検出を、石英ガラスマスクホルダを通して、２台のアライメント検出光学系（画像記憶装置付顕微鏡）により行った。アライメントの方法は、第２の例と同じ方法としたので、説明を省く。アライメント補正後、下部基板チャックをステージに真空吸着等により固定する。その後、最終接着剤厚み５０μｍを得るため、再度、Ｚ軸制御ステージを上昇し、接着剤を基板全体に押し広げながら、ギャップ２．１５０ｍｍの位置で固定する（有機複屈折膜厚と下基板との接着層厚みが０．１１０ｍｍ、上下基板総厚み２．０００ｍｍ、ねらいの接着層厚み０．０４０ｍｍ）。
【００３６】
なお、上述の例では、ＰＺＴが１個の場合を示したが、ＰＺＴを複数個用いてもよい。しかし、個数が多くなると、ＰＺＴ夫々の寸法精度管理に時間がかかる等の問題もあり、２〜８個が望ましい。また、図７に示すように、外径１０ｍｍ，内径３．１ｍｍ，高さ１０．０００ｍｍのアルミナ円柱に、直径３ｍｍ，高さ１０．０００ｍｍのＰＺＴ円柱を挿入し、エポキシ樹脂で接着して、平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍに加工し、ギャップ基準円柱としても、同様な効果を期待できる。
【００３７】
従来方法で空隙を制御して接着した場合とＰＺＴ１個と３個の場合との接着層厚みバラツキを比較した結果、従来法では、接着後の総厚みの制御ができなかったが、本法（本発明の方法）では、圧電素子を用い上下基板の加圧力変化を検出しているので、Ｚ基準が一定となり、厚みの再現性を格段に向上できた。
【００３８】
本発明の第３の構成例のアライメント接着装置と従来のアライメント接着装置で接着したときの直径９０ｍｍの範囲の接着後の上下基板総合厚みバラツキを比較測定した結果を次表に示す。なお、目標とする総合厚み２．２００ｍｍに対し、バラツキを１０μｍ以下とし、これより大きいものを×、小さいものを○とした。
【００３９】
【表２】
【００４０】
表２の通り、従来法では、厚みのバラツキが１０μｍ以上あったが、本法（本発明の方法）では、バラツキが小さく、基板面内ほぼ同じ厚みで接着ができた。本結果から、ＰＺＴ円柱の数が増えても効果に差がなく、コストの増、作業性を考慮してＰＺＴ円柱の数を設定するのが望ましい。なお、バラツキが１０μｍより大きくなると、素子の光学特性、特に波面収差の低下が問題になってくる。
【００４１】
このように、本発明のアライメント接着方法は、ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有している。これにより、上部基板の反りを防止でき、アライメント精度、および、接着層厚みの制御性、接着層厚みの均一性、接着後の上下基板総厚みの制御性、接着後の上下基板の平行度品質が向上し、高品質な接着方法を提供できる。
【００４２】
ここで、上下基板の平行を規定する工程と、接着剤厚みを規定する工程とは、同一工程で実施することができる。
【００４３】
また、上述した本発明のアライメント接着方法において、上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平板、もしくは、球を挿入することができる。より具体的に、上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することができる。
【００４４】
このように、上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入し、上下基板で挟み込み、上下基板の平行を規定する工程と接着剤厚みを規定する工程とを同じ工程で実施することで、工程を短縮した、低コストな接着方法を提供できる。
【００４５】
また、上述した本発明のアライメント接着方法において、上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を挿入することもできる。より具体的に、上下基板の接着面間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することもできる。
【００４６】
このように、前記上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入して、上下基板の平行と接着厚みを規定したことで、接着層の厚みバラツキが少ない高品質な接着方法を提供できる。
【００４７】
また、上述した本発明のアライメント接着方法において、平板、もしくは、球を、圧力により信号を発生する物質で構成することができる。
【００４８】
このように、平板、もしくは、球を、圧力により信号を発生する物質で構成し、加圧力に対応した圧力信号を上下基板の加圧機構にフィードバックすることで、高精度な空隙制御が可能となり、接着層厚み制御、接着後の上下基板総厚み精度を向上させることができる。
【００４９】
また、上述した本発明のアライメント接着方法において、接着材には、光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料を用いることができる。このように、接着材に光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料を用いることで、低コストなアライメント接着が可能となる。
【００５０】
また、本発明のアライメント接着装置は、アライメントを検出する手段と、ウエハを固定するウエハチャックと、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ移動可能なステージと、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部と、光を照射する光照射部とからなり、ウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、マスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下基板の平行を規定する手段と、上下基板を接着する空隙を規定する手段と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤厚みを制御する手段と、光を照射し接着剤を硬化接着する手段とを備えている。これにより、上部基板の反りを防止でき、アライメント精度、および、接着層厚みの制御性、接着層厚みの均一性、接着後の上下基板総厚みの制御性、接着後の上下基板の平行度品質が向上し、高品質な接着装置を提供できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項８記載の発明によれば、ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有しているので、上部基板の反りを防止でき、アライメント精度、および、接着層厚みの制御性、接着層厚みの均一性、接着後の上下基板総厚みの制御性、接着後の上下基板の平行度品質が向上し、高品質な接着方法を提供できる。
【００５２】
特に、請求項２，請求項３，請求項４記載の発明では、前記上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入し、上下基板で挟み込み、上下基板の平行を規定する工程と接着剤厚みを規定する工程とを同じ工程で実施することで、工程を短縮した、低コストな接着方法を提供できる。
【００５３】
また、請求項５，請求項６記載の発明では、前記上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入して、上下基板の平行と接着厚みを規定したことで、接着層の厚みバラツキが少ない高品質な接着方法を提供できる。
【００５４】
また、請求項７記載の発明では、前記平板、もしくは、球を、圧力により信号を発生する物質で構成し、加圧力に対応した圧力信号を上下基板の加圧機構にフィードバックすることで、高精度な空隙制御が可能となり、接着層厚み制御、接着後の上下基板総厚み精度を向上させることができる。
【００５５】
また、請求項８記載の発明では、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のアライメント接着方法において、接着材に光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料を用いることで、低コストなアライメント接着が可能となる。
【００５６】
また、請求項９記載の発明では、アライメントを検出する手段と、ウエハを固定するウエハチャックと、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ移動可能なステージと、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部と、光を照射する光照射部とからなり、ウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、マスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下基板の平行を規定する手段と、上下基板を接着する空隙を規定する手段と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤厚みを制御する手段と、光を照射し接着剤を硬化接着する手段とを備えているので、上部基板の反りを防止でき、アライメント精度、および、接着層厚みの制御性、接着層厚みの均一性、接着後の上下基板総厚みの制御性、接着後の上下基板の平行度品質が向上し、高品質な接着を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる上下基板の作製方法を説明するための図である。
【図２】本発明に係るアライメント接着装置の第１の構成例を示す図である。
【図３】本発明によるアライメント接着方法の第１の例を説明するための図である。
【図４】本発明によるアライメント接着方法の第１の例を説明するための図である。
【図５】図５は本発明に係るアライメント接着装置の第２の構成例を示す図である。
【図６】図６は本発明に係るアライメント接着装置の第３の構成例を示す図である。
【図７】外径１０ｍｍ，内径３．１ｍｍ，高さ１０．０００ｍｍのアルミナ円柱に、直径３ｍｍ，高さ１０．０００ｍｍのＰＺＴ円柱を挿入し、エポキシ樹脂で接着して、平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍに加工し、ギャップ基準円柱とした例を示す図である。
【図８】従来のアライメント接着装置を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アライメント接着方法およびアライメント接着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アライメント接着装置として、たとえば、図８に示すようなものが知られている。図８において、１はアライメントマーク検出光学系、２はアライメント光、３はステージ、４はウエハ、５はウエハチャック、６はアライメントマーク、７はレジスト、８はステージ駆動系、９はマスクホルダ、１０はマスクである。
【０００３】
このようなアライメント接着装置を用いてアライメント接着を行なうには、図５に示すように、ウエハのデバイス形成面に設けられたアライメントマークを有するウエハをウエハチャック上に固定し、検出光学系を用いて、このアライメントマークを検出し、マスクに設けたアライメントマークに位置合わせし、アライメント終了後、このアライメント位置に対して、デバイスパターンを露光する。
【０００４】
通常、アライメントは、アライメントマークに次層のデバイスパターンを形成するための膜構成と、これをエッチングしてパターン化するために使用されるレジストパターンを形成するためのレジスト膜が形成された上から、例えば、光学系によりこれらの膜構成とレジスト膜を通して、アライメントマークが検出されて実行される。アライメントは、アライメントマーク検出により、あらかじめ設定されているアライメントマーク位置と、デバイスパターン形成のための露光位置とのズレ量を検出した後、そのズレ量を補正するように露光すべきウエハの位置にステージを移動させた後、露光が実行される。また、マスクホルダは、露光部（光照射範囲）が開口した形状をしており、マスクは開口の外側に設けた真空吸着用孔や溝により真空固定されるため、マスクが反る問題があった。また、ウエハ基板とマスク基板の平行を規定する方法として、基板同士を密着，加圧して上下の平行出しを行う方法が有る。これは、マスク基板にウエハ基板を接触させるものであり、加圧力を接触面に発生した干渉縞で制御するものである。また、空気バネ（所謂、エアダンパー）を用いてウエハ基板とマスク基板との間にかかる力を一定にする方法があるが、実際の接着工程で接着剤の粘性により接着剤の反発力が空気バネ圧力より大きくなり、接着厚み制御のみならず、平行が出なくなる等の問題がある。なお、空隙制御方法として、ホールセンサを用い、ウエハホルダとマスクホルダとの間を制御する方法があるが、装置コストが高くなるという難点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、接着品質を向上させることの可能なアライメント接着方法およびアライメント接着装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有していることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の平行を規定する工程と、接着剤厚みを規定する工程とを、同一工程で実施することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のアライメント接着方法において、前記上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平板、もしくは、球を挿入することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載のアライメント接着方法において、前記上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を挿入することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６記載の発明は、請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の接着面間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７記載の発明は、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載のアライメント接着方法において、平板、もしくは、球は、圧力により信号を発生する物質で構成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のアライメント接着方法において、接着材が光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９記載の発明は、アライメントを検出する手段と、ウエハを固定するウエハチャックと、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ移動可能なステージと、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部と、光を照射する光照射部とからなり、ウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、マスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下基板の平行を規定する手段と、上下基板を接着する空隙を規定する手段と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤厚みを制御する手段と、光を照射し接着剤を硬化接着する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明で用いる上下基板の作製方法を説明するための図である。すなわち、図１には、直径１００ｍｍ，厚さ１．００ｍｍのＢＫ−７に格子とアライメントマークを形成した上基板と、直径１００ｍｍ，厚さ１．００ｍｍのＢＫ−７に直径８０ｍｍ，厚さ０．１０ｍｍの有機複屈折膜を有機複屈折膜と同じ屈折率の紫外線硬化型接着剤で中心を合わせて接着した後、回折格子とアライメントマークを形成した下基板との断面が示されている。
【００１７】
このような上下基板の具体的な製法は、次のとおりである。すなわち、初めに、直径１００ｍｍ，厚さ１．００ｍｍのショット製光学ガラスＢＫ７からなる下基板を図示しない回転塗布装置の基板固定テーブルに載せ、真空吸着し、固定した。その後、基板固定テーブルを１０〜５０ｒｐｍで回転させながら、透明基板の中央部にディスペンサーを用いて屈折率１．５２，粘度５００ｃｐｓ（２５℃）のエポキシ樹脂系紫外線硬化型接着剤を約１０ｇ滴下した。その後、基板固定テーブルを３００〜５００ｒｐｍで回転させ、下基板全面に紫外線硬化型接着剤を広げ、基板固定テーブルの回転を停止した。
【００１８】
その後、直径８０ｍｍ，厚さ１００μｍの有機複屈折膜の中心を下基板中心に合わせ、載置装置を用いて下基板上の接着剤面に載せた。その後、基板固定テーブルを１０００〜２０００ｒｐｍで回転させ、紫外線硬化型接着剤を振り切り、接着層厚さを下基板面内で一定にして有機複屈折膜表面を平坦化した。その後、基板固定テーブルの回転を停止し、有機複屈折膜側から高圧水銀灯を用いて紫外線を照射し、紫外線硬化型接着剤を硬化した。このときの硬化後の接着厚みは２０μｍであった。
【００１９】
次に、有機複屈折膜を接着した下基板を基板固定テーブルから外し、有機複屈折膜上にポジレジストを１．１μｍの厚さに塗布し、９０℃，３０分のプリベークを行った。その後、下基板を縮小投影露光装置（ＮＡ＝０．４５、σ＝０．６、波長；ｉ線）に装着し、１０００周期ある２．０μｍラインアンドスペースのデバイスパターンとライン幅３０μｍ，長さ１３０μｍの十字形状アライメントパターンのレチクルを用いて露光を行い、現像液ＮＭＤ−３を用いて現像を行い、１００℃，３０分のポストベークを行い、周期的なレジストパターンを完成させた。その後、前記のレジストパターン上にスパッタ法によってＡｌを蒸着し、引き続きアセトンを用いてレジストを溶解してＡｌのリフトオフを行い、レジストパターンを反転させたＡｌパターンを完成させた。その後、日本真空技術製 ＮＬＤ−８００エッチング装置を用い、基板バイアス２００Ｗ，アンテナ電力１ＫＷ，酸素ガス４０ＳＣＣＭ，基板温度−３０℃のエッチング条件で、前記のＡｌパターンを金属マスクにして有機複屈折膜を深さ４μｍエッチングした。
【００２０】
その後、リン酸系のＡｌエッチング液を用いてＡｌパターンを除去し、１０００周期ある凹凸格子（以後回折格子と記述）と凹凸形状のアライメントマークとを完成させた。一方の直径１００ｍｍ，厚さ１．００ｍｍのショット製光学ガラスからなるＢＫ−７上基板も同様に、上基板上にポジレジストを１．１μｍの厚さに塗布し、９０℃，３０分のプリベークを行った。その後、上基板を縮小投影露光装置（ＮＡ＝０．４５、σ＝０．６、波長；ｉ線）に装着し、１０００周期ある５μｍラインアンドスペースのデバイスパターンとライン幅２０μｍ，長さ１１０μｍの十字形状アライメントパターンのレチクルを用いて露光を行い、現像液ＮＭＤ−３を用いて現像を行い、１００℃，３０分のポストベークを行い、周期的なレジストパターンを完成させた。その後、日本真空技術製ＮＬＤ−８００エッチング装置を用い、基板バイアス４００Ｗ，アンテナ電力１ＫＷ，酸素ガス６０ＳＣＣＭ，基板温度−３０℃のエッチング条件で、前記のレジストパターンをマスクにして深さ０．５μｍまでエッチングした。
【００２１】
図２は本発明に係るアライメント接着装置の第１の構成例を示す図である。図２のアライメント接着装置は、光照射装置（露光装置）と、アライメント検出光学系と、石英ガラスマスクホルダと、吸着用孔と、吸着用溝と、上基板と、下基板と、下基板チャックと、接着剤と、ステージと、ステージ駆動装置と、Ｚ軸制御ステージと、ベースと、接着剤滴下装置（図示せず）とにより構成されている。
【００２２】
本発明によるアライメント接着方法の第１の例について説明する。この第１の例では、図２に示すように、前述した方法で作った上基板を、石英ガラスマスクホルダに真空吸着により固定し、また、下基板を、アルミニウムを陽極酸化し表面を弗素化物で被覆した下基板チャック上に真空吸着により固定した後、図３に示すように、下基板チャックと石英ガラスマスクホルダとの間に、直径５ｍｍ，高さ５．０００ｍｍ，平行度０．００１ｍｍ、表面粗さＲａ＜１０ｎｍのジルコニア円柱を支持アームの移動により１２０°等分の位置に３個挿入した。しかる後、Ｚ軸制御ステージを上昇し、ジルコニア円柱を挟み込み、１Ｎ／個で加圧、停止した点をギャップ５．０００ｍｍおよび平行面として記憶し、その後、Ｚ軸制御ステージを下降し、ジルコニア円柱を基板外へ移動した。次に、下基板を図２で左の方向に押し出し、下基板の中央に図示しないディスペンサーを用い、紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着材を０．５ｍＬ滴下する。次に、下基板を図２で右の方向に戻し、接着層厚み１００μｍ以上を確保するギャップ２．３００ｍｍまでＺ軸制御ステージを上昇した。次に、上下基板のアライメントマーク位置検出を、石英ガラスマスクホルダを通してアライメント検出光学系（画像記憶装置付顕微鏡）により行った。より詳細に、はじめに、上基板のアライメントマークを検出し、十字線で挟み込んだ画像を記憶し、次に、顕微鏡の焦点位置を下基板に合わせ下基板のアライメントマークを検出し、検出されたアライメントエラー（画像を記憶した十字線とのズレ）をステージ駆動装置により、下部基板チャックをＸ，Ｙ，θ移動させる事により補正した。これを基板面内で同一線上の５０ｍｍ離れた少なくとも２点でアライメントを実施した。アライメント補正後、下部基板チャックはステージに真空吸着等により固定される。その後、最終接着剤厚み５０μｍを確保するため、再度、Ｚ軸制御ステージを上昇し、接着剤を基板全体に押し広げ、ギャップ２．２００ｍｍの位置で固定した（上下基板総厚み２．０００ｍｍ、フィルム厚みが０．１００ｍｍ、下基板とフィルムの接着剤厚みが０．０５０ｍｍ、フィルムと上基板の接着層厚みが０．０５０ｍｍ）。
【００２３】
接着剤の広がりが十分行われる間、この状態を２分間保持した。次に、図４に示すように、光照射装置により、石英ガラスマスクホルダを通し、接着剤全面に波長３６５ｎｍ，光強度４０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２００秒間照射し、接着剤を硬化し、接着面の平行出し、アライメント、接着厚み制御、及び、基板の接着固定を同一工程で実施した。その後、石英ガラスマスクホルダの真空吸着を切り、上基板の真空吸着固定を解除する。次に、Ｚ軸制御ステージを下降した後、下基板チャックの真空吸着を切り、アライメント接着した上下基板を取り出し、ダイシング装置により５ｍｍに切断し、偏光ホログラム素子とした。
【００２４】
なお、この第１の構成例では、アライメント検出光学系１台で、高精度に配置した複数のアライメントマークを交互に検出する方法を示したが、複数台のアライメント検出光学系を設置し、複数のアライメントマークを同時に検出する方法も可能である。また、上下基板のアライメントマークを検出するのに、顕微鏡の焦点を移動する例を示したが、顕微鏡を固定し、それぞれの基板を所定の焦点位置まで移動してアライメントする方法でもよい。
【００２５】
なお、基板はホウ酸クラウンガラス（ＢＫ−７）に限定されるものではなく、石英ガラス，ホウ珪酸ガラス，フッケイ・クラウンガラス，バリウムクラウンガラス，クラウンガラス等の透明なガラス基板、ポリエステルやアクリル等の高分子フィルム，シート，板等を用いても良い。また、接着剤としては、紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤を用いたがアクリル樹脂系の接着剤でもよい。また、この第１の例では、ジルコニア製円柱を用いたが、ジルコニア製ボールであっても良く、また、材質は、アルミナ，窒化アルミナ，炭化ケイ素，窒化ケイ素，ＷＣ，ｃ−ＢＮ，ＴｉＮ，ＺｒＳｉＯ４等のセラミクスや、ＷＣ−Ｃｏ合金，ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ合金、所謂、超硬合金を用いても良い。また、上記の例では、厚み、直径を夫々５ｍｍとしたが、５ｍｍに限定されるものではなく、用いる基板厚、狙いの接着層厚み等により変えて用いても良い。同様に、形状を丸としているが、この形状に限定されるものではなく、多角形や丸，楕円等でも良い。また、装置との接触を考慮し、角部を面取り（例えば、０．３Ｒや０．３Ｃ）する事が望ましい。
【００２６】
本発明の第１の構成例のアライメント接着装置と従来のアライメント接着装置で接着したときの直径９０ｍｍの範囲の接着後の上下基板総合厚みバラツキを比較測定した結果を次表に示す。なお、目標とする総合厚み２．２００ｍｍに対し、バラツキを１０μｍ以下とし、これより大きいものを×、小さいものを○とした。
【００２７】
【表１】
表１の通り、従来法では、厚みのバラツキが１０μｍ以上あり、大きかったが、本法（本発明の方法）では、バラツキが小さく、基板面内ほぼ同じ厚みで接着ができた。なお、バラツキが１０μｍより大きくなると、素子の光学特性、特に波面収差の低下が問題になってくる。
【００２９】
本発明によるアライメント接着方法の第２の例について説明する。図５は本発明に係るアライメント接着装置の第２の構成例を示す図である。この第２の例においても、図５に示すように、上基板、および、有機複屈折膜付下基板（以下、下基板という）の作製方法は、前記第１の例と同じ方法で作製しており、詳細は省く。
【００３０】
この第２の例では、上基板を石英ガラスマスクホルダ上に真空吸着により固定し、同様に、下基板を下基板チャック上に真空吸着により固定する。その後、上基板と下基板上の有機複屈折膜との間に、直径６ｍｍ，高さ２．０００ｍｍ，平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍのアルミナ円柱を、第１の例と同様に、支持アームの移動により１２０°等分の位置に３個挿入した後、Ｚ軸制御ステージを上昇し、アルミナ円柱を上基板および有機複屈折膜で挟み、１Ｎ／個で加圧、停止した点をギャップ２．０００ｍｍおよび平行面として記憶し、その後、ギャップ１０．０００ｍｍを指定し、Ｚ軸制御ステージを下降し、アルミナ円柱を基板外へ移動した。次に、下基板を図５で左の方向に押し出し、下基板の中央に図示しないディスペンサーを用い、紫外線硬化型のエポキシ樹脂接着材を０．５ｍＬ滴下する。次に、下基板を図５で右の方向に戻し、接着層厚み５００μｍを確保するギャップ０．５００ｍｍまでＺ軸制御ステージを上昇した。次に、上下基板のアライメントマーク位置検出を、石英ガラスマスクホルダを通して、２台のアライメント検出光学系（画像記憶装置付顕微鏡）により行った。より詳細に、はじめに、上基板の左右のアライメントマークを検出し、十字線で挟み込んだ画像を記憶し、次に、顕微鏡の焦点位置を下基板に合わせ下基板のアライメントマークを検出し、検出されたアライメントエラー（画像を記憶した十字線とのズレ）をステージ駆動装置により、下部基板チャックをＸ、Ｙ，θ移動させる事により補正した。アライメント補正後、下部基板チャックはステージに真空吸着等により固定される。その後、最終接着剤厚み５０μｍを得るため、再度、Ｚ軸制御ステージを上昇し、接着剤を基板全体に押し広げ、ギャップ０．０５０ｍｍの位置で固定し、アライメントのズレを確認した。
【００３１】
アライメント終了後、接着剤の広がりが十分行われる間、この状態を２分間保持した。次に、光照射装置により、石英ガラスマスクホルダを通し、接着剤全面に波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、接着剤を硬化した。その後、石英ガラスマスクホルダの真空吸着を切り、上基板の真空吸着固定を解除する。次に、Ｚ軸制御ステージを下降した後、下基板チャックの真空吸着を切り、アライメント接着した上下基板を取り出し、ダイシング装置により５ｍｍに切断し、偏光ホログラム素子とした。
【００３２】
本発明の第２の構成例のアライメント接着装置と従来のアライメント接着装置で接着したときの直径９０ｍｍの範囲の接着厚みを比較測定した結果、従来法では、厚みのバラツキが１０μｍ以上あり、大きかったが、本法（本発明の方法）では、バラツキが小さく、基板面内ほぼ同じ厚みで接着ができた。
【００３３】
本発明によるアライメント接着方法の第３の例について説明する。図６は本発明に係るアライメント接着装置の第３の構成例を示す図である。この第３の例においても、図６に示すように、上基板、および、有機複屈折膜付下基板（以下、下基板という）の作製方法は、第１，第２の例と同じ方法で作製しているので、詳細は省く。
【００３４】
この第３の例では、上基板を石英ガラスマスクホルダ上に真空吸着により固定する。同様に、下基板を下基板チャック上に真空吸着により固定する。その後、上基板と下基板の接着面間に、直径６ｍｍ，高さ５．０００ｍｍ，平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍのＰＺＴ（圧電素子）円柱１個と、ＰＺＴと同寸法に加工した直径６ｍｍ，高さ５．０００ｍｍ，平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍのアルミナ円柱２個とを支持アームの移動により１２０°等分の位置に挿入した後、Ｚ軸制御ステージを上昇する。Ｚ軸制御ステージの上昇によりＰＺＴが加圧され電圧を発生する。この電圧信号を図示しないフィードバック回路を通し、Ｚ移動ステージ上昇にフィードバックをかけ、所定の電圧に達成した時点で、上昇を停止する。
【００３５】
停止した点をギャップ５．０００ｍｍとして記憶し、その後、Ｚ軸制御ステージを下降し、ＰＺＴ円柱およびアルミナ円柱を基板外へ移動した。次に、下基板を図６で左の方向に押し出し、下基板の中央に図示しないディスペンサーを用い、紫外線硬化型のエポキシ樹脂径接着材を０．５ｍＬ滴下する。次に、下基板を図６で右の方向に戻し、接着層厚み１００μｍを確保するギャップ２．２５０ｍｍまでＺ軸制御ステージを上昇した。次に、上下基板のアライメントマーク位置検出を、石英ガラスマスクホルダを通して、２台のアライメント検出光学系（画像記憶装置付顕微鏡）により行った。アライメントの方法は、第２の例と同じ方法としたので、説明を省く。アライメント補正後、下部基板チャックをステージに真空吸着等により固定する。その後、最終接着剤厚み５０μｍを得るため、再度、Ｚ軸制御ステージを上昇し、接着剤を基板全体に押し広げながら、ギャップ２．１５０ｍｍの位置で固定する（有機複屈折膜厚と下基板との接着層厚みが０．１１０ｍｍ、上下基板総厚み２．０００ｍｍ、ねらいの接着層厚み０．０４０ｍｍ）。
【００３６】
なお、上述の例では、ＰＺＴが１個の場合を示したが、ＰＺＴを複数個用いてもよい。しかし、個数が多くなると、ＰＺＴ夫々の寸法精度管理に時間がかかる等の問題もあり、２〜８個が望ましい。また、図７に示すように、外径１０ｍｍ，内径３．１ｍｍ，高さ１０．０００ｍｍのアルミナ円柱に、直径３ｍｍ，高さ１０．０００ｍｍのＰＺＴ円柱を挿入し、エポキシ樹脂で接着して、平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍに加工し、ギャップ基準円柱としても、同様な効果を期待できる。
【００３７】
従来方法で空隙を制御して接着した場合とＰＺＴ１個と３個の場合との接着層厚みバラツキを比較した結果、従来法では、接着後の総厚みの制御ができなかったが、本法（本発明の方法）では、圧電素子を用い上下基板の加圧力変化を検出しているので、Ｚ基準が一定となり、厚みの再現性を格段に向上できた。
【００３８】
本発明の第３の構成例のアライメント接着装置と従来のアライメント接着装置で接着したときの直径９０ｍｍの範囲の接着後の上下基板総合厚みバラツキを比較測定した結果を次表に示す。なお、目標とする総合厚み２．２００ｍｍに対し、バラツキを１０μｍ以下とし、これより大きいものを×、小さいものを○とした。
【００３９】
【表２】
表２の通り、従来法では、厚みのバラツキが１０μｍ以上あったが、本法（本発明の方法）では、バラツキが小さく、基板面内ほぼ同じ厚みで接着ができた。本結果から、ＰＺＴ円柱の数が増えても効果に差がなく、コストの増、作業性を考慮してＰＺＴ円柱の数を設定するのが望ましい。なお、バラツキが１０μｍより大きくなると、素子の光学特性、特に波面収差の低下が問題になってくる。
【００４１】
このように、本発明のアライメント接着方法は、ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有している。これにより、上部基板の反りを防止でき、アライメント精度、および、接着層厚みの制御性、接着層厚みの均一性、接着後の上下基板総厚みの制御性、接着後の上下基板の平行度品質が向上し、高品質な接着方法を提供できる。
【００４２】
ここで、上下基板の平行を規定する工程と、接着剤厚みを規定する工程とは、同一工程で実施することができる。
【００４３】
また、上述した本発明のアライメント接着方法において、上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平板、もしくは、球を挿入することができる。より具体的に、上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することができる。
【００４４】
このように、上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入し、上下基板で挟み込み、上下基板の平行を規定する工程と接着剤厚みを規定する工程とを同じ工程で実施することで、工程を短縮した、低コストな接着方法を提供できる。
【００４５】
また、上述した本発明のアライメント接着方法において、上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を挿入することもできる。より具体的に、上下基板の接着面間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することもできる。
【００４６】
このように、前記上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入して、上下基板の平行と接着厚みを規定したことで、接着層の厚みバラツキが少ない高品質な接着方法を提供できる。
【００４７】
また、上述した本発明のアライメント接着方法において、平板、もしくは、球を、圧力により信号を発生する物質で構成することができる。
【００４８】
このように、平板、もしくは、球を、圧力により信号を発生する物質で構成し、加圧力に対応した圧力信号を上下基板の加圧機構にフィードバックすることで、高精度な空隙制御が可能となり、接着層厚み制御、接着後の上下基板総厚み精度を向上させることができる。
【００４９】
また、上述した本発明のアライメント接着方法において、接着材には、光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料を用いることができる。このように、接着材に光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料を用いることで、低コストなアライメント接着が可能となる。
【００５０】
また、本発明のアライメント接着装置は、アライメントを検出する手段と、ウエハを固定するウエハチャックと、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ移動可能なステージと、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部と、光を照射する光照射部とからなり、ウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、マスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下基板の平行を規定する手段と、上下基板を接着する空隙を規定する手段と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤厚みを制御する手段と、光を照射し接着剤を硬化接着する手段とを備えている。これにより、上部基板の反りを防止でき、アライメント精度、および、接着層厚みの制御性、接着層厚みの均一性、接着後の上下基板総厚みの制御性、接着後の上下基板の平行度品質が向上し、高品質な接着装置を提供できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項８記載の発明によれば、ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有しているので、上部基板の反りを防止でき、アライメント精度、および、接着層厚みの制御性、接着層厚みの均一性、接着後の上下基板総厚みの制御性、接着後の上下基板の平行度品質が向上し、高品質な接着方法を提供できる。
【００５２】
特に、請求項２，請求項３，請求項４記載の発明では、前記上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入し、上下基板で挟み込み、上下基板の平行を規定する工程と接着剤厚みを規定する工程とを同じ工程で実施することで、工程を短縮した、低コストな接着方法を提供できる。
【００５３】
また、請求項５，請求項６記載の発明では、前記上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入して、上下基板の平行と接着厚みを規定したことで、接着層の厚みバラツキが少ない高品質な接着方法を提供できる。
【００５４】
また、請求項７記載の発明では、前記平板、もしくは、球を、圧力により信号を発生する物質で構成し、加圧力に対応した圧力信号を上下基板の加圧機構にフィードバックすることで、高精度な空隙制御が可能となり、接着層厚み制御、接着後の上下基板総厚み精度を向上させることができる。
【００５５】
また、請求項８記載の発明では、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のアライメント接着方法において、接着材に光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料を用いることで、低コストなアライメント接着が可能となる。
【００５６】
また、請求項９記載の発明では、アライメントを検出する手段と、ウエハを固定するウエハチャックと、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ移動可能なステージと、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部と、光を照射する光照射部とからなり、ウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、マスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下基板の平行を規定する手段と、上下基板を接着する空隙を規定する手段と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤厚みを制御する手段と、光を照射し接着剤を硬化接着する手段とを備えているので、上部基板の反りを防止でき、アライメント精度、および、接着層厚みの制御性、接着層厚みの均一性、接着後の上下基板総厚みの制御性、接着後の上下基板の平行度品質が向上し、高品質な接着を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる上下基板の作製方法を説明するための図である。
【図２】本発明に係るアライメント接着装置の第１の構成例を示す図である。
【図３】本発明によるアライメント接着方法の第１の例を説明するための図である。
【図４】本発明によるアライメント接着方法の第１の例を説明するための図である。
【図５】図５は本発明に係るアライメント接着装置の第２の構成例を示す図である。
【図６】図６は本発明に係るアライメント接着装置の第３の構成例を示す図である。
【図７】外径１０ｍｍ，内径３．１ｍｍ，高さ１０．０００ｍｍのアルミナ円柱に、直径３ｍｍ，高さ１０．０００ｍｍのＰＺＴ円柱を挿入し、エポキシ樹脂で接着して、平行度０．００１ｍｍ，表面粗さＲａ＜１０ｎｍに加工し、ギャップ基準円柱とした例を示す図である。
【図８】従来のアライメント接着装置を示す図である。
Claims (9)
- ウエハを固定するウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下基板の平行を規定する工程と、上下基板を接着する空隙の量を規定する工程と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤厚みを制御する工程と、光を照射し接着剤を硬化接着する工程とを有していることを特徴とするアライメント接着方法。
- 請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の平行を規定する工程と、接着剤厚みを規定する工程とを、同一工程で実施することを特徴とするアライメント接着方法。
- 請求項１または請求項２記載のアライメント接着方法において、前記上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が既知の平板、もしくは、球を挿入することを特徴とするアライメント接着方法。
- 請求項１または請求項２記載のアライメント接着方法において、前記上下基板を載置固定するウエハチャックとマスクホルダ部との間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することを特徴とするアライメント接着方法。
- 請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の接着面間に、寸法が既知の平行平板、もしくは、球を挿入することを特徴とするアライメント接着方法。
- 請求項１記載のアライメント接着方法において、前記上下基板の接着面間に、寸法が同一で、寸法が既知の平板、もしくは、球を少なくとも２個挿入することを特徴とするアライメント接着方法。
- 請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載のアライメント接着方法において、平板、もしくは、球は、圧力により信号を発生する物質で構成されていることを特徴とするアライメント接着方法。
- 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のアライメント接着方法において、接着材が光硬化型のアクリル樹脂系もしくはエポキシ樹脂系の材料であることを特徴とするアライメント接着方法。
- アライメントを検出する手段と、ウエハを固定するウエハチャックと、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ移動可能なステージと、光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部と、光を照射する光照射部とからなり、ウエハチャック上にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、マスクホルダ部にエッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下基板の平行を規定する手段と、上下基板を接着する空隙を規定する手段と、上下基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤厚みを制御する手段と、光を照射し接着剤を硬化接着する手段とを備えていることを特徴とするアライメント接着装置。
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-
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