JP2022106830A - 積層基板製造方法、積層基板製造装置、積層基板製造システム、および基板処理装置 - Google Patents

積層基板製造方法、積層基板製造装置、積層基板製造システム、および基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】二つの基板の位置合わせをしてから二つの基板を重ね合わせても、基板間に位置ずれが生じる場合がある。【解決手段】第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する方法であって、第１の基板及び第２の基板のそれぞれの湾曲に関する情報に基づいて、第１の基板及び第２の基板が所定の条件を満たすか否かを判断し、所定の条件を満たす場合に、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる。積層基板製造方法はさらに、第１の基板を第２の基板に貼り合わせた後の位置ずれ量を、情報に基づいて推測する。所定の条件は、位置ずれ量が閾値以下であることを含む。【選択図】図１５

Description

本発明は、積層基板製造方法、積層基板製造装置、積層基板製造システム、および基板処理装置に関する。
二つの基板を積層することにより、積層基板を製造する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１３－０９８１８６号公報
二つの基板の位置合わせをしてから二つの基板を重ね合わせても、基板間に位置ずれが生じる場合がある。
本発明の第１の態様においては、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する方法であって、前記第１の基板の湾曲に関する情報を取得する段階と、前記情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる条件を決定する段階と、を含む積層基板製造方法が提供される。
本発明の第２の態様においては、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する装置であって、前記第１の基板の湾曲に関する情報を取得する取得部と、前記情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる条件を決定する決定部と、を備える積層基板製造装置が提供される。
上記の発明の概要は、本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。
積層基板製造装置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２２３の模式的断面図である。 重ね合わせ部３００の模式的断面図である。 重ね合わせ部３００の模式的断面図である。 重ね合わせ部３００の模式的断面図である。 重ね合わせ部３００の模式的断面図である。 重ね合わせ部３００の模式的断面図である。 基板２１１、２１３の重ね合わせ過程を示す部分拡大図である。 基板２１１、２１３の重ね合わせ過程を示す部分拡大図である。 基板２１１、２１３の重ね合わせ過程を示す部分拡大図である。 基板２１１における各部のずれ量を示す模式図である。 基板２１０の組み合わせを決定する手順を示す流れ図である。 基板２１０の組み合わせを決定する手順を示す流れ図である。 基板２１０の組み合わせ決定方法を説明する模式図である。 基板２１０の組み合わせを決定す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。 補正部６０１の模式的断面図である。 アクチュエータ４１２のレイアウトを示す模式図である。 補正部６０１の動作を示す模式図である。 基板２１１、２１３の重ね合わせ過程を示す部分拡大図である。 補正部６０２の動作を説明する模式図である。 補正部６０２の模式的断面図である。 補正部６０３の模式的断面図である。 補正部６０３の模式的平面図である。 補正部６０３の動作を説明する模式図である。 基板２１０の組み合わせを決定する手順を示す流れ図である。
以下、発明の実施の形態を説明する。下記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。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、積層基板製造装置１００の模式的平面図である。積層基板製造装置１００は、筐体１１０と、重ね合わせる基板２１０を収容する基板カセット１２０と、基板２１０を重ね合わせて作製された積層基板２３０を収容する基板カセット１３０と、制御部１５０と、搬送部１４０、重ね合わせ部３００、基板２１０を保持する基板ホルダ２２０を収容するホルダストッカ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。
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、複数の基板２１０を積層して形成した積層基板２３０等を搬送する。制御部１５０は、積層基板製造装置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、積層基板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、積層基板製造装置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。
重ね合わせ部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、ステージに保持した基板２１０を相互に位置合わせした後、互いに接触させて重ね合わせることにより積層基板２３０を形成する。
プリアライナ５００は、基板２１０と基板ホルダ２２０との位置合わせを行い、基板２１０を基板ホルダ２２０に保持させる。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ており、静電チャックや真空チャック等により基板２１０を吸着して保持する。
上記のような積層基板製造装置１００においては、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、Ｇｅを添加したＳｉＧｅ基板、Ｇｅ単結晶基板、ＩＩＩ－Ｖ族またはＩＩ－ＶＩ族等の化合物半導体ウエハ、および、ガラス基板等を接合することもできる。接合する対象は、回路基板および未加工基板であっても、未加工基板同士であってもよい。接合される基板２１０は、それ自体が、既に積層された複数の基板を有する積層基板２３０であってもよい。
図２は、積層基板製造装置１００において重ね合わせる基板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と、複数のアライメントマーク２１８とを有する。
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配線、保護膜等の構造物が設けられる。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、バンプ等の接続部も配される。接続部も、基板２１０の表面に形成された構造物の一例である。
アライメントマーク２１８は、基板２１０の表面に形成された構造物の一例であり、回路領域２１６相互の間に配されたスクライブライン２１２に配される。アライメントマーク２１８は、基板２１０を他の基板２１０と位置合わせするときの指標である。
図３は、積層基板製造装置１００において二つの基板２１０を積層して積層基板２３０を作製する手順を示す流れ図である。まず、複数の基板２１０の内から、相互に重ね合わせて接合する基板２１１、２１３の組み合わせを決定する（ステップＳ１０１）。基板２１１、２１３の組み合わせを決定する方法は複数例示できるので、基板２１０の重ね合わせ手順について説明した後に、図１４以降を参照して説明する。
次に、プリアライナ５００において、重ね合わせる基板２１１、２１３をそれぞれ基板ホルダ２２１、２２３に保持する（ステップＳ１０２）。その後、基板２１１、２１３を個別に保持した基板ホルダ２２１、２２３を、図５に示すように、重ね合わせ部３００に順次搬入する（ステップＳ１０３）。図４に示す例では、基板ホルダ２２３は、平坦且つ平滑な保持面２２５を有する。
重ね合わせ部３００は、枠体３１０、上ステージ３２２および下ステージ３３２を備える。上ステージ３２２は、枠体３１０の天板３１６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する。
なお、図示の状態では、平坦な保持面２２５を有する基板ホルダ２２３に保持された基板２１３が、図中上側に位置する上ステージ３２２に保持されており、湾曲する保持面２２５を有する基板ホルダ２２１が、図中下側に位置する下ステージ３３２に保持されている。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または保持面が湾曲した基板ホルダ２２１を搬入してもよい。
天板３１６には、顕微鏡３２４および活性化装置３２６が上ステージ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２１１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２１１の上面を清浄化するプラズマを発生する。
下ステージ３３２は、枠体３１０の底板３１２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。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。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ることにより、下ステージ３３２は、底板３１２と平行に二次元的に移動する。
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。これにより、下ステージ３３２は、Ｙ方向駆動部３３３に対して昇降できる。
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。
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２１３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２１３の下面を清浄化するプラズマを発生する。尚、この活性化装置３２６および３３６を重ね合わせ部３００とは別の装置に設け、上面を活性化した基板および基板ホルダを活性化装置３２６，３３６から重ね合わせ部３００にロボットにより搬送するようにしてもよい。
なお、重ね合わせ部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２１１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。
顕微鏡３２４、３３４は、制御部１５０により、焦点を相互に合わせたり共通の指標を観察させたりすることにより較正される。これにより、重ね合わせ部３００における一対の顕微鏡３２４、３３４の相対位置が測定される。
図５に示した状態に続いて、図６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Ｓ１０４）。
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（ステップＳ１０５）。これにより、基板２１１、２１３を位置合わせする場合には、基板２１１、２１３で対応するアライメントマーク２１８間の位置ずれが閾値以下となるように、または、基板２１１、２１３間で対応する回路領域２１６または接続部の位置ずれが閾値以下となるように、基板２１１、２１３の相対移動量を算出すればよい。位置ずれは、積層された基板２１１、２１３の間で、対応するアライメントマーク２１８同士の位置ずれ、および、対応する接続部同士の位置ずれを指し、二つの基板２１１、２１３のそれぞれに生じる歪みの量の差に起因する位置ずれを含む。歪みについては後述する。
図６に示した状態に続いて、図７に示すように、制御部１５０は、一対の基板２１１、２１３の相対位置を記録し、一対の基板２１１、２１３の各々の接合面を化学的に活性化する（図３のステップＳ１０６）。制御部１５０は、まず、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。
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基板２１１、２１３の表面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、重ね合わせ部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。基板２１０の表面の活性化後、基板２１１、２１３の表面を親水化装置により親水化してもよい。
図７に示した状態に続いて、図８に示すように、制御部１５０は、基板２１１、２１３を相互に位置合わせする（図３のステップＳ１０７）。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Ｓ１０４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の互いに対応する回路領域２１６の位置が一致するように、下ステージ３３２を移動させる。
図８に示した状態に続いて、図９に示すように、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、基板２１１、２１３を相互に接触させる。これにより、基板２１１、２１３の一部が接触して接合する（ステップＳ１０８）。
基板２１１、２１３の表面は活性化されているので、一部が接触すると、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接合される。よって、例えば、上ステージ３２２に保持された基板ホルダ２２３への基板２１３の保持を解除することにより、基板２１１、２１３が接合された領域は、接触した部分から隣接する領域に順次拡がる。これにより、接触した領域が順次拡がっていくボンディングウェイブが発生し、基板２１１、２１３の接合が進行する。やがて、基板２１１、２１３は、全面にわたって接触し、且つ、接合される（ステップＳ１０８）。これにより、基板２１１、２１３は、積層基板２３０を形成する。
なお、上記のように基板２１１、２１３の接触領域が拡大していく過程で、制御部１５０は、基板ホルダ２２３による基板２１３の保持を解除してもよい。また、上ステージ３２２による基板ホルダ２２３の保持を解除してもよい。
更に、上ステージ３２２において基板２１３を解放せずに、下ステージ３３２において基板２１１を解放することにより、基板２１１、２１３の接合を進行させてもよく、二つの基板２１１、２１３の両方を解放してもよい。更に、上ステージ３２２および下ステージ３３２の双方において基板２１３、２１１を保持したまま、上ステージ３２２および下ステージ３３２を更に近づけることにより、基板２１１、２１３を接合させてもよい。
こうして形成された積層基板２３０は、搬送部１４０により重ね合わせ部３００から基板ホルダ２２１と共に搬出される（ステップＳ１０９）。その後、プリアライナ５００において積層基板２３０と基板ホルダ２２１とが分離され、積層基板２３０は基板カセット１３０に搬送される。
二つの基板２１０のそれぞれに生じる歪みの量が互いに異なると、重ね合わせ部３００において、アライメントマーク２１８等に基づいて基板２１０の面方向について位置合わせをしても、基板２１１，２１３の間の位置ずれの量が閾値以下となる相対移動量および相対回転量を算出できず、基板２１１、２１３の位置ずれを解消することができない場合がある。そこで、図３に示したステップＳ１０１においては、基板２１１、２１３を互いに貼り合わせた結果の最終的な倍率の相違による位置ずれが閾値以下となるように、重ね合わせる基板２１１、２１３の組み合わせを決定する。
ここで、基板２１１（２１３）に生じる歪みとは、基板２１１（２１３）における構造物の設計座標すなわち設計位置からの変位である。基板２１１（２１３）に生じる歪みは、平面歪みと立体歪みとを含む。
平面歪みは、基板２１１、２１３の接合面に沿った方向に生じた歪みであり、基板２１１、２１３のそれぞれの構造物の設計位置に対して変位した位置が線形変換により表される線形歪みと、線形変換により表すことができない、線形歪み以外の非線形歪みとを含む。
線形歪みは、変位量が中心から径方向に沿って一定の増加率で増加する倍率を含む。倍率は、基板２１１、２１３の中心からの距離Xにおける設計値からのずれ量をXで除算することにより得られる値であり、単位はｐｐｍである。倍率には、設計位置からの変位ベクトルが同じ量のＸ成分およびＹ成分を有する等方倍率と、設計位置からの変位ベクトルが、互いに異なる量の成分を有する非等方倍率とが含まれる。
本実施例では、貼り合わされる二つの基板２１１、２１３のそれぞれにおける構造物の設計位置は共通であり、二つの基板２１１、２１３のそれぞれにおける設計位置を基準とした倍率の差が、二つの基板２１１、２１３の位置ずれ量となる。
また、線形歪みは、直交歪みを含む。直交歪みは、基板の中心を原点として互いに直交するＸ軸およびＹ軸を設定したときに、構造物が原点からＹ軸方向に遠くなるほど大きな量で、設計位置からＸ軸方向に平行に変位している歪である。当該変位量は、Ｘ軸に平行にＹ軸を横切る複数の領域のそれぞれにおいて等しく、変位量の絶対値は、Ｘ軸から離れるに従って大きくなる。さらに直交歪は、Ｙ軸の正側の変位の方向とＹ軸の負側の変位の方向とが互いに反対である。
基板２１１、２１３の立体歪みは、基板２１１、２１３の接合面に沿った方向以外の方向すなわち接合面に交差する方向への変位である。立体歪みには、基板２１１、２１３が全体的にまたは部分的に曲がることにより基板２１１、２１３の全体または一部に生じる湾曲が含まれる。ここで、「基板が曲がる」とは、基板２１１、２１３が、当該基板２１１、２１３上の３点により特定された平面上に存在しない点を基板２１１、２１３の表面が含む形状に変化することを意味する。
また、湾曲とは、基板の表面が曲面をなす歪みであり、例えば基板２１１、２１３の反りおよび撓みが含まれる。本実施例においては、反りは、重力の影響を排除した状態で基板２１１、２１３に残る歪みをいう。反りに重力の影響を加えた基板２１１、２１３の歪みを、撓みと呼ぶ。なお、基板２１１、２１３の反りには、基板２１１、２１３全体が概ね一様な曲率で屈曲するグローバル反りと、基板２１１、２１３の一部で局所的な曲率の変化が生じるローカル反りとが含まれる。
ここで、倍率は、発生原因によって初期倍率、平坦化倍率、及び、接合過程倍率に分類される。
初期倍率は、アライメントマーク２１８、回路領域２１６等を基板２１１、２１３に形成するプロセスで生じた応力、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等の配置に起因する周期的な剛性の変化等により、基板２１１、２１３の設計仕様に対する乖離として、基板２１１、２１３を重ね合わせる前の段階から生じている。よって、基板２１１、２１３の初期倍率は、基板２１１、２１３の積層を開始する前から知ることができ、例えば、基板２１１、２１３を製造したプロセス機器から初期倍率に関する情報を制御部１５０が取得してもよい。
平坦化倍率は、反り等の歪みが生じた基板２１１、２１３が、接合により、または、平坦な保持部材への吸着により平坦化された場合に生じる倍率の変化に対応する。すなわち、反りが生じた基板２１０を、例えば図４に示した平坦な基板ホルダ２２３に吸着して保持させると、基板２１０は、保持面２２５の形状に倣って平坦になる。ここで、基板２１０が、反りを有する状態から平坦な状態に変化すると、保持する前に比べて基板２１０の歪み量が変化する。
これにより、基板２１０の表面における回路領域２１６の設計仕様に対する位置ずれ量が保持する前に比べて変化する。基板２１０の歪み量の変化は、基板２１０に形成された回路領域２１６等の構造物の構造、当該構造物を形成するためのプロセス、保持前の基板２１０の反りの大きさ等に応じて異なる。平坦化倍率の大きさは、接合過程倍率と同様に、基板２１１、２１３に反り等の歪みが生じている場合に、その歪みと倍率との相関を予め調べておくことにより、基板２１１、２１３の反り量および反り形状等を含む歪みの状態から算出できる。
接合過程倍率は、接合の過程で基板２１１、２１３に生じる歪みに起因して、新たに生じる倍率の変化である。図１０、図１１、図１２、および図１３は、接合過程倍率を説明する図である。図１０、１１、１２には、重ね合わせ部３００で接合される過程にある基板２１１、２１３における、基板２１１、２１３が相互に接触した接触領域と、基板２１１、２１３が相互に接触せずに離れていてこれから重ね合わせされる非接触領域との境界Ｋの付近の領域Ｑを拡大して示す。
図１０に示すように、重ね合わされた二つの基板２１１、２１３の接触領域が中央から外周に向かって面積を拡大する過程で、境界Ｋは、基板２１１、２１３の中央側から外周側に向かって移動する。境界Ｋ付近において、基板ホルダ２２３による保持から解放された基板２１３には伸びが生じる。具体的には、境界Ｋにおいて、基板２１３の厚さ方向の中央の面に対して、基板２１３の図中下面側においては基板２１３が伸び、図中上面側においては基板２１３が収縮する。
これにより、図中に点線で示すように、基板２１３において、基板２１１に接合された領域の外端においては、基板２１３の表面における回路領域２１６の設計仕様に対する倍率が基板２１１に対して拡大したかのように歪む。このため、図中に点線のずれとして現れるように、基板ホルダ２２２に保持された下側の基板２１１と、基板ホルダ２２３から解放された上側の基板２１３との間に、基板２１３の伸び量すなわち倍率の相違に起因する位置ずれが生じる。
更に、図１１に示すように、上記の状態で基板２１１、２１３が接触して接合されると、基板２１３の拡大された倍率が固定される。更に、図１２に示すように、接合により固定される基板２１３の伸び量は、基板２１１、２１３の外周に境界Ｋが移動するほど累積される。
上記のような接合過程倍率の量は、重ね合わされる基板２１１、２１３の剛性、基板２１１、２１３に挟まれる雰囲気の粘性等の物理量に基づいて算出できる。また、重ね合される基板２１１、２１３と同一のロットで製造された基板を重ね合わせて生じたずれ量を予め測定して記録し、記録した測定値を当該ロットの基板２１１、２１３の接合において生じる接合過程倍率に関する情報として制御部１５０が取得してもよい。
図１３は、積層基板２３０を構成する二つの基板２１１、２１３の倍率差による位置ずれの分布を示す図である。図示のずれは、積層基板２３０の中心点から面方向に放射状に漸増するずれ量を有する。なお、図示の倍率は、基板２１１、２１３を重ね合わせる前に生じた初期倍率および平坦化倍率と、基板２１１、２１３を重ね合わせる過程で生じた接合過程倍率とを含む。
なお、基板２１１、２１３を接合する場合は、一方の基板、例えば基板２１１を保持した状態で他方の基板２１３を解放する。このため、基板２１１、２１３が接合される時点では、保持された基板２１１が形状を固定されているのに対して、解放された基板２１３は歪みつつ接合される。よって、固定されたまま接合される基板２１１については接合過程倍率を考慮する必要はないが、解放される基板２１３については、接合過程倍率を考慮することが望ましい。
固定された基板２１１が、基板ホルダ２２１の形状等により歪んだ状態で保持されている場合、解放された基板２１３に対しては、接合過程倍率と平坦化倍率との両方を考慮することが望ましく、更に、その基板２１３に反り等の歪みがある場合は、この歪みを加味した接合過程倍率と平坦化倍率とが考慮されることが望ましい。
このように、重ね合わされる基板２１１、２１３における重ね合わせ後の最終的な倍率差は、基板２１１、２１３が当初より有している初期倍率の差に、基板２１１、２１３を基板ホルダ２２１、２２３等に保持させた場合に生じる平坦化倍率の差と、接合の過程で保持が解放される基板２１３の接合過程倍率とが重なって形成される。
上述のように、基板２１１、２１３を積層して形成される積層基板２３０に生じる位置ずれは、初期倍率差、平坦化倍率差、および接合過程倍率の大きさと関連する。また、基板２１１、２１３に生じる倍率は、反り等の基板の歪みと関連する。
更に、これら初期倍率差、平坦化倍率差、および接合過程倍率は、上記のように、接合前の測定、計算等により予測できる。よって、基板２１１、２１３について予測された倍率に基づいて、接合する基板２１１、２１３の組み合わせを接合前に判断して対応することにより、貼り合わせにより製造された積層基板２３０における位置ずれが過大になることを抑制できる。
図１４は、図３に示したステップＳ１０１で重ね合う基板２１１、２１３の組み合わせを決定する手順の内容を示す。
重ね合わせる基板２１１、２１３の組み合わせを決定する場合、積層基板製造装置１００の制御部１５０は、まず、ひとつの基板カセット１２０、あるいは、同じロットに属する複数の基板２１０等、一群の基板２１１、２１３の各々について、基板２１１、２１３の湾曲に関する情報を収集する（ステップＳ２０１）。
制御部１５０は、重ね合わせる基板２１１、２１３の反りを含む湾曲に関する情報を取得する取得部を形成する。
基板２１１、２１３の湾曲に関する情報には、基板２１１、２１３の反りの大きさ、向き、反っている部分、内部応力等のように、基板２１０を測定することにより得られる情報と、基板２１１、２１３に反りを生じさせる原因に関する情報、および、その原因から推定される基板２１１、２１３の反りの大きさおよび向き等の情報とが含まれる。
基板２１１、２１３の反りを測定するとき、基板２１１、２１３を面方向の中心を支持して中心の周りに回転させながら、例えば重ね合わせ部３００に設けた顕微鏡等の非接触距離計により基板２１１、２１３の表面または裏面を観察し、顕微鏡の光学系が有する自動合焦機能から得られた距離情報の分布に基づいて、表面または裏面の位置を計測する。
これにより、基板２１１、２１３の撓みの大きさ、向き等を測定できる。基板２１１、２１３の撓みの大きさおよび向きは、支持された中心を基準としたときの基板２１１、２１３の厚さ方向の表面または裏面の複数の位置の変位から求められる。本実施例では、基板２１１、２１３のそれぞれの複数の位置における変位の平均値が、グローバル反りの大きさである。基板２１１、２１３における撓みと反りとの差は、反りが生じていない基板２１１、２１３を同じ条件で測定した結果に基づいて知ることができる。よって、反りが生じている基板２１１、２１３の撓みを測定した上で、当該差分を減じることにより、基板２１１、２１３の反り量を算出できる。
更に、基板２１１、２１３を基板ホルダ２２１等により吸着して強制的に平坦にした状態で、ラマン散乱等により基板２１１、２１３の残留応力を計測して、この残留応力を基板の反りに関する情報としてもよい。更に、基板２１１、２１３の反りに関する情報は、積層基板製造装置１００よりも前に行われるプロセスで使用される露光装置、成膜装置等の前処理装置において測定してもよい。また、基板２１１、２１３の反りの測定を、基板２１１、２１３を重ね合わせ部３００に搬入する前に行ってもよい。例えば、積層基板製造装置１００において、プリアライナ５００に、基板２１１、２１３の反りを測定する測定装置を設けてもよい。
一方、基板２１１、２１３の反りを測定せずに、解析的に基板２１１、２１３の反りに関する情報を取得する場合、基板２１１、２１３に形成した回路領域２１６等の構造物の構造、材料に関する情報に基づいて、基板２１１、２１３に生じる反りの大きさおよび向き等を推定してもよい。また、上記構造物を形成する過程で生じた基板２１１、２１３に対する処理プロセス、すなわち、成膜等に伴う熱履歴、エッチング等の化学処理に関する情報を反りの原因となる情報として、これらの情報に基づいて基板２１１、２１３に生じる反りを推定してもよい。
また、基板２１１、２１３に生じる反りを推定する場合に、基板２１１、２１３に生じた反りの原因となり得る基板２１１、２１３の表面構造、基板２１０に積層された薄膜の膜厚、成膜に用いたＣＶＤ装置等の成膜装置の傾向、ばらつき、成膜の手順、条件等の周辺情報を併せて参照してもよい。これらの周辺情報は、反りを推定することを目的として、改めて測定してもよい。
更に、上記のような基板２１１、２１３の反りを推定するには、同等の基板を処理した過去のデータ等を参照してもよいし、重ね合わせる基板２１１、２１３と同等の基板に対して想定されるプロセスの実験をして、反り量と倍率の関係、反り量の違いと倍率差の関係、または、倍率の差すなわち位置ずれ量が閾値以下となる反り量の組み合わせのデータを予め用意してもよい。更に、重ね合わせる基板２１１、２１３の成膜構造、成膜条件に基づいて、有限要素法等により反り量を解析的に求めてデータを用意してもよい。
なお、基板２１１、２１３に対する歪み量の測定は、積層基板製造装置１００の外部で実行してもよいし、積層基板製造装置１００、または、積層基板製造装置１００を含むシステムの内部に基板２１１、２１３の歪みを測定する装置を組み込んでもよい。更に、内外の測定装置を併用して、測定項目を増やしてもよい。
次に、制御部１５０は、ステップＳ２０１において湾曲に関する情報を取得した複数の基板２１０から任意の１枚の第１の基板２１３を選択し（ステップＳ２０２）、選択した第１の基板２１３と暫定的に組み合わされる第２の基板２１１とを重ね合わせた場合にそれぞれに最終的に残る倍率を算出する（ステップＳ２０３）。以降の記載において、二つの基板２１１、２１３に最終的に残る倍率を最終倍率という。更に、制御部１５０は、算出された最終倍率の差を、予め定められた閾値と比較することにより、上記第１の基板２１３および第２の基板２１１の暫定的な組み合わせが、積層基板２３０に対して予め定められた条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ２０４）。
なお、本実施例において、予め定められた条件とは、例えば、基板２１１、２１３を互いに貼り合わせた結果、基板２１１，２１３間に電気的な導通が可能となる最大ずれ量に対応する閾値であり、基板２１１、２１３にそれぞれ接続部等の構造物が設けられている場合は、構造物同士が少なくとも一部で接触するときの基板２１１，２１３間の位置ずれ量に対応する値である。閾値は、例えば１．０μｍ以下であり、より好ましくは、０．５μｍ以下である。位置ずれ量が閾値よりも大きい場合は、接続部同士が接触しない又は適切な電気的導通を得ることができない、もしくは接合部間に所定の接合強度が得られない。閾値は、後述する歪み補正のための基板ホルダや補正機構等の補正部による補正量に応じて設定してもよい。
制御部１５０は、ステップＳ２０４において、基板２１１、２１３の暫定的な組み合わせが予め定めた条件を満たしていると判断した場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、この基板２１１、２１３の組み合わせに対してステップＳ１０２（図３）以降の貼り合わせのプロセスを実行させる。一方、ステップＳ２０４において、基板２１１、２１３の組み合わせが予め定めた条件を満たしていないと判断した場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、制御部１５０は、暫定的に組み合わせた基板２１１、２１３の貼り合わせを実行することなく、これらの基板２１１、２１３が条件を満たすことができるように対策を実行させる（ステップＳ２０５）。
図１５は、上記のステップＳ２０５において実行する対策の手順のひとつを説明する流れ図である。制御部１５０は、まず、対策を実行する一枚の第１の基板２１３を決定する（ステップＳ３０１）。次に、制御部１５０は、選択した第１の基板２１３について、ステップＳ２０１（図１４）で測定された湾曲に関する情報を取得する（ステップＳ３０２）。
次いで、制御部１５０は、選択した第１の基板２１３について取得した情報と、第１の基板２１３を貼り合わせて積層基板２３０とした場合に予め定められた条件を満足する最終倍率の差の値とから、第１の基板２１３に組み合わせることができる第２の基板２１１に許容される倍率の範囲、すなわち、第１の基板２１３と貼り合わせた結果、最終的に第２の基板２１１に生じる倍率の範囲を算出する。このとき、制御部１５０は、例えば重ね合わせの過程で第１の基板２１３に生じる接合過程倍率を相殺できる倍率を算出し、その値を中心とした数値範囲を許容範囲とする。
次に、当該範囲の倍率に対応する反り等の歪みの状態を有する第２の基板２１１を、ステップＳ２０１（図１４）において湾曲に関する情報を既に取得した複数の基板の中から選択して、第１の基板２１３に組み合わせる（ステップＳ３０３）。このとき、制御部１５０は、反り等の湾曲に関する情報に基づいて第２の基板２１１の最終倍率を推定し、その最終倍率が上記した範囲内に入る第２の基板を決定する（ステップＳ３０３）。こうして、貼り合わせた場合に、所定の条件を満たす積層基板２３０を形成できる基板の組み合わせが形成される。
上記のステップＳ３０３において、基板２１１、２１３を各々が平坦な状態で重ね合わせる場合は、基板ホルダ２２１、２１３に保持させた状態の倍率の差、すなわち、基板２１１，２１３のそれぞれの初期倍率と平坦化倍率との和の差が小さくなるように、第１の基板２１３および第２の基板２１１を組み合わせることが好ましい。各基板２１１、２１３の、基板ホルダ２２３、２２１に保持された状態の倍率は、反りに関する情報から算出し、または、反り量と倍率との関係から推測することもできる。
また、ステップＳ３０３において、凸面の保持面を有する基板ホルダ２２３に保持した第１の基板２１３と、平坦な保持面を有する基板ホルダ２２１に保持した第２の基板２１１とを、第１の基板２１３の保持を解除することにより重ね合わせる場合は、平坦な保持面を有する基板ホルダ２２１に保持された状態での倍率すなわち初期倍率と平坦化倍率との和と、第１の基板２１３における最終倍率となる初期倍率と接合過程倍率との和に対する差が小さい倍率との差が閾値以下となる第２の基板２１１を組み合わせる。この場合、基板２１１、２１３における最終倍率と基板の反り状態との関係は、予め実験的に求めておいてもよい。
また、第２の基板２１１が基板ホルダ２２１に保持された状態の倍率、および、第１の基板２１３の最終倍率は、それぞれ湾曲に関する情報または反り量と倍率との関係から算出できる。
このように、基板２１１、２１３の組み合わせを決定する段階で、基板２１１、２１３の反り等の歪みに基づいて基板２１１、２１３を重ね合わせる段階における倍率または重ね合わせた後の最終倍率を推定することにより、倍率の相違に起因する位置ずれを防止または抑制できる。また、重ね合わせる段階の倍率の差が閾値以下となる基板２１０を組み合わせることにより、倍率の相違による接合不良が防止される。
また、重ね合わせる段階の倍率の差が小さい基板２１０を組み合わせることにより、少なくとも位置ずれを小さくすることができ、更に、後述するように基板２１０に何らかの補正をする場合であっても、少ない補正で位置ずれを解消できる。更に、重ね合わせ部３００において位置合わせをする段階よりも前またはアライメントマークの検出を行う前に基板の組み合わせを決定することによって倍率の相違を抑制することにより、重ね合わせ部３００における位置合わせを高速化し、積層基板製造装置１００のスループットを向上させることができる。
なお、基板２１０の湾曲に関する情報に基づいた組み合わせの決定は、上記のように、基板２１１、２１３の重ね合わせの段階（図３に示したステップＳ１０３）よりも前であることが好ましいと同時に、重ね合わせる基板２１１、２１３の表面の活性化（図３に示したステップＳ１０６）よりも前であることが好ましい。これにより、基板２１１、２１３を活性化したにもかかわらず、重ね合わせの対象となる組み合わせが決定できなかった場合に、基板２１１、２１３の活性化が無駄になることを回避できる。
上記実施例において、ひとつのロットまたはカセット内で、倍率差が許容範囲に収まる組み合わせを決定できなかった基板２１０に対しては、組み合わせの範囲を、他のロットまたは他の基板カセット１２０に拡げてもよい。この場合、組み合わせが決定されない基板２１０を収容するカセットを設け、組み合わせるべき基板２１０が見つかるまで、当該カセットで待機させておいてもよい。
上記実施例では、第１の基板２１３および第２の基板２１１の湾曲に関する情報から推測した位置ずれ量および倍率等に基づいて、第１の基板２１３および第２の基板２１１の組み合わせを決定したが、これに代えて、第１の基板２１３の歪みの種類および歪み量等の歪みの状態、および、第２の基板２１１の歪みの状態に基づいて組み合わせを決定してもよい。歪みの状態は、湾曲に関する情報の一つであり、反り形状および反り量等の反り状態が含まれる。この場合、組み合わせのために満たすべき条件は、第１の基板２１３の歪みの状態と第２の基板２１１の歪みの状態との組み合わせが、予め定めた歪みの状態の組み合わせに該当することを含む。このように第１の基板２１３および第２の基板２１１における歪みの状態のような、形状に基づいて組み合わせを決定することができる。
また、上記した実施例において、基板２１１、２１３のローカル反りを考慮して基板２１１、２１３の組み合わせを決定してもよい。基板２１１、２１３の反った領域の反り状態を上記したグローバル反りと同様に測定および推定することができ、また、ローカル反りに関する情報と歪みとを関係付けておくことができる。この場合、二つの基板２１１、２１３が対向した状態での反り状態が、二つの基板２１１、２１３の表面に沿った平面に関して鏡像関係になる基板を組み合わせる。そして、この組み合わされた二つの基板２１１、２１３を接合するときは、両方の基板２１１、２１３を基板ホルダ２２１、２１３から解放することが好ましい。これにより、両基板２１１、２１３のローカル反りが生じている領域に同等の歪みを生じさせることができるので、ローカル反り領域における歪みの差による位置ずれが抑制される。
重ね合わせに供する基板２１０は、当初は、図１６の図中左側に示すように、様々な反りの状態をランダムに有する。そこで、積層基板製造装置１００の制御部１５０は、ステップＳ２０１において基板２１０の各々の湾曲に関する情報を取得すると、取得した情報に基づいて、ひとつのロットまたは基板カセット１２０に含まれる基板２１０の湾曲に関する情報を取得した上で、基板２１０を反りの大きさに従って配列する。
ここで、基板２１０の配列は、基板２１０を移動させなくても、基板２１０を識別するコードと基板カセット１２０内での収容位置とを関連付けて制御部１５０が処理することにより、例えば、ひとつの基板カセット１２０に収容された複数の基板２１０に序列をつけてもよい。これにより、序列をつけられた複数の基板２１０を順次組み合わせて重ね合わせることにより、倍率差がカセットまたはロット内で均一になり、全体に品質の高い積層基板２３０が製造される。
一方、ソーター等を用いて、位置ずれが閾値以下となる基板２１０のペアが隣り合うように基板カセット１２０に収容することにより、積層基板製造装置１００の制御部１５０は、基板カセット１２０内の基板２１０を、単純に順次処理することにより、適切な組み合わせで貼り合わせを実行できる。これにより、制御部１５０の負荷を減らして、スループットを向上できる。
また、以下に述べるように、積層基板製造装置１００内で基板２１０の組み合わせを決定することに代えて、積層基板製造装置１００とは別の装置で組み合わせを決定してもよい。
この場合、積層基板製造装置１００とは別の装置で基板２１０の反りを含む形状を計測する。別の装置は、接合される基板２１０を接合の前段階で処理する基板処理装置、例えば露光装置、成膜装置および研磨装置等を含む。
この歪んだ基板２１０の形状の情報に基づいて、複数の基板２１０を例えば反り量毎に個別の基板カセット１２０に仕分ける。または、一つの基板カセット１２０内で各基板２１０を識別する識別情報と、各基板２１０の湾曲に関する情報とを対応付けて記憶しておく。この仕分けは、ソーターを用いてもよい。同一ロット内で仕分ける場合は、基板２１０が元々収容されていたカセットから専用の基板カセットに入れ直す必要はないが、ロット間で仕分ける場合は、専用の基板カセットに入れ直してもよく、複数の基板カセットを積層基板製造装置に並べてセットしてもよい。
基板処理装置の制御部は、複数の基板２１０と湾曲に関する情報とを対応付けたデータを格納したデータサーバからデータを読み込んで組み合せを決定し、または、組み合わせを決定する組合せ処理部に組合せを行う旨の指示信号を出力して処理させる。基板処理装置の制御部は、組み合わせた基板２１０の組を接合する指示を示す信号を、積層基板製造装置１００に出力する。積層基板製造装置１００は、基板処理部の制御部から受けた信号に基づき、セットされた基板カセット内の基板を、基板処理装置の制御部の指示に従って接合する。
図１７は、ステップＳ２０５（図１４）において実行する対策の手順のひとつを説明する流れ図である。まず、制御部１５０は、基板の湾曲に関する情報を収集した一群の基板２１０から任意の第１の基板２１３および第２の基板２１１の組み合わせを選択する（ステップＳ４０１）。すなわち、制御部１５０は、複数の基板２１０の中から所定の条件を満たす第１の基板２１３および第２の基板２１１の組み合わせを選択する選択部として機能する。ただし、ここで選択された組み合わせは、ステップＳ２０４（図１４）において、条件を満たしていないことが既に判断された組み合わせである。
次に、制御部１５０は、選択した一組の基板２１１、２１３について、ステップＳ２０１（図１４）で測定された湾曲に関する情報を取得する（ステップＳ４０２）。これにより、制御部１５０は、この第１の基板２１３および第２の基板２１１の組み合わせにおける最終倍率と所与の条件との乖離を把握して、条件を満たすために実行すべき補正量を算出できる。すなわち、制御部１５０は、二つの基板２１１、２１３を貼り合せたときの位置ずれ量を推測する推測部として機能する。ここで、補正量とは、互いに接合される二つの基板２１１、２１３の位置ずれが閾値以下となるように、二つの基板２１０の少なくとも一方に生じさせる歪み量である。
よって、基板ホルダ２２３および後述する補正部６０２等により基板２１１、２１３の少なくとも一方の歪みの状態を変化させることにより、推定される倍率を変化させ（ステップＳ４０３）、選択した第１の基板２１３の最終倍率を、設計仕様の倍率に近づける。
なお、基板２１１、２１３を重ね合わせていない状態で、基板２１１、２１３の少なくとも一方の形状を変化させることにより、基板２１１、２１３の歪み量を変化させてもよい。また、基板２１１、２１３の各々を設計仕様に沿うように形状を変化させてもよいが、積層する基板２１１、２１３のいずれか一方に他方を合わせるように、基板２１１、２１３のいずれか一方の形状を変化させてもよい。また、上記した基板２１１、２１３に関する情報として記録された基板の非線形歪み等も合わせて補正してもよい。
更に、制御部１５０は、接合過程倍率のように重ね合わせの過程で生じる倍率に見合った当初倍率を算出して、算出した当初倍率に対する差が閾値以下となる倍率を有する第２の基板２１１を決定してもよい。
また更に、制御部１５０は、決定した第２の基板２１１の倍率を、補正部６０１、６０２，６０３等により補正して、重ね合わせ後の基板２１１、２１３の倍率差が閾値以下となるようにする。こうして、積層基板２３０における基板２１１、２１３の倍率差を極めて小さくすることができる。
なお、ステップＳ４０３でいずれかの基板２１１、２１３を補正しても、予め定められた条件を満たすことができないことが判明した場合は、図１４に示した手順に従って基板２１１、２１３の組み合わせを変更してもよい。また、それでも組み合わせが見つからなかった基板２１１、２１３は、いったんプロセスからはずして、組み合わせることができる基板が生じるまで待機させてもよい。
更に、上記の例では、貼り合わせる基板２１１、２１３が、あくまでも当初の条件を満たすことを条件として基板２１１、２１３を処理した。しかしながら、例えば、条件を満足できない基板２１１、２１３の組み合わせが発生して他の基板２１１を選択する段階に、当初の閾値に、予め定めた他の値を加えることにより、条件を満足できる範囲を拡げてもよい。これにより、精度の低下を予め想定した範囲に抑制すると共に、基板２１１、２１３の歩留りを向上できる。
図１８は、ステップＳ４０３（図１６）において基板２１０の歪みを補正する方法のひとつとして、基板２１０の初期倍率を補正する方法を説明する図である。同図には、基板２１１を基板ホルダ２２１に保持させた状態が示される。
ここで、基板ホルダ２２１は、周縁部から中央部に向けて厚さが徐々に増加する断面形状を有する。これにより、湾曲した保持面２２５を有する。基板ホルダ２２１に吸着して保持された基板２１１は、保持面２２５に密着して、保持面２２５の形状に倣って湾曲する。よって、保持面の表面が曲面、例えば、円筒面、球面、放物面等をなす場合は、吸着された基板２１３も、そのような曲面をなすように形状が変化。
このような形状の保持面２２５に基板２１１が吸着された場合、基板２１１が湾曲した状態では、図中に一点鎖線で示す基板２１３の厚さ方向の中心部Ａに比較して、基板２１１の図中の上面である表面では、基板２１１の表面が中心から周縁部に向けて面方向に拡大するように形状が変化する。また、基板２１１の図中の下面である裏面においては、基板２１１の表面が中心から周縁部に向けて面方向に縮小するように形状が変化する。
このように、基板２１１を基板ホルダ２２１に保持させることにより、基板２１１の図中上側の表面は、基板２１１が平坦な状態に比較すると拡大される。このような形状の変化により、他の基板２１３との倍率差による位置ずれを補正できる。なお、湾曲した保持面２２５の曲率が異なる複数の基板ホルダ２２１を用意すれば、倍率に対する補正量を調節することもできる。
図１９は、湾曲部の一例として重ね合わせ部３００に組み込むことができる補正部６０１の模式的断面図である。補正部６０１は、図示の例では、重ね合わせ部３００の下ステージ３３２に設けられ、上記したステップＳ４０３（図１７参照）において、補正のために基板２１１の形状を変化させて湾曲させる場合に使用する。
補正部６０１は、基部４１１、複数のアクチュエータ４１２、および吸着部４１３を含む。基部４１１は、アクチュエータ４１２を介して吸着部４１３を支持する。
吸着部４１３は、真空チャック、静電チャック等の吸着機構を有し、下ステージ３３２の上面を形成する。吸着部４１３は、搬入された基板ホルダ２２１を吸着して保持する。
アクチュエータ４１２は、吸着部４１３の下方で吸着部４１３の下面に沿って複数配されている。また、複数のアクチュエータ４１２は、制御部１５０の制御の下で、外部からポンプ４１５およびバルブ４１６を通じて作動流体が供給されることにより個別に駆動する。これにより複数のアクチュエータ４１２は、下ステージ３３２の厚さ方向すなわち基板２１１，２１３の重ね合わせ方向に、個々に異なる伸縮量で伸縮して、吸着部４１３の結合された領域を上昇または下降させる。
また、複数のアクチュエータ４１２は、それぞれリンクを介して吸着部４１３に結合される。吸着部４１３の中央部は、支柱４１４により基部４１１に結合される。補正部６０１においてアクチュエータ４１２が動作した場合、アクチュエータ４１２が結合された領域毎に吸着部４１３の表面が厚さ方向に変位する。
図２０は、補正部６０１の模式的平面図であり、補正部６０１におけるアクチュエータ４１２のレイアウトを示す図である。補正部６０１において、アクチュエータ４１２は、支柱４１４を中心として放射状に配される。また、アクチュエータ４１２の配列は、支柱４１４を中心とした同心円状ともとらえることができる。アクチュエータ４１２の配置は図示のものに限られず、例えば格子状、渦巻き状等に配置してもよい。これにより、基板２１１を、同心円状、放射状、渦巻き状等に形状を変化させて補正することもできる。
図２１は、補正部６０１の動作を説明する図である。図示のように、バルブ４１６を個別に開閉することによりアクチュエータ４１２を伸縮させて、吸着部４１３の形状を変化させることができる。よって、吸着部４１３が基板ホルダ２２１を吸着しており、且つ、基板ホルダ２２１が基板２１１を保持している状態であれば、吸着部４１３の形状を変化させることにより、基板ホルダ２２１および基板２１１の形状を変化して湾曲させることができる。
図２０に示した通り、アクチュエータ４１２は、同心円状、即ち、下ステージ３３２の周方向に配列されていると見做すことができる。よって、図２１に点線Ｍで示すように、周毎のアクチュエータ４１２をグループにして、周縁に近づくほど駆動量を大きくすることにより、吸着部４１３の表面において中央を隆起させて、球面、放物面、円筒面等の形状に変化させることができる。
これにより、湾曲した基板ホルダ２２１に基板２１１を保持させた場合と同様に、基板２１１を、球面、放物面等に倣って形状を変化させて湾曲させることができる。よって、補正部６０１においては、図中に一点鎖線で示す基板２１３の厚さ方向の中心部Ｂに比較すると、基板２１１の図中上面では、基板２１１の表面が面方向に拡大するように形状を変化させる。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するように形状を変化させる。更に、複数のアクチュエータ４１２の伸縮量を個別に制御することにより、円筒面等の他の形状の他、複数の凹凸部を含む形状に基板２１１の形状を変化させて湾曲させることにより、非線形歪みを補正することもできる。
よって、制御部１５０を通じて補正部６０１のアクチュエータ４１２を個別に動作させることにより、基板２１１の表面における回路領域２１６の設計仕様に対するずれを、部分的または全体的に調整できる。また、アクチュエータ４１２の動作量により形状を変化させる量を調整できる。
上記の例では、吸着部４１３が、中央で盛り上がる形状を有していた。しかしながら、吸着部４１３の周縁部においてアクチュエータ４１２の動作量を増加させて、吸着部４１３の周縁部に対して中央部を陥没させることにより、基板２１１の表面における回路領域２１６の倍率を縮小することもできる。
また、上記の例では、重ね合わせ部３００を下ステージ３３２に補正部６０１を組み込んだが、上ステージ３２２に補正部６０１を組み込んで、上ステージ３２２において基板２１３を補正してもよい。また更に、上ステージ３２２および下ステージ３３２の両方に補正部６０１を組み込んでもよい。更に、上ステージ３２２と下ステージ３３２とで補正を分担してもよい。基板２１１、２１３の倍率の補正は、上記方法に限られず、温度調節による熱膨張または熱収縮等、他の補正方法を更に導入してもよい。
図２２は、ステップＳ４０３（図１６）において基板２１０の歪みを補正する方法のひとつとして、基板２１０の接合過程倍率を補正する方法を説明する図である。図中下側の基板２１１は、中央が突出した基板ホルダ２２１に保持されることにより、倍率が拡大されている。ここで補正された基板２１１の倍率は、基板２１３の接合過程倍率を見込んだものである。よって、基板２１１、２１３の倍率の相違に起因するずれは低減される。
基板ホルダ２２１の保持面２２５が、中央で盛り上がる形状を有していた。しかしながら、保持面２２５の周縁部に対して中央部が陥没した基板ホルダ２２３を用意して基板２１１を保持させることにより、基板２１１表面における倍率を縮小することができ、回路領域２１６の設計仕様に対する位置ずれを調整することもできる。
図２３は、重ね合わせ部３００に組み込んで基板２１１、２１３の接合過程倍率を補正できる他の補正部６０２の模式的断面図である。補正部６０２は重ね合わせ部３００で使用される基板ホルダ２２１、２２３に組み込まれている。この補正部６０２は、湾曲した保持面２２５を有する基板ホルダ２２１、上記した補正部６０１等と併用することもできる。また、補正部６０２を、基板ホルダ２２１が基板２１１を吸着する場合に用いる静電チャックと兼用することもできる。
補正部６０２は、スイッチ４３４、静電チャック４３６、および電圧源４３２を有する。静電チャック４３６は、基板ホルダ２２１、２２３に埋設される。静電チャック４３６の各々は、個別のスイッチ４３４を介して、共通の電圧源４３２に結合される。これにより、静電チャック４３６の各々は、制御部１５０の制御の下に開閉するスイッチ４３４が閉じた場合に、基板ホルダ２２１、２２３の表面で吸着力を発生して、基板２１１、２１３を吸着する。
補正部６０２における静電チャック４３６は、基板ホルダ２２１、２２３において基板２１３を保持する保持面全体に配される。これにより、基板ホルダ２２１，２２３はそれぞれ複数の吸着領域を有する。よって、スイッチ４３４のいずれかが閉じた場合に、対応する静電チャック４３６が吸着力を発生して、基板ホルダ２２３の保持面における任意の位置で、基板２１１、２１３に対して吸着力を作用させる。なお、全てのスイッチ４３４を閉じた場合は、全ての静電チャック４３６が吸着力を発生して、基板２１１、２１３を基板ホルダ２２１、２２３に強固に保持させる。
図２４は、補正部６０２の補正動作を説明する図である。図２４においては、図２２と同様に、重ね合わせの過程にある基板２１１、２１３の一部が示される。
重ね合わせ過程において、基板２１３の形状に変化が生じている境界Ｋ付近の領域に、補正部６０２により、図中上方から基板２１３に対して吸着力を作用させると、補正をしなかった場合の形状の変化に対して、より大きな形状の変化が基板２１３に生じる。これにより、静電チャック４３６を動作させた箇所において、基板２１３の伸び量をより大きくする補正ができる。
また、重ね合わせ過程において、基板ホルダ２２１による基板２１１の保持を部分的に解除すると、当該領域においては、上側の基板２１３からの引っ張り力により、下側の基板２１１が基板ホルダ２２１から浮き上がって湾曲する。これにより、下側の基板２１１の表面が伸びるように形状が変化するので、この伸び量の分、上側の基板２１３の表面の伸び量との差が小さくなる。従って、基板２１１の曲げ量すなわち伸び量を調整することにより、基板２１１、２１３間の倍率差による位置ずれを小さくすることができる。
なお、下ステージ３３２において補正目的で基板２１１の保持を解除する場合には、保持力を完全に消失させることに換えて、保持力を弱くするにとどめてもよい。このように、基板ホルダ２２１による基板２１１の保持力を調整することによっても、基板２１１の倍率を調節でき、基板２１３との倍率差による位置ずれを補正できる。
このように、補正部６０２の動作により、基板２１１、２１３相互の倍率の相違を抑制できる。また、基板ホルダ２２１、２２３全体に配された静電チャック４３６は、個別に吸着力を発生または遮断できる。よって、基板２１１、２１３における伸び量の不均一が複雑に分布している場合であっても、補正部６０２により補正することができる。
なお、上記の例では、下ステージ３３２が保持する基板２１１に対して、上ステージ３２２による基板２１３の保持を一気に解放することにより、基板２１３の自律的な接合により基板２１１、２１３を重ね合わせた。しかしながら、静電チャック４３６の吸着力を、上ステージ３２２の面方向について基板の中心部から外側に向かって順次消去することにより、基板２１３の自律的な接合を抑制して、基板２１１、２１３の接触領域の拡がりすなわち境界Ｋの移動速度、移動時間、移動方向等を制御してもよい。これにより、外周に近づくほど倍率の変化が累積されて、外周に近づくほど倍率差が増加することを抑制できる。
図２５は、重ね合わせ部３００に組み込んで基板２１１、２１３の接合過程倍率を補正できる他の補正部６０３の模式的断面図である。補正部６０３は重ね合わせ部３００の上ステージ３２２で使用される基板ホルダ２２３に組み込まれている。
補正部６０３は、基板ホルダ２２３に設けられ、基板ホルダ２２３に保持された基板２１３に向かって開口した複数の開口部４２６を含む。開口部４２６の各々の一端は、上ステージ３２２を通じて、バルブ４２４を介して圧力源に連通する。圧力源４２２は、例えば、圧縮された乾燥空気等の加圧流体である。バルブ４２４は、制御部１５０の制御の下に個別に開閉される。バルブ４２４が開いた場合は、対応する開口部４２６から加圧流体が噴射される。
図２６は、補正部６０３における開口部４２６のレイアウトを示す図である。開口部４２６は、基板ホルダ２２３において基板２１３を保持する保持面全体に配される。よって、バルブ４２４のいずれかを開くことにより、基板ホルダ２２３の保持面における任意の位置で、加圧流体を図中下方に向かって噴射できる。
基板ホルダ２２３は、例えば静電チャックにより基板２１３を保持する。静電チャックは、電力供給を遮断することにより吸着力を解消できるが、残留電荷等により保持していた基板２１３が解放されるまでにタイムラグが生じる。そこで、静電チャックへの給電を遮断した直後に、基板ホルダ２２３全体の開口部４２６から加圧流体を噴射して、基板２１３を即座に解放できる。
図２７は、補正部６０３の補正動作を示す模式図である。図２７においては、図２４と同様に、重ね合わせの過程にある基板２１１、２１３の一部が示される。
重ね合わせの過程において、基板２１３の形状が変化している境界Ｋ付近の領域に、補正部６０３により、図中上方から加圧流体４２７を噴射すると、基板２１３が他方の基板２１１に向かって押されて形状の変化量が減少する。これにより、加圧流体を吹きつけた箇所において、基板２１３の伸び量をより小さくする補正ができる。
このように、補正部６０３が動作することにより、基板２１３における伸びを抑制できるので、基板２１１、２１３相互の間の倍率差による位置ずれを補正できる。なお、補正部６０３において、開口部４２６は、個別に加圧流体を噴射できる。よって、補正すべき基板２１３の伸び量の分布が不均一な場合も、基板２１３の領域毎に異なる補正量で補正できる。
なお、上記の例では、上ステージ３２２に補正部６０３を設ける場合について説明した。しかしながら、下ステージ３３２に保持された基板２１１を解放して基板２１３に貼り合わせる構造の重ね合わせ部３００では、補正部６０３を下ステージ３３２に設けて、図中下側の基板２１１の伸び量を補正してもよい。更に、下ステージ３３２および上ステージ３２２の両方に補正部６０３を設けて、両方の基板２１１、２１３で補正を実行してもよい。
また、図１５を用いて説明した基板２１１、２１３の組み合わせによる倍率差の抑制に加えて、図１８に示した曲面状の保持面２２５を有する基板ホルダ２２１を用いた倍率補正、図１９等に示した補正部６０１、図２３に示した補正部６０２、図２５等に示した補正部６０３等による倍率補正を併用してもよい。
この場合、所定の条件に適合する二つの基板２１１、２１３の組み合わせを決定する際、二つの基板２１１、２１３の位置ずれ量が、上記した補正手段で補正可能な大きさを有する組み合わせを決定する。つまり、基板２１１、２１３の位置ずれ量と位置ずれ量の閾値との差すなわち必要となる補正量が、上記した補正手段の最大補正量よりも小さくなる基板２１１、２１３の組み合わせを決定する。
これにより、湾曲に関する情報に基づいて第１の基板２１３に合わせて第２基板２１１を決定するときに解消できなかった歪み差による位置ずれを減少させることができるので、位置ずれ量が閾値以下となる組み合わせを決定することができない場合でも、補正手段を用いることにより組み合わせ数を増やすことができる。
なお、アクチュエータ４１２等を備えた補正機構で曲面状の保持面２２５を有する基板ホルダ２２１の形状を変化させることにより、基板ホルダ２２１の凸量を連続的に変化させることができるので、基板ホルダ２２１による補正量を調整することができる。また、基板２１１、２１３の温度差、基板２１１、２１３に対する吸着力等を利用した補正機構により、基板２１１、２１３の反り、歪み等に対する補正量を調整できる。これにより、補正範囲を拡げて、基板２１０の利用効率を更に向上できる。
また、上記した例のように基板の湾曲に関する情報に基づいて、補正機構により基板間の位置ずれを補正する場合、取得部が取得する情報は、歪みを補正する場合の補正方法、補正量等の情報であってもよい。更に、取得部が取得する情報は、補正量を算出するための補正量以外の情報であってもよい。ここで、補正量以外の情報とは、例えば、基板２１０のロット番号、基板２１０を前工程で処理する場合に使用した設備のＩＤ、重ね合わせるまでに基板２１０に対してなされた処理の履歴、基板２１０の仕様等を例示できる。
また、図１７に示す手順で上記した補正手段を用いて位置ずれを補正する場合、図１４のＳ２０４において、二つの基板２１１、２１３の湾曲に関する情報から算出または推測した二つの基板２１１、２１３の位置ずれ量、もしくは、位置ずれ量と位置ずれ量の閾値との差すなわち必要となる補正量が、上記した補正手段で補正可能な大きさ以下であるか否かを、所定の条件としてもよい。この条件を満たす場合は、上記した補正手段により補正を行い、条件を満たさない場合は、図１５に示すステップに沿って、当該条件を満たす基板の組み合わせを決定する。
このように、基板２１１、２１３の湾曲に関する情報を予め取得して、重ね合わせ後の倍率を含む歪みまたは位置ずれを推測することにより、積層に関して相性のよい基板２１１、２１３を組み合わせることができる。これにより、倍率等に起因する位置ずれが閾値以下となる積層基板２３０を効率よく製造できる。また、重ね合わせる基板２１１、２１３に倍率等の相違があっても、倍率差を抑制する補正を効率よく実行でき、位置ずれの少ない積層基板２３０の生産性と歩留りを向上できる。
また、上記の実施例において、基板２１１、２１３の湾曲に関する情報から予測した倍率と、基板２１１、２１３上のアライメントマーク２１８に基づくグローバルアライメントまたはエンハストグローバルアライメントにより計測した接合前の倍率、または接合後の倍率との差分を求め、当該差分が予め定めた閾値よりも大きい場合は、次回からの測定および判定の閾値等にこの差分を反映させてもよい。これにより、基板２１１、２１３の位置合わせ精度を、より向上させることができる。
この場合、制御部１５０は、基板２１１、２１３毎に、あるいは、重ね合わせる基板２１１、２１３の組み合わせが決まっている場合は当該組み合わせ毎に、基板２１１、２１３に関する情報として、アライメントマーク２１８の位置情報から基板２１１、２１３の歪みの状態を算出して記録してもよい。
また、上記した実施例では、基板２１１、２１３に生じた倍率歪みの状態に基づいて組合せの適否を判断した例を示したが、これに代えて、または、これに加えて、基板２１１、２１３のそれぞれに生じた直交歪みの状態に基づいて組み合わせの適否を判断してもよい。二つの基板２１１、２１３のそれぞれに直交歪みが生じている場合には、一方の基板を回転させることにより、二つの基板２１１、２１３間の位置ずれ量が閾値以下となるか否かを検出し、閾値以下となる場合には、適切な組み合わせであると判断してもよい。
図２８は、ステップＳ２０５（図１４）において実行する対策の他の手順を説明する流れ図である。まず、制御部１５０は、湾曲に関する情報を収集した一群の基板２１０から任意の第１の基板２１３を選択する（ステップＳ５０１）。ただし、ここで選択された組み合わせは、ステップＳ２０４（図１４）において、条件を満たしていないと判断された組み合わせから取り出された基板２１３である。
次に、制御部１５０は、選択した第１基板２１３について、ステップＳ２０１（図１４）で測定された湾曲に関する情報を取得する（ステップＳ５０２）。これにより、制御部１５０は、この第１の基板２１３に組み合わせることにより所定の条件を満たす第２の基板２１１の倍率を算出できる。そこで、制御部１５０は、基板２１１、２１３の製造設備に第２の基板２１１の要求仕様を示す情報を出力して、選択した第１の基板２１３と組み合わせて積層基板２３０とした場合に条件を満たすことができる第２の基板２１１を製造させる（ステップＳ５０３）。
こうして、第１の基板２１３に組み合わせることを前提として第２の基板２１１を製造することにより、第１の基板２１３を用いて、条件を確実に満たす積層基板２３０を作製できる。なお、ステップＳ５０３において、第１の基板２１３に組み合わせる第２の基板２１１を製造する他に、他のロットまたは他のラインで、組み合わせを見出せずにストックされていた基板２１０に、第１の基板２１３に適合するものがあれば、それを用いてもよい。
更に、組み合わせる基板２１０を決定できなかった場合に、当該基板２１０に組み合わせる適切な倍率を有する基板２１０を作製してもよい。
例えば、既存の第１の基板２１３に対して、最終倍率の差が閾値以下となるような第２の基板２１１を後から製造してもよい。この場合、最終的な倍率差が閾値以下となる基板２１１の反り量を逆算して、ウエハの製造から、成膜を含む基板２１１の製造過程で、第１の基板２１３の反りに関する情報を成膜装置にフィードバックして、基板２１１を意図的に反らせてもよい。
こうして、倍率差が生じない基板を用意することにより、基板２１１、２１３の重ね合わせのスループットを向上させることができる。この場合、二つの基板２１１、２１３の倍率差がゼロとなる反り量を目標値として製造し、目標値からの誤差分は上記したように基板２１１、２１３の組み合わせや補正機構を用いて解消してもよい。
また、上記のように製造する基板は、第１の基板２１３に対して組み合わせる第２の基板２１１を決定した後に、残った基板に対して、倍率差が閾値以下となる基板を製造してもよい。これにより、基板２１１、２１３の歩留りを向上できる。
また、本実施例では、第１の基板２１３および第２の基板２１１の組み合わせが、積層基板２３０に対して予め定められた条件を満たすか否かを判断する例を示したが、これに代えて、第１の基板２１３および第２の基板２１１のそれぞれが所定の条件を満たすか否かを個別に判断してもよい。この場合、所定の条件は、第１の基板２１３および第２の基板２１１のそれぞれにおいて、積層基板製造装置１００に搬入されてから貼り合わせが完了するまでの貼り合わせ過程中に生じると予測した歪み量が、第１の基板２１３および第２の基板２１１のそれぞれに設けられた接続端子の幅寸法の半分以下となることである。もしくは、この条件を満たすときの第１の基板２１３および第２の基板２１１のそれぞれの湾曲状態を予め記憶しておき、測定した湾曲状態から条件を満たすか否かを判断する。
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。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。その様な変更または改良を加えた形態もまた、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 積層基板製造装置、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、２２２、２２３ 基板ホルダ、２２５ 保持面、４２６ 開口部、２３０ 積層基板、３００ 重ね合わせ部、３１０ 枠体、３１２ 底板、３１６ 天板、３２２ 上ステージ、３２４、３３４ 顕微鏡、３２６、３３６ 活性化装置、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、４００ ホルダストッカ、４１１ 基部、４１２ アクチュエータ、４１３ 吸着部、４１４ 支柱、４１５ ポンプ、４１６、４２４ バルブ、４２２ 圧力源、４２７ 加圧流体、４３２ 電圧源、４３４ スイッチ、４３６ 静電チャック、５００ プリアライナ、６０１、６０３、６０２ 補正部

Claims (20)

  1. 第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する方法であって、
    前記第１の基板の湾曲に関する情報を取得する段階と、
    前記情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる条件を決定する段階と、
    を含む積層基板製造方法。
  2. 前記貼り合わせる条件は、前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに貼り合わせたときの前記第１の基板と前記第２の基板との間の位置ずれ量が閾値以下となる条件を含む、請求項１に記載の積層基板製造方法。
  3. 前記貼り合わせる条件は、前記位置ずれを補正する補正量を含む、請求項２に記載の積層基板製造方法。
  4. 前記貼り合わせる条件は、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形状を変化させる変形量を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  5. 前記貼り合わせる条件は、前記第１の基板および前記第２の基板を互いに貼り合わせたときの位置ずれ量、または、前記位置ずれ量と閾値との差が、前記第１の基板および前記第２の基板の位置ずれを補正する補正部により補正可能な大きさとなる条件を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  6. （ｉ）前記湾曲に関する情報に基づいて、前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに貼り合わせたときに前記第１の基板に生じる歪みの量を推定する段階、および、（ｉｉ）前記湾曲に関する情報に基づいて、前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに貼り合わせたときの前記第１の基板と前記第２の基板との間の位置ずれ量を算出する段階、の少なくとも一方の段階と、を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  7. 前記貼り合わせる条件は、前記第１の基板および前記第２の基板の組み合わせを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  8. 前記貼り合わせる条件は、前記第１の基板の歪みの状態と前記第２の基板の歪みの状態との組み合わせが、所定の組み合わせに該当することを含む、請求項７に記載の積層基板製造方法。
  9. 前記組み合わせが前記所定の組み合わせに該当しない場合、前記所定の組み合わせに該当しないと判断された前記第２の基板に代えて、前記所定の組み合わせに該当する第２の基板を、他の複数の第２の基板から選択する段階を含む、請求項８に記載の積層基板製造方法。
  10. 前記貼り合わせる条件は、前記第１の基板に貼り合わせた場合に前記第１の基板との間の位置ずれ量が閾値以下になる基板を製造する条件を含む請求項１から９のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  11. 前記第１の基板と貼り合わせた状態での倍率が、前記第１の基板の倍率に対して所定の範囲内になるように、前記第２の基板を製造する段階を備える、請求項１０に記載の積層基板製造方法。
  12. 前記第１の基板の形状を計測する段階を含み、前記計測により前記湾曲に関する情報を取得することを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  13. 前記情報は、前記第１の基板における反りの大きさ、反りの方向、撓みの大きさ、および、撓みの方向の少なくとも一つを示す情報を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  14. 前記情報は、前記第１の基板の中心を基準としたときの複数の位置における変位から求まる全体的な湾曲の情報を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  15. 前記第１の基板の製造プロセスに基づいて、前記情報を推定する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  16. 前記情報は、前記第１の基板の製造プロセス、前記第１の基板における応力分布を示す情報、および、前記第１の基板に形成された構造物の仕様を示す情報の少なくとも一つを含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  17. 前記湾曲に関する情報を取得する段階では、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する装置とは別の装置で湾曲に関する情報を取得する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  18. 前記積層基板を製造する装置により前記第１の基板及び前記第２の基板の位置を計測する段階に先立って、前記湾曲に関する情報を取得する段階を実行する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  19. 前記第１の基板及び前記第２の基板を前記積層基板を製造する装置に搬入する段階に先立って、前記湾曲に関する情報を取得する段階を実行する、請求項１から１８のいずれか一項に記載の積層基板製造方法。
  20. 第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて積層基板を製造する装置であって、
    前記第１の基板の湾曲に関する情報を取得する取得部と、
    前記情報に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせる条件を決定する決定部と、
    を備える積層基板製造装置。
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