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JP7370271B2 - 基板位置決め装置、基板位置決め方法および接合装置 - Google Patents

基板位置決め装置、基板位置決め方法および接合装置 Download PDF

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JP7370271B2
JP7370271B2 JP2020020272A JP2020020272A JP7370271B2 JP 7370271 B2 JP7370271 B2 JP 7370271B2 JP 2020020272 A JP2020020272 A JP 2020020272A JP 2020020272 A JP2020020272 A JP 2020020272A JP 7370271 B2 JP7370271 B2 JP 7370271B2
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rotation
rotating
section
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哲也 牧
寿史 稲益
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Tokyo Electron Ltd
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Description

本開示は、基板位置決め装置、基板位置決め方法および接合装置に関する。
従来、半導体ウェハなどの基板同士を接合する接合装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１８－１４７９４４号公報
本開示は、基板の位置決め精度を向上させる技術を提供する。
本開示の一態様による基板位置決め装置は、保持部と、回転機構とを備える。保持部は、基板を保持する。回転機構は、保持部を回転させる。また、回転機構は、回転軸部と、軸受部と、ベース部と、駆動部と、減衰機構とを備える。回転軸部は、保持部に固定される。軸受部は、回転軸部を非接触状態で支持する。ベース部は、軸受部を固定する。駆動部は、回転軸部を回転させる。減衰機構は、ベース部に接続されるレールと、回転軸部に接続されるスライダとを含み、レールとスライダとの間に生じる抵抗により、回転軸部とベース部との相対動作に対する減衰力を発生させる。
本開示によれば、基板の位置決め精度を向上させることができる。
図１は、実施形態に係る接合システムの構成を示す模式図である。 図２は、実施形態に係る第１基板および第２基板の接合前の状態を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る接合装置の構成を示す模式図である。 図４は、実施形態に係る回転機構の平面図である。 図５は、実施形態に係る減衰機構の平面図である。 図６は、実施形態に係る接合システムが実行する処理の手順を示すフローチャートである。
以下に、本開示による基板位置決め装置、基板位置決め方法および接合装置を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする直交座標系を示す場合がある。また、鉛直軸を回転中心とする回転方向をθ方向と呼ぶ場合がある。
基板同士を接合する接合装置においては、基板同士を接合する前に、基板の回転方向の位置決めが行われる。この回転方向の位置決め精度の向上は、基板の接合精度の向上につながる。したがって、基板の回転方向の位置決め精度の向上が期待される。
なお、基板の回転方向の位置決め精度の向上は、接合装置に限らず、基板の検査装置（プローバ）など他の装置においても期待されている。以下では、本開示による基板位置決め装置および基板位置決め方法を接合装置に適用した場合の実施形態について説明するが、本開示による基板位置決め装置および基板位置決め方法は、接合装置以外の装置にも適用可能である。
＜接合システムの構成＞
まず、実施形態に係る接合システムの構成について図１および図２を参照して説明する。図１は、実施形態に係る接合システムの構成を示す模式図である。また、図２は、実施形態に係る第１基板および第２基板の接合前の状態を示す模式図である。
図１に示す接合システム１は、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合することによって重合基板Ｔを形成する（図２参照）。
第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、単結晶シリコンウエハであり、板面には複数の電子回路が形成される。第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２は、略同径である。なお、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の一方は、たとえば電子回路が形成されていない基板であってもよい。
以下では、図２に示すように、第１基板Ｗ１の板面のうち、第２基板Ｗ２と接合される側の板面を「接合面Ｗ１ｊ」と記載し、接合面Ｗ１ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ１ｎ」と記載する。また、第２基板Ｗ２の板面のうち、第１基板Ｗ１と接合される側の板面を「接合面Ｗ２ｊ」と記載し、接合面Ｗ２ｊとは反対側の板面を「非接合面Ｗ２ｎ」と記載する。
図１に示すように、接合システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２は、処理ステーション３のＸ軸負方向側に配置され、処理ステーション３と一体的に接続される。
搬入出ステーション２は、載置台１０と、搬送領域２０とを備える。載置台１０は、複数の載置板１１を備える。各載置板１１には、複数枚（たとえば、２５枚）の基板を水平状態で収容するカセットＣ１～Ｃ４がそれぞれ載置される。カセットＣ１は複数枚の第１基板Ｗ１を収容可能であり、カセットＣ２は複数枚の第２基板Ｗ２を収容可能であり、カセットＣ３は複数枚の重合基板Ｔを収容可能である。カセットＣ４は、たとえば、不具合が生じた基板を回収するためのカセットである。なお、載置板１１に載置されるカセットＣ１～Ｃ４の個数は、図示のものに限定されない。
搬送領域２０は、載置台１０のＸ軸正方向側に隣接して配置される。搬送領域２０には、Ｙ軸方向に延在する搬送路２１と、搬送路２１に沿って移動可能な搬送装置２２とが設けられる。搬送装置２２は、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向にも移動可能かつＺ軸周りに旋回可能である。搬送装置２２は、載置板１１に載置されたカセットＣ１～Ｃ４と、後述する処理ステーション３の第３処理ブロックＧ３との間で、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔの搬送を行う。
処理ステーション３には、たとえば３つの処理ブロックＧ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられる。第１処理ブロックＧ１は、処理ステーション３の背面側（図１のＹ軸正方向側）に配置される。また、第２処理ブロックＧ２は、処理ステーション３の正面側（図１のＹ軸負方向側）に配置され、第３処理ブロックＧ３は、処理ステーション３の搬入出ステーション２側（図１のＸ軸負方向側）に配置される。
第１処理ブロックＧ１には、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する表面改質装置３０が配置される。表面改質装置３０は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊにおけるＳｉＯ２の結合を切断して単結合のＳｉＯとすることで、その後親水化され易くするように接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを改質する。
具体的には、表面改質装置３０では、たとえば減圧雰囲気下において処理ガスである酸素ガスまたは窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。そして、かかる酸素イオンまたは窒素イオンが、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊに照射されることにより、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊがプラズマ処理されて改質される。
また、第１処理ブロックＧ１には、表面親水化装置４０が配置される。表面親水化装置４０は、たとえば純水によって第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを親水化するとともに、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊを洗浄する。具体的には、表面親水化装置４０は、たとえばスピンチャックに保持された第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２を回転させながら、当該第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２上に純水を供給する。これにより、第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２上に供給された純水が第１基板Ｗ１または第２基板Ｗ２の接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊ上を拡散し、接合面Ｗ１ｊ，Ｗ２ｊが親水化される。
ここでは、表面改質装置３０と表面親水化装置４０とが横並びで配置される場合の例を示したが、表面親水化装置４０は、表面改質装置３０の上方または下方に積層されてもよい。
第２処理ブロックＧ２には、接合装置４１が配置される。接合装置４１は、親水化された第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを分子間力により接合する。接合装置４１の具体的な構成については後述する。
第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、搬送領域６０が形成される。搬送領域６０には、搬送装置６１が配置される。搬送装置６１は、たとえば鉛直方向、水平方向および鉛直軸周りに移動自在な搬送アームを有する。かかる搬送装置６１は、搬送領域６０内を移動し、搬送領域６０に隣接する第１処理ブロックＧ１、第２処理ブロックＧ２および第３処理ブロックＧ３内の所定の装置に第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔを搬送する。
また、接合システム１は、制御装置７０を備える。制御装置７０は、接合システム１の動作を制御する。かかる制御装置７０は、たとえばコンピュータであり、図示しない制御部および記憶部を備える。制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、後述する制御を実現する。また、記憶部は、たとえば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置７０の記憶部にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、例えばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
＜接合装置の構成＞
次に、接合装置４１の構成について図３を参照して説明する。図３は、実施形態に係る接合装置４１の構成を示す模式図である。
図３に示すように、接合装置４１は、筐体１００と、第１保持部１０１と、第２保持部１０２とを備える。また、接合装置４１は、上部撮像部１０３と、下部撮像部１０４とを備える。また、接合装置４１は、昇降機構１０５（移動機構の一例）と、第１水平移動部１０６と、第２水平移動部１０７と、回転機構１０８を備える。
筐体１００は、たとえば土台１００ａと、土台１００ａに立設された複数の支柱１００ｂと、複数の支柱１００ｂに架け渡された梁部１００ｃとを備える。
第１保持部１０１は、たとえばバキュームチャックであり、図示しない真空ポンプ等の吸引装置に接続される。第１保持部１０１は、吸着面（第１保持部１０１の下面）に位置する第１基板Ｗ１を吸引装置が発生させる吸引力を用いて真空引きすることにより、第１基板Ｗ１を上方から吸着保持する。
第２保持部１０２は、たとえばバキュームチャックであり、図示しない真空ポンプ等の吸気口に接続される。第２保持部１０２は、吸着面（第２保持部１０２の上面）に位置する第２基板Ｗ２を吸引装置が発生させる吸引力を用いて第２基板Ｗ２を真空引きすることにより、第２基板Ｗ２を下方から吸着保持する。
上部撮像部１０３は、第２保持部１０２に保持された第２基板Ｗ２の上面（接合面Ｗ２ｊ）を撮像する。上部撮像部１０３は、たとえば筐体１００の梁部１００ｃに取り付けられる。上部撮像部１０３としては、たとえばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等が用いられ得る。
下部撮像部１０４は、第１保持部１０１に保持された第１基板Ｗ１の下面（接合面Ｗ１ｊ）を撮像する。下部撮像部１０４は、たとえば昇降機構１０５の側方に取り付けられる。下部撮像部１０４としては、たとえばＣＣＤカメラ等が用いられ得る。
第２保持部１０２は、第２保持部１０２の下方に設けられた昇降機構１０５に固定される。昇降機構１０５は、第２保持部１０２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させる。
昇降機構１０５は、昇降機構１０５の下方に設けられた第１水平移動部１０６に固定される。第１水平移動部１０６は、昇降機構１０５を水平方向に沿って移動させる。具体的には、第１水平移動部１０６の下方には、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のレール１６１が設けられており、第１水平移動部１０６は、一対のレール１６１に沿って移動することにより、昇降機構１０５をＹ軸方向に沿って移動させる。
一対のレール１６１は、第２水平移動部１０７に固定される。第２水平移動部１０７は、一対のレール１６１を介して第１水平移動部１０６を水平方向に沿って移動させる。具体的には、第２水平移動部１０７の下方には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のレール１７１が設けられている。第２水平移動部１０７は、一対のレール１７１に沿って移動することにより、一対のレール１６１を介して第１水平移動部１０６をＸ軸方向に沿って移動させる。一対のレール１７１は、筐体１００の土台１００ａに固定される。
第１保持部１０１は、第１保持部１０１の上方に設けられた回転機構１０８に固定される。回転機構１０８は、第１保持部１０１を鉛直軸（Ｚ軸）まわりに回転させる。これにより、第１保持部１０１に保持された第１基板Ｗ１のθ方向の位置が調整される。
回転機構１０８は、第１保持部１０１に固定される回転軸部１８１、回転軸部１８１を非接触状態で支持する複数のエアベアリング１８２、複数のエアベアリング１８２を固定するベース部１８３を備える。
回転軸部１８１は、たとえば、鉛直方向に延在する円柱部１８１ａと、円柱部１８１ａの下部に設けられた第１フランジ部１８１ｂと円柱部１８１ａの上部に設けられた第２フランジ部１８１ｃとを備える。第１保持部１０１は、第１フランジ部１８１ｂの下面に固定される。
複数のエアベアリング１８２は、回転軸部１８１の第２フランジ部１８１ｃの外周に配置される。実施形態において、回転機構１０８は４つのエアベアリング１８２を備える（後述する図４参照）。４つのエアベアリング１８２は、第２フランジ部１８１ｃの周方向に対して均等に、すなわち、９０度間隔で配置される。このため、４つのエアベアリング１８２のうち２つは、第２フランジ部１８１ｃの中心（すなわち、回転軸部１８１の中心）を挟んで対向配置され、残りの２つも、第２フランジ部１８１ｃの中心を挟んで対向配置される。
なお、ここでは、回転機構１０８は、複数のエアベアリング１８２に代えて、円環状に形成された１つのエアベアリングを備えていてもよい。
複数のエアベアリング１８２は、第２フランジ部１８１ｃの下方から第２フランジ部１８１ｃの下面（軸受面の一例）に向けて圧縮空気を鉛直上方に噴出することにより、回転軸部１８１を浮上させる。また、複数のエアベアリング１８２は、第２フランジ部１８１ｃの外方から第２フランジ部１８１ｃの周面（軸受面の一例）に対して圧縮空気を噴出する。具体的には、各エアベアリング１８２は、第２フランジ部１８１ｃの径方向（図４に示す一点鎖線に沿った方向）に沿って圧縮空気を噴出する。言い換えれば、各エアベアリング１８２は、第２フランジ部１８１ｃの中心を挟んで対向配置される他のエアベアリング１８２に向けて圧縮空気を噴出する。
複数のエアベアリング１８２から水平方向に噴出される圧縮空気は、回転軸部１８１を水平方向に押す。この回転軸部１８１を水平方向に押す力が釣り合う位置が回転軸部１８１の回転中心Ｒ０（図４参照）となる。
ベース部１８３は、たとえば平板状の部材であり、筐体１００の梁部１００ｃに固定される。上述した複数のエアベアリング１８２は、かかるベース部１８３の上面に固定される。
また、ベース部１８３には、ベース部１８３を鉛直方向に貫通する貫通口１８３ａが形成されている。貫通口１８３ａは、上述した回転軸部１８１の円柱部１８１ａよりも大径である。かかる貫通口１８３ａには、回転軸部１８１の円柱部１８１ａが挿通される。回転軸部１８１の第１フランジ部１８１ｂは、ベース部１８３よりも下方に配置され、第２フランジ部１８１ｃは、ベース部１８３よりも上方に配置される。このように、回転軸部１８１は、ベース部１８３に対して非接触である。
以上のように、実施形態に係る回転機構１０８は、複数のエアベアリング１８２を用いて回転軸部１８１を非接触状態で支持する。これにより、実施形態に係る回転機構１０８は、たとえば、ボールベアリング等の接触式の軸受部材を用いて回転軸部１８１を支持する場合と比較して、ごく僅かな力で回転軸部１８１を回転させることができる。したがって、実施形態に係る回転機構１０８は、たとえば回転軸部１８１をｎｍレベルで回転させる場合であっても高い応答性を得ることができる。
しかしながら、回転軸部１８１を非接触状態で支持する手法は、回転軸部１８１の静定性の面で問題となるおそれがある。すなわち、上述したように、回転軸部１８１の回転中心Ｒ０は、複数のエアベアリング１８２から水平方向に噴出される圧縮空気の力の釣り合いによって形成される。しかしながら、この釣り合いの位置は、たとえば振動等の僅かな外力によって微小にずれるおそれがある。このため、回転軸部１８１を非接触状態で支持する手法は、回転軸部１８１の回転中心Ｒ０を精度良く保持することが困難である。このような静定性の問題は、特に、回転軸部１８１をｎｍレベルで回転させる場合において顕著となる。
回転軸部１８１の回転中心Ｒ０のずれは、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との接合精度の低下につながる。このため、回転軸部１８１の回転中心Ｒ０のずれは極力生じさせないことが好ましい。
そこで、実施形態に係る回転機構１０８では、回転軸部１８１の駆動に抵抗を与える減衰機構を設けることで、回転軸部１８１の静定性を向上させることとした。これにより、回転軸部１８１の静定性が向上することで、実施形態に係る回転機構１０８は、第１基板Ｗ１の回転方向の位置決め精度を向上させることができる。以下、回転機構１０８の具体的な構成について説明する。
なお、ここでは図示を省略するが、接合装置４１は、図４に示す第１保持部１０１や第２保持部１０２等の前段に、トランジション、位置調節機構、反転機構等を備える。トランジションは、第１基板Ｗ１、第２基板Ｗ２および重合基板Ｔを一時的に載置する。位置調節機構は、第１基板Ｗ１および第２基板Ｗ２の水平方向の向きを調節する。反転機構は、第１基板Ｗ１の表裏を反転させる。
＜回転機構の構成＞
次に、回転機構１０８の構成について図４を参照して説明する。図４は、実施形態に係る回転機構１０８の平面図である。
図４に示すように、回転機構１０８は、駆動部１８４と、位置センサ１８５と、減衰機構１８６とをさらに備える。
駆動部１８４は、たとえば直動アクチュエータであり、スライダ１８４ａと、ねじ軸１８４ｂと、駆動源１８４ｃとを備える。スライダ１８４ａは、回転軸部１８１およびねじ軸１８４ｂに固定される。ねじ軸１８４ｂは、水平方向（ここでは、Ｘ軸方向）に延在する。ねじ軸１８４ｂは、ベース部１８３に固定される。駆動源１８４ｃは、たとえばモータであり、ベース部１８３に固定され、ねじ軸１８４ｂを回転させる。
駆動部１８４は、駆動源１８４ｃを用いてねじ軸１８４ｂを回転させることにより、ねじ軸１８４ｂに固定されたスライダ１８４ａをＸ軸方向に沿って移動させる。これにより、駆動部１８４は、スライダ１８４ａに固定された回転軸部１８１を回転させることができる。駆動部１８４が回転軸部１８１を回転させる範囲は、たとえば±１度程度である。
位置センサ１８５は、たとえばリニアスケールである。位置センサ１８５は、ベース部１８３に固定され、回転軸部１８１の水平方向における位置を検出する。ここでは図示を省略しているが、位置センサ１８５は、回転軸部１８１における第２フランジ部１８１ｃの外周に複数設けられている。たとえば、回転機構１０８は、図４に示す位置以外に、たとえば、駆動部１８４が設けられる位置および減衰機構１８６が設けられる位置にも位置センサ１８５を備えている。接合装置４１は、これら複数の位置センサ１８５を用いて、回転軸部１８１の回転量（回転角度）および偏心量を測定することができる。
減衰機構１８６は、回転軸部１８１とベース部１８３との相対動作に対する減衰力を発生させる。
＜減衰機構の構成＞
次に、減衰機構１８６の構成について図５を参照して説明する。図５は、実施形態に係る減衰機構１８６の平面図である。
図５に示すように、実施形態に係る減衰機構１８６は、レール２０１と、レール２０１に対して直線運動可能なスライダ２０２とを含む。実施形態に係る減衰機構１８６は、レール２０１とスライダ２０２との間に生じる抵抗により、回転軸部１８１とベース部１８３との相対動作に対する減衰力を発生させる。
ここで、回転軸部１８１とベース部１８３との相対動作とは、ベース部１８３を基準とする（複数の位置センサ１８５によって検出される）回転軸部１８１の変位を意味する。回転軸部１８１とベース部１８３との相対動作は、たとえば、回転軸部１８１が回転中心Ｒ０まわりに回転する回転動作の他、回転軸部１８１の水平移動を含む。
回転軸部１８１の水平移動とは、回転中心Ｒ０の水平方向のずれ（偏心）を意味する。回転軸部１８１の水平移動は、たとえば、振動等の外乱によって生じ得る。外乱によってベース部１８３が振動すると、ベース部１８３に固定された複数のエアベアリング１８２が振動する。この結果、複数のエアベアリング１８２から噴射される圧縮空気の力が釣り合う位置が変化し、これに伴い回転軸部１８１が水平移動する。具体的には、回転軸部１８１（言い換えれば、回転中心Ｒ０）は、ｎｍレンジで振動する。
レール２０１は、第１取付部材２０３を介してベース部１８３に固定される。第１取付部材２０３は、ベース部１８３に固定された複数（ここでは２つ）の支柱２３１を有しており、回転軸部１８１よりも高い位置においてレール２０１を支持する。レール２０１は、直線状であり、水平方向（ここでは、Ｘ軸方向）に延在する。
スライダ２０２は、ベアリング２２１を介してレール２０１に接続され、レール２０１に沿って移動する。スライダ２０２は、後述する第１回転部材２０４および第２回転部材２０５を介して回転軸部１８１に接続され、回転軸部１８１の移動に追従してレール２０１上を移動する。
減衰機構１８６は、さらに、第１回転部材２０４と、第２回転部材２０５と、付勢部材２０６とを備える。
第１回転部材２０４は、回転軸部１８１に固定された第２取付部材２０７に固定される。第２回転部材２０５は、スライダ２０２に固定され、スライダ２０２とともにレール２０１上を移動する。このため、スライダ２０２は、回転軸部１８１の移動に追従してレール２０１上を移動することとなる。なお、第２取付部材２０７には、前述した位置センサ１８５（リニアスケール）が設けられてもよい。
第１回転部材２０４は、たとえばカムフォロアであり、第１回転軸２４１と、第１回転体２４２とを備える。第１回転軸２４１は、鉛直方向に延在する。第１回転軸２４１は、基端部が第２取付部材２０７に固定されており、先端部において第１回転体２４２を回転可能に支持する。第１回転体２４２は、たとえば円筒形状のローラであり、鉛直方向に延在する回転軸Ｒ１まわりに回転する。
第２回転部材２０５は、たとえばカムフォロアであり、第２回転軸２５１と、第２回転体２５２とを備える。第２回転軸２５１は、水平方向に延在する。第２回転軸２５１は、基端部がスライダ２０２に固定されており、先端部において第２回転体２５２を回転可能に支持する。第２回転体２５２は、たとえば円筒形状のローラであり、水平方向に延在する回転軸Ｒ２まわりに回転する。第２回転部材２０５は、第１回転部材２０４のＸ軸正方向側に配置される。
図５には、回転軸部１８１に駆動部１８４による駆動力が働いていない初期状態の回転機構１０８を示している。この初期状態において、第１回転部材２０４の第１回転体２４２と第２回転部材２０５の第２回転体２５２とは、接触している。なお、第１回転体２４２と第２回転体２５２とが接触した状態は、後述する付勢部材２０６によって維持される。
また、初期状態において、第２回転部材２０５の回転軸Ｒ２は、回転軸部１８１の回転中心Ｒ０（図４参照）と第１回転部材２０４の回転軸Ｒ１とを結ぶ直線Ｌ１に対して傾いている。回転軸Ｒ２と直線Ｌ１とのなす角は、回転軸部１８１の回動範囲（たとえば±１度）よりも大きくなるように設定される。たとえば、回転軸Ｒ２と直線Ｌ１とのなす角は、１度より大きく１０度よりも小さい。
付勢部材２０６は、第１回転部材２０４の第１回転体２４２と第２回転部材２０５の第２回転体２５２とを互いに接触する方向に付勢する。付勢部材２０６は、たとえば引きバネであり、レール２０１と平行に配置される。具体的には、付勢部材２０６の仮想的なバネ軸Ｌ２は、Ｘ軸方向に延在している。付勢部材２０６の一端は、スライダ２０２に固定された第１支柱２６１に取り付けられる。また、付勢部材２０６の他端は、第２取付部材２０７に固定された第２支柱２６２に取り付けられる。
なお、初期状態において、上述した直線Ｌ１は、Ｙ軸方向に延在しており、付勢部材２０６のバネ軸Ｌ２と直交する。
付勢部材２０６は、Ｘ軸負方向にスライダ２０２を付勢する。この結果、スライダ２０２に固定された第２回転部材２０５は、Ｘ軸負方向に、すなわち、第１回転部材２０４に接触する方向に付勢される。これにより、第１回転部材２０４の第１回転体２４２と第２回転部材２０５の第２回転体２５２とが接触した状態が維持される。
たとえば外乱によって回転軸部１８１に微振動が印加されると、回転軸部１８１の振動がスライダ２０２を介してレール２０１へ伝達される。上述したように、レール２０１とスライダ２０２との間には、摺動抵抗、具体的には、ベアリング２２１の転がり抵抗が存在している。この抵抗は、回転軸部１８１とベース部１８３との相対動作に対する減衰力となり、回転軸部１８１の振動を抑制することができる。すなわち、回転軸部１８１の静定性を向上させることができる。
このように、実施形態に係る減衰機構１８６は、回転軸部１８１とベース部１８３との相対動作に対する減衰力を発生させることで、回転軸部１８１を非接触状態で支持する場合であっても、回転中心Ｒ０の静定性を向上させることができる。したがって、実施形態に係る接合装置４１によれば、第１基板Ｗ１の位置決め精度を向上させることができ、ひいては、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２との接合精度を向上させることができる。
ベアリング２２１は、具体的にはボールベアリングであるが、ローラベアリングであってもよい。ローラベアリングは、面接触型のため、ボールベアリングのように点接触型のベアリングと比較して、制振性が高い。したがって、ローラベアリングを用いることで、回転軸部１８１とベース部１８３との相対動作に対してより静定性を向上させることができる。なお、ただし、スライダ２０２の軸受は、ベアリング２２１に限定されるものではなく、ボールベアリングが用いられてもよい。
また、実施形態に係る減衰機構１８６は、第１回転部材２０４および第２回転部材２０５によるリンク機構を有する。これにより、実施形態に係る減衰機構１８６は、回転軸部１８１の回転運動とスライダ２０２の直線運動との誤差を、第１回転体２４２および第２回転体２５２の回転運動によって吸収しつつ、ベース部１８３と回転軸部１８１とを機械的に接続することができる。
また、第１回転部材２０４と第２回転部材２０５とは、付勢部材２０６の付勢力によって互いに接触した状態が維持される。この付勢部材２０６の付勢力の殆どは、第２回転部材２０５を第１回転部材２０４に押し付ける力となる。しかしながら、上述したように、第２回転部材２０５の回転軸Ｒ２は、回転軸部１８１の回転中心Ｒ０（図４参照）と第１回転部材２０４の回転軸Ｒ１とを結ぶ直線Ｌ１に対して傾いている。言い換えれば、第２回転部材２０５の回転軸Ｒ２と付勢部材２０６のバネ軸Ｌ２とは直角に対して傾いている。このため、付勢部材２０６の付勢力の一部は、回転軸Ｒ２の傾きを無くす方向に、すなわち、ここでは反時計回りに回転軸部１８１を回転させる力となる。この力は、回転軸部１８１に対する予圧として機能する。
このように、回転軸部１８１に対して予圧をかけることにより、レール２０１およびスライダ２０２からなるリニアシステムの剛性を高めることができる。リニアシステムの剛性を高めることで、実施形態に係る減衰機構１８６は、振動などの外乱に対してより強くなり、より精密な位置決めが可能となる。
また、実施形態に係る減衰機構１８６は、回転軸部１８１の回転駆動範囲において、回転位置の変化にかかわらず付勢部材２０６の変形量（伸び量）の変化は殆ど発生しない。このため回転位置決めのどの位置においてもほぼ一定の予圧をかけることが可能となる。したがって、実施形態に係る減衰機構１８６によれば、かける予圧が変化することによる位置決め精度の変動を避けるとともに静定性を向上させることができる。
図５に示す初期状態において回転機構１０８を鉛直方向から見たとき、第１回転部材２０４の回転軸Ｒ１は、付勢部材２０６の仮想的なバネ軸Ｌ２よりも回転軸部１８１の外方に配置される。かかる配置とすることで、たとえば、バネ軸Ｌ２を回転軸Ｒ１の外側に配置した場合と比較して、回転方向の力以外の余計な力、たとえば回転中心Ｒ０を移動させる力が回転軸部１８１にかかることを抑制することができる。したがって、実施形態に係る減衰機構１８６によれば、第１基板Ｗ１の位置決め精度をさらに向上させることができる。
減衰機構１８６のスライダ２０２は、回転軸部１８１の中心を挟んで駆動部１８４のスライダ１８４ａと反対側に配置される（図４および図５参照）。かかる位置に減衰機構１８６を配置することで、減衰力を効果的に発生させることができる。
＜接合システムの具体的動作＞
次に、接合システム１の具体的な動作について図６を参照して説明する。図６は、実施形態に係る接合システム１が実行する処理の手順を示すフローチャートである。図６に示す各種の処理は、制御装置７０による制御に基づいて実行される。
まず、複数枚の第１基板Ｗ１を収容したカセットＣ１、複数枚の第２基板Ｗ２を収容したカセットＣ２、および空のカセットＣ３が、搬入出ステーション２の所定の載置板１１に載置される。その後、搬送装置２２によりカセットＣ１内の第１基板Ｗ１が取り出され、第３処理ブロックＧ３に配置されたトランジション装置に搬送される。
次に、第１基板Ｗ１は、搬送装置６１によって第１処理ブロックＧ１の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０では、所定の減圧雰囲気下において、処理ガスである酸素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンが第１基板Ｗ１の接合面に照射されて、当該接合面がプラズマ処理される。これにより、第１基板Ｗ１の接合面が改質される（ステップＳ１０１）。
次に、第１基板Ｗ１は、搬送装置６１によって第１処理ブロックＧ１の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０では、スピンチャックに保持された第１基板Ｗ１を回転させながら、第１基板Ｗ１上に純水を供給する。これにより、第１基板Ｗ１の接合面が親水化される。また、当該純水によって、第１基板Ｗ１の接合面が洗浄される（ステップＳ１０２）。
次に、第１基板Ｗ１は、搬送装置６１によって第２処理ブロックＧ２の接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された第１基板Ｗ１は、トランジションを介して位置調節機構に搬送され、位置調節機構によって水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０３）。
その後、位置調節機構から反転機構に第１基板Ｗ１が受け渡され、反転機構によって第１基板Ｗ１の表裏面が反転される（ステップＳ１０４）。具体的には、第１基板Ｗ１の接合面Ｗ１ｊが下方に向けられる。つづいて、反転機構から第１保持部１０１に第１基板Ｗ１が受け渡され、第１保持部１０１によって第１基板Ｗ１が吸着保持される。
その後、回転機構１０８を用いた第１基板Ｗ１の回転方向の位置調整が行われる（ステップＳ１０６）。その後、複数のエアベアリング１８２による回転軸部１８１の浮上を解除し、さらに、図示しない排気装置を用いて回転軸部１８１を複数のエアベアリング１８２に吸着させる。これにより、回転軸部１８１は、回転方向の位置が調整された状態で固定される。
第１基板Ｗ１に対するステップＳ１０１～Ｓ１０６の処理と重複して、第２基板Ｗ２の処理が行われる。まず、搬送装置２２によりカセットＣ２内の第２基板Ｗ２が取り出され、第３処理ブロックＧ３に配置されたトランジション装置に搬送される。
次に、第２基板Ｗ２は、搬送装置６１によって表面改質装置３０に搬送され、第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが改質される（ステップＳ１０７）。その後、第２基板Ｗ２は、搬送装置６１によって表面親水化装置４０に搬送され、第２基板Ｗ２の接合面Ｗ２ｊが親水化されるとともに当該接合面が洗浄される（ステップＳ１０８）。
その後、第２基板Ｗ２は、搬送装置６１によって接合装置４１に搬送される。接合装置４１に搬入された第２基板Ｗ２は、トランジションを介して位置調節機構に搬送される。そして、位置調節機構によって、第２基板Ｗ２の水平方向の向きが調節される（ステップＳ１０９）。
その後、第２基板Ｗ２は、第２保持部１０２に搬送され、ノッチ部を予め決められた方向に向けた状態で第２保持部１０２に吸着保持される（ステップＳ１１０）。
つづいて、第１保持部１０１に保持された第１基板Ｗ１と第２保持部１０２に保持された第２基板Ｗ２との水平方向の位置調節が行われる（ステップＳ１１１）。その後、昇降機構１０５を用いて第２基板Ｗ２を上昇させて、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とを接合する（ステップＳ１１２）。なお、ステップＳ１１２において、第２基板Ｗ２を上昇させた後、第１保持部１０１に設けられた図示しない押圧部材を用いて、第１基板Ｗ１の中心部を上方から下方に押圧して第２基板Ｗ２の中心部に接触させてもよい。
上述してきたように、実施形態に係る基板位置決め装置（一例として、接合装置４１）は、保持部（一例として、第１保持部１０１）と、回転機構（一例として、回転機構１０８）とを備える。保持部は、基板（一例として、第１基板Ｗ１）を保持する。回転機構は、保持部を回転させる。また、回転機構は、回転軸部（一例として、回転軸部１８１）と、軸受部（一例として、エアベアリング１８２）と、ベース部（一例として、ベース部１８３）と、駆動部（一例として、駆動部１８４）と、減衰機構（一例として、減衰機構１８６）とを備える。回転軸部は、保持部に固定される。軸受部は、回転軸部を非接触状態で支持する。ベース部は、軸受部を固定する。駆動部は、回転軸部を回転させる。減衰機構は、ベース部に接続されるレール（一例として、レール２０１）と、回転軸部に接続されるスライダ（一例として、スライダ２０２）とを含み、レールとスライダとの間に生じる抵抗により、回転軸部とベース部との相対動作に対する減衰力を発生させる。したがって、実施形態に係る基板位置決め装置によれば、基板の位置決め精度を向上させることができる。
減衰機構は、第１回転部材（一例として、第１回転部材２０４）と、第２回転部材（一例として、第２回転部材２０５）と、付勢部材（一例として、付勢部材２０６）とを備える。第１回転部材は、回転軸部に固定される。第２回転部材は、スライダに固定される。付勢部材は、第１回転部材と第２回転部材とを互いに接触する方向に付勢する。
これにより、回転軸部の回転運動とスライダの直線運動との誤差を、第１回転部材および第２回転部材の回転運動によって吸収しつつ、ベース部と回転軸部とを機械的に接続することができる。
第１回転部材は、鉛直軸（一例として、回転軸Ｒ１）まわりに回転可能であり、第２回転部材は、水平軸（一例として、回転軸Ｒ２）まわりに回転可能である。また、回転軸部に駆動部による駆動力が働いていない初期状態において回転機構を鉛直方向から見たとき、第２回転部材の水平軸は、回転軸部の回転中心と第１回転部材の鉛直軸とを結ぶ直線（一例として、直線Ｌ１）に対して傾いている。
これにより、回転軸部に対して予圧をかけることができる。したがって、レールおよびスライダからなるリニアシステムの剛性を高めることができ、リニアシステムの剛性を高めることで、振動などの外乱に対してより強くなり、より精密な位置決めが可能となる。
付勢部材は、バネである。また、回転軸部に駆動部による駆動力が働いていない初期状態において回転機構を鉛直方向から見たとき、第１回転部材の鉛直軸は、付勢部材の仮想的なバネ軸（一例として、バネ軸Ｌ２）よりも回転軸部の外方に配置される。かかる配置とすることで、基板の位置決め精度をさらに向上させることができる。
減衰機構は、回転軸部の中心を挟んで駆動部と反対側に配置される。かかる位置に減衰機構を配置することで、減衰力を効果的に発生させることができる。
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ ：接合システム
２ ：搬入出ステーション
３ ：処理ステーション
７０ ：制御装置
１００ ：筐体
１００ａ ：土台
１００ｂ ：支柱
１００ｃ ：梁部
１０１ ：第１保持部
１０２ ：第２保持部
１０５ ：昇降機構
１０６ ：第１水平移動部
１０７ ：第２水平移動部
１０８ ：回転機構
１６１ ：レール
１７１ ：レール
１８１ ：回転軸部
１８１ａ ：円柱部
１８１ｂ ：第１フランジ部
１８１ｃ ：第２フランジ部
１８２ ：エアベアリング
１８３ ：ベース部
１８４ ：駆動部
１８４ａ ：スライダ
１８４ｂ ：ねじ軸
１８４ｃ ：駆動源
１８５ ：位置センサ
１８６ ：減衰機構
２０１ ：レール
２０２ ：スライダ
２０３ ：第１取付部材
２０４ ：第１回転部材
２０５ ：第２回転部材
２０６ ：付勢部材
２０７ ：第２取付部材

Claims (9)

  1. 基板を保持する保持部と、
    前記保持部を回転させる回転機構と
    を備え、
    前記回転機構は、
    前記保持部に固定される回転軸部と、
    前記回転軸部を非接触状態で支持する軸受部と、
    前記軸受部を固定するベース部と、
    前記回転軸部を回転させる駆動部と、
    前記ベース部に接続されるレールと、前記回転軸部に接続されるスライダとを含み、前記レールと前記スライダとの間に生じる抵抗により、前記回転軸部と前記ベース部との相対動作に対する減衰力を発生させる減衰機構と
    を備える、基板位置決め装置。
  2. 前記軸受部は、エアベアリングであり、前記回転軸部の軸受面に対して圧縮空気を噴出して前記回転軸部を浮上させることにより前記回転軸部を非接触状態で支持する、請求項１に記載の基板位置決め装置。
  3. 前記レールは、直線状である、請求項１または２に記載の基板位置決め装置。
  4. 前記減衰機構は、
    前記回転軸部に固定された第１回転部材と、
    前記スライダに固定された第２回転部材と、
    前記第１回転部材と前記第２回転部材とを互いに接触する方向に付勢する付勢部材と
    を備える、請求項１～３のいずれか一つに記載の基板位置決め装置。
  5. 前記第１回転部材は、鉛直軸まわりに回転可能であり、
    前記第２回転部材は、水平軸まわりに回転可能であり、
    前記回転軸部に前記駆動部による駆動力が働いていない初期状態において前記回転機構を鉛直方向から見たとき、前記第２回転部材の前記水平軸は、前記回転軸部の回転中心と前記第１回転部材の前記鉛直軸とを結ぶ直線に対して傾いている、請求項４に記載の基板位置決め装置。
  6. 前記付勢部材は、バネであり、
    前記回転軸部に前記駆動部による駆動力が働いていない初期状態において前記回転機構を鉛直方向から見たとき、前記第１回転部材の前記鉛直軸は、前記付勢部材の仮想的なバネ軸よりも前記回転軸部の外方に配置される、請求項５に記載の基板位置決め装置。
  7. 前記減衰機構は、前記回転軸部の中心を挟んで前記駆動部と反対側に配置される、請求項１～６のいずれか一つに記載の基板位置決め装置。
  8. 基板を保持する保持部を用いて前記基板を保持する工程と、
    前記保持部を回転させる回転機構であって、前記保持部に固定される回転軸部と、前記回転軸部を非接触状態で支持する軸受部と、前記軸受部を固定するベース部と、前記回転軸部を回転させる駆動部と、前記ベース部に接続されるレールと、前記回転軸部に接続されるスライダとを含み、前記レールと前記スライダとの間に生じる抵抗により、前記回転軸部と前記ベース部との相対動作に対する減衰力を発生させる減衰機構とを備える前記回転機構を用い、前記基板の回転方向における位置決めを行う工程と
    を含む基板位置決め方法。
  9. 第１基板を上方から吸着保持する第１保持部と、
    前記第１保持部よりも下方に配置され、第２基板を下方から吸着保持する第２保持部と、
    前記第１保持部および前記第２保持部の一方を他方に対して接近させる移動機構と、
    前記第１保持部を回転させる回転機構と、
    を備え、
    前記回転機構は、
    前記第１保持部に固定される回転軸部と、
    前記回転軸部を非接触状態で支持する軸受部と、
    前記軸受部を固定するベース部と、
    前記回転軸部を回転させる駆動部と、
    前記ベース部に接続されるレールと、前記回転軸部に接続されるスライダとを含み、前記レールと前記スライダとの間に生じる抵抗により、前記回転軸部と前記ベース部との相対動作に対する減衰力を発生させる減衰機構と
    を備える、接合装置。
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