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WO2013145622A1 - 基板貼り合わせ装置および基板貼り合わせ方法 - Google Patents

基板貼り合わせ装置および基板貼り合わせ方法 Download PDF

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WO2013145622A1
WO2013145622A1 PCT/JP2013/001813 JP2013001813W WO2013145622A1 WO 2013145622 A1 WO2013145622 A1 WO 2013145622A1 JP 2013001813 W JP2013001813 W JP 2013001813W WO 2013145622 A1 WO2013145622 A1 WO 2013145622A1
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WO
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substrate
bonding
uneven state
detects
detection unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/001813
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English (en)
French (fr)
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岡本　和也
菅谷　功
尚彦 倉田
岡田　政志
創 三ッ石
Original Assignee
株式会社ニコン
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Filing date
Publication date
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Priority to KR20147029634A priority patent/KR20140139044A/ko
Priority to KR1020207031762A priority patent/KR20200128205A/ko
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Priority to US14/497,424 priority patent/US20150083786A1/en
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    • H01L2224/81121—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors
    • H01L2224/81132—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors using marks formed outside the semiconductor or solid-state body, i.e. "off-chip"
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    • H01L2224/81149—Aligning involving movement of a part of the bonding apparatus being the lower part of the bonding apparatus, i.e. holding means for the bodies to be connected, e.g. XY table
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    • H01L2224/81148—Aligning involving movement of a part of the bonding apparatus
    • H01L2224/81149—Aligning involving movement of a part of the bonding apparatus being the lower part of the bonding apparatus, i.e. holding means for the bodies to be connected, e.g. XY table
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    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15788—Glasses, e.g. amorphous oxides, nitrides or fluorides

Definitions

  • the present invention relates to a substrate bonding apparatus and a substrate bonding method.
  • Patent Document 1 JP-A-2005-251972
  • a substrate bonding apparatus for bonding a first substrate and a second substrate to each other, wherein the first substrate and the second substrate that are aligned and overlapped with each other are bonded to each other.
  • a detection unit for detecting the uneven state of at least one of the first substrate and the second substrate, and whether the uneven state detected by the detection unit satisfies a predetermined condition before bonding by the bonding unit.
  • a substrate bonding apparatus wherein the bonding unit does not bond the first substrate and the second substrate when the determination unit determines that the uneven state does not satisfy a predetermined condition. Is provided.
  • a substrate bonding method in which a first substrate and a second substrate are bonded to each other, the alignment step of aligning and overlapping the first substrate and the second substrate, and alignment A bonding step of bonding the first substrate and the second substrate to each other, a detection step of detecting an uneven state of at least one of the first substrate and the second substrate before the bonding step, and a detection step A determination step of determining whether or not the uneven state satisfies a predetermined condition, and if the determination step determines that the uneven state does not satisfy the predetermined condition, the substrate is characterized in that the bonding step is not performed.
  • a bonding method is provided.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the substrate bonding apparatus 100.
  • FIG. 3 is a perspective view of a substrate holder 150.
  • FIG. 3 is a perspective view of a substrate holder 150.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an overlapping portion 170.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an overlapping portion 170.
  • FIG. It is typical sectional drawing of a junction part. It is sectional drawing which shows the state transition of the board
  • FIG. It is sectional drawing which shows the state transition of the board
  • FIG. It is sectional drawing which shows the state transition of the board
  • FIG. It is sectional drawing which shows the state transition of the board
  • FIG. It is sectional drawing which shows the state transition of the board
  • FIG. It is sectional drawing which shows the state transition
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a substrate 121.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a part of a general control unit 110.
  • FIG. It is a flowchart which shows the control procedure of the judgment part. It is a flowchart which shows an example of the detailed control procedure of the judgment part.
  • 7 is a flowchart showing another example of a detailed control procedure of the determination unit 116.
  • 10 is a flowchart showing still another example of a detailed control procedure of the determination unit 116.
  • 10 is a flowchart showing still another example of a detailed control procedure of the determination unit 116.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the substrate bonding apparatus 100.
  • a plurality of substrates 121 are bonded together to produce a laminated substrate 123.
  • the substrate 121 to be bonded in the substrate bonding apparatus 100 may be a glass substrate or the like in addition to a semiconductor wafer such as a silicon single crystal wafer or a compound semiconductor wafer.
  • a semiconductor wafer such as a silicon single crystal wafer or a compound semiconductor wafer.
  • at least one of the substrates 121 to be bonded may include a plurality of elements.
  • one or both of the substrates 121 to be bonded may be a laminated substrate 123 that has already been manufactured by superimposing wafers.
  • the substrate bonding apparatus 100 includes a normal temperature part 102 and a high temperature part 104 formed inside a common cover 106.
  • a general control unit 110 and a plurality of FOUPs (Front Opening Unified Pods) 120 are arranged on the outer surface of the cover 106 in the room temperature unit 102.
  • the comprehensive control unit 110 individually controls the operation of each unit of the substrate bonding apparatus 100 and comprehensively controls the operation of the entire substrate bonding apparatus 100.
  • the general control unit 110 includes an operation unit that is operated by the user from the outside when the substrate bonding apparatus 100 is powered on, various settings, information, and the like, a display unit that transmits information to the user, and the like.
  • the overall control unit 110 may include a connection unit that connects to other devices additionally provided for the substrate bonding apparatus 100.
  • FOUP 120 accommodates a plurality of substrates 121 or laminated substrates 123. Further, the FOUP 120 can be individually attached to and detached from the substrate bonding apparatus 100. As a result, the plurality of substrates 121 to be bonded together in the substrate bonding apparatus 100 can be loaded into the substrate bonding apparatus 100 in a batch while being accommodated in the FOUP 120. In addition, the laminated substrate 123 manufactured in the substrate bonding apparatus 100 is accommodated in another FOUP 120 and is unloaded from the substrate bonding apparatus 100 at a time.
  • loaders 132 and 134, a pre-aligner 140, an overlapping portion 170 and a holder stocker 180 are arranged inside the cover 106 in the room temperature portion 102.
  • the inside of the room temperature unit 102 is temperature-controlled so as to maintain substantially the same temperature as the room temperature of the environment where the substrate bonding apparatus 100 is installed.
  • the operation accuracy of the overlapping portion 170 is stabilized, so that the positioning accuracy when the substrates 121 are overlapped is improved.
  • the loader 132 is arranged facing the FOUP 120 and carries the bonded substrate 121 out of the FOUP 120.
  • the substrate 121 unloaded from the FOUP 120 is transferred to the pre-aligner 140.
  • the pre-aligner 140 is disposed so as to overlap the holder stocker 180 in the vertical direction.
  • the loader 132 receives the laminated substrate 123 manufactured by the substrate bonding apparatus 100 from the loader 134 and stores it in the FOUP 120. As described above, the loader 132 transports either the substrate 121 before being bonded or the laminated substrate 123 manufactured by bonding.
  • the substrates 121 to be bonded in the substrate bonding apparatus 100 are formed of a thin and brittle material. For this reason, inside the substrate bonding apparatus 100, the substrate 121 is held by the substrate holder 150 having higher strength and rigidity than the substrate 121, and the substrate 121 and the substrate holder 150 are handled as a single unit. May be protected.
  • the substrate holder 150 has a flat holding surface, and has a substrate holding function such as an electrostatic chuck that attracts the substrate 121 to the holding surface.
  • the substrate holder 150 is taken out from the holder stocker 180 disposed in the room temperature unit 102 and used.
  • the substrate holder 150 is separated from the stacked substrate 123 to be carried out and returned to the holder stocker 180. Therefore, the substrate holder 150 is repeatedly used inside the substrate bonding apparatus 100.
  • the pre-aligner 140 aligns the substrate holder 150 and the substrate 121 with each other when the substrate holder 150 holds the substrate 121. As a result, the mounting position and mounting direction of the substrate 121 with respect to the substrate holder 150 are made constant, and the burden of positioning work in the overlapping portion 170 is reduced.
  • the loader 134 arranged along the side surface of the overlapping portion 170 in the drawing takes out the substrate holder 150 from the holder stocker 180 and conveys it to the pre-aligner 140. Further, the loader 134 carries the substrate holder 150 holding the substrate 121 in the pre-aligner 140 into the stacking unit 170.
  • the holder stocker 180 accommodates a plurality of substrate holders 150. Further, the holder stocker 180 may be provided with a function of cooling the substrate holder 150 carried out from the high temperature unit 104.
  • the loader 134 transports the substrate 121 superimposed with the substrate holder 150 in the overlapping unit 170 to the high temperature unit 104 side.
  • the loader 134 also transports the multilayer substrate 123 sandwiched between the pair of substrate holders 150 even when the multilayer substrate 123 is unloaded from the high temperature unit 104 side.
  • the loader 134 also carries one or two substrate holders 150 in addition to the substrate 121 or the laminated substrate 123. Therefore, as the loader 134, a loader having a larger conveying capacity than the loader 132 is used.
  • the overlapping unit 170 includes a fixed stage 250 and a fine movement stage 230 arranged inside the frame body 210.
  • the fixed stage 250 is fixed to the frame body 210 and holds the substrate holder 150 and the substrate 121 downward.
  • the fine movement stage 230 mounts the substrate holder 150 and the substrate 121, moves relative to the fixed stage 250 inside the overlapping portion 170, aligns the pair of substrates 121, and further overlaps them.
  • the outer surface of the frame 210 is closed by the wall material 212. Thereby, the influence of the radiant heat from the surroundings on the overlapping portion 170 is cut off.
  • the superimposing unit 170 includes an interferometer 222 and an imaging unit 226 disposed inside the wall material 212.
  • the interferometer 222 uses the reflecting mirror 224 mounted on the fine movement stage 230 to measure the position of the fine movement stage 230 with high accuracy.
  • the imaging unit 226 observes the surface of the substrate 121 mounted on the fine movement stage 230 and detects surface properties. Thereby, the substrate 121 mounted on the fine movement stage 230 can be accurately positioned with respect to the substrate 121 held on the fixed stage 250.
  • the high temperature part 104 is surrounded by the heat insulating wall 108, maintains a high internal temperature, and blocks heat radiation to the outside.
  • the high temperature unit 104 includes a load lock 191, a joint 190, and a loader 136.
  • the load lock 191 has shutters 193 and 195 that open and close alternately, and prevents the high temperature atmosphere of the high temperature part 104 from leaking to the normal temperature part 102.
  • the loader 136 receives the substrate 121 superimposed from the loader 134 of the room temperature unit 102 together with the substrate holder 150.
  • the loader 136 carries the superposed substrate 121 into one of the plurality of joints 190.
  • the bonding portion 190 presses and bonds the positioned substrate 121 together. As a result, the substrate 121 becomes the laminated substrate 123. Note that the bonding unit 190 may heat the substrate 121 with pressurization.
  • the laminated substrate 123 is again unloaded from the joint 190 together with the substrate holder 150 by the loader 136 and is loaded into the load lock 191.
  • the laminated substrate 123 and the substrate holder 150 carried into the load lock 191 from the high temperature part 104 side are sequentially delivered to the loader 134 on the normal temperature part 102 side. Further, the substrate holder 150 is separated from the laminated substrate 123.
  • the loader 132 arranged facing the FOUP 120 stores the laminated substrate 123 separated from the substrate holder 150 in the FOUP 120 alone. Further, the substrate holder 150 is returned to the holder stocker 180 and reused when another substrate 121 is bonded.
  • the bonding portion 190 presses and bonds the substrate 121 positioned and overlapped in the overlapping portion 170.
  • the substrate 121 may be bonded in the overlapping portion 170 in some cases. In such a case, the high temperature part 104 including the joining part 190 can be omitted.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state where the substrate holder 150 inserted downward into the overlapping portion 170 is looked up.
  • the substrate holder 150 is a disk-shaped member having a circular mounting surface 156 that contacts the substrate 121 to be held, and is formed of a hard material such as alumina ceramics. Further, the substrate holder 150 includes an electrostatic chuck 158 that electrostatically attracts the substrate 121 to the mounting surface 156 when a voltage is applied to the embedded electrode.
  • the substrate holder 150 includes a plurality of permanent magnets 152 arranged along the side periphery.
  • the permanent magnets 152 are fixed to the edge of the substrate holder 150 on the outside of the placement surface 156, respectively.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the substrate holder 150 inserted downward into the overlapping portion 170 is looked down.
  • the substrate holder 150 also has the same shape and structure as the substrate holder 150 shown in FIG. 2 in that the mounting surface 156 and the electrostatic chuck 158 are provided.
  • the substrate holder 150 has a magnetic plate 154 instead of the permanent magnet 152.
  • the magnetic plate 154 is arranged corresponding to the permanent magnet 152.
  • Each of the magnetic plates 154 is elastically attached to the substrate holder 150 so as to be displaceable in the normal direction of the mounting surface 156.
  • the permanent magnet 152 attracts the magnetic body plate 154 and the surface direction of the pair of substrate holders 150 The relative position of is maintained autonomously.
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of the overlapping portion 170.
  • the overlapping unit 170 includes a frame body 210, a moving stage unit 240 and a fixed stage 250 disposed inside the frame body 210.
  • the fixed stage 250 is suspended downward from the ceiling surface of the frame body 210 via a plurality of load cells 254.
  • the fixed stage 250 includes an electrostatic chuck 252. As a result, the fixed stage 250 attracts and holds the substrate holder 150 holding one of the substrates 121 to be bonded to the lower surface.
  • the plurality of load cells 254 individually measure the load applied from the lower side to the upper side with respect to the fixed stage 250 to detect the load distribution in the surface direction of the substrate 121.
  • a downward microscope 251 is arranged on the side of the fixed stage 250.
  • the microscope 251 has an automatic focusing function for focusing the optical system on the surface of the substrate 121 held on the fine movement stage 230, and observes the surface of the substrate 121. Since the microscope 251 is fixed to the frame 210, the relative position between the microscope 251 and the fixed stage 250 does not change.
  • the moving stage unit 240 includes a moving surface plate 242, a coarse moving stage 244, a gravity canceling unit 246, a spherical seat 248 and a fine moving stage 230.
  • the moving surface plate 242 is mounted with the coarse movement stage 244, the gravity canceling unit 246 and the fine movement stage 230, and moves along the guide rail 241 fixed to the inner bottom surface of the frame body 210. Due to the movement of the moving surface plate 242, the moving stage unit 240 moves between a position immediately below the fixed stage 250 and a position off the position immediately below the fixed stage 250.
  • the coarse movement stage 244 moves relative to the moving surface plate 242 in the horizontal direction including the X direction component and the Y direction component indicated by arrows in the drawing.
  • the fine movement stage 230 moves in accordance with the coarse movement stage 244.
  • the gravity canceling unit 246 expands and contracts while detecting a fine displacement of the fine movement stage 230, and reduces the apparent weight of the fine movement stage 230. This reduces the load on the actuator that displaces the fine movement stage 230 and improves the position control accuracy.
  • the fine movement stage 230 has a holding unit 220 and holds a substrate holder 150 holding a substrate 121 to be bonded. In the positioning operation of the substrate 121, the fine movement stage 230 initially moves according to the movement of the coarse movement stage 244. In the next stage, fine movement stage 230 is displaced with respect to coarse movement stage 244.
  • the displacement of fine movement stage 230 with respect to coarse movement stage 244 includes translation and rotation for all of the X, Y, and Z axes.
  • the fine movement stage 230 has a microscope 231 fixed to the side. Since the microscope 231 is fixed with respect to the fine movement stage 230, the relative positions of the fine movement stage 230 and the microscope 231 do not change.
  • the microscope 231 has an automatic focusing function for focusing the optical system on the surface of the substrate 121, and observes the surface of the substrate 121 held on the fixed stage 250.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the overlapping portion 170. Elements that are the same as those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
  • the moving stage portion 240 moves along the guide rail 241 so that the fine movement stage 230 and the fixed stage 250 holding the substrate holder 150 and the substrate 121 face each other. Further, after positioning the pair of held substrates, the fine movement stage 230 is raised, and the pair of substrates 121 approach each other.
  • the pads on the substrate 121 are electrically coupled to each other via solder bumps or the like formed on at least one substrate 121.
  • the stacked substrate 123 can be formed by coupling elements on the pair of substrates 121 to each other.
  • the overlapping portion 170 positions the pair of substrates 121 so that the positions of pads, pumps, and the like coincide.
  • the pair of substrates 121 is finally bonded at the bonding portion 190. Therefore, in the overlapping portion 170, the substrates 121 are fixed in a state of being positioned relative to each other.
  • the fixed substrates 121 may be in contact with each other or separated from each other.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the joint 190.
  • the joint 190 includes a surface plate 198 and a heat plate 196 that are sequentially stacked from the bottom of the housing 192, and an indented portion 194 and a heat plate 196 that are suspended from the ceiling surface of the housing 192.
  • Each of the heat plates 196 includes a heater.
  • a carry-in port 199 is provided on one of the side surfaces of the housing 192.
  • the substrate 121 that has already been positioned and superimposed and the pair of substrate holders 150 that sandwich the substrate 121 are carried together into the joint 190.
  • the loaded substrate holder 150 and the substrate 121 are placed on the upper surface of the heat plate 196 of the surface plate 198.
  • the joint 190 raises the temperature of the heat plate 196 and lowers the indented portion 194 to push down the upper heat plate 196.
  • the substrate holder 150 and the substrate 121 sandwiched between the heat plates 196 are heated and pressed to be joined, and the substrate 121 becomes the laminated substrate 123.
  • the manufactured laminated substrate 123 is unloaded from the joint 190 by the loader 136.
  • the substrate holder 150 is required to have strength and heat resistance that do not deteriorate even when repeatedly subjected to heating and pressurization at the joint 190.
  • the heating temperature by the heat plate 196 is high, the surface of the substrate 121 may chemically react with the atmosphere. Therefore, when the substrate 121 is heated and pressurized, the inside of the housing 192 is preferably evacuated to a vacuum environment. Therefore, an openable / closable door for closing the carry-in entrance 199 in an airtight manner may be provided.
  • the bonding unit 190 may be provided with a cooling unit that cools the laminated substrate 123 after being heated and pressurized. Thereby, even if it does not reach room temperature, the laminated substrate 123 cooled to some extent can be carried out and quickly returned to the FOUP 120.
  • 7, 8, 9, and 10 are diagrams showing changes in the state of the substrate 121 in the substrate bonding apparatus 100. The operation of the substrate bonding apparatus 100 will be described with reference to these drawings.
  • the substrate holder 150 carried out from the holder stocker 180 by the loader 134 is positioned on the pre-aligner 140 with higher accuracy than a predetermined accuracy.
  • the substrates 121 carried one by one from the FOUP 120 by the loader 132 are mounted on the substrate holder 150 with a positional accuracy higher than a predetermined accuracy with respect to the substrate holder 150 in the pre-aligner 140.
  • a substrate holder 150 holding the substrate 121 is prepared.
  • the substrate holder 150 on which the substrate 121 is mounted is sequentially conveyed to the stacking unit 170 by the loader 134. Thereby, for example, the substrate 121 and the substrate holder 150 that are transported first are reversed by the loader 134 and held on the fixed stage 250.
  • the substrate 121 and the substrate holder 150 carried in are held on the fine movement stage 230 in the same direction.
  • the pair of substrates 121 are held by the overlapping portion 170 in a state of facing each other.
  • the loader 134 can integrally transport the pair of substrates 121 and the substrate holder 150 positioned relative to each other while maintaining the gap between the substrates 121.
  • the substrate holder 150 can be unfixed and the substrate 121 can be positioned again without damaging the substrate 121.
  • the loaders 134 and 136 insert the substrate holder 150 sandwiching the pair of substrates 121 into the joint 190.
  • the pair of substrates 121 heated and pressurized at the bonding portion 190 is permanently bonded to form a laminated substrate 123 as shown in FIG. Therefore, the loaders 134 and 136 separate the substrate holder 150 and the laminated substrate 123, and convey the substrate holder 150 to the holder stocker 180 and the laminated substrate 123 to the FOUP 120, respectively.
  • a series of steps for manufacturing the laminated substrate 123 is completed.
  • FIG. 11 is a conceptual perspective view of a pair of substrates 121 facing each other and used for bonding.
  • the substrate 121 has a disk shape with a part cut off by a notch 124, and has a plurality of element regions 126 and alignment marks 128 on the surface.
  • the notch 124 is formed corresponding to the crystal orientation of the substrate 121 and the like. Therefore, when the substrate 121 is handled, the direction of the substrate 121 is determined using the notch 124 as an index.
  • a plurality of element regions 126 are periodically arranged on the surface of the substrate 121.
  • a semiconductor device formed by processing the substrate 121 by a photolithography technique or the like is mounted in each of the element regions 126.
  • Each of the element regions 126 also includes pads that serve as connection terminals when the substrate 121 is bonded to another substrate 121.
  • an alignment mark 128 serving as an index for positioning the substrate 121 is disposed on the scribe line 122. Since the scribe line 122 disappears as a saw margin in the process of cutting the substrate 121 into a die, the effective area of the substrate 121 is not compressed by providing the alignment mark 128.
  • the element regions 126 and the alignment marks 128 are drawn large, but the number of the element regions 126 formed on the substrate 121 having a diameter of 300 mm may reach several hundreds or more, for example. In some cases, a wiring pattern or the like formed in the element region 126 is used as the alignment mark 128.
  • the alignment marks 128 of the substrates 121 facing each other are observed by the microscopes 231 and 251 and the relative positions of the substrates 121 are measured. Further, the position of the substrate 121 can be adjusted by moving the fine movement stage 230 so as to eliminate the deviation of the measured relative position.
  • the bonding surface of one substrate 121 is the same as that of the other substrate. A region that is not in close contact with the bonding surface may be generated, and the yield of the stacked structure of the circuits on the substrate 121 may be reduced.
  • the uneven state of the substrate 121 is detected in advance, and the substrate 121 determined to be unsuitable for bonding is removed from the line without attempting bonding. Thereby, the yield and throughput of the substrate bonding apparatus 100 can be improved.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a part of the general control unit 110 in the substrate bonding apparatus 100.
  • the general control unit 110 includes an overlay control unit 112, a detection unit 114, a determination unit 116, and a transport control unit 118.
  • the detection of the concavo-convex state by the detection unit 114 is performed before the substrate 121 is bonded at the bonding unit 190.
  • the detection of the uneven state of the substrate 121 by the detection unit 114 may be executed before the substrate 121 is superimposed on the overlapping unit 170. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in throughput and yield due to the overlapping of the substrates 121 whose unevenness is not suitable for bonding.
  • the detection unit 114 detects, for example, the uneven state of the substrate 121 including the entire swell from the image obtained by imaging the substrate 121 illuminated obliquely by the imaging unit 226 disposed in the overlapping unit 170 or the like. Further, the detection unit 114 may detect the uneven state of the substrate 121 from the operation of the automatic focusing mechanism of the microscopes 231 and 251 provided in the overlapping unit 170. Note that the arrangement of the detection unit 114 is not limited to the above, and the detection unit 114 may be arranged in any place where the uneven state of the substrate 121 before being carried into the overlapping unit 170 can be detected.
  • the pre-aligner 140 may be disposed on the transport path from the FOUP 120 to the pre-aligner 140 or the overlapping unit 170, or may be provided on the stage of the pre-aligner 140.
  • at least one of the pre-aligner 140 and the overlapping unit 170 may be used as a part of the detection unit 114.
  • the detection unit 114 may detect the uneven state of the substrate 121 by detecting a protruding portion on the bonding surface of the substrate 121. That is, a region protruding beyond a predetermined threshold, for example, 3 ⁇ m, is measured with respect to a reference surface assumed based on the holding surface of the substrate holder 150 holding the substrate 121 to be detected and the thickness of the substrate 121. By doing so, the uneven state of the substrate 121 can be detected.
  • the uneven state may be evaluated by measuring at least one of the height, width, and width of the protruding portion.
  • the imaging unit 226 is arranged in the superimposing unit 170, but the imaging unit 226 may be provided in another place. Further, the imaging unit 226 may be arranged in a location in addition to the inside of the overlapping unit 170.
  • the detection unit 114 may detect the protruding portion as an adhering matter attached to the substrate 121. As described above, the detection unit 114 may detect the material of the protruding portion of the substrate 121, that is, whether the protruding portion is formed by the substrate 121 itself or by an attached substance.
  • the detection unit 114 may detect the protruding direction of the protruding portion of the substrate 121. Accordingly, it can be seen that the detected protruding portion is reduced or reduced by the load applied to the substrate 121 due to the overlapping, bonding, or the like of the substrate 121, and the yield reduction may be suppressed.
  • a method of efficiently pressing the protruding portion can be selected when an external force is applied to eliminate the protruding portion.
  • the detection unit 114 may detect the uneven state of the substrate 121 based on the load distribution measured by the load cell 254 of the overlapping unit 170. That is, when the substrate 121 has a large protruding portion, a large load is generated at the protruding portion when the substrates 121 are overlapped.
  • the detection of the concavo-convex state based on the output of the load cell 254 may refer to the output of the load cell 254 during the operation of superimposing the substrates 121, or only one substrate 121 may be detected for the purpose of detecting the concavo-convex state.
  • the output of the load cell 254 may be referred to by pressing against the fixed stage 250.
  • the detection unit 114 may detect the uneven state by acquiring information on the distance between the microscopes 231 and 251 and the surface of the substrate 121 from the focusing mechanism of the microscopes 231 and 251. That is, the microscopes 231 and 251 focus the optical system on the bonding surface of the substrate 121 when observing the bonding surface of the substrate 121. For this reason, the information regarding the distance to the bonding surface of the substrate 121 or the information regarding the position of the bonding surface can be acquired from the focusing mechanism of the microscopes 231 and 251, and the uneven state of the substrate 121 can be detected.
  • the detection unit 114 may detect the uneven state of the substrate 121 in the substrate holder 150. That is, when the substrate 121 has large unevenness, the contact area between the substrate 121 and the substrate holder 150 decreases. Thereby, since the electric current which flows through the surface of the board
  • the substrate holder 150 having a vacuum chuck can also detect the uneven state of the substrate.
  • the uneven state of the substrate 121 can be detected by measuring the negative pressure that changes depending on the atmosphere entering from the gap between the substrate holder 150 and the substrate 121 according to the uneven state of the substrate 121. .
  • the detection unit 114 may detect the uneven state of the substrate 121 with reference to the pre-alignment operation in the pre-aligner 140. Thereby, since the uneven state can be known before the substrate 121 is carried into the overlapping portion 170, measures for eliminating or reducing the uneven state are executed at an early stage to improve the throughput of the substrate bonding apparatus 100. Can do.
  • the overlay control unit 112 includes an observation unit 312, a calculation unit 314, and a stage drive unit 316.
  • the observation unit 312 detects the position of the alignment mark 128 for each of the pair of substrates 121 to be bonded based on the image information acquired from the microscopes 231 and 251 of the overlapping unit 170.
  • the calculating unit 314 statistically processes the position information of the alignment mark 128 detected by the observing unit 312 to calculate the displacement of the relative position of the pair of substrates 121 from the position of the alignment mark 128. Thereby, the displacement of the relative position of the pair of substrates 121 carried into the overlapping unit 170 is calculated as the amount of displacement.
  • the stage driving unit 316 drives the fine movement stage 230 so as to cancel the positional deviation amount based on the positional deviation amount acquired from the calculation unit 314. Thereby, in the superposition part 170, a pair of board
  • the determination unit 116 determines whether the uneven state satisfies a predetermined condition based on the uneven state of the substrate 121 detected by the detection unit 114. In this embodiment, the determination unit 116 determines whether or not the bonding of the substrate 121 should be executed based on the uneven state of the substrate 121. In other words, the determination unit 116 instructs the transport control unit 118 to return the substrate 121 to the FOUP 120 without performing bonding without attempting superposition or bonding when the uneven state of the substrate 121 is significant. Accordingly, it is possible to prevent the throughput of the substrate bonding apparatus 100 from being reduced due to the time required for superimposing the substrates 121.
  • the determination unit 116 is not limited to determining whether or not the substrate 121 can be bonded, but when the substrate 121 is bonded, the determination unit 116 predicts the yield of a product finally obtained and is determined in advance. When it is predicted that the yield will be worse than the threshold value, it may be determined that the bonding of the substrate 121 is impossible.
  • the determination unit 116 is configured so that the adsorption force of the substrate 121 by the substrate holder 150, the load applied to the substrate 121 for superposition in the superposition unit 170, and the load applied to the substrate 121 when joining in the joint unit 190. Judgment may be made in consideration of whether the protruding portion is reduced or eliminated.
  • the conveyance control unit 118 includes a loader driving unit 318.
  • the loader driving unit 318 can drive the four loaders 132, 134, and 136 to transport the substrate 121 and the substrate holder 150, and leave the processing to the transport destination. Therefore, the determination unit 116 can generate a command corresponding to the determination result toward the transport control unit 118 and can select processing for the substrate 121.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the execution procedure of the determination process of the determination unit 116 in the overall control unit 110.
  • the determination unit 116 evaluates the detection result acquired from the detection unit 114 (step S101), and checks whether there is a protruding portion on the surface of the substrate 121 held by the substrate holder 150 (step S102). ).
  • step S102 determines that the surface of the substrate 121 is flat and smooth, and the substrate bonding apparatus 100 performs the process. Superimposition on the substrate 121 is started.
  • step S102 determines whether the protruding portion of the substrate 121 is formed by an adherent attached to the substrate 121 (step S102).
  • step S103: YES it is determined whether the substrate 121 itself is formed by deformation or the like (step S103: NO).
  • step S103 when it is determined that the protruding portion of the substrate 121 is not formed by the deposit (step S103: NO), the determination unit 116 determines that the detected uneven state is caused by deformation of the substrate itself. In this state, it is determined whether or not the superimposing unit 170 can execute alignment (step S109).
  • step S109 when the overlapping unit 170 determines that the alignment cannot be performed (step S109: NO), the processing for the substrate 121 is ended. On the other hand, if the determination unit 116 determines that the alignment for overlaying can be executed (step S109: YES), the determination unit 116 proceeds to step S110.
  • step S103 when it is determined that the protruding portion of the substrate 121 is formed by the deposit (step S103: YES), the determination unit 116 determines whether it is unnecessary to clean the substrate 121 and remove the deposit. Is determined (step S104). If it is determined in step S104 that cleaning of the substrate 121 is unnecessary (step S104: YES), the determination unit 116 proceeds to step S110 without cleaning the substrate 121.
  • step S110 the yield in the multilayer substrate 123 is predicted.
  • the yield can be predicted, for example, as follows. First, based on the concavo-convex state of the substrate 121 detected by the detection unit 114, the position and width of a region that is expected not to be in close contact with the paired substrate 121 when the substrate 121 is bonded are calculated. Next, by counting the number of elements included in the calculated region, the yield of the finally obtained semiconductor device can be predicted.
  • step S110: YES when it is determined that the yield of the multilayer substrate 123 reaches a predetermined target value (step S110: YES), the determination unit 116 executes a series of processes from superposition to bonding of the substrate 121. On the other hand, when it is determined that the yield does not reach the target value (step S110: NO), the determination unit 116 ends the process on the substrate 121 without being used for superposition and bonding. Substrates 121 determined not to be suitable for bonding may be stored in one of the FOUPs 120 to be discarded together, as in step S107: NO described later. As described above, by removing the substrate 121 that is predicted to be unable to be aligned in the overlapping unit 170 before overlapping, it is possible to prevent the throughput of the substrate bonding apparatus 100 from being lowered.
  • step S110 it may be determined whether or not the yield reaches a predetermined target value by further considering whether or not the uneven state of the substrate 121 is improved by the superposition.
  • the determination unit 116 determines whether or not the uneven state of the substrate 121 is improved by the force of several N to several ten N applied to the substrate 121 when the substrate 121 is superimposed by the overlapping unit 170, for example. to decide.
  • the protruding portion is not a deposit, whether or not one substrate 121 is deformed so that the unevenness generated on at least one of the substrates 121 approaches a flatness due to the force at the time of overlapping, or at least one of the substrates It is determined whether or not one substrate 121 is deformed so that the unevenness generated on the substrate 121 is complementary to the other substrate 121.
  • the protruding portion is an adhering substance, as will be described later, the adhering substance is crushed by the force at the time of superposition based on the shape, size, material, etc. of the adhering substance. It is determined whether or not the amount of protrusion of the deposit is smaller than a predetermined value.
  • the determination unit 116 determines whether the yield can be achieved on the premise that the uneven state is improved by the superposition.
  • the substrates 121 are overlapped, it may be confirmed that the uneven state of the substrate 121 is improved by monitoring the sound generated by the substrate 121, the distribution of pressure applied to the substrate 121, and the like.
  • the change in the uneven state of the substrate 121 due to the superposition can be predicted by the shape, height, number, position, etc. of the protruding portion detected from the substrate 121.
  • the shape of the protruding portion is symmetric or gentle, it is predicted that the protruding portion will be flattened due to deformation due to the load applied to the substrate by superposition.
  • the height of the protruding portion of the substrate 121 is low, it is expected that the uneven state is improved by the load applied by the overlapping.
  • step S110 described above it may be determined whether or not the yield reaches a predetermined target value by further considering whether or not the uneven state of the substrate 121 is improved by bonding at the bonding portion 190.
  • the determination unit 116 determines whether or not the uneven state of the substrate 121 is improved by a force of ten tons or more that reduces the substrate in accordance with the bonding by the bonding unit 190.
  • the determination unit 116 determines whether the yield can be achieved on the assumption that the uneven state is improved by the bonding.
  • a change in the uneven state of the substrate 121 due to bonding can be predicted based on the shape, height, and the like of the protruding portion of the substrate 121, similarly to the change in the uneven state of the substrate 121 due to the overlay.
  • the determination portion 116 determines whether or not the time required for the improvement exceeds a predetermined time. If it is determined, a series of processing from superposition to joining may be executed without improvement.
  • step S104 When it is determined in step S104 that the substrate 121 needs to be cleaned (step S104: NO), the determination unit 116 instructs the substrate 121 to be cleaned (step S105). Further, the determination unit 116 counts how many times the substrate 121 that has been instructed to be cleaned has already been cleaned (step S106). Further, the determination unit 116 checks that the number of cleanings recorded for each substrate 121 has not reached a predetermined threshold value (step S107).
  • step S107 If the number of times of the cleaning process for the substrate 121 has not yet reached the threshold (step S107: YES), the determination unit 116 performs the cleaning process on the substrate 121 and tries to remove the deposit (step S108). Further, after the detection unit 114 is caused to detect the uneven state of the substrate 121 that has been cleaned again, the determination unit 116 executes the process again from the evaluation of the detection result (step S101). Therefore, the substrate 121 is repeatedly cleaned within the range of the threshold number of times until the deposit is removed by cleaning.
  • a blow process of blowing dry air or an inert gas onto the surface of the substrate 121 may be used.
  • the first cleaning may be a blow process
  • the second and subsequent cleanings may be performed with a cleaning liquid.
  • the type of cleaning liquid may be changed each time cleaning is repeated.
  • the substrate 121 may be carried out of the substrate bonding apparatus 100 and subjected to a cleaning process.
  • a plurality of substrates 121 to be cleaned may be accumulated in the FOUP 120 or the like and cleaned at a later time.
  • step S107 when it is found that the number of times of the cleaning process for the substrate 121 has already reached the threshold (step S107: NO), the determination unit 116 removes the adhering matter even if the cleaning for the substrate 121 is repeated further. Therefore, it is determined that the possibility that the state of the substrate 121 is improved is low. Therefore, the determination unit 116 ends the process for the substrate 121.
  • the substrate 121 that has been processed by the determination unit 116 may be stored in one of the FOUPs 120, for example.
  • the detected concavo-convex state is recorded for each of the substrates 121 that have been processed, and when a combination of the substrates 121 having concavo-convex states complementary to each other occurs, an attempt is made to combine such substrates 121 together. May be.
  • the series of determination procedures by the determination unit 116 is performed on the substrate 121 held by the substrate holder 150.
  • the detection unit 114 detects the uneven state of the substrate 121 even before the substrate 121 is held by the substrate holder 150, and when the substrate 121 is held by the substrate holder 150.
  • the uneven state of the substrate 121 may be predicted.
  • the substrate 121 having extremely large irregularities can be removed in advance, and the adsorption failure of the substrate 121 by the substrate holder 150 can be prevented in advance.
  • the focus of the microscope when observing the surface of the substrate 121 held by the substrate holder 150 is increased, and the processing speed of the detection unit 114 is increased. Can be improved.
  • a large uneven state over the entire substrate 121 such as warpage of the substrate 121, may be added to the determination material.
  • Such a large uneven state in the range can be grasped by acquiring information detected in a previous process such as polishing of the substrate 121, for example.
  • the determination unit 116 may make a determination on the uneven state extending over the entire substrate 121 in consideration of the improvement of the state by superposition and bonding.
  • the surface pressure distribution in the contact state is detected by bringing the substrate 121 into contact with another substrate 121 to be bonded. Also good. Further, the surface property may be detected by the friction of the substrate 121 by sliding the substrate 121 in a contact state. Furthermore, even if the collision sound generated when the substrate 121 is brought into contact with the sound, and the sound generated when the substrate 121 is deformed by applying force to the substrate 121 are detected, the uneven state and the improvement of the uneven state of the substrate 121 are detected. Good.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of a detailed control procedure of the determination unit 116 in steps S104 and S109.
  • the determination unit 116 determines whether the size of the protruding portion is within an allowable range based on the information regarding the uneven state acquired from the detection unit 114 (step S ⁇ b> 201).
  • the allowable range of the size is set, for example, to a range in which the alignment mark at the protruding portion falls within the depth of field in the autofocus function of the microscopes 231 and 251.
  • the allowable range of the size is set, for example, to a range in which the residual in the global alignment falls within the threshold even if the alignment mark is displaced from the design position by the protruding portion.
  • the determination unit 116 compares the threshold value set in advance with the size of the protruding portion.
  • the overlapping unit 170 can align the substrate 121.
  • Step S109: YES the size of the protruding portion can be calculated based on the image obtained when the surface of the substrate 121 is observed with a microscope and the magnification of the microscope, the depth of field of the microscope. The determination can also be made based on whether or not a preset threshold value is exceeded depending on the automatic focusing range or the like.
  • the determination unit 116 checks whether the number of protruding portions is within the allowable range from the information regarding the uneven state acquired from the detecting unit 114, for example. (Step S202).
  • the allowable range of the number is set to a range in which the residual in the global alignment falls within the threshold even if the alignment mark is displaced from the design position by the number of protruding portions.
  • the determination unit 116 determines that the overlay unit 170 can align the substrate 121 regardless of the determination in step S201 (step S202: YES). .
  • the number of deposits on the substrate 121 can be calculated by image processing on the observation image in addition to the method of actually counting in the observation image.
  • the determination unit 116 determines, for example, that the position of the protruding portion is in the allowable area from the information regarding the uneven state acquired from the detecting unit 114. It is checked whether or not to perform (step S203). An example of an acceptable area is on the scribe line 122.
  • step S109 YES
  • the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 can no longer align the substrate 121 that is the object of determination ( Step S109: NO). As described above, the determination unit 116 may determine that the alignment can be performed if the uneven state of the substrate 121 satisfies any one of the conditions.
  • the concavo-convex state detected for each of the substrates 121 determined to be unsuitable for bonding is recorded in association with identification information such as a barcode provided for each substrate 121, and according to the concavo-convex state of the substrate 121. You may determine the group of bonding.
  • the substrate 121 to be bonded may be, for example, a combination of the substrates 121 having complementary concavo-convex states, or a combination of the substrates 121 having protruding portions or the like at the same position.
  • the flatness of the bumps may be improved by polishing or the like, and another bonding may be attempted. Furthermore, information on the substrate 121 determined to be unable to be bonded can be accumulated and reflected in the improvement of the process before being carried into the substrate bonding apparatus 100.
  • FIG. 15 is a flowchart showing another example of the detailed control procedure of the determination unit 116 in steps S104 and S109. Again, the determination unit 116 determines whether or not the size of the protruding portion is within an allowable range for the information regarding the uneven state acquired from the detection unit 114 in steps S104 and S109 (step S301).
  • the determination unit 116 checks whether the size of the protruding portion of the substrate 121 is within an allowable range. If the size of the protruding portion of the substrate 121 is outside the allowable range, the determination unit 116 immediately determines that the overlapping unit 170 cannot align with the substrate 121 that is the object of determination. (Step S109: NO).
  • step S301 when the size of the protruding portion is within the allowable range (step S301: YES), the determination unit 116 determines whether the number of protruding portions is within the allowable range based on the information regarding the uneven state acquired from the detecting unit 114. (Step 302).
  • the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 can perform alignment for the substrate 121 (step S109: YES).
  • step S302 determines, for example, that the position of the protruding portion is allowable based on the information regarding the uneven state acquired from the detecting unit 114. It is checked whether or not it is included in the area (step S303). When the protruding portion is located in the allowable area, the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 can align the substrate 121 (step S109: YES).
  • the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 can no longer align the substrate 121 that is the object of determination ( Step S109: NO). As described above, the determination unit 116 may determine that the position alignment can be performed immediately for some conditions and by combining a plurality of conditions for other conditions.
  • FIG. 16 is a flowchart showing still another example of the detailed control procedure of the determination unit 116 in steps S104 and S109. Again, the determination unit 116 determines whether or not the size of the protruding portion is within an allowable range for the information regarding the uneven state acquired from the detection unit 114 in steps S104 and S109 (step S401).
  • step S401: NO When the size of the protruding portion of the substrate 121 is outside the allowable range (step S401: NO), the determining unit 116 causes the overlapping unit 170 to align with the substrate 121 to be determined. It is immediately determined that it cannot be performed (step S109: NO). On the other hand, when the size of the protruding portion is within the allowable range (step S401: YES), the determination unit 116 determines whether the number of protruding portions is within the allowable range from the information regarding the uneven state acquired from the detecting unit 114. Check (step 402).
  • step S402 determines that the overlapping unit 170 cannot align the substrate 121 (step S109: NO).
  • step S401: YES the determination unit 116 checks whether or not the position of the protruding portion is in the allowable region from the information regarding the uneven state acquired from the detecting unit 114 ( Step 403).
  • the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 can align the substrate 121 (step S109: YES). However, if the position of the protruding portion is located outside the allowable region in step S403, the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 cannot align the substrate 121 (step S109: NO). As described above, the determination unit 116 may determine that the alignment can be performed when one of the conditions is outside the allowable range.
  • FIG. 17 is a flowchart showing still another example of the detailed control procedure of the determination unit 116 in steps S104 and S109. Again, the determination unit 116 determines whether or not the size of the protruding portion is within an allowable range for the information regarding the uneven state acquired from the detection unit 114 in steps S104 and S109 (step S501).
  • step S501: YES When the size of the protruding portion of the substrate 121 is within the allowable range (step S501: YES), the determining unit 116 aligns the overlapping unit 170 with the substrate 121 to be determined. Immediately determined that it is possible (step S109: YES). On the other hand, when the size of the protruding portion is outside the allowable range (step S501: NO), the determination unit 116 determines whether or not the number of protruding portions is within the allowable range based on the information regarding the uneven state acquired from the detecting unit 114. (Step 502).
  • step S502 When the number of protruding portions is within the allowable range (step S502: YES), the determination unit 116 determines whether or not the position of the protruding portion is within the allowable region from the information regarding the uneven state acquired from the detection unit 114. Check (step 503). If the number of protruding portions is outside the allowable range (step S502: NO), the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 cannot align the substrate 121 (step S109: NO).
  • the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 can align the substrate 121 (step S109: YES). However, if the position of the protruding portion is located outside the allowable region in step S503, the determination unit 116 determines that the overlapping unit 170 cannot align the substrate 121 (step S109: NO). As described above, the determination unit 116 may determine that the substrate 121 can be aligned when one of the conditions is within the allowable range.
  • the determination unit 116 may make a determination with reference to more unevenness information.
  • unevenness information for example, the determination unit 116 may determine by referring to other conditions other than the size, number, and position of the protruding portions. Further, unevenness information may be obtained by detecting variations in the height of bumps formed on the surface of the substrate 121, deposits attached to the surface of the substrate 121, and the like.
  • the determination unit 116 determines the bump top Whether or not the substrate 121 can be bonded may be determined according to the bump flatness determined by the height of the surface.
  • the flatness of the substrate 121 is not limited, and even when the substrate 121 is uneven due to the uneven thickness of the substrate 121, the determination unit 116 makes a determination based on the bump flatness.
  • the bump flatness can be measured using, for example, a confocal microscope, a three-dimensional shape measuring instrument, or the like.
  • step S110: NO when it is determined that the yield cannot be achieved (step S110: NO), when it is determined that the yield cannot be improved by the overlay, and it is determined that the yield is not improved by the bonding.
  • the determination unit 116 issues a command to the transfer control unit 118 to remove the substrate 121 from the bonding process.
  • the substrate 121 removed from the bonding process may be searched for other combinations that increase the yield by bonding in consideration of the flatness of the detected bumps of the substrate 121. Further, it may be attempted to improve the flatness of the bumps by repolishing or the like. Further, instead of abandoning the bonding of the substrate 121 itself removed from the bonding process, the process conditions such as bump formation and polishing of the other substrate 121 may be adjusted in consideration of the flatness detected for the substrate 121. .
  • step S103 when the detection unit 114 detects an attachment attached to the surface of the substrate 121 as the unevenness information of the substrate 121, the determination unit 116 determines the material (composition), size, etc. of the attachment in step S110. Yield may be predicted based on this.
  • the material of the deposit can be estimated by observing the color, reflectance, transmittance, shape, etc. of the deposit under illumination with visible light or infrared light.
  • the determination unit 116 can determine the hardness (Young's modulus) of the deposit, the presence or absence of outgas generation, and the like. Furthermore, if the physical properties of the deposits are estimated, it is possible to predict a decrease in the yield of the stacked semiconductor device caused by the deposits, which occurs when the substrate 121 is bonded with the deposits remaining.
  • the yield decrease due to the deposit becomes larger. Even if the deposit has a low Young's modulus and is likely to be deformed by the pressure of bonding, if the size of the deposit is large, the yield reduction due to the deposit cannot be ignored. Furthermore, even if the bonding can be performed by pressurization by bonding, if outgas is generated from the deposit, the substrate 121 may be chemically altered, which may affect the yield due to the deposit.
  • metals such as ceramic materials, such as SiC, stainless steel materials, such as SUS304, aluminum materials, such as YH75, PEEK (polyether ether ketone), etc.
  • ceramic materials such as SiC
  • stainless steel materials such as SUS304
  • aluminum materials such as YH75
  • fine particles of a resin typified by a heat resistant resin. Table 1 below illustrates these physical properties.
  • the materials of the deposits that can adhere to the substrate 121 in the substrate bonding apparatus 100 have their own physical characteristics. Therefore, the influence on the bonding yield of the substrate 121 can be estimated according to the detected composition of the deposit.
  • the allowable particle size means the particle size of the deposit that is estimated that the yield of the final product is within the allowable range even when the substrate 121 is bonded with the deposit remaining. Therefore, for example, when the bonding conditions for heating the substrate 121 are set, the allowable particle diameter may change depending on the bonding temperature.
  • step S110: NO when there is no expectation of yield (step S110: NO), when there is no expectation of improvement due to superposition, when there is no expectation of improvement due to joining
  • the substrate is removed from the bonding process.
  • the removed substrate may be joined again through a process such as cleaning.
  • attachment may be estimated and the cleaning or maintenance of the board
  • step S109 the case where the determining unit 116 determines whether or not the overlapping unit 170 can align the substrate 121 has been described.
  • the control procedure as described above can also be applied when the determination unit 116 determines the yield of the laminated substrate 123 manufactured by bonding the substrates 121 in the substrate bonding apparatus 100 (step S110).
  • the processing of the determination unit 116 for one substrate 121 has been described sequentially. However, in the substrate bonding apparatus 100, a plurality of substrates 121 exceeding three are processed in parallel. Therefore, the processing in the determination unit 116 is also performed in parallel on the plurality of substrates 121.
  • FIG. 18 is a flowchart showing another execution procedure of the determination process of the determination unit 116 in the overall control unit 110.
  • the determination unit 116 first evaluates the detection result acquired from the detection unit 114 (step S601), and determines whether or not a protruding portion can be detected on the surface of the substrate 121 held by the substrate holder 150. This is checked (step S602).
  • step S602 the determination unit 116 determines the presence or absence of a protruding portion on the surface of the substrate 121 based on the size, number, position, and the like of the protruding portion, as in step S102 of the procedure illustrated in FIG.
  • step S602 NO
  • the determination unit 116 determines that the surface of the substrate 121 is flat and smooth, and superimposes the substrate 121 on the substrate bonding apparatus 100. To start.
  • step S602 If a protruding portion is detected on the surface of the substrate 121 in step S602 (step S602: YES), the determination unit 116 replaces the substrate holder 150 holding the substrate 121 with another substrate holder 150 (step S603). Further, the determination unit 116 evaluates the substrate 121 held by the other substrate holder 150 again (step S604), and re-detects the protruding portion (step S605).
  • step S605 If no protruding portion is detected on the surface of the substrate 121 held by the other substrate holder 150 in step S605 (step S605: NO), the protruding portion of the substrate 121 that is below the detection threshold is the substrate holder before replacement. It is estimated that it was due to the 150 surface properties. Therefore, the determination unit 116 starts superposition by the substrate bonding apparatus 100 on the flat substrate 121.
  • the surface property of the substrate holder 150 includes not only the flatness of the suction surface of the substrate holder 150 but also the undulation of the surface that occurs when a deposit is attached to the suction surface of the substrate holder 150.
  • step S605 If a protruding portion is detected on the surface of the substrate 121 in step S605 (step S602: YES), the protruding portion of the substrate 121 does not fall below the detection threshold even when the substrate holder 150 is replaced. It is determined that the cause is the substrate 121 itself, such as uneven thickness of the substrate 121 itself. Therefore, the determination unit 116 executes the procedure after step S103 in the procedure shown in FIG. 13 for the substrate 121 held by the replaced substrate holder 150.
  • the determination unit 116 first determines whether the protruding portion of the substrate 121 is formed by the adhered matter attached to the substrate 121 (step S103: YES), or is formed by deformation of the substrate 121 itself (step S103: NO) is determined. When it is determined that the protruding portion of the substrate 121 is formed by the deposit (step S103: YES), the determination unit 116 determines whether or not cleaning is necessary (step S104). S104: YES), the substrate 121 is aligned and bonded while leaving the deposit.
  • step S104 When it is determined in step S104 that the substrate 121 needs to be cleaned (step S104: NO), the determination unit 116 instructs the cleaning of the substrate 121 (step S105), and then counts the number of cleaning times (step S106). After checking that the number of times of cleaning has not reached a given threshold value (step S107), a cleaning process is executed (step S108). If the number of times of cleaning has already exceeded a given threshold (step S107: NO), the processing for the substrate 121 is terminated.
  • step S103 when it is determined that the protruding portion of the substrate 121 is not attached (step S103: NO), the determination unit 116 determines whether or not the overlapping unit 170 can complete the alignment in this state (step S103: NO). Step S109). If it is determined that the alignment cannot be completed (step S109: NO), the determination unit ends the process for the substrate 121.
  • step S109 When it is determined in step S109 that the alignment can be performed (step S109: YES), the determination unit 116 predicts the yield of the semiconductor device or the like obtained from the laminated substrate 123 when the superposition and bonding following the alignment are executed. (Step S110). In this prediction, when it is predicted that the yield can be achieved, the determination unit 116 starts superimposing the substrates 121 (step S110: YES).
  • the determination unit 116 may predict whether the yield can be achieved by devising the step of superimposing the substrates. In this prediction, when it is predicted that the yield can be achieved, the determination unit 116 changes the determination with respect to the substrate 121 to allow the yield to be achieved, and starts superimposing the substrates 121 (step S110: YES).
  • the determination unit 116 may predict whether the yield can be achieved by pressurization at the stage of stacking the substrates. In this prediction, when it is predicted that the yield can be achieved, the determination unit 116 changes the determination with respect to the substrate 121 to allow the yield to be achieved, and starts superimposing the substrates 121 (step S110: YES).
  • the protruding portion of the substrate 121 due to the properties of the substrate holder 150 can be discriminated, and the yield reduction of the substrate 121 due to the generation of the protruding portion can be suppressed. Even if it is determined that there is a protruding portion on the substrate 121 itself, a decrease in the yield of the substrate 121 can be suppressed by making various determinations on the substrate 121. As described above, in the case of step S109: NO and step S107: NO, the substrate 121 determined to be unsuitable for bonding is removed from the bonding line.
  • FIG. 19 is a flowchart showing an example of a procedure for handling the substrate holder 150 removed from the substrate 121 for replacement in step S603.
  • the substrate holder removed from the substrate 121 is first inspected by the detection unit 114 for a protruding portion on the holding surface that holds the substrate 121.
  • the determination unit 116 evaluates the detection result by the detection unit 114 in the same manner as the surface of the substrate 121 (step S702). Thereby, the determination part 116 detects the presence or absence of the protrusion part in the holding surface of the board
  • step S703 If a protruding portion is detected on the holding surface in step S703 (step S703: YES), the determination unit 116 subsequently checks whether or not the detected protruding portion is due to an attached substance (step S704). When it is determined that the protruding portion of the substrate holder is not due to the deposit (step S704: NO), the determination unit 116 determines that the protruding portion is caused by the deformation of the substrate holder 150 itself, and maintains it for the purpose of maintenance. The substrate holder 150 is unloaded from the substrate bonding apparatus 100.
  • step S704 If it is determined in step S704 that the protruding portion of the substrate holder 150 has been formed by the deposit (step S704: YES), the determination unit 116 generates an instruction to clean the substrate holder 150 (step S705). .
  • the determination unit counts the number of times the cleaning process is performed on the substrate holder 150 (step S706), and checks whether the counted number of times of cleaning does not exceed a predetermined threshold (step S707).
  • step S707 when the number of times of cleaning the substrate holder 150 has reached the threshold (step S707: NO), the determination unit 116 determines that the deposit on the substrate holder 150 is not removed by the cleaning. The substrate holder 150 is unloaded from the substrate bonding apparatus 100 for the purpose of maintenance.
  • step S707 when the number of times of cleaning the substrate holder 150 has not reached the threshold value (step S707: YES), the determination unit 116 executes a cleaning process of the substrate holder 150 (step S708) and after cleaning. Then, a series of processes starting again with the evaluation of the adhered surface (step S710) is executed. Thereby, when the deposits are removed by the cleaning process, the substrate holder 150 is returned to the holder stocker 180 of the substrate bonding apparatus 100 and used again for bonding the substrates 121.
  • the cause of the projecting portion formed on the substrate 121 is separated from the case of the substrate holder 150 and the case of the substrate 121. By replacing 150, the protruding portion of the substrate 121 is quickly eliminated.
  • the cause of the protruding portion of the substrate 121 is the substrate 121 itself, a condition for performing the bonding while the protruding portion is present is sought to suppress a decrease in yield in the substrate bonding apparatus 100.
  • the evaluation of the substrate holder 150 and the cleaning by the blow process can be performed using, for example, the pre-aligner 140 in the substrate bonding apparatus 100. Further, the substrate holder 150 that has been removed from the line due to the replacement may be temporarily accumulated in the substrate bonding apparatus 100 and maintained and maintained by batch processing outside the substrate bonding apparatus 100. At the time of maintenance, for example, the holding surface of the substrate holder 150 is polished to flatten the holding surface.
  • 100 substrate bonding apparatus 102 normal temperature section, 104 high temperature section, 106 cover, 108 heat insulation wall, 110 comprehensive control section, 112 overlay control section, 114 detection section, 116 determination section, 118 transport control section, 120 FOUP, 121 substrate 122 scribe line, 123 laminated substrate, 124 notch, 126 element region, 128 alignment mark, 132, 134, 136 loader, 140 pre-aligner, 150 substrate holder, 152 permanent magnet, 154 magnetic plate, 156 mounting surface, 158, 252 electrostatic chuck, 170 superposed part, 180 holder stocker, 190 joint part, 191 load lock, 192 casing, 193, 195 shutter, 194 indented part, 196 heat plate, 198 surface plate, 19 Carry-in entrance, 210 frame body, 212 wall material, 220 holding section, 222 interferometer, 224 reflecting mirror, 226 imaging section, 230 fine movement stage, 231 and 251 microscope, 240 moving stage section, 241 guide rail, 242 moving surface plate,

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Abstract

　基板貼り合わせ装置であって、第１基板と第２基板とを互いに貼り合せる基板貼り合わせ装置であって、互いに位置合わせして重ね合わされた第１基板と第２基板とを互いに接合する接合部と、接合部による接合の前に、第１基板および第２基板の少なくとも一方の凹凸状態を検出する検出部と、検出部により検出された凹凸状態が所定の条件を満たすか否かを判断する判断部と、を備え、接合部は、凹凸状態が所定の条件を満たさないと判断部により判断された場合、第１基板および第２基板の接合を行わない。

Description

基板貼り合わせ装置および基板貼り合わせ方法
　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。
　複数の基板を積層して貼り合わせた積層型半導体装置がある（特許文献１参照）。基板を貼り合わせる場合は、半導体装置の線幅レベルの精度で基板を位置決めして重ね合わせ、更に接合する。
　［特許文献１］特開２００５－２５１９７２号公報
　貼り合わせる基板の凹凸状態により、面方向に位置合わせして基板を接合しても、基板の一部が密着しない場合がある。
　本発明の第一態様として、第１基板と第２基板とを互いに貼り合せる基板貼り合わせ装置であって、互いに位置合わせして重ね合わされた第１基板と第２基板とを互いに接合する接合部と、接合部による接合の前に、第１基板および第２基板の少なくとも一方の凹凸状態を検出する検出部と、検出部により検出された凹凸状態が所定の条件を満たすか否かを判断する判断部と、を備え、接合部は、凹凸状態が所定の条件を満たさないと判断部により判断された場合、第１基板および第２基板の接合を行わないことを特徴とする基板貼り合わせ装置が提供される。
　本発明の第二態様として、第１基板と第２基板とを互いに貼り合せる基板貼り合わせ方法であって、第１基板および第２基板を互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせ工程と、位置合わせされた第１基板と第２基板とを互いに接合する接合工程と、接合工程の前に、第１基板および第２基板の少なくとも一方の凹凸状態を検出する検出工程と、検出工程により検出された凹凸状態が所定の条件を満たすか否かを判断する判断工程と、を含み、凹凸状態が所定の条件を満たさないと判断工程で判断された場合、接合工程を行わないことを特徴とする基板貼り合せ方法が提供される。
　上記発明の概要は、この発明の必要な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また発明となり得る。
基板貼り合わせ装置１００の模式的平面図である。 基板ホルダ１５０の斜視図である。 基板ホルダ１５０の斜視図である。 重ね合わせ部１７０の模式的断面図である。 重ね合わせ部１７０の模式的断面図である。 接合部の模式的断面図である。 基板１２１の状態遷移を示す断面図である。 基板１２１の状態遷移を示す断面図である。 基板１２１の状態遷移を示す断面図である。 基板１２１の状態遷移を示す断面図である。 基板１２１の模式的斜視図である。 総合制御部１１０の一部を示すブロック図である。 判断部１１６の制御手順を示す流れ図である。 判断部１１６の詳細な制御手順の一例を示す流れ図である。 判断部１１６の詳細な制御手順の他の例を示す流れ図である。 判断部１１６の詳細な制御手順のまた他の例を示す流れ図である。 判断部１１６の詳細な制御手順のまた他の例を示す流れ図である。 判断部１１６の他の制御手順を示す流れ図である。 判断部１１６のまた他の制御手順を示す流れ図である。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかか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では、複数の基板１２１を貼り合わせて積層基板１２３を作製する。
　なお、基板貼り合わせ装置１００において貼り合わされる基板１２１は、シリコン単結晶ウエハ、化合物半導体ウエハ等の半導体ウエハの他、ガラス基板等でもあり得る。また、貼り合わされる基板１２１の少なくとも一方は複数の素子を含む場合がある。更に、貼り合わされる基板１２１の一方または両方は、それ自体が既にウエハを重ね合わせて製造された積層基板１２３であってもよい。
　基板貼り合わせ装置１００は、共通のカバー１０６の内部に形成された常温部１０２および高温部１０４を含む。常温部１０２におけるカバー１０６の外面には、総合制御部１１０と、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ　Ｏｐｅｎｉｎｇ　Ｕｎｉｆｉｅｄ　Ｐｏｄ）１２０とが配される。
　総合制御部１１０は、基板貼り合わせ装置１００の各部の動作を個別に制御すると共に、基板貼り合わせ装置１００全体の動作を包括的に制御する。また、総合制御部１１０は、基板貼り合わせ装置１００の電源投入、各種設定、情報等を入力する場合にユーザが外部から操作する操作部、ユーザに対して情報を伝える表示部等を含む。更に、総合制御部１１０は、基板貼り合わせ装置１００に対して付加的に配備された他の機器と接続する接続部を含む場合もある。
　ＦＯＵＰ１２０は、複数の基板１２１または積層基板１２３を収容する。また、ＦＯＵＰ１２０は、基板貼り合わせ装置１００に対して個別に着脱できる。これにより、基板貼り合わせ装置１００において貼り合わされる複数の基板１２１は、ＦＯＵＰ１２０に収容した状態で、一括して基板貼り合わせ装置１００に装填できる。また、基板貼り合わせ装置１００において製造された積層基板１２３は、他のＦＯＵＰ１２０に収容して基板貼り合わせ装置１００から一括して搬出される。
　常温部１０２におけるカバー１０６の内側には、ローダ１３２、１３４、プリアライナ１４０、重ね合わせ部１７０およびホルダストッカ１８０が配される。常温部１０２の内部は、基板貼り合わせ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理されている。これにより、重ね合わせ部１７０の動作精度が安定するので、基板１２１を重ね合わせる場合の位置決め精度が向上される。
　ローダ１３２は、ＦＯＵＰ１２０に面して配され、貼り合わせる基板１２１をＦＯＵＰ１２０から搬出する。ＦＯＵＰ１２０から搬出された基板１２１は、プリアライナ１４０に搬送される。なお、図示の例では、プリアライナ１４０は、ホルダストッカ１８０と上下に重ねて配置される。
　また、ローダ１３２は、基板貼り合わせ装置１００において製造した積層基板１２３をローダ１３４から渡され、ＦＯＵＰ１２０に収納する。このように、ローダ１３２は、貼り合わされる前の基板１２１か、貼り合わせて製造された積層基板１２３かのいずれかを搬送する。
　ところで、基板貼り合わせ装置１００において貼り合わされる基板１２１の多くは薄く脆い材料で形成されている。このため、基板貼り合わせ装置１００の内部においては、強度および剛性が基板１２１よりも高い基板ホルダ１５０に基板１２１を保持させて、基板１２１と基板ホルダ１５０とを一体的に取り扱うことにより基板１２１を保護してもよい。
　基板ホルダ１５０は、平坦な保持面を有し、当該保持面に基板１２１を吸着する静電チャック等の基板保持機能を有する。基板ホルダ１５０は、常温部１０２内に配されたホルダストッカ１８０から取り出して使用される。また、基板ホルダ１５０は、搬出される積層基板１２３から分離してホルダストッカ１８０に戻される。よって、基板ホルダ１５０は、基板貼り合わせ装置１００の内部で繰り返し使用される。
　プリアライナ１４０は、基板ホルダ１５０に基板１２１を保持させる場合に、基板ホルダ１５０および基板１２１の相互の位置合わせをする。これにより、基板１２１の基板ホルダ１５０に対する搭載位置および搭載方向が一定になり、重ね合わせ部１７０における位置決め作業の負担が軽減される。
　重ね合わせ部１７０の図中側面に沿って配されたローダ１３４は、ホルダストッカ１８０から基板ホルダ１５０を取り出してプリアライナ１４０に搬送する。また、ローダ１３４は、プリアライナ１４０において基板１２１を保持した基板ホルダ１５０を重ね合わせ部１７０に搬入する。
　なお、ホルダストッカ１８０は、複数の基板ホルダ１５０を収容する。また、ホルダストッカ１８０に、高温部１０４から搬出された基板ホルダ１５０を冷却する機能を設けてもよい。
　更に、ローダ１３４は、重ね合わせ部１７０において基板ホルダ１５０と共に重ね合わされた基板１２１を、高温部１０４側に搬送する。また、ローダ１３４は、高温部１０４側から積層基板１２３を搬出する場合にも、一対の基板ホルダ１５０に挟まれた積層基板１２３を搬送する。このように、ローダ１３４は、基板１２１または積層基板１２３に加えて、１枚または２枚の基板ホルダ１５０も搬送する。よって、ローダ１３４としては、ローダ１３２よりも搬送能力が大きいものが用いられる。
　重ね合わせ部１７０は、枠体２１０の内側に配された固定ステージ２５０および微動ステージ２３０を有する。固定ステージ２５０は枠体２１０に対して固定され、下向きに基板ホルダ１５０および基板１２１を保持する。微動ステージ２３０は、基板ホルダ１５０および基板１２１を搭載して、重ね合わせ部１７０の内部で、固定ステージ２５０に対して相対移動して、一対の基板１２１を位置合わせし、更に、重ね合わせる。
　重ね合わせ部１７０において、枠体２１０の外面は壁材２１２により閉鎖される。これにより、周囲からの輻射熱等が重ね合わせ部１７０に及ぼす影響を絶っている。
　また、重ね合わせ部１７０は、壁材２１２の内側に配された干渉計２２２および撮像部２２６を有する。干渉計２２２は、微動ステージ２３０に搭載された反射鏡２２４を利用して、微動ステージ２３０の位置を高精度に測定する。撮像部２２６は、微動ステージ２３０に搭載された基板１２１の表面を観察して、表面性状を検出する。これにより、微動ステージ２３０に搭載された基板１２１を、固定ステージ２５０に保持された基板１２１に対して精度よく位置決めできる。
　高温部１０４は、断熱壁１０８に包囲され、高い内部温度を維持すると共に、外部への熱輻射を遮断している。高温部１０４は、ロードロック１９１、接合部１９０およびローダ１３６を備える。
　ロードロック１９１は、交互に開閉するシャッタ１９３、１９５を有し、高温部１０４の高温雰囲気が常温部１０２に漏洩することを防止する。ローダ１３６は、ロードロック１９１において、常温部１０２のローダ１３４から重ね合わせた基板１２１を基板ホルダ１５０と共に渡される。ローダ１３６は、複数の接合部１９０のいずれかに、重ね合わされた基板１２１を搬入する。
　接合部１９０は、位置決めされた基板１２１を加圧して貼り合わせる。これにより、基板１２１は積層基板１２３となる。なお、接合部１９０は、加圧に伴って基板１２１を加熱してもよい。
　積層基板１２３は、再びローダ１３６により、基板ホルダ１５０と共に接合部１９０から搬出され、ロードロック１９１に搬入される。高温部１０４側からロードロック１９１に搬入された積層基板１２３および基板ホルダ１５０は、常温部１０２側のローダ１３４に順次受け渡される。また、基板ホルダ１５０は、積層基板１２３から分離される。
　こうして、ＦＯＵＰ１２０に面して配されたローダ１３２は、基板ホルダ１５０から分離された積層基板１２３を単独でＦＯＵＰ１２０に収納する。また、基板ホルダ１５０は、ホルダストッカ１８０に戻されて、他の基板１２１を貼り合わせる場合に再使用される。
　このように、基板貼り合わせ装置１００においては、接合部１９０が、重ね合わせ部１７０において位置決めして重ね合わされた基板１２１を加圧して貼り合わせる。しかしながら、例えば、基板１２１の各々において接合される接合面が清浄で平滑な場合は、重ね合わせ部１７０において基板１２１を接合できる場合もある。そのような場合は、接合部１９０を含む高温部１０４を省略することもできる。
　図２は、重ね合わせ部１７０に下向きに挿入される基板ホルダ１５０を見上げた様子を示す斜視図である。基板ホルダ１５０は、保持する基板１２１に接する円形の載置面１５６を有する円板状の部材であり、アルミナセラミックス等の硬い材料で形成される。また、基板ホルダ１５０は、埋設された電極に電圧を印加した場合に載置面１５６に基板１２１を静電吸着する静電チャック１５８を有する。
　更に、基板ホルダ１５０は、側周に沿って配された複数の永久磁石１５２を備える。永久磁石１５２は、それぞれ載置面１５６の外側において、基板ホルダ１５０の縁部に対して固定される。
　図３は、重ね合わせ部１７０に下向きに挿入される基板ホルダ１５０を見下ろした様子を示す斜視図である。この基板ホルダ１５０も、載置面１５６および静電チャック１５８を有する点では、図２に示した基板ホルダ１５０と同じ形状および構造を有する。
　基板ホルダ１５０は、永久磁石１５２に換えて、磁性体板１５４を有する。磁性体板１５４は、永久磁石１５２に対応して配される。また、磁性体板１５４の各々は、載置面１５６の法線方向に変位可能に、基板ホルダ１５０に対して弾性的に取り付けられる。これにより、図２に示した基板ホルダ１５０と図３に示した基板ホルダ１５０とを向かい合わせて重ねた場合、永久磁石１５２が磁性体板１５４を吸着して、一対の基板ホルダ１５０の面方向の相対位置を自律的に維持する。
　図４は、重ね合わせ部１７０の模式的縦断面図である。重ね合わせ部１７０は、枠体２１０と、枠体２１０の内側に配された移動ステージ部２４０および固定ステージ２５０を有する。
　固定ステージ２５０は、枠体２１０の天井面から、複数のロードセル２５４を介して下向きに懸架される。固定ステージ２５０は、静電チャック２５２を備える。これにより、固定ステージ２５０は、貼り合わせに供する基板１２１の一方を保持した基板ホルダ１５０を下面に吸着して保持する。
　図示の例では、図２に示した、永久磁石１５２を装着された基板ホルダ１５０が固定ステージ２５０に保持される。複数のロードセル２５４は、固定ステージ２５０に対して下方から上方に向かってかかる負荷を個別に計測して、基板１２１の面方向の負荷分布を検出する。
　枠体２１０の天井面には、固定ステージ２５０の側方に、下向きの顕微鏡２５１が配される。顕微鏡２５１は、微動ステージ２３０に保持された基板１２１の表面に光学系を合焦させる自動合焦機能を有し、基板１２１の表面を観察する。なお、顕微鏡２５１は枠体２１０に固定されているので、顕微鏡２５１と固定ステージ２５０の相対位置は変化しない。
　移動ステージ部２４０は、移動定盤２４２、粗動ステージ２４４、重力打ち消し部２４６、球面座２４８および微動ステージ２３０を含む。移動定盤２４２は、粗動ステージ２４４、重力打ち消し部２４６および微動ステージ２３０を搭載して、枠体２１０の内部底面に固定されたガイドレール２４１に沿って移動する。移動定盤２４２の移動により、移動ステージ部２４０は、固定ステージ２５０の直下と、固定ステージ２５０の直下からはずれた位置との間を移動する。
　粗動ステージ２４４は、図中に矢印で示すＸ方向成分およびＹ方向成分を含む水平方向に、移動定盤２４２に対して移動する。移動定盤２４２に対して相対移動する場合、微動ステージ２３０も粗動ステージ２４４につれ従って移動する。
　重力打ち消し部２４６は、微動ステージ２３０の微細な変位を検知しつつ伸縮して、微動ステージ２３０の見かけの重量を小さくする。これにより、微動ステージ２３０を変位させるアクチュエータの負荷を軽減して位置の制御精度を向上させる。
　微動ステージ２３０は、保持部２２０を有し、貼り合わせに供する基板１２１を保持した基板ホルダ１５０を保持する。基板１２１の位置決め動作において、微動ステージ２３０は、当初、粗動ステージ２４４の移動に連れ従って移動する。次の段階で、微動ステージ２３０は粗動ステージ２４４に対して変位する。微動ステージ２３０の粗動ステージ２４４に対する変位は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の全てに対する並進および回転を含む。
　また、微動ステージ２３０は、側方に固定された顕微鏡２３１を有する。顕微鏡２３１は微動ステージ２３０に対して固定されているので、微動ステージ２３０および顕微鏡２３１の相対位置は変化しない。顕微鏡２３１は、基板１２１の表面に光学系を合焦させる自動合焦機能を有し、固定ステージ２５０に保持された基板１２１の表面を観察する。
　図５は、重ね合わせ部１７０の模式的断面図である。図４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。
　図示の重ね合わせ部１７０においては、移動ステージ部２４０がガイドレール２４１に沿って移動し、それぞれが基板ホルダ１５０および基板１２１を保持した微動ステージ２３０および固定ステージ２５０が互いに対向した状態になる。更に、保持した一対の基板を位置決めした上で微動ステージ２３０を上昇させ、一対の基板１２１は互いに接近する。
　接近した一対の基板１２１が接して重ね合わされた場合、少なくとも一方の基板１２１に形成されたはんだバンプ等を介して、基板１２１上のパッドが相互に電気的に結合される。このように、一対の基板１２１上の素子を相互に結合して、積層基板１２３を形成できる。換言すれば、積層基板１２３を形成する場合には、パッド、パンプ等の位置が一致するように、重ね合わせ部１７０において一対の基板１２１相互の位置決めが実行される。
　ただし、一対の基板１２１は、最終的に、接合部１９０において接合される。よって、重ね合わせ部１７０においては、基板１２１が相互に位置決めされた状態で固定される。固定された基板１２１は、互いに接した状態でもよいし、互いに離間した状態でもよい。
　図６は、接合部１９０の模式的断面図である。接合部１９０は、筐体１９２の底部から順次積層された定盤１９８およびヒートプレート１９６と、筐体１９２の天井面から垂下された圧下部１９４およびヒートプレート１９６とを有する。ヒートプレート１９６の各々はヒータを内蔵する。また、筐体１９２の側面のひとつには搬入口１９９が設けられる。
　接合部１９０には、既に位置決めして重ね合わされた基板１２１と、基板１２１を挟む一対の基板ホルダ１５０とが併せて搬入される。搬入された基板ホルダ１５０および基板１２１は、定盤１９８のヒートプレート１９６上面に載置される。
　接合部１９０は、まず、ヒートプレート１９６を昇温させると共に、圧下部１９４を降下させて上側のヒートプレート１９６を押し下げる。これにより、ヒートプレート１９６の間に挟まれた基板ホルダ１５０および基板１２１が加熱および加圧されて接合され、基板１２１は積層基板１２３となる。製造された積層基板１２３は、ローダ１３６により接合部１９０から搬出される。
　上記のような用途に鑑みて、基板ホルダ１５０には、接合部１９０における加熱および加圧を繰り返し受けても劣化しない強度と耐熱性が求められる。また、ヒートプレート１９６による加熱温度が高い場合は、基板１２１の表面が雰囲気と化学的に反応する場合がある。そこで、基板１２１を加熱加圧する場合は、筐体１９２の内部を排気して真空環境とすることが好ましい。このため、搬入口１９９を気密に閉鎖する開閉可能な扉を設けてもよい。
　更に、接合部１９０には、加熱、加圧した後の積層基板１２３を冷却する冷却部を設けてもよい。これにより、室温までに至らなくても、ある程度冷却した積層基板１２３を搬出して、迅速にＦＯＵＰ１２０に戻すことができる。
　図７、図８、図９および図１０は、基板貼り合わせ装置１００における基板１２１の状態の変遷を示す図である。これらの図面を参照しつつ、基板貼り合わせ装置１００の動作を説明する。
　基板貼り合わせ装置１００においては、まず、ローダ１３４によりホルダストッカ１８０から搬出された基板ホルダ１５０が、予め定められた精度よりも高い精度で、プリアライナ１４０上に位置決めされる。次に、ローダ１３２によりＦＯＵＰ１２０から１枚ずつ搬出された基板１２１が、プリアライナ１４０において、基板ホルダ１５０に対して、予め定められた精度以上の位置精度で基板ホルダ１５０に搭載される。
　こうして、図７に示すように、基板１２１を保部持した基板ホルダ１５０が用意される。基板１２１を搭載された基板ホルダ１５０は、ローダ１３４により重ね合わせ部１７０に順次搬送される。これにより、例えば、最初に搬送された基板１２１および基板ホルダ１５０は、ローダ１３４により反転されて固定ステージ２５０に保持される。
　次に搬入された基板１２１および基板ホルダ１５０は、そのままの向きで微動ステージ２３０に保持される。こうして、図８に示すように、一対の基板１２１は、互いに対向した状態で重ね合わせ部１７０に保持される。
　次に、微動ステージ２３０を上昇させることにより、相互に位置決めされた一対の基板１２１は、位置決めした状態を維持したまま重ね合わされる。これにより、ローダ１３４は、相互に位置決めされた一対の基板１２１および基板ホルダ１５０を、基板１２１間の間隙を維持したまま一体的に搬送できる。
　なお、この段階では、一対の基板１２１は、まだ接合されていない。よって、この段階であれば、基板ホルダ１５０の固定を解いて、基板１２１の位置決めを、基板１２１を傷めることなくやり直すことができる。
　続いて、ローダ１３４、１３６は、１対の基板１２１を挟んだ基板ホルダ１５０を接合部１９０に装入する。接合部１９０において加熱、加圧された１対の基板１２１は恒久的に貼り合わされ、図１０に示すように積層基板１２３となる。よって、ローダ１３４、１３６は、基板ホルダ１５０および積層基板１２３を分離して、基板ホルダ１５０はホルダストッカ１８０に、積層基板１２３は、ＦＯＵＰ１２０に、それぞれ搬送する。こうして、積層基板１２３を製造する一連の工程が完了する。
　図１１は、接合に供される、互いに対向した一対の基板１２１の概念的な斜視図である。基板１２１は、ノッチ１２４により一部が欠けた円板型の形状を有して、表面にそれぞれ複数の素子領域１２６およびアライメントマーク１２８を有する。
　ノッチ１２４は、基板１２１の結晶配向性等に対応して形成される。よって、基板１２１を取り扱う場合には、ノッチ１２４を指標として基板１２１の方向が決定される。
　基板１２１の表面には、複数の素子領域１２６が周期的に配される。素子領域１２６の各々には、フォトリソグラフィ技術等により基板１２１を加工して形成された半導体装置が実装される。また、素子領域１２６の各々には、基板１２１を他の基板１２１に貼り合わせた場合に接続端子となるパッド等も含まれる。
　なお、複数の素子領域１２６相互の間には、素子、回路等の機能的要素が配されていないブランク領域がある。ブランク領域には、基板１２１を素子領域１２６毎に切り分ける場合に切断するスクライブライン１２２が配される。
　更に、スクライブライン１２２上には、基板１２１を位置決めする場合の指標となるアライメントマーク１２８が配される。スクライブライン１２２は、基板１２１を切断してダイにする過程で鋸代となって消滅するので、アライメントマーク１２８を設けることにより、基板１２１の実効的な面積が圧迫されることはない。
　なお、図中では素子領域１２６およびアライメントマーク１２８を大きく描いているが、例えば直径３００ｍｍの基板１２１に形成される素子領域１２６の数は数百以上にも及ぶ場合がある。また、素子領域１２６に形成された配線パターン等をアライメントマーク１２８として利用する場合もある。
　貼り合わせる一対の基板１２１を重ね合わせ部１７０において位置決めする場合、顕微鏡２３１、２５１により対向する基板１２１のアライメントマーク１２８を観察して、基板１２１相互の相対位置を計測する。更に、計測した相対位置のずれを解消すべく微動ステージ２３０を移動させることにより、基板１２１は位置を合わせることができる。
　ただし、同じ露光装置で同じマスクを用いて作製された基板１２１であっても、フォトリソグラフィ過程における温度等の環境条件の相違等により、厚さ方向に基板毎に異なる変形を生じて凹凸状態が変化する場合がある。また、基板１２１の表面に付着した異物により接合する面の凹凸状態が変化する場合がある。
　基板１２１において接合する面の凹凸状態の変化が大きくなると、基板１２１の面方向に配列されたアライメントマーク１２８により位置合わせをして貼り合わせても、一方の基板１２１の接合面が他方の基板の接合面と密着しない領域が生じ、基板１２１上の回路による積層構造の歩留りが低下する場合がある。
　しかしながら、基板貼り合わせ装置１００においては、基板１２１の凹凸状態を予め検出して、貼り合わせに適していないと判断した基板１２１は、貼り合わせを試みることなくラインから取り除く。これにより、基板貼り合わせ装置１００の歩留りとスループットを向上させることができる。
　図１２は、基板貼り合わせ装置１００における総合制御部１１０の一部を示すブロック図である。総合制御部１１０は、重ね合わせ制御部１１２、検出部１１４、判断部１１６および搬送制御部１１８を有する。
　検出部１１４による凹凸状態の検出は、接合部１９０において基板１２１が接合される前に実行される。あるいは、検出部１１４による基板１２１の凹凸状態の検出は、重ね合わせ部１７０において基板１２１が重ね合わされる前に実行されてもよい。これにより、凹凸状態が貼り合わせに適していない基板１２１を重ね合わせることによるスループットおよび歩留りの低下を未然に防止できる。
　検出部１１４は、例えば、重ね合わせ部１７０等に配置した撮像部２２６により斜めから照明した基板１２１を撮像した映像から、全体のうねりを含む基板１２１の凹凸状態を検出する。また、検出部１１４は、重ね合わせ部１７０に設けられた顕微鏡２３１、２５１の自動合焦機構の動作から基板１２１の凹凸状態を検出してもよい。なお、検出部１１４の配置は上記に限られるわけではなく、重ね合わせ部１７０に搬入する前の基板１２１の凹凸状態を検出できるいかなる場所に配置してもよい。より具体的には、ＦＯＵＰ１２０からプリアライナ１４０または重ね合わせ部１７０に至る搬送経路上に配置してもよいし、プリアライナ１４０のステージ上に設けてもよい。また、プリアライナ１４０および重ね合わせ部１７０の少なくとも一方を検出部１１４の一部と兼用してもよい。
　この場合、検出部１１４は、基板１２１の接合面における突出部分を検出することにより、基板１２１の凹凸状態を検出してもよい。即ち、検出対象となる基板１２１を保持した基板ホルダ１５０の保持面と基板１２１の厚さとに基づいて想定される規準面に対して、予め定めた閾値、例えば３μｍを超えて突出した領域を測定することにより、基板１２１の凹凸状態を検出できる。基板１２１の凹凸状態を検出する目的で突出部分を観察する場合は、突出部分の高さ、幅、広さのうちの少なくともひとつを測定することにより凹凸状態を評価してもよい。
　なお、上記の例では撮像部２２６を重ね合わせ部１７０に配置したが、他の場所に撮像部２２６を設けてもよい。また、撮像部２２６を、重ね合わせ部１７０の内部に加えて方の場所に配置してもよい。
　また、検出した突出部分が、基板１２１全体の面積に対して局部的である場合、検出部１１４は、当該突出部分を、基板１２１に付着した付着物として検出してもよい。このように、検出部１１４は、基板１２１の突出部分の材料、即ち、突出部分が基板１２１そのものにより形成されているか、付着物により形成されているかを検出してもよい。
　更に、検出部１１４は、基板１２１の突出部分の突出方向を検出してもよい。これにより、基板１２１の重ね合わせ、接合等により基板１２１にかかる荷重により、検出された突出部分が縮小または軽減されることが判り、歩留り低下を抑制できる場合がある。また、突出部分の突出方向を検出することにより、当該突出部分を解消させるべく外力を加える場合に、突出部分を効率よく押圧する方法を選択することができる。
　また更に、検出部１１４は、重ね合わせ部１７０のロードセル２５４が測定した負荷分布に基づいて基板１２１の凹凸状態を検出してもよい。即ち、基板１２１に大きな突出部分がある場合には、基板１２１を重ね合わせる場合に、当該突出部分で大きな負荷を生じる。なお、ロードセル２５４の出力に基づく凹凸状態の検出は、基板１２１を重ね合わせる作業の間にロードセル２５４の出力を参照してもよいし、専ら凹凸状態を検出する目的で、１枚の基板１２１を固定ステージ２５０に押し付けてロードセル２５４の出力を参照してもよい。
　検出部１１４は更に、顕微鏡２３１、２５１が有する合焦機構から、顕微鏡２３１、２５１と基板１２１表面との距離に関する情報を取得して凹凸状態を検出してもよい。即ち、顕微鏡２３１、２５１は、基板１２１の接合面を観察する場合に、基板１２１の接合面に対して光学系を合焦させる。このため、顕微鏡２３１、２５１の合焦機構から、基板１２１の接合面までの距離に関する情報または接合面の位置に関する情報を獲得して、基板１２１の凹凸状態を検出できる。
　また、検出部１１４は、基板ホルダ１５０において基板１２１の凹凸状態を検出してもよい。即ち、基板１２１が大きな凹凸を有する場合、基板１２１と基板ホルダ１５０との接触面積が減少する。これにより、基板ホルダ１５０に吸着された基板１２１の表面を流れる電流が変化するので、基板１２１の凹凸状態を電気的に検出できる。より具体的には、基板１２１を吸着する基板ホルダ１５０の静電チャックに交流電圧を印加しつつインピーダンスを測定することにより、凹凸のある基板１２１のうちのどれぐらいの部分が平坦な基板ホルダ１５０に密着しているかを検出できる。
　なお、上記の例では、基板ホルダ１５０が静電チャックを用いて基板１２１を保持する場合を例にあげたが、真空チャックを有する基板ホルダ１５０においても基板の凹凸状態を検出できる。基板ホルダ１５０が真空チャックを備える場合は、基板１２１の凹凸状態に応じて基板ホルダ１５０および基板１２１の間隙から浸入する雰囲気により変化する負圧を測定することにより、基板１２１の凹凸状態を検知できる。
　更に、検出部１１４は、プリアライナ１４０におけるプリアライメント動作を参照して、基板１２１の凹凸状態を検出してもよい。これにより、基板１２１を重ね合わせ部１７０に搬入する前に凹凸状態を知ることができるので、凹凸状態を解消または軽減する対策を早期に実行して、基板貼り合わせ装置１００のスループットを向上させることができる。
　総合制御部１１０において、重ね合わせ制御部１１２は、観察部３１２、算出部３１４およびステージ駆動部３１６を含む。観察部３１２は、重ね合わせ部１７０の顕微鏡２３１、２５１から取得した画像情報に基づいて、貼り合わせる一対の基板１２１の各々について、アライメントマーク１２８の位置を検出する。
　算出部３１４は、観察部３１２が検出したアライメントマーク１２８の位置情報を統計的に処理することにより、アライメントマーク１２８の位置から、一対の基板１２１の相対位置のずれを算出する。これにより、重ね合わせ部１７０に搬入された一対の基板１２１の相対位置のずれが、位置ずれ量として算出される。
　ステージ駆動部３１６は、算出部３１４から取得した位置ずれ量に基づいて、位置ずれ量を打ち消すように微動ステージ２３０を駆動する。これにより、重ね合わせ部１７０においては、一対の基板１２１が相互に位置決めされる。
　判断部１１６は、検出部１１４が検出した基板１２１の凹凸状態に基づいて、凹凸状態が所定の条件を満たすか否かを判断する。本実施例では、判断部１１６は、基板１２１の凹凸状態に基づいて、基板１２１の貼り合わせを実行すべきか否かを判断する。即ち、判断部１１６は、基板１２１の凹凸状態が甚だしい場合、重ね合わせまたは接合を試みることなく、搬送制御部１１８に指示して、接合を行うことなく当該基板１２１をＦＯＵＰ１２０に戻させる。これにより、基板１２１の重ね合わせに多大な時間を要して基板貼り合わせ装置１００のスループットが低下することが防止される。
　ここで、判断部１１６は、基板１２１の貼り合わせの可不可を判断するにとどまらず、当該基板１２１を貼り合わせた場合に、最終的に得られる製品の歩留りを予測して、予め定められた閾値よりも歩留りが悪くなると予測された場合に、当該基板１２１の貼り合わせを不可と判断してもよい。また、判断部１１６は、基板ホルダ１５０による基板１２１の吸着力、重ね合わせ部１７０において重ね合わせのために基板１２１に加わる負荷、接合部１９０において接合する場合に基板１２１にかかる荷重により基板１２１の突出部分が軽減または解消されるか否かを勘案して判断してもよい。
　搬送制御部１１８は、ローダ駆動部３１８を含む。ローダ駆動部３１８は、４基のローダ１３２、１３４、１３６を駆動して、基板１２１および基板ホルダ１５０を搬送して、搬送先の処理に委ねることができる。よって、判断部１１６は、判断結果に応じた指令を搬送制御部１１８に向かって発生して、基板１２１に対する処理を選択できる。
　図１３は、総合制御部１１０における判断部１１６の判断処理の実行手順を示す流れ図である。判断部１１６は、まず、検出部１１４から取得した検出結果を評価して（ステップＳ１０１）、基板ホルダ１５０に保持された状態の基板１２１の表面に突出部分があるか否かを調べる（ステップＳ１０２）。
　ステップＳ１０２において基板１２１の表面に突出部分が検出されなかった場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、判断部１１６は、基板１２１の表面が平坦且つ平滑であると判断して、基板貼り合わせ装置１００における当該基板１２１に対する重ね合わせを開始させる。一方、ステップＳ１０２において基板１２１の表面に突出部分が検出された場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、判断部１１６は、基板１２１の突出部分が、基板１２１に付着した付着物により形成されているか（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、基板１２１そのものの変形等により形成されているか（ステップＳ１０３：ＮＯ）を判断する。
　ステップＳ１０３において、基板１２１の突出部分が付着物により形成されたものではないと判断した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、判断部１１６は、検出された凹凸状態が基板自体の変形に起因するものと判断し、その状態で重ね合わせ部１７０が位置合わせを実行できるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。
　ステップＳ１０９において、重ね合わせ部１７０が位置合わせを実行できないと判断した場合に（ステップＳ１０９：ＮＯ）、基板１２１に対する処理を終了する。一方、判断部１１６は、重ね合わせのための位置合わせを実行できると判断した場合に（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０へ進む。
　ステップＳ１０３において、基板１２１の突出部分が付着物により形成されていると判断した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、判断部１１６は、基板１２１を洗浄して付着物を除去することが不要か否かを判断する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において基板１２１の洗浄を不要と判断した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、判断部１１６は、基板１２１を洗浄せずに、ステップＳ１１０に進む。
　ステップＳ１１０において、積層基板１２３における歩留りを予測する。歩留りは、例えば次のようにして予測できる。まず、検出部１１４が検出した基板１２１の凹凸状態に基づいて、当該基板１２１を貼り合わせた場合に対になる基板１２１と密着しないと予想される領域の位置および広さを算出する。次いで、算出された領域に含まれる素子数を計数することにより、最終的に得られる半導体装置の歩留りを予測することができる。
　これにより、積層基板１２３の歩留りが予め与えられた目標値に達すると判断した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、判断部１１６は、当該基板１２１の重ね合わせから接合に至る一連の処理を実行させる。一方、歩留りが目標値に達しないと判断した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、判断部１１６は、重ね合わせおよび接合に供することなく、当該基板１２１に対する処理を終了する。貼り合わせに適していないと判断された基板１２１は、後述するステップＳ１０７：ＮＯの場合と同様に、まとめて破棄すべくＦＯＵＰ１２０のひとつに蓄積してもよい。このように、重ね合わせ部１７０における位置合わせができないと予測される基板１２１を、重ね合わせをする前に取り除くことにより、基板貼り合わせ装置１００のスループット低下を防止できる。
　上記ステップＳ１１０において、重ね合せにより基板１２１の凹凸状態が改善されるか否かをさらに考慮して、歩留りが予め与えられた目標値に達するか否かを判断してもよい。この場合に、判断部１１６は、重ね合わせ部１７０により基板１２１を重ね合わせに伴い、例えば基板１２１に掛かる数Ｎから十数Ｎの力により、基板１２１の凹凸状態が改善されるか否かを判断する。突出部分が付着物ではない場合には、重ね合わせ時の力により、少なくとも一方の基板１２１に生じていた凹凸が平坦に近づくように一方の基板１２１が変形するか否か、もしくは、少なくとも一方の基板１２１に生じていた凹凸が他方の基板１２１との間で相補関係になるように一方の基板１２１が変形するか否かを判断する。一方、突出部分が付着物である場合には、後述するように、付着物の形状、大きさ、材料等に基づいて、重ね合わせ時の力により付着物が潰れることによって、基板１２１の表面からの付着物の突出量が所定の値よりも小さくなるか否かを判断する。重ね合わせにより基板１２１の凹凸状態が改善されると予測した場合、判断部１１６は、重ね合わせにより凹凸状態が改善されることを前提として、歩留りが達成できるか否かを判断する。なお、基板１２１を重ね合わせする場合に、基板１２１が生じる音、基板１２１にかかる圧力の分布等をモニタすることにより、基板１２１の凹凸状態が改善されていることを確認してもよい。
　また、重ね合わせによる基板１２１の凹凸状態の変化は、基板１２１から検出された突出部分の形状、高さ、数、位置等により予測できる。突出部分の形状が対称形である場合、あるいは、なだらかである場合は、重ね合わせにより基板に加わる荷重により変形して突出部分が平坦に近づくことが予測される。また、基板１２１の突出部分の高さが低い場合も、重ね合わせで加わる荷重により凹凸状態が改善されることが予想される。
　上記ステップＳ１１０において、接合部１９０での接合により基板１２１の凹凸状態が改善されるか否かをさらに考慮して、歩留りが予め与えられた目標値に達するか否かを判断してもよい。この場合に、判断部１１６は、接合部１９０による接合に伴って基板を圧下する十ｔ以上の力により基板１２１の凹凸状態が改善されるか否かを判断する。
　接合により基板１２１の凹凸状態が改善されると予測した場合、判断部１１６は、接合により凹凸状態が改善されることを前提として、歩留りが達成できるか否かを判断する。接合による基板１２１の凹凸状態の変化は、重ね合わせによる基板１２１の凹凸状態の変化と同様に、基板１２１の突出部分の形状、高さ等に基づいて予測できる。基板１２１を接合する場合は、重ね合わせよりも大きな荷重が基板１２１に加わる。また、重ね合わせ部１７０および接合部１９０によって基板１２１の凹凸状態が改善されると予測された場合、その改善にかかる時間が所定の時間を超えるか否かを判断部１１６で判断し、超えると判断された場合は、改善をすることなく、重ね合わせから接合に至る一連の処理を実行してもよい。
　ステップＳ１０４において基板１２１の洗浄が必要と判断した場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、判断部１１６は、基板１２１の洗浄を指示する（ステップＳ１０５）。また、判断部１１６は、洗浄を指示した基板１２１について、既に何回洗浄されているかを計数する（ステップＳ１０６）。更に、判断部１１６は、基板１２１毎に記録された洗浄回数が、予め与えられた閾値に達していないことを調べる（ステップＳ１０７）。
　基板１２１に対する洗浄処理の回数が未だ閾値に到達していない場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、判断部１１６は、当該基板１２１に対する洗浄処理を実行して付着物の除去を試みる（ステップＳ１０８）。更に、洗浄処理された基板１２１の凹凸状態を再び検出部１１４検出させた後、判断部１１６は、検出結果の評価（ステップＳ１０１）から改めて処理を実行する。よって、基板１２１は、洗浄により付着物が除去されるまで、上記閾値回数の範囲内で繰り返し洗浄される。
　基板１２１の洗浄方法としては、基板貼り合わせ装置１００から基板１２１を搬出して洗浄液を用いて洗浄する方法の他に、基板１２１の表面に乾燥空気または不活性ガスを吹きつけるブロー処理でもよい。更に、例えば、初回の洗浄はブロー処理とし、２回目以降を洗浄液による洗浄としてもよい。更に、洗浄を繰り返す毎に、洗浄液の種類を変更してもよい。
　判断部１１６が基板１２１の洗浄を指示した場合は、基板１２１を基板貼り合わせ装置１００の外部に搬出して洗浄処理に付してもよい。洗浄すべき複数の基板１２１をＦＯＵＰ１２０等に蓄積して、後刻まとめて洗浄処理をしてもよい。
　ステップＳ１０７において、基板１２１に対する洗浄処理の回数が既に閾値に達していることが判った場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、判断部１１６は、基板１２１に対する洗浄をそれ以上繰り返しても、付着物が取り除かれて基板１２１の状態が改善される可能性は低いと判断する。よって、判断部１１６は、当該基板１２１に対する処理を終了する。
　判断部１１６による処理が終了した基板１２１は、例えば、ＦＯＵＰ１２０のひとつに蓄積してもよい。処理の終了した基板１２１の各々について検出した凹凸状態を記録しておいて、互いに相補的な凹凸状態を有する基板１２１の組み合わせが生じた場合に、そのような基板１２１を組み合わせて貼り合わせを試みてもよい。
　なお、上記実施形態においては、判断部１１６による上記の一連の判断手順が、基板ホルダ１５０に保持された基板１２１に対して実行される。これに代えて、検出部１１４は、基板１２１が基板ホルダ１５０に保持される前の段階においても、基板１２１の凹凸の状態を検出し、更に、当該基板１２１が基板ホルダ１５０に保持された場合の基板１２１の凹凸状態を予測してもよい。これにより、極端に大きな凹凸を有する基板１２１を予め取り除いて、基板ホルダ１５０による基板１２１の吸着不良を未然に防止できる。基板１２１が基板ホルダ１５０に保持された状態を予測しておくことにより、基板ホルダ１５０に保持された基板１２１の表面を観察する場合の顕微鏡の合焦を高速化し、検出部１１４の処理速度を向上させることができる。
　判断部１１６のよる上記の一連の判断手順においては、基板１２１の反り等、基板１２１全体に及ぶ大きな凹凸状態も判断の材料に加えてもよい。そのような範囲の大きな凹凸状態は、例えば、基板１２１の研磨処理等の前工程において検出された情報を取得することにより把握できる。このような基板１２１全体に及ぶ凹凸状態についても、重ね合わせおよび接合による状態の改善を考慮に入れて、判断部１１６が判断を下してもよい。
　更に、基板１２１の凹凸状態が改善できるか否かを予測する材料のひとつとして、当該基板１２１を貼り合わせの対象となる他の基板１２１と接触させて、接触状態における面圧分布を検出してもよい。更に、基板１２１を接触させた状態で摺動させることにより、基板１２１の摩擦により表面性状を検出してもよい。また更に、基板１２１を接触させた場合に生じる衝突音、および、基板１２１に力がかかって変形する場合に生じる音等を採取して基板１２１の凹凸状態および凹凸状態の改善を検出してもよい。
　図１４は、上記ステップＳ１０４およびＳ１０９における判断部１１６の詳細な制御手順の一例を示す流れ図である。ステップＳ１０４およびＳ１０９において、判断部１１６は、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報に基づいて、突出部分の大きさが許容範囲にあるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。大きさの許容範囲は、例えば、当該突出部分にあるアラインメントマークが顕微鏡２３１、２５１の自動焦点機能における被写界深度内に入る範囲に設定される。他の例として、大きさの許容範囲は、例えば、当該突出部分によってアラインメントマークが設計位置からずれていてもグローバルアライメントにおける残差が閾値に収まる範囲に設定される。
　判断部１１６は、予め設定された閾値と突出部分の大きさとを比較することにより、基板１２１の突出部分の大きさが許容範囲内である場合は、重ね合わせ部１７０が基板１２１を位置合わせできると判断する（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）。付着物が形成している場合を含め、突出部分の大きさは、基板１２１の表面を顕微鏡により観察した場合に得られる画像と顕微鏡の倍率に基づいて算出できる他、顕微鏡の被写界深度、自動合焦範囲等に依拠して予め設定された閾値を超えるか否かに拠っても判断できる。
　ステップＳ２０１において突出部分の大きさが許容範囲外であった場合、判断部１１６は、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報から、例えば、突出部分の個数が許容範囲にあるか否かを調べる（ステップＳ２０２）。個数の許容範囲は、例えば、当該個数の突出部分によってアラインメントマークが設計位置からずれていてもグローバルアライメントにおける残差が閾値に収まる範囲に設定される。
　判断部１１６は、突出部分の数が予め定められた閾値を超えない場合に、ステップＳ２０１における判断にもかかわらず、重ね合わせ部１７０が基板１２１を位置合わせできると判断する（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）。基板１２１における付着物の数は、観察画像において実際に計数する方法の他に、観察画像に対する画像処理で算出することもできる。
　一方、ステップＳ２０２において、突出部分の個数が上記閾値を超えることが判った場合、判断部１１６は、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報から更に、例えば、突出部分の位置が許容領域に位置するか否かを調べる（ステップＳ２０３）。許容領域の例は、スクライブライン１２２上である。
　突出部分の位置が許容領域に位置する場合には、上記ステップＳ２０２の判断にもかかわらず、重ね合わせ部１７０が基板１２１を位置合わせしてもよいと判断する（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）。
　しかしながら、ステップＳ２０３において突出部分の位置が許容領域外に位置していた場合、判断部１１６は、判断の対象となった基板１２１を重ね合わせ部１７０が位置合わせすることはもはやできないと判断する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。このように、判断部１１６は、基板１２１の凹凸状態が、いずれかひとつの条件を満たしていれば、位置合わせができると判断してもよい。
　貼り合わせることに適していないと判断された基板１２１の各々について検出した凹凸状態を、基板１２１毎に設けられたバーコード等の識別情報と関係付けて記録し、基板１２１の凹凸状態に応じた貼り合わせの組を決定してもよい。この場合、貼り合わせる基板１２１は、例えば、互いに相補的な凹凸状態を有する基板１２１を組み合わせてもよいし、互いに同じ位置に突出部分等を有する基板１２１を組み合わせてもよい。
　更に、基板１２１がバンプを有する場合は、研磨加工等によりバンプ平坦度を改善して、再度の貼り合わせを試みてもよい。また更に、貼り合わせることができないと判断された基板１２１に関する情報を蓄積して、基板貼り合わせ装置１００に搬入される以前の工程の改善に反映させることもできる。
　図１５は、上記ステップＳ１０４およびＳ１０９における判断部１１６の詳細な制御手順の他の例を示す流れ図である。ここでも、判断部１１６は、ステップＳ１０４およびＳ１０９において、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報について、突出部分の大きさが許容範囲にあるか否かを判断する（ステップＳ３０１）。
　判断部１１６は、基板１２１の突出部分の大きさが許容範囲に入っているか否かを調べる。基板１２１の突出部分の大きさが許容範囲外であった場合、判断部１１６は、判断の対象となった基板１２１に対して、重ね合わせ部１７０が位置合わせすることはできないと即座に判断する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。
　一方、突出部分の大きさが許容範囲内にある場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、判断部１１６は、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報から、突出部分の個数が許容範囲にあるか否かを調べる（ステップ３０２）。ここで、突出部分の個数が許容範囲にある場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、判断部１１６は、当該基板１２１について、重ね合わせ部１７０が位置合わせを実行できると判断する（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）。
　しかしながら、ステップＳ３０３において突出部分の個数が許容領域外であった場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、判断部１１６は更に、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報から、例えば、突出部分の位置が許容領域に含まれるか否かを調べる（ステップＳ３０３）。突出部分が許容領域に位置する場合は、判断部１１６は、当該基板１２１について重ね合わせ部１７０が位置合わせをできると判断する（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）。
　しかしながら、ステップＳ３０３において突出部分の位置が許容領域外に位置していた場合、判断部１１６は、判断の対象となった基板１２１を重ね合わせ部１７０が位置合わせすることはもはやできないと判断する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。このように、判断部１１６は、一部の条件に対しては即座に、他の条件については複数の条件を併せて、位置合わせができると判断してもよい。
　図１６は、上記ステップＳ１０４およびＳ１０９における判断部１１６の詳細な制御手順のまた他の例を示す流れ図である。ここでも、判断部１１６は、ステップＳ１０４およびＳ１０９において、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報について、突出部分の大きさが許容範囲にあるか否かを判断する（ステップＳ４０１）。
　判断部１１６は、基板１２１の突出部分の大きさが許容範囲外であった場合に（ステップＳ４０１：ＮＯ）、判断の対象となった基板１２１に対して、重ね合わせ部１７０が位置合わせすることはできないと即座に判断する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。一方、突出部分の大きさが許容範囲内にある場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、判断部１１６は、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報から突出部分の個数が許容範囲にあるか否かを調べる（ステップ４０２）。
　突出部分の個数が許容範囲外である場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、判断部１１６は、重ね合わせ部１７０が基板１２１を位置合わせすることはできないと判断する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。突出部分の個数が許容範囲内にある場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、判断部１１６は、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報から、突出部分の位置が許容領域にあるか否かを調べる（ステップ４０３）。
　突出部分の位置が許容領域に含まれていた場合、判断部１１６は、当該基板１２１について重ね合わせ部１７０が位置合わせをできると判断する（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）。しかしながら、ステップＳ４０３において突出部分の位置が許容領域外に位置していた場合、判断部１１６は、重ね合わせ部１７０が当該基板１２１を位置合わせすることはできないと判断する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。このように、判断部１１６は、ひとつでも条件が許容範囲外である場合に、位置合わせができると判断してもよい。
　図１７は、上記ステップＳ１０４およびＳ１０９における判断部１１６の詳細な制御手順のまた他の例を示す流れ図である。ここでも、判断部１１６は、ステップＳ１０４およびＳ１０９において、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報について、突出部分の大きさが許容範囲にあるか否かを判断する（ステップＳ５０１）。
　判断部１１６は、基板１２１の突出部分の大きさが許容範囲内であった場合に（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）、判断の対象となった基板１２１に対して、重ね合わせ部１７０が位置合わせすることができると即座に判断する（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）。一方、突出部分の大きさが許容範囲外である場合（ステップＳ５０１：ＮＯ）、判断部１１６は、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報から、突出部分の個数が許容範囲にあるか否かを調べる（ステップ５０２）。
　突出部分の個数が許容範囲内である場合（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、判断部１１６は、検出部１１４から取得した凹凸状態に関する情報から、突出部分の位置が許容領域内に存在するか否かを調べる（ステップ５０３）。また、突出部分の個数が許容範囲外である場合（ステップＳ５０２：ＮＯ）、判断部１１６は、重ね合わせ部１７０が当該基板１２１を位置合わせすることはできないと判断する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。
　突出部分の位置が許容領域に含まれていた場合、判断部１１６は、当該基板１２１について重ね合わせ部１７０が位置合わせをできると判断する（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）。しかしながら、ステップＳ５０３において突出部分の位置が許容領域外に位置していた場合、判断部１１６は、重ね合わせ部１７０が当該基板１２１を位置合わせすることはできないと判断する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。このように、判断部１１６は、ひとつでも条件が許容範囲内である場合に、基板１２１の位置合わせができると判断してもよい。
　なお、図１４、図１５、図１６および図１７に示した制御手順はそれぞれ一例に過ぎず、判断部１１６は、より多くの凹凸情報を参照して判断を下してもよい。そのような凹凸情報としては、例えば、判断部１１６は、突出部分の大きさ、個数および位置以外の他の条件を参照して判断してもよい。また、基板１２１の表面に形成されたバンプの高さのばらつき、基板１２１の表面に付着した付着物の等を検出して凹凸情報としてもよい。
　例えば、検出部１１４が、基板１２１の凹凸情報としてバンプの平坦度、即ち、基板１２１上に複数形成されたバンプの高さのばらつきを凹凸情報として検出した場合、判断部１１６は、バンプの頂面の高さにより決まるバンプ平坦度に応じて基板１２１接合の可否を判断してもよい。この場合、基板１２１の平坦度は問われず、基板１２１の厚さむらにより基板１２１に凹凸が生じている場合でも、バンプ平坦度により判断部１１６は判断を下す。バンプ平坦度は、例えば、共焦点顕微鏡、三次元形状測定器等を用いて計測できる。
　検出したバンプの平坦度に基づいて、歩留りを達成できないと判断した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、更に、重ね合わせにより歩留りが改善できないと判断した場合、および、接合により歩留りが改善されないと判断した場合に、判断部１１６は、搬送制御部１１８に指令を発生して、当該基板１２１を接合プロセスから取り除く。
　接合プロセスから除かれた基板１２１は、検出された基板１２１のバンプの平坦度を勘案して、接合による歩留りが高くなる他の組み合わせを模索してもよい。また、再研磨等によりバンプの平坦度を改善することを試みてもよい。更に、接合プロセスから取り除いた基板１２１自体の接合は断念する代わりに、当該基板１２１について検出した平坦度を考慮して、他の基板１２１のバンプ形成、研磨等のプロセス条件を調整してもよい。
　上記ステップＳ１０３で、検出部１１４が基板１２１の凹凸情報として基板１２１の表面に付着した付着物を検出した場合に、ステップＳ１１０において判断部１１６は、付着物の材料（組成）、大きさ等に基づいて歩留りを予測してもよい。付着物の材料は、可視光または赤外光による照明の下で、付着物の色、反射率、透過率、形状等を観察することにより推定できる。
　また、付着物の材料を検出すれば、判断部１１６は、当該付着物の硬さ（ヤング率）、アウトガス発生の有無等を判断できる。更に、付着物の物性を推定すれば、当該付着物を残したまま基板１２１を接合した場合に生じる、当該付着物に起因する積層半導体装置の歩留り低下を予測できる。
　即ち、例えば、付着物の材料が高いヤング率を有し、接合による加圧でも押しつぶされないことが予測される場合、付着物による歩留りの低下がより大きくなる。また、付着物のヤング率が低く、接合の加圧で変形しやすい場合であっても、付着物の寸法が大きい場合は、付着物による歩留り低下は無視し得ないものとなる。更に、接合による加圧で接合ができても、付着物からアウトガスが発生する場合は、基板１２１を化学的に変質させる場合があるので、付着物による歩留りへの影響が生じる。
　なお、基板貼り合わせ装置１００において基板１２１に付着し得る付着物としては、ＳｉＣ等のセラミックス材、ＳＵＳ３０４等のステンレス材、ＹＨ７５等のアルミニウム材のような金属、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱樹脂に代表される樹脂の微粒子を例示できる。下記の表１に、これらの物性を例示する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記のように、基板貼り合わせ装置１００において基板１２１に付着し得る付着物の材料は、それぞれ固有の物理特性を有する。よって、検出した付着物の組成に応じて、基板１２１の接合歩留りに与える影響を推測することができる。
　なお、許容粒径とは、付着物を残したまま基板１２１を接合しても最終製品の歩留りが許容範囲に収まると推測される付着物の粒径を意味する。よって、例えば、基板１２１を加熱する接合条件が設定されている場合には、許容粒径は接合温度により変化する場合がある。
　検出した付着物の組成、大きさに基づいて、歩留り達成の見込みがない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、更に、重ね合わせにより改善される見込みがない場合、接合により改善される見込みがない場合は、当該基板を接合プロセスから取り除く。取り除いた基板は、洗浄等のプロセスを経て再び接合を試みてもよい。また、検出された付着物の材料に応じて、付着物の発生原因を推測し、基板貼り合わせ装置１００の清掃または保守を実行してもよい。
　また、上記の例では、重ね合わせ部１７０が基板１２１を位置合わせできるか否かを判断部１１６が判断する場合（ステップＳ１０９）について説明した。しかしながら、上記のような制御手順は、基板貼り合わせ装置１００において基板１２１を貼り合わせて製造した積層基板１２３の歩留りを判断部１１６が判断する場合（ステップＳ１１０）にも適用できる。
　なお、上記の例では、一枚の基板１２１に対する判断部１１６の処理について順次説明したが、基板貼り合わせ装置１００においては、３枚を越える複数の基板１２１が並列的に処理される。よって、判断部１１６における処理も、複数の基板１２１に対して並列的に実行される。
　図１８は、総合制御部１１０における判断部１１６の判断処理の他の実行手順を示す流れ図である。この実行手順において、判断部１１６は、まず、検出部１１４から取得した検出結果を評価して（ステップＳ６０１）、基板ホルダ１５０に保持された状態の基板１２１の表面に突出部分を検出できるか否かを調べる（ステップＳ６０２）。
　ステップＳ６０２において、判断部１１６は、図１３に示した手順のステップＳ１０２と同様に、突出部分の大きさ、個数、位置等に基づいて、基板１２１の表面における突出部分の有無を判断する。ステップＳ６０２において突出部分が検出されなかった場合（ステップＳ６０２：ＮＯ）、判断部１１６は、基板１２１の表面が平坦且つ平滑であると判断して、基板貼り合わせ装置１００における当該基板１２１に対する重ね合わせを開始させる。
　ステップＳ６０２において基板１２１の表面に突出部分が検出された場合（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）、判断部１１６は、基板１２１を保持する基板ホルダ１５０を他の基板ホルダ１５０と交換させる（ステップＳ６０３）。更に、判断部１１６は、他の基板ホルダ１５０に保持された基板１２１を再度評価して（ステップＳ６０４）、突出部分を再検出する（ステップＳ６０５）。
　ステップＳ６０５において他の基板ホルダ１５０に保持された基板１２１の表面に突出部分が検出されなかった場合（ステップＳ６０５：ＮＯ）、検出閾値以下になった基板１２１の突出部分は、交換前の基板ホルダ１５０の表面性状に起因するものであったことが推定される。そこで、判断部１１６は、平坦になった基板１２１に対して、基板貼り合わせ装置１００による重ね合わせを開始させる。なお、基板ホルダ１５０の表面性状とは、基板ホルダ１５０の吸着面の平坦性の他、基板ホルダ１５０の吸着面に付着物が付着している場合に生じる表面の起伏も含む。
　ステップＳ６０５において基板１２１の表面に突出部分が検出された場合（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）、基板ホルダ１５０を交換しても基板１２１の突出部分が検出閾値以下にならなかったことから、突出部分の発生原因が基板１２１自体の厚さのむら等、基板１２１自体にあるものと判断する。そこで、判断部１１６は、交換された基板ホルダ１５０に保持された基板１２１に対して、図１３に示した手順のうち、ステップＳ１０３から後の手順を実行する。
　即ち、判断部１１６は、まず、基板１２１の突出部分が、基板１２１に付着した付着物により形成されているか（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、基板１２１そのものの変形等により形成されているか（ステップＳ１０３：ＮＯ）を判断する。基板１２１の突出部分が付着物により形成されていると判断した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、判断部１１６は、洗浄の要否を判断して（ステップＳ１０４）、洗浄を要しない場合は（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、付着物を残したまま基板１２１を位置合わせして貼り合わせる。
　ステップＳ１０４において基板１２１に洗浄が必要であると判断した場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、判断部１１６は、基板１２１の洗浄を指示した後（ステップＳ１０５）、洗浄回数の計数（ステップＳ１０６）と、洗浄回数が所与の閾値に達していないことを調べた（ステップＳ１０７）後、洗浄処理を実行する（ステップＳ１０８）。洗浄回数が既に所与の閾値を超えていた場合は（ステップＳ１０７：ＮＯ）、当該基板１２１に対する処理を終了する。
　ステップＳ１０３において、基板１２１の突出部分が付着物ではないと判断した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、判断部１１６は、その状態で重ね合わせ部１７０が位置合わせを完遂できるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。ここで、位置合わせを完遂できないと判断した場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、判断部は、当該基板１２１に対する処理を終了する。
　ステップＳ１０９において位置合わせができると判断した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、判断部１１６は、位置合わせに続く重ね合わせ及び接合を実行した場合に、積層基板１２３から得られる半導体装置等の歩留りを予測する（ステップＳ１１０）。この予測において、歩留りが達成できると予測した場合、判断部１１６は、基板１２１の重ね合わせを開始する（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）。
　また、そのままでは歩留りを達成できないと判断した場合は（ステップＳ１１０：ＮＯ）、判断部１１６は、基板を重ね合わせする段階の工夫により歩留りを達成できるか否かを予測してもよい。この予測において、歩留りが達成できると予測した場合、判断部１１６は、基板１２１に対する判断を歩留り達成可に変更して、基板１２１の重ね合わせを開始する（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）。
　更に、上記の段階で歩留りを達成できないと判断した場合、判断部１１６は、基板を重ね合わせする段階の加圧により歩留りを達成できるか否かを予測してもよい。この予測において、歩留りが達成できると予測した場合、判断部１１６は、基板１２１に対する判断を歩留り達成可に変更して、基板１２１の重ね合わせを開始する（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）。
　このように、上記の形態では、基板ホルダ１５０の性状に起因する基板１２１の突出部分を峻別して、突出部分の発生による基板１２１の歩留り低下を抑制できる。また、基板１２１自体に突出部分があると判断した場合であっても、基板１２１に対して様々な判断を試みることにより、基板１２１の歩留り低下を抑制できる。ステップＳ１０９：ＮＯ、およびステップＳ１０７：ＮＯの場合に、貼り合わせに適していないと判断された基板１２１が貼り合わせのラインから外されることは既に説明した。
　図１９は、ステップＳ６０３において、交換のために基板１２１から取り外した基板ホルダ１５０の取り扱い手順の一例を示す流れ図である。基板１２１から取り外した基板ホルダは、まず、基板１２１を保持する保持面における突出部分を、検出部１１４により検査される。
　次に、判断部１１６が、検出部１１４による検出結果を、基板１２１の表面と同様に評価する（ステップＳ７０２）。これにより、判断部１１６は、基板ホルダ１５０の保持面における突出部分の有無を検出する（ステップＳ７０３）。ステップＳ７０３において保持面に突出部分が検出されなかった場合（ステップＳ７０３：ＮＯ）、当該基板ホルダ１５０は平坦な保持面を有するものとし、基板貼り合わせ装置１００のホルダストッカ１８０に戻される。戻された当該基板ホルダ１５０は、再び、基板１２１の貼り合わせに用いられる。当該基板ホルダ１５０をホルダストッカ１８０に戻さずに、プリアライナ１４０に搬送してもよい。
　ステップＳ７０３において保持面に突出部分が検出された場合（ステップＳ７０３：ＹＥＳ）、判断部１１６は、続いて、検出された突起部分が付着物によるものか否かを調べる（ステップＳ７０４）。基板ホルダの突起部分が付着物によるものではないことが判った場合（ステップＳ７０４：ＮＯ）、判断部１１６は、突起部分が基板ホルダ１５０自体の変形に起因するものと判断し、保守する目的で当該基板ホルダ１５０を基板貼り合わせ装置１００から搬出させる。
　ステップＳ７０４において、基板ホルダ１５０の突出部分が付着物により形成されたことが判った場合（ステップＳ７０４：ＹＥＳ）、判断部１１６は、当該基板ホルダ１５０を洗浄させるべく指示を発生する（ステップＳ７０５）。ここで、判断部は、当該基板ホルダ１５０に対する洗浄処理の実行回数を計数し（ステップＳ７０６）、計数した洗浄回数が予め定められた閾値を超えていないことを調べる（ステップＳ７０７）。
　ステップＳ７０７において、当該基板ホルダ１５０に対する洗浄回数が上記閾値に達していた場合（ステップＳ７０７：ＮＯ）、判断部１１６は、当該基板ホルダ１５０の付着物が洗浄によっては除かれないと判断して、保守する目的で当該基板ホルダ１５０を基板貼り合わせ装置１００から搬出させる。
　ステップＳ７０７において、当該基板ホルダ１５０に対する洗浄回数が上記閾値に達していない場合は（ステップＳ７０７：ＹＥＳ）、判断部１１６は、当該基板ホルダ１５０の洗浄処理を実行して（ステップＳ７０８）、洗浄後に、再び付着面の評価（ステップＳ７１０）に始まる一連の処理を実行する。これにより、洗浄処理で付着物が取り除かれた場合は、当該基板ホルダ１５０は、基板貼り合わせ装置１００のホルダストッカ１８０に戻され、基板１２１の貼り合わせに再び使用される。
　このように、上記実施形態においては、基板１２１に突出部分が形成された原因が、基板ホルダ１５０にある場合と基板１２１にある場合とを切り分け、基板ホルダ１５０に原因がある場合は、基板ホルダ１５０を交換することにより基板１２１の突出部分を速やかに解消する。また、基板１２１の突出部分の原因が基板１２１自体にある場合は、突出部分を存在させたまま貼り合わせを実行する条件を模索し、基板貼り合わせ装置１００における歩留り低下を抑制する。
　なお、基板ホルダ１５０の評価およびブロー処理による洗浄等は、例えば、基板貼り合わせ装置１００におけるプリアライナ１４０を用いて実行できる。また、交換によりラインからはずれた基板ホルダ１５０は、基板貼り合わせ装置１００内にいったん蓄積して、基板貼り合わせ装置１００外部におけるバッチ処理で保守整備をしてもよい。保守整備時には、例えば、基板ホルダ１５０の保持面を研磨することにより保持面を平坦にする。
　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、後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現しうることに留意されたい。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、１０２　常温部、１０４　高温部、１０６　カバー、１０８　断熱壁、１１０　総合制御部、１１２　重ね合わせ制御部、１１４　検出部、１１６　判断部、１１８　搬送制御部、１２０　ＦＯＵＰ、１２１　基板、１２２　スクライブライン、１２３　積層基板、１２４　ノッチ、１２６　素子領域、１２８　アライメントマーク、１３２、１３４、１３６　ローダ、１４０　プリアライナ、１５０　基板ホルダ、１５２　永久磁石、１５４　磁性体板、１５６　載置面、１５８、２５２　静電チャック、１７０　重ね合わせ部、１８０　ホルダストッカ、１９０　接合部、１９１　ロードロック、１９２　筐体、１９３、１９５　シャッタ、１９４　圧下部、１９６　ヒートプレート、１９８　定盤、１９９　搬入口、２１０　枠体、２１２　壁材、２２０　保持部、２２２　干渉計、２２４　反射鏡、２２６　撮像部、２３０　微動ステージ、２３１、２５１　顕微鏡、２４０　移動ステージ部、２４１　ガイドレール、２４２　移動定盤、２４４　粗動ステージ、２４６　重力打ち消し部、２４８　球面座、２５０　固定ステージ、２５４　ロードセル、３１２　観察部、３１４　算出部、３１６　ステージ駆動部、３１８　ローダ駆動部

Claims (64)

  1. 　第１基板と第２基板とを互いに貼り合せる基板貼り合わせ装置であって、
    　互いに位置合わせして重ね合わされた前記第１基板と前記第２基板とを互いに接合する接合部と、
    　前記接合部による接合の前に、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方の凹凸状態を検出する検出部と、
    　前記検出部により検出された前記凹凸状態が所定の条件を満たすか否かを判断する判断部と、
    を備え、
    　前記接合部は、前記凹凸状態が所定の条件を満たさないと前記判断部により判断された場合、前記第１基板および前記第２基板の接合を行わないことを特徴とする基板貼り合わせ装置。
  2. 　前記判断部は、前記凹凸状態に基づいて前記第１基板および前記第２基板の接合の可否を判断する請求項１に記載の基板貼り合わせ装置。
  3. 　前記検出部は、前記第１基板の接合される面の前記凹凸状態を検出する請求項１または２に記載の基板貼り合わせ装置。
  4. 　前記検出部は、前記第１基板の変形に起因する前記凹凸状態を検出する請求項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. 　前記検出部は、前記第１基板に付着した付着物に起因する前記凹凸状態を検出する請求項１から４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  6. 　前記検出部は、前記第１基板の表面に配されたバンプの高さのばらつきに起因する前記凹凸状態を検出する請求項１から３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  7. 　前記検出部は、前記第１基板の厚さむらに起因する前記凹凸状態を検出する請求項１から３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  8. 　前記検出部は、前記第１基板の接合に関与する面に存在する突出部分を検出する請求項１から７までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  9. 　前記検出部は、前記突出部分の高さを検出する請求項８に記載の基板貼り合わせ装置。
  10. 　前記検出部は、前記突出部分の広さを検出する請求項８または９に記載の基板貼り合わせ装置。
  11. 　前記検出部は、前記突出部分の突出方向を検出する請求項８から１０のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  12. 　前記判断部は、前記突出部分の材料に基づいて接合の可否を判断する請求項８から１１のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  13. 　前記検出部は、前記第１基板および前記第２基板を互いに重ね合わせたときに前記第１基板にかかる荷重の分布に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項１から１２のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  14. 　前記第１基板を観察する光学系を更に備え、
    　前記検出部は、前記第１基板に対する光学系の合焦状態に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  15. 　前記検出部は、前記第１基板を撮影した映像に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項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. 　前記第１基板を保持する保持部材を更に備え、
    　前記検出部は、前記保持部材への前記第１基板の保持状態における前記凹凸状態を検出する請求項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. 　前記保持部材は、静電力により前記第１基板を吸着して保持し、
    　前記検出部は、前記第１基板を流れる電流量に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
  18. 　前記保持部材は、前記第１基板を吸着して保持し、
    　前記検出部は、前記第１基板に印加した交流電圧のインピーダンスに基づいて前記凹凸状態を検出する請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
  19. 　前記保持部材は、負圧により前記第１基板を吸着して保持し、
    　前記検出部は、前記保持部材における前記負圧の変動に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
  20. 　前記検出部は、前記第１基板に生じた前記凹凸状態が前記保持部材に起因するか否かを検出する請求項１６に記載の基板貼り合わせ装置。
  21. 　前記第１基板および前記第２基板をそれぞれ前記接合部に搬送する搬送部を備え、
    　前記検出部は、前記基板が前記接合部に搬入される前に前記凹凸状態を検出する請求項１から請求項２０までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  22. 　前記第１基板および前記第２基板を互いに位置合わせする前にそれぞれの位置を検出するプリアライメント部を備え、
    　前記検出部は、前記プリアライメント部において前記凹凸状態を検出する請求項１から請求項２１までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  23. 　前記第１基板および前記第２基板を重ね合わせる重ね合わせ部を備え、
    　前記検出部は、前記重ね合わせ部が前記第１基板および前記第２基板を重ね合わせたときに、前記第１基板および前記第２基板の接合面内に生じる圧力分布に基づいて前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方の前記凹凸状態を検出する請求項１から請求項２２までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  24. 　前記検出部は、前記第１基板および前記第２基板が互いに重ね合わされた後であって前記接合部において接合される前に、前記凹凸状態を検出する請求項１から請求項２３までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  25. 　前記判断部は、前記第１基板および前記第２基板を接合した場合の歩留りに基づいて、接合の可否を判断する請求項１から請求項２４までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  26. 　前記判断部は、前記検出部により検出された前記凹凸状態に基づいて、前記第１基板および前記第２基板を接合したときの接着領域および非接着領域の少なくとも一方の大きさおよび位置の少なくとも一方を算出し、これに基づいて前記歩留りを算出する請求項２５に記載の基板貼り合せ装置。
  27. 　前記判断部は、前記接合部における接合時に生じる前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方の変形を見越して判断する請求項１から請求項２６までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ装置。
  28. 　前記判断部は、前記検出部が前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に付着した付着物を検出した場合、前記付着物を除去すべきか否かを判断する請求項１から２７のいずれか一項に記載の基板貼り合せ装置。
  29. 　前記検出部は、前記判断部が除去すべきと判断した前記付着物を除去した後、改めて前記凹凸状態を検出する請求項２８に記載の基板貼り合わせ装置。
  30. 　前記判断部は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方において、前記付着物の検出と前記除去を繰り返した回数が所定の閾値を越えた場合に、前記一方の基板を接合することができないと判断する請求項２９に記載の基板貼り合わせ装置。
  31. 　第１基板と第２基板とを互いに貼り合せる基板貼り合わせ方法であって、
    　前記第１基板および前記第２基板を互いに位置合わせして重ね合わせる位置合わせ工程と、
    　前記位置合わせされた前記第１基板と前記第２基板とを互いに接合する接合工程と、
    　前記接合工程の前に、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方の凹凸状態を検出する検出工程と、
    　前記検出工程により検出された前記凹凸状態が所定の条件を満たすか否かを判断する判断工程と、
    を含み、
    　前記凹凸状態が所定の条件を満たさないと前記判断工程で判断された場合、前記接合工程を行わないことを特徴とする基板貼り合せ方法。
  32. 　前記判断工程は、前記接合工程での前記第１基板および前記第２基板の接合の可否を判断する請求項３１に記載の基板貼り合せ方法。
  33. 　前記検出工程は、前記第１基板の接合される面の前記凹凸状態を検出する請求項３１または３２に記載の基板貼り合わせ方法。
  34. 　前記検出工程は、前記第１基板の変形に起因する前記凹凸状態を検出する請求項３１から３３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  35. 　前記検出工程は、前記第１基板に付着した付着物に起因する前記凹凸状態を検出する請求項３１から３３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  36. 　前記検出工程は、前記第１基板の表面に配されたバンプの高さのばらつきに起因する前記凹凸状態を検出する請求項３１から３３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  37. 　前記検出工程は、前記第１基板の厚さむらに起因する前記凹凸状態を検出する請求項３１から３３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  38. 　前記検出工程は、前記第１基板の接合に関与する面に存在する突出部分を検出する請求項３１から３７までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  39. 　前記検出工程は、前記突出部分の高さを検出する請求項３８に記載の基板貼り合わせ方法。
  40. 　前記検出工程は、前記突出部分の広さを検出する請求項３８または請求項３９に記載の基板貼り合わせ方法。
  41. 　前記検出工程は、前記突出部分の突出方向を検出する請求項３８から４０のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  42. 　前記判断工程は、前記突出部分の材料に基づいて接合の可否を判断する請求項３８から４１のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  43. 　前記検出工程は、前記第１基板および前記第２基板を互いに重ね合わせたときに前記第１基板にかかる荷重の分布に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項３１から４２のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  44. 　前記第１基板を観察する観察工程を含み、
    　前記検出工程は、前記第１基板に対する光学系の合焦状態に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項３１から４３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  45. 　前記検出工程は、前記第１基板を撮影した映像に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項３１から４４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  46. 　前記検出工程は、前記第１基板を保持する保持部材への前記第１基板の保持状態における前記凹凸状態を検出する請求項３１から４５のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  47. 　前記検出工程は、前記保持部材に静電力により吸着して保持された前記第１基板を流れる電流量に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項４６に記載の基板貼り合わせ方法。
  48. 　前記検出工程は、前記第１基板に印加した交流電圧のインピーダンスに基づいて前記凹凸状態を検出する請求項４６に記載の基板貼り合わせ方法。
  49. 　前記検出工程は、負圧により前記第１基板を吸着して保持する前記保持部材における前記負圧の変動に基づいて前記凹凸状態を検出する請求項４６に記載の基板貼り合わせ方法。
  50. 　前記検出工程は、前記第１基板に生じた前記凹凸状態が前記保持部材に起因するか否かを検出する請求項４６に記載の基板貼り合わせ方法。
  51. 　前記接合工程を行う接合部に前記第１基板および前記第２基板をそれぞれ搬送する搬送工程を備え、
    　前記検出工程は、前記基板が前記接合部に搬入される前に前記凹凸状態を検出する請求項３１から請求項５０までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  52. 　前記第１基板および前記第２基板を互いに位置合わせする前にそれぞれの位置を検出するプリアライメント工程を含み、
    　前記検出工程は、前記プリアライメント工程において前記凹凸状態を検出する請求項３１から請求項５１までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  53. 　前前記第１基板および前記第２基板を重ね合わせる重ね合わせ工程を備え、前記検出工程は、前記重ね合わせ工程が前記第１基板および前記第２基板を重ね合わせたときに、前記第１基板および前記第２基板の接合面内に生じる圧力分布に基づいて前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方の前記凹凸状態を検出する請求項３１から請求項５２までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  54. 　前記検出工程は、前記第１基板および前記第２基板が互いに重ね合わされた後であって、前記接合工程において接合される前に、前記凹凸状態を検出する請求項３１から請求項４７までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  55. 　前記判断工程は、前記第１基板および前記第２基板を接合した場合の歩留りに基づいて、接合の可否を判断する請求項３１から請求項４８までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  56. 　前記判断工程は、前記検出工程により検出された前記凹凸状態に基づいて、前記第１基板および前記第２基板を接合したときの接着領域および非接着領域の少なくとも一方大きさおよび位置の少なくとも一方を算出し、これに基づいて前記歩留りを算出する請求項５５に記載の基板貼り合せ方法。
  57. 　前記判断工程は、前記接合工程における接合時に生じる前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方の変形を見越して判断する請求項３１から請求項５６までのいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  58. 　前記判断工程は、前記検出工程が前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に付着した付着物を検出した場合、前記付着物を除去すべきか否かを判断する請求項３１から５７のいずれか一項に記載の基板貼り合せ方法。
  59. 　前記検出工程は、前記判断工程において除去すべきと判断された前記付着物を除去した後、改めて前記凹凸状態を検出する請求項５８に記載の基板貼り合わせ方法。
  60. 　前記判断工程は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方において、前記付着物の検出と前記除去を繰り返した回数が所定の閾値を越えた場合に、前記一方の基板を接合することができないと判断する請求項５９に記載の基板貼り合わせ方法。
  61. 　前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方が接合不可であると前記判断工程で判断された場合に、前記一方の基板をFOUPに搬送する搬送工程を含む請求項３１から６０のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  62. 　前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方が接合不可であると前記判断工程で判断された場合に、前記一方の基板と接合可能な他の基板とを組み合わせる工程を含む請求項３１から６１のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  63. 　前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方が接合不可であると前記判断工程で判断された場合に、前記一方の基板に設けられたバンプの高さを修正する工程を含む請求項３１から６２のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
  64. 　前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方が接合不可であると前記判断工程で判断された場合に、前記一方の基板のデータに基づいて、基板を形成するためのプロセス条件を調整する工程を含む請求項３１から６３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
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