JP2014030025A - 基板貼り合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２枚の基板を精度良く位置合わせして貼り合わせることが可能な基板貼り合わせ装置の提供。
【解決手段】２枚のウエハＷ１，Ｗ２のうちの一方のウエハＷ１を保持する第１テーブルＴ１と、他方のウエハＷ２を一方のウエハＷ１に対向可能な向きで保持するとともに、少なくともＸＹ平面内で移動可能なステージ装置３０と、ステージ装置３０のＸＹ平面内の位置情報を計測する干渉計システム４０と、ステージ装置３０に保持されたウエハＷ２のアライメントマークを含む対象マークを検出可能な第１マーク検出系Ｍ１と、ステージ装置３０の一部（第２テーブルＴ２）に固定され、第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１のアライメントマークを含む対象マークを検出可能な第２マーク検出系Ｍ２と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２枚の基板を位置合わせして貼り合わせる基板貼り合わせ装置に関する。

近年、通信・情報処理の内容が文字情報から画像、音声、動画へと複雑化し、大容量の情報を高速で伝送し、そして処理する必要が生じている。そのため、例えば携帯電話、ノートパソコン、オーディオ機器、デジタルカメラなどの携帯型の電子機器の製造分野では、電子機器の更なる高機能化と小型化に対応するために、電子機器に使用される半導体デバイスの実装技術の改良が進められている。

ここで、近年、半導体デバイスの実装技術が、複数の半導体チップを平面的に配置する２次元配列実装から立体的に積み重ねる３次元積層実装へと、進歩した。それにより、半導体チップ間の配線が短くなり、半導体デバイスの動作速度が向上するとともに、１つの半導体デバイスに搭載される回路素子の実装面積効率が飛躍的に向上した。

また、製造コストのパフォーマンスを向上するために、半導体デバイスの組み立て（パッケージング）技術として、チップレベルでの組み立て技術ではなくウエハレベルの組み立て技術、すなわち、複数の回路素子が形成された半導体基板（ウエハ）をチップに個片化せず、ウエハの状態のまま、再配線、樹脂封止、端子加工までの組み立て工程を行い、最後に個片化してデバイスを組み立てる技術が進展している。

このような背景の下、２枚の半導体ウエハ等の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置が開発されている。ここで、２枚の半導体ウエハは、それらの表面上に形成された複数の電極が互いに接合するように、貼り合わせられる。従って、基板貼り合わせ装置において、半導体ウエハの位置合わせ（アライメント）技術は、最も重要な技術の１つである。

従来、アライメント技術として、特許文献１に開示されるように、２枚の半導体ウエハの表面を対向させた状態で、例えば２視野カメラ又は２視野顕微鏡を用いて、２枚の半導体ウエハを保持するホルダに設けられた基準マークを検出することによって、２枚の半導体ウエハの位置を合わせる方法が採用されている。しかるに、半導体ウエハは、年々、例えば８インチ、１２インチと大直径化しているため、半導体ウエハを保持するホルダを基板貼り合わせ装置に取り付ける際などに、半導体ウエハと該半導体ウエハを静電吸着などで保持するホルダとの間の位置ずれが生ずることがある。この位置ずれが必ずしも無視できない程度のアライメント誤差の要因となることがあった。

国際公開第２００５／０６７０４６号

本発明の態様によれば、２枚の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、前記２枚の基板の一方を保持する第１ステージと、前記２枚の基板の他方を前記一方の基板に対向可能な向きで保持するとともに、少なくとも二次元平面内で前記第１ステージに対して相対的に移動可能な第２ステージと、前記第２ステージの少なくとも前記二次元平面内の位置情報を計測する位置計測系と、前記第２ステージに保持された基板のマークを含む対象マークを検出可能な第１検出系と、前記第２ステージに搭載され、前記第１ステージに保持された基板のマークを含む対象マークを検出可能な第２検出系と、を備える基板貼り合わせ装置が提供される。

ここで、基板は、半導体ウエハなどの基板の他、半導体チップをも含み、また、単層の半導体ウエハ（あるいは単層の半導体チップ）に限らず、複数の半導体ウエハ（複数の半導体チップ）が積層済みの基板をも含む概念である。本明細書では、かかる意味で、基板なる用語を用いている。

これによれば、２枚の基板のそれぞれが、第１及び第２ステージに保持される。また、第１ステージに保持された基板のマークが、２次元平面内で移動可能な第２ステージに搭載された第２検出系により検出可能であるとともに、第２ステージに保持された基板のマークが、第１検出系により検出可能である。また、位置計測系により、第２ステージの少なくとも二次元平面内の位置情報が計測される。従って、第２検出系による第１ステージに保持された基板のマークの検出結果と、第１検出系による第２ステージに保持された基板のマークの検出結果と、各マーク検出時の位置計測系の計測結果とを用いれば、２枚の基板を精度良く位置合わせして貼り合わせることが可能になる。

第１の実施形態に係る基板貼り合わせ装置の構成を概略的に示す図である。 第２テーブル（ステージ）と干渉計の配置及び基準座標系を説明するためのステージ装置の平面図である。 図３（Ａ）はマーク板を示す平面図、図３（Ｂ）はマーク板を示す底面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面を一部省略して第１、第２マーク検出系とともに示す図、図３（Ｄ）は基準マークの他の例を示す図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、スライド式のマーク板駆動装置の構成等を説明するための図、図４（Ｃ）及図４（Ｄ）は、折りたたみ式のマーク板駆動装置の構成等を説明するための図、図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）は、回転式のマーク板駆動装置の構成等を説明するための図である。 第１の実施形態に係る基板貼り合わせ装置の制御系の主要構成を示すブロック図である。 基板貼り合わせ方法の手順を示すフローチャートである。 基板貼り合わせ工程を実行する直前の基板貼り合わせ装置の状態を示す図である。 基板貼り合わせ方法のステップＳ１（ウエハを第１テーブルに保持させるステップ）を説明するための図である。 図９（Ａ）は、基板貼り合わせ方法のステップＳ２（第１テーブルに保持されたウエハについてのサーチアライメント工程）を説明するための図、図９（Ｂ）はサーチアライメントにおいて計測されるアライメントマークと指標中心との位置関係を説明するための図である。 基板貼り合わせ方法のステップＳ３（ウエハを第２テーブルに保持させるステップ）を説明するための図である。 図１１（Ａ）は、基板貼り合わせ方法のステップＳ４（第１マーク検出系を用いて第２テーブルに保持されたウエハのアライメントマークを検出するステップ）を説明するための図、図１１（Ｂ）はステップＳ４において計測されるアライメントマークと指標中心との位置関係を説明するための図である。 図１２（Ａ）は、基板貼り合わせ方法のステップＳ５（ベースライン計測工程）を説明するための図、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）はベースラインの計測原理を説明するための図である。 図１３（Ａ）は、基板貼り合わせ方法のステップＳ６（第２マーク検出系を用いて第１テーブルに保持されたウエハのアライメントマークを検出するステップ）を説明するための図、図１３（Ｂ）は、ステップＳ６において計測されるアライメントマークと指標中心との位置関係を説明するための図である。 基板貼り合わせ方法のステップＳ７（２枚のウエハを重ね合わせるステップ）を説明するための図である。 第２の実施形態に係る基板貼り合わせ装置の構成を概略的に示す図である。 図１５の基板貼り合わせ装置における、ステージと干渉計の配置及び基準座標系を説明するためのステージ装置の平面図である。 第２の実施形態に係る基板貼り合わせ装置の制御系の主要構成を示すブロック図である。 第２の実施形態において、基板貼り合わせ工程を実行する直前の基板貼り合わせ装置の状態を示す図である。 第２の実施形態における基板貼り合わせ方法のステップＳ１（ウエハを第１テーブルに保持させるステップ）を説明するための図である。 第２の実施形態における基板貼り合わせ方法のステップＳ２（第１テーブルに保持されたウエハについてのサーチアライメント工程）を説明するための図である。 第２の実施形態における基板貼り合わせ方法のステップＳ３（ウエハを第２テーブルに保持させるステップ）を説明するための図である。 第２の実施形態における基板貼り合わせ方法のステップＳ４（第１マーク検出系を用いて第２テーブルに保持されたウエハのアライメントマークを検出するステップ）を説明するための図である。 第２の実施形態における基板貼り合わせ方法のステップＳ５（ベースライン計測工程）を説明するための図である。 第２の実施形態における基板貼り合わせ方法のステップＳ６（第２マーク検出系を用いて第１テーブルに保持されたウエハのアライメントマークを検出するステップ）を説明するための図である。 基板貼り合わせ方法のステップＳ７（２枚のウエハを重ね合わせるステップ）を説明するための図である。 第３の実施形態に係る基板貼り合わせ装置の構成を概略的に示す図である。 第３の実施形態に係る基板貼り合わせ装置の制御系の主要構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る基板貼り合わせ装置の変形例の一例の構成を概略的に示す図である。 図２９（Ａ）〜図２９（Ｃ）は、マーク板の変形例の一例を説明するための図である。 図３０（Ａ）〜図３０（Ｅ）は、マーク板の変形例の他の例を説明するための図である。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図１４に基づいて説明する。図１には、第１の実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００の構成が概略的に示されている。

基板貼り合わせ装置１００には、後述するように第１マーク検出系Ｍ１及び干渉計システム４０が設けられている（図１、図２参照）。以下においては、第１マーク検出系Ｍ１の光軸（検出中心に一致）Ｏ_Ｍ１と平行な方向をＺ軸方向、光軸Ｏ_Ｍ１に直交する面内で、図１における紙面内左右方向をＸ軸方向、紙面直交方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行なう。なお、後述する基準面Ｓ_Ｍ内の基準軸Ｏ_Ｘと基準軸Ｏ_Ｙ１とを、それぞれＸ，Ｙ軸とするＸＹ座標系を基準座標系（図２参照）とする。

基板貼り合わせ装置１００は、フレーム１０、第１テーブル装置２０、ステージ装置３０、干渉計システム４０、及び基準マーク装置５０、並びに第１、第２マーク検出系Ｍ１、Ｍ２等を備えている。

フレーム１０は、ＸＹ平面に平行な床面Ｆの上方に水平（床面Ｆに平行に）配置された天板部１２と、天板部１２を下方から支持する複数本、例えば４本の脚部１１（図１における紙面奥側の脚部は不図示）と、を備えている。また、床面Ｆ上には、ステージ定盤１３が水平に（床面Ｆと平行に）設置されている。

天板部１２の下面の中央より所定距離−Ｘ側の位置には、前述の第１マーク検出系Ｍ１が、下向き（−Ｚ向き）に固定されている。マーク検出系Ｍ１は、ここでは、指標を有する顕微鏡（又は撮像装置）により構成されている。ここで、マーク検出系Ｍ１は、その検出中心（指標中心）を通る中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ１が後述する基準面Ｓ_Ｍに直交するように、天板部１２の下面に固定されている。マーク検出系Ｍ１の合焦点、すなわち検出対象物を検出する検出点は、基準面Ｓ_Ｍ上に位置するように調整されている。本実施形態の基板貼り合わせ装置１００では、貼り合わせ対象である２枚の半導体ウエハ（以下、ウエハと略述する）Ｗ１，Ｗ２は、マーク検出系Ｍ１の検出点を含むＸＹ平面（水平面）すなわち、基準面Ｓ_Ｍで、互いの表面が一致するように重ね合わせられる。換言すれば、本実施形態では、基準面Ｓ_Ｍとは、マーク検出系Ｍ１の検出面であって、かつウエハＷ１，Ｗ２の重ね合わせ基準面を意味する。

マーク検出系Ｍ１の内部の像面又はその共役面には、指標が設けられ、その指標の中心がマーク検出系Ｍ１の検出中心となっている。従って、マーク検出系Ｍ１では、検出視野（検出領域）内に対象マークが位置決めされると、指標中心（すなわち中心軸Ｏ_Ｍ１）を基準とする対象マークのＸＹ位置を計測することができる。ここで、マーク検出系Ｍ１の光学系の光軸Ｏ_Ｍ１が指標中心を通っているので、光軸Ｏ_Ｍ１を中心軸Ｏ_Ｍ１又は指標中心Ｏ_Ｍ１とも呼ぶ。

第１テーブル装置２０は、天板部１２の下面の中央より幾分＋Ｘ側の位置に設けられている。第１テーブル装置２０は、天板部１２の下方に水平に配置された第１テーブルＴ１と、第１テーブルＴ１を天板部１２の下方に吊り下げ支持するとともに鉛直方向（Ｚ軸方向）に駆動する第１テーブル駆動装置２１と、を備えている。図１では、ウエハＷ１が、ウエハホルダ（以下、ホルダと略述する）Ｈ１を介して、第１テーブルＴ１に取り付けられている。ここで、ウエハＷ１は例えば静電吸着によりホルダＨ１に保持され、ホルダＨ１は例えば真空吸着により第１テーブルＴ１に保持されている。ただし、これに限らず、第１テーブル装置２０は、ホルダＨ１を静電吸着又はメカ的な保持機構により第１テーブルに保持しても良いし、ウエハＷ１を真空吸着によりホルダＨ１に保持しても良い。ただし、後述するように、貼り合わせ後に、ホルダＨ１が加熱化装置に搬送されることを考慮すれば、ホルダＨ１には開口部が極力無い方が望ましい。

第１テーブル駆動装置２１は、第１テーブルＴ１に保持されるウエハＷ１の表面が基準面ＳＭに一致する位置（第１位置）と、この第１位置の上方（＋Ｚ方向）の第２位置（退避位置）との間で、第１テーブルＴ１を駆動する。

ステージ装置３０は、ステージ定盤１３上でＸ軸方向及びＹ軸方向に所定ストロークで移動可能でかつθｚ方向にも微小回転が可能なステージＳＴと、ステージＳＴ上に設置された第２テーブル駆動装置３１と、第２テーブル駆動装置３１によりほぼ水平に支持された第２テーブルＴ２と、該第２テーブルＴ２に設置されたウエハ載置部３２とを備えている。

ステージＳＴは、その底面に設けられた複数の非接触軸受、例えばエアベアリングを介して、ステージ定盤１３上に浮上支持され、リニアモータ等を含むステージ駆動装置１５（図５参照）によって、ステージ定盤１３の上面（ガイド面）に沿ってＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に駆動される。なお、ステージ駆動装置１５は、リニアモータに限らず、ロータリモータとボールねじ（又は送りねじ）との組み合わせ、あるいは平面モータなど、いずれのタイプの駆動装置を用いて構成しても良い。

第２テーブル駆動装置３１は、ステージＳＴ上の同一直線上にない３点にそれぞれ設置された３つのＺ駆動部３３（図２参照）によって構成されている。３つのＺ駆動部３３は、例えばボイスコイルモータ等のアクチュエータをそれぞれ有し、第２テーブルＴ２を３点支持して、各支持点でＺ軸方向に微小駆動する。従って、３つのＺ駆動部３３によって、第２テーブルＴ２をＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に微少駆動するＺチルト駆動機構が構成されている。

ウエハ載置部３２は、不図示の駆動機構によりθｚ方向に微小回転可能であり、θｚテーブルとも称される。ウエハ載置部３２上には、ウエハＷ２を例えば静電吸着によって保持するホルダＨ２が、ホルダＨ１に対向して（上向きに）例えば真空吸着によって保持されている。すなわち、ウエハ載置部３２の上面には、ウエハＷ２がホルダＨ２を介して保持されている。

上述のステージ装置３０の構成により、第２テーブルＴ２は、全６自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）方向に駆動可能となっている。すなわち、第２テーブルＴ２に保持されるウエハＷ２は、全６自由度方向に移動可能となっている。なお、第２テーブルＴ２は、第２テーブル駆動装置３１により、第２テーブルＴ２に保持されるウエハＷ２の表面が基準面Ｓ_Ｍに一致する第２テーブルＴ２の位置を含むＺ軸方向の所定範囲内で駆動可能である。

また、第２テーブルＴ２上面の−Ｘ方向の端部近傍には、図１に示されるように、第２マーク検出系Ｍ２が上向きに（＋Ｚ方向に向けて）搭載されている。本実施形態では、第２マーク検出系Ｍ２は、第２テーブルＴ２に固定されているので、ステージ装置３０がＸＹ平面内で移動する際には、該ステージ装置３０と一体で第２マーク検出系Ｍ２も移動する。以下では、特に必要な場合を除き、第２マーク検出系Ｍ２の移動については省略し、ステージ装置３０の移動についてのみ説明する。なお、図２では、第２マーク検出系Ｍ２は、後述する基準マーク板５１の下方（図２における紙面奥側）に位置している。

第２マーク検出系Ｍ２は、第１マーク検出系Ｍ１と同様の顕微鏡（又は撮像装置）により構成されている。マーク検出系Ｍ２は、第２テーブルＴ２上面がＸＹ平面（及び基準面Ｓ_Ｍ）に平行となる姿勢（以下、便宜上、基準姿勢と呼ぶ）に第２テーブルＴ２の姿勢が設定されるとき、その検出中心（指標中心）を通る中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ２が基準面Ｓ_Ｍに直交するようにステージＳＴ上に固定されている。従って、中心軸Ｏ_Ｍ２は、第２テーブルＴ２が基準姿勢にあるとき、前述の中心軸Ｏ_Ｍ１と平行である。

また、マーク検出系Ｍ２の内部の像面又はその共役面には、指標が設けられ、その指標の中心がマーク検出系Ｍ２の検出中心となっている。マーク検出系Ｍ２は、その合焦点、すなわち検出対象物を検出する検出点が基準面Ｓ_Ｍ上に位置するように第２テーブルＴ２のＺ軸方向の位置が調整された状態で、その検出視野（検出領域）内に対象マークが位置決めされると、指標中心（すなわち中心軸Ｏ_Ｍ２）を基準とする対象マークのＸＹ位置を計測することができる。ここで、マーク検出系Ｍ２の光学系の光軸Ｏ_Ｍ２が指標中心を通っているので、光軸Ｏ_Ｍ２を中心軸Ｏ_Ｍ２又は指標中心Ｏ_Ｍ２とも呼ぶ。

なお、図１及び図２に示される状態では、第２マーク検出系Ｍ２の中心軸Ｏ_Ｍ２が第１マーク検出系Ｍ１の中心軸Ｏ_Ｍ１に一致するように、より正確には、マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の検出視野が、例えば約１００ｎｍの範囲内で、一致するように、ステージ装置３０（ステージＳＴ）が位置決めされている。

なお、後述するアライメント計測を行うためにステージ装置３０が移動する移動ストロークは、第２テーブルＴ２のＸ軸及びＹ軸方向の幅の少なくとも２．５倍〜３倍程度必要である。具体的には、Ｘ軸方向の移動ストロークは、約１００〜１２０ｃｍと、第２テーブルＴ２のＸ軸方向の長さ、例えば約４０ｃｍに対し十分長く設定されている。ただし、図１では、作図の都合上、ステージ定盤１３のＸ軸方向の長さを実際より短く、また後述するＸ干渉計４０Ｘの取り付け位置を第２テーブルＴ２寄りに描いている。

第２テーブルＴ２上面の−Ｘ端部、＋Ｙ端部には、図２に示されるように、Ｘ軸に垂直な反射面を有する平面ミラーから成るＸ移動鏡４２Ｘ、Ｙ軸に垂直な反射面を有する平面ミラーから成るＹ移動鏡４２Ｙが、第２テーブルＴ２上面に垂直にそれぞれ固定されている。移動鏡４２Ｘ，４２Ｙは、干渉計システム４０（図５参照）による第２テーブルＴ２（ステージ装置３０）の位置計測の際に用いられる。なお、移動鏡４２Ｘ，４２Ｙの少なくとも一方に代えて、第２テーブルＴ２の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡の反射面に相当）を形成しても良い。

干渉計システム４０は、図２に示されるように、Ｘ干渉計４０Ｘと、第１及び第２Ｙ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２とを含み、第２テーブルＴ２（ステージ装置３０）のＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を計測する。

Ｘ干渉計４０Ｘは、図１及び図２に示されるように、平面視で（＋Ｚ方向から見て）Ｘ軸に平行な基準軸Ｏ_Ｘから±Ｙ方向に同じ距離を隔てて、２本のＸ軸に平行な測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍを、同一のＸＹ平面上の光路に沿ってＸ移動鏡４２Ｘに照射する。なお、図１では、測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍは、紙面垂直方向に重なっている。また、Ｘ干渉計４０Ｘは、測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍの光路より−Ｚ方向に所定距離離れ、かつ平面視で基準軸Ｏ_Ｘに沿ったＸ軸に平行な光路に沿って測長ビームＩＢＸ_Ｌを、Ｘ移動鏡４２Ｘに照射する（図１、図２参照）。さらに、Ｘ干渉計４０Ｘは、図１に示されるように、第１マーク検出系Ｍ１の側面に設けられたＸ参照鏡４２Ｘ_Ｓに、Ｘ軸に平行な参照ビームＩＢＸ_Ｓを照射する。そして、Ｘ干渉計４０Ｘは、測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍ，ＩＢＸ_Ｌ及び参照ビームＩＢＸ_Ｓの反射光をそれぞれ受光して、Ｘ参照鏡４２Ｘ_ＳのＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を基準とするＸ移動鏡４２Ｘの反射面上における測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍ，ＩＢＸ_Ｌそれぞれの照射点のＸ位置を求める。なお、基準軸Ｏ_Ｘ及び測長ビームＩＢＸ_Ｌの光路は中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ１とそれぞれ直交する。

第１Ｙ干渉計４０Ｙ１は、図２に示されるように、平面視でＹ軸に平行な基準軸Ｏ_Ｙ１に重なるＺ軸方向に所定距離離れた２本の光路に沿って測長ビームＩＢＹ１_Ｕ、ＩＢＹ１_Ｌ（測長ビームＩＢＹ１_Ｌは、図２では測長ビームＩＢＹ１_Ｕに重なっている）を、Ｙ移動鏡４２Ｙに照射する。第１Ｙ干渉計４０Ｙ１は、さらに、Ｙ軸に平行な参照ビーム（不図示）を、第１マーク検出系Ｍ１の側面に設けられた参照鏡（不図示）に照射する。そして、第１Ｙ干渉計４０Ｙ１は、測長ビームＩＢＹ１_Ｕ、ＩＢＹ１_Ｌ及び参照ビームの反射光をそれぞれ受光して、参照鏡のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を基準とするＹ移動鏡４２Ｙの反射面上における測長ビームＩＢＹ１_Ｕ、ＩＢＹ１_Ｌそれぞれの照射点のＹ位置を求める。なお、基準軸Ｏ_Ｙ１、測長ビームＩＢＹ１_Ｌのそれぞれは、基準軸Ｏ_Ｘ、測長ビームＩＢＸ_Ｌの光路に、中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ１上の点で直交する。また、測長ビームＩＢＹ１_Ｕの光路は、測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍと同一のＸＹ平面上に位置する、基準軸Ｏ_Ｘに平行な軸に、中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ１上の点で直交する。

同様に、第２Ｙ干渉計４０Ｙ２は、平面視でＹ軸に平行な基準軸Ｏ_Ｙ２に重なるＺ軸方向に所定距離離れた２本の光路に沿って、測長ビームＩＢＹ２_Ｕ、ＩＢＹ２_Ｌ（測長ビームＩＢＹ２_Ｌは、図２では測長ビームＩＢＹ２_Ｕに重なっている）を、Ｙ移動鏡４２Ｙに照射する。第２Ｙ干渉計４０Ｙ２は、参照鏡を内蔵しており、その参照鏡に参照ビームを照射する。そして、測長ビームＩＢＹ２_Ｕ、ＩＢＹ２_Ｌ及び参照ビームの反射光を受光して、参照鏡のＹ位置を基準とするＹ移動鏡４２Ｙの反射面上におけるＹ測長ビームＩＢＹ２_Ｕ、ＩＢＹ２_Ｌそれぞれの照射点のＹ位置（すなわち、測長ビームＩＢＹ２_Ｕ、ＩＢＹ２_Ｌの光路長にほぼ一致）を求める。基準軸Ｏ_Ｙ２は、基準軸Ｏ_Ｙ１から＋Ｘ方向に、第２マーク検出系Ｍ２（の検出中心）とウエハＷ２（の載置中心）のＸ軸方向に関する離間距離と同程度、離間している。なお、基準軸Ｏ_Ｙ２、測長ビームＩＢＹ２_Ｌのそれぞれは、基準軸Ｏ_Ｘ、測長ビームＩＢＸ_Ｌの光路に直交する。また、測長ビームＩＢＹ２_Ｕの光路は、測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍと同一のＸＹ平面上に位置する、基準軸Ｏ_Ｘに平行な軸に直交する。なお、第２Ｙ干渉計４０Ｙ２として、第１Ｙ干渉計４０Ｙ１と同様の干渉計を用いるとともに、その干渉計用の参照鏡を、天板部１２に吊り下げ状態で固定しても良い。

なお、図２に示される状態では、Ｙ干渉計４０Ｙ１の測長ビームＩＢＹ１_Ｕ、ＩＢＹ１_Ｌ、及びＹ干渉計４０Ｙ２の測長ビームＩＢＹ２_Ｕ、ＩＢＹ２_Ｌの両者がＹ移動鏡４２Ｙに照射されているが、第２テーブルＴ２（ステージ装置３０）のＸ位置によって、例えば図２に示される状態から第２テーブルＴ２が−Ｘ方向又は＋Ｘ方向に移動すると、Ｙ移動鏡４２Ｙには、それぞれＹ干渉計４０Ｙ１の測長ビームＩＢＹ１_Ｕ、ＩＢＹ１_Ｌのみ、又はＹ干渉計４０Ｙ２の測長ビームＩＢＹ２_Ｕ、ＩＢＹ２_Ｌのみが照射される状況が生じる。そこで、制御装置１２０（図５参照）は、第２テーブルＴ２のＸ位置に応じて、２つのＹ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２の中から、測長ビームがＹ移動鏡４２Ｙに照射されている干渉計を選択して使用する。ここで、第２テーブルＴ２がＸ軸方向に移動する場合に、干渉計システム４０で計測される第２テーブルＴ２のＹ位置は、連続した値になる必要がある。そこで、制御装置１２０は、隣接する２つのＹ干渉計からの測長ビームが、Ｙ移動鏡４２Ｙに同時に照射されている状態で、隣接するＹ干渉計間で計測値の引き継ぎ及び使用する干渉計の切り換え（つなぎ処理）を行う。

そして、制御装置１２０は、Ｘ干渉計４０Ｘの計測結果、すなわち測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍの照射点のＸ位置の計測結果の平均値と差に基づいて、第２テーブルＴ２のＸ位置とθｚ方向の位置（回転角θｚ）を算出する。また、制御装置１２０は、第２テーブルＴ２のＸ位置（又は測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍのいずれかの照射点のＸ位置の計測結果）と測長ビームＩＢＸ_Ｌの照射点のＸ位置の計測結果との差に基づいて、第２テーブルＴ２のθｙ方向の位置（回転角θｙ）を算出する。また、制御装置１２０は、第１及び第２Ｙ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２の計測結果、すなわち測長ビームＩＢＹ１_Ｕ，ＩＢＹ２_Ｕの照射点のＹ位置の計測結果より、第２ステージＴ２のＹ位置を算出する。また、制御装置１２０は、測長ビームＩＢＹ１_Ｕ、ＩＢＹ１_Ｌの照射点のＹ位置の計測結果の差、測長ビームＩＢＹ２_Ｕ、ＩＢＹ２_Ｌの照射点のＹ位置の計測結果の差に、それぞれ基づいて、第２テーブルＴ２のθｘ方向の位置（回転角θｘ）を算出する。

なお、Ｙ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２では、制御装置１２０により、第２テーブルＴ２（ステージ装置３０）のＸ位置に応じて隣接するＹ干渉計間で上記のつなぎ処理が行われるが、以下では、特に必要がない限り、このつなぎ処理についての説明を省略する。

基準マーク装置５０は、図１に示されるように、マーク板５１と、それを駆動するマーク板駆動装置５２とを有している。

本実施形態の基板貼り合わせ装置１００では、対向するマーク検出系Ｍ１，Ｍ２を用いて基準マークの表裏面を同時に検出することから、マーク検出系の光軸に対するマーク板の直交度が十分でない場合の、ハービング効果による検出誤差の発生を効果的に抑制、あるいは防止するための対策が必要である。そこで、本実施形態では、メンブレン方式のマーク板５１を採用している。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）には、メンブレン方式のマーク板５１が示されている。この内、図３（Ａ）には、マーク板５１の平面図が示され、図３（Ｂ）には、マーク板５１の底面図が示され、図３（Ｃ）には、マーク板５１の図３（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面が一部省略して、第１、第２マーク検出系Ｍ１、Ｍ２とともに示されている。

マーク板５１は、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）を総合するとわかるように、一端部近傍に内周面がテーパ状に形成された、一辺が例えば１ｍｍ程度のほぼ正方形の開口が形成された所定厚さ（例えば１〜２ｍｍ）の板状のシリコンＳｉからなるベース部材５７と、ベース部材５７の上面に貼り付けられた所定厚さ（例えば１μｍ以下）のメンブレン状のマーク部材５４とを備えている。マーク部材５４は、ここでは、図３（Ｃ）に示されるように、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる光透過膜５６と、該光透過膜５６の＋Ｚ側の面（ベース部材５７と反対側の面）に積層された遮光膜５５とから成る。遮光膜５５としては、種々の素材から成る薄膜を用いることができるが、ここでは、一例としてタンタルＴａが素材として用いられている。遮光膜５５には、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、ベース部材５７の開口部分に十字状のスリットから成る基準マークＦＭが形成されている。基準マークＦＭのスリットは、その長さが例えば数１００μｍ、幅が２０〜３０μｍ程度である。この場合、光透過膜５６は、遮光膜５５の補強部材の役目も兼ねている。従って、基準マークＦＭを形成しても遮光膜５５の強度を十分に確保できるのであれば、遮光膜５５のみによってマーク部材を構成しても良い。

図３（Ｃ）に示されるように、基準マークＦＭは、マーク部材５４の一面側（＋Ｚ側）から第１マーク検出系Ｍ１を用いて、他面側（−Ｚ側）から第２マーク検出系Ｍ２を用いて、同時に検出することができる。ここで、マーク検出系による対象マークの検出とは、マーク検出系の検出視野内に対象マークを、フォーカスを合わせて（マーク検出系の焦点にマークの検出面をほぼ一致させて）位置決めし、マーク検出系の指標中心を基準とする対象マークの位置を計測することを意味する。

本実施形態では、第１マーク検出系Ｍ１は、後述するように基準マークＦＭの他、ウエハＷ２のアライメントマークの検出にも用いられる。このため、第１マーク検出系Ｍ１としては、対象マークに光源から発せられるプローブ光の対象マークからの反射光（基準マークＦＭの場合、光透過膜５６からの反射光）を受光することによって、マークを検出するタイプの顕微鏡（又は撮像装置）が用いられている。このため、第１マーク検出系Ｍ１のプローブ光の波長は、光透過膜５６に対する透過率が６０パーセント未満（反射率が４０パーセント以上）となる波長が選択されている。換言すれば、そのような波長の光を発する光源が用いられている。

同様に、第２マーク検出系Ｍ２は、後述するように基準マークＦＭの他、ウエハＷ１のアライメントマークの検出にも用いられる。このため、第２マーク検出系Ｍ２として、第１マーク検出系Ｍ１と同様の構成の顕微鏡（又は撮像装置）が用いられている。

なお、第１マーク検出系Ｍ１及び／又は第２マーク検出系Ｍ２が、基準マークＦＭのみを検出するのであれば、その基準マークＦＭのみを検出する検出系は、基準マークＦＭ（遮光膜５５のスリット及び光透過膜５６）を介して他方の顕微鏡からのプローブ光を受光することで、基準マークＦＭを検出するタイプの顕微鏡を用いても良い。ただし、第１マーク検出系Ｍ１が基準マークＦＭのみを検出する場合には、ウエハＷ２のアライメントマークを検出するための検出系が別途設けられている必要があり、第２マーク検出系Ｍ２が基準マークＦＭのみを検出する場合には、ウエハＷ１のアライメントマークを検出するための検出系が別途設けられている必要がある。

図３（Ｃ）では、メンブレン状のマーク部材５４がマーク検出系Ｍ１，Ｍ２の中心軸Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２に直交し、かつマークの検出面が両マーク検出系Ｍ１，Ｍ２のプローブ光の焦点（すなわち検出点）に一致するように、マーク板５１と第２マーク検出系Ｍ２が位置決めされている。ここで、マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の焦点深度に対し、マーク部材５４（正確には、光透過膜５６）の厚さは十分無視できる。図３（Ｃ）では図示の便宜上、マーク部材５４（光透過膜５６）が実際より厚く図示されている。図３（Ｃ）に示されるベストフォーカス状態において、マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の筐体（鏡筒）端部と基準マークＦＭの検出面（光透過膜５６の上面）との距離は例えば約７ｍｍ、マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の筐体端部の間の離間距離は例えば約１４ｍｍである。

なお、上記の基準マークＦＭに代えて、図３（Ｄ）に示されるように、略十字状に配置された４つの長方形状のスリットから成る基準マークＦＭ’を遮光膜５５に形成しても良い。また、この基準マークＦＭ’では、十字の中央の部分が、残存部となっているので、十分な強度を確保できる可能性が高い。従って、例えば所定厚さ（例えば１〜２ｍｍ）の板状のシリコンＳｉに直接形成しても良い。ただし、このようにすると、第１、第２マーク検出系として、基準マークＦＭ’検出専用の透過光を受光するタイプの検出系をそれぞれ設ける必要がある。

第１、第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２は、それぞれ、ウエハＷ２，Ｗ１のアライメントマークを検出するためにも用いられ、それらのアライメントマークの検出の際には、制御装置１２０（図５参照）により、ステージ装置３０が第１マーク検出系Ｍ１の一側から他側へＸ軸方向に移動される。このステージ装置３０の移動の際に、邪魔にならないように、マーク板５１を、図１に示される、マーク検出系Ｍ１、Ｍ２により基準マークＦＭを同時に検出できる位置から退避させる必要がある。このために、本実施形態では、マーク板５１を駆動するマーク板駆動装置５２が設けられている。なお、マーク検出系Ｍ１、Ｍ２により基準マークＦＭを同時に検出できるマーク板５１の位置を検出位置、退避する位置を退避位置と呼ぶ。

図４（Ａ）〜図４（Ｆ）には、例として、３種類のマーク板駆動装置が示されている。ここでは、識別のため、３種類のマーク板駆動装置を符号５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを用いて説明する。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、スライド式のマーク板駆動装置５２Ａが示されている。マーク板駆動装置５２Ａは、本体に内蔵された駆動機構（不図示）を介してマーク板５１を、図４（Ａ）に示されるように、基準マークＦＭが第１マーク検出系Ｍ１の検出視野内に位置決めされる位置（すなわち検出位置）から矢印方向（＋Ｘ方向）にスライドさせて、図４（Ｂ）に示されるように、マーク板駆動装置５２Ａの内部に格納する。そして、格納後、マーク板駆動装置５２Ａが上昇（＋Ｚ方向に移動）することによって、マーク板５１が退避位置へ退避する。

図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）には、折りたたみ式のマーク板駆動装置５２Ｂが示されている。マーク板駆動装置５２Ｂでは、図４（Ｃ）に示されるように、検出位置にあるマーク板５１を駆動機構（不図示）を介して矢印方向に折りたたみ、図４（Ｄ）に示されるように、マーク板５１を例えば真空吸着あるいは留め具を用いてマーク板駆動装置５２Ｂの側面に固定する。固定後、マーク板駆動装置５２Ｂが上昇（＋Ｚ方向に移動）することによって、マーク板５１が退避位置へ退避する。

図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）には、回転式のマーク板駆動装置５２Ｃが示されている。マーク板駆動装置５２Ｃでは、図４（Ｅ）に示されるように、マーク板５１は円筒状のマーク板駆動装置５２Ｃと一体化されている。検出位置にあるマーク板５１は、マーク板駆動装置５２Ｃが矢印方向にθｚ回転することにより、マーク板駆動装置５２Ｃの中心軸回りに回転する。そして、回転後、図４（Ｆ）に示されるように、マーク板駆動装置５２Ｃが上昇（＋Ｚ方向に移動）することによって、マーク板５１が退避位置へ退避する。

マーク板駆動装置５２Ａ〜５２Ｃのいずれでも、上述と逆の手順により、マーク板５１を退避位置から検出位置へ移動させることができる。

なお、本実施形態では、マーク板駆動装置５２（５２Ａ〜５２Ｃのいずれか）を天板部１２に吊り下げ固定したが、これに限らず、上述のようにマーク板５１を検出位置と退避位置との間で移動させることができれば、その設置位置は任意に選んで構わない。例えば、ステージＳＴ上又は第２テーブルＴ２に固定しても良い。後者の場合、マーク板５１の少なくともＺ軸方向の位置を調整できるという利点がある。

図５には、基板貼り合わせ装置１００の制御系の主要構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る制御装置１２０を中心として構成されている。なお、図５に示されるように、基板貼り合わせ装置１００は、第２テーブルＴ２のＺ位置及び傾斜（θｘ，θｙ）を計測するＺ・傾斜計測系６０と、第１テーブルＴ１が保持するウエハＷ１と第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）が保持するウエハＷ２との間の離間距離を計測する離間距離計測系６１と、を予備的に備えている。

次に、本実施形態の基板貼り合わせ装置１００で行われる、基板貼り合わせ方法について、基板貼り合わせ方法の手順の一例を示す図６のフローチャートに沿って、且つ図７〜図１４を適宜参照して、説明する。ここでは、基板貼り合わせ装置１００が、前述の折りたたみ式のマーク板駆動装置５２Ｂ（図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）参照）を備えているものとする。なお、第１マーク検出系Ｍ１の指標中心（中心軸）Ｏ_Ｍ１を基準とする、第２マーク検出系Ｍ２の指標中心（中心軸）Ｏ_Ｍ２の位置を、第２テーブルＴ２を介して第２マーク検出系Ｍ２が搭載されたステージＳＴ（ステージ装置３０）のＸＹ位置ｒ_ＳＴ（＝（Ｘ_ＳＴ，Ｙ_ＳＴ））と定義する。なお、図６のフローチャートに示される、ステップＳ０の第２マーク検出系Ｍ２の誤差補正は、必要に応じて行なわれる処理であるから、このステップＳ０については、後で説明することとする。また、以下で説明する、ステージＳＴ（ステージ装置３０）のＸＹ位置は、第１マーク検出系Ｍ１の指標中心（中心軸）Ｏ_Ｍ１を基準とする基準座標系上で定義される。

図７には、一連の基板貼り合わせ工程の処理が開始される直前の基板貼り合わせ装置１００の状態が示されている。この図７の状態では、第１、第２テーブルＴ１、Ｔ２には、まだ、ウエハは取り付けられていない。ステージ装置３０は待機位置（この待機位置で後述するように第２テーブルＴ２上へのウエハのロードが行われるので、以下ではローディングポジションとも呼ぶ）に待機している。また、第１テーブルＴ１は、第２位置に退避している。基板貼り合わせ装置１００では、この状態で、以下の準備処理が行われる。制御装置１２０は、以降、基板貼り合わせ方法の全工程を通じて、干渉計システム４０を用いてステージ装置３０のＸＹ平面内の位置情報（ＸＹ位置ｒ_ＳＴ）を計測する。

制御装置１２０は、ステップＳ１に先立って、ステージ装置３０（第２テーブルＴ２）のＸＹ平面内の位置情報を計測する干渉計システム４０をリセットする。ただし、待機位置において、基準座標系における基準点（第１マーク検出系Ｍ１の中心軸Ｏ_Ｍ１）とステージ装置３０との位置関係は、機械的に一意に定められている。また、制御装置１２０は、図８に示されるように、第１テーブル駆動装置２１を介して第１テーブルＴ１を図８中の黒塗り矢印が指す−Ｚ方向に駆動し、前述した第１位置に位置させる。

《ステップＳ１》
図６のステップＳ１において、制御装置１２０により、ウエハＷ１が第１テーブルＴ１に取り付けられる。具体的には、まず、制御装置１２０は、不図示の搬送系の搬送部材（例えばロボットアーム）を用いてホルダＨ１を図８に示される位置に搬送し、バキュームチャック（不図示）を介して真空吸着により第１テーブルＴ１にホルダＨ１を保持させる。次いで、制御装置１２０は、不図示のプリアライメント装置を介してウエハＷ１のプリアライメント（外形基準の位置合わせ（中心位置及びθｚ回転の調整））を行う。次に、制御装置１２０は、搬送部材を用いてそのプリアライメント済みのウエハＷ１を不図示の反転装置に送る。ウエハＷ１は、この反転装置により表裏面が反転される。制御装置１２０は、その反転後のウエハＷ１を、搬送部材を用いてホルダＨ１の下方に搬送し、静電吸着によりホルダＨ１に保持させる。これにより、ウエハＷ１が、その表面を下方（−Ｚ方向）に向けて、且つ水平に、第１テーブルＴ１に保持される。なお、ウエハＷ１の表面（下面）は、基準面Ｓ_Ｍ上に位置決めされている。

《ステップＳ２》
図６のステップＳ２では、制御装置１２０により、第１テーブルＴ１に取り付けられたウエハＷ１に対するサーチアライメントが実行される。ここで、ウエハＷ１の表面には、例えば図２に示されるウエハＷ２と同様に、その周縁近傍のショット領域の近傍に、複数のアライメントマーク（ＡＭ１_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）と表記する）が形成されているものとする。

具体的には、図９（Ａ）に示されるように、制御装置１２０は、ステージ装置３０の位置情報（ｒ_ＳＴ）に従ってステージ駆動装置１５（図５参照）を介してステージ装置３０を水平方向（図中の白抜きの矢印が示す方向）に駆動し、ウエハＷ１のアライメントマークＡＭ１_ｉを、第２テーブルＴ２に固定された第２マーク検出系Ｍ２の検出視野内に位置決めする。なお、ステージ装置３０（ステージＳＴ）の駆動は、制御装置１２０により、干渉計システム４０の計測情報に基づいてステージ駆動装置１５を介して行われる。また、そのステージ装置３０（ステージＳＴ）の駆動の際、第２テーブルＴ２は、その回転角θｘ、θｙが共にゼロとなる（すなわち、第２マーク検出系Ｍ２の光軸Ｏ_Ｍ２が、基準面Ｓ_Ｍに垂直になる）ように、制御装置１２０により第２テーブル駆動装置３１を介して、その姿勢が維持される。以下においても、第２テーブルＴ２を含み、ステージ装置３０（ステージＳＴ）は、同様に、駆動されるが、以下では特に必要な場合を除き、干渉計システム４０及びステージ駆動装置１５、並びに第２テーブルＴ２に関する説明を省略するものとする。

図９（Ｂ）には、この時のマーク検出系Ｍ１，Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２とアライメントマークＡＭ１_ｉとの位置関係が模式的に示されている。制御装置１２０は、この時のステージ装置３０の位置決め位置ｒ_ＳＴｉを計測する。また、制御装置１２０は、第２マーク検出系Ｍ２を用いてアライメントマークＡＭ１_ｉを検出する。すなわち、第２マーク検出系Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ２を基準とするアライメントマークＡＭ１_ｉの位置Δｒ_ｉを計測する。検出されたアライメントマークＡＭ１_ｉの第１マーク検出系Ｍ１の指標中心Ｏ_Ｍ１を基準とする位置ｒ１_ｉは、位置決め位置ｒ_ＳＴｉの計測結果と位置Δｒ_ｉの計測結果とから、ｒ１_ｉ＝ｒ_ＳＴｉ＋Δｒ_ｉと求められる。制御装置１２０は、上記のｒ１_ｉを求めるための計測を少なくとも２つのアライメントマークに対して実行し、それらの結果からウエハＷ１のＸＹ平面内での回転角（回転量）θｚを求める。

上記のウエハＷ１のサーチアライメントの終了後、制御装置１２０は、図１０に示されるように、第１テーブルＴ１を第１テーブル駆動装置２１を介して図中の黒塗り矢印が指す方向（＋Ｚ方向）に駆動し、第２位置へ退避させる。また、制御装置１２０は、次のステップＳ３に備えて、ステージ装置３０を、図９に示される位置から、図１０中の白抜き矢印が指す方向（−Ｘ方向）に駆動して、図１０に示される前述のローディングポジションに位置させる（戻す）。

《ステップＳ３》
図６のステップＳ３では、制御装置１２０により、ウエハＷ２が第２テーブルＴ２に取り付けられる。具体的には、まず、制御装置１２０は、不図示の搬送系の搬送部材を用いてホルダＨ２を第２テーブルＴ２上に搬入し、バキュームチャック（不図示）を介して真空吸着により第２テーブルＴ２にホルダＨ２を保持させる。次いで、制御装置１２０は、不図示のプリアライメント装置を介してウエハＷ２のプリアライメント（外形基準の位置合わせ（中心位置及びθｚ回転の調整））を行う。次に、制御装置１２０は、そのプリアライメント済みのウエハＷ２を、搬送部材を用いてホルダＨ２上にロードし、静電吸着によりホルダＨ２に保持させる。この際、制御装置１２０は、ステップＳ２において計測されたウエハＷ１の回転量θｚに基づいて、ウエハＷ１の回転（θｚ）位置にほぼ一致するようにウエハＷ２をＸＹ平面内で回転させた上で、ホルダＨ２に取り付ける。

このステップＳ３の処理により、ウエハＷ２が、その表面を上方（＋Ｚ方向）に向けて、且つ水平に、第２テーブルＴ２に保持される。ウエハＷ２の取り付け後、制御装置１２０は、図１０に示されるように、第２テーブル駆動装置３１（３つのＺ駆動部３３）を介して第２テーブルＴ２を図１０中の黒塗り矢印が指す＋Ｚ方向に駆動し、ウエハＷ２の表面を、基準面Ｓ_Ｍ上に位置決めする。

なお、上記した例では、第１テーブルＴ１に下向きに取り付けられるウエハＷ１が、取り付けに先立って反転される際に回転ずれが生じるおそれがあることを考慮して、ステップＳ２のウエハＷ１のサーチアライメントの結果に基づいて、ウエハＷ２を搬送部材で回転させた後に、そのウエハＷ２をホルダＨ２にロードするものとした。しかし、これに限らず、ホルダＨ２は、ウエハ載置部３２によってθｚ方向の回転が可能である。従って、ウエハＷ２をホルダＨ２に吸着保持後に、ウエハ載置部３２を介してホルダＨ２のθｚ方向の回転角を調整することで、ウエハＷ１の回転（θｚ）位置にウエハＷ２の回転位置を一致させても良い。また、ステージ装置３０もθｚ方向の回転が可能であるので、干渉計システム４０の計測に支障が生じない範囲であれば、ステージ装置３０のθｚ方向の回転角を調整することで、ウエハＷ１の回転（θｚ）位置にウエハＷ２の回転位置を一致させても良い。

《ステップＳ４》
図６のステップＳ４では、制御装置１２０により、第１マーク検出系Ｍ１を用いたウエハＷ２のアライメント計測が行われる。ここで、ウエハＷ２の表面には、例えば図２に示されるように、その周縁近傍のショット領域の近傍に、複数のアライメントマークＡＭ２_ｊ（ｊ＝１〜Ｎ）が形成されている。

具体的には、制御装置１２０は、図１１（Ａ）に示されるように、ステージ装置３０の位置情報（ｒ_ＳＴ）に従ってステージ装置３０をＸＹ平面内で駆動し（図１１（Ａ）中の白抜き矢印参照）、ウエハＷ２の表面のアライメントマークＡＭ２_ｊを、第１マーク検出系Ｍ１の検出視野内に位置決めする。図１１（Ｂ）には、この時のマーク検出系Ｍ１，Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２とアライメントマークＡＭ２_ｊとの位置関係が模式的に示されている。制御装置１２０は、この時のステージ装置３０の位置決め位置ｒ_ＳＴｊを計測する。また、制御装置１２０は、第１マーク検出系Ｍ１を用いて、アライメントマークＡＭ２_ｊを、すなわち、第１マーク検出系Ｍ１の指標中心Ｏ_Ｍ１を基準とするアライメントマークＡＭ２_ｊの位置Δｒ_ｊを計測する。第２マーク検出系Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ２を基準とするアライメントマークＡＭ２_ｊの位置ｒ２_ｊは、位置決め位置ｒ_ＳＴｊの計測結果と位置Δｒ_ｊの計測結果とから、ｒ２_ｊ＝−ｒ_ＳＴｊ＋Δｒ_ｊと求められる。制御装置１２０は、上記のｒ２_ｊを求めるための計測を２つ以上のアライメントマークに対して実行する。

そして、計測終了後、制御装置１２０は、図１２（Ａ）に示されるように、ステージ装置３０を図１２（Ａ）中の白抜き矢印が指す方向（＋Ｘ方向）に駆動した後、次のステップＳ５に備えて、ステージ装置３０を、第２マーク検出系Ｍ２が第１マーク検出系Ｍ１に対向する位置に位置させる。さらに、制御装置１２０は、第２テーブル駆動装置３１を介して第２テーブルＴ２を図１２（Ａ）中の黒塗り矢印が指す−Ｚ方向に駆動し、ウエハＷ２を基準面Ｓ_Mから退避させ、第２マーク検出系Ｍ２の検出面（検出点）を基準面Ｓ_Ｍに位置させる。

《ステップＳ５》
図６のステップＳ５では、制御装置１２０により、第２マーク検出系Ｍ２のベースライン（第１マーク検出系Ｍ１の指標中心Ｏ_Ｍ１を基準とする第２マーク検出系Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ２の位置）の計測が行われる。この場合、図１２（Ａ）に示されるように、制御装置１２０により、第１、第２マーク検出系Ｍ１、Ｍ２を用いてマーク板５１の基準マークＦＭの検出が行われる。

具体的には、制御装置１２０は、マーク板駆動装置５２を介してマーク板５１を駆動し、マーク板５１の基準マークＦＭ（の検出面）を、基準面Ｓ_Ｍ上の第１マーク検出系Ｍ１の検出視野内に位置決めする。このとき、ステージ装置３０は、第２マーク検出系Ｍ２が第１マーク検出系Ｍ１に対向する位置に位置している。そこで、制御装置１２０は、必要な場合には、基準マークＦＭを、第２マーク検出系Ｍ２の検出視野内に位置決めすべく、ステージ装置３０を僅かに駆動する。

図１２（Ｂ）には、マーク検出系Ｍ１、Ｍ２を用いて基準マークＦＭを検出した際の、マーク検出系Ｍ１、Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ１、Ｏ_Ｍ２と基準マークＦＭとの位置関係が模式的に示されている。ここで、マーク検出系Ｍ１、Ｍ２の検出視野の広がりは、例えば、１００〜４００ｎｍであり、その広がりの範囲内にマーク検出系Ｍ１、Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ１、Ｏ_Ｍ２と基準マークＦＭとが位置している。ただし、第１マーク検出系Ｍ１からは第２マーク検出系Ｍ２の指標は検出できない。また、第２マーク検出系Ｍ２からは第１マーク検出系Ｍ１の指標は検出できない。

次に、制御装置１２０は、第２マーク検出系Ｍ２のベースラインを求める。基準座標系の定義より、第１マーク検出系Ｍ１の指標中心Ｏ_Ｍ１はＸＹ座標系の原点に位置する。第１マーク検出系Ｍ１の検出視野内では、基準マークＦＭは、指標中心Ｏ_Ｍ１から位置ベクトルΔ１が指す位置に検出される。一方、第２マーク検出系Ｍ２の検出視野内では、基準マークＦＭは、指標中心Ｏ_Ｍ２から位置ベクトルΔ２が指す位置に検出される。制御装置１２０は、これら２つの検出結果より、指標中心Ｏ_Ｍ１を基準とする指標中心Ｏ_Ｍ２の位置、すなわちベースラインｒ_Ｂ＝Δ１−Δ２を求める。さらに、制御装置１２０は、ベースライン計測時のステージＳＴの位置決め位置ｒ_ＳＴＢを計測する。そして、制御装置１２０は、ベースラインｒ_Ｂとステージ装置３０（ステージＳＴ）の位置決め位置ｒ_ＳＴＢとの差をオフセットΔｒ_ＳＴ＝ｒ_Ｂ−ｒ_ＳＴＢとして記憶する。なお、干渉計システム４０を用いて計測されるステージ装置３０の位置ｒ_ＳＴに計測誤差が含まれていなければ、オフセットΔｒ_ＳＴ＝０が得られる。

ベースライン計測終了後、制御装置１２０は、図１３（Ａ）に示されるように、次のステップＳ６に先立って、マーク板駆動装置５２を介してマーク板５１（基準マークＦＭ）を退避させる。これと並行して、制御装置１２０は、次のステップＳ６に備えて、図１３（Ａ）に示されるように、第１テーブル駆動装置２１を介して第１テーブルＴ１を図１３（Ａ）中の黒塗り矢印が指す−Ｚ方向に駆動して第１位置に位置させ、ウエハＷ１の表面を基準面Ｓ_Ｍ上に位置決めする。

なお、マーク板駆動装置５２は、長時間の使用等により基準マークＦＭの位置決め精度が劣化し、実際の位置決め位置が設計上の位置決め位置からずれることも起こり得る。また、基準マークＦＭは、ベースライン計測を行う度に、マーク板駆動装置５２により第１マーク検出系Ｍ１の検出視野内に位置決めされ、そして検出視野から退避されため、ベースライン計測を行う度に、基準マークＦＭの位置決め位置が変わり得る。

ここで、図１２（Ｂ）に示されるように、基準マークＦＭが、その設計上の位置決め位置（図１２（Ｂ）中には、この位置にある基準マークが基準マークＦＭ_０として示されている）からΔρ_ｆずれて位置決めされていたとする。ここで、基準マークＦＭ_０は、指標中心Ｏ_Ｍ１より位置ベクトルΔ１_０が指す位置に、指標中心Ｏ_Ｍ２より位置ベクトルΔ２_０が指す位置に、位置している。ここで、Δ１_０≠Δ１かつΔ２_０≠Δ２である。しかるに、この場合、Δ１_０−Δ２_０＝Δ１−Δ２＝ｒ_Ｂが成り立つ。従って、基準マークＦＭの位置決め位置が設計上の位置（基準マークＦＭ_０の位置）からずれる、あるいは使用毎に変わるといった不都合が生じたとしても、ベースライン計測の計測精度には影響しない。ただし、ベースライン計測が行われている間は、基準マークＦＭが移動しないことを条件とする。

また、基板貼り合わせ装置１００の長時間の使用等により、図１２（Ｃ）に示されるように、第１マーク検出系Ｍ１の指標中心Ｏ_Ｍ１、さらに第２マーク検出系Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ２が、それぞれの設計上の位置からずれることも起こり得る。ここで、マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の指標中心が、それぞれの設計上の位置Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２からΔρ_１，Δρ_２ずれた点Ｏ_Ｍ１’，Ｏ_Ｍ２’に位置している場合を考えてみる。

指標中心Ｏ_Ｍ１’からの基準マークＦＭの位置はΔ１’、指標中心Ｏ_Ｍ２’からの基準マークＦＭの位置はΔ２’と計測される。従って、指標中心Ｏ_Ｍ１’からの指標中心Ｏ_Ｍ２’の位置（実測上のベースライン）はｒ_Ｂ’＝Δ１’−Δ２’と求められる。この実測上のベースラインｒ_Ｂ’とステージ装置３０の位置決め位置（の計測結果）ｒ_ＳＴＢとの差を、オフセットΔｒ_ＳＴ’＝ｒ_Ｂ’− ｒ_ＳＴＢとして記憶する。しかし、設計上の指標中心Ｏ_Ｍ１からの設計上の指標中心Ｏ_Ｍ２の位置（設計上のベースライン）ｒ_Ｂは、Δ１＝Δ１’＋Δρ_１，Δ２＝Δ２’＋Δρ_２なので、ｒ_Ｂ＝ｒ_Ｂ’＋（Δρ_１−Δρ_２）となり、実測上のベースラインｒ_Ｂ’とは異なる。

ここで、補正量Δｒ_Ｂ＝Δρ_１−Δρ_２を定義する。補正量Δｒ_Ｂを用いて実測上のオフセットΔｒ_ＳＴ’を補正すると、Δｒ_ＳＴ’＋Δｒ_Ｂ＝Δｒ_ＳＴとなり、設計上のオフセットΔｒ_ＳＴが得られる。そこで、制御装置１２０は、マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２の設計位置からのずれΔρ_１，Δρ_２が既知である場合、補正量Δｒ_Ｂを用いて実測上のオフセットΔｒ_ＳＴ’を補正して得られるオフセットΔｒ_ＳＴ＝Δｒ_ＳＴ’＋Δｒ_Ｂを記憶することとすれば良い。

《ステップＳ６》
図６のステップＳ６では、制御装置１２０により、第２マーク検出系Ｍ２を用いたウエハＷ１のアライメント計測が行われる。なお、ステップＳ６のアライメント計測は、前述のステップＳ２のサーチアライメント計測と、ほぼ同じ工程である。

具体的には、制御装置１２０は、図１３（Ａ）に示されるように、ステージ装置３０の位置情報（ｒ_ＳＴ）に従ってステージ装置３０をＸＹ平面内で駆動し（図１３（Ａ）中の白抜き矢印参照）、ウエハＷ１のアライメントマークＡＭ１_ｉを、第２テーブルＴ２に固定された第２マーク検出系Ｍ２の検出視野内に位置決めする。図１３（Ｂ）には、この時のマーク検出系Ｍ１，Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２とアライメントマークＡＭ１_ｉとの位置関係が、模式的に示されている。制御装置１２０は、この時のステージ装置３０の位置決め位置ｒ_ＳＴｉを計測する。また、制御装置１２０は、第２マーク検出系Ｍ２を用いて、アライメントマークＡＭ１_ｉを検出する。すなわち、第２マーク検出系Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ２を基準とするアライメントマークＡＭ１_ｉの位置Δｒ_ｉを計測する。位置決め位置ｒ_ＳＴｉの計測結果と位置Δｒ_ｉの計測結果とから、検出されたアライメントマークＡＭ１_ｉの第１マーク検出系Ｍ１の指標中心Ｏ_Ｍ１を基準とする位置がｒ１_ｉ＝ｒ_ＳＴｉ＋Δｒ_ｉと求められる。制御装置１２０は、上記のｒ１_ｉを求めるための計測を、２つ以上のアライメントマークに対して実行する。

《ステップＳ７》
図６のステップＳ７では、制御装置１２０により、ウエハＷ１，Ｗ２を貼り合わせる工程の処理が行われる。一般に、ウエハの表面は、回路素子のプロセッシング工程における加熱などにより、変形する。

そこで、表面が変形した２枚のウエハＷ１，Ｗ２を高精度に貼り合わせるために、制御装置１２０は、まず、ウエハＷ１，Ｗ２の所望の貼り合わせ位置に対応する、ステージ装置３０の目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）を求める。

この目標位置の算出に際し、ステップＳ４において求められたウエハＷ２のアライメントマークＡＭ２_ｊの位置ｒ２_ｊと、ステップＳ６において求められたウエハＷ１のアライメントマークＡＭ１_ｉの位置ｒ１_ｉと、が用いられる。ただし、これらのアライメントマークの位置ｒ１_ｉ，ｒ２_ｊの検出結果には、干渉計システム４０の計測誤差が含まれていることがある。そこで、制御装置１２０は、ステップＳ５のベースライン計測において求めたオフセットΔｒ_ＳＴを用いて、ステップＳ４及びステップＳ６において求められたアライメントマークの位置ｒ２_ｊ，ｒ１_ｉを補正する（ｒ２_ｊ←ｒ２_ｊ−Δｒ_ＳＴ，ｒ１_ｉ←ｒ１_ｉ＋Δｒ_ＳＴ）。

ここでは、ウエハの所望の貼り合わせ位置として、２枚のウエハＷ１，Ｗ２のそれぞれのアライメントマークＡＭ１_ｉ，ＡＭ２_ｊの間において、（ａ）対となるアライメントマークＡＭ１_ｋ，ＡＭ２_ｋ間の基準面Ｓ_Ｍ内での相対距離の自乗和Ｓ＝Σ_ｋ｜ｒ１_ｋ−ｒ２_ｋ｜^２が最小となる位置（第１の貼り合わせ位置）と、（ｂ）対となるアライメントマークＡＭ１_ｋ，ＡＭ２_ｋ間の基準面Ｓ_Ｍ内での相対距離の絶対値｜ｒ１_ｋ−ｒ２_ｋ｜がすべての対についてほぼ等しくなる位置（第２の貼り合わせ位置）と、の２つを考える。なお、要求される位置合わせ精度に応じて、使用するアライメントマークの対の数（２以上）が設定されるものとする。

（ａ）の第１の貼り合わせ位置の条件を満たすステージ装置３０の目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）は、次のように求められる。ウエハＷ２のアライメントマークＡＭ２_ｊは、ステージ装置３０が位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）へ移動することにより、位置ｒ２_ｊ＝（ｘ２_ｊ，ｙ２_ｊ）から位置ｒ２’_ｊ＝（ｘ２’_ｊ，ｙ２’_ｊ）へ移動する。ただし、（ｘ２’_ｊ，ｙ２’_ｊ）は次式（１）で表わされる。

従って、∂Ｓ／∂Ｘ＝０，∂Ｓ／∂Ｙ＝０，∂Ｓ／∂θｚ＝０を満たす（Ｘ，Ｙ，θｚ）により、自乗和Ｓ＝Σ_ｋ｜ｒ１_ｋ−ｒ２_ｋ’｜^２が最小になるステージ装置３０の目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）が与えられる。

一方、（ｂ）の第２の貼り合わせ位置の条件を満たすステージ装置３０の目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）は、必ずしも一意に決まらない。そこで、制御装置１２０は、一例として、まず、第１の貼り合わせ位置の条件を満たすステージ装置３０の位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を求める。このステージ装置３０の位置における、ウエハＷ２のアライメントマークＡＭ２_ｊの位置をｒ２ｊとする。対になるウエハＷ１のアライメントマークＡＭ１_ｋとウエハＷ２のアライメントマークＡＭ２_ｋの相対距離の平均Ｒ＝Σ_ｋ｜ｒ１_ｋ−ｒ２_ｋ｜／Ｍを求める。ただし、使用するアライメントマークの対の数は、Ｍとする。制御装置１２０は、全てのアライメントマークの対について、相対距離がＲにほぼ等しい、あるいはＲ以下となるステージ装置３０の位置を、モンテカルロ法等を利用して求め、求めた位置を、目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）と定める。

最後に、制御装置１２０は、図１４に示されるように、ステージ装置３０を、ステージ装置３０の位置情報（ｒ_ＳＴ）に従ってＸＹ平面内で駆動し（図１４中の白抜き矢印参照）、目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）に位置決めする。そして、制御装置１２０は、干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２、及び／又はＺ・傾斜計測系６０を用いて第２テーブルＴ２の傾斜θｘ，θｙが変わらないことを確認しながら、またＺ・傾斜計測系６０又は離間距離計測系６１を用いて２枚のウエハＷ１，Ｗ２の間の離間距離を確認しながら、第２テーブル駆動装置３１を介して第２テーブルＴ２を、図１４中の黒塗り矢印が指す＋Ｚ方向に駆動し、第２テーブルＴ２と第１テーブルＴ１とをＺ軸方向に関して接近させ、両テーブルＴ１，Ｔ２に取り付けられたウエハＷ１，Ｗ２を、基準面Ｓ_Ｍを重ね合わせ面として重ね合わせる。そして、制御装置１２０は、重ね合わせられたウエハＷ１，Ｗ２のそれぞれを保持するホルダＨ１、Ｈ２を、留め具を用いて重ね固定して、第１、第２テーブルＴ１，Ｔ２から取り外す。そして、上記のようにして一体化された、重ね合わされたウエハＷ１，Ｗ２及びホルダＨ１，Ｈ２を、不図示の予備加熱室へ搬送部材を用いて搬送する。以後、加熱工程以降の処理が行われ、貼り合わせウエハ、さらにはこれを用いた３次元積層型の半導体デバイスが製造される。

ここで、本実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００では、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）が移動することにより、その重心も移動する。それによって第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）が傾斜すると、第２マーク検出系Ｍ２の中心軸Ｏ_Ｍ２も傾斜してしまう。従って、第２マーク検出系Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ２が、例えば図１２（Ｃ）に示されるように、設計位置からずれてしまうことが起こり得る。このずれが、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置に依存しなければ、すべてのアライメントマークの検出において均等な検出誤差が発生することになるので、２つのウエハＷ１，Ｗ２の位置合わせ精度にはまったく影響しない。しかし、このずれが、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置に依存する場合、すべてのアライメントマークの検出において異なる検出誤差が発生することになるので、位置合わせ精度が低下してしまう。そこで、以下では、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置に依存する第２マーク検出系Ｍ２の検出誤差の発生の有無を検証するとともに、検出誤差の補正方法を考える。なお、この第２マーク検出系Ｍ２の誤差補正は、必要に応じて行なわれる処理であるが、この第２マーク検出系Ｍ２の誤差補正を行う場合、制御装置１２０は、図６のステップＳ１に先立ってこの第２マーク検出系Ｍ２の誤差補正をステップＳ０として行う。

《ステップＳ０》
本ステップＳ０の第２マーク検出系Ｍ２の誤差補正を行う場合には、相対位置関係が既知のアライメントマーク（ＡＭ０_ｉとする）が付与された基準ウエハ（Ｗ０とする）が用意される。ただし、基準ウエハＷ０のアライメントマークＡＭ０_ｉは、実際に貼り合わせられるウエハＷ１のアライメントマークＡＭ１_ｉとほぼ同じ位置に付与されているものとする。この基準ウエハＷ０は、制御装置１２０によって、ホルダＨ１を介して、第１テーブルＴ１に取り付けられる。

そして、制御装置１２０は、干渉計システム４０を用いて第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の移動面（ＸＹ平面）内の位置を計測しながら、ステージ駆動装置１５（図５参照）を介して第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）を移動させ、基準ウエハＷ０のアライメントマークの１つＡＭ０_ｉを、第２マーク検出系Ｍ２の検出視野内に位置決めする。制御装置１２０は、このときの、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の移動面（ＸＹ平面）内の位置ｒ_ＳＴｉ＝（ｘ_ＳＴｉ，ｙ_ＳＴｉ）と、第２マーク検出系Ｍ２の指標中心Ｏ_Ｍ２を基準とするアライメントマークＡＭ０_ｉの位置Δｒ_ｉ＝（Δｘ_ｉ，Δｙ_ｉ）を計測する。制御装置１２０は、これらの計測結果より、検出されたアライメントマークＡＭ０_ｉのＸＹ平面内での位置ｒ_ｉ＝（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）＝ｒ_ＳＴｉ＋Δｒ_ｉを求める。

制御装置１２０は、以上の処理を、すべてのアライメントマークＡＭ０_ｉに対して実行し、それらのＸＹ平面内での位置ｒ_ｉと、相対位置関係ｒ_ｉｋ＝ｒ_ｉ−ｒ_ｋとを求める。ただし、この相対位置関係ｒ_ｉｋは、ｋ番目のアライメントマークＡＭ０_ｋを基準として求められたものである。制御装置１２０は、求められた相対位置関係ｒ_ｉｋを、既知の相対位置関係ｒ０_ｉｋ（＝ｒ０_ｉ−ｒ０_ｋ）と比較する。ただし、ｒ０_ｉは、アライメントマークＡＭ０_ｉの設計位置である。それらの差δ_ｉｋ＝ｒ_ｉｋ−ｒ０_ｉｋが無視できる程小さくない場合、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置ｒ_ＳＴｉに依存する第２マーク検出系Ｍ２の検出誤差が発生していることになる。その場合、制御装置１２０は、差δ_ｉｋをオフセットとして、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の移動面（ＸＹ平面）内の位置ｒ_ＳＴｉと対応付けて記憶する。

制御装置１２０は、第１テーブルＴ１に取り付けられたウエハＷ１のアライメントマークＡＭ１_ｉを検出する際には、計測されたアライメントマークＡＭ１_ｉの位置ｒ１_ｉに、検出時の第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の移動面内の位置ｒ_ＳＴｉに対応するオフセットδ_ｉｋを加えて、オフセット補正（ｒ１_ｉ＋δ_ｉｋ）する。なお、補正結果は、ｒ１_ｉ＋δ_ｉｋ＝（ｒ１_ｉ＋ｒ_ｉ−ｒ０_ｉ）−（ｒ_ｋ−ｒ０_ｋ）と与えられる。ここで、右辺２つめのカッコ内は、すべてのアライメントマークＡＭ１_ｉの検出結果ｒ１_ｉに共通に補正されるので、相対位置関係ｒ１_ｉｊ＝ｒ１_ｉ−ｒ１_ｊにおいて相殺される。

なお、本実施形態の基板貼り合わせ装置１００では、基準ウエハＷ０が設計位置からずれて第１テーブルＷ１に取り付けられてしまうことも起こり得る。その場合、回転ずれがなければ、ＸＹ方向へシフトしただけで、上述のオフセット補正法を適用することができる。しかし、基準ウエハＷ０の取り付けに回転ずれが生じた場合、補正用のオフセットδ_ｉｊ＝（δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ）は、回転ずれ角θｚを用いて、オフセットδ’_ｉｊ＝（δｘ’_ｉｊ，δｙ’_ｉｊ）に修正される。ただし、（δｘ’_ｉｊ，δｙ’_ｉｊ）は、次式（２）で表わされる。

式（２）に示される補正用のオフセットδ’_ｉｊでは、Ｘ軸、Ｙ軸方向へのシフト（Ｔ_Ｘ，Ｔ_Ｙ）も考慮されている。なお、回転ずれ角θｚは、例えば、基準とするアライメントマークを２つ選び、それらを結ぶ直線の、Ｘ軸あるいはＹ軸とのなす角から求めれば良い。

なお、本ステップＳ０で実行されるオフセット補正は、ウエハの表面に付与されたアライメントマークの相対位置関係が既知であれば、そのウエハを、上述の基準ウエハとして利用することができる。相対位置関係が未知のアライメントマークが付与されたウエハを使用する場合、制御装置１２０は、第１マーク検出系Ｍ１を用いて相対位置関係を検出すれば良い。

具体的に説明すると、制御装置１２０は、まず、相対位置関係が未知のアライメントマークＡＭ_ｊが付与されたウエハＷを、ホルダＨ２を介して第２テーブルＴ２に取り付ける。そして、制御装置１２０は、干渉計システム４０を用いて第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の移動面内の位置を計測しながら、ステージ駆動装置１５（図５参照）を用いて第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）を移動させ、ウエハＷのアライメントマークの１つＡＭ_ｊを、第１マーク検出系Ｍ１の検出視野内に位置決めする。制御装置１２０は、このときの、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の移動面（ＸＹ平面）内の位置ｒ_ＳＴｊと、第１マーク検出系Ｍ１の指標中心Ｏ_Ｍ１を基準とするアライメントマークＡＭ_ｊの位置Δｒ_ｊを計測する。制御装置１２０は、これらの計測結果より、検出されたアライメントマークＡＭ_ｊの位置をｒ０_ｊ＝−ｒ_ＳＴｊ＋Δｒ_ｊと求める。制御装置１２０は、その結果より、ウエハの表面に付与されたアライメントマークの相対位置関係ｒ０_ｊｋを算出することができる。ただし、このウエハＷを基準ウエハＷ０として使用するために第１テーブルＴ１に取り付けた場合、第２テーブルＴ２と第１テーブルＴ１は対向しているので、アライメントマークの位置関係が反転することになる。制御装置１２０は、この反転を考慮して相対位置関係ｒ０_ｊｋを修正する。アライメントマークの位置関係が、例えばＹ軸に平行な軸に関して反転するのであれば、相対位置関係ｒ０_ｊｋ＝（ｘ０_ｊｋ，ｙ０_ｊｋ）はｒ０_ｊｋ＝（−ｘ０_ｊｋ，ｙ０_ｊｋ）と修正される。

以上説明した補正法では、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置ｒ_ＳＴｉと対応付けて記憶したオフセットδ_ｉｋを用いて、アライメントマークＡＭ１_ｉの検出結果を補正することにより、第２マーク検出系Ｍ２の第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置ｒ_ＳＴｉに依存する検出誤差が補正される。しかし、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置ｒ_ＳＴｉに限らず、例えば移動に伴う反力により、第２マーク検出系Ｍ２の中心軸Ｏ_Ｍ２が傾き、検出誤差が発生することも考えられる。

この場合、上述のオフセットδ_ｉｋを、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置ｒ_ＳＴｉだけでなく、位置ｒ_ＳＴｉに至る直前の第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の停止位置ｒ_ＳＴｍからの移動距離、移動方向、移動時間、移動速度、加速度などについて対応付けて記憶すれば良い。これらのパラメータについて対応付けられたオフセットを用いて第２マーク検出系Ｍ２の検出結果を補正する場合には、第２テーブルＴ２（ステージＳＴ）の位置ｒ_ＳＴｉだけでなく、前停止位置ｒ_ＳＴｍからの移動距離、移動方向、移動時間、移動速度、加速度に依存する誤差成分をも補正することが可能になる。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００によると、貼り合わせの対象となる２枚のウエハＷ１，Ｗ２のうちの一方のウエハＷ１を保持する第１テーブルＴ１と、他方のウエハＷ２を一方のウエハＷ１に対向可能な向きで第２テーブルＴ２を介して保持するとともに、少なくともＸＹ平面内で移動可能なステージ装置３０と、ステージ装置３０のＸＹ平面内の位置情報を計測する干渉計システム４０と、ステージ装置３０（より正確には、第２テーブルＴ２）に保持されたウエハＷ２のアライメントマークを含む対象マークを検出可能な第１マーク検出系Ｍ１と、ステージ装置３０の一部（第２テーブルＴ２）に固定され、第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１のアライメントマークを含む対象マークを検出可能な第２マーク検出系Ｍ２と、を備えている。このため、本実施形態の基板貼り合わせ装置１００によると、２枚のウエハＷ１，Ｗ２のそれぞれが、第１テーブルＴ１、ステージ装置３０（より正確には、第２テーブルＴ２）に保持される。また、第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１のアライメントマークが、ＸＹ平面内で移動可能なステージＳＴ上の第２テーブルＴ２に搭載された第２マーク検出系Ｍ２により検出可能であるとともに、ステージ装置３０（第２テーブルＴ２）に保持されたウエハＷ２のマークが、第１マーク検出系Ｍ１により検出可能である。また、干渉計システム４０により、ステージ装置３０の少なくともＸＹ平面内の位置情報（Ｘ，Ｙ、θｚ）が計測される。従って、第２マーク検出系Ｍ２による第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１のアライメントマークの検出結果と、第１マーク検出系によるステージ装置３０（より正確には、第２テーブルＴ２）に保持されたウエハＷ２のアライメントマークの検出結果と、各アライメントマーク検出時の干渉計システム４０の計測結果（ステージＳＴのＸＹ平面内の位置情報（Ｘ，Ｙ、θｚ））とを用いれば、２枚のウエハＷ１を精度良く位置合わせして貼り合わせることが可能になる。

また、本実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００で行われる、基板貼り合わせ方法によると、２枚のウエハＷ１，Ｗ２のそれぞれを、第１テーブルＴ１と、第１テーブルＴ１が対向するＸＹ平面内で移動可能な第２テーブルＴ２（ステージ装置３０）とに保持させる（ステップＳ１、Ｓ３）。また、ステージ装置３０をＸＹ平面内で移動させ、ステージ装置３０に保持されたウエハＷ２の複数のアライメントマークを第１マーク検出系Ｍ１を用いて検出するとともに、各アライメントマークの検出時のステージ装置３０の位置情報を計測する（ステップＳ４）。また、ステージ装置３０をＸＹ平面内で移動させ、第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１の複数のアライメントマークを第２マーク検出系Ｍ２を用いて検出するとともに、各アライメントマークの検出時のステージ装置３０の位置情報を計測する（ステップＳ６）。そして、第１、第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２を用いて共通の基準マークＦＭを検出することで、第２マーク検出系Ｍ２のベースラインを計測する（ステップＳ５）。そして、第１、第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２による基準マークＦＭの検出結果（ベースラインの計測結果）と、第１マーク検出系Ｍ１による複数のアライメントマークの検出結果及び検出時のステージ装置３０の位置情報と、第２マーク検出系Ｍ２による複数のアライメントマークの検出結果及び検出時のステージ装置３０の位置情報とに基づいて、２枚のウエハＷ１，Ｗ２を高精度に重ね合わせる。

また、第１マーク検出系Ｍ１はフレーム１０（天板部１２）に固定され、第２マーク検出系Ｍ２はＸＹ平面内で移動可能なステージ装置３０（ステージＳＴ）上に搭載され、Ｚ軸方向に移動可能な第２テーブルＴ２に固定されている。このため、第１マーク検出系Ｍ１の検出点を、ウエハＷ１，Ｗ２の貼り合わせが行われる基準面Ｓ_Ｍ上に設定し、第２マーク検出系Ｍ２の検出点を、基準面Ｓ_Ｍ上に設定することができる。これにより、第１マーク検出系Ｍ１を用いてウエハＷ２のアライメントマークを検出する際のウエハＷ２の面位置と、第２マーク検出系Ｍ２を用いてウエハＷ１に付与されたアライメントマークを検出する際のウエハＷ１の面位置と、を、両ウエハＷ１，Ｗ２を貼り合わせる際の面位置に統一することができる。これにより、大直径のウエハであっても、高精度で重ね合わせることが可能になる。

従って、本実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００によると、大直径のウエハを高精度、例えば１００ｎｍオーダーの精度で精度良く位置合わせした状態で貼り合わせることが可能になり、結果的に実装面積効率の高い３次元積層型の半導体デバイスを効率良く製造することが可能になる。

また、本実施形態では、第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１のＸＹ平面内での回転方向（θｚ方向）を含む位置情報を計測（ステップＳ２）した後に、ウエハＷ２を、ＸＹ平面内で移動可能なステージ装置３０に保持させ（ステップＳ３）、さらにその後に、第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１に対するステージ装置３０に保持されたウエハＷ２の相対位置を調整して両ウエハＷ１，Ｗ２を貼り合わせる（ステップＳ４〜Ｓ７）。このため、第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１のＸＹ平面内の回転方向（θｚ方向）を含む位置情報の計測結果を考慮して、ウエハＷ２の位置を調整した状態で、ウエハＷ２をステージ装置３０に保持させることもできるし、あるいはウエハＷ２をステージ装置３０に搭載後にウエハＷ２の位置を調整することもできる。いずれもしても、２枚のウエハＷ１，Ｗ２を精度良く位置合わせして貼り合わせることが可能になる。

また、本実施形態では、ステップＳ１に先立って、ウエハＷ１のプリアライメント装置によるプリアライメント、及びそのプリアライメント後のウエハＷ１の反転が行われる。このため、その反転の際に、ウエハＷ１がプリアライメンとの際を基準として、単なる反転（１８０°の回転）ではなく、θｚ方向の回転ずれが生じる蓋然性が高い。すなわち、折角、プリアライメントしているにもかかわらず、θｚ方向の回転ずれ（及び中心位置ずれ）が生じるおそれがある。そこで、この点を考慮して、ステップＳ２のウエハＷ１のサーチアライメント工程を設け、この結果を用いて、ウエハＷ１とＷ２とのθｚ方向の位置ずれを調整することとしている。従って、プリアライメント後にウエハＷの回転ずれが殆ど生じないのであれば、ステップＳ２は必ずしも設ける必要はない。

また、本実施形態では、マーク板５１がマーク板駆動装置５２により移動可能な基準マークＦＭを備えているので、ウエハＷ１，Ｗ２を保持するホルダＨ１，Ｈ２に基準マークを設ける必要はない。従って本実施形態の基板貼り合わせ装置１００では、ホルダＨ１，Ｈ２に設けられた基準マークを使用する場合と異なり、例えば加熱化装置による加熱などにより基準マークが劣化し、その結果、前述したベースライン計測の計測精度が損なわれるなどの不都合が生じるおそれがない。

また、本実施形態の基板貼り合わせ装置１００は、フレーム１０に固定された第１マーク検出系Ｍ１とは別に、ステージ装置３０に搭載された第２マーク検出系Ｍ２を備えている。このため、第１，第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２を用いることにより、２枚のウエハＷ１，Ｗ２が互いに対向した状態において、それぞれのアライメントマークを検出することができる。従って、ウエハＷ１，Ｗ２を基板貼り合わせ装置１００に取り付ける前に、アライメントマークの位置関係を計測する必要がないので、計測回数が抑えられるとともに、検出誤差の累積を抑えることができる。

なお、前述したステップＳ０の第２マーク検出系Ｍ２の誤差補正工程は、例えば半導体貼り合わせ装置１００の起動時にのみ実行するなど、必要時にのみ実行することとしても良い。また、ステップＳ５のベースライン計測工程とステップＳ４，Ｓ６のアライメントマーク検出工程は順不同で実行することとしても良い。その場合、ステップＳ５のベースライン計測工程の終了後、アライメントマークの検出結果にベースラインの計測結果を反映させることとする。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を、図１５〜２５に基づいて説明する。ここで、重複説明を避ける観点から、前述した第１の実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いると共に、その説明を省略若しくは簡略する。

図１５には、第２の実施形態に係る基板貼り合わせ装置２００の構成が概略的に示されている。基板貼り合わせ装置２００は、第１テーブル装置２０と第１マーク検出系Ｍ１との配置、並びにステージ装置２３０及び干渉計システム２４０の構成などを除き、前述の第１の実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００と同様に構成されている。従って、以下では、基板貼り合わせ装置１００との相違点を中心に、基板貼り合わせ装置２００について説明する。なお、基板貼り合わせ装置２００においても、ウエハＷ１，Ｗ２は、その表面が基準面Ｓ_Ｍに一致するように重ね合わされる。

本第２の実施形態の基板貼り合わせ装置２００では、第１マーク検出系Ｍ１は、天板部１２のほぼ中央の下面に固定されている。第１テーブル装置２０は、第１マーク検出系Ｍ１から−Ｘ側に所定距離隔てた位置に、天板部１２から吊り下げ状態で設けられている。また、天板部１２の第１テーブル装置２０と第１マーク検出系Ｍ１との間に、マーク板駆動装置５０が、吊り下げ状態で設けられている。

ステージ装置２３０は、ステージ定盤１３上に浮上支持されたステージＳＴと、該ステージＳＴ上に搭載された第２テーブル駆動装置２３１と、第２テーブル駆動装置２３１によりほぼ水平に支持された第２テーブルＴ２と、備えている。第２テーブル駆動装置２３１は、ステージＳＴに搭載され、Ｚ軸方向に所定ストロークで往復移動可能なＺステージ２３２と、Ｚステージ２３２上の同一直線上にない３点にそれぞれ設置された３つのＺ駆動部３３とによって構成されている。３つのＺ駆動部３３によって、第２テーブルＴ２をＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に微少駆動するＺチルト駆動機構が構成されている。

また、第２テーブルＴ２上には、ウエハＷ２を例えば静電吸着によって保持するホルダＨ２が、上向きに、例えば真空吸着によって保持されている。すなわち、第２テーブルＴ２の上面には、ウエハＷ２がホルダＨ２を介して保持されている。

上述のステージ装置２３０の構成により、第２テーブルＴ２は、全６自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）方向に駆動可能となっている。すなわち、第２テーブルＴ２に保持されるウエハＷ２は、全６自由度方向に移動可能となっている。なお、第２テーブルＴ２は、第２テーブル駆動装置２３１により、第２テーブルＴ２に保持されるウエハＷ２の表面が基準面Ｓ_Ｍに一致する第２テーブルＴ２の位置を含むＺ軸方向の所定範囲内で駆動可能である。

第２マーク検出系Ｍ２は、図１５に示されるように、ステージＳＴ上面の−Ｘ側の端部近傍に、上向きに（＋Ｚ方向に向けて）搭載されている。この場合、第２マーク検出系Ｍ２は、ステージＳＴ上面に固定されている。

干渉計システム２４０は、図１６に示されるように、Ｘ干渉計２４０Ｘと、第１〜第３Ｙ干渉計２４０Ｙ１〜２４０Ｙ３（Ｙ干渉計２４０Ｙ３は図１６では不図示、図１７参照）とを含み、第２テーブルＴ２（ステージ装置２３０）のＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を計測する。

Ｘ干渉計２４０Ｘは、図１５及び図１６に示されるように、基準面Ｓ_Ｍ内でＸ軸に平行な基準軸Ｏ_Ｘから±Ｙ方向に同じ距離を隔てて、２本のＸ軸に平行な測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍを、Ｘ移動鏡４２Ｘに照射する。図１５では、測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍは、紙面垂直方向に重なっている。さらに、Ｘ干渉計２４０Ｘは、図１５に示されるように、第１マーク検出系Ｍ１の側面に設けられたＸ参照鏡４２Ｘ_Ｓに、Ｘ軸に平行な参照ビームＩＢＸ_Ｓを照射する。そして、Ｘ干渉計２４０Ｘは、測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍ及び参照ビームＩＢＸ_Ｓの反射光をそれぞれ受光して、Ｘ参照鏡４２Ｘ_ＳのＸ位置を基準とするＸ移動鏡４２Ｘの反射面上における測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍの照射点のＸ位置を求める。なお、基準軸Ｏ_Ｘは中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ１と直交する。

第１Ｙ干渉計２４０Ｙ１は、図１６に示されるように、測長ビームＩＢＹ１を、Ｙ軸に平行な基準軸Ｏ_Ｙ１に沿って、Ｙ移動鏡４２Ｙに照射する。ただし、図１６に示されているステージ装置２３０（第２テーブルＴ２）の位置では、測長ビームＩＢＹ１の照射点はＹ移動鏡４２Ｙの反射面から外れている。この図１６の状態では、後述するように、第２Ｙ干渉計２４０Ｙ２が使用される。第１Ｙ干渉計２４０Ｙ１は、さらに、Ｙ軸に平行な参照ビーム（不図示）を、第１マーク検出系Ｍ１の側面に設けられた参照鏡（不図示）に照射する。そして、第１Ｙ干渉計２４０Ｙ１は、測長ビームＩＢＹ１と参照ビームとの反射光を受光して、参照鏡のＹ位置を基準とするＹ移動鏡４２Ｙの反射面上における測長ビームＩＢＹ１の照射点のＹ位置を求める。なお、基準軸Ｏ_Ｙ１は、基準軸Ｏ_Ｘと中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ１とに、それらの交点にて直交する。

同様に、第２Ｙ干渉計２４０Ｙ２は、Ｙ軸に平行な基準軸Ｏ_Ｙ２に沿って、測長ビームＩＢＹ２を、Ｙ移動鏡４２Ｙに照射する。第２Ｙ干渉計２４０Ｙ２は、参照鏡を内蔵しており、その参照鏡に参照ビームを照射する。そして、測長ビームＩＢＹ２及び参照ビームの反射光を受光して、参照鏡のＹ位置を基準とするＹ移動鏡４２Ｙの反射面上におけるＹ測長ビームＩＢＹ２の照射点のＹ位置（すなわち、測長ビームＩＢＹ２の光路長にほぼ一致）を求める。基準軸Ｏ_Ｙ２は、基準軸Ｏ_Ｙ１から＋Ｘ方向に、第２マーク検出系Ｍ２（の検出中心）とウエハＷ２（の載置中心）のＸ軸方向に関する離間距離と同程度、離間している。なお、第２干渉計として、第１Ｙ干渉計２４０Ｙ１と同様の干渉計を用いるとともに、その干渉計用の参照鏡を、天板部１２に吊り下げ状態で固定しても良い。

第３Ｙ干渉計２４０Ｙ３（図１６では不図示、図１７参照）も、第２Ｙ干渉計２４０Ｙ２と同様に構成されている。ただし、第３Ｙ干渉計２４０Ｙ３は第１Ｙ干渉計２４０Ｙ１から−Ｘ方向に離間して設置され、その測長ビームの光路である測長軸（基準軸Ｏ_Ｙ３とする）は第１テーブルＴ１の中心（該第１テーブルＴ１に保持されるウエハＷ１の中心にほぼ一致）で、基準軸Ｏ_Ｘと直交する。

なお、図１６に示される状態では、Ｙ干渉計２４０Ｙ２の測長ビームＩＢＹ２のみがＹ移動鏡４２Ｙに照射されている。第２テーブルＴ２（ステージ装置２３０）のＸ位置によって、例えば図１６に示される状態から第２テーブルＴ２（ステージ装置２３０）が−Ｘ方向に移動すると、順に、Ｙ干渉計２４０Ｙ２の測長ビームＩＢＹ２のみ、Ｙ干渉計２４０Ｙ２，２４０Ｙ１の測長ビームＩＢＹ２，ＩＢＹ１の両者、Ｙ干渉計２４０Ｙ１の測長ビームＩＢＹ１のみ、Ｙ干渉計２４０Ｙ１，２４０Ｙ３の測長ビームＩＢＹ１，ＩＢＹ３の両者、Ｙ干渉計２４０Ｙ３の測長ビームＩＢＹ３のみ、がＹ移動鏡４２Ｙに照射される状況が生じる。そこで、制御装置２２０（図１７参照）は、第２テーブルＴ２（ステージ装置２３０）のＸ位置に応じて、３つのＹ干渉計２４０Ｙ１，２４０Ｙ２，２４０Ｙ３の中から、測長ビームがＹ移動鏡４２Ｙに照射されている干渉計を選択して使用する。ここで、第２テーブルＴ２（ステージ装置２３０）がＸ軸方向に移動する場合に、前述の第１の実施形態と同様に、干渉計システム２４０で計測される第２テーブルＴ２（ステージ装置２３０）のＹ位置は、連続した値になる必要がある。そこで、制御装置２２０は、隣接する２つのＹ干渉計からの測長ビームが、Ｙ移動鏡４２Ｙに同時に照射されている状態で、隣接するＹ干渉計間で計測値の引き継ぎ及び使用する干渉計の切り換え（つなぎ処理）を行う。

そして、制御装置２２０は、Ｘ干渉計２４０Ｘの計測結果、すなわち測長ビームＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍの照射点のＸ位置の計測結果の平均値と差、から、第２テーブルＴ２のＸ位置とθｚ方向の位置（回転角θｚ）を算出する。また、第１〜第３Ｙ干渉計２４０Ｙ１〜２４０Ｙ３の計測結果より、第２ステージＴ２のＹ位置を算出する。なお、Ｙ干渉計２４０Ｙ１〜２４０Ｙ３では、制御装置２２０により、第２テーブルＴ２（ステージ装置２３０）のＸ位置に応じて隣接するＹ干渉計間で上記のつなぎ処理が行われるが、以下では、このつなぎ処理についての説明を省略する。

本第２の実施形態に係る基板貼り合わせ装置２００では、前述の如く、第２テーブルＴ２が、ステージＳＴ上にＺステージ２３２を介して搭載された３つのＺ駆動部３３によって支持され、第２テーブルＴＢ上面の＋Ｘ側端部にＸ移動鏡４２Ｘが固定されるとともに、第２マーク検出系Ｍ２が、ステージＳＴ上面の−Ｘ側端部（すなわち、Ｘ移動鏡４２Ｘとは反対側の端部）に搭載（固定）されている。これにより、基板貼り合わせ装置２００では、４つの干渉計２４０Ｘ，２４０Ｙ１〜２４０Ｙ３の実質的な測長軸に一致する、基準軸Ｏ_Ｘ，Ｏ_Ｙ１〜Ｏ_Ｙ３を、基準面Ｓ_Ｍ上に位置させることができる。すなわち、第２テーブルＴ２（ステージ装置２３０）のＸ，Ｙ，θｚ位置は、基準面Ｓ_Ｍ上で定義される。また、基板貼り合わせ装置２００では、ステージＳＴ上面にＺステージ２３２とは分離して第２マーク検出系Ｍ２が搭載されているので、第２テーブルＴ２（ウエハＷ２）を３つのＺ駆動部３３を介してＺ軸方向に駆動しても、第２マーク検出系Ｍ２のＺ軸方向に関する位置は変化しない。

本第２の実施形態に係る基準マーク装置５０は、図１５に示されるように、その向きが、第１の実施形態の基準マーク装置と反対向きに天板部１２に取り付けられているが、第１の実施形態の基準マーク装置５０（図４参照）と同様に構成されている。

本実施形態では、上述したような各部の構成を採用した結果、図１５に示されるように、第１、第２マーク検出系Ｍ１、Ｍ２の中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ１、Ｏ_Ｍ２が一致するようにステージ装置２３０が位置決めされた際には、第１テーブルＴ１と第２テーブルＴ２とが、中心軸Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２を中心として相互に反対側（−Ｘ側と＋Ｘ側）に位置するようになっている。別の表現を用いれば、例えば図２０に示されるように、第１マーク検出系Ｍ１が第２テーブルＴ２に保持されるウエハ（図２０では第２テーブルＴ２上にはウエハは存在しない）に対向する位置にステージ装置２３０が位置決めされたときに、第２マーク検出系Ｍ２が第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１に対向する位置に、第１テーブル装置２０が配置されている。このような、第１、第２テーブルＴ１、Ｔ２の配置関係を採用することにより、後述するアライメント計測を行うためにステージ装置２３０が移動する移動ストロークを、第１、第２マーク検出系Ｍ１、Ｍ２の中心軸（光軸）Ｏ_Ｍ１、Ｏ_Ｍ２が一致するようにステージ装置が位置決めされた際に、第１、第２テーブルＴ１、Ｔ２が、中心軸Ｏ_Ｍ１、Ｏ_Ｍ２に対して同じ側に位置する基板貼り合わせ装置に比べて、短くすることが可能となる。本第２の実施形態では、第２テーブルＴ２のＸ軸及びＹ軸方向の幅、例えば約４０ｃｍ、に対して、ステージ装置２３０（ステージＳＴ）のＸ軸及びＹ軸方向の移動ストロークは約１００ｃｍと設定されている。

図１７には、基板貼り合わせ装置２００の制御系の主要構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る制御装置２２０を中心として、前述の第１の実施形態と同様に構成されている。

上述のようにして構成された本第２の実施形態に係る基板貼り合わせ装置２００では、基本的には、前述した第１の実施形態と同様の手順で基板の貼り合わせが行われる。従って、以下では、図６のフローチャートを用いて、基板貼り合わせ装置２００で行われる、基板貼り合わせ方法について、簡単に説明する。なお、前提として、基板貼り合わせ装置２００が、前述の折りたたみ式のマーク板駆動装置５２Ｂ（図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）参照）を備えているものとする。

図１８には、ステージ装置２３０がローディングポジションに待機し、かつ第１テーブルＴ１が第２位置に退避した、一連の基板貼り合わせ工程の処理が開始される直前の基板貼り合わせ装置２００の状態が示されている。この図１８からわかるように、本第２の実施形態では、ローディングポジションにステージ装置２３０があるとき、第１テーブルＴ１と第２テーブルＴ２とは対向しない。

まず、制御装置２２０により、ステップＳ１に先立って、干渉計システム２４０がリセットされる。また、制御装置２２０により、第１テーブル駆動装置２１を介して第１テーブルＴ１が図１９中の黒塗り矢印が指す−Ｚ方向に駆動され、前述した第１位置に位置される。

そして、制御装置２２０により、前述のステップＳ１と同様の手順で処理が行われ、ウエハＷ１がホルダＨ１を介して第１テーブルＴ１に取り付けられる。図１９には、この取り付けが完了し、ウエハＷ１が、下方（−Ｚ方向）に向けて、且つ水平に、第１テーブルＴ１に保持された状態が示されている。なお、このとき、ウエハＷ１の表面（下面）は、基準面Ｓ_Ｍ上に位置決めされている。

次に、制御装置２２０により、前述のステップＳ２と同様の手順で、第１テーブルＴ１に取り付けられたウエハＷ１に対するサーチアライメントが実行される。図２０には、ステージ装置２３０が、図２０中の白抜き矢印で示されるようにＸＹ平面内で移動しつつ、第２マーク検出系Ｍ２を用いたウエハＷ１に対するサーチアライメントが行われている様子が示されている。このサーチアライメントにより、ウエハＷ１のＸＹ平面内での回転量θｚが求められる。

上記のウエハＷ１のサーチアライメントの終了後、図２１に示されるように、制御装置２２０により、第１テーブルＴ１が第１テーブル駆動装置２１を介して図２１中の黒塗り矢印が指す方向（＋Ｚ方向）に駆動され、第２位置へ退避される。また、制御装置２２０により、次のウエハのＷ２の取り付けに備えて、ステージ装置２３０が、図２１中の白抜き矢印が指す方向（＋Ｘ方向）に駆動され、前述のローディングポジションに戻される。

この状態で、制御装置２２０により、前述のステップＳ３と同様の手順で処理が行われ、図２１に示されるように、ウエハＷ２が、その表面を上方（＋Ｚ方向）に向けて、且つ水平に、第２テーブルＴ２にホルダＨ２を介して取り付けられる。この場合も、サーチアライメントの結果に基づき、ウエハＷ１の回転量θｚにほぼ一致するように、ウエハＷ２は、ＸＹ平面内の回転が調整された状態で、ホルダＨ２を介して第２テーブルＴ２に取り付けられる。この場合も、前述の第１の実施形態と同様に、干渉計システム２４０の計測に支障が生じない範囲であれば、ステージ装置２３０のθｚ方向の回転角を調整することで、ウエハＷ１の回転（θｚ）位置にウエハＷ２の回転位置を一致させても良い。

ウエハＷ２の取り付け後、制御装置２２０により、第２テーブル駆動装置２３１のＺステージ２３２（及び３つのＺ駆動部３３）を介して第２テーブルＴ２が図１０中の黒塗り矢印が指す＋Ｚ方向に駆動され、ウエハＷ２の表面が、基準面Ｓ_Ｍ上に位置決めされる。

次いで、制御装置２２０により、前述のステップＳ４と同様の手順で、第１マーク検出系Ｍ１を用いて、ウエハＷ２の表面の設けられたアライメントマークＡＭ２ｊの検出が実行される。図２２には、制御装置２２０により、ステージ装置２３０がＸＹ平面内で駆動され（図２２（Ａ）中の白抜き矢印参照）、ウエハＷ２の表面の設けられたアライメントマークＡＭ２ｊの位置計測が行われている様子が示されている。

そして、上記計測終了後、制御装置２２０により、ステージ装置２３０が、図２３中の白抜き矢印が指す方向（＋Ｘ方向）に駆動され、次のベースライン計測に備えて、第２マーク検出系Ｍ２が第１マーク検出系Ｍ１に対向する位置まで移動される。さらに、制御装置２２０により、第２テーブル駆動装置２３１を介して第２テーブルＴ２が図２３中の黒塗り矢印が指す−Ｚ方向に駆動され、ウエハＷ２が基準面Ｓ_Mから退避されるとともに、第２マーク検出系Ｍ２の検出面（検出点）が基準面Ｓ_Ｍに位置決めされる。

そして、制御装置２２０により、前述のステップＳ５と同様の手順で、第２マーク検出系Ｍ２のベースラインの計測が行われる。図２３には、ベースライン計測が行われている様子が示されている。

ベースライン計測終了後、制御装置２２０により、図２４に示されるように、次のウエハＷ１のアライメントマークの検出に先立って、マーク板駆動装置５２を介してマーク板５１（基準マークＦＭ）が退避される。これと並行して、制御装置２２０は、次のウエハＷ１のアライメントマークの検出に備えて、図２４に示されるように、第１テーブル駆動装置２１を介して第１テーブルＴ１を図２４中の黒塗り矢印が指す−Ｚ方向に駆動して第１位置に位置させ、ウエハＷ１の表面を基準面Ｓ_Ｍ上に位置決めする。

次いで、制御装置２２０により、前述のステップＳ６と同様の手順で、第２マーク検出系Ｍ２を用いて、ウエハＷ１の表面の設けられたアライメントマークＡＭ１ｊの検出が実行される。図２４には、制御装置２２０により、ステージ装置２３０がＸＹ平面内で駆動され（図２４中の白抜き矢印参照）、ウエハＷ１の表面の設けられたアライメントマークＡＭ１ｊの位置計測が行われている様子が示されている。

そして、ウエハＷ１の表面の設けられたアライメントマークＡＭ１ｊの位置計測の終了後、制御装置２２０により、前述のステップＳ７と同様の手順で、ウエハＷ１，Ｗ２を貼り合わせる工程の処理が行われる。この場合も、制御装置２２０により、ステップＳ４〜Ｓ６の結果に基づいて、所望の貼り合わせ条件を満たすステージ装置２３０の目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）が求められ、ステージ装置２３０がＸＹ平面内で駆動され（図２５中の白抜き矢印参照）、目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）に位置決めされる。そして、制御装置２２０により、第２テーブルＴ２が、図２５中の黒塗り矢印が指す＋Ｚ方向に駆動され、第１テーブルＴ１と第２テーブルＴ２とがＺ軸方向に関して接近し、両テーブルＴ１，Ｔ２に取り付けられたウエハＷ１，Ｗ２が、基準面Ｓ_Ｍを重ね合わせ面として重ね合わせられる。この場合、ウエハＷ１，Ｗ２の重ね合わせに際して、制御装置２２０は、Ｚ・傾斜計測系６０を用いて第２テーブルＴ２の傾斜θｘ，θｙが変わらないことを確認しながら、またＺ・傾斜計測系６０又は離間距離計測系６１を用いて２枚のウエハＷ１，Ｗ２の間の離間距離を確認しながら、第２テーブルＴ２を第１テーブルＴ１に接近させる。

上記の重ね合わせ以後の工程は、第１の実施形態と同様であるので、ここでは、その説明を省略する。

以上詳細に説明したように、本第２の実施形態に係る基板貼り合わせ装置２００によると、基本的構成、及び基板の貼り合わせの手順が、前述した第１の実施形態に係る基板貼り合わせ装置１００と同様になっているので、前述した第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。すなわち、基板貼り合わせ装置２００によると、第２マーク検出系Ｍ２による第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１のアライメントマークの検出結果と、第１マーク検出系によるステージ装置２３０（より正確には、第２テーブルＴ２）に保持されたウエハＷ２のアライメントマークの検出結果と、各アライメントマーク検出時の干渉計システム２４０の計測結果（ステージＳＴのＸＹ平面内の位置情報（Ｘ，Ｙ、θｚ））とを用いれば、２枚のウエハＷ１、Ｗ２を精度良く位置合わせして貼り合わせることが可能になる。

また、第１マーク検出系Ｍ１はフレーム１０（天板部１２）に固定され、第２マーク検出系Ｍ２はＸＹ平面内で移動可能なステージ装置３０のステージＳＴに第２テーブルＴ２とは離れて搭載されている。そのため、第１マーク検出系Ｍ１の検出点を、ウエハＷ１，Ｗ２の貼り合わせが行われる基準面Ｓ_Ｍ上に設定し、第２マーク検出系Ｍ２の検出点を、第２テーブルＴ２のＺ軸方向に関する位置に関わらず、常時、基準面Ｓ_Ｍ上に設定することができる。従って、第１マーク検出系Ｍ１を用いてウエハＷ２のアライメントマークを検出する際のウエハＷ２の面位置と、第２マーク検出系Ｍ２を用いてウエハＷ１に付与されたアライメントマークを検出する際のウエハＷ１の面位置とを、両ウエハＷ１，Ｗ２を貼り合わせる際の面位置に統一することができる。これにより、大直径のウエハであっても、高精度で重ね合わせることが可能になる。

また、本第２実施形態に係る基板貼り合わせ装置２００によると、フレーム１０に固定された第１マーク検出系Ｍ１は、ステージ装置２３０（ステージＳＴ）に固定された第２マーク検出系Ｍ２が第１テーブルＴ１に保持されるウエハＷ１に対向する際に、ステージ装置２３０（第２テーブルＴ２）に保持されるウエハＷ２に対向する。換言すれば、第１マーク検出系Ｍ１の検出中心（中心軸）Ｏ_Ｍ１と第２マーク検出系Ｍ２の検出中心（中心軸）Ｏ_Ｍ２とがほぼ一致する位置にステージ装置２３０が位置する際に、第１テーブルＴ１と第２テーブルＴ２とは、第１マーク検出系Ｍ１の検出中心（中心軸）Ｏ_Ｍ１に関して相互に反対側に位置するように、第１，第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２と、第１テーブルＴ１と第２テーブルＴ２とが配置されている。これにより、アライメントマークを検出する際のステージ装置２３０の移動ストロークを、検出中心（中心軸）Ｏ_Ｍ１と検出中心（中心軸）Ｏ_Ｍ２とがほぼ一致する位置にステージ装置３０が位置する際に、第１テーブルＴ１と第２テーブルＴ２とが、検出中心（中心軸）Ｏ_Ｍ１に関して同じ側位置にする場合に比べて、短くすることができる。従って、スループットの向上が可能である。

また、本第２の実施形態に係る露光装置２００では、干渉計システム２４０の各干渉計の測長軸を基準面Ｓ_Ｍに一致させることができるので、いわゆるアッベ誤差なく、ウエハＷ２（ステージ装置２３０）のＸＹ平面内における位置情報を計測することが可能となるので、各干渉計に第２テーブルＴ２の傾斜（θｘ又はθｙ）を計測するための測長軸は不要である。

また、本第２の実施形態に係る基板貼り合わせ装置２００では、第２テーブルＴ２が傾斜しても、ステージＳＴは傾斜しないので、第２マーク検出系Ｍ２の光軸の傾斜を考慮した、ウエハＷ１のアライメント計測の結果の補正は、殆ど不要である。

なお、本第２の実施形態に係る基板貼り合わせ装置２００では、図６のフローチャートに示されるように、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６の順に各ステップの処理を実行することにより、処理時間が最短になるよう最適化されている。しかし、これに限らず、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６を如何なる順番で実行しても良い。例えば、ステップＳ５、Ｓ４、Ｓ６の順、又はステップＳ５、Ｓ６、Ｓ４の順に、各ステップの処理を行っても良い。この他、例えば、図２２に示されるように、ステップＳ４の第１マーク検出系Ｍ１を用いたウエハＷ２のアライメントマーク検出時には、第２マーク検出系Ｍ２が第１テーブルＴ１に保持されたウエハＷ１に対向する。そこで、ステップＳ４と少なくとも一部並行してステップＳ６の第２マーク検出系Ｍ２を用いたウエハＷ１のアライメントマーク検出を行うようにしても良い。あるいは、ステップＳ５のベースライン計測を、ステップＳ４又はステップＳ６の途中に実行しても良い。

《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態を、図２６及び図２７に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態の基板貼り合わせ装置１００又は第２の実施形態の基板貼り合わせ装置２００と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いると共に、その説明を省略若しくは簡略する。

図２６には、本第３の実施形態に係る基板貼り合わせ装置３００の構成が概略的に示されている。基板貼り合わせ装置３００は、第１及び第２マーク検出系Ｍ１、Ｍ２の構成、並びに一部構成部分の配置が前述の各実施形態に係る基板貼り合わせ装置と異なるが、その他の部分の構成及び基板貼り合わせ方法などは第１又は第２の実施形態の基板貼り合わせ装置と同様である。従って、以下では、相違点を中心に、第３の実施形態について説明する。

基板貼り合わせ装置３００は、第１及び第２マーク検出系Ｍ１、Ｍ２の構成を除けば、前述の第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせたような構成になっている。すなわち、第１テーブル装置２０、マーク板駆動装置５０、及び第１マーク検出系の位置関係は、前述の第１の実施形態と同様になっているが、ステージ装置としては第２の実施形態のステージ装置２３０が用いられ、これに伴って、干渉計システムも干渉計システム２４０が用いられている。

基板貼り合わせ装置３００が備える第１マーク検出系Ｍ１は、図２７に示されるように、は、第１検出装置Ｍ１ａと第２検出装置Ｍ１ｂとを備えている。第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂは、図２６に示されるように、天板部１２の下面のほぼ中央よりも所定距離＋Ｘ側の位置に、第１マーク検出系駆動装置７１を介して下向きに（−Ｚ方向に向けて）取り付けられている。第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂとして、それぞれ第１実施形態の第１マーク検出系Ｍ１と同様の構成の顕微鏡（又は撮像装置）が用いられている。第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂの中心軸（光軸又は指標中心）Ｏ_Ｍ１ａ，Ｏ_Ｍ１ｂは、互いに平行であり、且つ基準面Ｓ_Ｍに直交している。

また、基板貼り合わせ装置３００が備える第２マーク検出系Ｍ２は、図２７に示されるように、第３検出装置Ｍ２ａと第４検出装置Ｍ２ｂとを備えている。第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂは、図２６に示されるように、ステージＳＴ上面の＋Ｘ方向の端部近傍に、第２マーク検出系駆動装置７２を介して上向きに（＋Ｚ方向に向けて）搭載されている。第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂには、それぞれ第１実施形態のマーク検出系Ｍ２と同様の構成の顕微鏡（又は撮像装置）が用いられている。２つの検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂの、それぞれの中心軸（光軸又は指標中心）Ｏ_Ｍ２ａ，Ｏ_Ｍ２ｂは、互いに平行であり、且つ基準面Ｓ_Ｍに直交している。従って、第１及び第２検出装置Ｍ１ａ，Ｍ１ｂの光軸Ｏ_Ｍ１ａ，Ｏ_Ｍ１ｂと、第３及び第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂの光軸Ｏ_Ｍ２ａ，Ｏ_Ｍ２ｂとは、それぞれ平行である。なお、第２マーク検出系Ｍ２を除くステージ装置２３０の構成は、第２実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。

第１マーク検出系駆動装置７１は、図示しない駆動機構を介して第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂを、第２マーク検出系駆動装置７２は、図示しない駆動機構を介して第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂを、それぞれ独立してＸＹ平面内の所定範囲内で駆動する。

第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂが、第１マーク検出系駆動装置７１を介してＸＹ平面内を相対移動する際、及び第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂが、第２マーク検出系駆動装置７２を介してＸＹ平面内を相対移動する際、それぞれの光軸Ｏ_Ｍ１ａ，Ｏ_Ｍ１ｂ，Ｏ_Ｍ２ａ，Ｏ_Ｍ２ｂは、基準面Ｓ_Ｍに垂直に維持される。なお、第１マーク検出系Ｍ１を構成する第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂがそれぞれ移動可能であることから、干渉計システム２４０は、参照ビーム（不図示）を、例えば天板部１２に固定された固定鏡（不図示）に照射する。

基板貼り合わせ装置３００には、図２７に示されるように、第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂそれぞれのＸＹ平面内における位置情報を計測する第１マーク検出系計測系７３と、第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂそれぞれのＸＹ平面内における位置情報を計測する第２マーク検出系計測系７４と、が設けられている。第１、第２のマーク検出系計測系７３、７４は、例えば光干渉計システム（又はエンコーダシステム）をそれぞれ含み、干渉計システム２４０と同等の精度で第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂそれぞれの位置情報、又は第３、第４検出装置Ｍ２ａ、第４検出装置Ｍ２ｂそれぞれの位置情報を検出可能である。第１マーク検出系計測系７３によって計測される第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂの位置情報、及び第２のマーク検出系計測系７４によって計測される第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂの位置情報は、それぞれ制御装置３２０に供給される。制御装置３２０は、ウエハＷ１のアライメントマークの検出結果と、ウエハＷ２のアライメントマークの検出結果と、各アライメントマーク検出時の干渉計システム２４０の計測結果と、各アライメントマーク検出時における各検出装置の相対位置情報とを用いて、２枚のウエハＷ１、Ｗ２の貼り合わせを行うステージ装置２３０の目標位置を求める。

本第３の実施形態では、上述したような各部の構成を採用した結果、ウエハＷ２のアライメントマークを検出する際（図６のステップＳ４参照）に、第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂを用いて、ウエハＷ２の２つのアライメントマークを同時に検出可能である。また、ウエハＷ１のサーチアライメント（図６のステップＳ２参照）を行う際、及びウエハＷ１のアライメントマークを検出する際（図６のステップＳ６参照）に、第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂを用いて、ウエハＷ１の２つのアライメントマークを同時に検出可能である。本第３の実施形態に係る基板貼り合わせ装置３００では、複数の検出装置で、複数のアライメントマークを同時に検出可能な構成とすることにより、アライメント計測（図６のステップＳ２、Ｓ４、Ｓ６参照）に要する時間を、ステージ装置２３０をＸＹ平面内で駆動しながら単一のマーク検出系を用いて、複数のアライメントマークを個別に検出する場合に比べて、短縮することができる。従って、スループットの向上を図ることが可能である。また、上記のアライメント計測を行うためのステージ装置２３０が移動する移動ストロークを、ステージ装置２３０をＸＹ平面内で駆動しながら単一のマーク検出系を個々のアライメントマークに対して位置決めをする場合に比べて、短くすることが可能となる。

また、本第３の実施形態に係る基板貼り合わせ装置３００によると、２つのアライメントマークを同時に検出可能な構成とすることにより、第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂ（又は第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂ）の移動ストロークを所定距離以上長く設定する場合には、第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂ（又は第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂ）が、それぞれウエハＷ２（又はウエハＷ１）に対向する位置までステージ装置２３０を駆動すれば、それ以降はステージ装置２３０を駆動することなく上記のアライメント計測を完了することができる。従って、この点においてもスループットの向上が可能である。

なお、上記第３の実施形態に係る基板貼り合わせ装置３００では、２つの検出装置Ｍ１ａ及びＭ１ｂが独立してＸＹ平面内で移動可能であるとともに、２つ検出装置Ｍ２ａ及びＭ２ｂが独立してＸＹ平面内で移動可能であるものとしたが、これに限らず、一方の検出装置、例えば第１検出装置Ｍ１ａを天板部１２に固定し、他方の検出装置Ｍ１ｂのみをＸＹ平面内で移動可能に構成しても良い。同様に、一方の検出装置、例えば第３検出装置Ｍ２ａをステージＳＴに固定し、他方の検出装置Ｍ２ｂのみをＸＹ平面内で移動可能に構成しても良い。要は、ウエハ上に設けられた２つのアライメントマークを同時に検出可能であれば良い。この意味では、各検出装置の検出視野が十分に広く、ステージ装置２３０を所定の位置に位置決めした状態で、２つの検出装置を介して２つのアライメントマークを同時に検出可能であれば、すべての検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂ、Ｍ２ａ、Ｍ２ｂが、天板部１２又はステージＳＴに固定されていても良い。同様の趣旨から、前述した第１、第２の実施形態において、第１、第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の検出視野を十分に広くして、マーク検出系Ｍ１又はＭ２により２つのアライメントマークを同時に検出可能に構成しても良い。

また、上記第３の実施形態では、ウエハＷ１，Ｗ２が対向した状態で、第１マーク検出系Ｍ１（第１、第２検出装置Ｍ１ａ、Ｍ１ｂ）と、第２マーク検出系Ｍ２（第３、第４検出装置Ｍ２ａ、Ｍ２ｂ）とが対向する構成を採用したが、本発明に係る基板貼り合わせ装置の構成がこれに限定されないことは勿論である。図２８には、第３実施形態の基板貼り合わせ装置３００の一変形例が示されている。図２８に示される基板貼り合わせ装置３００ａは、第２の実施の形態と同様に、第１マーク検出系Ｍ１の少なくとも一部と第２マーク検出系Ｍ２の少なくとも一部とが対向した状態で、ウエハＷ１（第１テーブルＴ１）とウエハＷ２（第２テーブルＴ２）とは、第１マーク検出系Ｍ１の第２マーク検出系Ｍ２との対向部分の中心に関して、互いに反対側（−Ｘ側と＋Ｘ側）に位置する。かかる構成を採用することにより、アライメント計測時のステージ装置２３０の移動距離を短くすることができ、スループットの更なる向上を図ることが可能となる。

なお、上記各実施形態では、便宜上、ウエハＷ１，Ｗ２の表面に図２にウエハＷ２について代表的に示されるような配置で、複数のアライメントマークが形成されているものとしたが、各実施形態の基板貼り合わせ装置が貼り合わせの対象とするウエハは、これに限られるものではない。例えば、半導体素子（集積回路）等を製造するためのリソグラフィ工程で用いられるステッパ等で露光済みのウエハには、その露光により、マトリクス状の配置で多数のショット領域（回路パターン領域）が形成され、各ショット領域にアライメントマークが同時に形成（付設）される。このような２枚のウエハを貼り合わせの対象とする場合、各ショット領域に付設されたアライメントマークを、第１、第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の検出対象とすることが望ましい。各ショット領域に付設されたアライメントマークは、各ショット領域と同時に露光によってウエハ上に形成されるので、同様のプロセスの処理により同様の影響を受けている。また、この場合、ウエハの貼り合わせに際して、新たにアライメントマークを付与する必要はない。

また、ステッパ等で露光済みのウエハを貼り合わせの対象とする場合、前述のウエハＷ１，Ｗ２の所望の貼り合わせ位置の求め方として、例えば、米国特許第４，７８０，６１７号明細書等などに、詳細に開示される、ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）におけるＥＧＡパラメータを各ウエハについて求め、その求めた結果から、所望の貼り合わせ位置を算出しても良い。この場合、ステップＳ４、ステップＳ６で、それぞれウエハに対するＥＧＡ計測（サンプルショット領域に付設されたアライメントマーク（サンプルマーク）の位置計測）が行われることとなる。

また、上記各実施形態では、同一の基準マークＦＭを、第１、第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２で検出する場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、基板貼り合わせ装置では、第１検出系（上記各実施形態の第１マーク検出系Ｍ１がこれに相当）の検出対象は、第２基板（上記各実施形態のウエハＷ２がこれに相当）のマークの他、第１基準マークを含み、第２検出系（上記各実施形態の第２マーク検出系Ｍ２がこれに相当）の検出対象は、第１基板（上記各実施形態のウエハＷ１がこれに相当）のマークの他、第１基準マークとは別の第２基準マークを含んでいても良い。この場合、第１基準マークと第２基準マークとは、異なる部材に形成されていても良いが、同一のマーク部材に形成されていることが、ベースライン計測精度を高く維持する点では好ましい。また、第１検出系が第１基準マークを検出すると同時に第２検出系が第２基準マークを検出可能であることが、ベースライン計測に要する時間を短縮できる点で好ましい。

なお、上記第２、第３の実施形態及び変形例に係る基板貼り合わせ装置で用いられる干渉計システム２４０で、第１の実施形態の干渉計システム４０と同様に、第２テーブルＴ２のＹ軸周りの回転角（傾斜角）θｙをも計測可能なＸ干渉計、及び第２テーブルＴ２のＸ軸周りの回転角（傾斜角）θｘをも計測可能な第１ないし第３Ｙ干渉計を採用しても良い。

また、上記実施形態では、単一の制御装置（図５、図１７、図２７参照）が、基板貼り合わせ装置の各部を制御する場合について説明したが、これらの制御装置に代えて、干渉計システム４０、２４０の計測結果よりステージ装置３０、２３０のＸＹ平面内での位置を算出するための演算系と、演算系の算出結果を用いてステージ駆動装置１５（図５、図１７、図２７参照）を制御する制御系と、を備えることとしても良い。また、アライメントマークＡＭ１_ｉ，ＡＭ２_ｊの検出結果より、貼り合わせるウエハＷ１，Ｗ２の所望の貼り合わせ位置の条件を満たすステージ装置３０、２３０の目標位置（Ｘ_０，Ｙ_０，θｚ_０）を算出する演算系を備えることとしても良い。

また、上記各実施形態では、第１テーブルＴ１は第１テーブル駆動装置２１により駆動されて鉛直（Ｚ軸）方向にのみ移動可能であるものとしたが、これに限らず、さらにＸＹ平面内（Ｘ，Ｙ，θｚ）で移動可能、あるいは全６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）に移動可能としても良い。そして、第１テーブルＴ１の位置を計測する位置計測系を備えることとしても良い。また、この位置計測系を、干渉計システム４０と同様に構成しても良い。

また、上記各実施形態で説明したステージ装置の構成は一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、ステージ装置は、少なくとも２次元平面内で移動可能であれば足りる。従って、例えば第２実施形態において、第２テーブル駆動装置２３１は、必ずしも設けなくても良いが、設ける場合にも、上記第２実施形態の構成と異なる構成でも良い。例えば、３つのＺ駆動部３３の駆動ストロークが十分に長ければ、Ｚステージ２３２を設けることなく、個別に駆動可能な３つのＺ駆動部３３のみで第２テーブル駆動装置２３１を構成しても良い。

なお、上記各実施形態では、第１テーブルＴ１と第１マーク検出系Ｍ１とがフレーム１０に固定され、第２テーブルＴ２と第２マーク検出系Ｍ２とがＸＹ平面内で移動可能なステージ装置３０、２３０に搭載された場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態と上下反転した構成を採用しても良い。すなわち、第１テーブルＴ１と第１マーク検出系Ｍ１とが上向きにステージ定盤１３に固定され、第２テーブルＴ２と第２マーク検出系Ｍ２とが下向きに設けられたステージ装置３０、２３０が、フレーム１０の天板部１２の下面に沿って移動可能な構成を採用しても良い。あるいは、上記各実施形態のフレーム１０を除く構成各部を横置きにしたような構成を採用しても良い。この場合、ステージ装置３０、２３０は、ＹＺ平面に沿って移動することとなるとともに、第１テーブルＴ１は、Ｘ軸方向に往復移動可能で、第２テーブルＴ２は、Ｘ軸方向及びＹＺ平面に対する傾斜方向に駆動可能に構成されることとなる。

また、上記各実施形態では、基板貼り合わせ装置（１００、２００，３００）が、マーク検出系Ｍ１，Ｍ２を用いて検出可能な共通の基準マークＦＭを１つのみ有していたが、これに限らず、基準マークを複数備えていても良い。また、マーク板駆動装置としては、ステップＳ５以外の工程において処理の妨げにならないよう、且つ、干渉計システム４０、２４０を構成する各干渉計の測長ビームと参照ビームを遮らないような構成、配置を採用する必要があるが、かかる条件を満たすのであれば、その構成、配置などは特に問わない。

また、上記各実施形態では、ホルダＨ１，Ｈ２を用いて、ウエハＷ１，Ｗ２を基板貼り合わせ装置に取り付けることとしたが、ウエハ用のホルダに代えて、ウエハをダイシングして得られる半導体チップ用のホルダを用いることにより、チップレベルからウエハレベルまでの貼り合わせが可能になる。また、単層のウエハ（あるいは単層の半導体チップ）に限らず、複数のウエハ（複数の半導体チップ）が積層済みの半導体部材を扱うこともできる。

さらに、本発明は、上述したウエハ等の半導体基板の貼り合わせ、あるいは半導体チップの貼り合わせに限らず、その他の基板、例えば液晶用のガラス基板などの貼り合わせにも適用が可能である。この場合、基板ホルダは必ずしも用いる必要はない。その他基板の概念に含まれる板状部材同士であれば、上記各実施形態の基板貼り合わせ装置及び貼り合わせ方法による、貼り合わせの対象に含まれる。

また、上記各実施形態では、基準マークＦＭがメンブレン状の部材に形成されるものとしたが、上記各実施形態に係るマーク板５１は一例にすぎず、上記各実施形態に係る基板貼り合わせ装置（１００、２００、３００）では、その他のマーク板を用いても勿論良い。図２９（Ａ）〜図２９（Ｃ）には、前述のマーク板５１に代えて用いることができる、ナイフエッジ方式のマーク板５１ａの一例が示されている。この内、図２９（Ａ）には、マーク板５１ａの平面図が示され、図２９（Ｂ）には、マーク板５１ａの底面図が示され、図２９（Ｃ）には、マーク板５１ａの図２９（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面が一部省略して、第１、第２マーク検出系Ｍ１、Ｍ２とともに示されている。

図２９（Ａ）〜図２９（Ｃ）を総合するとわかるように、マーク板５１ａは、所定厚さ、例えば１〜２ｍｍのシリコンＳｉからなる板状のマーク部材５８を備えている。マーク部材５８には、十字形状のスリットから成る基準マークＦＭａが形成されている。スリットは、１辺の長さが例えば数１００μｍ、幅が２０〜３０μｍ程度である。ここで、図２９（Ｃ）に示されるように、マーク部材５８のスリットの内周面（側壁面）は上面に対して鋭角をなしている。

図２９（Ｃ）に示されるように、基準マークＦＭａは、それが形成されたマーク部材５８の一面側から第１マーク検出系Ｍ１を用いて、他面側から第２マーク検出系Ｍ２を用いて、同時に検出することができる。ここで、上述の通り光透過型（スリット方式）の基準マークＦＭａを採用したため、マーク板５１を用いる場合とは異なり、第１マーク検出系Ｍ１は、第２マーク検出系Ｍ２が有する光源から発せられるプローブ光をマーク部材５８に形成されたスリット（すなわち基準マークＦＭａ）を介して受光することによって、基準マークＦＭａを検出する。第２マーク検出系Ｍ２は、第１マーク検出系Ｍ１が有する光源から発せられるプローブ光をスリット（すなわち基準マークＦＭａ）を介して受光することによって、基準マークＦＭａを検出する。

また図３０（Ａ）〜図３０（Ｅ）には、マーク板５１に代えて用いることができる、他のマーク板５１ｂの一例が示されている。図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）に示されるように、マーク板５１ｂは、マーク検出系Ｍ１，Ｍ２のプローブ光を透過する透明の素材、例えば石英ガラス等から成る板部材から成り、その板部材の表面にプローブ光を反射する材質から成る、変形した十字形状の基準マークＦＭｂが形成されている。また、基準マークＦＭｂの損傷を防ぐ観点から、図３０（Ｃ）に示されるように、２枚のマーク板５１ｂ_１，５１ｂ_２の間に基準マークＦＭｂが挟まれるようにしても良い。なお、マーク板５１ｂの厚さは、例えば約１ｍｍである。

図３０（Ｄ）に示されるように、基準マークＦＭｂは、その一面を第１マーク検出系Ｍ１によって、他面を第２マーク検出系Ｍ２によって、同時に検出することができる。基準マークＦＭｂは、マーク板５１ｂの一面に形成されているため、図３０（Ｄ）では、第１マーク検出系Ｍ１のプローブ光を基準マークＦＭｂの一面に直接照射し、第２マーク検出系Ｍ２のプローブ光を、マーク板５１ｂを透過させて、基準マークＦＭｂの他面に照射している。もちろん、逆に、マーク板５１の基準マークＦＭｂが形成された一面を第２マーク検出系Ｍ２側に向け、第２マーク検出系Ｍ２のプローブ光を基準マークＦＭｂの一面に直接照射し、第１マーク検出系Ｍ１のプローブ光をマーク板５１ｂを透過させて基準マークＦＭｂの他面に照射するとしても良い。この取り扱いは、基準マークＦＭｂ上への異物の付着を避ける観点において、望ましい。

図３０（Ｄ）に示した状態では、基準マークＦＭｂの両表面が両マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の中心軸Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２に直交し、かつ両表面の面位置が両マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の焦点に一致するように、マーク板５１ｂと第２テーブルＴ２が位置決めされている。この図３０（Ｄ）に示した状態において、基準マークＦＭｂを第１マーク検出系Ｍ１の指標中心に一致させ、さらに第２マーク検出系Ｍ２の指標中心を基準マークＦＭｂに一致させると、第１、第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の中心軸Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２は完全一致する。

図３０（Ｅ）に示されるように、マーク板５１ｂが傾斜したとする。この状態において、第１、第２マーク検出系Ｍ１，Ｍ２で基準マークＦＭｂを検出し、それぞれの検出視野内で指標中心（すなわち中心軸）を基準マークＦＭｂに一致させたとする。この時、プローブ光を基準マークＦＭｂに直接照射する第１マーク検出系Ｍ１の中心軸Ｏ_Ｍ１は、基準マークＦＭｂとその中心で交わる。しかし、プローブ光をマーク板５１を透過させて基準マークＦＭｂに照射する第２マーク検出系Ｍ２の中心軸Ｏ_Ｍ２は、ハービング効果（マーク板５１によるプローブ光の屈折の効果）により、基準マークＦＭｂの中心からずれてしまう。その結果、両マーク検出系Ｍ１，Ｍ２の中心軸Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２がずれてしまう。

ハービング効果による中心軸Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２のずれΔＯ_Ｍ（図３０（Ｅ）参照）は、例えば、前述したベースライン計測の計測誤差となる。しかし、マーク板５１ｂの傾斜がわかれば、マーク板５１ｂの厚さと屈折率とから、ずれΔＯ_Ｍを補正することができる。そこで、マーク板５１ｂのＸ軸周りの傾斜角θｘとＹ軸周りの傾斜角θｙを計測する傾斜計測系を設置することとしても良い。この傾斜計測系を構成する計測器として、例えば、斜入射型焦点位置検出系（ＡＦセンサ）が好適である。

以上説明したように、本発明の基板貼り合わせ装置は、２枚の基板の貼り合わせに適している。

１５…ステージ駆動装置、２０…第１テーブル装置、２１…第１テーブル駆動装置、３０…ステージ装置、３１…第２テーブル駆動装置、４０…干渉計システム、４０Ｘ，４０Ｙ１〜４０Ｙ３…Ｘ干渉計、第１〜第３Ｙ干渉計、ＩＢＸ_Ｂ，ＩＢＸ_Ｍ…測長ビーム、ＩＢＸ_Ｓ…参照ビーム、ＩＢＹ１，ＩＢＹ２…測長ビーム、４２Ｘ…Ｘ移動鏡、４２Ｘ_Ｓ…Ｘ参照鏡、４２Ｙ…Ｙ移動鏡、５０…基準マーク装置、５１…マーク板、５２…マーク板駆動装置、６０…Ｚ・傾斜計測系、６１…離間距離計測系、１００…基板貼り合わせ装置、ＡＭ１_ｉ，ＡＭ２_ｊ…アライメントマーク、ＦＭ…基準マーク、Ｈ１，Ｈ２…ホルダ、Ｍ１…第１マーク検出系、Ｍ２…第２マーク検出系、Ｏ_Ｍ１，Ｏ_Ｍ２…中心軸（指標中心）、Ｗ１，Ｗ２…ウエハ、Ｔ１…第１テーブル、Ｔ２…第２テーブル、ＳＴ…ステージ。

Claims (1)

1. ２枚の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置であって、
   前記２枚の基板の一方を保持する第１ステージと、
   前記２枚の基板の他方を前記一方の基板に対向可能な向きで保持するとともに、少なくとも二次元平面内で前記第１ステージに対して相対的に移動可能な第２ステージと、
   前記第２ステージの少なくとも前記二次元平面内の位置情報を計測する位置計測系と、
   前記第２ステージに保持された基板のマークを含む対象マークを検出可能な第１検出系と、
   前記第２ステージに搭載され、前記第１ステージに保持された基板のマークを含む対象マークを検出可能な第２検出系と、
   を備える基板貼り合わせ装置。

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